JP5101094B2 - 冷凍媒体の輸送に使用するラインパイプ - Google Patents

Description

本発明は、冷凍媒体（deep-frozen media）の輸送に使用するラインパイプ(line pipe)に関する。

特許文献１には、冷凍媒体の輸送に使用するラインパイプが開示されている。このラインパイプは、ある距離を置いて同心円状に配置された少なくとも二つの金属パイプと、上記金属パイプ間の環状の空隙(annular gap)に充填された断熱層（insulating layer）とで構成されている。この環状の空隙は真空状態となっている。実施態様としては、この金属パイプは縦方向に溶接されており、高品質のコルゲートスチールパイプである。ラインパイプの形状が波形であるために、開示されたラインパイプは長大な長さとなっている。

この断熱層は、互い違いに積層させたプライ（ply）からなり、断熱性の材料と反射面を有する材料で構成されている。断熱性の材料にはガラスファイバーのフリース（fleece）を、反射面を有する材料にはアルミニウム箔を、用いている。高真空の条件下、上記材料の組み合わせからなる断熱層は、超断熱材（superinsulation）として冷凍技術（cryotechnic）の分野で使用されている。このラインパイプは凝縮気体（condensed gas）の輸送用ラインとしてだけでなく超伝導ケーブル用の低温保持装置（cryostat）としても使用される。

上記開示されているラインパイプは長さがあるため多数の接合は不要である。従って、上記開示されているラインパイプは直線的な（smooth）パイプからなるラインパイプと比較して経済効率が高いという特徴がある。また、その可撓性（flexibility）から、狭い区域にもラインパイプを挿設することができる。

しかし、上記のラインパイプはその長さのために、末端からのガスの排気（evacuation）に長い時間がかかるという問題がある。

従って、特許文献１では、適当な間隔で外側の金属パイプを切り、この外側の金属パイプの各開口部（orifice）に、ポンプ接続部を真空気密（vacuum-tight）を維持できるように溶接することを提案している。このために、半円形の金属製リング（metal-ring halves）が開口部領域である外側金属パイプの二つの末端部に設けられ、上記外側金属パイプの末端部に溶接されている。次に、壁面の平滑な金属パイプからなるハーフ‐シェル（half-shell）が、上記半円形の金属製リング上に長手方向に設けられ、上記半円形の金属製リングに溶接されている。複数のハーフ‐シェル（half-shell）のうちの一つは、真空ポンプへの接続部を備えている。このような設計には、半円形の金属製リングと真空ポンプへの接続部が、外側の金属パイプの円周面から突き出てしまうという欠点がある。このため、狭いダクト（duct）にラインパイプを挿設することはできないこととなる。

特許文献１と同様の欠点を有する、つまりポンプ接続部が突き出た設計のラインパイプが、特許文献２、３、４、５に記載されている。
欧州特許出願公開１３６３０６２号 独国特許出願公開第３１４２７０２号 米国特許第６２５７２８２号 国際特許出願公開第０１/２７５１４号 米国特許第４０４６４０７号

本発明の目的は、長さがあっても狭いケーブルダクト（cable duct）内に挿設でき、気体の漏れにより真空度が損なわれたとしても素早くかつ簡単に再度排気できるラインパイプを提供することである。

上記目的は、
所定の距離を置いて同心円状に配置された少なくとも２本のコルゲート金属パイプ（corrugated metal pipe）（２、４）と、
前記２本の金属パイプ（２、４）間の排気された環状の空隙に備えられた断熱層と、
前記２本の金属パイプ（２、４）のうちの外側金属パイプ（４）に設けられた真空ポンプと接続可能なバルブ本体（１０）であって、平滑な金属パイプ（９）が前記外側金属パイプ（４）の外側に真空気密が維持できるように溶接され、前記平滑な金属パイプ（９）に真空気密が維持できるように溶接されているバルブ本体（１０）とからなり、
前記バルブ本体（１０）が、前記平滑な金属パイプ（９）の内側に設置され、該平滑な金属パイプ（９）の表面と同一面を形成している
ことを特徴とする冷凍媒体の輸送に使用するラインパイプ、により達成される。

さらに、本発明に係るラインパイプの第２の態様は、前記平滑な金属パイプ９が、前記ラインパイプの少なくとも一つの末端で溶接されていることを特徴とし、本発明に係るラインパイプの第３の態様は、前記平滑な金属パイプ９が、５０〜２００mの間隔で外側金属パイプ（４）の外側に溶接されていることを特徴とし、本発明に係るラインパイプの第４の態様は、前記平滑な金属パイプ９が、真空気密が維持できるように溶接された二つのハーフシェル９a、９bを備えていることを特徴とする。

本発明に係るラインパイプには、ケーブルダクト挿設時に障害物となる突出部（projecting part）がないという利点がある。従来技術で備えられている外側に突出したポンプ接続部が、本発明ではアダプターに置き換えられている。再度のポンプ操作（repumping）が行われなければならない状況下にのみ、このアダプターに真空ポンプを接続する。このアダプターは、真空気密（vacuum-tight）を維持できるようにバルブ本体にねじ止めされている。公知技術であるガスロック(gas lock)がバルブ本体中に螺合されたスクリュープラグ(screw plug)を解除することで、金属パイプ間の環状の空間と通じるようになる。

本発明に係るラインパイプを、図１から図５に記載した超伝導ケーブルへの例示的実施態様を用いて詳細に説明する。

図１は、超伝導ケーブルのコア１とコア１を覆う低温エンベロープ（cryogenic envelope）を備える超伝導ケーブルの側面断面図である。この低温エンベロープは、内側パイプ２、超断熱材３、外側パイプ４を備えたラインパイプとして設計されている。内側パイプ２は、オーステナイト鋼製のコルゲートパイプが縦方向に溶接されたものである。スペーサー（spacer）５は、内側パイプ２に沿ってらせん状に巻かれている。内側パイプ２とスペーサー５の上には、超断熱層３が設けられている。この超断熱層３は、反射金属箔（reflecting metal foil）からなるプライを、互い違いに積層させたものである。反射金属箔には、例えばアルミニウムでコーティングしたプラスチックホイル（plastic foil）といったものがある。プラスチックホイルは、例えばガラスファイバーフリース（glass fiber fleece）といった熱伝導率の低い材料からなる。

内側パイプ２と同様に外側パイプ４も、オーステナイト鋼製のコルゲートパイプが縦方向に溶接されたものである。外側パイプ４は、プラスチック製のケーシング６で包まれている。図示した超伝導ケーブルは、ケーブル製造の技術分野における慣用技術を用いて、工場にて長い超伝導ケーブルとして製造することができる。ただし、ケーブルの長さは、例えばケーブルドラム（cable drum）のサイズといった輸送能力の制約は受ける。

ラインパイプの製造後と設置後の両方における排気工程を容易にしまたは可能とするために、プラスチック製ケーシング６と外側パイプ４は、限度とする長さを超えた所定の間隔（例えば１００m）のところで除去される。

二つのハーフ‐シェル（half-shell）７a、７bと８a、８bは、外側パイプ４端部に周設され、二つのハーフ‐シェル間の境界面（parting plane）及び外側パイプ４の端面とハーフ‐シェル７a、７bと８a、８b面の双方が接しているところで、真空気密が維持できるように溶接されている。パイプ２、４と同様にハーフ‐シェル７a、７bと８a、８bも、オーステナイト鋼製である。図１より、ハーフ‐シェル７a、７bと８a、８b表面が外側パイプ４と接している部位において、ハーフ‐シェル７a、７bと８a、８bの形状は、外側パイプ４の波形（corrugation）に適合した形状をしており、さらにハーフ‐シェル７a、７bと８a、８bの部位から外側パイプ４の部位にかけて溶接されたハーフ‐シェルまたはリングと適合した形状をしていることで、溶接の継ぎ目（seam）が塞がれている。

オーステナイト鋼の薄板から加工した二つのハーフ‐シェル９aと９bは、ハーフ‐シェル７a、７bと８a、８bから形成されたリングを覆うように周設され、ハーフ‐シェル７a、７bと８a、８bの端面及び二つのハーフ‐シェル９a、９b間の境界面（parting plane）で真空気密が維持できるように溶接されている。ハーフ‐シェル９aは真空ポンプを接続するためのバルブ本体１０を備えている。

外側パイプ４に前記ハーフ‐シェル７a、７bと８a、８bを溶接する代わりに、縦方向の継ぎ目をお互いに溶接した後に外側パイプ４にハーフ‐シェル７a、７bと８a、８bをねじ止めしてもよい。

保護スリーブ（protective sleeve）１１はハーフ‐シェル９a、９bからプラスチックのケーシング６に至る範囲を覆う態様であってもよい。

内側パイプ２と外側パイプ４間に位置し一部超断熱層が設けられている環状の空隙は、ケーブルの両末端において真空気密を維持できるように外部と隔てられている。

予備作業の完了後、上記環状の空隙を排気する真空ポンプ（図示していない）が、バルブ本体１０に接続される。

ケーブルの長さが約５００mの場合には、１００m間隔で、計4つのバルブ本体１０が設けられる。環状の空隙内部を排気した後も、環状の空隙に放たれている残留気体を除去するために、この環状の空隙にゲッター材料（getter material）を用いてもよく、ポンプ連結部の製造時にゲッター材料を備えるのが好ましい。

図２及び図３は、ラインパイプの外側パイプ４を除去した領域の断面図である。バルブ本体１０は平滑な金属パイプ９の穴（bore）に溶接されている。この金属パイプ９は、その端部にて外側パイプ４の端部に溶接されている。バルブ本体１０は平滑な金属パイプ９の内側に向かって突き出ており、バルブ本体１０の外側に膨らんだ面（outwardly pointing surface）は金属パイプ９の円形に適合している。従って、上記バルブ本体１０の外側に膨らんだ面は、金属パイプ９の表面と同一面となっている。

バルブ本体１０にはねじを切った穴１０aがあり、スクリュープラグ（screw plug）１０bが、真空気密を維持できるように穴１０aに螺合される。シールリング１０c（sealing ring）により所定の気密性を確実にする。

図２に開示した態様は、ラインパイプ末端に取り付けるのに適している。

図３では、図２と同種の態様を開示しているが、図３では、平滑な金属パイプ９が二つのハーフ‐シェル９aと９bで構成されている。このハーフ‐シェル９a、９bは、長手方向の継ぎ目９cで溶接されている。図３の態様はラインパイプの両末端間で使用される。

図１〜図３は、ラインパイプ内部を排気した後の状態を示している。ラインパイプの外径はほとんど増大しないので、長い状態のまま既存のケーブルダクトに挿設することができる。外側パイプ４の除去された領域が外界とつながっている場合、つまりマンホール（manhole）またはケーブルシャフト（cable shaft）が上記領域に備えられている場合、特に有益である。

排気または再排気の操作は、図４、５に詳細に記載されている。

まず、バルブ本体１０の上にアダプター１２が備えられている。このアダプター１２は、ねじを切ったボルト（図示していない）をバルブ本体１０のねじを切った穴（図示していない）に螺合することによって、真空気密を維持できるようにバルブ本体１０と連結されている。シールリング（sealing ring）１２aにより、所定の耐漏えい性（leak-tightness）が確保できる。次に、公知のガスロック（gas lock）１３が、テンションリング１４（tension ring）によりアダプター１２と連結されている。シールリング１３aが、アダプター１２とガスロック１３の間に挟装されている。

ガスロック１３のハウジングに回動できるよう備え付けたボルト１３bは下方に動かすことができ、バルブ本体１０に対向するボルト１３bの先端部（ボルト１３bの先端部は、スクリュープラグ１０b中に埋設されている）が開口部中にて螺合される（詳細には図示していない）。そして、ボルト１３bの回動の結果、スクリュープラグ１０bがバルブ本体１０から離れる。

図５は、スクリュープラグ１０bがバルブ本体１０から離れた後の状態を示したものであって、ボルト１３bがスクリュープラグ１０ｂとともに上昇すると、内側パイプ２と外側パイプ４または平滑なパイプ９間の環状の空隙は真空ではなくなる。次に、ガスロック１３のフランジ１３cと連結した真空ポンプ（図示していない）が、排気操作を始める。

所定の真空度が生じた後、スクリュープラグ１０bと一体化しているボルト１３bを下方に動かし、再度、バルブ本体１０のねじを切った穴１０aにスクリュープラグ１０ｂが螺合される。

再度排気をする際には、スクリュープラグ１０bが抜かれる前にガスロック１３内部を排気しておく必要がある点に注意する。

既に挿設されたラインパイプにおいて排気工程が実施されている場合でも、アダプター１２を除去する必要はない。

超伝導ケーブルのコアとコアを覆っている低温エンベロープを有する超伝導ケーブルの側面断面図である。 ラインパイプの外側パイプを取り外した領域の断面図である。 ラインパイプの外側パイプを取り外した領域であって金属パイプが二つのハーフ‐シェルで形成されているものの断面図である。 排気工程を示した説明図である（環状の空隙が真空の状態）。 排気工程を示した説明図である（環状の空隙が真空ではない状態）。

Claims (1)

1. 所定の距離を置いて同心円状に配置された少なくとも２本のコルゲート金属パイプ（２、４）と、
   前記２本の金属パイプ（２、４）間の排気された環状の間隙に備えられた断熱層（３）と、
   前記２本の金属パイプ（２、４）のうちの外側金属パイプ（４）に、真空気密が維持できるように平滑な金属パイプ（９）が溶接されており、該平滑な金属パイプ（９）が、真空ポンプと真空気密を維持する手段で接続可能な要素を有している、冷凍媒体の輸送に使用するラインパイプにおいて、
   前記真空ポンプとの接続のための前記要素が、真空気密を維持するように前記平滑な金属パイプ（９）に溶接され、前記平滑な金属パイプ（９）の内側に向かって突き出ており、且つ該平滑な金属パイプ（９）の表面と同一面を形成しているバルブ本体（１０）であり、
   該バルブ本体（１０）が、スクリュープラグ（１０ｂ）と螺合する、ねじを切った穴（１０ａ）を有しており、
   ラインパイプの作動中、真空気密を維持するように、前記スクリュープラグ（１０ｂ）と前記穴（１０ａ）との螺合が維持され、
   前記真空ポンプによる排気操作の間、前記スクリュープラグ（１０ｂ）と前記穴（１０ａ）との螺合が解除され、
   前記バルブ本体（１０）が、ねじを切ったボルトと螺合することによりアダプター（１２）との真空気密な接続を維持する、ねじ切りされた穴を有しており、前記アダプター（１２）は、前記真空ポンプと接続可能なガスロック（１３）との真空気密な接続を維持するために使用されることを特徴とする冷凍媒体の輸送に使用するラインパイプ。