JP2021131134A - 液化ガスタンク、船舶 - Google Patents

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龍祐 高田
伸 寺田
Shin Terada
伸 寺田
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Michihisa Watanabe
亨尚 渡部
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Abstract

【課題】コスト上昇を抑えつつ、タンクの大容量化を図る。【解決手段】液化ガスタンクは、内部に収容空間を形成するタンク本体と、タンク本体の内面を覆い、タンク本体よりも熱伝導率の小さい防熱材によって形成された中間層と、中間層の内面を覆い、内側に液化ガスを液密に収容可能とされた薄膜層と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、液化ガスタンク、船舶に関する。
特許文献１には、液化天然ガス等の液化ガスを運搬する船舶において、液化ガス用カーゴタンクが、液化ガスを貯蔵するタンク本体と、タンク本体の外周面を覆うように設けられた断熱材と、を備えることが開示されている。
特許第６３６４６９４号公報
特許文献１に記載のカーゴタンクでは、タンク本体の内面に低温高圧の液化ガスが接触するため、高圧の液化ガスの圧力に対する強度、及び低温の液化ガスに対する靱性（低温靱性）の両方を備える必要がある。このようなタンクでは、例えば、タンク容積を増大させるためにタンク径を拡大しようとすると、タンク本体の肉厚を増大させる必要が生じることがある。しかしながら、タンク本体の肉厚を増大させれば、材料コストの増大に繋がる。また、タンク本体の肉厚の増大を抑えつつ、強度を確保しようとすれば、より高強度な材料を用いることになり、やはり材料コストの増大に繋がる。
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、コスト上昇を抑えつつ、タンクの大容量化を図ることができる液化ガスタンク、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、本開示に係る液化ガスタンクは、タンク本体と、中間層と、薄膜層と、を備える。前記タンク本体は、内部に収容空間を形成する。前記中間層は、前記タンク本体の内面を覆う。前記中間層は、前記タンク本体よりも熱伝導率の小さい防熱材によって形成される。前記薄膜層は、前記中間層の内面を覆う。前記薄膜層は、内側に液化ガスを液密に収容可能とされている。
本開示に係る船舶は、船体と、前記船体に設けられた、上記のような液化ガスタンクと、を備える。
本開示の液化ガスタンク、船舶によれば、コスト上昇を抑えつつ、タンクの大容量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液化ガス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液化ガスタンクの薄膜層に形成された変位吸収部を示す断面図である。 本開示の実施形態の変形例に係る船舶の全体構成を示す平面図である。
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液化ガスを船首尾方向から見た半断面図である。
図１、図２に示すように、本開示の実施形態の船舶１Ａは、液化天然ガス、液化石油ガス、液体二酸化炭素、液体アンモニア等の液化ガスを運搬する。この船舶１Ａは、船体２と、液化ガスタンク２０Ａと、を少なくとも備えている。
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。
液化ガスタンク２０Ａは、貨物搭載区画８内に複数設けられている。これら複数の液化ガスタンク２０Ａは、船首尾方向Ｄａに並んで配置されている。各液化ガスタンク２０Ａ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。これら複数の液化ガスタンク２０Ａ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。タンクカバー２５の内面と、液化ガスタンク２０Ａの外表面との間には、外部からの入熱を抑える外部断熱材（図示無し）が設けられていてもよい。
液化ガスタンク２０Ａは、スカート３０によって支持されている。スカート３０は、上下方向Ｄｖに延びる円筒状で、その下端部が、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上に固定されている。
液化ガスタンク２０Ａは、その内部の収容空間Ｓに液化ガスを収容する。収容空間Ｓに収容された状態の液化ガスの温度と圧力とを例示すれば、液化天然ガスの場合は、温度−１６３℃、圧力４ｂａｒ、液化石油ガスの場合は、温度−５０℃、圧力１８ｂａｒ、液体二酸化炭素の場合は、温度−３５℃、圧力１９ｂａｒ、液体アンモニアの場合は、温度−５０℃、圧力５ｂａｒを挙げることができる。
図２に示すように、液化ガスタンク２０Ａは、タンク本体２１Ａと、中間層２２と、薄膜層２３と、を備えている。
タンク本体２１Ａは、液化ガスタンク２０Ａの外殻を形成する。タンク本体２１Ａは、内部に収容空間Ｓを形成する。この実施形態において、タンク本体２１Ａは、球形をなしている。タンク本体２１Ａは、下半部２１ａと、上半部２１ｂと、を備えている。
下半部２１ａは、タンク本体２１Ａの下部において、半球状とされている。下半部２１ａは、下方から上方に向かって軸線ａを中心とした径寸法が漸次拡大している。下半部２１ａは、一定の曲率半径を有した半真球状である。ここで、軸線ａとは、タンク本体２１Ａ、ひいては液化ガスタンク２０Ａの中心を通り上下方向Ｄｖに延びている仮想線である。
本実施例において、タンク本体２１Ａは、その軸線ａが、船体２の船首尾方向Ｄａ中心及び船幅方向Ｄｗ中心に位置するように配されている（図１参照）。但し、本発明において、船体２における液化ガスタンク２０Ａの配置は本事例に限定しない。
上半部２１ｂは、下半部２１ａの上方に設けられている。上半部２１ｂは、タンク本体２１Ａの上部において、半球状とされている。上半部２１ｂは、下方から上方に向かって径寸法が漸次縮小している。この実施形態において、上半部２１ｂ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、タンク本体２１Ａは、上記に示した形状に限らない。タンク本体２１Ａは、上半部２１ｂと下半部２１ａ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。
タンク本体２１Ａは、例えば、その厚さＴ１が、１０〜７０ｍｍ、好ましくは４０〜６０ｍｍとされている。タンク本体２１Ａを形成する材料としては、例えば、炭素マンガン鋼がある。タンク本体２１Ａを形成する材料としては、他にも、アルミ合金、ステンレス鋼、ニッケル鋼等を用いることができる。
中間層２２は、タンク本体２１Ａ内に設けられている。中間層２２は、タンク本体２１Ａの内面２１ｆの全体を覆うように設けられている。中間層２２は、タンク本体２１Ａよりも熱伝導率の小さい防熱材２２ｍによって形成されている。この実施形態における防熱材２２ｍは、コンクリートである。この中間層２２を形成する防熱材２２ｍとしては、コンクリートの他に、例えば、パーライト、木材、フェノール樹脂等を例示できる。また、中間層は複数の材料を組み合わせて構成してもよい。また、パーライトなどを中間層２２に使用する場合などは、中間層２２の形状を保持するために、パーライトなどを木製の箱等に封入してもよい。
中間層２２の厚さＴ２は、例えば、タンク本体２１Ａの厚さＴ１よりも大きい。中間層２２の厚さＴ２の好ましい範囲は、例えば１００〜５００ｍｍ、好ましくは１５０〜２５０ｍｍである。
薄膜層２３は、中間層２２の内面２２ｆを覆うように、全体として例えば球形の袋状に形成されている。薄膜層２３は、その内側に、液化ガスを液密に収容可能とされている。薄膜層２３の厚さＴ３は、タンク本体２１Ａの厚さＴ１よりも薄い。
このような薄膜層２３を形成する材料としては、例えば、ステンレス鋼が用いられる。薄膜層２３を形成する材料としては、他にも、インバー材（ニッケル鋼）等が挙げられる。薄膜層２３を形成する材料は、液化ガスタンク２０Ａの収容空間Ｓ内に収容される液化ガスの種類に応じて選定される。例えば収容空間Ｓ内に液体アンモニアを収容する場合、薄膜層２３を形成する材料としては、液体アンモニアと薄膜層２３との接触によって生じる化学反応が抑えられるよう、ステンレス鋼を用いる。
薄膜層２３の厚さＴ３は、タンク本体２１Ａの厚さＴ１よりも小さい。薄膜層２３の厚さＴ３は、例えば、０．５ｍｍ〜２ｍｍとするのが好ましく、さらに、０．７〜１．２ｍｍ程度とするのが好ましい。
図３は、上記液化ガスタンクの薄膜層に形成された変位吸収部を示す断面図である。
図３に示すように、薄膜層２３は、中間層２２の内面２２ｆに対して接合されておらず、熱変形等の際に中間層２２に対して独立して変位可能とされている。薄膜層２３は、熱変形を吸収する変形吸収部２７を備えている。この変形吸収部２７は、例えば、図３に示す断面における薄膜層２３の周方向Ｄｃの一部に設けられている。変形吸収部２７は、薄膜層２３の周方向Ｄｃの一部を液化ガスタンク２０Ａの径方向Ｄｒの外側と内側とに交互に蛇腹状に折り曲げて形成されている。変形吸収部２７は、例えば、液化ガスタンク２０Ａの中心Ｏ１周りに環状に形成され、液化ガスタンク２０Ａ内に液化ガスを収容した場合に薄膜層２３に生じる熱収縮を吸収する。より詳しくは、薄膜層２３が周方向Ｄｃに熱収縮すると、蛇腹状の変形吸収部２７が伸長するように変形する。この変形吸収部２７が、薄膜層２３の熱収縮を吸収することにより、薄膜層２３には過大な熱応力が発生することはない。なお、変形吸収部２７は、一つの薄膜層２３の複数箇所に設けてもよい。
このような液化ガスタンク２０Ａには、タンク本体２１Ａ、中間層２２、及び薄膜層２３を貫通して形成された開口部（図示無し）が形成されている。この開口部（図示無し）を通して、液化ガスが出し入れされる。
上記実施形態の液化ガスタンク２０Ａでは、液化ガスタンク２０Ａが、タンク本体２１Ａと、中間層２２と、薄膜層２３と、を備えている。タンク本体２１Ａは、内部に収容空間Ｓを形成している。中間層２２は熱伝導率の小さい防熱材２２ｍによって形成される。中間層２２は、タンク本体２１Ａの内面２１ｆを覆うと共に、内部に収納空間を形成する。薄膜層２３は、中間層２２の内面２２ｆを覆い、タンク本体２１Ａよりも厚さＴ３が薄い。薄膜層２３は、内側に液化ガスを液密に収容可能とされている。
上記実施形態の液化ガスタンク２０Ａによれば、薄膜層２３により、その内側に収容する液化ガスに対する液密性を確保することができる。薄膜層２３の内方に収容された液化ガスによる圧力は、薄膜層２３を介して、中間層２２及びタンク本体２１Ａによって受け止められる。タンク本体２１Ａは、液化ガスによる内圧を受ける液化ガスタンク２０Ａの強度部材として機能する。これにより、薄膜層２３の面外変形を抑えることができる。
また、低温の液化ガスからタンク本体２１Ａへ熱伝達されることを防熱材２２ｍによって抑えられ、タンク本体２１Ａの温度低下を抑えることができる。これにより、タンク本体２１Ａに対する低温靱性の要求が緩和される。加えて、タンク本体２１Ａの低温靱性に関する要件が緩和されることから、タンク本体２１Ａに、より廉価な材料を使用することが可能となる。したがって、タンク本体２１Ａの厚さを増大させる場合も、低温靭性を備えた材料を使用するよりもコスト増大を抑えることができるため、より安価にタンク本体２１Ａを大型化することができる。
また、タンク本体２１Ａよりも熱伝導率の小さい防熱材２２ｍにより、液化ガスタンク２０Ａの外部からの熱の侵入を抑え、液化ガスの温度上昇を抑えることもできる。これにより、液化ガスタンク２０Ａの外部に設置する外部防熱材（図示無し）の量を減らしたり取り止めたりすることができ、製造コストを抑えることが可能となる。
上記実施形態の液化ガスタンク２０Ａの中間層２２は、コンクリートにより形成されている。
このように、中間層２２をコンクリートから形成することで、液化ガスによる圧力が薄膜層２３を介して中間層２２に作用した場合に、その圧力を強固に受け止めることができる。
上記実施形態の液化ガスタンク２０Ａでは、薄膜層２３は、熱変形の際に中間層２２に対して独立して変位可能になっている。
そのため、液化ガスによる温度変化に応じて薄膜層２３に熱収縮が生じた場合に、薄膜層２３が中間層２２に拘束されることなく、熱収縮による変位を許容することができる。これにより、熱収縮によって薄膜層２３に応力が生じることを抑えられる。
上記実施形態の液化ガスタンク２０Ａでは、薄膜層２３は、熱変形を吸収する変形吸収部２７を備えている。
そのため、液化ガスによる温度変化に応じて薄膜層２３に熱収縮が生じた場合、変形吸収部２７により、薄膜層２３の熱変形を吸収することができる。
上記実施形態の液化ガスタンク２０Ａでは、薄膜層２３は、ステンレス鋼又はインバー材により形成されている。
このように薄膜層２３にステンレス鋼又はインバー材を用いることで、例えば、液化ガスとして、液体アンモニア等を液化ガスタンク２０Ａ内に収容した場合であっても、液化ガスと薄膜層２３との接触によって化学反応が生じてしまうことを抑えることができる。
上記実施形態の船舶１Ａは、船体２と、船体２に設けられた液化ガスタンク２０Ａと、を備えている。
この船舶１Ａによれば、液化ガスタンク２０Ａの大容量化を図ることができるため、液化ガスタンク２０Ａを搭載する個数を低減することができる。そのため、船舶１Ａのコスト上昇を抑えることが可能となる。
上記実施形態では、液化ガスタンク２０Ａを球形としたが、これに限られるものではない。例えば、図４に示す変形例のように、船舶１Ｂの液化ガスタンク２０Ｂを、円筒状とすることも可能である。この変形例における液化ガスタンク２０Ｂは、水平方向に延びる円筒状である場合を例示している。この液化ガスタンク２０Ｂは、上記実施形態の液化ガスタンク２０Ａと同様に、タンク本体２１Ｂと、中間層２２と、薄膜層２３と、を備えている。タンク本体２１Ｂは、筒状部２１ｄと、二つの半球状部２１ｅと、を一体に備えている。筒状部２１ｄは、水平方向に延びて一定の径寸法を有している。筒状部２１ｄは、タンク本体２１Ｂの軸線方向中間部に形成されている。半球状部２１ｅは、筒状部２１ｄの中心軸方向両端に設けられている。各半球状部２１ｅは、筒状部２１ｄの中心軸方向の両端に設けられ、筒状部２１ｄの両端の開口を塞いでいる。
以上、本開示の実施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。
なお、上記実施形態及び変形例では、液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂを、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、液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂの全体または一部を、上甲板５上に設けるようにしてもよいし、上甲板５より下方に設けるようにしてもよい。
上記実施形態では液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂを船舶１Ａ、１Ｂに備えるようにしたが、これに限るものではない。例えば液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂは、洋上浮体といった船舶以外の場所に設置するようにしてもよい。
＜付記＞
各実施形態に記載の液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂ、船舶１Ａ、１Ｂは、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂは、内部に収容空間Ｓを形成するタンク本体２１Ａ、２１Ｂと、前記タンク本体２１Ａ、２１Ｂの内面２１ｆを覆い、前記タンク本体２１Ａ、２１Ｂよりも熱伝導率の小さい防熱材２２ｍによって形成された中間層２２と、前記中間層２２の内面２２ｆを覆い、前記タンク本体２１Ａ、２１Ｂよりも厚さＴ３が薄く、内側に液化ガスを液密に収容可能とされた薄膜層２３と、を備える。
この液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂは、薄膜層２３により、その内側に収容する液化ガスに対する液密性を確保する。薄膜層２３の内方に収容された液化ガスによる圧力は、薄膜層２３を介して、中間層２２及びタンク本体２１Ａ、２１Ｂによって受け止められる。タンク本体２１Ａ、２１Ｂは、金属材料から形成され、薄膜層２３よりも大きな厚さＴ１を有しているので、液化ガスによる内圧を受ける液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂの強度部材として機能する。これにより、薄膜層２３の面外変形が抑えられる。
また、低温の液化ガスからタンク本体２１Ａ、２１Ｂへの熱伝達が防熱材２２ｍによって抑えられ、タンク本体２１Ａ、２１Ｂの温度低下が抑えられる。これにより、タンク本体２１Ａ、２１Ｂに低温靱性に対する要求が緩和される。加えて、低温靱性に関する要件が緩和されることから、タンク本体２１Ａ、２１Ｂの厚さ制限が解除され、タンク本体２１Ａ、２１Ｂの厚さＴ１を増大させることが可能となる。その結果、タンク本体２１Ａ、２１Ｂに、より廉価な材料を使用することが可能となる。また、タンク本体２１Ａ、２１Ｂの厚さＴ１を増大させることで、タンク本体２１Ａ、２１Ｂの大型化も可能となる。
また、タンク本体２１Ａ、２１Ｂよりも熱伝導率の小さい防熱材２２ｍにより、液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂの外部からの熱の侵入を抑え、低温な液化ガスの温度上昇を抑えることもできる。これにより、液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂの外部に設置する外部防熱材（図示無し）の量を減らすことができ、製造コストを抑えることが可能となる。
このようにして、コスト上昇を抑えつつ、タンクの大容量化を図ることが可能となる。
（２）第２の態様に係る液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂは、（１）の液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂであって、前記中間層２２は、コンクリートからなる。
これにより、中間層２２をコンクリートから形成することで、液化ガスによる圧力が薄膜層２３を介して中間層２２に作用した場合に、その圧力を強固に受け止めることができる。
（３）第３の態様に係る液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂは、（１）又は（２）の液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂであって、前記薄膜層２３は、熱変形の際に前記中間層２２に対して独立して変位可能である。
これにより、液化ガスによる温度変化に応じて薄膜層２３に熱収縮が生じた場合、薄膜層２３が中間層２２に拘束されることなく、熱収縮による変位を許容することができる。これにより、熱収縮によって薄膜層２３に応力が生じることが抑えられる。
（４）第４の態様に係る液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂは、（３）の液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂであって、前記薄膜層２３は、熱変形を吸収する変形吸収部２７を備える。
これにより、液化ガスによる温度変化に応じて薄膜層２３に熱収縮が生じた場合、変形吸収部２７により、薄膜層２３の熱変形を吸収することができる。
（５）第５の態様に係る液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂは、（１）から（４）の何れか一つ液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂであって、前記薄膜層２３は、ステンレス鋼又はインバー材からなる。
これにより、薄膜層２３にステンレス鋼又はインバー材を用いれば、例えば、液化ガスとして、液体アンモニア等を液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂ内に収容した場合であっても、液化ガスと薄膜層２３との接触によって化学反応が生じてしまうことが抑えられる。
（６）第６の態様に係る船舶１Ａ、１Ｂは、船体２と、前記船体２に設けられた、（１）から（５）の何れか一つの液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂと、を備える。
これにより、コスト上昇を抑えつつ、タンクの大容量化を図ることができる液化ガスタンク２０Ａ、２０Ｂを備えた船舶１Ａ、１Ｂを提供することが可能となる。
１Ａ、１Ｂ…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
２０Ａ、２０Ｂ…液化ガスタンク
２０ａ…上部
２１Ａ、２１Ｂ…タンク本体
２１ａ…下半部
２１ｂ…上半部
２１ｄ…筒状部
２１ｅ…半球状部
２１ｆ…内面
２２…中間層
２２ｆ…内面
２２ｍ…防熱材
２３…薄膜層
２５…タンクカバー
２７…変形吸収部
３０…スカート
Ｓ…収容空間

Claims (6)

  1. 内部に収容空間を形成するタンク本体と、
    前記タンク本体の内面を覆い、前記タンク本体よりも熱伝導率の小さい防熱材によって形成された中間層と、
    前記中間層の内面を覆い、内側に液化ガスを液密に収容可能とされた薄膜層と、
    を備える液化ガスタンク。
  2. 前記中間層は、コンクリートからなる
    請求項１に記載の液化ガスタンク。
  3. 前記薄膜層は、熱変形の際に前記中間層に対して独立して変位可能である
    請求項１又は２に記載の液化ガスタンク。
  4. 前記薄膜層は、熱変形を吸収する変形吸収部を備える
    請求項３に記載の液化ガスタンク。
  5. 前記薄膜層は、ステンレス鋼又はインバー材からなる
    請求項１から４の何れか一項に記載の液化ガスタンク。
  6. 船体と、
    前記船体に設けられた、請求項１から５の何れか一項に記載の液化ガスタンクと、
    を備える船舶。
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