特許 6368217 地下タンク用ヒータ設備

(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】6368217

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】地下タンク用ヒータ設備

(51)【国際特許分類】

   E02D 29/05 20060101AFI20180723BHJP

   F17C 13/10 20060101ALI20180723BHJP

   E04H 7/18 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   E02D29/05 A

   F17C13/10 302A

   E04H7/18 Z

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-206612(P2014-206612)

(22)【出願日】2014年10月7日

(65)【公開番号】特開2016-75093(P2016-75093A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2017年5月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100167025

【弁理士】

【氏名又は名称】池本 理絵

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100136227

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 玲子

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100154298

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 恭子

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100161001

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 篤司

(74)【代理人】

【識別番号】100179154

【弁理士】

【氏名又は名称】児玉 真衣

(72)【発明者】

【氏名】田口 勝則

【審査官】 石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５４−１７７６１６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６４−００６５００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０７−２５９３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１５８７１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ２９／０５

Ｆ１７Ｃ １３／１０

Ｅ０４Ｈ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

低温液化ガスを貯蔵する地下タンクの外周部を囲んで地盤に埋設される複数の側部ヒータを備え、地盤の凍結範囲を制御可能な地下タンク用ヒータ設備であって、
前記側部ヒータは、１本の保護管内に、ヒータ液を循環させる高温ヒータ管と、冷却液を循環させる低温ヒータ管とを有し、
前記高温ヒータ管及び前記低温ヒータ管は、
上下方向に延在して、液が上部から流入し、下部から流出する内管と、
前記内管を包囲し、前記内管の下部から流出する液を通流させて、上部から排出させる外管と、
を含んで構成され、
前記側部ヒータは、また、上下方向の一部に、他部に比べ地下タンク側の地盤への伝熱量が増大するように、他部とは少なくとも前記外管の形状を異ならせた部位を有し、
前記外管の形状を異ならせた部位は、前記高温ヒータ管に比べ前記低温ヒータ管を短く形成して、前記低温ヒータ管が存在しないようにした前記側部ヒータの下端側の部位であることを特徴とする、地下タンク用ヒータ設備。

【請求項2】

低温液化ガスを貯蔵する地下タンクの外周部を囲んで地盤に埋設される複数の側部ヒータを備え、地盤の凍結範囲を制御可能な地下タンク用ヒータ設備であって、
前記側部ヒータは、ヒータ液を循環させる高温側部ヒータと、冷却液を循環させる低温側部ヒータとがあり、これらが周方向に交互に設置され、
前記高温側部ヒータ及び前記低温側部ヒータは、
上下方向に延在して、液が上部から流入し、下部から流出する内管と、
前記内管を包囲し、前記内管の下部から流出する液を通流させて、上部から排出させる外管と、
を含んで構成され、
前記側部ヒータは、また、上下方向の一部に、他部に比べ地下タンク側の地盤への伝熱量が増大するように、他部とは少なくとも前記外管の形状を異ならせた部位を有し、
前記外管の形状を異ならせた部位は、前記高温側部ヒータに比べ前記低温側部ヒータを短く形成して、前記低温側部ヒータが存在しないようにした前記側部ヒータの下端側の部位であることを特徴とする、地下タンク用ヒータ設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の低温液化ガスを貯蔵する地下タンクの外周部を囲んで地盤の凍結範囲を制御する地下タンク用ヒータ設備に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に示されているように、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の低温液化ガスを貯蔵する地下タンクの外周側の地盤には、凍結範囲（凍結線の位置）を規制するため、ヒータ設備が設けられる。
かかるヒータ設備は、地下タンクの外周部を囲んで、周方向に所定の間隔で、地盤に縦方向に埋設される複数の側部ヒータを備えている。

【0003】

特許文献１の側部ヒータは、上下方向に延在して、ヒータ液が上部から流入し、下部から流出する内管と、この内管を包囲し、内管の下部から流出するヒータ液を通流させて、上部から排出させる外管と、この外管を包囲し、外管との間に熱伝導用の中詰め材（水等の液体）が充填される保護管（充填管）とを含んで構成される。

【0004】

かかる側部ヒータでは、ヒータ液（一般に温水）は、内管にその上部から流入し、内管内を下向きに流れ、下部から外管の底部に流出する。ヒータ液は、更に、外管と内管との間を上向きに流れ、外管の上部から排出される。このような循環により、外管の表面温度は全長に亘って一定に維持され、側部ヒータの全深度に亘って、外管の表面からヒータ液の熱が地盤に伝導される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−０４７５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、タンク各部の保冷材や地盤各部の土の物性値によって、熱の伝導が異なることから、側部ヒータから全深度に亘って均等に熱を供給しても、凍結線を所望の位置に維持することが困難となる場合がある。

【0007】

このため、熱の伝導が悪いと考えられる箇所や熱の追加的供給が必要な箇所などを十分に加熱できるように、局部的に加熱量を変化させることが求められる。
前記特許文献１では、保護管（充填管）内を軸方向に複数の充填領域に区分し、各充填領域内の充填物（水）の充填・排出を制御可能とすることで、熱伝導率を軸方向に変化させ得るようにしている。しかし、構造的に複雑で、コストアップ要因となる。

【0008】

本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、加熱量を深度方向に変化させることができる地下タンク用ヒータ設備を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る地下タンク用ヒータ設備は、低温液化ガスを貯蔵する地下タンクの外周部を囲んで地盤に埋設される複数の側部ヒータを備える。各側部ヒータは、上下方向に延在して、ヒータ液が上部から流入し、下部から流出する内管と、この内管を包囲し、内管の下部から流出するヒータ液を通流させて、上部から排出させる外管と、を含んで構成される。
ここにおいて、前記複数の側部ヒータのうち、少なくとも一部の側部ヒータは、上下方向の一部に、他部に比べ地下タンク側の地盤への伝熱量が増大するように、他部とは少なくとも前記外管の形状を異ならせた部位を有する構成とする。

【0010】

前記形状を異ならせた部位は、前記外管の径を局部的に拡径してなる拡径部、あるいは、前記外管を前記内管と共に局部的に屈曲させて地下タンクに接近させた屈曲部であるとよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、外管の形状を深度方向で異ならせるという簡単な構造で、局部的に加熱量を変化させて、凍結線を所望の位置に維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態を示す地下タンク用ヒータ設備の縦断面図

【図2】同上の地下タンク用ヒータ設備の平面図

【図3】拡径部を異なる位置に設けた例を示す縦断面図

【図4】本発明の他の実施形態を示す地下タンク用ヒータ設備の縦断面図

【図5】参考例１を示す縦断面図

【図6】参考例２を示す縦断面図

【図7】参考例３を示す平面図

【図8】図７のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す地下タンク用ヒータ設備の縦断面図、図２は同上の地下タンク用ヒータ設備の平面図である。

【0014】

地下タンク１は、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の低温液化ガスを貯蔵するコンクリート製の円筒状のタンクで、地中に埋設されている。
そして、地下タンク１の外周側の地盤２に、凍結範囲を規制するため、ヒータ設備３が設けられる。

【0015】

ヒータ設備３は、地下タンク１の外周部を囲んで、周方向に所定の間隔で、地盤２に縦方向に埋設される複数の側部ヒータ４を備えている。
側部ヒータ４は、内管５と、外管６と、保護管７との三重管構造で、予め地盤２にボーリングにより形成した孔に挿入されて、上下方向（深度方向）に延在している。

【0016】

内管５は、その上部にヒータ液（一般に２０〜６０℃程度の温水）の供給源である環状の供給側ヘッダー管１１からの分配用の配管１２が接続され、下部が開口端をなしている。従って、内管５は、上下方向に延在して、ヒータ液が上部から流入し、管内の流路を下方向に流れて、下部から流出する。

【0017】

外管６は、内管５を包囲して、内管５との間に環状断面の流路を形成する。外管６はまた、下部が閉塞端をなし、上部は戻し用の配管１３を介して、ヒータ液の戻り側である環状の戻り側ヘッダー管１４に接続されている。従って、外管６は、内管５を包囲し、内管５の下部から流出するヒータ液を通流させて、上部から排出させる。

【0018】

保護管７は、外管６を包囲して、外管６との間に環状断面の充填空間を形成する。この充填空間には、土相当以上の熱伝導率を有する砂、セメントベントナイトあるいは金属片などの熱伝導用の中詰め材８が充填される。従って、保護管７は、外管６を包囲し、外管６との間に熱伝導用の中詰め材８が充填される。
尚、本実施形態では、側部ヒータ４は、内管５と、外管６と、保護管７との三重管構造としたが、保護管７が省略される場合もある。この場合は、地盤に形成した立孔に内管５と外管６とからなる側部ヒータ４を挿入し、立孔と側部ヒータ４との間の空隙に熱伝導用の中詰め材８を充填する。

【0019】

かかる側部ヒータ４においては、供給側ヘッダー管１１から配管１２を介して供給されるヒータ液は、内管５にその上部から流入し、内管５内を下向きに流れ、下部から外管６の底部に流出する。ヒータ液は、更に、外管６と内管５との間を上向きに流れて、外管６の上部から排出され、配管１３を介して戻り側ヘッダー管１４へ戻る。

【0020】

戻り側ヘッダー管１４と供給側ヘッダー管１１とは、加熱槽（図示せず）を介して、つながっている。従って、戻り側ヘッダー管１４に戻されたヒータ液は、加熱槽にて加熱された後に、供給側ヘッダー管１１へ戻される。これにより、ヒータ液は、内管５及び外管６を流れることで、温度低下するが、再加熱されることで、供給側ヘッダー管１１内のヒータ液の温度は一定に保持される。

【0021】

また、供給側ヘッダー管１１でのヒータ液の温度Ｔ１と戻り側ヘッダー管１４でのヒータ液の温度Ｔ２とを監視し、これらの温度差ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２が常に一定（例えば２℃）となるように、ポンプ（図示せず）によるヒータ液の循環流量を制御するようになっている。

【0022】

このような循環により、外管６の表面温度は全長に亘って一定に維持され、側部ヒータ４の全深度に亘って、外管６の表面からヒータ液の熱が保護管７内の熱伝導用の中詰め材８を介して地盤に伝導される。これにより、凍結線が制御される。

【0023】

ここにおいて、ヒータ設備３を構成する複数の側部ヒータ４のうち、少なくとも一部の側部ヒータ４Ａは、上下方向の一部、特に下端部に、他部とは外管６の形状を異ならせた部位、具体的には、外管６の径を局部的に拡径してなる拡径部２０を有する構成としてある。

【0024】

このように側部ヒータ４Ａの一部に拡径部２０を設けることで、他部に比べ地下タンク１側の地盤２への伝熱量を増大させることができ、地下タンク１と側部ヒータ４Ａとの間の地盤をより積極的に加熱し、凍結線を一定の範囲内に制御できる。

【0025】

拡径部２０による局部的ヒータ効果（伝熱量増大効果）を出すためには、拡径部２０の径の設定のみならず、全体流量を適切に設定することが重要であり、これらは熱解析によって求めるのが望ましい。

【0026】

尚、図１の実施形態では、外管６の径を局部的に拡径してなる拡径部２０を外管６の下端部側に設けたが、これは一例で、これに限るものでないことは言うまでもない。すなわち、拡径部２０は、熱の伝導が悪いと考えられる箇所や熱の追加的供給が必要な箇所などを十分に加熱できるように、上下方向の適宜の箇所に設けることができる。例えば図３の変形例に示す拡径部２０のごとくである。また、拡径部２０は、図１の位置と図３の位置の両方に設けるなど、複数箇所に設けてもよい。

【0027】

図４は本発明の他の実施形態を示す地下タンク用ヒータ設備の縦断面図である。
本実施形態においては、ヒータ設備３を構成する複数の側部ヒータ４のうち、少なくとも一部の側部ヒータ４Ｂは、上下方向の一部、特に下端部に、他部とは外管６（及び内管５）の形状を異ならせた部位、具体的には、外管６を内管５と共に局部的に屈曲させて地下タンク１側に接近させた屈曲部３０を有する構成としてある。
尚、本実施形態では、外管６及び内管５の他、保護管７も同様に屈曲させてあり、側部ヒータ４Ｂについて、その下端部を斜めに屈曲させて地下タンク１側に接近させている。

【0028】

このように側部ヒータ４Ｂの下端部側に地下タンク１側への屈曲部３０を設けることで、他部（上端部及び中間部）に比べ地下タンク１側の地盤２への伝熱量を増大させることができ、地下タンク１の底部と外周部との間の角部付近の地盤をより積極的に加熱し、凍結線を一定の範囲内に制御できる。

【0029】

屈曲部３０を有する側部ヒータ４Ｂの挿入用のボーリング孔は、曲がりボーリングの手法を用いて形成可能である。側部ヒータ４Ｂについては、屈曲部３０をフレキシブルパイプにより構成することで、ストレートな状態で挿入し、曲がり部に達したところで曲がり孔に沿って屈曲させればよい。

【0030】

尚、上記の実施形態では、ヒータ設備３を構成する複数のヒータ４のうち、少なくとも一部の側部ヒータについて、拡径部２０を有する側部ヒータ４Ａ、又は、屈曲部３０を有する側部ヒータ４Ｂとする旨、説明した。
これは、地下タンク１の外周側に周方向に等間隔で複数の側部ヒータ４を備える既存のヒータ設備３に対し、後付けで、拡径部２０を有する側部ヒータ４Ａ、又は、屈曲部３０を有する側部ヒータ４Ｂを設置してもよいことを意味する。

【0031】

従って、既存のヒータ設備３の適宜の側部ヒータ４、４間に、側部ヒータ４Ａ又は４Ｂを追加的に設置してもよい。あるいは、既存のヒータ設備３の側部ヒータ４（の設置円）より内側又は外側の同心円上に等間隔で並べて設置してもよい。
また、既存のヒータ設備３の適宜の側部ヒータ４を抜き取り、抜き取った箇所に側部ヒータ４Ａ又は４Ｂを設置するようにしてもよい。すなわち、一部交換方式としてもよい。
また、新規にヒータ設備３を構築する場合などは、ヒータ設備３を構成する複数のヒータの全てを、拡径部２０を有する側部ヒータ４Ａ、又は、屈曲部３０を有する側部ヒータ４Ｂとしてもよい。

【0032】

尚、上記の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

【0033】

以下に参考例について説明する。
図５は参考例１を示す縦断面図である。
本参考例１では、ヒータ設備３を構成する複数の側部ヒータ４のうち、少なくとも一部の側部ヒータ４Ｃは、凍結線を制御したい範囲の中詰め材を高熱伝導率の中詰め材により構成してある。具体的には、保護管７内の下端部側にのみ高熱伝導率の中詰め材８を充填し、他の部位（上端部及び中間部側）は非充填部（空気層）８０としてある。この場合の中詰め材８としては、金属片、金属粒子などが好適である。尚、保護管７内の上端部及び中間部側に低熱伝導率の（言い換えれば断熱性を有する）中詰め材を充填するようにしてもよい。

【0034】

このように側部ヒータ４Ｃの一部にのみ、保護管７内に高熱伝導率の中詰め材８を充填することで、他部に比べ地下タンク１側の地盤２への伝熱量を増大させることができ、地下タンク１と側部ヒータ４Ｃとの間の地盤をより積極的に加熱し、凍結線を一定の範囲内に制御できる。

【0035】

図６は参考例２を示す縦断面図である。
本参考例２では、ヒータ設備３を構成する複数の側部ヒータ４のうち、少なくとも一部の側部ヒータ４Ｄは、１本の保護管７内に、ヒータ液（温水）を循環させる高温ヒータ管４０Ｈと、冷却液（常温又はこれより低温の液体）を循環させる低温ヒータ管４０Ｌとを有し、高温ヒータ管４０Ｈに比べ低温ヒータ管４０Ｌを短く形成してある。

【0036】

高温ヒータ管４０Ｈは、内管５と、外管６との二重管構造である。
内管５は、その上部にヒータ液の供給源からの分配用の配管１２Ｈが接続され、下部が開口端をなしている。従って、内管５は、上下方向に延在して、ヒータ液が上部から流入し、管内の流路を下方向に流れて、下部から流出する。
外管６は、内管５を包囲して、内管５との間に環状断面の流路を形成する。外管６はまた、下部が閉塞端をなし、上部は戻し用の配管１３Ｈを介して、ヒータ液の戻り側に接続されている。従って、外管６は、内管５を包囲し、内管５の下部から流出するヒータ液を通流させて、上部から排出させる。

【0037】

低温ヒータ管４０Ｌは、高温ヒータ管４０Ｈと同様、内管５と外管６との二重管構造である。異なる点は、高温ヒータ管４０Ｌより短い（低深度である）点と、冷却液が循環する点とである。冷却液が循環する点に関しては、内管５には冷却液の供給源からの分配用の配管１２Ｌが接続され、外管６は戻り用の配管１３Ｌを介して冷却液の戻り側に接続されている。

【0038】

高温ヒータ管４０Ｈ及び低温ヒータ管４０Ｌは、１本の保護管７内に並べて挿入され、保護管７内の空隙には、熱伝導用の中詰め材８が充填されている。本例では、低温ヒータ管４０Ｌの方を地下タンク１側に配置してある。

【0039】

上記のように、本参考例２は、低温液化ガスを貯蔵する地下タンク１の外周部を囲んで地盤２に縦方向に埋設される複数の側部ヒータ４を備え、地盤２の凍結範囲を制御可能な地下タンク用ヒータ設備であって、前記複数の側部ヒータ４のうち、少なくとも一部の側部ヒータ４Ｄは、ヒータ液を循環させる高温ヒータ管４０Ｈと、冷却液を循環させる低温ヒータ管４０Ｌとを含んで構成され、前記低温ヒータ管４０Ｌは、前記高温ヒータ管４０Ｈより短いことを特徴としている。

【0040】

本参考例２によれば、側部ヒータ４Ｄの上端部及び中間部側では、高温ヒータ管４０Ｈからの伝熱を低温ヒータ管４０Ｌが弱めるように機能するので、地下タンク１側への伝熱量は小となる。これに対し、側部ヒータ４Ｄの下端部側では、低温ヒータ管４０Ｌが存在せず、高温ヒータ管４０Ｈからの熱がそのまま伝わるので、地下タンク１側への伝熱量が大となる。
従って、側部ヒータ４Ｄの下端部側からの伝熱量を他部に比べ増大させることができ、地下タンク１と側部ヒータ４Ｄとの間の地盤をより積極的に加熱し、凍結線を一定の範囲内に制御できる。

【0041】

図７は参考例３を示す平面図、図８は図７のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図である。
本参考例３では、地下タンク１の外周側に、高温側部ヒータ４Ｈと低温側部ヒータ４Ｌとを周方向に交互に設置している。ここで、高温側部ヒータ４Ｈに比べ低温側部ヒータ４Ｌは短い。

【0042】

高温側部ヒータ４Ｈは、内管５と外管６と保護管７との三重管構造で、ヒータ液（温水）が供給される。
低温側部ヒータ４Ｌは、同様に、内管５と外管６と保護管７との三重管構造で、冷却液（常温又はこれより低温の液体）が供給される。

【0043】

上記のように、本参考例３は、低温液化ガスを貯蔵する地下タンク１の外周部を囲んで地盤２に縦方向に埋設される複数の側部ヒータ４を備え、地盤２の凍結範囲を制御可能な地下タンク用ヒータ設備であって、前記側部ヒータ４として、ヒータ液を循環させる高温側部ヒータ４Ｈと、冷却液を循環させる低温側部ヒータ４Ｌとを備え、前記低温側部ヒータ４Ｌは、前記高温側部ヒータ４Ｈより短く、前記高温側部ヒータ４Ｈ及び前記低温側部ヒータ４Ｌは、周方向に交互に配置されることを特徴としている。

【0044】

本参考例３によれば、地下タンク１の深度方向で、上端部及び中間部に相対する部位には、高温側部ヒータ４Ｈと低温側部ヒータ４Ｌとから伝熱がなされる。従って、高温側部ヒータ４Ｈからの伝熱を低温側部ヒータ４Ｌが弱めるように機能するので、地下タンク１側への伝熱量は小となる。これに対し、下端部に相対する部位には、低温側部ヒータ４Ｌがないので、高温側部ヒータ４Ｈのみから伝熱がなされる。従って、高温側部ヒータ４Ｈからの熱がそのまま伝わるので、地下タンク１側への伝熱量が大となる。
従って、地下タンク１の下端部側への伝熱量を他部に比べ増大させることができ、地下タンク１と側部ヒータ４Ｈ、４Ｌとの間の地盤をより積極的に加熱し、凍結線を一定の範囲内に制御できる。

【符号の説明】

【0045】

１ 地下タンク
２ 地盤
３ ヒータ設備
４、４Ａ、４Ｂ 側部ヒータ
５ 内管
６ 外管
７ 保護管
８ 熱伝導用の中詰め材
１１ 供給側ヘッダー管
１２ 分配用の配管
１３ 戻り用の配管
１４ 戻り側ヘッダー管
２０ 外管の拡径部
３０ 屈曲部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】