JP2002516172A - 高圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、円筒状高圧容器（３）とこの容器に軸方向の圧力を加えるためのプレストレス付与手段とを有する高圧装置（１）に関する。容器（３）は、周囲方向に向けられかつエポキシ樹脂又はポリウレタンのマトリックスに埋められたガラス繊維、炭素繊維又はアラミド繊維のような複合材料の複数層から形成することができる。圧力容器（３）に軸方向のプレストレスを加えることにより、接線方向の応力が、高圧容器（３）の壁厚にわたってより一様に分布され、応力は壁の内側では減少し、その外側では増加する。その結果、複合材料製の高圧容器（３）の最内側の繊維は明らかに少ない応力を受け、これが高圧容器（３）の寿命に良好な影響を与え、壁の全ての繊維が効率的に利用される。好ましくは、プレストレス付与手段は圧力リング（１４）を備え、このリングは圧力発生用のピストン（９）の周りで高圧容器（３）の一方の端面と組み合わせられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、本質的に円筒状の容器及びこの容器に外圧を加えるための外部プレ
ストレス付与手段を備えた高圧装置に関する。

【０００２】 ＷＯ９５／２１６９０号は、両端において開口された円筒状ライナーを有しか
つ鋼線の巻回の支援により半径方向プレストレスを加えられた状態に置かれた高
圧容器を明らかにする。前記高圧容器では、鋼線の巻回の結果としてのプレスト
レスは、高圧容器が加圧されたときに生ずる接線方向応力に等しい。

【０００３】 １０００から１５０００ｂａｒの間の圧力は、公知の高圧容器において作るこ
とができる。本文においては、円筒状圧力容器は、アイソスタチックな圧力を加
えるために、液体、例えば食料品、薬剤、化粧品用の製剤及び同等品で満たすこ
とができる。これら圧力下での高圧処理の手段により、ビタミンを破壊し又は味
を損なうことなく有害な微生物及び酵素を殺すことができる。

【０００４】 公知の圧力容器における応力変動の結果としてこれに毛割れが生じ、容器が最
終的に使用不適となることがあり得る。内圧に対する適切な抵抗を提供するため
及び毛割れの形成を防ぐために、公知の圧力容器は、同心の多くの鋼壁を持った
比較的重量構造のものである。液圧プレスから比較的重い圧力容器を取り外し、
これを空にし、そして処理すべき新しい材料で満たすことは比較的長い時間を要
し、公知装置の生産性が限定される結果をもたらす。高圧容器をより迅速にかつ
より容易に満たしかつ空にし得るように従来技術により軽量構造の高圧容器を作
れば、これはより低圧の使用に導き、その結果、製品の高圧容器内の滞留時間が
増加する。

【０００５】 従って、本発明の目標は、比較的軽量構造のものとすることができしかも高圧
下で運転可能な高圧容器を提供することである。本発明の更なる目標は、製品の
滞留時間を短縮でき、これにより高圧容器を比較的簡単かつ容易に高圧装置から
取り外すことができかつ容易に充填し空にすることができ、更にこれにより非常
に回数の多い圧力負荷サイクルにわたる長寿命が可能な高圧容器を提供すること
である。

【０００６】 このために、本発明による高圧装置は、容器が繊維で強化され、プレストレス
付与手段が、高圧容器に軸方向圧力を加えるための圧縮装置を備えていることを
特徴とする。軸方向の圧縮により高圧容器に軸方向のプレストレスを加えること
によって、容器の壁にわたる応力パターンを容易により一様にできることが見い
だされている。その結果として、最も内側の壁部分の応力ががかなり減らされ、
これが容器の寿命に有利な影響を与える。更に、希望の強度を得るために全壁厚
がより有効に使用され、その結果、壁をより薄い構造のものとすることができ、
また壁厚が同じままであるならば、圧力を高くすることができる。

【０００７】 好ましくは、容器は、プラスチック内に埋められた繊維を含んだ複合材料より
作られる。容器が加圧されないときはプレストレスが加わらないように、プレス
トレス手段により加えられる圧力を、高圧容器の内圧に依存し得るようにできる
。プレストレス付与手段は圧力部材を備え、この部材は、円筒状の高圧容器に関
して軸方向に可動でありかつ高圧容器の端部の面並びに圧力部材に作動用流体を
供給する供給管路と組み合う。比較的少数の単純な変更により、かかるプレスト
レス付与手段は、高圧容器内の圧力発生用の公知の油圧装置内に容易に一体化さ
せることができる。

【０００８】 本発明による高圧容器は金属からなり、好ましくは、例えばガラス繊維、炭素
繊維又はアラミド繊維のような１０００ＭＰａ又はこれ以上の引張り強さを有す
る繊維から作られた複合材料より構成することができる。前記繊維は、例えば、
エポキシ樹脂、ポリアミド又はポリウレタンのマトリックス内に埋めることがで
きる。好ましくは、高圧容器の接線方向の大きい強度が得られるように、繊維は
本質的に周囲方向に向けられる。上述の形式の複合材料で作られた適切な高圧容
器が、本出願人名義の欧州特願９６２０３１８７．８号に詳細に説明される。本
発明により軸方向のプレストレスが加えられた複合材料製の高圧容器は、１０ｋ
ｂａｒの作動圧力で３０万サイクルの寿命がある。

【０００９】 軸方向にプレストレスを加えることにより、高圧容器の壁、特に複合材料の壁
における剪断応力が低下する。

【００１０】 本発明による高圧容器の一実施例は、この高圧容器が端部の面の少なくも一方
の端面の付近に、半径方向外向きに軸方向で厚くなる強化用リングが設けられる
ことを特徴とする。壁におけるプレストレスを、容器の軸線からの距離の関数と
して正確な値にするために、圧力リングは、剪断応力が高圧容器の内部の近くで
減らされ、そして壁の外側に近い壁部分において増加されるような形状にされる
。更に、強化用リングの使用の結果として、端部の面に近い（有り得るシールの
位置における）半径方向の伸びが最小にされる。

【００１１】 本発明による高圧装置の有利な実施例は、長手方向軸線を有するハウジング及
び前記軸線に沿って置かれた第１と第２の圧力室を備える。高圧容器の頂部端面
は、第２の圧力室に、又はその付近に置かれる。第１の圧力室内に置かれたピス
トンヘッド及び前記ピストンヘッドに連結されたピストンロッドを有するピスト
ンが、第２の圧力室を経て高圧容器内まで長手方向で動くことができる。圧力リ
ングがピストンロッドの周りで動き得るように受け入れられ、この圧力リングは
高圧容器の頂部端面と組み合うことができる。第２の圧力室に作動用流体を供給
すると、圧力リングが円筒状の高圧容器の壁の上に支持され、これに軸方向のプ
レストレスを与える。好ましくは、第２の圧力室内の流体圧力は、プレストレス
がピストン上の圧力、従って高圧容器の内部の圧力に比例するように、ピストン
に加えられる流体圧力に依存する。

【００１２】 高圧容器の壁は数層、例えば６層の高張力繊維から作り上げることができ、容
器のライナーは超弾性材料から作られる。超弾性材料は、複合ジャケットを作動
用流体から隔離し、かつそれ自体はいかなる応力とも組み合わない。ライナーは
２％台の大きさの伸長に耐えねばならない。この目的に対してはニッケルアルミ
ニウム合金又はＡＢＳ、ＰＥ、ＰＰ又はポリカーボネートのようなポリマーが適
している。

【００１３】 本発明による高圧装置の一実施例が付属図面を参照した例示の方法により更に
詳細に説明されるであろう。

【００１４】 図１は、内部で上下に動き得るピストン及び圧力リングを有するハウジング２
を備えた本発明による高圧装置１を示す。高圧容器３の壁に軸方向圧力を加える
ためのプレストレス付与手段も前記ハウジング２内に収容される。円筒状の高圧
容器３がハウジング２に当たり、そしてこの容器は、例えば、図示されないレー
ルシステムによりハウジング２の下に置くことができそして側方から再び取り去
ることができる。装置１は、更に、１００００ｂａｒ以上の作動圧力下における
作動中、高圧容器３とハウジング２とを軸方向で一緒に保持するために複数の平
行な補強板より作られたヨーク４を備える。図２に示されるように、高圧容器３
は、両端が開口した円筒体を備え、底部の端面６の手段により圧力装置１の足部
材５上に支持される。ピストン又は「増強装置」９のピストンロッド８が高圧室
３の頂部端面７の開口を通過する。ピストン９の頂部は、ハウジング２の第１の
圧力室１１内に収容されたピストンヘッド１０を備える。第１の圧力室１１の底
部は、ピストンロッド８の通過する壁１２により閉鎖され、そしてピストンロッ
ド８が気密にこの壁を通過する。壁１２は、内部で上下に摺動し得る圧力リング
１４と共に第２の圧力室１３の境界を定める。

【００１５】 ピストンヘッド１０の両側には、ピストン９を上下に動かすために供給管路１
６、１７が圧力室１１内に開口する。供給管路１８が、圧力リング１４と壁１２
との間で第２の圧力室１３内に開口する。第４の供給管路１９が、底部端面６を
経て高圧容器３の圧力室２０内に開口する。

【００１６】 例えば水のような作動用液圧媒体が供給管路１９を経て圧力室２０内に供給さ
れ、圧力室２０内に置かれていた処理すべき製品にアイソスタティックな圧力を
加えることができる。作動用媒体１９の手段により、例えば２０００ｂａｒの予
備圧力を作ることができる。次いで、供給管路１６を第１の圧力室１１の頂部部
分に連結することにより、作動圧力をピストンヘッド１０に加えることができる
。前記圧力は、ピストンヘッド１０の面積とピストンロッド８の面積との間の比
率で高圧容器３の圧力室２０に伝達されるであろう。このため、この位置におけ
る内部の全圧力は、例えば１０ｋｂａｒ又はそれ以上となる。供給管路１８を圧
力源に連結することにより、第２の圧力室１３が加圧され、このため圧力リング
１４が高圧容器３の壁に軸方向の圧力を加える。予定処理時間の終わりに、管路
１６内の圧力を減らしピストン９を上に押すことができる。

【００１７】 図３に更に詳細に示されるように、ピストン９の端部にはカラー２１が設けら
れ、このカラーは、２個のシールの設けられたリング２４と組み合う。前記リン
グ２４は、圧力リング１４の下の縁と組み合う。第２の圧力室１３内の圧力が下
げられると、カラー２１とリング２４とにより圧力リング１４が持ち上げられ、
高圧容器３の頂部端面７から離れる。次いで、高圧容器３は、側方から、高圧装
置１より外すことができる。

【００１８】 リング２４は２個のシール３３と３４とを有することを特徴とする。外側シー
ル３３はライナー２５とリング２４との間の静的な高圧シールである。内側シー
ル３４はピストンロッド８とリング２４との間の動的な高圧シールである。

【００１９】 シールを分割することが少なくも三つの利点を提供する。第１に、シール３３
は、これをライナー２５の押出しが生じ得ないように構成することができる。第
２に、シール３３とライナー２５との間の摩擦接触がない。最後に、ライナー上
に動的なシールがあったとすれば、このシールは、複合体の大きな弾性的な伸び
のため数ｍｍの隙間をシールしなければならないであろう。シールを分割したた
め、シールの組により満たすべき半径方向の膨張は最小である。

【００２０】 圧力リング１４により作られる接線方向のプレストレスの容器３の壁における
正確な分布を確保するために、上下の端面７、６に鋼の強化用リング２２、２３
が取り付けられる。前記強化用リングの厚さは、高圧容器３の軸線の方向に減少
する。圧力容器３の頂部及び底部における半径方向の伸びは、これらリングの手
段によっても最小にされる。

【００２１】 図４は、本発明による高圧容器３を拡大して示す。高圧容器３は開口円筒体よ
りなり、圧力室２０のライナー２５は超弾性材料製である。このライナー２５は
いかなる応力にも対抗する必要なく、そして高圧容器３の寿命中、交換されるこ
とがない。ライナー２５は２％の大きさの伸びに耐えることができる。ライナー
２５はニッケル・チタン合金のような超弾性材料より作ることができる。ＡＰＳ
、ＰＥ、ＰＰ又はポリカーボネートのようなポリマーも使用可能である。例えば
、ガラス繊維、炭素繊維又はアラミド繊維のような１０００−１００００ＭＰａ
台の大きさの破断応力を有し周囲方向に置かれた繊維を持った複合材料の層２６
がライナー２５の周りに置かれる。この繊維は、例えばエポキシ樹脂又はポリウ
レタン内に埋設することができる。高圧容器３の壁３２は、欧州特願９６２０３
１８７．８号に説明されたような複合材料の種々の層から形成することができる
。

【００２２】 高圧容器３の頂部及び底部において、強化用リング２２、２３に斜めの縁２８
、２９が設けられ、この縁は、図３に示されるように高圧容器３の頂部において
ピストンロッド８の周りと滑り接触するシール用リング２４を押し付けて支持す
ることができ、更に高圧容器３の底部においては足部材５の部分を形成する。運
転中、頂部端面７と接触している圧力リング１４の使用の結果として、極めて高
い作動圧力下においても、端面７上における良好な密閉を達成するために軸方向
のシール３０を使うことができる。

【００２３】 高圧容器３の高さＨは、例えば２７ｃｍとすることができる。高圧容器３の外
径Ｄ２は、例えば３０ｃｍであり、一方、圧力室２０の直径Ｄ１は１０ｃｍであ
る。強化用リング２２、２３の厚さは、例えば高圧容器３の外周部３１において
４．５ｃｍである。上述の諸寸法は説明のためだけのものであり、圧力室２０内
で処理される材料の大きさと量とに応じて広い範囲で変えることができる。

【００２４】 図５ａは、壁に加えられる軸方向のプレストレスがない場合に、圧力室２０内
に圧力を加えた際の高圧容器３の壁３２の幅Ｄにわたる接線方向応力のプロット
を示す。接線方向応力σはライナー２５の位置において最大であり、そして壁３
２の外周３１に向かって非常に速かに減少する。強化用リング２２、２３により
壁３２に軸方向のプレストレスを加えた結果、図５ｂに見られるように、ライナ
ー２５の位置（図５ｂにおいて左側）における接線方向応力は相当に減少し、そ
して外周３１の位置（図５ｂにおいて右側）における接線方向応力は増加し、こ
のため、より一様な応力パターンが得られる。接線方向応力の低下は、ライナー
２５に近い複合材料の繊維に加わる荷重をかなり減らし、圧力容器３の寿命に有
益な影響を持つ。繊維も、最内側の繊維だけが有効であるのではなく、壁３２の
厚さ全体にわたって有効に使われる。０．５％から２％の軸方向圧縮が得られる
ような圧力容器３１のプレストレスが好ましい。

【００２５】 本発明による高圧容器３は、圧力容器の加圧中及び減圧中に進行する微細欠陥
を検出するために音響発生装置が設けられることが好ましい。圧力容器がその限
界寿命に近づいた場合は、微細欠陥の数が急増するが、容器は外側からはまだ完
全のままであるように見えるであろう。音響発生の測定により高圧容器３の安全
を保証することができ、微小欠陥の数が上方限界値を越えたときに高圧処理を停
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による高圧装置の斜視図を示す。

【図２】 図１による装置の長手方向断面図を示す。

【図３】 ピストンロッドの端部の詳細を拡大して示す。

【図４】 図１及び２による装置で使用するに適した高圧容器を通る長手方向断面図を示
す。

【図５ａ及び５ｂ】 それぞれ軸方向のプレストレスのない場合及びある場合の、複合材料で作られ
た高圧室の壁における接線方向応力のプロットを示す。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年６月２３日（２０００．６．２３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ (72)発明者 バン・シエプデル，ルド・ジヤン・マリ ア・マテイルデ ベルギー・ビー−3020ヘレント・トベーブ ルツゲンストラート45

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本質的に円筒状の高圧容器（３）及び容器に外部圧力を加え
   るための外部プレストレス付与手段を備えた高圧装置（１）であって、容器（３
   ）が繊維で強化され、プレストレス付与手段（１３、１４、１８、２２、２３）
   が高圧容器（３）に軸方向圧力を加えるための圧縮装置を備えていることを特徴
   とする高圧装置（１）。
2. 【請求項２】 容器（３）が、プラスチック内に埋設された繊維を有する複
   合材料で作られることを特徴とする請求項１による高圧装置（１）。
3. 【請求項３】 プレストレス付与手段（１３、１４、１８、２２、２３）に
   より加えられる圧力が高圧容器（３）の内圧に依存することを特徴とする請求項
   １又は２による高圧装置（１）。
4. 【請求項４】 プレストレス付与手段が、円筒状の高圧容器（３）に関して
   軸方向に可動でありかつ高圧容器（３）の端面（７）と組み合う圧力部材（１４
   ）、並びに作動用流体を圧力部材（１４）に供給する供給管路（１８）を備える
   ことを特徴とする請求項１、２又は３による高圧装置（１）。
5. 【請求項５】 高圧容器（３）が本質的に周囲方向に向けられた繊維を備え
   ることを特徴とする請求項１、２、３又は４による高圧装置（１）。
6. 【請求項６】 高圧容器（３）の壁（３２）に、端面（６、７）の少なくも
   一方に密接して、半径方向外側に向かって軸方向で厚くされる強化用リング（２
   ２、２３）が設けられることを特徴とする先行請求項の一による高圧装置（１）
   。
7. 【請求項７】 強化用リング（２２、２３）が金属リングよりなることを特
   徴とする請求項６による高圧装置（１）。
8. 【請求項８】 装置が、長手方向軸線を有するハウジング（２）、この長手
   方向軸線に沿って置かれた第１と第２の圧力室（１１、１３）、第２の圧力室（
   １３）内又はこれに密接して置かれた高圧容器の一方の端面（７）、及び長手方
   向軸線に沿って可動でありかつ第１の圧力室（１１）内に置かれたピストンヘッ
   ド（１０）とこのピストンヘッドに連結されかつ第２の圧力室（１３）を経て高
   圧容器（３）内まで長手方向に動き得るピストンロッド（８）とを有するピスト
   ン（９）、及び第２の圧力室（１３）内でピストンロッド（８）の周りを長手方
   向に動き得る圧力リング（１４）を備え、この圧力リング（１４）が高圧容器（
   ３）の端面（７）と組み合い得ることを特徴とする先行請求項の一による高圧装
   置（１）。
9. 【請求項９】 第１の圧力室（１１）が、ピストンヘッド（１０）の両側に
   作動用流体供給管路（１６、１７）の設けられることを特徴とする請求項８によ
   る高圧装置（１）。
10. 【請求項１０】 第２の圧力室（１３）には、圧力リング（１４）に作動用
    流体を供給するための供給管路（１８）が、高圧容器（３）から遠くで面する端
    部に設けられることを特徴とする請求項８又は９による高圧装置。
11. 【請求項１１】 圧力リングの下側と組み合うカラー（２１）があること及
    びリング（２４）がカラー（２１）と圧力リング（１４）との間に置かれること
    を特徴とする先行請求項７−１０の一による高圧装置。
12. 【請求項１２】 高圧容器（３）には、圧力リング（１４）からある距離だ
    け離れて置かれた端面（６）に、又はその近くに作動用流体供給管路（１９）が
    設けられることを特徴とする請求項８、９又は１０による高圧装置（１）。
13. 【請求項１３】 高圧室（３）に、超弾性材料製のライナー（２５）が設け
    られることを特徴とする先行請求項の一による高圧装置（１）。
14. 【請求項１４】 軸方向の圧縮が０．５％から５％の間のプレストレスを加
    えるためにプレストレス付与手段が設けられることを特徴とする先行請求項の一
    による高圧装置（１）。
15. 【請求項１５】 高圧容器内の圧力が５０００ｂａｒ以上、好ましくは１０
    ０００ｂａｒ以上であることを特徴とする請求項１４による高圧装置（１）。