JPH0334638Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は熱間静水圧加圧（以下、HIPと略記す
る。）処理に使用する装置に係り、就中、HIP処
理終了後の冷却時間を短縮し、かつ冷却時の炉室
内の温度分布を均一化し、稼動効率の向上と処理
品の品質向上を併せ可能ならしめた上記HIP装置
に関するものである。

（従来の技術） 従来、HIP装置は、基本的に、高圧容器と、上
蓋、下蓋によつて画成される高圧室内に断熱層
と、その内側にヒータを配して構成されており、
断熱性能、均熱性の重要なところから、これらに
関し、種々の改良が提案されている。

と共に、一方、このHIP処理は１サイクルに要
する時間が長時間に及ぶ難点があつて工程全体に
わたる合理化の努力が求められ、冷却／予熱ステ
ーシヨン及び準備ステーシヨンなど複数個のステ
ーシヨンを併設した、所謂、モジユラー形HIPシ
ステムが関発されている。

しかしながら、何と言つても、HIP処理の１つ
の重要な因子は冷却であり、これがHIP装置の効
率的な利用に大きな影響を有していることは明ら
かである。

一般に、熱伝達方式には対流、輻射、伝導の３
つの型式があることは周知の通りであるが、HIP
装置の高温高圧下では特に対流が主体となる。従
つて、HIP装置において冷却時間の短縮を図るた
めには対流するガスの流れを利用することが有効
である。

かくして、近時、断熱層に開閉可能な弁を設け
ると共に、断熱層下端部にガス通路を開設して
HIP処理工程終了後の冷却工程において、弁を開
いてマクロなガス対流を生ぜしめることにより、
冷却時間を短縮する装置が提案された（実開昭60
−33195号）。

しかしながら、この装置について検討を行つた
ところ、冷却時間の短縮という点では優れた効果
は見られるものの、被処理体の上下に温度の不均
一を免れない欠点のあることが判明した。

即ち、下方から流入する冷たいガスは被処理体
を含む高温炉室部から熱を奪い、温度上昇しつつ
上方へ抜ける。従つて上方へ流れるガスは次第に
冷却能を失うこととなり必然的に炉室内上下に温
度の不均一を生ぜしめることになる。

そして、このことは被処理体が大型の薄物物品
である場合、温度の不均一による歪を生ぜしめ、
極端な場合は処理後の被処理体が使用に耐えなく
なる事態を招来する。

（考案が解決しようとする問題点） 本考案は上述の如き実状に対処し、冷却時間の
短縮と同時に、炉内ガスの循環を図ることにより
冷却時に炉室内に生ずる上下方向の温度の不均一
を極力解消せしめることを目的とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） しかして、上記目的に適合する本考案の特徴と
することろは、高圧容器と、上下の各蓋によつて
画成される高圧室内に断熱層と、その内側にヒー
タを配設して炉室を形成すると共に、その断熱層
を少なくとも、内外２つの倒立コツプ型ケーシン
グを含んで構成し、外側ケーシングを金属製気密
構造、内側ケーシングを気密構造となし、かつ、
外側ケーシング上側に開閉可能な弁をもつ通路を
設け、該弁の開閉手段を上蓋に装設すると共に、
前記内外ケーシング下端部を含む断熱層下部にガ
ス通路を設けたHIP装置において、前記炉室内の
ヒータの外側又は内側に炉室内ガスの循環用の案
内筒を設置する一方、被処理体が設置される炉室
内炉床の下方に炉室内ガス撹拌用のフアンを設
け、炉室内ガスを循環させて断熱層の内側ケーシ
ングを介し、炉室内ガスを弁の開により断熱層内
を上昇し、上蓋内面より高圧容器内面に沿つて流
下し、下部より再び断熱層内に流入、循環する冷
却用ガスと熱交換可能ならしめた点にある。

ここで上記フアンは被処理体を載置する断熱炉
床の下部に配置し、該フアンを駆動する電動機を
下蓋内に設置して熱的保護を図るのが最も好適で
あり、そのため炉床には通常、ガス循環のための
通孔が穿設される。

そして、この場合、フアンは必ずしも炉室内ガ
スの撹拌用のみに限らず、断熱層内を通過する冷
却用ガスの強制循環用としてそのためのフアンを
併設することも効果的である。

この炉室内ガスの強制循環用フアンを設置する
時は、このフアンを前記炉室内ガス撹拌用フアン
と同一駆動装置で駆動すべく両者を断熱炉床下部
に設置するのが最も好適である。

なお、上記HIP装置の基本的な構成として、外
側ケーシングは原則的に金属製であつて気密構造
をなすと共に、一方の内側ケーシングは気密構造
であることが肝要であり、これは例えば温度条件
に応じてステンレス、Ni合金、モリブデン、グ
ラフアイト等で作られる。

また上記内外２つのケーシングは最小限であ
り、温度条件に応じて更に両ケーシングの間に別
の倒立コツプ形ケーシングを適宜数、追加し、あ
るいは／及び各倒立コツプ形ケーシングの間に黒
鉛質材料、セラミツクスフアイバー、金属などの
断熱材を充填することにより必要な断熱性能を確
保する。

しかも、倒立コツプ形ケーシングは内外２重で
あるにせよ、あるいは中間に更に別のケーシング
を有して３つ以上であるにせよ、それらケーシン
グの下端部は金属製リングにより例えば全周溶接
を施すことによつて気密に結合される。

その上、特に上記HIP装置において重要な基本
的構成は先に提案したように、断熱層を有する高
圧室内において高温高圧処理時には断熱層内のガ
ス対流を抑制して良好な断熱性能を発揮させると
共に、HIP処理後の冷却に際しては同室内でマク
ロ的なガス対流を生ぜしめ冷却効率を上げるよう
にすることである。

このため、高圧容器の外周に通常、冷却ジヤケ
ツトが設けられるとしても、更に断熱層内を通し
てガスが対流作用を行うガス通路が形成される。

このガス通路は普通、下方においては断熱層が
内外２つの倒立コツプ形ケーシングからなつてい
るときは、両ケーシング間に断熱材が充填されて
いると否とに拘らず、外側ケーシングの下端部に
設けるのが設計上、好適である。しかし、断熱層
が内、中、外の３つの倒立コツプ形ケーシングか
ら構成されているときは、断熱材の有無に拘ら
ず、内側ケーシングの下端部又はケーシング下端
を結合する金属リングで内側と、中間のケーシン
グの間の位置に設けるのが好適である。但し、こ
の場合は内側と中間のケーシング間と、中間と外
間のケーシング間の各空間を連通するガス通路が
必要である。そのため、中間ケーシングの上面又
は上端部に連通ガス通路が形成される。

そして、上記ガス通路に対応する上方の通路は
外側ケーシングの上面に設けられ、これには当該
ガスの対流作用を阻止し、又は行わせる開閉可能
な弁が設けられる。この弁の具体的な構造は詳細
は省略するが、上蓋に設けられた流体シリンダー
の如き機構によつて開閉されるものである。

（作用） 叙上の如き構成を具備する本考案HIP装置は先
ず、外側ケーシングの上面通路を弁で閉止した状
態で既知の手法によつてHIP処理を行うが、HIP
処理が終了し、冷却工程に移ると、別途、組まれ
たシーケンス作動に従つて上部の弁の上動と、外
側ケーシングの上部通路の開口が自動的に行わ
れ、軽くなつた炉内の高温ガスは断熱層内を上昇
して上部通路を通過して断熱層の外部に流出し、
冷却ジヤケツト等が付設された高温容器の内面で
冷却されて重くなつて下降し、下部のガス通路よ
り再び断熱層内に流入し、マクロなガス対流経路
を形成して効率よく熱を奪い冷却を促進する。

このとき、炉室内の炉床下部に設けられている
フアンが電動機により駆動されて炉室内ガスに所
要のガスの流れを引き起こす。即ち、炉室内に存
在するガスはフアンにより撹拌されて被処理体の
側面を通つて熱を奪い、炉室上方で反転して断熱
層の内側ケーシングで上記断熱層を通過し上昇す
る冷却用ガスと熱交換しながら流下し、再びフア
ンに戻り、撹拌されて循環を繰り返す。

かくして、冷却時における炉室内ガスの平均化
が達成され、炉室内に生ずる上下方向の温度の不
均一を解消することが可能となる。

（実施例） 以下、更に添付図面にもとづき本考案HIP装置
の具体的な実施例を説明する。

第１図は案内筒を有しないHIP装置の基本的構
成を示す例であり、図において１は高圧容器、２
は上蓋、３は下蓋で、これら各部材によつて高圧
室が画成され、この内部に断熱層４及びその内側
にヒータ５が収設され、炉室２０を作つてHIP装
置が構成されており、被処理体７が下蓋３上の断
熱炉床６上に載置されてHIP処理が行われる。

そして、上記の装置構成において、断熱層４は
外側及び内側の両倒立コツプ形ケーシング８，９
と中間の倒立コツプ形ケーシング１４をその下端
において金属リング４Ａに溶接等により気密に結
合することによつて構成されており、各ケーシン
グ８，９，１４間には必要に応じ断熱材が充填さ
れている。

なお、上記各ケーシング中、外側のケーシング
８は金属製のもので、前述の如く溶接により気密
構造となし、その上面にガス通路１０が、又中間
のケーシング１４の上面にはガス通路１５が夫々
設けられ、上蓋２に装設された流体シリンダーの
如き駆動装置１２の軸下端に取り付けられた弁１
１を、その上下動と共に上下移動せしめて前記通
路１０を開閉せしめるようになしていると共に、
ケーシング下端部において断熱層４とガスの充填
する高圧室内とを連通するガス通路１６が、下蓋
上で架台４Ｂにより支持され、各ケーシング８，
９，１４の下端部を結合する金属リング４Ａの内
側ケーシング９と中間ケーシング１４との間の位
置に設けられている。

勿論、このガス通路１６の位置は図示例の位置
に制約されるものではなく、対流作用を促進する
位置であればよい。従つて、前記上面の通路１
０，１５も上部位置であれば必ずしも上面に制約
されるものではない。

一方、上記外側ケーシング８に対する内側ケー
シング９は処理室内部の高温高圧を受けるところ
から、気密構造は勿論であるが、耐熱、耐圧性の
ある材料が好まれ、適宜、温度条件により選択さ
れる。

以上の構成において、前記被処理体７を載置保
持する断熱炉床６は下蓋３上にほぼ気密に結合さ
れた架台２１によつて、下蓋３から所要の空間を
存して支持されていて、該空間に連通して上下方
向に延びる開孔２６が穿設され、その上に該開孔
２６に連通する開孔２７を下面に有する被処理体
収納用の収納ケーシング２２が載置保持されて被
処理体７を同ケーシング２２内に収容してHIP処
理する如くなつていると共に、収納ケーシング２
２内では収納時、被処理体７と収納ケーシング２
２との間には後述するガスの流通する空隙が確保
された構造となつている。

そして、上記断熱炉床６の下部の空間において
電動機２５により駆動される炉内ガスの撹拌用フ
アン２４が収設されていると共に、これを囲撓す
る前記断熱炉床６の架台２１側面に炉室２０と架
第２１内部とを連通する開孔２８が設けられてい
る。

かくして電動機２５により駆動されてフアン２
４が作動すると断熱炉床６の開孔２６及び被処理
体７の収納ケーシング２２の下面に設けられた開
孔２７を通過した炉室内ガスは第１図矢視の如く
被処理体７と収納ケーシング２２との空隙を通
り、被処理体７の側面を経て熱を奪い、炉室２０
上部で反転して断熱層４の内側ケーシング４で断
熱層内を通過する冷却用ガスと熱交換しながら流
下し、下蓋３上に結合された架台２１の開孔２８
からフアン２４を収設した炉床下部の空間に還戻
する。

そして、これを繰り返し循環させることにより
冷却時間を短縮し、同時に炉室内に生ずる上下方
向の温度不均一を低減し、処理製品の品質への悪
影響を実質的に解消する。

即ち、上記熱交換において、炉室内ガスが断熱
層４の内側ケーシング９を通して断熱層内を通過
する冷却用ガスに伝熱放出する熱量Qkcal／hr
は、 Ｑ＝Cp・Ｇ・△Ｔ 但し、Cp；炉室内ガスの定圧比熱（Kcal／
hr・℃） Ｇ；炉室内ガスの重量流量（Kg／hr） △Ｔ；炉室内ガスが被処理体を通過する際、上
下で生ずる温度差（℃） で与えられ、撹拌により炉室内ガスの流量、即ち
Ｇが増す分、△Ｔが小さくなり、被処理体７での
温度の不均一発生を抑止する。

なお、このとき同時に内側ケーシング９の炉室
側の熱伝達能が向上して熱量Ｑ自体も増すものの
流量増の効果は△Ｔの低減に与える方が大きく、
これは熱量Ｑが内側ケーシング９の内外側での熱
伝達能に支配されて決まることによるものであ
る。

第２図は上記第１図に対し熱交換をより効率的
に行わせるに適した本考案の係る装置の実施例で
あり、第１図におけるヒータ５の外側炉室内のガ
ス循環流路を規定し、内側ケーシング９での断熱
層内通過冷却用ガスとの熱交換を効率よく行わせ
るための案内筒２３を設けている。

この案内筒２３は通常、使用する炉室温度に適
した材料、例えはステンレス、インコネル、モリ
ブデン、グラフアイトなどで製作され、ヒータ５
を構成する発熱体の固定筒と兼用することも可能
である。

そして、この案内筒２３の位置は一般的にヒー
タ５の外側の方が好ましいが、勿論、内側に設置
しても、ほぼ同様の効果を奏することは云うまで
もない。

この装置においては、前記架台２１の開孔２８
の外、案内筒２３下部にも開孔２８に連通する開
孔２９が必要であり、同様に穿設される。

かくして、この装置を使用する場合には、炉室
２０上部で反転したガスは案内筒２３の外側を通
り、下方の開孔２９と架台２１の開孔２８を通つ
てフアン２４に戻る。

なお、案内筒２３と架台２１とは図に示すよう
にオーバーラツプ部３０を設けて同部分で流路を
狭めて循環するガスの主流があくまで案内筒２３
の外側を通るように構成することが得策である。

第３図は更に本考案に係るHIP装置の他の実施
例であり、本実施例にあつては前記炉室内ガスの
撹拌用フアン２４の設置と共に、これとは別に断
熱層内の冷却用ガスを強制循環せしめるフアン３
１が第２図装置に付加して設置されている。

そして、この強制循環用フアン３１は図示例で
は撹拌用フアン２４と同軸に結合され、同一の駆
動装置２５によつて駆動される構成となつてい
る。

なお、上記の構成に伴つて下蓋３に結合された
架台２１部分に改変が加えられ、断熱層４下端の
金属リング４Ａと案内筒２３下端とを下蓋上で支
持する別の架台４Ｂが図示の如く設けられ、断熱
層４下端の開孔１６への直接のガス流入を遮断す
ると共に下蓋３の上面に開孔３２が設けられ、又
更に炉床６の架台２１が区画板３４によつて上下
両半部に仕切られ、該区画板３４と下蓋３との間
に冷却用ガスの流れる開孔３３が設けられてい
る。

従つて、この装置においては断熱層４内を通過
して熱を奪い、高圧容器１の内壁を流下しつつ放
冷する冷却用ガスが、前記第２図における炉室内
ガスの循環とは別に下蓋３に設けた開孔３２を通
過して強制循環用フアン３１の作用により該フア
ン３１に流入し、架台２１の開孔３３を経て断熱
層の下部の開孔１６に向かい強制的に循環され
る。

かくして、本装置においても内側ケーシング９
の外側の熱伝達能が向上し、前記第２図の装置に
比較すると、一層の効率的な冷却が可能となる。

なお、第３図において、２つのフアン２４，３
１を同一の駆動装置で駆動することは装置の全体
構成を単純化する上で好適であるが、大型の装置
では寸法的な制約もなく、又、２つのフアンの
夫々に投入する動力を増し、かつ夫々の適正を発
揮させるべく変化せしめる上から、夫々別個の駆
動装置で駆動することも可能である。

（考案の効果） 本考案は以上のように断熱層構成を従来の単な
る断熱層と異なり、断熱層上面と下部とにガス通
路を設けると共に、断熱層上面の通路に弁を設
け、該弁の上下動により上面通路を開閉し得るよ
うにしたHIP装置において、炉室内ヒータの外側
又は内側に炉室内ガス循環用案内筒を設置する一
方、被処理体の設置される炉室下方に炉室内ガス
の撹拌用フアンを設置し、炉室内ガスを断熱層を
上昇して通過する冷却用ガスと効率的に熱交換せ
しめるようにしたものであり、HIP処理後の冷却
工程において該弁を開放状態とすることにより高
圧室内の高温ガスに対し下部のガス通路より断熱
層に流入し、上部の弁開放通路より断熱層外に出
て再び下方に至る対流経路を形成し、その間、高
圧ガスは高圧容器内面で冷やされて冷却するので
従来の通常の断熱層構成のHIP装置に比し冷却効
率が頗る良好であり、特に案内筒によつて炉内ガ
スの流れはスムースで熱交換効率をより一層高め
冷却時間を大幅に短縮し、生産性の改善に大きく
寄与すると共に、更に炉室下方に炉室内ガスの撹
拌用フアンを設置したことにより、炉室内ガスの
循環が活発となり、従来、懸案となつていた冷却
時に炉室内に発生する上下方向の温度不均一を低
減し、平均化を促し、ガスの循環による熱伝達能
の向上により一層の効率的な冷却を可能として、
HIP処理における冷却工程の合理化を進め、HIP
装置の実用的価値を高める顕著な効果が期待され
る。

なお、本考案装置において炉室内ガスの撹拌用
フアン駆動用電動機を下蓋内に設けるときは電動
機の熱的保護をはかり、高圧容器内空間の有効利
用をはかることができ、また断熱層を通過する冷
却用ガスをフアンにより循環せしめることによ
り、更に一層の冷却効果をもたらし、両フアンを
同一駆動装置で駆動せしめることによりスペース
の有効利用と駆動装置の効率的利用をはかる有利
さを有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案HIP装置の基本部分の構成に係
り、第２図及び第３図は何れも本考案HIP装置の
各実施例を示す断面概要図である。 １……高圧容器、２……上蓋、３……下蓋、４
……断熱層、５……ヒータ、６……炉床、７……
被処理体、８……外側倒立コツプ形ケーシング、
９……内側倒立コツプ形ケーシング、１４……中
間倒立コツプ形ケーシング、１０，１５……ケー
シングの冷却用ガス通路、１１……弁、１６……
断熱層下端冷却用ガス通路、２０……炉室、２１
……架台、２２……収納ケーシング、２３……案
内筒、２４……炉室内ガス撹拌用フアン、２５…
…駆動伝動機、２６，２７，２８，２９……炉室
ガス循環開孔、３１……冷却用ガス強制循環用フ
アン、３２，３３……冷却用ガス循環用開孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 高圧容器と、上下の各蓋によつて画成される
   高圧室に断熱層と、その内側にヒータを配設し
   て炉室となし、かつ、前記断熱層を少なくとも
   金属製気密構造の外側ケーシングと気密構造の
   内側ケーシングを含んで構成し、外側ケーシン
   グ上面に開閉可能な弁をもつ通路を設け、該弁
   の開閉手段を上蓋に装設すると共に前記内外両
   ケーシング下端部を含む断熱層下部にガス通路
   を設けた熱間静水圧加圧装置において、前記炉
   室内ヒータの外側又は内側に炉室内ガスの循環
   用案内筒を設置する一方、被処理体を設置する
   炉室内炉床の下方に炉室内ガス撹拌用のフアン
   を設け、弁の開により断熱層内を上昇し、上蓋
   内面より高圧容器内面に沿つて流下し、下部よ
   り再び断熱層内に流入し、循環する冷却用ガス
   と熱交換可能ならしめたことを特徴とする熱間
   静水圧加圧装置。 ２ 炉室内ガス撹拌用フアンを駆動する電動機が
   下蓋内に設置されている実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の熱間静水圧加圧装置。 ３ 断熱層を通過する冷却用ガスが炉室内ガスの
   撹拌用フアンと同軸に取り付けられ、同一駆動
   装置で駆動される強制循環用フアンにより循環
   される実用新案登録請求の範囲第１項又は第２
   項記載の熱間静水圧加圧装置。