(57)【要約】      （修正有）【課題】スロッシング現象による油面の大きな変位を押さえることができ、地震におけるタンク被害を極力小さくすることができる液体貯蔵タンクを提供する。【解決手段】液体貯蔵タンクは、底部と底部の周囲に連続する筒状側壁２とを有し、その内部に液体を貯蔵するタンク本体と、液体の液面上に配置される浮き蓋３と、浮き蓋３の下面または底部の少なくとも一方に連結され、タンク本体内の上下方向に向かう流動抑制部材と、を備え、流動抑制部材は、浮き蓋３もしくは底部に対し、屈曲自在に連結されていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部とこの底部の周囲に連続する筒状側壁とを有し、その内部に液体を貯蔵するタンク本体と、
前記液体の液面上に配置される浮き蓋と、
前記浮き蓋の下面または前記タンク本体の底部の少なくとも一方に連結され、前記タンク本体内の上下方向に向かう流動抑制部材と、を備え、
前記流動抑制部材は、前記浮き蓋もしくは前記タンク本体の底部に対し、屈曲自在に連結されていることを特徴とする液体貯蔵タンク。
【請求項２】
前記流動抑制部材は、複数連結されている、請求項１に記載の液体貯蔵タンク。
【請求項３】
前記流動抑制部材は、前記タンク本体の半径方向に延びていて、前記タンク本体の周方向に間隔をおいて連結されている、請求項３に記載の液体貯蔵タンク。
【請求項４】
前記流動抑制部材は、前記浮き蓋の下面からタンク本体の底部へ向かって延びる板状部材であり、その板状部材の上部は、前記浮き蓋の下面にヒンジ結合されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の液体貯蔵タンク。
【請求項５】
前記流動抑制部材は、前記タンク本体の底部から浮き蓋の下面へ向かって延びる板状部材であり、その板状部材の下部は、前記タンク本体の底部にヒンジ結合されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の液体貯蔵タンク。
【請求項６】
前記板状部材は、前記タンク本体の底部から起立させるための浮体を備えている、請求項５記載の液体貯蔵タンク。
【請求項７】
前記タンク本体の底部と前記板状部材との間に、前記板状部材を前記液体内で起立状態に維持するための付勢手段を設けた、ことを特徴とする請求項５に記載の液体貯蔵タンク。
【請求項８】
前記流動抑制部材は、その壁面に開孔を有する、請求項１〜７の何れかに記載の液体貯蔵タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、液体の液面上に浮き蓋が配置された液体貯蔵タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体貯蔵タンク、例えば、浮き屋根式タンク（floating roof tank）は、屋根（浮き蓋）が貯蔵物液面に浮いており、液面と共に浮き蓋が上下するタンクである。浮き屋根式タンクは、屋根が固定式の円錐屋根式タンクに比べ、貯蔵油の蒸発損出を少なくし、蒸気相をなくして安全性を保つことができ、原油、ガソリンなどの揮発性石油類の貯蔵に多く用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、地震の際、浮き屋根式タンクは、液面と共に浮き蓋が上下するといった構造であるため、長周期地震動がタンク本体に作用すると、スロッシング（sloshing）が発生するといった問題を内包している。なお、スロッシングとは、地震の際、タンク本体の振動により引き起こされる内容液の液面揺動をいう。そして、タンク本体に作用する地震の周期がタンクの固有周期と近似した場合に、内容液が揺動し、揺動した液体が浮き蓋を乗り越えてしまうと、液体のいつ（溢）流に至る虞があるといった、欠点を有している。
【０００４】
例えば、平成１５年９月に発生した十勝沖地震において、タンク火災が発生し、大きな被害が発生したことが知られている。それは、タンクの液面が地震周波数と同調し、大きなスロッシング現象を発生させ、その結果、油面がタンク外壁を乗り越え、外部に流出し、火災に至ったと結論付けられている。
【０００５】
さらに、この大きな油面の変位は、上部の浮き蓋の周辺をも破壊するほどの力を発生させている。また備蓄石油が周囲に大量に流出すれば、環境汚染問題を引き起こすばかりでなく、火災の直接原因となりうるうえに、火災になれば現在の消化能力ではなかなかおいつかない被害を引き起こすことも明らかになった。
【０００６】
また、この低周波地震振動は、軟弱な地盤においては減衰が小さく、長時間持続する事が知られており、全国の石油備蓄タンクの被害を大きくする可能性がある。なぜならこの軟弱地盤は関東・中部・阪神のように日本の主要都市の地盤であり、そこには巨大なコンビナートや、石油備蓄基地が建設されており、多数の石油備蓄タンクが建造されているからである。一旦、近い将来に予想されている東南海地震が発生すれば大きな被害が発生されることが予想される。
【０００７】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、スロッシング現象による油面の大きな変位を押さえることができ、地震におけるタンク被害を極力小さくすることができる液体貯蔵タンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、液体貯蔵タンクであり、前述の技術的課題を解決すべく以下のような構成とされている。
すなわち、本発明の液体貯蔵タンクは、
底部とこの底部の周囲に連続する筒状側壁とを有し、その内部に液体を貯蔵するタンク本体と、
前記液体の液面上に配置される浮き蓋と、
前記浮き蓋の下面または前記タンク本体の底部の少なくとも一方に連結され、前記タンク本体内の上下方向に向かう流動抑制部材と、を備え、
前記流動抑制部材は、前記浮き蓋もしくは前記タンク本体の底部に対し、屈曲自在に連結されていることを特徴とする。
【０００９】
流動抑制部材を設けたこの構成によれば、タンク本体内に貯蔵された液体のスロッシング現象による運動の大きな内部運動減衰を発生させるばかりではなく、液体貯蔵タンクの液面運動の固有周期を短い方向に変化させることができる。そして、低周波地震の振動周期５秒から１０秒から、タンクのスロッシング固有周期より早い周波数として内部流体の同調周波数を大きく離し、流体運動の同調点から外す作用をもたせることができる。
【００１０】
また、流動抑制部材がタンク本体の底部に対し、屈曲自在に連結されているこの構成によれば、液体の蒸発損失を減少させ、蒸気相をなくして安全を保つ、浮き蓋の特徴を生かすことができる。
【００１１】
また、本発明の液体貯蔵タンクにおいて、前記流動抑制部材は、複数連結されていることを特徴とする。なお、この場合、前記流動抑制部材は、前記タンク本体の半径方向に延びていて、前記タンク本体の周方向に間隔をおいて連結されている構成のものが例示できる。
【００１２】
流動抑制部材が複数連結されているこの構成によれば、例えば、タンク中心より円周方向に３分割、あるいは４分割しておくことで、地震波の進行方向が東西南北の何れかであったとしても、何れかの流動抑制部材がスロッシング現象を抑制することができるので、タンク内に貯蔵された液体の内部運動減衰を発生させることができる。
【００１３】
更にまた、本発明の液体貯蔵タンクにおいて、前記流動抑制部材は、前記浮き蓋の下面からタンク本体の底部へ向かって延びる板状部材であり、その板状部材の上部は、前記浮き蓋の下面にヒンジ結合されていることを特徴とする。
【００１４】
更にまた、本発明の液体貯蔵タンクにおいて、前記流動抑制部材は、前記タンク本体の底部から浮き蓋の下面へ向かって延びる板状部材であり、その板状部材の下部は、前記タンク本体の底部にヒンジ結合されていることを特徴とする。なお、浮き蓋の下面へ向かって延びる板状部材は、前記タンク本体の底部から起立させるための浮体を備えている構成のものが例示できる。また、前記タンク本体の底部と前記板状部材との間に、前記板状部材を前記液体内で起立状態に維持するための付勢手段を設けた構成のものが例示できる。
【００１５】
更にまた、本発明の液体貯蔵タンクにおいて、前記流動抑制部材は、その壁面に開孔を有することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、スロッシング現象を抑制する最適な大きさの開孔を設けることにより、タンクのスロッシング固有周期より早い周波数として内部流体の同調周波数を大きく離し、流体運動の同調点から外す作用をもたせることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、スロッシング現象による油面の大きな変位を押さえることができ、地震におけるタンク被害を極力小さくすることができる液体貯蔵タンクを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
本発明に係る最良の形態の液体貯蔵タンクは、図１の斜視図に示すように、地上液体貯蔵タンク１の筒状側壁（側板）２の内壁面２ａと、底部２ｂと、貯蔵液体（原油等）Ｗ上に浮遊する浮屋根（浮き蓋）３の外周面との間には間隙Ｈがあり、この間隙Ｈにはタンクシール（図示せず）が取付けられており、雨水が貯蔵タンク１内壁面を伝わってタンクシールに流れ込むのを防止するために、金属板等で形成されたウェザーシールド（図示せず）が取付けられている。
【００１９】
そして、本実施形態の液体貯蔵タンク１は、浮き蓋３の下面またはタンク本体の底部２ｂの少なくとも一方に連結され、タンク本体内の上下方向に向かう４枚の流動抑制部材４ａ〜４ｄと、を備えている。この４枚の流動抑制部材４ａ〜４ｄは、浮き蓋３に対し、それぞれ屈曲自在に連結されている。
【００２０】
また、４枚の流動抑制部材４ａ〜４ｄは、図２の浮き蓋３の底面図に示すように、４枚の流動抑制部材４ａ〜４ｄが、タンク本体の半径方向に延びていて、タンク本体の周方向に９０°の間隔をおいてそれぞれヒンジ５ａ〜５ｄを介して、浮き蓋３と連結されている。
【００２１】
流動抑制部材４ａ〜４ｄを更に詳しく説明する。
例えば、流動抑制部材４ｄは、図３の液体貯蔵タンク１の平面図に示すように、上部フラップ４ｄ1と、下部フラップ４ｄ2と、上下フラップ４ｄ1，４ｄ2を屈曲自在に連結するヒンジ６ｄと、を備えている。上部フラップ４ｄ1は、平面形状が内角９０°の扇形の一部であって略台形形状を成し、前記扇形の内側において、半径の１つと平行関係にある直線（ヒンジ６ｄの位置）で前記扇形を分割した形状を有している。また、下部フラップ４ｄ2は、上部フラップ４ｄ1の線対称形状である略台形形状を有している。
【００２２】
そして、流動抑制部材４ｄは、図４の側面図に示すように、上部フラップ４ｄ1の上端が浮き蓋３の底面とヒンジ５ｄを介して連結され、上部フラップ４ｄ1の下端と下部フラップ４ｄ2の上端がヒンジ６ｄを介して連結されている。なお、下部フラップ４ｄ2の下端は、タンク本体の底部２ｂと接地しており、液面の上昇、下降による浮き蓋３の上下動に従ってタンク本体の底部２ｂを摺動する。また、液体の減少により浮き蓋３が下降すると、上部フラップ４ｄ1と下部フラップ４ｄ2が折り重なり畳まれる。図２は、流動抑制部材４ａ〜４ｄが折り重なり畳まれた状態を浮き蓋３の底面側より見た図である。
【００２３】
［液体貯蔵タンクの作用］
次に、液体貯蔵タンク内における流動抑制部材４ａ〜４ｄの作用を説明する。
液体貯蔵タンクは、円筒形状である。従って、筒内の円形膜運動の方程式はベッセル(Bessel)関数により下記の数式１で求められる。
um,n? Jm(?mnr)? Acosm? ? Bsinm? ??Ccos?mnt? Bsin?mnt?  ・・・数式１
【００２４】
なお、数式１において、「?mn」は膜固有振動数を示す。
「ｍ」は周方向の分割数に相当し、ベッセル関数の次式になる。従って、「ｍ＝２」の場合は、「ｍ？＝１８０°」、「ｍ＝３」の場合は、「ｍ？＝１２０°」、「ｍ＝４」の場合は、「ｍ？＝９０°」となる。なお、この実施の形態では分割数は「ｍ＝４」であり、「ｍ？＝９０°」である。
「ｎ」は直径方向の波分布を示し、「ｎ」を１あるいは２として考える。
但し、「ｒ？＝１」を円筒形状の半径とし、「ｒ？＝２」を仮の固定点として、膜変形と水面変形とを関連付ける。
【００２５】
数式１によれば、「?mn」は、「Jm(?)?0」の零点であるから、分割数「m」が増加すると、膜固有振動数「?mn」も増加する。
【００２６】
図５は、数式１（筒内の円形膜運動の方程式）に基づき、分割数が「０：J0(X)」の場合、「１：J1(X)」の場合、「２：J2(X)」の場合、「３：J3(X)」の場合、「４：J4(X)」の場合のそれぞれにおける膜固有振動数の変化を演算し、モニタＭに表示したものである。このモニタＭ表示によれば、J0〜J4のうちJ4の膜固有振動数が一番大きいことがわかる。すなわち、分割数「m」が増加すると、膜固有振動数「?mn」も増加することがわかる。
【００２７】
従って、流動抑制部材４ａ〜４ｄを設けた分割数４の実施の形態によれば、タンク本体内に貯蔵された液体Ｗのスロッシング現象による運動の大きな内部運動減衰を発生させるばかりではなく、液体貯蔵タンク１の液面運動の固有周期を短い方向に変化させることができる。そして、低周波地震の振動周期５秒から１０秒から、タンク１のスロッシング固有周期より早い周波数として内部流体の同調周波数を大きく離し、流体運動の同調点から外す作用をもたせることができる。
【００２８】
また、４枚の流動抑制部材４ａ〜４ｄを設けたこの実施の形態によれば、地震波の進行方向が東西南北の何れかであったとしても、何れかの流動抑制部材４ａ…がスロッシング現象を抑制することができるので、タンク内に貯蔵された液体Ｗの内部運動減衰を発生させることができる。すなわち、地震波の進入方向が何れかであったとしても、内部運動減衰を発生させることができる。なお、地震では直下型の垂直上下動の可能性もあるが、この実施の形態では横波の地震波として考える。
【００２９】
更に、流動抑制部材４は、浮き蓋３の下面からタンク本体の底部２ｂへ向かって延びる板状部材であり、その板状部材の上部は、浮き蓋３の下面にヒンジ結合されている。そして、この実施の形態によれば、液体Ｗの蒸発損失を減少させ、蒸気相をなくして安全を保つ、浮き蓋３の特徴を生かすことができる。
【００３０】
［別の実施の形態］
図６は、タンク中心より円周方向に３分割した別の実施の形態（実施の形態２）を示し、浮き蓋３の底面より３枚の流動抑制部材４ｅ〜４ｇを見た図である。
図６の底面図に示す流動抑制部材４ｅ〜４ｇも、前述の実施の形態（図２の底面図）と同様な機構を有している。すなわち、流動抑制部材４ｇの場合、上部フラップ４ｇ1の上端が浮き蓋３の底面とヒンジ５ｇを介して連結され、上部フラップ４ｇ1の下端と下部フラップ４ｇ2の上端がヒンジ６ｇを介して連結されている。なお、下部フラップ４ｇ2の下端は、タンク本体の底部２ｂと接地しており、液面の上昇、下降による浮き蓋３の上下動に従ってタンク本体の底部２ｂを摺動する。また、液体の減少により浮き蓋３が下降すると、上部フラップ４ｇ1と下部フラップ４ｇ2が折り重なり畳まれる。
【００３１】
図７は、流動抑制部材４Ｘをタンク本体の底部２ｂに連結した別の実施の形態（実施の形態３）であり、液体貯留タンクの側断面図を示す。
流動抑制部材４Ｘは、タンク本体の底部２ｂに複数連結されている。なお、この場合、流動抑制部材４Ｘは、タンク本体の半径方向に延びていて、タンク本体の周方向に間隔をおいて連結されている。
【００３２】
また、流動抑制部材４Ｘは、タンク本体の底部から浮き蓋の下面へ向かって延びる板状部材であり、その板状部材の下部は、タンク本体の底部２ｂにヒンジ７を介して結合されている。なお、浮き蓋３の下面へ向かって延びる板状部材４Ｘは、タンク本体の底部２ｂから起立させるための浮体８を備えている。また、タンク本体の底部２ｂと板状部材４Ｘとの間に、板状部材４Ｘを液体内で起立状態に維持するための付勢手段であるバネ９を設
けている。なお、図７に示す実施の形態３では、浮体８と付勢手段（バネ）９とを併用する場合で説明したが、いずれか一方であってもよい。但し、この浮体８による浮力あるいはバネ９による付勢力は、浮き蓋３の重力より小さいものとする。
【００３３】
図７に示す実施の形態３では、板状部材４Ｘの上端は、浮き蓋３の下面と接地しており、液面の上昇、下降による浮き蓋３の上下動に従って浮き蓋３の下面を摺動する。また、液体の増加により浮き蓋３が上昇すると、板状部材４Ｘは、浮体８による浮力あるいはバネ９による付勢力によりタンク本体の底部２ｂから起立する。液体の減少により浮き蓋３が下降すると、浮き蓋３の重力により、板状部材４Ｘがタンク本体の底部２ｂ側に倒れる。
【００３４】
更に、別の実施の形態（実施の形態４）として、流動抑制部材は、その壁面に開孔を設けた構成としてもよい。
【００３５】
この実施の形態４によれば、スロッシング現象を抑制する最適な大きさの開孔を設けることにより、タンクのスロッシング固有周期より早い周波数として内部流体の同調周波数を大きく離し、流体運動の同調点から外す作用をもたせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の液体貯蔵タンクを示す斜視図である。
【図２】浮き蓋の底面図である。
【図３】浮き蓋の底面図であり、流動抑制部材を展開した場合を示す。
【図４】液体貯蔵タンクの側断面図である。
【図５】筒内の円形膜運動の方程式に基づき膜固有振動数の変化を演算し、モニタに表示した図である。
【図６】実施の形態２にかかる浮き蓋の底面図である。
【図７】実施の形態３にかかる液体貯蔵タンクの側断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    液体貯蔵タンク
２    筒状側壁（側板）
２ａ  内壁面
２ｂ  底部
３    浮屋根（浮き蓋）
４ａ〜４ｄ  流動抑制部材
５ａ〜５ｄ  ヒンジ
６ａ〜６ｄ  ヒンジ
７  ヒンジ
８  浮体
９  バネ（付勢手段）
Ｈ  間隙
Ｗ  液体
【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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【図７】
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