(57)【要約】      （修正有）【課題】メタンハイドレートは腐食性が強いことから、従来のクロム含有の耐食金属材料などを用いると、約30℃常温で収納する場合は約60MPaの必要圧力容器となるため、重量が増して製作コストも高く、実用性に問題であった。【解決手段】メタンハイドレートタンクは耐食ＦＲＰ高圧管２とＦＲＰ端面キャップ３を高圧管で使用するねじ接続構造を用いてタンクを複数個並列に接続して構成する。海洋コンテナに直射日光反射と断熱効果のある外面塗料を行い、樹脂または無機材の発泡系断熱材をコンテナ内部に貼り付ける。上下部に通気口を設けて内部と外部の通気制限を行うことで外部高温空気の室内侵入防止を図る。コンテナ内部設置水シャワーによる冷却と緊急安全対策のガス放出安全弁を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンハイドレートのコンテナータンクにおいて、内外面に熱伝導断熱材や放射熱反射材を片方または両面に装着して、コンテナ内に耐食性の高圧管からなる端部キャップを取り付けた複数本のパイプタンクを並列に接続して、必要においては一つのタンク機能として使用可能にして、必要によってはコンテナ内部通気口に温度制御シャッター機能を備えて、タンク外部に上部から水シャワー機能を設置、非常時の圧力解放弁を備えたことを特徴とするメタンハイドレートコンテナの構造。
【請求項２】
メタンハイドレートコンテナ収納の耐食高圧タンクにあって、１つの管体部と２つの端面キャップ部を有して、連結に管体肉厚の６〜１２倍の長さのねじを有して、端面キャップの肉厚が管の少なくとも１倍以上を持ち、必要によっては中間にキャップ同様の大きさ径を持つ中間設置用構造物を備えたことを特徴とするメタンハイドレートタンク。
【請求項３】
管と端部キャップの継手構造にあって、管強化層の厚さの６倍から１２倍の長さを持つ継手部の接合長さに、管の継手部を約１/１６テーパで切削した面に、管端面から継手部を覆う耐食材からなる樹脂体外面にねじを持つ別体製作したねじ部材を接着剤により接合、このねじ部材に合う形状をした内面すべてに少なくとも耐食性の樹脂層を持ち、さらにねじを持つ端面キャップとを結合する構造を持つ特徴の管と端面キャップの継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
メタンハイドレートの貯蔵タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来人類が利用していた集積された化石燃料（ガス石油）の掘削採取は資源が乏しくなり、近年新たに海底地層に埋蔵するメタンハイドレート、強固なシェール岩盤に埋蔵するシェールガスなど新エネルギーが発見された。メタンハイドレートは水に溶け込むメタンガスを低温高圧により結晶固体化をすることで、水１に対して約150倍の容積ガスが凝縮される。また気体・液体ではないことから高圧断熱容器内収納輸送が最も効率的であるといわれていたが、メタンハイドレートは腐食性が強いことから、従来のクロム含有の耐食金属材料などを用いると、約30℃常温で収納する場合は約60MPaの必要圧力容器となるため、重量が増して製作コストも高く、実用性に問題であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
ガラス繊維強化プラスチック材料からなる管は、耐食性に強く、金属材料に比べて約１/５と軽く、断熱性に優れ、100MPaに至る高圧にも耐える。
【非特許文献１】Toshiharu Iwatani et al., Centrifugal Winding Method of  Manufacturing High Pressure and Low Cost FRP Pipes, ICERP2011, Mumbai.
【非特許文献２】Takashi Shimosakon et al., Screw Joint Part for High Pressure and Low Cost FRP Pipes, ICERP2011, Mumbai.
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、シェールガス等掘削採取されたメタンガス、海底から掘削採取されたメタンハイドレートなど化石燃料ガスを、高圧耐食容器内に水と混合して凝集、結晶化（ハイドレート）することで通常の乾燥ガスを低温高圧液化することなく、約150倍のタンク内凝集を行い、さらに汎用海洋コンテナ内に並列に連通して多数のタンクを収納、コンテナには必要な断熱材と、既定外の温度上昇時に自動作動する冷却水散布設備、許容外の内圧荷重が作用した時にタンク内のガスをコンテナ外部に自動放出する設備（非常圧力解放弁）を設けることで、生産地と消費地をダイレクトに結ぶための、輸送容器を提供する。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
耐食性に優れたＦＲＰ高圧管を用いて海洋コンテナ内にメタンハイドレートタンクを形成するために解決を必要とする必要な技術は、管の端部キャップと管との接続である。他の一つは図１に示すメタンハイドレートの生成条件に明示する。地球上で季節を問わず、位置を問わず、必要保管時間内を通して実用６０MPa許容容器内圧力条件を保つためには、必要なコンテナ輸送中時間のコンテナ内温度維持を保証することである。そして高温地域を通過するときなど必要時の冷却及び緊急時のガス放出減圧設備の発明が要望される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
図２には、メタンハイドレートを収納するタンクを内在するための海洋コンテナの構造を示す。通常の海洋コンテナ構造に、まず外面を直射日光反射と断熱効果のある外面塗料を用いて塗装する。次いで樹脂発泡系または無機材発泡系の断熱材をコンテナ内部に約30〜100mm貼り付け、さらに下部上部に通気口を設けて内部と外部の通気制限を行い外部高温空気の室内侵入防止を図る。すなわち、放射熱対策には直射日光による加熱防止を塗料で防止、外気温による熱伝導を室内断熱材で防止、加熱空気の侵入防止を弁機能付の通気口で防止、既定外の内部温度に対してはコンテナ内に設置する水シャワーにより冷却、緊急安全対策にはガス放出安全弁で対応することで課題を解決する。
【０００７】
図３に示す、メタンハイドレートタンク構造は２の耐食ＦＲＰ高圧管と３のＦＲＰ端面キャップを高圧管で使用するねじ接続を可能な構造にして、目的の耐食性の高圧容器とすることができる。選択される管、端面キャップに採用される材料は、耐寒性とガラス繊維の破断伸びに至るまで自己破壊しない柔軟性を持ち、メタンハイドレートに含有する例えば硫化水素など不純物による必要な耐酸性の樹脂を用いて、ハイドレートと接合する面をすべて、樹脂劣化を防止するに必要な樹脂のみの厚さを有する内面耐食層を設けた構造容器とする必要がある。
【発明の効果】
【０００８】
従来から言われているメタンなど化石ガスは発生現場では、自然現象で地上に大量に放出されているが、直接回収ガスを消費地にパイプラインで送る場合、他の石炭や石油などの化石燃料との競合により、有効に利用できる輸送可能な距離は3000ｋｍであった。さらに遠距離輸送は、メタンガスの高圧・冷却による液化（ＬＮＧ）または、触媒反応でメタンから軽質油に加工して輸送していた。すなわち、ガス体では輸送コストが高価となり、需要地が遠距離ではコストアップで消費地では本来の低コストでクリーンなエネルギーの恩恵を受けにくいことが周知であった。これは例えばアメリカのシェールガスを日本に輸送する場合、ＬＮＧ化が必要であり、この液化プラントは巨額投資を必要とし、さらにＬＮＧタンカー運行コストも高いことから、日本のメタンガス価格は数倍以上となっている。本発明実施を行えば、ＬＮＧ化設備、ＬＮＧタンカーも不要であり、汎用の海洋コンテナによる固体のＤｏｏｒ to  Ｄｏｏｒで、４０フィートコンテナで約15トンのメタンガスの輸送が可能となる。すなわち、大幅なコストダウンがはかれる。
【０００９】
さらに、ガスの運搬はパイプラインが一般的な思考であったが、より安全で配管輸送での爆発事故など防止でき、さらに同様の家庭用のプロパンガス同様に小型タンク輸送、自動車用の小型タンクに応用発明できる。すなわち、従来から周知であったメタンハイドレート化された輸送用のシステムが、耐食高圧ＦＲＰ管状体と端面キャップをねじなどの接合を可能にすることで実現できた。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
図４は、管と端面キャップに関する発明の実施例である。メタンハイドレートは腐食性が強いため、各部材内面はすべて耐食樹脂層が設けられている。必要な肉厚は摩耗量と樹脂への浸透防止のために、少なくとも０．５mm以上の樹脂層が必要で１〜１．５mmの層が適する。管の強化層必要肉厚は負荷状態で耐食層樹脂の許容伸度を超えないための剛性を得ることができる肉厚で、使用するガラス繊維は軸方向対周方向を１：２とした織物を用いて、使用樹脂が少なくともガラス繊維の許容伸びの３〜５倍以上を有する樹脂を使用して、強化層界面破壊を防止する。さらに、内面側に周方向強化繊維がなる積層構成を行うことで、許容伸度の最大利用を図る。ここで使用される樹脂は、エポキシ変性ポリウレタンの不飽和ポリエステル樹脂などで、ガラス繊維は軸対周方向が１：２の比率で直行配列して、細糸により結束された曲がりが生じない非織布を採用する。管の成形には約７０％ガラス繊維含有の遠心成形法を用いると、均一テンションの強化繊維積層ができるために、理想的な強固な１００MPa管が生産できる。ねじ加工は2次加工で行う。応力緩和する柔軟性に富む樹脂からなるねじ部材を圧縮成型しておき、直管端部を研削してこのねじ部材を接着することで、端面シール樹脂層形成と応力緩和とガスリーク防止ねじを得る。一方、端部キャップはガラス繊維を目的形状に強化を必要とする方向に繊維を配行積層して、型内に収納可能な形態にミシンなどで体型化した強化繊維を型内に入れ、真空で空気を抜き取り高圧で樹脂を打ち込み加熱硬化することで、目的のねじ付端面キャップを成形する。
【実施例２】
【００１１】
図５は、継手の発明実施例である。本発明で最も重要で他に例のない高強度継手が必要条件である。その継手に必要な機能性条件は、８０MPaの内圧に耐えて、ガスリークがしないことが求められる。タンクのねじ継手でこのような強度とガスリークを防止した例がない。なぜなら、複合材は溶接構造が取れないため、応力集中が生じる構造体では目的を達成できない。しかしマトリックス樹脂は非常に弱く、素材自体は約６０MPaが限界であるため、内部の強化材によって許容強度を出している。よって、強化材と接合面の樹脂との応力分散が求められる。まず、２３強化層の持つ強度を２０接合面に均一分散するには、２３の肉厚の最適倍数１０倍（有効6〜12倍）の２０の長さをとるスカーフラップ形態を採用する。次いで２９ねじ径は２８外径管に２ｍｍ加えた径を採用する。さらに、シール圧力を得るための端面キャップのねじ込は目的耐圧と同じ圧力をねじ間で発生させ、管内圧により変形で生じるねじ面の加圧力を加えて、シール理論である許容シール圧力の1.5倍のシール圧を保たねばならない。このためには２２の端部が初期ねじ込み時に座屈するので、２３の約40〜60％肉厚保持が必要となる。これらの剛性バランスを得るためには、２３肉厚に対して1.5倍以上の剛性が得られる肉厚２５が必要となる。また、スカーフラップの最適テーパは１/１６である。そして、管継手部を研削する構造が必要となるため、２１の劣化補助ねじ部材が必要となり、２９の条件では最適は約２０ｍｍとなる。当然、ハイドレートとの接触面は対称性を必要とすることから、１〜１．５ｍｍの樹脂層が必要となる。
【実施例３】
【００１２】
図６は、継手ねじの詳細である。シール理論を適用した脱着可能なねじソケットのねじ形状は、ガラス繊維強化プラスチックの場合、強化層の剛性と樹脂剛性の違いから生じるせん断応力緩和には、１/１６テーパで8ラウンド（インチに8山のねじ）ねじが最も適することは周知である。ここで、ねじ面にシールに必要な圧力（1.5倍以上）を得るには、６０°傾斜角で丸ねじ形状の隙間なしが樹脂ねじには適する。すなわち、鉄鋼ねじとことなり、全面接触のねじがねじ材質間を強力に粘着可能なコーキング剤を用いる条件を加えると、最適と判明した。さらに、コーキング剤の最大使用限界接着強度は、ねじ母材の６０％程度なれば、５回程度のねじ部解体と再締め込みができる。よって、メタンハイドレートタンクの接合は、ウレタン系接着コーキング剤の使用がベストである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】メタンハイドレートの生成に係る水とメタンガス、水とメタンハイドレートとなる温度と圧力条件を示した。横軸が温度で縦軸が圧力である。中央の線が分岐境界を示す。温度に対しての必要圧力は、常温25℃ならば約４０MPaである。低温になればなるほど必要圧力が低下する。夏場の赤道直下の海洋を航海する場合は、外気温が平均して30℃（ピーク45℃が想定）で海水温度が25℃、1週間程度120時間の環境下が考えられる。初期室内温度を25℃と仮定すると、外表面反射塗料と断熱材約60mmウレタン発泡を使用することで27℃程度が最大と推定、冷却水の散水などなくても６０MPaで通常のすべての国際海域の海洋輸送条件を許容する。なお、本発明は特別な高温領域で長期間の維持が必要な場合は、散水シャワーを外部水に接続するなどから、発明条件外の更なる厳しい条件に対応する追加機能を合わせ持つ。
【図２】発明したメタンハイドレートコンテナを示す。図１に示す必要温度条件を保つ機能が設置されている。これらの機能により通常25℃以下の条件で４０MPa運行条件を保つことができる。それぞれの機能を得るための構造は符号のとおりである。
【図３】本発明の主体をなすメタンハイドレートタンクの基本構造を示す。2つの端面キャップと1つの管をねじ接続して、タンクする構造で端部のキャップに接続配管用の、１２穴ねじがある。なお、３キャップは丸型と角型が採用されるが、コンテナに散水冷却を設置している場合は丸型を用いて、冷却空気の通路を確保する。冷却水を上部から流入させて、排水するなどの場合は角型が良い。さらにこの場合は、配管隙間に吸水材を充填するなど、保冷効果の向上なども得られる。
【図４】タンクを構成する３端部キャップと、２管の詳細構造を示す。
【図５】ねじ継手部の詳細構造を示す。使用されるねじは、ＡＰＩの８ラウンドであって、さらにチュービングねじなどを採用する。タンクのメンテナンス時にねじ開放を可能にするためである。
【図６】採用する８ラウンドねじの詳細である。
【００１４】
図１のMPaはメガパスカルの圧力単位を示す。
【符号の説明】
【００１５】
１  コンテナ外壁（太陽光反射と断熱塗料が塗布）
２  FRP高圧管
３  端面キャップ
４  中間サポート
５  並列接続配管
６  外部入出力用弁と継手収納箱
７  スプリンクラー配管・ノズル
８  貯水タンクとスプリンクラー作動弁
９  非常用安全弁収納箱と外部噴出管
１０  コンテナ―開閉ドア
１１  温度上昇時に開放するシャッター付の開口
１２  注入取出し口
１３  内面耐食層（樹脂層）
１４  ＡＰＩ８ラウンドメスねじ
１５  樹脂層
１６  端面キャップの強化層
１７  管の強化層
１８  コーン形ねじ部材
１９  雄ねじ
２０  ねじの長さ
２１  ねじ端部の厚肉部
２２  管強化層の端部肉厚
２３  管の強化層肉厚
２４  管の肉厚
２５  端面キャップの強化層肉厚
２６  キャップ外径
２７  管内径
２８  管外径
２９  接続ねじの起点
３０  キャップの最大径
３１  ねじピッチ
３２  ねじテーパ１/１６
３３  ３０°角
３４  ６０°角
ねじ部の部材肉厚は雄ねじ・雌ねじ同じで2ねじセンターから１．４ｍｍをとる。
【図１】
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【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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