JP2018194117A - 低温液化ガス貯蔵タンク - Google Patents

Abstract

【課題】内外槽間に封入するドライガスの液化や固化を防止可能な低温液化ガス貯蔵タンクを提供する。【解決手段】低温液化ガスを貯蔵する平底円筒型のタンクにおいて、鋼製の内槽と、内槽の外側に形成された鋼製の外槽と、内槽の内側に形成された鋼製のメンブレンと、内槽と外槽との間に形成された第１断熱空間と、内槽とメンブレンとの間に形成された第２断熱空間と、を備え、第１断熱空間にドライガスが充填されている。【選択図】図１

Description

本発明は、平底円筒型の低温液化ガス貯蔵タンクに関し、特に液化水素を貯蔵可能な貯蔵タンクに関する。

低温液化ガス貯蔵タンクであるＬＮＧタンクでは、内槽と外槽の間にパーライトとグラスウール等の断熱材が充填されており、このパーライトに湿気が入るのを防止するため、断熱材が充填された内槽と外槽の間の空間にはドライガスとして窒素ガスが充填され、内外槽間は不活性雰囲気に保持されている。また、内外槽間の窒素ガス封入空間と接続するブリージングタンクを設けることにより、外気温や気圧の変動があっても、窒素ガスの体積変化を調整して窒素ガスの封入圧を常に大気圧程度の一定圧に保持することができる。

特許文献１に記載の低温タンクは、コンクリート製の外槽（防液堤）及び基礎スラブと、これら外槽及び基礎スラブの内面に付設されたライナープレートと、ライナープレートの内側に断熱空間を空けて設けられたコンクリート製の内槽と、内槽の内面に形成された低温用鋼製のメンブレンとを備えている。コンクリート製の内槽には、クーリングパイプが埋設されている。
但し、この低温タンクでは、内槽とメンブレンとの間に断熱層が形成されておらず、また、内外槽間の断熱空間に窒素ガスが充填される構造ではない。

特開２００２−２６７０９９号公報

従来の低温液化ガス貯蔵タンクのように、内外槽間の断熱空間に窒素ガスを充填する貯蔵タンクにおいて、内槽内に液化水素を貯蔵する場合、水素ガスの沸点（−２５３℃）は窒素ガスの沸点（−１９６℃）や融点（−２１０℃）に比較して低いため、内外槽間に封入した窒素ガスが液化し、固化してしまうという問題がある。

本発明の目的は、内外槽間に封入するガスの液化や固化を防止可能な低温液化ガス貯蔵タンクを提供することである。

請求項１の低温液化ガス貯蔵タンクは、低温液化ガスを貯蔵する平底円筒型のタンクにおいて、鋼製の内槽と、前記内槽の外側に形成された鋼製の外槽と、前記内槽の内側に形成された鋼製のメンブレンと、前記内槽と前記外槽との間に形成された第１断熱空間と、前記内槽と前記メンブレンとの間に形成された第２断熱空間と、を備え、前記第１断熱空間にドライガスが充填されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、内槽とメンブレンとの間に第２断熱空間を設けたため、内槽と外槽間の第１断熱空間に充填したドライガスが液化したり、固化したりする虞がない。例えば、貯蔵する低温液化ガスが液化水素であっても、第１断熱空間に充填するドライガスとして不活性ガスである窒素ガスを採用することができる。
さらに、第２断熱層の内面にメンブレンを付設して液化水素を封じ切るため内槽及び外槽の材料の選択肢が広がる。

請求項２の低温液化ガス貯蔵タンクは、請求項１の発明において、前記低温液化ガスが液化水素であり、前記ドライガスが窒素ガスであることを特徴としている。
上記の構成によれば、第１断熱空間に窒素ガスを充填した状態で、メンブレン内に液化水素を貯蔵しても、第２断熱空間があるため、窒素ガスが液化したり、固化したりする虞がない。

請求項３の低温液化ガス貯蔵タンクは、請求項１又は２の発明において、複数の板材と、これらの板材の間に設けられる保冷材と、を有する保冷パネルを更に備え、前記保冷パネルが、前記第２断熱空間に配置される、ことを特徴としている。
上記の構成によれば、第２断熱空間の断熱性を向上させることができる。

請求項４の低温液化ガス貯蔵タンクは、請求項３の発明において、前記保冷パネルが、前記内槽の内周面に当接する第１板材と、前記メンブレンの外周面に当接する第２板材と、前記第１板材と前記第２板材との間に設けられる第３板材と、前記第１板材と前記第３板材との間に設けられる第１保冷層と、前記第２板材と前記第３板材との間に設けられる第２保冷層と、を備えたことを特徴としている。

上記の構成によれば、保冷パネルを積層構造とすることによって、第２断熱空間の断熱性を向上させることができる。

請求項５の低温液化ガス貯蔵タンクは、請求項３又は４の発明において、前記保冷パネルは、前記第３板材と前記内槽の内周面とを連結する第１アンカーによって、前記内槽に固定され、前記メンブレンは、メンブレンの外周面と前記第３板材とを連結する第２アンカーによって、前記保冷パネルに固定される、ことを特徴としている。
上記の構成によれば、内槽とメンブレンとの間は第３板材を介して連結することでヒートブリッジ対策が施されるため、外部（外気）からメンブレン７内に貯蔵された液化水素への入熱を抑制することができる。

請求項６の低温液化ガス貯蔵タンクは、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記第１断熱空間に連通接続されたブリージングタンクを設けたことを特徴としている。
上記の構成によれば、ブリージングタンクにより、外気温や気圧の変動による前記断熱空間内の不活性ガスの体積変化を吸収してほぼ大気圧に保持することができる。

請求項７の低温液化ガス貯蔵タンクは、請求項１〜６の何れか１項の発明において、前記外槽の外側に形成された円筒状のＰＣ防液堤を備えたことを特徴としている。
上記の構成によれば、何らかの事故により内槽と外槽から低温液化ガスが漏れた場合にも、ＰＣ防液堤により外部への漏洩を防止することができる。

本発明によれば、前記のような種々の効果が得られる。

本発明の実施形態に係る液化水素貯蔵タンクの縦断面図である。 図１のａ部の拡大図である。 メンブレンの内側から視たメンブレン表面図である。

本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。
本実施形態は、本発明の低温液化ガス貯蔵タンクを大型の液化水素貯蔵タンクに適用した場合の例である。

図１に示すように、この液化水素貯蔵タンク１は、液化水素（低温液化ガスに相当する）を貯蔵する平底円筒型のタンクである。この液化水素貯蔵タンク１は、内槽２と、外槽３と、メンブレン７と、内槽２と外槽３との間に形成される第１断熱層５を有する第１断熱空間４ａ（第１断熱材配置室）と、内槽２とメンブレン７との間に形成される第２断熱層６を有する第２断熱空間４ｂ（第２断熱材配置室）と、第１断熱空間４ａに充填された窒素ガス（ドライガスに相当する）と、外槽３の外周面に当接状に形成された円筒状のＰＣ防液堤８と、貯蔵タンク１の外部に設けられたブリージングタンク９及びこのブリージングタンク９を第１断熱空間４に接続する接続管９ａとを備えている。尚、「ＰＣ」はプレストレストコンクリートの略語である。

前記内槽２は、ＳＵＳ３０４Ｌ又は９％Ｎｉ鋼等の低温用鋼製のもので、ドーム形の内槽屋根２ａと円筒形の内槽側板２ｂと円板状の内槽底板２ｃとを有する。例えば、内槽屋根２ａの板厚は約５ｍｍ、内槽側板２ｂの板厚は約１０〜２０ｍｍ、内槽底板２ｃの板厚は約６ｍｍであるが、これらの板厚は例示であってこれらの板厚に限定されるものではない。

前記外槽３は、ＳＳ４１等の普通鋼製のもので、ドーム形の外槽屋根３ａと円筒形の外槽側板３ｂと円板状の外槽底板３ｃとを有する。例えば、外槽３の板厚は約３〜４ｍｍであるが、この板厚は例示であってこの板厚に限定されるものではない。

前記内槽２と外槽３の間の第１断熱空間４ａには断熱材からなる第１断熱層５が装着されている。
前記内槽屋根２ａと外槽屋根３ａの間の第１断熱層５ａはＰＵＦ（ポリウレタンフォーム）と粒状のパーライトからなる。内槽側板２ｂと外槽側板３ｂの間の第１断熱層５ｂは例えばＰＵＦと粒状パーライトとグラスウールからなる。但し、これら断熱材は一例であり、これらに限定されるものではない。

内槽底板２ｃと外槽底板３ｃの間の第１断熱層５ｃは、例えばＰＵＦとパーライトレベルコンクリートと泡ガラスと軽量気泡コンクリート等で構成されている。但し、これら断熱材は一例であり、これらに限定されるものではない。

前記内槽２の内面の全面に付設される平底円筒型の第２断熱層６について図２に基づいて説明する。この第２断熱層６は、本実施形態では、保冷パネル６である。保冷パネル６は、複数の板材１０，１２，１４と、これらの板材の間に設けられる保冷層（保冷材）１１，１３と、を有する。具体的には、保冷パネル６は、内槽２の内周面に当接する第１板材１０と、メンブレン７の外周面に当接する第２板材１４と、第１板材１０と第２板材１４との間に設けられる第３板材１２と、第１板材１０と第３板材１２との間に設けられる第１保冷層１１と、第２板材１４と第３板材１２との間に設けられる第２保冷層１３と、を備えている。

第１保冷層１１と第２保冷層１３は例えばＰＵＦ又はフェノールフォーム等の発泡断熱材で構成され、第１板材１０と第１保冷層１１と第３板材１２と第２保冷層１３と第２板材１４は接着剤又は締結部材等により接合されて保冷材パネルを構成している。また、第１板材１０、第２板材１４、第３板材１２は、木製であっても、樹脂製であってもよく、第１保冷層１１、第２保冷層１３は、真空断熱材や真空断熱パネルであってもよい。
この保冷パネル６は、複数の鋼製の第１アンカー１５により内槽２の内面に固定されている。第１アンカー１５は、ボルト部１５ａと、このボルト部１５ａと一体の頭部１５ｂと、ボルト１５ａの先端部のネジ部に螺合されるナット１５ｃと、を有する。

この第１アンカー１５の頭部１５ｂが内槽２の内面に溶接されて第１板材１０の凹部に収容され、ボルト部１５ａは第１板材１０と第１保冷層１１と第３板材１２とを貫通して第２保冷層１３に形成した空洞部１３ａに突出し、その空洞部１３ａにおいて第３板材１２の内面側からボルト部１５ａにナット１５ｃを螺合することで、保冷パネル６が内槽２の内面に固定されている。尚、ナット１５ｃを締結後、空洞部１３ａはＰＵＦ等の保冷材１３ｂで埋め戻される。

図２、図３に示すように、保冷パネル６の内面の全面に付設されるメンブレン７は、オーステナイト系ステンレス鋼等の低温用かつ耐水素脆性を有する鋼製のもので、その板厚は２〜３ｍｍである。但し、この板厚に限定されるものではない。
タンク内温度の変化に応じてメンブレン７の膨張、収縮を許容するため、メンブレン７には、内面側へ膨出した縦方向と横方向へ延びるコルゲーション７ａが所定間隔おきにメッシュ状に形成されている。

前記メンブレン７は、保冷パネル６の内面に複数の鋼製の第２アンカー１６により固定されている。第２アンカー１６は、ボルト部１６ａと、このボルト部１６ａと一体の頭部１６ｂと、ボルト１６ａの先端部のネジ部に螺合されたナット部材１６ｃとを有する。頭部１６ｂは第３板材１２の外面に当接状に配設され、ボルト部１６ａが第３板材１２と第２保冷層１３とを貫通して第２板材１４まで延びている。

ナット部材１６ｃは、ボルト部１６ａの先端のネジ部に螺合される筒部と、この筒部の先端に一体形成された円形部とを有する。ナット部材１６ｃは第２板材１４に形成された段付き穴１４ａに嵌合され、その筒部がネジ部に螺合され、円形部が段付き穴１４ａの大径穴に収容されて円形部の先端面が第２板材１４の内面と同一面となっている。ナット部材１６ｃを締結することで、第３板材１２に対して第２保冷層１３と第２板材１４を連結している。

前記保冷パネル６の内面にメンブレン７が付設され、第２アンカー１６のナット部材１６ｃの円形部の先端面にメンブレン７をその内側から溶接することで、メンブレン７が保冷パネル６の内面に固定されている。

前記内槽２と外槽３の間の第１断熱空間４ａには、前記の第１断熱層５の他に、第１断熱空間４ａに空気と共に湿気が侵入するのを防止するため、ドライガスが充填される。本実施形態では、ドライガスとして、不活性ガスである窒素ガスが充填され、内外槽間は不活性雰囲気に保持されている。
前記ブリージングタンク９は、外気温や気圧の変動による第１断熱空間４ａ内の窒素ガスの体積変化を吸収して窒素ガスの圧力をほぼ大気圧に保持するためのものである。
このブリージングタンク９は、鋼製のタンク本体と、タンク本体の内部を窒素ガス収容部と大気開放室とに区画するカウンタウェイト付きのダイヤフラムバルーンとを有する一般的なものである。前記窒素ガス収容部が接続管９ａにより第１断熱空間４ａに接続されている。

次に、以上説明した液化水素貯蔵タンク１の作用、効果について説明する。
内槽２の内面に第２断熱層６を形成し、その第２断熱層６の内面にメンブレン７を付設したため、内槽２と外槽３の間の第１断熱空間４ａに窒素ガスを充填しても、窒素ガスの液化や固化の虞がない。

しかも、前記窒素ガスを充填した第１断熱空間４ａを接続管９ａ介してブリージングタンク９に接続したため、外気温や気圧の変動による窒素ガスの体積変化を吸収してほぼ大気圧に近い一定圧に保持することができる。
第２断熱層６の内面にメンブレン７を付設して液化水素を封じ切るため内槽２及び外槽３の材料の選択肢が広がる。

前記第１断熱空間４ａに連通接続されたブリージングタンク９を設けたため、ブリージングタンク９により、外気温や気圧の変動による前記第１断熱空間４ａ内の窒素ガスの体積変化を吸収してほぼ大気圧に保持することができる。

前記外槽３の外側に形成された円筒状のＰＣ防液堤８を備えたため、何らかの事故により内槽２と外槽３から低温液化ガスが漏れた場合にも、ＰＣ防液堤８により外部への漏洩を防止することができる。

前記内槽２の内面側に保冷パネル６を設け、保冷パネル６の内面にメンブレン７を付設するため、第１断熱空間４ａに窒素ガスを充填した状態で、メンブレン７内に液化水素を貯蔵しても、窒素ガスが液化したり、固化したりする虞がない。

保冷パネル６は、第３板材１２と内槽２の内周面とを連結する第１アンカー１５によって内槽２に固定され、また、メンブレン７は、メンブレン７の外周面と第３板材１２とを連結する第２アンカー１６によって保冷パネル６に固定される。つまり、鋼製の第１及び第２アンカー１５，１６によって内槽２への保冷パネル６の固定及び保冷パネル６へのメンブレン７の固定が行われるが、内槽２とメンブレン７との間は熱伝導性の低い木製又は樹脂製の第３板材を介して連結される（つまり、ヒートブリッジ対策を行う）。そのため、外部（外気）からメンブレン７内に貯蔵された液化水素への入熱を抑制することができ、液化水素貯蔵タンク１全体としての断熱性を確保することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）前記低温液化ガス貯蔵タンク１は、液化ヘリウム、を貯蔵する低温液化ガス貯蔵タンクにも同様に適用することができる。
２）ＰＣ防液堤８の代わりに、鋼製の円筒状の防液堤を設ける場合もある。

３）前記液化水素貯蔵タンク１は地上式の貯蔵タンクを例にして説明したが、地下式貯蔵タンク、又は半地下式貯蔵タンクに構成する場合もある。
４）その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそれら変更形態を包含するものである。

１ 液化水素貯蔵タンク
２ 内槽
３ 外槽
４ａ 第１断熱空間
４ｂ 第２断熱空間
５ 第１断熱層
６ 第２断熱層（保冷パネル）
７ メンブレン
８ ＰＣ防液堤
９ ブリージングタンク
１０ 第１板材
１１ 第１保冷層
１２ 第３板材
１３ 第２保冷層
１４ 第２板材
１５ 第１アンカー
１６ 第２アンカー

Claims (7)

1. 低温液化ガスを貯蔵する平底円筒型のタンクにおいて、
   鋼製の内槽と、
   前記内槽の外側に形成された鋼製の外槽と、
   前記内槽の内側に形成された鋼製のメンブレンと、
   前記内槽と前記外槽との間に形成された第１断熱空間と、前記内槽と前記メンブレンとの間に形成された第２断熱空間と、を備え、
   前記第１断熱空間にドライガスが充填されていることを特徴とする低温液化ガス貯蔵タンク。
2. 前記低温液化ガスが液化水素であり、前記ドライガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の低温液化ガス貯蔵タンク。
3. 複数の板材と、これらの板材の間に設けられる保冷材と、を有する保冷パネルを更に備え、
   前記保冷パネルが、前記第２断熱空間に配置される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の低温液化ガス貯蔵タンク。
4. 前記保冷パネルが、前記内槽の内周面に当接する第１板材と、前記メンブレンの外周面に当接する第２板材と、前記第１板材と前記第２板材との間に設けられる第３板材と、前記第１板材と前記第３板材との間に設けられる第１保冷層と、前記第２板材と前記第３板材との間に設けられる第２保冷層と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載の低温液化ガス貯蔵タンク。
5. 前記保冷パネルは、前記第３板材と前記内槽の内周面とを連結する第１アンカーによって、前記内槽に固定され、
   前記メンブレンは、メンブレンの外周面と前記第３板材とを連結する第２アンカーによって、前記保冷パネルに固定される、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の低温液化ガス貯蔵タンク。
6. 前記第１断熱空間に連通接続されたブリージングタンクを設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の低温液化ガス貯蔵タンク。
7. 前記外槽の外側に形成された円筒状のＰＣ防液堤を備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の低温液化ガス貯蔵タンク。