JP2010030634A

JP2010030634A - 鏡板を備えた圧力容器

Info

Publication number: JP2010030634A
Application number: JP2008195261A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hirano; 敏行平野; Toshihide Igari; 敏秀猪狩; Katsuaki Inoue; 克明井上; Toshio Koyanagi; 俊雄小柳; Masabumi Kawashima; 正文川島; Akira Hattori; 晃服部; Yukio Nishi; 行夫西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: JP5047086B2

Abstract

【課題】容器内の充填物の荷重を鏡板で支持するため剛性な梁が必要なく、さらに前記充填物の加重を鏡板に伝える部材と鏡板との溶接固定部近傍への応力の集中を低減し、前記溶接固定部近傍での鏡板の損傷を防止することができる圧力容器を提供する。
【解決手段】下端部に設けた鏡板１６中央部に排出路２４を備え、内部に充填剤２０を充填してなる圧力容器において、前記容器外側の鏡板面に、前記排出路２４を取り囲むようにリング状の補強材３６を設け、前記容器内側の鏡板面に、前記充填剤の荷重を支持する支持部材３４を複数個溶接固定する。また、前記支持部材３４のうち一部又は全部を円筒状の形状とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、中央部に排出口を有する鏡板を容器下端部に備え、内部に充填剤を充填してなる圧力容器に関するものであり、詳しくは支持部材を容器内側の鏡板面に溶接固定して該支持部材を介して鏡板によって充填剤の荷重を支持するとともに、鏡板で充填剤の荷重を支持することによる鏡板の変形や、前記溶接部への応力集中を防止することができる圧力容器に関するものである。

例えば空気から酸素ガスを回収する酸素製造装置においては、下端部に鏡板を有し、吸着材が充填された吸着塔の下部から高圧空気を供給することによって酸素濃縮ガスを生成することと、吸着塔内の圧力を減じて吸着剤に吸着された窒素を排気することで吸着剤を再生することとを交互に繰り返し行うことによって、酸素ガスを連続的に生成するよう構成されている。

このような酸素製造装置として用いられる吸着塔は内部に吸着剤が充填されており、該吸着剤は相当の重量を有するためその荷重を支持する必要がある。

そこで、前記吸着剤の荷重を支持するために、吸着材の充填部の下側に梁を設け、該梁によって前記吸着剤の荷重を支持することが考えられるが、前記梁によって充填物の荷重を支持する場合には剛性の高い梁を吸着塔内部に設ける必要があり、梁も含めた吸着塔全体の重量が大幅に増加してしまうという問題がある。

そこで、前記吸着剤の荷重を支持するために、吸着材の充填部の下側に放射状に複数（例えば８つ）の板状の支持板を取り付けるとともに、該支持板の下側を吸着塔下端部の鏡板の容器内側表面に溶接固定し、前記支持板を介して鏡板で前記吸着剤の荷重を支持することが行われている（従来技術１）。

しかしながら、従来技術１においては、前記支持板を介して鏡板で前記吸着剤の荷重を支持するため、支持板と鏡板の溶接部分近傍での鏡板の変形が大きくなり、前記溶接部分に応力が集中し、前記鏡板の前記溶接部分近傍部分が損傷しやすいという問題がある。

さらに、前記鏡板の下端部に排出路を備えている場合には、排出路近傍では吸着剤の荷重を支持することができず、鏡板が支持する荷重は内側と外側でその差が大きく、さらに前記溶接部分に応力が集中しやすい。

鏡板の補強構造としては例えば特許文献１に、鏡板が繊維強化プラスチック製の板状材、該板状材と一体化した補強リブとよりなるものであって、該各補強リブは、前記板状材の少なくとも片側表面に、該板状材周辺部に形成された補強リングの少なくとも３箇所から、容器の設置時に鏡板の中心から下方に位置する該補強リブの結合部に向かって直線的に延びるように形成されている補強リング一体型鏡板が開示されている。

特許第３６７４４５６公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、一般的な鏡板の補強を対象としており、鏡板に溶接固定した支持板を介して鏡板で、容器内の充填物の荷重を支持するものではない。従って、特許文献１に開示された鏡板を容器内の充填物の荷重を支持するように構成した鏡板として使用しても、前記従来技術１における問題点を解決することは困難である。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、容器内の充填物の荷重を鏡板で支持するため剛性な梁が必要なく、さらに前記充填物の加重を鏡板に伝える部材と鏡板との溶接固定部近傍への応力の集中を低減し、前記溶接固定部近傍での鏡板の損傷を防止することができる圧力容器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、
中央部に排出口を有する鏡板を容器下端部に備え、内部に充填剤を充填してなる圧力容器において、前記容器外側の鏡板面に、前記排出口を取り囲むようにリング状の補強材を設け、前記容器内側の鏡板面に、前記充填剤の荷重を支持する支持部材を複数個溶接固定したことを特徴とする。

前記鏡板に前記支持部材を複数個溶接することで、前記充填剤の荷重を前記支持部材を介して前記鏡板で支持することができる。
さらに、前記リング状の補強材を容器外側の鏡板面、即ち容器底部に前記排出路を取り囲むように設けることで、該補強材近傍の鏡板の変形を抑制することができ、このことにより前記支持部材と鏡板との溶接部への応力の集中を低減し、前記溶接部における鏡板の損傷の可能性を低減することができる。
前記溶接部近傍の鏡板の変形を効率的に抑制するためには、前記リング状の補強材の取り付け位置を、前記支持部材を溶接固定した位置と前記鏡板を挟んで対向する位置、またはその近傍とすることが好ましい。
さらに、前記補強材は容器外側から取り付けることができるため、取り付けが容易であり、既存の容器にも容易に適用することができる。
さらにまた、前記鏡板は下端部に排出口が備えられているため、排出口を備えない鏡板よりも強度が弱いが、前記補強材を取り付けることで鏡板全体の強度を上げることができる。

また、前記複数の支持部材のうち一部又は全部を円筒状の形状としたことを特徴とする。
前記支持部材を円筒状の形状とすることで、前記支持部材の断面積が支持部材を板状とする場合よりも大きくなって荷重が分散し、また溶接範囲も大きくなるため、前記溶接部への応力集中が起きにくくなり、前記溶接部近傍の鏡板の損傷の可能性をさらに低減することができる。

また、前記リング状の補強材を同心円状に３つ設け、前記リング状の補強材のうち、中心から２番目の円を形成するリング状の補強材と前記鏡板を挟んで対向する位置で、前記複数の支持部材を前記鏡板に溶接固定したことを特徴とする。

前記補強材を同心円状に３つ設けることで、鏡板の変形をさらに小さく抑制することができる。
さらに、内側から１番目と２番目の補強材間の間隔と、内側から２番目と３番目の補強材の間隔を略同じとする、即ち前記３つの補強材を略等間隔に同心円状に設けると、鏡板の変形を鏡板全体に渡って均等に抑制することができる。

また、前記リング状の補強材を同心円状に２つ設けるとともに、前記２つのリング状の補強材の間に、前記補強材の半径方向にリブを複数個取り付け、前記２つの補強材の間と前記鏡板を挟んで対向する位置で、前記複数の支持部材を前記鏡板に溶接固定したことを特徴とする。

前記補強材を２つ設けて、該補強材の間に半径方向にリブを取り付けることで、前記支持板近傍の鏡板の変形を小さくして、前記溶接部分の応力の集中をさらに効率よく低減することができる。

また、前記リブと、前記支持部材とを鏡板を挟んで対向する位置に設けることを特徴とする。
これにより、さらに効率よく前記溶接部分近傍の鏡板の変形を抑制することができるため、前記溶接部分の応力の集中をさらに効率よく低減することができる。

以上記載のごとく本発明によれば、容器内の充填物の荷重を鏡板で支持するため剛性な梁が必要なく、さらに前記充填物の荷重を鏡板に伝える部材と鏡板との溶接固定部近傍への応力の集中を低減し、前記溶接固定部近傍での鏡板の損傷を防止することができる圧力容器を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、実施例１における圧力容器である吸着塔の縦断面図である。
まず図１を用いて実施例１における吸着塔全体の構成について説明する。
吸着塔１０は、吸着塔外壁１２、上部鏡板１４、下部鏡板１６、吸着剤２０で概略構成されており、さらに筒状の内壁１３を立設し、内壁１３下部には中央部にガス排出路２４を設けた内部鏡板２１が設けられている。

また、吸着塔１０の下部鏡板１６にはガス入口２２が設けられており、上部鏡板１４には吸着剤を充填するためのマンホール２６が設けられている。
また、吸着塔１０は複数の支柱３０（図１においては１つのみ図示）によって地表面等に固定される。

また、内壁１３外部で、前記吸着剤支持構造物１８の下部には支持部材３４が複数取り付けられており、該支持部材３４はその下部で下部鏡板１６に溶接固定されている。
支持部材３４は図２に斜視図を示したように円筒状の形状である。

図３は実施例１における図１のＢ方向矢視図であり、図４は実施例１における図１のＡ部拡大図である。なお図３においては支柱３０の記載を省略している。
図１、図３及び図４を用いて支持部材３４付近の構成について説明する。
図３、４に示すように吸着剤支持構造物１８の下部には板状の支持板３２を介して円筒状の支持部材３４が８つ取り付けられており、該支持部材３４はその下部で鏡板１６に溶接固定されている。

また、前記支持部材３４と下部鏡板１６を挟んで対向する位置には、ガス排出路２４と内部鏡板２１との接続部２５を取り囲むように、リング状の補強材３６が設けられている。

これにより、吸着塔１０内に吸着剤が充填されると、その荷重は、吸着剤支持構造物１８、支持板３２及び円筒状の支持部材３４を介して下部鏡板１６で支持される。
このとき、支持部材３４と下部鏡板１６を挟んで対向する位置にはリング状の補強材３６が設けられているため、補強材３６近傍、即ち支持部材３４近傍での下部鏡板１６の前記吸着剤の荷重による変形を抑制することができ、前記支持部材３４と下部鏡板１６との溶接部への応力の集中を抑制し、該溶接部近傍における下部鏡板１６の損傷の可能性を低減することができる。

さらに、前記支持部材３４を円筒状の形状としているため、前記支持部材３４の断面積が支持部材３４を板状とする場合よりも大きくなって荷重が分散し、また溶接範囲も大きくなるため、前記溶接部への応力集中が起きにくくなり、前記溶接部近傍の下部鏡板１６の損傷の可能性をさらに低減することができる。

前記の構成において、前記吸着塔１０に原料ガスとして空気を供給し、酸素を分離回収する場合について説明する。

吸着剤充填用に設けたマンホール２６から吸着塔１０内へ吸着剤を充填する。

その後、ガス入口２２から高圧空気を導入すると、該空気は吸着塔１０内の外壁１２から内壁１３に向かって流れ、吸着剤２０を通過する間に窒素が吸着剤に吸着される。

吸着塔１０内の吸着剤２０を通過した空気は、内壁１３外部を下降し、ガス排出路２４より酸素ガスとして排出される。
その後、ガス入口２２から真空ポンプなどを用いて吸着塔１０内を減圧すると、吸着剤に吸着された水分及び窒素が脱着されて排出され、吸着剤が再生される。
こうして、吸着と脱着による再生を交互に繰り返し行うことによって酸素ガスが連続的に生成される。

吸着剤の吸着と脱着による再生を交互に繰り返すことで、吸着塔１０内は加圧と減圧とが交互に繰り返され、下部鏡板１６に変形が生じる可能性があるが、リング状の補強材３６を円筒状の支持部材３４と下部鏡板１６を挟んで対向する位置に設けていることにより、補強材３６近傍即ち支持部材３４近傍の下部鏡板１６の変形を抑制することができ、支持部材３４と下部鏡板１６との溶接部への応力の集中を抑制し、該溶接部近傍における下部鏡板１６の損傷の可能性を低減することができる。

実施例２においては、図１〜図４で説明した実施例１の吸着塔１０とリング状の補強材３６の形状及び設置数のみが異なるため、支持部材及び補強材付近の構成について説明し、その他については説明を省略する。
図５及び図６を用いて支持部材３４及び補強材３６ａ、３６ｂ、３６ｃ付近の構成について説明する。
図５は実施例２における図１のＢ方向矢視図であり、図６は実施例２における図１のＡ部拡大図である。なお、図５及び図６において、図１〜４と同一符号は同一物を表し説明を省略する。

図５、６に示すように吸着剤支持構造物１８の下部には板状の支持板３２を介して円筒状の支持部材３４が８つ取り付けられており、該支持部材３４はその下部で下部鏡板１６に固定されている。

また、前記支持部材３４と下部鏡板１６を挟んで対向する位置には、ガス排出路２４と内部鏡板２１との接続部２５を取り囲むように、リング状の補強材３６ａが設けられている。さらに補強材３６ａと同心円状に２つのリング状の補強材３６ｂと３６ｃが設けられており、補強材３６ｂは前記支持部材３４の最も容器中心に近い端部よりもさらに容器中心側に、また補強材３６ｃは前記支持部材３４の最も容器中心から遠い端部よりもさらに容器中心から遠い側に位置している。
つまり、補強材は、容器中心側から補強材３６ｃ、３６ａ、３６ｂの順に同心円に下部鏡板１６の下側に設けられている。

このように補強材を同心円状に３つ設けることで、鏡板の変形をさらに小さく抑制することができる。
さらに、補強材３６ｂと補強材３６ａとの間隔と、補強材３６ａと補強材３６ｃとの間隔とを略同じとする、即ち前記３つの補強材３６ａ、３６ｂ、３６ｃを略等間隔に同心円状に設けることで、鏡板の変形を鏡板全体に渡って均等に抑制することができる。

実施例３においては、図１〜図４で説明した実施例１の吸着塔１０とリング状の補強材３６の形状及び設置数のみが異なるため、支持部材及び補強材付近の構成について説明し、その他については説明を省略する。
図７及び図８を用いて支持部材３４及び補強材３６ｄ、３６ｅ付近の構成について説明する。
図７は実施例３における図１のＢ方向矢視図であり、図８は実施例２における図１のＡ部拡大図である。なお、図７及び図８において、図１〜４と同一符号は同一物を表し説明を省略する。

図７、８に示すように吸着剤支持構造物１８の下部には板状の支持板３２を介して円筒状の支持部材３４が８つ取り付けられており、該支持部材３４はその下部で下部鏡板１６に固定されている。

また、下部鏡板１６外表面にはガス排出路２４と内部鏡板２１との接続部２５を取り囲むように、同心円状の２つのリング状の補強材３６ｄ、３６ｅが設けられている。補強材３６ｅは前記支持部材３４の最も容器中心に近い端部よりもさらに容器中心側に、また補強材３６ｄは前記支持部材３４の最も容器中心から遠い端部よりもさらに容器中心から遠い側に位置している。
さらに、補強材３６ｄと補強材３６ｅとの間には８つのリブ３６ｆが、それぞれ補強材３６ｄ、３６ｅが形成する同心の半径方向に、支持部材３４と下部鏡板１６を挟んで対向する位置に設けられている。

このように２つのリング状の補強材３６ｄ、３６ｅを設け、該補強材３６ｄと３６ｅとの間に半径方向にリブ３６ｆを取り付けることで、支持部材３４近傍の下部鏡板１６の変形を小さくして、支持部材３４と下部鏡板１６との溶接部分の応力の集中を効率よく低減することができる。
また、前記リブ３６ｆと前記支持部材３４とを下部鏡板１６を挟んで対向する位置に設けることにより、さらに効率よく前記溶接部分近傍の下部鏡板１６の変形を抑制することができるため、前記溶接部分の応力の集中をさらに効率よく低減することができる。

容器内の充填物の荷重を鏡板で支持するため剛性な梁が必要なく、さらに前記充填物の加重を鏡板に伝える部材と鏡板との溶接固定部近傍への応力の集中を低減し、前記溶接固定部近傍での鏡板の損傷を防止することができる圧力容器として利用することができる。

実施例１における圧力容器である吸着塔の縦断面図である。支持部材の斜視図である。実施例１における図１のＢ方向矢視図である。実施例１における図１のＡ部拡大図である。実施例２における図１のＢ方向矢視図である。実施例２における図１のＡ部拡大図である。実施例３における図１のＢ方向矢視図である。実施例３における図１のＡ部拡大図である。

符号の説明

１０吸着塔
１６下部鏡板
２０吸着剤
２４ガス排出路
３４支持部材
３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ補強材
３６ｆリブ

Claims

中央部に排出口を有する鏡板を容器下端部に備え、
内部に充填剤を充填してなる圧力容器において、
前記容器外側の鏡板面に、前記排出口を取り囲むようにリング状の補強材を設け、
前記容器内側の鏡板面に、前記充填剤の荷重を支持する支持部材を複数個溶接固定したことを特徴とする圧力容器。
前記複数の支持部材の一部又は全部を円筒状の形状としたことを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
前記リング状の補強材を同心円状に３つ設け、
前記リング状の補強材のうち、中心から２番目の円を形成するリング状の補強材と前記鏡板を挟んで対向する位置で、前記複数の支持部材を前記鏡板に溶接固定したことを特徴とする請求項１又は２記載の圧力容器。
前記リング状の補強材を同心円状に２つ設けるとともに、前記２つのリング状の補強材の間に、前記補強材の半径方向にリブを複数個取り付け、
前記２つの補強材の間と前記鏡板を挟んで対向する位置で、前記複数の支持部材を前記鏡板に溶接固定したことを特徴とする請求項１又は２記載の圧力容器。
前記リブと、前記支持部材とを鏡板を挟んで対向する位置に設けることを特徴とする請求項４記載の圧力容器。