JP2018084308A - 圧力容器 - Google Patents

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茂樹 坂倉
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優 村上
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Nobuyuki Honma
信之 本間
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敏之 坂田
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Abstract

【課題】圧力容器において、製造コストを低減することである。
【解決手段】圧力容器１０は、矩形の断面形状を有し、流体の流れ方向に延びて形成されている圧力容器本体１２を備え、圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向に形成され、第１流体が流れる第１流路と、圧力容器本体１２の長手方向に形成され、第２流体が流れる第２流路と、圧力容器本体１２の長手方向の一端面に設けられ、第１流路と連通し、第１流体が出入りする第１流体出入口３８と、圧力容器本体１２の長手方向の他端面に設けられ、第２流路と連通し、第２流体が出入りする第２流体出入口と、を含み、圧力容器本体１２の長手方向の一端面に設けられ、第２流体と連通する開口部５０と、開口部５０を着脱可能に塞ぐ閉塞部材５２と、を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧力容器に関する。
反応器（リアクタ）、熱交換器等の圧力容器では、一次流体と、二次流体との間で熱交換を行うことにより、反応物の生成や、加熱・冷却等が行われている。特許文献１には、熱交換器からなる圧力容器が記載されている。
特表２０１２−５２５５６２号公報
ところで、図７は、従来の圧力容器１００の構成を示す概略図である。従来の反応器（リアクタ）、熱交換器等の圧力容器１００は、第１流体Ａと、第２流体Ｂとが流れる流路が設けられている胴部１０２と、胴部１０２の長手方向の両側に開閉可能に設けられている蓋体１０４、１０６と、を備えている。第１流体Ａは、一方の蓋体１０４のノズルから入り、胴部１０２の第１流体の流路を通って、一方のヘッダ１０８から排出される。第２流体Ｂは、他方の蓋体１０６のノズルから入り、胴部１０２の第２流体の流路を通って、他方のヘッダ１１０から排出される。そして、第１流体Ａと、第２流体Ｂとは、胴部１０２で熱交換が行われる。
胴部１０２の長手方向の一端面には、第１流体Ａの流路と連通し、第１流体Ａが入る第１流体口が設けられている。胴部１０２の長手方向の他端面には、第２流体Ｂの流路と連通し、第２流体Ｂが入る第２流体口が設けられている。このため、第１流体Ａの流路や、第２流体Ｂの流路の点検や、流路内に設けられる触媒部品やフィン等の流路内部品を交換等するために、それぞれの蓋体１０４、１０６にフランジ等の開閉機構を設ける必要がある。これにより、圧力容器１００の部品点数が多くなり、圧力容器１００の製造コストが増大する可能性がある。
そこで本発明の目的は、より製造コストを低減可能な圧力容器を提供することである。
本発明に係る圧力容器は、矩形の断面形状を有し、流体の流れ方向に延びて形成されている圧力容器本体を備え、前記圧力容器本体は、前記圧力容器本体の長手方向に形成され、第１流体が流れる第１流路と、前記圧力容器本体の長手方向に形成され、第２流体が流れる第２流路と、前記圧力容器本体の長手方向の一端面に設けられ、前記第１流路と連通し、前記第１流体が出入りする第１流体出入口と、前記圧力容器本体の長手方向の他端面に設けられ、前記第２流路と連通し、前記第２流体が出入りする第２流体出入口と、を含み、前記圧力容器本体の長手方向の一端面に設けられ、前記第２流体と連通する開口部と、前記開口部を着脱可能に塞ぐ閉塞部材と、を有していることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器は、前記圧力容器本体の長手方向の一端面側に設けられ、開閉可能な蓋体を備えることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記開口部は、前記閉塞部材を位置決めする位置決め部材が設けられていることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記閉塞部材は、着脱可能に固着されていることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記閉塞部材は、無機接着剤で着脱可能に固着されていることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記閉塞部材は、前記圧力容器本体と同じ材料で形成されていることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記閉塞部材は、前記圧力容器本体よりも熱膨張が大きい材質で形成されていることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記第２流路は、流路内部品が設けられていることを特徴とする。
上記構成によれば、圧力容器本体の長手方向の一端面側を開閉可能に構成すればよいので、圧力容器の部品点数を削減できる。これにより、圧力容器の製造コストを低減することが可能となる。
本発明の実施の形態において、圧力容器の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態において、圧力容器の構成を示す詳細図である。 本発明の実施の形態において、圧力容器本体の長手方向の一端面側を示す概略正面図である。 本発明の実施の形態において、圧力容器本体の長手方向の断面を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態において、圧力容器のメンテナンス時における圧力容器本体の長手方向の一端面側を示す概略正面図である。 本発明の実施の形態において、圧力容器のメンテナンス時における圧力容器本体の長手方向の断面を示す概略断面図である。 従来の圧力容器の構成を示す概略図である。
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、圧力容器１０の構成を示す概略図である。図２は、圧力容器１０の構成を示す詳細図である。圧力容器１０は、例えば、反応器（リアクタ）、熱交換器等で構成されている。
圧力容器１０は、矩形の断面形状を有しており、流体の流れ方向に延びて形成されている圧力容器本体１２を備えている。圧力容器１０は、圧力容器本体１２の長手方向の両側に設けられる２つの蓋体１４、１６を備えている。
圧力容器本体１２の長手方向の一端面側には、本体フランジ１８が設けられている。本体フランジ１８は、円形状等に形成されている。本体フランジ１８は、本体フランジ１８の周縁部に、ボルト２０等の締結部材で締結するための締結穴２２を有している。本体フランジ１８は、圧力容器本体１２と溶接等で接合されている。また、圧力容器本体１２の長手方向の他端面側には、第１流体が出入りする出入口ヘッダ２４が設けられている。圧力容器本体１２の長手方向の一端面側には、第２流体が出入りする出入口ヘッダ２６が設けられている。
一方の蓋体１４は、圧力容器本体１２の長手方向の一端面側に設けられている。一方の蓋体１４は、ドーム状等に形成されている。一方の蓋体１４は、第１流体が出入りするノズル２８が設けられている。一方の蓋体１４には、蓋フランジ３０が設けられている。蓋フランジ３０は、円形状等に形成されている。蓋フランジ３０は、蓋フランジ３０の周縁部に、ボルト２０等の締結部材で締結するための締結穴３２を有している。蓋フランジ３０は、蓋体１４と溶接等で接合されている。一方の蓋体１４は、本体フランジ１８と、蓋フランジ３０とをボルト２０等の締結部材で締結することにより開閉可能に設けられている。このような開閉機構を備えることにより、圧力容器１０の開放点検、メンテナンス等が可能となる。このような開閉機構は、圧力容器本体１２の長手方向の一端面側のみに設けられているとよい。
他方の蓋体１６は、圧力容器本体１２の長手方向の他端面側に設けられ、非開放で形成されている。他方の蓋体１６は、圧力容器本体１２と溶接等で接合されている。他方の蓋体１６は、第２流体が出入りするノズル３４を有している。なお、圧力容器本体１２と、蓋体１４、１６と、本体フランジ１８と、蓋フランジ３０とは、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ合金（ニッケル）、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。
圧力容器１０では、例えば、一方の蓋体１４のノズル２８から入った第１流体は、圧力容器本体１２の一方の出入口ヘッダ２４から排出される。また、他方の蓋体１６のノズル３４から入った第２流体は、他方の出入口ヘッダ２６から排出される。このように圧力容器１０は、圧力容器本体１２で、第１流体と第２流体との熱交換が行われる。
次に、圧力容器本体１２について詳細に説明する。図３は、圧力容器本体１２の長手方向の一端面側を示す概略正面図である。図４は、圧力容器本体１２の長手方向の断面を示す概略断面図である。圧力容器本体１２は、矩形の断面形状を有しており、流体の流れ方向に延びて形成されている。圧力容器本体１２は、例えば、直方体形状等に形成されている。
圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向に形成され、第１流体が流れる第１流路３６を有している。第１流路３６は、圧力容器本体１２の長手方向に沿って形成されているとよい。第１流路３６は、１つ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。第１流路３６は、直線状に形成されていてもよいし、蛇行して形成されていてもよい。
圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向の一端面に設けられ、第１流路３６と連通し、第１流体が出入りする第１流体出入口３８を有している。第１流体出入口３８は、少なくとも１つ設けられていればよく、複数設けられていてもよい。圧力容器本体１２の長手方向の一端面には、例えば、図２から図４に示すように、３つの第１流体出入口３８が設けられている。
一方の蓋体１４のノズル２８から第１流体が入る場合には、ノズル２８から入った第１流体は、圧力容器本体１２の第１流体出入口３８に入り、第１流路３６を通って、圧力容器本体１２の一方の出入口ヘッダ２４から排出される。また、圧力容器本体１２の一方の出入口ヘッダ２４から第１流体が入る場合には、一方の出入口ヘッダ２４から入った第１流体は、第１流路３６を通って、圧力容器本体１２の第１流体出入口３８から出て、一方の蓋体１４のノズル２８から排出される。
圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向に形成され、第２流体が流れる第２流路４０を有している。第２流路４０は、圧力容器本体１２の長手方向に沿って形成されているとよい。第２流路４０は、第１流体と第２流体とが混ざらないように、第１流路３６と別れて形成されている。第２流路４０は、１つ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。第２流路４０は、直線状に形成されていてもよいし、蛇行して形成されていてもよい。
圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向の他端面に、第２流体が出入りする第２流体出入口４２を有している。第２流体出入口４２は、第２流路４０と連通して形成されている。第２流体出入口４２は、少なくとも１つ設けられていればよく、複数設けられていてもよい。圧力容器本体１２の長手方向の他端面には、例えば、図４に示すように、２つの第２流体出入口４２が設けられている。
他方の蓋体１６のノズル３４から第２流体が入る場合には、ノズル３４から入った第２流体は、圧力容器本体１２の第２流体出入口４２に入り、第２流路４０を通って、圧力容器本体１２の他方の出入口ヘッダ２６から排出される。また、圧力容器本体１２の他方の出入口ヘッダ２６から第２流体が入る場合には、他方の出入口ヘッダ２６から入った第２流体は、第２流路４０を通って、圧力容器本体１２の第２流体出入口４２から出て、他方の蓋体１６のノズル３４から排出される。
第１流路３６と、第２流路４０とは、触媒部材やフィン等の流路内部品４４、４６が挿入されていてもよい。第１流体と、第２流体とは、同じ方向に流れるようにしてもよいし（いわゆる並流式）、逆方向に流れるようにしてもよい（いわゆる対向流式）。第１流体や第２流体には、例えば、有機化合物等の反応流体、燃焼ガス等の高温ガス、水、冷媒等を用いることができる。
圧力容器１０が反応器（リアクタ）の場合には、例えば、第１流体には反応流体が用いられ、第２流体には熱媒体が用いられる。第１流体と、第２流体との間の熱交換によって、第１流体を加熱または冷却する。これにより第１流体の反応流体を反応させて、生成物を生成することができる。
圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向の一端面に設けられており、第２流路４０と連通する開口部５０を有している。圧力容器本体１２は、開口部５０を着脱可能に塞ぐ閉塞部材５２を有している。
開口部５０は、閉塞部材５２で着脱可能に塞がれている。開口部５０は、例えば、図２から図４に示すように、２箇所に設けられている。圧力容器１０の運転時には、閉塞部材５２を開口部５０に取り付けて開口部５０を塞いで運転し、第１流体と第２流体との混合を抑制することができる。圧力容器１０のメンテナンス時には、閉塞部材５２を開口部５０から外すことにより、第２流路４０の点検や、触媒部材等の流路内部品４６の交換等を行うことができる。
閉塞部材５２は、開口部５０に挿入可能に形成されている。閉塞部材５２は、第２流体の漏れを抑制するために、開口部５０の形状に対応して形成されているとよい。開口部５０が矩形状に形成されている場合には、閉塞部材５２は、矩形状に形成されているとよい。
閉塞部材５２は、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ合金等の金属材料や、アルミナ等のセラミックスで形成することができる。閉塞部材５２は、第２流体に対して耐食性を有する材料で形成されているとよい。また、閉塞部材５２は、圧力容器本体１２と同じ材料で形成されているとよい。例えば、圧力容器本体１２がＮｉ合金で形成されている場合には、閉塞部材５２は、同じ材料のＮｉ合金で形成されているとよい。これにより、閉塞部材５２の熱膨張と、圧力容器本体１２の熱膨張とが略同じになるので、閉塞部材５２のシール性が向上すると共に、閉塞部材５２の割れ等が抑制される。更に、閉塞部材５２は、圧力容器本体１２よりも熱膨張が大きい材質で形成されているとよい。閉塞部材５２を圧力容器本体１２よりも熱膨張が大きい材質で形成することにより、圧力容器１０の運転時の熱膨張差により閉塞部材５２のシール性を高めることができる。
閉塞部材５２は、開口部５０に挿入して嵌めこむだけでもよいが、閉塞部材５２は、開口部５０に着脱可能に固着されていてもよい。閉塞部材５２は、例えば、開口部５０に接着剤５４等で着脱可能に固着されているとよい。閉塞部材５２が開口部５０に着脱可能に固着されていることにより、閉塞部材５２が開口部５０から脱落し難くなるので、第２流体の漏れが抑制される。接着剤５４には、耐熱性や耐食性を有していることから無機接着剤を用いるとよい。無機接着剤には、アルミナ系接着剤等のセラミックス系接着剤を用いるとよい。無機接着剤には、一般的な市販品を用いることが可能である。なお、閉塞部材５２と、開口部５０との間の隙間は、無機接着剤等でシールされているとよい。これにより、第２流体の漏れが抑制される。また、閉塞部材５２は、ろう付けや溶接等で開口部５０に着脱可能に固着されていてもよい。
閉塞部材５２は、圧力容器本体１２の長手方向の一端面から突出せずに開口部５０に取り付けられていてもよいし、圧力容器本体１２の長手方向の一端面から突出して開口部５０に取り付けられていてもよい。閉塞部材５２が、圧力容器本体１２の長手方向の一端面から突出して取り付けられている場合には、閉塞部材５２を把持し易くなるので、閉塞部材５２を開口部５０から外し易くすることができる。
開口部５０は、閉塞部材５２を位置決めするための位置決め部材（図示せず）を有しているとよい。位置決め部材は、例えば、開口部５０に突起等で形成されるとよい。閉塞部材５２を開口部５０に挿入して取り付ける時に、閉塞部材５２が開口部５０の位置決め部材で係止することにより、閉塞部材５２を位置決めすることができる。位置決め部材の形状は、特に限定されないが、矩形状等にするとよい。
位置決め部材は、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ合金等の金属材料や、アルミナ等のセラミックスで形成することができる。位置決め部材は、第２流体に対して耐食性を有する材料で形成されているとよい。位置決め部材は、開口部５０に、無機系接着剤等で固着されるようにしてもよい。位置決め部材は、圧力容器本体１２と一体的に形成されていてもよい。位置決め部材は、開口部５０に少なくとも１つ設けられていればよく、複数設けられていてもよい。
次に、圧力容器１０の作用について説明する。圧力容器１０の運転時には、圧力容器１０は、図３から図４に示すように、開口部５０に閉塞部材５２を取り付けることにより、開口部５０を閉塞部材５２で塞いで運転される。これにより、開口部５０からの第２流体の漏れが抑えられるので、第１流体と第２流体との混合が抑制される。
圧力容器１０のメンテナンス時には、蓋体１４を開放して、閉塞部材５２を開口部５０から外す。図５は、圧力容器１０のメンテナンス時における圧力容器本体１２の長手方向の一端面側を示す概略正面図である。図６は、圧力容器１０のメンテナンス時における圧力容器本体１２の長手方向の断面を示す概略断面図である。閉塞部材５２を開口部５０に着脱可能に固着している無機接着剤等を除去して、開口部５０から閉塞部材５２を外す。開口部５０から閉塞部材５２を外すことにより、開口部５０から第２流路４０の点検が可能となる。また、第２流路４０に、触媒部材等の流路内部品４６が設けられている場合には、開口部５０からこれらの流路内部品４６を取り出して交換等することができる。第２流路４０に流路内部品４６が設けられていない場合でも、開口部５０から第２流路４０の点検、メンテナンス、清掃等を行うことが可能となる。なお、第１流路３６については、第１流体出入口３８から点検や、流路内部品４４の交換等をすることができる。
上記構成によれば、矩形の断面形状を有し、流体の流れ方向に延びて形成されている圧力容器本体を備え、圧力容器本体は、圧力容器本体の長手方向に形成され、第１流体が流れる第１流路と、圧力容器本体の長手方向に形成され、第２流体が流れる第２流路と、圧力容器本体の長手方向の一端面に設けられ、第１流路と連通し、第１流体が出入りする第１流体出入口と、圧力容器本体の長手方向の他端面に設けられ、第２流路と連通し、第２流体が出入りする第２流体出入口と、を含み、圧力容器本体の長手方向の一端面に設けられ、第２流体と連通する開口部と、開口部を着脱可能に塞ぐ閉塞部材と、を有していることから、圧力容器本体の長手方向の一端面側を開閉可能に構成すればよい。より詳細には、例えば、圧力容器本体の長手方向の一端面側に設けられる一方の蓋体を開閉可能に構成すればよく、圧力容器本体の長手方向の他端面側に設けられる他方の蓋体を開閉可能に構成する必要がないので、他方の蓋体に設けるフランジ等の開閉機構の部品点数を削減することができる。これにより、圧力容器の製造コストを低減することが可能となる。また、圧力容器の部品点数を削減できることから、圧力容器の軽量化が可能となる。
１０ 圧力容器
１２ 圧力容器本体
１４、１６ 蓋体
１８ 本体フランジ
２０ ボルト
２２、３２ 締結穴
２４、２６ ヘッダ
２８、３４ ノズル
３０ 蓋フランジ
３６ 第１流路
３８ 第１流体出入口
４０ 第２流路
４２ 第２流体出入口
４４、４６ 流路内部品
５０ 開口部
５２ 閉塞部材
５４ 接着剤

Claims (8)

  1. 圧力容器であって、
    矩形の断面形状を有し、流体の流れ方向に延びて形成されている圧力容器本体を備え、
    前記圧力容器本体は、
    前記圧力容器本体の長手方向に形成され、第１流体が流れる第１流路と、
    前記圧力容器本体の長手方向に形成され、第２流体が流れる第２流路と、
    前記圧力容器本体の長手方向の一端面に設けられ、前記第１流路と連通し、前記第１流体が出入りする第１流体出入口と、
    前記圧力容器本体の長手方向の他端面に設けられ、前記第２流路と連通し、前記第２流体が出入りする第２流体出入口と、
    を含み、
    前記圧力容器本体の長手方向の一端面に設けられ、前記第２流体と連通する開口部と、
    前記開口部を着脱可能に塞ぐ閉塞部材と、
    を有していることを特徴とする圧力容器。
  2. 請求項１に記載の圧力容器であって、
    前記圧力容器本体の長手方向の一端面側に設けられ、開閉可能な蓋体を備えることを特徴とする圧力容器。
  3. 請求項１または２に記載の圧力容器であって、
    前記開口部は、前記閉塞部材を位置決めする位置決め部材が設けられていることを特徴とする圧力容器。
  4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の圧力容器であって、
    前記閉塞部材は、着脱可能に固着されていることを特徴とする圧力容器。
  5. 請求項４に記載の圧力容器であって、
    前記閉塞部材は、無機接着剤で着脱可能に固着されていることを特徴とする圧力容器。
  6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の圧力容器であって、
    前記閉塞部材は、前記圧力容器本体と同じ材料で形成されていることを特徴とする圧力容器。
  7. 請求項１から５のいずれか１つに記載の圧力容器であって、
    前記閉塞部材は、前記圧力容器本体よりも熱膨張が大きい材質で形成されていることを特徴とする圧力容器。
  8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の圧力容器であって、
    前記第２流路は、流路内部品が設けられていることを特徴とする圧力容器。
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