(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温流体を移送する配管の途中に介装され、前記配管の切離しおよび再接続を行う極低温配管継手において、前記配管の接続部にそれぞれ設置され、内部流路が形成された球体をそれぞれ回動させて、それぞれに接続された前記配管の接続部開口の開閉を行う一対のボールバルブと、一方の前記ボールバルブと前記配管の接続部との間に設置され、前記ボールバルブに向けて雌型継手が形成された雌バイオネット継手と、他方の前記ボールバルブと前記配管の接続部との間に設置され、前記ボールバルブの開放時に前記内部流路内を伸展して、前記雌型継手に嵌まり合う雄型継手が形成された雄バイオネット継手とを設けたことを特徴とする極低温配管継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体ヘリウム、液体水素、又は液体酸素等の極低温流体を輸送するタンクローリ、エルフ等から他の貯槽、又は設備へ移送する配管等の途中に介装されて、配管の接続および切離しを迅速に行うことができるようにした配管継手に係り、特にロケット射場設備の移動発射台と固定貯蔵設備との間に配設され、液体水素又は液体酸素を移送する極低温流体配管（以下、単に配管という）の継手部の使用に好適な極低温配管継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間の調査、または利用のため、これまで多数のロケットが地上から宇宙空間に向けて打ち上げられているが、このロケットの打ち上げに当たっては、推進力を発生させる推進薬である液体燃料および液体酸化剤等の極低温流体を、地上に設けられた固定貯蔵設備から移動発射台上に組み立てられたロケットに、打ち上げの直前に供給する必要がある。
【０００３】
例えば、日本で開発された改良型Ｈ−２Ａロケットの打ち上げにおいては、ヨーロッパで開発されたアリアン５と同様に、ロケットの機体組み立て、点検整備をロケット組立棟で実施し、打ち上げ当日の約８時間前に、ロケットを移動発射台で射点に移動させ、ロケットの推進薬である液体酸素および液体水素を、射点に設けた固定貯蔵設備から個別の配管を介して、それぞれのタンクに充填する方式とする計画がなされている。
このためには、移動発射台と固定貯蔵設備とを連結し、推進薬を移送する配管の結合を、短時間で、しかも配管内部に水分等の異物が侵入しないようにして実施する必要がある。
【０００４】
また、ロケットに推進薬を供給した後、何らかの理由により打ち上げが中止になった場合には、ロケットを射点からロケット組立棟へ戻す必要があり、このためには、推進薬の移送により極低温になっている配管内部を常温に戻すことなく、配管の切離しが必要になる。
このように、極低温の推進薬である液体酸素および液体水素を移送する配管の接続部の結合、切離しを、短時間で行う継手として、図２に示すバイオネット継手が従来から使用されている。
【０００５】
図に示すように、バイオネット継手０１は、内管０２と外管０３との間に形成される空間０４を真空にして、極低温流体が通過する内管０２の内部の真空断熱を行い、内管０２内を流れる極低温液体の沸騰を抑制して、極低温液体の流れ、およびロケットのタンク内への充填がスムーズになるようにしたもので、端部に設けたフランジ０５に向けられた雌型継手０６を内管０２内面に形成した雌バイオネット継手０７と、フランジ０５と結合される端部に設けたフランジ０８よりも外側に突出され、雌バイオネット継手０７の内部に挿入されて、雌型継手０６に係合する雄型継手０９が先端部に設けられた雄バイオネット継手０１０とからなる。
【０００６】
このような、バイオネット継手０１を設けることにより、配管の結合、切離しが短時間で行えるようになり、しかも、極低温液体の移送およびタンクへの充填は、スムーズになるものの、バイオネット継手０１による配管の結合では、次の不具合があった。
すなわち、従来のバイオネット継手０１では、雌バイオネット継手０７のフランジ０５と雄バイオネット継手０１０のフランジ０８とを結合して、極低温液体の移送を行ったのち、フランジ０５とフランジ０８とを切離し、配管端部が大気開放状態となったとき、極低温状態に維持されていた配管内部に、大気中の水分をはじめとする異物が吸い込まれ、汚染される事態が生じることがある。
【０００７】
このために、配管の切離しの都度、切離し前に配管内部が常温になるまで、ガスブロー等を実施し、水分や異物の配管内部への吸い込みを防止する必要があり、切離しに時間がかかるという不具合がある。
さらに、配管の再接合後には、配管内を流れる極低温流体の清浄度を保つために、ガスブローの実施や配管内の清浄度の点検が必要となり、再接合においても、時間がかかるという不具合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来の極低温液体を流す配管の切離し、および再接合に長時間を要するという従来の極低温配管継手の不具合を解消するため、配管切離し時においても、配管切離しが行われる配管端部が大気開放状態とならず、配管が常温になる前に配管切離しを行っても、大気中の水分や異物の配管内部への吸い込みが防止され、さらに、配管の再接合後に行う必要のあった、配管内のガスブローの実施や、清浄度の点検が不要にできる極低温配管継手を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の極低温配管継手は、次の手段とした。
【００１０】
（１）相手方のボールバルブに設けられたフランジと連結するフランジ、およびバイオネット継手と連結するフランジがそれぞれ両端に設けられ、内部に収容した、内部流路が形成された球体を回動させて、内部流路を、接続された配管内の流路方向に一致させた開放状態と、内部流路を、配管内の流路方向と直交させた閉鎖状態にして、接続された配管の開口部の開閉を行う一対のボールバルブを、極低温流体を移送する配管の切離し、および接合が行われる接続部にそれぞれ設置した。
なお、球体とは外形形状が略真円状のものだけではなく、一部が円弧状になったものを含むものである。
【００１１】
（２）ボールバルブと連結するフランジが設けられ、極低温流体を移送する配管と連結されて、極低温流体が通過する内部の流路を真空断熱する空間を、その間に形成する内管と外管で形成されるとともに、フランジを介して連結された一方のボールバルブの方向に向けた係合部を内管の内面に形成して、雄型継手と係合する雌型継手を設けた雌バイオネット継手を、配管の接続部端部と一方のボールバルブとの間に設けた。
【００１２】
（３）ボールバルブと連結するフランジが設けられ、極低温流体を移送する配管と連結されて、極低温流体が通過する内部の流路を真空断熱する空間を、その間に形成する内管と外管で形成されるとともに、配管の接続時に、ボールバルブと連結するフランジから外側へ突出し、開放状態のボールバルブの内部流路内を伸展して、雌バイオネットの雌型継手と係合する雄型継手を内部に設けた雄バイオネット継手を、配管の接続部端部と他方のボールバルブとの間に設けた。
【００１３】
本発明の極低温配管継手は、上述した手段により、配管の接続・切離しを行う接続部、すなわち、配管端部に、一対のボールバルブを設け、このボールバルブを閉状態にして、配管の接続、切離し作業を行い、また、接続された後には、ボールバルブを開状態として、雄バイオネット継手の雄型継手を、開状態にされ、配管内の流路と同一方向にされたボールバルブの内部通路内を貫通させて、ボールバルブの方向に向けて形成された、雌バイオネット継手の雌型継手を係合させて、配管を接続する。
【００１４】
これにより、極低温流体流動時においても、ボールバルブは雄バイオネット継手の雄型継手の外側に、内部流路の内面が位置することとなり、常温状態が維持されることになり、本発明の極低温配管継手に使用されるボールバルブは、常温仕様のものを使用することが出来る。
さらに、接続、切離し時には、ボールバルブを閉状態にされていることにより、配管内部への水分、異物の侵入は防止できる。
特に、極低温流体を流した後の、配管が冷却されている時において行う切離しにおいても、雄バイオネット継手および雌バイオネット継手とボールバルブとの接続部位置で、ボールバルブを閉状態にして切離されるので、配管内部への水分、異物の侵入を防止することができる。
【００１５】
このように、配管の切離し前に配管内を常温にするためのガスブロー等の作業を必要とすることなく、配管内部への水分、異物の侵入を防止できるので、再接続後のガスブロー、清浄度点検も不要となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の極低温配管継手の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。図１は、本発明の極低温配管継手の実施の第１形態を示す、ロケット発射場に設置される移動発射台と固定貯蔵設備との間に配設され、液体水素、若しくは液体酸素を移送する配管の途中に介装される極低温配管継手の断面図である。
なお、図において、右側半分は接続状態で配管が接続部で導通されている状態を、また、左側半分は配管が接続部で遮断され、切離し前の接続状態をそれぞれ示している。
【００１７】
図に示すように、極低温流体を移送する一方の配管２５の端部に連結される雌バイオネット継手７は、真空断熱を行う真空の空間４を形成する内管２、および外管３と、外管３の外周面に固着されたフランジ５で構成され、端部に後述する一方のボールバルブである下部ボールバルブ１５の方向に開口を設けた雌型継手６が設けられている。
【００１８】
一方配管２５と切離し、接続を行う図示省略した配管の端部に連結される雄バイオネット継手１０は、雌バイオネット継手７と同様に、真空断熱を行う真空の空間４を形成する内管２および外管３と、外管の外周面に固着されたフランジ８で構成され、端部に、後述する他方のボールバルブである上部ボールバルブ２０、および下部ボールバルブ１５にそれぞれ設けられた内部流路２１，１６を通って、雌型継手６まで伸展し、係合する雄型継手９が設けられている。
以上説明した雌バイオネット継手７および雄バイオネット継手１０からなるバイオネット継手１は、フランジ５，８の取付けを除き、図２に示すバイオネット継手０１と略同じ構造のものを採用している。
【００１９】
次に、雌バイオネット継手７の端部には、フランジ５と結合する下フランジ１７が下端に設けられるとともに、上端に上部ボールバルブ２０の下フランジ２２と結合する上フランジ１８を設けた筒体内部には、下部ボールバルブ１５が収容されている。
この下部ボールバルブ１５は、上方に上部ボールバルブ２０の回動を許容する凹みが形成された略球状の外形形状にされ、内部には配管２５の流路と略同じ流路面積にされた内部流路１６が貫通して設けられている。
【００２０】
また、雄バイオネット継手の継手の端部には、フランジ８と結合する上フランジ２３が上端に設けられるとともに、下端に、下部ボールバルブ１５の上フランジ１８と結合する下フランジ２２を設けた筒体の内部には、上部ボールバルブ２０が収容されている。
この上部ボールバルブ２０は略球状の外形形状にされ、内部には下部ボールバルブ１５の内部流路１６の同じ流路面積にされた内部流路２１が貫通して設けられている。
【００２１】
上述した下部ボールバルブ１５および上部ボールバルブ２０に、それぞれ設けられた内部流路１６，２１は、下部ボールバルブ１５および上部ボールバルブ２０の回動により、配管２５の流路と同じ方向に向く開状態と、配管２５の流路と直交する方向に向く閉状態とを形成することができる。
【００２２】
また、上部ボールバルブ２０と雄バイオネット継手１０との結合は、上述したように、上部ボールバルブ２０の上フランジ２３と雄バイオネット継手１０のフランジ８の結合で行われるが、図の左側半分で示すように配管の接続状態を遮断するときには、長尺ボルト１１で連結することにより、雄バイオネット継手１０の雄型継手９を上部ボールバルブ２０の回動により邪魔にならない位置まで引き出して結合するとともに、配管接続状態にしたときには、短尺ボルト１２で連結することにより、雄型継手９の先端が、上部ボールバルブ２０の内部流路２１、下部ボールバルブ１５の内部流路１６を通過して雌型継手６と係合するようにしている。
また、雄バイオネット継手１０の外管３の外周には、内部にスプリング１３が挿入され、伸縮する保護筒１４が設けられている。
【００２３】
本実施の形態の極低温配管継手は、上述のように構成されているので、配管の切離時には、図の右半分に示す配管の連通状態時から、フランジ８と上部ボールバルブ２０の上フランジ２３とを連結している短尺ボルト１２を取外した後、雄バイオネット継手１０を上方へ引上げ、フランジ８と上フランジ２３の結合を長尺ボルト１１で行うことにより、内部流路１６，２１に挿入され、雌型継手６に係合していた雄型継手９は、上部ボールバルブ２０の回動に邪魔にならない上部ボールバルブ２０上方のフランジ２３位置近傍まで退避させられる。
【００２４】
次いで、上部ボールバルブ２０、下部ボールバルブ１５を回動させて、図の右半分に示す開状態から、図の左半分に示す閉状態にした後、下部ボールバルブ１５の上フランジ１８と上部ボールバルブ２０の下フランジ２２の結合を切離すことにより、配管の切離しが完了する。
【００２５】
すなわち、図２に示す従来のバイオネット継手０１のみを設けた極低温配管継手では、配管の切離しを行うフランジ０５とフランジ０８の分離時、配管がどうしても大気開放となり、配管の切離し時に、大気中の水分若しくは異物等が配管中への侵入が生じるため、配管の切離しにあたっては、配管を常温状態まで加温するためのガスパージを実施する必要があり、その作業準備および作業に時間を要していたのに対して、本実施の極低温配管継手では、上述したように配管の切離し時には、配管の接続部は、上部ボールバルブ２０および下部ボールバルブ１５で閉鎖されている状態になっているので、配管が常温状態になる前に配管切離しを行っても、配管中への水分、異物等の侵入による汚染は生じず、配管の切離し作業を短時間で完了できる。
【００２６】
さらに、配管切離し後においても、配管の接続部は閉鎖状態が継続するので、配管の温度に関係なく、配管中へ侵入する水分、異物等の侵入による汚染を防止するメインテナンス作業を簡略化できる。
【００２７】
また配管接続時には、図の左半分に示すように、配管および雄バイオネット継手１０が連結された上部ボールバルブ２０と、配管２５および雌バイオネット継手７が連結された下部ボールバルブ１５を配置した後、上フランジ１８と下フランジ２２を結合し、上部ボールバルブ２０と下部ボールバルブ１５を回動させることにより内部流路２１，１６の方向を配管２５の流路の方向に合せ、次いで雄バイオネット継手１０と上部ボールバルブ２０との連結を長尺ボルト１１から短尺ボルト１２に代えることにより、雄型継手９は、内部通路２１，１６を貫通して差込まれ、雌型継手６と係合する。
これにより、極低温流体を流せる状態の配管の接続が完了する。
【００２８】
すなわち、図２に示す従来のバイオネット継手０１のみを設けた極低温配管継手では、配管の接続を行うフランジ０５とフランジ０８の接続時、それまで開口を閉鎖していた封止部材を外さねばならず、配管がどうしても、大気開放となり、配管の接続時においても、大気中の水分若しくは異物等が配管中への侵入が生じるため、配管の接続後、配管中に侵入した水分、異物等を排出するためにガスパージを実施する必要があり、その作業準備および作業に時間を要していたのに対して、本実施の形態の極低温配管継手では、上述したように、配管の接続時においても、配管の接続時は、上部ボールバルブ２０および下部ボールバルブ１５で閉鎖されている状態になっているので、配管中への水分、異物等の侵入は生じず、このために配管中を流す極低温流体の清浄度を保持するために行う、ガスパージの実施および配管内の清浄度の点検が不要となり、配管の切離し作業を簡略化でき、短時間で完了することができる。
【００２９】
また、配管の接続部開口の開閉を行う上部ボールバルブ２０および下部ボールバルブ１５は、極低温流体が真空断熱されている雄型継手９を介して、内部流路２１，１６を流れるようにしているので、高価な極低温仕様のものにする必要がない。
【００３０】
以上本実施の形態の極低温配管継手について説明したが、本発明は上述したロケット射場において使用される配管だけではなく、液体ヘリウム、液体酸素、液体水素、等の極低温流体用タンクローリー、エルフ等から貯槽等の容器に移送する配管にも使用することができるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の極低温配管継手によれば、特許請求の範囲に示す構成により、
（１）接続、切離しを行う必要のある配管、特に極低温流体を移送する配管の接続部から、配管内への水分、異物の侵入を防止することができる。
特に、極低温流体を移送する配管では、配管内が極低温状態で配管切離しを行うと多量の水分、異物が侵入するため、ガスパージにより配管を常温状態にして切離しを行う必要があるが、これが不要になり、切離し作業を迅速に行うことができる。
【００３２】
（２）また、切離なされた配管を接合するときには、配管内部に侵入している水分、異物を除去して清浄にするためのガスパージの実施、および配管内部の点検を行う必要があるが、これが不要になり接続作業が簡略化され、迅速化し、（１）項と同様に作業の効率化が図れる。
【００３３】
（３）また、ボールバルブは極低温流体とは、直接接触しないので、常温仕様のものが使用でき、安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極低温配管継手の実施の第１形態を示す断面図、
【図２】従来の極低温配管継手の断面図である。
【符号の説明】
１，０１      バイオネット継手
２，０２      内管
３，０３      外管
４，０４      空間
５，０５      フランジ
６，０６      雌型継手
７，０７      雌バイオネット継手
８，０８      フランジ
９，０９      雄型継手
１０，０１０  雄バイオネット継手
１１          長尺ボルト
１２          短尺ボルト
１３          スプリング
１５          下部ボールバルブ
１６          内部流路
１７          下フランジ
１８          上フランジ
２０          上部ボールバルブ
２１          内部流路
２２          下フランジ
２３          上フランジ
２５          配管
【図１】
0003711369.tif 000002
【図２】
0003711369.tif 000003