JP2023037410A - 液化水素タンク及びその設計方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】極低温の液化水素の大量輸送を実現するにあたり、船舶に搭載される液化水素タンクにおいて、当該液化水素タンクの規模に関わらず液体又は気体の水素の漏洩防止を実現可能な構造及び設計方法を提案する。【解決手段】船舶に搭載される液化水素タンクは、液化水素が収容される内槽と、内槽を包囲する外槽とを備え、内槽及び外槽のうち少なくとも一方は漏洩防止タンクであり、漏洩防止タンクはタンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚を有する。【選択図】図4
Description
本開示は、液体水素をばら積み輸送する船舶(以下、液化水素運搬船と称する)に搭載される液化水素タンクの構造及び液化水素タンクの設計方法に関する。
液化水素運搬船の貨物タンクとして、液化水素を収容する内槽と、内槽を包囲する外槽と、内槽と外槽の槽間の断熱層とを備えたものが知られている。特許文献1では、液化水素運搬船の貨物タンクの一例が開示されている。
液化ガスを輸送する船舶の設計製造は、国際規則であるIGCコード(非特許文献1)に準拠することが要求されている。現用のIGCコードはLPGやLNGなどの液化ガスを輸送する船舶を対象としたものであり、液化水素運搬船はIGCコードの適用対象とされておらず、液体水素は運送に関する要件が規定されていない。
船舶に搭載された貨物タンクのき裂進展の主な原因は、船体の動揺によって貨物タンクに繰り返し作用する荷重によって生じる動的応力であることが知られている。IGCコードに準拠したタイプCタンクの設計方式によれば、設計蒸気圧Poが安全率を見込んで十分に高く設定されることから最小設計圧力も高くなり、この最小設計圧力に対応する強度を備えるためにタンクの壁厚が十分大きく設計される。その結果、タンクの動的変動応力が十分小さく、想定される初期欠陥の進展も壁厚に対して十分に小さい設計となっているため、液体貨物の漏洩は想定されず、二次防壁の設置は義務付けられていない。
International Maritime Organization, "THE INTERNATIONAL CODE FOR THE CONSTRUCTION AND EQUIPMENT OF SHIPS CARRYING LIQUEFIED GASES IN BULK (IGC CODE)" CHAPTER 4 CARGO CONTAINMENT, adopted on 22 May 2014
容積が20000m3を超える大型の液化ガス輸送用の独立型の貨物タンクについては、IGCコードに規定されたタイプCタンク以外のタンク(即ち、タイプAタンク又はタイプBタンク)の設計方式が適用されてきた。IGCコードに準拠したタイプCタンクの設計方式は、主に容積が20000m3以下の小型のタンクのみに適用されてきた。その理由は、IGCコードに準拠したタイプCタンクの設計方式を大型のタンクに適用すると、最小設計圧力に対応するタンクの壁厚が実現的な数値範囲を超えるからである。
本開示は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、極低温の液化水素の大量輸送を実現するにあたり、船舶に搭載される液化水素タンクにおいて、当該液化水素タンクの規模に関わらず液体又は気体の水素の漏洩防止を実現可能な構造及び設計方法を提案することにある。
本開示に係る液化水素タンクは、船舶に搭載される液化水素タンクであって、
液化水素が収容される内槽と、前記内槽を包囲する外槽とを備え、前記内槽及び前記外槽のうち少なくとも一方は漏洩防止タンクであり、前記漏洩防止タンクはタンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚を有することを特徴としている。
液化水素が収容される内槽と、前記内槽を包囲する外槽とを備え、前記内槽及び前記外槽のうち少なくとも一方は漏洩防止タンクであり、前記漏洩防止タンクはタンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚を有することを特徴としている。
また、本開示に係る液化水素タンクの設計方法は、液化水素が収容される内槽と、前記内槽を包囲する外槽とを備え、船舶に搭載される液化水素タンクの設計方法であって、
前記内槽及び前記外槽のうち少なくとも一方を漏洩防止タンクとし、
第1のプロセッサで、前記漏洩防止タンクのタンク寿命、前記漏洩防止タンクの初期欠陥の大きさ、前記漏洩防止タンクの温度、前記漏洩防止タンクの応力拡大係数、及び、前記漏洩防止タンクに生じる応力を取得し、前記タンク寿命と対応する繰り返し数の前記応力による前記初期欠陥のき裂進展量を疲労き裂進展解析により求め、
第2のプロセッサで、求めた前記き裂進展量、及び、前記漏洩防止タンクの設計壁厚を取得し、前記き裂進展量が前記設計壁厚の半分を超えて進展しない場合に前記設計壁厚を適と判定し、前記き裂進展量が前記設計壁厚の半分を超えて進展する場合に前記設計壁厚を不適と判定し、
適と判断された前記設計壁厚以上となるように前記漏洩防止タンクの壁厚を決定することを特徴としている。
前記内槽及び前記外槽のうち少なくとも一方を漏洩防止タンクとし、
第1のプロセッサで、前記漏洩防止タンクのタンク寿命、前記漏洩防止タンクの初期欠陥の大きさ、前記漏洩防止タンクの温度、前記漏洩防止タンクの応力拡大係数、及び、前記漏洩防止タンクに生じる応力を取得し、前記タンク寿命と対応する繰り返し数の前記応力による前記初期欠陥のき裂進展量を疲労き裂進展解析により求め、
第2のプロセッサで、求めた前記き裂進展量、及び、前記漏洩防止タンクの設計壁厚を取得し、前記き裂進展量が前記設計壁厚の半分を超えて進展しない場合に前記設計壁厚を適と判定し、前記き裂進展量が前記設計壁厚の半分を超えて進展する場合に前記設計壁厚を不適と判定し、
適と判断された前記設計壁厚以上となるように前記漏洩防止タンクの壁厚を決定することを特徴としている。
本開示によれば、船舶に搭載される液化水素タンクにおいて、当該液化水素タンクの規模に関わらず液体又は気体の水素の漏洩防止を実現可能な構造及び設計方法を提案することができる。
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本開示の一実施形態に係る液化水素タンク3を搭載した船舶1の概略構成図である。図1に示す船舶1は、船体2と、船体2に搭載された4つの液化水素タンク3とを備える。本実施形態に係る液化水素タンク3は、液化水素輸送用の貨物タンクであって、船舶1は液化水素運搬船である。液化水素タンク3は、本実施形態では船長方向に並んでいるが、船幅が広い場合は船幅方向に並んでもよい。また、船体2に搭載される液化水素タンク3の数は1つであってもよいし、2つ以上の複数であってもよい。
本実施形態において、4つの液化水素タンク3は、実質的に同じ構造を有する。本実施形態では、液化水素タンク3は多層タンクとして構成されている。但し、船舶1に複数の液化水素タンク3が搭載されている場合、複数の液化水素タンク3はそれぞれ異なる構造を有していてもよい。
図2は、船舶1の横断面図である。図1及び図2に示すように、液化水素タンク3は、液化水素を収容する内槽4と、内槽4を包囲する外槽5とを備える。内槽4の容積は20000m3を超えて50000m3以下であり、液化水素タンク3は比較的大型のタンクに分類される。
内槽4は、略球形の内槽本体41を備える。内槽4には、内槽本体41から上向きに突出する内槽ドームが設けられていてもよい。外槽5は、略球形の外槽本体51を備える。外槽5には、外槽本体51から上向きに突出する外槽ドームが設けられていてもよい。但し、内槽本体41及び外槽本体51は、必ずしも球形である必要はなく、水平方向に長い円筒形状や鉛直方向に長い円筒形状であってもよい。或いは、内槽本体41及び外槽本体51は、立方体状や直方体状であってもよい。
内槽4と外槽5は、槽の厚さ方向に離間している。内槽4と外槽5との槽間を「第1領域31」と称する。第1領域31には、第1断熱層が形成されている。第1断熱層は、第1領域31に充填された第1ガスと断熱材とにより構成されている。
第1ガスが充填された第1領域31は、実質的に大気圧又は低真空状態となっている。第1ガスは、水素ガス、又は、ヘリウムガスである。大気圧とは約105Paを示すが、第1領域31は温度や船体2の動揺等によって圧力が変動することがあるから、本明細書及び特許請求の範囲において「実質的に大気圧」には約105Paと、約105Paよりも圧力変動の範囲で高い気圧とが含まれ得る。また、低真空状態とは、大気圧よりも低圧であって、105Paから102Paまでの間の気圧を示す。第1ガスが水素ガスである場合には、内槽4で発生した気化ガスが第1領域31へ流入するように、内槽4の気相部と第1領域31とが連通されていてもよい。なお、上記の通り本実施形態に係る液化水素タンク3は真空断熱方式ではないが、第1領域31に断熱層が配置されたうえ当該第1領域31が真空とされることにより内槽4と外槽5の間に真空断熱層が設けられていてもよい。
船体2は、上向きに開口する複数のホールド21を有する。複数のホールド21は船長方向に並んでおり、ホールド21同士は壁22によって仕切られている。そして、各ホールド21の内部に、内槽4及び外槽5の下部が収容されている。外槽5の上部はタンクカバー6で覆われている。外槽5は、ホールド21を形作る船体2の構成要素である壁22とタンクカバー6とによって包囲されている。外槽5とタンクカバー6及びホールド21の壁22との間を「第2領域32」と称する。第2領域32には、第2断熱層が形成されている。第2断熱層は、外槽5の外壁の周囲に配置された断熱材と第2領域32に充填された第2ガスとにより構成されている。
第2ガスが充填された第2領域32は、実質的に大気圧となっている。特に限定されないが、第2領域32は第1領域31よりも高圧であってよい。第2ガスは、窒素などの不活性ガス、及び、乾燥空気の少なくとも一方を含む。例えば、第2領域32に乾燥空気が充填され、第2断熱層に不活性ガスが保持されていてもよい。
各ホールド21の内部には、船長方向に互いに離間する一対のスカート25が設けられている。スカート25は、外槽5を支持する。また、内槽4と外槽5との間には、内槽本体41を支持する一対の支持部材35が設けられている。本実施形態では、支持部材35の延長線上にスカート25が配置されているが、支持部材35及びスカート25の配置は本実施形態に限定されない。
〔液化水素タンク3のタンク形式〕
ここで、液化水素タンク3のタンク形式について詳細に説明する。
ここで、液化水素タンク3のタンク形式について詳細に説明する。
外槽5は船体2から独立した独立型タンクとして構成されており、液化水素タンク3は全体として独立型タンクとなっている。独立型タンクとは、自己支持型のタンクで、船体構造の一部を構成せず、且つ、船体強度上は不可欠ではないものをいう。
内槽4及び外槽5の少なくとも一方は、漏洩防止タンクである。漏洩防止タンクは、タンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚を有する。このような漏洩防止タンクは、想定される初期欠陥の進展が壁厚(肉厚)に対して十分に小さいことから、漏洩防止タンクに収容されている液体又は気体の漏洩は想定されない。このように規定される漏洩防止タンクは、収容されている液体又は気体の漏洩は想定されないという観点において、IGC Codeに規定されるタイプCタンクに相当する。
本実施形態では、内槽4及び外槽5の双方が漏洩防止タンクである。本実施形態に係る液化水素タンク3では、内槽4に液化水素が収容され、且つ、内槽4と外槽5との第1領域31に水素ガスが充填されることから、第1領域31の水素ガスが内槽4からの漏洩によるものか予め第1領域31に充填されていたものであるかの区別が難しい。このように、内槽4から液化水素の漏洩を検知することが難しいことから、内槽4には液体水素の漏洩が生じないような構成が特に要求される。よって、少なくとも内槽4は漏洩防止タンクであることが望ましい。内槽4が漏洩防止タンクであり、外槽5が漏洩防止タンクではない場合、外槽5に対する破壊強度の要求レベルが下がり外槽5の板厚を薄くすることができるため物量コスト削減に繋がる。また、本実施形態において、第1領域31の可燃性の水素ガスを外槽5から漏洩させないために、外槽5は漏洩防止タンクであることが望ましい。また、外槽5が漏洩防止タンクであり、且つ、第1領域31に水素ガス以外の第1ガスが充填されている又は第1領域31が真空である場合には、内槽4は漏洩防止タンクでなくてもよい。
〔液化水素タンク3の漏洩防止タンクの設計方法〕
ここで、液化水素タンク3を構成する内槽4及び外槽5のうち漏洩防止タンクの設計方法について詳細に説明する。
ここで、液化水素タンク3を構成する内槽4及び外槽5のうち漏洩防止タンクの設計方法について詳細に説明する。
図3は、漏洩防止タンクの設計装置8の概略構成図である。漏洩防止タンクの設計方法は、設計装置8を用いて実施される。設計装置8は、少なくとも1台のコンピュータ80で構成される。各コンピュータ80は、プロセッサ81と、プロセッサ81で実行されるプログラムや情報などが記憶されたメモリ82とを備える。本明細書で開示する設計装置8の機能は、開示された機能を実行するように構成又はプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuits)、従来の回路、及び/又は、それらの組み合わせを含む回路、又は、処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見做される。本開示において、回路、ユニット、又は手段は、列挙された機能を実行するハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、或いは、列挙された機能を実行するようにプログラム又は構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェア及び/又はプロセッサの構成に使用される。
図4は、設計装置8の機能ブロック図である。設計装置8は、応力解析部84と、き裂進展量を求める疲労き裂進展解析部85と、応力拡大係数を求める応力拡大係数解析部86と、判定部87と、壁厚決定部88との各機能部を備える。複数の機能部が単一のコンピュータ80に構成されていてもよいし、複数の機能部が複数のコンピュータ80に分散して構成されていてもよい。
漏洩防止タンクの設計方法を実施するにあたり、設計壁厚が設計装置8に設定される。設計壁厚は任意の値であるが、漏洩防止タンクの壁板として実施可能な値の範囲内で設定される。例えば、漏洩防止タンクの壁板が鋼板であれば設計壁厚は60mm以下の範囲で設定され、漏洩防止タンクの壁板が非鉄鋼板であれば設計壁厚は80mm以下の範囲で設定されてよい。
漏洩防止タンクの設計方法は、(1)応力解析ステップ、(2)応力拡大係数解析ステップ、(3)き裂進展解析ステップ、(4)判定ステップ、及び、(5)壁厚決定ステップ、を含む。但し、壁厚決定ステップは壁厚決定部88に代えて設計者によって行われてもよい。
(1)応力解析ステップ
船舶1は、海洋の波浪中を航行するため、船体2の表面には波浪による変動圧力が作用する。この変動圧力により船体2が動揺し、動揺の加速度により貨物である液体水素の慣性力に起因する変動荷重が漏洩防止タンクに作用する。この変動荷重によって、漏洩防止タンクに変動する応力、即ち、動的応力が発生する。応力解析部84は、このように船体2の動揺によって漏洩防止タンク、特に、漏洩防止タンクの溶接部に発生する応力を求める。
船舶1は、海洋の波浪中を航行するため、船体2の表面には波浪による変動圧力が作用する。この変動圧力により船体2が動揺し、動揺の加速度により貨物である液体水素の慣性力に起因する変動荷重が漏洩防止タンクに作用する。この変動荷重によって、漏洩防止タンクに変動する応力、即ち、動的応力が発生する。応力解析部84は、このように船体2の動揺によって漏洩防止タンク、特に、漏洩防止タンクの溶接部に発生する応力を求める。
応力解析部84による応力解析の手法は特に限定されないが、有限要素法などの数値解析手法のほか、シミュレーションなどが例示される。例えば、応力解析部84は、就航中の波による船体2の動揺や船体2が受ける波浪などに起因する変動荷重を取得し、この変動荷重を船殻構造、漏洩防止タンク構造、及びタンク支持構造を含む船舶1全体の数値解析モデルに負荷して、数値解析を行うことにより推定される発生応力(漏洩防止タンクの発生応力分布)を求めることができる。漏洩防止タンク構造には、設定壁厚がパラメータとして組み込まれている。変動荷重や数値解析モデルは、予め応力解析部84に与えられていてよい。変動荷重は、船舶1の航路の状況に基づいてシミュレーションで求めたり、実験的に求めたりすることができる。
(2)応力拡大係数解析ステップ
応力拡大係数解析部86は、き裂の応力拡大係数(漏洩防止タンクの応力拡大係数分布)を求める。種々の応力拡大係数の解析手法が公知である。応力拡大係数解析部86による応力拡大係数解析手法は特に限定されないが、有限要素法などの数値解析手法が例示される。応力拡大係数解析部86は、例えば、応力解析部84で求めた発生応力と、溶接部形状を含めた漏洩防止タンク構造と、漏洩防止タンクの初期欠陥の大きさと、き裂形状を含む数値解析モデルを用いて、有限要素法による弾性応力解析でき裂の応力拡大係数を求める。応力拡大係数解析部86は、漏洩防止タンクの解析部位に応じて解析方法を変えてもよい。
応力拡大係数解析部86は、き裂の応力拡大係数(漏洩防止タンクの応力拡大係数分布)を求める。種々の応力拡大係数の解析手法が公知である。応力拡大係数解析部86による応力拡大係数解析手法は特に限定されないが、有限要素法などの数値解析手法が例示される。応力拡大係数解析部86は、例えば、応力解析部84で求めた発生応力と、溶接部形状を含めた漏洩防止タンク構造と、漏洩防止タンクの初期欠陥の大きさと、き裂形状を含む数値解析モデルを用いて、有限要素法による弾性応力解析でき裂の応力拡大係数を求める。応力拡大係数解析部86は、漏洩防止タンクの解析部位に応じて解析方法を変えてもよい。
(3)き裂進展解析ステップ
疲労き裂進展解析部85は、疲労き裂進展解析により漏洩防止タンクの初期欠陥のき裂進展量を求める。疲労き裂進展解析部85による疲労き裂進展解析の手法は特に限定されないが、有限要素法などの数値解析手法のほか、シミュレーションなどが例示される。例えば、疲労き裂進展解析部85は、漏洩防止タンクのタンク寿命、漏洩防止タンクの材料の破壊靭性、解析部位の応力拡大係数、及び、解析部位の発生応力を取得し、これらを疲労き裂進展解析モデルに負荷して数値解析を行うことにより、タンク寿命における初期欠陥のき裂進展量を求めることができる。タンク寿命、初期欠陥の大きさ、漏洩防止タンクの温度、漏洩防止タンクの材料の破壊靭性などのタンク構造に関する情報は予め疲労き裂進展解析部85へ与えられる。初期欠陥の大きさは、実際に存在し得る初期欠陥の大きさに相当する任意の値であってよい。タンク寿命は、船舶1の寿命に相当する任意の値であってよい。タンク寿命に基づいて、タンク寿命中の発生応力の繰り返し数を推定することができる。漏洩防止タンクの温度は、内槽4に液化水素が収容されているときの漏洩防止タンクの温度である。破壊靭性は、内槽4に液化水素が収容されているときの漏洩防止タンクの温度の材料の破壊靭性が用いられてよい。解析部位の応力拡大係数は、応力拡大係数解析部86で算出されたものが用いられてよい。解析部位の発生応力は、応力解析部84で算出されたものが用いられてよい。
疲労き裂進展解析部85は、疲労き裂進展解析により漏洩防止タンクの初期欠陥のき裂進展量を求める。疲労き裂進展解析部85による疲労き裂進展解析の手法は特に限定されないが、有限要素法などの数値解析手法のほか、シミュレーションなどが例示される。例えば、疲労き裂進展解析部85は、漏洩防止タンクのタンク寿命、漏洩防止タンクの材料の破壊靭性、解析部位の応力拡大係数、及び、解析部位の発生応力を取得し、これらを疲労き裂進展解析モデルに負荷して数値解析を行うことにより、タンク寿命における初期欠陥のき裂進展量を求めることができる。タンク寿命、初期欠陥の大きさ、漏洩防止タンクの温度、漏洩防止タンクの材料の破壊靭性などのタンク構造に関する情報は予め疲労き裂進展解析部85へ与えられる。初期欠陥の大きさは、実際に存在し得る初期欠陥の大きさに相当する任意の値であってよい。タンク寿命は、船舶1の寿命に相当する任意の値であってよい。タンク寿命に基づいて、タンク寿命中の発生応力の繰り返し数を推定することができる。漏洩防止タンクの温度は、内槽4に液化水素が収容されているときの漏洩防止タンクの温度である。破壊靭性は、内槽4に液化水素が収容されているときの漏洩防止タンクの温度の材料の破壊靭性が用いられてよい。解析部位の応力拡大係数は、応力拡大係数解析部86で算出されたものが用いられてよい。解析部位の発生応力は、応力解析部84で算出されたものが用いられてよい。
(4)判定ステップ
判定部87は、設計壁厚が「タンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚」という要件を満たす場合に「適」と判定し、それ以外では「不適」と判定する。具体的には、判定部87は、疲労き裂進展解析部85で求めたタンク寿命における初期欠陥のき裂進展量を取得し、き裂進展量が設計壁厚の半分を超えない場合(即ち、き裂進展量が設計壁厚の半分以下の場合)に当該設計壁厚を適と判定し、き裂進展量が設計壁厚の半分を超える場合に当該設計壁厚を不適と判定する。
判定部87は、設計壁厚が「タンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚」という要件を満たす場合に「適」と判定し、それ以外では「不適」と判定する。具体的には、判定部87は、疲労き裂進展解析部85で求めたタンク寿命における初期欠陥のき裂進展量を取得し、き裂進展量が設計壁厚の半分を超えない場合(即ち、き裂進展量が設計壁厚の半分以下の場合)に当該設計壁厚を適と判定し、き裂進展量が設計壁厚の半分を超える場合に当該設計壁厚を不適と判定する。
(5)壁厚決定ステップ
壁厚決定部88は、判定部87で適と判断された設計壁厚以上となるように漏洩防止タンクの壁厚を決定する。このようにして決定された壁厚を有する漏洩防止タンクが設計される。
壁厚決定部88は、判定部87で適と判断された設計壁厚以上となるように漏洩防止タンクの壁厚を決定する。このようにして決定された壁厚を有する漏洩防止タンクが設計される。
以上に説明した漏洩防止タンクの設計方法では、き裂進展量に基づく設計壁厚の適否の判定を行っているが、これに加えて、不安定破壊の発生の有無によって設計壁厚の適否を判定してもよい。この場合、応力拡大係数解析部86は、初期欠陥が疲労き裂進展解析部85で求めたき裂進展量だけ進展したき裂(即ち、タンク寿命におけるき裂)の応力拡大係数を不安定破壊の判定指標として求める。この判定指標が破壊靭性値以上である場合に、タンク寿命の期間に不安定破壊の発生が予期される。そこで、判定部87は、判定指標と漏洩防止タンクの材料の破壊靭性値とを取得し、判定指標が破壊靭性値以上である場合に設計壁厚を不適と判定し、判定指標が破壊靭性値未満である場合に設計壁厚を適と判定する。
〔総括〕
本開示の実施形態に係る液化水素タンク3は、船舶1に搭載される液化水素タンク3であって、液化水素が収容される内槽4と、内槽4を包囲する外槽5とを備え、内槽4及び外槽5のうち少なくとも一方は漏洩防止タンクであり、漏洩防止タンクはタンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚を有することを特徴としている。
本開示の実施形態に係る液化水素タンク3は、船舶1に搭載される液化水素タンク3であって、液化水素が収容される内槽4と、内槽4を包囲する外槽5とを備え、内槽4及び外槽5のうち少なくとも一方は漏洩防止タンクであり、漏洩防止タンクはタンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚を有することを特徴としている。
上記液化水素タンク3において、内槽4及び外槽5の双方が漏洩防止タンクであってよい。
上記液化水素タンク3において、内槽4と外槽5との槽間に水素ガスが充填されており、内槽4が漏洩防止タンクであってよい。
上記液化水素タンク3において、内槽4と外槽5との槽間に水素ガスが充填されており、外槽5が漏洩防止タンクであってよい。
上記構成の液化水素タンク3によれば、当該液化水素タンク3が備える漏洩防止タンクに初期欠陥が存在してもタンク寿命中の当該初期欠陥の進展が壁厚に対して十分に小さいことから、漏洩防止タンクに収容されている液体又は気体の漏洩は想定されない。このような漏洩防止タンクは、収容されている液体又は気体の漏洩は想定されないという観点において、IGC Codeに規定されるタイプCタンクに相当する。よって、漏洩防止タンク及びそれを備える液化水素タンク3は、二次防壁を省略することができる。
上記液化水素タンク3において、内槽4の容積は20000m3を超えて50000m3以下であってよい。
このように液化水素タンク3が上記のような比較的大型のタンクであっても、所定の漏洩阻止機能を備えつつ、実際に建造可能な壁厚となり得る。
また、本実施形態に係る液化水素タンク3の設計方法は、
第1のプロセッサ(疲労き裂進展解析部85)で、漏洩防止タンクのタンク寿命、漏洩防止タンクの初期欠陥の大きさ、漏洩防止タンクの温度、漏洩防止タンクの応力拡大係数、及び、漏洩防止タンクに生じる応力を取得し、タンク寿命と対応する繰り返し数の応力による初期欠陥のき裂進展量を疲労き裂進展解析により求め、
第2のプロセッサ(判定部87)で、求めたき裂進展量、及び、漏洩防止タンクの設計壁厚を取得し、き裂進展量が設計壁厚の半分を超えて進展しない場合に設計壁厚を適と判定し、き裂進展量が設計壁厚の半分を超えて進展する場合に設計壁厚を不適と判定し、
適と判断された設計壁厚以上となるように漏洩防止タンクの壁厚を決定することを特徴としている。
第1のプロセッサ(疲労き裂進展解析部85)で、漏洩防止タンクのタンク寿命、漏洩防止タンクの初期欠陥の大きさ、漏洩防止タンクの温度、漏洩防止タンクの応力拡大係数、及び、漏洩防止タンクに生じる応力を取得し、タンク寿命と対応する繰り返し数の応力による初期欠陥のき裂進展量を疲労き裂進展解析により求め、
第2のプロセッサ(判定部87)で、求めたき裂進展量、及び、漏洩防止タンクの設計壁厚を取得し、き裂進展量が設計壁厚の半分を超えて進展しない場合に設計壁厚を適と判定し、き裂進展量が設計壁厚の半分を超えて進展する場合に設計壁厚を不適と判定し、
適と判断された設計壁厚以上となるように漏洩防止タンクの壁厚を決定することを特徴としている。
上記の液化水素タンク3の設計方法によれば、現実的な壁厚の範囲内で、収容されている気体又は液体の漏洩が生じないタンクを設計することができる。
上記液化水素タンク3の設計方法は、
第3のプロセッサ(応力拡大係数解析部86)で、タンク寿命中に初期欠陥から進展したき裂の応力拡大係数を判定指標として求め、第4のプロセッサ(壁厚決定部88)で、漏洩防止タンクの材料の破壊靭性値を取得し、判定指標が破壊靭性値以上の場合に、タンク寿命の期間に不安定破壊の発生が予期されることから設計壁厚を不適と判定することを、更に含んでいてもよい。なお、応力拡大係数の計算は、タンク寿命期間経過後の最終のき裂形状に対して行われてもよいし、タンク寿命期間中に進展するき裂形状に対して逐次行われてもよい。
第3のプロセッサ(応力拡大係数解析部86)で、タンク寿命中に初期欠陥から進展したき裂の応力拡大係数を判定指標として求め、第4のプロセッサ(壁厚決定部88)で、漏洩防止タンクの材料の破壊靭性値を取得し、判定指標が破壊靭性値以上の場合に、タンク寿命の期間に不安定破壊の発生が予期されることから設計壁厚を不適と判定することを、更に含んでいてもよい。なお、応力拡大係数の計算は、タンク寿命期間経過後の最終のき裂形状に対して行われてもよいし、タンク寿命期間中に進展するき裂形状に対して逐次行われてもよい。
上記の設計方法によれば、設計された壁厚の適否が不安定破壊の発生の有無に基づいて更に判断されるので、より確実に漏洩を防止できるタンクを設計することができる。
上記実施形態において、内槽4は一般的に大型タンクに分類されるが、内槽4が20000m3以下の小型に分類されるタンクであって、この内槽4が漏洩防止タンクであってもよい。つまり、本開示に係る液化水素タンク3の構造及び設計方法はタンクの規模に限定されず小型タンクや50000m3を超える大型タンクに適用されてもよい。
上記実施形態において、液化水素タンク3は貨物タンクであるが、本開示に係る液化水素タンク3の構造及び設計方法は船舶1に搭載された燃料タンクに適用されてもよい。この場合、船舶1は液化水素運搬船に限定されない。
本開示の前述の議論は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。例えば、前述の詳細な説明では、本開示の様々な特徴は、本開示を合理化する目的で1つの実施形態にまとめられている。但し、本開示に含まれる複数の特徴は、上記で論じたもの以外の代替の実施形態、構成、又は態様に組み合わせることができる。
1 :船舶
2 :船体
3 :液化水素タンク
4 :内槽
5 :外槽
8 :設計装置
22 :壁
25 :スカート
80 :コンピュータ
81 :プロセッサ
82 :メモリ
84 :応力解析部
85 :疲労き裂進展解析部
86 :応力拡大係数解析部
87 :判定部
88 :壁厚決定部
2 :船体
3 :液化水素タンク
4 :内槽
5 :外槽
8 :設計装置
22 :壁
25 :スカート
80 :コンピュータ
81 :プロセッサ
82 :メモリ
84 :応力解析部
85 :疲労き裂進展解析部
86 :応力拡大係数解析部
87 :判定部
88 :壁厚決定部
Claims (6)
- 船舶に搭載される液化水素タンクであって、
液化水素が収容される内槽と、前記内槽を包囲する外槽とを備え、前記内槽及び前記外槽のうち少なくとも一方は漏洩防止タンクであり、前記漏洩防止タンクはタンク寿命中に初期欠陥が壁の厚さの半分を超えて伝播しない壁厚を有する、
液化水素タンク。 - 前記内槽及び前記外槽の双方が前記漏洩防止タンクである
請求項1に記載の液化水素タンク。 - 前記内槽と前記外槽との槽間に水素ガスが充填されており、
前記内槽は前記漏洩防止タンクであり、且つ、前記外槽は前記漏洩防止タンクではない、
請求項1に記載の液化水素タンク。 - 前記内槽の容積は20000m3を超えて50000m3以下である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の液化水素タンク。 - 液化水素が収容される内槽と、前記内槽を包囲する外槽とを備え、船舶に搭載される液化水素タンクの設計方法であって、
前記内槽及び前記外槽のうち少なくとも一方を漏洩防止タンクとし、
第1のプロセッサで、前記漏洩防止タンクのタンク寿命、前記漏洩防止タンクの初期欠陥の大きさ、前記漏洩防止タンクの温度、前記漏洩防止タンクの応力拡大係数、及び、前記漏洩防止タンクに生じる応力を取得し、前記タンク寿命と対応する繰り返し数の前記応力による前記初期欠陥のき裂進展量を疲労き裂進展解析により求め、
第2のプロセッサで、求めた前記き裂進展量、及び、前記漏洩防止タンクの設計壁厚を取得し、前記き裂進展量が前記設計壁厚の半分を超えて進展しない場合に前記設計壁厚を適と判定し、前記き裂進展量が前記設計壁厚の半分を超えて進展する場合に前記設計壁厚を不適と判定し、
適と判断された前記設計壁厚以上となるように前記漏洩防止タンクの壁厚を決定する、
液化水素タンクの設計方法。 - 第3のプロセッサで、タンク寿命期間中に前記初期欠陥から進展したき裂の応力拡大係数を判定指標として求め、
第4のプロセッサで、前記漏洩防止タンクの材料の破壊靭性値を取得し、前記判定指標が前記破壊靭性値以上の場合に、前記タンク寿命の期間に不安定破壊の発生が予期されることから前記設計壁厚を不適と判定する、
請求項5に記載の液化水素タンクの設計方法。
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CN113661134B (zh) * | 2019-04-05 | 2023-03-10 | 川崎重工业株式会社 | 液化气罐和液化气搬运船 |
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