JP2005214270A

JP2005214270A - 管路遮断部材

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Publication number: JP2005214270A
Application number: JP2004020392A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Nibu; 仁丹生; Yasushi Toyama; 康遠山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: JP4474637B2

Abstract

【課題】加熱温度が低い場合でも管路の少なくとも一部を閉止する機能を有する管路遮断部材を提供する。
【解決手段】管路遮断部材７は、ガスの管路となる継手本体４１の内部に装着され、ゴムと黒鉛を主体とする熱膨張部材９を有する。この熱膨張部材９は、例えば１７０℃以上、２００℃未満の温度で膨張を開始する膨張黒鉛を４０〜６５ｐｈｒ含有する。また、熱膨張部材９は円筒状に形成されると共に、管路の口径をＸ、熱膨張部材の体積／管路の出口側面積をＹとした時に、熱膨張部材９の体積は、Ｙが０．３２４６Ｘ−０．４３３４で表される直線よりも上の領域に存在するように設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、火災時に熱膨張することによりガスの管路を閉止する管路遮断部材に関する。

地中に埋設されたガス管（例えばＰＥ管）と地上のガスメータとを配管接続する場合、例えば、ＰＥ管に金属管（外面を樹脂で被覆した鋼管）を接続し、この樹脂被覆鋼管を地上に立ち上げてガスメータに配管接続することが行われている。この場合、ガスメータの入口側では、樹脂被覆鋼管はガス栓及びガスメータ用継手を介してガスメータの入口に接続され、またガスメータの出口は、ガスメータ用継手及び試験用チーを介して樹脂被覆鋼管と接続される。上記のガスメータ廻りの接続部を構成するガスメータ用継手、ガス栓及び試験用チーは火災が発生してもガス漏れが生じないようにするために、本体は、耐火性を有する金属（例えば炭素鋼）で形成されている。しかるに、気密性を保持するために、その内部にゴム製のシール部材が設けられているので、火災によりシール部材が消失して、上記接続部からのガス漏れが生ずる恐れがある。

火災等によるガス配管接続部からのガス漏れ無くすために、特許文献１には、継手内に、酸化、水洗、乾燥処理した熱膨張性の黒鉛の粉末をゴム原料１００質量部に対し約２〜３０質量部含有せしめ、約１８０〜２６０℃において、約１０〜５００倍に体積膨張し炭化硬質体となるゴム質よりなりかつガス流通孔を有する未加熱の閉塞体を収容することが記載されている。また、特許文献２には、継手本体の端部内面に設けたテーパ面に、対向配置した被接続管の端部を嵌合し、継手本体の端部に締付金具を螺合し、締付金具と被接続管と継手本体とにより形成される間隙部の各対向面に押圧するように、１８０℃以上の温度に加熱すると無発砲状態で熱膨張する黒層間化合物を配合した天然（合成）ゴムを加硫金型にてＪＩＳ−Ｋ−６３０１で定めるショアーＡ硬度が６０〜８０となるように環状体に成形、プレス加硫したゴムパッキンを装着した管継手が記載されている。これらの管継手によれば、火災に際してガスの流通路が遮断され、漏洩ガスによる二次災害を防止することができるという利点がある。この他、特許文献３には、送給管路の途中に、例えば中空筒状の熱膨張部材を設けて、その部材が熱膨張して送給管路を遮断することにより、火災等によるガス配管接続部からのガス漏れを防止できることが記載されている。
特公昭６１−３２５４８号公報（第１−３頁、図２) 実公平１−２３０２２号公報（第２−３頁) 特開２００１−２５２３６６号公報（第３−４頁、図１、図２)

特許文献１及び２に記載された閉塞体は、約１８０℃以上の温度に加熱された時に、体積膨張する熱膨張性の黒鉛粉末（黒鉛層間化合物）を含むので、管継手が１８０℃以上の温度に加熱されるまでは、流通ガスの遮断機能を発揮できないという問題がある。

また、実際の火災では、ガスが流動しているので、熱膨張部材にはガス圧が作用すると共に、配管部の温度は徐々に上昇する。その昇温曲線は、例えば、ＩＳＯ８３４に準じた加熱曲線（加熱後５分経過した時に５７６℃、１０分経過した時に６７８℃、２０分経過した時に７８１℃、３０分経過した時に８４２℃）のようになる。特許文献３に記載された熱膨張部材は、加熱されると、その内部には小孔や隙間が存在する煤の固まり（燃えカス）となり、極めて脆いものとなる。従って、火災により熱膨張部材が徐々に加熱されると、その膨張速度が遅いため、膨張する間に内部の小孔や隙間にガスが流入する（例えば、圧力２．５ＫＰａの都市ガスが５〜１２０ｍ^３／ｈの流量で流れる）ことにより、徐々に崩壊して下流側に飛散し、最終的には、ガス管路から消失してしまう。即ち従来の遮断構造は、ガス管路に熱膨張部材のみを設置しているので、一時的に熱膨張部材で管路が遮断されても、流動するガスの圧力により熱膨張部材が消失し、長時間に亘りガスを閉止する機能を維持できないという問題がある。

従って本発明の第１の目的は、従来の管路遮断部材の問題点を解決し、加熱温度が低い状態でも管路の少なくとも一部を閉止する機能を有する管路遮断部材を提供することである。

本発明の第２の目的は、従来の管路遮断部材の問題点を解決し、長時間に亘りガスを閉止する機能を維持することができる管路遮断部材を提供することである。

上記第１の目的を達成するために、本発明の管路遮断部材は、ガスの管路に装着され、ゴムと膨張黒鉛を主体とする熱膨張部材を備え、前記熱膨張部材は、前記膨張黒鉛を４０〜６５ｐｈｒ含有することを特徴とするものである。前記膨張黒鉛は、１７０℃以上、２００℃未満の温度で膨張を開始することが好ましい。また、膨張黒鉛の膨張開始温度は、１７０℃（以上）が最も好ましい。なお、ｐｈｒ（ｐｅｒｈｕｎｄｒｅｄｒｕｂｂｅｒ）は、ゴム１００質量部に対する添加剤（例えば膨張黒鉛）の配合量を示す単位である。

上記第２の目的を達成するために、本発明の管路遮断部材は、前記熱膨張部材は円筒状に形成されると共に、少なくともその内周面と接触し、前記熱膨張部材が加熱された時に少なくとも流体出口側の一端側が前記管路を塞ぐ方向に変形しかつ他端側が前記管路に支持される保持部材に装着されることが好ましい。

本発明において、前記保持部材は、前記熱膨張部材の内周面と接触する櫛歯状の変形部とその根元部から前記熱膨張部材の外周面側に折り返された環状部を有することが好ましい。この保持部材の形状は、完全な筒に限らず、その一部を軸方向に沿って切り欠いた筒あるいはアーク形状でもよい。

本発明において、前記熱膨張部材は円筒状に形成されると共に、前記管路の口径をＸ、前記熱膨張部材の体積／前記管路の出口側面積をＹとした時に、前記熱膨張部材の体積は、Ｙが０．３２４６Ｘ−０．４３３４で表される直線よりも上の領域に存在するように設定されることが好ましい。

本発明の管路遮断部材によれば、熱膨張部材は、膨張黒鉛を４０〜６５ｐｈｒ含有するので、加熱温度が低い状態で熱膨張部材が管路の少なくとも一部を塞ぐようになり、ガス漏れを確実に防止することができる。特に１７０℃以上、２００℃未満の温度で膨張を開始する膨張黒鉛を使用することが有効である。

本発明の管路遮断部材によれば、熱膨張部材が管路を塞ぐ方向に変形する保持部材で支持された場合には、加熱された熱膨張部材の崩壊が防止され、もって長時間に亘り管路を閉止する機能を維持することができる。

本発明の管路遮断部材によれば、前記保持部材は櫛歯状の変形部の根元部から前記熱膨張部材の外周面側に折り返された環状部を有することにより、シンプルな構造で、しかも熱膨張部材の膨張力により容易に変形してその端面を保持するので、加熱された熱膨張部材はガス圧を受けても管路に留まり、長時間に亘り管路をより確実に閉止することができる。

本発明の管路遮断部材によれば、前記熱膨張部材の体積を継手の口径に応じて設定することにより、さらに確実にガス漏れを防止することができる。

以下、本発明の詳細を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明のガス遮断部材が使用されるガスメータ部の一例を示す正面図、図２（ａ）は本発明の実施の形態に係わるガス配管用遮断部材を有するガスメータ用継手の要部を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視図、図３（ａ）は火災時のガスメータ用継手の要部を示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図、図４（ａ）は保持部材を展開した平面図、図４（ｂ）は同側面図である。図５は継手の口径と熱膨張部材の体積／継手の出口側面積との関係を示す図である。

地中に埋設されたプラスチック管（例えばＰＥ管）に金属管（樹脂被覆鋼管）を接続し、この金属管を地上に立ち上げて地上のガスメータに配管接続する場合、例えば図１に示すように、ガスメータ１の入口側では、ガス本管に接続されるＰＥ管（いずれも不図示）の先端部に外面が樹脂で被覆された樹脂被覆鋼管２が接続されて地上に立ち上げられ、ガスメータ継手４によりガスメータ１の入口に接続される。一方ガスメータ１の出口側では、先端が建物内のヘッダーに接続されるフレキ管（いずれも不図示）を介して樹脂被覆鋼管３が接続されて地上に立ち上げられ、樹脂被覆鋼管３は、ガスメータ継手４によりガスメータ１の出口に接続される。５はガス栓、６は試験用チーである。ガスメータ継手４としては、例えば継手本体と締付ナットを有するショート型ガスメータ継手が使用され、その内部に耐火性を有する熱膨張部材（不図示）が装着される。

本発明で使用される耐火性を有する熱膨張部材は、ゴムと膨張黒鉛を主体とする材料で形成され、特に１７０℃以上、２００℃未満の温度で熱膨張を開始する膨張黒鉛を含有することが好ましい。この熱膨張部材は、原料ゴムと無発砲状態で熱膨張する膨張黒鉛と必要に応じ充填剤、軟化剤、加硫剤等を混練して得られたゴム配合物を、金型に充填して成形し、ついでプレス加硫することにより製造される。膨張黒鉛の原料としては、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キャッシュ黒鉛等の結晶化が進んだ黒鉛が使用され、例えば、炭素六員環が網状に広がった層状構造を有する天然黒鉛を硫酸、硝酸あるいはこれらの混合物などに漬積することにより、層間（層間の間隔は３．３５４オングストローム）に反応物を取り込んだ層間化合物が得られる。この層間化合物は反応物質と炭素平面との結合が弱く、炭素原子平面が失われない導電性の層間化合物である。膨張黒鉛は、１７０℃以上に加熱されると、無発砲状態で体積が数倍乃至数十倍にも増加し、８００℃〜１０００℃に加熱すると見掛けの体積は１００乃至２５０倍に増加する。これは、膨張黒鉛が急速に加熱されると、層間の反応物（例えば硫酸と硝酸の混酸により形成された、重硫酸イオンと硫酸の化合物）がガス化し、ＳＯｘと水蒸気になり、その時に結合力の弱い層間の結合が破れ、黒鉛が層方向に膨張するからである。なお、膨張黒鉛のかさ密度を調整することにより、膨張温度を調整することができる（膨張黒鉛のかさ密度が大きくなると、膨張温度が低下する）。熱膨張部材が上記のような低温（２００℃未満の温度）で熱膨張を開始するために、膨張黒鉛は、４０ｐｈｒ以上含有される必要がある。但し膨張黒鉛の含有量が多すぎると、ゴムと膨張黒鉛との混練が不十分となり、正常な成形体を得ることができないので、膨張黒鉛の含有量は、６５ｐｈｒ以下とされる。本発明において、原料ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、ニトリルブタジェンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）等を用い得る。

上記の熱膨張部材は、８００℃以上の高温に曝されても崩壊しない程度の機械的強度をもつことが好ましく、さらに良好なシール性を確保するために、ショアーＡ硬度が５０〜８０度の範囲となるような硬さを有することが望ましい。上記の熱膨張部材は、筒状に形成されるが、熱膨張した時に管路を塞ぐ状態になるような形状であれば、完全な筒に限らず、その一部を軸方向に沿って切り欠いた筒あるいは円弧形状であってもよい。

上記の熱膨張部材は、単独でガスの管路（例えばガスメータ継手）の出口側に装着してもよいが、他の部材を介してガス管路に装着することができる。管路遮断部材７は、図２（ａ）に示すように、矢印方向にガスが流動する継手本体４１のガス出口側に設けられ、図２（ｂ）に示すように耐熱性を有する金属材料（例えばＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼）からなる筒状の保持部材８と、そこに保持された筒状の熱膨張部材９を有する。保持部材８は、図４（ａ）（ｂ）に示すように基部８ａとそれより長い櫛歯状の変形部８ｂからなる略コ字断面を有する部材であり、基部８ａと変形部８ｂとの間にシート状の熱膨張部材９（図４では省略）を差込み、これを丸めてから、図２に示すように継手本体４１に挿入することができる。また管路遮断部材７は、筒状に形成した保持部材８を金型内にセットしておき、その成形キャビティに原料を注入して熱膨張部材９を筒状に成形することにより作成してもよい。図２に示すガスメータ継手が加熱されると、その内部は図３に示す状態となる。すなわち熱膨張部材９が加熱されると、その体積が数倍乃至十倍程度に膨張するので、保持部材８は、櫛歯状の変形部８ｂが継手本体４１の内側に折り曲がる。従って、図３（ａ）に示すように矢印方向からガスが流入した場合でも、熱膨張部材９の崩壊は変形部８ｂで阻止されて膨らんだ状態を保ち、ガスの管路を閉止することができる。例えば図３（ａ）に示す管路遮断部材７をガス出口側に設けたショート型ガスメータ継手に、２．５ＫＰａの圧縮空気を７ｍ^３／ｈの流量で吹き込みながらＩＳＯ８３４に準じた加熱曲線になるように２ｈで１０４９℃まで加熱したところ、熱膨張部材９は膨らんだ状態を維持し、ガスの管路を閉止することが確認された。比較のために、熱膨張部材９のみをガス出口側に設けたショート型ガスメータ継手に、上記と同様の条件で圧縮空気を吹き込みながら加熱したところ、熱膨張部材９は管路から消失し、ガス出口側を貫通する空洞が形成されることが確認された。

本発明で使用される保持部材は、耐熱性を有する金属材料で形成されるが、具体的な材料としては、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０等のマルテンサイト系ステンレス鋼、シリコンマンガン鋼、マンガンクロム鋼、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃ系等の形状記憶合金等を用い得る。８００℃以上の高温に曝される場合があるので、これらの材料のうちでは、ステンレス系耐熱鋼で形成することが好ましい。

（実験１）
ニトリルブタジェンゴム（ＮＢＲ）と膨張黒鉛を主体とする原料混合物を混練し、次いで、金型に充填して成形後プレス加硫することにより円筒状の熱膨張部材を作成した。ここで膨張黒鉛の配合量が４０ｐｈｒ（実施例１）、６５ｐｈｒ（実施例２）、３７ｐｈｒ（比較例１）と異なる３種類の熱膨張部材を作成した。これらの熱膨張部材を図４に示すＳＵＳ３０４製保持部材に差し込んで形成した管路遮断部材を、図２に示すように継手本体（口径：２０Ａ）の出口側に配設した後、継手本体の入口側から２．５ＫＰａの圧縮空気を７ｍ^３／ｈの流量で吹き込みながらＩＳＯ８３４に準じた加熱曲線になるように２ｈで１０５０℃まで加熱した後、継手本体の外周を常温まで冷却した。この加熱及び冷却過程において、継手本体の出口側からの空気の流出が無くなった時の温度（遮断温度）、及び継手が常温まで冷却された時の継手本体の出口から流出する空気の流量（漏れ量）を測定した。上記実施例及び比較例における膨張黒鉛の配合量（含有量）、熱膨張部材の重量、遮断温度及び漏れ量を表１に示す。
（表１）

表１から、膨張黒鉛の含有量が少ない場合（比較例１）は、漏れ量が多くなるのに対し、膨張黒鉛の含有量が４０ｐｈｒ及び６５ｐｈｒの場合（実施例１、２）は、継手の出口側からのガス漏れが極めて僅かで、しかも比較例１よりも３０℃以上低い温度で膨張することがわかる。また、表１には示されていないが、膨張黒鉛の含有量が６５ｐｈｒを越えると、熱膨張部材の成形ができなくなることが確認された。

（実験２）
実施例１の組成を有し、体積の異なる熱膨張部材を複数個準備し、各熱膨張部材を図２に示すように継手本体の出口側に装着し、継手の入口側から２．５ＫＰａの圧縮空気を７ｍ^３／Ｈｒの流量で吹き込みながらＩＳＯ８３４に準じた加熱曲線になるように１ｈで９４０℃又は２ｈで１０５０℃まで加熱した後、継手本体の外周を常温まで冷却した。ここで継手の口径を変化させて、空気の漏れ量を測定し、図５に示す結果が得られた。図５において、横軸は継手の口径（Ｘ）を表し、縦軸は熱膨張部材の体積／継手の出口側面積（Ｙ）を表し、Ｙ＝０．３２４６Ｘ−０．４３３４の関係を満たす直線より上の領域では漏れ量が基準を満足し、この直線より下の領域では漏れ量が基準を満足しないことを示している。図５から、熱膨張部材の体積は、継手の口径に応じて上記直線より上の領域に収まるように設定すればよいことがわかる。

上記の説明では、管路遮断部材をガスメータ継手に適用した例を記述したが、本発明の管路遮断部材は、ガス栓や試験用チーなどの他のガス配管を構成する部材に適用できることはもちろんである。

本発明の管路遮断部材が使用されるガスメータ部の一例を示す正面図である。本発明の実施の形態に係わるガスメータ継手の要部を示す断面図｛（ａ）｝、図４（ａ）のＡ−Ａ線矢視図｛（ｂ）｝である。火災時の図４のガスメータ継手の要部を示す断面図｛（ａ）｝、図５（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図｛（ｂ）｝である。保持部材を展開した平面図｛（ａ）｝、図４の側面図｛（ｂ）｝である。継手の口径と熱膨張部材の体積／継手の出口側面積との関係を示す図である。

符号の説明

１：ガスメータ、２：樹脂被覆鋼管、３：フレキ管、４：ガスメータ継手、４１：継手本体、５：メータガス栓、６：試験チー、７：管路遮断部材、８：保持部材、８ａ：基部、８ｂ：変形部、９：熱膨張部材

Claims

ガスの管路に装着され、ゴムと膨張黒鉛を主体とする熱膨張部材を有し、前記熱膨張部材は、前記膨張黒鉛を４０〜６５ｐｈｒ含有することを特徴とする管路遮断部材。
前記膨張黒鉛は、１７０℃以上、２００℃未満の温度で膨張を開始する膨張黒鉛であることを特徴とする請求項１に記載の管路遮断部材。
前記熱膨張部材は円筒状に形成されると共に、少なくともその内周面と接触し、前記熱膨張部材が加熱された時に少なくとも流体出口側の一端側が前記管路を塞ぐ方向に変形しかつ他端側が前記管路に支持される保持部材に装着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の管路遮断部材。
前記保持部材は、前記熱膨張部材の内周面と接触する櫛歯状の変形部とその根元部から前記熱膨張部材の外周面側に折り返された環状部を有することを特徴とする請求項３に記載の管路遮断部材。
前記熱膨張部材は円筒状に形成されると共に、前記管路の口径をＸ、前記熱膨張部材の体積／前記管路の出口側面積をＹとした時に、前記熱膨張部材の体積は、Ｙが０．３２４６Ｘ−０．４３３４で表される直線よりも上の領域に存在するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の管路遮断部材。