KR101447861B1

KR101447861B1 - 액체 화물 저장 탱크

Info

Publication number: KR101447861B1
Application number: KR1020130057281A
Authority: KR
Inventors: 육래형
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-10-07
Anticipated expiration: 2033-05-21

Abstract

액체 화물 저장 탱크가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크는, 액체 화물을 수송하는 선박에 구비되는 액체 화물 저장 탱크로서, 측벽 중 적어도 하나는 액체 화물 저장 탱크의 내부 방향으로 돌출되는 돌출 구조를 포함하되, 돌출 구조는, 측벽의 세로 방향으로 길게 연장되고, 가로 방향으로 연속적으로 배열되고, 측벽의 내측면이 연속적인 지그재그 형태로 절곡되는 구조이며, 돌출 구조의 서로 이웃하는 면 사이의 각도는 90도로 형성된다.

Description

액체 화물 저장 탱크{CARGO TANK FOR LIQUID CARGO}

본 발명은 액체 화물 저장 탱크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체 화물을 수송하는 선박에 구비되는 액체 화물 저장 탱크에 관한 것이다.

일반적으로, 해상으로 액체 화물을 운반하기 위하여 여러 가지 형태의 선박들이 제작되고 있다.

예를 들면 LNG(liquefied natural gas), LPG(liquefied petroleum gas), 원유(crude oil) 등의 액체 화물을 옮기기 위하여 각각의 화물 특징에 따라 선체가 제작되고, 이러한 선체에 화물을 저온 또는 고압 등으로 밀폐, 보온되도록 하기 위하여 특수한 형태의 액체 화물 저장 탱크들이 적용되고 있다.

특히, 액화 천연 가스(LNG)는 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 -163°C로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말하는데, 액화 천연 가스를 저장하기 위한 저장 탱크로서 멤브레인(Membrane) 타입과 모스(Moss) 타입이 개발되었다.

멤브레인 타입의 저장 탱크의 경우, 같은 배수량의 모스 타입에 비해 LNG 적재 용적면에서 유리하여, 대부분의 LNG 수송 선박의 저장 탱크로 적용되어 사용되고 있다.

도 1은 종래의 액체 화물 저장 탱크가 구비된 선박의 개략도이며, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 액체 화물 수송용 선박에 구비되는 액체 화물 저장 탱크(10)는 멤브레인 타입으로, 선박(1)의 길이 방향으로 복수 개가 배열될 수 있다.

하지만, 멤브레인 타입의 저장 탱크(10)의 경우, 도 2를 참조하면, LNG가 부분 적재 되었을 때, 도 2에 도시된 바와 같이 선박(1)의 횡동요 운동(rolling)에 의해, 저장 탱크(10)의 상부 코너 부분에 큰 압력이 걸리는 슬로싱(sloshing) 문제가 발생하며, 슬로싱 현상에 의해 저장 탱크(10) 내부에 큰 충격 압력이 발생한다.

보다 상세히, 액체 화물(5)이 저장 탱크(10) 높이의 약 1/4~1/2 정도만 채워진 상태에서, 선박(1)의 횡동요 운동 발생시, 부분적으로 채워진 액체 화물(5)이 저장 탱크(10) 좌우 내벽 방향으로 왕복운동을 하게 된다.

이 때, 도 2를 참조하면, 좌측 또는 우측 내벽에 액체 화물(5)이 충돌하는 순간, 유체가 장애물에 입사하여 급격히 상승하게 되는 처오름 현상, 즉, 런업(run-up) 현상이 발생하여, 액체 화물(5)이 저장 탱크(10)의 내벽을 타고 올라가 상부 코너에 부딪혀 충격을 주게 된다.

특허문헌 1 : 한국 공개 특허 제10-2010-0015894호(2010.02.12.)

본 발명의 일 실시예는 슬로싱을 저감시킬 수 있는 액체 화물 저장 탱크를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액체 화물을 수송하는 선박에 구비되는 액체 화물 저장 탱크로서, 측벽 중 적어도 하나는 상기 액체 화물 저장 탱크의 내부 방향으로 돌출되는 돌출 구조를 포함하되, 상기 돌출 구조는, 상기 측벽의 세로 방향으로 길게 연장되고, 가로 방향으로 연속적으로 배열되고, 상기 측벽의 내측면이 연속적인 지그재그 형태로 절곡되는 구조이며, 상기 돌출 구조의 서로 이웃하는 면 사이의 각도는 90도로 형성되는, 액체 화물 저장 탱크가 제공된다.

이 때, 상기 돌출 구조는 상기 선박의 좌우현 방향으로 마주보는 한 쌍의 측벽에 형성될 수 있다.

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본 발명의 일 실시예에 따르면, 측벽에 내부 방향으로 돌출되는 돌출 구조를 형성함으로써, 액체 화물이 측벽에 충돌할 때 발생하는 런업 현상을 저감시킬 수 있다.

도 1은 종래의 액체 화물 저장 탱크가 구비된 선박의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크의 사시도이다.
도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도이다.
도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ'의 단면도이다.
도 6은 다양한 단면 형태의 기둥에 액체가 부딪히는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 다양한 단면 형태의 기둥에 액체가 부딪히는 경우에 발생되는 런업 현상의 정도를 비교한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크의 사시도이다. 도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도이다. 도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ'의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크(100)는 액체 화물(5)을 수송하는 선박(1)에 구비되는 저장 탱크이다.

이 때, 본 명세서 상에서 '선박'은 액체 화물을 수송하는 수송선뿐만 아니라, FPSO, FSRU 등의 액체 화물을 저장할 수 있는 부유식 해상 구조물을 모두 포함하는 의미이며, 이하, 설명에서도 동일하다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크(100)는 종래의 멤브레인 타입의 액체 화물 저장 탱크(도 1 및 도 2의 10)와 동일한 외관으로 형성된다.

즉, 액체 화물 저장 탱크(100)는 상부벽, 하부벽 및 네 개의 측벽으로 이루어진 직육면체 형태로 형성되되, 선박의 좌우현 방향 측벽(110)의 상부와 하부의 모서리 부분에 슬로싱을 저감시키기 위한 구조인 경사진 챔퍼(chamfer)(130)가 형성된다.

한편, 도 3을 기준으로, x 방향이 액체 화물 저장 탱크(100)가 구비된 선박의 선수 또는 선미 방향(이하, 선수미 방향)을 가리키고, z 방향은 좌현 또는 우현 방향(이하, 좌우현 방향)을 가리키며, y 방향은 상하 방향을 가리킨다. 이하, 설명에서도 동일하다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크(100)는 측벽 중 적어도 하나에 액체 화물 저장 탱크(100)의 내부 방향으로 돌출되는 돌출 구조(120)가 형성될 수 있다.

이 때, 돌출 구조(120)는 액체 화물 저장 탱크(100)의 측벽에 형성되어, 슬로싱 현상의 원인이 되는 액체 화물(5)의 런업 현상을 저감시키기 위한 수단이다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌출 구조(120)는 선박의 좌우현 방향, 즉, z 방향으로 마주 보는 한 쌍의 측벽인, 좌우현 방향 측벽(110)에 형성될 수 있다.

이는, 액체 화물 저장 탱크(100)에서 발생하는 슬로싱 현상의 경우, 선박의 여러 거동 중에서, 횡동요 운동, 즉, 선박의 선수미 방향의 축을 중심으로 좌우현이 기울어지도록 거동하는 롤링(rolling) 운동으로 인한 액체 화물(5)의 런업 현상이 가장 큰 원인이 되므로, 액체 화물 저장 탱크(100)의 좌우현 방향 측벽(110)에 액체 화물(5)의 런업 현상을 저감시키기 위한 돌출 구조(120)를 형성시킴으로써, 가장 효과적으로 슬로싱 현상을 저감시키기 위함이다.

그러나, 본 발명이 이에 한정되지는 아니하며, 돌출 구조(120)는 액체 화물(5)의 런업 현상을 저감시킬 수 있는 범위 내에서, 좌우현 방향 측벽(110)뿐 아니라, 선수미 방향 측벽(150) 또는 좌우현 방향 측벽(110)의 상하부 위치의 챔퍼(130)에 형성될 수도 있다.

한편, 도 4 및 도 5에서 액체 화물 저장 탱크(100)의 좌우현 방향 측벽(110)을 향한 실선의 화살표는 선박의 횡동요 발생시 액체 화물(5)의 입사 방향을 도시한 것이며, 도 4에서 액체 화물 저장 탱크(100)의 상부 방향을 향한 점선의 화살표는 런업 현상에 의한 액체 화물(5)의 상승 방향을 도시한 것이다.

이하, 액체 화물(5)의 런업 현상을 저감시키기 위한 구성인 돌출 구조(120)를 상세히 설명한다.

이 때, 돌출 구조(120)가 좌우현 방향 측벽(110)에 형성되는 일 실시예에 한정하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 돌출 구조(120)가 좌우현 방향 측벽(110)에 한정되어 형성되는 것이 아님은 전술한 바와 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌출 구조(120)는 좌우현 방향 측벽(110)의 세로 방향으로 길게 연장되도록 형성될 수 있다.

도 4를 참조하면, 돌출 구조(120)는 일정한 돌출 높이로 액체 화물 저장 탱크(100)의 상부벽에서 하부벽까지, 또는, 상부의 챔퍼(130)에서 하부의 챔퍼(130)까지 연장되도록 형성될 수 있다.

여기서, 세로 방향은, 측벽을 바라보는 상태에서 세로 방향, 또는 선박의 상하 방향, 도 4를 기준으로 y 방향을 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌출 구조(120)는 좌우현 방향 측벽(110)의 가로 방향으로 연속적으로 배열되도록 형성될 수 있다.

여기서, 가로 방향은, 측벽을 바라보는 상태에서 가로 방향, 또는 선박의 선수미 방향, 도 5를 기준으로 x 방향을 의미한다.

보다 상세히, 도 5를 참조하면, 좌우현 방향 측벽(110)의 내측면에 형성되는 돌출 구조(120)는 동일한 형태의 구조가 한 쌍의 선수미 방향 측벽(150) 사이에 연속적으로 배열되도록 형성될 수 있다.

즉, 좌우현 방향 측벽(110)의 내측면에는 편평한 벽면이 형성되지 아니하며, 돌출 구조(120)만이 배열되도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 돌출 구조(120)가 좌우현 방향 측벽(110)의 모든 위치에서 입사하는 액체 화물(5)의 런업 현상을 고르게 저감시킬 수 있으므로, 보다 효율적으로 슬로싱 현상을 저감시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌출 구조(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 좌우현 방향 측벽(110)의 내측면이 연속적인 지그재그(zigzag) 형태로 절곡되는 구조로 형성될 수 있다.

이 때, 런업 현상의 저감 효과를 높이기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌출 구조(120)의 서로 이웃하는 면 사이의 각도는 90도로 형성될 수 있다.

즉, 도 5를 참조하면, 지그재그 형태의 절곡 구조로 형성되는 돌출 구조(120)에서 서로 이웃하는 면 사이의 공통되는 각도인 A는 90도로 구성될 수 있다.

이와 같은 형태로 돌출 구조(120)가 구성됨에 따라, 런업 현상을 가장 효과적으로 저감시킬 수 있는데, 이와 관련된 실험 및 실험 결과에 대하여, 이하 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

도 6은 다양한 단면 형태의 기둥에 액체가 부딪히는 모습을 도시한 도면이다. 도 7은 도 6에 도시된 다양한 단면 형태의 기둥에 액체가 부딪히는 경우에 발생되는 런업 현상의 정도를 비교한 그래프이다.

즉, 도 7은 도 6에 도시한 실험에 따른 결과를 그래프로 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크(100)의 효과적인 돌출 구조(120)의 형태를 알아보기 위하여, 다양한 단면의 기둥 형태의 장애물에 수직 방향으로 입사하는 액체의 런업 현상의 정도를 실험하였다.

이 때, 도 6은 평면도로 도시하였다.

도 6에서, (a)는 원형 단면의 원기둥, (b)는 직사각형 단면의 사각기둥, (c)는 정사각형 단면의 사각 기둥을 45도 회전 시킨 사각 기둥에 대하여, 화살표로 도시한 바와 같이, 각 장애물에 수직 방향으로 액체 유동을 입사시켜 보았다.

이 때, 입사시킨 액체 유동은, 액체 화물 저장 탱크(100) 내의 액체 화물(5)과 같은 거동에 의한 파(波, wave)가 존재하도록 하여 실험하였다.

도 7에서, (ㄱ)은 액체 유동의 파의 기울기(파고(wave height)대 파장(wave length)의 비율)가 큰 경우의 실험 결과이고, (ㄴ)은 파의 기울기가 작은 경우의 실험 결과이다.

이 때, 도 7의 (ㄱ), (ㄴ) 양 그래프에서, 가로축은 파의 진동 주기를 나타내는 파라미터이고, 세로축은 입사한 액체의 파고에 대한 런업 높이의 비를 나타낸다.

도 7에서 확인할 수 있듯이, (ㄱ), (ㄴ) 경우 모두, 즉, 입사하는 액체 유동 파의 기울기가 큰 경우와 작은 경우 모두, (c) 정사각형 단면의 사각 기둥을 45도 회전 시킨 사각 기둥에 입사한 경우에 런업의 높이가 가장 낮은 것으로 나타났으며, (a) 원기둥, (b) 사각기둥은 런업의 높이에서 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

즉, 파가 존재하는 액체가 90도 각도를 형성하는 쐐기 형태의 기둥에 부딪힐 때, 런업 현상이 가장 줄어드는 결과가 나타나며, 원기둥이나 사각기둥 형태와 비교할 때, 약 20~40% 정도의 런업 저감 효과가 발휘됨이 실험을 통해 확인되었다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크(100)에서, 선박(1)의 횡동요에 의하여 액체 화물(5)이 액체 화물 저장 탱크(100)의 좌우현 방향 측벽(110)에 부딧힐 때 발생하는 런업 현상을 가장 효과적으로 저감시키기 위해서, 좌우현 방향 측벽(110)의 내측면에 이웃 면 사이의 각도가 90도인 연속적인 지그재그 형태의 돌출 구조(120)가 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 화물 저장 탱크(100)는 측벽에 내부 방향으로 돌출되는 연속적인 돌출 구조(120)를 전술한 바와 같이 구성함으로써, 액체 화물(5)이 측벽에 충돌할 때 발생되는 런업 현상을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

이에 따라, 결과적으로, 런업 현상이 원인이 되어 발생하는 슬로싱 현상을 저감시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 선박 5 액체 화물
10 종래의 액체 화물 저장 탱크 100 액체 화물 저장 탱크
110 좌우현 방향 측벽 120 돌출 구조
130 챔퍼 150 선수미 방향 측벽

Claims

액체 화물을 수송하는 선박에 구비되는 액체 화물 저장 탱크로서,
측벽 중 적어도 하나는 상기 액체 화물 저장 탱크의 내부 방향으로 돌출되는 돌출 구조를 포함하되,
상기 돌출 구조는,
상기 측벽의 세로 방향으로 길게 연장되고, 가로 방향으로 연속적으로 배열되고,
상기 측벽의 내측면이 연속적인 지그재그 형태로 절곡되는 구조이며,
상기 돌출 구조의 서로 이웃하는 면 사이의 각도는 90도로 형성되는, 액체 화물 저장 탱크.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 돌출 구조는 상기 선박의 좌우현 방향으로 마주보는 한 쌍의 측벽에 형성되는, 액체 화물 저장 탱크.