JP6839569B2 - オープンラック式気化装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、オープンラック式気化装置に関する。

特許文献１には、オープンラック式気化装置が記載されている。オープンラック式気化装置は、低温流体が流れるよう構成された下部ヘッダー管、下部ヘッダー管に対して平行に配設されかつ、加熱された流体が流れるよう構成された上部ヘッダー管、及び下部ヘッダー管及び上部ヘッダー管に沿う方向に並設されかつ、それぞれ上下方向に延びて下部ヘッダー管と上部ヘッダー管とを互いに連通するように構成された複数の伝熱管を備えている。オープンラック式気化装置は、伝熱管において、下部ヘッダー管から供給された低温流体と、伝熱管の表面を流下する熱媒体との間で熱交換を行い、流体を加熱するよう構成されている。

こうしたオープンラック式気化装置では、例えば特許文献２にも記載されているように、隣り合う伝熱管同士を、スポット溶接によって接合することで上下左右に広がる板状の熱交換パネルを構成する場合がある。

特許文献１にはまた、並設された複数の熱交換パネルを一組として、各熱交換パネルの下部ヘッダー管の一端を、低温流体を各下部ヘッダー管に分配するマニホールドにより互いに連結する一方、下部ヘッダー管の他端（閉塞端）を、タイバーによって互いに連結する構成が記載されている。前記マニホールド及びタイバーのそれぞれが、架構に固定されることによって、複数の熱交換パネルを一体的に架構に支持している。特許文献１にはまた、タイバーを上下動可能に保持することによって、地震時の熱交換パネルの振動に対処することが記載されている。

実公平４−４３７４８号公報 実開昭６１−６３５７９号公報

オープンラック式気化装置における地震対策は従来から行われており、オープンラック式気化装置に地震時の荷重が作用したときには、有害な損傷などが発生しないように設計されている。しかしながら、近年は、巨大地震等の発生時においても、より速やかに運転再開できるよう、オープンラック式気化装置の耐震性能を効果的に向上させることが求められている。具体的には、巨大地震を受けた場合について、オープンラック式気化装置に許容される残留変位の低減が要求される。耐震性能向上の検討過程において、本願発明者らが動的解析を行ったところ、オープンラック式気化装置の耐震性能を効果的に向上させる地震対策方法が、新たにわかった。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オープンラック式気化装置の地震対策を効果的に行うことにある。

本願発明者らが行った動的解析に基づくと、地震時の荷重がオープンラック式気化装置に入力することによって、上下方向に延びる伝熱管が、水平方向に大きく変形し得ることが判明した。そのため、地震時の荷重が入力したときに伝熱管が変形してしまうことを防止すべく、例えば伝熱管の変形を防止する変形規制部材を、伝熱管の表面に当てて配設することが考えられる。しかしながら、オープンラック式気化装置では、伝熱管の表面を熱媒体が流下するため、伝熱管の表面に変形規制部材を当ててしまうと、熱媒体の流下に支障が生じ、オープンラック式気化装置としての性能が低下してしまう。

そこで、本願発明者らは、伝熱管に変形規制部材を接触（つまり、間隔をゼロとする）させながらも、熱媒体の極端な飛散を回避できるような形状の変形規制部材を考案して試してみたが、熱媒体の霧状飛沫が増加したり、熱媒体が部材を伝って架構外に漏れたりしたため、周辺の鉄製部材の腐食が促進されてしまった。そのような状態でも、オープンラック式気化装置を運転することは可能であるが、継続運転により、貝殻等が変形規制部材に堆積すると、熱媒体の水膜流の落下を部分的に阻害して、熱媒体の飛散が増加したり、さらに悪化すると、気化装置の気化性能が低下したりする懸念を払拭することができなかった。そのため、本願発明者らは、伝熱管と変形規制部材との間には、一定の間隔を設けることが必要であると知見するに至り、ここに開示する技術を完成させた。つまり、ここに開示する技術は、こうしたオープンラック式気化装置特有の事情を考慮したものである。

具体的に、ここに開示するオープンラック式気化装置は、架構と、前記架構に支持されると共に、水平方向である第１方向に延びて配設された下部ヘッダー管、前記下部ヘッダー管の上方位置で前記下部ヘッダー管に対して平行に配設された上部ヘッダー管、前記下部ヘッダー管及び前記上部ヘッダー管に沿って前記第１方向に並設されかつ、それぞれ上下方向に延びて前記下部ヘッダー管と前記上部ヘッダー管とを互いに連通するように構成された複数の伝熱管、及び、前記伝熱管の上端部から、前記伝熱管の表面に沿って熱媒体を流下させるように、前記伝熱管に熱媒体を供給するよう構成された熱媒体供給手段を有し、前記伝熱管において流体と前記表面を流下する熱媒体との間で熱交換を行い、前記流体を加熱するよう構成された気化装置本体と、上下方向に延びる前記伝熱管を挟んで、前記第１方向に直交する第２方向の両側それぞれに配設されて前記架構に支持されると共に、前記気化装置本体に地震荷重が入力されることによって前記伝熱管が変形をするときに、その損傷前に当該伝熱管が接触することによって、前記伝熱管がそれ以上に変形することを規制するよう構成された変形規制部材と、を備える。

そして、前記変形規制部材は、前記伝熱管の表面から、前記第２方向に所定の間隔を空けて配設されている。

この構成によると、伝熱管を挟んだ、第２方向の両側それぞれに配設された変形規制部材は、伝熱管の表面から、第２方向に所定の間隔を空けて配設されている。これにより、熱媒体は、伝熱管の表面を流下することが可能になる。伝熱管において熱交換が行われて流体が昇温する。こうして、オープンラック式気化装置の性能が確保される。

地震時に、気化装置本体に荷重が入力されて伝熱管が変形するときには、伝熱管と変形規制部材との間の、所定の間隔分だけ伝熱管が変形し、伝熱管は、損傷する前に、変形規制部材に接触する。変形規制部材は、伝熱管がそれ以上に変形することを防止する。その結果、伝熱管の残留変位が許容範囲に収まり、地震後にオープンラック式気化装置を継続して使用可能になる。

そして、前記オープンラック式気化装置は、前記伝熱管を挟んだ前記第２方向の両側それぞれにおいて、前記伝熱管における上下方向の中央付近に配設されて前記架構に支持されると共に、前記第１方向に延びるよう構成されたメンテナンス用の足場を備え、前記変形規制部材は、前記足場に取り付けられている。

本願発明者らが行った動的解析によると、上下方向に延びる伝熱管は、地震時の荷重入力時に、第２方向に、たわむように変形をして、上下方向の中央付近において最も大きく変形し得る。従って、伝熱管における上下方向の中央付近に配設された足場に変形規制部材を取り付けることによって、伝熱管の変形を効果的に防止することが可能になる。

また、オープンラック式気化装置が備えている既存の足場に、変形規制部材を取り付けることが可能であるため、既存のオープンラック式気化装置の地震対策を、簡易に実施することが可能になる。

ここで、伝熱管の表面と変形規制部材との「所定の間隔」の上限値は、一例として、次のような考え方に従って設定することが可能である。つまり、オープンラック式気化装置における伝熱管は、圧力容器であり、圧力容器は、地震荷重が入力された場合でも気密性を確保する必要がある。具体的に、圧力容器は、一次応力が許容値を満足しかつ、二次応力が許容値を満足することが出来れば、十分気密性を満足するとともに、有害な残留変形も発生しない。ここで「一次応力」及び「二次応力」はそれぞれ、圧力容器の設計に関する専門用語であり、一次応力は、荷重制御型応力であり、二次応力は、変位制御・ひずみ制御型応力である。

伝熱管の表面と変形規制部材との間隔を、ある間隔に設定したと仮定し、その間隔に等しい強制変位を伝熱管に載荷したときの、伝熱管の一次応力及び二次応力が、それぞれ許容値を満足するか否かを判断する。伝熱管の一次応力及び二次応力が許容値を満足しないときは、間隔が広すぎることになる。そのようにして、伝熱管の一次応力及び二次応力が、それぞれ許容値を満足し得る最大の間隔を、近似的に伝熱管の表面と変形規制部材との間隔の最大値と定め得ることを、発明者らは、新たに知見した。

ここで、一次応力の許容値は、「高圧ガス設備等耐震設計指針」、「製造設備等耐震設計指針」に従うと、例えば伝熱管の自重（伝熱管内の内容物を含む）、内圧、地震時の慣性力、及び、伝熱管が接続される配管反力の組み合わせに対し、１．５Ｓ以下と定めることが可能である。ここで、Ｓは、Ｓ＝MIN（０．６Ｓｕ，０．９Ｓｙ）であり、Ｓｕは、引っ張り強さ、Ｓｙは、降伏点又は０．２％耐力である。

また、二次応力の許容値は、前記圧力容器の規格に従うと、例えば地震時の慣性力、配管反力、及び、オープンラック式気化装置の架構の強制変位の組み合わせの繰り返し範囲に対し、２Ｓｙ以下と定めることが可能である。

こうして設定される、伝熱管の表面と変形規制部材との間隔の最大値以下となるように、変形規制部材を配設することにより、地震時には、伝熱管が、許容応力を超えて過度に変形することが防止され、伝熱管の損傷を防止することが可能になる。
尚、伝熱管の表面と変形規制部材との「所定の間隔」の上限値は、その他、様々な手法を用いて決定することも可能である。

すなわち、前記所定の間隔は、地震の後の前記伝熱管に、気密性が確保できなくなりかつ、前記熱媒体の流下阻害を引き起こすような残留変形を発生させない間隔に設定されている、とすればよい。ここで、気密性が確保できないとは、具体的には、伝熱管にクラック等が発生することである。また、熱媒体の流下阻害とは、具体的には、伝熱管周りの熱媒体が減少することで、熱媒体の「水膜切れ」「飛散」及び／又は「剥離」等が発生することである。

こうすることで、地震後においても、オープンラック式気化装置を、継続して運転することが可能になる。

前記伝熱管と前記変形規制部材との間隔は、狭い方が、伝熱管の変形を防止する上では有利になる。しかしながら、伝熱管の表面における熱媒体の流下に影響を与えるほど、前記伝熱管と前記変形規制部材との間隔を狭くすることは、好ましくない。前記伝熱管と前記変形規制部材との間隔は、前記伝熱管の表面を流れる前記熱媒体の厚み以上に設定されている、ことが好ましい。

こうすることで、オープンラック式気化装置の通常運転時には、伝熱管の表面を熱媒体がスムースに流下するようになり、オープンラック式気化装置の運転性能が低下してしまうことが防止される。

ここで、オープンラック式気化装置において、前記熱媒体としては、例えば海水が使用されるが、熱媒体中のゴミや貝殻等の異物が、伝熱管と変形規制部材との間に引っかかってしまうと、当該箇所においては熱媒体が流下しなくなってしまう。そのため、異物の引っかかりを確実に防止すべく、前記伝熱管と前記変形規制部材との間隔は、ある程度の余裕を持って設定することが好ましい。

また、オープンラック式気化装置の運転中に、伝熱管の表面に氷が付着してしまった場合においても、熱媒体の流下に支障が生じないよう、伝熱管の表面を流れる熱媒体の厚みに対して、伝熱管の表面に付着する氷の厚みを加えた厚み以上となるように、伝熱管と変形規制部材との間隔を設定してもよい。

前記第１方向に並設した複数の前記伝熱管は、互いに接合されることによって前記第１方向に広がる熱交換パネルを構成し、前記変形規制部材は、少なくとも、前記熱交換パネルにおける前記第１方向の両端部付近それぞれに配設されている、としてもよい。

本願発明者らが行った動的解析によると、複数の伝熱管が互いに接合して構成される熱交換パネルにおいては、地震時の荷重が気化装置本体に入力したときに、熱交換パネルが、鉛直軸を中心として回転するように変形することがわかった。つまり、熱交換パネルにおいては、第１方向の両端部付近の変形量が相対的に大きくなり得る。そのため、変形規制部材を、少なくとも、熱交換パネルにおける第１方向の両端部付近それぞれに配設すれば、熱交換パネルが回転するように変形したときに、熱交換パネルにおける第１方向の両端部が、変形規制部材に速やかに当たるようになり、熱交換パネルがそれ以上に変形してしまうことが、効果的に防止される。

ここで、変形規制部材は、伝熱管の表面における熱媒体の流下に悪影響を与える虞があるため、変形規制部材の配設箇所をできるだけ少なくすることは、オープンラック式気化装置を安定して運転する上で有利になる。例えば、変形規制部材を、熱交換パネルにおける第１方向の両端部付近それぞれにのみ配設し、他の箇所には、変形規制部材を配設しないようにすれば、オープンラック式気化装置の安定運転を可能にしつつ、地震時には、熱交換パネルの変形を効果的に防止することが可能になる。

前記下部ヘッダー管は、前記第１方向の両端部それぞれにおいて、前記架構に固定され、前記上部ヘッダー管は、前記第１方向の中間部において、前記架構に吊り下げ支持されている、としてもよい。尚、「第１方向の中間部」は、上部ヘッダー管の第１方向の両端部を除く部分である。

この構成によると、下部ヘッダー管が第１方向の両端部それぞれにおいて、架構に固定されていることで、下部ヘッダー管は、この箇所においては変形し難くなり、中央部の変形が大きくなる。尚、オープンラック式気化装置の支持部は、熱応力の発生を抑制するため、適宜、拘束を解放しているので、ここでは、３次元の並進方向およびその方向での回転変形に関する６つの自由度が１つでも拘束されている状態を「固定」と称する。

一方、上部ヘッダー管は、第１方向の中間部付近の、例えば２か所において、前記架構に吊り下げ支持されており、架構の柱が第２方向に変形することに追従して、ほぼ剛体的に変位する。伝熱管の変形量は、それ自体の変形量と上部ヘッダー管及び下部ヘッダー管の変形量の複合となるが、その大きさは一般に、熱交換パネルの端部で大きくなることが解析結果より、新たに判明した。従って、特に熱交換パネルにおいては、少なくとも第１方向の両端部付近それぞれに、変形規制部材を配設することにより、熱交換パネルの変形を効果的に防止することが可能になる。

前記下部ヘッダー管は、前記第２方向に間隔を空けて、複数、並設しており、複数の前記下部ヘッダー管は、前記第１方向の両端部それぞれが、互いに連結されており、複数の前記下部ヘッダー管を連結した箇所が、前記架構に固定されている、としてもよい。

本願発明者らが行った動的解析によると、複数の下部ヘッダー管を互いに連結している構成においては、前述した熱交換パネルの回転方向の変形量が大きくなることが判明した。従って、少なくとも、熱交換パネルにおける第１方向の両端部付近それぞれに、変形規制部材を配設することにより、熱交換パネルの変形を効果的に防止することが可能になる。

ここに開示するオープンラック式気化装置はまた、架構と、前記架構に支持されると共に、水平方向である第１方向に延びて配設された下部ヘッダー管、前記下部ヘッダー管の上方位置で前記下部ヘッダー管に対して平行に配設された上部ヘッダー管、前記下部ヘッダー管及び前記上部ヘッダー管に沿って前記第１方向に並設されかつ、それぞれ上下方向に延びて、下端部が前記下部ヘッダー管に、上端部が前記上部ヘッダー管に接続することによって、前記下部ヘッダー管と前記上部ヘッダー管とを互いに連通するように構成された複数の伝熱管、及び、前記伝熱管の上端部から、前記伝熱管の表面に沿って熱媒体を流下させるように、前記伝熱管に熱媒体を供給するよう構成された熱媒体供給手段を有し、前記伝熱管において流体と前記表面を流下する熱媒体との間で熱交換を行い、前記流体を加熱するよう構成された気化装置本体と、上下方向に延びる前記伝熱管を挟んで、前記第１方向に直交する第２方向の両側それぞれに配設されて前記架構に支持されると共に、前記気化装置本体に地震荷重が入力されることによって前記伝熱管が変形をするときに、その損傷前に当該伝熱管が接触することによって、前記伝熱管がそれ以上に変形することを規制するよう構成された変形規制部材と、を備え、前記第１方向に並設した複数の前記伝熱管は、互いに接合されることによって前記第１方向に広がる熱交換パネルを構成し、前記変形規制部材は、前記熱交換パネルにおける前記第１方向の両端部付近それぞれに配設されている。

以上説明したように、前記のオープンラック式気化装置によると、伝熱管を挟んだ、第２方向の両側それぞれに、伝熱管の表面から、第２方向に所定の間隔を空けて変形規制部材を配設することにより、伝熱管の表面において熱媒体が流下することに影響を与えることなく、地震時の荷重が気化装置本体に入力されたときには、伝熱管の変形を抑制することができ、オープンラック式気化装置の地震対策を効果的に行うことができる。

図１は、オープンラック式気化装置の構成を示す、一部断面の正面図である。 図２は、熱交換パネルの構成を概念的に示す斜視図である。 図３は、図１のIII−III断面図である。 図４は、図３のIV−IV断面図である。 図５は、熱交換パネルを側方から見たときの変位状態を説明するための図である。 図６は、熱交換パネルを上方から見たときの変位状態を説明するための図である。

以下、ここに開示するオープンラック式気化装置（Open Rack Vaporizer：以下、ＯＲＶ）について、図面を参照しながら詳細に説明をする。尚、以下の説明は例示である。以下においては、説明の便宜上、図１の紙面左右方向をＸ方向、紙面上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向とする。

（ＯＲＶの全体構成）
図1は、ＯＲＶ１の全体構成を示している。このＯＲＶ１は、流体である液化天然ガス（ＬＮＧ）を、熱媒体としての海水によって加熱して気化する装置である。ＯＲＶ１は、架構１１と、このＯＲＶ１の例ではＬＮＧが流れる下部ヘッダー管２１と、このＯＲＶ１の例では気化した天然ガス（ＮＧ）が流れる上部ヘッダー管３１と、下部ヘッダー管２１と上部ヘッダー管３１とを互いに連通するように構成された複数の伝熱管４１により構成される熱交換パネル４と、熱交換パネル４の外表面に熱媒体を供給するよう構成された熱媒体供給手段５と、を備えている。

下部ヘッダー管２１は、水平方向であるＸ方向に延びるように配設されている。下部ヘッダー管２１の一端（図１における紙面右端）は、図２にも示すように、入口マニホールド２２に接続されている。入口マニホールド２２は、図には詳細に示していないが、Ｙ方向に延びている。入口マニホールド２２は、ノズル２３を通じて供給されたＬＮＧを、複数の下部ヘッダー管２１に分配する。下部ヘッダー管２１の他端（図１における紙面左端）は、閉塞している。

上部ヘッダー管３１は、下部ヘッダー管２１の上方位置で、下部ヘッダー管２１に対して平行に配設されている。従って、上部ヘッダー管３１も、Ｘ方向に延びるように配設されている。上部ヘッダー管３１の一端（図１における紙面右端）は、図２にも示すように、出口マニホールド３２に接続されている。出口マニホールド３２は、図２に示すように、Ｙ方向に延びている。出口マニホールド３２は、複数の上部ヘッダー管３１から集めたＮＧを、ノズル３３を通じて送り出す。上部ヘッダー管３１の他端（図１における紙面左端）は、閉塞している。

熱交換パネル４は、Ｚ方向に延びて配設されかつ、下部ヘッダー管２１と上部ヘッダー管３１とを互いに連通する複数の伝熱管４１によって構成されている。複数の伝熱管４１は、図１においては一部のみを図示しているが、下部ヘッダー管２１及び上部ヘッダー管３１に沿って、Ｘ方向に並設している。

伝熱管４１は、図３及び図４に示すように、円管状の本体４２と、本体４２の外周面から径方向の外方に向かって、放射状に広がる複数のフィン４３とを含んで構成されている。各フィン４３は、Ｚ方向に延びている。尚、フィン４３の形状は、放射状に広がることに限定されない。また、伝熱管４１の本体は、円管状であることに限定されない。

熱交換パネル４は、隣り合う伝熱管４１のフィン４３同士が突き合わさった箇所を、スポット溶接によって互いに接合することによって構成されている。熱交換パネル４は、Ｘ方向及びＺ方向のそれぞれに広がる板状である。

熱交換パネル４は、図２に概念的に示すように、Ｙ方向に、所定の間隔を空けて並設されている。このＯＲＶ１では、一例として、４枚の熱交換パネル４を一組として構成している。つまり、４枚の熱交換パネル４に対応する４本の下部ヘッダー管２１は、その一端が、同一の入口マニホールド２２に接続されていると共に、４本の上部ヘッダー管３１は、その一端が、同一の出口マニホールド３２に接続されている。４本の下部ヘッダー管２１の一端は、入口マニホールド２２によって互いに連結されており、４本の上部ヘッダー管３１の一端は、出口マニホールド３２によって互いに連結されている。

４本の下部ヘッダー管２１の他端は、Ｙ方向に延びる下側タイバー２４によって互いに連結されている。同様に、４本の上部ヘッダー管３１の他端は、Ｙ方向に延びる上側タイバー３４によって互いに連結されている。

入口マニホールド２２は、Ｙ方向の中央部が、支持部材２５を介して架構１１に固定されている（図１及び図６参照）。下側タイバー２４は、Ｙ方向の中央部が、支持部材２６を介して架構１１に固定されている。こうして、下部ヘッダー管２１は、架構１１に対し、相対的に（つまり、上部ヘッダー管３１に比べて）強固に、固定されている。尚、支持部材２５と熱交換パネル４の端までの距離Ｌ１と、支持部材２６と熱交換パネル４の端までの距離Ｌ２とを比較すると、距離Ｌ１の方が長い。

これに対し、上部ヘッダー管３１は、各々が、架構１１に対して吊り下げ支持されている。つまり、図１及び図２に示すように、上部ヘッダー管３１の中央側における２箇所が、架構１１に固定された吊り下げ部材３５、３５に係合することによって、上部ヘッダー管３１は、架構１１に支持されている。

熱媒体供給手段５は、トラフ５１を有している。トラフ５１は、図２においては図示を省略するが、熱交換パネル４を挟んだＹ方向の両側それぞれにおいて、熱交換パネル４の上端部付近に、熱交換パネル４に近接して配設されている。トラフ５１は、Ｘ方向に延びて配設され、その両端部が、架構１１に支持されている。トラフ５１は、図示は省略するが、上向きに開口していると共に、底部に接続された海水供給管５２を通じて海水が供給される。トラフ５１の上端縁から溢れ出した海水は、トラフ５１に近接した熱交換パネル４の表面に沿って流れ落ちる。

以上のように構成されたＯＲＶ１において、ＬＮＧは、入口マニホールド２２及び下部ヘッダー管２１を経て、各伝熱管４１に流入する。ＬＮＧは、伝熱管４１内を流れる間に、伝熱管４１の外表面を流れ落ちる海水と熱交換を行って、気化する。ＮＧは、伝熱管４１の上端から、上部ヘッダー管３１及び出口マニホールド３２を経て、ＯＲＶ１の外部に送り出される。

（ＯＲＶの耐震構成）
このＯＲＶ１には、地震荷重が入力したときに、熱交換パネル４の損傷を防止するための耐震構造を付加している。以下、ＯＲＶ１の耐震構造について、詳細に説明をする。

耐震構造を付加したＯＲＶ１に限らず、ＯＲＶ１には一般的に、図１、図３及び図４に示すように、熱交換パネル４を挟んだＹ方向の両側それぞれに、メンテナンス用の足場６が設けられている。足場６は、熱交換パネル４の上下方向の中央部付近、詳細に、図１の例のＯＲＶ１においては、足場６は、熱交換パネル４の上下方向の中央よりも下側の位置に、配設されている。足場６は、熱交換パネル４の表面に沿って、Ｘ方向に延びている。足場６の両端は、架構１１に支持されている。

足場６は、図３及び図４に一例として示すように、それぞれＸ方向に延びる一対の溝形鋼６１の上に、床板６２を載置することによって構成されている。床板６２の外周囲には、蹴止め板６３が立設している。蹴止め板６３は、熱交換パネル４に対して、所定の間隔を空けて、熱交換パネル４の外表面に向かい合うように配設されている。

蹴止め板６３には、地震荷重がＯＲＶ１に入力したときの、熱交換パネル４の変形を規制する変形規制部材７が取り付けられている。変形規制部材７は、熱交換パネル４を挟んだＹ方向の両側それぞれに、配設されている。変形規制部材７は、立設した蹴止め板６３に係合する係合部７１と、熱交換パネル４の外表面に向かい合って熱交換パネル４の変形時に、熱交換パネル４が当たる当接部７２と、を有している。

係合部７１は、横断面が逆Ｕ字状に構成されており、下向きに開口する溝を有している。その開口を通じて溝内に蹴止め板６３を挿入するように、変形規制部材７の係合部７１を、蹴止め板６３の上から、蹴止め板６３に差し込むことで、変形規制部材７が足場６に取り付けられる。尚、符号６４は、変形規制部材７の係合部７１のＸ方向変位を押さえる押さえ部材である。

当接部７２は、Ｙ方向に所定の厚みを有するように構成されており、変形規制部材７が蹴止め板６３に取り付けられた状態で、熱交換パネル４と当接部７２との間隔ｔが、空けられる。

尚、前述した、足場６に対する変形規制部材７の取り付け構成は、一例であり、変形規制部材７の、足場６に対する取り付け構成は、様々な構成を、適宜採用することが可能である。

ここで、変形規制部材７は、ＯＲＶ１において、Ｘ方向の端から端まで延びる足場６の蹴止め板６３の全体に亘って取り付けられるのではなく、その一部分にのみ、取り付けられる。具体的に、変形規制部材７は、図１において破線で囲んだ、熱交換パネル４におけるＸ方向の両端部付近にのみ取り付けられている。

以下、変形規制部材７の取り付け箇所の詳細、及び、熱交換パネル４と当接部７２との間隔ｔの詳細について、説明する。

本願発明者らが、ＯＲＶ１について動的解析（固有値解析）を行ったところ、熱交換パネル４は、図５にモデル化して示すように、Ｙ方向に、たわむように変形をすることが判明した（尚、図５の矢印は、熱交換パネル４の変形を示している）。詳細には、熱交換パネル４において、下部ヘッダー管２１に接続された下端部及び上部ヘッダー管３１に接続された上端部の変形は、それぞれ相対的に小さく、Ｚ方向の中央付近が最も大きく変形する。また、熱交換パネル４のＸ方向の位置によって、熱交換パネル４のＹ方向の変位量は異なり、Ｘ方向の両端が大きくなることも判明した。

また、図６にモデル化して示すように、熱交換パネル４は、鉛直軸回りに回転するような変形をする（尚、図６の矢印は、熱交換パネル４の変形を示している）。尚、図６は、変形形状の一例であり、４枚の熱交換パネル４は、常に、図６に示す変形をするとは限らないが、熱交換パネル４の変形は、端部が最大変位となることは共通している。

この回転するような変形は、複数枚の熱交換パネル４を一組として、タイバー２４、３４やマニホールド２２、３２により、Ｙ方向に互いに連結している構成においては、より大きくなることが判明した。また、下部ヘッダーがＸ方向に長いほど、その傾向は顕著である。尚、図６において、熱交換パネル４における一端側の変形量と、他端側の変形量との差が生じているのは、熱交換パネル４の端から支持部材２５までの距離Ｌ１と、熱交換パネル４の端から支持部材２６までの距離Ｌ２とが相違する影響である。また、４枚の熱交換パネル４において、変形量が相違する場合があるのは、各熱交換パネル４から支持部材２５、２６までの距離が相違する影響である。

以上の解析結果から、地震時の熱交換パネル４の変形を防止しようとすれば、熱交換パネル４に対してＹ方向の側方に、変形した熱交換パネル４が当たることで、熱交換パネル４がそれ以上に変形することを規制する部材を配設することが有効である。変形を規制する部材は、Ｚ方向については、熱交換パネル４の中央付近に配設することが最も有効であり、Ｘ方向については、熱交換パネル４の両端付近に配設することが最も有効である。これらの箇所は、熱交換パネル４の変形量が大きいため、熱交換パネル４の変形時に、熱交換パネル４が速やかに変形規制部材７に当たるようになるためである。

そこで、前記のＯＲＶ１では、変形規制部材７を、足場６に取り付ける。これにより、熱交換パネル４に対して、Ｙ方向の側方でかつ、Ｚ方向の中央付近に、変形規制部材７を配設することが可能になる。

また、変形規制部材７は、図１に示すように、足場６におけるＸ方向の両端部に取り付ける。これにより、熱交換パネル４に対して、Ｘ方向の両端付近に、変形規制部材７を配設することが可能になる。ここで、変形規制部材７のＸ方向の長さは、適宜の長さに設定することが可能である。変形規制部材７のＸ方向の長さを、例えば伝熱管４１の数本分（２〜１０本程度）の長さとしてもよい。後述のように、熱交換パネル４の表面を流下する海水の流れに悪影響を与えるリスクを低減する上では、変形規制部材７のＸ方向の長さをできるだけ短くすることが有利になる。変形規制部材７を、熱交換パネル４に対して、Ｘ方向の両端付近にのみ配設することは、熱交換パネル４の表面において海水の流下に悪影響を与えずかつ、熱交換パネル４の変形を効果的に防止することを可能にする。

変形規制部材７は、熱交換パネル４の変形を防止する部材であるため、熱交換パネル４の表面に接触させて配設すれば、熱交換パネル４の変形を、最も確実に防止することができるようになる。しかしながら、ＯＲＶ１では、熱交換パネル４の表面を海水が流下するため、熱交換パネル４の外側に変形規制部材７を接触させてしまうと、海水の流下に支障が生じ、ＯＲＶ１としての性能が低下してしまう。

そこで、このＯＲＶ１では、変形規制部材７を、熱交換パネル４の表面から、Ｙ方向に所定の間隔ｔを空けて配設している。こうすることで、変形規制部材７は、熱交換パネル４の表面を海水が流下することに影響を与えることなく、かつ、地震時に、変形規制部材７は、熱交換パネル４の変形を有効に防止することが可能になる。

ここで、熱交換パネル４の表面と変形規制部材７との間隔ｔの上限値は、例えば次のような考え方に従って設定することが可能である。つまり、ＯＲＶ１における伝熱管４１は、圧力容器であり、圧力容器は、地震時に気密性を確保することが要求される。また、ＯＲＶ１の地震後の継続運転を考慮した場合、ＯＲＶ１は、その伝熱機構より過度の残留変位を発生しないことが要求される。具体的には、「高圧ガス設備等耐震設計指針」、「製造設備等耐震設計指針」で規定されている中小規模地震に対する許容値を満足すれば良い。ここで、前記規格の中小規模地震に対する許容値とは、圧力容器の塑性化の範囲を局部的な塑性ひずみに限定し、目視にて判別可能なような大きな残留変位を発生させないことを意味する。

熱交換パネル４の表面と変形規制部材７との間隔ｔを、ある間隔に設定したと仮定し、その間隔に等しい強制変位を熱交換パネル４（伝熱管４１）に載荷したときの、伝熱管４１の一次応力及び二次応力が、それぞれ許容値を満足するか否かに基づき、伝熱管４１の一次応力及び二次応力が、それぞれ許容値を満足し得る最大の間隔を、近似的に熱交換パネル４の表面と変形規制部材７との間隔ｔの最大値と定めることができる。

ここで、一次応力の許容値は、前記圧力容器の規格に従うと、例えば伝熱管４１の自重（伝熱管４１内の内容物を含む）、内圧、地震時の慣性力、及び、伝熱管４１が接続される配管反力の組み合わせに対し、１．５Ｓ以下と定めることが可能である。ここで、Ｓは、Ｓ＝MIN（０．６Ｓｕ，０．９Ｓｙ）であり、Ｓｕは、引っ張り強さ、Ｓｙは、降伏点又は０．２％耐力である。また、「１．５」「０．６」「０．９」の値はそれぞれ、圧力容器の規格に従う値である。

また、二次応力の許容値は、前記圧力容器の規格に従うと、例えば地震時の慣性力、配管反力、及び、オープンラック式気化装置の架構の強制変位の組み合わせの繰り返し範囲に対し、２Ｓｙ以下と定めることが可能である。「２」の値は、圧力容器の規格に従う値である。

尚、一般的な圧力容器の規格では一次応力、二次応力ともに発生応力の許容値は地震動の規模に対して異なり、中小規模地震動をレベル１地震動、大規模地震動をレベル２地震動とすると、レベル２地震動の許容値は、部材の塑性化によるエネルギー吸収を考慮して、レベル１地震動の許容値の約２倍である。本願発明では、地震後の継続運転を考慮してレベル２地震動に対して、レベル１地震動の許容値を満足することも可能である。

こうして設定される、熱交換パネル４の表面と変形規制部材７との間隔ｔの最大値以下となるように、変形規制部材７を配設することにより、地震時には、熱交換パネル４が、許容応力を超えて過度に変形することが防止され、熱交換パネル４の損傷を防止することが可能になる。つまり、地震の後の伝熱管４１に、気密性が確保できなくなりかつ、熱媒体の流下阻害を引き起こすような残留変形を発生させないことが可能になる。具体的には、地震の後の伝熱管４１に、クラック等が発生することが回避されると共に、伝熱管４１の周りの熱媒体が減少することで、「水膜切れ」「飛散」及び／又は「剥離」等が発生することが回避される。

また、熱交換パネル４と変形規制部材７との間隔ｔは、狭い方が、熱交換パネル４の変形を防止する上では有利になる。しかしながら、熱交換パネル４の表面における熱媒体の流下に影響を与えるほど、熱交換パネル４と変形規制部材７との間隔ｔを狭くすることは、好ましくない。熱交換パネル４と変形規制部材７との間隔ｔは、熱交換パネル４の表面を流れる海水の厚み（５〜１０ｍｍ）以上に設定されていることが好ましい。

こうすることで、通常運転時には、熱交換パネル４の表面を海水がスムースに流下するようになり、ＯＲＶ１の運転性能が低下してしまうことが防止される。

ここで、海水中のゴミや貝殻等の異物が、熱交換パネル４と変形規制部材７との間に引っかかってしまうと、当該箇所においては海水が流下しなくなってしまう。そのため、異物の引っかかりを確実に防止すべく、熱交換パネル４と変形規制部材７との間隔ｔは、ある程度の余裕を持って設定することが好ましい。

また、ＯＲＶ１の運転中に、熱交換パネル４の表面に氷が付着してしまった場合においても、海水の流下に支障が生じないよう、熱交換パネル４の表面を流れる海水の厚みに、熱交換パネル４の表面に付着する氷の厚みを加えた厚み以上に、熱交換パネル４の表面と変形規制部材７との間隔ｔを設定してもよい。

以上の点を考慮して、熱交換パネル４と変形規制部材７との間隔ｔは、解析手法にもよるが、具体的には、５〜１００ｍｍとなるように設定してもよい。

そして、熱交換パネル４と変形規制部材７との間に異物が引っかかってしまうリスクを低減するには、変形規制部材７の配設箇所をできるだけ少なくすることが有利になる。

また、前記の構成のように、変形規制部材７を、足場６に取り付けることによって、既存のＯＲＶ１の耐震性能を、容易に、向上させることができる。

前記の構成では、変形規制部材７を、熱交換パネル４に対して、Ｘ方向の両端付近にのみ配設しているが、Ｘ方向の両端付近に加えて、Ｘ方向の中央側にも、変形規制部材７を配設するようにしてもよい。

また、変形規制部材７は、熱交換パネル４におけるＸ方向の全域に亘って、配設するようにしてもよい。この場合、変形規制部材７は、必ずしも、Ｘ方向に連続している必要はない。

Ｘ方向の複数箇所に変形規制部材７を配設する構成においては、熱交換パネル４の表面と変形規制部材７との間隔ｔを一定にするのではなく、Ｘ方向の配設箇所に応じて、熱交換パネル４の表面と変形規制部材７との間隔ｔを変更するようにしてもよい。

また、前記の構成では、ＯＲＶ１において、隣り合う伝熱管４１同士が溶接により接合されているが、伝熱管４１は、互いに接合しなくてもよい。そのように構成されたＯＲＶ１においても、変形規制部材７を、伝熱管４１を挟んだＹ方向の両側それぞれに配設することによって、地震荷重が入力されたときの、伝熱管４１の変形を防止することが可能になる。この場合に、変形規制部材７の配設位置は、前述した配設位置には限定されず、適宜、変更することが可能である。

さらに、前記の構成では、ＯＲＶ１において、複数枚の熱交換パネル４を、Ｙ方向に互いに連結しているが、熱交換パネル４は、互いに独立であってもよい。また、互いに連結する場合においても、熱交換パネル４の数は、適宜の数に設定することが可能である。

変形規制部材７は、足場６に取り付けること以外にも、変形規制部材７を、足場６とは独立して、架構１１に固定するようにしてもよい。

また、変形規制部材７は、Ｚ方向に対しては、熱交換パネル４の中央付近の１箇所に配設しているが、変形規制部材７は、Ｚ方向に対し、２箇所、又は、３箇所に配設してもよい。

１ オープンラック式気化装置
１１ 架構
２１ 下部ヘッダー管
３１ 上部ヘッダー管
４ 熱交換パネル
４１ 伝熱管
５ 熱媒体供給手段
６ 足場
７ 変形規制部材
ｔ 間隔

Claims (7)

1. 架構と、
   前記架構に支持されると共に、水平方向である第１方向に延びて配設された下部ヘッダー管、前記下部ヘッダー管の上方位置で前記下部ヘッダー管に対して平行に配設された上部ヘッダー管、前記下部ヘッダー管及び前記上部ヘッダー管に沿って前記第１方向に並設されかつ、それぞれ上下方向に延びて前記下部ヘッダー管と前記上部ヘッダー管とを互いに連通するように構成された複数の伝熱管、及び、前記伝熱管の上端部から、前記伝熱管の表面に沿って熱媒体を流下させるように、前記伝熱管に熱媒体を供給するよう構成された熱媒体供給手段を有し、前記伝熱管において流体と前記表面を流下する熱媒体との間で熱交換を行い、前記流体を加熱するよう構成された気化装置本体と、
   上下方向に延びる前記伝熱管を挟んで、前記第１方向に直交する第２方向の両側それぞれに配設されて前記架構に支持されると共に、前記気化装置本体に地震荷重が入力されることによって前記伝熱管が変形をするときに、その損傷前に当該伝熱管が接触することによって、前記伝熱管がそれ以上に変形することを規制するよう構成された変形規制部材と、
   前記伝熱管を挟んだ前記第２方向の両側それぞれにおいて、前記伝熱管における上下方向の中央付近に配設されて前記架構に支持されると共に、前記第１方向に延びるよう構成されたメンテナンス用の足場と、を備え、
   前記変形規制部材は、前記足場に取り付けられかつ、前記伝熱管の表面から、前記第２方向に所定の間隔を空けて配設されているオープンラック式気化装置。
2. 請求項１に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記所定の間隔は、地震の後の前記伝熱管に、気密性が確保できなくなりかつ、前記熱媒体の流下阻害を引き起こすような残留変形を発生させない間隔に設定されているオープンラック式気化装置。
3. 請求項１又は２に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記伝熱管と前記変形規制部材との間隔は、前記伝熱管の表面を流れる前記熱媒体の厚み以上に設定されているオープンラック式気化装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記第１方向に並設した複数の前記伝熱管は、互いに接合されることによって前記第１方向に広がる熱交換パネルを構成し、
   前記変形規制部材は、少なくとも、前記熱交換パネルにおける前記第１方向の両端部付近それぞれに配設されているオープンラック式気化装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記下部ヘッダー管は、前記第１方向の両端部それぞれにおいて、前記架構に固定され、
   前記上部ヘッダー管は、前記第１方向の中間部において、前記架構に吊り下げ支持されているオープンラック式気化装置。
6. 請求項５に記載のオープンラック式気化装置において、
   前記下部ヘッダー管は、前記第２方向に間隔を空けて、複数、並設しており、
   複数の前記下部ヘッダー管は、前記第１方向の両端部それぞれが、互いに連結されており、
   複数の前記下部ヘッダー管を連結した箇所が、前記架構に固定されているオープンラック式気化装置。
7. 架構と、
   前記架構に支持されると共に、水平方向である第１方向に延びて配設された下部ヘッダー管、前記下部ヘッダー管の上方位置で前記下部ヘッダー管に対して平行に配設された上部ヘッダー管、前記下部ヘッダー管及び前記上部ヘッダー管に沿って前記第１方向に並設されかつ、それぞれ上下方向に延びて、下端部が前記下部ヘッダー管に、上端部が前記上部ヘッダー管に接続することによって、前記下部ヘッダー管と前記上部ヘッダー管とを互いに連通するように構成された複数の伝熱管、及び、前記伝熱管の上端部から、前記伝熱管の表面に沿って熱媒体を流下させるように、前記伝熱管に熱媒体を供給するよう構成された熱媒体供給手段を有し、前記伝熱管において流体と前記表面を流下する熱媒体との間で熱交換を行い、前記流体を加熱するよう構成された気化装置本体と、
   上下方向に延びる前記伝熱管を挟んで、前記第１方向に直交する第２方向の両側それぞれに配設されて前記架構に支持されると共に、前記気化装置本体に地震荷重が入力されることによって前記伝熱管が変形をするときに、その損傷前に当該伝熱管が接触することによって、前記伝熱管がそれ以上に変形することを規制するよう構成された変形規制部材と、を備え、
   前記第１方向に並設した複数の前記伝熱管は、互いに接合されることによって前記第１方向に広がる熱交換パネルを構成し、
   前記変形規制部材は、前記熱交換パネルにおける前記第１方向の両端部付近それぞれに配設されているオープンラック式気化装置。

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