JP7842233B2 - 多重殻タンク - Google Patents

Description

本開示は、低温の液化ガスを収容する多重殻タンクの構造に関する。

例えば液体水素などの低温の液化ガスを収容するタンクでは、液化ガスと外部との温度差が大きいことから、タンク内部での液化ガスの気化を抑制するために断熱性能の高い防熱層が要求される。そこで、液化ガスを収容するタンクとして、液化ガスを収容する内槽と、内槽を囲む外槽とを備え、内槽と外槽の間の内外槽間に防熱層を設けた多重殻タンクが知られている。例えば、特許文献１ではこの種の多重殻タンクが開示されている。

特許文献１に開示の多重殻タンクは、液化ガスを貯留する内槽と、内槽を内部に収容する外槽と、内槽と外槽との槽間領域に配置された断熱材からなる防熱層とを備える。

国際公開第２０２０／２０２５７８号

上記のような多重殻タンクにおいて、内槽に収容された液化ガスの気化ガスと同じガス、又は、不活性ガスが内外槽間に充填されたものがある。このような多重殻タンクでは、内外槽間のガス充填、ガス置換、冷却、及び、昇温の際に、内外槽間に存在している気体を強制的に排出し新たな気体を導入する給排気処理が行われる。内外槽間には、防熱層を構成する断熱材、支持材、及び強度部材等が配置されており、気体が流れにくい箇所が存在する。上記の内外槽間の給排気処理の際に、内外槽間の気体が流れにくい箇所ではガスの流れが滞りやすく、給排気処理の効率が低下するおそれがある。

本開示は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、第１槽と、第１槽を囲む第２槽と、第１槽と第２槽の槽間に配置されて第１槽を被覆する防熱層とを備える多重殻タンクにおいて、槽間の給排気処理を効率化する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る多重殻タンクは、
第１槽と、
前記第１槽を囲む第２槽と、
前記第１槽と前記第２槽の槽間に配置されて、前記第１槽の外壁を被覆する断熱パネルを含む防熱層と、
前記槽間において前記第１槽と前記防熱層との間の第１槽間領域に配置された第１開口部を有し、前記槽間を通って外部へ延出された給気用又は排気用の第１配管と、を備えるものである。

本開示によれば第１槽と、第１槽を囲む第２槽と、第１槽と第２槽の槽間に配置されて第１槽を被覆する防熱層とを備える多重殻タンクにおいて、槽間の給排気処理を効率化する技術を提供できる。

図１は、本開示の一態様に係る多重殻タンクの概略構成を示す垂直断面図である。 図２は、第１配管の先端部分の拡大図である。 図３は、共有部分を有する第１配管と第２配管の構成例を示す図である。 図４は、環状に並んだ複数の第１開口部を有する第１配管の構成例を示す図である。 図５は、第１槽の上方と下方の両方に第１開口を有する第１配管の構成例を示す図である。

次に、図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。図１は本開示の一態様に係る多重殻タンク１の概略構成を示す垂直断面図である。図１に示す多重殻タンク１は、低温の液化ガスＬを収容するタンクである。液化ガスＬとしては、液体水素や、液化天然ガスが例示される。多重殻タンク１は、船舶や海洋構造物などの浮体構造物に搭載されていてもよいし、陸上基地に設置されていてもよい。また、多重殻タンク１は、貨物としての液化ガスＬを収容する貨物タンクであってもよいし、燃料としての液化ガスＬを収容する燃料タンクであってもよい。

多重殻タンク１は、液化ガスＬを収容する第１槽２１と、第１槽２１を囲む第２槽２２とを備える二重殻タンクである。第１槽２１と第２槽２２は多重殻タンク１の径方向に離間されている。但し、本開示に係る多重殻タンク１は、二重殻タンクに限定されず、第２槽２２の外側に更なる槽を備える３重以上の殻（即ち、槽）を有していてよい。本開示の第１槽２１及び第２槽２２の関係を、内外に隣接する２つの槽の関係として読み替えることにより、３重以上の多重殻タンクに本開示を適用できる。

第１槽２１と第２槽２２の槽間２３には、防熱層２４が配置されている。防熱層２４は、槽間２３において第１槽２１の外壁を被覆しており、第１槽２１への入熱を抑制する。防熱層２４は、例えば、断熱パネルで構成されている。

多重殻タンク１は、支持体７１，７２を介してタンク基礎１０に支持されている。タンク基礎１０は、例えば、船舶や海洋構造物などの浮体構造物の船体や、陸上基地のコンクリート基礎である。支持体７１，７２は、略上下方向に延びる筒体であって、主に第１槽２１を支持する第１スカート７１と、第２槽２２を支持する第２スカート７２とを含む。第１スカート７１は、第２スカート７２に包囲されている。第２スカート７２の上端は第２槽２２と接合されており、第２スカート７２の下端はタンク基礎１０に固定されている。第１スカート７１の上端は、槽間２３において第１槽２１と接合されている。第１スカート７１は槽間２３を通されて、第１スカート７１の下端はタンク基礎１０に固定されている。第１槽２１と第１スカート７１の交差部において、第１槽２１と第１スカート７１に挟まれた空間であって、気体の流動が滞る狭隘部が存在する。また、第１槽２１を被覆する防熱層２４と第１スカート７１の交差部において、防熱層２４と第１スカート７１に囲まれた空間であって、気体の流動が滞る狭隘部が存在する。

ここでは、第１槽２１と防熱層２４との間を「第１槽間領域２５」と称し、防熱層２４と第２槽２２の間を「第２槽間領域２６」と称する。つまり、槽間２３には、第１槽２１を包囲する第１槽間領域２５と、第１槽間領域２５を包囲する第２槽間領域２６とが形成されている。第１槽間領域２５と第２槽間領域２６は連通された空間であってもよいし、互いに独立した空間であってもよい。第１槽間領域２５は、第１槽２１の外壁と防熱層２４の間に設けられた隙間に形成されていてもよいし、第１槽２１の外壁と対峙する防熱層２４の表面に形成された空隙や空孔によって形成されていてもよい。また、図２に示すように、防熱層２４の表面に他の部分よりも第１槽２１の外壁から後退した凹部２５ａが形成されている場合は、この凹部２５ａ内の空間も第１槽間領域２５に含まれる。

図１に戻って、槽間２３の第１槽間領域２５及び第２槽間領域２６の各々には、槽間ガスＧが充填されている。槽間ガスＧは、液化ガスＬの気化ガスと同種のガス、又は、不活性ガスである。例えば、液化ガスＬが液体水素である場合は、槽間ガスＧとして水素ガスが採用される。また、例えば、液化ガスＬが液化天然ガスである場合には、槽間ガスＧとして窒素ガスが採用される。

多重殻タンク１は、槽間２３への給気や、槽間２３からの排気のために第１配管３及び第２配管４を備える。第１配管３及び第２配管４は、槽間２３の槽間ガスＧの充填、ガス置換、冷却、及び、昇温などの、槽間２３からの排気と槽間２３への給気を伴う給排気処理に広く用いられてよい。

第１配管３は、第１槽間領域２５に開口する第１開口部３１を有する。第１配管３は、主に、第１槽間領域２５の給気及び／又は排気に使用される。図１に示す例では、一系統の第１配管３が給気と排気の双方に使用されるが、給気口としての第１開口部３１を有する給気系統の第１配管３と、排気口としての第１開口部３１を有する排気系統の第１配管３とが夫々備えられていてもよい。

第１配管３は、第２槽２２を貫通しており、槽間２３のうち第２槽間領域２６を通され、先端部分３ａに設けられた第１開口部３１は第１槽間領域２５内に配置されている。

図２は、第１配管３の先端部分３ａの拡大図である。図２に示すように、第１配管３の先端部分３ａには、第１槽間領域２５に開口する第１開口部３１が設けられている。第１配管３の先端部分３ａは、第１槽２１に固定された第１支持部材３６によって第１槽２１に支持されている。第１配管３の中間部分３ｂは、第２槽間領域２６において第２槽２２の内壁に沿って配置されており、第２槽２２に固定された第２支持部材３７によって第２槽２２に支持されている。

第１配管３は、第１支持部材３６で支持された先端部分３ａと、第２支持部材３７で支持された中間部分３ｂとの間に、伸縮部３８を有する。伸縮部３８は、例えば、フレキシブルホースで構成されている。第１槽２１に液化ガスＬが収容されると、第１配管３では、液化ガスＬの冷熱によって第１槽２１に支持された先端部分３ａと、第１槽２１に支持された中間部分３ｂとの相対的な位置が変化する。第１配管３の先端部分３ａと中間部分３ｂの相対的な位置の変化は、伸縮部３８が伸張又は収縮することで吸収されて、第１配管３に発生する応力、第１支持部材３６と第１槽２１の接合部に発生する応力、及び、第２支持部材３７と第２槽２２の接合部に発生する応力が軽減される。

図１に戻って、第２配管４は、第２槽間領域２６に開口する第２開口部４１を有する。第２配管４は、主に、第２槽間領域２６の給排気処理に使用される。図１に例示された多重殻タンク１では、第２配管４は給気と排気の双方に使用されるが、給気口としての第２開口部４１を有する給気系統の第２配管４と、排気口としての第２開口部４１を有する排気系統の第２配管４とが夫々備えられていてもよい。

第２配管４は、第２槽２２を貫通しており、槽間２３のうち第２槽間領域２６を通され、先端部分に設けられた第２開口部４１は第２槽間領域２６内に配置されている。第１配管３と第２配管４は、多重殻タンク１の槽間２３において互いに独立した配管である。但し、第１配管３と第２配管４は部分的に配管を共用していてもよい。図３は、共有部分を有する第１配管３と第２配管４の構成例を示す図である。図３に例示される多重殻タンク１は、第２槽２２を貫通して槽間２３のうち第２槽間領域２６を通された共通配管３０と、共通配管３０に接続されて先端に第１開口部３１を有する第１分岐管３５と、共通配管３０に接続されて先端に第２開口部４１を有する第２分岐管４５とを備える。ここで、共通配管３０及び第１分岐管３５の組み合わせが第１配管３として機能し、共通配管３０及び第２分岐管４５の組み合わせが第２配管４として機能する。

図１に戻って、第１配管３は、第１槽２１と第２槽２２が上下方向に重複する高さ範囲に開口する少なくとも１つの第１開口部３１を有する。また、第２配管４は、第１槽２１と第２槽２２が上下方向に重複する高さ範囲に開口する少なくとも１つの第２開口部４１を有する。槽間２３において、特に、第１槽２１と第２槽２２が上下方向に重複する高さ範囲には、防熱層２４を構成する断熱材、支持材、及び強度部材等が集中的に配置されており、気体が流れにくい箇所が存在する。このような気体が流れにくい箇所に開口部３１，４１が配置されていることが好ましい。

例えば、第１配管３は、第１槽２１と第１スカート７１の交差部において、第１槽２１と第１スカート７１に挟まれた狭隘部に配置された少なくとも１つの第１開口部３１を有することが好ましい。例えば、第２配管４は、防熱層２４と第１スカート７１の交差部において、防熱層２４と第１スカート７１に挟まれた狭隘部に配置された第２開口部４１を有することが好ましい。前述の通り、狭隘部は他と比較して気体の流動が滞りやすいが、狭隘部に配置された開口部３１，４１を通じて給気及び／又は排気が行われることによって、狭隘部の気体の流動が促進されて給排気処理の効率が向上する。

第１配管３と第２配管４は、多重殻タンク１の外部の暴露された場所に配置された合流部５０で合流している。この合流部５０には、フィルタ３４を介して給気系統又は排気系統が接続される。フィルタ３４は、第１配管３及び第２配管４を流れる気体から粉塵を回収する。給気系統には、給気用の送風機と、冷却用ガス源、昇温用ガス源、置換用ガス源、又は、槽間ガス源などのガス源が設けられる。排気系統には、例えば、排気用送風機、多重殻タンク１の外部（即ち、暴露された場所）において槽間ガスＧを大気へ放出する放出塔、槽間ガスＧを燃料として使用する燃料使用機器などが設けられる。合流部５０には給気系統と排気系統のうち一方が接続されるが、給気系統と排気系統とのうち接続される系統が切替弁によって切り替え可能であってもよい。

第１配管３と第２配管４とが合流部５０で合流していることで、槽間２３のガスの給気及び／又は排気を一つの系統で行うことができ、フィルタ３４や送風機の数を抑えることができる。また、合流部５０において第１配管３と第２配管４が連通されることで、第１槽間領域２５及び第２槽間領域２６の圧力が均圧化され、防熱層２４の浮き上がりや破損を防止できる。但し、第１配管３と第２配管４の各々がフィルタ３４と送風機とを備えていてもよい。この場合、第１槽間領域２５と第２槽間領域２６の各々に供給するガスの温度、圧力、又は供給量を独立して調整したり、第１槽間領域２５と第２槽間領域２６の各々からの排出量を独立して調整したりできる。

第１配管３と第２配管４の合流部５０において、流路切替弁や流量調整弁などの第１配管３や第２配管４を操作する弁が集中して配置されていてよい。これにより、オペレータは第１配管３及び第２配管４の弁を集中して操作できる。

第１配管３と第２配管４は、多重殻タンク１の外部の暴露された場所にサンプリング装置５１を有する。サンプリング装置５１は、例えば、槽間２３から排出されたガス又は槽間２３へ供給されるガスを採取して当該ガスの濃度を検出するものである。サンプリング装置５１は、第１配管３と第２配管４の合流部５０に配置されていてもよい。このように第１配管３及び第２配管４にサンプリング装置５１が設けられることによって、槽間２３へ給気されるガス又は槽間２３から排気されるガスの濃度を検出して、給気流量又は排気流量の調整を行うことができる。

図１に例示する第１配管３は槽間２３の底部と狭隘部の各々に配置された第１開口部３１を有するが、好ましくは、第１配管３は複数の第１開口部３１を有する。更に好ましくは、複数の第１開口部３１は、第１槽間領域２５において、第１槽２１を囲む略水平な円周上に分散して配置されている。環状に並んだ複数の第１開口部３１から供給されたガスは、第１槽間領域２５で略均等に拡散する。

図４は、環状に並んだ複数の第１開口部３１を有する第１配管３の構成例を示す図である。図４に例示された第１配管３は、リング状のヘッダ管３２と、ヘッダ管３２に接続されて先端に第１開口部３１を有する複数のノズル３３とを備える。また、ヘッダ管３２と複数のノズル３３の組み合わせが、上下方向に複数段設けられていてもよい。

また、第１配管３と同様に、第２配管４は複数の第２開口部４１を有し、複数の第２開口部４１が第２槽間領域２６において第１槽２１を囲む略水平な円周上に分散して配置されていてよい。但し、複数の第１開口部３１を有する第１配管３の構成、及び、複数の第２開口部４１を有する第２配管４の構成は、図４の例に限定されない。

図５は、第１槽２１の上方と下方の両方に第１開口部３１を有する第１配管３の構成例を示す図である。図５に例示された第１配管３は、第１槽２１よりも下方において第１槽間領域２５に配置された第１開口部３１を有する下部第１配管３Ｂと、第１槽２１よりも上方において第１槽間領域２５に配置された第１開口部３１を有する上部第１配管３Ｕとを含む。下部第１配管３Ｂと上部第１配管３Ｕは、同時に給気管として使用されてよい。また、下部第１配管３Ｂと上部第１配管３Ｕは、同時に排気管として使用されてよい。或いは、下部第１配管３Ｂと上部第１配管３Ｕは、一方が給気管として使用され、他方が排気管として使用されてよい。排気管として使用される第１配管３は、多重殻タンク１の外の排気系統と接続される。給気管として使用される第１配管３は、多重殻タンク１の外の給気系統と接続される。槽間２３の給排気処理の目的やガスの特性に応じて下部第１配管３Ｂと上部第１配管３Ｕの給気と排気を切り替えることによって、効率的な給排気処理が可能となる。

また、第１配管３と同様に、第２配管４は、第１槽２１よりも下方において第２槽間領域２６に配置された第２開口部４１を有する下部第２配管４Ｂと、第１槽２１よりも上方において第２槽間領域２６に配置された第２開口部４１を有する上部第２配管４Ｕとを含む。下部第２配管４Ｂと上部第２配管４Ｕは、同時に給気管として使用されてよい。また、下部第２配管４Ｂと上部第２配管４Ｕは、同時に排気管として使用されてよい。或いは、下部第２配管４Ｂと上部第２配管４Ｕは、一方が給気管として使用され、他方が排気管として使用されてよい。

〔総括〕
本開示に係る多重殻タンク１は、
第１槽２１と、
第１槽２１を囲む第２槽２２と、
第１槽２１と第２槽２２の槽間２３に配置されて、第１槽２１の外壁を被覆する防熱層２４と、
槽間２３において第１槽２１と防熱層２４との間の第１槽間領域２５に配置された第１開口部３１を有し、槽間２３を通って外部へ延出された給気用又は排気用の第１配管３と、を備えるものである。

上記構成の多重殻タンク１では、第１配管３を使用して、第１槽間領域２５の給気及び排気の少なくとも一方を行うことができる。このように第１槽２１と防熱層２４の間の第１槽間領域２５の給排気が積極的に行われることで、槽間２３の給排気処理を効率化できる。

本開示の第２の項目に係る多重殻タンク１は、第１の項目に係る多重殻タンク１において、槽間２３において第１槽２１の外壁と接合された支持体７１を更に備え、第１開口部３１は、第１槽２１と支持体７１に挟まれた狭隘部に配置されているものである。

第１槽２１と支持体７１に挟まれた狭隘部はガスの流れが滞り易いが、この狭隘部に第１開口部３１が配置されることでガスの流動が促進される。この結果、槽間２３の給排気処理を効率化できる。

本開示の第３の項目に係る多重殻タンク１は、第１又は２の項目に係る多重殻タンク１において、第１配管３は、第１槽２１の周りに周方向に分散して配置された複数の第１開口部３１を有するものである。

複数の第１開口部３１が分散して配置されることで、第１槽２１の周囲への給気又は排気の流れを均一化できる。

本開示の第４の項目に係る多重殻タンク１は、第１乃至３のいずれかの項目に係る多重殻タンク１において、第１配管３の第１開口部３１を含む先端部分３ａが、第１槽２１の外壁に固定された第１支持部材３６に支持されているものである。

このように第１槽２１の外壁に第１配管３の先端部分３ａが支持されることで、第１槽２１が熱収縮した際の第１槽２１と第１開口部３１の相対的な位置の変化が抑えられる。

本開示の第５の項目に係る多重殻タンク１は、第４の項目に係る多重殻タンク１において、第１配管３は、槽間２３において伸縮部３８を有するものである。

これにより、第１槽２１と第２槽２２の熱収縮量の差によって、第１配管３において第１槽２１に支持された先端部分３ａと他の部分とに相対的な変位が生じた場合に伸縮部３８が伸縮することによって第１配管３に発生する応力が軽減される。

本開示の第６の項目に係る多重殻タンク１は、第１乃至５のいずれかの項目に係る多重殻タンク１において、第１配管３は、第２槽２２の内壁に固定された第２支持部材３７に支持されているものである。

このように、第１槽２１と比較して熱収縮の小さい第２槽２２の内壁を利用して槽間２３に第１配管３が敷設されることによって、第１配管３が安定して支持される。

本開示の第７の項目に係る多重殻タンク１は、第１乃至６のいずれかの項目に係る多重殻タンク１において、第１配管３は複数の第１開口部３１を有し、複数の第１開口部３１は第１槽２１よりも上方に配置された第１開口部３１と、第１槽２１よりも下方に配置された第１開口部３１とを含むものである。

第１槽２１よりも上方に配置された第１開口部３１と、第１槽２１よりも下方に配置された第１開口部３１のうち、一方を給気口とし他方を排気口とすることによって槽間２３の給排気処理を効率的に行うことができる。また、第１槽２１よりも上方に配置された第１開口部３１と第１槽２１よりも下方に配置された第１開口部３１の各々において、槽間２３へ供給又は排出されるガスの種類に応じて給気と排気とを各々切り替え可能とすれば、より効率的な給排気処理を行うことができる。

本開示の第８の項目に係る多重殻タンク１は、第１乃至７のいずれかの項目に係る多重殻タンク１において、槽間２３において防熱層２４と第２槽２２との間の第２槽間領域２６に配置された第２開口部４１を有し、槽間２３を通って外部へ延出された給気用又は排気用の第２配管４を、更に備えるものである。

槽間２３の第１槽間領域２５と第２槽間領域２６の各々において、給気及び／又は排気が行われることによって、槽間２３の給排気処理を効率的に行うことができる。

本開示の第９の項目に係る多重殻タンク１は、第８の項目に係る多重殻タンク１において、第１配管３と第２配管４は、外部に配置された合流部５０を有するものである。

このように第１配管３と第２配管４とが合流部５０で連通されていることで、第１槽間領域２５と第２槽間領域２６の圧力を均圧化できる。また、第１配管３と第２配管４とが合流部５０で連通されていることで、槽間２３のガスの給気及び／又は排気を一つの系統で行うことができる。

以上の本開示の議論は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。例えば、前述の詳細な説明では、本開示の様々な特徴は、本開示を合理化する目的で１つの実施形態に纏められているが、複数の特徴のうち幾つかが組み合わされてもよい。また、本開示に含まれる複数の特徴は、上記で論じたもの以外の代替の実施形態、構成、又は態様に組み合わされてもよい。

Claims (9)

1. 第１槽と、
   前記第１槽を囲む第２槽と、
   前記第１槽と前記第２槽の槽間に配置されて、前記第１槽の外壁を被覆する断熱パネルを含む防熱層と、
   前記槽間において前記第１槽と前記防熱層との間の第１槽間領域に配置された第１開口部を有し、前記槽間を通って外部へ延出された給気用又は排気用の第１配管と、を備える、
   多重殻タンク。
2. 前記槽間において前記第１槽の外壁と接合された支持体を更に備え、
   前記第１開口部は、前記第１槽と前記支持体に挟まれた狭隘部に配置されている、
   請求項１に記載の多重殻タンク。
3. 前記第１配管は、前記第１槽の周りに周方向に分散して配置された複数の前記第１開口部を有する、
   請求項１又は２に記載の多重殻タンク。
4. 前記第１配管の前記第１開口部を含む先端部分が、前記第１槽の外壁に固定された第１支持部材に支持されている、
   請求項１又は２に記載の多重殻タンク。
5. 前記第１配管は、前記槽間において伸縮部を有する、
   請求項４に記載の多重殻タンク。
6. 前記第１配管は、前記第２槽の内壁に固定された第２支持部材に支持されている、
   請求項１又は２に記載の多重殻タンク。
7. 前記第１配管は複数の前記第１開口部を有し、複数の前記第１開口部は前記第１槽よりも上方に配置された前記第１開口部と、前記第１槽よりも下方に配置された前記第１開口部とを含み、上方に配置された前記第１開口部と下方に配置された前記第１開口部のうち一方が給気口であり他方が排気口である、
   請求項１又は２に記載の多重殻タンク。
8. 前記槽間において前記防熱層と前記第２槽との間の第２槽間領域に配置された第２開口部を有し、前記槽間を通って外部へ延出された給気用又は排気用の第２配管を、更に備える、
   請求項１又は２に記載の多重殻タンク。
9. 第１槽と、
   前記第１槽を囲む第２槽と、
   前記第１槽と前記第２槽の槽間に配置された防熱層と、
   前記槽間において前記第１槽の外壁と接合された支持体と、
   前記槽間の前記第１槽と前記防熱層との間の第１槽間領域において、前記第１槽と前記支持体に挟まれた狭隘部に配置された第１開口部を有し、前記槽間を通って外部へ延出された給気用又は排気用の第１配管と、を備える、
   多重殻タンク。