JPH0243075B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は全般的に流体を輸送する導管集成
体、特に、周囲の環境から相対的に隔離して流体
を運ぶようになつている多数の部分から成る導管
集成体に関する。

［従来の技術］ 高温または低温の流体を運ぶための従来の導管
集成体は、内側および外側管を用い、内側管およ
び外側管の間の環状空間に絶縁物を入れている。
この様な集成体は、例えば蒸気を噴射することに
よつて油井からの油の回収を高めると云う様な
種々な方法で利用されている。従来の集成体の導
管部分は、内側管の中を流れる流体を周囲の環境
から隔離し、こうして内側管および外側管の間に
比較的有効な熱障壁を構成している。

［発明が解決しようとする問題点］ 然し、相次ぐ導管部分の間の継目は、普通には
流体の温度を持つ内側管と、周囲の環境の温度に
近い外側管との間で比較的高度の熱伝達が行われ
る通路になる。この明細書にて云う「継目」と云
う用語は継手自体と共に、各々の導管部分の内、
この継手に接近した部分をも含むものとする。

周囲の環境に対して高い温度並びに圧力を持つ
流体を導管集成体を介して運ぶ時に、相次ぐ導管
部分の間の継目は、流体を集成体の中に収容する
ことが要求されるだけでなく、外側管に対する内
側管の熱膨脹並びに／または収縮にも耐えなけれ
ばならない。また、場合に応じては、この他の条
件にも合格しなければならない。この為に、蒸気
の噴射によつて油の回収を高める為に使われる多
数の部分から成る導管集成体の各々の継目区域
は、 (1) 蒸気を周囲の環境から熱的に隔離し、 (2) 漏れを防いで蒸気圧力を許容レベルに保ち、 (3) 内側管の相互の膨脹並びに一層低温の外側管
に対する膨脹が出来るようにし、 (4) その継目より垂直方向下方に連なる略全ての
導管部分の吊下げ重量を支えると共に、 (5) 反復的な組み立ておよび分解作業に耐える位
に頑丈でなければならない。

周囲の環境に対して非常に低い温度並びに圧力
の流体を運ぶ時にも同様な問題がある。

典型的には、従来の集成体の継目は、導管部分
の内、流体が通過する残りの部分よりも、熱障壁
としては不良である。例えば、米国特許第
3275345号明細書に記載される継目は截頭円錐形
（すなわち、先端を切り取つた円錐形）の部材を
用いている。該部材の夫々は、導管部分の各々の
端部で管の対応する端部に固定されている。夫々
一対の部材が内側管および外側管を同軸で相隔て
た状態に支持すると共に、外側管に対する内側管
の加熱並びに冷却によつて発生した膨脹並びに収
縮の力を伝達する。この米国特許明細書に記載さ
れている様に、相次ぐ導管部分は、外側管の外側
に固定したフランジに通したボルトによつて、互
いに結合される。フランジが導管部分の内側管の
間に空間または〓間を保つ。截頭円錐形の部材が
継目にくさび形空間を形成し、この空間が前述の
〓間を介して内側管の内部と連通する。内側管の
中にある流体は前記〓間を介してくさび形空間を
充填し、截頭円錐形部材並びに外側管の面を接触
する。

截頭円錐形の部材は内側管に発生した膨脹／収
縮の力を有効に外側管に伝達するが、流体が外側
管、截頭円錐形の部材並びに継目のフランジと接
触することによつて、各々の継目の熱障壁は比較
的不良である。この為に、集成体全体の熱効率が
低下する。

また、従来の他の集成体は、バヨネツト継目の
形で同形の２つの截頭円錐形の面が合わさる様な
継目を用いている。この集成体では、夫々の導管
部分の内側管は各々の内側管の端面の間にある液
体シールによつて密封される。内側管の継目の近
くに膨脹機構を設けて、外側管に対する内側管の
膨脹／収縮が出来るようにしている。この集成体
では、合わさる一対の截頭円錐形の部材の円錐面
が密な嵌め合わせになつていて互いに密封され
る。従つて、集成体が通す流体は内側管の中に隔
離されていて、外側管や、この外側管に取付けら
れた他の結合手段からも隔離されている。この為
に、従来のこの構造では反復的な組立て並びに分
解が困難で費用が掛かる等の欠点が見られる。

この発明の目的は、周囲の環境から相対的に隔
離して流体を輸送する多数の部分から成る導管集
成体の導管部分として、前述の欠点並びに制約が
ない改良された導管部分を提供することにある。

この発明の別の目的は、従来の導管集成体より
も製造が一層容易で、従つて費用がそれ程掛から
ない改良された継目を持つ多数の部分から成る導
管集成体を提供することにある。

この発明の他の目的は、内側管の内部にある流
体と周囲の環境の間に、継目の所で比較的長い伝
熱通路を設けることにある。

この発明の更に別の目的は、導管集成体が略垂
直な姿勢で動作している時に、流体の凝縮物を熱
障壁として利用することができる継目を持つ多数
の部分から成る導管集成体を提供することにあ
る。

この発明の更に他の目的は、何回も組立て並び
に分解作業を行つても、熱絶縁特性を保つことが
出来るような多数の部分を結合した導管集成体を
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明に依れば、流体輸送用導管集成体は、
周囲の環境に対して相対的に熱隔離して下方に流
体を搬送するための多数部分から成る導管集成体
において、垂直方向に接続される少なくとも一対
の隣接する導管部分を組み合わせて成り、各導管
部分は、流体を運ぶように出来て端部１８，２２
を有する内側管１２と、端部２０，２４を有する
外側管１４とから成り、該外側管１４はほゞ同軸
に各導管部分の内側管１２を取り囲んで間に環状
空間１６を形成すると共に内側管１２に対して軸
方向に変位していて内側管１２の端部１８，２２
が外側管１４の対応する端部２０，２４よりも突
出したり引つ込むように成して各導管部分の軸方
向に変位した対応する各組の端部１８，２０，２
２，２４を接続する截頭円錐形構造部３０，３２
を形成し、各導管部分の一対の該截頭円錐形構造
部３０，３２は同軸の導管部分を軸方向に間隔を
置いた状態に支持して間に水密封止を設けるよう
に成し、各截頭円錐形構造部３０，３２は隣接導
管部分の対応する面５４，５２と向かい合うよう
に出来る少なくとも１つの截頭円錐形の面５２，
５４を有し、向かい合う該截頭円錐形面５２，５
４は間に下外方に傾斜した截頭円錐形の中間空間
６０を形成して自由に流体連通し且つ該中間空間
６０を内側管１２内に存在する流体で満たして熱
障壁を設けるように出来、隣接導管部分を結合し
て中間空間６０の外端側を封止するスリーブ状の
継手４０を有することを特徴としている。

［作用］ 上述の手段に依つて、多数の部分を結合したこ
の発明の導管集成体においては、各々の導管部分
が流体を通す内側管と、この内側管を同軸に取り
囲んで内側管との間に環状空間を構成する外側管
とを有しており、これらの内側管および外側管が
互いに対し軸方向に変位、すなわちずれていて、
内側管の第１および第２の端部が外側管の対応す
る端部よりも夫々突出し且つまた引つ込んでお
り、各々対応する内側管および外側管の端部を接
続する一対の截頭円錐形構造部が内側管および外
側管を略同軸に軸方向に隔てた状態に支持すると
共に、内側管および外側管の間の環状空間に対す
る水密シールを構成する様になつている。

多数の部分から成る導管集成体の導管部分は、
適当な結合手段により、軸方向に整合した状態で
次々と結合される。結合手段は、夫々の構造の同
形の截頭円錐形の面を互いに向かい合つて隔つた
状態に位置決めしている。この様に互いに隔てる
ことにより、略截頭円錐形の中間空間が設定さ
れ、これが内側管の内部と連通する。この発明の
１つの動作様式においては、導管集成体が垂直に
配置されていて、截頭円錐形の面が下向きおよび
導集成体の共通軸線から外向きに傾斜する時に、
中間空間が内側管の中を流れる流体の凝縮物に対
するトラツプとして作用する。

この発明のその他や特長および利点は以下の添
付図面に沿つての詳細な説明から明らかになろ
う。

［実施例］ 第１図はこの発明に従つて構成された導管集成
体の一実施例の導管部分の横断面図である。外側
管１４は内側管１２を同軸に取り囲んでおり、共
通軸線は参照数字７５で示してある。内側管１２
および外側管１４の間に形成された略環状空間１
６は、図面の適宜な断面線で示す線に、絶縁物が
充填されている。

内側管１２および外側管１４は互いに軸方向に
変位、すなわちずれていて、内側管１２の第１の
端部１８が外側管１４の対応する第１の端部２０
より予定の距離だけ伸出している。すなわち、端
部１８は端部２０よりも突出している。内側管１
２の第２の端部２２は外側管１４の対応する第２
の端部２４より引つ込んでいる。外側管１４の端
部２０，２４は夫々外ねじが設けられた部分２
６，２８を有する。

一対の截頭円錐形構造部３０，３２が内側管１
２および外側管１４を同軸に且つ半径方向に隔た
つた状態に支持する。截頭円錐形構造部３０が内
側管１２の端部１８を外側管１４の端部２０に接
続している。同様に、截頭円錐形構造部３２が内
側管１２の端部２２を外側管１４の端部２４に接
続している。この発明の導管集成体の一実施例に
おいては、截頭円錐形構造部３０，３２は内側管
１２と一体であつて良く、夫々内側管１２のフラ
ンジすなわち截頭円錐形構造部３０，３２をスエ
ージした形にする。この構成では、フランジすな
わち截頭円錐形構造部３０が外向きに約270゜曲げ
られ、フランジすなわち截頭円錐形構造部３２が
外向きに約30゜曲げられている。この為に、両方
のフランジすなわち截頭円錐形構造部３０，３２
は軸線７５に対する傾斜角度が30゜である。截頭
円錐形構造部３０，３２が内側管１２と一体のフ
ランジで構成される場合に、これら截頭円錐形構
造部３０，３２は位置３４，３６で外側管１４の
端部２０，２４に夫々溶接されて、環状空間１６
の水密封止を形成する。この代わりに、截頭円錐
形構造部３０，３２は、外側管１４の端部２０，
２４をスエージして適当な傾斜のフランジを形成
し、これらフランジを次に内側管１２の両端部に
溶接して、水密封止として造ることが出来る。ま
た、好ましいと考えられる別の方法は、外側管１
４の引つ込んでいる方の端部２０をスエージして
所望の角度だけ曲げ、これを内側管１２の突出し
ている端部１８に溶接し、次いで導管部分の反対
側では、内側管１２の引つ込んでいる端部２２を
スエージして所望の角度だけ曲げて、それを外側
管１４の突出している端部２４に溶接することで
ある。

この発明の導管集成体の一実施例では、内側管
１２には引張の予備応力が加えられ、外側管１４
には圧縮の予備応力が加えられている。この様に
予備応力を加える形式は、米国特許第2924245号
明細書に例示されている。

この発明の導管集成体の別の実施例では、截頭
円錐形構造部３０，３２は別々の別異の部材とし
て製造し、各々の部材を軸方向に変位した内側管
および外側管の対応する一対の端部に溶接するこ
とができる。この場合に、環状空間１６を密封し
て水密にするのに４つの溶着部が必要である。

第２図は第１の導管部分４２と第２の導管部分
４４の間の継目の断面図である。第１図について
説明した種々の部品を表すのに使つた参照数字が
そのまゝ用いられている。然し、導管部分４２，
４４は実質的に同一であるから、以下の説明でそ
の区別を必要とする時には、夫々導管部分４２，
４４に属する部分を表すのに添字“ａ”および
“ｂ”を用いる。

２つ、または更に多くの導管部分を結合して導
管集成体にする為に、内ねじを持つ継手４０また
はスリーブが外側管１４の外面にある外ねじ部分
２６，２８とねじ着係合されて、これら部分２
６，２８と略水密封止を形成する様になつてい
る。更に、継手４０は導管部分４２を導管部分４
４と軸方向に整合した状態に保つ。截頭円錐形構
造部３０，３２は夫々導管部分４２，４４の、同
形の第１および第２の截頭円錐形の面５２，５４
を有している。組立てた時に、面５２，５４は互
いに向かい合つて相隔たる状態に保たれ、このよ
うな形状を持つ端部１８，２２が互いに嵌まり合
う様になつている。２つの截頭円錐形の面５２，
５４の間に継手４０によつて設定される間隔は、
内側管１２ａ，１２ｂの内径に較べて小さい。更
に、この間隔は截頭円錐形の中間空間６０を形成
する。第３図は導管部分４２，４４の間の継目を
更に詳しく示している。

外側管１４ａの端部２４，２０の稜面（すなわ
ち先端部面）５６，５８も同様に隔たつている。
この為に、継手４０はこれらの面の間に周辺〓間
５３を設定する様に作用する。この〓間５３は、
中間空間６０と共に、軸方向に整合した内側管１
２ａ，１２ｂの内部７６と連通する空間部分を構
成する。

第４図は相次ぐ導管部分の間の別の実施例の継
目の詳しい断面図である。各部分は実質的に同一
であるから、第３図の参照数字をそのまゝ用いて
いる。この実施例では、管２４，２０の稜面５
６，５８が突き合わせになつている。

これまで説明した導管集成体の各々の継目は組
立ておよび分解が容易である。これは、外側管の
外面に継手を着脱自在にねじ着係合しているから
である。互いに向かい合う截頭円錐形の面５２，
５４の間の間隔は、第４図に示す様に、下向きに
収斂する様にすることができるから、相次ぐ導管
部分の外側管１４ａ，１４ｂの稜面５６，５８は
実際には互いに突き合わせることができる。

動作について説明すると、多数の部分から成る
導管集成体は共通軸線７５が略垂直になる様に配
置されることが好ましい。第３図に示す様に、截
頭円錐形の中間空間６０が共通軸線から遠ざかる
向きに下向きに傾斜する。流体は液体またはガス
であつてもよいが、その流れが上から下になると
仮定する。図示の姿勢で、〓間５３および中間空
間６０は流体の流れの方向に対して鋭角をなし、
気体状流体が内側管１２ａの中を上から下へ軸方
向に流れる時に、この流体の凝縮物があれば、そ
れを捕捉するトラツプとして作用する。流体の圧
力並びに／または重力が凝縮物を中間空間６０に
案内して、それがこゝにトラツプされたまゝにな
る様にする。

例として、流体の生の蒸気であつて、第３図お
よび第４図に示す導管集成体で導管部分４２から
導管部分４４へ下向きに流れると仮定する。普通
の動作では、凝縮物は導管集成体の一番低温の部
分に生ずる。従つて、第３図に示す導管集成体で
は継手４０の外側が更に低温の周囲の環境と接触
しているから、凝縮物が継手４０の内面５７上に
形成され始める。蒸気の圧力並びに重力により凝
縮物が周辺〓間５３にトラツプされる。引き続い
て凝縮物が形成されて溜まると、液体が上昇し、
最終的には第３図に示す様に、中間空間６０内の
液位６１に達する。液体が液位６１以上溜まつて
も、内側管１２ａの内部７６に放出され、軸方向
の向きの流体の流れと共に運び去られる。従つ
て、〓間５３および中間空間６４は合わせて凝縮
物がそこに留どまる熱障壁トラツプを形成する。

相次ぐ導管部分の間の継目は、許容し得る程度
の熱絶縁を施す他に、多数の部分から成る導管集
成体に対する熱応力を緩和する様にもしなければ
ならない。具体的に云うと、内側管１２ａによつ
て発生された膨脹／収縮の力の截頭円錐形構造部
３０，３２を介して各々の導管部分の外側管１４
ａに伝達することにより、外側管１４ａが内側管
１２ａに発生した熱応力および歪みの力を部分的
に軽減する様に作用する。更に、凝縮物が液位６
１にある時、内側管１２ａの内部７６を流れる蒸
気は、継手４０と中間空間６０の中の比較的長い
通路とにより、周囲の環境から熱的に隔離され
る。この長い通路は凝縮物で充填されており、温
度勾配は内側管１２ａの内部７６に於ける蒸気の
温度から継手４０に於ける温度の近くまで変化
し、こうして熱障壁トラツプを形成する。更に、
各々の導管部分では、内側管１２ａおよび外側管
１４ａの間の密封された環状空間１６によつて熱
絶縁が施される。この環状空間１６は熱絶縁材料
を収容することが好ましい。

継目を介して熱損失を最小限に抑える為、この
発明の好ましい実施例では、截頭円錐形の面５
２，５４は何れも共通軸線７５に対して30゜の傾
斜角度である。この構成では、継目の直ぐ近くで
環状空間１６ａ，１６ｂに収容された絶縁物は、
目立つ程の熱伝達がこれら絶縁物を介して起こら
ない様にする有効な熱障壁となる。更に、この特
定の傾斜角度では、截頭円錐形構造部３０，３２
は、これら截頭円錐形構造部３０，３２を介して
目立つ程の熱伝達が起こるのを制限するのに十分
な長さである。

継目は、〓間５３および中間空間６０に捕捉さ
れて溜まつた凝縮物および液体と共に、継手４０
を取り巻く周囲の環境と内側管１２の内部７６内
の生の蒸気との間に効率の良い熱障壁を構成す
る。面５２，５４の間の間隔が内側管１２の内径
に較べて比較的小さいから、内側管１２の内部７
６を通る流体の流れは、凝縮物に於ける温度勾配
並びに継目の絶縁に影響を与える様な目立つ程の
流れを凝縮物中に発生することがない。

傾斜角度を30゜より大きくすると、截頭円錐形
構造部３０，３２の物理的な長さ並びに中間空間
６０の長さが短くなり、継目の熱効率は低下す
る。然し、それでも、一層厚手の截頭円錐形構造
部３０，３２および一層大きな角度では、膨脹／
収縮の力を伝達する截頭円錐形構造部の能力を高
めることがあるので、この構成が望ましいことが
ある。前に述べた様に、こういう力は、外側管に
較べて、内側管の中を比較的高い温度並びに圧力
の流体が流れることによつて生ずる。30゜よりも
小さい傾斜角度では熱効率は良くない。これは、
環状空間１６内で継目の近くに配置される絶縁材
料が少なくなるからである。この様に絶縁材料の
量が少なくなり、且つ内側管１２の端部１８と截
頭円錐形構造部３０との間の環状空間１６ｂを通
る物理的な距離が小さくなることによつて、かな
りの熱量が絶縁材料を介して流れる様になる。然
し、内側管および外側管に作用する前述の力を移
し替える点で、一層小さい傾斜角度の方が望まし
いことがある。

こゝで説明した多数の部分から成る導管集成体
は、その共通軸線７５が略垂直に配置されてい
て、截頭円錐形の面５２，５４が第３図に示す様
に、軸線７５から外向きに〓間５３に向かつて下
向きに傾斜する時に、その作用が最適である。然
し、この発明はその場合に制約されず、この導管
集成体は異なる姿勢、例えば水平でも作用する。
この様な全ての場合には、流体の流れの方向は、
中間空間６０が内側管１２の内部７６と連通する
点に対して、〓間５３が下流側になる様にしなけ
ればならない。この様な構成では重力は部分的に
しか、或は全く頼りにならないから、内側管１２
内の圧力は、流体の凝縮物が〓間５３および中間
空間６０に押し込まれて、そこにトラツプされた
まゝになる様になつていなければならない。

［発明の効果］ この様に、この発明の導管集成体は、隣接導管
部分の截頭円錐形構造部間に形成される中間空間
が開放内端部から下外方に傾斜しているので、導
管部分の隣接端部間の中間空間が内側管の内部と
妨げのない自由な流体連通を成し、従つて中間空
間が液体で満たされて内側管の内部と周囲環境の
間に熱障壁を設けるよう出来、截頭円錐形構造部
が内側管および外側管を強固に結合すべく効果的
で且つ輸送中並びに取付けの前後においても内側
管および外側管を適切な同軸状態に維持すること
が出来る等の効果を有している。

以上説明したこの発明の導管集成体の構造部
は、この発明の範囲を逸脱せずに変えることがで
きる。例えば、導管集成体は、周囲の環境よりも
一層低温の流体を輸送する為に使うことができ
る。継手４０の代わりに他の適当な結合手段、す
なわち外側管にフランジを取り付けて、それにボ
ルトを通すと云う様な手段を使うことも可能であ
る。更に、ねじ山を使う代わりに、継手は外側管
に溶接してもよい。導管部分を結合する為に溶接
とねじ係合の両方を使うことができる。

以上の説明から、この発明がこゝに具体的に示
した導管集成体に制限されることなく、この発明
の範囲内で、当業者によつて種々の変更、部分的
並びに全面的な置換、均等物並びに取換えが出来
ることが明らかであろう。従つて、この発明は特
許請求の範囲の記載によつてのみ限定されること
を意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従つた１個の導管部分の断
面図、第２図は第１図に示した導管部分を用いて
結合した後の導管集成体の断面図、第３図は相次
ぐ導管部分の間の継目の切断面図、第４図は相次
ぐ導管部分の間の別の実施例の継目の断面図であ
る。図中、１２：内側管、１４：外側管、１６：
環状空間、１８，２２：内側管の端部、２０，２
４：外側管の端部、３０，３２：截頭円錐形構造
部、４０：継手、４２，４４：導管部分、５３：
〓間、６０：截頭円錐形の中間空間、７５：共通
軸線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周囲の環境に対して相対的に熱隔離して下方
   に流体を搬送するための多数部分から成る導管集
   成体において、垂直方向に接続される少なくとも
   一対の隣接する導管部分を組み合わせて成り、各
   導管部分は、流体を運ぶように出来て端部１８，
   ２２を有する内側管１２と、端部２０，２４を有
   する外側管１４とから成り、該外側管１４はほゞ
   同軸に各導管部分の内側管１２を取り囲んで間に
   環状空間１６を形成すると共に内側管１２に対し
   て軸方向に変位していて内側管１２の端部１８，
   ２２が外側管１４の対応する端部２０，２４より
   も突出したり引つ込むように成して各導管部分の
   軸方向に変位した対応する各組の端部１８，２
   ０，２２，２４を接続する截頭円錐形構造部３
   ０，３２を形成し、各導管部分の一対の該截頭円
   錐形構造部３０，３２は同軸の導管部分を軸方向
   に間隔を置いた状態に支持して間に水密封止を設
   けるように成し、各截頭円錐形構造部３０，３２
   は隣接導管部分の対応する面５４，５２と向かい
   合うように出来る少なくとも１つの截頭円錐形の
   面５２，５４を有し、向かい合う該截頭円錐形面
   ５２，５４は間に下外方に傾斜した截頭円錐形の
   中間空間６０を形成して自由に流体連通し且つ該
   中間空間６０を内側管１２内に存在する流体で満
   たして熱障壁を設けるように出来、隣接導管部分
   を結合して中間空間６０の外端側を封止するスリ
   ーブ状の継手４０を有することを特徴とする導管
   集成体。 ２ 各截頭円錐形面５２，５４は導管集成体の共
   通軸心に対してほゞ30゜の傾斜角度を成している
   特許請求の範囲第１項記載の導管集成体。 ３ 向かい合う截頭円錐形面５２，５４は導管集
   成体の共通軸心から放射方向外方に収斂している
   特許請求の範囲第１項記載の導管集成体。 ４ 各外側管１４は各管端部附近にねじ部分２
   ６，２８を有し、継手４０は各組の導管部分の外
   側管１４の外ねじ部分２６，２８と係合するよう
   に出来る特許請求の範囲第１項記載の導管集成
   体。 ５ 各截頭円錐形構造部３０，３２は対応する内
   側管および外側管の導管部分の少なくとも一方と
   一体に造られ且つ他方の導管部分に対して水密封
   止関係に固着されている特許請求の範囲第１項記
   載の導管集成体。