JP2018115763A - 極低温管路用プラグイン式継手 - Google Patents

Abstract

【課題】プラグイン式継手のヒートパイプ効果と凍結の発生を防ぐ。【解決手段】継手ソケット（１）と継手プラグ（２）を有する極低温管路用のプラグイン式継手を明示し、継手ソケット（１）と継手プラグ（２）はそれぞれ内側管構成要素（３，８）と外側管構成要素（４，９）を有する。継手ソケット（１）と継手プラグ（２）は、「ウォーム」端に配置されたフランジ接続（５，１０）によって取り外し可能に互いに接続される。継手ソケット（１）と継手プラグ（２）の間の環状ギャップは、「コールド」端では環状シールによって封止され、「ウォーム」端ではフランジ接続の領域内に配置された環状シール（１０ｂ）によって封止される。「コールド」端に、継手ソケット（１）は、継手ソケット（１）の内側管構成要素（３）の直径に対して拡大された直径を有する環状部分（６）によって形成されたリザーバ（６）を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、水平又はほぼ水平な継手構成で使用するための継手ソケットと継手プラグを有する極低温管路用プラグイン式継手に関し、継手ソケットと継手プラグがそれぞれ、内側管構成要素と外側管構成要素を有し、継手ソケットと継手プラグが、端にあって「ウォーム」端と呼ばれるフランジ接続によって取り外し可能に互いに接続され、継手ソケットと継手プラグの間にある環状ギャップが、別の端にあって「コールド」端と呼ばれる環状シールによって封止され、「ウォーム」端は、フランジ接続の領域内にある環状シールによって封止される。

そのようなプラグイン式継手は、例えば特許文献１から収集されうる。

そのようなプラグイン式継手の継手ソケットと継手プラグは、フランジ接続によって一端が取外し可能に互いに接続される。この端は、「ウォーム」端と呼ばれ、その理由は、この領域が、実質的に周囲温度による影響を受けるからである。継手ソケット内で最も遠くに突出する継手プラグの端は、「コールド」端と呼ばれる。継手要素間の環状ギャップは、「コールド」端では環状シールによって封止され、「ウォーム」端では、フランジ接続の領域内に配置された環状シールによって封止される。そのような継手は、ジョンストン継手とも呼ばれる。

ジョンストン継手は、一般に、極低温媒体を輸送するように意図された真空絶縁管路システム内で使用される。継手の要素は、便宜上、二重壁を有し真空絶縁された設計のものである。これにより、２つの外側継手要素の接続位置と、極低温媒体が１つの管路から他の管路内に移る位置との間の空間内の距離が大きくなる。継手の「ウォーム」端と「コールド」端の間のこの比較的大きい距離によって、常温から極低温への熱負荷が減少するはずである。したがって、蒸発の結果として継手位置が凍結し極低温媒体が失われる例が減少するはずである。

そのような継手の場合、継手プラグは、「雄形部分」とも呼ばれ、関連付けられた継手ソケットは、「雌形部分」とも呼ばれる。

導入で述べた特許文献１は、ジョンストン継手の方式で真空絶縁管路用プラグイン式継手を開示している。同等のプラグイン式継手は、特許文献２から収集されうる。継手は、プラグイン式継手の「コールド」領域と「ウォーム」領域内にそれぞれのシールを有する。コールド領域内のシールは、プラスチック材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又は他の金属からなりうる。ウォーム領域では、Ｏリングシールによって更なる封止が作成される。それらのシールにも関わらず、環状ギャップ内に流入して閉じ込められた濃縮流体、例えば継手のコールド端に入った極低温液体は、継手が暖められたときに環状ギャップ内に過剰圧力を生成する可能性があり、前記過剰圧力は、組み込まれた安全弁によって防止される。

水平又はほぼ水平の継手構成では、コールド端での凝縮による環状ギャップ内に生じた液体は、ウォーム端に流れ込み、そこで蒸発する。次に、蒸気が、コールド端に流れ、そこで新たに凝縮される。この一定相変化の回路は、常時導入され発散される潜熱と関連付けられ、その結果、きわめて大量の熱が、周囲と交換され、したがって継手凍結の外側で交換される。この効果は、ヒートパイプ効果とも呼ばれる。この望ましくない効果は、垂直の継手と約４５°以下の角度で傾けられた継手では生じない。

欧州特許第１９５７８５１号明細書 実開昭５３−６９２３号公報

本発明は、きわめて低い損失によって差別化される取り外し可能な極低温管路用プラグイン式継手を提供する目的に基づく。詳細には、意図は、プラグイン式継手のヒートパイプ効果と凍結の発生を防ぐことである。

この目的は、「コールド」端に継手ソケットがリザーバを有し、このリザーバが、継手ソケットの内側管構成要素の直径に対して拡大された直径を有する環状部分によって形成された、本発明によって達成される。

本発明によるプラグイン式継手は、水平又は実質的水平の構成の場合に、プラグイン式継手が組み立てられたとき存在する空気中の凝縮液が、継手のコールド端でリザーバ内に維持されるように設計される。したがって、凝縮液は、ウォーム端に流れてそこで蒸発できず、従って、ヒートパイプ効果が防止される。したがって、過剰な熱が周囲と交換されまた継手が外部で凍結する状況を回避できる。リザーバは、全ての凝縮流体を中に維持できるように構成される。従って、リザーバのサイズは、継手要素間の環状ギャップの体積に適応される。したがって、継手に比較的大きい環状ギャップを提供でき、そのような環状ギャップは、継手がヒートパイプ効果による悪影響を受けることなく、特定用途に必要である。大部分のプラグイン式継手のウォーム端とコールド端での封止は、極低温液体、蒸気又は空気が環状ギャップに侵入するのを防ぐ。しかしながら、プラグイン式継手のコールド端での不完全な封止の結果として、極低温液体が環状ギャップに侵入すると、その極低温液体が、空気中の凝縮物と共に、リザーバ内に維持され、継手のウォーム端に流れることが妨げられる。

本発明の更に有利な構成は、従属クレームに含まれる。

本発明の内容の例示的実施形態は、図面に示される。

組み立て前の本発明によるプラグイン式継手の一実施形態の継手プラグと継手ソケットを示す図である。 組み立てられた状態のプラグイン式継手を示す図である。

図面では、類似の引用符号は、類似の技術的特徴に関連する。

図１は、組み立て前の２つの継手要素１，２を示す。参照符号１は、継手ソケット又は雌形部分を指し、一方、参照符号２は、継手プラグ又は雄形部分を示す。

継手ソケット又はボックス１は、内側管構成要素３と外側管構成要素４を含む。内側管及び外側管構成要素３，４は、その端がフランジ５に気密に溶接される。フランジ５の内腔の内径は、内側管構成要素３の内径に対応する。フランジ５から遠くに向けられたパイプ構成要素３，４の端は、極低温管路の内側管と外側管、及び極低温媒体（図示せず）用の冷却設備の供給ノズルに気密に溶接される。内側管構成要素３と外側管構成要素４の間には、真空環状空間３４がある。この環状空間３４は、極低温管路の真空空間に接続されかつ／又は端で仕切られる。

フランジから遠くに向けられた端で、継手ソケット１の内側管構成要素３が、パイプの内径より拡大された直径を有する領域６を有する。この拡大環状部分６は、リザーバ６を形成する。フランジ５から遠くに向けられた端に、リザーバ６は、収納部品７を有する。収納部品７は、拡大領域６と極低温管路とまた供給ノズルとの間の遷移を提供する回転部品である。収納部品７は、継手ソケット１内に突出し継手プラグ２の端と相互作用する突起を有する。

継手プラグ２は、内側管構成要素８と外側管構成要素９を有する。パイプ構成要素８，９の間に真空環状空間８９がある。この真空環状空間８９は、同様に、極低温管路の真空環状空間に接続される（図示せず）。

継手ソケット１の内側管構成要素３の内径は、継手プラグ２の外側管構成要素９の外径より僅かに大きい。

フランジ１０は、雄形部分２又は継手プラグの外側管構成要素９の一端に気密に溶接される。フランジ１０から遠くに向けられた内側管構成要素８と外側管構成要素９の端はそれぞれ、収納部品１１に気密に溶接される。収納部品１１は、管状突起１１ａを有し、その上に封止リング１２が配置される。封止リング１２は、例えば、ＰＴＦＥからなりうる。ＰＴＦＥ封止リングの代わりに、Ｃ形リングシールからなってもよい。

フランジ１０は、フランジ面のまわりに延在する環状溝１０ａを有し、その中に配置された封止リング１０ｂを有する。また、フランジ１０は、管状拡張部分１０ｃを有する。継手ソケット１のフランジ５は、その内側内腔内に拡張径部分５ａを有し、その中にフランジ１０の管状拡張部分１０ｃが導入されうる。拡張部分１０ｃが拡張径部分５ａに挿入されることによって、２つの継手部品１，２は、組み立てられたときに互いに同心にされる。

図２は、組み立てられた状態のプラグイン式継手を示す。２つのフランジ５，１０が、テンションチェーン１３によって接続される。示されたテンションチェーン１３の代わりに、フランジ５，１０を締め付けるための他の手段（例えば、クリップ）も使用できる。代替として、フランジ５，１０は、内腔を備え、ねじ又はボルトによって接続されうる。継手１のコールド端が低温になると、封止リング１２が、２つの収納部品７，１１上に収縮し、それにより、継手プラグ２と継手ボックス１の間にある環状ギャップ１４が、極低温管路の内部に対して密閉される。示された封止リング１２の代わりに、Ｃ形リングシールが使用される場合、Ｃ形リングシールは、縦軸方向に一定に作用する力によってプレストレスされなければならない。反対端で、環状ギャップ１４が、同様に、封止リング１０ｂによって封止される。

組み立てられた状態で、リザーバ６は、継手プラグのコールド端における２つの継手要素１，２間の環状ギャップ１４を拡張する。水平方向に配置されたプラグイン式継手の場合、環状ギャップ１４内で凝縮された流体（例えば、空気又は極低温媒体）は、継手のコールド端でリザーバ６内に維持されうる。したがって、液体がウォーム端に流れるのが防止される。リザーバ６は、全ての凝縮液体を中に保持できるように設計される。ここで、例えば、継手が組み立てられたときに環状ギャップ内に存在する空気体積と、その結果生じる液体体積が考慮される。気体空気と液体空気の体積比は７５０前後である。したがって、例えば、空気体積が１５００ｍｌの場合、リザーバ６は、約２ｍｌの液体を収容できなければならない。雄形部分２の外径を約１４２ｍｍ、雌形部分１の内径を約１５０ｍｍ、ジョンストン継手の内部長（リザーバ６の長さを含む）を約８００ｍｍにすると、例えば、リザーバ６の内径が約１５４ｍｍ、リザーバの長さが約５０ｍｍとなり、したがって、２ｍｌの凝縮液を収容できる。接続される２０ｍｍ又は５０ｍｍの極低温管路のパイプ内径は、例えば、リザーバ６が、内側管構成要素３の直径より約２〜４ｍｍ大きい直径を有し、継手に沿って約５〜２０ｍｍ延在することを意味する。拡大径を有する環状部分６は、有利には、リザーバ６が継手のウォーム領域内に拡張せず、したがってリザーバ６内に収集された液体が蒸発しないように選択された長さを有する。

図１と図２に示された実施形態では、リザーバは、長手方向断面で示されたように平らな基部６ａを有し、したがって、リザーバ６は、ソケットの内側管３の残りの部分に対して同心で配置される。リザーバ６の直径は、環状部分全体に一定である。他の実施形態（図示せず）によれば、リザーバの基部は、凹面形状を有するか、コールド端の方向に拡大された円錐形状を有しうる（各場合に長手方向断面で分かるように）。

本発明は、例えば、極低温媒体を輸送するためのパイプ間の接続を確立するため、又は超電導ケーブルシステムとエンドシール間の接続を確立するために使用されうる。特に好ましい応用分野は、極低温媒体を輸送するための水平管路間の接続を確立する分野である。

１ 継手ソケット
２ 継手プラグ
３，８ 内側管構成要素
４，９ 外側管構成要素
５，１０ フランジ接続
６ リザーバ、環状部分
１０ｂ 環状シール
１４ 環状ギャップ
１５ 環状シール

Claims (5)

1. 継手ソケット（１）と継手プラグ（２）を有し、水平又はほぼ水平の継手構成で使用するための極低温管路用のプラグイン式継手であって、
   前記継手ソケット（１）と前記継手プラグ（２）がそれぞれ、内側管構成要素（３，８）と外側管構成要素（４，９）を有し、
   前記継手ソケット（１）と前記継手プラグ（２）が、「ウォーム」端と呼ばれる端に配置されたフランジ接続（５，１０）によって取り外し可能に互いに接続され、
   前記継手ソケット（１）と前記継手プラグ（２）の間に存在する環状ギャップ（１４）が、「コールド」端と呼ばれる別の端で環状シール（１５）によって封止され、
   前記「ウォーム」端が、前記フランジ接続（５，１０）の前記領域内に配置された環状シール（１０ｂ）によって封止されたプラグイン式継手であって、
   前記「コールド」端で、前記継手ソケット（１）が、前記継手ソケット（１）の前記内側管構成要素（３）の直径に対して拡大された直径を有する環状部分（６）によって形成されたリザーバ（６）を有するプラグイン式継手。
2. 前記リザーバ（６）が、長手方向断面で見たときに平坦な基部（６ａ）を有し、したがって、前記リザーバ（６）が、前記内側管構成要素（３）の残りの部分に対して同心に配置された、請求項１に記載のプラグイン式継手。
3. 前記環状部分（６）が、一定の直径を有する、請求項１又は２に記載のプラグイン式継手。
4. 前記リザーバ（６）が、長手方向断面で見たときに凹状基部を有する、請求項１又は２に記載のプラグイン式継手。
5. 前記リザーバ（６）の前記基部が、長手方向断面で見たときに「コールド」端の方向に拡大された円錐形状を有する、請求項１又は２に記載のプラグイン式継手。

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