JP2008001735A - シール材 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ガス供給設備の配管・バルブを分解することなく、これら配管、バルブに装着されているシール材の熱による劣化・損傷を簡単に、効率よく推定する方法を得ることにある。
【解決手段】シール材として、フェライト粉末などの磁性粒子を含有したポリテトラフルオロエチレンなどの高分子材料からなるシール材を用いる。磁性粒子がそのキュリ−温度以上の温度の熱履歴を受けた際に、その磁力が減少する現象を利用し、シール材の磁力の変化を測定することにより、シール材の劣化・損傷を推定する。
【選択図】なし

Description

本発明は、配管やバルブなどに使用されるシール材に関し、高分子材料からなるシール材に磁性粒子を含有させ、このシール材の熱による劣化や損傷を磁性粒子の磁力の変化から検出するようにしたものである。

高圧ガス供給設備の配管やバルブに用いられるシール材は、長期使用において、バルブの開閉による摩耗や、断熱圧縮等による配管内ガス温度上昇による劣化・損傷が懸念される。そのため、例えば、特開平１１-３４４１１９号公報に開示されているように、熱的劣化の少ない金属性不織布を用いた耐熱性ガスケットなどが開発されている。

一方、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)やポリクロロトリフルオロエチレン(ＰＣＴＦＥ)などの高分子材料系シール材は、金属シール材に比べ、弾力性があって復元性に富むことから、シール性が良好であり、この用途に広く使用されている。
しかし、これらの高分子材料系シール材にあっては、高圧ガス供給設備の配管やバルブにおいて、バルブの急激な開閉時の断熱圧縮に起因する配管内ガス温度上昇によって熱劣化・熱損傷を受ける。このような熱劣化・熱損傷は、高圧ガスが窒素、希ガスなどの不活性ガスの場合にも起こるが、特に酸素、フッ素、塩素、Ｎ_２Ｏ、ＮＦ_３のなどの支燃性ガスを取り扱う高圧ガス供給設備の配管やバルブにおいては、断熱圧縮に起因する配管内ガス温度の上昇によって熱劣化・熱損傷を受ける可能性が高くなる。

高分子材料系シール材の熱による劣化・損傷の検査方法としては、定期的な分解検査において確認するか、バルブの回転トルクの変調やバルブにおけるガスリークを作業員の経験に基づく方法で確認していた。このような方法では、検査には時間がかかるばかりでなく、シール材の熱による劣化・損傷の発見の確率が低く、効率的とは言い難かった
特開平１１-３４４１１９号公報

よって、本発明における課題は、配管・バルブを分解することなく、簡単で効率的な高分子材料系シール材の劣化・損傷の検知方法を得ることにある。

上記課題を解決するために、
請求項１記載の発明は、高圧ガス供給設備において使用されるバルブもしくは配管をシールするためのシール材であって、磁性粒子を含有した高分子材料からなるシール材である。
請求項２記載の発明は、高圧ガス供給設備におけるバルブもしくは配管をシールするためのシール材の熱による劣化・損傷を判定する方法であって、該シール材は磁性粒子を含有した高分子材料からなるシール材であり、該シール材の磁力を測定することにより、シール材の劣化・損傷を判定する方法である。

請求項３記載の発明は、前記配管もしくはバルブの材質が、非磁性金属である請求項２記載のシール材の劣化・損傷の判定方法である。
請求項４記載の発明は、高圧ガスを供給する設備であって、該設備の配管もしくはバルブの材質が非磁性金属であり、それらの配管もしくはバルブに、磁性粒子を含有した高分子材料からなるシール材を使用した高圧ガス供給設備である。

本発明によれば、配管・バルブに用いられるシール材の劣化・損傷を、予めシール材に磁場を印加して磁性粒子に着磁しておき、そのシール材中の磁性粒子の磁力の変化を測定することにより、配管、バルブを分解することなく、シール材の劣化・損傷の有無を確認することができる。

本発明のシール材は、高分子材料に磁性粒子を添加、分散させてなるものである。ここでの高分子材料としては、耐熱性、機械的強度、耐薬品性に優れる熱可塑性ポリマーであり、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ナイロン６６、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、フッ素ゴムなどが用いられる。

また、本発明で用いられる磁性粒子としては、金属や酸化物であるフェライト、クロマイト、マンガナイト、ガーネット型酸化物、六方晶マグネトプランバイト系酸化物（Ｆｅ^３＋イオンと２価の金属イオンＭｎ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｐｂ^２＋等を含む酸化物、構造によりＭ型、Ｗ型、Ｙ型、Ｚ型等がある）、または金属間化合物(金属元素同士が整数比の割合で結合した化合物)などの磁性体であって、その平均粒径が１０ｎｍ〜１０μｍの粒子を用いることができる。

この磁性粒子の高分子材料に対する配合量は、高分子材料１００重量部に対して、５〜５０重量部とされるが、この範囲に限定されることはなく、シール材として機能を維持し、かつ後述の検知方法でシール材の磁場の強さが測定できる範囲であればよい。
シール材の製造は、粒状又は粉状の高分子材料に所定量の磁性粒子を混合し、この混合物を射出成形法などの成形法によって、例えばリング状などの形状のシール材を成形する方法などで行われる。また、機械的強度の向上のため、ガラス繊維、炭素繊維などの補強繊維をシール材中に分散、存在させても良い。

一般に、磁性体には、ある温度以上に加熱されると磁性を失う特性があり、その温度を「キュリー温度」という。
本発明は、この磁性体の特性を利用したものである。すなわち、磁性粒子をシール材に含有させておけば、シール材がキュリー温度以上の熱を受けると磁場の強さが低下するので、その磁場の強さを常温で測定することにより、シール材がキュリー温度以上の熱を受け、熱劣化あるいは熱損傷を受けたかどうかを検知することが可能となる。

表１ないし表６には、各種金属、フェライト、金属間化合物などのキュリー温度を示してある。これらの表から、そのキュリー温度が１２０℃から５００℃を越える磁性粒子が存在することがわかるが、高分子材料の発火温度が通常５００℃以下であることから、キュリー温度が高分子材料の発火温度以下である磁性粒子を選択する必要がある。

表７には、主な高分子材料の発火温度を示してある。この表７から、最も耐熱性の高いポリテトラフルオロエチレンでも、キュリー温度が５００℃以下の磁性粒子と組み合わせることになる。
したがって、上記高分子材料が熱劣化する温度が、例えば４５０℃である場合には、キュリー温度が４５０℃の磁性粒子を添加したシール材を用いることで、シール材の磁場の強さが低下した場合には、シール材が４５０℃以上の熱履歴を受け、これにより熱劣化あるいは熱損傷していると推定できることになる。

また、高分子材料が熱劣化する温度が、例えば４５０℃である場合には、キュリー温度が３５０℃の磁性粒子を添加したシール材を用いることで、シール材の磁力が低下した場合には、シール材が３５０℃以上の温度の熱履歴を受けたものと推定できることになる。

本発明のシール材の劣化・損傷を判定する方法は、高圧ガス供給設備におけるバルブもしくは配管をシールするためのシール材として、上述のシール材を用い、このシール材の磁場の強さを測定し、これの変化によって、シール材の熱による劣化・損傷を判定するものである。

例えば、上述のシール材を装着したバルブを高圧ガス供給設備の配管系統に接続し、供用前にバルブのシール材の磁場の強さを測定して記録しておく。供用後の高圧ガス供給設備の定期点検時にバルブのシール材に由来する磁場の強さを測定する。この測定に際し、測定位置を同じにしておくことが必要である。

そして、測定された磁場の強さが大幅に、具体的には供用前の測定値の１／２〜１／１０に低下した場合には、シール材は、そこに添加されている磁性粒子のキュリー温度以上の温度の熱履歴を受けたものと判断され、シール材が熱劣化、熱損傷を受けている可能性があると推定される。また、磁気が全く検出できなければ、シール材自体が消失したものと推定される。このような場合には、必要に応じてシール材を交換することになる。
なお、配管に上記シール材を装着した場合でも同様にしてシール材の熱劣化、熱損傷を推定できる。

この判定方法では、当然のことではあるが、バルブ、配管には、フェライト系ステンレス鋼を除くステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金などの非磁性金属からなるものが用いられ、シール材に由来する磁気変化の検出に悪影響を与えないようにすることが必要である。

このように、本発明の判定方法では、バルブ、配管を分解することなく、シール材の劣化、損傷の有無を推定することが可能である。

図１は、この判定方法に用いられる測定装置の一例を示すものである。
図１において、符号１は、バルブを示す。このバルブ１は、周知構造の開閉弁であって、銅合金製であり、そのシール材に本発明にシール材が用いられている。このバルブ１には、配管２、２が接続されており、高圧ガス供給設備の一部を構成している。

このバルブ１の外方には、これに接近してバルブ１の下方に磁気コイル体３が配置されている。この磁気コイル体３は、半円筒状の底部３１と、この底部３１の長手方向の両端位置に設けられた一対の半円状の可動アーム部３２、３２と、前記底部３１の一方の側部に設けられた押圧部３４を備えたものである。

前記押圧部３４は、図示しないバネによって可動アーム部３２、３２を常時閉方向に付勢するように構成されており、これを押すことにより、可動アーム部３２、３２が開き、配管２、２を挟み込み、底部３１の中央部分にバルブ１が位置させることができるようになっている。また、前記底部３１には、誘導コイルとピックアップコイルが内蔵されている。

この磁気コイル体３は、磁気測定器４に接続されている。この磁気測定器４は、磁気コイル体３の誘導コイルに電流を流し、磁場を形成するための電源部と、この形成された磁場内に前記シール材が存在した場合に発生する起電力を前記ピックアップコイルで検出し、その誘導電圧を測定する測定部を備えたものである。

そして、バルブ１の供用前に、図１に示すように、磁気コイル体３をバルブ１に装着し、バルブ１内のシール材中の磁性粒子に起因する磁場の磁気測定器４強さを測定し、その値を記録しておく。
ついで、バルブ１の供用後の定期点検などの際に、バルブ１に磁気コイル体３を同じ位置に配置して、磁気測定器４により磁場粒子による磁場の強さを測定する。

そして、測定された磁場の強さが大幅に、具体的には供用前の測定値の１／２〜１／１０に低下した場合には、シール材は、そこに添加されている磁性粒子のキュリー温度以上の温度の熱履歴を受けたものと判断され、シール材が熱劣化、熱損傷を受けている可能性があると推定される。

本発明の高圧ガス供給設備は、これを構成するバルブ、配管としてステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金などの非磁性金属からなるものを用い、バルブ、配管のシール材として、上述の磁性粒子を分散した高分子材料からなるシール材を用いたものである。

このような高圧ガス供給設備にあっては、バルブ、配管を分解することなく、シール材の劣化、損傷の有無を推定することが可能となり、設備メンテナンスに要する費用コストを低減できる。

本発明の判定方法に用いられる装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１・・バルブ、３・・磁気コイル体、４・・磁気測定器

Claims (4)

1. 高圧ガス供給設備において使用されるバルブもしくは配管をシールするためのシール材であって、磁性粒子を含有した高分子材料からなるシール材。
2. 高圧ガス供給設備におけるバルブもしくは配管をシールするためのシール材の熱による劣化・損傷を判定する方法であって、該シール材は磁性粒子を含有した高分子材料からなるシール材であり、該シール材の磁力を測定することによりシール材の劣化・損傷を判定する方法。
3. 前記配管もしくはバルブの材質が、非磁性金属である請求項２記載のシール材の劣化・損傷の判定方法。
4. 高圧ガスを供給する設備であって、該設備の配管もしくはバルブの材質が非磁性金属であり、それらの配管もしくはバルブに、磁性粒子を含有した高分子材料からなるシール材を使用した高圧ガス供給設備。
   
   
   

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