JP2023108356A - 多重殻低温タンク - Google Patents

Abstract

【課題】真空断熱層を形成する多重殻の各殻の側部の板厚を減らすことができる多重殻低温タンクを提供する。【解決手段】低温液体９を貯蔵する内槽を形成する内殻２と、前記内殻２と間隔をおいて前記内殻２を囲繞して外気に接する外殻３と、前記内殻２と前記外殻３の間の空間を複数の断熱層に区画する２の中間殻４、５とを有しており、前記中間殻４、５に挟まれた断熱層が真空断熱層７であり、前記内殻２と第１の中間殻４との間に形成され、前記内殻２内の気相部の半分の圧力に減圧された第１の断熱層６と、第２の中間殻５と前記外殻３との間に形成され、大気圧の半分の圧力に減圧された第２の断熱層８とを有している、多重殻低温タンク。【選択図】図１

Description

この発明は、多重殻の低温タンクに関する。

内殻と外殻との間に真空断熱層を設けた二重殻低温タンクは、タンク外部の大気圧と内殻と外殻の間の高真空の真空断熱層との圧力差に耐え得るように内殻、外殻の板厚を設計する必要がある。

また、内殻と外殻の間に真空断熱層を設けた二重殻低温タンクの製作には、内殻と外殻の間を所定の高真空に達するまで減圧排気する作業に時間と手間を必要とする。特に、二重殻低温タンクの大型化においては内殻と外殻の間の真空断熱層の容積が増大するため、その減圧排気に要する時間や手間が大幅に増加する。

これまで、二重殻を含む多重殻タンクの従来技術（特許文献１～３）が開示されている。

特許文献１には、複数の貯蔵室が区画形成され、多種類の圧力の流体を貯蔵できる多重殻高圧タンクが開示されている。

特許文献２には、真空断熱層を第１と第２の真空断熱層の二重にし、液体水素等の極低温の液体を貯蔵し、真空断熱層のそれぞれの容積が減少し、真空排気に掛かる手間や時間を減らす真空断熱タンクが開示されている。

特許文献３は、内槽と中間槽、及び外槽と中間槽との間に真空断熱層を備えた三重殻式真空断熱タンクであり、外槽をタンク外部の大気圧と内部の真空との圧力差に耐え得るような剛構造で形成する真空断熱タンクが開示されている。

特許文献１～３に記載されている従来技術は、タンクの内殻と外殻の間に単数又は複数の中間殻を設け、タンク外部と真空断熱層との差圧を小さくして、真空断熱層を囲繞する側部の板厚を薄くする多重殻タンクの技術に関するものではない。

特開昭５２-１４５８１２号公報 実開昭６３-９６００号公報 実開昭６３-１５８６９５号公報

内殻と外殻の間に真空断熱層を設けている二重殻低温タンクを大型化する場合、真空断熱層の容積が大きくなり、タンク外部の大気圧と高真空を要する真空断熱層との圧力差に耐え得るようにするために、内殻と外殻の板厚が過大となる。

加えて、二重殻低温タンクの真空断熱層の容積が増大すると、真空断熱層を所定の高真空まで減圧排気するための大掛かりな設備が必要になるうえ、真空状態にするまで長時間を必要とするため、製作工期が延びる原因となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、タンクの内殻と外殻の間に単数又は複数の中間殻を設け、タンク外部と真空断熱層との間の差圧を緩衝して、真空断熱層を形成する多重殻の各殻の側部の板厚を減らすことができる多重殻低温タンクを提供することを目的とする。

本発明は、
低温液体を貯蔵する内槽を形成する内殻と、
前記内殻と間隔をおいて前記内殻を囲繞して外気に接する外殻と、
前記内殻と前記外殻の間の空間を複数の断熱層に区画する１以上の中間殻とを有しており、
少なくとも１つの前記断熱層が減圧に保持されている、多重殻低温タンク
を提供する。

また、本発明は、
前記中間殻の数は１であり、
前記断熱層の前記内殻又は前記外殻に隣接する断熱層が真空断熱層であって、
該真空断熱層に隣接する断熱層の圧力が前記真空断熱層の圧力よりも大気圧に近い値である、前記の多重殻低温タンク
を提供する。

さらに、本発明は、
前記中間殻の数は２であり、
前記中間殻に挟まれた断熱層が真空断熱層であり、
前記内殻と第１の中間殻との間に形成され、前記内殻内の気相部の半分の圧力に減圧された第１の断熱層と、
第２の中間殻と前記外殻との間に形成され、大気圧の半分の圧力に減圧された第２の断熱層とを有している、
前記の多重殻低温タンク
を提供する。

本発明の多重殻低温タンクは、真空断熱層を形成する多重殻の各殻の側部の板厚を減らすことができる。

本発明に係る多重殻低温タンクの一実施例にかかる全体構造の概略の縦断面図を示す。 本発明に係る多重殻低温タンクの一実施例にかかる各断熱層の圧力を示す縦断面の模式図を示す。 従来の二重殻低温タンクの各断熱層の圧力を示す縦断面の模式図を示す。

本発明に係る多重殻低温タンクの実施形態例について図１から図３を参照しながら説明する。本発明は下記の実施形態にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記の構成要素の省略または付加、構成要素の形状等の実施形態の変更を加えることが出来るのはもちろんである。なお、図は概略を示すもので、一部のみを描き詳細構造は省略した。

図１は、本発明に係る多重殻低温タンクの一実施例にかかる縦断面図である。多重殻低温タンク１は、低温液体９を貯蔵する内槽を形成する内殻２と、内殻２と間隔を置いて囲繞して外気に接する外殻３と、内殻２と外殻３の間の空間を３つの断熱層に区画する２つの中間殻４、５とを有している。すなわち、第１の中間殻４と第２の中間殻５とが設けられた多重殻低温タンク１の事例を示している。
多重殻低温タンク１は、図１に示すように、コンクリート製の基礎１２上に底板１３が設けられ、この底板１３上にパーライトコンクリート等の底部断熱材１１を介し、底板１０が設けられ、底板１０上に内殻側部２ａが立設されている。また、底板１３上の底部断熱材１１よりも外側に第１の中間殻側部４ａと第２の中間殻側部５ａと外殻側部３ａが立設されている。
低温液体９は、例えばマイナス２５３℃の液体水素である。
内殻２はステンレス鋼板、第１の中間殻４と第２の中間殻５は低温用鋼板、外殻３は軟鋼板によって形成することができる。なお、内殻２、第１の中間殻４、第２の中間殻５、外殻３の各殻をＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）で形成しても良い。
内殻屋根２ｂ、第１の中間殻屋根４ｂ、第２の中間殻屋根５ｂ、外殻屋根３ｂの屋根形状は、何れも半球状又は欠球状の屋根を採用することができる。図１では、欠球状よりも必要板厚が薄い半球状の屋根形状を採用する事例を示している。
なお、多重殻低温タンク１は、図１に示すような平底円筒形だけでなく、縦置円筒形、横置円筒形、球形等の形状の多重殻低温タンク１とすることもできる。また、図１に示すような地上式だけでなく、敷地にピットを掘って、所定の高さを埋設した半地下式、或いは地中に埋設した地下式、或いは盛土式の多重殻低温タンク１とすることもできる。

内殻２と外殻３の間に２つの中間殻４，５が設けられているので、３つの断熱層があることになる。例として、内殻２と第１の中間殻４（内側の中間殻）との間を第１の断熱層６とし、第１の中間殻４と第２の中間殻５（外側の中間殻）との間を高真空を要する真空断熱層７とし、第２の中間殻５と外殻３との間を第２の断熱層８とすることができる。
第１の断熱層６、真空断熱層７、第２の断熱層８の各断熱層は、独立した空間として区画され、各断熱層にポリウレタンフォーム（ＰＵＦ）や粒状パーライト等の断熱材を充填することができる。各断熱層間において断熱材や気体の移動はない。各断熱層において、減圧を行うことができる。第１の断熱層６、真空断熱層７、第２の断熱層８のいずれかまたは複数に断熱材を充填しない構造とすることもできる。
なお、多重殻低温タンク１の真空断熱層７を囲繞する第１の中間殻４と第２の中間殻５の内側又は外側あるいはその両方に輻射熱遮蔽材を設けたり、遮熱塗装を施して、外部からの輻射熱により、低温液体９が加熱されることを抑制することができる。

図２は、本発明に係る多重殻低温タンクの一実施例にかかる各部の圧力を示すタンクの縦断面の模式図を示す。各部にかかる圧力を理解するために、圧力分布の仮想例を下記に示す。圧力はゲージ圧とする。なお、各部の圧力はこの例に限定されるものでは一切なく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能である。
内殻２の気相部の圧力をＰ１とする。通常、Ｐ１は、内殻２が貯蔵する低温液体９の種類に応じた設計圧力とし、内殻２内に液体水素を貯蔵する場合は、０．０２ＭＰａの圧力に保たれる。
内殻２と第１の中間殻４との間に形成される第１の断熱層６の圧力Ｐ２は、例えば、Ｐ１の半分の圧力に減圧した圧力とすることができる。
第１の中間殻４と第２の中間殻５との間に形成された真空断熱層７の圧力Ｐ３は、概ね大気圧に相当する圧力を減圧した圧力とすることができる。
第２の中間殻５と外殻３との間に形成される第２の断熱層８の圧力のＰ４は、大気圧の半分に減圧した圧力とすることができる。

多重殻低温タンク１の内殻側部２ａ、第１の中間殻側部４ａ、第２の中間殻側部５ａ、外殻側部３ａに作用する差圧力は、以下の通りである。
内殻側部２ａには、Ｐ１－Ｐ２＝Ｐ１－Ｐ１/２＝Ｐ１／２の差圧力が作用する。
Ｐ２＝Ｐ１／２であるので、第１の中間殻側部４ａには、Ｐ２－（－Ｐ３）＝Ｐ１／２＋Ｐ３の差圧力が作用する。
第２の中間殻側部５ａには、－Ｐ３－（－Ｐ４）＝－Ｐ３＋Ｐ３／２＝－Ｐ３／２の差圧力が作用する。
外殻側部３ａは、外気に接しているため、－Ｐ４＝－Ｐ３／２の差圧力が作用する。

図３は、従来の二重殻低温タンクの各断熱層の圧力を示す縦断面の模式図を示す。内殻２２と外殻２３の２層構造で、中間殻はなく、同じ材料、貯蔵液、断熱材を使用し、同じ直径、高さの二重殻タンク２１の内殻２２と外殻２３の間を減圧して真空断熱層２４とした場合に、内殻側部２２ａと外殻側部２３ａに作用する差圧力は、以下の通りとなる。
なお、二重殻低温タンク２１の内殻２２の気相部の圧力は、多重殻低温タンク１と同じＰ１の圧力に保持され、真空断熱層２４の圧力は、多重殻低温タンク１の圧力と同じＰ３まで減圧する。
内殻側部２２ａには、Ｐ１－（－Ｐ３）＝Ｐ１＋Ｐ３の差圧力が作用する。
外殻側部２３ａは、外気に接しているため、真空断熱層２４の圧力－Ｐ３の差圧力が作用することになる。

本発明の多重殻低温タンク１の内殻側部２ａ、外殻側部３ａと二重殻タンク２１の内殻側部２２ａ、外殻側部２３ａに作用する差圧力をそれぞれ比較した場合について述べる。
従来の二重殻タンク２１の内殻側部２２ａに作用する差圧力Ｐ１＋Ｐ３と、本発明の多重殻低温タンク１の内殻側部２ａに作用する差圧力Ｐ１/２を比較すると、二重殻タンク２１の内殻側部２２ａにＰ１/２＋Ｐ３の分だけ余分に差圧力が掛かることになり、その差に応じて内殻側部の板厚を厚くする必要がある。
同様に、二重殻タンク２１の外殻側部２３ａに作用する差圧力－Ｐ３と、本発明の多重殻低温タンク１の外殻側部３ａに作用する差圧力－Ｐ３／２を比較すると、二重殻タンク２１の外殻側部２３ａに作用する差圧が多重殻低温タンク１の外殻側部３ａに作用する差圧の２倍となり、その差に応じて外殻側部の板厚を厚くする必要がある。

また、従来の二重殻タンク２１の真空断熱層２４を囲う内殻側部２２ａと外殻側部２３ａに相当する、本発明の多重殻低温タンク１の真空断熱層７を囲う第１の中間殻側部４ａ（内側）、第２の中間殻側部５ａ（外側）に作用する差圧力をそれぞれ比較した場合についても述べる。
二重殻タンク２１の内殻側部２２ａに作用する差圧力Ｐ１＋Ｐ３と、本発明の多重殻低温タンク１の第１の中間殻側部４ａに作用する差圧力Ｐ１／２＋Ｐ３を比較すると、二重殻タンク２１の内殻側部２２ａにＰ１/２の分だけ余分に差圧力が掛かることになり、その差に応じて側部の板厚を厚くする必要がある。
同様に、二重殻タンク２１の外殻側部２３ａに作用する差圧力－Ｐ３と、本発明の多重殻低温タンク１の第２の中間殻側部５ａに作用する差圧力－Ｐ３／２を比較すると、二重殻タンク２１の外殻側部２３ａに作用する差圧が多重殻低温タンク１の第２の中間殻側部５ａに作用する差圧の２倍となり、その差に応じて側部の板厚を厚くする必要がある。

以上より、本発明の多重殻低温タンク１は、従来の二重殻タンク２１と比較し、真空断熱層を形成する各殻の側部の板厚を減らせるという効果を有しており、特に内殻の板厚軽減において、絶大な効果がある。

以上、本発明の一実施態様につき述べたが、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、本発明に係る多重殻低温タンク１は、第１の断熱層６を気相部の半分の圧力Ｐ２に減圧に保持し、第２の断熱層８を大気圧の半分の圧力Ｐ４に減圧に保持しているが、気相部や大気の半分の圧力でなくても良く、気相部や大気の数分の１の圧力とすることで、第１の中間殻側部４ａと第２の中間殻側部５ａに作用する差圧力が減少し、二重殻タンク２１と比較して真空断熱層を形成する各殻の側部の板厚を薄くすることができる。

本発明は、図１、図２の３層の中間層構造の多重殻低温タンクの実施態様に限らず、種々の構成を適用することが可能である。例えば、図示しないが、１つの中間殻を設けた２層の中間層構造の三重殻低温タンクとしたり、３以上の中間殻を設けた４層以上の中間層構造の多重殻低温タンクとすることも可能である。
２層の中間層構造の三重殻低温タンクとする場合、内殻と中間殻で真空断熱層をはさみ、真空断熱層に隣り合う断熱層の圧力を大気圧の半分程度の圧力とすることで、使用する側部の材料の板厚を薄くすることができる。また、外殻と中間殻で真空断熱層を形成する場合は、真空断熱層に隣り合う断熱層の圧力を気相部の半分の圧力とすることで、使用する側部の材料の板厚を薄くすることができる。
４層以上の中間層構造の多重殻低温タンクとする場合は、真空断熱層７から外殻３にかけて形成された複数の断熱層を段階的に減圧し、外殻３に向かうにつれて断熱層の圧力を大気圧に近い値に近付けることで、各々の断熱層を形成する側部に作用する差圧力が減少し、側部の板厚を薄くすることができる。また、同様に、内殻２から真空断熱層７にかけて形成された複数の断熱層を段階的に減圧し、内殻２に向かうにつれて断熱層の圧力を気相部の圧力に近い値に近付けることで、各々の断熱層を形成する側部に作用する差圧力が減少し、側部の板厚を薄くすることもできる。

また、本発明の多重殻低温タンク１の内殻２が貯蔵する低温液体９としては、液体水素に限らず、ＬＰＧやＬＮＧ、液体アンモニア等、種々の液体を使用することが可能である。

上記の本発明の本実施形態の多重殻低温タンク１は、下記の効果を少なくとも１以上有している。
従来と比べて、真空断熱層と隣り合う断熱層との差圧力を小さくすることにより、真空断熱層を形成する側部の板厚を減らすことができる。つまり、従来より薄い板厚で座屈に対抗する構造とすることができる。
容積が小さい断熱層を複数設ける構造とすることで、従来と比べ、全体として断熱層の幅を広くとることができ、結果として、低温タンクの大型化が実現できる。また、各断熱層を従来より小さい容積とすることで、減圧排気する設備を従来より小型化できる。
多重殻の各殻の側部を形成する鋼板の板厚を薄くすることにより、各殻の側部を厚板で形成する場合と比較して、鋼板相互の溶接が容易である。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の構成変更が可能である。

１ 多重殻低温タンク
２ 内殻
２ａ 内殻側部
２ｂ 内殻屋根部
３ 外殻
３ａ 外殻側部
３ｂ 外殻屋根部
４ 第１の中間殻
４ａ 第１の中間殻側部
４ｂ 第１の中間殻屋根部
５ 第２の中間殻
５ａ 第２の中間殻側部
５ｂ 第２の中間殻屋根部
６ 第１の断熱層
７ 真空断熱層
８ 第２の断熱層
９ 低温液体
１０ 底板
１１ 底部断熱材
１２ 基礎
１３ 底板

２１ 二重殻低温タンク
２２ 内殻
２２ａ 内殻側部
２３ 外殻
２３ａ 外殻側部
２４ 真空断熱層

Ｐ１ 内殻２、２２の気相部の圧力
Ｐ２ 第１の断熱層６の圧力
Ｐ３ 真空断熱層７、２４の圧力
Ｐ４ 第２の断熱層８の圧力

Claims (3)

1. 低温液体を貯蔵する内槽を形成する内殻と、
   前記内殻と間隔をおいて前記内殻を囲繞して外気に接する外殻と、
   前記内殻と前記外殻の間の空間を複数の断熱層に区画する１以上の中間殻とを有しており、
   少なくとも１つの前記断熱層が減圧に保持されている、多重殻低温タンク。
2. 前記中間殻の数は１であり、
   前記断熱層の前記内殻又は前記外殻に隣接する断熱層が真空断熱層であって、
   該真空断熱層に隣接する断熱層の圧力が前記真空断熱層の圧力よりも大気圧に近い値である、請求項１に記載の多重殻低温タンク。
3. 前記中間殻の数は２であり、
   前記中間殻に挟まれた断熱層が真空断熱層であり、
   前記内殻と第１の中間殻との間に形成され、前記内殻内の気相部の半分の圧力に減圧された第１の断熱層と、
   第２の中間殻と前記外殻との間に形成され、大気圧の半分の圧力に減圧された第２の断熱層とを有している、
   請求項１に記載の多重殻低温タンク。
   
   

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