KR101352180B1

KR101352180B1 - 압력 용기

Info

Publication number: KR101352180B1
Application number: KR1020110105226A
Authority: KR
Inventors: 스스무 데라다; 다쯔오 니시하라; 유끼히로 후까다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2014-01-15
Also published as: JP2012087813A; ITMI20111862A1; CN102563061B; JP5241794B2; CN102563061A; US20120091152A1; US8720735B2; KR20120039490A

Abstract

본체부와, 본체부의 내측면에 대하여 경사진 경사축을 따라서 본체부로부터 돌출되는 경사 노즐을 구비하고, 본체부 및 경사 노즐에는, 경사축을 따라서 본체부 및 경사 노즐을 관통하는 원형의 관통 구멍이 형성되고, 본체부의 내측면과 관통 구멍을 둘러싸는 면의 교차 부분에는, 전체 둘레에 걸쳐 라운딩부가 형성되고, 본체부(5)의 내측면을 당해 내측면과 직교하는 방향으로 보았을 때에 대략 타원형으로 나타나는 관통 구멍의 내측 개구부 중 장축 방향의 2군데에 위치하는 라운딩부의 반경은, 단축 방향의 2군데에 위치하는 라운딩부의 반경보다도 작고, 또한, 라운딩부의 반경은, 장축 방향에 위치하는 라운딩부로부터 단축 방향에 위치하는 라운딩부까지 연속해서 증가한다.

Description

압력 용기 {PRESSURE VESSEL}

본 발명은 높은 압력 조건 하에서 사용되는 압력 용기에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어, 석유 화학 플랜트용 압력 용기나 원자로 압력 용기와 같이, 높은 운전 압력에 견딜 수 있도록 설계된 압력 용기가 알려져 있다.

일본공개실용신안 평6-49898호 공보에 기재된 압력 용기는, 용기 본체와, 이 용기 본체의 내측면에 대하여 수직인 방향을 따라서 용기 본체로부터 돌출되는 노즐을 갖는다. 이 압력 용기에서는, 상기 용기 본체의 내측면에 수직인 방향을 따라서 용기 본체 및 노즐을 관통하는 원형의 관통 구멍이 형성되어 있다.

또한, 다른 압력 용기로서, 용기 본체의 내측면에 대하여 경사진 방향을 따라서 용기 본체로부터 돌출되는 경사 노즐을 갖는 것이 알려져 있다. 여기서, 경사 노즐이란, 용기 본체의 내측면에 대하여 수직이 아닌 방향으로 연장 설치된 노즐이다. 이 압력 용기에서는, 상기 용기 본체의 내측면에 대하여 경사진 방향(경사 노즐이 용기 본체로부터 돌출되는 방향)을 따라서 용기 본체 및 노즐을 관통하는 원형의 관통 구멍이 형성되어 있다.

여기서, 소정의 압력 조건 하에서 압력 용기에 발생하는 피크 응력은, 용기 본체의 내측면에 수직으로 노즐을 설치한 상기 실용 신안 공보에 기재된 압력 용기보다도, 경사 노즐을 갖는 압력 용기의 쪽이 크다. 구체적으로, 경사 노즐을 갖는 압력 용기에서는, 관통 구멍이 경사져 형성되어 있는 것에 수반하여, 당해 관통 구멍을 둘러싸는 면과 용기 본체의 내측면의 교차 부분 중 둘레 방향의 일부에 용기 본체의 두께가 극단적으로 적은 부분(예각 부분)이 형성되고, 이 부분에 응력이 집중된다. 따라서, 경사 노즐을 설치한 경우의 피크 압력은, 용기 본체의 내측면에 대하여 수직으로 노즐을 설치한 압력 용기보다도 커진다.

그리고, 경사 노즐을 갖는 종래의 압력 용기에서는, 용기 본체의 두께를 크게 하거나, 또는, 경사 노즐을 대폭으로 보강함으로써, 압력 용기에 발생하는 피크 응력의 저감을 도모하고 있다.

그러나, 용기 본체의 두께를 크게 하거나, 또는 경사 노즐을 대폭으로 보강하는 것은, 압력 용기를 구성하기 위한 재료를 증대시키기 때문에, 대폭적인 비용 상승의 요인으로 된다.

본 발명의 목적은, 경사 노즐을 갖는 압력 용기에 대해서 대폭적인 비용 상승을 수반하는 일 없이, 피크 응력을 저감하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 압력 용기이며, 용기 본체와, 상기 용기 본체의 내측면에 대하여 경사진 경사축을 따라서 상기 용기 본체로부터 돌출되는 경사 노즐을 구비하고, 상기 용기 본체 및 상기 경사 노즐에는, 상기 경사축을 따라서 상기 용기 본체 및 상기 경사 노즐을 관통하는 원형의 관통 구멍이 형성되고, 상기 용기 본체의 내측면과 상기 관통 구멍을 둘러싸는 면의 교차 부분에는, 전체 둘레에 걸쳐 라운딩부가 형성되고, 상기 용기 본체의 내측면을 당해 내측면과 직교하는 방향으로 보았을 때에 대략 타원형으로 나타나는 상기 관통 구멍의 내측 개구부 중 장축 방향의 2군데에 각각 위치하는 라운딩부의 반경은, 상기 내측 개구부 중 단축 방향의 2군데에 각각 위치하는 라운딩부의 반경보다도 작고, 또한, 상기 라운딩부의 반경은, 상기 내측 개구부의 둘레 방향에 있어서, 상기 장축 방향에 위치하는 라운딩부로부터 상기 단축 방향에 위치하는 라운딩부까지 연속해서 증가한다.

본 발명에 따르면, 장축 방향에 위치하는 라운딩부의 반경이 단축 방향에 위치하는 반경보다도 작고, 또한, 라운딩부의 반경이 장축 방향 위치로부터 단축 방향 위치까지 연속해서 증가하기 때문에, 용기 본체의 내측면을 당해 내측면과 직교하는 방향으로 보았을 때에 있어서의 관통 구멍의 내측 개구부의 형상을 대략 타원형으로부터 원형으로 근접할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 이하의 이유에 의해, 대폭적인 비용 상승을 수반하는 일 없이, 피크 응력을 저감할 수 있다.

일반적으로, 타원형의 구멍이 형성된 평판에 대해, 당해 평판의 표면을 따른 힘(인장력)이 가해진 경우, 평판에 발생하는 응력은, 타원형의 장축 방향의 2군데에 집중하는 것이 알려져 있다. 여기서, 구멍의 형태를 타원형으로부터 원형에 근접하면, 평판에 발생하는 응력이 타원형의 단축 방향으로도 분산되므로, 피크 응력은 작아진다. 그리고, 본 발명에서는, 라운딩부의 반경을 조정함으로써, 관통 구멍의 내측 개구부의 형상을 대략 타원형으로부터 원형에 근접할 수 있으므로, 장축 방향의 개소에 집중하였던 응력을 단축 방향으로 분산시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 『용기 본체의 내측면에 대하여 경사진 경사축』이란, 용기 본체의 내측면에 대하여 수직인 축을 제외하는 취지이다. 여기서, 『용기 본체의 내측면』이 곡면인 경우, 『경사축』은, 상기 곡면상의 특정한 점에 접촉하는 면에 대하여 경사지고, 또한, 상기 특정한 점을 통과하는 축을 의미한다.

상기 압력 용기에 있어서, 상기 라운딩부의 반경은, 장축 방향에 위치하는 2군데의 라운딩부 중 한쪽의 라운딩부와 상기 단축 방향에 위치하는 2군데의 라운딩부 사이의 범위에 있어서, 상기 대략 타원형의 중심과 상기 한쪽의 라운딩부를 연결하는 선분을 기준으로 하여, 상기 한쪽의 라운딩부 이외의 부분의 라운딩부와 상기 중심을 연결하는 선분의 상기 중심 주위의 각도의 크기에 비례하여 증가하는 것이 바람직하다.

상기 압력 용기에서는, 대략 타원형의 중심과 장축 방향에 위치하는 라운딩부를 연결하는 선분을 기준으로 하는 상기 중심 주위의 각도에 비례하여 라운딩부의 반경을 크게 하고 있다. 그로 인해, 상기 각도에 따라서 반경의 증가율을 증감시키는 경우와 비교하여, 라운딩부를 형성하기 위한 가공이 용이하게 된다.

상기 압력 용기에 있어서, 상기 내측 개구부의 장축 부분에 위치하는 2군데의 라운딩부의 반경 중, 상기 용기 본체의 내측면과 상기 관통 구멍을 둘러싸는 면이 예각으로 교차하는 부분에 형성된 라운딩부의 반경이, 다른 쪽의 라운딩부의 반경보다도 작은 것이 바람직하다.

상기 압력 용기에 따르면, 안전성을 확보하면서 사용시의 피크 응력의 저감을 도모할 수 있다. 구체적으로, 압력 용기에서는, 용기 본체의 내측면과 관통 구멍을 둘러싸는 면의 교차 부분에 접촉하는 것에 의한 작업자의 부상을 억제하기 위해, 상기 교차 부분에 라운딩부를 형성하고 있다. 그러나, 안전성을 중시하여 단순히 라운딩부의 반경을 크게 하는 것만으로는, 관통 구멍의 내측 개구부의 형상이 타원형에 근접하여, 피크 응력이 증대된다. 따라서, 상기 압력 용기에서는, 용기 본체의 내측면과 관통 구멍을 둘러싸는 면이 예각으로 교차하는 교차 부분에 대해서는, 작은 반경에도 큰 곡면을 얻을 수 있는 점에 착안하여, 용기 본체의 내측면과 상기 관통 구멍을 둘러싸는 면이 예각으로 교차하는 부분에 형성된 라운딩부의 반경이, 다른 쪽의 라운딩부의 반경보다도 작게 되어 있다. 따라서, 상기 압력 용기에 따르면, 안전성을 확보하면서 피크 응력의 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 따르면, 대폭적인 비용 상승을 수반하는 일 없이, 피크 응력을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 압력 용기의 전체 구성을 도시하는 정면 단면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ1부의 확대도 및 Ⅱ2-Ⅱ2선 단면도를 나열하여 도시하는 개략도.
도 3은 도 1의 Ⅱ1부에 있어서의 응력 집중의 상태를 도시하는 도면.
도 4는 도 2의 대략 타원형(EL1) 및 대략 타원형(EL2)를 동심으로 나열하여 도시하는 설명도.
도 5는 장축 방향 라운딩부 반경과 단축 방향 라운딩부 반경의 비와, 피크 응력의 관계를 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 압력 용기의 전체 구성을 도시하는 정면 단면도이다. 도 2는, 도 1의 Ⅱ1부의 확대도 및 Ⅱ2-Ⅱ2선 단면도를 나열하여 도시하는 개략도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 압력 용기(1)는, 운전 압력(예를 들어, 16.7㎫)의 조건 하에서 사용되는 예를 들어 2.25Cr-1Mo-0.25V 강으로 이루어지는 용기이다. 구체적으로, 압력 용기(1)는, 원통 형상의 몸통부(2)와, 이 몸통부(2)의 한쪽의 단부에 설치된 제1 단부(3)와, 몸통부(2)의 다른 쪽의 단부에 설치된 제2 단부(4)를 구비하고 있다.

몸통부(2)는, 원통 형상의 본체부(용기 본체의 일부)(5)와, 이 본체부(5)로부터 돌출된 경사 노즐(6)을 구비하고 있다. 경사 노즐(6)은, 본체부(5)의 내측면(5a)에 대하여 각도(θ)만큼 아래로 경사지는 경사축(J1)을 따라서 상기 본체부(5)로부터 돌출된다. 구체적으로, 경사축(J1)은, 원기둥면으로 이루어지는 내측면(5a)에 대하여 선 접촉하는 가상면(P1)(도 2 참조)에 대하여 각도(θ)만큼 아래로 경사지는 동시에, 상기 가상면(P1)과 내측면(5a)이 접촉하는 선과 교차하는 축이다. 또한, 상기 본체부(5) 및 경사 노즐(6)에는, 상기 경사축(J1)을 따라서 본체부(5) 및 경사 노즐(6)을 관통하는 원형의 관통 구멍(6b)이 형성되어 있다.

본체부(5)의 내측면(5a)과 관통 구멍(6b)을 둘러싸는 면(6a)과의 교차 부분에는, 전체 둘레에 걸쳐 라운딩부가 형성되어 있다. 구체적으로, 본체부(5)의 내측면(5a)을 당해 내측면(5a)과 직교하는 방향으로 보았을 때에 대략 타원형으로 나타나는 관통 구멍(6b)의 내측 개구부[도 2의 대략 타원형(EL2) 참조] 중 장축 방향의 2군데에 위치하는 라운딩 부분의 반경(R1, R2)은, 관통 구멍(6b)의 내측 개구부 중 단축 방향의 2군데에 위치하는 라운딩부의 반경(R3, R3)보다도 작다. 또한, 라운딩부의 반경은, 상기 반경(R1)으로부터 반경(R3, R3)까지 연속해서 증가하는 동시에, 반경(R2)으로부터 반경(R3, R3)까지 연속해서 증가한다.

구체적으로, 라운딩부의 반경은, 반경(R2)을 갖는 장축 방향의 라운딩부와 반경(R3, R3)을 갖는 단축 방향 각 라운딩부 사이의 범위에 있어서는, 다음과 같이 증가한다. 도 4에 있어서, 관통 구멍(6b)의 내측 개구부의 대략 타원형(EL2)의 중심(O)과 반경(R2)을 갖는 장축 방향 라운딩부를 연결하는 선분(r1)은, 기준 선분이다. 중심(O)과 특정한 선분(r2)으로 연결된, 반경(R2)을 갖는 라운딩부 이외의 라운딩부의 반경은, 상기 기준 선분(r1)과 상기 특정한 선분(r2) 사이의 각도(θ)의 크기에 비례하여 증가한다. 또한, 반경(R1)을 갖는 장축 방향 라운딩부와 반경(R3, R3)을 갖는 단축 방향 각 라운딩부 사이의 범위에 있어서의 라운딩부의 반경도, 상기와 마찬가지로 증가한다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 라운딩부의 반경이 기준 선분(r1)에 대한 각도(θ)의 크기에 비례하여 증가하기 때문에, 각도(θ)에 따라서 반경의 증가율을 증감시키는 경우와 비교하여 라운딩부를 형성하기 위한 가공이 용이하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 압력 용기(1)에서는, 반경(R1, R2)이 반경(R3, R3)보다도 작고, 또한, 라운딩부의 반경이 R1, R2로부터 R3, R3까지 연속해서 증가한다. 그로 인해, 압력 용기(1)에서는, 본체부(5)의 내측면(5a)을 당해 내측면(5a)과 직교하는 방향으로 보았을 때에 있어서의 관통 구멍(6b)의 내측 개구부의 형상을 대략 타원형(EL1)(도 4 참조)으로부터 보다 원형에 가까운 대략 타원형(EL2)(도 4 참조)으로 변경할 수 있다. 또한, 『본체부(5)의 내측면(5a)과 직교하는 방향』이란, 상기 가상면(P1)에 대하여 수직인 방향이며 가상면(P1)과 경사축(J1)의 교점을 통과하는 방향, 구체적으로는, 도 2의 화살표 Y1로 나타내는 방향을 의미한다.

여기서, 상기 대략 타원형(EL1, EL2)은, 이하와 같이 정의된다.

대략 타원형(EL1)은, 관통 구멍(6b)의 내측 개구부의 전체 둘레에 걸쳐 반경이 동등한(즉, 도 2에 도시하는 R3, R4 및 R5가 모두 동등한) 라운딩부를 형성한 압력 용기에 있어서의 관통 구멍(6b)의 개구 형상이다. 보다 구체적으로, 대략 타원형(EL1)은, 라운딩부의 중점을 수직면에 대하여 투영함으로써 나타나는 대략 타원형이다. 도 2에 도시하는 예에서는, 반경(R4)을 갖는 라운딩부의 중점(D4), 반경(R5)을 갖는 라운딩부의 중점(D5) 및 반경(R3)을 갖는 라운딩부의 중점(D3)을 수직면에 대하여 투영함으로써, 대략 타원형(EL1)은 정의된다. 또한, 『수직면』이란, 상기 가상면(P1)에 평행한 평면이다. 대략 타원형(EL1)은, 상기 수직면 상에 투영된 중점(D3)끼리의 거리의 절반의 값인 짧은 직경 치수(a1)(도 4 참조)와, 상기 수직면 상에 투영된 중점(D4)과 중점(D5)의 거리의 절반의 값인 긴 직경 치수(b1)(도 4 참조)를 갖는다.

대략 타원형(EL2)은, 반경(R1, R2)이 반경(R3, R3)보다도 작고, 또한, 라운딩부의 반경이 반경(R1, R2)으로부터 반경(R3, R3)까지 연속해서 증가하는 라운딩부가 형성된 상기 압력 용기(1)에 있어서의 관통 구멍(6b)의 개구 형상이다. 보다 구체적으로, 대략 타원형(EL2)은, 상기 대략 타원형(EL1)과 마찬가지로, 라운딩부의 중점을 수직면에 대하여, 투영함으로써 나타나는 대략 타원형이다. 도 2에 도시하는 예에서는, 반경(R1)을 갖는 라운딩부의 중점(D1), 반경(R2)을 갖는 라운딩부의 중점(D2) 및 반경(R3)을 갖는 라운딩부의 중점(D3)을 수직면에 대하여 투영함으로써, 대략 타원형(EL2)은 정의된다. 또한, 『수직면』은, 상기와 마찬가지의 면이다. 대략 타원형(EL2)은, 상기 수직면 상에 투영된 중점(D3)끼리의 거리의 절반의 값인 짧은 직경 치수(a2)(도 4 참조)와, 상기 수직면 상에 투영된 중점(D1)과 중점(D2)의 거리의 절반의 값인 긴 직경 치수(b2)(도 4 참조)를 갖는다. 또한, 본 실시 형태에서는, 대략 타원형(EL1, EL2)에 있어서 짧은 직경 반경(R3, R3)이 동일하게 설정되어 있기 때문에, 대략 타원형(EL1, EL2)의 짧은 직경 치수(a1)와 짧은 직경 치수(a2)가 동일하게 되어 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 대략 타원형(EL1)의 짧은 직경 반경보다도 대략 타원형(EL2)의 짧은 직경 반경을 크게 함으로써, 짧은 직경 치수(a2)를 짧은 직경 치수(a1)보다도 길게 하여 대략 타원형(EL2)을 보다 원형에 근접할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 압력 용기(1)에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 장축 방향에 위치하는 2군데의 라운딩부 중, 본체부(5)의 내측면(5a)과 관통 구멍(6b)을 둘러싸는 면(6a)이 예각으로 교차하는 부분에 형성된 라운딩부의 정점 위치(C1)(도 3에 있어서 가장 진하게 칠해진 부분이며, 부호는 도 2에 나타냄)에 가장 높은 피크 응력이 발생한다. 이 정점 위치(C1)는, 라운딩부의 중점(D1)보다도 본체부(5)의 내측면(5a)으로부터 약간 먼 위치이다.

그리고, 본 실시 형태에 관한 압력 용기(1)에서는, 상술한 바와 같이, 피크 응력을 평가하기 위한 대략 타원형[관통 구멍(6b)의 내측 개구부의 형상]을, 대략 타원형(EL1)으로부터 보다 원형에 가까운 대략 타원형(EL2)으로 변경할 수 있다. 따라서, 상기 압력 용기(1)에 따르면, 이하의 이유에 의해, 대폭적인 비용 상승을 수반하는 일 없이, 피크 응력을 저감할 수 있다.

일반적으로, 타원형의 구멍이 형성된 평판에 대해, 당해 평판의 표면을 따른 힘(인장력)이 가해진 경우, 평판에 발생하는 응력은, 타원형의 장축 방향의 2군데에 집중하는 것이 알려져 있다. 여기서, 구멍의 형태를 타원형으로부터 원형에 근접하면, 평판에 발생하는 응력이 타원형의 단축 방향으로도 분산되므로, 피크 응력은 작아진다. 그리고, 상기 압력 용기(1)에서는, 라운딩부의 반경을 조정함으로써, 관통 구멍(6b)의 내측 개구부의 형상을 대략 타원형(EL1)으로부터 원형에 가까운 대략 타원형(EL2)으로 변경할 수 있으므로, 장축 방향의 개소[반경(R1, R2)을 갖는 라운딩부]에 집중하였던 응력을 단축 방향으로 분산시킬 수 있다.

이하, 상기 압력 용기(1)의 실시예와 비교예를 비교한 시험 결과에 대해서 설명한다.

우선, 금회의 시험에서는, 본체부(5)의 내측면(5a)에 대한 경사축(J1)의 경사각(θ)(도 2 참조)이 45°의 샘플과, 경사각(θ)이 60°의 샘플을 준비하였다.

경사각(θ)이 45°의 샘플로서는, 제1 비교예, 제2 비교예, 제1 실시예 및 제2 실시예를 준비하였다. 제1 비교예는, 40㎜의 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)과, 20㎜의 단축 방향 라운딩부 반경(R3, R3)을 갖는다. 또한, 제1 비교예에서는, 반경(R1, R2)으로부터 반경(R3, R3)까지 라운딩부의 반경이 연속해서 감소한다. 제2 비교예는, 전체 둘레에 걸쳐 반경이 40㎜로 설정된 라운딩부를 갖는다. 제1 실시예는, 20㎜의 장축 방향 라운딩 반경(R1, R2)과, 40㎜의 단축 방향 라운딩 반경(R3, R3)을 갖는다. 제2 실시예는, 10㎜의 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)과, 50㎜의 단축 방향 라운딩부 반경(R3, R3)을 갖는다. 제1 실시예 및 제2 실시예에서는, 반경(R1, R2)으로부터 반경(R3, R3)까지 라운딩부의 반경이 연속해서 증가한다.

이들 샘플에 대해서, FEM 해석에 의해 피크 응력을 구한 결과를 표 1로 나타낸다. 이들 샘플을 비교하면, 피크 응력의 크기는, 제1 비교예, 제2 비교예, 제1 실시예 및 제2 실시예의 순서로 작아진다. 제1 비교예의 피크 응력과 제2 비교예의 피크 응력의 차(10.5㎫)와 비교하여, 제2 비교예의 피크 응력과 제1 실시예의 피크 응력의 차(21.5㎫)가 각별히 커지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 제1 실시예와 제2 실시예의 비교에 따르면, 단축 방향 라운딩부 반경(R3, R3)과 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)의 차가 클수록, 피크 응력을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.

경사각(θ)이 60°의 샘플로서는, 제3 비교예, 제4 비교예, 제3 실시예 및 제4 실시예를 준비하였다. 제3 비교예는, 40㎜의 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)과, 20㎜의 단축 방향 라운딩부 반경(R3, R3)을 갖는다. 또한, 제3 비교예에서는, 반경(R1, R2)으로부터 반경(R3, R3)까지 라운딩부의 반경이 연속해서 감소한다. 제4 비교예는, 전체 둘레에 걸쳐 반경이 40㎜로 설정된 라운딩부를 갖는다. 제3 실시예는, 20㎜의 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)과, 40㎜의 단축 방향 라운딩부 반경(R3, R3)을 갖는다. 제4 실시예는, 10㎜의 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)과, 50㎜의 단축 방향 라운딩부 반경(R3, R3)을 갖는다. 제3 실시예 및 제4 실시예에서는, 반경(R1, R2)으로부터 반경(R3, R3)까지 라운딩부의 반경이 연속해서 증가한다.

이들 샘플에 대해서, FEM 해석에 의해 피크 응력을 구한 결과를 표 1로 나타낸다. 이들 샘플을 비교하면, 피크 응력의 크기는, 제3 비교예, 제4 비교예, 제3 실시예 및 제4 실시예의 순서로 작아진다. 제3 비교예의 피크 응력과 제4 비교예의 피크 응력의 차(18.7㎫)와 비교하여, 제4 비교예의 피크 응력과 제3 실시예의 피크 응력의 차(30.0㎫)가 각별히 커지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 제3 실시예와 제4 실시예의 비교에 따르면, 단축 방향 라운딩부 반경(R3, R3)과 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)의 차가 클수록, 피크 응력을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상의 비교로부터, 표 1 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)을 단축 방향 라운딩부 반경(R3)으로 나눈 비율(R1/R3 또는 R2/R3:표 1에서는 R1/R3이라고 기재함)이 1보다도 작아질수록, 피크 응력이 작아지는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 관통 구멍(6b)의 내측 개구의 전체 둘레에 걸쳐 라운딩부를 형성한 압력 용기(1)에 대해서 설명하였지만, 대략 타원형(EL2)을 원형에 근접하여 피크 응력을 저감하기 위해서는, 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2)을 가능한 한 0에 근접하는 것이 바람직하다. 그러나, 본체부(5)의 내측면(5a)과 관통 구멍(6b)을 둘러싸는 면(6a)의 교차 부분에 접촉하는 것에 의한 작업자의 부상을 억제하기 위해, 예를 들어 적어도 3㎜ 정도의 반경을 갖는 라운딩부를 형성할 필요가 있다. 여기서, 본체부(5)의 내측면(5a)과 관통 구멍(6b)을 둘러싸는 면(6a)이 예각으로 교차하는 교차 부분에 대해서는, 작은 반경에도 큰 곡면을 얻을 수 있기 때문에, 장축 방향 라운딩부 반경(R1, R2) 중 반경(R1)을 반경(R2)보다도 작게 할 수 있다. 이와 같이 반경(R1)을 반경(R2)보다도 작게 함으로써, 안전성을 확보하면서 피크 응력의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 압력 용기(1)의 몸통부(2)에 설치된 노즐에 대해서 설명하였지만, 제1 단부(3)에 설치된 노즐에 대해서도, 피크 응력을 저감할 수 있다. 그로 인한 구성을 이하에 설명한다.

도 1을 참조하여, 제1 단부(3)는, 본체부(5)의 상부 개구부를 막도록 당해 본체부(5)에 고정된 본체부(용기 본체의 일부)(7)와, 이 본체부(7)로부터 돌출되는 노즐(8) 및 경사 노즐(9)을 구비하고 있다. 본체부(7)는, 중공의 구체를 절반으로 분할로 한 형상을 갖고, 반구면으로 이루어지는 내측면(7a)을 갖는다. 노즐(8)은, 본체부(7)의 내측면(7a)에 대하여 수직인 축을 따라서 본체부(7)로부터 위로 돌출된다. 경사 노즐(9)은, 본체부(7)의 내측면(7a)에 대하여 경사지는 경사축(J2)을 따라서 본체부(7)로부터 위로 돌출된다. 구체적으로, 경사축(J2)은, 본체부(7)의 내측면(7a)에 대하여 점 접촉하는 가상면에 대하여 경사지는 동시에, 상기 가상면과 내측면(7a)이 접촉하는 점을 통과하는 축이다. 또한, 본체부(7) 및 경사 노즐(9)에는, 경사축(J2)을 따라서 본체부(7) 및 경사 노즐(9)을 관통하는 원형의 관통 구멍이 형성되어 있다.

본체부(7)의 내측면(7a)과 관통 구멍을 둘러싸는 면(9a)의 교차 부분에는, 전체 둘레에 걸쳐 라운딩부가 형성되어 있다. 구체적으로, 본체부(7)의 내측면(7a)을 당해 내측면(7a)과 직교하는 방향으로 보았을 때에 대략 타원형으로 나타나는 관통 구멍의 내측 개구부 중 장축 방향의 2군데에 위치하는 라운딩부의 반경은, 상기 내측 개구부 중 단축 방향의 2군데에 위치하는 라운딩부의 반경보다도 작다. 또한, 라운딩부의 반경은, 상기 장축 방향 라운딩부 반경으로부터 상기 단축 방향 라운딩부 반경까지 연속해서 증가한다.

이상과 같이, 라운딩부의 반경을 설정함으로써, 경사 노즐(9)에 대해서도 대폭적인 비용 상승을 요하는 일 없이 피크 응력의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 제2 단부(4)는, 본체부(5)의 하부 개구부를 막도록 당해 본체부(5)에 고정된 본체부(용기 본체의 일부)(10)와, 이 본체부(10)로부터 돌출되는 노즐(11, 12)을 구비하고 있다. 본체부(10)는, 중공의 구체를 절반으로 분할한 형상을 갖고, 반구면으로 이루어지는 내측면(10a)을 갖는다. 노즐(11, 12)은, 각각 본체부(10)의 내측면(10a)에 대하여 수직인 축을 따라서 본체부(10)로부터 아래로 돌출된다.

Claims

압력 용기이며,
용기 본체와,
상기 용기 본체의 내측면에 대하여 경사진 경사축을 따라서 상기 용기 본체로부터 돌출되는 경사 노즐을 구비하고,
상기 용기 본체 및 상기 경사 노즐에는, 상기 경사축을 따라서 상기 용기 본체 및 상기 경사 노즐을 관통하는 원형의 관통 구멍이 형성되고,
상기 용기 본체의 내측면과 상기 관통 구멍을 둘러싸는 면의 교차 부분에는, 전체 둘레에 걸쳐 라운딩부가 형성되고,
상기 용기 본체의 내측면을 당해 내측면과 직교하는 방향으로 보았을 때에 타원형으로 나타나는 상기 관통 구멍의 내측 개구부 중 장축 방향의 2군데에 각각 위치하는 라운딩부의 반경은, 상기 내측 개구부 중 단축 방향의 2군데에 각각 위치하는 라운딩부의 반경보다도 작고, 또한, 상기 라운딩부의 반경은, 상기 내측 개구부의 둘레 방향에 있어서, 상기 장축 방향에 위치하는 라운딩부로부터 상기 단축 방향에 위치하는 라운딩부까지 연속해서 증가하는, 압력 용기.
제1항에 있어서, 장축 방향에 위치하는 2군데의 라운딩부 중 한쪽의 라운딩부와 상기 단축 방향에 위치하는 2군데의 라운딩부 사이의 범위에 있어서, 상기 내측 개구부의 타원형의 중심과 상기 한쪽의 라운딩부를 연결하는 선분을 기준 선분으로 한 경우, 상기 중심과 특정한 선분으로 연결된 상기 한쪽의 라운딩부 이외의 라운딩부의 반경은, 상기 기준 선분과 상기 특정한 선분의 각도의 크기에 비례하여 증가하는, 압력 용기.
제1항에 있어서, 상기 내측 개구부의 장축 방향의 2군데에 위치하는 라운딩부의 반경 중, 상기 용기 본체의 내측면과 상기 관통 구멍을 둘러싸는 면이 예각으로 교차하는 부분에 형성된 라운딩부의 반경은, 다른 쪽의 라운딩부의 반경보다도 작은, 압력 용기.