JP6482228B2 - 液化水素用二重管 - Google Patents
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Description
本発明は液化水素を輸送可能な簡単な構造の液化水素用二重管に関する。
従来から、種々の低温液化ガス等の低温流体を輸送する為の配管として、特許文献１に記載のように、一重の低温流体輸送管にポリウレタン発泡体等の断熱材を巻いたものが広く採用されている。
さらに、断熱性能を高める場合には、内管と、この内管に筒状の真空層をあけて外嵌された外管とで構成された真空断熱二重管が採用される。特に、内管の内部に液化水素を流す場合、対流熱伝達を防止する為に内管と外管との間に真空層を形成し、この真空層による断熱効果を利用した真空断熱二重管が実用に供されている。
さらに、断熱性能を高める場合には、内管と、この内管に筒状の真空層をあけて外嵌された外管とで構成された真空断熱二重管が採用される。特に、内管の内部に液化水素を流す場合、対流熱伝達を防止する為に内管と外管との間に真空層を形成し、この真空層による断熱効果を利用した真空断熱二重管が実用に供されている。
例えば、特許文献２に記載の供給管路（低温流体用二重管）においては、ＦＲＰ製の内管とＦＲＰ製の外管とから構成され、内管の外周面にアルミニウムを蒸着した不織布を巻き付け、内管と外管との間に真空層を形成し、内管の内部を流れる液化ヘリウムが気化するのを防止する断熱構造が採用されている。
従来の断熱材で断熱した構造の一重の低温流体輸送管に、液化水素（２０Ｋ）を流す場合、空気中の酸素や窒素の融点・沸点が液化水素の温度よりも高いため、これら気体が液化・固化して断熱材の内部に付着することで、断熱性能が著しく低下するという問題が
ある。
他方、真空断熱二重管を採用する場合、内管と外管の間の真空層から真空ポンプを利用して空気を排出する真空引きを行う必要があるが、外気からのリークを防止する為に、外管を気密性の高い構造にする必要があり、破損時の修理後に、再度真空引きする必要があるので、真空層を形成するのに多大の労力とコストがかかるという問題がある。
ある。
他方、真空断熱二重管を採用する場合、内管と外管の間の真空層から真空ポンプを利用して空気を排出する真空引きを行う必要があるが、外気からのリークを防止する為に、外管を気密性の高い構造にする必要があり、破損時の修理後に、再度真空引きする必要があるので、真空層を形成するのに多大の労力とコストがかかるという問題がある。
本発明の目的は、液化水素を輸送可能な簡単な構造でコスト的に有利な液化水素用二重管を提供することである。
請求項１の液化水素用二重管は、内管と、この内管に筒状空間を空けて外嵌された外管とを備え、前記内管の内部に液化水素を流すようにした液化水素用二重管において、前記内管の外周面を覆う断熱材層が設けられ、前記断熱材層と前記外管との間の筒状空間に、前記液化水素の温度以下の沸点を有する不活性ガスの不活性ガス層が形成されたことを特徴としている。
請求項２の液化水素用二重管は、請求項１の発明において、前記不活性ガスがヘリウムガスであることを特徴としている。
請求項３の液化水素用二重管は、請求項１又は２の発明において、前記断熱材層は、合成樹脂発泡体、アルミ箔とガラス繊維製の繊維間空気層断熱材からなる積層断熱材、ＣＦＲＰ材、ＧＦＲＰ材のうちから選択される１又は複数の断熱材からなることを特徴としている。
請求項４の液化水素用二重管は、請求項１の発明において、前記断熱材層が高密度のポリウレタン発泡体で構成され、前記不活性ガスがヘリウムガスであることを特徴としている。
請求項１の発明（液化水素用二重管）によれば、内管の外周面を覆う断熱材層が設けられ、前記断熱材層と外管との間の筒状の空間に不活性ガス層が形成されたので、簡単な構造の断熱材層により内管の外周面近傍における対流熱伝達を防止して断熱性能を確保することができる。
不活性ガス層が、液化水素の温度以下の沸点を有する不活性ガスで形成されるので、液化水素で冷却されたとしても不活性ガスが、内管の壁面や断熱材層の層内に凝固・凝縮しないから、断熱材層の断熱性能が低減するのを確実に防止することができ、不活性ガスの凝固・凝縮熱が内管内を流れる液化水素に伝わることがない。
内管の外周面の断熱材層と外管との間の筒状の空間に不活性ガス層を形成することで、外管に内側からガス圧が作用し、外管内への外気の侵入を防止することができ、二重管の破損時の修理後に、内管と外管との間の筒状の空間に不活性ガスを充填するだけで済むので、真空引きする場合と比較して労力やコストを軽減することができる。
請求項２の発明によれば、前記不活性ガスが沸点が４Ｋのヘリウムガスであるので、ヘリウムガス液化水素で冷却されてもヘリウムガスが断熱材層の内部に凝固・凝縮することはなく、断熱性能を確保できる。
請求項３の発明によれば、前記断熱材層は、合成樹脂発泡体、アルミ箔とガラス繊維製の繊維間空気層断熱材からなる積層断熱材、ＣＦＲＰ材、ＧＦＲＰ材のうちから選択される１又は複数の断熱材からなるため、高い断熱性能を確保できる。
請求項４の発明によれば、前記断熱材層が高密度のポリウレタン発泡体で構成され、前記不活性ガスがヘリウムガスであり、前記断熱材層と不活性ガス層は真空層に匹敵するような断熱性能を有するものではないが、液化水素を輸送後にガス化させるような設備の配管に対してはこの液化水素用二重管を採用することができる。このような簡易的な断熱構造の液化水素用二重管を用いながら、気液二相流の形成を極力抑制し、低抵抗で液化水素を流すことができる。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
先ず、液化水素用二重管１の全体構造について説明する。
図１，図２に示すように、液化水素用二重管１は、内管２と、この内管２との間に筒状空間を空けて内管２に外嵌された外管３とを備えている。この二重管１においては、内管２の外周面を覆う断熱材層４が設けられ、その断熱材層４と外管３との間の筒状の空間に不活性ガス層５が形成され、内管２の内部には液化水素６が流れる。
図１，図２に示すように、液化水素用二重管１は、内管２と、この内管２との間に筒状空間を空けて内管２に外嵌された外管３とを備えている。この二重管１においては、内管２の外周面を覆う断熱材層４が設けられ、その断熱材層４と外管３との間の筒状の空間に不活性ガス層５が形成され、内管２の内部には液化水素６が流れる。
内管２と外管３は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金で製作された素材管を用いて製作される。内管２及び外管３の管壁の厚さは、例えば１．０〜３．０ｍｍ、内管２の外径は例えば約２０ｍｍ、外管３の外径は例えば約６０ｍｍである。但し、これらの数値に限定されるものではない。
断熱材層４は、合成樹脂発泡体を材料として構成されている。この合成樹脂発泡体は、独立気泡型の高密度の硬質合成樹脂発泡体で構成され、例えば独立気泡型の高密度の硬質ポリウレタンフォームで構成するのが望ましい。断熱材層４の厚さは例えば５〜１０ｍｍであるが、合成樹脂発泡体のシート体を複数層に巻き付けて構成してもよく、合成樹脂発泡体の円筒体を軸心方向に２分割した分割体で構成してもよい。尚、断熱材層４の厚さは上記の数値に限定されるものではない。また、ポリウレタンフォームの代わりに、ポリスチレンやポリオレフィンやその他の合成樹脂の発泡体を採用してもよい。
尚、断熱材層４は、合成樹脂発泡体に代えて、アルミ箔とガラス繊維製の繊維間空気層断熱材を積層した積層断熱材で構成しても良く、ＣＦＲＰ材（炭素繊維強化プラスチック）やＧＦＲＰ材（ガラス繊維強化プラスチック）で構成してもよく、合成樹脂発泡体、積層断熱材、ＣＦＲＰ材、ＧＦＲＰ材のうちから選択される１又は複数の断熱材で構成するのが望ましいが、これらの断熱材に限定される訳ではない。
不活性ガス層５は、内管２の内部に流す液化水素６の温度以下の沸点を有する不活性ガスで形成されている。尚、不活性ガスのガス圧は大気圧に等しい０．１ＭＰａ程度が望ましいが、このガス圧よりも低いガス圧でもよく、高いガス圧でもよい。
前記液化水素６は上記液化水素の気液二相流体の場合もある。上記の液化水素６の温度以下の沸点を有する不活性ガスとして、沸点が４Ｋのヘリウムガスが好適である。本実施例の場合、不活性ガス層５はヘリウムガスで形成されている。
次に、液化水素用二重管１の作用、効果について説明する。
内管２の外周面を覆う断熱材層４を形成し、この断熱材層４と外管３との間の筒状の空間に不活性ガス層５を形成したため、簡単な構造の断熱材層４により内管２の外周面近傍における対流熱伝達を防止して液化水素用二重管１の断熱性能を確保することができる。
内管２の外周面を覆う断熱材層４を形成し、この断熱材層４と外管３との間の筒状の空間に不活性ガス層５を形成したため、簡単な構造の断熱材層４により内管２の外周面近傍における対流熱伝達を防止して液化水素用二重管１の断熱性能を確保することができる。
断熱材層４を、独立気泡型の高密度の硬質合成樹脂発泡体、例えば独立気泡型の高密度の硬質ポリウレタンフォームで構成し、不活性ガス層５を内管２の内部に流す液化水素６の温度以下の沸点を有する不活性ガスで形成するため、不活性ガス層５の全ての不活性ガスは気体状態に保持される。それ故、断熱材層４の内部に不活性ガスが侵入し凝縮、凝縮して断熱性能を損なうことがないから、断熱材層４の断熱性能を確保できる。
内管２の外周を覆う断熱材層４と外管３との間の筒状の空間に不活性ガス層５を形成するため、外管３に不活性ガスの内圧が作用するため、内管２と外管３との間に真空層を形成する場合と比較して外管３の気密性に関する要求仕様が緩くなるうえ、外管３が損傷しにくくなる。
仮に内管２や外管３が損傷した場合でも、補修後に外管３の内側にヘリウムガスを充填することで、不活性ガス層５を再生することができるから、内管２と外管３の間に断熱用の真空層を形成する場合と比較して、労力とコストの面で有利である。
仮に内管２や外管３が損傷した場合でも、補修後に外管３の内側にヘリウムガスを充填することで、不活性ガス層５を再生することができるから、内管２と外管３の間に断熱用の真空層を形成する場合と比較して、労力とコストの面で有利である。
前記断熱材層４を、合成樹脂発泡体、アルミ箔とガラス繊維製の繊維間空気層断熱材からなる積層断熱材、ＣＦＲＰ材、ＧＦＲＰ材のうちから選択される１又は複数の断熱材で構成する場合、高い断熱性能を確保できる。
前記液化水素用二重管１は、真空断熱二重管と比較して断熱性能は劣り、液化水素の一部は輸送中にガス化する虞はある。しかし、この液化水素用二重管１を介して輸送した後に直ちにガス化させるような場合、この簡易的な断熱構造を有する液化水素用二重管１によって輸送中の液化水素のガス化を極力抑制し、輸送中の圧力損失を低減することができる。
その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
１ 液化水素用二重管
２ 内管
３ 外管
４ 断熱材層
５ 不活性ガス層
６ 液化水素
２ 内管
３ 外管
４ 断熱材層
５ 不活性ガス層
６ 液化水素
Claims (4)
- 内管と、この内管に筒状空間を空けて外嵌された外管とを備え、前記内管の内部に低温流体を流すようにした液化水素用二重管において、
前記内管の外周面を覆う断熱材層が設けられ、
前記断熱材層と前記外管との間の筒状の空間に、前記液化水素の温度以下の沸点を有する不活性ガスの不活性ガス層が形成されたことを特徴とする液化水素用二重管。 - 前記不活性ガスがヘリウムガスであることを特徴とする請求項１に記載の液化水素用二重管。
- 前記断熱材層は、合成樹脂発泡体、アルミ箔とガラス繊維製の繊維間空気層断熱材からなる積層断熱材、ＣＦＲＰ材、ＧＦＲＰ材のうちから選択される１又は複数の断熱材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液化水素用二重管。
- 前記断熱材層が高密度のポリウレタン発泡体で構成され、前記不活性ガスがヘリウムガスであることを特徴とする請求項１に記載の液化水素用二重管。
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