JP2005280738A - スロッシング抑制装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設のタンクまたは浮屋根の形状や構造等を変更することなく、貯蔵液のスロッシングを抑制する。
【解決手段】 貯蔵液８の流動により遊動する抵抗板２と、貯蔵液８中を沈んでタンク本体６の底面Ｓ１に移動可能に設置されるともに、浮力により浮かぼうとする抵抗板２を貯蔵液８中で支持する支持体３と、抵抗板２と支持体３とを接続するワイヤ４とを有する少なくとも１つのスロッシング抑制装置１を、予めタンク本体６内に投入しておき、スロッシング抑制装置１と流動する貯蔵液８との相対移動により生じる流体抵抗によってスロッシングを減衰する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タンク内に貯蔵された液体のスロッシングを抑制する装置および方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、浮屋根式タンクに貯蔵された揮発性石油類のスロッシングを抑制する装置および方法に関する。

原油やガソリンなどの揮発性石油類の貯蔵には、主に浮屋根式タンクが用いられている。この浮屋根式タンクは、鉛直上方側を開口した有底円筒形のタンク本体と、このタンク本体内に貯蔵されている貯蔵油の液面上に浮かべられる浮屋根とを有し、浮屋根が貯蔵油の液位とともに上下することによって、貯蔵油の液面が空気に直接触れることを防ぎ、貯蔵油の蒸発損失を少なくすると共に蒸気相をなくして安全性を保つようにしている。

一方、地震等による外部からの振動、特に長時間にわたって続く長周期地震動によって、タンク内の貯蔵油が大きく波立つスロッシングと呼ばれる（液面揺動とも呼ばれる）現象が生じ得ることが知られている。このスロッシングが発生すると、波状に流動する貯蔵油と共に浮屋根が大きく揺動して、浮屋根が損傷してしまったり、貯蔵油が浮屋根の上に露出してしまったり、貯蔵油がタンク本体の壁面を乗り越えて外部に漏れるなどの事態が起きる可能性があり、最悪の場合には大規模な火災が発生する虞がある。

上記スロッシングを抑制するための従来技術として、例えば特許文献１，２に開示されたものがある。

特許文献１に開示されたスロッシング抑制装置は、図１１に示すように、タンク１０３内に向けて開かれた開口部１０４を有する内室１０２と、開口部１０４に設けられて内室１０２に向かう貯蔵液１０７の流れのみを許容する逆止弁１０５と、内室１０２の下部に設けられて内室１０２内に取り込まれた貯蔵液１０７をタンク１０３内に向けて排出する流出孔１０６とを有している。このスロッシング抑制装置によれば、スロッシングの発生時に、タンク１０３内の貯蔵液１０７が波状に流動することにより、貯蔵液１０７が開口部１０４より内室１０２内に流入し、内室１０２内の液位が上昇する。一方、内室１０２に流入した貯蔵液１０７は、開口部１０４から再び内室１０２外に流出しようとするが、開口部１０４に形成された逆止弁１０５が閉じるため、開口部１０４を経由して内室１０２外へ貯蔵液１０７が流出することが阻止される。このため、内室１０２内の貯蔵液７は、液位が高い状態で内室１０２内に保持されるが、同時に流出孔１０６より徐々にタンク１０３中に流出する。上記サイクルを繰り返すことにより、スロッシング時の貯蔵液１０７が有するエネルギを、流出孔１０６から流出する際の粘性摩擦により消失させ、スロッシングを早期に鎮静化するようにしている。

一方、特許文献２に開示された浮屋根式貯蔵タンクでは、図１２に示すように、浮屋根１１５の下面に線条体１１９を垂下させ、一対の板状体１１２，１１３を傾動自在に連結して成る抵抗板１１０を、各板状体１１２，１１３が略水平に展開した状態から上方に閉じる方向へのみ傾動し得るように、線条体１１９に吊り下げている。尚、浮屋根１１５は、タンク本体１１１の内周面に対しシール装置１１６を介して収容されており、浮屋根１１５の上面外周には、周方向に分割されたフラップ状のウエザーシールド１１７がシール装置１１６の上方に位置するよう傾動自在に取り付けられている。また、符号１１４は、板状体１１２，１１３を略水平に展開した状態から下方へ傾動しないよう保持するスプリングである。この浮屋根式貯蔵タンクによれば、スロッシングの発生により浮屋根１１５が上方に向かって揺動する際に抵抗板１１０の各板状体１１２，１１３が略水平に展開して液体１１８から抵抗力を受けるので、浮屋根１１５の揺動を抑制し、スロッシングを早期に鎮静化するようにしている。

特開平７−１３７７９０号 特開平９−１４２５７５号

しかしながら、特許文献１，２に開示される従来のスロッシング抑制装置は、タンクの側壁または浮屋根に取り付けられるため、既に設置され運用されている既設タンクに適用するには、既存のタンクや浮屋根の形状や構造を変更する大規模な工事が必要になり、多大な費用がかかる。また、元来、既設の浮屋根は、特許文献２に開示されるようなスロッシング抑制装置を設置することを予定して製造されていないため当該抑制装置を設置するのに必要な強度を有していない場合が多く、浮屋根自体を交換せざるを得ない場合が多い。

このため、既設の浮屋根式タンクについて現実に考えられているスロッシング対策は、貯蔵油の液位を下げることや浮屋根を補強することである。しかし、貯蔵油の液位を下げると当然に貯蔵量が減るため設備効率が悪化してしまうし、浮屋根の補強は費用がかかる割にスロッシングに耐え得るための方策であって積極的にスロッシングを抑制する方策ではないため、最善策とは言えない。

また、タンクの新設、既設を問わず、タンクの側壁にスロッシング抑制装置を取り付ける場合、当該装置と浮屋根との接触を避けるために浮屋根の移動範囲が制限されて、貯蔵油の増減に浮屋根が追従できない虞があり、またスロッシング時に浮屋根と抑制装置とが衝突して浮屋根や抑制装置が損傷してしまう虞もある。

さらに揮発性石油類の貯蔵に用いる浮屋根式タンク以外の液体貯蔵タンクについても、貯蔵液のスロッシング対策が必要となる場合があり、さらに地震以外の振動に対してもスロッシング対策が必要となる場合がある。例えば、振動に敏感な化学薬液を貯留したタンクや、活魚等の水生生物を収容した水槽などは、運搬の際に生じる振動により化学薬液や飼育水がスロッシングを起こし、化学薬液の性状に変化をきたしたり水生生物に悪影響を与える可能性が考えられ、対策が望まれるが、従来のスロッシング抑制装置では、上述したように既存のタンクの形状や構造を変更する必要がある。

そこで本発明は、既設のタンクまたは浮屋根の形状や構造等を変更することなく、スロッシングを抑制することができる装置および方法を提供することを目的とする。また、本発明は、浮屋根の移動を妨げることのないスロッシング抑制装置および方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、タンク内に貯蔵された液体のスロッシングを抑制する装置において、液体中で該液体の流動により遊動する抵抗板と、抵抗板よりもタンクの底面側に位置して抵抗板を液体中で支持する支持体と、抵抗板と支持体とを接続し、抵抗板が支持体から一定距離を超えて離れることを制限するとともに、抵抗板が支持体に接近することを許容する接続手段とを有するようにしている。

したがって、貯蔵液中で支持体につながれて浮遊する抵抗板とスロッシングにより流動する液体との間で流体抵抗が生じ、スロッシングのエネルギが消費され、スロッシングを減衰させることができる。従って、スロッシング抑制装置を単にタンク内に投入するか或いは支持体をタンク底面に固定しておくだけで、スロッシングを効果的に抑制することが可能となる。しかも、抵抗板は貯蔵液中で浮遊しているとともに接続手段が抵抗板と支持体との接近を許容するので、タンクが浮屋根を有する場合でも、浮屋根の移動に追従して抵抗板が移動し、浮屋根の移動を妨げない。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のスロッシング抑制装置において、支持体は、液体中を沈んでタンクの底面に移動可能に設置されるともに、浮力により浮かぼうとする抵抗板を接続手段を介して繋ぎとめるようにしている。この構成の場合、支持体は抵抗板を貯蔵液中に浮遊させる錘として機能し、スロッシング抑制装置は、単にタンク内に投入するだけで設置可能となる。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載のスロッシング抑制装置において、支持体の液面側に向く面を表面とし且つタンクの底面側に向く面を裏面として、支持体は、支持体裏面側にある液体が支持体表面方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、支持体表面側にある液体が支持体裏面方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる構造を備えるようにしている。

したがって、貯蔵液は支持体の裏面側から表面側に移動し易く、支持体の表面側から裏面側には移動し難くなる。支持体はスロッシング時の流速が低いタンク底面に設置されるため、支持体の周囲を流動する貯蔵液によって支持体が移動してしまうことは防止されるが、スロッシングのエネルギが大きく鉛直上方に向かう貯蔵液の流動により抵抗板を上昇させようとする力が強く作用する結果、抵抗板に引っ張られて支持体がタンク底面から離れてしまう場合が考えられる。この場合でも、貯蔵液は支持体の表面側から裏面側に移動し難いため、貯蔵液と支持体との間で大きな流体抵抗が生じ、支持体がタンク底面から大きく浮き上がることが防止されるとともに、支持体において生じる流体抵抗によってスロッシングの多くのエネルギが消費される。しかも、貯蔵液は支持体の裏面側から表面側には移動し易いため、上昇した支持体は自重により速やかに貯蔵液中を沈んでタンク底面に着底する。従って、スロッシングによる次の波が来るまでに、すなわち持ち上げられていた液面を下げようとする貯蔵液の流動が来るまでに、支持体が着底して抵抗板がスロッシング抑制に有効な位置に復帰しているようにできる。

また、請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のスロッシング抑制装置において、支持体がタンクの底面の中心よりに移動することを制限する規制手段を備えている。スロッシング時における液体の流速はタンク側面の液面近傍で最も大きくなるため、支持体がタンクの底面の中心部に移動するとスロッシング抑制効果が低減してしまう虞があるが、このように構成することで、支持体がタンク底面中心部に移動してしまうことによるスロッシング抑制効果の低下を防止できる。

また、請求項５記載の発明は、請求項１記載のスロッシング抑制装置において、支持体は、タンクの底面に固定され、浮力により浮かぼうとする抵抗板を接続手段を介して繋ぎとめるようにしている。また、請求項６記載の発明は、請求項１記載のスロッシング抑制装置において、支持体は、タンクの底部であり、浮力により浮かぼうとする抵抗板を接続手段を介して繋ぎとめるようにしている。この場合でも、既設のタンクや浮屋根の形状および構造を特に変更することなく、簡単にスロッシング抑制装置を設置できる。

また、請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１つに記載のスロッシング抑制装置において、抵抗板の液面側に向く面を表面とし且つタンクの底面側を向く面を裏面として、抵抗板は、抵抗板表面側にある液体が抵抗板裏面方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、抵抗板裏面側にある液体が抵抗板表面方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる構造を備えるようにしている。

したがって、貯蔵液は抵抗板の表面側から裏面側に移動し易く、抵抗板の裏面側から表面側には移動し難くなる。スロッシングによる液面降下時に、抵抗板の鉛直下方側に移動しようとする貯蔵液と、浮力により浮かぼうとする抵抗板との間で流体抵抗が生じるが、貯蔵液は抵抗板の表面側から裏面側に移動し易いため、抵抗板が流体抵抗により押し下げられて支持体に近づき過ぎることが防止され、さらに抵抗板の浮力によって速やかに抵抗板がスロッシング抑制に有効な位置に復帰する。一方、スロッシングによる液面上昇時には、抵抗板の鉛直上方側に移動しようとする貯蔵液と、支持体に繋がれているため同位置に居続けようとする抵抗板との間で流体抵抗が生じ、スロッシングのエネルギが消費される。この際、貯蔵液は抵抗板の裏面側から表面側には移動し難くいため、貯蔵液と抵抗板との間で生じる流体抵抗は大きなものとなり、スロッシングの多くのエネルギが消費される。

また、請求項８記載の発明は、請求項１から７のいずれか１つに記載のスロッシング抑制装置において、上記タンクは、鉛直上方側を開口したタンク本体と、タンク本体内に貯蔵されている液体の液面上に浮かべられる浮屋根とを有する浮屋根式タンクであるものとしている。この場合、地震に起因するスロッシング災害が懸念され有効な対策が渇望されている浮屋根式タンクのスロッシング対策に本発明を適用できる。

また、請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１つに記載のスロッシング抑制装置において、平常時における抵抗板の位置が、タンクの底面から液面までの高さの半分より鉛直上方で尚且つ液面よりも鉛直下方に設定されるようにしている。

スロッシング時における液体の流速はタンク側面の液面近傍で最も大きくなるため、比較的液面近くとなる位置に抵抗板を設置することで、流動する液体と抵抗板との間で生じる流体抵抗によりスロッシングを効果的に減衰することができる。一方で、抵抗板を液面に近づけ過ぎると、浮屋根と抵抗板が接触してしまう可能性があるし、スロッシング時に浮屋根が鉛直上方に持ち上がる際に抵抗板も浮屋根に引っ張られる可能性がある。したがって、タンクの底面から液面までの高さの半分より鉛直上方で尚且つ液面よりも鉛直下方に、抵抗板の位置を設定することで、浮屋根と抵抗板が接触してしまう不都合や抵抗板が浮屋根に引っ張られる不都合を回避しつつ、スロッシングを効果的に減衰することができる。

また、請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか１つに記載のスロッシング抑制装置において、平常時における抵抗板の位置が、タンクの底面の中心よりもタンクの側壁よりに設定されるようにしている。タンクの側壁付近では、スロッシングによる波の振幅が大きくなることから、この位置に抵抗板を設定することで、効果的にスロッシングを抑制することができる。

また、請求項１１記載の発明は、タンク内に貯蔵された液体のスロッシングを抑制する方法において、液体中で該液体の流動により遊動する抵抗板と、液体中を沈んでタンクの底面に移動可能に設置されるともに、浮力により浮かぼうとする抵抗板を液体中で支持する支持体と、抵抗板と支持体とを接続し、抵抗板が支持体から一定距離を超えて離れることを制限するとともに、抵抗板が支持体に接近することを許容する接続手段とを有する少なくとも１つのスロッシング抑制装置を、予めタンク内に投入しておき、スロッシング抑制装置と流動する液体との相対移動により生じる流体抵抗によってスロッシングを減衰するようにしている。

したがって、既設のタンクや浮屋根の形状および構造をまったく変更することなく、貯蔵液を抜く必要もなく単にタンクにスロッシング抑制装置を投入するだけで、スロッシングを効果的に抑制することができる。しかも、抵抗板は貯蔵液中で浮遊しているとともに接続手段が抵抗板と支持体との接近を許容するので、タンクが浮屋根を有する場合でも、浮屋根の移動に追従して抵抗板も移動し、浮屋根の移動を妨げない。

請求項１記載のスロッシング抑制装置によれば、タンクや浮屋根の形状および構造を変更することなく、スロッシング抑制装置を単にタンク内に投入するか或いは支持体をタンク底面に固定しておくだけで、スロッシングを効果的に抑制することが可能となる。従って、スロッシング対策として、既存のタンクや浮屋根の形状や構造を変更する大規模な工事が不要となり、大幅なコスト低減に寄与できる。しかも、抵抗板は貯蔵液中で浮遊しているとともに接続手段が抵抗板と支持体との接近を許容するので、タンクが浮屋根を有する場合でも、浮屋根の移動に追従して抵抗板も移動し、浮屋根の移動を妨げない。従って、貯蔵液の増減による浮屋根の移動を妨げることがなく、また、スロッシング時に浮屋根と抑制装置とが衝突して浮屋根や抑制装置が損傷してしまう事態も回避できる。

さらに、請求項２記載のスロッシング抑制装置によれば、支持体は、液体中を沈んでタンクの底面に移動可能に設置されるともに、浮力により浮かぼうとする抵抗板を接続手段を介して繋ぎとめるので、タンクから貯蔵液を抜く必要はなく、単にタンク内に投入するだけで設置可能となる。

さらに、請求項３記載のスロッシング抑制装置によれば、支持体は、支持体裏面側にある液体が支持体表面方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、支持体表面側にある液体が支持体裏面方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる構造を備えるので、支持体がタンク底面から離れて上昇する場合でも、貯蔵液と支持体との間で大きな流体抵抗が生じ、支持体がタンク底面から大きく浮き上がることが防止されるとともに、支持体において生じる流体抵抗によってスロッシングの多くのエネルギが消費される。しかも、貯蔵液は支持体の裏面側から表面側には移動し易いため、上昇した支持体は自重により速やかに貯蔵液中を沈んでタンク底面に着底する。従って、スロッシングによる次の波が来るまでに、すなわち持ち上げられていた液面を下げようとする貯蔵液の流動が来るまでに、支持体が着底して抵抗板がスロッシング抑制に有効な位置に復帰しているようにできる。

さらに、請求項４記載のスロッシング抑制装置によれば、支持体がタンクの底面の中心よりに移動することを制限する規制手段を備えるので、支持体がタンク底面中心部に移動してしまうことによるスロッシング抑制効果の低下を防止できる。

さらに、支持体がタンク底面に固定される請求項５，６記載のスロッシング抑制装置によっても、既設のタンクや浮屋根の形状および構造を特に変更することなく、簡単にスロッシング抑制装置を設置できる。

さらに、請求項７記載のスロッシング抑制装置によれば、抵抗板は、抵抗板表面側にある液体が抵抗板裏面方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、抵抗板裏面側にある液体が抵抗板表面方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる構造を備えるので、スロッシングによる液面降下時に、抵抗板が流体抵抗により押し下げられて支持体に近づき過ぎることが防止され、さらに抵抗板の浮力によって速やかに抵抗板がスロッシング抑制に有効な位置に復帰する。一方、スロッシングによる液面上昇時には、貯蔵液と抵抗板との間で大きな流体抵抗を生じ、スロッシングの多くのエネルギが消費される。

さらに、請求項８記載のスロッシング抑制装置によれば、地震に起因するスロッシング災害が懸念され有効な対策が渇望されている浮屋根式タンクのスロッシング対策に本発明を適用できる。

さらに、請求項９記載のスロッシング抑制装置によれば、平常時における抵抗板の位置が、タンクの底面から液面までの高さの半分より鉛直上方で尚且つ液面よりも鉛直下方に設定されるので、浮屋根と抵抗板が接触してしまう不都合や抵抗板が浮屋根に引っ張られる不都合を回避しつつ、スロッシングを効果的に減衰することができる。

さらに、請求項１０記載のスロッシング抑制装置によれば、スロッシングによる波の振幅が大きくなるタンクの側壁よりに抵抗板が設定されるので、スロッシングを効果的に減衰することができる。

さらに、請求項１１記載のスロッシング抑制方法によれば、既設のタンクや浮屋根の形状および構造をまったく変更することなく、貯蔵液を抜く必要もなく単にタンクにスロッシング抑制装置を投入するだけで、スロッシングを効果的に抑制することができる。従って、スロッシング対策として、既存のタンクや浮屋根の形状や構造を変更する大規模な工事が不要となり、大幅なコスト低減に寄与できる。しかも、抵抗板は貯蔵液中で浮遊しているとともに接続手段が抵抗板と支持体との接近を許容するので、タンクが浮屋根を有する場合でも、浮屋根の移動に追従して抵抗板も移動し、浮屋根の移動を妨げない。従って、貯蔵液の増減による浮屋根の移動を妨げることがなく、また、スロッシング時に浮屋根と抑制装置とが衝突して浮屋根や抑制装置が損傷してしまう事態も回避できる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１から図４に本発明のスロッシング抑制装置および方法の実施の一形態を示す。このスロッシング抑制装置１は、タンク５内に貯蔵された液体８中で該液体８の流動により遊動する抵抗板２と、抵抗板２よりもタンク５の底面Ｓ１側に位置して抵抗板２を液体８中で支持する支持体３と、抵抗板２と支持体３とを接続し、抵抗板２が支持体３から一定距離を超えて離れることを制限するとともに、抵抗板２が支持体３に接近することを許容する接続手段４とを有している。

本実施形態におけるタンク５は、鉛直上方側を開口したタンク本体６と、このタンク本体６内に貯蔵されている液体８の液面Ｓ２上に浮かべられる浮屋根７とを有する浮屋根式タンクとし、このタンク５に貯蔵される液体８は、原油やガソリンなどの揮発性石油類（以下、貯蔵油８とも表記する）であるものとしている。浮屋根式タンク５は、例えば既に設置され運用されている既存の物であり、タンク本体６は鉛直上方側が開放された有底円筒形を成し、浮屋根７はタンク本体６の円筒内径Ｗよりも直径の小さい円板形を成している。

また、本実施形態における支持体３は、液体８中を沈んでタンク５の底面Ｓ１に移動可能に設置されるともに、浮力により浮かぼうとする抵抗板２を接続手段４を介して繋ぎとめるものとしている。支持体３を構成する材料には、貯蔵油８中で沈む材質すなわち貯蔵油８の密度よりも大きい密度を有する材質であって、耐油性すなわち油による性能低下や形状変化が少ない性質を備える材質を有する物、例えば鉄などの金属や合金を用いることが好ましい。

また、本実施形態における抵抗板２は、貯蔵油８内で浮力を発生する物としている。抵抗板２を構成する材料には、貯蔵油８中で浮かぶ材質すなわち同体積の貯蔵油８よりも軽い材質であって且つ耐油性を備える材質を有する物、例えばプラスチックや木などを用いることが好ましい。但し、抵抗板２が必要な浮力を備えるために、例えば抵抗板２を中空構造としても良く、さらに図７に示すように浮袋や風船などの浮力付与手段９を抵抗板２に付加して、必要な浮力を得るようにしても良い。

また、本実施形態では、接続手段４として、例えばワイヤやロープなどの変形可能な線形部材を用いている。但し、伸縮自在のロッド（例えばテレスコープ形シリンダ構造を備えたもの）や可撓性の棒材や紐材（例えばゴム製ロッドやゴム製紐）あるいは鎖などを接続手段４として用いても良い。接続手段４を構成する材料には、貯蔵油８がスロッシングを起こした場合でも抵抗板２を支持体３に繋ぎとめておける強度を備える材質であって且つ耐油性を備える材質を有する物を用いることが好ましく、例えば鋼線材製ワイヤを接続手段４として用いることが好ましい。例えば本実施形態では、３本のワイヤ４を用いて抵抗板２と支持体３とを連結している。

さらに本実施形態の抵抗板２は、抵抗板表面２ａ側にある液体８が抵抗板裏面２ｂ方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、抵抗板裏面２ｂ側にある液体８が抵抗板表面２ａ方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる構造を備えている。換言すれば、抵抗板２は、抵抗板２と貯蔵油８とが鉛直上下方向に相対移動をする場合に、抵抗板表面２ａ側にある液体８は抵抗板裏面２ｂ方向へ移動し易く、抵抗板裏面２ｂ側にある液体８は抵抗板表面２ａ方向へ移動し難い構造を備えている。具体的には本実施形態では、図３に示すように、抵抗板２の表面２ａから裏面２ｂへと貫通する複数の孔１０を設けるとともに、表面２ａ側の孔１０の直径Ｄ１が裏面２ｂ側の孔１０の直径Ｄ２よりも大きくなるように、孔１０の内周面にテーパを設けている。即ち、抵抗板２に設けられた孔１０は抵抗板２の表面２ａから裏面２ｂに向かって先細となっている、換言すれば抵抗板２の裏面２ｂから表面２ａに向かって末広となっている。従って、抵抗板２の表面では孔１０の径が大きいため、貯蔵油８は抵抗板２の表面２ａから裏面２ｂには通過し易く（図３の矢印Ｘ１で示す）、抵抗板２の裏面では孔１０の径が小さいため、貯蔵油８は抵抗板２の裏面２ｂから表面２ａには通過し難くなる（図３の矢印Ｘ２で示す）。

一方、本実施形態の支持体３は、支持体裏面３ｂ側にある液体８が支持体表面３ａ方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、支持体表面３ａ側にある液体８が支持体裏面３ｂ方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる構造を備えている。換言すれば、支持体３は、支持体３と貯蔵油８とが鉛直上下方向に相対移動をする場合に、支持体裏面３ｂ側にある液体８は支持体表面３ａ方向へ移動し易く、支持体表面３ａ側にある液体８は支持体裏面３ｂ方向へ移動し難い構造を備えている。具体的には本実施形態では、図４に示すように、支持体３の表面３ａから裏面３ｂへと貫通する複数の開口１１を設けるとともに、この開口１１のそれぞれに、支持体裏面３ｂから支持体表面３ａへ液体８が開口１１を通過することを許容し、支持体表面３ａから支持体裏面３ｂへ液体８が開口１１を通過することを制限する逆止弁１２を設けている。この逆止弁１２は、支持体表面３ａ側の開口１１を閉塞および開放できるように、ヒンジなどの連結手段を用いて当該開口１１に取り付けられる。尚、開口１１に対する逆止弁１２の開放位置を制限する手段１３として、例えばロープやばねなど用いて、逆止弁１２における開放時に開口１１から離れる部分と支持体表面３ａとを接続するようにしても良い。従って、貯蔵油８が支持体３の裏面３ｂ側から表面３ａ側に移動する際には逆止弁１２が開くため、貯蔵油８は支持体３の裏面３ｂ側から表面３ａ側に通過し易く（図４の矢印Ｘ３で示す）、貯蔵油８が支持体３の表面３ａ側から裏面３ｂ側に移動する際には逆止弁１２が閉じるため、貯蔵油８は支持体３の表面３ａ側から裏面３ｂ側に通過し難くなる（図４の矢印Ｘ４で示す）。

また、本実施形態では、平常時における抵抗板２の位置（以下、基準位置Ｐとも呼ぶ。）を、タンク５の底面Ｓ１から液面Ｓ２までの高さＨの半分より鉛直上方で尚且つ液面Ｓ２よりも鉛直下方に設定している。抵抗板２の基準位置Ｐを、タンク５の底面Ｓ１から液面Ｓ２までの高さＨの半分より鉛直上方に設定するのは、スロッシング時における液体８の流速はタンク側面の液面Ｓ２近傍で最も大きくなるため、比較的液面Ｓ２近くとなる位置に抵抗板２を設置することで、スロッシングする液体８と抵抗板２との相対移動により生じる流体抵抗によりスロッシングを効果的に減衰することができるからである。また、抵抗板２の基準位置Ｐを、液面Ｓ２よりも鉛直下方に設定するのは、抵抗板２を液面Ｓ２に近づけ過ぎると、浮屋根７と抵抗板２が接触してしまう可能性があるし、スロッシング時に浮屋根７が鉛直上方に持ち上がる際に、抵抗板２も浮屋根７に引っ張られる可能性があるためである。但し、抵抗板２の厳密な基準位置Ｐは、タンク本体６の直径Ｗや深さ、または抑制対象となる波の周期などによって変わり得るので、タンク形状や抑制対象としている振動の種類などに応じて、適宜変更しても良い。

本実施形態における支持体３の形状は、例えばタンク本体６の円筒内径Ｗの２分の１よりも直径の小さい円板形としており、抵抗板２の形状は、支持体３とほぼ同じ直径を有する円板形としている。この場合、円筒形を成すタンク本体６に複数のスロッシング抑制装置１を効率良く設置できる。例えば本実施形態では２つのスロッシング抑制装置１をタンク本体６に投入している。但し、支持体３や抵抗板２の形状は本実施形態のような円板形に限定されず、タンク形状などに合わせて適宜変更してよい。各スロッシング抑制装置１はタンク本体６の底面Ｓ１の中心よりもタンク本体６の側壁６ａよりに設置されている。タンク本体６の側壁６ａ付近では、スロッシングによる波の振幅が大きくなることから、この位置にスロッシング抑制装置１を設置することで、効果的にスロッシングを抑制することができる。尚、タンク本体６に設置するスロッシング抑制装置１の数は本実施形態の例に限定されず、単数もしくは目的とするスロッシング減衰量が得られる複数のスロッシング抑制装置１をタンク本体６に設置して良い。図１は平常時の浮屋根式タンク５およびスロッシング抑制装置１を示す。支持体３が錘として機能し、支持体３にワイヤ４を介して連結された抵抗板２が貯蔵油８中の基準位置Ｐにて浮遊（セミフローティング）している。

以上のように構成されたスロッシング抑制装置１によれば、次のように作動して貯蔵油８のスロッシングを抑制することができる。図２は、地震等により貯蔵油８がスロッシングを起こした状態を示す。スロッシング（液面揺動）により、貯蔵油８は、タンク本体６の一方の側壁６ａ付近では液面Ｓ２を下げ他方の側壁６ａ付近では液面Ｓ２を上げる動作を交互に繰り返す波状流動を起こす。これにより、浮屋根７は大きく交互に傾こうとする。

浮屋根７が鉛直下方に沈み込もうとする側のスロッシング抑制装置１Ａでは、液面Ｓ２が下がることにより流動する貯蔵油８が鉛直下方側に移動しようとする。このため、抵抗板２の鉛直下方側に移動しようとする貯蔵油８と、浮力により浮かぼうとする抵抗板２との間で流体抵抗が生じ、スロッシングのエネルギが消費される。また、ワイヤ４が柔軟に変形して抵抗板２が支持体３に接近することを許容する。ここで、貯蔵油８は抵抗板２の表面２ａから裏面２ｂに通過し易いため、抵抗板２が支持体３に近づき過ぎることが防止され、さらに抵抗板２の浮力によって速やかに抵抗板２が基準位置Ｐに復帰する。従って、スロッシングによる次の波が来るまでに、すなわち下がっていた液面Ｓ２を持ち上げようとする貯蔵油８の流動が来るまでに、抵抗板２が基準位置Ｐに復帰しているようにできる。

同時に、浮屋根７が鉛直上方に持ち上がる側のスロッシング抑制装置１Ｂでは、液面Ｓ２が上がることにより流動する貯蔵油８が鉛直上方に移動しようとする。これに対して、錘として機能する支持体３が抵抗板２の上昇を妨げるので、抵抗板２の鉛直上方側に移動しようとする貯蔵油８と、支持体３の重みにより基準位置Ｐに居続けようとする抵抗板２との間で流体抵抗が生じ、スロッシングのエネルギが消費される。さらに、貯蔵油８は抵抗板２の裏面２ｂから表面２ａには通過し難くいため、貯蔵油８と抵抗板２との間で生じる流体抵抗は大きなものとなり、スロッシングの多くのエネルギが消費される。ここで、支持体３はスロッシング時の流速が低いタンク底面Ｓ１に設置されるため、支持体３の周囲を流動する貯蔵油８によって支持体３が移動してしまうことは防止されるが、スロッシングのエネルギが大きく鉛直上方に向かう貯蔵油８の流動により抵抗板２を上昇させようとする力が強く作用する結果、抵抗板２に引っ張られて支持体３がタンク底面Ｓ１から離れてしまう場合が考えられる。この場合でも、貯蔵油８は支持体３の表面３ａ側から裏面３ｂ側に通過し難いため、貯蔵油８と支持体３との間で大きな流体抵抗が生じ、支持体３がタンク底面Ｓ１から大きく浮き上がることが防止されるとともに、支持体３において生じる流体抵抗によってもスロッシングの多くのエネルギが消費される。しかも、貯蔵油８は支持体３の裏面３ｂ側から表面３ａ側には通過し易いため、上昇した支持体３は自重により速やかに貯蔵油８中を沈んでタンク底面Ｓ１に着底する。従って、スロッシングによる次の波が来るまでに、すなわち持ち上げられていた液面Ｓ２を下げようとする貯蔵油８の流動が来るまでに、支持体３が着底して抵抗板２が基準位置Ｐに復帰しているようにできる。

以上のように、スロッシング抑制装置１によって、液面Ｓ２を下げる貯蔵油８の流動に対する抵抗作用と液面Ｓ２を上げる貯蔵油８の流動に対する抵抗作用とが繰り返されることにより、スロッシングが速やかに減衰され沈静化される。特に、本実施形態のように、一対のスロッシング抑制装置１Ａ，１Ｂが、液面降下に対する抵抗作用と液面上昇に対する抵抗作用とを交互に繰り返すことにより、スロッシングをより迅速に減衰させることができる。

本実施形態のスロッシング抑制装置１によれば、既設のタンク本体６や浮屋根７の形状および構造をまったく変更することなく、貯蔵油８を抜く必要もなく単にタンク本体６にスロッシング抑制装置１を投入するだけで、スロッシングを効果的に抑制することが可能である。従って、スロッシング対策として、既存のタンク本体６や浮屋根７の形状や構造を変更する大規模な工事が不要となり、大幅なコスト低減に寄与できる。しかも、抵抗板２は貯蔵油８中で浮遊しているとともにワイヤ４が容易に変形して抵抗板２と支持体３との接近を許容するので、浮屋根７の移動に追従して抵抗板２も移動し、浮屋根７の移動を妨げない。従って、貯蔵油８の増減による浮屋根７の移動を妨げることがなく、また、スロッシング時に浮屋根７と抑制装置１とが衝突して浮屋根７や抑制装置１が損傷してしまう事態も回避できる。尚、タンク本体６の直径や深さに対して貯蔵油８の液位が充分に低くなった場合には、スロッシングの影響も少なくなるため、タンク底面Ｓ１から液面Ｓ２までの高さＨが予め定めた値以下となった場合には、スロッシング抑制装置１を取り外すようにしても良い。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば図５に示すように、アンカ等の固定手段１４，１５を用いて支持体３をタンク底面Ｓ１に固定しても良い。この場合、支持体３を構成する材料に貯蔵油８中で沈む材質を用いる必要は必ずしもない。さらに図６に示すようにアンカ等の固定手段１４，１５を用いてワイヤ等の接続手段４をタンク底面Ｓ１に直接固定しても良い。この場合は、タンク本体６の底部６ｂが支持体３として機能する。例えば貯蔵油８を抜いた状態として、タンク底面Ｓ１に穿孔を設け、この穿孔に周知のグリップアンカ１４を打ち込み、このグリップアンカ１４に支持体３または接続手段４をボルト１５で固定する。この場合でも、既設のタンク本体６や浮屋根７の形状および構造を特に変更することなく、簡単にスロッシング抑制装置１を設置できる。但し、このようにタンク底面Ｓ１に支持体３または接続手段４を固定する場合、アンカ１４やボルト１５による固定部およびタンク本体６の底部６ｂは、抵抗板２の流体抵抗によって生じる引き抜き力に耐える強度を備える必要がある。

また、抵抗板２および支持体３における流体抵抗を制御する構造は、上述の実施形態の例に限定されるものではない。例えば、抵抗板２について孔１０の代わりに開口１１および逆止弁１２を設けても良く、或いは支持体３について開口１１および逆止弁１２の代わりに孔１０を設けても良い。但し、抵抗板２と支持体３とでは流体抵抗を大きくするべき面が逆であるため、抵抗板２に設ける逆止弁１２の位置は支持体３におけるものと表裏逆とし、支持体３に設ける孔１０の形状は抵抗板２におけるものと表裏逆とする。また、抵抗板２は、丸孔１０を設けたものに限らず、グリッド状すなわち格子状としても良く、この場合も格子内の空間が抵抗板２の裏面２ｂから表面２ａに向かって末広となるように形成することが好ましい。また、抵抗板２は、図８に示すように鉛直上方に向かって尖った傘形を成すようにしても良い。このような形状を採用することによっても、抵抗板表面２ａ側にある液体８が抵抗板裏面２ｂ方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、抵抗板裏面２ｂ側にある液体８が抵抗板表面２ａ方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる。尚、抵抗板２および支持体３が流体抵抗を制御する構造を備える事は好適例であって、必ずしもそのような構造を備えることには限定されない。例えば安価なスロッシング抑制装置１を提供するために、抵抗板２および支持体３を単なる板状のものや格子状のものとしても構わない。また、支持体３は単なる錘（重石）でも良い。

また、貯蔵油８の増減による液位の変動に応じてワイヤ等の接続手段４の長さを調節し、抵抗板２が常にスロッシング抑制に効果的な位置Ｐにあるようにしても良い。例えば、ワイヤ４の巻き取り・送り出し装置を支持体３に内蔵し、遠隔制御によって、液位の変動に応じてワイヤ４を巻き取って又は送り出して、ワイヤ４の長さを調節するようにしても良い。さらに、貯蔵油８の液位を測定するセンサをタンク５に設置して、センサの検出信号に基づいてワイヤ４の巻き取り・送り出し装置を制御して、液位が下がった場合には当該減少量に応じてワイヤ４を自動で巻き取り、液位が上がった場合には当該増加量に応じてワイヤ４を自動で送り出して、抵抗板２が常にスロッシング抑制に効果的な位置Ｐにあるようにしても良い。尚、タンク本体６の直径や深さに対して液位が充分に低くなった場合には、スロッシングの影響も少なくなるため、タンク底面Ｓ１から液面Ｓ２までの高さＨが予め定めた値以下となった場合には、スロッシング抑制装置１を取り外すようにしても良い。

また、本発明は、軟弱地盤上にある浮屋根式タンク５の地震対策として特に最適であるが、必ずしもこの用途のみに限定されるものでなく、スロッシング対策が必要な液体貯蔵タンク全般に適用することが可能である。例えば、振動に敏感な化学薬液を貯留したタンクや、活魚等の水生生物を収容した水槽などは、運搬などの際に生じる振動により化学薬液や飼育水がスロッシングを起こし、化学薬液の性状に変化をきたしたり水生生物に悪影響を与える可能性が考えられる。このような液体貯蔵タンクについても、本発明のスロッシング抑制装置を用いることで、既設のタンクの形状および構造を変更することなく、スロッシングを効果的に抑制することが可能である。特に上述の実施形態で説明したスロッシング抑制装置１によれば、貯蔵液をタンクから抜く必要もなく単に既設タンクに投入するだけで、スロッシングを効果的に抑制することができる。

さらに、支持体３が液体８中を沈んでタンク底面Ｓ１に移動可能に設置される場合において、支持体３がタンク底面Ｓ１の中心よりに移動することを制限する規制手段１６を更に設けても良い。この規制手段１６を設けることで、支持体３がタンク底面Ｓ１の中心部に移動してしまうことによるスロッシング抑制効果の低下を防止できる。この規制手段１６は、例えば図９に示すように、タンク本体６の内周面の底部６ｂ近傍と支持体３とを繋ぐワイヤである。尚、タンク本体６の底面Ｓ１または内周面にワイヤ１６の引っ掛け部を設けて、この引っ掛け部と支持体３とをワイヤ１６により繋ぐようにしても良い。またはタンク本体６の内周面の底部６ｂ近傍に重石を設置し、この重石と支持体３とをワイヤ１６により繋ぐようにしても良い。このワイヤ１６によって、支持体３がタンク底面Ｓ２の中心部に移動してしまうことを制限できる。但し、規制手段１６の構成は図９の例には限定されず、例えば図１０に示すように、規制手段１６は、支持体３の着底位置を予め定めた位置に位置決めする手段であっても良い。この位置決め手段１６は、例えば支持体３の直径よりも大きいリング状に形成され、リング内周面には、鉛直上方に向かって拡がるテーパ部１６ａが形成されている。位置決め手段１６は、接着や溶接等の固定手段でタンク底面Ｓ１に固定されるか、あるいは貯蔵液８中で沈む材質すなわち貯蔵液８の密度よりも大きい密度を有する材質で構成されて貯蔵液８中を沈むことによってタンク底面Ｓ１上に載置される。この位置決め手段１６によれば、支持体３がタンク底面Ｓ１から浮上し再びタンク底面Ｓ１に向かって沈む際にタンク底面Ｓ１の中心よりに多少ずれてしまっても、リング状の位置決め手段１６の内周面に形成されたテーパ部１６ａにより、支持体３は予め設定された元の着底位置に導かれ位置決めされる。これにより、支持体３がタンク底面Ｓ２の中心部に移動してしまうことを防止できる。尚、位置決め手段１６はスロッシング時の流速が低いタンク底面Ｓ１に設置されるため、位置決め手段１６の周囲を流動する貯蔵液８によって位置決め手段１６が移動してしまうことは防止される。

本発明のスロッシング抑制装置および方法の実施の一形態を示す正面断面図であり、平常時を示す。 本発明のスロッシング抑制装置および方法の実施の一形態を示す正面断面図であり、スロッシング発生時を示す。 抵抗板の構造の一例を示す正面断面図である。 支持体の構造の一例を示す正面断面図である。 スロッシング抑制装置の他の設置例を示す正面断面図である。 スロッシング抑制装置の更に他の設置例を示す正面断面図である。 スロッシング抑制装置の他の構成例を示す正面図である。 抵抗板の構造の他の例を示す正面断面図である。 スロッシング抑制装置の他の構成例を示す正面図である。 スロッシング抑制装置の他の構成例を示す正面図である。 従来のスロッシング抑制装置を示す図である。 従来の他のスロッシング抑制装置を示す図である。

符号の説明

１ スロッシング抑制装置
２ 抵抗板
２ａ 抵抗板表面
２ｂ 抵抗板裏面
３ 支持体
３ａ 支持体表面
３ｂ 支持体裏面
４ ワイヤ（接続手段）
５ タンク
６ タンク本体
６ａ 側壁
６ｂ 底部
７ 浮屋根
８ 貯蔵油（液体）
Ｓ１ タンク底面
Ｓ２ 液面
Ｈ 底面から液面までの高さ

Claims (11)

1. タンク内に貯蔵された液体のスロッシングを抑制する装置において、前記液体中で該液体の流動により遊動する抵抗板と、前記抵抗板よりも前記タンクの底面側に位置して前記抵抗板を前記液体中で支持する支持体と、前記抵抗板と前記支持体とを接続し、前記抵抗板が前記支持体から一定距離を超えて離れることを制限するとともに、前記抵抗板が前記支持体に接近することを許容する接続手段とを有することを特徴とするスロッシング抑制装置。
2. 前記支持体は、前記液体中を沈んで前記タンクの底面に移動可能に設置されるともに、浮力により浮かぼうとする前記抵抗板を前記接続手段を介して繋ぎとめることを特徴とする請求項１記載のスロッシング抑制装置。
3. 前記支持体の液面側に向く面を表面とし且つ前記タンクの底面側に向く面を裏面として、前記支持体は、前記支持体裏面側にある前記液体が前記支持体表面方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、前記支持体表面側にある前記液体が前記支持体裏面方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる構造を備えることを特徴とする請求項２記載のスロッシング抑制装置。
4. 前記支持体が前記タンクの底面の中心よりに移動することを制限する規制手段を備えていることを特徴とする請求項２または３記載のスロッシング抑制装置。
5. 前記支持体は、前記タンクの底面に固定され、浮力により浮かぼうとする前記抵抗板を前記接続手段を介して繋ぎとめることを特徴とする請求項１記載のスロッシング抑制装置。
6. 前記支持体は、前記タンクの底部であり、浮力により浮かぼうとする前記抵抗板を前記接続手段を介して繋ぎとめることを特徴とする請求項１記載のスロッシング抑制装置。
7. 前記抵抗板の液面側に向く面を表面とし且つ前記タンクの底面側を向く面を裏面として、前記抵抗板は、前記抵抗板表面側にある前記液体が前記抵抗板裏面方向へ移動する際に生じる抵抗力よりも、前記抵抗板裏面側にある前記液体が前記抵抗板表面方向へ移動する際に生じる抵抗力の方が大きくなる構造を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のスロッシング抑制装置。
8. 前記タンクは、鉛直上方側を開口したタンク本体と、前記タンク本体内に貯蔵されている液体の液面上に浮かべられる浮屋根とを有する浮屋根式タンクであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のスロッシング抑制装置。
9. 平常時における前記抵抗板の位置が、前記タンクの底面から液面までの高さの半分より鉛直上方で尚且つ液面よりも鉛直下方に設定されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のスロッシング抑制装置。
10. 平常時における前記抵抗板の位置が、前記タンクの底面の中心よりも前記タンクの側壁よりに設定されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のスロッシング抑制装置。
11. タンク内に貯蔵された液体のスロッシングを抑制する方法において、前記液体中で該液体の流動により遊動する抵抗板と、前記液体中を沈んで前記タンクの底面に移動可能に設置されるともに、浮力により浮かぼうとする前記抵抗板を前記液体中で支持する支持体と、前記抵抗板と前記支持体とを接続し、前記抵抗板が前記支持体から一定距離を超えて離れることを制限するとともに、前記抵抗板が前記支持体に接近することを許容する接続手段とを有する少なくとも１つのスロッシング抑制装置を、予め前記タンク内に投入しておき、前記スロッシング抑制装置と流動する前記液体との相対移動により生じる流体抵抗によってスロッシングを減衰することを特徴とするスロッシング抑制方法。

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