JP2014001833A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】応力分布の不均一を解消しつつ、ドレイン水を効率よく排出可能な圧力容器を提供すること。
【解決手段】直方体形状の圧力容器であって、四角形の上壁（１０）と、上壁（１０）と対向する四角形の底壁（２０）と、上壁（１０）と底壁（２０）との間に位置する周壁（３０）と、底壁（２０）の周縁と周壁（３０）の下端とを接続するとともに、その内面が外側に凸となるように湾曲する形状の下側接続部（４５）とを有し、下側接続部（４５）は、底壁（２０）の隅角部と周壁（３０）の下端のうち前記隅角部と対向する部位との間に形成された下側角部（４６）と、隣り合う下側角部（４６）間に形成された下側辺部（４７）とを有し、下側角部（４６）のうちの一つであって、ドレイン水を排出するためのドレイン穴（４８ａ）を有する排水角部（４８）の内面の曲率半径が、下側辺部（４７）の内面の曲率半径よりも小さいこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機用ガスクーラー等に用いられる圧力容器に関する。

従来、圧力容器として、直方体形状のものが知られている。このような直方体形状の圧力容器は、球状や円筒状のものに比べて応力集中が多く発生するが、この応力集中の発生はできる限り低減させることが望ましい。例えば、特許文献１には、圧力容器の辺部及び角部を外側に凸となった湾曲形状とすることにより、これらの部位への応力集中の発生を抑制することが開示されている。具体的には、特許文献１に記載の圧力容器は、四角形の上壁と、四角形の底壁と、前記上壁と前記底壁との間に位置する周壁と、前記上壁の周縁と前記周壁の上端とを接続するとともに外側に凸となるように湾曲する形状の上側接続部と、前記底壁の周縁と前記周壁の下端とを接続するとともに外側に凸となるように湾曲する形状の下側接続部とを有する。前記上側接続部は、前記上壁の隅角部と前記周壁の上端のうち前記隅角部と対向する部位との間に形成された上側角部と、隣り合う上側角部間に形成された上側辺部とを有し、前記下側接続部は、前記底壁の隅角部と前記周壁の下端のうち前記隅角部と対向する部位との間に形成された下側角部と、隣り合う下側角部間に形成された下側辺部とを有する。一般に、前記上側角部、前記上側辺部、前記下側角部及び前記下側辺部のそれぞれの内面の曲率半径は全て同一に設定される。

このような圧力容器は、例えばガスクーラー、すなわち、その内部に熱交換器等を収容可能な容器としても用いることができる。この圧力容器をガスクーラーとして用いる場合、当該圧力容器内には、熱交換器で熱交換されることによって熱を失った空気が凝縮したドレイン水が溜まる。そのため、この圧力容器の下側角部のうちの一つには、前記ドレイン水を排出するためのドレイン穴が設けられる。

特開２０１０−２４３０１５号公報

一般に、直方体形状の圧力容器には、当該容器に生ずる応力の分布に不均一が発生しやすい。具体的に、上記特許文献１に記載の圧力容器では、各接続部が相対的に高応力となる。よって、各接続部に生じる応力を低減させるため、当該各接続部の内面の曲率半径をできるだけ大きく設定する、すなわち、当該圧力容器の形状を球状、あるいは円筒状に近づけることが望ましい。しかしながら、前記下側接続部の内面の曲率半径を大きくすると、これとつながっている下側角部の内面の曲率半径も大きくなるため、下側角部に形成されたドレイン穴の位置が上方へ、つまり、前記底壁から離れる方向へずれるという問題が発生する。すなわち、前記底壁の隅角部近傍には、例えば当該圧力容器を支持するための支持脚が設けられる場合があるなど、設計の自由度を確保するには、前記ドレイン穴はなるべく容器の端に寄せて配置することが望ましいため、このドレイン穴がなるべく容器の端に寄る配置としながら前記下側角部の内面の曲率半径を大きくすると、当該ドレイン穴が前記底壁から離れる方向へずれることになる。そうすると、前記底壁の内面に溜まったドレイン水の排出が困難となる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、応力分布の不均一を解消しつつ、ドレイン水を効率よく排出可能な圧力容器を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、直方体形状の圧力容器であって、四角形の上壁と、前記上壁と対向する四角形の底壁と、前記上壁と前記底壁との間に位置する周壁と、前記底壁の周縁と前記周壁の下端とを接続するとともに、その内面が外側に凸となるように湾曲する形状の下側接続部とを有し、前記下側接続部は、前記底壁の隅角部と前記周壁の下端のうち前記隅角部と対向する部位との間に形成された下側角部と、隣り合う下側角部間に形成された下側辺部とを有し、前記下側角部のうちの一つであって、ドレイン水を排出するためのドレイン穴を有する排水角部の内面の曲率半径が、前記下側辺部の内面の曲率半径よりも小さい圧力容器を提供する。

この発明の圧力容器によれば、応力分布の不均一を解消しつつ、ドレイン水を効率よく排出することが可能となる。具体的に、この発明の圧力容器では、当該圧力容器内に高圧のガスが収容されたときに相対的に高応力となる下側辺部の内面の曲率半径を大きくすることにより、この部分へ発生する応力の低減が可能となり、さらに、相対的に低応力となる下側角部の一つであって、前記ドレイン穴を有する排水角部の内面の曲率半径を前記下側辺部の内面の曲率半径よりも小さくすることにより、前記下側辺部の内面の曲率半径と前記排水角部の内面の曲率半径とが同一である場合に比べ、前記ドレイン穴を当該圧力容器の低い位置に形成することができるので、当該圧力容器の設計の自由度の確保と、前記底壁の内面に溜まるドレイン水の効率的な排出とが可能となる。

この場合において、前記下側辺部と前記排水角部とは滑らかにつながっていることが好ましい。

このようにすれば、前記下側辺部と前記排水角部との境界への応力集中の発生が抑制される。

また、本発明において、前記下側辺部の肉厚が前記周壁の肉厚よりも大きいことが好ましい。

このようにすれば、相対的に高応力となる前記下側辺部へ発生する応力を、一層低減させることができる。

また、本発明において、前記下側辺部の内面の曲率半径は、前記上壁の内面と前記底壁の内面との間の寸法の７分の１より大きく２分の１よりも小さいことが好ましい。

このようにすれば、前記下側辺部へ発生する応力を低減させることが容易となる。

以上のように、本発明によれば、応力分布の不均一を解消しつつ、ドレイン水を効率よく排出可能な圧力容器を提供することができる。

本発明の一実施形態の圧力容器の底壁が上を向いた姿勢での斜視図である。 図１の圧力容器の排水角部近傍を拡大した状態の斜視図である。 図２に示すものを異なる角度から見た状態の斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。 図３のＶ−Ｖ線での断面図である。 図３のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。

本発明の好ましい実施形態について、図１ないし図６を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態の圧力容器は、熱交換器や配管等を収容可能な直方体形状の容器本体と、この容器本体の外面に立設される補強リブとを有する。なお、補強リブは、省略されてもよい。

容器本体は、四角形の上壁１０と、この上壁１０と対向する四角形の底壁２０と、上壁１０の周縁と底壁２０の周縁との間に位置する周壁３０と、上壁１０の周縁と周壁３０の上端とを接続する上側接続部４１と、底壁２０の周縁と周壁３０の下端とを接続する下側接続部４５とを有する。本実施形態では、上壁１０及び底壁２０をそれぞれ一方向に長い長方形としている。また、以下の説明では、上壁１０及び底壁２０の長手方向をＹ軸方向とし、上壁１０及び底壁２０の短手方向をＸ軸方向とし、周壁３０の高さ方向をＺ軸方向とする。

上壁１０は、全域にわたって一定の厚さの平板状を呈する。この上壁１０は、その周縁が上側接続部４１とつながっている。

底壁２０は、全域にわたって一定の厚さの平板状を呈する。この底壁２０は、その周縁が下側接続部４５とつながっている。

周壁３０は、全周にわたって一定の厚さを有する略四角筒状を呈する。周壁３０は、上壁１０の長手方向の一端側（図１の左側）とこれと対向する底壁２０の一端側との間に位置する第一側壁３１と、この第一側壁３１と対向する第二側壁と、第一側壁３１及び第二側壁と直交する第三側壁３３と、この第三側壁３３と対向する第四側壁とを有する。各側壁の境界は、外側に凸となるように湾曲している。

第一側壁３１は、一方向（Ｘ軸方向）に長い矩形状を呈し、その上端は上側接続部４１とつながっており、その下端は下側接続部４５とつながっている。この第一側壁３１は、その中央に開口部３１ａを有する。開口部３１ａは、当該容器本体内への熱交換器の挿通を許容する形状を有する。この開口部３１ａは、当該開口部３１ａよりも一回り大きな形状を有する蓋（図示せず）により塞がれる。なお、蓋は、第一側壁３１の外面からボルト等により当該第一側壁３１に固定される。

第二側壁は、第一側壁３１と同様の形状を有するので、その説明を省略する。

第三側壁３３及び第四側壁は、それぞれ第一側壁３１と直交する方向（Ｙ軸方向）に長い矩形状を呈し、その上端は上側接続部４１とつながっており、その下端は下側接続部４５とつながっている。

上側接続部４１は、その内面が外側に凸となるように湾曲する断面形状を有する。本実施形態では、上側接続部４１の外面も外側に凸となるように湾曲する断面形状としている。この上側接続部４１は、上壁１０の隅角部と周壁３０の上端のうち前記隅角部と対向する部位との間に位置する４つの上側角部４２と、隣り合う上側角部４２間に位置する４つの上側辺部４３とを有する。各上側角部４２の内面の曲率半径は全て同一となっており、各上側辺部４３の内面の曲率半径は、全て上側角部４２の内面の曲率半径と同一となっている。また、この上側辺部４３の肉厚は、周壁３０の肉厚よりも大きくなるように設定される。

下側接続部４５は、その内面が外側に凸となるように湾曲する断面形状を有する。本実施形態では、下側接続部４５の外面も外側に凸となるように湾曲する断面形状としている。この下側接続部４５は、底壁２０の隅角部と周壁３０の下端のうち前記隅角部と対向する部位との間に位置する４つの下側角部４６と、隣り合う下側角部４６間に位置する４つの下側辺部４７とを有する。

図１及び図２に示すように、この下側角部４６のうちの一つは、容器本体内に溜まるドレイン水（熱交換器で熱交換されることによって熱を失った空気が凝縮したもの）を排出するためのドレイン穴４８ａを有する排水角部４８とされる。なお、本実施形態では、第一側壁３１と第三側壁３３とにつながる下側角部を排水角部４８としている。この排水角部４８の内面の曲率半径Ｒ２（図４〜図６を参照）は、下側角部４６のうち他の３つの角部の内面の曲率半径よりも小さくなっている。本実施形態では、４つの下側角部４６のうち排水角部４８を除く他の３つの下側角部の内面の曲率半径を、上側角部４２の内面の曲率半径と同一としている。ただし、排水角部４８を除く３つの下側角部４６のそれぞれの内面の曲率半径は、排水角部４８の内面の曲率半径Ｒ２と同一とされてもよい。なお、図１では、下側辺部４７及び排水角部４８の内面の形状をそれぞれ仮想線で示している。

下側辺部４７の内面の曲率半径Ｒ１は、排水角部４８の内面の曲率半径Ｒ２よりも大きくなるように設定される。なお、下側辺部４７の外面の曲率半径も、排水角部４８の外面の曲率半径よりも大きくなるように設定される。具体的には、下側辺部４７の内面の曲率半径Ｒ１は、上壁１０の内面と底壁２０の内面との間の寸法の７分の１より大きく２分の１よりも小さいことが好ましい。本実施形態では、この下側辺部４７の内面の曲率半径Ｒ１は、排水角部４８を除く３つの下側角部４６の内面の曲率半径と同一に設定している。ただし、図４及び図５に示すように、下側辺部４７と排水角部４８とは滑らかにつながれている。すなわち、下側辺部４７のうち排水角部４８の近傍の部位４７ａは、排水角部４８に近づくにしたがって内面の曲率半径が次第に小さくなる。なお、底壁２０と第三側壁３３との間を接続する下側辺部４７の内面には、容器本体内に溜まるドレイン水がドレイン穴４８ａに導かれるように、排水角部４８側と反対側から排水角部４８側に向かって次第に低くなるように傾斜した溝が形成されている。また、図３に示すように、下側辺部４７の肉厚ｔ１は、周壁３０の肉厚ｔ２よりも大きくなるように設定される。この下側辺部４７の肉厚ｔ１は、上側辺部４３の肉厚と同一となっている。なお、図３においても、下側辺部４７及び排水角部４８の内面の形状をそれぞれ仮想線で示している。

ここで、図４及び図５に示すように、排水角部４８は、下側辺部４７の外面よりも外側に膨出する形状となっている。具体的には、図４に示すように、排水角部４８の外面のうち底壁２０とつながる部位は、下側辺部４７の外面よりも−Ｚ方向に膨出している。このことは、排水角部４８及び下側辺部４７の内面側についても同様である。そして、図５に示すように、排水角部４８の外面のうち第三側壁３３側につながる部位は、第三側壁３３につながっている下側辺部４７の外面よりも＋Ｘ方向に膨出している。このことは、排水角部４８及び下側辺部４７の内面側についても同様である。これにより、排水角部４８の内面の曲率半径Ｒ２を下側辺部４７の内面の曲率半径Ｒ１よりも小さくすることが可能となる。なお、図５に示すように、この排水角部４８の外面のうち第一側壁３１とつながる部位は、第一側壁３１につながっている下側辺部４７の外面から−Ｙ方向に膨出することなく当該下側辺部４７とつながっている。このことは、排水角部４８及び下側辺部４７の内面側についても同様である。また、下側角部４６のうち当該排水角部４８を除く他の３つの下側角部は、下側辺部４７の外面から外側に膨出することなく当該下側辺部４７とつながっている。

補強リブは、上壁１０の外面に立設される上壁補強リブ５１と、底壁２０の外面に立設される底壁補強リブ５２と、上壁補強リブ５１と底壁補強リブ５２とを連結する連結リブ５３とを有する。

上壁補強リブ５１は、格子状であり、かつ、その高さ（Ｚ軸方向の寸法）は当該上壁補強リブ５１の全域にわたって一定となっている。この上壁補強リブ５１は、上壁１０の長手方向と平行に伸びる部位を有するように当該上壁１０の外面に配置されている。

底壁補強リブ５２は、図１に示すように、格子状であり、かつ、その高さ（Ｚ軸方向の寸法）は当該底壁補強リブ５２の全域にわたって一定となっている。この底壁補強リブ５２は、底壁２０の短手方向と平行な方向に沿って伸びる形状の短手方向リブ５２ａと、底壁２０の長手方向と平行な方向に沿って伸びる形状の長手方向リブ５２ｂとを有する。本実施形態では、短手方向リブ５２ａを５本、長手方向リブ５２ｂを５本としている。短手方向リブ５２ａのうち中央に配置された３本のリブは、底壁２０の短手方向の一端から他端へ至る長さを有し、外側に配置された２本のリブは、底壁２０の短手方向の両端に至らない長さを有する。長手方向リブ５２ｂは、全て底壁２０の長手方向の一端から他端へ至る長さを有する。

連結リブ５３は、上壁補強リブ５１と、底壁補強リブ５２の短手方向リブ５２ａのうちの中央に配置されたリブの端部とを連結する。本実施形態では、連結リブ５３を、底壁補強リブ５２の短手方向リブ５２ａのうちの中央に配置されたリブの本数に合わせて３本としている。この連結リブ５３は、上側辺部４３の外面に立設される部位と、第三側壁３３の外面及び第四側壁の外面に立設される部位と、下側辺部４７の外面に立設される部位とを有する。この連結リブ５３は、周壁３０の高さ方向（Ｚ軸方向）と平行な方向に伸びる形状を有する。また、この連結リブ５３は、底壁２０と第三側壁３３との間を接続する下側辺部４７（内面に前記傾斜した溝が形成されている部位）の外面に立設される部位の高さが、その他の部位の高さよりも小さくなっている。

以上説明したように、本実施形態の圧力容器によれば、応力分布の不均一を解消しつつ、ドレイン水を効率よく排出することが可能となる。具体的に、この実施形態の圧力容器では、容器本体内に高圧のガスが収容されたときに相対的に高応力となる上側辺部４３及び下側辺部４７の内面の曲率半径を大きくすることにより、この部分へ発生する応力の低減が可能となり、さらに、相対的に低応力となる下側角部４６の一つであって、ドレイン穴４８ａを有する排水角部４８の内面の曲率半径Ｒ２を下側辺部４７の内面の曲率半径Ｒ１よりも小さくすることにより、下側辺部４７の内面の曲率半径Ｒ１と排水角部４８の内面の曲率半径Ｒ２とが同一である場合に比べ、ドレイン穴４８ａをなるべく容器本体の端に寄せて配置した場合であっても、このドレイン穴４８ａを当該容器本体の低い位置に形成することができるので、当該容器本体の設計の自由度の確保と、底壁２０の内面に溜まるドレイン水の効率的な排出とが可能となる。

また、本実施形態の圧力容器は、下側辺部４７と排水角部４８とが滑らかにつながっているので、下側辺部４７と排水角部４８との境界への応力集中の発生が抑制される。

また、本実施形態の圧力容器は、上側辺部４３及び下側辺部４７の肉厚が周壁３０の肉厚ｔ２よりも大きいので、相対的に高応力となる各辺部へ発生する応力を、一層低減させることができる。

また、本実施形態では、上側辺部４３及び下側辺部４７の内面の曲率半径は、上壁１０の内面と底壁２０の内面との間の寸法の７分の１より大きく２分の１よりも小さいので、各辺部へ発生する応力を低減させることが容易となる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、上壁１０及び底壁２０がそれぞれＹ軸方向に長い長方形である例について示したが、これらはＸ軸方向に長い長方形であってもよく、さらには、正方形であってもよい。

また、上記実施形態では、上側角部４２、上側辺部４３、下側角部４６、下側辺部４７の外面がそれぞれ外側に凸となるように湾曲した断面形状のものについて示したが、これらの部位は、その内面が外側に凸となるように湾曲していればよく、外面は湾曲形状でなくてもよい。このことは、各側壁の境界についても同様である。

また、上記実施形態では、下側辺部４７と排水角部４８とが滑らかにつながっている例について示したが、これらは滑らかにつながっていなくてもよい。

１０ 上壁
２０ 底壁
３０ 周壁
３１ 第一側壁
３１ａ 第一開口部
３３ 第三側壁
４１ 上側接続部
４２ 上側角部
４３ 上側辺部
４５ 下側接続部
４６ 下側角部
４７ 下側辺部
４８ 排水角部
５１ 上壁補強リブ
５２ 底壁補強リブ
５２ａ 短手方向リブ
５２ｂ 長手方向リブ
５３ 連結リブ
Ｒ１ 下側辺部の内面の曲率半径
Ｒ２ 排水角部の内面の曲率半径

Claims (4)

1. 直方体形状の圧力容器であって、
   四角形の上壁と、
   前記上壁と対向する四角形の底壁と、
   前記上壁と前記底壁との間に位置する周壁と、
   前記底壁の周縁と前記周壁の下端とを接続するとともに、その内面が外側に凸となるように湾曲する形状の下側接続部とを有し、
   前記下側接続部は、前記底壁の隅角部と前記周壁の下端のうち前記隅角部と対向する部位との間に形成された下側角部と、隣り合う下側角部間に形成された下側辺部とを有し、
   前記下側角部のうちの一つであって、ドレイン水を排出するためのドレイン穴を有する排水角部の内面の曲率半径が、前記下側辺部の内面の曲率半径よりも小さい圧力容器。
2. 請求項１に記載の圧力容器であって、
   前記下側辺部と前記排水角部とは滑らかにつながっている圧力容器。
3. 請求項１又は２に記載の圧力容器であって、
   前記下側辺部の肉厚が前記周壁の肉厚よりも大きい圧力容器。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力容器であって、
   前記下側辺部の内面の曲率半径は、前記上壁の内面と前記底壁の内面との間の寸法の７分の１より大きく２分の１よりも小さい圧力容器。

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