KR20110094081A

KR20110094081A - 메탈 시일 링 및 그 메탈 시일 링을 사용한 도관 장치

Info

Publication number: KR20110094081A
Application number: KR1020117014348A
Authority: KR
Inventors: 사토루 고야나기; 유미코 오츠
Original assignee: 토키 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2011-08-19
Also published as: WO2011024889A1; JPWO2011024889A1; JP5842285B2; CN102549319B; CA2771878C; US20120139235A1; EP2472148A4; CA2771878A1; TW201126082A; EP2472148B1; EP2472148A1; US9470313B2; TWI575173B; CN102549319A

Abstract

유체압에 대응한 압력으로 밀봉 걸어맞춤되는 메탈 시일 링. 제1 플랜지에 접하도록 설정되는 환형의 제1 밀봉면(12a)과, 제2 플랜지에 접하도록 설정되는 환형의 제2 밀봉면(12b)과, 상기 제1 및 제2 밀봉면 사이에 형성되고, 상기 메탈 시일 링의 반경 방향 안쪽으로 개구된 환형 오목부(12e)를 획정하는 수압면(12f)을 가지며, 상기 환형 오목부(12e)와 제1 밀봉면(12a) 사이에 탄성 변형 가능한 제1 밀봉 부분(12A), 환형 오목부(12e)와 제2 밀봉면(12b) 사이에 탄성 변형 가능한 제2 밀봉 부분(12B)을 가지는 환형의 밀봉부(12)를 가진다. 밀봉부(12)의 반경 방향 외측에는 상기 제1 및 제2 플랜지와 걸어맞춤하여 제1 및 제2 플랜지가 상기 메탈 시일 링에 축선 방향으로 접근하는 것을 저지하여, 제1 및 제2 밀봉 부분에 과대한 힘이 걸리지 않도록 하는 환형의 시일 링 본체(14)를 가진다. 제1 및 제2 밀봉 부분(12A),(12B)은 수압면이 받는 유체 압력에 의해 각각 제1 및 제2 플랜지에 압압된다.

Description

메탈 시일 링 및 그 메탈 시일 링을 사용한 도관 장치{Metal seal ring and conduit device using metal seal ring}

본 발명은 메탈 시일에 관한 것으로서, 특히 도관의 접속 단부간의 시일(seal; 밀봉)을 행하기에 적합한 메탈 시일 링 및 그 메탈 시일 링을 사용한 도관 장치에 관한 것이다.

도관 단부의 접속에는 플랜지 조인트가 널리 사용되고 있다. 플랜지 조인트는 도관의 단부에 설치한 플랜지를 서로 맞대어 볼트·너트 등의 체결고정구에 의해 죄어 연결하는 것이다.

이 플랜지 조인트에서는 접속하는 도관의 내부를 통과하는 유체가, 맞대어진 플랜지 사이를 통해 외부로 누출되지 않도록 플랜지 간에 0링(O-Ring) 등의 시일 링을 끼움고정(挾着)하는 것이 일반적이다.

그러나 시일 링은 일반적으로 고무나 수지 등에 의해 만들어지기 때문에 경시적 열화가 발생하여 정기적인 교환 작업이 필요하므로, 많은 접속 부분을 가지는 도관 장치 또는 배관에서는 그 교환 작업이 상당히 힘들어서 도관 장치의 가동 효율의 저하도 초래하는 결과가 된다. 또 도관 장치가 예를 들면 식품을 취급하도록 된 것인 경우, 0링의 냄새가 식품에 배거나, 열화된 0링의 파편이 식품에 혼입될 우려가 있다. 또한 0링은 내압성이 낮아 고압 유체를 취급하는 도관 장치에서의 사용에는 적합하지 않고, 특히 최근 수요가 많아진 액체 수소 등 수십 메가 파스칼의 초고압 유체를 취급하는 도관 장치에서는 전혀 사용이 불가능하다. 나아가 또한 0링은 일반적으로 대향하는 플랜지의 면에 형성된 환형 홈에 끼워맞추어 설정되는데, 식품을 취급하는 도관 등에서는 그 홈에 식품이 들어가 위생면에서 바람직하지 않고, 또 상기 조인트의 분해 세정이 어려워진다는 문제도 있었다.

한편 시일 링을 스테인레스 등의 금속에 의해 형성한 메탈 시일 링이 개발되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2). 이와 같은 메탈 시일 링은 고무나 수지 등을 사용한 것에 비해 열화가 적다는 이점이 있지만 밀봉 기능 등의 개선이 필요하다.

이에 대해, 패킹을 사용하지 않고 도관을 접속하는 기술이 개발되고 있다(특허문헌 4). 이 기술은 접합되는 한쪽 도관의 단부 플랜지에 끝이 좁은 외주면을 가지는 환형 돌기를 설치하고, 상기 환형 돌기를 상대방의 도관의 도관 구멍 안에 압입하여 상기 환형 돌기의 외주면을 상기 도관 구멍의 단연(端緣)에 압압함으로써 시일을 꾀하는 것이다. 이 기술은 0링 등의 시일 링 없이 도관을 연결할 수 있는 것으로서, 시일 링을 사용한 경우의 상술한 바와 같은 문제를 해결할 수 있는 우수한 것이다.

특허문헌 1: 일본 공개실용신안 평5-79118 특허문헌 2: 일본 공개특허 2001-98317 특허문헌 3: 일본 공개특허 2004-12e5917 특허문헌 4: WO2004/109174

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 감안하여 시일성을 개량하고, 수소 가스 등 초고압 유체를 취급하는 도관 장치의 시일에도 사용할 수 있게 하는 메탈 시일 링 및 그 메탈 시일 링을 사용한 배관 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은

간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 요소 사이에 설정되어 상기 제1 및 제2 요소 사이를 밀봉하는 메탈 시일 링으로서,

상기 제1 요소에 접하도록 설정되는 환형의 제1 밀봉면과, 상기 메탈 시일 링의 반경 방향 안쪽으로 개구되는 환형 오목부를 획정하는 수압면(受壓面)을 가지는 밀봉부로서, 상기 환형 오목부와 상기 제1 밀봉면 사이에 탄성 변형 가능한 환형의 제1 밀봉 부분을 가지는 환형의 밀봉부와,

상기 밀봉부의 반경 방향 외측에 설치된 환형의 시일 링 본체로서, 상기 메탈 시일 링을 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 요소와 걸어맞춤(係合)하여 상기 제1 요소가 상기 메탈 시일 링에 축선 방향으로 접근하는 것을 저지하여, 상기 제1 요소와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 상기 제1 요소에 밀봉 걸어맞춤된 상기 제1 밀봉 부분이 더 변형되는 것을 저지하는 환형의 시일 링 본체를 가지는 메탈 시일 링을 제공한다.

이 메탈 시일 링에서는, 환형의 시일 링 본체가 제1 밀봉 부분이 제1 요소로부터 거대한 힘을 받아 탄성 한계를 초과하여 변형되는 것을 저지한 상태에서 상기 제1 밀봉 부분을 제1 요소와 밀봉 걸어맞춤한 상태로 설정할 수 있다. 따라서 상기 메탈 시일 링의 반경 방향 내측으로부터 고압 유체의 압력이 가해지면 제1 밀봉 부분은 반경 방향으로 압압되어 제1 요소와의 밀봉 걸어맞춤을 확실한 것으로 할 수 있다. 또한 제1 밀봉 부분은 제1 요소로부터 탄성 한계내에서의 변형이 가해졌기 때문에 제1 및 제2 요소를 분해한 후에도 재사용할 수 있게 된다.

구체적으로는, 상기 시일 링 본체는 상기 메탈 시일 요소를 상기 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 밀봉 부분이 제1 요소와 걸어맞춤하여 탄성 변형된 후에 상기 제1 요소에 걸어맞춤하도록 되어 있다. 이로써 제1 밀봉 부분은 제1 요소와의 필요한 밀봉 걸어맞춤력을 얻을 수 있도록 할 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 제1 밀봉 부분이 상기 시일 링 본체로부터 반경 방향 내측으로 연장됨에 따라 제1 요소에 접근하는 형상이 되고 그 끝단에서 상기 제1 요소에 밀봉 걸어맞춤하도록 되어 있다. 이와 같이 함으로써, 상기 메탈 시일 링이 유체압을 받는 반경 방향으로 가장 내측 위치에서 밀봉이 행해지기 때문에 유체가 상기 메탈 시일 링과 제1 요소 사이로 들어가는 것을 최소화할 수 있다. 이것은, 특히 액상 식품을 취급하는 도관에서의 시일에는 중요하다.

시일 링 본체가 밀봉부에서 반경 방향 외측으로 감에 따라 제1 요소에 접근하는 환형의 내측 경사면과, 상기 내측 경사면에 이어지며, 반경 방향 외측으로 감에 따라 제1 요소로부터 멀어지는 외측 경사면과, 상기 내측 경사면과 외측 경사면 사이에 형성되는 환형의 능선부를 가지며, 상기 시일 링 본체가 상기 능선부에서 제1 요소에 걸어맞춤하도록 할 수 있다. 제1 요소와의 밀봉 걸어맞춤은 제1 밀봉 부분에서 행해지는데, 시일 링 본체에서도 상기와 같은 능선부를 설치하고, 이 능선부에서 제1 요소와 걸어맞춤되도록 함으로써, 이 부분에서 2차적 밀봉 걸어맞춤이 형성되어 상기 메탈 시일 링에서의 밀봉을 보다 확실한 것으로 할 수 있다.

일실시형태에서는, 상기 메탈 시일 링이 상기 제2 요소에 일체 성형되어 있다. 즉, 제1 및 제2 요소를 서로 연결되는 도관의 단부에 설치된 플랜지로 한 경우, 한쪽 플랜지에 상기 메탈 시일 링을 일체 성형하는 것이다.

다른 실시형태에서는, 밀봉부가 제2 요소에 접하도록 설정되는 환형의 제2 밀봉면을 가지며, 상기 제2 밀봉면과 상기 환형 오목부 사이에 탄성 변형 가능한 환형의 제2 밀봉 부분을 가지며,

상기 환형의 링 본체가, 상기 메탈 시일 링을 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 제1 및 제2 요소와 걸어맞춤하여 상기 제1 및 제2 요소가 상기 메탈 시일 링에 축선 방향으로 접근하는 것을 저지하여, 상기 제1 및 제2 요소와 각각 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 상기 제1 및 제2 요소에 밀봉 걸어맞춤된 상기 제1 및 제2 밀봉 부분이 더 변형되는 것을 저지하도록 되어 있다.

구체적으로는 상기 시일 링 본체는, 상기 메탈 시일 요소를 상기 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 및 제2 밀봉 부분이 각각 제1 및 제2 요소와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 제1 및 제2 요소에 밀봉 걸어맞춤된 후에 상기 제1 및 제2 요소에 걸어맞춤하게 된다.

즉, 제2 요소와의 밀봉 걸어맞춤도 제1 요소에 대한 것과 마찬가지로 행하는 것이다.

또 상기 제1 및 제2 밀봉 부분은, 상기 시일 링 본체로부터 반경 방향 내측으로 연장됨에 따라 각각 제1 및 제2 요소에 접근하고, 각각의 끝단에서 상기 제1 및 제2 요소에 밀봉 걸어맞춤하도록 할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 상기 메탈 시일 링이 유체압을 받는 반경 방향에서 가장 내측의 위치에서 밀봉이 행해지기 때문에, 유체가 상기 메탈 시일 링과 제1 및 제2 요소 사이로 들어가는 것을 최소화할 수 있다. 이것은, 특히 액상 식품을 취급하는 도관 장치에서의 시일에는 중요하다.

시일 링 본체가, 반경 방향 외측에 면하고, 반경 방향 외측으로 감에 따라 서로 접근하는 외측 경사면을 갖도록 할 수 있다. 또는 시일 링 본체가, 반경 방향 내측에 면하고, 반경 방향 외측으로 감에 따라 서로 접근하는 내측 경사면을 갖도록 할 수 있다.

이와 같이 함으로써, 예를 들면, 제1 및 제2 요소의 서로 대향하는 면에 환형 오목부를 설치하고 상기 환형 오목부 사이에 시일 링 본체를 설정하여 환형 오목부를 따라 환형으로 연장되는 환형 오목부의 각연(角緣)을 상기 외측 경사면 또는 내측 경사면과 걸어맞춤시키도록 할 수 있다. 각연과 경사면의 걸어맞춤에 의해 그 부분에 더욱 강한 밀봉 걸어맞춤이 생겨 상기 밀봉부에 의한 밀봉 걸어맞춤에 대한 2차적인 밀봉 걸어맞춤으로 할 수 있다.

또 다른 실시형태에서는 시일 링 본체가 반경 방향 외측에 면하고, 반경 방향 외측으로 감에 따라 서로 접근하는 환형의 외측 경사면과, 반경 방향 내측에 면하고, 반경 방향 내측으로 감에 따라 서로 접근하는 환형의 내측 경사면을 가지며, 외측 경사면과 내측 경사면 사이에 환형의 능선부가 형성되도록 할 수 있다.

이 경우 시일 링 본체는 제1 및 제2 요소와 상기 능선부에서 걸어맞춤되고 그 부분에 의해 강한 밀봉 걸어맞춤을 일으킬 수 있다.

본 발명은 또,

접속될 제1 및 제2 도관과,

상기 제1 및 제2 도관의 단부에 형성되어 서로 대향하도록 배치된 제1 및 제2 플랜지와,

상기 제1 및 제2 플랜지 사이에 설정되는 메탈 시일 링을 가지는 도관 장치로서,

상기 메탈 시일 링이,

상기 제1 플랜지에 접하도록 설정되는 환형의 제1 밀봉면과, 상기 제2 플랜지에 접하도록 설정되는 환형의 제2 밀봉면과, 상기 제1 및 제2 밀봉면 사이에 형성되며, 상기 메탈 시일 링의 반경 방향 안쪽으로 개구된 환형 오목부를 획정하는 수압면을 가지며, 상기 환형 오목부와 제1 밀봉면 사이에 탄성 변형 가능한 제1 밀봉 부분, 상기 환형 오목부와 제2 밀봉면 사이에 탄성 변형 가능한 제2 밀봉 부분을 가지는 환형의 밀봉부와;

상기 밀봉부의 반경 방향 외측에 설치된 환형의 시일 링 본체로서, 상기 메탈 시일 링을 제1 및 제2 플랜지 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 및 제2 플랜지와 각각 걸어맞춤하여 상기 제1 및 제2 플랜지가 상기 메탈 시일 링에 축선 방향으로 접근하는 것을 저지하여, 상기 제1 및 제2 플랜지와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 상기 제1 및 제2 플랜지에 밀봉 걸어맞춤된 상기 제1 및 제2 밀봉 부분이 더 변형되는 것을 저지하는 환형의 시일 링 본체를 가지는 도관 장치를 제공한다.

이 도관 장치에서는 메탈 시일 링이 상기와 같은 구성이므로, 종래의 0링 등을 사용한 도관 장치에서의 상술한 문제를 회피할 수 있다. 또 재료가 금속이고, 또한 도관을 통과하는 유체의 압력을 받아 탄성 변형되어 플랜지에 밀봉 걸어맞춤하게 되므로, 액체 수소 등 초고압의 유체에 대해서도 적정하게 밀봉 작용할 수 있다.

구체적으로는,

상기 시일 링 본체는, 상기 메탈 시일 링을 상기 제1 및 제2 플랜지 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 및 제2 밀봉 부분이 각각 제1 및 제2 플랜지와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 제1 및 제2 플랜지에 밀봉 걸어맞춤된 후에 상기 제1 및 제2 플랜지에 걸어맞춤하도록 할 수 있다.

또 제1 및 제2 플랜지의 서로 대향하는 면의 적어도 한쪽이, 도관으로부터 플랜지를 관통하는 유체 통로에 연접된 환형의 오목부를 가지며, 상기 메탈 시일 링이 상기 오목부 내에 설정되도록 할 수 있다.

이와 같이 함으로써, 플랜지에 대한 메탈 시일 링의 중심 맞추기 용이하게 하고, 또한 상기 메탈 시일 링을 확실하게 보유지지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명하기로 한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 메탈 시일 링이, 내압 시험 장치에서의 도관 단부의 플랜지와 상기 도관의 단부 개구를 막기 위한 폐지(閉止) 부재 사이에 끼움고정되어 있는 상태를 도시한 종단측면도이다.
도 2는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 메탈 시일 링을 도시한 도 1과 마찬가지의 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 메탈 시일 링을 도시한 도 1과 마찬가지의 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 메탈 시일 링을 도시한 도 1과 마찬가지의 도면이다.
도 5는, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 메탈 시일 링을 도시한 도 1과 마찬가지의 도면이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 메탈 시일 링과 유사한 메탈 시일 링이, 도관 단부에 설치된 대향하는 플랜지 사이에 설정되어 있는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은, 도 5와 유사한 실시형태를 도시한 도면으로서, 본 발명에 관한 메탈 시일 링이 한쪽 플랜지에 일체 성형되어, 다른 쪽 플랜지에 형성된 오목부내에 설정되어 있는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은, 본 발명에 관한 메탈 시일 링을 끼움고정한 플랜지를, 일단에서 서로 피봇결합된 반원형의 클램프 부재로 이루어진 원형의 클램프에 의해 체결고정하도록 한 예를 도시한 도면이다.
도 9는, 본 발명에 관한 메탈 시일 링을 끼움고정한 플랜지를 나사식으로 고정시키도록 한 예를 도시한 도면이다.
도 1O은, 도 6와 유사하지만 메탈 시일 링의 시일 링 본체의 형상이 다른 예를 도시한 도면이다.

도 1은, 본 발명에 관한 메탈 시일 링(10)에 대한 내압 테스트를 행했을 때의 실험 장치의 일부를 도시한 것으로서, 도관(T)의 단부에 고정시킨 원형의 플랜지(F)와, 상기 플랜지에 대향 배치되는 원형의 폐지(閉止) 부재(C)와, 상기 플랜지(F)와 폐지 부재(C)를 서로 끌어당기도록 죄는 볼트·너트(B)를 구비하고, 미도시되었으나 도관(T)의 타단측(도 1의 상단측)에는 유체압(P)을 부여하는 가압 장치와, 동(同) 압력을 측정하는 측정 장치가 접속되어 있다.

메탈 시일 링(10)은 전체적으로는 환형으로 되어 있으며 밀봉하고자 하는 제1 요소, 즉 플랜지(F)와 제2 요소 즉 폐지 부재(C) 사이에 설정된다. 상기 메탈 시일 링(10)은 반경 방향 내측의 환형 밀봉부(12)와, 상기 밀봉부(12)의 반경 방향 외측 위치에 있는 환형의 시일 링 본체(14)로 구성되어 있다.

밀봉부(12)는, 제1 요소(F)에 접하도록 설정되는 환형의 제1 밀봉면(12a)과, 제2 요소(C)에 접하도록 설정되는 환형의 제2 밀봉면(12b)과, 상기 메탈 시일 링(10)의 반경 방향 안쪽으로 개구되는 환형 오목부(12e)를 획정하는 수압면(12f)을 가진다. 구체적으로는, 이 밀봉부(12)는 시일 링 본체(14)로부터 상기 메탈 시일 링의 반경 방향 내측으로 연장됨에 따라, 각각 제1 요소(F) 및 제2 요소(C)에 접근하도록 연장되는 환형의 탄성 변형 가능한 제1 밀봉부(12A) 및 제2 밀봉부(12B)를 가지고 있으며, 상기 제1 및 제2 밀봉부는 그 끝단(반경 방향 내측 단부)(12c),(12d)에서, 각각 제1 요소(F) 및 제2 요소(C)에 걸어맞춤하도록 되어 있다. 제1 밀봉부(12A)는, 제1 밀봉면(12a)과 환형 오목부(12e)의 수압면(12f)에 의해 획정되어 있으며, 상기 수압면(12f)이 받는 유체 압력(P)에 의해 제1 요소(F)를 향해 탄성 변형되고, 제1 밀봉면(12a)이 제1 요소(F)에 압압되어 상기 제1 요소에 대해 보다 강하게 밀봉 걸어맞춤되도록 되어 있다. 제2 밀봉부(12B)는, 제2 밀봉면(12b)과 환형 오목부(12e)의 수압면(12f)에 의해 획정되어 있으며, 상기 수압면(12f)이 받는 유체 압력(P)에 의해 제2 요소(F)를 향해 탄성 변형되고, 제2 밀봉면(12b)이 제2 요소(F)에 압압되어 상기 제2 요소에 대해 보다 강하게 밀봉 걸어맞춤되도록 되어 있다.

환형의 시일 링 본체(14)는, 상기 메탈 시일 링(10)을 제1 및 제2 요소(F),(C) 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 제1 및 제2 요소(F),(C)와 걸어맞춤하여 제1 및 제2 요소(F),(C)가 상기 메탈 시일 링에 축선 방향으로 접근하는 것을 저지하여, 제1 및 제2 요소(F),(C)와 각각 걸어맞춤하여 탄성 변형되고 상기 제1 및 제2 요소(F),(C)에 밀봉 걸어맞춤된 상기 제1 및 제2 밀봉 부분(12A),(12B)이 더 변형되는 것을 저지한다.

구체적으로는 시일 링 본체(14)는 반경 방향 외측에 면하고, 반경 방향 외측으로 감에 따라 서로 접근하는 환형의 외측 경사면(28b),(30b)와, 반경 방향 내측에 면하고, 반경 방향 외측으로 감에 따라 서로 접근하는 내측 경사면(28a),(30a)을 가지며, 외측 경사면(28b),(30b)과 내측 경사면(28a),(30a) 사이에 능선부(28),(30)가 형성되어 있다. 메탈 시일 링(10)이 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정될 때에는 제1 및 제2 밀봉 부분(12A),(12B)의 끝단이, 각각 제1 및 제2 요소(F),(C)와 걸어맞춤되고 볼트(B)를 죔으로써 제1 및 제2 요소(F),(C)가 서로 가까워지면, 제1 및 제2 밀봉 부분(12A),(12B)이 서로 접근하도록 탄성 변형되고, 그로 인해 상기 제1 및 제2 밀봉 부분(12A),(12B)이 제1 및 제2 요소(F),(C)와의 사이에서 필요한 압력으로 밀봉 걸어맞춤된다. 시일 링 본체의 능선부(28),(30)는 제1 및 제2 밀봉 부분(12A),(12B)이 제1 및 제2 요소와의 사이에 그와 같은 밀봉 걸어맞춤이 생긴 시점에서 제1 및 제2 요소와 걸어맞춤하여 상기 제1 및 제2 요소가 실질적으로 더 이상 서로 접근하지 않도록 하고, 제1 및 제2 밀봉 부분에 과잉의 힘이 가해져 실질적인 소성 변형이 생기거나 파손되는 것을 방지한다. 여기에서 제1 및 제2 밀봉 부분(12A),(12B)과 제1 및 제2 요소(F),(C)의 밀봉 걸어맞춤은, 상기 메탈 시일 링에 반경 방향 내측으로부터 유체압(P)이 걸렸을 때 누설되는 것을 방지하는 정도이면 된다.

내압 테스트에서는 메탈 시일 링(10)을 스테인레스강으로 만들고 볼트·너트가 죄어지지 않는 상태에서 제1 및 제2 밀봉면(12a),(12b)의 끝단(12c),(12d)의 축방향 간격이 3.1㎜, 직경이 15.8㎜, 능선부(28),(30)의 축선 방향 간격이 3.0㎜, 직경이 18.0㎜로 하고, 볼트·너트를 죄어 제1 및 제2 요소(F),(C)가 시트 메탈 본체의 능선부(28),(30)와 걸어맞춤하여, 그 상호 끌어당김이 실질적으로 정지된 상태에서 도관(T) 및 메탈 시일 링(10)의 내측 부분을 물로 충전하고, 이 물에 미도시된 가압 수단에 의해 60MPa의 압력을 가하였다. 그 결과 20일간의 실험에서 메탈 시일 링(10)과 제1 및 제2 요소(F),(C) 사이를 통해 새나오는 물은 전혀 없었다. 압력은 60MPa에서 59MPa 정도로 저하되었으나, 이것은 가압 장치 및 측정 장치측에서 압력의 누설에 의한 것으로 생각된다. 이하에 설명하는 도 2 내지 도 4 실시형태에 관한 메탈 시일 링에 대해서도 마찬가지의 내압 시험을 행하였는데 마찬가지의 결과를 얻을 수 있었다. 상기 60MPa의 가압은, 내압(누설) 시험을 행한 시험 장치의 가압 한계가 60MPa였기 때문이며, 다른 장치에서 70MPa의 액체 수소에 의한 누설 테스트 시험을 행하였는데 마찬가지의 결과를 얻을 수 있었다. 본 발명에 관한 메탈 시일 링은, 거기에 걸리는 유체압에 대응하여 큰 압력에서의 밀봉 걸어맞춤이 생기게 되므로, 상기 메탈 시일 링의 금속재 자체가 압력에 의해 파단될 때까지는 이미 시험 완료된 70MPa이상의 압력에서도 적정한 밀봉이 가능하다고 생각된다.

도 2는, 본 발명에 관한 메탈 시일 링(10)의 제2 실시형태를 도시한 것으로서, 도 1의 메탈 시일 링에 비해 시일 링 본체(14)의 단면 형상이 약간 다르게 되어 있다. 즉, 이 시일 링 본체(14)는 전체적으로 대략 직사각형상의 횡단면을 가지고 있으며, 제1 및 제2 요소(F),(C)에 형성된 환형 홈(G1),(G2)안에 상기 시일 링 본체(14)가 설정되도록 되어 있다. 이 실시형태에서는 시일 링 본체(14)의 경사면(28a),(30a)이 홈(G1),(G2)의 반경 방향 내측연(G1a),(G2a)와 각각 걸어맞춤하여 제1 및 제2 요소(F),(C)가 서로 끌어당기도록 움직이는 것을 저지한다.

도 3은, 본 발명에 관한 메탈 시일 링(10)의 제3 실시형태를 도시하고 있다. 즉, 이 메탈 시일 링(10)에서는 시일 링 본체(14)의 횡단면이 전체적으로 대략 육각형으로 되어 있으며 제1 및 제2 요소(F),(C)에 설치한 환형 홈(G1),(G2)에 걸어맞춤되고, 상기 시일 링 본체(14)의 반경 방향 외측에 면하는 환형의 경사면(28c),(30c)이 각각 환형 홈(G1),(G2)의 반경 방향 외측연(G1b),(G2b)와 걸어맞춤하여 제1 및 제2 요소(F),(C)가 서로 끌여당겨지도록 움직이는 것을 저지하고 있다.

도 4는, 본 발명에 관한 메탈 시일 링(10)의 제4 실시형태를 도시하고 있다. 즉, 이 메탈 시일 링(10)에서는 시일 링 본체(14)의 횡단면이 도 1에 도시한 것과 유사한 것으로 되어 있는데 도면에서 보아 아래쪽 면에는, 도 1에서의 경사면(30b)은 설치되어 있지 않고 제1 및 제2 요소(F),(C)에 평행한 면으로 되어 있다. 또 제1 요소(F)에는 환형 홈이 설치되어 있지 않고, 시일 링 본체(14)는 제2 요소(C)에 설치되어 있는 환형 홈(G2) 안에 걸어맞춤되도록 되어 있으며, 경사면(30a)이 환형 홈(G2)의 반경 방향 내측연(G2a)에 걸어맞춤하고, 제1 요소(F)에 걸어맞춤되는 능선부(28)와 함께 제1 및 제2 요소(F),(C)가 서로 끌어당겨지는 것을 저지하도록 되어 있다.

도 5는, 도 3에 도시한 메탈 시일 링(10)이 제2 요소(C)에 일체적으로 형성된 실시형태를 도시하고 있다. 즉, 이 실시형태에 관한 메탈 시일 링(10)에서는, 제2 요소(C)상으로부터 반경 방향 안쪽으로 제1 요소를 향해 연장되도록 설치된 환형의 밀봉부(12)와, 상기 밀봉 부분의 반경 방향 외측에 설치된 환형의 횡단면이 사다리꼴의 시일 링 본체(14)로 이루어지고, 밀봉부(12)의 끝단에 마련된 밀봉면 끝단(12c)이 제1 요소(F)에 밀봉 걸어맞춤하고, 또 시일 링 본체(14)가 제1 요소(F)에 형성된 환형 홈(G1) 안에 설정되고, 상기 시일 링 본체(14)의 반경 방향 외측의 경사면(28c)이 상기 환형 홈(G1)의 반경 방향 외측연(G1b)과 걸어맞춤하도록 되어 있다.

도 1 내지 도 5에서는, 본 발명에 관한 메탈 시일 요소를 내압 측정 장치에 설정한 것을 설명하였으나, 도 6 내지 도 11은, 본 발명에 관한 메탈 시일 링을 도관 장치의 도관 단부에 설치한, 상술한 제1 및 제2 요소에 상당하는 플랜지(F),(F) 사이에 설정한 예를 도시한다. 이들 도 6 내지 도 11에 도시한 메탈 시일 링에서, 도 1 내지 도 5에 도시한 메탈 시일 링과 동일한 부위에는 동일한 참조 번호를 붙여 도시하였다.

도 6은, 실질적으로 도 1에 도시한 것과 동일한 시일 링을 도관 단부의 플랜지(F),(F) 사이에 설정한 것을 도시하였다. 플랜지의 대향하는 면에는 그 축선을 중심으로 한 오목부(G1),(G2)가 설치되어 있다. 이들 오목부(G1),(G2)는 축선에 직교하는 평면에서 보아 원형으로 되어 있으며 마찬가지로 원형의 메탈 시일 링(10)을 받아들이도록 되어 있다. 이와 같은 오목부를 설치함으로써, 메탈 시일 링(10)의 플랜지에 대한 중심 맞추기가 용이해지고, 또한 메탈 시일 링을 확실하게 보유지지할 수 있다.

도 7은 도 5와 마찬가지로 메탈 시일 링(10)이 한쪽 플랜지에 일체 성형되고, 다른 쪽 플랜지에 형성된 오목부(G1) 안에 배치되도록 되어 있는 예를 도시한다.

도 8은 도 6과 실질적으로 동일한 것인데, 대향하는 플랜지를 서로 끌어당기는데, 볼트·너트(B)가 아닌, 일단에서 서로 피봇결합된 2개의 반원형 클램프 부재로 이루어진 환형 클램프(K)를 사용한 예를 도시하였다.

도 9는, 플랜지를 서로 끌어당길 때 한쪽 플랜지의 외주면에 수나사를 형성하고, 다른 쪽 플랜지에 씌운 너트(N)를 상기 수나사에 나사 결합시키도록 한 예를 도시하였다.

도 10은, 도 6에 도시한 것과 대략 동일한 예를 도시하였는데, 시일 링 본체(14)가 제1 및 제2 요소와 평행한 면(28c)을 구비하고, 이들 면(28c)이 제1 및 제2 요소에 설치한 환형 홈(G1),(G2)의 저면에 걸어맞춤되도록 되어 있다.

이상, 본 발명에 관한 메탈 시일 링의 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 시일 링 본체는 밀봉부에 그것을 끼움고정하는 제1 및 제2 요소로부터 과잉의 힘이 걸리지 않도록 할 필요가 있으며, 기본적으로는 그러한 형상이면 좋다. 또 도시된 실시형태에서의 밀봉부의 밀봉 부분은, 시일 링 본체로부터 반경 방향 내측으로 멀어짐에 따라 걸어맞춤할 요소에 접근하는 형상으로 되었으나, 걸어맞춤 할 요소에 접하면서 연장되는 것으로 할 수도 있다. 이와 같이 한 경우에도 상기 밀봉 부분은 수압면이 받는 압력에 의해 걸어맞춤 할 요소를 향해 압압되어 강한 압력으로 밀봉 걸어맞춤되게 된다.

Claims

간격을 두고 대향 배치되는 제1 및 제2 요소 사이에 설정되어 상기 제1 및 제2 요소 사이를 밀봉하는 메탈 시일 링으로서,
상기 제1 요소에 접하도록 설정되는 환형의 제1 밀봉면과, 상기 메탈 시일 링의 반경 방향 안쪽으로 개구되는 환형 오목부를 획정하는 수압면을 가지는 밀봉부로서, 상기 환형 오목부와 상기 제1 밀봉면 사이에 탄성 변형 가능한 환형의 제1 밀봉 부분을 가지는 환형의 밀봉부와,
상기 밀봉부의 반경 방향 외측에 설치된 환형의 시일 링 본체로서, 상기 메탈 시일 링을 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 요소와 걸어맞춤하여 상기 제1 요소가 상기 메탈 시일 링에 축선 방향으로 접근하는 것을 저지하여, 상기 제1 요소와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 상기 제1 요소에 밀봉 걸어맞춤된 상기 제1 밀봉 부분이 더 변형되는 것을 저지하는 환형의 시일 링 본체를 가지는 메탈 시일 링.
제1항에 있어서,
상기 시일 링 본체는, 상기 메탈 시일 요소를 상기 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 밀봉 부분이 제1 요소와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 제1 요소에 밀봉 걸어맞춤된 후에 상기 제1 요소에 걸어맞춤하도록 되어 있는 메탈 시일 링.
제1항에 있어서,
상기 제1 밀봉 부분이, 상기 시일 링 본체로부터 반경 방향 내측으로 연장됨에 따라 제1 요소에 접근하는 형상으로 되고, 그 끝단에서 상기 제1 요소에 밀봉 걸어맞춤하도록 되어 있는 메탈 시일 링.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시일 링 본체가, 밀봉부로부터 반경 방향 외측으로 감에 따라 제1 요소에 접근하는 환형의 내측 경사면과, 상기 내측 경사면에 이어지며, 반경 방향 외측으로 감에 따라 제1 요소로부터 멀어지는 외측 경사면과, 상기 내측 경사면과 외측 경사면 사이에 형성되는 환형의 능선부를 가지며, 상기 시일 링 본체가 상기 능선부에서 제1 요소에 걸어맞춤하도록 되어 있는 메탈 시일 링.
제1항에 있어서,
상기 메탈 시일 링이, 제2 요소와의 사이를 밀봉하도록 상기 제2 요소에 일체 성형되어 있는 메탈 시일 링.
제1항에 있어서,
상기 밀봉부가, 제2 요소에 접하도록 설정되는 환형의 제2 밀봉면을 가지며, 상기 제2 밀봉면과 상기 환형 오목부 사이에 탄성 변형 가능한 환형의 제2 밀봉 부분을 가지며,
상기 환형의 링 본체가, 상기 메탈 시일 링을 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 제1 및 제2 요소와 걸어맞춤하여 상기 제1 및 제2 요소가 상기 메탈 시일 링에 축선 방향으로 접근하는 것을 저지하여, 상기 제1 및 제2 요소와 각각 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 상기 제1 및 제2 요소에 밀봉 걸어맞춤된 상기 제1 및 제2 밀봉 부분이 더 변형되는 것을 저지하도록 한 메탈 시일 링.
제6항에 있어서,
상기 시일 링 본체는, 상기 메탈 시일 요소를 상기 제1 및 제2 요소 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 및 제2 밀봉 부분이 각각 제1 및 제2 요소와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 제1 및 제2 요소에 밀봉 걸어맞춤된 후에 상기 제1 및 제2 요소에 걸어맞춤하도록 되어 있는 메탈 시일 링.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 밀봉 부분이, 상기 시일 링 본체로부터 반경 방향 내측으로 연장됨에 따라 각각 제1 및 제2 요소에 접근하고, 각각의 끝단에서 상기 제1 및 제2 요소에 밀봉 걸어맞춤하도록 되어 있는 메탈 시일 링.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 시일 링 본체가, 반경 방향 외측에 면하고, 반경 방향 외측으로 감에 따라 서로 접근하는 외측 경사면을 가지는 메탈 시일 링.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 시일 링 본체가, 반경 방향 내측에 면하고, 반경 방향 외측으로 감에 따라 서로 접근하는 내측 경사면을 가지는 메탈 시일 링.
제6항 또는 제7항에 있어서,
시일 링 본체가, 반경 방향 외측에 면하고, 반경 방향 외측으로 감에 따라 서로 접근하는 환형의 외측 경사면과, 반경 방향 내측에 면하고, 반경 방향 내측으로 감에 따라 서로 접근하는 환형의 내측 경사면을 가지며, 외측 경사면과 내측 경사면 사이에 환형의 능선부가 형성되도록 한 메탈 시일 링.
접속될 제1 및 제2 도관과,
상기 제1 및 제2 도관의 단부에 형성되어 서로 대향하도록 배치된 제1 및 제2 플랜지와,
상기 제1 및 제2 플랜지 사이에 설정되는 메탈 시일 링을 가지는 도관 장치로서,
상기 메탈 시일 링이,
상기 제1 플랜지에 접하도록 설정되는 환형의 제1 밀봉면과, 상기 제2 플랜지에 접하도록 설정되는 환형의 제2 밀봉면과, 상기 제1 및 제2 밀봉면 사이에 형성되며, 상기 메탈 시일 링의 반경 방향 안쪽으로 개구된 환형 오목부를 획정하는 수압면을 가지며, 상기 환형 오목부와 제1 밀봉면 사이에 탄성 변형 가능한 제1 밀봉 부분, 상기 환형 오목부와 제2 밀봉면 사이에 탄성 변형 가능한 제2 밀봉 부분을 가지는 환형의 밀봉부;
상기 밀봉부의 반경 방향 외측에 설치된 환형의 시일 링 본체로서, 상기 메탈 시일 링을 제1 및 제2 플랜지 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 및 제2 플랜지와 각각 걸어맞춤하여 상기 제1 및 제2 플랜지가 상기 메탈 시일 링에 축선 방향으로 접근하는 것을 저지하여, 상기 제1 및 제2 플랜지와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 상기 제1 및 제2 플랜지에 밀봉 걸어맞춤된 상기 제1 및 제2 밀봉 부분이 더 변형되는 것을 저지하는 환형의 시일 링 본체를 가지는 도관 장치.
제12항에 있어서,
상기 시일 링 본체는, 상기 메탈 시일 링을 상기 제1 및 제2 플랜지 사이에 끼움고정하여 설정할 때에, 상기 제1 및 제2 밀봉 부분이 각각 제1 및 제2 플랜지와 걸어맞춤하여 탄성 변형되어 제1 및 제2 플랜지에 밀봉 걸어맞춤된 후에 상기 제1 및 제2 플랜지에 걸어맞춤하도록 되어 있는 도관 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
제1 및 제2 플랜지의 서로 대향하는 면의 적어도 한쪽이, 도관으로부터 플랜지를 관통하는 유체 통로에 연접된 환형의 오목부를 가지며, 상기 메탈 시일 링이 상기 오목부 내에 설정되도록 한 도관 장치.