JP2005240841A

JP2005240841A - 圧力容器

Info

Publication number: JP2005240841A
Application number: JP2004047841A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kinouchi; 誠木之内; Masaru Kawahara; 勝河原
Original assignee: Kyoshin Engineering KK
Current assignee: Kyoshin Engineering KK
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】円形断面を有する圧力容器１においては作業域２の左右及び上下部分にデッドスペース３、４、５、６が発生している。そのため、これまでの円形断面を有する圧力容器１内を加圧するためには現実に必要な有効加圧媒体量の約１．６倍以上もの高圧気体が必要とされていた。また、デッドスペースの発生を防止するため、断面が矩形形状を有する角型チャンバータイプの構造体を備えている圧力容器７では、かなり厚い（Ｔ）材料を使用する必要があり、このため、製作費用がかなり高くなり、非経済的であり、また重量が重く、取り扱いにも不便である。
【解決手段】円形断面を有する円筒形圧力容器内の断面中心部に矩形断面を有する作業域を形成すると共に、当該円筒形圧力容器内にあって作業域を包囲している周辺域を密封スペースとしてここに高圧領域を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、高圧アニール作業、加圧脱泡作業、等において広く使用される圧力容器に関する。

従来、この種の圧力容器１は一般に図１２に示すように円形断面形状を有する大きい円筒状の構造体を有している。このような圧力容器１には両端開放のものと、一端部のみが開放され他端部には底部分が一体的に形成されているものとがある。これらの圧力容器１は、作業内容によっては当該圧力容器のチャンバー内部が０．５MPａ（５Ｋｇ／ｃｍ２）以上もの高圧状態となる。このような高い内部圧力に耐えるためには容器壁面における応力集中を発生する部分を極力避ける必要がある。その結果、通常はこの種の圧力容器は円筒形断面形状を有しているのである。然るに、このような円形断面構造を有する圧力容器１において所定の材料を加圧処理する場合、通常、図１３において破線で示すように、容器１の断面中央の作業域２内に、複数の被処理材料を、水平方向に所定の間隔を置いて上下方向に積層したり、または垂直方向に所定の間隔をおいて左右方向に並置して、そこへ高圧気体等の加圧媒体を供給することにより、複数の材料を同時に加圧処理している。

このため、円形断面構造を有する圧力容器１においては図１３に示すように当該材料保持台を収容する作業域２の左右部分及び上下部分には大きなデッドスペース３、４、５、６が発生している。例えば、１辺が１０００ｍｍの材料を容器１内へ収容するためには、容器１の内径が少なくとも１４５０ｍｍ以上必要となる。その結果、実際に加圧処理に必要な作業用横断面積（例えば１０００×１０００＝１，０００，０００）に比較して構造上必要な円筒形状圧力容器の横断面積（例えば１４５０×１４５０×π／４＝１，６５１，０００）は、約１．６倍となる。その結果、これまでの円筒形状チャンバーを有する圧力容器１内を加圧するためには現実に必要な有効高圧気体等の加圧媒体量の約１．６倍以上もの高圧気体が必要とされていた。従って圧力容器１の内部を加圧するために大量の高圧気体等の加圧媒体を無駄に使用する必要があった。

このような、デッドスペースの発生を防止するため、図１４に示すように断面が矩形形状を有する角型チャンバータイプの構造体を備えている圧力容器７も知られている。このような矩形断面の圧力容器７では、その容器内部の作業域８が同様に矩形断面形状を有しており、そのため、この作業域８の縦横の断面寸法を、処理される材料寸法に僅かの作業スペース及び高圧流体流動通路として必要な寸法を加えただけの寸法ａとすることが出来る。その結果、処理作業に必要な高圧気体等の加圧媒体の量が少なくて済むと言う利点がある。

しかして、図１２に示すような円形断面形状の圧力容器１は比較的薄い（ｔ）鋼板材料を使用しても、十分大きな内部圧力に耐えることが出来る。一方、図１４に示すような矩形断面を有する圧力容器７の場合には、特に容器角部における強度を補強するために全体にかなり厚い（Ｔ）材料を使用する必要がある。このため、製作費用がかなり高くなり、非経済的であり、また重量が重く、取り扱いにも不便である。
特開平５−２０９２８６号公報特開平１０−１０３５２０号公報

上述のように、公知の円形断面形状を有する圧力容器１では、図１３に示すように、使用時に圧力容器内にかなり広いデッドスペース３〜６が発生し、そのため大量の無駄な加圧媒体が必要となっている。一方、このようなデッドスペースをなくすために図１４に示すような矩形断面の圧力容器７とした場合、容器内部の耐圧性能を持たすために容器構造体を形成するための材料が多大となり製作費用が多大となり、経済的にも重量的にも適切でなく、更に、取り扱いも困難となっている。そのため、本件発明は、上記円形断面構造が有する圧力容器１の利点と、矩形断面構造が有する圧力容器７の利点とを兼ね備えた構造を持つ新規な構造の圧力容器を提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、円形断面を有する円筒形圧力チャンバー内の断面中心部に矩形断面を有する作業域即ち作業用チャンバーを形成すると共に、当該円筒形圧力容器内にあって矩形断面の作業域を包囲している周辺の小さい領域を密封スペースとしてここに高圧領域を形成した。

本発明の圧力容器においては、円筒形断面の圧力容器内に矩形断面の作業域を設け、この作業域内において所望の加圧処理作業を行っているので、使用する加圧媒体の量を節減出来る。更に、円筒形圧力容器をベースとしているので、この作業域を形成する材料を図１４に示すこれまでの容器７ほど分厚いものとする必要はない。その上、加圧処理反応を行う矩形断面作業域の周辺に形成した密封スペース即ち周辺域に予め高圧気体を充填しておくことにより更に作業域を形成する材料の厚みを減少することが出来ると共に、作業域内の高圧気体等の加圧媒体を排出するときにエゼクターを介して周辺域内の高圧気体を流出させることにより、作業域からの高圧気体等の排出時間を短縮することが出来る。

円筒形断面を有する圧力容器内に矩形断面を有する耐圧性の圧力容器を内蔵した新規な形状を有する高圧容器に関する本件発明の具体例について以下詳細に述べる。

図１は、本発明装置の１実施例を示す圧力容器１０の一部省略の断面斜視図である。この圧力容器１０は、円形断面を有する筒状胴部１２を有している。しかして本発明の圧力容器１０は、例えば図２に示すように、筒状胴部１２の一方の端部が例えば胴部１２と一体に形成された底部１４によって閉じられていることも可能であるし、図３に示すように、筒状胴部１２の両方の端部が開放されており、その後、一方の端部全体を独立した底部部材１６によって溶接手段等により閉じられていることも可能である。

この圧力容器１０の内部には、図１に示すように、円形断面の中央部分に、概ね矩形断面を有する耐圧性の作業域１８が形成されている。この作業域１８は胴部１２の内面において容器全長にわたり伸びている。また作業域１８の１辺の長さは、その内部で加圧処理される例えばガラス基板その他の被処理物体（図示なし）の１辺の長さに、当該物体の搬入取出等の移送作業に必要な間隙及び加圧処理作業の際に加圧媒体が当該物体の周囲を自由に流れることが出来ることを保証するための加圧媒体流動領域を提供する僅かな寸法を加えた程度の寸法を有している。勿論、被処理物体が矩形形状を有しておらず、例えば、円形を有している場合には、その直径寸法に当該物体の搬入取出等の移送作業に必要な間隙及び処理作業の際に加圧媒体が当該物体の周囲を自由に流れることが出来ることを保証するための加圧媒体流動領域を提供するための僅かな寸法を加えた程度の寸法を有している。また、被処理物体が楕円形を有している場合には、その長直径寸法に当該物体の搬入取出等の移送作業に必要な間隙及び処理作業の際に加圧媒体が当該物体の周囲を自由に流れることが出来ることを保証するための加圧媒体流動領域を提供するための僅かな寸法を加えた程度の寸法を有している。

図４に示しているように、この作業域１８を形成するため、圧力容器１０の内部には例えば４枚の板部材からなる作業域形成部材２０が互いに縁部にて直交するように容器胴部の一方の端部から他方の端部まで伸張しかつ該胴部内に固着されている。より詳細に述べると、作業域１８は、例えば図１〜図３に示すように、圧力容器１０の一方の端部から他方の端部即ち底部１４又は底部部材１６に至るまで延びている上方壁部材２２と下方壁部材２４と左方壁部材２６と右方壁部材２８とによって画定されている。即ちこれらの壁部材２２〜２８が作業域形成部材２０を構成している。これらの作業域形成部材２０は、それぞれ圧力容器１０内の作業域１８での加圧処理作業時の高圧力に耐え得る程度の厚み寸法及び剛性強度を有する鋼材により構成されている。更に、これらの壁部材２２〜２８の縁部は、図４及び図２、図３に示すように、それぞれ圧力容器１０の胴部１２内面及び底部１４又は底部部材１６の内面に対して封止接合されている。勿論作業域１８を形成するためのこれらの作業域形成部材２０の組み合わせ方は特に限定されるものではなく、全ての作業域形成部材の一方の端縁部を胴部の内壁面に接合し他方の端縁部を互いに直交する作業域形成部材の内壁面に接合すること、対面する２つの作業域形成部材の両端縁部を胴部の内壁面に直接接合し他の２つの対面する作業域形成部材の両端縁部を当該胴部に接合した形成部材の端縁部分へ接合すること、各壁部材２２〜２８の長手方向両側縁部を互いに（例えば４５度だけ）削り取りそれらの削り取った面を互いに衝接し各外側縁部を胴部の内面に溶着すること、その他の手段が可能である。

しかして矩形形状をなす作業域１８の四方の外周部とシリンダー状の容器胴部１２との間には圧力容器１０の開放されている一端部から閉鎖されている他端部まで延びている周辺域であって、断面がそれぞれ弓形状を有している４個の周辺域３０、３２、３４、３６が形成されている。図示の例では、４枚の壁部材２２〜２８により４個の周辺域３０〜３６を胴部１２との間に形成しているが、各周辺域を更に細かく分断し周辺域を増やすことも可能である。これらの周辺域３０〜３６の開放されている一端部側にはそれぞれ図５に示すように弓形状を有する蓋部材即ち封止部材３８が封止接合されている。この封止部材３８は図示の例では４個のそれぞれ独立した部材により形成されているが、溶接作業性を考慮し、図６に示すように中央部分を作業域１８の大きさに矩形に切り抜いた一体の円形封止部材４０により形成することも出来ることは当業者にとって明らかである。こうして圧力容器１０内において作業域１８の周辺には、図１〜図４に示すように、両端部及び両側縁部が封止されている密封状態の複数の周辺域３０〜３６が形成されている。

また、図示していない被処理材料を収容し内部において高圧処理を行う作業域１８の開放端部には、公知の圧力容器において使用されていると同様の密封蓋４２（図２及び図３参照）が開閉自在に配置されている。この作業域１８は、所定数の被処理材料を収容するのに十分な容積を有する程度の大きさを有しているが、図８に示すこれまでの圧力容器１における作業部分２ほどに過分な大きさは有しておらず、これにより、高圧流体の使用量が減少し、その上、作業域１８の内部を所望の高圧力状態に至らしめる時間が少なくなるのである。

作業に際しては、密封蓋４２を開放して予め整列した被処理材料を作業域１８へ適切に収容し、その後、公知の方法にて密封蓋４２を密封状態に閉じ、次いで例えば導管４４を介して作業域１８へ高圧空気、不活性ガスその他の必要な高圧流体を導入し、高圧処理状態として所望の処理作業を行い、その後、密封蓋４２を開放して処理済の材料を作業域１８から取り出すことが出来る。

なお、図４に示すように、周辺域３０〜３６にも、同様に、それぞれ導管４６が連通してあり、これらの導管４６を介して周辺室内部の圧力を調整出来るようになっている。即ち、中央の作業域１８の内部作業圧力が例えば５気圧になるときには同様に周辺域の圧力を５気圧まで上げることにより作業域形成部材２０の厚みを薄くすることが出来るのである。しかし、例えば、中央の作業域１８の内部作業圧力が例えば５気圧になるときにおいて、周辺域３０〜３６の内部圧力を例えば３気圧に維持しておいても作業域形成部材２０が変形しない程度の厚みを有しているか、若しくはそのように補強されていることが望ましい。作業域１８の圧力上昇をもたらすたびごとに周辺域３０〜３６の内部圧力の上昇を図る必要がなくなるからである。更に、必要に応じて、各周辺域３０〜３６は図示していない通気手段により互いに連通させておくことも可能である。これにより、全ての周辺域内部の圧力を常時均等に維持出来るからである。

通常、圧力容器は高温高圧状態での作業に使用されることが多い。然るに、このような作業においては、初めに常温常圧下で材料を作業域へ収納し、次いで作業域を高温高圧状態にして所望の作業をし、その後、作業域内部の雰囲気を常温常圧状態に戻した後に処理済の材料を作業域から取り出すことでワンサイクルの作業が完了する。このような作業において、作業域内部の雰囲気を常温常圧状態に戻す作業特に常圧状態に戻す作業にかなりの時間がかかることは知られている。このような点に鑑み、本件発明の圧力容器においては、図２及び図３にしめすように、作業域１８に導管４８を連通し、更に周辺域３０〜３６へ同様に導管５０を連通し、これらの導管４８、５０にそれぞれ開閉自在な弁装置を介してエゼクター５２を連結しておく。これにより、例えば、作業域１８内部での加圧作業完了後に当該作業域１８から高圧流体を排出するとき、図７に示すように、作業域内部の圧力が例えば０．５MPａから０．０５MPａ以下になって圧力降下の勢いが下がった時には圧力降下は曲線ａ―ａ´―ａ´´で示すような緩やかな降下曲線となり圧力降下時間としてT1時間を必要とするが、このエゼクター５２を開放することにより、周辺域３０〜３６からの高圧流体が作業域１８からの高圧流体を吸引する作用を行うため当該圧力降下曲線はａ―ａ´―ｂで示すような降下曲線を示し、その結果、圧力降下時間はT0となり、このため、当該作業域１８からの高圧流体の排出が容易に短時間で完了することが出来る。なお、この場合、後に各導管４６を介して周辺室３０〜３６内への加圧流体の充填が必要となるが、これは材料即ちワークの出し入れ時即ち作業域への高圧流体の供給が不要の時に行えば良いので、このために特別のユーテイリテイー等の増強は必要ないのである。

図４に示す実施例においては、作業域１８を形成するため、圧力容器１０の内部には例えば４枚の板部材からなる作業域形成部材２０が互いに縁部にて直交するように容器胴部の一方の端部から他方の端部まで伸張しかつ該胴部内に固着されている。即ち、作業域１８は、例えば図１〜図３に示すように、圧力容器１０の一方の端部から他方の端部即ち底部１４又は底部部材１６に至るまで延びている上方壁部材２２と下方壁部材２４と左方壁部材２６と右方壁部材２８とによって画定され、これらの壁部材２２〜２８が作業域形成部材２０を構成している。これらの作業域形成部材２０は、それぞれ圧力容器１０内の作業域１８での加圧処理作業時の高圧力に耐え得る程度の厚み寸法及び剛性強度を有する鋼材により構成され、更に、これらの壁部材２２〜２８の縁部は、図４に示すように、それぞれ圧力容器１０の胴部１２内面及び底部１４又は底部部材１６の内面に対して封止接合されている。然しながら、作業域形成部材２０は、図８に示すように、上方壁部材２２ａ及び下方壁部材２４ａのみを圧力容器１０ａの胴部１２ａの内面及び底部１４（図２）又は底部部材１６（図３）の内面に対して直接封止接合し左方壁部材２６ａ及び右方壁部材２８ａを上方壁部材２２ａ及び下方壁部材２４ａの端側部へ封止接合することも出来る。勿論、図示していないが、左方壁部材２６ａ及び右方壁部材２８ａのみを圧力容器１０ａの胴部１２ａの内面及び底部１４又は底部部材１６の内面に対して直接封止接合し上方壁部材２２ａ及び下方壁部材２４ａを左方壁部材２６ａ及び右方壁部材２８ａの端側部へ及び底部１４又は底部部材１６の内面封止接合することも出来る。

かかる構成を有する圧力容器１０ａにおいても上述と同様な効果を得ることが出来ることは明らかである。このような構成の場合、例えば図８に示す構成においては、上方壁部材２２ａ及び下方壁部材２４ａの両側縁部付近に開口を形成して、周辺域３０ａ及び周辺部３４ａと周辺域３２ａ及び３６ａとを連通することにより、各周辺域の内部圧力の均一化を容易に図ることが出来る。その他の点は図１〜図７に関して上述した構造と実質的に同様である。勿論、図８のような構成においても作業域のコンパクト化が図られるため、使用する高圧流体の少量化が可能であり、同時に作業域内部の高圧化に要する時間の短縮が可能である。更に、エゼクター使用により当該作業域からの高圧流体の排出も迅速に出来るのである。

上述した実施例において、エゼクター５２を使用しない場合には、周辺室３０〜３６の内部圧力を所定値に保持することが出来る。これにより作業室内部の圧力と適切にバランスして作業室内部での高圧処理作業が適切に行えるのである。もし、作業室内での高圧作業をより高い圧力で行う場合には、それに伴って各導管４６から各周辺室内へ高圧流体を供給する。

図９は図３に示す実施例の変形例を示している。この実施例では胴部１２ｂが図３に示すと同様に両端開放の円筒形状を有している。然るに、この実施例では、当該胴部１２ｂの両側が自由に開放出来る構成となっているものであり、材料の出し入れが胴部の両側から出来る利点がある。その他の部分は、前述した実施例と同様である。

図１０及び図１１は更に別の実施例を示す。この実施例では、作業形成部材２０を構成する部材が、上述の実施例のように板状の壁部材で構成するものではなく、２つの長い鋼材を互いにコの字形に折り曲げそれらを互いに突き合せた状態に配置してその衝接する接触面を溶着して矩形形状の断面を有する作業域１８ａを形成する。次いで、この作業域を複数の柱状材料６０によって所定の胴部の内面に溶接等の手段により位置付け固着するものである。その他の部分は、前述した実施例と同様である。

本件発明は、特に頻繁に昇圧及び減圧を繰り返すような圧力変化の大きい容器例えばオートクレーブ等において極めて有効に使用され得る。即ち、そのような圧力容器において容器内部を一度昇圧した場合、その後に密封蓋を開放するためには、当該圧力が溜まった容器の内部圧力を必ず大気圧まで減圧した後でないと、高圧流体の急激な吹き出しを生じることがあり、開放出来ない。然るに作業空間即ち作業域が大きくなるとその内部の圧力を上げるための時間、更には圧力を下げるための時間が長くなり、使用するエネルギーも多くなるが、本件発明による圧力容器においてはかかる課題が完全に解消されている。なお、高圧流体としては、水、空気や、窒素ガス等の不活性ガス、その他の高圧流体が使用出来る。

本件発明にかかる圧力装置の一部省略の断面斜視図である。本件発明にかかる圧力装置の一実施例に関する側方断面図である。本件発明にかかる圧力装置の他の実施例に関する側方断面図である。本件発明にかかる圧力装置の正面の断面図である。本件発明にかかる圧力装置の周辺室を形成するための封止部材の例を示す図である。本件発明にかかる圧力装置の周辺室を形成するための封止部材の他の例を示す図である。作業域内を減圧するときの圧力降下時の特性を示す圧力と時間との関係を示している図である。本件発明にかかる圧力装置の他の実施例の正面の断面図である。本件発明にかかる圧力装置の他の実施例の側方断面図である。本件発明にかかる圧力装置の他の実施例の一部省略の側方断面図である。図１０の実施例の正面の断面図である。公知の圧力装置の一部省略の断面斜視図である。図１２に示す公知の圧力装置における断面図であって、圧力装置内のデッドスペースについて説明している図である。別の公知の圧力装置の一部省略の断面斜視図である。

符号の説明

１０圧力容器
１２胴部
１４底部
１６底部部材
１８作業域
２０作業域形成部材
２２上方壁部材
２４下方壁部材
２６左方壁部材
２８右方壁部材
３０、３２、３４、３６周辺域
３８封止部材
４０、４２封止部材
４４、４６、４８、５０導管
５２エゼクター
６０柱状材料

Claims

円形断面を有する胴部を備えている圧力容器において、当該胴部の内部に当該容器全長にわたり伸びている矩形断面を有する作業域を有していることを特徴とする圧力容器。
請求項１に記載の圧力容器において、矩形断面の作業域と円形断面を有する胴部との間に周辺域を有しており、該周辺域が密封状態となっていることを特徴とする圧力容器。
請求項２に記載の圧力容器において、作業域に連通している導管と周辺域に連通している導管とがエゼクターにて連結されていることを特徴とする圧力容器。