JP2020104883A - 二重殻タンク - Google Patents

Abstract

【課題】粒状断熱材によって内槽と外槽との間に断熱層を形成することと、内槽の収縮変形に起因するタンク頂部の断熱層の厚みの減少を抑制することとを両立し得る二重殻タンクを提供する。【解決手段】二重殻タンクは、液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部が内部に形成された球殻形状の内槽と、内槽を所定間隔を隔てて覆う球殻形状の外槽と、内槽と外槽との間に設けられ、内周側が内槽の外壁と接続された円環形状の沈降抑制部材と、内槽の外壁、外槽の内壁、及び沈降抑制部材によって囲まれた空間に充填された粒状断熱材とを、備える。沈降抑制部材は、内槽の赤道以上の高さに位置する沈降防止面を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、外槽と内槽とを備える二重殻タンクの構造に関する。

従来から、低温液体を貯蔵するタンクとして、二重殻タンクが知られている。二重殻タンクは、一般的に、低温液体を実質的に収容する内槽と、この内槽を所定の間隔を隔てて外側から覆う外槽と、内槽と外槽との間に形成された断熱層とを備える。断熱層は、例えば、内槽と外槽との間に充填された粒状断熱材で形成され、粒状断熱材としてはパーライトが使用される。

二重殻タンクの建造時に、内槽と外槽とが完成してから、内槽が空の状態で内槽と外槽との間を埋めるように粒状断熱材が充填される。そのため、内槽に低温液体が供給されて内槽が熱収縮すると、内槽と外槽との間隔が広がって、内槽と外槽との間に充填されている粒状断熱材が沈降する。粒状断熱材が沈降すると、二重殻タンクのタンク頂部に粒状断熱材の存在しない空間が生じ、タンク頂部の断熱層の厚みが低減する。二重殻タンクにおいて断熱層の厚みが不十分な箇所が生じると、その箇所の断熱性が低下する。断熱性の低下により、タンク頂部に霜が付くおそれがある。また、断熱性の低下により内槽への入熱量が増加すると、低温液体のボイルオフガス量が増加し、内槽の圧力が過剰となるおそれがある。

そこで、特許文献１の二重殻タンクでは、内槽の半径方向に伸縮可能な伸縮材（グラスウール）で形成された内側の断熱層と、充填材（パーライト）で形成された外側の断熱層との内外二層からなる断熱層を備える。この二重殻タンクでは、内槽の熱収縮によって断熱層に生じる隙間が膨張した伸縮材によって充たされ、充填材の沈降が抑制される。

特開２０１３−２３８２８５号公報

とりわけ屋外に設置された二重殻タンクでは日射によるタンク頂部への入熱量を抑えることが肝要である。それにも関わらず、内槽と外槽との間の断熱層が粒状断熱材によって形成されると、前述のように粒状断熱材の沈降によってタンク頂部の断熱性が低下する。

上記特許文献１の二重殻タンクによれば、粒状断熱材（充填材）の沈降を抑制できるものの、パーライトと比較して高価なグラスウールを多用することからコストが嵩む。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、粒状断熱材によって内槽と外槽との間に断熱層を形成することと、内槽の収縮変形に起因するタンク頂部の断熱層の厚みの減少を抑制することとを両立し得る二重殻タンクを提供することにある。

本発明の一態様に係る二重殻タンクは、
液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部が内部に形成された球殻形状の内槽と、
前記内槽を所定間隔を隔てて覆う球殻形状の外槽と、
前記内槽と前記外槽との間に設けられ、内周側が前記内槽の外壁と接続された円環形状の沈降抑制部材と、
前記内槽の外壁、前記外槽の内壁、及び前記沈降抑制部材によって囲まれた空間に充填された粒状断熱材とを、備え、
前記沈降抑制部材が、前記内槽の赤道以上の高さに位置する沈降防止面を有することを特徴とするものである。

上記二重殻タンクによれば、冷熱により内槽が収縮変形する際に、内槽の外壁に沿って当該内槽の下方へ向かう粒状断熱材の流れが沈降抑制部材によって阻害される。これにより、内槽の熱収縮に起因するタンク頂部の粒状断熱材の沈降量が抑えられ、タンク頂部の断熱層の厚みの変化を抑制することができる。よって、上記二重殻タンクによれば、内槽と外槽との間に粒状断熱材による断熱層を形成することと、内槽の収縮変形に起因するタンク頂部の断熱層の厚みの減少を抑制することとを両立することができる。

上記二重殻タンクにおいて、前記沈降防止面の外径と内径との差が、空の前記内槽の赤道における前記内槽と前記外槽との槽間距離の１０％以上であってよい。

二重殻タンクの内槽と外槽との槽間距離は、内槽に液体水素が貯蔵された状態では、空の状態と比較して約１１０％にまで拡大することがある。そのため、沈降防止面の外径と内径との差が槽間距離の１０％以上であれば、内槽が冷熱により収縮したときに内槽と粒状断熱材からなる断熱層との間に生じる空隙に沈降抑制部材で蓋をすることができる。これにより、タンク頂部における粒状断熱材の沈降抑制効果がより確実に得られる。

さらに、上記二重殻タンクにおいて、前記沈降抑制部材が、前記内槽と同じ材料から構成されていてよい。

これにより、内槽が収縮変形及び変形回復する際に、沈降抑制部材の内槽と接続されている部分を内槽に追従して変形させることができる。

また、上記二重殻タンクにおいて、前記沈降抑制部材が、内周側が前記内槽の外壁と接続され、外周側が前記外槽の内壁と接続され、且つ、前記内槽の半径方向への伸縮性を有する隔膜を含んでいてよい。

これにより、沈降抑制部材によってタンク頂部の粒状断熱材が充填された空間が区画され、内槽が収縮変形及び変形回復する際のタンク頂部の粒状断熱材の移動が抑制される。よって、内槽の収縮変形に起因するタンク頂部の断熱層の厚みの減少を抑制することができる。

更に、上記二重殻タンクが、前記内槽と前記外槽との間の空間を真空引きする真空ポンプを備え、前記隔膜に気体の通過を許容し前記粒状断熱材の通過を阻止する通気孔が設けられていてよい。

このように、内槽と外槽との間の空間が真空とされることによって断熱層の断熱性能が高められる。そして、隔膜に設けられた通気孔を通じて気体の流動が許容されるので、内槽と外槽との間は隔膜によって複数の空間に区画されているが、そのうち少なくとも１つの空間を真空ポンプと接続すれば複数の空間の全てを真空引きすることができる。

また、上記二重殻タンクにおいて、前記沈降抑制部材が、前記内槽の赤道の高さ位置に設けられた第１の沈降抑制部材と、前記内槽の赤道と頂部との間の高さ位置に設けられた第２の沈降抑制部材とを含んでいてよい。

これにより、上下二段の沈降抑制部材によって、粒状断熱材の沈降の抑制効果をより一層高めることができる。

本発明によれば、粒状断熱材によって内槽と外槽との間に断熱層を形成することと、内槽の収縮変形に起因するタンク頂部の断熱層の厚みの減少を抑制することとを両立し得る二重殻タンクを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る空の二重殻タンクの全体的な構成を示す断面図である。 図２は、図１に示す二重殻タンクの低温液体を貯蔵した状態の全体的な構成を示す断面図である。 図３は、第１実施形態の変形例１に係る二重殻タンクの全体的な構成を示す断面図である。 図４は、第１実施形態の変形例２に係る二重殻タンクの沈降抑制部材の部分拡大図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る二重殻タンクの全体的な構成を示す断面図である。

〔第１実施形態〕
次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る空の二重殻タンク１Ａの全体的な構成を示す断面図であり、図２は、図１に示す二重殻タンク１Ａの低温液体を貯蔵した状態の全体的な構成を示す断面図である。図２では、収縮前の内槽２が二点鎖線で示されている。

図１に示す二重殻タンク１Ａは、液体水素、液体窒素、液化天然ガス等の低温液体を貯蔵するタンクである。二重殻タンク１Ａは、図示されないスカートによって支持された状態で船体、車両、又は地上等に設置される。

二重殻タンク１Ａは、内槽２と、内槽２を覆う外槽３と、内槽２と外槽３との間で断熱層を形成する粒状断熱材４と、粒状断熱材４の沈降を防止する沈降抑制部材５Ａとを備える。

内槽２は、中空球殻形状を呈し、例えば、多数のＳＵＳ製パネルが溶接されて成る。内槽２の内部には、低温液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部２１が形成されている。内槽２は、タンク建造時の常温（図１、参照）と低温液体収容時の低温（図２、参照）との温度差による収縮変形及び変形回復を許容し得る。

外槽３は、内槽２よりも一回り大きい中空球殻形状を呈し、例えば、多数の鋼板が溶接されて成る。内槽２及び外槽３の球殻形状の概念には、真球殻に限定されず、一対の半球殻とそれらの間に設けられた短筒胴から成る縦長又は横長の球殻形（カプセル形）、卵殻形などが含まれる。外槽３の直径は、内槽２の直径よりも大きい。空の内槽２と外槽３とが同心状に配置され、外槽３は内槽２を所定の槽間間隔を隔てて覆っている。内槽２の赤道における槽間距離を、槽間距離Ｄ１で表す。内槽２が空の状態において、槽間距離Ｄ１は、１〜２ｍ程度であってよい。内槽２は、内槽２の外壁と外槽３の内壁との間を接続する図示されないロッド等によって、外槽３に支持されている。

沈降抑制部材５Ａは、内槽２と外槽３との間に設けられている。本実施形態に係る沈降抑制部材５Ａは、内槽２の外壁から半径方向外側へ向けて放射状に延びる、円環形状（アニュラス形状）を呈する。

沈降抑制部材５Ａの内周部分は、内槽２の外壁であって、内槽２の赤道以上の部分と接続されている。図１に示す沈降抑制部材５Ａは、内槽２の外壁の赤道部分と接続されている。但し、図３に示すように沈降抑制部材５Ａ’は内槽２の外壁の赤道部分よりも上方と接続されていてもよい。

上記の沈降抑制部材５Ａは、沈降防止面５０を有する。沈降防止面５０は、内槽２の赤道以上の高さに位置する。沈降防止面５０は、上向きの面であってよい。沈降防止面５０（又は、沈降抑制部材５Ａ）の外径と内径との差（図１のＤ２）は、空の内槽２の赤道における内槽２と外槽３との槽間距離Ｄ１の１０％以上である。

粒状断熱材４は、内槽２の外壁、外槽３の内壁、及び沈降抑制部材５Ａによって囲まれた空間に圧密状態で充填されている。粒状断熱材４は、例えば、粒状のパーライトである。但し、粒状断熱材４は、パーライト以外の公知の粒状断熱材が採用されてよい。

内槽２と外槽３との間において粒状断熱材４が充填された空間は、真空ポンプ６によって強制排気され、ほぼ真空状態とされている。このように粒状断熱材４が充填された空間がほぼ真空状態とされることで、断熱効果が更に高められる。

以上に説明した通り、本実施形態に係る二重殻タンク１Ａは、低温液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部２１が内部に形成された球殻形状の内槽２と、内槽２を所定間隔を隔てて覆う球殻形状の外槽３と、内槽２と外槽３との間に設けられ、内周側が内槽２の外壁と接続された円環形状の沈降抑制部材５Ａと、内槽２の外壁、外槽３の内壁、及び沈降抑制部材５Ａによって囲まれた空間に充填された粒状断熱材４とを、備える。そして、沈降抑制部材５Ａが、内槽２の赤道以上の高さに位置する沈降防止面５０を有する。

上記構成の二重殻タンク１Ａは、図２に示すように、内槽２に液体水素等の低温液体が供給されると、その冷熱により内槽２が収縮変形する。それに伴い、内槽２と粒状断熱材４からなる断熱層との間に空隙が生じる。沈降抑制部材５Ａより下では、沈降抑制部材５Ａによって上記の空隙への粒状断熱材４の流入が阻止(又は抑制)される。ここで、粒状断熱材４は圧密されているので、粒状断熱材４の多くは、砂のように粒子が個別に流動するのではなく、塊状となって移動する。そのため、沈降抑制部材５Ａによって内槽２の外壁に沿った粒状断熱材４の流れが阻害されるだけでも、粒状断熱材４の沈降の抑制効果が得られる。

一方、沈降抑制部材５Ａより上では、上記の空隙への粒状断熱材４が流入する。その結果、タンク頂部１ｔにおいて粒状断熱材４が沈降し、内槽２と外槽３との間に空隙が生じる。しかし、沈降抑制部材５Ａが存在しない場合と比較して、タンク頂部１ｔにおける粒状断熱材４の沈降量を抑えることができる。

このように二重殻タンク１Ａでは、内槽２の熱収縮に起因するタンク頂部１ｔの粒状断熱材４の沈降量が抑えられるので、タンク頂部１ｔの断熱層の厚みの減少を抑制することができる。よって、二重殻タンク１Ａでは、内槽２と外槽３との間に粒状断熱材４による断熱層を形成することと、内槽２の収縮変形に起因するタンク頂部１ｔの断熱層の厚みの減少を抑制することとを両立することができる。

また、本実施形態に係る二重殻タンク１Ａでは、沈降防止面５０の外径と内径との差Ｄ２が、空の内槽２の赤道における内槽２と外槽３との槽間距離Ｄ１の１０％以上である。

二重殻タンク１Ａの内槽２に液体水素が貯蔵された状態において、内槽２の赤道における内槽２と外槽３との槽間距離Ｄ１’（図２、参照）は、空の状態の槽間距離Ｄ１（図１、参照）と比較して、約１１０％に拡大することがある。但し、槽間距離Ｄ１’と槽間距離Ｄ１との比は、内槽２の直径と外槽３の直径との関係、内槽２の液体水素の貯蔵量等に応じて異なる。沈降防止面５０の外径と内径との差Ｄ２が槽間距離Ｄ１の１０％以上であれば、内槽２が収縮したときに内槽２と粒状断熱材４からなる断熱層との間に生じる空隙に沈降抑制部材５Ａで確実に蓋をすることができる。これにより、タンク頂部における粒状断熱材４の沈降抑制効果がより確実に得られる。

さらに、上記の沈降抑制部材５Ａは、内槽２と同じ材料から構成されている。これにより、内槽２が収縮変形及び変形回復する際に、沈降抑制部材５Ａの内槽２と接続されている部分を内槽２に追従して変形させることができる。

なお、図１に示す二重殻タンク１Ａの沈降抑制部材５Ａは、内槽２の赤道部分に設けられており、図３に示す二重殻タンク１Ａ’の沈降抑制部材５Ａ’は、内槽２の赤道より高い位置に設けられている。これらの沈降抑制部材５Ａ，５Ａ’が複合されてもよい。即ち、図４に示すように、二重殻タンク１Ａ’’が、内槽２の赤道の高さ位置に設けられた第１の沈降抑制部材５Ａと、内槽２の赤道と頂部との間の高さ位置に設けられた第２の沈降抑制部材５Ａ’とを備えていてよい。

このように、二重殻タンク１Ａ’’が上下二段の沈降抑制部材５Ａ，５Ａ’を備えることにより、内槽２が収縮した際に、第１の沈降抑制部材５Ａ及び第２の沈降抑制部材５Ａ’の双方で、内槽２と粒状断熱材４からなる断熱層との空隙に流れ込む粒状断熱材４を抑制することができる。これにより、タンク頂部１ｔにおける粒状断熱材４の沈降の抑制効果をより一層高めることができる。また、第１の沈降抑制部材５Ａのみを設ける場合と比較して、第１の沈降抑制部材５Ａに掛かる負荷を低減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る二重殻タンク１Ｂの全体的な構成を示す断面図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５に示す二重殻タンク１Ｂは、内槽２と、内槽２を覆う外槽３と、内槽２と外槽３との間で断熱層を形成する粒状断熱材４と、粒状断熱材４の沈降を防止する沈降抑制部材５Ｂと、内槽２と外槽３との間の空間を真空引きする真空ポンプ６を備える。

本実施形態に係る沈降抑制部材５Ｂは、内槽２と外槽３との間に設けられた隔膜５５からなる。粒状断熱材４は、内槽２の外壁、外槽３の内壁、及び沈降抑制部材５Ｂによって囲まれた空間に圧密状態で充填されている。

隔膜５５は、全体として円環形状（アニュラス形状）を呈し、内周側が内槽２の外壁と接続され、外周側が外槽３の内壁と接続されている。隔膜５５には、気体の通過を許容し粒状断熱材４の通過を阻止する多数の通気孔５５ａが設けられている。

隔膜５５は、内槽２の半径方向への伸縮性を有する。隔膜５５の伸縮性は、隔膜５５の素材によって実現されてよい。例えば、隔膜５５は、ＰＴＦＥ等の耐低熱性及び伸縮性を有する樹脂シートや、金属製又は樹脂製メッシュシートなどで構成されていてよい。或いは、隔膜５５の伸縮性は、隔膜５５の構造によって実現されていてよい。例えば、隔膜５５は、重なりあった複数のシート又は板材からなり、それらをスライドさせることより伸縮するように構成されていてよい。また、例えば、隔膜５５はシートが蛇腹に成形されたものであってよい。

隔膜５５は、内槽２と外槽３との間に設けられ、内槽２の赤道以上の高さに位置する沈降防止面５０を有する。隔膜５５は、内槽２の赤道以上の高さに設けられていればよいが、タンク頂部１ｔに近い位置に設けられていることが望ましい。また、隔膜５５は、上記に加えて、内槽２の赤道より低い位置にも設けられていてもよい。

以上に説明した通り、本実施形態に係る二重殻タンク１Ｂは、低温液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部２１が内部に形成された球殻形状の内槽２と、内槽２を所定間隔を隔てて覆う球殻形状の外槽３と、内槽２と外槽３との間に設けられ、内周側が内槽２の外壁と接続された沈降抑制部材５Ｂと、内槽２の外壁、外槽３の内壁、及び沈降抑制部材５Ｂによって囲まれた空間に充填された粒状断熱材４とを、備える。そして、沈降抑制部材５Ｂが、内槽２の赤道以上の高さに位置する沈降防止面５０を有する。更に、沈降抑制部材５Ｂが、内周側が内槽２の外壁と接続され、外周側が外槽３の内壁と接続され、且つ、内槽２の半径方向への伸縮性を有する隔膜５５からなる。

上記二重殻タンク１Ｂでは、沈降抑制部材５Ｂによってタンク頂部１ｔの粒状断熱材４が充填された空間が区画され、内槽２が収縮変形及び変形回復する際に、タンク頂部１ｔの粒状断熱材４は沈降抑制部材５Ｂよりも下方へ移動することができないので、タンク頂部１ｔの粒状断熱材４の移動が抑制される。よって、内槽２の収縮変形に起因するタンク頂部１ｔの断熱層の厚みの減少を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る二重殻タンク１Ｂは、内槽２と外槽３との間の空間を真空引きする真空ポンプ６を備えており、隔膜５５には気体の通過を許容し粒状断熱材４の通過を阻止する通気孔５５ａが設けられている。

このように、内槽２と外槽３との間の空間が真空ポンプ６で真空引きされて真空とされることによって、断熱層の断熱性能が高められる。そして、隔膜５５に設けられた通気孔５５ａを通じて気体の移動が許容されるので、内槽２と外槽３との間は隔膜５５によって複数の空間に区画されているが、そのうち少なくとも１つの空間を真空ポンプ６と接続すれば複数の空間の全てを真空引きすることができる。

なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、沈降抑制部材５Ｂが、内槽２の赤道の高さ位置と、内槽２の赤道と頂部との間の高さ位置との双方に設けられてもよい。このように沈降抑制部材５Ｂによって内槽２と外槽３との間が細分化されることにより、、内槽２の熱収縮時に各区画において粒状断熱材４の移動が抑制される。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

１Ａ，１Ａ’，１Ａ’’，１Ｂ ：二重殻タンク
１ｔ ：タンク頂部
２ ：内槽
３ ：外槽
４ ：粒状断熱材
５Ａ，５Ａ’，５Ｂ ：沈降抑制部材
６ ：真空ポンプ
２１ ：貯蔵部
５０ ：沈降防止面
５５ ：隔膜
５５ａ ：通気孔

Claims (6)

1. 液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部が内部に形成された球殻形状の内槽と、
   前記内槽を所定間隔を隔てて覆う球殻形状の外槽と、
   前記内槽と前記外槽との間に設けられ、内周側が前記内槽の外壁と接続された円環形状の沈降抑制部材と、
   前記内槽の外壁、前記外槽の内壁、及び前記沈降抑制部材によって囲まれた空間に充填された粒状断熱材とを、備え、
   前記沈降抑制部材が、前記内槽の赤道以上の高さに位置する沈降防止面を有する、
   二重殻タンク。
2. 前記沈降防止面の外径と内径との差が、空の前記内槽の赤道における前記内槽と前記外槽との槽間距離の１０％以上である、
   請求項１に記載の二重殻タンク。
3. 前記沈降抑制部材が、前記内槽と同じ材料から構成されている、
   請求項１又は２に記載の二重殻タンク。
4. 前記沈降抑制部材が、内周側が前記内槽の外壁と接続され、外周側が前記外槽の内壁と接続され、且つ、前記内槽の半径方向への伸縮性を有する隔膜を含む、
   請求項１に記載の二重殻タンク。
5. 前記内槽と前記外槽との間の空間を真空引きする真空ポンプを更に備え、前記隔膜に気体の通過を許容し前記粒状断熱材の通過を阻止する通気孔が設けられている、
   請求項４に記載の二重殻タンク。
6. 前記沈降抑制部材が、前記内槽の赤道の高さ位置に設けられた第１の沈降抑制部材と、前記内槽の赤道と頂部との間の高さ位置に設けられた第２の沈降抑制部材とを含む、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の二重殻タンク。

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