JP4635900B2 - 圧力容器の耐圧試験方法及び耐圧試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力容器の耐圧性能を試験するための圧力容器の耐圧試験方法及び耐圧試験装置に関するものである。

一般的に、圧力容器の耐圧試験においては、圧力容器の内部にガスや液体などの流体を流し込み、内部を高圧にして流体を封入した状態で、内部圧力が低下しないか否かを測定する。なお、特定の製品の場合には、高圧ガス保安法に基づいた試験が義務付けされている。

そして、金属ベローズ型アキュムレータのように、圧力容器の内部に、圧力に応じて変形する隔壁が設けられたものの場合には、耐圧試験時に隔壁が塑性変形してしまったり、破損してしまったりしないようにしなければならない。この点について、図５を参照して説明する。図５は従来例に係る圧力容器の試験方法を示す概略図である。

金属ベローズ型アキュムレータ２００は、圧力容器２０１と、圧力容器２０１の内部に設けられる隔壁としての金属ベローズ２０２とを備えている。圧力容器２０１の内部は、金属ベローズ２０２によって、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２に分けられている。また、圧力容器２０１には、第１室Ｒ１の室内と容器外部とを連通する第１連通孔２０１ａと、第２室Ｒ２の室内と容器外部とを連通する第２連通孔２０１ｂが設けられている。製品使用時においては、第１室Ｒ１に油などの液体が送り込まれ、第２室Ｒ２に窒素などのガスが封入される。

このように構成される金属ベローズ型アキュムレータ２００の耐圧試験を行う場合には、まず、図５に示すように管３０１，３０２を圧力容器２０１に接続する。そして、第１室Ｒ１の室内及び第２室Ｒ２の室内にそれぞれ流体（ガス又は液体）を流し込み、これらの室内の内部圧力を所定の試験圧力まで高める。その後、流体を封入した状態で、各室内の内部圧力が低下しないか否かを測定する。

ここで、各室内の内部圧力を高める過程、または測定（検査）終了後に圧力を低下させる過程において、各室内の内部圧力に差が生じると、金属ベローズ２０２は変形する。そして、圧力差が大きくなりすぎると、金属ベローズ２０２が大きく変形し、塑性変形してしまったり破損してしまったりする。そのため、試験時に金属ベローズ２０２に悪影響を与えないためには、各室内の内部圧力を高める過程または内部圧力を低下させる過程において、それぞれの内部圧力が釣り合った状態を保持しなければならない。

しかしながら、各室内の内部圧力をそれぞれ測定しなければならない関係上、第１室Ｒ１の室内に流体を送り込むための管等からなる流路構成と、第２室Ｒ２の室内に流体を送り込むための管等からなる流路構成は、それぞれ独立に構成されている。そのため、流路全体の体積の相違や、管路抵抗の相違や、管路の目詰まり等の各種要因により、第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力を釣り合わせたまま、内部圧力を高めたり内部圧力を低下させたりするのは事実上困難である。

このように、従来の試験方法の場合、各室内の圧力を高める際や圧力を低下させる際に、第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力を釣り合わせておくのは難しく、試験中に金属ベローズ２０２が変形してしまうことがある。従って、試験中に金属ベローズ２０２が塑性変形してしまったり破損してしまったりするおそれがある。

なお、関連する技術としては、特許文献１，２に開示されたものがある。
特開２０００−３５２４９７号公報 特公平０６−６３９５０号公報

本発明の目的は、試験中において、圧力容器内に設けられた隔壁の変形の抑制を図った圧力容器の耐圧試験方法及び耐圧試験装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の圧力容器の耐圧試験方法は、
圧力に応じて変形する隔壁によって容器内が第１室と第２室に分けられており、かつ第１室内と容器外部とを連通する第１連通孔及び第２室内と容器外部とを連通する第２連通孔を備えた圧力容器の耐圧試験方法において、
密閉可能な試験槽内に、試験対象の圧力容器を配置する第１工程と、
第１工程後に、試験槽を密閉した状態で試験槽の内部空間の圧力を試験圧力まで高めることによって、第１連通孔及び第２連通孔を通じて、第１室内の内部圧力及び第２室内の内部圧力も試験圧力まで高める第２工程と、
第２工程後に、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間の連通をそれぞれ遮断する第３工程と、
第３工程後に、試験槽の内部空間の圧力を低下させる（例えば、大気圧まで低下させる）第４工程と、
第４工程後に、試験槽を密閉した状態で、試験槽の内部空間の圧力と第１室内の内部圧力と第２室内の内部圧力をそれぞれ監視する第５工程と、
第５工程後に、試験槽の内部空間の圧力を高める（再び試験圧力まで高めるのが望ましい）第６工程と、
第６工程後に、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間を連通させる第７工程と、
第７工程後に、試験槽の内部空間の圧力を低下させる第８工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第２工程において、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間が連通した状態で、試験槽の内部空間を試験圧力まで高めることで、第１室内の内部圧力及び第２室内の内部圧力を試験圧力まで高める。そのため、第１室内の内部圧力と第２室内の内部圧力を釣り合わせた状態で、これらの内部圧力を試験圧力まで高めることができる。

また、第７工程において、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間を連通させてから、第８工程において、試験槽の内部空間の圧力を低下させる。従って、第１室内の内部圧力と第２室内の内部圧力を釣り合わせた状態で、これらの内部圧力を低下させることができる。そして、第６工程で試験槽の内部空間の圧力を高めてから、第７工程で試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間を連通させて、その後、圧力を低下するので、第１室内と第２室内の内部圧力が急激に低下することを抑制できる。これにより、各室内の圧力を低下させる際に、より安定的に第１室内の内部圧力と第２室内の内部圧力を釣り合わせることができる。

また、上記の圧力容器の耐圧試験方法に用いられる耐圧試験装置であって、
前記試験槽と、
該試験槽の外部から内部に差し込まれた状態で往復移動可能に構成された第１管状部材及び第２管状部材と、
を備え、
第１管状部材の先端を圧力容器に当接させることで、第１管状部材の管内と第１室内が連通し、第２管状部材の先端を圧力容器に当接させることで、第２管状部材の管内と第２室内が連通し、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間の連通をそれぞれ遮断せしめるように構成され、
かつ、第１管状部材の先端及び第２管状部材の先端を圧力容器から離間させることで、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間を連通せしめるように構成されることを特徴とする。

このように構成される耐圧試験装置によって、上記の耐圧試験を好適に行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、圧力容器内に設けられた隔壁の変形を抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例に係る圧力容器の耐圧試験方法及び耐圧試験装置について説明する。なお、本実施例では、圧力容器の一例として、金属ベローズ型アキュムレータの場合を例にして説明する。背景技術の中でも説明したように、金属ベローズ型アキュムレータ２００は、圧力容器２０１と、圧力容器２０１の内部に設けられる隔壁としての金属ベローズ２０２とを備えている。そして、圧力容器２０１の内部は、金属ベローズ２０２によって、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２に分けられている。また、圧力容器２０１には、第１室Ｒ１の室内と容器外部とを連通する第１連通孔２０１ａと、第２室Ｒ２の室内と容器外部とを連通する第２連通孔２０１ｂが設けられている。製品使用時においては、第１室Ｒ１に油などの液体が送り込まれ、第２室Ｒ２に窒素などのガスが封入される。

＜耐圧試験装置の構成＞
特に、図１を参照して本実施例に係る耐圧試験装置の構成について説明する。図１は本発明の実施例に係る耐圧試験装置の概略構成図である。

耐圧試験装置１００は、試験槽（チャンバー）１０と、試験槽１０の外部から内部に差し込まれた状態で往復移動可能に構成された第１管状部材２０及び第２管状部材３０と、試験槽１０の内部空間１０ａに試験用の高圧ガスを送り込むための圧送機構４０と、試験槽１０の内部空間１０ａの圧力を測定する圧力計５０とを備えている。

試験槽１０は、試験対象製品である金属ベローズ型アキュムレータ２００を設置する土台１１と略有底円筒形状のカバー１２とから構成される。カバー１２の筒状部分の先端には、ＯリングＯ１が設けられている。これにより、土台１１とカバー１２との間の隙間が封止される。

土台１１には円筒部１１ａが設けられており、この円筒部１１ａの開口端に、金属ベローズ型アキュムレータ２００を嵌め込むように配置することができる。また、円筒部１１ａの先端には、複数個所にスリット１１ｂが設けられている。このスリット１１ｂによって、円筒部１１ａの内側と外側が連通されるため、圧力容器２０１における第１連通孔２０１ａの開口部付近と第２連通孔２０１ｂの開口部付近の圧力を等しくすることができる。また、土台１１には貫通孔１１ｃが設けられており、この貫通孔１１ｃに第１管状部材２０が挿通されている。そして、この貫通孔１１ｃの内周面にＯリングＯ２が設けられている。このＯリングＯ２によって、第１管状部材２０の外周面と貫通孔１１ｃの内周面との間の隙間が封止される。

カバー１２には貫通孔１２ａが設けられており、この貫通孔１２ａに第２管状部材３０が挿通されている。そして、この貫通孔１２ａの内周面にＯリングＯ４が設けられている。このＯリングＯ４によって、第２管状部材３０の外周面と貫通孔１２ａの内周面との間の隙間が封止される。また、カバー１２には、圧送機構４０側の管の管内と連通する貫通孔１２ｂや圧力計５０側の管の管内と連通する貫通孔１２ｃが設けられている。

第１管状部材２０は油圧シリンダ２１によって往復移動されるように構成されている。また、第１管状部材２０の先端にはＯリングＯ３が設けられており、第１管状部材２０の先端を圧力容器２０１に当接させることで、第１管状部材２０の管内と第１室Ｒ１の室内が連通し、試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内との間の連通を遮断させることができる。なお、第１管状部材２０の先端を圧力容器２０１から離間させることで、試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内との間を連通させることができることは言うまでもない。また、第１管状部材２０の管内の内部圧力を測定する圧力計２２が設けられている。第１管状部材２０の先端を圧力容器２０１に当接させた状態で、この圧力計２２によって圧力を測定することによって、第１室Ｒ１の室内の内部圧力を測定することができる。

第２管状部材３０は油圧シリンダ３１によって往復移動されるように構成されている。また、第２管状部材３０の先端にはＯリングＯ５が設けられており、第２管状部材３０の先端を圧力容器２０１に当接させることで、第２管状部材３０の管内と第２室Ｒ２の室内が連通し、試験槽１０の内部空間１０ａと第２室Ｒ２の室内との間の連通を遮断させることができる。なお、第２管状部材３０の先端を圧力容器２０１から離間させることで、試験槽１０の内部空間１０ａと第２室Ｒ２の室内との間を連通させることができることは言うまでもない。また、第２管状部材３０の管内の内部圧力を測定する圧力計３２が設けられている。第２管状部材３０の先端を圧力容器２０１に当接させた状態で、この圧力計３２によって圧力を測定することによって、第２室Ｒ２の室内の内部圧力を測定することができる。

圧送機構４０は、ポンプ４１と、ポンプ４１と試験槽１０の内部空間１０ａとを結ぶ管路内に設けられるバルブ４２と、大気と試験槽１０の内部空間１０ａとを結ぶ管路内に設けられるバルブ４３と、ポンプ４１と試験槽１０の内部空間１０ａとを結ぶ管路内の圧力が一定以上になった場合に圧力を大気に逃がすための安全弁４４と、ポンプ４１と試験槽１０の内部空間１０ａとを結ぶ管路内の圧力を測定する圧力計４５とを備えている。

＜耐圧試験方法＞
特に、図２〜図４を参照して本実施例に係る耐圧試験方法を試験手順にしたがって説明する。図２〜図４は本発明の実施例に係る耐圧試験方法の様子を示す概略構成図である。

＜＜第１工程＞＞
まず、試験槽１０の中に、試験対象となる金属ベローズ型アキュムレータ２００（圧力容器２０１）を配置する。このとき、第１管状部材２０の先端及び第２管状部材３０の先端は圧力容器２０１に当たらないようしておく（図２参照）。

＜＜第２工程＞＞
次に、試験槽１０を密閉した状態で、圧送機構４０によって試験槽１０の内部空間１０ａに高圧ガスを送り込み、内部空間１０ａの圧力を試験圧力（本実施例では３０ＭＰａ前後）まで高める。これにより、第１連通孔２０１ａ及び第２連通孔２０１ｂを通じて、第１室Ｒ１の室内の内部圧力及び第２室Ｒ２の室内の内部圧力も試験圧力まで高まる。試験圧力まで高めたら、バルブ４２を閉じて、内部空間１０ａの圧力を試験圧力に保持した状態にする。

＜＜第３工程＞＞
次に、第１管状部材２０の先端及び第２管状部材３０の先端をそれぞれ圧力容器２０１に当接させる（図３参照）。これにより、第１管状部材２０の管内と第１室Ｒ１の室内が連通し、試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内との間の連通が遮断される。また、第２管状部材３０の管内と第２室Ｒ２の室内が連通し、試験槽１０の内部空間１０ａと第２室Ｒ２の室内との間の連通が遮断される。

＜＜第４工程＞＞
次に、バルブ４３を開き、試験槽１０の内部空間１０ａの圧力を大気圧まで低下させる。このとき、上記の通り、試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内との間の連通、及び試験槽１０の内部空間１０ａと第２室Ｒ２の室内との間の連通は遮断されているので、第１室Ｒ１の室内の内部圧力及び第２室Ｒ２の室内の内部圧力は、異常がない限り試験圧力に保たれる。

＜＜第５工程＞＞
次に、バルブ４３を閉じ、試験槽１０を再び密閉状態にする。そして、その状態で、試験槽１０の内部空間１０ａの圧力と第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力を、圧力計５０，２２，３２によって、それぞれ所定時間監視する。

ここで、内部空間１０ａの圧力上昇がなく、第１室Ｒ１の室内の内部圧力や第２室Ｒ２の室内の内部圧力の圧力低下がなく、これらに圧力差が生じなければ、金属ベローズ型アキュムレータ２００（圧力容器２０１）に異常はないと判断できる。

一方、試験槽１０の内部空間１０ａの圧力が上昇した場合には、圧力容器２０１に欠陥があるか、ＯリングＯ３，Ｏ５のシール性に欠陥があると判断できる。また、第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力のうちの少なくとも一方の低下が認められた場合には、金属ベローズ２０２に欠陥があるか、耐圧試験装置１００に欠陥があると判断できる。

＜＜第６工程＞＞
検査が終了、すなわち、金属ベローズ型アキュムレータ２００（圧力容器２０１）などが正常であるか否かの判断が終了した後に、圧送機構４０によって試験槽１０の内部空間１０ａに再び高圧ガスを送り込み、内部空間１０ａの圧力を高める。なお、本実施例では、内部空間１０ａの圧力を、第１室Ｒ１の室内の内部圧力や第２室Ｒ２の室内の内部圧力と等しくするために、試験圧力まで高めている。

＜＜第７工程＞＞
次に、第１管状部材２０の先端及び第２管状部材３０の先端をそれぞれ圧力容器２０１
から離間させる（図４参照）。これにより、試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内との間、及び試験槽１０の内部空間１０ａと第２室Ｒ２の室内との間が連通する。試験槽１０の内部空間１０ａの圧力と第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力は、連通する前から等しいため、連通させた際においても各部の圧力は殆ど変動しない。

＜＜第８工程＞＞
次に、バルブ４３を開き、試験槽１０の内部空間１０ａの圧力と第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力を大気圧まで低下させる。なお、第７工程において、内部空間１０ａの圧力は試験圧力となっており、この内部圧力の状態でカバー１２を開くことは危険を伴うため、本工程で、バルブ４３を開いて内部空間１０ａの圧力を大気圧まで低下させている。

以上で試験が終了し、カバー１２を開いて金属ベローズ型アキュムレータ２００を取り出す。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例によれば、第２工程において、試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内との間及び試験槽１０の内部空間１０ａと第２室Ｒ２の室内との間が連通した状態で、試験槽１０の内部空間１０ａを試験圧力まで高めることで、第１室Ｒ１の室内の内部圧力及び第２室Ｒ２の室内の内部圧力を試験圧力まで高める。そのため、第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力を釣り合わせた状態で、これらの内部圧力を試験圧力まで高めることができる。

また、第７工程において、試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内との間及び試験槽１０の内部空間１０ａと第２室Ｒ２の室内との間を連通させてから、第８工程において、試験槽１０の内部空間１０ａの圧力を低下させる。従って、第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力を釣り合わせた状態で、これらの内部圧力を低下させることができる。

そして、第６工程で試験槽１０の内部空間１０ａの圧力を試験圧力まで高めてから、第７工程で試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内との間及び試験槽１０の内部空間１０ａと第２室Ｒ２の室内との間を連通させて、その後、バルブ４３を開いて圧力を低下する。そのため、第１室Ｒ１の室内と第２室Ｒ２の室内の内部圧力が急激に低下することを抑制できる。これにより、各室内の圧力を低下させる際に、より安定的に第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力を釣り合わせることができる。また、試験槽１０の内部空間１０ａと第１室Ｒ１の室内と第２室Ｒ２の室内が同じ状態で減圧されるため、減圧の際に、ＯリングＯ３，Ｏ４に負荷がかかることを防止することもできる。

以上のように、本実施例によれば、試験時において、圧力容器２０１の内部の圧力を高める際、及び圧力を低下させる際のいずれにおいても、第１室Ｒ１の室内の内部圧力と第２室Ｒ２の室内の内部圧力が釣り合った状態を保持することができる。これにより、試験中に、金属ベローズ２０２が変形してしまうことを抑制でき、金属ベローズ２０２の塑性変形や破損を防止することができる。

図１は本発明の実施例に係る耐圧試験装置の概略構成図である。 図２は本発明の実施例に係る耐圧試験方法の様子を示す概略構成図である。 図３は本発明の実施例に係る耐圧試験方法の様子を示す概略構成図である。 図４は本発明の実施例に係る耐圧試験方法の様子を示す概略構成図である。 図５は従来例に係る圧力容器の試験方法を示す概略図である。

符号の説明

１０ 試験槽
１０ａ 内部空間
１１ 土台
１１ａ 円筒部
１１ｂ スリット
１１ｃ 貫通孔
１２ カバー
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 貫通孔
２０ 第１管状部材
２１ 油圧シリンダ
２２ 圧力計
３０ 第２管状部材
３１ 油圧シリンダ
３２ 圧力計
４０ 圧送機構
４１ ポンプ
４２，４３ バルブ
４４ 安全弁
４５ 圧力計
５０ 圧力計
１００ 耐圧試験装置
２００ 金属ベローズ型アキュムレータ
２０１ 圧力容器
２０１ａ 第１連通孔
２０１ｂ 第２連通孔
２０２ 金属ベローズ
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５ Ｏリング
Ｒ１ 第１室
Ｒ２ 第２室

Claims (2)

1. 圧力に応じて変形する隔壁によって容器内が第１室と第２室に分けられており、かつ第１室内と容器外部とを連通する第１連通孔及び第２室内と容器外部とを連通する第２連通孔を備えた圧力容器の耐圧試験方法において、
   密閉可能な試験槽内に、試験対象の圧力容器を配置する第１工程と、
   第１工程後に、試験槽を密閉した状態で試験槽の内部空間の圧力を試験圧力まで高めることによって、第１連通孔及び第２連通孔を通じて、第１室内の内部圧力及び第２室内の内部圧力も試験圧力まで高める第２工程と、
   第２工程後に、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間の連通をそれぞれ遮断する第３工程と、
   第３工程後に、試験槽の内部空間の圧力を低下させる第４工程と、
   第４工程後に、試験槽を密閉した状態で、試験槽の内部空間の圧力と第１室内の内部圧力と第２室内の内部圧力をそれぞれ監視する第５工程と、
   第５工程後に、試験槽の内部空間の圧力を高める第６工程と、
   第６工程後に、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間を連通させる第７工程と、
   第７工程後に、試験槽の内部空間の圧力を低下させる第８工程と、
   を備えることを特徴とする圧力容器の耐圧試験方法。
2. 請求項１に記載の圧力容器の耐圧試験方法に用いられる耐圧試験装置であって、
   前記試験槽と、
   該試験槽の外部から内部に差し込まれた状態で往復移動可能に構成された第１管状部材及び第２管状部材と、
   を備え、
   第１管状部材の先端を圧力容器に当接させることで、第１管状部材の管内と第１室内が連通し、第２管状部材の先端を圧力容器に当接させることで、第２管状部材の管内と第２室内が連通し、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間の連通をそれぞれ遮断せしめるように構成され、
   かつ、第１管状部材の先端及び第２管状部材の先端を圧力容器から離間させることで、試験槽の内部空間と第１室内との間及び試験槽の内部空間と第２室内との間を連通せしめるように構成されることを特徴とする耐圧試験装置。

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