JPH10231970A - 真空断熱配管継手 - Google Patents

真空断熱配管継手

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JPH10231970A
JPH10231970A JP9052539A JP5253997A JPH10231970A JP H10231970 A JPH10231970 A JP H10231970A JP 9052539 A JP9052539 A JP 9052539A JP 5253997 A JP5253997 A JP 5253997A JP H10231970 A JPH10231970 A JP H10231970A
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JP
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pipe
face
joint
heat
seal
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JP9052539A
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Hitoshi Furumoto
仁 古本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/14—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
    • F16L59/16—Arrangements specially adapted to local requirements at flanges, junctions, valves or the like
    • F16L59/18—Arrangements specially adapted to local requirements at flanges, junctions, valves or the like adapted for joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/14—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
    • F16L59/141—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems in which the temperature of the medium is below that of the ambient temperature

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Flanged Joints, Insulating Joints, And Other Joints (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 継手を水平方向に配置しても熱の侵入を局限
することができる。 【解決手段】 二重管の間を真空にして断熱した配管の
接続すべき両継手部の締結フランジ１７，３７から、一
方の配管は外径を小さくして突出させて先端に雄側端面
板１２を形成し、他方の配管は内径を大きくして凹入さ
せて最奥部に雌側端面板３２を形成し、この両端面板の
端面間にフェイスシール５１１を嵌め挾んで接続した。
また、ベローズ１８，１９を設けた。また、端面板を熱
良伝導性の材質とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、極低温などの流
体を移送するために二重配管にして内管と外管との間を
真空にして断熱した真空断熱配管の継手の改善に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図３及び図４は従来の真空断熱配管継手
を示す。この配管は、例えば液体ヘリウム，液体水素な
どの極低温流体を移送する配管であって、熱の侵入を防
止して上記のような極低温流体の蒸発を抑えるため、二
重配管にして内管と外管との間を真空にして断熱した配
管である。図はこの真空断熱配管の配管同士、あるい
は、配管と機器設備等とを接続する取り外し可能な継手
を示す。
【０００３】図３及び図４に示すように、内管１３，３
３内は液化ガスなどの流体流路７０となり、内管１３，
３３と外管１５，３５との間の空間は断熱のため空気が
抜かれて真空断熱空間１６，３６となっている。雄側１
０の締結フランジ１７から先方（図３の下方）は雄側外
管１５の外径が小さくなって継手内外管１４となり、そ
の先端に雄側端面板１２が形成され、この端面板１２の
外周にラジアルシール５１３が取り付けられている。雌
側３０の締結フランジ３７の後方（図３の下方）は凹入
形状で雌側内管３３の内径が大きくなって継手内内管３
４となり、その奥端は雌側端面板３２となっている。両
締結フランジ１７，３７の間にガス止めシール５５を挾
んで締結ボルトナット５７で締結して両配管を接続す
る。
【０００４】図３及び図４において、内管１３，３３内
の流体流路７０を極低温の液化ガスが流れる。外部から
の熱の侵入は真空断熱空間１６，３６により阻止され
る。ラジアルシール５１３の外周の隙間を通って、継手
内外管１４と継手内内管３４との間の中間空間７５に入
った液化ガスは、気化して各部材を冷却して内部への熱
の侵入を阻止する。なお、ラジアルシール５１３の外周
面と継手内内管３４の内周面との隙間はなるべく小さく
形成されているが、継手を接続するときラジアルシール
５１３が継手内内管３４等に摩擦することや、各部材の
温度差による熱伸縮差によりラジアルシール５１３と継
手内内管３４とは相対移動があり、ラジアルシール５１
３で密封することは困難である。
【０００５】図４（Ａ）に示すように、竪方向に配置し
た配管継手では、中間空間７５内で気化した後なお加熱
されたガスは膨張して比重が軽くなって上昇してガス止
めシール５５から少量が流出する。低温のガスは比重が
重く下部にあり、上下安定してガスは対流などの流動を
しない。流動しない中間空間７５内のガスは、侵入する
熱を順次に奪ってそれより内部への熱の侵入を阻止す
る。
【０００６】ところが、図４（Ｂ）に示すように、水平
方向に配置した配管継手では、中間空間７５内で気化し
て軽くなったガスは、図に破線で示すように上昇し、ラ
ジアルシール５１３の上部の隙間を通って流体流路７０
内に逆流して熱を持ち込む。この逆流した分だけ、流体
流路７０からラジアルシール５１３の下部の隙間を通っ
て液化ガスが中間空間７５内に流入する。このような循
環流動によって熱が侵入するので、配管継手を水平に近
い姿勢で配置することができず、配管継手を雄側１０が
上になるようにして４５度以上立てた姿勢で配置してい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の真空断熱配管継
手は上記のようであり、水平方向に近い姿勢に配置すれ
ば熱の侵入が多くなる。雄側１０を上にして竪方向に配
置すれば熱の侵入は少ないが、各継手を竪方向に設置す
れば、配管の長さや曲がりが多くなり、資材，工費，運
転コストなどが高くなるというような問題があった。
【０００８】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、配管継手を水平方向に設置しても熱の侵入
を局限することができる真空断熱配管継手を得ることを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載した真空断熱配管継手は、一方の突出する先端に形成
された雄側端面板の端面と他方の凹入させた最奥部に形
成された雌側端面板の端面との間にフェイスシールを嵌
め挾みつけて接続したものである。
【００１０】この真空断熱配管継手は、両端面板の端面
間にフェイスシールを嵌め挾みつけて接続したので、挿
入するときシールに接触損傷などが生じない。また、各
部材の温度差による熱伸縮差があっても、両端面板の端
面間では端面に直角方向の相対移動となり、フェイスシ
ールの摩擦がなく摩耗損傷が生じない。また、端面に直
角方向の相対移動に対してフェイスシールの弾性変形が
対応し、その上、流体の圧力差による押し付け力がフェ
イスシールに働いて密封性が維持される。このフェイス
シールで密封することにより、中間空間内のガス圧力が
低くなり、熱の伝導及び対流が少なくなる。また、この
継手を水平方向に配置しても、流体がこのシールを通過
することができず、熱の侵入を局限することができる。
【００１１】この発明の請求項２に記載した真空断熱配
管継手は、両端面板の端面間にフェイスシールを嵌め挾
みつけるとともに、この継手部の付近の配管の内管及び
外管にベローズを設けたものである。
【００１２】この真空断熱配管継手は、上記のように、
フェイスシールの摩耗損傷がなく、フェイスシールの弾
性変形及び流体の圧力差による押し付け力により密封性
が維持されるとともに、継手部の付近の配管に設けられ
たベローズは、配管組立誤差などにより端面板の傾きが
生じても、この傾きを吸収することにより、端面同士を
正しく対面させることができ、密封性が損なわれること
がない。このフェイスシールで密封することにより、上
記のように、熱の伝導及び対流が少なくなり、また、こ
の継手を水平方向に配置しても、熱の侵入を局限するこ
とができる。
【００１３】この発明の請求項３に記載した真空断熱配
管継手は、両端面板の端面間にフェイスシールを嵌め挾
みつけ、配管にベローズを設け、端面板を熱良伝導性の
材質としたものである。
【００１４】この真空断熱配管継手は、フェイスシール
の摩耗損傷がなく、その弾性変形及び圧力差による押し
付け力により密封性が維持され、ベローズは配管組立誤
差などを吸収して端面同士を正しく対面させることがで
き、密封性が損なわれない。このフェイスシールで密封
することにより、上記のように、熱の伝導及び対流が少
なくなる。また、熱良伝導性の端面板により、配管の冷
却過程において継手の各部材の上下の温度分布の均一化
時間が短くなり、この継手を水平方向に配置した場合で
も、中間空間内のガスの温度分布の差が小さくなり、ガ
スの対流が小さくなり、熱の侵入が少なくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図について説明する。図１はこの発明による真空断熱配
管継手の縦断面図である。図示の配管は、例えば液体ヘ
リウム，液体水素等の液化ガスのような極低温流体を移
送する配管であって、熱の侵入を防止して上記のような
極低温の液化ガスの蒸発を抑えるため、配管を二重にし
て内管と外管との間を真空にして断熱した配管である。
図１はこの真空断熱配管の配管同士を接続する、あるい
は、機器設備等にこの配管を接続する、取り外し可能な
継手を示す。以下、液化ガスのような極低温流体を移送
する真空断熱配管継手について説明する。
【００１６】図１において、１３は雄側内管、１５は雄
側外管、３３は雌側内管、３５は雌側外管である。この
二重管の内管１３，３３内は液化ガスなどを移送する流
体流路７０となる。雄側１０の内管１３と外管１５との
間の空間、及び雌側３０の内管３３と外管３５との間の
空間は、断熱のため空気が抜かれてそれぞれ雄側真空断
熱空間１６及び雌側真空断熱空間３６となっている。雄
側１０の雄側締結フランジ１７から先方（図の左方）は
雄側外管１５の外径が小さくなって継手内外管１４とな
り、その先端に雄側端面板１２が形成されている。ま
た、雌側３０の雌側締結フランジ３７の後方（図の左
方）は凹入形状で雌側内管３３の内径が大きくなって継
手内内管３４となり、継手内内管３４の奥端は雌側端面
板３２が形成されている。雌側の継手内内管３４内に雄
側の雄側端面板１２，継手内外管１４を挿入し、雄側締
結フランジ１７と雌側締結フランジ３７との間にＯリン
グのようなガス止めシール５５を挾んで締結ボルトナッ
ト５７で締結して両配管を接続する。なお、常温で接続
したとき雄側端面板１２の先端面が雌側端面板３２の端
面にほぼ当接するように形成されている。
【００１７】図１に示すように、雌側端面板３２に対面
する雄側端面板１２の先端面には円環状のシール溝が形
成され、このシール溝内にフェイスシール５１１が嵌入
されている。フェイスシール５１１は内径側に開口する
コ字状断面のリングである。フェイスシール５１１は極
低温でも弾力性を失わない合成ゴムなどで作られてお
り、弾性変形性の大きな金属のばね材などを入れて補強
してもよい。なお、弾力性のある薄金属板で形成しても
よい。
【００１８】図１に示す真空断熱配管継手では、この継
手からあまり遠くない箇所の雄側配管の、内管１３に内
管ベローズ１８が設けられ、外管１５に外管ベローズ１
９が設けられている。
【００１９】また、図１示す真空断熱配管継手では、雄
側端面板１２は、あるいは両端面板１２，３２は、銅な
どの熱伝導性の良い材質で作られている。
【００２０】次に、図１に示す真空断熱配管継手の動作
作用効果などについて説明する。内管１３，３３内の流
体流路７０を極低温の液化ガスが流れる。外管１５，３
５の外部から熱が侵入しようとするが、各真空断熱空間
１６，３６が真空であるため熱の伝導や対流がないの
で、輻射による僅かな熱の貫通以外には、熱の侵入が阻
止される。しかし、継手部では、雄側締結フランジ１７
から継手内外管１４を経て雄側端面板１２に伝導して熱
が侵入し、雌側締結フランジ３７から継手内内管３４を
経て雌側端面板３２に伝導して熱が侵入する。この伝導
熱の侵入は止むをえないが、継手内外管１４及び継手内
内管３４を熱の不良導体とするとか、中間空間７５の管
軸方向の長さを長くし、断面積をなるべく小さくするこ
とによって、熱の侵入を少なくすることができる。ま
た、フェイスシール５１１からガス止めシール５５まで
の中間空間７５に入った液化ガスは、上記のように侵入
する熱により気化して接触する部材を冷却して内部への
熱の侵入を阻止する。
【００２１】従来の真空断熱配管継手でも、図４（Ａ）
に示すような竪方向に近い配置の配管継手では、中間空
間７５内のガスは、昇温し膨張して軽くなったものは上
に、低温のガスは重くて下にあり、流動しない中間空間
７５内のガスは、侵入する熱を順次に奪ってそれより内
部への熱の侵入を阻止する。しかし、図４（Ｂ）に示す
ような水平方向に近い配置の配管継手では、中間空間７
５内で気化して軽くなったガスは、図に破線で示すよう
に上昇し、ラジアルシール５１３の上部の隙間を通過し
て流体流路７０内に逆流して熱を持ち込み、流体流路７
０からラジアルシール５１３の下部の隙間を通って液化
ガスが中間空間７５に流入して温度が上昇して逆流する
ことを繰り返す。従来の真空断熱配管継手では、水平に
近い姿勢に設置すればこのようにして熱が持ち込まれる
ので、雄側１０が上になるようにして４５度以上立てた
姿勢で配管継手を配置する必要があった。
【００２２】これに対して、図１に示す真空断熱配管継
手では、従来の雄側端面板１２の周面に装着するラジア
ルシール５１３に代えて、端面に装着するフェイスシー
ル５１１を雄側端面板１２と雌側端面板３２の端面間に
嵌め挾みつけるようにしたので、後に説明するように、
該部における液漏れを完全に阻止して密封することがで
き、中間空間７５から流体流路７０へ逆流して循環する
流れをなくすことができ、それによる熱の持ち込みを防
止することができる。また、フェイスシール５１１で密
封すれば、当然、中間空間７５内のガス圧力が低くな
り、熱の伝導や対流は少なくなり、熱の侵入を阻止する
ことができる。
【００２３】以下、フェイスシール５１１による密封機
能について説明する。図１に示すように、常温において
雄側端面板１２と雌側端面板３２との端面が当接するよ
うに接続しても、極低温の液化ガスを流体流路７０に流
すと、特に予冷のときに、雌側の継手内内管３４より雄
側の継手内外管１４が低温となって収縮するため、雄側
端面板１２の端面が雌側端面板３２から離れて押し付け
が開放されても、フェイスシール５１１の拡張しようと
する復元弾性変形により、フェイスシール５１１が両端
面に当接して液漏れは生じない。また、フェイスシール
５１１の断面は内径側に開口したコ字状であるので、内
径側から流体流路７０内の液化ガスの圧力がコ字状の口
を押し開き、フェイスシール５１１の両辺を各端面に押
し付けることにより密封される。また、継手接合の挿入
時に端面に装着されたフェイスシール５１１は他の部材
に接触することなく損傷などは生じない。また、雄側端
面板１２の温度変化による移動は管軸方向であるので、
端面に装着されたフェイスシール５１１に摩耗損傷など
が生じることがない。
【００２４】次に、内管ベローズ１８，外管ベローズ１
９の作用などについて説明する。図２に示すように、配
管組立誤差などにより雄側端面板１２又は雌側端面板３
２に傾きが生じても、ベローズ１８，１９にこの傾きを
吸収させることができ、雄側端面板１２と雌側端面板３
２の端面同士を正しく対面させることができるので、フ
ェイスシール５１１の密封性が損なわれることがない。
【００２５】次に、雄側端面板１２又は両端面板１２，
３２を銅などの熱伝導性の良い材質としたことの作用な
どについて説明する。図１に示すようにこの真空断熱配
管継手を水平に近い姿勢に設置した場合でも、端面板１
２を熱伝導性の良い材質とすれば、配管の冷却過程にお
いて継手の各部材の上下の温度分布が均一化する時間が
短くなり、また、運転中も上下の温度差が小さくなり、
中間空間７５内のガスの温度分布の差が小さくなりガス
の対流が小さくなり、熱の侵入が少なくなる。また、温
度分布による変形が少なくなり、フェイスシール５１１
の密封性も良好に維持される。
【００２６】なお、図１に示す真空断熱配管継手では、
雄側端面板１２の先端面に円環状のシール溝を形成して
フェイスシール５１１を設けたが、その代わりに、雄側
端面板１２の先端面は平滑面として、雌側端面板３２に
シール溝を形成してフェイスシール５１１を設けてもよ
い。
【００２７】また、図１に示す真空断熱配管継手では、
雄側１０の配管に内管ベローズ１８及び外管ベローズ１
９を設けたが、その代わりに、雌側３０の配管に同様な
内外のベローズを設けてもよい。また、雄側及び雌側の
両配管に共にベローズを設けてもよい。
【００２８】また、以上の説明は液化ガスなどの極低温
の流体を移送する真空断熱配管継手についてしたが、そ
の他の低温流体あるいは高温流体を移送する真空断熱配
管継手についても適用することができる。
【００２９】
【実施例】次に、図１に示す真空断熱配管継手の寸法の
一例を示す。内管１３，３３の内径は５０mm、外管１
５，３５の外径は１００mm、継手内外管１４，継手内内
管３４の長さは約２５０mm程度である。フェイスシール
５１１を入れるシール溝は外径７５mm、内径６０mm、深
さ５mm程度である。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、両端
面板の端面間にフェイスシールを嵌め挾みつけて接続し
たので、継手結合の挿入時にフェイスシールの損傷など
がなく、熱伸縮差があっても、両端面板の端面間では端
面に直角方向の相対移動となり、フェイスシールの摩擦
がなく摩耗損傷が生じない。また、両端面板の上記相対
移動に対して、フェイスシールの弾性変形が対応し、流
体の圧力差によってフェイスシールが両端面板に押し付
けられることによって密封性が維持される。このフェイ
スシールで密封することにより、中間空間内のガス圧力
が低くなり、熱の伝導及び対流が少なくなる。また、配
管継手を水平に設置しても、中間空間と流体流路との循
環による熱の損失がなくなる。
【００３１】また、両端面板間にフェイスシールを用い
るとともに、継手部の付近の配管の内管及び外管にベロ
ーズを設けると、上記のように、フェイスシールの摩耗
損傷がなく、フェイスシールの弾性変形及び流体の圧力
差による押し付け力により密封性が維持されるととも
に、配管組立誤差などにより端面板の傾きが生じても、
ベローズに傾きを吸収させて端面同士を正しく対面させ
ることができ、密封性が損なわれることがない。このフ
ェイスシールで密封することにより、中間空間内のガス
圧力が低くなり、熱の伝導及び対流が少なくなる。ま
た、配管継手を水平に設置しても、中間空間と流体流路
との循環による熱の損失がなくなる。
【００３２】また、両端面板間にフェイスシールを用
い、配管にベローズを設け、端面板を熱良伝導性の材質
とすれば、上記のように、フェイスシールの摩耗損傷が
なく、その弾性変形及び圧力差による押し付け力により
密封性が維持され、また、配管組立誤差などをベローズ
が吸収して端面同士を正しく対面させることができ、密
封性が損なわれることがない。このフェイスシールで密
封することによって、中間空間内のガス圧力が低くな
り、熱の伝導及び対流が少なくなる。また、配管継手を
水平に設置しても、中間空間と流体流路との循環による
熱の損失がなくなる。また、熱伝導性の良い端面板は、
配管の冷却過程において継手の上下の温度分布の均一化
を促進し、中間空間内のガスの温度分布の差が小さくな
り、ガスの対流が小さくなり、熱の損失が少なくなる。
【００３３】以上のように、この発明によれば、フェイ
スシール等により密封して熱の侵入を防止し、配管継手
を水平に設置しても熱の損失が少なくなるので、配管継
手を任意の姿勢で設置することが可能となり、配管の長
さや曲がりを少なくすることができ、資材，工費，運転
コストなどを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による真空断熱配管継手の実施の一形
態を示す縦断面図である。
【図２】この発明による真空断熱配管継手の実施の一形
態の作用を示す図である。
【図３】従来の真空断熱配管継手の縦断面図である。
【図４】従来の真空断熱配管継手を示し、（Ａ）は竪方
向に設置した真空断熱配管継手の縦断面図、（Ｂ）は横
方向に設置した真空断熱配管継手の縦断面図である。
【符号の説明】
１０：雄側、 １２：雄側端面板、１３：雄側内管、
１４：継手内外管、１５：雄側外管、 １６：雄側真空
断熱空間、１７：雄側締結フランジ、１８：内管ベロー
ズ、 １９：外管ベローズ、３０：雌側、 ３２：雌側
端面板、３３：雌側内管、 ３４：継手内内管、３５：
雌側外管、 ３６：雌側真空断熱空間、３７：雌側締結
フランジ、５１１：フェイスシール、５５：ガス止めシ
ール、５７：締結ボルトナット、７０：流体流路、 ７
５：中間空間。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内管と外管との間を真空にして断熱した
    配管の接続すべき両継手部の締結フランジから、一方の
    配管は外径を小さくして突出させて先端に雄側端面板を
    形成し、他方の配管は内径を大きくして凹入させて最奥
    部に雌側端面板を形成し、この両端面板の端面間にフェ
    イスシールを嵌め挾みつけて接続したことを特徴とする
    真空断熱配管継手。
  2. 【請求項２】 この継手部の付近の配管の内管及び外管
    にベローズを設けたことを特徴とする請求項１に記載の
    真空断熱配管継手。
  3. 【請求項３】 前記雄側端面板又は両端面板を熱良伝導
    性の材質としたことを特徴とする請求項１又は請求項２
    に記載の真空断熱配管継手。
JP9052539A 1997-02-21 1997-02-21 真空断熱配管継手 Withdrawn JPH10231970A (ja)

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