JP5646412B2

JP5646412B2 - 圧力容器

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Publication number: JP5646412B2
Application number: JP2011182507A
Authority: JP
Inventors: 保人片岡; 裕充濱口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: CN102954212B; CN102954212A; US20130048644A1; US8714400B2; KR20130022385A; JP2013044387A

Description

本発明は、圧縮機用ガスクーラー等に用いられる圧力容器に関する。

一般的に、圧力容器において、力学的に最も適した形状は球形であり、次いで円筒形である。しかしながら、例えば、圧縮機用ガスクーラーとして用いられる圧力容器の場合、他の主要部品、部材や配管系との接続、圧力容器内に収納する熱交換器の形状、さらに、圧力容器自身の設置場所等を考慮する必要がある。よって、装置内の空間を有効に利用するためには、その形状を直方体とすることが好ましい。例えば、特許文献１には、直方体形状の圧力容器が開示されている。なお、直方体形状の圧力容器としては、圧縮機用ガスクーラーに限らず、他の機械、装置においてもよく使用されている形状である。

また、圧力容器には剛性や強度上の設計要件が要求される。上記特許文献１に記載の直方体形状の圧力容器においては、その要求される設計要件を満足するために容器の外周に格子状のリブが設けられている。

特開２００３−１０６６６８号公報

一般に、圧力容器としては、要求される設計要件を満足しつつ、できる限り軽量化を図りたいというニーズがある。しかしながら、上記特許文献１に記載の圧力容器は、容器の外周に設けたリブの分だけ重量増となっており、軽量化を図ることができているとはいえなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、要求される設計要件を満足しつつ、軽量化を図ることができる圧力容器を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは、圧力容器の各壁には、収容する高圧媒体の内圧が作用することによって生じる応力の分布に、不均一が発生していることに着目した。すなわち、各壁には、相対的に小さな応力しか生じていない部分があり、これらの部分は過剰に補強された構造となっていることに着目した。よって、圧力容器の重量増に直結するリブを設ける構造に換えて、発生している応力分布の不均一を解消するように、過剰に補強されている部分を削ることで、材料を削減して軽量化を図ることができることに想到した。

本発明はこのような観点からなされたものであり、多角形状の上壁と、この上壁の下方に設けられた多角形状の底壁と、前記上壁の周縁とそれらに対応する前記底壁の周縁との間に設けられる側壁と、前記上壁の周縁と前記側壁の上端とを外側に凸となった曲面で接続する上側曲面部と、前記底壁の周縁と前記側壁の下端とを外側に凸となった曲面で接続する下側曲面部と有する圧力容器であって、前記上壁の中央の上壁中央部の肉厚と、前記上側曲面部の肉厚と、前記上壁中央部と前記上側曲面部との間に形成された上壁環状部の肉厚とがこの順に小さくなり、前記底壁の中央の底壁中央部の肉厚と、前記下側曲面部の肉厚と、前記底壁中央部と前記下側曲面部との間に形成された底壁環状部の肉厚とがこの順に小さくなるように形成されていることを特徴とする圧力容器を提供する。

この発明の圧力容器によれば、相対的に大きな応力が生じる上壁中央部及び底壁中央部の肉厚を大きくし、相対的に小さな応力しか生じない上壁環状部及び底壁環状部の肉厚を小さくすることで、圧力容器全体としては、要求される設計要件を満足しつつ、材料を削減して軽量化を図ることができる。また、圧力容器の上壁及び底壁への応力分布の不均一の発生を抑制することができる。

また、本発明において、前記上壁中央部及び前記上壁環状部が曲面で接続され、前記上壁環状部及び前記上側曲面部が曲面で接続され、前記底壁中央部及び前記底壁環状部が曲面で接続され、かつ、前記底壁環状部及び前記下側曲面部が曲面で接続されていることが好ましい。

このようにすれば、上壁及び底壁に発生する応力分布の不均一を解消しやすくなり、より圧力容器の軽量化を図ることができる。

また、本発明において、前記上側曲面部の内面及び前記下側曲面部の内面が同じ曲率半径を有しており、前記上壁環状部は、前記上壁を上から見て前記側壁の内面から前記上壁中央部に向かって、前記底壁環状部は、前記底壁を下から見て前記側壁の内面から前記底壁中央部に向かって、それぞれ前記曲率半径の１／２倍から２倍の範囲に位置していることが好ましい。

このようにすれば、上壁及び底壁に発生する応力分布の不均一を解消しつつ、圧力容器の軽量化を図ることが容易となる。

また、本発明において、前記上壁環状部は、内圧作用時に前記上壁中央部に発生する正方向の曲げモーメントと、前記上側曲面部に発生する負方向の曲げモーメントとが釣り合う部分に位置し、前記底壁環状部は、内圧作用時に前記底壁中央部に発生する正方向の曲げモーメントと、前記下側曲面部に発生する負方向の曲げモーメントとが釣り合う部分に位置することが好ましい。

このようにすれば、上壁における正方向の曲げモーメントと負方向の曲げモーメントとが釣り合う位置、すなわち、応力の発生が極めて小さくなっている部分に上壁環状部が位置し、底壁における同部分に底壁環状部が位置するので、これら上壁環状部及び底壁環状部の肉厚を一層小さくすることが可能となり、圧力容器のさらなる軽量化を図るこができる。

また、本発明において、前記側壁は、当該側壁における主面同士を連結する主面連結部から、前記主面の中央の主面中央部に向かってその厚さが次第に大きくなる形状を有していることが好ましい。

このようにすれば、側壁に発生する応力分布の不均一を解消しつつ、主面連結部を薄くすることができるので、さらに圧力容器の軽量化を図ることができる。

また、本発明において、前記側壁の各主面は、前記主面連結部と前記主面中央部との間に、前記主面中央部の厚さよりも大きい厚さの主面肉厚部を有することが好ましい。

このようにすれば、主面肉厚部が側壁に生じる応力を負担することができる、すなわち、主面肉厚部が側壁部分に要求される設計要件の満足に寄与することができるため、主面を全体的に薄くすることが可能となり、圧力容器の軽量化を図ることができる。

また、本発明において、前記上壁及び前記底壁は四角形であることが好ましい。

このようにすれば、圧力容器の内部空間を有効に確保しやすくなる。

以上のように、本発明によれば、要求される設計要件を満足しつつ、材料を削減して軽量化を図ることができる圧力容器を提供することができる。

本発明の一実施形態の圧力容器の８分の１モデルの斜視図である。図１のモデルの内面を示した状態の斜視図である。図１のモデルの平面図である。図３のIV−IV断面の断面図である。直方体形状の圧力容器の２分の１モデルの斜視図である。図５のVI−VI断面に生じる曲げモーメントの分布を説明する図である。格子状リブが設けられた従来容器の２分の１モデルの斜視図である。比較例及び実施例の解析結果を表した図である。図８の結果をグラフにした図である。

直方体形状の圧力容器に内圧が作用する場合、当該容器は基本的に球体に近づくように変形する。まず、この点について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、直方体形状の圧力容器の２分の１モデルの斜視図である。なお、図５では、直方体形状の圧力容器のうち上壁が示されている。

図６は、図５のVI−VI断面に作用する曲げモーメントの分布図を模式的に示している。同図におけるＡ部では、曲率を減少させる方向、すなわち、プラス方向の曲げモーメントが作用する。一方、Ｂ部では、曲率を増加させる方向、すなわちマイナス方向の曲げモーメントが作用する。このとき、Ｚ部近傍では、曲げモーメントの正負が逆転するので、モーメントがゼロ、あるいは非常に小さい状態となる。

本実施形態は、圧力容器の形状を、上記のように分布するモーメントの大きさに略対応させるものである。つまり、基本的には、モーメントの絶対値が大きい部分の肉厚を大きくし、絶対値がゼロ、あるいは小さい部分の肉厚を小さくするものである。

このように、圧力容器の肉厚をモーメントの大きさに合わせたものとすることにより、容器が全体として均一に荷重を負担するので、無駄のない形状とすることができる。換言すれば、従来の直方体形状の圧力容器は、相対的に小さな曲げモーメントしか生じていない部分であっても、相対的に大きな曲げモーメントが生じている部分と同じ厚さのリブを有する形状であったため、その部分が過剰に補強された余肉となっており、重量増につながっていた。

次に、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態の圧力容器の８分の１モデルの斜視図である。すなわち、本実施形態の圧力容器は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向の中央に対して対称な形状であるため、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向のそれぞれの中央で切断した８分の１のモデルを用いて説明する。なお、図１では、本実施形態の圧力容器のうち上壁の一部が示されている。図２は、図１に示したモデルを−Ｚ方向から見た状態、つまり、上壁の内面を示した状態の斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の圧力容器の８分の１モデルは、上壁１と、上壁１と図示しない底壁との間に設けられた側壁２と、上壁１の周縁と側壁２の上端とを外側に凸となった曲面で接続する上側曲面部３とを有している。この圧力容器１はまた、その内部に熱交換器や配管等を有するが、これらは図示を省略している。

上壁１は、その中央の上壁中央部１ａと、この上壁中央部１ａの周囲に環状に形成された上壁環状部１ｂとを有している。図３に示すように、上壁１の上から見て、上壁環状部１ｂの外端縁は、上壁１の隣り合う各辺の連結部付近、すなわち、後述する隅角部３ｂ付近では、内端縁に比して隅角部３ｂの形状に沿う形状を呈している。つまり、上壁環状部１ｂの内端縁と外端縁との間隔は、隅角部３ｂ付近で広く、上壁１の各辺の中央部付近で狭くなっている。そして、図１及び図２に示すように、上壁１は、上壁中央部１ａが最も厚く、上壁環状部１ｂが最も薄くなっており、上壁中央部１ａから上壁環状部１ｂにかけて次第に厚さが小さくなるとともにその外面が曲面で接続された形状を有している。また、図４に示すように、上壁１の外面における上壁中央部１ａから上壁環状部１ｂにかけてのＸ軸方向の傾斜勾配は、Ｙ軸方向のそれに比して大きくなっている。これは、本実施形態の上壁１がＹ軸方向に長い長方形のためである。具体的に、上壁中央部１ａの厚さは、上壁環状部１ｂの厚さの５倍から８倍であることが好ましい。そして、上壁環状部１ｂの外周で後述する上側曲面部３と接続している。また、図２に示すように、上壁１の内面は平坦に形成されている。

上壁中央部１ａは、高圧媒体の内圧が作用することによって当該上壁中央部１ａに生じる応力が容器内で最も大きいため、その厚さが上壁１において最も大きくなるように形成されている。また、この上壁中央部１ａの外面は、平坦であっても外側に凸となった曲面状であってもよい。

上壁環状部１ｂは、上壁１を上から見て側壁２における主面２ａの内面から上壁中央部１ａに向かって、後述する上側曲面部３の内面の曲率半径ｒの１／２倍から２倍の範囲に位置するように形成される。より好ましくは、上壁中央部１ａに生じる正方向の曲げモーメントと、上側曲面部３に生じる負方向の曲げモーメントとが釣り合う部分、つまり、曲げモーメントの合計がゼロ、あるいは非常に小さい状態となっている部分に形成される。この上壁環状部１ｂの外面は、上側曲面部３の外面と曲面で接続されている。

側壁２は、上壁１の周縁と底壁の周縁との間に設けられている。側壁２は、図１におけるＸＺ面と平行な面をなす主面２ａ及びＹＺ面と平行な面をなす主面２ａと、これら主面２ａ同士を連結する主面連結部２ｂとを有している。そして、各主面２ａは、当該主面２ａの中央の主面中央部２ｃと、主面連結部２ｂと主面中央部２ｃとの間に形成された主面肉厚部２ｄとを有している。

主面２ａは、主面肉厚部２ｄの部分を除いて、主面連結部２ｂ側の端部から主面中央部２ｃにかけて、次第に厚さが大きくなるとともにその外面が曲面で接続された形状を有する。すなわち、主面２ａは、主面連結部２ｂ側の端部が最も薄くなっており、その主面連結部２ｂ側の端部から主面２ａにおいて最も厚く形成された主面肉厚部２ｄにかけて、次第に厚さが大きくなるとともにその外面が曲面で接続された形状を有している。そして、主面肉厚部２ｄの部分で一旦肉厚が最大となるが、その隣接部分から主面中央部２ｃにかけて、次第に厚さが大きくなるとともにその外面が曲面で接続された形状を有している。具体的に、主面中央部２ｃの厚さは、主面連結部２ｂ側の端部の厚さの２倍から４倍であることが好ましい。また、図２に示すように、主面２ａの内面は平坦に形成されている。

主面連結部２ｂは、互いに直交する方向に広がる主面２ａ同士を連結する部分であり、外側に凸となった曲面形状を呈する。この主面連結部２ｂは、図２に示すように、各主面２ａの平坦な内面同士を連結する曲面状の内面を有する。

主面中央部２ｃは、高圧媒体の内圧が作用した際に主面２ａに生じる応力が主面２ａ内で最も大きくなる部分であるため、その厚さが主面２ａにおいて主面肉厚部２ｄの次に大きく形成されている。

主面肉厚部２ｄは、主面中央部２ｃの厚さよりも大きい厚さに形成されている。具体的に、主面肉厚部２ｄの厚さは、主面連結部２ｂ側の端部の厚さの３倍から６倍であることが好ましい。この主面肉厚部２ｄは、主面連結部２ｂと主面中央部２ｃとの略中央部分に設けられる。

上側曲面部３は、上壁１の周縁と側壁２の上端とを外側に凸となった曲面で接続する部分であり、上壁１の各辺に対応する辺部３ａと、隣接する辺部３ａ同士を連結する隅角部３ｂとを有している。図２に示すように、辺部３ａは、上壁１の平坦な内面と主面２ａの平坦な内面とを接続する曲面状の内面を有する。隅角部３ｂは、隣接する辺部３ａの曲面状の内面同士を連結するとともに、上壁１の内面と主面連結部２ｂの内面とを接続する曲面状の内面を有する。この上側曲面部３の厚さは、上壁中央部１ａの厚さよりも小さく、かつ、上壁環状部１ｂの厚さよりも大きくなっている。具体的には、上側曲面部３の厚さは、上壁環状部１ｂの厚さの２倍から４倍であることが好ましい。また、図２に示すように、上側曲面部３の内面は、所定の曲率半径ｒを有する円弧状に形成されている。

なお、圧縮機用ガスクーラーは鋳造法により製造されるため、本実施形態のように肉厚の変化する形状の容器であっても製造することができる。

以上のように、本実施形態の圧力容器では、相対的に大きな応力が生じる上壁中央部１ａ及び底壁中央部２ａの肉厚を大きくし、相対的に小さな応力しか生じない上壁環状部１ｂ及び底壁環状部２ｂの肉厚を小さくすることで、圧力容器全体としては、要求される設計要件を満足しつつ、材料を削減して軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、上壁中央部１ａ及び上壁環状部１ｂが曲面で接続され、上壁環状部１ｂ及び上側曲面部３が曲面で接続され、底壁中央部及び底壁環状部が曲面で接続され、かつ、底壁環状部及び下側曲面部が曲面で接続されているため、上壁及び底壁に発生する応力分布の不均一を解消しやすくなり、より圧力容器の軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、上側曲面部３の内面及び下側曲面部の内面が同じ曲率半径ｒを有しており、上壁環状部１ｂは、上壁１を上から見て側壁２の内面から上壁中央部１ａに向かって、底壁環状部は、底壁を下から見て側壁２の内面から底壁中央部に向かって、それぞれ曲率半径の１／２倍から２倍の範囲に位置しているため、上壁１及び底壁に発生する応力分布の不均一を解消しつつ、圧力容器の軽量化を図ることが容易となる。

また、本実施形態では、上壁環状部１ｂは、内圧作用時に上壁中央部１ａに発生する正方向の曲げモーメントと、上側曲面部３に発生する負方向の曲げモーメントとが釣り合う部分に位置し、底壁環状部は、内圧作用時に底壁中央部に発生する正方向の曲げモーメントと、下側曲面部に発生する負方向の曲げモーメントとが釣り合う部分に位置しているため、すなわち、応力の発生が極めて小さくなっている部分に上壁環状部１ｂ及び底壁環状部が位置しているため、当該上壁環状部１ｂ及び底壁環状部の肉厚を一層小さくすることが可能となり、圧力容器のさらなる軽量化を図るこができる。

また、本実施形態では、側壁２は、主面連結部２ｂから主面中央部２ｃに向かってその厚さが次第に大きくなる形状を有しているため、側壁２に発生する応力分布の不均一を解消しつつ、主面連結部２ｂを薄くすることができるので、さらに圧力容器の軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、側壁２の各主面２ａは、主面連結部２ｂと主面中央部２ｃとの間に、主面中央部２ｃの厚さよりも大きい厚さの主面肉厚部２ｄを有するので、主面肉厚部２ｄが側壁２に生じる応力を負担することができる、すなわち、主面肉厚部２ｄが側壁２部分に要求される設計要件の満足に寄与することができるため、主面２ａを全体的に薄くすることが可能となり、圧力容器の軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、前記上壁及び前記底壁は四角形であるので、圧力容器の内部空間を確保しやすくなる。

また、本実施形態の圧力容器は、従来の直方体形状の圧力容器のようにリブを有していないので、従来の圧力容器に比べて大幅に軽量化を図ることができる。さらに、圧力容器の各壁に発生する応力分布に応じて当該容器自身の肉厚を変化させたため、容器の各壁への応力分布の不均一の発生を抑制することができ、かつ、圧力容器全体で効率よく負荷を負担することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、上壁１及び底壁が四角形である例について示したが、これらは四角形に限らず、その他の多角形であってもよい。なお、その他の多角形の場合も、四角形の場合と同様の作用、効果を奏する。

また、上記実施形態では、側壁２が主面肉厚部２ｄを有する例について示したが、この主面肉厚部２ｄを省略し、主面２ａは、その主面連結部２ｂ側の端部から主面中央部２ｃにかけて次第に厚さが大きくなる形状であってもよい。なお、この場合、単に主面肉厚部２ｄを省略するだけでは要求される設計要件を満足することができないので、主面肉厚部２ｄを省略するとともに、主面２ａ全体で応力を負担するように当該主面２ａの肉厚を厚くする必要がある。よって、主面肉厚部２ｄを有する場合に比して、軽量化を図ることのできる割合は小さくなる。

また、上記実施形態では、上壁中央部１ａ及び上壁環状部１ｂが曲面で接続され、上壁環状部１ｂ及び上側曲面部３が曲面で接続され、底壁中央部及び底壁環状部が曲面で接続され、かつ、底壁環状部及び下側曲面部が曲面で接続された例について示したが、これらの箇所はすべて平面で接続されていてもよい。

次に、本実施形態の圧力容器についての実施例を、図７に示す従来の直方体形状の圧力容器と比較して説明する。

図７に示す従来の直方体形状の圧力容器、及び図１に示す本実施形態の圧力容器において種々形状を変えたもののＦＥＭ解析モデルを作成し、弾塑性解析により内圧作用時の応力及び変位を比較した。また、併せて重量についても比較した。なお、実施例１ないし６のモデルのサイズ及び材質は同一である。ここで、本実施形態の圧力容器、すなわち、圧縮機用ガスクーラーに用いられる圧力容器の主な剛性、強度上の設計要件は、次の２点である。
（１）最高使用圧力１．１４ＭＰａ時の最大変位量（以下、「要件１の値」という。）を２．５ｍｍ以下とすること
（２）最小耐圧破壊強度８．１９ＭＰａ時の最大応力（以下、「要件２の値」という。）を４３０ＭＰａ以下とすること
なお、以下、本実施形態を実施例を基に説明するが、本実施形態はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。

（比較例）
図７は、格子状の補強リブを有する従来の直方体形状の圧力容器の解析モデルである。本モデルはシェル要素モデルであり、対称性を踏まえて上側２分の１モデルとしている。本モデルのサイズは、板厚中心における値が、縦７７２．５ｍｍ、横６３１ｍｍ及び高さ１８０ｍｍであり、板厚は１７ｍｍである。また、リブの高さは２６．５ｍｍ（シェルモデル上は２６．５＋１７／２＝３５ｍｍ）、Ｙ方向リブの厚さは２３ｍｍ、Ｘ方向のリブの厚さは４６ｍｍである。

この比較例においては、容器全体の重量は２５４ｋｇ、要件１の値は１．３６ｍｍ、要件２の値は４２５ＭＰａであった。

（実施例１）
次に、図１に示した本実施形態の圧力容器１の実施例１について説明する。本モデルの内面サイズは、縦７５５．５ｍｍ、横６１４ｍｍ及び高さ１６３ｍｍである。また、材質は、ＦＣＤ４５０を用いた。実施例１では、最高使用圧力１．１４ＭＰａ作用時の許容応力を８５ＭＰａとした圧力容器１の形状について、解析を行った。この実施例１においては、容器全体の重量は２８７ｋｇ、要件１の値は０．５６ｍｍ、要件２の値は３５５ＭＰａであった。

（実施例２）
実施例２では、最高使用圧力１．１４ＭＰａ作用時の許容応力を１００ＭＰａとした圧力容器１の形状について、解析を行った。この実施例２においては、容器全体の重量は２５４ｋｇ、要件１の値は０．６８ｍｍ、要件２の値は３５９ＭＰａであった。

（実施例３）
実施例３では、最高使用圧力１．１４ＭＰａ作用時の許容応力を１２５ＭＰａとした圧力容器１の形状について、解析を行った。この実施例３においては、容器全体の重量は２２２ｋｇ、要件１の値は０．９７ｍｍ、要件２の値は３８０ＭＰａであった。

（実施例４）
実施例４では、最高使用圧力１．１４ＭＰａ作用時の許容応力を１５０ＭＰａとした圧力容器１の形状について、解析を行った。この実施例４においては、容器全体の重量は１９８ｋｇ、要件１の値は１．１８ｍｍ、要件２の値は４０１ＭＰａであった。

（実施例５）
実施例５では、最高使用圧力１．１４ＭＰａ作用時の許容応力を１７５ＭＰａとした圧力容器１の形状について、解析を行った。この実施例５においては、容器全体の重量は１８０ｋｇ、要件１の値は１．４７ｍｍ、要件２の値は４１９ＭＰａであった。

（実施例６）
実施例６では、最高使用圧力１．１４ＭＰａ作用時の許容応力を２００ＭＰａとした圧力容器１の形状について、解析を行った。この実施例６においては、容器全体の重量は１６８ｋｇ、要件１の値は１．６９ｍｍ、要件２の値は４２９ＭＰａであった。

以上の結果を表にしたものを図８に、グラフにしたものを図９にそれぞれ示す。

図８及び図９から明らかなように、実施例２ないし実施例６の圧力容器が、設計要件を満足するとともに、従来の圧力容器より軽量化を図ることができていることが理解できる。特に、実施例６の圧力容器では、従来の圧力容器とほぼ同等の強度特性を確保しつつ、従来の圧力容器の約６６％の重量とすることができる。なお、最適化解析時の許容応力が各実施例の間の値のとき、圧力容器の形状、肉厚分布等は、図１及び図２と同様の形状、肉厚分布となる。

また、実施例１ないし実施例６の圧力容器では、隅角部を除いてほぼ容器全体にわたって表裏ともに略均一の応力となり、容器が全体として無駄なく荷重を分担する結果となった。これに対し、図７に示した従来容器の場合、本実施形態の実施例と比較して広範囲に相対的に低応力となる部分が発生するため、容器全体で効率良く荷重を分担できていない結果となった。

１上壁
１ａ上壁中央部
１ｂ上壁環状部
２側壁
２ａ主面
２ｂ主面連結部
２ｃ主面中央部
２ｄ主面肉厚部
３上側曲面部
３ａ辺部
３ｂ隅角部

Claims

多角形状の上壁と、この上壁の下方に設けられた多角形状の底壁と、前記上壁の周縁と前記底壁の周縁との間に設けられる側壁と、前記上壁の周縁と前記側壁の上端とを外側に凸となった曲面で接続する上側曲面部と、前記底壁の周縁と前記側壁の下端とを外側に凸となった曲面で接続する下側曲面部と有する圧力容器であって、
前記上壁のうち内圧作用時に最も大きな応力が生じる上壁中央部の肉厚と、前記上側曲面部の肉厚と、前記上壁のうち前記上壁中央部と前記上側曲面部との間において前記上壁中央部の周囲に環状に形成されており内圧作用時に前記上壁中央部よりも小さな応力が生じる上壁環状部の肉厚とがこの順に小さくなり、前記底壁のうち内圧作用時に最も大きな応力が生じる底壁中央部の肉厚と、前記下側曲面部の肉厚と、前記底壁のうち前記底壁中央部と前記下側曲面部との間において前記底壁中央部の周囲に環状に形成されており内圧作用時に前記底壁中央部よりも小さな応力が生じる底壁環状部の肉厚とがこの順に小さくなるように形成されており、
前記上側曲面部の内面及び前記下側曲面部の内面が同じ曲率半径を有しており、
前記上壁環状部は、前記上壁を上から見て前記側壁の内面から前記上壁中央部に向かって、前記底壁環状部は、前記底壁を下から見て前記側壁の内面から前記底壁中央部に向かって、それぞれ前記曲率半径の１／２倍から２倍の範囲に位置していることを特徴とする圧力容器。
前記上壁中央部及び前記上壁環状部が曲面で接続され、前記上壁環状部及び前記上側曲面部が曲面で接続され、前記底壁中央部及び前記底壁環状部が曲面で接続され、かつ、前記底壁環状部及び前記下側曲面部が曲面で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
前記上壁環状部は、内圧作用時に前記上壁中央部に発生する正方向の曲げモーメントと、前記上側曲面部に発生する負方向の曲げモーメントとが釣り合う部分に位置し、前記底壁環状部は、内圧作用時に前記底壁中央部に発生する正方向の曲げモーメントと、前記下側曲面部に発生する負方向の曲げモーメントとが釣り合う部分に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力容器。
前記側壁は、当該側壁における主面同士を連結する主面連結部から、前記主面の中央の主面中央部に向かってその厚さが次第に大きくなる形状を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力容器。
前記側壁の各主面は、前記主面連結部と前記主面中央部との間に、前記主面中央部の厚さよりも大きい厚さの主面肉厚部を有することを特徴とする請求項４に記載の圧力容器。
前記上壁及び前記底壁は四角形であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力容器。