圧力計算

質問

気密性の箱があります。箱の内部圧力が１Ｐａを超えると箱が壊れてします。
箱を壊れなくするために、圧力抜きの蓋（圧力が上がったときに開く蓋）を付けようと思うですが、どうやって、計算したらわかりません。
圧力抜きの穴の大きさ等をきめる計算方法を教えて下さい。
箱の大きさは、１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍです。
なお、圧力は０．５Ｐａで抜けるようにしたいと思います。
また、その時、蓋にかかる荷重計算方法も教えて下さい。

回答No.3

Umada

先ほどの回答の最後の部分(蓋の持ち上がる条件)は大気圧の存在を見落としていました。最後の数式で、pを内圧と大気圧の差(いわゆるゲージ圧)と読み替えてください。

単に容器の破壊を防ぐのが目的ならばバネ式安全弁や破裂板を使います。一方、圧力を一定に保ちたいなら圧力センサと電磁弁の組み合わせを使うのが一般的です。ただし後者の場合でも、万一の場合の安全を考えて安全弁や破裂板は備え付けるのが通常の設計です。

また、耐圧が正味で1MPaしかない時に最高使用圧力を0.5MPaにするということは、安全率がわずか2しかないことを意味します(1MPaが安全率を見込んである数字なら話は別です)。その箱にはガス導入のための孔もあるはずですし、さらに圧力抜きの孔をあけるとなるとそこで応力集中がおきますから安全率2ではとても安心して使えません。安全率は少なくとも6～7程度は取るものですから、箱自体の耐圧を最低でも3MPa程度まで上げるか、最高使用圧力を0.15MPa程度に制限するかどちらかが必要です。

回答No.2

yu-mizu123

１Ｐａ（パスカル）で間違いありませんか。１ＭＰａとか１ＫＰａではないですか。
１Ｐａ＝1.0197X10^-5 kgf/cm^2（10のマイナス５乗と書いたつもりです。）
したがって圧力は０ではないけれどもかなり小さいです。
内部圧力が１Ｐａで、蓋の面積　10X10=100cm^2
蓋に掛かる圧力は「1.0197X10^-5 kgf/cm^2」Ｘ100cm^2＝1.0197X10^-3 kgf
蓋に掛かる荷重は少ないです。１Ｐａの内部圧力で箱が壊れる様な強度（板厚）箱物理的に無理と思います。
話は変わって例えば１００ＭＰａの耐圧の箱があり、圧力が５０ＭＰａまで上がったら圧力を逃がしたい。というのであれば圧力センサーを使えば簡単にできます。

回答No.1

Umada

以下は高圧ガス消費設備で使われる、圧力逃がし機構についてのお話です。

気密容器の圧力が一定以上上がらないようにするためには、バネ式安全弁や破裂板がよく使われます。
参考URLには安全弁の製品例が載っています。弁をバネで押さえておいて、圧力が上がったら内圧がバネの力に勝ってそこからガスが逃げる、という構造です。(ガスの種類によってはその先、室内にガスが溜まらないように排気管を設けてください)
弁が作動する圧力は各種のものがありますから、適当なものを選んでください。

破裂板も安全弁と同様に部品として市販されています。圧力が一定以上に上がると金属の薄い板が破れて、そこから圧力を逃がすという原理です。安全弁と違って一度使ったら交換です。

ところで圧力が「1Pa」「0.5Pa」になっていますが、これは「1MPa」や「0.5MPa」の意味でよろしいのでしょうか。上記の回答はその前提で行っております。

単にフタを設けるだけでしたら、フタの単位面積あたりの質量をρとしてρ×g0=<pになればフタは持ち上がる計算になりそうですが。(g0は重力加速度、pは内圧、圧力はゆっくり上昇するとして)

参考URL：

http://www.o-net.or.jp/fushiman/anzen02.htm