KR20130033470A - 액화천연가스 화물창의 단열패널 보강구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열패널의 단열층에서 발생되는 균열의 전파를 방지할 수 있는 액화천연가스(LNG) 화물창의 단열패널 보강구조를 개시한다. 본 발명은 LNG와 접촉하여 LNG를 저장하는 제1 방벽의 이면에 장착되어 있는 제1 단열층과, 제1 단열층의 이면에 장착되어 있는 제2 방벽과; 제2 방벽의 이면에 장착되어 있는 제2 단열층과, 제1 단열층의 이면과 제2 방벽의 표면을 접합하고 있는 제1 접착제층과, 제2 단열층의 표면과 제2 방벽의 이면을 접합하고 있는 제2 접착제층과, 제1 단열층과 제2 단열층에서 발생되는 균열이 제2 방벽에 전파되는 것을 억제하기 위하여 제1 접착제층과 제2 접착제층 중 어느 하나에 함유되어 있는 복수의 보강섬유들을 포함한다. 또한, 제1 및 제2 단열층에 복수의 슬릿들이 형성된다. 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 단열층에서 발생되는 균열이 제2 방벽으로 전파되는 것이 접착제층에 포함되어 있는 보강섬유들이나 제1 및 제2 단열층에 형성되어 있는 슬릿들에 의하여 방지되고, 극저온에서의 신뢰성이 크게 향상되는 효과가 있다.

Description

액화천연가스 화물창의 단열패널 보강구조{REINFORCEMENT STRUCTURE FOR INSULATION PANEL OF LIQUEFIED NATURAL GAS CARGO CONTAINMENT SYSTEM}

본 발명은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 화물창(Cargo Containment System)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단열패널의 단열층에서 발생되는 균열의 전파를 방지할 수 있는 LNG 화물창의 단열패널 보강구조에 관한 것이다.

LNG 운반선의 화물창은 -165℃ 정도의 초저온 LNG를 저장 및 운반하기 위하여 구형 탱크(Spherical Type Tank)보다 용량이 크고 제작이 간편한 멤브레인형 탱크(Membrane Type Tank)가 선호되고 있다. 멤브레인형 LNG 운반선의 화물창은 프랑스의 가즈트랜스포트 이트 테크니가즈(Gaz Transport Et Technigaz, GTT, France)사에 의하여 개발된 가즈트랜스포트 시스템(Gaz Transport System)과 테크니가즈 시스템(Technigaz System)이 사용되고 있다.

가즈트랜스포트 시스템은 넘버 96 멤브레인 시스템(NO 96 Membrane System)이라 부르고도 있다. 가즈트랜스포트 시스템의 제1 방벽과 제2 방벽은 열팽창이 매우 낮은 인바강(Invar, 36% 니켈강)이 사용되고 있다. 제1 및 제2 방벽 사이에는 단열을 위하여 펄라이트(Pearlite)가 채워진 단열박스(Insulation Box)가 설치되고 있다.

테크니가즈 시스템은 마크 Ⅲ 멤브레인 시스템(Mark Ⅲ Membrane System)이라 부르고도 있다. 테크니가즈 시스템의 제1 방벽은 열변형(Thermal Deformation)으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 주름(Corrugation)이 격자 형태로 형성되어 있는 스테인리스스틸 멤브레인(Stainless Steel Membrane)으로 구성되어 있다. LNG 운반선의 내벽과 제1 방벽 사이에 단열패널(Insulation Panel)이 설치되어 있다. 단열패널은 제1 단열층, 제2 방벽과 제2 단열층으로 구성되어 있다. 제1 및 제2 단열층은 우수한 단열성을 보유하는 폴리우레탄폼(Polyurethane Form)으로 구성되고, 제2 방벽은 트리플렉스 멤브레인(Triplex Membrane), 유리섬유복합재료(Glass Fiber Composite)로 구성되어 있다.

가즈트랜스포트 시스템과 테크니가즈 시스템의 가스 기화율(BOR, Boil-off Rate)은 비슷한 것으로 알려져 있으나, 인바 멤브레인에 비해 스테인리스스틸시트 및 유리섬유복합재료의 가격이 싸고 시공이 간편하며 폴리우레탄폼의 단열효과가 뛰어나기 때문에 테크니가즈 시스템이 선호되고 있다.

상기한 바와 같은 테크니가즈 시스템의 단열패널에 있어서 가스 기화율을 낮추기 위하여 사용되고 있는 폴리우레탄폼과 같이 낮은 밀도의 폴리머폼(Polymer Form)은 강성(Stiffness)과 파괴인성(Fracture Toughness)이 낮다. 따라서 제1 및 제2 단열층에서 균열(Crack)이 발생되기 쉽다. 제1 및 제2 단열층에서 발생된 균열은 제2 방벽으로 전파되어 기밀성(Tightness)을 저하시키고, 극저온에서의 신뢰성(Cryogenic Reliability)을 저하시키게 된다. 파괴인성의 개선을 위하여 폴리머폼에 유리섬유를 혼합하여 보강하고 있으나, 유리섬유의 부피분율(Volume Fraction)이 증가될 경우, 유리섬유의 높은 열전도율(Thermal Conductivity)에 의하여 단열성능이 저하되고, 균일한 품질관리가 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것이다. 본 발명의 목적은, 단열층에서 발생된 균열이 제2 방벽으로 전파되는 것을 방지할 수 있고, 극저온에서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LNG 화물창의 단열패널 보강구조를 제공한다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, LNG와 접촉하여 LNG를 저장하는 제1 방벽의 이면에 장착되어 있는 제1 단열층과; 제1 단열층의 이면에 장착되어 있는 제2 방벽과; 제2 방벽의 이면에 장착되어 있는 제2 단열층과; 제1 단열층의 이면과 제2 방벽의 표면을 접합하고 있는 제1 접착제층과; 제2 단열층의 표면과 제2 방벽의 이면을 접합하고 있는 제2 접착제층과; 제1 단열층과 제2 단열층에서 발생되는 균열이 제2 방벽에 전파되는 것을 억제하기 위하여 제1 접착제층과 제2 접착제층 중 어느 하나에 함유되어 있는 복수의 보강섬유들을 포함하는 LNG 화물창의 단열패널 보강구조에 있다.

본 발명의 다른 특징은, LNG와 접촉하여 LNG를 저장하는 제1 방벽의 이면에 장착되어 있는 제1 단열층과; 제1 단열층의 이면에 장착되어 있는 제2 방벽과; 제2 방벽의 이면에 장착되어 있는 제2 단열층과; 제1 단열층의 이면과 제2 방벽의 표면을 접합하고 있는 제1 접착제층과; 제2 단열층의 표면과 제2 방벽의 이면을 접합하고 있는 제2 접착제층을 포함하고, 제1 단열층과 제2 단열층에서 발생되는 균열이 제2 방벽에 전파되는 것을 억제하기 위하여 제1 단열층의 이면과 제2 단열층의 표면 중 어느 하나에 복수의 슬릿들이 형성되어 있는 LNG 화물창의 단열패널 보강구조에 있다.

본 발명에 따른 LNG 화물창의 단열패널 보강구조는 제1 및 제2 단열층에서 발생되는 균열이 제2 방벽으로 전파되는 것이 접착제층에 포함되어 있는 보강섬유들이나 제1 및 제2 단열층에 형성되어 있는 슬릿들에 의하여 방지되고, 극저온에서의 신뢰성이 크게 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 단열패널 보강구조가 적용되어 있는 LNG 화물창의 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 단열패널 보강구조를 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 단열패널 보강구조의 다른 실시예를 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 LNG 화물창의 단열패널 보강구조에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LNG 화물창은 LNG 운반선을 구성하는 내벽(2)의 내측에 설치되며 LNG의 저장을 위하여 LNG와 접촉되어 액밀(Liquid Tightness)을 지지하는 제1 방벽(10)을 구비한다. 제1 방벽(10)은 벽(2)의 내측에 장착되어 있는 복수의 멤브레인(12)들로 구성되어 있다. 멤브레인(12)들은 열변형으로 인한 수축 및 팽창이 가능하도록 형성되어 있는 복수의 주름(14)들을 갖는다. 멤브레인(12)들은 스테인리스스틸로 구성될 수 있다. 멤브레인(12)들은 그 가장자리를 따라 용접하여 인접하는 두 개의 멤브레인(12)들을 접합한다.

제1 패널(Panel: 20)이 제1 방벽(10)의 이면에 장착되어 있다. 제1 패널(20)은 제1 방벽(10)의 이면에 장착되어 있는 복수의 플라이우드(Fly wood: 22)들로 구성되어 있다. 제1 단열층(30)이 제1 패널(20)의 이면에 장착되어 있다. 제1 단열층(30)은 복수의 제1 단위단열블록(32)들로 구성되어 있다. 제1 단위단열블록(32)들은 우수한 단열성을 보유하는 단열재, 예를 들어 폴리우레탄폼, 샌드위치폼(Sandwich Form), 마이크로셀룰로이드폼(Micro-celluloid Form), 나노셀룰로이드폼(Nano-celluloid Form) 등으로 구성될 수 있다. 제2 방벽(40)이 제1 단열층(30)의 이면에 장착되어 있다. 제2 방벽(40)은 복수의 트리플렉스 멤브레인(Triplex Membrane: 42)들로 구성되거나 스테인리스스틸, 알루미늄, 황동, 아연 등을 소재로 제작되어있는 금속 시트로 구성될 수 있다. 트리플렉스 멤브레인(42)들은 알루미늄포일(Aluminium Foil)의 양면에 유리섬유복합재료가 접합되어 구성된다. 트리플렉스 멤브레인(42)들 사이는 복수의 트리플렉스 조인트(Triplex Joint: 44)들에 의하여 연결되어 있다.

제2 단열층(50)이 제2 방벽(40)의 이면에 장착되어 있다. 제2 단열층(50)은 복수의 제2 단위단열블록(52)들로 구성되어 있다. 제2 단위단열블록(52)들은 제1 단위단열블록(32)들 각각의 계면과 제2 단위단열블록(52)들 각각의 계면은 LNG의 누출 방지를 위하여 서로 어긋나도록 배열되어 있다. 제2 단위단열블록(52)들은 폴리우레탄폼, 샌드위치폼, 마이크로셀룰로이드폼, 나노셀룰로이드폼 등으로 구성될 수 있다. 도 1에 제2 방벽(40)은 제2 단위단열블록(52)들 사이의 계면을 덮도록 제1 단열층(30)의 이면에 장착되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 제2 방벽(40)은 제1 패널(20)과 제2 단열층(50) 사이에 제2 단열층(50)의 표면 전체를 덮을 수 있도록 장착될 수 있다. 제2 패널(60)이 제2 방벽(40)의 이면에 장착되어 있다. 제2 패널(60)은 플라이우드(62), 샌드위치패널 등으로 구성될 수 있다. 제2 패널(60)의 이면은 매스틱(Mastic: 64), 수지로프(Resin rope)에 의하여 LNG 운반선의 내벽(2)의 내면에 고정되어 있으며, 매스틱(64)은 에폭시수지로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 LNG 화물창에 있어서 제1 패널(20), 제1 단열층(30), 제2 방벽(40), 제2 단열층(50)과 제2 패널(60)은 사전에 조립되어 내벽(2)에 설치된다. 제1 단열층(30)의 이면과 제2 방벽(40)의 표면은 제1 접착제층(70)에 의하여 접합되어 있다. 제2 단열층(50)의 표면과 제2 방벽(40)의 이면은 제2 접착제층(72)에 의하여 접합되어 있다. 제1 및 제2 접착제층(70, 72)은 에폭시수지로 구성될 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2 단열층(30, 50) 사이에 제2 방벽(40)이 포함되어 사전에 조립되어 있는 것을 단열패널(100), 조립식 단열패널 또는 단열샌드위치패널로 부르고 있다. 단열패널(100)이 내벽(2)에 설치된 후, 단열패널(100)의 표면에 제1 방벽(10)이 설치된다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 복수의 보강섬유(80)들이 제1 및 제2 접착제층(70, 72)에 함유되어 있다. 보강섬유(80)들은 제1 및 제2 접착제층(70, 72)보다 높은 강성을 보유하는 유리섬유, 아라미드섬유(Aramid Fiber), 탄소섬유, 폴리에틸렌섬유(Polyethylene Fiber)로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 접착제층(70, 72)에 대한 보강섬유(80)의 부피분율은 보강효과가 나타나는 임계부피분율(Critical Volume Fraction) 이상이 되는 것이 바람직하다. 보강섬유(80)는 예를 들면 10% 이상의 부피분율을 보유하는 것이 바람직하다.

극저온에서 제1 및 제2 단열층(30, 50)과 제2 방벽(40)은 열팽창계수의 차이와 열응력으로 인하여 상대적으로 낮은 파괴인성을 보유하는 제1 및 제2 단열층(30, 50)에 균열이 발생될 가능성이 높다. 즉, 제2 방벽(40)이 높은 파괴인성과 연신율(Failure Strain)을 보유하더라도 제1 및 제2 단열층(30, 50)에 국부적으로 변형률이 집중되어 제1 및 제2 단열층(30, 50)이 균열되기 쉽다. 이러한 제1 및 제2 단열층(30, 50)의 균열은 제1 및 제2 접착제층(70, 72)을 통하여 제2 방벽(40)에 전파된다.

본 발명에 따른 LNG 화물창의 단열패널 보강구조는 제1 및 제2 단열층(30, 50)의 균열이 제1 및 제2 접착제층(70, 72)에 함유되어 있는 보강섬유(80)들에 의하여 제2 방벽(40)에 전파되는 것이 억제되므로, 극저온에서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 접착제층(70, 72)은 보강섬유(80)들의 함유에 의하여 두께가 얇고 균일하게 보강할 수 있으므로, 품질의 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 3에 본 발명에 따른 LNG 화물창의 단열패널 보강구조의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 다른 실시예의 단열패널 보강구조는 제2 방벽(40)의 표면과 이면에 인접하는 제1 단열층(30)의 이면과 제2 단열층(50)의 표면에 복수의 슬릿(Slit: 90)들이 형성되어 있다. 슬릿(90)들은 앞에서 설명한 보강섬유(80)들과 함께 단열패널(100)에 병용될 수 있다.

복수의 슬릿(90)들은 제1 및 제2 단열층(30, 50)에 발생되는 균열에 의하여 제1 및 제2 단열층(30, 50)에 변형률이 집중되는 것을 분산시킨다. 따라서 제1 및 제2 단열층(30, 50)에서 발생되는 균열이 제2 방벽(40)으로 전파되는 것이 억제된다. 열응력은 제2 방벽(40)의 면 방향에서 주로 발생되므로, 슬릿(90)들의 방향은 제1 및 제2 단열층(30, 50)의 수직, 즉 두께 방향으로 형성되는 것이 바람직하지만, 제2 방벽(40)으로 전파되는 균열을 억제할 수 있는 임의의 방향으로 형성될 수도 있다. 또한, 슬릿(90)들은 제1 및 제2 접착제층(70, 72)의 주위에 형성되는 것이 바람직하지만, 슬릿(90)들의 위치는 열응력이 집중되는 위치에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 제1 방벽 20: 제1 패널
30: 제1 단열층 40: 제2 방벽
50: 제2 단열층 60: 제2 패널
70: 제1 접착제층 72: 제2 접착제층
80: 보강섬유 90: 슬릿
100: 단열패널

Claims (3)

1. 액화천연가스와 접촉하여 상기 액화천연가스를 저장하는 제1 방벽의 이면에 장착되어 있는 제1 단열층과;
   상기 제1 단열층의 이면에 장착되어 있는 제2 방벽과;
   상기 제2 방벽의 이면에 장착되어 있는 제2 단열층과;
   상기 제1 단열층의 이면과 상기 제2 방벽의 표면을 접합하고 있는 제1 접착제층과;
   상기 제2 단열층의 표면과 상기 제2 방벽의 이면을 접합하고 있는 제2 접착제층과;
   상기 제1 단열층과 상기 제2 단열층에서 발생되는 균열이 상기 제2 방벽에 전파되는 것을 억제하기 위하여 상기 제1 접착제층과 상기 제2 접착제층 중 어느 하나에 함유되어 있는 복수의 보강섬유들을 포함하는 액화천연가스 화물창의 단열패널 보강구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 보강섬유들은 상기 제1 접착제층과 상기 제2 접착제층보다 높은 강성을 보유하는 액화천연가스 화물창의 단열패널 보강구조.
3. 액화천연가스와 접촉하여 상기 액화천연가스를 저장하는 제1 방벽의 이면에 장착되어 있는 제1 단열층과;
   상기 제1 단열층의 이면에 장착되어 있는 제2 방벽과;
   상기 제2 방벽의 이면에 장착되어 있는 제2 단열층과;
   상기 제1 단열층의 이면과 상기 제2 방벽의 표면을 접합하고 있는 제1 접착제층과;
   상기 제2 단열층의 표면과 상기 제2 방벽의 이면을 접합하고 있는 제2 접착제층을 포함하고,
   상기 제1 단열층과 상기 제2 단열층에서 발생되는 균열이 상기 제2 방벽에 전파되는 것을 억제하기 위하여 상기 제1 단열층의 이면과 상기 제2 단열층의 표면 중 어느 하나에 복수의 슬릿들이 형성되어 있는 액화천연가스 화물창의 단열패널 보강구조.

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