KR20210152834A

KR20210152834A - 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인

Info

Publication number: KR20210152834A
Application number: KR1020200069800A
Authority: KR
Inventors: 지혜련; 박성우; 이재봉; 황윤식
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2021-12-16

Abstract

액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인이 개시된다. 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인은, 평평한 금속 시트로 이루어지는 제1 멤브레인 시트; 제1 멤브레인 시트의 네 변 중 평행을 이루는 두 변과 연결되며 시트의 길이방향을 따라 연장되는 2 이상의 종방향 주름부를 포함하는 제2 멤브레인 시트; 제1 멤브레인 시트의 네 변 중 제2 멤브레인 시트가 연결되지 않는 나머지 두 변과 연결되며 시트의 길이방향을 따라 연장되는 2 이상의 횡방향 주름부를 포함하는 제3 멤브레인 시트; 및 제2 멤브레인 시트와 제3 멤브레인 시트 사이에 연결되며 시트 상에 종방향 주름부 및 횡방향 주름부를 서로 연결하는 연결 주름부를 포함하는 제4 멤브레인 시트를 포함한다.

Description

액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인 {METAL MEMBRANE FOR LIQUEFIED GAS STORAGE TANK}

본 발명은 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 압축 성형 방식으로 가공되는 영역을 최소화함으로써 시공성의 향상 및 가공비의 절감의 효과를 가짐은 물론 피로수명의 향상을 통하여 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성을 확보하는 것이 가능한 금속 멤브레인에 관한 것이다.

천연가스는 대기압에서 대략 -162℃의 온도에 이르게 되면 액체상태를 유지하므로 단열 기능을 가진 저장탱크에 액체상태로 저장할 수 있다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')와 같은 액화가스를 저장하는 저장탱크는 극저온 유체를 안전하게 저장하기 위하여 열전달을 차단하는 재료로 이루어지는 단열층과 밀봉 기능을 가지는 멤브레인(membrane, 흔히 '밀봉벽'이라고도 함)을 포함하는 단열구조를 가진다. 이때, 멤브레인은 극저온의 유체에 의한 반복적인 온도 변화 및 하중 변화에 대응하여 팽창 및 수축이 가능하도록 설계 및 제작되어야 한다.

일반적으로 멤브레인은 극저온 상태에 의한 응력 변화에 대응할 수 있도록 저온 취성이 강한 금속 재질로 마련되며, 다수의 멤브레인 시트가 겹치기 용접에 의해 서로 연결되어 저장탱크의 기밀성이 유지되도록 한다.

그리고, 극저온 상태에 의한 열수축 발생시 용접 부위에 열응력이 발생하여 파손되는 위험성을 방지하기 위하여, 멤브레인은 낮은 면강성(In-plate stiffness)을 갖도록 종방향 및 횡방향으로 배열된 복수의 주름부(corrugation)를 포함한다.

도 1은 종래기술에 따른 액화가스 저장탱크의 멤브레인을 구성하는 단위 멤브레인 시트를 도시한 도면이고, 도 2는 종래 단위 멤브레인 시트의 압축 성형 가공에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 액화가스 저장탱크에서 멤브레인을 구성하는 단위 멤브레인 시트(10)는 사각형의 단면을 가지는 얇은 금속판으로서, 온도 및 하중의 변화에 팽창 및 수축이 용이하도록 종방향 및 횡방향으로 배열된 복수의 주름부(11)를 포함하며, 서로 이웃하는 단위 멤브레인 시트(10)끼리 가장자리가 서로 겹치기 용접되어 멤브레인을 구성한다.

이때, 주름부(11)는 멤브레인 시트(10)에서 평평하게 형성되는 평판부(12)로부터 융기되는 형태를 가지며, 종방향 및 횡방향 주름부(11)가 서로 교차하는 부위에는 교차부(13)가 형성된다.

이와 같이 종래의 멤브레인 시트(10)는 종방향 및 횡방향 주름부(11)가 교차하는 부위에 복잡한 형상을 가지는 교차부(13)가 형성되기에 주름부(11) 및 교차부(13)의 형성이 압축 성형 방식으로 이루어져야 한다.

한편, 교차부(13)의 복잡한 형상을 회피하기 위하여 종방향 및 횡방향 주름부(11)가 서로 교차되지 않도록 독립적인 주름을 이루는 구조가 제안된 바 있는데, 이러한 구조에 따른다 하더라도 기존의 멤브레인 시트(10)는 하나의 단위 시트 내에 종방향 및 횡방향으로 형성되는 주름부(11)를 모두 포함하고 있기에 주름부(11)의 형성이 압축 성형 방식에 의해 이루어질 수밖에 없었다.

그런데, 종래와 같이 멤브레인 시트(10)에 주름부(11)를 가공하는 작업이 압축 성형 방식에 따르는 경우, 주름의 성형 과정에서 단위 멤브레인 시트(10) 원판의 각 단부로부터 수축되는 비율이 각 단부별로 일정하지 않기 때문에, 단위 멤브레인 시트(10)의 평판부(12)와 주름부(11) 간의 두께를 균일하게 형성시키기 어려운 문제가 있었다.

멤브레인에 형성되는 주름부(11)는 평판부(12)에 비해 단위면적당 집중되는 응력이 큰 부위인데, 상기와 같이 주름부(11)의 두께가 평판부(12)에 비해 얇게 형성되는 종래의 구조에 따르면, 저장탱크 내에서 발생하는 온도 및 하중 변화에 따른 피로도로 인하여 멤브레인의 내구성이 떨어지게 되며, 이는 결국 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성을 저하시키는 결과가 된다.

또한, 주름부(11)를 압축 성형 방식으로 가공하는 종래기술에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 멤브레인 시트(10) 원판의 늘어남 정도가 다름에 따라 규격을 벗어나는 부분(빗금친 부분)이 발생하게 되는데, 금형 영역을 제외한 해당 부분은 절단되어야 하므로 추가적인 절삭 가공이 필요할 뿐만 아니라 원판의 손실(loss)이 발생하는 문제가 있다.

따라서, 상술한 멤브레인의 내구성 문제, 멤브레인의 가공성 문제 및 원판의 손실 문제 등을 해결하기 위하여, 액화가스 저장탱크에 적용되는 멤브레인의 디자인 변경의 검토가 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 액화가스 저장탱크에 적용되는 금속 멤브레인에서 압축 성형 방식으로 가공되는 영역을 최소화함으로써, 멤브레인의 시공성 향상 및 가공비 절감의 효과를 가짐은 물론, 극저온 유체에 의해 발생하는 열응력에도 효과적으로 대응이 가능하여 멤브레인의 피로수명이 향상되고, 이에 따라 저장탱크의 구조적인 안정성을 확실하게 확보할 수 있는 독자적인 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 구조를 개발하여 제공하고자 하는 것이다.

현재 액화가스 저장탱크 분야에서 상용되고 있는 멤브레인의 주름 구조는 대체로 프랑스 엔지니어링 회사인 GTT(Gaztransport & Technigaz)에 의해 개발된 구조를 따르고 있는 실정인데, 본 발명은 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 고유 설계를 개발하여 이에 관한 독자기술을 확보함으로써, 한국 조선업의 경쟁력을 높이고 국내산업의 발전에 기여하는 것을 궁극적인 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 평평한 금속 시트로 이루어지는 제1 멤브레인 시트; 상기 제1 멤브레인 시트의 네 변 중 평행을 이루는 두 변과 연결되며, 시트의 길이방향을 따라 연장되는 2 이상의 종방향 주름부를 포함하는 제2 멤브레인 시트; 상기 제1 멤브레인 시트의 네 변 중 상기 제2 멤브레인 시트가 연결되지 않는 나머지 두 변과 연결되며, 시트의 길이방향을 따라 연장되는 2 이상의 횡방향 주름부를 포함하는 제3 멤브레인 시트; 및 상기 제2 멤브레인 시트와 상기 제3 멤브레인 시트 사이에 연결되며, 시트 상에 상기 종방향 주름부 및 상기 횡방향 주름부를 서로 연결하는 연결 주름부를 포함하는 제4 멤브레인 시트를 포함하는, 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인이 제공될 수 있다.

상기 연결 주름부는, 상기 종방향 주름부가 홀수개로 마련되는 경우에 상기 제4 멤브레인 시트 상에서 종방향을 따른 중심선을 따라 형성되어, 상기 제2 멤브레인 시트 상에서 가운데에 형성되는 상기 종방향 주름부와 연결되는 제1 연결주름부; 상기 횡방향 주름부가 홀수개로 마련되는 경우에 상기 제4 멤브레인 시트 상에서 횡방향을 따른 중심선을 따라 형성되어, 상기 제3 멤브레인 시트 상에서 가운데에 형성되는 상기 횡방향 주름부와 연결되는 제2 연결주름부; 및 상기 제4 멤브레인 시트의 각 코너부에 라운드지게 형성되어, 상기 제1 연결주름부 또는 상기 제2 연결주름부와 연결되지 않는 상기 종방향 주름부 및 상기 횡방향 주름부를 서로 연결하는 제3 연결주름부를 포함할 수 있다.

상기 제1 연결주름부와 연결되어 일직선상으로 형성되는 다수의 상기 종방향 주름부와, 상기 제2 연결주름부와 연결되어 일직선상으로 형성되는 다수의 상기 횡방향 주름부가 서로 직교하여 격자 구조를 이룰 수 있다.

상기 제3 연결부와 연결되는 상기 종방향 주름부 및 상기 횡방향 주름부는 상기 제1 멤브레인 시트의 주변부를 따라 루프 형태를 이룰 수 있다.

상기 제2 멤브레인 시트와 상기 제3 멤브레인 시트는 각각 시트의 길이방향을 따라 일직선상으로 형성되는 주름만을 포함하여 폴딩 공법으로 주름부의 가공이 이루어질 수 있다.

상기 연결 주름부는, 상기 제1 연결주름부와 상기 제2 연결주름부가 교차되는 부위에 형성되는 교차부를 더 포함하며, 상기 제4 멤브레인 시트는 압축 성형 방식으로 주름부의 가공이 이루어질 수 있다.

상기 교차부는 상기 제1 연결주름부 및 상기 제2 연결주름부의 상면보다 상대적으로 낮게 형성될 수 있다.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 평평한 형태의 제1 멤브레인 시트와, 상기 제1 멤브레인 시트의 네 변 중에서 평행을 이루는 두 변과 연결되는 제2 멤브레인 시트와, 상기 제1 멤브레인 시트의 나머지 두 면에 연결되는 제3 멤브레인 시트와, 제2 멤브레인 시트와 제3 멤브레인 시트의 사이에 연결되는 제4 멤브레인 시트를 포함하여 밀봉을 구성하는 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인에 있어서, 상기 제2 멤브레인 시트와 상기 제3 멤브레인 시트는 각 시트의 길이방향을 따라 일직선상으로 형성되는 일방향 주름부만을 포함하여 폴딩 공법으로 주름부의 가공이 가능하고, 상기 제4 멤브레인 시트에 상기 일방향 주름부를 서로 연결하는 십(十)자 형태의 주름부 혹은 엘보우 형태의 주름부를 포함함으로써, 전체 멤브레인 중에서 압축 성형 방식으로 주름부의 가공이 이루어지는 것을 제4 멤브레인 시트의 영역으로만 최소화시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인이 제공될 수 있다.

본 발명에 의하면, 액화가스 저장탱크에 적용되는 금속 멤브레인에서 압축 성형 방식으로 가공되어야 하는 영역이 최소화됨에 따라, 멤브레인의 가공 작업이 단순화되어 시공성 향상 및 가공비 절감의 효과를 도모할 수 있음은 물론, 멤브레인에 주름부 형성시 발생하는 원판의 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 금속 멤브레인의 대부분의 영역이 평평한 멤브레인 시트 또는 폴딩 공법으로 가공되는 멤브레인 시트로 이루어지므로, 멤브레인의 대부분의 영역에서 평판부 및 주름부의 두께를 균일하게 형성하는 것이 가능하여, 멤브레인 상에서 응력이 어느 한 곳에 집중되지 않고 고르게 분산되도록 구성할 수 있다.

더불어, 본 발명은 금속 멤브레인에서 압축 성형 방식으로 가공되는 멤브레인 시트에 대해서도 기존보다 개선된 교차부의 형상을 가지도록 설계함으로써, 금속 멤브레인의 전체 영역에서 극저온 유체에 의해 발생하는 열응력에 효과적인 대응이 가능하여 멤브레인의 피로수명이 현저하게 향상되고, 이에 따라 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성을 확실하게 확보하는 것이 가능하다.

도 1은 종래기술에 따른 액화가스 저장탱크의 멤브레인을 구성하는 단위 멤브레인 시트를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 단위 멤브레인 시트의 압축 성형 가공에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인을 구성하는 멤브레인 시트들을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 연결구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 연결구조를 도시한 또 다른 도면이다.
도 7은 도 6에서 A로 표시된 부분을 사시도로 표현한 도면이다.
도 8은 본 발명의 멤브레인이 단열층 상부의 앵커 스트립에 용접되는 방식으로 고정되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 멤브레인이 단열층 상부에 설치되는 고정장치에 의해 기계적인 방식으로 고정되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 명세서에서 관례상 저장탱크의 요소에 적용된 용어 '상부' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 저장탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이고, 마찬가지로 용어 '하부' 또는 '아래'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 저장탱크의 외측을 향하는 방향을 가리키는 것이다.

또한, 본 발명에서 '액화가스'는, LNG를 비롯하여 LPG(Liquefied Petroleum Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이 저온으로 액화시켜 저장 및 수송될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있음을 첨언한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 개략적인 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인을 구성하는 멤브레인 시트들을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 연결구조를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 연결구조를 도시한 또 다른 도면이며, 도 7은 도 6에서 A로 표시된 부분을 사시도로 표현한 도면이다.

본 발명에 따른 액화가스 저장탱크는 극저온의 액화가스를 안전하게 저장하기 위하여 열전달을 차단하는 재료로 이루어지는 단열층(미도시)과 밀봉 기능을 가지는 멤브레인을 포함할 수 있다.

이때, 멤브레인은 극저온의 액화가스에 의한 응력 변화에 대응할 수 있도록 저온 취성이 강한 금속 재질로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 스테인리스강(SUS)이나 인바(Invar) 또는 알루미늄(Aluminum) 합급 등의 저온강이 이용될 수 있다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인(100)은 서로 형태가 다른 네 종류의 멤브레인 시트(110, 120, 130, 140)들로 구성될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 금속 멤브레인(100)은, 평평한 금속 시트 이루어지는 제1 멤브레인 시트(110)와, 평평한 금속 시트 상에 적어도 2 이상의 종방향 주름부(121)가 나란하게 형성되는 제2 멤브레인 시트(120)와, 평평한 금속 시트 상에 적어도 2 이상의 횡방향 주름부(131)가 나란하게 형성되는 제3 멤브레인 시트(130)와, 평평한 금속 시트 상에 상기 종방향 주름부(121)와 횡방향 주름부(131)를 서로 연결하도록 연결 주름부(141, 142, 144)가 형성되는 제4 멤브레인 시트를 포함할 수 있다.

제1 멤브레인 시트(110)는 별도의 가공 없이 평평한 형태를 가지며 단면이 사각형 형상인 금속 시트로 이루어질 수 있다. 도면에는 제1 멤브레인 시트(110)의 단면이 정사각형인 것이 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 멤브레인 시트(110)의 단면은 직사각형 형상으로 이루어질 수도 있다.

제2 멤브레인 시트(120)는 제1 멤브레인 시트(110)의 네 변 중 서로 평행을 이루는 두 변과 연결되며, 이때 제2 멤브레인 시트(120) 상에는 연결되는 제1 멤브레인 시트(110)의 가장자리 변과 평행한 방향으로 연장되는 2 이상의 종방향 주름부(121)가 형성될 수 있다.

제3 멤브레인 시트(130)는 제1 멤브레인 시트(110)의 네 변 중 제2 멤브레인 시트(120)가 연결되는 두 변과 직교하는 방향으로 형성되는 나머지 두 변과 연결되며, 이때 제3 멤브레인 시트(130) 상에는 연결되는 제1 멤브레인 시트(110)의 가장자리 변과 평행한 방향으로 연장되는 2 이상의 횡방향 주름부(131)가 형성될 수 있다.

제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(130)는 각각의 시트가 연결되는 제1 멤브레인 시트(110)의 변에 대응되는 길이를 가지되, 겹치기 용접을 고려하여 제1 멤브레인 시트(110)의 변의 길이보다 다소 작게 제작될 수 있다.

그리고, 제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(130)의 폭은 열변형에 대응이 용이하도록 길이보다 상대적으로 좁게 마련될 수 있다. 이에 따라 제2 및 제3 멤브레인 시트(120, 130)는 단면이 직사각형 형상을 이룰 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 도면에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 제2 멤브레인 시트(120)와 제3 멤브레인 시트(130)는 설치되는 방향만 다를 뿐 형태는 유사하게 제작될 수 있으며, 특히 제1 멤브레인 시트(110)의 단면이 정사각형인 경우에는 제2 멤브레인 시트(120)와 제3 멤브레인 시트(130)가 동일한(길이와 폭이 동일한) 부재로 제작될 수 있을 것이다.

제2 멤브레인 시트(120)와 제3 멤브레인 시트(130)에 형성되는 종방향 주름부(121) 및 횡방향 주름부(131)는 저장탱크의 내측 방향을 향하여 융기되는 형태로 형성될 수 있다.

제2 멤브레인 시트(120)에 형성되는 종방향 주름부(121)와 제3 멤브레인 시트(130)에 형성되는 횡방향 주름부(131)는 각각 2 이상으로 형성될 수 있으며, 이하에서는 각각의 멤브레인 시트(120, 130)에 3개의 주름부(121, 131)가 형성되는 것을 바람직한 실시예로 들어 설명한다.

이와 같이 본 발명에서는 제2 및 제3 멤브레인 시트(120, 130) 각각에 적어도 2 이상의 주름부(121, 131)가 연달아 형성됨에 따라, 기존에 주름부가 가로방향 또는 세로방향으로 1개씩 구성되는 것과 대비하여 극저온의 유체에 의한 열수축에 보다 효율적인 대응이 가능하다. 또한, 본 발명은 기존에 공지된 다른 멤브레인의 구조와 대비하여 멤브레인에 형성되는 주름부의 높이를 줄일 수 있으며, 주름부의 높이가 줄어드는만큼 저장탱크 내에서 발생하는 슬로싱(sloshing)과 같은 동적 하중에도 대응이 용이하다는 장점이 있다.

제4 멤브레인 시트(140)는 단면이 사각형 형상인 금속 시트로 마련될 수 있으며, 네 변 중 평행을 이루는 어느 두 변이 제2 멤브레인 시트(120)의 단변과 연결되고 나머지 두 변은 제3 멤브레인 시트(130)의 단변과 연결된다. 따라서 제4 멤브레인 시트(140)는 어느 하나의 제1 멤브레인 시트(120)의 꼭짓점과 다른 제1 멤브레인 시트(120)의 꼭짓점 사이에 배치될 수 있다.

제2 멤브레인 시트(120)와 제3 멤브레인 시트(130)의 폭이 동일한 경우, 제4 멤브레인 시트(140)는 단면이 정사각형 형상으로 마련될 수 있으며, 이때 제4 멤브레인 시트(140)의 변의 길이는 제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(130)의 폭과 대응되는 길이를 가지되, 겹치기 용접을 고려하여 제2 및 제3 멤브레인 시트(120, 130)의 폭보다 다소 크게 제작될 수 있다.

제4 멤브레인 시트(140) 상에는 저장탱크의 종방향을 따라 형성되는 제1 연결주름부(141)와 저장탱크의 횡방향을 따라 형성되는 제2 연결주름부(142), 그리고 시트의 각 코너부에 라운드지게 형성되는 제3 연결주름부(144)가 형성될 수 있다.

연결주름부(141, 142, 144)는 전술한 종방향 주름부(121) 및 횡방향 주름부(131)와 연결되는 주름으로서, 종방향 주름부(121) 및 횡방향 주름부(131)와 동일한 폭과 높이를 가지며, 마찬가지로 저장탱크의 내측 방향을 향하여 융기되는 형태로 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 연결주름부(141)는 제4 멤브레인 시트(140) 상에서 종방향을 따른 중심선을 따라 형성되며, 제4 멤브레인 시트(140)를 기준으로 대향되게 배치되는 한 쌍의 제2 멤브레인 시트(120) 상에 형성되는 종방향 주름부(121)를 서로 연결한다.

유사하게, 제2 연결주름부(142)는 제4 멤브레인 시트(140) 상에서 횡방향을 따른 중심선을 따라 형성되며, 제4 멤브레인 시트(140)를 기준으로 대향되게 배치되는 한 쌍의 제3 멤브레인 시트(120) 상에 형성되는 횡방향 주름부(131)를 서로 연결한다.

이에 따라 제4 멤브레인 시트(140) 상에서 제1 연결주름부(141)와 제2 연결주름부(142)가 서로 직교하게 되며 이들 교차 부위에 교차부(143)가 형성될 수 있는데, 교차부(143)의 특징에 대해서는 후술하도록 한다.

제3 연결주름부(144)는 제4 멤브레인 시트(140)와 연결되는 제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(130) 상에 각각 형성된 종방향 주름부(121)와 횡방향 주름부(131)를 서로 연결한다.

이때, 제3 연결주름부(144)는 곡률을 가지며 라운드진 형태로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 제2 멤브레인 시트(120)의 가장자리와 종방향 주름부(121) 사이의 거리(또는 제3 멤브레인 시트(130)의 가장자리와 횡방향 주름부(131) 사이의 거리)에 해당하는 반지름을 가지는 원호(arc) 형태 또는 엘보우(elbow) 형태로 형성될 수 있다.

도면에 제시된 실시예에서와 같이, 제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(130) 상에 각각 3개의 종방향 주름부(121) 및 횡방향 주름부(131)가 형성되는 경우, 제1 연결주름부(141)는 제2 멤브레인 시트(120)의 중심을 따라 형성되는 가운데 종방향 주름부(121)와 연결되고, 제2 연결주름부(142)는 제3 멤브레인 시트(130)의 중심을 따라 형성되는 가운데 횡방향 주름부(131)와 연결될 수 있다.

그리고, 제3 연결주름부(144)는 각각 제2 멤브레인 시트(120)와 제3 멤브레인 시트(130)에서 사이드에 형성되는 종방향 주름부(121) 및 횡방향 주름부(131)를 서로 연결할 수 있다.

한편, 제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(130) 상에 형성되는 종방향 주름부(121) 및 횡방향 주름부(131)의 개수가 증감되는 경우에는 그에 대응하여 연결주름부(141, 142, 144)의 개수 또한 증감될 수 있음은 물론이다.

예컨대, 종방향 주름부(121)와 횡방향 주름부(131)의 개수가 5개인 경우에는, 제4 멤브레인 시트(140)의 각 코너부에 두 겹의 제3 연결주름부(144)가 형성되는 방식으로 본 발명이 적용될 수 있다.

또한, 종방향 주름부(121)와 횡방향 주름부(131)가 홀수개가 아닌 짝수개로 형성되는 경우에는, 전술한 제1 연결주름부(141) 및 제2 연결주름부(142)가 삭제되고 제3 연결주름부(144)만으로 종방향 주름부(121) 및 횡방향 주름부(131)가 연결될 수도 있을 것이다.

이하에서는 도 7을 참조하여 제1 연결주름부(141)와 제2 연결주름부(142)가 교차하는 부위에 형성되는 교차부(143)의 특징에 대하여 구체적으로 살펴본다.

후술하겠지만, 본 발명에서 제4 멤브레인 시트(140)는 제1 내지 제3 멤브레인 시트(110, 120, 130)와는 다르게 압축 성형 방식으로 주름부(141, 142, 144)의 가공이 이루어진다.

따라서, 제4 멤브레인 시트(140)에서는 교차부(143)에 응력이 집중되는 현상을 방지해야할 필요성이 다른 멤브레인 시트(120, 130)들에서보다 크다 할 수 있는데, 본 발명은 아래와 같이 교차부(143)의 형상을 개선함으로써 상기와 같은 문제(응력 집중 문제)가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 구조를 구현하고자 한다.

도 7을 참조하면, 제1 연결주름부(141)와 제2 연결주름부(142)가 서로 교차하는 부위에 형성되는 교차부(143)는, 제1 연결주름부(141)와 제2 연결주름부(142)의 상면보다 상대적으로 낮고 오목하게 형성될 수 있다.

즉, 본 발명은 교차부(143)의 높이를 기존의 방식과는 달리 주변의 주름부(141, 142)보다 낮게 형성함으로써, 상대적으로 낮아진 교차부(143)의 높이에 따라 멤브레인이 열수축에 대응하여 낮은 면강성을 유지하는 동시에 슬로싱 발생에 의한 압축력에 대응하여 높은 내압(pressure resistance) 성능을 유지하도록 할 수 있다.

교차부(143)의 구조적 특징에 대하여 더 구체적으로 살펴보면, 교차부(143)는 제1 연결주름부(141) 및 제2 연결주름부(142)의 끝단에서부터 교차부(143)의 중심을 향하여 하향 경사지고 폭이 점차 감소하는 형상을 가지는 경사부(143-a)를 포함할 수 있다.

이에 따라 교차부(143)에서는 교차부(143)의 중심을 기준으로 서로 마주보는 경사부(143-a)가 대칭되어 형성되며, 경사부(143-a)는 위에서 바라보았을 때 대략 삼각형(또는 부채꼴) 형상의 단면을 가질 수 있다.

이때, 복수의 경사부(143-a)는 서로 이웃하는 폭방향 가장자리가 맞닿게 형성되며, 서로 이웃하는 경사부(143-a)의 경계부에는 교차부(143)의 중심을 향하는 장홈(143-b)이 형성될 수 있다.

교차부(143)의 중심에는 교차부(143)에 발생하는 응력 집중을 방지하기 위한 목적으로 돌출부(143-c)가 상방으로 볼록하게 형성될 수 있으며, 이때 돌출부(143-c)의 최상단 높이는 제1 및 제2 연결주름부(141, 142)의 상면의 높이와 같거나 또는 더 낮게 형성될 수 있다.

돌출부(143-c)는 복수의 경사부(143-a)가 모이는 위치 즉 교차부(143)의 중심에 형성되며, 응력 집중의 방지를 위하여 볼록한 반구 형태 즉 단면이 원형인 형태로 형성되는 것이 바람직하지만, 본 발명이 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

돌출부(143-c)의 주위에는 돌출부(143-c)의 둘레를 따라 원형홈(143-d)이 형성될 수 있으며, 원형홈(143-d)은 전술한 장홈(143-b)과 연결될 수 있다. 여기서 장홈(143-b)과 원형홈(143-d)은 열수축 및 팽창에 따른 반복적인 온도 면화 및 극저온 유체의 하중 변화에 대하여 팽창 및 수축이 가능한 구조를 구현함으로써, 교차부(143)에 응력이 집중되는 것을 더욱 효과적으로 방지하는 기능을 한다.

상술한 바와 같이 본 출원인에 의해 독자 개발된 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인 구조는 다음과 같은 효과의 구현이 가능하게 한다.

본 발명에서 금속 멤브레인(100)을 구성하는 다수의 멤브레인 시트 중에서 제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(130)는, 각각 시트의 길이방향을 따라 일직선상으로 형성되는 주름부(121, 131)만을 포함하고 있기에, 폴딩 공법을 적용하여 주름부(121, 131)를 가공하는 것이 가능해진다.

즉, 본 발명에서 금속 멤브레인(100)을 구성하는 다수의 멤브레인 시트(110, 120, 130, 140) 중 교차부(143)를 포함하여 복잡한 형상을 포함하는 시트는 제4 멤브레인 시트(140)에 국한되므로, 전체 멤브레인(100)에 대하여 압축 성형 방식이 적용되어야 하는 영역을 제4 멤브레인 시트(140)만으로 축소할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 멤브레인 상에서 압축 성형 방식이 적용되어야 하는 영역의 최소화가 가능함에 따라, 멤브레인에 주름을 형성하는 전체 가공 작업이 단순화되어 멤브레인의 시공성이 향상되고 가공비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 멤브레인에서 압축 성형부(압축 성형 방식이 적용되는 영역)를 최소한으로 함으로써, 멤브레인의 성형시 발생하는 원판의 손실을 줄일 수 있는 효과도 가진다.

더불어, 본 발명에 의하면, 폴딩 공법이 적용되는 제2 및 제3 멤브레인 시트(120, 130)의 평판부와 주름부(121, 131) 간의 두께를 균일하게 가공하는 것이 가능해져 응력이 어느 한 곳에 집중되지 않고 고르게 분산될 수 있고, 압축 성형 방식이 적용되는 제4 멤브레인 시트(140)에서도 교차부(143)의 개선된 형상에 의해 멤브레인의 낮은 면강성을 유지하는 것이 가능하므로, 전체 멤브레인의 피로수명이 향상되고 이에 따라 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성이 향상되는 효과가 있다.

이하에서는 제1 내지 제4 멤브레인 시트(110, 120, 130, 140)로 이루어지는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인(100)의 시공 방법에 대하여 살펴본다.

앞에서 설명한 바와 같이, 제1 멤브레인 시트(110)의 네 변에는 제2 멤브레인 시트(120) 또는 제3 멤브레인 시트(130)가 연결되고, 제2 멤브레인 시트(120)와 제3 멤브레인 시트(130) 사이에는 제4 멤브레인 시트(140)가 연결되어, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인(100)의 밀봉 구조가 완성될 수 있다.

이때, 서로 이웃하는 멤브레인 시트(110, 120, 130, 140)는 가장자리가 겹치기 용접에 의해 서로 연결되어 멤브레인(100)의 기밀성이 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인(100)의 시공이 이루어지는 과정을 순차적으로 살펴보면, 우선 단열층의 상부에 일적안 간격을 두고 제1 멤브레인 시트(110)의 설치가 이루어진다.

제1 멤브레인 시트(110)는 단열층의 상부에 설치되어 있는 앵커 스트립(anchor strip)과 같은 금속판에 용접되되거나, 또는 단열층의 상부에 설치되는 고정장치(securing device)에 의해 기계적으로 고정될 수 있다.

도 8을 참조하면, 제1 멤브레인 시트(110)의 평판부가 단열층(미도시)의 상부에 설치되는 앵커 스트립(A)에 용접되어 고정될 수 있으며, 이때 멤브레인(100)에 작용하는 열하중에 의한 수축은 이후 설치되는 나머지 멤브레인 시트(120, 130, 140)의 주름부(121, 131, 141, 142, 144)에서 담당하게 된다.

한편, 도 9를 참조하면, 제1 멤브레인 시트(110)는 단열층(Insulation Wall)의 상부 플라이우드 상에 설치되는 고정장치(S)에 의해 고정될 수도 있으며, 이때 고정장치(S)는 단열층의 상부 플라이우드(plwood)에 설치되는 베이스 소켓(base socket)에 원판 형태의 헤드부를 가지는 체결구가 나사 결합되어 제1 멤브레인 시트(110)를 잡아주는 방식으로 구성될 수 있다. 제1 멤브레인 시트(110) 상에는 고정장치(S)가 관통할 수 있도록 관통홀이 형성될 수 있으며, 제1 멤브레인 시트(110)의 관통홀 주변부를 고정장치(S) 측에 용접하여 완벽한 밀봉을 형성할 수 있다.

제1 멤브레인 시트(110)의 설치가 완료되면, 제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(120)를 제1 멤브레인 시트(110)의 가장자리와 겹치게 배치한 상태에서 겹치기 용접을 통해 밀봉 연결한다.

다음으로, 제4 멤브레인 시트(140)를 제2 멤브레인 시트(120) 및 제3 멤브레인 시트(120)의 가장자리와 겹치게 배치한 상태에서 겹치기 용접하여 밀봉 연결시킴으로써 전체 멤브레인(100)의 시공이 완료될 수 있다. 이때, 제4 멤브레인 시트(140)는 코너 부위가 제1 멤브레인 시트(110)의 코너 부위와 일부 겹쳐진 상태로 용접될 수 있다.

상기의 과정을 따라 시공이 완료된 본 발명에 따른 금속 멤브레인(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 연결주름부(141) 및 종방향 주름부(121)의 연결에 의해 일직선으로 형성되는 다수의 주름과 제2 연결주름부(142) 및 횡방향 주름부(131)의 연결에 의해 일직선으로 형성되는 다수의 주름이 서로 교차되는 격자 구조를 이룰 수 있으며, 이때 격자 구조 내에 제3 연결주름부(144)와 종방향 주름부(121) 및 횡방향 주름부(131)가 서로 연결되어 형성되는 루프 형태의 주름이 배치될 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 멤브레인
110 : 제1 멤브레인 시트
120 : 제2 멤브레인 시트
121 : 종방향 주름부
130 : 제3 멤브레인 시트
131 : 횡방향 주름부
140 : 제4 멤브레인 시트
141 : 제1 연결주름부
142 : 제2 연결주름부
143 : 교차부
144 : 제3 연결주름부

Claims

평평한 금속 시트로 이루어지는 제1 멤브레인 시트;
상기 제1 멤브레인 시트의 네 변 중 평행을 이루는 두 변과 연결되며, 시트의 길이방향을 따라 연장되는 2 이상의 종방향 주름부를 포함하는 제2 멤브레인 시트;
상기 제1 멤브레인 시트의 네 변 중 상기 제2 멤브레인 시트가 연결되지 않는 나머지 두 변과 연결되며, 시트의 길이방향을 따라 연장되는 2 이상의 횡방향 주름부를 포함하는 제3 멤브레인 시트; 및
상기 제2 멤브레인 시트와 상기 제3 멤브레인 시트 사이에 연결되며, 시트 상에 상기 종방향 주름부 및 상기 횡방향 주름부를 서로 연결하는 연결 주름부를 포함하는 제4 멤브레인 시트를 포함하는,
액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인.
청구항 1에 있어서,
상기 연결 주름부는,
상기 종방향 주름부가 홀수개로 마련되는 경우에 상기 제4 멤브레인 시트 상에서 종방향을 따른 중심선을 따라 형성되어, 상기 제2 멤브레인 시트 상에서 가운데에 형성되는 상기 종방향 주름부와 연결되는 제1 연결주름부;
상기 횡방향 주름부가 홀수개로 마련되는 경우에 상기 제4 멤브레인 시트 상에서 횡방향을 따른 중심선을 따라 형성되어, 상기 제3 멤브레인 시트 상에서 가운데에 형성되는 상기 횡방향 주름부와 연결되는 제2 연결주름부; 및
상기 제4 멤브레인 시트의 각 코너부에 라운드지게 형성되어, 상기 제1 연결주름부 또는 상기 제2 연결주름부와 연결되지 않는 상기 종방향 주름부 및 상기 횡방향 주름부를 서로 연결하는 제3 연결주름부를 포함하는,
액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 연결주름부와 연결되어 일직선상으로 형성되는 다수의 상기 종방향 주름부와, 상기 제2 연결주름부와 연결되어 일직선상으로 형성되는 다수의 상기 횡방향 주름부가 서로 직교하여 격자 구조를 이루는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인.
청구항 3에 있어서,
상기 제3 연결부와 연결되는 상기 종방향 주름부 및 상기 횡방향 주름부는 상기 제1 멤브레인 시트의 주변부를 따라 루프 형태를 이루는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 멤브레인 시트와 상기 제3 멤브레인 시트는 각각 시트의 길이방향을 따라 일직선상으로 형성되는 주름만을 포함하여 폴딩 공법으로 주름부의 가공이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인.
청구항 5에 있어서,
상기 연결 주름부는, 상기 제1 연결주름부와 상기 제2 연결주름부가 교차되는 부위에 형성되는 교차부를 더 포함하며,
상기 제4 멤브레인 시트는 압축 성형 방식으로 주름부의 가공이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인.
청구항 6에 있어서,
상기 교차부는 상기 제1 연결주름부 및 상기 제2 연결주름부의 상면보다 상대적으로 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인.
평평한 형태의 제1 멤브레인 시트와, 상기 제1 멤브레인 시트의 네 변 중에서 평행을 이루는 두 변과 연결되는 제2 멤브레인 시트와, 상기 제1 멤브레인 시트의 나머지 두 면에 연결되는 제3 멤브레인 시트와, 제2 멤브레인 시트와 제3 멤브레인 시트의 사이에 연결되는 제4 멤브레인 시트를 포함하여 밀봉을 구성하는 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인에 있어서,
상기 제2 멤브레인 시트와 상기 제3 멤브레인 시트는 각 시트의 길이방향을 따라 일직선상으로 형성되는 일방향 주름부만을 포함하여 폴딩 공법으로 주름부의 가공이 가능하고,
상기 제4 멤브레인 시트에 상기 일방향 주름부를 서로 연결하는 십(十)자 형태의 주름부 혹은 엘보우 형태의 주름부를 포함함으로써, 전체 멤브레인 중에서 압축 성형 방식으로 주름부의 가공이 이루어지는 것을 제4 멤브레인 시트의 영역으로만 최소화시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인.