JP6603039B2 - 液体水素を投棄する配管を備えた船舶 - Google Patents

液体水素を投棄する配管を備えた船舶 Download PDF

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Description

本発明は、タンク中の液体水素を海上に投棄する配管を備えた船舶に関する。
ＬＮＧ等の低温液化ガスを輸送する低温液化ガス輸送船では、座礁や浸水等の緊急時、タンク内の低温液化ガスを海上に投棄することがある。
投棄用の配管を輸送船に取り付け、この配管を介して低温液化ガスを海上に投棄する。
低温液化ガス用の配管が特許文献１、２に開示されている。
特許文献１の配管は、ウレタンフォームにより外周が被覆された一重管である。
特許文献２の配管は、低温液化ガスを内部に流すための内管と、内管との径方向隙間に真空層を形成するための外管とを備えた二重管である。
特開２００２−２９５７２９号公報 特開昭６０−１９２１９８号公報
近年、天然ガスに代わる代替エネルギーとして環境負荷の少ない水素燃料の使用が推進されつつある。水素燃料も、天然ガス等の従来の燃料と同様に、液体状態で低温液化ガス輸送船により輸送される。
液体水素を投棄用の配管から投棄する間、この配管の外周部は内部を流れる液体水素により液体水素の温度（−２５３℃）近傍まで冷却される。
特許文献１、２のような断熱性の高い配管を用いたとしても、配管外周部の少なくとも先端は液体水素の温度近傍まで冷却される。この温度は、空気を構成する窒素や酸素の凝固点よりも低温である。そのため、配管外周部の少なくとも先端では、配管に接触した外気が冷却されて固化する。この固体空気により配管外周部の先端が閉塞されると液体水素の投棄が妨げられる虞がある。
本発明の目的は、液体水素を海上に投棄する配管を備えた船舶において、配管外周部の先端が固体空気により閉塞されることを抑制することである。
請求項１の発明は、タンクに貯留された積荷である液体水素を海上に投棄するための配管を備えた船舶において、前記配管は、液体水素を流すための内管と、この内管との間に環状隙間を空けて配設された外管とを備え、前記外管の先端側部分の表面積を増大させる為に、外管の先端側所定長さ部分の外周部には複数の放射状のフィンが配管の軸心方向と平行に設けられていることを特徴としている。
請求項２の発明は、タンクに貯留された積荷である液体水素を海上に投棄するための配管を備えた船舶において、前記配管は、液体水素を流すための内管と、この内管との間に環状隙間を空けて配設された外管とを備え、前記外管の先端側部分の表面積を増大させる為に、外管の先端側所定長さ部分を蛇腹状のベローズ部で構成したことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記内管と外管の間の環状隙間に真空層を形成したことを特徴としている。
請求項４の発明は、タンクに貯留された積荷である液体水素を海上に投棄する配管を備えた船舶において、前記配管は、液体水素を流すための内管と、この内管との間に環状隙間を空けて配設された外管とを備え、前記内管と外管の間の環状隙間に水素ガスを流す水素ガス流路が形成され、前記水素ガス流路の先端に水素ガスを噴射する噴射部を設けたことを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記タンクに貯留された液体水素を気化させて前記水素ガス流路と噴射部に供給する水素ガス供給ラインを備えたことを特徴としている。
請求項１の発明によれば、外管の先端側所定長さ部分の外周部に設けた複数の放射状のフィンにより外管の表面積が増大するため冷熱の放出が促進される。この先端側所定長さ部分の温度は空気を構成する窒素や酸素の凝固点よりも十分に高くなる。そのため、この先端側所定長さ部分に接触した空気が固化する虞がなくなる。その結果、固体空気により配管の先端近傍が閉塞されること抑制することができる。
請求項２の発明によれば、外管の先端側所定長さ部分を構成する蛇腹状のベローズ部で
冷熱の放出が促進される。それ故、請求項１と同様の効果を奏する。
請求項３の発明によれば、前記配管が液体水素が内部を流れる内管と外管とを有し、内管と外管の間の環状隙間に真空層を形成するため、内管と外管の間は真空断熱された状態となる。そのため、配管内を流れる液体水素の一部が昇温、気化する虞がなく、配管内における流体の気液二相流化を抑制できる。
請求項４の発明によれば、前記内管と外管の間の環状隙間に水素ガスを流す水素ガス流路が形成され、前記水素ガス流路の先端に水素ガスを噴射する噴射部を備えたため、この環状隙間から空気が排除され、水素雰囲気になる。そのため、この環状隙間で空気が固化する虞がなくなり、その結果、固体空気により配管の先端近傍が閉塞されることを抑制することができる。
請求項５の発明によれば、前記環状隙間に水素ガス流路が形成され、前記タンクに貯留した液体水素を気化させて水素ガス流路と前記噴射部に供給する水素ガス供給ラインを備えたため、船舶の構成を簡素化することができる。
本発明の実施形態１に係る液体水素輸送船の斜視図である。 移送システムの説明図である。 配管の要部斜視図である。 配管の正面図である。 図４のV−V線断面図である。 実施形態１の変形例に係る図５相当図である。 実施形態２に係る液体水素噴出前の図５相当図である。 実施形態２に係る液体水素噴出後の図５相当図である。 実施形態３に係る図２相当図である。 実施形態３に係る図３相当図である。 実施形態３に係る図５相当図である。
以下、本発明に係る船舶について実施形態に基づいて説明する。以下の説明は、本発明を球形タンク方式の液体水素輸送船１に適用した場合を例にして説明する。
実施形態１
まず、液体水素輸送船１の全体構造について説明する。
図１は本実施形態に係る液体水素輸送船１の全体構造を示す図である。図１は液体水素輸送船１に座礁や浸水等の虞がある緊急時の様子を示している。
図１に示すように、液体水素輸送船１は、球形タンク２に貯留した液体水素を積荷基地（図示略）から揚荷基地（図示略）に向けて輸送する船舶である。本実施形態の液体水素輸送船１は、球形タンク２を４つ備えている。
図２に示すように、液体水素輸送船１は基地側タンク（図示略）と球形タンク２との間で液体水素を移送するための移送システム３を備えている。
移送システム３は、各球形タンク２外部に設置されたマニホールド４と、複数の球形タンク２内部の底面近傍に夫々設置された複数のカーゴポンプ５と、マニホールド４と各カーゴポンプ５を結ぶ複数の移送配管６とを有している。マニホールド４は、ローディングアーム（図示略）に接続可能な船側継手４ａと開閉弁４ｂとを含む。各移送配管６は開閉弁６ａを含む。
積荷基地で球形タンク２に液体水素を積荷する場合、ローディングアームの陸側継手を船側継手４ａに接続し、開閉弁４ｂ、６ａを閉状態から開状態へと切替える。その後、積荷基地の液体水素を、ローディングアーム、マニホールド４、移送配管６を介して球形タンク２まで移送する。
揚荷基地で球形タンク２から液体水素を揚荷する場合、ローディングアームの陸側継手を船側継手４ａに接続して開閉弁４ｂ、６ａを閉状態から開状態へと切替える。その後、カーゴポンプ５で吸い上げた液体水素を、移送配管６、マニホールド４、ローディングアームを介して揚荷基地まで移送する。
ところで、液体水素輸送船１に座礁や浸水等の虞がある場合、球形タンク２内の液体水素を海上に投棄することがある。そのため、図１に示すように、液体水素輸送船１は、球形タンク２内の液体水素を海上に投棄するための配管７を備えている。配管７は、マニホールド４の船側継手４ａに取り付けられており、船上クレーン８により略水平姿勢に支持されている。
液体水素を海上に投棄する場合は、配管７を船側継手４ａに取り付けて開閉弁４ｂ、６ａを閉状態から開状態へと切替える。その後、カーゴポンプ５で吸い上げた液体水素を、移送配管６、マニホールド４、配管７を介して海上まで移送する。尚、配管７は、緊急時に限って船側継手４ａに取り付けられるものであり、通常時には液体水素輸送船１内に収容されている。
本実施形態の配管７について詳しく説明する。
図３〜図５に示すように、配管７は、所謂真空二重構造の配管である。
配管７は、筒状の内管７ａと、内管７ａとの間に所定間隔を空けて外嵌された筒状の外管７ｂと、内管７ａの先端部と外管７ｂの先端部とを閉塞する環状壁部７ｃと、内管７ａの基端部と外管７ｂの基端部とを閉塞するフランジ７ｄとを備えている。
内管７ａの内部空間は、液体水素が流れる投棄流路７ｅとなっている。
内管７ａ、外管７ｂ、環状壁部７ｃ及びフランジ７ｄにより気密状に囲まれた環状空間には真空層７ｆが形成されている。フランジ７ｄは、マニホールド４の船側継手４ａと接続可能に構成されている。船側継手４ａのフランジ７ｄとの接続部近傍部分には、真空層７ｆに対応した真空層が設けられている。
外管７ｂの外周部の先端側所定長さ部分には、外周から放射状に延びる複数、例えば８つのフィン９が設けられている。これら８つのフィン９は、外管７ｂの周方向に均等間隔に配設され、外管７ｂの先端近傍位置から基端側途中部に亙って配管７の軸心方向と略平行に夫々形成されている。
次に、本実施形態に係る液体水素輸送船１の作用、効果について説明する。
液体水素を投棄用の配管７から投棄する間、この配管７の外周部先端は内部を流れる液体水素により冷却される。ここで、この部分には複数のフィン９が形成されており、この部分では、この部分を除いた他の部分よりも外気との接触面積が大きく、配管７から外気への放熱が促進される。そのため、この部分がその内部を流れる液体水素の温度近くまで冷却されることはなくなり、大気を構成する窒素や酸素の凝固点よりも十分に高い温度を保つ。尚、液体水素の温度は大気条件で−２５３℃、窒素と酸素の凝固点は夫々−２１０℃、−２１６℃である。そのため、この部分において外気が冷却、固化される虞はなく、その結果、配管７の先端近傍が固体空気により閉塞されることを抑制することができる。
また、配管７を真空二重構造としているため、配管７の内部を流れる液体水素の一部が昇温、気化する虞がなく、配管７の内部における流体の気液二相流化を抑制できる。
本実施形態の一部を変形する例について説明する。
図６の配管７Ｃに示すように、フィン９の代わりに、蛇腹状のベローズ部７ｇを外管７ｂの先端側所定長さ部分に形成しても良い。
この構成によれば、平坦な部分よりも外気との接触面積が大きいベローズ部７ｇにより外管７ｂから外気への放熱が促進される。そのため、外管７ｂにフィン９を設けたときと同様の効果が得られる。
実施形態２
次に、図７，図８に基づき、実施形態２に係る液体水素輸送船について説明する。
本実施形態に係る液体水素輸送船は、投棄用の配管７Ａを除いて実施形態１に係る液体水素輸送船１と同じ構成を備えている。
図７に示すように、配管７Ａの内管７ａ、外管７ｂ、環状壁部７ｃ、及びフランジ７ｄとで囲まれた環状空間には、真空層７ｆの代わりに窒素ガスを充填したガス封入層７ｈが形成されている。
窒素ガスの凝固点は、水素の沸点（−２５３℃）よりも高い−２１０℃である。
そのため、図８に示すように、投棄流路７ｅに液体水素が流れた場合、ガス封入層７ｈに封入されている窒素ガスが液体水素の冷熱により凝固して固体窒素層７ｉが形成されると共に、この固体窒素層７ｉと外管７ｂとの間に、大気よりも真空度が高い擬似真空層７ｊが形成される。
尚、窒素ガスの代わりに水素の沸点よりも高い凝固点を有するガスを用いてもよい。窒素ガスや炭酸ガスのような不活性ガスを用いることが望ましい。
本実施形態に係る液体水素輸送船によれば、実施形態１に係る液体水素輸送船１と同様の効果が得られる。しかも、液体水素輸送船１のような真空層７ｆを形成する手間を要しない。
実施形態３
次に、図９〜図１１に基づき、実施形態３に係る液体水素輸送船１Ｂについて説明する。
本実施形態に係る液体水素輸送船１Ｂは、一部を除いて実施形態１とほぼ同じ構成を備えている。
図１０，図１１に示すように、投棄用の配管７Ｂは内管７ａ、外管７ｂ及びフランジ７ｄを備えているが、環状壁部７ｃを備えない。即ち、内管７ａと外管７ｂの間に形成される環状隙間は配管７Ｂの先端側において開口している。このような構成により、水素ガスを流すための環状の水素ガス流路７ｋが内管７ａと外管７ｂとの間に形成されている。
水素ガス流路７ｋの先端には、配管７Ｂの先端近傍に水素ガスを噴出するための環状の噴出部７ｌが形成されている。
図９，図１１に示すように、液体水素輸送船１Ｂは、球形タンク２に貯留された液体水素を気化させて噴出部７ｌに供給するための水素ガス供給ライン１０を備えている。水素供給ライン１０は、開閉弁１０ａとポンプ１０ｂと継手１０ｃと蒸発器１０ｄとを備えている。開閉弁１０ａと蒸発器１０ｄは球形タンク２の外側に配置されている。ポンプ１０ｂは球形タンク２の内部（底部）に配置されている。水素ガス供給ライン１０の下流側（配管７Ｂ側）は、継手１０ｃを介して水素ガス流路７ｋに接続している。開閉弁１０ａを閉状態から開状態へと切り替えることで、球形タンク２中の液体水素が、ポンプ１０ｂにより吸い上げられ、水素ガス供給ライン１０に流れる。液体水素は、蒸発器１０ｄを通過することで気化する。こうして生成された水素ガスは、水素ガス供給ライン１０、水素ガス流路７ｋを介して噴出部７ｌに供給される。この水素ガスは、噴出部７ｌから配管７Ｂの先端近傍へ向けて噴出する。
本実施形態に係る液体水素輸送船１Ｂの作用、効果について説明する。配管７Ｂを介して球形タンク２内の液体水素を海上投棄する間、配管７Ｂの先端近傍の空気が噴出部７ｌから噴出された水素ガスにより排除される。即ち、この部分は水素雰囲気になる。そのため、この部分で空気が固化する虞がなく、その結果、配管７Ｂの先端近傍が固体空気により閉塞することを抑制することができる。また、球形タンク２の液体水素を気化させて噴出部７ｌから噴出するように構成したため構成を簡素化することができる。
本実施形態の一部を変形する例について説明する。水素ガス供給ライン１０に供給される水素ガスは、球形タンク２に貯留された水素ガス以外のものであってもよい。また、配管７Ｂの代わりに実施形態１の配管７を採用し、水素ガス供給ライン１０から配管７Ｂの先端近傍に向けて水素ガスを直接噴出するように構成してもよい。
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、前記実施形態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。
１，１Ｂ 液体水素輸送船
２ 球形タンク
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 配管
７ａ 内管
７ｂ 外管
７ｆ 真空層
７ｇ ベローズ部
７ｈ ガス封入層
７ｌ 噴出部
９ フィン

Claims (5)

  1. タンクに貯留された積荷である液体水素を海上に投棄するための配管を備えた船舶において、
    前記配管は、液体水素を流すための内管と、この内管との間に環状隙間を空けて配設された外管とを備え、
    前記外管の先端側部分の表面積を増大させる為に、外管の先端側所定長さ部分の外周部には複数の放射状のフィンが配管の軸心方向と平行に設けられていることを特徴とする船舶。
  2. タンクに貯留された積荷である液体水素を海上に投棄するための配管を備えた船舶において、
    前記配管は、液体水素を流すための内管と、この内管との間に環状隙間を空けて配設された外管とを備え、
    前記外管の先端側部分の表面積を増大させる為に、外管の先端側所定長さ部分を蛇腹状のベローズ部で構成したことを特徴とする船舶。
  3. 前記内管と外管の間の環状隙間に真空層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の船舶。
  4. タンクに貯留された積荷である液体水素を海上に投棄するための配管を備えた船舶において、
    前記配管は、液体水素を流すための内管と、この内管との間に環状隙間を空けて配設された外管とを備え、
    前記内管と外管の間の環状隙間に水素ガスを流す水素ガス流路が形成され、
    前記水素ガス流路の先端に水素ガスを噴射する噴射部を設けたことを特徴とする船舶。
  5. 前記タンクに貯留された液体水素を気化させて前記水素ガス流路と噴射部に供給する水素ガス供給ラインを備えたことを特徴とする請求項４に記載の船舶。
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