JP5452969B2 - 低温タンクの断熱構造および断熱施工方法 - Google Patents

Description

請求項に係る発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）タンク等の低温タンクの外壁に構成される断熱構造およびその施工方法に関するものである。

省エネルギー対策として、輸送中および貯蔵中の蒸発損失低減のため、LNGタンク等の断熱を強化する取り組みがなされている。内部に数百m3以上のLNGやLPG（液化石油ガス）等の低温物質を貯蔵するいわゆる低温タンクには、外壁を覆って多数の断熱パネルが面状に並べられる構成の断熱構造が広く採用されている。図３は、そうした断熱構造の一例であり、低温タンクの外壁１上には内層１３と外層１４との２層を含む断熱パネル１２が敷き詰められている。

近年、冷蔵庫や冷凍庫等の断熱壁を形成するための部材として、真空断熱材（Vacuum Insulation Panel：VIP）が用いられている。真空断熱材は、通気性のある断熱材（グラスウール等）を芯材とし、それを多層ラミネートフィルムで真空封止したものである。真空断熱材は、従来の低温断熱材であるウレタンフォーム(PUF)等のそれよりも断熱性能は5〜10倍高いが、破損により性能低下する恐れがある。このため、型枠内部に真空断熱材を配置した後、ウレタンフォーム(PUF)を充填し、断熱パネルを構成する方法が採用されている。この真空断熱材を用いた断熱パネルが複数連結され断熱壁を形成しているが、連結部分で外部からの熱侵入が多く、断熱壁としての断熱性能は期待した程向上しない場合がある。下記の特許文献1〜3には、そのような断熱パネル連結部での外部熱侵入を低減するための断熱パネル連結技術が示されている。図５は、特許文献１に記載の例であり、真空断熱材２０を複数のスラブ材２１ではさんで断熱パネルを構成するとともに、一部のスラブ材２１の位置をずらすことによりパネル同士の接着面を直線的でないものにして熱や湿気の進入を防止することとしている。

真空断熱材の高断熱性能を活用すれば、冷蔵庫だけでなく低温タンクの断熱強化にも適用範囲が広がる。すなわち、図４のように真空断熱材１４ａをウレタンフォーム（PUF）やポリスチレンフォーム等の発泡体１４ｂで包んだ断熱パネル１４’が、たとえば、図３に示した２層構造の断熱パネル１２のうち外側（室温側）の層１４に替えて使用されることが考えられる。タンク（防熱層）の全表面積のうち多くの部分を真空断熱材１４ａで覆うため、低温タンクの断熱性能を高めることができる。

特開２００２−２３５８９５号公報 特開平１１−２６４４９７号公報 特開２００７−０１７０５１号公報

真空断熱材を内部に有する図４の断熱パネル１４’を、図３に示す外側の層１４などとして低温タンクの表面に敷き詰める場合、隣接する断熱パネル１４’同士の連結部分とその付近には、真空断熱材１４ａがカバーしない部分が存在する。発明者らの検討では、図３の外側の層１４に図４の断熱パネル１４’を配置するだけでは、低温タンクの全表面に対する真空断熱材１４ａの面積率を５０％程度以上にすることは難しく、その場合、真空断熱材１４ａを使用することによる断熱性能の向上は十分でないことが分かった。つまり、当該面積率が５０％程度以下であるときは、それが０％である場合に比べて断熱性能を顕著には向上させることができない。

また、ＬＮＧ等を入れる低温タンクに必要な高い断熱性能を得るためには、断熱パネル間に隙間のないことが必要である。隙間があるとそこでガスの対流が発生し、対流伝熱によってタンクの断熱性能が低下する。低温タンクには千枚以上の断熱パネルを配置するのが通常であるため、それらの間を、隙間がないように如何にして接着するかは重要な課題である。ところが、特許文献１〜３はいずれも、低温タンクにおける場合の断熱パネル間の接着や隙間の解消法について有利な手段を示してはいない。

請求項に係る発明は、以上の課題を考慮して完成したものであり、低温タンクの表面積に対する真空断熱材の適用効果を高め、また断熱パネル間の接着を容易に、しかも隙間のないよう確実に行うことのできる低温タンクの断熱構造および断熱施工方法を提供する。

請求項の発明である低温タンクの断熱構造は、真空断熱材を内部に有する断熱パネルが低温タンクの外側に複数配置され、それら断熱パネル間の継ぎ目の外側（低温タンクの外側、つまり室温側）に、真空断熱材を内部に有する追加断熱パネルが複数配置されていることを特徴とする。たとえば図１のように、断熱パネル２内にある真空断熱材４ａの外側（図の上側）に、追加断熱パネル７内の真空断熱材７ａの一部が重なるように各パネル２・７が配置されるとよい。
かかる発明の断熱構造によれば、低温タンクの全表面積に対する真空断熱材の表面積比率、すなわち、タンク表面と直角な方向から見るとき真空断熱材が覆っている面積の割合を、従来に比べて大幅に拡大することができる。このとき真空断熱材がカバーしていない部分を、室温側から低温側に直線的に流れ込む熱の流れを遮ることとなり、真空断熱材の全体断熱性能への寄与を顕著に向上させることができる。

上記継ぎ目を形成する上記断熱パネル同士とその外側に配置された上記追加断熱パネルとに接する空間に、ウレタンフォームが注入され充填されているのが好ましい。図１の例では、符号８の空間に目地部としてウレタンフォームが注入・充填されるとよい。
ウレタンフォームは、断熱性の高い材料であることに加え、注入発泡させられる際に自己接着性を有するという特徴を有し、異種材料に対しても強い接着力を発揮する。そのため、上記のように断熱パネル同士および追加断熱パネルに接する空間にウレタンフォームが注入・充填されるなら、それらの間が、断熱性の高い材料で隙間なく埋められるとともに、強く接着され一体化される。したがって、上記各断熱パネル間の接着および隙間の解消ならびに断熱性能の向上を、ウレタンフォームの注入という簡単な作業で同時に行えることになる。仮に、上記の各断熱パネル間に何らかの断熱材を挿入するとともに、そのつど断熱材等に接着剤を塗布して各断熱パネル間を接着するとすれば、断熱パネルの使用量が多い低温タンクにおいては作業負担が甚大となる。

上記のように断熱パネルの継ぎ目の外側に追加断熱パネルを配置する場合については、低温タンクの全表面積に対する真空断熱材の表面積率を最大とするように、断熱パネルの真空断熱材が覆いきれない部分を、追加断熱パネルの真空断熱材が覆うようにする。これにより、室温側から低温側に直線的に流れ込む熱の流れを遮ることとなり、低温タンクの断熱性能は格段に向上する。このとき、前記表面積比率が５０％以上であれば好ましく、８０％以上であればさらに好ましい。それにより、真空断熱材を含む断熱パネルを使用することによるコストに見合った、十分なメリットを得ることが可能になる。

上記断熱パネルが、真空断熱材の周囲にウレタンフォームの注入成形された層がフェノールフォームのパネルの外側に積層一体化されたものであり、また、上記追加断熱パネルが、真空断熱材の周囲にウレタンフォームが注入成形されたものであるなら、とくに好ましい。
まず上記断熱パネルが、真空断熱材の周囲にウレタンフォームの注入成形された層がフェノールフォームのパネルの外側に積層一体化されたものであるなら、ウレタンフォームの自己接着性に基づいて当該断熱パネルの製造が容易に行える。たとえば、フェノールフォームのパネルの上にスペーサ（充填されるスペースを有する架台）を介して真空断熱材を置き、周囲を型枠で囲んでその型枠内にウレタンフォームを注入し発泡させることにより、積層され一体化された上記断熱パネルを製造することができる。
また、上記追加断熱パネルが、真空断熱材の周囲にウレタンフォームが注入成形されたものであれば、たとえばスペーサを介して真空断熱材を置いた型枠の内部にウレタンフォームを注入発泡させることにより、当該追加断熱パネルも、一体性の高いものとして容易に製造される。
真空断熱材を構成する多層ラミネートフィルムには最低使用温度や耐熱温度に制限のあるものが多いが、上記構成はそのような温度制限に関しても有利である。断熱パネルの内側（低温側）の層としてフェノールフォームのパネルが積層されていると、真空断熱材の使用温度があまり低温にはならないこと、また、ウレタンフォームは注入発泡の温度が多層ラミネートフィルムの耐熱温度に対して低いため、容易に断熱パネルおよび追加断熱パネルを成形できること、がその理由である。

請求項の発明である低温タンクの断熱施工方法は、真空断熱材を内部に有する断熱パネルを低温タンクの外側に複数配置するとともに、それら断熱パネル間の継ぎ目の外側に、真空断熱材を内部に有する追加断熱パネルを複数配置することを特徴とする。
そのようにすることにより、低温タンクに対して前記の断熱構造を施工でき、タンクの全表面積に対する真空断熱材の表面積比率を拡大することができる。そしてそれにより、タンクへの熱の流れを遮るため、低温タンクの断熱性能を顕著に向上させることができる。

上記のとおり断熱パネルと追加断熱パネルとを配置する際、上記継ぎ目を形成する上記断熱パネル同士とその外側に配置される上記追加断熱パネルとに接する空間に、ウレタンフォームを注入し充填するのが好ましい。
そのようにすれば、ウレタンフォームの注入という簡単な作業により、上記の空間に断熱性の高い材料を隙間なく充填し、同時に、隣接する断熱パネル同士とその外側の追加断熱パネルとを強く接着することができる。そのため、断熱パネル等を低温タンクの外側に多数固定配置することを確実かつ能率的に実施できることになる。

断熱パネルと追加断熱パネルの配置は、断熱パネルの内部にある真空断熱パネルが覆い切れない部分を、追加断熱パネルの内部にある真空断熱パネルでなるべくカバーする配置が望ましい。タンク表面の未カバー部分が小さいほど低温タンクの断熱性能は向上し、有利なコストパフォーマンスを得ることができる。このとき、低温タンクの全表面積に対する真空断熱材の表面積比率が５０％以上であれば好ましく、８０％以上であればさらに好ましい。

上記断熱パネルとして、真空断熱材の周囲にウレタンフォームの注入成形された層がフェノールフォームのパネルの外側に積層一体化されたものを配置し、また、上記追加断熱パネルとして、真空断熱材の周囲にウレタンフォームが注入成形されたものを配置するのがよい。
そのようにすると、前記したように、上記の断熱パネルおよび追加断熱パネルを容易に製造できるうえ、真空断熱材の使用や真空断熱材周囲への注入発泡を有利な条件で行うことができる。また、上記のように事前に、つまりタンクに配置する前に成形され、または一体化された断熱パネルおよび追加断熱パネルを配置するなら、真空断熱材等の取扱いや配置が容易に行える。

請求項の発明である低温タンクの断熱構造および断熱施工方法によれば、真空断熱材を内部に有する断熱パネル等を使用することによる低温タンクの断熱性能を、顕著に向上させることができる。
断熱パネルや追加断熱パネルに接する空間にウレタンフォームを注入し充填するなら、それらのパネル間を、断熱性の高い材料で隙間なく埋めるとともに強く接着することができるため、低温タンクにおける断熱性能を高くし、同時に断熱パネル等の施工作業を効率化することができる。
低温タンクの全表面積に対する真空断熱材の表面積比率を５０％以上、さらに好ましくは８０％以上にすると、低温タンクの断熱性能が顕著に向上し、有利なコストパフォーマンスが得られる。
上記断熱パネルが、真空断熱材の周囲にウレタンフォームが注入成形された層がフェノールフォームのパネルの外側に積層一体化されたものであり、上記追加断熱パネルが、真空断熱材の周囲にウレタンフォームが注入成形されたものであるなら、それら各パネルを容易に製造できるうえ、真空断熱材の使用やその周囲への注入発泡を有利な条件で行うことができる。

図１（ａ）は発明による断熱構造を示す断面図、同（ｂ）はその改変例である。 発明の断熱構造を採用したことによる防熱層の断熱性能を示す線図である。 従来の低温タンクにおける一般的な断熱構造を示す断面図である。 真空断熱材を内部に有する断熱パネルの断面図である。 特許文献１に記載された、従来の断熱パネルによる断熱構造を示す断面図である。 断熱構造要素試験に用いた試験片の形態を示す断面図である。

図１に発明の実施形態を示す。図１（ａ）・（ｂ）は、球形の舶用ＬＮＧタンクの外壁１に施工した断熱構造を示し、図２は、図１の断熱構造を採用した場合の計算結果を示している。

図１（ａ）に示す断熱構造の構成はつぎのとおりである。
低温タンクであるＬＮＧタンクの外壁１の外側（図示上側）には、合計で数千枚に及ぶ断熱パネル２を敷き詰め、外壁１に設けたスタッドボルト（図示省略）によって当該パネル２を固定している。図の紙面と直角な方向にも、断熱パネル２は図示と同様に配置し外壁１上に固定している。断熱パネル２は、クラック防止のための金網６をはさんで内外の２層を積層一体化したもので、内層はフェノールフォームにてなるパネル３、外層は、真空断熱材４ａ（芯材とするグラスウールを多層ラミネートフィルムにて真空パックしたもの）の周囲を硬質ポリウレタンフォーム４ｂで包んだパネル４である。

このような断熱パネル２は、つぎのような過程にて事前に製造したものである。まず、フェノールフォームで成形したパネル３の上に上記の金網６を置き、さらにスペーサを介して真空断熱材４ａを置き、周囲を型枠で囲んでその型枠内にウレタンフォーム４ｂを注入し発泡させる。これにより、図のように金網６をはさんで２層が一体化されたものとなる。

隣接する断熱パネル２同士の継ぎ目（符号８の目地部とする箇所）の外側には、継ぎ目を覆うように追加断熱パネル７を配置している。追加断熱パネル７は、上記と同じく真空断熱材７ａの周囲を硬質ポリウレタンフォーム７ｂで包んだものである。追加断熱パネル７は、内部の真空断熱材７ａが断熱パネル２内の真空断熱材４ａの一部に覆いかぶさるよう、継ぎ目に沿って図の紙面と直角な方向に並べて配置する。それにより、タンクの外壁１の全表面積のうち、断熱パネル２および追加断熱パネル７の真空断熱材４ａ・７ａがカバーする面積の割合（表面占有率）が８０％以上になるようにする。
この追加断熱パネル７は、型枠内でスペーサの上に真空断熱材を置き、その型枠の内部にウレタンフォームを注入発泡させることにより事前に板状に製造したもので、それを上記のとおり継ぎ目の外側に配置する。

上記した断熱パネル２同士の継ぎ目の部分には、追加断熱パネル７を外側に仮置きした状態でウレタンフォームを注入し発泡させている。つまり、断熱パネル２の外層のパネル４同士とその外側に配置された追加断熱パネル７と、さらには断熱パネル２の内層パネル３の一部とに接する空間に、ウレタンフォームを注入・充填して目地部８とする。ウレタンフォームはすぐれた断熱性とともに自己接着性があるため、継ぎ目をなす上記の空間にウレタンフォームを注入・充填すると、断熱パネル２同士およびそれらと追加断熱パネル７との間がウレタンフォームによって強く接着され、同時に断熱性が向上する。
そのほか、断熱パネル２および追加断熱パネル７の外側表面は、防湿のため、アルミシートとプラスチックフィルムとの積層体９によって覆っている。
なお、目地部８とした上記継ぎ目の部分に、図１（ｂ）のように真空断熱材８ａを含めるのもよい。その真空断熱材８ａは、上記継ぎ目となる断熱パネル２同士の隙間に入る幅のもので、図の紙面と直角な方向に長さを有する帯状のものとする。その真空断熱材８ａの長さ方向への継ぎ目の位置が、追加断熱パネル７の真空断熱材７ａの継ぎ目の位置と異なるようにするとなお好ましい。

低温タンクの外壁１に対するこうした断熱構造の施工は、つぎのような手順により行うことができる。すなわち、
1) 事前に積層一体化された上記の断熱パネル２を、外壁１の外側に敷き詰めて固定する。固定は、タンク外壁１に事前に設けられたスタッドボルトを用い、内層パネル３を外壁１の表面に押さえ付けることにより行う。

2) 隣接する断熱パネル２同士の継ぎ目の外側に、継ぎ目を覆うよう図示のとおり追加断熱パネル７を仮置きし、その状態で継ぎ目の空間内にウレタンフォームを注入し発泡させる。ウレタンフォームの注入は、継ぎ目に沿って並べた複数の追加断熱パネル７の間に僅かな隙間を設け、そこにノズルを差し入れて行うとよい。こうすることにより、当該空間内に、断熱性にすぐれるとともに断熱パネル２同士およびそれらと追加断熱パネル７との間を強く接着する目地部８を形成できる。図１（ｂ）のように目地部８に真空断熱材８ａを含める場合には、上記のように追加断熱パネル７を仮置きする前に、当該継ぎ目の空間内にスペーサを介して真空断熱材８ａを置いておくとよい。継ぎ目の空間内にウレタンフォームを注入・発泡させると、目地部８の中に真空断熱材８ａが埋め込まれる。

3) 断熱パネル２および追加断熱パネル７の外側表面に、アルミシートとプラスチックフィルムとの積層体９を被せて接着する。

以上のように構成した断熱構造について、上記低温タンクにおける使用状態を模擬した温度条件下で、図6に示した形態で断熱構造要素試験を実施した。
試験結果を表1に示す。
この結果から、真空断熱材を追加することにより、室温側から低温側に直線的に流れ込む熱流をさえぎれば、確実に断熱パネルの性能が向上することを試験により確認できた。

１ タンク外壁
２ 断熱パネル
３ フェノールフォーム
４ａ 真空断熱材
４ｂ 注入発泡ウレタンフォーム
５ 目地材
６ 金網
７ 追加断熱パネル
７ａ 真空断熱材
７ｂ 注入発泡ウレタンフォーム
８ 目地部（ウレタンフォームの注入空間）
９ 表面材（アルミシートとプラスチックフィルムの積層体）

Claims (6)

1. 真空断熱材を内部に有する断熱パネルが低温タンクの外側に複数配置され、それら断熱パネル間の継ぎ目の上部に、真空断熱材を内部に有する追加断熱パネルが複数配置されていること、
   上記継ぎ目を形成する上記断熱パネル同士と該継ぎ目の上部に配置された上記追加断熱パネルとに接する空間に、ウレタンフォームが注入され充填されていること、
   および、上記断熱パネル間の上記継ぎ目に、帯状の真空断熱材が含められていること
   を特徴とする低温タンクの断熱構造。
2. 低温タンクの全表面積に対する真空断熱材の表面積比率が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載した低温タンクの断熱構造。
3. 上記断熱パネルが、真空断熱材の周囲にウレタンフォームが注入成形された層とフェノールフォームから成る層との積層一体化されたものであること、および、上記追加断熱パネルが、真空断熱材の周囲にウレタンフォームが注入成形されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載した低温タンクの断熱構造。
4. 真空断熱材を内部に有する断熱パネルを低温タンクの外側に複数配置したうえ、それら断熱パネル間の継ぎ目の外側に、真空断熱材を内部に有する追加断熱パネルを複数配置すること、
   上記のとおり断熱パネルと追加断熱パネルとを配置する際、上記継ぎ目を形成する上記断熱パネル同士とその外側に配置される上記追加断熱パネルとに接する空間に、スペーサを介して帯状の真空断熱材を置いたうえウレタンフォームを注入し充填すること
   を特徴とする低温タンクの断熱施工方法。
5. 低温タンクの全表面積に対する真空断熱材の表面積比率が５０％以上になるように、断熱パネルと追加断熱パネルとを配置することを特徴とする請求項４に記載した低温タンクの断熱施工方法。
6. 上記断熱パネルとして、真空断熱材の周囲にウレタンフォームの注入成形された層がフェノールフォームのパネルの外側に積層一体化されたものを上記のとおり配置し、上記追加断熱パネルとして、真空断熱材の周囲にウレタンフォームが注入成形されたものを上記のとおり配置することを特徴とする請求項４または５に記載した低温タンクの断熱施工方法。