具有真空隔热构件的隔热容器的制造方法_4

文档序号:9251837阅读:来源:国知局
但本发明不限于此,也能够适用于其他方式的LNG输 送罐船。在本实施方式3中,如图10A、图IOB所示,例示具有独立的球形罐150的球形罐方 式的LNG输送罐船100B (例如Moss方式)进行说明。
[0165] 如图IOA所示,本实施方式的LNG输送罐船100B包括多个独立的球形罐150 (图 IOA中共有5个)。该球形罐150相当于隔热容器。多个球形罐150沿着船体151的长度 方向排列成一列。各个球形罐150如图IOB所示,具有隔热容器153,该隔热容器153的内 部为储藏(保持)液化天然气(LNG)的内部空间(流体保持空间)。另外,球形罐150的大 部分被船体151外部支承,其上方被盖152覆盖。
[0166] 隔热容器153如图IOB所示,包括容器主体100、和对该容器主体100的外侧面进 行隔热的隔热结构体154。容器主体100构成为能够保持LNG等以低于常温的温度保存的 低温物质,其为不锈钢材、铝合金等金属制。LNG的温度通常为-162°C,所以作为具体的容 器主体100,能够列举厚度为50_左右的铝合金制的。或者也可以是厚度为5_左右的不 锈钢制。
[0167] 隔热容器153被支承体155固定于船体151。支承体155 -般被称作挡板(skirt), 具有阻热(thermal break)结构。阻热结构例如为在错合金和低温用钢材的中间插入有热 传导率低的不锈钢的结构,由此能够减少进入热。
[0168] 在本实施方式的球形罐150,可以应用上述实施方式1中说明的真空隔热构件20A 和利用该真空隔热构件的隔热板10,也可以应用上述实施方式2中说明的真空隔热构件 20B和利用该真空隔热构件的隔热板10。另外,也可以使用后述的实施方式4~6中说明的 结构。特别是从有效抑制外包覆材料22或芯材21等腐蚀(盐害)的观点出发,优选球形 罐150包括上述实施方式1中说明的真空隔热构件20A和隔热板10作为隔热结构体154。 [0169](实施方式4)
[0170] 如上述实施方式1~3中所说明的那样,在储藏LNG等低温罐中,一般为了降低输 送过程中和储藏过程中的蒸发损失,采用利用真空隔热构件强化隔热的措施。这里,真空隔 热构件有时利用聚氨酯泡沫等隔热性树脂材料贴合到容器主体而形成为板。如果真空隔热 构件和聚氨酯泡沫的热收缩率之间存在显著的差异,板有可能发生翘曲变形。板发生翘曲 变形,则在该板之间产生间隙,有可能导致隔热性能下降。
[0171] 另外,作为真空隔热构件的外包覆材料(外覆件)使用的多层层压膜被大幅冷却 时容易导致机械强度下降而脆化。因此,随着时间流逝,脆化不断进行,有可能在多层层压 膜中产生龟裂。如果外包覆材料发生龟裂,就会导致真空隔热构件的内部的压力增加,所以 隔热性能显著下降。另外,真空隔热构件形成板时,多层层压膜因聚氨酯泡沫的热收缩而拉 引伸缩。该拉引伸缩反复进行时,多层层压膜就会随时间脆化,容易发生龟裂。因此,有可 能难以长期保持真空隔热构件的隔热性能。
[0172] 于是,在本实施方式4中,采用在真空隔热构件设置贯通部并利用紧固部件紧固 的结构。由此,在应用真空隔热构件的隔热容器中,实现隔热性能的进一步提高,并且能够 长期有效实现良好的隔热性能。
[0173] [隔热容器和隔热结构体]
[0174] 在本实施方式中,作为隔热容器的一例,列举上述实施方式3中说明的球形罐方 式的LNG输送罐船100B所具有的球形罐150 (图IOA和图10B)说明本发明。
[0175] 如图IOB所示,球形罐150的隔热容器153用于保持如LNG (通常-162°C )那样 比常温低l〇〇°C以上的物质,外表面部分被上述的隔热结构体154隔热。上述的支承体155 用于将隔热容器153固定在船体151,一般被称作挡板(skirt)。在本实施方式中,支承体 155具有阻热(thermal break)结构。作为阻热结构,例如能够列举例如在错合金和低温用 钢材的中间插入有热传导率低的不锈钢的结构。该结构能够减少热量经由支承体155进入 到隔热容器153。另外,如上所述,通过利用盖152覆盖隔热结构体154的外周,由此能够减 少热量从外部进入。
[0176] 本实施方式的隔热结构体154例如如图11所示,是具有第一隔热层301和第二隔 热层302的二层结构,设置在构成隔热容器153的容器主体300上。第一隔热层301由隔 热板40构成,第二隔热层302由真空隔热构件20C构成。另外,隔热板40与上述实施方式 1或2中说明的隔热板10不同,不是将真空隔热构件20A或20B -体化而构成的,而是将公 知的发泡材料成形为板状的。
[0177] 在容器主体300的正面(外表面),粘贴几千张的方形状的隔热板40,由此构成 第一隔热层301。另外,在第一隔热层301的外部配置真空隔热构件20C,构成第二隔热层 302〇
[0178] 本实施方式的隔热容器153的具体结构没有特别限制,作为容器主体300,可以列 举例如厚度为5mm左右的不锈钢制的壳体。作为隔热板40,例如可以列举由厚度为IOOmm~ 400mm左右的发泡苯乙稀(珠法发泡聚苯乙稀(^Expandable Polystyrene Beads-基于EPS 的发泡聚苯乙烯))形成的,但不限于此,也可以由聚氨酯泡沫或酚醛泡沫等其他的树脂类 隔热材料构成,还可以有未图示的隔热框中装填无机类隔热材料(玻璃棉、珠光体等)构 成。另外,在后面对真空隔热构件20C进行说明。
[0179] 构成第一隔热层301的真空隔热构件20C和构成第二隔热层302的隔热板40利 用紧固部件13安装在容器主体300。在隔热板40设置有紧固孔41,并且在真空隔热构件 20C设置有贯通部27。另外,贯通部27的周围由真空隔热构件20C的外包覆材料22彼此 密接的熔接层28构成。紧固部件13例如为公知的螺栓,螺栓轴部13a能够插入到紧固孔 41内,并且螺栓头部13b能够配置在贯通部27内。
[0180] 紧固部件13的螺栓轴部13a从作为第二隔热层302的真空隔热构件20C的贯通 部27插入到作为第一隔热层301的隔热板40的紧固孔41。由此,紧固部件13固定在容器 主体300。在该状态下,真空隔热构件20C的熔接层28被紧固部件13的凸缘状的螺栓头 部13b按压,所以紧固部件13能够将隔热板40和真空隔热构件20C两者固定安装到容器 主体300。
[0181] 另外,紧固部件13的具体结构没有特别限制,只要是具有按压真空隔热构件20C 的熔接层28的凸缘部并且能够将真空隔热构件20C与隔热板40机械固定的结构,就能够 采用螺栓以外的公知的结构。另外,当紧固部件13为螺栓时,螺栓轴部13a的长度优选为 紧固时不足容器主体300的长度。由此,能够抑制外部的热量经由紧固部件13传递到容器 主体300的热桥(hot bridge)。换言之,螺栓轴部13a的长度可以小于第一隔热层301的 厚度(即小于隔热板40的厚度)。
[0182] 另外,本实施方式中,采用利用螺栓头部13b按压真空隔热构件20C的熔接层28 的结构,但此时,也可以在螺栓头部13b,设置具有比该螺栓头部13b更大的展宽的凸缘。从 螺栓轴部13a看,螺栓头部13b是从螺栓轴部13a扩展的"凸缘部"。为了提高利用该螺栓头 部13b按压熔接层28的作用,螺栓头部13b还可以具有凸缘。因此,紧固部件13也可以是 凸缘螺栓。或者,替代与螺栓头部13b-体化的凸缘,也可以使用大展宽的垫圈(washer)。
[0183] 此处,也可以在真空隔热构件20C的与隔热板40的相对面,其一部分或整个面上 涂敷粘接剂。由此,能够利用紧固部件13固定,并且还能够在隔热板40的外表面粘接真空 隔热构件20C而安装,所以能够提高真空隔热构件20C和隔热板40的密接性。粘接剂的具 体种类没有特别限定,但能够优选使用热熔胶类。
[0184] 另外,图11虽未图示,但将真空隔热构件20C的端面彼此对接的部分(对接部) 设定为与隔热板40的端面彼此的对接部彼此错开位置。另外,真空隔热构件20C的外周缘 形成的鳍状的密封部24(密封鳍)折入到作为低温侧的内表面(即第一隔热层301侧)配 置。
[0185] [真空隔热构件]
[0186] 用于第二隔热层302的真空隔热构件20C例如如图12所示,具有基本上与上述实 施方式1中说明的真空隔热构件20A或上述实施方式2中说明的真空隔热构件20B同样的 结构。
[0187] 具体而言,真空隔热构件20C,其热传导率λ比作为隔热板40 (发泡苯乙烯)的热 传导率约低15倍左右(0°C时,为0. 002W/m ·Κ),成为将芯材21内包在外包覆材料22中减 压密闭的板状。
[0188] 外包覆材料22如上所述是由表面保护层221、阻气层222和热熔接层223构成的 层叠片220。外包覆材料22的具体结构没有特别限制,例如,可以列举表面保护层221为厚 度35 μ m的尼龙膜、阻气层222为厚度7 μ m的铝箔、热熔接层223为厚度50 μ m的低密度 聚乙烯膜并且将它们层叠得到的三层结构的层压膜。
[0189] 另外,芯材21的具体结构也没有特别限制,例如能够列举将平均纤维直径为4 μπι 的玻璃纤维烧制得到的。另外,吸附剂23的具体结构也没有特别限制,既可以是以氧化钙 为主原料的气体吸附剂,也可以是如上所述由ZSM-5型沸石构成的气体吸附剂。ZSM-5型沸 石优选在其铜位中至少50%以上的铜位为铜一价位,该铜一价位中至少50%以上为配位 三氧的铜一价位的结构。像这样,使用提高了配位三氧的铜一价位率的气体吸附剂,能够提 高常温下的氮吸附特性,因此能够大幅提高空气的吸附量。另外,吸附剂23的形状也没有 特别限制,但如果是粉末状则能够提高表面积,提高吸附性能。
[0190] 真空隔热构件20C的制造方法没有特别限制,例如能够采用如下的工序。首先,以 彼此的热熔接层223相对的方式,将上述结构的层叠片220 (外包覆材料22)两片重合,除 去一部分,将周围熔接。从没有熔接的部分(开口部分)将芯材21和吸附剂23封入内部 并减压,恪接开口部分。由此,恪接部分和其外侧部分,内部不存在芯材21,而构成为外包覆 材料22彼此恪接的密封部24,内部与恪接部分相比成为减压后的隔热区域。
[0191] 另外,吸附剂23,作为密闭的容器被封入外包覆材料22的内部,但在熔接外包覆 材料22的开口部分完成减压密封后,从外包覆材料22的外侧施加外力,由此将容器开封。 由此,吸附剂23能够吸附真空隔热构件20C的内部(减压后的隔热区域)的气体。
[0192] 此处,如上所述,在真空隔热构件20C设置有用于将紧固部件13紧固的贯通部27。 贯通部27如图11所示,构成为包括贯通真空隔热构件20C的贯通孔的部位。如上所述,在 贯通部27的内周,如图13所示,设置有真空隔热构件20C的外包覆材料22彼此密接的熔 接层28。在该熔接层28,不包含芯材21,所以具有与密封部24大致同样的结构。
[0193] 真空隔热构件20C的贯通部27的大小,即贯通孔的直径没有特别限制,能够根据 各条件适当设定。例如,能够列举紧固部件13的螺栓头部13b (或者螺栓头部13b可以具 有的凸缘)的大小、真空隔热构件20C的厚度、熔接层28的宽度等条件。
[0194] 真空隔热构件20C的贯通部27的位置没有特别限制,只要尽量为真空隔热构件 20C的展宽面的内侧即可,如图13所示,优选设置在真空隔热构件20C的中央部附近。由 此,在将真空隔热构件20C固定在隔热板40时,能够分散施加于该真空隔热构件20C的应 力。因此,能够抑制真空隔热构件20C的变形,能够避免或减轻隔热性能的下降、外包覆材 料22的劣化等。换言之,将贯通部27的位置设定成当利用紧固部件13固定真空隔热构件 20C时,紧固部件13的螺栓头部13b (或螺栓头部13b可以具有的凸缘)部不从真空隔热构 件20C的外缘伸出。由此能够避免贯通部27设置在真空隔热构件20C的外周附近。
[0195] 像这样,本实施方式的真空隔热构件20C具有基本上与上述的真空隔热构件20A 或真空隔热构件20B同样的结构,但如图13所示,也可以在其外表面的至少一部分设置有 填充隔热材料14。填充隔热材料14的具体结构没有特别限制,但能够列举纤维的直径低于 Iym的微玻璃棉。像这样的微玻璃棉柔软且富有伸缩性,并且能够实现良好的隔热性。另 外,填充隔热材料14的具体结构不限于微玻璃棉,也能够适当选择软质聚氨酯、酚醛泡沫、 硬质聚氨酯泡沫等柔软且富有伸缩性的材料。特别是,酚醛泡沫或硬质聚氨酯泡沫能够选 择接近容器主体300的线膨胀系数的,所以优选。
[0196] 图13所示的真空隔热构件20C中,在其正面整体设置有填充隔热材料14,但只要 至少设置在真空隔热构件20C的端部彼此的对接部的间隙即可。由此,能够抑制或避免外 部热从对接部进入,或者冷热从对接部漏出。
[0197] 另外,ZSM-5型沸石如上所述为不燃性的气体吸附剂,所以能够避免作为吸附剂 23使用可燃性材料。由此,即使因随时间经过劣化等导致LNG等可燃性气体进入真空隔热 构件20C的内部,也能够有效避免燃火等危险,能够使真空隔热构件20C的稳定性和防爆性 良好。另外,在真空隔热构件20C中,作为芯材21使用无机纤维,所以与使用有机纤维相比 能够改善难燃性。因此,能够提高隔热容器153本身的难燃性。
[0198] [利用隔热容器的LNG的保持]
[0199] 上述结构的隔热容器153利用配置在容器主体300的外侧的第一隔热层301 (隔 热板40)和配置在其外侧的第二隔热层302(真空隔热构件20C)隔热,在其内部低温保持 LNG。此处,真空隔热构件20C利用紧固部件13 (螺栓)固定在隔热板40。此时,螺栓轴部 13a螺合到隔热板40的紧固孔41中紧固,所以位于贯通部27的周围的熔接层28被紧固部 件13 (螺栓)的螺栓头部13b按压。
[0200] 如果是这种结构,真空隔热构件20C不用与隔热板40 -体化,就能够被贯通部27 固定在隔热板40。因此,例如,如树脂制隔热材料和真空隔热构件被一体化的板那样,能够 防止因热收缩率的不同导致板翘曲等变形。由此,能够抑制或避免由翘曲变形引起的隔热 层的间隙的产生,所以能够抑制隔热结构体154的隔热性能的下降。
[0201] 另外,真空隔热构件20C的外包覆材料22不会被一体化的树脂制隔热层拉引伸 缩,所以还能够良好地抑制外包覆材料22的劣化。因此,即使因使用环境的变化隔热板40 中反复出现热收缩,也能够避免伴随该热收缩真空隔热构件20C的外包覆材料22被反复拉 引伸缩而发生龟裂。结果是,能够长期良好地维持真空隔热构件20C的隔热性,所以能够使 隔热容器153的可靠性优异。
[0202] 另外,构成第一隔热层301的隔热板40由发泡苯乙烯构成。由此,即使从在内部 保持的低温物质(LNG等)发生低温的传导(超低温的泄漏量),也能够在第一隔热层301 的全域减小超低温的传导的偏差。结果是,第一隔热层301的外表面的温度分布也相对减 小偏差。由此,与第一隔热层301接触的第二隔热层302的温度分布也偏差较小,能够成为 视作大致均等的状况。
[0203] 因此,在构成第二隔热层302的真空隔热构件20C中,能够抑制温度分布的不均导 致的外包覆材料22的热收缩的偏差,所以也能够有效抑制热收缩的偏差导致的龟裂。结果 是,能够更长期良好地维持真空隔热构件20C的隔热性。
[0204] 换言之,真空隔热构件20C配置在第一隔热层301的外表面,所以LNG等低温物质 到真空隔热构件20C的距离能够视作在全域大致相等。因此,能够视为在第二隔热层302 的全域,超低温从低温物质向真空隔热构件20C的传导(超低温的泄漏量)大致相等。结 果是,真空隔热构件20C与第一隔热层301接触的面的温度分布也能够视为大致相等。因 此,能够有效抑制真空隔热构件20C的外包覆材料22的温度分布不均,所以能够抑制外包 覆材料22的伸缩程度的偏差,结果是能够大幅降低外包覆材料22的龟裂发生的程度。
[0205] 另外,在本实施方式中,利用真空隔热构件20C覆盖第一隔热层301的外侧,所以 还能够抑制第一隔热层301的表面温度因环境条件而发生偏差。结果是,能够进一步抑制 与第一隔热层301接触的真空隔热构件20C的外包覆材料22的龟裂的发生。
[0206] 另外,在真空隔热构件20C的端部彼此的对接部,填充有微玻璃棉等填充隔热材 料14。如上所述,微玻璃棉柔软且富含伸缩性,所以即使与外部空气的冷暖相应地真空隔热 构件20C发生极小的伸缩,填充隔热材料14也能够与该伸缩相应地伸缩。结果是,能够有 效抑制限制真空隔热构件20C的伸缩导致的外包覆材料22的龟裂破损等,所以能够长期确 保良好的隔热性能。
[0207] 另外,在本实施方式中,真空隔热构件20C的热传导率λ比构成第一隔热层 301 (隔热板40)的发泡苯乙烯低约15倍左右。因此,与隔热结构体154仅由第一隔热层 301构成的结构相比,包括由真空隔热构件20C构成的第二隔热层302的本发明能够大幅提 尚其隔热性能。
[0208] 而且,真空隔热构件20C能够充分活用其高的隔热性能而切断外部空气热。因此, 真空隔热构件20C的内侧,即设置有第一隔热层301的部分的气氛温度大幅下降,所以能 够相对地提高第一隔热层301本身所具有的隔热效果。因此,通过真空隔热构件20C本身 具有的高的隔热效果和第一隔热层301的相对的隔热固化的协同效应,能够使隔热结构体 154的隔热性能非常高。
[0209] 另外,真空隔热构件20C是利用有层压膜构
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