JP5090228B2 - スロッシング抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体貯槽のスロッシングを抑制するための装置に関する。

石油や水、化学薬品などの液体を大量に貯蔵しておくための施設の一例として浮屋根式の液体貯槽がある。大型の液体貯槽に浮屋根構造を用いることに関しては、建設コストが低く抑えられるというメリットがある一方で、地震時のスロッシング現象の発生により浮屋根が大きく動揺し、貯蔵液が浮屋根上や貯槽外部に洩れだしてしまうことがある。

こうした問題に対処するため、従来では、複数の板状部材を複数折り畳み自在に連結して、タンク内の液面位置に連動して展開、折り畳みされる仕切部材を搭載したスロッシング防止ダンパーが開発されている（例えば、特許文献１参照）。このスロッシング防止ダンパーであると、貯蔵された液体の液面に連動して板状部材が展開されるので、それによりタンク内を小空間に仕切って、地震等の外力による液体移動を制限し、スロッシングを抑制している。
特開２００５−３１４０００号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術であると、板状部材が複数折り畳み自在に連結されているために、少なくとも複数の板状部材の体積分はタンクの畜液量をロスしてしまう。板状部材の体積を抑えるため、当該板状部材を薄くしたとしても、板状部材の剛性が低くなり、スロッシングを効果的に抑制できないのが実状である。

本発明の課題は、スロッシング抑制効果を維持しつつも、平常時におけるスロッシング抑制部材の体積を低減して、タンク畜液量のロスを抑制することである。

請求項１に記載の発明は、
液面に浮き当該液面を覆う浮屋根を備えるタンクに搭載されるスロッシング抑制装置であって、
地震を検知する地震検知器と、
液体若しくは気体を貯留する貯留部と、
前記地震検知器からの地震検知信号に基づいて、前記貯留部内の液体若しくは気体を供給する供給部と、
前記タンクのスロッシングを抑制する抑制部とを有し、
前記抑制部は、前記貯留部に連通して、前記貯留部からの液体若しくは気体が供給されることで膨張する複数の袋状部材を備え、
前記複数の袋状部材は、互いに連通した状態で前記タンクの高さ方向に折り畳み自在となるように連結されていて、前記複数の袋状部材のうち、上位の袋状部材が前記浮屋根に固定されるとともに、下位の袋状部材が前記タンクの底に固定されることで、前記浮屋根の前記高さ方向の位置に連動して前記複数の袋状部材が前記高さ方向に展開、折り畳みされ、
前記地震検知器が地震を検知して、前記地震検知信号を出力すると、前記供給部が前記貯留部から液体若しくは気体を供給して、前記複数の袋状部材を膨張させることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のスロッシング抑制装置において、
前記高さ方向に折り畳み自在に連結された複数の袋状部材を一組として、
複数組の前記袋状部材によって、前記タンク内部が仕切られていることを特徴としている。

本発明によれば、袋状部材が液体若しくは気体が注入されることで膨張するものであるので、貯留部から液体若しくは気体が供給されない場合、つまり地震が検知されていない場合においては袋状部材を平坦にした状態で待機させることが可能となる。そして、地震検知器が地震を検知して、地震検知信号を出力すると、供給部が貯留部内の気体若しくは液体を供給するため、複数の袋状部材が膨張することになる。膨張することで、一定の剛性を得ることになり、袋状部材がスロッシング抑制部材として機能することになる。
また、袋状部材は、従来のスロッシング抑制部材である板状部材と比しても薄く形成できるので、平常時における体積を従来よりも低減でき、タンク畜液量のロスを抑えることが可能となる。
したがって、これらのことにより、スロッシング抑制効果を維持しつつも、平常時におけるスロッシング抑制部材の体積を低減して、タンク畜液量のロスを抑制することが可能となる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態のスロッシング抑制装置の概略構成を示す上面図であり、図２は側断面図である。

まず、スロッシング抑制装置１が搭載されるタンク１０について説明する。タンク１０には、液体を貯留する円筒状の液体貯漕１１と、当該液体貯漕１１内の液面に浮いて、液面を覆う浮屋根１２とが備えられている。
浮屋根１２には、環状の浮き部材１３と、浮き部材１３の開口を閉じるデッキ板１４とが設けられている。デッキ板１４には、複数の貫通孔１５が設けられている。

次に、スロッシング抑制装置１について説明する。スロッシング抑制装置１には、図１，２に示すように、地震を検知する地震検知器２と、液体若しくは気体を貯留するボンベ３と、地震検知器２からの地震検知信号に基づいてボンベ３を開閉する電磁弁４と、タンク１０のスロッシングを抑制する抑制部５とが備えられている。

ボンベ３は、本発明に係る貯留部であり、デッキ板１４の上面に４つ設置されている。ボンベ３には、貫通孔１５を介して抑制部５と連通する連通管３１が接続されている。

地震検知器２は、周知の地震検知器であり、電磁弁４と通信可能に接続されている。地震検知器２は、地震を検知すると地震検知信号を電磁弁４に対して出力するようになっている。

電磁弁４は、本発明に係る供給部である。この電磁弁４は、全てのボンベ３の開閉口に備えられていて、地震検知器２からの地震検知信号に基づいて、ボンベ３の開閉口を開閉するようになっている。開放状態時においては、ボンベ３内の圧力によってボンベ３内の気体若しくは液体が抑制部５に供給されることになる。なお、この電磁弁４の接続部分には、逆止弁を備えることで、封入された液体若しくは気体がボンベ３に逆流することを防止することができる。

抑制部５は、貫通孔１５を介してボンベ３に連通して、ボンベ３からの液体若しくは気体が注入されることで膨張する複数の袋状部材５１を備えている。図３は、複数の袋状部材５１の概略構成を示す正面図である。図３に示すように、複数の袋状部材５１は、互いに連通した状態でタンク１０の高さ方向に折り畳み自在となるように連結されている。具体的には、各袋状部材５１の連結部分には、隣接する２つの袋状部材５１を連結する一対の連結部５２が両端に設けられていて、一対の連結部５２の間には、隣接する２つの袋状部材５１を連通するため内部が空洞となった連通部５３とが設けられている。これら連結部５２と連通部５３とは、可撓性の部材で形成されているために、これらを支点として各袋状部材５１が折り畳められることになる。なお、連通部５３が金具等である場合には、これらの材質は耐水性、耐油性、防錆性を有する材質であることが好ましい。

そして、図２に示すように、複数の袋状部材５１のうち、上位の袋状部材５１ａが浮屋根１２の裏面に固定されるとともに、下位の袋状部材５１ｂが液体貯漕１１の底に固定されている。これによって、液体貯漕１１の液体貯留量によって浮屋根１２が昇降すると、この浮屋根１２の高さ方向の位置に連動して複数の袋状部材５１が高さ方向に展開、折り畳みされることになる。

そして、高さ方向に折り畳み自在に連結された複数の袋状部材５１を一組とすると、抑制部５には図４に示すように、複数組の袋状部材５１が設けられている。各組の袋状部材５１は、上面視略円状、厳密には多角形状に配置されている。これにより、液体貯漕１１の内部空間が、各組の袋状部材５１によって内側空間Ｈ１と外側空間Ｈ２とに仕切られることになる。

また、上述したように各袋状部材５１はボンベ３と連通しているために、地震検知器２が地震を検知して地震検知信号を出力すると、電磁弁４によってボンベ３が開放状態にされるので、各袋状部材５１が膨張することになる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、タンク１０内の液体残量が少ない場合、図５に示すように浮屋根１２の高さ位置は低位置にあるために、各組の袋状部材５１は折り畳まれた状態となる。
タンク１０の水位が上昇すると、それに伴って浮屋根１２も上昇する。この浮屋根１２の上昇に連動して各組の袋状部材５１が展開され、図６に示す満液状態になると、各組の袋状部材５１はほぼ完全に展開されることになる。また、逆に水位が低下すると、それに伴って浮屋根１２も下降し、この下降に連動して各組の袋状部材５１が折り畳められる。正常時においては、これらの動作がタンク１０の液体残量の変動に伴って繰り返されることになる。

地震が発生し、地震検知器２が所定の震度（例えば震度５強）以上の地震動を検知して地震検知信号を出力すると、電磁弁４によってボンベ３が開放状態となる。開放状態のボンベ３からは液体若しくは気体が噴出し、各袋状部材５１に送られ、図７に示すように袋状部材５１が膨張することになる。袋状部材５１が膨張すると、内側空間Ｈ１にある液体が外側空間Ｈ２に移動することや、外側空間Ｈ２にある液体が内側空間Ｈ１に移動することが妨げられることになり、タンク１０内の内容物の揺動が抑制されることになる。

なお、この例では、満液状態のときに地震が起きた場合を例示して説明しているが、タンク１０内の水位が満液よりも低い場合であろうとも、地震を検知さえすれば袋状部材５１が膨張するためにスロッシングを抑制することができる。スロッシングの波高は、タンク１０の水位が高いほど大きくなるものであるために、満液状態時の波高を基準として袋状部材５１を設計していれば、いずれの水位のスロッシングを効果的に抑制することが可能である。
ただし、液深が低くてもスロッシング揺動特性が変化し、スロッシング波高が著しくなる場合もあるので、液深の異なる場合についても事前に数値計算、縮尺模型実験及び数値解析などで確認しておく必要がある。

以上のように本実施形態によれば、袋状部材５１が液体若しくは気体が注入されることで膨張するものであるので、ボンベ３から液体若しくは気体が注入されない場合、つまり地震が検知されていない場合においては袋状部材５１を平坦にした状態で待機させることが可能となる。そして、地震検知器２が地震を検知して、地震検知信号を出力すると、電磁弁４がボンベ３を開放状態にして、複数の袋状部材５１が膨張することになる。膨張することで、一定の剛性を得ることになり、袋状部材５１がスロッシング抑制部材として機能することになる。

また、袋状部材５１は、従来のスロッシング抑制部材である板状部材と比しても薄く形成できるので、平常時における体積を従来よりも低減でき、タンク畜液量のロスを抑えることが可能となる。
特に、水位が最も低い位置である場合には、抑制部５の厚さ分だけ浮屋根１２は浮いた状態となるが、袋状部材５１を重ね合わせても常時、比較的薄くできるためタンク１０の内容物はほとんど全て回収することができる。
したがって、これらのことにより、スロッシング抑制効果を維持しつつも、平常時におけるスロッシング抑制部材の体積を低減して、タンク畜液量のロスを抑制することが可能となる。

また、袋状部材５１は、従来、スロッシング抑制部材として用いられていた板状部材と比しても軽量であるために浮屋根１２に対する負荷も低減することができる。
また、上記実施形態では、ボンベ３が浮屋根１２に搭載されているので、浮屋根１２の重量だけでなくボンベ３の重量もスロッシング高さの抑制に作用することになり、より効果的にスロッシングを抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、本実施形態では、ボンベ３が浮屋根１２上に設置されている場合を例示して説明したが、ボンベ３の設置箇所は如何様でも良く、例えば図８に示すようにボンベ３をタンク１０の側方に設置するようにしてもよい。また、袋状部材５１に供給される総容積に応じて、適切な数のボンベ３を設置する必要がある。

また、本実施形態では、ボンベ３内の内容物が袋状部材５１に供給される場合を例示して説明したが、袋状部材５１内に液体を注入するのであればタンク１０の内容物をポンプによって袋状部材５１に供給することも可能である。この場合、タンク１０が本発明に係る貯留部となり、ポンプが供給部となる。

また、本実施形態では、タンク１０の内部空間を２分割する場合を例示して説明したが、例えば図９に示すように各組の袋状部材５１を二重円状に配置して内部空間を３分割するようにしてもよい。もちろん、分割数は４以上であってもよい。なお、タンク１０の直径が大きい場合には、各分割空間が同心円状となる多重形式が好ましい。これについては、数値解析や模型実験によって適切な使用や効果を検証しておくことが望ましい。

本実施形態のスロッシング抑制装置の概略構成を示す上面図である。 図１のスロッシング抑制装置を示す側断面図である。 図１のスロッシング抑制装置に備わる複数の袋状部材の連結部分を示す正面図である。 図３の袋状部材の各組の配置例を示す上面図である。 タンクの液体残量が少ない場合の各組の袋状部材の状態を示す側断面図である。 タンクが満液状態である場合の各組の袋状部材の状態を示す側断面図である。 各組の袋状部材が膨張した状態を示す側断面図である。 図２におけるボンベの搭載位置の変形例を示す側断面図である。 図４における各組の袋状部材の配置変形例を示す上面図である。

符号の説明

１ スロッシング抑制装置
２ 地震検知器
３ ボンベ（貯留部）
４ 電磁弁（供給部）
５ 抑制部
１０ タンク
１１ 液体貯漕
１２ 浮屋根
１３ 浮き部材（ポンツーン）
１４ デッキ板
１５ 貫通孔
３１ 連通管
５１ 袋状部材
５２ 連結部
５３ 連通部

Claims (2)

1. 液面に浮き当該液面を覆う浮屋根を備えるタンクに搭載されるスロッシング抑制装置であって、
   地震を検知する地震検知器と、
   液体若しくは気体を貯留する貯留部と、
   前記地震検知器からの地震検知信号に基づいて、前記貯留部内の液体若しくは気体を供給する供給部と、
   前記タンクのスロッシングを抑制する抑制部とを有し、
   前記抑制部は、前記貯留部に連通して、前記貯留部からの液体若しくは気体が供給されることで膨張する複数の袋状部材を備え、
   前記複数の袋状部材は、互いに連通した状態で前記タンクの高さ方向に折り畳み自在となるように連結されていて、前記複数の袋状部材のうち、上位の袋状部材が前記浮屋根に固定されるとともに、下位の袋状部材が前記タンクの底に固定されることで、前記浮屋根の前記高さ方向の位置に連動して前記複数の袋状部材が前記高さ方向に展開、折り畳みされ、
   前記地震検知器が地震を検知して、前記地震検知信号を出力すると、前記供給部が前記貯留部から液体若しくは気体を供給して、前記複数の袋状部材を膨張させることを特徴とするスロッシング抑制装置。
2. 請求項１記載のスロッシング抑制装置において、
   前記高さ方向に折り畳み自在に連結された複数の袋状部材を一組として、
   複数組の前記袋状部材によって、前記タンク内部が仕切られていることを特徴とするスロッシング抑制装置。

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