CN104995449B - 隔热容器和隔热结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明的隔热容器用于保持在低于常温的温度下保存的低温物质,隔热容器包括:内部具有保持低温物质的物质保持空间的第一槽;设置在该第一槽的外侧的第一隔热层;设置在该第一隔热层的外侧的第二槽;设置在该第二槽的外侧的第二隔热层;和设置在该第二隔热层的外侧的容器壳体。第一隔热层和第二隔热层通过在隔热箱的内部收纳隔热材料而构成。在构成所述第二隔热层的隔热箱的内部外侧配置有真空隔热构件。

Description

隔热容器和隔热结构体
技术领域
本发明涉及具有真空隔热构件的隔热容器和隔热结构体,特别涉及能够保持液化天然气或氢气等低于常温的温度的低温物质的隔热容器和隔热结构体。
背景技术
例如,天然气或氢气等可燃性气体在常温下为气体,因此在其储藏和输送时液化而保持在隔热容器内。因此能够说,液化的可燃性气体是大幅低于常温的低温物质(更具体而言是低温流体)。
作为这样的物质,例示天然气时,保持液化的天然气(LNG)的隔热容器的代表例可以列举陆上设置的LNG储藏罐或LNG输送罐车(船)的罐等。这些LNG罐需要在比常温低100℃以上的温度(LNG的温度通常为-162℃)保持LNG,所以需要尽量提高隔热性能。
作为这样的LNG罐,例如已知由内槽和外槽构成的双重槽。在这种双重槽的LNG罐中,在内槽和外槽之间通过填充珠光体(perlite)等的粉末的发泡隔热材料来确保隔热性能。然而,为了进一步提高隔热性能,仅填充珠光体等是不足的。于是,已知通过与珠光体等一起使用真空隔热来进一步强化隔热性能的结构。
例如,专利文献1中,公开了如下结构的隔热装置:如图18所示,在双重槽的内槽501和外槽502之间的空间填充有由热传导率低的材料构成且对内部抽真空了的真空球503,进一步在这些真空球503彼此的间隙填充珠光体等粉末隔热材料504。根据该结构,能够在内槽501和外槽502之间在粉末隔热材料504的隔热结构中制作出基于真空球503的真空区域。
但是,作为具有更高的隔热性能的隔热材料的一种,已知利用由无机类材料构成的纤维状的芯材的真空隔热构件。例如本申请申请人如专利文献2所示提出了如下结构的真空隔热构件:热熔接有作为外包覆材料(外覆件)的多层层压膜的部位为具有多个薄壁部和厚壁部的密封部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平7-190297号公报
专利文献2:WO2010/029730A1公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,存在如下的技术问题:在所述专利文献1中公开的双重槽的隔热装置中,虽然通过设置真空区域提高了隔热性能,但是无法说是充分发挥了真空区域所具有的本来的隔热性能。
具体而言,在所述结构的双重槽中,填充有粉末隔热材料的区域不是真空区域,所以在内槽501和外槽502之间处于通过填充的粉末隔热材料504传热上连续的状态。因此,即便可以说粉末隔热材料504具有隔热性能,来自内槽501的冷温(低热)仍有可能经粉末隔热材料504传递。结果是无法说是充分提升了双重槽的隔热性能,还有改善的余地。
另外,用于形成真空区域的真空球503需要由没有通用性的特殊材料形成。例如,内槽501附近的真空球503因为受到很大的来自LNG等低温物质的冷温的影响,所以真空球503本身的温度也会大幅下降。因此,真空球503必须由能够耐受比常温低100℃以上的温度的金属材料形成。由此,真空球503价格昂贵,也导致隔热材料的成本提高的问题。
于是,本申请申请人尝试利用专利文献2中公开的真空隔热构件来替代真空球503。然而,单纯地将真空隔热构件设置在粉末隔热材料中,有时无法长时间保持真空隔热构件的隔热性能,发现了这种新的技术问题。
具体而言,与真空球503的情况相同,来自LNG等低温物质的冷温对真空隔热构件的外包覆材料(外覆件)产生影响,因此外包覆材料在低温下脆化,或者由于热收缩有可能会破损。特别是外包覆材料长期暴露在低温环境时,在该外包覆材料中更容易产生脆化或热收缩导致的龟裂等。结果是,真空隔热构件内部的真空区域(减压区域)的压力上升,隔热性能大幅下降。
本发明是为了解决这种技术问题而做出的,其目的在于,提供能够减轻隔热性能的下降并且长期保持隔热性能的利用真空隔热的隔热容器和隔热结构体。
用于解决课题的方法
本发明的隔热容器为了解决技术问题采用如下结构:用于保持以低于常温的温度保存的低温物质,上述隔热容器包括:内部具有保持低温物质的物质保持空间的第一槽;设置在该第一槽的外侧的第一隔热层;设置在该第一隔热层的外侧的第二槽;设置在该第二槽的外侧的第二隔热层;和设置在该第二隔热层的外侧的容器壳体,上述第一隔热层和第二隔热层通过在隔热箱的内部收纳隔热材料而构成,还在构成上述第二隔热层的上述隔热箱的内部外侧配置有真空隔热构件。
用于所述隔热容器的真空隔热构件的具体的结构没有特别限制,所述真空隔热构件可以使具有抑制或防止该真空隔热构件的急剧变形的防爆结构的结构。
本发明的上述目的、特征和优点参照附图通过以下优选的实施方式的具体说明变得显而易见。
发明效果
本发明中,根据以上的结构,能够获得如下的效果:能够提供能够减轻隔热性能的下降并且长期保持隔热性能的利用真空隔热的隔热容器和隔热结构体。
附图说明
图1A是表示具有作为本发明的实施方式1的隔热容器的船内罐的膜方式的LNG输送罐船(tanker)的概略结构的示意图,图1B是表示与图1A的I-I矢视截面对应的船内罐的概略结构的示意性图。
图2是表示图1所示的船内罐的内表面的二层结构的示意性立体图和其部分放大截面图。
图3是表示构成图2所示的二层结构的隔热结构体的一例的示意性立体图。
图4是表示用于图2所示的二层结构的真空隔热构件的代表结构的示意性截面图。
图5是表示用于本发明的实施方式2的隔热容器的真空隔热构件的结构例的示意性局部截面图。
图6是表示用于本发明的实施方式3的隔热容器的隔热结构体的一例的示意性截面图。
图7A是表示用于本发明的实施方式4的隔热容器的真空隔热构件的结构例的示意性截面图,图7B是图7A所示的真空隔热构件的密封部的放大截面图。
图8是图7A所示的真空隔热构件的示意性平面图。
图9是表示图7A和图8所示的真空隔热构件所具有的作为膨胀缓和部的止回阀的一例的示意性截面图。
图10是表示图7A和图8所示的真空隔热构件所具有的作为膨胀缓和部的止回阀的另一例的示意性截面图。
图11是表示图7A和图8所示的真空隔热构件所具有的作为膨胀缓和部的强度下降部位的一例的示意图。
图12A和图12B是分别表示用于本发明的实施方式5的隔热容器的真空隔热构件板的一例的示意性截面图。
图13A和图13B是分别表示图12B所示的真空隔热构件板的其他例的示意性截面图。
图14是表示作为本发明的实施方式6的隔热容器的地上式LNG罐的代表结构的示意性截面图。
图15是表示作为本发明的实施方式7的隔热容器的地下式LNG罐的代表结构的示意性截面图。
图16是表示作为本发明的实施方式8的隔热容器的氢罐的代表结构的示意性截面图。
图17是作为本发明的一个实施例的表示本发明的隔热容器的热模拟的结果的曲线图。
图18是表示现有的隔热容器的结构的一例的示意性截面图。
具体实施方式
本发明的隔热容器结构如下:用于保持以低于常温的温度保存的低温物质,上述隔热容器包括:内部具有保持低温物质的物质保持空间的第一槽;设置在该第一槽的外侧的第一隔热层;设置在该第一隔热层的外侧的第二槽;设置在该第二槽的外侧的第二隔热层;和设置在该第二隔热层的外侧的容器壳体,上述第一隔热层和第二隔热层通过在隔热箱的内部收纳隔热材料而构成,还在构成上述第二隔热层的上述隔热箱的内部外侧配置有真空隔热构件。
根据上述结构,真空隔热构件本身具有优异的隔热性能,所以只需设置真空隔热构件就能够大幅提高隔热性能。另外,在隔热容器的内部和外部空气的温差大的情况下,有可能发生隔热箱或隔热材料的热迁移,导致真空隔热构件产生的高的隔热性能实质上被抵消。但是,根据上述结构,真空隔热构件配置在第二隔热层的外侧,所以真空隔热构件本身的隔热性能不会被抵消而能够充分发挥。
而且,根据上述结构,能够利用真空隔热构件来覆盖作为第一隔热层和第二隔热层的主体的隔热材料的外侧的大致整个表面。由此,存在隔热材料的区域被真空隔热构件20A隔热。所以能够相对地提高隔热材料本身的隔热性能。结果是通过真空隔热构件的高隔热性能和隔热材料的隔热性能的协同效应,能够进一步提高隔热容器的隔热性能。
另外,从真空隔热构件来看,位于外侧的真空隔热构件和在内部保持低温物质的第一槽之间,从第一隔热层至第二隔热层的区域形成有隔热材料厚的层。所以能够大幅降低来自物质保持空间的冷温传递到真空隔热构件。由此,真空隔热构件的外包覆材料难以受到冷温的影响,所以能有效抑制由于低温导致外包覆材料的机械强度下降而导致脆化或由于热收缩导致破损。结果是不仅能够减轻隔热性能的下降还能够长期保持隔热性能。
在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述第二隔热层中,上述真空隔热构件以处于覆盖上述第一隔热层的周围的位置的方式设置在上述隔热箱内部。
根据上述结构,在第二隔热层中,真空隔热构件以处于覆盖第一隔热层的周围的位置的方式设置在隔热箱内部。所以来自物质保持空间的冷温即使经由第一槽、第一隔热层和第二槽到达第二隔热层,也被真空隔热构件遮挡。由此,能够大幅降低热迁移至隔热容器的外部(外部空气)。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述隔热箱是一体化隔热箱,其包括:具有开口的箱状框体、设置在该箱状框体的内部而将该内部分隔为多个区域的分隔体、和封闭上述开口的封闭板,上述真空隔热构件设置在上述区域内上述箱状框体的底面,并且上述隔热材料在上述区域内与上述真空隔热构件重叠设置。
根据上述结构,只需在第一槽和第二槽之间配置一体化隔热箱就能够设置隔热材料和真空隔热构件。由此更容易将隔热材料和真空隔热构件输送到第一槽和第二槽之间,能够提高隔热容器的生产性。另外,隔热层的结构被简化,所以能够削减制造所需的能量,实现节能化。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述隔热材料为粉末隔热材料或发泡隔热材料,上述真空隔热构件包括纤维状的芯材和具有阻气性的袋状的外包覆材料,在上述外包覆材料的内部以减压密闭状态封入了上述芯材。
根据上述结构,作为真空隔热构件,能够采用广泛用于各种冷冻设备等的隔热材料。另外,作为隔热材料,能够使用能价格低廉地提供的粉末隔热材料。所以制造隔热容器和隔热结构体时,能够抑制成本的增大。另外,没有必要单独制造特殊的隔热材料,所以能实现生产性的提高并且能够削减制造所需的能量,实现节能化。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述发泡隔热材料作为成形为板状的隔热板收纳在上述隔热箱的内部。
根据上述结构,只需将隔热板排列铺满,就能够形成第一隔热层和第二隔热层。由此能够避免隔热容器的制造过程的复杂化。另外,由于不存在隔热箱,所以也能避免经由隔热箱的冷温的传热(热迁移)。因此能够实现更高的隔热性能。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述外包覆材料中构成上述隔热材料侧的内侧面的内侧外包覆材料的低温耐性比构成外侧面的外侧外包覆材料的低温耐性高。
根据上述结构,在真空隔热构件中,提高面向保持低温物质的物质保持空间侧的内侧面的低温耐性。能够良好地抑制真空隔热构件的内侧面因低温而脆化。由此能够提高隔热容器的可靠性。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述真空隔热构件在其周围具有将上述外包覆材料彼此贴合而密封的鳍状的密封部,并且在将该密封部折入到上述隔热材料侧的状态下设置在上述隔热箱的内部外侧。
根据上述结构,鳍状的密封部被夹在真空隔热构件和隔热材料之间,所以能够利用这些有效抑制经由密封部产生的冷温的泄漏。由此能够使隔热容器的隔热性能更加优异。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述第一隔热层由在上述隔热箱的内部仅填充有上述粉末隔热材料或上述发泡隔热材料的物质构成。
根据上述结构,外侧的第二隔热层的热传导率比内侧的第一隔热层低,所以第二隔热层的隔热性能更优异。因此,存在第一隔热层的区域的气氛温度被第二隔热层有效保持,所以第一隔热层的低温状态被良好保持,能够有效抑制来自物质保持空间的冷温泄漏到外侧。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述真空隔热构件包括纤维状的芯材和具有阻气性的袋状的外包覆材料,在上述外包覆材料的内部以减压密闭状态封入上述芯材而构成,并且具有抑制或防止该真空隔热构件的急剧变形的防爆结构。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述真空隔热构件构成为上述外包覆材料完全被发泡树脂层覆盖的隔热板,并且上述防爆结构通过以发泡后不残留有机类发泡剂的方式形成上述发泡树脂层来实现。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述真空隔热构件还包括与上述芯材一起被封入上述外包覆材料的内部并吸附内部的残留气体的吸附剂,上述防爆结构通过上述吸附剂采用化学吸附上述残留气体的化学吸附型的吸附剂、或采用不因残留气体的吸附而发热的非发热性的吸附剂、或者采用化学吸附型且非发热性的吸附剂来实现。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述防爆结构通过在上述外包覆材料设置膨胀缓和部而实现,上述膨胀缓和部当残留气体在该外包覆材料的内部膨胀时向外部释放该残留气体来缓和膨胀。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述膨胀缓和部是设置在上述外包覆材料的止回阀或者预先设置在上述外包覆材料的局部地强度低的部位。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述外包覆材料具有用于对袋内部进行减压的开口部,该开口部的内表面为热熔接层,通过在使该热熔接层彼此接触的状态下进行热熔接而能够密封袋内部,通过上述开口部的热熔接形成的密封部,包含多个薄壁部,该薄壁部为上述热熔接层彼此的熔接部位的厚度小的薄壁部。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述外包覆材料由两片层叠片构成,该层叠片的一方的面为上述热熔接层,通过在使上述层叠片的上述热熔接层彼此相对配置两片的状态下,将该层叠片的周缘部的一部分作为上述开口部,以包围除该开口部之外的上述周缘部的其余部分的方式进行热熔接,形成为袋状,上述周缘部的被热熔接的部位为包括多个上述薄壁部的上述密封部。
另外,在上述结构的隔热容器中,可以是如下结构:上述密封部除了多个上述薄壁部外,还包括多个厚壁部,该厚壁部为上述熔接部位的厚度大的厚壁部,上述厚壁部和上述薄壁部以上述薄壁部位于上述厚壁部之间的方式交替配置。
另外,本发明的隔热结构体具有如下结构:用于隔热容器,上述隔热容器保持以低于常温的温度保存的低温物质,并且包括:内部具有保持低温物质的物质保持空间的第一槽;和设置在该第一槽的外侧的第二槽,上述隔热结构体包括:设置在上述第一槽与上述第二槽之间的第一隔热层和设置在该第二槽的外侧的第二隔热层,上述第一隔热层由一体化隔热箱构成,上述一体化隔热箱包括:具有开口的箱状框体、设置在该箱状框体的内部并将该内部分隔为多个区域的分隔体、和封闭上述开口的封闭板,在上述区域的内部收纳隔热材料,上述第二隔热层由在内部收纳有上述隔热材料和真空隔热构件的隔热箱构成,上述真空隔热构件设置在上述隔热箱的内部比上述隔热材料靠外侧的位置。
在上述结构的隔热结构体中,可以是如下结构:构成上述第二隔热层的上述隔热箱与上述第一隔热层同样由上述一体化隔热箱构成,在该一体化隔热箱的各个上述区域,收纳有上述真空隔热构件。
以下参照附图说明本发明的优选实施方式。此外,下面,在所有的图中,对同一或相当的要素附加相同的参照标记,省略其重复的说明。
(实施方式1)
参照图1A、图1B、图2~图4具体说明本发明的隔热容器和隔热结构体的代表性的一例。
[作为隔热容器的船内罐]
在本实施方式1中,作为本发明的隔热容器的代表性一例,如图1A所示,可以列举LNG输送罐船100上设置的LNG用的船内罐110进行说明。如图1A所示,本实施方式的LNG输送罐船100是膜方式的罐船,包括多个船内罐110(图1(a)中共有4个)。多个船内罐110沿着船体111的长度方向排列成一列。各个船内罐110如图1(b)所示,内部为储藏(保持)液化天然气(LNG)的内部空间(物质保持空间)。另外,船内罐110的大部分被船体111外部支承,其上方被甲板112密闭。
在船内罐110的内表面,如图1B、图2和图3所示,从内侧向外侧去,依次层叠有一次膜113、一次隔热箱114、二次膜115和二次隔热箱116。由此,在船内罐110的内表面,形成有双重的“隔热槽结构”(或防热结构)。此处所指的“隔热槽结构”是指由隔热材料(防热材料)的层(隔热层)和金属制的膜(membrane)构成的结构。由一次膜113和一次隔热箱114构成内侧的“隔热槽结构”(一次防热结构),由二次膜115和二次隔热箱116构成外侧的“隔热槽结构”(二次防热结构)。
隔热层用于防止(或抑制)热量从船内罐110的外部进入内部空间,在本实施方式中使用一次隔热箱114和二次隔热箱116。一次隔热箱114和二次隔热箱116只要是在隔热箱的内部收纳隔热材料而构成即可,其具体结构无特别限制。在本实施方式中,如图2所示,一次隔热箱114和二次隔热箱116是收纳有隔热材料的多个隔热箱一体化形成的结构(一体化隔热箱)。
更具体而言,一次隔热箱114和二次隔热箱116包括箱状框体31、封闭板34和分隔体35,在内部作为隔热材料填充有珠光体等粉末隔热材料32。箱状框体31例如为木制的壳体,具有开口,该开口被封闭板34封闭。另外,箱状框体31的内部被板状的分隔体35分隔为多个区域,各区域内填充有粉末隔热材料32。因此,由分隔体35分隔的各区域作为一个隔热箱发挥作用,多个隔热箱(多个区域)一体化而构成一个一体化隔热箱。
隔热箱之中收纳的粉末隔热材料32在本实施方式中是作为无机类的发泡性材料的珠光体,隔热材料的种类不限于珠光体。例如,既可以是由苯乙烯泡沫(发泡苯乙烯)、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫等发泡树脂材料构成的隔热材料,也可以是非发泡材料的玻璃棉等无机纤维材料,还可以是这些之外的公知的隔热材料。另外,如后述的实施方式3所示,粉末隔热材料32可以不是粉末状而是成形为板状的隔热板。膜方式的LNG输送罐船100中,一般作为粉末隔热材料32使用珠光体等发泡体。
另外,如图2和图3所示,作为二次隔热箱116的箱状框体31的底面设置有后述的真空隔热构件20A。真空隔热构件20A是热传导率λ比粉末隔热材料32低的隔热材料(隔热性能优异的隔热材料),在本实施方式中,0℃下的热传导率λ为0.02W/m·K。该值比珠光体的热传导率λ约低20倍左右。
隔热箱如箱状框体31那样被分隔体35分隔为多个区域时,在各区域的底面配置真空隔热构件20A。另外,粉末隔热材料32以与真空隔热构件20A重叠的方式填充在区域内即可。另外,在图3中,为了便于说明,省略了箱状框体31内的分隔体35的图示。另外,真空隔热构件20A无需配置在各区域(或隔热箱)的底面,但珠光体等粉末隔热材料32配置在隔热箱内部的内侧(二次膜115侧),真空隔热构件20A配置在隔热箱内部的外侧即可。
膜作为用于在内部空间保持LNG不漏出的“槽”发挥作用,其包覆在隔热材料之上使用。在本实施方式中,使用包覆在一次隔热箱114之上(内侧)的一次膜113和包覆在二次隔热箱116之上(内侧)的二次膜115。一次膜113构成隔热容器的内槽,二次膜115构成隔热容器的中间槽,船体111构成隔热容器的外槽。一次膜113和二次膜115的具体结构没有特别限制,但代表性地,可以列举不锈钢或殷钢(含36%的镍的镍钢)等金属膜。
另外,一次膜113和二次膜115均为不使LNG漏出的部件,但不具有能维持作为船内罐110的结构的强度。船内罐110的结构被船体111(和甲板112)支承。换言之,来自船内罐110的LNG的漏出被一次膜113和二次膜115防止,LNG的载荷经由一次隔热箱114和二次隔热箱116被船体111支承。因此,将船内罐110看做隔热容器时,船体111是外槽并且是“容器壳体”。
另外,一次膜113和二次膜115如上所述是不锈钢制或殷钢等镍合金制,所以具有难以热收缩的结构。因此,能够事先防止隔热容器的使用环境发生变化而在一次膜113或二次膜115中发生热收缩或施加过载荷导致一次膜113内(物质保持空间内)的低温物质(LNG等)泄漏。因此,泄漏的LNG等蒸发性气体不会扩散到第一隔热层或第二隔热层,不会损失各隔热层的隔热性能。因此,本实施方式的隔热容器可靠性高。
[真空隔热构件]
接着,具体说明本实施方式中使用的真空隔热构件20A的具体结构的一例。真空隔热构件20A如图4所示,包括芯材21、外包覆材料(外覆件)22和吸附剂23。芯材21和吸附剂23以减压密闭状态(大致真空状态)被封入外包覆材料22的内部。外包覆材料22是具有阻气性的袋状的部件,在本实施方式中,通过使两片的层叠片220相对而使其周围被密封部24密封,从而成为袋状。另外,密封部24由于内部没有芯材21而层叠片220彼此接触,所以形成为从真空隔热构件20A的主体向外周延伸的鳍状(因此,密封部24能够表述为“密封鳍”)。
芯材21是纤维状的部件,在本实施方式中例如使用将平均纤维直径为4μm的利用离心法生成的玻璃纤维烧制得到的材料。利用玻璃纤维等无机纤维作为芯材21,由此与使用有机纤维的情况下相比提高难燃性。另外,玻璃纤维可以不是烧制的,但烧制的能更加提高真空隔热构件20A的稳定性。
真空隔热构件20A的内侧面有可能被暴露在比常温低100℃以上的低温,所以在内侧面的外包覆材料22有可能发生低温所致的脆化。对此,通过使用烧制的玻璃纤维,即便是万一发生外包覆材料22的脆化所致的破袋,也能够有效抑制芯材21的尺寸变化的程度。
对外包覆材料22内部减压时,芯材21发生尺寸变形。未烧制的玻璃纤维的话,该尺寸变形在两倍以上(一般约为5~6倍左右),所以当外包覆材料22破袋而引起芯材21的尺寸变形时,真空隔热构件20A的厚度增大。与此不同,使用烧制的玻璃纤维的情况下,该尺寸变形能够抑制在1.2倍左右,最多也在1.5倍以下。因此即便是芯材21引起尺寸变形,也能够抑制对真空隔热构件20A带来的影响。
另外,在本实施方式中,作为芯材21使用利用离心法制得的玻璃纤维,但玻璃纤维的制造方法不限于离心法,也能够采用公知的制造方法,例如抄造法(将预先分散在水中的玻璃纤维以抄纸的方式成形并脱水的方法)等。例如,被称作抄造法的制造方法本身就是使玻璃纤维的厚度变小的方法,所以使用抄造法制得的玻璃纤维作为芯材21,也能容易减小其尺寸变形。因此,即使外包覆材料22破袋,也能够抑制芯材21的尺寸变形导致的影响。
层叠片220在本实施方式中是依次层叠有表面保护层221、阻气层222和热熔接层223的三层的结构。具体而言,例如作为表面保护层221可以列举厚度35μm的尼龙膜,作为阻气层222可以列举厚度7μm的铝箔,作为热熔接层223可以列举厚度50μm的低密度聚乙烯膜。
吸附剂23在外包覆材料22的内部减压密封芯材21后,吸附除去从芯材21的微细的空隙等放出的残留气体(也包含水蒸气)、从密封部24等极小量进入的外部空气(也包含水蒸气)。吸附剂23被封入公知的容器。该容器在外包覆材料22内部与芯材21一起以减压密闭状态被封入后,因外力例如开孔。由此,能够发挥吸附剂23的吸附性能。
另外,芯材21、外包覆材料22、吸附剂23的更具体的结构,在后述的实施方式4(具有防爆结构的真空隔热构件20C)中详细说明。
另外,在本实施方式中,可以在真空隔热构件20A的主体(鳍状的密封部24以外的部分)的表面整体(外侧面和内侧面两者),形成难燃层225,也可以在密封部24的外周部形成密封部保护层27。
难燃层225如图3所示,形成在外包覆材料22的表面(表面保护层221的外侧),在本实施方式中,使用市售的铝带(例如厚度50μm)。以覆盖真空隔热构件20A的主体的方式粘贴该铝带,由此能够对真空隔热构件20A赋予难燃性。另外,铝带具有导电性,所以即便漏电等导致的某种电流流经真空隔热构件20A,也能够释放该电流。由此,能够降低电流通过真空隔热构件20A的内部的可能性,也能够实质上电屏蔽真空隔热构件20A的内部(赋予电屏蔽性)。
另外,作为难燃层225,除了铝带以外,也可以使用片状的(铝片)、板状的(铝板)等。另外,此处所指的铝包括铝单质以及铝合金。另外,也可以使用其他的金属(例如铜、不锈钢、钛等)或其合金来替代铝。难燃层225具有难燃性和导电性即可,但从对真空隔热构件20A赋予良好的难燃性的观点出发,优选具有良好的耐久性。另外,难燃性为美国保险业者安全试验所(UL:Underwriters Laboratories)的难燃性规格的UL510FR标准以上即可。
密封部保护层27为以覆盖鳍状的密封部24的外周部即层叠片220的截面露出的部位的方式构成的难燃性的层即可。该密封部保护层27在本实施方式中通过将氯乙烯制的带粘贴在密封部24而构成,但不限于此,也能够使用由公知的难燃性材料形成的带状或片状的或者具有难燃性的公知的密封材料(密封件)。密封部保护层27所要求的难燃性与难燃层225同样,为UL510FR标准以上即可。另外,密封部保护层27除了难燃性之外优选还具有电绝缘性。通过设置密封部保护层27能够提高真空隔热构件20A的难燃性和电屏蔽性。
在本实施方式中,难燃层225和密封部保护层27的形成不是必须的。不过,本实施方式的隔热容器1用于LNG输送罐船100的船内罐110的情况下,真空隔热构件20A优选具有良好的难燃性和电屏蔽性。因此,通过设置难燃层225或密封部保护层27中的任一者或两者,能够提高真空隔热构件20A的可靠性和耐久性。
[隔热结构体的隔热作用]
接着,对上述结构的隔热结构体和隔热容器(船内罐110)的隔热作用进行具体说明。如上所述,本实施方式的隔热容器具有隔热结构体,该隔热结构体包括设置在第一槽(一次膜113)与第二槽(二次膜115)之间的第一隔热层(一次隔热箱114)和设置在第二槽的外侧的第二隔热层(二次隔热箱116)。
在该隔热结构体中,第一隔热层和第二隔热层均由上述的一体化隔热箱构成,在一次隔热箱114的内部填充有粉末隔热材料32,而在二次隔热箱116的内部除了粉末隔热材料32之外还收纳有真空隔热构件20A,该真空隔热构件20A位于外侧。因此,在第二隔热层中,真空隔热构件20A以位于覆盖第一隔热层的周围的位置的方式设置在隔热箱内部。
第一槽(一次膜113)的内侧为物质保持空间,在本实施方式中保持LNG,但来自该LNG的冷温即便经由第一槽、第一隔热层和第二槽到达第二隔热层,也被设置于该第二隔热层的内部外侧的真空隔热构件20A遮挡,所以能够大幅降低热迁移至隔热容器的外部(外部空气)。而且,如上所述,真空隔热构件20A本身与珠光体等粉末隔热材料32相比热传导率λ低很多。因此,本实施方式的隔热结构体单纯地与仅有粉末隔热材料32的结构相比,也能够大幅提高隔热性能。
另外,在隔热容器的内部和外部空气的温差大的情况下,经由珠光体等粉末隔热材料32或木制的隔热箱发生较多的热迁移。这种情况下,有可能导致真空隔热构件20A产生的高的隔热性能实质上被间隙中的热迁移抵消。但是,本实施方式中,真空隔热构件20A配置在第二隔热层的外侧,所以真空隔热构件20A本身的隔热性能不会被抵消而能够充分发挥,所以作为隔热结构体整体能够发挥高隔热性能。
而且,在上述结构的隔热结构体中,能够利用第二隔热层的真空隔热构件20A来覆盖作为第一隔热层和第二隔热层的主体的粉末隔热材料32的外侧的大致整个表面。由此,存在粉末隔热材料32的区域被真空隔热构件20A隔热。所以跨第一隔热层和第二隔热层大部分的区域能够大幅降低其气氛温度,由此能够相对地提高粉末隔热材料32本身的隔热性能。结果是根据本实施方式的结构,通过真空隔热构件20A的高隔热性能和粉末隔热材料32的隔热性能的协同效应,能够进一步提高隔热结构体的隔热性能。
另外,从真空隔热构件20A来看,位于隔热结构体的外侧的真空隔热构件20A和在内部保持LNG的第一槽(一次膜113)之间,从第一隔热层至第二隔热层的区域形成有粉末隔热材料32厚的层。所以能够大幅降低来自物质保持空间的冷温传递到真空隔热构件20A。由此,真空隔热构件20A的外包覆材料22难以受到冷温的影响,所以能有效抑制由于低温导致外包覆材料22的机械强度下降而导致脆化或由于热收缩导致破损。结果是不仅能够减轻隔热性能的下降还能够长期保持隔热性能。
另外,在本发明中,外包覆材料22(和构成外包覆材料22的层叠片220)的脆化或破损等机械强度的下降通过外包覆材料22的拉伸强度测定来评价。具体而言,依照JIS K7124和ISO 527-3,在拉伸速度100mm/分钟的条件下,暴露在常温或低温环境下,测定测定对象样品(外包覆材料22或层叠片220等)的拉伸强度,基于低温环境下的拉伸强度相比常温环境下的拉伸强度下降多少程度来进行评价。另外,低温环境在-100℃的情况下通过混合乙醇、液氮和干冰进行调整而实现,在-196℃的情况下通过液氮实现即可。
另外,介于真空隔热构件20A和第一槽之间的粉末隔热材料32厚的层,如上所述,隔着第二槽(二次膜115)被分为第一隔热层和第二隔热层。这些隔热层由木制的隔热箱(一次隔热箱114和二次隔热箱116)构成,所以各隔热箱之间存在空气的层。因此,粉末隔热材料32的层形成为物质上的连续性被隔绝的多层结构。换言之,一次隔热箱114内的粉末隔热材料32和二次隔热箱116内的粉末隔热材料32不是连续填充的,而是被箱状框体31、封闭板34、二次膜115分开。由此,冷温无法顺畅通过粉末隔热材料32厚的层,所以泄漏到真空隔热构件20A的冷温大幅减少。结果是,能够有效抑制真空隔热构件20A的外包覆材料22的脆化或破损,所以能够长期保持隔热结构体和隔热容器的隔热性能。
另外,在图1A所示的LNG输送罐船100中,一般使用LNG的蒸发气体(BOG)作为燃料,而作为这种LNG输送罐船100的船内罐110,如果使用本实施方式的隔热容器或隔热结构体,则因优异的隔热性能能够抑制蒸发气体的产生,并且能够抑制作为蒸发气体的燃料的使用量,所以能够提高经济性。另外,另外,在蒸发气体再液化的情况下,也能够抑制蒸发气体的产生本身,所以能够减少伴随再液化的能量损失。
进而,在本实施方式中,作为真空隔热构件20A,能够采用广泛用于各种冷冻设备等的隔热材料。另外,作为粉末隔热材料32使用的珠光体也能廉价地提供。因此,制造本实施方式的隔热容器和隔热结构体时,能够抑制成本的增大。
另外,在本实施方式中,隔热容器(或隔热结构体)采用在第一槽(内槽)和第二隔热层内的真空隔热构件20A之间设置第一隔热层和第二槽(中间槽)的结构,但本发明不限于此。例如在本实施方式中为,由第一槽和第一隔热层构成的“隔热槽结构”和由第二槽和第二隔热层构成的“隔热槽结构”的二层结构,但也可以是在第二隔热层和第一槽之间设置一个以上的“隔热槽结构”的三层以上的结构。
(实施方式2)
上述实施方式1中使用的真空隔热构件20A在外侧面和内侧面使用相同结构的外包覆材料22,但本发明不限于此,例如如图5所示,也可以构成为,外包覆材料22中构成内侧面的内侧外包覆材料的低温耐性比构成外侧面的外侧外包覆材料高。在本实施方式2中,参照图5对这种结构的真空隔热构件20B进行说明。
例如,图5所示的真空隔热构件20B基本上与上述实施方式1中说明的真空隔热构件20A同样(参照图4),图中上侧的外侧层叠片220A与上述实施方式1中说明的层叠片220同样,是尼龙膜制的表面保护层221、铝箔制的阻气层222、低密度聚乙烯膜制的热熔接层223的三层结构。
与此不同,图中下侧的内侧层叠片220B中,表面保护层221和热熔接层223与外侧层叠片220A相同,但采用了由铝蒸镀层构成的低温耐性阻气层226来替代铝箔制的阻气层222。或者,虽未图示,内侧层叠片220B也可以是将铝箔制的阻气层222多层化的结构。
真空隔热构件20A的内侧面虽设置有粉末隔热材料32,但受到来自保持在一次膜113的内侧的低温物质的非常低的冷温的影响。于是,构成内侧面的内侧层叠片220B(内侧外包覆材料)构成为其低温耐性比构成外侧面的外侧层叠片220A(外侧外包覆材料)高。例如,铝蒸镀层或多层化的铝箔与单层的铝箔相比,低温耐性更加优异。由此,内侧外包覆材料的低温耐性提高,所以能够良好地抑制真空隔热构件20B的内侧面的脆化。
另外,单层的铝箔与铝蒸镀层相比廉价,与多层化的铝箔相比,单层的铝箔能够由更少的材料形成。所以外侧外包覆材料可以由比内侧外包覆材料廉价的材料构成或者由少量的材料构成。因此,能够有效抑制真空隔热构件20B的制造成本的增大。
另外,铝蒸镀层或多层化的铝箔与单层的铝箔相比,隔热性能也高。因此,真空隔热构件20B中,能够提高内侧面的隔热性能,所以能够提高隔热容器整体的隔热性能。
(实施方式3)
在上述实施方式1中,作为第一隔热层和第二隔热层使用了填充有珠光体等粉末隔热材料32的隔热箱,但本发明不限于此,也可以使用将发泡体成形为板状的隔热板来替代粉末隔热材料32。在本实施方式3中,参照图6,对使用这种隔热板的隔热结构体进行具体说明。
[隔热结构体的结构]
图6所示的隔热结构体中,第一隔热层由隔热板36构成,第二隔热层由隔热板37和真空隔热构件20A构成。隔热板36、37例如由苯乙烯泡沫(发泡苯乙烯)、聚氨酯泡沫、酚醛泡沫等发泡树脂类的隔热性材料或者填充到隔热框的玻璃棉、珠光体等无机类的隔热性材料构成。当然也可以由这些以外的公知的隔热性材料构成。在本实施方式中,隔热板36、37是发泡苯乙烯制的。另外,这些隔热性材料除了玻璃棉之外均为发泡体,所以为了便于说明,将隔热板36、37称作“发泡体隔热板36、37”。
发泡体隔热板36、37的厚度没有特别限制。图6所示的结构中,第一隔热层和第二隔热层的厚度在同等程度,所以单独构成第一隔热层的发泡体隔热板36的厚度设得较大,与真空隔热构件20A一起构成第二隔热层的发泡体隔热板37的厚度设得较小即可。发泡体隔热板36、37的具体厚度能够基于第一隔热层和第二隔热层的厚度适当设定。
本实施方式的隔热结构体的结构基本上与上述实施方式1的隔热结构体同样。因此,在作为容器壳体且外槽的船体111的内侧形成有作为第二隔热层的真空隔热构件20A和发泡体隔热板37的层,在发泡体隔热板37的内侧设置有作为中间槽(第二槽)的二次膜115,在二次膜115的内侧形成有作为第一隔热层的发泡体隔热板36的层,在发泡体隔热板36的内侧设置有作为内槽(第一槽)的一次膜113。
此处,构成第二隔热层的真空隔热构件20A在发泡体隔热板37的外侧且船体111的内侧相邻配置,但真空隔热构件20A彼此以其缘部的端面彼此对接的形式相邻配置。真空隔热构件20A的外周如上所述形成为鳍状的密封部24,但该密封部24配置成折入到作为更低温侧的内侧。因此,密封部24位于真空隔热构件20A的主体与发泡体隔热板37之间。
另外,在本实施方式中,设置在第二隔热层的外侧的真空隔热构件20A覆盖由发泡体隔热板36、37形成的层(第一隔热层和第二隔热层的内侧)的大致整个面。此处所指的大致整个面不限于100%,是指第二隔热层的外侧面的85%以上,优选为90%以上,进一步优选为95%以上,特别优选为98%以上。
另外,在本实施方式中,构成第二隔热层的真空隔热构件20A彼此的对接部位的位置、构成第二隔热层的发泡体隔热板37彼此的对接部位的位置和构成第一隔热层的发泡体隔热板36彼此的对接部位的位置均不同。具体而言,假定从隔热容器的内侧(物质保持空间)向外侧作投影图时,外侧的真空隔热构件20A彼此的对接部位不与内侧的发泡体隔热板37彼此的对接部位的位置重叠而错开,发泡体隔热板37彼此的对接部位不与内侧的发泡体隔热板36的对接部位的位置重叠而错开。
这种对接部位的位置错开的结构也可以表述为:真空隔热构件20A彼此的对接部位位于从内侧的发泡体隔热板37彼此的对接部位的延长线上错开的位置,发泡体隔热板37彼此的对接部位位于从内侧的发泡体隔热板36彼此的对接部位的延长线上错开的位置。另外,第二隔热层为由真空隔热构件20A构成的“真空隔热层”和由发泡体隔热板37构成的“发泡隔热层”的二层结构时,真空隔热构件20A彼此的对接部位能够表述为“真空隔热层的接缝”,发泡体隔热板37彼此的对接部位能够表述为“发泡隔热层的接缝”。同样,发泡体隔热板36彼此的对接部位能够表述为“第一隔热层的接缝”(或作为第一隔热层的发泡隔热层的接缝)。
在本实施方式中,发泡体隔热板36彼此的对接部位、发泡体隔热板37彼此的对接部位以及真空隔热构件20A彼此的对接部位填充有填充隔热材料14。填充隔热材料14为了确保发泡体隔热板36、37和真空隔热构件20A的对接部位彼此的隔热性而填充在这些对接部位的间隙中。
在本实施方式中,作为填充隔热材料14,使用纤维的直径低于1μm的微玻璃棉,但不限于此,只要是具有隔热性、柔软且富有伸缩性的材料即可。具体而言,例如,可以列举软质聚氨酯、含有加强成分的酚醛泡沫、含有加强成分的聚氨酯泡沫等。如果是含有加强成分的树脂泡沫,能够实现接近一次膜113(内槽、第一槽)或二次膜115(中间槽、第二槽)的线膨胀系数的膨胀行为。
另外,即使因外部空气的温度变化,真空隔热构件20A伸缩,真空隔热构件20A彼此的间隙发生变化,由此填充隔热材料14也能够伸缩。由此,实质上避免了填充隔热材料14限制真空隔热构件20A的伸缩,能够有效抑制外包覆材料22的龟裂破损等。
[隔热结构体的隔热作用]
接着,对上述结构的隔热结构体的隔热作用进行具体说明。如上所述,本实施方式的隔热结构体也与上述实施方式1同样,具有如下结构,即包括设置在第一槽(一次膜113)与第二槽(二次膜115)之间的第一隔热层(发泡体隔热板36)和设置在第二槽的外侧的第二隔热层(真空隔热构件20A和发泡体隔热板37)。
在该隔热结构体中,构成第二隔热层的真空隔热构件20A以位于覆盖第一隔热层的周围的位置的方式设置在发泡体隔热板37的外侧。因此,来自物质保持空间的冷温即便到达第二隔热层,也被设置在该第二隔热层的内部外侧的真空隔热构件20A遮挡,由此,能够大幅降低热迁移至隔热容器的外部(外部空气)。
而且,与上述实施方式1的隔热结构体相比不利用箱状框体31,所以只需将真空隔热构件20A和发泡体隔热板36、37排列铺满,就能够形成第一隔热层和第二隔热层。由此能够避免隔热容器的制造过程的复杂化。另外,因为不存在箱体框体31,所以能够避免经由箱状框体31(进一步是分隔体35等)的冷温的传热(热迁移)。因此能够实现更高的隔热性能。另外,真空隔热构件20A本身与发泡体隔热板36、37相比隔热性能优异,所以本实施方式的隔热结构体单纯地与仅有发泡体隔热板36、37的结构相比,也能够大幅提高隔热性能。
另外,真空隔热构件20A配置在第二隔热层的外侧,所以真空隔热构件20A本身的隔热性能不会被抵消而能够充分发挥,所以作为隔热结构体整体能够发挥高隔热性能。另外,存在发泡体隔热板36、37的区域能够被真空隔热构件20A隔热,由此能够相对地提高发泡体隔热板36、37本身的隔热性能。结果是根据本实施方式的结构,通过真空隔热构件20A的高隔热性能和发泡体隔热板36、37的隔热性能的协同效应,能够进一步提高隔热结构体的隔热性能。
另外,与上述实施方式1同样,真空隔热构件20A与第一槽(一次膜113)之间,设有由发泡体隔热板36、37构成的厚的层。该层能够视为单一的“发泡隔热层”,但隔着第二槽(二次膜115)被分离为第一隔热层和第二隔热层,所以能够视为物质上的连续性被隔绝的多层结构。由该多层结构,冷温无法顺畅地经发泡体隔热板36、37厚的层传递,所以能够大幅降低泄漏到真空隔热构件20A的冷温。结果是,能够有效抑制真空隔热构件20A的外包覆材料22的脆化或破损,所以能够长期保持隔热结构体和隔热容器的隔热性能。
另外,本实施方式中,真空隔热构件20A彼此的对接部位、发泡体隔热板36彼此的对接部位和发泡体隔热板37彼此的对接部位的位置均不重叠而错开。因此,发泡体隔热板36彼此的对接部位(第一隔热层的接缝)隔着二次膜115被发泡体隔热板37覆盖,发泡体隔热板37彼此的对接部位(第二隔热层的发泡隔热层的接缝)被真空隔热构件20A覆盖。因此,能够有效抑制冷温从第一隔热层的接缝或第二隔热层的发泡隔热层的接缝泄漏。
而且,在本实施方式中,真空隔热构件20A的鳍状的密封部24被折入到内侧,所以能够有效抑制经由鳍状的密封部24发生的冷温的泄漏。另外,真空隔热构件20A的芯材21使用玻璃纤维等无机纤维,或者设置覆盖真空隔热构件20A的主体的难燃层225,或者在密封部24的外周部设置难燃性的密封部保护层27,由此能够提高真空隔热构件20A的难燃性。由此即使外部发生火灾,也能够利用真空隔热构件20A的难燃性有效抑制向隔热容器内的延烧。
另外,在本实施方式中,在真空隔热构件20A彼此的对接部位、发泡体隔热板36彼此的对接部位和发泡体隔热板37彼此的对接部位填充有填充隔热材料14。由此,能够进一步抑制来自物质保持空间内的冷温经由接缝泄漏到外部空气。结果是,能够有效利用真空隔热构件20A的隔热性能并且能够确保隔热结构体整体的良好隔热性能。
另外,对接部位充当“发泡隔热层”或“真空隔热层”的接缝,所以冷温容易从这些接缝泄漏。此处从真空隔热构件20A看时,在发泡体隔热板36彼此的对接部位和发泡体隔热板37彼此的对接部位填充有填充隔热材料14,则减少来自这些对接部位的冷温的泄漏。因此,能够抑制外包覆材料22的低温导致的脆化,并且还能够抑制真空隔热构件20A的翘曲变形等。由此,能够长期保持真空隔热构件20A的隔热性能。
另外,真空隔热构件20A的“真空隔热构件”实质上覆盖发泡体隔热板36、37的“发泡隔热层”整体。而且,在真空隔热构件20A彼此的对接部位(“真空隔热层”的接缝)填充有填充隔热材料14,所以也能抑制经由对接部位的冷温的泄漏。因此,“真空隔热构件”(真空隔热构件20A)的优异的隔热性能能够期待相对于“发泡隔热层”的实质上与外部空气隔断传热的效果。因此,抑制“发泡隔热层”的气氛温度的上升,能够相对地提高“发泡隔热层”的隔热性能。
(实施方式4)
在本实施方式4中,参照图7A~图11,具体说明能够应用于上述实施方式1~3,且具有抑制或防止急剧变形的防爆结构的真空隔热构件20C。
[具有防爆结构的真空隔热构件]
本实施方式的真空隔热构件20C是与上述实施方式1中说明的真空隔热构件20A或在上述实施方式2中说明的真空隔热构件20B同样的结构,如图7A所示,包括芯材21、外包覆材料(外覆件)22和吸附剂23。芯材21是由无机类材料构成的纤维状的部件,以减压密闭状态(大致真空状态)封入外包覆材料22的内部。外包覆材料22是具有阻气性的袋状的部件,在本实施方式中,通过使两片的层叠片220相对而使其周围被密封部24密封,从而成为袋状。
芯材21由无机类材料构成的纤维(无机类纤维)构成即可。具体而言,例如能够列举玻璃纤维、陶瓷纤维、渣棉纤维、岩棉纤维等。另外,芯材21优选成形为板状,所以除了这些无机类纤维以外,还可以含公知的粘合剂材料、粉体等。这些材料有助于芯材21的强度、均匀性、刚性等的物性的提高。
另外,作为芯材21,也可以使用无机类纤维以外的公知的纤维,但在本实施方式中,作为一玻璃纤维等为代表的无机类纤维,使用平均纤维直径在4μm~10μm的范围内的玻璃纤维(纤维直径比较粗的玻璃纤维),进一步将这种玻璃纤维烧制而用作芯材21。
像这样,如果芯材21是无机类纤维,则能够减少在真空隔热构件20C的内部从芯材21的成分放出残留气体所致的真空度的降低。而且,如果芯材21是无机类纤维,则芯材21的吸水性(吸湿性)下降,所以能够维持真空隔热构件20C的内部的水分量较低。
另外,由于烧制无机类纤维,即便是外包覆材料22因某种影响导致破袋或破损,芯材21也不会膨胀得很大,能够保持作为真空隔热构件20C的形状。具体而言,例如不烧制无机类纤维地密封作为芯材21时,破袋时的膨胀,虽然根据各种条件而不同,但能够达到破袋前的2~3倍。与此不同,通过烧制无机类纤维,能够将破袋时的膨胀抑制在1.5倍以内。因此,通过对作为芯材21的无机类纤维实施烧制处理,能够有效抑制破袋或破损时的膨胀,提高真空隔热构件20C的尺寸保持性。
另外,无机类纤维的烧制条件没有特别限制,能够适当地使用公知的各种条件。另外,无机类纤维的烧制在本发明中是特别优选的处理,但不是必须的处理。
层叠片220在本实施方式中是依次层叠有表面保护层221、阻气层222和热熔接层223的三层的结构。表面保护层221是用于保护真空隔热构件20C的外表面(正面)的树脂层,例如利用尼龙膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯膜等公知的树脂膜,但没有特别限定。表面保护层221既可以仅由一种膜构成,也可以层叠多个膜而构成。
阻气层222是用于防止外部空气进入到真空隔热构件20C的内部的层,可以优选地利用具有阻气性的公知的膜。作为具有阻气性的膜,例如能够列举铝箔、铜箔、不锈钢箔等金属箔、对作为基材的树脂膜蒸镀了金属或金属氧化物的蒸镀膜、对该蒸镀膜的表面进而实施公知的涂敷处理的膜等,但没有特别限制。作为用于蒸镀膜的基材,可以列举聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或乙烯-乙烯醇共聚物膜等,作为金属或金属氧化物,能够列举铝、铜、氧化铝、氧化硅等,但没有特别限制。
热熔接层223是用于使层叠片220彼此相对贴合的层,并且也作为保护阻气层222的表面的层发挥作用。即,阻气层222的一方的面(外表面、正面)被表面保护层221保护,但另一方的面(内表面、背面)被热熔接层223保护。在真空隔热构件20C的内部封入有芯材21和吸附剂23,所以这些内部的物体对阻气层222的影响能够被热熔接层223防止或抑制。作为热熔接层223能够列举例如低密度聚乙烯等热可塑性树脂构成的膜,但没有特别限制。
另外,层叠片220也可以包括表面保护层221、阻气层222和热熔接层223以外的层。另外,阻气层222和热熔接层223与表面保护层221同样,既可以仅由一种膜构成,也可以层叠多个膜而构成。即,层叠片220只要满足如下条件,其具体结构就没有特别限制:一对面(正反面)中一方的面为热熔接层223;以及多层结构中具有阻气层222(或者多层结构中任一层具有阻气性)。
在本实施方式中,层叠片220在使热熔接层223彼此相对地配置两片的状态下使周缘部的大部分热熔接,从而形成为袋状的外包覆材料22即可。具体而言,例如,如图8所示,将层叠片220的周缘部的一部分(图8对面左侧的上方)作为开口部25留下,将除了开口部25之外的周缘部的其余部分以包围中央部分(芯材21被收纳的部分)的方式进行热熔接即可。
吸附剂23在外包覆材料22的内部减压密封芯材21后,吸附除去从芯材21的微细的空隙等放出的残留气体(也包含水蒸气)、从密封部24等极小量进入的外部空气(也包含水蒸气)。吸附剂23的具体种类没有特别限制,但优选能够使用包括沸石、氧化钙、硅胶等公知的材料。
此处,吸附剂23优选不是具有物理吸附作用的吸附剂,而是具有化学吸附作用的吸附剂(化学吸附型),吸附剂23优选为不会因残留气体的吸附而发热的吸附剂(非发热性材料),优选为不燃性材料。
在本实施方式中,作为吸附剂23能够使用在公知的包装材内包含粉末状的ZSM-5型沸石的吸附剂。只要ZSM-5型沸石为粉末状,表面积就增大,所以能够提高气体吸附能力。
另外,从提高常温下的氮吸附特性的观点出发,在ZSM-5型沸石中尤其优选使用ZSM-5型沸石的铜位中至少50%以上的铜位为铜一价位,铜一价位中至少50%以上为配位三氧的铜一价位的ZSM-5型沸石。像这样,ZSM-5型沸石是提高了配位三氧的铜一价位率的沸石时,能够大幅提高减压下的空气的吸附量。
另外,ZSM-5型沸石时具有化学吸附作用的气体吸附剂。因此,例如即使发生温度上升之类的各种环境要因,可能对吸附剂23产生某种影响,也能够实质上防止一度吸附的气体重新放出。因此,在处理可燃性燃料等的情况下,即使因某种影响吸附剂23吸附了可燃性气体,也不会因之后的温度上升等影响下重新放出气体。结果是能够进一步提高真空隔热构件20C的防爆性。
另外,ZSM-5型沸石是不燃性的气体吸附剂,所以本实施方式的吸附剂23实质上仅由不燃性材料构成。因此,包括芯材21在内,在真空隔热构件20C的内部不使用可燃性材料,能够进一步提高防爆性。作为无机类的气体吸附剂,例如可以列举锂(Li)等,但锂是可燃性材料。而且,在本实施方式中,作为真空隔热构件20C的用途例示了LNG用的船内罐110。因此,一旦将这种可燃性材料用作吸附剂23,即便假定不至于引起大爆炸,但不言而喻,也不适合于处理LNG等可燃性燃料等的容器。
如上所述,如果吸附剂23是化学吸附型,则与物理吸附型相比,吸附的残留气体不会容易脱离,所以能够良好地保持真空隔热构件20C的内部的真空度。而且,残留气体不会逃离所以能够有效防止在外包覆材料22的内部因残留气体膨胀导致真空隔热构件20C变形的顾虑。因此,能够提高真空隔热构件20的防爆性和稳定性。
另外,如果吸附剂23是非发热性材料或不燃性材料或者满足这两者的材料,则即便外包覆材料22损伤等导致异物进入内部,也能够避免吸附剂23发热或燃烧的顾虑。因此,能够提高真空隔热构件20C的防爆性和稳定性。
另外,如上所述,作为吸附剂23,优选为将残留气体化学吸附的化学吸附型、不因残留气体的吸附导致发热的非发热性或者化学吸附型且非发热性的结构,但该结构与后述的真空隔热构件20C的防爆结构的结构例2对应。
真空隔热构件20C的具体的制造方法没有特别限制,能够适当的使用公知的制作方法。在本实施方式中,如上所述,通过将两片的层叠片220重合以形成开口部25的方式将周缘部热熔接,从而得到袋状的外包覆材料22。因此,如图8所示,从开口部25向外包覆材料22的内部插入芯材21和吸附剂23,例如在减压腔室等减压设备内减压即可。由此,从开口部25,袋状的外包覆材料22的内部(袋内部)被充分减压而成为大致真空状态。
然后,与其他的周缘部同样,开口部25也通过热熔接密闭密封,就能得到真空隔热构件20C。另外,热熔接、减压等各条件没有特别限制,能够适当采用公知的各种条件。另外,外包覆材料22不限于使用两片的层叠片220的结构。例如也能够将一片层叠片220一半折弯,将两方的侧缘部热熔接,就能够得到具有开口部25的袋状的外包覆材料22。或者也可以将层叠片220成形为筒形,密封一方的开口部。
无论是何种,在本实施方式中,外包覆材料22,就开口部25而言,具有其内表面为热熔接层223的开口部25即可。由此,通过在将热熔接层223彼此接触的状态下进行热熔接,能够密封开口部25。因此,只要在减压后密封开口部25就能密封袋内部。
将外包覆材料22的周缘部热熔接而得到的密封部24,如图7B所示,只要为相对的热熔接层223彼此相互熔接而形成熔接部位的结构即可。此处,在本实施方式中,密封部24如图7B所示,优选至少包含多个薄壁部241,更加优选包含厚壁部242。薄壁部241是与只是重合而已的热熔接层223的厚度相比热熔接层223彼此的熔接部位的厚度较小的部位,而厚壁部242是热熔接层223彼此的熔接部位的厚度较大的部位。密封部24至少包括薄壁部241,从而外部空气等更难以从密封部24进入真空隔热构件20C的内部。
在外包覆材料22的周缘部,露出有热熔接层223的极小端面,因此外部空气有可能通过密封部24进入。外包覆材料22的阻气层222并不能够完全隔断外部空气的进入,但与热熔接层223相比,气体(含水蒸气)的透过性极低。因此,进入真空隔热构件20C的内部的外部空气的大部分能够视为通过了密封部24。
只要密封部24包括薄壁部241,就能够增大从热熔接层223的端面进入的外部空气的透过阻力。因此,能够有效抑制外部空气的进入,并且能够降低进入外包覆材料22的内部的外部空气膨胀导致真空隔热构件20C变形的可能性。另外,如图7B所示,只要以薄壁部241位于厚壁部242之间的方式交替配置厚壁部242和薄壁部241,就能够提高密封部24的强度,并且有效抑制薄壁部241成为热桥(heat bridge)所致的阻气层222彼此之间的热传导。
另外,包含多个薄壁部241和厚壁部242的密封部24的形成方法等没有特别限制。代表性的形成方法可以列举专利文献1公开的方法。另外,薄壁部241和厚壁部242的个数也没有特别限制,虽然根据作为密封部24的周缘部的宽度而不同,但薄壁部241为4~6个即可。
[防爆结构的具体结构]
本实施方式的真空隔热构件20C具有当在外包覆材料22的内部残留气体膨胀时抑制或防止该真空隔热构件20C的急剧变形的防爆结构。具体的防爆结构没有特别限制,但代表性地,例如可以列举如下:结构例1:包覆真空隔热构件20C的发泡树脂层11形成为在发泡后不残留有机类发泡剂的结构;结构例2:与芯材21一起被封入到外包覆材料22的内部的吸附剂23为化学吸附残留气体的化学吸附型或不会因残留气体的吸附导致发热的非发热性或者化学吸附型且非发热性的结构;或者结构例3:外包覆材料22具有使残留气体释放到外部缓和膨胀的膨胀缓和部的结构等。
结构例1与后述的真空隔热构件板的变形例一起说明。另外,结构例2相当于上述的吸附剂23优选的例子,所以省略具体说明。下面对结构例3的膨胀缓和部进行具体说明。膨胀缓和部的具体结构没有特别限制,但代表性地,可以列举图9和图10所示的止回阀26A、26B或图11所示的强度下降部位243。
例如,图9所示的止回阀26A具有封闭设置在外包覆材料22的一部分的阀孔260的帽状的结构。阀孔260设置成贯通外包覆材料22的内外,帽状的止回阀26A由橡胶等弹性材料构成。通常,阀孔260被止回阀26A封闭,所以实质上防止外部空气进入外包覆材料22的内部。即使因周围的温度变化外包覆材料22收缩、随此阀孔260的内径发生变化,也因止回阀26A由弹性材料构成,因此仍能够良好地封闭阀孔260。万一残留气体在外包覆材料22的内部膨胀的情况下,随着内压的上升,止回阀26A很容易从阀孔260脱开,使残留气体释放到外部。
另外,如图10所示的止回阀26B是封闭形成在外包覆材料22的一部分的切入部261的结构的阀状结构。具体而言,止回阀26B包括:作为阀体发挥作用的外侧部位262、作为阀座发挥作用的内侧部位263和粘接以不使外侧部位262从内侧部位263剥离的粘接层264。外侧部位262是以覆盖形成在外包覆材料22的切入部261之上的方式外包覆材料22的一部分带状延伸的形状。内侧部位263是与切入部261相邻的外包覆材料22的一部分,与外侧部位262重合。
通常,作为阀体的外侧部位262就座于作为阀座的内侧部位263,封闭作为阀孔的切入部261。此时,带状的外侧部位262通过粘接层264与内侧部位263粘接,所以能够避免外侧部位263被卷起,能维持稳定的就座状态(封闭状态)。由此,能实质上防止外部空气进入外包覆材料22的内部。万一在外包覆材料22的内部残留气体膨胀时,粘接层264轻度地粘接外侧部位262和内侧部位263,所以随着内压的上升,作为阀体的外侧部位262很容易从作为阀座的内侧部位263卷起。由此,内部的残留气体释放到外部。
另外,图11所示的强度下降部分243是在密封部24中热熔接层223彼此的熔接部位240的一部分的熔接面积小的部位。图11中,在示意性性平面图和上下的局部截面图中,熔接部位240均示出为涂黑的区域。标准的密封部24中,如图11的上方的局部截面图所示,熔接部位240以遍及密封部24整体的方式形成。另一方面,强度下降部位243中,如图11的下方的局部截面图所示,密封部24的内侧(芯材21侧)没有被熔接,所以熔接面积比其他的密封部24小。
强度下降部位243是密封部24的熔接部位240的一部分,所以将作为外包覆材料22的层叠片220彼此重叠密封。因此,外部空气基本上不能从密封部24进入外包覆材料22的内部。万一在外包覆材料22的内部残留气体膨胀时,内压的上升导致的压力容易集中在强度下降部位243。由此,构成熔接部位240的热熔接层223彼此剥离,残留气体释放到外部。
此处,强度下降部位,不限于如图11所示的强度下降部位243那样局部地减小熔接部位240的熔接面积的结构,熔接面积即便相同,也只要能够部分地降低熔接强度的结构即可。例如,当加热熔接热熔接层223彼此时,仅将一部分的所施加的热量减小,使熔接部位240的熔接的程度较弱即可。或者,强度下降部位也可以设置在熔接部位240级热熔接层223彼此的熔接部位以外。例如,也可以在构成层叠片220的热熔接层223和阻气层222之间形成局部地降低层叠强度的部位,而作为强度下降部位。
另外,也可以将热熔接层223的一部分的材料采用与其他部位相比熔接强度低的材料,形成强度下降部位。例如,作为热熔接层223,如上所述,优选能够使用低密度聚乙烯,但热熔接层223的一部分也可以采用高密度聚乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、或者非晶聚对苯二甲酸乙二醇酯等。这些高分子材料的熔接强度比低密度聚乙烯低,所以能够优选用于强度下降部位的形成。
或者,作为强度下降部位的形成方法,也能够采用局部地使热熔接层223彼此的熔接部位240的厚度减小、在热熔接层223的作为熔接部位240的区域的一部分设置粘接强度小的粘接剂、在层叠片220的作为密封部24的区域局部地剥离热熔接层223将阻气层222彼此直接热熔接的结构。
在本实施方式中,真空隔热构件20C(或内含其的真空隔热构件板10)设置在最外层的二次隔热箱116,所以万一发生事故等时,真空隔热构件20C(或真空隔热构件板10)有可能暴露在严酷的环境中。这种情况下,有可能因真空隔热构件20C暴露在严酷的环境导致内部的残留气体膨胀等。与此不同,当真空隔热构件20C具有如上所述的膨胀缓和部时,位于最外层的真空隔热构件20C即使暴露在严酷的环境中导致内部的残留气体膨胀,也能够有效避免真空隔热构件20C的变形。因此,真空隔热构件20C的防爆性和稳定性能够得到进一步提高。
(实施方式5)
在上述实施方式1~4中,在二次隔热箱116中,使用了真空隔热构件20A、20B或20C,但本发明不限于此,也可以真空隔热构件20A~20C本身构成为隔热板。在本实施方式5中,参照图12A、图12B、图13A、图13B,对将上述实施方式4中说明的真空隔热构件20C隔热板化的结构进行具体说明。
[真空隔热构件板]
在本实施方式中,二次隔热箱116所具有的真空隔热构件板10利用上述的真空隔热构件20C(或真空隔热构件20A、20B)构成。具体而言,如图12A和图12B所示,真空隔热构件板10是利用发泡树脂层11完全包覆真空隔热构件20C的外包覆材料22得到的。
发泡树脂层11由聚氨酯或聚苯乙烯等公知的发泡树脂构成即可,但优选由含有聚苯乙烯的苯乙烯类树脂组成物构成。此处所指的苯乙烯类树脂组成物是作为树脂成分含有聚苯乙烯或苯乙烯类共聚物的即可。聚苯乙烯是仅将苯乙烯作为单体聚合得到的聚合物,作为苯乙烯类共聚物,既可以是将具有与苯乙烯同样的化学结构的化合物(苯乙烯类化合物)作为单体聚合的聚合物,也可以是将多种苯乙烯类化合物共聚得到的共聚物,还可以是将苯乙烯类化合物(含苯乙烯)与其他单体化合物共聚得到的共聚物。
此处,作为聚合物类化合物,除了苯乙烯之外,还能够列举:o-甲基苯乙烯、m-甲基苯乙烯、p-甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、t-丁基甲苯、二乙烯基苯等,不过没有特别限制。另外,苯乙烯类共聚物只要是作为单体成分使用苯乙烯类化合物(含苯乙烯)的聚合物即可,所以如上所述,也可以含有苯乙烯类化合物以外的单体化合物,但一般来说,所有的单体成分中,苯乙烯类化合物含有50摩尔%以上即可。苯乙烯类化合物以外的单体化合物的具体种类没有特别限定,能够优选使用能与苯乙烯共聚的公知的化合物(例如,乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、2-甲基-丙烯等烯烃类化合物)。
另外,作为用于苯乙烯类树脂组成物的树脂成分,聚苯乙烯或苯乙烯类共聚物(统称为苯乙烯类树脂)至少使用一种即可,但也可以使用两种以上的苯乙烯类树脂。而且作为树脂成分,除了苯乙烯类树脂外,还可以并用公知的树脂、例如聚烯烃或烯烃共聚物等烯烃类树脂。此时,发泡树脂层11所含的所有的树脂成分中,苯乙烯类树脂为50重量%以上即可。
另外,苯乙烯类树脂组成物中除了树脂成分以外也可以含有公知的添加剂。作为添加剂,具体而言,例如能够列举填充剂、滑剂、离型剂、可塑剂、防氧化剂、难燃剂、紫外线吸收剂、防带电剂、加强剂等,但没有特别限制。另外,发泡树脂层11的形成中使用下述的有机类发泡剂,但在本说明书中,有机类发泡剂不被包含在此处所说的添加剂中。
苯乙烯类树脂组成物,如上所述含有公知的有机类发泡剂。作为有机类发泡剂,具体而言例如能够列举丙烷、n-丁烷、异丁烷、n-戊烷、异戊烷、新戊烷、环戊烷、己烷等饱和烃;二甲醚、二乙醚、甲乙醚等醚化合物;氯甲烷、二氯甲烷、二氯二氟甲烷等卤代烃等,但没有特别限制。这些有机类发泡剂既可以仅使用一种,也可以适当组合两种以上来使用。它们之中尤其优选使用n-丁烷等饱和烃。
发泡树脂层11的形成方法没有特别限制,利用公知的方法将苯乙烯类树脂和其他成分以及有机类发泡剂混合调制苯乙烯类树脂组成物,将所得到的苯乙烯类树脂组成物和真空隔热构件20C收纳在真空隔热构件板10的成型模中,使有机类发泡剂发泡即可。此时,在成形模内,利用公知的方法填充苯乙烯类树脂组成物以使真空隔热构件20C完全包覆到发泡树脂层11内即可。
苯乙烯类树脂组成物的具体形式没有特别限制,通常为发泡珠即可。即,发泡树脂层11为所谓“珠法发泡苯乙烯(EPS,Expanded Poly-Styrene)”即可。这种情况下,将发泡珠和真空隔热构件20C收纳在成形模中,通过蒸汽加热,使有机类发泡剂发泡即可。发泡树脂层11为EPS时,通过蒸汽加热,能得到发泡珠彼此相互熔接的成形体(真空隔热构件板10)。另外,作为真空隔热构件板10的发泡树脂层11例示的所述材料也能够适当地用作上述实施方式3中的发泡体隔热板36、37的材料。
所得到的真空隔热构件板10如图12A或图12B所示,是在发泡树脂层11内包含真空隔热构件20C的结构。由此,能够保护真空隔热构件20C的表面。另外,内含真空隔热构件20C的真空隔热构件板10被制造为“成形品”,其形状和尺寸能够标准化。因此,真空隔热构件板10与在外包覆材料22中收纳芯材21的结构的真空隔热构件20C相比,能够提高作为“隔热材料”的尺寸精度。
而且,在本发明中,真空隔热构件10应用于如图1A和图1B等所示的船内罐110等隔热容器中,但通过保护真空隔热构件板10的表面,能够提高隔热容器本身的可靠性。
例如,在本实施方式中,真空隔热构件板10,如图2所示,在二次隔热箱116内设置于外侧的位置。这是为了通过将隔热性能优异的真空隔热构件20C配置在隔热容器(船内罐110)的最外层,有效抑制热量从外部进入。此处,在LNG输送罐船100中,针对船内罐110,要求符合国际海事机关(IMO)制定的“国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则”(IGCcode)的必要条件。
在IGC规则中,针对膜方式的船内罐110,考虑到船舶的碰撞或触礁等导致的船体111的损伤,要求完全二次防护壁。此处,万一船体111受到损伤的情况下,作为船内罐110的最外层的二次隔热箱116第一个接触海水。因此,在二次隔热箱116内位于外侧的真空隔热构件20C也要求能够耐受海水的接触的耐久性。
用于真空隔热构件20C的外包覆材料22的层叠片220基本上为树脂制,但阻气层222如上所述使用金属箔或金属蒸镀膜。一般来说金属一接触到海水就容易被海水中所含的各种离子等腐蚀。在本实施方式中,真空隔热构件板10是利用发泡树脂层11完全包覆真空隔热构件20C的结构,所以海水即使进入船体111内,也能够通过发泡树脂层11有效避免海水接触到真空隔热构件20C。
另外,真空隔热构件板10如图12A和图12B所示,不是仅由发泡树脂层11构成,而是在内部具有真空隔热构件20C,所以隔热性非常优异。因此,不会降低隔热性能,还能够比现有技术减小二次隔热箱116的厚度(即“隔热槽结构”的厚度)。由此,能够减少船内罐110的制造成本。
而且,发泡树脂层11保护真空隔热构件20C,所以即使对真空隔热构件板10施加冲击等,也能够有效抑制真空隔热构件20C的破袋或破损等。因此,真空隔热构件板10不仅给真空隔热构件20C赋予对海水等异物或制造时等的严酷的环境的耐久性,还能够赋予针对物理冲击等的耐久性(耐冲击性)。结果是能够提高真空隔热构件20C的可靠性。
另外,发泡树脂层11如上所述优选使用苯乙烯类树脂组成物。一般来说,EPS与发泡聚氨酯(聚氨酯泡沫)等相比吸水性低,隔热性能的劣化速度也小。因此,与发泡树脂层11由发泡聚氨酯构成的情况相比,真空隔热构件20C的保护性能和隔热性能均更优异。另外,真空隔热构件20C的外包覆材料22具有上述的密封部24,因此真空隔热构件20C本身具有良好的耐久性。由此,真空隔热构件板10不仅能够发挥对海水的耐久性,还能对船内罐110制造时或维修时的各种环境变化,也发挥充分的耐久性。
具体而言,例如,收纳在船内罐110的LNG通常为-162℃,因此包括真空隔热构件板10(真空隔热构件20C)的“隔热槽结构”需要能够耐受-70℃~+60℃的广温度范围内的使用。另外,需要设想,在制造船内罐110时,“隔热槽结构”暴露在+110℃的水蒸气中,在维修时,暴露在+80℃的环境。
而且,在制造船内罐110时,需要高精度的膜焊接,膜的焊接部位进行目视检查以及利用氦气的泄漏检查等。泄漏检查一般在船内罐110内填充20体积%浓度的氦气加压的状态下利用检测器检测氦气从焊接部位的泄漏。氦气分子尺寸小,所以与作为空气主成分的氮和氧相比更容易进入真空隔热构件20C的内部。然而,真空隔热构件20C具有含薄壁部241和厚壁部242的密封部24,所以即使在泄漏检查时,也能够充分降低氦气进入外包覆材料22的内部的可能性。
[真空隔热构件板的变形例]
此处,如图12A示意性地所示,真空隔热构件板10的皮层10a、10b与真空隔热构件板10的内部相比,处于发泡珠被压缩固化的状态。与此不同,如图12B所示,真空隔热构件板10也可以是除去皮层10a、10b得到的。换言之,真空隔热构件板10也可以是具有除去皮层10a、10b的面的结构。由此,能够良好地从真空隔热构件板10的发泡树脂层11除去有机类发泡剂。
一般来说,在EPS成形品中,留下有机类发泡剂的,隔热性更优异。然而,有机发泡剂的存在有可能使上述的利用氦气的泄漏检查精度下降。另外,真空隔热构件板10中残留有有机类发泡剂时,LNG输送罐船100万一遭遇了事故等,有可能因有机发泡剂影响到真空隔热构件20C的稳定性。于是,除去真空隔热构件板10的皮层10a、10b。由此,发泡珠致密地固化的部位被除去,所以能够从发泡树脂层11中容易除去有机类发泡剂。结果是,能够有效抑制EPS成形品的内部残留有机类发泡剂的可能性。即,皮层10a、10b的除去与真空隔热构件20C的防爆结构的结构例1对应。
另外,被除去的皮层10a、10b至少是外表面(正面和背面)的皮层10a(外表面皮层10a)即可,也可以除外表面皮层10a以外还除去真空隔热构件板10的侧面的皮层10b。除去皮层10a、10b的方法利用用于EPS的切断的公知的切割机等切除皮层10a、10b即可。另外,除去皮层10a、10b后,除去有机类发泡剂的方法没有特别限制,采用以规定温度和规定时间加热真空隔热构件板10等公知的方法即可。
此处,关于是否切除了皮层10a、10b,只需比较发泡树脂层11的任一表面与另一表面,就能容易确认。具体而言,皮层10a、10b和发泡树脂层11的内部,发泡珠的密度、发泡珠的硬度、表面粗糙度等各条件明显不同。因此,只要是本领域技术人员,足以能够确认发泡树脂层11的表面是皮层10a、10b还是切除后的内部层。
另外,作为防爆结构的结构例1的“包覆真空隔热构件20C的发泡树脂层11形成为在发泡后不残留有机类发泡剂的结构”不仅限于除去皮层10a、10b。在本实施方式中,发泡树脂层11通过对含有有机类发泡剂的原料加热使其发泡而形成,所以只要在发泡后能够利用公知的方法除去有机类发泡剂,就能够实现防爆结构的结构例1。
另外,如图13A或图13B所示,在真空隔热构件板10内,真空隔热构件20C和发泡树脂层11也可以被粘接而一体化。由此,即使真空隔热构件板10暴露在高温而导致真空隔热构件20C热膨胀,也能抑制发泡树脂层11和真空隔热构件20C之间产生间隙的顾虑。因此,能够提高真空隔热构件板10的耐久性和稳定性。
例如,也可以是如图13A所示,真空隔热构件20C和发泡树脂层11通过涂敷在真空隔热构件20C的表面的粘接剂12粘接的结构,或者如图13B所示,用于外包覆材料22的层叠片220的最外层为由具有热熔接性的树脂构成的“热熔接表面保护层224”且该热熔接表面保护层224作为粘接剂发挥作用的结构。
粘接剂12或热熔接表面保护层224的具体种类没有特别限制,与热熔接层223同样能够使用低密度聚乙烯等。此处,粘接剂12或热熔接表面保护层224优选具有80℃以上的耐热性。由此能够应对船内罐110制造时或维修时的大幅的温度变化。
另外,使粘接剂12或热熔接表面保护层224熔融,使真空隔热构件20C和发泡树脂层11粘接的方法没有特别限制。例如,如果是利用粘接剂12,则只要将粘接剂12涂敷在真空隔热构件20C(外包覆材料22)的外表面,利用作为发泡树脂层11的原料的苯乙烯类树脂组成物(优选一例为发泡珠)包覆真空隔热构件20C的状态下加热,使苯乙烯类树脂组成物发泡,同时使粘接剂12熔融即可。另外,在采用热熔接表面保护层224的情况下,只要在利用苯乙烯类树脂组成物包覆真空隔热构件20C的状态下加热,使苯乙烯类树脂组成物发泡,同时使热熔接表面保护层224熔融即可。因此,粘接剂12或热熔接表面保护层224只要由发泡树脂层11的原料的加热温度下熔融的材料构成即可。
(实施方式6)
上述实施方式1~5的隔热容器是设置在LNG输送罐船100的船内罐110,但本发明不限于此,例如也可以是陆上设置的LNG罐。在本实施方式6中,参考图14和图15对这种LNG罐进行说明。
图14示出地上式LNG罐120。该地上式LNG罐120在混凝土结构体121的内部设置有具有双重的“隔热槽结构”的罐主体,其上表面被屋顶部122密闭。罐主体从内侧起依次为内槽123、内侧隔热层124、中间槽125和外侧隔热层126的层叠结构,由内槽123和内侧隔热层124构成内侧的“隔热槽结构”,由中间槽125和外侧隔热层126构成外侧的“隔热槽结构”。
混凝土结构体121例如由预应力混凝土构成,设置在地面50上。混凝土结构体121是支承地上式LNG罐120的罐主体的结构的支承体,但罐主体一旦破损,也能够作为防止内部的LNG漏出的阻挡层发挥作用。
内槽123例如是由低温用的钢材构成的耐压槽,中间槽125例如是由常温用的钢材构成的槽。夹持于内槽123与中间槽125之间的内侧隔热层124,例如由珠光体等粉末隔热材料32构成。另一方面,夹持于混凝土结构体121与中间槽125之间的外侧隔热层126,由上述实施方式1中说明的真空隔热构件板10(图12A、图12B或图13A、图13B)构成。
屋顶部122在本实施方式中实质上与罐主体一体化。因此,屋顶部122与罐主体同样,由内槽123、内侧隔热层124、中间槽125和外侧隔热层126(即真空隔热构件板10)构成。另外,图10中,作为外侧隔热层126的真空隔热构件板10以直接露出的方式示出,但也可以另外层叠有用于保护真空隔热构件板10的保护层。
图15示出地下式LNG罐130。该地下式LNG罐130也与地上式LNG罐120同样在混凝土结构体131的内部设置有具有双重的“隔热槽结构”的罐主体,其上表面被屋顶部132密闭。罐主体从内侧起依次为膜内槽133、内侧隔热层134、膜中间槽135和外侧隔热层136的层叠结构,由膜内槽133和内侧隔热层134构成内侧的“隔热槽结构”,由膜中间槽135和外侧隔热层136构成外侧的“隔热槽结构”。
混凝土结构体131也与地上式LNG罐120的混凝土结构体121同样,例如由预应力混凝土构成,以其大部分位于地面50的下方的方式设置在地中。混凝土结构体131是支承地下式LNG罐130的罐主体的结构的支承体,并且作为防止LNG漏出以备罐主体万一破损的阻挡层发挥作用。
膜内槽133和膜中间槽135与上述实施方式1的船内罐110的一次膜113和二次膜115同样,是作为用于保持以免在内部空间LNG漏出的“槽”发挥作用的金属膜。
夹持于膜内槽133和膜中间槽135之间的内侧隔热层134,也与地上式LNG罐120的内侧隔热层134同样,例如由珠光体等粉末隔热材料32构成。另外,夹持于混凝土结构体131与膜中间槽135之间的外侧隔热层136,由上述实施方式1中说明的真空隔热构件板10(图12A、图12B或图13A、图13B)构成。
屋顶部132在本实施方式中,与罐主体分开构成,所以屋顶部132的最外层与地上式LNG罐120的屋顶部122同样,设置有由真空隔热构件板10构成的外侧隔热层136,但在屋顶部132的内部设置有纤维状隔热材料33。该纤维状隔热材料33例如可以列举用作真空隔热构件20C的芯材21的无机类纤维。另外,图15中,作为外侧隔热层136的真空隔热构件板10以直接露出的方式示出,但也可以另外层叠有用于保护真空隔热构件板10的保护层。
这样,本发明的隔热容器是在容器壳体的内部包括:内部具有保持低温物质的物质保持空间的第一槽、设置在该第一槽的外侧的第一隔热层、设置在该第一隔热层的外侧的第二槽和设置在该第二槽的外侧的第二隔热层的双重的“隔热槽结构”,且为在位于最外侧的第二隔热层具有真空隔热构件板10的结构。
具体而言,如果是上述实施方式1的船内罐110,则船体111相当于容器壳体(或外槽),一次膜113相当于第一槽,一次隔热箱114相当于第一隔热层,二次膜115相当于第二槽,二次隔热箱116相当于第二隔热层,在本实施方式中,混凝土结构体121、131相当于容器壳体(或外槽),内槽123或膜内槽133相当于第一槽,内侧隔热层124或134相当于第一隔热层,中间槽125或膜中间槽135相当于第二槽,外侧隔热层126或136相当于第二隔热层。
而且,如上述实施方式1所示,第二隔热层可以由二次隔热箱116和真空隔热构件板10构成,但也可以如本实施方式那样,第二隔热层仅由真空隔热构件板10构成。反之,在上述实施方式1的船内罐110中,也只要符合IGC规则的必要条件,也可以仅由真空隔热构件板10构成第二隔热层,或者在本实施方式的地上式LNG罐120或地下式LNG罐130中,也可以并用真空隔热构件板10和其他的隔热材料构成第二隔热层。
另外,在本发明中,只要在罐主体的外侧设置有支承该罐主体的结构(或作为内容物的LNG的载荷)的结构体,则第一槽和第二槽中的至少任一者也可以由金属制的膜材构成。
例如,在上述实施方式1~5中,在船内罐110的外侧存在船体111,所以第一槽和第二槽均由膜材构成。另外,在本实施方式中,地下式LNG罐130中,混凝土结构体131埋设在地下,所以第一槽和第二槽均由膜材构成。
另外,在地上式LNG罐120中,也只要混凝土结构体121也能够支承罐主体和LNG的载荷,且满足有关LNG储藏的各种必要条件和法律规定,第一槽和第二槽中至少一者也可以由膜材构成。或者,在地下式LNG罐130中,第二槽可以不由膜材构成,而是设为由作为结构体的“槽”(例如与地上式LNG罐120的中间槽125同样)。
(实施方式7)
上述实施方式1~6中,隔热容器内保持的低温物质均为LNG,但本发明不限于此,低温物质只要是在低于常温的温度下保存的物质即可,优选为在比常温低100℃以上的温度下保持的流体。本实施方式7中,例示氢气作为LNG以外的低温物质。参照图16对液化保持氢气的氢罐的一例进行具体说明。
如图16所示,本实施方式的氢罐140是容器(container)型,基本上具有与上述实施方式1中说明的船内罐110、或者上述实施方式6中说明的地上式LNG罐120或地下式LNG罐130同样的结构。即,氢罐140在框状的槽支承体141内具有内槽143和中间槽145,在这些内槽143和中间槽145之间设置有内部隔热层144,在中间槽145的外侧设置有外部隔热层146。
因此,在本实施方式中,槽支承体141相当于容器壳体,内槽143相当于第一槽,内部隔热层144相当于第一隔热层,中间槽145相当于第二槽,外部隔热层146相当于第二隔热层。而且,如上述实施方式外侧隔热层126、136那样,作为第二隔热层的外部隔热层146由真空隔热构件板10构成即可。另外,外部隔热层146既可以仅由真空隔热构件板10构成,也可以如上述实施方式1中的二次隔热箱116那样并用真空隔热构件板10和其他隔热材料而构成第二隔热层。
另外,作为内部隔热层144,例如使用将铝等金属材料蒸镀在基材上得到的膜材层叠多个而得到的层叠隔热材料。另外,通过内槽143和中间槽145之间维持在减压的状态,内部隔热层144作为“层叠真空隔热构件”发挥作用。在本实施方式中,也可以采用上述的真空隔热构件板10来替代这种内部隔热层144。这种情况下,第一隔热层和第二隔热层两者均包含利用真空隔热构件20C构成的真空隔热构件板10。
另外,槽支承体141、内槽143、中间槽145的具体结构没有特别限制,能够采用公知的各种结构,另外,氢罐140的具体结构不限于图16所示的容器型的结构,既可以是上述实施方式1中说明的船内罐型,也可以是上述实施方式6中说明的陆上设置型的罐,还可以是其他形式的罐。
一般而言,液化氢(液体氢)是-253℃的极低温的液体,并且与LNG相比起蒸发容易度为约10倍。因此,对于液化氢,为了得到与LNG同等的蒸发损失水平,需要进一步提高隔热材料的隔热性能(热传导率小)。对此,本实施方式中,第二隔热层(外部隔热层146)使用上述的真空隔热构件板10,因此对氢罐140实现进一步的高隔热化。
另外,在本发明中隔热容器内保持的低温物质不限于LNG或氢气,只要是低于常温的温度下保存的物质(优选为比常温低100℃以上的温度下具有流动性的流体)即可。以流体为例,作为LNG和氢气以外的流体,能够列举液化石油气(LPG)、其他的烃气、或者包含这些的可燃性气体。或者也可以是在化学罐船(罐车)等中运输的各种化合物中低于常温的温度下保存的化合物。另外,在本发明中能够应用的隔热容器也可以是用于医疗或工业的低温保存容器等。另外,常温是20℃±5℃的范围内(15℃~25℃的范围内)即可。
由上述说明可知,对于本领域技术人员而言,本发明的很多改良和其他的实施方式是显而易见的。因此,上述说明应被解释为仅是示例性的,是为了教导本领域技术人员实施本发明的最优实施方式而提供的。在不脱离本发明的精神的状态下,能够实质上变更其结构和/或功能的细节。
(实施例)
基于实施例和比较例,对本发明进行更具体说明,但本发明不限于此。本领域技术人员能够在不脱离本发明的范围内,进行各种变更、修正和改变。
(平均热贯流率的计算方法)
依照JIS A 1412、ASTM C518以及ISO 8301的热流计算法,利用英弘精机株式会社(EKO Instruments Co.,Ltd.)制的热传导率测量仪(商品编号HC-074-300或HC-074-066),对在下述的比较例或实施例的隔热容器中构成隔热结构体的各隔热层的热传导率进行了测量。此时,隔热容器的内部温度设为-160℃,外部空气设为25℃。根据所得到的热传导率和各隔热层的厚度利用面积加权平均来计算了隔热结构体的平均热贯流率。
(实施例1)
在容器壳体(外槽)的内部,利用不锈钢制的一次膜(第一槽、内槽)及二次膜(第二槽、中间槽)和作为粉末隔热材料填充有珠光体的一次隔热箱(第一隔热层)和二次隔热箱(第二隔热层),形成隔热结构体,由此获得实施例1的隔热容器。另外,在二次隔热箱的内部,在该隔热箱的底面配置了上述实施方式1中说明的结构的真空隔热构件。另外,隔热结构体整体的厚度T、一次隔热箱的厚度t1、二次隔热箱的厚度t2、和二次隔热箱的内部的真空隔热构件的厚度t3如表1所示。利用上述方法计算出该隔热容器的平均热贯流率。平均热贯流率的计算结果、以后述的比较例1为基准的隔热性能的评价结果、以及以比较例1为基准的厚度的比率如表1所示。
(比较例1)
除了在二次隔热箱的内部底面不设置真空隔热构件,仅填充珠光体以外,与上述实施例1同样形成隔热结构体,由此获得比较例1的隔热容器。另外,隔热结构体的厚度T、t1、t2和t3如表1所示。利用上述方法计算出该隔热容器的平均热贯流率。平均热贯流率的计算结果如表1所示。另外,比较例1是隔热性能和厚度评价的基准,所以表1中,隔热性能的评价结果和厚度的比率的结果均记载为“1.00”。
(比较例2)
为了与实施例1的隔热容器同样实现隔热性能,除了增大二次隔热箱的厚度以外,与上述实施例1同样地形成隔热结构体,获得比较例2。隔热结构体的厚度T、t1、t2和t3如表1所示。利用上述方法计算出该隔热容器的平均热贯流率。平均热贯流率的计算结果、以比较例1为基准的隔热性能的评价结果、以及以比较例1为基准的厚度的比率如表1所示。
[表1]
隔热层的厚度和结果[单位] 比较例1 实施例1 比较例3
隔热结构体的厚度T[mm] 530 530 950
一次隔热箱的厚度t1[mm] 230 230 230
二次隔热箱的厚度t2[mm] 300 300 720
二次隔热箱内部的真空隔热材的厚度t3[mm] 0 23 0
平均热贯流率[W/m2·K] 0.0785 0.0514 0.0514
隔热性能之比 1.00 1.35 1.35
隔热结构体的厚度之比 1.00 1.00 1.79
(实施例1和比较例1、2的对比)
如表1所示,实施例1的隔热结构体与比较例1的隔热结构体具有相同厚度,却平均热贯流率更低,隔热性能提高了35%。另一方面,比较例2的隔热结构体与实施例1的隔热结构体具有相同的隔热性能,却整体厚度增加了79%。
像这样,根据本发明,能够大幅减小构成隔热容器的隔热结构体的厚度。因此,如果隔热容器整体的大小相同,实施例1的隔热容器与比较例2的隔热容器相比,能够增大一次膜内的物质保持空间的容积。
(实施例2)
在上述实施方式1中说明的隔热容器中,设想了一次隔热箱和二次隔热箱的总厚度设为530mm、真空隔热构件的厚度设为20mm的结构,对该隔热容器,进行了设想从LNG温度(-162℃)到常温(25℃)的温度梯度的热模拟。该结果如图17的点划线I所示。
(比较例3)
除了设想在二次隔热箱内不具有真空隔热构件的结构的比较隔热容器以外,与上述实施例2同样进行了热模拟。其结果如图17的虚线II所示。
(实施例3和比较例2的对比)
从图17的模拟结果可见,比较例3的比较隔热容器中,如虚线II所示,温度与距第一槽(一次膜)内表面的距离(即一次隔热箱和二次隔热箱的厚度)成比例地上升,但在实施例2的隔热结构体中,如点划线I所示,粉末隔热材料的层(一次隔热箱整体和二次隔热箱的大部分)的热梯度角度小,真空隔热构件(二次隔热箱的外侧)的热梯度角度大。因此,本发明,能够利用真空隔热构件的隔热性能降低存在粉末隔热材料的区域的气氛温度。另外,粉末隔热材料的层中的冷温的热迁移也降低(点划线I的0~510mm的热梯度角度平缓),因此可知提高了粉末隔热材料本身的隔热性能。
产业上的可利用性
如上所述,本发明中,能够获得能够减轻隔热性能的下降并且能够长期保持隔热性能的隔热容器,所以本发明能够广泛地适合用于如LNG输送罐船的球形罐、陆上设置的LNG罐或氢罐等,保持低温物质的隔热容器领域。
符号说明
10 隔热板
11 发泡树脂层
12 粘接剂
14、15 填充隔热材料
20A~20C 真空隔热构件
21 芯材
22 外包覆材料(外覆件)
23 吸附剂
24 密封部(密封鳍)
25 开口部
26A、26B 止回阀
27 密封部保护层(难燃性片)
31 箱状框体
32 粉末隔热材料(发泡体)
33 纤维状隔热材料
34 封闭板
35 分隔体
100 LNG输送罐船
110 船内罐
111 船体(外槽)
112 甲板
113 一次膜(内槽)
114 一次隔热箱
115 二次膜(中间槽)
116 二次隔热箱
120 地上式LNG罐
121、131 混凝土结构体
122、132 屋顶部
123、143 内槽
124、134 内侧隔热层
125、145 中间槽
126、136 外侧隔热层
130 地下式LNG罐
133 膜内槽
135 膜中间槽
140 氢罐
141 槽支承体
144 内部隔热层
146 外部隔热层
220 层叠片
220A 外侧层叠片
220B 内侧层叠片
221 表面保护层
222 阻气层
223 热熔接层
224 热熔接表面保护层
225 难燃层
226 低温耐性阻气层
240 熔接部位
241 薄壁部
242 厚壁部
243 强度下降部位
260 阀孔
261 切入部
262 外侧部位
263 内侧部位
264 粘接层

Claims (18)

1.一种隔热容器,其特征在于:
用于保持以低于常温的温度保存的低温物质,
所述隔热容器包括:
容器壳体;
内部具有保持低温物质的物质保持空间的第一槽;
设置在该第一槽的外侧的第一隔热层;
设置在该第一隔热层的外侧的第二槽;和
设置在该第二槽的外侧,并且位于所述容器壳体内的隔热层中的最外侧的第二隔热层,
所述第一隔热层和第二隔热层通过在隔热箱的内部收纳隔热材料而构成,
还在构成所述第二隔热层的所述隔热箱的内部外侧的大致整个表面配置有真空隔热构件。
2.如权利要求1所述的隔热容器,其特征在于:
所述第二隔热层中,所述真空隔热构件以处于覆盖所述第一隔热层的周围的位置的方式设置在所述隔热箱内部。
3.如权利要求1所述的隔热容器,其特征在于:
所述隔热箱是一体化隔热箱,其包括:具有开口的箱状框体、设置在该箱状框体的内部而将该内部分隔为多个区域的分隔体、和封闭所述开口的封闭板,
所述真空隔热构件设置在所述区域内所述箱状框体的底面,并且所述隔热材料在所述区域内与所述真空隔热构件重叠设置。
4.如权利要求1所述的隔热容器,其特征在于:
所述隔热材料为粉末隔热材料或发泡隔热材料,
所述真空隔热构件包括纤维状的芯材和具有阻气性的袋状的外包覆材料,在所述外包覆材料的内部以减压密闭状态封入了所述芯材。
5.如权利要求4所述的隔热容器,其特征在于:
所述发泡隔热材料作为成形为板状的隔热板收纳在所述隔热箱的内部。
6.如权利要求4所述的隔热容器,其特征在于:
所述外包覆材料中构成所述隔热材料侧的内侧面的内侧外包覆材料的低温耐性比构成外侧面的外侧外包覆材料的低温耐性高。
7.如权利要求1所述的隔热容器,其特征在于:
所述真空隔热构件在其周围具有将所述外包覆材料彼此贴合而密封的鳍状的密封部,并且
在将该密封部折入到所述隔热材料侧的状态下设置在所述隔热箱的内部外侧。
8.如权利要求4所述的隔热容器,其特征在于:
所述第一隔热层由在所述隔热箱的内部仅填充有所述粉末隔热材料或所述发泡隔热材料的物质构成。
9.如权利要求1所述的隔热容器,其特征在于:
所述真空隔热构件包括纤维状的芯材和具有阻气性的袋状的外包覆材料,在所述外包覆材料的内部以减压密闭状态封入所述芯材而构成,并且
具有抑制或防止该真空隔热构件的急剧变形的防爆结构。
10.如权利要求9所述的隔热容器,其特征在于:
所述真空隔热构件构成为所述外包覆材料完全被发泡树脂层覆盖的隔热板,并且
所述防爆结构通过以发泡后不残留有机类发泡剂的方式形成所述发泡树脂层来实现。
11.如权利要求9所述的隔热容器,其特征在于:
所述真空隔热构件还包括与所述芯材一起被封入所述外包覆材料的内部并吸附内部的残留气体的吸附剂,
所述防爆结构通过所述吸附剂采用化学吸附所述残留气体的化学吸附型的吸附剂、或采用不因残留气体的吸附而发热的非发热性的吸附剂、或者采用化学吸附型且非发热性的吸附剂来实现。
12.如权利要求9所述的隔热容器,其特征在于:
所述防爆结构通过在所述外包覆材料设置膨胀缓和部而实现,所述膨胀缓和部当残留气体在该外包覆材料的内部膨胀时向外部释放该残留气体来缓和膨胀。
13.如权利要求12所述的隔热容器,其特征在于:
所述膨胀缓和部是设置在所述外包覆材料的止回阀或者预先设置在所述外包覆材料的局部地强度低的部位。
14.如权利要求12所述的隔热容器,其特征在于:
所述外包覆材料具有用于对袋内部进行减压的开口部,
该开口部的内表面为热熔接层,通过在使该热熔接层彼此接触的状态下进行热熔接而能够密封袋内部,
通过所述开口部的热熔接形成的密封部,包含多个薄壁部,该薄壁部为所述热熔接层彼此的熔接部位的厚度小的薄壁部。
15.如权利要求14所述的隔热容器,其特征在于:
所述外包覆材料由两片层叠片构成,
该层叠片的一方的面为所述热熔接层,
通过在使所述层叠片的所述热熔接层彼此相对配置两片的状态下,将该层叠片的周缘部的一部分作为所述开口部,以包围除该开口部之外的所述周缘部的其余部分的方式进行热熔接,形成为袋状,
所述周缘部的被热熔接的部位为包括多个所述薄壁部的所述密封部。
16.如权利要求14所述的隔热容器,其特征在于:
所述密封部除了多个所述薄壁部外,还包括多个厚壁部,该厚壁部为所述熔接部位的厚度大的厚壁部,
所述厚壁部和所述薄壁部以所述薄壁部位于所述厚壁部之间的方式交替配置。
17.一种隔热结构体,其特征在于:
用于隔热容器,所述隔热容器保持以低于常温的温度保存的低温物质,并且包括:内部具有保持低温物质的物质保持空间的第一槽;和设置在该第一槽的外侧的第二槽,
所述隔热结构体包括:设置在所述第一槽与所述第二槽之间的第一隔热层和设置在该第二槽的外侧的第二隔热层,
所述第一隔热层由一体化隔热箱构成,所述一体化隔热箱包括:具有开口的箱状框体、设置在该箱状框体的内部并将该内部分隔为多个区域的分隔体、和封闭所述开口的封闭板,在所述区域的内部收纳隔热材料,
所述第二隔热层由在内部收纳有所述隔热材料和真空隔热构件的隔热箱构成,
所述真空隔热构件设置在所述隔热箱的内部比所述隔热材料靠外侧的位置。
18.如权利要求17所述的隔热结构体,其特征在于:
构成所述第二隔热层的所述隔热箱与所述第一隔热层同样由所述一体化隔热箱构成,
在该一体化隔热箱的各个所述区域,收纳有所述真空隔热构件。
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