JP7049853B2 - 気体貯蔵装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体貯蔵装置に関する。

気体貯蔵装置として、例えば、特許文献１に示されるガスホルダは、密閉構造をなすガスホルダ本体と、ガスホルダ本体内で下部のガスと上部の大気を仕切り、ガス圧によって昇降するピストンと、ピストンの周縁でガスホルダ本体の側壁内面との間をシールするシール装置と、ガスホルダ本体の下部に設けられたガス出入口管と、を含み構成されている。

ピストンは、ピストン屋根と、ピストン屋根の周囲を支持するフートリングと、フートリングの上に設置されたフレームと、フレームに取付けられた上部ガイドローラおよび下部ガイドローラと、から構成される。シール装置は、フートリングに取付けられている。

特開２００８－２８６２５５号公報

従来の気体貯蔵装置において、ガス出入口管からのガスの出入りにより、ピストンが上下運動する。この際、ピストンの姿勢を安定させるため、上部ガイドローラおよび下部ガイドローラに水平力が掛かり、それを保持するためにフレームは、ある程度の高さと剛性が必要とされる。

ここで、地震によりピストンに大きな水平力が伝わると、ピストンが傾き上部ガイドローラおよび下部ガイドローラ、さらにフレームに大きな負荷がかかる。さらに大きな地震動が繰返された場合、ピストンの傾きがますます大きくなり前記ガイドローラやフレームなどに加わる負荷も増大する。この地震動や負荷が想定以上となった場合には、それらの部分が損傷し、ひいては気体貯蔵装置の機能喪失に繋がる恐れがある。従って、より安定してピストンを保持することのできる構造が望まれている。

また、ピストンにおいて、ピストン屋根は、フートリングに支持され、このフートリングの上にフレームが設置されている。よって、ピストン屋根は、ピストンの下部に位置する。このため、ピストンがその下部のガスホルダ本体の内部に供給されたガスのガス圧によって上昇し、最も上昇した位置ではガスホルダ本体の天井とピストン屋根との間には、フレームなどのピストンの構成によりガスを貯蔵することのできないスペースが形成される。従って、より貯蔵効率を向上することのできる構造が望まれている。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ピストンを安定して保持しつつ貯蔵効率を向上することのできる気体貯蔵装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る気体貯蔵装置は、上部および下部が塞がれた筒状の貯蔵部本体と、前記貯蔵部本体の内面に対して密着されつつ前記貯蔵部本体の内部を昇降可能に設けられたピストンと、を備える気体貯蔵装置において、前記ピストンは、前記貯蔵部本体の内部に配置された円環状のフートリングと、前記フートリングの上方位置で支持されて前記フートリングの円環状の内側を覆うピストン部と、を含む。

また、本発明の一態様に係る気体貯蔵装置では、前記ピストン部は、前記フートリングに固定されて前記フートリングから上方に延在された筒状の側壁と、前記側壁の上端部に固定されて前記側壁の筒状の上部を覆う屋根と、を有することが望ましい。

また、本発明の一態様に係る気体貯蔵装置では、前記フートリングおよび前記ピストン部を水平方向に支持しつつ前記貯蔵部本体内を昇降移動可能に設けられた移動機構をさらに含み、前記移動機構は、前記ピストンの周囲に複数設けられて前記貯蔵部本体の内面に対して上下の位置で当接可能に設けられた上部ガイドローラおよび下部ガイドローラを有し、前記上部ガイドローラは、前記側壁と前記屋根との接合部に支持されていることが望ましい。

また、本発明の一態様に係る気体貯蔵装置では、前記フートリングから上方に延在して設けられて前記上部ガイドローラを支持するフレームを有し、当該フレームと前記側壁とが一体に構成されていることが望ましい。

また、本発明の一態様に係る気体貯蔵装置では、前記フートリングの下方に前記下部ガイドローラを有し、前記上部ガイドローラと前記下部ガイドローラとの間に、前記フートリングの外面と前記貯蔵部本体の内面との間に配置されたシール機構をさらに含むことが望ましい。

本発明によれば、ピストン部をフートリングの上方位置で支持したことにより、ピストンの重心を上げ、その水平位置を上部ガイドローラと下部ガイドローラの中間点に近づけることが出来る。ピストン重心の水平位置が下部ガイドローラより下にある場合、地震などによりピストンに水平力が伝わると、ピストンが傾きガイドローラやガイドフレーム、さらにガイドローラを通して貯蔵部本体に大きな負荷が加わる。この点、本発明では、ピストン重心の水平位置を下部ガイドローラの上にしたことによりピストンの傾斜を抑え、さらにピストン重心の水平位置を上部ガイドローラと下部ガイドローラの中間点に近づけたことから、上部ガイドローラと下部ガイドローラの負荷が均等化され、それぞれに大きな負荷が加わる事態を抑制することができる。この結果、ピストンを安定して保持することができる。しかも、本発明によれば、ピストン部をフートリングの上方位置で支持したことにより、ピストン部を貯蔵部本体の塞がれた上部のより近くにまで上昇移動させることができる。このため、ピストン部と貯蔵部本体の塞がれた上部との間の領域が狭まり、その分、ピストン部の下側の気体を貯留する領域の容量を大きくすることができる。この結果、貯蔵部本体の気体貯蔵量を多くしたり、気体貯蔵量を維持して貯蔵部本体を小型化したりすることができ、貯蔵効率を向上することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る気体貯蔵装置の側面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る気体貯蔵装置の垂直断面模式図である。 図３は、本発明の実施形態に係る気体貯蔵装置の水平断面模式図である。 図４は、本発明の実施形態に係る気体貯蔵装置における要部の断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る気体貯蔵装置の側面図である。図２は、本実施形態に係る気体貯蔵装置の垂直断面模式図である。図３は、本実施形態に係る気体貯蔵装置の水平断面模式図である。図４は、本実施形態に係る気体貯蔵装置における要部の断面図である。

本実施形態の気体貯蔵装置は、気体を貯蔵するものである。図１～図３に示すように、気体貯蔵装置は、外形が円筒状の貯蔵部本体１を有する。貯蔵部本体１は、基礎４（図２参照）上に円筒状の軸方向が上下方向（鉛直方向）に沿って立設されており、その外周壁を構成する側板２と、側板２の頂部に設けられた天屋根３とを有している。即ち、貯蔵部本体１は、上部および下部が塞がれた円筒状に形成されている。

この貯蔵部本体１は、側板２が回廊５と基柱６とにより補強されている。回廊５は、図１および図２に示すように、側板２の外壁面に取り付けられている。回廊５は、側板２の円筒状の周方向に沿って円環状に設けられ、かつ側板２の上下方向に複数設けられている。また、基柱６は、図３に示すように、側板２の外周面に取り付けられている。基柱６は、例えば、Ｈ鋼により構成されて側板２の外周面にフランジの一方を当接させる形態で、貯蔵部本体１における筒状の軸方向である上下方向（鉛直方向）に沿って立設され、かつ側板２の円周方向に複数配列されている。

貯蔵部本体１は、下部に気体出入口管７が設けられ、気体出入口管７を介して気体貯蔵装置内に気体（例えば、ガス）Ｇが供給または排出される。

気体貯蔵装置は、図２～図４に示すように、内部にピストン８を有する。ピストン８は、貯蔵部本体１の内部を上下の領域に区画するもので、気体出入口管７からの気体Ｇの流出入に応じて側板２の内面に沿って上下に円滑に移動し、気体Ｇを貯蔵または排出する。この構造により、気体貯蔵装置は、ピストン８で区画された下部領域を可変する可変容量のタンクとすることができる。

ピストン８は、図２～図４に示すように、フートリング８Ａと、ピストン部８Ｂと、移動機構８Ｃと、シール機構８Ｄと、を有する。

フートリング８Ａは、貯蔵部本体１における側板２の内面に沿って円周方向に設けられて円環状（リング状）に形成されている。フートリング８Ａは、垂直断面が矩形状に形成され、上面８Ａａと、下面８Ａｂと、外周面８Ａｃと、内周面８Ａｄと、を有している。フートリング８Ａは、ピストン８の重量を調整するため、箱状に形成された内部にバランスコンクリートが充填されている。

ピストン部８Ｂは、側壁８Ｂａと、屋根８Ｂｂと、を有する。側壁８Ｂａは、鋼板からなり、フートリング８Ａの上面８Ａａから上方に円筒状に形成されている。側壁８Ｂａは、その下端がフートリング８Ａに対して気密性を有して接合されている。屋根８Ｂｂは、円周方向と半径方向の屋根骨８Ｂｂ１で組み合わされた鋼材からなる骨組み上に鋼板からなる屋根板８Ｂｂ２が張られ、上側に凸となるドーム型に形成されている。屋根８Ｂｂは、骨組８Ｂｂ１および屋根板８Ｂｂ２が側壁８Ｂａの上端に対して接合され、屋根板８Ｂｂ２により側壁８Ｂａの円筒状の内側上部を覆うように屋根板８Ｂｂ２の周縁が側壁８Ｂａの上端に対して気密性を有して接合されている。即ち、ピストン部８Ｂは、屋根８Ｂｂが側壁８Ｂａを介してフートリング８Ａの上方位置で支持されてフートリング８Ａに取り付けられフートリング８Ａの円環状の内側を覆うように設けられている。

移動機構８Ｃは、図４に示すように、固定部８ＣＡと、可動部８ＣＢと、を有する。固定部８ＣＡは、貯蔵部本体１に固定されている。固定部８ＣＡは、貯蔵部本体１の筒状の軸方向に沿って延在して設けられており、本実施形態では、貯蔵部本体１の側板２に相当する。貯蔵部本体１は、上述したように筒状の軸方向に延在する基柱６で補強されており、固定部８ＣＡは、この基柱６にも相当する。なお、固定部８ＣＡは、側板２や基柱６とは別に貯蔵部本体１の筒状の軸方向に沿って設けられて貯蔵部本体１の内周面に固定されている部材であってよい。

可動部８ＣＢは、ピストンの側壁８Ｂａの周方向に沿って複数設けられている。可動部８ＣＢは、フートリング８Ａの上方に設けられた上部ガイドローラ８ＣＢａと、フートリング８Ａの下方に設けられた下部ガイドローラ８ＣＢｂと、を有している。

上部ガイドローラ８ＣＢａは、フレーム８ＣＢｃを介してフートリング８Ａの上側に取り付けられている。フレーム８ＣＢｃは、鋼材により形成されており、フートリング８Ａの上面８Ａａから鉛直方向に延在する外側支柱部８ＣＢｃ１と、ピストン部８Ｂの側壁８Ｂａに沿った内側支柱部８ＣＢｃ４と、外側支柱部８ＣＢｃ１と内側支柱部８ＣＢｃ４を接合する補強梁部８ＣＢｃ２と、外側支柱部８ＣＢｃ１の上端および内側支柱部８ＣＢｃ４の上端に接合されて水平方向（貯蔵部本体１における円筒状の径方向）に延在する上ガイド部８ＣＢｃ３と、を有している。上ガイド部８ＣＢｃ３は、その基端が、側壁８Ｂａの上端であってピストン部８Ｂの屋根８Ｂｂが接合された部分に接合されている。また、上ガイド部８ＣＢｃ３は、その途中が、外側支柱部８ＣＢｃ１の上端および内側支柱部８ＣＢｃ４の上端に接合されている。そして、上ガイド部８ＣＢｃ３は、その先端が、貯蔵部本体１における側板２の内面に向き、上部ガイドローラ８ＣＢａが設けられている。上部ガイドローラ８ＣＢａは、貯蔵部本体１における円筒状の周方向の接線に沿って延在する回転軸を介して上ガイド部８ＣＢｃ３の先端に取り付けられ、回転軸の回りに回転可能に設けられている。この上部ガイドローラ８ＣＢａは、基柱６と対向する位置で側板２の内面に当接可能に設けられている。また、上部ガイドローラ８ＣＢａは、フレーム８ＣＢｃが貯蔵部本体１の周方向に沿って複数設けられ、当該フレーム８ＣＢｃを介して周方向の複数箇所に設けられている。

下部ガイドローラ８ＣＢｂは、下ガイド部８ＣＢｄを介してフートリング８Ａの下側に取り付けられている。下ガイド部８ＣＢｄは、フートリング８Ａの下面８Ａｂに接合されて水平方向（貯蔵部本体１における円筒状の径方向）に延在して設けられている。下ガイド部８ＣＢｄは、その先端が、貯蔵部本体１における側板２の内面に向き、下部ガイドローラ８ＣＢｂが設けられている。下部ガイドローラ８ＣＢｂは、貯蔵部本体１における円筒状の周方向の接線に沿って延在する回転軸を介して下ガイド部８ＣＢｄの先端に取り付けられ、回転軸の回りに回転可能に設けられている。この下部ガイドローラ８ＣＢｂは、基柱６と対向する位置で側板２の内面に当接可能に設けられている。また、下部ガイドローラ８ＣＢｂは、下ガイド部８ＣＢｄが貯蔵部本体１の周方向に沿って複数設けられ、当該下ガイド部８ＣＢｄを介して周方向の複数箇所に設けられている。

そして、可動部８ＣＢである上部ガイドローラ８ＣＢａおよび下部ガイドローラ８ＣＢｂは、基柱６と対向する位置で側板２の内面に当接しつつ回転軸の回りに回転することで、フートリング８Ａおよびピストン部８Ｂを伴って昇降移動することができるように構成されている。即ち、移動機構８Ｃは、フートリング８Ａおよびピストン部８Ｂを水平方向に支持しつつ貯蔵部本体１の内部を昇降移動可能に設けられている。

シール機構８Ｄは、図４に示すように、貯蔵部本体１の側板２の内面に、ピストン８のフートリング８Ａに取付けた押付機構８Ｄ１によって押付けられるゴム製のシール材８Ｄ２を有すると共に、上記シール材８Ｄ２が側板２を滑らかに摺動するようにするためのシール油Ｑが貯蔵されている。

このように構成されたピストン８は、貯蔵部本体１の内部においてフートリング８Ａおよびピストン部８Ｂの上方領域と下方領域（気体貯留領域）との間がシール機構８Ｄによりシールを維持されつつ移動機構８Ｃにより昇降可能とされている。即ち、ピストン８は、フートリング８Ａおよびピストン部８Ｂを境とした貯蔵部本体１の上下空間がシール機構８Ｄによりシールされた状態で貯蔵部本体１の内部で昇降可能に設けられる。このため、貯蔵部本体１の内部においてフートリング８Ａおよびピストン部８Ｂの下側の気体貯留領域に気体Ｇを流入させ、フートリング８Ａおよびピストン部８Ｂの下側の気体貯留領域の気圧が上がることでピストン８が上昇する一方、気体貯留領域から気体Ｇを流出させ、気体貯留領域の気圧が下がることでピストン８が下降する。

本実施形態の気体貯蔵装置は、上部および下部が塞がれた筒状の貯蔵部本体１と、貯蔵部本体１の内面に対して密着されつつ貯蔵部本体１の内部を昇降可能に設けられたピストン８と、を備える気体貯蔵装置において、ピストン８は、貯蔵部本体１の内部に配置された円環状のフートリング８Ａと、フートリング８Ａの上方位置で支持されてフートリング８Ａの円環状の内側を覆うピストン部８Ｂと、を含む。

この気体貯蔵装置によれば、ピストン部８Ｂをフートリング８Ａの上方位置で支持したことにより、ピストン８の重心を上げ、その水平位置を上部ガイドローラ８ＣＢａと下部ガイドローラ８ＣＢｂの中間点に近づけることが出来る。ピストン８の重心位置が下部ガイドローラ８ＣＢｂの水平位置より下にある場合、地震などによりピストン８に水平力が伝わると、ピストンが傾きガイドローラやガイドフレーム、さらにガイドローラを通して貯蔵部本体に大きな負荷が加わり気体貯蔵装置に損傷が発生する恐れがある。この点、本実施形態の気体貯蔵装置では、ピストン８の重心水平位置を下部ガイドローラ８ＣＢｂの上に位置したことによりピストン８の傾斜を抑え、さらにピストン重心の水平位置を上部ガイドローラ８ＣＢａと下部ガイドローラ８ＣＢｂの中間点に近づけたことから、上部ガイドローラ８ＣＢａと下部ガイドローラ８ＣＢｂの負荷が均等化され、それぞれに大きな負荷が加わる事態を抑制することができる。この結果、ピストン８を安定して保持することができる。

しかも、この気体貯蔵装置によれば、ピストン部８Ｂをフートリング８Ａの上方位置で支持したことにより、ピストン部８Ｂを貯蔵部本体１の塞がれた上部のより近くにまで上昇移動させることができる。このため、ピストン部８Ｂと貯蔵部本体１の塞がれた上部との間の領域が狭まり、その分、ピストン部８Ｂの下側の気体Ｇを貯留する気体貯留領域の容量を大きくすることができる。この結果、貯蔵部本体１の気体貯蔵量を多くしたり、気体貯蔵量を維持して貯蔵部本体１を小型化したりすることができ、貯蔵効率を向上することができる。

また、本実施形態の気体貯蔵装置では、ピストン部８Ｂは、フートリング８Ａに固定されてフートリング８Ａから上方に延在された筒状の側壁８Ｂａと、側壁８Ｂａの上端部に固定されて側壁８Ｂａの筒状の上部を覆う屋根８Ｂｂと、を有することが望ましい。

この気体貯蔵装置によれば、側壁８Ｂａと屋根８Ｂｂとにより、ピストン部８Ｂをフートリング８Ａの上方位置で支持することができる。なお、図２に示す上部ガイドローラ８ＣＢａと下部ガイドローラ８ＣＢｂ間の距離Ｈは、貯蔵部本体１の内径Ｄに対し、０．１≦Ｈ／Ｄ≦０．１５の範囲とすることで、ピストン８を安定して保持することと貯蔵効率を向上することを適宜両立することができる。

また、本実施形態の気体貯蔵装置では、移動機構８Ｃは、ピストン８の周方向に沿って複数設けられて貯蔵部本体１の内面に対して上下の位置で当接可能に設けられた上部ガイドローラ８ＣＢａおよび下部ガイドローラ８ＣＢｂを有し、上部ガイドローラ８ＣＢａは、側壁８Ｂａと屋根８Ｂｂとの接合部に設置され、下部ガイドローラはフートリング８Ａの下方に設置されていることが望ましい。

この気体貯蔵装置によれば、上部ガイドローラ８ＣＢａを側壁８Ｂａと屋根８Ｂｂとの接合部から支持することにより、強固な支持ができるため、上部ガイドローラ８ＣＢａによる水平力分担を確実とすることができ、水平変形による逃げをなくすことができる。

なお、下部ガイドローラ８ＣＢｂをフートリング下方に取付けたことにより、ピストン部屋根８Ｂｂを除いたピストンの高さがフートリングの高さ分だけ短くなる。この結果、貯蔵部本体１の運転容量（working volume）を多くしたり、運転容量（working volume）を維持して貯蔵部本体１を小型化したりすることができ、貯蔵効率を向上することができる。

また、本実施形態の気体貯蔵装置では、フートリング８Ａから上方に延在して設けられて上部ガイドローラ８ＣＢａを支持するフレーム８ＣＢｃを有し、当該フレーム８ＣＢｃと側壁８Ｂａとが一体に構成されていることが望ましい。

この気体貯蔵装置によれば、上部ガイドローラ８ＣＢａを支持するフレーム８ＣＢｃを側壁８Ｂａと一体に構成することで、側壁８Ｂａの強度を上部ガイドローラ８ＣＢａの支持構造で担うことができる一方で、フレーム８ＣＢｃの強度を側壁８Ｂａで担うことができる。この結果、側壁８Ｂａおよびフレーム８ＣＢｃの構成を簡素化することができる。

また、本実施形態の気体貯蔵装置では、シール機構８Ｄを間においた上下位置に上部ガイドローラ８ＣＢａと下部ガイドローラ８ＣＢｂとを配置することが望ましい。

従来、例えば、上部ガイドローラおよび下部ガイドローラの下位置にシール機構を配置すると、水平力を受けたときのピストン８の形状安定のための水平力の分担は、主に上部ガイドローラと下部ガイドローラとが担う。本実施形態の気体貯蔵装置によれば、上部ガイドローラ８ＣＢａと下部ガイドローラ８ＣＢｂとの間にシール機構８Ｄが配置されることから、水平力を受けたときのピストン８の形状安定のための水平力の一部はシール機構８Ｄが担うことになり、下部ガイドローラ８ＣＢｂは、シール機構８Ｄと貯蔵部本体１の内面との間隔が過小または過大とならないようにするストッパー的な間隔維持機構の役目を果たす。しかも、従来の下部ガイドローラの役割の一部をシール機構８Ｄに持たせることにより、従来の下部ガイドローラの点ではなく、シール機構８Ｄの面で荷重を受持つため、水平力を分散させることができる。

１ 貯蔵部本体
２ 側板
３ 天屋根
４ 基礎
５ 回廊
６ 基柱
７ 気体出入口管
８ ピストン
８Ａ フートリング
８Ａａ 上面
８Ａｂ 下面
８Ａｃ 外周面
８Ａｄ 内周面
８Ｂ ピストン部
８Ｂａ 側壁
８Ｂｂ 屋根
８Ｂｂ１ 屋根骨
８Ｂｂ２ 屋根板
８Ｃ 移動機構
８ＣＡ 固定部
８ＣＢ 可動部
８ＣＢａ 上部ガイドローラ
８ＣＢｂ 下部ガイドローラ
８ＣＢｃ フレーム
８ＣＢｃ１ 外側支柱部
８ＣＢｃ２ 補強梁部
８ＣＢｃ３ 上ガイド部
８ＣＢｃ４ 内側支柱部
８ＣＢｄ 下ガイド部
８Ｄ シール機構
８Ｄ１ 押付機構
８Ｄ２ シール材
Ｄ 内径
Ｇ 気体
Ｑ シール油

Claims (4)

1. 上部および下部が塞がれた筒状の貯蔵部本体と、前記貯蔵部本体の内面に対して密着されつつ前記貯蔵部本体の内部を昇降可能に設けられたピストンと、を備える気体貯蔵装置において、
   前記ピストンは、
   前記貯蔵部本体の内部に配置された円環状のフートリングと、
   前記フートリングの上方位置で支持されて前記フートリングの円環状の内側を覆うピストン部と、
   を含み、
   前記ピストン部は、
   前記フートリングに固定されて前記フートリングから上方に延在された筒状の側壁と、
   前記側壁の上端部に固定されて前記側壁の筒状の上部を覆う屋根と、
   を有する、気体貯蔵装置。
2. 前記フートリングおよび前記ピストン部を水平方向に支持しつつ前記貯蔵部本体内を昇降移動可能に設けられた移動機構をさらに含み、
   前記移動機構は、前記ピストンの周囲に複数設けられて前記貯蔵部本体の内面に対して上下の位置で当接可能に設けられた上部ガイドローラおよび下部ガイドローラを有し、
   前記上部ガイドローラは、前記側壁と前記屋根との接合部に支持されている、請求項１に記載の気体貯蔵装置。
3. 前記フートリングから上方に延在して設けられて前記上部ガイドローラを支持するフレームを有し、当該フレームと前記側壁とが一体に構成されている、請求項２に記載の気体貯蔵装置。
4. 前記フートリングの下方に前記下部ガイドローラを有し、
   前記上部ガイドローラと前記下部ガイドローラとの間に、前記フートリングの外周面と前記貯蔵部本体の内面との間に配置されたシール機構をさらに含む、請求項２または３に記載の気体貯蔵装置。

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