(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化されたガスを貯蔵する非真球状タンクであって、
鉛直方向に沿って延びる筒状の円筒部と、
前記円筒部の上方に連続するように配置されるとともに上方に向けて突出する鏡板構造の頂部と、
前記円筒部の下方に連続するように配置されるとともに下方に向けて突出する鏡板構造の底部とを備え、
前記頂部は、
第１半径の球体の一部により形成されるとともに前記頂部の上端に配置される頂部側球殻部と、
前記円筒部の上方および前記頂部側球殻部の下方のそれぞれに連続するように配置されるとともに前記第１半径より小さい第２半径の球体の一部により形成される頂部側トーラス部とを有し、
以下の条件式を満たす非真球状タンク。
１．２≦Ｒ／Ｈ１≦１．４５        （１）
Ｒ１／Ｒ２＜２．５                （２）
Ｒ２／Ｒ＞０．４                  （３）
ここで、Ｒ：前記円筒部の半径、Ｒ１：前記第１半径、Ｒ２：前記第２半径、Ｈ１：前記頂部の鉛直方向の高さである。
【請求項２】
前記頂部側球殻部を形成する前記第１半径の球体の中心位置は、前記頂部側球殻部と前記頂部側トーラス部とが接続される接続位置と該頂部側トーラス部を形成する前記第２半径の球体の中心位置とを結ぶ延長線上に配置される請求項１に記載の非真球状タンク。
【請求項３】
以下の条件式を満たす請求項１または請求項２に記載の非真球状タンク。
１．０≦Ｒ／Ｈ２＜１．５          （４）
ここで、Ｈ２：前記底部の鉛直方向の高さである。
【請求項４】
前記底部は、
第３半径の球体の一部により形成されるとともに前記底部の下端に配置される第１底部側球殻部と、
前記第１底部側球殻部の上方に連続するように配置されるとともに前記第３半径より小さい第４半径の球体の一部により形成される底部側トーラス部とを有する請求項３に記載の非真球状タンク。
【請求項５】
前記第１底部側球殻部を形成する前記第３半径の球体の中心位置は、前記第１底部側球殻部と前記底部側トーラス部とが接続される接続位置と該底部側トーラス部を形成する前記第４半径の球体の中心位置とを結ぶ延長線上に配置される請求項４に記載の非真球状タンク。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の非真球状タンクと、
該非真球状タンクの上半部を覆うとともに、船首尾方向および船幅方向に沿って延びるタンクカバーとを備える液化ガス運搬船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非真球状タンクおよびそれを備えた液化ガス運搬船に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンク内に液化された天然ガス（ＬＮＧ）を貯蔵して運搬する液化ガス運搬船として、船首尾方向に沿って配置された複数個のタンクと、複数個のタンクの上半部を覆う一つの連続したタンクカバーとを備えた液化ガス運搬船が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に開示された偏平球状タンクは、赤道部の上方に円筒部と、円筒部に連続して設けられる頂部とを備えている。特許文献１では、円筒部の半径をＲとし頂部の鉛直方向の長さをＨ１とした場合、Ｒ／Ｈ１＝１．５となるようにしている。このような形状の偏平球状タンクとすることで、同一の高さの真球状タンクに比べて、多量の容積を確保するとともに風圧抵抗を減少させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５６４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液化された天然ガスが貯蔵される偏平球状タンクは、外部からの入熱によって蒸発した天然ガス等によって満たされている。そのため、偏平球状タンクの内部は、内部に満たされた天然ガス等によって内圧がかかるようになっている。また、偏平球状タンクの外部は、大気によって外圧がかかるようになっている。偏平球状タンクは、それぞれ曲率の異なる複数部分から構成されているため、特に小曲率の部分に内圧と外圧に起因する大きな応力が生じる。この応力に対する耐座屈性が十分でないと、小曲率の部分に座屈が生じる可能性がある。
【０００５】
発明者らは、応力に対する耐座屈性を検討したところ、特許文献１に示すようにＲ／Ｈ１＝１．５となるように偏平球状タンクを設計すると、耐座屈性が十分でないということがわかった。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、耐座屈性を十分に確保しつつ真球状タンクに比べて容積を十分に確保した非真球状タンクおよびそれを備えた液化ガス運搬船を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る非真球状タンクは、液化されたガスを貯蔵する非真球状タンクであって、鉛直方向に沿って延びる筒状の円筒部と、前記円筒部の上方に連続するように配置されるとともに上方に向けて突出する鏡板構造の頂部と、前記円筒部の下方に連続するように配置されるとともに下方に向けて突出する鏡板構造の底部とを備え、前記頂部は、第１半径の球体の一部により形成されるとともに前記頂部の上端に配置される頂部側球殻部と、前記円筒部の上方および前記頂部側球殻部の下方のそれぞれに連続するように配置されるとともに前記第１半径より小さい第２半径の球体の一部により形成される頂部側トーラス部とを有し、以下の条件式を満たす非真球状タンク。
１．２≦Ｒ／Ｈ１≦１．４５        （１）
ここで、Ｒ：前記円筒部の半径、Ｈ１：前記頂部の鉛直方向の高さである。
【０００８】
本発明の一態様に係る非真球状タンクによれば、頂部側トーラス部は頂部側球殻部よりも小径であるため、頂部側トーラス部の近傍に応力が生じる。本態様に係る非真球状タンクは、円筒部の半径をＲとし、頂部の鉛直方向の高さをＨ１とした場合、１．２≦Ｒ／Ｈ１≦１．４５となる形状となっている。
発明者らが大変形理論に基づく有限要素法による応力解析を行ったところ、Ｒ／Ｈ１≦１．４５となる形状の非真球状タンクとすることで、頂部側トーラス部の近傍に生じる応力に対して十分な耐座屈性を有することがわかった。また、Ｒ／Ｈ１≧１．２となる形状の非真球状タンクとすることで、真球状タンクに比べて容積を十分に確保することができる。
このように、本発明の一態様に係る非真球状タンクによれば、耐座屈性を十分に確保しつつ真球状タンクに比べて容積を十分に確保した非真球状タンクを提供することができる。
【０００９】
本発明の一態様に係る非真球状タンクにおいては、前記頂部側球殻部を形成する前記第１半径の球体の中心位置は、前記頂部側球殻部と前記頂部側トーラス部とが接続される接続位置と該頂部側トーラス部を形成する前記第２半径の球体の中心位置とを結ぶ延長線上に配置される構成にしてもよい。
【００１０】
本構成によれば、頂部側球殻部と頂部側トーラス部とが接続される接続位置において、頂部側球殻部の接線方向と頂部側トーラス部の接線方向とが一致する。そのため、頂部側球殻部と頂部側トーラス部とが、これらの接続位置において滑らかに接続される。
このようにすることで、頂部側球殻部と頂部側トーラス部とが接続される接続位置において応力が集中する不具合を抑制することができる。
【００１１】
本発明の一態様に係る非真球状タンクにおいては、以下の条件式を満たす構成にしてもよい。
１．０≦Ｒ／Ｈ２＜１．５          （４）
ここで、Ｈ２：前記底部の鉛直方向の高さである。
【００１２】
本構成の非真球状タンクによれば、円筒部の半径をＲとし、底部の鉛直方向の高さをＨ２とした場合、１．０≦Ｒ／Ｈ２＜１．５となる形状となっている。
発明者らが大変形理論に基づく有限要素法による応力解析を行ったところ、Ｒ／Ｈ２＜１．５となる形状の非真球状タンクとすることで、底部側トーラス部の近傍に生じる応力に対して十分な耐座屈性を有することがわかった。また、Ｒ／Ｈ２≧１．０となる形状の偏平球状タンクとすることで、真球状タンクに比べて容積を十分に確保することができる。
【００１３】
上記の非真球状タンクにおいて、前記底部は、第３半径の球体の一部により形成されるとともに前記底部の下端に配置される第１底部側球殻部と、前記第１底部側球殻部の上方に連続するように配置されるとともに前記第３半径より小さい第４半径の球体の一部により形成される底部側トーラス部とを有するものであってもよい。
このようにすることで、円筒部の下方を適切な非真球状とし、耐座屈性を十分に確保しつつ真球状タンクに比べて容積を十分に確保することができる。
【００１４】
上記の非真球状タンクにおいて、前記第１底部側球殻部を形成する前記第３半径の球体の中心位置は、前記第１底部側球殻部と前記底部側トーラス部とが接続される接続位置と該底部側トーラス部を形成する前記第４半径の球体の中心位置とを結ぶ延長線上に配置されるようにしてもよい。
【００１５】
このような非真球状タンクによれば、第１底部側球殻部と底部側トーラス部とが接続される接続位置において、第１底部側球殻部の接線方向と底部側トーラス部の接線方向とが一致する。そのため、第１底部側球殻部と底部側トーラス部とが、これらの接続位置において滑らかに接続される。
このようにすることで、第１底部側球殻部と底部側トーラス部とが接続される接続位置において応力が集中する不具合を抑制することができる。
【００１６】
本発明の一態様に係る非真球状タンクにおいては、以下の条件式を満たす。
Ｒ１／Ｒ２＜２．５                （２）
Ｒ２／Ｒ＞０．４                  （３）
ここで、Ｒ１：前記第１半径、Ｒ２：前記第２半径である。
【００１７】
発明者らが大変形理論に基づく有限要素法による応力解析を行ったところ、上記の（２），（３）の条件式を満たす形状の非真球状タンクとすることで、頂部側トーラス部の近傍に生じる応力に対して確実な耐座屈性を有することがわかった。このようにすることで、頂部側球殻部と頂部側トーラス部とが接続される接続位置において応力が集中する不具合を抑制することができる。
【００１８】
本発明の一態様に係る液化ガス運搬船は、上記いずれかの非真球状タンクと、該非真球状タンクの上半部を覆うとともに、船首尾方向および船幅方向に沿って延びるタンクカバーとを備える。
このようにすることで、耐座屈性を十分に確保しつつ真球状タンクに比べて容積を十分に確保した非真球状タンクを備える液化ガス運搬船を提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、耐座屈性を十分に確保しつつ真球状タンクに比べて容積を十分に確保した非真球状タンクおよびそれを備えた液化ガス運搬船を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る液化ガス運搬船の図であって、（ａ）は右側面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る液化ガス運搬船の図であって、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図１（ａ）のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】偏平球状タンクを示す側面図である。
【図６】Ｒ／Ｈ１に対するＲ１／Ｒ２の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る液化ガス運搬船について、図面を参照して説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）、および図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る液化ガス運搬船（本実施形態では「ＬＮＧ船」）１は、例えば、四個のアルミニウム製の非真球状タンク（「偏平球状タンク」ともいう。）２を備えた船舶であり、これらアルミニウム製の非真球状タンク２はそれぞれ、その内部に、液化ガス（本実施形態では低温にて液化された天然ガス）を貯蔵することができるように構成されたものである。
【００２２】
図２に示すように、これら非真球状タンク２はそれぞれ、円筒形のスカート３を介して船体５に支持されている。スカート３は、その上端部が非真球状タンク２の赤道位置に配置されるように、その下端部がファンデーションデッキ４上に固定されている。このように、非真球状タンク２の重量は、スカート３を通して船体５で受けられるようになっている。
ここで、赤道位置とは、後述する円筒部３１の下端位置である。円筒部３１は、その下端位置においてスカート３の上端部に接続される。
【００２３】
図１（ａ）、図１（ｂ）、および図２に示すように、これら非真球状タンク２の上半部は、頂面７ｂを有するタンクカバー７により覆われている。タンクカバー７は、その下端部が上甲板６上に固定されるとともに、船首尾方向および船幅方向に沿って延びる一つの連続した部材となっている。
【００２４】
タンクカバー７と上甲板６との間に、伸縮継手は一切設けられておらず、タンクカバー７は剛体構造になっている。すなわち、タンクカバー７は、船体５とともに、船級協会のルール等で要求される船舶の縦強度を確保する構造となっている。ここで、縦強度とは、船首尾方向（縦方向）に対し、自重、積載される貨物、波の力により生じる曲げの力およびせん断力に対する強度をいう。図２中の符号８，９はそれぞれ、縦通隔壁、船側外板を示している。
【００２５】
図１（ａ）から図４に示すように、船体５の船底部には、船首尾方向および船幅方向に沿って、複数個（本実施形態では１７個）のバラストタンク１０が設けられている。
これらバラストタンク１０のうち、船首に最も近い位置に配置されたバラストタンク１０以外のバラストタンク１０はそれぞれ、上部を構成する壁部１２を備えている。壁部１２は、非真球状タンク２の周方向に沿うとともに、非真球状タンク２の底部上方を取り囲むように配置されている。バラストタンク１０の下部は、船体５の船側外板９および船底（船底外板）１１に沿って、船首尾方向に配置されている。
【００２６】
バラストタンク１０の上部を構成する壁部１２が、非真球状タンク２の周方向に沿うとともに、非真球状タンク２の底部上方を取り囲むように配置されているので、これらバラストタンク１０の上部を、非真球状タンク２を支持するスカート３の一部として流用することができ、スカート３を構成する材料の総量を低減させることができて、建造コストの低減化を図ることができる。
【００２７】
図１（ａ）、図１（ｂ）、図２、および図４に示すように、本実施形態に係る液化ガス運搬船１の左舷側および右舷側には、船側外板９に沿ってウォークウェイ（通路）２０がそれぞれ一本ずつ設けられている。
ウォークウェイ２０は、荷役作業を行うために着岸したターミナル（図示略）に設置されているギャングウェイラダー（舷側はしご）が架け渡されるとともに、乗組員および作業員等が行き来する通路としての役目を果たすものである。
【００２８】
図２および図４に示すように、ウォークウェイ２０は、タンクカバー７の側面７ａから外方に向かって延びるウォークデッキ２１と、上甲板６から垂直上方（またはタンクカバー７の側面７ａから斜め上方）に向かって延びて、ウォークデッキ２１の下面を支持する複数本の支持部材２２とを備えている。
【００２９】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ウォークウェイ２０は、対応する船側外板９に沿って、ハウス（居住区）２３の前面からタンクカバー７の側面７ａ前端まで延びている。また、ウォークデッキ２１の両端（図１（ａ）および図１（ｂ）において左端および右端）には、ウォークデッキ２１上から上甲板６上に降りるための、あるいは上甲板６上からウォークデッキ２１上に登るための階段（図示略）がそれぞれ取り付けられている。
【００３０】
船底１１からウォークデッキ２１の上面までの高さ（垂直距離）Ｌ（ｍ）は、船底１１から上甲板６の上面までの高さＤ（ｍ）＋２（ｍ）よりも大きく、４０（ｍ）よりも小さい範囲内で、かつ、（就航後に）着岸が予定されているターミナルに設置されたギャングウェイラダーのすべてを架け渡すことができる高さに設定されている。
【００３１】
本実施形態では、着岸が予定されているターミナルに設置されたギャングウェイラダーの可動範囲にあわせて配置されたウォークウェイ２０の上面に、ギャングウェイラダーが架け渡されるようになっている。そのため、上甲板６が低い位置に配置されている場合でも、着岸が予定されているターミナルに設置されたギャングウェイラダーのすべてを架け渡すことができ、ターミナルに設置されたギャングウェイラダーに対する適合性を良好なものとすることができる。
【００３２】
次に、図５および図６を参照して、本実施形態の非真球状タンク２の形状について説明する。
図５に示すように、非真球状タンク２は、鉛直方向の長さ（Ｈ＋Ｈ１＋Ｈ２）が円筒部３１の直径（２・Ｒ）よりも短い偏平球状となっている。非真球状タンク２は、真球と比較して偏平でやや方形に近い球状、言い換えれば、船体５の内側に無駄な空間の発生が少なく、かつ、船体５の上方への突出量が少なくない形状のタンクである。
なお、非真球状タンク２の鉛直方向の長さ（Ｈ＋Ｈ１＋Ｈ２）を、円筒部３１の半径の２．５倍（２．５・Ｒ）より短くする範囲としてもよい。
【００３３】
図５に示すように、非真球状タンク２は、円筒部３１と、頂部３２と、底部３３とを備える。
円筒部３１は、軸線Ｘに沿った方向（鉛直方向）に延びる筒状の部分である。円筒部３１の軸線Ｘ回りの半径はＲとなっている。
【００３４】
頂部３２は、円筒部３１の上方に連続するように配置されるとともに軸線Ｘに沿って上方に向けて突出する鏡板構造となっている。頂部３２の鉛直方向の高さはＨ１となっている。頂部３２は、トーラス部３４（頂部側トーラス部）と、球殻部３５（頂部側球殻部）とを有する。
【００３５】
球殻部３５は、半径Ｒ１（第１半径）の球体の一部により形成されるとともに頂部３２の上端Ｔに配置される部分である。
トーラス部３４は、半径Ｒ２（第２半径）の球体の一部により形成されるとともに円筒部３１の上方および球殻部３５の下方のそれぞれに連続するように配置される部分である。トーラス部３４を形成する球体の半径Ｒ２は、球殻部３５を形成する球体の半径Ｒ１よりも小さくなっている。
【００３６】
図５に示すように、球殻部３５を形成する半径Ｒ１の球体の中心位置Ｏ１は、球殻部３５とトーラス部３４とが接続される接続位置Ｃ１とトーラス部３４を形成する半径Ｒ２の球体の中心位置Ｏ２とを結ぶ延長線上に配置されている。
【００３７】
底部３３は、円筒部３１の下方に連続するように配置されるとともに軸線Ｘに沿って下方に向けて突出する鏡板構造となっている。底部３３の鉛直方向の高さはＨ２となっている。底部３３は、第１球殻部３８（第１底部側球殻部）と、トーラス部３７と、第２球殻部３６（第２底部側球殻部）とを有する。
【００３８】
第１球殻部３８は、半径Ｒ３（第３半径）の球体の一部により形成されるとともに底部３３の下端Ｂに配置される部分である。
第２球殻部３６は、円筒部３１の半径Ｒと同径の球体の一部により形成されるとともに円筒部３１の下方に連続するように配置される部分である。
トーラス部３７は、半径Ｒ４（第４半径）の球体の一部により形成されるとともに第１球殻部３８の上方および第２球殻部３６の下方のそれぞれに連続するように配置される部分である。トーラス部３７を形成する球体の半径Ｒ４は、第１球殻部３８を形成する球体の半径Ｒ３よりも小さくなっている。
【００３９】
図５に示すように、第１球殻部３８を形成する半径Ｒ３の球体の中心位置Ｏ３は、第１球殻部３８とトーラス部３７とが接続される接続位置Ｃ２とトーラス部３７を形成する半径Ｒ４の球体の中心位置Ｏ４とを結ぶ延長線上に配置されている。
また、図５に示すように、第２球殻部３６を形成する半径Ｒの球体の中心位置Ｏ５は、第２球殻部３６とトーラス部３７とが接続される接続位置Ｃ３とトーラス部３７を形成する半径Ｒ４の球体の中心位置Ｏ４とを結ぶ延長線上に配置されている。
【００４０】
ここで、頂部３２のトーラス部３４を形成する半径Ｒ２の球体の中心角をθ１とした場合、以下の式（１）が成立する。
Ｒ＝Ｒ１・ＣＯＳθ１＋Ｒ２・（１―ＣＯＳθ１）      （１）
ここで、Ｒ２＝α・Ｒ，Ｒ１＝β・Ｒとした場合、式（１）は以下の式（２）に変形される。
Ｒ＝β・Ｒ・ＣＯＳθ１＋α・Ｒ（１−ＣＯＳθ１）      （２）
式（２）を変形すると以下の式（３）となる。
β＝（１−α＋α・ＣＯＳθ１）／ＣＯＳθ１      （３）
【００４１】
なお、前述したようにＲ２＝α・Ｒ，Ｒ１＝β・Ｒとしたので、以下の式（４）が成立する。
β／α＝Ｒ１／Ｒ２      （４）
このように、βは、αとθ１の関数となるため、αとθ１が決まればβの値が定まる。
【００４２】
また、頂部３２の高さＨ１に関して、以下の式（５）が成立する。
Ｈ１＝Ｒ１−（Ｒ１−Ｒ２）・ＣＯＳ（９０°−θ１）      （５）
この式は、Ｒ２＝α・Ｒ，Ｒ１＝β・Ｒの関係から、以下の式（６）に変形される。
Ｈ１＝β・Ｒ−（β・Ｒ−α・Ｒ）・ＣＯＳ（９０°−θ１）      （６）
前述したようにβがαとθ１の関数となるため、頂部３２の高さＨ１もαとθ１の関数となる。
【００４３】
非真球状タンク２の頂部３２の形状を設計する場合、その形状が真球に近い程圧縮応力が小さくなって容積が小さくなる。逆に、方形に近い程圧縮応力が大きくなって容積が大きくなる。
つまり、図５に示すＲ／Ｈ１の値が大きくなる（円筒部３１の半径に対して頂部３２の高さＨ１が低くなる）程容積が大きくなるが、圧縮応力も大きくなってしまう。
そのため、非真球状タンク２は、圧縮応力による耐座屈性を十分に確保できる範囲でＲ／Ｈ１の値が大きくなるように形状を設計するのが望ましい。
【００４４】
発明者らは、大変形理論に基づく有限要素法により圧縮応力を解析した結果、頂部３２のトーラス部３４の近傍に生じる圧縮応力に対する耐座屈性を満たすためには、以下の式（７），（８）を満たす必要があるという知見を得た。なお、大変形理論に基づく有限要素法では、圧縮応力により変形が生じた後の形状に基づく応力解析を行うため、微小変形理論に基づく有限要素法に比べ圧縮応力に対する裕度が大きい。すなわち、大変形理論に基づく有限要素法による解析結果の方が、より大きな圧縮応力に対して耐座屈性を備えるという結果となる。
【００４５】
α＞０．４        （７）
β／α＜２．５    （８）
ここで、Ｒ２＝α・Ｒであるので式（７）は、トーラス部３４を形成する球体の半径Ｒ２を円筒部３１の半径に対してある程度より大きくしないとトーラス部３４の近傍に座屈が生じてしまうことを意味する。
また、式（４）よりβ／α＝Ｒ１／Ｒ２であるので式（８）は、トーラス部３４を形成する球体の半径Ｒ２を球殻部３５を形成する球体の半径Ｒ１に対してある程度大きくしないとトーラス部３４の近傍に座屈が生じてしまうことを意味する。
【００４６】
このように、頂部３２の耐座屈性を確保するには式（７），（８）の条件を満たす必要がある。一方、容積を大きくするにはＲ／Ｈ１の値を大きくする必要がある。
そこで、発明者等は、式（３），（６）の変数α，θ１の値を変化させながら、Ｒ／Ｈ１とＲ１／Ｒ２（すなわちβ／α）との関係を示す図６のグラフを得た。
【００４７】
図６に示すように、式（７），（８）の条件を満たすには、Ｒ／Ｈ１を以下の式（９）の範囲に設定する必要がある。
１．０＜Ｒ／Ｈ１＜１．５      （９）
Ｒ／Ｈ１＜１．５となる形状の非真球状タンクとすることで、トーラス部３４の近傍に生じる圧縮応力に対して十分な耐座屈性を有するものとなる。また、Ｒ／Ｈ１＞１．０となる形状の非真球状タンクとすることで、真球状タンクに比べて容積を十分に確保することができる。
【００４８】
式（７），（８）の条件を満たすには、Ｒ／Ｈ１を以下の式（１０）の範囲に設定するのが望ましい。
１．２≦Ｒ／Ｈ１≦１．４５      （１０）
Ｒ／Ｈ１≦１．４５となる形状の非真球状タンクとすることで、トーラス部３４の近傍に生じる圧縮応力に対して確実な耐座屈性を有するものとなる。また、Ｒ／Ｈ１≧１．２となる形状の非真球状タンクとすることで、真球状タンクに比べて容積をより多く確保することができる。
【００４９】
本実施形態においては、頂部３２のトーラス部３４を形成する球体の半径Ｒ２の方が、底部３３のトーラス部３７を形成する球体の半径Ｒ４よりも小さい。そのため、頂部３２のトーラス部３４にかかる圧縮応力の方が、底部３３のトーラス部３７にかかる圧縮応力よりも大きい。そのため、本実施形態の非真球状タンク２の耐座屈性を評価するには、頂部３２のトーラス部３４にかかる圧縮応力に対する耐座屈性を評価する必要がある。底部３３のトーラス部３７を形成する球体の半径Ｒ４が大きいのは、バラストタンク１０と接触しないような形状とするためである。
【００５０】
ここで、底部３３のトーラス部３７を形成する半径Ｒ４の球体の中心角をθ２とし、底部３３の第２球殻部３６を形成する半径Ｒの球体の中心角をθ３とした場合、以下の式（１１）が成立する。
Ｒ・ＣＯＳθ４＝Ｒ６・ＣＯＳ（θ４＋θ５）＋Ｒ５・（ＣＯＳθ４―ＣＯＳ（θ４＋θ５））      （１１）
ここで、Ｒ６＝δ・Ｒ，Ｒ５＝γ・Ｒとした場合、式（１１）は以下の式（１２）に変形される。
Ｒ・ＣＯＳθ４＝δ・Ｒ・ＣＯＳ（θ４＋θ５）＋γ・Ｒ・（ＣＯＳθ４―ＣＯＳ（θ４＋θ５））      （１２）
式（１２）を変形すると以下の式（１３）となる。
δ＝（１−γ）・ＣＯＳθ４／ＣＯＳ（θ４＋θ５）＋γ      （１３）
このように、δは、γとθ４，θ５の関数となるため、γ，θ４，θ５が決まればδの値が定まる。
【００５１】
非真球状タンク２の底部３３の形状を設計する場合、その形状が真球に近い程圧縮応力が小さくなって容積が小さくなる。逆に、方形に近い程圧縮応力が大きくなって容積が大きくなる。
つまり、図６に示すＲ／Ｈ２の値が大きくなる（円筒部３１の半径に対して底部３３の高さＨ２が低くなる）程容積が大きくなるが、圧縮応力も大きくなってしまう。
そのため、非真球状タンク２は、圧縮応力による耐座屈性を十分に確保できる範囲で、かつバラストタンク１０に接触しない範囲でＲ／Ｈ２の値が大きくなるように形状を設計するのが望ましい。
【００５２】
発明者らは、頂部３２と同様に底部３３についても大変形理論に基づく有限要素法により圧縮応力を解析した結果、Ｒ／Ｈ２を以下の式（１４）の範囲に設定するのが望ましいという知見を得た。
１．０≦Ｒ／Ｈ２＜１．５      （１４）
Ｒ／Ｈ２＜１．５となる形状の非真球状タンクとすることで、トーラス部３７の近傍に生じる圧縮応力に対して十分な耐座屈性を有するものとなる。また、Ｒ／Ｈ２≧１．０となる形状の非真球状タンクとすることで、真球状タンクに比べて容積を十分に確保することができる。
【００５３】
以上説明した本実施形態の液化ガス運搬船１が備える非真球状タンク２が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の非真球状タンク２によれば、トーラス部３４は球殻部３５よりも小径であるため、トーラス部３４の近傍に圧縮応力が生じる。本実施形態の非真球状タンク２は、円筒部３１の半径をＲとし、頂部３２の鉛直方向の高さをＨ１とした場合、１．０＜Ｒ／Ｈ１＜１．５となる形状となっている。
発明者らが大変形理論に基づく有限要素法による圧縮応力解析を行ったところ、Ｒ／Ｈ１＜１．５となる形状の非真球状タンクとすることで、トーラス部３４の近傍に生じる圧縮応力に対して十分な耐座屈性を有することがわかった。また、Ｒ／Ｈ１＞１．０となる形状の非真球状タンク２とすることで、真球状タンクに比べて容積を十分に確保することができる。
このように、本実施形態の非真球状タンク２によれば、耐座屈性を十分に確保しつつ真球状タンクに比べて容積を十分に確保することができる。
【００５４】
また、本実施形態の非真球状タンク２によれば、球殻部３５とトーラス部３４とが接続される接続位置Ｃ１において、球殻部３５の接線方向とトーラス部３４の接線方向とが一致する。そのため、球殻部３５とトーラス部３４とが、これらの接続位置Ｃ１において滑らかに接続される。
このようにすることで、球殻部３５とトーラス部３４とが接続される接続位置Ｃ１において圧縮応力が集中する不具合を抑制することができる。
【００５５】
本実施形態の非真球状タンク２によれば、円筒部３１の半径をＲとし、底部３３の鉛直方向の高さをＨ２とした場合、１．０≦Ｒ／Ｈ２＜１．５となる形状となっている。
発明者らが大変形理論に基づく有限要素法による圧縮応力解析を行ったところ、Ｒ／Ｈ２＜１．５となる形状の非真球状タンク２とすることで、トーラス部３７の近傍に生じる圧縮応力に対して十分な耐座屈性を有することがわかった。また、Ｒ／Ｈ２≧１．０となる形状の非真球状タンク２とすることで、真球状タンクに比べて容積を十分に確保することができる。
【００５６】
本実施形態の非真球状タンク２によれば、第１球殻部３８とトーラス部３７とが接続される接続位置Ｃ２において、第１球殻部３８の接線方向とトーラス部３７の接線方向とが一致する。そのため、第１球殻部３８とトーラス部３７とが、これらの接続位置Ｃ２において滑らかに接続される。同様に、第２球殻部３６とトーラス部３７とが接続される接続位置Ｃ３において、第２球殻部３６の接線方向とトーラス部３７の接線方向とが一致する。そのため、第２球殻部３６とトーラス部３７とが、これらの接続位置Ｃ３において滑らかに接続される。
このようにすることで、第１球殻部３８とトーラス部３７とが接続される接続位置Ｃ２、および第２球殻部３６とトーラス部３７とが接続される接続位置Ｃ３において圧縮応力が集中する不具合を抑制することができる。
【００５７】
本実施形態の非真球状タンク２は、以下の条件式を満たすのが望ましい。
Ｒ／Ｈ１≦１．４５
Ｒ１／Ｒ２＜２．５
Ｒ２／Ｒ＞０．４
ここで、Ｒ１：前記第１半径、Ｒ２：前記第２半径である。
【００５８】
発明者らが大変形理論に基づく有限要素法による圧縮応力解析を行ったところ、上記の条件式を満たす形状の非真球状タンク２とすることで、トーラス部３４の近傍に生じる圧縮応力に対して確実な耐座屈性を有することがわかった。このようにすることで、球殻部３５とトーラス部３４とが接続される接続位置Ｃ１において圧縮応力が集中する不具合を抑制することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１    液化ガス運搬船
２    非真球状タンク
３１  円筒部
３２  頂部
３３  底部
３４  トーラス部（頂部側トーラス部）
３５  球殻部（頂部側球殻部）
３６  第２球殻部（第２底部側球殻部）
３７  トーラス部（底部側トーラス部）
３８  第１球殻部（第１底部側球殻部）
Ｂ    下端
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  接続位置
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４  中心位置
Ｔ    上端
Ｘ    軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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