WO2022145386A1 - 極低温液体用配管構造及びそれを備えた船舶 - Google Patents

極低温液体用配管構造及びそれを備えた船舶 Download PDF

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WO2022145386A1
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pipe
storage area
low temperature
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temperature
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圭亮 谷本
貴志 下垣
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川崎重工業株式会社
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    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the present disclosure relates to a piping structure for an ultra-low temperature liquid applied to a ship that stores an ultra-low temperature liquid having a boiling point of -196 ° C or less at normal pressure, and a ship.
  • Patent Document 1 is known as a pipe for flowing an ultra-low temperature liquid as described above.
  • the pipe of Patent Document 1 is a pipe (double pipe) having a double structure for flowing liquefied hydrogen having a boiling point of -253 ° C at normal pressure, and is arranged concentrically. It has a pipe and an outer pipe. A vacuum layer for blocking heat transfer is formed between the inner pipe and the outer pipe. Due to the heat insulating action of this vacuum layer, the liquefied hydrogen inside the inner tube is maintained at a temperature below its boiling point.
  • this liquefied air passes through the surface of the outer pipe and the like, and is a structural material that constitutes the hull of the ship located below the double pipe. Drop into.
  • the structural material is significantly cooled by the liquefied air. Since the structural material is usually composed of general structural mild steel, when cooled by liquefied air, low temperature embrittlement may occur, which becomes brittle due to a decrease in temperature.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and the structural material of the ship is affected by the dripping of liquefied air formed on the surface of the pipe as the temperature of the pipe through which the cryogenic liquid flows decreases. It is an object of the present invention to provide a piping structure for a cryogenic liquid capable of suppressing brittleness, and a ship.
  • the cryogenic liquid piping structure is a piping structure applied to a ship that stores a cryogenic liquid having a boiling point of -196 ° C. or lower at normal pressure, and is derived from the structural material of the ship.
  • a cryogenic liquid having a boiling point of -196 ° C. or lower at normal pressure
  • the cryogenic liquid flows.
  • a storage area partition member for partitioning a storage area capable of storing an evaporation-promoting liquid that receives and evaporates liquefied air dripping on the structural material is provided.
  • the ship according to another aspect of the present disclosure is a ship that stores an ultra-low temperature liquid having a boiling point of -196 ° C or lower at normal pressure, and has a hull having a predetermined structural material and the above-mentioned piping structure for ultra-low temperature liquid. And a supply device capable of supplying the evaporation-promoting liquid to the storage area partitioned on the structural material by the storage area partition member.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. It is sectional drawing which shows the structure of a hydrogen pipe. It is a side view which shows the piping structure for an ultra-low temperature liquid. It is sectional drawing along the VV line of FIG. It is a perspective view which shows the storage area partitioned on the upper surface of a tank cover by the storage area partition member. It is a perspective view which shows the modification of the storage area partitioned on the upper surface of a tank cover by the storage area partition member.
  • the ship 1 shown in this figure is a liquefied hydrogen carrier that stores and transports liquefied hydrogen L (FIG. 2), and includes a hull 2 and a plurality of tanks 3 mounted on the hull 2.
  • the liquefied hydrogen L stored and transported by the ship 1 is hydrogen in a liquid state cooled to a temperature below the boiling point of -253 ° C at normal pressure, and corresponds to an example of an ultra-low temperature liquid in the present disclosure. ..
  • the hull 2 has a plurality of cargo holds 5 opened upward in the area corresponding to each tank 3.
  • a partition wall 6 for partitioning the two cargo compartments 5 is formed between the adjacent cargo compartments 5.
  • Hull 2 also has a deck 7 around the cargo hold 5.
  • the deck 7 includes a forecastle 7a located in front of the cargo hold 5, a pair of side decks 7b and 7c located on the left and right sides of the cargo hold 5, and a stern deck 7d located behind the cargo hold 5.
  • the hull 2 is made of a steel material other than low temperature steel.
  • each deck 7a to 7d is made of general structural mild steel.
  • the type of structural mild steel is not particularly limited, but as an example, SS material (general structural rolled steel material) specified in JIS standards may be used.
  • Each tank 3 is a cylindrical tank that is long in the captain direction of the ship 1, and is housed in the cargo hold 5.
  • Each tank 3 has an inner tank 3a in which liquefied hydrogen L is stored inside, and an outer tank 3b concentrically arranged outside the inner tank 3a.
  • a vacuum layer 3c for heat insulation is formed between the inner tank 3a and the outer tank 3b.
  • the vacuum layer 3c is a closed space that can communicate with a suction device (not shown).
  • a tank cover 4 is arranged above each tank 3.
  • Each tank cover 4 constitutes a part of the hull 2 and forms a storage space S for the tank 3 in cooperation with the cargo hold 5.
  • the tank cover 4 is made of a steel material other than low-temperature steel.
  • the tank cover 4 is made of a general structural mild steel such as the SS material described above.
  • the tank cover 4 is made of a steel material in which low-temperature embrittlement, which is embrittled under extremely low temperature conditions, is more likely to occur than low-temperature steel.
  • a hydrogen pipe 10 is arranged on the upper surface of the tank cover 4.
  • the hydrogen pipe 10 is used when at least the liquefied hydrogen L in the tank 3 is loaded and unloaded from the ship 1, and the liquefied hydrogen L is a pipe through which the liquefied hydrogen L flows.
  • the hydrogen pipe 10 is arranged so as to extend along the upper surface of the tank cover 4 while being appropriately curved at a position away from the upper surface of the tank cover 4.
  • the hydrogen pipe 10 corresponds to an example of the "low temperature pipe” in the present disclosure.
  • the tank cover 4 located below the hydrogen pipe 10 corresponds to an example of the structural material of a ship in the present disclosure.
  • FIG. 3 is a cross-sectional perspective view showing the structure of the hydrogen pipe 10.
  • the hydrogen pipe 10 includes an inner pipe 10a through which liquefied hydrogen L can flow, an outer pipe 10b concentrically arranged outside the inner pipe 10a, and an inner pipe 10a and an outer pipe 10b. It is a multiplex tube provided with a vacuum layer 10c for heat insulation formed between the and.
  • the vacuum layer 10c is a closed space that can communicate with the suction device 12 via the suction port 11 shown in FIGS. 1 and 2.
  • a detector 13 for detecting the degree of vacuum of the vacuum layer 10c is connected to the suction device 12.
  • the degree of vacuum of the vacuum layer 10c detected by the detector 13 is an index value of whether or not liquefied air in which nitrogen and oxygen in the air are condensed is formed on the surface of the outer tube 10b.
  • the detector 13 may detect the surface temperature of the hydrogen pipe 10, specifically the surface temperature of the outer pipe 10b, instead of detecting the degree of vacuum of the vacuum layer 10c.
  • the surface temperature of the outer tube 10b is an index value of whether or not liquefied air is formed on the surface of the outer tube 10b, similarly to the degree of vacuum of the vacuum layer 10c.
  • At least the inner pipe 10a of the hydrogen pipe 10 is made of low-temperature steel having a property of being hard to become brittle even under extremely low temperature conditions.
  • the outer pipe 10b is made of low temperature steel.
  • the material of the outer pipe 10b does not necessarily have to be steel for low temperature, and various metals and resins can be applied.
  • FIG. 4 and 5 are side views and sectional views showing a piping structure for an ultra-low temperature liquid according to an embodiment of the present disclosure.
  • the liquefied hydrogen L (see FIG. 3) is shown inside the inner pipe 10a.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the storage area AR partitioned on the upper surface of the tank cover 4 by the storage area partition member 20.
  • the direction parallel to the axis of the hydrogen pipe 10 is called the pipe axis direction X
  • the direction orthogonal to the pipe axis direction X and the vertical direction (vertical direction) is called the pipe axis orthogonal direction Y.
  • the cryogenic liquid piping structure is a piping structure applied to a ship 1 that stores and transports liquefied hydrogen L, which is a cryogenic liquid, and in addition to the hydrogen piping 10 described above, a storage area partition member 20 and a plurality of supports. A member 30 is provided.
  • the hydrogen pipe 10 has a structure in which a plurality of unit pipes 10A having a predetermined length are connected in the pipe axis direction X.
  • a suction device 12 for evacuating and maintaining the vacuum layer 10c is connected to each of the plurality of unit pipes 10A via a suction port 11. That is, the vacuuming by the suction device 12 of the vacuum layer 10c in the hydrogen pipe 10 is not performed by the entire length of the hydrogen pipe 10, but is performed separately for each unit pipe 10A.
  • the vacuum layer 10c in the hydrogen pipe 10 can be quickly reached to a predetermined vacuum degree, and when a phenomenon of a decrease in the vacuum degree of the vacuum layer 10c occurs, the phenomenon is caused in a part section of the hydrogen pipe 10. You can stop it.
  • a detector 13 is connected to each suction device 12. That is, the degree of vacuum of the vacuum layer 10c for each of the plurality of unit tubes 10A is individually detected by each detector 13.
  • the plurality of support members 30 are arranged so as to line up in the pipe axis direction X on the upper surface of the tank cover 4.
  • Each support member 30 supports the hydrogen pipe 10 at a position upward away from the tank cover 4 and comes into contact with the hydrogen pipe 10.
  • Each support member 30 has a seat portion 31, a pair of leg portions 32, and a fixture 33.
  • the seat portion 31 is a plate-shaped member extending in the direction Y orthogonal to the pipe axis, and is arranged directly below the hydrogen pipe 10.
  • the hydrogen pipe 10 is fixed to the upper surface of the seat portion 31 by the fixing tool 33.
  • the seat portion 31 contacts the lower surface of the hydrogen pipe 10 and directly supports the hydrogen pipe 10.
  • the seat portion 31 contacts the lower surface of the outer pipe 10b and supports the outer pipe 10b.
  • Fixture 33 is a fastening member formed in an inverted U shape when viewed from the front.
  • the fixative 33 is a U-bolt.
  • the fixture 33 has an upper portion 33a extending in the direction perpendicular to the pipe axis Y, and a pair of side portions 33b extending downward from both ends of the upper portion 33a.
  • the pair of side portions 33b are fastened to the seat portion 31 from above at positions on both the left and right sides of the hydrogen pipe 10.
  • a lubricating member or a low friction member may be arranged between the outer pipe 10b and the seat portion 31 to allow relative movement between the outer pipe 10b and the seat portion 31 due to heat shrinkage or the like.
  • the pair of leg portions 32 are formed so as to extend downward from both left and right ends of the seat portion 31, that is, both ends of the seat portion 31 in the direction perpendicular to the tube axis.
  • the lower ends of the legs 32 are fixed to the upper surface of the tank cover 4.
  • the support member 30 is made of low temperature steel having a property of being hard to become brittle even under extremely low temperature conditions.
  • each part constituting the support member 30, that is, the seat portion 31, the leg portion 32, and the fixture 33 can be made of austenitic stainless steel, which is a kind of low temperature steel.
  • austenitic stainless steel low carbon stainless steel such as SUS304L or SUS316L specified in JIS standard is particularly suitable.
  • an aluminum alloy or the like which is a low-temperature steel other than austenitic stainless steel.
  • the storage area partition member 20 is arranged on the upper surface of the tank cover 4 so as to project upward from the upper surface of the tank cover 4.
  • the storage area partition member 20 partitions the storage area AR capable of storing the evaporation-promoting liquid on the upper surface of the tank cover 4.
  • the storage area AR partitioned on the upper surface of the tank cover 4 is located below the hydrogen pipe 10.
  • the evaporation-promoting liquid stored in the storage area AR receives the dripping of the liquefied air and evaporates when the liquefied air is formed on the surface of the outer pipe 10b due to the temperature drop of the outer pipe 10b of the hydrogen pipe 10. Let me.
  • the evaporation-promoting liquid may be any substance that does not chemically react with the liquefied air dripping from the hydrogen pipe 10 and is in a liquid state at room temperature.
  • examples of such an evaporation promoting liquid include fresh water, water mixed with unavoidable impurities, and water such as salt water.
  • "seawater" corresponding to salt water is used as the evaporation promoting liquid.
  • the storage area partition member 20 has a structure in which a plurality of vertical frame members 21 extending in the pipe axis direction X and a plurality of horizontal frame members 22 connecting each vertical frame member 21 in the pipe axis orthogonal direction Y are combined.
  • Each vertical frame material 21 defines a region end of the storage area AR in the pipe axis orthogonal direction Y on the upper surface of the tank cover 4, and each horizontal frame material 22 defines a region end of the storage area AR in the pipe axis direction X. ..
  • Each vertical frame material 21 and each horizontal frame material 22 has a thickness that allows seawater as an evaporation promoting liquid to be stored in the storage area AR, and the value thereof is, for example, about several tens of mm to several hundreds of mm. obtain.
  • Each vertical frame material 21 and each horizontal frame material 22 can be made of austenitic stainless steel, which is a kind of low temperature steel.
  • the vertical frame material 21 and the horizontal frame material 22 may be made of the same general structural mild steel as the tank cover 4.
  • Each vertical frame material 21 and each horizontal frame material 22 are fixed to the upper surface of the tank cover 4 by welding or the like.
  • the storage area partition member 20 partitions a plurality of storage area ARs on the upper surface of the tank cover 4 along the pipe axis direction X of the hydrogen pipe 10. At this time, the storage area partition member 20 partitions a plurality of storage area ARs on the upper surface of the tank cover 4 so that each storage area AR is located below each unit pipe 10A constituting the hydrogen pipe 10.
  • the ship 1 further includes an evaporation promoting liquid supply device 8 and a control device 9.
  • the evaporation promoting liquid supply device 8 is arranged on the hull 2.
  • the evaporation-promoting liquid supply device 8 supplies the evaporation-promoting liquid to the storage area AR.
  • the evaporation promoting liquid supply device 8 is a seawater supply device 8.
  • the seawater supply device 8 is a device that supplies seawater to each storage area AR partitioned on the upper surface of the tank cover 4 by the storage area partition member 20.
  • the seawater supply device 8 pumps seawater from the outside of the hull 2 and supplies the pumped seawater to each storage area AR.
  • the seawater supply device 8 makes the water level of the seawater stored in each storage area AR substantially the same level as or slightly smaller than the thickness of the vertical frame material 21 and the horizontal frame material 22. , It is desirable to supply seawater to each storage area AR.
  • a seawater distribution main pipe 8a and a plurality of seawater distribution sub-pipes 8b are arranged as pipes through which seawater flows.
  • the seawater distribution main pipe 8a extends from the seawater supply device 8 to the side deck 7b and is arranged on the side deck 7b.
  • Each seawater distribution sub-pipe 8b branches from the seawater distribution main pipe 8a and extends to each storage area AR located below each unit pipe 10A.
  • An on-off valve 8c is individually provided in each seawater distribution sub-pipe 8b.
  • the seawater supply device 8 can supply seawater individually to each storage area AR by opening and closing each on-off valve 8c individually.
  • the control device 9 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) for storing a control program, a RAM (Random Access Memory) used as a work area of the CPU, and the like.
  • the control device 9 controls the seawater supply device 8 and each on-off valve 8c by the CPU executing a control program stored in the ROM.
  • each detector 13 is electrically connected to the control device 9. As a result, information on the degree of vacuum of the vacuum layer 10c for each of the plurality of unit tubes 10A detected by each detector 13 is input to the control device 9.
  • the control device 9 so that seawater is stored in each storage area AR when the degree of vacuum of the vacuum layer 10c for each unit tube 10A detected by each detector 13 exceeds a preset allowable range. It controls the seawater supply device 8 and each on-off valve 8c. When the degree of vacuum of the vacuum layer 10c detected by each detector 13 deviates from a predetermined allowable range, the possibility that liquefied air is formed on the surface of the hydrogen pipe 10 increases. In such a case, the control device 9 controls the seawater supply device 8 and each on-off valve 8c to supply seawater to each storage area AR partitioned on the upper surface of the tank cover 4.
  • the storage area AR capable of storing seawater as the evaporation promoting liquid is partitioned by the storage area partition member 20 on the upper surface of the tank cover 4, and the hydrogen pipe 10 is made of low temperature steel. It is supported via a support member 30 made of. Therefore, there is an advantage that it is possible to suppress the embrittlement of the tank cover 4 due to the influence of the dripping of the liquefied air formed on the surface of the hydrogen pipe 10 as the temperature of the hydrogen pipe 10 decreases.
  • the hydrogen pipe 10 has a double structure including an inner pipe 10a and an outer pipe 10b, and a vacuum layer 10c is formed between the inner pipes 10a and 10b, so that the degree of vacuum of the vacuum layer 10c is sufficient. Even if the liquefied hydrogen L flows inside the inner pipe 10a, the temperature of the outer pipe 10b is maintained at a value sufficiently higher than the temperature of the inner pipe 10a. However, the degree of vacuum of the vacuum layer 10c may decrease due to the long-term operation of the ship 1, and when such a decrease in the degree of vacuum occurs, heat transfer between the inner pipe 10a and the outer pipe 10b occurs. It is promoted and the temperature difference between the outer tube 10b and the inner tube 10a is reduced. In an extreme case, it is possible that the temperature of the outer tube 10b drops to a temperature close to -253 ° C or lower, which is the temperature of the liquefied hydrogen inside the inner tube 10a.
  • the hydrogen pipe 10 has a structure in which a plurality of unit pipes 10A are connected, and the degree of vacuum of the vacuum layer 10c is maintained separately for each unit pipe 10A. Therefore, the degree of vacuum does not decrease uniformly over the entire length of the hydrogen pipe 10, and the degree of decrease in the degree of vacuum may differ depending on each unit pipe 10A. Therefore, even if the temperature of the outer pipe 10b drops to a temperature close to that of the liquefied hydrogen L, such a phenomenon is limited to one or more specific unit pipes 10A, in other words, a part of the hydrogen pipe 10. It usually happens.
  • a part of the hydrogen pipe 10 whose surface temperature has dropped to a temperature close to that of liquefied hydrogen L will be referred to as a temperature drop portion in particular.
  • a temperature drop portion was generated in the hydrogen pipe 10, it was detected by a specific detector 13 arranged in the unit tube 10A corresponding to the temperature drop portion among a plurality of detectors 13 arranged for each unit tube 10A.
  • the degree of vacuum of the vacuum layer 10c will be out of the allowable range.
  • the crew of the ship 1 When a temperature drop portion occurs in the hydrogen pipe 10, the crew of the ship 1 performs the work of repairing the unit pipe 10A corresponding to the temperature drop portion and the work of replacing the unit pipe 10A with a new unit pipe 10A.
  • nitrogen and oxygen in the air may condense on the surface of the outer pipe 10b in the temperature lowering portion of the hydrogen pipe 10, and liquefied air may be formed.
  • liquefied air passes through the surface of the outer pipe 10b and is dropped onto the tank cover 4 located below the temperature drop portion, the tank cover 4 is significantly cooled by the liquefied air. Since the tank cover 4 is usually made of general structural mild steel, when cooled by liquefied air, low temperature embrittlement that becomes brittle due to a decrease in temperature may occur.
  • each storage area AR capable of storing seawater is partitioned by the storage area partition member 20 on the upper surface of the tank cover 4.
  • the control device 9 controls the seawater supply device 8 and each on-off valve 8c based on the detection result of each detector 13, and seawater is stored in each storage area AR partitioned on the tank cover 4.
  • the liquefied air dropped from the hydrogen pipe 10 can be accurately received by the seawater stored in each storage region AR and quickly evaporated. Therefore, it is unlikely that the liquefied air reaches the tank cover 4 and the tank cover 4 is remarkably cooled, so that the tank cover 4 can be appropriately protected from low temperature embrittlement.
  • seawater as the evaporation promoting liquid stored in each storage area AR can be easily procured in the ship 1 traveling on the sea, and the dropped liquefied air can be rapidly evaporated.
  • the storage area partition member 20 partitions a plurality of storage area ARs on the upper surface of the tank cover 4 along the pipe axis direction X of the hydrogen pipe 10. Specifically, the storage area partition member 20 partitions a plurality of storage area ARs on the upper surface of the tank cover 4 so that each storage area AR is located below each unit pipe 10A constituting the hydrogen pipe 10.
  • a large temperature drop occurs in a part of the unit pipes 10A among the plurality of unit pipes 10A, that is, a large temperature drop occurs in a part of the hydrogen pipe 10 in the pipe axial direction X, and the temperature thereof. It is assumed that liquefied air is formed in the temperature drop portion where the drop occurs.
  • the control device 9 opens the on-off valve 8c provided in the specific seawater distribution sub-pipe 8b corresponding to the unit pipe 10A as the temperature lowering part, and opens the other on-off valve 8c. It is controlled to be closed and the seawater supply device 8 is controlled.
  • the seawater pumped up by the operation of the seawater supply device 8 based on the control of the control device 9 circulates through the seawater distribution main pipe 8a and the specific seawater distribution sub-pipe 8b.
  • the seawater flowing through the specific seawater distribution sub-pipe 8b is a storage area AR communicating with the specific seawater distribution sub-pipe 8b, and is a specific storage area AR located below the unit pipe 10A corresponding to the temperature drop portion. It flows into and is stored in.
  • the liquefied air dropped from a part of the temperature drop portion of the hydrogen pipe 10 can be accurately received and evaporated by the seawater stored in the specific storage area AR partitioned on the upper surface of the tank cover 4. .. Therefore, the tank cover 4 can be appropriately protected from low temperature embrittlement.
  • the temperature of the outer pipe 10b is lowered to a temperature close to the temperature of the liquefied hydrogen L. Therefore, if the support member 30 is provided in such a temperature lowering portion, the temperature lowering portion is concerned.
  • the support member 30 is remarkably cooled by the heat conduction from. In particular, among the support members 30, the seat portion 31 and the fixture 33 that come into contact with the hydrogen pipe 10 are remarkably cooled. If the material of the support member 30 is a general structural mild steel similar to that of the tank cover 4, the support member 30 may become brittle due to low temperature embrittlement, and the hydrogen pipe 10 may not be properly supported.
  • the material of the support member 30 is a low-temperature steel that does not easily become brittle even under extremely low temperature conditions. Therefore, even if the support member 30 is significantly cooled, the low temperature embrittlement of the support member 30 can be sufficiently suppressed, and the support strength of the hydrogen pipe 10 by the support member 30 can be well maintained. ..
  • FIG. 7 The configuration of the storage area partition member 20 as described above may be adopted. That is, in the modified example of FIG. 7, the storage area partition member 20 partitions one storage area AR on the upper surface of the tank cover 4 corresponding to the entire area where the hydrogen pipe 10 is arranged.
  • the temperature of the hydrogen pipe 10 is significantly increased at a plurality of places. Even if a decrease occurs, the dripping of the liquefied air generated in each temperature decrease portion can be accurately received and evaporated by the seawater stored in one storage area AR partitioned on the tank cover 4.
  • the storage area AR is limitedly partitioned at a position below such a place. May be provided with a storage area partition member 20.
  • the structure in which the storage area partition member 20 is formed in a frame shape by the plurality of vertical frame members 21 and the horizontal frame members 22 is exemplified, but the structure is not limited to such a structure.
  • the storage area partition member 20 may be composed of a box-shaped container having an open upper surface.
  • the storage area partition member 20 made of such a container is hereinafter referred to as a “storage area partition container”.
  • the storage area partition container has a peripheral wall corresponding to the vertical frame material 21 and the horizontal frame material 22 and a bottom wall connected to the lower end of the peripheral wall.
  • the storage area partition container In the storage area partition container, the area surrounded by the peripheral wall and the bottom wall is partitioned as the storage area AR in a state where the bottom wall is arranged so as to be in contact with the upper surface of the tank cover 4. Even if liquefied air is dropped from the hydrogen pipe 10 before the storage of seawater, the storage area compartment container can receive the liquefied air by the bottom wall and evaporate it. As a result, it is possible to prevent the liquefied air dropped from the hydrogen pipe 10 from reaching the tank cover 4 before the seawater is stored in the storage area AR, and appropriately protect the tank cover 4 from low temperature embrittlement.
  • the storage area compartment container is made of low-temperature steel such as austenitic stainless steel. This makes it possible to suppress low-temperature embrittlement of the storage area partition container that may occur when liquefied air is dropped from the hydrogen pipe 10 onto the bottom wall of the storage area partition container.
  • a structure in which seawater is supplied and stored in each storage area AR partitioned on the upper surface of the tank cover 4 is exemplified, but the structure is not limited to such a structure.
  • a water tank for storing rainwater may be installed on the hull 2, and water may be supplied from the water tank to each storage area AR to store the water.
  • the structure in which the hydrogen pipe 10 is arranged above the tank cover 4 in the ship 1 is exemplified, but the hydrogen pipe 10 can be arranged not only above the tank cover 4 but also above the deck 7. However, it can also be arranged in a room such as a cargo equipment room. Even when the hydrogen pipe is arranged in a place other than above the tank cover 4 as described above, the storage area partition member 20 is arranged in a place other than above the tank cover 4, and the support member 30 similar to the above embodiment is provided. It is possible to apply the support structure by.
  • a double pipe having an inner pipe 10a and an outer pipe 10b and having a vacuum layer 10c formed between them is adopted, but has a non-double structure without a vacuum layer.
  • the pipe is also possible to use the pipe as a low temperature pipe.
  • a pipe provided with a main pipe made of low-temperature steel and a heat insulating layer such as a urethane layer formed on the outer surface thereof can be used as the low-temperature pipe.
  • the piping structure of the present disclosure is applied to a ship 1 that stores and transports liquefied hydrogen L having a boiling point of -253 ° C at normal pressure
  • the ship to which the piping structure of the present disclosure can be applied may be a ship that stores an extremely low temperature liquid having a boiling point of -196 ° C or less at normal pressure, and the piping structure of the present disclosure can be applied to various ships as long as it is used. Is.
  • the piping structure of the present disclosure can be similarly applied to a ship that stores liquefied helium having a boiling point of -269 ° C at normal pressure and liquefied nitrogen having a boiling point of -196 ° C at normal pressure. Is.
  • the cryogenic liquid piping structure is a piping structure applied to a ship that stores a cryogenic liquid having a boiling point of -196 ° C. or lower at normal pressure, and is derived from the structural material of the ship.
  • a cryogenic liquid having a boiling point of -196 ° C. or lower at normal pressure
  • the cryogenic liquid flows.
  • a storage area partition member for partitioning a storage area capable of storing an evaporation-promoting liquid that receives and evaporates liquefied air dripping on the structural material is provided.
  • the surface temperature of at least a part of the low temperature pipe through which the extremely low temperature liquid having a boiling point of -196 ° C or less at normal pressure flows may drop to a temperature close to that of the extremely low temperature liquid.
  • Nitrogen and oxygen in the air may condense on the surface of the temperature-reduced portion where the temperature is significantly reduced in the low-temperature piping, and liquefied air may be formed.
  • liquefied air runs down the surface of the low-temperature pipe and is dropped onto the structural material of a ship located below the low-temperature pipe, the structural material is significantly cooled by the liquefied air.
  • a storage area capable of storing the evaporation-promoting liquid is partitioned by a storage area partition member on the upper surface of the structural material.
  • the liquefied air dropped from the low temperature pipe can be accurately received and evaporated by the evaporation promoting liquid.
  • the evaporation promoting liquid may be seawater. Seawater is easy to procure for ships traveling on the sea, and the dropped liquefied air can be rapidly evaporated.
  • the storage area partitioning member may be configured to partition a plurality of the storage areas on the structural material along the pipe axis direction of the low temperature piping.
  • the evaporation promoting liquid may be stored only in a specific storage region corresponding to the temperature drop portion.
  • the liquefied air dropped from a part of the temperature drop portion of the low temperature pipe can be accurately received and evaporated by the evaporation promoting liquid stored in the specific storage area partitioned on the structural material. This makes it possible to appropriately protect the structural material from low temperature embrittlement.
  • the storage area partitioning member has a configuration in which one storage area is partitioned on the structural material corresponding to the entire area where the low-temperature piping is arranged. May be good.
  • the above-mentioned piping structure for ultra-low temperature liquid further includes a support member that supports the low-temperature pipe and is in contact with the low-temperature pipe at a position upward away from the structural material, and the support member is more than the said structural material. It may be made of low-temperature steel that is unlikely to cause low-temperature embrittlement.
  • the support member supporting the low temperature pipe can be significantly cooled by heat conduction from the low temperature pipe.
  • the material of the support member is the same as that of the structural material of the ship, the support member may become brittle due to low temperature embrittlement and the low temperature pipe may not be properly supported.
  • the material of the support member is a low-temperature steel that is less likely to cause low-temperature embrittlement than the structural material. Therefore, even if the support member is significantly cooled, low-temperature embrittlement of the support member can be sufficiently suppressed, and the support strength of the low-temperature pipe by the support member can be maintained satisfactorily.
  • the ship according to another aspect of the present disclosure is a ship that stores an ultra-low temperature liquid having a boiling point of -196 ° C or lower at normal pressure, and has a hull having a predetermined structural material and the above-mentioned piping structure for ultra-low temperature liquid. And a supply device capable of supplying the evaporation-promoting liquid to the storage area partitioned on the structural material by the storage area partition member.
  • the evaporation promoting liquid can be supplied from the supply device to the storage area partitioned on the structural material.
  • the liquefied air dropped from the low temperature pipe can be accurately received and evaporated by the evaporation promoting liquid stored in the storage area on the structural material. Therefore, the structural material constituting the hull can be protected from low temperature embrittlement.
  • the above-mentioned ship has a detector that detects an index value of formation of liquefied air on the surface of the low-temperature pipe, and the storage when the index value detected by the detector deviates from a preset allowable range.
  • the configuration may further include a control device that controls the supply device so that the evaporation promoting liquid is stored in the region.
  • the control device controls the supply device to supply the evaporation promoting liquid to the storage area partitioned on the structural material.
  • the liquefied air dropped from the low temperature pipe can be accurately received and evaporated by the evaporation promoting liquid stored in the storage area on the structural material.

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Abstract

極低温液体用配管構造は、常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留する船舶に適用される。この配管構造は、船舶（１）の構造材（４）から上方に離れた位置で当該構造材（４）に沿って配索され、極低温液体が流通する低温配管（１０）と、構造材（４）上に配置され、低温配管（１０）の表面に液化空気が形成された場合に当該液化空気の滴下を受け止めて蒸発させる蒸発促進液体の貯留が可能な貯留領域（ＡＲ）を、構造材（４）上に区画する貯留領域区画部材（２０）と、を備える。

Description

極低温液体用配管構造及びそれを備えた船舶
　本開示は、常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留する船舶に適用される極低温液体用配管構造、及び船舶に関する。
　上記のような極低温液体を流すための配管として、下記特許文献１のものが知られている。具体的に、この特許文献１の配管は、常圧での沸点が－２５３℃である液化水素を流すための二重構造の配管（二重管）であって、同心状に配置された内管と外管とを有している。内管と外管との間には、熱伝達を遮断するための真空層が形成されている。この真空層の断熱作用により、内管の内部の液化水素がその沸点以下の温度に維持されるようになっている。
　上記特許文献１の液化水素用の二重管において、上記断熱層の真空度が低下した場合には、内管から外管への熱伝達が起こり易くなり、外管と内管との温度差が縮小する。外管の温度が内管の内部の液化水素に近い温度まで低下する場合には外管の表面で空気が凝縮するおそれがある。
　外管の表面に液化窒素または液化酸素等を含む液化空気が形成された場合、この液化空気が外管の表面等をつたって、二重管の下方に位置する船舶の船体を構成する構造材に滴下する。この場合、構造材が液化空気により顕著に冷却される。構造材は、通常、一般的な構造用軟鋼により構成されるので、液化空気により冷却されると、温度低下に起因して脆くなる低温脆化が生じる可能性がある。
特開２０１７－２０９１４号公報
　本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、極低温液体が流通する配管の温度低下に伴って当該配管の表面に形成された液化空気の滴下の影響で船舶の構造材が脆化するのを抑制し得る極低温液体用配管構造、及び船舶を提供することにある。
　本開示の一の局面に係る極低温液体用配管構造は、常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留する船舶に適用される配管構造であって、前記船舶の構造材から上方に離れた位置で当該構造材に沿って配索され、前記極低温液体が流通する低温配管と、前記構造材上に配置され、前記低温配管の表面に液化空気が形成された場合に当該液化空気の滴下を受け止めて蒸発させる蒸発促進液体の貯留が可能な貯留領域を、前記構造材上に区画する貯留領域区画部材と、を備える。
　本開示の他の局面に係る船舶は、常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留する船舶であって、所定の構造材を有する船体と、上記の極低温液体用配管構造と、前記貯留領域区画部材によって前記構造材上に区画された前記貯留領域に、前記蒸発促進液体を供給することが可能な供給装置と、を備える。
本開示の一実施形態に係る極低温液体用配管構造が適用された船舶の概略構造を示す側面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 水素配管の構造を示す断面斜視図である。 極低温液体用配管構造を示す側面図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 貯留領域区画部材によってタンクカバーの上面に区画された貯留領域を示す斜視図である。 貯留領域区画部材によってタンクカバーの上面に区画された貯留領域の変形例を示す斜視図である。
　以下、図面を参照しつつ、本開示の実施形態に係る極低温液体用配管構造及び極低温液体を貯留、運搬する船舶について説明する。
　図１及び図２は、本開示の一実施形態に係る極低温液体用配管構造が適用された船舶の構造を概略的に示す側面図及び断面図である。本図に示される船舶１は、液化水素Ｌ（図２）を貯留、運搬する液化水素運搬船であり、船体２と、船体２に搭載された複数のタンク３とを備えている。船舶１により貯留、運搬される液化水素Ｌは、常圧で－２５３℃である沸点以下の温度にまで冷却された液体状態の水素のことであり、本開示における極低温液体の一例に該当する。
　船体２は、各タンク３に対応する領域に、上向きに開口した複数の貨物艙５を有している。隣接する貨物艙５の間には、両貨物艙５同士を仕切るための隔壁６が形成されている。
　船体２はまた、貨物艙５の周囲に甲板７を備えている。甲板７は、貨物艙５の前方に位置する船首甲板７ａと、貨物艙５の左右に位置する一対のサイド甲板７ｂ，７ｃと、貨物艙５の後方に位置する船尾甲板７ｄとを含む。船体２は、低温用鋼以外の鋼材により構成されている。例えば、各甲板７ａ～７ｄは、それぞれ一般的な構造用軟鋼により構成されている。構造用軟鋼の種類は特に限定されないが、一例として、ＪＩＳ規格に規定されるＳＳ材（一般構造用圧延鋼材）を使用し得る。
　各タンク３は、船舶１の船長方向に長い円筒状のタンクであり、それぞれ貨物艙５に収容されている。各タンク３は、液化水素Ｌが内部に貯留された内槽３ａと、内槽３ａの外側に同心状に配置された外槽３ｂとを有している。内槽３ａと外槽３ｂの間には、断熱のための真空層３ｃが形成されている。真空層３ｃは、図外の吸引装置と連通可能な密閉空間である。
　各タンク３の上方には、それぞれタンクカバー４が配置されている。各タンクカバー４は、船体２の一部を構成し、貨物艙５と協働してタンク３用の収容空間Ｓを形成している。タンクカバー４は、船体２と同様に、低温用鋼以外の鋼材により構成されている。例えば、タンクカバー４は、上述したＳＳ材等の一般的な構造用軟鋼により構成されている。言い換えると、タンクカバー４は、極低温の条件で脆化する低温脆化が低温用鋼よりも起こり易い鋼材により構成されている。
　タンクカバー４の上面には、水素配管１０が配置されている。水素配管１０は、少なくともタンク３内の液化水素Ｌを船舶１から荷役する際に使用され、当該液化水素Ｌが流通する配管である。水素配管１０は、タンクカバー４の上面から上方に離れた位置で、タンクカバー４の上面に沿って適宜湾曲しつつ延びるように配索されている。なお、水素配管１０は、本開示における「低温配管」の一例に該当する。また、水素配管１０の下方に位置するタンクカバー４は、本開示における船舶の構造材の一例に該当する。
　図３は、水素配管１０の構造を示す断面斜視図である。本図に示すように、水素配管１０は、液化水素Ｌが内部を流通可能な内管１０ａと、内管１０ａの外側に同心状に配置された外管１０ｂと、内管１０ａと外管１０ｂとの間に形成された断熱のための真空層１０ｃとを備えた多重管である。真空層１０ｃは、図１，２に示される吸引ポート１１を介して吸引装置１２と連通可能な密閉空間である。なお、図１に示すように、吸引装置１２には、真空層１０ｃの真空度を検出する検出器１３が接続されている。詳細については後述するが、検出器１３によって検出される真空層１０ｃの真空度は、外管１０ｂの表面に空気中の窒素や酸素が凝縮した液化空気が形成されるか否かの指標値となる。なお、検出器１３は、真空層１０ｃの真空度の検出に代えて、水素配管１０の表面温度、詳しくは外管１０ｂの表面温度を検出するものであってもよい。外管１０ｂの表面温度は、真空層１０ｃの真空度と同様に、外管１０ｂの表面に液化空気が形成されるか否かの指標値となる。
　本実施形態では、水素配管１０における少なくとも内管１０ａは、極低温の条件でも脆化し難い性質を有する低温用鋼により構成されている。
　本実施形態では、外管１０ｂは、低温用鋼により構成されている。外管１０ｂの材質は必ずしも低温用鋼でなくてもよく、各種の金属や樹脂を適用できる。
　図４及び図５は、本開示の一実施形態に係る極低温液体用配管構造を示す側面図及び断面図である。なお、図５の断面図では、内管１０ａの内部に液化水素Ｌ（図３参照）を図示することを省略している。図６は、貯留領域区画部材２０によってタンクカバー４の上面に区画された貯留領域ＡＲを示す斜視図である。以下の説明では、水素配管１０の軸心と平行な方向のことを管軸方向Ｘといい、管軸方向Ｘ及び上下方向（鉛直方向）と直交する方向のことを管軸直交方向Ｙというものとする。
　極低温液体用配管構造は、極低温液体である液化水素Ｌを貯留、運搬する船舶１に適用される配管構造であり、上記の水素配管１０に加えて、貯留領域区画部材２０と複数の支持部材３０とを備える。
　図４に示すように、水素配管１０は、管軸方向Ｘに所定長の単位管１０Ａを複数つなぎ合わせた構造を有する。水素配管１０においては、複数の単位管１０Ａごとに、真空層１０ｃの真空化及び真空を維持するための吸引装置１２が吸引ポート１１を介して接続されている。つまり、水素配管１０における真空層１０ｃの吸引装置１２による真空引きは、水素配管１０の全長で行われるのではなく、単位管１０Ａごとに区分けして行われる。これにより、水素配管１０における真空層１０ｃを所定の真空度に速く到達させることができるとともに、真空層１０ｃの真空度の低下現象が生じた場合にはその現象を水素配管１０の一部区間に止めることができる。そして、各吸引装置１２に検出器１３が接続されている。つまり、複数の単位管１０Ａごとの真空層１０ｃの真空度が、各検出器１３によって個別に検出される。
　複数の支持部材３０は、タンクカバー４の上面において管軸方向Ｘに並ぶように配設されている。各支持部材３０は、タンクカバー４から上方に離れた位置に水素配管１０を支持し且つ当該水素配管１０に接触する。各支持部材３０は、座部３１と、一対の脚部３２と、固定具３３とを有している。
　座部３１は、管軸直交方向Ｙに延びる板状の部材であり、水素配管１０の直下に配設されている。水素配管１０は、固定具３３により座部３１の上面に固定されている。言い換えると、座部３１は、水素配管１０の下面に接触して当該水素配管１０を直接支持している。具体的には、座部３１は、外管１０ｂの下面に接触して当該外管１０ｂを支持している。
　固定具３３は、正面視で逆Ｕ字状に形成された締結部材である。本実施形態では、固定具３３はＵボルトである。具体的に、固定具３３は、管軸直交方向Ｙに延びるアッパ部３３ａと、アッパ部３３ａの両端から下方に延びる一対のサイド部３３ｂとを有している。一対のサイド部３３ｂは、水素配管１０の左右両側の位置で座部３１に対し上から締結される。これにより、アッパ部３３ａと座部３１との間に水素配管１０が挟み込まれ、水素配管１０が支持部材３０に対し固定される。なお、外管１０ｂと座部３１との間には、熱収縮等による外管１０ｂと座部３１との相対移動を許容するための潤滑部材もしくは低摩擦部材が配置されていてもよい。
　一対の脚部３２は、座部３１の左右両端部、つまり座部３１における管軸直交方向Ｙの両端部から下方に延びるように形成されている。各脚部３２の下端は、タンクカバー４の上面に固定されている。
　支持部材３０は、極低温の条件でも脆化し難い性質を有する低温用鋼により構成されている。例えば、支持部材３０を構成する各部、つまり座部３１、脚部３２、及び固定具３３は、それぞれ低温用鋼の一種であるオーステナイト系ステンレス鋼により構成することができる。オーステナイト系ステンレス鋼としては、例えばＪＩＳ規格に規定されるＳＵＳ３０４ＬやＳＵＳ３１６Ｌなどの低炭素のステンレス鋼が特に好適である。もちろん、オーステナイト系ステンレス鋼以外の低温用鋼であるアルミニウム合金などを使用することも当然に可能である。
　貯留領域区画部材２０は、タンクカバー４の上面から上方に突出するように当該タンクカバー４の上面に配置される。貯留領域区画部材２０は、タンクカバー４の上面に、蒸発促進液体の貯留が可能な貯留領域ＡＲを区画する。タンクカバー４の上面に区画される貯留領域ＡＲは、水素配管１０の下方に位置する。貯留領域ＡＲに貯留される蒸発促進液体は、水素配管１０の外管１０ｂの温度低下に伴って当該外管１０ｂの表面に液化空気が形成された場合に、当該液化空気の滴下を受け止めて蒸発させる。蒸発促進液体は、水素配管１０から滴下する液化空気と化学反応を起こさず、常温で液体の状態となる各種物質であればよい。このような蒸発促進液体としては、例えば、真水、不可避不純物が混合した水、塩水などの水を挙げることができる。本実施形態では、蒸発促進液体として、塩水に該当する「海水」が用いられる。
　貯留領域区画部材２０は、管軸方向Ｘに延びる複数の縦フレーム材２１と、各縦フレーム材２１を管軸直交方向Ｙに連結する複数の横フレーム材２２とが組み合わされた構造を有する。各縦フレーム材２１は、タンクカバー４の上面において貯留領域ＡＲの管軸直交方向Ｙの領域端を画定し、各横フレーム材２２は、貯留領域ＡＲの管軸方向Ｘの領域端を画定する。各縦フレーム材２１及び各横フレーム材２２は、貯留領域ＡＲ内に蒸発促進液体としての海水が貯留可能となる厚みを有しており、その値は例えば数十ｍｍ～数百ｍｍ程度とされ得る。各縦フレーム材２１及び各横フレーム材２２は、低温用鋼の一種であるオーステナイト系ステンレス鋼により構成することができる。なお、各縦フレーム材２１及び各横フレーム材２２は、タンクカバー４と同様の一般的な構造用軟鋼により構成されてもよい。各縦フレーム材２１及び各横フレーム材２２は、溶接等によってタンクカバー４の上面に固定される。
　本実施形態では、図４及び図６に示すように、貯留領域区画部材２０は、タンクカバー４の上面に、水素配管１０の管軸方向Ｘに沿って複数の貯留領域ＡＲを区画する。この際、貯留領域区画部材２０は、水素配管１０を構成する各単位管１０Ａの下方に各貯留領域ＡＲが位置するように、タンクカバー４の上面に複数の貯留領域ＡＲを区画する。
　図１に示すように、船舶１は、蒸発促進液体の供給装置８と制御装置９とを更に備える。
　蒸発促進液体の供給装置８は、船体２に配置される。蒸発促進液体の供給装置８は、貯留領域ＡＲに蒸発促進液体を供給する。本実施形態では、蒸発促進液体の供給装置８は、海水供給装置８である。海水供給装置８は、貯留領域区画部材２０によってタンクカバー４の上面に区画された各貯留領域ＡＲに、海水を供給する装置である。海水供給装置８は、船体２の外部から海水を汲み上げて、その汲み上げた海水を各貯留領域ＡＲに供給する。この際、海水供給装置８は、各貯留領域ＡＲに貯留される海水の水位が、前記各縦フレーム材２１及び各横フレーム材２２の前記厚みと略同一レベル、若しくは若干少ないレベルとなるように、各貯留領域ＡＲに海水を供給することが望ましい。
　海水供給装置８と各貯留領域ＡＲとの間には、海水が流通する配管として、海水流通主配管８ａと、複数の海水流通副配管８ｂとが配索されている。海水流通主配管８ａは、海水供給装置８からサイド甲板７ｂまで延びるとともに、サイド甲板７ｂ上に配索されている。各海水流通副配管８ｂは、海水流通主配管８ａから分岐して、各単位管１０Ａの下方に位置する各貯留領域ＡＲまでそれぞれ延びている。各海水流通副配管８ｂには、開閉弁８ｃが個別に設けられている。海水供給装置８は、各開閉弁８ｃが個別に開閉されることにより、各貯留領域ＡＲに対して個別に海水を供給することができる。
　制御装置９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。制御装置９は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、海水供給装置８及び各開閉弁８ｃを制御する。また、制御装置９には、各検出器１３が電気的に接続されている。これにより、各検出器１３によって検出された、複数の単位管１０Ａごとの真空層１０ｃの真空度の情報が制御装置９に入力される。
　制御装置９は、各検出器１３で検出された単位管１０Ａごとの真空層１０ｃの真空度が予め設定された許容範囲を外れた場合に、各貯留領域ＡＲに海水が貯留されるように、海水供給装置８及び各開閉弁８ｃを制御する。各検出器１３で検出された真空層１０ｃの真空度が所定の許容範囲を外れた場合、水素配管１０の表面に液化空気が形成される可能性が高まる。このような場合に制御装置９は、海水供給装置８及び各開閉弁８ｃを制御し、タンクカバー４の上面に区画された各貯留領域ＡＲに海水を供給させる。
　以上説明したように、本実施形態では、タンクカバー４の上面に蒸発促進液体としての海水の貯留が可能な貯留領域ＡＲが貯留領域区画部材２０によって区画されるとともに、水素配管１０が低温用鋼からなる支持部材３０を介して支持される。このため、水素配管１０の温度低下に伴って当該水素配管１０の表面に形成された液化空気の滴下の影響でタンクカバー４が脆化するのを抑制できるという利点がある。
　水素配管１０は内管１０ａと外管１０ｂとを含む二重構造であり、両管１０ａ，１０ｂの間には真空層１０ｃが形成されるため、この真空層１０ｃの真空度が十分である間は、内管１０ａの内部に液化水素Ｌが流れたとしても、外管１０ｂの温度は内管１０ａの温度に対し十分に高い値に維持される。しかしながら、真空層１０ｃの真空度は船舶１の長期運用等に起因して低下することがあり、このような真空度の低下が起きると、内管１０ａと外管１０ｂとの間の熱伝達が促進されて、外管１０ｂと内管１０ａとの温度差が縮小する。極端な例では、外管１０ｂの温度が内管１０ａの内部の液化水素の温度である－２５３℃以下に近い温度まで低下することが起こり得る。
　ここで、既述の通り、水素配管１０は単位管１０Ａを複数つなぎ合わせた構造を有し、真空層１０ｃの真空度は単位管１０Ａごとに区分けして維持される。このため、真空度は水素配管１０の全長において一律に低下するわけではなく、各単位管１０Ａによって真空度の低下度合いは異なることがある。このため、外管１０ｂの温度が液化水素Ｌに近い温度まで低下したとしても、そのような現象は、１又は２以上の特定の単位管１０Ａ、換言すれば水素配管１０の一部に限定して起きるのが通常である。このような事情から、以下では、水素配管１０の一部であってその表面温度が液化水素Ｌに近い温度まで低下した部分のことを、特に温度低下部と称するものとする。水素配管１０に温度低下部が生じた場合、単位管１０Ａごとに配置された複数の検出器１３のうち、温度低下部に対応した単位管１０Ａに配置された特定の検出器１３で検出された真空層１０ｃの真空度が許容範囲を外れることになる。
　水素配管１０に温度低下部が生じた場合、当該温度低下部に対応した単位管１０Ａを修理する作業や、新たな単位管１０Ａと交換する作業が、船舶１の乗組員によって行われる。但し、このような作業が完了する前に、水素配管１０の温度低下部では、空気中の窒素や酸素が外管１０ｂの表面で凝縮し、液化空気が形成される可能性がある。このような液化空気が外管１０ｂの表面をつたって、温度低下部の下方に位置するタンクカバー４に滴下された場合、タンクカバー４が液化空気により顕著に冷却される。タンクカバー４は、通常、一般的な構造用軟鋼により構成されるので、液化空気により冷却されると、温度低下に起因して脆くなる低温脆化が生じ得る。
　この問題に鑑みて、本実施形態では、タンクカバー４の上面に海水の貯留が可能な各貯留領域ＡＲが貯留領域区画部材２０によって区画される。制御装置９が各検出器１３の検出結果に基づいて海水供給装置８及び各開閉弁８ｃを制御し、タンクカバー４上に区画された各貯留領域ＡＲに海水が貯留される。この状態では、水素配管１０から滴下された液化空気を各貯留領域ＡＲに貯留された海水によって的確に受け止めて迅速に蒸発させることができる。このため、液化空気がタンクカバー４まで到達して当該タンクカバー４が顕著に冷却されるような事態が起き難くなるので、タンクカバー４を低温脆化から適切に保護することができる。
　更に、各貯留領域ＡＲに貯留される蒸発促進液体としての海水は、海上を走行する船舶１においては調達が容易であるとともに、滴下された液化空気を迅速に蒸発させることができる。
　また、本実施形態では、貯留領域区画部材２０は、タンクカバー４の上面に、水素配管１０の管軸方向Ｘに沿って複数の貯留領域ＡＲを区画する。具体的に、貯留領域区画部材２０は、水素配管１０を構成する各単位管１０Ａの下方に各貯留領域ＡＲが位置するように、タンクカバー４の上面に複数の貯留領域ＡＲを区画する。ここで、例えば複数の単位管１０Ａのうちの一部の単位管１０Ａで大幅な温度低下が生じた場合、つまり管軸方向Ｘにおける水素配管１０の一部で大幅な温度低下が生じ、その温度低下が生じた温度低下部において液化空気が形成された場合を想定する。この場合、温度低下部に対応した単位管１０Ａに配置された特定の検出器１３で検出された真空層１０ｃの真空度が許容範囲を外れる。制御装置９は、特定の検出器１３の検出結果に基づいて、温度低下部としての単位管１０Ａに対応した特定の海水流通副配管８ｂに設けられる開閉弁８ｃを開放し他の開閉弁８ｃを閉鎖するように制御するとともに、海水供給装置８を制御する。
　このような制御装置９の制御に基づく海水供給装置８の作動によって汲み上げられた海水は、海水流通主配管８ａ及び特定の海水流通副配管８ｂを流通する。特定の海水流通副配管８ｂを流通する海水は、当該特定の海水流通副配管８ｂと連通する貯留領域ＡＲであって、温度低下部に対応した単位管１０Ａの下方に位置する特定の貯留領域ＡＲに流入して貯留される。これにより、水素配管１０の一部の温度低下部から滴下された液化空気を、タンクカバー４の上面に区画された特定の貯留領域ＡＲに貯留された海水によって的確に受け止めて蒸発させることができる。このため、タンクカバー４を低温脆化から適切に保護することができる。
　また、水素配管１０の温度低下部では、外管１０ｂの温度が液化水素Ｌに近い温度まで低下するので、仮にこのような温度低下部に支持部材３０が設けられていた場合、当該温度低下部からの熱伝導により支持部材３０が顕著に冷却される。特に、支持部材３０の中でも水素配管１０と接触する座部３１及び固定具３３が顕著に冷却される。仮に支持部材３０の材質がタンクカバー４と同様の一般的な構造用軟鋼であったとすると、支持部材３０が低温脆化により脆くなって、水素配管１０が適切に支持されなくなる可能性がある。この問題に鑑みて、本実施形態では、支持部材３０の材質が極低温の条件でも脆化し難い低温用鋼とされる。このため、支持部材３０が顕著に冷却されたとしても、支持部材３０の低温脆化を十分に抑制することができ、当該支持部材３０による水素配管１０の支持強度を良好に維持することができる。
　以上、本開示の実施形態に係る極低温液体用配管構造及び船舶について説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採用することができる。
　上記実施形態では、貯留領域区画部材２０が、タンクカバー４の上面に水素配管１０の管軸方向Ｘに沿って複数の貯留領域ＡＲを区画する構成について説明したが、これに代えて、図７のような貯留領域区画部材２０の構成を採用してもよい。すなわち、この図７の変形例では、貯留領域区画部材２０は、タンクカバー４の上面に、水素配管１０が配索される領域の全域に対応して１つの貯留領域ＡＲを区画する。これにより、タンクカバー４の上方において水素配管１０が適宜湾曲しつつ延びるように配索され、その配管レイアウトが複雑化された場合であっても、また、水素配管１０の複数箇所で大幅な温度低下が起きたとしても、各温度低下部で発生した液化空気の滴下を、タンクカバー４上に区画された１つの貯留領域ＡＲに貯留された海水によって的確に受け止めて蒸発させることができる。
　また、水素配管１０の中でも特に真空層１０ｃの真空度が低下し易い場所が予め分かっているような場合には、このような場所の下方の位置に限定的に貯留領域ＡＲが区画されるように貯留領域区画部材２０を設けてもよい。
　上記実施形態では、貯留領域区画部材２０が、複数の縦フレーム材２１及び横フレーム材２２によって枠状に形成される構造を例示したが、このような構造に限定されるものではない。例えば、貯留領域区画部材２０は、上面が開口した箱状の容器によって構成されてもよい。このような容器からなる貯留領域区画部材２０を、以下では「貯留領域区画容器」と称する。貯留領域区画容器は、上記の縦フレーム材２１及び横フレーム材２２に相当する周壁と、当該周壁の下端に接続される底壁とを有するものとなる。貯留領域区画容器は、底壁がタンクカバー４の上面に接するように配置された状態で、周壁及び底壁で囲まれた領域を貯留領域ＡＲとして区画する。貯留領域区画容器は、海水の貯留前に水素配管１０から液化空気が滴下されたとしても、当該液化空気を底壁によって受け止めて蒸発させることができる。これにより、貯留領域ＡＲにおける海水の貯留前に水素配管１０から滴下した液化空気がタンクカバー４まで到達するのを防止し、当該タンクカバー４を低温脆化から適切に保護することができる。
　また、貯留領域区画容器は、オーステナイト系ステンレス鋼などの低温用鋼によって構成されるのが望ましい。これにより、水素配管１０から貯留領域区画容器の底壁に液化空気が滴下された場合に生じ得る貯留領域区画容器の低温脆化を抑制することができる。
　上記実施形態では、タンクカバー４の上面に区画された各貯留領域ＡＲに、海水を供給して貯留させる構造を例示したが、このような構造に限定されるものではない。例えば、雨水を溜める水タンクを船体２に設置し、その水タンクから各貯留領域ＡＲに水を供給して貯留させる構造であってもよい。
　上記実施形態では、船舶１におけるタンクカバー４の上方に水素配管１０が配設された構造を例示したが、水素配管１０はタンクカバー４の上方だけでなく甲板７の上方にも配設され得るし、貨物機器室等の室内にも配設され得る。このようにタンクカバー４の上方以外の場所に水素配管が配設される場合についても、タンクカバー４の上方以外の場所に貯留領域区画部材２０を配置し、上記実施形態と同様の支持部材３０による支持構造を適用することが可能である。
　上記実施形態では、水素配管１０として、内管１０ａと外管１０ｂとを有しかつ両者の間に真空層１０ｃが形成された二重管を採用したが、真空層のない非二重構造の配管を低温配管として用いることも可能である。例えば、低温用鋼からなる主管とその外面に形成されたウレタン層などの断熱層とを備えたものを上記低温配管として用いることが可能である。
　上記実施形態では、常圧での沸点が－２５３℃である液化水素Ｌを貯留、運搬する船舶１に本開示の配管構造を適用した例について説明したが、これに限定されるものではない。本開示の配管構造が適用可能な船舶は、常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留するものであればよく、その限りにおいて種々の船舶に本開示の配管構造を適用可能である。例えば、常圧での沸点が－２６９℃である液化ヘリウムや、常圧での沸点が－１９６℃である液化窒素を貯留する船舶にも、本開示の配管構造を同様に適用することが可能である。
　以上説明した実施形態及び変形例には以下の開示が含まれる。
　本開示の一の局面に係る極低温液体用配管構造は、常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留する船舶に適用される配管構造であって、前記船舶の構造材から上方に離れた位置で当該構造材に沿って配索され、前記極低温液体が流通する低温配管と、前記構造材上に配置され、前記低温配管の表面に液化空気が形成された場合に当該液化空気の滴下を受け止めて蒸発させる蒸発促進液体の貯留が可能な貯留領域を、前記構造材上に区画する貯留領域区画部材と、を備える。
　常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体が流通する低温配管は、少なくともその一部の表面温度が極低温液体に近い温度にまで低下する可能性がある。低温配管において大幅な温度低下が生じた温度低下部では、その表面において空気中の窒素や酸素が凝縮し、液化空気が形成される可能性がある。このような液化空気が低温配管の表面をつたって、低温配管の下方に位置する船舶の構造材に滴下された場合、構造材が液化空気により顕著に冷却される。船舶の構造材は、通常、一般的な構造用軟鋼により構成されるので、液化空気により冷却されると、温度低下に起因して脆くなる低温脆化が生じ得る。この問題に鑑みて、本開示では、構造材の上面に、蒸発促進液体の貯留が可能な貯留領域が貯留領域区画部材によって区画される。構造材上の貯留領域に蒸発促進液体が貯留された状態では、低温配管から滴下された液化空気を蒸発促進液体によって的確に受け止めて蒸発させることができる。これにより、液化空気が船舶の構造材まで到達するのを十分に高い確率で防止でき、当該構造材を低温脆化から適切に保護することができる。
　上記の極低温液体用配管構造において、前記蒸発促進液体は、海水であってもよい。海水は、海上を走行する船舶においては調達が容易であるとともに、滴下された液化空気を迅速に蒸発させることができる。
　上記の極低温液体用配管構造において、前記貯留領域区画部材は、前記構造材上に、前記低温配管の管軸方向に沿って複数の前記貯留領域を区画する構成であってもよい。
　この態様では、管軸方向において低温配管の一部で大幅な温度低下が生じ、その温度低下が生じた温度低下部において液化空気が形成された場合に、構造材上に区画された複数の貯留領域のうち、前記温度低下部に対応した特定の貯留領域のみに蒸発促進液体を貯留させればよい。この場合、低温配管の一部の温度低下部から滴下された液化空気を、構造材上に区画された特定の貯留領域に貯留された蒸発促進液体によって的確に受け止めて蒸発させることができる。これにより、構造材を低温脆化から適切に保護することができる。
　上記の極低温液体用配管構造において、前記貯留領域区画部材は、前記構造材上に、前記低温配管が配索される領域の全域に対応して１つの前記貯留領域を区画する構成であってもよい。
　この態様では、構造材の上方において低温配管が適宜湾曲しつつ延びるように配索され、その配管レイアウトが複雑化された場合であっても、また、低温配管の複数箇所で大幅な温度低下が起きたとしても、各温度低下部で発生した液化空気の滴下を、構造材上に区画された１つの貯留領域に貯留された蒸発促進液体によって的確に受け止めて蒸発させることができる。
　上記の極低温液体用配管構造は、前記構造材から上方に離れた位置に前記低温配管を支持し且つ当該低温配管に接触する支持部材を、更に備え、前記支持部材は、前記構造材よりも低温脆化が起こり難い低温用鋼により構成されていてもよい。
　低温配管に大幅な温度低下が起きた場合、当該低温配管を支持する支持部材は、低温配管からの熱伝導により顕著に冷却され得る。この場合、仮に支持部材の材質が船舶の構造材と同じ材質であったとすると、支持部材が低温脆化により脆くなって、低温配管が適切に支持されなくなる可能性がある。この問題に鑑みて、支持部材の材質が前記構造材よりも低温脆化の起こり難い低温用鋼とされる。このため、支持部材が顕著に冷却されたとしても、支持部材の低温脆化を十分に抑制でき、当該支持部材による低温配管の支持強度を良好に維持することができる。
　本開示の他の局面に係る船舶は、常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留する船舶であって、所定の構造材を有する船体と、上記の極低温液体用配管構造と、前記貯留領域区画部材によって前記構造材上に区画された前記貯留領域に、前記蒸発促進液体を供給することが可能な供給装置と、を備える。
　この船舶によれば、低温配管の表面に液化空気が形成された場合に、構造材上に区画された貯留領域に供給装置から蒸発促進液体を供給することができる。これにより、低温配管から滴下された液化空気を、構造材上の貯留領域に貯留された蒸発促進液体によって的確に受け止めて蒸発させることができる。このため、船体を構成する構造材を低温脆化から保護することができる。
　上記の船舶は、前記低温配管の表面における液化空気の形成の指標値を検出する検出器と、前記検出器で検出された前記指標値が予め設定された許容範囲を外れた場合に、前記貯留領域に前記蒸発促進液体が貯留されるように前記供給装置を制御する制御装置と、を更に備える構成であってもよい。
　この態様では、検出器で検出された指標値が所定の許容範囲を外れた場合、低温配管の表面に液化空気が形成される可能性が高まる。このような場合に制御装置は、供給装置を制御し、構造材上に区画された貯留領域に蒸発促進液体を供給させる。これにより、低温配管から滴下された液化空気を、構造材上の貯留領域に貯留された蒸発促進液体によって的確に受け止めて蒸発させることができる。

Claims (7)

  1. 　常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留する船舶に適用される配管構造であって、
    　前記船舶の構造材から上方に離れた位置で当該構造材に沿って配索され、前記極低温液体が流通する低温配管と、
    　前記構造材上に配置され、前記低温配管の表面に液化空気が形成された場合に当該液化空気の滴下を受け止めて蒸発させる蒸発促進液体の貯留が可能な貯留領域を、前記構造材上に区画する貯留領域区画部材と、を備える、極低温液体用配管構造。
  2. 　前記蒸発促進液体は、海水である、請求項１に記載の極低温液体用配管構造。
  3. 　前記貯留領域区画部材は、前記構造材上に、前記低温配管の管軸方向に沿って複数の前記貯留領域を区画する、請求項１又は２に記載の極低温液体用配管構造。
  4. 　前記貯留領域区画部材は、前記構造材上に、前記低温配管が配索される領域の全域に対応して１つの前記貯留領域を区画する、請求項１又は２に記載の極低温液体用配管構造。
  5. 　前記構造材から上方に離れた位置に前記低温配管を支持し且つ当該低温配管に接触する支持部材を、更に備え、
    　前記支持部材は、前記構造材よりも低温脆化が起こり難い低温用鋼により構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の極低温液体用配管構造。
  6. 　常圧での沸点が－１９６℃以下の極低温液体を貯留する船舶であって、
    　所定の構造材を有する船体と、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の極低温液体用配管構造と、
    　前記貯留領域区画部材によって前記構造材上に区画された前記貯留領域に、前記蒸発促進液体を供給することが可能な供給装置と、を備える、船舶。
  7. 　前記低温配管の表面における液化空気の形成の指標値を検出する検出器と、
    　前記検出器で検出された前記指標値が予め設定された許容範囲を外れた場合に、前記貯留領域に前記蒸発促進液体が貯留されるように前記供給装置を制御する制御装置と、を更に備える、請求項６に記載の船舶。
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