WO2017010075A1 - 液化水素用二重管の寿命判定方法及び寿命判定装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and an apparatus for determining the life of a liquefied hydrogen double tube.
- the double pipe for low temperature fluid of patent document 1 comprises the double pipe for low temperature fluid by the inner pipe made from FRP and the outer pipe made from FRP, and wound the nonwoven fabric which vapor-deposited aluminum on the outer peripheral surface of the inner pipe, A vacuum layer is formed between the tube and the outer tube to prevent vaporization of liquefied helium flowing through the inner tube.
- a vacuum layer is formed between the inner tube and the outer tube, and no convection is generated in the vacuum layer to transmit the cold heat of the inner tube. Insulating effect can be exhibited.
- a pipe replacement time, a repair time, or a so-called pipe life is determined by checking for external damage, checking for leakage of flowing fluid, or the like.
- the double pipe for low-temperature fluid of Patent Document 1 there is a possibility that the deterioration of the heat insulating function of the vacuum layer, which is one of the main items for determining the life, cannot be accurately determined.
- An object of the present invention is to provide a life judging method and a life judging device for a liquefied hydrogen double tube capable of accurately detecting a decrease in the heat insulation function of the vacuum layer of the double tube.
- the life determination apparatus includes an inner tube through which liquefied hydrogen can be passed, an outer tube externally fitted to the inner tube with a space therebetween, and the inner tube and the outer tube.
- a method for determining the lifetime of a liquid hydrogen double tube comprising a vacuum layer formed therebetween, a first pressure detection step of detecting a first pressure in the vacuum layer a plurality of times when at least one non-liquid passage; An increase rate calculating step of calculating a pressure increase rate in the vacuum layer based on the plurality of detected first pressures, and when the calculated pressure increase rate is greater than a first threshold, And a determination step for determining that the double pipe is at the end of its service life.
- the determination step even when the calculated rate of increase in pressure is smaller than the first threshold value, when the latest values of the detected first pressures are larger than a second threshold value, It may be determined that the liquefied hydrogen double pipe is at the end of its service life.
- a second pressure detecting step for detecting the second pressure in the vacuum layer a plurality of times during at least one liquid flow wherein in the determining step, it is determined that the liquefied hydrogen double pipe is at the end of its service life;
- a third threshold value When the difference between the detected latest values of the plurality of first pressures and the detected latest values of the plurality of second pressures is greater than a third threshold value, it is determined that a leak has occurred from the outer pipe. If the difference between the detected latest values of the plurality of first pressures and the detected latest values of the plurality of second pressures is equal to or less than a third threshold value, it is determined that a leak has occurred from the inner pipe. May be.
- the life determination apparatus includes an inner tube through which liquefied hydrogen can be passed, an outer tube externally fitted to the inner tube with a space therebetween, and the inner tube and the outer tube.
- a lifetime determination apparatus for a liquefied hydrogen double tube comprising a vacuum layer formed therebetween, a first pressure detecting means for detecting a first pressure in the vacuum layer a plurality of times when liquid is not passed through at least once; Control means for controlling the first pressure detection means, and the control means calculates an increase rate calculation means for calculating a pressure increase rate in the vacuum layer based on the plurality of detected first pressures; And determining means for determining that the liquefied hydrogen double pipe is at the end of its service life when the calculated pressure increase rate is greater than a first threshold value.
- FIGS. 3A to 3C show pressure characteristics in the vacuum layer when liquid is passed and when liquid is not passed.
- 3A is a graph when sound is healthy
- FIG. 3B is a graph when inner pipe leaks
- FIG. 3C is a graph when outer pipe leaks. It is a flowchart of a lifetime determination process.
- the present invention is applied to a liquefied hydrogen double pipe used as a part of a transfer pipe for a liquefied hydrogen transport ship.
- the double pipe for liquefied hydrogen of the present invention is applied to a connecting pipe connecting the base tank and the transport ship tank, a connecting pipe connecting the base tank and the base tank, etc., in addition to the transfer pipe for the liquefied hydrogen transport ship. It is not possible to limit its application or its use.
- the liquefied hydrogen double tube 1 includes an inner tube 2, an outer tube 3 fitted on the inner tube 2 with a space therebetween, and an inner tube 2 and an outer tube 3. And a vacuum layer 4 formed in a cylindrical shape.
- the liquefied hydrogen 5 can pass through the inner tube 2.
- the liquefied hydrogen 5 flows through the inner pipe 2 and is taken in and out of a transport ship tank (not shown).
- the inner tube 2 is made of, for example, stainless steel or low-temperature steel
- the outer tube 3 is made of, for example, stainless steel or carbon steel.
- the vacuum layer 4 is formed by forming a cylindrical sealed space by the inner tube 2 and the outer tube 3 and then evacuating the sealed space.
- first pressures P1 corresponding to a plurality of non-flowing times are detected.
- the second pressure P2 is also detected a plurality of times during at least one liquid flow.
- the second pressure P2 may also be detected once at the time of one flow, or may be detected a plurality of times at different timings at the time of one flow.
- the first pressure P1 is detected once every day, and the second pressure P2 is It shall be detected once when no liquid is passed on each day.
- the first and second pressures P1, P2 detected by the pressure sensor 11 are output to the ECU 13.
- the ECU 13 stores the first and second pressures P1 and P2 detected by the pressure sensor 11, and based on these first and second pressures P1 and P2, the service life limit of the liquefied hydrogen double pipe 1, specifically, Determines the presence or absence of leakage in the vacuum layer 4, the type of the damaged tube, and the presence or absence of hydrogen gas permeation, and outputs the determination result to the monitor 12 to notify the operator.
- the operator determines the life of the liquefied hydrogen double pipe 1 based on the contents of the notification, and gives an instruction to repair or replace the double pipe 1.
- the ECU 13 includes a CPU that executes a program, a ROM that stores a program, a RAM that temporarily stores data and programs, an EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), an input / output interface that inputs and outputs various data, and the like. Has been.
- the ECU 13 calculates an increase rate calculation unit 14 (an increase rate) that calculates a pressure increase rate k1 (Pa / day) in the vacuum layer 4 based on a plurality of first pressures P1 detected periodically. And a determination unit 15 (determination unit) for determining whether or not the liquefied hydrogen double pipe 1 is at the end of its service life.
- the increase rate calculation unit 14 obtains the difference between the first pressure P1 measured this time (today) and the first pressure P1 measured the previous time (previous day), so that the inside of the vacuum layer 4 during non-liquid passage from the previous time to the current time is obtained.
- the pressure difference k2 is a difference between the latest values of the plurality of first pressures P1 acquired at different timings and the latest values of the plurality of second pressures P2 acquired at different timings.
- the determination unit 15 determines that the liquefied hydrogen double pipe 1 is at the end of its service life.
- the first threshold value T1 is set to a value that is ten times the rate of pressure increase during soundness that has not reached the service life limit.
- the mean free path of the molecules existing in the vacuum layer 4 becomes longer when the liquid is passed.
- the second pressure P2 at the time of liquid passing is lower than the first pressure P1 at the time of liquid passing.
- the determination unit 15 determines that the current first pressure P1 (latest values of the plurality of first pressures P1 acquired at different timings) is present.
- the second threshold value T2 Pa
- the vacuum layer 4 is affected by an increase in pressure due to permeation of hydrogen gas due to long-term operation.
- the pressure in the vacuum layer 4 is set to the second threshold value T2 such that the collision between molecules becomes active and the heat insulating function by the vacuum layer 4 is lowered, for example, 10 ⁇ 2 Pa.
- the pressure increase rate k1 of the first pressure P1 at which the pressure increases regardless of whether the leak occurrence location occurs in the inner pipe 2 or the outer pipe 3 is adopted as a determination target. Yes.
- the process proceeds to S8, and the first pressure P1 is greater than the second threshold value T2. It is determined whether or not. As a result of the determination in S8, when the first pressure P1 is larger than the second threshold value T2, the heat insulation function is reduced to a predetermined level or less due to the permeation of hydrogen gas, so the process proceeds to S9 and the It informs that hydrogen gas permeation has occurred and ends. As a result of the determination in S8, when the first pressure P1 is equal to or lower than the second threshold value T2, since the permeation of hydrogen gas has not occurred, the process proceeds to S10, a sound state is notified via the monitor 12, and the process ends.
- the heat insulating function of the vacuum layer 4 is reduced due to the permeation of hydrogen gas even when the tube wall of the inner tube 2 or the outer tube 3 is not damaged. Can be detected with high accuracy.
- the difference (k2) between the detected latest values of the plurality of first pressures P1 and the detected plurality of second pressures P2 is equal to or less than the third threshold T3, the inner pipe 2 is damaged, It is determined that a leak has occurred from the tube 2. For this reason, the pipe
- the first pressure and the second pressure are determined every day.
- the first pressure is constantly monitored when liquid is not passed
- the second pressure is constantly monitored when liquid is passed
- the lifetime may be always determined using the latest value of the first pressure and the latest value of the second pressure. It is also possible to always monitor the first pressure when liquid is not flowing and constantly monitor the second pressure when liquid is flowing and determine the life every predetermined period.
Abstract
寿命判定装置が、内部で液化水素が通液可能な内管と、内管に間隔を空けて外嵌された外管と、内管と外管との間に形成された真空層とを備える液化水素用二重管の寿命判定装置であり、少なくとも１回の非通液時に真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出手段と、第１圧力検出手段を制御する制御手段とを備える。制御手段が、検出された複数の第１圧力に基づいて真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出手段と、算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きい場合に、液化水素用二重管が耐用限界であると判定する判定手段とを有する。
Description
本発明は、液化水素用二重管の寿命を判定する方法及び装置に関する。
近年、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。
水素燃料は、その比重がＬＮＧの約１／６の０．０７であり、ガス拡散し易く、空気中の酸素ガスと反応して引火する可能性が高い。それ故、ガス拡散防止及び輸送効率の観点から、水素燃料は液化水素の形で輸送される。
液化水素は、ＬＮＧの沸点に比べて極めて低い沸点（－２５３℃）であるため、低温流体輸送管を用いて液化水素を流す場合、空気中の酸素や窒素の融点や沸点が液化水素の温度よりも高いことから、これら空気中の気体が液化或いは固化して輸送管の外周面に付着する虞がある。
水素燃料は、その比重がＬＮＧの約１／６の０．０７であり、ガス拡散し易く、空気中の酸素ガスと反応して引火する可能性が高い。それ故、ガス拡散防止及び輸送効率の観点から、水素燃料は液化水素の形で輸送される。
液化水素は、ＬＮＧの沸点に比べて極めて低い沸点（－２５３℃）であるため、低温流体輸送管を用いて液化水素を流す場合、空気中の酸素や窒素の融点や沸点が液化水素の温度よりも高いことから、これら空気中の気体が液化或いは固化して輸送管の外周面に付着する虞がある。
特許文献１の低温流体用二重管は、ＦＲＰ製の内管とＦＲＰ製の外管によって低温流体用二重管を構成し、内管の外周面にアルミニウムを蒸着した不織布を巻きつけ、内管と外管との間に真空層を形成し、内管を流れる液化ヘリウムの気化を防止している。
このような低温流体用二重管では、内管と外管との間に真空層を形成し、真空層内に内管の冷熱を伝達する対流を発生させないため、内管の冷熱が外管に伝達されず、断熱効果を発揮することができる。
このような低温流体用二重管では、内管と外管との間に真空層を形成し、真空層内に内管の冷熱を伝達する対流を発生させないため、内管の冷熱が外管に伝達されず、断熱効果を発揮することができる。
通常、低温流体用二重管では、外部損傷の有無確認や流す流体の漏洩確認等によって配管の交換時期や補修時期、所謂管寿命を判定している。
しかし、特許文献１の低温流体用二重管では、寿命判定の主要項目の１つである真空層の断熱機能の低下を精度良く判定することができない虞がある。
しかし、特許文献１の低温流体用二重管では、寿命判定の主要項目の１つである真空層の断熱機能の低下を精度良く判定することができない虞がある。
内管と外管との間の真空層内には、分子同士の衝突が殆ど無い分子流領域が形成されているため、外管は内管内を流れる液化水素の冷熱から真空層によって断熱されている。
一方、水素は原子半径が小さいため、水素ガス状態は、内管の壁部から透過する性質を有している。それ故、内管等に損傷が存在しない健全状態であっても、長期運用によって水素ガスが真空層内に透過する可能性があるため、真空層内が分子同士の衝突が十分に発生する粘性流領域に変化する虞がある。
また、内管や外管に損傷が生じた場合には、当然、真空層内が分子流領域から粘性流領域に変化し、期待する断熱効果を発揮することができない。
一方、水素は原子半径が小さいため、水素ガス状態は、内管の壁部から透過する性質を有している。それ故、内管等に損傷が存在しない健全状態であっても、長期運用によって水素ガスが真空層内に透過する可能性があるため、真空層内が分子同士の衝突が十分に発生する粘性流領域に変化する虞がある。
また、内管や外管に損傷が生じた場合には、当然、真空層内が分子流領域から粘性流領域に変化し、期待する断熱効果を発揮することができない。
本発明の目的は、二重管の真空層の断熱機能の低下を精度よく検出することができる液化水素用二重管の寿命判定方法及び寿命判定装置を提供することである。
本発明の一態様に係る寿命判定装置は、内部で液化水素が通液可能な内管と、前記内管に間隔を空けて外嵌された外管と、前記内管と前記外管との間に形成された真空層とを備える液化水素用二重管の寿命判定方法において、少なくとも１回の非通液時に前記真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出ステップと、前記検出された複数の第１圧力に基づいて前記真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出ステップと、前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きい場合に、前記液化水素用二重管が耐用限界であると判定する判定ステップと、を有する。
この方法によれば、真空層内の圧力をパラメータとして真空層の断熱機能の低下を精度良く検出することができ、簡単な構成で液化水素用二重管の寿命を判定することができる。
前記判定ステップにおいて、前記算出された圧力上昇率が前記第１閾値よりも小さいときであっても、前記検出された複数の第１圧力の最新値が第２閾値よりも大きい場合には、前記液化水素用二重管が耐用限界であると判定してもよい。
この方法によれば、管壁の損傷が発生していない場合であっても、水素ガスの透過に起因した真空層の断熱機能の低下を精度良く検出することができる。
少なくとも１回の通液時に前記真空層内の第２圧力を複数回検出する第２圧力検出ステップを有し、前記判定ステップにおいて、前記液化水素用二重管が耐用限界であることを判定したとき、前記検出された複数の第１圧力の最新値と前記検出された複数の第２圧力の最新値との差が第３閾値よりも大きい場合、前記外管からリークが起きていると判定し、前記検出された複数の第１圧力の最新値と前記検出された複数の第２圧力の最新値との差が第３閾値以下の場合、前記内管からリークが起きていると判定してもよい。
この方法によれば、簡易な手法で損傷が発生している管を特定することができる。
本発明の一態様に係る寿命判定装置は、内部で液化水素が通液可能な内管と、前記内管に間隔を空けて外嵌された外管と、前記内管と前記外管との間に形成された真空層とを備える液化水素用二重管の寿命判定装置において、少なくとも１回の非通液時に前記真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出手段と、前記第１圧力検出手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段が、前記検出された複数の第１圧力に基づいて前記真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出手段と、前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きい場合に、前記液化水素用二重管が耐用限界であると判定する判定手段とを有する。この構成によれば、前述した方法と同様に、真空層内の圧力をパラメータとして真空層の断熱機能の低下を精度良く検出することができ、簡単な構成で液化水素用二重管の寿命を判定することができる。
本発明によれば、二重管の真空層の断熱機能の低下を精度よく検出することができる液化水素用二重管の寿命判定方法及び寿命判定装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
以下の説明は、本発明を液化水素輸送船用移送配管の一部に用いられた液化水素用二重管に適用した場合を例にして説明したものである。
尚、本発明の液化水素用二重管は、液化水素輸送船用移送配管以外に、基地タンクと輸送船タンクとを接続する接続配管、基地タンクと基地タンクとを接続する接続配管等に適用することが可能であり、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
以下の説明は、本発明を液化水素輸送船用移送配管の一部に用いられた液化水素用二重管に適用した場合を例にして説明したものである。
尚、本発明の液化水素用二重管は、液化水素輸送船用移送配管以外に、基地タンクと輸送船タンクとを接続する接続配管、基地タンクと基地タンクとを接続する接続配管等に適用することが可能であり、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
まず、液化水素用二重管１について説明する。
図１に示すように、液化水素用二重管１は、内管２と、この内管２に間隔を空けて外嵌された外管３と、内管２と外管３との間に円筒状に形成された真空層４とを備えている。液化水素５は、内管２の内部を通液可能である。液化水素５は、内管２内を流れて輸送船タンク（図示略）に出し入れされる。
内管２は、例えばステンレス鋼や低温用鋼で構成され、外管３は、例えばステンレス鋼や炭素鋼で構成されている。真空層４は、内管２及び外管３等によって円筒状の密閉空間を構成した後、この密閉空間内を真空引きすることによって形成されている。
これにより、液化水素５を内管２内に通液したとき、内管２と外管３との間の対流熱伝達を真空層４によって防止することができ、外管３の外周に液体空気や固体空気が発生するのを防止することができる。
図１に示すように、液化水素用二重管１は、内管２と、この内管２に間隔を空けて外嵌された外管３と、内管２と外管３との間に円筒状に形成された真空層４とを備えている。液化水素５は、内管２の内部を通液可能である。液化水素５は、内管２内を流れて輸送船タンク（図示略）に出し入れされる。
内管２は、例えばステンレス鋼や低温用鋼で構成され、外管３は、例えばステンレス鋼や炭素鋼で構成されている。真空層４は、内管２及び外管３等によって円筒状の密閉空間を構成した後、この密閉空間内を真空引きすることによって形成されている。
これにより、液化水素５を内管２内に通液したとき、内管２と外管３との間の対流熱伝達を真空層４によって防止することができ、外管３の外周に液体空気や固体空気が発生するのを防止することができる。
次に、液化水素用二重管１の寿命判定装置１０について説明する。尚、以下の説明は、液化水素用二重管１の寿命判定方法の説明を含むものである。
図２に示すように、寿命判定装置１０は、真空層４内の圧力を検出する圧力センサ１１（第１，第２圧力検出手段）と、オペレータに液化水素用二重管１の寿命判定内容を報知可能なモニタ１２と、圧力センサ１１及びモニタ１２と電気的に接続されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３（制御手段）等を有している。
図２に示すように、寿命判定装置１０は、真空層４内の圧力を検出する圧力センサ１１（第１，第２圧力検出手段）と、オペレータに液化水素用二重管１の寿命判定内容を報知可能なモニタ１２と、圧力センサ１１及びモニタ１２と電気的に接続されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３（制御手段）等を有している。
圧力センサ１１は、真空層４内に設置され、定期的、例えば、１日毎、液化水素５を内管２内に通液していないとき（非通液時）の真空層４内の第１圧力Ｐ１（Ｐａ）と、液化水素５を内管２内に通液しているとき（通液時）の真空層４内の第２圧力Ｐ２（Ｐａ）とを夫々検出している。第１圧力Ｐ１は、少なくとも１回の非通液時に複数回検出される。非通液時と通液時とは交互に繰り返されるが、第１圧力Ｐ１は、１回の非通液時に１回検出されてもよいし、１回の非通液時に異なるタイミングで複数回検出されてもよい。前者の場合においても、複数回の非通液時夫々に呼応した複数の第１圧力Ｐ１が検出されることになる。第２圧力Ｐ２も、少なくとも１回の通液時に複数回検出される。第２圧力Ｐ２も、１回の通液時に１回検出されてもよいし、１回の通液時に異なるタイミングで複数回検出されてもよい。以下では、単なる一例として、１日に非通液時が１回、通液時が１回存在するものとし、第１圧力Ｐ１は各日の通液時に１回検出され、第２圧力Ｐ２は各日の非通液時に１回検出されるものとする。圧力センサ１１によって検出された第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２は、ＥＣＵ１３に出力される。
ＥＣＵ１３は、圧力センサ１１によって検出された第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２を記憶し、これら第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２に基づいて液化水素用二重管１の耐用限界、具体的には、真空層４のリークの有無、損傷ひいてはリークが生じている管の種類、水素ガスの透過の有無を判定し、その判定結果をモニタ１２に出力し、オペレータに報知している。オペレータは、報知内容に基づき液化水素用二重管１の寿命を判定し、二重管１の補修或いは交換指示を行っている。このＥＣＵ１３は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムを記憶したＲＯＭ、データやプログラムを一時的に記憶するＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）、各種データを入出力する入出力インターフェイス等によって構成されている。
図２に示すように、ＥＣＵ１３は、定期的に検出された複数の第１圧力Ｐ１に基づいて真空層４内の圧力上昇率ｋ１（Ｐａ／ｄａｙ）を算出する上昇率算出部１４（上昇率算出手段）と、液化水素用二重管１が耐用限界か否かを判定する判定部１５（判定手段）等を備えている。
上昇率算出部１４は、今回（本日）測定した第１圧力Ｐ１と前回（前日）測定した第１圧力Ｐ１との差分を求めることによって、前回から今回に亙る非通液時の真空層４内の圧力上昇率ｋ１を算出すると共に、今回の第１圧力Ｐ１と今回の第２圧力Ｐ２との差分を求めることによって、非通液時と通液時との真空層４内の圧力差分ｋ２（Ｐａ）を算出している。圧力差分ｋ２は、互いに異なるタイミングで取得された複数の第１圧力Ｐ１の最新値と、互いに異なるタイミングで取得された複数の第２圧力Ｐ２の最新値との差分である。
上昇率算出部１４は、今回（本日）測定した第１圧力Ｐ１と前回（前日）測定した第１圧力Ｐ１との差分を求めることによって、前回から今回に亙る非通液時の真空層４内の圧力上昇率ｋ１を算出すると共に、今回の第１圧力Ｐ１と今回の第２圧力Ｐ２との差分を求めることによって、非通液時と通液時との真空層４内の圧力差分ｋ２（Ｐａ）を算出している。圧力差分ｋ２は、互いに異なるタイミングで取得された複数の第１圧力Ｐ１の最新値と、互いに異なるタイミングで取得された複数の第２圧力Ｐ２の最新値との差分である。
判定部１５は、算出された圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１（Ｐａ／ｄａｙ）よりも大きい場合に、液化水素用二重管１が耐用限界であることを判定している。
第１閾値Ｔ１は、例えば、耐用限界に達していない健全時の圧力上昇率の１０倍の値に設定されている。
第１閾値Ｔ１は、例えば、耐用限界に達していない健全時の圧力上昇率の１０倍の値に設定されている。
図３Ａに示すように、内管２又は外管３に損傷等によるリークが発生していない健全時、第１圧力Ｐ１の圧力上昇率ｋ１は、水素ガスの透過による圧力増加の影響を受けるのみであり、略一定である。つまり、水素ガスの透過による圧力増加分以上の圧力増加が生じた場合に、内管２又は外管３に損傷等によるリークが発生したことを判定している。
第２圧力Ｐ２の圧力上昇率も、第１圧力Ｐ１と同様に略一定である。
しかし、内管２内を流れる液化水素５の冷熱によって真空層４内が非通液時よりも冷却されることから、通液時には真空層４に存在する分子の平均自由行程が長くなり、非通液時の第１圧力Ｐ１よりも通液時の第２圧力Ｐ２が低くなっている。
第２圧力Ｐ２の圧力上昇率も、第１圧力Ｐ１と同様に略一定である。
しかし、内管２内を流れる液化水素５の冷熱によって真空層４内が非通液時よりも冷却されることから、通液時には真空層４に存在する分子の平均自由行程が長くなり、非通液時の第１圧力Ｐ１よりも通液時の第２圧力Ｐ２が低くなっている。
また、判定部１５は、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも小さいときであっても、今回の第１圧力Ｐ１（互いに異なるタイミングで取得された複数の第１圧力Ｐ１の最新値）が第２閾値Ｔ２（Ｐａ）よりも大きい場合には、液化水素用二重管１が耐用限界であると判定している。
内管２又は外管３に損傷等によるリークが発生していないときであっても、長期運用によって真空層４は水素ガスの透過による圧力増加の影響を受ける。真空層４の断熱機能が所定レベル以下まで低下した場合、液化水素用二重管１に損傷等がなくても交換する必要が生じる。
そこで、真空層４内の圧力が、分子同士の衝突が活発になり、真空層４による断熱機能の低下を招く圧力、例えば、１０-2Ｐａを第２閾値Ｔ２に設定している。
内管２又は外管３に損傷等によるリークが発生していないときであっても、長期運用によって真空層４は水素ガスの透過による圧力増加の影響を受ける。真空層４の断熱機能が所定レベル以下まで低下した場合、液化水素用二重管１に損傷等がなくても交換する必要が生じる。
そこで、真空層４内の圧力が、分子同士の衝突が活発になり、真空層４による断熱機能の低下を招く圧力、例えば、１０-2Ｐａを第２閾値Ｔ２に設定している。
判定部１５は、算出された圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３（Ｐａ）よりも大きい場合、外管３にリーク箇所が存在していると判定する。判定部１５は、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３以下の場合、内管２にリーク箇所が存在していると判定している。第３閾値Ｔ３は、例えば、リークが発生していない健全状態の第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差分を１０倍にした値に設定している。
図３Ｂに示すように、内管２にリーク箇所が存在している場合、液化水素の通液又は非通液に拘らずリーク箇所を介して真空層４内に水素ガスが進入しているため、第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２はリーク発生と同時に上昇を開始し、圧力差分ｋ２は略一定である。
図３Ｃに示すように、外管３にリーク箇所が存在している場合、非通液時は空気（窒素、酸素）が真空層４内に進入して第１圧力Ｐ１がリーク発生と同時に上昇を開始する一方、通液時は真空層４内に進入した窒素や酸素が固化（又は液化）することにより内管２に吸着して圧力増加しないため、圧力差分ｋ２は時間経過と共に増加する。
それ故、前提となるリーク発生判定では、リーク発生箇所が内管２と外管３のうち何れで発生しても圧力が増加する第１圧力Ｐ１の圧力上昇率ｋ１を判定対象として採用している。
図３Ｃに示すように、外管３にリーク箇所が存在している場合、非通液時は空気（窒素、酸素）が真空層４内に進入して第１圧力Ｐ１がリーク発生と同時に上昇を開始する一方、通液時は真空層４内に進入した窒素や酸素が固化（又は液化）することにより内管２に吸着して圧力増加しないため、圧力差分ｋ２は時間経過と共に増加する。
それ故、前提となるリーク発生判定では、リーク発生箇所が内管２と外管３のうち何れで発生しても圧力が増加する第１圧力Ｐ１の圧力上昇率ｋ１を判定対象として採用している。
次に、図４のフローチャートに基づき、液化水素用二重管１の寿命判定処理について説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は、各処理のためのステップを示す。
まず、Ｓ１では、液化水素用二重管１の定期的な寿命判定時期か否かについて判定する。
Ｓ１の判定の結果、寿命判定時期である場合、Ｓ２に移行し、通液時及び非通液時の夫々の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２を含む各種情報を入力する。
Ｓ１の判定の結果、寿命判定時期ではない場合、寿命判定時期になるまでカウントを継続する。
Ｓ１の判定の結果、寿命判定時期である場合、Ｓ２に移行し、通液時及び非通液時の夫々の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２を含む各種情報を入力する。
Ｓ１の判定の結果、寿命判定時期ではない場合、寿命判定時期になるまでカウントを継続する。
次に、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２について取得済か否か判定する（Ｓ３）。
Ｓ３の判定の結果、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得済の場合、Ｓ４に移行し、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きいか否かについて判定する。
Ｓ３の判定の結果、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得済ではない場合、液化水素用二重管１には液化水素５を流す状態と流さない状態が夫々発生するため、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得されるまで情報入力を繰り返す。
Ｓ３の判定の結果、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得済の場合、Ｓ４に移行し、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きいか否かについて判定する。
Ｓ３の判定の結果、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得済ではない場合、液化水素用二重管１には液化水素５を流す状態と流さない状態が夫々発生するため、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得されるまで情報入力を繰り返す。
Ｓ４の判定の結果、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きい場合、Ｓ５に移行し、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３よりも大きいか否かを判定する。
Ｓ５の判定の結果、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３よりも大きい場合、Ｓ６に移行し、モニタ１２を介して外管３に損傷、それに伴うリークが発生していることを報知し、終了する。
Ｓ５の判定の結果、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３以下の場合、Ｓ７に移行し、モニタ１２を介して内管２に損傷、それに伴うリークが発生していることを報知し、終了する。
Ｓ５の判定の結果、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３よりも大きい場合、Ｓ６に移行し、モニタ１２を介して外管３に損傷、それに伴うリークが発生していることを報知し、終了する。
Ｓ５の判定の結果、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３以下の場合、Ｓ７に移行し、モニタ１２を介して内管２に損傷、それに伴うリークが発生していることを報知し、終了する。
Ｓ４の判定の結果、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１以下の場合、各管壁の損傷によるリークが発生していないため、Ｓ８に移行し、第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２よりも大きいか否かを判定する。
Ｓ８の判定の結果、第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２よりも大きい場合、水素ガスの透過によって断熱機能が所定レベル以下に低下しているため、Ｓ９に移行し、モニタ１２を介して極度の水素ガス透過が発生していることを報知し、終了する。
Ｓ８の判定の結果、第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２以下の場合、水素ガスの透過が生じていないため、Ｓ１０に移行し、モニタ１２を介して健全状態を報知し、終了する。
Ｓ８の判定の結果、第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２よりも大きい場合、水素ガスの透過によって断熱機能が所定レベル以下に低下しているため、Ｓ９に移行し、モニタ１２を介して極度の水素ガス透過が発生していることを報知し、終了する。
Ｓ８の判定の結果、第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２以下の場合、水素ガスの透過が生じていないため、Ｓ１０に移行し、モニタ１２を介して健全状態を報知し、終了する。
次に、液化水素用二重管１の寿命判定方法及び寿命判定装置１０の作用、効果について説明する。
この液化水素用二重管１の寿命判定方法及び寿命判定装置１０によれば、真空層４内の圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きい場合に、液化水素用二重管１が耐用限界であることを判定するため、真空層４内の圧力をパラメータとして真空層４の断熱機能の低下を精度良く検出することができ、簡単な構成で液化水素用二重管１の寿命を判定することができる。
この液化水素用二重管１の寿命判定方法及び寿命判定装置１０によれば、真空層４内の圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きい場合に、液化水素用二重管１が耐用限界であることを判定するため、真空層４内の圧力をパラメータとして真空層４の断熱機能の低下を精度良く検出することができ、簡単な構成で液化水素用二重管１の寿命を判定することができる。
算出された圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも小さいときであっても、検出された複数の第１圧力Ｐ１の最新値が第２閾値Ｔ２よりも大きい場合には、液化水素用二重管１が耐用限界であると判定するため、内管２又は外管３の管壁の損傷が発生していない場合であっても、水素ガスの透過に起因した真空層４の断熱機能の低下を精度良く検出することができる。
液化水素用二重管１が耐用限界であることを判定したときにおいて、検出された複数の第１圧力Ｐ１の最新値と検出された複数の第２圧力Ｐ２の最新値との差（ｋ２）が第３閾値Ｔ３よりも大きい場合、外管３に損傷が発生し、外管３からリークが起きていると判定する。検出された複数の第１圧力Ｐ１の最新値と検出された複数の第２圧力Ｐ２の最新値との差（ｋ２）が第３閾値Ｔ３以下の場合、内管２に損傷が発生し、内管２からリークが起きていると判定する。このため、簡易な手法で損傷が発生している管を特定することができる。
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、第１～第３閾値を、健全時の圧力上昇率の１０倍の値、１０-2Ｐａ、健全状態の第１圧力と第２圧力との差分を１０倍にした値に夫々設定した例を説明したが、液化水素用二重管の材質や仕様等に応じて適宜設定することが可能である。
１〕前記実施形態においては、第１～第３閾値を、健全時の圧力上昇率の１０倍の値、１０-2Ｐａ、健全状態の第１圧力と第２圧力との差分を１０倍にした値に夫々設定した例を説明したが、液化水素用二重管の材質や仕様等に応じて適宜設定することが可能である。
２〕前記実施形態においては、第１圧力と第２圧力を１日毎に判定する例を説明したが、非通液時に第１圧力を常時監視し、通液時に第２圧力を常時監視し、第１圧力の最新値および第２圧力の最新値を用いて常時寿命判定しても良い。
また、非通液時に第１圧力を常時監視し、通液時に第２圧力を常時監視し、所定期間毎に寿命判定することも可能である。
また、非通液時に第１圧力を常時監視し、通液時に第２圧力を常時監視し、所定期間毎に寿命判定することも可能である。
３〕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、前記実施例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 液化水素用二重管
２ 内管
３ 外管
４ 真空層
５ 液化水素
１０ 寿命判定装置
１１ 圧力センサ
１３ ＥＣＵ
１４ 上昇率算出部
１５ 判定部
ｋ１ 圧力上昇率
ｋ２ 圧力差分
Ｔ１ 第１閾値
Ｔ２ 第２閾値
Ｔ３ 第３閾値
２ 内管
３ 外管
４ 真空層
５ 液化水素
１０ 寿命判定装置
１１ 圧力センサ
１３ ＥＣＵ
１４ 上昇率算出部
１５ 判定部
ｋ１ 圧力上昇率
ｋ２ 圧力差分
Ｔ１ 第１閾値
Ｔ２ 第２閾値
Ｔ３ 第３閾値
Claims (4)
- 内部で液化水素が通液可能な内管と、前記内管に間隔を空けて外嵌された外管と、前記内管と前記外管との間に形成された真空層とを備える液化水素用二重管の寿命判定方法において、
少なくとも１回の非通液時に前記真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出ステップと、
前記検出された複数の第１圧力に基づいて前記真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出ステップと、
前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きい場合に、前記液化水素用二重管が耐用限界であると判定する判定ステップと、
を有することを特徴とする液化水素用二重管の寿命判定方法。 - 前記判定ステップにおいて、前記算出された圧力上昇率が前記第１閾値よりも小さいときであっても、前記検出された複数の第１圧力の最新値が第２閾値よりも大きい場合には、前記液化水素用二重管が耐用限界であると判定することを特徴とする請求項１に記載の液化水素用二重管の寿命判定方法。
- 少なくとも１回の通液時に前記真空層内の第２圧力を複数回検出する第２圧力検出ステップを有し、
前記判定ステップにおいて、前記液化水素用二重管が耐用限界であることを判定したとき、
前記検出された複数の第１圧力の最新値と前記検出された複数の第２圧力の最新値との差が第３閾値よりも大きい場合、前記外管からリークが起きていると判定し、
前記検出された複数の第１圧力の最新値と前記検出された複数の第２圧力の最新値との差が第３閾値以下の場合、前記内管からリークが起きていると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の液化水素用二重管の寿命判定方法。 - 内部で液化水素が通液可能な内管と、前記内管に間隔を空けて外嵌された外管と、前記内管と前記外管との間に形成された真空層とを備える液化水素用二重管の寿命判定装置において、
少なくとも１回の非通液時に前記真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出手段と、
前記第１圧力検出手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段が、
前記検出された複数の第１圧力に基づいて前記真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出手段と、
前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きい場合に、前記液化水素用二重管が耐用限界であると判定する判定手段とを有することを特徴とする液化水素用二重管の寿命判定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015-139126 | 2015-07-10 | ||
| JP2015139126A JP2017020914A (ja) | 2015-07-10 | 2015-07-10 | 液化水素用二重管の寿命判定方法及びその装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2017010075A1 true WO2017010075A1 (ja) | 2017-01-19 |
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ID=57757072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2016/003263 WO2017010075A1 (ja) | 2015-07-10 | 2016-07-08 | 液化水素用二重管の寿命判定方法及び寿命判定装置 |
Country Status (2)
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| WO (1) | WO2017010075A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113432040A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-24 | 中国舰船研究设计中心 | 一种潜用燃料电池双层供气管路系统 |
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| JPS5643530A (en) * | 1979-09-17 | 1981-04-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Extracting method for internal atmosphere of vacuum heat-insulating layer |
| JPH01254834A (ja) * | 1988-04-05 | 1989-10-11 | Nippon Steel Corp | 二重管の検査方法 |
| US20080104969A1 (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-08 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Acoustic fluid level monitoring |
-
2015
- 2015-07-10 JP JP2015139126A patent/JP2017020914A/ja active Pending
-
2016
- 2016-07-08 WO PCT/JP2016/003263 patent/WO2017010075A1/ja active Application Filing
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