JP6193982B2 - 低温導管継手 - Google Patents

Description

本発明は、低温媒体を通過させる目的で第１の導管を第２の導管に連結する導管継手に関する。詳細には、媒体として、液化天然ガス、液化酸素、液化アルゴン、液化エチレン、液化プロピレン、液化エテン等が考えられる。

通常、導管継手は２つの継手半部分（coupling halves）を備える。継手の係合解除時に、搬送される媒体が漏れるのを防止するため、２つの継手半部分のそれぞれには、連結する導管を即座に閉鎖するロック手段を設けることができる。連結時、ロック手段は解除され、第１の導管と第２の導管との間の流路の封鎖が解かれる。

そのような導管継手によって媒体が非常に低温で取り扱われるとき、「冷状態損失（cold loss）」と、ミストの形態でもある凍結（freezing）水分とに関して種々の問題が生じる。導管システムに入り込む熱は、低温に冷却された液体の蒸発をもたらし、それにより多大な圧力が生じる場合がある。凍結水分は、継手の機能を鈍らせるか、又は更には継手を凍結させる場合がある。

したがって、本発明の目的は、上述の問題を最小限に抑えながら、低温媒体の送出を可能にする、導管を連結する導管継手を提供することである。

新規の導管継手の構成は、タンクローリー（tank trucks）又は比較的小型の船に要求されるような、より小さいサイズに好適であるものとする。

導管継手は、第１の導管の経路に第１の継手半部分を有し、第２の導管の経路に第２の継手半部分を有する。第１の継手半部分及び第２の継手半部分は、連結用ピンを連結用溝に係合させることによって連結及び係止することができる。

第１の継手半部分は、ばね付勢弁ディスクを備えるポペット弁を備える。ばね付勢弁ディスクは円錐形弁座に当接して、通常は、弁を通る媒体の通路を封鎖する。ばねの力に抗する圧力を印加することにより、弁を押し開けることができる。弁の内部は、遮熱コーティングによって熱が浸透することに対して保護される。協働する要素に対する良好な摺動特性を得るために、遮熱コーティングはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含有することができる。氷がポリテトラフルオロエチレンには付着しないことから、ＰＴＦＥは着氷の場合にも有用である。

第２の継手半部分は、３部品構成ハウジング、すなわち、外側管状ジャケットハウジングと、内側弁ハウジングと、鐘形駆動ハウジングとを含む。鐘形駆動ハウジングは、外側管状ジャケットハウジングと内側弁ハウジングとの間に配置され、より大きい直径のリング部及びより小さい直径の管状部を有する。新規の弁が弁ハウジング内に配置される。この弁は、ピストン弁又はステム駆動弁と呼ぶことができる。この弁の弁ステムは、駆動ハウジングの管状部内に延在するとともにステムピンを備える。ステムピンは駆動ハウジングのカム溝と協働する。継手半部分が互いに連結されると、弁ステムは、駆動ハウジングを回転させることによって軸方向に移動することができ、それにより、第１の継手半部分のポペット弁は押し開かれ、第２の継手半部分のステム駆動弁の軸方向環状間隙が開放される。それにより、第１の導管から第２の導管への媒体通路が相互連結される。

弁の閉位置において、第２の継手半部分の弁ハウジングと弁ステムとの間の軸方向環状間隙はピストンによってシールされる。ピストンは、ピストン本体に加えて、必要に応じてＯリングシールによって支持された（第１の）スプレッドリップシールによって形成される。スプレッドリップシールは、低温において十分に弾性を有する材料でできたシールリップを有する環状シール体と、シールリップを弁ハウジングの壁に径方向外方に押圧するエキスパンドリングばねとを備える。このように、弁ハウジングと弁ステムとの間の軸方向環状間隙が低温においてさえシールされることが確実になる。弁ステムの軸方向位置は、ピストンの或る変位範囲をシールすることに関して重大ではない。（これは、シールするために円錐形弁座に正確に当接する必要がある弁ディスクによるシールとは対照的である。）

ポリテトラフルオロエチレンすなわちＰＴＦＥ含有材料又は同様の特性を有する材料が、スプレッドリップシールのシールリップを有する環状シール体の材料として好ましい。そのような材料は、低温においてなお十分に弾性を有し、水分と低い温度によって弁に形成される氷層を容易に分離させる。特に、ＰＴＦＥグラファイト材料等の複合材をＰＴＦＥ含有材料として用いることができる。

低温導管継手において軸方向環状間隙がある場合は、いつでも上述のタイプのスプレッドリップシールが用いられることが好ましい。これは、第２の継手半部分の弁ハウジングの突出端部と、この端部を囲む、第１の継手半部分の連結用フランジとの間の軸方向環状間隙に当てはまる。スプレッドリップシールの別の場所は、弁ハウジングの内側フランジ端と、この端部を取り巻く駆動ハウジングとの間である。別のスプレッドリップシールは、ジャケットハウジングと駆動ハウジングとの間の環状間隙に配置することができる。

第１の継手半部分のポペット弁は、円錐形シール部材を円錐形弁座に対して付勢する付勢ばねを備える。ここでは、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥ含有材料、又は同様の材料でできたプレスリップシールが用いられることが有利である。

第２の継手半部分に配置されるステム駆動弁の弁ステムを開位置及び閉位置に移動させるのに、螺旋状カム溝とその螺旋状カム溝に係合するステムピンとを有するシフトリンクギアが用いられる。このステムピンは軸方向に更にガイドされる弁ステムに取り付けられる。カム溝は駆動ハウジングに設けられ、ステムピンは、軸の端部にローラーを有するシャフトを有することができる。継手半部分が互いに連結及び係止される場合、弁ハウジングの（それまで自由端であった）端部がポペット弁のハウジングに堅固に係合し、ステム駆動弁の軸方向ガイドは弁ステムに対して軸方向の長手方向移動を課す。この軸方向の長手方向移動は、シフトリンクギアにより、駆動ハウジングの回転運動が弁ステムの長手方向並進移動に変換されることによって生じる。この軸方向の長手方向移動の間、弁ステムはポペット弁に押圧され、それにより、ポペット弁の付勢ばねの力に抗してポペット弁を開放する。同時に、弁ステムの移動の間、それに同伴するスプレッドリップシールは、弁ハウジングとステムとの間の環状間隙から移動し、この環状間隙は、開放状態になり、双方の弁を通る媒体の通過を可能にする。

双方の弁の内部は、遮熱コーティングによって、熱の浸透に対して保護することができる。さらに、導管継手の可動部（moving parts）間に存在する間隙には、良好な摺動面を設けることができる。ポリテトラフルオロエチレン、すなわちより一般的にはＰＴＦＥ含有材料、例えばＰＴＦＥグラファイト複合材等が良好な摺動特性を有する材料として及び断熱にとって好適である。結露が阻止され、着氷が表面から容易に取り払われる。このようにして、導管継手の凍結が防止される。

第１の継手半部分の長手方向断面図である。 第２の継手半部分の長手方向断面図である。 スプレッドリップシールの長手方向断面図である。 第２の継手半部分の弁ステムを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の例示的な一実施形態を説明する。

導管継手は、第１の継手半部分１（図１）と第２の継手半部分２（図２）とからなる。第１の導管（図示せず）は第１の継手半部分１の左に連結され、第２の導管（図示せず）は第２の継手半部分２の右に連結される。第１の継手半部分１は、管状ハウジング１０とポペット弁２０とを備える。第２の継手半部分２は、３部品構成ハウジング３０と、ピストン弁又はステム駆動弁４０と、ハンドホイール４５とを備える。

第１の継手半部分１の管状ハウジング１０は、弁座１１と外側管ソケット１２とを備える。弁座１１は、円錐形弁座１１ａを有し、また弁の内側周囲の遮熱コーティング（層）として構成される。そして、外側管ソケット１２は、左端に第１の導管を連結し、連結用溝１３及び連結用フランジ１４によって、右端に第２の継手半部分２を連結するように構成される。さらに、連結用キャビティ１５がハウジング１０の右端に設けられている。連結用キャビティ１５は、ポリテトラフルオロエチレンすなわちＰＴＦＥ含有材料等の良好な摺動材料によって提供されるとともに、円筒形内面１５ａを有する。ポペット弁２０は、円錐形プレスリップシール２２を備える弁ディスク２１を備える。円錐形プレスリップシール２２は、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥ含有材料又は同様の材料でできており、付勢ばね２３によって円錐形弁座１１ａに押圧される。弁ガイド２４は、弁ディスク２１の良好な軸方向ガイドを確実にする。

第２の継手半部分２のハウジング３０は、管状ジャケットハウジング３１と、鐘形駆動ハウジング３２と、弁ハウジング３３とを備える。管状ジャケットハウジング３１と、鐘形駆動ハウジング３２と、弁ハウジング３３とは、玉ねぎのように互いの内部に入れ子になっている。駆動ハウジング３２は、玉軸受３４又は別の好適な軸受によってジャケットハウジング３１に回転可能に装着される。ジャケットハウジング３１及び駆動ハウジング３２は、スプレッドリップシール５４によって互いに対してシールされる。図示の実施形態では、スプレッドリップシール５４は、ジャケットハウジング３１の内面及び駆動ハウジング３２の外面を互いに対してシールする。駆動ハウジング３２の鐘形状は、より大きい直径のリング部３５と、より小さい直径の管状部３６とによって規定される。リング部３５及び管状部３６は、ディスク部によって互いにつながっている。リング部３５は、ポリテトラフルオロエチレン、又はＰＴＦＥグラファイト複合材等のＰＴＦＥ含有材料等の摩擦低減材料によってライニング（内張り）され、弁ハウジング３３を囲む。駆動ハウジング３２の管状部３６には、ポリテトラフルオロエチレンを基にして形成することができる遮熱層（コーティング）が設けられる。継手半部分が連結される場合、リング部３５内部に位置する連結用ピン３７は、ガイド溝１４ａ（図１）を通り抜けて連結用溝１３に挿入される。同時に、弁ハウジング３３の突出部３３ａはガイド溝１４ａに係合し、弁ハウジング３３を回転に抗して固定するようになっている。

ピストン弁又はステム駆動弁４０は、ピストン本体４１０（図４）を有する弁ステム４１を備える。弁ステム４１はシフトリンクギアによって軸方向に可動である。シフトリンクギアは、駆動ハウジング３２の管状部３６の螺旋状カム溝３８と、ステムに対して横断方向に延びるとともに端部にローラー４２０を有するシャフトの形態のステムピン４２とを備える。ローラー４２０はカム溝３８においてガイドされる。さらに、シフトリンクギアは、弁ハウジング３３に長手方向ステムガイド３９を備える。円錐形ストッパー４３が弁の閉位置において弁ステム４１の変位運動を制限する一方、弁の開位置である他方の端位置はカム溝３８によって規定される。シフトリンクギアの駆動はハンドホイール４５によって達成され、駆動ハウジング３２の回転を可能にする。

図４は弁ステム４１の一実施形態の斜視図である。図４から見て取ることができるように、弁ステム４１はピストン本体４１０及びプレート型ステムロッド４１１を備える。ステムピン４２は、プレート型ステムロッド４１１の中央平面において、ピストン本体４１０とは反対の端部における弁ステム４１の長手方向延長部に対して横断方向に延在する。ステムロッドをプレート形状で実施することにより、流れ空間を得ることを可能にするとともに、ステム駆動弁４０を開放及び閉鎖するときの長手方向ステムガイド３９による長手方向ガイドを可能にする。

図３はスプレッドリップシール５０の断面図である。リップシール５０は、ポリテトラフルオロエチレンすなわちＰＴＦＥ含有材料又は、低温においてなお弾性を有する同様の材料でできているシール体４６を備える。シール体４６の径方向外方に突出している端部はシールリップ４７を形成し、金属製螺旋ばね４８は曲げられてリングを形成する。この金属製螺旋ばね４８はシールリップ４７を滑らかな表面に押圧し、ひいてはスプレッドリップシール５０の外面の間隙をシールする。

図２のそのようなスプレッドリップシール５１は、単独で又はリングシール５５と協働してピストンを画定することができる。ピストンは、弁４０の弁要素であり、又はピストン本体４１０のピストンシールとして機能することができる。ピストン本体４１０が弁孔内に位置する場合、弁は閉鎖され、ピストン本体４１０が弁孔から移動する場合、弁は開放される。閉位置を得るのを容易にするように、シール５１、５５に対する挿入面取り部３３０が弁孔への入口に設けられている。

第２の継手半部分のハウジング３０は、そのようなスプレッドリップシール５０によってシールされる、種々の軸方向環状間隙を有する。第１のスプレッドリップシール５１は弁４０の弁部材として作用する。第２のスプレッドリップシール５２は、弁ハウジング３３の前端部と第１の継手半部分１のハウジング１０の環状内面１５ａとの間の環状間隙をシールするように機能する。第３のスプレッドリップシール５３は、弁ハウジング３３の内側端部の外面と駆動ハウジング３２のリング部３５の環状内面との間に挿入される。第４のスプレッドリップシール５４は、管状部３６の領域において、ジャケットハウジング３１と駆動ハウジング３２との間の軸方向環状間隙に位置する。これら全てのスプレッドリップシールは、水分を第２の継手半部分の内部から可能な限り遠ざけることと、第２の継手半部分の内部に氷が堆積した場合でも、シールは良好な摺動特性となることと、形成した氷が横断方向の僅かな力によってさっさと取り除かれること、を確実にする。このようにして、導管継手の苛酷な動作条件が見込まれる場合に、導管継手の機能が鈍ることが回避される。

本導管継手は、以下のように取り扱われる。

継手半部分１が静止固定され、継手半部分２がホースの端部に設けられることを想定する。第２の継手半部分２の環状ハウジング部３５が第１の継手半部分１のフランジ１４を越えて押し入れられる。それにより、弁ハウジング３３の左端は第１の継手半部分の環状空間１５に入り、連結用ピン３７は、ガイド溝１４ａを通って連結用溝１３に達するまでスライドする。同時に、弁ハウジング３３の突出部３３ａは、静止ハウジング１０のガイド溝１４ａ内に導入される。

次に、ハンドホイール４５を回すことによって２つの継手半部分が互いに係止される。ハンドホイール４５を更に回すことによって、シフトリンクギアが駆動され、このとき、弁ステム４１が図２の左に移動し、それにより弁ディスク２１の右端に当接する。弁ディスク２１は、ばね２３の力に抗して左に変位する（図１）。このように、シール２２と弁座１１ａとの間の円錐状間隙が開放され、媒体がこの円錐状間隙を通って流れることができる。弁ステム４１の図の左への変位によって、ピストン本体４１０は、スプレッドリップシール５１及び環状シール５５とともに、弁ハウジング３３と弁ステム４１との間の軸方向環状間隙から移動し、それにより、この環状間隙を通る媒体の通過を可能にする。圧力勾配に応じて、第１の導管から第１の継手半部分へ、そして第１の継手半部分から第２の継手半部分を通って第２の導管へと媒体が流れるか、又はその逆に流れる。スプレッドリップシール５２、５３、及び５４は、外部に媒体が漏れる可能性が全くないことを確実にする。

継手半部分を分離するため、ハンドホイール４５は弁ステム４１の後退移動の方向に回され、このとき、リングシール５５は弁ハウジングの弁孔内に移動し、またそれにより、弁ステム４１を正確に軸方向に位置合わせさせる。次に、スプレッドリップシール５１は、弁ハウジング３３とステム４１との間の軸方向環状間隙に入り、この環状間隙をシールする。ステム４１の後退移動は円錐形ストッパー４３によって制限される。ここでは、連結用ピン３７は自身の周方向位置においてガイド溝１４ａと位置合わせされ、それにより、第２の継手半部分２は、第１の継手半部分１から取り外すことができる。ストッパー４３は、ＰＴＦＥでできている成形部品として形成されることが好ましく、弁ステム４１に固定される。

継手の内側と外側との間の大きい温度勾配によって間隙内に氷が堆積した場合でも、ハンドホイール４５を回すことによって、堆積した氷に印加される横方向の力により、ポリテトラフルオロエチレンすなわちＰＴＦＥ含有材料によってライニングされたシール点から氷膜が取り払われることになる。外部の厳しい条件にも関わらず、この装置を容易に動作させることができる。

Claims (14)

1. 第１の導管を第２の導管に連結し、低温媒体の媒体通路を開放又は封鎖する導管継手であって、
   第１の導管の経路に配置される第１の継手半部分（１）であって、外側連結用溝（１３）を有する第１の管状ハウジング（１０）と、通常は前記媒体通路を封鎖するが押し開けることができる、ばね付勢弁ディスク（２１）を有するポペット弁（２０）とを備える、第１の継手半部分（１）と、
   第２の導管の経路に配置される第２の継手半部分（２）であって、管状ジャケットハウジング（３１）と、鐘形駆動ハウジング（３２）と、弁ハウジング（３３）とを有する第２の３部品構成ハウジング（３０）と、通常は、前記弁ハウジング（３３）の軸方向環状間隙を通る媒体通路を封鎖するが、前記鐘形駆動ハウジング（３２）によって変位されると前記媒体通路を開けた状態にする、弁ステム（４１）及び弁ピストン（４１０）を備えるステム駆動弁（４０）とを備え、前記連結用溝（１３）に連結用ピン（３７）を係合及び係合解除し、カム溝（３８）を回転させて、それにより前記弁ステム（４１）のステムピン（４２）を駆動して前記弁ステムが前記ステム駆動弁（４０）を開閉し、前記第１の継手半部分（１）の前記ポペット弁（２０）を作動させるために、前記鐘形駆動ハウジング（３２）は種々の回転位置を取ることができる、第２の継手半部分（２）と、
   前記弁ピストンの部材として、前記弁ハウジング（３３）と前記弁ピストン（４１０）との間の前記軸方向環状間隙を前記鐘形駆動ハウジング（３２）の前記位置に応じて開閉するように適合された、第１のスプレッドリップシール（５１）と、
   を備える、導管継手。
2. 前記第１の管状ハウジング（１０）は第１の軸方向の環状内面（１５）を有する径方向連結用フランジ（１４）を備え、前記第２の継手半部分（２）の前記弁ハウジング（３３）は第１の軸方向フランジ端を有し、該第１の軸方向フランジ端は、前記第１の軸方向の環状内面（１５）と協働するのに好適な第２のスプレッドリップシール（５２）を有する、請求項１に記載の導管継手。
3. 前記鐘形駆動ハウジング（３２）は第２の軸方向の環状内面を有し、前記弁ハウジング（３３）は第２の軸方向フランジ端を有し、該第２の軸方向フランジ端は、前記第２の軸方向の環状内面と協働するのに好適な第３のスプレッドリップシール（５３）を有する、請求項１又は２に記載の導管継手。
4. 前記管状ジャケットハウジング（３１）は第３の軸方向の環状内面を有し、前記鐘形駆動ハウジング（３２）は、第４のスプレッドリップシール（５４）を有する環状外面を有し、前記第４のスプレッドリップシール（５４）は前記第３の軸方向の環状内面と協働する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導管継手。
5. リングシール（５５）が前記弁ピストンに、前記第１のスプレッドリップシール（５１）に対して平行に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導管継手。
6. 前記第１の継手半部分（１）の前記ばね付勢弁ディスク（２１）は円錐形プレスリップシール（２２）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導管継手。
7. ハンドホイール（４５）が前記鐘形駆動ハウジング（３２）に取り付けられ、前記連結用ピン（３７）を前記連結用溝（１３）に係合させること及び前記鐘形駆動ハウジング（３２）を前記第１の管状ハウジング（１０）に対して回転させることによって、前記継手半部分を係止する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の導管継手。
8. 前記カム溝（３８）は螺旋状溝である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の導管継手。
9. 前記ステムピン（４２）はローラーが設けられたシャフトとして形成され、該シャフトは前記弁ステム（４１）の動作方向に対して横方向に配置される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の導管継手。
10. 前記鐘形駆動ハウジング（３２）は、より大きい直径のリング部（３５）及びより小さい直径の管状部（３６）を有している、請求項１〜９のいずれか１項に記載の導管継手。
11. 前記鐘形駆動ハウジング（３２）の前記リング部（３５）の内面及び前記管状部（３６）の外面には、それぞれ遮熱コーティングが設けられている、請求項１０に記載の導管継手。
12. 前記第１の管状ハウジング（１０）と前記ポペット弁（２０）とが押し開けられることにより、少なくとも１つの第１の対向面領域を確定する環状間隙が形成され、前記第２の継手半部分（２）の前記弁ハウジング（３３）と前記弁ピストン（４１０）とが変位することにより、摩擦低減ライニングを備えた第２の対向面領域を確定する前記軸方向環状間隙が形成される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の導管継手。
13. 前記摩擦低減ライニングは、ポリテトラフルオロエチレンを含有するコーティングを含む、請求項１２に記載の導管継手。
14. 前記第１の継手半部分（１）の前記第１の管状ハウジング（１０）には、遮熱コーティング（１１）が設けられている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の導管継手。

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