JP6584433B2 - 極低温移送ホース - Google Patents

Description

本発明は、ホース・イン・ホース設計の極低温移送ホースおよびその製造方法に関する。

極低温移送ホースは、例えば特許文献１から、当技術分野ですでに知られており、特許文献１では基本的な種類の極低温移送ホースが記載され、それは、内側ホースと、内側ホースの周りに配置された外側ホースと、を含む。これらの２つのホースの間の空間には、絶縁材料が配置されている。

特許文献２では、外管と、内管構造と、絶縁層と、を含む極低温移送用のホースが記載されている。外管は、ゴム層と補強層とから成り、内管構造は、管状体を含む。絶縁層は、内管構造に組み込まれる、および／または内管構造と外管との間に配置される。内管構造の部品は、全て互いに対して動くことができる、すなわち、それらは互いに、結合されない、あるいは接着固定されない。これは、層が、内管構造の屈曲の際に互いに対して動くことができるようにするためである。

この種の複合ホースは、フィルムを重ね巻きすることによって締め付けられる。その結果として、構造は共に結合されない。これは、完全でない密封シール、いわゆる「ラビリンスシール」、をもたらし、少量の液体が、重なりの間におよび構造内に入り込み得る。「ラビリンスシール」は、１００％タイトではない。それは、漏水率を減少させるだけである。ホースが極低温用途に使用されるとき、これは問題となる。重なりの間に残った液体が、ホースのウォームアップの際に液体から蒸気に変化するからである。これは、ホースを著しく損傷し得る。

極低温流体に適するホースの別の例は、特許文献３に開示されている。このホースは、漏れを検出する手段を備え、言ってみると漏れがこの種のホースで発生する。それは、液化窒素ガスがほとんど通過しない絶縁層をさらに備える。よりタイトなホースが望ましいことは、明らかである。

さらなる背景技術について、特許文献４および特許文献５も同じく言及されるべきである。

上記から、改善の余地があることは明らかである。

国際公開第２００８／０７１６３７Ａ２ 国際公開第２００８／０１７８６８Ａ２ 米国特許出願公開第２０１１／００１７３３７Ａ１ 米国特許第３８４５９７４Ａ 米国特許出願公開第２０１０／０１８３３７Ａ１

本発明の目的は、従来技術よりも改善した、および上述の欠点を解消または少なくとも緩和する、新しい種類の極低温移送ホースを提供することである。

この目的は、添付の請求項１に定められる極低温移送ホースによって今では達成されており、好ましい実施形態が従属請求項に記載されている。その目的は、添付の請求項１８に記載の方法によっても達成される。

本発明の第１態様では、以下を備える極低温移送ホースが提供される：極低温流体用の流路を定める内側ホース、内側ホースを囲む外側ホース、および外側ホースと内側ホースとの間に配置された中間絶縁要素。絶縁要素は、多層構造を備え、それぞれの層は、オープン構造材料を含む。オープン構造材料と組み合わせられた多層構造は、好ましい絶縁性能を有するホースを提供する。

好ましくは、オープン構造材料は、３Ｄファブリックを備える。これは有利である。それは、この種のホース構造で使用される従来技術のファブリックよりも多くの絶縁空気を含み得るからである。

好ましい実施形態では、３Ｄファブリックは、ポリマー材料を備え、それは好ましくはＰＥＴである。ポリマー材料を使用することは有利である。それは低温で十分可撓性を有するからである。さらに、ＰＥＴは、極低温で、脆弱にならずに、特に可撓性を有したままである材料である。ＰＥＴの別の利点は、その優れた耐疲労性と、それが極低温で脆くならないことである。それは編物ファブリックであるので、それは、曲げおよび圧縮の後で、その厚さと他の特性とを保つ。ＰＥＴファブリックは、可撓性と圧縮能力の好ましい組み合わせを特徴とする。

別の実施形態では、絶縁要素は、いくつかの層を備え、好ましくは５０層までであり、３‐２０層が最も好ましい。オープン構造絶縁材料のそれぞれの層の厚さは、２‐２０ｍｍの範囲であってよい。層の数は、極低温移送ホースの直径によって決まり、ホースの可撓性を依然として維持しながら、絶縁効果を最大限に高めるのに役立つ。

一実施形態では、内側ホースは、約５００ｍｍ（２０インチ）の内径を有し、この実施形態では絶縁要素は７〜９、好ましくは８、層を備え、そのそれぞれが約７ｍｍの厚さである。これは、絶縁のそれほど多くない層のために、絶縁性能と可撓性との好ましい組み合わせを有する５００ｍｍ（２０インチ）ホースを提供する。

別の実施形態では、中間絶縁要素は、ホースに沿って延びる本体絶縁部と、ホースのそれぞれの端に配置された端部と、を備える。本体部は可撓性を有し、端部は非可撓性である。この構造の利点は、極低温移送ホースの本体部は可撓性を有するが、非可撓性端部は２つのホースの予想される相互接続の安定性を提供することである。

好ましくは、中間絶縁要素の本体部は、オープン構造材料を含み、端部は、金属部および絶縁部を備える。これは、ホース全体を良好に絶縁し、ホースの大部分が可撓性を有し、金属部のおかげで、端部は、ホースを、別の極低温移送ホースと相互接続するのに十分安定にする。

金属部は、アルミニウムを含んでよく、それは、軽量であるという利点を有する。

好ましい実施形態では、フィルムが、絶縁要素の絶縁層の各対の間に挟まれる。フィルムの厚さは、５０μｍ〜０．５ｍｍの範囲であってよい。フィルムの利点は、熱対流を制限することによって、それがホースの絶縁を高めることである。それは、障壁を作り出し、渦形成を制限する。

好ましくは、絶縁要素の絶縁層の各対の間に挟まれたフィルムは、ＵＨＭＷ‐ＰＥを含む。これは有利な材料である。それは耐摩耗性に優れているからである。一実施形態では、ＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムの厚さは、５０μｍ‐０．５ｍｍの範囲にある。

好ましい実施形態では、内側ホースは、結合シールスリーブを備える。結合シールスリーブは、ホースをほぼ完全にタイトにし、重大な損傷を引き起こし得るホース構造に入り込むことがないことを保証する。ほぼ完全にタイトなシールスリーブがあることの利点は、液体が構造に入り込むことができず、ホースに損傷を引き起こさないことである。好ましくは、結合シールスリーブは、ＵＨＭＷ‐ＰＥを含み、それは、耐摩耗性に優れているので、有利な材料である。ＵＨＭＷ‐ＰＥの他の利点は、極低温でも、非常に優れた耐疲労性である。この材料は、周囲温度で低溶融温度および機械的特性を有し、このことによって、それがホースの製造プロセスに有利になる。

一実施形態では、内側ホースは、ＰＥＴファブリック、ＰＴＦＥフィルムおよびＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムの層で構成される。この設計の利点は、ＰＥＴファブリックが構造を絶縁して静水圧を支えるのに寄与することである。さらに、それはホースの絶縁に寄与し、ＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムはシールスリーブを形成し、ＰＴＦＥフィルムは、ＰＥＴファブリックとＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムとの間の保護障壁を形成する。製造中、この障壁構造は有利である。それは、溶融ＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムがＰＥＴファブリックに浸透しないことを、意味するからである。好ましくは、ＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムの厚さは、５０μｍ‐２ｍｍの範囲にあり、ＰＴＦＥフィルムの厚さは、１２．７μｍ‐０．５ｍｍの範囲であってよい。

本発明の第２態様では、極低温移送ホースの製造方法が、提供される。その方法は、極低温流体用の流路を定める内側ホースを提供するステップと、内側ホースを囲む外側ホースを提供するステップと、内側ホースと外側ホースとの間に挟まれる絶縁要素を配置するステップと、を含む。絶縁要素は、多層構造として形成され、それぞれの層が、オープン構造絶縁材料を含む。

本発明の実施形態が、以下に記載される。添付の図式的図面が参照され、それは、発明概念がどのように実行に移されるかについての非限定的例を示す。

極低温移送ホースの軸方向断面であり、２つのホース部分が接続される結合部を示している。 極低温移送ホースの断面である。 拡大した図２に示されている中間絶縁要素の断面部分である。 拡大した、図２に示されている、内側ホースの断面部分であり、結合シールスリーブ、および製造プロセス後に取り除かれる異なる材料の複数の層を含んでいる。

特定の実施形態が、これから以下により完全に記載され、添付図面が参照される。本発明は、しかしながら、多くの異なる形態で具体化されてよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈すべきでない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底的で完全であるように、および本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、例として提供される。

ホース・イン・ホース概念は、被搬送流体と接触する内側ホースと、補強外側ホースと、を典型的に含む。内側ホースと外側ホースとは、環状絶縁ボリュームによって分けられる。

内側ホースは、極低温で可撓性を有したままであり、静水圧を支え、一方、外側ホースは、アセンブリを補強および強化し、重度の外部荷重を支え、および圧力から生じる伸びを制限する（いわゆる「エンドキャップ効果」のため）。

外側ホースは、マリンボンドホース技術に基づき、それは、鋼製ケーブルおよび鋼製リングで補強されたゴムで作られている。それらの材料が持ちこたえることができる最低温度は、−５０℃である。

ホース・イン・ホース設計は、絶縁アニュラスを充填する材料についての特定の要件につながる。第１に、絶縁の熱的性能は、熱侵入および従ってボイルオフガス生成を制限しながら、外側ホース部品を−５０℃を上回るように維持できることが、望ましい。絶縁材料の等価熱伝導率は、１００ｍＷ／ｍＫ未満である必要がある。第２に、絶縁材料は、極低温で可撓性を有したままであることが、望ましい。第３に、ホースが圧力を受けているとき、内側ホースと外側ホースとの間の応力分布は、絶縁材料上に内側ホースによって加えられる接触圧力をもたらし、それは、絶縁厚さを減少させる傾向がある。絶縁性能を維持するために、材料が高圧縮剛性を呈することが、望ましい。

絶縁、またはスペーサー、ホースのファブリックは、好ましくは、２つの壁を含み、両方の壁をつないでいるマルチフィラメント糸および多数のモノフィラメント糸で編まれた、二重壁編物ファブリックである。

ＰＥＴの糸は、その優れた疲労性能、および極低温で働く性能のために、絶縁材料として選択される。この材料は、極低温での可撓性と、高圧縮剛性と、を併せ持った直交異方性特性を呈する。この材料のオープン構造は、本質がアニュラスから酸素および水分を取り除くことにある、迅速アニュラスブランケットを可能にする。潜在的天然ガス浸透も、容易に排気される。５００ｍｍの内径を有するホースについて、絶縁アニュラスは、３Ｄファブリックの８層で充填されることができ、３Ｄファブリックの８層は、それぞれ６ｍｍ厚さであり、自然対流を低減するようにＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムによって隔てられる。

図１および２に関し、本発明の実施形態に従った沖合用の２つの極低温移送ホース１の接続部の断面が、示されている。２つのホース１またはホースアセンブリは、図１では非可撓性端部８を介して相互接続され、極低温流体用のオープン流路３を作り出している。

図２では、本発明の実施形態に従った極低温移送ホースの断面が、示されている。ホース１は、「ホース・イン・ホース」概念に基づき、極低温ホースが、環状絶縁ボリュームによって隔てられた内側ホースと外側ホースとを備えている。内側ホースは、内側ホースを完全にシールする薄い結合シールスリーブを備えてよい。シールスリーブがほぼ完全にタイトであるので、流体は、ホース構造内に入り込むことができない。スリーブの回旋形状および薄い厚さの結果として、それは、極低温で可撓性を有したままである。極低温移送ホース１は、内側ホース２と、外側ホース４と、中間絶縁要素５と、を含む。外側ホース４は、鋼製ケーブルおよびリング１４で補強された、例えば主に天然ゴムである、軟質ゴムを備える。内側ホース２は、螺旋ワイヤ１５の２つの層によって取り巻かれ、それは、内側ホース２に回旋状の外観を与え、ホース１の可撓性を高める。

中間絶縁要素５は、本体絶縁部７と、ホース１の両端に配置された端部８と、を含む。本体絶縁部７は、ホース１に沿って延び、可撓性を有し、一方、端部８は、２つの隣り合うホース部分の間に安定した相互接続を形成するように、非可撓性である。本体絶縁部７は、多層オープン構造絶縁材料を含み、それは、ＰＥＴを含んでいる３Ｄファブリックを含み、図３により詳しく示され、これに関連してより徹底的に記載されている。多層構造の層６の数は、ホース１の直径によって決まり、ホース１の絶縁と可撓性との好ましい組み合わせを提供する。

実施された試験は、絶縁材料の７‐９層、特に８つの３Ｄファブリック層、が有利な結果を証明することを示している。変形では、変更された絶縁層構造が使用され、内側ホースを覆うフリース材料の１つの層、およびそしてフリース層を覆う８つの３Ｄファブリック層を含んでいる。

非可撓性端部８は、金属部を含み、それは好ましくはアルミニウムを含む。さらに、非可撓性端部８は絶縁部を有し、絶縁部は、好ましくは硬質フォームを含むが、それは、少なくともある程度、可撓性繊維状フリース材料、またはオープン構造絶縁材料も含み得る。非可撓性端部８も絶縁を備えるので、ホース１の大部分は絶縁され、冷たさが構造から漏れ得る部分はほとんどない。

図３は、中間絶縁要素５の多層オープン構造絶縁材料の一部の一例を、拡大して示す。この実施形態では、絶縁要素５は、絶縁材料（すなわちオープン構造３Ｄファブリック材料）の４つの層６を備える。一実施形態では、中間絶縁要素５のオープン構造絶縁材料は、ポリマー材料を含み、それは好ましくはＰＥＴである。オープン構造絶縁材料の厚さ（すなわち１つの絶縁層６）は、好ましくは２ｍｍ‐２０ｍｍの範囲にある。５００ｍｍ（２０インチ）直径ホースでは、オープン構造絶縁材料の厚さは、好ましくは６ｍｍである。絶縁要素５の層の数は、ホース１の直径によって異なるが、全てのホースは、絶縁５が材料のいくつかの層６を備えるという共通点がある。５００ｍｍ（２０インチ）ホースでは、絶縁の７つの層６が、好ましい。絶縁層６の好ましい数は、他の実施形態では２〜５０の範囲であり得る。

３Ｄファブリックのそれぞれの層６の間に、プラスチックフィルム１０が挟まれる。このフィルム１０は、一実施形態では、好ましくはＵＨＭＷ‐ＰＥを含んでいるプラスチックフィルムであり得る。フィルム１０の厚さは、好ましくは５０μｍ‐０．５ｍｍの範囲にある。５００ｍｍ（２０インチ）直径ホースの場合では、フィルム１０の厚さは、好ましくは８０μｍである。フィルム１０は、熱対流を制限することによってホース１の絶縁を向上させるために構造内に提供される。フィルム１０は、熱対流用の障壁を形成する。それは、渦形成も制限し、こうしてホース１の絶縁性能を向上させる。

中間絶縁要素５の製造プロセス中に、窒素ガスが好ましくは絶縁層６を通過し、絶縁要素５が完全にシールされる前に、空気（すなわち酸素および水分）を取り除く。空気除去の理由は、中間絶縁要素５の内部の氷生成を回避するためである。そのような氷生成は、絶縁性を低減するからである。

図４は、極低温移送ホース１の一実施形態の製造プロセスの一部中の内側ホースを構成している材料の異なる層を示す。この実施形態では、製造プロセスは、以下のステップを備える：マンドレルに異なる材料を巻くステップ、アセンブリを加熱するステップ、いくつかの層を取り除くステップ、巻く、加熱する、取り除く、および層の所望の数が実現するまでそのように続けるステップ。マンドレルに巻かれた材料は、この実施形態では、ホースの内側から順に、鋼線１５、ファブリック１２の２つの層、第１のフィルム１３の１つの層、第２のフィルム１１の２つの層、第１のフィルム１３の１つの層、ファブリック１２の１つの層、およびＰＡテープ１６、である。

異なる材料１１，１２，１３，１５，１６の層を巻いた後で、内側ホース２構造全体は、第２のフィルム１１の融点を上回る点まで加熱される。第２のフィルム１１は、こうして溶融されるが、第２フィルム１１からファブリック１２を離す第１のフィルム１３のおかげで、ファブリック１２に溶融フィルム１１が進入しない。内側ホース２構造は、それから室温に戻るように冷まされ、その後、ＰＡテープ１６、ファブリック１２の最後の層、および第１のフィルム１３の最後の層が、取り除かれる。

製造プロセスは、ファブリック１２の２つの追加の層、第１のフィルム１３の１つの層、第２のフィルム１１の２つの層、第１のフィルム１３の１つの層、ファブリック１２の１つの層、およびＰＡテープ１６、を巻くことによって進行する。ホース構造２は再び加熱され、フィルム１１のさらなる層が溶融される。この巻き、加熱／溶融、除去および冷却プロセスは、層の所望の量が実現するまで繰り返される。さらに、製造プロセスは、外側鋼線１５を巻くことによって終了する。

流体移動阻止シールが、こうしてフィルム１１の溶融層（結合シールスリーブ１１とも称される）によって内側ホース２に実現する。これは、流体が構造に入り込むリスクを低下させ、および従って流体が液体から気体に変化する際にホースを損傷するリスクを低下させる、極低温移送ホース１を提供する。

第１のフィルム１３は、ＰＴＦＥを含み、このフィルム１３の厚さは、１２．７μｍ‐０．５ｍｍの範囲にある。第２のフィルム１１は、ＵＨＭＷ‐ＰＥを含み、１００％タイトである結合シールスリーブ１１を形成する。ＵＨＭＷ‐ＰＥフィルム１１の厚さは、５０μｍ‐２ｍｍの範囲にある。鋼線１５の直径は、２ｍｍ‐２０ｍｍの範囲にある。ファブリック１２は、ＰＥＴを含む。ＰＥＴ‐ファブリック１２の厚さは、０．５５ｍｍである。ＰＡテープは、高張力下で重なり合って巻かれる。ＰＡテープは、鋼線と同じピッチで巻かれる。

本発明の実施形態に従った３Ｄ絶縁の極低温移送ホースが、従来の種類の極低温移送ホースと比較して試験された。試験された３Ｄ絶縁ホースは、ＰＥＴ‐ファブリック、ＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムおよびＰＴＦＥフィルムの層を備える内側ホース、中間３Ｄ絶縁要素、および最後にゴム材料の外側ホース、によって構成された。外側ホースは、鋼製ケーブルおよびワイヤ補強を有した。３Ｄ絶縁要素は、ＰＥＴの３Ｄファブリックの層で構成された。試験された従来技術のホースは、基本的に背景技術で言及された特許文献１で開示された種類のものであり、それは、内側ホースおよび外側プラスチックホースによって構成された。内側ホースと外側ホースとの間に、フリース絶縁材料が配置された。

極低温での圧縮剛性および崩壊圧の試験が、実施された。これらの絶縁試験の結果は、以下の表に示される。

これらの試験から、３Ｄ絶縁要素は本発明の実施形態に従って構成されたホースの特性を向上させることが分かる。

当然のことながら、発明概念は上記の実施形態に限定されず、多くの変更が、添付の請求項に記載された発明の範囲内で実現可能である。記載されているように、層の数は、絶縁要素およびホース寸法内で異なってよく、壁の厚さ等も同様に異なってよい。

Claims (15)

1. ホース・イン・ホース設計であり、沖合用に構成される、極低温移送ホースであって、前記ホースは、
   極低温流体用の流路を定める内側ホースと、
   前記内側ホースを囲む外側ホースと、
   前記外側ホースと前記内側ホースとを隔てる環状絶縁ボリューム中で前記外側ホースと前記内側ホースとの間に挟まれる中間絶縁要素と、
   を備え、
   前記中間絶縁要素は多層構造を備え、それぞれの層がオープン構造絶縁材料を含み、前記オープン構造絶縁材料は３Ｄファブリックを含む、極低温移送ホース。
2. 請求項１に記載の極低温移送ホースであって、前記３Ｄファブリックは、ポリマー材料を含む、極低温移送ホース。
3. 請求項１または２に記載の極低温移送ホースであって、前記中間絶縁要素は、５０層まで備え、前記オープン構造絶縁材料のそれぞれの層の厚さは２‐２０ｍｍの範囲である、極低温移送ホース。
4. 請求項３に記載の極低温移送ホースであって、前記内側ホースは、約５００ｍｍ（２０インチ）の内径を有し、前記中間絶縁要素は７層を備え、そのそれぞれが約７ｍｍの厚さを有する、極低温移送ホース。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の極低温移送ホースであって、前記中間絶縁要素は、前記ホースに沿って延びる本体絶縁部と、前記ホースのそれぞれの端に配置された端部と、を備え、前記本体絶縁部は可撓性を有するが、前記端部は非可撓性であり、前記本体絶縁部は前記オープン構造材料を含み、前記端部は金属部を備える、極低温移送ホース。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の極低温移送ホースであって、フィルムが、前記中間絶縁要素の絶縁層の各対の間に挟まれる、極低温移送ホース。
7. 請求項６に記載の極低温移送ホースであって、前記フィルムは、プラスチックフィルムである、極低温移送ホース。
8. 請求項６または７に記載の極低温移送ホースであって、前記フィルムの厚さは５０μｍ‐０．５ｍｍの範囲にある、極低温移送ホース。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の極低温移送ホースであって、前記内側ホースは結合シールスリーブを備える、極低温移送ホース。
10. 請求項９に記載の極低温移送ホースであって、前記結合シールスリーブはＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムを含む、極低温移送ホース。
11. 請求項１０に記載の極低温移送ホースであって、前記内側ホースは、ＰＥＴファブリックと、ＰＴＦＥフィルムと、前記ＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムと、の層で構成される、極低温移送ホース。
12. 請求項１１に記載の極低温移送ホースであって、前記ＵＨＭＷ‐ＰＥフィルムの厚さは、５０μｍ‐２ｍｍの範囲にある、極低温移送ホース。
13. 請求項１１に記載の極低温移送ホースであって、前記ＰＴＦＥフィルムの厚さは、１２．７μｍ‐０．５ｍｍの範囲にある、極低温移送ホース。
14. 請求項１に記載の極低温移送ホースを製造する方法であって、
    （ｉ）極低温流体用の流路を定める前記内側ホースを提供するステップと、
    （ｉｉ）前記内側ホースを囲む前記外側ホースを提供するステップと、
    （ｉｉｉ）前記内側ホースと前記外側ホースとの間に挟まれる前記中間絶縁要素を配置するステップであって、前記中間絶縁要素が多層構造として形成され、それぞれの層がオープン構造絶縁材料を含む、ステップと、
    を含む方法。
15. 極低温液体を運ぶための請求項１〜１３のいずれかに記載の極低温移送ホースの使用。

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