5.2 液体水素輸送タンカーの開発

5.2.1 研究開発目標

　ニューサンシャイン計画の検討の中で、21世紀のエネルギーの候補の一つとして水素の 利用が考えられている。その利用法の有力な形態の一つに液体水素による利用がある。こ の液体水素による利用形態に係わる全ての要素に専門的な技術検討を加え判断のベースを 作るため、WE-NET研究が行われている。
　本開発では、液体水素を生産地から消費地まで大量に効率よく、しかも安全に輸送する ための液体水素輸送タンカーの開発を実施している。 平成５年度の研究では、

(1) 液体水素の物性値（性質）
(2) タンク材、断熱材、支持材の材料データ調査
(3) ＬＮＧ船、陸上水素タンク等の現状技術調査
(4) 液体水素輸送タンカーの技術的課題の検討
(5) 関連文献調査

を行い、水素関連技術と液体水素輸送タンカー計画上の主要問題点を整理した。
平成６年度の研究では、

(1) 試設計を行う上での要求仕様の検討
(2) 船体、タンク、タンク支持、タンク断熱、ドームなどの要素技術の検討
(3) 20万m³液体水素タンカーの試設計
(4) 関連文献調査

を行い、技術的課題をある程度明確にした。
　平成７年度は、平成６年度の研究結果を基に、特に真空断熱法に重点を置いたタンク断 熱法およびタンク支持構造について具体的検討を行い、候補とされる断熱構造の性能をお おまかに確認するとともにそれぞれの技術的課題を整理することを目的とし、以下に示す 内容の検討を実施した。

5.2.2 平成７年度の研究開発成果

5.2.2.1 断熱構造の要求性能および候補材料

　液体水素輸送タンカーの断熱構造を真空断熱、非真空断熱に大別し、それぞれの基本的 機能および要求性能について整理した。設計ボイルオフレート（Ｂ．Ｏ．Ｒ）は平成６年 度の検討結果より0.2％〜0.4％／日に設定し、検討を行うこととした。
　以下で断熱構造およびタンク支持構造の予備的検討を実施した。

5.2.2.2 断熱構造検討（球形タンク）

　タンク容量50,000m³、タンク半径23.2m、タンク材にアルミ5083−Ｏを用いた球形タ ンクの各断熱方法について検討を行った。

(1)　スーパーインシュレーション
　スーパーインシュレーションによる断熱方式について検討を行った。スーパーインシュ レーションとは、断熱層とすべき空間を真空として熱伝導、対流を抑えた上で、放射面に アルミ蒸着フィルムなどの放射シールド材と、シールド材の層間接触を妨げるためのスペ ーサとの積層材を設置した断熱構造である。タンク支持構造はスーパーインシュレーショ ン材を施工するのにシンプルな形状が好ましいことから、タンクと一次カバーは各々独立 に円筒形スカートで支持される構造とした。断熱性能試計算の結果、Ｂ．Ｏ．Ｒは真空ス ペースの圧力上昇にともない、対数的に上昇することが分かった。また要求Ｂ．Ｏ．Ｒを 満たすためには真空度として10^-4Torr程度が必要になるとの結果が得られた。

(2)　真空パネル方式（ホールド真空）
　球形タンクの外を一次カバーで覆い、タンクとカバーの間のスペースを真空にするとと もに、タンク表面に真空パネルを取り付けた断熱構造方式について検討を行った。タンク 支持構造はＬＮＧ球形タンクと同様、円筒スカート方式とし、このスカート部分でタンク 熱収縮を吸収するものとした。また、タンクを覆う一次カバーは球形とし、円筒の支持ス カートと交差する構造とした。　断熱性能試計算の結果、要求Ｂ．Ｏ．Ｒを満たすために は真空パネル厚さ250〜550mm程度が必要になるとの結果が得られたが、真空パネルの外装 を構成する金属メンブレンの熱伝導影響などを正確に評価することが課題である。 (3)　真空パネル方式（ホールド非真空）
　タンク表面にミネラルウールと真空パネルを取り付け、ホールド部は大気圧の状態での 断熱構造について検討を行った。タンク支持構造はタンクと一次カバーを各々独立に円筒 形スカートで支持される構造とした。またタンク支持部には熱伝導を低減するため、スカ ート中間部に低熱伝導率のステンレスを挿入した。断熱性能試計算の結果、要求Ｂ．Ｏ． Ｒを満たすためには真空パネル厚さ300〜600mm程度必要になるとの結果が得られたが，真 空パネル継ぎ手間の熱対流影響の評価などの課題が残っている。

5.2.2.3 断熱構造検討（角形タンク）

　タンク容量100,000m³、タンク長さ93m、幅47.5m、高さ24m、タンク材アルミ5083 −Ｏの角型タンクについて検討を行った。断熱方式としてはホールドを真空にした上でタ ンク表面にＰＵＦを取り付けた方式、一次カバー側にＰＵＦを取り付けた方式、およびタ ンクを二重殻としその内部を真空にした方式について検討を行った。タンク支持構造は、 ＬＮＧ船と同様とし、タンクは支持台の上に搭載されタンク熱収縮を拘束しない構造とし た。またタンク熱収縮の繰り返しや船体動揺に対しては，移動防止装置を設けている。断 熱性能試計算の結果、タンク二重殻方式はタンク連結のためのＷＥＢ材を介した熱伝導の 影響が大きく断熱構造として適さないことが確認された。またＰＵＦ＋真空ホールド方式 ではＰＵＦを一次カバー側に付けた方が断熱性能上効果的であることが分かった。但し一 次カバー側に取り付けると断熱材表面が引っ張り応力場となること、建造時の足場や交通 装置を設けにくいなどのマイナス要因も考慮しなければならない。
以上検討した候補断熱構造の断熱性能試計算結果と課題を表５−２−１にまとめた。

5.2.2.4 ホールド真空化の予備検討

　5.2.2.2、5.2.2.3の検討のベースとなるホールドの真空度としては、対流の影響がなく なるレベルとされる10^-4Torr程度が必要であると考えられることから、ここでは、この 真空度をどのように実現するかについて予備検討を行った。まず10_-2Torrまで圧力を下 げるためには、試計算によると市販の6500L／Minのポンプ10台で約35hrで達成できると の結果が得られた。またタンクが20Kと極低温になるとホールド内のガスがほとんど凝固 することによる圧力低下（クライオポンプ効果）が生じるため、10_-4Torr程度を達成で きる可能性が得られた。但し、これはタンク自体や断熱材からの脱ガスを無視した結果で あり、今後この脱ガスによる真空劣化の定量的評価と、ホールド内を高真空に維持するた めの脱ガス防止対策の検討が必要である。

5.2.3 今後の進め方及び課題

• 試計算の結果、タンク板厚は各タンクとも20〜30mm程度となった。
• 真空パネル方式では真空パネルの継ぎ手間の熱対流影響および金属メンブレンの　熱伝導影響の正確な評価が必要である。
• ホールド真空方式ではホールド真空の実現法およびその維持方法が課題となる。
• ホールド真空、パネル真空いずれにおいても真空劣化時の定量的評価が必要である。
• タンク支持構造は、各タンクともＬＮＧ船と同じ構造での検討を行ったが今後、断熱への影響、真空への影響を検討する必要がある。

　以上、非常に単純なモデル化をベースとした試計算の結果、いずれの方式においてもＢ ．Ｏ．Ｒ0.2〜0.4％／日は不可能ではないとの感触が得られた。但し、上に示す個々の技 術的課題が解決できない場合には、断熱構造として機能しなくなる可能性がある。

　今までの検討を検証し、またさらに研究を進めていくためにも、次の基礎実験を早期に 行う必要があるとの結論を得た。

• 断熱構造の極低温下での性能確認
• ホールド大空間の真空維持方法

　また、液体水素タンカーの設計安全評価のうえで、ＬＮＧ船用のＩＭＯのＩＧＣコード の考え方を基本として水素の特性を加味する方向で研究を進めているが、今期検討の液体 水素タンカーの断熱研究から、水素の特性に基づく安全評価として下記２点を確認した。

(1)　液体水素が-253℃であるためタンク断熱周囲のガスが液化して低温液になる。この 低温液（液体窒素の場合-196℃）と船体構造の接触問題。

(2)　真空断熱を採用した場合、真空の劣化が起きると断熱性能が落ち、大量の水素ガス が発生する可能性がある。この場合の発生ガスの安全処理または発生抑制の手段。

　この２点はいずれも極低温に起因するものであるが、安全上重要な要素である。水素の 特性による安全評価項目は今後の研究の進捗でさらに確認されるであろう。今後の研究に おいては、これらへの慎重で合理的な対応が必要である。