JP7152857B2 - 流体荷役継手および流体荷役装置 - Google Patents

流体荷役継手および流体荷役装置 Download PDF

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Description

本発明は、真空二重管同士を接続する流体荷役継手およびその流体荷役継手を含む流体荷役装置に関する。
近年、港湾などに設置される、液化水素用の流体荷役装置（ローディングアーム）が開発されつつある。このような流体荷役装置には、断熱性能の高い真空二重管が用いられる。真空二重管は、内部に液化水素が流れる導管と、この導管を収容する収容管を含み、導管と収容管の間の空間が真空引きされる。
真空二重管同士を接続する流体荷役継手にも、真空二重管と同様に高い断熱性能が求められる。例えば、特許文献１には、図５に示すような流体荷役継手１００が開示されている。この流体荷役継手１００はスイベル継手であり、第１真空二重管１０１の先端に設けられる第１ハーフ１１０と、第２真空二重管１０２の先端に設けられる第２ハーフ１２０を含む。
第１ハーフ１１０では、第１内管１１１と第１外管１１２の間に第１真空空間１１３が形成されるとともに、第１内管１１１と第１外管１１２の間が第１閉塞部材１１４で閉塞されている。また、第１ハーフ１１０は、第１外管１１２を回転可能に保持する筒状のホルダ１１６を含む。
第２ハーフ１２０では、第２内管１２１と第２外管１２２の間に第２真空空間１２３が形成されるとともに、第２内管１２１と第２外管１２２の間が第２閉塞部材１２４で閉塞されている。また、第２外管１２２の末端には外側フランジ１２６が設けられており、この外側フランジ１２６がボルト１３０によって第１ハーフ１１０のホルダ１１６に締結されている。
上述した第１閉塞部材１１４は第１ハーフ１１０の継手面よりも奥まった位置に位置しており、第２閉塞部材１２４は第２ハーフ１２０の継手面よりも奥まった位置に位置している。そして、第１閉塞部材１１４と第２閉塞部材１２４の間には、ガス空間１４０が形成されている。ガス空間１４０には、ポート部材１５０を通じてヘリウムガスが充填される。
特開２０１７－１９５３１号公報
流体荷役装置の特定箇所に配置される流体荷役継手に対しては、第１ハーフと第２ハーフとを電気的に絶縁することが求められる。しかしながら、第１ハーフと第２ハーフとの間に一枚の環状の絶縁シートを挟み込んだだけでは、その絶縁シートを通じた熱伝導により外部の熱が流路内に侵入するため、断熱性能が劣化するおそれがある。
そこで、本発明は、第１ハーフと第２ハーフとを電気的に絶縁可能で、かつ、断熱性能が高い流体荷役継手、およびこの流体荷役継手を含む流体荷役装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の流体荷役継手は、第１真空二重管の先端に設けられる第１ハーフであって、第１内管、前記第１内管との間に真空空間が形成される第１外管、および前記第１内管と前記第１外管との間を閉塞する第１閉塞部材、を含む第１ハーフと、第２真空二重管の先端に設けられる第２ハーフであって、第２内管、前記第２内管との間に真空空間が形成される第２外管、および前記第２内管と前記第２外管との間を閉塞するとともに前記第１閉塞部材との間にガスが充填されるガス空間が形成される第２閉塞部材、を含む第２ハーフと、前記第１内管と前記第２内管との間に介在する環状の内側絶縁材と、前記ガス空間を隔てて前記内側絶縁材を取り囲む、前記第１外管と前記第２外管との間に介在する環状の外側絶縁材と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、第１内管と第２内管の間に内側絶縁材が介在し、第１外管と第２外管の間に外側絶縁材が介在するので、第１ハーフと第２ハーフとを電気的に絶縁することができる。しかも、内側絶縁材と外側絶縁材とがガス空間を隔てて離間しているので、外側絶縁材から内側絶縁材へ外部の熱が伝達されることが抑制される。従って、高い断熱性能を得ることができる。
例えば、前記第１内管の末端には、第１内側フランジが設けられており、前記第２内管の末端には、第２内側フランジが設けられており、前記内側絶縁材は、前記第１内側フランジと前記第２内側フランジの間に介在してもよい。
前記流体荷役継手はスイベル継手であり、前記第１ハーフは、前記第１外管を回転可能に保持する筒状のホルダを含み、前記第２外管の末端には、前記ホルダに締結される外側フランジが設けられており、前記外側絶縁材は、前記ホルダと前記外側フランジとの間に介在してもよい。この構成によれば、外側フランジのホルダへの締結構造を利用して外側絶縁材を固定することができる。
前記流体荷役継手は、前記第１内側フランジと前記第２内側フランジとの間に介在し、前記第２内側フランジに締結されるとともに前記第１内側フランジに対して摺動するスペーサをさらに備え、前記内側絶縁材は、前記スペーサと前記第２内側フランジとの間に挟持されていてもよい。この構成によれば、スペーサによって摺動部のクリアランスを小さく保ちつつ、簡単な構造で内側絶縁材を固定することができる。
例えば、前記流体荷役継手は固定継手であり、前記第１外管の末端には、第１外側フランジが設けられており、前記第２外管の末端には、前記第１外側フランジに締結される第２外側フランジが設けられており、前記内側絶縁材は、前記第１内側フランジと前記第２内側フランジとの間に挟持されており、前記外側絶縁材は、前記第１外側フランジと前記第２外側フランジとの間に挟持されていてもよい。
前記流体荷役継手は、前記内側絶縁材の径方向の移動を拘束する位置決め機構をさらに備えてもよい。この構成によれば、内側絶縁材を正規の位置に維持することができる。
また、本発明の流体荷役装置は、前記流体荷役継手を含むことを特徴とする。
本発明によれば、第１ハーフと第２ハーフとを電気的に絶縁可能で、かつ、断熱性能が高い流体荷役継手が提供される。
本発明の第１実施形態に係る流体荷役継手の断面図である。 図１の一部の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る流体荷役継手の一部の拡大断面図である。 第２実施形態の変形例を示す図である。 従来の流体荷役継手の断面図である。
（第１実施形態）
図１および図２に、本発明の第１実施形態に係る流体荷役継手１Ａを示す。この流体荷役継手１Ａは、液化水素運搬船などと接続される液体水素用の流体荷役装置（ローディングアーム）１０の一部を構成する。
流体荷役継手１Ａは、第１真空二重管１１と第２真空二重管１４とを接続する。本実施形態では、流体荷役継手１Ａがスイベル継手である。流体荷役継手１Ａは、第１真空二重管１１の先端に設けられる第１ハーフ２と、第２真空二重管１４の先端に設けられる第２ハーフ３を含む。
第１真空二重管１１は、内部に液化水素が流れる第１導管１２と、この第１導管１２を収容する第１収容管１３を含み、第１導管１２と第１収容管１３の間の空間が真空引きされる。同様に、第２真空二重管１４は、内部に液化水素が流れる第２導管１５と、この第２導管１５を収容する第２収容管１６を含み、第２導管１５と第２収容管１６の間の空間が真空引きされる。
第１ハーフ２は、第１内管２１と、この第１内管２１を収容する第１外管２２を含む。第１内管２１の基端（第２ハーフ３と反対側の端）には第１導管１２が溶接などにより接合され、第１外管２２の基端には第１収容管１３が溶接などにより接合される。第１内管２１と第１外管２２との間には、第１真空空間２３が形成される。なお、第１内管２１の基端と第１外管２２の基端の位置は軸方向にずれていてもよい。
同様に、第２ハーフ３は、第２内管３１と、この第２内管３１を収容する第２外管３２を含む。第２内管３１の基端（第１ハーフ２と反対側の端）には第２導管１５が溶接などにより接合され、第２外管３２の基端には第２収容管１６が溶接などにより接合される。第２内管３１と第２外管３２との間には、第２真空空間３３が形成される。なお、第２内管３１の基端と第２外管３２の基端の位置は軸方向にずれていてもよい。
第１外管２２および第２外管３２のそれぞれは、基端側部分を除いて拡径されている。本実施形態では、上述したように流体荷役継手１Ａがスイベル継手であり、第１ハーフ２が可動側、第２ハーフ３が固定側である。このため、第２外管３２の末端の内径は、第１外管２２の末端の内径よりも大きい。
第１ハーフ２は、第１内管２１と第１外管２２との間を閉塞する環状の第１閉塞部材４１をも含む。本実施形態では、第１閉塞部材４１が、第１ハーフ２の継手面（後述する第１内側フランジ２４の末端側端面およびホルダ２５の末端側端面）よりも奥まった位置に位置している。また、本実施形態では、第１閉塞部材４１の内側の端部が、第１内管２１の末端に設けられた第１内側フランジ２４の基端側端面に接合されている。第１閉塞部材４１の外側の端部は、第１外管２２の末端（第２ハーフ３側の端）よりも僅かに基端側で第１外管２２の内周面に接合されている。
第１閉塞部材４１は、第１内管２１に沿って第１真空空間２３内に窪む少なくとも１つの環状溝４２を有する。ただし、第１閉塞部材４１が断面視で蛇腹状となるように同心状の複数の環状溝４２が設けられることが望ましい。本実施形態では、第１閉塞部材４１が、同心状の２つの環状溝４２を有する。環状溝４２の深さは、なるべく深いことが望ましい。例えば、環状溝４２の深さは、第１閉塞部材４１が存在する位置での第１内管２１から第１外管２２までの間の距離よりも大きくてもよい。
第１閉塞部材４１と第１内管２１の間、第１閉塞部材４１と第１外管２２の間、および第１閉塞部材４１の環状溝４２同士の間は、上述した第１真空空間２３である。一方、環状溝４２の内部には、後述するようにヘリウムガスが充填される。このため、第１閉塞部材４１によって、径方向に真空層とヘリウムガス層が交互に形成される。
同様に、第２ハーフ３は、第２内管３１と第２外管３２との間を閉塞する環状の第２閉塞部材４３をも含む。本実施形態では、第２閉塞部材４３が、第２ハーフ３の継手面（後述する第２内側フランジ３４の末端側端面および第２外側フランジ３５の末端側端面）よりも奥まった位置に位置している。また、本実施形態では、第２閉塞部材４３の内側の端部が、第２内管３１の末端に設けられた第２内側フランジ３４の基端側端面に接合されている。第２閉塞部材４３の外側の端部は、第２外管３２の末端（第１ハーフ２側の端）よりも僅かに基端側で第２外管３２の内周面に接合されている。
第２閉塞部材４３は、第２内管３１に沿って第２真空空間３３内に窪む少なくとも１つの環状溝４４を有する。ただし、第２閉塞部材４３が断面視で蛇腹状となるように同心状の複数の環状溝４４が設けられることが望ましい。本実施形態では、第２閉塞部材４３が、同心状の３つの環状溝４４を有する。環状溝４４の深さは、なるべく深いことが望ましい。例えば、環状溝４４の深さは、第２閉塞部材４３が存在する位置での第２内管３１から第２外管３２までの間の距離よりも大きくてもよい。
第２閉塞部材４３と第２内管３１の間、第２閉塞部材４３と第２外管３２の間、および第２閉塞部材４３の環状溝４４同士の間は、上述した第２真空空間３３である。一方、環状溝４４の内部には、後述するようにヘリウムガスが充填される。このため、第２閉塞部材４３によって、径方向に真空層とヘリウムガス層が交互に形成される。
第１内側フランジ２４と第２内側フランジ３４との間には、環状の内側スペーサ６１および環状の内側絶縁材５１が介在している。第１外管２２と第２外管３２との間には、筒状のホルダ２５、環状の外側スペーサ６２および環状の外側絶縁材５２が介在している。
ホルダ２５は、第１ハーフ２の構成要素であり、第１外管２２をベアリング２６を介して回転可能に保持する。一方、第２外管３２の末端には、第２外側フランジ３５が設けられている。外側スペーサ６２および外側絶縁材５２はホルダ２５と第２外側フランジ３５との間に介在している。より詳しくは、外側絶縁材５２は、外側スペーサ６２と第２外側フランジ３５との間に挟持されている。
第２外側フランジ３５は、ボルト９１によりホルダ２５に締結されている。外側絶縁材５２および外側スペーサ６２には、ボルト９１用の挿通穴が設けられている。本実施形態では、ホルダ２５にボルト９１と螺合するネジ穴が設けられているが、ネジ穴の代わりに挿通穴が設けられ、ナットが用いられてもよい。
内側スペーサ６１は、外側スペーサ６２の内側に配置されており、外側スペーサ６２と同じ厚さを有している。ただし、内側スペーサ６１と外側スペーサ６２の厚さは異なっていてもよい。内側スペーサ６１および外側スペーサ６２は金属からなる。
内側絶縁材５１は、外側絶縁材５２の内側に配置されており、外側絶縁材５２と同じ厚さを有している。ただし、内側絶縁材５１と外側絶縁材５２の厚さは異なっていてもよい。内側絶縁材５１および外側絶縁材５２は絶縁材料（例えば、汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックなどの樹脂）からなる。
内側スペーサ６１は、ボルト９２により第２内側フランジ３４に締結されており、第１内側フランジ２４に対して摺動する。第１内側フランジ２４と内側スペーサ６１との間には、それらの間の隙間を通じた液化水素のリークを防止するためのシール部材７１が配置されている。なお、第１内側フランジ２４と内側スペーサ６１との間には僅かなクリアランスが確保されており、第１内側フランジ２４に保持されたシール部材７１が内側スペーサ６１上を摺動する。また、本実施形態では、内側のシール部材７１を内側から覆い隠すようにリング４６が第１内管２１の末端に嵌め込まれている。
内側絶縁材５１は、内側スペーサ６１と第２内側フランジ３４との間に挟持されている。内側絶縁材５１には、ボルト９２用の挿通穴が設けられている。内側スペーサ６１と内側絶縁材５１の間および内側絶縁材５１と第２内側フランジ３４との間には、それらの間の隙間を通じた液化水素のリークを防止するためのシール部材７２，７３が配置されている。
内側スペーサ６１と外側スペーサ６２の間の隙間および内側絶縁材５１と外側絶縁材５２の間の隙間は、第１内管２１と第１外管２２の末端同士の間の第１閉塞部材４１を底とする空間、および第２内管３１と第２外管３２の末端同士の間の第２閉塞部材４３を底とする空間と連通している。これらの隙間および空間は、ガス空間４５を構成する。換言すれば、第１閉塞部材４１と第２閉塞部材４３との間にはガス空間４５が形成されており、外側スペーサ６２および外側絶縁材５２はそれぞれガス空間４５を隔てて内側スペーサ６１および内側絶縁材５１を取り囲んでいる。
ガス空間４５には、ヘリウムガスが充填される。ホルダ２５には、第１外管２２とホルダ２５の間の隙間を通じてガス空間４５へヘリウムガスを供給するためのポート部材２７が取り付けられている。
第１外管２２とホルダ２５の間には、外部からの水分の侵入を防止するためのシール部材７４が配置されている。また、ホルダ２５、外側スペーサ６２、外側絶縁材５２および第２外側フランジ３５の間には、万が一に液化水素がシール部材７１，７２，７３を超えてガス空間４５へリークしたとしても水素ガスが外部へリークするのを防止するためのシール部材７５～７７が配置されている。これらのシール部材７４～７７は、ヘリウムガスの外部へのリークを防止する役割も果たす。
第２外側フランジ３５をホルダ２５に締結する上述したボルト９１は金属製である。従って、外側絶縁材５２および外側スペーサ６２に設けられた、上述したボルト９１用の挿通穴には、絶縁材料からなるスリーブ８１が挿入されている。また、ボルト９１の頭部と接するワッシャ８３と第２外側フランジ３５との間には、絶縁材料からなるシート（seat）８２が配置されている。
一方、内側スペーサ６１を第２内側フランジ３４に締結する上述したボルト９２は絶縁材料からなる。ただし、ボルト９２が金属からなり、ボルト９１と同様の絶縁対策がボルト９２に対しても採用されてもよい。
以上説明したように、本実施形態の流体荷役継手１Ａでは、第１内管２１と第２内管３１の間に内側絶縁材５１が介在し、第１外管２２と第２外管３２の間に外側絶縁材５２が介在するので、第１ハーフ２と第２ハーフ３とを電気的に絶縁することができる。しかも、内側絶縁材５１と外側絶縁材５２とがガス空間４５を隔てて離間しているので、外側絶縁材５２から内側絶縁材５１へ外部の熱が伝達されることが抑制される。従って、高い断熱性能を得ることができる。
また、本実施形態では、外側絶縁材５２がホルダ２５と第２外側フランジ３５の間に介在しているので、第２外側フランジ３５のホルダ２５への締結構造（すなわち、ボルト９１）を利用して外側絶縁材５２を固定することができる。
さらに、本実施形態では、内側絶縁材５１が内側スペーサ６１と第２内側フランジ３４との間に挟持されているので、内側スペーサ６１によって摺動部のクリアランスを小さく保ちつつ、簡単な構造で内側絶縁材５１を固定することができる。
（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係る流体荷役継手１Ｂを示す。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態では、流体荷役継手１Ｂが固定継手である。このため、第１ハーフ２と第２ハーフ３は互いに対称な形状を有している。
具体的に、第１ハーフ２では、第１外管２２の末端に第１外側フランジ２８が設けられている。そして、第２外管３２の末端に設けられた第２外側フランジ３５がボルト９１およびナット９３により第１外側フランジ２８に締結されている。本実施形態では、ナット９３と第１外側フランジ２８の間にもワッシャ８３および絶縁材料からなるシート（seat）８２が配置されている。
本実施形態では、内側絶縁材５１が第１内側フランジ２４と第２内側フランジ３４との間に挟持されており、外側絶縁材５２が第１外側フランジ２８と第２外側フランジ３５との間に挟持されている。第１内側フランジ２４と内側絶縁材５１の間および内側絶縁材５１と第２内側フランジ３４との間には、それらの間の隙間を通じた液化水素のリークを防止するためのシール部材７２，７３が配置されている。
本実施形態では、第１閉塞部材４１と第２閉塞部材４３との間に形成されるガス空間４５に、水素ガスが充填されている。この水素ガスは、第１内側フランジ２４と内側絶縁材５１の間の隙間および内側絶縁材５１と第２内側フランジ３４の間の隙間を通じてリークした液化水素が気化したものである。そして、第１外側フランジ２８と外側絶縁材５２の間および外側絶縁材５２と第２外側フランジ３５との間には、それらの間の隙間を通じた水素ガスのリークを防止するためのシール部材７５～７７が配置されている。
さらに、本実施形態では、内側絶縁材５１の径方向の移動を拘束する位置決め機構５５が採用されている。本実施形態の位置決め機構５５は、内側絶縁材５１の外周縁部に設けられた、第２内側フランジ３４の外周面に沿って突出する突起５６である。
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、第１ハーフ２と第２ハーフ３とを電気的に絶縁することができるとともに、高い断熱性能を得ることができる。さらに、本実施形態では、位置決め機構５５が採用されているので、内側絶縁材５１を正規の位置に維持することができる。
なお、位置決め機構５５は、必ずしも内側絶縁材５１の外周縁部に設けられた突起５６である必要はない。例えば、位置決め機構５５は、図４に示すように第１内側フランジ２４に設けられた、内側絶縁材５１の外周面と係合する突起５７であってもよい。
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、第１実施形態において外側スペーサ６２が省略され、第１外管２２と第２外管３２のどちらか一方が外側スペーサ６２の厚さ分だけ長くなっていてもよい。
１Ａ，１Ｂ 流体荷役継手
１０ 流体荷役装置
２ 第１ハーフ
２１ 第１内管
２２ 第１外管
２３ 第１真空空間
２４ 第１内側フランジ
２５ ホルダ
２８ 第１外側フランジ
３ 第２ハーフ
３１ 第２内管
３２ 第２外管
３３ 第２真空空間
３４ 第２内側フランジ
３５ 第２外側フランジ
４１ 第１閉塞部材
４３ 第２閉塞部材
４５ ガス空間
５１ 内側絶縁材
５２ 外側絶縁材
５５ 位置決め機構
６１，６２ スペーサ

Claims (2)

  1. スイベル継手である流体荷役継手であって、
    第１真空二重管の先端に設けられる第１ハーフであって、第１内管、前記第１内管との間に真空空間が形成される第１外管、前記第１内管と前記第１外管との間を閉塞する第１閉塞部材、および前記第１外管を回転可能に保持する筒状のホルダを含む、前記第１内管の末端に第１内側フランジが設けられた第１ハーフと、
    第２真空二重管の先端に設けられる第２ハーフであって、第２内管、前記第２内管との間に真空空間が形成される第２外管、および前記第２内管と前記第２外管との間を閉塞するとともに前記第１閉塞部材との間にガスが充填されるガス空間が形成される第２閉塞部材、を含む、前記第２内管の末端に第２内側フランジが設けられ、前記第２外管の末端に前記ホルダに締結される外側フランジが設けられた第２ハーフと、
    前記第１内側フランジと前記第２内側フランジとの間に介在する環状の内側絶縁材と、
    前記ガス空間を隔てて前記内側絶縁材を取り囲む、前記ホルダと前記外側フランジとの間に介在する環状の外側絶縁材と、
    前記第１内側フランジと前記第２内側フランジとの間に介在し、前記第２内側フランジに締結されるとともに前記第１内側フランジに対して摺動するスペーサと、を備え、
    前記内側絶縁材は、前記スペーサと前記第２内側フランジとの間に挟持されている、流体荷役継手。
  2. 請求項１に記載の流体荷役継手を含む流体荷役装置。
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