JP3634315B2 - 極低温タンク用防熱構造 - Google Patents
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Description
【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
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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