JP5646414B2

JP5646414B2 - 圧力容器

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Publication number: JP5646414B2
Application number: JP2011182509A
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: US20130048645A1; US8740008B2; CN102954213B; JP2013044389A; CN102954213A; KR20130023122A

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格子状の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格子状の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を含んで特定方向に延びるように形成された上壁中央リブと、前記上壁の隣り合う辺の略中央部同士をそれぞれ結んで前記上壁中央リブを囲むように形成された上壁環状リブと、前記上側曲面部の各辺の略中央部に形成されるとともに前記上壁中央リブ及び前記上壁環状リブと連設された上側曲面部リブと、前記底壁の中央の底壁中央部を含んで特定方向に延びるように形成された底壁中央リブと、前記底壁の隣り合う辺の略中央部同士をそれぞれ結んで前記底壁中央リブを囲むように形成された底壁環状リブと、前記下側曲面部の各辺の略中央部に形成されるとともに前記底壁中央リブ及び前記底壁環状リブと連設された下側曲面部リブと、前記側壁の各主面の略中央部に形成されるとともに前記上側曲面部リブ及び前記下側曲面部リブと連設された主面リブとを有す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部分、すなわち、上壁中央部、上壁中央部を環状に取り囲む部分、上側曲面部の各辺の略中央部、底壁中央部、底壁中央部を環状に取り囲む部分、下側曲面部の各辺の略中央部及び主面の略中央部に肉厚を大きくしたリブを設け、相対的に小さな応力しか生じないその他の部分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、側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、前記上壁中央リブは、前記上壁中央部を含む上壁中央リブ本体と、前記上側曲面部リブと連接される上壁中央リブ連設部と、前記上壁中央リブ本体と前記上壁中央リブ連設部との間に当該上壁中央リブにおいて最も薄くなるように形成された上壁中央リブ薄肉部とを有し、前記上壁中央リブ本体における中央部から前記上壁中央リブ薄肉部に向かってその厚さが次第に小さくなる形状を有しており、前記上壁環状リブは、上壁環状リブ本体と、前記上側曲面部リブと連接される上壁環状リブ連設部と、前記上壁環状リブ本体と前記上壁環状リブ連設部との間に当該上壁環状リブにおいて最も薄くなるように形成された上壁環状リブ薄肉部とを有しており、前記底壁中央リブは、前記底壁中央部を含む底壁中央リブ本体と、前記下側曲面リブと連接される底壁中央リブ連設部と、前記底壁中央リブ本体と前記底壁中央リブ連設部との間に当該底壁中央リブにおいて最も薄くなるように形成された底壁中央リブ薄肉部とを有し、前記底壁中央リブ本体における中央部から前記底壁中央リブ薄肉部に向かってその厚さが次第に小さくなる形状を有しており、前記底壁環状リブは、底壁環状リブ本体と、前記下側曲面部リブと連接される底壁環状リブ連設部と、前記底壁環状リブ本体と前記底壁環状リブ連設部との間に当該底壁環状リブにおいて最も薄くなるように形成された底壁環状リブ薄肉部とを有していることが好ましい。

このようにすれば、各リブにおいて相対的に大きな応力が生じる部分の肉厚を大きくし、相対的に小さな応力しか生じない部分の肉厚を小さくすることで、要求される設計要件を満足しつつ、さらに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さらに抑制することができる。

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、前記上壁中央リブ薄肉部は、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、前記底壁中央リブ薄肉部は、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、前記上壁中央リブ薄肉部及び前記上壁環状リブ薄肉部は、内圧作用時に前記上壁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、前記底壁中央リブ薄肉部及び前記底壁環状リブ薄肉部は、内圧作用時に前記底壁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中央リブ薄肉部及び上壁環状リブ薄肉部が位置し、底壁における同部分に底壁中央リブ薄肉部及び底壁環状リブ薄肉部が位置するので、これらの各薄肉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２分の１モデル斜視図である。図１に示したモデルの内面を示した状態の斜視図である。図１のIII−III断面の斜視図である。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４のＶ−Ｖ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。

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４及び図５を参照しながら説明する。図４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４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５は、図４のＶ−Ｖ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、圧力容器に設けるリブの位置及びその肉厚を、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に肉厚の大きなリブを設け、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、圧力容器に設けるリブの位置及びそ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、圧力容器を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２分の１モデルの斜視図である。本実施形態の圧力容器は、Ｚの各方向の中央に対して対称な形状であるため、Ｚの各方向のそれぞれの中央で切断した２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、すなわち、上壁の内面を示した状態の斜視図である。図３は、図１のモデルをIII−III断面で切断した状態を示した斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の圧力容器の２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を含んで特定方向（Ｘ軸方向）に延びるように形成された上壁中央リブ１ｂと、この上壁中央リブ１ｂの近傍に形成された上壁補助リブ１ｆと、上壁１の隣り合う各辺の略中央部同士をそれぞれ結ぶように形成された上壁環状リブ１ｊとを有している。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。

図３に示すように、上壁中央リブ１ｂは、上壁中央部１ａを含む上壁中央リブ本体１ｃと、後述する上側曲面部リブ３ｃと連接される上壁中央リブ連設部１ｄと、上壁中央リブ本体１ｃと上壁中央リブ連設部１ｄとの間に上壁中央リブ１ｂにおいて最も薄くなるように形成された上壁中央リブ薄肉部１ｅとを有している。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、上壁中央リブ１ｂにおける上壁中央リブ本体１ｃの中央の厚さが当該上壁中央リブ１ｂにおいて最も大きくなるように形成されている。そして、この上壁中央リブ１ｂは、上壁中央部１ａから上壁中央リブ薄肉部１ｅにかけて次第に厚さが小さくなるとともにその外面が外側に凸となった曲面で接続された形状を有している。具体的に、上壁中央リブ１ｂにおける最も厚い部分の厚さは、上壁中央リブ薄肉部１ｅの厚さの２．５倍から８倍であることが好ましい。

上壁中央リブ薄肉部１ｅは、上壁１を上から見て、側壁２における上壁中央リブ連設部１ｄと接続される主面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。この上壁中央リブ薄肉部１ｅの外面は、内側に凸となった曲面に形成されている。また、上壁中央リブ薄肉部１ｅの厚さは、上壁１における後述する隅角部３ｂ近傍の厚さと比べて、大きくても小さくても、あるいは同じであってもよい。

上壁補助リブ１ｆは、上壁中央リブ１ｂの長手方向の各端部の近傍に一対ずつ形成されて上壁中央リブ１ｂの負担する荷重を補助するものである。上壁補助リブ１ｆは、上壁中央リブ１ｂの長手方向と平行な方向に延びる形状を有しており、上壁補助リブ本体１ｇと、上側曲面部リブ３ｃと連接される上壁補助リブ連設部１ｈと、上壁補助リブ本体１ｇと上壁補助リブ連設部１ｈとの間に上壁補助リブ１ｆにおいて最も薄くなるように形成された上壁補助リブ薄肉部１ｉとを有している。そして、この上壁補助リブ１ｆの外面は、上壁補助リブ薄肉部１ｉの部分が内側に凸となり、その他の部分が外側に凸となった曲面に形成されている。

上壁環状リブ１ｊは、上壁１の隣り合う各辺の略中央部同士を結ぶように形成されている。この上壁環状リブ１ｊは、上壁１の隣り合う辺の略中央部同士を結ぶ線分よりも、その中央部分が上壁中央部１ａに近づくように湾曲した形状を有している。上壁環状リブ１ｊは、上壁環状リブ本体１ｋと、上側曲面部リブ３ｃと連接される上壁環状リブ連設部１ｌと、上壁環状リブ本体１ｋと上壁環状リブ連設部１ｌとの間に当該上壁環状リブ１ｊにおいて最も薄くなるように形成された上壁環状リブ薄肉部１ｍとを有している。

上壁環状リブ薄肉部１ｍは、上壁１を上から見て、上壁１の所定の辺に接続される主面２ａの内面の略中央部から、その所定の辺と隣り合う辺に接続される主面２ａの内面の略中央部へ向かって、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。また、上壁環状リブ薄肉部１ｍの外面は、内側に凸となった曲面に形成されている。

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とを有する。そして、各主面２ａは、その略中央部に主面リブ２ｃを有している。本実施形態では、上壁１が一方向（Ｙ方向）に長い長方形であるため、その短辺（Ｘ軸と平行な辺）には１つ、その長辺（Ｙ軸と平行な辺）には２つの主面リブ２ｃが形成されている。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。

主面リブ２ｃは、高圧媒体の内圧が作用した際に主面２ａに生じる応力が最も大きくなる主面２ａ内の中央部に形成されている。主面リブ２ｃは、その上端で上側曲面部リブ３ｃと、その下端で図示しない下側曲面部リブとそれぞれ接続されている。

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。そして、辺部３ａの中央部に上側曲面部リブ３ｃが形成されている。

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。そして、隅角部３ｂの厚さは、上側曲面部３において最も小さくなるように形成されている。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。

上側曲面部リブ３ｃは、高圧媒体の内圧が作用した際に辺部３ａに生じる応力が最も大きくなる辺部３ａの中央部に形成されている。長辺に位置する上側曲面部リブ３ｃは、その上端で上壁中央リブ連設部１ｄ、上壁補助リブ連設部１ｈ及び上壁環状リブ連設部１ｌと連接され、その下端で主面リブ２ｃに連設されている。また、短辺に位置する上側曲面部リブ３ｃは、その上端で上壁環状リブ連設部１ｌと連接され、その下端で主面リブ２ｃと連設されている。

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部分、すなわち、上壁中央部１ａ、上壁中央部１ａを環状に取り囲む部分、上側曲面部３の各辺の略中央部、底壁中央部、底壁中央部を環状に取り囲む部分、下側曲面部の各辺の略中央部及び主面２ａの略中央部に肉厚を大きくしたリブを設け、相対的に小さな応力しか生じないその他の部分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１、底壁及び側壁２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、本実施形態では、上壁中央リブ１ｂは、上壁中央部１ａから上壁中央リブ薄肉部１ｅにかけてその厚さが次第に小さくなる形状を有しており、上壁環状リブ１ｊは、上壁環状リブ薄肉部１ｍを有している。また、底壁中央リブは、底壁中央部から底壁中央リブ薄肉部にかけてその厚さが次第に小さくなる形状を有しており、底壁環状リブは、底壁環状リブ薄肉部を有している。このように、各リブにおいて相対的に大きな応力が生じる部分の肉厚を大きくし、相対的に小さな応力しか生じない部分の肉厚を小さくすることで、要求される設計要件を満足しつつ、さらに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１への応力分布の不均一の発生をさらに抑制することができる。

また、本実施形態では、上側曲面部３及び下側曲面部の内面が同じ曲率半径ｒを有しており、上壁中央リブ薄肉部１ｅは、上壁１を上から見て側壁２の内面から上壁中央部１ａに向かって曲率半径ｒの１／２倍から２倍の範囲に位置しており、底壁中央リブ薄肉部は、底壁を上から見て側壁２の内面から底壁中央部に向かって曲率半径ｒの１／２倍から２倍の範囲に位置しているので、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、上壁中央リブ薄肉部１ｅ及び上壁環状リブ薄肉部１ｍは、内圧作用時に上壁１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、すなわち、応力の発生が極めて小さくなっている部分に位置し、底壁中央リブ薄肉部及び底壁環状リブ薄肉部は、内圧作用時に底壁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、すなわち、応力の発生が極めて小さくなっている部分に位置するので、これらの各薄肉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、上壁１及び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。

さらに、本実施形態では、圧力容器に発生する応力分布に応じてリブを設けるとともにそのリブ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。特に、上壁１及び底壁が正方形の場合、上壁中央リブ１ｂは、上壁中央部１ａを含むとともに対向する辺同士を結ぶ十字状に形成され、底壁中央リブは、底壁中央部を含むとともに対向する辺同士を結ぶ十字状に形成され、各主面２ａにはそれぞれ１つの主面リブ２ｃが形成される。

また、上記実施形態では、上壁中央リブ１ｂが上壁中央リブ薄肉部１ｅを、上壁補助リブ１ｆが上壁補助リブ薄肉部１ｉを、上壁環状リブ１ｊが上壁環状リブ薄肉部１ｍを、底壁中央リブが底壁中央リブ薄肉部を、底壁補助リブが底壁補助リブ薄肉部を、そして、底壁環状リブが底壁環状リブ薄肉部をそれぞれ有する例について示したが、これら各薄肉部は省略してもよい。

また、上記実施形態では、上壁中央リブ１ｂ及び上側曲面部リブ３ｃと、上壁環状リブ１ｊ及び上側曲面部リブ３ｃと、底壁中央リブ及び下側曲面部リブと、底壁環状リブ及び下側曲面部リブとがそれぞれ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。

また、上記実施形態では、上壁１が上壁補助リブ１ｆを、底壁が底壁補助リブをそれぞれ有する例について示したが、これらの各補助リブは省略してもよい。その場合、単に各補助リブ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、上壁及び底壁の各中央リブがこれらの補助リブの負担していた荷重分を負担できるように、その短手方向（Ｙ軸方向）の幅を大きく形成される必要がある。

次に、本実施形態の圧力容器についての実施例を、図６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６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。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６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）
次に、図１に示した本実施形態の圧力容器１の実施例について説明する。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。この実施例では、容器全体の重量は１７０ｋｇ、要件１の値は１．１２ｍｍ、要件２の値は４２０ＭＰａであった。

以上の結果を表にしたものを図７に示す。この図７から明らかなように、本実施例の圧力容器は、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。より具体的には、実施例の圧力容器では、従来の圧力容器以上の強度特性を確保しながらも、従来の圧力容器の約６７％の重量とすることができる。

また、実施例の圧力容器では、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６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上壁中央リブ
１ｃ上壁中央リブ本体
１ｄ上壁中央リブ連設部
１ｅ上壁中央リブ薄肉部
１ｆ上壁補助リブ
１ｇ上壁補助リブ本体
１ｈ上壁補助リブ連設部
１ｉ上壁補助リブ薄肉部
１ｊ上壁環状リブ
１ｋ上壁環状リブ本体
１ｌ上壁環状リブ連設部
１ｍ上壁環状リブ薄肉部
２側壁
２ａ主面
２ｂ主面連結部
２ｃ主面リブ
３上側曲面部
３ａ辺部
３ｂ隅角部
３ｃ上側曲面部リブ

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、
前記上壁のうち内圧作用時に最も大きな応力が生じる上壁中央部を含んで特定方向に延びるように形成された上壁中央リブと、
前記上壁の隣り合う辺の略中央部同士をそれぞれ結んで前記上壁中央リブを囲むように形成された上壁環状リブと、
前記上側曲面部の各辺の略中央部に形成されるとともに前記上壁中央リブ及び前記上壁環状リブと連設された上側曲面部リブと、
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を含んで特定方向に延びるように形成された底壁中央リブと、
前記底壁の隣り合う辺の略中央部同士をそれぞれ結んで前記底壁中央リブを囲むように形成された底壁環状リブと、
前記下側曲面部の各辺の略中央部に形成されるとともに前記底壁中央リブ及び前記底壁環状リブと連設された下側曲面部リブと、
前記側壁の各主面の略中央部に形成されるとともに前記上側曲面部リブ及び前記下側曲面部リブと連設された主面リブとを有し、
前記上壁中央リブは、前記上壁中央部を含む上壁中央リブ本体と、前記上側曲面部リブと連接される上壁中央リブ連設部と、前記上壁中央リブ本体と前記上壁中央リブ連設部との間であって前記上壁のうち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部位に当該上壁中央リブにおいて最も薄くなるように形成された上壁中央リブ薄肉部とを有し、
前記上壁中央リブ本体は、前記特定方向における中央部から前記上壁中央リブ薄肉部に向かってその厚さが次第に小さくなる形状を有しており、
前記上壁環状リブは、上壁環状リブ本体と、前記上側曲面部リブと連接される上壁環状リブ連設部と、前記上壁環状リブ本体と前記上壁環状リブ連設部との間であって前記上壁のうち内圧作用時に前記上壁環状リブ本体が設けられている部位よりも小さな応力が生じる部位に当該上壁環状リブにおいて最も薄くなるように形成された上壁環状リブ薄肉部とを有しており、
前記底壁中央リブは、前記底壁中央部を含む底壁中央リブ本体と、前記下側曲面リブと連接される底壁中央リブ連設部と、前記底壁中央リブ本体と前記底壁中央リブ連設部との間であって前記底壁のうち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部位に当該底壁中央リブにおいて最も薄くなるように形成された底壁中央リブ薄肉部とを有し、
前記底壁中央リブ本体は、前記特定方向における中央部から前記底壁中央リブ薄肉部に向かってその厚さが次第に小さくなる形状を有しており、
前記底壁環状リブは、底壁環状リブ本体と、前記下側曲面部リブと連接される底壁環状リブ連設部と、前記底壁環状リブ本体と前記底壁環状リブ連設部との間であって前記底壁のうち内圧作用時に前記底壁環状リブ本体が設けられている部位よりも小さな応力が生じる部位に当該底壁環状リブにおいて最も薄くなるように形成された底壁環状リブ薄肉部とを有しており、
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、
前記上壁中央リブ薄肉部は、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、前記底壁中央リブ薄肉部は、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おり、
前記上壁環状リブ薄肉部は、前記上壁を上から見て前記側壁のうちの特定の主面の内面の略中央部から前記特定の主面と隣り合う主面の内面の略中央部へ向かって、前記底壁環状リブ薄肉部は、前記底壁を下から見て前記側壁のうちの特定の主面の内面の略中央部から前記特定の主面と隣り合う主面の内面の略中央部へ向かって、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。
前記上壁中央リブ薄肉部及び前記上壁環状リブ薄肉部は、内圧作用時に前記上壁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、前記底壁中央リブ薄肉部及び前記底壁環状リブ薄肉部は、内圧作用時に前記底壁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又は２に記載の圧力容器。