JPWO2014132665A1 - 断熱容器および断熱構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
また、前記構成の断熱容器においては、前記断熱材は、粉末断熱材または発泡断熱材であり、前記真空断熱材は、繊維状の芯材と、ガスバリア性を有する袋状の外包材と、を備え、前記外包材の内部に前記芯材を減圧密閉状態で封入したものである構成であってもよい。
本発明に係る断熱容器および断熱構造体の代表的な一例について、図1A、図1B,図2〜図4を参照して具体的に説明する。
本実施の形態1では、本発明に係る断熱容器の代表的な一例として、図1Aに示すように、LNG輸送タンカー100に設けられるLNG用の船内タンク110を挙げて説明する。図1Aに示すように、本実施の形態におけるLNG輸送タンカー100は、メンブレン方式のタンカーであって、複数の船内タンク110(図1(a)では合計4つ)を備えている。複数の船内タンク110は、船体111の長手方向に沿って一列に配列している。個々の船内タンク110は、図1(b)に示すように、内部が液化天然ガス(LNG)を貯留(保持)する内部空間(物質保持空間)となっている。また、船内タンク110の大部分は、船体111により外部支持され、その上方はデッキ112により密閉されている。
次に、本実施の形態で用いられる真空断熱材20Aの具体的な構成の一例について具体的に説明する。真空断熱材20Aは、図4に示すように、芯材21、外包材(外被材)22、および吸着剤23を備えている。芯材21および吸着剤23は、外包材22の内部に減圧密閉状態(略真空状態)で封入されている。外包材22はガスバリア性を有する袋状の部材であり、本実施の形態では、2枚の積層シート220を対向させてその周囲を封止部24により封止することで、袋状となっている。また、封止部24は、内部に芯材21が存在せず積層シート220同士が接触しているので、真空断熱材20Aの本体から外周に向かって延伸するヒレ状に形成されている(したがって、封止部24は「封止ヒレ」と表現することができる)。
次に、前記構成の断熱構造体および断熱容器(船内タンク110)による断熱作用について具体的に説明する。前述したように、本実施の形態に係る断熱容器は、第一槽(一次メンブレン113)および第二槽(二次メンブレン115)の間に設けられる第一断熱層(一次断熱箱114)と、第二槽の外側に設けられる第二断熱層(二次断熱箱116)と、を備える断熱構造体を有している。
前記実施の形態1で用いた真空断熱材20Aは、外側面と内側面とが同じ構成の外包材22となっていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、図5に示すように、外包材22のうち、内側面を構成する内側外包材は、外側面を構成する外側外包材よりも低温耐性が高くなるように構成されてもよい。本実施の形態2では、このような構成の真空断熱材20Bについて図5を参照して説明する。
前記実施の形態1では、第一断熱層および第二断熱層として、パーライト等の粉末断熱材32を充填した断熱箱が用いられていたが、本発明はこれに限定されず、粉末断熱材32の代わりに発泡体をパネル状に成形した断熱パネルを用いてもよい。本実施の形態3では、このような断熱パネルを用いた断熱構造体について、図6を参照して具体的に説明する。
図6に示す断熱構造体では、第一断熱層が断熱パネル36で構成され、第二断熱層が断熱パネル37および真空断熱材20Aで構成されている。断熱パネル36,37は、例えば、スチレンフォーム(発泡スチロール)、ポリウレタンフォーム、フェノールフォーム等の発泡樹脂系の断熱性材料、あるいは、断熱枠に充填したグラスウール、パーライト等の無機系の断熱性材料で構成される。もちろんこれら以外の公知の断熱性材料で構成されてもよい。本実施の形態では、断熱パネル36,37は発泡スチロール製である。なお、これら断熱性材料は、グラスウールを除いて発泡体であるので、説明の便宜上、断熱パネル36,37を「発泡体断熱パネル36,37」と称する。
次に、前記構成の断熱構造体による断熱作用について具体的に説明する。本実施の形態に係る断熱構造体も、前記実施の形態1と同様に、第一槽(一次メンブレン113)および第二槽(二次メンブレン115)の間に設けられる第一断熱層(発泡体断熱パネル36)と、第二槽の外側に設けられる第二断熱層(真空断熱材20Aおよび発泡体断熱パネル37)と、を備える構成となっている。
本実施の形態4では、前記実施の形態1〜3に適用可能であり、急激な変形を抑制または防止する防爆構造を有している真空断熱材20Cについて、図7A〜図11を参照して具体的に説明する。
本実施の形態に係る真空断熱材20Cは、前記実施の形態1で説明した真空断熱材20Aまたは前記実施の形態2で説明した真空断熱材20Bと同様の構成であり、図7Aに示すように、芯材21、外包材(外被材)22、および吸着剤23を備えている。芯材21は、無機系材料からなる繊維状の部材であり、外包材22の内部に減圧密閉状態(略真空状態)で封入されている。外包材22はガスバリア性を有する袋状の部材であり、本実施の形態では、2枚の積層シート220を対向させてその周囲を封止部24により封止することで、袋状となっている。
本実施の形態に係る真空断熱材20Cは、外包材22の内部で残留ガスが膨張したときに、当該真空断熱材20Cの急激な変形を抑制または防止する防爆構造を有している。具体的な防爆構造は特に限定されないが、代表的には、例えば、構成例1:真空断熱材20Cを被覆する発泡樹脂層11が、発泡後に有機系発泡剤が残留しないように形成される構成、構成例2:外包材22の内部に芯材21とともに封入される吸着剤23が、残留ガスを化学的に吸着する化学吸着型であるか、残留ガスの吸着によって発熱しない非発熱性であるか、または、化学吸着型かつ非発熱性である構成、あるいは、構成例3:外包材22が、残留ガスを外部に逃がして膨張を緩和する膨張緩和部を備える構成、等が例示される。
前記実施の形態1〜4では、二次断熱箱116において、真空断熱材20A,20Bまたは20Cが用いられていたが、本発明はこれに限定されず、真空断熱材20A〜20Cそのものが断熱パネルとして構成されてもよい。本実施の形態5では、前記実施の形態4で説明した真空断熱材20Cを断熱パネル化する構成について、図12A,図12B,図13A,図13Bを参照して具体的に説明する。
本実施の形態で二次断熱箱116が備える真空断熱材パネル10は、前述した真空断熱材20C(または真空断熱材20A,20B)を用いて構成される。具体的には、図12Aおよび図12Bに示すように、真空断熱材パネル10は、発泡樹脂層11により、真空断熱材20Cの外包材22を完全に被覆したものとなっている。
ここで、図12Aに模式的に示すように、真空断熱材パネル10のスキン層10a,10bは、真空断熱材パネル10の内部に比較して、発泡ビーズが圧縮されて硬化した状態にある。これに対して、図12Bに示すように、真空断熱材パネル10は、スキン層10a,10bを除去したものであってもよい。言い換えれば、真空断熱材パネル10は、スキン層10a,10bを除去した面を有する構成であってもよい。これにより、真空断熱材パネル10の発泡樹脂層11から有機系発泡剤を良好に除去することができる。
前記実施の形態1〜5に係る断熱容器は、LNG輸送タンカー100に設けられる船内タンク110であったが、本発明はこれに限定されず、例えば陸上に設置されるLNGタンクであってもよい。本実施の形態6では、このようなLNGタンクについて図14および図15を参照して説明する。
前記実施の形態1〜6のいずれにおいても、断熱容器内で保持される低温物質はLNGであったが、本発明はこれに限定されず、低温物質は、常温を下回る温度で保存される物質であればよく、好ましくは、常温よりも100℃以上低い温度で保持される流体であればよい。本実施の形態7では、LNG以外の低温物質として水素ガスを例示する。水素ガスを液化して保持する水素タンクの一例について、図16を参照して具体的に説明する。
下記の比較例または実施例の断熱容器において、断熱構造体を構成する各断熱層の熱伝導率を、JIS A 1412、ASTM C518、およびISO 8301の熱流計測法に準拠して、英弘精機株式会社(EKO Instruments Co., Ltd.)製の熱伝導率測定機(商品番号HC−074−300またはHC−074−066)を用いて測定した。このとき断熱容器の内部温度は−160℃とし、外気は25℃とした。得られた熱伝導率と、各断熱層の厚さから面積加重平均で断熱構造体の平均熱貫流率を算出した。
容器筐体(外槽)の内部に、ステンレス鋼製の一次メンブレン(第一槽、内槽)および二次メンブレン(第二槽、中間槽)と、粉末断熱材としてパーライトを充填した一次断熱箱(第一断熱層)および二次断熱箱(第二断熱層)とを用いて、断熱構造体を形成することにより、実施例1の断熱容器を得た。なお、二次断熱箱の内部には、当該断熱箱の底面に前記実施の形態1で説明した構成の真空断熱材を配置させた。なお、断熱構造体全体の厚さT、一次断熱箱の厚さt1、二次断熱箱の厚さt2、および二次断熱箱の内部の真空断熱材の厚さt3を表1に示す。この断熱容器の平均熱貫流率を前記の方法で算出した。平均熱貫流率の算出結果と、後述する比較例1を基準とした断熱性能の評価結果と、比較例1を基準とした厚さの比率とを表1に示す。
二次断熱箱の内部底面に真空断熱材を設けずに、パーライトのみ充填させた以外は、前記実施例1と同様にして断熱構造体を形成することにより、比較例1の断熱容器を得た。なお、断熱構造体における厚さT,t1,t2およびt3を表1に示す。この断熱容器の平均熱貫流率を前記の方法で算出した。平均熱貫流率の算出結果を表1に示す。なお、比較例1は、断熱性能および厚さの評価の基準となるので、表1には、断熱性能の評価結果および厚さの比率の結果をいずれも「1.00」として記載している。
実施例1の断熱容器と同じ断熱性能を実現するために、二次断熱箱の厚さを大きくした以外は、前記実施例1と同様にして断熱構造体を形成することにより、比較例2の断熱容器を得た。断熱構造体における厚さT,t1,t2およびt3を表1に示す。この断熱容器の平均熱貫流率を前記の方法で算出した。平均熱貫流率の算出結果と、比較例1を基準とした断熱性能の評価結果と、比較例1を基準とした厚さの比率とを表1に示す。
(実施例1および比較例1,2の対比)
表1に示すように、実施例1の断熱構造体は、比較例1の断熱構造体と同じ厚さであるにも関わらず、平均熱貫流率が低くなり、断熱性能は35%向上した。一方、比較例2の断熱構造体は、実施例1の断熱構造体と同じ断熱性能であるにも関わらず、全体の厚さが79%増加した。
前記実施の形態1で説明した断熱容器において、一次断熱箱および二次断熱箱の合計厚さを530mmとし、真空断熱材の厚さを20mmとした構成を想定し、この断熱容器について、LNGの温度(−162℃)から常温(25℃)までの温度勾配を想定した熱シミュレーションを行った。その結果を図17の一点鎖線Iに示す。
二次断熱箱内に真空断熱材を備えない構成の比較断熱容器を想定した以外は、前記実施例2と同様にして熱シミュレーションを行った。その結果を図17の破線IIに示す。
図17のシミュレーション結果から明らかなように、比較例3の比較断熱容器では、破線IIに示すように第一槽(一次メンブレン)内面からの距離(すなわち一次断熱箱および二次断熱箱の厚さ)に比例して温度が上昇しているが、実施例2の断熱構造体では、一点鎖線Iに示すように、粉末断熱材の層(一次断熱箱全体と二次断熱箱の大部分)の熱勾配角度が小さく、真空断熱材(二次断熱箱の外側)の熱勾配角度が大きくなっている。それゆえ、本発明であれば、真空断熱材の断熱性能によって、粉末断熱材が存在する領域の雰囲気温度を低下させることができる。また、粉末断熱材の層における冷温の熱移動も低減している(一点鎖線Iの0〜510mmの熱勾配角度が緩やかである)ため、粉末断熱材そのものの断熱性能が向上していることがわかる。
11 発泡樹脂層
12 接着剤
14,15 充填断熱材
20A〜20C 真空断熱材
21 芯材
22 外包材(外被材)
23 吸着剤
24 封止部(封止ヒレ)
25 開口部
26A,26B 逆止弁
27 封止部保護層(難燃性シート)
31 箱状枠体
32 粉末断熱材(発泡体)
33 繊維状断熱材
34 閉止板
35 仕切体
100 LNG輸送タンカー
110 船内タンク
111 船体(外槽)
112 デッキ
113 一次メンブレン(内槽)
114 一次断熱箱
115 二次メンブレン(中間槽)
116 二次断熱箱
120 地上式LNGタンク
121,131 コンクリート構造体
122,132 屋根部
123,143 内槽
124,134 内側断熱層
125,145 中間槽
126,136 外側断熱層
130 地下式LNGタンク
133 メンブレン内槽
135 メンブレン中間槽
140 水素タンク
141 槽支持体
144 内部断熱層
146 外部断熱層
220 積層シート
220A 外側積層シート
220B 内側積層シート
221 表面保護層
222 ガスバリア層
223 熱溶着層
224 熱溶着表面保護層
225 難燃層
226 低温耐性ガスバリア層
240 溶着部位
241 薄肉部
242 厚肉部
243 強度低下部位
260 弁孔
261 切込み部
262 外側部位
263 内側部位
264 接着層
Claims (18)
- 常温を下回る温度で保存される低温物質を保持するために用いられ、
低温物質を保持する物質保持空間を内部に有する第一槽と、
当該第一槽の外側に設けられる第一断熱層と、
当該第一断熱層の外側に設けられる第二槽と、
当該第二槽の外側に設けられる第二断熱層と、
当該第二断熱層の外側に設けられる容器筐体と、
を備え、
前記第一断熱層および第二断熱層は、断熱箱の内部に断熱材を収容して構成され、
さらに、前記第二断熱層を構成する前記断熱箱の内部外側には、真空断熱材が配置されていることを特徴とする、
断熱容器。 - 前記第二断熱層では、前記真空断熱材が、前記第一断熱層の周囲を覆う位置となるように、前記断熱箱内部に設けられていることを特徴とする、
請求項1に記載の断熱容器。 - 前記断熱箱は、開口を有する箱状枠体と、当該箱状枠体の内部に設けられ、当該内部を複数の区画に仕切る仕切体と、前記開口を閉止する閉止板と、を備える一体化断熱箱であり、
前記真空断熱材は、前記区画内で前記箱状枠体の底面に設けられるとともに、前記断熱材は、前記区画内で前記真空断熱材に重ねられて設けられることを特徴とする、
請求項1に記載の断熱容器。 - 前記断熱材は、粉末断熱材または発泡断熱材であり、
前記真空断熱材は、繊維状の芯材と、ガスバリア性を有する袋状の外包材と、を備え、前記外包材の内部に前記芯材を減圧密閉状態で封入したものであることを特徴とする、
請求項1に記載の断熱容器。 - 前記発泡断熱材は、パネル状に成形された断熱パネルとして前記断熱箱の内部に収容されていることを特徴とする、
請求項4に記載の断熱容器。 - 前記外包材のうち、前記断熱材側の内側面を構成する内側外包材は、外側面を構成する外側外包材よりも低温耐性が高くなるように構成されていることを特徴とする、
請求項4に記載の断熱容器。 - 前記真空断熱材は、その周囲に前記外包材同士を貼り合わせて封止したヒレ状の封止部を有するとともに、
当該封止部を前記断熱材側に折り込んだ状態で、前記断熱箱の内部外側に設けられていることを特徴とする、
請求項1に記載の断熱容器。 - 前記第一断熱層は、前記断熱箱の内部に前記粉末断熱材または前記発泡断熱材のみを充填したもので構成されていることを特徴とする、
請求項4に記載の断熱容器。 - 前記真空断熱材は、繊維状の芯材と、ガスバリア性を有する袋状の外包材と、を備え、前記外包材の内部に前記芯材を減圧密閉状態で封入したものであるとともに、
当該真空断熱材の急激な変形を抑制または防止する防爆構造を有していることを特徴とする、
請求項1に記載の断熱容器。 - 前記真空断熱材は、発泡樹脂層により前記外包材が完全に被覆された断熱パネルとして構成されるとともに、
前記防爆構造は、前記発泡樹脂層が、発泡後に有機系発泡剤が残留しないように形成されることにより実現されることを特徴とする、
請求項9に記載の断熱容器。 - 前記真空断熱材は、前記外包材の内部に前記芯材とともに封入され、内部の残留ガスを吸着する吸着剤をさらに備え、
前記防爆構造は、前記吸着剤が前記残留ガスを化学的に吸着する化学吸着型であるか、残留ガスの吸着によって発熱しない非発熱性であるか、または、化学吸着型かつ非発熱性であることによって実現されることを特徴とする、
請求項9に記載の断熱容器。 - 前記防爆構造は、前記外包材には、当該外包材の内部で残留ガスが膨張したときに、当該残留ガスを外部に逃がして膨張を緩和する膨張緩和部が設けられることにより実現されることを特徴とする、
請求項9に記載の断熱容器。 - 前記膨張緩和部は、前記外包材に設けられる逆止弁、または、前記外包材に予め設けられる、部分的に強度が低い部位であることを特徴とする、
請求項12に記載の断熱容器。 - 前記外包材は、袋内部を減圧するための開口部を有し、
当該開口部は、その内面が熱溶着層となっており、当該熱溶着層同士を接触させた状態で熱溶着することにより袋内部を密封可能となっており、
前記開口部の熱溶着により形成される封止部には、前記熱溶着層同士の溶着部位の厚みが小さい薄肉部が複数含まれていることを特徴とする、
請求項12に記載の断熱容器。 - 前記外包材は、2枚の積層シートから構成され、
当該積層シートの一方の面が前記熱溶着層であり、
前記積層シートの前記熱溶着層同士を対向させて2枚配置した状態で、当該積層シートの周縁部の一部を前記開口部とし、当該開口部を除いた前記周縁部の残部を包囲するように熱溶着することにより、袋状に形成され、
前記周縁部における熱溶着された部位は、前記薄肉部を複数含む前記封止部となっていることを特徴とする、
請求項14に記載の断熱容器。 - 前記封止部には、複数の前記薄肉部に加えて、前記溶着部位の厚みが大きい厚肉部を複数含み、
前記厚肉部および前記薄肉部は、前記薄肉部が前記厚肉部の間に位置するように、交互に配置されていることを特徴とする、
請求項14に記載の断熱容器。 - 常温を下回る温度で保存される低温物質を保持し、低温物質を保持する物質保持空間を内部に有する第一槽と、当該第一槽の外側に設けられる第二槽と、を備える断熱容器に用いられ、
前記第一槽および前記第二槽の間に設けられる第一断熱層と、当該第二槽の外側に設けられる第二断熱層と、を備え、
前記第一断熱層は、開口を有する箱状枠体と、当該箱状枠体の内部に設けられ、当該内部を複数の区画に仕切る仕切体と、前記開口を閉止する閉止板と、を備え、前記区画の内部に断熱材が収容される一体化断熱箱で構成され、
前記第二断熱層は、内部に前記断熱材および真空断熱材が収容された断熱箱で構成され、
前記該真空断熱材は、前記断熱箱の内部で前記断熱材よりも外側となる位置に設けられていることを特徴とする、
断熱構造体。 - 前記第二断熱層を構成する前記断熱箱は、前記第一断熱層と同じく前記一体化断熱箱で構成され、
当該一体化断熱箱の前記区画のそれぞれに前記真空断熱材が収容されていることを特徴とする、
請求項17に記載の断熱構造体。
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