JP7174985B2 - 管継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、リング状部材を有するリング付き配管、及び当該リング付き配管を連結する管継手を有する管継手構造に関する。

従来、フランジ式の管継手では、連結対象の２個の管にそれぞれ設けられたフランジを突き合わせた状態で、両フランジをボルトとナットによって締め付けることによって２個の管を連結することが行われていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平０６－０１１０８２号公報

しかしながら、そのような管継手では、管を連結する際や、その連結を解除する際に、ボルトとナットを締め付けたり、緩めたりすることを何回も繰り返す必要があり、その作業の負担が大きいという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、容易に連結可能な配管、及びその配管を連結するための管継手構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によるリング付き配管は、径方向に広がる鍔部が端部に設けられた管と、管の外径より大きく、鍔部の外径より小さい内径を有しており、管の外側に配置されているリング状部材と、を備え、リング状部材の鍔部と反対側には、外周側に向けてテーパ面が形成されている、ものである。
このような構成により、リング付き配管の端部にテーパ面を形成することができるようになる。例えば、管の厚さが薄い場合には、端部にテーパ面を形成することは困難であるが、リング状部材を用いることによって、そのテーパ面を形成できる。そして、そのテーパ面を用いて、２個のリング付き配管を容易に連結することができるようになる。

また、本発明による管継手構造は、２個のリング付き配管と、２個のリング付き配管を連結する管継手とを備えた管継手構造であって、管継手は、第一の材質の第一環状盤と、第一の材質より軟質である第二の材質の第二環状盤とを、第二環状盤が両側となるように積層させた積層構造のシール体を備えたシール部材と、シール部材の両端側の環状面にそれぞれ２個のリング付き配管の端部が当接した状態でリング付き配管の端部とシール部材とを締め付けるクランプと、を備え、クランプは、テーパ面に係合するテーパ溝が内側に形成された円弧状の複数のクランプ片と、テーパ溝がテーパ面に圧接されるように、複数のクランプ片を締め付ける締付手段と、を有する、ものである。
このような構成により、２個のリング付き配管を連結する際や、その連結を解除する際の作業性を向上させることができる。また、管継手において、第一環状盤によって、シール体の強度を向上させることができ、また、第二環状盤によって、シール体が可撓性を有するようにすることができる。

また、本発明による管継手構造では、シール部材は、シール体の外周面を取り囲む、第一の材質より軟質な材質の筒状部材をさらに備えていてもよい。
このような構成により、複数の第一及び第二環状盤を筒状部材によってまとめることができるため、連結対象の配管の端部をシール部材に当接させる際に、シール部材がばらばらになることを防止でき、配管を連結する際の作業性を向上させることができる。また、第一及び第二環状盤の外周側に筒状部材が存在することによって、その積層構造部分において内周側から外周側に流体等が漏れることを防止することができ、シール部材のシール性をより向上させることができる。

本発明によるリング付き配管等によれば、２個のリング付き配管の連結や、その連結の解除を容易に行うことができるようになる。

本発明の実施の形態における配管システムを示す外観図である。 同実施の形態における管継手構造の外観図である。 同実施の形態における図２のIII－III線断面図である。 同実施の形態における図２のIV－IV線断面図である。 同実施の形態における図２のV－V線断面図である。 同実施の形態における図２のVI－VI線断面図である。 同実施の形態におけるクランプ片を示す平面図である。 同実施の形態における管の端部を示す図である。 同実施の形態におけるシール部材を示す平面図である。 同実施の形態における図９のX－X線断面図である。 同実施の形態におけるシール部材の斜視図である。 同実施の形態におけるシール体の斜視図である。 同実施の形態における図２のIV－IV線断面図の他の一例である。 同実施の形態における図２のIII－III線断面図の他の一例である。 同実施の形態におけるスペーサの他の一例を示す図である。 同実施の形態における第二環状盤の断面図の他の一例である。 同実施の形態における図２のIII－III線断面図の他の一例である。

以下、本発明によるリング付き配管、及び管継手構造について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本発明によるリング付き配管は、テーパ面が形成されているリング状部材を有するものであり、本発明による管継手構造は、そのリング付き配管を連結する管継手を有するものである。

図１は、配管システム１００を示す外観図であり、図２は、管継手構造の連結箇所の拡大図である。図３は、図２におけるIII－III線断面図であり、図４は、図２におけるIV－IV線断面図であり、図５は、図２におけるV－V線断面図であり、図６は、図２におけるVI－VI線断面図である。図７は、クランプ片５２を示す平面図である。図８は、管１２の端部を示す図である。図９は、シール部材３２を示す平面図であり、図１０は、図９におけるX－X線断面図である。図１１は、シール部材３２の斜視図であり、図１２は、シール体４２の斜視図である。

図１を参照して、配管システム１００は、複数のリング付き配管１０と、２個のリング付き配管１０を連結させる管継手３０とを備えている。図２を参照して、管継手構造２００は、２個のリング付き配管１０と、それらを連結させる管継手３０とを備えている。リング付き配管１０は、管１２，１４と、２個のスペーサ１６と、２個のリング状部材１８と、断熱材２０とを備える。管継手３０は、配管を連結するものであり、シール部材３２と、クランプ３４とを備える。シール部材３２は、シール体４２と、筒状部材４４とを備える。シール体４２は、第一環状盤４６と、第二環状盤４８とを備えており、両者が積層されたものである。クランプ３４は、シール部材３２の両端側の環状面に、２個のリング付き配管１０の端部がそれぞれ当接した状態で、２個のリング付き配管１０の端部とシール部材３２とを締め付けるものであり、２個のクランプ片５２と、締付手段５４とを備える。

まず、リング付き配管１０について説明する。図３及び図５を参照して、管１２（以下、この管を、「内管」と呼ぶことがある。）の外側に管１４（以下、この管を「外管」と呼ぶことがある。）が設けられている。内管１２及び外管１４は、同軸に設けられることが好適である。本実施の形態では、リング付き配管１０が二重管である場合について主に説明するが、リング付き配管１０は、二重管でなくてもよい。なお、図３で示されるように、長手方向の長さは、通常、内管１２の方が外管１４よりも僅かに長いことになる。内管１２及び外管１４は、通常、平滑管である。また、内管１２及び外管１４の材質は問わないが、それぞれ独立して、例えば、金属であってもよく、樹脂であってもよい。金属としては、例えば、炭素鋼、クロムモリブデン鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金などを挙げることができる。樹脂としては、例えば、硬質ポリ塩化ビニル樹脂、ポリブテン樹脂、ポリプロピレン樹脂、繊維強化樹脂（ＦＲＰ：Fiber-Reinforced Plastics）、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどを挙げることができる。なお、本実施の形態では、内管１２及び外管１４がステンレス鋼管である場合について主に説明する。ステンレス鋼管は、例えば、溶接ステンレス鋼管であってもよい。

内管１２及び外管１４がステンレス鋼管である場合に、内管１２及び外管１４の厚さ（肉厚）は、それぞれ独立して、例えば、２ｍｍ以下であってもよく、１．５ｍｍ以下であってもよく、１．３ｍｍ以下であってもよく、１．２ｍｍ以下であってもよく、それら以外の厚さであってもよい。内管１２の厚さが厚い場合には、例えば、温度の高い流体が内部を流通する際に、内管１２の温度を上昇させるために用いられる熱量が多くなる。その観点からは、内管１２の厚さは、薄い方が好適である。なお、厚さが薄いほど重量は軽くなるが、強度は低下する。したがって、重量と強度を考慮して、適切な厚さのステンレス鋼管を選択することが好適である。また、内管１２の厚さに関しては、流通対象の圧力に耐えられる程度のものを選択することが好適である。

具体的には、円筒胴が周方向応力に耐えられるためには、次式で示される厚さｔ（ｍｍ）を有していればよい。
ｔ＝Ｄ_iＰ／（２σ_aη－１．２Ｐ） （１）
ここで、Ｄ_iは胴の内径（ｍｍ）であり、Ｐは設計圧力（ＭＰａ）であり、σ_aは材料の許容応力（Ｎ／ｍｍ²）であり、ηは溶接継手効率である。したがって、内管１２の内径、内管１２内の流体の圧力、内管１２の材質等が決まると、上記（１）式によって、内圧に耐えるのに必要な内管１２の厚さを求めることができる。

例えば、ステンレス鋼管である内管１２内の流体の圧力Ｐを２．５ＭＰａとし、ステンレス鋼の引張強さ５２０（ＭＰａ）を安全率３で割った値１７３．３（ＭＰａ）を許容応力σ_aとし、溶接継手効率ηを０．９５とすると、内管１２の内径と、上記（１）式を用いて算出した内管１２の厚さとの対応は、次のようになる。
内径１００ｍｍ：厚さ０．７７ｍｍ
内径１５０ｍｍ：厚さ１．１５ｍｍ
内径２００ｍｍ：厚さ１．５３ｍｍ
内径３００ｍｍ：厚さ２．３０ｍｍ
内径５００ｍｍ：厚さ３．８３ｍｍ

したがって、ステンレス鋼管である内管１２の内径が１５０ｍｍである場合には、２．５ＭＰａの設計圧力に耐えられるようにするためには、１．２ｍｍ程度の厚さを有していればよいことになる。ただし、その厚さは、耐圧試験２．５ＭＰａにおける値である。呼び圧１．０ＭＰａの場合には、内管１２の厚さは０．５ｍｍで十分である。

内管１２及び外管１４がステンレス鋼管である場合に、内管１２及び外管１４の直径は、それぞれ独立して、例えば、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、１７５ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍであってもよく、または、それら以外の直径であってもよい。内管１２の直径は、内管１２の流通対象に関する流通量などに応じて決められてもよい。また、外管１４の直径は、通常、内管１２の直径と、断熱材２０の幅とによって決まることになる。

外管１４の厚さは、リング付き配管１０の耐震性能に応じて決められてもよい。例えば、横走り管直管部に関して、地震力による最大応力度σ_E（Ｎ／ｃｍ²）は、次式のようになる。
σ_E＝ｉ_fｋ_Hｗ_TＩ_h ²／（８Ｚ） （２）
ここで、ｉ_fは断面方向の継手効率による応力度増倍係数（＝１／η_S）であり、η_Sは断面方向継手効率であり、ｋ_Hは設計用水平方向震度であり、ｗ_Tは内容物を含む配管の単位長さあたり重量（Ｎ／ｃｍ）であり、Ｉ_hは耐震支持間隔（ｃｍ）であり、Ｚは配管の有効断面係数（ｃｍ³）である。したがって、上記のようにして内管１２の内径や厚さを決定し、断熱材２０の厚さに応じて外管１４の内径を決定した後に、所望の耐震性能が得られるように、外管１４の厚さを決定してもよい。

例えば、断熱材２０の厚さを４ｍｍとし、断熱材２０は強度に寄与しないものと仮定し、設計用水平方向震度ｋ_Hを１．０とし、耐震支持間隔Ｉ_hを４００ｃｍとし、断面方向継手効率η_Sを０．６とし、内容物を水とし、外管１４の厚さをすべて１ｍｍとした場合に、上記（２）式を用いて内管１２における最大応力を算出すると、次表のようになる。なお、比較のため、二重管ではないＳＧＰ配管に関する最大応力も次表に含めている。また、内管１２と外管１４は、ステンレス鋼管であるとしている。

上記表から、内径が２００ｍｍである内管１２を有するリング付き配管１０については、同じ内径のＳＧＰ配管と比較して１．６５倍の地震力による応力が内管１２に作用することが分かる。一方、引張強さは、ステンレス鋼が５２０ＭＰａであり、炭素鋼は３００ＭＰａであるため、リング付き配管１０の内管１２の方が、ＳＧＰ配管に対して１．７３倍になる。その結果、外管の厚さが１ｍｍであったとしても、同内径のＳＧＰ配管と比較して、同程度の耐震強度を有することが分かる。また、ＳＧＰ配管の周囲に断熱材を配設した場合には、それだけ外径が太くなる。したがって、ＳＧＰ配管に代えて、上記表に記載されたリング付き配管１０を用いることによって、同程度の耐震強度を有する配管を、より軽量に、よりコンパクトに実現できることが分かる。

内管１２の内周面には、樹脂やゴムなどによる耐食用のライニングが行われてもよい。樹脂ライニングとしては、例えば、塩化ビニルライニング、ポリエチレンライニングなどを挙げることができる。

内管１２の内部を流通する流通対象は、例えば、液体や気体などの流体であってもよく、粉体であってもよい。液体としては、例えば、温水、冷水、冷却水、油などを挙げることができる。気体としては、例えば、蒸気、冷媒、ガスなどを挙げることができる。

なお、内管１２の内周面は平滑であることが好適である。内管１２の内周面へのスケールの付着を防止するためである。内管１２の内周面にスケールが付着すると、それに応じて内管１２の内部の断面積が小さくなる。したがって、スケールの付着が想定される場合には、そのスケールの厚さ分だけ大きな内径の内管１２を採用する必要があるが、スケールの付着を防止することによって、より小さな内径の内管１２を採用することができ、より小型のリング付き配管１０を実現することができるようになる。そのため、例えば、ステンレス鋼管である内管１２の内周面は、Ｎｏ．２Ｂ仕上げ程度の表面粗さであってもよく、または、より平滑な表面粗さであってもよい。したがって、内管１２は、例えば、ＳＵＳ３０４－２Ｂによって構成されてもよい。

スペーサ１６は、内管１２及び外管１４の間に隙間を形成するものであり、内管１２及び外管１４の両端側にそれぞれ設けられる。本実施の形態では、リング付き配管１０が、２個のスペーサ１６を両端側にそれぞれ有している場合について主に説明するが、リング付き配管１０は、３個以上のスペーサ１６を有していてもよい。なお、両端側とは、リング付き配管１０の両端であってもよく、または、厳密な意味での両端ではなく、両端に近い位置であってもよい。スペーサ１６によって内管１２及び外管１４が一体となることによって強度を高める観点からは、スペーサ１６は、より端部に近い側に設けられることが好適である。図３では、スペーサ１６は、リング付き配管１０の端部から少し離れた位置に配置されている。

スペーサ１６は、内管１２及び外管１４に直接、固定されてもよく、または、他の構成等を介して間接的に固定されてもよい。本実施の形態では、図３及び図６で示されるように、スペーサ１６が、外管１４に直接固定されており、内管１２には、リング状部材１８を介して間接的に固定されている場合について主に説明する。スペーサ１６と外管１４とは、例えば、接着されていてもよく、ネジ止め等によって固定されていてもよい。また、スペーサ１６とリング状部材１８とは、例えば、接着されていてもよい。

スペーサ１６の径方向の幅は均一であり、リング付き配管１０が管継手３０によって連結された際に、内管１２と外管１４とは、スペーサ１６を介して全周にわたって接続されていることが好適である。そのようにすることで、リング付き配管１０の強度をより向上させることができる。なお、内管１２と外管１４とがスペーサ１６を介して接続されているとは、上記のように、例えば、スペーサ１６のみを介して接続されていることであってもよく、スペーサ１６と、スペーサ１６以外の他の構成要素（例えば、図３では、リング状部材１８である。）とを介して接続されていることであってもよい。

スペーサ１６は、略円筒形状のものであってもよい。図３、図８で示されるように、その略円筒形状のスペーサ１６の内周側に環状の窪み部１６ａが設けられている。窪み部１６ａは、内径が拡張した部分であり、スペーサ１６の鍔部１２ａ側に設けられている。その窪み部１６ａに、リング状部材１８の一端が取り付けられていてもよい。上記のように、リング状部材１８は、スペーサ１６の窪み部１６ａに接着剤で固定されてもよい。スペーサ１６は、内管１２及び外管１４と略同軸に配置されることになる。

スペーサ１６の材質は、例えば、金属であってもよく、樹脂であってもよく、セラミックスであってもよい。金属としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金などを挙げることができる。樹脂は、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などであってもよい。また、樹脂は、例えば、液晶ポリマーであってもよい。樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂（ナイロン）、ポリアセタール（POM）、高密度ポリエチレン（HDPE）、フェノール・ホルム・アルデヒド樹脂（ベークライト）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリプロピレン（PP）、ポリ塩化ビニル（PVC）、塩素化ポリ塩化ビニル（CPVC）、フッ素樹脂（PTFE：ポリテトラフルオロエチレン）、エポキシ樹脂、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック、ガラスやカーボン繊維等で強化された繊維強化樹脂などを挙げることができる。内管１２から外管１４への熱移動、またはその逆方向の熱移動を防止する観点からは、スペーサ１６の材質は、樹脂であることが好適である。通常、樹脂の熱伝導率は低いからである。

スペーサ１６によって形成された、内管１２と外管１４との間の隙間には、断熱材２０が配置される。断熱材２０としては、例えば、真空断熱材、グラスウール、発泡ポリエチレン、発泡ウレタン、ウレタンなどを挙げることができる。断熱性能の観点からは、断熱材２０として真空断熱材を用いることが好適である。その真空断熱材である断熱材２０は、例えば、内管１２と外管１４との間の隙間に沿った曲面形状を有するものであってもよい。また、曲面形状を有する真空断熱材である断熱材２０は、円筒形状のものであってもよい。その円筒形状の断熱材２０は、例えば、その円筒形状の中心軸を通る平面によって、２個以上に分割可能なものであってもよい。そのような分割可能な構成となっていることにより、内管１２の周囲に、円筒形状の断熱材２０を容易に配置することができるようになる。なお、断熱性能の観点からは、内管１２と外管１４との間の隙間を真空にすることも考えられる。しかしながら、真空を実現するにはコストが高くなり、また、長期間にわたって真空を維持することも困難である。さらに、配管が損傷することによって気密性が失われると、真空を保持できなくなる。そのような観点から、内管１２と外管１４との間を真空にするのではなく、上記のように、真空断熱材などの断熱材２０を用いることが好適である。なお、図３や、図５では、外管１４と断熱材２０との間に隙間が存在しているが、そのような隙間が存在しないように、内管１２と外管１４との間に断熱材２０が配置されてもよい。また、図３や図５では、内管１２と断熱材２０の間に隙間が存在していないが、その間に隙間が存在していてもよい。また、図５の断面図で示されるように、内管１２と外管１４との間には、全周方向に隙間なく断熱材２０が配置されることが好適である。

内管１２及び外管１４の間の隙間は、径方向において３０ｍｍ以下であることが好適であり、２０ｍｍ以下であることがより好適であり、また、１５ｍｍ以下であってもよく、６ｍｍ以下であってもよい。その隙間が小さいほど、リング付き配管１０が全体として小型化することになるが、その隙間に配置できる断熱材２０の厚さが薄くなる。その隙間の径方向の幅を小さくする観点からも、断熱材２０として、薄い厚さでも高い断熱性能を有する真空断熱材を用いることが好適である。

図８を参照して、内管１２の端部には、内管１２の径方向に広がる鍔部１２ａが設けられている。内管１２の径方向とは、内管１２の長手方向に直交する方向である。その鍔部１２ａは、例えば、フレア加工によって形成されたフレア部であってもよい。また、その鍔部１２ａは、管の端部にスタブエンドを溶接することによって形成されてもよい。その場合には、内管１２の端部のスタブエンドに形成されている鍔部が、内管１２の鍔部１２ａとなる。いずれの場合であっても、内管１２の端部に鍔部１２ａが形成される前に、内管１２がスペーサ１６やリング状部材１８に挿通されていることが好適である。鍔部１２ａは、通常、内管１２の両端に設けられている。なお、図８では、外管１４や断熱材２０は、図示を省略している。

また、リング付き配管１０の長さ、すなわち内管１２の一端の鍔部１２ａから他端の鍔部１２ａまでの長さは特に問わないが、例えば、１ｍ以上であってもよく、２ｍ以上であってもよく、５ｍ以下であってもよく、４ｍ以下であってもよい。

図８を参照して、リング状部材１８は、内管１２の外径（鍔部１２ａの箇所ではない、内管１２の本体部分の外径である）より大きく、鍔部１２ａの外径より小さい内径を有しており、内管１２の外側に配置される。なお、そのように配置されたリング状部材１８は、内管１２の長手方向に移動可能になっていてもよい。内管１２の外径と、リング状部材１８の内径との間には、遊びのあることが好適である。例えば、内管１２の外径が１００～２５０ｍｍ程度である場合に、その遊びの幅（内管１２の外径と、リング状部材１８の内径との差）は、０．５～２ｍｍ程度であってもよい。例えば、鍔部１２ａがフレア加工によって形成されている場合には、その鍔部１２ａの平面の精度が高くないこともあり得るが、遊びが存在することによって、鍔部１２ａの一部に平坦でない箇所が存在したとしても、リング状部材１８が径方向に適宜、ずれることによって、より平坦な箇所で鍔部１２ａと接することができるようになる。また、例えば、鍔部１２ａがフレア加工によって形成されている場合には、その鍔部１２ａの外周側の円が、内管１２の本体部分と同軸にならないこともあり得るが、遊びが存在することによって、リング状部材１８が径方向に適宜、ずれることができ、リング状部材１８が鍔部１２ａと同心になることができる。その結果、クランプ３４によって２個のリング付き配管１０を適切に接続することができるようになる。このリング状部材１８と鍔部１２ａとによって、リング付き配管１０のフランジが形成されることになる。

リング状部材１８は、径方向に延びる本体部１８ａと、本体部１８ａの内周側から内管１２の長手方向に延びる管状部１８ｂとを有しており、径方向の平面による断面は、Ｌ字形状となっている。なお、図８で示されるように、リング状部材１８は、本体部１８ａ側が、鍔部１２ａ側となるように内管１２に装着されるものとする。本体部１８ａの鍔部１２ａ側は、鍔部１２ａと同様に、径方向に延びる平面となっており、本体部１８ａの鍔部１２ａと反対側には、外周側に向けてテーパ面１８ｃが形成されている。すなわち、テーパ面１８ｃは、外周側に向かって本体部１８ａの厚さが小さくなるように形成されている。リング状部材１８の本体部１８ａの鍔部１２ａ側の面には、Ｏリングや環状パッキン等を挿入可能な環状溝１８ｄが形成されている。フレア加工によって鍔部１２ａが形成される場合には、鍔部１２ａの精度はそれほど高くないこともある。そのような場合に、環状溝１８ｄに挿入されたＯリングや環状パッキン等によって、鍔部１２ａとリング状部材１８との間での漏れを効果的に防止することができる。また、リング状部材１８は、回転体形状となっていることが好適である。また、上記のように、管状部１８ｂの本体部１８ａと反対側の端部が、スペーサ１６の窪み部１６ａに取り付けられることによって、スペーサ１６とリング状部材１８とが固定されてもよい。

リング状部材１８の材質は、例えば、金属であってもよく、樹脂であってもよい。金属としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金などを挙げることができる。また、樹脂としては、例えば、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどを挙げることができる。なお、例えば、リング状部材１８とスペーサ１６との材質が共に同じ樹脂である場合には、両者は一体に構成されてもよい。

次に、リング付き配管１０の製造方法について簡単に説明する。まず、２個のスペーサ１６と、２個のリング状部材１８に、鍔部１２ａの形成されていない内管１２を通す。なお、その２個のリング状部材１８の環状溝１８ｄには、それぞれＯリングや環状パッキン等が挿入されているものとする。その後、フレア加工などによって内管１２の両端にそれぞれ鍔部１２ａを形成し、スペーサ１６の窪み部１６ａにリング状部材１８の管状部１８ｂ側の端部を固定する。なお、スペーサ１６とリング状部材１８とは、あらかじめ固定されていてもよい。スペーサ１６の取り付けられた２個のリング状部材１８を、それぞれ内管１２の両端の鍔部１２ａ側に寄せた状態で、内管１２の本体部分の周囲に断熱材２０を配置し、その断熱材２０の周囲に外管１４を配置する。そして、２個のリング状部材１８をそれぞれ鍔部１２ａに押しつけた状態で、外管１４の両端部にそれぞれスペーサ１６を固定することによって、リング付き配管１０が構成される。

内管１２及び外管１４をステンレス鋼管として、断熱材２０を真空断熱材としたリング付き配管１０は、従来のＳＧＰ管をグラスウールで断熱した同程度の強度の配管と比較して、直径をより小さくすることができ、重量をより軽くすることができ、断熱性能をより向上させることができるようになる。したがって、リング付き配管１０は、例えば、冷暖房システムや給湯システムにおいて、５～７５℃程度の温度の水が流通する冷温水配管として好適である。また、ＳＧＰ管は厚いため重たく、径が大きくなると人が運ぶことができず、通常、機械を用いて配置することになるが、厚さが２ｍｍ以下のステンレス鋼管の内管１２及び外管１４を用いたリング付き配管１０は、ＳＧＰ管と比較して軽量であるため、径が大きくても、手作業で運ぶことができ得ることになり、施工時の作業性が向上することになる。

次に、管継手３０について説明する。シール体４２は、第一の材質の第一環状盤４６と、第二の材質の第二環状盤４８とが、第二環状盤４８が両側となるように積層された積層構造を有している。第二の材質は、第一の材質より軟質なものである。なお、シール体４２が可撓性を有するようにするため、第二の材質は、弾性を有することが好適である。第一の材質は、例えば、金属や高強度の樹脂などであってもよい。第二の材質は、例えば、ゴムや柔軟性を有する樹脂などであってもよい。金属としては、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム合金、銅合金などを挙げることができる。高強度の樹脂としては、例えば、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどを挙げることができる。ゴムは、例えば、合成ゴムやエラストマー類などであってもよい。また、ゴムとしては、例えば、弾性のあるエチレン・プロピレンゴム（EPDM）、クロロプレンゴム（CR）、ブチルゴム（IIR）、スチレンゴム（SBR）、ニトリルゴム（NBR）、チオコール（T）、エテレン・酢酸ビニルゴム（EVA）、フッ素ゴム、ポリウレタンゴム、シリコーンゴムなどを挙げることができる。柔軟性を有する樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などを挙げることができる。また、シール体４２が複数の第一環状盤４６を有する場合に、各第一環状盤４６の材質は同じであってもよく、または異なっていてもよい。第二環状盤４８についても同様である。

第一環状盤４６及び第二環状盤４８は、それぞれ厚さ以外は同形状であることが好適である。第一環状盤４６及び第二環状盤４８はそれぞれ、図１２で示されるように、同心円状に中心部をくり貫いた所定の厚みを有する円板の環状体形状である。シール体４２において、第一環状盤４６及び第二環状盤４８は、両端が第二環状盤４８となるように、交互に積層された積層構造となっている。図１２等では、シール体４２が、４個の第一環状盤４６と、５個の第二環状盤４８とを備える場合について示しているが、それらの個数は問わない。例えば、シール体４２は、１個の第一環状盤４６と、その両側に配置された２個の第二環状盤４８とを備えたものであってもよく、交互に積層された、２個の第一環状盤４６と、３個の第二環状盤４８とを備えたものであってもよく、交互に積層された、３個以上の第一環状盤４６と、４個以上の第二環状盤４８とを備えたものであってもよい。第一環状盤４６及び第二環状盤４８は、同軸に積層されることが好適である。したがって、シール体４２も、通常、円筒形状となる。

なお、通常、第一環状盤４６の厚さの方が、第二環状盤４８の厚さよりも薄いが、そうでなくてもよい。また、シール体４２が複数の第一環状盤４６を有する場合に、各第一環状盤４６の厚さは同じであってもよく、または異なっていてもよい。第二環状盤４８についても同様である。

また、第一及び第二環状盤４６，４８の外径は、例えば、図３で示されるように、鍔部１２ａの外径よりも僅かに大きくてもよい。また、第一及び第二環状盤４６，４８の内径は、例えば、図３で示されるように、内管１２の内径よりも僅かに大きくてもよい。

また、シール体４２において、接している環状盤同士は、固定されていないことが好適である。管継手３０によって連結されたリング付き配管１０が中心軸に対して回転したとしても、その回転を複数の環状盤が少しずつ回転することによって吸収することができるようにするためである。

筒状部材４４は、シール体４２の外周面を取り囲む部材である。筒状部材４４の材質は、第一の材質より軟質である。なお、筒状部材４４の材質は、例えば、ゴムや柔軟性を有する樹脂などであってもよく、第二環状盤４８と同じであってもよく、異なっていてもよい。ゴムや柔軟性を有する樹脂の例示は、上記のとおりである。また、第二環状盤４８と同様に、筒状部材４４の材質も、弾性を有することが好適である。

図１０，図１１で示されるように、筒状部材４４の両端には、内周側に突出した環状の突出部４４ａが設けられている。筒状部材４４の両側にそれぞれ突出部４４ａが形成されていることによって、筒状部材４４の内周面には、環状の凹部４４ｂが形成されることになり、その凹部４４ｂにシール体４２が嵌め込まれることによってシール部材３２が構成される。なお、突出部４４ａの内径は、内管１２の鍔部１２ａの外径より大きく、またリング状部材１８の本体部１８ａの外径より大きいことが好適である。シール部材３２の端部に、リング付き配管１０の端部が当接する際に、鍔部１２ａや本体部１８ａが、シール体４２の端面（すなわち、シール体４２の端部の第二環状盤４８の表面）に直接当接するようにするためである。

図７を参照して、円弧状のクランプ片５２の内側には、シール部材３２の両端に、それぞれ同軸となるように端部が当接した２個のリング付き配管１０におけるテーパ面１８ｃにそれぞれ係合するテーパ溝（クランプ溝）５２ｂが形成されている。テーパ溝５２ｂの両側には、それぞれテーパ面５２ｄが周方向に沿って存在する。両側にテーパ面５２ｄが存在することにより、テーパ溝５２ｂの幅は、内周側ほど大きくなっている。図３で示されるように、テーパ溝５２ｂの底部側（外周側）の幅は、シール部材３２の幅と略同じになっていることが好適である。また、２個のクランプ片５２を締付手段５４によって締め付けた際に、その２個のクランプ片５２のテーパ溝５２ｂの内径は、シール部材３２の外径と略同じになっていることが好適である。クランプ３４によって、シール部材３２を介して２個のリング付き配管１０を連結させる際には、そのテーパ面５２ｄと、リング付き配管１０のテーパ面１８ｃとが接触することになる。本実施の形態では、クランプ３４が有するクランプ片５２の個数が２個である場合について主に説明するが、クランプ３４は、３個以上のクランプ片５２を有していてもよい。

クランプ片５２の両端側には、それぞれ突状部５２ａが設けられており、突状部５２ａにはボルト孔５２ｃが設けられている。
クランプ片５２の材質は、例えば、金属であってもよい。金属としては、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム合金、鉄系（Ｆｅ）、白金、銅、マグネシウム系などを挙げることができる。

図４を参照して、２個のクランプ片５２は、テーパ溝５２ｂが対向するように２個のリング付き配管１０の連結部分に装着され、締付手段５４によって締め付けられる。締付手段５４は、ボルト５４ａと、ナット５４ｂとを有しており、ボルト５４ａは、２個のクランプ片５２の一端において、突状部５２ａに設けられたボルト孔５２ｃに挿通されてナット５４ｂによって締め付けられる。２個のクランプ片５２の他端側も同様に、ボルト５４ａとナット５４ｂによって締め付けられる。その結果、２個のクランプ片５２は、リング状部材１８のテーパ面１８ｃにテーパ溝５２ｂが係合するように組み付けられ、締付手段５４によって、テーパ溝５２ｂのテーパ面５２ｄが、リング状部材１８のテーパ面１８ｃに圧接するように２個のクランプ片５２が締め付けられる。そして、リング状部材１８のテーパ面１８ｃが楔のように作用することによって、連結部分において、２個のリング付き配管１０の突き合わされた端部がシール部材３２に強固に密着された状態で、２個のリング付き配管１０と、シール部材３２とが連結固定されることになる。

なお、クランプ３４の構成は、図４に示されるものでなくてもよい。例えば、２個のクランプ片５２の一端側は、ヒンジ等を介して連結されており、他端側のみが、ボルト５４ａやナット５４ｂによって締め付けられる構成となっていてもよい。また、ナット５４ｂに代えて、蝶ナットが用いられてもよい。蝶ナットを用いることで、工具を用いることなく、締付手段５４によって２個のクランプ片５２を締め付けることができるようになる。また、クランプ３４においても、断熱を行うようにしてもよい。具体的には、クランプ片５２のクランプ溝５２ｂと外周面との間などに、真空層を設けてもよく、真空断熱材等の断熱材を配置してもよい。

次に、管継手３０のシール部材３２の製造方法について簡単に説明する。まず、第一環状盤４６及び第二環状盤４８を、第二環状盤４８が両端となるように交互に積層することによってシール体４２を構成する。次に、そのシール体４２を筒状部材４４の凹部４４ｂに嵌め込むことによって、シール部材３２を製造することができる。

次に、２個のリング付き配管１０を連結させて管継手構造２００を構成する方法について簡単に説明する。なお、この方法は、配管システム１００の製造方法であると考えることもできる。

まず、２個のリング付き配管１０を、鍔部１２ａが、シール部材３２の両端、好ましくはシール体４２の両環状面にそれぞれ当接するように突き合わせる。その際に、２個のリング付き配管１０、及びシール部材３２の各中心軸は、一直線状になっていることが好適である。

その後、シール部材３２の両端側に存在する各リング状部材１８のテーパ面１８ｃが、２個のクランプ片５２の内側に形成されたテーパ溝５２ｂに係合するように、２個のクランプ片５２を２個のリング付き配管１０の連結部分に装着する。そして、テーパ溝５２ｂがテーパ面１８ｃに圧接するように、２個のクランプ片５２を２個の締付手段５４によってそれぞれ締め付ける。このようにして、クランプ３４によって２個のリング付き配管１０がシール部材３２を介して連結されることになり、管継手構造２００を構成することができる。複数の管継手３０を有する配管システム１００では、複数のシール部材３２を介して複数のリング付き配管１０が連結されることになるため、リング付き配管１０の偏心や傾き、せん断によりよく対応することができるようになる。

なお、管継手構造２００は、クランプ３４の箇所で支持されてもよい。そのため、例えば、クランプ３４を、配管システム１００を支持する支持部材（図示せず）に接続するようにしてもよい。例えば、図１３で示されるように、長いボルト５４ａを用いて、そのボルト５４ａの先端を、床や壁、天井等に設けられた支持部材に接続するようにしてもよい。または、クランプ３４に、バンド等を装着し、そのバンド等を支持部材によって床や壁、天井等に連結させることによって、クランプ３４を、支持部材に接続させるようにしてもよい。このように、クランプ３４の箇所で配管システム１００を支持することによって、リング付き配管１０と支持部材とが、シール部材３２を介して接続されることになり、リング付き配管１０側と支持部材側との間の振動の伝達が低減されることになる。その結果、例えば、リング付き配管１０側の振動が、床や壁などに伝わりにくいことになり、また、床や壁の振動が、リング付き配管１０側に伝わりにくいことになる。また、クランプ３４の位置を強固に固定したとしても、シール部材３２が存在することによって、リング付き配管１０の伸縮を吸収できることになり、配管システム１００の高精度な位置決めと、リング付き配管１０の伸縮への対応とを両立することができるようになる。

（耐圧性能試験）
本実施の形態における配管システム１００について、耐圧性能試験を行った。本試験では、それぞれリング状部材１８が遊嵌された２個の内管１２を、上記のように、管継手３０によって連結し、両内管１２の管継手３０と反対側の端部は、それぞれ別の継手で固定した。その２個の内管１２の長さは、それぞれ３００ｍｍとした。内管１２としては、ステンレス鋼製（ＳＵＳ３０４）の直径が１１４．３ｍｍ、厚さが１．２ｍｍのものを用いた。管継手３０のシール体４２としては、ステンレス鋼製の４個の第一環状盤４６と、ゴム製の５個の第二環状盤４８とを交互に積層したものを用いた。なお、本試験は、耐圧性能の確認を目的としているため、外管１４、スペーサ１６、及び断熱材２０は装着しなかった。

気温２０℃の環境において、２０℃の水を上記のように連結された２個の内管１２に満たして、０．５ＭＰａから順番に０．５ＭＰａごとに加圧を行い、各圧力において３分間保持して漏水を確認した。すなわち、本試験では、０．５ＭＰａ、１ＭＰａ、１．５ＭＰａ、２ＭＰａ、２．５ＭＰａ、３ＭＰａ、３．５ＭＰａ、４ＭＰａのそれぞれについて漏水を確認したが、すべての圧力において漏水はなかった。なお、例えば、ＪＩＳ規格では、ＳＧＰ管（JIS G 3452）について、ＦＳＧＰの継手（JIS B 2311）について、ＳＵ管（JIS G 3448）について、それぞれ２．５ＭＰａで５秒間以上、保持できることが求められており、ＳＵ管の継手（JIS B 2309）について、３．５ＭＰａで１分間以上、保持できることが求められている。また、ＪＰＦＡ（日本金属継手協会）の規格では、ＬＪ－１０Ｋの配管用ステンレス鋼製スタブエンド（JPF SP 001）について、２ＭＰａで３分間以上、保持できることが求められている。その観点からは、管継手３０によって連結された内管１２は、十分な耐圧性能を有していることが確認されたことになる。

なお、継手部分での漏れは、次のように防止できていると考えられる。まず、シール部材３２の両側に当接している内管１２の鍔部１２ａが、クランプ３４によって、シール部材３２の両端の第二環状盤４８に押しつけられている。そのため、鍔部１２ａとシール部材３２との間からの漏れが防止されることになる。また、内圧が上がると第二環状盤４８が外側に押し出されるが、そのことによって、第二環状盤４８の外周側が、筒状部材４４の内周側に強く密接することになり、第二環状盤４８と筒状部材４４との間からの漏れが防止される。また、図３で示されるように、筒状部材４４の突出部４４ａの端部が、リング状部材１８のテーパ面１８ｃとクランプ片５２のテーパ面５２ｄとの接触箇所に位置している場合には、内圧の上昇に応じて筒状部材４４が押され、突出部４４ａの端部が、テーパ面１８ｃとテーパ面５２ｄと接触箇所の一端側を塞ぐようになるため、テーパ面１８ｃとテーパ面５２ｄとの間からの漏れが防止される。さらに、Ｏリングなどが環状溝１８ｄに挿入されているリング状部材１８が、クランプ３４によって内管１２の鍔部１２ａに押しつけられているため、リング状部材１８と内管１２の鍔部１２ａとの間からの漏れが防止されることになる。

以上のように、本実施の形態によるリング付き配管１０によれば、テーパ面１８ｃを有するリング状部材１８を内管１２の外周側に配置することによって、薄肉の管１２に対しても、端部にテーパ面１８ｃを設けることができるようになる。また、本実施の形態による管継手構造２００によれば、第一環状盤４６によってシール体４２の強度を向上させることができ、また、第二環状盤４８によってシール体４２が可撓性を有するようにすることができる。また、リング付き配管１０を連結する際には、シール部材３２の端部に連結対象のリング付き配管１０の端部が当接することになるため、連結されたリング付き配管１０が中心軸に対して回転したとしても、その回転を複数の環状盤が少しずつ回転することによって吸収することができ、連結されたリング付き配管１０の回転にも対応することができるようになる。また、シール部材３２が筒状部材４４を有することによって、複数の第一及び第二環状盤４６，４８をまとめることができ、連結対象のリング付き配管１０の端部をシール部材３２に当接させる際に、複数の環状盤がばらばらになることを防止でき、配管の連結時の作業性を向上させることができる。また、第一及び第二環状盤４６，４８の外周側に筒状部材４４が存在することによって、環状盤の積層構造部分において内周側から外周側に流体等が漏れることを防止することができ、シール部材３２のシール性をより向上できるようになる。

また、本実施の形態では、スペーサ１６がリング状部材１８に固定される場合について説明したが、そうでなくてもよい。図１４で示されるように、スペーサ１６は、内管１２及び外管１４にそれぞれ固定されており、リング状部材１８は、内管１２、外管１４、及びスペーサ１６のいずれにも固定されていなくてもよい。なお、図１４は、図３と同様に、図２におけるIII－III線断面図である。この場合には、リング状部材１８は、本体部１８ａのみを有するものであってもよく、または、管状部１８ｂをも有していてもよい。本体部１８ａの鍔部１２ａと反対側にテーパ面１８ｃが設けられていることなどは、上記説明と同様である。

また、外管１４とスペーサ１６とがネジ止めによって固定される場合について説明したが、その際には、例えば、図１５で示されるように、スペーサ１６にネジ穴１６ｂが設けられ、そのネジ穴１６ｂを用いて外管１４とスペーサ１６とがネジ止めされてもよい。図１５（ａ）は、ネジ穴１６ｂの設けられたスペーサ１６の正面図であり、図１５（ｂ）は、そのスペーサ１６の側面図であり、図１５（ｃ）は、そのスペーサ１６に外管１４がネジ止めされた状態を示す外観図である。ネジ穴１６ｂは、例えば、樹脂等のスペーサ１６にインサートナットを埋め込むことによって設けられてもよい。また、各ネジ穴１６ｂに対応する外管１４の位置には、ネジ１６ｃの軸が挿通される孔が設けられてもよい。そして、図１５（ｃ）で示されるように、外管１４の外周側から、ネジ穴１６ｂにネジ１６ｃを挿入して締め付けることによって、外管１４とスペーサ１６とが固定されてもよい。なお、図１５（ｃ）では、内管１２やリング状部材１８、断熱材２０は、図示を省略している。

また、本実施の形態では、筒状部材４４の両端に突出部４４ａが設けられている場合について説明したが、筒状部材４４は、それらの突出部４４ａを有しないものであってもよい。その場合には、筒状部材４４は、外周側と共に、内周側も均一な径となってもよい。また、突出部４４ａを有しない場合には、筒状部材４４の中心軸方向の長さは、例えば、シール体４２の中心軸方向の長さと同じであってもよく、または、それよりも長くてもよい。

また、本実施の形態では、シール部材３２が筒状部材４４も有する場合について説明したが、そうでなくてもよい。シール部材３２は、筒状部材４４を有していなくてもよい。その場合であっても、クランプ３４によって２個のリング付き配管１０の端部をそれぞれシール体４２に押しつけるように締め付けることによって、適切に漏れを防止することができる。

また、本実施の形態において、図１６の断面図で示されるように、第二環状盤４８の内周面に、所定の長さだけ外周側に延びている環状の溝４８ａを設けてもよい。なお、図１６は、第二環状盤４８の中心軸を含む平面による断面図である。環状の溝４８ａは、第二環状盤４８と同心に設けられていることが好適であり、また、第二環状盤４８の内周面側にのみ開口していることが好適である。また、溝４８ａの外周側には、溝４８よりも幅の広い拡張部４８ｂが溝４８ａに連続して設けられていてもよい。この溝４８ａや拡張部４８ｂが存在することにより、第二環状盤４８の内周側を通過する流体、特に液体は、溝４８ａや拡張部４８ｂに入り込むことになる。そして、液体の圧力が高いほど、そのようになる。その結果、第二環状盤４８は、溝４８ａなどに浸入した液体によって幅方向に膨張することになり、隣接する第一環状盤４６に、より押しつけられることになる。その結果、管継手３０を通過する液体の圧力が高い場合であっても、効果的に漏れを防止することができるようになる。なお、拡張部４８ｂは設けられていなくてもよい。

また、本実施の形態では、リング付き配管１０が二重管である場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。二重管でないリング付き配管１０は、例えば、外管１４、スペーサ１６を有していなくてもよい。また、断熱材２０も有していなくてもよい。その場合には、図１７の断面図で示されるように、リング付き配管１０は、鍔部１２ａが端部に設けられた管１２と、管１２の外側に配置されているリング状部材１８とを有するものであってもよい。なお、図１７は、図３と同様に、図２におけるIII－III線断面図である。

また、複数のリング付き配管１０を現場で連結する場合に、連結対象の２個のリング付き配管１０の中心軸が、一直線にならないこともあり得る。例えば、一方のリング付き配管１０の中心軸と、他方のリング付き配管１０の中心軸とが直線から少しずれて斜めになることもある。そのような場合には、例えば、第一環状盤４６及び／または第二環状盤４８として、厚さが、環状盤の外周側の第１の点から、その第１の点と軸対称の第２の点に向かって、テーパ状に薄くなっているものを用いることによって、そのようなずれを吸収するようにしてもよい。シール部材３２において、そのような厚さがテーパ状に変化している環状盤を、１個だけ用いてもよく、２個以上用いてもよい。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明によるリング付き配管等によれば、例えば、２個のリング付き配管の連結を容易に行えるという効果が得られ、配管等として有用である。

１０ 配管
１２ 管（内管）
１２ａ 鍔部
１４ 管（外管）
１８ リング状部材
１８ｃ、５２ｄ テーパ面
３０ 管継手
３２ シール部材
３４ クランプ
４２ シール体
４４ 筒状部材
４６ 第一環状盤
４８ 第二環状盤
５２ クランプ片
５２ｂ テーパ溝（クランプ溝）
５４ 締付手段
５４ａ ボルト
５４ｂ ナット
１００ 配管システム
２００ 管継手構造

Claims (2)

1. ２個のリング付き配管と、前記２個のリング付き配管を連結する管継手とを備えた管継手構造であって、
   前記リング付き配管は、
   径方向に広がる鍔部が端部に設けられた管と、
   前記管の外径より大きく、前記鍔部の外径より小さい内径を有しており、前記管の外側に配置されているリング状部材と、を備え、
   前記リング状部材の前記鍔部と反対側には、外周側に向けてテーパ面が形成されており、
   前記管継手は、
   円筒形状のシール体を備えたシール部材と、
   前記シール部材の両端側の環状面にそれぞれ２個の前記リング付き配管の端部が当接した状態で当該リング付き配管の端部とシール部材とを締め付けるクランプと、を備え、
   前記シール体は、第一の材質の２以上の第一環状盤と、前記第一の材質より軟質である第二の材質の３以上の第二環状盤とを、前記第二環状盤が両側となるように交互に積層させた積層構造のものであり、
   前記第一環状盤と前記第二環状盤とは固定されておらず、
   前記クランプは、
   前記テーパ面に係合するテーパ溝が内側に形成された円弧状の複数のクランプ片と、
   前記テーパ溝のテーパ面が前記リング状部材の前記テーパ面に圧接されるように、前記複数のクランプ片を締め付ける締付手段と、を有する、管継手構造。
2. 前記シール部材は、前記シール体の外周面を取り囲む、前記第一の材質より軟質な材質の筒状部材をさらに備えた、請求項１記載の管継手構造。

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