JP2018155432A - オープンラック式気化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オープンラック式気化装置の地震対策を効果的に行う。【解決手段】オープンラック式気化装置１は、下部ヘッダー管２１と、上部ヘッダー管３１と、複数の伝熱管４１と、によってパネル状に構成された熱交換パネル４を備える。熱交換パネルは、地震荷重が入力したときに、熱交換パネルに直交する面外方向について、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対的な変位量が大きい構成であり、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管のうちの少なくとも一方のヘッダー管は、規制部材６１によって、地震荷重が熱交換パネルに入力したときの面外方向への変形が規制されるよう構成されている。【選択図】図２

Description

ここに開示する技術は、オープンラック式気化装置に関する。

特許文献１には、オープンラック式気化装置が記載されている。オープンラック式気化装置は、一般的に、低温流体が流れるよう構成された下部ヘッダー管と、下部ヘッダー管に対して平行に配設されかつ、加熱された流体が流れるよう構成された上部ヘッダー管と、下部ヘッダー管及び上部ヘッダー管に沿う方向に並設されかつ、それぞれ上下方向に延びて下部ヘッダー管及び上部ヘッダー管を互いに連通するように構成された複数の伝熱管と、によってパネル状に構成された熱交換パネルを備えている。オープンラック式気化装置は、伝熱管内を流れる低温流体と、伝熱管の外表面を流下する熱媒体との間で熱交換を行うことによって、流体を加熱するよう構成されている。

また、特許文献１に記載されたオープンラック式気化装置では、下部ヘッダー管の一端に接続されたタイバーを支持部材が支持すると共に、下部ヘッダー管の他端に接続されたマニホールドを支持部材が支持することにより、熱交換パネルが横揺れすることを防止している。

実公平４−４３７４８号公報

オープンラック式気化装置における地震対策は従来から行われており、オープンラック式気化装置に地震時の荷重が作用したときには、有害な損傷などが発生しないように設計されている。しかしながら、近年は、巨大地震等の発生時においても、より速やかに運転再開できるよう、オープンラック式気化装置の耐震性能を効果的に向上させることが求められている。耐震性能向上の検討過程において、本願発明者らが動的解析を行ったところ、オープンラック式気化装置の耐震性能を効果的に向上させる地震対策方法が、新たにわかった。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オープンラック式気化装置の地震対策を効果的に行うことにある。

地震時の荷重がオープンラック式気化装置に入力したときに、熱交換パネルに大きな応力が発生するケースとしては、図５に示す（１）上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１とが、面外方向（つまり、熱交換パネル４に直交するＹ方向）について相対的に大きくずれることにより、上部ヘッダー管３１と伝熱管４１との接続部、及び、下部ヘッダー管２１と伝熱管４１との接続部に過大な応力が発生するケース、及び、図６に示す（２）伝熱管４１自体が面外方向に曲げ変形することにより、上部ヘッダー管３１と伝熱管４１との接続部、及び、下部ヘッダー管２１と伝熱管４１との接続部に過大な応力が発生するケースの２つがある。

これら２つのケースのうちのどちらが支配的になるかは、熱交換パネルにおける上部及び下部ヘッダー管の変形の容易さと、伝熱管の変形の容易さとの関係に依る。

オープンラック式気化装置の地震対策を効果的に行うためには、熱交換パネルに地震荷重が入力したときの、熱交換パネルの変形特性に対応する対策を行う必要がある。つまり、熱交換パネルに地震荷重が入力したとき、前記二つのケースのうち、（１）上部ヘッダー管と下部ヘッダー管とが、面外方向について相対的に大きくずれる、ことが支配的であれば、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対変位を規制する対策が有効である。これに対し、熱交換パネルに地震荷重が入力したとき、（２）伝熱管自体が面外方向に曲げ変形する、ことが支配的であれば、伝熱管の変形を規制する対策が有効である。

ここに開示する技術は、本願発明者らが前記の知見を得たことにより完成するに至ったものである。

具体的に、ここに開示する技術は、オープンラック式気化装置に係る。オープンラック式気化装置は、水平方向に伸びる下部ヘッダー管と、前記下部ヘッダー管の上方位置で前記下部ヘッダー管に対して平行に配設された上部ヘッダー管と、前記下部ヘッダー管及び前記上部ヘッダー管に沿って前記水平方向に並設されかつ、それぞれ上下方向に伸びて前記下部ヘッダー管と前記上部ヘッダー管とを互いに連通する複数の伝熱管と、によってパネル状に構成された熱交換パネルを備える。

そして、前記熱交換パネルは、地震荷重が入力したときに、前記熱交換パネルに直交する面外方向について、前記上部ヘッダー管と前記下部ヘッダー管との相対的な変位量が大きい構成であり、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管のうちの少なくとも一方のヘッダー管は、規制部材によって、前記地震荷重が前記熱交換パネルに入力したときの前記面外方向への変形が規制されるよう構成されている。

前記の熱交換パネルは、地震荷重が入力したときに、面外方向について上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対的な変位量が大きい構成である。従って、このオープンラック式気化装置の地震対策としては、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対変位を規制する対策が有効である。

そのために前記の構成では、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管のうちの少なくとも一方のヘッダー管（つまり、上部ヘッダー管若しくは下部ヘッダー管、又は、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との両方）は、規制部材によって、地震荷重が熱交換パネルに入力したときの面外方向への変形が規制されるよう構成されている。上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対変位が規制されるから、上部ヘッダー管と伝熱管との接続部、及び、下部ヘッダー管と伝熱管との接続部に過大な応力が発生することが回避される。その結果、熱交換パネルが損傷することが防止され、地震後においてもオープンラック式気化装置を継続して使用することが可能になる。

前記上部ヘッダー管若しくは前記下部ヘッダー管、又は、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管の両方には、ヘッダー管を支持する支持部が、少なくとも一つ設けられ、いずれか一方のヘッダー管に設けられた支持部に対して、他方のヘッダー管の上下方向に相対する位置には、前記支持部が設けられておらず、前記規制部材は、前記支持部とは異なる位置に設けられている、としてもよい。

この構成によると、上下方向に向かい合う上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管において、支持部同士が相対しない。この構成の熱交換パネルは、地震荷重が入力したときに、熱交換パネルに直交する面外方向について、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対的な変位量が大きくなる。特に、ヘッダー管において、支持部が設けられていない箇所の変位量が大きくなる。規制部材を、支持部とは異なる位置に設けることによって、地震荷重が熱交換パネルに入力したときに、ヘッダー管が面外方向へ変形することを、規制部材によって規制することができる。

前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管の両方には、ヘッダー管を支持する支持部が、少なくとも一つ設けられ、いずれか一方のヘッダー管に設けられた支持部と、他方のヘッダー管に設けられた支持部とは、上下方向に相対する位置に設けられ、前記上下方向に相対する位置に設けられた前記支持部は、振動特性が相違し、前記規制部材は、前記支持部とは異なる位置に設けられている、としてもよい。

この構成によると、上下方向に向かい合う上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管において、支持部同士が相対するものの、ヘッダー管及び伝熱管の振動特性は異なる。これらの振動特性は、後述する変形特性パラメータと、支持部の特性、つまり境界条件（支持部の拘束方向・拘束度合・位置）によって定義される。この構成の熱交換パネルもまた、地震荷重が入力したときに、熱交換パネルに直交する面外方向について、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対的な変位量が大きくなる。規制部材を、支持部とは異なる位置に設けることによって、地震荷重が熱交換パネルに入力したときに、ヘッダー管が面外方向へ変形することを、規制部材によって規制することができる。

前記支持部は、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管のうちの一方のヘッダー管に、前記水平方向における少なくとも二箇所に設けられかつ、前記一方のヘッダー管が前記面外方向へ変位することを拘束する拘束支持部を含み、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管のうちの他方のヘッダー管において、前記拘束支持部に対し前記上下方向に相対する位置には、前記他方のヘッダー管が前記面外方向へ変位することを拘束する拘束支持部が設けられておらず、前記規制部材は、前記他方のヘッダー管の変形を規制するよう構成されている、としてもよい。

この構成によると、一方のヘッダー管は、拘束支持部によって面外方向への変位が拘束されるのに対し、他方のヘッダー管は、拘束支持部に対し上下方向に相対する位置に、面外方向への変位を拘束する拘束支持部が設けられていない。尚、拘束支持部に対し上下方向に相対する位置に、支持部を設けない場合、及び、拘束支持部とは異なる支持部を設ける場合の両方があり得る。一方のヘッダー管の支持構造と、他方のヘッダー管の支持構造とが相違するため、この熱交換パネルは、地震荷重が入力したときに、面外方向について上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との間に振動上の位相差が生じ、相対的な変位量が大きくなり得る。

従って、前述したように、ヘッダー管が面外方向に変形することを規制する規制部材を設けることが、オープンラック式気化装置の地震対策として有効である。特に規制部材は、拘束支持部が設けられてない他方のヘッダー管の、面外方向への変形を規制するよう構成することが、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対的な変位量を小さくする上で効果的である。その結果、上部ヘッダー管と伝熱管との接続部、及び、下部ヘッダー管と伝熱管との接続部に過大な応力が発生することを回避することができる。

ここで、オープンラック式気化装置において、気化性能を変えずに伝熱管の長さを短くするならば、伝熱管の本数を増やさなければならない。それに伴い、熱交換パネルの形状は、上下方向に短くかつ、水平方向に長い横長の形状になる。逆に気化性能を変えずに伝熱管の長さを長くするならば、伝熱管の本数は減る。それに伴い、熱交換パネルの形状は、上下方向に長くかつ、水平方向に短い縦長の形状になる。

熱交換パネルの変形において、（１）上部ヘッダー管と下部ヘッダー管とが、面外方向について相対的に大きくずれるケースと、（２）伝熱管自体が面外方向に曲げ変形するケースと、のどちらか支配的になるかは、熱交換パネルの、境界条件、スパン、重量、ヤング係数、断面二次モーメントによって定まる。熱交換パネルが横長形状であるか、縦長形状であるかは、熱交換パネルの変形特性に大いに関係する。

本願発明者らは、様々な形状の熱交換パネルについて、変形特性パラメータＰaＤと、（１）上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対的な変形のしやすさ、及び、（２）伝熱管自体の変形のしやすさと、の関係について検討を行った（図７参照）。図７は、横軸を、変形特性パラメータＰaＤとし、縦軸を、熱交換パネルが単位入力を受けたときの応答値を示すモーダルパラメータである刺激関数としたグラフである。刺激関数は、熱交換パネルの変形のしやすさの指標として用いており、刺激関数が大きいほど、熱交換パネルは変形しやすいことになる。

ここで、変形特性パラメータＰaＤは、熱交換パネルにおいて伝熱管の一次モード変形に係るパラメータＰaＰ（＝ｗ・Ｌ^４／Ｅ・Ｉ）と、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の相対変位に係るパラメータＰaＨ（＝ｗo・Ｌo^４／Ｅ・Ｉo）との比（ＰaＤ＝ＰaＰ／ＰaＨ）とする。

また、ｗは、複数の伝熱管によって構成されるパネルの重量、ｗoは、ヘッダー管の重量（上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の二乗和平方根）、Ｌは、複数の伝熱管によって構成されるパネルの上下方向の長さ（つまり、パネルのスパン）、Ｌoは、下部ヘッダー管の二つの拘束支持部の間の長さ（つまり、下部ヘッダー管のスパン）、Ｅは、ヤング係数、Ｉは、複数の伝熱管によって構成されるパネルの面外方向に関する断面二次モーメント、Ｉoは、ヘッダー管の面外方向に関する断面二次モーメント（上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の二乗和平方根）とする。

尚、図７は、複数の上部ヘッダー管、複数の下部ヘッダー管、複数のパネル（このパネルは、複数の伝熱管によって構成されるパネルである）、複数の上部ヘッダー管に接続されるマニホールドとタイバー、及び、複数の下部ヘッダー管に接続されるマニホールドとタイバー、並びに、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管のマニホールドのそれぞれに接続されるノズルからなる気化装置本体において、上部ヘッダー管の支持点の面外方向の剛性を固定にした解析モデルの解析結果である。

尚、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の固有周期が相違することから、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の位相差を考慮して、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の面外方向についての相対変位量は、絶対値和としている。

また、実際のオープンラック式気化装置においては、上部ヘッダー管の支持点の面外方向の剛性は固定ではなく、ばね支持であると共に、気化装置本体を支持するコンクリート架構が変形することの影響を考慮して、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の面外方向についての相対変位量を、算出値の４倍にしている。

図７において、黒四角は、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対変位に係る刺激関数であり、白丸は、伝熱管の上下中央位置における変形に係る刺激関数である。同図によると、変形特性パラメータＰaＤが小さいと、具体的には１０以下であると、伝熱管の上下中央位置における変形よりも、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対変形の方が支配的である。逆に、変形特性パラメータＰaＤが大きいと、具体的には１０を超えると、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対変形よりも、伝熱管の上下中央における変形の方が支配的である。

従って、前記熱交換パネルの変形特性パラメータＰaＤは、１０以下である、としてもよい。

変形特性パラメータＰaＤが１０以下の熱交換パネルは、地震荷重が入力したときに、伝熱管が曲げ変形するよりも、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管とが相対変形しやすい。従って、ヘッダー管が面外方向に変形することを規制する規制部材を設けることが地震対策として有効になる。

ここで、熱交換パネルが横長形状であるときには、変形特性パラメータＰaＤは小さくなり、熱交換パネルが縦長形状であるときには、変形特性パラメータＰaＤは大きくなる。よって、ヘッダー管が面外方向に変形することを規制する規制部材を設ける地震対策は、横長形状の熱交換パネルを備えたオープンラック式気化装置に有効である。

前記支持部は、前記上部ヘッダー管の前記水平方向の中央側に設けられかつ、前記熱交換パネルの重量を支持する吊下支持部を含み、前記規制部材は、前記上部ヘッダー管の少なくとも端部に設けられている、としてもよい。

上部ヘッダー管の中央側に吊下支持部が設けられることにより、上部ヘッダー管の端部は、吊下支持部から離れる。上部ヘッダー管の端部は、地震荷重が熱交換パネルに入力したときに、変形しやすくなる。つまり、この構成の熱交換パネルは、地震荷重が入力したときに、面外方向について上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対的な変位量が大きくなり得る。

従って、前述の通り、ヘッダー管が面外方向に変形することを規制する規制部材を設けることが地震対策として有効である。特に規制部材は、変形しやすい上部ヘッダー管の端部に、少なくとも設けることが、当該端部において、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管との相対的な変位量を小さくする上で効果的である。

前記規制部材は、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管のうちの少なくとも一方のヘッダー管に固定されると共に、前記面外方向に伸びる梁状の部材であり、前記規制部材の両端はそれぞれ、架構の側面に対し前記面外方向に突き合わされていると共に、前記規制部材と前記架構とは非固定に構成されている、としてもよい。

こうすることで、ヘッダー管が面外方向に変形しようとすると、ヘッダー管に固定された梁状の規制部材が面外方向に変位しようとする。規制部材の両端はそれぞれ、架構の側面に対し面外方向に突き合わされているため、規制部材と架構とが干渉し合うことによって、規制部材が面外方向に変位することが防止される。その結果、ヘッダー管が面外方向に変形することが防止される。

また、前記の構成では、規制部材と架構とが非固定である。例えば既存のオープンラック式気化装置に対して、規制部材を後付けしようとしたときには、規制部材をヘッダー管に固定するだけで済む。すなわち、この構成は、既存のオープンラック式気化装置に、新たな地震対策を施すことを容易にする構成である。尚、オープンラック式気化装置を新設するときに、本構成を採用することも可能である。

さらに、規制部材と架構とを非固定とすることにより、オープンラック式気化装置の運転／停止時に、ヘッダー管が水平方向に伸縮したり、伝熱管が上下方向に伸縮したりすることの影響を緩和することができる。

以上説明したように、前記のオープンラック式気化装置によると、地震荷重が熱交換パネルに入力したときに、規制部材によって、上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管のうちの少なくとも一方のヘッダー管が面外方向へ変形することが規制されるため、伝熱管に過大な応力が発生することを防止することができ、オープンラック式気化装置の地震対策を効果的に行うことができる。

図１は、オープンラック式気化装置の構成を示す、一部断面の正面図である。 図２は、図１のII−II断面図である。 図３は、規制部材の変形例を示す図２対応図である。 図４は、規制部材の変形例を示す図２対応図である。 図５は、上部ヘッダー管と下部ヘッダー管とが、面外方向について相対的に大きくずれることにより、熱交換パネルに逆対称曲げモーメントが発生することを説明する図である。 図６は、伝熱管自体が面外方向に曲げ変形することにより、熱交換パネルに曲げモーメントが発生することを説明する図である。 図７は、各種の構成の熱交換パネルに関する、変形特性パラメータと刺激関数との関係を示す図である。

以下、ここに開示するオープンラック式気化装置（Open Rack Vaporizer：以下、ＯＲＶ）について、図面を参照しながら詳細に説明をする。尚、以下の説明は例示である。以下においては、説明の便宜上、図１の紙面左右方向をＸ方向、紙面上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向とする。また、図２の紙面左右方向はＹ方向、紙面上下方向はＺ方向、紙面に直交する方向はＸ方向である。

（ＯＲＶの全体構成）
図１は、ＯＲＶ１の全体構成を示している。このＯＲＶ１は、低温流体である液化天然ガス（ＬＮＧ）を、熱媒体としての海水によって加熱して気化する装置である。ＯＲＶ１は、コンクリート架構１１と、このＯＲＶ１の例ではＬＮＧが流れる下部ヘッダー管２１と、このＯＲＶ１の例では気化した天然ガス（ＮＧ）が流れる上部ヘッダー管３１と、下部ヘッダー管２１と上部ヘッダー管３１とを互いに連通するように構成された複数の伝熱管４１と、伝熱管４１の外表面に熱媒体を供給するよう構成された熱媒体供給手段５と、を備えている。下部ヘッダー管２１、上部ヘッダー管３１及び複数の伝熱管４１によって、パネル状の熱交換パネル４が構成される。尚、コンクリート架構１１は、鉄架構としても良い。

下部ヘッダー管２１は、水平方向であるＸ方向に延びるように配設されている。下部ヘッダー管２１の一端（図１における紙面左端）は、入口マニホールド２２に接続されている。入口マニホールド２２は、図には示していないが、Ｙ方向に延びている。入口マニホールド２２は、ノズル２３を通じて供給されたＬＮＧを、Ｙ方向に並んだ複数の下部ヘッダー管２１のそれぞれに分配する。下部ヘッダー管２１の他端（図１における紙面右端）は、閉塞している。

上部ヘッダー管３１は、下部ヘッダー管２１の上方位置で、下部ヘッダー管２１に対して平行に配設されている。従って、上部ヘッダー管３１も、Ｘ方向に延びるように配設されている。上部ヘッダー管３１の一端（図１における紙面左端）は、出口マニホールド３２に接続されている。出口マニホールド３２は、図には示していないが、Ｙ方向に延びている。出口マニホールド３２は、Ｙ方向に並んだ複数の上部ヘッダー管３１のそれぞれから集めたＮＧを、ノズル３３を通じて送り出す。上部ヘッダー管３１の他端（図１における紙面右端）は、閉塞している。

複数の伝熱管４１は、図１においては一部のみを図示しているが、下部ヘッダー管２１及び上部ヘッダー管３１に沿って、Ｘ方向に並設している。尚、Ｘ方向の中央側の二箇所において、伝熱管４１が配設されていない隙間が設けられている。熱交換パネル４は、三つに分割されている、ということもできる。

伝熱管４１は、公知であるため詳細な図示は省略するが、円管状の本体と、本体の外周面から径方向の外方に向かって、放射状に広がる複数のフィンとを含んで構成されている。各フィンは、Ｚ方向に延びている。尚、フィンの形状は、放射状に広がることに限定されない。また、伝熱管の本体は、円管状であることに限定されない。

熱交換パネル４は、隣り合う伝熱管４１のフィン同士が突き合わさった箇所を、スポット溶接によって互いに接合することによって構成されている。熱交換パネル４は、Ｘ方向及びＺ方向のそれぞれに広がる板状である。

ここで、このＯＲＶ１の熱交換パネル４は、そのＺ方向の長さ（つまり高さＨ）よりも、Ｘ方向の長さ（つまり幅Ｗ）が長い。熱交換パネル４は横長の形状を有している。これは、伝熱管４１の長さを短くすると共に、ＯＲＶ１において要求される気化性能を確保しようとすれば、伝熱管４１の本数を多くしなければならないためである。

熱交換パネル４は、図２に一部を示すように、Ｙ方向に、所定の間隔を空けて並設されている。このＯＲＶ１では、一例として、５枚の熱交換パネル４を一組として構成している。つまり、５枚の熱交換パネル４に対応する５本の下部ヘッダー管２１は、その一端が、同一の入口マニホールド２２に接続されていると共に、５本の上部ヘッダー管３１は、その一端が、同一の出口マニホールド３２に接続されている。

尚、図示は省略するが、５本の下部ヘッダー管２１の他端は、Ｙ方向に延びる下側タイバーによって互いに連結されている。同様に、５本の上部ヘッダー管３１の他端は、Ｙ方向に延びる上側タイバーによって互いに連結されている。

入口マニホールド２２は、支持部としての拘束支持部２５を介してコンクリート架構１１に固定されている。また、下側タイバーは、支持部としての拘束支持部２６を介してコンクリート架構１１に固定されている。拘束支持部２５は、入口マニホールド２２がＹ方向（つまり、熱交換パネル４に直交する面外方向）に変位することを拘束するよう構成され、Ｘ方向及びＺ方向については、熱応力の発生を抑制するため、拘束しないよう構成されている。同様に、拘束支持部２６は、下側タイバーが、Ｙ方向に変位することを拘束するよう構成され、Ｘ方向及びＺ方向については、拘束しないよう構成されている。従って、下部ヘッダー管２１は、その一端（図１の右端）及び他端（図１の左端）のそれぞれが、拘束支持部２５、２６によって、Ｙ方向に変位することを拘束されている。

これに対し、上部ヘッダー管３１は、鉄架構１２に吊り下げ支持されている。つまり、図１及び図２に示すように、上部ヘッダー管３１の中央側における二箇所に、支持部としての吊下支持部３５が固定されており、吊下支持部３５が、Ｙ方向に伸びる鉄架構１２に固定されたＵボルト３６に係合している。上部ヘッダー管３１が吊下支持部３５によって吊り下げられることによって、熱交換パネル４の重量が支持されている。吊下支持部３５は、その構造に起因して、上部ヘッダー管３１がＸ方向及びＹ方向に変位することを、拘束していない、又は、ほとんど拘束していない。但し、上部ヘッダー管３１がＸ方向及びＹ方向に変位することを拘束するように、支持部を構成してもよい。

熱交換パネル４の下部ヘッダー管２１と上部ヘッダー管３１とは、その支持構造が相違している。つまり、上部ヘッダー管３１において、下部ヘッダー管２１の二つの拘束支持部２５、２６に対し上下方向に相対する位置には、Ｙ方向への変位を拘束する拘束支持部が設けられていない。また、下部ヘッダー管２１は、その両端部に拘束支持部２５、２６が設けられているのに対し、上部ヘッダー管３１は、吊下支持部３５が、両端部から離れて、中央側に設けられている。

熱媒体供給手段５は、トラフ５１と、海水供給管５２とを有している。トラフ５１は、図２に示すように、熱交換パネル４を挟んだＹ方向の両側それぞれにおいて、熱交換パネル４の上端部付近に、熱交換パネル４に近接して配設されている。トラフ５１は、Ｘ方向に延びて配設されている。図１に示す構成例では、熱交換パネル４がＸ方向に三つに分割されることに対応して、トラフ５１も三つに分割されている。分割された熱交換パネル４毎に、トラフ５１が設けられている。

海水供給管５２は、トラフ５１よりも下側の位置において、Ｘ方向に伸びている。海水供給管５２とトラフ５１とは、海水供給管５２から分岐した複数の分岐管を介して接続されている。海水供給管５２及び分岐管を通じて、トラフ５１に海水が供給される。トラフ５１は上向きに開口しており、トラフ５１の上端縁から溢れ出した海水は、トラフ５１に近接した熱交換パネル４の表面に沿って流れ落ちる。

以上のように構成されたＯＲＶ１において、ＬＮＧは、入口マニホールド２２及び下部ヘッダー管２１を経て、各伝熱管４１に流入する。ＬＮＧは、伝熱管４１内を流れる間に、伝熱管４１の外表面を流れ落ちる海水と熱交換を行って、気化する。ＮＧは、伝熱管４１の上端から、上部ヘッダー管３１及び出口マニホールド３２を経て、ＯＲＶ１の外部に送り出される。

（ＯＲＶの耐震構成）
このＯＲＶ１には、地震荷重が入力したときに、熱交換パネル４の損傷を防止するための耐震構造を付加している。以下、ＯＲＶ１の耐震構造について、詳細に説明をする。

ＯＲＶ１の耐震構造は、規制部材６１によって構成されている。規制部材６１は、上部ヘッダー管３１に固定されると共に、Ｙ方向に伸びる梁状の部材である。より詳細に、規制部材６１は、図２に示すように、上部ヘッダー管３１の上側において、Ｙ方向に並設した５本の上部ヘッダー管３１の間を掛け渡すようにＹ方向に伸びている。規制部材６１と、各上部ヘッダー管３１とは、Ｕボルト６２によって相互に固定されている。この構成により、規制部材６１と上部ヘッダー管３１とは、Ｙ方向に対して一体化している。

規制部材６１の両端はそれぞれ、コンクリート架構１１の側面に突き合わされている。規制部材６１とコンクリート架構１１とは、固定されていない。

規制部材６１は、図１に示すように、Ｘ方向に伸びる上部ヘッダー管３１において、一端部と、他端部と、中間部の二箇所との、合計四箇所に配設されている。一端部は、上部ヘッダー管３１の吊下支持部３５から離れた位置である。また、他端部も、上部ヘッダー管３１の吊下支持部３５から離れている。中間部の二箇所はそれぞれ、熱交換パネル４の隙間に相当する位置である。四箇所の規制部材６１は、Ｘ方向に、ほぼ等間隔に配設されている。

前述したように、このＯＲＶ１の熱交換パネル４は、横長の形状を有している。熱交換パネル４の変形特性パラメータＰaＤは１０以下である。

変形特性パラメータＰaＤは、図６に示す、熱交換パネル４において伝熱管４１の一次モード変形に係るパラメータＰaＰ（＝ｗ・Ｌ^４／Ｅ・Ｉ）と、図５に示す、上部ヘッダー管３１及び下部ヘッダー管２１の相対変位に係るパラメータＰaＨ（＝ｗo・Ｌo^４／Ｅ・Ｉo）との比（＝ＰaＰ／ＰaＨ）としている。

また、ｗは、複数の伝熱管４１によって構成されるパネルの重量、ｗoは、ヘッダー管の重量（上部ヘッダー管３１及び下部ヘッダー管２１の二乗和平方根）、Ｌは、複数の伝熱管４１によって構成されるパネルの上下方向の長さ、Ｌoは、下部ヘッダー管２１の二つの拘束支持部２５、２６間の長さ、Ｅは、ヤング係数、Ｉは、複数の伝熱管４１によって構成されるパネルのＹ方向（つまり、面外方向）に関する断面二次モーメント、Ｉoは、ヘッダー管のＹ方向に関する断面二次モーメント（上部ヘッダー管３１及び下部ヘッダー管２１の二乗和平方根）としている。

図７は、変形特性パラメータＰaＤと、熱交換パネル４が単位入力を受けたときの応答値を示すモーダルパラメータである刺激関数との関係を示している。図７において、黒四角は、上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１との相対変位に係る刺激関数であり、白丸は、伝熱管４１の上下中央位置における変形に係る刺激関数である。同図によると、変形特性パラメータＰaＤが１０以下であると、伝熱管４１の上下中央位置における変形（図６参照）よりも、上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１との相対変形（図５参照）の方が支配的になる。つまり、地震荷重が熱交換パネル４に入力したときに、伝熱管４１の上下中央位置が変形するよりも、上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１との相対変形の方が変形しやすい。

従って、変形特性パラメータＰaＤが１０以下である熱交換パネル４に対して、上部ヘッダー管３１に規制部材６１を取り付けることによって、地震荷重が熱交換パネル４に入力したときに、上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１との、Ｙ方向についての相対的な変位量が大きくなることを抑制することができる。つまり、上部ヘッダー管３１がＹ方向に変形しようとしても、規制部材６１の端がコンクリート架構１１の側面に当たるため、上部ヘッダー管３１の変形が抑制される。その結果、上部ヘッダー管３１と伝熱管４１との接続部、及び、下部ヘッダー管２１と伝熱管４１との接続部に過大な応力が発生することを回避することができる。

尚、熱交換パネル４が横長であると、変形特性パラメータＰaＤは小さくなり、熱交換パネル４が縦長であると、変形特性パラメータＰaＤは大きくなる。

また、前記のＯＲＶ１は、上部ヘッダー管３１の吊下支持部３５が、Ｘ方向の中央側に設けられている。この支持構成により、上部ヘッダー管３１は、吊下支持部３５よりも端部側が、Ｙ方向に変形しやすい構造を有している。また、吊下支持部３５は、上部ヘッダー管３１がＹ方向へ変位することは、ほとんど拘束しない。この支持構成により、上部ヘッダー管３１は、吊下支持部３５よりも端部側が、Ｙ方向にさらに変形しやすい構造を有している。

一方、下部ヘッダー管２１は、二箇所の拘束支持部２５、２６によって、Ｙ方向に変位することが拘束されている。

さらに、上部ヘッダー管３１において、下部ヘッダー管２１の拘束支持部２５、２６に対し、上下方向に相対する位置には、上部ヘッダー管３１がＹ方向に変位することを拘束する拘束支持部が設けられていない。

このようにＯＲＶ１は、上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１との支持構造が相違しており、これらの支持構造の相違点の少なくとも一つに起因して、熱交換パネル４は、上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１との間に、振動上の位相差が生じ、上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１との、Ｙ方向についての相対的な変位量が大きくなりやすい、ということができる。従って、規制部材６１によって、上部ヘッダー管３１がＹ方向に変形することを規制することは、地震荷重が熱交換パネル４に入力したときに、伝熱管４１に過大な応力が発生することを防止する上で、有効である。

こうして、熱交換パネル４の変形特性に応じた構成の規制部材６１によって、ＯＲＶ１に地震対策を施すことにより、地震発生時に、伝熱管４１に過大な応力が発生することを防止することができる。その結果、ＯＲＶ１を、地震後においても継続して使用することが可能になる。

また、前述した構成の規制部材６１は、Ｙ方向に並んだ上部ヘッダー管３１に対してＵボルト６２によって固定するだけであり、しかも、規制部材６１とコンクリート架構１１とは非固定であるため、既設のＯＲＶ１に対して、容易に後付けをすることができるという利点もある。

さらに、規制部材６１とコンクリート架構１１とを非固定とすると、ＯＲＶ１の運転／停止時に、上部ヘッダー管３１が水平方向に伸縮したり、伝熱管４１が上下方向に伸縮したりすることの影響を緩和することができる。

尚、規制部材６１は、ＯＲＶ１の運転時の、前記伸縮による影響が小さければ、その端をコンクリート架構１１の側面に固定するようにしてもよい。また、規制部材６１は、前記の構成では、熱交換パネル４に対し、Ｘ方向の四箇所に設けているが、規制部材６１の配設数は、増減することが可能である。

（変形例）
規制部材は、図２に示す構成に限らない。上部ヘッダー管３１のＹ方向の変形を規制することが可能であれば、規制部材は、どのような構成を採用してもよい。

例えば図３は、規制部材６３を、Ｘ方向に伸びる梁状の部材によって構成するのではなく、隣り合う上部ヘッダー管３１の間と、上部ヘッダー管と３１コンクリート架構１１との間に介在する、複数の棒状の部材によって構成している。

この構成においても、地震荷重が熱交換パネル４に入力することによって、上部ヘッダー管３１がＹ方向に変位しようとしたときに、規制部材６３が上部ヘッダー管３１の変位を規制することができる。

図２及び図３に示すように、規制部材は、ヘッダー管同士の間隔、及び、ヘッダー管と架構との間の間隔が変化しないように、ヘッダー管と架構との間をつなぐ、又は、ヘッダー管同士をつなぐ部材とすればよい。

また、図４に示すように、上部ヘッダー管３１を挟んだＹ方向の両側に配置した片状の部材によって、規制部材６４を構成してもよい。規制部材６４は、鉄架構１２に固定されており、上部ヘッダー管３１がＹ方向に変位しようとしても、上部ヘッダー管３１の側部が規制部材６４と干渉することによって、上部ヘッダー管３１の変位が規制される。

尚、前記の構成では、上部ヘッダー管３１に対して、規制部材６１、６３、６４を設けているが、下部ヘッダー管２１に対して、Ｙ方向の変形を規制する規制部材を設けてもよい。また、上部ヘッダー管３１と下部ヘッダー管２１との両方に、規制部材を設けてもよい。

また、前記の構成では、ＯＲＶ１において、隣り合う伝熱管４１同士が溶接により接合されているが、伝熱管４１は、互いに接合しなくてもよい。

さらに、前記の構成では、熱交換パネル４に関し、Ｘ方向の中央側の二箇所において、伝熱管４１が配設されていない隙間を設けているが、こうした隙間は省略してもよい。その場合、規制部材は、熱交換パネル４に対し、Ｘ方向における適宜の箇所に配設すればよい。

加えて、熱交換パネル４の支持構成は、前述した構成に限定されない。熱交換パネル４は、上部ヘッダー管３１若しくは下部ヘッダー管２１、又は、上部ヘッダー管３１及び下部ヘッダー管２１の両方に、ヘッダー管を支持する支持部（尚、支持部の構成は特定の構成に限定されない）を、少なくとも一つ設けると共に、いずれか一方のヘッダー管に設けられた支持部に対して、他方のヘッダー管の上下方向に相対する位置には支持部を設けない構成としてもよい。こうした構成の熱交換パネル４も、地震荷重が熱交換パネル４に入力したときに、上部ヘッダー管３１及び下部ヘッダー管２１の相対的な変位量が大きくなる。この構成において規制部材は、上部ヘッダー管３１及び／又は下部ヘッダー管２１において、支持部とは異なる位置に設ければよい。

また、熱交換パネル４は、上部ヘッダー管３１及び下部ヘッダー管２１の両方に、ヘッダー管を支持する支持部（尚、支持部の構成は特定の構成に限定されない）を、少なくとも一つ設けると共に、いずれか一方のヘッダー管に設けられた支持部と、他方のヘッダー管に設けられた支持部とは、上下方向に相対する位置に設けられ、上下方向に相対する位置に設けられた支持部は、振動特性が相違する構成としてもよい。ヘッダー管及び伝熱管の振動特性は、前述した変形特性パラメータＰaＤと、支持部の特性、つまり境界条件（支持部の拘束方向・支持度合・位置）とによって定義される。こうした構成の熱交換パネル４も、地震荷重が熱交換パネル４に入力したときに、上部ヘッダー管３１及び下部ヘッダー管２１の相対的な変位量が大きくなる。この構成においても規制部材は、上部ヘッダー管３１及び／又は下部ヘッダー管２１において、支持部とは異なる位置に設ければよい。

１ オープンラック式気化装置
１１ コンクリート架構
２１ 下部ヘッダー管
２５ 拘束支持部（支持部）
２６ 拘束支持部（支持部）
３１ 上部ヘッダー管
３５ 吊下支持部（支持部）
４ 熱交換パネル
４１ 伝熱管
６１ 規制部材
６３ 規制部材
６４ 規制部材

Claims (7)

1. 水平方向に伸びる下部ヘッダー管と、前記下部ヘッダー管の上方位置で前記下部ヘッダー管に対して平行に配設された上部ヘッダー管と、前記下部ヘッダー管及び前記上部ヘッダー管に沿って前記水平方向に並設されかつ、それぞれ上下方向に伸びて前記下部ヘッダー管と前記上部ヘッダー管とを互いに連通する複数の伝熱管と、によってパネル状に構成された熱交換パネルを備え、
   前記熱交換パネルは、地震荷重が入力したときに、前記熱交換パネルに直交する面外方向について、前記上部ヘッダー管と前記下部ヘッダー管との相対的な変位量が大きい構成であり、
   前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管のうちの少なくとも一方のヘッダー管は、規制部材によって、前記地震荷重が前記熱交換パネルに入力したときの前記面外方向への変形が規制されるよう構成されているオープンラック式気化装置。
2. 請求項１に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記上部ヘッダー管若しくは前記下部ヘッダー管、又は、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管の両方には、ヘッダー管を支持する支持部が、少なくとも一つ設けられ、
   いずれか一方のヘッダー管に設けられた支持部に対して、他方のヘッダー管の上下方向に相対する位置には、前記支持部が設けられておらず、
   前記規制部材は、前記支持部とは異なる位置に設けられているオープンラック式気化装置。
3. 請求項１に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管の両方には、ヘッダー管を支持する支持部が、少なくとも一つ設けられ、
   いずれか一方のヘッダー管に設けられた支持部と、他方のヘッダー管に設けられた支持部とは、上下方向に相対する位置に設けられ、前記上下方向に相対する位置に設けられた前記支持部は、振動特性が相違し、
   前記規制部材は、前記支持部とは異なる位置に設けられているオープンラック式気化装置。
4. 請求項２又は３に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記支持部は、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管のうちの一方のヘッダー管に、前記水平方向における少なくとも二箇所に設けられかつ、前記一方のヘッダー管が前記面外方向へ変位することを拘束する拘束支持部を含み、
   前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管のうちの他方のヘッダー管において、前記拘束支持部に対し前記上下方向に相対する位置には、前記他方のヘッダー管が前記面外方向へ変位することを拘束する拘束支持部が設けられておらず、
   前記規制部材は、前記他方のヘッダー管の変形を規制するよう構成されているオープンラック式気化装置。
5. 請求項４に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記熱交換パネルの変形特性パラメータＰaＤは、１０以下であり、
   前記変形特性パラメータＰaＤは、前記熱交換パネルにおいて前記伝熱管の一次モード変形に係るパラメータＰaＰ（＝ｗ・Ｌ^４／Ｅ・Ｉ）と、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管の相対変位に係るパラメータＰaＨ（＝ｗo・Ｌo^４／Ｅ・Ｉo）との比（＝ＰaＰ／ＰaＨ）としており、
   ｗは、複数の伝熱管によって構成されるパネルの重量、ｗoは、ヘッダー管の重量（上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の二乗和平方根）、Ｌは、複数の伝熱管によって構成されるパネルの前記上下方向の長さ、Ｌoは、前記下部ヘッダー管の二つの拘束支持部の間の長さ、Ｅは、ヤング係数、Ｉは、複数の伝熱管によって構成されるパネルの面外方向に関する断面二次モーメント、Ｉoは、ヘッダー管の面外方向に関する断面二次モーメント（上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の二乗和平方根）としたオープンラック式気化装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記支持部は、前記上部ヘッダー管の前記水平方向の中央側に設けられかつ、前記熱交換パネルの重量を支持する吊下支持部を含み、
   前記規制部材は、前記上部ヘッダー管の少なくとも端部に設けられているオープンラック式気化装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記規制部材は、前記上部ヘッダー管及び前記下部ヘッダー管のうちの少なくとも一方のヘッダー管に固定されると共に、前記面外方向に伸びる梁状の部材であり、
   前記規制部材の両端はそれぞれ、架構の側面に対し前記面外方向に突き合わされていると共に、前記規制部材と前記架構とは非固定に構成されているオープンラック式気化装置。

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