(57)【要約】【課題】気密性に優れ、再組立が容易な容器の密閉構造を提供する。【解決手段】冷媒槽1は、一対の第一分割片(半割れ片10a)及び第二分割片(半割れ片10b)から構成され、半割れ片10a,10bの端面を突き合わせ、この部分を溶接してなる溶接接続部と、両半割れ片10a,10bを互いに近接する方向に締め付けるボルト12及びナット13a,13a',13b,13b'からなる連結部とを具える。冷媒槽1は、溶接接続部により、長期に亘り高い気密性を維持でき、連結部により、所望の機械的強度を保持できる。また、冷媒槽1は、溶接接続部と連結部とを組み合わせることで、組立、解体、再組立が容易に行える。【選択図】図1
2008223874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分割片を組み合わせて構成される容器と、
複数の分割片のうち、第一分割片とこの第一分割片に組み合わされる第二分割片との突合せ箇所近傍を溶接することで両分割片を接続する溶接接続部と、
前記溶接接続部の外周に配置されて、第一分割片と第二分割片とを互いに近接する方向に締め付ける連結部とを具えることを特徴とする容器の密閉構造。
【請求項２】
溶接接続部は、突合せ箇所を溶接した溶接部を具えることを特徴とする請求項1に記載の容器の密閉構造。
【請求項３】
更に、突合せ箇所の外周を覆うように配置されるフープストレス用補強材を具えることを特徴とする請求項1に記載の容器の密閉構造。
【請求項４】
溶接接続部は、突合せ箇所の外周を覆うように配置される接続帯材と、接続帯材の一方の周縁と第一分割片とを隅肉溶接した第一溶接部と、接続帯材の他方の周縁と第二分割片とを隅肉溶接した第二溶接部とを具えることを特徴とする請求項1に記載の容器の密閉構造。
【請求項５】
容器は、第一分割片及び第二分割片から構成され、内部に超電導ケーブル同士を接続する中間接続部を収納するものであり、
両分割片は、ケーブルの長手方向に分割可能な一対の半割れ片であることを特徴とする請求項1に記載の容器の密閉構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒といった流体などを収納する容器の密閉構造に関するものである。特に、気密性に優れると共に、再組立が容易な容器の密閉構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超電導導体を有するケーブルコアを冷媒と共に二重構造の断熱管に収納してなる超電導ケーブルが電力供給用線路に利用されつつある。線路を構築する場合、超電導ケーブルと常温側機器とを接続する終端接続構造を線路端部に設ける。線路が長距離に及ぶ場合、超電導ケーブル同士を接続する中間接続構造を線路の途中に設ける。
【０００３】
上記接続構造は、超電導ケーブルの端部に構築される導体接続部(終端接続部又は中間接続部)と、導体接続部を収納する容器(接続箱)とを具える。接続箱は、超電導ケーブルの断熱管と同様に二重構造であり、導体接続部を収納し、導体接続部を冷却する冷媒が充填される冷媒槽を内側に具え、冷媒槽の外側に真空断熱槽を具える(特許文献1,2参照)。
【０００４】
冷媒槽や真空断熱槽は、複数の分割片を組み合わせて一体にする構成のものがあり(特許文献1,2参照)、これら分割片同士の接続方法には、(1)フランジ接続、(2)溶接接続がある。
【０００５】
(1)フランジ接続
図4は、一対の円筒状の分割片を組み合わせてなる有底円筒状の冷媒槽において、分割片同士の接続箇所を拡大して示す断面図である。冷媒槽100は、一対の円筒状の分割片101,102を組み合わせて形成される。各分割片101,102は、開口部の周縁から外方に突出する円環状のフランジ101f,102fを具える。冷媒槽100は、両フランジ101f,102fを互いに接合してボルト孔101h,102hにボルト120を挿通し、ボルト120の先端にナット121を嵌めて締め付けることで両分割片101,102を接続して形成する。また、フランジ101fにおけるフランジ102fとの接合面(シール面)において開口部近傍には、金属シール110を配置する凹部101rを具える。金属シール110は、一般に環状である。
【０００６】
(2)溶接接続
図5は、一対の円筒状の分割片を組み合わせてなる有底円筒状の冷媒槽において、分割片同士の接続箇所を拡大して示す断面図であり、(I)は、重ね溶接の例、(II)は、はめ込み溶接の例を示す。以下、図においてメッシュのハッチングは、溶接金属(肉盛り)を示す。
図5(I)に示す冷媒槽200は、両分割片201,202の開口部近傍を部分的に重ね合わせて溶接する、いわゆる重ね溶接を行って、両分割片201,202を接続することで形成される。
図5(II)に示す冷媒槽210は、一方の分割片211の開口部に設けられた嵌合部213に、他方の分割片212の一部をはめ込んで溶接する、いわゆるはめ込み溶接を行って、両分割片211,212を接続することで形成される。
【０００７】
【特許文献１】特開2005-253203号公報
【特許文献２】特開2006-196628号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フランジ接続の場合、フランジ同士の接合により所定の機械的強度を有し、金属シールにより気密性が維持される容器が得られる。また、フランジ接続の場合、容器内の収納物、例えば、上記接続箱の場合、ケーブルコアや導体接続部、各種センサなどを点検、補修などをするにあたり、容器を解体、再組立することができる。
【０００９】
しかし、この容器では、長期に亘り高い気密状態を維持できない恐れがある。
上記接続箱を点検などする場合、接続箱は、点検に際して常温に昇温され、点検後、再運転を行うに際して冷媒温度に冷却される。このように点検などを行うことで、接続箱は、昇温と冷却とが繰り返される。このような大きな温度変化に伴うボルトやフランジの伸縮により締め付けが緩む恐れがある。例えば、冷媒槽の締め付けが緩んで真空断熱槽に冷媒が漏洩する(微小リークが生じる)と、所定の真空度が維持できず、断熱性能が低下する。そのため、長期に亘り、高い気密性を維持できる密閉構造が望まれる。
【００１０】
また、この容器では、大型になる。
フランジは、容器の接続方向(中間接続箱の場合、ケーブルの長手方向に相当し、図4ではボルト120の軸方向に相当する方向)に加わる外力に耐え得る強度に加えて、容器の内圧(例えば、冷媒の圧力)にも耐え得る強度を有することが求められる。フランジ構造では、シールの位置により圧力設計がなされ、このような機械的強度を維持するように設計すると、フランジの外径やフランジの厚さが大きくなる傾向にある。このフランジの大型化に伴い、容器が大きくなる。例えば、上記接続箱をマンホールのように大きさに制限がある場所に設置する場合、接続箱はできるだけ小さいことが望まれる。
【００１１】
更に、この容器では、冷媒槽の気密のために使用する金属シールを再利用できないことがある。
容器を解体して再度組み立てる際、容器を構成する分割片及びボルト・ナットは、再利用が可能である。しかし、金属基体の表面に金属メッキした構成の金属シールは、最初の組立時にメッキを潰して気密にするものであるため、メッキ変形後に容器を解体した際、メッキが変形前の初期の状態に復帰しない。そのため、この金属シールは、再利用できない。従って、容器を一度解体すると、金属シールを入れ替える必要がある。また、環状の金属シールを入れ替えるには、上記接続箱の解体に加えて、箱内に収納されたケーブル同士を接続した中間接続部も解体しなければならない。このように金属シールによっては取替え作業が非常に手間である上、再組立の際、中間接続部も再構築しなければならず、再組立性がよくない。加えて、金属シールを用いる場合、フランジの接合面(シール面)に要求される仕上げ加工精度がゴムOリングを利用する場合と比較して高く、金属シールを配置する凹部の寸法も厳密に設計する必要があり、分割片の製造性の改善も望まれる。
【００１２】
一方、溶接接続の場合、点検などを行うために昇温と冷却とが繰り返し行われても、長期に亘り高い気密性を維持することができ、重ね溶接やはめ込み溶接を行うことで、機械的強度にも優れた容器が得られる。
【００１３】
しかし、この容器は、解体し難く、また、解体後に分割片を再利用し難い。
この容器を解体する場合、溶接による肉盛り部分に加え、重ね合わせ部分やはめ込み部分をもグラインダーやプラズマ切断機で切断するため、解体し難い。また、この容器は、解体による切除範囲が大きく、重ね合わせ部分やはめ込み部分が除去される。そのため、切断面の成形が困難であり、容器を解体して再度組み立てる際、分割片の重ね合わせや嵌合が行えなえず、分割片の再利用が困難である。
【００１４】
また、この容器は、製造性がよくない。
溶接のみで十分な機械的強度を維持しようとすると、完全溶け込み溶接が必要であり、このような溶接が行えるように、はめ込み部分や重ね合わせ部分の形状が複雑になるだけでなく、高精度に成形する必要がある。例えば、重ね溶接を行う場合、溶接面積を十分に大きくするために、分割片の溶接箇所近傍を厚くしたりする。従って、分割片の製造性の改善も望まれる。
【００１５】
そこで、本発明の主目的は、気密性に優れ、簡単に再組立が可能な容器の密閉構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、溶接による接続と締付部材を用いる接続とを併用することで、上記目的を達成する。本発明は、複数の分割片を組み合わせて構成される容器の密閉構造であり、複数の分割片のうち、第一分割片と、この第一分割片に組み合わされる第二分割片とを溶接により接続する溶接接続部と、両分割片を締め付けて連結する連結部とを具える。両分割片は、突き合わされた箇所の近傍が溶接される。連結部は、上記溶接接続部の外周に配置され、両分割片を互いに近接する方向に締め付ける。
【００１７】
図4,5に示す(1)フランジ接続や(2)溶接接続は、一つの接続構造で気密性と機械的強度との両立を実現しようとする構成である。これに対し、本発明密閉構造は、二つの接続構造を具える構成であり、一方の構造(溶接接続部)で主として気密性を保持し、他方の構造(連結部)で主として機械的強度を保持する構成である。このような本発明密閉構造は、昇温と冷却とが繰り返される場合であっても、溶接接続部により長期に亘り高い気密性を維持することができる。特に、本発明密閉構造は、分割片自体を重ね合わせて溶接する重ね溶接や分割片同士をはめ合わせて溶接するはめ込み溶接を行わず、両分割片を突き合わせた状態にして溶接するため、分割片の製造が容易であることに加えて、容器の組立はもちろん、解体も容易であり、解体時の分割片の切除範囲も小さくて済む。また、解体した分割片及び連結部を構成する部材は、再利用できるため、本発明密閉構造は、容器の再組立が可能である。更に、本発明密閉構造は、フランジ接続を行う場合のように大面積のフランジを設けなくてもよいため、容器の小型化を実現する。
【００１８】
以下、本発明をより詳しく説明する。
本発明における容器は、気密に収納することが望まれる対象を少なくとも収納する。例えば、冷媒といった流体を収納する容器、具体的には冷媒槽や、断熱機能を有する容器、例えば、真空状態が維持可能な真空槽(真空断熱槽)が挙げられる。その他、本発明における容器は、冷媒によって冷却される対象などを収納してもよい。例えば、本発明における容器は、超電導ケーブル端部に設けられる導体接続部を収納する容器とすることができる。具体的には、本発明における容器は、超電導ケーブル同士の接続部分、即ち、中間接続部を収納する中間接続箱、或いはケーブルと常温側機器との接続部分、即ち、終端接続部を収納する終端接続箱が挙げられる。これら接続箱が、導体接続部を収納すると共に導体接続部を冷却する冷媒を充填する冷媒槽と、冷媒槽の外周に設けられる真空断熱槽とを具える二重構造である場合、本発明密閉構造は、少なくとも、昇温と冷却とを行う際に温度変化が大きい冷媒槽に適用することが好ましい。冷媒槽及び真空断熱槽の両槽に本発明密閉構造を利用すると、組立、解体、及び再組立を簡単に行えて好ましい。その他、本発明密閉構造は、超電導コイルを収納する容器、超電導マグネットを収納する容器などに適用することができる。
【００１９】
容器は、複数の分割片を組み合わせて一体になる構成とする。分割可能な構成とすることで、容器の搬送や導体接続部の組立を容易に行える。分割数は、特に限定しないが、少なくとも第一分割片と第二分割片とを具える。容器が第一分割片及び第二分割片からなる一対の分割片で構成される場合、接続作業が少なくて済む。分割片は、溶接できるように金属にて構成することが好適である。特に、容器に冷媒といった低温物を収納する場合、低温特性に優れるステンレス鋼にて分割片を構成することが好ましい。
【００２０】
組み合わされる分割片同士は、端面を突き合わせて配置し、突合せ箇所近傍を溶接する。そのため、これら分割片は、端面を突き合わせることが可能な形状であればよく、重ね溶接やはめ込み溶接を行う場合のように複雑な形状にする必要がない。また、突合せ箇所近傍を溶接することから、各分割片の端面(接合面)を高精度に仕上げ加工する必要もない。従って、本発明密閉構造を利用することで、分割片の製造が容易になる。
【００２１】
突合せ箇所近傍の溶接は、突合せ箇所自体を溶接する、いわゆる突合せ溶接が挙げられる。即ち、溶接接続部は、突合せ溶接を行った溶接部を具える構成が挙げられる。突合せ溶接を行う場合、突合せ箇所の内周側に溶接用当て板を配置させておくと、溶接時の火花や熱などにより、容器内の収納物が損傷することを抑制できる。溶接用当て板は、溶接の際の加熱に対する耐性に優れた金属材料で形成することが好ましい。また、溶接用当て板は、接続する分割片のうち、いずれか一方の分割片の内側からスポット溶接などにより予め固定しておくと、移動時や溶接時にずれにくい。更に、溶接用当て板は、突合せ箇所の開口部に沿った形状、例えば、分割片が円筒状である場合、円形の開口部に沿った円環状(円筒状)とすることが挙げられる。或いは、溶接用当て板は、円筒といった筒状とし、その軸方向に沿って切欠きを設けた断面C字状としてもよい。このとき、金属材料といった弾性に優れる材料で溶接用当て板を形成することで、上記切欠きを開いて収納物の外周に溶接用当て板を配置することができる。突合せ溶接は、解体の際の切除範囲を最小限にすることができ、分割片の再利用も可能である。
【００２２】
或いは、突合せ箇所を溶接せず、突合せ箇所の外周を覆うように接続帯材を配置し、この接続帯材と第一分割片、及び接続帯材と第二分割片を溶接して、接続帯材を介して両分割片を接続してもよい。即ち、溶接接続部は、接続帯材と、接続帯材と第一分割片とを溶接した第一溶接部と、接続帯材と第二分割片とを溶接した第二溶接部とを具える構成としてもよい。このときの溶接は、簡単に行える隅肉溶接が適する。接続帯材と両分割片とを溶接することで、気密性が保持できるため、この密閉構造は、突合せた両分割片の端面が接触していない部分を有する、つまり、端面間に隙間がある場合を許容することができる。このとき、接続帯材は、両分割片を組み合わせた際の位置ずれを吸収する調整機能を有する。このように接続帯材を利用すると、端面の加工精度や分割片の寸法精度が低いものでも利用でき、分割片の製造が容易になる。また、接続帯材をできるだけ小さくすることで、解体の際の切除範囲を小さくすることができ、分割片も再利用可能である。
【００２３】
接続帯材は、分割片と溶接可能な材質、例えば、ステンレス鋼といった金属で構成し、突合せ箇所(端面間に隙間を有する場合、この隙間も含む)を覆うことが可能な大きさ(幅)及び長さを有するものとする。接続帯材も複数の分割帯片を組み合わせて一体となる構成としてもよく、帯片同士も溶接、例えば、突合せ溶接により接続することができる。また、接続帯材は、突合せ箇所の外形に沿って変形させる、例えば湾曲させると、配置し易く、溶接の際もずれ難い。
【００２４】
突合せ溶接と、接続帯材を用いた溶接とを組み合わせて行ってもよい。例えば、突合せ箇所に沿った方向(周方向)の一部において、突合せ溶接を行い、残りの部分において、接続帯材を用いた溶接を行ってもよい。つまり、突合せ箇所に沿ってみたとき、突合せ溶接部分と接続帯材を用いた溶接部分とが混在していてもよい。或いは、突合せ溶接に加えて接続帯材を用いた構成としてもよい。この構成は、二重に溶接を行うため、突合せ溶接のみの場合よりも気密性を高められる。また、最初の組立時のみ突合せ溶接を行い、再組立以降は、接続帯材を利用してもよい。接続帯材を用いた後に再組立を行う場合、再組立の際に用いる接続帯材は、切除箇所、即ち、解体前の接続帯材及び溶接箇所を覆うことが可能な大きさを有するものを利用する。このように接続帯材を用いることで、再組立を容易に行うことができる。
【００２５】
容器の内圧が大きい場合、内圧に耐え切れず、溶接箇所が損傷することが考えられる。特に、突合せ溶接を行う場合は、接続帯材を用いる場合よりも上記損傷が懸念される。そこで、突合せ箇所の外周を覆うようにフープストレス用補強材を配置することを提案する。フープストレス用補強材を配置することで、重ね溶接やはめ込み溶接を行う場合のような面倒な溶接を行う必要がなく、突合せ溶接といった簡単な溶接でありながら、溶接接続部は、十分な強度を有することができる。上記接続帯材を用いる場合、接続帯材の外周にフープストレス用補強材を配置してもよいし、接続帯材がフープストレス用補強材を兼ねてもよい。
【００２６】
フープストレス用補強材は、溶接箇所に加わる容器の内圧を低減できる、或いは実質的に受圧できればよく、例えば、JIS  B  8277(2003)「圧力容器の伸縮継手」に記載される補強リングに準じたものを利用することができる。
【００２７】
接続帯材やフープストレス用補強材で突合せ箇所を覆う場合、分割片にこれらを配置可能な凹みを設けておき、分割片の外周からこれらが突出しないようにすると、後述する連結部を構成する部材を配置し易く、好ましい。
【００２８】
本発明密閉構造は、上記溶接接続部に加えて、主として機械的強度、具体的には分割片の接続方向の力に対する強度を保持するための連結部を具える。連結部は、代表的には、ボルト・ナットといった締付部材により構成する。このような連結部により両分割片を連結するために、両分割片には、例えば、開口部近傍であって溶接箇所から離れた位置に、ボルトが挿通される挿通孔を有する固定片を突設する。固定片は、分割片の外周全周に亘って設けてもよいし、部分的に設けてもよい。後者の場合、例えば、ボルト数に応じて複数の突片を設け、これら突片を固定片とすることが挙げられる。分割片に固定片を突設することで、両分割片の固定片にボルトを挿通させると、溶接箇所の外周にボルトを容易に配置することができる。従って、溶接後にボルト・ナットの取り付けを簡単に行える。
【００２９】
上述のように連結部を構成するボルトの挿通箇所(固定片)を分割片に一体に設けてもよいが、分割片と分離可能に設けてもよい。具体的には、連結部は、両分割片を連結するボルト・ナットと、このボルトが挿通される挿通孔を有する締付片とで構成する。例えば、両分割片を筒状とし、両分割片の開口部を突き合せて容器を構成する場合、締付片は、筒状の分割片の外周に沿って固定した際に環状に配される帯状部と、帯状部から外方に突出する突起部と有する構成とし、突起部に挿通孔を設ける。帯状部は、別途用意したボルト・ナットにより締め付けることで、分割片の外周に固定される構成とする、分割片から外れ難くなって好ましい。また、両分割片には、締付片を嵌合する嵌合溝を設けておくと、締付片が分割片の軸方向にずれなくて好ましい。そして、締付片を嵌合溝に嵌め込んで、分割片の外周に固定し、締付片に連結部を構成するボルトを挿通してナットを締め付けることで、締付片が、両分割片を互いに近接する方向に締め付ける構成が挙げられる。
【００３０】
上記固定片や締付片は、所定の機械的強度を保持できるような大きさとなるように設計を行えばよく、気密性の保持(容器の内圧)に必要とされる大きさを考慮した設計を行う必要が無く、力を受ける部分、具体的にはボルトが配置される部分を小さくすることができる。固定片や締付片の小型化により、容器を小さくできる。また、固定片や締付片は、分割片を接続する際に互いに接触させないため、金属シールを用いるフランジ接続の場合のように高精度な仕上げ加工を必要とせず、簡単に製造することができる。
【００３１】
ボルトやナットなどの連結部も、低温特性に優れるステンレス鋼といった金属にて構成することが好ましい。ボルトは、両分割片に設けた固定片間、或いは嵌合溝間を連結可能な長さを有するものを利用する。
【００３２】
超電導ケーブルの中間接続部を収納する容器とする場合、容器を構成する分割片をケーブルの長手方向に分割可能な一対の半割れ片とすると、中間接続部の全てを解体し、新しい容器を用意して組み立てることなく、点検や補修などが行えて好ましい。半割れ片とすると、半割れ片の合わせ目、つまり容器の中央部分に中間接続部といった収納物の中心を位置させることができるため、半割れ片同士の接続を解くと、容器内の収納物の中心近傍を露出でき、中間接続部の点検などを行い易い。また、半割れ片同士の接続を解いて、適宜両半割れ片を超電導ケーブルの端部から離れる側に逃した場合、容器内の収納物を十分に露出でき、点検などがより行い易い。更に、最初に中間接続部を構築するときも、半割れ片を超電導ケーブルの端部から離れる側に逃しておくことで、容易に構築できる。加えて、半割れ片とすると、いずれか一方の分割片が大型にならず、分割片の逃げ代が最小限で済む。
【００３３】
なお、特許文献2に記載の接続箱のように容器にハンドホール部を設けておき、点検や補修を行う構成としてもよい。そして、解体が必要な箇所に本発明密閉構造を利用すると、点検や補修を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明容器の密閉構造は、長期に亘り気密性に優れると共に、組立・解体・再組立を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
＜実施例1＞
《密閉構造の概要》
図1(I)は、突合せ溶接を行う本発明容器の密閉構造の概略を示す断面図、(II)は、分割片の断面図、(III)は、補強材の正面図である。なお、図1(I)は、ケーブルコア(図示せず)の軸方向に沿って切断した状態、(II)は、同コアの軸方向に直交する方向で切断した状態を示す。この容器は、超電導ケーブルの端部において、断熱管から引き出したケーブルコア同士を接続する中間接続部を収納すると共に、この中間接続部を冷却する冷媒が充填される冷媒槽1と、冷媒槽1の外周に配置される真空断熱槽(図示せず)とを具える二重構造の低温容器である。いずれの槽もステンレス鋼(SUS304)からなる有底円筒状である。各槽の底部にあたる両端面にはそれぞれ、接続する各超電導ケーブルの端部が貫通される貫通孔を有し、貫通孔からケーブルの端部が導入され、容器内に中間接続部が収納される。
【００３６】
この容器を構成する冷媒槽1及び真空断熱槽はそれぞれ、その長手方向(図1(I)において左右方向)に分割可能な一対の円筒状の半割れ片(第一分割片、第二分割片)を接続して一体に構成される。この容器の特徴とすることは、半割れ片10a,10bの接続構造にあり、以下、この接続構造の構成を詳しく説明する。
【００３７】
各半割れ片10a,10bは、いずれも開口部近傍を凹ませて、開口部近傍の径が半割れ片の端面側(半割れ片10aにおいて右側、半割れ片10bにおいて左側)の径よりも小さくなるようにしている。また、両半割れ片10a,10bは、開口部の端面(接合面)を互いに接触させる、即ち、突き合わせられるように、同端面を平滑にしている。
【００３８】
両半割れ片10a,10bの突合せ箇所(合わせ目10c)は、溶接する。そこで、溶接時に冷媒槽1内の中間接続部やこの接続部の保持具、各種センサなどといった収納物(図示せず)を損傷しないように、半割れ片10aの開口部の内側(冷媒と接触する側)に当て板14を固定している。当て板14は、半割れ片10aの開口部の大きさに適合した帯状の円環体で、一方の周縁側を半割れ片10aの開口部近傍に覆われるように配置し、他方の周縁側が半割れ片10aの開口部から突出するように半割れ片10aに固定している。この突出部分は、両半割れ片10a,10bを突き合わせた際、半割れ片10bの開口部近傍に覆われる。当て板14は接着性樹脂を用いて半割れ片10aに固定する。当て板14は、ステンレス鋼(SUS304)製である。
【００３９】
なお、当て板は、一体の円環体ではなく、複数に分割された板片を組み合わせて一体になる構成のものを利用することができる。各板片は、例えば、溶接により接続する。また、半割れ片の開口部の全周に亘って当て板を配置しなくてもよく、例えば、複数の板片を周方向に離間して配置してもよい。或いは、断面C字状の当て板を利用してもよい。
【００４０】
両半割れ片10a,10bを突き合わせた際にできる凹み部分には、フープストレス用の補強材15を配置する。補強材15は、帯状の円環体であり、具体的には、図1(III)に示すように円周の一部が開口しており、開口部に設けられたフランジ15fをボルト15b・ナット15nで締め付けて円環状になる。補強材15は、開口部を広げて突合せ箇所を覆うように配置させて、ボルト15b・ナット15nで締め付ける。このような補強材15は、突合せ箇所に加わる冷媒槽1の内圧を受圧し、溶接箇所が破壊されることを防止する。補強材15は、上述した両半割れ片10a,10bがつくる凹み部分に配置した際、冷媒槽1の端面側の外周面から突出しない程度の厚みとしている。なお、補強材は、分割片の周方向に分離可能な複数の帯材を組み合わせて一体となる構成としてもよい。例えば、一対の半円弧状の帯材が挙げられる。
【００４１】
各半割れ片10a,10bの外周には、半割れ片の径方向外方に突出する固定片11a,11bを具える。固定片11a,11bは、各半割れ片10a,10bの開口部近傍に設けた凹み部分から半割れ片の端面側に離れた位置に設けており、両半割れ片10a,10bを突き合わせた際、固定片11a,11b間には、突合せ箇所に補強材15を配置可能な間隔があけられる。固定片11は、図1(II)に示すように、円筒状の半割れ片10の外周全周に亘って、半割れ片10に一体に設けられる円環状体である。固定片11には、ボルト12が挿通される挿通孔11hを複数有する。ボルト12は、両端側にねじが切られており、ナット13a,13a',13b,13b'が嵌められる。固定片11a,11bにボルト12を挿通し、ナット13a,13a',13b,13b'を締め付けることで、両半割れ片10a,10bは、互いに近接する方向に締め付けられる。なお、ボルト12及びナット13a,13a',13b,13b'は、ステンレス鋼(SUS304)製である。
【００４２】
固定片は、図1(II)に示すように一体の円環状体の他、図2に示すように、半割れ片10の外周に部分的に設けられる複数の突片11fからなる構成としてもよい。各突片11fには、挿通孔11hを設けておく。
【００４３】
《低温容器の組立、解体、再組立手順》
[組立]
次に、低温容器の組み立て手順を説明する。
(1)  超電導ケーブルの中間接続部を構築する。
接続する両超電導ケーブルの端部においてそれぞれ、断熱管からケーブルコアを引き出し、コア端部を段剥ぎしてフォーマ、超電導導体、絶縁層などを露出させる。低温容器を構成する各半割れ片は、予め超電導ケーブルの端部から離れる側に逃しておき、ケーブルコアの端部が露出されるようにする。そして、フォーマや超電導導体を接続し、その外周に補強絶縁層を形成し、外部超電導層を接続して、中間接続部を構成する。
【００４４】
上記中間接続部は、冷媒槽内に配置される保持具にて支持する。また、超電導導体の接続箇所が、ケーブルコアの熱収縮により位置ずれしないように低温容器に固定する構成としてもよい。更に、冷媒槽内に各種センサなどを配置する場合、中間接続部を構築すると共に、所定の位置に各種センサなどを配置する。
【００４５】
超電導ケーブルは、超電導導体を具えるケーブルコアを冷媒と共に二重構造の断熱管に収納した構成が挙げられる。ケーブルコアは、例えば、中心から順にフォーマ、超電導導体、内部半導電層、電気絶縁層、外部半導電層、外部超電導層、保護層を具える構成が挙げられる。フォーマは、例えば、銅撚り線により構成する。超電導導体、及び外部超電導層(交流送電の場合、シールド層、直流送電の場合、帰路などに利用される層)は、例えば、Bi系酸化物超電導材料からなるテープ線材をフォーマの外周、外部半導電層の外周にそれぞれ巻回して構成する。超電導導体や外部超電導層を多層にする場合、層間絶縁層を設ける。電気絶縁層は、例えば、PPLP(登録商標)などの半合成絶縁紙やクラフト紙を巻回して、保護層は、クラフト紙を巻回して構成する。
【００４６】
断熱管は、SUSコルゲート管からなり、ケーブルコアを収納すると共に、コアを冷却する冷媒が充填される内管と、内管の外周に配置され、内部が真空引きされる外管とを具える構成が挙げられる。内管と外管との間には、スーパーインシュレーションといった断熱材を配置させてもよい。冷媒は、液体窒素が代表的である。その他、液体水素、液体ヘリウム、超電導状態を維持できる程度に超電導導体などを冷却可能な水素ガスやヘリウムガスなどを利用することができる。断熱管の外周には、例えば、ポリ塩化ビニルからなる防食層を設けることができる。
【００４７】
超電導ケーブルは、上記断熱管に1条のケーブルコアを収納した単心ケーブル、3条のコアを一括で収納した三心ケーブルなどの多心ケーブルが利用できる。多心ケーブルとする場合、撓みを持たせてケーブルコアを撚り合わせた構造とすることで、この撓みによりケーブルコアの熱収縮を吸収できる。また、多心ケーブルとする場合、複数の中間接続部を全て収納可能な低温容器を利用すると、低温容器の組立作業時間を短縮でき、かつ低温容器の設置スペースを小さくすることができる。
【００４８】
(2)  冷媒槽を形成する。
1.溶接接続部の形成
冷媒槽内に収納されるケーブル同士を接続した中間接続部が形成できたら、超電導ケーブルの端部から離れる側に逃しておいた半割れ片を中間接続部側に移動させて、半割れ片同士を接続する。具体的には、開口部に当て板14が固定された半割れ片10aの端面と、半割れ片10bの端面とを突き合わせ、突合せ箇所を全周に亘って溶接する。当て板14が存在することで、溶接時の火花などが中間接続部やセンサなどに飛散することを防止できる。この溶接により、溶接接続部が構成される。なお、半割れ片を突き合わせる際、ボルト12を挿通させ易いように、固定片11a,11bの挿通孔11hの中心軸が同軸に並ぶようにする。
【００４９】
2.補強材の配置
突合せ溶接を行った溶接箇所を覆うように、半割れ片10a,10bの開口部近傍の外周に設けられた凹み部分に補強材15を配置し、フランジ15fに挿通されたボルト15bにナット15nを嵌めて締め付けて、補強材15を固定する。補強材15は、所望の内圧を受圧することができるように設計しておく。
【００５０】
3.連結部の形成
補強材15を挟むように存在する両固定片11a,11bの各挿通孔11hに、それぞれボルト12を挿通して、ナット13a,13a',13b,13b'を嵌めて締め付けることで連結部が形成され、冷媒槽1が完成する。ボルト12を挿通する際やナット13a',13bを嵌める際、補強材15の外周面は、半割れ片10a,10bにおいて固定片11a,11bが設けられた外周面から突出していないため、補強材15が邪魔にならない。
【００５１】
(3)  真空断熱槽の形成
冷媒槽1が形成できたら、超電導ケーブルの端部から離れる側に逃していた真空断熱槽の半割れ片を冷媒槽1側に移動して、これら半割れ片同士を接続して真空断熱槽を形成する。真空断熱槽は、冷媒槽1と異なり、大きな内圧が加わらない。そこで、真空断熱槽を構成する半割れ片同士の接続構造は、突合せ溶接による溶接接続部のみの構成としている。
【００５２】
(4)  真空引き
断熱槽が形成できたら、冷媒槽と断熱槽との間を真空引きして、低温容器が完成する。その後、冷媒槽に冷媒を充填して超電導導体や外部超電導層が超電導状態を維持できるようにして、線路を運転する。
【００５３】
次に、点検や補修などを行う際の手順を説明する。
[解体]
上記低温容器に収納される中間接続部や各種センサなどを点検や補修などする際は、まず、冷媒を排出して極低温にある冷媒槽内を常温に戻すと共に、真空状態(極低圧状態)にある真空断熱槽内を常圧に戻す。そして、上述した低温容器の組立手順と逆に、真空断熱槽を解体した後、冷媒槽を解体する。具体的には、真空断熱槽の突合せ溶接を行った溶接箇所を切断して真空断熱槽を解体する。この容器では、突合せ溶接を行うことで、切除範囲を最小限とすることができる。解体した真空断熱槽の半割れ片は、超電導ケーブルの端部から離れる側に移動して、冷媒槽を露出させる。次に、同様の手順で冷媒槽を解体し、必要に応じて、冷媒槽を構成する半割れ片を超電導ケーブルの端部から離れる側に移動して、中間接続部や各種センサなどを露出させて、点検、補修などを行う。
【００５４】
[再組立]
点検などの後、低温容器を組み立てる場合、上述した容器の組立手順と同様に冷媒槽を形成した後、真空断熱槽を構成する。具体的には、まず、逃しておいた冷媒槽を構成する半割れ片を中間接続部側に移動させる。ここで、再組立の際の分割片は、溶接箇所の切除により、設計時と比較して長手方向の長さが短くなっている。従って、再組立の際は、新たな端面(切断面)を近接させ、可能ならば突き合わせて、上述のように突合せ溶接を行う。或いは、端面間に隙間が空いた状態である場合、隙間を埋めるため、後述する実施例2の接続帯材を用いた溶接を行う(図3(II)参照)。そして、必要により、溶接箇所の外周に補強材を配置した後、ボルト・ナットで両分割片を締め付ける。その後、真空断熱槽を形成する。
【００５５】
《効果》
以上説明したようにこの密閉構造は、突合せ箇所を溶接することで、長期に亘り高い気密性を維持することができることに加えて、組立、解体を容易に行える。また、容器を構成する半割れ片、及びボルト・ナットなどを再利用できるため、再組立も行える。
【００５６】
更に、突合せ溶接を行うことで、突き合わせる半割れ片の端面を高精度に仕上げ加工する必要がなく、半割れ片を簡単に製造できる。加えて、半割れ片に設ける固定片は、半割れ片を接続する方向(ケーブルコアの長手方向)に加わる張力に耐え得る強度を有すればよいため、図4に示す密閉構造のフランジと比較して、固定片を小さくすることができ、容器を小型にできる。また、半割れ片に設ける固定片同士を接触させて半割れ片同士を接続しないため、固定片の表面を高精度に仕上げ加工する必要がなく、半割れ片を簡単に製造できる。その他、冷媒槽を円筒状とすることで、内部における加圧冷媒の乱流を抑制することができる。
【００５７】
＜実施例2＞
実施例1では、突合せ溶接を行う構成を説明したが、この例では、接続帯材を用いて隅肉溶接を行う構成を説明する。図3は、隅肉溶接を行う本発明容器の密閉構造の概略を示す断面図であり、ケーブルコア(図示せず)の軸方向に沿って切断した状態を示しており、(I)は、分割片を突き合わせた状態、(II)は、分割片間に隙間を有する状態を示す。この低温容器の基本的構成は実施例1と同様であり、冷媒槽2及び真空断熱槽からなり、両槽は、いずれも一対の円筒状の半割れ片20a,20bを接続して一体に構成される。実施例1と異なる点は、突合せ溶接を行わず、接続帯材25(26)を用いて隅肉溶接を行っている点にある。以下、この点を詳しく説明する。
【００５８】
図3(I)に示す各半割れ片20a,20bはいずれも実施例1の半割れ片10a,10bと同様に、円筒状であり、開口部近傍を凹ませていると共に、端面を平滑にして突き合わせられるようにしている。そして、両半割れ片20a,20bの突合せ箇所(合わせ目20c)の全周を覆うように接続帯材25が配置される。
【００５９】
接続帯材25は、一対の半円弧状の帯状体を組み合わせて円環状に構成される。この接続帯材25は、両半割れ片20a,20bの端面を突き合わせた際に形成される凹み部分に配置され、一方の周縁と半割れ片20a、他方の周縁と半割れ片20bがそれぞれ溶接される。この溶接は、隅肉溶接を行う。この溶接により、両半割れ片20a,20bは、接続帯材25を介して接続される。接続帯材25は、両半割れ片20a,20bと溶接可能な金属材料、例えば、ステンレス鋼にて形成する。接続帯材25を構成する一対の帯状体も溶接(突合せ溶接)により接続する。
【００６０】
更に、両半割れ片20a,20bは、実施例1の半割れ片10a,10bと同様に、ボルト22が挿通される挿通孔21hを複数有する固定片21a,21bを全周に亘って具える。ボルト22には、ナット23a,23a',23b,23b'が嵌められる。両半割れ片20a,20bは、ボルト22・ナット23a,23a',23b,23b'により、互いに近接する方向に締め付けられる。
【００６１】
このように突合せ溶接以外にも、接続帯材といった介在物を配置して隅肉溶接を行うことができる。接続帯材を利用する場合、突合せ溶接を行わなくてもよいが、隅肉溶接に加えて突合せ溶接を行うことで、低温容器の気密性をより高められる。また、接続帯材の大きさを調整することで、突合せ箇所の位置ずれを吸収することができるため、半割れ片の突合せ箇所に多少の隙間(ずれ)があっても、この密閉構造は、高い気密性を維持することができる。例えば、図3(II)に示すように分割片21a,21bを突き合わせた際、対向配置された両分割片21a,21bの端面間に隙間がある場合、隙間を十分に埋めることが可能な大きさを有する接続帯材26を利用するとよい。
【００６２】
更に、この密閉構造は、実施例1の密閉構造と同様に組立、解体、再組立も容易に行える。加えて、この密閉構造は、実施例1に示すように突合せ溶接を行った低温容器を再組立する際に利用することができる。具体的には、図3(I)に示す密閉構造、或いは実施例1の密閉構造を解体前の構造とし、図3(II)に示す密閉構造を再組立による構造とすることができる。但し、再組立を行う際に用いる接続帯材は、先に用いた接続帯材における溶接箇所や突合せ溶接を行った箇所を覆うことが可能な大きさ(幅)を有するものを用いる。つまり、解体後、分割片を突き合わせた際、図3(II)に示すように分割片間に隙間ができる場合、この隙間を覆うことができる接続帯材を用いる。このような接続帯材を利用すると、解体により半割れ片の長手方向の長さが短くなって、突合せ箇所に隙間ができても、この隙間を接続帯材により覆うことで、高い気密性を保持することができる。
【００６３】
なお、上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、実施例1では、補強材を具える構成としたが、補強材を配置させなくてもよい。また、上記実施例1,2は、中間接続部を収納する低温容器について説明したが、超電導ケーブルと常温側機器とを接続する終端接続部を収納する低温容器、超電導コイルを収納する低温容器、超電導マグネットを収納する低温容器などにおいても、本発明密閉構造を利用することができる。更に、本発明密閉構造は、直流送電用線路、及び交流送電用線路のいずれの線路においても利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明密閉構造は、冷媒槽や真空槽といった気密性の保持が望まれる容器、例えば、超電導ケーブルの中間接続箱や終端接続箱の構築に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】(I)は、突合せ溶接を行う本発明容器の密閉構造を軸方向に沿って切断した状態を示す概略断面図、(II)は、分割片を軸方向に直交する方向で切断した状態を示す断面図、(III)は、補強材の正面図である。
【図２】複数の突片を固定片とする分割片において、軸方向に直交する方向で切断した状態を示す断面図である。
【図３】隅肉溶接を行う本発明容器の密閉構造の概略を示す断面図であり、(I)は、分割片を突き合わせた状態で溶接を行う例、(II)は、分割片間に隙間を有する状態で溶接を行う例を示す。
【図４】冷媒槽を構成する分割片同士をフランジ接続により接続した密閉構造の概略構成を示す断面図である。
【図５】冷媒槽を構成する分割片同士を溶接接続により接続した密閉構造の概略構成を示す断面図であり、(I)は、重ね溶接の例、(II)は、はめ込み溶接の例を示す。
【符号の説明】
【００６６】
1,2  冷媒槽  10,10a,10b,20a,20b  半割れ片  10c,20c  合わせ目
11,11a,11b,21a,21b  固定片  11h,21h  挿通孔  11f  突片
12,22  ボルト  13a,13a',13b,13b',23a,23a',23b,23b'  ナット  14  当て板
15  補強材  15b  ボルト  15f  フランジ  15n  ナット  25,26  接続帯材
100,200,210  冷媒槽  101,102,201,202,211,212  分割片
101f,102f  フランジ  101h,102h  ボルト孔  101r  凹部  110  金属シール
120  ボルト  121  ナット  213  嵌合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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