(57)【要約】超高圧流体閉じ込めシステムにおけるシールを作製するための要素、アセンブリおよび方法が、示されそして記載される。本発明の実施形態により、同じ材料の接合要素は、中間ガスケットまたは他の構造の必要なく、互いに圧縮され、そして接合部品の間の相対運動を減少し、これらの要素の有効寿命を増加する。本発明の実施形態は、湾曲断面形状（１０８、１１２）を有するテーパー状口部を有する第１の要素、および線形断面形状（１１０、１１４）を有する口部を有する相補要素を組み込む。この形状は、要素の半径方向軸に対して４０°と６８°との間の範囲の接線接触角で、互いに接触する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１５，０００ｐｓｉを超える圧力の流体のための閉じ込めシステムからの一対の隣接要素であって、同じ材料の隣接要素の間の挿入物の必要なく該隣接要素の間の密閉を提供し、該隣接要素は、連結軸に沿って整列され、該一対の隣接要素は、以下：
該隣接要素の１つの上で一体的に形成されたテーパー状雌型口部であって、該テーパー状雌型口部は、雌型部分を有する、雌型口部；および
該隣接要素の他のものの上で一体的に形成されたテーパー状雄型口部であって、該テーパー状雄型口部は、該テーパー状雌型部分と接触するようにサイズ決めされた雄型嵌合部分を有する、雄型口部、
を備え、
ここで、
該嵌合部分の１つは、実質的に線形の断面形状を有し、該線形の断面形状は、該連結軸から４０°と６８°との間で角度付けられ；そして
該嵌合部分の他のものは、凸型の、湾曲断面形状を有し、該湾曲断面形状は、該線形断面形状と接触するように押し付けられた場合、実質的に円形のシールを形成する、
一対の隣接要素。
【請求項２】
請求項１に記載の一対の隣接要素であって、前記線形断面形状が、前記テーパー状雌型口部上にあり、前記湾曲断面形状が、前記テーパー状雄型口部上にある、要素。
【請求項３】
前記線形断面形状が、前記連結軸から５０°と５９°との間、角度付けられている、請求項１に記載の一対の隣接要素。
【請求項４】
前記線形断面形状が、前記連結軸から約５４°角度付けられている、請求項１に記載の一対の隣接要素。
【請求項５】
前記湾曲断面形状が、実質的に弓型形状である、請求項１に記載の一対の隣接要素。
【請求項６】
前記湾曲断面形状が、実質的に楕円形状である、請求項１に記載の一対の隣接要素。
【請求項７】
前記テーパー状雌型口部が、前記連結軸の周りで半径方向に対称である、請求項１に記載の一対の隣接要素。
【請求項８】
前記テーパー状雄型口部が、前記連結軸の周りで半径方向に対称である、請求項１に記載の一対の隣接要素。
【請求項９】
同じ金属材料の容器中で、１５，０００ｐｓｉ以上の圧力の流体を、間に挿入物を必要とすることなく密閉するための金属材料から形成されたフィッティングであって、該容器は、連結軸に沿って該フィッティングを係合するためのテーパー状口部を有し、該フィッティングは、以下：
該テーパー状口部と密閉接触して、円形シールを形成するように成形されたテーパー状係合部分、
を備える、フィッティング。
【請求項１０】
前記係合部分が、線形断面形状を有するテーパー状口部との係合のための凸型の湾曲断面形状を有する、請求項９に記載のフィッティング。
【請求項１１】
前記係合部分が、線形断面形状を有するテーパー状口部との係合のための凸型湾曲断面形状を有し、該湾曲断面形状が、実質的に弓形形状である、請求項９に記載のフィッティング。
【請求項１２】
前記係合部分が、線形断面形状を有するテーパー状口部との係合のための凸型湾曲断面形状を有し、該湾曲断面形状が、実質的に楕円形状である、請求項９に記載のフィッティング。
【請求項１３】
前記接線接触角が、前記連結軸から５０°と５９°との間角度付けされている、請求項９に記載のフィッティング。
【請求項１４】
前記接線接触角が、前記連結軸から約５４°角度付けされている、請求項９に記載のフィッティング。
【請求項１５】
前記フィッティングの係合部分が、前記連結角に対して半径方向に対称である、請求項９に記載のフィッティング。
【請求項１６】
１５，０００ｐｓｉ以上の圧力の流体を閉じ込めるための金属材料から形成された容器であって、該容器は、その間の挿入物を必要とすることなく同じ金属材料のフィッティングによって密閉され、該フィッティングは、連結軸に沿って該容器を係合するための第１のテーパー状係合部分を有し、該容器は、以下：
円形シール中でテーパー状口部と密閉接触するように成形された第２のテーパー状係合部分であって、該円形シールは、該連結軸から４０°と６８°との間で測定される接線接触角を有する、第２のテーパー状係合部分、
を備える、容器。
【請求項１７】
前記第２のテーパー状係合部分が、凸型湾曲断面形状を有する前記第１のテーパー状係合部分との係合のための線形断面形状を有する、請求項１６に記載の容器。
【請求項１８】
前記接線接触角が、前記連結軸から５０°と５９°との間である、請求項１６に記載の容器。
【請求項１９】
前記接線接触角が、前記連結軸から約５４°である、請求項１６に記載の容器。
【請求項２０】
前記第２のテーパー状係合部分が、前記連結軸に対して半径方向に対称である、請求項１６に記載の容器。
【請求項２１】
超高圧流体閉じ込めシステム中で、ガスケットも他の挿入物も必要とすることなく、流密シールを形成するための方法であって、該方法は、以下：
線形断面形状を有する係合部分を有する第１の要素を提供する工程；
それぞれの係合部分が互いに接触した該第１の要素に対して係合部分を有する第２の要素を接合する工程であって、該第２の要素の係合部分は、湾曲断面形状を有し、その結果、該要素の間の接触表面は円形である、工程；および
該第１および第２の要素を互いに押し付ける工程、
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、超高圧流体閉じ込めシステムに関し、詳細には、要素間に超高圧流体を密閉するための要素、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連分野の説明）
超高圧の流体（例えば、１５，０００ｐｓｉを超える流体）を入れるためのシステムは、非常に複雑であり、受け入れられない短い寿命の後に故障し得る。超高圧システムの１つの例を、図１に示す。ここで、シリンダー１０は、逆止め弁１４とプラグ１６との間のタイロッド１２によって圧縮される。超高圧の流体は、キャビティ１８内に閉じ込められ（図１ａ）、このキャビティ１８は、シリンダー１０と逆止め弁１４とプラグ１６との間で密閉される。種々の方法が、以下で議論されるように、このような構成のためのシールを提供するために使用されているが、これらの方法は、不十分であることが示されている。
【０００３】
図１ａに最も良く例示されているように、シリンダー１０および逆止め弁１４よりも小さい強度の犠牲材料から製造される環状シール２０は、２つの本体の間に配置されて、シールを提供する。しかし、より小さい強度のシール２０は、頻繁な取り換えを必要とし、そしてこのシールによって及ぼされる応力は、システムの一次相補体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ）の早期故障を生じることが見出されている。このような故障は、環状シール２０に隣接する本体に形成される亀裂２２を含む。
【０００４】
さらに、非常に高い圧力に供された材料は拡大するため、部品間の相対運動は、破砕、摩損または擦過による故障を生じる。図１ｂに最も良く例示されているように、シリンダー１０内の圧力は、大気圧と超高圧との間を循環する場合、このシリンダーおよびプラグ１６は、拡大しそして収縮する。図１ｂに例示される構成において、シリンダー１０は、プラグ１６と比較して異なる速度で移動することが見出されている。結果として、各サイクルの間、これらの部品の間の相対移動が存在する。圧縮時の同じ材料の部品の間の相対移動は、破砕、摩損または擦過を生じ、これらの各々は、接合要素の一方または両方を損傷し得、かつこのシステムの寿命を短くし得る。
【０００５】
この例は、プラグ、シリンダーおよび逆止め弁の図面と共に例示されるが、業界において、類似の故障が、超高圧流体閉じ込めシステム全体にわたる他の位置において生じることが経験されている。従って、以下で議論される本発明は、このシステム全体にわたるこのような問題を解決することを意図する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の簡単な要旨）
本発明は、超高圧流体閉じ込めシステムにおいて、要素の間を密閉するための要素、システムおよび方法に関する。本発明の実施形態により、同じ材料の要素の間のガスケットなしで、完全なシールが形成され得る。さらに、本発明の実施形態により、要素の間の有意な相対移動なく、隣接要素が拡大しそして収縮し得、これらの要素の損傷を減少し、かつこれらの要素の有効寿命を延長する。
【０００７】
本発明の一実施形態は、一対の隣接要素を組み込み、この一方は、この隣接要素の上に一体的に形成された相補テーパー状雄型口部との係合のための、その上に一体的に形成されたテーパー状雌型口部を有する。これらの口部の各々は、嵌合部分を有する。これらの嵌合部分の１つは、連結半径方向軸から４０°と６８°との間、角度付けされた実質的に線形の断面形状を有する。これらの嵌合部分の他方は、凸型湾曲断面形状を有し、これは実質的に円形シールにおいて、他方の要素の線形形状と係合する。このシステムによって、同じ材料の要素が、要素間のガスケットの必要なく、互いに密閉係合され得る。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、圧力容器上の相補口部と係合して、これらの間に円形シールを形成するように構成されたテーパー状口部を有する本体に関する。隣接要素間の接触角は、これらの要素の少なくとも１つに対して接線方向であり、正接は、この要素の半径方向軸から４０°と６０°との間と測定される。
【０００９】
本発明はまた、このような要素を製造する方法に関する。
【００１０】
（発明の詳細な説明）
本発明は、超高圧流体システムにおいて、同じ材料の要素の間のガスケットの必要性なく、流密シールを作製するための要素、システムおよび方法に関する。本発明の特定の実施形態の多くの特定の詳述が以下の説明において記載され、そして図２〜５に例示され、このような実施形態の完全な理解を提供する。しかし、当業者は、本発明がさらなる実施形態を有し得るか、または以下の説明に記載されるいくつかの詳述なしで実施され得ることを理解する。
【００１１】
図２は、超高圧流体閉じ込めシステムからの要素および／またはフィッティング（例えば、弁およびプラグ）のアセンブリ１００を例示する。例示される要素は、逆止め弁１０２、容器１０４およびプラグ１０６である。アセンブリ１００の要素の各々は、ステンレス鋼のような同じ材料から製造され得る。以下により詳細に記載されるように、本発明は、これらの要素が一緒に圧縮されて、ガスケットの必要なく、隣接要素の間に流体シールを形成することを可能にする。さらに、これらの要素の形状は、アセンブリ１００内の圧力が循環する場合、これらの要素の間の相対移動を最小限にする。
【００１２】
逆止め弁１０２は、容器１０４上の相補口部１１０に接合する係合部分１０８を有する。同様に、プラグ１０６は、容器１０４上の相補口部１１４に接合する係合部分１１２を有する。タイロッド（図示せず）または他の構造が、逆止め弁１０２およびプラグ１０６を容器１０４に対して圧縮して、それぞれの部品の間にシールを形成するために使用され得る。
【００１３】
例示される実施形態において、逆止め弁１０２の係合部分１０８、容器１０４上の口部１１０／１１４、およびプラグ１０６上の係合部分１１２は、全て、アセンブリ１１０の長さに沿って延びる半径方向軸「ｒ」に対して半径方向に対称である。操作中、アセンブリ１００の要素は、軸方向「ｒ」に圧縮され、目的のシールを形成する。隣接要素の１つは、テーパー状雌型口部を有し、他の要素は、相補テーパー状雄型口部を有し、これらの口部の各々は、他の要素と接触するための嵌合部分を有する。嵌合部分の１つは、実質的に線形の断面形状を有し、一方、他の嵌合部分は、凸型湾曲断面形状を有する。
【００１４】
図３は、逆止め弁１０２と容器１０４との間の嵌合のより良い例示を提供する。断面で見る場合、逆止め弁１０４上の係合部分１０８は、凸状に湾曲している。この湾曲は、弓形、楕円または他の適切な形状であり得る。逆止め弁１０２と係合する容器１０４上の口部１１０は、実質的に線形の断面形状を有する。容器１０４の口部１１０の斜面は、半径方向軸「ｒ」に対して角度「α」で配向される。従って、逆止め弁１０２の接触部分１１６は、この逆止め弁が半径方向軸「ｒ」に対して軸方向に整列された場合、角度「α」とほぼ等しい正接に対応する。逆止め弁１０２と容器１０４との間のシールは、結果として、円の形状である。逆止め弁１０２の係合部分１０８の断面形状の曲率半径、および材料の硬度に依存して、逆止め弁と容器１０４との間の円形シールは、種々の厚さの円を形成し得る。
【００１５】
同様に、図４に最も良く例示されるように、容器１０４は、プラグ１０６と接触し、線形断面形状を有する口部１１４と、湾曲断面形状を有する係合部分１１２との間の円形シールを形成する。容器本体１０４の口部１１４の線形断面形状は、半径方向軸「ｒ」に対して角度「β」で整列される。容器１０４上の内向きの整列表面１１８は、プラグ１０６上の相補的な外向きの整列表面１２０と嵌合して、容器１０４に対して適切な整列で、プラグを保持する。本発明者は、多種多様な構造がこの目的を満たすために使用され得ることを理解している。同様に、本発明者は、逆止め弁が、本発明の精神から逸脱することなく類似の性質を有し得ることを理解している。
【００１６】
アセンブリ１００のそれぞれの部品の間の接触角α／βは、それぞれの要素の間の相対移動を最小限にするように設計される。図５に例示されるように、本発明の接触角α／βは、４０°と６８°との間であり、好ましい範囲は、５０°と５９°との間にあり、そして最適な角度は、５４°である。本発明者は、これらの要素に使用される材料に依存して、接触角α／βがわずかに変化し得ることを理解している。本開示および図面を精査した後、当業者は、任意の所定の材料について最適な接触角を容易に確認し得る。
【００１７】
本発明者らはまた、例示される実施形態におけるフィッティングのいずれかまたは両方が、線形断面形状を有する係合部分を有し得、そして容器が、凸型湾曲断面形状を有することを理解する。
【００１８】
本発明の実施形態は、従来技術に従う閉じ込めシステムを超える多数の利点を有する。要素間の接触角および隣接部分の種々の形状（すなわち、実質的に平坦な形状と接触する湾曲形状）は、システム内の圧力が循環した場合、接合要素の間の相対移動をほとんどかまたは全く生じない。相対移動がないことにより、擦過、破砕および摩損がなくなるかまたは実質的に減少し、これらの全ては、これらの要素の寿命を実質的に増加させる。さらに、本発明のシールの効果により、ガスケットも他の中間構造も必要とすることなく、要素が組み立てられ得る。本発明者らは、このような構造が、接合要素の間に挿入され得ることを理解する。しかし、本発明の利点に起因して、このような挿入物は、必要でなくなる。なおさらに、これらの要素間に相対移動がほとんどまたは全く存在しないため、同じ材料から作製された要素は、互いに直接接合し得る。これは、同じ材料が、摩損および他の故障の歴史的な問題に起因して、部品を接触するために避けられている従来技術のシステムを超えるかなりの改良点である。
【００１９】
上記から、本発明の特定の実施形態が、例示の目的のために本明細書中に記載されてきたが、種々の改変が、本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲以外によって制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来技術に従う超高圧閉じ込めシステムの直径方向断面である。図１ａは、図１のシステムの分解部分である。図１ｂは、図１のシステムの別の分解部分である。
【図２】図２は、本発明に従う圧力閉じ込めシステムの部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従う、圧力容器本体の部分および接合要素の部分の断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従う、容器本体の部分および接合要素の部分の断面図である。
【図５】図５は、１つの軸上における接合要素の間の接触角と、他の軸上における要素の間の相対移動との間の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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