JP2006273381A - 液体貯槽容器およびそれが備える液面揺動防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
液体貯槽容器において、地震時に励起されるスロッシング揺動を、簡単な構成で抑制する。
【解決手段】
液体貯槽容器３０は、液体を貯槽し側壁１と底板２を有する貯槽部を有する。側壁の外周上部に複数の波高抵抗管４ｂを設ける。複数の波高抵抗管を環状に連接してリングハット４を形成する。隣り合う波高抵抗管を連通する連通手段１５を波高抵抗管の上部に設ける。波高抵抗管の下部に対向する側壁に貯槽部の液体を波高抵抗管に導入可能な開口１１を形成する。貯槽部の揺動により生じた空気波を連通手段に呼び込み、この連通手段の空気半圧縮ダンパー効果により液面揺動を低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体を貯槽する液体貯槽容器とその貯槽容器が備える液面揺動を防止する液面防止装置に係り、特に石油の貯槽に好適な液体貯槽タンクとその液面揺動防止装置に関する。

従来の液面揺動防止装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の液面揺動防止装置は、地震時の液面の非対称揺動を効率よく抑制するために、容器底と容器側壁を有する貯槽容器本体に、容器内の液面に常に位置する浮き板を設けている。そして、通常時の液位の変動に対してはこの浮き板を追随させ、地震時の非対称液面揺動に対しては、この浮き板の傾きをレールで拘束している。さらに、浮き板の液体圧力開放部分での液面揺動を防止する波止めを備えている。

特開平９−１４２５８２号公報

上記特許文献１に記載の液面揺動防止装置は、非対称揺動の抑制の効果を奏する。しかしながら、この非対称揺動を抑制するために浮き板の傾きを拘束しているので、拘束のためのレールおよび浮き屋根の剛性を大にしなければならない。さらに、液体を貯槽する貯槽容器におけるスロッシング揺動は、各容器の内径と液位に大きく影響され、この内径と液位により決定される１次振動モードが支配要因となる。その結果、大規模な液体貯槽容器では、レールや浮き屋根の構造が大きくなり、コスト増の要因となる。

本発明はこのような従来技術の有する不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、複雑な構成を用いることなく、液面の揺動を低減することにある。本発明の他の目的は、大規模な貯槽容器においても低コストで確実に液面の揺動を低減することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、液体を貯槽し側壁と底板を有する貯槽部と、前記側壁の外周上部に設けられた複数の波高抵抗管とを備え、前記複数の波高抵抗管を環状に連接してリングハットを形成し、隣り合う前記波高抵抗管を連通する連通手段を波高抵抗管の上部に設けるとともに、前記波高抵抗管の下部に対向する側壁に貯槽部の液体を波高抵抗管に導入可能な開口を形成し、貯槽部の揺動により生じた空気波を前記連通手段に呼び込み、この連通手段の空気半圧縮ダンパー効果により液面揺動を低減するものである。

そしてこの特徴において、前記複数の波高抵抗管のそれぞれに、この波高抵抗管から外部へまたは外部から波高抵抗管に空気を導く手段を設け、この手段は波高抵抗管の上限圧力と下限圧力を設定可能であり、スロッシング周期は、前記貯槽部の内径と前記貯槽部内の液体の液面高さとに基づいて決定される。

また上記特徴において、側壁の外周部に間隔をおいて複数のリブを設け、このリブは前記底板から側壁の上端部にまで延びており、この側壁の中間部に隣り合う側壁間を接続する斜め床を取り付け、この斜め板と側壁と隣り合う２つのリブとで前記波高抵抗管を形成し、このリブは貯槽部の内部に貯槽された液体が前記開口から波高抵抗管に流入して隣り合う波高抵抗管に侵入するのを防止するのがよく、貯槽部に貯槽される液体の液面に浮かぶポンツーンと、このポンツーンの外周部に設けたシール手段とを有し、このシール手段は、前記側壁との間をシールする上下２段に配置されたものであり、このシール手段の上下の間隔は前記開口の高さよりも高く形成するのが好ましい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、液面揺動防止装置が、外周部に複数の穴が形成された液体貯槽容器の外周部に設けられ、この穴ごとに設けられ貯槽容器の上端部まで延びる閉空間を形成する波高抵抗管と、この波高抵抗管の閉空間を形成する側板の上部に取り付けられ、隣り合う波高抵抗管同士を連通する連通手段とを有し、この連通手段は空気半圧縮ダンパー効果によりスロッシング揺動時の液面揺動を低減することにある。そしてこの特徴において、波高抵抗管の外部にアキュムレータを設け、このアキュムレータと波高抵抗管とを外部配管で連結し、前記アキュムレータは空気半圧縮ダンパー効果を増大させてスロッシング揺動時の液面揺動を低減することが望ましい。

本発明によれば、貯槽容器の上部に空気室を形成し、空気室と浮き屋根を併用したので、貯槽容器内の液体のスロッシング揺動を減衰させることができ、液面の揺動を確実に低減できる。また、このスロッシング揺動を空気室により減衰させているので、複雑な構成を用いずに液面の揺動を低減できる。さらに、空気室を形成するだけであるから、大規模な貯槽容器であっても低コストで容易に液面の揺動を低減できる。

以下、本発明に係る液体貯槽容器３０の一実施例を、図1〜図５を用いて説明する。図１に、液体貯槽容器３０を円筒形状とした場合の平面図を示す。図２は、この液体貯槽容器３０の縦断面図である。ここで、図１の中心線より左側は、図２のａ−ａ断面図であり、図１の中心線より右側は、図２のｂ矢視図である。図２の中心線より左側は、液体貯槽容器３０に液体が満杯に貯槽された状態、具体的には液高が貯槽高さＨの９０％の状態を示し、中心線より右側は、液体貯槽容器３０に液体の貯槽余裕がある場合で、具体的には、液高が貯槽高さＨの７０〜８０％までしか貯槽されていない状態である。この状態では、液面０は後述する開口部付近に位置する。図３は、貯槽容器３０の壁面近傍の詳細断面図である。

液体貯槽容器３０は、円筒形の容器側壁１と、この容器側壁１の下端と接続する円板形の容器底板２とを有する。容器３０の上部であって外周側には、下部がすぼまったロート状をした円筒部（リングハット）４が形成されている。円筒部４は、円錐面が斜め床板６で形成されており、外周面が外周壁５で形成されている。外周壁５の高さは、容器３０の上端面からｈ０の位置まで延びている。容器３０の側壁１と外周壁５との半径方向距離はＢであり、容器３０と外周壁５の上部を、上部床７が覆っている。液体貯槽容器３０の外周面から半径方向外向きに放射状に延びる複数の側壁縦補強リブ３が、側壁１に取り付けられている。このリブ３は、容器底板２位置から容器３０の上端面まで延びる矩形状をしており、周方向にほぼ等間隔で配置されている。リブ３の詳細を、図５に断面で示す。図５は、図３のｄ−ｄ断面図である。斜め床板６の両側部は、この側壁縦補強リブ３に接続している。

液体貯槽容器３０の貯槽高さをＨとすると、Ｈの７０〜８０％の高さ位置が、円筒部４のすぼまり端になる。この高さの側壁１に、容器３０と円筒部４とを連通する複数の開口１１を形成している。開口１１の高さ方向の長さはｈ１であり、周方向長さはｗ０である。液体貯層容器３０に液体を満液状態にしたときでもスロッシング揺動で貯槽された液体が、容器３０の外部に越波しないように、開口１１の位置を設定する。

このようにして側壁１、外周壁５、上部床７、斜め床板６および隣り合う補強リブ３の内側の２面で、閉空間が形成される。この閉空間を、波高抵抗管４ｂと呼ぶ。円筒部４は、これら波高抵抗管４ｂを周方向に集めて形成されており、この円筒部４をリングハットと呼ぶ。なお、側壁縦補強リブ３が隔壁として作用する。側壁縦補強リブ３の上方に、各波高抵抗管１５を連通する水平通気管１５を図４に示すように設ける。図４は、図３のｃ−ｃ断面図である。図４に示すように水平通気管１５は、隣り合う２つの波高抵抗管４ｂに突き出た形状をしている。水平通気管１５を設けたので、隣接する波高抵抗管４ｂ間では、静的な内部空気の移動が容易になる。また、容器３０全体が揺動して容器３０内の空気が動的に移動したらこの水平通気管１５が抵抗として作用し、波高抵抗管４ｂ内で空気半圧縮ダンパーを形成する。つまり、スロッシング揺動で波高抵抗管４ｂに液体の波が侵入しても、この波を波高抵抗管４ｂ内の空気が押し返す。その結果、容器３０内に収容された液体全体の揺動が減衰される。また、スロッシング揺動とほぼ同時に、液体全体の回転運動（コリオリの力）が発生し成長する。しかし、側壁１に形成した開口部１１から流入した液体はリブ３に衝突するので、このリブ３が抵抗になり、地震動等により誘起された回転動を急速に減衰させる。

波高抵抗管４ｂの上部床7には、上下限圧力値を設定可能な圧力調整弁１６を設ける。これにより、波高抵抗管４ｂと容器３０の液位が常時同位置になるようにする。この圧力調整弁１６は、液体の搬入時及び排出時や温度の変動により容器３０の内部圧力が所定圧力より上昇または下降したら、安全弁として作用する。

容器３０の中央部には、水平円板８ａと、この水平円板８ａの上方に位置する円錐形状の天板８ｂとを有する浮き屋根８が配置されている。浮き屋根８は、容器３０内部に貯槽された液体の液面０とともに上下動する。浮き屋根８の外周部には、リング状のポンツーン１２が取り付けられている。このポンツーン１２も、貯槽液体とともに上下動する。ポンツーン１２が容器３０の内壁と接する部分の上端部および下端部には、シール部１３、１４が形成されている。上下のシール部１３、１４の間隔ｈ２は、開口１１の高さより広い。したがって、開口１１を浮き屋根８が通過するときは、各シール１３、１４が貯槽された液体と空気が混合するのを防止する。

波高抵抗管４ｂの内部で貯槽液体と空気が混合するのを避けるために、各波高抵抗管４ｂに、それぞれ独立した浮き屋根９を設けている。波高抵抗管４ｂの内部に貯槽液体が流れ込んでいないときには、浮き屋根９は、重力で波高抵抗管４ｂの下部に沈み、その姿勢が変化する恐れがある。そこで、波高抵抗管４ｂの下部に浮き屋根を水平に保持する支持棚１０を設ける。支持棚１０は、波高抵抗管４ｂに液体が流れてくるのを妨げないように、グリッド状またはグレーティングのように形成されている。

このように構成した円筒貯槽容器３０の作用を、さらに詳細に以下に説明する。図示しない外部の供給源から液体が液体貯槽容器３０に供給されると、液面０が上昇して開口１１付近まで上昇する。このとき、開口１１をポンツーン１２が覆っているので、ポンツーン１２の上下に設けた２個のシール１３、１４が、容器３０の上方の空間から空気が容器３０内の液体内に混入するのを防止する。さらに液体の供給が進み、上部のシール１３が開口１１に差し掛かると、上部のシールはもはやシール作用をしない。そこで下部のシール１４が、外部空気が液体に混入するのを防止する。

さらに液体の供給が進み、シール液面０が開口１１に掛かると、上部のシール１３が外部からの空気の侵入を防止する。それとともに、開口１１を通じて波高抵抗管４ｂに液体が流入する。波高抵抗管４ｂでは、開口１１部から支持棚１０までの間に空気が残っているが、波高抵抗管内４ｂの空気は、浮き屋根９の回りの隙間を通して漏れて上昇するので、浮き屋根９は液体の液面０に浮かぶ。液体が流入したので波高抵抗管４ｂ内の圧力は、上昇する。しかし、圧力調整弁１６を設けているので、所定圧力以上に波高抵抗管４ｂ内の圧力が上昇すれば圧力調整弁１６が作動して、所定圧力以下に保つ。なお、液体の供給は、準静的な現象であるから、水平通気管１５を通じて各波高抵抗管４ｂ内の圧力は、ほぼ一定に保たれる。

このような準静的な状態とは異なり、液体のスロッシング揺動が発生した場合の動作について、以下に説明する。静止時の液面０が開口１１よりはるかに下の場合には、ポンツーン１２および浮き屋根８が、シール１３、１４をガイドとして上下動する。これにより、ポンツーン１２と浮き屋根８により振動が押さえ込まれる。

液面０が開口部付近またはそれ以上になると、各開口１１から液体が波高抵抗管４ｂに流れ込む。この液体の流れ込み量は、１次形である。すなわち、液体貯槽容器３０の中心に対し、液量の増加する正の領域と、液量の減少する負の領域が直線状に形成される。その結果、多くの液体が流れ込んだ波高抵抗管４ｂでは、浮き屋根９の位置が上昇するとともに、内部の空気を圧縮する。圧縮された空気は、隣り合う波高抵抗管４ｂに連通する水平通気管１５を通じて隣の波高抵抗管４ｂにその一部が流れ込む。その際、水平通気管１５が抵抗となり、ダンパー作用が生じて波高抵抗管４ｂごとの液体の揺動が抑制され、スロッシング振動が減衰される。一方、液量の減少した負の領域では、液体の流出によるサクション効果が発生する。その結果、この負の領域でもスロッシング振動を減衰させる作用が生じる。

スロッシングが発生しても液体貯槽容器３０内の液体の量が変化しないから、ある波高抵抗管４ｂ内に新たに流入した分だけ、他の波高抵抗管４ｂ内の液量は減少する。液量が減少した波高抵抗管４ｂ内では、波高抵抗管４ｂの容積に占める液量が少ないので、圧力が低下する。この圧力があらかじめ定めた圧力調整弁１６の下限圧力よりも低下すれば、圧力調整弁１６が開き外部空気を波高抵抗管４ｂに導入する。

なお、波高抵抗管４ｂとして作用する容積を増加させるために、図６に示すように、波高抵抗管４ｂの外部にアキュムレータ１８を設けても良い。この場合、波高抵抗管４ｂとアキュムレータ１８とを、外部配管１７で連結する。液体貯槽容器３０の外部にアキュムレータ１８を取り付けるだけなので、構造がより簡素化するとともに、貯槽量を増大できる。またアキュムレータ１８を設けたので、地震時においては波高抵抗管４ｂ内の空気圧力を上昇させ、液面揺動に抵抗する効果を積極的に利用できる。すなわち、スロッシング振動により波立った液面を、アキュムレータ１８内の空気の圧力で強制的に押さえ込むので、液体貯槽容器３０内のスロッシング振動を早期に減衰できる。その結果、液体貯槽容器３０の信頼性が向上する。

以上述べたように、本実施例によれば、通常時にいて液体貯槽容器３０内の液体総量が変動して液位が変化しても、従来の貯槽容器と同様の運転操作が可能になる。また、貯槽容器への収容液量を、波高抵抗管を付加した分だけ増量できる。さらに、地震時に液面のスロッシング揺動が発生しても、スロッシング揺動エネルギーを利用して自己減衰させることができ、効率よく揺動を低減できる。スロッシング揺動により励起される貯槽容器内の液体の回転運動は、波高抵抗管の隔壁により妨げられる。したがって、波高抵抗管と、水平通気管の相乗効果により、貯槽容器外への越流が防止される。なお、本液面揺動防止装置は、新規に作る液体貯槽容器だけではなく、既存の液体貯槽容器の耐震改修に適用しても、顕著な効果を奏する。

本発明に係る液体貯槽容器の一実施例の平面図。 図１に示した液体貯槽容器の縦断面図。 図１に示した液体貯槽容器の部分詳細縦断面図。 本発明に係る液体貯槽容器の他の実施例の部分詳細平面図。 本発明に係る液体貯槽容器のさらに他の実施例の部分詳細平面図。 本発明に係る液体貯槽容器のさらに他の実施例の平面図。

符号の説明

０…液面、１…容器側壁、２…容器底板、３…側壁補強リブ、４…リングハット（円筒部）、４ｂ…波高抵抗管、５…外壁、６…下部斜床、７…上部床、８…浮き屋根、９…浮き屋根、１０…支持棚、１１…液体流入出口、１２…ポンツーン、１３…シール、１４…シール、１５…水平通気管（連通手段）、１６…圧力調整弁、１７…外部配管、１８…アキュムレータ、３０…液体貯槽容器。

Claims (7)

1. 液体を貯槽し側壁と底板を有する貯槽部と、前記側壁の外周上部に設けられた複数の波高抵抗管とを備え、前記複数の波高抵抗管を環状に連接してリングハットを形成し、隣り合う前記波高抵抗管を連通する連通手段を波高抵抗管の上部に設けるとともに、前記波高抵抗管の下部に対向する側壁に貯槽部の液体を波高抵抗管に導入可能な開口を形成し、貯槽部の揺動により生じた空気波を前記連通手段に呼び込み、液体の流動抵抗と前記連通手段の空気半圧縮ダンパー効果により液面揺動を低減することを特徴とする液体貯槽容器。
2. 前記複数の波高抵抗管のそれぞれに、この波高抵抗管から外部へまたは外部から波高抵抗管に空気を導く手段を設け、この手段は波高抵抗管の上限圧力と下限圧力を設定可能であることを特徴とする請求項１に記載の液体貯槽容器。
3. 前記スロッシング周期は、前記貯槽部の内径と前記貯槽部内の液体の液面高さとに基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載の液体貯槽容器。
4. 前記側壁の外周部に間隔をおいて複数のリブを設け、このリブは前記底板から側壁の上端部にまで延びており、この側壁の中間部に隣り合う側壁間を接続する斜め床を取り付け、この斜め板と側壁と隣り合う２つのリブとで前記波高抵抗管を形成し、このリブは貯槽部の内部に貯槽された液体が前記開口から波高抵抗管に流入して隣り合う波高抵抗管に侵入するのを防止することを特徴とする請求項２に記載の液体貯槽容器。
5. 前記貯槽部に貯槽される液体の液面に浮かぶポンツーンと、このポンツーンの外周部に設けたシール手段とを有し、このシール手段は、前記側壁との間をシールする上下２段に配置されたものであり、このシール手段の上下の間隔は前記開口の高さよりも高く形成したことを特徴とする液体貯槽容器。
6. 外周部に複数の穴が形成された液体貯槽容器の外周部に設けられ、この穴ごとに設けられ貯槽容器の上端部まで延びる閉空間を形成する波高抵抗管と、この波高抵抗管の閉空間を形成する側板の上部に取り付けられ、隣り合う波高抵抗管同士を連通する連通手段とを有し、この連通手段は空気半圧縮ダンパー効果によりスロッシング揺動時の液面揺動を低減することを特徴とする液面揺動防止装置。
7. 前記波高抵抗管の外部にアキュムレータを設け、このアキュムレータと波高抵抗管とを外部配管で連結し、前記アキュムレータは空気半圧縮ダンパー効果を増大させてスロッシング揺動時の液面揺動を低減することを特徴とする請求項６に記載の液面揺動防止装置。
   

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