JP4903395B2 - 管が容器に入る場所で管を封止状態で固定するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、管が容器に入る場所で管を封止状態で固定するための装置に関するものである。

特許文献１及び特許文献２から、光化学反応器を使用する工業的方法は公知である。

石英管の微小な運動を可能にする一方で石英管の封止された固定を可能にする、容器のパイプに管を固定するための装置も特許文献３から公知である。

強い乱流がそのような容器内に発生したとき、又は使用される管が非常に長い場合、管は、破損（例えば石英管について）するか又は曲がる（例えば鋼管について）。管に生じている応力は、シールを保証しているリップシールの永久変形及び反応器の外側の管の頂部のＯリングの永久変形を招く。

本願出願人の名義の特許文献４は、容器の壁を通り抜ける基本的に円形断面の管の封止された固定のための装置を開示しており、そこでは容器の外側の管の端部が、柔軟性のある材料で作られた構成要素と協働して、ボールジョイントを形成し、また容器の壁を通過している管の封止が少なくとも一つのリップシールによって保証される。そのような装置は、容器の壁を通過する管の封止された固定を可能にし、また乱流の液状媒体によって、及び管の断面における容器の内部圧力に起因する歪によって引き起こされる実質的な機械的応力に耐えることができる。

しかしながら、上述された管固定装置は欠点をもっている。使用されるシールの耐薬品性は劣っている。これらのシールを攻撃的化学媒体に使用することは、従って頻繁な保守作業、及び漏出に結び付いた危険な状況さえも要求し、その結果費用のかかる製造中断を招く。

欧州特許出願公開第０１２８８１８号明細書 米国特許第４６８９１３０号明細書 米国特許第３９９８４７７号明細書 欧州特許出願公開第０３２１３４１号明細書

従って、保守作業の頻度を減少させる、管を容器に取り付けるための装置に対する必要性が存在する。

このために、本発明は、管が容器に入る場所で管を封止状態で固定するための装置を開示しており、管の一方の端部は、容器に対して堅固に装着された可撓性材料から作られた構成要素と協働してボールジョイントを形成し、前記装置は、スリーブ部材と、少なくとも一つのＯリングとを有し、前記スリーブ部材は、それを管が通り抜けるものであり、また容器に一体に装着されるように設計され、前記少なくとも一つのＯリングは、管に押付けられ、またスリーブ部材の、管に対向している部分にある溝に収容されるものである。

好適な実施例では、本発明は以下の特徴の一つ以上を有するもので、その特徴とは：
装置が、管に押付けられる二つのＯリングを有し、該Ｏリングの各々が、スリーブ部材の、管に対向している部分にある溝に収容されること；
スリーブ部材が、容器アクセスパイプのネック部に部分的に嵌め込まれることができること；
少なくとも一つのＯリングが、パーフルオロ系エラストマー材料から作られること；
スリーブ部材が、管に押付けられる安全Ｏリングも有すること；
管の前記端部が、可撓性材料で作られた構成要素に接触する凸面形状を有すること；及び、
管が紫外線照射器を有すること；である。

本発明は、本発明による装置を有する容器にも関係する。

本発明の他の特徴と利点は、本発明の実施例の、例示のみを目的に提示された次の詳細な説明を読んだとき、及び本発明の実施例による、管が容器に入る場所で管を封止状態で固定するための装置の添付された単一の縦断面図を参照したとき明らかになるであろう。

本発明は、管が容器に入る場所で管を封止状態で固定するための装置を開示する。管の一方の端部は、容器に対して堅固に装着されるように設計された可撓性材料から作られた構成要素と協働してボールジョイントを形成する。装置は、スリーブ部材と少なくとも一つのＯリングとを有し、前記スリーブ部材は、それを管が通り抜けるもので、また容器に一体に装着されるように設計されていて、前記少なくとも一つのＯリングは、管に押付けられ、またスリーブ部材の、管に対向している部分にある溝に収容される。そのようなＯリングは耐久性があって、製造が容易であり、また例えばパーフルオロ系エラストマー材料のような耐薬品性の非常に優れた材料から製造することができる。結果として、本発明による装置に必要な保守は、従来技術の装置よりも少ない。さらに、本発明による装置は、漏れのリスクを低減することにより安全性を高める。

図１は特に、ほぼ円形断面を有する管１を管が容器に入る部分で示している。

この管１は、材料の任意の組み合わせを含むことが可能であり、適切な場合にはただ一つの材料で作られ、また任意のサイズで作られることが可能である。管は、例えば、ガラス、石英、グラファイト、パーフルオロ系エラストマー材料、又はポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、もしくはポリ塩化ビニルのようなポリマー誘導体、又は鋼、めっきされた鋼、ステンレススチール、ニッケル、銅、若しくはモネルのような金属又は合金から得られた材料を含むことができる。管は中実でも中空でもよい。

管は、適切であるなら、容器に対して固定された点Ｃを中心にして回転するように取り付けられる。この固定点Ｃは、図に示された実施例のように容器の外側にあることが好ましい。またこの点Ｃは管１の縦軸線１Ａ上に位置決めされている。このようにして、装置３０は、例えば、図に示された実施例における要素７、８、１０、及び１１の組み合わせ、又は変形形態による要素８及び１１だけの組み合わせを具備するスイベル機構を有することが可能である。この機構は、管１が、管のほぼ一つの端部１０及び１１で点Ｃを中心にして回転することを可能にする。

容器は、図示された実施例では図の下部に位置しており、例えばアクセスパイプ２を有している。パイプ２は、例えば、容器の内部への較正されたアクセスを許容する。パイプ２の下で、管１の一部が容器に貫入する一方で、管の端部１０及び１１が、好適にパイプ２の外側にある。

容器は、例えば、化学反応器又は蒸留塔として使用することができる。容器は、流体を加圧又は減圧状態で収容することもできる。スイベル接続部７、８、１０、及び１１は、先行技術から知られているように管の微小な運動を可能にする。それは、例えば容器内の流体によって引き起こされる乱流によって生み出されるような振動を吸収するために管の微小な回転を可能にする。

装置３０はスリーブ部材１４をもっている。このスリーブ部材は、ほぼ点Ｃとパイプ２との間に管１の縦軸線１Ａに沿って配置される。スリーブ部材は、適切であれば、中間の構成要素を介して容器に一体である。スリーブ部材は様々な方法で容器に取り付けることが可能であり、取付けの一つの例が後述される。このスリーブ部材１４は、管１の通過のための例えば円形の孔を有している（このためにスリーブ部材は中空円筒断面の形又はガスケットであり得る）。さらに、スリーブ部材は、取り付けられることができる（例えばジョーのような）いくつかの部品を有する。スリーブ部材は例えば有利には、同軸クランプジョーチャック、つまりクランプチャックの形をしており、そこではジョーは固定されるべき構成要素に対して同時に移動する一方で共通の中心を維持する。またスリーブ部材は、有利には、例えば、両用チャック、つまりチャックのジョーが同時にまたは別個に締められることが可能なチャックの形をしていることがある。それは、シリンダーの二つの半部分の形であることも可能であり、前記シリンダーの二つの半部分は、管１の外径に開口部の直径を合わせるために引き合わされて一つにされる。スリーブ部材がいくつかの部品を有するということが、スリーブ部材におけるＯリングの取り外しと交換とを容易にする。管１をスリーブ部材１４の中へ嵌め込むことを容易にするために、開口部の直径は管の外径よりわずかに大きくなければならない。

一実施例では、装置はＯリング３及び４を有する。Ｏリング３及び４は管１に押付けられて配置され、また管１に対向するスリーブ部材１４の部分の溝の中に収容される。

このＯリングは、スリーブ部材１４と管１との間で装置を鉛直方向に封止する。

好適には、本書で例示を目的として断面で見られるＯリングのほとんどの部分（例えば９５％）が溝の中に収容される。Ｏリングはそのとき“流線型”にされる。シールの小部分のみが溝を越えて突出する。溝によって提供される保護は、従って少なくとも部分的には、たとえば容器内の流体の存在によって引き起こされるＯリングに対する（例えばゆがみ及び割裂のような）損傷を防ぐ。しかしながら、Ｏリングが溝に収容されている事実は、Ｏリングの膨潤を必ずしも防止しない。これは、シールの膨潤が、管に対するシールの圧力を高めるので封止性の向上を促進することが可能である。対照的に、例えばリップシールのような特に対称ではないシールを使用することは、そのようなシールの大部分が溝に収容されることを妨げる。特に対称ではなく及び流線型にされていないか又は少なくともそれほど流線型にされていないシールは、従って露出されて、容器に収容された流体の影響を特に受けやすい。そのようなシールは、（溝がないので）無制限の膨潤を受ける。この膨潤は従って、シールに対する損傷を引き起こす危険性を有する。さらに、Ｏリングは、製造が簡単であり、またパーフルオロ系エラストマーのような優れた耐薬品性を有しかつほとんど消耗しない耐久性のある材料から作ることができる。結果として、本発明による装置が必要とする保守は、従来技術の装置より少なくてよい。安全性も、特に漏出の危険性に関して従来技術の装置に比較して改善される。さらにＯリングを製造するのに必要とする材料は少なくてよい。

好適には、装置は、スリーブ部材１４の内側表面、つまり管１に対向している面に二つのＯリング３及び４を有する。各Ｏリング３及び４は、管１に対向するスリーブ部材１４の溝に収容される。Ｏリング３及び４の一部分は、Ｏリングが収容される溝を超えて（わずかに）突出して管１を押圧する。Ｏリング３及び４の各々、又は関連する溝の各々に関する中心面は、好ましくはほぼ平行であり、またさらに休止時の管の縦軸線にほぼ垂直である。これら中心面の間の間隔は、例えば、管の運動を妨げないように可能な限り小さく選択される。実際には、前記間隔は典型的にはセンチメートルのオーダーである。

二つのＯリングは、スリーブ部材１４と管１との間で装置を鉛直方向に封止する。驚いたことに、二つのＯリングを使用することが、ただ一つのＯリングを使用することよりさらに高い信頼性を生み出すことが判明した。特に、二つのＯリングの交換作業の間の、二つのＯリングを使用する本発明による装置の動作期間（又は運用寿命）は、ただ一つのＯリングを使用して得られた動作期間よりはるかに長い。実際に、二つのＯリングを使用した運用寿命は、単一のＯリングを使用して得られたものの二倍以上である。得られたシールの有効性は従って非線形である。本発明による装置は、したがって従来技術の装置に比較して（例えば一つ以上の損傷したＯリングを交換するために）必要な保守は少なくてよい。

さらに、Ｏリング３及び４は、溝に収容されるので、それらは部分的に流線型にされ、また結果として保護される。それらは従って、従来技術の、容器に管を嵌めるために使用される装置で常套的に使用されるリップシールが経験する損傷にほとんど曝されない。結果として、Ｏリングの抵抗性及び従って寿命が改善される。

一実施例では、図に（その下部で正確に）示されるように、アクセスパイプ２は、その頂部にパイプネック部２Ａを有している。スリーブ部材１４は、管の縦軸線１Ａに沿ってスイベル機構７、８、１０、及び１１とパイプネック部２Ａとの間に位置している。パイプ２及び特にパイプネック部２Ａは、管１が容器に接続されることを可能にする。

さらに、スリーブ部材１４をパイプネック部２Ａに部分的に嵌め込むことが可能である。スリーブ部材１４とパイプネック部２Ａとの間の封止はＯリング５Ｂによって獲得されることも可能である。このＯリングは、パイプネック部２Ａに対向するほぼ円形の溝に収容されることが可能である。

またスリーブ部材１４をパイプネック部２Ａに部分的に嵌め込むことにより、軸線１Ａに沿うスリーブ部材の位置並びに管の位置及び保持の両方が改善される。

一実施例では、少なくとも一つのＯリング３、４（及び必要ならＯリング５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）が、パーフルオロ系エラストマー、つまり水素原子がフッ素原子で置き換えられたエラストマーで作られている。

このタイプの材料は特に効果的なシールを作り出す。さて、リップシールは、その複雑な形状のために、パーフルオロ系エラストマー材料から作り出すことに利用できないか又は作り出すことが不可能である。対照的に、Ｏリングは、特にこのタイプの材料の使用によく適しており、また比較すると必要な材料ははるかに少ない。

一実施例では、Ｏリング３及び４は、化学物質に対する優れた耐性と、良好な熱安定性と、低摩擦係数とを有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から作られている。

例えばカルレッツ（Kalrez）（登録商標）のような他のパーフルオロ材料、を使用することも可能である。

必要なら、フッ素系エラストマーの弾性特性とＰＴＦＥの耐薬品性及び３００℃を超える温度までの連続使用が可能な耐熱性とを兼ね備えたパーフルオロ系エラストマーを使用して作ることが可能である。

例えばバイトン（viton）（登録商標）のようなフッ素系エラストマーから作られたＯリングの使用も想定される。

他の実施例では、前述された多様な材料で作られた（３、４、５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、７、及び８のような）Ｏリングの組み合わせが、全てのＯリングの最良の可能な品質対コスト比を達成するために使用される。

一実施例では、スリーブ部材１４が、第三のＯリング５も有しており、前記第三のＯリングはスリーブ部材の溝に収容されて管１に押し付けられる。このＯリング５は、安全Ｏリングであって、Ｏリング３及び４の機能不全の場合に少なくとも一時的に封じ込められるべき漏れを許容する。スリーブ部材は、Ｏリング５とＯリング３及び４との間の、管１に対向するスリーブ部材１４の面に孔１４Ａも有している。第三のＯリング５は従って、孔１４Ａが見出される平面に対して、二つのＯリング３及び４の反対側にある。この孔１４Ａは、ねじ１４Ｃによって塞がれるチャネルに通じている。このチャネルは、例えば二つのＯリング３及び４の封止不良に起因する漏れを防ぐために、（圧力アラームのような）漏れ検出器に接続されることが可能である。

ねじ１４Ｃは、従来技術から知られている接続パイプであってよい。

管１が回転の支点にする端部１０及び１１は、図示された実施例のように、凸面形状を有することが可能である。この端部は、可撓性材料から作られた、少なくとも一つのシール８に、また好適には二つのシール７、８に接触して、前記シールと共に端部１０及び１１がスイベル機構７、８、１０、及び１１（より詳しくはこの場合にはボールジョイント）を形成する。前記シールを作るために使用できる可撓性材料は、天然若しくは合成ゴム、フッ素化およびクロロフルオロポリマー、又はエチレンプロピレンコポリマー等のような標準的な材料を含む。このボールジョイントは、振動を吸収し、また管１が管の断面における背景振動作用に対抗して所定の場所に維持されることを可能にするために、凸面形状１０、１１のほぼ中心にある固定点Ｃを中心にした管のわずかな回転を可能にする。

一実施例では、管１は、必要に応じて加圧下で稼働される遊離基塩素化反応器のような光化学反応器で使用される紫外線照射器（又はＵＶランプ）を有する。管の直径は、典型的には３０から３００ｍｍの間にあり、またその全長は１から６ｍの間にある。管は、石英又はガラスで作られ、またＵＶランプ及び必要なら冷却装置を収容するために中空である。

図に示される実施例では、構成要素６がプレート（又はフランジ）６Ａ及び６Ｂに溶接（又は機械的に鍛接）されて、ボルト９によって（パイプネック部２Ａを介して）容器のパイプ２に取り付けられている。要素２Ａ及び６Ａはスリーブ部材１４を把持し、スリーブ部材１４は結果として容器に取り付けられる。球形セクター１０及び１１は、管の端部にその凸面形状を与える。管の端部は、球形セクター１０と１１との間に円筒状部分２０を有している。管の凸面形状の端部は、管の縦軸線１Ａ上にほぼ配置された点Ｃから延びる半径Ｒの球に内接している。管は、ＵＶ照射器及び必要ならその照射器の冷却装置を挿入するために孔１６も有している。プレート１２Ａに溶接された構成要素１２は、シール７及び８がボルト１３によって調節されて共に締め付けられことを可能にし、前記ボルト１３はプレート（又はフランジ）１２Ａと６Ｂを共に結合する。管１の中にあるＵＶランプへの電力供給は孔１５をとおして供給される。管１が破損した場合に容器の内容物が流出するのを防止するために孔１５を塞ぐシステムは、明瞭にするために図示されていない。シール７及び８の面７Ａ及び８Ａは、管１の端部の球形セクター１０及び１１にそれぞれ一致している。シール７及び８は、管１が保持されることを可能にする一方で、前述されたように、管の断面で容器の内側の圧力によって引き起こされる背景振動作用に対抗する。これらのシール７及び８は、中心Ｃを中心にした管のわずかな回転を可能にする。この回転は特にＯリング３及び４によって制限される。回転は制限される（軸線１Ａに対する偏差の最大角度は典型的にはほんの１ラジアンのオーダーである）が、容器内部の液状媒体の乱流によって引き起こされる破損を防ぐには十分である。プレート６Ａは、管１に対向する孔に通じるチャネル１７を有して、Ｏリング５の下流の追加の漏れ検出を可能にする。

本発明は、上述された変形形態に限定されるものではなく、本技術分野に知識を有する者には容易に利用可能な他の多くの変形形態を含む。例えば、本発明は、本発明による装置を有する任意の容器を含む。

本発明の実施例による、管が容器に入る場所において管を封止状態で固定するための装置の縦断面図である。

符号の説明

１ 管
２ パイプ
３、４ Ｏリング
５ Ｏリング
７、８ シール
１０、１１ 端部
１４ スリーブ部材
３０ 装置

Claims (6)

1. 管（１）が容器に入る場所で管（１）を封止状態で固定するための装置（３０）であって、管（１）の一方の端部（１０、１１）が、容器に対して堅固に装着された可撓性材料で作られた構成要素（７、８）と協働してボールジョイント（７、８、１０、１１）を形成し、前記装置（３０）が：
   管（１）が通り抜けるスリーブ部材（１４）にして、容器に一体に装着されるように設計されたスリーブ部材（１４）と；
   管に押付けられる二つのＯリング（３、４）にして、該二つのＯリング（３，４）の各々が、スリーブ部材（１４）の、管（１）に対向している部分にある溝に収容される、二つのＯリング（３、４）と；を有する、装置（３０）であって、
   前記スリーブ部材（１４）が、管（１）に押付けられる第三のＯリング（５）と、漏れ検出器に接続されるようにされた孔（１４Ａ）とを更に有し、前記孔（１４Ａ）が、管（１）に対向していて、第三のＯリング（５）と二つのＯリング（３，４）との間に設けられている、装置（３０）。
2. 前記スリーブ部材（１４）が、容器アクセスパイプ（２）のネック部（２Ａ）に部分的に嵌め込まれることができることを特徴とする、請求項１に記載の装置（３０）。
3. 前記Ｏリング（３、４）の少なくとも一つが、パーフルオロ系エラストマーから作られることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置（３０）。
4. 管（１）の前記端部（１０、１１）が、可撓性材料で作られた構成要素（７、８）に接触する凸面形状を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（３０）。
5. 管（１）が紫外線照射器を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（３０）。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（３０）を有する容器。

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