JP2007162772A - 竪型断熱低温タンクの外槽底板構造 - Google Patents

Abstract

【課題】外槽底板の上面に敷設される断熱板の施工性を損なうことなく、外槽底板の強度を向上できる竪型断熱低温タンクの外槽底板構造を提供する。
【解決手段】内槽２を支持スカート３を介して基礎４上に支持し、その内槽２を囲繞すべく、上記支持スカート３に上記内槽２の側方および上方を覆う槽本体５１を支持させると共に上記支持スカート３内に上記内槽２の底部を覆う底板５２を設けて外槽５を構成し、その底板５２上に複数の断熱板６を敷設すると共に、上記内外槽５間に保冷材７を充填してなる竪型断熱低温タンク１の外槽底板構造において、上記底板５２を、上記断熱板６の敷設に支障をきたさないよう、かつ内外槽圧を膜力のみで耐えられるように、下方にわずかに湾曲させた球面形状に形成し、その底板５２の外周を、上記支持スカート３の内周に、断面ト字状の補強リング部材５６で支持させたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体窒素、ＬＮＧなどを収容する竪型断熱低温タンクに関するものである。

従来、ＬＮ、ＬＯＸ、ＬＮＧなどの低温液体を収容するタンクとして、例えば、特許文献１で提案された竪型断熱低温タンクが知られている。

図７に示すように、その竪型断熱低温タンク７は、基礎７１上に支持スカート７２を介して支持されたボンベ状の内槽７３と、その内槽７３を囲繞する外槽７４とを有する。それら内外槽７３、７４間には、パーライト粒などの保冷材７５が窒素ガスと共に充填される。

外槽７４は、屋根板７４１と胴板７４２と支持スカート７２内に設けられた底板７４３とを有する。底板７４３は、平板状に形成され、その平板状底板７４３の下面には、内外槽間の内圧（内外槽圧）による変形を防止すべく、補強梁７４５が格子状に設けられる。また、底板７４３の上面には、硬質ウレタンフォームなどの断熱板７４６が、複数、隙間なく敷き詰められる。

この竪型断熱低温タンク７では、底板７４３を平板状にすることで、外槽７４内面の断熱板（硬質ウレタンフォーム）７４６の施工を容易にしていた。

特許第３６８４３１８号

上述したように、特許文献１の竪型断熱低温タンク７では、外槽底板７４３に平板を使用しているため、内外槽圧に対して格子状の補強梁７４５を必要とした。その補強梁７４５は平板（底板）７４３の強度を補うために絶対に必要な部材であるが、材料費、取付・溶接費のコストアップ要因となっていた。

この点を図８および図９の一例に基づき説明する。図８および図９は、内外槽圧が作用した時の底板の変形量と補強梁のピッチの関係を示したもので、図８の補強梁ピッチは１２００ｍｍであり、図９の補強梁ピッチは２０００ｍｍである。図８および図９では、φ８０００ｍｍの竪型断熱低温タンクを用い、外槽底板の板厚を６ｍｍとした。

図９に示すように、補強梁ピッチが２０００ｍｍの場合、補強梁間で底板の変形量が大きくなり、最大変形量は４４．３ｍｍとなってしまう。そのため、補強梁ピッチ２０００ｍｍは現実には採用できない。一方、図８に示すように、補強梁ピッチが狭い場合（１２００ｍｍの場合）は、底板の変形量（最大変形量８．５ｍｍ）は抑えられるものの、補強梁の数が増大してしまう。

このように、従来の平板状の外槽底板では、多数の補強梁が必要になり、タンクの製造コストが増大してしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、外槽底板の上面に敷設される断熱板の施工性を損なうことなく、外槽底板の強度を向上できる竪型断熱低温タンクの外槽底板構造を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、内槽を支持スカートを介して基礎上に支持し、その内槽を囲繞すべく、上記支持スカートに上記内槽の側方および上方を覆う槽本体を支持させると共に上記支持スカート内に上記内槽の底部を覆う底板を設けて外槽を構成し、その底板上に複数の断熱板を敷設すると共に、上記内外槽間に保冷材を充填してなる竪型断熱低温タンクの外槽底板構造において、上記底板を、上記断熱板の敷設に支障をきたさないよう、かつ内外槽圧を膜力のみで耐えられるように、下方にわずかに湾曲させた球面形状に形成し、その底板の外周を、上記支持スカートの内周に、断面ト字状の補強リング部材で支持させたものである。

好ましくは、上記底板上に長方形状の断熱板を隙間なく敷設したものである。

好ましくは、上記底板は、上記内槽の内径に対して１倍以上、より好ましくは上記内槽の内径に対して約３倍〜約９倍の半径で形成された球面の一部をなすものである。

好ましくは、上記補強リング部材は、上記支持スカートの内周に沿って設けられたリング部と、そのリング部の内周側から下方に傾斜して延出し上記底板を支持する傾斜フランジ部とからなるものである。

本発明によれば、竪型断熱低温タンクの外槽底板の上面に断熱板を容易に施工でき、かつ外槽底板の強度を向上できるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態の竪型断熱低温タンクの外槽底板構造は、例えば、ＬＮＧサテライト貯槽、液体酸素、液体窒素などに採用される２００〜３０００ＫＬの中型の低温貯槽に適用される。

まず、図１に基づき、竪型断熱低温タンクの外槽底板構造の概略を説明する。

図１に示すように、竪型断熱低温タンク１は、内槽２を支持スカート３を介して基礎４上に支持し、その内槽２を囲繞すべく、上記支持スカート３に上記内槽２の側方および上方を覆う槽本体５１を支持させると共に上記支持スカート３内に上記内槽２の底部を覆う底板５２を設けて外槽５を構成し、その底板５２上に複数の断熱板６を敷設すると共に、上記内外槽５間に保冷材７を充填してなる。

内槽２は、ボンベ状の外形形状を有し、上部鏡板２１と下部鏡板２２とそれら上下の鏡板２１、２２を結ぶ胴板（内槽胴板）２３とで構成される。その内槽２は、支持スカート３により鉛直に支持される。内槽２内には、ＬＮ、ＬＯＸ、ＬＮＧなどの低温液体（極低温貯蔵物）が収容されるようになっている。

支持スカート３は、円筒状の外形形状を有し、内槽２の胴板２３の径と同径で形成される。支持スカート３の外周には、複数の補強リブ３１が円周方向に間隔を置いて設けられる。支持スカート３は、その下端のベースプレートが基礎４上に設けたアンカーボルトにて固定される（図示せず）。

外槽５は、所定間隔を隔てて内槽２を囲繞する。外槽５の槽本体５１は、内槽２の上方を覆う屋根板５３と、内槽２の側方を覆う胴板５４と、その胴板５４の下端と支持スカート３とを結ぶ逆円錐状のコーン板５５とで構成される。

外槽５と内槽２との間には、パーライト粒などの保冷材７が充填されて、保冷材層が形成される。その保冷材層には、ガスが所定の圧力（図例では、窒素ガスを＋６００ｍｍＡｑ程度）で封入されようになっている。

内槽２、支持スカート３には、ＳＵＳなど極低温に強い材料が用いられる。外槽５はコーン板５５を除き、例えば、ＳＳ４００、ＳＭ４００Ｃなどの材料が用いられる。

次に、図１から図５に基づき、本実施形態の外槽底板構造の詳細を説明する。なお、図２および図４では、底板５２のみが示され、支持スカート３などは省略される。

底板５２は、保冷材７の断熱性を考慮して内槽２の下部鏡板２２より十分下方に位置するように、支持スカート３の内周に、後述する補強リング部材５６を介して取り付けられる。

図２に示すように、底板５２は、円盤状の板材５２１の外周に沿って複数の扇状の板材５２２を並べ、それら板材５２１、５２２を重ね溶接して形成される。

図１および図３に示すように、本実施形態では、上記底板５２を、上記断熱板６の敷設に支障をきたさないよう（例えば、底板５２上の断熱板６が自重で滑り出さないよう）、かつ内外槽圧を膜力のみで耐えられるように、下方にわずかに湾曲させた球面形状に形成し、その底板５２の外周を、上記支持スカート３の内周に、断面ト字状の補強リング部材５６で支持させる。

ここで、底板５２を湾曲させて球面形状にすると、底板５２はその膜力のみで内外槽圧に耐えられるようになるが、過度に湾曲させると、断熱板６の敷設が困難となってしまう。一方、湾曲の度合い（つまり、アール）を緩やかにすると、底板５２は平板に近くなり断熱板６の敷設を容易に施工することができるが、内外槽圧に耐えるために［背景技術］の欄で述べたような補強梁が必要となる可能性がある。

そこで、底板５２は、内槽２の内径に対して１倍以上のアールで湾曲させた球面形状に形成されることが好ましい。より好ましくは、底板５２は、内槽２の内径に対して約３倍〜約９倍（図例では、約５倍）のアールで湾曲させた球面形状に形成される。つまり、底板５２は、上記内槽２の内径に対して約３倍〜約９倍の半径で形成された球面の一部をなすように形成される。

図３に示すように、上記補強リング部材５６は、上記支持スカート３の内周に沿って設けられたリング部５６１と、そのリング部５６１の内周側から下方に傾斜して延出し上記底板５２を支持する傾斜フランジ部５６２とからなり、断面ト字状に形成される。補強リング部材５６は、例えば、鋼板を曲げ加工して形成される。傾斜フランジ部５６２は、底板５２外周の下面に沿って所定角度（図例では、約５．７°）で下方に傾斜する。つまり、傾斜フランジ部５６２は、底板５２の外周部における下面の傾斜に合わせて形成される。

図４および図５に示すように、上記底板５２上には、長方形状の断熱板６が隙間なく敷設される。本実施形態の断熱板６は、所定の厚さ（図例では、７５ｍｍ）の硬質ウレタンフォーム保温板からなる。断熱板６の敷設は、例えば、図示しないマンホールを通じて支持スカート３内に断熱板６を搬入し、その後、図４に示すように、底板５２の上面に断熱板６を格子状に隙間なく敷き詰めて、行われる。本実施形態では、上述したように、底板５２が過度に湾曲していないため、断熱板６の敷設を容易に隙間なく施工することができる。

次に、本実施形態の外槽底板構造の作用を説明する。

内槽２内には、内外槽２、５間の保冷材層に外気温、外気圧の変化に対する呼吸用として窒素ガスを＋６００ｍｍＡｑ程度まで封入した状態で、低温液体が収容される。

その窒素ガスや保冷材７による内外槽圧が底板５２にかかることになるが、上述したように底板５２がわずかに湾曲しているため、内外槽圧が底板５２の膜力のみで支えられ、底板５２の変形が所定の範囲内に抑えられる。ここで、底板５２を支持する補強リング部材５６の傾斜フランジ部５６２が下方に傾斜しているため、底板５２は、支持部分（外周部）に過度の応力が集中することなく、支持されることになる。

このように本実施形態では、外槽５の底板５２を硬質ウレタンフォームの施工に支障とならない緩やかな球面形状として、内外槽圧を膜力のみで耐えられる構造としたことで、断熱板６の施工性を損なうことなく、外槽底板の強度を向上できる。この結果、外槽底板には補強梁など設ける必要がなくなり、補強梁の取付などにかかる溶接工数を大幅に削減することができ、コストアップ要因が除かれて大幅な工数削減が可能となる。

さらに、底板５２の外周を補強リング部材５６の傾斜フランジ部５６２で支持することにより、底板５２の外周部（取付部分）での過度の応力集中を抑制することができる。

また、底板５２から傾斜フランジ部５６２に伝達した荷重は、補強リング部材５６のリング部５６１に、圧縮（コンプレッション）荷重として伝達されるが、その圧縮荷重は、支持スカート３に伝達されることなく、リング部５６１および傾斜フランジ部５６２のみで支えられる。その結果、支持スカート３にかかる負荷を軽減することができる。

本実施形態の外槽底板構造の強度を検証すべく、シミュレーションにより、本実施形態の外槽底板構造と、底板に補強梁を設ける従来の外槽底板構造との比較を行った。シミュレーションでは、φ８０００ｍｍの竪型断熱低温タンクを用い、底板の板厚を６ｍｍ（ｔ＝６ｍｍ）とした。

図６に示すように、本実施形態の外槽底板構造の場合、底板の最大変形量は、１１．８ｍｍであった。一方、従来の外槽底板構造の場合、底板の最大変形量は、８．５ｍｍであった。この結果から、補強梁を省略した本実施形態の外槽底板構造でも、従来の外槽底板構造と略同様の強度が得られることが分かる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。

本発明に係る一実施形態を示す全体断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。 図１のＩＩＩ部拡大図である。 図１のＩＶ−ＩＶ矢視図である。 図４の部分斜視図である。 本実施形態の外槽底板構造による底板の強度を説明するための図である。 従来の外槽底板構造を示す全体断面図である。 底板の強度と補強梁のピッチと関係を説明するための図である。 底板の強度と補強梁のピッチと関係を説明するための図である。

符号の説明

１ 竪型断熱低温タンク
２ 内槽
３ 支持スカート
４ 基礎
５ 外槽
６ 断熱板
７ 保冷材
５１ 槽本体
５２ 底板
５６ 補強リング部材

Claims (4)

1. 内槽を支持スカートを介して基礎上に支持し、その内槽を囲繞すべく、上記支持スカートに上記内槽の側方および上方を覆う槽本体を支持させると共に上記支持スカート内に上記内槽の底部を覆う底板を設けて外槽を構成し、その底板上に複数の断熱板を敷設すると共に、上記内外槽間に保冷材を充填してなる竪型断熱低温タンクの外槽底板構造において、
   上記底板を、上記断熱板の敷設に支障をきたさないよう、かつ内外槽圧を膜力のみで耐えられるように、下方にわずかに湾曲させた球面形状に形成し、その底板の外周を、上記支持スカートの内周に、断面ト字状の補強リング部材で支持させたことを特徴とする竪型断熱低温タンクの外槽底板構造。
2. 上記底板上に長方形状の断熱板を隙間なく敷設した請求項１記載の竪型断熱低温タンクの外槽底板構造。
3. 上記底板は、上記内槽の内径に対して１倍以上の半径で形成された球面の一部をなす請求項１または２記載の竪型断熱低温タンクの外槽底板構造。
4. 上記補強リング部材は、上記支持スカートの内周に沿って設けられたリング部と、そのリング部の内周側から下方に傾斜して延出し上記底板を支持する傾斜フランジ部とからなる請求項１から３いずれかに記載の竪型断熱低温タンクの外槽底板構造。

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