JP2007035835A

JP2007035835A - クライオスタットの内槽の製法

Info

Publication number: JP2007035835A
Application number: JP2005215584A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yoshida; 茂吉田
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】クライオスタットの内槽として、その強度が高く、接合部からの漏れの恐れのない内槽を製造することができるようにする。
【解決手段】型枠外筒１１、型枠内筒１２、型枠側板１３、１３を組み立てて内槽枠体１５を作製し、この内槽枠体１５の表面全体にＦＲＰプリプレグを積層し、このプリプレグを硬化させる。内槽枠体１５に一部をＦＲＰプリプレグ成形法で作製してもよい。複数層のプリプレグの間に気体不透過性フィルムを間挿してもよい。
【選択図】図１

Description

この発明は、低温液化ガスなどの低温液体を貯蔵するクライオスタットの内槽を製造する方法に関し、特に超電導コイルを低温液体中に浸して使用する際に好適な内層を製造する方法に関する。

クライオスタットとは、液化ヘリウム、液化窒素などの低温液体を貯蔵する二重構造の容器であり、内槽と外槽との間の空隙を真空多層断熱などの高断熱構造としたものである。
このようなクライオスタットとして、その内槽内に超電導コイルを低温液体中に浸した状態で収容するドーナツ状の形状のものがある。

特許第３１４５４８４号公報、実用新案登録第２５４６２１２号公報には、このような形状のクライオスタットの内槽として、図７、図８に示す構造のものが提案されている。
図７に示す内槽１は、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰとする）製の外筒２と内筒３と２枚の側板４、４を組み合わせて作製したものである。

このものでは、外筒２と内筒３と２枚の側板４、４とを、その端部において接合して内槽１を作製したものである。この際、内筒３に超電導コイル５を同軸的に装着したのち、この内筒３に側板４、４を接合し、側板４、４に外筒２を接合している。
そして、これらの各部材の接合は、差し込み接着でなされている。

しかしながら、この差し込み接着では、接着部分の接合強度が不十分で信頼性に劣る不安がある。この欠点を補うため、図８に示すように、接合にねじ込み接着を適用したものが提案されている。
ところが、このようなねじ込み接着でも、外筒２などの部材の強度が４ＭＰａ程度であるのに対して、接合部分の強度はその十分の一以下であり、この接合部分がウイークポイントとなって、内槽１全体の強度が接合部の強度で決まってしまう。

また、内槽１に低温液体を注入する際には、収縮による大きな熱応力が加わり、内槽１に装着されている超電導コイル５がクエンチした際の発熱により、低温液体が気化し、内部に大きな圧力が加わる。
このような際には、接合部からガス漏れ、液漏れが生じる恐れがある。
特許第３１４５４８４号公報実用新案登録第２５４６２１２号公報

よって、本発明における課題は、クライオスタットの内槽として、その強度が高く、接合部からの漏れの恐れのない内槽を製造できるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、型枠部材を組み立てて内槽枠体を作製し、この内槽枠体上にＦＲＰプリプレグを積層し、このプリプレグを硬化させることを特徴とするクライオスタットの内槽の製法である。

請求項２にかかる発明は、ＦＲＰプリプレグ成型法によって、内槽枠体の一部を成形し、これに型枠部材を組み付けて、内槽枠体を作製し、この内槽枠体上にＦＲＰプリプレグを積層し、このプリプレグを硬化させることを特徴とするクライオスタットの内槽の製法である。

請求項３にかかる発明は、ＦＲＰプリプレグを複数層積層し、その積層間に気体不透過性フィルムを間挿することを特徴とする請求項１または２記載のクライオスタットの内槽の製法である。
請求項４にかかる発明は、型枠部材が非電気伝導性材料からなるものであることを特徴とする請求項１または２記載のクライオスタットの内槽の製法である。

請求項５にかかる発明は、内槽の形状がドーナツ状であることを特徴とする請求項１または２記載のクライオスタットの内槽の製法である。
請求項６にかかる発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の製法で製造されたことを特徴とするクライオスタットの内槽である。

本発明によれば、ＦＲＰプリプレグの一体成形によって、内槽を形成することになって、従来製法における接合部がなくなり、この接合部の存在による欠陥が完全に払拭され、高い信頼性を有する内槽を得ることができる。また、高い内圧や熱応力が加わっても、液漏れ、ガス漏れを生じることがなくなる。
さらに、気体不透過性フィルムを間挿したものでは、クライオスタットとしたときに内槽から真空断熱層への気体の移行が抑えられ、真空断熱槽の断熱性能の低下が防止できる。

図１ないし図４は、本発明の内槽の製法の第１の例を示すものである。
まず、ＦＲＰからなる型枠外筒１１、型枠内筒１２および２枚の型枠側板１３、１３を用意する。これらの型枠部材は、ガラス繊維、カーボン繊維などの補強繊維のクロスあるいはマットに、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸し、硬化させて得られた筒状もしくは板状の成型物である。

型枠外筒１１は、型枠内筒１２よりも大径であって、その長さは型枠内筒１２と同一となっている。型枠側板１３は、円板状であって、その中心には型枠内筒１２の外径と同一の孔が形成されている。また、型枠外筒１１には、低温液体の流入のためのＦＲＰ製のパイプ１４が取り付けられている。
これらの型枠部材は、その強度が低くてもよく、これらを組み合わせて内槽枠体１５としたときに、その形状が保たれていれば十分である。

そのため、これら型枠部材は、ＦＲＰからなるものに限定されず、アルミニウムなどの金属、ベニア合板など木材、硬質塩化ビニル樹脂などの硬質プラスチックなどの材料からなるものでもよいが、内槽内に超電導コイルを装着するものでは、非電気伝導性材料が好ましい。また、後工程でのＦＲＰプリプレグの積層に際して、ＦＲＰプリプレグとの接着性が良好な材料がよい。

ついで、図１に示すように、これら型枠部材を組み立てて内槽枠体１５を作製する。この組立の際の接合は、それらの接合部位を接着テープで接合する方法、エポキシ接着剤などの接着剤を用いて接合する方法などによって行われ、ここでの接合強度は、低くてもよく、形状が一時的に保たれればよく、完全な液密性を必要としない。
また、型枠部材の組立の際には、図示のように、予め型枠内筒１２にドーナツ状の超電導コイル１６を装着しておくこともできる。

このようにして内槽枠体１５を作製した後、図２に示すように、この内槽枠体１５の表面全面にＦＲＰプリプレグ１７を貼り付けていく。
ここでのＦＲＰプリプレグ１７とは、ガラス繊維、カーボン繊維などの補強繊維のクロスあるいはマットに、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂の液状未硬化物、硬化剤、増粘剤などを含む樹脂組成物を含浸した繊維含量３０〜４０ｖｏｌ％の未硬化状態のマット状のものを言う。

ＦＲＰプリプレグ１７の貼付は、内槽枠体１５の表面に接着性を高めるためのエポキシ樹脂などのプライマーを、必要に応じて塗布した後に行われ、通常２０〜４０層の複数層が貼り付けられる。
このＦＲＰプリプレグ１７の複数の積層の際に、ＦＲＰプリプレグ１７、１７・・間に気体不透過性フィルム１８を間挿させることが好ましい。

この気体不透過性フィルム１８には、アルミニウム箔、スチール箔などの金属箔、プラスチックフィルムに金属を蒸着した金属蒸着フィルム、ＥＶＯＨ樹脂フィルム、ＰＶＡ樹脂フィルム、ＰＶＡ樹脂コートフィルム、ＰＶＤＣ樹脂フィルム、ＰＶＤＣ樹脂コートフィルム、アクリル樹脂コートフィルムなどの気体透過率が低い材料からなる厚さ２５〜１００μｍのフィルムが用いられる。

この気体不透過性フィルム１８を間挿する領域としては、内槽枠体１５の全表面でもよく、また型枠部材１５の接合部近傍を主に覆うようにしてもよく、さらには接合部近傍では２重以上に間挿してもよい。また、多数のプリプレグ１７、１７・・の間隙のすべてに気体不透過性フィルム１８を間挿させてもよく、一部の間隙のみに間挿させてもよい。
なお、内槽の使用形態によっては、この気体不透過性フィルム１８を間挿しなくてもよい。

内槽枠体１５にＦＲＰプリプレグを積層したのち、このものをオートクレーブなどの真空加熱装置内に収め、真空脱気してＦＲＰプリプレグ１７間に巻き込まれた空気を取り除き、ついで加熱してＦＲＰプリプレグ１７を硬化させ、内槽枠体１５の外側にこれと一体化した内槽本体１９を形成する。
これにより、図３に示すような内槽枠体１５とＦＲＰプリプレグからなる内槽本体１９とからなる内槽が構成される。

この内槽本体１９は、機械的強度が十分に高くされ、内槽に加わる種々の外力を負担するものである。また、このようにして得られた内槽では、ＦＲＰからなる一体構造の内槽本体１９を有しており、この内槽本体１９にはウイークポイントとされる接合部が存在しないので、ここからの液漏れ、ガス漏れが完全に防止され、ここを起点として破壊が生じることもない。

このようにして作製された内槽２０は、図４に示すように、内槽２０とほぼ相似形とされた外槽２１内に収容され、内外槽間が真空多層断熱、真空粉末断熱などの高断熱構造とされて、クライオスタット２２とされる。
ここでの外槽２１は、金属、ＦＲＰなどからなるもので、熱伝導性に配慮する必要がなく、高断熱構造として真空断熱を採用した際に、外気圧に耐える強度を持っていればよい。

図５および図６は、この発明での内槽の製法における他の例を示すものである。
この例は、まず内槽枠体１５の一部を作製するために、金型を用いたＦＲＰプリプレグ成形法を採用する。そして、これによって作製された内槽枠体１５の一部に対して残部となる型枠部材を組み合わせて内槽枠体１５を作るものである。

図５において、符号３１は、金型を示す。この金型３１は、内槽枠体１５のうち、型枠外筒１１、型枠内筒１２および一方の型枠側板１３をＦＲＰプリプレグの一体成形で成形するためのもので、ほぼドーナツ状の形状のものである。
この金型３１に対して、ＦＲＰプリプレグを貼り付け硬化させて、図６に示すような内層枠体１５の一部をなす成形物３２を得る。ここで用いられるＦＲＰプリプレグは、先に説明したものと同じものが用いられる。

この成形物３２は、上述のように内槽枠体１５の一部となるものであるので、機械的強度の低いもので十分である。
ついで、この成形物３２の型枠内筒に相当する部分に超電導コイル（図示略）を装着したのち、成形物３２の開口部分を塞ぐようにして、他方の型枠側板１３を取り付け、型枠内筒および型枠外筒に相当する部分に接合し、内槽枠体１５とする。この接合は先の例と同様である。

このようにして組み立てられた内槽枠体１５の表面全体にＦＲＰプリプレグを貼り付け、積層していく以降の手順は、先の例と同様である。また、必要に応じて気体不透過性フィルムを間挿することも同様である。
また、本発明において、内槽２０内部に超電導コイル１６を収容する形態では、この超電導コイル１６の巻芯としてＦＲＰ製の巻芯が使われることが多いことから、第１の製法例では、この超電導コイル１６の巻芯を型枠内筒１２として兼用することもできる。

本発明のクライオスタットの内槽の製法の一例を工程順に示す概略断面図である。本発明のクライオスタットの内槽の製法の一例を工程順に示す概略断面図である。本発明のクライオスタットの内槽の製法の一例を工程順に示す概略断面図である。本発明のクライオスタットの内槽の製法の一例を工程順に示す概略断面図である。本発明のクライオスタットの内槽の製法の他の例を工程順に示す概略断面図である。本発明のクライオスタットの内槽の製法の他の例を工程順に示す概略断面図である。従来のクライオスタットの内槽を示す概略断面図である。従来のクライオスタットの内槽を示す概略断面図である。

符号の説明

１１・・型枠外筒、１２・・型枠内筒、１３・・型枠側板、１５・・内槽枠体、１７・・ＦＲＰプリプレグ、１８・・気体不透過性フィルム、１９・・内槽本体、２０・・内槽、３１・・金型、３２・・成形物

Claims

型枠部材を組み立てて内槽枠体を作製し、この内槽枠体上にＦＲＰプリプレグを積層し、このプリプレグを硬化させることを特徴とするクライオスタットの内槽の製法。
ＦＲＰプリプレグ成形法によって、内槽枠体の一部を成形し、これに型枠部材を組み付けて、内槽枠体を作製し、この内槽枠体上にＦＲＰプリプレグを積層し、このプリプレグを硬化させることを特徴とするクライオスタットの内槽の製法。
ＦＲＰプリプレグを複数層積層し、その積層間に気体不透過性フィルムを間挿することを特徴とする請求項１または２記載のクライオスタットの内槽の製法。
型枠部材が非電気伝導性材料からなるものであることを特徴とする請求項１または２記載のクライオスタットの内槽の製法。
内槽の形状がドーナツ状であることを特徴とする請求項１または２記載のクライオスタットの内槽の製法。
請求項１ないし５のいずれかに記載の製法で製造されたことを特徴とするクライオスタットの内槽。