(57)【要約】【課題】二重管の真空層の断熱機能の低下を精度よく検出することができる液化水素用二重管の寿命判定方法及びその装置を提供すること。【解決手段】内管２と、この内管２に間隔を空けて外嵌された外管３と、内管２と外管３との間に形成された真空層４とを備え、内管２の内部に液化水素５を通液可能な液化水素用二重管１の寿命判定装置１０において、非通液時に真空層４内の第１圧力Ｐ１を定期的に複数回検出する圧力センサ１１と、圧力センサ１１を制御するＥＣＵ１３を備え、ＥＣＵ１３が、検出された複数の第１圧力Ｐ１に基づいて真空層４内の圧力上昇率ｋ１を算出する上昇率算出部１４と、算出された圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きいことを条件として、液化水素用二重管１が耐用限界であることを判定する判定部１５とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と、この内管に間隔を空けて外嵌された外管と、前記内管と外管との間に形成された真空層とを備え、前記内管の内部に液化水素を通液可能な液化水素用二重管の寿命判定方法において、
非通液時に前記真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出ステップと、
前記検出された複数の第１圧力に基づいて真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出ステップと、
前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きいことを条件として、前記液化水素用二重管が耐用限界であることを判定する判定ステップと、
を有することを特徴とする液化水素用二重管の寿命判定方法。
【請求項２】
前記判定ステップにおいて、前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも小さいときであっても、前記検出された第１圧力が第２閾値よりも大きい場合には、前記液化水素用二重管が耐用限界であると判定することを特徴とする請求項１に記載の液化水素用二重管の寿命判定方法。
【請求項３】
通液時に前記真空層内の第２圧力を複数回検出する第２圧力検出ステップを有し、
前記判定ステップにおいて、前記液化水素用二重管が耐用限界であることを判定したとき、前記検出された第１圧力と第２圧力との差が第３閾値よりも大きい場合、前記外管からリークし、前記検出された第１圧力と第２圧力との差が第３閾値以下の場合、前記内管からリークしていると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の液化水素用二重管の寿命判定方法。
【請求項４】
内管と、この内管に間隔を空けて外嵌された外管と、前記内管と外管との間に形成された真空層とを備え、前記内管の内部に液化水素を通液可能な液化水素用二重管の寿命判定装置において、
非通液時に前記真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出手段と、
前記第１圧力検出手段を制御する制御手段を備え、
前記制御手段が、
前記検出された複数の第１圧力に基づいて真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出手段と、
前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きいことを条件として、前記液化水素用二重管が耐用限界であることを判定する判定手段とを有することを特徴とする液化水素用二重管の寿命判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化水素用二重管の寿命判定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、代替エネルギーとして環境負荷の少ない水素燃料の使用が推進されつつある。
水素燃料は、その比重がＬＮＧの約１／６の０．０７であり、ガス拡散し易く、空気中の酸素ガスと反応して引火する可能性が高い。それ故、ガス拡散防止及び輸送効率の観点から、水素燃料は液化水素の形で輸送される。
液化水素は、ＬＮＧの沸点に比べて極めて低い沸点（−２５３℃）であるため、低温流体輸送管を用いて液化水素を流す場合、空気中の酸素や窒素の融点や沸点が液化水素の温度よりも高いことから、これら空気中の気体が液化或いは固化して輸送管の外周面に付着する虞がある。
【０００３】
特許文献１の低温流体用二重管は、ＦＲＰ製の内管とＦＲＰ製の外管によって低温流体用二重管を構成し、内管の外周面にアルミニウムを蒸着した不織布を巻きつけ、内管と外管との間に真空層を形成し、内管を流れる液化ヘリウムの気化を防止している。
このような低温流体用二重管では、内管と外管との間に真空層を形成し、真空層内に内管の冷熱を伝達する対流を発生させないため、内管の冷熱が外管に伝達されず、断熱効果を発揮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１５３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、低温流体用二重管は、外部損傷の有無確認や流す流体の漏洩確認等によって配管の交換時期や補修時期、所謂管寿命を判定している。
しかし、特許文献１の低温流体用二重管では、寿命判定の主要項目の１つである真空層の断熱機能の低下を精度良く判定することができない虞がある。
【０００６】
内管と外管との間の真空層内には、分子同士の衝突が殆ど無い分子流領域が形成されているため、外管は内管内を流れる液化水素の冷熱から真空層によって断熱されている。
一方、水素は原子半径が小さいため、水素ガス状態は、内管の壁部から透過する性質を有している。それ故、内管等に損傷が存在しない健全状態であっても、長期運用によって水素ガスが真空層内に透過する可能性があるため、真空層内が分子同士の衝突が十分に発生する粘性流領域に変化する虞がある。
また、内管や外管に損傷が生じた場合には、当然、真空層内が分子流領域から粘性流領域に変化し、期待する断熱効果を発揮することができない。
【０００７】
本発明の目的は、二重管の真空層の断熱機能の低下を精度よく検出することができる液化水素用二重管の寿命判定方法及びその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、内管と、この内管に間隔を空けて外嵌された外管と、前記内管と外管との間に形成された真空層とを備え、前記内管の内部に液化水素を通液可能な液化水素用二重管の寿命判定方法において、非通液時に前記真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出ステップと、前記検出された複数の第１圧力に基づいて真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出ステップと、前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きいことを条件として、前記液化水素用二重管が耐用限界であることを判定する判定ステップと、を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記判定ステップにおいて、前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも小さいときであっても、前記検出された第１圧力が第２閾値よりも大きい場合には、前記液化水素用二重管が耐用限界であると判定することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、通液時に前記真空層内の第２圧力を複数回検出する第２圧力検出ステップを有し、前記判定ステップにおいて、前記液化水素用二重管が耐用限界であることを判定したとき、前記検出された第１圧力と第２圧力との差が第３閾値よりも大きい場合、前記外管からリークし、前記検出された第１圧力と第２圧力との差が第３閾値以下の場合、前記内管からリークしていると判定することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明は、内管と、この内管に間隔を空けて外嵌された外管と、前記内管と外管との間に形成された真空層とを備え、前記内管の内部に液化水素を通液可能な液化水素用二重管の寿命判定装置において、非通液時に前記真空層内の第１圧力を複数回検出する第１圧力検出手段と、前記第１圧力検出手段を制御する制御手段を備え、前記制御手段が、前記検出された複数の第１圧力に基づいて真空層内の圧力上昇率を算出する上昇率算出手段と、前記算出された圧力上昇率が第１閾値よりも大きいことを条件として、前記液化水素用二重管が耐用限界であることを判定する判定手段とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、真空層内の圧力上昇率が第１閾値よりも大きいことを条件として、液化水素用二重管が耐用限界であることを判定するため、真空層内の圧力をパラメータとして真空層の断熱機能の低下を精度良く検出することができ、簡単な構成で液化水素用二重管の寿命を判定することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、算出された圧力上昇率が第１閾値よりも小さいときであっても、検出された第１圧力が第２閾値よりも大きい場合には、液化水素用二重管が耐用限界であると判定するため、管壁の損傷が発生していない場合であっても、水素ガスの透過に起因した真空層の断熱機能の低下を精度良く検出することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、液化水素用二重管が耐用限界であることを判定したとき、検出された第１圧力と第２圧力との差が第３閾値よりも大きい場合、外管からリークし、検出された第１圧力と第２圧力との差が第３閾値以下の場合、内管からリークしていると判定するため、簡易な手法で損傷が発生している管を特定することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明と同様に、真空層内の圧力をパラメータとして真空層の断熱機能の低下を精度良く検出することができ、簡単な構成で液化水素用二重管の寿命を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る液化水素用二重管の要部破断斜視図である。
【図２】液化水素用二重管の寿命判定装置のブロック図である。
【図３】通液時及び非通液時における真空層内の圧力特性であって、（ａ）は健全時のグラフ、（ｂ）は内管リーク時のグラフ、（ｃ）は外管リーク時のグラフを示している。
【図４】寿命判定処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
以下の説明は、本発明を液化水素輸送船用移送配管の一部に用いられた液化水素用二重管に適用した場合を例にして説明したものである。
尚、本発明の液化水素用二重管は、液化水素輸送船用移送配管以外に、基地タンクと輸送船タンクとを接続する接続配管、基地タンクと基地タンクとを接続する接続配管等に適用することが可能であり、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
【実施例１】
【００１８】
まず、液化水素用二重管１について説明する。
図１に示すように、液化水素用二重管１は、内管２と、この内管２に間隔を空けて外嵌された外管３と、内管２と外管３との間に円筒状に形成された真空槽４とを備えている。液化水素５は、内管２内を流れて輸送船タンク（図示略）に出し入れされる。
内管２は、例えばステンレス鋼や低温用鋼で構成され、外管３は、例えばステンレス鋼や炭素鋼で構成されている。真空槽４は、内管２及び外管３等によって円筒状の密閉空間を構成した後、この密閉空間内を真空引きすることによって形成されている。
これにより、液化水素５を内管２内に通液したとき、内管２と外管３との間の対流熱伝達を真空層４によって防止することができ、外管３の外周に液体空気や固体空気が発生するのを防止することができる。
【００１９】
次に、液化水素用二重管１の寿命判定装置１０について説明する。尚、以下の説明は、液化水素用二重管１の寿命判定方法の説明を含むものである。
図２に示すように、寿命判定装置１０は、真空槽４内の圧力を検出する圧力センサ１１（第１，第２圧力検出手段）と、オペレータに液化水素用二重管１の寿命判定内容を報知可能なモニタ１２と、圧力センサ１１及びモニタ１２と電気的に接続されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３（制御手段）等を有している。
【００２０】
圧力センサ１１は、真空槽４内に設置され、定期的、例えば、１日毎、液化水素５を内管２内に通液していないとき（非通液時）の真空槽４内の第１圧力Ｐ１（Ｐａ）と、液化水素５を内管２内に通液しているとき（通液時）の真空槽４内の第２圧力Ｐ２（Ｐａ）とを夫々検出している。圧力センサ１１によって検出された第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２は、ＥＣＵ１３に出力される。
【００２１】
ＥＣＵ１３は、圧力センサ１１によって検出された第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２を記憶し、これら第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２に基づいて液化水素用二重管１の耐用限界、具体的には、真空槽４のリークの有無、リークが生じている管の種類、水素ガスの透過の有無を判定し、その判定結果をモニタ１２に出力し、オペレータに報知している。オペレータは、報知内容に基づき液化水素用二重管１の寿命を判定し、二重管１の補修或いは交換指示を行っている。このＥＣＵ１３は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムを記憶したＲＯＭ、データやプログラムを一時的に記憶するＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）、各種データを入出力する入出力インターフェイス等によって構成されている。
【００２２】
図２に示すように、ＥＣＵ１３は、定期的に検出された複数の第１圧力Ｐ１に基づいて真空層４内の圧力上昇率ｋ１（Ｐａ／ｄａｙ）を算出する上昇率算出部１４（上昇率算出手段）と、液化水素用二重管１が耐用限界か否かを判定する判定部１５（判定手段）等を備えている。
上昇率算出部１４は、今回（本日）測定した第１圧力Ｐ１と前回（前日）測定した第１圧力Ｐ１との差分を求めることによって、前回から今回に亙る非通液時の真空層４内の圧力上昇率ｋ１を算出すると共に、今回の第１圧力Ｐ１と今回の第２圧力Ｐ２との差分を求めることによって、非通液時と通液時との真空層４内の圧力差分ｋ２（Ｐａ）を算出している。
【００２３】
判定部１５は、算出された圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１（Ｐａ／ｄａｙ）よりも大きいことを条件として、液化水素用二重管１が耐用限界であることを判定している。
第１閾値Ｔ１は、例えば、耐用限界に達していない健全時の圧力上昇率の１０倍の値に設定されている。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、内管２又は外管３に損傷等によるリークが発生していない健全時、第１圧力Ｐ１の圧力上昇率ｋ１は、水素ガスの透過による圧力増加の影響を受けるのみであり、略一定である。つまり、水素ガスの透過による圧力増加分以上の圧力増加が生じた場合に、内管２又は外管３に損傷等によるリークが発生したことを判定している。
第２圧力Ｐ２の圧力上昇率も、第１圧力Ｐ１と同様に略一定である。
しかし、内管２内を流れる液化水素５の冷熱によって真空層４内が非通液時よりも冷却されることから、通液時には真空層４に存在する分子の平均自由行程が長くなり、非通液時の第１圧力Ｐ１よりも通液時の第２圧力Ｐ２が低くなっている。
【００２５】
また、判定部１５は、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも小さいときであっても、今回の第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２（Ｐａ）よりも大きい場合には、液化水素用二重管１が耐用限界であると判定している。
内管２又は外管３に損傷等によるリークが発生していないときであっても、長期運用によって真空層４は水素ガスの透過による圧力増加の影響を受ける。真空層４の断熱機能が所定レベル以下まで低下した場合、液化水素用二重管１に損傷等がなくても交換する必要が生じる。
そこで、真空層４内の圧力が、分子同士の衝突が活発になり、真空層４による断熱機能の低下を招く圧力、例えば、１０-2Ｐａを第２閾値Ｔ２に設定している。
【００２６】
判定部１５は、算出された圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３（Ｐａ）よりも大きい場合、外管３にリーク箇所が存在し、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３以下の場合、内管２にリーク箇所が存在していると判定している。第３閾値Ｔ３は、例えば、リークが発生していない健全状態の第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差分を１０倍にした値に設定している。
【００２７】
図３（ｂ）に示すように、内管２にリーク箇所が存在している場合、液化水素の通液又は非通液に拘らずリーク箇所を介して真空層４内に水素ガスが進入しているため、第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２はリーク発生と同時に上昇を開始し、圧力差分ｋ２は略一定である。
図３（ｃ）に示すように、外管３にリーク箇所が存在している場合、非通液時は空気（窒素、酸素）が真空層４内に進入して第１圧力Ｐ１がリーク発生と同時に上昇を開始する一方、通液時は真空層４内に進入した窒素や酸素が固化（又は液化）することにより内管２に吸着して圧力増加しないため、圧力差分ｋ２は時間経過と共に増加する。
それ故、前提となるリーク発生判定では、リーク発生箇所が内管２と外管３のうち何れで発生しても圧力が増加する第１圧力Ｐ１の圧力上昇率ｋ１を判定対象として採用している。
【００２８】
次に、図４のフローチャートに基づき、液化水素用二重管１の寿命判定処理について説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は、各処理のためのステップを示す。
【００２９】
まず、Ｓ１では、液化水素用二重管１の定期的な寿命判定時期か否かについて判定する。
Ｓ１の判定の結果、寿命判定時期である場合、Ｓ２に移行し、通液時及び非通液時の夫々の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２を含む各種情報を入力する。
Ｓ１の判定の結果、寿命判定時期ではない場合、寿命判定時期になるまでカウントを継続する。
【００３０】
次に、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２について取得済か否か判定する（Ｓ３）。
Ｓ３の判定の結果、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得済の場合、Ｓ４に移行し、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きいか否かについて判定する。
Ｓ３の判定の結果、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得済ではない場合、液化水素用二重管１には液化水素５を流す状態と流さない状態が夫々発生するため、今回の第１，第２圧力Ｐ１，Ｐ２が取得されるまで情報入力を繰り返す。
【００３１】
Ｓ４の判定の結果、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きい場合、Ｓ５に移行し、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３よりも大きいか否かを判定する。
Ｓ５の判定の結果、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３よりも大きい場合、Ｓ６に移行し、モニタ１２を介して外管３にリークが発生していることを報知し、終了する。
Ｓ５の判定の結果、圧力差分ｋ２が第３閾値Ｔ３以下の場合、Ｓ７に移行し、モニタ１２を介して内管２にリークが発生していることを報知し、終了する。
【００３２】
Ｓ４の判定の結果、圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１以下の場合、各管壁の損傷によるリークが発生していないため、Ｓ８に移行し、第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２よりも大きいか否かを判定する。
Ｓ８の判定の結果、第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２よりも大きい場合、水素ガスの透過によって断熱機能が所定レベル以下に低下しているため、Ｓ９に移行し、モニタ１２を介して極度の水素ガス透過が発生していることを報知し、終了する。
Ｓ８の判定の結果、第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２以下の場合、水素ガスの透過が生じていないため、Ｓ１０に移行し、モニタ１２を介して健全状態を報知し、終了する。
【００３３】
次に、液化水素用二重管１の寿命判定方法及びその装置の作用、効果について説明する。
この液化水素用二重管１の寿命判定方法及びその装置によれば、真空層４内の圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも大きいことを条件として、液化水素用二重管１が耐用限界であることを判定するため、真空層４内の圧力をパラメータとして真空層４の断熱機能の低下を精度良く検出することができ、簡単な構成で液化水素用二重管１の寿命を判定することができる。
【００３４】
算出された圧力上昇率ｋ１が第１閾値Ｔ１よりも小さいときであっても、検出された第１圧力Ｐ１が第２閾値Ｔ２よりも大きい場合には、液化水素用二重管１が耐用限界であると判定するため、管壁の損傷が発生していない場合であっても、水素ガスの透過に起因した真空層４の断熱機能の低下を精度良く検出することができる。
【００３５】
液化水素用二重管１が耐用限界であることを判定したとき、検出された第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差（ｋ２）が第３閾値Ｔ３よりも大きい場合、外管３からリークし、検出された第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差が第３閾値Ｔ３以下の場合、内管２からリークしていると判定するため、簡易な手法で損傷が発生している管を特定することができる。
【００３６】
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、第１〜第３閾値を、健全時の圧力上昇率の１０倍の値、１０-2Ｐａ、健全状態の第１圧力と第２圧力との差分を１０倍にした値に夫々設定した例を説明したが、液化水素用二重管の材質や仕様等に応じて適宜設定することが可能である。
【００３７】
２〕前記実施形態においては、第１圧力と第２圧力を１日毎に判定する例を説明したが、第１圧力と第２圧力を常時監視するすると共に寿命判定する設定にしても良い。
また、第１圧力と第２圧力を常時監視し、所定期間毎に寿命判定する設定にすることも可能である。
【００３８】
３〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００３９】
１      液化水素用二重管
２      内管
３      外管
４      真空層
５      液化水素
１０    寿命判定装置
１１    圧力センサ
１３    ＥＣＵ
１４    上昇率算出部
１５    判定部
ｋ１    圧力上昇率
ｋ２    圧力差分
Ｔ１    第１閾値
Ｔ２    第２閾値
Ｔ３    第３閾値
【図１】
2017020914.tif 000003
【図２】
2017020914.tif 000004
【図３】
2017020914.tif 000005
【図４】
2017020914.tif 000006