JP2561407B2 - 高温高圧容器の冷却装置 - Google Patents

高温高圧容器の冷却装置

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JP2561407B2
JP2561407B2 JP4167803A JP16780392A JP2561407B2 JP 2561407 B2 JP2561407 B2 JP 2561407B2 JP 4167803 A JP4167803 A JP 4167803A JP 16780392 A JP16780392 A JP 16780392A JP 2561407 B2 JP2561407 B2 JP 2561407B2
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    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/001Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure; Isostatic presses
    • B30B11/002Isostatic press chambers; Press stands therefor

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  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温高圧容器の冷却装
置に係り、熱間等方圧加圧装置(HIP装置)に利用さ
れる。
【0002】
【従来の技術】HIP装置、特に高圧容器には千kgf
/cm2 あるいはそれ以上の高い内圧が作用し、しかも
高温であることから、圧力の上昇とともに最も高い応力
が生じる容器内壁が塑性変形を開始し、この領域が大き
くなり容器全体が塑性変形に至ると破壊するおそれがあ
る。
【0003】また、使用温度が高くなると、一定圧力下
でもクリープ現象が生じるとともに、加圧繰り返し数が
多くなると、容器に疲労破壊が生じる可能性がある。叙
述の事態は、安全性確保の見地から対処しなければなら
ず、このため、HIP装置にあっては、断熱構造や容器
の冷却等が肝要となる。一方、HIP装置においては、
生産性の改善も重要な課題である。
【0004】すなわち、HIP処理は1サイクルに要す
る時間が長時間に及ぶ難点があり、工程全体にわたる合
理化が課題のひとつでもある。そこで、実開平2−73
600号公報(従来例の2)及び特開平2−14059
2号公報(従来例の1)等の技術が公知である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来例の1及び
2はそれなりに有用ではあるものの、次のような課題が
あった。従来例の1は、内部に冷却用流路を有する筒形
の冷却ジャケットが、高圧容器の軸方向全長にわたって
備えられているため、炉室の有効径を小さくするという
課題があった。
【0006】従来例の2は、断熱層上部と蓋部材との間
に、閉端管による熱交換器を備えたもので、冷媒側の伝
熱面積(閉端管の内周面積)の確保が難しいという課題
があった。これは、閉端管そのものが外圧(HIP圧
力)を受ける管構造体であり、通常のHIP圧力に耐え
るためには、内外径比は1.7〜2以上の値となるため
である。
【0007】一方、必要かつ充分な伝熱面積を得るた
め、閉端管の管長を長くすると、炉室の有効高さを低く
するという課題があった。すなわち、容器内からの抜熱
に寄与する構成要素は通常HIP装置においては上蓋冷
却盤、圧力容器、内部設置の熱交換器の3つである。
尚、蓄熱器はピークカットのための熱的アキュムレータ
であり、容器内から容器外への熱放出には寄与しない。
【0008】冷却時間の短縮のためには、抜熱能力をア
ップする必要があり、上記3要素を強化することにな
る。ところで内部設置の熱交換器は高圧、高温ガスに冷
媒通路の接続部を設ける必要があり、安全上の見地から
現実的な方法とは言えない。従って、抜熱能力の向上と
言う面からは上蓋又は圧力容器の抜熱能力をアップする
方法が取られる。
【0009】圧力容器の抜熱能力のアップのためには内
面冷却型(特公昭56−8178号、実開平3−871
96号等)とする方法が最も効果的であるが、容器の製
造コストは高いものとなる。このため、従来例の2等の
上蓋の抜熱能力をアップする方法が現実的である。ここ
で上蓋の抜熱能力のアップはすなわち伝熱面積の増加を
意味するが従来例の2は既述の課題がある。
【0010】そこで本発明は、蓄熱器又は熱交換器と筒
形の冷却ジャケットとを有機的に組み合わせて冷却効率
を向上するとともに、高圧容器内面の特に、上部におい
て高温圧媒ガスが直接接触するのを阻止し得るようにし
たコンパクトな冷却装置を提供することが目的である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、容器軸方向
端部の開口が嵌脱可能な蓋部材によって密閉されて内
部に高圧室を有する高圧容器と、前記高圧室に配置され
ている加熱要素と、該加熱要素を高圧室内で内包してい
て炉室を形成するとともに上部と下部に炉室内外を連通
する圧媒ガス流通孔を有する倒立断面コップ形の断熱層
と、前記上・下部圧媒ガス流通孔の少なくともいずれか
一方を開閉自在にする開閉弁とを備えているHIP装置
において、前述の目的を達成するために次の技術的手段
を講じている。
【0012】すなわち、本発明は、内部に冷媒用通路を
形成した筒部を有する冷却ジャケットを上蓋部材に備
え、該冷却ジャケットの筒部を、前記断熱層の胴部と略
同じ内・外径に形成して該筒部を高圧容器の上部内面側
に配置することで前記断熱層の上面と上蓋部材の下面と
の間に前記炉室と略同じ外径の吸熱又は抜熱用空間を形
成し、該空間内で上蓋部材の下面に冷却盤を設けるとと
もに前記空間に蓄熱器又は熱交換器を内設し、該蓄熱器
又は熱交換器には、冷却時において前記炉室から上部圧
媒ガス流通孔を経て上昇する圧媒ガスを上蓋部材の下面
側に備えた冷却盤に導く流路を有していることを特徴と
するものである。
【0013】
【作用】HIP処理後に冷却を開始するには、開閉弁1
1を開にすることで、断熱層5内における炉室の圧媒ガ
スは上部流通孔9を通って上昇し、蓄熱器17又は熱交
換器20に導かれ、その吸熱作用、抜熱作用により低温
化される。この際、内部に冷媒用通路14を形成した筒
部16を有する冷却ジャケット15を上蓋部材2に備
え、該冷却ジャケット15の筒部16を、前記断熱層5
の胴部と略同じ内・外径に形成して該筒部16を高圧容
器1の上部内面側に配置することで前記断熱層5の上面
と上蓋部材2の下面との間に前記炉室と略同じ外径の吸
熱又は抜熱用空間を形成していることから、該空間の容
積は大きくできて大容量の蓄熱器17又は熱交換器20
を内設できるだけでなく、筒部16による伝熱面積も広
くなって、圧媒ガスの冷却能力を向上する。
【0014】蓄熱器17又は熱交換器20を介して低温
化された圧媒ガスは上蓋部材2の下面に導かれて該下面
に備えた冷却盤13に接触することで冷却され、更にそ
の外周を取り囲んだ冷却ジャケット15の筒部16に至
り、該筒部16が高圧容器1の内面にガスが直接接触す
るのを阻止し、冷却ジャケット15で冷却されるととも
に断熱層5外周面と高圧容器1の内面との熱交換により
更に冷却され、断熱層5における下部流通孔10を介し
て炉室に至る循環対流により、急速冷却を確保し、高圧
容器1の過昇温をなくす。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
すると、第1実施例を示した図1において、高圧容器1
は円筒形状であり、容器軸方向端部の開口、図では上下
開口に、上蓋2と下蓋3による蓋部材が嵌脱可能とされ
て密閉されて内部に高圧室4を有している。
【0016】なお、図示省略しているが高圧室4内に
は、圧媒、例えば、アルゴン等の不活性ガス等が供給、
排出可能である。高圧室4内には倒立断面コップ形状と
された断熱層5が配置されていて、この断熱層5で内包
されている加熱要素6とともに炉体を構成しており、炉
室においては、下蓋3上の支持台7に載置されている被
処理体8を、等方圧で加圧処理可能としている。
【0017】断熱層5の上部と下部には、炉室内外を連
通する圧媒ガス流通孔9,10が形成されていて、少な
くとも上下ガス流通孔9,10のいずれか一方、本例で
は下ガス流通孔10に遠隔操作で開閉される開閉弁11
を有している。なお、前記炉体はグラファイトヒータと
数種のグラファイト系材料からなる断熱層で構成されて
いるグラファイト炉、又は、モリブデン炉等よりなる。
【0018】蓋部材である上蓋2の下面側には水などの
冷媒を流す冷媒通路12を有する冷却盤13が備えられ
ているとともに、内部に水などの冷媒を流す冷媒用通路
14を有する冷却ジャケット15が備えられている。冷
却ジャケット15は高圧容器1と同種材料、例えば低合
金鋼等より構成されている円筒形であり、高圧容器11
及び炉体とともに軸心を一致させて高圧容器11の高圧
室内に、容器軸方向に挿脱自在として内装されている。
【0019】冷却ジャケット15の筒部16内に形成し
た通路14は側面視において同方向に蛇腹形状又は筒長
方向に螺旋状等であり、筒部16の筒長は、高圧容器1
の筒長の1/2以下とされていて、筒部16の下端面と
断熱層5の上部との間には通路用間隙が形成してある。
なお、筒部16の筒長は容器有効高さの1/7〜1/1
0であれば、充分である。
【0020】冷却ジャケット15の筒部16に取り囲ま
れ、かつ、上蓋2の下面と断熱層5の上面との間の空間
には、蓄熱器7が配置されていて、該蓄熱器17は上部
流通孔9から冷却盤13に至る流路18が形成されてい
て、冷却時において炉室から上部ガス流通孔9を経て上
昇する圧媒ガスを上蓋2の下面側に導く過程で、蓄熱器
17の吸熱作用で圧媒ガスを冷却する。
【0021】すなわち、内部に冷媒用通路14を形成し
た筒部16を有する冷却ジャケット15を上蓋部材2に
備え、該冷却ジャケット15の筒部16を、前記断熱層
5の胴部と略同じ内・外径に形成して該筒部16を高圧
容器1の上部内面側に配置することで前記断熱層5の上
面と上蓋部材2の下面との間に前記炉室と略同じ外径の
吸熱又は抜熱用空間を形成し、該空間内で上蓋部材2の
下面に冷却盤13を設けるとともに前記空間に蓄熱器1
7を内設している。
【0022】第2図は本発明の第2実施例であり、冷却
ジャケット15における筒部16内に、水等の冷媒を通
す冷媒通路19を有する熱交換器20を設けたものであ
り、該熱交換器20には上部流通孔9から冷却盤13に
至る流路18を有している。なお、第2実施例における
冷媒通路19は平面視蛇腹形状か螺旋状であり、冷却盤
13の冷媒通路12と連通されている。
【0023】第3図は本発明の第3実施例であり、第1
実施例における筒部16に、径方向に貫通したガス分散
孔21を上下段に形成したもので、筒部16の内周面を
流下する圧媒ガスの一部を外周面へ分散することで、筒
部16の外周面、容器内周面も伝熱面として利用し、よ
り一層の冷却能力の向上を図ったものであり、その他の
構成は、第1実施例と共通する。
【0024】なお、ガス分散孔21の開孔面積は、容器
内面の過昇温を防ぐ程度に設定され、又、前述した第2
実施例の筒部16に、ガス分散孔を形成することもでき
る。次に、作用を説明する。HIP処理後に、急速冷却
するには、開閉弁11を開にすることにより、炉室内の
圧媒ガスは上部流通孔9、流路18を経て矢示の如く上
昇し、上蓋2の下面に備えた冷却盤13に接触すること
で冷却される。
【0025】このとき、蓄熱器17による吸熱作用又は
熱交換器20の抜熱作用により、冷却初期のガス温度を
ピークカットし、冷却ジャケット15における筒部16
の内周面を流下する過程で、該内周面を伝熱面として冷
却されるとともに、高圧容器1の上部内面の過昇温を防
止する。更に、冷却ガスは断熱層5の外周面と高圧容器
1の内周面との間を流下する過程でも冷却作用を受け、
開閉弁11を介して炉室内に至る循環対流する。
【0026】従って、冷却初期のガス温度をピークカッ
トでき、冷却過程の全般を通じて熱交換面に接触するガ
ス温を平均化でき、このことにより、冷却過程全般を通
じて熱交換器の最高性能を平均的に利用できる。又、蓄
熱器17又は熱交換器20を内包する形で冷却ジャケッ
ト15を配置することによって、蓄熱器17等の設置に
際し、占有高さの増加及び熱交換面積の減少はなくな
り、容器高さを若干高くするだけで済み、容器径を大き
くする必要もなく、コンパクトにできるとともに、冷却
ジャケット15の筒部16で高圧容器1の内面過昇温を
防止できる。
【0027】又、筒部16で取り囲まれた吸熱用又は抜
熱用空間は、炉室と略同じ外径であることから、該空間
は広く大容量の蓄熱器17又は熱交換器20を設置でき
て筒部16の伝熱面拡大と相まって冷却能力は向上する
のである。
【0028】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、蓄
熱器又は熱交換器を内包するように筒形の冷却ジャケッ
トを設けたことにより、該ジャケットを高圧容器の全長
に亘って設置しなくとも充分な冷却能力は確保され、炉
室の有効径を小さくすることもなく、ここに、生産性の
改善と高圧容器の耐久性をコンパクトな設計で達成でき
る。
【0029】すなわち、本発明では容器有効高に与える
影響を最小化して、かつ最大の伝熱面積を与える形状で
ある。つまり、最大径の部分で円筒状に軸方向に突出さ
せているので、耐圧構造を取りつつも最大の水側伝熱面
積を得ることができる。具体的には、内部に冷媒用通路
を形成した筒部を有する冷却ジャケットを上蓋部材に備
え、該冷却ジャケットの筒部を、前記断熱層の胴部と略
同じ内・外径に形成して該筒部を高圧容器の上部内面側
に配置することで前記断熱層の上面と上蓋部材の下面と
の間に前記炉室と略同じ外径の吸熱又は抜熱用空間を形
成しているので該空間の容積は広くできて大容量の蓄熱
器又は熱交換器を内設できて吸熱作用又は抜熱作用の増
進を図れるし、上蓋部材の下面に冷却盤を備え、かつ筒
部の伝熱面積の拡大と相まって冷却能力を向上するので
ある。
【0030】更に、本発明では単に上蓋形状が従来HI
P装置より若干異なるだけであるので、通常HIP装置
に急冷機能を付加する場合、圧力容器(円筒胴)の変更
なく、しかもシール部材の個数を増すことなく、上蓋部
のみの改造で相当の急冷能力を得ることができる。すな
わち、部品の取替(上蓋の交換)のみで特別の工事なし
で既設通常HIP装置を急冷機能付に改造可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施例の縦断面図である。
【図2】本発明第2実施例の要部を示す縦断面図であ
る。
【図3】本発明第3実施例の要部を示す縦断面図であ
る。
【符号の説明】
1 高圧容器 2 上蓋 3 下蓋 4 高圧室 5 断熱層 6 加熱要素 9 上部流通孔 10 下部流通孔 11 開閉弁 15 冷却ジャケット 17 蓄熱器 20 熱交換器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−140592(JP,A) 実開 平2−73600(JP,U) 特公 昭5−38221(JP,B1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容器軸方向端部の開口が嵌脱可能な
    蓋部材によって密閉されて内部に高圧室を有する高圧容
    器と、前記高圧室に配置されている加熱要素と、該加熱
    要素を高圧室内で内包していて炉室を形成するとともに
    上部と下部に炉室内外を連通する圧媒ガス流通孔を有す
    倒立断面コップ形の断熱層と、前記上・下部圧媒ガス
    流通孔の少なくともいずれか一方を開閉自在にする開閉
    弁とを備えているHIP装置において、内部に冷媒用通路を形成した筒部を有する冷却ジャケッ
    トを上蓋部材に備え、該冷却ジャケットの筒部を、前記
    断熱層の胴部と略同じ内・外径に形成して該筒部を高圧
    容器の上部内面側に配置することで前記断熱層の上面と
    上蓋部材の下面との間に前記炉室と略同じ外径の吸熱又
    は抜熱用空間を形成し、該空間内で上蓋部材の下面に冷
    却盤を設けるとともに前記空間に蓄熱器又は熱交換器を
    内設し、該蓄熱器又は熱交換器には、冷却時において前
    記炉室から上部圧媒ガス流通孔を経て上昇する圧媒ガス
    を上蓋部材の下面側に備えた冷却盤に 導く流路を有して
    いることを特徴とする高温高圧容器の冷却装置。
JP4167803A 1992-06-25 1992-06-25 高温高圧容器の冷却装置 Expired - Lifetime JP2561407B2 (ja)

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