(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空断熱層を有する金属製断熱容器における断熱性能を判定するにあたり、断熱容器内の温度（Ｔｉ［℃］）と、断熱容器の外表面の温度（Ｔｏ［℃］）と、断熱容器の近傍の雰囲気温度（Ｔａ［℃］）と、断熱容器表面の熱伝達係数（α［Ｊ／ｍ２・ｈ・℃］）と、断熱容器の内容積（Ｖ［ｌ］）と、断熱容器の表面積（Ｓ［ｍ２］）とを求め、真空断熱層からの侵入熱量（Ｑｖ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］）を、
Ｑｖ＝｛（Ｔａ−Ｔｏ）×α×（Ｓ／Ｖ）｝／（Ｔｉ−Ｔａ）
により算出することを特徴とする断熱容器における断熱性能の試験方法。
【請求項２】
前記断熱容器における熱伝導による侵入熱量を求め、これを前記真空断熱層からの侵入熱量に加えることにより、断熱容器全体の侵入熱量を算出することを特徴とする請求項１記載の断熱容器における断熱性能の試験方法。
【請求項３】
前記断熱容器は、低温液化ガスを充填する超低温容器であることを特徴とする請求項１又は２記載の断熱容器における断熱性能の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱容器における断熱性能の試験方法に関し、特に、低温液化ガスを充填する超低温容器の断熱性能を判定するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化酸素や液化窒素、液化アルゴン、液化天然ガス（ＬＮＧ）等の低温液化ガスは、一般に真空断熱層を有する金属製二重容器からなる超低温容器に充填した状態で使用あるいは搬送されている。この超低温容器には、内容積１７５リットル程度の小型容器からタンクローリー等の２０００リットルを超える大型容器まで、各種容積のものが用いられているが、これらの超低温容器では、定期的に断熱性能の試験を行い、所定の断熱性能が維持されているか否かを判定することが義務付けられている。
【０００３】
超低温容器における断熱性能の試験方法は、該超低温容器に充填される液化ガスを、最大充填量の１／３〜１／２の範囲に充填した状態で、かつ、容器弁を開放して内部圧力を大気圧力とした状態において、容器弁から放出されるガス量、即ち気化ガス量を測定することにより行われている。
【０００４】
すなわち、断熱性能を示す侵入熱量（Ｑ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ（容器の内容積：リットル）］）は、試験ガス（充填した液化ガス）の気化潜熱（ｑ［Ｊ／ｋｇ］）と、測定時間（Ｈ［ｈ（時間）］）と、試験ガスの沸点と外気温度との温度差（Δｔ［℃］）と、容器の内容積（Ｖ［ｌ］）と、放出ガス量（Ｗ［ｋｇ］）とから、次の計算式
Ｑ＝（Ｗ・ｑ）／（Ｈ・Δｔ・Ｖ）
により求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般的な超低温容器は、液化ガスを０．３〜０．８ＭＰａ（ゲージ圧、以下同じ）で充填しており、容器内の液化ガスの温度は、その圧力において飽和した温度となっている。したがって、上述の試験を行うためには、容器内の圧力を大気圧とし、液化ガスの温度を大気圧における飽和状態の温度にまで下げる必要がある。例えば、０．４ＭＰａにおける液化窒素の飽和温度は約−１８０℃であり、大気圧（０ＭＰａ）における液化窒素の飽和温度は−１９６℃であるから、液化窒素の気化熱によって容器内の液及びガスの温度を１６℃低下させるとともに、容器全体の温度も、内部温度が−１９６℃の状態に対応する安定した状態になるまで待たなければならなかった。
【０００６】
そして、超低温容器の内外が安定した状態になるまでに、内容積が１７５リットルの小型容器でも６〜２４時間を要し、タンクローリー等の大型容器では、２４〜４８時間を要していた。この間に蒸発して容器外に放出されるガス量は、例えば液化窒素の場合は、小型容器で１０〜１５ｋｇ、大型容器で１００〜１０００ｋｇにも達する。したがって、試験開始時の液化ガス量を最大充填量の１／３〜１／２の範囲にするためには、放出されるガス量を見込んだ量の液化ガスをあらかじめ充填しておかなければならなかった。
【０００７】
さらに、従来の方法において、容器から放出されるガス量を正確に測定するためには、６〜２４時間が必要であり、この試験中においても液化ガスが失われることになる。この試験中の放出ガス量は、容器の断熱性能によって異なるが、小型容器で０．５〜３ｋｇ、大型容器で１０〜１００ｋｇである。
【０００８】
このように、従来の断熱性能試験では、試験の準備段階を含めて大量の液化ガスを必要とし、失われる液化ガスのコストが多大なものになるだけでなく、容器が長時間使用できない状態になるという問題もあった。
【０００９】
そこで本発明は、断熱容器の断熱性能試験を、液化ガスの損失をほとんど発生させることなく、短時間で簡単に行うことができる試験方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の断熱容器、特に、低温液化ガスを充填する超低温容器における断熱性能の試験方法は、真空断熱層を有する金属製断熱容器における断熱性能を判定するにあたり、断熱容器内の温度（Ｔｉ［℃］）と、断熱容器の外表面の温度（Ｔｏ［℃］）と、断熱容器の近傍の雰囲気温度（Ｔａ［℃］）と、断熱容器表面の熱伝達係数（α［Ｊ／ｍ２・ｈ・℃］）と、断熱容器の内容積（Ｖ［ｌ］）と、断熱容器の表面積（Ｓ［ｍ２］）とを求め、真空断熱層からの侵入熱量（Ｑｖ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］）を、
Ｑｖ＝｛（Ｔａ−Ｔｏ）×α×（Ｓ／Ｖ）｝／（Ｔｉ−Ｔａ）
により算出することを特徴としている。
【００１１】
また、上記方法において、前記断熱容器における熱伝導による侵入熱量（Ｑｃ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］）を求め、これを、前記真空断熱層からの侵入熱量（Ｑｖ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］）に加えることにより、断熱容器全体の侵入熱量（Ｑ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］）を算出することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明方法の対象となる断熱容器の一例を示すもので、内容積１７５リットルの小型超低温容器の概略断面図である。この小型超低温容器は、金属製、例えば鉄製の内容器１と外容器２との間に真空断熱層３を形成したものであって、内容器１は、頂部のネック部４を介して外容器２に吊り下げられた状態となっている。また、容器頭部５には、圧力計６や液面計７が設けられるとともに、パージ弁８や放出弁９、液出入口弁１０等が接続されており、内容器１の内部には、液面計７の検出部７ａ及び液出入口管１０ａが挿入されている。なお、大型容器や横型容器も実質的に同様の構造で形成されており、内容器の上部側にネック部を介してパージ弁や放出弁等が設けられ、液出入口弁に接続する液出入口管は、内容器の底部近傍に開口するように設けられている。
【００１３】
このような形状の小型超低温容器の断熱性能は、ネック部４や液出入口管１０ａ等の部分における主として金属の熱伝導による侵入熱と、これ以外の侵入熱、特に、真空断熱層３における放射熱とにより決まり、金属の熱伝導は、容器の構造や形状が決まれば略一定となり、放射熱は、真空断熱層３の真空度に大きく影響される。なお、真空断熱層３内に、内容器１を保持するための断熱材を設けたり、充填したりしている場合、このような断熱材を介しての熱伝導はほとんど無視することができる。
【００１４】
したがって、小型、大型の別なく、超低温容器の断熱性能の低下は、真空断熱層３の真空度が低下したことに起因するものであって、この真空断熱層３における熱放射量を測定すれば、断熱性能の低下を知ることができる。
【００１５】
そして、超低温容器の外表面、即ち外容器２の表面温度は、真空断熱層３が十分な断熱性能を有していれば、容器近傍の大気温度、即ち雰囲気温度と略同じとなり、真空断熱層３の断熱性能が低下すると、内容器１と外容器２との間の熱輻射により外容器２が冷却されるため、外容器２の表面温度が大気温度より低くなる。したがって、外容器２の表面温度と大気温度との差は、真空断熱層３の断熱性能に反比例し、換言すれば、外容器２から真空断熱層３を介して内容器１に侵入する熱量に比例する関係となり、前記金属の熱伝導以外の侵入熱は、容器表面と雰囲気（大気）との温度差、金属表面の固有の熱伝達係数、容器表面積により決まってくる。
【００１６】
このようなことから、金属表面の固有の熱伝達係数及び容器表面積が一定であるとすれば、外容器２の表面温度と、容器近傍の雰囲気温度（大気温度）との温度差によって超低温容器の断熱性能をある程度知ることができ、断熱性能が低下した容器を容易に判別することができる。
【００１７】
一方、従来の試験方法と同様に、超低温容器（断熱容器）における侵入熱量を測定する場合、真空断熱層３からの侵入熱量は、上述の外容器２の表面温度と、容器近傍の雰囲気温度とに加えて、容器内の温度と、容器表面の熱伝達係数と、容器の内容積と、容器の表面積とから、次の計算式によって算出することができる。
【００１８】
Ｑｖ＝｛（Ｔａ−Ｔｏ）×α×（Ｓ／Ｖ）｝／（Ｔｉ−Ｔａ）
Ｑｖ：真空断熱層からの侵入熱量［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］
Ｔａ：容器近傍の雰囲気温度［℃］
Ｔｉ：内容器内の温度［℃］
Ｔｏ：外容器表面温度［℃］
α  ：外容器表面の熱伝達係数［Ｊ／ｍ２・ｈ・℃］
Ｓ  ：外容器の表面積［ｍ２］
Ｖ  ：内容器の内容積［ｌ（リットル）］
【００１９】
これらの値の中で、外容器表面の熱伝達係数α，外容器の表面積Ｓ及び容器の内容積Ｖは、超低温容器の仕様により決まるものであり、同一仕様の容器ならば同一の値となる。また、内容器内の温度Ｔｉは、容器内に充填する液化ガスの種類と圧力とが決まれば自動的に決まるものであり、例えば、大気圧状態ならば、液化窒素は−１９６℃、液化酸素は−１８３℃、液化アルゴンは−１８６℃であって、圧力が０．４ＭＰａの液化窒素の場合は約−１８０℃となる。
【００２０】
この段階で求められた侵入熱量Ｑｖを比較することにより、真空断熱層３における断熱性能を知ることができ、容器全体の断熱性能をある程度判定することが可能であり、経年変化による断熱性能の低下を確実に判定することができる。
【００２１】
一方、従来の試験方法と同様に、超低温容器全体における侵入熱量（Ｑ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］）を求めるためには、前記真空断熱層３からの侵入熱量Ｑｖに、金属の熱伝導による侵入熱量（Ｑｃ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］）を加える必要がある。
【００２２】
金属の熱伝導による侵入熱量は、超低温容器全体の断熱性能とはほとんど関係なく、超低温容器の形状や構造、特に前記ネック部４の長さ、充填した液化ガスの温度とその量、内外の温度差によって決まってくる。
【００２３】
この金属の熱伝導による侵入熱量は、例えば、次のようにして求めることができる。まず、同じ構造で、ネック部４の長さのみが異なり、内容積及び表面積が同じ容器を２種類製作し、両容器について、従来の試験方法により断熱性能の試験をそれぞれ行い、容器全体の侵入熱量を求める。
【００２４】
ネック部の長い容器の全体の侵入熱量を「Ｑ１［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］」、ネック部からの侵入熱量を「Ｑｃ１［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］」、これ以外の侵入熱量を「Ｑｖ１［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］」、そのネック部の長さを「Ｌ１［ｍ］」とし、ネック部の短い容器の全体の侵入熱量を「Ｑ２［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］」、ネック部からの侵入熱量を「Ｑｃ２［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］」、これ以外の侵入熱量を「Ｑｖ２［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］」、そのネック部の長さを「Ｌ２［ｍ］」とすると、以下の式が成り立つ。
Ｑ１＝Ｑｃ１＋Ｑｖ１              ・・・（１）
Ｑ２＝Ｑｃ２＋Ｑｖ２
【００２５】
ここで、ネック部以外からの侵入熱量Ｑｖ１，Ｑｖ２は、両者共同じ（Ｑｖ１＝Ｑｖ２）であり、ネック部からの侵入熱量は、ネック部の長さに反比例するから、
Ｑｃ２＝Ｑｃ１×（Ｌ２／Ｌ１）
が成立する。したがって、これらをＱｃ２及びＱｖ２に代入すると、
Ｑ２＝Ｑｃ１×（Ｌ２／Ｌ１）＋Ｑｖ１・・・（２）
となる。
【００２６】
そして、式１と式２とから
0003833384.tif 000002
となり、Ｑ１及びＱ２は実験結果から、また、Ｌ１及びＬ２は既知であるから、この容器におけるネック部からの侵入熱量Ｑｃ１を容易に算出することができる。したがって、製品（標準品）に対してネック部４の長さが異なるものを比較品として製作し、上述の試験を行うことにより、製品容器における金属の熱伝導による侵入熱量Ｑｃを決定することができる。
【００２７】
また、前記超低温容器表面の熱伝達係数αは、容器表面を形成する金属の熱伝達係数を実験的に求めてもよいが、上述のようにして金属の熱伝導による侵入熱量Ｑｃが決定されれば、熱伝達係数αは容易に算出することができる。
【００２８】
このようにして得られた金属の熱伝導による侵入熱量Ｑｃと真空断熱層からの侵入熱量Ｑｖとの和（Ｑｃ＋Ｑｖ）である容器全体の侵入熱量Ｑ［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］は、精密な温度測定手段を使用することにより、従来の試験方法で算出した侵入熱量と実質的に同一となり、超低温容器における断熱性能の判定基準として十分な信頼性を有するものとなる。
【００２９】
そして、前述のように、容器の構造や形状，材質が一定で、かつ、充填する液化ガスの種類及び圧力が一定であり、容器近傍の雰囲気温度（大気温度）も一定であるとすれば、変動する値は、外容器の表面温度Ｔｏだけとなるから、この表面温度Ｔｏを測定するだけで、容器全体の侵入熱量Ｑを求めることのい可能である。
【００３０】
しかも、内容器内の温度Ｔｉは任意であり、計算によって補正されるから、容器内の圧力を従来のような大気圧にする必要はなく、充填圧力、例えば０．４ＭＰａの充填圧力の状態のままで測定することができる。これにより、従来の試験において、容器内の圧力を大気圧に下げる過程で失われていた液化ガスの損失量をゼロとすることができ、測定中に失われるガス量もゼロとすることができる。また、表面温度Ｔｏの測定も、通常の状態ならば極めて短時間で行うことができるので、試験に要する時間の短縮も図れる。
【００３１】
さらに、容器の断熱性能の目安として本発明を適用することもできる。この場合は、例えば、表面温度Ｔｏと雰囲気温度Ｔａとの温度差に基準を設け、例えば０．５℃や１．０℃を基準温度差として設定しておき、測定した温度差がこの基準温度差以下の場合は十分な断熱性能を維持していると判定し、測定した温度差が基準温度差を超えた場合は、そのまま不合格としたり、あるいは従来の試験方法により再試験を行うようにしてもよい。
【００３２】
なお、本発明方法による断熱性能の試験において、表面温度Ｔｏの測定は、直射日光があたらず、できるだけ無風状態で温度変化の少ない場所で行うべきであり、直射日光にさらされて表面が高温となっている容器や、気温が異なる場所、例えば、夏季や冬季の室外から室内へ移動させた容器については、容器の温度が安定するまで待ってから表面温度Ｔｏを測定する。また、温度測定手段は任意であり、各種温度計やセンサーを用いることができるが、表面温度Ｔｏを精密に測定できるもので、大気温度に影響されない状態で測定できるものを選定することが好ましい。さらに、温度差を直接表示する温度測定手段を使用するようにしてもよい。
【００３３】
【実施例】
３個の小型超低温容器（Ａ，Ｂ，Ｃ）における断熱性能の試験を、本発明方法（実施例）と従来方法（比較例）とによって行った。容器内容積Ｖは１７５リットル、表面積Ｓは２．０７ｍ２、容器表面の熱伝達係数αは２９３００Ｊ／ｍ２・ｈ・℃である。液化ガスには液化窒素を使用し、従来法は大気圧のみであるが、本発明方法では、比較のため、通常の充填圧力である０．４ＭＰａと大気圧との２通りの試験を行った。このときの容器内温度Ｔｉは、大気圧で−１９６℃、０．４ＭＰａで−１８０℃となる。大気温度は２０．０℃である。また、あらかじめ、同じ形式の小型容器における熱伝導による侵入熱量Ｑｃを求めたところ、０．４０という値が得られた。
【００３４】
まず、従来法では、液化窒素を容器の１／２まで充填した後、容器全体の温度が安定するまで約６時間放置した。次に、容器全体の重量を測定してから２４時間放置し、２４時間後の重量から放出ガス量を求め、従来法における計算式によって侵入熱量をそれぞれ算出した。その結果、容器Ａの侵入熱量Ｑは、２．１９［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］となった。
【００３５】
本発明方法では、容器全高の下から１／３の位置の容器表面にシース測温抵抗体の測温部を温度セメントにより密着させて固定し、その周囲を断熱材で覆って表面温度Ｔｏを測定した。その結果、容器Ａでは、容器内圧力が大気圧の場合で１８．９℃、容器内圧力が０．４ＭＰａの場合は１９．０℃となった。測定に要した時間は約５分間であった。
【００３６】
これらの値をもとにして容器Ａにおける真空断熱層からの侵入熱量Ｑｖを求めると、大気圧の場合は、
0003833384.tif 000003
となる。これに、前記熱伝導による侵入熱量Ｑｃ＝０．４０を加えて容器全体の侵入熱量Ｑを求めると、
Ｑ＝Ｑｃ＋Ｑｖ＝０．４０＋１．７６＝２．１６［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］
という結果が得られる。
【００３７】
また、容器内圧力が０．４ＭＰａの場合は、
0003833384.tif 000004
となる。これに、熱伝導による侵入熱量Ｑｃ＝０．４０を加えて容器全体の侵入熱量Ｑを求めると、
Ｑ＝Ｑｃ＋Ｑｖ＝０．４０＋１．７３＝２．１３［Ｊ／ｈ・℃・ｌ］
となった。
【００３８】
各容器における断熱性能の試験結果は、次の通りとなった。
0003833384.tif 000005
【００３９】
また、容器内圧力を０．４ＭＰａから大気圧に下げて温度が安定するまでの時間は、前述の通り約６時間であり、その間に放出された液化窒素量は各容器共約１３ｋｇ、比較例（従来方法）において試験中に放出された液化窒素量は各容器共約２ｋｇであった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の断熱容器における断熱性能の試験方法によれば、断熱容器、特に低温液化ガスを充填する超低温容器の断熱性能試験を、液化ガスの放出による損失を無くしながら短時間で行うことができ、試験コストの大幅な削減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法の対象となる小型超低温容器の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…内容器、２…外容器、３…真空断熱層、４…ネック部、５…容器頭部、６…圧力計、７…液面計、８…パージ弁、９…放出弁、１０…液出入口弁
【図１】
0003833384.tif 000006