特許 5980908 格子構造物を有する角柱形状圧力タンク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5980908

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】格子構造物を有する角柱形状圧力タンク

(51)【国際特許分類】

   F17C 1/00 20060101AFI20160818BHJP

   B65D 88/10 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   F17C1/00 Z

   B65D88/10 Z

【請求項の数】4

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-508288(P2014-508288)

(86)(22)【出願日】2012年4月25日

(65)【公表番号】特表2014-516399(P2014-516399A)

(43)【公表日】2014年7月10日

(86)【国際出願番号】KR2012003157

(87)【国際公開番号】WO2012148154

(87)【国際公開日】20121101

【審査請求日】2014年10月22日

(31)【優先権主張番号】10-2011-0038676

(32)【優先日】2011年4月25日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2011-0038678

(32)【優先日】2011年4月25日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2011-0038681

(32)【優先日】2011年4月25日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】596071752

【氏名又は名称】コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100089196

【弁理士】

【氏名又は名称】梶 良之

(74)【代理人】

【識別番号】100104226

【弁理士】

【氏名又は名称】須原 誠

(72)【発明者】

【氏名】チャン デジュン

(72)【発明者】

【氏名】ベルガン パル ジー

【審査官】 二ッ谷 裕子

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５０３７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１４０６９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５４−００２５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国登録特許第１０−０９０７８０３（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 特開平０７−１３９６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２７８２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １／００ − １３／１２

Ｂ６５Ｄ ８８／００ − ９０／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に高圧の流体が収容され、角柱形状に作製されたタンク本体５０と、
前記タンク本体５０の内部に位置し、格子状に作製されており、前記タンク本体５０の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列されて交差する平面のセル壁３２０および前記セル壁３２０が交差する点に位置するセル軸３３０からなるビーム面構造物３００と、を含む、ビーム面格子構造を有する圧力タンクであって、
前記セル壁３２０は、Ｘ‐Ｙ平面と平行に形成されている複数個の第１セル壁３２１と、Ｙ‐Ｚ平面と平行に形成されている複数個の第２セル壁３２２と、Ｚ‐Ｘ平面と平行に形成されている複数個の第３セル壁３２３と、を備え、
前記セル軸３３０は、Ｘ軸方向に形成されている複数個の第１セル軸３３１と、Ｙ軸方向に形成されている複数個の第２セル軸３３２と、Ｚ軸方向に形成されている複数個の第３セル軸３３３と、を備え、
前記第１セル壁３２１、第２セル壁３２２、および第３セル壁３２３の中央には、それぞれ角部がラウンド状である長方形のセル壁ホール３２４が形成されており、前記セル壁ホール３２４の境界面には、前記セル壁３２０の上部面または下部面に接触し、両端が隣接する他のセル壁３２０と垂直に接するように結合された面補強部材２３が形成されていることを特徴とする、ビーム面格子構造を有する圧力タンク。

【請求項2】

前記面補強部材２３は、フランジを有するガーダを備えることを特徴とする、請求項１に記載のビーム面格子構造を有する圧力タンク。

【請求項3】

前記タンク本体５０は、前記ビーム面構造物３００に接触する内壁２０と、前記内壁２０と所定距離離隔して位置する外壁３０と、を備え、
前記内壁２０と前記外壁３０との間にコンクリートまたは断熱材料が充填されていることを特徴とする、請求項１に記載のビーム面格子構造を有する圧力タンク。

【請求項4】

前記内壁２０と外壁３０との間にフランジ４１を有する断面が「⊥」形状である複数個のガーダ４０が位置し、前記ガーダ４０の上部面が、前記ビーム面構造物３００が前記内壁２０の内側に接触する部分に対応するように前記内壁２０の外側に接触し、前記ガーダ４０の前記フランジ４１に複数個の前記外壁３０が溶接結合されていることを特徴とする、請求項３に記載のビーム面格子構造を有する圧力タンク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力タンクに関し、より詳細には、内部荷重を許容する格子構造物を含む圧力タンクであって、主に、直方体の外壁からなり、タンクの外壁を補強するために補強部材の方向と一致する格子構造物を具備することで内部流体による圧力に耐えることができ、角柱形状に作製されて周辺空間に係る体積効率を高めることができる格子構造物を有する圧力タンクに関する。

【背景技術】

【0002】

通常、圧力容器とタンクは、内部圧力に耐えるために完全なる球型または二重曲部で両端が閉鎖されたシリンダー型にデザインされる。かかるタンクは、内部圧力を許容するために曲面タンク壁がメンブレン応力に耐えることができる。また、タンク壁の曲げ応力は、タンク壁の厚さを増加させることで内部荷重を効率的に減少する。メンブレン型タンク壁の応力とそれによる壁の厚さは、曲率半径の増加に比例し、メンブレン応力は、壁の厚さに反比例する。また、タンク壁の厚さは、鉄材タンクの場合、実際、溶接のような理由によって数センチメートルに制限される。そのため、内部設計圧力が大きい場合に、メンブレン型タンク壁を非常に大きくすることが不可能である。通常の圧力容器は、一つの複雑なタンクの内部に他の複雑な構造を有する二重隔壁構造のタンクに構成されるため、本体を作製するために消費する材料の２倍が必要となる。

【0003】

本発明に係るタンクは、周囲温度より低い温度を維持するだけでなく、相当な圧力を維持することができるタンクである。低温タンクは、ＬＮＧを貯蔵するために、地面、船舶、または海洋設備に取り付けられる。ＬＮＧタンクの例として、地面に取り付けられるシリンダー型の鉄筋コンクリート二重壁タンク、ＬＮＧを運搬するために船舶に取り付けられる二重壁メンブレンタンクまたは二重壁円筒形圧力タンクなどが挙げられる。かかるタンクは、相当な内部圧力に耐えられず、常に大気圧の状態で運用される。本発明に係る潜在的な利点としては、液化天然ガスを燃料とし、１０００〜８０００ｍ^３の大きい燃料タンクを用いて、−１６３℃以下、１５ｂａｒ以上の環境下で運転可能にすることが挙げられる。本発明は、前記の要件を満たすだけでなく、上述した規模、圧力、および熱における解決課題を解決できるものであって、上述した既存のタンクでは上述した目標を満たすことができない。また、本発明は、圧力容器に作製される場合に、圧力に耐えられる圧力隔壁だけでなく、内部流体の漏れを防止できる二重隔壁で作製されることができる。また、本発明は、タンクの外部に断熱施工を簡単に施すことができるという利点がある。図１は従来の圧力タンクを示すものであって、図１の（ａ）は球型圧力タンクを示す図であり、図１の（ｂ）はシリンダー型圧力タンクを示す図であり、図１の（ｃ）はローブ(lobe)型圧力タンクを示す図であり、図１の（ｄ）は細胞(celluler)型圧力タンクを示す図である。

【0004】

タンクの総合効率は、体積効率(volume efficiency)と物質比率(material ratio)をもって判断することができる。

【0005】

［数１］
ξ＝Ｖtank／Ｖprism

【0006】

［数１］は体積効率を定義する数式である。ここで、前記ξは体積効率を示し、前記Ｖtankはタンクの実際の体積を示し、前記Ｖprismは理想の直方体型または角柱形状のタンクが有する体積を示す。

【0007】

前記ξが大きいほど、全体積で利用可能なタンクの貯蔵効率が増加することを意味し、角柱型（ブロック形）の外部空間が一つまたはいくつかのタンクによって占められる。すなわち、角柱型の場合、体積効率は１となる。

【0008】

［数２］
η＝Ｖmaterial／Ｖstored

【0009】

前記［数２］は物質比率を求めるための数式である。ここで、前記ηは物質比率を示し、前記Ｖmaterialはタンクを作製するために用いられた構成物の実際の体積を示し、前記Ｖstoredはタンクに流体を充填するための総体積を示す。ｐは内部圧力、σ_ａは単軸の許容応力を示す。前記ηの値が小さいほどタンクを作製するための物質の消耗量が少なく、構造的にタンクの物質比率に優れる。

【0010】

【表1】

【0011】

表１は従来のタンクの体積効率と物質比率を示す表である。シリンダー型、ローブ型、細胞型のタンクの物質比率は、容器の先端部に用いられる材料は含まない。さらに、ミーゼス（ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓｅ）応力を許容応力とすると、物質比率は最大値を有し、この際、円周応力は縦応力の２倍の値を有する。

【0012】

表１に示されたように、球型タンクが最も大きい物質比率を有しているが、体積効率は最も低い。これは、球型タンクが貯蔵空間の周辺部を活用することが実質的に不可能であることを意味する。

【0013】

表１から分かるように、体積効率は、細胞型タンクが最も効率的であり、物質比率は、シリンダー型タンク、ローブ型タンク、および細胞型タンクが類似の値を有する。

【0014】

しかし、前記ローブ型タンクは、球型タンクを交差して作製するため、作製が困難である。また、前記ローブ型タンクは、著しく大きい応力が、内部の隔壁、シリンダー、二重曲面部分の間の交差点に発生し、物質比率が大幅に減少するという欠点がある。実際、幾何学的複雑性のため、二重隔壁タンクのようなローブタンクを高圧タンクに作製することが不可能である。

【0015】

前記細胞型タンクは、二つの方向に繰り返す細胞（cell）のため大きい体積効率を有する。また、前記細胞型タンクの物質比率は、シリンダー型タンクと同様に優れた効率を有する。しかし、前記細胞型タンクの主な問題点として、セルの端部が接合する部分に生じる相当な曲げ変形と応力集中を回避して設計することが困難であるという問題点がある。また、前記細胞型タンクは、外壁を二重壁に形成するにあたり、設計上の困難があるという問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本発明の目的は、新たな形状の高圧タンクとして、主に角柱型であり、いかなる次元にも容量の拡張が可能であり、著しく大きい体積効率を有し、且つ流体の高い圧力および頻繁な温度変化にも耐えられる圧力タンクを提供することにある。

【0017】

また、本発明の他の目的は、高い体積効率を有する圧力タンクを提供し、２次隔壁を取り付けることで圧力タンク内部の流体が漏れることを防止できる圧力タンクを提供することにある。

【0018】

また、本発明のさらに他の目的は、圧力タンクに充填されている流体のレベルに関係なく、内部格子構造物から流体減衰現象による挙動に耐えられ、強いタンク隔壁により、スロッシング現象による動的流体圧力に耐えられる圧力タンクを提供することにある。

【0019】

また、本発明のさらに他の目的は、圧力タンクの外部壁だけでなく内部に繰り返して形成されるモジュール構造により、いかなる大きさにも拡張できる圧力タンクを提供することにある。

【0020】

また、本発明のさらに他の目的は、圧力タンクのセル構造物の間に好適な間隔を選択して内部圧力の水準に応じてセル構造物の個数を自由に調節できる圧力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】

【0021】

本発明のビーム面格子構造を有する圧力タンクは、内部に高圧の流体が収容され、角柱形状(prismatic shape)に作製されたタンク本体５０と、前記タンク本体５０の内部に位置し、格子状(lattice form)に作製されており、前記タンク本体５０の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列された複数のセル構造物(cell structures)１０００と、を含むことを特徴とする。

【0022】

前記セル構造物１０００は、圧力負荷に耐えるように複数の平板のセル壁１２０が交差する形状に作製され、かつ、流体が前記セル構造物間を自由に移動するように前記セル壁１２０に複数個の開口（図示せず）が形成されて流体がセルの間に自由に移動する面格子構造物１００を備えることを特徴とする。

【0023】

前記セル構造物１０００は、前記タンク本体５０の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列されたビーム構造物(beam structure)２００を備えることを特徴とする。

【0024】

前記ビーム構造物２００は、３次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の構造となるように延在した複数のビームを備える分岐型ビーム構造物２２０、２３０、２４０、２５０、２９０として作製されていることを特徴とする。

【0025】

前記ビーム構造物２２０は、各ビームの断面が長方形であることを特徴とする。

【0026】

前記ビーム構造物２９０は、各ビームの断面がＸ字形であることを特徴とする。

【0027】

前記ビーム構造物２３０は、各ビームの断面が円形であり、円形Ｚ軸ビーム構造物２３３の断面の直径が、円形Ｘ軸ビーム構造物２３１および円形Ｙ軸ビーム構造物２３２の断面の直径より大きいことを特徴とする。

【0028】

前記ビーム構造物２４０は、原点を中心に分岐型の中空部からなる結合型ビーム構造物ノード２４１を備え、前記結合型ビーム構造物ノード２４１にビーム２４２が挿入されて溶接またはボルト締めまたは接合されて、結合型ビーム構造物２４０が形成されていることを特徴とする。組立式のノードは、鉄鋼、合金または複合材料のような物質を用いて鋳造または鍛造により作製することができる。

【0029】

前記ビーム構造物２００は、交差部２１４でオフセット構造となるように作製されたオフセットビーム構造物２５０であることを特徴とする。

【0030】

前記タンク本体５０は、前記ビーム構造物２００に接触する内壁２０と、前記内壁２０と所定距離離隔して位置する外壁３０と、を備える。

【0031】

前記ビーム構造物２００は、前記内壁２０の内側面に接触する部分から交差部２１４までの長さが、内部単位格子(internal lattice unit)の長さより長く形成されていることを特徴とする。

【0032】

前記圧力タンク１０は、前記ビーム構造物２００の交差部と前記内壁２０の内側面に溶接された複数個のビーム−壁ブラケット(beam-wall brackets)２２と、前記ビームの交差部に溶接された複数個のビーム−ビームブラケット(beam-beam brackets)２４と、をさらに含む。

【0033】

前記内壁２０と前記外壁３０との間に板状の複数個のガーダ(girder)４０が位置し、前記ガーダ４０は、一側が、前記ビーム−壁ブラケット２２が前記内壁２０に接触する部分に対応するように前記内壁２０の外側面に接触し、他側が、前記外壁３０の内側面に接触することを特徴とする。

【0034】

前記内壁２０と前記外壁３０との間に板状の複数個のガーダ４０が位置し、前記ガーダ４０の上部面が、壁補強部材２１が前記内壁２０に接触する部分に対応するように前記内壁２０の外側面に位置し、前記ガーダ４０のフランジ４１が、複数個の外壁３０に溶接されていることを特徴とする。

【0035】

また、前記ビーム構造物２００は、前記タンク本体の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列され、Ｉ型またはＨ型の断面を有する複数個のＨ型ビーム構造物２６０を備えることを特徴とする。

【0036】

前記Ｈ型ビーム構造物２６０の端部に外壁カバープレート２７０が位置して前記圧力タンクの外壁３０を形成し、前記外壁３０に側面部が接する前記Ｈ型ビーム構造物２６０の中心部２６４が上下に延在して前記圧力タンク１０の内壁２０を形成しており、前記内壁２０と前記外壁３０が耐圧性と耐熱性を有する材質からなることを特徴とする。

【0037】

前記セル構造物１０００は、前記タンク本体５０の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列されて交差する平面のセル壁(cell walls)３２０、および、前記セル壁３２０が交差する点に位置するセル軸(cell beams)３３０からなるビーム面構造物(beam surface structure)３００を備えることを特徴とする。

【0038】

前記セル壁３２０にラウンド状の角部を有する長方形のセル壁ホール(cell wall holes)３２４が形成されていることを特徴とする。

【0039】

前記セル壁３２０の上部面または下部面に接触し、両端が隣接する他のセル壁３２０と垂直に接するように結合された複数の面補強部材(surface stiffening members)２３をさらに含み、前記面補強部材２３は、フランジを有するガーダを備える。

【0040】

前記セル軸３３０は、３次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の構造となるように延在した軸を備える分岐型セル軸３３４、３３５、３３６として作製されている。

【0041】

前記セル軸３３０は、各軸の断面が円形である円形セル軸３３４、または各軸の断面が菱形であり、角部に前記セル壁３２０が接触する菱形セル軸３３５、または各軸の断面が「Ｘ」型であり、側面部に前記セル壁３２０が接触するＸ字形セル軸３３６として作製されることを特徴とする。

【0042】

前記タンク本体５０は、前記セル構造物１０００に接触する内壁２０と、前記内壁２０と所定距離離隔して位置する外壁３０と、を備える。

【0043】

前記内壁２０の内側面、前記内壁２０の外側面、前記外壁３０の内側面、および前記外壁３０の外側面のいずれか一つ以上の面に格子状の壁補強部材２１が位置し、前記壁補強部材２１は、フランジを有するガーダに作製され、上部面が前記内壁２０または前記外壁３０に接合している。

【0044】

前記内壁２０と前記外壁３０との間に板状の複数個のガーダ４０が位置し、前記ガーダ４０は、一側が、前記セル構造物１０００が前記内壁２０に接触する部分に対応するように前記内壁２０の外側に接触し、他側が、前記外壁３０の内側に接触することを特徴とする。

【0045】

前記内壁２０と前記外壁３０との間にフランジを有する複数個のガーダ４０が位置し、前記ガーダ４０の上部面が、前記セル構造物１０００が前記内壁２０に接触する部分に対応するように前記内壁２０の外側に接触し、前記ガーダ４０の前記フランジ４１に複数個の前記外壁３０が溶接結合されていることを特徴とする。

【0046】

前記圧力タンクは、前記内壁２０と前記外壁３０との間に取り付けられてガスを検知するためのガス検知器をさらに含む。

【0047】

前記圧力タンクは、前記内壁２０と前記外壁３０のいずれか一つの壁面または複数個の壁面を組み合わせた構造物を予め作製することによって構成されていることを特徴とする。

【0048】

前記内壁２０と前記外壁３０との間にコンクリートまたは断熱材料を充填することで構造的に補強されかつ断熱性能が向上したものであることを特徴とする。

【0049】

前記セル構造物１０００は、繰り返し構造の特徴を利用して２個以上の部品(pieces)として予め作製し、建造場所で結合することを特徴とする。

【0050】

前記セル構造物１０００は、タンク壁に近い方の格子単位(lattice units)が他方の格子単位(units)より長いことを特徴とする。

【0051】

前記タンク本体５０は、角部に曲線面取りまたは直線面取り５１、５２が施されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0052】

本発明は、前記のような問題を解消するためのものであって、より詳細には、直方体（角柱）の形状を有する新たな形状の高圧タンクを提供するためのものである。本発明によれば、いかなる次元にも容量の拡張が可能であり、貯蔵流体の高い圧力および温度変化に耐えることができる。

【0053】

また、本発明の圧力タンクは、高い体積効率を有し、直方体の形状に作製されることで周辺空間を効率的に使用することができる。

【0054】

また、本発明の圧力タンクは、二重壁の構造を有し、内壁と外壁との間にガス検知器が取り付けられることで流体の漏れを検知することができる。

【0055】

また、本発明の圧力タンクは、内部に格子状の構造物を取り付けることで流体によるスロッシング現象を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0056】

【図1】従来の圧力タンクの断面図である。

【図2】本発明の格子構造物を有する圧力タンクの概路図である。

【図3】本発明の面単位格子の斜視図である。

【図4】本発明の面格子圧力タンクの部分斜視図である。

【図5】本発明のビーム単位格子の斜視図である。

【図6】本発明のビーム単位格子の実施例の斜視図である。

【図7】本発明のビーム格子圧力タンクの部分斜視図である。

【図8】本発明のＨビームを用いたビーム格子圧力タンクの断面図である。

【図9】本発明のＨビームを用いたビーム格子圧力タンクの部分斜視図である。

【図10】本発明のビーム面単位格子の斜視図である。

【図11】本発明のビーム面単位格子の実施例の斜視図である。

【図12】本発明のビーム面構造物の斜視図である。

【図13】本発明のビーム面構造物の平面図である。

【図14】本発明の格子圧力タンク壁面の断面図である。

【図15】本発明の格子圧力タンク壁面の第１実施例を示す図である。

【図16】本発明の格子圧力タンク壁面の第２実施例を示す図である。

【図17】本発明の格子構造物においてタンク壁に近いものが他のものより長いことを示す圧力タンクの断面図である。

【図18】本発明のタンク本体の角部に直線面取りが施された圧力タンクの斜視図である。

【図19】本発明のタンク本体の角部に曲線面取りが施された圧力タンクの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0057】

以下、本発明の技術的思想について添付の図面を参照してより具体的に説明する。

【0058】

しかし、添付の図面は本発明の技術的思想をより具体的に説明するために示した一例に過ぎず、本発明の技術的思想は添付の図面の形態に限定されない。

【0059】

図２を参照して、本発明の格子構造物を有する圧力タンクの構成と形態について説明する。

【0060】

本発明の一実施例による圧力タンク１０は、内部に高圧の流体が収容され、角柱形状に作製されたタンク本体５０と、前記タンク本体５０の内部に位置し、前記タンク本体５０の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列され、内部荷重を分散できる格子構造物を有するセル構造物１０００と、を含む。

【0061】

図３および図４を参照して、本発明の面格子構造物を有する圧力タンクの構成と形態について詳細に説明する。

【0062】

セル構造物１０００は、平板のセル壁１２０が交差する形状に作製されて圧負荷に耐える面格子構造物１００を備える。

【0063】

各辺の長さがａ１、ａ２、ａ３である直方体の中心部に交差部１１４が位置する一つのユニットを面単位格子１１０とすると、前記面格子構造物１００は、前記面単位格子１１０が繰り返して形成されると見なすことができる（図３参照）。

【0064】

したがって、前記面単位格子１１０の形態について説明することで、前記面格子構造物１００の全体の形状を類推することができる。

【0065】

より詳細には、前記面格子構造物１００は、Ｘ−Ｙ平面と平行に形成されている複数個の第１セル壁１２１と、Ｙ−Ｚ平面と平行に形成されている複数個の第２セル壁１２２と、Ｚ−Ｘ平面と平行に形成されている複数個の第３セル壁１２３と、を備える。

【0066】

また、前記第１セル壁１２１は、Ｙ−Ｚ平面と平行に形成される前記タンク本体５０の壁と、Ｚ−Ｘ平面と平行に形成される前記圧力タンクの内壁に端部が接触して固定され、前記第２セル壁１２２は、Ｘ−Ｙ平面と平行に形成される前記タンク本体５０の壁と、Ｚ−Ｘ平面と平行に形成される前記タンク本体５０の内壁に端部が接触して固定され、前記第３セル壁１２３は、Ｘ−Ｙ平面と平行に形成される前記タンク本体５０の内壁と、Ｙ−Ｚ平面と平行に形成される前記タンク本体５０の内壁に端部が接触して固定される。

【0067】

また、前記第１セル壁１２１、前記第２セル壁１２２、前記第３セル壁１２３は、それぞれ所定間隔離隔して規則的に形成され、前記面格子構造物１００は、前記第１セル壁１２１、前記第２セル壁１２２、および前記第３セル壁１２３が接する交差点である複数個の交差部１１４を備える。

【0068】

また、前記セル壁１２０に複数個のホール（図示せず）が形成されて、相違するセル間に流体を流通させるようにすることが好ましい。

【0069】

図５および図６を参照して、本発明の一実施例によるビーム構造物を含む圧力タンクについて説明する。

【0070】

本発明の格子構造物を有する圧力タンク１０において、前記セル構造物１０００がビーム構造物２００を備える。

【0071】

前記ビーム構造物２００は、前記タンク本体５０の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列される。

【0072】

より詳細には、前記ビーム構造物２００は、Ｘ軸方向に形成されている複数個のＸ軸ビーム構造物２１１と、Ｙ軸方向に形成されている複数個のＹ軸ビーム構造物２１２と、Ｚ軸方向に形成されている複数個のＺ軸ビーム構造物２１３と、を備える。

【0073】

また、前記Ｘ軸ビーム構造物２１１は、Ｙ−Ｚ平面と平行に形成される前記圧力タンク１０の壁に両端部が接触して固定され、前記Ｙ軸ビーム構造物２１２は、Ｚ−Ｘ平面と平行に形成される前記圧力タンク１０の壁に両端部が接触して固定され、前記Ｚ軸ビーム構造物２１３は、Ｘ−Ｙ平面と平行に形成される前記圧力タンク１０の壁に両端部が接触して固定される。

【0074】

また、前記Ｘ軸ビーム構造物２１１、前記Ｙ軸ビーム構造物２１２、および前記Ｚ軸ビーム構造物２１３は、それぞれ所定間隔離隔して規則的に形成され、前記ビーム構造物２００は、前記Ｘ軸ビーム構造物２１１、前記Ｙ軸ビーム構造物２１２、および前記Ｚ軸ビーム構造物２１３が接する交差点である複数個の交差部２１４を備える。

【0075】

各辺の長さがａ１、ａ２、ａ３である直方体の中心部に前記交差部２１４が位置する一つのユニットをビーム単位格子２１０とすると、前記ビーム構造物２００は、前記ビーム単位格子２１０が繰り返して形成されると見なすことができる（図５参照）。

【0076】

したがって、前記ビーム単位格子２１０の形態について説明することで、前記ビーム構造物２００の全体の形状を類推することができる。

【0077】

図６は、本発明の一実施例による前記ビーム構造物２００の単位体であるビーム単位格子２１０を示す図である。

【0078】

前記ビーム単位格子２１０は、断面が長方形に形成され、交差部２１４が接する構造に作製される長方形ビーム構造物２２０として作製されることができる（図６の（ａ）参照）。

【0079】

前記ビーム単位格子２１０は、断面が円形に形成される円形ビーム構造物２３０として作製されることができる（図６の（ｂ）参照）。

【0080】

この際、前記円形ビーム構造物２３０は、円形Ｘ軸ビーム構造物２３１、円形Ｙ軸ビーム構造物２３２、および円形Ｚ軸ビーム構造物２３３からなり、前記円形Ｘ軸ビーム構造物２３１または前記円形Ｙ軸ビーム構造物２３２の直径より前記円形Ｚ軸ビーム構造物２３３の直径が大きく作製されることで、Ｚ軸に印加される力に対してより強固に耐えることができる。

【0081】

図６の（ｂ）では、前記円形Ｚ軸ビーム構造物２３３の直径が前記円形Ｘ軸ビーム構造物２３１と前記円形Ｙ軸ビーム構造物２３２の直径より大きく作製されているが、本発明は、一つの軸に限定されず、前記円形Ｘ、Ｙ、Ｚ軸ビーム構造物２３１、２３２、２３３がそれぞれ相違する大きさを有するように作製されてもよい。

【0082】

前記ビーム単位格子２１０は、交差部２１４が中空形に作製される結合型ビーム構造物ノード２４１を備え、前記結合型ビーム構造物ノード２４１にビーム２４２が挿入されて結合型ビーム構造物２４０として作製されることができる（図６の（ｃ）参照）。

【0083】

前記ビーム単位格子２１０は、交差部２１４が交互構造に形成され、それぞれ軸の側面部が接するオフセット構造に作製されるオフセットビーム構造物２５０として作製されることができる（図６の（ｄ）参照）。

【0084】

前記ビーム単位格子２１０は、断面がＸ字形に形成され、交差部２１４が接する構造に作製されるＸ字形ビーム構造物２９０として作製されることができる。

【0085】

図７を参照して、本発明の一実施例によるタンク本体５０の形状について説明する。

【0086】

前記タンク本体５０は、内壁２０と外壁３０からなる二重構造を有することを特徴とする。

【0087】

より詳細には、前記ビーム構造物２００が接触する内壁２０と、前記内壁２０と所定距離離隔して位置する外壁３０と、を備える。

【0088】

また、前記タンク本体５０は、前記内壁２０に接触する前記ビーム構造物２００の間に位置するにあたり、前記内壁２０の内側面に接触し、両側面が前記ビーム構造物２００に接触し、前記内壁２０に接する反対側が所定曲率を有する複数個のビーム−壁ブラケット２２を備えることを特徴とする。

【0089】

前記ビーム−壁ブラケット２２は、前記タンク本体５０の壁に印加される外部の力を分散するために取り付けられる。ここで、前記ビーム構造物２００の端部が前記内壁２０に接触して応力が集中することがあるため、前記ビーム−壁ブラケット２２を取り付けて外部に印加される力を分散させることを目的とする（図７参照）。

【0090】

前記圧力タンクは、ビームの交差部に溶接され、所定曲率を有するビーム−ビームブラケット２４を含む。

【0091】

前記ビーム構造物２００の端部が前記ビーム−壁ブラケット２２に接する交差点に結合されて前記ビーム構造物２００から前記ビーム−壁ブラケット２２に力の伝達を受けることが好ましい。

【0092】

また、前記ビーム構造物２００の端部が前記ビーム−壁ブラケット２２の交差点に結合する場合、前記ビーム構造物２００にビーム構造物溝が形成されて結合を容易にすることが好ましい。

【0093】

前記圧力タンク１０の内壁２０または外壁３０に前記ビーム構造物２００からの力が伝達されて、前記内壁２０または外壁３０に壁補強部材２１をさらに取り付けるにあたり、前記壁補強部材２１が前記内壁２０の内側面または外側面に位置する場合、前記ビーム−壁ブラケット２２の間に格子状に取り付けることが好ましい。

【0094】

この際、前記壁補強部材２１は、フランジを備えて高い曲げ強度を有するように作製されることが好ましい。

【0095】

さらに、前記ビーム構造物２００は、前記内壁２０の内側面に接触する部分から前記交差部２１４までの長さがより長く形成されることを特徴とする。

【0096】

図８および図９は本発明のＨ型ビーム構造物２６０からなる圧力タンク１０の部分平面図および部分斜視図である。

【0097】

本発明のＨ型ビーム構造物２６０からなる圧力タンク１０は、内部に高圧の流体が収容され、角柱形状に作製されるタンク本体５０と、前記タンク本体５０の内部に位置し、格子状に作製されるにあたり、前記タンク本体の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列され、Ｉ型またはＨ型の断面を有する複数個のＨ型ビーム構造物２６０と、を含む。

【0098】

より詳細には、前記Ｈ型ビーム構造物２６０は、Ｘ軸方向に形成されている複数個のＸ軸Ｈ型ビーム構造物２６１と、Ｙ軸方向に形成されている複数個のＹ軸Ｈ型ビーム構造物２６２と、Ｚ軸方向に形成されている複数個のＺ軸Ｈ型ビーム構造物２６３と、を備える。

【0099】

また、前記Ｈ型ビーム構造物２６０は密集して位置する。

【0100】

前記Ｈ型ビーム構造物２６０は、上述したオフセットビーム構造物２５０と同様に、交差点がなく、交互に形成されている。

【0101】

より詳細には、前記Ｘ軸Ｈ型ビーム構造物２６１の一側面に前記Ｙ軸Ｈ型ビーム構造物２６２が接触する場合、前記Ｘ軸Ｈ型ビーム構造物２６１の他側面にも前記Ｙ軸Ｈ型ビーム構造物２６２が対応するように接触し連続して位置する。

【0102】

上記において、前記Ｘ軸Ｈ型ビーム構造物２６１と前記Ｙ軸Ｈ型ビーム構造物２６２を例に挙げて説明しているが、前記Ｙ軸Ｈ型ビーム構造物２６２と前記Ｚ軸Ｈ型ビーム構造物２６３および前記Ｘ軸Ｈ型ビーム構造物２６１と前記Ｚ軸Ｈ型ビーム構造物２６３も同様に、密集して位置する。

【0103】

また、前記Ｈ型ビーム構造物２６０の端部に外壁カバープレート２７０が位置して前記圧力タンクの外壁３０を形成し、前記外壁３０に側面部が接する前記Ｈ型ビーム構造物２６０の中心部２６４が上下に延長して前記圧力タンク１０の内壁２０を形成することを特徴とする。

【0104】

より詳細には、Ｙ−Ｚ平面と平行に形成される前記外壁カバープレート２７０に、前記Ｙ軸Ｈ型ビーム構造物２６２の側面部が前記外壁カバープレート２７０の内側面に接触し、前記Ｘ軸Ｈ型ビーム構造物２６１の端部が前記外壁カバープレート２７０の内側面に接触する場合、前記Ｘ軸Ｈ型ビーム構造物２６１の中心部２６４が上下に延長して形成される前記内壁カバープレート２８０が内壁を形成する。

【0105】

上記において、Ｙ−Ｚ平面と平行に形成される外壁３０に基づき前記内壁カバープレート２８０がどのように形成されるかについて説明しているが、Ｘ−Ｙ平面およびＺ−Ｘ平面と平行に形成される外壁３０および内壁２０も同様な方式で形成される。

【0106】

本発明の格子構造物を有する圧力タンク１０において、前記セル構造物１０００がビーム面構造物３００を備える。

【0107】

図１０を参照して本発明の一実施例によるビーム面構造物３００について説明する。

【0108】

前記ビーム面構造物３００は、前記圧力タンク１０の一側壁から該一側壁に対向する他側壁に逹し、規則的に直交配列されて交差する平面のセル壁３２０および前記セル壁３２０が交差する点に位置するセル軸３３０からなる。

【0109】

前記セル軸３３０が分岐型セル軸３３４、３３５、３３６として作製されることを特徴とする。

【0110】

より詳細には、前記分岐型セル軸３３４、３３５、３３６は、３次元直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の構造で延長した軸を備える。すなわち、前記セル軸３３０は、Ｘ軸方向に形成されている複数個の第１セル軸３３１と、Ｙ軸方向に形成されている複数個の第２セル軸３３２と、Ｚ軸方向に形成されている複数個の第３セル軸３３３と、を備える。

【0111】

また、前記第１セル軸３３１は、Ｙ−Ｚ平面と平行に形成される前記圧力タンク１０の壁に両端部が接触して固定され、前記第２セル軸３３２は、Ｚ−Ｘ平面と平行に形成される前記圧力タンク１０の壁に両端部が接触して固定され、前記第３セル軸３３３は、Ｘ−Ｙ平面と平行に形成される前記圧力タンク１０の壁に両端部が接触して固定される。

【0112】

また、前記第１セル軸３３１、第２セル軸３３２、および第３セル軸３３３は、それぞれ所定間隔離隔して規則的に形成され、前記セル軸３３０は、前記第１セル軸３３１、第２セル軸３３２、および第３セル軸３３３が接する交差点である複数個の交差部３３４を備える。

【0113】

また、前記セル壁３２０は、前記第１セル軸３３１と前記第２セル軸３３２が交差して形成されるＸ−Ｙ平面に形成され、前記第１セル軸３３１と前記第２セル軸３３２に接する複数個の第１セル面３２１と、前記第２セル軸３３２と前記第３セル軸３３３が交差して形成されるＹ−Ｘ平面に形成され、前記第２セル軸３３２と前記第３セル軸３３３に接する複数個の第２セル面３２２と、前記第１セル軸３３１と前記第３セル軸３３３が交差して形成されるＺ−Ｘ平面に形成され、前記第１セル軸３３１と前記第３軸３３３に接する複数個の第３セル面３２３と、を備える。

【0114】

各辺の長さがａ１、ａ２、ａ３である直方体の中心部に前記交差部３３４が位置する一つのユニットをビーム面単位格子３１０とすると、前記ビーム面構造物３００は、前記ビーム面単位格子３１０が繰り返して形成されると見なすことができる。

【0115】

したがって、前記ビーム面単位格子３１０の形態について説明することで、前記セル構造物１０００の全体の形状を類推することができる。

【0116】

図１１は本発明のビーム面構造物３００の実施例を示し、前記ビーム面構造物３００の単位体であるビーム面単位格子３１０を示す図である。

【0117】

前記セル軸３３０は、断面が円形に形成される円形セル軸３３４として作製されることができる（図１１の（ａ）参照）。

【0118】

前記セル軸３３０は、断面が菱形に形成される菱形セル軸３３５として作製されることができ、前記菱形セル軸３３５の角部に前記セル壁３２０が接触するように作製されることができる（図１２の（ｂ）参照）。

【0119】

前記セル軸３３０は、「Ｘ」型のＸ字形セル軸３３６として作製されるにあたり、前記Ｘ字形セル軸３３６の側面部に前記セル壁３２０が接触するように作製されることができる（図１３の（ｃ）参照）。

【0120】

図１３および図１４を参照して本発明の一実施例によるセル壁３２０について説明する。

【0121】

前記セル壁３２０にラウンド状の角部を有する長方形のセル壁ホール３２４が形成されて、相違するセル間に流体を流通させるようにすることが好ましい。

【0122】

また、前記ビーム面構造物３００は、前記セル壁ホール３２４の境界面に規則的に直交配列されて交差し、前記セル壁３２０に接触する面補強部材２３をさらに具備することを特徴とする。

【0123】

この際、前記面補強部材２３は、フランジを備えて高い曲げ強度を有するように作製されることが好ましい。

【0124】

図１４は本発明の一実施例による圧力タンクの内壁と外壁の断面図である。

【0125】

前記タンク本体５０は、内壁２０と外壁３０からなる二重構造を有することを特徴とする。

【0126】

より詳細には、前記セル構造物１０００が接触する内壁２０と、前記内壁２０と所定距離離隔して位置する外壁３０と、を備える。

【0127】

また、前記内壁２０と前記外壁３０は、耐圧性と耐熱性を有する材質からなることが好ましい。

【0128】

また、前記内壁２０と外壁３０との間に板状の複数個のガーダ４０が位置し、前記ガーダ４０は、前記セル構造物１０００が前記内壁２０に接触する部分に対応するように前記内壁２０の外側に一側が接触し、前記外壁３０の内側に他側が接触する。

【0129】

前記タンク本体５０の内部において、前記複数個の前記ガーダ４０が前記内壁２０と前記外壁３０に位置し、前記ガーダ４０の上部面が、前記セル構造物１０００が前記内壁２０に接合する部分と対応するように前記内壁２０の外側面に接合し、前記ガーダ４０のフランジ４１の側面が前記外壁３０の側面に溶接される（図１５参照）。

【0130】

前記タンク本体５０の内部において、前記複数個の前記ガーダ４０が前記内壁２０と前記外壁３０との間に位置し、前記ガーダ４０の上部面が、前記セル構造物１０００が前記内壁２０に接合する部分と対応するように前記内壁２０の外側面に接合し、前記ガーダ４０のフランジ４１は複数個の前記外壁３０に溶接される（図１６参照）。

【0131】

溶接方法としては、突合せ溶接（Butt Welding）または隅肉溶接（Fillet Welding）などが挙げられる。

【0132】

この際、前記タンク本体５０の壁の間が狭い場合、人間が前記内壁２０と前記外壁３０との間に入ることができないため、溶接が不可能になる。かかる問題のため、前記ガーダ４０の上部を前記内壁の外側面に溶接した後、前記フランジ４１に前記外壁３０を前記外壁の外部から溶接して前記外壁３０を形成することができる。

【0133】

この際、前記フランジ４１は、重い物質からなり、前記外壁３０に密着して固定されることが好ましい。

【0134】

また、前記内壁２０または外壁３０に壁補強部材２１を取り付けるにあたり、前記壁補強部材２１を前記内壁２０または前記外壁３０の内側面または外側面に配置する。

【0135】

この際、前記壁補強部材２１は、フランジを備えて高い曲げ強度を有するように作製されることが好ましい（図１４参照）。

【0136】

また、前記内壁２０と外壁３０との間にはガスを検知できる一つ以上のガス検知器（図示せず）が位置して、前記内壁２０に亀裂が発生して流体が流出する場合にすぐ検知して処理することが好ましい。

【0137】

また、前記外壁３０の外側に断熱層を形成して前記圧力タンク１０の内部熱が外部に流出することを防止する。

【0138】

また、前記内壁２０と前記外壁３０のいずれか一つの壁面または複数個の壁面を組み合わせた構造物を予め作製して建造することを特徴とする。

【0139】

また、前記内壁２０と外壁３０との間にコンクリートまたは断熱複合材料を充填することで構造的に補強し、断熱性能を向上させることを特徴とする。

【0140】

この際、前記断熱複合材料は、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、高分子化合物などからなってもよい。

【0141】

また、前記セル構造物１０００は、繰り返し構造に形成されており、２個以上の部品を予め作製した後、建造場所で互いに結合して一つの完成した前記セル構造物１０００を形成することができる。

【0142】

前記タンク本体は、基本的な直方体の形状からより一般的な角柱形状に修正しても、内部においてセル構造物１０００が荷重を分散する原理は維持することができる。すなわち、前記タンク本体は、最も一般的な場合として平面のチャンファーを有する六角形の場合、内部にセル構造物１０００を備えることができる。この際、前記平面は、六角形のいずれか一つの面が４５度の角度で形成されることができる。したがって、前記タンク本体は、船舶の内部に固定される形状を有するため、外部面が幾何学的制約を満たすためにチャンファーを有することができる。また、著しく大きいタンクに適用するためには、角部において発生する変形と曲げ応力を減少させるために高い剛性を有するチャンファーを活用することができる。かかる場合には、曲線型のチャンファーを備え、応力を減少させることができる（図１８および図１９参照）。

【0143】

したがって、本発明の格子ビーム圧力タンク１０は、直方体型を有する新たな形状の高圧低温タンクを提供するものであって、これにより、圧力タンク１０のいかなる次元にも大きさを拡大することができ、流体の圧力および温度変化に耐えることができる。

【0144】

また、高い体積効率を有するタンクを作製、すなわち、タンク本体５０を直方体型に作製することで周辺空間を効率的に使用することができる。

【0145】

また、本発明の圧力タンク１０は、二重壁構造の圧力タンクであって、内壁２０と外壁３０との間にガス検知器が取り付けられて流体が漏れることを防止することができる。また、内壁２０を介してガスが漏れる場合、完全なる２重隔壁に作製された前記外壁３０により圧力に耐えることができるという利点がある。

【0146】

さらに、本発明の圧力タンク１０は、セル構造物１０００がタンク本体５０の内部に位置することで流体によるスロッシング現象を減少させることができ、タンク本体５０の外壁３０と内壁２０に作用する力を分散することができる。

【符号の説明】

【0147】

１０ 圧力タンク
２０ 内壁
２１ 壁補強部材
２２ ビーム−壁ブラケット
２３ 面補強部材
２４ ビーム−ビームブラケット
３０ 外壁
４０ ガーダ
４１ フランジ
５０ タンク本体
５１ 角部に直線面取りが施されたタンク本体
５２ 角部に曲線面取りが施されたタンク本体
１０００ 内部荷重を分散できる内部格子構造物を有するセル構造物
１００ 面格子構造物
１１０ 面単位格子
１１４ 交差部
１２０ セル壁
１２１ 第１セル壁
１２２ 第２セル壁
１２３ 第３セル壁
２００ ビーム構造物
２１０ ビーム単位格子
２１１ Ｘ軸ビーム構造物
２１２ Ｙ軸ビーム構造物
２１３ Ｚ軸ビーム構造物
２１４ 交差部
２２０ 四角部ビーム構造物
２３０ 円形ビーム構造物
２３１ 円形Ｘ軸ビーム構造物
２３２ 円形Ｙ軸ビーム構造物
２３３ 円形Ｚ軸ビーム構造物
２４０ 結合型ビーム構造物
２４１ 結合型ビーム構造物ノード
２４２ ビーム
２５０ オフセットビーム構造物
２６０ Ｈ型ビーム構造物
２６１ Ｘ軸Ｈ型ビーム構造物
２６２ Ｙ軸Ｈ型ビーム構造物
２６３ Ｚ軸Ｈ型ビーム構造物
２６４ 中心部
２７０ 外壁カバープレート
２８０ 内壁カバープレート
３００ ビーム面構造物
３１０ ビーム面単位格子
３２０ セル壁
３２１ 第１セル壁
３２２ 第２セル壁
３２３ 第３セル壁
３２４ セル壁ホール
３３０ セル軸
３３１ 第１セル軸
３３２ 第２セル軸
３３３ 第３セル軸
３３４ 円形セル軸
３３５ 菱形セル軸
３３６ Ｘ字形セル軸

【図1(a)】

【図1(b)】

【図1(c)】

【図1(d)】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18(a)】

【図18(b)】

【図19(a)】

【図19(b)】

【図8】