JPWO2019078048A1 - 二重殻タンクおよび船舶 - Google Patents
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Abstract
二重殻タンクは、液化ガスを貯留する内槽と、内槽を取り囲み、内槽との間に真空空間が形成される外槽と、内槽の少なくとも底面と対向するように内槽に取り付けられた少なくとも１つの金属シートと、金属シート上に載置された、気体分子を物理吸着により吸着する吸着材と、金属シートの上から内槽を覆う断熱材と、を備える。
Description
本発明は、真空式の二重殻タンクおよびこの二重殻タンクを含む船舶に関する。
従来から、液化ガスを貯留する内槽とこれを取り囲む外槽との間に真空空間が形成された二重殻タンクが知られている。
例えば、特許文献１には、内槽上に複数の断熱フィルムを積層するとともに、それらの断熱フィルム同士の間に吸着材を介在させた二重殻タンクが開示されている。吸着材は粒状体であり、断熱フィルムの表面に溶着されている。
特許文献１に開示された二重殻タンクでは、真空空間を真空引きしたときには断熱フィルムや内槽や外槽の材料表面などから窒素、酸素、水蒸気等のガスが放出される。しかし、内槽内に低温物質が注入されると、断熱フィルムが冷却されて吸着材の吸着能力が向上し、吸着材が上記の放出ガスを吸着する。このような冷却によって吸着能力が向上する吸着材は、物理吸着により気体分子を吸着するものであると考えられる。なお、物理吸着とは、ファンデルワールス力によって気体分子が固定表面（吸着材）に濃縮される現象である。
なお、特許文献２の図２には、内槽と外槽の間の真空空間内に、内槽の頂き面および底面に沿ってゲッタ材料が配置された二重殻タンクが記載されている。特許文献２では、透過した水素を吸着するためにゲッタ材料が用いられている。ゲッタ材料は、化学吸着により気体分子を吸着するものである（特許文献２では、ゲッタ材料によって水素分子が水分子に変換されると推測される）。
しかしながら、特許文献１に開示された二重殻タンクでは、断熱フィルムに吸着材を溶着させる作業が必要であるのでコストが高くなる。また、吸着材は断熱フィルム同士の間に介在しているために、断熱フィルム内の厚さ方向の温度勾配の影響で、吸着材は内槽の温度までは冷却されず、吸着能力の向上にはまだ改善の余地がある。
内槽内でも液化ガスの密度の温度依存性により温度成層が形成されるために、深さが深くなるほど液化ガスの温度が低くなる。つまり、内槽の外表面のうちで内槽の底面の温度が最も低い。従って、吸着材を内槽の底面に密着させて、吸着材を内槽の底面の温度まで冷却することが考えられる。しかし、内槽の下方では、吸着材に当該吸着材が内槽から離れるように重力が作用するために、内槽の底面に吸着材を密着させることは困難である。
そこで、本発明は、低コストで吸着材を内槽の底面の温度まで冷却することができる二重殻タンク、およびこの二重殻タンクを含む船舶を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の二重殻タンクは、液化ガスを貯留する内槽と、前記内槽を取り囲み、前記内槽との間に真空空間が形成される外槽と、少なくとも一部が前記内槽の底面と対向するように前記内槽に取り付けられた少なくとも１つの金属シートと、前記金属シート上に載置された、気体分子を物理吸着により吸着する吸着材と、前記内槽および前記金属シートを覆う断熱材と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、熱伝導率の高い金属シートの少なくとも一部が内槽の底面と対向するように内槽に取り付けられており、かつ、その金属シートが内槽と共に断熱材で覆われているために、内槽内に液化ガスが注入されたときには金属シートが内槽の底面と同温度まで冷却される。そして、その金属シート上に吸着材が載置されているので、吸着材を内槽の底面の温度まで冷却することができる。しかも、金属シート上に吸着材を載置するだけでよいため、低コストでその効果を得ることができる。
前記金属シートの材質は、前記内槽の材質と同一であってもよい。この構成によれば、内槽内に液化ガスを注入したときに内槽が熱収縮するものの、金属シートも内槽と同じ線膨張率で熱収縮する。従って、内槽が熱収縮したときの内槽と金属シートとの相対的な位置ズレを防止することができる。
前記内槽には複数のスタッドボルトが設けられており、前記断熱材は、複数の断熱シートを含み、前記複数のスタッドボルトは、前記金属シートおよび前記複数の断熱シートの固定に使用されてもよい。この構成によれば、共通のスタッドボルトで金属シートと断熱シートの双方を固定することができ、構造をシンプルにすることができる。
前記少なくとも１つの金属シートは、複数の金属シートを含み、隣り合う前記金属シートの端部同士が重なり合っており、この重なり合う部分を前記内槽に設けられたスタッドボルトが貫通していてもよい。この構成によれば、スタッドボルトの本数を可能な限り少なくすることができる。
前記吸着材は、多孔性の粒状体または粉体であって袋に封入されており、前記金属シートには、複数の開口が形成されていてもよい。この構成によれば、気体分子が金属シートの開口を通って吸着材に衝突可能である。
また、本発明の船舶は、上記の二重殻タンクを備えることを特徴とする。
本発明によれば、低コストで吸着材を内槽の底面の温度まで冷却することができる。
図１に、本発明の一実施形態に係る二重殻タンク２が搭載された船舶１の一部を示す。
本実施形態では、二重殻タンク２は、軸方向が船長方向と平行な円筒状である。ただし、二重殻タンク２の形状はこれに限られるものではなく、例えば、球形状であってもよいし、立方体状または直方体状であってもよい。
二重殻タンク２は、液化ガスを貯留する内槽３と、内槽３を取り囲む外槽６を含む。内槽３と外槽６の間には真空空間２１が形成される。液化ガスは、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ、約−４５℃）、液化エチレンガス（ＬＥＧ、約−１００℃）液化天然ガス（ＬＮＧ、約−１６０℃）、液化酸素（ＬＯ2、約−１８０℃）、液化水素（ＬＨ2、約−２５０℃）、液化ヘリウム（ＬＨｅ、約−２７０℃）などである。
内槽３および外槽６のそれぞれは、図１および図２に示すように、一定の断面形状で横方向に延びる胴部と、この胴部の両側の開口を塞ぐ半球状の閉塞部とで構成されている。ただし、閉塞部は、胴部と垂直なフラットであってもよいし、皿状であってもよい。外槽６の胴部の中心線は内槽３の胴部の中心線とほぼ一致しており、外槽６の胴部の直径は内槽３の直径よりも大きい。
外槽６は、船底１１に設けられた一対のサドル１２により、二重殻タンク２の軸方向に互いに離間する位置で支持されている。一方、内槽３と外槽６の間には、サドル１２と同じ位置で内槽３を支持する一対の支持部材２２が配置されている。
内槽３は、真空空間２１内で、全体的に断熱材５で覆われている。本実施形態では、断熱材５が複数の断熱シートで構成されている。ただし、図面では、それらの断熱シートの切れ目を省略する。断熱シートは、内槽３の外表面に沿って隙間なく並べられている。断熱シートは、単層を形成してもよいし、厚さ方向に積層されて複数層を形成してもよい。
各断熱シートは、複数層の積層構造を有する。具体的に、各断熱シートは、交互に積み上げられた輻射シールドフィルムとスペーサを含む。輻射シールドフィルムは、例えば、アルミニウム箔であってもよいし、樹脂シートの表面にアルミニウム（金または銀でもよい）が蒸着されたフィルムであってもよい。スペーサは、熱伝導率の小さなシートである。このようなシートとしては、樹脂製のネット、織布、不織布などや、紙、ガラス繊維材などを用いることができる。ただし、断熱シートはグラスウールで構成されてもよい。
さらに、本実施形態では、内槽３と断熱材５との間に吸着材４が配置されている。吸着材４は、気体分子を物理吸着により吸着する。真空空間２１が真空引きされると、断熱材５や内槽３や外槽６の材料表面などから窒素、酸素、水蒸気等のガスが放出される。吸着材４は、断熱材５や内槽３や外槽６の材料表面などから放出されるガスを吸着して真空空間２１の真空度を維持する役割を果たす。
吸着材４は、図３および図４に示すように、少なくとも１つの金属シート７上に載置されている（図１および図２では図面の簡略化のために金属シート７の作図を省略）。少なくとも１つの金属シート７は、少なくともその一部が内槽３の底面と対向するように内槽３に取り付けられている。そして、上述した断熱材５は、内槽３および金属シート７を覆っている。
ここで、「底面」とは、内槽３の外表面のうちの、最下点を中心とする、当該外表面の法線と鉛直下向き方向とのなす角度が４５度以下の領域をいう。本実施形態では、二重殻タンク２が円筒状であるため、底面の断面形状は横方向では９０度の円弧状であり、縦方向では４５度の円弧部の間に直線部を有する形状である。二重殻タンク２が円形状の場合は、底面の断面形状はどの方向でも９０度の円弧状である。
上述した「少なくとも１つの金属シート７の一部が内槽３の底面と対向する」とは、少なくとも１つの金属シート７の一部が内槽３の底面と重なり合う範囲内に存在することをいう。また、全ての金属シート７が内槽３の底面と重なり合う範囲内に入っていることが望ましい。さらには、少なくとも１つの金属シート７は、内槽３の底面のうちの少なくとも最下点を覆っていることがより望ましい。
本実施形態では、図１および図２に示すように、吸着材４が内槽３の胴部の下側半分に沿って配置されている。従って、複数の金属シート７が、吸着材４と同様に、内槽３の胴部の外周面のうちの下側半分と対向するように配置されている。
金属シート７の材質は、内槽３の材質と同一である。例えば、内槽３および金属シート７の材質は、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金、アルミニウム合金などである。
本実施形態では、各金属シート７が、図５に示すように矩形状をなしている。そして、隣り合う金属シート７の端部同士が重なり合っている。一方、内槽３には、金属シート７の四隅と対応する位置にスタッドボルト９が設けられている。スタッドボルト９は、隣り合う金属シート７の重なり合う部分を貫通している。
なお、スタッドボルト９は、断熱材５を構成する断熱シートを貫通してもよい。あるいは、断熱シートがスタッドボルト９を挟んで隣り合うように配置され、スタッドボルト９が断熱シート間の隙間から突出してもよい。
スタッドボルト９は、金属製のベースプレート３１を介して内槽３に設けられている。スタッドボルト９は、ねじ構造または溶接などによりベースプレート３１に接合されており、ベースプレート３１は、溶接などにより内槽３に接合されている。図例ではベースプレート３１が円形状であるが、ベースプレート３１は正方形状であってもよい。
スタッドボルト９の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などの熱伝導率の低いものであることが望ましい。
金属シート７は、ベースプレート３１に面接触している。このため、内槽３と金属シート７との間では良好な熱伝導が行われる。ベースプレート３１は、金属シート７と内槽３との間に隙間を確保するスペーサとしても機能する。
本実施形態では、各金属シート７に、複数の開口７１（図５参照）が形成されている。このため、気体分子が金属シート７の開口７１を通って吸着材４に衝突可能である。開口７１は、金属板に穿設加工された貫通穴であってもよい。あるいは、金属シート７は、菱形の開口７１が千鳥状に並ぶエキスパンドメタルであってもよい。ただし、真空空間２１中の気体分子は金属シート７の周囲から内槽３の外表面に沿って吸着材４に向かって進入することが可能であるので、金属シート７は開口７１を有しない金属板であってもよい。
上述した吸着材４は、多孔性の粒状体または粉体であって袋に封入されている。吸着材４を封入した袋は、リベットにより金属シート７に固定される。吸着材４としては、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、アルミナなどを用いることができる。
断熱材５の外側には、押え板８が配置されている。この押え板８は、ナット９１により上述したスタッドボルト９に固定されて、金属シート７および断熱材５を構成する断熱シートを保持する。すなわち、スタッドボルト９は、金属シート７および断熱シートの固定に使用され、押え板８は、断熱材５および金属シート７をベースプレート３１に押し付ける。例えば、押え板８は、隣り合うスタッドボルト９を橋架するように延びる複数の棒状部材で構成される。
以上説明したように、本実施形態の二重殻タンク２では、熱伝導率の高い金属シート７の少なくとも一部が内槽３の底面と対向するように内槽３に取り付けられており、かつ、その金属シート７が内槽３と共に断熱材５で覆われているために、内槽３内に液化ガスが注入されたときには金属シート７が内槽３の底面と同温度まで冷却される。そして、その金属シート７上に吸着材４が載置されているので、吸着材４を内槽３の底面の温度まで冷却することができる。しかも、金属シート７上に吸着材４を載置するだけでよいため、低コストでその効果を得ることができる。
また、二重殻タンク２から液化ガスが取り出される際には、二重殻タンク２が空になるまで二重殻タンク２の下部に液化ガスが残留する。従って、二重殻タンク２が空になる直前まで吸着材４を冷却しながら高い真空度を維持することができる。
さらに、本実施形態では、スタッドボルト９が金属シート７および断熱シートの固定に使用されるので、共通のスタッドボルト９で金属シート７と断熱シートの双方を固定することができ、構造をシンプルにすることができる。
（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、金属シート７の材質は、内槽３の材質と異なっていてもよい。ただし、前記実施形態のように金属シート７の材質が内槽３の材質と同一であれば、内槽３内に液化ガスを注入したときに内槽３が熱収縮するものの、金属シート７も内槽と同じ線膨張率で熱収縮する。従って、内槽３が熱収縮したときの内槽３と金属シート７との相対的な位置ズレを防止することができる。
また、ベースプレート３１が設けられる代わりに、金属シート７の端部が厚肉とされるとともに、スタッドボルト９が内槽３に直接接合されてもよい。
また、複数の金属シート７が用いられる場合、隣り合う金属シートの端部は必ずしも重なり合っている必要はない。ただし、本実施形態のように隣り合う金属シート７の端部同士が重なり合っており、その重なり合う部分をスタッドボルト９が貫通していれば、スタッドボルト９の本数を可能な限り少なくすることができる。
また、断熱材５は、必ずしも断熱シートで構成されている必要はなく、例えば、内槽３と外槽６の間に充填された粒状体（例えば、パーライト）やグラスウールなどであってもよい。あるいは、断熱材５は、発泡ウレタンで構成されてもよい。ただし、前記実施形態で説明したような積層構造の断熱シートは、真空空間内では、パーライト、グラスウール、発泡ウレタンに比べて格段に高い断熱性能を発揮する。従って、本発明は、断熱材５が真空空間用の複数の断熱シートを含む場合に特に有効である。
また、本発明は、船舶に搭載されるタンクだけでなく、地上に設置されるタンクにも適用可能である。ただし、船舶であれば、船体のローリングやピッチングによって内槽３内にスロッシングが発生する。このようなスロッシングに対し、金属シート７と内槽３がスタッドボルト９にて機械的に締結されていることに加え、金属シート７と吸着材４がリベットにより固定されているため、揺動環境においても安定的に吸着材を配置できる。従って、前記実施形態の構成は、船舶に搭載されるタンクに特に有用である。
１ 船舶
２ 二重殻タンク
２１ 真空空間
３ 内槽
４ 吸着材
５ 断熱材
６ 外槽
７ 金属シート
８ 押え板
９ スタッドボルト
２ 二重殻タンク
２１ 真空空間
３ 内槽
４ 吸着材
５ 断熱材
６ 外槽
７ 金属シート
８ 押え板
９ スタッドボルト
上記の構成によれば、熱伝導率の高い金属シートが当該金属シートの少なくとも一部が内槽の底面と対向するように内槽に取り付けられており、かつ、その金属シートが内槽と共に断熱材で覆われているために、内槽内に液化ガスが注入されたときには金属シートが内槽の底面と同温度まで冷却される。そして、その金属シート上に吸着材が載置されているので、吸着材を内槽の底面の温度まで冷却することができる。しかも、金属シート上に吸着材を載置するだけでよいため、低コストでその効果を得ることができる。
ここで、「底面」とは、内槽３の外表面のうちの、最下点を中心とする、当該外表面の法線と鉛直下向き方向とのなす角度が４５度以下の領域をいう。本実施形態では、二重殻タンク２が円筒状であるため、底面の断面形状は横方向では９０度の円弧状であり、縦方向では４５度の円弧部の間に直線部を有する形状である。二重殻タンク２が球形状の場合は、底面の断面形状はどの方向でも９０度の円弧状である。
以上説明したように、本実施形態の二重殻タンク２では、熱伝導率の高い金属シート７が当該金属シート７の少なくとも一部が内槽３の底面と対向するように内槽３に取り付けられており、かつ、その金属シート７が内槽３と共に断熱材５で覆われているために、内槽３内に液化ガスが注入されたときには金属シート７が内槽３の底面と同温度まで冷却される。そして、その金属シート７上に吸着材４が載置されているので、吸着材４を内槽３の底面の温度まで冷却することができる。しかも、金属シート７上に吸着材４を載置するだけでよいため、低コストでその効果を得ることができる。
Claims (6)
- 液化ガスを貯留する内槽と、
前記内槽を取り囲み、前記内槽との間に真空空間が形成される外槽と、
少なくとも一部が前記内槽の底面と対向するように前記内槽に取り付けられた少なくとも１つの金属シートと、
前記金属シート上に載置された、気体分子を物理吸着により吸着する吸着材と、
前記内槽および前記金属シートを覆う断熱材と、
を備える、二重殻タンク。 - 前記金属シートの材質は、前記内槽の材質と同一である、請求項１に記載の二重殻タンク。
- 前記内槽には複数のスタッドボルトが設けられており、
前記断熱材は、複数の断熱シートを含み、
前記複数のスタッドボルトは、前記金属シートおよび前記複数の断熱シートの固定に使用される、請求項１または２に記載の二重殻タンク。 - 前記少なくとも１つの金属シートは、複数の金属シートを含み、
隣り合う前記金属シートの端部同士が重なり合っており、この重なり合う部分を前記内槽に設けられたスタッドボルトが貫通している、請求項１〜３の何れか一項に記載の二重殻タンク。 - 前記吸着材は、多孔性の粒状体または粉体であって袋に封入されており、
前記金属シートには、複数の開口が形成されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の二重殻タンク。 - 請求項１〜５の何れか一項に記載の二重殻タンクを備える船舶。
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