JP2016182878A - タンクの支持構造及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でスカートとタンクとの接続部に発生する曲げ荷重を低減することができるようにした、タンクの支持構造及び船舶を提供する。【解決手段】支持構造は、独立式のタンク３の下部３ｂを取り囲み、タンク３を支持する筒状のスカート２０と、タンク３の周壁部３ｄの一部をなし、スカート２０の上端部２１が固定される環状の結合部３０と、を備える。この結合部３０は、スカート２０が固定される下端部３３の厚み中心がスカート２０の上端部２１の厚み中心よりも外方に位置するように設けられる。船舶１は、船体２に対して独立して設けられるとともに、このような支持構造で支持されたタンク３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、独立式のタンクの支持構造に関し、特に船舶に備えられた独立タンクに用いて好適の支持構造に関する。

低温の液化ガス（例えばＬＮＧ）を貯蔵した独立タンクを、船舶の長手方向（船首尾方向）に複数個配置した船舶が知られている。この船舶では、独立タンクがスカートと呼ばれる円筒状の構造体を介して船体に支持されることが多い。すなわち、独立タンクの赤道部にスカートの上端部を固定し、スカートの下端部を船体に固定することでタンクを支持するものである。しかし、このような支持構造では、タンクとスカートとの接続部に、タンクの内側及び下方に向かう曲げ荷重が発生する。この曲げ荷重は、タンク内に貯蔵されるガスの重量が増大するほど大きくなる。

これに対し、タンクの荷重がスカートに集中することを補完するために、タンクと船体との間の空間にチューブを配置して、このチューブに空気を注入するようにしたシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。このシステムによれば、チューブに空気が流入した状態では、タンクの下部をチューブが支えることになるため、タンクの荷重及びガスの荷重によってタンクと船体との結合部位における変形を防止することができるとされている。

特開２０１３−１２４１００号公報

しかしながら、上記の特許文献１のシステムは、タンクと船体との間に配置するチューブや、このチューブに空気を供給する圧縮器や、チューブと圧縮器とを連結するパイプ等の複数の装置が必要となり、重量の増大やコストの増大を招くことになる。そのため、簡素な構成で、重量増やコスト増を招くことなく上記の曲げ荷重を低減しうる支持構造が望まれている。なお、このような課題は独立タンクをスカートで支持する構造に共通の課題であり、船舶に配置されるタンクを支持する構造に限ったものではない。

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、簡素な構成でスカートとタンクとの接続部に発生する曲げ荷重を低減することができるようにした、タンクの支持構造及び船舶を提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示するタンクの支持構造は、独立式のタンクの下部を取り囲み、前記タンクを支持する筒状のスカートと、前記タンクの周壁部の一部をなし、前記スカートの上端部が固定される環状の結合部と、を備える。前記結合部は、前記スカートが固定される下端部の厚み中心が前記上端部の厚み中心よりも外方に位置するように設けられる。
（２）前記結合部は、前記下端部の厚みが前記スカートの前記上端部の厚みよりも大きく形成されることが好ましい。

（３）前記結合部は、前記下端部の外面に形成され、下方に行くほど厚み中心側に向かって傾斜したテーパ部を有することが好ましい。
（４）前記結合部は、前記下端部の内面が前記上端部の内面と同一面を形成するように前記スカートの前記上端部と溶接により接合されることが好ましい。
（５）ここで開示する船舶は、船体に対して独立して設けられたタンクを備え、前記タンクは上記の（１）〜（４）の何れか一つのタンクの支持構造によって支持される。

開示のタンクの支持構造によれば、結合部の下端部の厚み中心がスカートの上端部の厚み中心よりも外方に位置するため、結合部とスカートとの接続部に外側かつ下方に向かう曲げ荷重（外向きの曲げ荷重）を発生させることができる。これにより、タンクの自重によって発生する内向きの曲げ荷重を相殺させることができ、結合部に作用する内向きの曲げ荷重を低減することができる。
また、開示の船舶によれば、独立式のタンクがこのような支持構造で支持されるため、船体とタンクとの接続部分である結合部の変形を防止することができる。

実施形態に係る支持構造で支持されたタンクを備えた船舶の要部構成を示す模式的な縦断面図である。 第一実施形態に係る支持構造を説明する図であり、（ａ）は図１のＡ部拡大図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ部拡大図である。 第二実施形態に係る支持構造を説明する図であり、（ａ）は図１のＡ部拡大図に相当する断面図、（ｂ）は図３（ａ）のＤ部拡大図である。

図面を参照して、実施形態としてのタンクの支持構造及び船舶について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

［１．第一実施形態］
［１−１．構成］
図１は、実施形態に係る支持構造で支持されたタンク３を備えた船舶１の要部構成を示す模式的な縦断面図（タンク３の中心点Ｃを通って船首尾方向の直交方向に船体２を切断した断面図）である。なお、図１では、タンク３及び後述の結合部３０及びスカート２０の断面を示すハッチは省略するとともに、これらの断面を誇張して示す。また、図２（ａ）は図１のＡ部拡大図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ部拡大図である。

図１に示すように、本実施形態の船舶１は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を貯蔵しうる複数のタンク３が船首尾方向に沿って配置されたＬＮＧ船である。タンク３は、船体２に対して独立して設けられた独立式のタンクである。本実施形態のタンク３は、アルミ合金で形成された球形タンクであり、内部に極低温で液化された天然ガスを貯蔵可能に構成される。タンク３は、図中一点鎖線で示す赤道３ｃに接続されたスカート２０によって船体２に固定される。なお、赤道３ｃとは、タンク３の中心点Ｃを通って水平方向に延在する平面とタンク３の外表面とが交わる大円部分を意味する。

タンク３は、赤道３ｃが船体２の上甲板２ａ近傍（図１では上甲板２ａのやや下方）に位置するように船体２に配置される。タンク３の上側半球部３ａ（赤道３ｃよりも上部）は、上甲板２ａよりも上方に位置し、その外周面から所定距離を隔ててタンクカバー４によって覆われる。タンクカバー４は、その下端部が上甲板２ａに固定される。一方、タンク３の下側半球部３ｂ（赤道３ｃよりも下部）は、上甲板２ａよりも下方に位置し、スカート２０によって取り囲まれる。

スカート２０は、タンク３を船体２に対して支持する構造体であり、タンク３の形状，大きさに合わせて形成される。本実施形態のスカート２０は、タンク３の赤道３ｃの外径よりもやや大きい内径を有する円筒状であって、上下方向に一様な厚みＹ（径方向長さ）を有して形成される。この厚みＹは、スカート２０に座屈が発生しない程度に設定される。スカート２０は、その下端部２２が船体２の台座甲板２ｂに溶接により接合されて、台座甲板２ｂ上に立設される。一方、スカート２０の上端部２１は、タンク３の結合部３０に溶接により接合される。

スカート２０は、その上端部２１及び下端部２２がそれぞれ異なる素材からなる部分（タンク３及び台座甲板２ｂ）に溶接されるため、その上下方向において異なる素材から形成される。例えば、スカート２０の上部には、タンク３を形成する素材と近い物性を持つ素材（例えばタンク３の同様のアルミ合金）が用いられ、スカート２０の下部には、台座甲板２ｂや船殻を構成する鋼板と近い物性を持つ素材（例えば同様の鋼材）が用いられる。また、スカート２０の中間部には、上部及び下部の間を接続するものであって、両者を熱的に分離しうる熱伝導率の低い素材（例えばステンレス鋼）が用いられる。

結合部３０は、タンク３の周壁部の一部をなし、スカート２０の上端部２１が固定される円環状の部位である。すなわち結合部３０は、タンク３とスカート２０とを接続する部分である。本実施形態の結合部３０は、タンク３の赤道３ｃを含んで設けられ、タンク３と同一の素材（本実施形態ではアルミ合金）で形成される。図１及び図２（ａ）に示すように、結合部３０は、タンク３の他の周壁部３ｄよりも厚みの大きな肉厚部３１と、肉厚部３１の下面から下方に向かって径方向内側と径方向外側との二股に分岐して突設された二つの下端部３２，３３とを一体で有する。

肉厚部３１は、結合部３０に作用する曲げ荷重を受ける部位であり、例えば他の周壁部３ｄの厚みの二倍程度の厚みを有するように形成される。結合部３０は、上記のようにタンク３とスカート２０とを接続する部分であるため、この結合部３０には、図２（ａ）中に白抜き矢印で示すように、タンク３の自重によって内側かつ下方に向かう曲げ荷重（以下、内向きの曲げ荷重という）が作用する。特に、タンク３にＬＮＧが貯蔵されると、タンク３自体の重さにＬＮＧの重さが加わるため、結合部３０に作用する内向きの曲げ荷重が増大する。

本実施形態の支持構造では、後述の接続部１０において、この内向きの曲げ荷重と逆向き（すなわち外向き）の曲げ荷重を発生させることで結合部３０に作用する内向きの曲げ荷重を低減させるとともに、結合部３０の肉厚部３１によってこの内向きの曲げ荷重を受け止める。
結合部３０は、肉厚部３１の上端部がタンク３の周壁部３ｄに接合されるとともに、二つの下端部３２，３３のうち、径方向内側の下端部３２（以下、タンク側下端部３２ともいう）がタンク３の周壁部３ｄに接合され、径方向外側の下端部３３（以下、スカート側下端部３３ともいう）がスカート２０の上端部２１に接合される。なお、これらは何れも溶接によって接合される。

タンク側下端部３２は、肉厚部３１の下面のうち径方向内側の部分からスカート側下端部３３よりも下方まで延設された部位である。タンク側下端部３２は、周壁部３ｄと同一の曲率で湾曲形成される。タンク側下端部３２の外面側には、スカート側下端部３３との間に円環状の空間が設けられる。

スカート側下端部３３は、肉厚部３１の下面のうち径方向外側の部分から鉛直下方に突設された部位であり、肉厚部３１の外面と同一面をなす外面３３ｂを有する。スカート側下端部３３は、図２（ｂ）に示すように、上下方向に一様な厚みＸを有する。この厚みＸは、スカート２０の上端部２１の厚みＹよりも大きい。すなわち、結合部３０の下端部３３の方が、スカート２０の上端部２１よりも厚みが大きく形成される。なお、スカート側下端部３３は、周方向において一様な厚みＸを有する必要はなく、例えば結合部３０に作用する荷重の大きさに応じて、船長方向，船幅方向によって異なる厚みを設定することで設計合理化を図ってもよい。同様に、スカート３０の上端部２１の厚みＹも、周方向に一様に設けられていなくてもよい。

結合部３０は、スカート側下端部３３の径方向中心３３ｃ（厚み中心）がスカート２０の上端部２１の径方向中心２１ｃ（厚み中心）よりも外方に位置するように設けられる。つまり、結合部３０の下端部３３とスカート２０の上端部２１とは、前者の径方向中心３３ｃが後者の径方向中心２１ｃに対して径方向外側にずれた（偏心した）状態で溶接により固定される。

本実施形態のスカート側下端部３３は、その内面３３ａがスカート２０の上端部２１の内面２１ａと同一面を形成するようにスカート２０と接合されることから、結合部３０とスカート２０との接続部１０には、外面側に段差が形成される。すなわち、結合部３０の下端部３３とスカート２０の上端部２１とは、内面側を合わせた状態で接合されるため、接続部１０では、スカート側下端部３３の外面３３ｂがスカート２０の上端部２１の外面２１ｂよりも外方に位置する。

本実施形態の支持構造では、接続部１０の外面側に段差が形成された状態でスカート２０の上端部２１と結合部３０の下端部３３とが溶接して固定される。このため、接続部１０の溶接部１１には、図２（ｂ）中に二点鎖線で示すように、段差を斜めに接続するように、下方に行くほど内側に向かう傾斜面１１ａが周方向に沿って形成される。

［１−２．作用，効果］
上述の支持構造では、図２（ｂ）中に矢印で示すように、結合部３０の下端部３３の径方向中心３３ｃがスカート２０の上端部２１の径方向中心２１ｃよりも外方に位置するように、結合部３０が設けられる。これにより、結合部３０には、図２（ａ）中に黒矢印で示すように、外側かつ下方に向かう曲げ荷重（外向きの曲げ荷重）が発生する。

言い換えると、上述の支持構造によれば、結合部３０とスカート２０の上端部２１とを、スカート側下端部３３の径方向中心３３ｃがスカート２０の上端部２１の径方向中心２１ｃに対して外側へ片寄った状態で固定することで、外向きの曲げ荷重を発生させることができる。これにより、上記の内向きの曲げ荷重を相殺することができるため、簡素な構成で、タンク３の荷重やＬＮＧの荷重によって発生する内向きの曲げ荷重を低減することができる。

また、上述の支持構造では、結合部３０の下端部３３の厚みＸがスカート２０の上端部２１の厚みＹよりも大きく形成されることで、スカート側下端部３３の径方向中心３３ｃが上端部２１の径方向中心２１ｃよりも外方に設けられる。すなわち、結合部３０の下端部３３とスカート２０の上端部２１との板厚差によって、これらの中心位置３３ｃ，２１ｃをずらして設けることができるため、より簡素な構成で外向きの曲げ荷重を発生させることができ、内向きの曲げ荷重を低減することができる。

また、上述の支持構造では、結合部３０の下端部３３が、その内面３３ａがスカート２０の上端部２１の内面２１ａと同一面を形成するようにスカート２０と接合される。すなわち、結合部３０の下端部３３とスカート２０の上端部２１とが、内面側を合わせた状態で接合されるため、溶接時の裏当てを容易に行うことができ、施工性を向上させることができる。
なお、本実施形態の船舶１は、このような支持構造で支持されたタンク３を備えるため、船体２とタンク３との接続部分である結合部３０の変形を防止することができる。

［２．第二実施形態］
［２−１．構成］
次に、第二実施形態に係るタンクの支持構造について、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。本支持構造は、結合部３０とスカート２０との接続部１０の構成が第一実施形態と異なる。以下、第一実施形態と同様の構成については、第一実施形態と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。なお、図３（ａ）は図２（ａ）に対応するものであり、図１のＡ部拡大図に相当する断面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＤ部拡大図である。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る支持構造では、結合部３０が、スカート側下端部３３′の外面３３ｂ′に形成されたテーパ部３４を有する。テーパ部３４は、下方に行くほど径方向内側（厚み中心側）に向かって傾斜した部位であり、結合部３０の周方向全体に設けられる。本実施形態のテーパ部３４は、スカート側下端部３３′の外面３３ｂ′において、肉厚部３１の下面よりも下方に設けられる。

すなわち、本実施形態のスカート側下端部３３′は、テーパ部３４の上方ではその外面３３ｂ′が肉厚部３１の外面と同一面をなすように設けられて、第一実施形態と同様の厚みＸを有し、テーパ部３４では下方に行くほど厚みが小さくなるように形成され、下端面ではスカート２０の上端部２１の厚みＹと同一の厚みに形成される。
また、本実施形態の結合部３０は、スカート側下端部３３′のテーパ部３４の上方における径方向中心３３ｃ′（厚み中心）が、スカート２０の上端部２１の径方向中心２１ｃ（厚み中心）よりも外方に位置するように設けられる。

また、本実施形態のスカート側下端部３３′も、その内面３３ａ′がスカート２０の上端部２１の内面２１ａと同一面を形成するようにスカート２０と接合される。なお、本実施形態ではテーパ部３４が設けられることから、結合部３０とスカート２０との接続部１０′には段差が形成されない。本実施形態の支持構造では、接続部１０′に段差が形成されずにスカート２０の上端部２１と結合部３０の下端部３３′とが溶接して固定される。このため、接続部１０′の溶接部１１′は、図３（ｂ）中に二点鎖線で示すように、部材間に形成される。

［２−２．作用，効果］
したがって、本実施形態に係る支持構造によっても、第一実施形態と同様、結合部３０に、図３（ａ）中に黒矢印で示すように、外向きの曲げ荷重を発生させることができる。これにより、上記の内向きの曲げ荷重を相殺することができるため、簡素な構成で、タンク３の荷重やＬＮＧの荷重によって発生する内向きの曲げ荷重を低減することができる。

また、本実施形態の結合部３０は、その下端部３３′の外面３３ｂ′に形成されたテーパ部３４を有するため、結合部３０の下端部３３′の厚みとスカート２０の上端部２１の厚みＹとの差が小さくなって、これらが滑らかに接続される。このため、結合部３０とスカート２０とを接続する溶接部１１′における応力集中を低減することができる。これにより、例えば接続部１０′を補強するための補強材を省略又は削減できるため、重量や工数を低減することができる。
なお、第一実施形態と同様の構成からは同様の作用効果を得ることができる。

［３．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上述の各実施形態では、結合部３０の下端部３３とスカート２０の上端部２１とが、内面側を合わせた状態で接合される場合を例示したが、内面側に段差があってもよい。少なくとも、結合部３０の下端部３３，３３′の径方向中心３３ｃ，３３ｃ′が、スカート２０の上端部２１の径方向中心２１ｃよりも外側に位置するように、結合部３０，スカート２０が設けられていればよい。また、第一実施形態において、スカート２０及びスカート側下端部３３が何れも、上下方向において一様な厚みＹ，Ｘを有している場合を例示したが、これらが上下方向において異なる厚みを有していてもよい。

上述の第一実施形態では、結合部３０の下端部３３の厚みＸがスカート２０の上端部２１の厚みＹよりも大きく、板厚差によって互いの径方向中心３３ｃ，２１ｃがずれて設けられているが、これらの厚みが同一に形成されていて、互いの径方向中心３３ｃ，２１ｃがずれるように、結合部３０をスカート２０に対して外方へオフセットさせた状態で固定してもよい。

また、上述の第二実施形態では、テーパ部３４が、スカート側下端部３３′の外面３３ｂ′において、肉厚部３１の下面よりも下方に設けられる場合を例示したが、テーパ部３４が外面３３ｂ′の上下方向に亘って（すなわち肉厚部３１の外面と連続して）形成されていてもよい。あるいは、テーパ部３４の上端が肉厚部３１の下面と一致して設けられ、テーパ部３４の下端がスカート側下端部３３′の下端面よりも上方に位置していてもよい。なお、スカート側下端部３３′の下端面での厚みが、スカート２０の上端部２１の厚みＹと同一の厚みになるようにテーパ部３４が設けられていなくてもよい。すなわち、テーパ部３４が設けられている状態で、接続部１０′に段差が形成されていてもよい。

また、結合部３０がタンク３の赤道３ｃを含まない位置に設けられていてもよい。例えば、結合部が赤道３ｃよりも上方又は下方に設けられ、スカート２０がタンク３の下部を取り囲んで支持するものであってもよい。
なお、タンク３の形状は上述の球形に限られない。例えば、球形タンクの直径を維持したまま、上下方向中央部に円筒部を挿入して上方にタンクを延長した、いわゆるストレッチタンクであってもよい。あるいは、上下方向の直径と赤道の直径とが異なる偏平状のタンクであってもよい。また、上述の支持構造は、タンク３を船体２に対して支持するものに限られない。例えば、地上に配置されるタンクを支持する支持構造として適用することも可能である。

１ 船舶
２ 船体
３ タンク
３ｂ 下側半球部（下部）
３ｄ 周壁部
２０ スカート
２１ 上端部
２１ａ 上端部の内面
２１ｂ 上端部の外面
２１ｃ 径方向中心（厚み中心）
３０ 結合部
３３，３３′ スカート側下端部（下端部）
３３ａ，３３ａ′ 下端部の内面
３３ｂ，３３ｂ′ 下端部の外面
３３ｃ，３３ｃ′ 径方向中心（厚み中心）
３４ テーパ部
Ｃ タンクの中心点
Ｘ 結合部の厚み
Ｙ スカートの厚み

Claims (5)

1. 独立式のタンクの下部を取り囲み、前記タンクを支持する筒状のスカートと、
   前記タンクの周壁部の一部をなし、前記スカートの上端部が固定される環状の結合部と、を備え、
   前記結合部は、前記スカートが固定される下端部の厚み中心が前記上端部の厚み中心よりも外方に位置するように設けられる
   ことを特徴とする、タンクの支持構造。
2. 前記結合部は、前記下端部の厚みが前記スカートの前記上端部の厚みよりも大きく形成される
   ことを特徴とする、請求項１記載のタンクの支持構造。
3. 前記結合部は、前記下端部の外面に形成され、下方に行くほど厚み中心側に向かって傾斜したテーパ部を有する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のタンクの支持構造。
4. 前記結合部は、前記下端部の内面が前記上端部の内面と同一面を形成するように前記スカートの前記上端部と溶接により接合される
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のタンクの支持構造。
5. 船体に対して独立して設けられたタンクを備え、
   前記タンクは、請求項１〜４の何れか１項に記載のタンクの支持構造によって支持される
   ことを特徴とする、船舶。

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