JP7133349B2

JP7133349B2 - 枝付きガスケット

Info

Publication number: JP7133349B2
Application number: JP2018092080A
Authority: JP
Inventors: 英男山根; 優藤原; 剛高山
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2022-09-08
Anticipated expiration: 2038-05-11
Also published as: JP2019196827A

Description

本発明は、枝付きガスケットに関する。

熱交換器等では、内部の流体通路が仕切板で仕切られており、この仕切板をシールするためのガスケットとして、枝付きガスケットを用いることが知られている。

従来の枝付きガスケットとして、ジャケット形ガスケットの外周に、ジャケット形ガスケットの厚みよりも厚い渦巻形ガスケットが嵌合された熱交換器用ガスケットが、特許文献１に開示されている。

実公昭４８－３１１５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された枝付きガスケットでは、枝部となるジャケット形ガスケットの厚みが、渦巻形ガスケットの厚みよりも薄いため、ガスケットの締め付け時に、ジャケット形ガスケットには低荷重しかかからない。そのため、枝部におけるシール性が十分に得られない。その結果、仕切板で仕切られた流体通路間に、流体の漏れが発生するため、例えば、熱交換器に使用した場合、温度の異なる流体が混在することになり、熱交換効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、枝部におけるシール性を高めた枝付きガスケットを提供することにある。

本発明に係る枝付きガスケットは、フィラー材とフープ材とを渦巻状に巻き重ねた渦巻形ガスケットからなる円環部と、円環部の内側に設けられ、耐熱性の中芯材の外側を金属薄板で被覆したメタルジャケット形ガスケットからなる枝部とが結合された枝付きガスケットであって、枝部の厚みは、円環部の厚みよりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、枝部におけるシール性を高めた枝付きガスケットを提供することができる。

本発明の一実施形態における枝付きガスケットの構成を模式的に示した図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。（ａ）は、枝付きガスケットにおける円環部及び枝部の構造を示した断面図で、（ｂ）は、（ａ）で示した円環部及び枝部を厚み方向に圧縮した状態を示した図である。渦巻形ガスケット及びメタルジャケット形ガスケットの一般的な圧縮特性（応力－歪み曲線）を示したグラフである。（ａ）は、本実施形態の枝付きガスケットにおける円環部及び枝部の構造を示した断面図で、（ｂ）は、（ａ）で示した円環部及び枝部を厚み方向に圧縮した状態を示した図である。渦巻形ガスケット及びメタルジャケット形ガスケットの一般的な圧縮特性（応力－歪み曲線）を示したグラフである。渦巻形ガスケット及びメタルジャケット形ガスケットの一般的な圧縮特性（応力－歪み曲線）を示したグラフである。枝付きガスケットの枝部におけるシール性を試験した試験装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における枝付きガスケットの構成を模式的に示した図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態における枝付きガスケット１は、フィラー材とフープ材とを渦巻状に巻き重ねた渦巻形ガスケットからなる円環部１０と、円環部１０の内側に設けられ、耐熱性の中芯材の外側を金属薄板で被覆したメタルジャケット形ガスケットからなる枝部１１Ａとが結合された構成となっている。そして、図１（ｂ）に示すように、枝部１１Ａの厚みは、円環部１０の厚みよりも大きくなっている。

なお、本実施形態では、円環部１０の内周部には、枝部１１Ａと一体化されたメタルジャケット形ガスケットからなるリング部１１Ｂがさらに設けられている。また、渦巻形ガスケットからなる円環部１０の外側には、金属製の補強リング（外輪）１２がさらに設けられている。また、メタルジャケット形ガスケットの表面は、軟質材２０がさらに貼り付けられている。

本実施形態における渦巻形ガスケットとしては、例えば、ステンレス鋼等の金属材料からなるフープ材と、ＰＴＦＥ（テトラフルオロエリレン）や黒鉛等の材料からなるフィラー材とが、渦巻状に巻き重ねられた構成のものを用いることができる。なお、本実施形態において、フープ材及びフィラー材に用いる材料は、これらに限定されるものではない。

また、本実施形態におけるメタルジャケット形ガスケットとしては、例えば、無機質鉱物等の材料からなる中芯材の外側を、炭素鋼等の材料からなる金属薄板で被覆した構造のものを用いることができる。なお、本実施形態において、中芯材及び金属薄板に用いる材料は、これらに限定されるものではない。

また、メタルジャケット形ガスケットの表面に貼り付けられる軟質材２０は、例えば、セラミックファイバーや膨張黒鉛等の材料からなるシートを用いることができる。

次に、本実施形態における枝付きガスケット１の作用効果について説明する。

図２（ａ）は、枝付きガスケットにおける円環部（渦巻形ガスケット）１０、及び枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａの構造を示した断面図で、本図では、円環部（渦巻形ガスケット）１０の厚みＬ_１、及び、枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａの厚みＬ_２は、同じとしている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）で示した円環部（渦巻形ガスケット）１０、及び枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａを、２つのフランジ３０で挟んで、厚み方向に圧縮した状態を示した図である。ここで、円環部（渦巻形ガスケット）１０、及び枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａの厚みはＬとなっている。すなわち、渦巻形ガスケット、及びメタルジャケット形ガスケットは、同じ圧縮率で圧縮されている。

図３は、渦巻形ガスケット、及びメタルジャケット形ガスケットの一般的な圧縮特性（応力－歪み曲線）を示したグラフで、（Ａ）で示したグラフが、渦巻形ガスケットの応力－歪み曲線、（Ｂ）で示したグラフが、メタルジャケット形ガスケットの応力－歪み曲線である。

渦巻形ガスケットは、金属製のフープ材が、断面波形（例えば、Ｖ字形またはＷ字形）になっているのに対し、メタルジャケット形ガスケットは、中芯材を被覆する金属薄板が、中芯材の角部に、僅かな曲線を有する形状になっている。そのため、図３に示すように、同じ圧縮歪み（圧縮率）εに対して、渦巻形ガスケットの圧縮応力σ_Ａの方が、メタルジャケット形ガスケットの圧縮応力σ_Ｂよりも大きくなる。

従って、図２（ｂ）に示した状態において、円環部（渦巻形ガスケット）１０及び枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａは、同じ圧縮歪み（圧縮率）になっているため、フランジ３０が枝部１１Ａから受ける反力は、円環部１０から受ける反力よりも小さくなる。そのため、枝部１１Ａにおけるシール性が十分に発揮されず、その結果、仕切板を有する熱交換器を、枝付きガスケットで密封した際、仕切板で仕切られた流体通路間に、流体の漏れが発生し、熱交換効率が低下するという問題が生じる。

図４（ａ）は、本実施形態における枝付きガスケットの円環部（渦巻形ガスケット）１０、及び枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａの構造を示した断面図で、枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａの厚みＬ_２は、円環部（渦巻形ガスケット）１０の厚みＬ_１よりも厚くなっている。

図４（ｂ）は、図４（ａ）で示した円環部（渦巻形ガスケット）１０、及び枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａを、２つのフランジ３０で挟んで、厚み方向に圧縮した状態を示した図である。ここで、円環部（渦巻形ガスケット）１０、及び枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａの厚みはＬとなっている。すなわち、メタルジャケット形ガスケットの圧縮率は、渦巻形ガスケットの圧縮率よりも大きくなっている。

図５は、図３と同様に、渦巻形ガスケット、及びメタルジャケット形ガスケットの一般的な圧縮特性（応力－歪み曲線）を示したグラフで、（Ａ）で示したグラフが、渦巻形ガスケットの応力－歪み曲線、（Ｂ）で示したグラフが、メタルジャケット形ガスケットの応力－歪み曲線である。

図４（ｂ）に示した状態において、枝部（メタルジャケット形ガスケット）１１Ａの圧縮率は、円環部（渦巻形ガスケット）１０の圧縮率よりも大きくなっている。そこで、図５に示すように、枝部１１Ａの圧縮歪み（圧縮率）ε_Ｂを、枝部１１Ａにおける圧縮応力が、円環部１０の圧縮歪み（圧縮率）ε_Ａにおける圧縮応力σと同じになるように、枝部１１Ａの厚みＬ_２を設定することによって、フランジ３０が枝部１１Ａから受ける反力を、円環部１０から受ける反力と揃えることができる。これにより、枝部１１Ａにおけるシール性を、円環部１０におけるシール性と同等にすることができるため、仕切板を有する熱交換器を、枝付きガスケットで密封した際、仕切板で仕切られた流体通路間に、流体の漏れが発生するのを抑制することができる。

なお、上記の説明では、フランジ３０が枝部１１Ａから受ける反力と、円環部１０から受ける反力と揃えるようにしたが、必ずしも、円環部１０におけるシール性を、枝部１１Ａにおけるシール性に揃えなくてもよい。通常、円環部１０は、外部（大気）との圧力差に対してシール性を確保する必要があるのに対し、枝部１１Ａは、仕切板間の差圧に対してシール性を確保すればよい。従って、この場合、図４（ｂ）に示した状態において、フランジ３０が枝部１１Ａから受ける反力を、仕切板間の漏れが生じない範囲で、円環部１０から受ける反力よりも小さく設定してもよい。

すなわち、図６に示すように、枝部１１Ａの圧縮歪み（圧縮率）ε_Ｂを、枝部１１Ａにおける圧縮応力σ_Ｂが、円環部１０の圧縮歪み（圧縮率）ε_Ａにおける圧縮応力σ_Ａよりも小さくなるように、枝部１１Ａの厚みＬ_２を設定してもよい。なお、この場合でも、枝部１１_Ａにおける圧縮応力σ_Ｂは、図３に示した枝部１１_Ａにおける圧縮応力σ_Ｂよりも大きくなるため、枝部１１Ａにおけるシール性は維持される。

本実施形態における枝付きガスケットの枝部１１Ａにおけるシール性を、図７に示した試験装置を用いて評価した。なお、試験には、以下のような構造の枝付きガスケットを用いた。

ステンレスからなるＶ字形に加工されたフープ材と、膨張黒鉛からなるフィラー材とを重ね合わせて巻回して、厚さ４．５ｍｍｍの渦巻形ガスケット（円環部）を作製した。また、無機質鉱物からなる中芯材の外側を、炭素鋼からなる金属薄板で被覆して、厚さ５．９ｍｍのメタルジャケット形ガスケット（枝部）を作製した。そして、作製したメタルジャケット形ガスケットを、渦巻形ガスケットの内側に嵌合させて、枝付きガスケットを作製した。

図７に示すように、作製した枝付きガスケットを、試験フランジ４０Ａ、４０Ｂで挟んで、油圧プレス５０Ａ、５０Ｂで圧縮した。試験フランジ４０Ａ、４０Ｂで挟まれた空間は、枝部１１Ａによって、Ａ室とＢ室とに仕切られている。Ａ室は、試験フランジ４０Ｂ内に形成された連通管４１に連通しており、配管６０を通じて、外部から所定の水圧（１００ｋＰａ）を加えた。この状態で、Ａ室からＢ室への漏れの有無を、圧力計６１の変化、及びＢ室での試験フランジに付着する水滴の有無で確認した。その結果、本実施形態における枝付きガスケットでは、圧力計６１の変化、及びＢ室での試験フランジに付着する水滴は確認されなかった。一方、渦巻形ガスケット（円環部）とメタルジャケット形ガスケット（枝部）の厚みを同じにした枝付きガスケットでは、圧力計６１の変化、及びＢ室での試験フランジに付着する水滴が、共に確認された。

本実施形態における枝付きガスケットでは、ジャケット形ガスケットからなる枝部１１Ａの厚みを、渦巻形ガスケットからなる円環部１０の厚みよりも厚くすることによって、枝部１１Ａにおけるシール性を高めた枝付きガスケットを得ることができる。なお、枝部１１Ａの厚みは、ジャケット形ガスケットの圧縮特性（応力－歪み曲線）や、仕切板間の差圧等によって、要求されるシール性に応じて、適宜決めればよい。

また、円環部１０の内周部に、枝部１１Ａと一体化されたメタルジャケット形ガスケットからなるリング部１１Ｂを設けることによって、外部シール性をさらに向上させることができる。

また、メタルジャケット形ガスケットの表面に、軟質材２０を貼り付けることによって、ガスケットと機器との接触面が馴染むため、枝部１１Ａでのシール性をさらに向上させることができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、枝付きガスケットを熱交換器に適用する例を説明したが、これに限定されず、例えば、加熱器等にも適用することができる。

１枝付きガスケット
１０円環部
１１Ａ枝部
１１Ｂリング部
１２補強リング（外輪）
２０軟質材

Claims

フィラー材とフープ材とを渦巻状に巻き重ねた渦巻形ガスケットからなる円環部と、
前記円環部の内側に設けられ、耐熱性の中芯材の外側を金属薄板で被覆したメタルジャケット形ガスケットからなる枝部と、
前記円環部の内周部に設けられ、前記枝部と一体化されたメタルジャケット形ガスケットからなるリング部と
が結合された枝付きガスケットであって、
前記枝部の厚みは、前記円環部の厚みよりも大きい、枝付きガスケット。
前記メタルジャケット形ガスケットの表面に、軟質材が貼り付けられている、請求項１に記載の枝付きガスケット。