具有真空隔热件的隔热容器和真空隔热件,以及具有隔热容器的船的制作方法

文档序号:18453063发布日期:2019-08-17 01:24阅读:178来源:国知局
具有真空隔热件的隔热容器和真空隔热件,以及具有隔热容器的船的制作方法

本发明涉及具有真空隔热件、在内部贮藏低于常温的低温物质的隔热容器和在该隔热容器中使用的真空隔热件,以及具有该隔热容器的船。



背景技术:

天然气或氢气等可燃性气体在常温中为气体。因此,在其贮藏或运输时,使其液化而保持在隔热容器内。作为可燃性气体以天然气为例,作为保持液化的天然气(LNG)的隔热容器的代表例,可以列举在陆地设置的LNG贮藏箱或LNG运输船的箱等。LNG是比常温低100℃以上的温度(LNG的温度通常为-162℃)的低温物质。因此,在这些LNG箱中,要求在内部贮藏低于常温的低温物质,而且要求隔热性能尽可能高。

作为具有更高隔热性能的隔热件的一种,已知使用包括无机类材料的纤维状的芯材的真空隔热件。一般的真空隔热件具有在具有气体阻隔性的袋状的外包件的内部以减压密闭状态封入芯材的结构。作为该真空隔热件的适用领域,例如,可以列举家庭用冷藏库等家电产品、工业用冷藏设备和住宅用的隔热壁等。

例如,在专利文献1中,公开了将这样的真空隔热件应用于LNG箱等隔热容器的结构。由此,能够期待有效抑制热向隔热容器内侵入,进一步提高容积效率的效果。在LNG箱中,如果能够抑制热的侵入,则能够有效减少蒸发气体(BOG)的产生,能够有效地使LNG的自然气化率(蒸发率,BOR)降低。

此处,假设隔热容器万一暴露于液体的水的情况时,在用于隔热容器的真空隔热件中,外包件破损时(即真空隔热件破裂时),必须要想到液体的水进入内部的情况,这根据本发明的发明者们的研究能够明确。

例如,液化气体船在海上航行,总是与海水接触。因此,当由于某些事故而导致真空隔热件破裂时,以设想以上的反应速度和反应量发生海水和内部部件的反应。关于该点,不仅是气体船,在设置于地上或地中的气体箱中,破裂的真空隔热件与雨水接触时也是同样的。

但是,在现有的隔热容器中,没有考虑到当真空隔热件破裂时内部部件与水分发生化学反应带来的影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平8-67292号公报



技术实现要素:

本发明是为了解决该课题而提出的,在可能暴露于液体的水的环境下使用的隔热容器中,在隔热容器中使用的真空隔热件破裂从而液体的水与内部部件接触时,也能够避免或抑制对贮藏的低温物质造成的影响。

本发明的隔热容器是在可能暴露于液体的水分的环境下使用的隔热容器,其包括:在内部具有以低于常温的温度保持物质的物质保持部的容器主体;和设置于容器主体、至少使用真空隔热件的隔热构造体。真空隔热件具有:外包件;和以减压密闭状态被封入外包件的内部的内部部件。内部部件由与液体的水分接触时不产生氢的材料构成。

此外,本发明的真空隔热件是在可能暴露于液体的水的环境下使用的隔热容器中应用的真空隔热件,其是在包括在内部具有以低于常温的温度保持物质的物质保持部的容器主体,和设置于容器主体、至少使用真空隔热件的隔热构造体的隔热容器中使用的真空隔热件。而且该真空隔热件包括外包件和以减压密闭状态被封入外包件的内部的内部部件。内部部件由与液体的水分接触时不产生氢的材料构成。

此外,本发明的船具有上述隔热容器,并且物质为液化天然气或氢。

根据本发明,在真空隔热件的内部部件与水分发生反应时,关注对于贮藏的低温物质造成不良影响的氢的产生,通过抑制由于产生氢导致的最坏的事态发生的可能性,能够大幅提高具有真空隔热件的隔热容器的可靠性。

根据以上结构,在可能暴露于液体的水的环境下使用的隔热容器中,即使在隔热容器中使用的真空隔热件破裂从而液体的水分与内部部件接触时,也能够避免或抑制对贮藏的低温物质造成影响。

附图说明

图1A是表示具有作为本发明的第一实施方式的隔热容器的球形箱的、球形独立箱方式的LNG运输船的概略结构的示意图。

图1B是表示与图1A的1B-1B向视截面对应的球形箱的概略结构的示意图。

图2是表示在图1B所示的球形箱所具有的隔热构造体中使用的真空隔热件的结构例的示意性的截面图。

图3A是表示具有作为本发明的第二实施方式的隔热容器的船内箱的、膜片方式的LNG运输船的概略结构的示意图。

图3B是表示与图3A的3B-3B向视截面对应的船内箱的概略结构的示意图。

图4是表示作为本发明的第三实施方式的隔热容器的地上式LNG箱的代表结构的示意性的截面图。

图5是表示作为本发明的第三实施方式的隔热容器的地下式LNG箱的代表结构的示意性的截面图。

图6是表示作为本发明的第四实施方式的隔热容器的氢箱的代表结构的示意性的截面图。

具体实施方式

以下,参照附图说明本发明的优选实施方式。另外,在以下的例子中,在全部的图中,对相同或对应的要素标注相同的附图标记,省略其重复说明。

(第一实施方式)

[隔热容器]

首先说明本发明的第一实施方式。

本实施方式中,作为隔热容器、即在可能暴露于液体的水的环境下使用、以低于常温的温度保持物质的隔热容器的代表性的一个例子,列举如图1A所示的设置于LNG运输船100A中的LNG用的球形箱101为例进行说明。

另外,在本实施方式中,说明以低于常温的温度被保持的物质为流体的LNG的情况,但本发明并不限定于该例,例如也可以为固体。

如图1A所示,本实施方式的LNG运输船100A是球形独立箱方式的船,具有多个球形箱101(图1A中共计5个)。

多个球形箱101沿船体102(船身主体)的长度方向排列成一列。如图1B所示,各个球形箱101具有容器主体104,该容器主体104的内部成为贮存(保持)液化天然气(LNG)的内部空间(物质保持部)。此外,球形箱101的大部分由船体102从外部支承,其上方被罩103覆盖。

如图1B所示,容器主体104具有容器箱体106和对该容器箱体106的外侧面进行隔热的隔热构造体105。容器箱体106构成为能够保持像LNG那样的以低于常温的温度保存的低温物质,由不锈钢材或铝合金等金属制成。LNG的温度通常为-162℃,因此作为具体的容器箱体106,可以列举厚度50mm程度的铝合金制的结构。此外,容器箱体106可以是厚度5mm左右的不锈钢制成的结构。

隔热构造体105只要至少使用后述的真空隔热件构成即可。作为隔热构造体105的代表性的结构例,可以列举在容器箱体106的外侧配置有多个隔热层的多层构造体。这些多个隔热层中至少一层使用真空隔热件即可。作为多个隔热层,例如,能够列举将隔热材料形成为板状的隔热板。因此,在本实施方式中,后述的真空隔热件也能够以隔热板的形式使用。

作为能够以隔热板的方式使用的隔热件,除了真空隔热件以外,还能够列举选自苯乙烯泡沫(发泡苯乙烯)、聚氨酯泡沫和酚醛泡沫等发泡树脂类的隔热材料、以及填充于隔热框的玻璃棉和珍珠岩等无机类的隔热材料的材料。当然,隔热件也可以由这之外的公知的隔热材料构成。此外,隔热板的形状没有特别限定,能够列举方形形状。隔热层由方形的隔热板构成时,在容器箱体106的外侧以数千块为单位配置并固定方形的隔热板。

容器主体104利用支承体107固定于船体102。支承体107一般被称为裙座,具有热阻隔构造。热阻隔构造例如是在铝合金与低温用钢材的中间插入热传导率低的不锈钢的构造,能够实现热侵入的减少。

[真空隔热件]

接着,对在隔热构造体105中使用的真空隔热件的代表性的一个例子,参照图2进行具体说明。

如图2所示,本实施方式的真空隔热件10包括:外包件(外覆件)11;和在该外包件11的内部以减压密闭状态(大致真空状态)被封入的内部部件。内部部件由在外包件11破裂(或破损等)从而液体的水进入了内部时与该水分接触的情况下,不会发生伴有氢的产生的化学反应的材料构成。本实施方式的真空隔热件10中,作为内部部件具有芯材12和吸附剂13。

外包件11是具有气体阻隔性的袋状的部件,本实施方式中,例如,通过使2个叠层片相对且将其周围密封而成为袋状。周围的被密封的部位(密封部)是在内部不存在芯材12、叠层片彼此接触的状态,形成为从真空隔热件10的主体向外周延伸的脊状。

叠层片的具体结构没有特别限定,例如,能够列举表面保护层、气体阻隔层和热熔接层这3层按上述顺序叠层而成的结构。更具体地说,例如,作为表面保护层,可以列举厚度35μm的尼龙膜,作为气体阻隔层,可以列举厚度7μm的铝箔,作为热熔接层,可以列举厚度50μm的低密度聚乙烯膜,但其结构没有特别限定。此外,作为外包件11,只要能够发挥气体阻隔性即可,也能够采用叠层片以外的公知的结构。

芯材12只要具有隔热性即可,没有特别限定。具体地说,能够列举纤维材料或发泡材料等公知材料。例如,在本实施方式中,作为芯材12使用无机纤维。无机纤维只要是包括无机类材料的纤维即可,具体地说,例如,能够列举选自玻璃纤维、陶瓷纤维、渣棉纤维和石棉纤维等的纤维。此外,芯材12可以成型为板状使用,因此,在这些无机纤维以外,还可以包括公知的粘结材料和粉体的至少任一种等。这些材料有助于芯材12的强度、均匀性和刚性等物理特性的提高。

作为芯材12,可以使用无机纤维以外的公知的纤维,本实施方式中,例如,作为无机纤维,使用平均纤维径处于4μm~15μm的范围内的玻璃纤维(纤维径比较粗的玻璃纤维),进而对该玻璃纤维进行烧制后使用。芯材12如果为无机纤维,则即使外包件11破裂而与液体的水接触,也不会发生伴有氢的产生的化学反应。这是因为,玻璃内的元素键为共价键,因此元素彼此的结合力强,即使暴露于水分中也不易发生化学反应。

芯材12中如果材料具有共价键,则不是构成材料的各个元素的氢产生量而是最终品(由各种元素构成的材料本身)每1g的氢产生量低于80mL即可。符合本实施方式的主旨的、例如玻璃纤维每1g的氢产生量的测定方法是不测定构成玻璃纤维的元素而测定玻璃纤维本身的氢产生量的方法,通过该测定方法测得的氢产生量低于80mL即可。

如上所述,本实施方式中,形成真空隔热件10的内部部件的材料具有共价键(原子彼此共用相互的电子而产生的化学键)时,结合力非常强,因此在芯材或吸附剂等最终品中测定与水分的反应是合适的。此外,即使形成内部部件的材料具有离子键(具有正电荷的阳离子和具有负电荷的阴离子之间的静电引力产生的化学键),元素彼此的结合力也强,因此在芯材或吸附剂等最终品中测定与水分的反应是合适的。

另一方面,形成内部部件的材料具有金属键时,结合力弱,因此测定在最终品中所含的金属元素本身(合金化前的元素)与水分的反应是合适的。金属原子失去一些电子,成为阳离子(存在于金属结晶的晶格结点的具有正电荷的金属的原子核)和自由电子(在结晶整体扩散且具有负电荷)。自由电子在这样有规则地排列的阳离子之间自由移动,由在它们间作用的库仑力(静电力,静电引力)而结合所形成的键是金属键。

本实施方式中,如上所述,以在根据材料的结合状态测定与水分的反应时每1g的氢产生量低于80mL的方式构成芯材12,由此能够实现可靠性高的真空隔热件10。

此外,通过作为芯材12使用无机纤维,能够减少由于在真空隔热件10的内部从芯材12的成分释放残留气体而导致的真空度下降。另外,如果芯材12为无机纤维,则芯材12的吸水性(吸湿性)低,因此能够将真空隔热件10的内部的水分量维持为较低。

此外,通过对无机纤维进行烧制,即使在外包件11破裂时,芯材12也不会大幅膨胀,能够保持作为真空隔热件10的形状。具体地说,例如,不对无机纤维进行烧制地作为芯材12进行密封的话,考虑到各种条件,破裂时的膨胀度可能为破裂前的3~10倍。与此不同,通过对无机纤维进行烧制而形成芯材12,能够将破裂时的膨胀抑制为低于3倍。由此,通过对芯材12的无机纤维实施烧制处理,不仅能够避免氢产生,还能够有效抑制破裂时的膨胀,提高真空隔热件10的尺寸稳定性(换言之,隔热构造体105的形状保持性)。

此处,本实施方式的“真空隔热件10的尺寸稳定性(形状保持性)高”的结构中,芯材12由为纤维材料且不使用含有有机材料的粘合剂的材料构成时,相比于破裂前的真空隔热件10的厚度,一部分破裂后的厚度低于3倍的话,能够认为是对芯材12进行了烧制处理。这是因为,仅是压缩芯材12的话恢复力会发挥作用,因此提高形状保持性必须通过烧制使其塑性变形。

另外,无机纤维的烧制条件没有特别限定,能够合适地使用公知的各种条件。此外,无机纤维的烧制是本实施方式的优选处理,并非必需的处理。

无机纤维之外,作为能够用于芯材12的材料,可以列举热固性发泡体。热固性发泡体只要是使热固性树脂或含有它的树脂组合物(热固性树脂组合物)以公知的方法发泡而形成即可。作为热固性树脂,具体地说,例如,能够列举环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺和聚氨酯等,但并不特别限定于该例子。此外,发泡方法也没有特别限定,使用公知的发泡剂以公知的条件使其发泡即可。

芯材12如果由热固性发泡体构成,与无机纤维同样,即使外包件11破裂而与液体的水接触,也不会发生伴有氢的化学反应。此外,热固性发泡体与无机纤维相比成型性优异,因此有助于作为芯材12的形状稳定性、强度和刚性等物理特性的提高。另外,在无机纤维和热固性发泡体之外,作为能够用于芯材12的材料,还能够列举公知的有机纤维(包括有机类材料的纤维),其具体种类没有特别限定。

接着,吸附剂13将芯材12被减压密封于外包件11的内部后从芯材12的微细的空隙等释放的残留气体(也包括水蒸汽)和从密封部等少量侵入的外部气体(也包括水蒸汽)吸附除去。由此,吸附剂13只要构成为能够吸附外包件11的内部的气体(也包括水蒸汽)即可,本实施方式中,如后所述,由在与水分接触时不会伴有氢的产生的材料构成。

另外,本实施方式中,作为真空隔热件10的内部部件列举了芯材12和吸附剂13,但作为内部部件,也可以包括芯材12和吸附剂13以外的其它部件。此时,其它内部部件也由在与水分接触时不会伴有氢的产生的材料构成即可。

[与水接触时不会产生氢的材料]

真空隔热件10的内部部件中,作为芯材12使用的纤维材料或发泡材料,一般在与水接触时不会产生氢。但是,在用作吸附剂13的材料中,有时会使用与水接触伴有氢的产生的材料。这是因为,作为吸附剂13,通常优选使用化学吸附剂。

化学吸附剂通过化学吸附作用来吸附作为吸附物的气体(gas)。因此,例如,即使出现温度上升等各种环境因素而对化学吸附剂造成了某种影响,也能够实质上防止将一度吸附了的气体再次释放。由此,在作为保持的物质处理可燃性燃料等时,即使由于某种影响而化学吸附剂吸附了可燃性气体,也不会由于之后温度上升等的影响而再次放出气体。由此能够提高作为真空隔热件10的稳定性。

此外,一般地说,化学吸附剂与物理吸附剂相比,每单位重量的气体吸附量大。因此,在对能够吸收同量的气体的物理吸附剂和化学吸附剂进行比较时,使用化学吸附剂时,具有能够使吸附剂13在真空隔热件10的内部所占的体积较小的优点。

但是,如上所述,在化学吸附剂中,有时使用与水接触而发生伴有氢的产生的化学反应的材料。在现有技术中,即使将这样的化学吸附材料(为了方便,称为“可产生氢的化学吸附材料”。)用作真空隔热件10的吸附剂13,也有助于真空隔热件10的稳定性的提高,因此不会产生待研究的问题。但是,在像LNG运输船100A的球形箱101这样在可能暴露于液体的水的环境下使用、以低于常温的温度保持物质的隔热容器中,在用于隔热构造体105的真空隔热件10中,存在考虑万一外包件11破裂时的对策的必要性。

可产生氢的化学吸附材料如果是在真空隔热件10的内部被密闭保持的状态,即实质上不会一次与大量的水分发生反应。即使在真空隔热件10的内部存在水蒸汽,该水蒸汽被可产生氢的化学吸附材料吸附,产生的氢的量也非常少。因此,作为吸附剂13,只要在可产生氢的化学吸附材料以外,同时使用可吸附氢的材料,就能够利用吸附剂13良好地吸附真空隔热件10的内部的气体。

与此不同,在万一外包件11破裂时,像球形箱101这样在可能暴露于液体的水的环境中使用的隔热容器中,由于外包件11的破裂,存在液体的水进入内部的可能性。此处,当作为吸附剂13使用可产生氢的化学吸附材料时,为了在真空隔热件10的内部长期地对气体(包括水蒸汽)化学吸附,吸附剂13中必须预计一定程度的吸附量。因此吸附剂13中所含的可产生氢的化学吸附材料的重量本身相对变多。当这样的吸附剂13与液体的水接触时,该水与可产生氢的化学吸附材料剧烈反应,产生大量的氢,最坏的情况下存在起火的可能性。

当在真空隔热件10的内部产生大量的氢时,在氢从外包件11的破裂部位脱出之前,氢蓄积在袋状的外包件11的内部,存在真空隔热件10膨胀的可能性。此外,膨胀了的真空隔热件10的内部处于充满作为可燃性气体的氢的状态,因此在有火花程度的很小的火时,最坏的情况下存在起火的可能性。本实施方式中,在球形箱101内保持LNG,因此必须避免氢起火。

于是,在本实施方式中,作为真空隔热件10的内部部件特别是吸附剂13,使用即使与水接触也实质上不伴有氢的产生的材料(即使与液体的水接触也能够避免或抑制氢的产生)。由此,即使外包件11破裂,也能够避免在真空隔热件10的内部产生氢。由此,即使在球形箱101中使用的真空隔热件10破裂而液体的水与内部部件接触时,也能够避免或抑制对贮藏的LNG等低温物质造成的影响。

作为在吸附剂13中使用的、即使与水接触也实质上不产生氢的材料,具体没有特别限定,例如,作为形成吸附剂13的元素材料,使用满足下述条件中的至少一个条件的材料即可:(1)与水不发生化学反应的材料;(2)与水发生化学反应时,每1g的氢产生量低于80mL的材料;和(3)标准电极电位为-2.0V以上的材料。

首先,作为(1)与水不发生化学反应的材料,能够列举物理吸附剂。作为代表性的物理吸附剂,例如,能够列举选自沸石、活性炭、硅胶和硅藻土等的材料。这些物理吸附剂可以仅使用1种,也可以选择2种以上组合使用。

此外,在化学吸附剂中也存在与水不发生化学反应的材料,因此与水不发生反应的材料不限定于物理吸附剂。例如,ZSM-5型沸石是具有化学吸附作用的气体吸附剂(即化学吸附剂),但与水接触不会产生氢,因此能够作为满足上述(1)的条件的材料合适地使用。特别是,ZSM-5型沸石如果是进行离子交换而导入了铜离子的“铜离子交换ZSM-5型沸石”,则不仅是水蒸汽,也能够提高氮等的吸附特性。因此,能够作为满足上述(1)的条件的吸附剂13合适地使用。

接着,作为(2)与水发生化学反应时每1g的氢产生量低于80mL的材料,只要是与水发生化学反应的材料或根据条件的不同会与水发生化学反应的材料、且由化学反应式导出的每1g的氢产生量低于80mL的材料即可。只要材料每1g的氢产生量低于80mL,考虑到真空隔热件10的内部容积等,能够判断为能够实质上避免在氢从破裂部位脱出前,氢蓄积于袋状的外包件11的内部的事态发生。因此能够看作在材料与水分接触时也不伴有氢的产生。

此处,本实施方式的元素材料在确定了吸附剂中所含的元素成分时是指该元素本身。例如,一般地说,作为吸附剂有时使用合金,但合金的金属键中元素彼此的结合弱,因此容易与水发生化学反应。因此,对于这样的包含金属键的材料,不是测定合金而是测定作为元素材料的每1g的氢产生量,根据此时的氢产生量对条件进行判断。因此,换言之,本实施方式的上述(2)的条件可以说是构成吸附剂13的元素材料每1g的氢产生量低于80mL的条件。

此外,作为(3)标准电极电位为-2.0V以上的材料,只要是作为电化学反应的标准状态的电极电位的、以标准氢电极为基准(±0V)时的电极电位为-2.0V以上的材料即可。如果是标准电极电位为-2.0V以上的材料,则判断为在常温的条件下与水几乎不发生化学反应,因此,这样的材料在与水分接触时也不会伴有氢的产生。

作为能够与水发生化学反应的材料,典型地说,能够列举离子化倾向大的金属材料。离子化倾向大的金属材料的标准电极电位高,而且每1g的氢产生量为80mL以上,因此这样的金属材料从上述(2)和(3)的条件所限定的材料中除去。

在本实施方式中,作为从即使与水接触也不会伴有氢的产生的材料中可靠地被除去的金属材料,可以列举周期表IA族的金属元素(碱金属)、以及除去Be的周期表IIA族的金属元素(Mg和碱土类金属)。这样金属元素在常温的条件下与水发生化学反应而产生氢。作为周期表IA族和IIA族元素通常被使用的Li、Cs、Rb、K、Ba、Sr、Ca、Na和Mg(为了方便称为第一金属元素组。),按照该记载顺序,标准电极电位逐渐变高(即该金属元素组的中,Li的标准电极电位最低,Mg的标准电极电位最高)。这些金属元素的标准电极电位均为-2.35V以下,因此不满足上述(3)的条件。

换言之,优选使用标准电极电位较低的Li、Cs、Rb以外的物质。

此外,周期表IA族的金属元素和周期表IIA族的金属元素在与水发生反应时,均是每1g产生80mL以上的氢(氢的产生量最低的Cs为每1g产生84mL的氢)。由此,这些金属元素不满足上述(2)的条件。

此外,金属材料即使与水接触通常也不会伴有氢的产生,但在化学活性条件下,也存在发生伴有氢的产生的化学反应的金属材料。这样的金属材料通常作为满足上述(2)或(3)的条件的材料,能够用于吸附剂13。例如,Be、Al、Zr、Mn、Ta、Zn、Cr、Fe、Cd、Co和Ni(为了方便称为第二金属元素组。),按照该记载顺序,标准电极电位逐渐变高(即,该第二金属元素组中,Be的标准电极电位最低,Ni的标准电极电位最高)。该第二金属元素组的标准电极电位均为-2.0V以上(例如,最低的Be的标准电极电位为-1.9V)。因此,属于该第二金属元素组的金属材料对应于上述(3)的条件,因此能够作为吸附剂13合适地使用。

但是,上述第二金属元素组的金属材料具有能够与水反应的程度的化学活性时,每1g的氢产生量均超过80mL(例如,氢产生量最低的Cd为每1g为200mL)。根据球形箱101等的隔热容器的使用条件,在外包件11破裂时存在吸附剂13具有化学活性的可能性,此时,虽然满足上述(3)的条件但不满足(2)的条件的材料,从吸附剂13的材料除去。换言之,第二金属元素组的金属材料满足上述(2)的条件,因此基本上能够作为吸附剂13合适地使用,但根据隔热容器的使用条件,也可能无法用作吸附剂13。

此外,第二金属元素组中,Ni的标准电位最高(-0.257V),如果是具有超过它的标准电极电位的材料,则判断为在化学活性条件下,也实质上不与水发生化学反应。因此,在上述(3)的条件中,更优选材料的标准电极电位为-0.26V以上。作为这样的金属材料,例如,可以列举Sn、Pb、Sb、Bi、Cu、Hg、Ag、Pd、Ir、Pt、Au等。

这些金属元素组(为了方便称为第三金属元素组。),按照该记载顺序,标准电极电位逐渐变高,因此,该第三金属元素组中,Sn的标准电极电位最低(-0.1315V)。此外,Sn和Pb与标准氢电极(±0V)相比,标准电极电位较低(Pb的标准电极电位为-0.1263V),因此,理论上,也存在与水发生化学反应而产生氢的可能性。但是,如果标准电极电位为-0.26V以上,则即使是化学活性的状态下,与标准氢电极的电位的差也十分小,因此判断为实质上不与水发生反应。因此,第三金属元素组也能够说是满足上述(3)的条件并且满足(1)的条件的材料。

另外,在上述例子中,作为满足(1)~(3)的条件的材料的一例,例示了金属元素,但是,本发明当然并不限定于此,只要在(1)~(3)的条件中满足至少任一个,也可以是金属元素的化合物或非金属元素的化合物(有机化合物)等。

此处,作为吸附剂13使用的材料的使用状态没有特别限定,能够采用颗粒状(粉末状)、块状(片剂状)和片状等公知的各种状态。特别是为颗粒状时,像多孔体那样表面积大而吸附量变大,因此优选,只要满足下述4个条件中至少任一个条件即可:(i)粒径处于0.01~1400μm的范围内的占80体积%以上;(ii)平均粒径处于0.01~1400μm的范围内;(iii)密度处于0.2~1.4g/mL的范围内;和(iv)比表面积处于200~2000m2/g的范围内。另外,优选满足所有条件。

此处,密度的条件是,在吸附剂为固态化类型时,该吸附剂的密度处于上述范围内。此外,在吸附剂为粉体时,条件是体积密度处于规定的范围内。体积密度是在体积已知的容器中填充粉体,粉体的质量除以包括颗粒间的空隙的体积所得的值。作为测定方法的一个例子,能够在500ml量杯的开口部设置漏斗,从其上部填充吸附剂至100ml,将填充后的吸附剂重量除以100而求得。本实施方式中,在填充吸附剂后,进行20次叩击,吸附剂重量除以叩击后的体积得到的值也看作是体积密度。

此外,比表面积能够通过在粉体颗粒的表面吸附已知吸附占有面积的分子,通过定容量法测定吸附/解吸等温线,根据其量而计算得出。一般来说,利用基于上述原理的市售BET比表面积测定装置使液体氮吸附来测定。

特别是作为吸附剂13使用物理吸附剂时,一般来说,物理吸附剂与化学吸附剂相比每单位重量的吸附物的吸附量较小,因此从提高吸附性能的观点出发,只要满足上述4个条件中至少任一个条件即可。另外,优选满足上述(i)~(iv)所有条件。此外,在作为吸附剂13使用化学吸附剂时,如果该化学吸附剂为颗粒状,则只要满足上述4个条件中至少任一个条件即可。另外,优选满足上述(i)~(iv)所有条件。另外,在作为吸附剂13同时使用物理吸附剂和化学吸附剂时,如果以颗粒状使用,则只要满足上述4个条件中至少任一个条件即可。另外,同样优选满足(i)~(iv)所有条件。

上述条件中(i)的条件,即全部颗粒中,作为80体积%以上的颗粒的范围,更优选处于0.01~60μm的范围内。此外,(ii)的条件,即关于平均粒径,更优选处于0.01~20μm的范围内。此外,(iv)的条件,即比表面积更优选处于200~800m2/g的范围内。由此,在作为吸附剂13至少使用物理吸附剂时,能够使其吸附性能良好。

此外,作为吸附剂13使用的材料为块状或片状时,吸附剂13的形状优选加工成:(I)具有真空隔热件10的厚度T1(单位:mm)的60%以下的厚度T2(单位:mm)(参照图2)的形状,或(II)厚度T2跟其与厚度方向垂直的面的截面积CS(单位:mm2)(单位:mm)之比处于T2︰CS=1︰100~1︰250的范围内的形状。当然也可以满足(I)和(II)这两者的条件。

上述(I)的条件,即吸附剂13的厚度T2为真空隔热件10的厚度T1的60%以下,则能够抑制在真空隔热件10的厚度方向上经由吸附剂13热移动。此外,(II)的条件,即吸附剂13的厚度T2︰截面积CS=1︰100~1︰250的范围内,则能够抑制在真空隔热件10的厚度方向上经由吸附剂13热移动,并且能够在真空隔热件10的内部实现良好的吸附性能,而且能够使吸附剂13的形状保持性良好。

另外,关于上述(I)的条件,吸附剂13的厚度T2超过真空隔热件10的厚度T1的60%时,在真空隔热件10的厚度方向上,经由吸附剂13的热移动变大。此外,从更有效地抑制经由吸附剂13的热移动的观点出发,吸附剂13的厚度T2更优选为真空隔热件10的厚度T1的50%以下。

进而,关于上述(I)的条件,吸附剂13的厚度T2为真空隔热件10的厚度T1的60%以下且超过30%时,优选由隔热部件叠层于厚度方向的上下的面或包覆厚度方向的上下的面。例如,吸附剂13的上下两面能够由与芯材12同样的无机纤维或无机纤维的无纺布(例如玻璃布等)包覆。此外,吸附剂13的上下两面也能够由传热性高的材料包覆。例如,通过在吸附剂13的上下两面叠层碳片,到达吸附剂13的热量能够利用碳片散发到周围的芯材12,因此,结果能够提高吸附剂13的隔热性。

此外,关于上述(II)的条件,吸附剂13的厚度T2与截面积CS之比高于上述上限(T2︰CS=1︰100)时,吸附剂13相对较厚,存在不能够有效抑制经由吸附剂13的热移动的可能性。此外,吸附剂13的厚度T2与截面积CS之比低于上述下限(T2︰CS=1︰250)时,吸附剂13相对较薄,吸附物(气体)从吸附剂13的外表面到达内部的时间(内部到达时间)过短,存在吸附剂13不能够充分吸附吸附物的可能性。此外,吸附剂13相对较薄,由此容易发生裂纹、或缺口等破损,也存在形状保持性下降的可能性。

另外,本实施方式中,真空隔热件10的厚度T1和吸附剂13的厚度T2的单位均为(mm),吸附剂13的截面积CS的单位为(mm2),但在计算厚度的比或厚度与截面积的比时,只要处于上述(I)或(II)的范围内,则单位的种类不做特别限定。

通过使用本实施方式的吸附剂13,能够维持真空隔热件10的内部的真空度(减压状态),并且能够抑制由于水蒸汽等导致芯材劣化的可能性。特别是利用化学吸附剂的吸附与物理吸附相比更牢固,一般是不可逆吸附,因此一度吸附了的水分几乎不会脱离。因此,作为真空隔热件10的吸附剂13能够合适地使用化学吸附剂。

这样,根据本实施方式,在可能暴露于液体的水的环境下使用、以低于常温的温度保持物质的隔热容器中,在隔热容器中使用的真空隔热件包括外包件和在该外包件的内部以减压密闭状态被封入的内部部件。该内部部件由在外包件破裂而液体的水进入内部时,在与水分接触时不会产生氢的材料构成。

由此,即使万一外包件破裂而液体的水进入真空隔热件的内部,也能够避免在真空隔热件的内部产生氢。由此,在可能暴露于液体的水的环境下使用的隔热容器中,即使在隔热容器中使用的真空隔热件破裂从而液体的水与内部部件接触时,也能够避免或抑制对贮藏的低温物质造成影响。

另外,本实施方式中,作为隔热容器的一例例示了LNG运输船,但本发明并不限定于此,例如,同样以液体状态贮藏常温以下的氢的氢运输船也能够得到与本实施方式同样的效果。

(第二实施方式)

接着说明本发明的第二实施方式。

在第一实施方式中,作为隔热容器的代表性的一个例子,例示了图1A和图1B所示的LNG运输船100A所具有的球形箱101。但是,本发明并不限定于此,在第二实施方式中,如图3A和图3B所示,说明膜片方式的LNG运输船100B所具有的LNG用的船内箱110的情况。

如图3A所示,本实施方式的LNG运输船100B是膜片方式的船,具有多个船内箱110(图3A中共计4个)。多个船内箱110沿船体111的长度方向排列成一列。各个船内箱110如图3B所示,内部成为贮存(保持)LNG的内部空间(物质保持部)。此外,船内箱110的大部分由船体111外部支承,其上方被甲板112密闭。

在船内箱110的内面,如图3B所示,一次膜片113、一次隔热箱114、二次膜片115和二次隔热箱116从内侧向外侧按照该顺序叠层。由此,在船内箱110的内面形成二重的“隔热槽构造”(或防热构造)。此处的“隔热槽构造”指的是由隔热件(防热件)的层(隔热层)和金属制的膜片构成的构造。由一次膜片113和一次隔热箱114构成内侧的“隔热槽构造”(一次防热构造),由二次膜片115和二次隔热箱116构成外侧的“隔热槽构造”(二次防热构造)。

隔热层防止(或抑制)热量从船内箱110的外部向内部空间侵入,本实施方式中,使用一次隔热箱114和二次隔热箱116。换言之,本实施方式中,一次隔热箱114和二次隔热箱116作为隔热构造体起作用。一次隔热箱114和二次隔热箱116构成为在隔热箱的内部收纳隔热件即可,其具体结构没有特别限定。本实施方式中,例如,一次隔热箱114和二次隔热箱116能够构成为收纳有隔热件的多个隔热箱一体化的结构(一体化隔热箱)。

在一次隔热箱114和二次隔热箱116中,例如收纳有粉末隔热件。作为该粉末隔热件,例如可以列举作为无机类的发泡材料的珍珠岩,但粉末隔热件的种类不限于珍珠岩。例如,可以是包括选自苯乙烯泡沫(发泡苯乙烯)、聚氨酯泡沫和酚醛泡沫等的发泡树脂材料的隔热件,也可以不是发泡材料而是玻璃棉等无机纤维,也可以是它们之外的公知的隔热件。此外,如第一实施方式中例示的那样,粉末隔热件也可以不是粉末状,而是成型为板状的隔热板。膜片方式的LNG运输船100B中一般作为粉末隔热件使用珍珠岩等发泡体。

此外,在二次隔热箱116的底面,虽然没有在图3B中图示,但设置有上述真空隔热件10。真空隔热件10是与粉末隔热件相比热传导率λ低的隔热件(隔热性能优异的隔热件)。因此,通过作为隔热层在位于外侧的二次隔热箱116的外侧设置真空隔热件10,能够抑制或防止来自外部的热移动,并且能够抑制或防止内部的冷热(冷气)向外部漏出。

膜片作为在内部空间中保持LNG使得LNG不漏出的“槽”起作用,包覆于隔热件之上来使用。本实施方式中使用在一次隔热箱114之上(内侧)包覆的一次膜片113和在二次隔热箱116之上(内侧)包覆的二次膜片115。一次膜片113构成隔热容器的内槽,二次膜片115构成隔热容器的中间槽,船体111构成隔热容器的外槽。一次膜片113和二次膜片115的具体结构没有特别限定,代表性的可以列举不锈钢或殷钢(含有36%的镍的镍钢)等的金属膜。

另外,一次膜片113和二次膜片115均是使LNG不漏出的部件,但不具有维持作为船内箱110的构造的强度。船内箱110的构造由船体111(和甲板112)支承。换言之,LNG从船内箱110的漏出由一次膜片113和二次膜片115防止,LNG的载重经由一次隔热箱114和二次隔热箱116由船体111支承。由此,在将船内箱110看作隔热容器时,船体111构成为外槽并且构成“容器箱体”。

在本实施方式中,设置于二次隔热箱116的真空隔热件10中,其内部部件例如吸附剂13由在由于外包件11破裂而液体的水进入内部时在与水分接触时不伴有氢的产生的材料构成。由此,即使万一外包件11破裂而液体的水进入真空隔热件10的内部,也能够避免在真空隔热件10的内部产生氢,能够避免或抑制对贮藏的LNG造成影响。

(第三实施方式)

接着说明本发明的第三实施方式。

第一实施方式或第二实施方式的隔热容器是设置于LNG运输船100A的球形箱101或设置于LNG运输船100B的船内箱110。但是,本发明的隔热容器并不限定于此,例如,也可以是设置于陆地的LNG箱。第三实施方式中,参照图4和图5说明这样的LNG箱。

图4中图示了地上式LNG箱120。该地上式LNG箱120,作为箱主体具有与第一实施方式的球形箱101同样的球形的容器主体124,该容器主体124由支承构造部121支承在地面50上。支承构造部121由在地面50之上在铅垂方向上设置的多个支柱122和设置在支柱122彼此之间的托架123构成,其结构没有特别限定。

容器主体124具有保持低温物质的容器箱体126和设置在该容器箱体126的外侧的隔热构造体125。容器箱体126和隔热构造体125的具体结构像第一实施方式或第二实施方式说明的那样,特别是作为隔热构造体125,如第一实施方式中说明的,优选使用内部部件由在与水分接触时不伴有氢的产生的材料构成的真空隔热件10。

图5中图示了地下式LNG箱130。该地下式LNG箱130,在埋设在地面50中的混凝土构造体131的内部设置有圆筒形的容器主体134,该容器主体134具有保持低温物质的容器箱体136和设置在该容器箱体136的外侧的隔热构造体135。混凝土构造体131例如由预应力混凝土构成,以其大部分处于地面50的下方的方式设置在地中。混凝土构造体131是支承地下式LNG箱130的箱主体的构造的支承体,并且也具有在箱主体万一破损时防止LNG漏出的阻隔功能。

此外,在容器主体134的上部开口设置有与容器主体134分体的屋顶部132。屋顶部132的上表面是凸状的弯曲面,下表面是平坦面。在屋顶部132的外侧,与容器主体134同样设置有隔热构造体135,在其内部设置有纤维状隔热件133。作为该纤维状隔热件133,例如,能够列举用作真空隔热件10的芯材12的无机纤维。容器箱体136和隔热构造体135的具体结构像第一实施方式或第二实施方式中说明的那样,特别是作为隔热构造体135,如第一实施方式中说明的,优选使用内部部件由在与水分接触时不伴有氢的产生的材料构成的真空隔热件10。

地上式LNG箱120和地下式LNG箱130均是设置于屋外的隔热容器,因此在可能暴露于雨水等的液体的水的环境下使用。此外,在为地下式LNG箱130时,也设想到与地下水接触的可能性。根据本实施方式,设置于隔热构造体125、135的真空隔热件10中,其内部部件例如吸附剂13由在外包件11破裂而液体的水进入内部时,在与水分接触时不伴有氢的产生的材料构成。由此,在这样的地上式LNG箱120、130中,即使万一外包件11破裂而液体的水进入真空隔热件10的内部,也能够避免在真空隔热件10的内部产生氢,能够避免或抑制对贮藏的LNG造成影响。

(第四实施方式)

接着说明本发明的第四实施方式。

在第一实施方式~第三实施方式的任一个中,在隔热容器内保持的低温物质为LNG。但是,本发明并不限定于此,低温物质只要是以低于常温的温度保存的物质即可,优选是以比常温低100℃以上的温度保持的物质。第四实施方式中,作为LNG以外的低温物质,例示氢气。参照图6具体说明使氢气液化而保持的氢箱的一个例子。

如图6所示,本实施方式的氢箱140是集装箱型,基本上具有与第一实施方式说明的球形箱101或第三实施方式说明的地上式LNG箱120同样的结构。即,氢箱140在框状的支承体141内设置有作为箱主体的容器主体144,该容器主体144包括保持低温物质的容器箱体146和设置于该容器箱体146的外侧的隔热构造体145。容器箱体146和隔热构造体145的具体结构像第一实施方式~第三实施方式中说明的那样,特别是作为隔热构造体145,如第一实施方式中说明的,优选使用内部部件由在与水分接触时不伴有氢的产生的材料构成的真空隔热件10。

一般来说,液化氢(液体氢)是-253℃的极低温的液体,并且与LNG相比,其蒸发容易度为约10倍。由此,对于液化氢,为了达到与LNG同等的蒸发损失水平,必须进一步提高隔热件的隔热性能(热传导率小)。对此,本实施方式中,使用与第一实施方式~第三实施方式中说明的结构同样的隔热构造体145,因此对于氢箱140,能够实现进一步的高隔热化。

此外,氢箱140是集装箱型时,设想会放置在暴露于风雨中的场所或在暴露于风雨中的环境下运输。此外,作为运输手段,不限于卡车或铁道等陆地交通手段,也可以设想船舶等海上交通手段。由此,氢箱140在不仅可能暴露于雨水中还可能暴露于海水中的环境下使用。

根据本实施方式,设置于隔热构造体145的真空隔热件10中,其内部部件例如吸附剂13由外包件11破裂而液体的水进入内部时,在与水分接触时不伴有氢的产生的材料构成。由此,在这样的氢箱140中,即使万一外包件11破裂而液体的水进入真空隔热件10的内部,也能够避免在真空隔热件10的内部产生氢,能够避免或抑制对贮藏的液化氢造成影响。

另外,在实施方式中,在隔热容器内保持的低温物质并不限定于LNG或液化氢,只要是以低于常温的温度保存的物质(优选在比常温低100℃以上的温度具有流动性的流体)即可。对于流体举例的话,作为LNG和氢气体以外的流体,还能够列举液化石油气体(LPG)、其它碳化氢气体、或包含它们的可燃性气体。

此外,也可以是由化学物质船等运输的各种化合物且是以低于常温的温度保存的化合物。另外,能够应用本发明的隔热容器也可以是医疗或工业中使用的低温保存容器等。此外,常温为20℃±5℃的范围内(15℃~25℃的范围内)即可。

如上所述,本发明并不限定于上述实施方式的记载,能够在权利要求的范围所示的范围内进行各种变更,将在不同的实施方式和多个的变形例中分别公开的技术手段适当组合而得的实施方式也属于本发明的技术范围。

本发明的第一方式的隔热容器是在可能暴露于液体的水分的环境下使用的隔热容器,其包括:在内部具有以低于常温的温度保持物质的物质保持部的容器主体;和设置于容器主体、至少使用真空隔热件的隔热构造体。真空隔热件具有:外包件;和以减压密闭状态被封入外包件的内部的内部部件。内部部件由与液体的水分接触时不产生氢的材料构成。

根据这样的结构,内部部件为与液体的水分接触时实质上不产生氢的材料,因此即使万一外包件破裂而液体的水进入真空隔热件的内部,也能够避免在真空隔热件的内部产生氢。由此,在可能暴露于液体的水分的环境下使用的隔热容器中,即使在隔热容器中使用的真空隔热件破裂而液体的水与内部部件接触时,也能够避免或抑制对贮藏的低温物质造成影响。

特别是,在作为内部部件的吸附剂为化学吸附剂时,化学吸附剂与液体的水进行吸附反应时,相比于与为气体的水分(即水蒸汽)进行吸附反应时,会发生更剧烈的化学反应。对此,采用上述结构,能够避免在真空隔热件的内部产生氢,因此能够避免或抑制对贮藏的低温物质造成影响。

此外,作为第二方式,在第一方式的隔热容器中,真空隔热件所具有的内部部件可以包括:具有隔热性的芯材;和能够吸附外包件的内部的气体的吸附剂。

根据这样的结构,作为内部部件的芯材和吸附剂能够由在与水分接触时不伴有氢的产生的材料构成,因此即使真空隔热件破裂而液体的水与内部部件接触时,也能够避免或抑制对贮藏的低温物质造成影响。

此外,作为第三方式,在第二方式的隔热容器中,作为形成吸附剂的元素材料,可以使用下述材料中的至少任一种材料:与水不发生化学反应的材料;与水发生化学反应时每1g的氢产生量低于80mL的材料;和标准电极电位为-2.0V以上的材料。

根据这样的结构,只要是满足上述任一个条件的材料,则能够看作是实质上与水分接触时不伴有氢的产生的材料,因此即使真空隔热件破裂而液体的水与内部部件时,也能够避免或抑制对贮藏的低温物质造成影响。

此外,作为第四方式,在第二方式或第三方式中,吸附剂可以满足下述条件中的至少任一个条件:(1)含有80体积%以上的粒径处于0.01~1400μm的范围内的颗粒;(2)平均粒径处于0.01~1400μm的范围内;(3)密度处于0.2~1.4g/mL的范围内;和(4)比表面积处于200~2000m2/g的范围内,为颗粒状。

根据这样的结构,吸附剂满足上述条件,因此不仅在与水分接触时不伴有氢的产生,而且能够实现良好的吸附性能。

此外,作为第五方式,在第二方式到第四方式中,吸附剂可以加工成下述形状:具有真空隔热件的厚度的60%以下的厚度的形状,或其厚度与截面积(例如单位:mm2)(例如单位:mm)之比处于1︰100~1︰250的范围内的形状。

根据这样的结构,吸附剂满足上述条件,因此不仅在与水分接触时不伴有氢的产生,而且能够抑制经由吸附剂的热移动的发生,避免隔热性下降。

此外,作为第六方式,在第五方式中,可以在吸附剂中的真空隔热件的厚度方向的上下的面叠层或包覆隔热部件。

根据这样的结构,吸附剂由隔热部件覆盖,因此能够抑制经由吸附剂的热移动的发生,能够避免隔热性下降。

此外,作为第七方式,在第二方式到第六方式中,芯材由无机纤维或热固性发泡体构成。

根据这样的结构,芯材为实质上与水分接触时不伴有氢的产生的材料,因此即使真空隔热件破裂而液体的水与内部部件接触时,也能够避免或抑制对贮藏的低温物质造成影响。

此外,作为第八方式,在第一方式到第七方式中,物质可以是比常温低100℃以上的可燃性的液化气体。

根据这样的结构,贮藏的低温物质为可燃性的液化气体,因此通过避免或抑制对贮藏的液化气体造成影响,能够提高液化气体的贮藏性。

此外,作为第九方式,在第一方式到第八方式中,物质可以为氢。

根据这样的结构,贮藏的低温物质为液体氢或与氢气共存的液体氢,因此通过避免或抑制对贮藏的液体氢等造成影响,能够提高氢气的贮藏性。

此外,本发明也包括在结构的隔热容器中使用的真空隔热件。即,本发明的第十方式的真空隔热件是在可能暴露于液体的水的环境下使用的隔热容器中应用的真空隔热件,其是在包括在内部具有以低于常温的温度保持物质的物质保持部的容器主体,和设置于容器主体、至少使用真空隔热件的隔热构造体的隔热容器中使用的真空隔热件。而且包括外包件和以减压密闭状态被封入外包件的内部的内部部件。内部部件由与液体的水分接触时不产生氢的材料构成。

此外,本发明的第十一方式的船具有上述结构的隔热容器,并且物质为液化天然气或氢。

工业上的可利用性

如上所述,根据本发明,关注认为在真空隔热件的内部部件与水分发生反应时会对贮藏的低温物质造成危险影响的氢的产生,通过抑制产生氢而导致的起火,能够大幅提高具有真空隔热件的隔热容器的可靠性。由此,本发明能够广泛适用于具有在可能暴露于液体的水的环境下使用且以低于常温的温度保持物质的真空隔热件的隔热容器,和在该隔热容器中使用的真空隔热件,以及具有该隔热容器的船隔热容器等领域,是有效的。

附图标记的说明

10 真空隔热件

11 外包件(外覆件)

12 芯材

13 吸附剂

50 地面

100A、100B LNG运输船

101 球形箱(隔热容器)

102 船体

103 罩

104、124、134、144 容器主体

105、125、135、145 隔热构造体

106、126、136、146 容器箱体

107 支承体

110 船内箱(隔热容器)

111 船体

112 甲板

113 一次膜片(容器中槽)

114 一次隔热箱

115 二次膜片(中间槽)

116 二次隔热箱

120 地上式LNG箱(隔热容器)

121 支承构造部

122 支柱

123 托架

130 地下式LNG箱(隔热容器)

131 混凝土构造体

132 屋顶部

133 纤维状隔热件

140 氢箱(隔热容器)

141 支承体。

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