JPH11153290A

JPH11153290A - 真空断熱配管

Info

Publication number: JPH11153290A
Application number: JP9320976A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Oikawa; 一博及川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、部品点数が少なく、軽量な真
空断熱配管を提供することにある。【解決手段】外管１００と内管２００の間の空間を真空
に保たつことにより、真空断熱配管１０を構成する。外
管１００及び内管２００を薄肉管により形成され、外管
１００のメス部側の端部の外周には、外管と一体形成さ
れた第１の突起部１３０形成され、外管１００のオス部
側の基部には、外管１００と一体形成された第２の突起
部１４０が形成される。第１及び第２の突起部は、２つ
の真空断熱配管を接続する際に、カップリング等により
接続固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空断熱配管に係
り、特に、低温液化ガスの移送に用いるのに好適な真空
断熱配管に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体窒素，液体ヘリウムや液体水素のよ
うな低温液化ガスは、宇宙技術，超伝導利用機器，半導
体研究機器，物性研究機器や医用機器等の各分野におい
て、使用されている。低温液化ガスは、一般に、液化ガ
ス貯槽に蓄えられており、この液化ガス貯槽から各種機
器まで、配管を用いて移送される。ここで、液化ガスは
高価であるとともに、移送途中において気化して移送量
がロスするという問題がある。このロスは移送距離が長
くなるほど問題化するため、液化ガスの移送用配管とし
ては、一般に、断熱性能に優れた真空断熱配管を用いら
れている。

【０００３】従来用いられている真空断熱配管は、外管
と内管からなる２重管構造とし、外管と内管の間の空間
を真空とすることにより、断熱構造としている。配管の
１本の長さは、数ｍ程度であり、この配管を複数本連結
して、液化ガス貯槽から各種機器までの移送ラインを形
成するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、従来の真空断
熱配管は、部品点数が多く、高価であるという問題があ
った。特に、配管同士を連結する連結部は、配管の端部
にフランジを溶接し、このフランジ同士を固定接続する
構造が一般的である。フランジは切削部品であるため、
外管や内管以外にも、配管の両端部のフランジが必要と
なり、また、オスフランジとメスフランジの間には、接
続用の遊導フランジも必要であるため、部品点数が増加
することになる。また、フランジは、切削部品であるた
め、配管全体に占めるフランジの重量が大きくなり、配
管自体の重量が重くなっていた。一例を上げると、従来
の４ｍの長さの真空断熱配管の重量は、約１４ｋｇであ
り、この内、フランジの重量は２ｋｇとなっていた。さ
らに、フランジは、２重管を形成する外管と内管のそれ
ぞれの端部に溶接する必要があるため、溶接箇所が多
く、しかも、真空封止できる緻密な溶接が必要であるた
め、高価なものとなっている。

【０００５】本発明の目的は、部品点数が少なく、軽量
な真空断熱配管を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、外管と、この外管の内部に挿入さ
れた内管とから構成され、上記外管と内管の間に形成さ
れた空間を真空に保たれるとともに、一端にオス部を有
し、他端にメス部を有する真空断熱配管において、上記
外管及び上記内管を薄肉管により形成するとともに、上
記外管の上記メス部側の端部であって上記外管の外周
に、上記外管と一体形成された第１の突起部と、上記外
管の上記オス部側の基部であって上記外管の外周に、上
記外管と一体形成された第１の突起部とを備えるように
したものである。かかる構成により、薄肉管を用いるこ
とにより、第１及び第２の突起部を一体形成することが
できるため、従来のような切削加工を不要として、部品
点数を少なくし、軽量化し得るものとなる。

【０００７】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記内管は、その一部に、上記内管と一体形成されたベ
ロー部を備えるようにしたものである。かかる構成によ
り、従来は別体加工されていたベロー部を一体形成し
て、溶接作業やリークテスト等の作業工程を不要とし得
るものとなる。

【０００８】（３）上記（１）において、好ましくは、
上記外管は、上記オス部側であって上記外管の外周に、
上記外管と一体形成された凹部を備えるようにしたもの
である。かかる構成により、ｏリングを収納するための
凹部も一体成形し得るものとなる。

【０００９】（４）上記（３）において、好ましくは、
上記凹部は、上記外管の上記オス部側の外周に、少なく
とも、２箇所形成するようにしたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図７を用いて、本発
明の一実施形態による真空断熱配管について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による真空断熱配管
の模式的な断面構造について説明する。

【００１１】本実施形態による真空断熱配管１０は、パ
イプ状の外管１００と、パイプ状の内管２００とから構
成されている。内管２００は、外管１００の内部に挿入
され、それぞれの端部Ａ，Ｂは、アルゴン溶接されてい
る。外管１００と内管２００の間の空間Ｃは、真空に保
たれている。空間Ｃの真空度は、例えば、１×１０^-6Ｔ
ｏｒｒである。内管２００の内部の空間Ｄは、液化ガス
を移送するための空間である。従って、空間Ｄは、真空
に保たれた空間Ｃによって、外界から断熱されており、
真空断熱配管の構造となっている。

【００１２】なお、外管１００は、外管本体パイプ１１
０の端部に、外管本体パイプ１１０よりも外径の小さな
バイオネット断熱オスパイプ１２０がアルゴン溶接され
ている。

【００１３】外管１００は、第１の突起部１３０，第２
の突起部１４０及び２つの凹部１５０，１５５を備えて
いる。第１の突起部１３０及び第２の突起部１４０は、
パイプ状の外管１００の外周に沿って、鍔状に形成され
ている。また、凹部１５０、１５５は、それぞれ、パイ
プ状の外管１００の外周に沿って、円周方向の連続した
溝として形成されている。

【００１４】外管１００の材料としては、ＳＵＳ３０４
を用いており、厚さｔが０．４ｍｍの薄肉管を用いてい
る。突起部１３０，１４０は、液圧成型により形成され
ている。また、凹部１５０，１５５はロール成型により
形成されている。第１の突起部１３０，第２の突起部１
４０及び凹部１５０，１５５の形成方法については、図
２を用いて、後述する。

【００１５】また、内管２００は、大口径のバイオネッ
トメス部２１０と、メス部２１０より口径の小さいオス
部２２０と、オス部２２０の一部に形成されたベロー部
２３０とから構成されている。内管２００の材料として
は、ＳＵＳ３０４を用いており、厚さｔが０．４ｍｍの
薄肉管を用いている。オス部２２０及びベロー部２３０
は液圧成型により形成されている。ベロー部２３０は、
空間Ｄを流れる液化ガスによって内管２００が収縮膨張
する際の熱収縮を吸収するために設けられている。

【００１６】本実施形態においては、外管本体パイプ１
１０の外径Ｒ１は、φ４５ｍｍとしている。また、オス
パイプ１２０の外径Ｒ２，即ち、本実施形態による真空
断熱配管１０のオス部Ｅの外径Ｒ２は、φ２９ｍｍとし
ている。さらに、内管２００のバイオネットメス部２１
０の内径Ｒ３，即ち、本実施形態による真空断熱配管１
０のメス部Ｆの内径Ｒ３は、φ３１ｍｍとしている。本
実施形態による真空断熱配管の全長Ｌ１は、種々のもの
があり、例えば、１ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍものがある。
オスパイプ１２０の全長Ｌ２は、例えば、１５０ｍｍで
ある。

【００１７】複数の配管を相互に接続する際には、第１
の配管の内管２００のバイオネットメス部２１０に対し
て、第２の配管の外管のバイオネット断熱オスパイプ１
２０の部分が挿入される。そして、第１の配管の第１の
突起部１３０と、第２の配管の第２の突起部１４０が近
接し、この第１及び第２の突起部１３０，１４０が、従
来のフランジの代わりとして、カップリングにより締結
固定され、２つの配管の相互接続が行われる。

【００１８】次に、図２を用いて、本実施形態による真
空断熱配管に用いる外管１００の構成について説明す
る。

【００１９】外管１００は、外管本体パイプ１１０の端
部に、外管本体パイプ１１０よりも外径の小さなバイオ
ネット断熱オスパイプ１２０がアルゴン溶接されて形成
されている。外管１００は、第１の突起部１３０，第２
の突起部１４０及び凹部１５０，１５５を備えている。
第１の突起部１３０及び第２の突起部１４０は、パイプ
状の外管１００の外周に沿って、鍔状に形成されてい
る。外管１００の材料としては、ＳＵＳ３０４を用いて
おり、厚さｔが０．４ｍｍの薄肉管を用いている。突起
部１３０，１４０は、型の中に外管本体パイプ１１０を
セットし、外管本体パイプ１１０の内部に水圧をかける
ことにより、外管本体パイプ１１０を型にそって膨張さ
せることにより、液圧成型によって形成されている。

【００２０】さらに、外管本体パイプ１１０の一部に
は、真空封じ切りバルブ弁座１６０が形成されている。
真空封じ切りバルブ弁座１６０の台座の部分は、外管本
体パイプ１１０をバルジ加工することにより形成され、
この台座の上に、真空封じ切りバルブ弁座１６０が固定
されている。

【００２１】また、バイオネット断熱オスパイプ１２０
の突起部１４０は、型の中にバイオネット断熱オスパイ
プ１２０をセットし、バイオネット断熱オスパイプ１２
０の内部に水圧をかけることにより、バイオネット断熱
オスパイプ１２０を型にそって膨張させることにより、
液圧成型によって形成されている。バイオネット断熱オ
スパイプ１２０の凹部１５０，１５５は、バイオネット
断熱オスパイプ１２０の内部に型をセットし、バイオネ
ット断熱オスパイプ１２０の外部から水圧を掛けること
により、バイオネット断熱オスパイプ１２０を収縮し
て、液圧成型により、パイプ状の外管１００の外周に沿
って、円周方向の連続した溝として形成されている。

【００２２】本実施形態においては、外管１００の材料
として、薄肉管（例えば、肉厚ｔが０．４ｍｍ）のもの
を用いているため、液圧成型やバルジ加工により、容易
に種々の形状に加工することができる。そして、液圧成
型により、第１及び第２の突起部１３０，１４０を形成
し、ロール成型によって凹部１５０，１５５を形成する
ことができるため、従来のフランジ等のような切削加工
を不要にできる。従って、重量を軽くできるとともに、
加工コストも低減できるため、外管１００を安価に形成
することができる。

【００２３】次に、図３を用いて、本実施形態による真
空断熱配管に用いる内管２００の構成について説明す
る。

【００２４】内管２００は、大口径のバイオネットメス
部２１０と、メス部２１０より口径の小さいオス部２２
０と、オス部２２０の一部に形成されたベロー部２３０
とから形成されている。内管２００の材料としては、Ｓ
ＵＳ３０４を用いており、厚さｔが０．４ｍｍの薄肉管
を用いている。オス部２２０及びベロー部２３０は、型
の中に内管２００をセットし、内管２００の内部に水圧
をかけることにより、内管２００を型にそって膨張させ
ることにより、液圧成型によって形成されている。

【００２５】また、内管２００のバイオネットメス部２
１０側の端部には、ヘラ絞りのメス端部２４０が形成さ
れている。さらに、内管２００のオス部２２０側の端部
には、へら絞りのオス端部２５０が形成されている。

【００２６】本実施形態においては、内管２００の材料
として、薄肉管（例えば、肉厚ｔが０．４ｍｍ）のもの
を用いているため、液圧成型により、容易に種々の形状
に加工することができる。そして、液圧成型により、ベ
ロー部２３０を形成することができる。従来もベローは
形成されているが、内管とは別体にベローだけ形成した
後、そのベローの両端に内管のパイプを溶接する工程が
必要であったが、本実施形態では、ベローの別体加工
や、溶接作業を不要にできる。従って、重量を軽くでき
るとともに、加工コストも低減できるため、内管２００
を安価に形成することができる。溶接部は、酸化等の材
質変化が発生するため、ピンホールやひび割れ等のリー
クの原因となり易いものである。特に、極低温となる溶
接部は高難度溶接技術及び低温リークテスト等の特殊な
作業工程が必要となるが、本実施形態においては、これ
らの特殊技術や作業工程が不要となるため、容易に製造
することができる。

【００２７】次に、図４を用いて、本実施形態による真
空断熱配管の全体構成について説明する。なお、図１〜
図３と同一符号は、同一部分を示している。

【００２８】本実施形態による真空断熱配管１０は、図
２に示した外管１００の中に、図３に内管２００を挿入
し、その両端部をアルゴン溶接して固定している。そし
て、真空引き口１６５から外管１００と内管２００の間
の空間を真空引きして、真空断熱配管１０が形成され
る。

【００２９】なお、外管１００と内管２００の間には、
テフロンやグラスファイバーによって形成されたスペー
サ１７０を配置している。

【００３０】次に、図５を用いて、本実施形態による真
空断熱配管を２本接続する場合について説明する。な
お、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。

【００３１】図５に示すように、第１の配管１０Ａと、
第２の配管１０Ｂを相互に接続する際には、第１の配管
１０Ａの内管２００Ａのバイオネットメス部２１０Ａに
対して、第２の配管１０Ｂの外管のバイオネット断熱オ
スパイプ１２０Ｂの部分が挿入される。第２の配管１０
Ｂのバイオネット断熱オスパイプ１２０Ｂに形成された
凹部１５０Ｂ，１５５Ｂには、ｏリング２０，２５が係
止され、内部を移送される液化ガスをシールしている。

【００３２】さらに、本実施形態においては、第１の配
管１０Ａの第１の突起部１３０Ａと、第２の配管の第２
の突起部１４０Ｂが近接し、この第１及び第２の突起部
１３０Ａ，１４０Ｂが、従来のフランジの代わりとして
用いられ、カップリング３０により締結固定され、２つ
の配管１０Ａ，１０Ｂの相互接続が行われる。

【００３３】図５に示した２つの配管１０Ａ，１０Ｂの
接続状態において、外管１００Ａ，１００Ｂと、内管２
００Ａ，２００Ｂの間の空間Ｃは、真空（例えば、１×
１０^-6Ｔｏｒｒ）に保たれ、内管２００Ａ，２００Ｂの
内部の空間Ｄを移送される液化ガスを、外管１００Ａ，
１００Ｂの外部に対して、真空断熱することができる。

【００３４】なお、ｏリング２０と、ｏリング２５の間
の空間は、空気が満たされており、真空断熱の効果は得
られないが、真空断熱配管１０Ａ，１０Ｂの外部の大気
からの熱は、第１の配管１０Ａと第２の配管１０Ｂとの
接続部Ｇから、ｏリング２０とｏリング２５の間の空間
を経て、ｏリング２０の位置Ｈにおいて液化ガスに伝わ
ることになるため、Ｇ−Ｈ間の距離を長くすることによ
り、伝熱の影響を低減している。ちなみに、Ｇ−Ｈ間の
距離は、約１５０ｍｍとしている。

【００３５】本実施形態によれば、薄肉管により外管と
内管を形成、フランジに相当する第１と第２の突起部を
液圧成型により形成するため、真空断熱配管の全体の重
量を従来よりも軽量化することができる。例えば、単一
の配管の全長が４ｍのものにおいて、従来は、約１４ｋ
ｇの重量があったのに対して、本実施形態においては、
同一長さで２．４ｋｇまで軽量化できた。

【００３６】また、内管２００を薄肉管により形成して
いるため、互いに接続された真空断熱配管内に初めて液
化ガスを導入する初期冷却時にも、内管２００の熱容量
が小さいため、初期冷却が容易となり、液化ガス貯槽か
ら真空断熱配管によって接続された各種研究機器までの
配管システムの立ち上げ時間を短縮することができる。
ちなみに、従来の真空断熱配管においては、例えば、厚
さ１．６５ｍｍの厚肉管が使用されている。

【００３７】以上説明したように、図１〜図５に示した
本実施形態による真空断熱配管１０によれば、外管１０
０の材料として、薄肉管を用い、液圧成型により各種部
品を一体的に形成するようにしているため、従来のよう
な切削加工を不要にでき、、重量を軽くできるととも
に、安価に形成することができる。また、内管２００も
同様にして、重量を軽くできるとともに、安価に形成す
ることができる。従って、真空断熱配管１０自体の重量
を軽くできるとともに、安価に形成することができる。

【００３８】また、内管２００を薄肉管により形成して
いるため、初期冷却が容易となり、立ち上げ時間を短縮
することができる。

【００３９】次に、図６及び図７を用いて、本実施形態
による真空断熱配管の他の形状への適用例について説明
する。なお、図１〜図５と同一符号は、同一部分を示し
ている。

【００４０】図６は、本実施形態による真空断熱配管
を、９０度エルボー型真空断熱配管１０Ｃに適用したも
のである。真空断熱配管１０Ｃは、外管１００Ｃと、内
管２００Ｃによって、構成される。内管２００Ｃは、所
定の形状に液圧成型された後、９０度曲げ加工される。
外管１００Ｃは、少なくとも、３つの部材から構成さ
れ、内管２００Ｃを順次挿入した後、互いに溶接して、
外管１００Ｃとする。外管１００Ｃと、内管２００Ｃの
両端部をアルゴン溶接して固定している。そして、真空
引き口１６０から外管１００Ｃと内管２００Ｃの間の空
間を真空引きして、真空断熱配管１０Ｃが形成される。

【００４１】外管１００Ｃには、第１及び第２の突起部
１３０，１４０が形成されている。オス部Ｅは、他の真
空断熱配管のメス部に挿入され、また、メス部Ｆには、
他の真空断熱配管のオス部が挿入され、互いに、接続さ
れる。

【００４２】図７は、本実施形態による真空断熱配管
を、Ｔ字型真空断熱配管１０Ｄに適用したものである。
真空断熱配管１０Ｄは、外管１００Ｄと、内管２００Ｄ
により構成される。外管１００Ｄ及び内管２００Ｄとも
に、２部材から構成され、直管形の外管部材に直管形の
内管部材を挿入した後、分岐管部分の内管部材及び外管
部材を溶接する。さらに、外管と内管の端部をアルゴン
溶接して固定している。そして、真空引き口１６０から
外管１００Ｄと内管２００Ｄの間の空間を真空引きし
て、真空断熱配管１０Ｄが形成される。

【００４３】外管１００Ｄには、第１及び第２の突起部
１３０，１４０Ａ，１４０Ｂが形成されている。オス部
Ｅは、他の真空断熱配管のメス部に挿入され、また、メ
ス部Ｆには、他の真空断熱配管のオス部が挿入され、互
いに、接続される。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、真空断熱配管の部品点
数を少なくし、そして、軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による真空断熱配管の模式
的な構造を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施形態による真空断熱配管に用い
る外管の断面図である。

【図３】本発明の一実施形態による真空断熱配管に用い
る内管の断面図である。

【図４】本発明の一実施形態による真空断熱配管の全体
構成を示す断面図である。

【図５】本発明の一実施形態による真空断熱配管の接続
構造を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施形態による真空断熱配管のエル
ボー型への適用例を示す断面図である。

【図７】本発明の一実施形態による真空断熱配管のＴ字
型への適用例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…真空断熱配管１００…外管１１０…外管本体パイプ１２０…バイオネット断熱オスパイプ１３０，１４０…突起部１５０…凹部２００…内管２１０…バイオネットメス部２２０…オス部２３０…ベロー部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外管と、この外管の内部に挿入された内管
とから構成され、上記外管と内管の間に形成された空間
を真空に保たれるとともに、一端にオス部を有し、他端
にメス部を有する真空断熱配管において、上記外管及び上記内管を薄肉管により形成するととも
に、上記外管の上記メス部側の端部であって上記外管の外周
に、上記外管と一体形成された第１の突起部と上記外管
の上記オス部側の基部であって上記外管の外周に、上記
外管と一体形成された第２の突起部とを備えたことを特
徴とする真空断熱配管。
【請求項２】請求項１記載の真空断熱配管において、上記内管は、その一部に、上記内管と一体形成されたベ
ロー部を備えたことを特徴とする真空断熱配管。
【請求項３】請求項１記載の真空断熱配管において、上記外管は、上記オス部側であって上記外管の外周に、
上記外管と一体形成された凹部を備えたことを特徴とす
る真空断熱配管。
【請求項４】請求項３記載の真空断熱配管において、上記凹部は、上記外管の上記オス部側の外周に、少なく
とも、２箇所形成されたことを特徴とする真空断熱配
管。