JP7000023B2 - 液化ガス貯蔵タンクの断熱構造 - Google Patents

Description

本開示は、液化ガス貯蔵タンクの断熱構造に関する。

ＬＮＧ（液化天然ガス）などの運搬船において、ＬＮＧタンク内のボイルオフガス（ＢＯＧ）の発生率を極力小さくするため、タンクの外壁表面を熱伝導率の低い断熱材で覆う必要がある。熱伝導率の低い断熱材として、例えば、ポリウレタン・フォーム（ＰＵＦ）、ビーズ法ポリスチレン・フォーム（ＥＰＳ）らの独立気泡を有する断熱材がある。
しかし、ＰＵＦなどの断熱材単体でＢＯＧの低下を図ろうとすると、その厚みが現実的でない厚みとなり、設置スペースを確保できない場合がある。
そこで、特許文献１には、高性能防熱を実現するため、真空断熱材を用いた断熱構造が開示されている。

特開２０１０－２４９１７４号公報

液化ガス貯蔵タンクの外壁と断熱材との間には、空気中水分の吸湿／凍結防止および液化ガスの漏れを検知するため、窒素ガスなどの不活性ガスが流される場合がある。
ＰＵＦの熱伝導率は常温（２０℃）で約０．０２Ｗ／ｍＫであるが、独立気泡内に封入された代替フロンなどの低熱伝導率のガスが周囲の空気又は窒素ガスと置換することで、断熱性能が劣化する場合があることが知られている。

特許文献１に開示された断熱構造は、外側面は表面材（アルミシートとプラスチックフィルムの積層体）が施工されているので、独立気泡内のガスが周囲空気と置換するおそれはない。しかし、内側に窒素ガスが流れる場合に、真空断熱材がＰＵＦなどの断熱材に内蔵された構造を有するため、独立気泡内のガスが窒素ガスと置換して断熱性能が劣化するおそれがある。

少なくとも一実施形態は、周囲空気又は窒素ガスなどの不活性ガスとの置換による断熱性能の劣化をなくし、かつ高断熱性能を有して設置スペースを低減可能な断熱構造を提案することを目的とする。

（１）幾つかの実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断熱構造は、
液化ガスを貯蔵する液化ガス貯蔵タンクの外壁の表面を覆う断熱層を有する液化ガス貯蔵タンクの断熱構造であって、
前記断熱層は、
独立気泡を有する断熱材である第１層と、
前記第１層の両側に設けられた非通気層と、
を含み、
前記第１層の両側に設けられた非通気層の少なくとも一方は、心材をガスバリア性を有する外被材で覆って封止し前記外被材の内部を減圧した真空断熱材を含む。

上記（１）の構成によれば、独立気泡を有する断熱材である上記第１層の両側に上記非通気層を設けたことで、第１層の独立気泡内の低熱伝導率を有するガスが周囲の空気又は窒素ガスなどの不活性ガスと置換するのを抑制でき、これによって、第１層の断熱性能の劣化を防止できる。
また、上記非通気層の少なくとも一方が優れたガスバリア性及び断熱性能を有する真空断熱材を含むことで、断熱性能を向上でき、これによって、ＢＯＧの発生率を減少できると共に、設置スペースを低減できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記非通気層は、前記第１層の外側に設けられる外側非通気層を含み、
前記外側非通気層は、前記真空断熱材を含む。
上記（２）の構成によれば、第１層の外側に設けられる上記外側非通気層が優れたガスバリア性及び断熱性能を有する真空断熱材を含むことで、第１層の独立気泡内の低熱伝導率ガスが断熱層外側の周囲空気と置換するのを防止できる。また、真空断熱材の高断熱性能により、断熱層の薄厚化が可能になり、これによって、断熱層の設置スペースを低減できる。

（３）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記非通気層は、前記第１層の内側に設けられる内側非通気層を含み、
前記内側非通気層は、前記真空断熱材を含む。
上記（３）の構成によれば、第１層の内側に設けられる上記内側非通気層が優れたガスバリア性及び断熱性能を有する真空断熱材を含むことで、第１層の独立気泡内の低熱伝導率ガスが不活性ガスなどと置換するのを抑制できる。また、真空断熱材の高断熱性能により、断熱層の薄厚化が可能になり、これによって、断熱層の設置スペースを低減できる。

（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記断熱層は、
前記内側非通気層の内側に設けられた独立気泡を有する断熱材である第２層をさらに含む。
上記（４）の構成によれば、真空断熱材の使用可能最低温度が液化ガスの温度より高い場合、真空断熱材を含む内側非通気層の内側に上記第２層を配置することで、内側非通気層が配置される領域を真空断熱材の使用可能最低温度以上とすることができ、これによって、内側非通気層に含まれる真空断熱材の劣化を防止できる。

（５）一実施形態では、前記（４）の構成において、
前記断熱層は、
前記第２層の内側に設けられた非通気性被覆材をさらに含む。
上記（５）の構成によれば、第２層の内側に設けられた上記非通気性被覆材の存在によって、第２層の独立気泡内ガスが不活性ガスと置換するのを抑制できる。従って、この非通気性被覆材を設けることで、第２層の断熱性能の劣化も抑制できる。

（６）一実施形態では、前記（１）～（５）の何れかの構成において、
前記第１層の両側に設けられた非通気層の他方は、前記真空断熱材を含む。
上記（６）の構成によれば、第１層の両側に設けられた非通気層が優れた断熱性能及びガスバリア性を有する真空断熱材を含むので、第１層の断熱性能の劣化を抑制できると共に、断熱層の断熱性能をさらに向上できる。

（７）一実施形態では、前記（１）～（５）の何れかの構成において、
前記第１層の両側に設けられた非通気層の他方は、非通気性被覆材である。
上記（７）の構成によれば、非通気層として非通気性被覆材を用いることで、第１層の独立気泡内のガスの置換による断熱性能の劣化を抑制できる。また、厚さが薄い非通気性被覆材を用いることで、断熱層の設置スペースを低減できる。

（８）一実施形態では、前記（１）～（７）の何れかの構成において、
前記非通気層は、端部が互いに重なるように配置された複数の非通気性被覆材を含む。

液化ガス貯蔵タンクの外壁の表面を覆う断熱層は、複数枚の第１層や真空断熱材が敷き詰められることで構成され、隣接する第１層や真空断熱材の間には継ぎ目が形成される。
上記（８）の構成によれば、複数の非通気性被覆材の端部が互いに重なるように配置されることで、これらの継ぎ目を密閉でき、これによって、第１層を周囲空気及び窒素ガスなどの不活性ガスから遮断できるので、第１層の独立気泡内のガスの置換による断熱性能の劣化を抑制できる。

（９）一実施形態では、前記（１）～（８）の何れかの構成において、
前記液化ガス貯蔵タンクは液化ガス運搬船に設けられたものである。
上記（９）の構成によれば、上記液化ガス貯蔵タンクは、周囲空気又は窒素ガスとの置換による断熱性能の劣化をなくし、かつ高断熱性能を有するために薄厚化が可能になる。これによって、断熱層の設置スペースを低減できるため、容積や船幅が限られた液化ガス運搬船でも配置の自由度を広げることができる。また、断熱層の重量増加を抑制できるため、液化ガス運搬船の運行性能の悪化を抑制できる。

幾つかの実施形態によれば、液化ガス貯蔵タンクの断熱構造を、周囲空気又は窒素ガスなどの不活性ガスとの置換による断熱性能の劣化を抑制でき、かつ高断熱性能を有して薄厚化が可能になり設置スペースを低減できる。

液化ガス運搬船に設けられた一実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断面図である。 一実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断熱構造の断面図である。 一実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断熱構造の断面図である。 一実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断熱構造の断面図である。 一実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断熱構造の断面図である。 一実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断熱構造の断面図である。 一実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断熱構造の断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

幾つかの実施形態に係る液化ガス貯蔵タンクの断熱構造は、図１に示すように、液化ガス貯蔵タンク１２の外壁表面を覆うように形成された断熱層２０を有する。
断熱層２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ）は、図２～図７に示すように、第１層２４と、第１層２４の両側に設けられた非通気層２２及び２６とを含む。第１層２４は独立気泡ｂを有する断熱材であり、非通気層２２及び２６の少なくとも一方は真空断熱材３２を含む。
図２～図７は図１中のＡ部を拡大して示す断面図であり、図２～図７中、ｏは断熱層２０の外側雰囲気を示し、ｉは液化ガス貯蔵タンク１２の内部の液化ガス雰囲気を示す。

真空断熱材とは、例えば無機断熱材を心材として用い、該心材をガスバリア性に優れた外被材で覆って封止し、この外被材の内部を減圧したものである。代表的な心材として、例えば、ウレタンなどの発泡体、シリカなどの粉末材料、グラスウールなどの繊維材料がある。外被材として、例えば、アルミシート、多層ラミネートフィルム等が用いられる。外被材の内部は減圧されるため対流が起こらず、かつ心材は空隙率が高いため伝熱抵抗が高く、これによって高い断熱性能を有する。

一実施形態では、液化ガスは、例えばＬＮＧ、ＬＰＧ（液化石油ガス）等である。また、第１層２４は、例えば、独立気泡ｂを有するＰＵＦ、ＥＰＳ等であり、独立気泡ｂを有することで、高い断熱性能を有する。
一実施形態では、第１層２４の独立気泡ｂ内に代替フロンなどの熱伝導率が低いガスが封入されている。独立気泡ｂ内に熱伝導率が低いガスが封入されることで、さらに断熱性能を向上できる。

一実施形態では、液化ガス貯蔵タンク１２の外壁２８と断熱層２０との間に、例えば窒素ガスなどの不活性ガスが供給される隙間ｓが形成される。隙間ｓに窒素ガスなどの不活性ガスを流すことで空気中水分の吸湿／凍結を防止し、また、隙間ｓのガスをサンプリングすることで、液化ガスの漏洩有無を検知できる。
一実施形態では、図１に示すように、液化ガス貯蔵タンク１２は液化ガス運搬船１０に搭載される。

上記構成によれば、独立気泡を有する断熱材である第１層２４の両側に非通気層２２及び２６を設けたことで、第１層２４の独立気泡ｂ内の低熱伝導率を有するガスが周囲の空気又は窒素ガスなどの不活性ガスと置換するのを抑制でき、これによって、第１層２４の断熱性能劣化を抑制できる。
また、非通気層２２及び２６の少なくとも一方が優れたガスバリア性及び断熱性能を有する真空断熱材３２を含むことで、断熱性能を向上でき、これによって、ＢＯＧの発生率を減少できると共に、断熱層２０の薄厚化が可能になり設置スペースを低減できる。
ＰＵＦの熱伝導率は常温（２０℃）で約０．０２Ｗ／ｍＫであるのに比べて、真空断熱材の一般的な熱伝導率は０．００２Ｗ／ｍＫ程度であり、優れた断熱性能を有する。

一実施形態では、図２～図７に示すように、第１層２４の外側に設けられる外側非通気層２２は真空断熱材３２を含む。
このように、第１層２４の外側に優れたガスバリア性及び断熱性能を有する真空断熱材を有することで、第１層２４の独立気泡ｂ内の低熱伝導率ガスが断熱層外側の周囲空気と置換するのを抑制でき、かつ真空断熱材の高断熱性能により断熱層２０の設置スペースを低減できる。

一実施形態では、図６を除く図２～図７に示す断熱層２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｆ）は、第１層２４の内側に設けられる内側非通気層２６は真空断熱材３２を含む。
このように、第１層２４の内側に優れたガスバリア性及び断熱性能を有する真空断熱材３２を有することで、第１層２４の独立気泡ｂ内の低熱伝導率ガスが不活性ガスなどと置換するのを防止でき、かつ真空断熱材３２の高断熱性能により断熱層２０の設置スペースを低減できる。

一実施形態では、図４及び図５に示す断熱層２０（２０Ｃ、２０Ｄ）は、内側非通気層２６の内側に設けられ、独立気泡を有する断熱材である第２層３０をさらに含む。
一実施形態では、第２層３０は、第１層２４と同様に、例えば、独立気泡ｂを有するＰＵＦ、ＥＰＳ等であり、独立気泡ｂを有することで高い断熱性能を有する。また、独立気泡ｂ内に代替フロンなどの熱伝導率が低いガスが封入され、これによって、さらに断熱性能を向上できる。

真空断熱材３２の使用可能最低温度が液化ガスの温度より高い場合、真空断熱材３２を含む内側非通気層２６の内側にさらに第２層３０を配置することで、真空断熱材３２が配置された領域を使用可能最低温度以上とすることができる。これによって、内側非通気層２６に含まれる真空断熱材の劣化を抑制できる。なお、真空断熱材３２を含む内側非通気層２６の存在によって、第１層２４の独立気泡ｂ内のガス置換が抑制され、第１層２４の断熱性能の劣化は抑制される。本実施形態では、不活性ガスによる第２層３０の断熱性能の劣化を許容している。

一実施形態では、図５に示す断熱層２０（２０Ｄ）は、第２層３０の内側に設けられた非通気性被覆材３４をさらに含む。
一実施形態では、非通気性被覆材３４は、アルミシートとプラスチックフィルムとの積層体である。
非通気性被覆材３４の存在によって、図４に示す断熱層２０（２０Ｃ）が得られる作用効果に加えて、第２層３０の独立気泡内ガスが不活性ガスと置換するのを抑制でき、これによって、第２層３０の断熱性能の劣化を抑制できる。

一実施形態では、図６を除く図２～図７に示す断熱層２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｆ）は、第１層２４の両側に設けられた非通気層２２及び２６は真空断熱材３２を含む。
このように、第１層２４の両側に優れた断熱性能及びガスバリア性を有する真空断熱材３２が配置されるので、第１層２４の独立気泡ｂ内の熱伝導率が低いガスと外側の周囲空気及び内側の不活性ガスとの置換を抑制でき、第１層２４の断熱性能の劣化を抑制できると共に、断熱層２０の断熱性能をさらに向上できる。

一実施形態では、図３、図５及び図６に示す断熱層２０（２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｅ）は、第１層２４の外側及び内側の少なくとも一方の非通気層２２，２６に真空断熱材３２が設けられ、少なくとも他方の非通気層２２，２６に非通気性被覆材３４が設けられる。
このように、非通気層２２又は２６に厚さが薄い非通気性被覆材３４を用いることで、第１層２４の独立気泡内のガスの置換による断熱性能の劣化を抑制できると共に、断熱層の薄厚化が可能になり設置スペースを低減できる。

一実施形態では、図３、図５及び図６に示す断熱層２０（２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｅ）は、該断熱層の最外側及び最内側に非通気性被覆材３４を有する。
上記構成によれば、第１層２４の両側に厚さが薄い非通気性被覆材３４を用いることで、第１層２４の独立気泡内のガスの置換による断熱性能の劣化を防止できると共に、断熱層の薄厚化が可能になり設置スペースをさらに低減できる。

一実施形態では、図３、図５及び図６に示す断熱層２０（２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｅ）は、第１層２４の外側及び内側に配置された非通気層２２及び２６の少なくとも一方が真空断熱材３２及び非通気性被覆材３４が積層されている。
上記実施形態によれば、非通気層２２及び２６の少なくとも一方が真空断熱材３２及び非通気性被覆材３４が積層されて構成されることで、断熱性能及びガスバリア性をさらに向上できる。

一実施形態では、図３に示す断熱層２０（２０Ｂ）は、第１層２４の外側及び内側に配置された非通気層２２及び２６が真空断熱材３２及び非通気性被覆材３４が積層されて構成されている。
上記実施形態によれば、非通気層２２及び２６が真空断熱材３２と非通気性被覆材３４とが積層されて構成されることで、断熱性能及びガスバリア性をさらに向上できる。

一実施形態では、図７に示すように、非通気層２２及び２６は、複数の非通気性被覆材３４（３４ａ、３４ｂ）を含み、非通気性被覆材３４（３４ａ、３４ｂ）の端部は互いに重なるように配置されている。

液化ガス貯蔵タンク１２の外壁２８の表面を覆う断熱層は、複数枚の第１層２４が敷き詰められることで構成され、隣接する第１層２４の間には継ぎ目３６が形成される。
上記実施形態によれば、複数の非通気性被覆材３４（３４ａ、３４ｂ）の端部が互いに重なるように配置されることで、第１層２４の継ぎ目３６を密閉でき、これによって、第１層２４の独立気泡内のガスの置換による断熱性能の劣化を防止できる。

一実施形態では、図７に示すように、非通気層２２及び２６は真空断熱材３２を含み、複数枚の真空断熱材３２が敷き詰められる。真空断熱材３２の継ぎ目３８は第１層２４の継ぎ目３６とずれた位置に配置される。
これによって、継ぎ目３６と継ぎ目３８が重なることによる継ぎ目の断熱性能の低下を抑制できる。

一実施形態では、図１に示すように、液化ガス貯蔵タンク１２は液化ガス運搬船１０に設けられている。
上記幾つかの実施形態に係る断熱層２０は、周囲空気又は窒素ガスなどの不活性ガスとの置換による断熱性能の劣化をなくし、かつ高断熱性能を有して薄厚化が可能になり設置スペースを低減できるため、船幅及び船内容積が限られたスペースの液化ガス運搬船でも配置の自由度を広げることができる。また、断熱層２０の重量増加を抑制できるため、液化ガス運搬船の運行性能の悪化を抑制できる。

幾つかの実施形態によれば、周囲空気又は窒素ガスとの置換による断熱性能の劣化をなくし、かつ高断熱性能を有して重量及び設置スペースを低減可能であり、陸上又は液化ガス運搬船にいずれに設けられた場合であっても有効に適用できる。

１０ 液化ガス運搬船
１２ 液化ガス貯蔵タンク
２０（２０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、２０Ｅ，２０Ｆ） 断熱層
２２ 外側非通気層
２４ 第１層
２６ 内側非通気層
２８ 外壁
３０ 第２層
３２ 真空断熱材
３４（３４ａ、３４ｂ） 非通気性被覆材
３６、３８ 継ぎ目
ｂ 独立気泡
ｓ 隙間

Claims (10)

1. 液化ガスを貯蔵する液化ガス貯蔵タンクの外壁の表面を覆う断熱層を有する液化ガス貯蔵タンクの断熱構造であって、
   前記断熱層は、
   独立気泡を有する断熱材である第１層と、
   前記第１層とは別体に前記第１層の両側に接するように設けられた非通気層と、
   を含み、
   前記第１層の両側に接するように設けられた非通気層の少なくとも一方は、心材がガスバリア性を有する外被材で覆われるとともに前記外被材の内部が減圧された真空断熱材であることを特徴とする液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
2. 前記非通気層は、前記第１層の外側に設けられる外側非通気層を含み、
   前記外側非通気層は、前記真空断熱材を含むことを特徴とする請求項１に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
3. 前記非通気層は、前記第１層の内側に設けられる内側非通気層を含み、
   前記内側非通気層は、前記真空断熱材を含むことを特徴とする請求項１に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
4. 前記断熱層は、
   前記内側非通気層の内側に設けられた独立気泡を有する断熱材である第２層をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
5. 前記断熱層は、
   前記第２層の内側に設けられた非通気性被覆材をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
6. 前記第１層の両側に設けられた非通気層の他方は、前記真空断熱材を含むことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
7. 前記第１層の両側に設けられた非通気層の他方は、非通気性被覆材であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
8. 前記非通気層は、端部が互いに重なるように配置された複数の非通気性被覆材を含むことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
9. 前記外壁と前記断熱層との間に不活性ガスを供給可能な隙間が形成されていることを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
10. 前記液化ガス貯蔵タンクは液化ガス運搬船に設けられたものであることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の液化ガス貯蔵タンクの断熱構造。
    

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