JP3634315B2 - 極低温タンク用防熱構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化水素（ＬＨ２）、液化窒素（ＬＮ２）、液化酸素（ＬＯ２）、液化ヘリウム（ＬＨｅ）などの極低温物質を貯蔵するための主として極低温タンクの防熱構造に関するものである。本発明の対象とする極低温タンクは、主として円筒状胴部の両端に半球面部を一体に連接したシリンダ形タンクであるが、球形などの曲率を有するものであれば適用可能で、地上に設置されるものだけでなく、たとえば、船舶に搭載されるものを含む。
【０００２】
【従来の技術】
この種の極低温用タンクでは、外気からのタンク内への熱の侵入を防止するため、その表面を防熱層で被覆する必要がある。この防熱層は、一般的に、硬質ポリウレタンやフェノール樹脂などの合成樹脂発泡体からなる内側防熱層部と外側防熱層部の間に網状補強材（補強用ワイヤーネット・ワイヤーネットともいう）を介装し、前記合成樹脂の発泡時の自己接着作用もしくは接着剤で接着して一体にした構造からなる。なお、網状補強材は、主に外側防熱層部の低温割れを防止するために介装されている。また、タンク本体はステンレスやアルミ（アルミ合金を含む）で形成され、タンク本体の外周面上を被覆する防熱層は、タンク本体の周面に一定の間隔をあけて植設された多数の支持具（スタッドボルト等）によって支持され、とくに球形タンクの場合等ではタンクの下半分で防熱層が落下するのを阻止している。それらの支持具は、通常、タンクと同質の材料であるステンレスやアルミ（アルミ合金を含む）で形成されている。
【０００３】
さらに、上記防熱層は、あらかじめ成型された硬質ウレタン、フェノール樹脂などの合成樹脂発泡体からなり、中間に網状補強材が介装され、アルミ（アルミ合金を含む）表面層（アルミホイル表面シート材ともいう）を有する凸形断面で定形の防熱パネルを、タンク本体の表面上に相互に隣接して取り付け、防熱パネルの突部間の目地に合成樹脂材を少なくとも充填又は発泡の一方を行なって埋設した構造が一般的である。
【０００４】
本発明の先行技術にかかる公報に特開平８−２３３１９９号がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の防熱構造を、とくにシリンダ形タンクに実施する場合には、次のような点で改良の余地がある。すなわち、
球形のタンクでは、図１６（ａ）に示すようにタンク５１が膨張・収縮する際にその内部中心５１ｏに向かってほぼ全体的に均等に半径方向に膨縮するので、支持具としてのスタッドボルト５２に作用する力は軸力だけとなり、曲げモーメントが発生することはない。
【０００６】
しかし、円筒状胴部（円筒部）の両端に半球面部を一体に備えたシリンダ形タンクでは、図１６（ｂ）に示すようにタンク１の中間の円筒部１ｂと両側の半球面部１ａとで熱収縮する際の中心が異なり、かつ防熱パネルの厚さ方向には温度勾配が生じているので、防熱パネル（防熱層）２（図２参照）の表面部とタンク本体１に接する内面部と両者の中間である防熱層２の中間部とでは、それぞれ収縮量が異なる。このために、半球面部１ａと円筒状胴部１ｂのとくに境界線付近に配置されているスタッドボルト４に最大の曲げモーメントが作用する。
【０００７】
図１１（ａ）は鉄製ワイヤーネットの線径が０．６２ｍｍで、タンク本体およびスタッドボルトがそれぞれアルミ合金製でタンク本体の容量が２５００ｍ３ 、スタッドボルトの外径が６．４ｍｍ（断面積：３２．０ｍｍ２、断面係数：２５．７ｍｍ３）でボルトピッチが半球面部２２５ｍｍ／円筒部６００ｍｍの場合、常温（外気温度３０℃）でＬＮＧをタンクに充填しタンクが収縮（熱収縮率は約０．４％）した状態を示す一部断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の一部（境界線付近）を拡大して示す断面図、図７はスタッドボルトの位置とボルトＮｏの関係を示す模式図、図９（ａ）〜（ｃ）は収縮状態において各位置でスタッドボルトに作用する軸力（引張荷重）、曲げモーメントおよびせん断力をそれぞれボルトＮｏとの関係で示す線図である。これらはいずれも、１／８部分タンク模型に基づきＦＥＭ解析により算出したものである。なお、数値的には表１のＭＯＤ−７（比較例１）の欄に表している。表１は本発明の実施例（ＭＯＤ−６・８・９）および比較例（ＭＯＤ−１〜３・７）において半球面部１ａと円筒状胴部１ｂの境界線付近に配置されているスタッドボルトの軸力（引張荷重）、曲げモーメントおよびせん断力をＦＥＭ解析により算出した表である。
【０００８】
以上の各図面および表１から明らかなように、円筒状胴部の長手方向の中間位置にあるスタッドボルト（図７に示すＮｏ．０〜９）および半球面部の中心位置にあるスタッドボルト（ボルトＮｏ．２５０）からそれらの境界線位置にあるスタッドボルト（ボルトＮｏ．１００〜１１６）にかけて曲げモーメントおよびせん断力が漸次増大する。この結果、境界線位置にあるスタッドボルト（ボルトＮｏ．１００〜１１６）の曲げモーメントおよびせん断力は最大となって、ボルトの根元（とくにタンク本体との溶接部付近）から折損あるいは破断するおそれがある。
【０００９】
この発明は上述の点に鑑みなされたものであって、シリンダ形タンクをＬＮＧ等を貯蔵するために常圧・極低温下で使用する場合、熱収縮によりタンクが収縮するが、防熱パネルをタンク本体に固定するためスタッドボルト等の支持具を用いた構造において、とくに半球面部と円筒状胴部の境付近に位置するスタッドボルトに大きな曲げモーメントが作用するので、この曲げモーメント量を減少もしくはなくせる（０にできる）極低温タンク用防熱構造を提供することを目的としている。これにより、防熱構造全体の信頼性を向上するとともに、スタッドボルト等の支持具に作用する荷重を均一化させて、支持具の本数を減らして施工性と防熱性能を向上することができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために本発明の防熱構造は、a)アルミホイル表面シート材を有し内外二層積層構造の合成樹脂発泡体からなる凸形断面で定形の防熱パネルを、タンク本体の表面上に相互に隣接して配列し、前記タンク本体に植設された支持具により取り付け、前記防熱パネルの突部間の目地に合成樹脂材を充填又は発泡することによって前記目地間を埋設し、前記目地の合成樹脂発泡体上およびその周辺の前記アルミホイル表面シート材上に跨がって、前記アルミホイル表面シート材と同一構成のアルミホイル連結シート材を全面的に接着するとともに、前記合成樹脂発泡体からなる二層積層構造の内外積層部の中間位置に補強用ワイヤーネットを介装した極低温タンク用防熱構造において、b)前記タンクが円筒状胴部の両端に半球面部を一体に連接したシリンダ形タンクからなり、c)前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径に比べて太くするか、又は前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットのメッシュサイズを、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットのメッシュサイズに比べて大きくする（つまり、１インチ当たりのメッシュ数を増やす）かすることにより、前記各半球面部側の剛性を高くしたことを特徴としている。ここで、ワイヤーネットの線径を太くすることにより前記各半球面部側の剛性を高くするとは、２５００ｍ3タンクの場合の一例であるが、半球面部の線径を円筒状胴部の線径に比べて直径で１．３〜１．４倍程度まで太くすることを意味し、直径で略１．５倍若しくはそれ以上太くすることを除くものである。このことは、ＦＥＭの解析結果から確認されるもので、円筒状胴部に介装するワイヤーネットの線径（ＭＯＤ−１：０．６２ｍｍ）に比べて各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径が１．２倍〜１．２５倍程度（ＭＯＤ−６：０．７５ｍｍ）までは、線径が増大する（太くする）ほど前記支持具（スタッドボルト）に作用する最大曲げモーメントが減少し、それを超えて線径が１．３〜１．４倍程度（ＭＯＤ−４／５：０．８０ｍｍ／０．８５ｍｍ）までは徐々に逆向きの最大曲げモーメントが増え始め、線径が１．５倍程度（ＭＯＤ−３：０．９０ｍｍ）まで太くなると、最大曲げモーメントの低減効果がなくなり、１．５倍を超える（ＭＯＤ−２：１．２０ｍｍ）と、従来の球形タンクの場合よりも大きな逆向きの最大曲げモーメントが発生するからである（表１を参照）。なお、上記したワイヤーネットの線径が１．２倍〜１．２５倍程度というような具体的な数値を含めてワイヤーネット線径の比率は、シリンダタンクの長さ・タンクの直径の比により、変化するものである。また、本発明は半球面部と円筒部とのワイヤーネットの剛性のバランスを図ることで解決しているため、ワイヤーネットの線径だけでなくメッシュサイズを変えることで、つまり半球面部側の１インチ当たりのメッシュ数を円筒部側よりも多くする（メッシュサイズを大きくする）ことにより剛性を高めて剛性のバランスを図ることもできる。なお、線径の場合について、本明細書ではメッシュサイズを５メッシュ／インチに統一したうえで、説明している。
【００１１】
上記の構成を有する本発明の防熱構造によれば、上記構成c)により半球面部のワイヤーネットの剛性を円筒状胴部のワイヤーネットの剛性に比べて剛とし、シリンダ形タンクの熱収縮時に半球面部の防熱パネルを円筒状胴部のそれに比べて剛としたので、両側の半球面部における防熱パネルが一体になってその中間に位置する円筒状胴部の防熱パネルを両側から適度に圧縮するため、従来は半球面部と円筒状胴部の境界に位置する支持具（スタッドボルト）に最大に作用する曲げモーメントが大幅に低減される。この結果、従来の球形タンクに用いたスタッドボルトと強度が同一（つまりボルト径が共通）のスタッドボルトをシリンダ形タンクに用いても、ボルトの有する強度の許容範囲に曲げモーメントおよびせん断力が抑えられる。なお、シリンダ形タンクの半球面部と円筒状胴部の境にある曲げモーメントは、円筒状胴部の長さが長くなるほど増大するため、円筒状胴部の長さが長いシリンダ形タンクほど本発明による上記の作用効果が顕著に発揮される。一方、半球面部のワイヤーネットの線径を円筒状胴部のワイヤーネットの線径に比べて１．５倍程度（２５００ｍ3タンクの場合の一例）あるいはそれ以上に太くすると、半球面部のワイヤーネットの剛性が円筒状胴部のそれに比べて剛となり過ぎ、半球面部のパネルが円筒状胴部のパネルを圧縮する力が大きくなり過ぎて半球面部と円筒状胴部の境に位置するスタッドボルトに作用する曲げモーメントが従来のタンクの場合よりも大きくなるおそれがある。
【００１２】
請求項２に記載のように、ｄ）前記防熱パネルの内側積層部の表面（外周面）を金属製ワイヤーネットで覆うとともに、金属製タンク本体に下端を溶接した金属製スタッドボルト（前記支持具に該当）によりワッシャーを介して前記ワイヤーネットとともに前記内側積層部を固定した極低温タンク用防熱構造であって、ｅ）前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．７０〜０．７５ｍｍ、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．５５〜０．６２ｍｍにすることができる。なお、本請求項に記載の線径についての数値は、２５００ｍ３タンクの場合の一例であり、シリンダタンクの長さ・タンクの直径の比により、変化するものである。
【００１３】
この構成により、請求項２記載の極低温タンク用防熱構造によれば、たとえば容積２５００ｍ３のシリンダ形タンクにＬＮＧを充填（貯蔵）した状態においてスタッドボルトの外径が６．４ｍｍでボルトピッチが４５０ｍｍ（半球面部）／６００ｍｍ（円筒状胴部）の場合に、半球面部と円筒状胴部の境に位置するスタッドボルトに作用する最大曲げモーメントが３０５ｋｇｆ−ｍｍ（両線径０．６２ｍｍ）→−４０ｋｇｆ−ｍｍ、せん断力が４．１ｋｇｆ（両線径０．６２ｍｍ）→０．５ｋｇｆにそれぞれ減少した（表１のＭＯＤ−１・ＭＯＤ−６参照）。なお、図９（ａ）〜（ｃ）は全体のワイヤーネットの線径を０．６２ｍｍに統一した従来例（ＭＯＤ−７：比較例１）のときにスタッドボルトに作用する軸力、曲げモーメント、せん断力を順に示し、一方、図１２（ａ）〜（ｃ）は各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．７０ｍｍ、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．６２ｍｍにしたとき（表１のＭＯＤ−９参照）にスタッドボルトに作用する軸力、曲げモーメント、せん断力を表している。なお、線径０．５５ｍｍ、０．６２ｍｍ、０．７０ｍｍ、０．７５ｍｍは、いずれも市販品のワイヤーネット線径である（表１のＭＯＤ−６・ＭＯＤ−８参照）。
【００１４】
請求項３に記載のように、ｆ）前記支持具としての金属製スタッドボルトの上下両端部を除く中間部を細径にし、可撓性をもたせることができる。
【００１５】
この構成により、請求項３記載の極低温タンク用防熱構造によると、図１５（ａ）〜（ｃ）にスタッドボルトに作用する軸力、曲げモーメント、せん断力を表すように、軸力はほとんど変化せず、曲げモーメントおよびせん断応力が一層低減される。つまり、ワイヤーネットの線径を円筒状胴部と半球面部とで適度に変更（円筒状胴部線径＜半球面部線径）したことによってスタッドボルトに作用する曲げモーメントが大幅に減少したうえに、スタッドボルト自体に可撓性を具備させたことにより、曲げモーメントがさらに低減され、せん断力も一層減少した。
【００１６】
請求項４に記載のように、前記スタッドボルトをスタッドボルト本体と継ぎボルトとから構成し、アルミ合金を含むアルミ製タンク本体にアルミ合金を含むアルミ製スタッドボルト本体を溶接により固定し、このスタッドボルト本体に鋼製又はステンレス製の継ぎボルトの下端を連結することができる。
【００１７】
この構成により、請求項４記載の極低温タンク用防熱構造によると、スタッドボルト本体を一定ピッチで溶接により立設したのち、各継ぎボルトにスタッドボルトの下端部をねじ込んで連結できるので、タンク本体とは異種の金属材料で製作したスタッドボルトを使用でき、とくに請求項３に記載のようにスタッドボルトの上下両端部を除く中間部を細径にして可撓性をもたせるのに有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる極低温タンク用防熱構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本実施例の防熱構造を備えた極低温用シリンダ形タンクの外観をその一部を切り欠いて示す正面図および右半分を省略した左側面図、図２は同中央縦断面図、図３はタンク上の防熱層の一部を拡大して示す平面図、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、図５（ａ）は図４（ａ）の一部拡大断面図、図５（ｂ）は図４（ｂ）の一部拡大断面図、図５（ｃ）はワッシャー７の平面図、図５（ｄ）の左半分は同正面図・右半分は同断面図である。図６（ａ）は図５（ｂ）の上部をさらに拡大した断面図、図６（ｂ）は防熱パネルの実施例を示す斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、タンク本体１はシリンダ形タンクで、本例ではアルミ合金から形成されている。すなわち、円筒状胴部（以下、円筒部ともいう）１ｂを中心にしてその両端に半球面部１ａ・１ａを一体に備えたシリンダ形の構造からなる。このタンク本体１はＬＮＧ輸送船のホールド内底部に一対の船体側タンク支持部材３３・３４を長さ方向に間隔をあけて立設したのち、これらのタンク支持部材３３・３４の上にタンク側支持部材３１・３２を載せるように配置されている。なお、タンク本体１はタンク側支持部材３１が船体側タンク支持部材３３に取り付けられたストッパーにより、タンク本体１の長さ方向に固定されている。他方の支持部材３２では、低温熱収縮によるタンク本体１の長さ方向の変形を吸収できるように支持部材３４に対してスライド可能に載置されている。
【００２１】
図２〜図４に示すように、タンク本体１の外周面を被覆する防熱層２は、内側（タンク側）防熱積層部２ａと外側防熱積層部２ｂとの２層積層構造からなり、内外両積層部２ａ・２ｂの間に網状補強材であるワイヤーネット３ｃを介装し、防熱層を形成する合成樹脂を発泡成形するときの発泡時自己接着作用あるいは接着剤にて相互に接着して一体化した構造からなる。防熱層２は、凸形断面で定形の多数の防熱パネル５（図６（ｂ））をタンク本体１の外周面上に相互に隣接し、支持具としてのスタッドボルト４にて固定することにより構成されている。
【００２２】
防熱パネル５は、図１・図６（ｂ）に示すように定形（本例では円筒状胴部１ｂが長辺１．２ｍ×短辺０．９ｍ、半球面部１ａが長辺０．９ｍ×短辺０．６ｍ（×厚さ；３３０ｍｍ、この厚さは所要防熱性能の大小に応じて増減され得るものである。））の凸形断面で、内側防熱積層部２ａを構成する下部防熱部材（厚み２１０ｍｍ）と、外側防熱層部２ｂを構成する凸状の上部防熱部材（厚み１２０ｍｍ）との間に、網状補強材３の一部を構成する平織金網のワイヤーネット３ｃを一体に介装した構造からなる。下部防熱部材２ａはガラス繊維、天然繊維、化学繊維などで強化された硬質ウレタン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体などから選択されるが、本例ではフェノール樹脂発泡体からなる。また、上部防熱部材２ｂは、硬質ウレタン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体、スチレン樹脂発泡体などから選択されるが、本例ではポリウレタン発泡体からなる。
【００２３】
防熱パネル５の表面は、アルミホイル（アルミ合金ホイルを含む）表面シート材６により被覆されている。この表面シート材６は、図６（ａ）にその一部を示すように厚さ２５μｍのアルミホイル６ａを主体として、このアルミホイル６ａの表面に、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム６ｂをラミネーティングあるいはコーティングにより一体に積層し、アルミホイル６ａの裏面（内面）に、厚さ１００μｍほどの不織布６ｃを一体に積層した構造からなる。
【００２４】
図５（ｂ）に示すように、タンク本体１の外周面には、アルミ合金製スタッドボルト４が一定の間隔（本例では、半球面部１ａ：２２５ｍｍｍ又は４５０ｍｍ、円筒状胴部１ｂ：６００ｍｍ）をあけて溶接により植設されており、スタッドボルト４の先端部は、防熱パネル５のワイヤーネット３ｃ上に跨がって配置された網状補強材３の連結用ワイヤーネット部分３ｂを貫通し、ワッシャー７を挿通したうえナット８で締め付けるとともに、後述のピン状突起７ａにより連結用ワイヤーネット部分３ｂとワイヤーネット３ｃとを重ね合わせた状態で保持している。隣接する防熱パネル５の上部防熱部材２ｂの間は目地（空隙）になっており、この目地に上部防熱部材２ｂと基本的には同一種類の合成樹脂材を少なくとも充填又は発泡の一方を行うことにより、本例では、ポリウレタン発泡体９によって目地を埋めている。また、図５（ｃ）（ｄ）のようにワッシャー７は合成樹脂製で、多数のピン状突起７ａを外周縁部に下向きに突設している。
【００２５】
このポリウレタン発泡体９の表面上には、図６（ａ）に示すように両側の防熱パネル５のアルミホイル表面シート材６の外縁部上から、厚さがたとえば５００μｍの両面接着のブチルラバーシート１０を、連続して（浮かせずに）貼着している。そして、アルミホイル連結シート材１１をラバーシート１０上に全面的に貼着又は接着している。このアルミホイル連結シート材１１は厚さ２５μｍのアルミホイル（アルミ箔）１１ａを主体として、このアルミホイル１１ａの表面に、厚さ５０μｍほどのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム１１ｂをラミネーティングあるいはコーティングにより一体に積層した構造からなる。
【００２６】
以上のようにして防熱層２によりタンク本体１の外周面が被覆され、本例の防熱構造が構成される。これらの構造は公知であるが、本発明では以下の特徴部分を備えている。すなわち、従来の構造では、ワイヤーネット３ｃの線径は半球面部１ａおよび円筒状胴部（円筒部ともいう）１ｂともに同一にしていたが、本発明では半球面部１ａのワイヤーネット３ｃの線径を、円筒部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径に比べてやや太くすることにより適度に剛性を高めている。本例では、鉄製のワイヤーネット３ｃの線径に関して、半球面部１ａのワイヤーネット３ｃの線径を０．７０ｍｍとし、円筒状胴部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径を０．６２ｍｍにしている。そして、タンク本体１における半球面部１ａの半径が約４５００ｍｍ、円筒部１ｂの長さが約１４０００ｍｍ（同半径が約４５００ｍｍ）であり、スタッドボルト４はアルミ合金製で、外径が６．４ｍｍ、断面積３２．０ｍｍ２、断面係数２５．７ｍｍ３である。また、スタッドボルト４のピッチは、円筒部１ｂで６００ｍｍ、半球面部１ａで２２５ｍｍにしている（表１のＭＯＤ−９参照）。
【００２７】
次頁の表１におけるＭＯＤ−９は上記した本発明の実施例１のＦＥＭ解析結果を表す数値であり、図８（ａ）〜（ｃ）が熱収縮状態で各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示している。なお、表１におけるＭＯＤ−８は本発明の実施例２を示すもので、鉄製のワイヤーネット３ｃの線径について、半球面部１ａのワイヤーネット３ｃを０．７０ｍｍとし、円筒部１ｂのワイヤーネット３ｃを０．５５ｍｍにした場合を表している。さらに、表１におけるＭＯＤ−７は従来例（比較例１）で鉄製のワイヤーネット３ｃの線径を半球面部１ａおよび円筒部１ｂで共通の０．６２ｍｍにした場合をそれぞれ表している。なお、図９（ａ）〜（ｃ）が表１におけるＭＯＤ−７（比較例１）の場合における熱収縮状態での各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示している。
【００２８】
【表１】
【００２９】
また、図１０（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−９（実施例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図であり、図１１（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−７（比較例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図である。
【００３０】
ところで、表１におけるＭＯＤ−１〜ＭＯＤ−６はボルトピッチを半球面部１ａで２２５ｍｍから４５０ｍｍに拡大した場合のＦＥＭ解析結果を示すもので、ＭＯＤ−６は本発明の実施例３、ＭＯＤ−１は従来例（比較例２）である。一方、ＭＯＤ−２とＭＯＤ−３は、それぞれ比較例３・４を示すものである。ＭＯＤ−６（実施例３）では鉄製のワイヤーネット３ｃの線径について半球面部１ａの線径（０．７５ｍｍ）を円筒部１ｂの線径（０．６２ｍｍ）の略１．２倍に太くしたので、境界部のスタッドボルト４に作用する最大曲げモーメントが３０５ｋｇｆ−ｍｍ（両線径０．６２ｍｍ）→−４０ｋｇｆ−ｍｍ、せん断力が４．１ｋｇｆ（両線径０．６２ｍｍ）→０．５ｋｇｆにそれぞれ減少した（ＭＯＤ−１・ＭＯＤ−６）。これに対し、半球面部１ａの線径を１．２０ｍｍ（ＭＯＤ−２）および０．９０ｍｍ（ＭＯＤ−３）にそれぞれ増大して、円筒部１ｂの線径（０．６２ｍｍ）の略２倍あるいは略１．５倍まで太くした比較例３／比較例４では、境界部のスタッドボルト４に作用する最大曲げモーメントが−７４０ｋｇｆ−ｍｍ／−３００ｋｇｆ−ｍｍ、せん断力が９．０ｋｇｆ／３．９ｋｇｆになった。つまり、半球面部１ａの線径を２倍（比較例３：ＭＯＤ−２）まで太くすると、比較例２（ＭＯＤ−１）に比べても最大曲げモーメントおよびせん断力がそれぞれ２倍以上になって改悪となり、また半球面部１ａの線径を略１．５倍（比較例４：ＭＯＤ−３）まで太くすると、比較例２（ＭＯＤ−１）に比べて最大曲げモーメントおよびせん断力ともにほとんど変わらず、改善されなかった。
【００３１】
なお、図１２（ａ）〜（ｃ）が表１におけるＭＯＤ−６（実施例３）の場合の各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示し、図１３（ａ）〜（ｃ）が表１におけるＭＯＤ−３（比較例４）の場合の各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力を順に示す。
【００３２】
次に、図１４は本発明のさらに改良した実施例４（表１のＭＯＤ−１０）に使用するスタッドボルト１４を示すもので、本例では、同図に示すように、上記したスタッドボルト４に代えて上下両端部を除き中間部分を細くしたスタッドボルト１４を使用している。このスタッドボルト１４はタンク本体１と同質のアルミ合金製スタッドボルト本体（ＡＬ）１５とステンレス製継ぎボルト（ＥＸＴ．Ｂ）１６とから構成され、ボルト本体１５は雌ネジ孔部１５ａとタンク本体１に溶接される根元部１５ｂから一体に形成されている。継ぎボルト１６は上下両端部が外径６．０ｍｍの雄ネジ部１６ａからなり、中間部分が外径４．０ｍｍの細径部１６ｂからなる。
【００３３】
本例の防熱構造（表１のＭＯＤ−１０）は、鉄製のワイヤーネット３ｃの線径について、半球面部１ａのワイヤーネット３ｃを０．７０ｍｍとし、円筒状胴部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径を０．６２ｍｍにしている。タンク本体１における半球面部１ａの半径が約４５００ｍｍ、円筒状胴部１ｂの長さが約１４０００ｍｍなど、スタッドボルト１４以外はＭＯＤ−９（実施例１）と構成部材およびボルトピッチなどがそれぞれ共通する。そして、図１５（ａ）〜（ｃ）に各位置のスタッドボルト１４の継ぎボルト１６に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示すように、スタッドボルト１４に作用する軸力はＭＯＤ−７の場合とほとんど変化がないが、曲げモーメントおよびせん断力については、ＭＯＤ−９（実施例１）に比べてもさらに低減されており、可撓性スタッドボルト１４による曲げモーメント低減効果が十分に伺える。なお、表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−１１の右欄は、継ぎボルト１６の中間部分の外径４．０ｍｍおよび同４．５ｍｍの場合に継ぎボルト１６に作用する軸力や曲げモーメント、せん断力などを示している。また、表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−１１の左欄は、いずれも外径が６．０ｍｍのアルミ合金製スタッドボルト本体１５に作用する軸力や曲げモーメント、せん断力などを表している。表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−１１から確認されるように、継ぎボルト１６の応力値がスタッドボルト本体１５の応力値に比べて高くなるように設計しているのは、スタッドボルト１４に曲げモーメント等が作用したときに、タンク本体１に溶接されているボルト本体１５が破損せず、破損する場合には継ぎボルト１６を破損させ、スタッドボルト本体１５の破損によるタンク本体１の表面への影響をなくすためである。
【００３４】
上記に本発明の防熱構造について複数の実施例を説明したが、下記のように実施することも可能である。すなわち、ワイヤーネット３ｃの線径は市販品を用いた関係で，０．５５ｍｍ、０．６２ｍｍ、０．７０ｍｍ、０．７５ｍｍを主に使用したが、これらに限定するものではなく、許容される範囲で各種寸法のワイヤーネットを使用できる。また、スタッドボルト４・１４についても、許容される範囲で各種寸法のものを適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、この発明の極低温タンク用防熱構造には、次のような優れた効果がある。
【００３６】
（１） 防熱パネルをタンク本体に固定するためスタッドボルト等の支持具を用いた構造において、とくに半球面部と円筒状胴部の境付近に位置するスタッドボルトに作用する曲げモーメント量を大幅に減少させ、従来の球形タンクに用いたスタッドボルトと強度が同一（つまりボルト径が共通）のスタッドボルトをシリンダ形タンクに用いても、ボルトの有する強度の許容範囲に曲げモーメントおよびせん断力が抑えられる。この結果、防熱構造全体の信頼性を向上するとともに、スタッドボルト等の支持具に作用する荷重を均一化させて、支持具の本数を減らして施工性と防熱性能を向上できる。
【００３７】
（２） 請求項２記載の極低温タンク用防熱構造では、市販品のワイヤーネットを用いて、半球面部と円筒状胴部の境界付近に位置する最大の曲げモーメントが作用するスタッドボルトの曲げモーメントを大幅に減少させられる。
【００３８】
（３） 請求項３記載の極低温タンク用防熱構造では、ワイヤーネットの線径を円筒状胴部と半球面部とで適度に差をもたせた（円筒状胴部線径＜半球面部線径）ことによってスタッドボルトに作用する曲げモーメントが大幅に減少するうえ、スタッドボルト自体に可撓性を具備させたことにより、曲げモーメントがさらに低減され、せん断力も一層減少する。
【００３９】
（４） 請求項４記載の極低温タンク用防熱構造では、スタッドボルト本体を一定ピッチで溶接により立設したのち、各継ぎボルトにスタッドボルトの下端部をねじ込んで連結できるので、タンク本体とは異種の金属材料で製作したスタッドボルトを使用でき、とくに請求項３に記載のようにスタッドボルトの上下両端部を除く中間部を細径にして可撓性をもたせるのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる防熱構造を備えた極低温用シリンダ形タンクの外観をその一部を切り欠いて示す正面図および右半分を省略した左側面図である。
【図２】図１のタンクの概要を示す中央縦断面図である。
【図３】図１のタンク上の防熱層の一部を拡大して示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図５（ａ）は図３（ａ）の一部拡大断面図、図５（ｂ）は図３（ｂ）の一部拡大断面図、図５（ｃ）はワッシャー７の平面図、図５（ｄ）の左半分は同正面図・右半分は同断面図である。
【図６】図６（ａ）は図５（ｂ）の上部をさらに拡大した断面図、図６（ｂ）は防熱パネルの実施例を示す斜視図である。
【図７】シリンダ形タンクにおけるスタッドボルトの位置とボルトＮｏの関係を部分的（１／８）に展開して示す模式図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−９（本発明の実施例１）の熱収縮状態におけるタンク各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示す線図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−７（比較例１）の熱収縮状態においてタンク各位置でスタッドボルトに作用する軸力（引張荷重）、曲げモーメントおよびせん断力をそれぞれボルトＮｏとの関係で示す線図である。
【図１０】図１０（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−９（実施例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図である。
【図１１】図１１（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−７（比較例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−６（実施例３）の熱収縮状態においてタンク各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示す線図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−３（比較例４）の熱収縮状態におけるタンク各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力を順に示す線図である。
【図１４】本発明のさらに改良した実施例４（ＭＯＤ−１０）に使用するスタッドボルト１４を示す、結合前の正面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−１０（実施例４）の熱収縮状態におけるタンク各位置のスタッドボルト１４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示す線図である。
【図１６】図１６（ａ）は球形タンクの常態と熱収縮時とを示す断面図、図１６（ｂ）はシリンダ形タンクの常態と熱収縮時とを示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ形タンク本体
１ａ半球面部
１ｂ円筒状胴部（円筒部）
２ 防熱層
２ａ内側防熱積層部
２ｂ外側防熱積層部
３ 網状補強材
３ｃワイヤーネット
４・１４ スタッドボルト（支持具）
５ 防熱パネル
６ アルミホイル表面シート材
７ ワッシャー
８ ナット
９ ポリウレタン発泡体
１０ ブチルラバーシート
１１ アルミホイル連結シート材
１５ スタッドボルト本体
１６ 継ぎボルト
【産業上の利用分野】
本発明は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化水素（ＬＨ２）、液化窒素（ＬＮ２）、液化酸素（ＬＯ２）、液化ヘリウム（ＬＨｅ）などの極低温物質を貯蔵するための主として極低温タンクの防熱構造に関するものである。本発明の対象とする極低温タンクは、主として円筒状胴部の両端に半球面部を一体に連接したシリンダ形タンクであるが、球形などの曲率を有するものであれば適用可能で、地上に設置されるものだけでなく、たとえば、船舶に搭載されるものを含む。
【０００２】
【従来の技術】
この種の極低温用タンクでは、外気からのタンク内への熱の侵入を防止するため、その表面を防熱層で被覆する必要がある。この防熱層は、一般的に、硬質ポリウレタンやフェノール樹脂などの合成樹脂発泡体からなる内側防熱層部と外側防熱層部の間に網状補強材（補強用ワイヤーネット・ワイヤーネットともいう）を介装し、前記合成樹脂の発泡時の自己接着作用もしくは接着剤で接着して一体にした構造からなる。なお、網状補強材は、主に外側防熱層部の低温割れを防止するために介装されている。また、タンク本体はステンレスやアルミ（アルミ合金を含む）で形成され、タンク本体の外周面上を被覆する防熱層は、タンク本体の周面に一定の間隔をあけて植設された多数の支持具（スタッドボルト等）によって支持され、とくに球形タンクの場合等ではタンクの下半分で防熱層が落下するのを阻止している。それらの支持具は、通常、タンクと同質の材料であるステンレスやアルミ（アルミ合金を含む）で形成されている。
【０００３】
さらに、上記防熱層は、あらかじめ成型された硬質ウレタン、フェノール樹脂などの合成樹脂発泡体からなり、中間に網状補強材が介装され、アルミ（アルミ合金を含む）表面層（アルミホイル表面シート材ともいう）を有する凸形断面で定形の防熱パネルを、タンク本体の表面上に相互に隣接して取り付け、防熱パネルの突部間の目地に合成樹脂材を少なくとも充填又は発泡の一方を行なって埋設した構造が一般的である。
【０００４】
本発明の先行技術にかかる公報に特開平８−２３３１９９号がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の防熱構造を、とくにシリンダ形タンクに実施する場合には、次のような点で改良の余地がある。すなわち、
球形のタンクでは、図１６（ａ）に示すようにタンク５１が膨張・収縮する際にその内部中心５１ｏに向かってほぼ全体的に均等に半径方向に膨縮するので、支持具としてのスタッドボルト５２に作用する力は軸力だけとなり、曲げモーメントが発生することはない。
【０００６】
しかし、円筒状胴部（円筒部）の両端に半球面部を一体に備えたシリンダ形タンクでは、図１６（ｂ）に示すようにタンク１の中間の円筒部１ｂと両側の半球面部１ａとで熱収縮する際の中心が異なり、かつ防熱パネルの厚さ方向には温度勾配が生じているので、防熱パネル（防熱層）２（図２参照）の表面部とタンク本体１に接する内面部と両者の中間である防熱層２の中間部とでは、それぞれ収縮量が異なる。このために、半球面部１ａと円筒状胴部１ｂのとくに境界線付近に配置されているスタッドボルト４に最大の曲げモーメントが作用する。
【０００７】
図１１（ａ）は鉄製ワイヤーネットの線径が０．６２ｍｍで、タンク本体およびスタッドボルトがそれぞれアルミ合金製でタンク本体の容量が２５００ｍ３ 、スタッドボルトの外径が６．４ｍｍ（断面積：３２．０ｍｍ２、断面係数：２５．７ｍｍ３）でボルトピッチが半球面部２２５ｍｍ／円筒部６００ｍｍの場合、常温（外気温度３０℃）でＬＮＧをタンクに充填しタンクが収縮（熱収縮率は約０．４％）した状態を示す一部断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の一部（境界線付近）を拡大して示す断面図、図７はスタッドボルトの位置とボルトＮｏの関係を示す模式図、図９（ａ）〜（ｃ）は収縮状態において各位置でスタッドボルトに作用する軸力（引張荷重）、曲げモーメントおよびせん断力をそれぞれボルトＮｏとの関係で示す線図である。これらはいずれも、１／８部分タンク模型に基づきＦＥＭ解析により算出したものである。なお、数値的には表１のＭＯＤ−７（比較例１）の欄に表している。表１は本発明の実施例（ＭＯＤ−６・８・９）および比較例（ＭＯＤ−１〜３・７）において半球面部１ａと円筒状胴部１ｂの境界線付近に配置されているスタッドボルトの軸力（引張荷重）、曲げモーメントおよびせん断力をＦＥＭ解析により算出した表である。
【０００８】
以上の各図面および表１から明らかなように、円筒状胴部の長手方向の中間位置にあるスタッドボルト（図７に示すＮｏ．０〜９）および半球面部の中心位置にあるスタッドボルト（ボルトＮｏ．２５０）からそれらの境界線位置にあるスタッドボルト（ボルトＮｏ．１００〜１１６）にかけて曲げモーメントおよびせん断力が漸次増大する。この結果、境界線位置にあるスタッドボルト（ボルトＮｏ．１００〜１１６）の曲げモーメントおよびせん断力は最大となって、ボルトの根元（とくにタンク本体との溶接部付近）から折損あるいは破断するおそれがある。
【０００９】
この発明は上述の点に鑑みなされたものであって、シリンダ形タンクをＬＮＧ等を貯蔵するために常圧・極低温下で使用する場合、熱収縮によりタンクが収縮するが、防熱パネルをタンク本体に固定するためスタッドボルト等の支持具を用いた構造において、とくに半球面部と円筒状胴部の境付近に位置するスタッドボルトに大きな曲げモーメントが作用するので、この曲げモーメント量を減少もしくはなくせる（０にできる）極低温タンク用防熱構造を提供することを目的としている。これにより、防熱構造全体の信頼性を向上するとともに、スタッドボルト等の支持具に作用する荷重を均一化させて、支持具の本数を減らして施工性と防熱性能を向上することができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために本発明の防熱構造は、a)アルミホイル表面シート材を有し内外二層積層構造の合成樹脂発泡体からなる凸形断面で定形の防熱パネルを、タンク本体の表面上に相互に隣接して配列し、前記タンク本体に植設された支持具により取り付け、前記防熱パネルの突部間の目地に合成樹脂材を充填又は発泡することによって前記目地間を埋設し、前記目地の合成樹脂発泡体上およびその周辺の前記アルミホイル表面シート材上に跨がって、前記アルミホイル表面シート材と同一構成のアルミホイル連結シート材を全面的に接着するとともに、前記合成樹脂発泡体からなる二層積層構造の内外積層部の中間位置に補強用ワイヤーネットを介装した極低温タンク用防熱構造において、b)前記タンクが円筒状胴部の両端に半球面部を一体に連接したシリンダ形タンクからなり、c)前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径に比べて太くするか、又は前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットのメッシュサイズを、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットのメッシュサイズに比べて大きくする（つまり、１インチ当たりのメッシュ数を増やす）かすることにより、前記各半球面部側の剛性を高くしたことを特徴としている。ここで、ワイヤーネットの線径を太くすることにより前記各半球面部側の剛性を高くするとは、２５００ｍ3タンクの場合の一例であるが、半球面部の線径を円筒状胴部の線径に比べて直径で１．３〜１．４倍程度まで太くすることを意味し、直径で略１．５倍若しくはそれ以上太くすることを除くものである。このことは、ＦＥＭの解析結果から確認されるもので、円筒状胴部に介装するワイヤーネットの線径（ＭＯＤ−１：０．６２ｍｍ）に比べて各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径が１．２倍〜１．２５倍程度（ＭＯＤ−６：０．７５ｍｍ）までは、線径が増大する（太くする）ほど前記支持具（スタッドボルト）に作用する最大曲げモーメントが減少し、それを超えて線径が１．３〜１．４倍程度（ＭＯＤ−４／５：０．８０ｍｍ／０．８５ｍｍ）までは徐々に逆向きの最大曲げモーメントが増え始め、線径が１．５倍程度（ＭＯＤ−３：０．９０ｍｍ）まで太くなると、最大曲げモーメントの低減効果がなくなり、１．５倍を超える（ＭＯＤ−２：１．２０ｍｍ）と、従来の球形タンクの場合よりも大きな逆向きの最大曲げモーメントが発生するからである（表１を参照）。なお、上記したワイヤーネットの線径が１．２倍〜１．２５倍程度というような具体的な数値を含めてワイヤーネット線径の比率は、シリンダタンクの長さ・タンクの直径の比により、変化するものである。また、本発明は半球面部と円筒部とのワイヤーネットの剛性のバランスを図ることで解決しているため、ワイヤーネットの線径だけでなくメッシュサイズを変えることで、つまり半球面部側の１インチ当たりのメッシュ数を円筒部側よりも多くする（メッシュサイズを大きくする）ことにより剛性を高めて剛性のバランスを図ることもできる。なお、線径の場合について、本明細書ではメッシュサイズを５メッシュ／インチに統一したうえで、説明している。
【００１１】
上記の構成を有する本発明の防熱構造によれば、上記構成c)により半球面部のワイヤーネットの剛性を円筒状胴部のワイヤーネットの剛性に比べて剛とし、シリンダ形タンクの熱収縮時に半球面部の防熱パネルを円筒状胴部のそれに比べて剛としたので、両側の半球面部における防熱パネルが一体になってその中間に位置する円筒状胴部の防熱パネルを両側から適度に圧縮するため、従来は半球面部と円筒状胴部の境界に位置する支持具（スタッドボルト）に最大に作用する曲げモーメントが大幅に低減される。この結果、従来の球形タンクに用いたスタッドボルトと強度が同一（つまりボルト径が共通）のスタッドボルトをシリンダ形タンクに用いても、ボルトの有する強度の許容範囲に曲げモーメントおよびせん断力が抑えられる。なお、シリンダ形タンクの半球面部と円筒状胴部の境にある曲げモーメントは、円筒状胴部の長さが長くなるほど増大するため、円筒状胴部の長さが長いシリンダ形タンクほど本発明による上記の作用効果が顕著に発揮される。一方、半球面部のワイヤーネットの線径を円筒状胴部のワイヤーネットの線径に比べて１．５倍程度（２５００ｍ3タンクの場合の一例）あるいはそれ以上に太くすると、半球面部のワイヤーネットの剛性が円筒状胴部のそれに比べて剛となり過ぎ、半球面部のパネルが円筒状胴部のパネルを圧縮する力が大きくなり過ぎて半球面部と円筒状胴部の境に位置するスタッドボルトに作用する曲げモーメントが従来のタンクの場合よりも大きくなるおそれがある。
【００１２】
請求項２に記載のように、ｄ）前記防熱パネルの内側積層部の表面（外周面）を金属製ワイヤーネットで覆うとともに、金属製タンク本体に下端を溶接した金属製スタッドボルト（前記支持具に該当）によりワッシャーを介して前記ワイヤーネットとともに前記内側積層部を固定した極低温タンク用防熱構造であって、ｅ）前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．７０〜０．７５ｍｍ、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．５５〜０．６２ｍｍにすることができる。なお、本請求項に記載の線径についての数値は、２５００ｍ３タンクの場合の一例であり、シリンダタンクの長さ・タンクの直径の比により、変化するものである。
【００１３】
この構成により、請求項２記載の極低温タンク用防熱構造によれば、たとえば容積２５００ｍ３のシリンダ形タンクにＬＮＧを充填（貯蔵）した状態においてスタッドボルトの外径が６．４ｍｍでボルトピッチが４５０ｍｍ（半球面部）／６００ｍｍ（円筒状胴部）の場合に、半球面部と円筒状胴部の境に位置するスタッドボルトに作用する最大曲げモーメントが３０５ｋｇｆ−ｍｍ（両線径０．６２ｍｍ）→−４０ｋｇｆ−ｍｍ、せん断力が４．１ｋｇｆ（両線径０．６２ｍｍ）→０．５ｋｇｆにそれぞれ減少した（表１のＭＯＤ−１・ＭＯＤ−６参照）。なお、図９（ａ）〜（ｃ）は全体のワイヤーネットの線径を０．６２ｍｍに統一した従来例（ＭＯＤ−７：比較例１）のときにスタッドボルトに作用する軸力、曲げモーメント、せん断力を順に示し、一方、図１２（ａ）〜（ｃ）は各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．７０ｍｍ、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．６２ｍｍにしたとき（表１のＭＯＤ−９参照）にスタッドボルトに作用する軸力、曲げモーメント、せん断力を表している。なお、線径０．５５ｍｍ、０．６２ｍｍ、０．７０ｍｍ、０．７５ｍｍは、いずれも市販品のワイヤーネット線径である（表１のＭＯＤ−６・ＭＯＤ−８参照）。
【００１４】
請求項３に記載のように、ｆ）前記支持具としての金属製スタッドボルトの上下両端部を除く中間部を細径にし、可撓性をもたせることができる。
【００１５】
この構成により、請求項３記載の極低温タンク用防熱構造によると、図１５（ａ）〜（ｃ）にスタッドボルトに作用する軸力、曲げモーメント、せん断力を表すように、軸力はほとんど変化せず、曲げモーメントおよびせん断応力が一層低減される。つまり、ワイヤーネットの線径を円筒状胴部と半球面部とで適度に変更（円筒状胴部線径＜半球面部線径）したことによってスタッドボルトに作用する曲げモーメントが大幅に減少したうえに、スタッドボルト自体に可撓性を具備させたことにより、曲げモーメントがさらに低減され、せん断力も一層減少した。
【００１６】
請求項４に記載のように、前記スタッドボルトをスタッドボルト本体と継ぎボルトとから構成し、アルミ合金を含むアルミ製タンク本体にアルミ合金を含むアルミ製スタッドボルト本体を溶接により固定し、このスタッドボルト本体に鋼製又はステンレス製の継ぎボルトの下端を連結することができる。
【００１７】
この構成により、請求項４記載の極低温タンク用防熱構造によると、スタッドボルト本体を一定ピッチで溶接により立設したのち、各継ぎボルトにスタッドボルトの下端部をねじ込んで連結できるので、タンク本体とは異種の金属材料で製作したスタッドボルトを使用でき、とくに請求項３に記載のようにスタッドボルトの上下両端部を除く中間部を細径にして可撓性をもたせるのに有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる極低温タンク用防熱構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本実施例の防熱構造を備えた極低温用シリンダ形タンクの外観をその一部を切り欠いて示す正面図および右半分を省略した左側面図、図２は同中央縦断面図、図３はタンク上の防熱層の一部を拡大して示す平面図、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、図５（ａ）は図４（ａ）の一部拡大断面図、図５（ｂ）は図４（ｂ）の一部拡大断面図、図５（ｃ）はワッシャー７の平面図、図５（ｄ）の左半分は同正面図・右半分は同断面図である。図６（ａ）は図５（ｂ）の上部をさらに拡大した断面図、図６（ｂ）は防熱パネルの実施例を示す斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、タンク本体１はシリンダ形タンクで、本例ではアルミ合金から形成されている。すなわち、円筒状胴部（以下、円筒部ともいう）１ｂを中心にしてその両端に半球面部１ａ・１ａを一体に備えたシリンダ形の構造からなる。このタンク本体１はＬＮＧ輸送船のホールド内底部に一対の船体側タンク支持部材３３・３４を長さ方向に間隔をあけて立設したのち、これらのタンク支持部材３３・３４の上にタンク側支持部材３１・３２を載せるように配置されている。なお、タンク本体１はタンク側支持部材３１が船体側タンク支持部材３３に取り付けられたストッパーにより、タンク本体１の長さ方向に固定されている。他方の支持部材３２では、低温熱収縮によるタンク本体１の長さ方向の変形を吸収できるように支持部材３４に対してスライド可能に載置されている。
【００２１】
図２〜図４に示すように、タンク本体１の外周面を被覆する防熱層２は、内側（タンク側）防熱積層部２ａと外側防熱積層部２ｂとの２層積層構造からなり、内外両積層部２ａ・２ｂの間に網状補強材であるワイヤーネット３ｃを介装し、防熱層を形成する合成樹脂を発泡成形するときの発泡時自己接着作用あるいは接着剤にて相互に接着して一体化した構造からなる。防熱層２は、凸形断面で定形の多数の防熱パネル５（図６（ｂ））をタンク本体１の外周面上に相互に隣接し、支持具としてのスタッドボルト４にて固定することにより構成されている。
【００２２】
防熱パネル５は、図１・図６（ｂ）に示すように定形（本例では円筒状胴部１ｂが長辺１．２ｍ×短辺０．９ｍ、半球面部１ａが長辺０．９ｍ×短辺０．６ｍ（×厚さ；３３０ｍｍ、この厚さは所要防熱性能の大小に応じて増減され得るものである。））の凸形断面で、内側防熱積層部２ａを構成する下部防熱部材（厚み２１０ｍｍ）と、外側防熱層部２ｂを構成する凸状の上部防熱部材（厚み１２０ｍｍ）との間に、網状補強材３の一部を構成する平織金網のワイヤーネット３ｃを一体に介装した構造からなる。下部防熱部材２ａはガラス繊維、天然繊維、化学繊維などで強化された硬質ウレタン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体などから選択されるが、本例ではフェノール樹脂発泡体からなる。また、上部防熱部材２ｂは、硬質ウレタン樹脂発泡体、フェノール樹脂発泡体、スチレン樹脂発泡体などから選択されるが、本例ではポリウレタン発泡体からなる。
【００２３】
防熱パネル５の表面は、アルミホイル（アルミ合金ホイルを含む）表面シート材６により被覆されている。この表面シート材６は、図６（ａ）にその一部を示すように厚さ２５μｍのアルミホイル６ａを主体として、このアルミホイル６ａの表面に、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム６ｂをラミネーティングあるいはコーティングにより一体に積層し、アルミホイル６ａの裏面（内面）に、厚さ１００μｍほどの不織布６ｃを一体に積層した構造からなる。
【００２４】
図５（ｂ）に示すように、タンク本体１の外周面には、アルミ合金製スタッドボルト４が一定の間隔（本例では、半球面部１ａ：２２５ｍｍｍ又は４５０ｍｍ、円筒状胴部１ｂ：６００ｍｍ）をあけて溶接により植設されており、スタッドボルト４の先端部は、防熱パネル５のワイヤーネット３ｃ上に跨がって配置された網状補強材３の連結用ワイヤーネット部分３ｂを貫通し、ワッシャー７を挿通したうえナット８で締め付けるとともに、後述のピン状突起７ａにより連結用ワイヤーネット部分３ｂとワイヤーネット３ｃとを重ね合わせた状態で保持している。隣接する防熱パネル５の上部防熱部材２ｂの間は目地（空隙）になっており、この目地に上部防熱部材２ｂと基本的には同一種類の合成樹脂材を少なくとも充填又は発泡の一方を行うことにより、本例では、ポリウレタン発泡体９によって目地を埋めている。また、図５（ｃ）（ｄ）のようにワッシャー７は合成樹脂製で、多数のピン状突起７ａを外周縁部に下向きに突設している。
【００２５】
このポリウレタン発泡体９の表面上には、図６（ａ）に示すように両側の防熱パネル５のアルミホイル表面シート材６の外縁部上から、厚さがたとえば５００μｍの両面接着のブチルラバーシート１０を、連続して（浮かせずに）貼着している。そして、アルミホイル連結シート材１１をラバーシート１０上に全面的に貼着又は接着している。このアルミホイル連結シート材１１は厚さ２５μｍのアルミホイル（アルミ箔）１１ａを主体として、このアルミホイル１１ａの表面に、厚さ５０μｍほどのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム１１ｂをラミネーティングあるいはコーティングにより一体に積層した構造からなる。
【００２６】
以上のようにして防熱層２によりタンク本体１の外周面が被覆され、本例の防熱構造が構成される。これらの構造は公知であるが、本発明では以下の特徴部分を備えている。すなわち、従来の構造では、ワイヤーネット３ｃの線径は半球面部１ａおよび円筒状胴部（円筒部ともいう）１ｂともに同一にしていたが、本発明では半球面部１ａのワイヤーネット３ｃの線径を、円筒部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径に比べてやや太くすることにより適度に剛性を高めている。本例では、鉄製のワイヤーネット３ｃの線径に関して、半球面部１ａのワイヤーネット３ｃの線径を０．７０ｍｍとし、円筒状胴部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径を０．６２ｍｍにしている。そして、タンク本体１における半球面部１ａの半径が約４５００ｍｍ、円筒部１ｂの長さが約１４０００ｍｍ（同半径が約４５００ｍｍ）であり、スタッドボルト４はアルミ合金製で、外径が６．４ｍｍ、断面積３２．０ｍｍ２、断面係数２５．７ｍｍ３である。また、スタッドボルト４のピッチは、円筒部１ｂで６００ｍｍ、半球面部１ａで２２５ｍｍにしている（表１のＭＯＤ−９参照）。
【００２７】
次頁の表１におけるＭＯＤ−９は上記した本発明の実施例１のＦＥＭ解析結果を表す数値であり、図８（ａ）〜（ｃ）が熱収縮状態で各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示している。なお、表１におけるＭＯＤ−８は本発明の実施例２を示すもので、鉄製のワイヤーネット３ｃの線径について、半球面部１ａのワイヤーネット３ｃを０．７０ｍｍとし、円筒部１ｂのワイヤーネット３ｃを０．５５ｍｍにした場合を表している。さらに、表１におけるＭＯＤ−７は従来例（比較例１）で鉄製のワイヤーネット３ｃの線径を半球面部１ａおよび円筒部１ｂで共通の０．６２ｍｍにした場合をそれぞれ表している。なお、図９（ａ）〜（ｃ）が表１におけるＭＯＤ−７（比較例１）の場合における熱収縮状態での各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示している。
【００２８】
【表１】
また、図１０（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−９（実施例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図であり、図１１（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−７（比較例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図である。
【００３０】
ところで、表１におけるＭＯＤ−１〜ＭＯＤ−６はボルトピッチを半球面部１ａで２２５ｍｍから４５０ｍｍに拡大した場合のＦＥＭ解析結果を示すもので、ＭＯＤ−６は本発明の実施例３、ＭＯＤ−１は従来例（比較例２）である。一方、ＭＯＤ−２とＭＯＤ−３は、それぞれ比較例３・４を示すものである。ＭＯＤ−６（実施例３）では鉄製のワイヤーネット３ｃの線径について半球面部１ａの線径（０．７５ｍｍ）を円筒部１ｂの線径（０．６２ｍｍ）の略１．２倍に太くしたので、境界部のスタッドボルト４に作用する最大曲げモーメントが３０５ｋｇｆ−ｍｍ（両線径０．６２ｍｍ）→−４０ｋｇｆ−ｍｍ、せん断力が４．１ｋｇｆ（両線径０．６２ｍｍ）→０．５ｋｇｆにそれぞれ減少した（ＭＯＤ−１・ＭＯＤ−６）。これに対し、半球面部１ａの線径を１．２０ｍｍ（ＭＯＤ−２）および０．９０ｍｍ（ＭＯＤ−３）にそれぞれ増大して、円筒部１ｂの線径（０．６２ｍｍ）の略２倍あるいは略１．５倍まで太くした比較例３／比較例４では、境界部のスタッドボルト４に作用する最大曲げモーメントが−７４０ｋｇｆ−ｍｍ／−３００ｋｇｆ−ｍｍ、せん断力が９．０ｋｇｆ／３．９ｋｇｆになった。つまり、半球面部１ａの線径を２倍（比較例３：ＭＯＤ−２）まで太くすると、比較例２（ＭＯＤ−１）に比べても最大曲げモーメントおよびせん断力がそれぞれ２倍以上になって改悪となり、また半球面部１ａの線径を略１．５倍（比較例４：ＭＯＤ−３）まで太くすると、比較例２（ＭＯＤ−１）に比べて最大曲げモーメントおよびせん断力ともにほとんど変わらず、改善されなかった。
【００３１】
なお、図１２（ａ）〜（ｃ）が表１におけるＭＯＤ−６（実施例３）の場合の各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示し、図１３（ａ）〜（ｃ）が表１におけるＭＯＤ−３（比較例４）の場合の各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力を順に示す。
【００３２】
次に、図１４は本発明のさらに改良した実施例４（表１のＭＯＤ−１０）に使用するスタッドボルト１４を示すもので、本例では、同図に示すように、上記したスタッドボルト４に代えて上下両端部を除き中間部分を細くしたスタッドボルト１４を使用している。このスタッドボルト１４はタンク本体１と同質のアルミ合金製スタッドボルト本体（ＡＬ）１５とステンレス製継ぎボルト（ＥＸＴ．Ｂ）１６とから構成され、ボルト本体１５は雌ネジ孔部１５ａとタンク本体１に溶接される根元部１５ｂから一体に形成されている。継ぎボルト１６は上下両端部が外径６．０ｍｍの雄ネジ部１６ａからなり、中間部分が外径４．０ｍｍの細径部１６ｂからなる。
【００３３】
本例の防熱構造（表１のＭＯＤ−１０）は、鉄製のワイヤーネット３ｃの線径について、半球面部１ａのワイヤーネット３ｃを０．７０ｍｍとし、円筒状胴部１ｂのワイヤーネット３ｃの線径を０．６２ｍｍにしている。タンク本体１における半球面部１ａの半径が約４５００ｍｍ、円筒状胴部１ｂの長さが約１４０００ｍｍなど、スタッドボルト１４以外はＭＯＤ−９（実施例１）と構成部材およびボルトピッチなどがそれぞれ共通する。そして、図１５（ａ）〜（ｃ）に各位置のスタッドボルト１４の継ぎボルト１６に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示すように、スタッドボルト１４に作用する軸力はＭＯＤ−７の場合とほとんど変化がないが、曲げモーメントおよびせん断力については、ＭＯＤ−９（実施例１）に比べてもさらに低減されており、可撓性スタッドボルト１４による曲げモーメント低減効果が十分に伺える。なお、表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−１１の右欄は、継ぎボルト１６の中間部分の外径４．０ｍｍおよび同４．５ｍｍの場合に継ぎボルト１６に作用する軸力や曲げモーメント、せん断力などを示している。また、表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−１１の左欄は、いずれも外径が６．０ｍｍのアルミ合金製スタッドボルト本体１５に作用する軸力や曲げモーメント、せん断力などを表している。表１のＭＯＤ−１０およびＭＯＤ−１１から確認されるように、継ぎボルト１６の応力値がスタッドボルト本体１５の応力値に比べて高くなるように設計しているのは、スタッドボルト１４に曲げモーメント等が作用したときに、タンク本体１に溶接されているボルト本体１５が破損せず、破損する場合には継ぎボルト１６を破損させ、スタッドボルト本体１５の破損によるタンク本体１の表面への影響をなくすためである。
【００３４】
上記に本発明の防熱構造について複数の実施例を説明したが、下記のように実施することも可能である。すなわち、ワイヤーネット３ｃの線径は市販品を用いた関係で，０．５５ｍｍ、０．６２ｍｍ、０．７０ｍｍ、０．７５ｍｍを主に使用したが、これらに限定するものではなく、許容される範囲で各種寸法のワイヤーネットを使用できる。また、スタッドボルト４・１４についても、許容される範囲で各種寸法のものを適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、この発明の極低温タンク用防熱構造には、次のような優れた効果がある。
【００３６】
（１） 防熱パネルをタンク本体に固定するためスタッドボルト等の支持具を用いた構造において、とくに半球面部と円筒状胴部の境付近に位置するスタッドボルトに作用する曲げモーメント量を大幅に減少させ、従来の球形タンクに用いたスタッドボルトと強度が同一（つまりボルト径が共通）のスタッドボルトをシリンダ形タンクに用いても、ボルトの有する強度の許容範囲に曲げモーメントおよびせん断力が抑えられる。この結果、防熱構造全体の信頼性を向上するとともに、スタッドボルト等の支持具に作用する荷重を均一化させて、支持具の本数を減らして施工性と防熱性能を向上できる。
【００３７】
（２） 請求項２記載の極低温タンク用防熱構造では、市販品のワイヤーネットを用いて、半球面部と円筒状胴部の境界付近に位置する最大の曲げモーメントが作用するスタッドボルトの曲げモーメントを大幅に減少させられる。
【００３８】
（３） 請求項３記載の極低温タンク用防熱構造では、ワイヤーネットの線径を円筒状胴部と半球面部とで適度に差をもたせた（円筒状胴部線径＜半球面部線径）ことによってスタッドボルトに作用する曲げモーメントが大幅に減少するうえ、スタッドボルト自体に可撓性を具備させたことにより、曲げモーメントがさらに低減され、せん断力も一層減少する。
【００３９】
（４） 請求項４記載の極低温タンク用防熱構造では、スタッドボルト本体を一定ピッチで溶接により立設したのち、各継ぎボルトにスタッドボルトの下端部をねじ込んで連結できるので、タンク本体とは異種の金属材料で製作したスタッドボルトを使用でき、とくに請求項３に記載のようにスタッドボルトの上下両端部を除く中間部を細径にして可撓性をもたせるのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる防熱構造を備えた極低温用シリンダ形タンクの外観をその一部を切り欠いて示す正面図および右半分を省略した左側面図である。
【図２】図１のタンクの概要を示す中央縦断面図である。
【図３】図１のタンク上の防熱層の一部を拡大して示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図５（ａ）は図３（ａ）の一部拡大断面図、図５（ｂ）は図３（ｂ）の一部拡大断面図、図５（ｃ）はワッシャー７の平面図、図５（ｄ）の左半分は同正面図・右半分は同断面図である。
【図６】図６（ａ）は図５（ｂ）の上部をさらに拡大した断面図、図６（ｂ）は防熱パネルの実施例を示す斜視図である。
【図７】シリンダ形タンクにおけるスタッドボルトの位置とボルトＮｏの関係を部分的（１／８）に展開して示す模式図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−９（本発明の実施例１）の熱収縮状態におけるタンク各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示す線図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−７（比較例１）の熱収縮状態においてタンク各位置でスタッドボルトに作用する軸力（引張荷重）、曲げモーメントおよびせん断力をそれぞれボルトＮｏとの関係で示す線図である。
【図１０】図１０（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−９（実施例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図である。
【図１１】図１１（ａ）（ｂ）はＭＯＤ−７（比較例１）における防熱パネルの常態から熱収縮した変形状態を示す部分断面図とその一部拡大断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−６（実施例３）の熱収縮状態においてタンク各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示す線図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−３（比較例４）の熱収縮状態におけるタンク各位置のスタッドボルト４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力を順に示す線図である。
【図１４】本発明のさらに改良した実施例４（ＭＯＤ−１０）に使用するスタッドボルト１４を示す、結合前の正面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）は表１におけるＭＯＤ−１０（実施例４）の熱収縮状態におけるタンク各位置のスタッドボルト１４に作用する軸力、曲げモーメントおよびせん断力をボルトＮｏ（位置）との関係で順に示す線図である。
【図１６】図１６（ａ）は球形タンクの常態と熱収縮時とを示す断面図、図１６（ｂ）はシリンダ形タンクの常態と熱収縮時とを示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダ形タンク本体
１ａ半球面部
１ｂ円筒状胴部（円筒部）
２ 防熱層
２ａ内側防熱積層部
２ｂ外側防熱積層部
３ 網状補強材
３ｃワイヤーネット
４・１４ スタッドボルト（支持具）
５ 防熱パネル
６ アルミホイル表面シート材
７ ワッシャー
８ ナット
９ ポリウレタン発泡体
１０ ブチルラバーシート
１１ アルミホイル連結シート材
１５ スタッドボルト本体
１６ 継ぎボルト
Claims (4)
- アルミホイル表面シート材を有し内外二層積層構造の合成樹脂発泡体からなる凸形断面で定形の防熱パネルを、タンク本体の表面上に相互に隣接して配列し、前記タンク本体に植設された支持具により取り付け、前記防熱パネルの突部間の目地に合成樹脂材を充填又は発泡することによって前記目地間を埋設し、前記目地の合成樹脂発泡体上およびその周辺の前記アルミホイル表面シート材上に跨がって、前記アルミホイル表面シート材と同一構成のアルミホイル連結シート材を全面的に接着するとともに、前記二層積層構造の内外積層部の中間位置に補強用ワイヤーネットを介装した極低温タンク用防熱構造において、
前記タンクが円筒状胴部の両端に半球面部を一体に連接したシリンダ形タンクからなっており、
前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径に比べて太くするか、
又は前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットのメッシュサイズを、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットのメッシュサイズに比べて大きくするかすることにより、前記各半球面部側の剛性を高くしたことを特徴とする極低温タンク用防熱構造。 - 前記防熱パネルの内側積層部の表面を金属製ワイヤーネットで覆うとともに、金属製タンク本体に下端を溶接した金属製スタッドボルト（前記支持具に該当）によりワッシャーを介して前記ワイヤーネットとともに前記内側積層部を固定した極低温タンク用防熱構造であって、
前記各半球面部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．７０〜０．７５ｍｍ、前記円筒状胴部に介装する前記ワイヤーネットの線径を０．５５〜０．６２ｍｍにしたことを特徴とする請求項１記載の極低温タンク用防熱構造。 - 前記支持具としての金属製スタッドボルトの上下両端部を除く中間部を細径にし、可撓性をもたせたことを特徴とする請求項１又は２記載の極低温タンク用防熱構造。
- 前記スタッドボルトをスタッドボルト本体と継ぎボルトとから構成し、アルミ合金を含むアルミ製タンク本体にアルミ合金を含むアルミ製スタッドボルト本体を溶接により固定し、このスタッドボルト本体に鋼製又はステンレス製の継ぎボルトの下端を連結することを特徴とする請求項３記載の極低温タンク用防熱構造。
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