KR20170046638A - 단열 용기 및 단열 구조체 - Google Patents

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KR20170046638A
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노리유키 미야지
겐타 미야모토
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파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
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Abstract

상온보다 100℃ 이상 낮은 물질을 보지하는 단열 용기로서, 용기 내조(3)와, 용기 외조(2)와, 용기 내조(3)와 용기 외조(2) 사이에 마련된 단열 상자와, 단열 상자의 내부에 마련된 단열층을 구비하고 있다. 단열층은, 심재와 심재를 진공 밀봉하는 외피재를 갖는 패널 형상의 진공 단열재(9), 및 진공 단열재(9)와는 상이한 재료로 구성된 단열재를 갖고 있다. 그리고, 진공 단열재(9)는 열응력 분산층을 갖고, 단열 상자에 고정되어 있다.

Description

단열 용기 및 단열 구조체{HEAT-INSULATED CONTAINER AND HEAT INSULATION STRUCTURE}
본 발명은 액화 천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG) 등의 초저온 물질을 저장하는 저온 탱크 등의 단열 용기 및 단열 구조체에 관한 것이다.
LNG 등의 초저온 물질을 저장하는 대표적인 것으로서 LNG 수송선이 있다. LNG 수송선에는, 독립 탱크형과 멤브레인형이 있다. 멤브레인형은 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽과 단열 벽체에 의해 구성되어 있다. 단열 벽체는 일반적으로 베니어판 등의 상자체에 펄라이트 또는 글라스 울(glass wool) 등의 단열재가 충전되어 구성되어 있다. 단열 벽체는 LNG 등의 초저온 물질을 -162℃ 정도로 유지할 필요가 있으므로, 그 단열성은 높을수록 좋다.
그 때문에, 초저온 물자를 보지하는 단열 용기의 단열성을 높이는 것으로서, LNG 수송선용의 단열 용기는 아니지만, 탱크 내조와 탱크 외조 사이에 펄라이트 등의 단열재와 함께 진공 단열 부재를 마련한 저온 탱크가 제안되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
도 10은 특허문헌 1에 나타난 종래의 저온 탱크의 단열 구조체를 도시하는 도면이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 저온 탱크의 단열 구조체는 탱크 내조(101) 및 탱크 외조(102)를 구비하고 있다. 또한, 탱크 내조(101)와 탱크 외조(102) 사이에 충전된 진공구(103), 및 탱크 내조(101)와 탱크 외조(102) 사이에 충전된 펄라이트 등의 분말 단열재(104)를 구비하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 탱크 내조(101)와 탱크 외조(102) 사이의 분말 단열재(104) 중(비진공 단열 구조 중)에 진공 영역을 만들어 낼 수 있다. 그리고, 이 진공 영역의 분량만큼 단열 성능을 높일 수 있다.
그러나, 상술한 종래의 구성에 있어서, 그 단열성은 진공 영역이 마련된 분량만큼 향상되지만, 진공구(103)가 탱크 내조(101) 내의 LNG 등의 초저열에 의해 초저온이 된다. 특히, 탱크 내조(101)측의 진공구(103)가 초저온이 되기 때문에, 진공구(103)를, 이 초저온에 견딜 수 있는 금속으로 형성할 필요가 있어서, 범용성이 없는 특수한 구성이 되며, 고비용이 된다.
이 구성을, LNG 수송선의 단열 벽체에 적용하는, 즉, 베니어판 등의 상자체에 펄라이트 등의 단열재와 함께 진공구(103)를 충전하여 단열 벽체를 구성하는 경우를 상정한다. 이 경우, 하나하나의 단열 벽체의 비용 증가분이, 사용하는 단열 벽체의 수천 매수 분 누적되고, 합계하면, 그 비용 증가율이 매우 높아지게 되어, 현실적으로는 구성을 실현하는 것이 곤란했다.
일본 특허 공개 평7-190297호 공보
출원인은 특허문헌 1의 진공구 대신에 범용품으로서 시장에 나와 있는 패널 형상의 진공 단열재를 이용하여 진공 단열하는 것을 시도했다.
이 패널 형상의 진공 단열재는 범용품이기 때문에 염가여서, 대폭적인 비용 증가의 억제를 실현할 수 있다. 그러나, 장기간 사용하고 있을 때에, 베니어판 등의 상자체에 충전된 단열재인 펄라이트 등이 줄어들어, 상자체 내의 진공 단열재와 상자체 내면 사이에 여유 간극이 생긴다. 그리고, 이 여유 간극 때문에, 진공 단열재가 LNG 선체의 진동에 따라 미진동하고, 그 외피재가 상자체 내면에 서로 마찰되어 흠집이 나며, 그 흠집에 의해 진공이 손상되어 단열성이 저하되는 징후가 보인다.
특히, 진공 단열재의 외피재는 펄라이트 등의 단열재를 거쳐서 전도되는 LNG 등의 물질의 초저온이 리크되므로, 진공 단열재의 외피재인 다층 래미네이트 필름이 저온 취화하는 경향이 있다. 이 때문에, 진공 단열재의 마련 방법에는 연구가 필요하다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 비용 절감을 실현하면서, 장기간에 걸쳐서 높은 단열 성능을 보장할 수 있는 단열 용기 및 단열 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 단열 용기는, 상온보다 100℃ 이상 낮은 물질을 보지하는 단열 용기로서, 용기 내조와, 용기 외조와, 용기 내조와 용기 외조 사이에 마련된 단열 상자와, 단열 상자의 내부에 마련된 단열층을 구비하고 있다. 그리고, 단열층은, 심재와 심재를 진공 밀봉하는 외피재를 갖는 패널 형상의 진공 단열재, 및 진공 단열재와는 상이한 재료로 구성된 단열재를 구비하고 있다. 나아가, 진공 단열재는 열응력 분산층을 가지며, 단열 상자에 고정되어 있다.
또한, 본 발명의 단열 구조체는 용기 외조와 제 1 단열 상자와 제 2 단열 상자를 구비한 단열 구조체이다. 제 1 단열 상자는, 제 1 상자 프레임체와, 제 1 상자 프레임체 내에 마련된 제 1 단열재와, 제 1 상자 프레임체의 개구측을 폐색하는 제 1 폐색판에 의해 유닛화되어 있다. 제 2 단열 상자는, 제 2 상자 프레임체와, 제 2 상자 프레임체 내에 마련되며 제 2 단열 상자 내를 구획하는 구획체와, 구획체에 의해 구획된 구획의 저면에 부설(敷設 )된 진공 단열재와, 진공 단열재의 개구측에 배치된 제 2 단열재와, 제 2 상자 프레임체의 개구측을 폐색하는 제 2 폐색판에 의해 유닛화되어 있다. 그리고, 제 2 단열 상자는 제 1 단열 상자보다 용기 외조측에 배치되며, 진공 단열재는 열응력 분산층을 갖고, 제 2 폐색판에 고정되어 있다.
이러한 구성에 의해, 범용품인 패널 형상의 진공 단열재를 이용하여 염가로 단열성을 확보할 수 있는 동시에, 단열 상자 내의 단열재가 줄어들어 여유 간극이 생겼다고 해도, 진공 단열재가 단열 상자 내에서 미진동하는 일이 없어져, 그 외피재가 손상되는 것에 의한 단열성의 저하도 방지할 수 있다. 따라서, 진공 단열재의 외피재 손상에 의한 단열 성능의 저하를 방지하여, 장기간에 걸쳐서 높은 단열성을 염가로 보장할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 장기간에 걸쳐서 높은 단열 성능을 염가로 보장할 수 있는 단열 용기 및 단열 구조체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기의 단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기에 이용되는 단열 구조체의 내부 구조를 도시하는 모식도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기에 이용되는 단열 구조체의 사시도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기에 이용되는 단열 구조체에 이용되는 진공 단열재의 단면도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기에 이용되는 단열 구조체에 이용되는 진공 단열재의 평면도,
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기의 열시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도,
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 실험예를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 단열 용기의 단열 구조체를 도시하는 단면도,
도 9a는 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 방폭 구조체의 구성의 일 예를 도시하는 도면,
도 9b는 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 방폭 구조체의 구성의 다른 예를 도시하는 도면,
도 10은 특허문헌 1에 나타난 종래의 저온 탱크의 단열 구조를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(제 1 실시형태)
도 1 내지 도 5는 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기(1)의 구성을 도시하고 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기(1)의 단면도이며, 도 2는 동일 단열 용기(1)에 이용되는 단열 구조체의 내부 구조를 도시하는 모식도이며, 도 3은 동일 단열 구조체의 사시도이며, 도 4는 동일 단열 구조체에 이용되는 진공 단열재(9)의 단면도이며, 도 5는 동일 진공 단열재(9)의 평면도이며, 도 6은 제 1 실시형태에 있어서의 단열 용기(1)의 열시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도이다.
본 실시형태에서는, LNG 수송선 등의 선체 자체를 단열 용기(1)로 하고 있는 멤브레인 방식인 경우의 구성이 도시되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 단열 용기(1)는 선체 자체에 의해 구성되어 있으며, 탱크가 되는 용기의 내측에, 1차 방열 및 2차 방열이라 칭하는, 내외 이중의 단열 구조체가 채용되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 단열 용기(1)는 용기 외조(2)와, 용기 외조(2)의 내측에 마련된 중간조(4)와, 중간조(4)를 거쳐서 마련된 용기 내조(3)를 구비하고 있다. 용기 내조(3) 및 중간조(4)는 모두 스테인리스강제의 멤브레인 또는 인바(36%의 니켈을 함유하는 니켈강)에 의해 구성되며, 열수축에 강한 구성으로 되어 있다.
용기 내조(3)와 중간조(4) 사이에 배치된 단열 구조체인 제 1 단열 상자(5)는, 일면이 개구된 베니어판 등의 목제의 상자 프레임체(6)(제 1 상자 프레임체)와, 상자 프레임체(6) 내에 충전된 펄라이트 등의 분말 단열재(7)(제 1 단열재)로 구성되어 있다. 또한, 제 1 단열재는 펄라이트 대신에 글라스 울 등으로 구성되어 있어도 좋고, 본 실시형태에서는, 제 1 단열재로서, 분말 단열재(7)인 펄라이트를 이용한 경우로 설명한다.
중간조(4)와 용기 외조(2) 사이에 배치된 제 2 단열 상자(8)는, 제 1 단열 상자(5)와 마찬가지로, 일면이 개구된 목제의 상자 프레임체(6)(제 2 상자 프레임체)의 저면에, 분말 단열재(7)보다 열전도율(λ)이 낮은 재료, 본 실시형태에서는, 열전도율이 0℃에서 0.002W/(m·K)와, 펄라이트보다 약 20배 정도 낮은 진공 단열재(9)를 부설하는 것에 의해 구성되어 있다. 그리고, 그의 개구측 부분에는, 제 1 단열 상자(5)와 마찬가지로, 펄라이트 등의 분말 단열재(7)(제 2 단열재)가 충전되어, 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 단열 상자를 형성할 때에, 상자 프레임체(6)의 내부를 구획체(6a)에 의해 복수의 구획으로 나누고, 복수의 구획 각각에 분말 단열재(7)를 충전한 후, 상자 프레임체(6)와 동일한 재료로 이루어지는 폐색판(10)으로 폐색하는 것에 의해 유닛화되어 있다. 이 유닛을 배설하는 것에 의해, 제 1 단열 상자(5) 및 제 2 단열 상자(8)가 구축되어 있다.
여기서, 제 2 단열 상자(8)는, 진공 단열재(9)가 외측, 즉, 용기 외조(2)측에 면하도록 배치되어 있다. 따라서, 제 1 단열 상자(5) 및 제 2 단열 상자(8)의 분말 단열재(7)가 저온측의 제 1 단열층을 구성하고, 진공 단열재(9)가 제 2 단열층을 구성하게 된다.
도 4에는 제 2 단열층이 되는 진공 단열재(9)가 도시되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 진공 단열재(9)는 심재(11)를 외피재(12)에 내포시켜 감압 밀폐하며, 패널 형상으로 구성되어 있다. 외피재(12)는, 두께 12㎛의 페트 필름(pet film)으로 이루어지는 제 1 보호층(13a)과, 두께 25㎛의 나일론 필름으로 이루어지는 제 2 보호층(13b)과, 두께 7㎛의 알루미늄박으로 이루어지는 가스 배리어층(14)과, 두께 50㎛의 저밀도 폴리에틸렌 필름으로 이루어지는 열용착층(15)을 복층으로 구성한 래미네이트 필름이다.
진공 단열재(9)는, 평균 섬유 길이가 4㎛의, 원심법으로 형성된 유리 섬유를 소성하여 구성되는 심재(11)와, 산화칼슘을 주원료로 하는 흡착제(16)를 감압하고, 단부에서, 열용착층(15)끼리가 대향하도록 열접착하여 밀폐함으로써 구성되어 있다. 그리고, 열용착된 부분 및 그것보다 외측 부분에는, 심재(11)가 내부에 없으며, 외피재(12)끼리가 접촉하고 있는 밀봉 핀(17)이 형성되어 있다.
나아가, 본 실시형태의 진공 단열재(9)에서는, 외피재(12)를 구성하는, 제 1 보호층(13a)의 페트 필름 상하면 각각의 외측에 열응력 분산층(18)을 래미네이트하여 일체화하고 있다. 즉, 외피재(12)의 최외층은 이 열응력 분산층(18)에 의해 구성되어 있다. 또한, 열응력 분산층(18)은 접착에 의해 제 1 보호층(13a)과 일체화시켜도 좋다.
열응력 분산층(18)은, 선팽창계수가 작아서 열 수축이 적은 동시에, 초저온에 대한 내성 및 기계적 강도가 높은 재료로 형성되어 있다. 예컨대, 본 실시형태에서는, 두께가 150㎛ 정도인 글라스 클로스(glass cloth)에 의해, 열응력 분산층(18)이 구성되어 있다.
또한, 진공 단열재(9)는, 그 외피재(12)의 열응력 분산층(18)을 사이에 두고, 본 실시형태에서는 제 2 단열 상자(8)의 용기 외조(2)측을 폐색하는 폐색판(10)(제 2 폐색판)의 내면에, 핫 멜트 등의 접착제에 의해 접착 고정되어 있다.
또한, 진공 단열재(9)의 흡착제(16) 내에 내포되어 있는 기체 흡착재로서는, ZSM-5형 제올라이트로 이루어지는 흡착재를, 표면적이 큰 분말 형태로 한 것을 이용하고 있다. 또한, 상온에서의 질소 흡착 특성을 향상시키기 위해서, ZSM-5형 제올라이트 중에서도, 더욱 바람직하게는, ZSM-5형 제올라이트의 구리 사이트 중 적어도 50% 이상의 구리 사이트가 구리 1가 사이트이며, 구리 1가 사이트 중 적어도 50% 이상이 산소 3배위의 구리 1가 사이트인 흡착재를 이용할 수 있다.
이와 같이, 산소 3배위의 구리 1가 사이트의 비율을 높인 기체 흡착제를 이용하는 것에 의해, 공기의 흡착량을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서 이용되는 기체 흡착재는 ZSM-5형 제올라이트이며, 가연성 재료를 이용하지 않고 형성되어 있다. 이에 의해, LNG와 같은 가연성 가스 등의 탱크에 이용되는 진공 단열재 내부에 기체 흡착재를 배치했을 때, 만일 경년 열화 등에 의해, 진공 단열재(9)의 내부에 가연성의 가스가 침입한 경우라도, 발화 등의 위험이 없어서, 안전한 진공 단열재(9)를 구성할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 진공 단열재(9)에서는 난연성 구조를 더욱 향상시키고 있다. 즉, 진공 단열재(9)의 심재(11)에 무기 섬유를 이용함으로써, 유기 섬유를 이용한 단열재보다 난연성이 개선되어, 결과적으로, 단열 용기(1)의 난연성을 향상시킬 수 있다. 또한, 무기 섬유를 이용하고 있기 때문에, 기체 중의 습기에 의한 체적 팽창도 적어, 결과적으로, 단열 용기(1)의 보형성 및 후술하는 내방폭성도 향상시킬 수 있다.
다음에, 상술한 구성에 대해 그 작용 효과를 설명한다.
단열 용기(1)는 용기 내조(3)측에 배치된 제 1 단열 상자(5) 내의 분말 단열재(7), 그리고 용기 외조(2)측에 위치하는 제 2 단열 상자(8) 내의 분말 단열재(7) 및 그 외측에 위치하는 진공 단열재(9)에 의해 단열되어 있으며, 용기 케이스 내의 LNG를 저온 보지한다.
여기서, 진공 단열재(9)는 패널 형상의 범용품이기 때문에 염가로 제공할 수 있어서, 단열 구조체로서의 비용 증가율을 대폭 저감시킬 수 있다. 게다가, 제 1 단열층을 구성하는 펄라이트 분말도 염가로 제공되고 있는 것이므로, 상술한 단열 구조체를 염가로 실현시킬 수 있다.
또한, 진공 단열재(9)는 제 2 단열 상자(8)의 폐색판(10)에 접착 고정되어 있다. 이에 의해, 진공 단열재(9)보다 용기 내조(3)측에 위치하는 분말 단열재(7)가 장기간의 사용에 의해 줄어들어, 체적 감소하여, 제 2 단열 상자(8) 내에 여유 간극이 생겼다고 해도, 진공 단열재(9)가 제 2 단열 상자(8) 내에서 미진동하는 일이 없어진다. 따라서, 제 2 단열 상자(8) 내에서 진공 단열재(9)가 미진동하여 생기는 외피재의 깨짐 및 균열 발생 등의 손상의 발생을 방지하여, 장기간에 걸쳐서 높은 단열 성능을 보장할 수 있다.
또한, 진공 단열재(9)는 제 2 단열 상자(8)의 분말 단열재(7)보다 외측에 배설된 구성이다. 이에 의해, 용기 내조(3) 내의 초저온 물질로부터 진공 단열재(9)에 리크되는 초저온은, 우선 분말 단열재(7)에 의한 단열 작용에 의해 저감되므로, 외피재(12)가 저온 취화하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 진공 단열재(9)는 본래의 높은 단열 성능을 유지할 수 있어서, 진공 단열재(9)의 저온 취화에 따른, 외피재(12)의 손상에 의한 단열 성능의 저하도 억제하여, 더욱 장기간에 걸쳐서 높은 단열성을 보장할 수 있다.
또한, 용기 내조(3)와 진공 단열재(9) 사이를 단열하는 제 1 단열층을, 제 1 단열 상자(5)의 분말 단열재(7)와 제 2 단열 상자(8)의 분말 단열재(7)로 분리시켜 마련한 구성으로 하고 있다. 이에 의해, 이들 양자 사이에, 상자 프레임체(6)의 목재, 및 상자 프레임체(6)끼리 사이의 공기층이 존재하여, 물질적인 연속성(제 1 단열 상자(5) 및 제 2 단열 상자(8) 내의 분말 단열재(7)가 용기 내조(3)측으로부터 진공 단열재(9)까지 연속하고 있는 경우의 연속성)이 단절된다. 이에 의해, 열의 리크량을 저감시킬 수 있어서, 진공 단열재(9)의 외피재(12)의 저온 취화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 단열 구조체에 있어서, 진공 단열재(9)의 열전도율(λ)은, 이미 설명한 바와 같이, 제 1 단열 상자(5) 및 제 2 단열 상자(8) 내의 분말 단열재(7)보다 약 20배 정도 낮은 것이다. 이에 의해, 진공 단열재(9)에 의한 단열 효과가 더해지는 만큼, 분말 단열재(7)만으로 이루어지는 구성과 비교하여, 그 단열 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
나아가, 진공 단열재(9)는 그의 높은 단열 성능을 충분히 살려 외기열을 차단하고, 진공 단열재(9)의 내측, 즉, 제 1 단열 상자(5) 및 제 2 단열 상자(8) 내의, 분말 단열재(7)가 마련되어 있는 부분의 분위기 온도를 대폭 저하시킨다. 이에 의해, 제 1 단열 상자(5) 및 제 2 단열 상자(8) 내의 분말 단열재(7)는 그 자체가 갖는 단열 효과가 상대적으로 향상되고, 진공 단열재(9) 자체가 갖는 높은 단열 효과의 발휘와 합쳐져서, 그 단열 성능을 극히 높게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 열시뮬레이션 결과를 나타내는 설명도이며, A로 나타내는 파선은 종래의 펄라이트 분말 단열재로 이루어지는 제 1 단열 상자(5)를 2개 중첩하여 530㎜로 한 것인 종래 타입의 특성을 도시하고 있다. 또한, B로 나타내는 일점쇄선은 제 1 단열 상자(5)의 외조측에 진공 단열재(9)를 갖는 제 2 단열 상자(8)를 구비한, 본 실시형태와 마찬가지의 구성의 특성을 도시하고 있다.
도 6으로부터 명확한 바와 같이, 본 실시형태의 구성에서는, 진공 단열재(9)에 의한 제 2 단열층에 의한 단열 효과에 의해, 펄라이트 분말 단열재로 이루어지는 제 1 단열층의 외면 온도를 A로부터 B까지 저하시키는 것이 이루어져 있다. 즉, 진공 단열재(9)에 의해, 제 1 단열층의 설치 부분의 분위기 온도가 저하되어 있다. 게다가, 펄라이트 분말 단열재로 이루어지는 제 1 단열층에 있어서의 열구배 각도가 완만하게 되어 있으므로, 제 1 단열층 자체의 저열의 이동이 저감되며, 또한, 분위기 온도의 저하에 의해, 제 1 단열층에 의한 단열 효과가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 실험예를 도시하는 도면이다.
도 7에서, 비교예 1은 진공 단열재(9)가 배치되지 않은, 단열층만으로 형성된 구성이다. 실험예 1은, 비교예 1과 동일한 단열층의 두께로, 제 2 단열층으로서 진공 단열재를 외벽측에 구비한 구성에 있어서의 열관류율의 변화를 계측한 것이다. 실험예 2는, 진공 단열재(9)를 구비하지 않고, 실험예 1과 동일한 열관류율로 한 경우에, 어느 정도의 단열층의 두께가 되는지를 계측한 것이다.
이들을 계측할 때의 조건으로서는, 탱크 내의 온도를 -160℃로 하고, 외기 온도를 25℃로 했다.
또한, 제 1 단열층으로서는, 펄라이트 등의 분말 단열재(7)를 이용하여, 제 2 단열층으로서 진공 단열재(9)를 이용하고 있다.
실험예 1에서는, 단열층 전체의 두께를 비교예 1과 마찬가지로 하여, 평균 열관류율을 측정하고 있다. 이 경우, 평균 열관류율이 비교예 1의 0.0785[W/㎡·K]에 대하여, 실험예 1은 0.0514[W/㎡·K]가 되고, 단열 성능은 35% 향상되어 있다.
실험예 2에서는, 실험예 1과 마찬가지의 단열 성능을 얻으려고 한 경우에, 어느 정도 단열층 전체가 두꺼워지는지를 측정하고 있다.
이 경우, 실험예 1의 530[㎜]과 비교하여, 실험예 2는 950[㎜]가 되고, 종래 구성에서는, 79% 두께를 증가시키지 않으면, 본 실시형태와 같은 실험예 1의 단열 성능을 얻을 수 없는 것을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 예컨대, 본 실시형태의 구성을, LNG의 보일 오프 가스를 연료로서 사용하고 있는 LNG 탱커 등의 단열 용기(탱크)로서 사용하는 것에 의해, LNG의 사용량을 억제할 수 있다. 따라서, 경제성이 향상되는 동시에, LNG의 보일 오프 가스를 재액화하는 타입의 LNG 탱커에서는, 그 재액화를 위한 에너지 로스를 저감시킬 수 있다.
한편, 진공 단열재(9)를, 제 2 단열 상자(8)의 내면, 즉, 폐색판(10)에 접착 고정하는 것에 의해, 진공 단열재(9)와 제 2 단열 상자(8), 즉 폐색판(10)의 재료와의 선팽창계수의 차이에 의해, 장기간 사용하고 있을 때에, 진공 단열재(9)의 외피재(12)가 되는 다층 래미네이트 필름이 폐색판(10)의 열수축에 따른 열수축 응력을 받아 균열을 발생시키는 것이 염려된다.
즉, 진공 단열재(9)를 폐색판(10)에 접착 일체화함으로써, 폐색판(10)의 열수축에 의해, 진공 단열재(9)의 다층 래미네이트 필름이 인장 신축되어, 다층 래미네이트 필름이 이 인장 신축의 반복에 의해 균열을 발생시키고, 이 균열에 의해, 진공 단열재(9)의 단열 성능이 저하되어, 그의 단열 성능이 저하되는 것이 염려된다.
그러나, 본 실시형태에서는, 진공 단열재(9)를, 열응력 분산층(18)을 사이에 두고 폐색판(10)에 접착 일체화시키고 있다. 따라서, 폐색판(10)의 열수축에 의한 외피재(12)의 균열 발생 등을 억제할 수 있다.
즉, 폐색판(10)이 열수축을 일으킨 경우, 이 열수축에 의한 인장 신축력은 진공 단열재(9)의 외피재(12)에 가해진다. 그렇지만, 이 외피재(12)의 최외층을 구성하는 열응력 분산층(18)은 글라스 클로스로 구성되어 있으며, 그 선팽창계수는 작아서 열수축이 적고, 또한, 초저온에 대한 내성 및 기계적 강도가 높다. 이에 의해, 폐색판(10)의 열수축에 저항하여 거의 열수축하는 일 없이, 그 열수축력을 분산 흡수하여, 열수축을 거의 발생시키지 않는다.
환언하면, 열응력 분산층(18)은 열응력 분산층(18)을 래미네이트하여 일체화시킨 외피재(12)의, 알루미늄박으로 이루어지는 가스 배리어층(14)에, 폐색판(10)의 열수축에 의한 인장 수축력이 작용하는 것을 저지하여, 균열이 발생하는 것을 강력하게 억제한다.
특히, 열수축 균열은 진공 단열재(9)의 코너부에서 생기기 쉽지만, 이 코너부에 집중되기 쉬운 열수축 응력을 열응력 분산층(18)이 받아들여 분산시키는 형태가 되어, 코너부를 열수축 응력으로부터 보호하고, 이 열수축 응력의 집중에 의한 균열을 효율적으로 억제할 수 있다.
따라서, 장기간 사용하고 있어도, 외피재(12)의 가스 배리어층(14)에 균열이 생기는 것을 방지할 수 있어서, 장기간에 걸쳐서 진공 단열재(9)의 높은 단열성을 유지하고 단열 용기(1)의 단열성을 보장할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 열응력 분산층(18)으로서 글라스 클로스를 이용하고 있다. 글라스 클로스는, 선팽창계수가 작아서 열수축이 적고, 또한, 초저온에 대한 내성 및 기계적 강도가 높을 뿐만 아니라, 나아가, 열전도율도 낮아서 단열성이 높다. 이에 의해, 용기 내조(3) 내에 보존된 물질로부터의 초저온에 의해, 외피재(12)가 저온 취화하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 외피재(12)의 저온 취화에 의한 균열 발생도 억제할 수 있어서, 더욱 장기간에 걸쳐서 단열 용기(1)의 단열성을 보장하는 것이 가능해진다. 그리고, 난연성, 내구성, 신뢰성 및 전기 절연성도 문제 없이 확보할 수 있다.
게다가, 진공 단열재(9)의 외피재(12)의 최외층이 되는 열응력 분산층(18)은, 본 실시형태에서는, 외피재(12)의 상하 양면 각각에 일체로 래미네이트되어 일체화되어 있다. 이에 의해, 진공 단열재(9)의 외피재(12)는, 그 외표 전면이 강도가 높아져, 생산시의 취급 등에 의해 외피재(12)에 균열이 생기거나 깨지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 단열 구조체의 조립 과정에서 생기기 쉬운 진공 단열재(9)의 불량품 발생율을 억제하여, 비용 증가를 억제하면서, 단열 성능을 장기간에 걸쳐서 양호하게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 구성은, 열수축력 및 저온에 의한 외피재(12)의 열화에 따른 균열 및 파대(破袋)가 염려되므로, 열응력 분산층(18)을 거쳐서 진공 단열재(9)를 접착 고정하는 연구를 실행하는 것에 의해, 이들 과제를 해결하는 것이다. 혹시 만일, 어떠한 원인으로, 외피재(12) 내에 외기가 침입하는 일이 있었다고 해도, 본 실시형태의 구성에서는, 유리 섬유를 소성하여 구성된 심재(11)를 이용하고 있는 것에 의해, 소성을 실행하지 않은 경우와 비교하여, 치수 변화를 대폭 억제할 수 있어서, 안전성을 높일 수 있다.
예컨대, 소성을 실행하지 않고, 원심법에 의해 형성된 심재(11)를 이용한 경우에는, 치수 변형이 2배 이상이 되고, 대략 5~6배 정도까지 두께가 두꺼워진다. 한편, 본 실시형태의 구성에 의하면, 치수 변형을 1.2배 정도, 많아도 1.5배 이하로 억제할 수 있으므로, 탱크의 내벽과 외벽의 안에서 치수 변형을 일으키는 것에 의한 폐해를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 진공 단열재(9)의 외피재(12) 중에 습기가 남아 있었다고 해도, 이 습기에 의해 심재(11)가 팽창하여 진공 단열재(9) 자체가 변형되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, LNG 단열 용기 등과 같이, 정기적으로 온수 세정 등의 유지보수가 실행될 때, 그 온수 세정 시에 진공 단열재(9)가 크게 팽창 변형되어, 진공 단열재(9) 자체가 크게 열팽창 변형되는 것에 의해, 탱크의 내벽 및 외벽을 변형시켜 버리는 폐해도 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 심재(11)를 원심법에 의해 형성한 것으로 하고 있지만, 예컨대, 종이를 뜨기 위해, 수분을 포함하게 한 심재를 탈수하는 초조법(抄造法)으로 형성된 심재(11)를 이용하는 것도 가능하다.
초조법으로 형성된 심재(11)를 이용하는 경우에는, 미리 물에 녹여 섬유를 분산시킨 후 탈수함으로써, 대기압에 대해 감압하는 경우의 치수 변형이 적고, 두께가 얇아지도록 형성한다. 이 때문에, 상술한 바와 같이 파대된 경우라도, 치수 변형에 의해 발생하는 폐해를 억제하는 것이 가능해진다.
(제 2 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다.
제 2 실시형태의 구성은, 도 1 내지 도 5에 도시한 구성과 마찬가지이지만, 진공 단열재(9)의 외피재(12)의 제 1 보호층(13a), 제 2 보호층(13b)에 대하여, 제 1 단열층측의 재료를, 이것과는 반대측의, 용기 외조(2)와 접하는 측의 재료보다 내 저온 취화성이 높은 재료로 구성한 것이다.
예컨대, 진공 단열재(9)의, 분말 단열재(7)와 접하는 측의 재료를, 래미네이트 필름을 알루미늄박으로 코팅한 재료로 하고, 이것과는 반대측의, 용기 외조(2)와 접하는 측의 재료를, 래미네이트 필름을 알루미늄 증착 코팅한 재료로 한다. 또는, 진공 단열재(9)의, 분말 단열재(7)와 접하는 측의 보호층을 다중 구성으로 하고, 이것과는 반대측의, 용기 외조(2)와 접하는 측의 보호층을 1중 구성으로 해둔다.
이에 의해, 진공 단열재(9)의, 저온이 되는 측의 외피재(12)의 내 저온 취화성을 보다 높일 수 있다. 이에 의해, 저온 취화를 효율적으로 억제할 수 있는 동시에, 이것과는 반대측의 외피재(12)를 비교적 염가의 재료 또는 동일한 재료라도 소량으로 구성할 수 있어서, 염가로 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 외벽측에 위치하는 알루미늄 증착 필름은 알루미늄박과 비교하여 단열 성능이 높기 때문에, 외기로부터의 열의 진입을 억제할 수 있어서, 탱크 내를 보다 저온으로 유지하는 것이 가능해진다.
(제 3 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 단열 용기의 단열 구조체를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태의 단열 구조체는 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 단열 상자(5) 및 제 2 단열 상자(8)의 분말 단열재(7)를 발포스티롤 등의 단열 패널(21)로 구성한 것이다.
단열 패널(21)은, 본 실시형태에서는 발포스티롤로 형성되어 있지만, 폴리우레탄 폼, 페놀 폼, 그리고 단열 프레임(미도시)에 장전된 글라스 울 및 펄라이트 등으로부터 선택되는 단열재로 구성해도 좋다.
또한, 단열 패널(21)끼리 사이, 및 진공 단열재(9)끼리 사이의 간극에는, 단열성 확보를 위해, 충전 단열재(22)가 충전되어 있다. 충전 단열재(22)는, 유연하고 신축성이 풍부한, 섬유의 직경이 1㎛를 하회하는 마이크로 글라스 울, 연질 우레탄, 및 용기 내조(3)의 선팽창계수에 가까운 재료, 예컨대 보강재가 들어있는 페놀 폼 및 폴리우레탄 폼 등으로부터 선택되는 재료가 이용되고 있다.
또한, 진공 단열재(9)는, 그 외주연부를 맞대고, 단열 패널(21)로 이루어진 제 1 단열층의 전면을 덮도록 배치되어 있다. 나아가, 본 실시형태에서는, 진공 단열재(9)의 맞댐부가 제 1 단열층을 구성하는 단열 패널(21)의 맞댐부와 어긋난 위치가 되도록 설정되어 있다. 나아가, 진공 단열재(9)의 외주연에 형성되는 밀봉 핀(17)은 저온측, 즉, 단열 패널(21)측에 절입되어 배치되어 있다.
본 실시형태의 단열 구조에서도, 진공 단열재(9)는 용기 외조(2)측에 접착 고정되어 있어서, 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태의 경우에는, 용기 내조(3)와 진공 단열재(9) 사이를 단열하는 단열층을, 용기 내조(3)측의 단열 패널(21)과 용기 외조(2)측의 단열 패널(21)로 분리하여 마련하고 있다. 용기 내조(3)측의 단열 패널(21)과 용기 외조(2)측의 단열 패널(21)과의 사이에 중간조(4)가 위치하고 있으며, 용기 내조(3)측의 단열 패널(21)과 용기 외조(2)측의 단열 패널(21)의 물질적인 연속성(용기 내조(3)측의 단열 패널(21)과 용기 외조(2)측의 단열 패널(21)이 진공 단열재(9)까지 하나로 되어 있어서 연속하고 있는 경우의 연속성)이 단절되어 있다. 이에 의해, 초저온의 리크량을 저감할 수 있어서, 진공 단열재(9)의 외피재(12)의 저온 취화를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
나아가, 본 실시형태의 단열 구조체에서도, 진공 단열재(9)의 열전도율(λ)은, 이미 설명한 바와 같이, 발포스티롤제의 단열 패널(21)과의 비교에서는 약 15배 정도 낮은 것이다. 따라서, 진공 단열재(9)에 의한 단열이 더해지는 만큼, 단열 패널(21)만으로 이루어지는 구성에 비해, 그 단열 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 진공 단열재(9)는 그의 높은 단열 성능을 충분히 살려서 외기열을 차단하고, 진공 단열재(9)의 내측, 즉, 복수층의 단열 패널(21)이 마련되어 있는 부분의 분위기 온도를 대폭 저하시키고 있다. 이에 의해, 복수층의 단열 패널(21)은, 그 자체가 갖는 단열 효과가 상대적으로 향상되고, 진공 단열재(9) 자체가 갖는 높은 단열 효과의 발휘와 합쳐져서, 그 단열 성능을 극히 높게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 진공 단열재(9)는 단열 패널(21)의 패널 맞댐 부보다 벗어난 위치에서 맞대어지며, 단열 패널(21)의 외측의 거의 전면을 덮는 구성으로 되어 있다. 이에 의해, 단열 패널(21)의 맞댐부의 간극부를 거쳐서, LNG의 저열이 진공 단열재(9)의 맞댐부를 거쳐서 외기까지 이동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 진공 단열재(9)의 밀봉 핀(17)은 단열 패널(21)측에 절입된 구성으로 되어 있다. 이에 의해, 진공 단열재(9)의 밀봉 핀(17)을 거쳐서 생기는 열 리크를 억제할 수 있다. 따라서, 진공 단열재(9)의 단열 효과를 충분히 살린 단열 효과, 및 단열 패널(21) 설치 부분의 분위기 온도의 저하 효과를 효율적으로 발휘시킬 수 있다. 따라서, 진공 단열재(9)를 이용한 단열 효과를 충분히 발휘시켜, 단열성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 진공 단열재(9)끼리가 맞댐부에 충전된 충전 단열재(22)의 마이크로 글라스 울은 유연하고 신축성이 풍부하다. 따라서, 외기의 한난에 따라서 진공 단열재(9)가 신축해도, 이에 따라서 충전 단열재(22)도 신축한다. 이에 의해, 진공 단열재(9)의 신축을 구속하는 것에 의한 외피재(12)의 균열, 및 찢김 파손 등을 방지하여, 장기간에 걸쳐서 높은 단열 성능을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 구성에서는, 진공 단열재(9)끼리가 충전 단열재(22)에 의해 고정된 상태이다. 따라서, 상하면의 온도차에 의한 응력 변형에 의해, 크랙 등이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 진공 단열재(9)와 단열 패널(21) 사이에 열응력 분산층(18)을 마련하여, 열응력을 분산시키는 구성이 특히 유효하다.
또한, 각 실시형태에서 설명한 중간조(4) 및 용기 내조(3)는 멤브레인 또는 인바로 형성되어 있다. 이들 부재는 열수축에 대해 강하므로, 사용 환경의 변화 등에 의해, 용기 내조(3) 및 중간조(4)에 열수축 또는 과하중이 가해져, 용기 내조(3) 내의 저온 물질, 예컨대 LNG 등의 증발 가스가 용기 내조(3)로부터 누출되는 일을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 누설된 액화 천연가스 등의 증발 가스가 제 1 단열층, 제 2 단열층의 부분에까지 확산하여 단열 성능을 훼손하는 일은 없어, 신뢰성이 높은 단열 용기를 실현할 수 있다.
(제 4 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 설명한다.
제 4 실시형태에서는, 진공 단열재(9)의 외피재(12)의 내부에서 잔류 가스가 팽창했을 때에, 진공 단열재(9)의 급격한 변형의 억제 및 방지를 보다 확실하게 실행할 수 있도록 하고 있다.
본 실시형태에서는, 도 9a 및 도 9b에 도시하는 바와 같이, 진공 단열재(9)의 외피재(12)의 내부에서 잔류 가스가 팽창했을 때에, 잔류 가스가 소정 압력 이상이 되면, 외부에 잔류 가스를 방출하는 방폭 구조체(A)를 마련하여, 진공 단열재(9)의 급격한 이상 변형에 의한 단열 용기(1)의 손상 등을 방지해서 안전성을 높이는 것이다.
또한, 방폭 구조체(A) 이외의 부분의 구성 및 효과는 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태와 동일하며, 제 1 실시형태 내지 제 3 실시형태와 동일한 부분에는 동일 번호를 부기하고, 그 설명을 생략하며, 상이한 부분만 설명한다.
본 실시형태에 이용되는 방폭 구조체(A)는 특정의 구조에 한정되는 것은 아니지만, 대표적으로는, 예컨대,
구성예 1: 외피재(12)가 잔류 가스를 외부로 빠져나가게 하여 팽창을 완화하는 구성, 및
구성예 2: 외피재(12)의 내부에 심재(11)과 함께 봉입된 흡착제(16)가 잔류 가스를 화학적으로 흡착하는 화학 흡착형이거나, 잔류 가스의 흡착에 의해 발열하지 않는 비발열성이거나, 또는 화학 흡착형이면서 비발열성인 구성 등이 예시된다.
도 9a 및 도 9b를 이용하여, 구성예 1의 방폭 구조체(A)의 예를 설명한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 방폭 구조체(A)의 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
구성예 1의 방폭 구조체(A)로서는, 대표적으로는, 도 9a 및 도 9b에 각각 도시하는 바와 같은 역지 밸브(24) 및 강도 저하 부위(26)를 예로 들 수 있다.
도 9a에는, 역지 밸브(24)에 의해 구성된 방폭 구조체(A)의 예가 도시되어 있다. 역지 밸브(24)는 외피재(12)의 일부에 마련된 밸브 구멍(25)을 폐지하는 캡(cap) 형태의 구성을 갖고 있다. 밸브 구멍(25)은 외피재(12)의 내외를 관통하도록 마련되며, 캡 형태의 역지 밸브(24)는 고무 등의 탄성 재료로 구성되어 있다.
통상, 밸브 구멍(25)은 역지 밸브(24)에 의해 폐지되어 있으므로, 외피재(12)의 내부에 외기가 침입하는 것이 실질적으로 방지되어 있다. 만일, 주위의 온도 변화에 의해 외피재(12)가 수축하고, 이에 따라서 밸브 구멍(25)의 내경이 변화해도, 역지 밸브(24)는 탄성 재료로 구성되어 있으므로, 밸브 구멍(25)을 양호하게 폐지할 수 있다. 만일, 외피재(12)의 내부에서 잔류 가스가 팽창한 경우에는, 내압의 상승에 따라서, 역지 밸브(24)가 밸브 구멍(25)으로부터 용이하게 벗어나, 잔류 가스가 외부로 빠져나간다.
또한, 도 9b는 강도 저하 부위(26)을 마련하는 것에 의해 구성된 방폭 구조체(A)의 예를 도시하고 있다. 강도 저하 부위(26)는 밀봉 핀(17)끼리의 용착 부위에 있어서, 일부의 용착 면적을 작게 한 부위(26a)에 의해 구성되어 있다.
이 강도 저하 부위(26)의 예에서는, 밀봉 핀(17)의 용착 부위(26a)에 있어서의 내측(심재(11)측)이 용착되어 있지 않다. 이 때문에, 부위(26a)에 있어서의 용착 면적이 다른 밀봉 핀(17)의 용착 부위보다 작게 되어 있으며, 만일, 외피재(12)의 내부에서 잔류 가스가 팽창한 경우에는, 내압의 상승에 의한 압력이 강도 저하 부위(26)에 집중되기 쉬워진다. 그리고, 열용착층(15)의 용착 면적을 작게 한 부위(26a)가 벗겨져서, 잔류 가스가 외부로 빠져나간다.
또한, 강도 저하 부위(26)는 도 9b에 도시된 용착 면적을 부분적으로 작게 하는 구성에 한정되지 않으며, 용착 면적이 동일해도, 용착 강도를 부분적으로 저하시키는 구성이어도 좋다. 예컨대, 밀봉 핀(17)을 가열 용착할 때에, 일부분에 대해서만 가하는 열을 작게 하여, 용착 부위의 용착의 정도를 약하게 해도 좋다. 혹은, 강도 저하 부위(26)를 밀봉 핀(17)의 용착 개소 이외에 마련해도 좋다. 예컨대, 외피재(12)를 구성하는 열용착층(15)과 가스 배리어층(14) 사이에, 부분적으로 적층 강도를 저하시킨 부위를 형성하여, 강도 저하 부위(26)를 구성해도 좋다.
나아가, 열용착층(15)의 일부의 재료를 다른 부위와 비교하여 용착 강도가 낮은 재료로 하는 것에 의해, 강도 저하 부위(26)를 형성해도 좋다. 예컨대, 열용착층(15)으로서는, 상술한 바와 같이, 저밀도 폴리에틸렌을 바람직하게 이용할 수 있지만, 열용착층(15)의 일부에, 고밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 또는 아몰퍼스(amorphous) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 이용해도 좋다. 이들 고분자 재료는 저밀도 폴리에틸렌보다 용착 강도가 낮기 때문에, 강도 저하 부위(26)의 형성에 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 강도 저하 부위(26)의 형성 방법으로서는, 열용착층(15)끼리의 용착 부위의 두께를 부분적으로 작게 하는 구성, 열용착층(15)의 용착 부위가 되는 영역의 일부에 접착 강도가 작은 접착제를 개재시키는 구성, 및 외피재(12)의 밀봉 핀(17)이 되는 영역에서, 열용착층(15)을 부분적으로 박리하고, 가스 배리어층(14)끼리를 직접 열용착하는 구성도 채용할 수 있다.
만일, 사고 등이 발생했을 때, 진공 단열재(9)는 가혹한 환경에 노출될 우려가 있다. 그렇지만, 본 실시형태의 경우, 진공 단열재(9)가 가혹한 환경에 노출되어 내부의 잔류 가스가 팽창 등을 하면, 역지 밸브(24)가 밸브 구멍(25)으로부터 벗어나거나 강도 저하 부위(26)로부터 과도한 팽창 압력이 외부로 방산되거나 하여, 진공 단열재(9)의 변형을 유효하게 회피할 수 있다. 따라서, 진공 단열재(9)의 방폭성을 향상시켜서, 단열 용기(1)의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태의 구성을 도시하는 도 9a 및 도 9b에서는, 진공 단열재(9)에 마련된 열응력 분산층(18)을 도시하지 않고, 방폭 구조체(A)를 강조 표시하고 있다.
한편, 구성예 2의 방폭 구조체(A)로서는, 이미 설명한 ZSM-5형 제올라이트에 의해 구성된 흡착재를 예로 들 수 있다. 흡착재를 구성하는 ZSM-5형 제올라이트는 화학 흡착 작용을 갖는 기체 흡착제이다. 그 때문에, 예컨대, 온도 상승과 같은 여러 가지 환경 요인이 생겨도, 한번 흡착된 가스가 재방출되는 것이 실질적으로 방지된다. 따라서, 가연성 연료 등을 취급하는 경우에, 어떠한 영향으로 흡착제(16)가 가연성 가스를 흡착했다고 해도, 그 후의 온도 상승 등의 영향에 의해, 가스가 재방출되는 일이 없다. 그 결과, 진공 단열재(9)의 방폭성을 한층 더 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, ZSM-5형 제올라이트는 불연성의 기체 흡착제이기 때문에, 본 실시형태에 있어서의 흡착제(16)는 실질적으로 불연성 재료만으로 구성되게 된다. 따라서, 심재(11)도 포함하며, 진공 단열재(9)의 내부에 가연성 재료를 이용하는 일 없이, 방폭성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 흡착제(16)가 화학 흡착형이면, 물리 흡착형과 비교하여, 흡착된 잔류 가스가 용이하게 이탈하지 않으므로, 진공 단열재(9)의 내부의 진공도를 양호하게 보지할 수 있다. 게다가, 잔류 가스가 이탈하지 않기 때문에, 외피재(12)의 내부에서 잔류 가스가 팽창하여, 진공 단열재(9)가 변형될 우려를 유효하게 방지할 수 있다. 따라서, 진공 단열재(9)의 방폭성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 흡착제(16)가 비발열성 재료이거나, 불연성 재료이거나 또는 그 양쪽을 만족하는 재료이면, 외피재(12)가 손상되는 등에 의해, 이물이 내부에 침입해도, 흡착제(16)가 발열하거나 연소할 우려를 회피할 수 있다. 따라서, 진공 단열재(9)의 방폭성 및 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 단열 용기(1)는 비용 절감을 실현하면서, 장기간에 걸쳐서 높은 단열 성능을 보장할 수 있는 것이다. 그렇지만, 그 구성은 본 발명의 목적을 달성하는 범위에서 여러 가지 변경 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
예컨대, 열응력 분산층(18)은 진공 단열재(9)의 양면에 마련된 것을 예시했지만, 이것은 적어도 단열 상자 등의 접착면이 되는 편면에 마련되어 있으면 좋은 것이다. 이 경우에는, 진공 단열재(9)의 상하 양면의 강도를 향상시켜, 품질 불량을 저감 방지하는 효과는 기대할 수 없게 되지만, 진공 단열재(9)의 열수축 응력에 대한 균열 방지 등의 목적을 달성하기에는 충분하다.
또한, 열응력 분산층(18)으로서, 글라스 클로스를 예시했지만, 단열 상자 등의 열수축에 의한 인장 수축력을 분산시킬 수 있는 것이면, 어떠한 것이어도 좋다. 예컨대, 유리 섬유 이외에도, 선팽창계수가 작고, 강도가 비교적 강한 탄소 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유, 아라미드 섬유, 폴리아미드 섬유 및 폴리이미드 섬유로부터 선택되는 것을 이용할 수 있다.
나아가, 열응력 분산층(18)은 진공 단열재(9)의 외피재(12)에 래미네이트되어, 외피재(12)의 최외층을 구성하는 것을 예시했지만, 이 열응력 분산층(18)은 단독 부품으로서, 접착제에 의해 진공 단열재(9) 및 제 2 단열 상자(8) 등의 양자에 접착 일체화되도록 해도 좋은 것이다.
또한, 실시형태에서는, 단열 용기(1)가 LNG 수송선 등의 탱크로서 이용되는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않으며, 육상 설치의 LNG 탱크 등의 단열 용기, 또는 의료용 및 공업용에 이용되는 저온 보존 용기 등의 단열 용기라도 좋다. 보존되는 물질도 LNG가 아닌 액체 수소 등 상온보다 100℃ 이상 낮은 물질이면, 어떠한 것이어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 단열 용기는 상온보다 100℃ 이상 낮은 물질을 보지하는 단열 용기로서, 용기 내조(3)와, 용기 외조(2)와, 용기 내조(3)와 용기 외조(2) 사이에 마련된 단열 상자(5, 8)와, 단열 상자(5, 8)의 내부에 마련된 단열층(7, 9)을 구비하고 있다. 단열층은, 심재(11)와 심재(11)를 진공 밀봉하는 외피재(12)를 갖는 패널 형상의 진공 단열재(9), 및 진공 단열재(9)와는 상이한 재료로 구성된 단열재(7)를 갖고 있다. 진공 단열재는 열응력 분산층(18)을 갖고, 단열 상자에 고정된 구성이다.
이에 의해, 범용품인 패널 형상의 진공 단열재를 이용하여, 염가로 단열성을 확보할 수 있는 동시에, 단열 상자 내의 단열재가 줄어들어 여유 간극이 생겼다고 해도, 진공 단열재가 단열 상자 내에서 미진동하는 일이 없어져서, 그 외피재가 손상되는 것에 의한 단열성의 저하도 방지할 수 있다. 따라서, 진공 단열재의 외피재 손상에 의한 단열 성능의 저하를 방지하여, 장기간에 걸쳐서 높은 단열성을 염가로 보장할 수 있다.
또한, 단열재는 단열 상자의 용기 내조측에 배설되며, 진공 단열재는 단열 상자의 단열재 외측의 용기 외조측에 배설된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 초저온 물질로부터 진공 단열재에 리크되는 초저온은 단열재에 의한 단열 작용에 의해 저감되어, 그 외피재가 저온 취화하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 진공 단열재의 저온 취화에 따른 외피재 손상에 의한 단열 성능의 저하도 억제하여, 더욱 장기간에 걸쳐서 높은 단열성을 보장할 수 있다.
또한, 진공 단열재는 단열 상자의 내면과의 사이에 열응력 분산층을 거쳐서 일체로 접착 고정된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 단열 상자와 진공 단열재의 외피재의 열팽창계수가 상이해서, 단열 상자와 진공 단열재의 외피재 사이에 열수축 차이가 생겨, 진공 단열재의 외피재에 1차 단열층의 열수축력이 가해져도, 이 열수축력은 열응력 분산층에 의해 분산된다. 그리고, 진공 단열재의 외피재는 열수축 차이에 의한 균열 등의 발생이 억제된다. 이에 의해, 진공 단열재는 단열 상자에 고정되어 있어도, 본래의 높은 단열 성능을 그대로 유지할 수 있어서, 단열 용기의 단열 성능을 장기간에 걸쳐서 양호하게 보장할 수 있다.
또한, 열응력 분산층은 글라스 클로스로 구성된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 글라스 클로스가 갖는 단열 성능도 더해져, 외피재의 열수축 균열 방지와 동시에, 외피재 자체의 단열성을 향상시켜, 외피재 자체의 저온 취화를 억제할 수 있다. 따라서, 신뢰성을 높이고, 한층 더, 장기간에 걸쳐서 높은 단열성을 보장할 수 있다.
또한, 진공 단열재는, 외피재의 적어도 단열 상자의 내면과 접하는 측의 면에, 열응력 분산층이 일체로 래미네이트된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 비용 증가 요인이 되는 글라스 클로스를 단열 상자 내면측의 편면만 하여, 그 사용량을 억제할 수 있다. 따라서, 비용 증가를 억제하면서, 단열 성능을 장기간에 걸쳐서 양호하게 보장할 수 있다.
또한, 진공 단열재는, 외피재의 상하 양면에 열응력 분산층이 일체로 래미네이트되어, 외피재의 최외층이 형성된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 진공 단열재는, 그 상하 양면의 최외층이 강도가 높은 열응력 분산층이 되기 때문에, 생산시의 취급에 의해 외피재에 균열이 생기거나 깨지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 진공 단열재의 불량품 발생율을 억제하여, 비용 증가를 억제하면서, 단열 용기의 단열 성능을 장기간에 걸쳐서 양호하게 보장할 수 있다.
또한, 진공 단열재의 심재로서 무기 섬유가 이용된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 진공 단열재의 외피재 중에 습기가 남아 있었다고 해도, 이 습기에 의해 심재가 팽창하여, 진공 단열재 자체가 변형되는 것을 억제할 수 있다. 예컨대, LNG 수송선용 단열 용기 등과 같이, 정기적으로 온수 세정 등의 유지보수가 실행될 때, 약간의 습기가 외피재 중에 잔존하고 있었다고 해도, 진공 단열재가 팽창 변형되는 것을 방지하여, 진공 단열재 자체의 열팽창 변형에 의한 외피재의 균열 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 단열 성능 보장을 보다 확실하게 실현할 수 있게 된다.
또한, 진공 단열재는 방폭 구조를 갖는 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 진공 단열재 중에 약간의 습기 또는 공기가 남아 있어, 이 습기 또는 공기 등에 의해 팽창이 생기는 경우가 있어도, 팽창 압력이 소정값 이상이 되면, 방폭 구조 부분으로부터 팽창 압력을 외부로 배출할 수 있다. 따라서, 그대로 계속 팽창하여, 폭발적 파괴가 생기는 것을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 단열 상자는, 단열재(7)를 갖는 제 1 단열 상자(5)와, 용기 내조측에 단열재(7)가 배치되고, 단열재(7)의 외측의 용기 외조측에 진공 단열재(9)가 배치된 제 2 단열 상자(8)를 갖고 있다. 그리고, 제 1 단열 상자가 용기 내조측에 배치되는 동시에, 제 2 단열 상자는 진공 단열재가 용기 외조측에 위치하도록 배치된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 용기 내조에 보존된 물질로부터 진공 단열재에 리크되는 초저온은 제 1 단열 상자의 단열재와 제 2 단열 상자의 단열재의 이중 단열재에 의한 단열 작용에 의해 저감되어, 외피재가 저온 취화하는 것을 보다 강력하게 억제할 수 있다. 이에 의해, 진공 단열재는 외피재에 균열이 생기는 등에 의해 단열 성능을 손상시키는 것을 보다 확실하게 방지하게 된다. 따라서, 보다 장기간에 걸쳐서 높은 단열성을 보장할 수 있다.
또한, 용기 외조측에 배치된 단열 상자는, 일면이 개구된 상자 프레임체와, 상자 프레임체 내에 마련되며, 단열 상자 내를 구획하는 구획체를 갖고 있다. 그리고, 구획체로 구획된 구획의 저면에 부설된 진공 단열재와, 진공 단열재의 개구측에 배치된 단열재와, 상자 프레임체의 개구측을 폐색하는 폐색판에 의해 유닛화 된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 용기 내조 및 용기 외조 사이로의 단열재 및 진공 단열재의 장전이 단열 상자의 장전만으로 용이하게 실행할 수 있게 된다. 따라서, 운반성이 향상되는 동시에, 탱크의 생산성이 향상되어, 간단한 구성으로 진공 단열재의 저온 취화를 방지하여, 높은 단열성을 장기간에 걸쳐서 보장할 수 있다.
또한, 단열재는 분말 단열재 또는 단열 패널로 구성된 구성이어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 예컨대, 펄라이트, 및 발포스티롤 또는 발포우레탄 등의 단열 패널, 그리고 패널 형상의 진공 단열재는 범용 부품으로서 유통하고 있으므로, 염가로 입수할 수 있다. 그리고, 단열 패널의 경우는, 진공 단열재와 마찬가지로, 패널 형상으로 되어 있으므로, 부설하는 것만으로 간단하게 장전할 수 있다. 게다가, 분말 단열재를 이용하지 않는 경우에는, 분말이 떠오르는 것을 방지하는 설비를 필요로 하지 않고, 간단한 구성으로 진공 단열재의 저온 취화를 방지하여, 높은 단열성을 장기간에 걸쳐서 보장할 수 있다.
또한, 진공 단열재는 외피재의 밀봉 핀을 갖고, 밀봉 핀은 단열재측에 절입되어 구성되어 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 또한, 패널 형상의 진공 단열재 특유의 밀봉 핀이 용기 외조에 접하고, 래미네이트 필름 등의 외피재를 거쳐서 열 이동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 높은 단열 성능을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태의 단열 구조체는 용기 외조와 제 1 단열 상자와 제 2 단열 상자를 구비한 단열 구조체이다. 그리고, 제 1 단열 상자는, 제 1 상자 프레임체와, 제 1 상자 프레임체 내에 마련된 제 1 단열재와, 제 1 상자 프레임체의 개구측을 폐색하는 제 1 폐색판에 의해 유닛화되어 있다. 그리고, 제 2 단열 상자는, 제 2 상자 프레임체와, 제 2 상자 프레임체 내에 마련되며, 제 2 단열 상자 내를 구획하는 구획체와, 구획체에 의해 구획된 구획의 저면에 부설된 진공 단열재와, 진공 단열재의 개구측에 배치된 제 2 단열재와, 제 2 상자 프레임체의 개구측을 폐색하는 제 2 폐색판에 의해 유닛화되어 있다. 그리고, 제 2 단열 상자는 제 1 단열 상자보다 용기 외조측에 배치되며, 진공 단열재는 열응력 분산층을 갖고, 제 2 폐색판에 고정된 구성이다.
이에 의해, 범용품인 패널 형상의 진공 단열재를 이용하여, 염가로 단열성을 확보할 수 있는 동시에, 단열 상자 내의 단열재가 줄어들어 여유 간극이 생겼다고 해도, 진공 단열재가 단열 상자 내에서 미진동하는 일이 없어져, 그 외피재가 손상되는 것에 의한 단열성의 저하도 방지할 수 있다. 따라서, 진공 단열재의 외피재 손상에 의한 단열 성능의 저하를 방지하여, 장기간에 걸쳐서 높은 단열성을 염가로 보장할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 장기간에 걸쳐서 높은 단열 성능을 염가로 보장할 수 있어서, LNG를 시작으로 하는 극저온 물질의 저장이나 수송용의 단열 용기로서 폭넓게 적용할 수 있다.
1: 단열 용기 2: 용기 외조
3: 용기 내조 4: 중간조
5: 제 1 단열 상자 6: 상자 프레임체
7: 분말 단열재(제 1 단열층) 8: 제 2 단열 상자
9: 진공 단열재(제 2 단열층) 10: 폐색판
11: 심재 12: 외피재
13a: 제 1 보호층 13b: 제 2 보호층
14: 가스 배리어층 15: 열용착층
16: 흡착제 17: 밀봉 핀
18: 열응력 분산층 21: 단열 패널
22: 충전 단열재 24: 역지 밸브
25: 밸브 구멍 26: 강도 저하 부위
A: 방폭 구조체

Claims (13)

  1. 상온보다 100℃ 이상 낮은 물질을 보지하는 단열 용기에 있어서,
    용기 내조와,
    용기 외조와,
    상기 용기 내조와 상기 용기 외조 사이에 마련된 단열 상자와,
    상기 단열 상자의 내부에 마련된 단열층을 구비하고,
    상기 단열층은, 심재와 상기 심재를 진공 밀봉하는 외피재를 갖는 패널 형상의 진공 단열재, 및 상기 진공 단열재와는 상이한 재료로 구성된 단열재를 갖고,
    상기 진공 단열재는 열응력 분산층을 갖고, 상기 단열 상자에 고정된
    단열 용기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열재는 상기 단열 상자의 상기 용기 내조측에 배설되며,
    상기 진공 단열재는 상기 단열 상자의 상기 단열재 외측의 상기 용기 외조측에 배설된
    단열 용기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 진공 단열재는 상기 단열 상자의 내면과의 사이에 상기 열응력 분산층을 거쳐서 일체로 접착 고정된
    단열 용기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열응력 분산층은 글라스 클로스(glass cloth)로 구성된
    단열 용기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 진공 단열재는 상기 외피재의 적어도 상기 단열 상자의 상기 내면과 접하는 측의 면에 상기 열응력 분산층이 일체로 래미네이트된
    단열 용기.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 단열재는 상기 외피재의 상하 양면에 상기 열응력 분산층이 일체로 래미네이트되어, 상기 외피재의 최외층이 형성된
    단열 용기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 단열재의 상기 심재로서 무기 섬유가 이용된
    단열 용기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 단열재는 방폭 구조를 갖는 구성인
    단열 용기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열 상자는,
    상기 단열재를 갖는 제 1 단열 상자와,
    상기 용기 내조측에 상기 단열재가 배치되며, 상기 단열재의 외측의 상기 용기 외조측에 상기 진공 단열재가 배치된 제 2 단열 상자를 갖고,
    상기 제 1 단열 상자가 상기 용기 내조측에 배치되는 동시에, 상기 제 2 단열 상자는 상기 진공 단열재가 상기 용기 외조측에 위치하도록 배치된
    단열 용기.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기 외조측에 배치된 상기 단열 상자는,
    일면이 개구된 상자 프레임체와,
    상기 상자 프레임체 내에 마련되며, 상기 단열 상자 내를 구획하는 구획체를 갖고,
    상기 구획체로 구획된 구획의 저면에 부설(敷設)된 상기 진공 단열재와, 상기 진공 단열재의 상기 개구측에 배치된 상기 단열재와, 상기 상자 프레임체의 상기 개구측을 폐색하는 폐색판에 의해 유닛화된
    단열 용기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열재는 분말 단열재 또는 단열 패널로 구성된
    단열 용기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 단열재는 상기 외피재의 밀봉 핀을 갖고,
    상기 밀봉 핀은 상기 단열재측에 절입되어 구성된
    단열 용기.
  13. 용기 외조와 제 1 단열 상자와 제 2 단열 상자를 구비한 단열 구조체에 있어서,
    상기 제 1 단열 상자는, 제 1 상자 프레임체와, 상기 제 1 상자 프레임체 내에 마련된 제 1 단열재와, 상기 제 1 상자 프레임체의 개구측을 폐색하는 제 1 폐색판에 의해 유닛화되고,
    상기 제 2 단열 상자는, 제 2 상자 프레임체와, 상기 제 2 상자 프레임체 내에 마련되며, 상기 제 2 단열 상자 내를 구획하는 구획체와, 상기 구획체에 의해 구획된 구획의 저면에 부설된 진공 단열재와, 상기 진공 단열재의 개구측에 배치된 제 2 단열재와, 상기 제 2 상자 프레임체의 개구측을 폐색하는 제 2 폐색판에 의해 유닛화되고,
    상기 제 2 단열 상자는 상기 제 1 단열 상자보다 상기 용기 외조측에 배치되며,
    상기 진공 단열재는 열응력 분산층을 갖고, 상기 제 2 폐색판에 고정된
    단열 구조체.
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