JPH0611268A - 高温高圧容器の冷却装置 - Google Patents

高温高圧容器の冷却装置

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JPH0611268A
JPH0611268A JP16780392A JP16780392A JPH0611268A JP H0611268 A JPH0611268 A JP H0611268A JP 16780392 A JP16780392 A JP 16780392A JP 16780392 A JP16780392 A JP 16780392A JP H0611268 A JPH0611268 A JP H0611268A
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孝彦 石井
Tomomitsu Nakai
友充 中井
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    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/001Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure; Isostatic presses
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱器17又は熱交換器20と筒形の冷却ジャケ
ット15とを有機的に組合せて冷却効率を向上するととも
に、高圧容器1 内面の特に、上部において高温圧媒ガス
が直接接触するのを阻止し得るようにしたコンパクトな
冷却装置を提供する。 【構成】 高圧容器1 内の高圧室4 に配置した断熱層5
の上面と蓋部材2 の下面との間に空間を形成すべくその
内部に冷媒用通路14を有する筒形の冷却ジャケット15を
高圧容器1 の内面側に備え、前記冷却ジャケットにおけ
る筒部16内の前記空間に、蓄熱器17又は熱交換器20が備
えられ、該蓄熱器17又は熱交換器20には、冷却時におい
て前記炉室から上部圧媒ガス流通孔9 を至て上昇する圧
媒ガスを蓋部材2 の下面側に導く流路18を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温高圧容器の冷却装
置に係り、熱間等方圧加圧装置(HIP装置)に利用さ
れる。
【0002】
【従来の技術】HIP装置、特に高圧容器には千kgf/cm
2 あるいはそれ以上の高い内圧が作用し、しかも高温で
あることから、圧力の上昇とともに最も高い応力が生じ
る容器内壁が塑性変形を開始し、この領域が大きくなり
容器全体が塑性変形に至ると破壊するおそれがある。
【0003】また、使用温度が高くなると、一定圧力下
でもクリープ現象が生じるとともに、加圧繰返し数が多
くなると、容器に疲労破壊が生じる可能性がある。叙述
の事態は、安全性確保の見地から対処しなければなら
ず、このため、HIP装置にあっては、断熱構造や容器
の冷却等が肝要となる。一方、HIP装置においては、
生産性の改善も重要な課題である。
【0004】すなわち、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、工程全体にわたる合
理化が課題のひとつでもある。そこで、特開平2-73600
号公報(従来例の1)および特開平2-140592号公報(従
来例の2)等の技術が公知である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来例の1およ
び2はそれなりに有用ではあるものの、次のような課題
があった。従来例の1は、内部に冷却用流路を有する筒
形の冷却ジャケットが、高圧容器の軸方向全長にわたっ
て備えられているため、炉室の有効径を小さくするとい
う課題があった。
【0006】従来例の2は、断熱層上部と蓋部材との間
に、閉端管による熱交換器を備えたもので、冷媒側の伝
熱面積(閉端管の内周面積)の確保が難しいという課題
があった。これは、閉端管そのものが外圧(HIP圧
力)を受ける管構造体であり、通常のHIP圧力に耐え
るためには、内外径比は1.7 〜2以上の値となるためで
ある。
【0007】一方、必要かつ充分な伝熱面積を得るた
め、閉端管の管長を長くすると、炉室の有効高さを低く
するという課題があった。すなわち、容器内からの抜熱
に寄与する構成要素は通常HIP装置においては上蓋冷
却盤、圧力容器、内部設置の熱交換器の3つである。
尚、蓄熱器はピークカットのための熱的アキュムレータ
であり、容器内から容器外への熱放出には寄与しない。
【0008】冷却時間の短縮のためには、抜熱能力をア
ップする必要があり、上記3要素を強化することにな
る。ところで内部設置の熱交換器は高圧、高温ガスに冷
媒通路の接続部を設ける必要があり、安全上の見地から
現実的な方法とは言えない。従って、抜熱能力の向上と
言う面からは上蓋又は圧力容器の抜熱能力をアソプする
方法が取られる。
【0009】圧力容器の抜熱能力のアップのためには内
面冷却型(特公昭56-8178 号、実開平3-87196 号等) と
する方法が最も効果的であるが、容器の製造コストは高
いものとなる。このため、従来例の2等の上蓋の抜熱能
力をアップする方法が現実的である。ここで上蓋の抜熱
能力のアップはすなわち伝熱面積の増加を意味するが従
来例の2は既述の課題がある。
【0010】そこで本発明は、蓄熱器又は熱交換器と筒
形の冷却ジャケットとを有機的に組合せて冷却効率を向
上するとともに、高圧容器内面の特に、上部において高
温圧媒ガスが直接接触するのを阻止し得るようにしたコ
ンパクトな冷却装置を提供することが目的である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、容器軸方向端
部の開口が嵌脱可能な蓋部材によって密閉されて内部に
高圧室を有する高圧容器と、前記高圧室に配置されてい
る加熱要素と、該加熱要素を高圧室内で内包していて炉
室を形成するとともに上部と下部に炉室内外を連通する
圧媒ガス流通孔を有する断熱層と、前記上・下部圧媒ガ
ス流通孔の少なくともいずれか一方を開閉自在にする開
閉弁とを備えているHIP装置において、前述の目的を
達成するために次の技術的手段を講じている。
【0012】すなわち、本発明は、前記断熱層の上面と
蓋部材の下面との間に空間を形成すべくその内部に冷媒
用通路を有する筒形の冷却ジャケットを高圧容器の内面
側に備え、前記冷却ジャケットにおける筒部内の前記空
間に、蓄熱器又は熱交換器が備えられ、該蓄熱器又は熱
交換器には、冷却時において前記炉室から上部圧媒ガス
流通孔を至て上昇する圧媒ガスを蓋部材の下面側に導く
流路を有していることを特徴とするものである。
【0013】
【作用】HIP処理後に冷却を開始するには、開閉弁11
を開にすることで、断熱層5 内における炉室の圧媒ガス
は上部流通孔9 を通って上昇し、蓄熱器17又は熱交換器
20に導かれ、その吸熱作用、抜熱作用により低温化され
る。蓄熱器17又は熱交換器20を介して低温化された圧媒
ガスは蓄下面に導かれて冷却され、さらにその外周を取
囲んだ冷却ジャケット15の筒部16に至り、該筒部16が高
圧容器1 の内面にガスが直接接触するのを阻止し、冷却
ジャケット15で冷却されるとともに断熱層5 外周面と高
圧容器1 の内面との熱交換により更に冷却され、断熱層
5 における下部流通孔10を介して炉室に至る循環対流に
より、急速冷却を確保し、高圧容器1 の過昇温をなく
す。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
すると、第1実施例を示した図1において、高圧容器1
は円筒形状であり、容器軸方向端部の開口、図では上下
開口に、上蓋2 と下蓋3 による蓋部材が嵌脱可能とされ
て密閉されて内部に高圧室4 を有している。
【0015】なお、図示省略しているが高圧室4 内に
は、圧媒、例えば、アルゴン等の不活性ガス等が供給,
排出可能である。高圧室4 内には倒立断面コップ形状と
された断熱層5 が配置されていて、この断熱層5 で内包
されている加熱要素6 とともに炉体を構成しており、炉
室においては、下蓋3 上の支持台7 に載置されている被
処理体8 を、等方圧で加圧処理可能としている。
【0016】断熱層5 の上部と下部には、炉室内外を連
通する圧媒ガス流通孔9,10が形成されていて、少なくと
も上下ガス流通孔9,10のいずれか一方、本例では下ガス
流通孔10に遠隔操作で開閉される開閉弁11を有してい
る。なお、前記炉体はグラファイトヒータと数種のグラ
ファイト系材料からなる断熱層で構成されているグラフ
ァイト炉、または、モリブデン炉等よりなる。
【0017】蓋部材である上蓋2 の下面側には水などの
冷媒を流す冷媒通路12を有する冷却盤13が備えられてい
るとともに、内部に水などの冷媒を流す冷媒用通路14を
有する冷却ジャケット15が備えられている。冷却ジャケ
ット15は高圧容器1 と同種材料、例えば低合金鋼等より
構成されている円筒形であり、高圧容器11および炉体と
ともに軸心を一致させて高圧容器11の高圧室内に、容器
軸方向に挿脱自在として内装されている。
【0018】冷却ジャケット15の筒部16内に形成した通
路14は側面視において同方向に蛇腹形状又は筒長方向に
螺旋状等であり、筒部16の筒長は、高圧容器1 の筒長の
1/2以下とされていて、筒部16の下端面と断熱層5 の上
部との間には通路用間隙が形成してある。なお、筒部16
の筒長は容器有効高さの1/7 〜1/10であれば、充分であ
る。
【0019】冷却ジャケット15の筒部16に取囲まれ、か
つ、上蓋2 の下面と断熱層5 の上面との間の空間には、
蓄熱器7 が配置されていて、該蓄熱器17は上部流通孔9
から冷却盤13に至る流路18が形成されていて、冷却時に
おいて炉室から上部ガス流通孔9 を至て上昇する圧媒ガ
スを上蓋2 の下面側に導く過程で、蓄熱器17の吸熱作用
で圧媒ガスを冷却する。
【0020】第2図は本発明の第2実施例であり、冷却
ジャケット15における筒部16内に、水等の冷媒を通す冷
媒通路19を有する熱交換器20を設けたものであり、該熱
交換器20には上部流通孔9 から冷却盤13に至る流路18を
有している。なお、第2実施例における冷媒通路19は平
面視蛇腹形状か螺旋状であり、冷却盤13の冷媒通路12と
連通されている。
【0021】第3図は本発明の第3実施例であり、第1
実施例における筒部16に、径方向に貫通したガス分散孔
21を上下段に形成したもので、筒部16の内周面を流下す
る圧媒ガスの一部を外周面へ分散することで、筒部16の
外周面、容器内周面も伝熱面として利用し、より一層の
冷却能力の向上を図ったものであり、その他の構成は、
第1実施例と共通する。
【0022】なお、ガス分散孔21の開孔面積は、容器内
面の過昇温を防ぐ程度に設定され、また、前述した第2
実施例の筒部16に、ガス分散孔を形成することもでき
る。次に、作用を説明する。HIP処理後に、急速冷却
するには、開閉弁11を開にすることにより、炉室内の圧
媒ガスは上部流通孔9 、流路18を至て矢示の如く上昇
し、上蓋2 の下面に至る。
【0023】このとき、蓄熱器17による吸熱作用又は熱
交換器20の抜熱作用により、冷却初期のガス温度をピー
クカットし、冷却ジャケット15における筒部16の内周面
を流下する過程で、該内周面を伝熱面として冷却される
とともに、高圧容器1 の上部内面の過昇温を防止する。
さらに、冷却ガスは断熱層5 の外周面と高圧容器1 の内
周面との間を流下する過程でも冷却作用を受け、開閉弁
11を介して炉室内に至る循環対流する。
【0024】従って、冷却初期のガス温度をピークカッ
トでき、冷却過程の全般を通じて熱交換面に接触するガ
ス温を平均化でき、このことにより、冷却過程全般を通
じて熱交換器の最高性能を平均的に利用できる。また、
蓄熱器17又は熱交換器20を内包する形で冷却ジャケット
15を配置することによって、蓄熱器17等の設置に際し、
占有高さの増加及び熱交換面積の減少はなくなり、容器
高さを若干高くするだけで済み、容器径を大きくする必
要もなく、コンパクトにできるとともに、冷却ジャケッ
ト15の筒部16で高圧容器1 の内面過昇温を防止できる。
【0025】なお、以上の実施例において、冷却盤13を
設置するか否かは自由である。
【0026】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、蓄
熱器又は熱交換器を内包するように筒形の冷却ジャケッ
トを設けたことにより、該ジャケットを高圧容器の全長
に亘って設置しなくとも充分な冷却能力は確保され、炉
室の有効径を小さくすることもなく、ここに、生産性の
改善と高圧容器の耐久性をコンパクトな設計で達成でき
る。
【0027】すなわち、本発明では容器有効高に与える
影響を最小化して、かつ最大の伝熱面積を与える形状で
ある。つまり、最大径の部分で円筒状に軸方向に突出さ
せているので、耐圧構造を取りつつも最大の水側伝熱面
積を得ることができる。更に、本発明では単に上蓋形状
が従来HIP装置より若干異なるだけであるので、通常
HIP装置に急冷機能を付加する場合、圧力容器(円筒
胴)の変更なくして、上蓋部のみの改造で相当の急冷能
力を得ることが出来る。
【0028】すなわち、部品の取替(上蓋の交換)のみ
で特別の工事なしで既設通常HIP装置を急冷機能付に
改造可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施例の縦断面図である。
【図2】本発明第2実施例の要部を示す縦断面図であ
る。
【図3】本発明第3実施例の要部を示す縦断面図であ
る。
【符号の説明】
1 高圧容器 2 上蓋 3 下蓋 4 高圧室 5 断熱層 6 加熱要素 9 上部流通孔 10 下部流通孔 11 開閉弁 15 冷却ジャケット 17 蓄熱器 20 熱交換器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 容器軸方向端部の開口が嵌脱可能な蓋部
    材によって密閉されて内部に高圧室を有する高圧容器
    と、前記高圧室に配置されている加熱要素と、該加熱要
    素を高圧室内で内包していて炉室を形成するとともに上
    部と下部に炉室内外を連通する圧媒ガス流通孔を有する
    断熱層と、前記上・下部圧媒ガス流通孔の少なくともい
    ずれか一方を開閉自在にする開閉弁とを備えているHI
    P装置において、 前記断熱層の上面と蓋部材の下面との間に空間を形成す
    べくその内部に冷媒用通路を有する筒形の冷却ジャケッ
    トを高圧容器の内面側に備え、前記冷却ジャケットにお
    ける筒部内の前記空間に、蓄熱器又は熱交換器が備えら
    れ、該蓄熱器又は熱交換器には、冷却時において前記炉
    室から上部圧媒ガス流通孔を至て上昇する圧媒ガスを蓋
    部材の下面側に導く流路を有していることを特徴とする
    高温高圧容器の冷却装置。
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