JPH0668333B2 - 温度応答圧力逃がしの方法とその装置 - Google Patents

温度応答圧力逃がしの方法とその装置

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JPH0668333B2
JPH0668333B2 JP24567686A JP24567686A JPH0668333B2 JP H0668333 B2 JPH0668333 B2 JP H0668333B2 JP 24567686 A JP24567686 A JP 24567686A JP 24567686 A JP24567686 A JP 24567686A JP H0668333 B2 JPH0668333 B2 JP H0668333B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体圧力逃し装置に関する。
公知の流体圧力逃し装置は、普通破裂部材または破裂円
盤を備え、それらが破裂部材にかかった流体圧力があら
かじめ定めた値を超えるとき、破裂が生じて流体圧力を
逃すように支持されている。
流体圧力逃し装置の用途によっては、圧力のかかった流
体が急速な温度上昇を受けるが、対応した急速な圧力上
昇を伴わないことがある。例えば、反応が平常はある温
度と圧力で起る化学プロセスにおいて、反応が制御でき
なくなって、反応の起る速度が高くなり過ぎると、認め
られるほどの圧力上昇なしに温度が急速に上がることが
ある。そのような用途では、圧力のかかった流体の温度
があらかじめ定めた値に達するとき圧力逃しが起ること
が一般に望ましい。
本発明の目的は、加圧流体の温度が所定の値に達しない
場合には予め設定された圧力で圧力を逃し、加圧流体の
温度が所定の温度に到達した場合には、加圧流体の圧力
が前述の予め設定された圧力に達しない場合でも加圧流
体の圧力を低下させるべく、加圧流体を系外に放出する
ことができ、加圧流体の温度に起因する破裂圧力を制御
することができる、化学反応が行われる系に有用な圧力
逃し装置を提供することにある。
本発明の前述の目的は、中空体、中空体の上流側端面に
密封的に取り付けられた破裂部材と、固体材料を含むと
共に、中空体の内壁の上流側周縁部に隣接する破裂部材
の環状領域を覆うように形成された環状の支持面を有し
ており、前述の環状の支持面により前述の環状領域を支
持すべく中空体内に保持された支持手段とを備えてお
り、固体材料は、加圧流体の温度が当該固体材料を所定
の温度に加熱するレベルに到達した際に、固体材料が溶
融することにより、支持手段の前述の環状領域に対する
支持力を喪失させるべく、前述の所定の温度に選択され
た融点を有する流体圧力逃し装置により達成される。
本発明の流体圧力逃し装置においては、支持手段が、中
空体の内壁の上流側縁部に隣接する破裂部材の環状領域
を覆うように形成された環状の支持面を有しており、当
該環状の支持面により前述の環状領域を支持すべく中空
体内に保持されており、また、支持手段は、所定の温度
に選択された融点を有する固体材料を含み、加圧流体の
温度が当該固体材料を前述の所定の温度に加熱するレベ
ルに到達した際に、当該固体材料が溶融することにより
支持手段の前述の環状領域に対する支持力を喪失するよ
うに構成されている。
本発明の流体圧力逃し装置においては、加圧流体の温度
が、破裂部材の環状領域を加圧流体の圧力に抗して支持
している支持手段中の固体材料の融点に到達した際に、
固体材料が溶融して破裂部材の支持力を失うため、その
際、破裂部材は中空体の上流側端面のみによって支持さ
れ、その結果、破裂部材は、中空体の上流側端面と支持
手段の環状の支持面とによって支持される当初の状態よ
りも広い面積で加圧流体の圧力に対抗することになり、
前述の当初の状態において破裂部材に設定された破裂圧
力よりも小さな圧力で破裂部材が破裂することになる。
化学反応が行われる系において反応速度が急激に増大し
て、系内の圧力の上昇を伴わずに温度が急速に上昇する
場合、加圧流体の圧力が所定の設定圧力に達しなくて
も、加圧流体の温度が所定の値に到達したときに圧力を
逃すことができ、前述の温度上昇の後に生起する大きな
圧力上昇を未然に防止し得る。
即ち、本発明の流体圧力逃し装置は、加圧流体の温度が
所定の温度に達しない場合には、破裂部材に予め設定さ
れた圧力で破裂し、加圧流体の温度が所定の温度に到達
した場合には、加圧流体の圧力が前述の予め設定された
圧力に達しなくても、加圧流体の圧力を低下させるべ
く、加圧流体を系外に放出することができ、化学反応が
行われる系に有用である。
従来用いられた破裂形の流体圧力逃し装置は、主にそれ
が接触している流体の圧力の大きさに応じて動作し、流
体の温度が破裂圧力に及ぼす影響の度合は小さいが、温
度に基づく破裂圧力の正確な制御は可能でなかった。し
かし、本発明の装置では、装置が異なる温度で破裂する
ときの圧力の正確な制御を達成できる。
次に、本発明の流体圧力逃し装置における上述の作用効
果を達成し得る根拠について説明する。
破裂部材の支持されていない部分の半径をｒ、加圧流体
の圧力をｐ、破裂部材の厚みをｔ、破裂部材を構成する
材料によって定まる常数をμとすると、破裂部材が圧力
ｐに耐え得る応力σは で表わされる。上式を変形すると が得られる。ここでμ,t,σはそれぞれ定数とすると、 となる。
即ち破裂部材が耐え得なくなる圧力ｐは、破裂部材の支
持されていない部分の半径の自乗に反比例する。
従って、破裂部材が支持手段で支持されなくなり、破裂
部材の支持されない部分の半径が大きくなると、破裂部
材が支持手段で支持されている場合よりも小さな圧力で
破裂することになる。
以下、図面に示された実施例に基づいて本発明を更に詳
細に説明する。
第１図から第４図に示した流体圧力逃し装置10には、入
口端部14及び出口端部16をもつ中空体12がある。中空体
12は、様々な形及び形態をとることができるが、少なく
とも入口端部14は、円筒形であって、加圧流体の中に伸
びて、加圧流体によって加熱されるのが好ましい。
中空体12の入口端部14、更に詳しくは中空体12の上流側
端面には、円盤形であるのが好ましい破裂部材18が気密
に取り付けられている。
第１図から第４図に示す実施例においては、破裂部材18
は、環状フランジ部22に環状の移行接続部24によって接
続されている凹凸ドーム部20を備えている。破裂部材18
の直径は、中空体12のその入口端部14における外径に対
応し、中空体12の入口端部14には、破裂部材18が25にお
いて漏止め溶接されるか、またはそれの周辺に気密に接
続され、それによって破裂部材18が無傷である限り、加
圧流体が中空体12の内部に入らないようになっている。
中空体12の中には支持部材26と固体材料としての支持リ
ング34から成る支持構造が設けられており、支持部材26
は、円筒状部分28と下部支持面31を有する環状の平らな
フランジ部分30とを有し、下部支持面31は、破裂部材18
の環状フランジ部22のうち中空体12によって支持されて
いない部分に隣接した位置にある。環状のフランジ部分
30の環状の支持面31と円筒状部分28の交線によって形成
された内側の丸くなったかど32は、破裂部材18の移行接
続部24に隣接した位置にあって、その移行接続部24に支
持し、破裂部材18の環状フランジ部22と移行接続部24が
破裂部材18の他方の側に流体圧力が加わることによって
変形しないようにしている。
第３図及び第４図に見られるように、中空体12と支持部
材26の円筒状部分28との間の環状空間の中に支持リング
34が置かれている。支持リング34は、選択された融点を
有する材料で作られ、支持部材26を破裂部材18に押付け
て保持する働きをしている。中空体12は、内部に円筒状
の保持具36を備えて、支持リング34と支持部材26を破裂
部材18を支える位置に第４図に示すように保持する環状
の肩37を与える。保持具36は、中空体12の中に一体に形
成することもできるし、または図示のように保持具36の
外面にねじを切って中空体12の中に取外し可能にねじ接
合することもできる。
本実施例において、支持部材26、支持リング34及び保持
具36は支持手段を構成する。
第１から第５図に示した実施例においては、保持具36の
内径は、支持部材26の円筒状部分28の外径よりわずかに
大きいので、中空体12の内部と通ずる環状空間38ができ
る。支持リング34を支持部材26と中空体12と保持部材36
との間に事実上閉じ込めることによって、温度が支持リ
ングを構成する固体材料の融点に達したとき、支持リン
グを構成する固体材料が尚早に変形して支持部材26及び
破裂部材18を支持しなくなるようにする。圧力逃し装置
10と接触している流体の常時温度が支持リング34を形成
する固体材料の融点より十分に低く、流体の温度が急速
に上がる用途では、支持リング34の事実上の閉じ込めは
必要でない。
動作について説明すると、流体圧力逃し装置10は、破裂
部材18が破裂するとき、圧力が中空体12を通って入口端
部14から出口端部16へ逃されるように圧力逃し領域内に
接続されている。第４図及び第５図に示したように、中
空体12の出口端部16を同一径の円筒形継手40に39のとこ
ろで漏止め溶接して、中空体12を通って流れる流体を所
望の逃し場所に送ることができる。この構成において、
流体圧力逃し装置10の全体は、圧力のかかった流体を入
れた容器またはその他の圧力装置内に配置されて、加圧
流体の温度の変化によって加熱または冷却される。
流体圧力逃し装置10がさらされる加圧流体の温度が支持
リング34の融点以下であるとき、支持部材26は、支持リ
ング34によって適所に維持されて、破裂部材18が普通の
方法で、すなわちあらかじめ定めた流体圧力が凹凸ドー
ム部20の凹側に加えられるとき、凹凸ドーム部20が破裂
するように動作する。
加圧流体の温度が支持リング34をその融点以上に加熱す
るに十分な場合、支持リング34を形成する固体材料が融
けて、環状通路38を通って流れる。これによって支持部
材26、特にその支持面31を破裂部材18から引離すことが
できるようになるので、破裂部材18の環状フランジ部22
と移行接続部24は、もはや支持面31によって支持されな
くなる。その結果、破裂部材18は変形して支持部材26が
上方に動かされる。破裂部材18が圧力によって変形する
ことにより、移行接続部24が中空体12の内部に達するま
で凹凸ドーム部20が拡大する。これによって破裂部材11
8が破裂する圧力が下がる。従って、加圧流体の温度が
支持リング34の融点に達するとき、破裂部材18が破裂す
る圧力が下げる。流体圧力逃し装置10の種々の部分の寸
法を調節し、破裂部材18の凹凸ドーム部20の最初と最後
の寸法を調節することによって、破裂部材18が破裂する
流体圧力を支持リング34が融ける前後の両方で正確に決
定して制御できる。
加圧流体の温度が常時は支持リング34の融点より十分に
低い用途において流体内の温度上昇が迅速に生ずると
き、支持部材26を流体圧力逃し装置10から省略すること
ができる。その代りに、拡大した支持リング34を用いて
支持リングが直接破裂部材18の環状フランジ部22と移行
接続部24に接してそれらを支持する。
流体圧力逃し装置10の動作を精密に制御することが必要
な用途では、支持部材26を用いることが破裂部材18がよ
り正確に変形するという点で好ましく、それは支持部材
26の円筒状部分28が中空体12の内壁と保持具36の底面と
支持部材26のフランジ部分30とによって形成された環状
空間内に支持リング34を事実上閉じ込める働きをするか
らである。従って、支持リング34を形成する固体材料
は、それが融けて比較的狭い環状空間38を通って流れる
に十分に流動性になる温度になるまでその空間から逃げ
ることができない。従って、加圧流体の温度が支持リン
グ34を形成する固体材料の融点を過ぎて上昇して、支持
リング34がやわらかくなるとき、その固体材料が空間38
を押通るに十分に流動性になるまで破裂部材18が変形し
ない。さらにもっと正確な制御を望む場合、特定の寸法
の一つ以上の孔を支持部材26の円筒形部分28に設けて支
持リング34の入っている空間を支持部材26の内部と通じ
させることができる。
第６図及び第７図に示した本発明の他の実施例において
は、流体圧力逃し装置50の支持構造は別置形の支持リン
グを含んでいない。流体圧力逃し装置50の中空体52は、
ねじ付の円筒形部分54とその円筒形部分54をそれに合っ
た継手の中にしめ込むための平らな側面をもった六角頭
部分56をもっている。円筒形部分54の中空内部は、六角
頭部分56に設けられた一つ以上の孔58と通じている。
ねじ付の円筒形部分54には内部深座ぐり60があり、その
中には選択された融点を有する固体材料で形成された環
状の支持面としての下部支持面63を有する支持部材62が
配置され、固体材料としての支持部材62は、深座ぐり60
の端によって形成された環状の肩65によりかかってい
る。平らな破裂部材64が中空体50のねじ付の円筒形部分
54の端に漏止め溶接されて、破裂部材64の一部分が支持
部材62によって支えられる。
本実施例において、支持部材62と環状の肩65は支持手段
を構成する。
使用時には、中空体50は、圧力容器または圧力装置に接
続されたねじ付管継手内にねじ接合され、それによって
圧力容器または圧力装置からの流体圧力が破裂部材64に
加えられて、中空体52を通って中空体にあるポートを経
て大気中に流れるのを破裂部材64によって抑止される。
破裂部材64は、中空体52の中でそれにある深座ぐり60に
よって保持された特定寸法の支持部材62によって支えら
れるとき、あらかじめ定めた破裂圧力を有する。破裂部
材64が支持部材62の支持面63によって支持されないと
き、破裂部材64は、支えられていない領域がさらに大き
くなるので、あらかじめ定めたより低い圧力で破裂す
る。従って、加圧流体の温度が支持部材62を形成する固
体材料の融点より上の値に達すると、その固体材料が融
けて破裂部材64の支持がなくなるので、破裂部材64が第
７図に示したように破裂して、圧力流体を流体圧力逃し
装置50を通して逃す。
第１図から第４図及び第６図と第７図に示す流体圧力逃
し装置の動作をさらに明瞭に例示するために以下の例を
挙げる。
例 １ 流体圧力逃し装置の適用対象が圧力逃しが400℃までの
温度において298〜326kg／cm2の範囲内の流体圧力で起
ることを必要とする。400℃より上の温度では、圧力逃
しは215〜243kg／cm2の範囲内の流体圧力で起らなけれ
ばならない。
前述の要求条件に合う第１図から第４図に示す流体圧力
逃し装置10は、5.48cmの内径と7.62cmの長さを有する中
空体12を備えている。ニッケルクローム合金で作られた
破裂部材18は、298〜326kg／cm2で破裂する3.81cmの直
径の凹凸ドーム部20を有する中空体12の入口端部14に漏
止め溶接されている。支持部材26は、3.81cmの内径のも
のであり、支持リング34は、382℃の融点を有する亜鉛
アルミニウム共晶合金で作られている。
動作についていえば、加圧流体の温度が382℃に達する
と亜鉛アルミニウム製の支持リング34が融け始める。温
度が400℃に達する時点までに、支持リング34が通路38
を通って流れるに十分に融けてしまい、破裂部材18が5.
48cmの直径に形が変る。形が変った凹凸ドーム部20は21
5〜243kg／cm2の流体圧力で破裂する。
例 ２ 流体圧力逃し装置の適用対象が92℃までの温度で約347k
gの流体圧力で圧力逃しが起ることを必要としている。9
2℃以上の温度では圧力逃しは約150kg／cm2の流体圧力
で起らなければならない。前述の要求条件に合う第６図
及び第７図に示す流体圧力逃し装置50には深座ぐり60に
おける内径が0.66cmである中空体52がある。インコネル
600合金で作られた破裂部材64が中空体52のねじ付の円
筒形部分54の端に漏止め溶接され、可溶合金共晶ハンダ
で作られた0.289cmの内径を有する支持部材62が深座ぐ
り60の内部に配置されている。支持部材62は92℃の融点
をもっている。支持リング62の融ける前に、破裂部材64
は約347kg／cm2の破裂圧力をもっている。支持リング62
が融けて破裂部材64の支持をやめたのちには、破裂部材
64の破裂圧力は約153kg／cm2になる。
上述の流体圧力逃し装置50の動作については、加圧流体
の温度が92℃に達すると、支持リング62が融けて破裂部
材64を支持するのをやめる。次いで支えのなくなった破
裂部材64は、約153kg／cm2の流体圧力で破裂する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による装置の一実施例の斜視図、 第２図は第１図の装置の平面図、 第３図は第１図に示す実施例の装置について組立ての順
序で示した若干の部品の斜視分解図、 第４図は第２図の線４−４に沿ってとった断面図、 第５図は第４図と同様であるが、部分的に動作したのち
の装置を示す図、 第６図は本発明の他の実施例の装置を部分的断面で示す
側面図、 第７図は動作後の装置を示す第６図と同様な図である。 12,52……中空体、18,64……破裂部材、 26,62……支持部材、28……円筒状部分、 30……フランジ部分、31,63……支持面、 36……保持具、65……肩。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】中空体と、 前記中空体の上流側端面に密封的に取り付けられた破裂
    部材と、 固体材料を含むと共に、前記中空体の内壁の上流側周縁
    部に隣接する前記破裂部材の環状領域を覆うように形成
    された環状の支持面を有しており、前記環状の支持面に
    より前記環状領域を支持すべく前記中空体内に保持され
    た支持手段とを備えており、前記固体材料は、加圧流体
    の温度が当該固体材料を所定の温度に加熱するレベルに
    到達した際に、前記固体材料が溶融することにより、前
    記支持手段の前記環状領域に対する支持力を喪失させる
    べく、前記所定の温度に選択された融点を有する流体圧
    力逃し装置。
  2. 【請求項２】前記破裂部材が環状移行部によって平らな
    環状フランジ部に連結された凹凸ドーム部を含んでお
    り、前記平らな環状フランジ部は前記環状の支持面によ
    って係合されている特許請求の範囲第１項に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】前記固体材料は、前記環状の支持面を有す
    る支持部材と前記中空体内に設けられた環状の肩との間
    に位置決めされた支持リングの形状になっている特許請
    求の範囲第２項に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記環状の肩は、前記中空体内にねじ接合
    によって取り付けられた円筒状の保持具によって与えら
    れている特許請求の範囲第３項に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記支持部材は、円筒状部分と当該円筒状
    部分の一端に連結された環状のフランジ部分とを備えて
    おり、当該フランジ部分は前記環状の支持面を有してい
    る特許請求の範囲第４項に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記円筒状部分は、前記円筒状の保持具か
    ら径方向に間隔をおいて配置されて、前記固体材料が溶
    融したときに前記円筒状部分と前記円筒状の保持具との
    間に規定される空間を通って流れるのを可能にする特許
    請求の範囲第５項に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記円筒状部分と前記環状のフランジ部分
    との連結部は丸くなった角を有しており、当該丸くなっ
    た角は前記破裂部材の環状移行部に重なっている特許請
    求の範囲第５項又は第６項に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記支持手段は、前記選択された融点を有
    する固体材料から形成された支持リングを備えており、
    前記支持リングの一端が前記中空体の内壁に形成された
    環状の肩に当接し、前記支持リングは当該支持リングの
    他端に形成された前記環状の支持面を有している特許請
    求の範囲第１項に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記破裂部材は、前記中空体に気密に取り
    付けられていると共に前記環状の支持面に当接する平ら
    な破裂円盤である特許請求の範囲第８項に記載の装置。
JP24567686A 1985-10-18 1986-10-17 温度応答圧力逃がしの方法とその装置 Expired - Lifetime JPH0668333B2 (ja)

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