JP2011127886A - 熱間等方圧加圧装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明にかかる熱間等方圧加圧装置1は、高圧容器2の内側に内ケーシング3及び外ケーシング4と加熱手段7とを備えており、内外ケーシング3、4との間を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを外ケーシング4の上部から外ケーシング4の外側に案内し、高圧容器2の内周面に沿って上方から下方に案内しつつ冷却し、外ケーシング4の下部から内ケーシング3と外ケーシング4との間に戻すように圧媒ガスを強制循環する第1冷却手段と、内ケーシング3の内側に形成されるホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを第1冷却手段により強制循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスをホットゾーン内に戻す第2冷却手段と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1には、被処理物を収容する高圧容器の内側に断熱層とケーシングとを設けて高圧容器の内側を2室に分け、断熱層及びケーシングで熱的にも気密的にも隔離された内側を等方圧加圧処理を行うホットゾーン(炉室)としたHIP装置が開示されている。このホットゾーンには炉室内ガス撹拌用ファンが、ホットゾーンの外側には冷却用ガス強制循環ファンが設けられており、ホットゾーンの内外で圧媒ガスをそれぞれ個別に循環できるようになっている。そして、ホットゾーンの内外で循環する圧媒ガスはケーシングを介して熱交換可能となっており、ホットゾーン内にある熱を内側の循環流にのせてケーシングに伝熱し、次にケーシングから外側の循環流にのせて高圧容器の容器壁から容器外に排熱することでホットゾーンを効率的に冷却することが可能となっている。
しかし、特許文献2のHIP装置では、第1のイジェクタの吸気口は断熱層の外側を循環する圧媒ガスの流れとは離れた場所に設けられており、断熱層の外側を循環する圧媒ガスの流れがイジェクタによる吸気で強まることは殆ど期待できない。つまり、断熱層の外側を循環する圧媒ガスは自然対流で循環しているに過ぎないので、圧媒ガスの流量はあまり大きくなることがない。それゆえ、ホットゾーン内の熱が高圧容器に送られるには相当の時間がかかり、高い冷却効果を発揮させることは到底不可能である。
即ち、本発明のHIP装置は、被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行うものであって、次に示す第1冷却手段と第2冷却手段とを用いて前記ホットゾーン内の圧媒ガスの冷却が可能とされていることを特徴とするものである。
このようにすれば、第1冷却手段では、圧媒ガスが高圧容器の内周面に接触しつつ強制的に循環するので、この第1冷却手段の冷却能力を高めることができる。一方、第2冷却手段では、ホットゾーン内で高温になった圧媒ガスの一部を第1冷却手段に合流させ、強制循環により冷却能力が高められた第1冷却手段を用いて冷却が行われるので、ホットゾーン内からの熱を効率的に高圧容器の外部に逃がすことができる。加えて、第1冷却手段に合流させられた圧媒ガスの一部は冷却後に直接ホットゾーンに送り込まれるので、ホットゾーン内を効率的に冷却することが可能となる。
また、第2冷却手段としては、前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第1冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第1流通孔と、前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第2流通孔と、前記第2流通孔を開閉する第2弁手段と、を備えたものを用いることができる。
また、この場合にあっては、前記第2冷却手段は、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第2流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていても良い。
以下、本発明に係る熱間等方圧加圧装置の第1実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図1は、第1実施形態の熱間等方圧加圧装置(以下、HIP装置1と呼ぶ)を示している。このHIP装置1は、被処理物Wを収容する高圧容器2を有しており、この高圧容器2の内側には被処理物Wを取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシング3と、この内ケーシング3を外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシング4と、が備えられている。内ケーシング3と外ケーシング4との間には断熱層5が設けられており、この断熱層5により内ケーシング3の内部は外部から断熱的に隔離されている。
図1に示すように、高圧容器2は、上下方向に沿った軸心回りに円筒状に形成された容器本体9と、この容器本体9の上側(図1の紙面における上側)の開口を塞ぐ蓋体10と、容器本体9の下側(図1の紙面における下側)の開口を塞ぐ底体11とを備えており、これらの部材を図示を省略するシールを介して組み合わせることで内部が空洞となるように形成されている。高圧容器2には供給配管や排出配管(図示略)が連結されており、これらの配管を通じて高温高圧の圧媒ガス(HIP処理が可能なように10〜300MPa程度に昇圧されたアルゴンガスや窒素ガス)を容器に供給・排出できるようになっている。そして、高圧容器2内には外ケーシング4が内蔵されている。
以下、この冷却手法について説明する。
まず、本発明のHIP装置1は、上記した外ケーシング4と内ケーシング3との間に形成された内側流路22を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを、外ケーシング4の上開口部15から外側流路12に案内し、案内された圧媒ガスを外側流路12に沿って上方から下方に案内しつつ高圧容器2に接することで冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシング4の下開口部16から内側流路22に戻すように圧媒ガスを循環して冷却を行う第1環状流路41(第1冷却手段)を有している。
図1に示すように、上述の構成を備えたHIP装置1でHIP処理を行う際は、第1弁手段17を閉状態としておき、上開口部15から外側流路12への圧媒ガスの流通を規制する。この状態で、加熱手段7を用いて圧媒ガスを加熱すると、断熱層5で囲まれたホットゾーン内の圧媒ガスが加熱されて、被処理物Wに対して均熱状態でHIP処理を行うことが可能になる。
すなわち、図1に示すHIP装置1において、第1弁手段17を用いて上開口部15を開状態にし、内側流路22と外側流路12との圧媒ガスの流通を可能にする。
そうすると、内側流路22の圧媒ガスは、外側流路12のものよりホットゾーンに近い位置にあって温度も高いので、内側流路22内を下方から上方に向かって移動し、やがて内側流路22の上側にある上開口部15まで移動して上開口部15から外側流路12に移動する。このようにして外側流路12に移動した圧媒ガスは、高圧容器2の内周面との接触により冷却されて温度も下がるので、外側流路12に沿って上方から下方に向かって移動し、やがて外側流路12の下側に移動する。そして、外側流路12の下側に移動した圧媒ガスは下開口部16から内側流路22に戻り、外側流路12と内側流路22とを順に巡回しホットゾーンの冷却を促進する。
すなわち、下開口部16の下側に設けられた撹拌翼29による強制循環手段25を用いて外側流路12を流れる圧媒ガスを強制的に内側流路22に引き込むと、それに対応して外側流路12を流れる圧媒ガスの流れと内側流路22を流れる圧媒ガスの流れとが強まり、モードAと同じ循環経路を用いていても圧媒ガスの循環量をモードA以上に大きくすることができ、モードA以上の冷却効果を発揮させることができる。
そこで、本発明のHIP装置1では、第1環状流路41と第2環状流路43との両方を用いて(第1冷却手段に加えて第2冷却手段を利用して)、図4に示すモードCの冷却方法をも実施できるようにしているのである。
このとき、ホットゾーン内の圧媒ガスは、仕切板8の上端であって仕切板8と内ケーシング3との間に形成された上下方向の隙間34からホットゾーンの外側に移動し、加熱手段7の上部で2つの流れに分かれ、径外方向において、加熱手段7の内面側と外面とを流下するように分岐する。
つまり、第2弁手段26を用いて第2流通孔24を通る圧媒ガスの流量を調整すれば、第1環状流路41を通って冷却される圧媒ガスの循環量と、第2環状流路43を通って循環される圧媒ガスの循環量との比率が変化し、第1環状流路41により高圧容器2外に排熱される排熱量と第2環状流路43により高圧容器2外に排熱される排熱量とのバランスを取ることが可能となる。
「第2実施形態」
次に、本発明のHIP装置1の第2実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
以下、第2実施形態のHIP装置1の構成を詳しく説明する。
下開口部16は、外ケーシング4の下部に形成されており、外ケーシング4の外側にある圧媒ガスを外ケーシング4の内側に流通させる構成となっている。下開口部16が形成される外ケーシング4は、第1実施形態と同様に下方に向かって開口した逆コップ状に形成されているが、第1実施形態とは異なりこの逆コップには底体(外ケーシング底体14)がない。外ケーシング4の下端は高圧容器2の底体11に接するまで下方に伸びており、高圧容器2の底体11よりやや上方の外ケーシング4の外周壁に上述した下開口部16がこの外周壁を径方向に貫通するように形成されている。この下開口部16は高圧容器2の軸心回りに(周方向に)複数箇所に亘って(図例では2箇所)形成されており、これら複数の下開口部16にはそれぞれケーシング側強制循環手段49が設けられている。
このケーシング側強制循環手段49を用いて外ケーシング4の内側に導入された圧媒ガスの一部は内ケーシング3と外ケーシング4との間(第1環状流路41)に流れ込み、残りは第1流通孔23に案内される。
ホットゾーン側強制循環手段44は、第1実施形態の強制循環手段とほぼ同じ構成を備えたものであり、高圧容器2の底体11に設けられたモータ47と、このモータ47から第2流通孔24を通って上方に伸びる軸部48と、軸部48の先端に取り付けられたガス導入ファン45とを備えている。このようにホットゾーン側強制循環手段44は第1実施形態の強制循環手段と構成上は類似しているが、第2流通孔24からホットゾーン内に流れ込む圧媒ガスの循環だけを行っている点で機能面では第1実施形態と大きく異なっている。つまり、ホットゾーン側強制循環手段44では、モータ47の回転数はケーシング側強制循環手段49とは独立に制御可能とされており、ケーシング側強制循環手段49の撹拌翼50の回転数に影響されることなくガス導入ファン45の回転数を変更することができる構成となっていて、第2流通孔24からホットゾーン内に流れ込む圧媒ガスの循環量だけを個別に調整できるようになっている。
第2実施形態のHIP装置1においても、第1実施形態のHIP装置1と同様に第1環状流路41を圧媒が自然対流することでモードAの冷却方法が行われる。第2実施形態の冷却方法が第1実施形態と異なっているのはモードB及びモードCの冷却方法である。
まず、第2流通孔24を通じて内ケーシング3の内側に案内された圧媒ガスは内ケーシング底体21と底体11との間の空間に貯留されている。この状態でホットゾーン側強制循環手段44を作動させると圧媒ガスがホットゾーン側強制循環手段44によりガス流増幅手段33のガス貯留部36側に強制的に流れ込み、ガス流増幅手段33を経てホットゾーン内を上方に向かって移動する。そして、仕切板8の上端まで移動した圧媒ガスは加熱手段7の上部で2つの流れに分かれ、分岐した圧媒ガスの一部は隙間34からホットゾーンの外側に移動し、残りはガス流増幅手段33に戻される。
つまり、上述のようにケーシング側強制循環手段49とケーシング側強制循環手段49とが個別に且つ独立に制御することができれば、第1環状流路41を流れる循環流量やホットゾーン内へ導入される圧媒ガスの流量を無段階かつ広範囲の比率で調整することができるため、冷却過程の全範囲にわたって最適な流量制御が可能となる。
「第3実施形態」
次に、第3実施形態のHIP装置1を説明する。
「第4実施形態」
次に、第4実施形態のHIP装置1を説明する。
この第4実施形態のHIP装置1は、製品架台32に設けられているガス流通用のすべての穴に上下方向に伸びると共に内部に圧媒ガスが流通可能なガスの流通管54を備えている。このガスの流通管54は、製品架台32の上面に上端が開口すると共に第2ガス導入路38に下端が開口しており、製品架台32の上側の圧媒ガスを直接第2ガス導入路38に案内できる構成となっている。製品架台32の下側には、ガス流増幅手段33から吹き出した圧媒ガスを、製品架台32の下面に沿って径外側に案内できる空間が形成されている。この空間は加熱手段7と仕切板8との間に上下方向に沿って形成された隙間55に連通していて、ガス流増幅手段33から吹き出した圧媒ガスを隙間55に案内できるようになっている。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
2 高圧容器
3 内ケーシング
4 外ケーシング
5 断熱層
6 支持台
7 加熱手段
8 仕切板
9 容器本体
10 蓋体
11 底体
11a底体の径内側
11b底体の径外側
12 外側流路
13 外ケーシング本体
14 外ケーシング底体
15 上開口部
16 下開口部
17 第1弁手段
18 第1弁手段の栓部材
19 第1弁手段の移動手段
20 内ケーシング本体
21 内ケーシング底体
22 内側流路
23 第1流通孔
24 第2流通孔
25 強制循環手段
26 第2弁手段
27 モータ
28 軸部
29 撹拌翼
30 第2弁手段の栓部材
31 第2弁手段の移動手段
32 製品架台
33 ガス流増幅手段
34 隙間
35 ガス流通路
36 ガス貯留部
37 第1ガス導入路
38 第2ガス導入路
39 混合室
40 ノズル部
41 第1環状流路
43 第2環状流路
44 ホットゾーン側強制循環手段
45 ガス導入ファン
46 支持部
47 ホットゾーン側強制循環手段のモータ
48 ホットゾーン側強制循環手段の軸部
49 ケーシング側強制循環手段
50 撹拌翼
51 モータ
52 軸部
53 付勢手段
54 ガスの流通管
55 隙間
Claims (12)
- 被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行う熱間等方圧加圧装置であって、
前記内ケーシングと外ケーシングとの間を下方から上方に向かって導かれた圧媒ガスを外ケーシングの上部から外ケーシングの外側に案内し、案内された圧媒ガスを高圧容器の内周面に沿って上方から下方に案内しつつ冷却し、冷却された圧媒ガスを外ケーシングの下部から内ケーシングと外ケーシングとの間に戻すように圧媒ガスを強制循環する第1冷却手段と、
前記ホットゾーン内の圧媒ガスをホットゾーンの外側に導き、外側に導かれた圧媒ガスを前記第1冷却手段により強制循環する圧媒ガスに合流させて冷却を行い、冷却された圧媒ガスの一部をホットゾーンの下方からホットゾーン内に戻すように圧媒ガスを循環する第2冷却手段と、
を用いて前記ホットゾーン内の圧媒ガスの冷却が可能とされていることを特徴とする熱間等方圧加圧装置。 - 前記第1冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記高圧容器と外ケーシングとの間に設けられて、前記上開口部から流出し、当該高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第1弁手段と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記圧媒ガスを強制循環する強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の熱間等方圧加圧装置。 - 前記第1弁手段は、前記上開口部を開閉することで高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断可能な構成とされていることを特徴とする請求項2に記載の熱間等方圧加圧装置。
- 前記第2冷却手段は、
前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第1冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第1流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第2流通孔と、
前記第2流通孔を開閉する第2弁手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱間等方圧加圧装置。 - 前記第2冷却手段は、
前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えており、
前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第1流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成とされていることを特徴とする請求項4に記載の熱間等方圧加圧装置。 - 前記第2冷却手段は、
前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第2流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていることを特徴とする請求項5に記載の熱間等方圧加圧装置。 - 被処理物を収容する高圧容器の内側に、当該被処理物を取り囲むように配設されたガス不透過性の内ケーシングと、当該内ケーシングを外側から取り囲むように配設されたガス不透過性の外ケーシングと、前記内ケーシングの内側に設けられて前記被処理物の周囲にホットゾーンを形成する加熱手段と、を備えており、前記内ケーシング及び外ケーシングにより断熱的に保持されたホットゾーン内の圧媒ガスを用いて前記被処理物に対して等方圧加圧処理を行う熱間等方圧加圧装置であって、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記上開口部から外側に案内され、高圧容器と外ケーシングとの間に形成された前記圧媒ガスの流通を遮断する第1弁手段と、
前記外ケーシングの下部に形成されると共に前記高圧容器の内周面に接触することで冷却された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記ホットゾーン内の圧媒ガスを加熱手段と内ケーシングとの間に導き、導かれた圧媒ガスを前記加熱手段に接触させながら上方から下方に向けて案内し、案内された圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間を循環する圧媒ガスに合流させる第1流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第2流通孔と、
前記第2流通孔を開閉することで冷却後の圧媒ガスをホットゾーン内に導いてホットゾーン内を冷却する第2弁手段と、
を備えていることを特徴とする熱間等方圧加圧装置。 - 前記第1冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記上開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第1弁手段と、
前記下開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の熱間等方圧加圧装置。 - 前記第1冷却手段は、
前記外ケーシングの上部に形成されて前記内ケーシングと外ケーシングとの間の圧媒ガスを外ケーシングの外側に案内する上開口部と、
前記外ケーシングの下部に形成されて前記冷却後の圧媒ガスを内ケーシングと外ケーシングとの間に戻す下開口部と、
前記下開口部に設けられて且つ高圧容器と外ケーシングとの間を流れる圧媒ガスの流通を遮断する第1弁手段と、
前記上開口部に設けられ且つ前記内ケーシングと外ケーシングとの間に冷却後の圧媒ガスを強制的に戻すケーシング側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の熱間等方圧加圧装置。 - 前記第2冷却手段は、
前記内ケーシングに形成されて前記加熱手段に接触した圧媒ガスを第1冷却手段により循環する圧媒ガスに合流させる第1流通孔と、
前記内ケーシングの下側に形成されて前記冷却後の圧媒ガスの一部をホットゾーン側に戻す第2流通孔と、
前記第2流通孔に設けられ且つ当該第2流通孔を通じて前記冷却後の圧媒ガスをホットゾーン側に強制的に戻すホットゾーン側強制循環手段と、
を備えていることを特徴とする請求項8又は9に記載の熱間等方圧加圧装置。 - 前記第2冷却手段は、
前記被処理物と加熱手段との間に当該被処理物を囲むように配設される仕切板を備えており、
前記加熱手段と内ケーシングとの間に導かれた圧媒ガスを上方から下方に案内して前記第1流通孔に送ると共に、前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスをホットゾーン側に戻す構成とされていることを特徴とする請求項8〜10にいずれかに記載の熱間等方圧加圧装置。 - 前記第2冷却手段は、
前記加熱手段と仕切板との間に導かれた圧媒ガスと、前記第2流通孔から導かれた前記冷却後の圧媒ガスと、を所定の混合率で混合し、混合後の圧媒ガスをホットゾーン内に噴出させるガス流増幅手段を備えていることを特徴とする請求項11に記載の熱間等方圧加圧装置。
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