JP2003254497A

JP2003254497A - 極低温タンク用防熱構造

Info

Publication number: JP2003254497A
Application number: JP2002059388A
Authority: JP
Inventors: Korenori Kako; 惟命加来; Kazuo Ueda; 和男植田; Toshio Shiji; 敏雄志道
Original assignee: Kawasaki Shipbuilding Corp
Current assignee: Kawasaki Shipbuilding Corp
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-10
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: JP3634315B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シリンダ形タンクの半球面部と円筒状胴部の
境付近に位置するスタッドボルトに大きな曲げモーメン
トが作用するので、この曲げモーメント量を減少もしく
はなくせる（０にできる）極低温タンク用防熱構造を提
供する。【解決手段】合成樹脂発泡体からなる二層積層構造の
内外積層部２ａ・２ｂの中間位置に補強用ワイヤーネッ
ト３ｃを介装した極低温タンク用防熱構造において、タ
ンクが円筒状胴部１ｂの両端に半球面部１ａを一体に連
接したシリンダ形タンク１からなり、各半球面部１ａに
介装するワイヤーネット３ｃの線径を、円筒状胴部１ｂ
に介装するワイヤーネット３ｃの線径に比べてやや太く
することにより剛性を適度に高めている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液化石油ガス（ＬＰ
Ｇ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化水素（ＬＨ₂）、
液化窒素（ＬＮ₂）、液化酸素（ＬＯ₂）、液化ヘリウム
（ＬＨe）などの極低温物質を貯蔵するための主として
極低温タンクの防熱構造に関するものである。本発明の
対象とする極低温タンクは、主として円筒状胴部の両端
に半球面部を一体に連接したシリンダ形タンクである
が、球形などの曲率を有するものであれば適用可能で、
地上に設置されるものだけでなく、たとえば、船舶に搭
載されるものを含む。

【０００２】

【従来の技術】この種の極低温用タンクでは、外気から
のタンク内への熱の侵入を防止するため、その表面を防
熱層で被覆する必要がある。この防熱層は、一般的に、
硬質ポリウレタンやフェノール樹脂などの合成樹脂発泡
体からなる内側防熱層部と外側防熱層部の間に網状補強
材（補強用ワイヤーネット・ワイヤーネットともいう）
を介装し、前記合成樹脂の発泡時の自己接着作用もしく
は接着剤で接着して一体にした構造からなる。なお、網
状補強材は、主に外側防熱層部の低温割れを防止するた
めに介装されている。また、タンク本体はステンレスや
アルミ（アルミ合金を含む）で形成され、タンク本体の
外周面上を被覆する防熱層は、タンク本体の周面に一定
の間隔をあけて植設された多数の支持具（スタッドボル
ト等）によって支持され、とくに球形タンクの場合等で
はタンクの下半分で防熱層が落下するのを阻止してい
る。それらの支持具は、通常、タンクと同質の材料であ
るステンレスやアルミ（アルミ合金を含む）で形成され
ている。

【０００３】さらに、上記防熱層は、あらかじめ成型さ
れた硬質ウレタン、フェノール樹脂などの合成樹脂発泡
体からなり、中間に網状補強材が介装され、アルミ（ア
ルミ合金を含む）表面層（アルミホイル表面シート材と
もいう）を有する凸形断面で定形の防熱パネルを、タン
ク本体の表面上に相互に隣接して取り付け、防熱パネル
の突部間の目地に合成樹脂材を少なくとも充填又は発泡
の一方を行なって埋設した構造が一般的である。

【０００４】本発明の先行技術にかかる公報に特開平８
−２３３１９９号がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の防熱構造を、とくにシリンダ形タンクに実施す
る場合には、次のような点で改良の余地がある。すなわ
ち、球形のタンクでは、図１６（ａ）に示すようにタン
ク５１が膨張・収縮する際にその内部中心５１ｏに向か
ってほぼ全体的に均等に半径方向に膨縮するので、支持
具としてのスタッドボルト５２に作用する力は軸力だけ
となり、曲げモーメントが発生することはない。

【０００６】しかし、円筒状胴部（円筒部）の両端に半
球面部を一体に備えたシリンダ形タンクでは、図１６
（ｂ）に示すようにタンク１の中間の円筒部１ｂと両側
の半球面部１ａとで熱収縮する際の中心が異なり、かつ
防熱パネルの厚さ方向には温度勾配が生じているので、
防熱パネル（防熱層）２（図２参照）の表面部とタンク
本体１に接する内面部と両者の中間である防熱層２の中
間部とでは、それぞれ収縮量が異なる。このために、半
球面部１ａと円筒状胴部１ｂのとくに境界線付近に配置
されているスタッドボルト４に最大の曲げモーメントが
作用する。

【０００７】図１１（ａ）は鉄製ワイヤーネットの線径
が０．６２ｍｍで、タンク本体およびスタッドボルトが
それぞれアルミ合金製でタンク本体の容量が２５００ｍ
³、スタッドボルトの外径が６．４ｍｍ（断面積：３
２．０ｍｍ²、断面係数：２５．７ｍｍ³）でボルトピッ
チが半球面部２２５ｍｍ/円筒部６００ｍｍの場合、常
温（外気温度３０℃）でＬＮＧをタンクに充填しタンク
が収縮（熱収縮率は約０．４％）した状態を示す一部断
面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の一部（境界線付
近）を拡大して示す断面図、図７はスタッドボルトの位
置とボルトＮｏの関係を示す模式図、図９（ａ）〜
（ｃ）は収縮状態において各位置でスタッドボルトに作
用する軸力（引張荷重）、曲げモーメントおよびせん断
力をそれぞれボルトＮｏとの関係で示す線図である。こ
れらはいずれも、１／８部分タンク模型に基づきＦＥＭ
解析により算出したものである。なお、数値的には表１
のＭＯＤ−７（比較例１）の欄に表している。表１は本
発明の実施例（ＭＯＤ−６・８・９）および比較例（Ｍ
ＯＤ−１〜３・７）において半球面部１ａと円筒状胴部
１ｂの境界線付近に配置されているスタッドボルトの軸
力（引張荷重）、曲げモーメントおよびせん断力をＦＥ
Ｍ解析により算出した表である。

【０００８】以上の各図面および表１から明らかなよう
に、円筒状胴部の長手方向の中間位置にあるスタッドボ
ルト（図７に示すＮｏ．０〜９）および半球面部の中心
位置にあるスタッドボルト（ボルトＮｏ．２５０）から
それらの境界線位置にあるスタッドボルト（ボルトＮ
ｏ．１００〜１１６）にかけて曲げモーメントおよびせ
ん断力が漸次増大する。この結果、境界線位置にあるス
タッドボルト（ボルトＮｏ．１００〜１１６）の曲げモ
ーメントおよびせん断力は最大となって、ボルトの根元
（とくにタンク本体との溶接部付近）から折損あるいは
破断するおそれがある。

【０００９】この発明は上述の点に鑑みなされたもので
あって、シリンダ形タンクをＬＮＧ等を貯蔵するために
常圧・極低温下で使用する場合、熱収縮によりタンクが
収縮するが、防熱パネルをタンク本体に固定するためス
タッドボルト等の支持具を用いた構造において、とくに
半球面部と円筒状胴部の境付近に位置するスタッドボル
トに大きな曲げモーメントが作用するので、この曲げモ
ーメント量を減少もしくはなくせる（０にできる）極低
温タンク用防熱構造を提供することを目的としている。
これにより、防熱構造全体の信頼性を向上するととも
に、スタッドボルト等の支持具に作用する荷重を均一化
させて、支持具の本数を減らして施工性と防熱性能を向
上することができる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明の防熱構造は、a)アルミホイル表面シート
材を有し内外二層積層構造の合成樹脂発泡体からなる凸
形断面で定形の防熱パネルを、タンク本体の表面上に相
互に隣接して配列し、前記タンク本体に植設された支持
具により取り付け、前記防熱パネルの突部間の目地に合
成樹脂材を充填又は発泡することによって前記目地間を
埋設し、前記目地の合成樹脂発泡体上およびその周辺の
前記アルミホイル表面シート材上に跨がって、前記アル
ミホイル表面シート材と同一構成のアルミホイル連結シ
ート材を全面的に接着するとともに、前記合成樹脂発泡
体からなる二層積層構造の内外積層部の中間位置に補強
用ワイヤーネットを介装した極低温タンク用防熱構造に
おいて、b)前記タンクが円筒状胴部の両端に半球面部を
一体に連接したシリンダ形タンクからなり、c)前記各半
球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を、前記円
筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径に比べて
やや太くするか、又は前記各半球面部に介装する前記ワ
イヤーネットのメッシュサイズを、前記円筒状胴部に介
装する前記ワイヤーネットのメッシュサイズに比べてや
や大きくするかすることにより、前記各半球面部側の剛
性を適度に高めたことを特徴としている。ここで、ワイ
ヤーネットの線径をやや太くすることにより前記各半球
面部側の剛性を適度に高めるとは、２５００ｍ³タンク
の場合の一例であるが、半球面部の線径を円筒状胴部の
線径に比べて直径で１．３〜１．４倍程度まで太くする
ことを意味し、直径で略１．５倍若しくはそれ以上太く
することを除くものである。このことは、ＦＥＭの解析
結果から確認されるもので、円筒状胴部に介装するワイ
ヤーネットの線径（ＭＯＤ−１：０．６２ｍｍ）に比べ
て各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径が
１．２倍〜１．２５倍程度（ＭＯＤ−６：０．７５ｍ
ｍ）までは、線径が増大する（太くする）ほど前記支持
具（スタッドボルト）に作用する最大曲げモーメントが
減少し、それを超えて線径が１．３〜１．４倍程度（Ｍ
ＯＤ−４／５：０．８０ｍｍ／０．８５ｍｍ）までは徐
々に逆向きの最大曲げモーメントが増え始め、線径が
１．５倍程度（ＭＯＤ−３：０．９０ｍｍ）まで太くな
ると、最大曲げモーメントの低減効果がなくなり、１．
５倍を超える（ＭＯＤ−２：１．２０ｍｍ）と、従来の
球形タンクの場合よりも大きな逆向きの最大曲げモーメ
ントが発生するからである（表１を参照）。なお、上記
したワイヤーネットの線径が１．２倍〜１．２５倍程度
というような具体的な数値を含めてワイヤーネット線径
の比率は、シリンダタンクの長さ・タンクの直径の比に
より、変化するものである。また、本発明は半球面部と
円筒部とのワイヤーネットの剛性のバランスを図ること
で解決しているため、ワイヤーネットの線径だけでなく
メッシュサイズを代えることで、つまり半球面部側のメ
ッシュ数を円筒部側よりも大きくすることにより剛性を
高めて剛性のバランスを図ることもできる。なお、線径
の場合について、本明細書ではメッシュサイズを５メッ
シュ／インチに統一したうえで、説明している。

【００１１】上記の構成を有する本発明の防熱構造によ
れば、上記構成c)により半球面部のワイヤーネットの剛
性を円筒状胴部のワイヤーネットの剛性に比べて適度に
剛とし、シリンダ形タンクの熱収縮時に半球面部の防熱
パネルを円筒状胴部のそれに比べて適度に剛にしたの
で、両側の半球面部における防熱パネルが一体になって
その中間に位置する円筒状胴部の防熱パネルを両側から
適度に圧縮するため、従来は半球面部と円筒状胴部の境
界に位置する支持具（スタッドボルト）に最大に作用す
る曲げモーメントが大幅に低減される。この結果、従来
の球形タンクに用いたスタッドボルトと強度が同一（つ
まりボルト径が共通）のスタッドボルトをシリンダ形タ
ンクに用いても、ボルトの有する強度の許容範囲に曲げ
モーメントおよびせん断力が抑えられる。なお、シリン
ダ形タンクの半球面部と円筒状胴部の境にある曲げモー
メントは、円筒状胴部の長さが長くなるほど増大するた
め、円筒状胴部の長さが長いシリンダ形タンクほど本発
明による上記の作用効果が顕著に発揮される。一方、半
球面部のワイヤーネットの線径を円筒状胴部のワイヤー
ネットの線径に比べて１．５倍程度（２５００ｍ³タン
クの場合の一例）あるいはそれ以上に太くすると、半球
面部のワイヤーネットの剛性が円筒状胴部のそれに比べ
て剛となり過ぎ、半球面部のパネルが円筒状胴部のパネ
ルを圧縮する力が大きくなり過ぎて半球面部と円筒状胴
部の境に位置するスタッドボルトに作用する曲げモーメ
ントが従来のタンクの場合よりも大きくなるおそれがあ
る。

【００１２】請求項２に記載のように、d)前記防熱パネ
ルの内側積層部の表面（外周面）を金属製ワイヤーネッ
トで覆うとともに、金属製タンク本体に下端を溶接した
金属製スタッドボルト（前記支持具に該当）によりワッ
シャーを介して前記ワイヤーネットとともに前記内側積
層部を固定した極低温タンク用防熱構造であって、e)前
記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を
０．７０〜０．７５ｍｍ、前記円筒状胴部に介装する前
記ワイヤーネットの線径を０．５５〜０．６２ｍｍにす
ることができる。なお、本請求項に記載の線径について
の数値は、２５００ｍ³タンクの場合の一例であり、シ
リンダタンクの長さ・タンクの直径の比により、変化す
るものである。

【００１３】この構成により、請求項２記載の極低温タ
ンク用防熱構造によれば、たとえば容積２５００ｍ³の
シリンダ形タンクにＬＮＧを充填（貯蔵）した状態にお
いてスタッドボルトの外径が６．４ｍｍでボルトピッチ
が４５０ｍｍ（半球面部）／６００ｍｍ（円筒状胴部）
の場合に、半球面部と円筒状胴部の境に位置するスタッ
ドボルトに作用する最大曲げモーメントが３０５ｋｇｆ
−ｍｍ（両線径０．６２ｍｍ）→−４０ｋｇｆ−ｍｍ、
せん断力が４．１ｋｇｆ（両線径０．６２ｍｍ）→０．
５ｋｇｆにそれぞれ減少した（表１のＭＯＤ−１・ＭＯ
Ｄ−６参照）。なお、図９（ａ）〜（ｃ）は全体のワイ
ヤーネットの線径を０．６２ｍｍに統一した従来例（Ｍ
ＯＤ−７：比較例１）のときにスタッドボルトに作用す
る軸力、曲げモーメント、せん断力を順に示し、一方、
図１２（ａ）〜（ｃ）は各半球面部に介装する前記ワイ
ヤーネットの線径を０．７０ｍｍ、前記円筒状胴部に介
装する前記ワイヤーネットの線径を０．６２ｍｍにした
とき（表１のＭＯＤ−９参照）にスタッドボルトに作用
する軸力、曲げモーメント、せん断力を表している。な
お、線径０．５５ｍｍ、０．６２ｍｍ、０．７０ｍｍ、
０．７５ｍｍは、いずれも市販品のワイヤーネット線径
である（表１のＭＯＤ−６・ＭＯＤ−８参照）。

【００１４】請求項３に記載のように、f)前記支持具と
しての金属製スタッドボルトの上下両端部を除く中間部
を細径にし、可撓性をもたせることができる。

【００１５】この構成により、請求項３記載の極低温タ
ンク用防熱構造によると、図１５（ａ）〜（ｃ）にスタ
ッドボルトに作用する軸力、曲げモーメント、せん断力
を表すように、軸力はほとんど変化せず、曲げモーメン
トおよびせん断応力が一層低減される。つまり、ワイヤ
ーネットの線径を円筒状胴部と半球面部とで適度に変更
（円筒状胴部線径＜半球面部線径)したことによってス
タッドボルトに作用する曲げモーメントが大幅に減少し
たうえに、スタッドボルト自体に可撓性を具備させたこ
とにより、曲げモーメントがさらに低減され、せん断力
も一層減少した。

【００１６】請求項４に記載のように、前記スタッドボ
ルトをスタッドボルト本体と継ぎボルトとから構成し、
アルミ（アルミ合金を含む）製タンク本体にアルミ（ア
ルミ合金を含む）製スタッドボルト本体を溶接により固
定し、このスタッドボルト本体に鋼製又はステンレス製
の継ぎボルトの下端を連結することができる。

【００１７】この構成により、請求項４記載の極低温タ
ンク用防熱構造によると、スタッドボルト本体を一定ピ
ッチで溶接により立設したのち、各継ぎボルトにスタッ
ドボルトの下端部をねじ込んで連結できるので、タンク
本体とは異種の金属材料で製作したスタッドボルトを使
用でき、とくに請求項３に記載のようにスタッドボルト
の上下両端部を除く中間部を細径にして可撓性をもたせ
るのに有効である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる極低温タン
ク用防熱構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００１９】図１は本実施例の防熱構造を備えた極低温
用シリンダ形タンクの外観をその一部を切り欠いて示す
正面図および右半分を省略した左側面図、図２は同中央
縦断面図、図３はタンク上の防熱層の一部を拡大して示
す平面図、図４(ａ)は図３のＡ−Ａ線断面図、図４(ｂ)
は図３のＢ−Ｂ線断面図、図５（ａ）は図４(ａ)の一部
拡大断面図、図５（ｂ）は図４(ｂ)の一部拡大断面図、
図５（ｃ）はワッシャー７の平面図、図５（ｄ）の左半
分は同正面図・右半分は同断面図である。図６（ａ）は
図５(ｂ)の上部をさらに拡大した断面図、図６（ｂ）は
防熱パネルの実施例を示す斜視図である。

【００２０】図１に示すように、タンク本体１はシリン
ダ形タンクで、本例ではアルミ合金から形成されてい
る。すなわち、円筒状胴部（以下、円筒部ともいう）１
ｂを中心にしてその両端に半球面部１ａ・１ａを一体に
備えたシリンダ形の構造からなる。このタンク本体１は
ＬＮＧ輸送船のホールド内底部に一対の船体側タンク支
持部材３３・３４を長さ方向に間隔をあけて立設したの
ち、これらのタンク支持部材３３・３４の上にタンク側
支持部材３１・３２を載せるように配置されている。な
お、タンク本体１はタンク側支持部材３１が船体側タン
ク支持部材３３に取り付けられたストッパーにより、タ
ンク本体１の長さ方向に固定されている。他方の支持部
材３２では、低温熱収縮によるタンク本体１の長さ方向
の変形を吸収できるように支持部材３４に対してスライ
ド可能に載置されている。

【００２１】図２〜図４に示すように、タンク本体１の
外周面を被覆する防熱層２は、内側（タンク側）防熱積
層部２ａと外側防熱積層部２ｂとの２層積層構造からな
り、内外両積層部２ａ・２ｂの間に網状補強材であるワ
イヤーネット３ｃを介装し、防熱層を形成する合成樹脂
を発泡成形するときの発泡時自己接着作用あるいは接着
剤にて相互に接着して一体化した構造からなる。防熱層
２は、凸形断面で定形の多数の防熱パネル５（図６
（ｂ））をタンク本体１の外周面上に相互に隣接し、支
持具としてのスタッドボルト４にて固定することにより
構成されている。

【００２２】防熱パネル５は、図１・図６（ｂ）に示す
ように定形（本例では円筒状胴部１ｂが長辺１.２ｍ×
短辺０.９ｍ、半球面部１ａが長辺０.９ｍ×短辺０.６
ｍ（×厚さ；３３０ｍｍ、この厚さは所要防熱性能の大
小に応じて増減され得るものである。））の凸形断面
で、内側防熱積層部２ａを構成する下部防熱部材（厚み
２１０ｍｍ）と、外側防熱層部２ｂを構成する凸状の上
部防熱部材（厚み１２０ｍｍ）との間に、網状補強材３
の一部を構成する平織金網のワイヤーネット３ｃを一体
に介装した構造からなる。下部防熱部材２ａはガラス繊
維、天然繊維、化学繊維などで強化された硬質ウレタン
樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体などから選択される
が、本例ではフェノール樹脂発泡体からなる。また、上
部防熱部材２ｂは、硬質ウレタン樹脂発泡体、フェノー
ル樹脂発泡体、スチレン樹脂発泡体などから選択される
が、本例ではポリウレタン発泡体からなる。

【００２３】防熱パネル５の表面は、アルミホイル（ア
ルミ合金ホイルを含む）表面シート材６により被覆され
ている。この表面シート材６は、図６（ａ）にその一部
を示すように厚さ２５μｍのアルミホイル６ａを主体と
して、このアルミホイル６ａの表面に、厚さ１００μｍ
のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム６ｂ
をラミネーティングあるいはコーティングにより一体に
積層し、アルミホイル６ａの裏面（内面）に、厚さ１０
０μｍほどの不織布６ｃを一体に積層した構造からな
る。

【００２４】図５（ｂ）に示すように、タンク本体１の
外周面には、アルミ合金製スタッドボルト４が一定の間
隔（本例では、半球面部１ａ：２２５ｍｍｍ又は４５０
ｍｍ、円筒状胴部１ｂ：６００ｍｍ）をあけて溶接によ
り植設されており、スタッドボルト４の先端部は、防熱
パネル５のワイヤーネット３ｃ上に跨がって配置された
網状補強材３の連結用ワイヤーネット部分３ｂを貫通
し、ワッシャー７を挿通したうえナット８で締め付ける
とともに、後述のピン状突起７ａにより連結用ワイヤー
ネット部分３ｂとワイヤーネット３ｃとを重ね合わせた
状態で保持している。隣接する防熱パネル５の上部防熱
部材２ｂの間は目地（空隙）になっており、この目地に
上部防熱部材２ｂと基本的には同一種類の合成樹脂材を
少なくとも充填又は発泡の一方を行うことにより、本例
では、ポリウレタン発泡体９によって目地を埋めてい
る。また、図５（ｃ）（ｄ）のようにワッシャー７は合
成樹脂製で、多数のピン状突起７ａを外周縁部に下向き
に突設している。

【００２５】このポリウレタン発泡体９の表面上には、
図６（ａ）に示すように両側の防熱パネル５のアルミホ
イル表面シート材６の外縁部上から、厚さがたとえば５
００μｍの両面接着のブチルラバーシート１０を、連続
して（浮かせずに）貼着している。そして、アルミホイ
ル連結シート材１１をラバーシート１０上に全面的に貼
着又は接着している。このアルミホイル連結シート材１
１は厚さ２５μｍのアルミホイル（アルミ箔）１１ａを
主体として、このアルミホイル１１ａの表面に、厚さ５
０μｍほどのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フ
ィルム１１ｂをラミネーティングあるいはコーティング
により一体に積層した構造からなる。

【００２６】以上のようにして防熱層２によりタンク本
体１の外周面が被覆され、本例の防熱構造が構成され
る。これらの構造は公知であるが、本発明では以下の特
徴部分を備えている。すなわち、従来の構造では、ワイ
ヤーネット３ｃの線径は半球面部１ａおよび円筒状胴部
（円筒部ともいう）１ｂともに同一にしていたが、本発
明では半球面部１ａのワイヤーネット３ｃの線径を、円
筒部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径に比べてやや太く
することにより適度に剛性を高めている。本例では、鉄
製のワイヤーネット３ｃの線径に関して、半球面部１ａ
のワイヤーネット３ｃの線径を０．７０ｍｍとし、円筒
状胴部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径を０．６２ｍｍ
にしている。そして、タンク本体１における半球面部１
ａの半径が約４５００ｍｍ、円筒部１ｂの長さが約１４
０００ｍｍ（同半径が約４５００ｍｍ）であり、スタッ
ドボルト４はアルミ合金製で、外径が６.４ｍｍ、断面
積３２.０ｍｍ²、断面係数２５.７ｍｍ³である。また、
スタッドボルト４のピッチは、円筒部１ｂで６００ｍ
ｍ、半球面部１ａで２２５ｍｍにしている（表１のＭＯ
Ｄ−９参照）。

【００２７】次頁の表１におけるＭＯＤ−９は上記した
本発明の実施例１のＦＥＭ解析結果を表す数値であり、
図８（ａ）〜（ｃ）が熱収縮状態で各位置のスタッドボ
ルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力
をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示している。な
お、表１におけるＭＯＤ−８は本発明の実施例２を示す
もので、鉄製のワイヤーネット３ｃの線径について、半
球面部１ａのワイヤーネット３ｃを０．７０ｍｍとし、
円筒部１ｂのワイヤーネット３ｃを０．５５ｍｍにした
場合を表している。さらに、表１におけるＭＯＤ−７は
従来例（比較例１）で鉄製のワイヤーネット３ｃの線径
を半球面部１ａおよび円筒部１ｂで共通の０．６２ｍｍ
にした場合をそれぞれ表している。なお、図９（ａ）〜
（ｃ）が表１におけるＭＯＤ−７（比較例１）の場合に
おける熱収縮状態での各位置のスタッドボルト４に作用
する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ
（位置）との関係で順に示している。

【００２８】

【表１】

【００２９】また、図１０（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−９
（実施例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した
変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図であ
り、図１１（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−７（比較例１）にお
ける防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部
分断面図とその一部拡大断面図である。

【００３０】ところで、表１におけるＭＯＤ−１〜ＭＯ
Ｄ−６はボルトピッチを半球面部１ａで２２５ｍｍから
４５０ｍｍに拡大した場合のＦＥＭ解析結果を示すもの
で、ＭＯＤ−６は本発明の実施例３、ＭＯＤ−１は従来
例（比較例２）である。一方、ＭＯＤ−２とＭＯＤ−３
は、それぞれ比較例３・４を示すものである。ＭＯＤ−
６（実施例３）では鉄製のワイヤーネット３ｃの線径に
ついて半球面部１ａの線径（０．７５ｍｍ）を円筒部１
ｂの線径（０．６２ｍｍ）の略１．２倍に太くしたの
で、境界部のスタッドボルト４に作用する最大曲げモー
メントが３０５ｋｇｆ−ｍｍ（両線径０．６２ｍｍ）→
−４０ｋｇｆ−ｍｍ、せん断力が４．１ｋｇｆ（両線径
０．６２ｍｍ）→０．５ｋｇｆにそれぞれ減少した（Ｍ
ＯＤ−１・ＭＯＤ−６）。これに対し、半球面部１ａの
線径を１．２０ｍｍ（ＭＯＤ−２）および０．９０ｍｍ
（ＭＯＤ−３）にそれぞれ増大して、円筒部１ｂの線径
（０．６２ｍｍ）の略２倍あるいは略１．５倍まで太く
した比較例３／比較例４では、境界部のスタッドボルト
４に作用する最大曲げモーメントが−７４０ｋｇｆ−ｍ
ｍ／−３００ｋｇｆ−ｍｍ、せん断力が９．０ｋｇｆ／
３．９ｋｇｆになった。つまり、半球面部１ａの線径を
２倍（比較例３：ＭＯＤ−２）まで太くすると、比較例
２（ＭＯＤ−１）に比べても最大曲げモーメントおよび
せん断力がそれぞれ２倍以上になって改悪となり、また
半球面部１ａの線径を略１．５倍（比較例４：ＭＯＤ−
３）まで太くすると、比較例２（ＭＯＤ−１）に比べて
最大曲げモーメントおよびせん断力ともにほとんど変わ
らず、改善されなかった。

【００３１】なお、図１２（ａ）〜（ｃ）が表１におけ
るＭＯＤ−６（実施例３）の場合の各位置のスタッドボ
ルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力
をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示し、図１３
（ａ）〜（ｃ）が表１におけるＭＯＤ−３（比較例４）
の場合の各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲
げモーメントおよびせん断力を順に示す。

【００３２】次に、図１４は本発明のさらに改良した実
施例４（表１のＭＯＤ−１０）に使用するスタッドボル
ト１４を示すもので、本例では、同図に示すように、上
記したスタッドボルト４に代えて上下両端部を除き中間
部分を細くしたスタッドボルト１４を使用している。こ
のスタッドボルト１４はタンク本体１と同質のアルミ合
金製スタッドボルト本体（AL）１５とステンレス製継ぎ
ボルト（EXT.B）１６とから構成され、ボルト本体１５
は雌ネジ孔部１５ａとタンク本体１に溶接される根元部
１５ｂから一体に形成されている。継ぎボルト１６は上
下両端部が外径６．０ｍｍの雄ネジ部１６ａからなり、
中間部分が外径４．０ｍｍの細径部１６ｂからなる。

【００３３】本例の防熱構造（表１のＭＯＤ−１０）
は、鉄製のワイヤーネット３ｃの線径について、半球面
部１ａのワイヤーネット３ｃを０．７０ｍｍとし、円筒
状胴部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径を０．６２ｍｍ
にしている。タンク本体１における半球面部１ａの半径
が約４５００ｍｍ、円筒状胴部１ｂの長さが約１４００
０ｍｍなど、スタッドボルト１４以外はＭＯＤ−９（実
施例１）と構成部材およびボルトピッチなどがそれぞれ
共通する。そして、図１５（ａ）〜（ｃ）に各位置のス
タッドボルト１４の継ぎボルト１６に作用する軸力、曲
げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との
関係で順に示すように、スタッドボルト１４に作用する
軸力はＭＯＤ−７の場合とほとんど変化がないが、曲げ
モーメントおよびせん断力については、ＭＯＤ−９（実
施例１）に比べてもさらに低減されており、可撓性スタ
ッドボルト１４による曲げモーメント低減効果が十分に
伺える。なお、表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−１１
の右欄は、継ぎボルト１６の中間部分の外径４．０ｍｍ
および同４．５ｍｍの場合に継ぎボルト１６に作用する
軸力や曲げモーメント、せん断力などを示している。ま
た、表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−１１の左欄は、
いずれも外径が６．０ｍｍのアルミ合金製スタッドボル
ト本体１５に作用する軸力や曲げモーメント、せん断力
などを表している。表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−
１１から確認されるように、継ぎボルト１６の応力値が
スタッドボルト本体１５の応力値に比べて高くなるよう
に設計しているのは、スタッドボルト１４に曲げモーメ
ント等が作用したときに、タンク本体１に溶接されてい
るボルト本体１５が破損せず、破損する場合には継ぎボ
ルト１６を破損させ、スタッドボルト本体１５の破損に
よるタンク本体１の表面への影響をなくすためである。

【００３４】上記に本発明の防熱構造について複数の実
施例を説明したが、下記のように実施することも可能で
ある。すなわち、ワイヤーネット３ｃの線径は市販品を
用いた関係で，０．５５ｍｍ、０．６２ｍｍ、０．７０
ｍｍ、０．７５ｍｍを主に使用したが、これらに限定す
るものではなく、許容される範囲で各種寸法のワイヤー
ネットを使用できる。また、スタッドボルト４・１４に
ついても、許容される範囲で各種寸法のものを適用でき
る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
この発明の極低温タンク用防熱構造には、次のような優
れた効果がある。

【００３６】(1) 防熱パネルをタンク本体に固定するた
めスタッドボルト等の支持具を用いた構造において、と
くに半球面部と円筒状胴部の境付近に位置するスタッド
ボルトに作用する曲げモーメント量を大幅に減少させ、
従来の球形タンクに用いたスタッドボルトと強度が同一
（つまりボルト径が共通）のスタッドボルトをシリンダ
形タンクに用いても、ボルトの有する強度の許容範囲に
曲げモーメントおよびせん断力が抑えられる。この結
果、防熱構造全体の信頼性を向上するとともに、スタッ
ドボルト等の支持具に作用する荷重を均一化させて、支
持具の本数を減らして施工性と防熱性能を向上できる。

【００３７】(2) 請求項２記載の極低温タンク用防熱構
造では、市販品のワイヤーネットを用いて、半球面部と
円筒状胴部の境界付近に位置する最大の曲げモーメント
が作用するスタッドボルトの曲げモーメントを大幅に減
少させられる。

【００３８】(3) 請求項３記載の極低温タンク用防熱構
造では、ワイヤーネットの線径を円筒状胴部と半球面部
とで適度に差をもたせた（円筒状胴部線径＜半球面部線
径)ことによってスタッドボルトに作用する曲げモーメ
ントが大幅に減少するうえ、スタッドボルト自体に可撓
性を具備させたことにより、曲げモーメントがさらに低
減され、せん断力も一層減少する。

【００３９】(4) 請求項４記載の極低温タンク用防熱構
造では、スタッドボルト本体を一定ピッチで溶接により
立設したのち、各継ぎボルトにスタッドボルトの下端部
をねじ込んで連結できるので、タンク本体とは異種の金
属材料で製作したスタッドボルトを使用でき、とくに請
求項３に記載のようにスタッドボルトの上下両端部を除
く中間部を細径にして可撓性をもたせるのに有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる防熱構造を備えた極低
温用シリンダ形タンクの外観をその一部を切り欠いて示
す正面図および右半分を省略した左側面図である。

【図２】図１のタンクの概要を示す中央縦断面図であ
る。

【図３】図１のタンク上の防熱層の一部を拡大して示す
平面図である。

【図４】図４(ａ)は図３のＡ−Ａ線断面図、図４(ｂ)は
図３のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】図５（ａ）は図３(ａ)の一部拡大断面図、図５
（ｂ）は図３(ｂ)の一部拡大断面図、図５（ｃ）はワッ
シャー７の平面図、図５（ｄ）の左半分は同正面図・右
半分は同断面図である。

【図６】図６（ａ）は図５(ｂ)の上部をさらに拡大した
断面図、図６（ｂ）は防熱パネルの実施例を示す斜視図
である。

【図７】シリンダ形タンクにおけるスタッドボルトの位
置とボルトＮｏの関係を部分的（１／８）に展開して示
す模式図である。

【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−９
（本発明の実施例１）の熱収縮状態におけるタンク各位
置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメント
およびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示
す線図である。

【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−７
（比較例１）の熱収縮状態においてタンク各位置でスタ
ッドボルトに作用する軸力（引張荷重）、曲げモーメン
トおよびせん断力をそれぞれボルトＮｏとの関係で示す
線図である。

【図１０】図１０（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−９（実施例
１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態
を示す部分断面図とその一部拡大断面図である。

【図１１】図１１（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−７（比較例
１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態
を示す部分断面図とその一部拡大断面図である。

【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ
−６（実施例３）の熱収縮状態においてタンク各位置の
スタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよ
びせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示す線
図である。

【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ
−３（比較例４）の熱収縮状態におけるタンク各位置の
スタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよ
びせん断力を順に示す線図である。

【図１４】本発明のさらに改良した実施例４（ＭＯＤ−
１０）に使用するスタッドボルト１４を示す、結合前の
正面図である。

【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ
−１０（実施例４）の熱収縮状態におけるタンク各位置
のスタッドボルト１４に作用する軸力、曲げモーメント
およびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示
す線図である。

【図１６】図１６（ａ）は球形タンクの常態と熱収縮時
とを示す断面図、図１６（ｂ）はシリンダ形タンクの常
態と熱収縮時とを示す断面図である。

【符号の説明】

１シリンダ形タンク本体１ａ半球面部１ｂ円筒状胴部（円筒部）２防熱層２ａ内側防熱積層部２ｂ外側防熱積層部３網状補強材３ｃワイヤーネット４・１４スタッドボルト（支持具）５防熱パネル６アルミホイル表面シート材７ワッシャー８ナット９ポリウレタン発泡体１０ブチルラバーシート１１アルミホイル連結シート材１５スタッドボルト本体１６継ぎボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者志道敏雄兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内Ｆターム(参考） 3E070 AA03 AB32 DA01 NA02 QA04 3E073 AA01 AA03 AB02 AB06 BA11 CC02 CD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミホイル表面シート材を有し内外二
層積層構造の合成樹脂発泡体からなる凸形断面で定形の
防熱パネルを、タンク本体の表面上に相互に隣接して配
列し、前記タンク本体に植設された支持具により取り付
け、前記防熱パネルの突部間の目地に合成樹脂材を充填
又は発泡することによって前記目地間を埋設し、前記目
地の合成樹脂発泡体上およびその周辺の前記アルミホイ
ル表面シート材上に跨がって、前記アルミホイル表面シ
ート材と同一構成のアルミホイル連結シート材を全面的
に接着するとともに、前記二層積層構造の内外積層部の
中間位置に補強用ワイヤーネットを介装した極低温タン
ク用防熱構造において、前記タンクが円筒状胴部の両端に半球面部を一体に連接
したシリンダ形タンクからなっており、前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径
を、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線
径に比べてやや太くするか、又は前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットのメ
ッシュサイズを、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤ
ーネットのメッシュサイズに比べてやや大きくするかす
ることにより、前記各半球面部側の剛性を適度に高めた
ことを特徴とする極低温タンク用防熱構造。
【請求項２】前記防熱パネルの内側積層部の表面を金
属製ワイヤーネットで覆うとともに、金属製タンク本体
に下端を溶接した金属製スタッドボルト（前記支持具に
該当）によりワッシャーを介して前記ワイヤーネットと
ともに前記内側積層部を固定した極低温タンク用防熱構
造であって、前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を
０．７０〜０．７５ｍｍ、前記円筒状胴部に介装する前
記ワイヤーネットの線径を０．５５〜０．６２ｍｍにし
たことを特徴とする請求項１記載の極低温タンク用防熱
構造。
【請求項３】前記支持具としての金属製スタッドボル
トの上下両端部を除く中間部を細径にし、可撓性をもた
せたことを特徴とする請求項１又は２記載の極低温タン
ク用防熱構造。
【請求項４】前記スタッドボルトをスタッドボルト本
体と継ぎボルトとから構成し、アルミ（アルミ合金を含
む）製タンク本体にアルミ（アルミ合金を含む）製スタ
ッドボルト本体を溶接により固定し、このスタッドボル
ト本体に鋼製又はステンレス製の継ぎボルトの下端を連
結することを特徴とする請求項３記載の極低温タンク用
防熱構造。