JP2002130547A - 断熱管 - Google Patents

断熱管

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JP2002130547A
JP2002130547A JP2000330327A JP2000330327A JP2002130547A JP 2002130547 A JP2002130547 A JP 2002130547A JP 2000330327 A JP2000330327 A JP 2000330327A JP 2000330327 A JP2000330327 A JP 2000330327A JP 2002130547 A JP2002130547 A JP 2002130547A
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joint
insulating pipe
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Michihiko Watabe
充彦 渡部
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 断熱管全体の可撓性を損なうことなく、かつ
長尺の断熱管全長にわたって所望の真空度を短時間で得
られる断熱管を提供する。 【解決手段】 内管と外管との間に真空層を具える2重
コルゲート管構造の断熱管である。この真空層を断熱管
の長さ方向に複数に分割し、各分割単位毎に密封構造と
する。真空層の分割には、断熱管を短いユニット1に構
成し、ユニット1毎に真空層が封止された構造とする。
ユニット1の連結には、断熱管と同様な断熱構成のジョ
イント2を用いる。この断熱管は超電導ケーブルの断熱
管として最適である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体輸送に用いら
れる断熱管に関するものである。
【0002】
【従来の技術】可撓断熱管の接続構造として、バイオネ
ットジョイントが知られている(低温工学ハンドブック
P384)。バイオネットジョイントは、トランスファライ
ン間、冷凍機、クライオスタットなどとの接続用として
一般的に用いられている。その構造は、図12に示すよう
に、雌部21に雄部22を挿入する構造である。シールは常
温部ではOリングが用いられ、バイオネットからの流体
漏出を防ぐ。通常バイオネットは直管で構成されおり、
接続構造全体も直線状となっている。
【0003】一方、高温超電導ケーブルに用いられる断
熱管は、管内に液体窒素が充填されるため、外気との温
度差はおよそ200℃にも達する。この状態で高い断熱性
能を得るために、内管と外管とからなる2重コルゲート
管を用い、内管と外管との間に真空層を設けている。高
い断熱性能を得るためには2重コルゲート管で囲まれた
部分を長さ方向に真空引きして高真空にする必要があ
る。長尺の断熱管全長を所望の真空度にするためには、
内部ガスを排出する際の抵抗(排気抵抗)が大きくな
り、相当な時間が必要となる。すなわち、断熱管長と真
空引きに要する時間の関係を概略で試算すると、真空引
き時間は断熱管長さの2乗に比例して増加する。また、
断熱管を輸送用ドラムに巻きつけた状態では、やはり排
気抵抗が増加して真空引特性が低下するため、理想的に
は直線状に断熱管を布設した後に真空引を行う必要があ
る。なお、真空層には熱輻射を軽減するために多層断熱
材を内蔵することが多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の技術に
は次のような問題があった。 可撓断熱管の接続構造にバイオネットを採用した場
合、断熱管全体としての可撓性が失われる。バイオネッ
ト部が直線状であるため、接続構造で屈曲することがで
きないからである。このため曲げが必要とされる既設管
路への適用が困難であり、新規布設においてもそのレイ
アウトに制限が生ずるおそれがある。
【0005】30m以上の長尺断熱管に対する真空引に
は多大な時間を要する。長尺化により真空層の排気コン
ダクタンスが低下するためである。また、曲げによって
も排気コンダクタンスが低下する。一方、長尺断熱管を
直線状に布設しようとすればスペース的な問題も生じ
る。
【0006】従って、本発明の主目的は、断熱管全体の
可撓性を損なうことなく、かつ長尺の断熱管全長にわた
って所望の真空度を短時間で得られる断熱管を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明断熱管は、内管と
外管との間に真空層を具える2重コルゲート管構造の断
熱管であって、前記真空層を、断熱管の長さ方向に複数
に分割し、各分割単位毎に密封構造としたことを特徴と
する。
【0008】ここで、真空層を長さ方向に分割する具体
的な構成例としては、次の2通りが挙げられる。 内管と外管の端部を封じ切った複数のユニットを長さ
方向に連結して断熱管を構成する。 真空層を、内管と外管との間を仕切るセパレータによ
り分割する。
【0009】上記構成は、所定長のユニットを複数用
意し、これらを長さ方向に連結することで一連長の断熱
管を構成するため、真空引きは各ユニット毎に行えば良
く、真空引きに要する時間を短縮することができる。各
ユニットの長さは真空引きに要する時間や所望する断熱
性能を考慮して適宜設定すれば良い。なお、このユニッ
トは、内管と外管の両端部が封じられていれば良く、内
外管の間に形成される真空層が単一に構成されているか
複数に仕切られているかは問わない。すなわち、ユニッ
ト中間部における内外管の間に少なくとも一つのセパレ
ータを介在し、真空層を複数の閉鎖空間に仕切っても良
い。その場合は、各閉鎖空間毎に真空引きを行うことに
なる。
【0010】この構成ではユニット同士の連結に次の
ような工夫を施すことで断熱性および断熱管全体として
の可撓性を保持することができる。
【0011】すなわち、ユニット同士の連結構造は、ユ
ニット端部を突き合わせた個所の外側に可撓性を有する
ジョイントをはめ込むことで構成する。このジョイント
の可撓性とは、断熱管全体が屈曲されたときに、ユニッ
ト同士の連結構造が断熱管全体の曲げに対して妨げとな
らない程度の可撓性を言う。従って、ジョイントの具体
例としては、筒状のゴムシースで、少なくともその内周
面が断熱管外管の外周形状に適合したものでも良い。た
だし、ユニット端部の突き合わせ個所からの熱浸入を極
小化するには、コルゲート状の接続内管と接続外管の両
端部を封じ切って内部を真空にしたものがより好適であ
る。ジョイント自体もコルゲート管で構成すれば、ユニ
ット突き合わせ個所の可撓性を損なうこともない。この
ジョイントの場合、接続内管の波付き形状を断熱管にお
ける外管の波付き形状に適合させれば、断熱管の外周に
ジョイントをねじ込むことでユニット同士の連結を行う
ことができ、極めて便利である。
【0012】さらに、ユニット同士の連結後にジョイン
ト管と断熱管とを周方向に溶接することが望ましい。こ
の溶接によりユニット突き合わせ個所のシールが行え、
信頼性の高い断熱管とすることができる。特に、Oリン
グなど経年変化を起こす部材を用いる必要がないため、
長期的信頼性・メンテナンス性を改善することができ
る。
【0013】一方、上記構成は一連長の断熱管におけ
る真空層を長さ方向にセパレータで分割した構成であ
る。この場合も、真空引きはセパレータで仕切られた分
割単位毎に行えば良く、真空引きに要する時間を短縮す
ることができる。真空層を分割する具体的な構成として
は、ゴムリングなどを内管と外管との間に所定間隔で介
在させて仕切りとすることや、長尺の内管の外周に短尺
の外管を配置し、この外管の端部を封じきることを長さ
方向に繰り返すこと等が挙げられる。
【0014】この構成では、複数のユニットを連結す
る必要がないため、断熱管全体としての可撓性が妨げら
れることはない。ただし、セパレータを設けた個所での
熱侵入が考えられるため、断熱管外周におけるセパレー
タと対応する位置に断熱外被を設けることが好ましい。
この断熱外被は上述したジョイントと同一構成のものが
最適である。
【0015】なお、上記いずれの構成においても、内管
と外管は、アルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金
属管が利用できる。可撓性の点でコルゲート管とするこ
とが好ましい。また、真空層の内部やジョイントの内部
には、多層断熱材を配置しても良い。多層断熱材として
は、アルミニウムを蒸着したポリエステルフィルム等の
反射材と、ガラス繊維紙やポリエステルネットなどのス
ペーサとを交互に積層したものが挙げられる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 (実施例1)図1は本発明断熱管の概観図である。この
断熱管は複数のユニット1をジョイント2を介して連結す
ることで構成されている。
【0017】各ユニット1は、内管1Aと外管1Bとで構成
され、両端部が封じ切られて内外管1A,1Bの間は真空に
形成されている。すなわち、図2に示すように、内管1A
と外管1Bの各端部に環状の端面板1Cを溶接して封じ切
っている。本例では、内管1Aと外管1Bをアルミコルゲ
ートパイプで構成すると共に、真空層3中に多層断熱材4
も配置した。多層断熱材4は、アルミニウムを蒸着した
ポリエステルフィルムとポリエステルネットのスペーサ
とを交互に積層して構成される。このユニット1では、
真空引きはユニット単位で行えば良いため、一連長で構
成されていた従来の断熱管に比べて遥かに短時間で真空
引きを行うことができる。
【0018】このようなユニット1を連結するにはジョ
イント2を用いる(図1,2)。このジョイント2も接続
内管2Aと接続外管2Bとから構成される円筒状のもので、
接続内外管2A、2Bの間は真空に形成されている。また、
接続内管2Aと接続外管2Bの各端部に環状の端面板2Cを溶
接して封じ切っている点、ジョイント2の真空層5中にも
多層断熱材6を配置した点は断熱管と同様である。この
ジョイントの接続内外管2A、2Bもアルミコルゲートパイ
プで構成され、接続内管2Aの波付き形状が断熱管におけ
る外管1Bの波付き形状に対応している。従って、断熱管
ユニット1を雄ねじ、ジョイント2を雌ねじとして機能さ
せることができ、ジョイント2をユニット1の突き合せ個
所の外周にねじ込むことでユニット同士を連結すること
ができる。また、ジョイント2自体もコルゲート管で構
成されているため、ユニット1を連結した際に断熱管全
長の可撓性を阻害することもない。
【0019】ユニット1の連結手順を図3に基づいて説明
する。長尺の断熱管を構成するには、下記の連結手順を
繰り返せば良い。まず、一方の断熱管ユニット1-1の外
周にジョイント2をねじ込む(図3A)。次に、ねじ込ん
だジョイント2は断熱管1-1の端部から離れた位置に一旦
逃がしておく(図3B)。続いて、一方のユニット1-1の端
部に他方の断熱管1-2の端部を突き合せる(図3C)。そ
して、逃がしておいたジョイント2を戻して、ユニット1
-1、1-2の突き合せ個所をジョイント2で覆う(図3D)。
図3Dに示す位置でジョイント2とユニット1-1、1-2を周
方向に溶接して、ジョイント2がずれないようにする。
【0020】(試算例1)高温超電導ケーブルに用いる
断熱管を例に、上記ジョイントサイズの概略試算を行っ
た。この超電導ケーブルに用いる断熱管は、内管内径90
mm、外管外径123mmである。これに対してジョイントを
付加すると、おおよそのジョイント外径は139mmと試算
される。従って、外径の増加率は13%程度であり、実用
上許容可能な範囲である。
【0021】(試算例2)図1の断熱管に関し、連結個
所における熱侵入量を極小化するためのユニットの長さ
L1とジョイントの長さL2の関係について調べてみた。試
験は、断熱管単体(連結個所のないもの)の熱侵入量を
1w/mとし、ユニット長L1を10〜100mまで10m単位で
変化させ、ジョイント長L2は0.1、0.5、1.0mの3種類と
して、これらの組合せにおける熱侵入量を試算してみ
た。試算結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示すように、L1=10m、L2=1mでは熱
侵入量が断熱管単体の1.3倍程度に増加するが、L1=30
m、L2=1mとすると同倍率は約1.1倍となり、単体の断熱
管の性能に近づくことがわかる。つまり、ユニット接続
に伴う熱侵入を殆ど無視できる。このように、断熱性能
面からのユニット長は10m以上、特に20m以上が好まし
く、ジョイント長は0.3m以上、特に0.5m以上が好ましい
と言える。
【0024】一方、同軸円筒部材の間隙を真空引きする
のに要する時間は円筒部材の長さの二乗に比例して増加
するため、上記の断熱性能の他、真空引き時間・輸送形
態を考慮してユニット長とジョイント長を設計・製作す
れば良い。30mを超える断熱管の真空引きには時間がか
かることから、ユニット長の上限は30mが好適である。
【0025】(実施例2)次に、セパレータにより断熱
管の真空層を長さ方向に複数に分割し、かつ分割単位毎
に独立して真空を保持する具体例について説明する。図
4は、この具体例を示す概略断面図である。内管1Aと外
管1Bとの間に所定間隔でセパレータ10を設け、セパレー
タ10で仕切られた長さ単位に真空状態を保持する。断熱
管外周におけるセパレータ10と対応する位置には、断熱
外被11を設けることが好ましい。この断熱外被11には、
図1、2に示したジョイント2と全く同一構成のものが
利用できる。セパレータ10の具体例としては次のものが
ある。
【0026】ゴムリング12をセパレータとした一例を図
5〜10に示す。断熱管の内管1Aの外周に所定の間隔でゴ
ムリング12をはめる(図5)。このゴムリング12は、内管
のらせん形状の1ピッチ強に相当する長さを有する周方
向部材12Aと、周方向部材の両端部をつなぐ連結部材12B
とからなる環状のものである(図6)。ゴムリング12は
内管1Aの外周に突出している。ここでは、この突出量を
t1とする。次に、内管の外周に平滑なパイプ14をはめ込
む(図7)。このパイプ14の内径は、内管1Aとの間にt2
>t1となる隙間間隔t2を有し、ゴムリング12との間にも
隙間が形成される程度の大きさとする。平滑パイプ14の
外周に偏心回転する加工リング15を押し付け、平滑パイ
プ14をコルゲートパイプに加工して外管1Bとする(図
8)。その際、内管山部の外径と外管谷部の内径との差t
3を0<t3<t1となるようにすると、内外管の間でゴムリ
ング12が圧接され、ゴムリング12で仕切られた空間の気
密が保持される(図9)。そして、外管1Bに外付けした真
空ポート16より排気を行って真空断熱層を形成する(図
10)。
【0027】次に、端面板をセパレータとした一例を図
11に示す。まず、長尺の内管1Aを用意する(図11A)。
次に、第一の短尺外管1B-1を内管1Aの外周にはめ込み、
短尺外管1B-1の端面と内管外周面とを環状の端面板13を
介して溶接する(図11B)さらに第二の短尺外管1B-2を
内管1Aの外周にはめ込み、第二の短尺外管1B-2の一端面
と内管外周面とを、第一の短尺外管1B-1に溶接した端面
板13を介して溶接する。そして、第二の短尺外管1B-2の
他端面にも同様の端面板を介して内管外周面と溶接す
る。以下、順次同様の作業を繰り返して第三、第四…の
短尺外管をはめ込み、端面板により内外管の間が仕切ら
れた断熱管を構成する(図11C)。
【0028】なお、本発明の断熱管は、上述の図示例に
のみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であ
る。
【0029】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明断熱管に
よれば次の優れた効果を奏することができる。
【0030】長尺断熱管全長に亘って所望の真空度を
短期間で得られる。 断熱管全長に亘る可撓性を維持できる。 断熱管連結部での熱侵入量を最小限に抑えることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明断熱管の概略概観図である。
【図2】図1の断熱管におけるユニットの接続個所を示
す部分断面図である。
【図3】図1の断熱管を組み立てる方法の説明図で、
(A)はジョイントはめ込み前、(B)はジョイントはめ
込み時、(C)はユニット突き合せ時、(D)は組み立て
完了時を示している。
【図4】セパレータを用いた本発明断熱管の外略断面図
である。
【図5】ゴムリングをセパレータとした本発明断熱管の
組み立て手順の説明図で、内管の外周にゴムリングを装
着した状態を示す。
【図6】ゴムリングの外観斜視図である。
【図7】ゴムリングをセパレータとした本発明断熱管の
組み立て手順の説明図で、内管にゴムリングを装着した
後、平滑パイプをはめた状態を示す。
【図8】平滑パイプをコルゲートパイプに加工する工程
の説明図である。
【図9】ゴムリングをセパレータとした本発明断熱管の
組み立て手順の説明図で、内管と外管の間にゴムリング
が圧縮された状態を示す。
【図10】ゴムリングをセパレータとした本発明断熱管の
組み立てにおいて、真空引きする工程の説明図である。
【図11】端面板をセパレータとした本発明断熱管の組み
立て手順の説明図で、(A)は内管を、(B)は短尺外管
を一つ装着した状態を、(C)は多数の短尺外管を端面
板を介して溶接した状態を示している。
【図12】バイオネットジョイントの概略断面図である。
【符号の説明】 1 ユニット 1A 内管 1B (短尺)外管 1C 端面板 2 ジョイント 2A 接続内管 2C 端面板 3 真空層 4 多層断熱材 5 真空層 6 多層断熱材 10 セパレータ 11 断熱外被 12 ゴムリング 12A 周方向部材 12B 連結部材 13 端面板 14 パイプ 15 加工リング 16 真空ポート

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内管と外管との間に真空層を具える2重
    コルゲート管構造の断熱管であって、 前記真空層を、断熱管の長さ方向に複数に分割し、各分
    割単位毎に密封構造としたことを特徴とする断熱管。
  2. 【請求項2】 内管と外管の端部を封じ切った複数のユ
    ニットを長さ方向に連結して断熱管を構成したことを特
    徴とする請求項1記載の断熱管。
  3. 【請求項3】 真空層が、内管と外管との間を仕切るセ
    パレータにより分割されたことを特徴とする請求項1記
    載の断熱管。
  4. 【請求項4】 ユニット同士の連結構造は、ユニット端
    部を突き合わせた個所の外側に可撓性を有するジョイン
    トをはめ込むことで構成されることを特徴とする請求項
    2記載の断熱管。
  5. 【請求項5】 ジョイントは、コルゲート状の接続内管
    と接続外管の両端部を封じ切って内部を真空にしたもの
    で、 この接続内管の波付き形状が断熱管における外管の波付
    き形状に適合していることを特徴とする請求項4記載の
    断熱管。
  6. 【請求項6】 ユニット同士の連結後にジョイント管と
    断熱管とを溶接したことを特徴とする請求項4記載の断
    熱管。
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