ISSN 0026-6825

平成 29 年 1 月 ■ 第 218 号

MITSUI ZOSEN TECHNICAL REVIEW No. 218 2017

②

①

③

Cover
Cranes Contributing to CO2 Emission Reduction and Energy Saving

表紙説明
省エネルギー，CO2 排出削減に貢献する港湾荷役クレーン
三井造船の港湾荷役クレーンは，さまざまな方面で使用され，省エネルギー，CO2 排出削減に貢献している．
世界最大クラスのグラブバケット式アンローダは，4ドラム式の駆動方式と，高強度軽量グラブバケットの採用により，クレーン総重量及び電力消費量の削減を実現した．
2007 年に初号機を納入したハイブリッド式トランステーナ “MES
Hybrid” は，従 来 型のトランステーナに比 べ，燃 料 消 費 量を60% 削減した．
鉄道によるコンテナの輸送が主要である米国では，コンテナター
ミナル内の鉄道ヤード用に遠隔自動化レール式門型電動クレーンを納入することで，モーダルシフトを加速させ，トラクターやフォークリ
フトから排出される CO2 を大幅に削減した．
① グラブバケット式アンローダ② ハイブリッド式トランステーナ（MES Hybrid）③ 鉄道ヤード用遠隔自動化レール式門型電動クレーン

三井造船技報 No. 218（2017-1）

Cranes of Mitsui Engineering & Shipbuilding Co.,
Ltd. (MES) contributes to energy saving and CO2 emission reduction in various fields of cargo handlingindustry.
We have achieved reduction of gross weight andpower consumption of the world's largest grab bucket
unloader by adopting by Four-Drum Drive System
and light weight grab bucket.
Hybrid type TRANSTAINER® "MES Hybrid" whose
first unit delivered in 2007 reduces fuel consumption
by 60 % compared with the conventional type
TRANSTAINER®.
In USA where the railway is one of the principalmeans of container transportation, we contribute to
the acceleration of the modal shift by delivering theautomated rail mounted gantry crane with remote
operation for intermodal yard, and significant reduction of CO2 emissions from tractor or forklift.
① Grab Bucket Unloader② Hybrid TRANSTAINER® (MES Hybrid)③ Automated Rail Mounted Gantry Crane withRemote Operation for Railway Yard

三 井 造 船 技 報2017 年（平成 29 年）1 月・第 218 号

目次

製品・技術解説
世界初のメタノール焚き ME-LGI 機関の完成… …………………………………………
機械・システム事業本部

村上高弘

次世代船舶保守管理システム”CMAXS e-GICSX”… ……………………………………
三造テクノサービス株式会社

三宅

1

6

宏明

技術論文・報告
事業系食品残さを原料とした飼料製造設備におけるバイオガス設備の導入効果…… 13
中嶋

幸子

庄

智裕

中嶋

昭博

小倉

智

永淵

優

衝撃荷重を受ける延性材料の陽解法を用いた破壊シミュレーション技術の開発…… 19
安田

章宏

シェリーフ

ラシッド

製品・技術ニュース
製鉄所向け原料荷役用 3 000 t/h 橋形アンローダ－新日鐵住金株式会社名古屋製鐵所に据付－……………………………………… 26
追分橋耐震補強工事－狭隘な施工ヤードにおけるロッキング橋脚の撤去・更新－…………………… 27

MITSUI ZOSEN TECHNICAL REVIEW
No. 218 January 2017
CONTENTS
Products and Technology Explanation
Completion of the World First ME-LGI Methanol fueled Diesel Engine………………

1

Takahiro Murakami

Next Generation Ship Maintenance Support System“CMAXS e-GICSX”
……………

6

Hiroaki Miyake

Technical Paper and Report
Biogas Process Introduction into Food Waste Recycling System
for Livestock Feed… …………………………………………………………………… 13
Sachiko NAKAJIMA, Tomohiro SHO, Akihiro NAKAJIMA,
Satoshi OGURA, Masaru NAGAFUCHI

Development of a Simulation Technique using Explicit Method to
Predict Collapse Behaviors of Ductile Components Subjected to Impact Loads……… 19
Akihiro YASUDA, Sherif RASHED

Products and Technology News… ………………………………………………………

Published by
MITSUI ENGINEERING & SHIPBUILDING CO., LTD.
6-4, Tsukiji 5-chome, Chuo-ku, Tokyo 104-8439, JAPAN

26,  27

製品・技術解説

三井造船技報 No. 218（2017-1）

世界初のメタノール焚き ME-LGI 機関の完成
機械・システム事業本部

村

上

高

弘

Completion of the World First ME-LGI Methanol fueled Diesel Engine
    Takahiro Murakami

1.

画されている．加えて，米国に端を発するシェールガス革命

はじめに舶用ディーゼル機関は，長らく MDO（Marine Diesel Oil）
及び HFO（Heavy Fuel Oil）を主燃料としてきた．その理由は，これらの燃料が，安価でどこでも大量に調達できるという舶用燃料に必要な条件を満たしていたためと言える．
一方，世界的に環境保全が叫ばれ，大気放出される二酸化，窒素酸化物（NOx），硫黄酸化物（SOx）の排出炭素（CO2）
量削減の要求が高まっている．これらの物質の削減について
は，船舶及び舶用ディーゼル機関にも要求され，国際規則等に基づく規制が強化される見通しである．
メタノールは，燃料中に硫黄分が含まれていないため，燃焼させても大気汚染物質である SOx を排出しない．また，
単位発熱量当たりの CO2 の排出量が通常の舶用燃料に比べて小さいため，次世代のクリーンな燃料の一つとして期待されている．
メタノールは，これまで石油からの生成が主であったが，中国では石炭由来のメタノール生成プラントの建設が多数計

写真 1

により，安価な天然ガスが誕生し，天然ガスから製造される
メタノールについて，これまでより安価にかつ大量に生産できる可能性があることから，供給面でもメタノールを燃料として使用することの素地ができつつある．
このような状況下において，2 ストローク舶用ディーゼル機関で世界最大のシェアを誇る，MAN Diesel and Turbo
社（MDT）では，メタノールに代表される低引火点燃料を
従来の舶用燃料と共に使用可能な二元燃料ディーゼル機関（ME-LGI 機関）を開発した．三井造船では，メタノール焚き 7S50ME-B9.3-LGI 機関（写真 1）を受注し，世界初となる実機での陸上運転を経て，2015 年 7 月に初号機を出荷した．実機陸上運転実施に先立ち，当社所有のテストエンジン
4S50ME-T9 をメタノール焚きに改造し，MDT と共同で世界初の複数シリンダのエンジンによる運転を実施するとともに，本テストエンジンで得た知見を実機運転に適用した．本報では ME-LGI 機関の特長を述べた後，本機関の性能，機器構成等を解説する．

三井 -MAN B&W 7S50ME-B9.3-LGI

1

三井造船技報 No. 218（2017-1）

2.

製品・技術解説

ME-LGI 機関の特長 1）

2．1 二元燃料機関
ME-LGI 機関は，従来の燃料油（主燃料：Primary Fuel）の噴射系統はそのままで，二次燃料（Secondary Fuel）の噴射系を追加した二元燃料機関であり，従来の電子制御機
関（ME 機関）をベースに開発されたものである．図 1 に，
ME-LGI 機関の燃料噴射弁配置を示す．二元燃料化に際し，二次燃料用噴射弁（Fuel Booster Injection Valve.：FBIV）が追加され，燃料油用と併せて，シリンダカバーに 2 種類の噴射弁が装備されている．二次燃料はピストンの圧縮による温度上昇だけでは安定して着火ができないため，着火のための燃料油が必要である．二次燃料運転時にはシリンダ内の圧縮空気に少量の燃料油を噴射することで火種を作り，それとほぼ同時に高圧の二次燃料を火種に噴射することにより燃焼させている．この方式はパイロット着火方式と呼ばれている 2）．
二元燃料機関については，先行して天然ガスを二次燃料とする ME-GI 機関が開発され 2），国内初のデモンストレーショ
ン運転が 2013 年に当社で実施されている．パイロット着火による燃焼制御について，ME-LGI 機関にも ME-GI 機関でている．二元燃料機関としては，予混合燃焼方式を採用する機関もあるが，予混合燃焼方式を採用する機関と比較して，ディーゼル燃焼を採用する本機関は，ノッキングや未燃燃料の排出に関する問題がなく，また，燃焼特性が二次燃料の性状に依存しないため，二次燃料運転時においても，従来の主燃料運転時と同等の機関出力，及び負荷変動への追従性を可能としている．
2.3 主燃料系統によるバックアップ
二次燃料噴射系の異常発生時には，速やかに主燃料を使用した運転へ切り替えてバックアップする設計思想を採用しており，二次燃料噴射系の異常発生時においても，本船の航行に影響を与えることはない．
また，主燃料への運転切換後，二次燃料系統は窒素による置換作業（パージング）が実施され，二次燃料は全て機関外へ排出される．加えて，主燃料系統については，従来の油焚き機関と同様な設計がなされており，主燃料へ切り換え後の信頼性は従来機関と同等である．
本バックアップの思想も ME-GI 機関と同様であり，安全性と信頼性を両立させている．
2.4 燃料供給方式開発された技術が踏襲され，活かされている．
2.2 ディーゼル燃焼方式の採用
ME-LGI 機関では，ME-GI 機関と同じく，主燃料，二次ME-LGI 機関では，今回製作したメタノール焚きのほかに，エタノール，液化石油ガス（Liquefied Petroleum Gas：
LPG）又はジメチルエーテル（Dimethyl Ether：DME）焚き

燃料とも，燃焼効率に優れるディーゼル燃焼方式が採用されでの運転が可能である．ME-LGI 機関で使用可能な燃料について，表 1 に示す．メタノール及びエタノールの場合は，常温，常圧で液体であり，LPG，DME の場合も 10bar 程度の加圧下で液体であることから，ME-GI で使用される天然ガス等に比べ，貯蔵，取扱が容易である．また，機関へは液体

二次燃料噴射弁でかつ比較的低圧の状態で供給され，シリンダ内への燃料投入の際は，機関本体に装備の FBIV にて液体の状態で昇圧され，噴射される．そのため，ME-GI 機関のように常圧のガスを 30 MPa を超える状態まで圧縮することが必要な高圧ガス供給設備の設置が不要である．なお，メタノールは毒物及び劇物取締法において劇物に指定されているため，本機関には様々な安全対策が施されている．

3.

メタノール焚き実機初号機 7S50ME-B9.3-LGI 機関の陸上運転における，重油焚き 100 % 負荷運転時の値を基準にした燃料消費率（Specific Fuel Consumption：SFC）を図 2 に

主燃料噴射弁
図１

ME-LGI 機関の燃料噴射弁配置

表1
燃料種類

燃料仕様の比較

メタノール

供給圧力（bar）

エタノール
8

主機入口での状態
噴射圧力（bar）

LPG

DME

50

30

液体
550

昇圧方式

2

メタノール焚き ME-LGI 機関の性能

600
FBIV による昇圧

単位体積当たりの発熱量– 液体時 –（A 重油比）

0.44

0.57

0.63

0.52

比重 – 気体時 –

1.1

1.6

1.5

1.6

法律の区分

劇物

無し

ISO 条件下における SFC［g/kWh］（低発熱量：42 700kJ/kg 換算）

世界初のメタノール焚き ME-LGI 機関の完成

燃料油
メタノール

機関負荷［%］

図2

7S50ME-B9.3-LGI 機関での燃料消費率（SFC）計測結果
写真 2 三井造船テストエンジン 4S50ME-T でのメタノール運転の状況
燃料油

NOx 排出率［g/kWh］

メタノール

メタノール
作動油
シール油
パージ
メタノール供給管

自由端側

出力軸端側

機関負荷［%］

図3

7S50ME-B9.3-LGI 機関での NOx 計測結果

隣接シリンダから
LGIブロック
隣接シリンダへ示す．メタノール焚きの燃費は，重油焚きとほぼ同等である
ことが分かる．一方，NOx については図 3 に示したとおり，最大で約 30 % 程度減少することが確認できた．
メタノールには硫黄が含まれていないため，メタノール燃料使用時の SOx 排出源は，着火に用いる主燃料中の硫黄分のみとなる．また，メタノールは重油に比べ単位発熱量当たりの CO2 排出量が少なく，重油焚きと燃費が同等の場合，
約 6.5 % の CO2 排出量削減が期待できる．
なお，実機初号機運転に先立ち，当社所有のテストエンジ
ン 4S50ME-T9 をメタノール焚きに改造の上，運転試験を実施した．試験実施に当たり，メタノール供給機器には実機運転と同一仕様のものを使用し，メタノール供給機器の健全性の検証も兼ねた．試験の状況を写真 2 に示す．テストエン
ジンでは，メタノール燃料への切り替え動作や，安全システ
ム（異常時に自動で重油運転移行）の確認を行い，シーケン
ス通りの動作となることを確認した．また，ピストン冠，排気弁，シリンダライナの温度計測を実施し，許容温度内であることを確認した．

メタノールブロック
パージブロック
ドレンタンクへ

図4

シリンダカバー周りの構成機器配置

パイプ，メタノールブロックを経由し，メタノール供給管を介して FBIV へ供給される．シリンダ内へのメタノール投入については，シリンダカバーに装備された FBIV 内で昇圧し，燃焼室内に噴射するブースター方式を採用している．FBIV
へは，作動油が LGI ブロック経由で供給されており，機関の制御システムからの指令による作動油の供給により，メタ
ノールが噴射される．メタノール運転が終了した際には，機関内に供給されたメタノールは，メタノールブロックから
パージブロックへ排出される．メタノールは機関内配管に液メタノール焚き ME-LGI 機関について，シリンダカバー

体で存在するため，メタノール運転終了時に機関外への排出が速やかにできるよう，メタノール配管は下り勾配を確保す
るとともに，ドレンラインからの液検知機能も設けている．
メタノールは，環境負荷の低い燃料であるが，一方で，これまで一般的に使用されてきた燃料油と比べ，低粘度で潤滑性に劣る流体であるため，摺動部のシール性と潤滑性に留意

周りの構成機器の配置を図 4 に，機関上部の機器配置を図 5にそれぞれ示す．メタノールは，機関自由端側からチェーンが必要である．また，メタノールは引火点が低く，吸引，服用による毒性もあることから，安全面，健康面からも配慮が

4.

メタノール焚き ME-LGI 機関の構成機器

3三井造船技報 No. 218（2017-1）

製品・技術解説

チェーンパイプ

メタノール
ブロック

メタノール
入口

パージ
ブロック
自由端側

出力軸端側

ドレンタンクへ

メタノール

ドレン

図 5 ME-LGI 機関の上部機器配置図

プランジャ

作動油

シール油
メタノール入口

メタノール噴射

クーリング油図6

メタノール用 FBIV

必要な燃料である．
メタノール焚き ME-LGI 機関におけるこれら課題への対応について述べる．
4.1 低粘度／低潤滑性への対応
メタノールは，これまで一般的に使用されてきた油燃料と比べ，低粘度で潤滑性に劣る流体であるため，噴射弁の摺動部について，メタノールの噴射圧力に耐えるシール性能と潤滑性能を両立させる機構を採用している．
メタノール用に開発された FBIV を図 6 に示す．メタノー
ルは，作動油により駆動されたプランジャにより昇圧され，シリンダ内へ噴射される．摺動部のシール性及び潤滑性の確保のため，FBIV にはシール油が供給されるとともに，FBIV 内でのメタノールの沸騰防止のため，クーリング油も供給されている．
テストエンジンにてメタノール運転後に実施したメタノー
ル用 FBIV の解放点検の状況を写真 3 に示す．テストエン
ジンでの運転において，メタノール用 FBIV には，摺動部も含め異常のないことを確認した．
4

写真 3

解放点検時のメタノール用 FBIV4.2 安全対策
メタノールは，引火点が低く，吸引，服用による毒性もあることから，ME-LGI 機関及び機関へメタノールを供給する機器類には安全面にも配慮した設計がなされている．
機関へメタノールを供給する機器の概略系統図を図 7 に示す．メタノールは貯蔵槽から，約一日分の容量を持つメタ
ノールサービスタンクに供給される．次にメタノール供給装置（Low flashpoint liquid Fuel Supply System：LFSS）と呼ばれる供給装置により，メタノールの場合約 10bar に昇圧され，機関への燃料供給／遮断の機構となるフューエルバルブ
トレイン（Fuel Valve Train：FVT）を通って，機関に供給される．
FVT には，窒素ガスも供給されており，メタノール運転
終了時は，FVT より機関側へ窒素ガスを供給することにより，FVT から下流の配管及び機関内のメタノールの排出と窒素ガスのパージングによる置換を行う．機関下流から上甲世界初のメタノール焚き ME-LGI 機関の完成

換気

窒素ガス
制御空気 パージング

メタノール
サービスタンクフューエルバルブトレイン（FVT）
換気
上甲板
一重管
二重管

窒素ガス
パージング

メタノール貯蔵槽

メタノール供給

メタノール
ドレン

クーリング・
シーリング
オイルユニット

メタノール供給装置（LFSS）

図 7 メタノール系統 概略系統図

板上までは，ドレンラインが設けてあり，配管及び機関内のメタノールはドレンラインを介して上甲板上へ速やかに排出出荷を完了した．
ME-LGI 機関は，メタノールのほか，エタノール，LPG，することで，メタノール運転終了後にメタノールが機関室内に留まることのないような安全設計がなされている．
また，FVT からは LFSS 側へも窒素ガスを供給できるよ

DME での運転も可能であり，これら環境負荷の低い燃料が使用可能な機関の開発によって，更に強化される排ガスに対する環境規制に応えうる素地ができたものと考える．
今後は，就航船での実績も踏まえ，より信頼性の高い機関

うになっており，LFSS 停止時には，FVT から LFSS までの配管内も窒素ガスで置換している．FVT からの窒素ガスの供給によるメタノールの置換作業をスムーズに実施するた
め，FVT は，LFSS や機関に対し上方に設置され，FVT から LFSS 及び機関までの配管は下り勾配としている．
窒素ガスは，LFSS 本体にも供給されており，LFSS 運転
終了時には，LFSS 内のメタノールも全て系外に排出され，
LFSS のメタノール配管内も窒素ガスに置換される．
上甲板下に設置される配管は二重管構造としており，メタ
ノール運転中，二重管の内管と外管の間はファンによる換気によって，機関室内に対し負圧に保たれている．加えて，フローセンサにより換気の流れを計測することで，換気が正常に実施されているかモニタリングしている．これらの措置により，機関室内へのメタノール漏洩を防止している．さらに，換気空気中の HC（ハイドロカーボン）を計測することで，メタノールの内管からの漏れを監視している．
フローセンサや HC センサからの情報は機関の制御システ
ムによりモニタされており，
異常検知時には，
直ちにメタノール運転から重油運転への切り替えが実施される．

5.

おわりに

とすべく開発を継続するとともに，ME-LGI 機関の拡販を推進する所存である．
なお，メタノールを利用した本機関及びメタノール供給装置の安全性検討は，国土交通省の「次世代海洋環境関連技術
開発支援事業」に採択され，日本海事協会との共同研究の一環としても実施した．ここに感謝の意を表します．

参

考

文

献

1）島田．外：排ガス規制対応代替燃料利用技術，日本マ
リンエンジニアリング学会誌，51，3（2016），p.20
2）MAN Diesel & Turbo：ME-GI Dual Fuel MAN
B&W Engines – A Technical，Operational and Costeffective Solution for Ships Fueled by Gas，p.5
共同執筆者：
機械・システム事業本部 機械工場
ディーゼル設計部 島田 一孝，加藤
技術開発部
福島 健史

寿子

メタノール焚き ME-LGI 機関の初号機を受注し，当社テ 〔問い合わせ先〕
ストエンジンでの試験運転，実機陸上運転を経て，メタノー
機械・システム事業本部 機械工場 ディーゼル設計部
ル焚きでの燃費性能，環境負荷物質の排出量削減を確認し，TEL 0863−23−2896 村上 高弘
5三井造船技報 No. 218（2017-1）

製品・技術解説次世代船舶保守管理システム“CMAXS e-GICSX”
三造テクノサービス株式会社

三

宅

宏

明

Next Generation Ship Maintenance Support System“CMAXS e-GICSX”
Hiroaki Miyake

1.

はじめに

航海中の船舶は隔離された移動するプラントになるため，刻々と変化する船舶搭載機器の状況変化を陸上側でリアルタイムに把握することは，通信環境などの制約があり，近年まで困難であった．また，機械に装備されているセンサの種類も少なかった．そのため，船舶搭載機器の予防保全への取り組みは古くから試みられている分野であっても，多くの場合が試験的なものに終わっていた．しかし，昨今の急激な解析技術や船陸間通信環境の向上及び船舶に装備される各機器の電子制御化の進行により，従来の予防保全とは一線を画した
診断及び保守管理システムの構築が可能となってきた．
三井造船では，2004 年 11 月からインターネット経由による三井 –MAN B&W 主機関リモート診断サービス（electronic
Global Internet Customer Support：e-GICS 1））システムを，2006 年 10 月から船舶運航支援システム“Fleet Monitor”2）を船舶会社に提供している．今回，これらの解析技術及び船内データ収集技術をベースに，IoT/M2M 及びビッグデータ
解析などの技術を取り入れた予防保全システムとして，本報で紹介する“CMAXS e-GICSX”を，
日本海事協会（ClassNK）と共同研究開発した．
CMAXS e-GICSX は，e-GICS にはなかったビッグデータ
解析技術を加えて船内での異常診断機能を提供し，異常診断
結果に基づいて強化された性能診断及び燃焼診断から総合的に状態診断を自動的に行うシステムである．自動化においてはデータ自動取得機能及び自動解析機能を追加するとともに，異常診断処理においては船舶運航データを診断解析に活用している．これにより，従来の機関単独の運転状態からの診断から進化し，船舶というプラントの運航状況を考慮した

Machinery Survey：CMS）があり，その延長線上に機関計
画保全継続検査（Planned Machinery Maintenance Scheme：PMS）が あ る．PMS に は 時 間 基 準 保 全（Time Based
Maintenance：TBM）に従う PMS-TBM 方式と状態基準
保全（Condition Based Maintenance：CBM）に従う PMSCBM 方式がある．前者は機関使用時間に応じて開放検査が求められる方式である．後者は状態監視・診断に基づく検査方式で，異常がなければ開放検査が免除されるが，計画保全
管理（Planned Maintenance System：PMS）ソフトウエアを搭載したコンピューターにより保全計画の管理，状態監視・診断が必要となる．
CMAXS e-GCXS は PMS-CBM に 対 応 し た コ ン ピ ュ ー
タ シ ス テ ム で あ る． 現 在 は TBM 方 式 に 従 う CMS 又 は
PMS-TBM 方式に基づく開放検査が主流である．CMAXSe-GCXS を採用することにより，図 2 に示す状態診断による予防保全への効果が得られるとともに，図 3 に示すライフ
サイクルコストの削減を実現できる．
2.2 ClassNK CMAXS への参画
船舶のような多数の機器で構成されているプラントの場
合，機器ごとに解析システムを搭載することは，費用対効果が得られず現実的ではないという課題がある．また，シップリサイクルコストの低減が求められている昨今，これを解決する仕組みとして ClassNK から，高度な解析機能を汎用化し，機器メーカと共同の下，機器種類を問わず診断とサ
ポートを行うことができる船舶保守管理システム統合診断
プラットフォーム ClassNK CMAXS への参画要請があった．

高度な診断が可能となっている．
CMAXS e-GICSX の 開 発 に 当 た っ て は， 図 1 に 示 す“ClassNK CMAXS”3）（Cloud computing MaintenanceeXpert System）に参画しているディーゼルユナイテッド株
4）の画面表示機能を準用している．
式会社の，“CMAXS LC-A”
本報では，IoT/M2M 及びビッグデータを用いた舶用主機
関保守管理システムである，CMAXS e-GICSX のサービス概要を紹介する．

2.

開発の背景

2.1

予防保全機能の提供及びライフサイクルコスト削減

船舶の定期更新検査においては機関継続検査（Continuous
6

図1

ClassNK CMAXS システム概念図

次世代船舶保守管理システム”CMAXS e-GICSX”

図4
図2

状態診断による予防保全

CMAXS e-GICSX における診断の流れ

ンマルサット FBB 7），VSAT 8）などによるブロードバンド化の普及が進み，大量，高頻度のデータ通信が可能になり，機器に設置したセンサからのデータをリアルタイムに近い状態
で陸上データベースに送信可能な環境が整った．
CMAXS e-GICSX では機器データの取得から陸上データ
ベースへのデータ転送及び診断まで，一連の流れを自動化している．
3.2 CMAXS e-GICSX のビッグデータ解析
ビッグデータとは，大量，高頻度，多様性に富んだデータを指す．産業利用においては，販売管理情報の解析とその利用が成功例として知られており，この場合の目的は売上げの最大化又は利益の最大化である．この目的を達成するために，販売商品情報とともに，参照情報となる販売時の日時，曜日，

図3

状態診断によるライフサイクルコストの低減

この要請に応え，当社は MAN B&W 主機関の状態監視保全を担う CMAXS e-GICSX を開発するために参画することになった．なお，補機類の状態監視保全においては，ClassNK
CMAXS に参画している補機類対応メーカが担当する．
CMAXS e-GICSX は，ClassNK の子会社である株式会社
ClassNK コンサルティングサービス（NKCS）を契約窓口とし，データは，ClassNK の子会社である株式会社シップデー
タセンター 5）内の CMAXS 専用システムに保管される．

3.

IoT/M2M の活用とビッグデータに基づく解析

3.1 IoT と M2M の活用“IoT”とは“Internet of Things”の略称であり，モノとモノ，
あるいは人とモノとが情報交換を行い，自律制御を行うことを目指すことである．
“M2M”は“Machine to Machine”の略称であり，モノ（機械）とモノ（機械）があらゆる通信手段
を用いて相互接続，連携する仕組みや，その通信形態を意味
する．6）
船舶の分野においては近年機器の電子制御化が進み，圧力， 温 度 な ど の 各 種 信 号 が， 機 関 制 御 シ ス テ ム（Engine
Control System：ECS），航海情報記録装置（Voyage Data
Recorder：VDR）及び機器情報を記録するデータロガー経
由で外部機器と接続可能になった．
また，船陸間通信環境においては，衛星通信を利用したイ

天候，店舗の場所，購入者の性別，年代などの情報を収集して解析することにより商品販売の傾向を把握し，より売れる
商品をより売れる時間，場所に配置するなどの工夫がなされている．これにより目的の対象情報である売上げとそれ以外の参照情報をセットで，かつ同データ数を入手することが可能であり，統計処理などにより目的情報の関連傾向を直接的に算出することが可能となっている．9）
一方，CMAXS e-GICSX の目的は機器の保守管理であり，予防保全である機器故障の最小化が主目的となる．参照情報
は機器や船体に装備されているセンサからの情報であり，機器データは主に，圧力，温度，振動，流量，粘度などがあり，
航海系データでは水深，風向，船速，風速，舵角，喫水などがある．この場合において，参照情報はビッグデータであるが，目的である故障情報はビッグデータとはならない．
さらに，故障情報は「現象」であり，圧力や温度などの「計測データ」とカテゴリが異なる情報のため，コンピュータによる直接解析は困難である．したがって，工学的現象である機器の故障は，機器の設計情報に基づいて工学的な原理原則に沿った解析が必要となる．
つまり，予防保全を実現するには計測データの統計的な解
析のみでは不十分であり，工学的見地に基づき，発生している現象とその程度について，概念的には性能監視に近い解析を加えることが重要である．
3.3 ビッグデータの活用
CMAXS e-GICSX では，図 4 に示すように，「一次解析：
異常診断」と「二次解析：状態診断」の 2 段階のアプローチ
7

三井造船技報 No. 218（2017-1）

製品・技術解説を用いている．
異常診断とは，計測データが正常値からどの程度かい離しているかを算出することであり，一次解析で行う異常診断には計測データを用いる．この一次解析は，図 1 に示した船舶保守アプリケーションに相当し，船舶内で実施する．
船舶内でセンサから集積される情報はビックデータとなり，統計的解析手法を当てはめることができる．この一次解析の異常診断結果は二次解析で用いられるため，一次解析における異常度算出値の信頼性は，二次解析の状態診断精度に
9）
重大な影響を与える ．
一般的に，異常診断手法として下記のような手法が用いられることが多い．
①…固定しきい値判定による方法②…①に条件を組み合わせる手法③…偏差を用いる方法④…数式モデルを用いる方法⑤…正常時のデータに基づくマップと比較する方法⑥…分布仮定に基づく統計的処理方法⑦…計測値間の相関関係を用いる方法
CMAXS… e-GICSX の一次解析では，異常診断手法として，
IBM 社の“ANACONDA”10）を適用している．ANACONDA
は上記の分類では⑦の計測値間の相関関係に着目したスパー

4.

CMAXS e-GICSX システム構成と診断フロー4.1 船内用機器構成
CMAXS…e-GICSX 船内用機器は，
写真 1 に示す“MP1000H-…
6）
G コンピュータ” ，“EMS-MOP”，“mGuard… &… Switch”を基本構成として搭載される．MP1000H-G コンピュータは，
CMAXS…e-GICSX システム（e-GICSX…PC）のプラットフォー
ムとして使用される．e-GICSX… PC と VDR，機関用デー
タロガー（EDL），電子メール用コンピュータ（MAIL-PC）を，図 5 に示すように船内 LAN で接続することで，データ収集から異常診断までリアルタイムで実施可能なシステ
ムとなっている．なお，EMS-MOP 及び mGuard… &… Switch
は，MAN… Diesel… &… Turbo 社開発の“Engine… Management…
Services”を構成するための機器である．
計測データ及び異常診断結果は，MAIL-PC の送信ボック
スに自動配信され，船陸間通信が行われる都度，株式会社シップデータセンターに送信される．
異常診断ソフトウェア，データベース及びその他必要なソ
フトウェアは，三井造船システム技研株式会社が開発したデータ収集装置”MP1000H-G コンピュータ”にインストール
され，VDR 及び EDL と連接可能な仕様となっている．
機関筒内圧を計測する装置としては，“PMI-Offline”又はス（疎）構造学習と呼ばれるアルゴリズムであり，機械学習 “PMI…Auto-tuning”のいずれかが電子制御機関（ME 機関）にに基づいて，本質的な相関関係を効率的に抽出できる特長を装備されており，PMI…Auto-tuning 装備機関では，筒内圧デー有している．
そのため変動や外乱にも頑強である特長を持ち， タは EMS-MOP 経由で e-GICSX…PC システムに連接される．
船舶主機関のような負荷変動の大きな分野でも，適切に異常
なお，当社の Fleet… Monitor を搭載する船舶では，同シス診断が可能なアルゴリズムであると考えられる．
テムで取得した VDR 及び EDL のデータを，船内で容易に状態診断では 3.2 で述べたとおり，工学的見地に基づいた
CMAXS…e-GICSX と連接可能な仕様となっている．
解析を行うことが重要であるため，機器の設計コンセプトに
4.2 陸上用機器構成基づいたアルゴリズム，経験や実測に基づくパラメータに
陸上用機器は，ClassNK の船舶保守管理クラウド内に配従って解析を行う．CMAXS… e-GICSX では，異常診断結果置されたアプリケーションサーバを使用し，同サーバにインを当社の解析用ソフトウェアで解析することにより，二次解
ストールされた当社開発の解析ソフトウェアを使用すること
析として状態診断を行っている．この二次解析は，図 1 ににより，状態診断ソフトウェアの更新，あるいは診断しきい
示した船用機器メーカーに相当する当社のサーバ上で実施す値の調整作業などが容易に可能となっている．
る．解析結果はインターネット回線を経由して，情報を入手
4.3 診断フローした船舶と共有される．

写真 1

8

CMAXS…e-GICSX 船内用機器

一次解析と二次解析の診断フローを図 6 に示す．

図5

船内機器接続構成

次世代船舶保守管理システム”CMAXS e-GICSX”
表1
No.

二次解析

②

一次解析

①

CMAXS…e-GICSX の主要機能

機能名称

動作内容

異常診断

機関正常運転時のデータから機械学習した監視モデルをリファレンスとして，各センサからの計測データの相関関係のかい離状態を 2 ～ 3 分毎に求め指数化し，リアルタイムで監視．しきい値以上の値を異常とし，異常検知はコンピュータ画面上にポップアップ画面で表示．異常個所の画面表示も可能．
VDR が e-GICSX に接続されている船舶では，運航データも含めた機械学習による高精度な異常診断が可能．

状態診断

性能診断結果に異常診断結果を加味した診断で，性能的かい離における原因絞り込みが可能．調整，部品交換などの必要な箇所の高精度な判定が可能．

性能診断

陸上性能試験結果をリファレンスとして差分を 24 時間間隔で自動的に求め，状態診断に引き渡す．e-GICS から踏襲されている機能．二次解析処理の一部．

燃焼診断

筒内圧を常時計測する PMI… Auto-tuning を装備する機関において実行．e-GICS で性能診断機能の一部として採用され，運転中の筒内圧から熱発生率，燃焼時間などにより，異常燃焼の有無及び使用燃料の是非の判断に使用．
ME 機関に対応するように改造．

③

トラブルシュート

異常診断で検知された部品が取り付けられている箇所の異常な可能性の高い要因や部品を自動的にリストアップ．推定要因に関連する点検要領書，関連する図面，調整要領書などのコンテンツを自動的に提示．乗組員による迅速な初期対応をサポート．

④

メンテナンス診断

主機関開放点検時に収集した計測データを基に，燃焼室主要部品の摩耗量・摩耗率の推移など経年変化を診断し，シリンダライナ等の摩耗限度到達までの時間予測．クランクデフレクションカーブの表示，軸受間隙の評価判定を行う機能も装備．

⑤

BCM とのデータ連携

BCM で取得した軸受監視データを自動的に船舶保守管理クラウドに送信することにより陸上側からも本船主機関の軸受状態が遠隔監視可能．CMS 検査における軸受開放点検要否判定根拠資料．

⑥

油類データ管理C 重油履歴管理による低品質燃料のシリンダコンディションに与える影響対策の補助機能．燃料油と潤滑油（システム油）を対象とし，分析結果を入力することで，燃料油，潤滑油の性状，金属成分毎のグラフ表示及び自動診断を実行．必要に応じて注意点を表示．

⑦

問合わせ機能

各種問い合わせにおけるお客様と当社のコミュニケーションツール．やり取りの際に添付した写真，図面などのデータも含めた過去履歴のファイリング及び検索機能を利用可能．書類管理業務の効率化及び省力化を図る．

⑧

技術情報閲覧機能

当社発行の技術情報を閲覧できる機能．取扱説明書に掲載されていない技術情報へのアクセスが可能．

図7
図6

異常診断スコアグラフ

診断フロー

一次解析は船内でリアルタイムで統計学的処理が実行され，計測データ及び異常診断結果は MP1000H-G コンピュー
タ内蔵のデータベースに保存される．
二次解析の状態診断には，株式会社シップデータセンター
内アプリケーションサーバに配置された e-GICSX 解析ソフ
トウェアが用いられる．一次解析結果及び計測データを用いて本ソフトウェアで機械工学的に解析処理され，主機関メー
カは状態診断結果を閲覧し，状態に応じた診断結果を適宜状
態診断自動コメントに追記する．この状態診断結果は本船搭

載の e-GICSX…PC に自動的に送信され，船陸間で情報が共有
される．

5.

CMAXS e-GICSX の主要機能

CMAXS… e-GICSX が提供する主要な機能は，一次解析及
び二次解析に係わる三種類を含め，表 1 に示すように 8 個の機能に分類される．本章では，以下にこれらの機能の概要を述べる．
5.1 一次解析（異常診断）
一次解析における異常診断の結果では，図 7 に示す異常9三井造船技報 No. 218（2017-1）

製品・技術解説

度スコアがトレンドグラフと棒グラフでリアルタイムに表示される．異常が発生の有無は棒グラフで確認でき，異常事象の発生箇所の把握が容易である．異常事象の時刻推移はトレンドグラフで把握できる．

5.2.3 燃焼診断
燃焼診断は，筒内圧を常時計測する PMI… Auto-tuning を異常診断操作画面においては，CMAXS… LC-A の機能を
CMAXS…e-GICSX 用に準用することにより，両サービスを利用するユーザにおける操作方法の利便性向上を図っている．
異常を検知次第，自動的に異常発生を知らせるポップアップ画面が MP1000H-G コンピュータ画面に表示される．機器模装備する機関で，状態診断と同時に行われる．燃焼診断は性能診断機能の一部であり，現在使用している燃料油による異常燃焼の有無及び今後の使用継続の是非判断に使用する．燃
焼状態の把握は，異常診断あるいは性能診断では困難である
ため，燃焼診断結果を考察に加えることで，粗悪油に起因す
るシリンダコンディション悪化を推測し，初期段階での予防保全が可能となる．本機能により，陸上では図 10 に代表さ

擬図（MIMIC）画面では，当該センサを示すマーカを赤色で点滅して異常を知らせる．図 8 に異常表示状態の一例を示す．
5.2 二次解析
5.2.1 状態診断
状態診断では，性能診断結果と燃焼診断結果に異常診断で検知された異常箇所を加味して評価する．このことで，性能的かい離に対する原因絞り込みが可能となり，高精度な状態
診断判定を行い，的確に，調整あるいは部品交換などの必要な箇所の判定を行うことができる．図 9 に状態診断結果サれる燃焼波形のほか，指圧線図，熱発生量線図など数種類の圧力波形図を画面操作で切り替えて閲覧可能である．船内では燃焼診断結果帳票に印刷された状態で閲覧する．e-GICS
から ME 機関にも対応するように拡張した．
5.3 トラブルシュート機能
トラブルシュート機能の操作画面は，図 11 に示すとおり
CMAXS… LC-A を準用しており，異常診断において検知された箇所において異常の可能性が高い要因や部品が自動的にリストアップされる．さらに，推定要因を提示し，これに対す

マリーの帳票サンプルを示す．

る点検要領書，関連する図面あるいは調整要領書などのコン

5.2.2 性能診断
性能診断のベースとするものは，主機関を顧客に引き渡す前に行う陸上運転試験で取得したデータであり，運航時に24 時間間隔で自動的に性能を比較し評価する．

テンツを自動的に表示する．これらにより，状態悪化時に乗組員による迅速な初期対応が可能となっている．
5.4 メンテナンス診断機能
メンテナンス診断機能を用いると，主機関開放点検時に収

図8

図9

10

MIMIC 画面

状態診断結果帳票サンプル

図 10

図 11

筒内圧力波形図

トラブルシュート機能画面

次世代船舶保守管理システム”CMAXS e-GICSX”
集した計測データを基に，燃焼室主要部品の摩耗量・摩耗率の推移など経年変化を診断し，シリンダライナ等の摩耗限度到達までの時間を図 12 に示すように予測することが可能である．そのほか，クランク軸デフレクションカーブの表示，
軸受間隙の評価判定を行う機能も含まれている．
5.5 軸受状態診監視システム（BCM）とのデータ連携
当社では，図 13 に示す軸受状態監視システム（Bearing…
Condition…Monitoring…system：BCM）11）を開発し，2013 年から単独製品として販売している．船内完結のスタンドア
ロン製品であったため，従来は陸上側から直接的に軸受状態を確認することが困難であった．CMAXS… e-GICSX では
BCM のソフトウェアを改造することで，取得した軸受監視
データを自動的に船舶保守管理クラウドに送信できるようになり，陸上側からも本船主機関の軸受状態の遠隔監視が可能となった．
BCM は主要船級の型式承認が取得しており，CMS 検査において事前に船級に申請し，受検時までに異常な兆候が認められなければ軸受開放点検が要求されない．
5.6 その他の機能
油類データ管理機能は，低品質燃料油がシリンダコンディ
ションに与える影響を自動診断し，必要に応じて注意点が表示するものである．
問合せ機能（Q&A…System）は，
当社とのコミュニケーショ

ンツールであり，過去履歴のファイリング及び検索が可能である．この機能の利用により，書類管理業務の効率化及び省力化を図ることができる．
技術情報閲覧機能（Electronic… Document… System）は，当社発行の技術情報を閲覧できる機能であり，取扱説明書に掲載れていない技術情報が得られる．

6.

CMAXS e-GICSX の異常検知例の紹介

CMAXS…e-GICSX の開発は 2014 年度から開始し，2015 年
度後半からＭＥ機関を搭載した実船にてシステムの運用テストを実施した．本章で示す事例は，この運用テスト期間中に発生したものである．
6.1 燃料漏えい検知事例
図 14 は微量な燃料漏えいの異常検知例である．
燃料漏えいに起因する燃料噴射量減少に伴う，No.5 シリンダ排気ガスシリンダ出口温度低下により，異常度スコアの上昇が検知された．
異常度スコアの上昇は，図 14 に示されている以前の 4 月
22 日から発生し，船内のモニタにはシステムから異常検知の警告が表示されていた．当社は本船の対応状況を注視していたが，異常回復の傾向が見られなかったため，4 月 27日に本船での対応状況についての e-mail にて問い合わせた．
翌日本船から目視点検を実施した結果の回答があり，燃料高圧管からの微量な漏えいの疑いがあり，次の寄港地にて点検を実施するとのことであった．本船は停泊中に高圧管の隙間調整を実施し，5 月 6 日に出港後，No.5 シリンダ排気異常ア
ラームは消え，航行を継続した．
この例は，本船装備のアラームモニタリングシステムでは検知できない，燃料高圧管と燃料ポンプの結合部から燃料の

図 12シリンダライナ摩耗量診断

微量漏えいを検知し，異常個所へ対処したことにより，燃料の大量漏えい発生リスクを未然に防止した事例である．
6.2 燃料弁故障検知事例
図 15 は燃料弁故障による異常検知例である．
1 月 3 日の午前 9 時頃に，No.4 シリンダ排気ガスシリンダ
出口温度の低下開始とほぼ同時に，当該シリンダの異常度ス
コアが上昇した．警報発生時には乗組員が機関の異常と判断し，点検の結果燃料弁のトラブルを発見した．乗組員による修理のため，一旦機関を停止して部品を交換した．その後の

図 13

軸受状態監視システム概要図

図 14

燃料漏えい検知例11三井造船技報 No. 218（2017-1）

製品・技術解説

写真 2

電子制御二元燃料機関搭載船

最後に，本文を執筆するにあたり快く資料転載を応諾された株式会社ディーゼルユナイテッド及び日本海事協会に対し，感謝の意を表する．

参
図 15

燃料弁故障検知例

異常度スコアの上昇は表示されず，正常に機関が動作していることが示されている．
この例は，機械故障による変化を迅速に捉え，早期の原因特定に結びついた事例である．

7.

搭載例と運用における課題

CMAXS… e-GICSX は，2016 年 4 月から本格的に運用されている．二元燃料対応の ME 機関搭載船をはじめ，油槽船など，高度な監視が要望される船舶に搭載されている．
（写真 2）
今後 CMAXS… e-GICSX を搭載する船舶が増加するにつれて，Fleet… Monitor 以外の船舶運航支援システムを搭載する
船舶に導入される機会が増加すると考えられ，社外製システ
ムとのデータ連接が求められることが想定される．この対応として，CMAXS… e-GICSX 船内システムに，社外製システ
ムと連接するインターフェース（プロトコル）を通して連接する仕組みを設けているが，連接するシステムの仕様に合致するドライバを準備する必要がある．
また，一次解析の異常診断においては，機械学習に基づく解析を行うため，機械学習時の範囲を超えた運転を行う場合には解析できない．この場合，新しい運転パターンにより再度機械学習を行い，対応する監視モデルの作成が必要となる．

8.

おわりに

近年，船舶においても機器のセンサ情報を外部に取り出す仕組みが次第に整いつつあり，IoT/M2M を活用した状態監視がこれまで以上に容易になってきている．CMAXS…
e-GICSX では，本報で述べた各種機能を活用することで，船舶の予防保全及び万が一の故障発生時における初期段階での対応による，ライフサイクルコストの削減に寄与できると
考える．
12

考

文

献

……1）…三井造船株式会社：e-GICS，http://www.mes.co.jp/
business/it/it_05.html，（2015-12-12）……2）…村上．外：船体性能解析サービスの開発．三井造船
技報，195（2008-10），p.28……3）…日 本 海 事 協 会：ClassNK… CMAXS，…http://www.
classnkcs.co.jp/cmaxs/index.html，（2017-1-27）……4）…株式会社ディーゼルユナイテッド：統合支援システム
LC-A，https://www.ihi.co.jp/du/products/machine/
lca.html，（2017-1-27）……5）…日 本 海 事 協 会： 船 舶 ビ ッ ク デ ー タ 活 用 の 基 盤 とし て、 株 式 会 社 シ ッ プ デ ー タ セ ン タ ー を 設 立，
https://www.classnk.com/hp/ja/hp_news.aspx?id…
=1759&type=press_release&layout=1，（2015-12-7）……6）…松井．外：IoT/M2M ビジネスに向けた三井造船シス
テム技研の取組み，三井造船技報，216（2016-2），p.1……7）…例えば，株式会社日本デジコム：FBB/ フリートブロー
ドバンド，http://www.jdc.ne.jp/marine/fbb，（201610-25）……8）…例えば，古野電気株式会社：VSAT（ESV）KU-100，
http://www.furuno.com/jp/merchant/vsat/，（201610-25）……9）…菅原．外：IoT 技術の造船への適用，KANRIN，号（No.64），（2016），p.20-2110）…井出：センサー・データによる状態監視技術，日本
IBM…PROVISION，号（78/Summer），（2013），p.28-33
11）…稲住 : 三井 –MAN… B&W 機関における運転中の機関
状態モニタリングについて，日本マリンエンジニア
リング学会誌，巻（46）号（2），（2011）〔問い合わせ先〕三造テクノサービス株式会社
ディーゼルサービス事業部 技術部
TEL…0863－23－2385 光森
渉

技術論文・報告

三井造船技報 No. 218（2017-1）

事業系食品残さを原料とした飼料製造設備における
バイオガス設備の導入効果
中

嶋

幸

子＊

庄
小

智
倉

裕＊

中

嶋

智＊

永

淵

昭

博＊
優＊＊

Biogas Process Introduction into Food Waste Recycling System
for Livestock Feed
Sachiko NAKAJIMA, Tomohiro SHO, Akihiro NAKAJIMA, Satoshi OGURA, Masaru NAGAFUCHI………As…countermeasures…for…global…warming…or…depletion…of…natural…resources,…development…of…the…relevant…technologies…
contributing… to… the… reduction… of… environmental… load,… formation… of… recycle-oriented… society… for… natural… resources… etc.……
have…become…social…demands…or…requirements.……In…order…to…meet…such…requirement,…Mitsui…Engineering…&…Shipbuilding…
Co.,…Ltd.…has…so…far…tried…the…utilization…of…biomass…as…renewable…resources…and…has…developed…“The…Biogas…process…for…
livestock…feed…production”…as…one…of…specific…plans.…This…process…separates…food…wastes…into…solid…and…liquid,…the…former…
of…which…is…processed…into…livestock…feed…and…the…latter…is…used…as…raw…material…in…the…anaerobic…digestion…process…for…
methane…gas.…This…separation…contributes…to…reduce…the…consumption…volume…of…fossil…fuel…in…the…feed…stock…production…
process…and…also…to…create…sustainable…energy…of…generated…electricity…for…sale,…which…would…increase…profitability.…Use…
of…the…Biomass…energy…will…contribute…to…the…reduction…of…environmental…load…more…than…before.…Sanzo…Organic…Recycle…
Co.,…Ltd.,…who…introduced…“The…Biogas…process…for…livestock…feed…production”,…produced…livestock…feed…of…high…quality…
and…the…Biogas…facilities…showed…a…satisfactory…performance.
資源枯渇や地球温暖化問題の対策として，環境負荷を低減し資源循環型社会へ貢献できる技術の開発と事業化が社会的要請となっている．三井造船では，この要請に応えるべく再生可能な資源であるバイオマスの活用に取り組み，その一環として飼料化バイオガスプロセスを開発した．このプロセスは，食品残さを固液分離して，固形物は飼料化し，分離液はメタン発酵の原料として利用する．これにより，飼料製造時の化石燃料使用量を削減し，得られたバイオガスを電力に変換して売電することで事業性を向上させる．また，バイオマスエネルギーを使用することでこれまで以上に環境負荷低減に寄与することができる．飼料化バイオガスプロセスを導入した三造有機リサイクル株式会社では，高品質な飼料原料が安定して製造されており，バイオガス設備も所定の性能を発揮した．

パッカー車
食品残さ

蒸発水分
油温減圧式
乾燥装置

コンデンサー

表 1 札幌飼料化リサイクルセンターの施設概要
System Overview of Sapporo Recycling Center
for Feedstock

ハンマーミル
振動ふるい機

油分離装置

バイオマス受入量（処理許可量）

製品(飼料原料)
ドレン排水

分離油

ボイラ

凝縮水

固形物

排水処理設備

ガスホルダ

可溶化槽

ガス発電機

電気
熱

バイオガス
メタン発酵槽

脱水機

ろ液

脱水汚泥

図 1 飼料化バイオガスプロセスの基本構成
Basic Constitution of Livestock Feed and Biogas Process…

＊…

エンジニアリング事業本部

プロジェクト部…

68…t/ 日主要機器・設備仕様

下水放流

バイオガス設備

固液分離機
分離液

事業系食品残さ

飼料化設備

固 液 分 離 機

処理能力

油温減圧式乾燥装置（クッカー）

容量

10…m3

メタン発酵槽容量

1…200…m3

ガ ス ホ ル ダ

容量

30…m3

発

＊＊…

電

機

4…t/ 時

出力 50…kW×5 基（1 基予備）三造有機リサイクル株式会社

13

三井造船技報 No. 218（2017-1）

1.

技術論文・報告

はじめに

2.

飼料化バイオガスプロセス導入事例

資源枯渇や地球温暖化問題の対策として，再生可能な資源
SOR は，1997 年 3 月に三井造船株式会社が主要株主としであるバイオマスの活用が社会的要請となっている．三井造て設立し，1998 年 1 月より札幌市リサイクル団地内の“札幌船グループにおいても，環境保全が未来へ向けた重要なテー
飼料化リサイクルセンター”にて札幌市内の事業系食品残さマと考え，環境負荷低減や食品残さ飼料化などの資源循環型のリサイクル事業を開始した．また，2013 年にバイオガス
1）2）
社会へ貢献できる技術開発及び事業開発に取り組んでいる ． 設備を追加建設設備として導入し，試運転を経て，2014 年 3
当社では，食品残さを加熱乾燥し，家畜の飼料原料として
月から FIT を利用して売電を行っている．
リサイクルする『食品残さ飼料・堆肥化プラント』を開発・
札幌飼料化リサイクルセンターの施設概要を表 1 に，プ
製品化している．食品残さを乾燥し飼料として活用すること
ロセスフローを図 2 に示す．札幌飼料化リサイクルセンター
は，資源循環という観点で大変意義がある．一方で，食品残 （写真 1）では，搬入された事業系食品残さを破砕し，固液さは含水率が高くウェット系バイオマスに分類されており， 分離機（写真 2）で固形物と分離液に分ける．固形物は，クッ
乾燥には多くのエネルギーが必要となる．
カーと呼ばれる油温減圧式乾燥装置（写真 3）で減圧雰囲気
そこで，当社は図 1 に示す飼料化設備のプロセスにバイにて加熱乾燥される．乾燥後は油分離装置等で油分を取り除
オガス設備を付加したプロセス（以下，飼料化バイオガスプ
き，ハンマーミルで粉末状にした後，振動ふるい機（シフター）ロセス）を開発した．固液分離性能や，飼料成分，バイオガ
で異物除去を行い，家畜飼料等の原料となる．
スの発生量等について検討し，飼料化バイオガスプロセスが，一方，分離液はドレン排水と共に可溶化槽で飼料化設備か
従来の飼料化設備の負担を軽減するとともに，メタン発酵設
備から発生するバイオガスを用いて発電を行い，固定価格買ら排出される凝縮水を用いて水分調整した後，バイオガスの原料としてメタン発酵槽（写真 4）に供給される．メタン発
酵で得られたバイオガスをガス発電機（写真 5）に供給して取制度（FIT）にて売電することで，事業性を向上させることを確認した 3）．
本報では飼料化バイオガスプロセスを導入し，事業系食品
残さを受け入れて，家畜飼料の原料を製造して出荷している

電力と排熱回収による熱エネルギーが得られる．
バイオガス設備を追加したことにより，飼料化設備に供給する固形物の含水率が固液分離により低下し，油温減圧式乾三造有機リサイクル株式会社（Sanzo… Organic… Recycle… Co.,…
Ltd：SOR）における運転状況について紹介する．

飼料化設備

燥装置で蒸発させる水分量が減少して乾燥用の化石燃料使用量を削減することができる．

中低濃度
脱臭装置

高濃度
脱臭装置

廃食油
臭気
蒸発水分

オイル
計量
タンク

原料

臭気燃焼炉

ミスト
キャッチャー

媒体油

油分離装置

予備処理
タンク

破砕機

分離油

ボイラ

臭気

デカンタ
サービスタンク

出荷

ホット
ウェル
タンク

排水処理設備

発電機

＊

電気

凝縮水

売電
熱

脱硫設備

M
M

M

可溶化槽

発酵液貯留槽

脱水汚泥＊
メタン発酵槽

脱水機

バイオガス設備

図 2 札幌飼料化リサイクルセンターのプロセスフロー
Process Flow of Sapporo Recycling Center for Feedstock

14

下水道放流

排水

ガスホルダ

バイオガス
分離液

クーリング
タワー

真空ポンプ

固液
分離機
ﾄﾞﾚﾝ排水

きょう雑物

冷却水

固形物
デカンタ

製品ホッパー

シフター

クッカー

媒体油

きょう雑物

ハンマー
ミル ミールクーラー

スクリュー
プレス

コンデンサー

原料
ホッパー

薬液洗浄塔

再資源化

事業系食品残さを原料とした飼料製造設備におけるバイオガス設備の導入効果

写真 1 施設外観
External View of the Plant
写真 4 メタン発酵槽
Methane Fermenter

写真 2 固液分離機
Solid-Liquid Separator

写真 5 ガス発電機
Gas fired Generator

表 2 原料性状
Material Properties
水分（wt %）

写真 3 油温減圧式乾燥装置（クッカー）
Pressure Reduction Type Drying MachineTS（wt %）

VS/TS

食品残さ

74.8

25.2

0.90

固形物

73.7

26.3

0.89

分離液

76.8

23.2

0.94

3.1 原料性状
固液分離機前後の原料性状として，食品残さ，固形物，Solids）を，VS は有機物（Volatile Solids）を表わす略号である．食品残さ，固形物，分離液の水分はそれぞれ，74.8 %，73.7 %，76.8 % であった．
食品残さを固液分離することで，飼料化設備の原料となる固形物の水分は食品残さと比べて低下し，逆にバイオガス設
備に供給される分離液は水分が高くなっていることを確認した．食品残さを圧搾するほど，得られる固形物の水分は低くなるが，量は減少する．SOR の主事業は，飼料原料の製造であるため，品質・量ともに安定した飼料原料を製造することが優先されている．このため，固液分離機では，飼料化設

分 離 液 の 値 を 表 2 に 示 す． こ こ で，TS は 固 形 物（Total

備で必要な固形物を確保しながら，可能な範囲で水分を分離

また，発電により得られた電力は，FIT を利用して売電し，得られた熱エネルギーは温水としてメタン発酵設備の加温のほか，冬季融雪エネルギーとして有効利用されている．

3.

運転結果

15

三井造船技報 No. 218（2017-1）

技術論文・報告

液側に搾り取るという運転方針が取られている．
結果として，
本設備における固形物と分離液の水分の差は 3.1 % であった．
また，固形物に対する有機物の含有割合の指標である VS/
TS はそれぞれ，0.90，0.89，0.94 であり，バイオガスの原料となる有機物は分離液側に移行しやすい傾向にあった．
3.2 運転データ
3.2.1 前処理（固液分離）工程
2015 年 1 月から 2015 年 12 月における食品残さ搬入量と固形物量を図 3 に示す．食品残さは，変動はあるものの月
平均で 1 520 t を受け入れており，設備に大きなトラブルもなく順調に稼動している．

2 000

100

1 800

90

1 600

80

1 400

70

1 200

60

1 000

50

800

40

600

30

400

20

200

10

0

0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

3.2.2 飼料原料製造工程
2015 年 1 月から 12 月における飼料原料製造量を図 4 に示す．
原料となる固形物量の増減に伴って，飼料原料製造量も変動したが，その変動幅はおよそ ±40 t/ 月であった．また，
平均では 260 t/ 月の飼料原料が製造されており，バイオガ
ス設備を導入しても安定した飼料原料製造量が確保できた．
また，図 3 に示した固形物量の平均値 1 290 t/ 月と図 4 に示した飼料原料製造量の平均値 260 t/ 月には 1 030 t/ 月の差があるが，これは大部分が水分除去による減量である．この
水分は，油温減圧式乾燥装置で蒸発後コンデンサーで冷却され，凝縮水として排出される．
3.2.3 メタン発酵工程
食品残さを固液分離して得られた分離液に，パッカー車からのドレン排水を加え，飼料原料製造時に排出される凝縮水の一部にて水分調整を施した可溶化液をバイオガスの原料としてメタン発酵槽に供給する．

[%]

[/

]

搬入された食品残さに対する固液分離して得られた固形物

量の割合は，最も少なかった 5 月で 76 %，多かった 10 月で91 %，平均 85 % であった．期間中の月平均値として，食品
残さ 1 520 t から飼料原料となる固形物 1 290 t を得た．

メタン発酵設備の導入前は，パッカー車ドレン排水を排水処理設備にて処理して下水放流していた．ドレン排水には有機物が含まれており，これを可溶化槽に受け入れてバイオガスの原料とすることで，有機物を無駄なく利活用できるとともに，排水処理設備の負荷を低減することができる．
2015 年 1 月から 12 月における可溶化液供給量とバイオガ
ス発生量を図 5 に，汚泥性状を表 3 に示す．メタン発酵に供される分離液は飼料化設備の原料となる固形物を確保した残分となるため，可溶化液の供給量は少ない時で 310 t/ 月，
多い時で 540 t/ 月となり，バイオガス発生量の変動要因と

図 3 食品残さ搬入量と固形物量
Relation between Quantity of The Food Wastes Importand separated Solid900

90 000800

80 000700

70 000600

60 000250

500

50 000200

400

40 000150

300

30 000200

20 000100

10 000

重量［t/月］

[/

]

300

100
50

0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12図 4 飼料原料製造量
Quantity of Livestock Feed Production

16

0
1

0

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

図 5 可溶化液供給量とバイオガス発生量
Relation between Supply Quantity of Solubilized Liquidand Amount of Biogas generated[m3/ ]

350

事業系食品残さを原料とした飼料製造設備におけるバイオガス設備の導入効果
表 3 汚泥性状
Sludge Properties160

表 4 飼料原料の性状
Livestock Feed Properties

発酵槽

水分（%）

4.2

pH

3.5

7.4

TS（%）

95.8

TS
（wt %）

16.1

2.8

粗タンパク質（%）

24.9

VS（wt %）

粗脂肪（%）

10.4

15.1

粗繊維（%）

4.8

粗灰分（%）

9.2

塩分（NaCl）
（%）

2.1

140
120
12

NH4-N
（mg/l）

450

2.1
3 720

[MWh/

]

可溶化槽

100
80
60
40

表 5 エネルギー収支
Energy Balance
バイオガス設備の有無
バイオ
ガス
重油

生成熱量

GJ/ 月

使用熱量
GJ/ 月
（飼料原料乾燥）

20

無し

有り

0

1 356

- 2 250- 2 123

なった．
メタン発酵は生物処理という特性上，食品残さ由来の可溶化液から 15 日間程度の時間をかけてガスを発生させるため，可溶化液供給量とバイオガス発生量に若干の時期ずれが発生することを考慮すると，おおむね可溶化液供給量の増減に伴って，バイオガス発生量も推移する結果となった．
メタン発酵槽内の NH4-N（アンモニア性窒素）は 3 720 mg/lと高めの値であったが，中温発酵であるため，アンモニア阻
害は発生せず，安定した運転を継続することができた．
可溶化槽の VS 濃度とメタン発酵槽の VS 濃度の比から求めた VS 分解率は 86 %，可溶化液 1 m3 当たりのガス発生量は，
平均 140 m3 であった．食品残さを対象としたメタン発酵における一般的な VS 分解率は 70 ～ 90 % 4）であり，本可溶化
液は，比較的分解し易い原料であると言える．また，VS 分
解率が 86 % と高い値であったことから，メタン発酵槽に投入されたほとんどの有機物がガスに転換され，効率良くエネ
ルギー資源として有効利用できたと言える．
3.3 飼料原料の性状製品として出荷された飼料原料の性状を表 4 に示す．飼料には主栄養素としてタンパク質，脂質，糖質が必要とされる．その中でも，飼料としての評価は粗タンパク質の量によって決まると言われており，養豚飼料では約 16 %，養鶏飼料
では約 20 % 含まれていることが目安となる 5）．

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

図 6 月別発電量
Electric Power Generation

はメタン発酵設備の加温のほか，冬季融雪エネルギーとして有効再利用されている．
2015 年 1 月から 12 月までの平均飼料原料製造量 260 t/ 月
におけるエネルギー収支を表 5 に示す．このときのエネル
ギー量として，バイオガス，重油ともに熱量に換算した数値を記載した．また，バイオガスの組成は投入原料に依存することが知られているが，SOR では概ねメタン 60 %，二酸化
炭素 40 % のバイオガスが発生しており，生成熱量はメタン
濃度 60 % にて算出した．
バイオガス設備がない場合には生成熱量はゼロとなる．また，ここで示した重油熱量は，飼料原料乾燥時に必要な熱量として，蒸発潜熱を記したものである．バイオガス設備がない場合には，含水率の高い食品残さを直接乾燥することになるため，蒸発除去すべき水分量が多くなり，2 250 GJ/ 月となった．
一方，バイオガス設備がある場合には，生成熱量は 1 356 GJ/ 月となった．また，飼料原料乾燥に使用する重油熱量について
は，原料となる固形物の水分濃度が食品残さと比べて低いため，2 123 GJ/ 月と減少した．
施設全体としては，飼料化バイオガスプロセスを導入することで，従来の飼料化設備のみのプロセスと比較して，化石
燃料使用量を 5 % 程度削減するとともに，1 356 GJ/ 月のバ

イオマスエネルギーを生み出すことが可能となった．
3.5 発電量
粗タンパク質量は全窒素量に窒素・タンパク質換算係数
2015 年 1 月から 12 月における月別発電量を図 6 に示す．
（6.25）を乗じて求めるが，SOR で製造された飼料原料は， SOR では，バイオガス設備を追加したことでメタン発酵槽
粗タンパク質の含有量が 20% を超える高タンパク質飼料での加温が必要となったが，これをガス発電機の排熱を利用しあり，バイオガス設備の導入後も高品質な飼料原料が製造でて行なうため，バイオガスや化石燃料を使用する必要はな
きていることを確認した．
く，発生したバイオガスは全量をガス発電機に使用している．
3.4 エネルギー収支
従って，図 5 のバイオガス発生量と図 6 の月別発電量の増
メタン発酵で得られたバイオガスはガス発電機に導入さ減傾向は良く一致した．
れ，電力と排熱回収により熱エネルギーが得られる．発電に
バイオガス設備を導入した際の計画発電量 90 MWh/ 月より得られた電力は FIT を利用して売電され，熱エネルギー （3 000 kWh/ 日）に対し，2015 年 1 月から 12 月における平17三井造船技報 No. 218（2017-1）

技術論文・報告

均発電量は，107…MWh/ 月であり，所定の性能を発揮することを確認した．
また，年間発電量 1…284…MWh/ 年のうち…1…214…MWh/ 年がFIT により売電された．

4.

おわりに

三造有機リサイクル株式会社（SOR）では，2013 年に既設の飼料化設備にバイオガス設備を追加建設し，飼料化バイオ
ガスプロセスとして運転を開始し，試運転を経て，2014 年 3月から FIT を利用して売電を行ってきた．
SOR の主事業は，飼料原料の製造であるため，品質・量ともに安定した飼料原料を製造することが優先され，飼料化
設備の原料となる固形物を確保し，その上で，残分をバイオガス設備に供するという運転方針である．このことを踏まえて，2015 年 1 月から 2015 年 12 月における施設の運転デー
タから，以下の結果を得た．
①…食品残さ 1…520…t/ 月を受け入れて 260…t/ 月の飼料原料を製造しており，大きなトラブルもなく順調に稼動した．
また，製品として出荷された飼料原料は，粗タンパク質の含有量が 20…% を超える高タンパク質飼料であり，飼料化バイオガスプロセスの導入後も高品質な飼料原料が計
画通りに製造された．
②…食品残さを固液分離することで，飼料化設備の原料となる固形物の水分は食品残さと比べて低下し，逆にバイオガス設備に供給される分離液は水分が高くなっていることを確認した．
③…飼料化バイオガスプロセスの前処理にて得られた分離液
は，メタン発酵における VS 分解率が 86…% と高く，ほとんどの有機物がバイオガスに転換されており，効率良くエネルギー資源として有効利用されていることを確認した．
④…飼料化バイオガスプロセスを導入することで，従来の飼料化プロセスと比較して，化石燃料使用量を 5…% 程度削減するとともに，1…356…GJ/ 月のバイオガスを生み出すことが可能であった．
⑤…飼料化バイオガスプロセス導入時の計画発電量 90…MWh/
月に対し，2015 年 1 月から 12 月における平均発電量は，
107…MWh/ 月であり，所定の性能を発揮することを確認した．
三井造船で開発された飼料化バイオガスプロセスは，飼料
原料製造時の化石燃料使用量を削減するとともに，食品残さから電気・熱エネルギーを生み出す環境負荷低減に寄与できるプロセスである．さらに，得られたバイオマスエネルギー18を電力に変換して売電することで収入を得ることができ，事
業性向上においても優れたプロセスであることを実設備にて確認することができた．
飼料化バイオガスプロセスは，食品残さの処理量に対する飼料製造量とバイオガスによる発電量の組み合わせや，副生成物の処理方法，立地条件等により，最適設計が求められるものであり，今後も市場動向や顧客ニーズを取り入れ，更なる技術改良を加えながら，環境負荷の低減や資源循環型社会への貢献のために積極的に取り組んでいきたいと考えている．

参

考

文

献

1）…宮﨑：省エネ・高付加価値型焼酎粕飼料化システムの構築，三井造船技報，193（2008-2），p.…302）…大野．外：バイオマス由来 C5… 糖の有効利用法の開発，…
三井造船技報，209（2013-7），p.19
3）…中嶋．外：事業系食品残さを原料とした飼料化バイオガ
スプロセスの開発，三井造船技報，214（2015-3），p.…194）…柚山．外：バイオマス再資源化技術の性能・コスト評価，
農工研技報，204（2006），p.…615）…千葉県：千葉県モデル・バイオマスタウン設計業務… 調査報告書，（平成 16 年 3 月）
［問い合わせ先］
エンジニアリング事業本部
TEL…043－351－9112

中嶋

幸子

小倉

庄

智

プロジェクト部

中嶋

幸子

智裕

永淵

中嶋

優

昭博

技術論文・報告

三井造船技報 No. 218（2017-1）

衝撃荷重を受ける延性材料の陽解法を用いた破壊シミュレーション技術の開発
安

田

章

宏＊

シェリーフ

ラシッド＊＊Development of a Simulation Technique using Explicit Method to
Predict Collapse Behaviors of Ductile Components Subjected to Impact Loads
Akihiro YASUDA, Sherif RASHED    In collapse analysis of mechanical or structural components made of ductile materials when subjected to impact
loads, it is necessary to carefully consider material tearing（cracking and crack propagation）. Traditional methods
that focus on material behavior at crack tip require very fine finite element meshes and are not suitable for impact
analysis where explicit integration codes, for very good reasons, are used. On the other hand, in methods which utilize
surface separation such as the interface element approach or node break approach, crack propagation route needs tobe known beforehand.
   In this paper, the development of an efficient three-dimensional finite element for such collapse analysis is reported.
Stress-strain relationship takes account of the effects of element size and strain rate. Crack propagation through theelement（tearing of the element）is predicted based on the sum of the strain energy and surface creation energy
taking account of the effects of element size and strain rate on the tearing energy. Comparison of test and analysis
results of a conical impactor dropped on a circular steel plate is made to confirm the validity of the element model.
衝撃荷重に対する延性材料の破壊挙動を予測することは非常に重要であり，その予測のためには亀裂発生から進展を扱う必要がある．従来の手法では亀裂先端部に非常に細かい要素を生成する必要があるが，陽解法を用いる場合には時間刻みが小さくなり計算時間が非常に長くなる．一方，結合要素などの節点分離による破壊解析手法では，亀裂が進展する箇
所を事前に把握しておく必要がある．
そこで本報では，３次元ソリッド要素に対する効率的な破壊モデルを提案する．本モデルでは応力－歪み関係に対する要素サイズ，歪み速度の影響を考慮した．さらに，要素内の亀裂進展は歪みエネルギーと表面生成エネルギーの和を用いて評価し，そのエネルギーに対して要素サイズの影響及び歪み速度の影響を考慮した．本モデルを組み込んだ陽解法有限要素法によるシミュレーションと円盤の落錘破壊試験の結果を比較し，提案したモデルが妥当であることを示した．

（a）落錐試験装置（b）試験結果（c）シミュレーション結果

図 1 円盤破壊試験の比較
Comparison between Circular Plate Rupture Test and Simulation＊

技術開発本部

技術開発センター＊＊

CAE Lab19

三井造船技報 No. 218（2017-1）

1.

技術論文・報告

はじめに

船体構造等の鋼構造に作用する荷重は様々であり，その強度に関する安全性確保は設計上の重要な課題の一つである．
例えば船体構造においては，乗員の安全性に加えて燃料や貨物の流出に対する環境保護の観点から，座礁や衝突などによる構造の破壊予測が重要である．また艦船においても，爆発等の衝撃荷重を受けて船体構造が高速で変形・破壊することがあり，構造の機能を保持するためにも衝撃荷重に対する構
造破壊予測技術が重要である．
これらの延性材料の破壊を扱う際には亀裂の進展を評価する必要がある．亀裂進展については，歪みエネルギー解
放率 1）や応力集中係数 2），J 積分 3）や COD（Crack Opening
Displacement）4）による手法で評価可能であるが，これらの適用範囲は亀裂位置が明確な場合かつ中央に亀裂を有する無限板のような単純な形状の構造に限定されている．
一方，有限要素法を用いて亀裂先端部の歪みや応力分布を予測する場合には，亀裂先端部周辺に非常に細かいメッシュを生成する必要がある．しかし，本研究開発の対象である動的な破壊現象の予測に有効な陽解法有限要素法においては，
小さい要素が計算時間を増大させる原因となる．陽解法の特徴を付録に示す．また，亀裂進展として，要素を破壊させて取り除こうとすると，要素の除去による不適切な形状変化を防ぐためにメッシュの再生成を行う必要があり，このことも計算時間の増大につながる．メッシュの再生成を避けるための新たな手法としては X-FEM 5）や結合要素 6）が提案されているが，これらの方法においても非常に細かい要素が必要となるため，陽解法には適していない．
そこで本報では，衝撃荷重に対する延性材料の破壊予測を行うため，比較的粗いメッシュでも亀裂進展が予測可能な陽解法有限要素法を基にした材料モデルを提案する．本モデル
では 3 次元ソリッド要素を対象とし，応力－歪み曲線の要素
サイズに対する影響を考慮する．本研究開発は，船体外板のような板構造への適用を視野に入れている．まずは現象を忠実に再現するソリッド要素で手法を構築し，さらに，それをシェル要素へ発展させることを検討している．亀裂の進展は歪みエネルギーと表面生成エネルギーの和で判定し，破壊と判定された要素を取り除く．本研究開発では亀裂を進展させである．より詳細な検討を行う場合には，引張試験のシミュ
レーションを行い，その結果が引張試験結果と一致する応力－歪み関係を反復計算しながら同定する方法もある．このようなシミュレーションは材料に発生する塑性歪みが比較的に小さい範囲において有効であると考えられる．一方，Ehler
and Varsta 7）は，材料の変形が大きくなりネッキングが生じた後においては，応力－歪み関係は要素サイズに依存することを示した．これは，ネッキングが生じた非常に狭い領域において応力の勾配が非常に大きくなるためである．
そのため，異なる要素サイズが混在するモデルにおいては要素サイズに応じた応力－歪み関係を与える必要がある．
そこで，要素サイズの影響を考慮するために，一般的な鋼材である SS400 を対象とし，引張，圧縮試験を行い，それらに対応するシミュレーションを行った．なお，本報では汎用非線形有限要素解析ソフト MSC.DYTRAN を用いた 8）．
本ソフトでは時間積分には陽解法を使用しており，積分点が中心一点の六面体要素を用いた．図 2 は有限要素法モデルを示しており，ネッキングが生じる中央部分の要素サイズ
を 0.5 mm とした場合の例である．本モデルは 1/2 対称モデ
ルであり，長手方向の中心面に対して対称条件を与えた．図中＊で示した区間における表面の節点に対しては，試験機の把持部を表現する剛体をモデル化した．そして片方の剛体は固定し，もう片方の剛体に対して試験片の長手方向に作用させる強制運動（引張速度 0.01 m/s）を与えた．なお，SS400の材料特性は密度 7.85 × 10-5 kg/mm3，体積弾性率 175 GPa，
せん断弾性率 80.8 GPa（ヤング率 210 GPa）とした．試験ではロードセルで荷重を，ゲージ長 60 mm の伸び計で伸びを計測した．
この引張試験で計測された荷重－変位関係を再現できる応力－歪み関係を異なる要素サイズのモデルでそれぞれ反復計
算して同定した．
図 3 は要素サイズが 0.25 mm，0.5 mm，1.0 mm の場合における同定された応力－歪み関係曲線である．図 4 は変位－荷重関係曲線である．試験片は板厚 9 mm の板から採取し，圧＊：表面節点は剛体モデル

るエネルギーを評価する際に，要素除去を行いながらその評価を行っている．なお，要素サイズや歪み速度がそのエネルギーに与える影響も考慮する．そして提案した材料モデルによるシミュレーションと円盤に対する落錘試験の結果を比較し，その妥当性について示す．

2.

シミュレーション手法

2.1 応力－歪み関係に対する要素サイズの影響
有限要素法を用いた構造解析においては，通常はモデル化されるそれぞれの材料に対して，要素サイズとは無関係に一つの応力－歪み関係が与えられる．それらは引張試験による伸び－荷重関係若しくは断面積－荷重関係から，工学的応力－歪み関係や真応力－真歪み関係として求めることが一般的
20

単位：mm

図2

引張試験片シミュレーションモデル（要素サイズ 0.5 mm）
Tensile Test Specimen Model（Element Size 0.5 mm）

荷重
（kN）

応力
（GPa）

衝撃荷重を受ける延性材料の陽解法を用いた破壊シミュレーション技術の開発

0.25mm 要素
0.50mm 要素
1.00mm 要素
試験平均値

変位（mm）

歪み
図3

応力－歪み関係（要素サイズ 0.25 mm，0.5 mm，1.0 mm）
Effects of Element Sizes on Stress Strain Curves

図 4 引張試験とそのシミュレーションの荷重－変位結果
Tensile Tests and Simulation Load-displacement Curves

延方向から 3 個，圧延方向に対して直角方向から 3 個の合計6 個の試験片からデータを取得した．図に示す荷重－変位曲線はこれら 6 個の試験の平均値を表している．また，図には異なる 3 個の要素サイズに対してそれぞれの応力－歪み関係を

圧縮側のヤング率が同じであることがわかっている．しかし，圧縮試験における荷重－変位関係は引張試験のそれと大きく異なる．一方，異なる要素サイズのモデルに対して同じ応力－歪み関係を用いた圧縮試験シミュレーションでは，荷重－用いたシミュレーション結果も合わせて示されている．
ここで，一つの材料に対して異なる要素サイズを用いたモデルを解析

変位結果は一致する．これは圧縮試験ではネッキングが生じず，局所的に急激な応力変化がないためである．このため，引張時と圧縮時で異なる応力－歪み関係を用いた．
2.2 亀裂進展エネルギーに対する要素サイズの影響するため，下に示す要素サイズと応力－歪み関係を提案する．

ε1 ＜εn の場合
σ（
＝σ（
（1）
1 ε1）
r ε1）……………………………………
ε1 ＜εn の場合
B
σ（
＝σ（
＋c（
（x/｜x｜）｜x｜d ……（ 2 ）1 ε1）r εeq）
1 εeq－εn）
1

x＝ 1 －（h1/hr）

d＝（｜x｜p）eB（ε1－εn）
εeq＝εn＋c（h
2
1/hr）
2

ここで，σ1（ε1）はサイズが h1 の要素における歪みε1 の時の応力，σr（ε1）は参照応力－歪み関係から歪みε1 に対して求めた応力，εn はネッキングが発生し始める歪み（異なる要素サイズに対する応力－歪み曲線が分かれ始める歪み），σ（εreq）は参照応力－歪み関係から歪みεeq に対して求めた
応力，ε1 はサイズが h1 の要素の歪み，εeq はε1 と等価になる参照サイズ h r の要素における歪みである．さらに，c1，
B1，c2，B2 は材料によって決まる定数を表しており，h は
3
V（V は要素体積）で表される要素サイズである．本報で採用した SS400 に対しては，c1 ＝ 0.63，c2 ＝ 1.0，B1=1.4，B2 ＝0.365，e ＝ 0.5，P =-0.5，
εn=0.4 の場合において，図 3 に示す
応力－歪み関係と良好に一致する近似曲線を得ることができる．なお，ここで提案した関係式は，同定した範囲外の要素
サイズに対してもある範囲では外挿可能である．参照される
応力－歪み関係は要素サイズ h ＝ 1.0 mm とした．本研究開
発では，計算する要素のサイズを検索し，その要素サイズに応じた応力－歪み関係を式（1），（2）で求めるサブルーチンとして陽解法有限要素解析ソフトに組み込んだ．
圧縮試験の計測及びシミュレーション結果からは引張側と亀裂先端部においては，亀裂が進展するために新たな表面を作り出すためのエネルギーが必要とされ，このエネルギーが与えられたときに亀裂は進展していく．亀裂先端部における有限な体積の要素においては，要素に与えられたエネル
ギーが，その要素に蓄えられた歪みエネルギーと表面生成エ
ネルギーの和に等しい時に要素が破壊し，亀裂が進展すると考えることができる．亀裂先端部近傍の局所的に急激な応力の変化を考えると，一つの要素全体に亀裂を進展させるための単位体積若しくは単位質量当たりの要素平均エネルギー
は，要素サイズに依存することが明らかである．加えて，亀裂形状をモデル化する場合には要素サイズが極端に小さくなり計算時間の増大につながるため，要素を取り除くことによる亀裂進展のモデル化が望ましい．このモデル化では亀裂
先端部の正確な応力分布は扱えないため，ここでは亀裂進展
エネルギーを材料特性としてモデル化し，そのエネルギーに対する要素サイズの影響を考慮する．この亀裂進展エネル
ギーを求めるためには，異なる要素サイズのモデルに対して
シミュレーションを反復して行い，材料試験結果を再現する
値を求める．適切な材料試験としてシャルピー衝撃試験が考えられるが，（i）シャルピー衝撃試験片は非常に小さいため，要素サイズの影響を考慮できるのは 1 mm よりも小さい
範囲に限定される．（ii）シャルピー衝撃試験では亀裂進展エ
ネルギーに対して歪み速度が大きく影響する．そこで，シャルピー衝撃試験片に似た形状でサイズが大きな試験片を製作し，準静的荷重による亀裂進展試験を実施した．試験片の形状を図 5 に示す．材料は SS400 とし，寸法は 165 mm×30 mm×10 mm とした．またノッチは 45 度のＶノッチとし，ノッチ深さは 6 mm とした．ノッチ方向は板の面内方向としているが，これは船体の外板や船底などの板が衝突や爆発の21

技術論文・報告

三井造船技報 No. 218（2017-1）

接触条件

板厚 10mm単位：mm
図 5 亀裂進展試験片
Rupture Test Specimen

接触条件
0.75mm 要素モデル

固定条件

3mm 要素モデル

写真 1

亀裂進展試験状況
Rupture Test

図 6 シャルピー衝撃試験モデル（要素サイズ 0.75…mm，3.0…mm）
Charpy Impact Test Specimen Models with 0.75 mm Elements
and 3 mm Elements, Supports and Loading Device

本研究開発では，検力ブロック式動的負荷試験装置 9）を用
衝撃で裂けることを想定しているためである．試験片は板
厚 12…mm の板から機械加工して製作した．合計 6 個の試験片を製作し，3 個は圧延方向，3 個は圧延方向と直角方向から採取した．これらの試験片を用いることにより，（i）3…mmの要素サイズまでシミュレーションすることが可能となり，（ii）基準となる静的荷重に対する亀裂進展エネルギーを取得できる．圧延方向に採取した試験片に対する亀裂進展試験の状況を写真 1 に示す．
次に，この試験に対応したシミュレーションの結果を示す．
要素サイズは 0.75…mm，1.0…mm，2.0…mm，3.0…mm の 4 ケースとした．図 6 に要素サイズ 0.75…mm の試験片とサポート，
荷重治具のモデルを示す．図には要素サイズ 3.0…mm の試験片モデルも合わせて示す．それぞれの要素サイズモデルにおいて反復シミュレーションを行い，試験結果を再現できる亀裂進展エネルギーを求めた．すなわち，試験における荷重－
変位関係曲線を積分して得られるエネルギーの平均値を再現できる亀裂進展エネルギーを同定した．なお，破壊した試験片の形状は試験結果と良く一致した結果が得られた．これにより得られた要素サイズと亀裂進展エネルギーの関係を図 7に示す．
シミュレーションしていない要素サイズに関しては，
図 7 の関係を用いて亀裂進展エネルギーを内挿し，若しくはある範囲までを外挿して求めることができる．
2.3 歪み速度パラメーターに対する要素サイズの影響
材料の歪み速度は，その応力－歪み関係や亀裂進展エネ
ルギーに影響を与える．ここでは，式（3）に示す CowperSymonds の関係式を用いてその結果を考慮した．

・ /D）1/P］……………………………（ 3 ）σd＝σ［1＋（εsp・ は塑ここでσd は動的な降伏応力，σs は静的な降伏応力，εp性歪み速度，
D と P は Cowper-Symonds の材料パラメーターを表している．
22

いて，複数ケースの載荷速度による引張試験及び圧縮試験を行った．本試験機では，約 1…000（1/s）までの歪み速度で材料試験を行い，応力 - 歪み関係を取得することができる．そして，それら試験の反復シミュレーションを行い，試験で得られた荷重－変位関係を再現できる D と P の値を同定する．
その結果，使用した SS400 に対しては，引張，圧縮共に D ＝
4…039（1/s），P ＝ 5.807 となることが分かった．これらの D，P と静的荷重における応力－歪み関係式（図 3）を用いることにより，真歪み速度に対する降伏後の真応力を計算することができる．式（3）を用いた歪み速度に対する降伏後の真応力の関係を実験結果と合わせて図 8 に示す．図中における C-S が Cowper-Symonds 式で計算した結果を，Test が試験結果 10）をそれぞれ示している．なお凡例における数値（0.05，0.15，0.25）はそれぞれ歪み値を表している．この図から分かるように，歪み速度が 0.1 から 10 の範囲においては，
Cowper-Symonds 式で計算した応力と実験で求めた応力は良く一致している．一方，より小さい歪み速度域において式（3）は実験に対して応力を過小評価するのに対し，より大きい歪み速度域においては過大評価することが分かる．材料の歪み速度依存性に関する式に関しては，より良好に現象を再現する式がほかに提案されているが，これまでの実績が多く，
パラメーターの入力が容易な式（3）を用いることにした．
さらに，亀裂進展エネルギーに対する歪み速度依存性についても Cowper-Symonds の式を仮定し，式（4）を用いて評価した．

・ /DE）1/PE］…………………………（ 4 ）Ed＝E［1＋（εsp
ここで，E d は動的な亀裂進展エネルギー，E s は静的な亀裂進展エネルギー，DE と PE は亀裂進展エネルギーに関す
る Cowper-Symonds の材料パラメーターをそれぞれ表している．PE は式（3）で求めた P と同じ値（5.8074）の定数と要素亀裂エネルギー（J/kg）

衝撃荷重を受ける延性材料の陽解法を用いた破壊シミュレーション技術の開発

反復シミュレーション式（5）

反復シミュレーション
近似曲線

要素サイズ
（mm）
図 9 DE と要素サイズの関係
Relationship between Element Size
and Cracking Energy's Cowper Symonds Parameter DE

図 7 破壊エネルギーと要素サイズの関係
Relationship between Element Size and Element Cracking Energy

真降伏応力
（MPa）

歪速度＝1（1/s）
歪速度＝10
歪速度＝100
歪速度＝1000

10-3

10-2

10-1
100
101
102
真歪み速度（1/s）

103

104

要素サイズ（mm）

図 10 Ed /Es と要素サイズの関係
Relationships between (E d / E s )and Element Size for Strain Rates from 0.1 to 100 1/s

図 8 降伏後の真応力と歪み速度の関係
Relationships between True Yield Stress – True Strain Rate

仮定した．DE を評価するために，シャルピー衝撃試験片を用いて準静的荷重の材料試験及びシャルピー衝撃試験を行った．試験片はサイズが 55 mm×10 mm×10 mm の JIS
規格に沿った V ノッチ切欠き試験片とし，他の試験と同様に板の圧延方向とその直角方向から 2 個ずつ採取した．さらに，この試験の反復シミュレーションを行い，試験において亀裂進展に費やされるエネルギーと同じ結果を得る DE を同定した．なお，シミュレーションでは 0.25 mm，0.5 mm，1.0 mm の要素サイズを採用した．図 9 に要素サイズと DEの関係を示す．本手法では亀裂先端部において要素が破壊する際のエネルギーを考慮しているので，亀裂先端部の歪み速度影響も考慮した．ただし，ここでの DE は要素内の平均エネルギーに対する平均歪み速度影響を表しており，亀裂先端部における同じエネルギー分布に対して，無限に大きなサイズの要素では平均歪み速度は小さくなる．このため，亀裂先端部で同じ歪み速度影響を得るためには，小さい DE が必要となる．そこで，無限に大きな要素に対する DE がゼロとなるよう，式（5）を用いてシミュレーションで得られた DEの近似曲線を求めた．

DE＝C/（hn＋e）……………………………………（ 5 ）ここで C，n，e は材料パラメーターで，C=1 515.0，n ＝ 3.8，
e ＝ 0.137 となった．また DE は 1/s の単位を有する．
図 9 に示す DE，式（5）及び P =0.580 7 を用いて，E d /E sと要素サイズの関係を求めた結果を図 10 に示す．図には歪み速度 1 ～ 1 000（1/s）に対する値を曲線を示した．
これらの提案した材料モデルをサブルーチンとして汎用有限要素解析ソフト MSC.DYTRAN に含めた．このサブルーチンにより，降伏応力の算出や亀裂先端部要素の破壊判定を
考慮した．

3.

落錘試験シミュレーション

衝撃荷重下における鋼材の破壊に対する材料モデルの妥当性を確認するために図 1（a）に示す装置で落錘試験を行った．
試験装置の構造は図 11 に示すとおりであり，直径 940 mm，
板厚 3.2 mm の円盤を SS400 で製作し落錘試験装置に固定した．落錘は焼き入れした SCM440 で円錐形状とした．落錘の総重量は 515 kg で，円盤上面の 3 000 mm 上方から落下させた．落錘の変位を計測するために，レーザー変位計を用いた．レーザー変位計の計測範囲は 200 mm であり，円錐の先端が円盤に接した瞬間から落錐の変位を計測するように配置した．
23

技術論文・報告

三井造船技報 No. 218（2017-1）

16 個 ×22φ
孔中心 880φ

70×20 フランジ
落錘
515 Kg
250

200φ

80

ガイド
レール 10R
940φ

800φ

歪みゲージ
レーザー変位計

3 000

円盤
350
単位：mm

（a）円盤・サポート構造詳細（b）試験装置の主要寸法

図 11 落錘試験装置
Drop Test Setup

変位
（mm）

図 13 円盤の固定境界条件
Circular Plate Boundary Condition

図 12 落錘と円盤のシミュレーションモデル
Finite Element Model of Plate and Impactor

図 12 はシミュレーションで用いたモデルを表しており，円盤はソリッド要素でモデル化し，板厚方向に 3 分割（約1…mm）
，面内方向には 1.5 ～ 4…mm で要素分割した．また落錘は実験と同じ重量の剛体としてモデル化した．そして，
応力－歪み関係と亀裂進展エネルギーによる破壊判定及び2. で述べた歪み速度影響についての手法を用いた．なお周囲に亀裂がない要素に対する最大塑性歪みによる破壊判定についても図 3 に示した応力－歪み関係式に対して考慮した．図 13 に太線で示すモデルの節点は固定条件を与えた．
シミュレーションにおいては円錘先端の初期位置を円盤から
1…mm のみ上方に配置し，自由落下から得られる下向きの速度 7.668…mm/ms（m/s）を初期条件として落錘に与えた．なお重力加速度 0.0098…mm/ms2 も考慮した．
図 1（b）（c）に，，破壊した円盤の試験結果とシミュレーショ
ン結果を示す．シミュレーションにおいては落錘が円盤の変形と摩擦により一旦停止した後にリバウンドする．図 1（c）
24

計測範囲の最下限

試験 S1
試験 S2
解析結果

時間
（s）
図 14 落錘位置時間変化
Time Histories of Impactor Displacement

は落錘が最も下方にまで進んだ際の時刻 51…ms における変形図を表している．一方，試験においては落錘に対するストッパーを設置したため，最下位置に達する直前までの落錘の変位が計測されている．この図から分かるように亀裂は試
験結果（図 1（b））と同様に 3 方向に進展している．ただし，シミュレーションにおける亀裂は試験よりも多く進展しており，円盤の曲げ変形は試験よりも広い範囲で生じる結果となった．図 14 は落錘の変位の時間変化に関する試験とシミュ
レーションの比較結果を表している．図から分かるように両者は良好に一致している．しかし，グラフの傾きで表される落錘の速度に関しては，時刻 0.02 秒以降において試験がシミュレーションと比べて減速していることが分かる．この結果と変形の違いを踏まえると，シミュレーションは試験よりも亀裂進展が早く進み，円盤の塑性変形が小さくなったもの

衝撃荷重を受ける延性材料の陽解法を用いた破壊シミュレーション技術の開発と考えられる．この原因としては，材料パラメーターを同定した要素のアスペクト比が 1 であったのに対して円盤モデルのアスペクト比が 6 であること，及び材料定数を求めた試験
片を切り出した板と円盤を製作した板が異なることが考えられる．しかし，ストッパーに衝突するまでの落錘の速度については，実験とシミュレーションは良好に一致しており，本提案手法は材料の変形や亀裂進展に吸収されるエネルギーを良く再現できることが判断できる．

4.

おわりに

本報では，陽解法有限要素法を用いて衝撃的な荷重に対する材料の破壊挙動を効率的かつ精度良く予測できるモデルを提案した．このモデルにおいては，応力－歪み関係に対する要素サイズの影響及び歪み速度依存性，亀裂進展エネルギー
による破壊判定，亀裂進展エネルギーに対する要素サイズの影響及び歪み速度依存性が考慮されている．そして，一般的な鋼材である SS400 による引張・圧縮，シャルピー衝撃試
験などの材料試験を行い，試験対応シミュレーションにより本モデルで使用する材料パラメーターを同定した．さらに，円盤に対する落錐試験を行い，シミュレーション結果との比較を行った．その結果，両者は良好な一致を示し，ここで提案した材料モデルが妥当であることを明らかにした．
今後は本モデルを更に発展させ，シェル要素に関する破壊モデルの開発を目指す．そして，これらの開発を製品の構造
安全性評価に適用していく予定である．

参

考

文

献

……1）…A.…A.…Griffith：The…Phenomena…of…Rupture…and…Flow…
in… Solids，Phil.… Trans.… R.… Soc.… Lond.,… A… 221，
（1921），
p.163……2）…G.…Irwin：Analysis…of…Stresses…and…Strains…near…the…
End…of…a…Crack…Traversing…a…Plate,…J.…Appl.…Mech.，…
24，（1957），p.361……3）…J.… R.… Rice：A… Path… Independent… Integral… and… the…
Approximate… Analysis… of… Strain… Concentration… by…
Notches… and… Cracks,… J.… Appl.… Mech.，35，（1986），

p.379……4）…T.… L.… Anderson：Fracture… Mechanics，（2005），CRC…
Press……5）…T.… Belytschko，et… al.：Elastic… Crack… Growth… in…
Finite… Elements… with… Minimal… Remeshing，Int.… J.…
Numer.…Methods…Eng.，45，5，（1999），p.601……6）…MSC.Software：Dytran… 2013… Reference… Manual，（2013），…p.159……7）…S.… Ehlers，et… al.：Strain… and… Stress… Relation… for…
Non-linear… Finite… Element… Simulations,… Thin… walled…
Struc.，47，（2009），p.1203……8）…MSC.Software：Dytran…2013…User’s…Guide，（2013）……9）…三村．外：検力ブロック式動的負荷試験装置の開発とその実験的検証，材料，45，8，（1996），p.939
10）…私信

付録

陽解法の概要陽解法とは，物理現象をシミュレーションする際に，現ステップの状態を基にして次ステップにおける解を求める方法の一つである．衝撃問題のように極めて短い時間に非線形性が強く現れる事象を解くことに適した手法である．
ただし，安定した解を得るためには，安定条件を満たす時
間刻みを適切に設定する必要がある．小さい要素サイズのモデルに対しては，時間刻みを小さくしなければならない．
［問い合わせ先］
技術開発本部 技術開発センター
TEL…0863－23－3021 安田 章宏

安田章宏

シェリーフ ラシッド

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製 品 ・ 技 術 ニ ュ ー ス

製鉄所向け原料荷役用 3 000 t/h 橋形アンローダ－新日鐵住金株式会社名古屋製鐵所に据付－

写真 1

アンローダ全景

写真 2

高強度軽量グラブバケット

三井造船株式会社は，新日鐵住金株式会社名古屋製鐵所に橋形アンローダ 1 基を据付けた．今回据付したアンローダは，
石炭及び鉄鉱石の荷役時において，3…000…t/h の荷揚げ能力

プ滑車（シーブ）などの部品点数を減らすことができ，
ワイヤロープ交換の費用等のメンテナンスコストの削減を実現している．

を有する世界最大クラスのアンローダである（写真 1）．
鉄の原料となる石炭，鉄鉱石は，穀物と共に三大バルク貨物と呼ばれ，世界的に物流量が多く，バルクキャリアと呼ば（2）高強度軽量グラブバケットの採用により従来のグラブバケットから巻上荷重を約 15％軽減させることで，アンローダ総重量及び電力消費量を削減し，アンローダの省れる貨物船で輸送され，製鉄所や火力発電所などの工場岸壁
等でアンローダにより荷揚げされる．
アンローダは荷揚げ方式により，グラブバケット式と連続式とに大別される．本アンローダが採用している前者の方式

エネルギー化を図っている．
（3）新日鐵住金株式会社の開発した，塗装周期延長耐食鋼“CORSPACE®”を鋼構造物の製作に用いており，構造物の長寿命化や再塗装などの修繕コスト減少が期待される．

は，後者の方式に比べ，初期導入コストと保守コストのいずれも割安となるが，重量が大きい原料を掴んでいるグラブバ
ケットが，アンローダ上の橋桁を移動するため，一般的には，
アンローダの総重量が重くなる．しかし，
本アンローダでは，
４ドラム駆動システムと，
軽量グラブバケットの採用により，総重量を抑制することを可能としている（写真 2）．
当社は 2014 年に国内メーカで初めて 4 ドラム駆動システ
ムを開発，設計した．これまでに 2 基の 4 ドラム駆動システムを有するアンローダを製作し，今回が 3 基目となる．新日鐵住金株式会社名古屋製鐵所向けにはアンローダを更に 1 基
受注しており，2019 年に引き渡しを予定している．
国内に設置されている既存のアンローダは 1960 ～ 1970 年
代製のものが多く，今後，老朽化に伴う更新が期待される．
特 長（1）4 ドラム駆動システムの採用により，グラブバケット支
持及び開閉並びにトロリ横行の 3 つの動作において，駆主要目
石炭グラブバケット容量… ：50.0…m3
鉄鉱石グラブバケット容量…：21.5…m3
つり上げ荷重…
石炭荷役能力…
鉄鉱石荷役能力…

：70…t：3…000…t/h：3…000…t/h

アウトリーチ…
スパン…
揚程…
巻上速度…
巻下速度…
横行速度…

：42…m
：30…m
：41…m
：3.33…m/s：3.67…m/s：3.67…m/s〔問い合わせ先〕機械 ･ システム事業本部 運搬機システム営業部
TEL…03－3544－3906 佐々木 皓

動装置を兼用可能とし，使用ワイヤロープ本数及びロー

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三井造船技報 No. 218（2017-1）

製 品 ・ 技 術 ニ ュ ー ス

追分橋耐震補強工事－狭隘な施工ヤードにおけるロッキング橋脚の撤去・更新－

写真 1

既設橋脚（ロッキング橋脚）

写真 2

更新後の橋脚“追分橋”は滋賀県南部に位置し，昭和 38 年に供用を開始
した名神高速道路の高架橋である．中間支点がロッキング橋（2）ロッキング橋脚撤去中の上部工の支持方法
橋脚の建設中は上部工をベント等で支持するのが一般脚となっており，橋脚の上下にヒンジ構造を有し，水平方向の上部構造慣性力を支持することができないため，大規模地震動に対して十分な耐震性能を確保できない状態であった（写真 1）．耐震性向上対策を種々検討した結果，中間支点橋
脚の耐震性向上，支承取替，落橋防止装置の設置などの耐震的だが，より高い安全性が求められることから，仮設構
造物での支持は適さないと判断し，先行して建設した新設橋脚に上部工荷重を移行した後，既設ロッキング橋脚を撤去する工法を採用した．本工法により，仮設構造物の設置が不要となり，安全性の向上及び作業の省スペー補強を行うことになった．
追分橋の下は，国道 1 号線と京阪電気鉄道京津線が通過すス化が実現できた（写真 2）．
（3）ロッキング橋脚の撤去

る交通の要衝のため，高速道路のみならず，これらに対する安全確保と交通の維持が求められた．中でも特長はロッキン
グ橋脚を撤去し，鋼コンクリート複合構造橋脚に更新する工事であった．本工事では，更新用橋脚を最初に設置した．橋
脚の柱部はコンクリート造で，この上部に鋼製梁を設置する構造である．更新用の橋脚完成後，既設の橋脚を撤去する工程では，仮設構造物での支持を使用せず更新工事を進めた．

大型重機を使用できない桁下での作業であり，新設橋
脚の梁を貫通しているロッキング橋脚を安全に撤去するために，撤去設備で支持しながら下部から逐次小ブロッ
クに切断し，だるま落とし方式で撤去した．ロッキング
橋脚には中詰めコンクリートが充填されていたため，ガス切断で外側の鋼管部を切断後，内部のコンクリート部
を湿式のワイヤソー工法で切断した．撤去設備はロッキ
ング橋脚の重量を吊下げ設備で支持するとともに，撤去

特 長（1）狭隘な桁下空間における橋脚の建設
桁下空間が約 8.0…m の条件下で実施可能な施工方法を考案した．コンクリート造の基礎及び柱部の最下部を先中に不安定となる脚柱の転倒防止の機能も兼ね備えた構造とした．
なお，ここで示した橋脚更新工法は，西日本高速道路株式会社と共同で特許を出願し，登録済である．

行して施工した．鋼製梁は，既設のロッキング橋脚と干渉するため，半割構造として，中央ブロックを桁下高の主要目制約を受けない位置で架設し，横取り・縦取り工法によっ
工…事…名：名神高速道路 追分橋他 1 橋耐震補強工事て桁下の所定位置まで移動した．その後，先端側の梁の工事場所：滋賀県大津市追分町
ブロックをロッキング橋脚を挟むように架設し，中央ブ
発…注…者：西日本高速道路株式会社 関西支社
ロックと連結させた．
工期：自）平成 24 年 6 月 28 日 至）平成 28 年 7 月 6 日
一体化した鋼製梁を油圧ジャッキおよび総ねじの PC
鋼棒を用いた吊上げ工法で所定の高さまで吊り上げた．
（三井造船鉄構エンジニアリング株式会社）
鋼製梁の設置後，最初に施工した柱基部との間のコンク〔問い合わせ先〕
リート脚柱を構築し，鋼製梁と脚柱を剛結して新設橋脚
建設本部 西部工事部を完成させた．
TEL…06－6446－3101 青山 智明
三井造船技報 No. 218（2017-1）

27

三

井

造

船

株

式

会

社

http：//www.mes.co.jp/
TEL 03 3544 3147

幕張センター〒 261 7128

千葉県千葉市美浜区中瀬 2 丁目 6 番 1

TEL 043 351 8000

北海道支社

〒 060 0807

札幌市北区北七条西 4 丁目 5 番地 1（伊藤 110 ビル）

TEL 011 736 0036

東 北 支 社

〒 980 0811

仙台市青葉区一番町 2 丁目 7 番 17 号（朝日生命仙台一番町ビル） TEL 022 262 3481

中 部 支 社〒 450 0003

名古屋市中村区名駅南 1 丁目 24 番 30 号（名古屋三井ビルディング） TEL 052 582 0145

関 西 支 社〒 550 0004

大阪市西区靱本町 1 丁目 11 番 7 号（信濃橋三井ビル）

TEL 06 6447 2001

中 国 支 社

〒 730 0051

広島市中区大手町 2 丁目 7 番 10 号（広島三井ビル）

TEL 082 248 0311

呉 営 業 所

〒 737 0045

広島県呉市本通 3 丁目 5 番 18 号（メゾンロイヤル）TEL 0823 25 7837

九 州 支 社

〒 812 0036

福岡市博多区上呉服町 10 番 1 号（博多三井ビルディング）

TEL 092 291 0092

東九州支店

〒 870 0027

大分県大分市末広町 1 丁目 1 番 18 号（ニッセイ大分駅前ビル）

TEL 097 537 9260

沖 縄 支 店

〒 900 0033

沖縄県那覇市久米 2 丁目 4 番 16 号（三井生命那覇ビル）

TEL 098 869 3135

玉野事業所

〒 706 8651

岡山県玉野市玉 3 丁目 1 番 1 号

TEL 0863 23 2010

千葉事業所

〒 290 8531

千葉県市原市八幡海岸通 1 番地

TEL 0436 41 1112

大分事業所

〒 870 0395

大分県大分市日吉原 3 番地

TEL 097 593 3111

技術開発センター〒 706 0014

岡山県玉野市玉原 3 丁目 16 番 1 号

TEL 0863 23 3001

昭島研究センター〒 196 0012

東京都昭島市つつじが丘 1 丁目 1 番 50 号

TEL 042 545 3111

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東京都中央区築地 5 丁目 6 番 4 号｜〒 104 8439
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社

本

海外事務所

北京，ジャカルタ，ハノイ

海外現地法人三井造船ヨーロッパ株式会社（ロンドン）

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技術開発本部

三井造船（上海）商貿有限公司
MES タイ（バンコク）
三井造船アジア株式会社（シンガポール）

三

三井造船技報編集委員会
委員長

木戸口

委

木

澤

神

永

難

波

速

水

佐

野

健

一

村

田

和

俊

兼

本

員

厚

井

造

船

技

報

晃

第 218 号

夫

2017 年（平成 29 年）1 月 31 日発行

肇
浩

一
礼

発行人

鳥

発行所

三井造船株式会社 技術開発本部〒104−8439  東京都中央区築地 5 丁目 6 番 4 号
TEL  03−3544−3266
http://www.mes.co.jp

印株式会社 MES ファシリティーズ〒261−7128  千葉県千葉市美浜区中瀬 2−6−1

浩

刷

井

幸

典

三井造船技報に関するお問い合せは，e-mail：gihojim@mes.co.jp まで．
万一，落丁・乱丁がありました節は，お取り替えします．

28（非売品，無断転載を禁ず）

三井造船技報 No. 218（2017-1）

三井造船技報 第 218 号の発行に当たって「三井造船技報」をご高覧いただき，ありがとうございます．
本誌は，当社が平素ご指導いただいている方々へ，最近の当社の新製品や，それを支える技術についてご紹介するものです．
本誌の内容につきましては，更に充実を図る所存ですので，忌憚のない御意見を賜りましたら，大変幸甚です．
送付先の貴組織名，ご担当部署，所在地などにつきましては正確を期しておりますが，変更などがございましたら，以下にご記入の上，FAX または e-mail でお知らせ頂きたくお願い申し上げます．
敬具
キ

リ

ト

リ

線

FAX：0 3 − 3 5 4 4 − 3 0 8 6
e-mail：gihojim@mes.co.jp
三井造船株式会社

1.  送

付

先：

技報編集委員会

事務局

三井造船技報送付先の確認と第 218 号へのご意見等について

□従来通り

□変更

□削除 （いずれかに V を付けてください）

		

組織名称

		

担当部署

〒

︱

所 在 地

〒

︱

a ）旧送付先		行（TEL. 03−3544−3266）

旧送付先は，現在の宛先ラベルのコピーをここに貼付して頂いても構いません．

b ）新送付先
キ
リ
ト リ

所 在 地

		

組織名称

		

担当部署

		

ご担当者

		

TE L N o .

線

		

FAX No.

2.  今後の編集に反映させていただくため，下記アンケートにご協力をお願いします．
（最初のページ No. で可．複数回答可）（ 1 ）本号で興味のあった記事をお知らせください．
技術論文・報告では……

製品・技術ニュースでは ……
その他の記事では……

（ 2 ）その他，ご意見・ご要望あれば，お聞かせください．

主

営

業

品

目

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｜

FAX 03 3544 3031｜

TEL 03 3544 3318｜

船舶・艦艇事業本部

要

液化天然ガス（LNG）運搬船，液化石油ガス（LPG）運搬船，原油輸送船，石油精製品運搬船，ばら積貨物船，オープンハッチ型貨物船，鉱石運搬船，石炭運搬船，コンテナ船，自動車運搬船，冷凍運搬船，ガス燃料船，LNG バンカー船，FSO，FPSO，FSRU，超高速貨物船，超高速
カーフェリー，各種特殊船
修繕船，各種改造船工事，Ｍ＆Ｒエンジニアリング
護衛艦（DD），潜水艦救難母艦（AS），潜水艦救難艦（ASR），音響測定艦（AOS），輸送艦（LST），補給艦（AOE），掃海母艦（MST），海洋観測艦（AGS），巡視船，練習船，海洋気象観測船，漁業調査船，漁業取締船，海洋調査船，研究調査船，物理探査船，環境整備船，視察船，測量船，交通艇，消防艇，高速旅客船，深海探査ロボット（AUV，ROV），小型水中ロボット，水道管点検ロボット
自動艦位保持装置（DPS），システム操船装置，艦橋情報表示装置（ABS ／ IBS），舵減揺装置，船体運動状態表示装置（SMACS），航海情報表
示装置，フィンスタビライザー，中折式デッキクレーン，赤外線低減装置，弾薬搭載機材，補機制御表示装置，機関操縦装置，水中放射雑音シ
ミュレータ，防火防水実習場，各種訓練水槽，操船シミュレータ，船舶運航支援のポータルサービス，フリートモニタ，洋上風力用浮体基礎｜

FAX 03 3544 3055｜｜

TEL 03 3544 3950｜

機械・システム事業本部
舶用ディーゼル機関

往復動圧縮機，バイナリー発電設備，蒸気タービン，炉頂圧回収タービン，軸流・遠心式圧縮機，ガスタービン，ガスエンジン
鍛造前誘導加熱装置（ビレットヒータ，バーヒータ，ピンヒータ 他），鉄鋼・非鉄分野向誘導加熱装置（薄板加熱装置，銅管焼鈍装置，線材加熱装置），高周波電源装置（PWM インバータ，サイリスタインバータ，トランジスタインバータ，ゾーンコントロール用電源）
遠隔操作マニピュレータおよびその周辺機器，センシング機器（地中埋設物・建築物探査レーダ，複合材剥離検査器），レーダ探査サービス，
水理実験設備，塔，槽，熱交換器，回転式乾燥機
岸壁用コンテナクレーン，ヤード用コンテナクレーン，舶用ガントリークレーン，ローダー，アンローダー（連続式，グラブバケット式），
ジブクレーン，天井クレーン，コンテナターミナルマネジメントシステム
橋梁，ハイブリッド構造物（浮防波堤，浮消波堤，浮桟橋，浮体式係船岸，ケーソン），海洋構造物（シーバース，ケーソン，沈埋函，ジャケット），浮体式海洋設備
LSS（ライフサイクルソリューションサービス ：上記設備・機器の保守，改造用部品・機器の供給，性能改善・改造工事・延命工事などのエンジ
ニアリング・サービスと施工），IT を活用した各種設備・機器のリモートモニタリングサービス・診断サービス・情報サービス，各種設備・機器の包括／一括メンテナンスサービス，各種技術サービス（運転及びメンテナンスにかかわる技術指導・工事指導・工事施工）｜

FAX 043 351 8111｜｜

TEL 043 351 8000｜

エンジニアリング事業本部

プラントのエンジニアリング及び建設工事（石油化学，化学繊維，合成樹脂，石油精製，ガス製造・精製，無機化学，化学肥料，石炭化学，発酵関連，ファインケミカル，代替エネルギー関連），プラント要素技術（加熱炉，分解炉，分解ガスクェンチャー，高粘度流体脱揮装置），エン
ジニアリング支援システム，フィージビリティースタディ，プラントメンテナンス，SDM 工事
海外土木・建築工事全般，特殊構造物，風力発電設備工事
ディーゼルエンジン発電設備，太陽熱発電設備，バイオマス発電設備，各種コージェネレーションプラント，バイオエタノール設備
三井リサイクリング 21（キルン式ガス化溶融システム），廃棄物処理関連（流動床式焼却炉，粗大ごみ処理施設，リサイクルセンター，加熱脱塩素化装置，ダイオキシン分解触媒，炭化炉，PCB 処理），ガス処理関連（脱塩，集塵）
水処理関連（産業排水，汚泥），ガス処理関連（排煙脱硫，排煙脱硝，脱臭），廃棄物再資源化システム（焼酎廃液，有機性廃棄物からのメタン
発酵，コンポスト及び乾燥装置），バイオガスプラント（生ごみ・汚泥バイオガスプラント，油温減圧乾燥式食品廃棄物再資源化システム，家畜糞尿再資源化システム）

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