特開 2021-143758 二重殻円筒形液体水素タンク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-143758(P2021-143758A)

(43)【公開日】2021年9月24日

(54)【発明の名称】二重殻円筒形液体水素タンク

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/08 20060101AFI20210827BHJP

   B65D 90/06 20060101ALI20210827BHJP

   E04H 7/06 20060101ALI20210827BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/08 302E

   B65D90/06 Z

   E04H7/06 303

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-68432(P2020-68432)

(22)【出願日】2020年4月6日

(31)【優先権主張番号】特願2020-40711(P2020-40711)

(32)【優先日】2020年3月10日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】519440124

【氏名又は名称】伊藤 禎彦

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】特許業務法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 禎彦

【テーマコード（参考）】

3E070

3E170

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E070AA03

3E070AA08

3E070AB31

3E070DA01

3E070DA03

3E070NA04

3E070NA10

3E170AA03

3E170AA08

3E170AB28

3E170DA01

3E170DA03

3E170NA03

3E170NA10

3E172AA03

3E172AA06

3E172AB01

3E172AB04

3E172BA06

3E172BB04

3E172BB12

3E172BB17

3E172BD05

3E172CA08

3E172CA10

3E172CA24

3E172DA04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】内槽底部支持構造の断熱性能を大幅に改善した大型の二重殻円筒形液体水素タンクを提供する。
【解決手段】二重殻円筒形液体水素タンクは、内槽と、外槽と、外槽の底板と内槽の底板との間に設けられる内槽底部支持構造３０とを備える。内槽と外槽との間の空間は真空に保たれる。内槽底部支持構造は、外槽の底板上に同じ高さの複数個の筒状体３３ａを行方向及び列方向に並べて載置した下部筒状体配列３３と、下部筒状体配列上に載置した下部敷板３４と、下部敷板上に同じ高さの複数個の筒状体３５ａを行方向及び列方向に並べて載置した上部筒状体配列３５と、上部筒状体配列上に載置した上部敷板３６とを備える。下部筒状体配列を構成する各筒状体３３ａの中心と、上部筒状体配列を構成する各筒状体３５ａの中心とは、行方向又は列方向にずれた位置関係となっている。内槽の底板は上部敷板上に載置される。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

底板、側板及び屋根板を有する内槽と、底板、側板及び屋根板を有する外槽と、前記外槽の底板と前記内槽の底板との間に設けられる内槽底部支持構造とを備え、前記内槽と前記外槽との間の空間を真空に保つ二重殻円筒形液体水素タンクであって、
前記内槽底部支持構造は、
前記外槽の底板上に設けられた断熱コンクリートからなる平盤状の底部支持部と、
前記底部支持部上に設けられ、その外縁部が前記外槽の側板に溶接された床板と、
前記床板上に同じ高さの複数個の筒状体を行方向及び列方向に並べて載置した下部筒状体配列と、
前記下部筒状体配列上に載置した下部敷板と、
前記下部敷板上に同じ高さの複数個の筒状体を行方向及び列方向に並べて載置した上部筒状体配列と、
前記上部筒状体配列上に載置した上部敷板とを備え、
前記下部筒状体配列を構成する各筒状体の中心と、前記上部筒状体配列を構成する各筒状体の中心とは、前記行方向又は前記列方向にずれた位置関係となっており、
前記内槽の底板が前記上部敷板上に載置される、二重殻円筒形液体水素タンク。

【請求項2】

前記内槽底部支持構造は、さらに、
前記床板上に設けられ、前記下部筒状体配列の最外縁部に接してこの下部筒状体配列を囲む下部堰板と、
前記下部敷板上に設けられ、前記上部筒状体配列の最外縁部に接してこの上部筒状体配列を囲む上部堰板とを備える、請求項１に記載の二重殻円筒形液体水素タンク。

【請求項3】

前記各筒状体は断面形状が同一直径の円である円形筒状体であり、
前記上部筒状体配列を構成する各筒状体の中心は、前記下部筒状体配列を構成する各筒状体の中心に対して、前記円の半径の長さだけ前記行方向又は前記列方向にずれて位置している、請求項１または２に記載の二重殻円筒形液体水素タンク。

【請求項4】

前記各筒状体の材質は、ガラス繊維強化プラスチックである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二重殻円筒形液体水素タンク。

【請求項5】

前記外槽の底板は、複数のアンカーボルトを介して基礎に密着固定されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二重殻円筒形液体水素タンク。

【請求項6】

前記床板は、複数のアンカーボルトを介して前記底部支持部に密着固定されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二重殻円筒形液体水素タンク。

【請求項7】

底板、側板及び屋根板を有する内槽と、底板、側板及び屋根板を有する外槽と、前記外槽の底板と前記内槽の底板との間に設けられる内槽底部支持構造とを備え、前記内槽と前記外槽との間の空間を真空に保つ二重殻円筒形液体水素タンクであって、
前記内槽底部支持構造は、
前記外槽の底板上に同じ高さの複数個の筒状体を行方向及び列方向に並べて載置した下部筒状体配列と、
前記下部筒状体配列上に載置した下部敷板と、
前記下部敷板上に同じ高さの複数個の筒状体を行方向及び列方向に並べて載置した上部筒状体配列と、
前記上部筒状体配列上に載置した上部敷板とを備え、
前記下部筒状体配列を構成する各筒状体の中心と、前記上部筒状体配列を構成する各筒状体の中心とは、前記行方向又は前記列方向にずれた位置関係となっており、
前記内槽の底板が前記上部敷板上に載置される、二重殻円筒形液体水素タンク。

【請求項8】

前記外槽の底板は、複数のアンカーボルトを介して基礎に密着固定されている、請求項７に記載の二重殻円筒形液体水素タンク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、真空断熱方式の二重殻円筒形液体水素タンクに関し、特に内槽の底部断熱支持構造に焦点を当てたものである。

【背景技術】

【0002】

液化天然ガス（ＬＮＧ）を低温にて大量に貯蔵するＬＮＧタンクが知られている。現在、ＬＮＧは火力発電のエネルギー源となっており、ＬＮＧタンクは大型化が進み、２０万ｍ^３の容積のものも提供されている。

【0003】

ＬＮＧタンクは、設置場所に応じて地上用、地下用、タンカー用がある。また、その形状から、球形、円筒形、角形タンクがある。さらに、その断熱構造から、二重殻式、メンブレン式タンクがある。ＬＮＧタンクの構造は、概ね、ＬＮＧを貯蔵する内槽と、内槽を取り囲む外槽とを備え、内槽と外槽との間の空間に大気圧窒素雰囲気で粉状パーライト層、ポリウレタン層、泡ガラス層などの断熱層を設けている。

【0004】

本願発明が対象とするものは、ＬＮＧではなく、液体水素である。液体水素は水素ガスを液化したものであり、液体水素タンクは液体水素を貯蔵するものである。水素ガスは燃焼しても炭酸ガスを排出しないので、ＬＮＧに比べてより環境にやさしいクリーンなエネルギーである。このため、近い将来、本格的な水素燃料時代が到来すると思われる。この時には、貯蔵容量が数万ｍ^３以上もの大型液体水素タンクが必要になってくる。

【0005】

水素ガスの沸点は−２５３℃であり、ＬＮＧの沸点である−１６２℃よりも９１℃低い。液体水素はＬＮＧに比べて蒸発し易く、液体水素貯蔵時における蒸発ロスが大きい。このため、液体水素タンクには、ＬＮＧタンクの断熱性能よりも高い断熱性能が求められる。具体的には、ＬＮＧ船モス型球形タンクの断熱性能は１４Ｗ／ｍ^２程度であるが、液体水素タンクでは２Ｗ／ｍ^２程度が要求される。

【0006】

例えばＬＮＧタンクの断熱層の厚さが３００ｍｍである場合、液体水素タンクの断熱にＬＮＧタンクと同じ断熱材を使用したとすると、液体水素タンクの液体水素蒸発率（ＢＯＲ）をＬＮＧタンクのＬＮＧ蒸発率と同じにするためには、液体水素タンクの断熱層の厚さを３０００ｍｍにする必要がある。このような極端に厚い断熱層を設けることを回避するために、液体水素タンクには断熱性能が高い真空断熱の利用が必要になってくる。

【0007】

将来建造される大型液体水素タンクは、従来の大型ＬＮＧタンクの延長線上でその構造を改良し、発展させたものと予想される。因みに、現存する液体水素タンクとして最大容量のものはロケット発射用設備であり、国内では種子島に５４０ｍ^３の液体水素タンク、海外では米国ＮＡＳＡに３，２１８ｍ^３の液体水素タンクがある。両タンクとも内槽吊り下げ方式の構造で、パーライト真空断熱方式の陸上二重殻球形タンクである。現在において、１万ｍ^３を超えるような大型液体水素タンクは存在しない。

【0008】

特開２０１１−１２７６２４号公報（特許文献１）は、二重殻円筒形ＬＮＧタンクの構造を開示している。図１０は、この公報に開示された二重殻円筒形ＬＮＧタンクの構造を示している。この図を参照して、従来の二重殻円筒形ＬＮＧタンクの底部断熱支持構造を説明する。

【0009】

ＬＮＧタンクは、ＬＮＧを貯蔵している円筒形の内槽１と、内槽１を取り囲む円筒形の外槽２と、底部断熱支持構造３とを備える。内槽１は、底板１ａと、側板１ｂと、ドーム状の屋根板１ｃとを有し、外槽２は、底板２ａと、側板２ｂと、ドーム状の屋根板２ｃとを有する。外槽２の底板２ａは、基礎上に支持される。

【0010】

内槽１の底板１ａは、一般に、側板１ｂを下から支える板厚の大きいアニュラー板部と、アニュラー板部の内径側に位置する板厚の小さい内径側底板部とからなるが、ここでは両者を含めて底板と記す。以下において、両者の区別が必要なときには、アニュラー板部及び内径側底板部と記す。

【0011】

外槽２と内槽１との間の空間に断熱層が形成される。この断熱層は、外槽２の底板２ａと内槽１の底板１ａとの間に設けられる底部断熱支持構造３と、外槽２の側板２ｂ及び屋根板２ｃと、内槽１の側板１ｂ及び屋根板１ｃとの間に設けられる窒素ガス・粉状パーライト断熱層４とからなる。

【0012】

底部断熱支持構造３は、外槽２の底板２ａ上に設けられた平盤状のレベルコンクリートからなる底部支持部３ａと、この底部支持部３ａ上であって内槽１の底板１ａのアニュラー板部の下方に設けられたコンクリート製のリング状支持部３ｂと、リング状支持部３ｂの内径側であって底部支持部３ａ上に設けられた積層構造部３ｃとを有する。

【0013】

底部支持部３ａは、断熱コンクリート、例えば現場打設のパーライトコンクリートからなる。リング状支持部３ｂには、内槽１の側板自重、内槽１の屋根板自重、ＬＮＧ自重等の荷重がかかる。そのため、リング状支持部３ｂには断熱性及び高い支持強度が要求される。リング状支持部３ｂは、例えばパーライトコンクリートブロック、軽骨コンクリートブロックからなる。

【0014】

積層構造部３ｃは、多孔質断熱材３ｃ１と不陸調整材（キャッピング材）３ｃ２とを交互に積層し、この積層部の上に強度の高い硬質断熱材３ｃ３を配置したものである。積層構造部３ｃには、ＬＮＧ自重だけがかかる。多孔質断熱材３ｃ１は、例えば泡ガラスブロックである。強度の高い硬質断熱材３ｃ３は、例えば軽量気泡軽骨コンクリートである。

【0015】

内槽１の底板１ａは、リング状支持部３ｂ及び硬質断熱材３ｃ３上に載っている。言い換えれば、内槽１は、底部断熱支持構造３を介して基礎に支持されている。

【0016】

低温工学Ｖｏｌ．３８， Ｎｏ．５（２００３）１９３頁〜２０３頁に掲載された神谷祥二氏執筆の論文「液体水素輸送・貯蔵技術の開発」（非特許文献１）には、固体真空断熱方式の二重殻円筒形液体水素タンクの底部断熱支持構造が記載されている。この論文に記載のタンクでは、内槽と外槽との間の空間を真空にし、内槽の底板のアニュラー板部の下に位置するリング状支持部を、単一のコンクリート製にするのではなく、高密度ポリウレタンフォームブロックと、その上に位置する軽骨コンクリートブロックとの２層構造としている。

【0017】

リング状支持部には、液体水素荷重、内槽側板自重、内槽屋根板自重がかかるため、高い圧縮強度が求められる。それと同時に、高い断熱性能も求められる。非特許文献１に記載の構造では、断熱性能をある程度犠牲にして圧縮強度を高めた軽骨コンクリートブロックでまず大きな荷重を受け止め、次に高密度ポリウレタンフォームブロック等で軽骨コンクリートブロックからの荷重を受け止めるようにしている。軽骨コンクリートの圧縮強度及び熱伝導率は高密度ポリウレタンフォームよりも高い。そのため、圧縮強度は主として軽骨コンクリートが担い、断熱性は主として高密度ポリウレタンフォームが担う。内槽の底板の内径側底板部下方の断熱構造は、図１０に示したタンクとほぼ同様に、泡ガラス（フォームグラス）およびポリウレタンフォームからなっている。

【0018】

特開２００８−１６４０６６号公報（特許文献２）には、低温液化ガス貯蔵タンクの底部断熱支持構造として複数の筒状体を平面的に並設したものを使用している。

【0019】

国際公開ＷＯ２０１４／１７４８１９号公報（特許文献３）は、船舶に搭載されて液化ガスを貯蔵するタンクの支持構造を開示している。具体的には、真空断熱方式の二重殻横置き円筒形タンクにおいて、熱伝導率が低くて強度の高いガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）からなる筒状体を内槽と外槽との間に複数設けて、内槽が筒状体を介して外槽に支持される構造が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0020】

【特許文献1】特開２０１１−１２７６２４号公報

【特許文献2】特開２００８−１６４０６６号公報

【特許文献3】国際公開ＷＯ２０１４／１７４８１９号公報

【非特許文献】

【0021】

【非特許文献1】低温工学Ｖｏｌ．３８， Ｎｏ．５（２００３）１９３頁〜２０３頁に掲載された神谷祥二氏執筆の論文「液体水素輸送・貯蔵技術の開発」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0022】

非特許文献１に記載された固体真空断熱方式の二重殻円筒形液体水素タンクの底部断熱支持構造では、液体水素自重、内槽自重等の大きな荷重がかかるリング状支持部が、高密度ポリウレタンフォームブロックと、断熱性能をある程度犠牲にして圧縮強度を高めた軽骨コンクリートブロックとからなっている。すなわち、軽骨コンクリートブロックで大きな荷重を受け止め、次に軽骨コンクリートブロックを高密度ポリウレタンフォームブロックで受け止める構造になっている。

【0023】

軽骨コンクリートブロックの熱伝導率は、例えば常温で０．５２（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度であり、真空部の熱伝導率（例えば常温で０．００３（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度）の１７３倍にもなる。高密度ポリウレタンフォームの熱伝導率は常温で０．０２３（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度であり、真空部の熱伝導率に比べてはるかに大きい。そのため、リング状支持部で固体真空断熱方式を採用しても、液体水素タンクに要求される２Ｗ／ｍ^２程度の断熱性能を実用的な断熱厚さ（例えば１．５ｍ以内）で達成するのは難しい。

【0024】

高密度ポリウレタンフォームの熱伝導率は軽骨コンクリートブロックの熱伝導率よりもかなり小さいが、その圧縮強度が軽骨コンクリートブロックの圧縮強度（常温で４０ＭＰａ程度）に比べて格段に小さすぎるので、リング状支持部全体を高密度ポリウレタンフォームで構成することはできない。さらに、軽骨コンクリートブロック中に含まれる水分などからのアウトガスがあり、内槽と外槽との間の空間を高度な真空（例えば、０．０１Ｐａ〜０．０００１Ｐａ）に保つのが難しくなる。

【0025】

リング状支持部の内側の断熱支持構造部には、比重が０．０７１の液体水素の自重しかかからない。この断熱支持構造部は、泡ガラスブロックやポリウレタンフォームブロックからなる。泡ガラスの熱伝導率は常温で０．０４７（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度であり、ポリウレタンフォームの熱伝導率は常温で０．０２３（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度である。泡ガラスブロックを用いる断熱支持構造の場合、固体真空断熱方式を採用しても、この断熱部で２Ｗ／ｍ^２程度の断熱性能を実用的な断熱厚さで達成するのは困難である。また、ポリウレタンフォームブロックのみからなる断熱支持構造は採用し難い。なぜなら、ポリウレタンフォームの圧縮強度は常温で０．２９ＭＰａ程度であり、泡ガラスの圧縮強度（常温で１．６ＭＰａ程度）に比べてかなり小さいので、内槽完成時での内槽の水張試験ができなくなるおそれがある。

【0026】

特許文献３に開示された断熱支持構造の場合でも、外槽から内槽への熱の侵入を効果的に抑制することができない。このことをより詳しく説明する。内槽の外周面には、周方向に延びる帯状の補強板が溶接によって固定され、さらにこの補強板には内側嵌合部を有する内側部材が溶接によって固定されている。外槽の内周面には一対の円弧状のバーが溶接によって固定されている。一対の円弧状バーの間の領域で外槽の内周面に、外側嵌合部を有する外側部材が配置される。外側部材は一対の円弧状バーに挟まれた領域内で外槽の内周面に沿ってスライド可能である。ＧＦＲＰの筒状体の上方端部は内側嵌合部に嵌合し、下方端部は外側嵌合部に嵌合している。このような構造の場合、補強板と内側部材と筒状体の壁と外側部材とによって、内槽と外槽との間に熱橋ができている。

【0027】

ＧＦＲＰの熱伝導率はステンレス鋼の熱伝導率の４０分の１程度であるが、真空部の熱伝導率（例えば、０．００３Ｗ／ｍ・Ｋ）の１３３倍程度もあるので、外槽からこの熱橋を介して内槽に流入する伝熱量は少なくなく、高い断熱性能が要求される液体水素タンクにおいては好ましくない。複数個の筒状体が外槽の内周面全体および内槽の外周面全体を密に覆うようには配置されていないものの、断熱支持構造の断熱性能を改善する余地がある。

【0028】

二重殻円筒形液体水素タンクで真空断熱方式を採用する場合、大きな真空空間を確保しながら、かつ載荷力が大きい底部断熱支持構造をどのように作るかが大きな課題となる。熱伝導率があまりにも高いコンクリートブロックを含むリング状支持部を無くすような底部断熱支持構造が望まれる。

【0029】

そこで、本発明は、内槽を支持する内槽底部支持構造の断熱性能を大幅に改善した真空断熱方式の二重殻円筒形液体水素タンクを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0030】

一つの局面において、本発明に係る二重殻円筒形液体水素タンクは、底板、側板及び屋根板を有する内槽と、底板、側板及び屋根板を有する外槽と、外槽の底板と内槽の底板との間に設けられる内槽底部支持構造とを備え、内槽と外槽との間の空間を真空に保つものである。

【0031】

内槽底部支持構造は、外槽の底板上に設けられた断熱コンクリートからなる平盤状の底部支持部と、底部支持部上に設けられ、その外縁部が外槽の側板に溶接された床板と、床板上に同じ高さの複数個の筒状体を行方向及び列方向に並べて載置した下部筒状体配列と、下部筒状体配列上に載置した下部敷板と、下部敷板上に同じ高さの複数個の筒状体を行方向及び列方向に並べて載置した上部筒状体配列と、上部筒状体配列上に載置した上部敷板とを備える。

【0032】

下部筒状体配列を構成する各筒状体の中心と、上部筒状体配列を構成する各筒状体の中心とは、行方向又は列方向にずれた位置関係となっている。内槽の底板は上部敷板上に載置される。

【0033】

一つの実施形態では、内槽底部支持構造は、さらに、床板上に設けられ、下部筒状体配列の最外縁部に接してこの下部筒状体配列を囲む下部堰板と、下部敷板上に設けられ、上部筒状体配列の最外縁部に接してこの上部筒状体配列を囲む上部堰板とを備える。

【0034】

好ましくは、各筒状体は断面形状が同一直径の円である円形筒状体であり、上部筒状体配列を構成する各筒状体の中心は、下部筒状体配列を構成する各筒状体の中心に対して、円の半径の長さだけ行方向又は列方向にずれて位置している。

【0035】

各筒状体の材質は、例えば、ガラス繊維強化プラスチックである。外槽の底板は、複数のアンカーボルトを介して基礎に密着固定されている。

【0036】

好ましくは、床板は、複数のアンカーボルトを介して断熱コンクリートからなる平盤状の底部支持部に密着固定されている。

【0037】

他の局面において、本発明に係る二重殻円筒形液体水素タンクの内槽底部支持構造は、コンクリートからなる平盤状の底部支持構造を備えない。具体的には、この局面に係る二重殻円筒形液体水素タンクは、以下の構成を備える。

【0038】

二重殻円筒形液体水素タンクは、底板、側板及び屋根板を有する内槽と、底板、側板及び屋根板を有する外槽と、外槽の底板と内槽の底板との間に設けられる内槽底部支持構造とを備え、内槽と外槽との間の空間を真空に保つものである。

【0039】

内槽底部支持構造は、外槽の底板上に同じ高さの複数個の筒状体を行方向及び列方向に並べて載置した下部筒状体配列と、下部筒状体配列上に載置した下部敷板と、下部敷板上に同じ高さの複数個の筒状体を行方向及び列方向に並べて載置した上部筒状体配列と、上部筒状体配列上に載置した上部敷板とを備える。

【0040】

下部筒状体配列を構成する各筒状体の中心と、上部筒状体配列を構成する各筒状体の中心とは、前記行方向又は前記列方向にずれた位置関係となっている。内槽の底板は上部敷板上に載置される。

【0041】

好ましくは、外槽の底板は、複数のアンカーボルトを介して基礎に密着固定されている。

【発明の効果】

【0042】

上記構成の本発明によれば、内槽底部支持構造の断熱性能を大幅に改善した真空断熱方式の大型二重殻円筒形液体水素タンクを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明の一実施形態に係る二重殻円筒形液体水素タンクを示す図解図である。

【図2】内槽底部支持構造を拡大して示す図解図である。

【図3】床板上に載置された下部筒状体配列を示す図解的平面図である。

【図4】下部筒状体配列と上部筒状体配列とがずれた位置関係にあることを示す図解図である。

【図5】上部筒状体配列の円形筒状体と下部筒状体配列の円形筒状体とが列方向にずれて配置されている状態を示す図解図である。

【図6】上部筒状体配列の円形筒状体と下部筒状体配列の円形筒状体とが行方向及び列方向にずれて配置されている状態を示す図解図である。

【図7】上部筒状体配列の矩形筒状体と下部筒状体配列の矩形筒状体とが行方向及び列方向にずれて配置されている状態を示す図解図である。

【図8】本発明の他の実施形態に係る内槽底部支持構造を拡大して示す図解図である。

【図9】外槽の底板を基礎に固定するアンカーボルトに関連する構造を示す図解図である。

【図10】従来の二重殻円筒形ＬＮＧタンクを示す図解図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態に係る二重殻円筒形液体水素タンクの構成を説明する。各図において、同一の参照番号は同一の要素を示す。

【0045】

二重殻円筒形液体水素タンクは、底板１１、側板１２及びドーム状の屋根板１３を有する内槽１０と、底板２１、側板２２及びドーム状の屋根板２３を有する外槽２０と、外槽２０の底板２１と内槽１０の底板１１との間に設けられる内槽底部支持構造３０とを備える。内槽１０と外槽２０との間の空間は真空に保たれる。内槽１０は例えばステンレス鋼板からなり、内槽１０を取り囲む外槽２０は例えば普通鋼板からなる。外層２０の床板２１は、アンカーボルト５１を介して基礎５０上に密着固定される。内槽１０内に液体水素が貯蔵される。外槽２０は外圧座屈に対抗するために、側板２２及び屋根板２３の外表面に補強構造が設けられる。

【0046】

内槽１０の底板１１は、側板１２を下から支える板厚の大きいアニュラー板部と、アニュラー板部の内径側に位置する板厚の小さい内径側底板部とからなる。アニュラー板部の板厚は例えば３５ｍｍ程度であり、内径側底板部の板厚は例えば２０ｍｍ程度である。

【0047】

内槽底部支持構造３０は、外槽２０の底板２１上に設けられた断熱コンクリートからなる平盤状の底部支持部３１と、底部支持部３１上に設けられ、その外縁部が外槽２０の側板２２に溶接された床板３２と、床板３２上に載置した下部筒状体配列３３と、下部筒状体配列３３の上に載置した下部敷板３４と、下部敷板３４上に載置した上部筒状体配列３５と、上部筒状体配列３５の上に載置した上部敷板３６とを備える。内槽１０の底板１１は、上部敷板３６上に載置される。

【0048】

底部支持部３１は、レベルコンクリートであり、例えば現場打設のパーライトコンクリートからなる。底部支持部３１上に載る床板３２は、例えば普通鋼板からなる。床板３２と、外槽２０の側板２２と、外槽２０の屋根板２３と、内槽１０とで囲まれる空間は、真空に保たれる。そのため、床板３２は気密性を有するものでなければならない。上記の空間を高い真空度にするには、床板３２によって、レベルコンクリートからなる底部支持部３１からのアウトガスを遮断する必要があるからである。

【0049】

床板３２は、公知のタンク底板製作のように、多数の小板を並べて当接配置し、小板同士の継手を突合せ溶接して作られる。好ましくは、突合せ溶接は開先溶接であり、余盛はフラッシュイングされる。床板３２の外縁部は外槽２０の側板２２の内面に隅肉溶接される。

【0050】

外槽２０の底板２１をアンカーボルト５１を介して基礎５０に密着固定するのは、上記空間が真空になることに伴って底板２１が基礎５０からめくれ上がらないようにするためである。

【0051】

下部筒状体配列３３上に載る下部敷板３４、および上部筒状体配列３５上に載る上部敷板３６は、例えばステンレス鋼板からなる。

【0052】

図２〜図４に示すように、床板３２上に設けられる下部筒状体配列３３は、床板３２上に同じ高さの多数の筒状体３３ａを行方向及び列方向に並べて載置したものである。図３に示すように、碁盤目状に筒状体３３ａを並べた下部筒状体配列３３を平面視で見るとほぼ円形になる。図示した実施形態では、下部筒状体配列３３を構成する各筒状体３３ａは、同じ直径及び同じ高さで、その中心軸心が鉛直方向に向く円形筒状体であり、その材質は例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）である。ガラス繊維強化プラスチックの熱伝導率は、例えば、０．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、強度は４００ＭＰａ程度である。

【0053】

下部筒状体配列３３を下から支える床板３２には、下部筒状体配列３３の最外縁部に接してこの下部筒状体配列３３を囲む下部堰板３７が溶接固定されている。下部堰板３７の材質は、例えばステンレス鋼板である。下部堰板３７は、円形筒状体３３ａの配列をガイドするとともに、円形筒状体３３ａが行方向又は列方向に移動するのを抑制する。

【0054】

下部筒状体配列３３の上に載る下部敷板３４は、気密性を要しない。下部敷板３４は、公知のタンク底板製作のように、多数の小板を並べて当接配置し、小板同士の継手を突合せ溶接して作られる。好ましくは、突合せ溶接は開先溶接であり、余盛はフラッシュイングされる。突合せ溶接は部分溶け込み溶接であっても良い。また、溶接は、継手全体に亘って行っても良いし、適宜部分的（飛び石的）に行っても良い。下部敷板３４の板厚は、円形筒状体３３ａの中空部で下部敷板３４が載荷荷重により凹まない程度の剛性を有するように選ばれる。

【0055】

下部敷板３４上に設けられる上部筒状体配列３５は、下部敷板３４上に同じ高さの多数の筒状体３５ａを行方向及び列方向に並べて載置したものである。碁盤目状に筒状体３５ａを並べた上部筒状体配列３５を平面視で見ると、下部筒状体配列３３よりも小さいほぼ円形になる。上部筒状体配列３５を構成する各筒状体３５ａは、同じ直径及び同じ高さで、その中心軸心が鉛直方向に向く円形筒状体であり、その材質は例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）である。

【0056】

上部筒状体配列３５を下から支える下部敷板３４には、上部筒状体配列３５の最外縁部に接してこの上部筒状体配列３５を囲む上部堰板３８が溶接固定されている。上部堰板３８の材質は例えばステンレス鋼板である。上部堰板３８は、円形筒状体３５ａの配列をガイドするとともに、円形筒状体３５ａが行方向又は列方向に移動するのを抑制する。

【0057】

上部筒状体配列３５上に載る上部敷板３６は、気密性を要しない。上部敷板３６は、下部敷板３４と同様に、多数の小板を並べて当接配置し、小板同士の継手を突合せ溶接して作られる。上部敷板３６の板厚は、円形筒状体３５ａの中空部で上部敷板３６が載荷荷重により凹まない程度の剛性を有するように選ばれる。

【0058】

図４及び図５に示すように、下部筒状体配列３３を構成する円形筒状体３３ａの中心と、上部筒状体配列３５を構成する円形筒状体３５ａの中心とは、行方向又は列方向にずれた位置関係となっている。図示した実施形態では、下に位置する円形筒状体３３ａと上に位置する円形筒状体３５ａとは同じ直径であり、両者は列方向にずれた位置関係となっている。好ましくは、上部筒状体配列３５を構成する各円形筒状体３５ａの中心は、下部筒状体配列３３を構成する各円形筒状体３３ａの中心に対して、円の半径の長さだけ列方向にずれて位置している。このように上下に位置する円形筒状体３５ａ，３３ａを列方向又は行方向にずらした位置関係で配置することにより、断熱支持構造の断熱性能を大幅に向上させることができ、液体水素タンクの断熱性能として必要な２Ｗ／ｍ^２程度を達成することができる。このことについては、後に詳述する。

【0059】

内槽１０は、内槽底部支持構造３０及び外槽２０の底板２１を介して基礎５０上に支持される。内槽１０内に液体水素が貯蔵されると、内槽１０は冷却されて収縮し、内槽１０の底板１１は上部敷板３６上をタンク内側方向にスライドする。図示した内槽底部支持構造３０であれば、内槽１０の底板１１のアニュラー板部下方の真空部にコンクリートブロックが存在しない。従来技術の問題点として指摘したように、コンクリートブロックは、熱伝導率が高く断熱性能を低下させるとともに、真空度を低下させるアウトガスを発生する。

【0060】

また、液体水素の比重は０．０７と小さいが、内槽１０に液体水素を貯蔵したとき、内槽１０の側板１２に側圧が作用するため、内槽側板−アニュラー板部Ｔ継手部にモーメントがかかり、アニュラー板部外端部の下側エッジ部が上部敷板３６の上面に押し付けられ、側板直下ではアニュラー板部下面と上部敷板３６との間にわずかな隙間が生じる。すなわち、アニュラー板部外端部の下側エッジ部が上部敷板３６上面に突っ張る形となる。上部敷板３６は、軽骨コンクリートよりも強度が高くて硬いステンレス鋼板からなるので、この突っ張りを支障なく受け止めることができる。

【0061】

アニュラー板部下部には上述したように大きな荷重がかかるが、その内側に位置する内径側底板部の下部には液体水素自重がかかるだけである。そこで、アニュラー板部下部では、上部敷板３６、下部敷板３４及び円形筒状体３３ａ，３５ａの板厚を大きくし、内径側底板部の下部では、上部敷板３６、下部敷板３４及び円形筒状体３３ａ，３５ａの板厚を小さくすることができる。この場合、図２に示すように、上部敷板３６は、板厚の大きい部分と板厚の小さい部分とで段差を生じる構造となるが、この段差を調整するために、板厚の小さい部分の上に高密度ポリウレタンフォーム３９を配置する。高密度ポリウレタンフォーム３９は、アウトガスの発生がなく、通常のポリウレタンフォームよりも圧縮強度が高い。図示していないが、下部敷板３４についても、同様の構造を採用できる。

【0062】

床板３２上及び下部敷板３４上に多数の円形筒状体３３ａ，３５ａを載置する場合、例えば直径５００ｍｍ、高さ４００ｍｍ、肉厚１５ｍｍの１６個の円形筒状体を２ｍ×２ｍの矩形板に載置したブロックを作り、これを利用したブロック施工法が好ましい。

【0063】

断熱支持部の断熱性能を以下に詳細に説明する。

【0064】

内槽１０に液体水素を貯蔵している場合、内槽１０の底板１１に接触している上部敷板３６は約−２５３℃になり、外槽２０の底板２１上の底部支持部３１に接触している床板３２はほぼ常温の約２５℃になる。

【0065】

例えば、高さｈ（ｍ）、幅ｗ（ｍ）、肉厚ｔ（ｍ）のＧＦＲＰの壁がある場合、このＧＦＲＰの壁の伝熱量を計算してみる。ＧＦＲＰの熱伝導率を、例えば、０．４（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、温度差２７８℃（＝２５３＋２５）でのこの壁の伝熱量は１１１ｗｔ／ｈ（Ｗ）程度となる。これに対し、高さｈ／２（ｍ）、幅ｗ（ｍ）、肉厚ｔ（ｍ）のＧＦＲＰの壁に連なって、高さｈ／２（ｍ）、幅ｗ（ｍ）、肉厚ｔ（ｍ）の真空壁がある場合、真空部の熱伝導率を、例えば、０．００３（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、温度差２７８℃でのＧＦＲＰの壁と真空壁とからなる複合壁の伝熱量は２ｗｔ／ｈ（Ｗ）程度となる。後者の伝熱量は、前者の伝熱量の１．８％程度に過ぎない。

【0066】

図１〜図５に示した本発明の実施形態では、高さＨの筒状体３５ａからなる上部筒状体配列３５を、下部敷板３４を介して、高さＨの筒状体３３ａからなる下部筒状体配列３３上に重ね、上下の筒状体３５ａ，３３ａを半径の長さだけ、例えば列方向にずらして配置し、合計高さをほぼ２Ｈの断熱支持構造にしている。このような断熱支持構造であれば、高さ２Ｈの筒状体を一段に並べた一段筒状体配列からなる断熱支持構造に比べて、床板３２から上部敷板３６へ流れる伝熱量を大幅に下げることができる。

【0067】

すなわち、図５に示すように、上下の筒状体配列３５，３３の筒状体３５ａ，３３ａの位置を行方向又は列方向にずらすと、鉛直方向に見て上下のＧＦＲＰからなる筒状体３５ａ，３３ａが重なるのは上下の円筒壁が交差する領域である重なり部６０だけとなる。そして、鉛直方向に見て上下の筒状体３５ａ，３３ａの円筒壁が重ならない領域では、一方の筒状体の円筒壁が下部敷板３４を介して真空部に連なる状態になる。このため、上下の筒状体配列を鉛直方向に流れる伝熱量を大幅に下げることができる。

【0068】

本発明の実施形態のように高さＨの筒状体を半径の長さだけ行方向又は列方向にずらして上下２段に配置する断熱支持構造の伝熱量は、高さ２Ｈの筒状体を１段に配置する断熱支持構造の伝熱量の１３％程度になる。例えば、高さが４００ｍｍ、外径が５００ｍｍ、肉厚が１５ｍｍのＧＦＲＰ円形筒状体を用いた本発明実施形態の断熱支持構造の伝熱量は、温度差２７８℃で１．８Ｗ／ｍ^２程度である。

【0069】

大型液体水素タンクの場合、真空にすべき空間が巨大となるため、この巨大空間を高度に真空化することは容易ではなく、真空化のために多大な時間とコストを必要とする。本発明に係る内槽底部の断熱支持構造は板と筒状体の骨組だけによって構成されているので、その大部分が気体空間である。他方、非特許文献１に記載された液体水素タンクの内槽底部断熱支持構造は、多数のポリウレタンフォームブロックや泡ガラスブロックの積層構造を含むものであり、ブロック間にはわずかな隙間が多数生じている。この真空化の排気においては、狭い隙間に気体が滞留しやすいため、非特許文献１の液体水素タンクでは積層構造部を高度に真空化するのは容易ではない。すなわち、真空化の対象となる空間が単なる気体空間であるのか、あるいは積層断熱層を含む空間であるのかは、空間の真空化の難易度に大きく影響する。

【0070】

例えば、タンクに比べてスケールが格段に小さい低温用真空パネル（ＶＩＰ）でさえ、空間の高度な真空を容易に達成するために、コア部のポリウレタンフォームブロック自体に排気用通気孔を設けたりするからである。本発明に係る内槽底部の断熱支持構造であれば、従来技術のポリウレタンフォームブロックなどの積層断熱層を含む断熱支持構造に比べて、格段に空間の真空化が容易になる。

【0071】

下部敷板３４と側板２２との間には長さＤ_１の真空部が確保され、上部敷板３６と側板２２との間には長さＤ_２の真空部が確保されている。このため、側板２２から下部敷板３４、上部敷板３６に向かう水平方向の伝熱量は小さくなる。例えば、Ｄ_２の長さが６００ｍｍの場合、側板２２から上部敷板３６への水平方向の伝熱量は、上部敷板３６の温度を−２５３℃、真空部の熱伝導率を０．００３Ｗ／ｍ^２として、１．４Ｗ／ｍ^２程度である。

【0072】

図６は、本発明の第２の実施形態に係る内槽底部支持構造を示す図解図である。この実施形態では、上部筒状体配列を構成する各円形筒状体３５ａの中心が、下部筒状体配列を構成する各円形筒状体３３ａの中心に対して、円の半径の長さだけ行方向及び列方向の両方向にずれて位置している。この場合は、先に記載した第１実施形態の内槽底部支持構造に比べ、上下の円形筒状体３５ａ，３３ａの円筒壁の上下の重なり部７０の面積が少し大きくなるため、伝熱量の低減効果がやや劣るようになる。

【0073】

筒状体配列を構成する各筒状体の形状は円筒形に限定されない。例えば矩形状の筒状体を用いることも可能である。

【0074】

図７は、本発明の第３の実施形態に係る内槽底部支持構造を示す図解図である。この実施形態では、上下の筒状体配列を構成する各筒状体８１ａ，８２ａは、断面形状が正方形の正方形筒状体である。上部筒状体配列を構成する正方形筒状体８１ａの中心は、下部筒状体配列を構成する正方形筒状体８２ａの中心に対して、正方形の１辺の長さの半分の長さだけ行方向及び列方向の両方向にずれて位置している。この場合も、第１実施形態に比べて、上下の正方形筒状体８１ａ，８２ａの筒状体壁の重なり部８０の面積が少し大きくなるため、伝熱量の低減効果がやや劣るようになる。

【0075】

３つの実施形態のうち、断熱性能が最も優れるのは第１実施形態であり、第２実施形態と第３実施形態とは、断熱性能がほぼ同程度である。

【0076】

次に、ずれて位置する上部筒状体配列及び下部筒状体配列を備える内槽底部支持構造の載荷力について記載する。内槽底部支持構造は、内槽の重量と貯蔵された液体水素の重量の合計重量に耐えなければならない。そのため、下部敷板３４及び上部敷板３６の板厚を大きくして内槽１０の底板１１からの伝達荷重を均等に分散させるようにすることが必要である。この場合、内槽底部支持構造の載荷力は、上部筒状体配列と下部筒状体配列とがどれくらいずれているかに左右されずほぼ一定になる。言い換えれば、内槽底部支持構造の載荷力は、筒状体３３ａ，３５ａの高さ、外径、肉厚のみによって決まる。

【0077】

例えば、直径４０ｍの内槽の場合に、内槽底板のアニュラー部下部で内槽底部支持構造に係る荷重が大きく見積もって７ｋｇ／ｃｍ^２程度であるとする。ＧＦＲＰは強度が高いので、ＧＦＲＰ製筒状体３３ａ，３５ａの座屈荷重も大きい。したがって、内槽底部支持構造を上記の荷重に耐えるように設計することができる。

【0078】

本発明は、ＰＣ（プレストレスコンクリート）ＬＮＧタンクと同様なタイプのＰＣ液体水素タンクにも適用できる。

【0079】

なお、内槽の材質として、ステンレスに代えてアルミニウムを使用することもできる。

【0080】

上述した実施形態に係る二重殻円筒形液体水素タンクの内槽底部支持構造において、好ましくは、床板３２を、複数のアンカーボルトを介して、断熱コンクリートからなる平盤状の底部支持部３１に密着固定する。外槽２０と内槽１０との間の空間を真空に保つため、床板３２の特に外周縁に近い部分にめくれ上がらせようとする力が作用する。このめくれ上がらせる力に対抗するために、床板３２の特に外周縁に近い部分をアンカーボルトを介して底部支持部３１に密着固定しておくのが望ましい。

【0081】

上述した実施形態に係る二重殻円筒形液体水素タンクの内槽底部支持構造は、外槽の底板上に設けられたコンクリートからなる底部支持部３１と、この底部支持部３１上に設けられた床板３２とを備えていた。図８に示す他の実施形態に係る二重殻円筒形液体水素タンクの内槽底部支持構造は、底部支持部および床板を備えておらず、下部筒状体配列３３が外槽２０の底板２１上に載置されている。図８に示した他の実施形態において、前述の実施形態と同じ構成要素のものには同じ参照番号を付している。

【0082】

図８に示す二重殻円筒形液体水素タンクの内槽底部支持構造は、底板１１、側板１２及び屋根板１３を有する内槽１０と、底板２１、側板２２及び屋根板２３を有する外槽２０と、外槽２０の底板２１と内槽１０の底板１１との間に設けられる内槽底部支持構造３０とを備え、内槽１０と外槽２０との間の空間を真空に保つ。

【0083】

内槽底部支持構造３０は、外槽２０の底板２１上に同じ高さの複数個の筒状体３３ａを行方向及び列方向に並べて載置した下部筒状体配列３３と、下部筒状体配列３３上に載置した下部敷板３４と、下部敷板３４上に同じ高さの複数個の筒状体３５ａを行方向及び列方向に並べて載置した上部筒状体配列３５と、上部筒状体配列３５上に載置した上部敷板３６とを備える。

【0084】

下部筒状体配列３３を構成する各筒状体３３ａの中心と、上部筒状体配列３５を構成する各筒状体３５ａの中心とは、行方向又は列方向にずれた位置関係となっている。内槽１０の底板１１が上部敷板３６上に載置される。

【0085】

好ましくは、外槽２０の底板２１は、複数のアンカーボルト５１を介して基礎５０に密着固定されている。

【0086】

図９は、外槽２０の底板２１を基礎５０に固定するアンカーボルト５１に関連する構造を図解的に示している。図示するように、アンカーボルト５１の頭部は底板５１上に突出し、この突出部分にナット５２が締結される。気密性を確保するために、アンカーボルト５１の頭頂部とナット５２との間、およびナット５２と底板２１の上面との間は溶接されている。

【0087】

図９に示す構造の場合、アンカーボルト５１の頭頂部およびナット５２が外槽２０の底板２１の上面に突起部分として現れる。この突起部分が底板２１上に載置される下部筒状体配列３３と干渉しないようにするために、例えば、突起部分を円形筒状体３３ａ内の空間に位置させるようにする。あるいは、突起部分と円形筒状体３３ａの円筒壁とが干渉するような位置関係であれば、円筒壁に突起部分との干渉を避けるための切り欠きを設けておいてもよい。

【0088】

他の構造例として、外槽２０の底板２１の上面に凹部を設け、この凹部内にアンカーボルト５１の頭頂部およびナット５２を位置させて、底板２１上に突起部分が現れないようにしてもよい。この場合であっても、凹部を埋める溶接を設けて、気密性を確保することが必要である。

【0089】

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、図示した実施形態は例示的なものである。本発明は、図示した実施形態に限定されるものではなく、本発明と同一の範囲内においてまたは均等の範囲内において種々の修正や変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明は、断熱性能に優れた大型の二重殻円筒形液体水素タンクとして有利に利用され得る。

【符号の説明】

【0091】

１ 内槽、１ａ 底板、１ｂ 側板、１ｃ 屋根板、２ 外槽、２ａ 底板、２ｂ 側板、２ｃ 屋根板、３ 底部断熱支持構造、３ａ 底部支持部、３ｂ リング状支持部、３ｃ 積層構造部、３ｃ１ 多孔質断熱材、３ｃ２ 不陸調整材（キャッピング材）、３ｃ３ 硬質断熱材、４ 窒素ガス・粉状パーライト断熱層、１０ 内槽、１１ 底板、１２ 側板、１３ 屋根板、２０ 外槽、２１ 底板、２２ 側板、２３ 屋根板、３０ 内槽底部支持構造、３１ 底部支持部、３２ 床板、３３ 下部筒状体配列、３３ａ 円形筒状体、３４ 下部敷板、３５ 上部筒状体配列、３５ａ 円形筒状体、３６ 上部敷板、３７ 下部堰板、３８ 上部堰板、３９ 高密度ポリウレタンフォーム、５０ 基礎、５１ アンカーボルト、５２ ナット、５３ 溶接部、６０ 重なり部、７０重なり部、８０ 重なり部、８１ａ 正方形筒状体、８２ａ 正方形筒状体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】