WO2025105378A1 - 低温流体用配管 - Google Patents

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WO2025105378A1
WO2025105378A1 PCT/JP2024/040211 JP2024040211W WO2025105378A1 WO 2025105378 A1 WO2025105378 A1 WO 2025105378A1 JP 2024040211 W JP2024040211 W JP 2024040211W WO 2025105378 A1 WO2025105378 A1 WO 2025105378A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas barrier
end seal
layer
welded
piping
Prior art date
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Pending
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PCT/JP2024/040211
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English (en)
French (fr)
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大貴 久山
康一 佐々木
和子 清水
和成 津留
洋介 饗場
誠治 山内
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/14—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems

Definitions

  • This disclosure relates to low-temperature fluid piping for transporting low-temperature fluid.
  • Pipes carrying low-temperature fluids are insulated.
  • insulation is wrapped around the pipes, and the insulation is then covered with a gas barrier.
  • the insulation reduces the amount of heat input to the pipes.
  • the gas barrier prevents outside air from entering the insulation, reducing the generation of liquefied air.
  • the insulation layer is removed to expose the pipe.
  • End seals are attached to the ends of the insulation at the exposed parts of the pipe, as in Patent Document 1, for example.
  • the end seals prevent outside air from entering the insulation from its ends.
  • the sealing ability of the end seal needs to be maintained for a long period of time.
  • the sealing ability of the end seal can be reduced due to breakage or gaps caused by differences in thermal contraction between the end seal and the mating member with which it comes into contact.
  • the objective of this disclosure is to provide piping for low-temperature fluids that can maintain the sealing properties of the end seals.
  • a low-temperature fluid pipe includes a metal pipe body through which a low-temperature fluid passes, an end seal protruding radially outward from the outer circumferential surface of the pipe body, an insulating layer surrounding the pipe body and including a layer end portion facing the end seal, and a gas barrier surrounding the insulating layer and including a welded portion welded to the end seal.
  • This disclosure makes it possible to provide piping for low-temperature fluids that can maintain the sealing performance of the end seal.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a cryogenic fluid pipe according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cryogenic fluid piping of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the welded portion between the end seal and the gas barrier, with an enlarged cross-sectional view of the welded portion added.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of a gas barrier construction process.
  • FIG. 5A is a perspective view showing another example of a gas barrier construction process.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line VB-VB in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a cryogenic fluid pipe according to the present disclosure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a cryogenic fluid pipe according to the present disclosure.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of a cryogenic fluid pipe according to the present disclosure
  • the cryogenic fluid piping of the present disclosure is a piping through which a cryogenic fluid is passed for the purpose of transportation or the like.
  • the cryogenic fluid includes cryogenic fluids such as liquefied natural gas (LNG) and also cryogenic fluids whose liquefaction temperature is even lower.
  • a cryogenic fluid is a fluid in a temperature range that liquefies the surrounding air, or a fluid in a temperature range that liquefies the oxygen or nitrogen contained in the surrounding air.
  • the cryogenic fluid is liquefied hydrogen, liquefied helium, or the like.
  • the cryogenic fluid may be hydrogen gas, helium gas, or the like in a cryogenic temperature range.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view showing a cryogenic fluid pipe 1 according to a first embodiment of the present disclosure
  • Fig. 2 is a perspective view of the cryogenic fluid pipe 1 of Fig. 1.
  • the cryogenic fluid pipe 1 includes a pipe body 2, a thermal insulation layer 3, an end seal 4, and a gas barrier 5.
  • the gas barrier 5 includes a welded portion 6.
  • the pipe body 2 is covered with the thermal insulation layer 3.
  • the thermal insulation layer 3 is covered with the gas barrier 5.
  • ⁇ Description of each part of the low-temperature fluid piping> 1 and 2 show a terminal portion of a cryogenic fluid pipe 1 where an intermediate connection or end treatment is performed.
  • a predetermined length of the pipe body 2 is exposed in the tube axis direction AX beyond the insulating layer 3.
  • a predetermined region in the tube axis direction AX including a layer end portion 31 which is an edge of the insulating layer 3 is exposed and not covered by a gas barrier 5.
  • the portion of the insulating layer 3 which is not covered by the gas barrier 5 is covered by an end seal 4.
  • the exposed portions of the pipe body 2 and the end seal 4 are covered by an insulating cover 7.
  • the insulating cover 7 is a member which insulates the intermediate connection portion or the end portion of the cryogenic fluid pipe 1.
  • the insulating cover 7 is detachably attached to the intermediate connection portion or the end portion.
  • the piping body 2 is a metallic cylindrical body through which a low-temperature fluid passes.
  • the piping body 2 has a cylindrical passage 2H sealed inside.
  • a single pipe made of stainless steel or aluminum can be used as the piping body 2.
  • a low-temperature fluid passes through the passage 2H of the piping body 2 for the purpose of transferring, storing, and keeping the low-temperature fluid cold.
  • a vacuum insulated multi-wall pipe may be used for transferring a low-temperature fluid, particularly for transferring an extremely low-temperature fluid such as liquefied hydrogen. As described later in FIG. 7, the present disclosure does not exclude the use of a vacuum insulated multi-wall pipe as a pipe through which a low-temperature fluid passes.
  • the piping body 2 made of a metallic single pipe is used, the work of establishing and releasing a vacuum environment is not required when forming and dismantling an intermediate connection part or an end part of the low-temperature fluid pipe 1, and the amount of construction work can be reduced.
  • the weight of the low-temperature fluid pipe 1 can be reduced compared to, for example, a vacuum insulated multi-wall pipe.
  • the insulating layer 3 surrounds the pipe body 2 and insulates the pipe body 2.
  • the material of the insulating material used for the insulating layer 3 can be a petroleum-based synthetic rubber material such as ethylene propylene rubber, an organic polymer material such as polyurethane foam or polyethylene foam, a fiber material such as glass fiber or glass wool, or an inorganic material such as perlite, foam glass, or aerogel.
  • the insulating layer 3 can be formed of multiple types of insulating materials or a single insulating material, and may include a material that does not have an insulating function.
  • the insulating layer 3 can be formed around the pipe body 2 in a form in which a sheet-like insulating material is wrapped around the outer periphery of the pipe body 2.
  • the end seal 4 covers the exposed portion near the end of the insulation layer 3.
  • the end seal 4 can be made of, for example, stainless steel or aluminum. It is preferable to make the pipe body 2 and the end seal 4 from the same metal material. In this case, the thermal expansion coefficients of both are the same, and the internal stress of the pipe body 2 and the end seal 4 that occurs due to temperature changes can be suppressed.
  • the end seal 4 includes a plate portion 41 and a tube portion 42.
  • the plate portion 41 includes a hole portion 4H through which the piping body 2 penetrates, and has a disk shape extending radially outward from the piping body 2. In other words, the plate portion 41 protrudes radially outward from the outer circumferential surface of the piping body 2 when attached to the piping body 2.
  • the layer end portion 31 of the insulation layer 3 has a cross section that faces parallel to the plate portion 41. The plate portion 41 abuts against the layer end portion 31. In this embodiment, the plate portion 41 is attached to the outer circumferential surface of the piping body 2 by welding.
  • the plate portion 41 is welded to the piping body 2 at the periphery of the hole portion 4H with the piping body 2 inserted through the hole portion 4H.
  • the plate portion 41 may be made integral with the piping body 2 by machining or the like.
  • the cylindrical portion 42 extends in the pipe axis direction AX of the pipe body 2 and has a cylindrical shape surrounding the pipe body 2.
  • the cylindrical portion 42 covers a portion of a predetermined length in the pipe axis direction AX from the layer end portion 31 of the insulation layer 3.
  • the cylindrical portion 42 includes one end 421 located on the plate portion 41 side and the other end 422 located on the edge 5E side of the gas barrier 5.
  • the inner surface of the one end 421 is welded to the outer surface of the plate portion 41.
  • the welded portion of the inner surface of the one end 421 may be the one end region including the one end 421 and the vicinity of the one end 421.
  • the cylindrical portion 42 may be formed as a cylindrical portion 42 integral with the plate portion 41 by machining or the like.
  • the other end 422 extends beyond the edge 5E of the gas barrier 5 and enters the inside of the gas barrier 5 in the direction from the plate portion 41 in the pipe axis direction AX toward the gas barrier 5.
  • the other end region, including the other end 422 and the vicinity of the other end 422 that overlaps with the gas barrier 5, is welded to the gas barrier 5.
  • the gas barrier 5 surrounds the insulating layer 3 and isolates it from the outside air. In other words, the gas barrier 5 covers the outer peripheral surface of the insulating layer 3, thereby preventing outside air from entering the insulating layer 3.
  • a non-breathable metal-resin composite sheet, a resin sheet, a metal sheet, or the like can be used as the gas barrier 5. Specific examples of preferred gas barriers 5 will be described later with reference to FIG. 3.
  • the gas barrier 5 includes a welded portion 6 that is welded to the end seal 4.
  • the insulating layer 3 at the end portion that is not covered by the gas barrier 5 is covered by the end seal 4 as described above.
  • the welded portion 6 joins the gas barrier 5 and the tubular portion 42 of the end seal 4 so as to be airtight.
  • the welded portion 6 is a joint where the constituent material of the gas barrier 5 and the constituent material of the end seal 4 are in direct contact with each other and joined together without using any intermediate material such as adhesive.
  • a gap may occur at the contact area between the gas barrier 5 and the end seal 4 due to the difference in thermal expansion coefficient between the two.
  • the insulation layer 3 is sealed by the outer circumferential surface of the pipe body 2, the end seal 4, and the gas barrier 5. Therefore, the intrusion of outside air into the insulation layer 3 can be suppressed for a long period of time.
  • the low-temperature fluid passed through the pipe body 2 is liquefied hydrogen, if air intrudes into the insulation layer 3, liquefied air may be generated by the cold heat from the pipe body 2.
  • the insulation layer 3 since the insulation layer 3 is sealed, the generation of liquefied air can be suppressed.
  • the mechanical strength can be increased compared to when the gas barrier 5 and the end seal 4 are joined with an adhesive.
  • the gas barrier 5 includes a resin layer in the surface layer portion that becomes the welded portion 6, and the resin layer is welded to the end seal 4.
  • the gas barrier 5 is made of a flexible film formed by laminating an aluminum foil and a resin film.
  • the gas barrier 5 includes, for example, an outer resin layer 51, an inner resin layer 52, a first aluminum foil layer 53, a second aluminum foil layer 54, and an adhesive layer 55. Note that the number of resin layers and the number of aluminum foil layers included in the gas barrier 5 are merely examples.
  • the outer resin layer 51 is located at the outermost layer of the gas barrier 5 when the gas barrier 5 is attached to the insulation layer 3.
  • the outer side when the gas barrier 5 is attached to the insulation layer 3 refers to the side from the insulation layer 3 to the gas barrier layer in the radial direction of the low-temperature fluid pipe 1, and the inner side refers to the opposite side.
  • the outer resin layer 51 functions as a protective layer that protects, for example, the insulation layer 3 from external forces.
  • a resin film such as nylon or polyethylene terephthalate can be used.
  • an engineering plastic may be used as the outer resin layer 51.
  • a thermoplastic resin may be used as the outer resin layer 51.
  • the inner resin layer 52 is located at the innermost layer of the gas barrier 5 when the gas barrier 5 is attached to the insulating layer 3.
  • the inner resin layer 52 is a layer that comes into contact with the tubular portion 42 of the end seal 4, and is a layer that forms the welded portion 6 by thermal welding.
  • a thermoplastic resin film such as polyethylene or polypropylene can be used as the inner resin layer 52. If fire resistance is required for the inner resin layer 52, an engineering plastic may be used as the inner resin layer 52.
  • the adhesive layer 55 is disposed between the outer resin layer 51 and the first aluminum foil layer 53, between the first aluminum foil layer 53 and the second aluminum foil layer 54, and between the second aluminum foil layer 54 and the inner resin layer 52, respectively, and bonds these adjacent layers together.
  • the adhesive layer 55 may be an adhesive or a thermoplastic resin film for heat welding. When the latter is used as the adhesive layer 55, the thermoplastic resin film is heated to a temperature above the melting point of the resin material during the manufacture of the gas barrier 5, and heat-welded to the adjacent layers.
  • the heat welding referred to in this embodiment is performed by melting at least one of the two joining parts to be joined by heating, and bringing the joining parts into contact with each other. The joining parts are then cooled while still in contact with each other, thereby joining the joining parts to each other. When bringing the joining parts into contact with each other, the joining parts may be pressed against each other to apply pressure.
  • the gas barrier 5 is made of a flexible film laminated with metal foil and resin film, as in this embodiment, the following advantages are obtained.
  • the gas barrier 5 can be joined to the end seal 4 at the welded portion 6 by heat welding.
  • the gas barrier 5 can be heat-welded to the end seal 4 simply by applying heat equal to or higher than the melting point of the constituent resin of the inner resin layer 52. Therefore, the construction work is relatively easy.
  • the joining is by welding, the joint between the gas barrier 5 and the end seal 4 is also airtight.
  • the flexible film laminated with metal foil and resin film is a relatively lightweight material, the weight of the low-temperature fluid piping 1 can be reduced compared to, for example, a vacuum insulated multi-wall pipe.
  • the use of the flexible film also contributes to durability and excellent maintainability.
  • the inside of the gas barrier 5 becomes colder and negative pressure is created due to the condensation of the air.
  • the welded portion 6 provides high airtightness, so the inside of the gas barrier 5 is more easily negatively pressurized. This negative pressure causes a stress to act on the gas barrier 5, pulling it radially inward. If the gas barrier 5 is a relatively rigid structure, there is a concern that the gas barrier 5 will be damaged by this stress. However, if the gas barrier 5 is made of the flexible film, it can flexibly follow and deform even when subjected to the stress associated with negative pressure, and has excellent durability.
  • the gas barrier 5 when the gas barrier 5 is made of a flexible film, defects such as pinholes and tears that occur in the gas barrier 5 are easy to find. As described above, when a low-temperature fluid is circulated through the piping body 2, the gas barrier 5 is deformed by the negative pressure. However, if the above-mentioned defect occurs, the airtightness is destroyed and the gas barrier 5 does not deform. In other words, if the gas barrier 5 does not deform due to the negative pressure, it can be assumed that some kind of defect has occurred in the gas barrier 5. Therefore, maintainability can be improved.
  • ⁇ Formation of rough surface layer on end seal> 3 shows an enlarged view of a more preferred embodiment of the welded portion 6.
  • the end seal 4 has a rough surface layer 43 in the area facing the welded portion 6.
  • the area of the end seal 4 facing the welded portion 6 may be a smooth surface, but by forming the rough surface layer 43 in the welded portion 6, the bonding strength between the end seal 4 and the gas barrier 5, as well as the airtightness of the welded portion 6, can be further improved.
  • the rough surface layer 43 is formed on the outer peripheral surface of the tube portion 42 in the region near the other end 422 of the tube portion 42, and includes a number of minute protrusions 44 and recesses 45.
  • the recesses 45 desirably have a wedge-shaped cross-sectional shape that is wide near the bottom surface and narrow near the opening.
  • the molten portion 52A of the inner resin layer 52 that melted during the thermal welding process enters the recesses 45. Due to the characteristics described above, the engagement between the molten portion 52A and the recesses 45 creates an anchor effect, and the rough surface layer 43 and the welded portion 6 are firmly joined.
  • the rough surface layer 43 can be formed by chemical etching using a chemical solution, shot blasting with fine particles, sanding using a roughening tool, or the like.
  • the above-mentioned chemical etching is performed by immersing the area near the other end 422 of the tube portion 42 in a phosphate-based chemical solution for a predetermined period of time.
  • the end seal 4 covers the exposed portion from the gas barrier 5 near the layer end 31 of the insulation layer 3. Attachment of the end seal 4 suppresses the generation of liquefied air associated with the intrusion of outside air into the insulation layer 3.
  • the shape characteristics of the end seal 4 in this embodiment have the advantage of suppressing heat transfer from the piping body 2 to the gas barrier 5, as well as heat input from the gas barrier 5 to the piping body 2.
  • the end seal 4 covers the exposed portion of the insulation layer 3 as described above, and therefore is also a member that connects the pipe body 2 and the gas barrier 5. For this reason, the end seal 4 can be a heat transfer path between the pipe body 2 and the gas barrier 5. In other words, the cold heat of the pipe body 2 during the flow of liquid hydrogen can be transferred to the gas barrier 5 through the end seal 4. In this case, the temperature of the welded portion 6 between the end seal 4 and the gas barrier 5 decreases, which may cause the gas barrier 5 to peel off. Conversely, the gas barrier 5 exposed to the outside air becomes a heat source, and heat may be input from the gas barrier 5 to the pipe body 2 through the end seal 4. In this case, boil-off gas of the liquefied hydrogen may be generated within the pipe body 2.
  • the end seal 4 includes a disk-shaped plate portion 41 and a tubular portion 42 extending in the tube axis direction AX of the piping body 2.
  • FIG. 1 also shows the heat transfer path HP of the end seal 4. Since the end seal 4 includes not only the plate portion 41 but also the tubular portion 42, the heat transfer path HP also has a portion extending in the tube axis direction AX. In other words, the heat transfer path HP is longer by the length of the tubular portion 42 than when the end seal 4 is composed of only the portion corresponding to the plate portion 41.
  • the low-temperature fluid piping 1 of the present disclosure has the layer end portion 31 of the insulating layer 3 protrude in the tube axis direction AX beyond the edge 5E of the gas barrier 5, and the end seal 4 is provided with a tubular portion 42 that covers the protruding portion. Since the low-temperature fluid piping 1 of the present disclosure has a long heat transfer path HP as described above, the cold heat of the piping body 2 is less likely to be transferred to the gas barrier 5. This prevents the gas barrier 5 from peeling off due to cooling of the welded portion 6. It also prevents heat input from the gas barrier 5 to the pipe body 2.
  • the end seal 4 is provided with a cylindrical portion 42 to lengthen the heat transfer path HP.
  • a cylindrical portion shaped like a bellows or a cylindrical portion with a rectangular cross section and continuous projections and recesses may be used to lengthen the heat transfer path HP of the low-temperature fluid piping 1.
  • the insulation layer 3 is covered with the gas barrier 5, the plate portion 41 of the end seal 4 is joined to the piping body 2 by welding, and the other end 422 of the tubular portion 42 is joined to the gas barrier 5 by a welding portion 6. Therefore, the insulation layer 3 is disposed in a space sealed by the outer peripheral surface of the piping body 2, the end seal 4, and the gas barrier 5. In other words, the insulation layer 3 is disposed in a space with a high airtightness. Therefore, the space in which the insulation layer 3 is disposed may be reduced in pressure.
  • the insulating effect of the insulating layer 3 can be further improved.
  • drawing a vacuum to reduce the pressure in the space in which the insulating layer is placed can cause problems with outgassing from the adhesive.
  • the end seal 4 and the gas barrier 5 are joined with the welded portion 6, so the problem of outgassing does not occur.
  • ⁇ Gas barrier construction process> 4 is a perspective view showing an example of a process for applying the gas barrier 5.
  • the process includes steps P1 to P3, which are executed in sequence.
  • step P1 the insulation layer 3 is mounted on the piping body 2, and an end seal 4 is attached to an end portion 31 of the insulation layer 3.
  • step P2 a sheet-like gas barrier 5 is prepared.
  • the gas barrier 5 has a size that allows the exposed insulation layer 3 to be circumferentially wrapped.
  • the gas barrier 5 is wound around the insulation layer 3 so that an end region in the pipe axis direction AX overlaps with a part of the tubular portion 42 of the end seal 4.
  • the gas barrier 5 is welded.
  • An overlapping portion is formed by overlapping one end 501 and the other end 502 of the gas barrier 5 in the circumferential direction.
  • the overlapping portion is heated to heat-weld the inner resin layers 52 shown in FIG. 3, that is, the inner resin layer 52 at the one end 501 and the inner resin layer 52 at the other end 502.
  • an axial welded portion 61 extending in the tube axis direction AX is formed in the gas barrier 5.
  • one of the inner resin layers 52 at the one end 501 and the other end 502 may be heat-welded to the outer resin layer 51 at the other end 501.
  • the gas barrier 5 may be wrapped around the insulating layer 3 so that the one end 501 and the other end 502 overlap in the radial direction, and the overlapping portion of the one end 501 and the other end 502 may be heated and heat-welded.
  • the end of the gas barrier 5 in the tube axis direction AX is heat welded to the end seal 4, forming a circumferentially extending welded portion 6.
  • the formation of the circumferential welded portion 6 and the axial welded portion 61 increases the airtightness of the gas barrier 5.
  • one end 501 and the other end 502 of the gas barrier 5 may be heat-welded in advance to form a cylindrical shape, and then the cylindrical gas barrier 5 may be placed on the insulating layer 3.
  • the insulating layer 3 is wrapped with the gas barrier 5
  • air may be trapped between the outer peripheral surface of the insulating layer 3 and the inner peripheral surface of the gas barrier 5.
  • a process of sucking out the air between the insulating layer 3 and the gas barrier 5 may be performed, and then the gas barrier 5 may be heat-welded to make it airtight.
  • the welding of a part of the circumferential welded portion 6 and the axial welded portion 61 may be left incomplete, and after the air is sucked out from the non-welded portion, the non-welded portion may be heat-welded to make the gas barrier 5 airtight. If the length of the insulating layer 3 in the tube axis direction AX is long, multiple sheet-like gas barriers 5 may be arranged in the tube axis direction AX and connected to each other by heat fusion.
  • FIG. 5A is a perspective view showing another example of the construction process of the gas barrier 5, and FIG. 5B is a cross-sectional view along line VB-VB in FIG. 5A.
  • a sheet-like first gas barrier 5A and second gas barrier 5B are used as the gas barrier 5 that covers the insulating layer 3.
  • the first gas barrier 5A covers one half of the circumferential surface of the insulating layer 3, and the second gas barrier 5B covers the other half.
  • two circumferential ends 503 of the first gas barrier 5A and two circumferential ends 504 of the second gas barrier 5B are butted against each other and heat-welded to form a pair of axial welds 62.
  • the axial welds 62 may be left protruding radially outward, or may be folded along the circumferential surface of the gas barrier 5 and heat-welded or taped.
  • the insulating layer 3 may be wrapped with three or more gas barrier sheets, and adjacent gas barrier sheets may be heat-welded to each other. When the pipe diameter of the piping body 2 is large, the outer diameter of the insulating layer 3 also becomes large. In this case, it may be difficult to wrap the insulating layer 3 with one gas barrier sheet. By wrapping the insulating layer 3 with multiple gas barrier sheets, the construction of the gas barrier 5 can be simplified.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cryogenic fluid pipe 1A of the second embodiment.
  • the cryogenic fluid pipe 1A includes a pipe body 2, a heat insulating layer 3, an end seal 40, and a gas barrier 5.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the end seal 40 does not have a portion corresponding to the cylindrical portion 42 extending in the pipe axis direction AX.
  • the end seal 40 includes a hole 40H through which the piping body 2 passes, and has a disk shape extending radially outward from the piping body 2.
  • the piping body 2 is inserted into the hole 40H, and the periphery of the hole 40H is welded to the piping body 2.
  • the outer surface of the end seal 40 in the pipe axis direction AX is flush with the edge 5E of the gas barrier 5.
  • the inner surface of the end seal 40 in the pipe axis direction AX abuts against the layer end 31 of the insulation layer 3.
  • the exposed portion of the piping body 2 is covered with an insulation cover 7.
  • the outer peripheral edge of the end seal 40 is the part that is welded to the gas barrier 5.
  • the gas barrier 5 has a welded portion 60 on the inner surface near the edge 5E that is welded to the end seal 40.
  • the form of the welded portion 60 is substantially the same as in the first embodiment.
  • the inner resin layer 52 of the gas barrier 5 is thermally welded to the outer peripheral edge of the end seal 40, thereby forming the welded portion 60.
  • the welding of the hole portion 40H and the formation of the welded portion 60 improve the airtightness of the arrangement space of the insulation layer 3 by the end seal 40. Therefore, it is possible to suppress the intrusion of outside air into the insulation layer 3.
  • the outer peripheral edge of the end seal 40 may be a rough surface layer 43 as shown in FIG. 3.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a cryogenic fluid pipe 1B according to a third embodiment.
  • the cryogenic fluid pipe 1B includes an inner pipe 21 as a pipe body, a heat insulating layer 30, an outer pipe 22 as a vacuum jacket, and a gas barrier 50.
  • the inner pipe 21 is a metal pipe through which a cryogenic fluid passes.
  • the outer pipe 22 is disposed coaxially with the inner pipe 21 and covers the inner pipe 21 with a space in the radial direction.
  • the inner pipe 21 and the outer pipe 22 constitute a vacuum double pipe 20. The space between the inner pipe 21 and the outer pipe 22 is depressurized to form a vacuum insulation space.
  • the low-temperature fluid piping 1B includes an exposed portion PA where the outer pipe 22 has been removed and the inner pipe 21 has been exposed.
  • the exposed portion PA is, for example, a portion where the inner pipes 21 are connected to each other in an intermediate connection portion that connects a pair of vacuum double pipes 20.
  • the outer pipe 22 is removed in order to connect the inner pipes 21 to each other by welding or the like, and a predetermined length of the inner pipe 21 is exposed in the pipe axis direction AX.
  • a sealant 221 is attached to the end portion 22E of the outer pipe 22, and the space between the inner pipe 21 and the outer pipe 22 is kept airtight.
  • the insulating layer 30 covers the exposed portion PA of the inner pipe 21 and the vicinity of the end 22E of the outer pipe 22.
  • the insulating layer 30 mainly insulates the inner pipe 21 at the exposed portion PA.
  • the outer pipe 22 covers the outer circumference of the inner pipe 21 other than the exposed portion PA through a reduced pressure space, and insulates the inner pipe 21.
  • the insulating layer 30 can be formed, for example, by winding a sheet-like insulating material on the exposed portion PA so as to straddle the ends 22E of a pair of opposing outer pipes 22. In the third embodiment, as shown by the dotted line in FIG.
  • the sealing material 221 adjacent to the insulating layer 30 in the tube axis direction AX and the end 22E of the outer pipe 22 adjacent to the insulating layer 30 in the radial direction form an end seal 4A that seals the layer end of the insulating layer 30.
  • the gas barrier 50 covers the outer periphery of the insulating layer 30 and isolates the insulating layer 30 from the outside air.
  • the gas barrier 50 may be a non-breathable metal-resin composite sheet, a resin sheet, a metal sheet, or the like.
  • a laminate film of aluminum foil and a resin film as shown in FIG. 3 may be used as the gas barrier 50.
  • the gas barrier 50 includes a welding portion 63 that is welded to the end 22E of the outer tube 22 as the end seal 4A.
  • the welding portion 63 is located at the end 56 of the gas barrier 50 in the tube axis direction AX.
  • the welding portion 63 can be formed in a manner in which the resin layer included in the gas barrier 50 is heat-welded to the surface of the outer tube 22.
  • the area of the end seal 4A facing the welding portion 63 may be processed to have a rough surface layer 43 as shown in FIG. 3.
  • the gas barrier 50 By covering the insulating layer 30 with the gas barrier 50 including the welded portion 63, it is possible to prevent outside air from entering the insulating layer 30.
  • a gap may occur at the contact point between the gas barrier 50 and the outer tube 22 due to the difference in the thermal expansion coefficient between the two.
  • the gas barrier 50 is welded to the outer tube 22 by the welded portion 63. Therefore, even if there is a difference in the thermal expansion coefficient, the airtightness of the contact point between the gas barrier 50 and the outer tube 22 is ensured, and it is possible to prevent outside air from entering the insulating layer 30 for a long period of time.
  • the mechanical strength can be increased compared to when the gas barrier 50 and the outer tube 22 are joined with an adhesive.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cryogenic fluid pipe 1C according to a fourth embodiment.
  • the cryogenic fluid pipe 1C is a pipe connected to a piping device 8, and includes a pipe main body 20A, a heat insulating layer 300, and a gas barrier 50A.
  • the pipe main body 20A is a metal pipe through which a cryogenic fluid passes.
  • the heat insulating layer 300 covers the outer periphery of the pipe main body 20A and insulates the pipe main body 20A.
  • the gas barrier 50A covers the outer periphery of the heat insulating layer 300 and isolates the heat insulating layer 300 from the outside air.
  • the piping equipment 8 is, for example, a pump or compressor that sends liquid hydrogen to the piping body 2, or a heat exchanger that uses liquid hydrogen as a heat medium.
  • the piping equipment 8 is covered with a vacuum jacket 81 to keep it cool or to prevent the generation of liquefied air.
  • the edge 57 of the gas barrier 50A is welded to the vacuum jacket 81.
  • a laminate film of aluminum foil and resin film can be used as the gas barrier 50A, and the edge 57 can be heat welded to the vacuum jacket 81.
  • the portion of the vacuum jacket 81 that abuts against the layer end 310 of the insulating layer 300 serves as an end seal.
  • the insulating layer 300 is made airtight by welding the edge 57 of the gas barrier 50A to the vacuum jacket 81.
  • the low-temperature fluid pipe comprises a metal pipe body through which a low-temperature fluid passes, an end seal protruding radially outward from the outer circumferential surface of the pipe body, an insulating layer surrounding the pipe body and including a layer end portion facing the end seal, and a gas barrier surrounding the insulating layer and including a welded portion welded to the end seal.
  • the insulation layer is surrounded by a gas barrier and the end of the layer is covered by an end seal, so that the intrusion of outside air into the insulation layer can be suppressed.
  • a gap can occur at the contact point between the end seal and the gas barrier due to the difference in the thermal expansion coefficient between the two.
  • the gas barrier includes a welded portion that is welded to the end seal. Therefore, even if there is a difference in the thermal expansion coefficient, the airtightness of the contact point between the end seal and the gas barrier is ensured, and the intrusion of outside air can be suppressed for a long period of time.
  • the mechanical strength can be increased compared to when the end seal and the gas barrier are joined with an adhesive.
  • the low-temperature fluid piping of the second aspect is the low-temperature fluid piping of the first aspect, in which the gas barrier includes a resin layer at least on the surface portion of the welded portion, and the resin layer is welded to the end seal.
  • the resin layer of the gas barrier can be melted to weld the gas barrier to the end seal. This improves the workability of the welded portion compared to welding, etc.
  • the third aspect of the low-temperature fluid piping is the low-temperature fluid piping of the first or second aspect, in which the end seal has a roughened surface layer in the area facing the welded portion.
  • the anchor effect based on the presence of the rough surface layer can further improve the bond strength and airtightness between the end seal and the gas barrier at the welded portion.
  • the low-temperature fluid piping of the fourth aspect is the low-temperature fluid piping of the first to third aspects, in which the insulating layer is sealed by the outer circumferential surface of the piping body, the end seal, and the gas barrier, and is disposed in a reduced-pressure space.
  • the area where the insulating layer is placed is a reduced pressure environment, which can improve the insulating effect on the piping. Furthermore, if the end seal and the gas barrier are joined with an adhesive, outgassing from the adhesive can become a problem when a vacuum is drawn to reduce the pressure in the area where the insulating layer is placed. However, in this aspect, the end seal and the gas barrier are joined by welding, so the problem of outgassing does not occur.
  • the cryogenic fluid piping of the fifth aspect is the cryogenic fluid piping of the first to fourth aspects, in which the end seal has a hole that penetrates the piping body, is a plate-shaped end seal plate portion that extends radially outward from the piping body and is in contact with the layer end portion of the insulating layer, and is a cylindrical end seal tubular portion that surrounds the piping body, is connected to the end seal plate portion at one end region, and has the other end region welded to the welded portion of the gas barrier.
  • not only the end seal plate portion but also the end seal tube portion is interposed between the pipe body and the gas barrier. This lengthens the heat transfer path between the pipe body and the gas barrier, making it difficult for the cold heat of the pipe body to be transferred to the gas barrier. This makes it possible to suppress peeling of the gas barrier due to cooling of the welded portion. It also makes it possible to suppress heat input to the pipe body from the gas barrier exposed to the outside air.
  • the sixth aspect of the low-temperature fluid piping is the low-temperature fluid piping of the first to fifth aspects, in which the low-temperature fluid passed through the piping body is liquefied hydrogen.
  • Liquefied hydrogen has cold energy that generates liquefied air. If the sealing ability of the end seal is reduced and outside air penetrates the insulation layer and comes into contact with the piping body, liquefied air will be generated. According to the sixth aspect, the sealing ability of the end seal is ensured by the welded portion, so the generation of liquefied air can be suppressed.
  • the low-temperature fluid pipe comprises a metal pipe body through which the low-temperature fluid passes, a heat insulating layer covering the outer periphery of a first portion of the pipe body, a vacuum jacket covering the outer periphery of a second portion of the pipe body that is different from the first portion through a reduced pressure space, and a gas barrier covering the outer periphery of the heat insulating layer and including a welded portion welded to the vacuum jacket.
  • the insulating layer is covered with a gas barrier that includes a portion welded to the vacuum jacket, so that the intrusion of outside air into the insulating layer can be suppressed. Gaps can occur at the contact points between the gas barrier and the vacuum jacket due to the difference in the thermal expansion coefficients of the two.
  • the gas barrier includes a welded portion that is welded to the vacuum jacket. Therefore, even if there is a difference in the thermal expansion coefficients, the airtightness of the contact points between the gas barrier and the vacuum jacket is ensured, and the intrusion of outside air can be suppressed for a long period of time.
  • the mechanical strength can be increased compared to when the gas barrier and the vacuum jacket are joined with an adhesive.
  • the low-temperature fluid piping according to the eighth aspect is the low-temperature fluid piping according to the seventh aspect, in which the gas barrier includes a resin layer at least on the surface portion of the welded portion, and the resin layer is welded to the vacuum jacket.
  • the resin layer of the gas barrier can be melted to weld the gas barrier to the vacuum jacket. This improves the workability of the welded portion compared to welding, etc.
  • the ninth aspect of the low-temperature fluid piping is the low-temperature fluid piping of the seventh or eighth aspect, in which the end seal has a roughened surface layer in the area facing the welded portion.
  • the anchor effect based on the presence of the rough surface layer can further improve the bonding strength and airtightness between the gas barrier and the vacuum jacket at the welded portion.

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Abstract

低温流体用配管は、配管本体、エンドシール、断熱層およびガスバリアを備える。前記配管本体は、低温流体を通す金属製の配管である。前記エンドシールは、前記配管本体の外周面から当該配管本体の径方向外側に突出する。前記断熱層は、前記配管本体を取り囲み、前記エンドシールと対向する層端部を含む。前記ガスバリアは、前記断熱層を取り囲み、前記エンドシールに溶着される溶着部を含む。

Description

低温流体用配管
　本開示は、低温流体を移送する低温流体用配管に関する。
　低温流体を通す配管には断熱処理が施される。例えば、液化水素を通す配管では、当該配管の周囲に断熱材を巻回し、断熱材の周囲をガスバリアで覆う。断熱材は、配管への入熱を抑制する。ガスバリアは、断熱材への外気の侵入を規制し、液化空気の発生を抑制する。
　上記配管の終端部や中間接続部では、断熱材層が除去され、配管が露出する。配管の露出部において断熱材の端部には、例えば特許文献１のように、エンドシールが取り付けられる。エンドシールは、断熱材の端部から当該断熱材の内部への外気の侵入を抑制する。エンドシールの封止性は長期に維持される必要がある。しかし、エンドシールと、当該エンドシールと接触する相手方部材との熱収縮差に起因する破損や隙間の発生などにより、エンドシールの封止性が低下することがある。
実開昭５４－６３２５９号公報
　本開示の目的は、エンドシールの封止性を維持できる低温流体用配管を提供することにある。
　本開示の一局面に係る低温流体用配管は、低温流体を通す金属製の配管本体と、前記配管本体の外周面から当該配管本体の径方向外側に突出するエンドシールと、前記配管本体を取り囲み、前記エンドシールと対向する層端部を含む断熱層と、前記断熱層を取り囲み、前記エンドシールに溶着される溶着部を含むガスバリアと、を備える。
　本開示によれば、エンドシールの封止性を維持できる低温流体用配管を提供することができる。
図１は、本開示の低温流体用配管の第１実施形態を示す断面図である。 図２は、図１の低温流体用配管の斜視図である。 図３は、エンドシールとガスバリアとの溶着部の断面図であって、溶着部の拡大断面図を付記した図である。 図４は、ガスバリアの施工プロセスの一例を示す斜視図である。 図５Ａは、ガスバリアの施工プロセスの他の例を示す斜視図である。 図５Ｂは、図５ＡのＶＢ－ＶＢ線断面図である。 図６は、本開示の低温流体用配管の第２実施形態を示す断面図である。 図７は、本開示の低温流体用配管の第３実施形態を示す断面図である。 図８は、本開示の低温流体用配管の第４実施形態を示す断面図である。
　以下、図面を参照して、本開示の低温流体用配管の実施形態を詳細に説明する。本開示の低温流体用配管は、移送などの目的で低温流体が通される配管である。前記低温流体は、例えば液化天然ガス（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ：ＬＮＧ）のような低温流体のほか、液化温度がさらに低温である極低温流体も含む。極低温流体は、周囲の空気を液化させる温度域の流体、または、周囲の空気に含まれる酸素や窒素を液化させる温度域の流体である。極低温流体は、液化水素や液化ヘリウムなどである。極低温流体は、極低温の温度域の水素ガスやヘリウムガスなどであってもよい。
　［第１実施形態］
　図１は、本開示の第１実施形態に係る低温流体用配管１を示す断面図、図２は、図１の低温流体用配管１の斜視図である。低温流体用配管１は、配管本体２、断熱層３、エンドシール４およびガスバリア５を含む。ガスバリア５は、溶着部６を含む。配管本体２は断熱層３で覆われている。断熱層３は、ガスバリア５で覆われている。
　＜低温流体用配管の各部の説明＞
　図１および図２は、低温流体用配管１の中間接続あるいは終端処理が行われる端末部分を示している。当該端末部分では、配管本体２が断熱層３よりも管軸方向ＡＸに所定長だけ露出している。また、当該端末部分では、断熱層３の端縁である層端部３１を含む管軸方向ＡＸの所定領域が、ガスバリア５で覆われずに露出している。断熱層３のガスバリア５で覆われていない部分は、エンドシール４で覆われている。配管本体２およびエンドシール４の露出部分は、断熱カバー７で覆われる。断熱カバー７は、低温流体用配管１の中間接続部や終端部などを断熱する部材である。断熱カバー７は、前記中間接続部または前記終端部に対して着脱可能に装着される。
　配管本体２は、低温流体を通す金属製の筒状体である。配管本体２は、内部に密閉された円筒型の通路２Ｈを有する。配管本体２としては、例えばステンレス鋼やアルミニウム等によって形成された単管を用いることができる。配管本体２の通路２Ｈには、低温流体の移送、貯留、保冷などの目的で、低温流体が通される。低温流体の移送、特に液化水素のような極低温流体の移送用には、真空断熱多重管が用いられることがある。本開示は、図７で後述する通り、低温流体を通す配管として、真空断熱多重管の使用を除外しない。しかし、金属製の単管からなる配管本体２を用いれば、低温流体用配管１の中間接続部や終端部の形成および解体などの作業の際に、真空環境の構築およびその解除の作業が不要となり、施工作業量を軽減できる。また、金属製の単管からなる配管本体２を用いることで、例えば真空断熱多重管と比較して、低温流体用配管１の重量を軽くすることができる。
　断熱層３は、配管本体２を取り囲み、配管本体２を断熱する。断熱層３に用いられる断熱材の材質には特に限定はなく、一般的に断熱材として用いられている材料を適用できる。例えば、前記断熱材として、エチレンプロピレンゴム等の石油系合成ゴム材料、ポリウレタンフォームやポリエチレンフォーム等の有機高分子系材料、グラスファイバー、グラスウール等の繊維材料、パーライトや泡ガラス、エアロゲル等の無機材料を用いることができる。断熱層３は、複数種の断熱材または単一の断熱材で形成してよく、断熱機能を有しない材料を含んでもよい。例えば、シート状の断熱材を配管本体２の外周に巻回する態様で、断熱層３を配管本体２の周囲に形成することができる。
　エンドシール４は、断熱層３の端部付近の露出部分を覆っている。エンドシール４は、例えばステンレス鋼やアルミニウム等によって形成することができる。なお、配管本体２およびエンドシール４を、同一の金属材料で形成することが望ましい。この場合、両者の熱膨張率が同一となり、温度変化に伴って発生する配管本体２およびエンドシール４の内部応力を抑制できる。
　エンドシール４は、板部４１と筒部４２とを含む。板部４１は、配管本体２を貫通させる孔部４Ｈを含み、配管本体２の径方向外側に延びる円板形状を有する。換言すると板部４１は、配管本体２への装着状態において、配管本体２の外周面から径方向外側に突出している。断熱層３の層端部３１は、板部４１と平行に対向する断面である。板部４１は、層端部３１に当接している。本実施形態では、板部４１は、配管本体２の外周面に溶接により取り付けられる。つまり、板部４１は、孔部４Ｈに配管本体２を挿通した状態で、孔部４Ｈの周縁を配管本体２に溶接される。なお板部４１は、削り出し等により、配管本体２と一体の板部４１とされてもよい。
　筒部４２は、配管本体２の管軸方向ＡＸに延び、配管本体２を取り囲む筒形状を有する。筒部４２は、断熱層３の層端部３１から、管軸方向ＡＸの所定長の部分を覆っている。筒部４２は、板部４１の側に位置する一端４２１と、ガスバリア５の端縁５Ｅの側に位置する他端４２２とを含む。本実施形態では、一端４２１の内周面は、板部４１の外周面に溶接される。一端４２１の内周面の溶接される部分は、一端４２１および一端４２１の近傍を含む一端領域であればよい。なお筒部４２は、削り出し等により、板部４１と一体の筒部４２とされてもよい。他端４２２は、管軸方向ＡＸの板部４１からガスバリア５に向かう方向において、ガスバリア５の端縁５Ｅを超えて、ガスバリア５の内側に入り込んでいる。他端４２２およびガスバリア５と重複する他端４２２の近傍を含む他端領域が、ガスバリア５と溶着される。
　ガスバリア５は、断熱層３を取り囲み、断熱層３を外気と隔離する。つまり、ガスバリア５は、断熱層３の外周面を覆うことで、断熱層３への外気の侵入を抑制する。ガスバリア５としては、非通気性の金属－樹脂複合シート、樹脂シート、金属シートなどを用いることができる。好ましいガスバリア５の具体例は、図３に基づき後述する。
　ガスバリア５は、エンドシール４に溶着される溶着部６を含む。低温流体用配管１における、ガスバリア５では被覆されない端末部分の断熱層３は、既述の通りエンドシール４で覆われる。溶着部６は、ガスバリア５とエンドシール４の筒部４２とを気密となるように接合する。溶着部６は、接着剤等の介在物を用いず、ガスバリア５の構成材とエンドシール４の構成材とが直接的に接し、両者が接合した接合部分である。
　ガスバリア５とエンドシール４とが接触する部分には、両者の熱膨張率の相違に起因して隙間が生じ得る。しかし、ガスバリア５とエンドシール４とが溶着部６によって互いに溶着されることで、両者の熱膨張率差に拘わらず、ガスバリア５とエンドシール４との接触部分の気密性が確保される。結果として断熱層３は、配管本体２の外周面、エンドシール４およびガスバリア５によって密閉される。従って、断熱層３への外気の侵入を長期に亘り抑制できる。配管本体２へ通す低温流体が液化水素である場合、断熱層３内に空気が侵入すると、配管本体２からの冷熱によって液化空気が発生し得る。本実施形態では、断熱層３が密閉されていることから、液化空気の発生を抑制できる。また、ガスバリア５とエンドシール４とを接着剤で接合する場合に比べて、機械的な強度を高めることができる。
　＜ガスバリアおよび溶着部の詳細＞
　図３は、エンドシール４とガスバリア５との溶着部６の断面図であって、溶着部６の拡大断面図を付記した図である。ガスバリア５は、溶着部６となる表層部分に樹脂層を含み、当該樹脂層がエンドシール４に溶着される。ガスバリア５は、アルミ箔と樹脂フィルムとをラミネートした、可撓性を有するフィルムからなる。具体的にはガスバリア５は、例えば外側樹脂層５１、内側樹脂層５２、第１アルミ箔層５３、第２アルミ箔層５４および接着層５５を含む。なお、ガスバリア５に含まれる樹脂層の数およびアルミ箔層の数は一例である。
　外側樹脂層５１は、ガスバリア５が断熱層３に装着されたとき、当該ガスバリア５の最外層に位置する。なお、ガスバリア５が断熱層３に装着されたときの外側とは、低温流体用配管１の径方向において断熱層３からガスバリア層へ向かう側であり、内側とはその逆の側である。外側樹脂層５１は、外力から例えば断熱層３を保護する保護層として機能する。外側樹脂層５１としては、例えばナイロンやポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムを用いることができる。外側樹脂層５１に耐火性が求められる場合には、外側樹脂層５１としてエンジニアリングプラスチックを用いても良い。外側樹脂層５１に対する熱溶着加工が求められる場合は、外側樹脂層５１として熱可塑性樹脂をもちいても良い。
　内側樹脂層５２は、ガスバリア５が断熱層３に装着されたとき、当該ガスバリア５の最内層に位置する。内側樹脂層５２は、エンドシール４の筒部４２と接触する層であり、熱溶着による溶着部６を形成する層である。内側樹脂層５２としては、ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性の樹脂フィルムを用いることができる。内側樹脂層５２に耐火性が求められる場合には、内側樹脂層５２としてエンジニアリングプラスチックを用いても良い。
　第１アルミ箔層５３および第２アルミ箔層５４は、外側樹脂層５１と内側樹脂層５２との間に位置する。第１アルミ箔層５３および第２アルミ箔層５４は、断熱層３への外気の侵入を阻止するガスバリア層として機能する。ガスバリア５において、第１アルミ箔層５３または第２アルミ箔層５４のいずれかを省き、単層のガスバリア層としても良い。但し、冗長性を具備させるため、本実施形態の通り二層構造のガスバリア層、或いは三層以上のガスバリア層とすることが望ましい。ガスバリア５に含まれるガスバリア層として、アルミ箔以外の金属箔を用いても良い。また、ガスバリア５に含まれるガスバリア層として、ガスバリア性に優れた樹脂フィルムを適用しても良い。前記樹脂フィルムとしては、例えばＥＶＯＨ（エチレン－ビニルアルコール共重合体）などのビニルアルコール系樹脂フィルムを用いることができる。
　接着層５５は、外側樹脂層５１と第１アルミ箔層５３との間、第１アルミ箔層５３と第２アルミ箔層５４との間、および、第２アルミ箔層５４と内側樹脂層５２との間にそれぞれ配置され、これらの隣り合う層間を接着する。接着層５５は、接着剤でも良いし、熱溶着用の熱可塑性樹脂フィルムでも良い。接着層５５として後者を適用する場合、ガスバリア５の製造に際して、前記熱可塑性樹脂フィルムの樹脂材料の融点以上に加熱し、隣接する層に熱溶着させる。本実施形態でいう熱溶着は、接合される２つの接合部分の少なくとも一方を加熱により溶融させて、当該接合部分同士を接触させる。その後、当該接合部分同士を接触させた状態のまま冷却することで、当該接合部分同士を接合する。 接合部分同士を接触させる際に、接合部分同士を押し付けて加圧してもよい。
　本実施形態のように、ガスバリア５を金属箔と樹脂フィルムとをラミネートした可撓性フィルムで構成すると、次のような利点が得られる。先ず、熱溶着による溶着部６にて、ガスバリア５をエンドシール４に接合できる。本実施形態では、内側樹脂層５２の構成樹脂の融点以上の熱を加えるだけで、ガスバリア５をエンドシール４に熱溶着できる。従って、施行作業が比較的容易である。加えて、溶着による接合であるので、ガスバリア５とエンドシール４との接合部分の気密性も良好である。さらに、金属箔と樹脂フィルムとをラミネートした可撓性フィルムが比較的軽量な材料であることから、例えば真空断熱多重管と比較して、低温流体用配管１の重量を軽くすることができる。
　上記可撓性フィルムの適用は、耐久性や優れたメンテナンス性にも貢献する。配管本体２に低温流体が通されると、ガスバリア５の内部は低温化し、空気の凝縮によって負圧化する。本実施形態では、溶着部６により気密度が高いので、ガスバリア５の内部はより負圧化し易い。この負圧化によって、ガスバリア５には径方向内側へ引き寄せられる応力が作用する。ガスバリア５が比較的剛性の高い構造体であると、前記応力によってガスバリア５が破損する懸念がある。しかし、上記可撓性フィルムからなるガスバリア５であれば、負圧化に伴う応力が作用しても、柔軟に追従して変形でき、耐久性に優れる。
　また、ガスバリア５を可撓性フィルムで構成すると、ガスバリア５に生じるピンホールや破れ等の欠陥を見つけ易い。上述の通り、配管本体２に低温流体を流通させると、負圧化によってガスバリア５が変形する。しかし、上記欠陥が生じていると気密性が破壊され、ガスバリア５は変形しない。つまり、ガスバリア５に負圧化に伴う変形が生じていない場合に、ガスバリア５に何らかの欠陥が発生していると推定できる。従って、メンテナンス性を向上させることができる。
　＜エンドシールへの粗面表層の形成＞
　図３には、溶着部６のより好ましい態様が、拡大図にて示されている。エンドシール４は、溶着部６に対向する領域に、表面が粗化された粗面表層４３を有する。前記エンドシール４の溶着部６に対向する領域は平滑面であっても良いが、当該溶着部６に粗面表層４３を形成することで、エンドシール４とガスバリア５との接合強度、ならびに溶着部６の気密性を一層向上させることができる。
　粗面表層４３は、筒部４２の他端４２２付近の領域において筒部４２の外周面に形成され、複数の微小な凸部４４および凹部４５を含む。凹部４５は、底面付近が幅広で、開口部付近が幅狭のくさび型の断面形状を有することが望ましい。凹部４５には、熱溶着処理に溶融した内側樹脂層５２の溶融部分５２Ａが入り込んでいる。以上に説明した特徴により、溶融部分５２Ａと凹部４５とが係合することによるアンカー効果により、粗面表層４３と溶着部６とは強固に接合する。
　粗面表層４３の形成手段については特に限定はない。例えば、薬液を用いた化学エッチング、微小粒を吹き付けるショットブラスト、粗面化工具を用いたサンディングなどで粗面表層４３を形成できる。鉄系材料で形成されたエンドシール４の場合、上記の化学エッチングは、例えばリン酸塩系の薬液に筒部４２の他端４２２付近の領域を所定時間浸漬する。
　＜エンドシールの伝熱経路＞
　エンドシール４は、断熱層３の層端部３１付近における、ガスバリア５からの露出部分を覆っている。エンドシール４の取り付けにより、断熱層３への外気に侵入に伴う液化空気の発生が抑制される。この効果に加え、本実施形態のエンドシール４の形状的な特徴により、配管本体２からガスバリア５への伝熱、並びにガスバリア５から配管本体２への入熱を抑制出来る利点もある。
　エンドシール４は、上記の通り断熱層３の露出部分を覆うことから、配管本体２とガスバリア５とを繋ぐ部材でもある。このため、エンドシール４は、配管本体２とガスバリア５との間の伝熱経路となり得る。つまり、エンドシール４を通して、液体水素の流通時における配管本体２の冷熱がガスバリア５に伝熱され得る。この場合、エンドシール４とガスバリア５との溶着部６の温度が低下し、ガスバリア５の剥がれ等を引き起こす可能性がある。逆に、外気に曝されているガスバリア５が熱源となり、エンドシール４を通してガスバリア５から配管本体２への入熱が生じ得る。この場合、配管本体２内において液化水素のボイルオフガスを発生させかねない。
　図１を参照して、エンドシール４は、円板状の板部４１と、配管本体２の管軸方向ＡＸに延びる筒部４２とを含む。図１には、エンドシール４による伝熱経路ＨＰが付記されている。エンドシール４が板部４１だけでなく筒部４２を備えていることから、伝熱経路ＨＰも管軸方向ＡＸに延びる部分を有している。つまり、伝熱経路ＨＰは、エンドシール４が板部４１に相当する部分だけで構成されている場合に比べて、筒部４２の分だけ長くなっている。換言すると、本開示の低温流体用配管１は、伝熱経路ＨＰを長くするため、ガスバリア５の端縁５Ｅよりも断熱層３の層端部３１を管軸方向ＡＸに突出させ、エンドシール４に前記突出の部分を覆う筒部４２を備えている。本開示の低温流体用配管１は、以上のように伝熱経路ＨＰが長くなるため、配管本体２の冷熱がガスバリア５に伝わり難くなる。従って、溶着部６の冷熱化によるガスバリア５の剥がれを抑制できる。また、ガスバリア５から配管本体２への入熱も抑制できる。
　本実施形態では、エンドシール４に筒部４２を具備させることで伝熱経路ＨＰを長くしている。フラットな筒形状の筒部４２に代えて、ベローズ状に賦形された筒部、断面矩形の凹凸が連続する筒部などとして、より低温流体用配管１の伝熱経路ＨＰを長くしても良い。
　＜断熱層の減圧化＞
　本実施形態では、断熱層３がガスバリア５で覆われ、エンドシール４の板部４１は配管本体２に溶接で接合され、筒部４２の他端４２２が溶着部６によりガスバリア５に接合されている。このため、断熱層３は、配管本体２の外周面、エンドシール４およびガスバリア５によって密閉された空間に配置されている。つまり、気密度の高い空間に断熱層３が配置されている。従って、断熱層３の配置空間を減圧しても良い。
　断熱層３の配置空間を減圧することで、断熱層３による断熱効果をより高めることができる。エンドシール４とガスバリア５とが接着剤により接合されている場合において、断熱層の配置空間を減圧するため真空引きすると、接着剤からのアウトガスが問題となり得る。しかし、本実施形態では、エンドシール４とガスバリア５とが溶着部６によって接合されるので、前記アウトガスの問題は生じない。
　＜ガスバリアの施工プロセス＞
　図４は、ガスバリア５の施工プロセスの一例を示す斜視図である。前記施行プロセスは、順次実行される工程Ｐ１～Ｐ３を含む。工程Ｐ１では、配管本体２の上に断熱層３が装着され、断熱層３の層端部３１にエンドシール４が取り付けられる。工程Ｐ２では、シート状のガスバリア５が準備される。当該ガスバリア５は、露出している断熱層３を周方向に包被できるサイズを有する。ガスバリア５は、管軸方向ＡＸの端部領域がエンドシール４の筒部４２の一部と重なり合うように、断熱層３の上に巻かれる。
　工程Ｐ３では、ガスバリア５の溶着が行われる。ガスバリア５の周方向の一端５０１と他端５０２とが重ね合わせた重なり部が形成される。前記重なり部を加熱することで、図３に示した内側樹脂層５２同士、つまり一端５０１の内側樹脂層５２と他端５０２の内側樹脂層５２とを熱溶着させる。当該熱溶着によって、管軸方向ＡＸに延びる軸方向溶着部６１がガスバリア５に形成される。内側樹脂層５２同士の突き合わせによる熱溶着ではなく、一端５０１および他端５０２のうちの一方の内側樹脂層５２と他方の外側樹脂層５１とを熱溶着しても良い。すなわち、一端５０１と他端５０２とを径方向に重なるようにガスバリア５を断熱層３に巻き付け、一端５０１および他端５０２の重なり部を加熱して熱溶着しても良い。ガスバリア５の管軸方向ＡＸの端部は、既述の通り、エンドシール４に熱溶着され、周方向に延びる溶着部６が形成される。周方向の溶着部６および軸方向溶着部６１の形成により、ガスバリア５の気密性が高められる。
　工程Ｐ３において、ガスバリア５の一端５０１と他端５０２とを予め熱溶着して筒形状とし、その後に筒形状のガスバリア５を断熱層３の上に被せても良い。ガスバリア５で断熱層３を包皮する際、断熱層３の外周面とガスバリア５の内周面との間に空気が抱き込まれる場合がある。空気の抱き込み防止のため、工程Ｐ３に際して、断熱層３とガスバリア５との間の空気を吸い出す工程を行ってから、ガスバリア５を熱溶着して気密化しても良い。この場合、周方向の溶着部６および軸方向溶着部６１の一部の溶着を未完とし、非溶着部から空気を吸い出した後に、前記非溶着部を熱溶着して、ガスバリア５を気密化しても良い。断熱層３の管軸方向ＡＸの亘長が長い場合は、複数枚のシート状のガスバリア５を管軸方向ＡＸに並べ、互いに熱融着して繋ぐようにしても良い。
　図５Ａは、ガスバリア５の施工プロセスの他の例を示す斜視図、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ－ＶＢ線断面図である。ここでは、配管本体２の管径が大きい場合に有利な例を示す。断熱層３を覆うガスバリア５として、シート状の第１ガスバリア５Ａおよび第２ガスバリア５Ｂが用いられる。第１ガスバリア５Ａは断熱層３の周方向の半面を覆い、第２ガスバリア５Ｂは他の半面を覆っている。
　図５Ａの例では、第１ガスバリア５Ａの周方向の２つの端部５０３と、第２ガスバリア５Ｂの周方向の２つの端部５０４とがそれぞれ突き合わされ、熱溶着されることによって、一対の軸方向溶着部６２が形成されている。軸方向溶着部６２は、径方向外側に突出した状態のままとしても良いし、ガスバリア５に周面に沿うように折り曲げて、熱溶着やテープ止めを行っても良い。３枚以上のガスバリアシートで断熱層３を包皮し、隣接するガスバリアシート同士を熱溶着する構成としても良い。配管本体２の管径が大きい場合、断熱層３の外径も大きくなる。この場合、１枚のガスバリアシートで断熱層３を包む作業が困難になることがある。複数枚のガスバリアシートで断熱層３を包むことで、ガスバリア５の施工作業の容易化を図ることができる。
　［第２実施形態］
　図６は、第２実施形態の低温流体用配管１Ａを示す断面図である。低温流体用配管１Ａは、配管本体２、断熱層３、エンドシール４０およびガスバリア５を含む。第１実施形態と相違する点は、エンドシール４０が、管軸方向ＡＸに延びる筒部４２に相当する部分を有していない点である。
　エンドシール４０は、配管本体２を貫通させる孔部４０Ｈを含み、配管本体２の径方向外側に延びる円板形状を有する。孔部４０Ｈには配管本体２が挿通され、孔部４０Ｈの周縁が配管本体２に溶接されている。エンドシール４０の管軸方向ＡＸの外面は、ガスバリア５の端縁５Ｅと面一である。エンドシール４０の管軸方向ＡＸの内面は、断熱層３の層端部３１に当接している。配管本体２の露出部分は、断熱カバー７で覆われる。
　第２実施形態では、エンドシール４０の外周縁が、ガスバリア５に溶着される部分となる。ガスバリア５は、端縁５Ｅの近傍の内面に、エンドシール４０に溶着される溶着部６０を有する。溶着部６０の態様は、第１実施形態と実質的に同じである。ガスバリア５の内側樹脂層５２が、エンドシール４０の外周縁に熱溶着されることで、溶着部６０が形成されている。孔部４０Ｈの溶接と溶着部６０の形成とにより、エンドシール４０による断熱層３の配置空間の密閉性が高められている。従って、断熱層３への外気の侵入を抑制できる。エンドシール４０の外周縁を、図３に例示した粗面表層４３としても良い。
　［第３実施形態］
　図７は、第３実施形態に係る低温流体用配管１Ｂを示す断面図である。低温流体用配管１Ｂは、配管本体としての内管２１、断熱層３０、真空ジャケットとしての外管２２、およびガスバリア５０を含む。内管２１は、低温流体を通す金属製の配管である。外管２２は、内管２１と同軸に配置され、径方向に空間を介して内管２１を覆っている。内管２１および外管２２は、真空二重管２０を構成する。内管２１と外管２２との間の前記空間は減圧され、真空断熱空間とされる。
　低温流体用配管１Ｂは、外管２２が除去され、内管２１が露出された露出部ＰＡを含む。露出部ＰＡは、例えば一対の真空二重管２０を接続する中間接続部における、内管２１同士の接続が行われる部分である。中間接続部では、内管２１同士を溶接等で繋ぐ作業のため外管２２が除去され、管軸方向ＡＸに所定長の内管２１が露出される。外管２２の端部２２Ｅには、封止材２２１が取り付けられ、内管２１と外管２２との空間の気密性が保たれている。
　断熱層３０は、内管２１の露出部ＰＡと、外管２２の端部２２Ｅ付近とを覆っている。断熱層３０は、主に露出部ＰＡにおいて内管２１を断熱している。結果的に外管２２は、露出部ＰＡ以外の内管２１の外周を、減圧空間を介して覆い、内管２１を断熱している。断熱層３０は、例えばシート状の断熱材を、対向する一対の外管２２の端部２２Ｅに跨がるように露出部ＰＡ上に巻回することによって形成できる。なお、第３実施形態においては、図７において点線で示すように、断熱層３０に管軸方向ＡＸに隣接する封止材２２１、ならびに、断熱層３０に径方向に隣接する外管２２の端部２２Ｅが、断熱層３０の層端部を封止するエンドシール４Ａとなる。
　ガスバリア５０は、断熱層３０の外周を覆い、断熱層３０を外気と隔離する。ガスバリア５０としては、非通気性の金属－樹脂複合シート、樹脂シート、金属シートなどを用いることができる。例えば、図３に例示した、アルミ箔と樹脂フィルムとのラミネートフィルムを、ガスバリア５０として用いても良い。ガスバリア５０は、エンドシール４Ａとしての外管２２の端部２２Ｅに溶着される溶着部６３を含む。溶着部６３は、ガスバリア５０の管軸方向ＡＸの端部５６に位置する。溶着部６３は、ガスバリア５０が含む樹脂層を外管２２の表面に熱溶着される態様で形成することができる。また、溶着部６３に対向するエンドシール４Ａの領域を、図３に例示したような粗面表層４３とする加工を施しても良い。
　断熱層３０を、溶着部６３を含むガスバリア５０で覆うことで、断熱層３０に対する外気の侵入を抑制できる。ガスバリア５０と外管２２とが接触する部分には、両者の熱膨張率の相違に起因して隙間が生じ得る。しかし、ガスバリア５０は、外管２２と溶着部６３によって溶着されている。従って、熱膨張率差が存在していても、ガスバリア５０と外管２２との接触部分の気密性が確保され、断熱層３０への外気の侵入を長期に亘り抑制できる。また、ガスバリア５０と外管２２とを接着剤で接合する場合に比べて、機械的な強度を高めることができる。
　［第４実施形態］
　図８は、第４実施形態に係る低温流体用配管１Ｃを示す断面図である。低温流体用配管１Ｃは、配管用機器８に接続される配管であって、配管本体２０Ａ、断熱層３００およびガスバリア５０Ａを含む。配管本体２０Ａは、低温流体を通す金属製の配管である。断熱層３００は、配管本体２０Ａの外周を覆い、配管本体２０Ａを断熱している。ガスバリア５０Ａは、断熱層３００の外周を覆い、断熱層３００を外気と隔離する。
　配管用機器８は、例えば配管本体２に液体水素を送り出すポンプやコンプレッサー、あるいは液体水素を熱媒とする熱交換器である。配管用機器８は、保冷のため、あるいは液化空気の発生防止のため、真空ジャケット８１で覆われている。ガスバリア５０Ａの端縁５７は、真空ジャケット８１に溶着されている。例えば、アルミ箔と樹脂フィルムとのラミネートフィルムをガスバリア５０Ａとして用い、端縁５７を真空ジャケット８１に熱溶着することができる。
　第４実施形態では、真空ジャケット８１の、断熱層３００の層端部３１０に当接する部分が、エンドシールの役目を果たす。ガスバリア５０Ａの端縁５７の真空ジャケット８１への溶着によって、断熱層３００が気密化される。
　［本開示のまとめ］
　以上説明した具体的実施形態には、以下の構成を有する開示が含まれている。
　本開示の第１の態様に係る低温流体用配管は、低温流体を通す金属製の配管本体と、前記配管本体の外周面から当該配管本体の径方向外側に突出するエンドシールと、前記配管本体を取り囲み、前記エンドシールと対向する層端部を含む断熱層と、前記断熱層を取り囲み、前記エンドシールに溶着される溶着部を含むガスバリアと、を備える。
　第１の態様によれば、断熱層の周囲がガスバリアで、層端部がエンドシールで覆われるので、断熱層に対する外気の侵入を抑制できる。エンドシールとガスバリアとが接触する部分には、両者の熱膨張率の相違に起因して隙間が生じ得る。しかし、上記の態様では、ガスバリアはエンドシールに溶着される溶着部を含む。従って、熱膨張率差が存在していても、エンドシールとガスバリアとの接触部分の気密性が確保され、外気の侵入を長期に亘り抑制できる。また、エンドシールとガスバリアとを接着剤で接合する場合に比べて、機械的な強度を高めることができる。
　第２の態様に係る低温流体用配管は、第１の態様の低温流体用配管において、前記ガスバリアは、少なくとも前記溶着部の表層部分に樹脂層を含み、前記樹脂層が前記エンドシールに溶着されている。
　第２の態様によれば、ガスバリアが具備する樹脂層を溶融させて、ガスバリアをエンドシールに溶着させることができる。従って、溶接などに比較して、溶着部の施工性を向上できる。
　第３の態様に係る低温流体用配管は、第１または第２の態様の低温流体用配管において、前記エンドシールは、前記溶着部に対向する領域に、表面が粗化された粗面表層を有する。
　第３の態様によれば、粗面表層の存在に基づくアンカー効果により、溶着部におけるエンドシールとガスバリアとの接合強度、気密性を一層向上させることができる。
　第４の態様に係る低温流体用配管は、第１～第３の態様の低温流体用配管において、前記断熱層は、前記配管本体の外周面、前記エンドシールおよび前記ガスバリアによって密閉され、且つ減圧された空間に配置されている。
　第４の態様によれば、断熱層の配置領域が減圧環境となるので、配管に対する断熱効果を高めることができる。また、エンドシールとガスバリアとを接着剤により接合した場合、断熱層の配置領域を減圧するため真空引きすると、接着剤からのアウトガスが問題となり得る。しかし、本態様では、エンドシールとガスバリアとが溶着によって接合されるので、前記アウトガスの問題は生じない。
　第５の態様に係る低温流体用配管は、第１～第４の態様の低温流体用配管において、前記エンドシールは、前記配管本体を貫通させる孔部を有し、前記配管本体の径方向外側に延びる板形状のエンドシール板部であって、前記断熱層の層端部と接するエンドシール板部と、前記配管本体を取り囲む筒形状のエンドシール筒部であって、一端領域において前記エンドシール板部と接続され、他端領域が前記ガスバリアの前記溶着部に溶着されるエンドシール筒部と、を含む。
　第５の態様によれば、配管本体とガスバリアとの間には、エンドシール板部だけでなくエンドシール筒部も介在する。このため、配管本体とガスバリアとの間の伝熱経路が長くなり、配管本体の冷熱がガスバリアに伝わり難くなる。従って、溶着部の冷熱化によるガスバリアの剥がれを抑制できる。また、外気に曝されるガスバリアから配管本体への入熱も抑制できる。
　第６の態様に係る低温流体用配管は、第１～第５の態様の低温流体用配管において、前記配管本体に通される低温流体が液化水素である。
　液化水素は、液化空気を発生させる冷熱を有する。エンドシールの封止性が低下し、外気が断熱層に侵入して配管本体に触れると、液化空気が発生する。第６の態様によれば、溶着部によってエンドシールの封止性が確保されているので、液化空気の発生を抑制できる。
　第７の態様に係る低温流体用配管は、低温流体を通す金属製の配管本体と、前記配管本体の第１部分の外周を覆う断熱層と、前記配管本体の、前記第１部分と異なる第２部分の外周を、減圧空間を介して覆う真空ジャケットと、前記断熱層の外周を覆い、前記真空ジャケットに溶着される溶着部を含むガスバリアと、を備える。
　第７の態様によれば、断熱層が真空ジャケットへの溶着部を含むガスバリアで覆われるので、断熱層に対する外気の侵入を抑制できる。ガスバリアと真空ジャケットとが接触する部分には、両者の熱膨張率の相違に起因して隙間が生じ得る。しかし、上記の態様では、ガスバリアは真空ジャケットに溶着される溶着部を含む。従って、熱膨張率差が存在していても、ガスバリアと真空ジャケットとの接触部分の気密性が確保され、外気の侵入を長期に亘り抑制できる。また、ガスバリアと真空ジャケットとを接着剤で接合する場合に比べて、機械的な強度を高めることができる。
　第８の態様に係る低温流体用配管は、第７の態様の低温流体用配管において、前記ガスバリアは、少なくとも前記溶着部の表層部分に樹脂層を含み、前記樹脂層が前記真空ジャケットに溶着されている。
　第８の態様によれば、ガスバリアが具備する樹脂層を溶融させて、ガスバリアを真空ジャケットに溶着させることができる。従って、溶接などに比較して、溶着部の施工性を向上できる。
　第９の態様に係る低温流体用配管は、第７または第８の態様の低温流体用配管において、前記エンドシールは、前記溶着部に対向する領域に、表面が粗化された粗面表層を有する。
　第９の態様によれば、粗面表層の存在に基づくアンカー効果により、溶着部におけるガスバリアと真空ジャケットとの接合強度、気密性を一層向上させることができる。

Claims (6)

  1. 　低温流体を通す金属製の配管本体と、
    　前記配管本体の外周面から当該配管本体の径方向外側に突出するエンドシールと、
    　前記配管本体を取り囲み、前記エンドシールと対向する層端部を含む断熱層と、
    　前記断熱層を取り囲み、前記エンドシールに溶着される溶着部を含むガスバリアと、を備える低温流体用配管。
  2. 　請求項１に記載の低温流体用配管において、
    　前記ガスバリアは、少なくとも前記溶着部の表層部分に樹脂層を含み、
    　前記樹脂層が前記エンドシールに溶着されている、低温流体用配管。
  3. 　請求項１に記載の低温流体用配管において、
    　前記エンドシールは、前記溶着部に対向する領域に、表面が粗化された粗面表層を有する、低温流体用配管。
  4. 　請求項１に記載の低温流体用配管において、
    　前記断熱層は、前記配管本体の外周面、前記エンドシールおよび前記ガスバリアによって密閉され、且つ減圧された空間に配置されている、低温流体用配管。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の低温流体用配管において、
    　前記エンドシールは、
    　　前記配管本体を貫通させる孔部を有し、前記配管本体の径方向外側に延びる板形状のエンドシール板部であって、前記断熱層の層端部と接するエンドシール板部と、
    　　前記配管本体を取り囲む筒形状のエンドシール筒部であって、一端領域において前記エンドシール板部と接続され、他端領域が前記ガスバリアの前記溶着部に溶着されるエンドシール筒部と、を含む、低温流体用配管。
  6. 　請求項１に記載の低温流体用配管において、
    　前記配管本体に通される低温流体が液化水素である、低温流体用配管。
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