JPH02140592A

JPH02140592A - 高温高圧容器の冷却装置

Info

Publication number: JPH02140592A
Application number: JP14029089A
Authority: JP
Inventors: Akira Asari; 浅利　明; Takahiko Ishikawa; 石川　孝彦; Yutaka Narukawa; 裕成川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-08-27
Filing date: 1989-06-01
Publication date: 1990-05-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高温高圧容器の冷却装置に係り、熱間等方圧
加圧装置（ＨＩ　Ｐ装置）に利用される。

（従来の技術）各種金属及びセラミックス等の粉末材料の加圧焼結、鋳
造品および焼結晶の内部欠陥除去、拡散接合等のため、
高圧容器内において高い等方圧力と高温の相乗効果を利
用したＨＩＰ装置が各種産業分野で採用されている。

このＨＩＰ装置、特に高圧容器には千ｋｇ　ｆ　／　ｃ
ｆｆｌあるいはそれ以上の高い内圧が作用し、しかも高
温であることから、圧力の上昇とともに最も高い応力が
生じる容器内壁が塑性変形を開始し、この領域が大きく
なり容器全体が塑性変形に至ると破壊するおそれがある
。

また、使用温度が高くなると、一定圧力下でもクリープ
現象が生じるとともに、加圧繰返し数が多くなると、容
器に疲労破壊が生じる可能性がある。

叙述の事態は、安全性確保の見地から対処しなければな
らず、このため、ＨＩＰ装置にあっては、断熱構造や容
器の冷却等が肝要となり、容器を冷却する技術として、
例えば、特公昭５６−８７１８号公報で開示されている
。この従来の技術（従来例の１）は、第１５図及び第１
６図に示す如く構成されている。

まず、第１５図に示す従来技術は、ＨＩＰ装置の主体で
ある高圧円筒１１０は、内部チューブ１３０とその外周
を巻く予じめ応力の掛けられた帯から成る鞘１３１とか
ら形成され、多数のロッド１３３が内部チューブ１３０
と帯から成る鞘１３１との間に鋼板チューブ１３６を介
して置かれ、各ロッド１３３は軸方向に配向されて環状
層を形成し、前記鋼板チューブ１３６とロッド１３３と
の通路１３９に冷却液が流されることによって高圧円筒
１１０を外部から冷却する技術である。

また、第１６図に示したものでは、帯から成る内側鞘１
３１ａと外側鞘１３１ｂとの間に矩形ロッド１５０を置
き、各ロンド間の隙間が冷却水通路１５１とされ、高圧
円筒１１０を同じく外部から冷却する技術である。

一方、ＨＩＰ装置においては、生産性の改善も重要な課
題である。

すなわち、ＨＩＰ処理は１サイクルに要する時間が長時
間に及ぶ難点があり、工程全体にわたる合理化が課題の
ひとつでもある。

そこで、ＨＩＰ処理工程の終了後の冷却工程において、
対流するガスの流れを利用して、冷却時間の短縮を図っ
た技術が提案されている（実公昭６２−２４２３８号公
報参照、従来例の２）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、前述した従来例の１の技術はいずれも、
高圧円筒の外周に冷却装置を設け、内部の冷却を行う技
術であることから、構造的に高圧円筒を複雑化するのみ
ならず、冷却効果の点において不利があり、強力かつ効
果的な冷却機能を付与するためには、高圧円筒を含むＨ
ＩＰ装置全体の大径、大型化を招来するものであった。

また、軸方向に配向される多数のロッド１３３を使用す
ることは、例えば５００気圧以上の高圧力に耐える圧力
容器構成部材として使用可能とするためには、その外面
の加工精度、組立精度等にきわめて精密な条件が要求さ
れるとともに製作コストも高価につくことになり、しか
もこれによれば−端組立てた後には、内部チューブ１３
０．鞘１３１、内壁１３２、チューブ外面１３５等の表
面状態を確認することが困難であるし、冷却装置そのも
ののメンテナンスも難しいものであった。

また、この従来例の１はあくまでも、容器の外部からの
冷却であることから、これに、従来例の２の技術を組合
わせても、ガス対流と容器冷却との相乗作用が十分に発
揮できないものであった。

本発明は、前述した問題点に鑑み、高圧容器の冷却を、
該容器内に挿脱可能に内装した冷却ジャケットによって
行うようにすることによって、高圧容器の設計自体を変
える必要なく、きわめて簡便に優れた冷却能力を持つ冷
却装置の実現を可能として安全性を確保するとともに、
併せてこの容器内部冷却とガス対流との相乗作用を有効
に発揮して冷却時間の短縮をも図ったことを目的とする
。

（課題を解決するための手段）本発明は、容器軸方向端部の開口が嵌脱可能な蓋部材に
よって密閉されて内部に高圧室を有する高圧容器と、前
記高圧室に配置されている加熱要素と、該加熱要素を高
圧室内で内包している断熱層と、前記高圧室へ圧媒を供
給する圧媒供給手段とを備えているＨＩＰ装置において
前記高圧容器を冷却する装置であって、前述の目的を達
成するために、まず第１に次の技術的手段を講じている
。

すなわち、本発明は、その内部に冷媒用流路を有する筒
形の冷却ジャケットが、前記高圧容器の内面と断熱層の
外面との間の高圧室に、容器軸方向に挿脱自在に内装さ
れて高圧容器の内面と冷却ジャケットの外面との間に間
隙が形成されており、前記冷却ジャケットには前記間隙
と高圧室とを連通して圧媒を間隙に導通するための圧媒
通孔が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明は第２に次の技術的手段を講じている。

すなわち、本発明は、その内部に冷媒用流路を有する筒
形の冷却ジャケットが、前記高圧容器の内面と断熱層の
外面との間の高圧室に、容器軸方向に挿脱自在に内装さ
れて高圧容器の内面と冷却ジャケットの外面との間に間
隙が形成されており、該間隙内にＨＩＰ処理用の圧媒と
は別の圧媒を導入して前記冷却ジャケットを流体圧支持
するための別の圧媒供給手段が備えられていることを特
徴とするものである。

（実施例と作用）以下、図面を参照して本発明の実施例と作用を詳述する
。

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示しており
、１は高圧容器であって、容器軸方向の端部、本例では
両端部が開口されていて、該開口が嵌脱可能な蓋部材、
すなわち、上１１２および下蓋３で密閉されて内部に高
圧室ＩＡを形成している。

この高圧容器１は、その内面が平滑面とされた円筒体で
あり、上蓋２にはアルゴン等の不活性ガスを初めとする
各種ガスによる圧媒ガスを、高圧室ＩＡに供給するため
の加圧用圧媒導入口４が形成されていて、該導入口４に
は、ガス圧縮機、ガス装置、圧力調整器等を有する圧媒
供給手段が接続されており、該導入口４は圧媒供給手段
の一部となっている。

５は断熱層であり、倒立断面コツプ形状とされていて、
高圧室ＩＡに配置されており、この断熱層５で内包され
ている加熱要素６とともに炉体を構成しており、下Ｍ３
上の支持台７に載置されている被処理体８を、等方圧で
加圧処理可能としている。なお、この第１実施例による
炉体はグラファイトヒータと数種のグラファイト系材料
からなる断熱層で構成されているグラファイト炉、また
は、モリブテン炉等よりなる。

９は冷却ジャケットであり、高圧容器１と同種材料、例
えば低合金鋼等より構成されている円筒形であり、高圧
容器ｌおよび炉体とともに軸心を一致させて高圧容器１
の高圧室ＩＡに、容器軸方向挿脱自在として内装されて
いる。

第１実施例では、冷却ジャケット９の上端部にフランジ
部ｌＯを形成し、このフランジ部１０内に、環状水室１
１を氷室キャップ１２とともに形成しており、断熱層５
の胴部外周面とこれと相対する容器内面との間に内装さ
れて、該容器内面と冷却ジャケット９の外周面との間に
、環状の間隙１３を高圧容器ｌの軸方向略全長にわたっ
て形成している。

冷却ジャケット９の下端は、容器１の下端面に取付けて
いる環状水室１４＾を有するリング１４に内挿されてお
り、前記上蓋２は冷却ジャケット９の上部開口に高圧シ
ールパツキン１５を介して嵌脱可能に嵌合され、下蓋３
は冷却ジャケット９の下部開口に高圧シールパツキン１
６を介して嵌脱可能に嵌合されていて、上蓋２と容器上
端面にフランジ部ｌＯを挟持しており、下蓋３でリング
１４を押付けている。

冷却ジャケット９には第２図に示す如く冷媒用流路１７
が周方向の間隔を有して氷室１１．１３Ａを連通すべく
容器軸方向に形成されており、水室１１に形成した冷媒
導入口１８から水室１３＾に形成した冷媒出口１９にわ
たって冷媒、例えば水を流下供給させることによって、
高圧容器１の内面を冷却すべくされている。

更に、冷媒ジャケット９には高圧室ＩＡと間隙１３とを
連通して高圧室ＩＡの圧媒（ガス）を、間隙１３に導入
して内外を圧力バランスさせて該冷却ジャケット９の変
形を阻止して支持するための圧媒通孔２０が上部側と下
部側のそれぞれに第２図で示す如（放射状配置で形成し
である。

なお、）ＩＩＰ処理中において、容器軸方向に作用する
プレス軸力に対して、上蓋２および下蓋３に係脱自在と
される図示しないプレスフレームで担持するものとされ
ている。

その他、第１図において、２１は冷媒ジャケ−ット９の
上下外周に設けた高圧シールパツキンで、容器内面との
界面をシールする。２２はリング１４の内周面上下に設
けた冷媒シールパツキンで、冷却ジャケット９の界面を
介して水室１４＾からの冷媒洩れをシールするものであ
る。

第３図および第４図、第５図は本発明の第２実施例であ
り、冷却ジャケット９が内側ジャケット筒９Ａと外側ジ
ャケット筒９Ｂとで構成されており、両ジャケット筒９
Ａ、９Ｂの界面に、冷媒用流路１７を形成するとともに
、下端の嵌合部には冷媒洩れのためのシールパツキン２
３を備えている点が、前述していた第１実施例と相違し
、その他は、共通するので共通部分は、共通符号で示し
ている。

なお、この第２実施例にあっては、流路１７は、第５図
（１）に示す如く内側ジャケット筒９Ａの外周面に形成
する場合、第５図（２）で示す如く外側ジャケット筒９
Ｂの内周面に形成する場合、第５図（３）で示す如く両
ジャケット筒９Ａ、９Ｂに形成する場合があり、その流
路１７の形状は図示の形状の他、矩形等であってもよい
。

第６図および第７図の本発明は第３実施例を示しており
、内外に分割して組立てられている前述した第２実施例
における流路１７を冷却ジャケット９の上端側から下端
側に向って胴部を螺旋状にめぐらして形成したものであ
り、これによれば、容器内面の全般にわたる冷却が可能
となる。

この第３実施例の流路１７は内外ジャケット筒９Ａ。

９Ｂの界面に、第５図（１）（２）（３）で示したと同
様に形成することもできるし、また、螺旋は１条螺旋で
も多条螺旋であってもよい。その他は、第１・２実施例
と共通するので、共通部分は共通符号で示している。

第８図と第９図は本発明の第４実施例を示し、氷室１４
Ａを有するリング１４を下Ｍ３側に取付けて、冷却ジャ
ケット９はこの下蓋３とともに高圧容器ｌに対して嵌脱
自在とするとともに、水室１４Ａには第９図に示した如
く冷媒導入口１８と冷媒出口１９を設け、両者１８．１
９を軸方向流路１７Ａと周方向流路１７Ｂで連結させた
ものであり、その他は、第１・２・３実施例と共通する
部分は共通符号で示している。

なお、この第４実施例にあっては、上蓋２に断熱層５を
含む炉体は支持される。

第１０図と第１１図は本発明の第５実施例を示しており
、第１図、第２図で示した第１実施例において、高圧容
器１の内面と冷媒ジャケット９の外面とで形成される間
隙１３に、ＨＩＰ処理のためのガス圧媒とは別に、水、
油、その他の流体圧媒を導入するための導入口２４を、
本図示例では冷却ジャケット９のフランジ部１０に形成
したものであり、この実施例によれば、ＨＩＰ処理中に
おいて冷却ジャケット９に作用する内圧に対して間隙１
３に導入された流体圧で当該冷却ジャケット９が支持乃
至保持されることになる。

この第５実施例にあっては、冷却ジャケット９を流体圧
支持することによって、高圧容器１の応力を抑えること
ができる。

すなわち、第１４図に示す如く、ＨＩＰ処理中の内圧Ｐ
により高圧容器の内面には最大応力が作用し、その応力
分布は外面（大気圧側）に図示の周方向応力成分曲線σ
１となる。これに対し本発明の第５実施例にあっては、
間隙１３に内圧Ｐと同圧の流体圧Ｐ１が作用することか
ら、周方向応力分布曲線σ２は図示の通りとなり、ここ
に、高圧容器ｌの塑性変形等がより一層防止できること
となり、しかも、間隙１３は径外位置にあるのでその表
面積はジャケット９の内表面積より大きくなり、従って
、間隙１３に供給する流体圧は、ＨＩＰ処理のためのガ
ス圧に比べて低い圧力でも充分に圧力バランスを確保で
きることになる。

第１３図は本発明の第６実施例であり、前述した第１実
施例において、ＨＩＰ処理後の冷却時間をより一層短縮
可能としたものである。

すなわち、断熱層５が少なくとも内外２つの倒立コツプ
形ケーシング５Ａ、５Ｂを含み、かつ内外両ケーシング
５Ａ、５Ｂ間をガス流通可能に構成し、外側ケーシング
５Ａを金属製気密構造に、内側ケーシング５Ｂを気密構
造とし、外側ケーシング５Ａの上面に開閉可能な弁２５
をもつ通路２６を設け、該弁２５の開閉手段２７を上Ｍ
２に装設すると共に、前記内外ケーシング５Ａ、５Ｂ上
下端を含む断熱層５下部にガス通路２８を設け、前記弁
２５の開放時、下部のガス通路２８よりガスが断熱層５
内に流入し、上部の弁開放通路２６より断熱層５外に出
て再び下部のガス通路２６に至るガス対流経路を形成し
得る構成となしたものである。

なお、この第６実施例においては、前述した第１実施例
と共通する部分は共通符号で示している。

次に、本発明の実施例における作用を説明する。

炉体に装入されている被処理体８は、真空引き、ガス置
換等の各工程を経て、圧媒供給手段４からのガス圧媒の
昇圧および加熱要素６の通電等によってＨＩＰ処理がな
され、このＨＩＰ処理中において、冷媒導入口１８から
冷却ジャケット９の内部の流路１７に冷媒を連続的に供
給するとともに出口１９から連続的に排出することによ
って、高圧容器１の内部からの冷却がきわめて強力かつ
効果的に得られることになる。

即ち、高圧容器１の内部に冷却ジャケット９が存在する
ので、容器ｌの外部から冷却するものに比し、熱交換能
力は著しく増大され、しかも、断熱層５とあいまってロ
スのない迅速な冷却効果が期待できる。

このＨＩＰ処理中において冷却ジャケット９には半径方
向に貫通する圧媒通孔２０が設けられているので、冷却
ジャケット９と高圧容器１との間における間隙１３にも
）（ＩＰ圧媒の圧力が掛けられ、高圧容器１の半径方向
に掛る力は高圧容器ｌによって受けられ、冷却ジャケッ
ト９には内と外とから等しい圧力が掛ることにより、圧
力バランスの問題も容易に解決できる。

また、ＨＩＰ処理中の軸力は、上下蓋２．３に係合され
ているプレスフレームによって担持され、上蓋２および
下Ｍ３の各シール１５．１６は冷却ジャケット９で接す
ることになり、上、下蓋を支える軸力受はプレスフレー
ム（図示省略）に掛る軸方向荷重は、冷却ジャケット開
口部面積×圧力で決定されるため、高圧容器１の内径が
多少大きくなっても、軸力受はプレスフレームの許容荷
重は大きくならずに済む利点もある。

また、本発明の第５実施例によれば、ＨＩＰ処理中に冷
却ジャケット９に作用する圧力は、間隙１３に導入した
流体圧で保持することができ、その間隙１３内の流体圧
保持力も、ＨＩＰ処理の圧力に応じて自由に制御するこ
とが可能となる。

更に、所定のＨＩＰ処理が終了すると、冷却工程に移る
が、この冷却工程は次のようにしてなされる。

すなわち、第１３図に示した上部の弁２５が上動し、外
側ケーシング５Ａの上部通路２６が開口する。なお、こ
れは通常、自動的に組まれたシーケンス作動に従って自
動的に行われる。

弁２５が上動し、通路２６が開口すると、炉体内で熱せ
られ、軽くなった高温ガスは断熱層５内を上昇して上部
通路２６を通過して断熱Ｎ５の外部に流出する。すると
、冷却ジャケット９の流路１７に冷媒が導通されている
ので、該冷却ジャケット９が熱交換作用を行い、高温ガ
スは冷却されて重くなって下降し、下部のガス通路２８
より再び断熱Ｎ５内に流入し、マクロなガス対流経路を
形成して効率よ＜ＨＩＰ処理済の製品から熱を奪い冷却
効果を促進する。

なお、このとき通常、高圧容器ｌの内面温度が予め決め
られた値、例えば１５０℃に達すると、自動的に弁２５
が下降し、上部の通路２６を閉じる安全装置が設けられ
る。

高圧容器ｌの内面状態の確認に当っては、ＨＩＰ処理用
のガス圧媒及び冷却ジャケット９の冷媒は排出回収する
とともに、第１０図で示す実施例のときは、冷却ジャケ
ット９を支持していた流体圧も排出回収して後、上下蓋
２．３を容器軸方向に引抜くとともに、冷却ジャケット
９も容器軸方向に引抜くことによって、高圧容器ｌの内
面全体の点検、確認等が容易になされる。

以上は本発明の図示による実施例と作用であるが、本発
明は、次のように設計変更することもできる。

まず、図示した各実施例を組合せた構成にできる。

次に、上下蓋のいずれか一方は高圧容器と一体に形成し
、炉体、被処理体および冷却ジャケットの装入取出は他
方の開閉自在な蓋部材側で行なうようにもできる。

更に、冷却ジャケットの内外周面のいずれか一方又は双
方に、該ジャケットを挿抜自在にすることを条件として
冷却フィンを付設することもできる。

（発明の効果）本発明の冷却装置によれば、従来の外部からの冷却手段
に比し、高圧容器の設計自体を変える必要なく、優れた
冷却機能を発揮できる冷却ジャケットを、高圧容器内部
に内面との間に間隔を存して内装することにより、内部
冷却を熱ロスのおそれなく、従来の外部冷却に比し数倍
の熱交換能力下に設置可能となるのであり、効率的な冷
却を実現できる。

この際冷却ジャケットにおいては内表面積〈外表面積で
あるため、容器内面の圧媒圧力に比べて、小さい力でバ
ランスさせることができＨＩＰ用圧媒の導通あるいは間
隙内にＨＩＰ圧媒とは別の圧媒供給によって、冷却ジャ
ケットの流体圧保持ができ、これによると内外圧力のバ
ランスが容易に解決でき、しかもコンパクトな設備にで
きる。

また、高圧容器から冷却ジャケットを容易に取り外せる
ので、高圧容器内面状態の確認も簡便に実施でき、ここ
にＨＩＰ装置に用いる高温高圧容器の冷却装置として安
全性を充分に約束できる。

更に、ＨＩＰ処置後の冷却工程においても、ガス対流に
よる熱交換作用が、冷却ジャケットが内部に設けである
ことから極めて大きく、ここに、冷却工程の短縮化に伴
う生産効率の大巾な向上も約束する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のい（つかの実施例と従来例を示し、第１
図は本発明装置第１実施例の縦断正面図、第２図は第１
図Ａ−Ａ線断面図、第３図は同第２実施例の縦断正面図
、第４図は第３図Ａ−Ａ線断面図、第５図（１）乃至第
５図（３）は第４図の要部各実施例の横断平面図、第６
図は同第３実施例の縦断正面図、第７図は同冷却ジャケ
ット実施例の縦断正面図、第８図は第４実施例の縦断正
面図、第９図は同ジャケットの要部展開正面図、第１０
図は第５実施例の縦断正面図、第１１図は第１０図Ａ−
Ａ線断面図、第１２図は第５実施例による応力分布図、
第１３図は第６実施例の縦断正面図、第１４図は一般高
圧容器における応力分布図、第１５図と第１６図は従来
例の各断面図である。１・・・高圧容器、２・・・上蓋、３・・・下蓋、４・
・・圧媒導入口、５・・・断熱層、６・・・加熱要素、
９・・・冷却ジャケット、１３・・・間隙、１７・・・
冷媒流路、２０・・・圧媒通孔、２４・・・流体圧支持
用圧媒導入口。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）容器軸方向端部の開口が嵌脱可能な蓋部材によっ
て密閉されて内部に高圧室を有する高圧容器と、前記高
圧室に配置されている加熱要素と、該加熱要素を高圧室
内で内包している断熱層と、前記高圧室へ圧媒を供給す
る圧媒供給手段とを備えているＨＩＰ装置において前記
高圧容器を冷却する装置であって、その内部に冷媒用流路を有する筒形の冷却ジャケットが、前記高圧容器の内面と断熱層の外面との
間の高圧室に、容器軸方向に挿脱自在に内装されて高圧
容器の内面と冷却ジャケットの外面との間に間隙が形成
されており、前記冷却ジャケットには前記間隙と高圧室
とを連通して圧媒を間隙に導通するための圧媒通孔が設
けられていることを特徴とする高温高圧容器の冷却装置
。
（２）容器軸方向端部の開口が嵌脱可能な蓋部材によっ
て密閉されて内部に高圧室を有する高圧容器と、前記高
圧室に配置されている加熱要素と、該加熱要素を高圧室
内で内包している断熱層と、前記高圧室へ圧媒を供給す
る圧媒供給手段とを備えているＨＩＰ装置において前記
高圧容器を冷却する装置であって、その内部に冷媒用流路を有する筒形の冷却ジャケットが、前記高圧容器の内面と断熱層の外面との
間の高圧室に、容器軸方向に挿脱自在に内装されて高圧
容器の内面と冷却ジャケットの外面との間に間隙が形成
されており、該間隙内にＨＩＰ処理用の圧媒とは別の圧
媒を導入して前記冷却ジャケットを流体圧支持するため
の別の圧媒供給手段が備えられていることを特徴とする
高温高圧容器の冷却装置。