JPS6046314B2 - 高圧受容体ならびにその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高圧力がかかる側を断熱する高圧容器、高圧
バイブ、高圧構造体等の高圧受容体に関し、特に薄肉の
内壁と断熱性物質を密封する開口を有する外殻を備えた
高圧受容体とその製造方法に関するものである。

低温技術においては、たとえばデユワーびんと言われて
いるような、真空による断熱法がすでに以前より知られ
ている。

この方法は対流による熱移動をなくすという考えに基づ
くものである。それと同時に熱伝導による熱移動も減少
せしめられるので、熱はふく射によつてのみ伝えられる
。これを減少させるために一般には、両者の間でふく射
による熱移動のある物体の表面に反射被膜を施したり、
ふく射率の小さい箔を置いてふく射を減少せしめられる
。米国特許第１０７１８１７号明細書では耐圧性の外筒
を有する耐圧容器が知られている。

外筒と容器の間の空間は所期の断熱ができるように排気
される。さらに外筒と容器の間の空間には、外筒から放
散したり、漏えいによつて侵入する気体分子を吸収して
真空を長く維持するために、細かく砕いた粉末状の吸収
性のよい材料が充填される。充填材としては高純度のＳ
ｉＯ２または粉末状炭素が推奨されている。米国特許第
２０００８８汚明細書ならびに米国特許第２８６３５８
４号明細書では、外壁とのすき間が支持具によつて保持
された２重壁の容器が知られている。

壁と壁の間の空間には粉末状多孔質の充填材、たとえば
珪そう土が充填されている。充填空．間の内部に設置さ
れた配管は、充填空間の排気のために用いられる。壁に
作用する大気圧は支持具によつて受けとめられる。この
ような支持具や排気管は熱の橋渡しをする役目を果すの
で、高温用には役立たない。米国特許第２１０８２１？
明細書によると、米国特許第１０７１８１７号明細書の
ごとき２重壁容器に粉末状の炭素を充填することは、こ
の材料がとくに吸湿性か高く、湿気を取り除くために充
填過程において同時に加熱しない限り良好な断熱性が維
持されないために、役に立たないことが明らかである。

それだけでなく米国特許第２１０８２Ｐ号明細書におい
ては、粉末状炭素を練炭のようにしたり、あるいは板状
にブレスし、また両壁の間に排気可能な外殼ないしは排
気可能な２重壁容器を設置して、それによつて強度を高
めるように壁を支える試みを行なつている。

その際、粉末状炭素を機械的に圧縮することは、材料を
固めるために断熱性を低下させる結果をもたらすことは
明らかである。また、炭素を粉末状にして可撓性のある
薄い中空の外殼の間に充填して間隔保持の役目をさせる
場合にも同様の結果をもたらす。そのため支持具による
欠点は除かれるが、一比較的断熱性のよくない一炭素粉
末を練炭状の充填板による方法にも見込みはない。さら
に、可撓性の外殻壁の間に充填した炭素粉末は、排気後
大気圧によつて強く圧縮され、個々の粉末粒子が塊とな
つて、その物体の熱伝導率が比較的大きくなるため望ま
しくない。自己成形性の断熱材の場合に、炭素粉末を使
用する場合に生ずる欠点を除くために米国特許第２１０
８２１鰐明細書においては、個々の粒子の接触が最小に
なるために炭素内部での物体の熱伝導率が小さくなるよ
うに、また心配される炭素粒子の凝集も確実に防げるよ
うに、炭素粉末を充填前に圧縮して粒状化することが提
案されている。同時に炭素材の比較的表面積が大きい特
性、すなわち良好な吸収性はなお保持される。さらに粒
子は外殼壁の間隔を確実に保持する。炭素粒子を充填す
る自己成形性の断熱板材の欠点は、粒子化のために要す
る費用が高いこと、高圧下でのこのような板材または断
熱材の使用が、個々の粒子が割れたり外圧の作用で固く
なるために不可能なことである。米国特許第２１６４２
４３号明細書では自己成形性すなわち支持具なしに成形
され、粉末状の多孔質材料、たとえば炭素や珪そう土で
充填され、その後排気される、可撓性のある薄い外殻か
らなる断熱材の製作法が知られている。

この方法によると薄い可撓性の材料からなる外殻に粉末
状多孔質の材料が充填されるが、その際外殼は支持型の
中に入れられ、充填材料が外殻に機械的圧力を及ぼすよ
うに充填材料が外殼内で圧縮され、その後外殻を密封し
てガスを抜くと、充填材料が及ぼす機械的圧力が外部の
大気圧とつり合うように働く。この周知の製作方法、す
なわち、断熱材料を充填する際に適度に圧縮することに
よつて寸法の正確な断熱材を製作する方法は、内側から
外殼に作用する圧縮圧力と外側からの大気圧とのつり合
いが必要なため、外側から大圧の作用するような断熱材
についてのみ目的に合つている。さらに、この方法で製
作した断熱材は充填空間の内部に排気管を有するため、
それが熱の橋渡しをすることになり高温領域て使用する
には適さない。西ドイツ特許２６１５２的号明細書では
、高圧、高温で使用するための、同様に、薄い可撓性の
箔またはブリキ板でつくつた外殼と、外殼の内部に間隔
保持のために入れる断熱材料からなる、真空断熱材が提
案されている。

断熱材料としてはガラスウールが提案されている。ガラ
スウールの繊維は比較的硬く、排気後も通常は点接触し
ているため、２本の繊維の交点での熱抵抗は大きく、断
熱材を通しての熱伝導は所期の小さい値になる。このよ
うな断熱材の熱伝導率λはよく知られた硬い発泡材やガ
ラス繊維あるいは鉱物繊維の板より約１αｇも小さい。
西ドイツ特許第２６１５２９丹明細書において周知の真
空断熱材は、ガラスウールそれ自体の吸収性がよくない
ため、充填空間に吸収材を入れて長時間かけて最終圧１
０−１Ｔ０ｒｒ′程度まで真空にしなければならないと
いう欠点をもつ。吸収材を入れることで耐用年数は３＠
以下になる。さらに４００℃以上でガラス繊維は焼け固
まるため、熱伝導率が大きくなつて望ましくない。ガラ
スウールの充填密度は非常に小さく一体積の１０％程度
の充填率一配例が不規則であるため、ガラスウールは可
逆的に押し固められており、圧力除荷後は負荷のない状
態に再び戻る。圧力が変化する場合に断熱材は、ガラス
ウールおよび外殻の損傷の原因となるような、種々の、
個々には予想できないような微視的な変形をうける。本
発明の課題は、非常に熱伝導率が小さく、耐用年数が非
常に長く、簡単て安価で比較的寸法を正確に製作するこ
とができ、高温、高圧で使用した際にも支障が生じない
ような、高圧受容体の構造とその製造方法に関するもの
である。

このため、本発明は高圧力がかかる側を断熱した高圧受
容体として、高剛性の外壁と、該外壁と外殻を形成する
ように外壁より薄肉にして外壁から内側に間隙をおいて
半径方向に配置される変形可能な内壁と、上記外壁と内
壁の間隙内に充填した気孔を有して不規則な形状を持つ
粉状粒子からなる断熱性物質とからなり、上記間隙内に
充填した断熱性物質を加熱すると共に、上記間隙内を真
空に保持させ乍ら上記断熱性物質を間隙内に密封した状
態で、該間隙内に充填した断熱性物質を正圧縮させるよ
うに、上記内壁を外壁の方へ半径方向に不規則に変形さ
せてなる構造の高圧受容体を新規に創作したものである
。

また、本発明は、上記の如き高圧力がかかる側を断熱す
る高圧受容体の製造方法として、高剛性の外壁と、該外
壁より薄肉にして外壁から内側に間隙をおいて半径方向
に配置される変形可能な内壁とを持つ外殼を形成し、気
孔を有して不規則な形状を持つ粉状粒子からなる断熱性
物質を上記外壁と内壁の間隙内に充填し、上記間隙に外
殼に形成した開口から真空を導入し、上記間隙内に充填
した断熱性物質を加熱し、上記外殻の開口を上記間隙内
の真空を保持させ乍ら密封し、上記外殼の開口を密封し
たままで、上記間隙内に充填した断熱性物質を正圧縮さ
せるように、上記内壁を外壁の方へ半径方向に不規則に
変形させるようにした高圧受容体の製造方法を新規に提
供したものてある。

本発明の高圧受容体の構造は、断熱性物質が気孔をもち
、かつ不規則な形状の粉状粒子よりなり、外殼を密封し
た後高圧て押し固められることを特徴としている。

本発明の長所は断熱性物質の粉状粒子が、その形状が不
規則なために小さい接触面積で重なり合しい、粉状粒子
の間には十分に数が多く、また十分小さい空間が形成さ
れ、断熱性物質からの空気の排除が排気管なしに可能で
ある点にある。

それによつて充填空間内の不均質性、したがつて熱伝導
のよい部分は除かれ、非常に均質な熱絶縁性すなｉわち
断熱性をもつことになる。とくに、本発明において使用
される断熱性物質は、外殻を排気して封じた後に外部か
ら圧縮しても、断熱性を著しく損ねることがないのは明
らかである。

圧縮は数百バール（Ｂａｒ）の圧力で行なフわれ、可撓
性のある外殼が非可逆的に変形される。本発明の根本的
な特徴は、気孔のある粉状断熱材料の適切な選定と、粉
状粒子の適当な不規則形状にある。

それによつて粉状粒子の接触をわずかにし、同時に外部
からの所期の圧力で断熱性物質が押し固められても、粉
状粒子の充填密度や形状が余りかわらない。断熱性物質
は気孔のために非常に大きい表面積を有するので、非常
に長期間にわたつて真空中の残留ガスを吸収するのに効
果をもち、そのため吸収材を追加することなしに１０咋
以上もの長い期間耐用可能である。

本発明による断熱性物質の構造は、数百バール（Ｂａｒ
）程度の高圧まで、および約１０００℃の高温まて確実
に耐え、とくに石炭ガス化、石炭液化あるいは石炭だき
原動所の流動床燃焼に応用される。

本発明の断熱性物質の構造の特徴は、外殼に開口が設け
られ、そこから断熱性物質を充填し、充填後上記開口は
外殼内の排気のために使用される。

本発明の断熱性物質の材料としては、熱伝導率が小さく
、外部に開いた毛細管状の気孔を有し、個々の粒子が極
めて不規則な、たとえば星形や槍形、球形等の構造を有
する、粉末状の天然または人工の珪そう土が用いられる
。

このような断熱性物質の粒子径は１〜約１００ミクロン
の範囲にあり、その気孔の寸法はミクロン以下である。
このような断熱性物質は、良質の断熱材料を適当な価格
で製作するために必要とされる耐久性と寸法精度の点で
すべての特質を備えている。粉末状珪そう土の剛性と形
状は非可逆的な押し固めを可能とし、それによつて周縁
部に補強を入れたり、周囲を高い圧力で囲むことなしに
そのままで、寸法精度がよく表面が滑らかな断熱材料を
つくることができる。毛細管状の気孔のため長時間にわ
たつて吸収性が非常によい。さらに、排気し、珪そう土
を充填した断熱材料においては、圧力が約１０Ｔ０ｒｒ
の場合、残留ガスの平均自由行程が気孔，の幅の範囲に
なるので、約１０トール（ＴＯｒｒ）以上では熱伝導率
が著しく増大することになる。

初期圧力２．７ｘ１０−３１ｎｂａｒで始めた３ケ月以
上の期間にわたる実験の結果を外挿すると、上限圧力１
０トール（ＴＯｒｒ）に達する寿命は１８０師であつた
。本発明による構造の場合は熱伝導率λは外圧が数十バ
ール（Ｂａｒ）（１ａｔｍ）のとき１０−３ｗａｔｔ／
ＭＯＫのオーダーであり、外圧が相当高くなつた場合で
も最大て１０％増加する程度である。本発明の断熱性物
質の材料は珪そう土は８０Ｗｔ％以上にもなるＳｉＯ２
を含有する。

さらに都合のよいことに、Ｆｅ２Ｏ３は５〜１５Ｗｔ％
、Ａｅ２Ｏ３は５Ｗｔ％以下、ＣａＯは２ｗｔ％以下の
含有率である。さらに珪そう＋にはＫ２Ｏ，ＭｇＯの含
有も認められる。かかる構成の珪そう土により、とくに
本発明の特色が発揮される。粉状粒子の多孔質断熱性物
質、とくに珪そう土の成形性がよいため、本発明に示す
構造は、たとフえば、箔または薄板よりなる真空に対し
て気密な外殼に、気密性があり密封可能な孔が取付けら
れ、そこから粉状粒子の多孔質断熱性物質を充填して製
作することができる。

断熱性物質は充填前または充填中および／または充填後
ガス抜きのた７め加熱され、充填中および／または充填
後、外殼は排気され、最後に真空にして密封される。本
発明に示す方法によると、外殻を密封した後は外殼の少
なくとも一部分に所定の高い圧力が外側から加えられ、
その部分は非可逆的に変形して最終形ノ状になる。この
押し固めによつて最終形状の生産品が得られる。押し固
めの際の圧力は、少なくとも、このようにして作られる
構造物に負荷される。所定の作動圧力に等しいので、作
動中に構造物は何らの変形もしないし、また外殻が損傷
をうけるようなこともない。その際注目すべきことに、
数百バール（Ｂａｒ）までの押し固めでは熱伝導率が著
しく増大するようなこともないことがわかつた。この他
に、充填の際または充填後に高圧受容体を、ほぼ大気圧
が望ましいが、はじめに与えられた圧力で予圧しておく
ことも可能である。

その後高圧受容体は排気され気密される。さらに一定の
、外側から外殻の一部に作用する２回目の圧力によつて
押し固められ、外殻のその部分が非可逆的な冷間変形を
うける。予圧および／または排気の前、その間またはそ
の後に、外殻および充填された断熱性物質が加熱される
。この方法は、たとえば管壁が外殼の一部を構成するよ
うな、断熱管の製作に適用される。外殻の他の部分は、
たとえば、管外殻から一定の間隔を保ち、該外壁内に気
密を保つようにして外殼と接合した、薄板よりなる内壁
て構成される。内壁と外壁との間には断熱性物質が充填
され、押し固められた後排気される。最後に外殼の内部
空間は高圧の流体て満たされる。それによつて内壁に拡
げられ、わずかではあるが非可逆的に内径が増加し、同
時に断熱性物質は都合よく押し固められる。以下では本
発明の実施態様例について図を参照して説明する。

第１図および第２図は、継ぎ目で重ねて置くことができ
るように、端部６の厚さを薄くした、薄い箔または薄板
でつくられた外殼２からなる板状の断熱構造体１を示す
。

外殻２の薄板３の周縁部４は漏えいのないように接合さ
れている。この接合は、たとえば電気ビーム溶接、鍛接
、その他の適当な溶接あるいはろう付法で行なうことが
可能である。外殼２の適当な位置、たとえば外側表面ま
たは内側表面の周辺部に、適当な方法で真空密封の可能
な、断熱性物質１０の充填のために使用される開孔８が
設けられている。断熱性物質は適当な粒径、形状の多孔
質性の粉末珪そう土よりなる。排気孔を形成する開孔８
の下には、通気性のある多孔質マット９が置かれてあり
、その気孔径が小さいため下の珪そう土１０が真空ポン
プに漏れ出ることはない。

外殼２を密封した後、珪そう土は適当な高圧で外側から
押し固められる。

第３図は、厚い、剛性のある材料でできた管１２の内面
に装着して適当に熱絶縁する、本発明による管状の断熱
構造体１を示す。

外殼２の一つの壁はステンレス鋼の薄板３でつくられ、
管１２の内面も外殼の一部分になるように、管端面では
、たとえば、溶接継手４によつて管１２の内側に溶接さ
れる。構造、組成および粒径の適当な珪そう土１０は、
薄板３と管１２の間に充填される。管の端面にはフラン
ジ１４があり、その間にパッキン１６が詰められている
。２つの管端面の継目では、断熱性物質ができるだけ接
近するようにつくられている。

場合によつては、隣接した断熱性物質の間の空間は、適
当に断熱性物質１８で内張りされる。外殼２の排気をし
て密封した後、断熱された管１２の内部の自由空間には
流体、たとえば液体が導入され、所期の圧力が加えられ
る。

液圧は外殼２の内壁の薄板３を半径方向外側に押し、そ
のとき外殼に充填された断熱性物質１０を押し固める。
このときの液体内の圧力は、内壁の薄板３が非可逆的に
変形し、小なくとも所期の、後の作動圧力に達するまで
上げられる。その際厚い、剛性材料でできた外側の管１
２には、内側から作用する半径方向の力が負荷される。
外側の管１２の周囲の補強は必要でない。第４図は外側
に断熱性物質を有する管１２を示す。

断熱性物質は、全面を囲つた薄板３からなる外殼２を有
する。外殼２の内部には、適当な形状と粒径の粉末珪そ
う土が充填され、場合によつて押し固められ、その後加
熱され、排気されている。管端部にはフランジ１４が取
付けられ、フランジの周辺は岩綿断熱材で覆われている
。岩面断熱材２０は断熱性物質の外殼２と一定の長さに
わたつて重ねられている。外殼２を密封した後、外殼２
には所定の圧力が加えられ、外殼２が最終形状まで変形
すぐとともに珪そう土１０が押し固められる。本構造物
には、それを多数並べて互いに溶接で継ぐことが可能な
ように、周辺を溶接可能な縁を備えることもできる。

それによつて、さらに大きい容器に、耐圧、熱絶縁性の
ある内張りを施工することも可能となる。上記実施例に
詳記した如く、本発明は、変圧容器、高圧バイブ等の高
圧受容体の製造方法として、高剛性の外壁と、該外壁よ
り薄肉にして外壁から内側に間隙をおいて半径方向に配
置される変形可能な内壁とを持つ外殼を形成し、気孔を
有して不規則な形状を持つ粉状粒子からなる断熱性物質
を上記外壁と内壁の間隙内に充填し、上記間隙・に外殼
に形成した開口から真空を導入し、上記間隙内に充填し
た断熱性物質を加熱し、上記外殼の開口を上記間隙内の
真空を保持させ乍ら密封し、上記外殻の開口を密封した
ままで、上記間隙内に充填した断熱性物質を正圧縮させ
るように、上記・内壁を外壁の方へ半径方向に不規則に
変形させるようにした方法を用いて、高圧力がかかる側
を断熱した高圧受容体として、高剛性の外壁と、該外壁
と外殼を形成するように外壁より薄肉にして外壁から内
側に間隙をおいて半径方向に配置されるノ変形可能な内
壁と、上記外壁と内壁の間隙内に充填した気孔を有して
不規則な形状を持つ粉状粒子からなる断熱性物質とから
なり、上記間隙内に充填した断熱性物質を加熱すると共
に、上記間隙内を真空に保持させ乍ら上記断熱性物質も
間隙内に密封した状態で、該間隙内に充填した断熱性物
質を正圧縮させるように、上記内壁を外壁の方へ半径方
向に不規則に変形させてなる高圧受容体を創作したもの
である。

したがつて、本発明にかかる高圧容器、高圧バイブ等の
高圧受容体の構造は真空に対して気密性があり密封可能
な、外殼の内外壁の間隔を保つ役目をもつ断熱性物質を
充填するための開口を有する、少なくとも一部分の厚さ
を薄くした、真空に対して気密性のある外殼を含み、断
熱性物質を充填の後外殻から排気し、真空にして密封す
るものにして、断熱材の材料が気孔をもつ不規則な形状
の粉状粒子よりなり、外殼を密封した後高圧て押し固め
られるようにし、かつこのような高圧受容体の製造方法
として、真空に対して気密性のある外殼に粉末状の多孔
質断熱性物質が充填され、該充填中および／または充填
後ガス抜きのために断熱性物質が加熱され、充填の終つ
た外殼から排気して真空で密封の該外殼の少なくとも一
部分に所定の高い圧力が加えられ、そのため外殼の少な
くとも一部分が非可逆的に変形させられるようにしたた
めで、簡単な構成で所期の目的を達成することができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による平板状の高圧受容体の平面図、第
２図は第１図の線分１１−１１の断面図、第３図は本発
明による断熱性物質を管の内側に装着した管状の高圧受
容体の拡大断面図、第４図は本発明による断熱性物質を
管の外側に装着した管状の管圧受容体の拡大断面図であ
る。 １・・・高圧受容体、２・・・外殼、３・・・薄板、４
・・・継手、８・・・孔、１０・・・珪そう土、１２・
・・管、１４・・フランジ、１６・・・バッキング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧力がかかる側を断熱する高圧受容体の製造方法
   にして、高剛性の外壁と、該外壁より薄肉にして外壁か
   ら内側に間隙をおいて半径方向に配置される変形可能な
   内壁とを持つ格殻を形成し、気孔を有して不規則な形状
   を持つ粉状粒子からなる断熱性物質を上記外壁と内壁の
   間隙内に充填し、上記間隙に外殻に形成した開口から真
   空を導入し、上記間隙内に充填した断熱性物質を加熱し
   、上記外殻の開口を上記間隙内の真空を保持させ乍ら密
   封し、上記外殻の開口を密封したままで、上記間隙内に
   充填した断熱性物質を正圧縮させるように、上記内壁を
   外壁の方へ半径方向に不規則に変形させるようにしたこ
   とを特徴とする高圧受容体の製造方法。 ２ 上記特許請求の範囲第１項に記載の方法にして、上
   記内壁の変形工程は、圧力流体を用いて上記内壁を外壁
   の方へ半径方向に不規則に変形させるようにしたことを
   特徴とするもの。 ３ 上記特許請求の範囲第２項に記載の方法にして、上
   記内壁の変形は外殻内を流れる流体の圧力を用いて変形
   させるようにしたことを特徴とするもの。 ４ 上記特許請求の範囲第１項乃至第３項のいづれかに
   記載の方法にして、上記内壁の変形工程は、数百バール
   （Ｂａｒ）の圧力流体を用いて上記内壁を外壁の方へ半
   径方向に不規則に変形させるようにしたことを特徴とす
   るもの。 ５ 高圧力がかかる側を断熱した高圧受容体にして、高
   剛性の外壁と、該外壁と外殻を形成するように外壁より
   薄肉にして外壁から内側に間隙をおいて半径方向に配置
   される変形可能な内壁と、上記外壁と内壁の間隙内に充
   填した気孔を有して不規則な形状を持つ粉状粒子からな
   る断熱性物質とからなり、上記間隙内に充填した断熱性
   物質を加熱すると共に、上記間隙内を真空に保持させ乍
   ら上記断熱性物質も間隙内に密封した状態で、該間隙内
   に充填した断熱性物質を正圧縮させるように、上記内壁
   を外壁の方へ半径方向に不規則に変形させてなることを
   特徴とする高圧受容体。 ６ 上記特許請求の範囲第５項に記載の高圧受容体にし
   て、上記外殻はパイプからなり、上記内壁は上記パイプ
   の各端に密封した状態で設けられ、かつ上記間隙内の真
   空は、該間隙内の断熱性物質を加熱することによつて得
   られる乾きガスと水分のない真空で形成されることを特
   徴とする高圧受容体。 ７ 上記特許請求の範囲第５項または第６項に記載の高
   圧受容体にして、上記内壁はステンレス鋼板であること
   を特徴とする高圧受容体。