JP3521128B2 - インバーメンブレンタンク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温液化ガスタン
クに係り、更に詳しくは、インバー材を用いたインバー
メンブレンタンクの底部メンブレン構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の低温液化ガスタンクの全
体斜視図であり、図６は、そのメンブレン構造図であ
る。低温液化ガスタンクは、ＬＮＧ等の低温液化ガスを
貯蔵する貯槽（タンク）であり、円筒形の側壁１と底版
２で円筒形の空間を形成し、この空間に低温液化ガス
（例えばＬＮＧ）を貯蔵する。側壁１と底版２は液圧に
耐えるようにコンクリート製であり、その内面を断熱用
の保冷材３が被い、更に液を水密にシールする薄い金属
板（メンブレン４）が取り付けられる。

【０００３】低温液化ガスは極低温であり、例えばＬＮ
Ｇの場合、その液化温度は約−１６２℃であるので、低
温液化ガスタンクは、大きな熱収縮を許容できる構造に
する必要がある。そのため、従来の低温液化ガスタンク
では、メンブレン４を多数の薄いステンレス板で構成
し、各ステンレス板に２方向（半径方向と周方向、又は
直交方向）に延びる襞（コルゲートと呼ぶ）を設け、こ
のコルゲートの変形で熱収縮を吸収していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の低温液化ガスタンクでは、各部分で発生する熱収縮を
その部分のコルゲートで吸収するため、ほとんどすべて
のステンレス板に互いに交叉する複雑なコルゲートを形
成する必要があり、コルゲート加工によりコスト高とな
る問題点があった。また、コルゲート加工したステンレ
ス板は、形状が複雑であり、切断／溶接等の施工性が悪
く、組立に長期間を必要とする問題点があった。また、
図７に模式的に示すように、側壁１と底版２に、地震な
どの不均一な荷重がタンクに作用した場合、側壁１は楕
円形に変形する。この時、タンク上面から見て、楕円形
に変形している側壁の長軸、短軸から角度４５°の位置
での底版２と側壁１の相対変位は、タンク周方向に変位
を生じている。なお、長軸、短軸方向は、半径方向の変
位を生じることとなる。この周方向の大きさは、大型の
タンクの場合で３mm程度である。低温液化ガスタンクで
は、かかる剪断方向（周方向に）の変位も吸収する必要
があった。

【０００５】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、互
いに交叉する複雑なコルゲートを形成することなく、各
部分で発生する熱収縮を吸収して低温液化ガスを貯蔵す
ることができ、かつ地震などの不均一荷重が作用した場
合の側壁、底版間の剪断方向の変位も吸収することがで
きる低温液化ガスを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、コンク
リート製の側壁及び底版と、それらの内面を水密にシー
ルするメンブレンとを備えた中空円筒形の低温液化ガス
タンクであって、前記メンブレンは、２×１０^-6／℃以
下の線膨張係数を有する溶接可能な金属薄板であり、か
つ底版の表面に位置する部分に、周方向に連続して延び
るコルゲーション部を備え、該コルゲーション部は、側
壁と底版との目地の上をこれに沿って円形に延びるメイ
ンコルゲーションと、これと一定の間隔を隔てた１以上
のサブコルゲーションとからなる、ことを特徴とするイ
ンバーメンブレンタンクが提供される。

【０００７】２×１０^-6／℃以下の線膨張係数を有する
金属（インバー材と呼ぶ）は、線膨張係数が従来のステ
ンレス材の約１／７以下であるため、従来のようなコル
ゲートなしに、平板のまま側壁及び底版の内面に取り付
けて内面を水密にシールすることができる。この場合、
液圧及び液重は、コンクリート製の側壁及び底版で支持
し、インバー材はその表面に位置して側壁及び底版に追
従して伸縮するが熱収縮量が小さいため、各部分で発生
する内部応力を十分低くできる。

【０００８】一方、コンクリート製の側壁は液圧で半径
方向に膨らみ、底版は液重で下方に変位するので、温度
荷重、土圧、液圧、地震などにより、側壁と底版は相対
的に半径方向、周方向及び上下方向に大きく変位する。
この変位量は線膨張係数とは無関係に生じる。本発明に
よれば、底版の表面に位置する部分に、周方向に連続し
て延びるコルゲーション部を備えることにより、このコ
ルゲーション部の変形により、過大な応力を発生させず
に、この変位量を吸収することができる。

【０００９】また、側壁と底版を別体のコンクリートで
形成する場合、その境界である目地は底版の上面では円
形となる。従ってこの円形目地に合わせて円形に延びる
メインコルゲーションを設けることにより、目地部に生
じる比較的大きな上下方向の変位を、このメインコルゲ
ーションの変形により吸収することができる。

【００１０】また、メインコルゲーションの他に、これ
と一定の間隔を隔てた１以上のサブコルゲーションを設
けることにより、目地変形への追随性を高めることがで
き、目地部に生じる比較的大きな半径方向及び周方向の
変位を、メインコルゲーションとサブコルゲーションの
変形により吸収することができる。

【００１１】

【００１２】前記コルゲーション部の断面形状は、底版
表面に位置する水平部に溶接接合される１対の立上り円
弧部と、この間を連結する逆Ｕ字部とからなり、該逆Ｕ
字部は、半円部と、該半円部の両端と前記立上り円弧部
とを連結する直線部とからなるのがよい。

【００１３】１対の立上り円弧部を設けることにより、
隣接する水平部との溶接を容易に行うことができる。ま
た、半円部と、該半円部の両端と前記立上り円弧部とを
連結する直線部からなる逆Ｕ字部を設けることにより、
半径方向、周方向及び上下方向に変形しやすく、かつ座
屈することなく高い液圧に耐えることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して説明する。表１は、本発明に適用す
るインバー材の１例を示す化学成分表である。この材料
（ＳＬ３６Ｎ４４０）は、約３６％のＮｉを含む金属で
あり、１．０〜２．０×１０^-6／℃の線膨張係数を有す
る。本発明において、２×１０^-6／℃以下の線膨張係数
を有する溶接可能な金属をインバー材と呼ぶ。

【００１５】

【表１】

【００１６】表２はインバー材とステンレス材（ＳＵＳ
３０４）との物性を比較したものである。この表から明
らかなように、インバー材は、密度、縦弾性率、耐力、
引張り強さ、及びポアソン比がほぼ同等であるにもかか
わらず、線膨張係数が従来のステンレス材の約１／７以
下である特徴を有している。本発明は、かかるインバー
材の特異な特性を活用したものである。

【００１７】

【表２】

【００１８】図１は、本発明の低温液化ガスタンクの全
体斜視図である。この図に示すように、本発明の低温液
化ガスタンクは、側壁１及び底版２と、それらの内面を
水密にシールするメンブレン４とを備えている。

【００１９】側壁１と底版２は、それぞれコンクリート
製の一体構造であり、その間に目地５が設けられてい
る。この目地５、この例では、二段の円筒部分とその中
間の水平部とからなり、上面では円筒形の側壁１と同心
の円形となる。

【００２０】メンブレン４は、この例では、底部メンブ
レン４ａ、側部メンブレン４ｂ、及び屋根メンブレン４
ｃからなる。各メンブレン４ａ，４ｂ，４ｃは、２×１
０^-6／℃以下の線膨張係数を有する溶接可能な金属薄
板、すなわち上述したインバー材の薄板からなる。すな
わち各メンブレン４ａ，４ｂ，４ｃは、それぞれ多数の
薄いインバー材で構成してあり、それらの周囲を互いに
重ね溶接し、水密を保つようになっている。また、各メ
ンブレン４ａ，４ｂ，４ｃは、複数のアンカーにより、
間に保冷材を把持して、側壁１及び底版２に固定され
る。

【００２１】本発明の低温液化ガスタンク（以下、イン
バーメンブレンタンクと呼ぶ）は、更に底版２の表面に
位置する底部メンブレン４ａに、周方向に連続して延び
るコルゲーション部１０を備えている。

【００２２】図２は、図１のインバーメンブレンタンク
の底部メンブレン構造図である。この図に示すように、
コルゲーション部１０は、側壁１と底版２との円形の目
地５の上をこれに沿って円形に延びるメインコルゲーシ
ョン１２と、これと一定の間隔を隔てた１以上のサブコ
ルゲーション１４とからなる。

【００２３】図２は、内径約７２ｍの大型タンクの例で
あり、この場合は、単一のサブコルゲーション１４をメ
インコルゲーション１２の外側に、６８０ｍｍ離して底
部保冷材３ａ上に設けている。なお、サブコルゲーショ
ン１４は、メインコルゲーション１２の内側に設けても
よく、また半径方向及び周方向の必要変形量により、２
つ以上設けてもよい。更に、メインコルゲーション１２
とサブコルゲーション１４の間隔、及び場合によっては
サブコルゲーション１４同士の間隔は、その間の底部メ
ンブレン４ａが底版２上を滑るように、溶接等で互いに
影響しない範囲で短く設定するのがよい。

【００２４】図３は、コルゲーションの断面形状図であ
る。図２、図３に示すように、コルゲーション１０の断
面形状は、底版表面（正確には底部保冷材３ａ上）に位
置する底部メンブレン４ａの水平部に溶接接合される水
平部１１（図２参照）を有する１対の立上り円弧部１０
ａと、この間を連結する逆Ｕ字部１０ｂとからなる。立
上り円弧部１０ａは、この例では、半径１５ｍｍの円弧
からなる。また、逆Ｕ字部１０ｂは半径２０ｍｍの半円
部と立上り円弧部１０ａと連結するための直線部とから
なる。コルゲーション１０の全高はこの例では、５２．
５ｍｍである。

【００２５】

【実施例】図４は、上述したインバーメンブレンタンク
の解析モデルとその境界条件を示す図である。（Ａ）
は、円周方向の変位を考慮し、解析対象の周期対称性か
ら、コルゲーションを２２５分割したモデルである。ま
た、（Ｂ）は、円周方向変位を考慮せず、半径・鉛直変
位と圧力荷重のみを考慮したモデルであり、（Ａ）の２
／２５幅に相当する。また、解析時の境界条件は、この
図に示すように、タンクの中心側（図で左側）は目地変
位に相当する強制変位と熱収縮変位を与え、側壁側（図
で右側）は完全拘束とした。また、メンブレンと床面
（底部保冷材）間には摩擦係数０．５を考慮した。

【００２６】図４に示した境界条件の下で、図１〜図３
に示した大型タンク（２０万キロリットル、内径７２
ｍ）について、汎用有限要素法プログラムを用いて解析
を行った結果、形状保持した滑らかな変形が得られるこ
と、また、最大剪断応力も許容範囲であることが確認さ
れた。

【００２７】上述したように、２×１０^-6／℃以下の線
膨張係数を有する金属（インバー材）は、線膨張係数が
従来のステンレス材の約１／７以下であるため、従来の
ようなコルゲートなしに、平板のまま側壁１及び底版２
の内面に取り付けて内面を水密にシールすることができ
る。この場合、液圧及び液重は、コンクリート製の側壁
１及び底版２で支持し、インバー材はその表面に保冷材
を介して位置し、側壁１及び底版２に追従して伸縮する
が熱収縮量が小さいため、各部分で発生する内部応力は
十分低くなる。

【００２８】一方、コンクリート製の側壁１は液圧で半
径方向に膨らみ、底版２は液重で下方に変位するので、
温度荷重、土圧、液圧、地震などにより、側壁１と底版
２は相対的に半径方向、周方向及び上下方向に大きく変
位するが、本発明によれば、底版２の表面に位置する部
分に、周方向に連続して延びるコルゲーション部１０を
備えることにより、このコルゲーション部１０の変形に
より、過大な応力を発生させずに、この変位量を吸収す
ることができる。

【００２９】また、側壁１と底版２を別体のコンクリー
トで形成する場合、その境界である目地５は底版２の上
面では円形となる。従ってこの円形目地５に合わせて円
形に延びるメインコルゲーション１２を設けることによ
り、目地部に生じる比較的大きな上下方向の変位を、こ
のメインコルゲーション１２の変形により吸収すること
ができる。

【００３０】更に、メインコルゲーション１２の他に、
これと一定の間隔を隔てた１以上のサブコルゲーション
１４を設けることにより、目地変形への追随性を高める
ことができ、目地部に生じる比較的大きな半径方向及び
周方向の変位を、メインコルゲーション１２とサブコル
ゲーション１４の変形により吸収することができる。

【００３１】また、１対の立上り円弧部１０ａを設ける
ことにより、隣接する水平部との溶接を容易に行うこと
ができ、逆Ｕ字部１０ｂを設けることにより、半径方
向、周方向及び上下方向に変形しやすく、かつ座屈する
ことなく高い液圧に耐えることができる。

【００３２】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、２連
のコルゲーションの設置により、躯体目地の相対変位に
対して生じる底部メンブレンの有害な変形（剪断座屈、
不安定崩壊）や疲労強度不足を防ぐことができ、これに
よって、インバーメンブレンの懸案が解消され、タンク
全体の成立性を確立することができた。

【００３４】すなわち、本発明のインバーメンブレンタ
ンクは、互いに交叉する複雑なコルゲートを形成するこ
となく、各部分で発生する熱収縮を吸収して低温液化ガ
スを貯蔵することができる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低温液化ガスタンク（インバーメンブ
レンタンク）の全体斜視図である。

【図２】図１のインバーメンブレンタンクの底部メンブ
レン構造図である。

【図３】コルゲーションの断面形状図である。

【図４】解析モデルの境界条件を示す図である。

【図５】従来の低温液化ガスタンクの全体斜視図であ
る。

【図６】図５のメンブレン構造図である。

【図７】地震時等の側壁と底版の変位の模式図である。

【符号の説明】

１ 側壁 ２ 底版 ３ 保冷材 ３ａ 底部保冷材 ４ メンブレン ５ 目地 １０ コルゲーション部 １０ａ 立上り円弧部 １０ｂ 逆Ｕ字部 １１ 水平部 １２ メインコルゲーション １４ サブコルゲーション

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000006208 三菱重工業株式会社 東京都港区港南二丁目16番５号 (72)発明者 神谷 篤志 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦 斯株式会社内 (72)発明者 江沼 数志 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦 斯株式会社内 (72)発明者 石田 尚司 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦 斯株式会社内 (72)発明者 根本 誠 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦 斯株式会社内 (72)発明者 酒井 達能 東京都港区海岸１丁目５番20号 東京瓦 斯株式会社内 (72)発明者 笠 俊司 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (72)発明者 堀口 誠志 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (72)発明者 内藤 潔 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (72)発明者 久保山 孝治 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工 業株式会社 野田工場内 (72)発明者 堀野 聡 兵庫県加古郡播磨町新島８番地 川崎重 工業株式会社 播磨工場内 (72)発明者 此島 信幸 神奈川県横浜市鶴見区末広町２−１ 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 浅見 潤 神奈川県横浜市鶴見区末広町２−１ 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 中谷 一郎 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社 横浜製作所内 (72)発明者 伊藤 直行 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番１ 号 三菱重工業株式会社 横浜研究所内 (56)参考文献 特開 平８−200595（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−48399（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−9113（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F17C 13/00 302 F17C 3/06 B65D 88/06 B65D 90/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリート製の側壁及び底版と、それ
   らの内面を水密にシールするメンブレンとを備えた中空
   円筒形の低温液化ガスタンクであって、 前記メンブレンは、２×１０^-6／℃以下の線膨張係数を
   有する溶接可能な金属薄板であり、かつ底版の表面に位
   置する部分に、周方向に連続して延びるコルゲーション
   部を備え、該コルゲーション部は、側壁と底版との目地
   の上をこれに沿って円形に延びるメインコルゲーション
   と、これと一定の間隔を隔てた１以上のサブコルゲーシ
   ョンとからなる、ことを特徴とするインバーメンブレン
   タンク。
2. 【請求項２】 コンクリート製の側壁及び底版と、それ
   らの内面を水密にシールするメンブレンとを備えた中空
   円筒形の低温液化ガスタンクであって、 前記メンブレンは、２×１０ ^-6 ／℃以下の線膨張係数を
   有する溶接可能な金属薄板であり、かつ底版の表面に位
   置する部分に、周方向に連続して延びるコルゲーション
   部を備え 、該コルゲーション部の断面形状は、底版表面
   に位置する水平部に溶接接合される水平部を有する１対
   の立上り円弧部と、この間を連結する逆Ｕ字部とからな
   り、該逆Ｕ字部は、半円部と、該半円部の両端と前記立
   上り円弧部とを連結する直線部とからなる、ことを特徴
   とするインバーメンブレンタンク。