JP5073671B2 - 高温ガスを移送するためのパイプのための素子及びこの素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、移送、特に例えば熱伝導流体として使用される高温ガスの移送に関する。

本発明は、多数の産業分野（航空、化学工業、原子力、など）において使用される金属構造物の熱保護物の分野に適用する。このような熱保護物は、第４世代の反応炉として知られる新規の反応炉の設計範囲内で開発された原子炉において使用される。

より詳細には、本発明における装置は、高温領域において動作する設備、すなわち冷却液の温度が反応炉の出口において約８００℃であるＨＴＲ炉（高温炉(High Temperature Reactors)）のために設計されており、好ましくはガスにより冷却される高速中性子束と共に動作するガス冷却炉（ＧＣＲ(gas cooled reactors)）を含む。

多数の方法は、高温において圧力下で生産（特に化学工業）または熱伝導流体ガスとして使用（特に原子炉）される。

ガスの温度は、１００ｂａｒの圧力において１０００℃に達しうる。

高温において加圧されたガスのパイプ内における閉込及び移送は、パイプ内の容認できない応力を生じる可能性がある。

実際には、現在において、寸法規約(dimensioning code)において列挙されている材料は、このような負荷レベル（すなわち、このレベルの温度と組み合わされるこのような圧力）で信頼性のある方法において動作するために提供されていない。

したがって、パイプ構造の温度を圧力レベルと相まって下げ、寸法規約により規定される容認できる寸法条件の範囲内に入る必要が出てくる。

そのため、容認できる温度で構造物を保持する手段として、その厚さにわたって８００℃より大きい熱勾配を吸収できる熱保護装置を使用するために従来の方式で設備は製造される。この問題を解決できる技術的解決法は、２つの大きなファミリーに分類されることができ、
− 第１は、流体によりパイプの外部構造物を能動的に冷却することにある。
この技術は、効果的である。しかし、これは２つの欠点を有する。第１に、これは、取り付けられる補助的な冷却設備を必要とする煩雑かつ高価な解決法を活用し、そして第２に、このような装置の設備は、搬送されるガスの大幅な冷却をもたらす。

しかしながら、例えば発電所の場合のように、エネルギーを生産するために移送された流体の熱を回収することが望ましい場合、この冷却は、非常に不利である。

− 第２の技術は、熱ガス及び構造物の間の断熱材を取り付けることにある。
断熱層を形成するこの断熱材は、気密でなく、それは、その効率性を確保するその層内にガスを静止させるその能力である。

この技術は、非常に効率的であり、さまざまな方法において使用されている。

基本的に３つの異なるタイプの断熱材が存在し、
− 金属断熱材、すなわち連続した薄い金属シートであって対流現象を防止可能な距離だけ離間した連続した金属シートにより形成された積層体は、抗放射線性の保護物に使用される。

対流現象に対する保護物として、０．２ｍｍのワイヤを有する細かいメッシュの金属網部と薄い金属シート（Metallisol（登録商標）タイプ）との層からなる層状構造物がある。良好な断熱性能を達成するため、このタイプの断熱材は、大きなサイズでなければならずこれにより嵩張る。この嵩張りは、断熱材の使用を大きなサイズの構成材に制限する。

− 固形、パイプの内側における自己構造(self-structuring)のセラミック断熱材は、外側の金属面がガスの温度から特に自然対流の作用と共に保護されることができるようする。
このタイプの断熱材は、特許文献１に開示されている。
これは、一般に加熱炉のような用途に使用されるが、固形の断熱材において相対されうる圧力または温度勾配に直面する良好な耐性を有さない。断熱材の亀裂を介した急激な老化は、これによりガス冷却炉（ＧＣＲ）タイプの用途と同様に、振動またはパイプの急激な減圧と関連する問題を生じうる。さらに、これら固形かつ多孔質のセラミックスの多くは、高速（＞２０ｍ／ｓ）の侵食に耐えられない。このため循環するガスと接触する面の溶融固化処理を必要とし、循環するガスはこの同じ面を熱勾配に対してより脆弱にする。

− 繊維状の断熱材は、パイプの内側に配置される。
この断熱材が機械的な応力を有していないため、パイプのためのジャケットタイプからなる構造体であって流体の循環からパイプを保護すべき構造体内においてこれは一般に収容されている。

ＧＣＲの用途において、繊維状の断熱材は、最も効果的と思われる。

上述のように、繊維状の断熱材は、ジャケット及び断熱材をガスから隔離する構造体の間に封入されている。ジャケット及び構造体を連結するために機械的な連絡部が設けられる必要がある。

高温の内側のジャケット及び中温で維持される外部のパイプの間の膨張差に耐えることを可能とし、かつ内側のジャケットがガスの温度において急激な圧力変化に耐えることを可能とする技術的な解決方法は、構造体に連結されるジャケットのために必要となる。

２つの領域は、上述した応力に特に敏感であって、
− ２つのパイプ素子間の移行領域と、
− ジャケット及びパイプの間の連結部と、である。
これら移行領域は、構造体の膨張差を補填することを可能とする。

特許文献２には、２つのパイプ素子であって素子の端部が一の素子の一端部を他の素子の一端部に係合可能とする停止セクションを有する２つのパイプ素子間のインタフェースを形成する部分に追加される使用が記載されている。また、特許文献２には、円錐状の手段により係合することが記載されている。

また、特許文献３及び特許文献４には、円錐状の接合面が記載されている。

上記素子は、硬質の被覆により形成されている。したがって、断熱材が約８００℃の熱勾配を吸収することを目的とする場合、断熱材は、流体を案内する内側のジャケットに伝導する非常に高い熱応力及び大きな変形を有する。そして、ジャケットは、ジャケットを損傷しようとする非常に無視できない応力にさらされる。

特許文献５は、内側のジャケット及び外部被覆の長手方向端部を接続する環状の蛇腹状ダイアフラムを使用することを目的としている。これら蛇腹状ダイアフラムは、特にジャケット及び外部被覆の間で発生しうる膨張を抑制することを目的としている。第１に、このような素子の製造は、比較的複雑である。第２に、パイプの２つの素子間の接合面は、形成が困難である。

特許文献６は、パイプ内における変形可能な素子の一体化を目的としており、これら素子は、外側のパイプ及び内側のパイプ間で溶接された「Ｖ」字状部を有する。さらに、軸方向の蛇腹状ダイアフラムは、ジャケット内に設けられている。内側及び外側の間の膨張差は、これら適合された形状により補填される。流動を過度に乱さないようにするため、第２のジャケットは、ガスと直接接触して配置される。この解決法は、その複雑さを別として、実装が困難であるという重要な欠点を有する。パイプ素子内に収容されてこれにより形成された繊維物は、素子及び蛇腹状ダイアフラムの組み立て前において、部分的に素子間の接続領域のレベルで露出している。これにより、繊維は、これらのハウジングから出て組み立て中の妨害となる。

また、特許文献７は、排気ガスパイプの内側に配置される断熱チューブを開示している。これら断熱チューブは、外側管部と、内側管部と、内側及び外側管部の間の低密度材料とを備える。内側及び外側管部は、可撓性リングにより互いが接続されており、内側及び外側管部の間の環状空間を封止する。硬質リングは、可撓性リングを被覆し、内側管部を外側管部に関してセンタリングすることを確実にする。外側管部は、排気ガスパイプと接触する状態となり、組立体は、これにより製造が複雑となる。

特許文献８には、低温液体の移送パイプであって内側管部及び外側管部により形成され断熱材が内側管部及び外側管部の間に配置された移送パイプが記載されている。雄型コネクタ及び雌型コネクタは、それぞれ一端部に設けられている。熱膨張する蛇腹状ダイアフラムは、雌型コネクタのレベルに設けられている。しかしながら、このパイプは、雄型及び雌型コネクタの端部間に設けられた結合部がガス漏れを可能とするため、ガスを移送することができない。

特許文献９には、排気パイプのためのパイプであって内側管部及び外側管部を備え断熱材が内側管部及び外側管部の間に配置されたパイプが記載されている。内側及び外側管部は、それらの端部を介して接触しており、熱膨張する場合に互いにスライドできる。しかしながら、いくつかのパイプモジュールの組み立てが設けられるパイプモジュール間を接続する手段なくもたらされないため、長距離のパイプを製造することは容易でない。
欧州特許第００００４９７号明細書 独国特許発明第３７２０７１４号明細書 蘭国特許第５６１４１号明細書 英国特許第２１５９５９８号明細書 米国特許第２４１９２７８号明細書 独国特許発明第３３３６４６５号明細書 米国特許第５６９７２１５号明細書 米国特許第３８８５５９５号明細書 独国特許発明第４１０７５３９号明細書

これにより、本発明の目的は、高温流体の移送のためのパイプ素子であって、少なくとも２つの素子の容易な組み立てを可能とする断熱構造体であって繊維物を完全に封入し、最高温部分（ジャケット）及び低温部分（パイプの構造体）の間の膨張差であって断熱材の厚さにわたる熱勾配が８００℃に達しうる膨張差を吸収しかつ急激な減圧（２０ｂａｒ／ｓまで）に耐える断熱構造体を備えるパイプ素子を提供することである。

本発明のさらなる目的は、容易かつ確実に組み立てられる高温において流体を移送するためのパイプを提供することである。

上述した目的は、断熱材のカートリッジであってガスを案内するジャケットの応力または変形なく熱的適応を可能とする２つのスライド部分で構成される断熱材料を収容するカートリッジにより達成される。

カートリッジの被覆は、固定した方法で封止されておらず、カートリッジの２つの部分の離間移動及び／または接近移動を可能とし、恒久的に重ね合わされ、カートリッジのすべてに応力をかけることなく断熱材を封入してガスを隔離する。

すなわち、断熱素子は、接触する２つの面により形成される軸方向の緩衝領域を備え、熱膨張による変形及び移送される流体の圧力における突然の変化により発生する衝撃を吸収する。

さらに、断熱素子は、第１の端部における雄型コネクタ及び第２の端部における雌型コネクタを備える。パイプの組み立ては、雄型コネクタを雌型コネクタに貫入することにより行われる。組み立ての容易とは別に、コネクタ間のスライドによるこの組み立てにより、素子自体の間の熱膨張及び機械的応力による遊びをもたらすことが可能となる。

したがって、本発明において、断熱素子は、素子間において、第１の内側の熱及び機械的適応手段と、第２の熱及び機械的適応手段とを備える。この組合せは、特に有利である。

本発明は、特に直線状のパイプに適している。

本発明の一実施形態において、断熱素子がパイプの一体式の部分を形成し、組み立て中において熱的保護を考慮する必要のない直線状の高温パイプのネットワークの容易な組み立てを可能とする。

これにより、本発明の主要目的は、高温でガスを移送するためのパイプのための断熱素子であって、長手方向軸の被覆と、被覆内に配置された少なくとも１つの繊維タイプの断熱材と、を備え、断熱材が被覆内で密閉されており、被覆が、流体を移送するパイプの外部被覆及び移送される流体との接触用であるジャケットで形成され、第１の長手方向端部における雄型コネクタと、第１の長手方向端部と反対側の第２の長手方向端部における雌型コネクタと、を備え、外部被覆及びジャケットが、雄型及び雌型コネクタにより接続され、被覆が、軸方向に調整可能な領域を備え、調整可能な領域が、雌型コネクタのレベルに位置しており、調整可能な領域が、重なり合い、かつパイプの断熱素子が膨張する場合に互いにスライド可能な第１及び第２のシリンダ状面を備える断熱素子である。

本発明の用途において、調整可能な領域は、領域であって熱膨張及び／または膨張に起因する機械的変形を補償するために寸法が変更されることができる領域を意味しており、これによりその寸法を作動状態に調整可能となり、パイプの破裂を防止する。

これにより、パイプの製造は、第１の素子における雄型コネクタを第２の素子における雌型コネクタに貫入することにより単純化され、面は、互いにスライド可能であって雌型コネクタに形成されている。この有利な構造は、セグメントの接続部にある熱の逃げ道(thermal bridge)を低減する。

したがって、断熱材が閉じ込められる被覆は、封止されていないが、その構造により繊維物を収容しかつそれをガスから隔離することができる一方、同時に突然の圧力変化に起因する熱的応力及び機械的応力に対する被覆の調整を容易とする。

好ましい実施形態において、雄型コネクタは、管状部分で接続される第１及び第２の環状フランジ部と、を備え、第１の環状フランジ部は、管状部分を用いてジャケットの第１の長手方向端部に接続され、第２の環状フランジ部は、外部被覆の第１の長手方向端部に固定され、雌型コネクタの第１及び第２のシリンダ状面は、それぞれ第１の部分及び第２の部分を形成し、第１の部分は、ジャケットに固定され、第２の部分は、外部被覆に固定される。

特に、第１の部分は、その内径部によりジャケットの第２の長手方向端部のレベルにおいてジャケットに接続され、かつその外径部により第１の管状部分に接続される環状フランジ部を備え、第１の管状部分は、第１の面を形成し、第２の部分は、その外径部により外部被覆の第２の長手方向端部に接続され、かつその内径部により第２の管状部分に接続される環状フランジ部を備え、第２の管状部分は、第２の面を形成し、第１及び第２の部分は、組み立てられ、第１及び第２の管状部分が、少なくとも部分的に重なり合いかつ互いにスライド可能である。

雌型コネクタの第２の部分における第２の管状部分は、雌型コネクタの第１の部分における第１の管状部分内に貫入する。

雌型コネクタの第１の部分における環状フランジ部は、ジャケットの第２の長手方向端部の背後におけるジャケットの周壁に固定されている。

ジャケットの第１の長手方向端部は、外側に広げられた形状を有する。

有利には、フランジ部は、ジャケットの第２の長手方向端部から第１の長手方向端部に向けて方向付けられた円錐形を備える。

雄型コネクタが、溶接により外部被覆及びジャケットに固定され、雌型コネクタの第１及び第２の部分が、溶接によりジャケット及び外部被覆それぞれに固定されている。

雄型及び雌型コネクタは、雄型コネクタ及び雌型コネクタ間と、雌型コネクタの第１の部分及び雌型コネクタの第２の部分間との摩擦及び摩耗を低減可能な被覆物であってＣｒ_３Ｃ_２−ＮｉＣｒまたはサーメットのイットリウム安定化ジルコニアからなる被覆物で少なくとも一部覆われている。

本発明における断熱素子の内部構造体（ジャケット及び連結部）の製造に用いられる材料は、例えばＨＲ２３０またはＩｎｃｏｎｅｌ６００（登録商標）タイプのニッケル合金である。

断熱材は、０．３未満の熱伝導率を有する。

断熱材が、アルカリ土類ケイ酸塩のフェルト及び／またはウール、及び／またはグラファイトのフェルトと、少なくとも１つの網部とを備える。

有利には、断熱材は、大きなメッシュサイズの網部からなる第１の管部と小さなメッシュサイズの網部からなる第２の管部とを備え、これら第１の管部は、固定されうる。これらの軸方向の移動は、雄型コネクタ及び雌型コネクタにより制限されている。

例えば、第１の管部は、直径０．２ｍｍのワイヤで形成された幅１０ｍｍのメッシュを有し、第２の管部が、直径０．３ｍｍのワイヤで形成された幅０．５ｍｍのメッシュを有する。

本発明は、さらに、高温及び圧力においてガスの経路を確保することができるようにするパイプ回路を形成する流体移送パイプであって連続した本発明における断熱素子を備える流体移送パイプに関する。

本発明におけるこれら断熱素子からなる組立体は、他の本発明における断熱素子にフランジングまたは溶接により固定する固定手段を備える。

本発明は、さらに、本発明におけるパイプ素子を製造する方法にさらに関し、この方法は、
ａ）ジャケット、雄型コネクタ及び雌型コネクタの第１の部分を備える第１のサブ組立体を製造し、かつ雌型コネクタの第２の部分を製造する工程と、
ｂ）網部からなる管部をサブ組立体のジャケットに取り付ける工程と、
ｃ）第１のサブ組立体を外部被覆に固定する工程と、
ｄ）断熱材をジャケット及び外部被覆の間に取り付ける工程と、
ｅ）雌型コネクタの第２の部分を外部被覆に固定する工程と、
を備える。

工程ａ）の間、サブ組立体及び雌型コネクタの第２の部分が、形成及び溶接により製造される。本発明は、さらに、本発明におけるパイプの断熱素子を用いたパイプを製造する方法に関し、この方法は、
ｆ）一の断熱素子における雄型コネクタを他の断熱素子における雌型コネクタ内に挿入する工程と、
ｇ）２つの断熱素子をフランジングまたは溶接により固定する工程と、
ｈ）パイプの所望の長さに達するまで工程ｆ）及び工程ｇ）を繰り返す工程と、
を備える。

本発明の特徴及び有利点は、以下の説明を読むことにより及び単に表示を目的として与えられかつ限定されない添付の図面を参照することによってより理解されるだろう。

図１、図２Ａ及び図２Ｂは、本発明における流体移送パイプの一部を示しており、流体移送パイプは、本発明における第１及び第２の断熱素子１００、２００を備える。

以下の説明は、より詳細にはパイプを有する単一パーツから組み立てられた断熱素子に関し、すなわちパイプの外側管部が断熱素子の外部被覆を形成し、移送される流体との接触用であるジャケットが断熱素子の内部被覆を形成する。したがって、断熱素子及びパイプ素子は、この場合同一である。

しかしながら、外部被覆及びジャケットと比較して分離方式で形成された断熱素子は、本発明の範囲から逸脱しない。この素子は、パイプ内に付加され、固定される。

素子１００、２００が同一であるため、素子１００は、詳細に説明されるだろう。素子１００は、Ｘ軸回転のシリンダ形状をなす内部被覆またはジャケット１０２であって移送される流体との接触用である内側被覆またはジャケット１０２と、同様にジャケット１０２と同軸回転の外部被覆１０４または外側パイプであって外部環境との接触用である外部被覆１０４または外側パイプと、を備える。

素子は、有利にはＸ軸回りで回転対称である。

好ましい実施形態において、断熱素子は、第１の長手方向端部１０６における雄型コネクタ１０８と、第２の長手方向端部１１０における雌型コネクタ１１２と、を備える。

雄型コネクタ１０８は、素子２００の雌型コネクタ２１２内に貫入することができ、パイプの一部を形成する。

ジャケット１０２と、外部被覆１０４と、雄型及び雌型コネクタ１０８、１１２とは、例えば繊維性タイプからなる断熱材を収容するスペースを画定する。このスペースにより、断熱材を封入することが可能となり、所定位置に保持されることを確実にし、環境、特に熱ガスから分離してその劣化を防止する。

素子１００は、矢印Ｆの方向において素子を上流に固定しかつ素子を下流に固定する手段１１４をさらに備える。

図２Ａにおいて、本発明における２つのパイプ素子の例が示されており、固定が溶接により実現されている。

外部被覆の長手方向端部は、実質的にＸ軸に対して垂直であり外側面取面１２１により囲まれた環状面１２０を有する。したがって、第１の素子１００の第１の端部１０６が第２の素子２００の第２の端部２１０と接触されるとき、実質的に三角形のセクションにおける溝部１２３は、画定されてビードを収容する。

図２Ｂにおいて、これら固定手段１１４の他の例が示されている。手段１１４は、外側被覆１０４の第１及び第２の長手方向端部から突出するフランジ部１１６により形成されている。

フランジ部１１６は、Ｘ軸の全周で一様に展開された穿孔１１８を備える。素子１００のフランジ部１１６により支持される穿孔１１８は、他方の素子２００のフランジ部２１６における穿孔と対向して位置する一方、２つの素子１００、２００は、接合され、例えばボルト（図示略）のようなフランジング(flanging)手段が２つの穿孔を貫通しかつ２つのフランジ部を互いにナットを用いて支持することが可能となる。

本発明における素子の雄型及び雌型コネクタ１０８、１１２は、ここで詳細に説明されるだろう。

図３Ａ及び図３Ｂにおいて、雄型コネクタ１０８の概略図が示される。

雄型コネクタ１０８は、ジャケット１０２と同軸であってジャケット１０２の第１の長手方向端部１０２．１に接続される第１の環状フランジ部１０８．２を備える。

有利には、管部１０８．６は、第１のフランジ部１０８．２及びジャケット１０２の第１の長手方向端部１０２．１を端部同士で溶接することにより接続している。また、第１のフランジ部１０８をジャケット１０２に直接固定することは、構想されてもよい。

雄型コネクタ１０８は、第１のフランジ部１０８．２の上流側に配置されかつジャケット１０２を囲む第２のフランジ部１０８．８をさらに備える。第２のフランジ部１０８．８は、第１のフランジ部１０８．２の外径部１０８．１０にその内径部１０８．１２により接続される。２つのフランジ部は、ジャケット１０２と同軸の管部分１０８．１１により接続される。

第２のフランジ部１０８．８は、その外径部１０８．９により外部被覆１０４に接続される。雄型コネクタ１０８は、外部被覆１０４及びジャケット１０２を接続し、素子１００の第１の端部１０６を封止して断熱材料を閉じ込める。

有利には、環状のフランジ部１０８．２、１０８．８は、ジャケット１０２の第２の長手方向端部１０２．２から第１の長手方向端部１０２．１に向けて矢印Ｆに沿って方向付けられた円錐形状をなす。

同様に有利な方式において、ジャケット１０２の第１の端部１０２．１は、絞り加工により広げられており、重ね合わせ領域のための雌型コネクタ１１２と機械的に結合されないことを防止する。

雌型コネクタ１１２は、図４Ａ、図４Ｂ及び図５に基づいてここで説明されるだろう。

雌型コネクタ１１２は、ジャケット１０２に対してその第２の長手方向端部１０２．２のレベルにおいて固定される第１の部分１１２．２を備える（図４Ａ及び図４Ｂ）。

この第１の部分１１２．２は、内径がジャケット１０２の外径と実質的に等しい環状フランジ部１１２．４であってその内径部１１２．５により例えば溶接によってジャケット１０２に固定される環状のフランジ部１１２．４を有する。第１の部分１１２．２は、フランジ部１１２．４の外径部１１２．７から延在するＸ軸の管状部分１１２．６をさらに備える。

雌型コネクタ１１２は、外径が外部被覆１０４の内径と実質的に等しいフランジ部１１２．１０を備える第２の部分１１２．８であってその外径部１１２．１１により例えば溶接によって外部被覆１０４に固定される第２の部分１１２．８をさらに備える。

第２の部分１１２．８は、フランジ部１１２．１０の内径部１１２．１３から延在する管状部分１１２．１２をさらに備える。

第２の部分１１２．８の管状部分１１２．１２における外径は、第１の部分１１２．２の第１の管状部分１１２．６における内径よりも小さく、第２の部分１１２．８を第１の部分１１２．２内に貫入することができる。第２及び第１の管状部分１１２．１２、１１２．６それぞれの内径及び外径は、管状部分１１２．６、１１２．１２間で機能的な遊びが確保されるようになっており、管状部分１１２．６、１１２．１２間でスライド可能である一方、同時に断熱材料の閉じ込めを確実にする。

したがって、有利には、雌型コネクタ１１２のレベルにおいて膨張差により引き起こされる移動は、素子内で発生する。さらに、雄型コネクタを雌型コネクタ内に貫入することによって素子を組み立てることにより、素子間の膨張が耐えられる。

したがって、第２の部分１１２．８は、図６及び図７に示すように、雌型コネクタ１１２の第１の部分１１２．２内に貫入する。

ジャケット１０２の雌型コネクタと外部被覆１０４との異なる部分の固定は、例えば溶接により達成される。

雄型または雌型コネクタ１０８、１１２を形成する素子それぞれ及びジャケット１０２は、例えばニッケル合金（例えばＨＲ２３０またはInconel 600（登録商標））で形成され、互いに溶接により固定される。

素子は、流体の経路の直径の制約を受けずに３ｍまで延長する長さを有してもよい。

有利には、雄型コネクタ１０８及び雌型コネクタ１１２間の接触面は、摩擦及び摩耗を制限する材料で被覆されている。

図３Ａから図５において、被覆された面は、太線で示されている。

被覆された面は、特にジャケット１０２の第２の長手方向端部１０２．２のレベルにおける外周面１０２．３と雄型コネクタ１０８の管状部分１０８．６における内周面１０８．７とを含み、これら２つの面１０２．３、１０８．７は、互いに接触することを意図している。雌型コネクタ１１２の第１の部分１１２．２における第１の管状部分１１２．６の内面１１２．１４は、雌型コネクタ１１２の管状部分１１２．８における外面１１２．１８と接触することを意図している。雌型コネクタ１１２の第２の部分１１２．８における環状部分１１２．１２の内面１１２．１６及び外面１１２．１８は、外部被覆１０４に固定される。雌型コネクタ１１２の管状部分１１２．８における内面１２１．１６は、雄型コネクタ１０８の管状部分１０８．１１における外面１０８．１３と接触することを目的としている。

一例として、これら面１０２．３、１０８．７、１０８．１３、１１２．１４、１１２．１６、１１２．１８は、摩擦及び摩耗を制限する被覆物で被覆されており、被覆物は、例えばＣｒ_３Ｃ_２−ＮｉＣｒまたはサーメットのイットリウム安定化ジルコニア(yttrium stabilised zirconia)の層である。

ジャケット１０２は、有利には、ジャケット沿いにＸ軸に沿って展開される孔部１２２．１、１２２．２を備えることが好ましく、孔部は、有利にＸ軸と直交するいくつかの面に展開されている。例えば、ジャケット１０２は、２つの平行な面に展開された４つの孔部からなる２組１２２．１、１２２．２であってそれぞれジャケットの長さの１／３と２／３とに位置する２組１２２．１、１２２．２を備える。これら孔部１２２．１、１２２．２は、有利には、一様に角張った形式で広げられている。これら孔部１２２．１、１２２．２は、パイプが急激に減圧した場合におけるガスの流動を容易にする。

ジャケット１０２及び外部被覆１０４間には、ジャケットと同軸となる方法により組み立てられた網部で形成された少なくとも１つの管部が配置されている。

一実施形態において、より大きなメッシュサイズでより粗い網部（１０ｍｍのメッシュかつ２ｍｍのワイヤの直径）からなる２つの第１の管部（図示略）は、ジャケット１０２に対してジグザグに(staggered)配置で取り付けられている。これら管部は、ジャケット１０２の圧力バランスを達成可能とする。実際には、流体が流動している間、低減することが望ましい圧力降下に起因するジャケット１０２の負荷が発生しうる。さらに、突発的な状態であってパイプの急激な減圧が発生しうる状態において、これら被覆された管部は、ガスの流動を容易にする。

有利には、これら第１の管部は、ジャケット１０２に固定されておらず、膨張差に起因する過度の応力を回避する。被覆された管部は、これにより自由でありかつ軸方向で雄型コネクタ１０８及び雌型コネクタ１１２と軸方向で衝突する。

図示しない第２の管部であってより小さなメッシュサイズ（０５ｍｍの平坦なメッシュかつ０．３ｍｍのワイヤの直径）を有する第２の管部は、断熱材と接触して配置されている。この網部の目的は、ジャケット１０２の孔部１２２．１、１２２．２を介した断熱材の損失を防止することである。

第１及び第２の被覆された管部は、例えばジャケットの形成に使用された材料と同一の材料（例えばＨＲ２３０またはInconel 600（登録商標））で形成されている。

素子に配置された断熱材料は、低い熱伝導率を有しており、有利には０．３ｗ／ｍ／℃未満である。例えばアルカリ土類ケイ酸塩のフェルトまたはウール、すなわちSUPERWOOL（登録商標）６０７または６１２であってもよい。SIGRATHERMのようなグラファイトのフェルトは、構想されもよいが、無酸素大気に限られる。

数値シミュレーション試験は、実行されており、これら試験は、発明における流体移送パイプの外部被覆で低レベルの応力が発生することを示している。同様に、ジャケット１０２の軽度の変形は、観察されている。

試験は、本発明における素子であって内径が２００ｍｍと同等であり、外径が３８８ｍｍと同等であり、外部被覆の長さが１０１５ｍｍと同等である素子でシミュレーションされている。

数値シミュレーションの間、断熱材の内部における熱伝導率への影響は、ジャケット及び金属構造体における熱伝導率への影響と比較して無視された。

パイプに付与された熱応力をシミュレーションするため、ジャケットの熱マッピングが設定された。これを行うため、異なる素子のジャケット間において均一な接触が設計された。外部温度は、単一の断熱材の厚さを考慮することにより求められた外部温度、すなわち２００℃に相当するとみなされた。使用された内部温度は、流体の内部温度、すなわち１０００℃を用いた。

使用された素子は、６面体である。メッシュは、約１ｍｍ×２ｍｍ×０．６ｍｍのサイズを有する。構造体の挙動は、軸対称であると仮定されている。

図７には、本発明における２つの素子間の接続部を示しており、異なる領域における数値シミュレーションにより求められた温度が示されている。領域Ａにおける温度は、構造体の自然な空気対流による外部交換状態(outer exchange condition)と同様に与えられており、これらは、それぞれ１０００℃及び２０℃である。領域Ｂは、７００℃の温度であり、領域Ｃは、４５０℃の温度であり、領域Ｄは、２００℃の温度である。

機械的な応力のため、スライドを可能とする接触部と２つの摩擦面間において貫入されないこととは、モデルされている。

機械的計算からの入力データとして、熱シミュレーションの結果は、各ノードの温度を負荷として与えるために使用され、ジャケットの膨張を計算する。１００ｂａｒの圧力は、外部被覆の内側部分に付与される。パイプの長手方向端部は、Ｘ軸に沿って固定されていると考えられる。

シミュレーションは、異なる素子のジャケットのスライドが示されることが観察されている。

図８には、上述した状態の下における本発明におけるパイプのシミュレーションされた変形が示されている。

破線で示される素子は、応答位置にない雌型コネクタの第２の部分及び雄型コネクタの第２のフランジ部を示している。

矢印Ｆの方向における下流側の素子２００の雌型コネクタ２１２における第２の部分２１２．８のフランジ部２１２．１０における変形は、観察され、第２の部分２１２．８の管状部分２１２．１２は、第１の部分２１２．２の管状部分２１２．６に関してスライドする。

同様に、上流側の素子１００の雄型コネクタ１０８における外側の環状フランジ部１０８．８の矢印Ｆ方向における変形は、観察されうる。そして、上流側の素子１００の雄型コネクタ１０８は、下流側の素子２００の雌型コネクタ２１２に関してスライドする。雄型コネクタ１０８の変形は、矢印Ｆ方向であり、雌型コネクタ２１２の変形は、矢印Ｆとは反対方向で発生する。

そして、ジャケットのスライドにより、膨張に起因する熱由来の機械的応力を大幅に制限することが可能となり、５００℃において１３５ＭＰａの応力が測定されるため、金属構造体内で発生する機械的応力は、許容可能となる一方、寸法規約によりもたらされる制限は、約１５０ＭＰａである。

本発明における素子を製造するための方法は、ここで記載されるだろう。

本発明における素子を製造するための方法は、
ａ）ジャケット１０２、雄型コネクタ１０８及び雌型コネクタ１１２の第１の部分１１２．２を備えるサブ組立体を製造し、かつ雌型コネクタ１１２の第２の部分１１２．８を製造する工程と、
ｂ）網部からなる管部をサブ組立体１０２、１０８及び１１２．２ジャケット１０２に取り付ける工程と、
ｃ）サブ組立体１０２、１０８及び１１２．２を外部被覆１０４に固定する工程と、
ｄ）断熱材を外部被覆及びジャケットの間に取り付ける工程と、
ｅ）雌型コネクタの第２の部分１１２．８を外部被覆１０４に固定する工程と、
を備える。

本発明における素子を製造するための方法の工程は、ここで説明されるだろう。

本発明における素子の製造は、シート金属ワークにより好ましくは実行される。

工程ａ）の間において、ジャケット１０２は、好ましくはチューブから製造される。また、金属シートを圧延(Rolling)及び溶接することは、構想されてもよい。

そして、孔部１２２．１、１２２．２は、ジャケットに所定位置で形成される。

雄型コネクタの異なる部分は、成形により製造され、そして互いに溶接される。

雄型コネクタは、溶接によりジャケットに固定される。

有利には、図３Ａから図５に関連して上述されたように、雌型コネクタと接触するための雄型コネクタの一部は、被覆される。

本発明における方法は、網部からなる管部を軸方向で移動自在に取り付ける工程をさらに備える。

雌型コネクタの製造は、第１及び第２の部分の要素を形成し、これらの要素を溶接して第１及び第２の部分を形成するにより行われる。

有利には、特定の表面を被覆する工程は、上述したように設けられる。

コネクタの第１の部分は、ジャケット１０２の第２の長手方向端部１０２．２のレベルにおいてジャケット１０２に固定される。

雌型コネクタ１１２の第１の部分は、溶接によりジャケット１０２に固定される。

工程ｃ）の間において、雄型コネクタは、溶接により外部被覆に組み立てられる。Ｘ軸に沿って延在しかつその長手方向端部の１つにおいて開口する環状ハウジングは、得られる。

工程ｄ）において、断熱材料は、ジャケット及び外部被覆の間に取り付けられる。

工程ｅ）において、第２の部分は、外部被覆１０４の内面に溶接により固定される。

本発明におけるパイプを製造するための方法は、
ｆ）第１の素子の雄型コネクタを第２の素子の雌型コネクタに挿入する工程と、
ｇ）２つの素子をフランジングまたは溶接により固定する工程と、
ｈ）所望寸法のパイプが得られるまで工程ｆ）及びｇ）を繰り返す工程と、
を備える。

工程ｆ）の間において、第１の素子における雄型コネクタ１０８は、第２の素子における雌型コネクタ２１２に貫入され、第１の管状部は、ジャケットにおける第２の長手方向端部１０２．２の周囲でスライドし、第２の管状部は、雌型コネクタの第２の部分内でスライドする。

有利には、雄型コネクタ及び雌型コネクタの間における組立体の軸方向の遊びは、０．５ｍｍから１ｍｍであってパイプの直径次第である。

本発明によれば、流体、特に高温ガスを移送するためのパイプを製造するための方法は、容易になる。製造は、取付及びフランジング及び／または溶接により行われ、フランジング手段とは別の追加の部分品がなく、必要であれば追加される。さらに、断熱材料は、閉じ込められこれによりパイプの製造を妨害しない。

本発明の一例におけるパイプを示す長手方向断面図である。 他の例におけるパイプを形成する２つの断熱素子を示す詳細図である。 図１のパイプを形成する本発明における２つの断熱素子を示す図である。 本発明における断熱素子の雄型コネクタを示す断面図である。 本発明における断熱素子の雄型コネクタを示す断面図である。 本発明の素子により支持される雌型コネクタを示す断面図である。 本発明の素子により支持される雌型コネクタを示す断面図である。 本発明の素子により支持される雌型コネクタを示す断面図である。 図１の拡大図である。 本発明におけるパイプで実行された熱シミュレーションの結果を示す図である。 本発明におけるパイプのシミュレーションされた変形を示す図である。

符号の説明

１００ 断熱素子
１０２ ジャケット
１０２．３，１０８．７，１０８．１３，１１２．１４，１１２．１６，１１２．１８ 被覆物
１０２．１ 第１の長手方向端部
１０２．２ 第２の長手方向端部
１０４ 外部被覆
１０６ 第１の長手方向端部
１０８ 雄型コネクタ
１０８．２ 第１の環状フランジ部，フランジ部
１０８．６ 管状部分
１０８．８ 第２の環状フランジ部
１０８．１１ 管状部分
１１０ 第２の長手方向端部
１１２ 雌型コネクタ
１１２．２ 第１の部分
１１２．４ 環状フランジ部
１１２．５ 内径部
１１２．６ 第１のシリンダ状面，第１の管状部分
１１２．８ 第２の部分
１１２．１０ 環状フランジ部
１１２．１１ 外径部
１１２．１２ 第２のシリンダ状面，第２の管状部分
１１２．１３ 内径部
１１４，１１６，１１８，１２０，１２１，１２３ 固定する手段，固定手段
２００ 断熱素子
２０４ 被覆
２１２ 雌型コネクタ
２１２．２ 第１の部分
２１２．８ 第２の部分
Ｘ 長手方向軸

Claims (21)

1. 高温においてガスを移送するためのパイプのための断熱素子であって、
   長手方向軸（Ｘ）の非閉塞型の被覆と、
   前記被覆内に配置された少なくとも１つの繊維タイプの断熱材と、
   を備え、
   前記断熱材が、前記被覆内で密閉されており、
   前記被覆が、流体を移送する前記パイプの外部被覆（１０４）及び移送される流体との接触用であるジャケット（１０２）で形成され、第１の長手方向端部（１０６）における雄型コネクタ（１０８）と、前記第１の長手方向端部（１０６）と反対側の第２の長手方向端部（１１０）における雌型コネクタ（１１２）と、を備え、
   前記外部被覆（１０４）及び前記ジャケット（１０２）が、前記雄型及び雌型コネクタ（１０８，１１２）により接続され、
   前記被覆が、軸方向に調整可能な環状の領域を備え、
   調整可能な前記領域が、前記雌型コネクタ（１１２）に位置しており、
   前記雌型コネクタが、
   前記ジャケット（１０２）に固定される第１の部分（１１２．２）と、
   前記外部被覆（１０４）に固定される第２の部分（１１２．８）であって、当該第２の部分が前記第１の部分に貫入する、第２の部分と、
   を備え、
   前記第１及び第２の部分それぞれが、第１及び第２のシリンダ状面を備え、
   前記第１及び第２のシリンダ状面が、重なり合い、前記パイプの当該断熱素子が膨張する場合に互いにスライド可能でありかつ当該断熱素子を密閉して調整可能な前記領域を形成することを特徴とする断熱素子。
2. 前記雄型コネクタ（１０８）が、管状部分（１０８．１１）で接続される第１及び第２の環状フランジ部（１０８．２，１０８．８）と、を備え、
   前記第１の環状フランジ部が、管状部分（１０８．６）を用いて前記ジャケット（１０２）の第１の長手方向端部（１０２．１）に接続され、
   前記第２の環状フランジ部が、前記外部被覆（１０４）の第１の長手方向端部に固定されることを特徴とする請求項１に記載の断熱素子。
3. 前記第１の部分（１１２．２）が、その内径部（１１２．５）により前記ジャケット（１０２）の第２の長手方向端部（１０２．２）のレベルにおいて前記ジャケット（１０２）に接続され、かつその外径部（１１２．７）により第１の管状部分（１１２．６）に接続される環状フランジ部（１１２．４）を備え、
   前記第１の管状部分（１１２．６）が、第１の面（１１２．１４）を形成し、
   前記第２の部分（１１２．８）が、その外径部（１１２．１１）により前記外部被覆（１０４）の第２の長手方向端部に接続され、かつその内径部（１１２．１３）により第２の管状部分（１１２．１２）に接続される環状フランジ部（１１２．１０）を備え、
   前記第２の管状部分（１１２．１２）が、第２の面（１１２．１８）を形成し、
   前記第１及び第２の部分（１１２．２，１１２．８）が、組み立てられ、前記第１及び第２の管状部分（１１２．６，１１２．１２）が、少なくとも部分的に重なりかつ互いにスライド可能であることを特徴とする請求項２に記載の断熱素子。
4. 前記雌型コネクタ（１１２）の前記第２の部分（１１２．８）における前記第２の管状部分（１１２．１２）が、前記雌型コネクタ（１１２）の前記第１の部分（１１２．２）における前記第１の管状部分（１１２．６）内に貫入することを特徴とする請求項３に記載の断熱素子。
5. 前記雌型コネクタ（１１２）の前記第１の部分（１１２．２）における前記環状フランジ部（１１２．４）が、前記ジャケット（１０２）の前記第２の長手方向端部の背後における当該ジャケット（１０２）の周壁に固定されていることを特徴とする請求項３または４に記載の断熱素子。
6. 前記ジャケット（１０２）の前記第１の長手方向端部（１０２．１）が、外側に広げられた形状を有することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の断熱素子。
7. 前記環状フランジ部（１０８．２、１１２．４、１１２．１０）が、前記ジャケット（１０２）の前記第２の長手方向端部（１０２．２）から前記第１の長手方向端部（１０２．１）に向けて方向付けられた円錐形を備えることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の断熱素子。
8. 前記雄型コネクタ（１０８）が、溶接により前記外部被覆（１０４）及び前記ジャケット（１０２）に固定され、
   前記雌型コネクタ（１１２）の前記第１及び第２の部分（１１２．２，１１２．８）が、溶接により前記ジャケット（１０２）及び前記外部被覆（１０４）それぞれに固定されていることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の断熱素子。
9. 前記雄型及び雌型コネクタ（１０８，１１２）が、前記雄型コネクタ（１０８）及び前記雌型コネクタ（１１２）間と、前記雌型コネクタの前記第１の部分（２１２．２）及び前記雌型コネクタの前記第２の部分（２１２．８）間との摩擦及び摩耗を低減可能な被覆物（１０２．３、１１２．１４、１１２．１６、１１２．１８、１０８．７、１０８．１３）であってＣｒ_３Ｃ_２−ＮｉＣｒまたはサーメットのイットリウム安定化ジルコニアからなる被覆物で少なくとも一部覆われていることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の断熱素子。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の他の断熱素子へフランジングまたは溶接により固定する手段（１２０、１２１、１２３、１１４、１１６、１１８）を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の断熱素子。
11. ＨＲ２３０またはＩｎｃｏｎｅｌ６００（登録商標）タイプのニッケル合金で製造されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の断熱素子。
12. 前記断熱材が、０．３未満の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の断熱素子。
13. 前記断熱材が、アルカリ土類ケイ酸塩のフェルト及び／あるいはウール、並びに／またはグラファイトのフェルトと、少なくとも１つの網部からなる管部とを備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の断熱素子。
14. 大きなメッシュサイズの網部からなる第１の管部と小さなメッシュサイズの網部からなる第２の管部とが、前記ジャケット（１０２）と前記外部被覆（１０４）との間に取り付けられていることを特徴とする請求項１３に記載の断熱素子。
15. 網部からなる前記第１の管部が、軸方向で自在であり、
    軸方向の移動が、前記雄型コネクタ（１０８）及び前記雌型コネクタ（１１２）により制限されていることを特徴とする請求項１４に記載の断熱素子。
16. 前記第１の管部が、直径０．２ｍｍのワイヤで形成された幅１０ｍｍのメッシュを有し、
    前記第２の管部が、直径０．３ｍｍのワイヤで形成された幅０．５ｍｍのメッシュを有することを特徴とする請求項１４または１５に記載の断熱素子。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の連続した断熱素子（１００、２００）を備えることを特徴とする流体移送パイプ。
18. 請求項１４から１６のいずれか１項に記載の断熱素子を製造するための方法であって、
    ａ）前記ジャケット（１０２）、前記雄型コネクタ（１０８）及び前記雌型コネクタ（１１２）の前記第１の部分（１１２．２）を備えるサブ組立体を製造し、かつ前記雌型コネクタ（１１２）の前記第２の部分（１１２．８）を製造する工程と、
    ｂ）網部からなる管部を前記サブ組立体（１０２、１０８、１１２．２）の前記ジャケット（１０２）に取り付ける工程と、
    ｃ）前記サブ組立体（１０２、１０８、１１２．２）を前記外部被覆（１０４）に固定する工程と、
    ｄ）断熱材が前記ジャケット（１０２）及び前記外部被覆（１０４）の間に取り付けられる工程と、
    ｅ）前記雌型コネクタ（１１２）の前記第２の部分（１１２．８）を前記外部被覆（１０４）に固定する工程と、
    を備えることを特徴とする方法。
19. 前記工程ａ）の間、前記サブ組立体（１０２、１０８、１１２．２）及び前記雌型コネクタ（１１２）の前記第２の部分（１１２．８）が、形成及び溶接により製造されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記工程ｂ）の間、網部からなる前記管部が、前記ジャケット（１０２）及び前記外部被覆（１０４）の間に取り付けられ、かつ軸方向に移動自在であることを特徴とする請求項１８または１９に記載の方法。
21. 請求項１から１７のいずれか１項に記載のパイプの断熱素子を用いたパイプを製造するための方法であって、
    ｆ）一の断熱素子（１００）における前記雄型コネクタ（１０８）を他の断熱素子（２００）における前記雌型コネクタ（２１２）内に挿入する工程と、
    ｇ）２つの前記断熱素子（１００、２００）をフランジングまたは溶接により固定する工程と、
    ｈ）前記パイプの所望の長さに達するまで前記工程ｆ）及び工程ｇ）を繰り返す工程と、
    を備えることを特徴とする方法。

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