JP2019142548A - 液貯蔵タンク - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、燃料の貯蔵に要するコストの削減が可能な液貯蔵タンクを提供することを目的とする。【解決手段】液貯蔵タンクとしてのＰＣＬＮＧタンクは、内槽１、断熱層２及び外槽４が内方側から外方側に向けて配置されたタンク側壁部を備える。外槽４の外方側には、ＰＣ防液堤５が設けられている。断熱層２のうち第２断熱層２ｂは、断熱材（保冷剤）であるパーライトＰと、アルゴンガスＡｒとを含む。断熱層２には、第２断熱層２ｂに加えて、グラスウールを用いた第１断熱層２ａを設けることもできる。断熱層２と外槽４との間には、冷熱抵抗緩和材３を配置することもできる。【選択図】図２

Description

本発明は、液体状態の燃料を貯蔵する液貯蔵タンクに関する。

特許文献１には、燃料を内部に貯蔵する内槽と、内槽の外側の外槽と、内槽と外槽との間に充填されている断熱層とを備える液貯蔵タンクが開示されている。液貯蔵タンクの内槽には、燃焼時のＣＯ_２の排出量が少ないＬＮＧ（Liquefied Natural Gas：液化天然ガス）等の燃料が貯蔵されている。このＬＮＧは、気体の状態よりも体積を小さくするために液化用低温度（例えば、約−１６４℃）の液体状態で貯蔵されている。そして、内槽と外槽との間に、パーライトと防湿のための窒素ガス（Ｎ_２）とからなる断熱層を設けて内槽の内部の温度上昇を防ぎ、ＬＮＧの液体状態を維持している。しかしながら、液貯蔵タンクの内部は、外部からの自然入熱の影響を受けて温度が上昇する。その結果、液貯蔵タンク内のＬＮＧは、気化して主成分がメタン等であるＢＯＧ（Boil Off Gas：気化ガス）となる。

ＢＯＧが発生すると、液貯蔵タンクの内圧が上昇するため、ＢＯＧを液貯蔵タンクの外部に排出してタンク内の圧力を調整する必要がある。液貯蔵タンクから排出されたＢＯＧは、液貯蔵タンクに戻す、発電機に供給する、及びガスラインに供給する等される。このとき、ＢＯＧは、例えば大気圧などの低圧状態であるため、液貯蔵タンクに戻す際には、液体状態に戻すためにＢＯＧコンプレッサーにより昇圧される。同様に、発電機及びガスラインに供給する際にも、低圧のＢＯＧは昇圧される。これにより、液貯蔵タンクから外部に排出されたＢＯＧは、有効に利用される。

特開２０１４−１９３７２６号公報

しかしながら、ＢＯＧを液貯蔵タンクに戻す、発電装置に供給する、及びガスラインに供給する等のためにＢＯＧコンプレッサーにより昇圧する際の動力費が大きい。そのため、液貯蔵タンクでのＬＮＧの貯蔵に要するコストの削減の障害となっている。

そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、燃料の貯蔵に要するコストの削減が可能な液貯蔵タンクを提供することを目的とする。

本発明に係る液貯蔵タンクの特徴構成は、
タンク側壁部を備え、
前記タンク側壁部では、燃料と接する内槽、断熱層及び外槽が内方側から外方側に向けて配置されており、
前記断熱層は、断熱材と、アルゴンガスとを含む点にある。

本特徴構成によれば、液貯蔵タンクの断熱層には、断熱材に加えて、アルゴンガスが含まれる。アルゴンガスの熱伝導率は、窒素ガス及び空気等の熱伝導率よりも低い。よって、このようなアルゴンガスを含む断熱層を設けることで、外槽の外部から内槽の内部への入熱を抑えることができる。

これにより、液貯蔵タンク内の燃料が気化して気化ガスとなることを抑制でき、気化ガスの量が減る。よって、液貯蔵タンクから気化ガスを取り出す手間及び気化ガスを昇圧するためのコンプレッサーの動力費を削減できる。結果として、燃料の貯蔵に要するコストの削減が可能な液貯蔵タンクを提供できる。

また、アルゴンガスは、断熱層を乾燥状態に保つことができる。よって、例えば、空気等が断熱層に侵入して凍結するのを防止できる。これにより、断熱材による保冷効果（断熱効果）を確保することができる。

本発明に係る液貯蔵タンクの更なる特徴構成は、前記断熱層はさらに窒素ガスを含む点にある。

アルゴンガスは窒素ガスに比べて希少価値が高くコストが高い。よって、本特徴構成のように断熱層がアルゴンガスに加えて窒素ガスを含むことにより、熱伝導率が窒素ガスより低いアルゴンガスによって液貯蔵タンクの外槽の外部から内槽の内部への入熱を抑制しつつ、アルゴンガスの一部を窒素ガスで代替することでコスト上昇を抑制することができる。

本発明に係る液貯蔵タンクの更なる特徴構成は、前記断熱層に前記アルゴンガスを供給するアルゴンガス供給源をさらに含む点にある。

本特徴構成によれば、アルゴンガス供給源からアルゴンガスを選択的に断熱層に供給可能である。

本発明に係る液貯蔵タンクの更なる特徴構成は、前記断熱材は、パーライト、ガラス繊維、シリカ粉末及び硬質ウレタンフォーム及びこれらのエアロゲルから選択される少なくとも一つである点にある。

本特徴構成の断熱材は、軽量であり、かつ熱伝導率が小さいため、断熱の断熱性能を高めることができる。

液貯蔵タンクの一部切欠側面図である。 タンク側壁部の縦断面図である。 液貯蔵タンクに接続される各種設備の構成図である。

本発明に係る液貯蔵タンクの実施形態について、図面を参照して説明する。
〔実施形態〕
以下では、本発明に係る液貯蔵タンクの一例として、ＰＣＬＮＧタンク（Prestressed Concrete Liquefied Natural Gas Tank：液貯蔵タンク）Ｔを例に挙げて説明する。ＰＣＬＮＧタンクＴは、燃料として、液化用低温度（例えば、−１６４℃）で液化させた液化天然ガス（ＬＮＧ）を貯蔵する。図１に示すように、ＰＣＬＮＧタンクＴは、平板状のタンク底部Ｔｄと、平板状のタンク底部Ｔｄの外周から上方に延びる円筒状のタンク側壁部Ｔｓと、タンク側壁部Ｔｓの上端からドーム型の屋根部Ｔｙとを備える平底円筒状に構成されている。

［タンク側壁部］
タンク側壁部Ｔｓは、図２に示すように、内槽１、断熱層２、冷熱抵抗緩和材３、外槽４及び防液堤としてのＰＣ防液堤５を内方側から外方側に向けて備えるように構成されている。

内槽１は、ＬＮＧが直接に触れる槽であり、例えばニッケル等を含む金属板材からなる短冊状の複数の内槽形成用板１ａから形成されている。図１に示すように、内槽１は、複数の内槽形成用板１ａを周方向及び上下方向に連接して構成されている。具体的には、隣接する下段に周方向に並ぶ内槽形成用板１ａは、上段に周方向に並ぶ内槽形成用板１ａとは、周方向において位置がずれて配置されている。

断熱層２は、内槽１の外表面に形成されており、内方側の第１断熱層２ａと外方側の第２断熱層２ｂとからなる二重構造に構成されている。第１断熱層２ａは、例えば、ガラス繊維でできた、綿状の素材であるグラスウールから形成されている。第２断熱層２ｂは、断熱材である粒状のパーライト（Ｐ、断熱材）と、アルゴンガス（Ａｒ）とを含んで形成されている。

冷熱抵抗緩和材３は、例えば、ポリウレタンフォームから形成されており、断熱層２と外槽４との間に形成されている。冷熱抵抗緩和材３は、内槽１内のＬＮＧがＰＣ防液堤５側に漏れだした場合に、ＬＮＧの浸透時間を調整するための部材である。つまり、冷熱抵抗緩和材３は、冷熱抵抗緩和材３へのＬＮＧの浸透時間を長くし、ＬＮＧの漏れに対処する時間を確保するための部材である。そして、ＬＮＧの浸透時間を調整することで、結果として、ＬＮＧの冷熱がＰＣ防液堤５に作用するのを緩和できる。なお、冷熱抵抗緩和材３の内面（断熱層２に隣接する面）には、図示は省略するが、補強層としてのガラスクロスが設けられていてもよい。

外槽４は、冷熱抵抗緩和材３の外表面に設けられている。外槽４は、図示は省略するが、短冊状の外槽形成用板を周方向に並べて形成した環状体を上下方向に並べて構成されている。

ＰＣ防液堤５は、タンク側壁部Ｔｓの外槽４を覆うとともに、タンク底部Ｔｄの後述の基礎体６に連続している。ＰＣ防液堤５は、ＰＣ鋼材に対して鉛直方向及び円周方向に予め圧縮力を与えるようにしたＰＣ（Prestressed Concrete）によって形成されている。ＰＣ防液堤５は、例えばＬＮＧがＰＣＬＮＧタンクＴから漏洩した際に、ＬＮＧがＰＣＬＮＧタンクＴの外部へ拡散するのを防止するための防液堤である。

［タンク底部］
タンク底部Ｔｄは、図１に示すように、パーライトコンクリート製の基礎体６を備え、ＰＣ防液堤５の下端部が、基礎体６の外周縁部に結合されている。
基礎体６の内面には、内槽用底板、底部断熱層及び外槽用底板が、内方側から外方側に向けて備えるように構成されている。内槽用底板は内槽１と同様であり、底部断熱層は断熱層２と同様であり、外槽用底板は外槽４と同様であるので、詳細な説明を省略する。なお、底部断熱層と外槽用底板との間には、冷熱抵抗緩和材３が備えられていてもよい。

［屋根部］
ドーム型の屋根部Ｔｙは、内槽用屋根形成体、屋根部断熱層及び外槽用屋根形成体を備えている。内槽用屋根形成体は内槽１と同様であり、屋根部断熱層は断熱層２と同様であり、外槽用屋根形成体は外槽４と同様であるので、詳細な説明を省略する。なお、屋根部断熱層と外槽用屋根形成体との間には、冷熱抵抗緩和材３が備えられていてもよい。

［ＰＣＬＮＧタンクの周辺構成］
図３に示すように、ＰＣＬＮＧタンクＴは、パイプライン(以下、単にラインという)１２を介して第２断熱層２ｂ内の気圧調整のためにブリージングタンク１１と接続されている。ライン１２には、開閉弁２１、２３が設けられている。図３では、ＰＣＬＮＧタンクＴ側の開閉弁２１は、例えばＰＣＬＮＧタンクＴの屋根部Ｔｙに設けられている。

第２断熱層２ｂ内の気圧調整の際には、開閉弁２１、２３が開かれた状態にある。そして、第２断熱層２ｂ内の気圧が低くなりアルゴンガスが膨張すると、第２断熱層２ｂからブリージングタンク１１内にアルゴンガスが導入される。一方、第２断熱層２ｂ内の気圧が高くなりアルゴンガスが収縮すると、ブリージングタンク１１内に蓄積されたアルゴンガス及び窒素ガス等の少なくともいずれかのガスが第２断熱層２ｂに供給される。なお、第２断熱層２ｂ内の気圧調整の際には開閉弁２１、２３、２９が開かれた状態にあり、後述の三方弁２５は閉じられている。

また、本実施形態のＰＣＬＮＧタンクＴには、窒素ガスを第２断熱層２ｂに供給するための既設の窒素ガス供給源１７が、ライン１６を介して接続されている。ライン１６には、開閉弁２９及び三方弁２５と、ガスの供給量を調整する流量調整弁（図示せず）とが設けられている。三方弁２５には、アルゴンガスを第２断熱層２ｂに供給するためのアルゴンガス供給源１５が、ライン１４を介して接続されている。

アルゴンガス供給源１５から第２断熱層２ｂにアルゴンガスを供給する場合には、三方弁２５において、アルゴンガス供給源１５側が開かれ、窒素ガス供給源１７側が閉じられる。一方、窒素ガス供給源１７から第２断熱層２ｂに窒素ガスを供給する場合には、三方弁２５において、窒素ガス供給源１７側が開かれ、アルゴンガス供給源１５側が閉じられる。

なお、三方弁２５が開かれる際においても、開閉弁２１、２３は開けられている。これにより、第２断熱層２ｂに供給されるアルゴンガスが、ブリージングタンク１１側に向かうだけでなく、開閉弁２９を介して第２断熱層２ｂにも供給される。

図３に示すように、ＰＣＬＮＧタンクＴ側の開閉弁２９は、例えばＰＣＬＮＧタンクＴのタンク側壁部Ｔｓの下部に設けられている。アルゴンガスは、窒素ガス等に比べて比重が大きいため、開閉弁２９がＰＣＬＮＧタンクＴの下部に設けられることで、アルゴンガス供給源１５から第２断熱層２ｂへのアルゴンガスの供給が容易である。例えば、第２断熱層２ｂに下部から供給されたアルゴンガスは、第２断熱層２ｂの下部から順次上方に向けて供給されていく。

上記のように、アルゴンガス供給源１５は、窒素ガスを第２断熱層２ｂに供給するための既設の窒素ガス供給源１７を残した状態で、別途に設けることができる。このように既設の窒素ガス供給源１７を残した状態であっても、三方弁２５を切り替えるだけで第２断熱層２ｂにアルゴンガスを供給できる。よって、既設の窒素ガス供給源１７を除去するコストを削減できる。

また、このように窒素ガス供給源１７及びアルゴンガス供給源１５を併存させることで、窒素ガス供給源１７から第２断熱層２ｂへの窒素ガスの供給と、アルゴンガス供給源１５から第２断熱層２ｂへのアルゴンガスの供給とのいずれかを行うかの選択が可能である。例えば、アルゴンガスのコストが上昇した場合には、窒素ガス供給源１７から第２断熱層２ｂに比較的安価な窒素ガスを供給し、燃料の貯蔵に要するコストの上昇を抑制できる。

ただし、第２断熱層２ｂに窒素ガスを導入しない場合には、窒素ガス供給源１７は設けられなくてもよい。つまり、既設の窒素ガス供給源１７を除去し、別途にアルゴンガス供給源１５を設け、第２断熱層２ｂにガスを供給するためのラインに接続してもよい。あるいは、窒素ガス供給源１７は残したままとして使用せず、別途に設けたアルゴンガス供給源１５のみを使用するようにしてもよい。

［第２断熱層］
次に、第２断熱層２ｂについてさらに説明する。第２断熱層２ｂは、ＬＮＧの蒸発を抑制するために断熱性を有しており、第１断熱層２ａと冷熱抵抗緩和材３との間に形成されている。第２断熱層２ｂは、断熱材（保冷剤）としての粒状のパーライトと、アルゴンガスとにより形成されている。

パーライトは、軽量であり、かつ熱伝導率が小さく、ＰＣＬＮＧタンクＴのタンク側壁部Ｔｓ及び屋根部Ｔｙの重量が大きくなるのを抑制しつつ第２断熱層２ｂの断熱性能を高めることができる。

アルゴンガスは、第２断熱層２ｂを乾燥状態に保つ乾燥ガスとしての機能を果たす。これにより、パーライトによる保冷効果（断熱効果）を確保することができる。

具体的には、アルゴンガスが第２断熱層２ｂに封入されていることで、第２断熱層２ｂへの例えば空気等の混入を阻止できる。例えば、湿った空気等が第２断熱層２ｂに混入した場合には、この混入した空気等が凍結して第２断熱層２ｂの断熱効果に悪影響を与える可能性がある。しかし、アルゴンガスが第２断熱層２ｂに封入されていることで、空気等の混入を阻止するとともに、例え空気等が混入してもアルゴンガスが湿気を吸収することで第２断熱層２ｂの断熱効果の低下を抑制できる。

ここで、アルゴンガスの熱伝導率と、窒素ガスの熱伝導率との比較は、以下の表１の通りとなっている。

上記表１の通り、アルゴンガスの熱伝導率は、従来から第２断熱層２ｂに用いられている窒素ガスの熱伝導率よりも小さい。よって、第２断熱層２ｂが、パーライトとともにアルゴンガスにより構成されることで、断熱性能を向上できる。よって、外槽４の外部から内槽１の内部への入熱を抑えることができる。

以上の構成により、外槽４の外部から内槽１の内部への入熱を抑えて、ＰＣＬＮＧタンクＴ内のＬＮＧが気化して気化ガスとなることを抑制できる。ＰＣＬＮＧタンクＴ内で発生する気化ガスの量が減ると、ＰＣＬＮＧタンクＴ内の圧力調整のために、ＰＣＬＮＧタンクＴから気化ガスを取り出す手間を減らすことができる。さらに、気化ガスをＰＣＬＮＧタンクＴに戻す、発電装置に供給する、及びガスラインに供給する等のために、気化ガスを昇圧する必要があるが、気化ガスの量が減ることで昇圧に用いられるコンプレッサーの動力費を削減できる。結果として、ＬＮＧの貯蔵に要するコスト削減が可能なＰＣＬＮＧタンクＴを提供できる。
また、前述の通り、アルゴンガスは、第２断熱層２ｂを乾燥状態に保ち、パーライトによる保冷効果（断熱効果）を確保することができる。

〔他の実施形態〕
（１）上記実施形態では、窒素ガス供給源１７から第２断熱層２ｂへの窒素ガスの供給と、アルゴンガス供給源１５から第２断熱層２ｂへのアルゴンガスの供給とのいずれかが行われる。
しかし、窒素ガス供給源１７から第２断熱層２ｂへの窒素ガスの供給と、アルゴンガス供給源１５から第２断熱層２ｂへのアルゴンガスの供給とを組み合わせて行うこともできる。つまり、第２断熱層２ｂに窒素ガス及びアルゴンガスの混合ガスを供給し、第２断熱層２ｂを、粒状のパーライトと、アルゴンガスと、窒素ガスとにより構成することができる。

アルゴンガスは窒素ガスに比べて希少価値が高くコストが高い。よって、第２断熱層２ｂがアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを含むことにより、熱伝導率が窒素ガスより低いアルゴンガスによってＰＣＬＮＧタンクＴの外槽４の外部から内槽１の内部への入熱を抑制しつつ、アルゴンガスの一部を窒素ガスで代替することでコスト上昇を抑制することができる。

アルゴンガス及び窒素ガスを第２断熱層２ｂに供給する場合には、例えば、三方弁２５を切り替えて、アルゴンガス供給源１５側からアルゴンガスを第２断熱層２ｂに供給するとともに、窒素ガス供給源１７側から窒素ガスを第２断熱層２ｂに供給する。

なお、上記実施形態の図３に示すように、開閉弁２９は、ＰＣＬＮＧタンクＴの下部に設けられている。ここで、アルゴンガスは、窒素ガス等に比べて比重が大きい。前述の通り、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスが第２断熱層２ｂに供給される場合には、混合ガスにおいては、窒素ガスが上層及びアルゴンガスが下層に分離する傾向にある。図３のように開閉弁２９をＰＣＬＮＧタンクＴの下部に設けて、混合ガスを供給することで、比重の小さい窒素ガスは第２断熱層２ｂの上部から押し出される可能性はあるが、比重の大きいアルゴンガスは第２断熱層２ｂ内に供給されて下方から順に貯まる傾向にある。よって、第２断熱層２ｂにアルゴンガスを十分に供給できる。
なお、開閉弁２９は、ＰＣＬＮＧタンクＴの底部に設けられてもよい。

（２）上記実施形態では、開閉弁２１はＰＣＬＮＧタンクＴの屋根部Ｔｙに設けられているが、開閉弁２１はＰＣＬＮＧタンクＴのタンク側壁部Ｔｓの下部又はタンク底部Ｔｄに設けられてもよい。アルゴンガスは、窒素ガス等に比べて比重が大きいため、開閉弁２１がＰＣＬＮＧタンクＴの下部に設けられる場合には、第２断熱層２ｂ内の気圧が低くなりアルゴンガスが膨張した場合に、第２断熱層２ｂからブリージングタンク１１へのアルゴンガスの導入が容易である。また、第２断熱層２ｂ内の気圧が高くなりアルゴンガスが収縮した場合に、ブリージングタンク１１から第２断熱層２ｂへのアルゴンガスの供給が容易である。

（３）上記実施形態では、第２断熱層２ｂの断熱材として粒状のパーライトを用いている。しかし、断熱材として、パーライトの他に、ガラス繊維、シリカ粉末及び硬質ウレタンフォーム及びこれらのエアロゲルを用いることができる。また、断熱材としては、パーライト、ガラス繊維、シリカ粉末及び硬質ウレタンフォーム及びこれらのエアロゲルから選択された組み合わせを用いることができる。このような断熱材は、軽量であり、かつ熱伝導率が小さいため、第２断熱層２ｂの断熱性能を高めることができる。

（４）上記実施形態では、燃料としてＬＮＧを貯蔵するＰＣＬＮＧタンクを例に挙げて説明したが、貯蔵する燃料としてはＬＮＧに限定されず、例えばＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas：液化石油ガス）等の燃料を貯蔵することもできる。

（５）上記実施形態では、ＰＣ防液堤５がＰＣＬＮＧタンクＴに一体に形成されている。つまり、内槽１、断熱層２、冷熱抵抗緩和材３及び外槽４が一体となって側壁を構成しており、この側壁の外側がＰＣ防液堤５に密着するように覆われている。しかし、ＰＣ防液堤５は、内槽１、断熱層２、冷熱抵抗緩和材３及び外槽４が一体の側壁とは離隔した状態で、周囲に形成されていてもよい。

（６）上記実施形態では、タンク底部Ｔｄでは、パーライトコンクリートで形成されている基礎体６の上部に、タンク側壁部Ｔｓと同様に、内槽１、断熱層２及び外槽４が内方側から外方側に向けて備えるように構成されている。しかし、タンク底部Ｔｄでは、内槽１、断熱層２及び外槽４に代えて、パーライトコンクリートを用いてもよい。つまり、タンク底部Ｔｄでは、基礎体６及びその上部もパーライトコンクリートで形成されていてもよい。

（７）上記実施形態では、タンク側壁部Ｔｓには冷熱抵抗緩和材３が設けられているが、冷熱抵抗緩和材３を省略してもよい。

（８）上記実施形態では、断熱層２にグラスウールを用いた第１断熱層２ａを設けている。しかし、第１断熱層２ａは省略することも可能である。

（９）上記実施形態のアルゴンガス供給源１５としては、アルゴンガスを貯留したアルゴンガスタンクであってもよいし、アルゴンガスを封入したアルゴンガスボンベであってもよい。また、アルゴンガス供給源１５として、アルゴンガスタンク及びアルゴンガスボンベを併用してもよい。

なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

１ ：内槽
２ ：断熱層
２ａ ：第１断熱層
２ｂ ：第２断熱層（断熱層）
４ ：外槽
Ａｒ ：アルゴンガス
Ｐ ：パーライト（断熱材）
Ｔ ：ＰＣＬＮＧタンク（液貯蔵タンク）

Claims (4)

1. タンク側壁部を備える液貯蔵タンクであって、
   前記タンク側壁部では、燃料と接する内槽、断熱層及び外槽が内方側から外方側に向けて配置されており、
   前記断熱層は、断熱材と、アルゴンガスとを含む、液貯蔵タンク。
2. 前記断熱層はさらに窒素ガスを含む、請求項１に記載の液貯蔵タンク。
3. 前記断熱層に前記アルゴンガスを供給するアルゴンガス供給源をさらに含む、請求項１又は２に記載の液貯蔵タンク。
4. 前記断熱材は、パーライト、ガラス繊維、シリカ粉末及び硬質ウレタンフォーム及びこれらのエアロゲルから選択される少なくとも一つである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液貯蔵タンク。
   

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