JPH06506046A - 二重壁の圧力容器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 二重壁の圧力容器およびその製造方法 この発明は、耐食で密な材料でできた、特定的には特殊鋼の薄壁の内側容器と、 特定的にはよく焼き戻された鋼でできた耐圧の外側容器とを備えた二重壁の圧力 容器に関する。

このような圧力容器は、特定的には純度の高いまたは特定のアグレッシブネス（ ａｇｒｅｓｓｉｖｅｎｅｓｓ　）を持つガスのための圧力ガスボトルとして用い られ、これらはたとえば半導体産業または試験産業において必要とされている。

単一壁の特殊鋼でできた容器は、製造するにも材料の点からも非常にコストが高 く、また非常に重い、というのは典型的な特殊鋼の材料の強度が弱いため、焼き 戻された鋼からできた同じ強度を持つビンよりも壁を厚くして作らなくてはなら ないからである。

ドイツ特許３８　１５　３４７は、薄壁で特殊鋼の内側容器とそれを囲む多部分 の耐圧シースとを含むいくつかの異なる圧力ガスボトル、およびそのような圧力 ガスボトルを製造するためのい（つかの方法を説明している。これらの圧力ガス ボトルすべ′てに共通した不可欠な特性は、内側容器が挿入された後、外側のシ ースの種々の部分がともにねじで留められる点である。この目的のために適切な ねじを製造することは非常に複雑である。ねじの領域において、実際のシースに 関して外径が増し、重くなってしまう。設置後、内側容器は可塑的に膨張される ことによってシースの内壁に抗して収められる。溶接して合わされる２つの部分 からなる外側容器は既知であると明確に述べられている。

示される溶接の構成は、ジャケット上の取囲む溶接継目を有し、その溶接のルー トは薄壁の内側容器にすぐ近接して位置される。この溶接継目は内側容器に損失 を与えるかもしれず、これは後に適切にテストすることができない。焼き戻され た鋼でできた外側容器については、このような溶接継目は大きな歪みを受ける領 域では実用的ではない、というのは溶接の間の高温によって微細な構造を変える かもしれないからである。後に溶接ゾーンを熱処理によって焼き戻すこともでき ない、というのはその際に薄壁の内側容器がおそらく損害を受けるからである。

この発明の目的は、先行技術と比較して重量が減じられかつ／または製造コスト がより低い二重壁の圧力容器を作製することである。別の目的は、適切な製造手 段を開示することである。

この目的は、耐食で密な材料、特定的には特殊鋼でできた薄壁の内側容器を備え 、ジャケット、遷移部分、首部、および底部を有する耐圧の外側容器を有する二 重壁の圧力容器によって達成され、底部および／または遷移部分は、ジャケット の円筒状またはやや円錐形の端部領域内の内側に首部とともに配置され、底部ま たは遷移部分は、少な（ともセグメントでジャケットの端部領域に概ね平行に延 在し、かつ接合された接続部によってそれに接合される外側カラーを存する。

圧力容器は、たとえばその薄壁の首部が外側容器の外に延在し鍔出しされる内側 容器を密に囲む耐圧の外側容器を存する。薄壁の内側容器は、その−万端が開い ている外側容器へとまず押され、そのときはじめて外側容器は挿入された底部お よび／または首部で閉じられる。内側容器が金属、特定的には特殊鋼でできてい れば、これは通常いくつかの部分からできているので、従来の方法によってまず 溶接で合わされ、洗浄され、テストされ得る。内側容器の外側の形状を外側容器 の後に内側の形状となるものに一致させることが実用的である。内側容器は、外 側ジャケットに挿入される底部および／または首部が接合された後、水圧でまた は空気圧で膨張させてもよく、それにより内側容器は隙間なく、可塑的に変形す ることもほとんどな（外側容器に抗して押しつけられる。この方法は、製造の不 正確さから起こり得る間隙を避ける。適切には、内側容器は意図的に、その円筒 状の部分にいくつかの微かな縦方向の波形を有する。これにより外側容器への挿 入が簡単になる。これらの波形は、後の膨張プロセスによって外側容器に抗して 収まるようにされる。適切には、内側容器と外側容器との間の間隙は、実質的な 量のガスまたは空気が後に残らないように、排気される。この目的のため、また 気密性をテストするためにも、外側容器に開口が設けられる。

内側容器はプラスチックでできていてもよい。

挿入された底部および／または首部に特定的には溶接または硬質はんだ付けによ って接合される耐圧外側容器の接続は、底部の形状が特殊であるため、局部的に わずかに応力を与えられたゾーンの外側カラーでなされ得る。この発明に従う外 側容器はしたがって、従来の、市場で入手可能な焼き戻しされた鋼でできていて もよ（、後に焼き戻しすることなく、焼き戻された状態で接合され得る。これが 可能なのは、内側容器が耐圧であるために、内圧によって起こる接線歪みが外側 ジャケットの接合ゾーンでは起こらないからである。接合の間の熱歪みの結果起 こる、焼き戻しされて焼き入れされた鋼でできた、強度が減じられたゾーンは、 内圧によって起こる軸方向の力のみを吸収すればよ（、その結果、接合ゾーンで 起こる応力、したがって焼き戻された鋼に必要な強度は約半分だけ減じられる。

また、接合点は、もし適切に位置されれば、引張り歪みは受けず、せん断ひずみ のみを受けることとなり、これは、底部および／または首部の形状が特殊である ために、ジャケットの断面領域よりも数倍（たとえば２ないし４倍）大きい接合 面領域に分布される。接合ゾーンにおける鋼の熱歪みをできるだけ低く保つため に、電子ビーム溶接等のビーム溶接のプロセスが特に好ましく、またはその代替 例としてはより低い温度で行なわれる硬質はんだ付けまたはろう付け（ｈａｒｄ 　ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ　ｒｅｓｐ、ｂｒａｚｉｎｇ　）がある。さらに、接合点 は底および／または首部において圧力容器の内側面から、ジャケットの厚さより も離れていなければならない。

内側容器が特殊鋼でできているときの、この発明に従う二重壁の圧力容器のある 本質的な利点は、内側容器の滑らかで、きれいな、粒子および汚れのない内側面 である、というのは外側容器に導入された後、内側容器はもはや高温によって変 化されないからである。プラスチックでできた内側容器ででも、高温による損害 は同様に避けられる。

この発明のさらなる特徴において、底部および／または首部は外に湾曲した支持 底および円筒状またはやや円錐形の外側カラーによって形成され、その外側の形 状はジャケットの内側の形状に対応する。この底部および／または首部は一体で 型へと押圧され得る。もしその外側の形状がやや円錐形であれば、適切な形状の ジャケットに特に問題なく装着され得る。外側の形状が円筒状であれば、わずか に冷却して収縮させてジャケットへと入れることができる。

この発明のさらなる特徴において、外側容器は、外側容器と内側容器との間の隙 間に少なくとも１つの開口を含む。

この開口で、その隙間は設置後、溶接に先立って排気され得る。さらに、この開 口を用いて、たとえばヘリウム漏れテストによって内側容器の気密性をチェック できる。後に導入されるべきガスを汚染するであろう実質的な量の空気が残らな いように、最初に充填するのに先立って内側容器を排気するのもまた適切である 。この場合、つまり内側容器が真空にされるのであれば、外圧によって圧縮され ないように隙間もまた真空にされなくてはならない。

この発明のさらなる特徴において、この開口にプラグが設けられてもよく、隙間 に超過圧力があれば外に押圧される。このプラグは、内側容器が依然として気密 であることの証明となる。たとえば、このようなプラグはゴムもしくは他のエラ ストマまたは硬化型のプラスチックでできていてもよい。

底部および／または首部は、ジャケットの適切な形状の肩部上に、たとえば溶接 ビームの方向に概ね垂直に配置される肩部で支えられてもよい。これらの肩部に よって、溶接ビームが内側容器に達してそれを損傷するおそれを確実になくす。

さらに、このような肩部は明確に規定された、ジャケットの底部および／または 首部を設置するための軸受面を提供する。

接合された接続部および底部を設けるためには、接合によって３４ＣｒＭｏ４等 のよく焼き戻された鋼において変化が起こるため、温度が臨界温度以下に保たれ 得るので硬質はんだ付けまたはろう付けのプロセスが特に好ましいとわかった。

特定的には、約７３０℃の範囲の温度で用いることができるはんだ付けまたはろ う付は材料が用いられ得る。圧力容器のジ中ケット内に支持底を固定するために 、外側および内側の両方がまず適切な大きさに機械加工される。支持底は、次に ジャケットへとその正面端によって挿入され、そのため支持底の外側カラーおよ びジャケットが互いに関して概ね同心に収まり、はんだの間隙を残す。このはん だの間隙はワイヤ、ホイルまたはパウダーの形態であるはんだまたはろう付は材 料を堆積するために用いられ得る。

次に、ジャケットの端部およびカラーがはんだ付けまたはろう付は温度に誘導加 熱されるか、または液体のはんだまたはろう付は材料に接続面の上方の線まで浸 される。ジャケットおよび支持底の耐圧部分を短時間加熱した後、はんだ付けま たはろう付けのプロセスは終了し、そのため耐圧の部分の微細構造には変化が起 こらない。適切なはんだ付けまたはろう付は装置の一例は、誘導コイルによって 加熱され、それに圧力底（ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｂｏｔｔｏｍ　）が下げられ得る 環状のはんだまたはろう付は材料の容器である。

図１−６は、この発明の例示的な実施例であり、その各々はこの発明に従う圧力 容器の垂直な縦方向の断面、またはその一部である。

図１は、右が完了前の、左が完了後の圧力容器であり、図２は代替的な実施例で あり、 図３はさらなる代替例であり、 図４は別の代替例であり、 図５は溶接継目が横方向である実施例であり、図６は硬質はんだ付けまたはろう 付けされた接続の形態および装置である。

図Ｉの右半分は、完了前の圧力容器であり、左半分は完了後のそれを示す。外側 容器１は、一方側が開いておりがつ圧縮プロセス等によって管から作られるジャ ケット１１を含み、形成された首部１３への遷移部分１２と、挿入された底部２ とを備える。この場合、内側容器は、球面の内側底５と、円筒状の内側のジャケ ット６と、内側の首部８への内側の遷移部７とを含み、５−７の部分は溶接継目 によって接合され、これらの部分が組込まれる前に洗浄され、適切にテストされ る。５−８の部分を含む内側容器の挿入後、適切な形状の底部２がジャケット１ １へと挿入される。

内側容器は、結局実質的により簡単に変形され得るが、最初からその外側の形状 を外側容器ｌの内側の形状に一致させることが適切である。底部２または図示し ない適切な形状の首部の挿入後、外側容器は底部２または首部に接合される接続 部９で、好ましくは熱歪みがより少ないので硬質はんだ付けまたはろう付けによ ってまたは電子ビームのプロセスによって接合される。底部２は実際に支持する 底３および外側カラー４を有し、接合される接続部９は常に外側カラー４に、特 に内側の底５から外側容器１の壁の厚さｄより離れた距離に在る。

明確にするために図面では５−８の部分は必要以上に厚く描かれている。壁の厚 さは０．５ないし０．８ミリメートルで十分であり、溶接技術によって適切に作 製され得る。

この場合、外側容器ｌの外径は約２ｏｏミリメートルであり、内側の容積ｌＯは ５ｏないし６０リツトルである。動作圧力は２００バール、壁の厚さｄは約４な いし８ミリメートルが適切である。

その左半分において、図１は圧力容器の最終状態を示し、首部１３には従来の接 続用取付具のための第１の外側のねじ山１４が設けられる。圧力ガスボトルが典 型的に有する保護フードを取付けるための第２の外側のねじ山１５が既知の態様 で適切なねじ切りされたリング１６をそれに収縮することによって設けられる。

ジャケット１１と底２との接続としての接合された接続部９は、Ｕ字型の縦方向 のセクションの保護リング１７によって損傷から保護され得る。

この保護リング１７は、いくつかのスポット溶接によってジャケットに収縮され るかまたは固定され得る。５−８の部分を含む内側容器は、設置後および接合後 、部分１１．１２．１３．３を含む外側容器１の内壁に可塑的な膨張によって収 められ得る。

図２は、図１の代替例を示し、底部２２はジャケット２１内の肩部２０で支えら れ、従来の溶接継目２９で固定される。底部２２の領域において、ジャケット２ １はくり抜かれ、そのためいかなる所望の嵌め合いもそこで達せられ得る。

図３は、別の代替例を示し、底部３２はジャケット３１の拡大された領域に収ま る。３２と３１との間にできた取囲む溝３０は、内側容器３５．３６が可塑的に 膨張されると、充填される。底部３２は開口３７を含み、それを用いてジャケッ ト３１と内側容器３５．３６との間の間隙が接合に先立って排気され、接合後に 漏れをテストできる。この開口３７はプラグ３８で閉じることができ、隙間の汚 染を避ける一方、内側容器の気密性を与える。

図４はさらなる代替例を示し、底部４２の外側カラー４４は、ジャケット４１の 肩部４０で支えられ、ビームプロセスによってジャケット４１に溶接される。こ こで、軸方向に平行な溶接ビームは、好ましくない状況下にあってさえも、内側 容器４５．４６に達するには充分に距離があるので、底部４２とジャケット４１ との間に必然的に存在する間隙を通らないことは明らかである。再び、開口４７ が図示される。

図５は別の代替例を示し、底部５２の外側カラー５４は外側に段５０を有し、ジ ャケット５１は取囲む半径方向の溶接継目５９によってそこに接続される。この 例は、上の例と以下の違いがある。すなわち、溶接継目５９は、製造の目的のた めに、より容易にアクセス可能であるが、溶接継目の荷重を受ける断面は耐圧の ジャケット５１の壁の厚さに制限される。再び開口５７が設けられ、この場合に は、ジャケット５１内に配置され、したがってビンが直立であるときにはより容 易にアクセスできる。内側容器５５．５６には変更はない。

図６は、硬質はんだ付け（ろう付け）された接続部６９に特に適切なジャケット ６１および支持底６３または外側カラー６４の形状を示す。接続点６９は、や（ より内但１の底６５から離れて位置される。ここでもまた、取囲む溝６０と逃げ 開口６７とが設けられる。はんだ付けまたはろう付は装置として、はんだまたは ろう付は材料７１を備えた環状のはんだ容器７０が概略的に図示され、これ（′ ！内狽１の誘導コイル７２と外側の誘導コイル７３とによって熱せられ得る。

支持底のカラー６４およびシャケ・ストの端部６１のやや円錐形の形状によって できる、一定寸法の幅を有する同４Ｌ％のはんだの間隙７４は、はんだまたはろ う付は材料をたとえばホイル、ワイヤまたはパウダー等の固体の形で、堆積する ための場所としても、はんだ槽から上がる（よんだまたはろう付は材料のための 毛管作用の間隙としても適切である。

先の段落は逃げ開口３７．４７．５７または６７１こつし）で言及しているが、 これは複数個の開口が周り（こ配置さｔし得るという可能性を除外することを意 図して（１なし１゜さらに、隙間を脱気するために対応する底部に図６の溝６０ （二対応する、詳細には図示さ第１ない溝を配置すること力（実用的であり、こ れらの溝は」述の開口に通じるであろう。

本発明に従うこの圧力容器は、強度の大きい材料で作製でき、したがって壁の厚 さが薄く、それに伴い軽量で製造コストを低くできる。

外側容器に−上述の焼き戻しされた鋼のみならず他の材料を用いたものについて も、利点は立証され、その丈夫なゾーンは、溶接または硬質はんだ付けまたはろ う付けの際（こ接合接続ゾーンにおいて起こる加熱によつて不所望の変化がおこ ることは意図されていない。

図１−５において、底部とシャケ・ストとの間の間隙は円筒状に図示されている 。これは、シャケ・ストの端部で、たとえば２度ないし５度好ましくは３度の円 錐角度のごくわずかに円錐形である形状を有してもよい。これにより、底部のジ ャケットへの設置が簡単になる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．耐食で気密性の材料でできた、特定的には特殊鋼の薄壁の内側容器（５，６ ，７，８；２５，２６；３５，３６；４５，４６；５５，５６）を備え、ジャケ ット（１１；２１；３１；４１；５１；６１）、遷移部分（１２）、首部（１３ ）、および底部（２；２２；３２；４２；５２）を有する耐圧の外側容器を有す る二重壁の圧力容器であって、底部（２；２２；３２；４２；５２）および／ま たは遷移部分（１２）は、ジャケット（１１；２１；３１；４１；５１；６１） の円筒形またはやや円錐形の端部領域の内側に首部（１３）とともに配置され、 底部（２；２２；３２；４２；５２）または遷移部分（１２）は外側カラー（４ ；２４；３４；４４；５４；６４）を有し、これは少なくともセグメントでジャ ケット（１１；２１；３１；４１；５１；６１）の端部領域に概ね平行に延在し 、それに接合された接続部（９；２９；３９；４９；５９；６９）によって接合 され、底部（２；２２；３２；４２；５２）は、接合された接続ゾーンにおいて 内圧によって起こる接線歪みが生じないような形状であり、好ましくは実質的に 外に湾曲する、二重壁の圧力容器。 ２．接合された接続部が、溶接された（９；２９：３９；４９；５９）またはは んだ付けされたまたはろう付けされた（６９）接続部であり、接続点が内側の底 （５；２５；３５；４５；５５；６５）から、ジャケット（１）の壁の厚さ（ｄ ）よりもはるかに大きい、好ましくは壁の厚さ（ｄ）の２倍である距離（ａ）を 有する、請求項１に記載の圧力容器。 ３．外側容器（１）がよく焼き戻された鋼、たとえば３４ＣｒＭＯ４を含み、接 合された接続部が、よく焼き戻された鋼の微細構造が変化する臨界温度、たとえ ば７３０℃を下回るはんだまたはろう付け温度で用いられ得るはんだまたはろう 付け材料（７１）でできる硬質はんだ付けされたまたはろう付けされた接続部（ ６９）である、請求項１または２に記載の圧力容器。 ４．接合された接続部（９；２９；３９；４９；５９）がビームプロセス、特定 的には電子ビーム溶接によって作製される、請求項１または２に記載の圧力容器 。 ５．底部（２；２２；３２；４２；５２）が外に湾曲した支持底（３；２３；３ ３；４３；５３；６３）と円筒形またはやや円錐形の外側カラー（４；２４；３ ４；４４；５４；６４）とを含み、その外形がジャケット（１１；２１；３１； ４１；５１；６１）の内側の形状に対応する、先行請求項の１つに記載の圧力容 器。 ６．外側容器（１）と内側容器（５，６，７，８；２５，２６；３５，３６；４ ５，４６；５５，５６）との間に少なくともある領域で隙間が存在し、外側容器 （１）は隙間に通じる（３０；６０）少なくとも１つの逃げ開口（３７；４７； ５７；６７）を有する、先行請求項の１つに記載の圧力容器。 ７．各逃げ開口（３７；４７；５７；４７）が、隙間に超過圧力があれば外に押 圧され得るプラグ（３８）で閉じられる、請求項６に記載の圧力容器。 ８．組立てを簡単にするために、および／または内側容器（５，６，７，８；２ ５，２６；３５，３６；４５，４６；５５，５６）が漏れ始めると圧力の逃げを 与えるために、ジャケット（２１；３１；４１；５１〕５１）および／または外 側カラー（２４；３４；４４；５４；６４）に段（５０）および／または溝（３ ０；６０）が設けられる、先行請求項の１つに記載の圧力容器。 ９．以下のステップを有する請求項３に記載の圧力容器の支持底（６３）を固定 するための方法であって、ａ．支持底（６３）の外側カラー（６４）およびジャ ケット（６１）がそれぞれ外側および内側に適切な大きさに機械加工され、 ｂ．外側カラー（６４）とジャケット（６１）とは互いに関して概ね同心に位置 されて、かつ好ましくははんだまたはろう付け材料の堆積（７４）を含み得るは んだまたはろう付けの間隙（６９）を残すように、支持底（６３）はその正面端 によってジャケット（６１）へと意図され、ｃ．カラー（６４）とジャケット（ ６１）とは互いにはんだ付けまたはろう付けされるが、はんだまたはろう付け材 料が内側の底（６５）に達しないよう十分距離を置かれ、ｄ．支持底（６３）お よびジャケット（６１）の耐圧部分にごく短時間熱の影響を与えた後、はんだ付 けまたはロウ付けのプロセスが終了し、そのため耐圧部分に微細構造の変化が起 こらない、方法。 １０．はんだまたはろう付け材料（７１）は、誘導コイル（７２，７３）によっ て熱せられる環状の容器（７０）に含まれる、請求項９に記載の方法。