JP3888026B2 - 真空容器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱交換器用として用いられる銅材同士が溶接されてなる真空容器に関し、特に、気密部の信頼性が優れるとともに従来より短時間で溶接加工することのできる真空容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器用の容器は、冷媒を真空状態でもって注入させるので真空容器となっている場合がある。しかも、その容器は熱放散をよくするために銅材でもって形成される。真空容器を形成するために銅材同士が溶接されるが、この溶接には、一般にＴＩＧ法あるいはＭＩＧ法が使われる。ＴＩＧとは、Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓの略字であり、アルゴンガスをタングステン電極の周りに導き、そのタングステン電極から発生させるアークと溶加材とでもって溶接する方法である。一方、ＭＩＧとは、Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓの略字であり、アルゴンガスを溶加材で形成された電極の周りに導き、この電極から発生させたアークでもって溶接する方法である。これらの方法はいずれも優れた溶接方法であり、極めて溶着特性のよい溶接金属が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の真空容器は、溶接部に応力がかかるので銅材を厚くせねばならないという問題があった。
すなわち、真空容器の内部を真空にすると真空容器の壁面が内側へ凹み、そこに溶接部があると、その溶接部に曲げ応力がかかり容器の気密性が保てなくなる恐れがある。そのために、従来は真空容器の銅材を厚くする必要があった。しかしながら、銅材は熱伝導性がよいので、厚い銅材の場合、ＴＩＧ法などのアーク熱だけでは銅材の溶融温度（１０８３℃）まで昇温させることができなかった。そのために、予めガスバーナでもって溶接部を加熱し溶接部の温度を高めてからアーク溶接が行われていた。したがって、従来は溶接部の予熱に多大な時間がかかっていた。また、銅材をあまり長く加熱すると銅材の酸化が進むので、溶接後に酸化物を除去する必要もあった。また、溶接部が温まらないので、溶接部周囲の熱容量を小さくするために、その溶接部周囲の銅材を機械加工で削りとる場合もあり、その場合には機械加工に時間がかかり加工費用が嵩んでいた。
この発明の目的は、溶接部に応力がかからない真空容器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明によれば、銅材でもって形成されるとともに銅製の円筒状部材と連通するように溶接された真空容器であって、前記真空容器の外側から内側へ向けて前記円筒状部材が貫通する接合穴が形成され、前記接合穴の縁部に前記円筒状部材の外径面に沿ってＬ字状に前記真空容器の内側へ折り曲げられたつば部が形成され、このつば部の先端が前記円筒状部材に溶接されてなるようにするとよい（請求項１の発明）。それによって、真空時に真空容器の内壁面がたとえ内側へ凹んでも、溶接個所に応力がかからなくなる。
【０００７】
また、かかる構成において、前記真空容器を形成する銅材の厚さを３ｍｍ以下とするようにするとよい（請求項２の発明）。それによって、溶接時における銅材の温度を容易に上昇させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例および参考例に基づいて説明する。図１は、この発明の参考例にかかる真空容器の構成を示す断面図である。一方の銅材１の両側の端部に外側へ向けてＬ字状に折り曲げられたつば部３が形成されている。このつば部３に他方の銅材２の平面部２Ａが接面されてなり、つば部３の先端と平面部２Ａの端部とが溶接されている。以下、黒印の溶接部５はＴＩＧ法あるいはＭＩＧ法でもって溶接された部分を示す。この溶接でもって銅材１と銅材２同士が互いに溶接された真空容器７となるが、この真空容器７の内部が真空引きされると、銅材１，２が単位面積あたり１ｋｇ／ｃｍ² の力でもって変形し、点線１０のように内側へ凹み勝ちになる。それによって、真空容器７内部のコーナー部７Ａに曲げ応力がかかるが、銅材１のつば部３とそれに接面された銅材２の平面部分は撓むことがないので、溶接部５には曲げ応力が一切かからない。したがって、真空引きにより発生する応力で溶接部分に気密性が損なわれることがなくなる。溶接部５に曲げ応力がかからなくなるので、銅材１や銅材２の厚さを薄くすることができ、それによって、溶接部５の温度も短時間で上昇させることができるので、従来のような溶接部の予熱処理や溶接部周囲の銅材の削り取り作業が不必要であり溶接時間が従来より大幅に短縮されるようになる。
【０００９】
図２は、この発明の異なる参考例にかかる真空容器の構成を示す断面図である。真空容器７１の他方の銅材６が、一方の銅材１のつば部３より広く形成され、つば部３の先端が他方の銅材６の平面部６Ａに溶接されている。図２のその他は、図１と同じである。この場合も、真空容器７１の内部が真空引きされても、銅材１のつば部３とそれに接面された銅材６の平面部６Ａは撓むことがないので、溶接部５には曲げ応力が一切かからない。したがって、この場合も、真空引きにより発生する応力で溶接部分の気密性が損なわれることがなくなるとともに、銅材１や銅材６の厚さを薄くすることができ、それによって、溶接時間が従来より大幅に短縮されるようになる。
【００１０】
図３は、この発明のさらに異なる参考例にかかる真空容器の構成を示す断面図である。真空容器７２が３分割され、その各真空容器７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは図１の構成と同様に、一方の銅材８の両側の端部に外側へ向けてＬ字状に折り曲げられたつば部３が形成され、そのつば部３に他方の銅材９の平面部９Ａが接面されてなり、つば部３の先端と平面部９Ａの端部とが溶接されている。各真空容器７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの内部が真空引きされると、銅材８，９が点線１１のように内側へ凹み勝ちになるが、各真空容器７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの内壁面積が小さいので、真空容器が図１のように分割されていない場合と比べると、内壁が内側へ凹む程度が減る。それによって、銅材８，９自体にかかる応力が小さくなる。それによって、銅材８，９の厚さを薄くすることができ、材料費を節減することができる。また、真空引きにより発生する応力が前述の図１，２のような一体型の構成よりも小さくなることにより、真空容器の信頼性が上がる。
【００１１】
図４は、この発明のさらに異なる参考例にかかる真空容器の構成を示す断面図である。真空容器１２が３つの円筒容器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに分割されている。この図４の構成は、分割された各容器の形状が円筒形である点以外は図３の構成と同様である。各真空容器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの内部が真空引きされても、その内壁面積が小さいとともに円筒形状であることから、内壁が内側へ凹むことがなく、潰れに非常に強い構造である。それによって、銅材の厚さをさらに薄くすることができ、材料費もさらに節減することができる。また、この図４の構成における円筒容器は、冷間引抜などにより継目なく製造された丸鋼管を用いて形成することができるので、漏れの原因となる可能性のある部分である溶接部を、円筒容器単体としては、円筒容器の軸方向端部，すなわち，図４の奥行方向の端部での溶接個所のみとすることができ、前述の図３のような，つばを溶接する構成よりも少なくすることができるため、真空容器の信頼性がさらに上がる。
【００１２】
図５は、この発明の実施例にかかる真空容器の構成を示す断面図である。銅材２の外側から内側へ向けて銅製の円筒状部材１５Ａ，１５Ｂが貫通する接合穴１３が形成されている。この接合穴１３の縁部に円筒状部材１５Ａ，１５Ｂの外径面に沿ってＬ字状に内側へ折り曲げられたつば部１４が形成されている。左側のつば部１４の先端が円筒状部材１５Ａの端部に溶接され、右側のつば部１４の先端は円筒状部材１５Ｂの途中に溶接されている。図５のその他は、図１の構成と同じである。真空容器７の内部が真空引きされると、内壁面が点線１６のように内側へ凹み、円筒状部材１５Ａ，１５Ｂの溶接部５にもある程度の応力は発生する。しかしながら、図５の構成において、溶接部５に発生する応力は小さいものであり、つば部１４の無い平板状の銅材の接合穴の縁部に円筒状部材１５Ａ，１５Ｂの端部を溶接してなる構成においてその溶接部に発生するような大きな引っ張り応力は、図５の構成では発生することがなく、真空引きにより発生する応力で溶接部分の気密性が損なわれることがなくなり、気密信頼性も高くなる。また、上記にようなつば部１４の無い平板状の銅材の接合穴の縁部に円筒状部材１５Ａ，１５Ｂの端部を溶接してなる構成よりも、図５の構成の方がはるかに溶接し易く、真空容器を形成する銅材の薄板化を図ることができる。
【００１３】
図１や図５における参考例や実施例のように、一方の銅材につば部を形成し、そのつば部を他方の銅材に接面させるとともにつば部の先端を溶接する方法は、その溶接部５に応力が発生することがなく、銅材を薄くすることができるという利点を有している。
なお、図１ないし図５の実施例あるいは参考例においては、いずれの場合も従来より銅材を薄くすることができ、銅材を３ｍｍ以下という，予熱を与えずに溶接可能な板厚サイズとすることができる。銅材を薄くすることよって溶接時における注入熱量を大幅に少なくすることができるので容易に銅材の温度を上昇させることができる。それによって、従来必要であった溶接部の予熱処理が不用になり溶接時間を大幅に短縮させることができる。また。銅材の加熱時間が短縮されるので、銅材の酸化の進むことがなくなり、溶接後の酸化物の除去作業も不必要になる。
【００１４】
また、真空容器に接続される熱交換器の運転状態により容器内圧は繰り返し変動するため、この容器内圧の変動に対する容器の疲労耐量が問題になるが、図１ないし図５の実施例あるいは参考例においては、上述のように銅材を薄くすることによって溶接時における注入熱量を大幅に少なくすることができることから、溶接の際の結晶粒径の肥大化が発生する領域も小さくすることができ、上記のような容器内圧の変動に対する容器の疲労耐量が損なわれることがなくなり、真空容器の信頼性が上がる。
【００１５】
また、図１ないし図５の実施例あるいは参考例においては、上述のように銅材を薄くすることができるが、真空容器を形成する銅材の薄板化により、真空引きの際の局部応力の集中を回避することが可能となる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は前述のように、外側から内側へ向けて銅製の円筒状部材が貫通する接合穴が形成され、この接合穴の縁部に円筒状部材の外径面に沿ってＬ字状に内側へ折り曲げられたつば部が形成され、このつば部の先端が円筒状部材に溶接されてなるようにすることによって、真空容器と円筒状部材との繋ぎ部分の溶接部にかかる応力も減り、真空容器の気密性の向上と溶接時間の短縮とが可能になる。
【００１９】
また、かかる構成において、真空容器を形成する銅材の厚さを３ｍｍ以下とするようにすることによって、溶接時における銅材の温度を容易に上昇させることができ、溶接時間の短縮が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の参考例にかかる真空容器の構成を示す断面図
【図２】 この発明の異なる参考例にかかる真空容器の構成を示す断面図
【図３】 この発明のさらに異なる参考例にかかる真空容器の構成を示す断面図
【図４】 この発明のさらに異なる参考例にかかる真空容器の構成を示す断面図
【図５】 この発明の実施例にかかる真空容器の構成を示す断面図
【符号の説明】
１，２，６，８，９：銅材、３，１４：つば部、５：溶接部、７，１２，７１，７２，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ：真空容器、１３：接合穴、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ：円筒容器、１５Ａ，１５Ｂ：円筒状部材

Claims (2)

1. 銅材でもって形成されるとともに銅製の円筒状部材と連通するように溶接された真空容器であって、前記真空容器の外側から内側へ向けて前記円筒状部材が貫通する接合穴が形成され、前記接合穴の縁部に前記円筒状部材の外径面に沿ってＬ字状に前記真空容器の内側へ折り曲げられたつば部が形成され、このつば部の先端が前記円筒状部材に溶接されてなることを特徴とする真空容器。
2. 請求項１に記載の真空容器において、前記真空容器を形成する銅材の厚さを３ｍｍ以下とすることを特徴とする真空容器。

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