JPH0514157Y2

JPH0514157Y2 -

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Publication number: JPH0514157Y2
Application number: JP1987017564U
Authority: JP
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2002-02-09
Also published as: JPS63125794U

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。）装置にかかり、特にHIP処理終了後の冷却
時間を短縮し、稼働効率を向上せしめた上記装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、HIP装置は、高圧容器と、高圧容器内の
高圧室に断熱層と、その内側にヒータを配し、ヒ
ータに囲繞された処理空間、すなわち炉室にて被
処理体を高温・高圧処理することを基本構成とさ
れており、断熱性能、均熱性の重要なことより、
これらに関し種々の改良が提案されている。

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り、その重要な一因子と
して冷却工程がある。

このことは、HIP装置の基本的な構成、すなわ
ちHIP処理に要する高温なる熱から高圧容器の構
成部材を保護するため、断熱層にて被処理体を含
む炉室を被包し厳重に熱遮閉した構成に起因する
もので、その冷却工程において断熱層に被包され
た炉室内の熱は、断熱層の熱遮断効果により外部
に放散することを妨げられるからである。

そのため、断熱層とヒータおよび被処理体とを
一体的に高圧容器より取出し、その冷却工程を
HIP装置外に設けた装置に賦課させてHIP装置の
稼働率を高めるシステム、所謂モジユラー型HIP
システム等が開発されると共に、HIP装置内の構
成や構成部材等に種々の工夫を加え、その冷却速
度を高めんとする試みがなされている。

一般に、熱伝達方式には対流、輻射、伝導の３
つの形態があることは周知であるが、高温・高圧
のガスが圧力媒体として封入されるHIP装置では
圧媒ガスの対流による熱伝達が主体となる。

従つて、HIP装置においてその冷却時間の短縮
を図るには対流する圧媒ガスの流れ、あるいはま
た強制的に形成した圧媒ガスの流れを利用するの
が有効である。

これら、高圧装置内の圧媒ガスの流れを利用
し、その冷却速度を高めるものとしては、例え
ば、第６図に示す実開昭60−33195号公報に開示
されたものがある。

この従来技術の主要部を示す第４図において、
５４は断熱層であつて、該電熱層５４は高圧筒５
１と上蓋５２、下蓋５３とにより画成された高圧
室５６内に配設されてある。

５５はヒータであつて、該ヒータ５５は断熱層
５４内側に周設され、図外の給電手段にて通電可
能であり、その内側に被処理体５７を収容する処
理空間、すなわち炉室６０が設けてある。

なお前記断熱層５４は金属製気密構造の外側ケ
ーシング５８と気密構造の内側ケーシング５９と
を含んで構成され、外側ケーシング５８上部には
ガス通路６１が設けてあり、また内外ケーシング
５８，５９の下端部を含む断熱層５４下部にはガ
ス通路６２が設けてある。６３は弁であつて、該
弁６３は上蓋５２に装設された駆動手段６４によ
り上下動可能とされ、前記断熱層５４の外側ケー
シング５８上部のガス通路６１を閉塞および開放
するものである。

この従来技術になる装置は上記構成にて、HIP
処理中においては断熱層５４の外側ケーシング５
８上部のガス通路を閉塞し、該断熱層５４内のガ
ス対流を抑制して該断熱層５４にその断熱性能を
果たさせ、そしてHIP処理後の冷却工程において
は開放し、第６図中の矢印で示す断熱層５４内部
と外側とを経るガス環流路を形成して、該環流路
内における圧媒ガスの対流、すなわち断熱層５４
内の熱を奪い上昇し、低温なる上蓋５２、高圧筒
５１内壁と接触・熱交換して温度低下し下降する
圧媒ガスの対流を利用して断熱層５４を冷却さ
せ、もつて内包する炉室６０を冷却するものであ
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

述上の従来技術にかかる装置は、冷却工程にお
いて断熱層５４内部と低温なる断熱層５４外側と
を経る圧媒ガス対流による環流を形成させ、該圧
媒ガス環流の冷却効果を利用して断熱層５４を冷
却し、もつて該断熱層５４に内包される炉室６０
内を冷却するものであるが、この装置について検
討を行つたところ、その冷却時間の短縮について
は進歩が認められるものの、上記圧媒ガス環流の
冷却効果を利用するという面ではその効果を十分
果たさせていないという欠点があることが判明し
た。

これは、上記環流する圧媒ガスと接触・熱交換
して冷却されることで、その冷却効果を内包する
炉室６０側に伝達する断熱層５４内側ケーシング
５９の外側面が直円筒状に形成されてあることに
起因するもので、すなわち該内側ケーシング５９
の圧媒ガス環流と接触・熱交換する外側表面積は
構成上許容されるに最小のものであり、この熱交
換表面積に律速されて圧媒ガス環流の冷却効果が
十分に炉室６０側に伝達され得ないためである。

また、航空機用大型鋳物部品を処理するような
場合には、冷却の際に生ずる歪みが問題となり、
均熱冷却が要求されるが、従来の装置では、この
点でも十分満足できるものはなかつた。

本考案は上記問題点に鑑み、HIP処理後の冷却
工程において、断熱層内部を環流する圧媒ガスの
冷却効果をより効率良く断熱層の内側ケーシング
に伝え、もつて内包する炉室内の冷却効率を高め
て、その冷却時間を短縮し得ると共に被処理体を
均等に冷却し得る熱間静水圧加圧装置の提供を目
的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための本考案にかかる熱
間静水圧加圧装置は、高圧筒１と上蓋２、下蓋３
とにより画成される高圧室４内に断熱層５と、そ
の内側にヒータ６を周設して炉室７となし、かつ
前記断熱層５を気密構造の外側ケーシング８と内
側ケーシング９との少なくとも２つの倒立コツプ
状ケーシングを含んで構成し、外側ケーシング８
上部に開閉可能なガス通路２１を設けると共に、
断熱層５下部にガス通路２２を設けた熱間静水圧
加圧装置において、前記内側ケーシング９におけ
る円筒部の外周に上下方向に連続する突起条部を
複数個配設すると共に、炉室７内部に圧煤ガスの
強制循環手段１２を設けたことを特徴とするもの
である。

〔作用〕

述上の構成を具備する本考案HIP装置はまず、
断熱層５外側ケーシング８上部のガス通路２１を
閉塞し、断熱層５内部の圧媒ガスの対流を抑制す
ることで、該断熱層５にその断熱効果を果たさせ
得る状態とし、既知の手法にてHIP処理を行う。

そして、HIP処理終了後の冷却工程に移行する
と、断熱層５外側ケーシング８上部のガス通路２
１を開放して該ガス通路２１を経て、断熱層５外
側を経、その下部に設けたガス通路２２を経て断
熱層５内部に環戻するガス流路を形成させる。

このとき、断熱層５内部の高温なる圧媒ガスは
上昇し、その上部のガス通路２１より断熱層５外
に流出し、低温なる断熱層５外側の上蓋２、高圧
筒１の内壁と接触・熱交換して温度低下しつつ断
熱層５外側を下降し、下部のガス通路２２より断
熱層５内部に環戻する対流による環流を形成す
る。

この装置は上記断熱層５内外を経て環流する圧
媒ガスの冷却効果を利用して断熱層５に内包され
る高温なる炉室７内を冷却するもので、またこの
圧媒ガス環流の冷却効果はその外表面にて該圧媒
ガス環流に接触・熱交換して冷却され、その内表
面にて炉室７内圧媒ガスと接触・熱交換して該炉
室７内の圧媒ガスを冷却する内側ケーシング９を
介して炉室７側に伝達されるものであるが、この
内側ケーシング９の円筒部外周には上下方向に連
続する突起条部が複数個配設してあつて、これら
の突起条部は下記の冷却促進作用をなす。

その円筒部外周に設けた複数個の突起条部によ
り、内側ケーシングはその外表面積、すなわち上
記環流圧媒ガスとの接触・熱交換面積が増加さ
れ、その増加に伴い環流圧媒ガスとの熱交換量・
効率が増加し、その冷却効果をより良く内包する
炉室側へ伝達する。そしてまた、これら突起条部
は上下方向に連続して形成されてあり、断熱層内
部を上昇する環流圧媒ガスはその流れを妨げられ
ることなく環流する。

なお、上記熱交換面積の増加量は突起条部の配
設数の加減および配設形状の選択にて広範囲に調
整可能であり、その適正配設により断熱層内外を
経る圧媒ガスの冷却効果を最大限に利用すること
が可能となる。

すなわち、断熱層内側ケーシング円筒部外周の
突起条部は、冷却工程において断熱層内外を経る
圧媒ガスの環流路に配設されてあり、該圧媒ガス
との接触面積を該圧媒ガスの流れを阻害すること
なく増加させるもので、断熱層外側にあつて低温
なる構成部材と接触・熱交換して断熱層内外を環
流する圧媒ガスの高い冷却効果をより効率良く利
用せしめ得る作用をなすものである。

さらに、炉室７内部に圧媒ガスの強制循環手段
を設けることにより、炉室７内の圧媒ガスの流速
を増大させ冷却能力を向上すると共に、温度を均
等化し、被処理体１０を均等に冷却する作用をな
すものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本考案HIP装置の実施例
について説明する。

第１図、および第２図ａは本考案装置の第１実
施例を示すもので、第１図はその主要部正断面図
であり、第１図ａは第１図に示すＡ−Ａ部の部分
断面図である。

第１図、および第２図ａにおいて、５は断熱層
であつて、該断熱層５は高圧筒１と上蓋２、下蓋
３とにより画成された高圧室４内に配設され、そ
の内側にヒータ６を周設した炉室７を備えたもの
である。

１１は炉床であつて、該炉床１１は炉室７下方
に配設された断熱部を有し下蓋３に取付けられた
支持台１８に支持されてあり、被処理体１０を支
持するものである。

該断熱部と下蓋３との間に炉室７と連通する空
間を備え、且つ該空間と炉床１１上方とを連通す
るガス流路２３を炉床１１を貫通させて設けてあ
る。

そして、断熱層５は倒立コツプ状金属製気密構
造の外側ケーシング８と内側ケーシング９とを含
んで構成され、外側ケーシング８上部にガス通路
２１が設けてある。

また、内側ケーシング９は、第１図のＡ−Ａ横
断面図である第２図ａに示すその外周部に円周方
向にて同一ピツチに配され、上下方向に連続する
突起条部、すなわちフイン１７が多数設けてあ
る。

なお、断熱層５の内外ケーシング８，９間には
断熱材がガス流通可能に充填されてある。

１５は金属製の支持リングであつて、該支持リ
ング１５は下蓋３に取付られ、その上部にて内外
ケーシング８，９を含む断熱層５下端部と接合
し、断熱層５を支持すると共に、断熱層５下方に
おいてその外側の高圧室４と内側の炉室７とを区
画するものである。また、該支持リング１５には
断熱層５外側の高圧室４と断熱層５内部とを連通
するガス通路２２が設けられてある。

２０は弁であつて、該弁２０は上蓋２に装設さ
れたシリンダ１９のピストン軸下端に取付られ、
その上下動にて断熱層５外側ケーシング８上部の
ガス通路２１を閉塞および開放するものである。

１２は強制循環手段としての攪拌フアンであつ
て、該攪拌フアン１２は、支持台１８下部の空間
におけるガス流路２３直下に配設され、下蓋３に
装設されたモータ１４の出力軸に取り付けられ、
該モータ１４にて回転されて炉室７内の圧媒ガス
をガス流路２３を経て上方に強制的に送るもので
ある。

述上の構成にて、まず、外側ケーシング８上部
のガス通路２１を閉塞してHIP処理を行う。

そして、HIP処理終了後の冷却工程に移行する
と、外側ケーシング８上部のガス通路２１を開放
する。このとき、断熱層５内部の高温な圧媒ガス
は上昇し、その上部のガス通路２１より断熱層５
外に流出し、低温なる断熱層５外側の上蓋２、高
圧筒１の内壁と接触・熱交換して温度低下しつつ
断熱層５外を下降し、そして断熱層５下部のガス
通路２２を経てその内部に環戻する環流を形成す
る。

断熱層５は内部を上昇する上記圧媒ガス環流を
介して冷却されるが、特に内側ケーシング９は、
その円筒部外周に突起条部、すなわち上記断熱層
５内部の圧媒ガス環流路側に突起したフイン１７
を多数設けたことで、上記圧媒ガス環流との接
触・熱交換面積が増加されてあり、その熱交換効
率が高められてある。

そして、上記圧媒ガス環流の冷却効果は熱交換
効率を高められた内側ケーシング９を介して、該
内側ケーシング９に内包される炉室７側へ効率良
く伝達され、炉室７内の冷却速度を早める。

なお、被処理体１０を内包する炉室７は、内側
ケーシング９内壁と接触・熱交換して冷却されて
該内壁に沿つて流下し、中央寄りで被処理体１０
等の熱を奪いつつ上昇する炉室７内圧媒ガスの対
流にて冷却される。

上記の冷却工程において、攪拌フアン１２を回
転させ、第１図のＢ矢印が示す炉室７内圧媒ガス
の強制循環流を形成させる。即ち、この炉室７内
圧媒ガスの強制循環流は被処理体１０を包んで上
昇し、断熱層５の内側ケーシング９内壁と接触し
つつ流下する。一方、第１図のＡ矢印で示すよう
にガス通路２１，２２を経て断熱層５内外を環流
し、断熱層５を冷却する環流がある。上記Ｂ矢印
で示す強制循環流は、Ａ矢印で示す環流によつて
冷却された内側ケーシング９内壁と接触すること
により冷却されて流下し、攪拌フアン１２にて上
方へ循環させられる。これを繰り返し循環させる
ことにより、炉室７内圧媒ガスは、内側ケーシン
グ９との熱交換を助長され被処理体の冷却速度を
高めると共に、攪拌されて均温化される。

そして、この攪拌均温化効果により被処理体１
０は均等的に冷却される効果を得る。

このようにして得られる内側ケーシング９内部
の冷却能力は、内側ケーシング９の円筒部外周に
突起条部を設けることにより得られる冷却能力の
向上とバランスさせることにより、熱交換効率を
最大限に高めることができる。

本実施例においては、断熱層５内側ケーシング
９はフインを含み薄肉なステンレス鋼
（SUS310）板よりなるものとしたが、これは使
用温度条件に応じ、Ni基合金、Mo基合金、Mo
またはグラフアイト等の他の耐熱部材であつても
よいが、耐熱性、耐圧性、伝熱性を考慮の上選択
されるべきである。

また、内側ケーシング９の円筒部外周の突起条
部形成について、本実施例においては第２図ａに
示すフイン１７を同一ピツチに多数配設し、かつ
断熱材を各フイン１７間にて形成される凹部にも
充填したものとしたが、これを第２図ｂに示す断
面構成、すなわち内側ケーシング９ａ外周に配設
したフイン１７間にて形成された凹部には断熱材
を充填せず、該凹部を上下に連続した空間となす
ことも冷却効率向上に有効な構成である。

これは、上記凹部空間内の圧媒ガスはHIP処理
中において断熱層５上部ガス通路２１を閉塞する
ことで対流を抑制されて熱の搬送を抑制されてあ
り、逆に気体断熱層として作用することで断熱層
５の断熱効果を阻害せず、一方、冷却工程におい
て上方に向かう圧媒ガスは抵抗の少ない上記凹部
を選択的に流れて、より効率よく内側ケーシング
９の熱を奪うからである。

そしてまた、突起条部形成について、第２図ｃ
に示す断面構成、すなわち内側ケーシング９ｂの
円筒部を波形凹凸を有する薄肉なる金属板で構成
するとか、または第２図ｄに示す断面構成、すな
わち内側ケーシング９ｃの円筒部を角形凹凸を有
する薄肉なる金属板で構成することで、その内外
面に突起条部を形成することも冷却効率向上につ
いて望ましい構成である。

これは、断熱層内部を上昇する圧媒ガス環流と
内側ケーシング９ｂ，９ｃとの接触・熱交換面積
の増加と共に、これら内側ケーシング９ｂ，９ｃ
の内側表面積をも増加させることで、炉室７内圧
媒ガスとの接触・熱交換面積をも増加し得て、よ
り炉室７内の冷却効果が高められるからである。

また、上述の炉室７側の熱交換面積を増加させ
てその冷却効果を高める効果を得るには、第２図
ｅに示す断面構成、すなわち第２図ｂに示した外
周側フイン１７に加えて、その内周側に多数のフ
イン１７ｅを配設した断面構成の内側ケーシング
９ｄとしても同様の効果が得られる。

ただし、これら断面構成は使用する内側ケーシ
ング構成部材の加工特性を考慮の上選択すべきで
ある。

述上の本実施例のHIP装置は断熱層内外を経る
圧媒ガス環流と内側ケーシングとの接触・熱交換
面積を増加させて、該圧媒ガス環流の冷却効果を
より効率的に利用し得て、炉室内の冷却速度を高
め得るものである。

述上の本実施例のHIP装置は炉室下方に設けら
れた攪拌フアンにて、炉室内圧媒ガスを強制的に
循環させることで、断熱層内外を経る圧媒ガスの
冷却効果をより効率よく伝える内側ケーシング内
壁との接触・熱交換を促進して、炉室内冷却効果
をより高めると共に、炉室内圧媒ガスの攪拌均温
化効果を得、被処理体の均等冷却をも可能とする
ものである。

第３図は本考案の第２実施例を示すものである
が、以下に記述する構成および効果以外は前述の
第１図に示す第１実施例に同一のものである。

第３図において、２４は下部ガス流路であつ
て、該下部ガス流路２４は路床１１支持台１８の
断熱部下方において、支持台１８に取付けた上流
路板２５ａにて路室７と区画され、その中央部に
流通孔を有する下流路板２５ｂにて上下にて区画
されてあり、かつこれら上下流路板２５ａ，２５
ｂ外周部において、断熱層５の支持リング１５内
側に取付られその内周部にて上記上下流路板２５
ａ，２５ｂの外周部と嵌合する上下流路板１５
ａ，１５ｂにて形成されてあり、断熱層５外側の
高圧室４と断熱層５下部のガス通路２２とを連通
するものである。

１８ｂは支持台であつて、該支持台１８ｂは下
蓋３に取付られ、上端部に被処理体１０を支持す
る炉床１１ｂを有するもので、炉床１１ｂの下に
断熱材を充填した断熱部を設け、該断熱部下方に
上下流路板２５ａ，２５ｂを保持すると共に、断
熱部と上流路板２５ａ間に路室７と連通するガス
流路２３ｂを断熱部と炉床１１ｂとを貫通させて
設けたものである。

１２ｂは攪拌フアンであつて、該攪拌フアン１
２ｂは支持台１８ｂ断熱部と上流路板２５ａ間の
空間におけるガス流路２３ｂ直下に配設されてい
る。

１３は環流フアンであつて、該環流フアン１３
は下部ガス流路２４における下流路板２５ｂの流
通孔部に配設され、下蓋３に装設されたモータ１
４の出力軸に取付られ、該モータ１４にて回転さ
れて断熱層５外側の高圧室４の圧媒ガスを断熱層
５内部に強制的に送るものである。

なお、上記攪拌フアン１２ｂと環流フアン１３
とは下蓋３に装設されたモータ１４の同一出力軸
に取付られ、該モータ１４にて回転されるもので
あつて、攪拌フアン１２ｂは炉室７内圧媒ガスを
ガス流路２３ｂを経て上方に強制的に送り、ま
た、環流フアン１３は断熱層５外側の高圧室４の
圧媒ガスを断熱層５内部に強制的に送るものであ
る。

述上の構成にて、その冷却工程において環流フ
アン１３を回転させ、第３図の矢印で示す圧媒ガ
スの強制環流を形成させる。

この強制環流により、低温なる断熱層５外側の
上蓋２、高圧筒１との熱交換が促進・助長され、
断熱層５の冷却、すなわち内側ケーシング９と圧
媒ガスとの接触・熱交換が促進・助長され、断熱
層５に内包される炉室７内の冷却速度が大巾に向
上する。

述上の本実施例のHIP装置は断熱層内外を経る
圧媒ガス環流を強制環流とすることでその冷却効
果を高め、該圧媒ガス環流の冷却効果を効率よく
伝える内側ケーシングを介し、炉室内の冷却速度
をより高めるものである。

述上の構成にて、その冷却工程において攪拌フ
アン１２ｂと環流フアン１３とを回転させ、攪拌
フアン１２ａにて第５図のＢ矢印で示す炉室７内
圧媒ガスの強制循環流を形成させ、また環流フア
ンにて第３図のＡ矢印で示す断熱層５内外を経る
圧媒ガスの強制環流を形成させる。

述上の本実施例のHIP装置は炉室内圧媒ガスを
強制的に循環させることで、その冷却効果を高め
ると共に、炉室内圧媒ガスの攪拌均温化効果を
得、被処理体の均等冷却をも可能とし、また、環
流フアンにて断熱層内外を経る圧媒ガス環流を強
制環流とすることで、その冷却効果をより高める
効果を得るもので、接触・熱交換面積を増加させ
熱交換量・効率を高めた内側ケーシングの高い熱
伝達効果をより効果的とするものである。

〔考案の効果〕

以上のように本考案にかかる熱間静水圧加圧装
置は、熱間静水圧加圧処理後の冷却工程におい
て、断熱層内部と低温なる断熱層外側とを経る圧
媒ガス環流の冷却効果を利用して、断熱層に内包
される炉室を冷却するに当たつて、上記環流と接
触・熱交換してその冷却効果を内包する炉室内に
伝える断熱層内側ケーシングの円筒部外周に、す
なわち上記断熱層内部の圧媒ガス環流の流路に、
その流れを妨げることなく上記圧媒ガス環流との
接触・熱交換面積を増加させる突起条部を配設す
ることにより、より効果的に上記圧媒ガス環流の
冷却効果を利用することを得、もつて炉室内の冷
却速度を向上する。さらに、炉室内部に設けた圧
媒ガスの強制循環手段によつて炉室内に圧媒ガス
を強制的に循環させることにより、その冷却効果
をさらに高めると共に、炉室内圧媒ガスの攪拌均
温化効果を得るものであつて、熱間静水圧加圧処
理終了後の冷却時に被処理体に歪を生ずることな
く冷却時間を短縮して、その稼働率の向上させ得
たものであり、その実用価値大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例を示す正断面図で
ある。第２図ａは本考案の第１実施例に用いられ
る断熱層の部分横断面図である。第２図ｂは本考
案の部分横断面図である。第２図ｃは本考案の部
分横断面図である。第２図ｄは本考案の部分横断
面図である。第２図ｅは本考案の部分横断面図で
ある。第３図は本考案の第２実施例を示す正断面
図である。第４図は従来装置を示す正断面図であ
る。１……高圧筒、２……上蓋、３……下蓋、４…
…高圧室、５……断熱層、６……ヒータ、７……
炉室、８……外側ケーシング、９……内側ケーシ
ング、２１……ガス通路、２２……ガス通路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

高圧筒１と上蓋２と下蓋３とにより構成される
高圧室４内に断熱層５と、その内側にヒータ６を
周設して炉室７となし、かつ前記断熱層５を気密
構造の外側ケーシング８と内側ケーシング９との
少なくとも２つの倒立コツプ状ケーシングを含ん
で構成し、外側ケーシング８上部に開閉可能なガ
ス通路２１を設けると共に、断熱層５下部にガス
通路２２を設けた熱間静水圧加圧装置において、
前記の内側ケーシング９における円筒部の外周に
上下方向に連続する突起条部を複数個配設すると
共に、炉室７内部に圧煤ガスの強制循環手段１２
を設けたことを特徴とする熱間静水圧加圧装置。