(57)【要約】【課題】粒状断熱材によって内槽と外槽との間に断熱層を形成することと、内槽の収縮変形に起因して粒状断熱材が沈降した後もタンク頂部に適切な厚さの断熱層を保持することとを両立し得る二重殻タンクを提供する。【解決手段】二重殻タンクは、液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部が内部に形成された球殻形状の内槽と、内槽を覆う外槽と、内槽の外壁及び外槽の内壁によって囲まれた空間に充填されて断熱層を形成する粒状断熱材とを、備える。そして、内槽と外槽との頂部隙間の大きさが、内槽と外槽との底部隙間の大きさに、内槽が空の状態と内槽が液体を収容した状態との粒状断熱材のレベル差を加えた値以上である。【選択図】図１
2020104884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部が内部に形成された球殻形状の内槽と、
前記内槽を覆う外槽と、
前記内槽の外壁及び前記外槽の内壁によって囲まれた空間に充填されて断熱層を形成する粒状断熱材とを、備え、
前記内槽と前記外槽との頂部隙間の大きさが、前記内槽と前記外槽との底部隙間の大きさに、前記内槽が空の状態と前記内槽が前記液体を収容した状態との前記粒状断熱材のレベル差を加えた値以上である、
二重殻タンク。
【請求項２】
前記外槽が球殻形状を呈し、当該外槽の中心が前記内槽の中心よりも上方に位置する、
請求項１に記載の二重殻タンク。
【請求項３】
前記外槽が下半球殻部と、上半球殻部と、前記下半球殻部と前記上半球殻部とを繋ぐ筒形状の胴部とからなり、前記内槽の中心と前記下半球殻部の中心とが一致する、
請求項１に記載の二重殻タンク。
【請求項４】
前記外槽が、球殻形状を呈する本体部と、本体部の頂部に設けられ前記粒状断熱材が充填されたドーム部とからなり、前記内槽の中心と前記本体部の中心とが一致する、
請求項１に記載の二重殻タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外槽と内槽とを備える二重殻タンクの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、低温液体を貯蔵するタンクとして、二重殻タンクが知られている。二重殻タンクは、一般的に、低温液体を実質的に収容する内槽と、この内槽を所定の間隔を隔てて外側から覆う外槽と、内槽と外槽との間に形成された断熱層とを備える。断熱層は、例えば、内槽と外槽との間に充填された粒状断熱材で形成され、粒状断熱材としてはパーライトが使用される。
【０００３】
二重殻タンクの建造時に、内槽と外槽とが完成してから、内槽が空の状態で内槽と外槽との間を埋めるように粒状断熱材が充填される。そのため、内槽に低温液体が供給されて内槽が熱収縮すると、内槽と外槽との間隔が広がって、内槽と外槽との間に充填されている粒状断熱材が沈降する可能性がある。粒状断熱材が沈降した場合、二重殻タンクのタンク頂部に粒状断熱材の存在しない空間が生じ、タンク頂部の断熱層の厚さが低減する。二重殻タンクにおいて断熱層の厚さが不十分な箇所が生じると、その箇所の断熱性が低下する。断熱性の低下により、内槽の冷熱が外槽に伝わり、外槽に霜が付き、外槽の腐食を招くおそれがある。また、断熱性の低下により内槽への入熱量が増加すると、低温液体のボイルオフガス量が増加し、内槽の圧力が過剰となるおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献１の二重殻タンクでは、内槽の半径方向に伸縮可能な伸縮材（グラスウール）で形成された内側の断熱層と、充填材（パーライト）で形成された外側の断熱層との内外二層からなる断熱層を備える。この二重殻タンクでは、内槽の熱収縮によって断熱層に生じる隙間が膨張した伸縮材によって充たされ、充填材の沈降が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３８２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
とりわけ屋外に設置された二重殻タンクでは日射によるタンク頂部への入熱量を抑えることが肝要である。それにも関わらず、内槽と外槽との間の断熱層が粒状断熱材によって形成されると、前述のように粒状断熱材の沈降によってタンク頂部の断熱性が低下する。
【０００７】
上記特許文献１の二重殻タンクによれば、粒状断熱材（充填材）の沈降を抑制できるものの、パーライトと比較して高価なグラスウールを多用することからコストが嵩む。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、粒状断熱材によって内槽と外槽との間に断熱層を形成することと、内槽の収縮変形に起因して粒状断熱材が沈降した後もタンク頂部に適切な厚さの断熱層を保持することとを両立し得る二重殻タンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る二重殻タンクは、
液体を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部が内部に形成された球殻形状の内槽と、
前記内槽を覆う外槽と、
前記内槽の外壁及び前記外槽の内壁によって囲まれた空間に充填されて断熱層を形成する粒状断熱材とを、備え、
前記内槽と前記外槽との頂部隙間の大きさが、前記内槽と前記外槽との底部隙間の大きさに、前記内槽が空の状態と前記内槽が前記液体を収容した状態との前記粒状断熱材のレベル差を加えた値以上であることを特徴としている。
【００１０】
上記二重殻タンクによれば、頂部隙間の大きさが底部隙間の大きさよりも大きいことから、内槽が空の状態において、タンク頂部にタンク底部よりも厚い断熱層が形成されている。そして、内槽に低温液体が供給されて内槽が収縮すると、内槽と外槽との間隙が広がって、内槽と外槽との間に充填されている粒状断熱材が沈降するが、粒状断熱材が沈降した状態においても、タンク頂部に十分な厚さの断熱層が保持される。よって、上記二重殻タンクによれば、粒状断熱材によって内槽と外槽との間に断熱層を形成することと、内槽の収縮変形に起因して粒状断熱材が沈降した後もタンク頂部に適切な厚さの断熱層を保持することとを両立することができる。
【００１１】
上記二重殻タンクにおいて、前記外槽が球殻形状を呈し、当該外槽の中心が前記内槽の中心よりも上方に位置していてよい。
【００１２】
このように、外槽の中心に対し内槽の中心を下方へ偏心させることによって、外槽と内槽を共に強度に優れた球殻形状としながらも、内槽と外槽との頂部隙間の大きさを内槽と外槽との底部隙間の大きさよりも大きくすることができる。
【００１３】
或いは、上記二重殻タンクにおいて、前記外槽が下半球殻部と、上半球殻部と、前記下半球殻部と前記上半球殻部とを繋ぐ筒形状の胴部とからなり、前記内槽の中心と前記下半球殻部の中心とが一致していてよい。
【００１４】
これにより、内槽の赤道より下方では、その周囲に一定厚さの断熱層が形成される。内槽の赤道より上方では、その周囲に内槽の赤道より下方の断熱層よりも厚い断熱層が形成される。そして、外槽は球殻に近い形状となり、外槽に十分な強度を備えることができる。
【００１５】
或いは、上記二重殻タンクにおいて、前記外槽が、球殻形状を呈する本体部と、本体部の頂部に設けられ前記粒状断熱材が充填されたドーム部とからなり、前記内槽の中心と前記本体部の中心とが一致していてよい。
【００１６】
このように、外槽の本体部の頂部に粒状断熱材が充填されたドーム部が設けられているので、内槽が収縮変形して内槽と外槽の本体部との間に充填されている粒状断熱材が沈降しても、その沈降分がドーム部に充填されていた粒状断熱材によって補われる。よって、粒状断熱材が沈降した状態においても、タンク頂部に十分な厚さの断熱層が保持される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、粒状断熱材によって内槽と外槽との間に断熱層を形成することと、内槽の収縮変形に起因して粒状断熱材が沈降した後もタンク頂部に適切な厚さの断熱層を保持することとを両立し得る二重殻タンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る空の二重殻タンクの全体的な構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す内槽へ低温液体が供給された状態を示す二重殻タンクの断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る空の二重殻タンクの全体的な構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３に示す内槽へ低温液体が供給された状態を示す二重殻タンクの断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る空の二重殻タンクの全体的な構成を示す断面図である。
【図６】図６は、図５に示す内槽へ低温液体が供給された状態を示す二重殻タンクの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る空の二重殻タンク１Ａの全体的な構成を示す断面図であり、図２は、図１に示す内槽２へ低温液体７が供給された状態を示す二重殻タンク１Ａの断面図である。
【００２０】
図１及び図２に示す二重殻タンク１Ａは、液体水素、液体窒素、液化天然ガス等の低温液体７を貯蔵するタンクである。二重殻タンク１Ａは、図示されないスカート又は支柱によって支持された状態で船体又は地上等に設置される。
【００２１】
二重殻タンク１Ａは、内槽２と、内槽２を覆う外槽３と、内槽２と外槽３との間に充填されて断熱層を形成する粒状断熱材４と、内槽２と外槽３との間の空間を真空引きする真空ポンプ６とを備える。
【００２２】
内槽２は、中空球殻形状を呈し、例えば、多数のＳＵＳ製パネルが溶接されて成る。内槽２の内部には、低温液体７を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部２１が形成されている。内槽２は、タンク建造時の常温と低温液体７収容時の低温との温度差による収縮変形及び変形回復を許容し得る。
【００２３】
外槽３は、内槽２よりも一回り大きい中空球殻形状を呈し、例えば、多数の鋼板が溶接されて成る。外槽３の直径は、内槽２の直径よりも大きい。内槽２は、内槽２の外壁と外槽３の内壁との間を接続する図示されないロッド等によって、外槽３に支持される。
【００２４】
粒状断熱材４は、内槽２の外壁及び外槽３の内によって囲まれた空間に圧密状態で充填されている。粒状断熱材４は、例えば、粒状のパーライトである。但し、粒状断熱材４は、パーライト以外の公知の粒状断熱材が採用されてよい。
【００２５】
内槽２と外槽３との間において粒状断熱材４が充填された空間は、真空ポンプ６によって強制排気され、ほぼ真空状態とされている。このように粒状断熱材４が充填された空間がほぼ真空状態とされることで、断熱効果が更に高められる。
【００２６】
外槽３の中心３ｃを通る鉛直線と、内槽２の中心２ｃを通る鉛直線とは、二重殻タンク１Ａのタンク中心線Ｃと一致する。タンク底部において、タンク中心線Ｃ上における外槽３の内壁と内槽２の外壁との隙間を「底部隙間Ｇ１」と称する。また、タンク頂部において、タンク中心線Ｃ上における外槽３の内壁と内槽２の外壁との隙間を「頂部隙間Ｇ２」称する。
【００２７】
本実施形態に係る二重殻タンク１Ａでは、底部隙間Ｇ１よりも頂部隙間Ｇ２が大きくなるように、内槽２と外槽３とが配置されている。つまり、外槽３の中心３ｃが内槽２の中心２ｃよりも上方に位置するように、内槽２と外槽３とが配置されている。なお、外槽３の中心３ｃとは、外槽３の球殻形状の中心であり、内槽２の中心２ｃとは、内槽２の球殻形状の中心である。
【００２８】
そして、頂部隙間Ｇ２の大きさＬ２は、底部隙間Ｇ１の大きさＬ１に、内槽２が空の状態（図１）と内槽２が低温液体７を収容した状態（図２）との粒状断熱材４のレベル差ΔＬを加えた値以上である。つまり、次式１が成立する。
Ｌ２＞Ｌ１＋ΔＬ・・・（式１）
レベル差ΔＬ（即ち、粒状断熱材４の沈降量）は、計算やシミュレーションにより求めることができる。
【００２９】
以上に説明した通り、本実施形態に係る二重殻タンク１Ａは、低温液体７を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部２１が内部に形成された球殻形状の内槽２と、内槽２を覆う外槽３と、内槽２の外壁及び外槽３の内壁によって囲まれた空間に充填されて断熱層を形成する粒状断熱材４とを、備える。そして、内槽２と外槽３との頂部隙間Ｇ２の大きさＬ２が、内槽２と外槽３との底部隙間Ｇ１の大きさＬ１に、内槽２が空の状態と内槽２が低温液体７を収容した状態との粒状断熱材４のレベル差ΔＬを加えた値以上である。
【００３０】
上記二重殻タンク１Ａでは、頂部隙間Ｇ２の大きさＬ２が底部隙間Ｇ１の大きさＬ１よりも大きいことから、内槽２が空の状態において、タンク頂部にタンク底部よりも厚い断熱層が形成されている（図１、参照）。そして、内槽２に低温液体７が供給されて内槽２が収縮すると、内槽２と外槽３との間隙が広がって、内槽２と外槽３との間に充填されている粒状断熱材４が沈降するが、粒状断熱材４が沈降した状態においても、タンク頂部に十分な厚さＬ２’の断熱層が保持される（図２、参照）。
【００３１】
このように、本実施形態に係る二重殻タンク１Ａによれば、粒状断熱材４によって内槽２と外槽３との間に断熱層を形成することと、内槽２の収縮変形に起因して粒状断熱材４が沈降した後もタンク頂部に適切な厚さＬ２’の断熱層を保持することとを両立することができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る二重殻タンク１Ａでは、外槽３が球殻形状を呈し、当該外槽３の中心３ｃが内槽２の中心２ｃよりも上方に位置する。
【００３３】
このように、外槽３の中心３ｃに対し内槽２の中心２ｃを下方へ偏心させることによって、外槽３と内槽２を共に強度に優れた球殻形状としながらも、内槽２と外槽３との頂部隙間Ｇ２の大きさＬ２を内槽２と外槽３との底部隙間Ｇ１の大きさＬ１よりも大きくすることができる。
【００３４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る空の二重殻タンク１Ｂの全体的な構成を示す断面図である。図４は、図３に示す内槽２へ低温液体７が供給された状態を示す二重殻タンク１Ｂの断面図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３５】
図３及び図４に示すように、本実施形態に係る二重殻タンク１Ｂは、低温液体７を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部２１が内部に形成された球殻形状の内槽２と、内槽２を覆う外槽３と、内槽２の外壁及び外槽３の内壁によって囲まれた空間に充填されて断熱層を形成する粒状断熱材４とを備える。
【００３６】
外槽３は、下半球殻部３１と、上半球殻部３２と、下半球殻部３１と上半球殻部３２とを上下方向に繋ぐ筒形状の胴部３３とからなる。下半球殻部３１、上半球殻部３２、及び胴部３３の直径は等しく、その値は内槽２の直径よりも大きい。
【００３７】
内槽２と外槽３とは、内槽２の中心２ｃと下半球殻部３１の中心３１ｃとが一致するように配置される。内槽２は、内槽２の外壁と外槽３の内壁との間を接続する図示されないロッド等によって、外槽３に支持される。
【００３８】
以上に説明した通り、本実施形態に係る二重殻タンク１Ｂでは、外槽３が下半球殻部３１と、上半球殻部３２と、下半球殻部３１と上半球殻部３２とを繋ぐ筒形状の胴部３３とからなり、内槽２の中心２ｃと下半球殻部３１の中心３１ｃとが一致している。
【００３９】
上記二重殻タンク１Ｂでは、内槽２の赤道より下方では、その周囲に一定厚さの断熱層が形成され、内槽２の赤道より上方では、その周囲に内槽２の赤道より下方の断熱層よりも厚い断熱層が形成される。このようにして、内槽２と外槽３との頂部隙間Ｇ２の大きさＬ２が、内槽２と外槽３との底部隙間Ｇ１の大きさＬ１に、内槽２が空の状態と内槽２が低温液体７を収容した状態との粒状断熱材４のレベル差ΔＬを加えた値以上となる二重殻タンク１Ｂを単純な構造で実現している。しかも、内槽２は球殻形状であり、外槽３も球殻ではないものの、球殻に近い形状とすることができ、外槽３に十分な強度を備えることができる。
【００４０】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る空の二重殻タンク１Ｃの全体的な構成を示す断面図である。図６は、図５に示す内槽２へ低温液体７が供給された状態を示す二重殻タンク１Ｃの断面図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４１】
図５及び図６に示すように、本実施形態に係る二重殻タンク１Ｃは、低温液体７を密閉した状態で貯蔵する貯蔵部２１が内部に形成された球殻形状の内槽２と、内槽２を覆う外槽３と、内槽２の外壁及び外槽３の内壁によって囲まれた空間に充填されて断熱層を形成する粒状断熱材４とを備える。
【００４２】
外槽３は、球殻形状を呈する本体部３５と、本体部３５の頂部に設けられたドーム部３６とからなる。ドーム部３６の形状は特に限定されないが、例えば、ポッドを上下逆にした形状であってよい。ドーム部３６が存在しないと仮定した場合に、内槽２の収縮変形に伴って本体部３５の粒状断熱材４が沈降することにより、本体部３５の頂部に生じる空隙の体積をΔＶとする。ドーム部３６の容積は、ΔＶよりも大きい。つまり、ドーム部３６には、ΔＶよりも大きな体積の粒状断熱材４が充填される。
【００４３】
内槽２と外槽３とは、内槽２の中心２ｃと本体部３５の中心３５ｃとが一致するように配置される。内槽２は、内槽２の外壁と外槽３の内壁との間を接続する図示されないロッド等によって、外槽３に支持される。
【００４４】
以上に説明した通り、本実施形態に係る二重殻タンク１Ｃでは、外槽３が、球殻形状を呈する本体部３５と、本体部３５の頂部に設けられたドーム部３６とからなり、内槽２の中心２ｃと本体部３５の中心３５ｃとが一致している。
【００４５】
上記二重殻タンク１Ｃでは、外槽３の本外槽３体部の頂部に粒状断熱材４が充填されたドーム部３６が設けられている。このようにして、内槽２と外槽３との頂部隙間Ｇ２の大きさＬ２が、内槽２と外槽３との底部隙間Ｇ１の大きさＬ１に、内槽２が空の状態と内槽２が低温液体７を収容した状態との粒状断熱材４のレベル差ΔＬを加えた値以上となる二重殻タンク１Ｂを単純な構造で実現している。
【００４６】
そして、上記二重殻タンク１Ｃでは、内槽２が収縮変形して内槽２と外槽３の本体部３５との間に充填されている粒状断熱材４が沈降しても、その沈降分がドーム部３６に充填されていた粒状断熱材４によって補われる。よって、粒状断熱材４が沈降した状態においても、タンク頂部に十分な厚さＬ２’の断熱層が保持される。
【００４７】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。
【符号の説明】
【００４８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ    ：二重殻タンク
２      ：内槽
２ｃ    ：内槽の中心
３      ：外槽
３ｃ    ：外槽の中心
４      ：粒状断熱材
６      ：真空ポンプ
７      ：低温液体
２１    ：貯蔵部
３１    ：下半球殻部
３１ｃ  ：下半球殻部の中心
３２    ：上半球殻部
３３    ：胴部
３５    ：本体部
３５ｃ  ：本体部の中心
３６    ：ドーム部
Ｃ      ：タンク中心線
Ｇ１    ：底部隙間
Ｇ２    ：頂部隙間
ΔＬ    ：レベル差
【図１】
2020104884.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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