JP2016180488A

JP2016180488A - 圧力容器

Info

Publication number: JP2016180488A
Application number: JP2015062318A
Authority: JP
Inventors: 保人片岡; Yasuto Kataoka
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: JP6377561B2

Abstract

【課題】内圧による変形を効果的に抑えながら、より軽量化することができるようにする。【解決手段】直方体形状の圧力容器１は、上下方向に設けられた中央隔壁２により内部が２室に区画されている。上面３および下面４にそれぞれ設けられた第１のリブ３１は、上面３および下面の周縁部、並びに、上面３および下面が中央隔壁２に対向する箇所である対向箇所３ａを除いた箇所であって、上面３および下面の中央寄りに、対向箇所３ａを挟んで前後方向に２列に並んで複数設けられている。右面５および左面にそれぞれ設けられた第２のリブ３２は、右面５および左面の周縁部を除いた箇所であって、右面５および左面の中央寄りに、前後方向に並んで複数設けられている。第１のリブ３１が並んで設けられている数は、第２のリブ３２が並んで設けられている数よりも多く、第２のリブ３２が右面５および左面から突出する突出高さは、第１のリブ３１が上面３および下面から突出する突出高さよりも高い。【選択図】図１

Description

本発明は、上下方向に設けられた中央隔壁により内部が２室に区画された圧力容器に関する。

２段階で圧縮を行うオイルフリー圧縮機に用いられるインタークーラーおよびアフタークーラーは、圧力容器の一種である。オイルフリー圧縮機では、１段圧縮機で圧縮されて高温になった（断熱圧縮された）空気をインタークーラーで冷却して室温に戻した後に、２段圧縮機で再度圧縮し、アフタークーラーで再び冷却して室温に戻してユーザーに供給する。

しかしながら、インタークーラーおよびアフタークーラーのスペースを圧縮機ユニット内にそれぞれ設けると、オイルフリー圧縮機の小型化の妨げになるという問題がある。

また、従来のインタークーラーおよびアフタークーラーは、直方体形状であり、上面および下面の面積が大きいため、上面および下面において変位量（膨張量）が大きくなり、各面の中央部や各面の周辺のＲ部（特に内面）において応力が大きくなる。そこで、応力を低減するために、容器本体の肉厚を厚くしたり、補強リブの厚みを厚くしたり、補強リブの高さを高くしたりする必要があった。このため、重量がかなり重たくなり、材料費も高くなっていた。

そこで、シリンダー形状の圧力容器ではあるが、特許文献１には、内部に設けた縦断隔壁により内部が複数の筒状主貯留域に区画された扁平圧力容器が開示されている。また、斜視図である図６Ａおよび断面図である図６Ｂに示すように、直方体形状の圧力容器の内部を中央隔壁で２室に区画し、一方をインタークーラー、他方をアフタークーラーとすることで、インタークーラーとアフタークーラーとを一体化したものが考案されている。

図６Ａおよび図６Ｂに示す一体化構造では、内圧が作用したときに中央隔壁に引張力が作用するため、上下面の中央部における変位量（膨張量）を大幅に抑え、応力を低減することができる。これにより、容器本体の肉厚を薄くすることができて、インタークーラーとアフタークーラーとが別体の場合における合計重量よりも軽量化することができる。

さらに、内圧による変形をより抑えながらより軽量化を図るために、斜視図である図７に示すように、容器本体の外周に、周方向に連続する補強リブ４１を所定間隔で複数設けたガスクーラー（圧力容器）５１も考案されている。補強リブ４１の厚みおよび高さは、周方向に一様である。

特開２００５−１５５７７６号公報

しかしながら、図７に示した構成では、内圧による変形に対して効果を発揮する補強リブ４１と、あまり効果を発揮しない補強リブ４１とが存在する。また、ひとつの補強リブ４１においても、効果を発揮する箇所と、効果を発揮しない箇所とが存在する。すなわち、各面の中央部では変形が大きくなるので補強リブ４１が効果を発揮するが、上下面の中央隔壁に対向する箇所や各面の周縁部の近傍では変形が小さく、補強リブ４１はあまり効果を発揮しない。別の言い方をすれば、周方向に連続する補強リブ４１の場合、各面の中央部では応力は比較的高くなっているが、上下面の中央隔壁に対向する箇所や各面の周縁部の近傍では応力はあまり高くない。

本発明の目的は、内圧による変形を効果的に抑えながら、より軽量化することが可能な圧力容器を提供することである。

本発明は、上下方向に設けられた中央隔壁により内部が２室に区画された直方体形状の圧力容器であって、上面および下面にそれぞれ設けられて、外部に突出するとともに、前記中央隔壁に交差する方向に延びる第１のリブと、前記中央隔壁に対向する２つの側面である右面および左面にそれぞれ設けられて、外部に突出するとともに、上下方向に延びる第２のリブと、を有し、前記第１のリブは、前記上面および前記下面の周縁部、並びに、前記上面および前記下面が前記中央隔壁に対向する箇所である対向箇所を除いた箇所であって、前記上面および前記下面の中央寄りに、前記対向箇所を挟んで前記中央隔壁に平行な水平方向に２列に並んで複数設けられており、前記第２のリブは、前記右面および前記左面の周縁部を除いた箇所であって、前記右面および前記左面の中央寄りに、前記中央隔壁に平行な水平方向に並んで複数設けられており、前記第１のリブが並んで設けられている数は、前記第２のリブが並んで設けられている数よりも多く、前記第２のリブが前記右面および前記左面から突出する突出高さは、前記第１のリブが前記上面および前記下面から突出する突出高さよりも高いことを特徴とする。

本発明によると、第１のリブを、上面および下面の周縁部、並びに、上面および下面が中央隔壁に対向する箇所である対向箇所を除いた箇所であって、上面および下面の中央寄りにそれぞれ設ける。上面および下面の周縁部、並びに対向箇所は、内圧による変形が小さく、リブによる効果は小さい。そこで、第１のリブを、上面および下面の周縁部、並びに対向箇所に設けないことで、圧力容器の軽量化を図ることができる。一方、上面および下面の中央寄りは、内圧による変形が大きく、リブによる効果は大きい。そこで、第１のリブを、上面および下面の中央寄りにそれぞれ設けることで、内圧による変形を好適に抑えることができる。さらに、第１のリブを、対向箇所を挟んで中央隔壁に平行な水平方向に２列に並んで複数設けることで、内圧による変形をより好適に抑えることができる。

また、第２のリブを、右面および左面の周縁部を除いた箇所であって右面および左面の中央寄りにそれぞれ設ける。右面および左面の周縁部は、内圧による変形が小さく、リブによる効果は小さい。そこで、第２のリブを、右面および左面の周縁部に設けないことで、圧力容器の軽量化を図ることができる。一方、右面および左面の中央寄りは、内圧による変形が大きく、リブによる効果は大きい。そこで、第２のリブを、右面および左面の中央寄りに設けることで、内圧による変形を好適に抑えることができる。さらに、第２のリブを、水平方向に並んで複数設けることで、内圧による変形をより好適に抑えることができる。

また、上面および下面が中央隔壁でそれぞれ２分割されているとみなすと、分割面は中央隔壁に平行な方向に細長い面となる。このような分割面では、中央部の広い領域にわたって応力が生じる。そこで、第１のリブが並んで設けられている数を、第２のリブが並んで設けられている数よりも多くすることで、分割面に生じる応力を好適に低減させることができる。

また、上面および下面が中央隔壁でそれぞれ２分割されているとみなすと、右面および左面が最大面積の面となる。そのため、右面および左面の中央部に生じる応力は、上面および下面の中央部に生じる応力よりも大きい。そこで、第２のリブが右面および左面から突出する突出高さを、第１のリブが上面および下面から突出する突出高さよりも高くすることで、右面および左面の中央部に生じる応力を好適に低減させることができる。

このように、第１のリブおよび第２のリブの配置箇所および形状を最適化することで、内圧による変形を効果的に抑えながら、より軽量化することができる。

圧力容器の斜視図である。図１の部分断面図である。圧力容器の正面図である。図１をＡ方向から見た側面図である。圧力容器の上面図である。従来の圧力容器の斜視図である。従来の圧力容器の断面図である。従来の圧力容器の斜視図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（圧力容器の構成）
本発明の実施形態による圧力容器は、上下方向に設けられた中央隔壁により内部が２室に区画された直方体形状のものである。ここで、直方体には立方体が含まれる。本実施形態の圧力容器は、オイルフリー圧縮機のインタークーラーおよびアフタークーラーとして使用されるものであるが、これに限定されず、車両用のエアータンクや燃料タンクなどであってもよい。

圧力容器１は、金属製であり、斜視図である図１に示すように、奥行き（前後方向の長さ）が幅（左右方向の長さ）よりも長い直方体形状である。図１の部分断面図である図２に示すように、圧力容器１の内部は、上下方向に設けられた中央隔壁２により２室（右室２１および左室２２）に区画されている。

図１に戻って、圧力容器１の上面３には、右室２１に連通する流入口１１および左室２２に連通する流入口１２がそれぞれ設けられている。また、圧力容器１の右面５には、右室２１に連通する流出口１３が設けられ、圧力容器１の左面６（図５参照）には、左室２２に連通する流出口１４（図５参照）が設けられている。なお、流入口１１，１２および流出口１３，１４の位置は特に限定されない。また、流入口１１，１２および流出口１３，１４が設けられる面も特に限定されない。

また、圧力容器１の前面７および後面８（図４参照）には、図示しない管巣が貫通される開口１５が形成されている。開口１５は、右室２１および左室２２の各々に対して形成されている。右室２１に貫通される管巣は、右室２１内に導入された流体との間で熱交換を行う流体が流通する管を複数備えている。左室２２に貫通される管巣は、左室２２内に導入された流体との間で熱交換を行う流体が流通する管を複数備えている。

このような構成において、流入口１１から右室２１内に導入された流体は、右室２１を貫通する管巣が備える管を流れる流体との間で熱交換を行った後に、流出口１３から外部に排出される。また、流入口１２から左室２２内に導入された流体は、左室２２を貫通する管巣が備える管を流れる流体との間で熱交換を行った後に、流出口１４から外部に排出される。

圧力容器１は、上面３および下面４にそれぞれ設けられた第１のリブ３１と、右面５および左面６にそれぞれ設けられた第２のリブ３２と、を有している。第１のリブ３１は、上面３および下面４の表面から外部に突出するとともに、中央隔壁２に交差する方向に延びている。この方向は、中央隔壁２に直交する方向（左右方向）を含んでいる。第２のリブ３２は、右面５および左面６の表面から外部に突出するとともに、上下方向に延びている。

第１のリブ３１は、上面３および下面４の周縁部、並びに、上面３および下面４が中央隔壁２に対向する箇所である対向箇所３ａ，４ａを除いた箇所であって、上面３および下面４の中央寄りにそれぞれ設けられている。

ここで、上面３および下面４の周縁部、並びに対向箇所３ａ，４ａは、内圧による変形が小さく、リブによる効果は小さい。そこで、第１のリブ３１を、上面３および下面４の周縁部、並びに対向箇所３ａ，４ａに設けないことで、圧力容器１の軽量化を図ることができる。一方、上面３および下面４の中央寄りは、内圧による変形が大きく、リブによる効果は大きい。そこで、第１のリブ３１を、上面３および下面４の中央寄りにそれぞれ設けることで、内圧による変形を好適に抑えることができる。

さらに、上面３において、第１のリブ３１は、対向箇所３ａを挟んで中央隔壁２に平行な水平方向（前後方向）に２列に並んで複数設けられている。本実施形態では、第１のリブ３１は、対向箇所３ａを挟んで前後方向に６つずつ２列に並んで設けられている。下面４についても同様である。なお、第１のリブ３１の個数はこれに限定されない。

第１のリブ３１を前後方向に複数設けることで、内圧による変形をより好適に抑えることができる。

第２のリブ３２は、右面５および左面６の周縁部を除いた箇所であって、右面５および左面６の中央寄りにそれぞれ設けられている。

右面５および左面６の周縁部は、内圧による変形が小さく、リブによる効果は小さい。そこで、第２のリブ３２を、右面５および左面６の周縁部に設けないことで、圧力容器１の軽量化を図ることができる。一方、右面５および左面６の中央寄りは、内圧による変形が大きく、リブによる効果は大きい。そこで、第２のリブ３２を、右面５および左面６の中央寄りにそれぞれ設けることで、内圧による変形を好適に抑えることができる。

さらに、右面５において、第２のリブ３２は、中央隔壁２に平行な水平方向（前後方向）に並んで複数設けられている。本実施形態では、第２のリブ３２は、前後方向に２つ並んで設けられている。左面６についても同様である。なお、第２のリブ３２の個数はこれに限定されない。

第２のリブ３２を前後方向に複数設けることで、内圧による変形をより好適に抑えることができる。

ここで、第１のリブ３１が前後方向に並んで設けられている数（６つ）は、第２のリブ３２が前後方向に並んで設けられている数（２つ）よりも多くされている。

上面３が中央隔壁２で２分割されているとみなすと、分割面３ｂ，３ｂは中央隔壁２に平行な方向（前後方向）に細長い面となる。このような分割面３ｂ，３ｂでは、中央部の広い領域にわたって応力が生じる。そこで、第１のリブ３１が並んで設けられている数を、第２のリブ３２が並んで設けられている数よりも多くすることで、分割面３ｂ，３ｂに生じる応力を好適に低減させることができる。下面４についても同様である。

また、正面図である図３に示すように、第２のリブ３２が右面５および左面６から突出する突出高さａは、第１のリブ３１が上面３および下面４から突出する突出高さｂよりも高くされている。

上面３および下面４が中央隔壁２でそれぞれ２分割されているとみなすと、右面５および左面６が最大面積の面となる。そのため、右面５および左面６の中央部に生じる応力は、上面３および下面４の中央部に生じる応力よりも大きい。そこで、第２のリブ３２が右面５および左面６から突出する突出高さａを、第１のリブ３１が上面３および下面４から突出する突出高さｂよりも高くすることで、右面５および左面６の中央部に生じる応力を好適に低減させることができる。

また、図３に示すように、第１のリブ３１および第２のリブ３２は、長手方向の中央から両端に向かって突出高さが漸減するように形成されている。

第１のリブ３１の両端が位置する箇所は、上面３および下面４の周縁部の近傍、並びに対向箇所３ａ，４ａの近傍であって、内圧による変形が小さい。一方、第１のリブ３１の中央部が位置する箇所は、分割面３ｂ，４ｂの中央部であって、内圧による変形が大きい。また、第２のリブ３２の両端が位置する箇所は、右面５および左面６の周縁部の近傍であって、内圧による変形が小さい。一方、第２のリブ３２の中央部が位置する箇所は、右面５および左面６の中央部であって、内圧による変形が大きい。そこで、第１のリブ３１および第２のリブ３２の中央部の突出高さを高くすることで、内圧による変形を好適に抑えながら、第１のリブ３１および第２のリブ３２の両端部の突出高さを低くすることで、より軽量化することができる。

また、図１をＡ方向から見た側面図である図４に示すように、第１のリブ３１は、長手方向に直交する方向（前後方向）の中央から両端に向かって突出高さが漸減するように形成されている。これにより、内圧による変形を好適に抑えながら、より軽量化することができる。

また、上面図である図５に示すように、第２のリブ３２は、長手方向に直交する方向（前後方向）の中央から両端に向かって突出高さが漸減するように形成されている。これにより、内圧による変形を好適に抑えながら、より軽量化することができる。

また、図４に示すように、複数の第１のリブ３１のうち、前後方向の両端に位置する２つの第１のリブ３１は、他の第１のリブ３１よりも突出高さが低い。また、これらと隣り合う２つの第１のリブ３１は、最も突出高さが高い。即ち、最も内側の２つの第１のリブ３１の突出高さを「中」とすると、前後方向の両端に位置する２つの第１のリブ３１の突出高さは「低」であり、その中間に位置する２つの第１のリブ３１の突出高さは「高」である。最も内側の２つの第１のリブ３１の突出高さが「中」である理由は、その周方向に隣り合う第２のリブ３２によって、剛性が十分に確保されているためである。このように、複数の第１のリブ３１の突出高さを、内側から外側に向かって「中」、「高」、「低」とすることで、内圧による変形を好適に抑えながら、より軽量化することができる。

（変位量及び重量の評価）
次に、図７に示す従来の圧力容器５１と、本実施形態の圧力容器１とで、変形による初期形状からの変位量と、重量とを比較した。ここで、圧力容器の寸法は、高さが４３０ｍｍ、前後方向の長さが７００ｍｍ、左右方向の長さが５５５ｍｍである。また、変位量は、１０ＭＰａの圧力を作用させたときの右面５および左面６の中央部における変位量である。その結果を表１に示す。

表１から、本実施形態の圧力容器１では、従来の圧力容器５１に比べて変位量が約半分に抑えられていることがわかる。また、本実施形態の圧力容器１は、従来の圧力容器５１の７７％の重量であることがわかる。よって、内圧による変形を効果的に抑えながら、より軽量化できていることがわかる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る圧力容器１によると、第１のリブ３１を、上面３および下面４の周縁部、並びに、上面３および下面４が中央隔壁２に対向する箇所である対向箇所３ａ，４ａを除いた箇所であって、上面３および下面４の中央寄りにそれぞれ設ける。上面３および下面４の周縁部、並びに対向箇所３ａ，４ａは、内圧による変形が小さく、リブによる効果は小さい。そこで、第１のリブ３１を、上面３および下面４の周縁部、並びに対向箇所３ａ，４ａに設けないことで、圧力容器１の軽量化を図ることができる。一方、上面３および下面４の中央寄りは、内圧による変形が大きく、リブによる効果は大きい。そこで、第１のリブ３１を、上面３および下面４の中央寄りにそれぞれ設けることで、内圧による変形を好適に抑えることができる。さらに、第１のリブ３１を、対向箇所３ａ，４ａを挟んで中央隔壁２に平行な水平方向（前後方向）に２列に並んで複数設けることで、内圧による変形をより好適に抑えることができる。

また、第２のリブ３２を、右面５および左面６の周縁部を除いた箇所であって右面５および左面６の中央寄りにそれぞれ設ける。右面５および左面６の周縁部は、内圧による変形が小さく、リブによる効果は小さい。そこで、第２のリブ３２を、右面５および左面６の周縁部に設けないことで、圧力容器１の軽量化を図ることができる。一方、右面５および左面６の中央寄りは、内圧による変形が大きく、リブによる効果は大きい。そこで、第２のリブ３２を、右面５および左面６の中央寄りに設けることで、内圧による変形を好適に抑えることができる。さらに、第２のリブ３２を、水平方向（前後方向）に並んで複数設けることで、内圧による変形をより好適に抑えることができる。

また、上面３および下面４が中央隔壁２でそれぞれ２分割されているとみなすと、分割面３ｂ，４ｂは中央隔壁２に平行な方向に細長い面となる。このような分割面３ｂ，４ｂでは、中央部の広い領域にわたって応力が生じる。そこで、第１のリブ３１が並んで設けられている数を、第２のリブ３２が並んで設けられている数よりも多くすることで、分割面３ｂ，４ｂに生じる応力を好適に低減させることができる。

また、上面３および下面４が中央隔壁２でそれぞれ２分割されているとみなすと、右面５および左面６が最大面積の面となる。そのため、右面５および左面６の中央部に生じる応力は、上面３および下面４の中央部に生じる応力よりも大きい。そこで、第２のリブ３２が右面５および左面６から突出する突出高さａを、第１のリブ３１が上面３および下面４から突出する突出高さｂよりも高くすることで、右面５および左面６の中央部に生じる応力を好適に低減させることができる。

このように、第１のリブ３１および第２のリブ３２の配置箇所および形状を最適化することで、内圧による変形を効果的に抑えながら、より軽量化することができる。

また、第１のリブ３１の両端が位置する箇所は、上面３および下面４の周縁部の近傍、並びに対向箇所３ａ，４ａの近傍であって、内圧による変形が小さい。一方、第１のリブ３１の中央部が位置する箇所は、分割面３ｂ，４ｂの中央部であって、内圧による変形が大きい。また、第２のリブ３２の両端が位置する箇所は、右面５および左面６の周縁部の近傍であって、内圧による変形が小さい。一方、第２のリブ３２の中央部が位置する箇所は、右面５および左面６の中央部であって、内圧による変形が大きい。そこで、第１のリブ３１および第２のリブ３２の中央部の突出高さを高くすることで、内圧による変形を好適に抑えながら、第１のリブ３１および第２のリブ３２の両端部の突出高さを低くすることで、より軽量化することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１圧力容器
２中央隔壁
３上面
３ａ対向箇所
３ｂ分割面
４下面
４ａ対向箇所
４ｂ分割面
５右面
６左面
７前面
８後面
１１，１２流入口
１３，１４流出口
１５開口
２１右室
２２左室
３１第１のリブ
３２第２のリブ
４１補強リブ
５１圧力容器（ガスクーラー）

Claims

上下方向に設けられた中央隔壁により内部が２室に区画された直方体形状の圧力容器であって、
上面および下面にそれぞれ設けられて、外部に突出するとともに、前記中央隔壁に交差する方向に延びる第１のリブと、
前記中央隔壁に対向する２つの側面である右面および左面にそれぞれ設けられて、外部に突出するとともに、上下方向に延びる第２のリブと、
を有し、
前記第１のリブは、前記上面および前記下面の周縁部、並びに、前記上面および前記下面が前記中央隔壁に対向する箇所である対向箇所を除いた箇所であって、前記上面および前記下面の中央寄りに、前記対向箇所を挟んで前記中央隔壁に平行な水平方向に２列に並んで複数設けられており、
前記第２のリブは、前記右面および前記左面の周縁部を除いた箇所であって、前記右面および前記左面の中央寄りに、前記中央隔壁に平行な水平方向に並んで複数設けられており、
前記第１のリブが並んで設けられている数は、前記第２のリブが並んで設けられている数よりも多く、
前記第２のリブが前記右面および前記左面から突出する突出高さは、前記第１のリブが前記上面および前記下面から突出する突出高さよりも高いことを特徴とする圧力容器。
前記第１のリブおよび前記第２のリブは、長手方向の中央から両端に向かって突出高さが漸減するようにそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。