JP2019168041A - 配管封止具とそれを用いたボンベ用配管封止アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】極低温容器から切り離された環境創出装置側の配管への異物の侵入を防ぎ、なおかつ、ガスパージの容易化も図れる配管封止具を提供することを目的としている。【解決手段】環境創出装置を極低温容器に接続する極低温流体移送用配管の途中に設けられる配管封止具１を、フユニオンナット２と、シール面３ａが凸円弧の弁体３と、ユニオンねじ４と、筒状の中間部材５と、弁体３と組み合わせて弁部を構成する座面６ａａ，６ａｂが凹円弧の弁座６と、シール部材７とを備え、弁座６は、座面６ａａがユニオンねじ４に、座面６ａｂが中間部材５にそれぞれ形成され、中間部材５が弁体３に対して弾性的に押し当てられるように構成されたものにした。【選択図】図１

Description

この発明は、液体窒素などの液化ガスを使用する環境創出装置に適用する配管封止具とそれを用いたボンベ用配管封止アセンブリに関する。

例えば、液体窒素で冷却を行う低温試験装置などの環境創出装置においては、装置使用時に当該装置を極低温容器（以下ＬＧＣと表記）に接続し、そのＬＧＣ内の液体窒素を利用して極低温環境を創出している。

この種の環境創出装置は、ＬＧＣが切り離される装置停止時に、配管の端部に設けられている管継手の内部が開放されて大気に晒され、その際に、管継手の露出部に異物が付着する可能性がある。

そこで、ＬＧＣの再接続を行うときにガスパージを行って装置側配管内の異物を除去することが行われている。

極低温流体用の管継手の中には、例えば、下記特許文献１〜５に示されるように、再接続時や切り離し時のガスパージを不要にしたものも存在するが、ＬＧＣに対する環境創出装置の接続が下記のような管継手を用いて行われる場合には、ガスパージを欠かすことができない。

その管継手は、ユニオンナットと、そのユニオンナットにねじ込まれるユニオンねじと、ユニオンナットの内部に配置される弁体と、前記弁体を着座させて流体通路を閉じる弁座とを組み合わせたものである。

前記弁体は、環境創出装置側の配管（フレキシブルチューブ）の端部に設けられ、ユニオンナットは、前記配管（フレキシブルチューブ）の端部外周に取り付けられる。

また、ユニオンねじは、ＬＧＣ側流路の接続端に設けられ、このユニオンねじとＬＧＣとの間の流体通路（配管）には、流体通路を開閉するバルブが配置され、前記弁座はユニオンねじに形成される。

この管継手は、ユニオンねじをユニオンナットから外すことでユニオンナットの内面とユニオンナットの内側に収められている弁体が露出し、その露出部に対する異物の付着が起こる。また、配管内への水分を含んだ大気の流入も起こる。従って、再接続時のガスパージが不可欠である。

特開２００３−３２２２８４号公報 特開２００４−０７６８７８号公報 特開２００８−２８６３４０号公報 特開２０１１−１０６５１６号公報 特開２０１３−２１７４７１号公報 特開２００３−３５３８９号公報

ＬＧＣとの接続に、ユニオンナットの含まれた上記の管継手を採用している環境創出装置では、ＬＧＣとの再接続時にガスパージを行って配管内の異物を除去する方法が採られている。

そのガスパージは、環境創出装置側の配管にＬＧＣを接続し、ＬＧＣ側の流体供給路に設けられているバルブと環境創出装置側の配管に設けられているバルブ（これらのバルブはＬＧＣを環境創出装置から切り離すときに閉じられている）を開き、ＬＧＣからパージ用のガスを供給する方法でなされる。環境創出装置側の配管と環境創出装置との間のバルブを通って供給されたガスは環境創出装置に導入され、当該装置から排出される。

これにより、配管の内部に流入している大気がパージ用のガスに置換されて環境創出装置で使用する極低温流体に対する空気や水分の混入が防止される。

ところが、環境創出装置側のＬＧＣ接続用配管の接続端側から環境創出装置に向けてパージ用のガスを流す方法でのガスパージでは、ＬＧＣの再接続時まで露出していた箇所に付着している異物を除去できず、その異物が逆に配管内（極低温流体の移送路）に封じ込められることもある。

そこでこの発明は、環境創出装置がＬＧＣから切り離されているときの環境創出装置側の継手や配管に対する異物の付着と配管内への侵入を防ぎ、なおかつ、ガスパージの容易化も図れる配管封止具を提供することを目的としている。

上記の課題の解決を解決するため、この発明においては、下記の配管封止具を提供する。
その配管封止具は、環境創出装置を極低温容器に接続する極低温流体移送用配管の途中に設けられるものであって、
環境創出装置側の配管であるフレキシブルチューブの極低温容器に対する接続側の端部外周に取り付けられるユニオンナットと、
前記フレキシブルチューブの極低温容器に対する接続側の端部に設けられて前記ユニオンナットの内部に配置されるシール面が凸円弧の弁体と、
前記ユニオンナットにねじ込まれるユニオンねじと、
前記ユニオンねじの中心の穴に組み込まれる筒状の中間部材と、
前記弁体と組み合わせて前記中間部材に形成された流体通路を開閉するための弁部を構成する座面が凹円弧の弁座と、
前記ユニオンナットに対する前記ユニオンねじのねじ込み終点で前記ユニオンナットと前記ユニオンねじのねじ嵌合部の界面を封止するシール部材とを備え、
前記弁座は、座面の外周側が前記ユニオンねじに、座面の中央側が前記中間部材にそれぞれ形成され、
前記中間部材が、前記弁体に対して弾性的に押し当てられるように構成されているものである。

前記ユニオンナットと前記ユニオンねじは、線膨張係数の同じ材料で形成し、前記中間部材は、線膨張係数が前記ユニオンナットの線膨張係数よりも小さく、前記弁体の線膨張係数よりも大きい材料やフッ素樹脂｛ＰＴＦＥ：テフロン（デュポン社商標）と称されているポリテトラフルオロエチレン｝で形成すると好ましい。

ユニオンナット、弁体、ユニオンねじ、中間部材の各々の材料の具体例としては、例えば、前記ユニオンナットとユニオンねじを、線膨張係数が２０×１０^−４／°Ｃの黄銅で、前記弁体を、線膨張係数が１７×１０^−４／°Ｃのオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）で、前記中間部材を、線膨張係数が１９×１０^−４／°Ｃのリン青銅で形成すると、上記の要求に応えることができる。

前記中間部材の前記弁体に対する弾性的な押し当ては、弾性体で中間部材を押し当て方向に付勢する方法や、中間部材を弾性変形可能な樹脂（低温特性に優れるＰＴＦＥが好ましい）で形成し、弁体が前記弁座から離反している状態下で、前記中間部材に形成された弁座の座面を、前記ユニオンねじに形成された弁座の座面よりも前記弁体に近づく方向に突出させる方法で行える。

前記シール部材や中間部材を付勢する弾性体は、低温特性に優れるＰＴＦＥ性のＯリングが好ましい。

また、ユニオンねじとユニオンナットに対応して設けるねじとねじ穴は、台形ねじが好ましい。

この発明は、上述した配管封止具に、前記ユニオンねじに固定されるかまたは一体に形成されてユニオンねじの中心の穴に通じた流体通路を開閉するバルブと、
そのバルブに連結するワンタッチ継手と、
前記ワンタッチ継手の管口を封止する着脱自在の栓をさらに追設して構成されるボンベ用配管封止アセンブリも併せて提供する。

前記バルブは、レバー操作によって弁部の開閉状態の切り替を行う手動式のボールバルブが好ましいが、ニードルバルブなどであってもよい。

この発明の配管封止具は、環境創出装置を極低温容器から切り離したときに、環境創出装置側の配管（フレキシブルチューブ）の端部に設けられている継手（ユニオンナット）に中間部材の含まれたユニオンねじを螺合させる。

これによりフレキシブルチューブ端の弁体が前記ユニオンねじと中間部材に形成されている弁座に押し当てられて弁体のシール面と弁座の座面間が塞がれる。また、前記ユニオンねじの中心の穴の外部との連通をバルブを用いて断つことでユニオンナットの内面や弁体の表面への異物の侵入・付着が無くなり、環境創出装置不使用時に配管の内部に異物が侵入することを防ぐことが可能になる。

前記配管封止具にバルブとワンタッチ継手と栓を加えて構成されるこの発明のボンベ用配管封止アセンブリは、前記配管封止具で環境創出装置側の配管の接続側端部を封鎖することで配管の内部に対する異物の侵入を防ぐことができる。

また、前記バルブを開弁させることで、ユニオンナットにねじ込んだユニオンねじを外さずにガスパージを行って前記フレキシブルチューブ（環境創出装置側の配管）の内部に入り込んだ空気や水分をガス（環境創出装置に供給される液化ガスが気化したガス）に置換することができる。

ガスパージは、ワンタッチ継手の管口を塞いでいる栓を外し、そのワンタッチ継手にビニールチューブなどを接続し、そのビニールチューブなどを介してＬＧＣからガスを供給する方法で行える。

この発明の配管封止具の一例を示す断面図である。 図１の配管封止具の中間部材を弾性変形可能な樹脂で形成した例を示す断面図である。 この発明のボンベ用配管封止アセンブリの一例を示す断面図である。 図３のボンベ用配管封止アセンブリの要部破断側面図である。 この発明のボンベ用配管封止アセンブリの他の例を示す断面図である。 図５のボンベ用配管封止アセンブリの要部破断側面図である。

以下、添付図面の図１〜図６に基づいて、この発明の配管封止具と、それを用いたボンベ用配管封止アセンブリの実施の形態を説明する。

図１に示した配管封止具１は、ユニオンナット２、弁体３、ユニオンねじ４、中間部材５、弁座６、ユニオンナット２とユニオンねじ４との間に配置したシール部材７及びユニオンねじ４と中間部材５との間に配置した弾性体８によって構成されている。

ユニオンナット２は、低温試験装置などの環境創出装置（図示せず）側の配管であるフレキシブルチューブ９のＬＧＣ（これも図示せず）に対する接続側の端部外周に取り付けられている。

弁体３は、フレキシブルチューブ９のＬＧＣに対する接続側の端部に設けられてユニオンナット２の内部に配置されている。この弁体３は、凸円弧のシール面３ａと、ユニオンナット２の端壁の内面に密着する背面３ｂを有している。

ユニオンねじ４は、ユニオンナット２にねじ込まれるねじであり、ユニオンナット２の内周の雌ねじ２ａに螺合する雄ねじ４ａを外周に有している。

雌ねじ２ａと雄ねじ４ａは、好ましい台形ねじにしている。その台形ねじは、雌ねじと雄ねじの接触面積を大きくとることができ、螺合部の摩擦抵抗が高まって不測の緩みが起こり難い。

中間部材５は、中心の穴がパージ用のガスを通す流体通路５ａとして利用される筒状の部材であって、ユニオンねじ４とは線膨張係数の異なる材料で形成されてユニオンねじ４の中心の穴に組み込まれている。

弁座６は、弁体３と組み合わせて前記流体通路５ａを開閉する弁部を構成するものであって、座面６ａａと座面６ａｂとからなり、その座面６ａａと座面６ａｂが、弁体３のシール面３ａが隙間無く密着する凹円弧の面になっている。

この弁座６は、座面６ａａがユニオンねじ４に、座面６ａｂが中間部材５にそれぞれ形成されている。

シール部材７は、ユニオンナット２と、そのユニオンナット２にねじ込まれたユニオンねじ４がねじ嵌合した部位の界面を封止するものであり、ここでは、そのシール部材７として低温特性に優れるＰＴＦＥ製のＯリングが用いられている。

弾性体８は、中間部材５が、弾性変形能の無い材料や、弾性変形能の低い材料、例えば、金属で形成される場合に用いられるものであって、中間部材５を弁体３に弾性的に押し当てる働きをする。

この弾性体８による付勢により、弁体３が弁座６から離反している状態では、中間部材５に形成された座面６ａｂが、ユニオンねじ４に形成された座面６ａａとの間に段差が生じる位置に突出する。

図示の弾性体８は、低温特性に優れるＰＴＦＥ製のＯリングである。そのＯリングに代えてＰＴＦＥ製の環状パッキンを採用することもできる。

中間部材５は、弾性変形可能な樹脂で形成された、図２に示すようなものであってもよい。中間部材５の材料樹脂は、低温特性に優れるＰＴＦＥがよい。

弾性変形可能な樹脂で形成された中間部材５は、弁体３が弁座６から離反している状態では、図２に示すように、弁座６の座面６ａｂが、ユニオンねじ４に形成された座面６ａａの外周部よりも弁体３に近づく方向に突出する構造にしておく。

これにより、弁体３を弁座６の全面に接触させた状態では、中間部材５に形成された座面６ａｂが弁体３に対して座面６ａａよりも強い圧力を持って押し当てられる。

弁体３とユニオンねじ４が線膨張係数の異なる材料で形成されていると、これらの部材が極低温に冷却されたときに熱収縮差で弁体３とユニオンねじ４との間の封止性能が低下することが考えられる。

そのような状況が起こったときにも、弾性変形可能な樹脂で形成された中間部材５側の座面６ａｂが弁体３のシール面３ａに密着し、これにより、良好な封止状態が維持される。

環境創作装置側のフレキシブルチューブ９と弁体３は、結露による腐食を防止するために、通常、材料にオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）が用いられている。

また、ユニオンナット２の材料は、通常、黄銅が用いられている。黄銅製のユニオンナット２は、常温から極低温への温度変化によって弁体３及びフレキシブルチューブ９よりも収縮して弁体３及びフレキシブルチューブ９との締結力を高めることができる。

ユニオンねじ４は、極低温下でユニオンナット２と安定して締結するようにユニオンナット２と線膨張係数が同じ材料（ユニオンナットが黄銅製である場合には黄銅）を使用するのがよい。

中間部材５は、ユニオンナット２とユニオンねじ４を、線膨張係数が２０×１０^−４／°Ｃの黄銅で、弁体３を、線膨張係数が１７×１０^−４／°Ｃのオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）でそれぞれ形成するものについては、自己の線膨張係数が１９×１０^−４／°Ｃでユニオンナット２の線膨張係数と弁体３の線膨張係数の間にあるリン青銅などで形成するとよい。

中間部材５は、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）で形成したものであってもよい。フッ素樹脂は、低温特性に優れ、極低温下でも弾性変形能を発揮する。

このため、この中間部材５を、弁体３が弁座６から離反している状態下で、弁体３に押し動かされている図１の位置よりも弁体３に近づく方向に突出させておくことで、Ｏリングなどの弾性体を用いずに極低温下でも座面６ａｂを弁体３に弾性的に押し当てることができる。

次に、この発明のボンベ用配管封止アセンブリの一例を、図３、図４に示す。この図３、図４のボンベ用配管封止アセンブリ１０は、図１の配管封止具１に、バルブ１１と、ワンタッチ継手１２と、そのワンタッチ継手１２の開口を塞ぐ栓１３を追設して構成されている。

バルブ１１は、ユニオンねじ４の中心の穴に通じた流体通路（図示せず）を開閉するものである。図示のバルブ１１は、レバー１１ａを有し、作業者がそのレバー１１ａを手で操作して弁部を開閉する手動式のボールバルブである。

例示のバルブ１１は、レバー１１ａの位置によって、開閉状態を簡単に把握することができるが、ボールバルブ以外のバルブ、例えば、ハンドルを操作して弁部を開閉するニードルバルブなどであってもよい。

また、図示のバルブ１１は、ユニオンねじ４に、管用のテーパねじ穴４ｂを設けてユニオンねじ４とは別加工されたものをそのテーパねじ穴４ｂにねじ込んでいるが、このバルブ１１は、ユニオンねじ４と一体に形成されていてもよい。

ワンタッチ継手１２は、前記特許文献６に示されているような継手（特許文献６は、「ソケット着脱治具」と称している）である。このワンタッチ継手１２があると、ガスパージの際にＬＧＣからのパージ用ガスの供給路を構成するビニールチューブなどを簡単に接続することができる。

栓１３は、低温での使用が可能なＰＴＦＥで形成された管口封止用の栓であり、ワンタッチ継手１２の管口に着脱自在に取り付けられている。

このように構成されたボンベ用配管封止アセンブリ１０は、環境創出装置側のユニオンナット２がＬＧＣ側の管継手（図示しないユニオンねじ）から切り離されたときに、当該ボンベ用配管封止アセンブリ１０のユニオンねじ４を環境創出装置側のユニオンナット２にねじ込む。このときバルブ１１は閉弁させ、ワンタッチ継手１２の管口は栓１３で塞いでおく。

これにより、その後はユニオンナット２の内面や弁体３の表面が外気に晒されることがなくなり、それらの箇所への異物の侵入・付着が確実に防止されて環境創出装置不使用時に配管の内部に異物が侵入することを防ぐことが可能になる。

また、バルブ１１を開弁させることで、ユニオンナット２にねじ込んだユニオンねじ４を外さずにパージ用のガスをフレキシブルチューブ９に流すことができ、フレキシブルチューブ９の内部に入り込んだ空気や水分のガスパージによる除去を簡単に行うことが可能になる。

なお、例示のボンベ用配管封止アセンブリ１０は、図５、図６に示すように、配管封止具１の中間部材５が、弾性変形可能な樹脂製の部材に置き換えられたものであってもよい。

図５、図６のボンベ用配管封止アセンブリ１０の配管封止具１に設けられた中間部材５は、図２で説明したものであって、ＰＴＦＥで形成されている。

図５、図６のボンベ用配管封止アセンブリ１０と図３、図４のボンベ用配管封止アセンブリ１０は、中間部材５が相違する点、及び図３の配管封止アセンブリの配管封止具１に含まれた弾性体８が図５の配管封止アセンブリの配管封止具１では省かれて無くなっている点が相違し、その他の構成は、全く同じである。

従って、図５、図６のボンベ用配管封止アセンブリ１０については、図３、図４と同一の要素に同一符号を付して同一要素に関する説明を省略する。

１ 配管封止具
２ ユニオンナット
２ａ 雌ねじ
３ 弁体
３ａ シール面
３ｂ 背面
４ ユニオンねじ
４ａ 雄ねじ
４ｂ テーパねじ穴
５ 中間部材
５ａ 流体通路
６ 弁座
６ａａ ユニオンねじに形成された座面
６ａｂ 中間部材に形成された座面
７ シール部材
８ 弾性体
９ フレキシブルチューブ
１０ ボンベ用配管封止アセンブリ
１１ バルブ
１１ａ レバー
１２ ワンタッチ継手
１３ 栓

Claims (10)

1. 環境創出装置を極低温容器に接続する極低温流体移送用配管の途中に設けられる配管封止具（１）であって、
   環境創出装置側の配管であるフレキシブルチューブ（９）の極低温容器に対する接続側の端部外周に取り付けられるユニオンナット（２）と、
   前記フレキシブルチューブ（９）の極低温容器に対する接続側の端部に設けられて前記ユニオンナット（２）の内部に配置されるシール面（３ａ）が凸円弧の弁体（３）と、
   前記ユニオンナット（２）にねじ込まれるユニオンねじ（４）と、
   前記ユニオンねじ（４）の中心の穴に組み込まれる筒状の中間部材（５）と、
   前記弁体（３）と組み合わせて前記中間部材（５）に形成された流体通路（５ａ）を開閉するための弁部を構成する、座面（６ａａ、６ａｂ）が凹円弧の弁座（６）と、
   前記ユニオンナット（２）に対する前記ユニオンねじ（４）のねじ込み終点で前記ユニオンナット（２）と前記ユニオンねじ（４）のねじ嵌合部の界面を封止するシール部材（７）とを備え、
   前記弁座（６）は、前記座面（６ａａ）が前記ユニオンねじ（４）に、前記座面（６ａｂ）が前記中間部材（５）にそれぞれ形成され、
   前記中間部材（５）が、前記弁体（３）に対して弾性的に押し当てられるように構成された配管封止具。
2. 前記ユニオンナット（２）と前記ユニオンねじ（４）が、線膨張係数の同じ材料で形成され、前記中間部材（５）は、線膨張係数が前記ユニオンナット（２）の線膨張係数よりも小さく、前記弁体（３）の線膨張係数よりも大きい材料で形成された請求項１に記載の配管封止具。
3. 前記ユニオンナット（２）と前記ユニオンねじ（４）が黄銅で、前記中間部材（５）がリン青銅でそれぞれ形成された請求項２に記載の配管封止具。
4. 前記中間部材（５）を前記弁体（３）に向けて付勢するフッ素樹脂製の弾性体（８）が含まれ、前記中間部材（５）の前記弁体（３）に対する弾性的な押し当てがその弾性体（８）の力によってなされた請求項２または３に記載の配管封止具。
5. 前記ユニオンナット（２）と前記ユニオンねじ（４）が黄銅で、前記中間部材（５）が弾性変形可能なフッ素でそれぞれ形成され、前記弁体（３）が前記弁座（６）から離反している状態下で、前記中間部材（５）に形成された座面（６ａｂ）が、前記ユニオンねじ（４）に形成された前記座面（６ａａ）よりも前記弁体（３）に近づく方向に突出するように構成された請求項１に記載の配管封止具。
6. 前記シール部材（７）がフッ素樹脂で形成された請求項１〜５のいずれかに記載の配管封止具。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の配管封止具（１）に、前記ユニオンねじ（４）に固定されるかまたは一体に形成されてユニオンねじ（４）の中心の穴に通じた流体通路を開閉するバルブ（１１）と、
   そのバルブ（１１）に連結するワンタッチ継手（１２）と、
   前記ワンタッチ継手（１２）の管口を封止する着脱自在の栓（１３）を追設して構成されるボンベ用配管封止アセンブリ。
8. 前記バルブ（１１）が、手動式のバルブである請求項７に記載のボンベ用配管封止アセンブリ。
9. 前記バルブ（１１）は、手で操作するレバー（１１ａ）を有し、そのレバー（１１ａ）を操作して弁部を開閉するボールバルブである請求項８に記載のボンベ用配管封止アセンブリ。
10. 前記栓（１３）がフッ素樹脂で形成されている請求項７〜９のいずれかに記載のボンベ用配管封止アセンブリ。

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