JP2002062065A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉体状のパーライトが充填されたコールドボ
ックス内に保持された熱交換器の表面にリーク孔が形成
された場合におけるエロージョンによるリーク孔の拡大
を防止する。 【解決手段】 粉体状のパーライト６が充填されたコー
ルドボックス７内に保持された熱交換器１の表面とパー
ライト６との間にグラスウール層４を配置する。グラス
ウール層４は、リーク孔を介して熱交換器１から漏洩す
る流体の流速を低減させるので、パーライト６の舞う勢
いが弱くなる。また、グラスウール層４は、熱交換器１
に衝突しようとする粉体状のパーライト６の緩衝部材と
して機能するので、熱交換器１に直接衝突するパーライ
ト６が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断熱材が充填され
たハウジング内に保持された圧力容器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】空気分離装置等に用いられる熱交換器
は、外部の熱を遮断するために保冷材として粉体状のパ
ーライトが充填されたコールドボックス内に保持される
のが一般的である。このようにパーライトが充填された
コールドボックス内に保持された熱交換器の表面（例え
ば接続部分）に何らかの原因により孔が形成されると、
熱交換器内部の流路を流れる所定の圧力が付与された流
体（液体、ガスまたは二相流体）がその孔から漏洩する
ことがある。かかる流体の漏洩が生じると、周囲の環境
を汚染したり、熱交換効率が低下する等の不都合が起こ
る。

【０００３】そこで、コールドボックス内での圧力検出
またはガス検出を行うことによって、熱交換器からガス
が漏洩していること、つまり熱交換器にリーク孔が形成
されていることを検知することが一般に行われている。
このようにして熱交換器からのガスの漏洩が検知された
場合には、熱交換器およびその周辺装置を一旦停止させ
て補修作業によって熱交換器表面のリーク孔を塞ぐこと
が可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱交換
器表面のリーク孔が極めて小さなものである場合には、
漏洩するガスの量が微量であるために、コールドボック
ス内での圧力検出やガス検出によって熱交換器に孔が形
成されているのを検知するのは困難である。そのため
に、パーライトによるリーク孔のエロージョン（浸食）
（熱交換器表面の孔から高流速で漏洩するガスにより粉
体状のパーライトが激しく舞い、舞ったパーライトがリ
ーク孔周辺の熱交換器外壁を削り取ってリーク孔が拡が
る現象）が生じてリーク孔が知らない間に拡大し、突然
に大量のガス漏洩が生じることがある。

【０００５】上述したような事態は、粉体状のパーライ
トが充填されたコールドボックス内に保持された熱交換
器だけに限らず、粉体状のものを含む断熱材が充填され
たハウジング内に保持された圧力容器について広く発生
する可能性がある。そして、現状においては、内部に所
定の圧力が付与された熱交換器などの圧力容器にリーク
孔が形成されたときに、圧力容器の周囲に充填されたパ
ーライトなどの粉体状の断熱材が舞うことに起因して生
じるエロージョンによって圧力容器内部から突然に大量
の流体が漏洩するのを防止することは非常に困難であ
り、この問題を解決することが強く望まれている。

【０００６】そこで、本発明の目的は、粉体状の断熱材
が舞うことによるリーク孔のエロージョンを防止するこ
とができる圧力容器を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の圧力容器は、粉体状のものを含む
断熱材が充填されたハウジング内に保持されているとと
もに、表面と前記断熱材との間に被覆部材が配置されて
いることを特徴としている。

【０００８】この請求項１によると、圧力容器から漏洩
する流体の流速が被覆部材により低減されるため、粉体
状の断熱材の舞う勢いが弱くなる。しかも、圧力容器に
衝突しようとする粉体状の断熱材の緩衝部材として被覆
部材が機能するため、粉体状の断熱材のうち圧力容器表
面に直接衝突するものをなくす若しくは減少させること
ができるか、または、圧力容器表面に直接衝突する粉体
状の断熱材の衝突速度を低減させることができる。従っ
て、粉体状の断熱部材によるリーク孔のエロージョンを
効果的に防止することができるようになる。

【０００９】請求項２に記載の圧力容器は、請求項１に
おいて、前記被覆部材の密度が１ｋｇ／ｍ³ 〜５００ｋ
ｇ／ｍ³ であり、厚さが１ｍｍ〜２００ｍｍであること
を特徴としている。この請求項２によると、被覆部材の
密度および厚さを上述のような値とすることで、被覆部
材を適度に用いることにより製造コストを抑制しつつエ
ロージョンの防止効果を最大限に発揮させることができ
る。

【００１０】請求項３に記載の圧力容器は、請求項１ま
たは２において、前記断熱材がパーライトであることを
特徴としている。この請求項３によると、特に保冷性能
に優れた圧力容器を低コストで提供することができる。

【００１１】請求項４に記載の圧力容器は、請求項１〜
３のいずれか１項において、前記被覆部材が不燃性また
は難燃性の部材であることを特徴としている。この請求
項４によると、圧力容器内から可燃性の流体が漏洩した
場合における安全性を高めることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施の形
態について図面を参照しつつ説明する。

【００１３】図１は、本実施の形態に係る圧力容器であ
る熱交換器を、これを保持するコールドボックスととも
に模式的に示す断面図である。図１に示すように、コー
ルドボックス（保冷箱）７内に保持された熱交換器１に
は、被冷却流体（例えば、メタン）および冷媒（例え
ば、プロパン）がそれぞれ流入および排出できるように
配管２ａ、２ｂおよび配管３ａ、３ｂが接続されてい
る。配管２ａは熱交換器１の下面部に接続され、配管２
ｂは熱交換器１の上面部に接続されている。この配管２
ａ、２ｂは、熱交換器１内部に形成された流路を介して
互いにつながっている。一方、配管３ａは熱交換器１の
一方の側面の上端周辺部に接続され、配管３ｂは配管３
ａと相対する側面の下端周辺部に接続されている。この
配管３ａと３ｂも、熱交換器１内部に形成された流路を
介して互いにつながっている。

【００１４】ここで、熱交換器１は多数の層を有した構
造（以後、プレートフィン構造５と呼ぶ）を内部に有し
ている。プレートフィン構造５は、波状のプレートフィ
ンと平板状の仕切り板が交互に重なることにより多数の
層が形成されたものである。プレートフィン構造５に形
成された各層が熱交換器１内の流体の流路となり、配管
２ａおよび配管３ａから流入した流体はそれぞれ別々の
層状流路を通過して、配管２ｂおよび３ｂから排出され
る。

【００１５】熱交換器１内での流体の流れについて以下
に簡単に説明する。被冷却流体は、配管２ａから熱交換
器１内に流入し、熱交換器１内部で分岐して層状流路を
通過し、配管２ｂから排出される。同様に、冷媒は配管
３ａから熱交換器１内に流入し、熱交換器１内部で分岐
して層状流路を通過し、配管３ｂから排出される。ここ
で、熱交換器１内では、被冷却流体の層と冷媒の層が交
互に重ねられたプレートフィン構造５を有する部分で熱
伝導により被冷却流体と冷媒との熱交換が行われ、被冷
却流体が冷媒により冷却される。

【００１６】コールドボックス７内に熱交換器１が保持
されている状態は、低温液等を貯蔵するために一般的に
使用されるタンクの構造である二重殻構造に類似してい
る。つまり、熱交換器１が内殻であり、コールドボック
ス７が外殻であり、その間の隙間に断熱材が充填されて
いる。図１では、熱交換器１とコールドボックス７との
間隙に粉体状のパーライト６が断熱材として充填されて
おり、このパーライト６によって熱交換器１が外部の熱
から遮断されている。粉体状のパーライト６は、球状で
多孔質のガラス質微粒子（直径０．１５ｍｍ程度〜１．
２ｍｍ程度）であって、特に保冷効果に優れた保冷材で
ある。

【００１７】また、熱交換器１の外表面、並びに、コー
ルドボックス７内の配管２ａ、２ｂおよび配管３ａ、３
ｂの外表面は、被覆部材としてのグラスウール層４によ
って覆われている。本実施の形態において、グラスウー
ル層４としては、製造コストとエロージョンの防止機能
との両方を考慮して、密度が１ｋｇ／ｍ³ 〜５００ｋｇ
／ｍ³ で、厚さが１ｍｍ〜２００ｍｍのものを用いるこ
とが好ましく、また、密度が２０ｋｇ／ｍ³ 〜３００ｋ
ｇ／ｍ³ で、厚さが１５ｍｍ〜１００ｍｍ（例えば２５
ｍｍ程度）のものを用いることがより好ましい。このよ
うに、熱交換器１の外表面、並びに、コールドボックス
７内の配管２ａ、２ｂおよび配管３ａ、３ｂの外表面
は、グラスウール層４によって被覆されているために、
コールドボックス７内に充填された粉体状のパーライト
６と直接接することがない。

【００１８】次に、本実施の形態によるリーク孔のエロ
ージョンの防止原理について説明する。図２および図３
は、本実施の形態および従来技術において熱交換器の外
壁表面にリーク孔が形成されたときの様子をそれぞれ模
式的に示す図である。

【００１９】熱交換器２１の外壁２２の表面がグラスウ
ール層で被覆されていない図３に示すような従来技術の
場合には、外壁２２の表面にリーク孔２３が形成される
と、リーク孔２３から流体が高流速で漏洩する。そのた
め、リーク孔２３周辺の粉体状のパーライト２４が激し
く舞い、その舞った粉体状のパーライト２４が外壁２２
に直接衝突してこれを削り取り、リーク孔２３を拡大さ
せる。このように熱交換器２１の外表面にグラスウール
層がない場合は、リーク孔２３のエロージョンが比較的
大きな速度で進行していく。

【００２０】一方、図２に示すように、熱交換器１の外
壁１２の表面がグラスウール層４で被覆されている本実
施の形態の場合には、外壁１２の表面にリーク孔１３が
形成されると、熱交換器１から漏洩する流体の流速がグ
ラスウール層４によって低減されるため、図３の従来技
術の場合と比較して、リーク孔１３周辺で粉体状のパー
ライト６の舞う勢いが弱くなる。加えるに、熱交換器１
の外壁１２に衝突しようとする粉体状のパーライト６の
緩衝部材としてグラスウール層４が機能するので、リー
ク孔１３から漏洩した流体によって舞わされた粉体状の
パーライト６のうち熱交換器１の外壁１２に直接衝突す
るものをなくす若しくは減少させることができるか、ま
たは、熱交換器１の外壁１２に直接衝突する粉体状のパ
ーライト６の衝突速度を低下させることができる。従っ
て、本実施の形態によると、熱交換器１の外壁１２とパ
ーライト６との間にグラスウール層４を配置することに
より、リーク孔１３のエロージョンを効果的に防止する
ことが可能である。

【００２１】以上説明したように、本実施の形態では、
外壁１２を被覆するように配置されたグラスウール層４
が効果的に機能することで、リーク孔１３のエロージョ
ンを防止することができる。そのため、熱交換器１の表
面に形成されたリーク孔１３は拡大されることはなく、
たとえガス検出や圧力検出によって検知することができ
ないリーク孔が形成されている場合に熱交換器１をその
まま使用し続けても突然大きな漏洩が発生することがな
くなる。また、グラスウール層４は不燃性のガラスウー
ルを材料としているので、熱交換器１内から可燃性の流
体が漏洩した場合における安全性を高めることができ
る。また、本実施の形態では、コールドボックス７内部
の配管２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの表面もグラスウール層
４で被覆されているために、熱交換器１の場合と同様
に、これらの部分についてもリーク孔のエロージョン防
止効果を期待することができる。

【００２２】なお、本発明は、上記一実施の形態に限定
されるものではなく、例えば以下のように変更すること
が可能である。 （１）熱交換器および配管の表面を覆う被覆部材の材料
としてグラスウール以外のものを使用してもよい。その
際、不燃性または難燃性の材料、例えば、ロックウール
（石灰、ケイ酸を主成分とする鉱物を繊維化したも
の）、発泡プラスティック保冷材（例えば、硬質ウレタ
ンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォー
ム）および目の比較的細かい金網等を使用することが好
ましい。なお、これらの材料を用いる場合にも、グラス
ウールの場合とほぼ同様の密度および厚みを採用するこ
とができる。 （２）上記の実施の形態では、熱交換器を保冷するため
に粉体状のパーライトを使用したが、本発明は圧力容器
を保温するために粉体状の保温材を使用する場合にも適
用可能である。 （３）コールドボックス等のハウジング内に充填する保
冷材としては、パーライトに限らず、その他の粉体状の
保冷材や保温材を使用してもよい。 （４）コールドボックス内に保持される容器は、熱交換
器に限られるものではなく、内圧がある程度以上に保持
される圧力容器であれば本発明を適用することが可能で
ある。 （５）被冷却流体および冷媒としては、上記の実施の形
態で使用したガスに限らず、液体または二相流体を使用
してもよい。 （６）上記の実施の形態では、パーライトとして粉体状
のものを用いたが、パーライトは粉体状のものを含んで
いればよく、例えば粒径が上述した範囲にある粉体状の
パーライトに、これより大きな粒径のパーライトが混合
したものを用いてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上、請求項１によると、圧力容器から
漏洩する流体の流速が被覆部材により低減されるため、
粉体状の断熱材の舞う勢いが弱くなる。しかも、圧力容
器に衝突しようとする粉体状の断熱材の緩衝部材として
被覆部材が機能するため、粉体状の断熱材のうち圧力容
器表面に直接衝突するものをなくす若しくは減少させる
ことができるか、または、圧力容器表面に直接衝突する
粉体状の断熱材の衝突速度を低減させることができる。
従って、粉体状の断熱部材によるリーク孔のエロージョ
ンを効果的に防止することができるようになって、リー
ク孔が知らない間に拡大して突然に大量のガス漏洩が生
じることがなくなり、周囲の環境を汚染したり、熱交換
効率が低下する等の不都合を未然に防止することが可能
である。

【００２４】また、請求項２によると、被覆部材を適度
に用いることにより製造コストを抑制しつつエロージョ
ンの防止効果を最大限に発揮させることができる。請求
項３によると、特に保冷性能に優れた圧力容器を低コス
トで提供することができる。請求項４によると、圧力容
器内から可燃性の流体が漏洩した場合における安全性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る圧力容器である熱
交換器を、これを保持するコールドボックスとともに模
式的に示す断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態において熱交換器の外壁
表面にリーク孔が形成されたときの様子を模式的に示す
図である。

【図３】従来技術において熱交換器の外壁表面にリーク
孔が形成されたときの様子を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ａ、２ｂ 配管（被冷却流体） ３ａ、３ｂ 配管（冷媒） ４ グラスウール層 ５ プレートフィン構造 ６ 粉体状のパーライト ７ コールドボックス １２、２２ 外壁 １３、２３ リーク孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 那谷 修平 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 野一色 公二 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 三橋 顕一郎 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3L103 AA44 DD12 DD53

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉体状のものを含む断熱材が充填された
   ハウジング内に保持されているとともに、表面と前記断
   熱材との間に被覆部材が配置されていることを特徴とす
   る圧力容器。
2. 【請求項２】 前記被覆部材の密度が１ｋｇ／ｍ³ 〜５
   ００ｋｇ／ｍ³ であり、厚さが１ｍｍ〜２００ｍｍであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
3. 【請求項３】 前記断熱材がパーライトであることを特
   徴とする請求項１または２に記載の圧力容器。
4. 【請求項４】 前記被覆部材が不燃性または難燃性の部
   材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
   に記載の圧力容器。