JP2021107171A - カーゴタンクユニット及び船舶 - Google Patents

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Abstract

【課題】カーゴタンクの肉厚を増大させ、ひいてはカーゴタンクの大型化を図ることができるカーゴタンクユニット及び船舶を提供する。【解決手段】カーゴタンクユニットは、カーゴタンク２０と、スカート３０と、溶接部４０と、を備える。前記カーゴタンクは、ＩＧＣコードにおけるＩＭＯタンク・タイプＣである。スカートは、上端がカーゴタンクの下半部に周方向にわたって接続されている。スカートは、下方に向かうに従ってカーゴタンクの径方向外側に向かって延びて船体に固定されている。溶接部は、スカートの上端をカーゴタンクに周方向にわたって固定する。【選択図】図２

Description

本開示は、カーゴタンクユニット及び船舶に関する。
天然ガス等の液化ガスを運搬する船舶は、液化ガスを収容するカーゴタンクを備えている。例えば特許文献１には、カーゴタンクが、円筒形のスカートを介して船体に支持された構成が開示されている。この特許文献１に記載されたスカートの上端部は、カーゴタンクの赤道位置に配置されている。そして、このスカートの上端部は、カーゴタンクの赤道部分に対して溶接により固定されている。
ところで、このようなカーゴタンクは、国際海事機関（ＩＭＯ）が定めた液化ガス船の安全規則であるＩＧＣ（International Gas Carrier）コードに規定される、ＩＭＯタンク・タイプＢの要件に従って設計されている。
特許第６３４２３５８号公報
しかしながら、ＩＭＯタンク・タイプＢ方式のカーゴタンクは、モデルテストや詳細解析手法などを用いて構造各部の応力を精密に把握し、疲労解析や破壊機構解析を正確に実施した形式である。よって、カーゴタンクとスカートとの溶接部も、タンクと同様な疲労強度の要件を満たす必要がある。このため、カーゴタンクの赤道部分とスカートとの溶接部には、削り出し加工によって形成されたリング状部材が一般に用いられている。このリング状部材は、カーゴタンクの上半部と下半部との間に接合されている。そして、リング状部材の下端部には、カーゴタンクの下半部の上端と、カーゴタンクの径方向外側に配置されるスカートの上端部とが、それぞれ溶接されている。そのため、リング状部材の下端部は、カーゴタンクの下半部の肉厚と、スカートの上端部の肉厚とを合わせた厚みを有している。
ＩＭＯタンク・タイプＢ方式のカーゴタンクでは、材料がアルミニウム合金である場合を除き、リング状部材を含め、各部の肉厚の上限が４０ｍｍとなっている。カーゴタンクの下半部の肉厚は、溶接されるリング状部材の厚さ（最大４０ｍｍ）からスカートの上端部の肉厚を引いたものとなる。つまり、カーゴタンクの少なくとも下半部においては、肉厚を一定以上大きくすることができないこととなる。このことは、耐圧性が求められるカーゴタンクの大型化の妨げとなっている。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、カーゴタンクの肉厚を増大させ、ひいてはカーゴタンクの大型化を図ることができるカーゴタンクユニット及び船舶を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係るカーゴタンクユニットは、カーゴタンクと、スカートと、溶接部と、を備える。前記カーゴタンクは、ＩＧＣコードにおけるＩＭＯタンク・タイプＣである。前記スカートは、上端が前記カーゴタンクの下半部に周方向にわたって接続されている。前記スカートは、下方に向かって延びて船体に固定されている。前記溶接部は、前記スカートの上端を前記カーゴタンクに前記周方向にわたって固定する。
本開示の船舶によれば、カーゴタンクの肉厚を増大させ、ひいてはカーゴタンクの大型化を図ることができる。
本開示の実施形態に係る船舶の全体構成を示す平面図である。 本開示の実施形態に係る船舶に設けられたカーゴタンクを船首尾方向から見た半断面図である。 本開示の実施形態に係るカーゴタンクとスカートとの接合部の構成を示す拡大断面図である。
図１は、本開示の実施形態における船舶の全体構成を示す平面図である。図２は、上記船舶に設けられたカーゴタンクを船首尾方向から見た半断面図である。
図１及び図２に示すように、本開示の実施形態の船舶１は、液化天然ガス等の液化ガスを貯蔵・運搬等をする。この船舶１は、船体２と、カーゴタンク２０と、スカート３０と、溶接部４０と、を少なくとも備えている。
なお、便宜上、カーゴタンク２０とスカート３０と溶接部４０を併せて、カーゴタンクユニットと呼称する。
船体２は、その外殻をなす、一対の舷側３Ａ，３Ｂと、船底４と、上甲板５と、を有している。舷側３Ａ，３Ｂは、左右舷側をそれぞれ形成する一対の舷側外板を備える。船底４は、これら舷側３Ａ，３Ｂを接続する船底外板を備える。これら一対の舷側３Ａ，３Ｂ及び船底４により、船体２の外殻は、船首尾方向Ｄａに直交する断面において、Ｕ字状を成している。上甲板５は、外部に露出する全通甲板である。船体２には、船尾２ｂ側の上甲板５上に、居住区を有する上部構造７が形成されている。
船体２には、上部構造７よりも船首２ａ側に、貨物搭載区画（ホールド）８が形成されている。貨物搭載区画８は、上甲板５に対して下方の船底４に向けて凹み、上方に開口している。
カーゴタンク２０は、貨物搭載区画８内に複数設けられている。これら複数のカーゴタンク２０は、船首尾方向Ｄａに並んで配置されている。各カーゴタンク２０の上部２０ａは、船体２の上甲板５よりも上方に突出している。これら複数のカーゴタンク２０の上部２０ａは、上甲板５上に設けられたタンクカバー２５によって覆われている。これら複数のカーゴタンク２０の外表面には、それぞれ外部からの入熱を抑える断熱材（図示無し）が設けられている。
カーゴタンク２０は、球形をなしている。カーゴタンク２０は、その内部に、運搬対象である液化ガスを収容する。本開示の実施形態において、カーゴタンク２０に収容される液化ガスは、例えば９〜２０（ＢａｒＧ）程度の高圧低温ガスである。カーゴタンク２０は、ＩＭＯが定めたＩＧＣコードに定められた、ＩＭＯタンク・タイプＣ方式のタンクである。
各カーゴタンク２０は、下半部２１と、上半部２２と、を備えている。
下半部２１は、カーゴタンク２０の下部において、半球状とされている。下半部２１は、下方から上方に向かって径寸法が漸次拡大している。下半部２１は、例えば、図２に示す断面において、一定の曲率半径を有した半真球状であってもよいし、下方から上方に向かって段階的に曲率半径が大きくなるよう形成されている。
上半部２２は、下半部２１の上部に設けられている。上半部２２は、カーゴタンク２０の上部において、半球状とされている。上半部２２は、下方から上方に向かって径寸法が漸次縮小している。本開示の実施形態において、上半部２２は、一定の曲率半径を有した半真球状であってもよいし、下方から上方に向かって段階的に曲率半径が大きくなるよう形成されていてもよい。
なお、カーゴタンク２０は、上記に示した形状に限らない。カーゴタンク２０は、上半部２２と下半部２１との間に、円筒状部（図示無し）等を備える構成とすることも可能である。
このような各カーゴタンク２０は、スカート３０によって船体２に支持されている。各カーゴタンク２０は、船体２とは独立したタンク構造である。カーゴタンク２０は、液密構造で、その内部に収容した液化ガスの荷重を自己支持する。
図３は、上記カーゴタンクとスカートとの接合部の構成を示す拡大断面図である。
スカート３０は、カーゴタンク２０を支持する。スカート３０は、全体として上下方向Ｄｖに延びる円筒状である。スカート３０の下端部は、貨物搭載区画８の底部に設けられたファウンデーションデッキ部９上に固定される。スカート３０の上端３０ｔは、カーゴタンク２０の下半部２１の外周面２１ｆに接続されている。
スカート３０は、筒状部３１と、タンク支持部３２と、を備えている。
筒状部３１は、上下方向Ｄｖに延びる円筒状で、上下方向Ｄｖにわたって一定の径寸法を有している。この実施形態における筒状部３１は、カーゴタンク２０の船幅方向中心を通る軸線ａを中心にした円筒状をなしている。
タンク支持部３２は、スカート３０の上端部に設けられている。タンク支持部３２は、筒状部３１の上部に連続して設けられている。タンク支持部３２は、上方に向かうに従って径方向Ｄｒ内側に向かって延びている。言い換えれば、タンク支持部３２は、先端３２ｔから下方に向かうに従って径方向Ｄｒ外側に向かって延びている。この実施形態において、タンク支持部３２は、上方に向かって径方向Ｄｒ内側に湾曲する湾曲部３２ｗを備えている。湾曲部３２ｗは、上方に向かうに従って、筒状部３１の中心軸とのなす角度が漸次大きくなるように形成されている。この実施形態における湾曲部３２ｗの径方向Ｄｒ内側の先端３２ｔは、スカート３０の上端３０ｔとなっている。そして、湾曲部３２ｗの先端３２ｔは、カーゴタンク２０の下半部２１の外周面２１ｆに突き当てられている。ここで、径方向Ｄｒとは、上述した軸線ａを中心とする径方向を意味する。また、以下の説明において、周方向とは、軸線ａを中心とする周方向を意味する。
カーゴタンク２０の外周面に対する湾曲部３２ｗの先端３２ｔの交差角度θは、例えば、３０°〜９０°程度とすることができる。ここで、交差角度θとは、軸線ａを含む断面において（図３参照）、上端３０ｔの内面３０ｆのうち最も径方向Ｄｒ内側の部分（言い換えれば、先端３２ｔ）と、上記内面３０ｆと交差する位置におけるカーゴタンク２０の外周面２１ｆ（図３において円弧状）の接線ｔａ１とのなす角度である。この実施形態では湾曲部３２ｗを有し内面３０ｆの先端３２ｔも湾曲しているため、交差角度θは、軸線ａを含む断面視で、内面３０ｆ（図３において曲線状）の先端３２ｔにおける接線ｔａ２と、外周面２１ｆの接線ｔａ１とのなす角度となる。
図２に示すように、スカート３０の上端３０ｔ（湾曲部３２ｗの先端３２ｔ）の内径Ｄ１は、カーゴタンク２０の赤道部分における外径Ｄ２よりも小さい。なお、図２において、内径Ｄ１及び外径Ｄ２は、都合上、半径分のみを示している。
これにより、カーゴタンク２０は、スカート３０の上端３０ｔにより、下方から支持されている。
図３に示すように、カーゴタンク２０とスカート３０とは、溶接により接合されている。これにより、カーゴタンク２０とスカート３０との接合部には、溶接部４０が形成されている。カーゴタンク２０とスカート３０とを溶接する際に用いる溶接材としては、例えば９％Ｎｉ鋼等の高強度溶接材を用いることができる。このような高強度溶接材を用いることで、溶接部４０の強度を高めることができるため、溶接部４０の信頼性を向上できる。
溶接部４０は、スカート３０の上端３０ｔをカーゴタンク２０に固定する。この実施形態で例示する溶接部４０は、スカート３０の上端３０ｔをカーゴタンク２０の外周面２１ｆに対して、周方向全周にわたって連続的に固定している。なお、溶接部４０が周方向全周にわたって連続的に形成される場合について説明したが、この構成に限られない。例えば、溶接部４０が周方向の一部に形成されるようにしてもよい。このようにすることで、スカート３０の上端３０ｔがカーゴタンク２０に対して周方向の一部で固定される。この場合、溶接部４０は、カーゴタンク２０の周方向に断続的、すなわち複数個所に設けてもよい。
カーゴタンク２０の下半部２１の外周面２１ｆと、スカート３０において径方向Ｄｒ内側を向く内面３０ｆとの間には、接合部材５０が設けられている。接合部材５０は、カーゴタンク２０の下半部２１の周方向に間隔を空けて複数個所に設けられている。この実施形態で例示する接合部材５０は、周方向に直交する鉛直面（言い換えれば、軸線ａを含む仮想平面）に沿う平板状に形成されている。接合部材５０は、径方向Ｄｒ内側でカーゴタンク２０の下半部２１の外周面２１ｆに沿って溶接された内側縁部５０ａと、径方向Ｄｒ外側でスカート３０の内面３０ｆに沿って溶接された外側縁部５０ｂと、を有している。なお、溶接は内側縁部５０ａと外側縁部５０ｂのいずれか一方のみであってもよい。この実施形態で例示する接合部材５０の下縁部５０ｃは、その径方向Ｄｒ中央部において上方に向かって窪む円弧状に形成されている。なお、下縁部５０ｃの形状は、径方向Ｄｒ中央部が上方に向かって窪む円弧状に限られない。
上記実施形態の船舶は、カーゴタンク２０の下半部２１の周方向に間隔を空けた複数個所に設けられ、カーゴタンク２０の下半部２１とスカート３０の内面とを接合する接合部材５０、をさらに備えている。
そのため、周方向に複数設けられた接合部材５０により、球形の下半部２１とスカート３０の内面３０ｆとを、より強固に接合することができる。その結果、スカート３０によるカーゴタンク２０の支持強度をさらに高めることが可能となる。
上記実施形態の船舶では、スカート３０の上端部は、下方に向かうに従ってカーゴタンク２０の径方向Ｄｒ外側に向かって延びている。そして、カーゴタンク２０を支持するスカート３０の上端３０ｔは、カーゴタンク２０の下半部２１に接続されている。また、スカート３０の上端３０ｔは、カーゴタンク２０の下半部２１の外周面２１ｆに対し、径方向Ｄｒ外側から突き当たるようにして溶接部４０により接続されている。
したがって、スカート３０の上端３０ｔとカーゴタンク２０の下半部２１の外周面２１ｆとが確実に溶接され、溶接部４０の接合強度を有効に高めることができる。
上記実施形態の船舶では、スカート３０の上端部は、上方に向かって径方向Ｄｒ内側に湾曲する湾曲部３２ｗを有し、湾曲部３２ｗの先端３２ｔがカーゴタンク２０の外周面２１ｆに溶接されている。
このようにスカート３０の上端部に湾曲部３２ｗが形成されることで、湾曲部３２ｗの下端と筒状部３１の上端とを滑らかに連続させて形成することができる。そのため、カーゴタンク２０の外周面２１ｆに湾曲部３２ｗの先端３２ｔが溶接されたスカート３０において、カーゴタンク２０の荷重による応力が局所的に集中することが抑えられる。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
上記実施形態では、スカート３０の上端部に湾曲部３２ｗを設けるようにしたが、これに限るものではない。スカート３０の上端部は、下方に向かうに従ってカーゴタンク２０の径方向Ｄｒ外側に向かって延びていればよく、例えば円錐筒状としてもよい。この場合、スカート３０の上端部において円錐筒状の部分の下端と、筒状部３１の上端との接合部分に角部が生じる。そのため、カーゴタンク２０の荷重による応力が、円錐筒状の部分の下端と筒状部３１との角部に局所的に集中する可能性がある場合は、十分な強度を確保するべく、上記角部に補強等を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態では、スカート３０の上端部を、下方に向かうに従ってカーゴタンク２０の径方向Ｄｒ外側に向かって延びるように設けたが、これに限られるものではない。例えば、スカート３０の上端部は、上下方向Ｄｖに沿って一定の径を有した円筒状としてもよい。
上記実施形態では、接合部材５０を備えるようにしたが、接合部材５０の形状については何ら限定するものではない。接合部材５０は、カーゴタンク２０の下半部２１とスカート３０の内面３０ｆとを接合するのであれば、適宜他の形状とすることができる。また、接合部材５０の周方向における設置間隔、設置数等についても適宜変更可能である。さらに、接合部材５０を備えない構成とすることも可能である。
上記実施形態では、カーゴタンク２０及びスカート３０は、船体２内に形成された貨物搭載区画８内に設ける構成としたが、これに限るものではなく、例えば、カーゴタンク２０及びスカート３０は、例えば、上甲板５上に設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では船体２に設置する場合を想定しているが、これに限るものではなく、例えば図示しない浮体上に設けるようにしてもよい。
＜付記＞
実施形態に記載の船舶１は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係るカーゴタンクユニットは、ＩＧＣコードにおけるＩＭＯタンク・タイプＣのカーゴタンク２０と、上端３０ｔが前記カーゴタンク２０の下半部２１に周方向にわたって接続されているとともに、下方に向かって延びて船体２に固定されたスカート３０と、前記スカート３０の上端３０ｔを前記カーゴタンク２０に前記周方向にわたって固定する溶接部４０と、を備える。
ＩＭＯタンク・タイプＣが適用されるカーゴタンク２０は、その内部に収容される液化ガスの温度・圧力に耐えうる圧力容器規格に基づいて設計される。ＩＧＣコードにおけるＩＭＯタンク・タイプＣでは、ＩＭＯタンク・タイプＢのようにスカート３０との接合部にまで疲労強度要件が要求されない。このため、カーゴタンク２０は、球形であるが故に優れた強度特性を有するのに加えて、その肉厚を増大させた設計が可能となり、強度を確保しつつ大径化、大容量化が可能となる。
（２）第２の態様に係るカーゴタンクユニットは、（１）のカーゴタンクユニットであって、前記カーゴタンク２０の下半部２１の周方向に間隔を空けた複数個所に設けられ、前記カーゴタンク２０の下半部２１と前記スカート３０の内面３０ｆとを接合する接合部材５０、をさらに備える。
これにより、周方向に複数設けられた接合部材５０により、球形の下半部２１とスカート３０の内面３０ｆとが、より強固に接合される。したがって、スカート３０によるカーゴタンク２０の支持強度をさらに高めることが可能となる。
（３）第３の態様に係るカーゴタンクユニットは、（１）又は（２）のカーゴタンクユニットであって、前記スカート３０は、筒状部３１とタンク支持部３２とを備え、前記筒状部３１は、上下方向に延びる円筒状であり、前記タンク支持部３２は、前記筒状部３１の上部に連続して設けられると共に、下方に向かうに従って前記カーゴタンク２０の径方向Ｄｒ外側に向かって延びている。
これにより、タンク支持部３２は、カーゴタンク２０の下半部２１の外周面２１ｆに対し、径方向Ｄｒ外側から突き当てるようにして接続されている。これにより、タンク支持部３２とカーゴタンク２０の下半部２１の外周面２１ｆとが確実に溶接され、溶接部４０の接合強度が有効に高められる。
（４）第４の態様に係るカーゴタンクユニットは、（３）のカーゴタンクユニットであって、前記タンク支持部３２と前記筒状部３１の中心軸とのなす角度は、上方に向かうに従って漸次大きくなるように形成されている。
このようにすることで、タンク支持部３２と筒状部３１との接合部分に角部が生じることが抑えられる。これにより、カーゴタンク２０の外周面２１ｆに溶接されたスカート３０において、カーゴタンク２０の荷重による応力が局所的に集中することが抑えられる。
（５）第５の態様に係る船舶は、（１）から（４）の何れか一つのカーゴタンクユニットを備える。
カーゴタンク２０を大容量化すれば、船体２に搭載するカーゴタンク２０の個数を抑え、船舶１の製造コストを抑えることもできる。
１…船舶
２…船体
２ａ…船首
２ｂ…船尾
３Ａ、３Ｂ…舷側
４…船底
５…上甲板
７…上部構造
８…貨物搭載区画
９…ファウンデーションデッキ部
２０…カーゴタンク
２０ａ…上部
２１…下半部
２１ｆ…外周面
２２…上半部
２５…タンクカバー
３０…スカート
３０ｆ…内面
３０ｔ…上端
３１…筒状部
３２…タンク支持部
３２ｔ…先端
３２ｗ…湾曲部
４０…溶接部
５０…接合部材
５０ａ…内側縁部
５０ｂ…外側縁部
５０ｃ…下縁部
Ｄ１…内径
Ｄ２…外径
Ｄａ…船首尾方向
Ｄｒ…径方向
Ｄｖ…上下方向
θ…交差角度

Claims (5)

  1. ＩＧＣコードにおけるＩＭＯタンク・タイプＣのカーゴタンクと、
    上端が前記カーゴタンクの下半部に周方向にわたって接続されているとともに、下方に向かって延びて船体に固定されたスカートと、
    前記スカートの上端を前記カーゴタンクに前記周方向にわたって固定する溶接部と、
    を備えるカーゴタンクユニット。
  2. 前記カーゴタンクの下半部の周方向に間隔を空けた複数個所に設けられ、前記カーゴタンクの下半部と前記スカートの内面とを接合する接合部材、をさらに備える
    請求項１に記載のカーゴタンクユニット。
  3. 前記スカートは、筒状部とタンク支持部とを備え、
    前記筒状部は、上下方向に延びる円筒状であり、
    前記タンク支持部は、前記筒状部の上部に連続して設けられると共に、下方に向かうに従って前記カーゴタンクの径方向外側に向かって延びている請求項１又は２に記載のカーゴタンクユニット。
  4. 前記タンク支持部と前記筒状部の中心軸とのなす角度は、上方に向かうに従って漸次大きくなるように形成されている
    請求項３に記載のカーゴタンクユニット。
  5. 請求項１から４の何れか一項に記載のカーゴタンクユニットを備える船舶。
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