JP2007191183A - スロッシング抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地震発生時のスロッシングの発生を抑制することができるとともに、通常時のタンク使用において、タンク内の液体をすべて取り出すことができる装置を提供する。
【解決手段】 本発明のスロッシング抑制装置は、液面に浮き、かつ該液面を覆う浮屋根１０を備えるタンクに用いられるものであり、タンク本体１１に収容される液体１２に浸漬した浮屋根１０の下面の少なくとも縁部全体にわたって取り付けられ、液体１２を通過させるとともに液体１２に抵抗を与える三次元網目構造物１３を備えるものである。本発明のスロッシング抑制装置は、三次元網目構造物１３を収納し、複数の孔または格子状のスリットを備える収納箱をさらに含んで構成されていてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、長周期地震動の発生に伴うタンク内容物のスロッシング現象による浮屋根の揺動を抑制するスロッシング抑制装置に関する。

天然ガス等のガスや、水、石油、化学薬品等の液体を貯留するためのタンクとして、球形ホルダや、固定屋根式タンク、浮屋根式タンク等が使用されている。これらガスや液体のうち、石油等の揮発性を有する液体を貯留するタンクには、浮屋根式タンクが多く採用されている。これは、浮屋根が液面を覆い、かつ昇降自在に浮いており、液面がどの位置にあっても浮屋根と液面との間に空間ができず、液体が揮発することがなく、この結果、液ロスを抑制することができるからである。この液ロスは、タンク内の液体の量を減少させ、液体の使用量を減少させるものである。

ここで、浮屋根式タンクの構造について説明する。一般に、円形の底板と、液体を貯留するために中空円筒形に構築される側板と、液面を覆い、液面に浮かべて使用される浮屋根とから構成される。中空円筒形に側板を構築するのは、内部に貯留される液体によって側板に加えられる圧力をほぼ均等にし、タンクを破損しにくくするためである。浮屋根は、液面の中央部を覆うデッキ板と、そのデッキ板の周囲に設けられる中空の箱形構造物で、液面に浮くポンツーンとから構成される。ポンツーンとタンクの側板との間には、わずかな隙間が存在するが、ポンツーンの周囲にシール部材を設け、シール部材によってこの隙間を埋めることで、液体の揮発を抑制することができる。なお、浮屋根は、液面に浮かべて使用され、液体の供給に伴って液面レベルが上昇するにつれて上昇し、液体の取り出しに伴って液面レベルが低下するにつれて降下する。

地震が発生した場合、震源を中心とする地震動が発生し、この浮屋根式タンクにもこの地震動が伝えられる。この地震動によってタンクは揺動し、タンク内の液体にもこの揺動が伝えられる。地震動による周期とタンクの固有周期とが重なり合い、共振が発生すると、液面が大きく波立つスロッシングと呼ばれる現象が発生する。浮屋根式タンクにおいてスロッシングが発生すると、浮屋根が傾斜し、液面が露出し、タンク外部へ液体が流出する。タンク内容物が水等の無害な液体であれば、タンク外部に流出しても問題はないが、ナフサ、石油等の可燃性液体の場合には火災に伴う大気汚染や土壌あるいは河川を汚染する有機化合物等の場合には水質汚濁など、環境への影響面で大きな問題となる。そこで、スロッシングの発生を抑制するための装置を備えるタンクが数多く提案されている。

例えば、浮屋根を、柔軟性を有する外皮と、この外皮の内部に形成した可撓性を有する補強材とを備えると共に、その外皮の内部を不燃性ガスで満たした袋状とし、また、浮屋根の下面に複数の揺れ止め板を略十字状または略格子状に配列した構造とした浮屋根式タンクが提案されている（特許文献１参照）。このタンクは、浮屋根自体を柔軟にして、液体の振動に対して追従できるようにし、浮屋根の振動や傾斜、さらには浮屋根の上面へ液体が溢れてしまうことを効果的に防止することができるものである。また、このタンクは、浮屋根自体の柔軟性に加え、揺れ止め板によって、液体の振動を効果的に減衰させることができる。

スロッシング抑制装置として、貯蔵液の流動により遊動する抵抗板と、貯蔵液中を沈んでタンク本体の底面に移動可能に設置されるとともに、浮力により浮かぼうとする抵抗板を貯蔵液中で支持する支持体と、抵抗板と支持体とを接続するワイヤとを有するスロッシング抑制装置が提案されている（特許文献２参照）。この装置は、予めタンク本体内に投入され、この装置と流動する貯留液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抑制するものである。

上記特許文献１に記載のタンクは、浮屋根を袋状にすることで、この浮屋根を緩衝材として機能させ、鉛直方向（タンク底面あるいは地面に対して垂直方向）への液体の運動を減衰させることができ、また、揺れ止め板によって水平方向（タンク底面あるいは地面に平行な方向）への液体の運動を減衰させることができ、効果的にスロッシングを抑制することができる。しかしながら、浮屋根の下面に揺れ止め板が配列した構造とされているため、通常のタンク使用時において、タンク内の液体をすべて取り出すことはできず、タンク内に液体が残留し、その残留分の液体が損失となる。上記特許文献２のスロッシング抑制装置を備えるタンクでは、液体中にこの装置が存在することにより、浮屋根を所定高さ以下に降下させることができず、これもまた、液体が残留し、その残留分の液体が損失となる。

したがって、スロッシングを効果的に抑制することができるとともに、タンク内の液体をすべて取り出すことができる簡便な装置の提供が望まれている。
特開２００５−１７８９００号公報 特開２００５−２８０７３８号公報

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、スロッシングを効果的に抑制するとともに、タンク内の液体をすべて取り出すことができる装置を提供することを目的とする。

本発明は、浮屋根の下面の縁部全体にわたって、液体を通過させるとともに該液体に抵抗を与える三次元網目構造物を取り付けることで、液体が通過することによって抵抗が生じて消波され、また、液体の取り出しによってこの三次元網目構造物がタンクの底に到達するが、三次元網目構造によって形成される多数の通路を通して、タンクの底に滞留する液体をすべて取り出すことができることを見出すことによりなされたものである。すなわち、上記課題は、本発明のスロッシング抑制装置を提供することにより達成される。

本発明のスロッシング抑制装置は、浮屋根の下面の少なくとも縁部全体にわたって取り付けられ、液体を通過させるとともに該液体に抵抗を与える三次元網目構造物からなるものである。

上記三次元網目構造物は、液体を通過させるための複数の孔または格子状のスリットを備える収納箱に収容されていてもよい。液面の揺動に対して破壊しない程度の剛性をもたせるために、この収納箱に収容することができる。

上記三次元網目構造物は、糸状物が絡まり合って三次元に形成されたものとすることができる。これは、液体を通過させる通路が、不規則に並び、多数の曲がり等を備えるように形成され、適当な抵抗を与えることができるからである。

上記三次元網目構造物は、円形の浮屋根の下面全体を覆うように円盤形状のものとすることもできる。タンク側壁で波高が最大となる１次モードのスロッシング波高は、中心部では液面変位が小さいため、縁部全体にわたるドーナツ形状のもので良いが、このように円盤形状のものにすることで、中心部の小さい液面変位も抑制して、より効果的にスロッシングを抑制することができる。

本発明のスロッシング抑制装置を提供することにより、スロッシングの発生を効果的に抑制することができ、また、タンク内の液体の取り出しにおいて、タンク内の液体すべてを取り出すことができる。また、簡単な装置であるため、安価で提供することができる。

本発明のスロッシング抑制装置について説明する前に、スロッシング抑制装置を取り付ける浮屋根式タンクについて説明する。上述したように、浮屋根式タンクは、一般に、円形の底板と、中空円筒形に形成される側板とからなるタンク本体と、タンク本体に収容された液体の液面に浮かべ、液面を覆って液の揮発を防止する浮屋根とから構成される。浮屋根は、液面の中央部を覆うデッキ板と、デッキ板の周囲に設けられ、液面に浮かべて使用される中空の箱形構造物であるポンツーンとから構成される。また、浮屋根は、ポンツーンと、タンク本体の側板との間に生じるわずかな隙間を埋めるため、ポンツーンにシール部材が周設される。

上記底板、側板、デッキ板は、一般に鋼材から作製され、ポンツーンは、液面に浮くように、ポリ塩化ビニルや繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等のプラスチック材料やコンクリートから製造される。タンク本体は、収容した液体から受ける圧力が均等にかかるように、上記のような円筒形に形成される。それに伴って、浮屋根は、円形のデッキ板、その円形のデッキ板に周設されるようにリング状のポンツーンとされる。

図１を参照して本発明のスロッシング抑制装置を説明する。図１に示すスロッシング抑制装置は、浮屋根１０の下面、すなわちタンク本体１１内の液体１２に浸漬した面に取り付けられ、液体１２を通過させるとともに液体に抵抗を与える三次元網目構造物１３を備えるものである。三次元網目構造物１３は、不規則に並び、多数の曲がり等を備える液路が形成されているものであればいかなるものであってもよいが、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン等の高分子からなる糸状物、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の繊維が絡まり合って三次元に形成されたものとすることができる。なお、液体はいかなる液であってもよく、上述した石油やナフサ等の可燃性液体、水、化学薬品等とすることができる。

図１では、三次元網目構造物１３が、円盤形状に作製されており、それが浮屋根１０の下面全体を覆うように取り付けられている。この三次元網目構造物１３は、例えば、エポキシ樹脂等からなる接着剤を用いて接着したり、高分子からなるものであれば溶着することにより、取り付けることができる。この三次元網目構造物１３の厚さは、想定される最大規模の地震が発生した場合に、推定されるスロッシング高さを、これまで知られた波高算定式から算出し、そのスロッシング高さとすることができる。このスロッシング高さは、液面の最大変位を表し、この高さと同じ厚さにすることで、液体の鉛直方向への運動を充分に減衰させることができる。

ここで、本発明の装置を用いたスロッシングの抑制について詳細に説明する。地震が発生すると、地震動がタンクに伝えられる。この地震動は、タンクを揺動させ、このタンクの揺動に伴ってタンク内部の液体が水平方向に運動する。液体は、タンクの側板に衝突し、反対方向へと運動する成分と、鉛直方向へと運動する成分とに分解され、これらの成分への分解とタンクの揺動とがあいまって波が発生する。本発明のスロッシング抑制装置は、浮屋根１０の下面に取り付けられ、三次元網目構造を有するものであるため、鉛直方向への運動する液体は、この網目構造を通過することにより抵抗が与えられ、その運動は減衰する。液体の鉛直方向への運動の減衰によって、液体の鉛直方向への変位が抑制され、これに伴い、液面の波立ちが抑制され、スロッシングが抑制される。

次に、本発明の装置の、地震発生のない通常時の使用について説明する。液体を使用するためにタンクから液体を取り出す場合、液面低下に伴って浮屋根１０が降下し、液面がある液面レベルまで低下すると、本発明の装置はタンク底に到達する。この装置がタンクの底に到達することによって、浮屋根１０はそれ以下に降下することができなくなる。しかしながら、この場合においても、取出口１４より液面が上側にあれば液体を取り出すことができる。取出口１４より液面が下側になった場合、従来のスロッシング抑制装置を備えるタンクではタンク底に残留する液体を取り出すことができなかったが、本発明の装置では三次元網目構造物１３を備えるため、その構造物の三次元網目構造によってランダムに形成される液路が、そのタンク底から取出口１４に向けて連続しているため、ポンプ等の吸引手段によって吸引することができ、タンク内のすべての液体を取り出すことができる。

本発明の装置は、このようにスロッシングを効果的に抑制することができるとともに、通常時の使用において、タンク内の液体をすべて取り出すことができるものである。タンク内の液体をすべて取り出すことができることによって、液体の残存率を抑制することができる。

図２に、図１に示すスロッシング抑制装置を拡大した図を示す。図２に示すように、浮屋根の下面の形状に適合するように、中央部の厚さと縁部の厚さが異なる円盤形状の三次元網目構造物１３が作製されている。これは、浮屋根とこの三次元網目構造物１３との間の空間をなくすためである。なお、空間が存在する場合には、その空間に液体が流れ込み、その液体が波立ち、スロッシングを発生させる可能性がある。三次元網目構造物１３は、上述したように、糸状物が絡まり合って形成されたものとすることができ、液体を通過させることができるとともに、適当な流動抵抗を与えることができる。本発明では、三次元網目構造物１３は、円盤形状に限られるものではなく、浮屋根の下面の形状に適合する形状とされる。また、三次元網目構造物１３は、液面変位が大きくなる縁部での液体の運動を減衰させるため、タンク本体の側板に近隣する大きさとされる。この大きさは、タンク本体の側板との隙間を小さくしつつ、浮屋根を昇降自在とすることができる大きさで、例えば、浮屋根の下面全体を覆う大きさとされる。

図３は、スロッシング抑制装置の別の実施形態（第２の実施形態）を示した図である。図３に示すスロッシング抑制装置は、図１に示す円盤形状の三次元網目構造物１３の中央に穴３０が設けられたドーナツ形状とされている。その他については、上記と同様、高分子または各繊維が絡まり合って網目構造を有するものとされている。

地震が発生すると、上記のように、タンク本体の内部に収容された液体が運動し始め、鉛直方向成分および反対方向に進む成分によって波が発生するが、その波は、長周期振動において、タンク側壁で波高が最大となるような１次モードのスロッシング現象では、液面の中央部ではほとんど液面変位がなく、液面の縁部で最大変位を生じるものとなる。このように、液面変位がほとんどない液面の中央部では、鉛直方向への液体の運動がほとんどないため、三次元網目構造物が配置されていなくても良く、図３に示すようなドーナツ形状とすることができる。

図３に示す三次元網目構造物３１は、穴３０が形成された部分に内周壁３２を備えており、その内周壁３２を通して水平方向に液体を通過させることにより、液体の水平方向への運動を減衰させることもできる。このように、鉛直方向のみならず、水平方向に対しても運動を減衰させることができるため、効果的にスロッシングの発生を抑制することができる。

図４は、スロッシング抑制装置のさらに別の実施形態（第３の実施形態）を示した図である。図４に示すスロッシング抑制装置は、三次元網目構造物４０に、さらに、その三次元網目構造物４０を収納するための収納箱４１を備える構成とされている。高分子や繊維等で作製される三次元網目構造物４０は、波の大きさ等によっては大きな力を受けて局部的に損傷したり、破損するおそれがある。このため、三次元網目構造物４０を収納箱４１に収納し、この三次元網目構造物４０に剛性を付与し、三次元網目構造物４０を補強する。なお、図４に示す実施形態では、三次元網目構造物４０は、円盤形状とされている。

収納箱４１は、三次元網目構造物４０を収納できるように、上部が開放され、三次元網目構造物４０の径よりわずかに大きい径を有する収納部４２を備える籠状のものとされている。また、内部に収納される三次元網目構造物４０によって液体の運動を適切に減衰させることができるように、液体を通すための複数の孔または格子状のスリット４３を備えている。この収納箱４１は、三次元網目構造物４０に剛性を付与するものであるため、波によって変形等しない強固な材料でなければならず、例えば、鋼製のものとされ、具体的にはパンチングメタルやグレーチング、エキスパンドメタル等から作製したものを挙げることができる。収納箱４１は、このように鋼材等から作製されるため、錘としても機能し、タンク底に向けて荷重をかけ、浮屋根の揺動や浮屋根が液体の運動を受けて傾斜しようとするのを抑制することができる。

収納箱４１を用いる場合には、収納箱４１と三次元網目構造物４０の両方を、浮屋根の下面に取り付けてもよいし、三次元網目構造物４０を収納した収納箱４１のみを、浮屋根の下面に取り付けてもよい。なお、収納箱４１の取り付けには、例えば、ボルトおよびナット等の止め金具を用いて取り付けることができる。

これまで本発明のスロッシング抑制装置を、図面を参照して詳細に説明してきたが、本発明のスロッシング抑制装置は図面に示された実施形態に限定されるものではなく、タンク本体および浮屋根の形状、大きさ、想定されるスロッシング高さ、液体に応じて、その形状、大きさ、厚さを適宜決定することができ、必要に応じて収納箱を用いることができるものである。また、この収納箱は、三次元網目構造物を収納し、かつ剛性を付与することができ、この三次元網目構造物によって液体の運動を減衰させることができるよう、液体を適切に通過させることができる大きさ、数の孔やスリットが設けられるものであればいかなるものであってもよいものである。取り付け方法は、接着や溶着のほか、ボルトおよびナット、フック等の留め具を用いて取り付けることができる。

浮屋根を備えるタンクに、スロッシング抑制装置を取り付けたところを示した図。 スロッシング抑制装置の第１実施形態を示した図。 スロッシング抑制装置の第２実施形態を示した図。 スロッシング抑制装置の第３実施形態を示した図。

符号の説明

１０…浮屋根
１１…タンク本体
１２…液体
１３、３１、４０…三次元網目構造物
１４…取出口
３０…穴
３２…内周壁
４１…収納箱
４２…収納部
４３…複数の孔または格子状のスリット

Claims (4)

1. 液面に浮き、かつ該液面を覆う浮屋根を備える容器に用いられ、スロッシングの発生を抑制するためのスロッシング抑制装置であって、前記容器に収容される液体に浸漬した前記浮屋根の下面の少なくとも縁部全体にわたって取り付けられ、液体を通過させるとともに該液体に抵抗を与える三次元網目構造物を備える、スロッシング抑制装置。
2. 前記三次元網目構造物を収納し、複数の孔または格子状のスリットを備える収納箱をさらに含む、請求項１に記載のスロッシング抑制装置。
3. 前記三次元網目構造物は、糸状物が絡まり合って三次元に形成されたものである、請求項１または２に記載のスロッシング抑制装置。
4. 前記三次元網目構造物は、円形の浮屋根の下面全体を覆う円盤形状とされる、請求項１〜３に記載のスロッシング抑制装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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