CN106104138A

CN106104138A - 压力容器

Info

Publication number: CN106104138A
Application number: CN201580012791.2A
Authority: CN
Inventors: 片冈保人; 平田和也; 萩原亮任
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-11-09
Also published as: WO2015156048A1; JP2015200372A; JP6276098B2; KR102148893B1; KR20160129884A

Abstract

本发明提供一种压力容器，其具备：能够收容高压气体的长方体形状的容器主体(10)；以及在容器主体(10)内设置的平板状的隔壁(50)。隔壁(50)与容器主体(10)内连接，以便与容器主体(10)一并形成具有长方体形状的作为中间冷却器的第一室(10a)，并且与容器主体(10)一并形成具有长方体形状的作为后冷却器的第二室(10b)。

Description

压力容器

技术领域

本发明涉及在用于冷却高压气体的气体冷却器等中使用的压力容器。

背景技术

以往，已知有用于冷却高压气体的压力容器(气体冷却器)。为了有效利用设置空间，有时将压力容器形成为长方体形状。例如，在专利文献1中公开了具备具有长方体形状的中间冷却器和具有长方体形状的后冷却器的压缩机。中间冷却器是用于冷却由第一压缩机压缩后的气体的压力容器。后冷却器是用于冷却在从中间冷却器流出后由第二压缩机进一步压缩后的气体的压力容器。中间冷却器以及后冷却器以相互邻接的状态配置在封装内。

专利文献1所记载的压缩机具有两个长方体形状的压力容器(中间冷却器以及后冷却器)。这些压力容器以相互邻接的方式配置，但在封装内需要用于配置双方的压力容器的空间。另外，这些压力容器需要分别单独地设计。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-155617号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够兼顾设置空间的减小和简单的设计这两者的压力容器。

根据本发明的一方面的压力容器具备能够收容高压气体的长方体形状的容器主体、以及在所述容器主体内设置的平板状的隔壁，所述隔壁与所述容器主体内连接，以使得所述隔壁与所述容器主体一并形成具有长方体形状的作为中间冷却器的第一室，并且所述隔壁与所述容器主体一并形成具有长方体形状的作为后冷却器的第二室。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的压力容器的立体图。

图2是图1的压力容器的剖面立体图。

图3是示出在图1的压力容器内收容有热交换器的状态的剖面立体图。

图4是具备图1的压力容器的压缩装置的简要图。

图5是示出容器主体的宽度尺寸相对于高度尺寸之比与最大应力之间的关系的图表。

具体实施方式

参照图1～图5对本发明的优选实施方式进行说明。

如图1～图3所示，本实施方式的压力容器具备：能够收容高压气体的长方体形状的容器主体10；以及在该容器主体10内设置的平板状的隔壁50。隔壁50与容器主体10一体成形。该隔壁50以将容器主体10内的空间二等分的方式设置在容器主体10内。具体而言，隔壁50设置在容器主体10内，以便与容器主体10一起形成具有长方体形状的第一室10a，并且与容器主体10一起形成具有长方体形状的第二室10b。本压力容器例如通过铸造来成形。

如图4所示，本实施方式的压力容器在具备第一压缩机101以及第二压缩机102的压缩装置中使用。具体而言，本压力容器的第一室10a被用作用于冷却由第一压缩机101压缩后的高压气体的中间冷却器。第二室10b被用作用于冷却在从第一室10a(中间冷却器)流出之后由第二压缩机102进一步压缩后的高压气体的后冷却器。需要说明的是，在图1～图3中，分别省略用于将从压缩机喷出的高压气体向各室10a、10b内导入的导入部的图示、以及用于将高压气体从各室10a、10b内向外部导出的导出部的图示。另外，第一压缩机101以及第二压缩机102经由齿轮而与马达103连接。

以下，对本实施方式的压力容器进行详细说明。

如图1～图3所示，容器主体10具有长方形的上壁20、与上壁20对置的长方形的底壁30、以及四方筒状的周壁40。在本实施方式中，作为中间冷却器的第一室10a的体积和作为后冷却器的第二室10b的体积实质上彼此相等，因此与作用于第一室10a的内压相比，作用于第二室10b的内压更高。其中，各壁20、30、40的壁厚被设定为全部相同。具体而言，各壁20、30、40的壁厚被设定为具有能够承受作用于第二室10b的内压的刚度。

上壁20形成为平板状。在本实施方式中，上壁20形成为在一方向上较长的矩形。需要说明的是，在以下的说明中，将上壁20的长度方向设为X轴方向，将上壁20和底壁30的排列方向设为Z轴方向，将与X轴方向以及Z轴方向这两者正交的方向设为Y轴方向。

底壁30形成为平板状。底壁30形成为在一方向(X轴方向)上较长的矩形。

周壁40将上壁20的周缘和底壁30的周缘连接起来。周壁40与上壁20的边界以及周壁40与底壁30的边界分别以朝向外侧凸出的方式弯曲。换句话说，容器主体10的各边以及各顶点分别形成为以朝向外侧凸出的方式弯曲的形状。在本实施方式中，将该容器主体10的形状称作长方体形状。

周壁40具有：具有与上壁20以及底壁30一体相连的形状的周壁主体42；能够相对于该周壁主体42装卸的盖壁48。需要说明的是，图1示出将盖壁48的一部分切断后的状态。

周壁主体42具有：相互对置的平板状的一对第一对置壁44；以与各第一对置壁44正交的姿态相互对置的平板状的一对第二对置壁46。在本实施方式中，各第一对置壁44形成为在与上壁20以及底壁30的长度方向相同的方向(X轴方向)上较长的矩形。各第二对置壁46形成为在与第一对置壁44正交的方向(Y轴方向)上较长的矩形。各第二对置壁46的宽度方向(Y轴方向)的两端分别与第一对置壁44连接。各第二对置壁46具有将该第二对置壁46沿其厚度方向(X轴方向)贯穿的第一开口46a以及第二开口46b。各开口46a、46b设置为在与一对第一对置壁44的排列方向相同的方向(Y轴方向)上相互邻接。

盖壁48具有闭塞第一开口46a以及第二开口46b的形状。盖壁48以堵塞第一开口46a以及第二开口46b的姿态通过螺栓等紧固件而固定于第二对置壁46。

隔壁50形成为平板状。隔壁50以与上壁20及底壁30正交的姿态与上壁20的内表面以及底壁30的内表面连接。该隔壁50以与一对第一对置壁44平行且与一对第二对置壁46正交的姿态与各第二对置壁46中的、第一开口46a与第二开口46b之间的部位的内表面连接。在本实施方式中，隔壁50形成为在与上壁20以及底壁30的长度方向相同的方向(X轴方向)上较长的矩形。隔壁50的壁厚设定为与容器主体10的壁厚相同。但是，隔壁50的壁厚也可以设定为小于容器主体10的壁厚。利用该隔壁50，在容器主体10内形成有具有长方体形状的第一室10a(中间冷却器)和具有长方体形状的第二室10b(后冷却器)。

如图3所示，本压力容器的第一室10a以及第二室10b分别收容有用于冷却流入到各室10a、10b的高压气体的热交换器70。本实施方式的压力容器还具备支承热交换器70的支承部60。具体而言，支承部60具有：在一对第一对置壁44的内表面设置的外侧支承部62；以及在隔壁50的侧面设置的内侧支承部64。在本实施方式中，外侧支承部62与一对对置壁44一体成形，内侧支承部64与隔壁50一体成形。

外侧支承部62具有从各第一对置壁44的内表面朝向内侧(隔壁50侧)突出的形状。外侧支承部62具有沿着与各第一对置壁44的长度方向(X轴方向)平行的方向延伸的形状。在本实施方式中，外侧支承部62具有在与第二对置壁46正交的方向上以从各第一对置壁44的长度方向的一端至另一端的方式延伸的形状。外侧支承部62与各第一对置壁44的内表面中的、从底壁30向上壁20侧(上方)分离的部位连接。

内侧支承部64具有从隔壁50的各侧面朝向外侧(第一对置壁44侧)突出的形状。内侧支承部64具有沿着与外侧支承部62平行的方向延伸的形状。在本实施方式中，内侧支承部64具有在与第二对置壁46正交的方向上以从隔壁50的长度方向的一端至另一端的方式延伸的形状。内侧支承部64与隔壁50的侧面中的、从底壁30向上壁20侧(上方)分离的部位连接。在本实施方式中，内侧支承部64的相对于底壁30的高度位置设定为与外侧支承部62的相对于底壁30的高度位置相同。该内侧支承部64的从隔壁50的侧面突出的突出量比外侧支承部62的从第一对置壁44的内表面突出的突出量大。

如图3所示，外侧支承部62以及内侧支承部64具有能够支承该热交换器70的形状，以使得在该外侧支承部62以及内侧支承部64支承热交换器70的状态下，在该热交换器70的上方以及下方形成有空间。

接下来，对在本压力容器的各室10a、10b内收容热交换器70的步骤进行说明。

首先，在将盖壁48拆下的状态下，热交换器70穿过第一开口46a而以沿着该支承部62、64的长度方向(X轴方向)在各支承部62、64上滑动的方式被推入。由此，该热交换器70收容于第一室10a。同样，第二室10b也收容有热交换器70。

之后，将盖壁48安装于第二对置壁46。由此，以在第一室10a以及第二室10b内分别收容有热交换器70的状态将各室10a、10b封闭。

如以上说明那样，在本实施方式中，由于利用隔壁50在单一的容器主体10内形成有各自具有长方体形状的第一室10a(中间冷却器)以及第二室10b(后冷却器)，因此与像以往那样将具有长方体形状的两个压力容器邻接配置的情况相比，设置空间减小。此外，与像以往那样将两个压力容器分别独立设计的情况相比，压力容器的设计被简化。

另外，在本实施方式中，热交换器70被稳定地支承，并且一对第一对置壁44被加强。具体而言，外侧支承部62具有从一对第一对置壁44的内表面朝向隔壁50突出的形状，因此包括第一对置壁44和外侧支承部62在内的剖面的剖面系数变大。因此，第一对置壁44被加强。换言之，外侧支承部62兼具加强一对第一对置壁44的功能和支承热交换器70的功能这两者。

另外，在本实施方式中，外侧支承部62具有沿着与隔壁50平行的方向而以从一对第一对置壁44的一端至另一端的方式延伸的形状，内侧支承部64具有沿着与外侧支承部62平行的方向而以从隔壁50的一端至另一端的方式延伸的形状。因此，仅使热交换器70沿着外侧支承部62以及内侧支承部64滑动就能够将该热交换器70收容于各室10a、10b内。此外，利用外侧支承部62，一对第一对置壁44被进一步加强。

另外，在本实施方式中，如图3所示，外侧支承部62以及内侧支承部64具有能够支承该热交换器70的形状，以使得在该外侧支承部62以及内侧支承部64支承热交换器70的状态下，在该热交换器70的上方以及下方形成有空间。因此，通过将热交换器70支承于外侧支承部62以及内侧支承部64，在各室10a、10b内形成有例如从热交换器70的上方的空间朝向下方的空间的高压气体的流路。因此，能够实现流入到各室10a、10b内的高压气体的有效冷却。

当高压气体流入到该压力容器的各室10a、10b时，向上壁20、底壁30以及周壁40作用有使上述各壁分别向外侧膨胀的方向上的负载。其结果是，在上壁20与周壁40的边界以及底壁30与周壁40的边界产生最大的应力。

在此，当容器主体10的宽度尺寸W(Y轴方向的尺寸)相对于容器主体10的高度尺寸H(Z轴方向的尺寸)的比例W/H小于1.0时，与上壁20的面积以及底壁30的面积相比，周壁40的面积相对变大。因此，周壁40向外侧的变形量相对变大，因此在所述边界产生的应力也比较大。反之，当所述比例W/H大于3.3时，与周壁40的面积相比，上壁20的面积以及底壁30的面积相对变大。因此，上壁20以及底壁30朝向外侧的变形量相对变大，因此在所述边界产生的应力也比较大。

因而，在本实施方式中，所述比例W/H被设定为1.0～3.3的范围。如此一来，在所述边界产生的应力(在本压力容器中产生的最大应力)被抑制得较小。因此，能够减小压力容器的壁厚，由此能够减轻压力容器的重量。

此外，所述比例W/H更优选设定为1.75～2.5的范围内。如此一来，由于在所述边界产生的应力被抑制得更小，因此能够实现本压力容器的进一步轻型化。

而且，所述比例W/H更优选设定为2。如此一来，第一室10a以及第二室10b的与一对第二对置壁46平行的平面(YZ平面)处的剖面实质上均为正方形。换言之，在所述比例W/H为2时，向各壁作用有实质上均匀的负载，因此在本压力容器中产生的最大应力(在所述边界产生的应力)变得最小。因而，能够进一步减小压力容器的壁厚，由此能够进一步减轻压力容器的重量。

需要说明的是，本次公开的实施方式在全部点上均为例示，不应认为是限制性内容。本发明的范围并非由上述的实施方式的说明示出，而是由权利要求书示出，还包括与权利要求书均等的含义以及范围内的全部变更。

例如，在上述实施方式中，示出有上壁20以及底壁30为在与隔壁50平行的方向(X轴方向)上较长的长方形的例子，但上壁20以及底壁30也可以是在与隔壁50正交的方向(Y轴方向)上较长的长方形。

接下来，说明关于本实施方式的压力容器的实施例。

实施例

关于在对本压力容器作用有10MPa的内压时在该压力容器产生的最大应力，在所述比例W/H为0.75～4.0的范围内进行解析。图5示出其结果。需要说明的是，压力容器中的、产生最大应力的部位是上壁20与周壁40的边界以及底壁30与周壁40的边界。在本实施例中，容器主体10以及隔壁50的壁厚全部为27.5mm。

如图5所示，横轴为所述比例W/H，纵轴为最大应力，从而获得向下凸出的曲线。由该图5可以确认的是，在所述比例W/H设定为1.0～3.3的情况下，最大应力比较小。具体而言，在本实施例中，在所述比例W/H为1.0～3.3的范围内，最大应力成为400MPa以下。因此，在作为形成本压力容器的材料而使用FCD400的情况下，尤其优选将所述比例W/H设定为1.0～3.3。换言之，通过将所述比例W/H设定为1.0～3.3，由此压力容器所产生的最大应力被抑制在所述拉伸强度的400MPa以下，因此作为形成压力容器的材料，能够使用拉伸强度为400MPa的FDC400。

此外，由图5可知，所述比例W/H更优选设定在1.75～2.5的范围内。在该范围内，压力容器所产生的最大应力被抑制在320MPa以下。因此，能够实现各壁的薄壁化，由此能够减轻压力容器的重量。

另外，由图5可知，在所述比例W/H为2时，最大应力成为最小值314MPa。

在此，对上述实施方式进行总结。

本压力容器具备：能够收容高压气体的长方体形状的容器主体；以及在所述容器主体内设置的平板状的隔壁，所述隔壁与所述容器主体内连接，以便与所述容器主体一并形成具有长方体形状的作为中间冷却器的第一室，并且与所述容器主体一并形成具有长方体形状的作为后冷却器的第二室。

在本压力容器中，利用隔壁在单一的容器主体内形成有长方体形状的第一室(中间冷却器)以及第二室(后冷却器)，因此与像以往那样将分别具有长方体形状的两个压力容器邻接配置的情况相比，设置空间减小。此外，与像以往那样分别单独设计两个压力容器的情况相比，压力容器的设计被简化。

具体而言，优选的是，所述容器主体具有：长方形的上壁；与该上壁对置的长方形的底壁；以及将所述上壁的周缘和所述底壁的周缘连接起来的四方筒状的周壁，所述周壁具有：一对第一对置壁，以与所述上壁以及所述底壁正交的姿态相互对置；一对第二对置壁，与所述一对第一对置壁相连，以与所述上壁以及所述底壁正交且与所述一对第一对置壁正交的姿态相互对置，所述隔壁以与所述上壁以及所述底壁正交的姿态与所述上壁的内表面以及所述底壁的内表面连接，并且以与所述一对第一对置壁平行且与所述一对第二对置壁正交的姿态与所述一对第二对置壁的内表面连接。

这样的话，由于在将底壁载置于水平面上时各室沿水平方向排列，因此有利于压力容器的设置空间受到高度方向的限制的情况。

在该情况下，优选的是，所述第二对置壁的与所述隔壁正交的方向上的宽度尺寸相对于所述周壁的高度尺寸的比例为1.0～3.3。

这样的话，在因高压气体流入第一室以及第二室而使内压作用于压力容器时，在该压力容器中产生的最大应力比较小。具体而言，当高压气体流入本压力容器的各室时，向上壁、底壁以及周壁作用有使上述各壁分别向外侧膨胀的方向上的负载。其结果是，在上壁与周壁的边界以及底壁与周壁的边界产生最大的应力。在该压力容器中，当所述比例小于1.0时，由于周壁的面积相对于上壁的面积以及底壁的面积而相对变大，因此该周壁向外侧的变形量相对变大。如此一来，在所述边界产生的应力比较大。反之，当所述比例大于3.3时，由于上壁的面积以及底壁的面积相对于周壁的面积而相对变大，因此该上壁以及底壁向外侧的变形量相对变大。该情况下，在所述边界产生的应力也比较大。在本压力容器中，由于所述比例被设定为1.0～3.3，因此在所述边界产生的应力(在本压力容器产生的最大应力)被抑制得比较小。因此，能够减小压力容器的壁厚，由此能够减轻压力容器的重量。

此外，在该情况下，所述比例优选为1.75～2.2。

这样的话，在所述边界产生的最大应力进一步变小，因此能够实现本压力容器的进一步的轻型化。

更具体来说，所述比例优选为2。

这样的话，第一室以及第二室的与一对第二对置壁平行的平面处的剖面实质上均为正方形。换言之，在所述比例为2时，向各壁作用实质上均匀的负载，因此在本压力容器产生的最大应力(在所述边界产生的应力)变为最小。因而，能够减小压力容器的壁厚，由此能够减轻压力容器的重量。

另外，在本压力容器中，优选的是，所述压力容器还具有支承部，该支承部能够支承在所述第一室内以及所述第二室内用于冷却所述高压气体的热交换器，所述支承部具有：从所述一对第一对置壁的内表面朝向所述隔壁突出的外侧支承部；以及从所述隔壁的侧面朝向所述一对第一对置壁突出的内侧支承部。

这样的话，热交换器被稳定地支承，并且一对第一对置壁被加强。具体而言，外侧支承部具有从一对第一对置壁的内表面朝向隔壁突出的形状，因此包括第一对置壁和外侧支承部在内的剖面的剖面系数变大。因而，第一对置壁被加强。换言之，外侧支承部兼具加强一对第一对置壁的功能和支承热交换器的功能这两者。

具体而言，优选的是，所述外侧支承部具有沿着与所述隔壁平行的方向而以从所述一对第一对置壁的一端到另一端的方式延伸的形状，所述内侧支承部具有沿着与所述外侧支承部平行的方向而以从所述隔壁的一端到另一端的方式延伸的形状。

这样的话，仅使热交换器沿着外侧支承部以及内侧支承部滑动，就能够将该热交换器收容于各室。此外，外侧支承部具有以从一对第一对置壁的一端至另一端的方式延伸的形状，因此一对第一对置壁被进一步加强。

另外，优选的是，所述外侧支承部以及所述内侧支承部具有能够支承该热交换器的形状，以便在该外侧支承部以及该内侧支承部支承所述热交换器的状态下，在该热交换器的上方以及下方形成空间。

这样的话，通过在外侧支承部以及内侧支承部上支承热交换器，在各室内形成有例如从热交换器的上方的空间朝向下方的空间的高压气体的流路。因而，高压气体被有效地冷却。

Claims

1.一种压力容器，其中，

所述压力容器具备：

长方体形状的容器主体，其能够收容高压气体；以及

平板状的隔壁，其设置在所述容器主体内，

所述隔壁与所述容器主体内连接，以使得所述隔壁与所述容器主体一并形成具有长方体形状的作为中间冷却器的第一室，并且所述隔壁与所述容器主体一并形成具有长方体形状的作为后冷却器的第二室。

2.根据权利要求1所述的压力容器，其中，

所述容器主体具有：长方形的上壁；与该上壁对置的长方形的底壁；以及将所述上壁的周缘和所述底壁的周缘连接起来的四方筒状的周壁，

所述周壁具有：一对第一对置壁，它们以与所述上壁以及所述底壁正交的姿态相互对置；以及一对第二对置壁，它们与所述一对第一对置壁相连，以与所述上壁以及所述底壁正交且与所述一对第一对置壁正交的姿态相互对置，

所述隔壁以与所述上壁以及所述底壁正交的姿态与所述上壁的内表面以及所述底壁的内表面连接，并且以与所述一对第一对置壁平行且与所述一对第二对置壁正交的姿态与所述一对第二对置壁的内表面连接。

3.根据权利要求2所述的压力容器，其中，

所述第二对置壁的与所述隔壁正交的方向上的宽度尺寸相对于所述周壁的高度尺寸的比例为1.0～3.3。

4.根据权利要求3所述的压力容器，其中，

所述比例为1.75～2.2。

5.根据权利要求4所述的压力容器，其中，

所述比例为2。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的压力容器，其中，

所述压力容器还具有支承部，该支承部能够支承用于在所述第一室内以及所述第二室内冷却所述高压气体的热交换器，

所述支承部具有：外侧支承部，其从所述一对第一对置壁的内表面朝向所述隔壁突出；以及内侧支承部，其从所述隔壁的侧面朝向所述一对第一对置壁突出。

7.根据权利要求6所述的压力容器，其中，

所述外侧支承部具有沿着与所述隔壁平行的方向而以从所述一对第一对置壁的一端到另一端的方式延伸的形状，

所述内侧支承部具有沿着与所述外侧支承部平行的方向而以从所述隔壁的一端到另一端的方式延伸的形状。

8.根据权利要求6所述的压力容器，其中，

所述外侧支承部以及所述内侧支承部具有能够支承所述热交换器的形状，以使得在该外侧支承部以及该内侧支承部支承着该热交换器的状态下，在该热交换器的上方以及下方形成空间。