JP5476508B2 - 液化天然ガス貨物倉の防壁構造及び防壁シート - Google Patents
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本発明は、液化天然ガスを輸送する液化天然ガス運搬船や、液化天然ガスを生産・貯蔵する浮遊式海上構造物の液化天然ガス貨物倉の防壁構造に関し、より詳しくは、液化天然ガス貨物倉の防壁構造及びこの防壁構造に用いられる防壁シートに関する。
一般に、液化天然ガス（ＬＮＧ）とは、メタンを主成分とする天然ガスを約摂氏−１６３℃に冷却し、その体積を６百分の１に減らした無色透明な超低温液体をいう。
このような液化天然ガスを輸送する液化天然ガス運搬船や、液化天然ガスを生産・貯蔵する浮遊式海上構造物などは、超低温状態に液化させた液化天然ガスを保管及び貯蔵できる貨物倉を備えている。このような液化天然ガスの貨物倉は、一次防壁としてメンブレンシートを用い、二次防壁としてトリプレクス（triplex）を用いる。ここで、二次防壁用トリプレクスは、製作工程でインシュレーションパネル表面に予め取り付けられているリジッドトリプレクス（rigid triplex）と、その上にエポキシグルーのような接着剤で施工し、取り付けられるサプルトリプレクス（supple triplex）で構成される。
図１ａに示すように、従来技術による液化天然ガス貨物倉１を詳察すると、船体又は海上構造物の貨物倉１内表面のうち、底面、天頂又は壁には予め製作された放熱パネルの一種であるインシュレーションパネル２が設置される。
インシュレーションパネル２は、エポキシマスチック（epoxy mastic）とスタッドボルト（stud bolt）により貨物倉１の壁などに付着・固定されるように製作された下部インシュレーションパネル２ａと、このような下部インシュレーションパネル２ａの上側に形成されたリジッドトリプレクス５と、このようなリジッドトリプレクス５の上部に配置され、下部インシュレーションパネル２ａよりも平面積が相対的に狭い上部インシュレーションパネル２ｂを含むことができる。
また、互いに隣接配置される下部インシュレーションパネル２ａ、２ａ間の空間には、グラスウール（glass wool）材料であり、孔隙を有するフラットジョイント（flat joint）２ｃが挿入される。
また、上部インシュレーションパネル２ｂ、２ｂ間には、トップブリッジパッド（top bridge pad）（図示せず）が設置される作業領域３が存在し、この作業領域において、接着層６を媒介としてサプル又はフレキシブルトリプレクス７がリジッドトリプレクス５の上面に取り付けられる。
図１ｂに示すように、従来技術のリジッドトリプレクス５及びサプルトリプレクス７は、第１層ａ、第２層ｃ及び中間層ｂで構成されたサンドイッチ構造又は積層構造で形成された複合材素材である。第１層ａと第２層ｃは、ガラス繊維材料であり、中間層ｂは、薄膜のアルミニウム材料である。この構造において、中間層ｂは、液密及び／又は気密の役割を担い、第１層ａと第２層ｃは、中間層ｂを補強する役割を担う。このような第１層ａと第２層ｃは、中間層ｂを介して接着されるように製作されており、第１層ａの外表面又は第２層ｃの外表面は、外部環境に露出している。
また、従来技術のリジッドトリプレクス５は、下部インシュレーションパネル２ａに合体されるように製作された後、厳格な品質管理がなされ、使用先に納品する過程でも歪み変形することなく管理されるため、ガス及び／又は液体Ｌが殆ど漏れることがない。
一方、従来技術のサプルトリプレクス７は、品質管理がなされても、巻物形態で巻き取られた後、再び現場で解いて施工するため、ガス及び／又は液体Ｌが漏れる確率が非常に高くなり得る。
例えば、サプルトリプレクス７を用いて貨物倉に二次防壁の施工時に、リジッドトリプレクス５の第２層ｃとサプルトリプレクス７の第１層ａ間の相互接合がなされる。このとき、サプルトリプレクス７の製作上のエラー又は管理不注意により、又は根本的に巻物形態で巻き取られた後に再び解いて用いる方式により、層間接着剤が十分に含浸されていない部位が更に弱くなることによって、第２層ｃと中間層ｂとの間又は第１層ａと中間層ｂとの間に漏洩経路が形成され得、このようにして形成された漏洩経路に沿ってガス及び／又は液体Ｌが漏れ得る。漏洩の問題となり得る部位は、サプルトリプレクス７の第１層ａと中間層ｂとの間である。
仮に、繰り返し的な熱荷重などによる亀裂がサプルトリプレクス７の第２層ｃと中間層ｂとの間に形成されても、貨物倉内部のガス及び／又は液体Ｌは、中間層ｂにより液密及び／又は気密が維持されるので、フラットジョイント２ｃの孔隙側に又は貨物倉外部側に漏れない。
亀裂は、サプルトリプレクス７の第１層ａと中間層ｂとの間に漏洩経路Ｐ１を形成することができ、これに接続する別の漏洩経路Ｐ２を第１層ａの厚さ方向に形成することができる。即ち、サプルトリプレクス７のような複合材料は、その内部に含浸されている層間接着剤の粘度が高い場合及び、繰り返し的な熱荷重を受ける場合に、ガラス繊維と樹脂間の熱膨張係数の差によって亀裂が生じ、これにより、前述した漏洩経路Ｐ１、Ｐ２が形成され得る。
従って、従来のサプルトリプレクス７は、前記図１Ａで言及した作業領域３で液化天然ガス貨物倉の二次防壁を構成するように、ストリップ又は帯状に接ぐ施工がなされるとき、貨物倉内部のガス及び／又は液体Ｌが前記漏洩経路Ｐ１、Ｐ２及びフラットジョイント２ｃの孔隙を通じて貨物倉の外部に漏れ得、これによって二次防壁が要求する液密及び／又は気密の機能ができなくなる確率が高いという短所を有する。
一例として、本発明の譲受人に譲り渡され、２００９年１２月３０日に公開された下記の特許文献１には、繰り返し熱荷重に対する信頼度を向上させ、密閉力が向上した液化天然ガス貨物倉の断熱構造が関連技術として開示されている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、液化天然ガス貨物倉のガス及び／又は液体の漏洩経路の形成を遮断できる防壁構造を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、液化天然ガス貨物倉の防壁構造に用いられる防壁シートを提供することにある。
本発明の一態様によれば、液化天然ガス貨物倉の防壁シートは、液化天然ガス貨物倉の二次防壁のために、積層構造を形成するように合体される第１の金属層及び第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に介在され、接着により第１及び第２の金属層に合体されるガラス繊維層とを含む。
本発明の他の様態によれば、液化天然ガス貨物倉の防壁構造は、前記貨物倉に固着されるインシュレーションパネルと、前記インシュレーションパネルは、フラットジョイントを介して互いに隣接配置される下部インシュレーションパネル及び前記下部インシュレーションパネル上に積層される上部インシュレーションパネルとを含み、前記貨物倉の二次防壁のために、前記上部インシュレーションパネルと下部インシュレーションパネルとの間で取り付けられる第１の防壁シートと、前記フラットジョイントの上側に前記第１の防壁シート上に接着される第２の防壁シートとを含み、前記第１及び第２シートは、それぞれ第１の金属層及び第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に介在されたガラス繊維層とを含む。
前記第１の金属層及び第２の金属層は、それぞれアルミニウム材料からなり、厚さ０．０３〜０．２ｍｍを有する。
また、前記第１の金属層及び第２の金属層は、それぞれステンレス材料からなり、厚さ０．０５〜０．１ｍｍを有する。
更に、前記第１及び第２の防壁シートは、前記二次防壁施工用液状接着剤、又は合成樹脂材フィルムの表面に接着剤を塗布した接着フィルムにより互いに接着される。
また、前記ガラス繊維層は、繊維強化複合材であるプリプレグ（prepreg）からなる。
更に、前記ガラス繊維層は、前記第１及び第２防壁用シートが前記二次防壁のための機械的物性を満たすように、厚さ０．１５〜０．４ｍｍを有する。
本発明による液化天然ガス貨物倉の防壁構造は、貨物倉の二次防壁の施工時に、第１の防壁シートの第２金属ホイル層と第２の防壁シートの第１金属ホイル層間の接着が行われることによって、層間の接着不良が発生し、気体及び／又は液体が流動可能な通路が形成されても、前記流動可能な通路が気体及び／又は液体の漏洩経路として利用できなくなる。その結果、気体及び／又は液体が漏れない信頼性のある防壁構造を実現できるという効果を奏する。
また、本発明の防壁シートは、従来のトリプレクスに対して機械的物性と気密及び／又は液密などの密閉特性に遥かに優れた防壁用シートを提供できる。
更に、本発明の防壁シートは、製作及び取り扱い上の損傷のおそれを払拭させ、柔軟性を確保できる最適化された厚さ数値を提供することによって、貨物倉の二次防壁の施工時にインシュレーションパネル間の段差に対応するように曲げられることができ、取り扱いが容易であるという効果がある。
以下、添付する図２〜図４を参照して本発明の実施形態による液化天然ガス貨物倉の防壁用シート及び防壁構造について詳細に説明する。図面全体において同一又は類似の図面符号は、同一又は類似の構成要素を示す。
以下の例示的な実施形態は、本発明による液化天然ガス貨物倉の防壁用シート及び防壁構造について例示的に説明するものであって、本発明の範囲を制限するものとして意図されるわけではない。
図２は、本発明の一実施形態による液化天然ガス貨物倉の防壁構造に用いられる防壁シートの構造を図示する。
図２に示すように、本発明の一実施形態による液化天然ガス貨物倉の防壁シート１００は、液化天然ガス貨物倉の二次防壁のために、複数の薄い層を互いに積層させて構成したサンドイッチ構造又は積層構造として製作され得る。即ち、本発明の防壁シート１００は、互いに積層させる複数の薄い層に該当する、第１の金属層１０１、ガラス繊維層１０２、第２の金属層１０３を含むことができる。
防壁シート１００は、液化天然ガス貨物倉の二次防壁のために、更に他のシートと積層構造で合体され得るように、帯又はストリップ形状の薄い板状を有し得る。
防壁シート１００の第１の金属層１０１及び第２の金属層１０３は、薄いアルミニウム又はステンレス材料からなり得る。もし、第１の金属層１０１及び第２の金属層１０３がアルミニウム材料である場合、第１及び第２の金属層は厚さ０．０３〜０．２ｍｍを有することができる。
第１の金属層１０１及び第２の金属層１０３の厚さが０．０３ｍｍよりも薄い場合は、製作及び取り扱い上、損傷のおそれが高いことから、ピンホールの発生可能性が非常に高く、厚さが０．２ｍｍよりも厚い場合は、シート１００の柔軟性が急激に減少し、二次防壁の施工時に下部及び上部インシュレーションパネル２０、２１間の段差対応が非常に難しくなり得る。
また、第１の金属層１０１及び第２の金属層１０３がステンレス材料からなる場合、厚さ０．０５〜０．１ｍｍを有し得る。かかる厚さに対する数値もステンレス材料に対応するように、製作、取り扱い、段差対応を考慮した最適化された数値であり得る。
従って、材料、製作、取り扱い、段差対応などを考慮するとき、前記第１の金属層１０１及び第２の金属層１０３の厚さに対する数値は、下記の［表１］を通じて説明する従来のトリプレクス（例えば、従来の試料）に対して優れた機械的物性を発揮しながら、図４で説明する気密及び／又は液密などの優れた密閉特性を発揮できる臨界的数値に該当することが当然である。
一方、ガラス繊維層１０２は、第１の金属層１０１と第２の金属層１０３との間に介在され、接着により合体され得る。このようなガラス繊維層１０２は、繊維強化複合材であるプリプレグからなり得る。また、ガラス繊維層１０２は、本実施形態の防壁シート１００が二次防壁を構成するとき、比較的優れた機械的物性及び優れた密閉特性を満たせるように、最適化された厚さ０．１５〜０．４ｍｍを有することができる。
図３は、図２に示す防壁シートを用いて液化天然ガス貨物倉の二次防壁を構成した防壁構造の断面図である。
図３に示すように、本発明の防壁構造は、貨物倉に固着されるインシュレーションパネル２０、２１を含む。インシュレーションパネルは、フラットジョイント２２を介して互いに隣接配置される下部インシュレーションパネル２０及び下部インシュレーションパネル２０上に積層される上部インシュレーションパネル２１を含む。また、防壁構造は貨物倉の二次防壁のために、上部インシュレーションパネル２１と下部インシュレーションパネル２０との間に設置される第１の防壁シート３００と、フラットジョイント２２の上側を覆い、かつ第１の防壁シートの上面に接着される第２の防壁シート３１０とをさらに含む。
本実施形態において、第１の防壁シート３００は、硬い（rigid）性質を有し、下部インシュレーションパネル２０の表面に予め付着又は合体されるように製作され、後に厳格な品質管理がなされる。また、使用先に納品する過程でも歪み変形することなく管理されるため、言及したような漏洩経路が殆ど形成され得ない状態である。
また、柔らかい（supple）性質を有する本実施形態の第２の防壁シート３１０は、液化天然ガス貨物倉の二次防壁のために、第１の防壁シート３００に接着施工されて付着され得るように、ロール（roll）形状に巻いた後、解いて使用できる形態で製作され得る。
第１及び第２の防壁シート３００、３１０は、図２を参照して前記で詳細に説明したような第１の金属層１０１、ガラス繊維層１０２、第２の金属層１０３でそれぞれ形成されている。
第１の防壁シート３００及び第２の防壁シート３１０は、その第１及び第２の金属層１０１、１０３の厚さを適切に選択することによって、それぞれ硬い性質及び柔らかい性質を有するシートで構成され得る。即ち、第１の防壁シート３００は、その第１及び第２の金属層１０１及び１０３の厚さを、前述した厚さ範囲内で高い値に選択し、第２の防壁シート３１０は、その第１及び第２の金属層１０１、１０３の厚さを、第１の防壁シート３００に比べて、前述した厚さ範囲内で低い値に選択することによって、それぞれ硬い性質及び柔らかい性質を有するようになる。
また、第２の防壁シート３１０を第１の防壁シート３００上に接着施工したり、又は防壁シートの端部を互いに連結して接着施工するとき、接着層２００を媒介として用いて接着できる。接着層２００は、一般的な二次防壁施工用液状接着剤を第２の防壁シート３１０の第１の金属層１０１又は第１の防壁シート３００の第２の金属層１０３の表面に塗布した後、図示しないセラミックヒータのような面状発熱体などにより加熱及び加圧により施工され得る。
あるいは、接着層２００は、合成樹脂材フィルム及びその表面に塗布された接着剤とからなる接着フィルムを、第２の防壁シート３１０の第１の金属層１０１又は第１の防壁シート３００の第２の金属層１０３の表面に貼りつけることによって形成され得る。
前述した防壁構造によれば、第１及び第２の防壁シート３００、３１０を液化天然ガス貨物倉の二次防壁として施工する場合、第１の防壁シート３００の第２の金属層１０３と第２の防壁シート３１０の第１の金属層１０１とが接着層２００により互いに接着された構造をなすようになる。第１の金属層１０１と第２の金属層１０３との間にガラス繊維層１０２を合体させて製作した第１及び第２の防壁シート３００、３１０において、製作エラーにより層間の接着不良が発生するとき、流動可能な間隙Ｑが第１の金属層１０１とガラス繊維層１０２との間又は第２の金属層１０３とガラス繊維層１０２との間に形成され得る。
しかしながら、間隙Ｑ又は亀裂が繰り返し的な熱応力などにより現場施工される第１及び第２の防壁シート３００、３１０に生じるとしても、貨物倉内部空間の気体及び／又は液体Ｌは貨物倉の外部に漏出しない。
第２の防壁シート３１０の第２の金属層１０１と第１の防壁シート３００の第１の金属層１０３とが接着層２００を介して互いに接合された構造で形成されるため、貨物倉内部空間の気体及び／又は液体Ｌは、間隙Ｑに沿って第１の金属層１０１とガラス繊維層１０２との間又は第２の金属層１０３とガラス繊維層１０２との間で流動できても、第２の防壁シート３１０の第１の金属層１０１を超えて第１の防壁シート３００側へ漏洩しないからである。
接着層２００に対する施工上の問題がないという前提の下で、第１の防壁シート３００の第２の金属層１０３、第２の防壁シート３１０の第１の金属層１０１、及び接着層２００によって、液密及び／又は気密が維持され得、これにより、フラットジョイント２２の孔隙側に又はフラットジョイント２２の孔隙を通じて貨物倉外部空間側に漏れない。
前述したように、厚さ数値を有する第１及び第２の防壁シート３００、３１０に対する機械的物性と密閉特性を以下のように実験した。本実験は、本実施形態の第１及び第２の防壁シートに該当する本実施形態の試料と従来の試料である二次防壁用トリプレクスに対してＡＳＴＭ Ｄ３０３９（テスト速度：２．０ｍｍ／分）の実験標準に基づいて、常温摂氏約２５℃、極低温摂氏約−１７０℃の実験条件下で行い、実験の結果は、ISNTRON CorporationのＵＴＭ（Universal Testing Machine）実験装置を通じて計測した。
下記の表１は、本実施形態の試料と従来の二次防壁用トリプレクスとの実験結果を表す。表１から、本実施形態の試料は、従来の二次防壁用トリプレクスに比べて、常温及び極低温の環境で何れも非常に高い引張強度と弾性係数に対応する高い強度を有していることが確認され得る。
図４は、本発明の実施形態による第１及び第２の防壁シートの密閉特性を示すグラフである。
図４に示すように、本実施形態の試料は、熱荷重の回数６０回、１２０回、３００回などのように、繰り返し的な熱荷重でも何れも密閉特性に殆ど変化がないので、優れた気密及び液密特性を有していることが確認され得る。
このような本発明の技術的構成は、本発明の属する技術分野における当業者が本発明のその技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施され得ることが理解できる。従って、本発明の範囲は、前述した詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価な概念から導き出されるあらゆる変更又は変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
Claims (13)
- 液化天然ガス貨物倉用の防壁シートであって、
液化天然ガス貨物倉の二次防壁をなすべく、積層構造で合体される第１の金属層及び第２の金属層と、
前記第１及び第２の金属層の間に介在され、かつ接着により前記第１及び第２の金属層に合体されるガラス繊維層とを含むことを特徴とする防壁シート。 - 前記第１及び第２の金属層が、それぞれアルミニウム又はステンレス材料からなることを特徴とする請求項１に記載の防壁シート。
- 前記第１及び第２の金属層がアルミニウム材料からなる場合、前記第１及び第２の金属層の各々が０．０３〜０．２ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の防壁シート。
- 前記第１及び第２の金属層がステンレス材料からなる場合、前記第１及び第２の金属層の各々が０．０５〜０．１ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の防壁シート。
- 前記第１及び第２の金属層の接合面に、二次防壁施工用液状接着剤が塗布されるか、又は合成樹脂材フィルム及びその表面に塗布された接着剤からなる接着フィルムが貼り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の防壁シート。
- 前記ガラス繊維層が、繊維強化複合材であるプリプレグからなることを特徴とする請求項１に記載の防壁シート。
- 当該防壁シートが二次防壁のための物理的性質を満たすように、前記ガラス繊維層が０．１５〜０．４ｍｍの厚さを有するようにしたことを特徴とする請求項１又は６に記載の防壁シート。
- 液化天然ガス貨物倉の防壁構造であって、
貨物倉に固着され、フラットジョイントを介して互いに隣接配置される下部インシュレーションパネル及び前記下部インシュレーションパネル上に積層される上部インシュレーションパネルを含むインシュレーションパネルと、
前記貨物倉の二次防壁のために、前記上部インシュレーションパネル及び下部インシュレーションパネル間に設置される第１の防壁シートと、
前記フラットジョイントの上側を覆い、かつ前記第１の防壁シートの上面に接着される第２の防壁シートとを含み、
前記第１及び第２の防壁シートの各々が、第１及び第２の金属層と、前記第１及び第２の金属層間に介在されるガラス繊維層とを含むことを特徴とする防壁構造。 - 前記第１及び第２の金属層の各々が、アルミニウム材料からなり、かつ０．０３〜０．２ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項８に記載の防壁構造。
- 前記第１及び第２の金属層の各々が、ステンレス材料からなり、かつ０．０５〜０．１ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項８に記載の防壁構造。
- 前記第１及び第２の防壁シートを、二次防壁施工用液状接着剤、又は合成樹脂材フィルム及びその表面に塗布された接着剤からなる接着フィルムによって互いに接着させたことを特徴とする請求項８に記載の防壁構造。
- 前記ガラス繊維層が、繊維強化複合材であるプリプレグからなることを特徴とする請求項８に記載の防壁構造。
- 前記第１及び第２の防壁用シートが二次防壁のための物理的性質を満たすように、前記ガラス繊維層が０．１５〜０．４ｍｍの厚さを有するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の防壁構造。
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