JP5222061B2 - Structure of joints provided between multiple thermal insulation panels arranged on the outer wall of a cryogenic tank - Google Patents
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Description
請求項に係る発明は、LNG(液化天然ガス)タンクなど低温タンクの外壁に配置された複数の断熱パネル間に設けられた目地部の構造に関するものである。 The invention which concerns on a claim is related with the structure of the joint part provided between the some heat insulation panels arrange | positioned on the outer wall of low temperature tanks, such as a LNG (liquefied natural gas) tank.
内部にLNG等の低温物質を入れるいわゆる低温タンクには、外壁を覆って複数の断熱パネルが面状に並べられるとともに、各断熱パネルの間に目地材が設けられる構成の断熱構造が広く採用されている。たとえば図3(c)のように、低温タンク1の外壁1a上には、直方体形状の断熱パネル11が多数敷き詰められ、隣接する断熱パネル11の間に目地材12がはさみ込まれる。目地材を入れて断熱パネルの間の隙間をなくすことにより、隙間でのガスの対流発生の可能性を減らし、断熱性能を確保するのである。施工の際に断熱パネルの取付け位置を容易に調整でき、またタンク使用時の温度変化にともなう断熱パネルの寸法変化が無理なく実現するように、目地材には、グラスウールなど柔軟性のあるものが使用されている。
A so-called low-temperature tank that contains a low-temperature substance such as LNG inside has a widely adopted heat-insulating structure in which a plurality of heat-insulating panels are arranged in a planar shape covering the outer wall and a joint material is provided between each heat-insulating panel. ing. For example, as shown in FIG. 3C, a large number of rectangular parallelepiped
上のような断熱構造については、近年、断熱性能を向上させるため断熱パネル等の厚さが増大する傾向にある。断熱パネルの厚さが増すと、それに伴って目地材の厚さも増大する。ガス透過性の無い断熱パネルについては、その内部でガスは流動しないため、対流発生の可能性はない。ところが、上記のような柔軟性のある目地材は、ガス透過性が高いのが通常であるため、断熱パネル間に目地材を圧密状態ではさみ込んでも、目地材内部ではガスの流動が可能、即ち対流発生の可能性がある。
特に、極端に厚くなって容積が増大した目地材においては、ガスの流動性が極端に高まる結果、ついには目地材内部での対流を無視できなくなる。対流が発生すると対流伝熱による低温タンクへの入熱増加のため、断熱パネル等の厚みを増すにもかかわらず、期待した断熱性能を得られない可能性がある。
About the heat insulation structure above, in recent years, in order to improve heat insulation performance, the thickness of a heat insulation panel etc. tends to increase. As the thickness of the thermal insulation panel increases, the thickness of the joint material increases accordingly. About the heat insulation panel without gas permeability, since gas does not flow in the inside, there is no possibility of convection generation. However, the flexible joint material as described above usually has high gas permeability, so even if the joint material is sandwiched between the heat insulating panels in a compacted state, gas can flow inside the joint material. That is, convection may occur.
In particular, in a joint material that has become extremely thick and has an increased volume, the fluidity of the gas is extremely increased, and as a result, convection inside the joint material can no longer be ignored. When convection occurs, the heat input to the low-temperature tank increases due to convection heat transfer, so that there is a possibility that the expected heat insulation performance cannot be obtained even though the thickness of the heat insulation panel and the like is increased.
下記の特許文献1には、低温タンク等の断熱に使用できる目地材として、有機ポリオールやイソシアネート成分を反応させてなる軽量有機発泡体を使用することが提案されている。これらの材料は、柔軟性とともにガス遮断性を有していて、断熱パネル間での隙間の発生防止と目地材内部での対流防止との両面で好ましい、とされている。
また特許文献2には、合成樹脂製の二重壁構造体の中に、ガスを封入したアルミ蒸着フィルムの袋体を挿入した構成の断熱板が記載されている。袋体の内部には、対流防止用の多層ひだが形成されている。
Patent Document 2 describes a heat insulating plate having a structure in which a bag of an aluminum vapor-deposited film enclosing gas is inserted into a double wall structure made of synthetic resin. A multilayer pleat for preventing convection is formed inside the bag.
特許文献1には、柔軟性とガス遮断性とを備える特定の目地材が隙間の発生防止と対流防止との両面で好ましいとして提案されている。しかし、柔軟性とともにガス遮断性を有する軽量有機発泡体は種類が限られていて、選択の幅がきわめてせまい。ガス遮断性を有する材料は、一般的には柔軟性に乏しいからである。また、柔軟性を有する材料でも、反発性が高いと断熱パネルの施工作業は容易には行えない。圧縮変形したのち時間をかけて復元するいわゆる低反発の目地材でないと、断熱パネルの取付け位置を調整する際、スタッドボルト等による固定が完了するまで、当該目地材の大きな反発力に抗する力を断熱パネルに加え続けねばならないからである。
特許文献2に記載の断熱板は、二重壁の構造体中にガス封入の袋体を入れたもので、柔軟性がないため、低温タンクの断熱構造において断熱パネル間には使用することができない。また、袋体の中に対流防止用の多層ひだが形成されているが、それらは袋体内部の空間を仕切るものではないため、対流を完全に防止できるものではないと考えられる。 The heat insulating plate described in Patent Document 2 is a double-walled structure in which a gas-filled bag is placed, and since it is not flexible, it can be used between heat insulating panels in a heat insulating structure of a low-temperature tank. Can not. Moreover, although the multilayer pleat for preventing a convection is formed in the bag body, since it does not partition the space inside the bag body, it is considered that the convection cannot be completely prevented.
請求項に係る発明は、断熱パネル等の厚さを増大させた場合にも目地材における対流の発生を防止し、もって高い断熱性能を確保できる目地部の構造を提供するものである。とくに、使用可能な目地材の選択肢を広げ、それによって断熱パネルの施工作業を容易にすることをも目的としている。 The invention according to the claims provides a structure of the joint portion that prevents the occurrence of convection in the joint material even when the thickness of the heat insulation panel or the like is increased, thereby ensuring high heat insulation performance. In particular, it aims to expand the choice of joint materials that can be used, thereby facilitating the construction work of insulation panels.
発明による目地部の構造は、低温タンクの外壁に配置された複数の断熱パネル間に設けられた目地部の構造であって、目地材の厚さ方向と直交する面によって該目地材が複数区画に分割され、分割された該目地材間に間仕切り材が設けられたことを特徴とする。なお、目地材の「厚さ」は、断熱パネルの厚さと同方向の寸法、すなわちタンクの内側から外側に至る方向の寸法をいい、低温側・高温側間の寸法に相当する。
この発明によれば、従来の目地材と同程度のガス透過係数を有する目地材を使用しながらも目地材における対流発生を効果的に防止することが可能になる。
ガス透過係数がゼロの目地材には限定されず、または従来と同様のものであってもよいとなると、目地材の選択肢は大幅に広がる。また柔軟性を有するうえに低反発であるものからも目地材を採用できることになり、断熱パネルの取付け位置の調整を含む施工作業を容易にすることも可能になる。こういった点は、特許文献1の技術とは顕著に相違する。
The structure of the joint part according to the invention is a structure of a joint part provided between a plurality of heat insulating panels arranged on the outer wall of the cryogenic tank, and the joint material is divided into a plurality of sections by a surface orthogonal to the thickness direction of the joint material. The partition material is provided between the divided joint materials. The “thickness” of the joint material is a dimension in the same direction as the thickness of the heat insulating panel, that is, a dimension from the inside to the outside of the tank, and corresponds to a dimension between the low temperature side and the high temperature side.
According to the present invention, it is possible to effectively prevent the occurrence of convection in a joint material while using a joint material having a gas permeability coefficient comparable to that of a conventional joint material.
When the gas permeation coefficient is not limited to a joint material, or a material similar to the conventional one may be used, options for the joint material are greatly expanded. In addition, the joint material can be adopted from the one having flexibility and low repulsion, and the construction work including adjustment of the mounting position of the heat insulating panel can be facilitated. These points are significantly different from the technique of
上記間仕切り材として、ガス透過係数の小さい別の目地材を使用する場合も含まれる。また、図11のように目地材自体をハニカム構造のように成形し、細かい分割としてもよい。
厚さ方向と交差する面によって目地材を分割し、その分割面に上記のような間仕切り材を設けると、前述のように断熱パネルとともに目地材を厚くした場合であっても、目地材における対流の発生が効果的に防止される。ガスを透過させにくい間仕切り材によって目地材が分断されると、ガスの移動し得る範囲が厚さ方向すなわち入熱方向に仕切られてせまくなり、対流が生じにくくなるからである。そのため、この対流防止策を施した目地部の構造では断熱性能が高く、断熱パネルの厚さを増した場合に当該性能が期待どおりに高められる。ガス透過係数が小さい等の特殊な目地材を使用する必要がないので、使用可能な目地材の選択肢は広く、したがって断熱パネルの施工作業を行いやすくすることも容易である。
The case where another joint material having a small gas permeability coefficient is used as the partition material is also included. Further, as shown in FIG. 11, the joint material itself may be shaped like a honeycomb structure to be finely divided.
If the joint material is divided by a surface that intersects the thickness direction, and the partition material as described above is provided on the divided surface, even if the joint material is thickened together with the heat insulating panel as described above, the convection in the joint material Is effectively prevented from occurring. This is because if the joint material is divided by the partition material that does not allow gas to permeate, the range in which the gas can move is partitioned in the thickness direction, that is, the heat input direction, and convection is less likely to occur. For this reason, the joint structure having such a convection prevention measure has high heat insulation performance, and when the thickness of the heat insulation panel is increased, the performance is enhanced as expected. Since it is not necessary to use a special joint material having a low gas permeability coefficient, the choice of usable joint materials is wide, and therefore, it is easy to easily perform the construction work of the heat insulation panel.
また、複数区画に分割された前記目地材のそれぞれについて、修正レーレー数が対流発生の臨界値を超えないように、該目地材の厚さおよびガス透過係数の上限が設定されるのがよい。
修正レーレー数は、材料におけるガス透過係数やその材料の寸法、高温側・低温側間の温度差、内部にあるガスの体膨張率、動粘性係数、温度拡散率によって決まる無次元数で、自然対流の発生しやすさを示すと言われている。発明者らは、各区画において修正レーレー数が対流発生の臨界値を超えないように目地材の分割区画の寸法を定めることにより、対流の発生が防止できることを確認した。すなわち、修正レーレー数を指標とすることにより、分割数を最少にして、低コストで効果的に対流発生を防止することが可能になる。
For each of the joint materials divided into a plurality of sections, it is preferable that the upper limit of the joint material thickness and gas permeability coefficient is set so that the corrected Rayleigh number does not exceed the critical value of convection generation.
The modified Rayleigh number is a dimensionless number determined by the gas permeability coefficient of the material, the dimensions of the material, the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side, the body expansion coefficient of the gas inside, the kinematic viscosity coefficient, and the temperature diffusivity. It is said that it is easy to generate convection. The inventors have confirmed that the occurrence of convection can be prevented by determining the size of the division section of the joint material so that the corrected Rayleigh number does not exceed the critical value of convection generation in each section. That is, by using the corrected number of relays as an index, it is possible to minimize the number of divisions and effectively prevent convection from occurring at low cost.
上記目地材として、低反発フォームであるEPDM(エチレン・プロピレン・ジエンモノマー)系半連続発泡体またはポリエーテル系軟質ウレタンを使用し、上記の間仕切り材として、ガス遮断性を有する樹脂、金属箔、不織布または和紙のうちいずれかを使用すると好ましい。
低反発フォームであるEPDM系半連続発泡体またはポリエーテル系軟質ウレタンは、柔軟性があるうえに低反発で、圧縮変形したのちは時間をかけて復元する性質を有している。そのため、それらを目地材として使用すると、断熱パネルの間の隙間を適切になくせるうえ、施工時の断熱パネルの取付け位置調整が容易であり、またタンク使用時の温度変化にともなう断熱パネルの寸法変化にも支障が生じない。
間仕切り材として上記樹脂等の材料を使用すると、目地材の内部でのガスの移動範囲が仕切られてせまくなり、対流の発生が効果的に防止される。
As the joint material, an EPDM (ethylene / propylene / diene monomer) -based semi-continuous foam or polyether-based soft urethane, which is a low-rebound foam, is used. As the partition material, a gas barrier resin, metal foil, It is preferable to use either non-woven fabric or Japanese paper.
EPDM semi-continuous foam or polyether soft urethane, which is a low resilience foam, has flexibility and low resilience, and has a property of restoring over time after being deformed by compression. Therefore, if they are used as joint materials, the gaps between the heat insulation panels can be eliminated appropriately, the installation position of the heat insulation panel can be easily adjusted during construction, and the dimensions of the heat insulation panel accompanying the temperature change when the tank is used There is no hindrance to change.
When a material such as the resin is used as the partitioning material, the gas movement range inside the joint material is partitioned and the occurrence of convection is effectively prevented.
前記間仕切り材の片面または両面に粘着剤を有することとするのが好ましい。そのようにすると、分割した目地材の各区画を接合しておくうえで有利である。つまり、これら間仕切り材の粘着性を利用して目地材を一体化しておくと、断熱パネルの間に挿入する作業が行いやすい。 It is preferable to have an adhesive on one or both sides of the partition material. This is advantageous in joining the sections of the divided joint material. That is, when joint materials are integrated using the adhesiveness of these partition materials, the work of inserting between the heat insulating panels is easy.
複数区画に分割された前記目地材のそれぞれの厚さが、低温側(タンク寄りの側)の区画であるほど高温側(外寄りの側)よりも薄くなっているようにするのが適している。なお、ここにいう区画の「厚さ」も、断熱パネルの厚さと同方向の寸法、すなわちタンクの内側から外側にかけての寸法をいう。
低温側では、ガス密度が高いために対流が強くなりがちである。そのため、上記のように高温側よりも区画の厚さを薄くして、対流防止の効果が高くなるようにしておくのが好ましい。また高温側においては、低温側よりも各区画を厚くして分割数を少なくすることにより、間仕切り材の接合等に必要なコストを低減することができる。
It is suitable that the thickness of each joint material divided into a plurality of compartments is thinner than the high temperature side (outside side) as the compartment on the low temperature side (side closer to the tank). Yes. The “thickness” of the section here also means a dimension in the same direction as the thickness of the heat insulating panel, that is, a dimension from the inside to the outside of the tank.
On the low temperature side, the convection tends to be strong due to the high gas density. Therefore, it is preferable to make the thickness of the compartment thinner than the high temperature side as described above so that the effect of preventing convection is enhanced. On the high temperature side, by making each section thicker than the low temperature side and reducing the number of divisions, it is possible to reduce the cost required for joining partition materials.
上記目地部の構造が、低温タンクに設けられた全ての目地部に施されていることが望ましい。
一体の低温タンクでは、目地材が網のようにつながっているため、一部で発生した対流が他の部分の目地材にも伝わって、タンクの全体に及ぶ大循環が形成され、断熱性能が大幅に低下してしまう恐れがある。そのような大循環の対流を防止するためには、当該タンクに設けられた目地材のすべてについて本発明による対流防止策を施すのがよい。
It is desirable that the joint portion structure is applied to all joint portions provided in the low temperature tank.
In the integrated low-temperature tank, the joint material is connected like a net, so the convection that occurs in one part is also transmitted to the joint material in the other part, forming a general circulation throughout the tank, and heat insulation performance There is a risk of a significant drop. In order to prevent such general circulation convection, the convection prevention measure according to the present invention is preferably applied to all the joint materials provided in the tank.
上記目地部の構造が、低温タンクの鉛直下方部分に設けられた目地部のみに施されているのもよい。
大循環の対流を防止するためには、そのように一部の目地材のみに本発明による対流防止策を施すこととしても効果がある。たとえば、低温タンクの鉛直下方部分は大循環の対流の起点となりやすいので、そこに対流防止策を施すと、一部の目地材のみに処置することによってタンク全体の対流防止をはかり、断熱性能を確保することが可能である。一部の目地材のみに対流防止策を施すなら、全体に実施するよりもコストや工期の面で大幅に有利である。
なお、低温タンクにおける鉛直下方部分は、その鉛直上方の位置にタンク本体の低温の壁面があり、それより鉛直下方を厚さ方向として目地材が存在する。そのため、上方のガスが下方へ移動する力が強く、したがって、とくに球形または水平円筒形のタンクにおいて大循環の対流の起点になりやすい。このように起点になりやすい部分に対流防止策を施しておくと、大循環の対流を効果的に防止して、高い断熱性能を発揮させることができる。
The structure of the joint part may be applied only to the joint part provided in the vertically lower part of the low-temperature tank.
In order to prevent general circulation convection, it is also effective to apply the convection prevention measure according to the present invention to only some joint materials. For example, the vertical lower part of a low temperature tank tends to be the starting point of general circulation convection, so if convection prevention measures are taken there, the convection of the entire tank will be prevented by treating only some joint materials, and the heat insulation performance will be improved. It is possible to secure. If measures to prevent convection are applied only to some joint materials, it is much more advantageous in terms of cost and construction period than to implement them entirely.
The vertically lower portion of the low-temperature tank has a low-temperature wall surface of the tank main body at a position above the vertical, and the joint material is present with the vertical direction below the thickness direction. For this reason, the force of the upper gas moving downward is strong, and therefore, it tends to be the starting point of convection in general circulation, particularly in a spherical or horizontal cylindrical tank. If a convection prevention measure is applied to the portion that tends to be the starting point in this way, it is possible to effectively prevent convection of the general circulation and to exhibit high heat insulation performance.
発明による目地部の設計方法は、低温タンクの外壁に配置された複数の断熱パネル間に設けられた目地部の設計方法であって、目地材における修正レーレー数が対流発生の臨界値を超えないように、該目地材の厚さおよびガス透過係数の上限を設定することを特徴とする。
そのようにすれば、目地材における対流の発生を確実に防止することができる。また、ガス透過係数を必要以上に低く設定して柔軟性の乏しい目地材を使用せざるを得なくなったり、目地材に過剰なコストを投じたりすることが避けられる。
The joint portion design method according to the present invention is a joint portion design method provided between a plurality of heat insulating panels arranged on the outer wall of a low-temperature tank, and the corrected Rayleigh number in the joint material does not exceed the critical value of convection generation. Thus, the upper limit of the thickness of the joint material and the gas permeation coefficient is set.
By doing so, it is possible to reliably prevent the occurrence of convection in the joint material. In addition, it is unavoidable to use a joint material having poor flexibility by setting the gas permeability coefficient to be lower than necessary, or to invest excessive cost in the joint material.
前記目地材の構造について、該目地材にガス透過係数が2×10-10[m2]以下(望ましくは1×10−11[m2]以下)の低反発フォームであるEPDM系半連続発泡体またはポリエーテル系軟質ウレタンが使用されていると有利である。
低反発フォームであるEPDM系半連続発泡体またはポリエーテル系軟質ウレタンは、前述のように柔軟性があるうえ低反発で、圧縮変形したのち時間をかけて復元する性質を有している。そのため、それらを目地材とすると、断熱パネルの間の隙間をなくすうえでも、施工時に断熱パネルの取付け位置調整をするうえでも、またタンク使用時に断熱パネルが支障なく寸法変化するうえでも好都合である。ガス透過係数が2×10−10[m2]以下の上記材料は、同係数がゼロのものに限るのでなければ格別稀少なわけではないため、適切なものを容易に選定できる。
上記のようなガス透過係数の小さい目地材を使用すると、ほかに特別な対流防止策を施さなくとも、多くのケースにおいて目地材での対流を防止することができる。つまり、目地材の厚さや厚さ方向の温度差がある程度(たとえば厚さが400mm、温度差230℃)以下である場合には、目地材を分割等しなくとも、対流を防止して高い断熱性能を得ることができる。
Regarding the structure of the joint material, an EPDM semi-continuous foam which is a low resilience foam having a gas permeability coefficient of 2 × 10 −10 [m 2 ] or less (preferably 1 × 10 −11 [m 2 ] or less). It is advantageous if a body or polyether-based soft urethane is used.
EPDM semi-continuous foam or polyether soft urethane, which is a low resilience foam, has flexibility and low resilience as described above, and has the property of being restored over time after being deformed by compression. Therefore, using them as joint materials is convenient for eliminating gaps between the heat insulation panels, adjusting the mounting position of the heat insulation panels during construction, and for changing the dimensions of the heat insulation panels without hindrance when using the tank. . The above-mentioned materials having a gas permeability coefficient of 2 × 10 −10 [m 2 ] or less are not particularly rare unless the coefficient is limited to zero, so that an appropriate material can be easily selected.
When the joint material having a small gas permeability coefficient as described above is used, convection at the joint material can be prevented in many cases without any special measures for preventing convection. That is, when the thickness of the joint material and the temperature difference in the thickness direction are not more than a certain level (for example, the thickness is 400 mm and the temperature difference is 230 ° C.), it is possible to prevent convection and to provide high heat insulation without dividing the joint material. Performance can be obtained.
発明の目地部の構造によれば、目地材における対流の発生を防止して高い断熱性能を確保することができる。また、広い選択肢の中から目地材を使用可能であり、断熱パネルの取付け作業を容易にすることも可能である。
一般に、断熱性能を高くするために断熱パネル等の厚さを増す場合、目地部中に対流が生じやすくなり、それをカバーするため断熱厚さをさらに増す場合がある。発明の構造によると、対流防止策をとらない場合に比べて断熱厚さを大幅に減らすことができる。したがって、材料費を低減できるほか、低温タンクの総重量を低減でき、またはその分だけタンクの容量を大きくすることが可能となるなど、種々の面でメリットがもたらされる。
目地材の厚さ方向と直交する面によって該目地材が複数区画に分割され、分割された該目地材間に間仕切り材が設けられるので、目地材をガス透過係数の小さいもののみに限定して使用する必要もなくなる。そしてやはり、断熱パネルとともに目地材を厚くする場合にも、目地材における対流の発生が効果的に防止されて断熱性能を高くすることができる。
According to the structure of the joint part of the invention, it is possible to prevent the occurrence of convection in the joint material and to ensure high heat insulation performance. In addition, joint materials can be used from a wide range of options, and it is possible to facilitate the installation work of the heat insulation panel.
In general, when the thickness of a heat insulating panel or the like is increased in order to increase the heat insulating performance, convection is likely to occur in the joint portion, and the heat insulating thickness may be further increased to cover it. According to the structure of the invention, the heat insulation thickness can be greatly reduced as compared with the case where convection prevention measures are not taken. Therefore, not only can the material cost be reduced, but also the total weight of the low temperature tank can be reduced, or the capacity of the tank can be increased by that amount.
The joint material is divided into a plurality of sections by a surface orthogonal to the thickness direction of the joint material, and a partition material is provided between the divided joint materials. Therefore, the joint material is limited to a material having a small gas permeability coefficient. No need to use it. And also when making a joint material thick with a heat insulation panel, generation | occurrence | production of the convection in a joint material is prevented effectively, and heat insulation performance can be made high.
また、上記の目地材に、ガス透過係数が2×10−10[m2]以下の低反発フォームであるEPDM系半連続発泡体またはポリエーテル系軟質ウレタンを使用するなら、ほかに特別な対流防止策を施さなくとも、多くのケースにおいて目地材での対流を防止することができ、高い断熱性能を確保できる。目地材の選択の幅もとくに狭くはないので、断熱パネルの施工作業に関しても有利である。 If EPDM semi-continuous foam or polyether soft urethane, which is a low-resilience foam having a gas permeability coefficient of 2 × 10 −10 [m 2 ] or less, is used for the joint material, other special convection is used. Even without taking preventive measures, convection in the joint material can be prevented in many cases, and high heat insulation performance can be secured. Since the selection range of the joint material is not particularly narrow, it is advantageous for the construction work of the heat insulation panel.
上記目地部の構造が、低温タンクに設けられた全ての目地部に施されているのもよいが、低温タンクの鉛直下方部分に設けられた目地部のみに施されているのもよい。一部のみに実施することとすれば、必要なコストを抑制し、または工期を短縮することができる。 The structure of the joint portion may be applied to all joint portions provided in the low-temperature tank, or may be provided only to the joint portion provided in the vertical lower portion of the low-temperature tank. If it is implemented only for a part, the necessary cost can be suppressed or the construction period can be shortened.
発明の実施に係る形態を図面に基づいて説明する。図1(a)・(b)のそれぞれは、目地材12付近の構造を示す斜視図であり、図2は、他の形態の構造について示す目地材12付近の斜視図である。図3は、低温タンク1とそれに採用した構造を示す図で、図3(a)は低温タンク1の全体正面図、同(b)は同タンク1の表面の一部を示す拡大平面図、同(c)は同(b)におけるc−c断面図である。また、図4〜図10は、図1〜図3の構造を採用するにあたって行った試験とその結果を示す説明図である。
An embodiment according to the invention will be described with reference to the drawings. Each of FIGS. 1A and 1B is a perspective view showing a structure in the vicinity of the
図3に示す低温タンク1は、球形の舶用LNGタンクである。タンク本体の外壁1a(図3(c))の外側には、数千枚を超える数の断熱パネル10が敷きつめられている。断熱パネル10は内外2層構造であり、フェノールフォームにて成る内層11の上に、硬質ポリウレタンフォームにて成る外層21が形成されたものである。隣り合う断熱パネル10の内層11間には軟質ポリウレタンフォームの目地材12をはさみ、外層21間には硬質ポリウレタンフォームの注入発泡材22を充填している。なお、内層11と外層21の間には金網19が存在する。
The
断熱パネル10と注入発泡剤22とはガス透過性を有していないが、目地材12にはガス透過性がある。断熱パネル10は、タンク1の外壁1aに添って配置される関係で施工後に大きな熱収縮をするほか、施工時にもスタッドボルト(図示省略)で固定するまでの間に取付け位置の調整が必要であることから、目地材12には十分な柔軟性と低反発性が要求される。
The
ガス透過性を有する目地材12を使用する場合、図1(b)に示すように、目地材12の厚さSや低温側・高温側間の温度差によっては、目地材12の内部でガスまたは空気が対流を起こして断熱性能を低下させることがある。そのため、図3の低温タンク1においては、目地材12のすべてにまたは大循環の対流の起点になりやすい低温タンクの鉛直下方部に設けられた目地部のみに図1(a)に示す目地部の構造を適用することとしている。すなわち、目地材12を、厚さ方向と交差する面によって複数区画(図示の例ではS1・S2・S3の3区画)に分割し、当該分割面に対し全面を漏れなく覆うよう、ガス透過係数がゼロまたはきわめて小さい、つまりガス遮断性を有する間仕切り材13を設ける。そのようにすれば、目地材12としてガス透過性が高くて柔軟性・低反発性にすぐれた材料を使用しながらも、目地材12の内部で対流が発生することを防止することができる。
When using the
ガス透過性の小さい目地材12および間仕切り材13として好適なものに、たとえば下記があげられる。
目地材12として:
a) 低反発フォームであるEPDM(エチレン・プロピレン・ジエンモノマー)系半連続発泡体。たとえば、OP−131(三和化工)。
b) ポリエーテル系軟質ウレタン低反発フォーム。たとえば806EA(クラボウ)。
間仕切り材13として:
1) ポリイミドテープ(片面または両面の粘着テープ)。たとえば、カプトン(登録商標、東レ・デュポン)。
2) フッ素樹脂テープ(片面または両面の粘着テープ)。たとえば、ポリテトラフルオロエチレンすなわちテフロン(登録商標、デュポン)。
3) その他の両面粘着テープ。たとえば、不織布または和紙に接着剤を付けたもの。
4) 間仕切り材13としては、上記のようにフィルム状のものでなく、目地材12よりもガス透過係数の小さい別の目地材用材料(たとえば上記a)またはb)の材料)にてなる間仕切り材14を、図2のように使用することも可能である。
Examples of suitable materials for the
As joint material 12:
a) EPDM (ethylene / propylene / diene monomer) semi-continuous foam which is a low-rebound foam. For example, OP-131 (Sanka Corporation).
b) Polyether-based soft urethane foam with low resilience. For example, 806EA (Kurabo).
As partition material 13:
1) Polyimide tape (single-sided or double-sided adhesive tape). For example, Kapton (registered trademark, Toray DuPont).
2) Fluororesin tape (single-sided or double-sided adhesive tape). For example, polytetrafluoroethylene or Teflon (registered trademark, DuPont).
3) Other double-sided adhesive tape. For example, non-woven fabric or Japanese paper with an adhesive.
4) The
分割した目地材12の各区画S1・S2…において各分割面に両面粘着テープを使用すると、すべての区画S1・S2…を一体に接合しておくことができ、断熱パネル11への施工の際など、取扱いが容易になる。
When a double-sided adhesive tape is used on each divided surface in each section S1, S2... Of the divided
目地材12を分割して間仕切り材13(または14)を設けるという対流防止策の効果は、図4に示す試験によって確認した。すなわち、上記の対流防止策を施した目地材と施していない目地材とについて、低温側(−196℃)と高温側(30℃)とにはさまれた内部の温度分布を計測して比較した。その結果を図5(a)・(b)に示す。対流がなければ等温線が低温面に平行にならび、高さ(重力方向)の温度差は生じないため、図5によって対流防止の効果が確認される。
The effect of the convection prevention measure of dividing the
図1(a)の例において採用した目地材の分割位置については、以下のように修正レーレー数Rを指標にして定めている。
図6のように温度の異なる垂直壁にはさまれた多孔質体の内部の対流の場合、ダルシーの法則の成立する範囲でつぎの簡易計算式が成り立つ。
Nu=0.313R1/2(R>Rcr=10)…(ヌセルト数)
R=(gβΔθs3/νa)(k/sL)…(修正レーレー数)
g :重力加速度
β:体膨張率
ν:動粘性係数
a :温度拡散率
k :ガス透過係数
(出典:伝熱工学資料 改訂第4版(221p)、日本機械学会)
Nu=1(R=10)となる条件が対流発生限界(臨界値)となり、計算上、Nu<1(R<Rcr=10)となる条件では対流の存在可能範囲から外れることになる。
The division position of the joint material employed in the example of FIG. 1A is determined using the corrected number of R Rays as an index as follows.
In the case of convection inside a porous body sandwiched between vertical walls having different temperatures as shown in FIG. 6, the following simple calculation formula is established within the range where Darcy's law is established.
Nu = 0.313R 1/2 (R> Rcr = 10)… (Number of Nusert)
R = (gβΔθs 3 / νa) (k / sL) (corrected number of relays)
g: Gravity acceleration β: Body expansion coefficient ν: Kinematic viscosity coefficient
a: Temperature diffusivity
k : Gas permeability coefficient (Source: Heat transfer engineering data revised 4th edition (221p), Japan Society of Mechanical Engineers)
The condition where Nu = 1 (R = 10) is the convection generation limit (critical value), and in the calculation, the condition where Nu <1 (R <Rcr = 10) deviates from the possible range of convection.
たとえば、高さLが700mm、幅(厚さ)sが400mmの目地材(温度差230℃、ガス透過係数k=5×10-8(m2))を、厚さ方向と直角な面で複数区画に分割する場合を考える。もし分割を全く行わないとすると、R=175.76、Nu=4.15となり、対流の発生が避けられない。
上記の目地材を表1にしたがって区画S1・S2・S3に3分割する(および各分割面に間仕切り材を入れる)場合には、修正レーレー数Rおよびヌセルト数Nuが上記の臨界値以下となり、対流が発生しないこととなる。
When the above joint material is divided into three sections S1, S2, and S3 according to Table 1 (and a partition material is put on each divided surface), the modified Rayleigh number R and the Nusselt number Nu are less than the above critical values, Convection will not occur.
表1および表2のように目地材を複数に分割する場合、分割した各区画の厚さは、低温側(タンク寄りの側)の方が高温側(外寄り)よりも薄くなるようにしている。それによって各区画での修正レーレー数が対流発生の臨界値を超えないようになるからである。これは、低温側ではガス密度が高くて対流が強くなりやすいという傾向にも合致する処置である。 When the joint material is divided into a plurality of pieces as shown in Tables 1 and 2, the thickness of each divided section is set so that the low temperature side (side closer to the tank) is thinner than the high temperature side (outside). Yes. This is because the corrected Rayleigh number in each section does not exceed the critical value for convection generation. This is a treatment that matches the tendency that the gas density is high and the convection tends to be strong on the low temperature side.
目地材を全く分割しない場合にも、目地材の厚さや厚さ方向の温度差、および目地材のガス透過係数等によっては対流の発生を防止することが可能である。
たとえば、高さ700mm・幅(厚さ)400mmの目地材(温度差230℃)で、ガス透過係数がk=2×10-10(m2)と小さめである場合を計算すると、
R=7.03, Nu=0.8299
となり、対流なしと判定される。ガス透過係数がこの値より小さい材料ならば、Nu<1の条件が確保されるので、対流防止できることになる。その場合、目地材の条件が定まれば、対流防止に有効な最大ガス透過係数(臨界値)が逆算できる。
Even when the joint material is not divided at all, the occurrence of convection can be prevented depending on the thickness of the joint material, the temperature difference in the thickness direction, the gas permeability coefficient of the joint material, and the like.
For example, when calculating the joint material (temperature difference 230 ° C) of 700mm in height and 400mm in width (thickness) and having a small gas permeability coefficient of k = 2 × 10 -10 (m 2 ),
R = 7.03, Nu = 0.8299
And it is determined that there is no convection. If the material has a gas permeability coefficient smaller than this value, the condition of Nu <1 is secured, so that convection can be prevented. In that case, if the conditions of the joint material are determined, the maximum gas permeation coefficient (critical value) effective for preventing convection can be calculated backward.
目地材を図8のように水平に配置する場合については、つぎの簡易計算式を適用する。
球形タンクの底部のように、上が低温で下が高温の場合は、
R=(gβΔθL3/νa)(k/L2)
で、臨界値は
Rcr=4π2=39.5
となる。(出典:熱物性ハンドブック(178p))
In the case where the joint material is arranged horizontally as shown in FIG. 8, the following simple calculation formula is applied.
If the top is cold and the bottom is hot, like the bottom of a spherical tank,
R = (gβΔθL 3 / νa) (k / L 2 )
And the critical value is
Rcr = 4π 2 = 39.5
It becomes. (Source: Thermophysical Handbook (178p))
たとえば、厚さLが400mmの目地材(温度差230℃)を分割しないで使用する場合、
R=307.58
となって対流の発生が避けられない。
そこで、そのような目地材を図9および表3のようにL1〜L5に5分割して間仕切り材を入れることにすると、修正レーレー数Rが上記臨界値を下回り、対流発生が回避される。
R = 307.58
Therefore, the occurrence of convection is inevitable.
Therefore, if such a joint material is divided into five parts L1 to L5 as shown in FIG. 9 and Table 3 and a partition material is inserted, the corrected Rayleigh number R falls below the critical value, and convection is avoided.
図10のように鉛直な低温面(タンク外壁面)に配置する目地材について、上述の修正レーレー数Rに基づく考察により導かれる適切な分割比率を、以下に例示する。
目地材の温度差が水平方向に200℃(-163℃〜37℃)、断熱パネル間の目地材の長さ(鉛直方向)が900mmであるとして、ガス透過係数kが5×10-8(m2)の従来型の目地材を使用する場合、
分割の必要がない最大厚さは、 概ね133mm
2分割ですむ最大厚さは、 概ね300mm
2分割にする場合の推奨比率は、 低温側3:高温側7
(修正レーレー数Rを同じにする場合)
である。
また、目地材の温度差が水平方向に230℃(-193℃〜37℃)、断熱パネル間の目地材の長さ(鉛直方向)が900mmである場合には、
分割の必要がない最大厚さは、 概ね100mm
2分割ですむ最大厚さは、 概ね200mm
2分割にする場合の推奨比率は、 低温側23.5:高温側76.5
となる。
For the joint material arranged on the vertical low-temperature surface (tank outer wall surface) as shown in FIG.
Assuming that the temperature difference of the joint material is 200 ° C (-163 ° C to 37 ° C) in the horizontal direction and the length of the joint material between the heat insulation panels (vertical direction) is 900 mm, the gas permeability coefficient k is 5 × 10 -8 ( m 2 ) when using conventional joint material
The maximum thickness that does not need to be divided is approximately 133 mm.
The maximum thickness that can be divided into two is approximately 300mm.
The recommended ratio when splitting into two is: Low temperature side 3: High temperature side 7
(When the corrected number of Rrays is the same)
It is.
In addition, when the temperature difference of the joint material is 230 ° C (-193 ° C to 37 ° C) in the horizontal direction and the length of the joint material between the heat insulation panels (vertical direction) is 900mm,
The maximum thickness that does not need to be divided is approximately 100 mm.
The maximum thickness that can be divided into two is approximately 200mm.
The recommended ratio when splitting into two is: Low temperature side 23.5: High temperature side 76.5
It becomes.
1 低温タンク
1a 外壁
10 断熱パネル
11 内層
21 外層
12 目地材
13 間仕切り材
S1・S2・S3… 区画
DESCRIPTION OF
Claims (9)
および、複数区画に分割された前記目地材のそれぞれについて、修正レーレー数が対流発生の臨界値を超えないように、該目地材の厚さおよびガス透過係数の上限が設定されたこと
を特徴とする目地部の構造 A structure of a joint portion provided between a plurality of heat insulating panels arranged on the outer wall of the low-temperature tank, wherein the joint material is divided into a plurality of sections by a surface orthogonal to the thickness direction of the joint material, That a partition material was provided between the joint materials ;
And, for each of the joint materials divided into a plurality of sections, the upper limit of the joint material thickness and gas permeability coefficient is set so that the corrected Rayleigh number does not exceed the critical value of convection generation, Structure of joints
および、前記目地材が、低反発フォームであるEPDM系半連続発泡体またはポリエーテル系軟質ウレタンであり、前記間仕切り材が、ガス遮断性を有する樹脂、金属箔、不織布、または和紙のうちいずれかであること
を特徴とする目地部の構造 A structure of a joint portion provided between a plurality of heat insulating panels arranged on the outer wall of the low-temperature tank, wherein the joint material is divided into a plurality of sections by a surface orthogonal to the thickness direction of the joint material, That a partition material was provided between the joint materials;
And the joint material is EPDM semi-continuous foam or polyether soft urethane, which is a low-resilience foam, and the partition material is any one of resin, metal foil, nonwoven fabric, or Japanese paper having gas barrier properties. Be
Structure of joints characterized by
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