特許 6049084 スロッシング防止装置及びスロッシング防止方法

(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】6049084

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】スロッシング防止装置及びスロッシング防止方法

(51)【国際特許分類】

   B63B 25/16 20060101AFI20161212BHJP

   B63B 35/44 20060101ALI20161212BHJP

   B65D 90/52 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   B63B25/16 E

   B63B25/16 103

   B63B35/44 Z

   B65D90/52

【請求項の数】21

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-511080(P2013-511080)

(86)(22)【出願日】2012年4月21日

(86)【国際出願番号】JP2012060798

(87)【国際公開番号】WO2012144641

(87)【国際公開日】20121026

【審査請求日】2015年3月5日

(31)【優先権主張番号】特願2011-95785(P2011-95785)

(32)【優先日】2011年4月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504182255

【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100094835

【弁理士】

【氏名又は名称】島添 芳彦

(72)【発明者】

【氏名】荒井 誠

【審査官】 志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５０５２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭５３−０４４２３７（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 特開２０１２−０６６８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１００２９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−１３５３９８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５４−０７７３９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２０１３−５３４４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国公開実用新案第２０−２０１３−０００１９６０（ＫＲ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｂ ２５／１６

Ｂ６３Ｂ ３５／４４

Ｂ６５Ｄ ９０／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンクに設けられ、該タンク内にスロッシング現象が発生するのを防止するスロッシング防止装置において、
前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置された複数の浮体と、
前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内する複数の鉛直支柱とを有し、
前記浮体は、前記タンク内の自由液面又は自由液面近傍の液体を分割するように鉛直方向に延びる仕切り部分と、液体振動を減衰するように前記仕切り部分から側方に延びる側方突出部分とを有し、
前記浮体は、喫水状態で前記自由液面に浮遊する重量を有し、該浮体は、前記自由液面に浮遊して該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめることを特徴とするスロッシング防止装置。

【請求項2】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンクに設けられ、該タンク内にスロッシング現象が発生するのを防止するスロッシング防止装置において、
前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置され、前記タンク内の自由液面を分割する直列の浮体列を構成するとともに、液面の上下動に応答して独立に上下動する複数の浮体と、
前記浮体を貫通し、前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内する複数の鉛直支柱とを有し、
前記浮体列を構成する前記浮体は、互いに間隔を隔てて配置され、直列方向に隣接する浮体同士の間に、液体が流動可能な間隙が形成されるとともに、前記浮体と前記タンクの内壁面との間に、液体が流動可能な間隙が形成され、
前記間隙の幅（Ｇ）と、直列方向の前記浮体の長さ（Ｅ）との比（Ｇ／Ｅ）が、１／１００〜１／１０の範囲内に設定され、
前記浮体は、喫水状態で前記自由液面に浮遊する重量を有し、該浮体は、前記自由液面に浮遊して該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域及び前記間隙において前記浮体列の両側の液体を連続せしめることを特徴とするスロッシング防止装置。

【請求項3】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンクに設けられ、該タンク内にスロッシング現象が発生するのを防止するスロッシング防止装置において、
前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置された複数の浮体と、
前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内する複数の鉛直支柱とを有し、
前記浮体の喫水量（Ｄ）が、タンク全高Ｈ×０．１以上の寸法に設定され、或いは、タンク全高Ｈ×０．５の液位ｈにおいて、前記浮体の下部からタンク底面までの距離（ｈ−Ｄ）が液位ｈ×０．８０以下の寸法に設定され、
前記浮体は、喫水状態で前記タンク内の自由液面に浮遊する重量を有し、該浮体は、前記タンク内の自由液面に浮遊して該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめることを特徴とするスロッシング防止装置。

【請求項4】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンクに設けられ、該タンク内にスロッシング現象が発生するのを防止するスロッシング防止装置において、
前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置された複数の浮体と、
前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内する複数の鉛直支柱とを有し、
前記支柱は、前記浮体を貫通しており、該支柱の上端部及び下端部を支持する上下の基部が、前記タンクの天井面及び底面に固定され、前記基部は、前記浮体が前記天井面又は底面に衝突するのを阻止するとともに、前記支柱の鉛直支点間距離をタンク内領域の高さよりも小さい距離に減縮し、
前記浮体は、喫水状態で前記タンク内の自由液面に浮遊する重量を有し、該浮体は、前記タンク内の自由液面に浮遊して該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめることを特徴とするスロッシング防止装置。

【請求項5】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンクに設けられ、該タンク内にスロッシング現象が発生するのを防止するスロッシング防止装置において、
前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置された複数の浮体と、
前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内する複数の鉛直支柱とを有し、
前記タンク内の自由液面は、船体縦方向に配列した前記浮体によって船体横方向に均等に分割され、各々の浮体は、船体縦方向に間隔を隔てた複数の前記鉛直支柱によって支承され且つ案内され、
前記浮体は、喫水状態で前記自由液面に浮遊する重量を有し、該浮体は、前記自由液面に浮遊して該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめることを特徴とするスロッシング防止装置。

【請求項6】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンクに設けられ、該タンク内にスロッシング現象が発生するのを防止するスロッシング防止装置において、
前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置された複数の浮体と、
前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内する複数の鉛直支柱とを有し、
前記タンク内の自由液面は、実質的に平行な複数列に並列配置した前記浮体によって分割され、各浮体は、船体縦方向に間隔を隔てた複数の前記鉛直支柱によって上下動可能に支持され、
前記浮体は、喫水状態で前記自由液面に浮遊する重量を有し、該浮体は、前記自由液面に浮遊して該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめることを特徴とするスロッシング防止装置。

【請求項7】

前記浮体は、水平面及び鉛直面から構成される中空多面体からなり、浮力を確保するための内部中空域を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスロッシング防止装置。

【請求項8】

前記浮体は、前記自由液面又は自由液面近傍の液体を分割するように鉛直方向に延びる仕切り部分と、液体振動を減衰するように前記仕切り部分から側方に延びる側方突出部分とを有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載のスロッシング防止装置。

【請求項9】

前記浮体は、該浮体の喫水量を調節する浮力調整手段を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のスロッシング防止装置。

【請求項10】

前記浮力調整手段は、前記浮体の内部中空域にタンク内領域の液体を流入させる浮力低減手段、或いは、前記浮体の重量を調節する浮体重量調節手段を有することを特徴とする請求項９に記載のスロッシング防止装置。

【請求項11】

鉛直切断面によって切断された前記タンクの断面は、四角形であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のスロッシング防止装置。

【請求項12】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内に発生するスロッシング現象を防止するスロッシング防止方法において、
水平外力に対して支承され且つ液位変動に応答して上下動する複数の浮体を前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置し、
前記浮体を前記タンク内の自由液面に喫水状態で浮遊させ、
鉛直方向に延びる前記浮体の仕切り部分によって前記自由液面及び自由液面近傍の液体を分割し且つ前記仕切り部分から側方に延びる側方突出部分によって液体振動を減衰させるとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめ、これにより、前記タンク内に生じる液体振動の固有周波数を高周波数域の側にシフトさせてスロッシング現象の発生を防止することを特徴とするスロッシング防止方法。

【請求項13】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内に発生するスロッシング現象を防止するスロッシング防止方法において、
液位変動に応答して上下動する複数の浮体を前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置し、
前記浮体を貫通し、前記タンクの天井面及び底面に支持された複数の鉛直支柱をタンク内に配列し、該支柱によって、前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内し、
前記浮体を前記タンク内の自由液面に喫水状態で浮遊させて該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめ、これにより、前記タンク内に生じる液体振動の固有周波数を高周波数域の側にシフトさせてスロッシング現象の発生を防止することを特徴とするスロッシング防止方法。

【請求項14】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内に発生するスロッシング現象を防止するスロッシング防止方法において、
液位変動に応答して独立に上下動する複数の浮体を前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置して、前記タンク内の自由液面を分割する直列の浮体列を形成し、
互いに間隔を隔てて前記浮体列の浮体を配置し、直列方向に隣接する浮体同士の間に、液体が流動可能な間隙を形成するとともに、前記浮体と前記タンクの内壁面との間に、液体が流動可能な間隙を形成し、
前記間隙の幅（Ｇ）と、直列方向の前記浮体の長さ（Ｅ）との比（Ｇ／Ｅ）を１／１００〜１／１０の範囲内に設定し、
前記タンクの天井面及び底面に支持された複数の鉛直支柱をタンク内に配列し、前記浮体を貫通する前記支柱によって、前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内し、
前記浮体を前記自由液面に喫水状態で浮遊させて該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域及び前記間隙において前記浮体列の両側の液体を連続せしめ、これにより、前記タンク内に生じる液体振動の固有周波数を高周波数域の側にシフトさせてスロッシング現象の発生を防止することを特徴とするスロッシング防止方法。

【請求項15】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内に発生するスロッシング現象を防止するスロッシング防止方法において、
水平外力に対して支承され且つ液位変動に応答して上下動する複数の浮体を前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置し、
前記浮体の喫水量（Ｄ）をタンク全高Ｈ×０．１以上の寸法に設定し、或いは、タンク全高Ｈ×０．５の液位ｈにおいて、前記浮体の下部からタンク底面までの距離（ｈ−Ｄ）を液位ｈ×０．８０以下の寸法に設定し、
前記浮体を前記タンク内の自由液面に喫水状態で浮遊させて該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめ、これにより、前記タンク内に生じる液体振動の固有周波数を高周波数域の側にシフトさせてスロッシング現象の発生を防止することを特徴とするスロッシング防止方法。

【請求項16】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内に発生するスロッシング現象を防止するスロッシング防止方法において、
水平外力に対して支承され且つ液位変動に応答して上下動する複数の浮体を前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置し、
前記タンクの天井面及び底面に支持された複数の鉛直支柱をタンク内に配列し、該支柱によって、前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内し、
前記タンクの天井面及び底面に支柱支持用の基部を固定し、前記支柱の上端部及び下端部を前記基部に固定し、前記浮体が前記天井面又は底面に衝突するのを前記基部によって阻止するとともに、前記基部によって前記支柱の鉛直支点間距離をタンク内領域の高さよりも小さい距離に減縮し、
前記浮体を前記タンク内の自由液面に喫水状態で浮遊させて該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめ、これにより、前記タンク内に生じる液体振動の固有周波数を高周波数域の側にシフトさせてスロッシング現象の発生を防止することを特徴とするスロッシング防止方法。

【請求項17】

前記浮体の上昇を阻止する上側基部の下面と、前記タンクの天井面との間の寸法をタンク全高Ｈ×０．３以下の範囲内に設定することを特徴とする請求項１６に記載のスロッシング防止方法。

【請求項18】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内に発生するスロッシング現象を防止するスロッシング防止方法において、
水平外力に対して支承され且つ液位変動に応答して上下動する複数の浮体を前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置し、
船首尾方向に整列配置した前記浮体によって前記タンク内の自由液面を船体幅方向に均等に分割し、
前記浮体を前記自由液面に喫水状態で浮遊させて該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめ、これにより、前記タンク内に生じる液体振動の固有周波数を高周波数域の側にシフトさせてスロッシング現象の発生を防止することを特徴とするスロッシング防止方法。

【請求項19】

液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内に発生するスロッシング現象を防止するスロッシング防止方法において、
水平外力に対して支承され且つ液位変動に応答して上下動する複数の浮体を前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置し、
実質的に平行な複数列に並列配置した前記浮体によって前記タンク内の自由液面を分割し、
前記浮体を前記自由液面に喫水状態で浮遊させて該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめ、これにより、前記タンク内に生じる液体振動の固有周波数を高周波数域の側にシフトさせてスロッシング現象の発生を防止することを特徴とするスロッシング防止方法。

【請求項20】

鉛直方向に延びる前記浮体の仕切り部分によって前記自由液面及び自由液面近傍の液体を分割するとともに、前記仕切り部分から側方に延びる側方突出部分によって、液体振動を減衰させることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか１項に記載のスロッシング防止方法。

【請求項21】

前記浮体の内部中空域にタンク内領域の液体を流入せしめ、或いは、前記浮体の重量を調節して前記浮体の喫水量を調整することを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載のスロッシング防止方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スロッシング防止装置及びスロッシング防止方法に関するものであり、より詳細には、液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内にスロッシング現象が発生するのを防止するメンブレン式液体格納タンクのスロッシング防止装置及びスロッシング防止方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

液化天然ガスを長距離海上輸送する液化天然ガス運搬船（以下、「ＬＮＧ船」という。）が知られている。天然ガスを極低温(−１６２℃）で液化せしめた液相の天然ガス（即ち、液化天然ガス）は、気相の天然ガスと比べて大きく減容するので、輸送効率上極めて有利である。ＬＮＧ船は、このような極低温(−１６２℃）に耐える特殊なタンク構造のＬＮＧ格納タンクを有する。従来のＬＮＧ格納タンクの方式として、球形タンク方式、角形メンブレン方式、角形ＳＰＢ方式等が知られているが、現状では、球形タンク方式及び角形メンブレン方式のＬＮＧ格納タンクが主流である。

【0003】

球形タンク方式のＬＮＧ格納タンクは、構造強度的に有利であるが、容積効率の悪化故に船体が大型化する傾向がある。これに対し、メンブレン方式のＬＮＧ格納タンクは、同等の積載量であれば球形タンク方式に比べて船体の小型化を可能にするので、建造コストや、航路選択の自由度等の点で有利である。このため、液化天然ガスの需要及び輸送量の増大に伴うＬＮＧ格納タンクの大型化傾向と相まって、メンブレン方式のＬＮＧ格納タンクがＬＮＧ船の設計において採用される傾向が近年殊に顕著である。

【0004】

メンブレン方式のＬＮＧ格納タンクの弱点として、半載状態においてタンク内の液体に発生するスロッシング現象が知られている。スロッシング現象は、タンク内に格納された液体貨物等が、タンクの運動により加振され、激しく動揺する現象である。スロッシング現象は、タンクの内壁に作用する過大な液体衝撃圧力、タンク支持構造に対する変動荷重、船体運動への影響、液体貨物の飛散等の問題を生じさせる。他方、固定式プラットフォームに代わる天然ガス生産設備として、ＬＮＧ−ＦＰＳＯシステム（Floating Production, Storage and Offloading system: 浮体式海洋石油・ガス生産貯蔵積出設備）等のＦＬＮＧ（Floating LNG)施設が近年注目されている。ＦＰＳＯは、坑井からの天然ガスを洋上にて受入れ、分離・前処理した後に液化し、ＬＮＧとして貯蔵・出荷する。ＦＰＳＯの浮体は洋上に位置固定されるために、通常の船舶のように荒天時の退避行動をとることができず、しかも、ＬＮＧの生産過程、輸送船へのＬＮＧ移送過程等において、ＬＮＧ格納タンクの半載状態が必ず発生する。このため、メンブレン方式のＬＮＧ格納タンクを備えたＦＰＳＯ方式の浮体においては、スロッシング現象の発生が殊に懸念される。

【0005】

特開2009-18608号公報（特許文献１）には、球形独立式タンクとメンブレン式タンクの双方を備えたＬＮＧ船が記載されている。特表2011-505298号公報（特許文献２）には、メンブレン方式のＬＮＧ格納タンクを備えた大型ＬＮＧ船に関し、ＬＮＧ格納タンクを隔壁（バルクヘッド）によって分割するスロッシング防止技術が記載されている。特許文献１に記載されたＬＮＧ船は、球形独立式タンク内の液化天然ガスをメンブレン式タンクに適宜移送してメンブレン式タンク内を常に満載状態に維持し、これにより、メンブレン式タンクにおけるスロッシングの発生を防止しようとしたものである。特許文献２に記載されたＬＮＧ格納タンクは、隔壁によってタンク内領域を完全に分割し、分割に伴うタンク内領域の容積低減によってスロッシング現象の発生を防止しようとしたものである。

【0006】

また、このようなスロッシング現象は、バラストタンク内のバラスト水においても発生する。バラスト水のスロッシング現象を防止する技術として、浮揚式隔壁によりバラストタンク内のバラスト水自由液面を分割し、隔壁の各側に位置する自由液面の面積を縮小するように構成されたスロッシング防止装置が、実公昭53-44237号公報（特許文献３）に記載されている。また、実開昭53-1792号公報（特許文献４）には、多数の平板状浮揚体をバラスト水自由液面に浮揚させ、自由液面の面積を大きく減縮するように構成されたスロッシング防止装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開2009-18608号公報

【特許文献2】特表2011-505298号公報

【特許文献3】実公昭53-44237号公報

【特許文献4】実開昭53-1792号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１に記載されたＬＮＧ船は、メンブレン式タンク内の液量が減少したときに球形独立式タンク内の液体をメンブレン式タンク内に適宜補給し、これにより、メンブレン式タンクの満載状態を常に維持するようにした構成のものである。このため、特許文献１のＬＮＧ船では、異種方式のタンクを常時併用しなければならず、しかも、球形独立式タンクとメンブレン式タンクとの間で液化天然ガスを移送する流体移送設備等が船体に設けられるので、ＬＮＧ船の構造が全体的に複雑化する。

【0009】

特許文献２に記載されたスロッシング防止装置は、メンブレン式タンク内の領域を隔壁によって完全に分割した構成のものであるが、メンブレン式タンクの内面は、厚さ１mm以下の薄い合金によって形成されているので、高さ２５〜４０ｍ程度にも達する自立又は直立隔壁の構造的安定性、強度及び耐力、隔壁とタンク内面との接合構造、更には、隔壁を支持する堅固な支持構造等を考慮すると、このような隔壁によってメンブレン式タンクを分割することは、建造コスト上の不利、船体構造の複雑化、船体の設計・建造の困難性等を伴う。

【0010】

特許文献３に記載された浮揚式隔壁は、隔壁を案内し且つ保持する案内・保持用の鋼材をバラストタンクの壁面に固定するとともに、隔壁によってバラスト水の自由液面を分割し、これにより、隔壁の各側に位置する自由液面の面積を縮小する構成を有する。この構成は、バラストタンクのスロッシング防止に関するものである。しかし、厚さ１mm以下の薄い合金によって形成されたメンブレン式タンクの内面は、このような隔壁を支持する強度を保有せず、このような鋼材をタンク内面に取付けることは極めて困難である。また、隔壁は、両端をタンク内壁に上下動可能に支持され、バラストタンクの全長又は全幅に亘って延在しており、このため、大容量の大型タンク内においては隔壁の水平支点間距離（全長）が増大するので、隔壁の強度・耐力を確保することが困難である。更に、スロッシング発生時には、自由液面の液面レベル差が隔壁の長手方向にも若干発生するので、隔壁の高さは、このような液面レベル差以上の寸法に設計しなければらない。また、このような液面レベル差は、隔壁を全体的に傾斜させるので、案内・保持用鋼材が隔壁を傾斜姿勢で拘束又は係止してしまい、この結果、隔壁の自由な上下動が妨げられる状態が生じ易い。

【0011】

特許文献４に記載されたスロッシング防止手段は、多数の板状浮揚体によってバラスト水自由液面の挙動を全体的に押え込む構成のものであるので、多数の浮揚体を上下動可能に支持する多数のガイド部材をタンク内に設置する必要が生じる。この構成は、バラストタンクのスロッシング防止に関しては適用し得るかもしれないが、液化天然ガスを輸送するメンブレン式タンクにおいては、タンク内面は、前述のとおり厚さ１mm以下の薄い合金によって形成されているので、このような多数のガイド部材及びその支持構造をタンク内に設置し難い。また、特許文献４に記載されたスロッシング防止手段は、自由水面の面積を縮小するにすぎず、水面下の水の挙動又は振動を直接的に規制し又は制御することはできない。

【0012】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、メンブレン式液体格納タンク内に貯留した液体のスロッシング現象を効果的に防止する簡易又は簡素な構造のスロッシング防止装置を提供することにある。

【0013】

本発明は又、メンブレン式液体格納タンク内に貯留した液体のスロッシング現象を簡易又は簡素な構成により効果的に防止することができるスロッシング防止方法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】

【0014】

本発明は、上記目的を達成すべく、液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンクに設けられ、該タンク内にスロッシング現象が発生するのを防止するスロッシング防止装置において、
前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置された複数の浮体と、
前記浮体に作用する水平外力に抗して該浮体を支承するとともに、前記浮体を上下方向に案内する複数の鉛直支柱とを有し、
前記浮体は、予め設定された喫水量（液面から測定した喫水寸法又は没水量を意味し、以下、本明細書及び請求の範囲において「喫水量」という。）を保有した状態で（即ち、喫水状態で）前記タンク内の自由液面に浮遊する重量を有し、該浮体は、前記自由液面に浮遊して該液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめることを特徴とするスロッシング防止装置であって、
以下の構成のいずれかを特徴とするスロッシング防止装置を提供する。
(1)浮体は、タンク内の自由液面又は自由液面近傍の液体を分割するように鉛直方向に延びる仕切り部分と、液体振動を減衰するように仕切り部分から側方に延びる側方突出部分とを有する（請求項１）。
(2)浮体は、タンク内の自由液面を分割する直列の浮体列を構成するとともに、液面の上下動に応答して独立に上下動する。鉛直支柱は、浮体を貫通する。浮体列を構成する浮体は、互いに間隔を隔てて配置され、直列方向に隣接する浮体同士の間に、液体が流動可能な間隙が形成されるとともに、浮体とタンクの内壁面との間に、液体が流動可能な間隙が形成される。間隙の幅（Ｇ）と、直列方向の浮体の長さ（Ｅ）との比（Ｇ／Ｅ）は、１／１００〜１／１０の範囲内に設定される（請求項２）。
(3)浮体の喫水量（Ｄ）が、タンク全高Ｈ×０．１以上の寸法に設定され、或いは、タンク全高Ｈ×０．５の液位ｈにおいて、浮体の下部からタンク底面までの距離（ｈ−Ｄ）が液位ｈ×０．８０以下の寸法に設定される（請求項３）。
(4)支柱は、浮体を貫通しており、支柱の上端部及び下端部を支持する上下の基部が、タンクの天井面及び底面に固定され、基部は、浮体が天井面又は底面に衝突するのを阻止するとともに、支柱の鉛直支点間距離をタンク内領域の高さよりも小さい距離に減縮する（請求項４）。
(5)自由液面は、船体縦方向に配列した浮体によって船体横方向に均等に分割され、各々の浮体は、船体縦方向に間隔を隔てた複数の鉛直支柱によって支承され且つ案内される（請求項５）。
(6)自由液面は、実質的に平行な複数列に並列配置した浮体によって分割され、各浮体は、船体縦方向に間隔を隔てた複数の鉛直支柱によって上下動可能に支持される（請求項６）。

【0015】

本発明は又、液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンク内に発生するスロッシング現象を防止するスロッシング防止方法において、
水平外力に対して支承され且つ液位変動に応答して上下動する複数の浮体を前記運搬船又は海洋設備の船体縦方向又は横方向に直列に配置し、
前記浮体を前記タンク内の自由液面に喫水状態で浮遊させて液面及び液面下の液体を分割するとともに、前記浮体の下側領域において該浮体の両側の液体を連続せしめ、これにより、前記タンク内に生じる液体振動の固有周波数を高周波数域の側にシフトさせてスロッシング現象の発生を防止することを特徴とするスロッシング防止方法であって、
以下の構成のいずれかを特徴とするスロッシング防止方法を提供する。
(1)鉛直方向に延びる浮体の仕切り部分によって自由液面及び自由液面近傍の液体を分割し且つ仕切り部分から側方に延びる側方突出部分によって液体振動を減衰させる（請求項１２）。
(2)浮体を貫通し、タンクの天井面及び底面に支持された複数の鉛直支柱をタンク内に配列し、支柱によって、浮体に作用する水平外力に抗して浮体を支承するとともに、浮体を上下方向に案内する（請求項１３）。
(3)互いに間隔を隔てて浮体列の浮体を配置し、直列方向に隣接する浮体同士の間に、液体が流動可能な間隙を形成するとともに、浮体とタンクの内壁面との間に、液体が流動可能な間隙を形成し、
間隙の幅（Ｇ）と、直列方向の浮体の長さ（Ｅ）との比（Ｇ／Ｅ）を１／１００〜１／１０の範囲内に設定し、
タンクの天井面及び底面に支持された複数の鉛直支柱をタンク内に配列し、浮体を貫通する支柱によって、浮体に作用する水平外力に抗して浮体を支承するとともに、浮体を上下方向に案内する（請求項１４）。
(4)浮体の喫水量（Ｄ）をタンク全高Ｈ×０．１以上の寸法に設定し、或いは、タンク全高Ｈ×０．５の液位ｈにおいて、浮体の下部からタンク底面までの距離（ｈ−Ｄ）を液位ｈ×０．８０以下の寸法に設定する（請求項１５）。
(5)タンクの天井面及び底面に支持された複数の鉛直支柱をタンク内に配列し、支柱によって、浮体に作用する水平外力に抗して浮体を支承するとともに、浮体を上下方向に案内し、
タンクの天井面及び底面に支柱支持用の基部を固定し、支柱の上端部及び下端部を基部に固定し、浮体が天井面又は底面に衝突するのを基部によって阻止するとともに、基部によって支柱の鉛直支点間距離をタンク内領域の高さよりも小さい距離に減縮する（請求項１６）。
(6)船首尾方向に整列配置した浮体によって自由液面を船体幅方向に均等に分割する（請求項１８）。
(7)実質的に平行な複数列に並列配置した浮体によって自由液面を分割する（請求項１９）。

【0016】

本発明の上記構成によれば、タンク内に貯留された液体は、液面と、液面近傍の液体のみが浮体によって分割され、タンク内の液体は、浮体の下側領域において全体的に連続する。各々の浮体は、液面の上下動に応答して独立に上下動する。タンク内の液体振動は浮体の上下動により減衰するとともに、液体振動の固有周波数は自由液面の分割により高周波数域の側にシフトする。本発明によれば、このような固有周波数のシフトにより、海洋波浪及び船体運動とタンク内の液体振動との同調を防止し、スロッシング発生を未然に防止し又は抑制することができる。また、浮体は、タンク内領域をＵ字管形態に分割するが、本発明者の研究によれば、有害なＵ字管振動は発生しない。なお、浮体列は、船体の横揺れ（ローリング）によるスロッシングを防止する場合、船体縦方向（船体前後方向、船体長手方向又はローリング軸線方向）に配列され、船体の縦揺れ（ピッチング）によるスロッシングを防止する場合、船体横方向（左右舷方向、船体幅方向又はピッチング軸線方向）に配列される。

【0017】

このような自由液面の分割および液面下の液体の分割により得られるスロッシング防止効果は、タンク内の液体全体を隔壁（バルクヘッド）によって完全に分割した場合に得られるスロッシング防止効果と実質的に同一又は同等であることが本発明者の研究により判明した。即ち、本発明によれば、タンク内の液体を隔壁によって全体的に分割することなく、浮体列をタンク内に浮遊させれば良く、従って、自立又は直立隔壁の構造的安定性、強度及び耐力、隔壁とタンク内面との接合構造、更には、隔壁を支持する堅固な支持構造等の問題を考慮することなく、スロッシング防止機構をタンク内に配設することができる。また、本発明は、スロッシング防止を意図した異種方式タンクの併用や、タンク間の液化天然ガスの移送等を要しない。更に、本発明においては、浮体は、自由液面の挙動を広域に亘って押え込む必要はなく、浮体列によって自由液面及びその近傍の液体を分割すれば良い。かくして、本発明によれば、簡易又は簡素な構造のスロッシング防止機構によりメンブレン式液体格納タンクのスロッシング発生を効果的に防止することができる。

【0018】

また、本発明によれば、複数の浮体により液面を分割すれば良いので、浮体の水平支点間距離が大幅に短縮する。このため、浮体の強度を比較的容易に確保することができる。加えて、浮体列の方向に浮体列に沿って生じる自由液面の液面レベル差は、浮体同士の高低差によって概ね吸収し得るので、浮体の高さ寸法を縮小することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明のスロッシング防止装置によれば、メンブレン式液体格納タンク内に貯留した液体のスロッシング現象を簡易又は簡素な構造により効果的に防止することができる。

【0020】

本発明のスロッシング防止方法によれば、メンブレン式液体格納タンク内に貯留した液体のスロッシング現象を簡易又は簡素な構成により効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るスロッシング防止装置を備えたＬＮＧ船の全体構成を概略的に示す縦断面図である。

【図2】図２（Ａ）は、図１のＩ−Ｉ線におけるＬＮＧ格納タンクの断面図であり、図２（Ｂ）は、ＬＮＧ格納タンクに適用される積みつけ制限の概要を示す断面図である。

【図3】図３は、スロッシング防止装置を備え且つ四角形断面を有するＬＮＧ格納タンクの構成を概念的に示す平面図及び部分拡大平面図である。

【図4】図４（Ａ）は、図３のII−II線における断面図であり、図４（Ｂ）は、図３のIII−III線における断面図である。

【図5】図５は、浮体の構造及び断面形状を例示する概略断面図である。

【図6】図６は、左右舷方向（船体横方向）の揺れを生じさせる波の加振周波数と、ＬＮＧ格納タンク内に発生する横揺角１度当たりの最大波振幅との関係を示す線図であり、ＬＮＧ格納タンク内の液位比を６３％に仮定した条件で求められた数値解析結果が図６に示されている。

【図7】図７は、左右舷方向の揺れを生じさせる波の加振周波数と、ＬＮＧ格納タンク内に発生する横揺角１度当たりの最大波振幅との関係を示す線図であり、ＬＮＧ格納タンク内の液化天然ガスの液位比を３０％に仮定した条件で求められた数値解析結果が図７に示されている。

【図8】図８は、ＬＮＧ格納タンク内の液体運動の一次固有周波数と、タンク内液位との関係を示す線図である。

【図9】図９は、浮体による液面の分割の形態を例示する断面図である。

【図10】図１０は、自由液面数の相違と関連した固有周波数のシフトを示す線図である。

【図11】図１１は、図９（Ａ）に示す浮体のスロッシング防止効果を説明するための線図である。

【図12】図１２は、横揺れ中心の高さと最大波振幅との関係を示す線図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下に説明する本発明の好適な実施形態においては、上記浮体は、互いに間隔を隔てて配置され、隣接する浮体同士の間には、液体が流動可能な間隙が形成される。浮体とタンクの内壁面との間にも又、液体が流動可能な間隙が形成される。これらの間隙を流動する液体の運動は、タンク内の液体振動を減衰するように働くので、液体振動の減衰効果が得られ、従って、スロッシング発生を効果的に防止することができる。

【0023】

好適には、浮体は、少なくともタンク全高Ｈ×０．０５以上の喫水量を有し、好ましくは、浮体の喫水量は、タンク全高Ｈ×０．１以上の寸法に設定され、或いは、浮体の下部からタンク底面までの距離は、タンク全高Ｈ×０．５の液位において、液位ｈ×０．８０以下の寸法に設定される。例えば、Ｈ×０．３〜Ｈ×０．７の範囲（或いは、Ｈ×０．４〜０．６の範囲）の液位において、浮体の下部からタンク底面までの距離は、液位ｈ×０．８０以下の寸法に設定され、浮体の喫水量は、液位ｈ×０．２０以上の寸法に設定される。

【0024】

本発明の好ましい実施形態によれば、鉛直支柱は浮体を貫通する。タンクの天井面及び底面には、支柱の上端部及び下端部を支持する上下の基部が固定される。基部は、浮体の上下動範囲を規制し、浮体がタンクの天井面又は底面に衝突するのを阻止する。基部は又、支柱の鉛直支点間距離をタンク内領域の高さよりも小さい距離に短縮し、支柱の強度及び剛性を向上する。好ましくは、浮体の上昇を阻止する上側基部の下面と、タンク天井面との間の寸法は、タンク全高Ｈ×０．３以下の範囲内の値に設定される。更に好ましくは、浮体の降下を阻止する下側基部の上面と、タンク底面との間の寸法は、タンク全高Ｈ×０．１以下の範囲内の値に設定される。

【0025】

好ましくは、液体の自由液面は、船首尾方向（船体縦方向）に配列した浮体によって船体幅方向（船体横方向）に均等に分割される。各浮体は、船首尾方向に間隔を隔てた複数の鉛直支柱によって上下動可能に支持される。例えば、浮体は、船首尾方向に延びるタンクの中心軸線上に整列配置され、或いは、実質的に平行な複数列に並列配置される。

【0026】

本発明の好ましい実施形態において、浮体は、水平面及び鉛直面から構成される中空多面体からなる。浮力を確保するための内部中空域が浮体内部に形成される。好適には、浮体は、鉛直方向に延びる仕切り部分と、仕切り部分から側方に延びる側方突出部分とを有する。仕切り部分は、自由液面又は自由液面近傍の液体を分割する。側方突出部分は、液体振動を減衰させるとともに、浮体自身の上下運動を抑制するように機能する。

【0027】

所望により、浮体は、該浮体の喫水量を調節する浮力調整手段を有する。好ましくは、浮力調整手段は、浮体の内部中空域にタンク内領域の液体を流入させる浮力低減手段、或いは、前記浮体の重量を調節する浮体重量調節手段を有する。タンク内液位と関連して喫水量を可変制御可能な浮力制御手段を浮体に設けることも可能である。

【0028】

本発明の或る好ましい実施形態において、鉛直切断面によって切断されたタンクの断面は、四角形である。四角形断面のタンクは、スロッシング防止の観点より、八角形断面のタンクに比べて不利であることから、従来は、容積効率が劣る八角形断面のタンクが一般に採用されてきた。しかし、上記構成のスロッシング防止機構を四角形断面のタンクにおいて採用することにより、スロッシング防止機能を向上し且つ容積効率を向上することができる。

【0029】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0030】

図１は、ＬＮＧ船（液化天然ガス運搬船）の全体構成を概略的に示す縦断面図である。

【0031】

図１には、本発明の実施形態に係るスロッシング防止装置２０を備えたＬＮＧ船が示されている。ＬＮＧ船１は、船首部２、タンク区画域３、機関室４及び船尾部５を有する。機関室４の上方には、居住区６及び操舵室７が配置される。タンク区画域３は、左右舷方向（船体幅方向）に延びる隔壁８によって区画されており、各区画には、スロッシング防止装置２０を備えたメンブレン方式のＬＮＧ格納タンク１０が配設される。なお、図１に示すＬＮＧ船１を洋上のＬＮＧ−ＦＰＳＯとして把握しても良い。この場合、ＬＮＧ船１は、海面ＷＬ上の位置を固定した状態に係留される。

【0032】

図２（Ａ）は、図１のＩ−Ｉ線におけるＬＮＧ格納タンク１０の断面図である。図２（Ａ）には、船体が仮想線（一点鎖線）で示されている。

【0033】

ＬＮＧ格納タンク１０（以下、「タンク１０」という。）は、船体内部に取付けられた防熱材１１の表面（タンク内面）を厚さ１mm以下の金属薄膜（メンブレン）１２で完全に被覆した構造を有する。左右舷方向の鉛直切断面（Ｉ−Ｉ線）によって切断されたタンク１０の断面は、八角形である。防熱材１１として、発泡パーライト入り合板製ボックス、或いは、ポリウレタン・インシュレーション等が一般に使用される。金属薄膜１２として、厚さ０．７mm程度のインバー材（３６ ％ニッケル鋼）、或いは、ＳＵＳ３０４１メンブレン等が一般に使用される。タンク１０は、３０〜４０ｍの幅を有する大型のメンブレン型ＬＮＧ格納タンクを構成する。

【0034】

図２（Ｂ）は、このようなメンブレン型ＬＮＧ格納タンクに適用される積みつけ制限を示す断面図である。

【0035】

タンク１０内には、液化天然ガス（ＬＮＧ）を収容可能なＬＮＧ収容域１５が形成され、液化天然ガスの自由液面ＬＬは、空間的には、ＬＮＧ収容域１５のタンク全高Ｈの範囲内において任意に設定可能である。しかし、ＬＮＧ収容域１５内の液体（液化天然ガス）にスロッシング現象が発生すると、金属薄膜１２に激しく衝突する液体によって極めて高い液圧が金属薄膜１２に作用し、この結果、タンク１０の構造体が過大な液圧の作用で破壊する虞がある。例えば、多数の木製保冷ボックスからなる防熱材１１がスロッシング発生時の液圧により潰れ、金属薄膜１２が破断した事例が過去に発生している。金属薄膜１２の破断又は損傷により極低温の液化天然ガスが船外に漏出した場合、液化天然ガスは一気に気化し、火災事故等の原因となり得るので、このような事態は、未然に回避すべき必要がある。

【0036】

このような事情より、メンブレン型ＬＮＧ格納タンクの積みつけ制限が船級協会規則等において規定されており、液面ＬＬは、高さｈ１又はｈ３の範囲ｋ１、ｋ３に限定され、高さｈ２の範囲内（範囲ｋ２）に液面ＬＬが位置するような半載状態は、許容されていない。船級協会規則等の規定は、規則改定等により将来的に変更される可能性もあるが、現行の船級協会規則等において規定された積みつけ条件によれば、高さｈ１は、タンク全高Ｈ×０．１であり、高さｈ１＋ｈ２は、タンク全高Ｈ×０．７である。即ち、メンブレン型ＬＮＧ格納タンクの積みつけ可能な高さ範囲は、タンク全高Ｈ×０．７以上の範囲ｋ３、或いは、タンク全高Ｈ×０．１以下の範囲ｋ１に制限される。しかし、洋上のＬＮＧ−ＦＰＳＯでは、高さｈ２の範囲内（即ち、タンク全高Ｈ×０．１〜０．７の範囲ｋ２）に液面ＬＬが位置する半載状態が生産過程又は移送過程において必ず生じる。また、大型ＬＮＧ船においては、２港積み等の要求、即ち、複数の港で液化天然ガスを荷積みしながら多量の液化天然ガスを長距離海上輸送する輸送形態が望まれており、そのような輸送形態では、高さｈ２の範囲ｋ２内に液面ＬＬが位置する半載状態が過渡的に生じ得る。しかし、このような半載状態に伴うスロッシング発生の懸念より、ＬＮＧ−ＦＰＳＯの生産過程又は移送過程において生じるＬＮＧ半載状態は、許容し難く、また、ＬＮＧ半載状態が生じ得る２港積み等のＬＮＧ船の輸送形態は、上記積みつけ制限により許可されていない。

【0037】

本例のＬＮＧ船１は、このような半載時のスロッシング発生を防止するスロッシング防止装置２０を備える。スロッシングは、一種の振動現象であり、タンク１０を動揺させる海洋波浪の振動周波数（加振周波数）と、タンク１０内の液体運動（液化天然ガスの振動）の固有周波数とが一致し、これらの振動が互いに同調することにより発生する。また、船体自体の横揺れ運動固有周波数とタンク１０内の液体運動の固有周波数とが一致することにより、同様の同調現象が生じるので、このような同調についても、注意を要する。タンク１０のスロッシング防止装置２０は、このような振動の同調を阻止するように機能する。

【0038】

図２（Ａ）に示すように、スロッシング防止装置２０は、上下一対の基部２１、２２と、基部２１、２２の間において鉛直方向に延びる鉛直支柱２３と、上下動可能に鉛直支柱２３に支持された浮体２４とから構成される。下側に位置する基部２１は、タンク底面１３上に立設され、上側に位置する基部２２は、タンク天井面１４から垂下する。鉛直支柱２３は、浮体２４を上下方向に案内するガイド手段を構成する。上下の基部２１、２２は、浮体２４の上下動範囲を制限するストッパ又は上下動規制手段を構成する。基部２１、２２は、浮体２４がタンク底面１３又はタンク天井面１４に衝突するのを防止するとともに、鉛直支柱２３の上端部及び下端部をタンク底面１３及びタンク天井面１４に堅固に固定する高剛性の支柱支持体として機能する。鉛直支柱２３の支点間距離ｊ２は、基部２１、２２の高さ寸法ｊ１、ｊ３の設定により定まり、鉛直支柱２３の剛性及び強度は支点間距離ｊ２と直接的に関連する。スロッシング発生時には、比較的大きな液圧が水平外力として各浮体２４に作用し、従って、比較的大きな水平荷重が鉛直支柱２３に作用するが、基部２１、２２の高さ寸法ｊ１、ｊ３の増大により、支点間距離ｊ２を短縮して、鉛直支柱２３の剛性及び強度を向上することができる。

【0039】

高さ寸法ｊ１は、最降下位置の浮体２４の下部又は下面からタンク底面１３までの距離と実質的に同一であり、高さ寸法ｊ３は、最上昇位置の浮体２４の上部又は上面からタンク天井面１４までの距離と実質的に同一である。高さ寸法ｊ１〜ｊ３は、高さｈ１〜ｈ３、範囲ｋ１〜ｋ３に対応する。例えば、高さ寸法ｊ１〜ｊ３は、高さｈ１〜ｈ３と実質的に同一の値に設定される。所望により、ｊ１≦ｈ１、ｊ３≦ｈ３に設定され、浮体２４の十分な上下動範囲が確保される。

【0040】

図３は、タンク１０の構成を概念的に示す平面図及び部分拡大平面図であり、図４は、図３のII−II線及びIII−III線における断面図である。但し、タンク１０は、四角形（矩形）断面（II−II線断面）を有する。

【0041】

一般に、ＬＮＧ格納タンクは、 図２に示す如く、底部領域及び頂部領域の幅が漸減する八角形断面に設計される。これは、主にスロッシング防止を考慮した断面形状である。他方、図３及び図４に示すタンク１０においては、左右舷方向の鉛直切断面（II−II線）によって切断されたＬＮＧ格納タンクの断面は、四角形である。即ち、スロッシング防止装置２０のスロッシング防止効果を考慮すれば、ＬＮＧ格納タンクの断面として必ずしも八角形断面の設計を採用することなく、四角形断面を採用することができる。同等の高さ及び幅を有するタンクを設計する場合、四角形断面のタンクは、八角形断面のタンクと比べて容積効率を向上する上で有利である。

【0042】

図３及び図４に示すように、各タンク１０には、複数（本例では３体）の浮体２４が互いに間隔を隔てて船首尾方向（船体縦方向）に直列に配置される。液面ＬＬは、浮体２４によって左右舷方向に分割される。隣接する浮体２４の間には、液化天然ガスが流動可能な間隙又は隙間２５が形成される。浮体２４とタンク内壁面１６との間にも又、液化天然ガスが流動可能な間隙又は隙間２６が形成される。例えば、間隙２５、２６の幅Ｇと浮体２４の全長Ｅの比は、Ｇ／Ｅ＝１／１００〜１／１０の範囲内に設定される。

【0043】

鉛直支柱２３は、船体前後方向又は船体長手方向（船体縦方向）に延びるタンク１０の中心軸線Ｘ−Ｘ上に整列配置され、各浮体２４は、浮体２４を貫通する複数の鉛直支柱２３（本例では一対の鉛直支柱２３）によって上下動可能に支持される。各浮体２４は、気密・液密構造の金属製中空体からなり、浮体２４自身に作用する浮力によって液面ＬＬに常時浮遊する。浮体２４の喫水量Ｄは、浮体２４の自重及び浮力によって定まる。適切な浮体２４の喫水量Ｄを確保し難い場合には、例えば、浮力調節のための液体導入手段として浮体底部に孔又は開口を形成し、浮体２４内への液体（液化天然ガス）の浸入を可能にするような構造を採用し、或いは、比較的高比重の液体又は固体等を浮体２４内に付加的に収容しても良い。

【0044】

図５は、浮体２４の構造を概略的に示す断面図及び斜視図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）には、図２〜図４に示す逆Ｔ字形断面の浮体２４が示されており、図５（Ｃ）には、側方突出部を備えないＩ形断面の浮体２４が示されている。また、図５（Ｄ）には、十字形断面の浮体２４が示されており、図５（Ｅ）には、逆Ｔ字形断面の変形例に係る浮体２４が示されている。更に、図５（Ｆ）には、逆Ｔ字形浮体の下面両側縁に左右一対の垂下突出部２９を配設してなる逆Ｙ字形断面の浮体２４が示されている。

【0045】

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す浮体２４は、下部が側方に張り出した逆Ｔ字形の断面を有する。浮体２４は、複数の鞘管２８を備える。鞘管２８は、角形断面を有し、浮体２４を上下方向に貫通する。鉛直支柱２３が、各鞘管２８に挿通される。鉛直支柱２３は、例えば、外形寸法８０cm×４０cm、板厚５cmのステンレス鋼の角形金属管からなる。このような金属管は、鉛直支柱２３の機能を確保する上で十分な構造的強度を発揮することが、簡易な構造設計において確認された。但し、浮体２４の液体振動減衰効果を考慮した場合、更に詳細な液体運動シミュレーションを行うことにより、鉛直支柱２３の断面寸法を縮小し得るものと考えられる。鞘管２８は、鉛直支柱２３の外形と相似する矩形断面を有し、鉛直支柱２３の外面と鞘管２８の内面との間には、所定のクリアランスが確保される。複数の鉛直支柱２３は、浮体２４の姿勢を維持した状態で浮体２４の上下動を案内する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す浮体２４の変形例として、図５（Ｆ）に示す逆Ｙ字形断面の浮体２４が挙げられる。突起２９は、浮体２４の下面近傍の流体の流れを乱すように作用する。

【0046】

図５（Ｃ）に示す浮体２４は、内部中空域２７を有する断面矩形の箱形形状又は筐体形状の中空パネル部材からなり、側方突出部分を備えない。このような断面形状の浮体２４は液面ＬＬ及び液面近傍の液体を分割し、スロッシング発生を有効に防止する。

【0047】

図５（Ａ）、図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）に示す如く、波無し形状として知られた断面形状、即ち、上下揺れ波強制力を受け難い断面形状を採用することにより、スロッシング発生時の浮体２４の上下動を抑制し、浮体２４のスロッシング防止効果を更に向上することができる。

【0048】

波無し形状としては、図５（Ａ）、図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）に示すもの以外にも、浮体底部の断面形状を丸く湾曲させた形態のものや、浮体底部を三角形状にした形態のものなどが想定されるが、図５（Ａ）、図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）に示すように側方突出部分を有する浮体２４は、液体運動を減衰させる減衰効果を発揮するので、スロッシングを防止する上で有利である。

【0049】

スロッシング防止効果を要する液体振動の周波数は、タンク１０の形状・寸法や、タンク１０の支持構造等の構造的特性、船体又は浮体式海洋設備の運動特性、或いは、運行海域の波浪特性等により異なる。このため、浮体２４の各部寸法を一義的に定めることはできない。因みに、冬季の北大西洋において幅Ｗ＝４０ｍ、タンク全高Ｈ＝４０ｍのタンク１０を有するＦＰＳＯに関して横揺れに伴うスロッシング現象を防止する場合、タンク１０内の液体振動が周波数０．１５Ｈｚ以上のものであるという条件において、ほぼ全ての液位ｈで浮体自体の上下動が少なく、しかも、スロッシング防止効果を発揮する浮体寸法を求めると、図５（Ａ）及び図５（Ｄ）に示す断面形状の浮体２４では、例えば、Ｔ＝８ｍ、Ｔ1＝４．８ｍ、Ｂ＝３．３ｍ、Ｂ１＝７ｍであり、図５（Ｅ）に示す断面形状の浮体２４では、例えば、Ｔ＝８ｍ、Ｔ1＝４．８ｍ、Ｔ２＝１．６ｍ、Ｂ＝３．３ｍ、Ｂ１＝７．６ｍ、Ｂ２＝２ｍであった。但し、これら各部寸法の組合せは、あくまで例示であり、同等のスロッシング防止性能を発揮する他のパラメータの組合せも当然に想定されることはいうまでもない。また、浮体２４の断面形状についても、下辺を開口した長方形断面(逆凹形断面、略Π字形断面）、逆Ｙ字形断面、Ｘ字形断面等の各種形状を採用することも可能である。

【0050】

浮体２４は、タンク１０内の液体を全体的に分割するのではなく、液面ＬＬ及びその近傍の液体のみを分割するので、浮体２４の両側の液体は、浮体２４の下側領域において連続する。浮体２４は、液面ＬＬの挙動に応答して上下動し、タンク１０内の液体振動を抑制する。浮体２４による液面ＬＬの分割により、液体運動の固有周波数が高周波数側にシフトする。これは、隔壁（バルクヘッド）によるタンク内領域の完全な分割と同等の効果をもたらす。浮体２４は、タンク内領域をＵ字管形態に分割するので、左右の液柱が交互に上昇するＵ字管振動の発生が懸念されるが、後述するように、Ｕ字管振動は比較的小さく、有害なＵ字管振動は発生しない。

【0051】

図６及び図７は、横揺れ（船体ローリング）１度を船体に与える波の加振周波数と、タンク１０内に発生する横揺角１度当たりの最大波振幅μとの関係を示す線図である。最大波振幅μは、静止水平液面に対する振動時の液面縁部上昇量（最大値）である。加振周波数と最大波振幅μとの関係は、幅Ｗ＝４０ｍ、タンク全高Ｈ＝４０ｍのＬＮＧ格納タンクに関する数値解析結果である。図６は、ＬＮＧ格納タンク内の液化天然ガスの液位比ｈ／Ｈを６３％（従って、ｈ＝約２５ｍ）に設定した場合に得られた数値解析結果を示す線図であり、図７は、ＬＮＧ格納タンクの液化天然ガスの液位比ｈ／Ｈを３０％（従って、ｈ＝１２ｍ）に設定した場合に得られた数値解析結果を示す線図である。横揺れ中心Ｃの位置は、タンク横断面の中心（Ｘｃ＝２０ｍ、Ｚｃ＝２０ｍ）に設定された。

【0052】

図６及び図７には、冬季に北大西洋で発生する確率が高い海洋波浪の周波数が、加振周波数の周波数域αとして示されている。冬季の北大西洋において発生する海洋波浪は、概ね周波数域αの周波数（約０．１１〜約０．１４Ｈｚの周波数）を有する。また、図６及び図７には、ＬＮＧ船１の船体のローリング固有周波数が示されている。本例においては、船体のローリング固有周波数は、周波数域αよりもかなり低い周波数域に顕れる。

【0053】

図６及び図７に示す数値解析結果は、幅Ｗ＝４０ｍ、タンク全高Ｈ＝４０ｍの断面を有する以下の３種類のＬＮＧ格納タンクに関するものである。
(1)スロッシング防止装置や隔壁を備えず、タンク内領域に内構材を全く備えていないＬＮＧ格納タンク（比較例１）
(2)タンク内領域を左右に分割する隔壁をスロッシング防止装置２０の位置（幅方向中央）に備えたＬＮＧ格納タンク（比較例２）
(3)スロッシング防止装置２０を備えた本発明のタンク１０（本実施例）

【0054】

内構材を全く備えないＬＮＧ格納タンク（比較例１）では、０．１３〜０．１４Ｈｚ（図６）、或いは、約０．１２Ｈｚ（図７）の加振周波数において最大波振幅μが急激に増大し、この周波数は、周波数域αの範囲内に顕れる。従って、比較例１のＬＮＧ格納タンクは、海洋波浪に同調する同調点を周波数域αに有するので、海洋波浪とタンク内の液体とが同調してスロッシングが発生する虞があると考えられる。

【0055】

隔壁によってタンク内領域を分割した比較例２のＬＮＧ格納タンクにおいては、０．２０〜０．２１Ｈｚ（図６）、或いは、約０．２０Ｈｚ（図７）の加振周波数において最大波振幅μが急激に増大する。この周波数は、周波数域αよりもかなり高い周波数域に属する。即ち、隔壁によってタンク内領域を分割することにより、同調点が高周波数側に大きくシフトするので、海洋波浪とタンク内の液体との同調を防止し、スロッシング発生を未然に防止することができる。しかしながら、自立又は直立隔壁の構造的安定性、強度及び耐力、隔壁とタンク内面との接合構造、更には、隔壁を支持する堅固な支持構造等を考慮すると、隔壁によってメンブレン式タンクを分割することは、建造コスト上の不利、船体構造の複雑化、船体の設計・建造の困難性等の事情より、経済的又は実務的困難を伴う。

【0056】

他方、スロッシング防止装置２０を備えた本実施例のタンク１０においては、比較例２と同じく、０．２０〜０．２１Ｈｚ（図６）、或いは、約０．２０Ｈｚ（図７）の加振周波数において最大波振幅μが急激に増大し、この周波数は、周波数域αよりもかなり高い周波数域に属する。即ち、スロッシング防止装置２０の浮体２４によってタンク内の液面ＬＬ及びその近傍の液体のみを分割することにより、隔壁を備えた比較例２のＬＮＧ格納タンクと同じく、同調点を高周波数側に大きくシフトし、従って、海洋波浪とタンク内の液体との同調を防止して、スロッシング発生を未然に防止することができる。

【0057】

図６（下側の線図）には、液面ＬＬに対する浮体２４の上下動と加振周波数との関係が示されている。０．２０〜０．２１Ｈｚの周波数域において生じる浮体２４の上下動は、比較的小さい挙動であるにすぎない。また、図６には、０．１４〜０．１５Ｈｚの周波数域においても浮体２４が上下動することが示されている。これは、浮体２４自身の固有周波数がこの周波数域にあることに起因するにすぎず、この上下動も又、比較的小さい挙動である。

【0058】

図８は、ＬＮＧ格納タンク内の液体運動の一次固有周波数ｆ₁と、タンク内液位ｈとの関係を求めた数値計算の計算結果を示す線図である。図８には、内構材を全く備えないタンク全高Ｈ＝４０ｍのＬＮＧ格納タンクに関し、タンクの幅Ｗを４０ｍ、２０ｍ、１５ｍに変化させた場合に得られる一次固有周波数ｆ₁とタンク内液位ｈとの関係が示されている。また、図８には、冬季に北大西洋で発生する確率が高い海洋波浪の周波数が前述の周波数域αとして示されている。図８において、液位ｈ及びタンク幅Ｗが周波数域αの領域に該当する場合、スロッシング現象が極めて発生し易い条件が成立すると考えられる。なお、一次固有周波数ｆ₁は、図８に示すスロッシング固有周波数推定式より求められた。

【0059】

図８に示す如く、幅Ｗ＝４０ｍのＬＮＧ格納タンクの一次固有周波数ｆ₁は、液位ｈ＝約８ｍを超えると周波数域αに顕れる。即ち、幅Ｗ＝４０ｍのＬＮＧ格納タンクのスロッシング現象を確実に防止するには、液位ｈを８ｍ以下に制限する必要があると考えられる。これに対し、幅Ｗ＝２０ｍのＬＮＧ格納タンクの一次固有周波数ｆ₁は、液位ｈ＝約２〜３ｍにおいて周波数域αに顕れるが、液位ｈ＝約４ｍ以上の状態では、周波数域αよりも高い周波数域に顕れる。また、幅Ｗ１５ｍのＬＮＧ格納タンクの一次固有周波数ｆ₁は、液位ｈ＝約２ｍにおいて周波数域αに顕れるが、液位ｈ＝約３ｍ以上の状態では、周波数域αよりも高い周波数域に顕れる。即ち、幅Ｗ＝２０ｍ又は１５ｍ（即ち、幅２０ｍ以下）のＬＮＧ格納タンク内の液体は海洋波浪と同調し難く、従って、スロッシング現象は、発生し難い。これは、幅Ｗ＝４０ｍのＬＮＧ格納タンクを幅Ｗ＝２０ｍ以下の小区画に分割することにより、海洋波浪とタンク内の液体との同調を防止してスロッシング発生を回避し得ることを意味する。なお、幅Ｗ＝２０ｍのＬＮＧ格納タンクでは、液位ｈ＝約２〜３ｍにおいて周波数域αに該当し、幅Ｗ＝１５ｍのＬＮＧ格納タンクでは、液位ｈ＝約２ｍにおいて周波数域αに該当するが、このような液位は、従来より積みつけを許容された液位、即ち、ＬＮＧ格納タンクに損傷を生じさせるような過大な液圧がタンク内に発生しないタンク全高Ｈ×０．１以下の積みつけ状態（図２（Ｂ）に示す範囲ｋ１）であるにすぎない。

【0060】

即ち、図８から理解し得るように、隔壁によってＬＮＧ収容域１５を幅２０ｍ以下の区画に完全に分割することにより、スロッシングを効果的に防止することができる。図６及び図７に示すとおり、液面ＬＬ及びその近傍の液体を浮体２４によって分割することは、隔壁によってＬＮＧ収容域１５を完全に分割するのと同等のスロッシング防止作用を発揮する。従って、浮体２４により液面ＬＬ及びその近傍の液体を２０ｍ以下の区画に分割した本実施形態のタンク１０によれば、隔壁によるＬＮＧ収容域１５の分割と同じく、スロッシングを有効に防止することができる。また、隣接する浮体２４の間に形成された間隙２５、２６（図３及び図４）は、間隙２５、２６を流通する液体の流れを乱し、液体振動を減衰させる作用を発揮するので、本実施形態のスロッシング防止装置２０によれば、このような間隙２５、２６の形成によってスロッシング発生を更に効果的に防止することができる。しかも、液面ＬＬ及びその近傍の液体を浮体２４によって分割する本実施形態の構成は、隔壁の設置に伴う構造上の不利等を伴わない。

【0061】

図９は、浮体２４による液面ＬＬの分割の形態を例示するタンク１０の断面図であり、図１０は、自由液面数Ｎの相違と関連した固有周波数のシフトを示す線図である。なお、図９に示す液面上昇量ηは、静止水平液面に対する振動時の液面縁部上昇量であり、図１０に示す最大波振幅ηmaxは、船体の横揺角を１度に設定した条件で得られた液面上昇量ηの最大値である。

【0062】

図９には、幅Ｗ＝５８ｍ、全高Ｈ＝４０ｍのタンク１０が示されている。図９（Ａ）には、液面ＬＬを単一列の浮体２４によって均等分割した状態（Ｎ＝２）が示されており、図９（Ｂ）には、液面ＬＬを二列の浮体２４によって均等分割した状態（Ｎ＝３）が示されており、図９（Ｃ）には、液面ＬＬを三列の浮体２４によって均等分割した状態（Ｎ＝４）が示されている。浮体２４は、タンク１０の中心軸線方向に整列配置されている。各浮体２４は、内部中空域を有する断面矩形の箱形形状又は筐体形状の中空パネルからなり、喫水量Ｄ＝１４．２ｍ、幅Ｂ＝２ｍの各部寸法を有する。なお、液位は、高さｈ＝２５．２ｍに設定され、横揺れ中心Ｃの位置は、タンク横断面の幅方向中心（Ｘｃ＝２０ｍ）、高さＺｃ＝１０ｍの位置に設定された。

【0063】

図１０に示されるように、自由液面数Ｎの増大に伴って、同調点が高周波数域の側にシフトする。従って、船体構造、タンク形状、液位等の条件に相応して浮体２４の配置及び列数等を適切に設定することにより、同調点を所望の如く高周波数域の側にシフトさせることができる。

【0064】

図１１は、幅Ｗ＝５８ｍ、全高Ｈ＝４０ｍのタンクに喫水量Ｄ＝５ｍ、幅Ｂ＝２ｍの断面矩形の箱形形状浮体を設置した場合に得られるスロッシング防止効果を説明するための線図である。図１１（Ａ）には、浮体２４を備えないタンク１０のタンク端部（液面縁部）に生じる時々刻々の液面上下位置の変化が示されており、図１１（Ｂ）には、浮体２４を備えたタンク１０のタンク端部に生じる時々刻々の液面上下位置の変化が示されている。各図に示す液面上下位置は、有義波高５．９５ｍ、波の平均周期１０．１秒の不規則な波が船体に作用した状態に生じる液面上下位置の数値解析結果である。

【0065】

図１１（Ａ）に示すように、浮体２４を備えないタンク１０においては、スロッシングにより、液面上下位置η＝１５ｍ以上の液体振動が発生し、タンク１０内の液体がタンク天井面１４に衝突する現象が発生する。これに対し、浮体２４を備えたタンク１０においては、浮体２４がスロッシングを効果的に防止するので、そのような過大な液体振動は、図１１（Ｂ）に示すように発生しない。

【0066】

図１２は、横揺れ中心Ｃの高さＺｃの変化と、前述した最大波振幅ηmaxとの関係を示す線図である。

【0067】

横揺れ中心Ｃの高さＺｃを幅方向中心位置（Ｘｃ＝Ｗ／２）においてＺｃ＝２０ｍ、１０ｍ、５ｍに設定変更した場合、横揺れ中心Ｃを下方に設定変更するにつれて、０．２０Ｈｚ近傍の最大波振幅ηmaxが大きく増大する。他方、０．１０Ｈｚ近傍においても、横揺れ中心Ｃを下方に設定変更するにつれて、最大波振幅ηmaxが増大する現象が発生する。この現象は、浮体２４によってタンク内領域がＵ字管形態に変形したことによりＵ字管振動が発生したことに起因すると考えられる。このようなＵ字管振動は、比較的長時間に亘って同一又は同等条件の加振を持続することによって発生する現象であるので、Ｕ字管振動が発生する可能性は比較的低い。仮にＵ字管振動が発生したとしても、図１２に示されるように、０．１０Ｈｚ近傍の周波数域において生じる振動は比較的小さく、従って、浮体２４を設けることによっては、有害なＵ字管振動が発生する虞はないと考えられる。

【0068】

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。

【0069】

例えば、上記実施形態においては、タンク１０内に３体の浮体２４を直線状に整列配置したが、２体又は４体以上の浮体２４をタンク１０内に直線状に整列配置しても良い。

【0070】

また、上記実施形態においては、単一の浮体列をタンク１０の中心軸線Ｘ−Ｘ上に配置し、液面ＬＬを左右均等に分割したが、２以上の浮体列をタンク１０内に配置しても良く、或いは、液面ＬＬを不均等に分割することも可能である。

【0071】

更に、上記実施形態においては、一対の鉛直支柱２３によって各浮体２４を支持する構成を採用したが、３本以上の鉛直支柱２３によって各浮体２４を支持しても良い。

【0072】

また、浮体２４は、必ずしも厳密に直線上又は一直線に整列配置されなくとも良く、例えば、若干ずれた状態の浮体配列（千鳥配列等）を採用しても良い。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は、液体貨物運搬船又は浮体式海洋設備のメンブレン式液体格納タンクに好ましく適用し得るものである。本発明のスロッシング防止技術は、半載状態で液体貨物を貯留し又は輸送することが困難であると従来より認識されてきた大型のＬＮＧ船又はＦＬＮＧ施設において好ましく使用することができる。本発明は、このような大型ＬＮＧ船又はＦＬＮＧ施設が半載状態で液体貨物を貯留し又は輸送するのを可能にするので、その実用的効果は顕著である。また、本発明のスロッシング防止装置は、任意の液体貨物を搭載する船舶のタンクに適用することができる。

【符号の説明】

【0074】

１ ＬＮＧ船（液化天然ガス運搬船）
１０ ＬＮＧ格納タンク
２０ スロッシング防止装置
２１、２２ 基部
２３ 鉛直支柱
２４ 浮体
Ｄ 喫水量
ＬＬ 液面（自由液面）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】