JP4758859B2 - 筒形胴を有する高圧容器の胴構造および胴製造方法 - Google Patents

Description

本発明は飲料用液体などの加圧殺菌、粉体の等方圧加圧（圧密）などに適用される高圧容器に関するものである。

図４に従来の等方加圧処理用高圧容器の１例を示めす。図４において高圧容器２０は円筒形の胴部２１と、該胴の上下端を封鎖する蓋２２、２３から構成され、胴内部の前記上下蓋で仕切られた空間は液体を充満した処理室２４として、該液体２５を充満後、前記上蓋２３を閉め、図示されない高圧ポンプで液を送り込み加圧して、処理室内に置いた被加工材料（図４に図示せず）に均一な圧力を加えるものである。前記上下蓋２２，２３に加わる軸方向の力をヨークフレーム２７で受ける機構となっている。
また図５には従来の等方加圧処理用高圧容器の他の例を示めす。図５において高圧容器２０は円筒形の胴部２１と、該胴の一端を封鎖する蓋２２及び円筒胴内部に挿入されて出入可能なロッド２３から構成され、胴内部の前記蓋とロッドで仕切られた空間は液体を充満した処理室２４として、該液体２５を充満後、前記ロッド２３の運動により処理室２４に充満した液体を加圧して、処理室内に置いた被加工材料（図5に図示せず）に均一な圧力を加えるものである。前記蓋２２と、ロッドを駆動する機構の筺体２６外部を挟むようにヨークフレーム２７を取り付け、処理室２４内に満たした液体の圧力により高圧容器２０の胴部２１の軸方向に発生する軸力を受ける機構となっている。

高圧容器２０の円筒形胴部２１は、処理室内の液体の圧力により生ずる胴円周方向及び半径方向の応力に耐える強度を有するようにしなければならない。処理室内の圧力は１００ＭＰa以上になるため、胴を構成する部材には充分な厚さを持たせる必要がある。さらに胴部２１の材料に存在する内部欠陥による応力集中や欠陥を基点とする亀裂の発生を防止するように適切に加工、製造を行なうことが必要である。内部欠陥を排除するために、胴部２１は鍛造して製作するのが通常であるが、円筒胴を一体に鍛造して欠陥を除く加工工程は、素材選択段階から注意を払った細心な作業が必要で、材料素材への配慮、鍛造加工に時間がかかり、結果として製造コストが高くなる問題点がある。しかし細心の注意のもとに加工を実施しても材料内部の欠陥を完全に排除できない可能性は残り、そのような欠陥への応力集中、亀裂の急激な拡大によって胴が破裂に至る懸念があり、安全上の問題点もあった。

円筒胴２１を一体に鍛造する前記の不利を解決する手段としては、特許文献１に記載された、円筒胴を２重の円筒により構成し、内部に処理室を有する内胴と、内胴の外周に密接して円筒を嵌めて外胴として二重胴とするものである。他の手段は、特許文献２に記載されたように、円胴の周囲に金属線をプリテンション掛けて巻きつける方法、あるいは、円胴の周囲に金属板を密に巻きつけて胴部を補強する方法である。

前記胴部を二重円筒により構成する方法は、図５に示すように図４においては一体の円筒で構成された胴部を、内胴と外胴に分けて二重にすることにより、内外それぞれの胴板厚が減少した分、材料内部の欠陥の発生確率が減り更に胴を二重に構成することにより板厚を分割することで焼き嵌めによる応力分布の改善ができ疲労寿命が延び安全性向上が図れる。一方、前記の二重胴を製造する際は内胴をなす円筒の外周に外胴を密に嵌合する必要があり、比較的長い円筒状の胴同士を焼き嵌め、圧入等により二重胴として組み立てなければならず、両胴の内面、外面の加工には高い精度が要求される。内胴と外胴を二重にする結果、内胴に万一の内部欠陥を基点としたクラックが進展して内胴の脆性破壊に発展しても、そのクラックが直ちに外胴に伝播しない特徴はあるものの、内胴に生じたクラックから処理室内圧力媒体が流出し、流出媒体の圧力が外胴内面に直接加わることになると外胴の耐圧強度が不足する危険性が残る。特許文献２に記載した方式は、矩形断面の金属線にプリテンションを加え、あるいは金属板を密接に巻きつける工程が必要であり、加工が難しいという問題点がある。
特開H０５−１１１６３２号公報 特開２００４−５１３７７７号公報

解決しようとする課題は、加圧殺菌、粉体の等方圧加圧（圧密）などに適用されるヨークフレームタイプの高圧容器の胴部の構造強度を維持し、安全性を向上させることである。そして製造費用を低減することである。

本発明は、図１に断面を示す円筒の内胴２と内胴２の外周に外胴３を有する高圧容器１の構造に関し、外胴３は、一体に構成された内胴２の周囲に、内胴２の外周に密接する内周を有する複数の円環１１aを、内筒胴２の軸方向に連ねて積層して嵌めて円筒状に構成したことを特徴とするものである。

図１において高圧容器１は円筒状の内胴２を有し、当該内胴２の軸方向の両端は蓋５，６により閉鎖される。前記内胴２の外周には、円環状の外胴３がはめ込まれる。内胴２および蓋５，６により仕切られた空間は処理室７であり、同室には液体が満たされる。処理室７には被加工材が収められ、液体出入孔３０から入る図示されないポンプで加圧された液体により圧縮加工される。図１において、液体の圧力によって生じる軸力を蓋５，６を通じヨークフレーム４に受ける。

図２は請求項２に記載した前記の高圧容器１の外胴を複数の円環によって構成する方法を示す工程図である。鋼板１１を切断して内胴２の外周に嵌入し得る円環１１aに加工した後、該円環１１aを順次に内胴２の周囲に焼き嵌め、圧入などの方法により内胴外面に密着させて嵌入する。その結果、複数の円環１１ａが連なって積層し、実質的に円筒に近似した外胴３を構成する。なお、図２に示めす円環１１aを鋼板１１から一体に切り出す方法は、円環作成に最も適した方法である。すなわち前記外胴を構成する円環を切り出す鋼材は、製鉄メーカの圧延工程において十分に欠陥が排除された均質性の高いものであり、そのような鋼材から切り出した円環には欠陥が極めて少ないうえ、母材である鋼材と遜色ない強度を維持することが期待できる。さらに、外胴を構成する円環は半径方向に加わる力に対して高い強度を必要とするだけであり、その軸方向には高い強度を必要としないので、円環作製には薄い板厚の鋼板の使用が可能である。その際は円環半径方向の幅を確保するようにして円環を切り抜くことにより、必要な外胴半径方向の強度となるようにできる。

加圧されて処理室７に充満した液体の圧力による内胴２の軸力はヨークフレーム４により支持されるので、外胴３を構成する円環１１aの構造材としての役割は同円環の周方向及び同円環の半径方向に関する応力に耐えることである。従って円環１１aを積層して構成した外胴において、積層により隣接することになった円環１１a同士の軸方向の接続や隣接する円環同士の軸方法接触面の「あたり」等についてあまり考慮を払う必要がない。従って、内胴に嵌めた円環１１ａの隣接するもの同士を溶接で結合したり、あるいは通しボルトなどにより結合したり等を行うことは本件発明の本質的部分を変更するものでなく、本件発明の実施様態の一部である。

前記した通り、円環１１aは円周方向と半径方向の応力のみを考慮し、軸力をほとんど考慮する必要がないので、座屈強度の観点から円環１１aの材料厚みを限定する必要性が低く、従って外胴の材料を選択する自由度が大きくなる利点がある。この利点により、当該高圧容器の他の部分を製作するに必要な材料との共用が可能となり、材料の種類を低減し、その結果多種類の材料を使用する場合に生ずるスクラップ量を低減する効果が得られる。例えば、ヨークフレーム部材の残材料を利用する場合、鋼材購入費用も低減可能であり、かつそれは均質な圧延板材なので外胴の安全性を向上させることが期待できる。

本発明による外胴製造は、一体の円筒からなる外胴を内胴外周にはめ込む従来の方法と比較し極めて容易になる。すなわち円環１１aの軸方向長さは一体円筒の場合より短いから、焼き嵌め、圧入の作業が容易である。すなわち、一体円筒外胴の場合のように内胴の軸方向長さ全体の嵌め合いを考慮した高精度の内胴外面及び外胴内面の機械仕上げが必要であるが、円環１１aを積層する場合、それらの厚さ範囲で仕上げ精度を考慮すればよく、作業が簡単になる。

万一内胴に局所的な破損が発生し外胴に波及すると、一体円筒の外胴の場合には局所破壊が短時間で外胴全体に拡大し、圧力容器全体の破壊を引き起こす可能性もある。外胴を円環１１aに分割した場合には、内胴の万一の破損の場合にも処理室７から内胴の破損部を通過して噴出した液体が円環１１aの積層した間隙から流出し処理室内圧力を低下させる可能性があり、圧力容器の全体的な破壊の防止が期待できる。

本発明の圧力容器は、円筒形の内胴と外胴から構成され、外胴はさらに円環の積層で構成されており、一体の円筒を外胴とする圧力容器に比較して製造工程が容易になり、その結果製造に使用する材料費、材料取りのスクラップが減少し、製造工程が短縮して製造費用の低減が可能となる。製造工程の容易化は品質の向上にもなる。さらに、本発明の圧力容器は一体円筒形外胴の圧力容器に比較して、圧力容器全体の破壊を防止し、安全性を向上させる効果もある。

図３は本発明に関わる圧力容器の外胴製造の工程を示めす。図３において、１１ｂは圧力容器の軸力を保持するヨークフレーム４製作に用意した鋼板である。勿論鋼板１１ｂをヨークフレーム４製作用と同一のものに限る必要はなく、別個の鋼板を使用することは可能であるが、本項に記載した方法によればヨークフレーム用鋼材と同一の鋼板から円環を切り出すことにより、鋼板の使い残し（残材）を少なくできる効果がある。鋼板１１ｂを概略矩形のヨークフレーム内部孔切抜き線１３に沿って切り抜き、ヨークフレームに加工する。

前記の鋼板加工工程において、図３に示すヨークフレーム部材の切り取り工程で発生した残材１４を、図３に示すように円環状に切断し、円環１１aを作成する。以下の工程は図２に示すものと同様である。このような製造工程により、同一板厚の材料を複数の用途に使用し、残材も有効に利用し、製造費用の低減が可能となる。

粉末金属やセラミック等を密度一様に成形する装置としての等方圧加圧装置は産業上重要であり、本発明の圧力容器の適用により低廉で安全性の高い等方圧加圧処理装置を提供することが可能である。

本発明の高圧容器の断面図である。 本発明の高圧容器外胴製作の一般的な工程図である。 本発明の最良の実施形態による高圧容器外胴製作の工程図である。 従来の高圧容器の断面図である。 従来の二重胴高圧容器の断面図である。

符号の説明

１ 高圧容器
２ 円筒形内胴
３ 円筒形外胴
４ ヨークフレーム
５ 蓋
６ 蓋
７ 処理室
１１ 鋼板
１１a 円環
１１ｂ ヨークフレーム部材用鋼板
１３ ヨークフレーム内部孔切抜き線
１４ ヨークフレーム内部切抜き残材
２０ 高圧容器
２１ 円筒胴
２１a 円筒胴
２２ 蓋
２３ ロッド
２４ 処理室
２５ 液体
２６ ロッド駆動シリンダ
２７ ヨークフレーム
２８ ピストン
２９ 作動油配管
３０ 液体出入孔

Claims (3)

1. 円筒形内胴２と、前記内胴の外周に嵌めた外胴３から成る胴部を有する等方圧加圧処理用の高圧容器であって、前記外胴は圧延鋼板から切り抜いた複数の円環状の部材１１ａを、前記内胴の外周に嵌めて積層した構成であることを特徴とする等方圧加圧処理用の高圧容器。
2. 請求項１に記載した発明に係る外胴３を構成する円環状の部材１１ａは、ヨークフレーム４用の圧延鋼板を切り抜いて製作したものであることを特徴とする請求項１に記載の等方圧加圧処理用の高圧容器。
3. 円筒形内胴２と、前記内胴の外周に嵌めた外胴３から成る胴部を有する等方圧加圧処理用の高圧容器を製作する方法であって、圧延鋼板から円環状の部材１１ａを複数切り抜き、該部材１１aを前記内胴２の外周に密着させるように嵌めて積層して外胴３を構成することを特徴とする製作方法。