JP2014519452A - 圧力容器用の補強板およびこれを含む液化ガス貯蔵・運搬用のタンク - Google Patents

圧力容器用の補強板およびこれを含む液化ガス貯蔵・運搬用のタンク Download PDF

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Abstract

本発明は、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの重量を軽量化することができることはもちろん、製造コストも削減することができる圧力容器用の補強板およびこれを利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクに関するものである。
本発明に係る圧力容器用の補強板は、外皮がしわ板状、すなわち、断面の形状が、牝瓦（Concavetile）、弧（Arc）、半円形、半楕円形、台形、多角形のうち選択されたいずれかの形になるようにしわ寄るように形成されることにより、圧力容器の補強板の内部圧力によって外皮に発生する曲げモーメントが、（外皮が、弧、牝瓦、半円、半楕円の場合）フープ応力に変換され、（外皮が台形、多角形の場合）曲げ応力が大幅に減少するだけでなく、骨材の高さが、通常の圧力容器用補強板に比べて、前記外皮の弧の高さだけ増加することになり、外皮が平板形で形成されてせん断遅れが発生する通常の圧力容器用の補強板における外皮の応力分布に比べて、外皮の応力分布が均一になる。それで、外皮および骨材の強度が増加し、骨材の設置間隔と強化部材の設置間隔を、通常の圧力容器用の補強板に比べて、大きくすることができ、骨材および強化部材の設置数量が減少し、通常外皮で発生する板の曲げが発生しないだけでなく、座屈強度が増加することにより、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの製造コストを削減することができるとともに、構造部材としての効率性を向上させることができる効果がある。

Description

本発明は、圧力容器用の補強板及びこれを含む液化ガス貯蔵・運搬用のタンクに関するものであって、より詳細には、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの製造時に投入される材料を大幅に減少させ、重量を軽量化することができることはもちろん、製造コストも削減することができる圧力容器用の補強板及びこれを含む液化ガス貯蔵・運搬用のタンクに関する。
以下、図面を参照して、従来技術及びその問題点について説明する。
図1は、通常の液化ガス貯蔵・運搬用のタンクを説明するための斜視図であり、図2は、図1におけるAの拡大図であり、図3は、液化ガス貯蔵・運搬用のタンクを構成する圧力容器用補強板の詳細な構造を示した斜視図である。
図1〜図3を参照すると、通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンク1は、複数の平板をタンク形状に付着して形成された外皮10と、前記外皮10の内部面に一定の間隔を置いて取り付けられる複数の骨材11と、前記複数の骨材11と垂直になるように外皮10の内部面に複数が一定間隔を置いて設けられている強化部材12によって、基本的な構造が形成され、前記外皮10の外側には保温材15が設けられ、前記外皮10の上板内部面と下板内側面を連結するように垂直隔壁16が設けられている。
一方、前記骨材11は、「T」の字、或いは「L」の字など、様々な種類の形鋼材の形状を有するように、垂直部材110と水平部材111を備えており、垂直部材110の下端部が前記外皮10に取り付けられる構造を有する。
また、前記強化部材12は、両側面に、複数の水平補強材120と垂直補強材121が取り付けられ、前記骨材11と垂直になるように外皮10の長さ方向に複数個が設けられている。ここで、前記垂直補強材121の下端部は、骨材11の水平部材111の上部面に取り付けられる。
図4は、通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクにおいて、内部圧力による外皮の曲げモーメントを示した図面であり、図5は、通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクにおいて、内部圧力による骨材の断面およびせん断遅延による外皮の有効幅の減少を示した図面である。
通常の液化ガス貯蔵・運搬用のタンクは、外皮が単に平板状に形成されることにより、図4に示すように、曲げ応力S1が発生することになり、これによって骨材11の設置間隔が通常1m未満になるように配置されるべきである。それで、骨材11の設置間隔が短い方であるだけでなく、強化部材12の設置間隔も短い方になり、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの製造時に設けられる骨材11と強化部材12の数が増加することによって、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの製造コストを上昇させる要因となる。
また、通常の液化ガス貯蔵・運搬用のタンク1は、図5に示すように、外皮10が平板状に形成されることにより、応力分布S2が均一ではないだけでなく、骨材11の高さHが低く、前記外皮10においてせん断遅延が発生して、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの強度と剛性が低下するという問題点があった。
従って、本発明の目的は、内部圧力によって外皮に発生する曲げ応力がフープ応力（Hoop Stress）に変換されるようにするか、または曲げ応力を大幅に低減するとともに、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの高さの変化なしで、骨材の高さを増加させ、骨材の設置間隔と強化部材の設置間隔を、従来の液化ガス貯蔵・運搬用タンクに比べ、大幅に増加させることにより、強度と剛性を上昇させるとともに、外皮に発生するせん断遅延を大幅に減らことができるようにした圧力容器用の補強板およびこれを含む液化ガス貯蔵・運搬用のタンクを提供することである。
上記目的を達成するための本発明は、シワ板状に形成される外皮と、前記外皮の内側において前記外皮の山部に設けられる骨材と、前記骨材と直交するように設けられる強化部材を含むことを特徴とする圧力容器用の補強板を提供する。
ここで、前記外殻の断面形状は、牝瓦（concavetile）、弧（arc）、半円形、半楕円形、台形、多角形のいずれかの形でしわ寄ることが望ましい。
また、前記外皮の山部に隣接する、前記強化部材の側面部の下端には、内部補強材が設けられることが望ましい。
また、前記外皮の外側において前記外皮を支持する外部補強材が設けられることが望ましい。ここで、前記外部補強材は、前記外皮の谷部に取り付けられる垂直部材を含むことが望ましい。
一方、本発明は、上記のように構成された圧力容器用の補強板を含む液化ガス貯蔵・運搬用のタンクを提供するものである。
ここで、前記外皮の内部と外部との間の熱伝導を防ぐための、前記外皮上に形成された保温材をさらに含むことが望ましい。
上述したように、本発明に係る圧力容器用の補強板およびこれを含む液化ガス貯蔵・運搬用のタンクは、外皮がしわ寄るように形成されることにより、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力によって外皮に発生する曲げモーメントがフープ応力（Hoop Stress）に変換（外皮が牝瓦形、半円形、半楕円形である場合）されるか、または、曲げ応力が大幅に減少（外皮が台形、多角形である場合）されるだけでなく、骨材の高さが、通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクに比べて、上記外皮のしわの高さだけ増加することになり、外皮が平板状で形成されてせん断遅延が発生する通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクの外皮における応力分布に比べて、外皮の応力分布が均一になる。
それで、外皮と骨材の強度が増加し、骨材の設置間隔と強化部材の設置間隔を、通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクに比べて、大きくすることができ、骨材と強化部材の設置量が減少し、外皮に発生する板の曲げが発生しないだけでなく、座屈強度が増加することにより、液化ガス貯蔵・運搬用タンクの製造コストを削減することができ、材料費の高い液化ガス貯蔵・運搬用タンクの重量を軽量化することができる効果があり、非常に有用な発明である。
通常の液化ガス貯蔵・運搬用のタンクを説明するための斜視図である。 図1におけるAの拡大図である。 液化ガス貯蔵・運搬用のタンクを構成する圧力容器用の補強板の詳細な構造を示した斜視図である。 通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力による外皮の曲げモーメントを示した図面である。 通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力による骨材の断面およびせん断遅延による外皮の有効幅の減少を示した図面である。 本発明に係る一実施形態による圧力容器用の補強板の部分斜視図である。 本発明に係る他の実施形態による圧力容器用の補強板の部分斜視図である。 本発明に係る一実施形態による内部補強型圧力容器用の補強板の正面図である。 本発明に係る他の実施形態による内部補強型圧力容器用の補強板の正面図である。 強化部材の構造を示した側面図である。 本発明に係る一実施形態による外部補強型圧力容器用の補強板の正面図である。 本発明に係る他の実施形態による外部補強型圧力容器用の補強板の正面図である。 外部補強材の構造を示した側面図である。 本発明に係る更に他の実施形態による圧力容器用の補強板の部分斜視図である。 本発明に係る圧力容器用の補強板を利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの斜視図である。 図15におけるBの拡大図である。 本発明に係る一実施形態による圧力容器用の補強板を利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力による外皮のフープ応力分布図である。 本発明による他の実施形態による圧力容器用の補強板を利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力による外皮の曲げ応力分布図である。 本発明に係る圧力容器用の補強板を利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力によって発生する骨材の曲げモーメントを示した図面である。 本発明に係る一実施形態による圧力容器用の補強板において骨材の断面および外皮の骨材方向の応力分布図である。 本発明による他の実施形態による圧力容器用の補強板において骨材の断面および外皮の骨材方向の応力分布図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明を詳細に説明する。説明の便宜のために、従来の液化ガス貯蔵・運搬用のタンクと同様な部分については、同一の符号で表記した。
図6は、本発明に係る一実施形態による圧力容器用の補強板の部分斜視図であり、図7は、本発明に係る他の実施形態による圧力容器用の補強板の部分斜視図であり、図8は、本発明に係る一実施形態による内部補強型圧力容器用の補強板の正面図であり、図9は、本発明に係る他の実施形態による内部補強型圧力容器用の補強板の正面図であり、図10は、強化部材の構造を示した側面図であり、図11は、本発明に係る一実施形態による外部補強型圧力容器用の補強板の正面図であり、図12は、本発明に係る他の実施形態による外部補強型圧力容器用の補強板の正面図であり、図13は、外部補強材の構造を示した側面図であり、図14は、本発明に係る更に他の実施形態による圧力容器用の補強板の部分斜視図である。
図2〜図14を参照すると、本発明に係る圧力容器用の補強板は、外皮10と複数の骨材11及び強化部材12で構成される。
上記のように構成される、本発明に係る圧力容器用の補強板の外皮10は、しわ板状で形成される。
前記外皮10についてより詳細に説明すると、前記外皮10は、断面形状が、牝瓦（Concavetile）、弧（Arc）、半円形、半楕円形、台形、多角形のうち選択されたいずれかの形になるようにしわ寄ったものを使用することが望ましい。
すなわち、前記外皮10は、図6、図8、図11に示すように、正断面の形状が、牝瓦（Concavetile）、下部方向に凸の弧（Arc）、上部が開放した半円形または半楕円形のうち、選択されたいずれかの形になるように、波形状に形成することができる。また、前記外皮10は、図7、図9、図12に示すように上部が開放した逆台形、あるいは図14に示されたように上部が開放した多角形でも、波形状に形成することができる。
前記骨材11は複数個で構成され、複数個の骨材11は、「T」の字、あるいは「L」の字など、様々な種類の形鋼材の形状で形成され、垂直部材110の下端部が、前記外皮10の山部102に取り付けられて外皮10の内側に位置するように設けられる。
前記強化部材12は複数個で構成され、複数個の強化部材12は、外皮10の長さ方向に互いに一定間隔を置いて配置され、骨材11と垂直になるように設けられる。このような強化部材12の両側面には、複数の水平補強材120と垂直補強材121が取り付けられており、前記垂直補強材121の下端部は、前記骨材11における水平部材111の上部面に取り付けられている。
また、図8〜図10に示すように、本発明に係る圧力容器用の補強板は、強化部材12の側面部の下端に、内部補強材13が更に取り付けられることができ、前記内部補強材13は、外皮10の内部において外皮10の山部102と隣接したところに位置するように、強化部材12の側面部の下端に設けられる。
また、図11〜図13に示すように、本発明に係る圧力容器用の補強板は、前記内部補強材13の代わりに、外皮10の外側に位置するように複数の外部補強材14が更に設けられることができ、上記のような複数の外部補強材14は、「T」字または「L」字型に形成されることができ、垂直部材140の端部が前記外皮10の谷部103に取り付けられ、前記外皮10の外側に位置するように設けられることが望ましい。
また、互いに隣接する前記外部補強材14の水平部材141は、互いに連結して一体に形成することもできる。上記のような外部補強材14は、容器の支点15によって支持される。
上記のように、本発明に係る圧力容器用の補強板において、強化部材12の側面部の下端に、内部補強材13が更に取り付けられるか、前記内部補強材13の代わりに、外皮10の外側に位置ように複数の外部補強材14をさらに設ける理由は、劣化した強化部材12の剛性を補完するためである。
図15は、本発明に係る圧力容器用の補強板を利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの斜視図であり、図16は、図15におけるBの拡大図である。
図6〜図14を参照して説明された本発明に係る圧力容器用の補強板を利用して製造される液化ガス貯蔵・運搬用のタンク1は、断面の形状が、牝瓦（Concavetile）、弧（Arc）、半円形、半楕円形、台形、多角形のうち選択されたいずれかの形になるように形成された外皮10を、タンクの形状に付着してタンクの外板100を形成することにより製造することができる。
一方、液化ガス貯蔵・運搬用タンク1の内部と外部との間の熱伝導を防ぐために、外皮10には保温材15が更に設けられることができ、この保温材15は、外皮10の外側に設けられて、液化ガス貯蔵・運搬用タンク1の外板100を囲む構造を有する。
一方、本発明の液化ガス貯蔵・運搬用タンク1は、外板100において上板の内部面と下板の内部面に、上端部と下端部が取り付けられる垂直隔壁16を更に含むことができる。
上記のように構成された圧力容器用の補強板と、この圧力容器用の補強板を利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの作用効果について説明すると、次の通りである。
図17は、本発明に係る一実施形態による圧力容器用の補強板を使用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力による外皮のフープ応力分布図であり、図18は、本発明による他の実施形態による圧力容器用の補強板を利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力による外皮の曲げ応力分布図であり、図19は、本発明に係る圧力容器用の補強板を利用して製造された液化ガス貯蔵・運搬用タンクの内部圧力によって発生する骨材の曲げモーメントを示した図面であり、図20は、本発明に係る一実施形態による圧力容器用の補強板において骨材の断面および外皮の骨材方向の応力分布図であり、図21は、本発明による他の実施形態による圧力容器用の補強板において骨材の断面および外皮の骨材方向の応力分布図である。
本発明の液化ガス貯蔵・運搬用タンク1は、断面の形状が牝瓦（Concavetile）、弧（Arc）、半円形、半楕円形、台形、多角形のうち選択されたいずれかの形になるように形成された外皮10を有する複数の圧力容器用の補強板を利用して形成されることにより、図19に示すように、液化ガス貯蔵・運搬用タンク1の内部圧力によって外皮10に発生する曲げモーメント106が、図17に示すようなフープ応力104（HoopStress）に変換（外皮が、牝瓦、半円、半楕円の形状にしわ寄るように形成される場合）されるか、または、図18に示すように、曲げ応力104`が大幅に減少（外皮が、台形、多角形の形状にしわ寄るように形成される場合）することだけでなく、骨材11の高さHが、通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンク1に比べて、図20及び図21に示されたように、前記外皮10においてしわの高さhだけ増加して、骨材の剛性が増加する。また、本発明の液化ガス貯蔵・運搬用タンク1は、外皮が平板形で形成され、せん断遅れが発生する通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクにおける外皮の応力分布に比べて、外皮10の応力分布105が均一になる。
それで、本発明に係る液化ガス貯蔵・運搬用タンク1は、外皮10及び骨材11の強度が増加し、骨材11の設置間隔と強化部材12の設置間隔を、通常の液化ガス貯蔵・運搬用タンクに比べて、大きくすることができ、骨材11と強化部材12の設置数量が減少し、通常外皮10において発生する板の曲げが発生しないだけでなく、座屈強度が増加することにより、液化ガス貯蔵・運搬用タンク1の製造コストを削減し、材料費の高い液化ガス貯蔵・運搬用タンク1の重量を軽量化することができる。
そして、本発明に係る液化ガス貯蔵・運搬用タンク1は、強化部材12の剛性が低下する欠点があるが、上記のように、劣化した強化部材12を補強するために、強化部材12の側面部の下端に内部補強材13を更に取り付けるか、または、前記内部補強材13の代わりに、外皮10の外側に複数の外部補強材14を更に設けることにより、強化部材12の剛性を補完することができる。
本発明は、上述した特定の好適な実施例に限定されず、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形実施が可能なのはもちろん、そのような変更は、特許請求の範囲に記載の範囲内になる。
１ 液化ガス貯蔵・運搬用のタンク
１０ 外皮
１１ 骨材
１２ 強化部材
１３ 内部補強材
１４ 外部補強材
１５ 保温材
１６ 垂直隔壁

Claims (7)

  1. シワ板状に形成された外皮と、
    前記外皮の内側において前記外皮の山部に設けられる骨材と、
    前記骨材と直交するように設けられる強化部材を含むことを特徴とする圧力容器用の補強板。
  2. 前記外皮の断面形状は、牝瓦（concavetile）、弧（arc）、半円形、半楕円形、台形、多角形のうちいずれかの形でしわ寄っていることを特徴とする請求項1に記載の圧力容器用の補強板。
  3. 前記外皮の山部に隣接した、前記強化部材の側面部の下端に、内部補強材が設けられることを特徴とする請求項1に記載の圧力容器用の補強板。
  4. 前記外皮の外側において前記外皮を支持する外部補強材が設けられることを特徴とする請求項1に記載の圧力容器用の補強板。
  5. 前記外部補強材は、前記外皮の谷部に取り付けられる垂直部材を含むことを特徴とする請求項4に記載の圧力容器用の補強板圧力容器用補強板。
  6. 請求項１乃至請求項5のうちいずれか一項に記載の圧力容器用の補強板を含むことを特徴とする液化ガス貯蔵・運搬用のタンク。
  7. 前記外皮の内部と外部との間の熱伝導を防ぐために前記外皮上に形成された保温材を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の液化ガス貯蔵・運搬用のタンク。
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