JPS60500968A - 真空断熱式導管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に断熱導管に関し、特には少くとも部分的に真空により断熱された 導管に関する。

背景技術 断熱導管は、流体輸送中流体がその所望の温度特性をなるたけ広範囲にまで保持 するよう周囲温度から著しく異った温度を有する流体を輸送する為の広く様々の 用途において使用されている。こうした用途の特定例は、液化ガスの輸送及び溶 融固体の輸送である。

しばしば使用される断熱導管の型式の一つは、断熱を少くとも部分的に真空によ り実現するものである。

代表的に、こうした導管は、同心の内側及び外側）（イブから成り、この場合流 体は内側バイブ内を流れそして両パイプ間のスペースが排気されて周囲条件から の断熱を与える。こうした二重壁導管の工業化具体例は両壁間に多層成層輻射遮 蔽体を使用することが多い。

導管が所要の軸線方向伸縮性を有することを保証しそしてまた導管の建設及び取 扱の容易さを助成する為に、流体輸送導管の約３０　ｆｔ　毎に継手が隔置され る。

こうした継手は、連結部位での真空損失が非常に大きい真空断熱式導管に対して は殊に熱漏れ源となることが良く知られている。その結果、こうした継手を高価 な材料を使用してそして差込式ジヨイントの組込といった複雑な構成方法を使用 して作製することがしばしば必要である。

従って、本発明の目的は、改善された真空断熱式導管を提供することである。

本発明のまた別の目的は、真空度が低下する時これまで入手された真空断熱式導 管により示された熱漏洩に較べて軽減された熱漏洩しか示さない、改善された真 空断熱式導管を提供することである。

本発明の更に別の目的は、良好な熱抵抗特性を有する継手を形成する為同様の導 管端部帯域に容易に継合されうる端部帯域を具備する改善された真空断熱式導管 を提供することである。

本発明の別の目的は、比較的廉価な材料から作製することのできる改善された真 空断熱式導管を提供することである。

本発明のまた別の目的は、これまで得られた導管よりも比較的少ない作製労力、 ですむ改善された真空断熱式導管を提供することである。

発明の概要 本開示を読むに際して当業者に明らかとなるであろう」１記及び他の目的は、 （Ａ）一端を具備する第１パイプと。

（Ｂ）前記第１パイプの直径より大きな直径を有しそして該第１パイプの周囲に 且つ軸線方向に活って位置づけられそして前記第１バイブ端の手前の地点で終端 し、以って該地点から該第１バイブ端までの軸線方向離間部を定義する第２パイ プと、 （Ｃ）軸線方向一端において前記第１パイプに取付けられそして該第１バイグの 直径より大きく且つ前記第２パイプの直径より小さな直径を有するベローであっ て、該第１パイプの周囲に且つ該第１パイプ軸線方向に沿って前記軸線方向離間 部の少くとも一部に沿って位置づけられるベローと、 （Ｄ）前記ベローの最外側半径方向拡張部から前記第２パイプまでの、前記第１ 及び第２パイプに実質上垂直な連続半径方向伸延部分を有しそして該ベローをそ の軸線方向他端において該第２パイプと連結する板と を包含する継手域において熱漏洩を軽減された導管により達成される。

ここで使用するものとして用語し真空部」は、大気圧より小さな圧力を有するス ペースを定義するのに使用される。

ここで使用するものとして用語１−ベロー」は軸線に浴って伸長或いは圧縮され ることを可能すらしめる薄いたたみ込まれた壁を有する金属筒体を意味するのに 使用さ第１図は、本発明の真空断熱式導管の、また別のそうした導管に連結した 状態での、部分断面で示す破断図である。

第２図は、本発明の真空断熱式導管の一具体例の断面図である。

第３図は、本発明の真空断熱式導管のまた別の具体例の断面図である。

第４図は、本発明の真空断熱式導管及び従来から使用された市販入手しうる真空 断熱式導管の熱的性能特性を表すグラフである。

詳細な記述 本発明は、輸送流体と周囲条件と２の間の真空スペースにより少くとも部分的に 断熱が得られる断熱導管である。

周囲条件とは、外側同心パイプの外側の任意の条件を意味しそして必ずしも大気 ゛条件ではない。本発明の真空断熱式導管は、殊に真空度が低下する時、従来型 式の市販入手しうる真空断熱導管により得られるより大巾に改善された熱抵抗を 示す。この改善された熱抵抗は、新規な導管端域形態を構成する手段により達成 され、この導管端域形態は、また別のそうした端域に継合されて導管継手或いは 連結体を形成する時端域の周辺での熱伝達を軽減する。この新規な形態の導管端 域は容易に組立てられそしてまた別のそうした導管端域に容易に継合されて迅速 に且つ便宜よく継手を形成する。この端域形態はまた、継手の排気帯域を充填す るのに、大気圧断熱目的に対してのみ通常使用されているような安価な断熱材を 使用することを可ならしめる。更に、この端域形態は低下した真空度において改 善された断熱を実現することを可能ならしめ、これは更に一層のコスト節減につ ながる。

本発明の真空断熱導管について図面を参照してもつと詳しく記載する。

ここで第２図を参照すると、内部を通して流体が輸送される内側即ち第１パイプ １０と外側即ち第２ノくイブ１４とが示されている。第２パイプ１４は第１パイ プ１０の周囲を取巻きそして第１パイプに沿って軸線方向に伸延するが第１パイ プ端５２０手前の地点５１において終端し、以って５１から５２までの軸線方向 離間部を定義する。ベロー２７が、地点５１と端５２との間の軸線方向離間部に 沿ってその周囲に且つ軸線方向に位置づけられそしてパイプ端５２に近い側のそ の軸線方向端において第１パイプ１０に２８における突合せ溶接部によるなどし て接合される。円形板２２がパイプに対して実質上垂直に位置づけられそしてベ ロー２７の、２４におけるような最外側半径方向拡張部から第２パイプ１４まで 切れ目のない連続した半径方向伸延部分を有する。板２２は２３におけるように パイプ１４に連結され且つ２４におけるようにぺｐ−２７に連結される。

第１パイプ１０と第２パイプ１４との間のスペースは排気される。好ましくは該 スペースは断熱材１２で充填される。断熱材１２は、大気圧においてのみ従来使 用され従って真空型断熱目的の使用に対しては一般に適当と考えられなかった連 続気泡型或いは繊維質断熱材でありうる。真空スペースは、大気圧から１ミクロ ン水銀柱乃至それ以乍の任意の適当な圧力になしうる。しかし、後にもつと明ら かに示されるように、本発明の導管の利益は該スペースが１ミクロン水銀柱から 大気圧の、好ましくは１０〜１００，０００ミクロン水銀柱の圧力にある時一層 有益に実現される。真壁スペースはまた、真空を実現する為の主たる或いは補助 的な手段として機能できそして洩れ或いは材料流出ガスによりスペースに導入さ れるガスを吸収することにより真空を維持する手段として機能しうる活性炭、モ レキュラーシーブ等のような吸着剤３４を収納しうる。

板２２とベロー２７とは協働して、導管から導管継手の手部分として働く端に近 接する帯域を通しての熱漏洩を著しく減少する。板２２とベロー２７とは継手の 近傍における排気容積を有効に減するよう作用す、るので、真した場合に起る程 苛酷な影響をほとんど及ぼさない。板２２とベロー２７はまた、ベロー２７の２ ８における第１パイプへの付設点から板２２の２３における第２ノくイブ１４へ の付設点までの板２２及びベロー２７の表面に溢う行路に沿ってのみしか熱伝達 を起さないそれらの形態により継手帯域での熱漏洩を減するよう作用する。例え ば、液化ガスが第１パイプ１０を通して輸−医される時、このパイプは低温条件 にありそしてパイプ１４は実質上周囲温度にある。低温液体への伝熱熱伝達は点 ２３から板２２及びベロー２７のおりたたみ表面に沿って点２日までそしてパイ プ１０を通して液体へとのみ実質上越りうるだけである。この伝り伝達は本発明 の形態によりかなり制限され、同時にパイプ長さに沿っての対流熱伝達は真空及 び断熱材により制限される。ベロー２７はまた、内側パイプ１０から外側パイプ １４への温度差がかなりある時必要である導管に対する軸線方向伸縮性を提供す る役目も果す。

本発明の導管の断熱性を向上する為に、継手帯域は好ましくは断熱材で充填され る。再度第２図を参照すると、成型ガラス繊維でありうる断熱材２９がベロー２ ７とノくイブ１０との間の排気スペースを占めており、以って輻射熱伝達を阻止 している。ガラス繊維等から作製しうるマット包囲体２６がベロー２７を囲繞し て、ペロー域へのまたそこからのそしてベローの長さに沿っての対流熱伝達を防 止している。継手帯域は、好ましくは剛性の独立気泡型ウレタンフオームである 断熱部材１６及び１７によって包被される。好ましくは成型独立気泡型可撓性フ オーム製の断熱カラー２５が、好ましくは板２２に接着されそして軸方向伸縮性 を与えるよう板２２と断熱材１７との間に配置される。別法として、マット包囲 体２６が断熱部材１６及び１７により占められたスペース全体を塞ぐよう層状に 巻回されうる。この構成は、液体酸素が輸送流体である時材料相容性問題を回避 するのに好ましい。好ましくはアルミニウム製であるスリーブ１８が継手帯域を 包被しそして可撓性の非透水性シール２１によりパイプ１４に止着される。シー ル２１はゴム弾性質でありそして圧縮バンド１９及び２０により然るべく保持さ れ・る。第２図は、パイプ１０の端がフランジ３０を装備した好ましい具体例を 示す。フランジ３０は、パイプ端をまた別のこうしたパイプ端に継合して継手を 形成するのを助成する。別様にはパイプ端はまた別のこうしたパイプ端に溶接し えよう。

ガラス繊維がパイプ間の断熱の為の好ましい断熱材である。他の適当な型式の断 熱材として、フェノール樹脂フオーム及びパーライトが挙げられる。

外側パイプ１４は、充分の強度を有（２そして高価でないアルミニウム製とする ことが好ましい。外側パイプ１４用の他の適当な材料は、炭紫鋼或いは別の金属 合金或いはポリエチレンのような非金属を含む。

内側パイプ１０は好ましくはステンレス鋼製とされるが、但しパイプ１０を通し ７て輸送されるべき流体と適合しうる任意の他の導管材料も適当である。

ベロー２７は好ましくは金属でありそしてもつとも好ましくはステンレス鋼であ る。

金属板２２は好ましくはアルミニウム製でありそして同種の材料製部材に対して は溶接によりそして異種の材料製部材に対しては適当な接着剤により連結される 。

ベロー２７の軸線方向長さは当業者の決めうる設計事項である。ベロー２７の軸 線方向長さが長い程、導管の軸線方向伸縮性は大きくなりセして伝熱による軸線 方向熱伝達抵抗は太きい。反面、ベロー帯域周辺での半径方向伝熱或いは輻射熱 伝達はベロー軸線方向長さの増加に伴って増大する。ベローの半径は任意の適当 な半径でありうるが、但しその半径はベローと内側パイプとの間に断熱部材２９ の介設を許容するに充分なだけ内側パイプの半径より大きいことが好ましい。好 ましくは、内側パイプとベローとの間の距離は内側及び外側パイプ間の距離の２ ５Ｘ以下、もつとも好ま１−７＜は５〜２０％である。

ベローの各おりたたみ部の振巾ば一般に各標準パイプ寸法に対してベロー製造業 者により指定されている。

ベローおりたたみ部の周期は、軸線方向伸縮性が必要とされる程度に依存しよう 。必要とされる軸線方向可撓性が大きい程、必要な単位置線寸法当りのおりただ 吟、数も多くなる。

１〜１２インチ、好ましくは１５〜６インチのベロー長さが導管継手を通しての 熱伝達を最小限となることが見出された。

第６図は、本発明の真空断熱式導管のまた別の具体例を示す。第２及び６図に共 通の部材に対しては第２図と同じ番号が何しである。この具体例は、パイプ１４ に溶接されそしてベロー２７に接着される板２２を示ず。シール２１は、圧縮バ ンドの必要性を排除する、接着剤付き熱収縮プラスチックシールとして示されて いる。高密度ガラス繊維円板３１が外側第２パイプ１４内への内側第１パイプ１ ０の心合を助成する為設置されている。継手帯域を排気し２また該帯域に二酸化 萩素或いはアルゴンのような低伝導性ガスを大気圧まで充填するのに使用されう る弁ろ°５が示されている。

第１図は、導管継手を形成するよう本発明の真空断熱導管を別のそうした導管と それぞれの端域において継合した状態を例示する。第１図の番号は共通部材に対 しては第２図の番号と一致する。逃し弁６６及び６７が内側パイプ或いは継手の 破損の場自過剰圧を解放する為設けられている。

第４図は、曲線Ａにより表わされる、本発明の真空断熱式導管の断熱性能吏には 曲線Ｂにより表わさねる、多層輻射遮蔽を用いる従来からの市販入手しうる真空 断熱式導管のそれを示すグラフである。データは、２インチ直径の内側パイプ、 ５０　ｆｔ　の長さ及び１つの継手を有する第２図と同様の真空断熱式導管に対 する性能評価に基いて計算された。

グラフかられかるように、１０ミクロン水銀柱以下の非常に高い真空においでは 、両方の真空断熱式導管は良好に機能する。しかし、真空度が低下するにつれ、 市販導管の性能は低下１−７、他方本発明導管の性能は真空の完全損失を含めて そこに至るまで許容水準を接続する。

従って、本発明の真空断熱式導管の使用により、これまで必要であったより厳し さの少ブＩい真空条件において一層良好な断熱が実現１〜え、それによりかなり のコスト節減を達成しうる。匹敵しうる断熱性能に対１〜て真空要件は厳しくな いから、排気スペース内でバリウム或いは酸化パラジウムのような高価なゲッタ 刺人材ではなく吸着剤を使用することによる等して一層低価格で真空を維持しう る。また、高価格輻射遮蔽体の代りに低価格大気圧型断熱材が使用される。大気 圧型断熱材は内側パイプを有効に心合しそｌ−で組立にコスト増を招きそｔ２て 高熱洩れ源であるスペーサへの必要性を排除する。更に、費用のかかる真空排気 時間がかなり鉛線される。更にまた、多くのコスト及び時間な喰う建設及び保守 技術及び手順が、本発明の真空断熱式導管により容認されうる一層低い真空度に より軽減或いは排除さねうる。

本発明を好ましい具体例に言及し７て詳細に記載したが、本発明がその精神及び 請求の範囲の枠内にある別の具体例を包含することを理解されたい。

Ｃ％％ＪｃＸＪ 、ｘ暫’ｔ””／ｅ１ｍ−ＦＴ寸 匡 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　（Ａ）　一端を具備する第１パイプと、（Ｂ）　前記第１パイプの直径よ り大きな直径を有しそして該第１パイプの周囲に且つ軸線方向’Ｉ／ＣＧって位 置づけられそして前記第１パイプ端の手前の地点で終端し、以って該地点から該 第１パイプ端までの軸線方向離間部を定義する第２パイプと、（Ｃ）　軸線方向 一端において前記第１パイプに取付けられそして該第１パイプの直径より大きく 且つ前記第２パイプの直径より小さな直径を有するベローであって、該第１パイ プの周囲に且つ該第１パイプ軸線方向に沿って前記軸線方向離間部の少くとも一 部に？ｉって位置づけられるベローと、（Ｄ）　前記ベローの最外側半径方向拡 張部から前記第２パイプまでの、前記第１及び第２パイプに実質士垂直な連続半 径方向伸延部分を有しそして該ベローをその軸線方向他端において該第２パイプ と連結する板と を包含する継手域において熱漏洩を軽減された導管。 ２）第１及び第２パイプ間の真空部に断熱材が充填される請求の範囲第１項記載 の導管。 ３）第１及び第２パイプ間の真空部が該真空部内の気体を吸着しうる吸着剤を収 納している請求の範囲第１項記載の導管。 ４）第１パイプとベローとの間のスペースに断熱材が充填される請求の範囲第１ 項記載の導管。 ５）第１パイプ端にフランジが装備される請求の範囲第１項記載の導管。 ６）第１パイプ及びベローがステンレス鋼製であり、第２パイプ及び板がアルミ ニウム類であり、モして該板がベローに接着され且つ第２パイプに溶接される請 求の範囲第１項記載の導管。 ７）第１パイプ、ベロー及び板がステンレス鋼製であり、第２パイプがアルミニ ウム類でありそして該板が第２ノくイブに接着され且つべ石−に溶接される請求 の範囲第１項記載の導管。 ８）請求の範囲第１項の導管をまた別のそのような導管にそれぞれの端において 継合して成る導管継手。 ９）継手帯域がスリーブにより包被される請求の範囲第８項記載の導管継手。 １０）スリーブにより包被されるスペースに断熱材が充填される請求の範囲第９ 項記載の導管継手。 １１）スリーブが可撓性非透水性シールにより第２ノくイブに封着される請求の 範囲第９項記載の導管継手。 １２）第１及び第２パイプ間のスペースが大気圧より低い圧力にある請求の範囲 第１項記載の導管。 １６）圧力が約１０〜１ｏｏ、ｏｏｏミクロン水銀柱の範囲にある請求の範囲第 １２項記載の導管。 １４）ベローが、第１パイプとベローとの間の距離が第１及び第２パイプ間の距 離の２５％より小さいような直径を有する請求の範囲第１項記載の導管。 １５）距離が５〜２０Ｘである請求の範囲第１４項記載の導管。 １６）ベローが１〜１２インチの長さを有する請求の範囲第１項記載の導管。 １７）長さが１５〜６インチである請求の範囲第１６項記載の導管。 １８）スリーブにより包被されるスペースが排気される請求の範囲第９項記載の 導管継手。 １９）／（リーブにより包被されるスペースが低伝導性ガスで充填される請求の 範囲第９項記載の導管継手。