スロッシング荷重軽減装置及びスロッシング荷重軽減装置付き船舶
【課題】タンク内に収納する液体の自由表面の動揺を軽減できるスロッシング荷重軽減装置及びスロッシング荷重軽減装置付き船舶を提供すること。
【解決手段】タンク１０内の液体１１の自由表面１２に臨ませるとともに水平方向に自由度をもたせた膜体２１と、膜体２１の両端部をタンク１０内で支持する支持手段２２ａと、膜体２１を中間部において下方に引っ張る張引手段２３とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】タンク１０内の液体１１の自由表面１２に臨ませるとともに水平方向に自由度をもたせた膜体２１と、膜体２１の両端部をタンク１０内で支持する支持手段２２ａと、膜体２１を中間部において下方に引っ張る張引手段２３とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内に収納する液体の自由表面の動揺を軽減できるスロッシング荷重軽減装置及びスロッシング荷重軽減装置付き船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にスロッシングとは、液体をタンクにより運搬、貯蔵する際に、種々の周期的外力のためにタンク内の液体が運動・同調することで、水平方向、垂直方向及び回転の過剰な液体流動となる現象であり、液体貨物運搬船貨物艙の損傷や地震時における石油備蓄施設の損傷原因となっている。
従来のスロッシング防止策の多くは、石油備蓄施設における浮屋根式円筒タンクに対応したものであり、その多くが浮屋根に付加した機構を用いることにより、損傷や火災の原因となる浮屋根の沈没を防止することを主目的としている。一方、船舶等の液体貨物運搬時におけるスロッシング対策としては、古くから貨物艙内部に仕切りを設置し液体の運動を抑制する手法を用いているが、液体貨物の多様化が進み、各々の液体貨物に適したタンク構造が考案される中、船舶で言えばＬＮＧ船やケミカルタンカーといった従来からの仕切板等による対策が困難な貨物艙を有する船種も建造されている。このような船種へのスロッシング対策としては、タンクの形状毎に、貨物液位、動揺運動、動揺周期をパラメータとした実験や数値計算を実施し、危険な運航条件を導き出し、オペレーションにより回避しているのが現状であり、積み付け制限等による制約が多く、利便性に乏しい運用を強いられている。
以下に従来提案されているスロッシング荷重軽減装置を説明する。
浮屋根式タンクに対応したスロッシング抑制材としては特許文献１に示されるようなものがある。特許文献１では、浮屋根をタンク底の近隣まで降下させても機能させることができるスロッシング抑制材を提案している。特許文献１によるスロッシング抑制材は、容器の内壁に対向する浮屋根の外周端から容器の底に向けて、容器に貯留される液体の所定領域を包囲するように湾曲して延び、容器の底に連結される膜部材からなる。
特許文献２では、定在波の発生を招く固有モードの形成を阻害することでスロッシングを抑制するようにしたスロッシング防止装置を提案している。特許文献２によるスロッシング防止装置は、容器の内壁に気体を充填した空室を配設している。
特許文献３では、水面近傍にスロッシング抑制ケースを設置することを提案している。このスロッシング抑制ケースは、スロッシングにより持ち上がった液面を一時保持し、任意の時刻で保持した液体を開放する機能を持ち、周期的な液位の変動に乱れを与え、スロッシングを抑制するものである。
特許文献４では、円筒状の壁面を有する液体貯槽内の液面付近に、貯留液体から作用する浮力で保持され、水平方向の移動が液体の内壁面に当接して拘束される浮枠体と、この浮枠体から下方に支持され、液面付近で水平方向へ移動する液体に抵抗を付与する流動抵抗付与部材とを備えたスロッシング抑制装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５３９７１号公報
【特許文献２】特開平８−１９８３８７号公報
【特許文献３】特開昭６０−２４３５９６号公報
【特許文献４】特開２００６−８１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、例えば船舶に搭載されるタンクのように、タンク形状が垂直方向よりも水平方向に長いタイプであり、特にタンクの長手方向に流体の動揺によるスロッシング影響が大きな場合に適したスロッシング荷重軽減装置は提案されていない。
そして、船舶の様々な形状の貨物艙にも対応可能なスロッシング抑制機構を開発することにより、貨物艙の寸法を目的に応じて自由に設計することができ、有効的且つ安全な液体貨物の運搬が可能となる。
【０００５】
そこで本発明は、タンク内に収納する液体の自由表面の動揺を軽減できるスロッシング荷重軽減装置及びスロッシング荷重軽減装置付き船舶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】
【０００６】
請求項１記載に対応したスロッシング荷重軽減装置においては、液体を収納するタンクと、前記液体の自由表面に臨ませるとともに水平方向に自由度をもたせた膜体と、膜体の両端部をタンク内で支持する支持手段と、膜体を中間部において下方に引っ張る張引手段とを備えたことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、液体の運動による自由表面変形に膜体が追随して変動するときに、張引手段によって中間部を拘束しているので液体の流動を抑えて自由表面の動揺を軽減することができる。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のスロッシング荷重軽減装置において、膜体をタンクの長さよりも長く設定し、膜体の中間部を下方に弛ませて液体中に液没させたことを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、膜体の液没箇所において、タンクの長さ方向に移動する液体の流動を抑えることができる。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載のスロッシング荷重軽減装置において、張引手段として、ロープを用いたことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、ロープによって膜体を引っ張ることで、自由表面変形に応じた膜体の変形自由度を制御することができる。
請求項４記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載のスロッシング荷重軽減装置において、張引手段として、張引膜を用いたことを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、張引膜によっても移動する液体の流動を抑えることができる。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、膜体が液体の自由表面に臨むように、膜体の浮力を液体の密度との関係において設定したことを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、膜体を液体の自由表面に臨ませることができる。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載のスロッシング荷重軽減装置において、膜体に浮力を与えるフロートを膜体の上面において凸状を成すように設けたことを特徴とする。請求項６に記載の本発明によれば、膜体の上面を走る液体の移動を抑えることができる。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、液体の自由表面の高さに応じて、張引手段の長さを変える張引変更手段をさらに備えたことを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、タンク内に収納する液体量に応じて膜体を液体の自由表面の高さに臨ませることができる。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、液体の運動による自由表面の変形に応じて、支持手段の上下位置が変わる支持位置調節手段をさらに備えたことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、特に液体の自由表面の動揺が大きな場合にも膜体を液面に追随させることができる。
請求項９記載の本発明は、請求項８に記載のスロッシング荷重軽減装置において、支持位置調節手段によって支持手段の上限及び／又は下限を規制することを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、タンクへの膜体の衝突を防止することができる。
請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項９のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、膜体を複数箇所に設けた張引手段で張引したことを特徴とする。請求項１０に記載の本発明によれば、自由表面変形に応じた膜体の変形自由度を制御することができる。
請求項１１記載の本発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、張引手段には、衝撃荷重を緩和する緩衝手段をさらに備えたことを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、膜体の運動によって生じる張引手段への衝撃を緩和させることができる。
請求項１２記載に対応したスロッシング荷重軽減装置付き船舶においては、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置を搭載したことを特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、航行時に生じる船体動揺によるスロッシングに有効に対応できる。
請求項１３記載の本発明は、請求項１２に記載のスロッシング荷重軽減装置付き船舶において、タンクの長さ方向が船長方向又は船幅方向となるようにタンクを配置したことを特徴とする。請求項１３に記載の本発明によれば、スロッシングが懸念される方向にタンクを配置することでスロッシングを有効に防止できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のスロッシング荷重軽減装置によれば、タンク内に収納する液体の自由表面の動揺を軽減できる。そして、例えば船舶に適用した場合には、様々な形状の貨物艙に対応できるため、貨物艙の寸法を目的に応じて自由に設計することができ、簡単な構造で有効的且つ安全な液体貨物の運搬が可能となる。
なお、膜体をタンクの長さよりも長く設定し、膜体の中間部を下方に弛ませて液体中に液没させた場合には、膜体の液没箇所において、タンクの長さ方向に移動する液体の流動を抑えることができる。
また、張引手段としてロープを用いた場合には、ロープによって膜体を引っ張ることで、自由表面変形に応じた膜体の変形自由度を制御することができる。
また、張引手段として張引膜を用いた場合には、張引膜によっても移動する液体の流動を抑えることができる。
また、膜体の浮力を液体の密度との関係において設定した場合には、膜体を液体の自由表面に臨ませることができる。
また、膜体に浮力を与えるフロートを膜体の上面において凸状を成すように設けた場合には、膜体の上面を走る液体の移動を抑えることができる。
また、液体の自由表面の高さに応じて、張引手段の長さを変える張引変更手段をさらに備えた場合には、タンク内に収納する液体量に応じて膜体を液体の自由表面の高さに臨ませることができる。
また、液体の運動による自由表面の変形に応じて、支持手段の上下位置が変わる支持位置調節手段をさらに備えた場合には、特に液体の自由表面の動揺が大きな場合にも膜体を液面に追随させることができ、また過大な力が膜体にかかることを制限できる。
また、支持位置調節手段によって支持手段の上限及び／又は下限を規制する場合には、液体の自由表面の動揺軽減を図りつつ、タンクへの膜体の衝突を防止することができる。
また、膜体を複数箇所に設けた張引手段で張引した場合には、自由表面変形に応じた膜体の変形自由度を制御することができる。
また、張引手段に衝撃荷重を緩和する緩衝手段をさらに備えた場合には、膜体の運動によって生じる張引手段や膜体への衝撃を緩和させることができる。
本発明のスロッシング荷重軽減装置付き船舶によれば、航行時に生じる船体動揺によるスロッシングに有効に対応できる。
また、タンクの長さ方向が船長方向又は船幅方向となるようにタンクを配置したときには、特にタンクが長い場合であっても、スロッシングが懸念される方向にタンクを配置することでスロッシングを有効に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図
【図２】本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の同調時における挙動図
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図
【図４】本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の同調時における挙動図
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図
【図６】本発明の第４の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図
【図７】本発明の第５の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す要部断面図
【図８】本発明の第６の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す要部断面図
【図９】本発明の第７の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す要部断面図
【図１０】（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置付き船舶の要部上面断面図、（ｂ）は同船舶の要部側面断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第１の実施形態について説明する。
図１（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、図１（ｃ）は図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置は、長手方向が水平方向となる直方体からなるタンク１０に適用した場合を示している。なお、適用可能なタンク１０は、直方体に限らず、頂部や底部が傾斜している角型タンク、又は円筒形タンクであってもよいが、高さ寸法よりも長さ又は幅方向の寸法が長いタイプが適している。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置は、タンク１０内の液体１１の自由表面１２に臨ませるとともに水平方向に自由度をもたせた膜体２１と、膜体２１の両端部をタンク１０内で支持する支持手段２２ａと、膜体２１を中間部において下方に引っ張る張引手段２３とを備えている。ここで張引手段２３は、図示のように左右対称となるような中心位置でなくてもよく、膜体２１の両端部の間に位置していればよい。
【００１０】
膜体２１は、タンク１０の長さよりも長く設定しており、膜体２１の中間部を下方に弛ませて液体１１中に液没させている。膜体２１は、液体１１の自由表面１２に臨むように、膜体２１の浮力を液体１１の密度との関係において設定している。
支持手段２２ａは、膜体２１の短辺両端及び短辺中央の位置にそれぞれ設けている。支持位置調節手段２２ｂは、タンク１０の長手方向の対向する壁面に沿って、垂直方向に設けた複数本の柱状部材によって構成している。支持手段２２ａは、柱状部材からなる支持位置調節手段２２ｂに沿って上下動でき、液体１１の運動による自由表面１２の変形に応じて支持手段２２ａの上下位置が変わる。
また、支持位置調節手段２２ｂには、支持位置規制手段２２ｃ、２２ｄを設けている。支持位置規制手段２２ｃは支持位置調節手段２２ｂの上限を規制し、支持位置規制手段２２ｄは支持位置調節手段２２ｂの下限を規制している。支持位置規制手段２２ｃ、２２ｄは、例えば支持位置調節手段２２ｂに設けた突起物であり、支持手段２２ａの上下動を所定の高さで阻止する部材である。
張引手段２３には複数のロープを用いており、張引手段２３の一端を膜体２１に接続するとともに他端をタンク１０の底面に接続している。
膜体２１の上面には、膜体２１に浮力を与えるフロート２４を設けている。フロート２４は、膜体２１の上面に凸状を成すように設けている。フロート２４は、膜体２１の短辺方向に所定長さを有する形状の凸状部材であり、膜体２１の中央部には配置せず、それぞれの端部寄りに複数設けている。このフロート２４は、別体として形成し膜体２１に付設しても、膜体２１と一体的に形成してもよい。
張引手段２３の他端側には、液体１１の自由表面１２の高さに応じて、張引手段２３の長さを変える張引変更手段２５を設けている。また、張引手段２３の他端には、衝撃荷重を緩和する緩衝手段２６を設けている。ここで緩衝手段２６としては、例えばバネのような弾性体、又は油圧や空気圧によるダンパー、また弾性体とダンパーの組み合わせなどを用いることができる。
【００１１】
図２を用いて本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の動作状態を説明する。
図２は、本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の同調時における挙動図である。
図２に示すように、一端側膜体２１ｘは液体１１の運動による自由表面１２の変形に追随する。このとき、張引手段２３が緊張状態となり、また支持位置規制手段２２ｃにより支持手段２２ａが拘束されるため、一端側膜体２１ｘの運動が抑制され、その結果として液体１１の流動を抑えられる。このとき他端側膜体２１ｙは、張引手段２３の作用により図２に示すように張引手段２３部の弛みが変形し、右側の液体の左側への流動が軽減される。
張引手段２３の緊張時には、軸方向に衝撃荷重が発生するが、緩衝手段２６により緩和される。また、膜体２１の上面に存在する液体１１ｘにより、弛んでいる膜体２１の余分な振れ回りを抑制する。そして、この膜体２１の上面に存在する液体１１ｘが側面方向へ移動する流れはフロート２４により抑止される。
【００１２】
以上のように、本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１が追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
また、膜体２１をタンク１０の長さよりも長く設定し、膜体２１の中間部を下方に弛ませて液体１１中に液没させているので、膜体２１の液没箇所において、タンク１０内で移動する液体１１の流動を抑えることができる。
また、張引手段２３としてロープを用い、ロープによって膜体２１を引っ張ることで、自由表面１２の変形に応じた膜体２１の変形自由度を制御することができる。
また、膜体２１の浮力を液体１１の密度との関係において設定することで、膜体２１を液体の自由表面１２に臨ませることができる。
また、フロート２４を膜体２１の上面において凸状を成すように設けたことで、膜体２１の上面を走る液体１１の移動を抑えることができる。
また、張引変更手段２５を備えたことで、タンク１０内に収納する液体１１の量に応じて膜体２１を液体１１の自由表面１２の高さに臨ませることができる。
また、支持位置調節手段２２ｂを備えたことで、特に液体１１の自由表面１２の動揺が大きな場合にも膜体２１を液面に追随させ、過大な力が膜体２１にかかることを制限できる。
また、支持位置規制手段２２ｃ、２２ｄによって支持手段２２ａの上限位置や下限位置を規制することで、液体の自由表面の動揺軽減を図りつつ、タンク１０への膜体２１の衝突を防止することができる。
また、膜体２１を複数箇所に設けた張引手段２３で張引したことで、自由表面１２の変形に応じた膜体２１の変形自由度を制御することができる。
また、緩衝手段２６を備えたことで、膜体２１の運動によって生じる張引手段２３や膜体２１への衝撃を緩和させることができる。
【００１３】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第２の実施形態について説明する。
図３（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、図３（ｃ）は図３（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置では、膜体２１Ａは、タンク１０の長さよりも長く設定しているが、膜体２１Ａの中間部を液体１１中に液没させていない。膜体２１Ａは、液体１１の自由表面１２に臨むように、膜体２１Ａの浮力を液体１１の密度との関係において設定している。
張引手段２３には、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いており、張引膜２３ａの一端を膜体２１Ａの中間部に接続するとともに他端にロープ２３ｂを接続し、このロープ２３ｂを介してタンク１０の底面に接続している。ここで膜体２１Ａにおける中間部は、図示のように左右対称となるような中心位置でなくてもよく、膜体２１Ａの両端部の間に位置していればよい。張引膜２３ａは、膜体２１Ａと同一幅又は膜体２１Ａよりも短い幅で、膜体２１Ａの一部で構成されていても、また別部材を接続したものでもよい。
本実施形態によるフロート２４は、膜体２１Ａの中央部にも配置している。ロープ２３ｂの他端側には、液体１１の自由表面１２の高さに応じて、ロープ２３ｂの長さを変える張引変更手段２５を設けている。また、ロープ２３ｂの他端には、衝撃荷重を緩和する緩衝手段２６を設けている。
【００１４】
図４を用いて本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の動作状態を説明する。
図４は、本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の同調時における挙動図である。
図４に示すように、一端側膜体２１Ａｘは支持手段２２ａが支持位置規制手段２２ｃを支点として液体１１の運動による自由表面１２の変形に追随する。このとき、同時に張引膜２３ａは液体１１の流動により変形し、一端側膜体２１Ａｘの上下動を抑える。張引膜２３ａの変形時には、ロープ２３ｂが緊張し、軸方向に衝撃荷重が発生するが、緩衝手段２６により緩和される。張引膜２３ａは、液体１１の左方向への流動Ｘを縦方向の流動Ｙへと変化させることにより抑制し、他端側膜体２１Ａｙを変形させ、左方向への液体１１の流動Ｘの調整手段としての機能を持つ。
【００１５】
以上のように、本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１Ａが追随して変動するときに、張引膜２３ａ及びロープ２３ｂによって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
また、膜体２１Ａをタンク１０の長さよりも長く設定し、膜体２１Ａの中間部下方に張引膜２３ａを配置しているので、張引膜２３ａに過大な力をかけることなく、タンク１０内で移動する液体１１の流動を抑えることができる。
また、張引膜２３ａをロープ２３ｂによって引っ張ることで、膜体２１Ａおよび張引膜２３ａの変形自由度を制御することができる。
また、膜体２１Ａの浮力を液体１１の密度との関係において設定することで、膜体２１Ａを液体の自由表面１２に臨ませることができる。
また、フロート２４を膜体２１Ａの上面において凸状を成すように設けたことで、膜体２１Ａの上面を走る液体１１の移動を抑えることができる。
また、張引変更手段２５を備えたことで、タンク１０内に収納する液体１１の量に応じて膜体２１Ａを液体１１の自由表面１２の高さに臨ませることができる。
また、支持位置調節手段２２ｂを備えたことで、特に液体１１の自由表面１２の動揺が大きな場合にも膜体２１Ａを液面に追随させ、過大な力が膜体２１Ａにかかることを制限できる。
また、支持位置規制手段２２ｃ、２２ｄによって支持手段２２ａの上限位置や下限位置を規制することで、液体の自由表面の動揺軽減を図りつつ、タンク１０への膜体２１Ａの衝突を防止しすることができる。
また、膜体２１Ａを複数箇所に設けたロープ２３ｂで張引したことで、自由表面１２の変形に応じた膜体２１Ａおよび張引膜２３ａの変形自由度を制御することができる。
また、緩衝手段２６を備えたことで、膜体２１Ａの運動によって生じる膜体21Ａ自身や張引膜２３ａやロープ２３ｂへの衝撃を緩和させることができる。
なお、本実施形態における張引膜２３ａを、第１の実施形態における膜体２１の中間部に設けてもよい。また、ロープ２３ｂを用いずに、張引膜２３aのみで構成することもできる。
また、本実施形態における膜体２１Ａとして伸縮性を有する膜で構成してもよい。伸縮性を有する膜体２１Ａを用いる場合にも、タンク１０の長さよりも長く設定してもよいし、タンク１０の長さと同一長さとしてもよい。更には、伸縮性を有する膜体２１Ａを用いる場合には、タンク１０の長さよりも短いものを用いて、所定の張力を持たせて設置してもよい。
【００１６】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第３の実施形態について説明する。
図５（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、図５（ｃ）は図５（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置は、タンク１０Ａが長さ方向だけでなく幅方向の寸法も長い場合に適したものである。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置では、膜体２１Ｂは、タンク１０Ａの長さ及び幅よりも長く設定しているが、膜体２１Ｂの中間部を液体１１中に液没させていない。膜体２１Ｂは、液体１１の自由表面１２に臨むように、膜体２１Ｂの浮力を液体１１の密度との関係において設定している。
張引手段２３には、第２の実施形態と同様に張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いているが、２つの張引膜２３ａを交叉するように配置している。張引膜２３ａは、膜体２１Ｂと同一幅若しくは同一長さ又は膜体２１Ｂよりも短い幅若しくは短い長さで、膜体２１Ｂの一部で構成されていても、また別部材を接続したものでもよい。
本実施形態によれば、長さ方向だけでなく幅方向にも大きな寸法を有するタンク１０Ａにおいても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本実施形態における膜体２１Ｂの中間部を第１の実施形態のように弛ませてもよい。
また、本実施形態における膜体２１Ｂとして伸縮性を有する膜で構成してもよい。伸縮性を有する膜体２１Ｂを用いる場合にも、タンク１０Ａの長さよりも長く設定してもよいし、タンク１０Ａの長さと同一長さとしてもよい。更には、伸縮性を有する膜体２１Ｂを用いる場合には、タンク１０Ａの長さよりも短いものを用いて、所定の張力を持たせて設置してもよい。
【００１７】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第４の実施形態について説明する。
図６は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第１の実施形態における膜体２１に代えて、伸縮性を有する膜体２１Ｃを用いたものである。従って、図示のように、膜体２１Ｃは、中間部を下方に弛ませて液体１１中に液没させていない。膜体２１Ｃにおいても、液体１１の自由表面１２に臨むように、膜体２１Ｃの浮力を液体１１の密度との関係において設定している。
なお、本実施形態においては、張引手段２３として複数のロープを用いる場合を示しているが、第２の実施形態に示すように、張引手段２３として、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いてもよい。
本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１Ｃが追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
本実施形態においても、膜体２１Ｃの伸縮性によって程度は異なるが、図２と同様に張引手段２３部で膜体２１Ｃが下方に凸に変形し、右側の液体の左側への流動が軽減される。
【００１８】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第５の実施形態について説明する。
図７は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の要部断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第４の実施形態における膜体２１Ｃに代えて、膜体２１Ａを用いるとともに膜体２１Ａと支持手段２２ａとの間に弾性部材３１を設けたものである。
なお、第４の実施形態における膜体２１Ｃに弾性部材３１を設けてもよい。
また、本実施形態においても、張引手段２３として複数のロープを用いる場合を示しているが、第２の実施形態に示すように、張引手段２３として、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いてもよい。
本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１Ａが追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
本実施形態においても、弾性部材３１の弾性によって程度は異なるが、図２と同様に張引手段２３部で膜体２１Ａが下方に凸に変形し、右側の液体の左側への流動が軽減され得る。
【００１９】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第６の実施形態について説明する。
図８は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の要部断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第４の実施形態における膜体２１Ｃに代えて、膜体２１Ａを用いるとともに膜体２１Ａと支持手段２２ａとの間に弛み膜体３２を別体で設けたものである。
また、本実施形態においても、張引手段２３として複数のロープを用いる場合を示しているが、第２の実施形態に示すように、張引手段２３として、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いてもよい。
本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１Ａが追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
本実施形態においても、図２と同様に張引手段２３部で膜体２１Ａが下方に凸に変形し、右側の液体の左側への流動が軽減される。
【００２０】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第７の実施形態について説明する。
図９は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の要部断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第１の実施形態における膜体２１を用いるが、下方に弛ませて液体１１中に液没させる中間部を長手方向に２箇所設けたものである。このように、液体１１中に液没させる中間部を複数形成するように、膜体２１を複数箇所に設けた張引手段２３で張引してもよい。
なお、本実施形態においても、張引手段２３として複数のロープを用いる場合を示しているが、第２の実施形態に示すように、張引手段２３として、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いてもよい。
本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１が追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
【００２１】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置付き船舶の実施形態について説明する。
図１０（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置付き船舶の要部上面断面図、図１０（ｂ）は同船舶の要部側面断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、フロート２４の配置以外は第１の実施形態におけるスロッシング荷重軽減装置を船舶に適用した場合を示している。
本実施形態におけるフロート２４は、長さの異なるフロート２４ａ、２４ｂを備えている。
本実施形態のように配置することで、一般に船舶４０のピッチング角がローリング角よりも少ないこともあり、タンク１０内の液体１１の揺動が軽減され、特にタンク１０が長い場合であっても、スロッシングを有効に防止できる。
なお、タンクの船舶に対する配置方向を問わず、スロッシングの起こりやすい方向にスロッシング荷重軽減装置を設けることもできる。また、本実施形態におけるスロッシング荷重軽減装置としては、第１の実施形態以外の実施形態で説明したスロッシング荷重軽減装置を適用することもできる。
また本実施形態におけるスロッシング荷重軽減装置は、油タンカー、ＬＮＧ船、又はＬＰＧ船などの船舶に用いることができる。なお、タンク内の液体１１が液化ガスのように超低温である場合には、膜体２１、張引手段２３、張引膜２３ａ、及びロープ２３ｂなどの材料にはアラミド繊維が適している。
また、上記実施形態において、膜体２１の浮力を液体１１の密度との関係において設定する場合には、膜体２１自体の比重による調整の他、空気層を形成することで浮力調節を行ってもよい。
また、フロート２４を設ける場合には、膜体２１の上面に付設する場合の他、膜体２１内に形成してもよく、膜体２１とフロート２４とは一体で構成しても別体で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、油タンカー、ＬＮＧ船、又はＬＰＧ船などの船舶に搭載されるタンクに適しているが、原油や液体資源を採取する浮体に備えるタンク、陸上で液体を輸送するタンクローリーや液体貨物列車のタンク、また液体の備蓄用のタンク等にも広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００２３】
１０ タンク
１１ 液体
１２ 自由表面
２１ 膜体
２２ａ 支持手段
２２ｂ 支持位置調節手段
２２ｃ 支持位置規制手段
２２ｄ 支持位置規制手段
２３ 張引手段
２４ フロート
２５ 張引変更手段
２６ 緩衝手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内に収納する液体の自由表面の動揺を軽減できるスロッシング荷重軽減装置及びスロッシング荷重軽減装置付き船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にスロッシングとは、液体をタンクにより運搬、貯蔵する際に、種々の周期的外力のためにタンク内の液体が運動・同調することで、水平方向、垂直方向及び回転の過剰な液体流動となる現象であり、液体貨物運搬船貨物艙の損傷や地震時における石油備蓄施設の損傷原因となっている。
従来のスロッシング防止策の多くは、石油備蓄施設における浮屋根式円筒タンクに対応したものであり、その多くが浮屋根に付加した機構を用いることにより、損傷や火災の原因となる浮屋根の沈没を防止することを主目的としている。一方、船舶等の液体貨物運搬時におけるスロッシング対策としては、古くから貨物艙内部に仕切りを設置し液体の運動を抑制する手法を用いているが、液体貨物の多様化が進み、各々の液体貨物に適したタンク構造が考案される中、船舶で言えばＬＮＧ船やケミカルタンカーといった従来からの仕切板等による対策が困難な貨物艙を有する船種も建造されている。このような船種へのスロッシング対策としては、タンクの形状毎に、貨物液位、動揺運動、動揺周期をパラメータとした実験や数値計算を実施し、危険な運航条件を導き出し、オペレーションにより回避しているのが現状であり、積み付け制限等による制約が多く、利便性に乏しい運用を強いられている。
以下に従来提案されているスロッシング荷重軽減装置を説明する。
浮屋根式タンクに対応したスロッシング抑制材としては特許文献１に示されるようなものがある。特許文献１では、浮屋根をタンク底の近隣まで降下させても機能させることができるスロッシング抑制材を提案している。特許文献１によるスロッシング抑制材は、容器の内壁に対向する浮屋根の外周端から容器の底に向けて、容器に貯留される液体の所定領域を包囲するように湾曲して延び、容器の底に連結される膜部材からなる。
特許文献２では、定在波の発生を招く固有モードの形成を阻害することでスロッシングを抑制するようにしたスロッシング防止装置を提案している。特許文献２によるスロッシング防止装置は、容器の内壁に気体を充填した空室を配設している。
特許文献３では、水面近傍にスロッシング抑制ケースを設置することを提案している。このスロッシング抑制ケースは、スロッシングにより持ち上がった液面を一時保持し、任意の時刻で保持した液体を開放する機能を持ち、周期的な液位の変動に乱れを与え、スロッシングを抑制するものである。
特許文献４では、円筒状の壁面を有する液体貯槽内の液面付近に、貯留液体から作用する浮力で保持され、水平方向の移動が液体の内壁面に当接して拘束される浮枠体と、この浮枠体から下方に支持され、液面付近で水平方向へ移動する液体に抵抗を付与する流動抵抗付与部材とを備えたスロッシング抑制装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５３９７１号公報
【特許文献２】特開平８−１９８３８７号公報
【特許文献３】特開昭６０−２４３５９６号公報
【特許文献４】特開２００６−８１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、例えば船舶に搭載されるタンクのように、タンク形状が垂直方向よりも水平方向に長いタイプであり、特にタンクの長手方向に流体の動揺によるスロッシング影響が大きな場合に適したスロッシング荷重軽減装置は提案されていない。
そして、船舶の様々な形状の貨物艙にも対応可能なスロッシング抑制機構を開発することにより、貨物艙の寸法を目的に応じて自由に設計することができ、有効的且つ安全な液体貨物の運搬が可能となる。
【０００５】
そこで本発明は、タンク内に収納する液体の自由表面の動揺を軽減できるスロッシング荷重軽減装置及びスロッシング荷重軽減装置付き船舶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】
【０００６】
請求項１記載に対応したスロッシング荷重軽減装置においては、液体を収納するタンクと、前記液体の自由表面に臨ませるとともに水平方向に自由度をもたせた膜体と、膜体の両端部をタンク内で支持する支持手段と、膜体を中間部において下方に引っ張る張引手段とを備えたことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、液体の運動による自由表面変形に膜体が追随して変動するときに、張引手段によって中間部を拘束しているので液体の流動を抑えて自由表面の動揺を軽減することができる。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のスロッシング荷重軽減装置において、膜体をタンクの長さよりも長く設定し、膜体の中間部を下方に弛ませて液体中に液没させたことを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、膜体の液没箇所において、タンクの長さ方向に移動する液体の流動を抑えることができる。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載のスロッシング荷重軽減装置において、張引手段として、ロープを用いたことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、ロープによって膜体を引っ張ることで、自由表面変形に応じた膜体の変形自由度を制御することができる。
請求項４記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載のスロッシング荷重軽減装置において、張引手段として、張引膜を用いたことを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、張引膜によっても移動する液体の流動を抑えることができる。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、膜体が液体の自由表面に臨むように、膜体の浮力を液体の密度との関係において設定したことを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、膜体を液体の自由表面に臨ませることができる。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載のスロッシング荷重軽減装置において、膜体に浮力を与えるフロートを膜体の上面において凸状を成すように設けたことを特徴とする。請求項６に記載の本発明によれば、膜体の上面を走る液体の移動を抑えることができる。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、液体の自由表面の高さに応じて、張引手段の長さを変える張引変更手段をさらに備えたことを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、タンク内に収納する液体量に応じて膜体を液体の自由表面の高さに臨ませることができる。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、液体の運動による自由表面の変形に応じて、支持手段の上下位置が変わる支持位置調節手段をさらに備えたことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、特に液体の自由表面の動揺が大きな場合にも膜体を液面に追随させることができる。
請求項９記載の本発明は、請求項８に記載のスロッシング荷重軽減装置において、支持位置調節手段によって支持手段の上限及び／又は下限を規制することを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、タンクへの膜体の衝突を防止することができる。
請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項９のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、膜体を複数箇所に設けた張引手段で張引したことを特徴とする。請求項１０に記載の本発明によれば、自由表面変形に応じた膜体の変形自由度を制御することができる。
請求項１１記載の本発明は、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置において、張引手段には、衝撃荷重を緩和する緩衝手段をさらに備えたことを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、膜体の運動によって生じる張引手段への衝撃を緩和させることができる。
請求項１２記載に対応したスロッシング荷重軽減装置付き船舶においては、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置を搭載したことを特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、航行時に生じる船体動揺によるスロッシングに有効に対応できる。
請求項１３記載の本発明は、請求項１２に記載のスロッシング荷重軽減装置付き船舶において、タンクの長さ方向が船長方向又は船幅方向となるようにタンクを配置したことを特徴とする。請求項１３に記載の本発明によれば、スロッシングが懸念される方向にタンクを配置することでスロッシングを有効に防止できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のスロッシング荷重軽減装置によれば、タンク内に収納する液体の自由表面の動揺を軽減できる。そして、例えば船舶に適用した場合には、様々な形状の貨物艙に対応できるため、貨物艙の寸法を目的に応じて自由に設計することができ、簡単な構造で有効的且つ安全な液体貨物の運搬が可能となる。
なお、膜体をタンクの長さよりも長く設定し、膜体の中間部を下方に弛ませて液体中に液没させた場合には、膜体の液没箇所において、タンクの長さ方向に移動する液体の流動を抑えることができる。
また、張引手段としてロープを用いた場合には、ロープによって膜体を引っ張ることで、自由表面変形に応じた膜体の変形自由度を制御することができる。
また、張引手段として張引膜を用いた場合には、張引膜によっても移動する液体の流動を抑えることができる。
また、膜体の浮力を液体の密度との関係において設定した場合には、膜体を液体の自由表面に臨ませることができる。
また、膜体に浮力を与えるフロートを膜体の上面において凸状を成すように設けた場合には、膜体の上面を走る液体の移動を抑えることができる。
また、液体の自由表面の高さに応じて、張引手段の長さを変える張引変更手段をさらに備えた場合には、タンク内に収納する液体量に応じて膜体を液体の自由表面の高さに臨ませることができる。
また、液体の運動による自由表面の変形に応じて、支持手段の上下位置が変わる支持位置調節手段をさらに備えた場合には、特に液体の自由表面の動揺が大きな場合にも膜体を液面に追随させることができ、また過大な力が膜体にかかることを制限できる。
また、支持位置調節手段によって支持手段の上限及び／又は下限を規制する場合には、液体の自由表面の動揺軽減を図りつつ、タンクへの膜体の衝突を防止することができる。
また、膜体を複数箇所に設けた張引手段で張引した場合には、自由表面変形に応じた膜体の変形自由度を制御することができる。
また、張引手段に衝撃荷重を緩和する緩衝手段をさらに備えた場合には、膜体の運動によって生じる張引手段や膜体への衝撃を緩和させることができる。
本発明のスロッシング荷重軽減装置付き船舶によれば、航行時に生じる船体動揺によるスロッシングに有効に対応できる。
また、タンクの長さ方向が船長方向又は船幅方向となるようにタンクを配置したときには、特にタンクが長い場合であっても、スロッシングが懸念される方向にタンクを配置することでスロッシングを有効に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図
【図２】本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の同調時における挙動図
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図
【図４】本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の同調時における挙動図
【図５】（ａ）は本発明の第３の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図
【図６】本発明の第４の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図
【図７】本発明の第５の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す要部断面図
【図８】本発明の第６の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す要部断面図
【図９】本発明の第７の実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す要部断面図
【図１０】（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置付き船舶の要部上面断面図、（ｂ）は同船舶の要部側面断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第１の実施形態について説明する。
図１（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、図１（ｃ）は図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置は、長手方向が水平方向となる直方体からなるタンク１０に適用した場合を示している。なお、適用可能なタンク１０は、直方体に限らず、頂部や底部が傾斜している角型タンク、又は円筒形タンクであってもよいが、高さ寸法よりも長さ又は幅方向の寸法が長いタイプが適している。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置は、タンク１０内の液体１１の自由表面１２に臨ませるとともに水平方向に自由度をもたせた膜体２１と、膜体２１の両端部をタンク１０内で支持する支持手段２２ａと、膜体２１を中間部において下方に引っ張る張引手段２３とを備えている。ここで張引手段２３は、図示のように左右対称となるような中心位置でなくてもよく、膜体２１の両端部の間に位置していればよい。
【００１０】
膜体２１は、タンク１０の長さよりも長く設定しており、膜体２１の中間部を下方に弛ませて液体１１中に液没させている。膜体２１は、液体１１の自由表面１２に臨むように、膜体２１の浮力を液体１１の密度との関係において設定している。
支持手段２２ａは、膜体２１の短辺両端及び短辺中央の位置にそれぞれ設けている。支持位置調節手段２２ｂは、タンク１０の長手方向の対向する壁面に沿って、垂直方向に設けた複数本の柱状部材によって構成している。支持手段２２ａは、柱状部材からなる支持位置調節手段２２ｂに沿って上下動でき、液体１１の運動による自由表面１２の変形に応じて支持手段２２ａの上下位置が変わる。
また、支持位置調節手段２２ｂには、支持位置規制手段２２ｃ、２２ｄを設けている。支持位置規制手段２２ｃは支持位置調節手段２２ｂの上限を規制し、支持位置規制手段２２ｄは支持位置調節手段２２ｂの下限を規制している。支持位置規制手段２２ｃ、２２ｄは、例えば支持位置調節手段２２ｂに設けた突起物であり、支持手段２２ａの上下動を所定の高さで阻止する部材である。
張引手段２３には複数のロープを用いており、張引手段２３の一端を膜体２１に接続するとともに他端をタンク１０の底面に接続している。
膜体２１の上面には、膜体２１に浮力を与えるフロート２４を設けている。フロート２４は、膜体２１の上面に凸状を成すように設けている。フロート２４は、膜体２１の短辺方向に所定長さを有する形状の凸状部材であり、膜体２１の中央部には配置せず、それぞれの端部寄りに複数設けている。このフロート２４は、別体として形成し膜体２１に付設しても、膜体２１と一体的に形成してもよい。
張引手段２３の他端側には、液体１１の自由表面１２の高さに応じて、張引手段２３の長さを変える張引変更手段２５を設けている。また、張引手段２３の他端には、衝撃荷重を緩和する緩衝手段２６を設けている。ここで緩衝手段２６としては、例えばバネのような弾性体、又は油圧や空気圧によるダンパー、また弾性体とダンパーの組み合わせなどを用いることができる。
【００１１】
図２を用いて本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の動作状態を説明する。
図２は、本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の同調時における挙動図である。
図２に示すように、一端側膜体２１ｘは液体１１の運動による自由表面１２の変形に追随する。このとき、張引手段２３が緊張状態となり、また支持位置規制手段２２ｃにより支持手段２２ａが拘束されるため、一端側膜体２１ｘの運動が抑制され、その結果として液体１１の流動を抑えられる。このとき他端側膜体２１ｙは、張引手段２３の作用により図２に示すように張引手段２３部の弛みが変形し、右側の液体の左側への流動が軽減される。
張引手段２３の緊張時には、軸方向に衝撃荷重が発生するが、緩衝手段２６により緩和される。また、膜体２１の上面に存在する液体１１ｘにより、弛んでいる膜体２１の余分な振れ回りを抑制する。そして、この膜体２１の上面に存在する液体１１ｘが側面方向へ移動する流れはフロート２４により抑止される。
【００１２】
以上のように、本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１が追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
また、膜体２１をタンク１０の長さよりも長く設定し、膜体２１の中間部を下方に弛ませて液体１１中に液没させているので、膜体２１の液没箇所において、タンク１０内で移動する液体１１の流動を抑えることができる。
また、張引手段２３としてロープを用い、ロープによって膜体２１を引っ張ることで、自由表面１２の変形に応じた膜体２１の変形自由度を制御することができる。
また、膜体２１の浮力を液体１１の密度との関係において設定することで、膜体２１を液体の自由表面１２に臨ませることができる。
また、フロート２４を膜体２１の上面において凸状を成すように設けたことで、膜体２１の上面を走る液体１１の移動を抑えることができる。
また、張引変更手段２５を備えたことで、タンク１０内に収納する液体１１の量に応じて膜体２１を液体１１の自由表面１２の高さに臨ませることができる。
また、支持位置調節手段２２ｂを備えたことで、特に液体１１の自由表面１２の動揺が大きな場合にも膜体２１を液面に追随させ、過大な力が膜体２１にかかることを制限できる。
また、支持位置規制手段２２ｃ、２２ｄによって支持手段２２ａの上限位置や下限位置を規制することで、液体の自由表面の動揺軽減を図りつつ、タンク１０への膜体２１の衝突を防止することができる。
また、膜体２１を複数箇所に設けた張引手段２３で張引したことで、自由表面１２の変形に応じた膜体２１の変形自由度を制御することができる。
また、緩衝手段２６を備えたことで、膜体２１の運動によって生じる張引手段２３や膜体２１への衝撃を緩和させることができる。
【００１３】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第２の実施形態について説明する。
図３（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、図３（ｃ）は図３（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置では、膜体２１Ａは、タンク１０の長さよりも長く設定しているが、膜体２１Ａの中間部を液体１１中に液没させていない。膜体２１Ａは、液体１１の自由表面１２に臨むように、膜体２１Ａの浮力を液体１１の密度との関係において設定している。
張引手段２３には、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いており、張引膜２３ａの一端を膜体２１Ａの中間部に接続するとともに他端にロープ２３ｂを接続し、このロープ２３ｂを介してタンク１０の底面に接続している。ここで膜体２１Ａにおける中間部は、図示のように左右対称となるような中心位置でなくてもよく、膜体２１Ａの両端部の間に位置していればよい。張引膜２３ａは、膜体２１Ａと同一幅又は膜体２１Ａよりも短い幅で、膜体２１Ａの一部で構成されていても、また別部材を接続したものでもよい。
本実施形態によるフロート２４は、膜体２１Ａの中央部にも配置している。ロープ２３ｂの他端側には、液体１１の自由表面１２の高さに応じて、ロープ２３ｂの長さを変える張引変更手段２５を設けている。また、ロープ２３ｂの他端には、衝撃荷重を緩和する緩衝手段２６を設けている。
【００１４】
図４を用いて本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の動作状態を説明する。
図４は、本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の同調時における挙動図である。
図４に示すように、一端側膜体２１Ａｘは支持手段２２ａが支持位置規制手段２２ｃを支点として液体１１の運動による自由表面１２の変形に追随する。このとき、同時に張引膜２３ａは液体１１の流動により変形し、一端側膜体２１Ａｘの上下動を抑える。張引膜２３ａの変形時には、ロープ２３ｂが緊張し、軸方向に衝撃荷重が発生するが、緩衝手段２６により緩和される。張引膜２３ａは、液体１１の左方向への流動Ｘを縦方向の流動Ｙへと変化させることにより抑制し、他端側膜体２１Ａｙを変形させ、左方向への液体１１の流動Ｘの調整手段としての機能を持つ。
【００１５】
以上のように、本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１Ａが追随して変動するときに、張引膜２３ａ及びロープ２３ｂによって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
また、膜体２１Ａをタンク１０の長さよりも長く設定し、膜体２１Ａの中間部下方に張引膜２３ａを配置しているので、張引膜２３ａに過大な力をかけることなく、タンク１０内で移動する液体１１の流動を抑えることができる。
また、張引膜２３ａをロープ２３ｂによって引っ張ることで、膜体２１Ａおよび張引膜２３ａの変形自由度を制御することができる。
また、膜体２１Ａの浮力を液体１１の密度との関係において設定することで、膜体２１Ａを液体の自由表面１２に臨ませることができる。
また、フロート２４を膜体２１Ａの上面において凸状を成すように設けたことで、膜体２１Ａの上面を走る液体１１の移動を抑えることができる。
また、張引変更手段２５を備えたことで、タンク１０内に収納する液体１１の量に応じて膜体２１Ａを液体１１の自由表面１２の高さに臨ませることができる。
また、支持位置調節手段２２ｂを備えたことで、特に液体１１の自由表面１２の動揺が大きな場合にも膜体２１Ａを液面に追随させ、過大な力が膜体２１Ａにかかることを制限できる。
また、支持位置規制手段２２ｃ、２２ｄによって支持手段２２ａの上限位置や下限位置を規制することで、液体の自由表面の動揺軽減を図りつつ、タンク１０への膜体２１Ａの衝突を防止しすることができる。
また、膜体２１Ａを複数箇所に設けたロープ２３ｂで張引したことで、自由表面１２の変形に応じた膜体２１Ａおよび張引膜２３ａの変形自由度を制御することができる。
また、緩衝手段２６を備えたことで、膜体２１Ａの運動によって生じる膜体21Ａ自身や張引膜２３ａやロープ２３ｂへの衝撃を緩和させることができる。
なお、本実施形態における張引膜２３ａを、第１の実施形態における膜体２１の中間部に設けてもよい。また、ロープ２３ｂを用いずに、張引膜２３aのみで構成することもできる。
また、本実施形態における膜体２１Ａとして伸縮性を有する膜で構成してもよい。伸縮性を有する膜体２１Ａを用いる場合にも、タンク１０の長さよりも長く設定してもよいし、タンク１０の長さと同一長さとしてもよい。更には、伸縮性を有する膜体２１Ａを用いる場合には、タンク１０の長さよりも短いものを用いて、所定の張力を持たせて設置してもよい。
【００１６】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第３の実施形態について説明する。
図５（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、図５（ｃ）は図５（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置は、タンク１０Ａが長さ方向だけでなく幅方向の寸法も長い場合に適したものである。
本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置では、膜体２１Ｂは、タンク１０Ａの長さ及び幅よりも長く設定しているが、膜体２１Ｂの中間部を液体１１中に液没させていない。膜体２１Ｂは、液体１１の自由表面１２に臨むように、膜体２１Ｂの浮力を液体１１の密度との関係において設定している。
張引手段２３には、第２の実施形態と同様に張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いているが、２つの張引膜２３ａを交叉するように配置している。張引膜２３ａは、膜体２１Ｂと同一幅若しくは同一長さ又は膜体２１Ｂよりも短い幅若しくは短い長さで、膜体２１Ｂの一部で構成されていても、また別部材を接続したものでもよい。
本実施形態によれば、長さ方向だけでなく幅方向にも大きな寸法を有するタンク１０Ａにおいても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本実施形態における膜体２１Ｂの中間部を第１の実施形態のように弛ませてもよい。
また、本実施形態における膜体２１Ｂとして伸縮性を有する膜で構成してもよい。伸縮性を有する膜体２１Ｂを用いる場合にも、タンク１０Ａの長さよりも長く設定してもよいし、タンク１０Ａの長さと同一長さとしてもよい。更には、伸縮性を有する膜体２１Ｂを用いる場合には、タンク１０Ａの長さよりも短いものを用いて、所定の張力を持たせて設置してもよい。
【００１７】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第４の実施形態について説明する。
図６は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置を示す断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第１の実施形態における膜体２１に代えて、伸縮性を有する膜体２１Ｃを用いたものである。従って、図示のように、膜体２１Ｃは、中間部を下方に弛ませて液体１１中に液没させていない。膜体２１Ｃにおいても、液体１１の自由表面１２に臨むように、膜体２１Ｃの浮力を液体１１の密度との関係において設定している。
なお、本実施形態においては、張引手段２３として複数のロープを用いる場合を示しているが、第２の実施形態に示すように、張引手段２３として、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いてもよい。
本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１Ｃが追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
本実施形態においても、膜体２１Ｃの伸縮性によって程度は異なるが、図２と同様に張引手段２３部で膜体２１Ｃが下方に凸に変形し、右側の液体の左側への流動が軽減される。
【００１８】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第５の実施形態について説明する。
図７は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の要部断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第４の実施形態における膜体２１Ｃに代えて、膜体２１Ａを用いるとともに膜体２１Ａと支持手段２２ａとの間に弾性部材３１を設けたものである。
なお、第４の実施形態における膜体２１Ｃに弾性部材３１を設けてもよい。
また、本実施形態においても、張引手段２３として複数のロープを用いる場合を示しているが、第２の実施形態に示すように、張引手段２３として、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いてもよい。
本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１Ａが追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
本実施形態においても、弾性部材３１の弾性によって程度は異なるが、図２と同様に張引手段２３部で膜体２１Ａが下方に凸に変形し、右側の液体の左側への流動が軽減され得る。
【００１９】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第６の実施形態について説明する。
図８は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の要部断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第４の実施形態における膜体２１Ｃに代えて、膜体２１Ａを用いるとともに膜体２１Ａと支持手段２２ａとの間に弛み膜体３２を別体で設けたものである。
また、本実施形態においても、張引手段２３として複数のロープを用いる場合を示しているが、第２の実施形態に示すように、張引手段２３として、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いてもよい。
本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１Ａが追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
本実施形態においても、図２と同様に張引手段２３部で膜体２１Ａが下方に凸に変形し、右側の液体の左側への流動が軽減される。
【００２０】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置の第７の実施形態について説明する。
図９は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置の要部断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第１の実施形態における膜体２１を用いるが、下方に弛ませて液体１１中に液没させる中間部を長手方向に２箇所設けたものである。このように、液体１１中に液没させる中間部を複数形成するように、膜体２１を複数箇所に設けた張引手段２３で張引してもよい。
なお、本実施形態においても、張引手段２３として複数のロープを用いる場合を示しているが、第２の実施形態に示すように、張引手段２３として、張引膜２３ａと複数のロープ２３ｂを用いてもよい。
本実施形態によれば、液体１１の運動による自由表面１２の変形に膜体２１が追随して変動するときに、張引手段２３によって中間部を拘束しているので、液体１１の流動を抑えて自由表面１２の動揺を軽減することができる。
【００２１】
以下に、本発明のスロッシング荷重軽減装置付き船舶の実施形態について説明する。
図１０（ａ）は本実施形態によるスロッシング荷重軽減装置付き船舶の要部上面断面図、図１０（ｂ）は同船舶の要部側面断面図である。上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、フロート２４の配置以外は第１の実施形態におけるスロッシング荷重軽減装置を船舶に適用した場合を示している。
本実施形態におけるフロート２４は、長さの異なるフロート２４ａ、２４ｂを備えている。
本実施形態のように配置することで、一般に船舶４０のピッチング角がローリング角よりも少ないこともあり、タンク１０内の液体１１の揺動が軽減され、特にタンク１０が長い場合であっても、スロッシングを有効に防止できる。
なお、タンクの船舶に対する配置方向を問わず、スロッシングの起こりやすい方向にスロッシング荷重軽減装置を設けることもできる。また、本実施形態におけるスロッシング荷重軽減装置としては、第１の実施形態以外の実施形態で説明したスロッシング荷重軽減装置を適用することもできる。
また本実施形態におけるスロッシング荷重軽減装置は、油タンカー、ＬＮＧ船、又はＬＰＧ船などの船舶に用いることができる。なお、タンク内の液体１１が液化ガスのように超低温である場合には、膜体２１、張引手段２３、張引膜２３ａ、及びロープ２３ｂなどの材料にはアラミド繊維が適している。
また、上記実施形態において、膜体２１の浮力を液体１１の密度との関係において設定する場合には、膜体２１自体の比重による調整の他、空気層を形成することで浮力調節を行ってもよい。
また、フロート２４を設ける場合には、膜体２１の上面に付設する場合の他、膜体２１内に形成してもよく、膜体２１とフロート２４とは一体で構成しても別体で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、油タンカー、ＬＮＧ船、又はＬＰＧ船などの船舶に搭載されるタンクに適しているが、原油や液体資源を採取する浮体に備えるタンク、陸上で液体を輸送するタンクローリーや液体貨物列車のタンク、また液体の備蓄用のタンク等にも広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００２３】
１０ タンク
１１ 液体
１２ 自由表面
２１ 膜体
２２ａ 支持手段
２２ｂ 支持位置調節手段
２２ｃ 支持位置規制手段
２２ｄ 支持位置規制手段
２３ 張引手段
２４ フロート
２５ 張引変更手段
２６ 緩衝手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収納するタンクと、前記液体の自由表面に臨ませるとともに水平方向に自由度をもたせた膜体と、前記膜体の両端部を前記タンク内で支持する支持手段と、前記膜体を中間部において下方に引っ張る張引手段とを備えたことを特徴とするスロッシング荷重軽減装置。
【請求項２】
前記膜体を前記タンクの長さよりも長く設定し、前記膜体の前記中間部を下方に弛ませて前記液体中に液没させたことを特徴とする請求項１に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項３】
前記張引手段として、ロープを用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項４】
前記張引手段として、張引膜を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項５】
前記膜体が前記液体の前記自由表面に臨むように、前記膜体の浮力を前記液体の密度との関係において設定したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項６】
前記膜体に浮力を与えるフロートを前記膜体の上面において凸状を成すように設けたことを特徴とする請求項５に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項７】
前記液体の前記自由表面の高さに応じて、前記張引手段の長さを変える張引変更手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項８】
前記液体の運動による前記自由表面の変形に応じて、前記支持手段の上下位置が変わる支持位置調節手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項９】
前記支持位置調節手段によって前記支持手段の上限及び／又は下限を規制することを特徴とする請求項８に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項１０】
前記膜体を複数箇所に設けた前記張引手段で張引したことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項１１】
前記張引手段には、衝撃荷重を緩和する緩衝手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置を搭載したことを特徴とするスロッシング荷重軽減装置付き船舶。
【請求項１３】
前記タンクの長さ方向が船長方向又は船幅方向となるように前記タンクを配置したことを特徴とする請求項１２に記載のスロッシング荷重軽減装置付き船舶。
【請求項１】
液体を収納するタンクと、前記液体の自由表面に臨ませるとともに水平方向に自由度をもたせた膜体と、前記膜体の両端部を前記タンク内で支持する支持手段と、前記膜体を中間部において下方に引っ張る張引手段とを備えたことを特徴とするスロッシング荷重軽減装置。
【請求項２】
前記膜体を前記タンクの長さよりも長く設定し、前記膜体の前記中間部を下方に弛ませて前記液体中に液没させたことを特徴とする請求項１に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項３】
前記張引手段として、ロープを用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項４】
前記張引手段として、張引膜を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項５】
前記膜体が前記液体の前記自由表面に臨むように、前記膜体の浮力を前記液体の密度との関係において設定したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項６】
前記膜体に浮力を与えるフロートを前記膜体の上面において凸状を成すように設けたことを特徴とする請求項５に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項７】
前記液体の前記自由表面の高さに応じて、前記張引手段の長さを変える張引変更手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項８】
前記液体の運動による前記自由表面の変形に応じて、前記支持手段の上下位置が変わる支持位置調節手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項９】
前記支持位置調節手段によって前記支持手段の上限及び／又は下限を規制することを特徴とする請求項８に記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項１０】
前記膜体を複数箇所に設けた前記張引手段で張引したことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項１１】
前記張引手段には、衝撃荷重を緩和する緩衝手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のスロッシング荷重軽減装置を搭載したことを特徴とするスロッシング荷重軽減装置付き船舶。
【請求項１３】
前記タンクの長さ方向が船長方向又は船幅方向となるように前記タンクを配置したことを特徴とする請求項１２に記載のスロッシング荷重軽減装置付き船舶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１４８５１１（Ｐ２０１１−１４８５１１Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３９４（Ｐ２０１０−９３９４）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（５０１２０４５２５）独立行政法人海上技術安全研究所 (185)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（５０１２０４５２５）独立行政法人海上技術安全研究所 (185)
【Ｆターム（参考）】
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