(57)【要約】【課題】高温の流体を移送する場合であっても、また、配管間に軸ずれが生じた場合であっても、気密性を保持することが可能な配管の接続構造を提供する。【解決手段】接続部１は、第１の配管２と第２の配管４との間に連結部材２２を挟む構造となっている。第１および第２の配管２，４の先端部には、第１および第２の凹面１４，１８が形成されている。連結部材２２には、第１および第２の凹面１４，１８に沿って張り出す第１および第２の凸面２８，３０が形成されている。第１および第２の凸面２８，３０は第１および第２の凹面１４，１８に密接している。連結部材２２の貫通孔３２、第１の配管２の流路１６、および第２の配管４の流路２０は常に連通されており、開口端１６ａ，２０ａ，３２ａ，３２ｂは、第１および第２の配管２，４と連結部材２２との接続部分から露出することがないように形成されている。【選択図】図１
2008089018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の配管と第２の配管とを連結部材を介して接続し、
前記第１の配管の先端部と前記第２の配管の先端部との間に配置された連結部材と、前記第１の配管と前記第２の配管とを係止する係止部材と、
を備え、
前記第１の配管の先端部には第１の凹面が形成され、当該第１の凹面には前記第１の配管の流路の開口端が設けられており、前記第２の配管の先端部には第２の凹面が形成され、当該第２の凹面には前記第２の配管の流路の開口端が設けられており、前記連結部材は、前記第１の凹面に沿って張り出すとともに当該第１の凹面に密接する第１の凸面と、前記第２の凹面に沿って張り出すとともに当該第２の凹面に密接する第２の凸面と、前記第１の凸面に設けられた開口端から前記第２の凸面に設けられた開口端に向かって延びる貫通孔を有しており、
前記貫通孔、前記第１の配管の流路、および前記第２の配管の流路は、前記貫通孔の開口端、前記第１の配管の流路の開口端、および前記第２の配管の流路の開口端を介して連通している配管の接続構造であって、
前記連結部材は、前記貫通孔と交差する方向に延びるとともに外方に突出する鍔部を有しており、
前記第１の凸面の中心点と前記第２の凸面の中心点とは、それぞれ前記貫通孔の中点よりも開口端寄りに位置していることを特徴とする配管の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の流体の移送に使用される配管同士を接続する配管の接続構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の配管の接続構造として、特許文献１のように、筒状を呈したハウジングに一対の配管の先端部を変位自在に収容したものが知られている。この接続構造では、ハウジングに収容された配管の先端部同士の間に空所が設けられており、一方の配管内から流出した流体は、空所を通って他方の配管に流入するようになっている。また、ハウジングの内壁面と各配管の外壁面との間はシール手段でシールされており、このシール手段は空所にて露出している。このような構造とすることで、配管と配管との間に軸ずれが生じた場合であっても、配管の接続部における気密性を維持できるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２７１９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の接続構造では、シール手段が空所にて露出している。そのため、流体が高温の場合には、空所を通る際に、流体が露出したシール手段が流体の熱で溶融することがある。シール手段が融解すると、気密性が低下してしまうという問題が生じる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、高温の流体を移送する場合であっても、また、配管に軸ずれが生じた場合であっても、気密性を保持することが可能な配管の接続構造を提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第１の配管と第２の配管とを接続する配管の接続構造であって、第１の配管と第２の配管とを連結部材を介して接続し、第１の配管の先端部と第２の配管の先端部との間に配置された連結部材と、第１の配管と第２の配管とを係止する係止部材と、を備え、第１の配管の先端部には第１の凹面が形成され、当該第１の凹面には第１の配管の流路の開口端が設けられており、第２の配管の先端部には第２の凹面が形成され、当該第２の凹面には第２の配管の流路の開口端が設けられており、連結部材は、第１の凹面に沿って張り出すとともに当該第１の凹面に密接する第１の凸面と、第２の凹面に沿って張り出すとともに当該第２の凹面に密接する第２の凸面と、第１の凸面に設けられた開口端から第２の凸面に設けられた開口端に向かって延びる貫通孔を有しており、貫通孔、第１の配管の流路、および第２の配管の流路は、貫通孔の開口端、第１の配管の流路の開口端、および第２の配管の流路の開口端を介して連通している配管の接続構造であって、連結部材は、貫通孔と交差する方向に延びるとともに外方に突出する鍔部を有しており、第１の凸面の中心点と第２の凸面の中心点とは、それぞれ貫通孔の中点よりも開口端寄りに位置していることを特徴とする。
【０００６】
本発明の接続構造は、第１の配管の先端部と第２の配管の先端部との間に連結部材を挟むことにより、第１の配管と第２の配管とを接続する構造となっている。第１の配管と連結部材とは、第１の配管の先端部に形成された第１の凹面と、連結部材の第１の凸面とを密接させることにより連結される。つまり、第１の配管と連結部材との接続部分は、ボールジョイント構造（玉継手構造とも呼ばれる）となっていることが好ましい。同様に、第２の配管と連結部材との接続部分もボールジョイント構造となっていることが好ましい。このように接続部分をボールジョイント構造とすることによって、各配管に対して連結部材を傾けて接続することが可能となる。
【０００７】
第１の凸面は第１の凹面と、第２の凸面は第２の凹面と、それぞれ密接している。そのため、各配管と連結部材との接続部分に隙間が生じることはなく、各配管と連結部材との接続部分において高温の流体が漏洩することを防止できる。
【０００８】
第１および第２の配管に設けられた開口端と、連結部材に設けられた開口端とを介して、連結部材の貫通孔、第１の配管の流路、および第２の配管の流路は連通している。第１の凸面の中心点と第２の凸面の中心点とは、それぞれ貫通孔の中点よりも開口端寄りにある。つまり、連結部材は球体ではなく、胴部の両端に球面を有する構造である。このような構造であるがゆえに、連結部材は、第１の配管と第２の配管との間で球のようにくるくると回転することがない。第１の配管と第２の配管とを係止部材で係止してしまえば、すなわち第１の配管と第２の配管との距離を固定してしまえば、連結部材が固定され、ひいては連結部材の貫通孔、第１の配管の流路、および第２の配管の流路が固定されることとなる。
【０００９】
第1の配管と第２の配管とがずれた位置にあるときは、連結部材が第１および第２の配管に対して傾いた状態で接続される。第１および第２の配管の開口端と連結部材の貫通孔とが少しでも重なっていれば、配管の連通は取れるので、少々連結部材が第１および第２の配管に対して傾いて接続されていても問題は生じない。しかしながら、第１の配管と第２の配管とが極端にずれた位置にある場合には、第１および第２の配管の開口端と連結部材の貫通孔とが重ならず、その結果、配管が連通しないおそれが生じる。
【００１０】
それに対して本発明の連結部材は、貫通孔と交差する方向に延び且つ外方に突出する鍔部を有している。かかる鍔部が第１又は第２の配管に当接することにより、連結部材に対して第１および第２の配管が一定の角度を超えて傾いて接続されることがないようにしている。つまり、第１および第２の配管と連通しないような角度で連結部材が接続されることはなく、連結部材が接続されている時には第１および第２の配管は連通が常に確立されている。したがって、各配管に対して連結部材を傾けて接続した場合でも、第１の配管から連結部材に流体を移送させ、更に連結部材から第２の配管に移送させることが可能となる。
【００１１】
このように、本発明の接続構造では、各配管に対して連結部材を傾けて接続することができ、しかも、この接続部分はシールされる。その結果、第１の配管と第２の配管との間に軸ずれが生じた場合であっても、気密性を保持することができる。また、各配管と連結部材とは直に当接しているため、接続部分にシール材等を用いる必要がなくなり、流体が高温の場合でも気密性を維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温の流体を移送する場合であっても、また、配管に軸ずれが生じた場合であっても、気密性を保持することができる。これにより高温のガスや液体が配管の接続部分から漏洩することがなくなるため、配管を含む装置全体の耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る接続構造が適用された、第１の配管および第２の配管の接続部を示す分解断面図である。
【００１４】
第１の配管２および第２の配管４は、それぞれ高温の流体を移送するための管である。第１の配管２の軸線に沿って第１の配管２の流路１６が延びており、第２の配管４の軸線に沿って第２の配管４の流路２０が延びている。本実施形態において移送される流体は高温のガスであり、ガスは第１の配管２の流路１６を通って第２の配管４の流路２０に流れ込む。第１および第２の配管２，４は、アルミナ等のセラミクス材料で形成されている。
【００１５】
第１の配管２の先端部には第１のフランジ６が、第２の配管４の先端部には第２のフランジ８が、それぞれ一体的に形成されている。第１のフランジ６の一方の主面６ａは第２のフランジ８の一方の主面８ａと対向している。
【００１６】
第１のフランジ６の他方の主面６ｂには円環状の板材１０が、第２のフランジ８の他方の主面８ｂには円環状の板材１２が、それぞれ設置されている。板材１０，１２は、第１および第２のフランジ６，８の外縁部に固定されている。板材１０，１２の外径は、第１および第２のフランジ６，８の外径よりも大きい。そのため、板材１０，１２の外縁部は第１および第２のフランジ６，８の外縁から張り出している。板材１０の外縁部にはボルト挿通孔１０ａが２つ形成されており、板材１２の外縁部にはボルト挿通孔１２ａが２つ形成されている（図２参照）。ボルト挿通孔１０ａ，１２ａにはボルト４０（係止部材）が挿通されており、ボルト４０の螺子部の先端にはナット４２（係止部材）が螺合かつ締結されている。これにより、第１の配管２と第２の配管４とは係止されることとなる。なお、ボルト挿通孔１０ａ，１２ａの数はそれぞれ２つに限られず、３つ以上であってもよい。また、第１および第２のフランジ６，８に孔を設けてボルトおよびナットで締結するとしてもよい。
【００１７】
第１の配管２の先端部には、球面状の第１の凹面１４が形成されている。第２の配管４の先端部にも、球面状の第２の凹面１８が形成されている。より具体的には、第１および第２の配管２，４の先端部には、略半球状にくりぬいたような窪みが穿設されており、この窪みを画成しているのが第１および第２の凹面１４，１８である。第１の凹面１４には開口端１６ａが設けられており、第２の凹面１８には開口端２０ａが設けられている。開口端１６ａは、第１の配管２の流路１６の開口端であり、開口端２０ａは、第２の配管４の流路２０の開口端である。第１の配管２の軸線方向から見ると、開口端１６ａは円形状を呈するとともに、第１の凹面１４の中心に位置している。第２の配管４の軸線方向から見ると、開口端２０ａは円形状を呈するとともに、第２の凹面１８の中心に位置している。
【００１８】
接続部１において、第１の配管２の先端部と第２の配管４の先端部との間には、連結部材２２が配置されている。連結部材２２は、アルミナ等のセラミクス材料で形成されている。
【００１９】
連結部材２２は、本体部２４と鍔部２６とを有している。本体部２４の両端には、第１の凸面２８と第２の凸面３０とが形成されている。第１の凸面２８は、第１の配管２に形成された第１の凹面１４に沿うように張り出しており、かかる第１の凹面１４に密接している。第２の凸面３０は、第２の配管４に形成された第２の凹面１８に沿うように張り出しており、かかる第２の凹面１８に密接している。第１の凸面２８の中心点２８ａと第２の凸面３０の中心点３０ａとは、それぞれ貫通孔３２の中点３２ｃよりも開口端３２ａ，３２ｂ寄りに位置している。
【００２０】
より具体的には、本体部２４の両端は半球形状であって、外側に突出している。そのため、本体部２４の両端を画成する第１および第２の凸面２８，３０は、外側に張り出した球面となっている。第１および第２の凸面２８，３０は、第１および第２の配管２，４に形成された第１および第２の凹面１４，１８と、同じ曲率半径で形成されている。同じ曲率半径を有する第１および第２の凹面１４，１８と第１および第２の凸面２８，３０とは、連結時に互いに密接することとなる。また、第１および第２の凸面２８，３０の面積は、第１および第２の凹面１４，１８の面積よりも大きくなっている。そのため、より面積の大きい第１および第２の凸面２８，３０に沿って、第１および第２の凹面１４，１８を相対移動させることができる。このように接している第１および第２の凸面２８，３０と第１および第２の凹面１４，１８とは、いわゆるボールジョイント構造を呈している。
【００２１】
本体部２４は、貫通孔３２を有している。貫通孔３２の一方の開口端３２ａは、第１の凸面２８に形成されており、貫通孔３２の他方の開口端３２ｂは、第２の凸面３０に形成されている。貫通孔３２の軸線方向から見ると、貫通孔３２の開口端３２ａ，３２ｂは円形状を呈するとともに、第１および第２の凸面２８，３０の中心に位置している。
【００２２】
開口端３２ａ，３２ｂは、連結部材２２と第１および第２の配管２，４との接続部分から露出することなく、且つ第１および第２の配管２，４の開口端１６ａ，２０ａと重なるように形成されている。より具体的には、開口端３２ａは、貫通孔３２の軸線方向から見たときに、第１の配管２に形成された第１の凹面１４の内側に位置するように形成されている。貫通孔３２の開口端３２ｂは、貫通孔３２の軸線方向から見たときに、第２の配管４に形成された第２の凹面１８の内側に位置するように形成されている。
【００２３】
第１の配管２の開口端１６ａおよび第２の配管４の開口端２０ａは、連結部材２２と第１および第２の配管２，４との接続部分から露出することなく、且つ連結部材２２の開口端３２ａ，３２ｂと重なるように形成されている。より具体的には、開口端１６ａは、第１の配管２の軸線方向から見たときに、連結部材２２に形成された第１の凸面２８の内側に位置するように形成されている。開口端２０ａは、第２の配管４の軸線方向から見たときに、連結部材２２に形成された第２の凸面３０の内側に位置するように形成されている。
【００２４】
連結部材２２は、第１の配管２の軸線と第２の配管４の軸線とがずれているときには、これら配管２，４の軸線に対して傾いて接続されることとなる。連結部材２２の開口端３２ａ，３２ｂと第１および第２の配管２，４の開口端１６ａ，２０ａとが少しでも重なっていれば、これらを介して連結部材２２と第１および第２の流路１６，２０は連通するので、連結部材２２がこれらの配管２，４の軸線に対して多少傾いて接続されても問題は生じない。しかしながら、第１の配管２の軸線と第２の配管４の軸線とが大きくずれている場合には、連結部材２２の開口端３２ａ，３２ｂと第１および第２の配管２，４の開口端１６ａ，２０ａとが重ならず、その結果、第１および第２の配管２，４が連通しないおそれが生じる。
【００２５】
連結部材２２が第１および第２の配管２，４の軸線に対して大きく傾いて接続されるという事態を回避すべく、連結部材２２には鍔部２６が設けられている。鍔部２６は、外方に突出するとともに貫通孔３２と交差する方向に延びている。より具体的には、鍔部２６は円環状を呈しており、鍔部２６の径は貫通孔３２と略垂直に交差している。また、鍔部２６は本体部２４の中央部に配されている。なお、鍔部２６は本体部２４と一体的に形成されていてもよい。
【００２６】
このような鍔部２６を設けることで、接続時における、第１および第２の配管２，４に対する連結部材２２の傾きを規制することが可能となる。先に述べた開口端１６ａ，２０ａ，３２ａ，３２ｂは、第１および第２の配管２，４と連結部材２２が接続された状態にあるときには、その傾き具合に係らず、接続部分から露出することなく且つ互いに一部が重なるように形成されている。
【００２７】
上述した構成を有する第１の配管２、第２の配管４、および連結部材２２は、以下の手順により連結される。
【００２８】
まず、第１の配管２と第２の配管４とが略同一線上に並ぶように配置されている場合について説明する。略同一線上に配置された第１の配管２と第２の配管４との間に、連結部材２２を挟む。このとき、連結部材２２の第１の凸面２８が第１の配管２の第１の凹面１４と当接し、連結部材２２の第２の凸面３０が第２の配管４の第２の凹面１８と当接するようにする。さらに、貫通孔３２の軸線方向を第１および第２の配管２，４の軸線方向と一致させて、貫通孔３２が第１の配管２の流路１６および第２の配管４の流路２０と略一直線上に並ぶようにする。
【００２９】
連結部材２２を挟んだのち、第１および第２のフランジ６，８に設けられた板材１０，１２のボルト挿通孔１０ａ，１２ａにボルト４０を挿通し、かかるボルト４０にナット４２を螺合かつ締結する。このとき、第１の配管２の第１の凹面１４は連結部材２２の第１の凸面２８に押し付けられ、第２の配管４の第２の凹面１８は連結部材２２の第２の凸面３０に押し付けられる。そのため、第１の凹面１４は第１の凸面２８と、第２の凹面１８は第２の凸面３０と、それぞれ密接することとなる。このようにボルト４０およびナット４２を用いることによって、連結部材２２を介して第１の配管２と第２の配管４とを確実に接続することができる。
【００３０】
第１の配管２、第２の配管４、および連結部材２２が連結されてなる接続部１では、第１の配管２の流路１６にガスが供給されると、ガスは第１の配管２の流路１６の開口端１６ａから流出し、連結部材２２の一方の開口端３２ａを介して、貫通孔３２に移送される。貫通孔３２に移送されたガスは、連結部材２２の他方の開口端３２ｂから流出し、第２の配管４の流路２０の開口端２０ａを介して、第２の配管４の流路２０に移送される。
【００３１】
接続部１では、第１の凹面１４は第１の凸面２８と、第２の凹面１８は第２の凸面３０と、それぞれ密接している。そのため、第１および第２の配管２，４と連結部材２２との接続部分に隙間が生じることはない。さらに、開口端１６ａ，２０ａは第１および第２の凹面１４，１８の中心に位置しており、開口端３２ａ，３２ｂは第１および第２の凸面２８，３０の中心に位置している。第１および第２の配管２，４と連結部材２２との接続部分に隙間がないうえに、開口端１６ａ，２０ａ，３２ａ，３２ｂがこのような位置にあるので、接続部１からガスが漏洩することはない。第１の凸面２８の中心点２８ａと第２の凸面３０の中心点３０ａは、それぞれ貫通孔３２の中点３２ｃよりも開口端３２ａ，３２ｂ寄りにあるという構造により、連結部材２２は当初の配管の連通を確保する状態で固定される。
【００３２】
次に、第１の配管２、第２の配管４、および貫通孔３２が軸ずれしている場合について説明する。図２は、接続部１の断面図であって、第１の配管２、第２の配管４、および連結部材２２の貫通孔３２が軸ずれした状態を示す図である。
【００３３】
図２（ａ）は、第１の配管２および第２の配管４のそれぞれの軸線が平行にずれている状態を示している。
【００３４】
第１および第２の凹面１４，１８は球面状となっており、第１および第２の凸面２８，３０は第１および第２の凹面１４，１８と沿うように形成されている。また、第１の凹面１４は第１の凸面２８に押し付けられ、第２の凹面１８は第２の凸面３０に押し付けられている。そのため、第１および第２の凹面１４，１８と第１および第２の凸面２８，３０とは、密接した状態を保っている。貫通孔３２の軸線が図２（ａ）に示されるように傾斜した場合でも、開口端１６ａ，２０ａは第１および第２の凸面２８，３０の内側に位置するように形成され、開口端３２ａ，３２ｂは第１および第２の凹面１４，１８の内側に位置するように形成されている。この構成により、開口端１６ａ，２０ａ，３２ａ，３２ｂが第１および第２の配管２，４と連結部材２２との接続部分から露出することはなく、且つ第１および第２の配管２，４の連通が確保される。つまり、第１の配管２、第２の配管４、および貫通孔３２の軸線方向が一致している場合と同じように、接続部１からのガスの漏洩を防ぐことが可能となる。
【００３５】
図２（ｂ）は、第２の配管４の軸線が第１の配管２および貫通孔３２の軸線に対して傾斜した状態を示している。第１および第２の凹面１４，１８は球面状となっており、第１および第２の凸面２８，３０は第１および第２の凹面１４，１８と沿うように形成されている。第１の凹面１４は第１の凸面２８に押し付けられ、第２の凹面１８は第２の凸面３０に押し付けられているため、第１および第２の凹面１４，１８と第１および第２の凸面２８，３０とは、密接した状態を保っている。また、第2の配管４の軸線が第１の配管２および貫通孔４３の軸線に対して傾斜した状態においても、開口端１６ａ，２０ａは第１および第２の凸面２８，３０の内側に位置するように形成され、開口端３２ａ，３２ｂは第１および第２の凹面１４，１８の内側に位置するように形成されているため、開口端１６ａ，２０ａ，３２ａ，３２ｂが、第１および第２の配管２，４と連結部材２２との接続部分から露出することはない。したがって、接続部１からのガスの漏洩を防ぐことができる。
【００３６】
図２（ｃ）に示されるように、第１の配管２あるいは第２の配管４の軸線に対して連結部材２２が大きく傾くと、連結部材２２に形成された鍔部２６が、第１の配管２の第１のフランジ６や第２の配管４の第２のフランジ８にぶつかる。これにより、連結部材２２の傾きが抑止されるため、連結部材２２が過度に傾いて、第１および第２の配管２，４に設けられた開口端１６ａ，２０ａと連結部材２２に設けられた開口端３２ａ，３２ｂとが接続されなくなることや、連通する部分の面積が極端に小さくなることを未然に防げる。したがって、第１および第２の配管２，４と連結部材２２との接続部分において、ガスが全くまたは殆ど流れなくなることを抑制できる。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、第１および第２の配管２，４と連結部材２２とはアルミナ等のセラミクス材料で形成されるとしたが、用いられるセラミクス材料はアルミナに限られない。また、ガラスや、あるいはＳＵＳといった金属材料で形成されてもよいが、耐熱性や機械強度の観点から、セラミクス材料で形成されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る配管の接続構造が適用された接続部を示す分解断面図である。
【図２】接続部の断面図であって、第１の配管、第２の配管、および連結部材の貫通孔が軸ずれした状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・接続部、２・・・第１の配管、４・・・第２の配管、６・・・第１のフランジ、８・・・第２のフランジ、１０ａ，１２ａ・・・ボルト挿通孔、１４・・・第１の凹面、１６ａ，２０ａ，３２ａ，３２ｂ・・・開口端、１６，２０・・・流路、１８・・・第２の凹面、２２・・・連結部材、２６・・・鍔部、２８・・・第１の凸面、３０・・・第２の凸面、３２・・・貫通孔、４０・・・ボルト、４２・・・ナット。
【図１】
2008089018.tif 000003
【図２】
2008089018.tif 000004