JP2020531770A - 圧力安全装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧力安全装置及び圧力安全装置の製造方法に関し、圧力安全装置（１０）は破裂板（１１）と真空サポート部材（１２）を含み、破裂板及び真空サポート部材はグラファイトで作られ、一体的に形成された破裂板は放出側（１３）と流入側（１４）を有し、破裂板は流入側に、破裂板の保持リング（１６）の内部の破裂領域（１７）を形成する凹部（１５）を備え、この凹部に真空サポート部材が挿入されており、圧力安全装置は真空サポート部材を凹部に形状結合によって固定するためのカーボン製の保持装置（３０）を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、圧力安全装置及び圧力安全装置を製造する方法に関し、圧力安全装置は破裂板と真空サポート部材を含み、破裂板及び真空サポート部材はグラファイトで作られ、一体的に形成された破裂板は放出側と流入側を有し、破裂板は流入側に破裂板の保持リングの内部の破裂領域を形成する凹部を備え、この凹部内に真空サポート部材が挿入されている。

このような圧力安全装置は十分知られており、機器技術において過圧若しくは負圧に対して通常使用される。圧力安全装置により、機器内の望ましくない圧力レベルを下回ったり超えたりすることを、圧力安全装置若しくはその破裂板が破裂することによって確実に回避する。その際に破裂板の膜は不可逆的に破壊される。膜は金属箔又はグラファイトから形成できる。この場合、膜若しくは破裂板の材料の選択は、常にそれぞれの用途に依存している。例えば腐食性の用途では、圧力安全装置はたいてい酸による腐食に強いグラファイトで作られる。グラファイトを気密に形成するために、グラファイトに例えば樹脂を含浸させることができる。高温に耐えるガス不透過性破裂板を得るために、破裂板を熱分解によって析出したカーボンで被覆することも知られている。さらに、破裂板が平らに形成されて、２つの保持リングの間にそれぞれシーリングによって緊締された圧力安全装置が知られている。しかしながら高温用途では、シーリングの１つを省き、破裂板を保持リングと統合して、即ち一体的に形成することも有意味であろう。

圧力安全装置は通常真空サポート部材も備えているが、これは例えば圧力管の内部で負圧の結果として膜が破裂するのを防ぐためのものである。さもないと破裂板の破片が圧力管内に入り込む可能性があるが、これはいかなる場合も避けなければならない。したがって破裂板に対する真空サポート部材の相対位置が、圧力安全装置の放出側と流入側の位置を決定する。真空サポート部材が膜に当接し、若しくは膜に隣接して配置されていることにより、膜は放出側に向かってのみ破裂できる。そのため真空サポート部材は常に設備の閉じた系の内部にあり、同様に耐腐食性に形成されていなければならない。
特に一体的に形成された破裂板、即ち膜を形成する凹部を備えた保持リングを有する破裂板では、凹部に真空サポート部材を挿入してその中にしっかりと固定する必要がある。ここでは真空サポート部材と膜を併せて一体的に形成することは不可能である。なぜなら膜を正確に定義された破裂圧力で形成することができなくなるだろうからである。真空サポート部材を凹部内に膜に隣接して固定することは、通常接着剤によって行われる。しかしながらそのような圧力安全装置の場合、圧力安全装置は接着剤がなおも適している適用温度にのみ制限されるという欠点がある。さらに接着剤は完全に化学的に安定ではないため、接着剤により圧力安全装置の使用が特定の化学的組成に制限される。したがって例えば接着剤が溶けると、負圧下で破裂板が誤って破裂する可能性がある。そのうえ接着剤の成分が設備内に入り、設備を望ましくない方法で汚染しかねない。この危険性は、特に高温用途にもある。

したがって本発明の課題は、圧力安全装置を高温又は化学的に攻撃的な媒体において使用できるようにする圧力安全装置及びその製造方法を提案することである。

この課題は、請求項１の特徴を備えた圧力安全装置と、請求項１７の特徴を備えた方法によって達成される。

本発明による圧力安全装置は、破裂板と真空サポート部材を含み、破裂板及び真空サポート部材はグラファイトで作られ、一体的に形成された破裂板は放出側と流入側を有し、破裂板は流入側に、破裂板の保持リングの内部の破裂領域を形成する凹部を備え、この凹部内に真空サポート部材が挿入されており、圧力安全装置は真空サポート部材を凹部に形状結合により固定するためのカーボン製の保持装置を有する。

真空サポート部材が凹部に形状結合により固定されていることにより、真空サポート部材を例えば接着剤を用いて材料結合的に固定することを不要にできる。そうすると接着剤が機器又は設備内の高温又は化学的に攻撃的な媒体のもとでも溶解することがなくなり、或いは機器内部の雰囲気を汚染することもなくなる。原理的に真空サポート部材を凹部内に補完的に接着剤で固定することは可能であるが、真空サポート部材を凹部に形状結合により固定することによって、たとえ接着剤が溶解しても真空サポート部材が凹部から外れることはできない。保持装置は破裂板や真空サポート部材と同じくカーボン製なので、保持装置も同様に化学的耐性があり、高温に暴露できる。それにより圧力安全装置は、酸化性環境では最高５００°Ｃ、不活性雰囲気では最高１，４００°Ｃの高い適用温度に対して使用できる。破裂板は、全体として単純に回転対称に形成することができる。

圧力安全装置が、接着剤及び／又は金属を含まないように形成されていると有利である。それにより少なくとも設備の雰囲気が化学的に汚染されないことが保証される。特に金属は酸化生成物を放出することもあり、これは設備の雰囲気を望ましくない方法で汚染する可能性がある。したがって接着剤や金属を含まない圧力安全装置は、化学的に純粋な雰囲気を必要とする用途に特に適している。

圧力安全装置が完全にカーボンからなると、特に有利である。その場合、圧力安全装置の流入側にはカーボン以外に、設備又は装置の雰囲気を汚染する可能性のある物質はない。圧力安全装置は、完全にカーボンの修正又は特別の形態からなることもできる。このことは、特に保持装置の材料に該当する。

破裂領域は、厚さが均一で平らな膜を持つことができる。破裂領域は、例えば破裂板の凹部を、切削加工などによって破裂板の放出側の領域に保持リングと比較して比較的薄い膜が残るように形成することによって設けることができる。破裂圧力を可能な限り正確にあらかじめ決められるようにするには、この膜の厚さが均一で平らであると有利である。それにもかかわらずそのような凹部が放出側にも形成されることは可能であるが、真空サポート部材を受容するために働くことはできない。凹部を形成することにより、膜と保持リングを１つの部材として一体的に構成することが可能になる。

膜は、材料の弱体部によって形成された所定の破壊点を持つことができる。材料の弱体部は、例えば膜内に設けた円周方向の溝又は十字形の溝であってよい。この場合、膜を比較的厚く形成することもできる。

破裂板は、気相から生成された熱分解カーボンで浸透及び／又は被覆でき、そのため膜は気密である。

破裂板は、破裂板の放出側が完全に平らになっていれば特に簡単に形成できる。この場合、破裂領域若しくは破裂領域を形成する膜は、凹部を形成するだけで作製できる。

真空サポート部材はディスク状に形成されてよく、その外径は保持リングの内径に当接できる。真空サポート部材を凹部内に形状結合により固定する結果、外径と内径の間には隙間ばめ、好ましくは締まりばめを形成することができる。真空サポート部材の半径方向に力を伝達する必要がないため、凹部内で真空サポート部材の半径方向の遊びは許容でき、それにより圧力安全装置は一層簡単に製造可能になる。

さらに真空サポート部材内に複数の貫通開口部を形成することができる。貫通開口部は、例えば真空サポート部材内に等距離に設けられた円形の貫通孔であってよく、そのようにして圧力を流入側若しくは破裂領域に均一に分布させることを確保できる。原理的に真空サポート部材は他の貫通開口部で形成することもできる。

凹部内には、真空サポート部材が破裂領域の方向へ動くのを制限するストッパを形成することができる。それにより真空サポート部材が破裂板の膜に当接したり、例えば自重により膜に圧縮力を加えて膜を望ましくない仕方で破壊したりするのを防ぐことができる。

保持装置は、保持リングの内面の溝と、溝に挿入された保持要素とから構成することができる。真空サポート部材の凹部内への組付けは、真空サポート部材を凹部に挿入し、その後に保持要素を溝に挿入することによって特に簡単に行うことができる。この場合、保持要素は溝を越えて保持リングの内面に向かって半径方向に大きく突き出すことができ、その結果として真空サポート部材が凹部から脱落することがなくなり、それにより真空サポート部材を凹部内に形状結合により固定することができる。溝は、例えば凹部を形成する過程で切削加工により簡単に作製することができる。保持要素は、溝内で締め付けられ、又は同様に溝内に形状結合により固定され得る性状とすることができる。

真空サポート部材は一方の端部で破裂領域に当接し、反対側の端部で保持要素に当接していると有利である。そうすると真空サポート部材が凹部の内部で軸方向に動くのを簡単に防ぐことができる。また、万一発生する破裂板の破片が放出側にしか到達できないように確保することもできる。

一実施形態では、溝は環状溝から形成することができる。別の実施形態では、溝は螺旋状に、又は部分的にのみ半径方向に延びるように形成することもできるが、環状溝が最も簡単に製造できる。

保持要素は、カーボンファイバーから作られた紐、撚り紐、編み紐又は帯であることができる。保持要素は、切削械加工によりグラファイトから作られたリングであることもできるが、そのようなリングは製造に手間がかかり壊れやすい。これに対してカーボンファイバーから撚られ又は編まれた保持要素は、容易に任意の形状にして溝に適合させることができる。特に単純な実施形態では、撚られ又は編まれたカーボンファイバーを溝に差し入れ又は詰め込み、そうやって溝内に固定するようにできる。

しかしながらカーボンファイバーが熱分解カーボンで溶浸及び／又は被覆されていると有利である。そうすると保持要素の形状を簡単に形成でき、形状安定に固定できる。例えばカーボンファイバーをマンドレルの周りに巻き付けてから、熱分解カーボンで浸透及び／又は被覆することができ、その結果として環状保持要素が得られる。

これに従い保持要素は少なくとも部分的に形状安定に形成できる。

このようにして保持要素はばねリングを形成することができ、ばねリングは簡単に溝内に挿入でき、そのばね作用によって溝内で形状結合により固定されることができる。

圧力安全装置を製造するための本発明による方法において、圧力安全装置の破裂板と真空サポート部材はグラファイトで作り、破裂板を放出側及び流入側と一体的に形成し、破裂板の流入側に、破裂板の保持リングの内部に破壊領域を形成する凹部を設け、この凹部に真空サポート部材を挿入し、圧力安全装置の保持装置はカーボンから作り、真空サポート部材を保持装置で凹部に形状結合により固定する。本発明による方法の有利な効果については、本発明による圧力安全装置の利点の説明を参照されたい。本方法の別の有利な実施形態は、請求項１に準拠する従属請求項の特徴の説明から明らかである。

以下に本発明の有利な実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、破裂板の平面図である。 図２は、破裂板の縦断面図である。 図３は、真空サポート部材の平面図である。 図４は、真空サポート部材の縦断面図である。 図５は、圧力安全装置の平面図である。 図６は、圧力安全装置の縦断面図である。 図７は、別の破裂板の縦断面図である。 図８は、別の真空サポート部材の縦断面図である。

図１〜図６は併せて、破裂板１１と真空サポート部材１２を備えた圧力安全装置１０を示しており、破裂板１１及び真空サポート部材１２は完全にグラファイトで作られている。一体的に形成された破裂板１１は、放出側１３と流入側１４とを有し、流入側１４には実質的に円形の凹部１５が形成されている。この凹部１５によって破裂板１１の保持リング１６と破裂領域１７が形成されており、破裂領域１７は厚さが均一で平らな膜１８である。破裂板１１の放出側１３は完全に平らである。

真空サポート部材１２は、ディスク状であり、複数の貫通開口部１９を有する。貫通開口部１９は貫通孔２０として円形リング２１に沿って圧力安全装置１０の長手方向軸２２に対して同軸に形成されている。真空サポート部材１２は、真空サポート部材１２の外径２３が保持リング１６若しくは凹部１５の内径２４に実質的に当接するように、凹部１５に挿入されている。さらに外径２３に面取り部２５が形成され、真空サポート部材１２の凹部１５への挿入を容易にする。

凹部１５の内部には段差のある内径２６と環状溝２７が形成されている。環状溝２７には保持要素２８が挿入されている。保持要素２８はここでは詳細に図示されていないが、熱分解カーボンで溶浸及び被覆されたカーボンファイバーから作られている。この場合、保持要素２８は実質的に形状安定で、真空サポート部材１２を凹部１５内に形状結合により保持するばねリング２９を形成する。環状溝２７は、凹部１５内で真空サポート部材１２が長手方向軸２２に対して軸方向に実質的に遊びなく保持されるように凹部１５内に設けられている。これにより環状溝２７と保持要素２８は保持装置３０を構成している。

図７と図８は併せて、ここでは完全に示されていない圧力安全装置の破裂板３１及び真空サポート部材３２を示している。図２の破裂板とは異なり、破裂板３１の凹部３３内に環状溝３５を備えた段部３４が形成されている。段部３４は、真空サポート部材３２に形成された環状突起３７に対するストッパ３６をなす。これにより真空サポート部材３２が破裂板３１の膜３８に当接し、若しくは膜３８に圧縮力を加えて望ましくない仕方で破壊することを防ぐことができる。

Claims (17)

1. 破裂板（１１、３１）と真空サポート部材（１２、３２）を含む圧力安全装置（１０）であって、前記破裂板及び前記真空サポート部材はグラファイトで作られ、一体的に形成された前記破裂板は放出側（１３）と流入側（１４）とを有し、前記破裂板は、前記流入側において、前記破裂板の保持リング（１６）の内部の破裂領域（１７）を形成する凹部（１５、３３）を備え、前記凹部に前記真空サポート部材が挿入されている、圧力安全装置（１０）において、
   前記圧力安全装置は、前記真空サポート部材を前記凹部に形状結合によって固定するためのカーボン製の保持装置（３０）を有することを特徴とする圧力安全装置。
2. 前記圧力安全装置（１０）は、接着剤及び／又は金属を含まないように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧力安全装置。
3. 前記圧力安全装置（１０）は完全にカーボンからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧力安全装置。
4. 前記破裂領域（１７）は厚さが均一で平らな膜（１８、３８）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
5. 前記膜（１８、３８）は材料の弱体部によって形成された所定の破壊点を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
6. 前記破裂板（１１、３１）の前記放出側（１３）が完全に平らに形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
7. 前記真空サポート部材（１２、３２）はディスク状に形成されていて、前記真空サポート部材の外径（２３）で前記保持リング（１６）の内径（２４）に当接していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
8. 前記真空サポート部材（１２、３２）内に複数の貫通開口部（１９）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
9. 前記凹部（３３）内には、前記真空サポート部材（３２）が前記破裂領域の方向へ動くのを制限するストッパ（３６）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
10. 前記保持装置（３０）は、前記保持リング（１６）の内面の溝と、溝内に挿入された保持要素（２８）とから形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
11. 前記真空サポート部材（１２、３２）は一方の端部で前記破裂領域（１７）に当接し、反対側の端部で保持要素（２８）に当接していることを特徴とする、請求項１０に記載の圧力安全装置。
12. 前記溝が環状溝（２７、３５）として形成されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の圧力安全装置。
13. 保持要素（２８）は、カーボンファイバーから作られた紐、撚り紐、編み紐又は帯であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
14. カーボンファイバーが熱分解カーボンで溶浸及び／又は被覆されていることを特徴とする、請求項１３に記載の圧力安全装置。
15. 保持要素（２８）は少なくとも部分的に形状安定に形成されていることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
16. 保持要素（２８）がばねリング（２９）を形成することを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の圧力安全装置。
17. 圧力安全装置（１０）の製造方法であって、圧力安全装置の破裂板（１１、３１）と真空サポート部材（１２、３２）はグラファイトで作られ、前記破裂板を放出側（１３）及び前記流入側（１４）と一体的に形成し、破裂板の前記流入側に、破裂板の保持リング（１６）の内部に破壊領域（１７）を形成する凹部（１５、３３）を設け、前記凹部に真空サポート部材を挿入する、圧力安全装置（１０）の製造方法において、
    前記圧力安全装置の保持装置（３０）をカーボンから作り、真空サポート部材を保持装置で凹部に形状結合により固定することを特徴とする圧力安全装置（１０）の製造方法。

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