JP6885731B2 - 圧力容器 - Google Patents

Description

本発明は、圧力容器に関する。

例えば特許文献１などに従来の圧力容器が記載されている。同文献に記載の圧力容器は、容器本体と、容器本体から外側に突出するリブと、を備える。容器本体は、第１面（例えば同文献における周壁）と、第２面（例えば同文献における上壁、底壁）と、を備える。容器本体に内圧が作用すると、容器本体が外側に膨らむように変形する。リブにより、この変形を抑制することが図られている。

特開２０１５−２００３７３

同文献に記載の技術では、第１面に設けられたリブの突出量の最大値は、第２面に設けられたリブの突出量の最大値と同じである。そのため、リブが大型になる問題がある。その結果、圧力容器の質量が大きくなる問題、圧力容器の材料の無駄が生じる問題、圧力容器のコストが増大する問題、圧力容器が大きくなる問題、および、圧力容器を配置するために広いスペースが必要になる問題が生じるおそれがある。一方、単にリブを小さくすれば、圧力容器の強度が不足するおそれがある。

そこで本発明は、圧力容器の強度を確保しつつリブを小さくできる、圧力容器を提供することを目的とする。

本発明の圧力容器は、容器本体と、リブと、を備える。前記容器本体は、内部空間に流体を収容可能である。前記リブは、前記容器本体から、前記容器本体の外側に突出する。前記容器本体は、第１面と、第２面と、を備える。前記第１面は、前記容器本体の軸方向である容器本体軸方向に延び、容器本体軸方向に直交する方向である第１方向に延び、前記内部空間を形成する。前記第２面は、前記第１面につながれ、容器本体軸方向に延び、容器本体軸方向および第１方向に直交する方向である第２方向に延び、前記内部空間を形成する。前記リブは、第１リブと、第２リブと、を備える。前記第１リブは、前記第１面から第２方向に突出し、第１方向に延びる。前記第２リブは、前記第１リブと一続きに設けられ、前記第２面から第１方向に突出し、第２方向に延びる。前記内部空間の第２方向の幅は、前記内部空間の第１方向の幅よりも小さい。前記第２面から前記容器本体の外側かつ第１方向への前記第２リブの突出量の最大値は、前記第１面から前記容器本体の外側かつ第２方向への前記第１リブの突出量の最大値よりも小さい。

上記構成により、圧力容器の強度を確保しつつリブを小さくできる。

圧力容器の斜視図であり、圧力容器の一部を切断した状態を示す図である。 図１に示す圧力容器を容器本体軸方向Ｚから見た断面図である。 図２のＦ３−Ｆ３矢視断面図である。 図２のＦ４−Ｆ４矢視断面図である。 図３に示すＦ５部分の拡大図である。 図４に示すＦ６部分の拡大図である。 図１に示す圧力容器の解析用のシェルモデルを示す斜視図である。 図７に示す圧力容器のミーゼス応力分布を示す斜視図である。 第２実施形態の図１相当図である。 第３実施形態の図２相当図である。 第４実施形態の図２相当図である。 比較例の図８相当図である。

（第１実施形態）
図１〜図８を参照して、第１実施形態の圧力容器１（図１参照）について説明する。

圧力容器１は、流体を収容可能な容器である。圧力容器１が収容する流体は、気体であり、空気であり、液体でもよい。圧力容器１は、圧力容器１の外部の圧力よりも内部の圧力が高くなるように構成される。圧力容器１は、鋳造により製造される、鋳物である。圧力容器１は、流体を冷却するための容器であり、例えばガスクーラである。圧力容器１は、アフタークーラ１ａ（第１容器）と、インタークーラ１ｉ（第２容器）と、を備える。

例えば、この圧力容器１は、圧縮機ユニット（図示なし）を構成する。圧縮機ユニットは、圧縮機と、圧力容器１と、を備える。この圧縮機は、オイルフリー圧縮機である。この圧縮機は、２段階で空気を圧縮するものであり、１段圧縮機と２段圧縮機とを備える。１段圧縮機で圧縮され高温になった（断熱圧縮された）空気は、インタークーラ１ｉで冷やされて室温に戻される。室温に戻された空気は、２段圧縮機で再び圧縮される。２段圧縮機で圧縮され高温になった空気は、アフタークーラ１ａで再び冷やされて室温に戻され、ユーザー（圧縮空気の利用者）に供給される。

この圧力容器１は、アフタークーラ１ａとインタークーラ１ｉとが一体的に構成されたもの（一体型）である。よって、アフタークーラ１ａとインタークーラ１ｉとが一体でない場合（例えばこれらが互いに離れた位置に配置される場合など）に比べ、インタークーラ１ｉおよびアフタークーラ１ａの配置に必要なスペースを小さくできる。よって、圧縮機ユニットを小型化できる。アフタークーラ１ａとインタークーラ１ｉとは互いに同様に構成される。以下では、主にアフタークーラ１ａについて説明し、アフタークーラ１ａとインタークーラ１ｉとの共通点の説明を省略する。圧力容器１は、容器本体１０と、流体出入口２０と、リブ３０と、を備える。

容器本体１０は、流体を収容可能な部分である。流体は、容器本体１０の内部空間１０ｓに収容される。容器本体１０の形状は、非円筒型であり、内部が空洞の略直方体状であり、軸方向を有する形状である。容器本体１０の軸方向を、容器本体軸方向Ｚとする。容器本体軸方向Ｚに直交する方向（１方向）を、上下方向Ｙ（第１方向）とする。容器本体軸方向Ｚおよび上下方向Ｙに直交する方向を、横方向Ｘ（第２方向）とする。なお、「上」「下」および「横」は、説明の便宜上用いた用語にすぎない。例えば、上下方向Ｙは鉛直方向である必要はなく、横方向Ｘは水平方向である必要はない。容器本体軸方向Ｚから見たとき、容器本体１０の断面形状は、容器本体軸方向Ｚの位置にかかわらず、一定またはほぼ一定である。容器本体軸方向Ｚから見たとき、容器本体１０の断面形状は略長方形である。容器本体１０は、蓋（図示なし）を備えてもよい。この蓋は、容器本体１０の容器本体軸方向Ｚにおける端部に設けられる。容器本体１０は、側面１１（第１面）と、上面１２（第２面）と、下面１３（第２面）と、アール部１５と、隔壁１７と、を備える。

内部空間１０ｓは、容器本体１０の内部の空間である。容器本体軸方向Ｚから見たとき、内部空間１０ｓの断面形状は、略長方形である。内部空間１０ｓは、１つの容器本体１０に２つ設けられる。内部空間１０ｓには、インタークーラ側内部空間１０ｓｉと、アフタークーラ側内部空間１０ｓａと、がある。各内部空間１０ｓには、熱交換器（図示なし）が収容されてもよく、収容されなくてもよい。

側面１１（第１面）は、内部空間１０ｓを形成する面である。内部空間１０ｓを形成する面である点は、上面１２、下面１３、アール部１５、および隔壁１７も同様である。側面１１は、容器本体軸方向Ｚに延び、かつ、上下方向Ｙに延びる。側面１１は、平面状または略平面状である。平面状または略平面状である点は、上面１２、下面１３、および隔壁１７についても同様である。側面１１は、２か所に設けられる。２か所の側面１１は、互いに平行に配置され、横方向Ｘに対向する。

上面１２（第２面）は、側面１１につながれ、２か所の側面１１それぞれの上下方向Ｙの一端（上端）につながれ、アール部１５を介して側面１１につながれる。上面１２は、容器本体軸方向Ｚに延び、かつ、横方向Ｘに延びる。上面１２の厚さ（上下方向Ｙ幅）は、側面１１の厚さ（横方向Ｘの幅）と同じである。

下面１３（第２面）は、上面１２と上下方向Ｙに対称に設けられる。下面１３と上面１２とは、互いに平行に配置され、上下方向Ｙに対向する。

アール部１５は、容器本体１０の角部に配置される、曲面状の部分である。図２に示すように、容器本体軸方向Ｚから見たとき、アール部１５は、略長方形状の容器本体１０の４か所の角部に設けられる。容器本体軸方向Ｚから見たとき、アール部１５は、円弧状または略円弧状である。

隔壁１７は、インタークーラ側内部空間１０ｓｉとアフタークーラ側内部空間１０ｓａとを隔てる（仕切る）。隔壁１７は、２つの第２面（上面１２および下面１３）どうしをつなぐとともに、側面１１と平行に配置される。隔壁１７は、上面１２および下面１３それぞれの横方向Ｘ中央部につながれる、中央隔壁である。

この隔壁１７は、インタークーラ側内部空間１０ｓｉを形成する壁であり、かつ、アフタークーラ側内部空間１０ｓａを形成する壁である。よって、これらの壁が別々に設けられる場合に比べ、圧力容器１を軽量化でき、圧力容器１のコストを抑制できる。

この隔壁１７は、次のように作用する。インタークーラ側内部空間１０ｓｉとアフタークーラ側内部空間１０ｓａとに内圧が作用し、容器本体１０が外側に膨らむように変形しようとしたとき、隔壁１７に引張力（上下方向Ｙの引張力）が作用する。よって、上面１２および下面１３のうち隔壁１７がつながれた部分（横方向Ｘ中央）での変位量が抑制され、上面１２および下面１３の応力を抑制できる。よって、上面１２および下面１３の肉厚を薄くできる結果、容器本体１０の肉厚を薄くできる。また、上面１２および下面１３の応力を抑制できるので、リブ３０を小さくできる。さらに詳しくは、リブ３０の肉厚を薄くでき、また、容器本体１０からのリブ３０の突出量を小さくできる。よって、圧力容器１を軽量化でき、圧力容器１のコストを抑制できる。

流体出入口２０は、図１に示すように、容器本体１０の外部と内部（内部空間１０ｓ）とを連通する孔である。流体出入口２０は、インタークーラ入口２１ｉと、インタークーラ出口２３ｉと、アフタークーラ入口２１ａと、アフタークーラ出口（図示なし）と、を備える。インタークーラ入口２１ｉは、容器本体１０の外部からインタークーラ側内部空間１０ｓｉへの流体の入口である。インタークーラ出口２３ｉは、インタークーラ側内部空間１０ｓｉから容器本体１０の外部への流体の出口である。アフタークーラ入口２１ａは、容器本体１０の外部からアフタークーラ側内部空間１０ｓａへの流体の入口である。アフタークーラ出口は、アフタークーラ側内部空間１０ｓａから容器本体１０の外部への流体の出口である。インタークーラ入口２１ｉ、インタークーラ出口２３ｉ、およびアフタークーラ入口２１ａは、例えば上面１２に設けられる。アフタークーラ出口は、例えば側面１１に設けられる。流体出入口２０は、リブ３０に含まれない。容器本体１０からの流体出入口２０の突出量は、容器本体１０からのリブ３０の突出量よりも大きくてもよく、小さくてもよい。

リブ３０（補強リブ）は、容器本体１０を補強する。リブ３０は、容器本体１０の内面に内圧が作用したときの、容器本体１０の変形や発生応力を抑制する。リブ３０は、容器本体１０から、容器本体１０の外側に突出する。「容器本体１０の外側」は、容器本体１０に対して内部空間１０ｓとは反対側である。リブ３０は、容器本体軸方向Ｚに等間隔に複数設けられる。リブ３０は、容器本体１０の全周またはほぼ全周にわたって、容器本体１０を囲うように設けられる。リブ３０は、容器本体１０のいわば周方向に延びる。リブ３０は、板状または略板状である。リブ３０は、容器本体１０と一体的に構成される。図２に示すように、リブ３０は、側面リブ３１（第１リブ）と、上面リブ３２（第２リブ）と、下面リブ３３（第２リブ）と、アール部リブ３５と、を備える。

側面リブ３１（第１リブ）は、側面１１から横方向Ｘに突出し、上下方向Ｙに延びる。側面リブ３１は、横方向Ｘから見て直線状に配置される。

上面リブ３２（第２リブ）は、上面１２から上下方向Ｙに突出し、横方向Ｘに延びる。上面リブ３２は、上下方向Ｙから見て直線状に配置される。上面リブ３２は、側面リブ３１と一続きに設けられる。上面リブ３２は、アール部リブ３５を介して、側面リブ３１と連続して設けられる。上面リブ３２の厚さ（容器本体軸方向Ｚにおける幅）は、側面リブ３１の厚さと同じである（下面リブ３３およびアール部リブ３５それぞれの厚さも同様）。

下面リブ３３（第２リブ）は、上面リブ３２と上下方向Ｙに対称に設けられる。以下では、下面リブ３３の説明を省略する。

アール部リブ３５は、アール部１５から、容器本体１０の外側に突出する。アール部リブ３５は、４か所のアール部１５それぞれから、容器本体１０の外側に突出する。アール部リブ３５は、第２リブ（上面リブ３２または下面リブ３３）と、側面リブ３１と、につながれる。

（幅Ｌ１、幅Ｌ２、最大曲げモーメント）
内部空間１０ｓの上下方向Ｙの幅を幅Ｌ１とする。幅Ｌ１は、上面１２から下面１３までの上下方向Ｙの距離（最短距離）である。内部空間１０ｓの横方向Ｘの幅を幅Ｌ２とする。幅Ｌ２は、隔壁１７から側面１１までの横方向Ｘの距離である。幅Ｌ２は、幅Ｌ１よりも小さい。アフタークーラ側内部空間１０ｓａの横方向Ｘの幅Ｌ２は、アフタークーラ側内部空間１０ｓａの上下方向Ｙの幅Ｌ１よりも小さい（インタークーラ側内部空間１０ｓｉも同様）。側面１１の最大曲げモーメントＭ１は、側面１１のうち、内部空間１０ｓの上下方向Ｙ中央部に隣接する部分に生じ、側面１１の上下方向Ｙ中央部に生じる。上面１２の最大曲げモーメントＭ２は、上面１２のうち、内部空間１０ｓの横方向Ｘ中央部に隣接する部分に生じる。幅Ｌ２は幅Ｌ１よりも小さいので、上面１２の最大曲げモーメントＭ２は、側面１１の最大曲げモーメントＭ１よりも小さい。

（リブ３０の突出量）
側面１１から、容器本体１０の外側かつ横方向Ｘへの、側面リブ３１の突出量（高さ）を、第１突出量ｈ１とする。第１突出量ｈ１の最大値を、最大第１突出量Ｈ１とする。上面１２から、容器本体１０の外側かつ上下方向Ｙへの、上面リブ３２の突出量を、第２突出量ｈ２とする。第２突出量ｈ２の最大値を、最大第２突出量Ｈ２とする。最大第２突出量Ｈ２は、最大第１突出量Ｈ１よりも小さい。これにより、最大曲げモーメントが小さい方の面（上面１２）に固定されるリブ３０の突出量の最大値が、最大曲げモーメントが大きい方の面（側面１１）に固定されるリブ３０の突出量の最大値よりも小さくなる。本実施形態では、第１突出量ｈ１は、上下方向Ｙの位置によらず一定であり、最大第１突出量Ｈ１である。本実施形態では、上面１２から上下方向Ｙへの上面リブ３２の突出量は、横方向Ｘの位置によらず一定であり、最大第２突出量Ｈ２である。

最大第１突出量Ｈ１および最大第２突出量Ｈ２は、幅Ｌ１と幅Ｌ２との比（Ｌ１／Ｌ２）に応じて設定される。最大第１突出量Ｈ１および最大第２突出量Ｈ２は、最大第１突出量Ｈ１と最大第２突出量Ｈ２との比（Ｈ１／Ｈ２）が、比（Ｌ１／Ｌ２）の２乗の０．７倍以上、１．３倍以下の範囲内になるように設定される。すなわち、最大第１突出量Ｈ１および最大第２突出量Ｈ２は、次の式Ａ１を満たすように設定される。
０．７・（Ｌ１／Ｌ２）² ≦ Ｈ１／Ｈ２ ≦ １．３・（Ｌ１／Ｌ２）² ・・・（式Ａ１）

ここで、側面１１の最大曲げモーメントＭ１は、Ｌ１²に比例する。また、上面１２の最大曲げモーメントＭ２は、Ｌ２²に比例する。よって、式Ａ１を満たす場合、最大第１突出量Ｈ１および最大第２突出量Ｈ２は、最大曲げモーメントＭ１と最大曲げモーメントＭ２との比（Ｍ１／Ｍ２）に応じて設定されることになる。

（塑性断面係数）
図３に示すように、上下方向Ｙから見たとき、側面１１および複数の側面リブ３１は、繰り返し単位断面Ｃ１が容器本体軸方向Ｚに繰り返された構造を有する。繰り返し単位断面Ｃ１は、側面１１および側面リブ３１の繰り返し単位の断面であって、上下方向Ｙから見た断面である。繰り返し単位断面Ｃ１は、側面リブ３１の第１突出量ｈ１が最大第１突出量Ｈ１となる部分を含む断面である。繰り返し単位断面Ｃ１の塑性断面係数Ｚｐ１は、最大第１突出量Ｈ１（図２参照）に基づいて決まる（詳細は下記）。

図４に示すように、横方向Ｘから見たとき、上面１２および複数の上面リブ３２は、繰り返し単位断面Ｃ２が容器本体軸方向Ｚに繰り返された構造を有する。繰り返し単位断面Ｃ２は、上面１２および上面リブ３２の繰り返し単位の断面であって、横方向Ｘから見た断面である。繰り返し単位断面Ｃ２は、上面リブ３２の第２突出量ｈ２が最大第２突出量Ｈ２となる部分を含む断面である。繰り返し単位断面Ｃ２の塑性断面係数Ｚｐ２は、最大第２突出量Ｈ２（図２参照）に基づいて決まる（詳細は下記）。

図２に示す最大第１突出量Ｈ１および最大第２突出量Ｈ２は、塑性断面係数Ｚｐ１と塑性断面係数Ｚｐ２との比（Ｚｐ１／Ｚｐ２）に応じて設定される。最大第１突出量Ｈ１および最大第２突出量Ｈ２は、比（Ｚｐ１／Ｚｐ２）が、比（Ｌ１／Ｌ２）の２乗の０．７倍以上、１．３倍以下の範囲内になるように設定される。すなわち、最大第１突出量Ｈ１および最大第２突出量Ｈ２は、次の式Ａ２を満たすように設定される。
０．７・（Ｌ１／Ｌ２）² ≦ Ｚｐ１／Ｚｐ２ ≦ １．３・（Ｌ１／Ｌ２）² ・・・（式Ａ２）

（塑性断面係数の詳細）
式Ａ２は、次のように求められる。図５に示す繰り返し単位断面Ｃ１の面積Ａ１は、次の式で表される。
Ａ１＝ｔ１・Ｈ１＋ａ１・ｂ１
ｔ１：側面リブ３１の厚さ（容器本体軸方向Ｚの幅）
ａ１：側面１１の厚さ（横方向Ｘの幅）
ｂ１：１つの繰り返し単位断面Ｃ１における側面１１の容器本体軸方向Ｚの幅

ここで、
Ａ１’＝（ｔ１・Ｈ１＋ａ１・ｂ１）／２
ｅ１＝Ａ１’／ｂ１
とする。ｅ１は、側面リブ３１の端面であって内部空間１０ｓ（図２参照）に隣接する側の端面から、繰り返し単位断面Ｃ１の塑性中立軸までの距離である。繰り返し単位断面Ｃ１の塑性断面係数Ｚｐ１は、次の式Ｂ１で表される。
Ｚｐ１＝Ａ１’・［ｅ１／２＋｛Ｈ１＋（ａ１−ｅ１）｝／２］ ・・・（式Ｂ１）

繰り返し単位断面Ｃ１の全塑性モーメント（全塑性状態の最大曲げモーメントＭｐ１）は、次の式Ｂ２で表される。
Ｍｐ１＝Ｚｐ１・σｙ１ ・・・（式Ｂ２）
ここで、σｙ１は、側面１１および側面リブ３１の材料の降伏応力である。

図６に示す繰り返し単位断面Ｃ２の面積Ａ２は、次の式で表される。
Ａ２＝ｔ２・Ｈ２＋ａ２・ｂ２
ｔ２：上面リブ３２の厚さ（容器本体軸方向Ｚの幅）
ａ２：上面１２の厚さ（上下方向Ｙの幅）
ｂ２：１つの繰り返し単位断面Ｃ２における上面１２の容器本体軸方向Ｚの幅

ここで、
Ａ２’＝（ｔ２・Ｈ２＋ａ２・ｂ２）／２ ・・・（式Ｂ３ａ）
ｅ２＝Ａ２’／ｂ２ ・・・（式Ｂ３ｂ）
とする。ｅ２は、上面１２の端面であって内部空間１０ｓ（図２参照）に隣接する側の端面から、繰り返し単位断面Ｃ２の塑性中立軸までの距離である。繰り返し単位断面Ｃ２の塑性断面係数Ｚｐ２は、次の式Ｂ３ｃで表される。
Ｚｐ２＝Ａ２’・［ｅ２／２＋｛Ｈ２＋（ａ２−ｅ２）｝／２］ ・・・（式Ｂ３ｃ）

繰り返し単位断面Ｃ２の全塑性モーメント（全塑性状態の最大曲げモーメントＭｐ２）は、次の式Ｂ４で表される。
Ｍｐ２＝Ｚｐ２・σｙ２ ・・・（式Ｂ４）
ここで、σｙ２は、上面１２および上面リブ３２の材料の降伏応力である。本実施形態では、上面１２および上面リブ３２の材料は、側面１１および側面リブ３１の材料と同じである。

図２に示す容器本体１０に内圧Ｐ（等分布荷重）が作用するときの、側面１１に作用する最大曲げモーメントＭｐ１は、次の式Ｂ５で表される。
Ｍｐ１＝Ｐ・Ｌ１²／８ ・・・（式Ｂ５）

同様に、容器本体１０に内圧Ｐが作用するときの、上面１２に作用する最大曲げモーメントＭｐ２は、次の式Ｂ６で表される。
Ｍｐ２＝Ｐ・Ｌ２²／８ ・・・（式Ｂ６）

式Ｂ２、式Ｂ４、式Ｂ５、および式Ｂ６より、次の式Ｂ７が得られ、式Ｂ７から式Ｂ８が得られる。
Ｍｐ１／Ｍｐ２＝（Ｌ１／Ｌ２）²＝（Ｚｐ１・σｙ１）／（Ｚｐ２・σｙ２） ・・・（式Ｂ７）
Ｚｐ１／Ｚｐ２＝（σｙ２／σｙ１）・（Ｌ１／Ｌ２）² ・・・（式Ｂ８）

圧力容器１の各部を構成する材料の降伏応力には、ばらつきがある。例えば鋳物（鋳鉄）の強度のばらつきは、最大で平均値±３０％程度（０．７σｙ〜１．３σｙ程度）ある。そこで、式Ｂ８の（σｙ２／σｙ１）が０．７以上、１．３以下であると考える。次の式Ｂ９を満たすように、Ｚｐ１／Ｚｐ２を設定することが好ましい。式Ｂ９は、式Ａ２と同じ式である。
０．７・（Ｌ１／Ｌ２）² ≦ Ｚｐ１／Ｚｐ２ ≦ １．３・（Ｌ１／Ｌ２）² ・・・（式Ｂ９）

容器本体１０で最も高い強度が必要となる部位は、側面１１の上下方向Ｙ中央部である。この部位で必要な強度に基づいて、側面リブ３１の最大第１突出量Ｈ１が決定される。そこで、最大第１突出量Ｈ１（既知の値）から、上面リブ３２の最大第２突出量Ｈ２（未知の値）を求める式を示す。

式Ｂ８より、次の式Ｂ１０が得られる。
Ｚｐ２＝（σｙ１／σｙ２）・Ｚｐ１・（Ｌ２／Ｌ１）²
＝（σｙ１／σｙ２）・Ｊ ・・・（式Ｂ１０）
ここで、
Ｊ＝Ｚｐ１・（Ｌ２／Ｌ１）²
である。

式Ｂ３ａ、式Ｂ３ｂ、および式Ｂ３ｃより、次の式Ｂ１１が得られる。
Ｚｐ２＝（ｔ２・Ｈ２＋ａ２・ｂ２）・（Ｈ２＋ａ２）／４
＝｛ｔ２・Ｈ２²＋ａ２・（ｂ２＋ｔ２）・Ｈ２＋ａ２²・ｂ２｝／４ ・・・（式Ｂ１１）

式Ｂ１０および式Ｂ１１より、次の式Ｂ１２が得られる。
｛ｔ２・Ｈ２²＋ａ２・（ｂ２＋ｔ２）・Ｈ２＋ａ２²・ｂ２｝／４
＝（σｙ１／σｙ２）・Ｊ ・・・（式Ｂ１２）

式Ｂ１２を変形して、Ｈ２の２次方程式に整理すると、次の式Ｂ１３が得られる。
ｔ２・Ｈ２²＋ａ２・（ｂ２＋ｔ２）・Ｈ２＋ａ２²・ｂ２−４・Ｊ・（σｙ１／σｙ２）＝０ ・・・（式Ｂ１３）

式Ｂ１３は次のように整理できる。
Ａ・Ｈ２²＋Ｂ・Ｈ２＋Ｃ＝０ ・・・（式Ｂ１４）
ここで、
Ａ＝ｔ２
Ｂ＝ａ２・（ｂ２＋ｔ２）
Ｃ＝ａ２²・ｂ２−４・Ｊ・（σｙ１／σｙ２）
である。

式Ｂ１４より、最大第２突出量Ｈ２は、次の式Ｂ１５で表せる。
Ｈ２＝［−Ｂ＋（Ｂ²−４・Ａ・Ｃ）^1/2］／（２・Ａ） ・・・（式Ｂ１５）

式Ｂ１５により、繰り返し単位断面Ｃ１（図３参照）に関する寸法、繰り返し単位断面Ｃ２（図３参照）に関する寸法、図２に示す内部空間１０ｓの幅Ｌ１、幅Ｌ２、および（σｙ１／σｙ２）に基づいて、最大第２突出量Ｈ２を算出できる。式Ｂ９と同様に、式Ｂ１５についても、（σｙ１／σｙ２）が０．７以上、１．３以下であると考えることが好ましい。

（比較）
本実施形態の圧力容器１と、比較例の圧力容器５０１（図１２参照）とを比較した。圧力容器１および圧力容器５０１それぞれについて、解析用のシェルモデル（薄板モデル）に内圧が作用したときの、弾塑性解析を行った。この解析として、ＦＥＭ（Finite Element Method、有限要素法）解析を用いた。図７に、本実施形態の圧力容器１のシェルモデルを示す。このモデルは、上下方向Ｙ、横方向Ｘ、および容器本体軸方向Ｚそれぞれの、圧力容器１の対称性を利用して、圧力容器１を１／８に分けたモデル（１／８モデル）である。このモデルでは、式Ａ１および式Ａ２が満たされる。なお、図７では、圧力容器１を１／２に分けたものを、二点鎖線および実線で示す。

図１２に示す比較例の圧力容器５０１では、容器本体１０からのリブ５３０の突出量が一定である。比較例の圧力容器では、側面リブ５３１の最大第１突出量Ｈ１と、上面リブ５３２の最大第２突出量Ｈ２と、が等しい。比較例の圧力容器５０１の、容器本体１０からのリブ５３０の突出量以外の構成（寸法、形状）は、本実施形態の圧力容器１と同じである。

本実施形態の圧力容器１のミーゼス応力分布を図８に示す。比較例の圧力容器５０１のミーゼス応力分布を図１２に示す。図８および図１２では、ミーゼス応力が高い部位ほど暗い色で示している。圧力容器１の中で応力の高い部分（高応力領域）における応力と、圧力容器５０１の高応力領域における応力と、を比較すると、ほぼ同じである（図８に示す部分３１ｃを除く）。よって、圧力容器１の耐圧強度は、圧力容器５０１の耐圧強度と同程度といえる。

図１２に示す圧力容器５０１の上面１２および上面リブ５３２の発生応力は、図８に示す圧力容器１の上面１２および上面リブ３２の発生応力に比べ、広い範囲で低い（色が明るい）。そのため、図１２に示す比較例の圧力容器５０１では、材料強度に余裕がある領域が広く、材料の無駄が生じている領域が広いことがわかる。一方、図８に示す本実施形態の圧力容器１では、上面１２および上面リブ３２のほぼ全域で、上面１２および上面リブ３２に生じる応力を、側面１１および側面リブ３１に生じる応力と同程度に高くできる。

図１２に示す比較例の上面リブ５３２の最大第２突出量Ｈ２に比べ、図８に示す本実施形態の上面リブ３２の最大第２突出量Ｈ２は、小さい。よって、本実施形態の圧力容器１では、比較例と同程度の耐圧強度を確保しながら、比較例よりも小さく、軽量化できる。

（第１の発明の効果）
図１に示す圧力容器１による効果は次の通りである。圧力容器１は、内部空間１０ｓに流体を収容可能である容器本体１０と、容器本体１０から容器本体１０の外側に突出するリブ３０と、を備える。容器本体１０は、側面１１と、上面１２と、を備える。側面１１は、容器本体１０の軸方向である容器本体軸方向Ｚに延び、容器本体軸方向Ｚに直交する方向である上下方向Ｙに延び、内部空間１０ｓを形成する。上面１２は、側面１１につながれ、容器本体軸方向Ｚに延び、容器本体軸方向Ｚおよび上下方向Ｙに直交する方向である横方向Ｘに延び、内部空間１０ｓを形成する。リブ３０は、側面リブ３１と、上面リブ３２と、を備える。側面リブ３１は、側面１１から横方向Ｘに突出し、上下方向Ｙに延びる。上面リブ３２は、側面リブ３１と一続きに設けられ、上面１２から上下方向Ｙに突出し、横方向Ｘに延びる。

［構成１−１］図２に示すように、内部空間１０ｓの横方向Ｘの幅Ｌ２は、内部空間１０ｓの上下方向Ｙの幅Ｌ１よりも小さい。
［構成１−２］上面１２から容器本体１０の外側かつ上下方向Ｙへの上面リブ３２の突出量の最大値（最大第２突出量Ｈ２）は、側面１１から容器本体１０の外側かつ横方向Ｘへの側面リブ３１の突出量の最大値（最大第１突出量Ｈ１）よりも小さい。

上記［構成１−１］により、上面１２のうち、内部空間１０ｓの横方向Ｘ中央部と隣接する部分の最大曲げモーメントＭ２は、側面１１のうち、内部空間１０ｓの上下方向Ｙ中央部と隣接する部分の最大曲げモーメントＭ１よりも小さい。よって、側面１１に必要な強度に比べ、上面１２に必要な強度は低い。そこで、圧力容器１は、上記［構成１−２］を備える。よって、圧力容器１の強度を確保しつつ、リブ３０を（上面リブ３２を）小さくできる。その結果、圧力容器１を軽量化でき、圧力容器１の材料の無駄を抑制でき、圧力容器１のコストを抑制でき、圧力容器１を小さくでき、圧力容器１の配置に必要なスペースを小さくできる。

（第２の発明の効果）
［構成２］内部空間１０ｓの上下方向Ｙの幅をＬ１とする。内部空間１０ｓの横方向Ｘの幅をＬ２とする。側面１１から容器本体１０の外側かつ横方向Ｘへの側面リブ３１の突出量の最大値をＨ１とする。上面１２から容器本体１０の外側かつ上下方向Ｙへの上面リブ３２の突出量の最大値をＨ２とする。このとき、０．７・（Ｌ１／Ｌ２）² ≦ Ｈ１／Ｈ２ ≦ １．３・（Ｌ１／Ｌ２）²を満たす。

上記［構成２］により、この条件を満たさない場合に比べ、より確実に、圧力容器１の強度を確保しつつ、上面リブ３２を小さくできる。

（第３の発明の効果）
［構成３］図１に示すように、リブ３０は、容器本体軸方向Ｚに等間隔に複数設けられる。図３に示すように、側面１１および側面リブ３１の繰り返し単位の断面であって、上下方向Ｙから見た断面（繰り返し単位断面Ｃ１）の塑性断面係数をＺｐ１とする。図４に示すように、上面１２および上面リブ３２の繰り返し単位の断面であって、横方向Ｘから見た断面（繰り返し単位断面Ｃ２）の塑性断面係数をＺｐ２とする。このとき、０．７・（Ｌ１／Ｌ２）² ≦ Ｚｐ１／Ｚｐ２ ≦ １．３・（Ｌ１／Ｌ２）²を満たす。

上記［構成３］により、この条件を満たさない場合に比べ、より確実に、圧力容器１の強度を確保しつつ、上面リブ３２を小さくできる。

（第２実施形態）
図９を参照して、第２実施形態の圧力容器２０１について、第１実施形態との相違点を説明する。なお、第２実施形態の圧力容器２０１のうち、第１実施形態との共通点については、第１実施形態と同一の符号を付し、または符号を省略し、説明を省略した（共通点の符号や説明を省略する点については他の実施形態の説明も同様）。図１に示すように、第１実施形態では、側面リブ３１の肉厚は、上下方向Ｙの位置によらず一定である。一方、図９に示すように、第２実施形態では、側面リブ２３１の肉厚は、一定ではない。側面リブ２３１は、薄肉部２３１ａと、厚肉部２３１ｂと、を備える。なお、図９では、流体出入口２０（図１参照）を省略した。

厚肉部２３１ｂは、次のように設けられる。図８に示すように、第１実施形態の側面リブ３１の上下方向Ｙ中央部のごく一部分（部分３１ｃ）で、他の部分に比べて高い応力が発生する場合がある。そこで、この応力を抑制するために、図９に示す厚肉部２３１ｂが設けられる。厚肉部２３１ｂは、側面リブ２３１の上下方向Ｙ中央部に設けられる。厚肉部２３１ｂの厚さ（容器本体軸方向Ｚの幅）は、薄肉部２３１ａの厚さよりも大きい。側面リブ２３１の上下方向Ｙ中央部の厚さは、側面リブ２３１の上下方向Ｙ中央部以外の部分の厚さよりも大きい。例えば、厚肉部２３１ｂの上下方向Ｙにおける幅は、幅Ｌ１（図２参照）の、１／２倍、１／３倍、１／４倍、または１／５倍などである。厚肉部２３１ｂは、例えばテーパ状である。具体的には、厚肉部２３１ｂの厚さは、側面リブ２３１の上下方向Ｙの中央に近づくにしたがって大きくなる。例えば、圧力容器２０１が鋳造により製作される場合、側面リブ２３１の肉厚が上下方向Ｙの位置によって変わるように鋳造型を製作することで、側面リブ２３１を容易に製作できる。

（第４の発明の効果）
図９に示す本実施形態の圧力容器２０１による効果は次の通りである。
［構成４］側面リブ２３１の上下方向Ｙ中央部（厚肉部２３１ｂ）の厚さは、側面リブ２３１の上下方向Ｙ中央部以外の部分（薄肉部２３１ａ）の厚さよりも大きい。

上記［構成４］により、側面リブ２３１の上下方向Ｙ中央部での応力を抑制できる。また、側面リブ２３１の全体を一定の厚さに設定する場合に比べ、側面リブ２３１を小さくできる。

（第３実施形態）
図１０を参照して、第３実施形態の圧力容器３０１について、第１実施形態との相違点を説明する。相違点は、側面リブ３３１、上面リブ３３２、および下面リブ３３３の形状である。

側面リブ３３１は、次のように構成される。第１実施形態では、図２に示すように、側面リブ３１の第１突出量ｈ１は、上下方向Ｙの位置によらず一定であった。一方、本実施形態では、図１０に示すように、側面リブ３３１の第１突出量ｈ１は、上下方向Ｙの位置によって異なる。側面１１の曲げモーメントが大きい上下方向Ｙ位置で、第１突出量ｈ１が大きく設定され、側面１１の曲げモーメントが小さい上下方向Ｙ位置で、第１突出量ｈ１が小さく設定される。横方向Ｘから見たときに内部空間１０ｓの上下方向Ｙ中央部と重なる位置における第１突出量ｈ１は、横方向Ｘから見たときに内部空間１０ｓの上下方向Ｙ中央部以外の部分と重なる位置における第１突出量ｈ１よりも大きい。この構成により、第１突出量ｈ１が上下方向Ｙの位置によらず一定の場合（図２参照）に比べ、側面リブ３３１を小さくできる。

上面リブ３３２は、次のように構成される。第１実施形態では、図２に示すように、上面リブ３２の第２突出量ｈ２は、横方向Ｘの位置によらず一定であった。一方、本実施形態では、図１０に示すように、上面リブ３３２の第２突出量ｈ２は、横方向Ｘの位置によって異なる。上面１２の曲げモーメントが大きい横方向Ｘ位置で、第２突出量ｈ２が大きく設定され、上面１２の曲げモーメントが小さい横方向Ｘ位置で、第２突出量ｈ２が小さく設定される。上下方向Ｙから見たときに内部空間１０ｓの横方向Ｘ中央部と重なる位置における第２突出量ｈ２は、上下方向Ｙから見たときに内部空間１０ｓの横方向Ｘ中央部以外の部分と重なる位置における第２突出量ｈ２よりも大きい。この構成により、第２突出量ｈ２が横方向Ｘの位置によらず一定の場合（図２参照）に比べ、上面リブ３３２を小さくできる。下面リブ３３３は、上面リブ３３２と上下方向Ｙに対称に設けられる。

（第４実施形態）
図１１を参照して、第４実施形態の圧力容器４０１について、第１実施形態との相違点を説明する。第１実施形態では、図２に示すように、アフタークーラ１ａとインタークーラ１ｉとが一体であった。一方、本実施形態では、アフタークーラ４０１ａとインタークーラ４０１ｉとが別体である。

アフタークーラ４０１ａとインタークーラ４０１ｉとは、締結部材４５０により固定（締結、剛結）され、横方向Ｘに対称に配置される。以下では、特に断らない限り、アフタークーラ４０１ａとインタークーラ４０１ｉとが固定された状態について説明する。アフタークーラ４０１ａの上面リブ３２と、インタークーラ４０１ｉの上面リブ３２とは、互いに別体であり、横方向Ｘに連続するように配置される（下面リブ３３についても同様）。アフタークーラ４０１ａは、第１実施形態の隔壁１７（図２参照）に相当する第１隔壁４１７ａと、第１締結部材取付部４４０ａと、を備える。インタークーラ４０１ｉは、第１実施形態の隔壁１７に相当する第２隔壁４１７ｉと、第２締結部材取付部４４０ｉと、を備える。

第１隔壁４１７ａと第２隔壁４１７ｉとは、互いに平行に配置され、互いに接する。第１締結部材取付部４４０ａは、第１隔壁４１７ａと第２面（上面１２および下面１３）との接続位置から、容器本体１０の外側かつ上下方向Ｙに突出する。第２締結部材取付部４４０ｉは、第２隔壁４１７ｉと第２面（上面１２および下面１３）との接続位置から、容器本体１０の外側かつ上下方向Ｙに突出する。

締結部材４５０は、第１締結部材取付部４４０ａと第２締結部材取付部４４０ｉとを締結することで、アフタークーラ４０１ａとインタークーラ４０１ｉとを固定する。締結部材４５０は、例えばボルトなどである。

（変形例）
上記の各実施形態は様々に変形されてもよい。各実施形態の構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。構成要素の配置や形状が変形されてもよい。図１に示す圧力容器１は、圧縮機に用いられなくてもよく、流体を冷却するための容器でなくてもよい。上記実施形態では、圧力容器１は、２つの容器（インタークーラ１ｉおよびアフタークーラ１ａ）を備えたが、１つの容器のみ備えてもよく、３つ以上の容器を備えてもよい。

互いに異なる実施形態の構成要素どうしが組み合わされてもよい。図２に示す第１実施形態の側面リブ３１が、図１０に示す第３実施形態の側面リブ３３１に置き換えられてもよい。図２に示す第１実施形態の上面リブ３２が、図１０に示す第３実施形態の上面リブ３３２に置き換えられてもよい。例えば、図１ではリブ３０を５枚示したが、リブ３０の枚数は変更されてもよい。

圧力容器１を構成する材料は、鋳鉄でなくてもよい。圧力容器１を構成する材料の強度のばらつきが、鋳鉄の強度のばらつきに対して同程度または小さい場合に、上記の式Ａ１および式Ａ２の少なくともいずれかが満たされてもよい。

図２に示すように、上記実施形態では、容器本体軸方向Ｚから見た断面において、隔壁１７と直交する方向（横方向Ｘ）における内部空間１０ｓの幅Ｌ２は、隔壁１７が延びる方向（上下方向Ｙ）における内部空間１０ｓの幅Ｌ１よりも小さい。一方、容器本体軸方向Ｚから見た断面において、隔壁１７と直交する方向（横方向Ｘ）における内部空間１０ｓの幅が、隔壁１７が延びる方向（上下方向Ｙ）における内部空間１０ｓの幅よりも大きくてもよい。上記実施形態では、容器本体軸方向Ｚから見た断面において、隔壁１７は、略長方形である内部空間１０ｓの長辺の部分に配置された。一方、容器本体軸方向Ｚから見た断面において、隔壁１７は、内部空間１０ｓの短辺の部分に配置されてもよい。

１、２０１、３０１、４０１ 圧力容器
１０ 容器本体
１０ｓ 内部空間
１１ 側面（第１面）
１２ 上面（第２面）
１３ 下面（第２面）
２０ 流体出入口
３０ リブ
３１、２３１、３３１ 側面リブ（第１リブ）
３２、３３２ 上面リブ（第２リブ）
３３、３３３ 下面リブ（第２リブ）
２３１ａ 薄肉部
２３１ｂ 厚肉部
Ｘ 横方向（第２方向）
Ｙ 上下方向（第１方向）
Ｚ 容器本体軸方向

Claims (5)

1. 内部空間に流体を収容可能である容器本体と、
   前記容器本体から、前記容器本体の外側に突出するリブと、
   前記容器本体から前記容器本体の外側に突出し、前記容器本体の外部と前記内部空間とを連通させ、前記リブに含まれない流体出入口と、
   を備え、
   前記容器本体は、
   前記容器本体の軸方向である容器本体軸方向に延び、容器本体軸方向に直交する方向である第１方向に延び、前記内部空間を形成する第１面と、
   前記第１面につながれ、容器本体軸方向に延び、容器本体軸方向および第１方向に直交する方向である第２方向に延び、前記内部空間を形成する第２面と、
   を備え、
   前記リブは、
   前記第１面から第２方向に突出し、第１方向に延びる第１リブと、
   前記第１リブと一続きに設けられ、前記第２面から第１方向に突出し、第２方向に延びる第２リブと、
   を備え、
   前記内部空間の第２方向の幅は、前記内部空間の第１方向の幅よりも小さく、
   前記第２面から前記容器本体の外側かつ第１方向への前記第２リブの突出量の最大値は、前記第１面から前記容器本体の外側かつ第２方向への前記第１リブの突出量の最大値よりも小さい、
   圧力容器。
2. 請求項１に記載の圧力容器であって、
   前記内部空間の第１方向の幅をＬ１、
   前記内部空間の第２方向の幅をＬ２、
   前記第１面から前記容器本体の外側かつ第２方向への前記第１リブの突出量の最大値をＨ１、
   前記第２面から前記容器本体の外側かつ第１方向への前記第２リブの突出量の最大値をＨ２、
   としたとき、
   ０．７・（Ｌ１／Ｌ２）² ≦ Ｈ１／Ｈ２ ≦ １．３・（Ｌ１／Ｌ２）²
   を満たす、
   圧力容器。
3. 請求項１または２に記載の圧力容器であって、
   前記リブは、容器本体軸方向に等間隔に複数設けられ、
   前記内部空間の第１方向の幅をＬ１、
   前記内部空間の第２方向の幅をＬ２、
   前記第１面および前記第１リブの繰り返し単位の断面であって、第１方向から見た断面の塑性断面係数をＺｐ１、
   前記第２面および前記第２リブの繰り返し単位の断面であって、第２方向から見た断面の塑性断面係数をＺｐ２、
   としたとき、
   ０．７・（Ｌ１／Ｌ２）² ≦ Ｚｐ１／Ｚｐ２ ≦ １．３・（Ｌ１／Ｌ２）²
   を満たす、
   圧力容器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力容器であって、
   前記第１リブの第１方向中央部の厚さは、前記第１リブの前記第１方向中央部以外の部分の厚さよりも大きい、
   圧力容器。
5. 請求項４に記載の圧力容器であって、
   前記第１リブの厚さは、第１方向における中央に近づくにしたがって大きくなる、
   圧力容器。

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