JP2008076115A - 付着物検出器を備えた配管連結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の配管に孔あけ加工や抜管を行うことなく、配管内の付着物を検出するための検出器を直接配管内部に固定でき、内部を流れる気体が外部に漏洩することがない構成で、且つメンテナンス性を考慮した配管内の付着物検出器を備えた配管連結装置を提供する。
【解決手段】 配管連結装置１０は、センターリング２の貫通孔６に検出器３０を挿入した状態でクランプ２０によって締め付けられることによって、一対の配管フランジ端面１ａ，１ａとセンターリング２との間のＯリング３，３が密着封止を発揮すると同時に、クランプ２０に付帯した押圧部２１によって検出器３０の鍔部３１とセンターリング２との間のＯリング４が密着封止を発揮する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対のフランジ付き配管を連結するための配管連結装置であって、配管内部（例えば真空配管の内部）に付着した付着物を検出するための付着物検出器を備えた配管連結装置に関する。この付着物検出器は、配管内部の付着物の量（径方向の厚み）等を検出することができる。

例えば、半導体製造プロセス（特にＴＥＯＳプロセス）において、その半導体製造装置及び排気装置へ接続する配管内に、付着生成物（ＳｉＯ_２や二酸化ケイ素、塩化アルミやケイフッ化アンモ等）および腐食生成物が付着する。現在これらの付着を確実に防ぐ方法がないため、付着した配管の交換や付着物の除去作業を行っている。

配管の交換や付着物の除去作業の時期は、定期的に管の一部を抜管し、付着物の量（厚さ）を直接的に測定し、その測定結果に基づいて決定できる。しかし、こうした定期的な抜管作業は、この配管がつながる製造装置等の稼動を停止させる必要があり、多大な付帯作業と製造装置の稼働率低下などの問題を発生させる。

そこで、配管の一部を抜管することなく、配管内の付着物の厚さを検出するための手段として、超音波法、あるいは放射線による透過法などがあり、それらの検出方法としては、検出器を配管外周に固定又は設置し、配管外から内部の付着物を検出する方法（例えば、特許文献１参照）、配管の一部を開口し、配管内に超音波検出器などを挿入して内部の付着物を検出する方法（例えば、特許文献２参照）などがある。
特開２００１−１８３１２６号公報 実開平６−１８９６１号公報

しかしながら背景技術で説明した、配管外周に検出器を固定する超音波検出法では、超音波が付着物以外の物質（灰や酸化スケール）に反射する欠点があるため、付着物（特にＳｉＯ_２や二酸化ケイ素）によっては、精度良く検出することが難しい。他方、放射透過検出法では、放射線による人体への悪影響が懸念され、また検出結果が得られるまで時間を要するなどの問題があった。

これに対して、配管内部から付着物を検出する方法は、付着物を直接に検出するので比較的に高精度な検出を可能とするが、検出作業の度に配管の一部を開口して検出器を配管内に挿入する必要があり、その作業中は配管がつながる装置の稼動を停止することとなるため、時期の制約を受け、復旧作業等の多大な付帯作業と費用が発生する問題があった。

そこで、発明者達は、検出器を配管内部に常設することを考えた。この場合、検出時に配管を開口させる必要がないため、高精度な検出を可能としながら稼働率の低下を抑えることができる。しかし、検出器を配管内に露出させるために配管に孔あけ加工等の特別な加工を施すような構成では、その加工作業や費用がかかるとともに、検出器を既存の配管に簡単には設置できないという問題がある。また、こうした検出器は、配管内の流体に常に触れることになるため、容易にメンテナンスできることが好ましい。

したがって本発明は、既存の配管に穴加工や抜管を行うことなく、非破壊的な手段によって配管内の付着物を検出するための検出器を直接配管内部に固定でき、内部を流れる気体が外部に漏洩することがない構成で、且つ検出器のメンテナンス性を考慮した技術を提供することを目的とする。

（１）本発明は、端部に外向きフランジを有する一対の配管をつなげるための配管連結装置であって、それら一対の配管の間に配されて前記各フランジの端面に接するシール材を支持するセンターリングと、それら配管の各フランジを径方向外側から挟むことによって前記各フランジと前記センターリングとを固定するクランプ手段とを含み、前記センターリングは、配管内壁への付着物を検出するための検出器を挿入可能なように径方向に延びる貫通孔を有し、前記クランプ手段は、前記各フランジを径方向外側から挟むとき、前記センターリングの前記貫通孔に挿入した前記検出器をその内周側に向けて押圧し、前記検出器と前記貫通孔の外周側開口との間の気密を保持するための押圧部を有している。

この構成により、既存の配管に穴加工や抜管を行うことなく、配管の継手部（クイックカップリングなど）を利用し、非破壊的な手段によって配管内部に検出器を直接固定でき、且つ配管内の流体がセンターリング及び検出器の周囲から漏洩することなく検出器を固定することができる。したがって、本発明の配管内の付着物検出器を備えた配管連結装置は、密閉性を発揮した状態で配管内部に付着した付着生成物や腐食生成物をダイレクトに検出することができ、検出器を配管外周に固定した従来技術に比べて、より高い付着物の検出精度を得ることができる。さらに、本発明の配管連結装置は、クランプ手段の締め付け状態を解除するだけでセンターリングおよび検出器を配管から取り外すことができるため、配管を移動や抜管することなく、検出器やセンターリングの劣化による交換などのメンテナンスを容易に行うことができる。検出器による付着物の検出方法には、超音波法や放射線による透過法などを採用することができる。例えば超音波法による検出器は、超音波の発振部および受振部を有し、超音波の受振強度によって配管内の付着物の厚さを検出することができる。

（２）また、本発明の配管連結装置は、その検出器に光透過型のものを採用できる。このとき、センターリングの貫通孔は、そのセンターリングの軸中心を挟んで直径方向に並ぶように二箇所に設け、それらのうち一方の貫通孔には内周側へ向けて光を発する発光部を挿入するとともに、他方の貫通孔にはその発光部からの光を受ける受光部を挿入する。つまり、検出器は、それら発光部および受光部によって構成される。

この構成により、一つのセンターリングに、発光部と受光部を対向に配置し、光の透過率によって付着物の量を検出できる。したがって、本発明の配管連結装置における付着物検出器は、配管の継手部を利用し、既存の配管に穴加工や抜管を行うことなく、光の透過によって付着物の量（厚さ）検出できるため、ＳｉＯ_２や二酸化ケイ素などの付着物も精度良く検出することができる。

本発明によれば、二本のフランジ付配管を連結する配管連結装置に、配管内の付着物を検出する検出器を着脱自在に固定し、機密性を確保できるように固定したので、既存する配管に穴加工や抜管を行うことなく、検出器を配管内に直接固定できる。更には、検出器やセンターリングのメンテナンス性を考慮した構成であるため、配管継手が必要不可欠である真空機器、化学プラント、医療機器といった分野への広範囲に適用できる。

以下、本発明の第一の実施の形態として、図１から図４を用いて配管内の付着物検出器を備えた配管連結装置を説明する。

本発明の第一の実施の形態を説明する前に、本発明を理解し易くするため、一般的に使用されているクイックカップリング継手について説明する。図６は真空用フランジのクイックカップリング継手を例示する分解斜視図であり、図７はこのクイックカップリング継手の接続状態を模式的に示す要部断面図である。

この図６と図７に於て、クイックカップリング継手は、一対の配管フランジ１，１と、径方向に開閉自在なクランプ２０と、センターリング２とから構成され、配管フランジ１，１の端面１ａ，１ａでセンターリング２に支持されたシール機能を発揮するＯリング３を挟み、クランプ２０をボルト２３と蝶ネジ２４から成る脱着締付具２５によって円周上から締付けることで、密封接続する構造になっている。なお、一対の配管５０，５０は、図示しないフレキシブル配管（バネ状配管）を別の配管との間に配置するによって、互いに上下、左右へ若干の自由度（遊び）を確保する構成になっており、クランプ２０およびセンターリング２の着脱が容易に行えるようになっている。

本発明の第一の実施の形態として示す付着物検出器を備えた配管連結装置は、こうした一般的なクイックカップリング継手に交換して取り付けることできる。なお、本実施の形態の検出器は、超音波の発振部と受振部が一つのヘッド部で構成されている。また、本実施の形態の超音波検出器は、真空配管内の付着物（例えば付着生成物や腐食生成物等）の厚さを、超音波の受信強度によって検出でき、外部に信号を送る構成になっている。

まず、本発明の第一の実施の形態に係る配管内の付着物検出器を備えた配管継手１０の構成について説明する。

図１の断面図および図２の分解断面図に示すように、配管連結装置１０は、ステンレス製の一対の配管フランジ１，１に取り付けられ、ステンレス製のセンターリング２と、径方向に開閉自在なステンレス製（アルミ製でもよし）のクランプ２０より構成する。

次に、センターリング２の詳細について説明する。
センターリング２は、図２および図３に示すように、一対の配管フランジ１，１の各端面１ａ，１ａに対しシール機能を発揮するためのゴム製のＯリング３，３を支持し、その円周上に、付着物５１を検出するための検出器３０（径方向の幅：約５ｍｍΦ×軸方向の長さ：約１０ｍｍＬのステンレスを主材とするセンサヘッド）を挿入・固定するための貫通孔６（径方向の幅：約５．１ｍｍΦ）を備えている。この貫通孔６の外周側の開口には、検出器３０と貫通孔６との間の気密を保持するためのゴム製のＯリング４を収容する凹部５を備えている。
また、センターリング２は、前述した一対のフランジ１，１の端面１ａ，１ａにＯリング３、３が圧接する際、フランジ１，１の内径凹部１ｂとの位置決めを規制する環上の段差部８，８を備えている。段差部８，８の肉厚ｔ（図３参照）は、従来のクイックカップリングで採用されるセンターリングと同様の肉厚ｔ（約０．３ｍｍ）で構成する。

次に、クランプ２０の詳細について説明する。
クランプ２０は、図２および図４に示すように、組み合わされて円環状となる一対の略半円弧状の半割部２６，２６と、この一対の半割部２６，２６を開閉自在に枢結したヒンジ部２７と、半割部２６，２６の開放可能端側の突出片２８，２８を相互に連結するためのボルト２３と蝶ネジ２４から成る着脱締付具２５から構成されている。各半割部２６の内周に周方向に延びる凹溝２９（横断面が略コ字状）が形成され、その凹溝２９に一対の配管フランジ１，１の外鍔部１ｃ，１ｃが嵌合する。また半割部２６の内周に、前述したセンターリング２の貫通孔６に挿入された検出器３０の鍔部３１（図１参照）を内周側に向けて押圧する（センターリング２の外周側開口へ圧接する方向に押し当てる）ための２本の押圧部２１を備えている。この押圧部２１は、凹溝２９と平行するように周方向に延びている。押圧部２１は、検出器３０の位置に合わせて凹溝２９内の一ヶ所に設けることもできる。しかし、本実施の形態のように周方向に延在するように設ければ、押圧部２１と検出器３０との位置合わせの自由度が向上し、クランプ２０の取り付け位置の制限を減らすことができる。また一対の半割部２６，２６の外円周には、検出器３０から繋がれる配線３２（図２参照）を配管連結装置１０の外側（すなわちクランプ２０の外側）へ導くための開口部２２を隔地点に備えている。

次に、シール機能について説明する。
配管連結装置１０は、図１および図２に示すようにセンターリング２の貫通孔６に検出器３０を挿入した状態で、開閉自在なクランプ２０を脱着締付具２５によって径方向（図１において矢印２０aの方向）に締め付けることで、一対の配管フランジ１，１の外鍔部１ｃ，１ｃがクランプ２０の凹溝２９と嵌合し、各配管フランジ１，１とセンターリング２とを固定する。脱着締付具２５を更に締め付けることによって、センターリング２の両側面に支持されたＯリング３，３が、一対の配管フランジ１，１の端面１ａ，１ａに押し付けられ、密着封止を発揮する。

それと同時に、クランプ２０に付帯した押圧部２１によって検出器３０の鍔部３１がセンターリング２の凹部５に収容したＯリング４に矢印２０ａの方向に押し当てられ、検出器３０とＯリング４の密着封止を発揮する。

この時、Ｏリング３，３の軸方向の潰れ度合いと、Ｏリング４の径方向の潰れ度合いとがほぼ一致するように設計することによって、センターリング２と配管フランジ１，１との間、およびセンターリング２と検出器３０との間を同時に気密確保することが可能になり、配管内部９を流れる気体又は液体が確実に密封されて、外部への漏洩を防止できる。

この様に、配管連結装置１０は、センターリング２にＯリング４を介して検出器３０を直接配管内９に固定でき、且つ脱着自在・交換可能に固定しているので、配管の継手部（クイックカップリングなど）を利用して、既存の配管に穴加工や抜管を行うことなく、検出器やセンターリングの劣化による交換などのメンテナンス性に優れた配管内の付着物検出が可能になる。

次に、本発明の第二の実施の形態に係る配管内の付着量検出器を備えた配管連結装置１１０の構成について説明する。
第二の実施の形態で示す検出器１３０は、光の透過率や受光した光の波長分析によって付着物の厚さや、種類及び状態（固体や粉末などの識別）を検出できる。
なお、ここでは、本実施の形態に係る配管連結装置１１０の構成のうち、第１の実施の形態に係る配管連結装置１０の構成とは異なる構成について説明することとし、その第１の実施の形態と基本的に同様な構成については詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係る配管連結装置１１０について、図５（ａ）はその概略断面図であり、同図（ｂ）は検出原理の説明図である。

一対の配管に配置した配管連結装置１１０は、配管内部に付着する付着物５１の厚さを検出する手段として、光の発光部１３０ａと受光部１３０ｂを有する光透過型の検出器１３０を備えている。付着物５１の層に対して、発光部１３０ａと受光部１３０ｂを対向位置に配置し、その光の透過率によってその付着物の量を検出し、外部へ信号を送る構成になっている。

光透過型の検出器１３０による付着物の検出は、図５（ｂ）に示すように、付着物５１に対する光の透過率の特性を利用している。たとえば配管内９に付着物５１が厚さ１０ｍｍ付着した場合、発光部１３０ａから照射された１００％の光（可視光または、赤外線）は、付着物５１を介して受光部１３０ｂに入射するときには、光の透過量が約２０％まで減少することが実験により知得された。こうした光透過型の検出器１３０は、照射する光の強度や発光部１３０ａと受光部１３０ｂの距離によってそれぞれ異なる光透過特性を持っており、このデータを基に、配管内の付着物の厚さを検出することができる。

なお、前述した第一及び第二の実施の形態において、配管連結装置１０，１１０は、既存する配管５０の継ぎ手部分であれば、前述のセンターリング２，１０２及びクランプ２０，１２０の交換と各配管フランジ１，１の軸方向間隔の増幅（約１ｃｍ前後）だけで済むため、既存の配管５０の形状の変更及び特殊加工、配管レイアウトの変更を行うことなく、如何なる継ぎ手部分であっても組み込むことができ、且つ検出器３０，１３０によって抜管等することなく付着物の厚さを検出できる。

なお、このような配管連結装置１０，１１０においても、従来のクイックカップリングによる配管継手と同様に、Ｏリングによる真空シールの到達真空度である１０⁻⁴〜１０⁻⁵−5 Ｐａ程度の真空度を実現することができる。

また、第一及び第二の実施の形態において、前述したセンターリング２，１０２と検出器３０，１３０の材質がステンレスを主材として構成されているが、耐薬品性や耐腐食性材料（例えばフッ素樹脂など）で構成またはコーティングするようになっていてもよい。この構成により、腐食性の強い気体が流れるような環境下に検出器３０，１３０を固定することができる。

また、上記の実施の形態においては半導体製造ラインの真空配管内に検出器を固定するための配管連結装置として説明しているが、薬液用配管などの化学プラント等の配管の連結装置として用いることも可能であり、用途が限定されるものではない。

以上のように、本発明に係る配管内の付着物検出器を備えた配管連結装置は、配管の継手部（クイックカップリングなど）を利用して、既存の配管に穴加工や抜管を行うことなく、配管内の付着物の厚さを検出するための検出器を直接配管内部に固定でき、内部を流れる流体が外部に漏洩することがない構成で、且つ検出器やセンターリングの劣化による交換などのメンテナンス性を考慮したものとして有用である。

（ａ）本発明における第一の実施の形態に係る配管連結装置の組付け状態を示す側面断面図、（ｂ）図１（ａ）に示す側面断面図の一部の拡大図 本発明における第一の実施の形態に係る配管連結装置の分解断面図 本発明における第一の実施の形態に係る貫通孔を持つセンターリングの構造説明図 本発明における第一の実施の形態に係る押圧部を持つクランプの構造説明図 （ａ）本発明における第二の実施の形態に係る配管連結装置の付着物の検出状態を示す側面断面図、（ｂ）本発明における第二の実施の形態に係る光透過型の検出器による付着物の検出原理の説明図 クイックカップリング継手の一例を示す分解斜視図 クイックカップリング継手の組付け状態を示す側面断面図

符号の説明

１ 配管フランジ
１ａ フランジ端面
１ｂ 内径凹部
１ｃ 外鍔部
２，１０２ センターリング
３ Ｏリング
４ Ｏリング
５ 凹部
６ 貫通孔
８ 段差部
９ 配管内部（センターリング内部）
１０，１１０ 配管連結装置
２０，１２０ クランプ
２１ 押圧部
２２ 開口部
３０，１３０ 検出器（センサーヘッド）
１３０ａ 発光部
１３０ｂ 受光部
３１ 鍔部
３２ 配線
５０ 配管
５１ 付着物

Claims (2)

1. 端部に外向きフランジを有する一対の配管をつなげるための配管連結装置であって、それら一対の配管の間に配されて前記各フランジの端面に接するシール材を支持するセンターリングと、それら配管の各フランジを径方向外側から挟むことによって前記各フランジと前記センターリングとを固定するクランプ手段とを含み、
   前記センターリングは、配管内壁への付着物を検出するための検出器を挿入可能なように径方向に延びる貫通孔を有し、
   前記クランプ手段は、前記各フランジを径方向外側から挟むとき、前記センターリングの前記貫通孔に挿入した前記検出器をその内周側に向けて押圧し、前記検出器と前記貫通孔の外周側開口との間の気密を保持するための押圧部を有したことを特徴とする、付着物検出器を備えた配管連結装置。
2. 前記貫通孔は、前記センターリングの軸中心を挟んで径方向に並ぶように二箇所に設け、それらのうち一方の貫通孔には内周側へ向けて光を発する発光部を挿入するとともに、他方の貫通孔にはその発光部からの光を受ける受光部を挿入し、前記検出器は、それら前記発光部および前記受光部によって構成した、請求項１に記載の付着物検出器を備えた配管連結装置。

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