極低温断熱用3M™ グラスバブルズ
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通常、水素、窒素、液化天然ガス､酸素、アルゴンなどの液化ガスは、沸点（液体水素の場合20K）を下回る温度でタンク内に貯蔵されています。タンクは二重殻構造を備え、環状空間には断熱材が充填されています。この貯蔵を、極低温／低温貯蔵といいます。これまで極低温貯蔵容器の環状空間の充填材には、膨張したガラス質火山岩（パーライト）が使用されるのが一般的でした。
3M™ グラスバブルズは、熱効率と耐久性の面でパーライトに比べて大きな優位性を発揮します。鉄道輸送や陸上輸送などの一部の極低温タンク設計では、指定された密度に応じて重量面でのメリットも提供できます。設計された球状ガラス構造、低い熱伝導率、高い強度対密度比を備えた3M™ グラスバブルズは、従来の極低温断熱材に代わるより効果的な選択肢です。
水素エネルギー経済の重要性がますます高まる未来に向けて、この燃料の輸送と貯蔵に伴う経済的影響はさらに大きくなります。液化水素貯蔵タンクからのボイルオフ排出を大幅に低減することで、3M™ グラスバブルズは、化石燃料から持続可能な水素ベースのエネルギー源への世界的な転換に不可欠な存在となり得ます。
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断熱3M™ グラスバブルズは熱伝導度が小さく、極低温断熱に最も適した製品となっています。極低温貯蔵では、ボイルオフレート（液化ガスが蒸発により失われる率）が重要な検討課題です。
3M™ グラスバブルズを活用することで、たとえば大容量同心球形貯蔵タンクに水素を貯蔵した場合で、ボイルオフレートを最大46%抑制します。
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設計の柔軟性断熱性能に優れながらも嵩密度が小さい3M™ グラスバブルズを活用することで、タンク容量を増やしたり、貯蔵容量を同程度に維持しつつタンクの設計設置面積を抑えたりすることが可能です。
さらに3M™ グラスバブルズの強度と形状が、その耐久性を高め、取扱いを容易にしています。3M™ グラスバブルズの全ての特徴が、用途の汎用性を高めているのです。
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サプライチェーン3M™では、サプライチェーン、グローバルセールスチーム、カスタマーサービスネットワークを活用し、極低温貯蔵断熱の最適化をサポートしています。多様な要件に対応するため、さまざまなフォーマットのパッケージを提供しています。
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3M™ グラスバブルズとパーライトの比較
3M™ グラスバブルズは優れた断熱性能を備えているため、パーライトと比較してボイルオフレートを抑えることができます。また、他にも、極低温貯蔵用途として注目すべき長所を備えています。
- 長期間安定した性能。 パーライトの場合、輸送時の振動やタンク壁に通常発生する熱膨張・熱収縮により、体積が圧縮されることがあります。そのためコールド・スポットが生じ、貴重な液化ガスのボイルオフや損失を引き起こします。そして最終的には、タンクの修理や交換が必要となります。3M™ グラスバブルズは球状をしているため、振動や熱膨張・熱収縮による体積の圧縮や沈降が生じません。
- 熱サイクルへの耐性を備えた耐圧縮性能。 3M™ グラスバブルズは耐圧強度が高いため、液化ガスの充填時や排出時に加わる応力に耐えることができます。
- 断熱部の軽量化とスリム化。 3M™ グラスバブルズは球状で密度が低く、優れた断熱性能を備えているため、極低温貯蔵に必要な断熱材の重量と容積を少なくできます。これにより、極低温流体の正味の貯蔵量を増やす可能性があり、輸送時の燃料コスト削減にもつながります。
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3M™ グラスバブルズと多層断熱との比較
MLI；マルチレイヤ―インシュレーション（多層断熱、別名スーパーインシュレーション）は、極低温貯蔵された液化燃料の輸送によく用いられる円筒型タンクに使用されています。MLIは熱衝撃や振動による影響を受けやすく、そのため断熱材の劣化を引き起こしやすい傾向があります。またコールド・スポットを生じる原因にもなり得ます。さらにMLIは固定断熱ソリューションであるため、取り外しや改修が容易ではありません。
- 3M™ グラスバブルズは粉体流動性が良いため、既設タンクのMLIと環状部の隙間に充填できます。したがって、補修交換時に劣化したMLIを取り外す作業やタンク構造材の切断・改修をすることなくタンクの改修が可能になる、他に類のないソリューションとなっています。
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1960年代初頭、NASAステニス宇宙センターに容量189m3 （50,000ガロン）の水素貯蔵タンクが建設されました。この球形の極低温貯蔵タンク（Horton）は、パーライトを充填した真空環状部を有する二重殻構造を備えていました。2000年に入ると、NASAは液体水素貯蔵システム全体から蒸発して失われる水素の量を抑える方法を模索し始めました。ケネディ宇宙センターの極低温試験研究所の指揮のもと、タンクの断熱材に3M™ グラスバブルズを使用した評価が開始されました。10年以上に及ぶ連続稼働評価を経て、公開された技術文献には、ボイルオフが平均44%抑制できたことが記述されています。
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本研究は、断熱された極低温水素貯蔵におけるポンプダウン時間に影響を与える物理特性を明らかにすることを目的とし、断熱グレードのパーライトと3M™ グラスバブルズ K1を定量化・比較します。結果は、充填式断熱極低温貯蔵システムにおけるガス排出に関する従来の理解を再評価する必要性を示しています。
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