JP6819199B2 - 圧力容器 - Google Patents
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Description
本発明は、圧力容器に関する。
反応器（リアクタ）、熱交換器等の圧力容器では、一次流体と、二次流体との間で熱交換を行うことにより、反応物の生成や、加熱・冷却等が行われている。特許文献１には、熱交換器からなる圧力容器が記載されている。
ところで、従来の反応器（リアクタ）、熱交換器等の圧力容器は、流体が流れる流路が設けられる胴部と、胴部の長手方向の少なくとも一端側に設けられる胴フランジと、を備えている。圧力容器の胴部には、流体が出入りするヘッダが設けられている。このような圧力容器は、通常、プラント等に設置されるので、プラント等をコンパクトにするために、圧力容器をより小型化することが望まれている。
そこで本発明の目的は、より小型化することが可能な圧力容器を提供することである。
本発明に係る圧力容器は、流体が流れる流路が設けられ、矩形の断面形状を有し、延びて形成されている圧力容器本体と、前記圧力容器本体の長手方向の少なくとも一端側に設けられる円形状の本体フランジと、を備え、前記圧力容器本体は、前記圧力容器本体の長手方向の一端側で、且つ本体フランジ側に設けられ、前記流路と連通し、前記流体が出入りする流体出入口を有し、前記圧力容器本体と、前記本体フランジとの間に、前記流体出入口と連通する閉空間で形成され、前記流体が出入りする出入口ヘッダを有することを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記出入口ヘッダは、前記圧力容器本体と、前記本体フランジとの間に、複数設けられていることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記出入口ヘッダは、前記本体フランジの厚み方向の両側に、前記閉空間を形成する一対の蓋を有していることを特徴とする。
本発明に係る圧力容器において、前記一対の蓋の少なくとも一方は、開閉可能に形成されていることを特徴とする。
上記構成の圧力容器によれば、圧力容器本体に、流体が出入りするヘッダを取り付ける必要がないので、圧力容器本体におけるヘッダを取り付ける領域が不要となる。これにより、圧力容器本体をより小さく構成することができるので、圧力容器をより小型化することが可能となる。
以下に本発明の各実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、圧力容器１０の構成を示す概略図である。図２は、圧力容器１０の構成を示す詳細図である。圧力容器１０は、例えば、反応器（リアクタ）、熱交換器等で構成されている。
本発明の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、圧力容器１０の構成を示す概略図である。図２は、圧力容器１０の構成を示す詳細図である。圧力容器１０は、例えば、反応器（リアクタ）、熱交換器等で構成されている。
圧力容器１０は、圧力容器本体１２と、圧力容器本体１２に設けられる少なくとも１つの蓋体１４と、を備えている。圧力容器１０は、圧力容器本体１２の長手方向の少なくとも一端側に設けられる本体フランジ１６を有している。本体フランジ１６は、圧力容器本体１２の長手方向の両端側に設けられていてもよい。圧力容器１０は、蓋体１４に設けられる蓋フランジ１８を有している。本体フランジ１６と、蓋フランジ１８とは、ボルト２０等の締結部材で開閉可能に締結されている。なお、蓋体１４は、圧力容器本体１２の両側に設けられていてもよい。
圧力容器本体１２は、矩形の断面形状を有しており、延びて形成されている。圧力容器本体１２は、例えば、直方体形状等に形成されている。圧力容器本体１２は、ステンレス鋼、Ｎｉ（ニッケル）合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。圧力容器本体１２は、第１流体が流れる第１流路（図示せず）を有している。第１流路は、１つ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。第１流路は、圧力容器本体１２の長手方向に沿って形成されているとよい。第１流路は、直線状に形成されていてもよいし、蛇行して形成されていてもよい。
圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向の一端側で、且つ本体フランジ１６側に設けられ、第１流路と連通し、第１流体が出入りする第１流体出入口２２を有している。より詳細には、圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向の一端側の側面に、第１流体が出入りする第１流体出入口２２を有している。第１流体出入口２２は、第１流路と連通して形成されている。第１流体出入口２２は、少なくとも１つ設けられていればよく、複数設けられていてもよい。圧力容器本体１２の長手方向の一端側には、例えば、図２に示すように、３つの第１流体出入口２２が設けられている。
圧力容器本体１２は、第２流体が流れる第２流路（図示せず）を有していてもよい。第２流路は、第１流体と第２流体とが混ざらないように、第１流路と別れて形成されている。第２流路は、１つ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。第２流路は、圧力容器本体１２の長手方向に沿って形成されているとよい。第２流路は、直線状に形成されていてもよいし、蛇行して形成されていてもよい。
圧力容器本体１２は、圧力容器本体１２の長手方向の一端側の端面に、第２流体が出入りする第２流体出入口２４を有している。第２流体出入口２４は、第２流路と連通して形成されている。第２流体出入口２４は、少なくとも１つ設けられていればよく、複数設けられていてもよい。圧力容器本体１２の長手方向の一端側には、例えば、図２に示すように、４つの第２流体出入口２４が設けられている。
第１流路と、第２流路とは、触媒部材やフィン等が挿入されていてもよい。第１流体と、第２流体とは、同じ方向に流れるようにしてもよいし（いわゆる並流式）、逆方向に流れるようにしてもよい（いわゆる対向流式）。第１流体や第２流体には、例えば、有機化合物等の反応流体、燃焼ガス等の高温ガス、水、冷媒等の熱媒体を用いることができる。
圧力容器１０が反応器（リアクタ）の場合には、例えば、第１流体には反応流体が用いられ、第２流体には熱媒体が用いられる。第１流体と、第２流体との間の熱交換によって、第１流体を加熱または冷却する。これにより第１流体の反応流体を反応させて、生成物を生成することができる。
本体フランジ１６は、圧力容器本体１２の長手方向の少なくとも一端側に設けられている。本体フランジ１６は、円形状に形成されている。本体フランジ１６は、貫通穴からなる開口部を備えている。本体フランジ１６の開口部は、圧力容器本体１２を挿入可能な空間と、後述する出入口ヘッダ３２を形成可能な空間と、を有している。本体フランジ１６の開口部の形状は、特に限定されないが、例えば、円形状に形成されているとよい。本体フランジ１６は、本体フランジ１６の周縁部に、蓋フランジ１８とボルト２０等の締結部材で締結するための締結穴２６を有している。本体フランジ１６は、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。本体フランジ１６は、圧力容器本体１２と溶接等で接合されている。本体フランジ１６と、圧力容器本体１２とを溶接する場合には、圧力容器本体１２の周方向に沿って溶接してもよいし、本体フランジ１６の厚み方向に沿って溶接してもよい。
蓋体１４は、ドーム状等に形成されている。蓋体１４は、蓋体１４内と連通し、第２流体が出入りするノズル２８が設けられている。ノズル２８は、第２流体が入る入口ノズルとして機能してもよいし、第２流体が出る出口ノズルとして機能してもよい。ノズル２８が入口ノズルとして機能する場合には、ノズル２８から入った第２流体は、圧力容器本体１２の第２流体出入口２４から第２流路へ導入される。また、ノズル２８が出口ノズルとして機能する場合には、圧力容器本体１２の第２流体出入口２４から出た第２流体は、蓋体１４のノズル２８から排出される。蓋体１４は、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。
蓋フランジ１８は、蓋体１４の圧力容器本体１２側に設けられている。蓋フランジ１８は、蓋体１４と溶接等で接合されている。蓋フランジ１８は、蓋フランジ１８の周縁部に、本体フランジ１６とボルト２０等の締結部材で締結するための締結穴３０を有している。蓋フランジ１８は、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。
圧力容器１０は、本体フランジ１６と、蓋フランジ１８とを有する開放機構を備えている。圧力容器１０は、このような開放機構を備えることにより、開放点検、修理等が可能となる。
圧力容器１０は、第１流体が出入りする出入口ヘッダ３２を有している。図３と、図４とは、出入口ヘッダ３２を説明するための図である。圧力容器１０は、圧力容器本体１２と、本体フランジ１６との間に、第１流体出入口２２と連通する閉空間で形成され、第１流体が出入りする出入口ヘッダ３２を有している。出入口ヘッダ３２は、第１流体を排出する出口ヘッダとして機能してもよいし、第１流体を導入する入口ヘッダとして機能してもよい。
出入口ヘッダ３２は、本体フランジ１６の厚み方向の両側に、閉空間を形成するための一対の蓋３４、３６を有しているとよい。出入口ヘッダ３２は、圧力容器本体１２の外面と、本体フランジ１６の内面と、一対の蓋３４、３６とに囲まれた密閉された閉空間で形成されている。一対の蓋３４、３６は、圧力容器本体１２と、本体フランジ１６とに全周溶接等により接合されているとよい。一対の蓋３４、３６は、内蓋３４と、外蓋３６と、から構成されている。内蓋３４と、外蓋３６とは、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。
内蓋３４は、第１流体と第２流体との混合を抑制するために、第１流体側と第２流体側とを仕切る機能を有している。内蓋３４は、蓋フランジ１８との干渉を抑制するために、平坦な板状に形成されているとよい。内蓋３４は、例えば、弓形の板で形成されている。
外蓋３６は、第１流体の圧力容器１０の外部への漏れを抑制するために、出入口ヘッダ３２と、圧力容器１０の外部と、を仕切る機能を有している。外蓋３６は、弓形の板等の板状や、圧力容器１０の外部へ突出するドーム状に形成されているとよい。外蓋３６が、圧力容器１０の外部へ突出するドーム状に形成されている場合には、外蓋３６に圧力をより均等に負荷することができる。
外蓋３６は、外蓋３６の背面に設けられており、出入口ヘッダ３２と連通するノズル３８を有している。ノズル３８は、外蓋３６と溶接等で接合されている。ノズル３８は、例えば、既設の配管等（図示せず）と接続されている。第１流体は、外蓋３６のノズル３８から出入口ヘッダ３２へ出入りすることができる。
このように圧力容器本体１２と、本体フランジ１６との間に、出入口ヘッダ３２を設けることにより、圧力容器本体１２におけるヘッダを取り付ける領域が不要となるので、圧力容器本体１２をより小さく構成することができる。これにより、圧力容器１０をより小型化することができる。また、圧力容器１０が反応器（リアクタ）や熱交換器である場合には、圧力容器本体１２の長手方向の略全ての領域を、第１流体と第２流体との熱交換に利用することができる。更に、圧力容器本体１２をより小さく構成することができるので、圧力容器本体１２の材料コストを低減することが可能となる。
次に、圧力容器１０の作用について説明する。図５と、図６とは、圧力容器１０の作用を説明するための図である。なお、図５及び図６に示す矢印は、第１流体の流れの方向を示している。まず、出入口ヘッダ３２が、出口ヘッダとしての機能する場合について説明する。第１流体は、圧力容器本体１２の第１流体出入口２２から排出される。第１流体出入口２２から排出された第１流体は、出入口ヘッダ３２で合流する。出入口ヘッダ３２で合流した第１流体は、外蓋３６のノズル３８から排出される。
次に、出入口ヘッダ３２が、入口ヘッダとして機能する場合について説明する。外蓋３６のノズル３８から入った第１流体は、出入口ヘッダ３２に導入される。出入口ヘッダ３２に導入された第１流体は、圧力容器本体１２の第１流体出入口２２から導入される。
上記構成の圧力容器によれば、圧力容器本体と、本体フランジとの間に、流体を出入りさせる出入口ヘッダを設けているので、圧力容器本体におけるヘッダを取り付ける領域が不要となる。これにより、圧力容器本体の長さを短くして圧力容器本体をより小さく構成することができるので、圧力容器をより小型化、軽量化することができる。また、圧力容器本体をより小さく構成することができることから、圧力容器本体の材料コスト等が抑えられ、圧力容器の製造コストを低減することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図７は、圧力容器４０の構成を示す図である。図８は、圧力容器４０の作用を説明するための図である。図７及び図８に示す矢印は、第１流体の流れの方向を示している。なお、同様な構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態の圧力容器４０では、圧力容器本体４２と、本体フランジ１６との間に、出入口ヘッダ３２、４４が複数設けられている点で、第１実施形態の圧力容器１０と相違している。
次に、本発明の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図７は、圧力容器４０の構成を示す図である。図８は、圧力容器４０の作用を説明するための図である。図７及び図８に示す矢印は、第１流体の流れの方向を示している。なお、同様な構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態の圧力容器４０では、圧力容器本体４２と、本体フランジ１６との間に、出入口ヘッダ３２、４４が複数設けられている点で、第１実施形態の圧力容器１０と相違している。
圧力容器４０は、圧力容器本体４２と、本体フランジ１６との間に、複数の出入口ヘッダ３２、４４を有している。図７及び図８に示す圧力容器４０は、圧力容器本体４２と、本体フランジ１６との間に、２つの出入口ヘッダ３２、４４を有している。２つの出入口ヘッダ３２、４４は、圧力容器本体４２を挟んで対向して形成されている。圧力容器本体４２は、圧力容器本体４２の長手方向の一端側で、且つ本体フランジ１６側に設けられ、第１流路と連通し、第１流体が出入りする第１流体出入口２２、４６を有している。より詳細には、圧力容器本体４２は、圧力容器本体４２の長手方向の一端側の両側面に、第１流体が出入りする第１流体出入口２２、４６を有している。一方の出入口ヘッダ３２は、一方の第１流体出入口２２と連通する閉空間で形成されている。他方の出入口ヘッダ４４は、他方の第１流体出入口４６と連通する閉空間で形成されている。
このように複数の出入口ヘッダ３２、４４を設けることにより、複数の出入口ヘッダ３２、４４から第１流体を出し入れすることが可能となる。例えば、第１流体出入口２２から排出された第１流体は、出入口ヘッダ３２で合流し、ノズル３８から排出される。また、第１流体出入口４６から排出された第１流体は、出入口ヘッダ４４で合流し、ノズル４８から排出される。
圧力容器４０は、圧力容器本体４２に第３流体を流す第３流路を設けることにより、他方の第１流体出入口４６を、第３流体を出し入れする第３流体出入口としてもよい。このような場合には、一方の出入口ヘッダ３２から第１流体を出し入れし、他方の出入口ヘッダ４４から第３流体を出し入れすることができる。
更に、圧力容器４０は、圧力容器本体４２の流路構成を変えることにより、圧力容器本体４２と、本体フランジ１６との間の他の部位に、出入口ヘッダを設けるようにしてもよい。より詳細には、図８に示す領域Ａ、Ｂのように、一方の出入口ヘッダ３２と、他方の出入口ヘッダ４４とを結ぶ線に対して交差する方向における圧力容器本体４２と、本体フランジ１６との間に、更に、出入口ヘッダを設けるようにしてもよい。これにより、圧力容器本体４２と、本体フランジ１６との間に、３つの出入口ヘッダや、４つの出入口ヘッダを設けることが可能となる。
上記構成の圧力容器によれば、圧力容器本体と、本体フランジとの間に、複数の出入口ヘッダが設けられているので、第１実施形態の効果に加えて、より多くの量の流体を出し入れすることや、より多くの種類の流体を用いることが可能となる。
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図９は、圧力容器５０の構成を示す図である。なお、同様な構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第３実施形態の圧力容器５０では、一対の蓋３４、３６の少なくとも一方は、開閉可能に形成されている点で他の実施形態の圧力容器１０、４０と相違している。なお、図９に示す矢印は、第一流体の流れの方向を示している。
次に、本発明の第３実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図９は、圧力容器５０の構成を示す図である。なお、同様な構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第３実施形態の圧力容器５０では、一対の蓋３４、３６の少なくとも一方は、開閉可能に形成されている点で他の実施形態の圧力容器１０、４０と相違している。なお、図９に示す矢印は、第一流体の流れの方向を示している。
図９に示す圧力容器５０では、内蓋３４が開閉可能に形成されている。より詳細には、圧力容器本体１２の外面と、本体フランジ１６の内面とに、例えば、環状の突出部５１が溶接等により取り付けられている。環状の突出部５１には、ボルト５２等の締結部材が溶接等により取り付けられている。内蓋３４は、環状の突出部５１と、ボルト５２等の締結部材で開閉可能に締結される。また、第一流体の漏れを抑制するために、ガスケット等のシール材を用いるとよい。これにより、内蓋３４を開閉可能に形成することができるので、出入口ヘッダ３２を開放点検等することができる。内蓋３４だけでなく外蓋３６も同様に開閉可能に形成してもよいし、外蓋３６だけを開閉可能に形成してもよい。
また、内蓋３４及び外蓋３６のどちらか一方を開閉可能に形成する場合には、内蓋３４を開閉可能に形成するとよい。外蓋３６は、圧力容器の内部と外部とを仕切るので、外蓋３６の両側では、圧力差が大きくなる傾向がある。このため、外蓋３６は、圧力容器本体１２の外面と、本体フランジ１６の内面とに、全周溶接されているとよい。これに対して、内蓋３４は、圧力容器５０の内部の第１流体側と、第２流体側とを仕切るので、内蓋３４の両側では、圧力差が小さくなる傾向があるからである。
上記構成の圧力容器によれば、出入口ヘッダにおける一対の蓋の少なくとも一方を開閉可能に形成することにより、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、出入口ヘッダを開放点検等することが可能となる。
１０ 圧力容器
１２ 圧力容器本体
１４ 蓋体
１６ 本体フランジ
１８ 蓋フランジ
２０ ボルト
２２ 第１流体出入口
２４ 第２流体出入口
２６、３０ 締結穴
２８、３８ ノズル
３０ 締結穴
３２ 出入口ヘッダ
３４ 内蓋
３６ 外蓋
１２ 圧力容器本体
１４ 蓋体
１６ 本体フランジ
１８ 蓋フランジ
２０ ボルト
２２ 第１流体出入口
２４ 第２流体出入口
２６、３０ 締結穴
２８、３８ ノズル
３０ 締結穴
３２ 出入口ヘッダ
３４ 内蓋
３６ 外蓋
Claims (4)
- 圧力容器であって、
流体が流れる流路が設けられ、矩形の断面形状を有し、延びて形成されている圧力容器本体と、
貫通穴からなる開口部を備え、前記圧力容器本体の長手方向の少なくとも一端側に設けられ、前記圧力容器本体が挿入される円形状の本体フランジと、
を備え、
前記圧力容器本体は、前記圧力容器本体の長手方向の一端側の側面に設けられ、且つ本体フランジ側に設けられ、前記流路と連通し、前記流体が出入りする流体出入口を有し、
前記圧力容器本体の外面と、前記本体フランジの内面との間に、前記流体出入口と連通する閉空間で形成され、前記流体が出入りする出入口ヘッダを有し、
前記本体フランジの開口部は、前記圧力容器本体を挿入可能な空間と、前記出入口ヘッダを形成可能な空間と、を有することを特徴とする圧力容器。 - 請求項１に記載の圧力容器であって、
前記出入口ヘッダは、前記圧力容器本体の外面と、前記本体フランジの内面との間に、複数設けられていることを特徴とする圧力容器。 - 請求項１または２に記載の圧力容器であって、
前記出入口ヘッダは、前記本体フランジの厚み方向の両側に、前記閉空間を形成する一対の蓋を有していることを特徴とする圧力容器。 - 請求項３に記載の圧力容器であって、
前記一対の蓋の少なくとも一方は、開閉可能に形成されていることを特徴とする圧力容器。
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