(57)【要約】【課題】  抵抗板等の部材を別途取り付けることなく、スロッシングを減衰させることができる機構を提供する。【解決手段】  本発明の浮屋根は、タンク内の液体１２の揮発を抑制するとともにスロッシングを減衰させることを可能にするものであり、液面を覆う板１３と、板１３の周囲に設けられ、液面に板１３を浮かせる中空の浮体１４とを備え、浮体１４内に液体が収容されており、地震発生により浮体１４内でスロッシングの共振波長より短い波長の波を発生させることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク内の液体の揮発を抑制するとともにスロッシングを減衰させることを可能にする浮屋根であって、液面を覆う板と、前記板の周囲に設けられ、前記液面に前記板を浮かせる中空の浮体とを備え、前記浮体内に液体が収容されており、地震発生により前記浮体内で前記スロッシングの共振波長より短い波長の波を発生させることを特徴とする、浮屋根。
【請求項２】
前記浮体は、前記中空の浮体内の容積の２０％〜６０％が前記液体で満たされていることを特徴とする、請求項１に記載の浮屋根。
【請求項３】
前記板は、波形に成形された鋼板であり、前記浮屋根は、複数の前記浮体が前記鋼板に周設されたものである、請求項１または２に記載の浮屋根。
【請求項４】
液体の揮発を抑制するために浮屋根を備えるタンクにおいて、スロッシングを減衰させるための方法であって、前記浮屋根は、液面を覆う板と、該板の周囲に設けられ、前記液面に前記板を浮かせる中空の浮体とを備え、前記浮体内に液体が収容されていて、
地震発生により前記浮体内で前記スロッシングの共振波長より短い波長の波を発生させる段階と、
発生した前記波により前記浮体が前記タンク内の液体に加える荷重の位置および大きさを変化させる段階とを含む、方法。
【請求項５】
前記板は、波形に成形された鋼板であり、複数の前記浮体が前記鋼板に周設されていて、地震発生により揺動する前記タンク内の液体を、前記波形に成形された鋼板および前記タンク内の液体に浸漬される前記浮体の一部に衝突させる段階を含む、請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内の液体の揮発を抑制するとともにスロッシングを減衰させることを可能にする浮屋根および該浮屋根を用いるスロッシング減衰方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス等のガスや、水、石油、化学薬品等の液体を貯留するためのタンクとして、球形ホルダや、固定屋根式タンク、浮屋根式タンク等が使用されている。これらガスや液体のうち、石油等の揮発性を有する液体を貯留するタンクには、浮屋根式タンクが多く採用されている。これは、浮屋根が液面を覆い、かつ昇降自在に浮いており、液面がどの位置にあっても浮屋根と液面との間に空間ができず、液体が揮発することがなく、この結果、液ロスを抑制することができるからである。この液ロスは、タンク内の液体の量を減少させ、液体の使用量を減少させるものである。
【０００３】
ここで、浮屋根式タンクの構造について説明する。一般に、円形の底板と、液体を貯留するために中空円筒形に構築される側板と、液面を覆い、液面に浮かべて使用される浮屋根とから構成される。中空円筒形に側板を構築するのは、内部に貯留される液体によって側板に加えられる圧力をほぼ均等にし、タンクを破損しにくくするためである。浮屋根は、液面の中央部を覆うデッキ板と、そのデッキ板の周囲に設けられる中空の箱形構造物で、液面に浮くポンツーンとから構成される。ポンツーンとタンクの側板との間には、わずかな隙間が存在するが、ポンツーンの周囲にシール部材を設け、シール部材によってこの隙間を埋めることで、液体の揮発を抑制することができる。なお、浮屋根は、液面に浮かべて使用され、液体の供給に伴って液面レベルが上昇するにつれて上昇し、液体の取り出しに伴って液面レベルが低下するにつれて降下する。
【０００４】
地震が発生した場合、震源を中心とする地震動が発生し、この浮屋根式タンクにもこの
地震動が伝えられる。この地震動によってタンクは揺動し、タンク内の液体にもこの揺動
が伝えられる。地震動による周期とタンクの固有周期とが重なり合い共振が発生すると、
液面が大きく波立つスロッシングと呼ばれる現象が発生する。
【０００５】
このスロッシングは、浮屋根に回転運動を生じさせ、波高を増大させる。この波高の増大は、タンク内容物をオーバーフローさせ、また、浮屋根と液面との間に負圧と正圧とを生じさせて浮屋根を破壊させる場合がある。浮屋根が破損すると、液体内に沈下し、液体の揮発が促進させ、この液体が可燃性液体である場合、着火源の存在により、火災を引き起こす。この火災は、液体が無くなるまで継続される。また、スロッシングによってオーバーフローした場合も同様に、可燃性液体が揮発し、火災を引き起こすおそれがある。したがって、スロッシングの発生を抑制する抑制装置、あるいは、スロッシングが発生したとしても早期に減衰させることができる減衰機構や減衰装置が提案されている。
【０００６】
例えば、浮屋根を、柔軟性を有する外皮と、この外皮の内部に形成した可撓性を有する補強材とを備えると共に、その外皮の内部を不燃性ガスで満たした袋状とし、また、浮屋根の下面に複数の揺れ止め板を略十字状または略格子状に配列した構造とした浮屋根式タンクが提案されている（特許文献１参照）。このタンクは、浮屋根自体を柔軟にして、液体の振動に対して追従できるようにし、浮屋根の振動や傾斜、さらには浮屋根の上面へ液体が溢れてしまうことを効果的に防止することができるものである。また、このタンクは、浮屋根自体の柔軟性に加え、揺れ止め板によって、液体の振動を効果的に減衰させることができる。
【０００７】
スロッシング抑制装置として、貯蔵液の流動により遊動する抵抗板と、貯蔵液中を沈んでタンク本体の底面に移動可能に設置されるとともに、浮力により浮かぼうとする抵抗板を貯蔵液中で支持する支持体と、抵抗板と支持体とを接続するワイヤとを有するスロッシング抑制装置が提案されている（特許文献２参照）。この装置は、予めタンク本体内に投入され、この装置と流動する貯留液との相対移動により生じる流体抵抗によってスロッシングを抑制するものである。
【０００８】
上記特許文献１に記載のタンクは、浮屋根を袋状にすることで、この浮屋根を緩衝材として機能させ、鉛直方向（タンク底面あるいは地面に対して垂直方向）への液体の運動を減衰させることができ、また、揺れ止め板によって水平方向（タンク底面あるいは地面に平行な方向）への液体の運動を減衰させることができ、効果的にスロッシングを抑制することができる。また、上記特許文献２に記載の装置は、この装置と流動する貯留液との相対移動により生じる流体抵抗によって効果的にスロッシングを抑制することができる。しかしながら、これらは、外皮や補強材、複数の揺れ止め板、抵抗板、支持体、ワイヤといった部材が別途必要であり、揺れ止め板、抵抗板や支持体等を液体内に投入すると、液体の貯蔵量が減少するといった問題があった。
【特許文献１】特開２００５−１７８９００号公報
【特許文献２】特開２００５−２８０７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、抵抗板等の部材を別途取り付けることなく、スロッシングを減衰させることができる機構および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討の結果、浮屋根を構成する、浮力を確保するために設けられる中空の浮体であるポンツーン内に液体を入れ、地震時に、ポンツーン内の液体によって共振波長より短い振動波長を生成させ、これを作用させることにより、スロッシングを減衰させることができることを見出した。すなわち、上記課題は、本発明の浮屋根を提供することにより達成される。
【００１１】
本発明の浮屋根は、タンク内の液体の揮発を抑制するとともにスロッシングを減衰させることを可能にするものであり、液面を覆う板と、板の周囲に設けられ、液面に板を浮かせる中空の浮体とを備え、浮体内に液体が収容されており、地震発生により浮体内でスロッシングの共振波長より短い波長の波を発生させることを特徴とするものである。
【００１２】
上記浮体は、浮体内の容積の２０％〜６０％が液体で満たされていることを特徴とする。
【００１３】
上記板は、波形に成形された鋼板であり、浮屋根は、複数の浮体が鋼板に周設されたものとすることができる。
【００１４】
本発明では、液体の揮発を抑制するために浮屋根を備えるタンクにおいて、スロッシングを減衰させるための方法も提供する。ここで、浮屋根は、液面を覆う板と、板の周囲に設けられ、液面に前記板を浮かせる中空の浮体とを備え、浮体内に液体が収容されているものとされる。本発明の方法は、地震発生により浮体内でスロッシングの共振波長より短い波長の波を発生させる段階と、発生した波により浮体がタンク内の液体に加える荷重の位置および大きさを変化させる段階とを含む。
【００１５】
上記板は、波形に成形された鋼板であり、複数の浮体が鋼板に周設されていて、本発明の方法は、地震発生により揺動するタンク内の液体を、波形に成形された鋼板およびタンク内の液体に浸漬される浮体の一部に衝突させる段階を含むことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の浮屋根および方法を提供することにより、抵抗板等の部材を別途設けることなく、スロッシングを減衰させることができる。また、抵抗板等の部材を必要としないため、安価で提供することができ、それらの部材の取り付けや取り外し、メンテナンスが不要で、タンク内の液体の貯蔵量を大きく減少させることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の浮屋根を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、浮屋根式タンクの断面図である。図１に示す浮屋根式タンクは、地面あるいは構築された基礎上に配置されるタンク本体と、タンク本体に貯蔵される液体と、液面に浮かべられる浮屋根とから構成されている。タンク本体は、円形の鋼板からなる底板１０と、丸めて円筒形に形成された側板１１とから構成される。これらは、内部に貯蔵される液体１２の量、密度等によって適切な厚さの鋼板を使用して成形される。
【００１８】
タンク本体の内部に貯蔵される液体１２は、液体であればいかなるものであってもよいが、この浮屋根式タンクでは、揮発性の高い石油、重油、ガソリン等を貯蔵することができる。
【００１９】
浮屋根は、液面を覆う板１３と、その板１３の周囲に設けられ、液面に板１３を浮かせる中空の浮体１４とを備える構成とされている。中空の浮体１４は、所定の容量を有する空洞部分を備えており、本発明では、その空洞部分に液体１５が収容される。液面を覆う板１３としては、円形の鋼板を挙げることができ、中空の浮体１４としては、中空の箱形構造物であるポンツーンを挙げることができる。ポンツーンは、液面に浮くように、ポリ塩化ビニルや繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等のプラスチック材料やコンクリートから製造されるものを用いることができる。浮屋根は、液面の中央部を含む大部分を板１３で覆い、その板１３を液面に浮かせるため、その板１３の周囲に浮体１４が設けられる。
【００２０】
浮体１４は、円形の板１３の周囲を包囲するリング状のものであっても良いし、複数の略直方体のものを互いに隣接させ、それぞれを円形の板１３に取り付けたものとされていてもよい。本発明では、この浮体１４の内部に、所定量の液体１５が入れられたものとされる。
【００２１】
本発明では、中空の浮体１４内の容量の２０％〜６０％を液体１５で満たされたものが好ましい。２０％より少ない場合、液体１５が少ないため、これをタンク内の液体１２に効果的に作用させ、スロッシングを効果的に減衰させることはできないからである。反対に６０％より多い場合、浮体１４内の液体１５で満たされた部分を除いた空間部分が少なくなり、タンク内の液体１２の揺動に伴う浮体１４内の液体１５の揺動によって、浮体１４内の液体１５は、浮体１４の天井部分にすぐに接触してしまい、波を発生させることができないからである。このように波が発生しない場合、浮体１４内に分布が発生せず、液体１５を収容していない浮体より質量が大きくなるものの、効果としては液体を収容していない浮体と同様のものとなり、スロッシングを減衰させることはできない。
【００２２】
浮体１４内の容量の適量である２０％〜６０％を液体で満たした場合の浮体１４を用いた浮屋根によるスロッシングの減衰を、図２を参照して詳細に説明する。図２に示すように、浮体２０には、適量の液体２１が収容されており、適当な空間部分２２を有している。図２（ａ）に示すように、地震が発生すると、タンク２３内の液体２４が揺動し、さらに、浮体２０内の液体２１も揺動し始める。タンク２３は、固有の振動周期をもっており、地震波の周期とほぼ一致すると、液面が大きく波立つスロッシングを発生させる。この波の波長（すなわち、共振波長）は、タンク２３の径Ｌの約４倍である。したがって、タンク２３内では、約１／４波長の波が発生する。
【００２３】
図２（ａ）に示すように浮体２０内の中空部分の一方の側面から対向する他方の側面までの距離Ｄは、タンク２３の径Ｌより充分に短い。このため、浮体２０内では、タンク２３で発生する波の波長に比較して短い波長の波しか発生しない。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように浮体２０内で短い波長の波が発生すると、浮体２０内で波高差を生じ、その波の移動によって、タンク２３の液体２４に加えられる荷重の位置および大きさが変化する。ある時点においては、波高の大きい位置の下側の部分の液体ａに加えられる荷重と、波高の小さい位置の下側の部分の液体ｂに加えられる荷重とで、図２（ｂ）に示すような差が生じており、タンク２３内に発生した波では、液体ａの液レベル（底板からの高さ）が液体ｂの液レベルよりも高いものの、液体ｂに加えられる荷重のほうが大きいため、その部分の液体ｂが押さえ付けられたような状態となり、液体２４の流動に乱れを生じさせる。このように液体２４に加える荷重の位置および大きさを連続的に変化させ、液体２４の流動に連続的に乱れを生じさせることにより、タンク２３内の波高差が小さくなり、スロッシングは減衰される。このように、タンク２３内の波の波長とは異なる波長の波を作用させることにより、スロッシングを減衰させることができる。ちなみに、タンク２３内の波の波長と同じ波長の波を浮体２０内に発生させた場合、タンク２３内で発生する波の波長がタンク２３の径Ｌの約４倍で極めて大きく、タンク２３の径Ｌが浮体２０の距離Ｄに比較して極めて長いことから、浮体２０内では波高差がほとんど生じず、単なる中空の浮体、浮体内をすべて液体で満たしたものと同様の効果となり、液体２４の流動に乱れを生じさせることはなく、スロッシングを抑制することはできない。
【００２５】
本発明の浮屋根は、浮体内に液体を収容しているため、錘としての機能も有し、この機能によってスロッシングを抑制することができる。なお、この錘としての機能とは、浮屋根が持ち上がらないように、浮屋根に荷重を加える機能である。
【００２６】
図３は、浮屋根の別の実施形態を示した図である。図３に示す浮屋根は、板が、波形に成形された鋼板３０であり、複数の浮体３１が鋼板３０に周設されているものとされている。この構造の浮屋根は、地震の発生によりタンク３２内の液体３３が揺動し始めるが、揺動による液体３３の運動が、波形に成形された鋼板３０およびタンク３２内の液体３３に浸漬される浮体３１の一部への衝突によって抑制され、これによってもスロッシングが減衰されるようになっている。これは、液体３３の運動エネルギーを減衰させることにより、スロッシングを減衰させるものである。
【００２７】
これまで本発明の浮屋根を、図面を参照して詳細に説明してきたが、本発明の浮屋根は図面に示された実施形態に限定されるものではなく、その形状および大きさ、板の形状および厚さ、浮体の形状および数は、タンク本体の形状、液体の貯蔵量等に応じて適宜決定することができるものである。浮体の内部に収容される液体は、タンク内に貯蔵する液体と同じものが好ましいが、異なるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の浮屋根を備える浮屋根式タンクを示した図。
【図２】本発明の浮屋根を用いてスロッシングを減衰させているところを示した図。
【図３】本発明の浮屋根の別の実施形態を示した図。
【符号の説明】
【００２９】
１０…底板
１１…側板
１２、２４、３３、ａ、ｂ…液体
１３…板
１４、２０、３１…浮体
１５、２１…液体
２２…空間部分
２３、３２…タンク
３０…鋼板
Ｄ…距離
Ｌ…径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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