JPH089596Y2 - 熱間等方圧加圧装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、粉末焼結合金、セラミックス等の被処理物
を、真空及び高圧ガス雰囲気の高温下で熱処理する熱間
等方圧加圧装置（以下HIP装置という）に関するもので
ある。

（従来の技術） HIP装置は、第７図に例示するように、高圧ガスを封
入する高圧容器31と上蓋32及び下蓋33とで区画される高
圧室34内に、その上部に通気開口35を備えた倒立コップ
状の断熱層36と、ヒータ37とを配設して炉室Ｆを形成
し、該炉室Ｆ内に被処理体38の載置台39を配設したもの
が一般的で、前記炉室Ｆ内に配した被処理体38に、高温
高圧の圧媒ガスを作用させて加圧処理を行うものであ
る。

そして、HIP装置の処理サイクルタイムの短縮を図る
ため、冷却時に高圧室34内に強制的に又は自然対流によ
る攪拌流を生起させて高温ガスと高圧容器31内壁及び上
蓋32との間で熱交換し、高温ガスを急速冷却させて低温
となった循環ガスを被処理体38に直接接触させて冷却を
伴う方法が開発されている。ところで、このように高温
ガスを急速冷却する際に、高温ガスと高圧容器31内壁及
び上蓋32との熱交換量が過大となり、高圧容器31内壁面
の温度が、安全許容上限値よりも高くなるという問題が
ある。

従来、第７図に示すように、高圧容器31内壁と断熱層
36間において、上蓋32に筒体40の上端を気密状に固着
し、高圧容器31と筒体40の間にガス層形成空隙41を設
け、高温ガスと高圧容器31内壁面が直接接触しないよう
にして、高圧容器31の局部過昇温を防止している（実開
昭63-83595号公報参照）。

（考案が解決しようとする課題） 上記従来技術において、筒体40を設けたガス層形成空
隙41を形成した部分の高圧容器31内壁の過昇温は防止で
きるが、この部分のガス容器熱交換量は少なく、かつこ
の筒体40を通過する間の高温ガスの温度低下は少ないた
め、筒体40がない部分の高圧容器31内壁面の過昇温を防
止できないとい問題がある。そこで、高圧容器31内壁面
の過昇温を完全に防止すべく、前記筒体40の長さを長く
することが考えられるが、長さが過大となり、逆に、ガ
ス冷却のために必要な伝熱面積を確保できなくなるなど
の問題がある。

本考案は、上述のような実状に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、高圧容器内壁の伝熱量を
その上下方向に平均化し、全体の冷却能を損なうことな
く高圧容器内壁の局所的過昇温を防止しうる熱間等方圧
加圧装置を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 本考案では、上記目的を達成するために、次の技術的
手段を講じた。

即ち、本考案は、高圧容器１と上蓋２及び下蓋３とで
区画される高圧室４内に、その上部に通気開口20を備え
た倒立コップ状の断熱層17と、該断熱層17の内側にヒー
タ18とを配設して炉室Ｆを形成し、該炉室Ｆ内に被処理
体14を配し、該被処理体14に高温高圧の圧媒ガスを作用
させて熱間等方圧加圧処理を行う装置であって、熱間静
水圧加圧処理後に、前記高温の圧媒ガスを、前記通気開
口20から前記断熱層17と高圧容器１との間に導くと共
に、下方に循環させることで、該高温の圧媒ガスを冷却
するようになし、さらに、前記上蓋２下面又は高圧容器
１内壁上部に筒体９の上端を固定している熱間等方圧加
圧装置において、 前記筒体９はその熱貫流率を下段が上段よりも大きく
なるように、形状又は材質を上下方向に変化させたこと
を特徴としている。

（作用） 本考案によれば、被処理体14の加圧処理完了後におい
て、炉室Ｆ内の高温ガスは、断熱層17の通気開口20を開
くことによって、強制又は自然循環により、通気開口20
から断熱層17と筒体９との間を矢示Ａの如く流下する。
一方、ミクロ的な径方向の流れＢが通気孔19を介して生
じ、これにより高温ガスは高圧容器１内壁と接触して熱
交換が行われた後、下部の通孔21を介して断熱層17内又
は、断熱層17の下方空間21Aを介して炉室Ｆへ循環し、
再び高温ガスとなって通気開口20からの断熱層17外へ流
出し、前述の過程を繰り返す。そして、高温ガスの高圧
容器１内壁への熱伝達量は、筒体９の熱貫流率Ｕが下方
に順次大きくなっているので、高圧容器１内壁に接触す
る高温ガスが徐々に温度降下し、結果的に高圧容器１内
壁上下方向に平均化される。したがって、高圧容器１内
壁の局所的な過昇温を防止できると共に、高圧容器１内
壁の伝熱面積を無駄なく効率的に利用でき、全体の冷却
能を損なわずに急速冷却が可能となり、処理サイクルタ
イムが短縮化される。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づき説明する。

第１図および第２図は、本考案の第１実施例を示し、
１は円筒状の高圧容器、２は上蓋、３は下蓋で、上蓋２
及び下蓋３は高圧容器１に着脱自在に取付けられ、高圧
室４が区画形成されている。

高圧容器１の外周には、冷媒通路５が設けられ、高温
ガスの急速冷却を行いうるようにしてあり、通常は冷却
水が冷媒として使用される。

上蓋２の中央には、弁体挿通孔６が設けられ、上蓋２
の下面には弁体挿通孔６の外周に、上面に冷媒通路７を
備えた上壁ライナー８が固着されており、該上壁ライナ
ー８のさらに外周の上蓋２下面には筒体９の上端が気密
状に固着され、該筒体９と高圧容器１内壁面との間にガ
ス層形成空隙10が設けられている。なお、前記弁体挿通
孔６には、棒状の弁体11が摺動可能に挿通され、該弁体
11の上端は上蓋２の上面中央に固着した弁操作シリンダ
12内に挿入され、ピストン13が固着されている。

下蓋３上には、中央に被処理体14の載置台15が設けら
れ、該載置台15の外周に断熱層支持脚16が設けられてお
り、該支持脚16上に断熱層17及びヒータ18が載設されて
いて、断熱層17の下方には支持脚16を介して炉室Ｆと通
じる空間21Aが形成されている。

前記筒体９は、気体滲透性の小さな材料からなり、そ
の下端が断熱層17の上端より下方でかつ被処理体載置台
15の上端よりも上方に位置しており、上下方向の上部約
３分の１を残してその下方周壁にミクロ的なすなわち1m
m〜2mmの通気孔19が下方に至るに従って熱貫流率Ｕが順
次大きくなるように設けられている。即ち、筒体９に設
けられる通気孔19は同一直径で、第２図に示すように、
下端に向かってその数が順次多くなっている。なお、通
気孔19は同一直径とし、その配列は、上下方向ピッチを
同一に、周方向ピッチを順次小さくすることができ、或
いは、上下方向にブロック分けし、そのブロック毎に孔
数を変えることもできる。

また、通気孔19は、その直径を下方に向かって順次大
きくすることによって、熱貫流率Ｕを順次大きくするこ
とができ、さらに、丸孔に代えて長孔とし、その大きさ
（長さ及び幅）を下方に向かって順次大きくすることも
できる。

前記断熱層17は、倒立コップ状の内層体17aと外層体1
7bと、下端開口端縁間の間隔リング17cとからなり、内
層体17aの内周壁面にヒータ18が装着されて炉室Ｆが形
成され、頂壁中央に通気開口20が設けられており、この
通気開口20は弁体11の下端によって開閉自在とされてい
る。そして、断熱層17の外層体17aの下端部外周には、
ガス循環用開口21が設けられている。

なお、断熱層17及びヒータ18は、被処理体14の収容、
取出し時には高圧室４外に取出しうるようになってい
る。

第３図は本考案の第２実施例を示し、通気孔19を有し
て熱貫流率Ｕを下方ほど大きくした筒体９の下端を容器
１の内壁に接触したものであり、又、第４図は第３実施
例を示し、筒体９を通孔を有しないステンレス板筒体9A
と金網を径方向で複数枚重ねてなるメッシュが小さな筒
体9Bおよびメッシュが大きな筒体9Cで構成して、容器内
壁に接触させて設けたものである。

第６図は本考案の第４実施例を示し、断熱層17の頂部
に通気開口20を形成し、この通孔20を弁体11で開閉自在
とするとともに、断熱層17の下方に炉室Ｆと通じる空間
21Aを形成してHIP処理後の冷却過程でガスの対流を行う
ようにしたものであり、その他の構成は既述の第１〜３
実施例を共通するので共通部分は共通符号で示してい
る。

上記第１〜４実施例のいずれにおいても、ガス→筒体
→容器内壁を通る伝熱についての熱貫流率Ｕの値を容器
１の下部に行く程増加させている。

ここにおいて、Ｕは次の様に表される。

（１） 筒体９と容器内壁の間に空間10が有る場合 Ｕ＝1/（1/ag＋1/as＋1/at） ag:ガス熱伝達率（ガス→筒体） as:筒体の伝熱コンダクタンス at:筒体〜容器壁の熱コンダクタンス（対流熱伝導によ
る） （２） 筒体９が容器内壁に接触している場合 Ｕ＝1/（1/ag＋1/as＋1/ac） ag:ガス熱伝達率（ガス→筒体） as:筒体の伝熱コンダクタンス ac:筒体〜容器壁の接触熱コンダクタンス 上式でagは主にガス流速で決まり、流速が大きい程ag
は大きい。そこでas,at,acを筒体の形状、材質を変えて
適当な値となる様にし、容器下方向へＵ値が漸次増加す
る様にする。

たとえば、atは筒体９と容器壁の対流伝熱によるもの
であるから、盲板の筒体の代わりにパンチメタルの様な
開孔をもつ板による筒体とすれば、この開孔を通るミク
ロな流れにより、隙間の対流が乱されるのでatは大きく
できる。

上記実施例において、HIP処理するときは、開閉弁体1
1により断熱層17の通気開口20を閉じた状態で従来既知
の手法によって行われるが、HIP処理後、冷却するに際
して、まず弁体11をその操作シリンダ12を作動させて上
昇させ、断熱層17の通気開口20を開くと、第１実施例で
は熱せられ軽くなった高温ガスは断熱層17内を上昇して
開口20を通じて断熱層17の外部に流出し、第１図に矢印
Ａで示すように流れ、開口21から断熱層17内に流入し対
流循環する。

一方、第６図に示した第４実施例では炉室Ｆ内の高温
ガスは開口20から断熱層17の外部に流出し、冷却される
ことで重くなって断熱層17の下方の空間21Aを介して炉
室Ｆに流入し対流循環する。

即ち、いずれの実施例においても通気開口20から断熱
層17外に出た高温ガスは、上蓋２の上壁ライナー８に接
触して熱交換した後、断熱層17と筒体９の間を通って流
下する。

一方、熱貫流率Ｕが上部より下方程大きな筒体９と高
圧容器１間の伝熱によって、冷媒によって冷却されてい
る高圧容器１内壁に接触して、上下方向全高にわたって
熱交換が平均的に行われ、第１実施例ではガス循環用開
口21から断熱層17内に至り、再び通気開口20を通って循
環され、第４実施例では空間21Aを介して炉室Ｆに循環
される。このようにして、高温ガスは、熱貫流率が下方
に向かって順次大きくされた筒体９の存在によって、高
圧容器１内壁が冷却され温度降下するが、高圧容器１内
壁への伝熱量の分布は第５図に実線で示すように、上下
方向に平均化され、局所的に過昇温させることなく、伝
熱面積を有効に利用して、全体の冷却能を損なわずに、
急速冷却を効率的に行い、処理サイクルタイムの短縮が
図られる。なお、第５図において、点線は筒体９を設け
ない場合の、一点鎖線は従来例の盲板よりなる筒体を設
けた場合の伝熱量分布を示している。

上記実施例において、ガス循環を自然対流により行っ
ているが、ファン等を採用して強制循環させることがで
きる。

また、筒体９の熱貫流率に変化をもたせる手段とし
て、材質の異なるもの例えば、金属網を採用して、その
メッシュを下段が順次又はブロック毎に大きく（網目数
を少なく）なるようにすることができる。

本考案は、上記実施例に限定されるものではなく、例
えば、筒体９は高圧容器１の上部内壁面に固定すること
ができ、さらに高圧容器１の内壁面側に上蓋２と同様に
冷却用ライナーを設けることができる。

（考案の効果） 本考案にかかるHIP装置は、上述のように、高圧容器
１と断熱層17との間に筒体19を設け、該筒体９の熱貫流
率を下段が上段よりも大きくなるように、形状又は材質
を上下方向に変化させたものであるから、ガス→筒体９
→高圧容器１内壁面の熱貫流率が、高圧容器１の上下方
向の下方程大きく、高温ガスの高圧容器１への熱伝達量
は上下方向に平均化され、高圧容器１内壁を局所的に過
昇温させることなく、高温ガスを断熱層17内側の炉室Ｆ
内外を循環させて全体の冷却能を損なうことなく急速冷
却させることができ、処理サイクルタイムの短縮を図
り、HIP処理効率を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本考案の実施例を示すもので、第１図
は第１実施例の中央縦断面図、第２図は同筒体の正面
図、第３図は第２実施例の要部断面図、第４図は第３実
施例の要部断面図、第５図は高圧容器内壁へのガス伝熱
量分布図、第６図は第４実施例の中央縦断面図、第７図
は従来例の中央縦断面図である。 １……高圧容器、２……上蓋、３……下蓋、４……高圧
室、９……筒体、14……被処理体、17……断熱層、18…
…ヒータ、19……通気孔、20……通気開口、Ｆ……炉
室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｂ 17/00 ３０１ Ｚ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧容器（１）と上蓋（２）及び下蓋
   （３）とで区画される高圧室（４）内に、その上部に通
   気開口（20）を備えた倒立コップ状の断熱層（17）と、
   該断熱層（17）の内側にヒータ（18）とを配設して炉室
   （Ｆ）を形成し、該炉室（Ｆ）内に被処理体（14）を配
   し、該被処理体（14）に高温高圧の圧媒ガスを作用させ
   て熱間等方圧加圧処理を行う装置であって、熱間等方圧
   加圧処理後に、前記高温の圧媒ガスを、前記通気開口
   （20）から前記断熱層（17）と高圧容器（１）との間に
   導くと共に、下方に循環させることで、該高温の圧媒ガ
   スを冷却するようになし、さらに、前記上蓋（２）下面
   又は高圧容器（１）内壁上部に筒体（９）の上端を固定
   している熱間等方圧加圧装置において、 前記筒体（９）はその熱貫流率Ｕを下段が上段よりも大
   きくなるように、形状又は材質を上下方向に変化させた
   ことを特徴とする熱間等方圧加圧装置。