(57)【要約】【課題】熱膨張率が互いに異なる材料相互間のカップリング及びジョイントに改良型シールを提供する。【解決手段】（ａ）それぞれ熱膨張率を有するシール要素と、（ｂ）第１のセグメントと、第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有する締付要素であって、２つ以上のシール要素が締付要素の第１のセグメントと第２のセグメントとの間に配置される締付要素とを具備したシールアセンブリ。連結セグメントは、締付要素の第１のセグメントに隣接するシール要素の面により形成される平面と、締付要素の第２のセグメントに隣接するシール要素の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、熱膨張率を有する材料で作られる。連結セグメントの材料の熱膨張率は２つ以上のシール要素の材料の熱膨張率の最大と最小の中間である。【選択図】図１
2007139192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）２つ以上のシール要素であって、各シール要素は、第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有し、これらシール要素は、隣接し合う面が互いに平行でかつ軸線が互いに平行又は一致するように積み重ねられ、各シール要素は、熱膨張率を有する材料で作られる、シール要素と、
（ｂ）第１のセグメントと、第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有する締付要素であって、前記２つ以上のシール要素が前記締付要素の第１のセグメントと第２のセグメントとの間に配置され、前記締付要素は前記２つ以上のシール要素に軸線方向締付力を印加するのに適しており、前記連結セグメントは、前記締付要素の第１のセグメントに隣接するシール要素の面により形成される平面と、前記締付要素の第２のセグメントに隣接するシール要素の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有し、前記連結セグメントは熱膨張率を有する材料で作られる、締付要素と、
を具備したシールアセンブリであって、
連結セグメントの材料の熱膨張率が２つ以上のシール要素の材料の熱膨張率の最大と最小の中間である、
シールアセンブリ。
【請求項２】
隣接し合うシール要素同士の間の境界面領域、及び、締付要素と隣接するシール要素との間の境界面領域のいずれかに配置される柔軟性シーリング部材を更に具備した、請求項１に記載のシールアセンブリ。
【請求項３】
（ａ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有する第１のシール要素であって、第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる、第１のシール要素と、
（ｂ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ前記第１のシール要素の軸線に平行又は一致する軸線を有する第２のシール要素であって、第２のシール要素は、第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、第２のシール要素の第１の面は前記第１のシール要素の第２の面と強制接触する、第２のシール要素と、
（ｃ）前記第１のシール要素を軸線方向に前記第２のシール要素に向け付勢するのに適した締付要素であって、前記第１のシール要素の第１の面と強制接触する第１のセグメントと、前記第２のシール要素の第２の面と強制接触する第２のセグメントと、前記第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有し、この連結セグメントは、前記第１のシール要素の第１の面により形成される平面と、前記第２のシール要素の第２の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、前記第１及び第２のシール要素の軸線にほぼ平行であり、かつ第３の熱膨張率を有する第３の材料で作られる、締付要素と、
を具備したシールアセンブリであって、
前記第３の熱膨張率が前記第１の熱膨張率と第２の熱膨張率との中間である、
シールアセンブリ。
【請求項４】
前記締付要素の第１のセグメント及び前記締付要素の第２のセグメントのいずれかが締付要素の連結セグメントに永久的に取り付けられる、請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項５】
前記締付要素の第１のセグメント及び前記締付要素の第２のセグメントのいずれかが締付要素の連結セグメントに取り外し可能に取り付けられる、請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の材料が、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択される、請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項７】
前記第２の材料が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、混合金属ペロブスカイト、（ＬａｘＳｒ１−ｘ）ｙＣｏＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．４、１．０２≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）、及び、（ＬａｘＣａ１−ｘ）ｙＦｅＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．５、１．１≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）からなるグループの中から選択される、請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項８】
前記第３の材料が、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択される、請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項９】
前記第２のシール要素は、第１のサブ構成要素及び第２のサブ構成要素からなり、各サブ構成要素は、第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ第１のシール要素の軸線に平行又は一致する軸線を有し、前記第１のサブ構成要素の第１の面は、第２のシール要素の第１の面であり、前記第２のサブ構成要素の第２の面は、締付要素の第２のセグメントと強制接触する第２のシール要素の第２の面である、請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項１０】
前記締付要素の第１のセグメント及び前記締付要素の第２のセグメントのいずれかが前記締付要素の連結セグメントに取り外し可能に取り付けられる、請求項９に記載のシールアセンブリ。
【請求項１１】
前記締付要素の第２のセグメントと前記第２のシール要素の第２の面との間に配置される柔軟性シーリング部材を更に具備した、請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項１２】
前記締付要素の第１のセグメントと前記第１のシール要素の第１の面との間に配置される柔軟性シーリング部材を更に具備した、請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項１３】
（１）前記第２のシール要素は、外径を有する第１の筒状パイプに取り付けられたフランジであり、前記フランジは外径を有し、
（２）前記締付要素は、前記締付要素の第１のセグメントを形成すると共に内径及び外径を有する第１のリングと、前記締付要素の連結セグメントを形成すると共に内径及び外径を有する第２のリングと、前記締付要素の第２のセグメントを形成すると共に内径及び外径を有する第３のリングとを有するトロイド形本体を具備し、
（３）前記第１のシール要素は、内径及び外径を有する補償スペーサリングであり、
（４）前記締付要素の第１のセグメントを形成する第１のリングの内径は、前記第１の筒状パイプの外径よりも大きく、
（５）前記補償スペーサリングの内径は前記第１の筒状パイプの外径よりも大きく、前記補償スペーサリングの外径は、前記締付要素の連結セグメントを形成する第２のリングの内径よりも小さく、
（６）前記フランジの外径は、前記締付要素の連結セグメントを形成する第２のリングの内径よりも小さい、
請求項３に記載のシールアセンブリ。
【請求項１４】
前記フランジ及び第１の筒状パイプはセラミック材料で作られ、前記締付要素は金属材料であり、前記補償スペーサリングは金属材料である、請求項１３に記載のシールアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の材料は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択される、請求項１４に記載のシールアセンブリ。
【請求項１６】
前記第２の材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、混合金属ペロブスカイト、（ＬａｘＳｒ１−ｘ）ｙＣｏＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．４、１．０２≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）、及び、（ＬａｘＣａ１−ｘ）ｙＦｅＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．５、１．１≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）からなるグループの中から選択される、請求項１４に記載のシールアセンブリ。
【請求項１７】
前記第３の材料は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択される、請求項１４に記載のシールアセンブリ。
【請求項１８】
（ａ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有する第１のシール要素であって、基準温度における第１の面と第２の面との間の軸線方向距離により特定される第１の基準第寸法を有し、第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる、第１のシール要素と、
（ｂ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ前記第１のシール要素の軸線に平行又は一致する軸線を有する第２のシール要素であって、第２のシール要素は、前記基準温度における第１の面と第２の面との間の軸線方向距離により特定される第２の基準第寸法を有すると共に、第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、第２のシール要素の前記第１の面は前記第１のシール要素の第２の面と接触する、第２のシール要素と、
（ｃ）前記第１のシール要素を軸線方向に前記第２のシール要素に向け付勢するのに適した締付要素であって、前記第１のシール要素の第１の面と強制接触する第１のセグメントと、前記第２のシール要素の第２の面と強制接触する第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有し、この連結セグメントは、前記第１のシール要素の第１の面により形成される平面と、前記第２のシール要素の第２の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、前記第１及び第２のシール要素の軸線にほぼ平行であり、前記中央部分は、第３の熱膨張率を有する第３の材料で作られる、締付要素と、
を具備したシールアセンブリであって、
前記第１の材料、前記第１のシール要素の基準厚さ、前記第２の材料、前記第２のシール要素の基準厚さ、及び前記第３の材料は、選択されたどんな温度においても、
｜ＡＴ−（ＢＴ＋ＣＴ）｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）
を満たすような値をとり、ここで、
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）、
ＢＴ＝ＢＲ（αＢ）（Ｔ−ＴＲ）、及び
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）
であり、ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、ＡＲは第１の基準寸法、ＢＲは第２の基準寸法、ＡＲはＢＲとＣＲの総和、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＢは第２の材料の熱膨張率、αＣは第３の材料の熱膨張率である、
シールアセンブリ。
【請求項１９】
（ａ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、内径、外径、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有するトロイド形補償スペーサリングであって、第１の熱膨張率を有する第１の金属で作られる、トロイド形補償スペーサリングと、
（ｂ）内径及び外径を有する筒状セラミックチューブであって、筒状セラミックチューブは、筒状セラミックチューブの端に形成されたセラミックフランジを有し、セラミックフランジは外径を有し、
（１）前記トロイド形補償スペーサリングの内径は前記筒状セラミックチューブの外径よりも大きく、補償スペーサリングはセラミックチューブ周りに配置され、
（２）前記セラミックフランジは、第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ前記トロイド形補償スペーサリングの軸線に平行又は一致する軸線を有する第２のシール要素を形成し、
（３）前記第２のシール要素の第１の面は、前記トロイド形補償スペーサリングの第２の面と強制接触し、
（４）前記セラミックフランジは、第２の熱膨張率を有するセラミック材料で作られる、
筒状セラミックチューブと、
（ｃ）前記トロイド形補償スペーサリングを軸線方向に前記第２のシール要素に向け付勢するのに適したトロイド形締付要素であって、前記トロイド形補償スペーサリングの第１の面と強制接触する第１のセグメントと、前記第２のシール要素の第２の面と強制接触する第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有し、この連結セグメントは、（１）前記トロイド形補償スペーサリングの第１の面により形成される平面と、前記第２のシール要素の第２の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有し、（２）前記トロイド形補償スペーサリング及び第２のシール要素の軸線にほぼ平行であり、（３）第３の熱膨張率を有する第２の金属で作られる、トロイド形締付要素と、
を具備したセラミック対金属シールアセンブリであって、
前記第３の熱膨張率が前記第１の熱膨張率と第２の熱膨張率の中間である、
セラミック対金属シールアセンブリ。
【請求項２０】
前記第１の金属は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択される、請求項１９に記載のセラミック対金属シールアセンブリ。
【請求項２１】
前記第２の金属は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択される、請求項１９に記載のセラミック対金属シールアセンブリ。
【請求項２２】
前記セラミックフランジは、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、混合金属ペロブスカイト、（ＬａｘＳｒ１−ｘ）ｙＣｏＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．４、１．０２≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）、及び、（ＬａｘＣａ１−ｘ）ｙＦｅＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．５、１．１≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）からなるグループの中から選択された材料で作られる、請求項１９に記載のセラミック対金属シールアセンブリ。
【請求項２３】
前記セラミックチューブは、前記セラミックフランジと同じ材料で作られ、前記セラミックチューブ及び前記セラミックフランジが一体化されてフランジ付きセラミックチューブを形成する、請求項１９に記載のセラミック対金属シールアセンブリ。
【請求項２４】
（ａ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有しかつ第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる第１のシール要素と、
（ｂ）前記シール要素の第２の面に隣接する柔軟性シーリング部材と、
（ｃ）前記シール要素の第１の面と強制接触する面を有する第１のセグメントと、前記柔軟性シール部材と強制接触する面を有する第２のセグメントと、この第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有する締付要素であって、この連結セグメントは、前記第１のセグメントの面により形成される平面と、前記第２のセグメントの面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、前記シール要素の軸線にほぼ平行であり、かつ第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、締付要素は、前記シール要素を軸線方向に締付要素の前記第２のセグメントの面に向け付勢して前記柔軟性シール部材を圧縮するのに適している、締付要素と、
を具備したシールアセンブリであって、
前記第１の熱膨張率が前記第２の熱膨張率よりも大きい、
シールアセンブリ。
【請求項２５】
（ａ）基準温度に等しい温度においてシールアセンブリを提供する工程であって、
（１）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有し、第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる第１のシール要素と、
（２）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ前記第１のシール要素の軸線に平行又は一致する軸線を有する第２のシール要素であって、第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、第２のシール要素の前記第１の面は前記第１のシール要素の第２の面と強制接触する第２のシール要素と、
（３）前記第１のシール要素を軸線方向に前記第２のシール要素に向け付勢するのに適した締付要素であって、前記第１のシール要素の第１の面と強制接触する第１のセグメントと、前記第２のシール要素の第２の面と強制接触する第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有し、この連結セグメントは、前記第１のシール要素の第１の面により形成される平面と、前記第２のシール要素の第２の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有し、前記連結セグメントは、前記第１及び第２のシール要素の軸線にほぼ平行であり、かつ第３の熱膨張率を有する第３の材料で作られる、締付要素と、
を具備したシールアセンブリを提供する工程と、
（ｂ）前記シールアセンブリの温度を基準温度と異なる選択された温度に変更する工程と、
（ｃ）前記シールアセンブリを選択された温度において次式を満たすよう維持する工程であって、
｜ＡＴ−（ＢＴ＋ＣＴ）｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）
ここで、前記ＡＴ、ＢＴ及びＣＴはそれぞれ次式により特定される温度補償済み寸法であり、
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）、
ＢＴ＝ＢＲ（αＢ）（Ｔ−ＴＲ）、及び
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、ＢＲは基準温度における第１のシール要素の面同士の間の軸線方向距離、ＣＲは基準温度における第２のシール要素の面同士の間の軸線方向距離、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＢは第２の材料の熱膨張率、αＣは第３の材料の熱膨張率、ＡＲ＝ＢＲ＋ＣＲである、工程と、
を備えるシールアセンブリ製造操作方法。
【請求項２６】
（ａ）基準温度に等しい温度においてシールアセンブリを提供する工程であって、
（１）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有し、第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる第１のシール要素と、
（２）前記シール要素の第２の面に隣接する柔軟性シーリング部材と、
（３）前記シール要素の第１の面と強制接触する面を有する第１のセグメントと、前記柔軟性シール部材と強制接触する面を有する第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有する締付要素であって、この連結セグメントは、前記第１のセグメントの面により形成される平面と、前記第２のセグメントの面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、前記シール要素の軸線にほぼ平行であり、かつ第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、締付要素は、前記シール要素を軸線方向に締付要素の前記第２のセグメントの面に向け付勢して前記柔軟性シール部材を圧縮するのに適している、締付要素と、
を具備したシールアセンブリを提供する工程と、
（ｂ）前記シールアセンブリの温度を基準温度と異なる選択された温度に変更する工程と、
（ｃ）前記シールアセンブリを選択された温度において次式を満たすよう維持する工程であって、
｜ＡＴ−ＣＴ｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）
ここで、前記ＡＴ及びＣＴはそれぞれ次式により特定される温度補償済み寸法であり、
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）、
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＣは第２の材料の熱膨張率、ＣＲは基準温度におけるシール要素の第１の面と第２の面との間の軸線方向距離、Ｃ’Ｒは基準温度におけるシール要素の第２の面と締付要素の第２のセグメントの面との間の軸線方向距離、ＡＲ＝ＣＲ＋Ｃ’Ｒである、工程と、
を備えるシールアセンブリ製造操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシールアセンブリ及びシールアセンブリ製造操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温加圧ガスを信頼し得る形で閉じ込めることは、多くの工業分野における配管システム及び反応器システムの設計及び運転にとって重要な要素である。これらのシステムにおいて温度サイクルが発生するのは、スタートアップ、シャットダウン及びプロセス混乱状態の間であるが、正常なプロセス運転の間でもそのようなサイクルが発生し得る。これらのシステムにおける配管及びプロセス装置は大抵、多種多様な材料で構成され、その多くは熱膨張率が互いに異なる。熱膨張率が互いに異なる構成要素相互間のカップリング及びジョイントは、特に、大きい温度サイクルに晒されるときに、問題となる。ガス漏れを最小限に抑えるために、これらカップリング及びジョイントを慎重に設計する必要がある。
【０００３】
セラミックガス分離膜システム、セラミック膜反応器システム、固体酸化物型燃料電池などのある一定の高温システムは、高温で働くセラミック構成要素を利用している。これらセラミック構成要素へのガス流とそこからのガス流は、典型的には金属合金配管システムによって提供され、そのため、セラミック対金属ジョイントが要求される。セラミック材料と金属は通常、異なる熱膨張特性を有するので、セラミック対金属ジョイントに適切なシール作用を設けることが、これらのシステムの設計及び運転にとって重大な挑戦課題となる。これらジョイントにおけるシールは、高い作動温度において信頼し得るものでなければならず、予期されるシステム寿命にわたって安定した性能を発揮できるよう熱サイクリングに耐えなければならない。加えて、装置製造中に常温下でこれらシールの性能を検証できるようになっているべきであり、これらシールは経済的で容易に組み立てできるべきである。
【発明の開示】
【０００４】
高温ガス処理技術において、熱膨張率が互いに異なる材料相互間のカップリング及びジョイントに改良型シールが必要である。以下に説明されかつ特許請求の範囲で画定される本発明の実施形態はこの必要性に応えるものである。
【０００５】
本発明の一実施形態は、（ａ）２つ以上のシール要素であって、各シール要素は、第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有し、これらシール要素は、隣接し合う面が互いに平行でかつ軸線が互いに平行又は一致するように積み重ねられ、各シール要素は、熱膨張率を有する材料で作られる、シール要素と、（ｂ）第１のセグメントと、第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有する締付要素であって、前記２つ以上のシール要素が前記締付要素の第１のセグメントと第２のセグメントとの間に配置され、前記締付要素は前記２つ以上のシール要素に軸線方向締付力を印加するのに適しており、前記連結セグメントは、前記締付要素の第１のセグメントに隣接するシール要素の面により形成される平面と、前記締付要素の第２のセグメントに隣接するシール要素の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有し、前記連結セグメントは熱膨張率を有する材料で作られる、締付要素と、を具備したシールアセンブリに関する。連結セグメントの材料の熱膨張率は２つ以上のシール要素の材料の熱膨張率の最大と最小の中間である。
【０００６】
この実施形態では、シールアセンブリは更に、隣接し合うシール要素同士の間の境界面領域、及び、締付要素と隣接するシール要素との間の境界面領域のいずれかに配置される柔軟性シーリング部材を具備する。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、
（ａ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有する第１のシール要素であって、第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる、第１のシール要素と、
（ｂ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ前記第１のシール要素の軸線に平行又は一致する軸線を有する第２のシール要素であって、第２のシール要素は、第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、第２のシール要素の第１の面は前記第１のシール要素の第２の面と強制接触する、第２のシール要素と、
（ｃ）前記第１のシール要素を軸線方向に前記第２のシール要素に向け付勢するのに適した締付要素であって、前記第１のシール要素の第１の面と強制接触する第１のセグメントと、前記第２のシール要素の第２の面と強制接触する第２のセグメントと、前記第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有し、この連結セグメントは、前記第１のシール要素の第１の面により形成される平面と、前記第２のシール要素の第２の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、前記第１及び第２のシール要素の軸線にほぼ平行であり、かつ第３の熱膨張率を有する第３の材料で作られる、締付要素と、
を具備したシールアセンブリであって、
前記第３の熱膨張率が前記第１の熱膨張率と第２の熱膨張率との中間である、
シールアセンブリを含む。
【０００８】
この実施形態では、締付要素の第１のセグメント及び締付要素の第２のセグメントのいずれかが締付要素の連結セグメントに永久的に取り付けられるようにしてもよい。代替的に、締付要素の第１のセグメント及び締付要素の第２のセグメントのいずれかが締付要素の連結セグメントに取り外し可能に取り付けられるようにしてもよい。
【０００９】
第１の材料は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択されるようにしてもよい。第２の材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、混合金属ペロブスカイト、（ＬａｘＳｒ１−ｘ）ｙＣｏＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．４、１．０２≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）、及び、（ＬａｘＣａ１−ｘ）ｙＦｅＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．５、１．１≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）からなるグループの中から選択されるようにしてもよい。第３の材料は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択されるようにしてもよい。
【００１０】
第２のシール要素は、第１のサブ構成要素及び第２のサブ構成要素からなり、各サブ構成要素は、第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ第１のシール要素の軸線に平行又は一致する軸線を有し、第１のサブ構成要素の第１の面は、第２のシール要素の第１の面であり、第２のサブ構成要素の第２の面は、前記締付要素の第２のセグメントと強制接触する前記第２のシール要素の第２の面であるようにしてもよい。締付要素の第１のセグメント及び締付要素の第２のセグメントのいずれかが締付要素の連結セグメントに取り外し可能に取り付けられるようにしてもよい。
【００１１】
この実施形態では、シールアセンブリは更に、締付要素の第２のセグメントと第２のシール要素の第２の面の間に配置される柔軟性シーリング部材を具備してもよい。代替的に又は追加的に、シールアセンブリは更に、締付要素の第１のセグメントと第１のシール要素の第１の面との間に配置される柔軟性シーリング部材を具備してもよい。
【００１２】
この実施形態のシールアセンブリでは、
（１）第２のシール要素は、外径を有する第１の筒状パイプに取り付けられたフランジであり、このフランジは外径を有するようにしてもよく、
（２）締付要素は、締付要素の第１のセグメントを形成すると共に内径及び外径を有する第１のリングと、締付要素の連結セグメントを形成すると共に内径及び外径を有する第２のリングと、締付要素の第２のセグメントを形成すると共に内径及び外径を有する第３のリングとを有するトロイド形本体を具備してもよく、
（３）第１のシール要素は、内径及び外径を有する補償スペーサリングであってもよく、
（４）締付要素の第１のセグメントを形成する第１のリングの内径は、第１の筒状パイプの外径よりも大きくてもよく、
（５）補償スペーサリングの内径は第１の筒状パイプの外径よりも大きくてもよく、補償スペーサリングの外径は、締付要素の連結セグメントを形成する第２のリングの内径よりも小さくてもよく、
（６）フランジの外径は、締付要素の連結セグメントを形成する第２のリングの内径よりも小さくてもよい。
【００１３】
フランジ及び第１の筒状パイプはセラミック材料で作ってもよく、締付要素は金属材料であってもよく、補償スペーサリングは金属材料であってもよい。第１の材料は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択されるようにしてもよい。第２の材料は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、混合金属ペロブスカイト、（ＬａｘＳｒ１−ｘ）ｙＣｏＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．４、１．０２≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）、及び、（ＬａｘＣａ１−ｘ）ｙＦｅＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．５、１．１≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）からなるグループの中から選択されるようにしてもよい。第３の材料は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択されるようにしてもよい。
【００１４】
本発明の代替実施形態は、
（ａ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有する第１のシール要素であって、基準温度における第１の面と第２の面との間の軸線方向距離により特定される第１の基準第寸法を有し、第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる、第１のシール要素と、
（ｂ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ前記第１のシール要素の軸線に平行又は一致する軸線を有する第２のシール要素であって、第２のシール要素は、前記基準温度における第１の面と第２の面との間の軸線方向距離により特定される第２の基準第寸法を有すると共に、第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、第２のシール要素の前記第１の面は前記第１のシール要素の第２の面と接触する、第２のシール要素と、
（ｃ）前記第１のシール要素を軸線方向に前記第２のシール要素に向け付勢するのに適した締付要素であって、前記第１のシール要素の第１の面と強制接触する第１のセグメントと、前記第２のシール要素の第２の面と強制接触する第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有し、この連結セグメントは、前記第１のシール要素の第１の面により形成される平面と、前記第２のシール要素の第２の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、前記第１及び第２のシール要素の軸線にほぼ平行であり、前記中央部分は、第３の熱膨張率を有する第３の材料で作られる、締付要素と、
を具備したシールアセンブリであって、
前記第１の材料、前記第１のシール要素の基準厚さ、前記第２の材料、前記第２のシール要素の基準厚さ、及び前記第３の材料は、選択されたどんな温度においても、
｜ＡＴ−（ＢＴ＋ＣＴ）｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）
を満たすような値をとり、ここで、
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）、
ＢＴ＝ＢＲ（αＢ）（Ｔ−ＴＲ）、及び
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）
であり、ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、ＡＲは第１の基準寸法、ＢＲは第２の基準寸法、ＡＲはＢＲとＣＲの総和、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＢは第２の材料の熱膨張率、αＣは第３の材料の熱膨張率である、
シールアセンブリに関する。
【００１５】
別の代替実施形態は、
（ａ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、内径、外径、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有するトロイド形補償スペーサリングであって、第１の熱膨張率を有する第１の金属で作られる、トロイド形補償スペーサリングと、
（ｂ）内径及び外径を有する筒状セラミックチューブであって、筒状セラミックチューブは、筒状セラミックチューブの端に形成されたセラミックフランジを有し、セラミックフランジは外径を有し、
（１）前記トロイド形補償スペーサリングの内径は前記筒状セラミックチューブの外径よりも大きく、補償スペーサリングはセラミックチューブ周りに配置され、
（２）前記セラミックフランジは、第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ前記トロイド形補償スペーサリングの軸線に平行又は一致する軸線を有する第２のシール要素を形成し、
（３）前記第２のシール要素の第１の面は、前記トロイド形補償スペーサリングの第２の面と強制接触し、
（４）前記セラミックフランジは、第２の熱膨張率を有するセラミック材料で作られる、
筒状セラミックチューブと、
（ｃ）前記トロイド形補償スペーサリングを軸線方向に前記第２のシール要素に向け付勢するのに適したトロイド形締付要素であって、前記トロイド形補償スペーサリングの第１の面と強制接触する第１のセグメントと、前記第２のシール要素の第２の面と強制接触する第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有し、この連結セグメントは、（１）前記トロイド形補償スペーサリングの第１の面により形成される平面と、前記第２のシール要素の第２の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有し、（２）前記トロイド形補償スペーサリング及び第２のシール要素の軸線にほぼ平行であり、（３）第３の熱膨張率を有する第２の金属で作られる、トロイド形締付要素と、
を具備したセラミック対金属シールアセンブリであって、
前記第３の熱膨張率が前記第１の熱膨張率と第２の熱膨張率の中間である、
セラミック対金属シールアセンブリを含む。
【００１６】
この代替実施形態では、第１の金属は、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼からなるグループの中から選択されるようにしてもよい。セラミックフランジは、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、混合金属ペロブスカイト、（ＬａｘＳｒ１−ｘ）ｙＣｏＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．４、１．０２≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）、及び、（ＬａｘＣａ１−ｘ）ｙＦｅＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．５、１．１≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）からなるグループの中から選択された材料で作られるようにしてもよい。セラミックチューブは、セラミックフランジと同じ材料で作られるようにしてもよく、セラミックチューブとセラミックフランジは一体化してフランジ付きセラミックチューブを形成する。
【００１７】
本発明の関連の一実施形態は、
（ａ）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有しかつ第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる第１のシール要素と、
（ｂ）前記シール要素の第２の面に隣接する柔軟性シーリング部材と、
（ｃ）前記シール要素の第１の面と強制接触する面を有する第１のセグメントと、前記柔軟性シール部材と強制接触する面を有する第２のセグメントと、この第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有する締付要素であって、この連結セグメントは、前記第１のセグメントの面により形成される平面と、前記第２のセグメントの面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、前記シール要素の軸線にほぼ平行であり、かつ第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、締付要素は、前記シール要素を軸線方向に締付要素の前記第２のセグメントの面に向け付勢して前記柔軟性シール部材を圧縮するのに適している、締付要素と、
を具備したシールアセンブリであって、
前記第１の熱膨張率が前記第２の熱膨張率よりも大きい、
シールアセンブリを含む。
【００１８】
本発明の関連の別の実施形態は、
（ａ）基準温度に等しい温度においてシールアセンブリを提供する工程であって、
（１）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有し、第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる第１のシール要素と、
（２）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交しかつ前記第１のシール要素の軸線に平行又は一致する軸線を有する第２のシール要素であって、第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、第２のシール要素の前記第１の面は前記第１のシール要素の第２の面と強制接触する第２のシール要素と、
（３）前記第１のシール要素を軸線方向に前記第２のシール要素に向け付勢するのに適した締付要素であって、前記第１のシール要素の第１の面と強制接触する第１のセグメントと、前記第２のシール要素の第２の面と強制接触する第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有し、この連結セグメントは、前記第１のシール要素の第１の面により形成される平面と、前記第２のシール要素の第２の面により形成される平面との間を延びる中央部分を有し、前記連結セグメントは、前記第１及び第２のシール要素の軸線にほぼ平行であり、かつ第３の熱膨張率を有する第３の材料で作られる、締付要素と、
を具備したシールアセンブリを提供する工程と、
（ｂ）前記シールアセンブリの温度を基準温度と異なる選択された温度に変更する工程と、
（ｃ）前記シールアセンブリを選択された温度において次式を満たすよう維持する工程であって、
｜ＡＴ−（ＢＴ＋ＣＴ）｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）
ここで、前記ＡＴ、ＢＴ及びＣＴはそれぞれ次式により特定される温度補償済み寸法であり、
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）、
ＢＴ＝ＢＲ（αＢ）（Ｔ−ＴＲ）、及び
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、ＢＲは基準温度における第１のシール要素の面同士の間の軸線方向距離、ＣＲは基準温度における第２のシール要素の面同士の間の軸線方向距離、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＢは第２の材料の熱膨張率、αＣは第３の材料の熱膨張率、ＡＲ＝ＢＲ＋ＣＲである、工程と、
を備えるシールアセンブリ製造操作方法を含む。
【００１９】
関連の代替実施形態は、
（ａ）基準温度に等しい温度においてシールアセンブリを提供する工程であって、
（１）第１の面、この第１の面にほぼ平行な第２の面、及び、これら第１及び第２の面に直交する軸線を有し、第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られる第１のシール要素と、
（２）前記シール要素の第２の面に隣接する柔軟性シーリング部材と、
（３）前記シール要素の第１の面と強制接触する面を有する第１のセグメントと、前記柔軟性シール部材と強制接触する面を有する第２のセグメントと、第１のセグメントと第２のセグメントとの間でこれら第１のセグメント及び第２のセグメントに取り付けられた連結セグメントとを有する締付要素であって、この連結セグメントは、前記第１のセグメントの面により形成される平面と、前記第２のセグメントの面により形成される平面との間を延びる中央部分を有すると共に、前記シール要素の軸線にほぼ平行であり、かつ第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、締付要素は、前記シール要素を軸線方向に締付要素の前記第２のセグメントの面に向け付勢して前記柔軟性シール部材を圧縮するのに適している、締付要素と、
を具備したシールアセンブリを提供する工程と、
（ｂ）前記シールアセンブリの温度を基準温度と異なる選択された温度に変更する工程と、
（ｃ）前記シールアセンブリを選択された温度において次式を満たすよう維持する工程であって、
｜ＡＴ−ＣＴ｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）
ここで、前記ＡＴ及びＣＴはそれぞれ次式により特定される温度補償済み寸法であり、
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）、
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＣは第２の材料の熱膨張率、ＣＲは基準温度におけるシール要素の第１の面と第２の面との間の軸線方向距離、Ｃ’Ｒは基準温度におけるシール要素の第２の面と締付要素の第２のセグメントの面との間の軸線方向距離、ＡＲ＝ＣＲ＋Ｃ’Ｒである、工程と、
を備えるシールアセンブリ製造操作方法を含む。
【００２０】
本発明の様々な実施形態を添付図面によって説明する。ただし、図は必ずしも縮尺通りではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態は、熱膨張率が互いに異なる２つのパイプ又は容器の間のシールを形成するためのシールアセンブリ又はシール組体に指向されている。このシールアセンブリは、密封される２つのパイプ又は容器の一部をなすシーリング要素に軸線方向締付力を印加する締付要素を含む。シールを設計するときには、組立て後のシール要素が加熱されたときに締付要素の連結セグメントの長さとシール要素の軸線方向寸法の総和との絶対差が約５１マイクロメートル（０．００２インチ）未満であるように、周囲条件下での締付要素及びシール要素の軸線方向寸法、並びに、締付要素及びシール要素の材料の熱膨張率が選択される。
【００２２】
一実施形態では、第１のシール要素とこの第１のシール要素に隣接する第２のシール要素とに締付力を印加する剛性締付要素を有するシールアセンブリが利用される。締付要素の第１のセグメント及び第２のセグメントは、第１のシーリング要素及び第２のシーリング要素と強制接触し、第１のシール要素は第２のシール要素と強制接触する。締付要素は、第１のシール要素及び第２のシール要素に対向する連結セグメントを有し、この連結セグメントの熱膨張率は、第１のシール要素の熱膨張率と第２のシール要素の熱膨張率の中間である。
【００２３】
以下に説明されるように、第１のシール要素は補償スペーサ要素であり、第２のシール要素は第１の容器システム又は配管システムの一部であってもよく、締付要素のセグメントの一方又は両方は、第１の容器システム又は配管システムに密封可能に連結された第２の容器システム又は配管システムの一部であってもよい。システムの構成とシール要素前後の相対差圧とに応じて、柔軟性シール又はガスケットを、第１のシール要素と締付要素の第１のセグメントとの間、第１のシール要素と補償スペーサ要素との間、及び、補償スペーサ要素と締付要素の第２のセグメントとの間の境界面領域のいずれかに配置してもよい。実施形態の中には、特に、補償スペーサ要素と締付要素の第２のセグメントとの間の境界面領域において柔軟性シール又はガスケットを利用しないものがある。
【００２４】
シールアセンブリが加熱されたときにシール構成要素相互の熱膨張差が補償されるように、ある一定の設計パラメータを選択することができる。これらのパラメータには、第１のシール要素の材料、補償スペーサ要素の材料、締付要素の連結セグメントの材料、周囲温度における第１のシール要素又は補償スペーサ要素の初期寸法、及び、周囲温度における第２のシール要素の初期寸法が含まれる。これらのパラメータを適切に選択することにより、加熱中の（１）締付要素の連結セグメントと（２）組み合わされた第１のシール要素及び補償スペーサ要素との間の正味の熱膨張差を最小限にし又は除去することができ、それにより、第１のシール要素及び補償スペーサ要素に作用する初期締付荷重が維持される。
【００２５】
上述したシールアセンブリは、図１に一般化されて描かれている。シールアセンブリ１は、第１のセグメント３、連結セグメント５及び第２のセグメント７を有する締付要素と、第１のシール要素又は補償スペーサ要素９と、第２のシール要素１１とを具備する。締付要素の第１のセグメント３、連結セグメント５及び第２のセグメント７は、同じ材料であっても異なる材料であってもよい。第１のセグメント３は、境界面領域１３においてボルト又は他の取付具（図示なし）により連結セグメント５に取り外し可能に取り付けることができる。代替的に又は追加的に、第２のセグメント７を境界面領域１５においてボルト又は他の取付具（図示なし）により連結セグメント５に取り外し可能に取り付けることもできる。代替的に、第２のセグメント７及び連結セグメント５は、共通の材料からなる単一部品であってもよい。
【００２６】
第１のシール要素又は補償スペーサ要素９は典型的には、図示されたように別個の部品である。第２のシール要素１１は、第１の容器システム又は配管システムの一部であって第１の容器システム又は配管システムに連結されてもよく、締付要素のセグメント３及び７のいずれか一方又は両方は、第１の容器システム又は配管システムに密封可能に連結された第２の容器システム又は配管システムの一部であってもよい。
【００２７】
締付要素は、第１のセグメント３を付勢して境界面領域１７において補償スペーサ要素９に強制接触させ、第２のセグメント７を境界面領域１９において第２のシール要素１１に強制接触させる。結果として、補償スペーサ要素９と第２のシール要素１１とが付勢されて境界面領域２１において互いに強制接触させられる。補償スペーサ要素９は寸法Ｂによって特徴づけられ、この寸法Ｂは、境界面領域１７において補償スペーサ要素の表面により形成される平面と、境界面領域２１において補償スペーサ要素の表面により形成される平面との間の直交距離又は軸線方向距離である。第２のシール要素１１は寸法Ｃによって特徴づけられ、この寸法Ｃは、境界面領域２１において第２のシール要素１１の表面により形成される平面と、境界面領域１９において第２のシール要素の表面により形成される平面との間の直交距離又は軸線方向距離である。寸法Ａは、寸法Ｂ及び寸法Ｃの総和と定義される。寸法Ａは、境界面領域１７において補償スペーサ要素９の表面により形成される平面と、境界面領域１９において第２のシール要素１１の表面により形成される平面との間にある連結セグメント５の部分に相当する。連結セグメント５は寸法Ｄによって特徴づけられ、この寸法Ｄは、境界面領域１７において第１のセグメント３の表面により形成される平面と、境界面領域１９において第２のセグメント７の表面により形成される平面との間の距離、すなわち締付要素の面同士間の距離である。
【００２８】
境界面領域１７は、第１のセグメント３の平らな表面と補償スペーサ要素９の平らな表面との間の接触により形成される境界面であってもよい。代替的には、境界面領域１７は、後述するような柔軟性シーリング部材ないし高コンプライアンスシーリング部材といった中間部材（図示なし）を含んでもよい。境界面領域１９は、第２のセグメント７の平らな表面と第２のシール要素１１の平らな表面との間の接触により形成される境界面でもよい。代替的には、境界面領域１９は、後述するような柔軟性シーリング部材といった中間部材（図示なし）を含んでもよい。典型的には、境界面領域２１は、補償スペーサ要素９の平らな表面と第２のシール要素１１の平らな表面との間の直接接触により形成される境界面である。代替的には、境界面領域２１は、後述するような柔軟性シーリング部材といった中間部材（図示なし）を含んでもよい。
【００２９】
２つの部品の境界面領域において適用される用語「強制接触」は、境界面領域の各側にある部品が両方とも、締付要素により印加された軸線方向圧縮力によって互いに付勢され又は押し合わされるということを意味する。例えば、境界面領域１７において、第１のセグメント３の平らな表面と補償スペーサ要素９の平らな表面とが実際に接触することにより、強制接触を直接形成することができる。代替的に、境界面領域１７が上述したような中間シール部材を含むならば、第１のセグメント３と補償スペーサ要素９との間の強制接触はその中間部材を介して生ずる。すなわち、軸線方向圧縮力が第１のセグメント３から中間部材に伝達され、中間部材から補償スペーサ要素９に伝達される。別の例では、境界面領域１９において、第２のセグメント７の平らな表面と第２のシール要素１１の平らな表面とが実際に接触することにより、強制接触を直接形成することもできる。代替的に、境界面領域１９が上述したような中間部材を含むならば、第２のセグメント７と第２のシール要素１１との間の強制接触はその中間部材を介して生ずる。更に別の例では、境界面領域２１において、補償スペーサ要素９の平らな表面と第２のシール要素１１の平らな表面とが実際に接触することにより、強制接触を直接形成することもできる。代替的に、境界面領域２１が上述したような中間部材を含むならば、補償スペーサ要素９と第２のシール要素１１との間の強制接触はその中間部材を介して生ずる。したがって、境界面領域における「強制接触」なる用語は、（１）２つの表面同士の間の実際の接触、又は（２）第１の表面と中間部材の１つの表面との接触及び第２の表面と中間部材の別の表面との接触を含み、すべての表面が、また、中間部材が存在する場合はその表面も、締付要素により印加された軸線方向圧縮力によって互いに付勢される。
【００３０】
用語「シール要素」は、シールアセンブリのうち、締付要素内部に配置された剛性部分と定義される。このシール要素は、軸線方向締付力が印加されることによっては変形されない。用語「柔軟性シーリング部材」は、シールアセンブリのうち、軸線方向締付力を印加することによって変形される変形可能な部分と定義される。軸線方向締付力とは、シールアセンブリに加えられる力であって、シール部材の軸線方向においてシール要素相互間及びシール要素と柔軟性シーリング部材との間に強制接触を生じさせる力を言う。セラミック材料は、無機非金属材料と定義される。金属材料とは、純金属、金属合金、若しくは金属混合物、又は、純金属、金属合金、若しくは金属混合物を含有する複合材料を言う。
【００３１】
本願で使用される不定冠詞“ａ”及び“ａｎ”は、明細書及び請求項において述べられる本発明の実施形態におけるいずれかの特徴に適用されるときには、単数又は複数を意味する。“ａ”及び“ａｎ”の使用は、別段のただし書がない限り、その意味するところを単一の特徴に限定するものではない。単数又は複数の名詞又は名詞句に先行する定冠詞“ｔｈｅ”は、単一又は複数の特定の特徴を意味し、これが使用される文脈に応じて単数又は複数の含意を有することができる。形容詞“ａｎｙ”又は「いずれか」は、数量に関係なく１つ、幾つか、又は全部を意味する。第１の存在物と第２の存在物との間に置かれた用語「及び／又は」は、（１）第１の存在物、（２）第２の存在物、及び（３）第１の存在物及び第２の存在物のうちの１つを意味する。
【００３２】
締付要素の第１のセグメント３、連結セグメント５及び第２のセグメント７は、同じ材料であっても異なる材料であってもよい。補償スペーサ要素９は第１の熱膨張率を有する第１の材料で作られ、第２のシール要素１１は第２の熱膨張率を有する第２の材料で作られ、連結セグメント５は第３の熱膨張率を有する第３の材料で作られる。第３の熱膨張率は第１の熱膨張率と第２の熱膨張率との中間である。
【００３３】
第１のシール要素又は補償スペーサ要素９は基準温度における基準寸法ＢＲにより特定される基準厚さ又は基準寸法を有し、第２のシール要素１１は基準温度における寸法ＣＲにより特定される基準厚さ又は基準寸法を有し、基準温度における寸法ＡＲは基準温度における基準寸法ＢＲとＣＲの総和である。基準寸法ＡＲ、ＢＲ及びＣＲの幾何学的定義はそれぞれ、上述したようなＡ、Ｂ及びＣの幾何学的定義に対応する。基準温度は、どんな温度でもよいが、約１５℃から３５℃までの間の周囲温度であるのが有利である。シールアセンブリが基準温度下にあるときに、締付要素は、補償スペーサ要素９及び第２のシール要素１１を互いに押し付けて強制接触させる初期軸線方向圧縮力を印加する。
【００３４】
補償スペーサ要素９の基準寸法（ＢＲ）及びシール要素１１の基準寸法（ＣＲ）、並びに補償スペーサ要素９、第２のシール要素１１及び連結セグメント５のそれぞれの材料は、シールアセンブリを設計するときに最初に選択される。これらのパラメータは、選択されたどんな温度においても、温度補償済み寸法ＡＴが、選択された温度における温度補償済み寸法ＢＴとＣＴの総和から、絶対値で約５１マイクロメートル（約０．００２インチ）以上違わないように適切に設定される。典型的には、この差は、市販の柔軟性シーリング部材、例えばＣリングやＯリングなどにより達成し得る公差の範囲内である。
【００３５】
選択された温度における温度補償済み寸法ＡＴ、ＢＴ及びＣＴは、それぞれ次式（１）、（２）、（３）により特定される。
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）  （１）
ＢＴ＝ＢＲ（αＢ）（Ｔ−ＴＲ）  （２）
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）  （３）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、αＡは締付要素の連結セグメント５の材料の熱膨張率、αＢは補償スペーサ要素９の材料の熱膨張率、αＣは第２のシール要素１１の材料の熱膨張率であり、ＡＲ＝ＢＲ＋ＣＲである。
【００３６】
補償スペーサ要素９の基準寸法（ＢＲ）及びシール要素１１の基準寸法（ＣＲ）、及び、補償スペーサ要素９、第２のシール要素１１及び連結セグメント５のそれぞれの材料は、シールアセンブリを設計するときに、選択されたどんな温度においてもシールアセンブリの寸法が次式（４）で表されるように、最初に選択される。
｜ＡＴ−（ＢＴ＋ＣＴ）｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）  （４）
【００３７】
シールアセンブリ構成要素は、基準温度（典型的には周囲温度）において組み立てられ、初期軸線方向荷重が締付要素により、補償スペーサ要素９、第２のシール要素１１、及び、使用される場合には、（一つ又は複数の）柔軟性シーリング部材又はばね形部材に作用される。この初期締付力は、例えば止めねじ又はねじ付きスタッド、及び、セグメント３及び／又は第２のセグメント７を連結セグメント５に取り付けるためのボルトによって提供することができる。軸線方向締付力又は軸線方向圧縮力を発生する他の公知の方法を使用してもよい。シール構成要素の熱膨張率及び初期寸法を上述したように適切に選択すれば、シールアセンブリの初期軸線方向荷重は、加熱後、上昇した温度においてシールアセンブリの構成要素がシール作用を維持するのに十分な程度となろう。
【００３８】
シールアセンブリの一つ又は複数の作用シールを、境界面領域１７、１９及び２１のいずれかに設けることもできる。作用シールとは、２つの隣接する表面の間に実際の密封接触を提供してシールアセンブリからのガス漏れを最小限に抑制し又は削除するようにする要素を言う。作用シールは、慎重に機械加工された相手表面同士の間の境界面により形成することもできるし、境界面領域において市販の柔軟性シーリング要素例えばＣリングやＯリングなどにより形成することもできる。作用シールの位置は、シールアセンブリの実際の構成と、シールアセンブリ前後の相対圧力差とに応じて定まる。シールアセンブリを、後述されるような所望の構成において密封可能に連結される配管システム又は容器システムに取り付けてもよい。図１においては、第１のセグメント３、第２のセグメント７、及び第２のシール要素１１のいずれかを、シールアセンブリにより密封可能に連結される配管システム又は容器システムに取り付けることができる。典型的には、補償スペーサ要素９は、密封可能に連結される配管システム又は容器システムから独立しており、それに取り付けられていない。
【００３９】
一般化されたシールアセンブリを、図２に示される実施形態に使用することもできる。シールアセンブリ２０１は、第１のクランプセグメント又はリング２０３とクランプ連結セグメント２０５と第２のクランプセグメント２０７とを有する締付要素と、第１のシール要素又は補償スペーサ要素２０９と、中間シール要素２１１とを具備するトロイド形アセンブリである。この実施形態では、クランプ連結セグメント２０５及び第２のクランプセグメント２０７は、締付要素の第２のリングを形成する材料の単一部品を含んでなる。中間シール要素２１１は、筒状パイプ又は容器２１３のフランジ部分を形成し、同じ材料で作られる。クランプ連結セグメント２０５、第１のシール要素又は補償スペーサ要素２０９、及び中間シール要素２１１は、互いに異なる材料で作られる。
【００４０】
第１のクランプセグメント又はリング２０３は、止めねじ２１５によりクランプ連結セグメント２０５に取り外し可能に取り付けられている。止めねじは典型的にはクランプ連結セグメント２０５と同じ材料で作られ、リング２０３は止めねじ２１５及びクランプ連結セグメント２０５と同じ材料で作ってよい。代替的には、他の公知のタイプの固定具を使用してもよい。例えば、ねじ付きスタッドをクランプ連結セグメント２０５にねじ込んでねじ付きスタッドが第１のクランプセグメント又はリング２０３のスタッド穴内を延びるようにし、また、このスタッド上にボルトを設け、締めることにより、第１のクランプセグメント又はリング２０３をクランプ連結セグメント２０５に連結すると共に、シールアセンブリに軸線方向締付力が発生するようにすることができる。
【００４１】
第２のクランプセグメント２０７内を穴２１９が延びており、シール要素２０１が第２のパイプ又は容器とパイプ又は容器２１３との間に作用シールを提供するように第２のパイプ又は容器（図示なし）をねじ付き接続部又は溶接接続部を介し連結するのに、この穴２１９を利用することもできる。代替的には、第２のクランプセグメント２０７が穴を備えておらずしたがって筒状パイプ又は容器２１３を密封するキャップとして作用するようにしてもよい。
【００４２】
締付要素は、第１のクランプセグメント又はリング２０３を付勢して柔軟性シール部材２２１と強制接触させ、それにより、柔軟性シール部材２２１を付勢して境界面領域２１７において補償スペーサ要素２０９と強制接触させ、第２のクランプセグメント２０７を付勢して境界面領域２２３において中間シール要素２１１と強制接触させるようにする。柔軟性シール部材２２１は、例えば、適合する市販のガスケット、Ｏリング、Ｃリング又は他の密封具であってもよい。例えば、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｉｎｃ．により製造された金属Ｃリング又は金属Ｏリングをこの用途に使用することができる。補償スペーサ要素２０９及び中間シール要素２１１は付勢されて境界面領域２２３において強制接触させられ、柔軟性シール部材２２１に軸線方向荷重を印加するようにされる。
【００４３】
連結セグメント２０５は寸法Ｄによって特徴づけられ、この寸法Ｄは、境界面領域２１７において第１のクランプセグメント又はリング２０３の表面により形成される平面と境界面領域２２３において第２のクランプセグメント２０７の表面により形成される平面との間の距離である。補償スペーサ要素２０９は寸法Ｂによって特徴づけられ、この寸法Ｂは、境界面領域２１７において補償スペーサ要素の表面により形成される平面と境界面領域２２５において補償スペーサ要素の表面により形成される平面との間の直交距離又は軸線方向距離である。第２のシール要素２１１は寸法Ｃによって特徴づけられ、この寸法Ｃは、境界面領域２２５において第２のシール要素２１１の表面により形成される平面と境界面領域２２３において第２のシール要素の表面により形成される平面との間の直交距離又は軸線方向距離である。
【００４４】
境界面領域２１７は、シールアセンブリ２０１のために密封力を提供する柔軟性シーリング部材２２１を含む。代替的には、境界面領域２１７は、第１のセグメント２０３の平らな表面と補償スペーサ要素２０９の平らな表面との間の接触により形成される境界面であってもよい。境界面領域２２３は、第２のセグメント２０７の平らな表面と第２のシール要素２１１の平らな表面との間の接触により形成される境界面であってもよい。代替的には、境界面領域２２３は、柔軟性シーリング部材のような中間部材（図示なし）を含んでもよい。境界面領域２２５は、補償スペーサ要素２０９の平らな表面と第２のシール要素２１１の平らな表面との間の接触により形成される境界面である。
【００４５】
上述したように、寸法Ａは寸法Ｂと寸法Ｃとの総和である。寸法Ａは、境界面領域２１７において補償スペーサ要素２０９の表面により形成される平面と境界面領域２２３において第２のシール要素２１１の表面により形成される平面との間にある連結セグメント２０５の部分に相当する。寸法Ｄは、境界面２１７における締付要素の面と境界面２２３における締付要素の面との間の距離である。この実施形態では、寸法Ｄは、柔軟性シーリング部材２２１の高さの分だけ寸法Ａと異なる。
【００４６】
シールアセンブリ２０１は、アセンブリ構成要素の材料及び基準寸法を選択することにより、設計される。特に、補償スペーサ要素２０９の基準寸法（ＢＲ）及びシール要素２１１の基準寸法（ＣＲ）、並びに、補償スペーサ要素２０９、第２のシール要素２１１及び連結セグメント２０５のそれぞれの材料が適切に選択される。連結セグメント２０５の熱膨張率は、補償スペーサ要素２０９の熱膨張率と第２のシール要素２１１の熱膨張率との中間である。シール構成要素は周囲条件下で組み立てられ、締付要素により初期軸線方向圧縮力が印加される。組み立てられたシールアセンブリは次に、例えば加熱により、選択された温度Ｔまで変更される。上で定義されたパラメータを適切に設定した結果、選択された温度において温度補償済み寸法ＢＴとＣＴの総和に対する温度補償済み寸法ＡＴの差は、上の式（４）で定義されたように、絶対値で約５１マイクロメートル（約０．００２インチ）未満である。
【００４７】
図２の代替実施形態では、柔軟性シーリング部材２２１の代わりに、平らな柔軟性シールガスケットを境界面２２３において使用することもできる。加えて、シールアセンブリに作用する軸線方向荷重を維持し、シール要素が加熱されたときに生じ得るシール要素寸法のわずかな差を補正するために、ばね形圧縮リング（図示なし）を境界面２１７に取り付けることもできる。境界面領域２２３において第２のシール要素又はフランジ２１１の面に円形溝を設けてこの圧縮リングを収容するようにしてもよい。
【００４８】
図２の別の代替実施形態では、補償スペーサ要素２０９が除去される。クランプ連結セグメント２０５は第１の材料で作られる。第１のクランプセグメント又はリング２０３、クランプ連結セグメント２０５、及び第２のクランプセグメント２０７はすべて、同じ第１の材料で作られる。第２のシール要素又はフランジ２１１は第２の材料で作られる。この代替実施形態では、クランプ連結セグメント２０５の第１の材料の熱膨張率は、第２のシール要素又はフランジ２１１の第２の材料の熱膨張率よりも小さい。
【００４９】
この代替実施形態では、寸法Ｃ’は、境界面２２３における第２のセグメント２０７と第２のシール要素又はフランジ２１１との間の距離と定義される。基準温度においてシールアセンブリが組み立てられ、軸線方向圧縮力が柔軟性シーリング部材２２１に印加された後、境界面２２３における第２のセグメント２０７と第２のシール要素又はフランジ２１１との間の距離は基準距離Ｃ’Ｒである。別のパラメータＡ’は寸法ＣとＣ’の総和と定義される。この代替実施形態では、第１の材料、第２の材料、基準温度における第２のシール要素又はフランジ２１１の寸法Ｃ（すなわちＣＲ）、及び基準温度における寸法Ｃ’（すなわちＣ’Ｒ）が、シール要素設計段階において、選択されたどんな温度においても次式（５）を満たすように選択される。
｜ＡＴ−ＣＴ｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）  （５）
ここで、選択された温度における温度補償済み寸法ＡＴ及びＣＴは、それぞれ次式（６）、（７）により特定される。
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）  （６）
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）  （７）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＣは第２の材料の熱膨張率であり、αＡ＜αＣ、及び、ＡＲ＝ＣＲ＋Ｃ’Ｒである。
【００５０】
この代替実施形態は、上述した図２の実施形態よりも設計パラメータの数が少なく材料選択における制限が大きいが、この代替的シールアセンブリの設計上の特徴を望ましいとするシナリオがあってもよい。
【００５１】
図１の一般化されたシールアセンブリを、図３に示される代替実施形態に適用することもできる。この実施形態では、シールアセンブリ３０１はフランジ付き筒状パイプ又は容器３０３と３０５との間で形成される。このシールアセンブリは、第１のクランプ要素３０７と、この第１のクランプ要素３０７に対向する第２のクランプ要素３０９と、クランプ要素３０７と３０９との間の連結セグメント３１１とを具備するトロイド形クランプ要素を利用する。この締付要素は、フランジ周りに取付け可能であるようにするために割りリングとして製作してもよい。軸線方向締付力を印加するのにボルト３１３を使用してもよい。
【００５２】
補償スペーサリング３１５は、パイプ３０３のフランジ３１７とパイプ３０５のフランジ３１９との間に配置される。柔軟性シールリング３２１は補償スペーサリング３１５とフランジ３１７との間に配置され、柔軟性シールリング３２３は補償スペーサリング３１５とフランジ３１９との間に配置される。フランジ３１７及び３１９はそれぞれ、フランジ付きパイプ又は容器３０３、３０５の一体部品である。柔軟性シールリングを位置決めして収容するために、補償スペーサリング３１５の面に溝（図示なし）を切ってもよい。代替的に又は追加的に、柔軟性シールリングを位置決めして収容するために、フランジ３１７及び／又は３１９の面に溝（図示なし）を切ってもよい。柔軟性シールリングは、例えば、適合する市販の柔軟性ガスケット、Ｏリング、Ｃリング又は他の密封具であってもよい。例えば、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｉｎｃ．により製造された金属Ｃリング又は金属Ｏリングをこの用途に使用することができる。
【００５３】
フランジ３１７の厚さは寸法Ｃ１によって特徴づけられ、フランジ３１９の厚さは寸法Ｃ２によって特徴づけられ、補償スペーサリング３１５の寸法は寸法Ｂによって特徴づけられる。クランプ要素３０７及びクランプ要素３０９の互いに対向する面間の距離はＤである。Ｃ１とＣ２とＢの総和は、補償スペーサリング３１５とフランジ３１７との間の距離と補償スペーサリング３１５とフランジ３１９との間の距離との総和の分だけ、Ｄと異なる。
【００５４】
フランジ付き筒状パイプ３０３（フランジ３２１を含む）、フランジ付き筒状パイプ３０５（フランジ３２３を含む）、及び補償スペーサリング３１５は、互いに異なる材料で作られる。第１のクランプ要素３０７、第２のクランプ要素３０９、及び連結要素３１１は、単一部品（締付要素）を形成し、共通の材料で作られる。ボルト３１３は、典型的に締付要素の部品と同じ材料で作られる。
【００５５】
一実施形態では、フランジ付き筒状パイプ３０３、クランプ要素の構成要素、及びボルト３１３は第１の材料で作られ、補償スペーサリング３１５は第２の材料で作られ、フランジ付き筒状パイプ３０５は第３の材料で作られる。この実施形態では、第１の材料、第２の材料、第３の材料、基準温度における補償スペーサリング３１５の寸法Ｂ（すなわちＢＲ）及び、基準温度におけるフランジ３１９の寸法Ｃ２（すなわちＣ２Ｒ）は、シール要素設計段階において、選択されたどんな温度においても次式（８）を満たすように選択される。
｜ＡＴ−（ＢＴ＋Ｃ２Ｔ）｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）  （８）
ここで、選択された温度における温度補償済み寸法ＡＴ、ＢＴ及びＣ２Ｔは、それぞれ次式（９）、（１０）、（１１）により特定される。
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）  （９）
ＢＴ＝ＢＲ（αＢ）（Ｔ−ＴＲ）  （１０）
Ｃ２Ｔ＝Ｃ２Ｒ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）  （１１）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、αＡはフランジ付き筒状パイプ３０５（フランジ３２１を含む）及びクランプ要素（連結要素３１１及びボルト３１３を含む）の第１の材料の熱膨張率、αＢは補償スペーサリング３１５の第２の材料の熱膨張率、αＣはフランジ付き筒状パイプ３０５（フランジ３０９を含む）の第３の材料の熱膨張率であり、ＡＲ＝ＢＲ＋Ｃ２Ｒである。第１の材料の熱膨張率は、典型的に、第２の材料の熱膨張率と第３の材料の熱膨張率の中間である。
【００５６】
別の実施形態では、フランジ付き筒状パイプ３０５（フランジ３２１を含む）は第１の材料で作られ、クランプ要素（連結要素３１１及びボルト３１３を含む）の構成要素は第２の材料で作られ、フランジ付き筒状パイプ３０５（フランジ３２３を含む）は第３の材料で作られ、補償スペーサリング３１５は第４の材料で作られる。
【００５７】
この実施形態では、第１の材料、第２の材料、第３の材料、第４の材料、基準温度における補償スペーサリング３１５の寸法Ｂ（すなわちＢＲ）、基準温度におけるフランジ３１７の寸法Ｃ１（すなわちＣ１Ｒ）及び、基準温度におけるフランジ３１９の寸法Ｃ２（すなわちＣ２Ｒ）は、シール要素設計段階において、選択されたどんな温度においても次式（１２）を満たすように選択される。
｜ＡＴ−（ＢＴ＋Ｃ１Ｔ＋Ｃ２Ｔ）｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）  （１２）
ここで、選択された温度における温度補償済み寸法ＡＴ、ＢＴ及びＣ２Ｔは、それぞれ次式（１３）、（１４）、（１５）、（１６）により特定される。
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）  （１３）
ＢＴ＝ＢＲ（αＢ）（Ｔ−ＴＲ）  （１４）
Ｃ１Ｔ＝Ｃ１Ｒ（αＣ１）（Ｔ−ＴＲ）  （１５）
Ｃ２Ｔ＝Ｃ２Ｒ（αＣ２）（Ｔ−ＴＲ）  （１６）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、αＡはフランジ付き筒状パイプ３０３、クランプ要素の構成要素、及びボルト３１３の第１の材料の熱膨張率、αＢは補償スペーサリング３１５の第２の材料の熱膨張率、αＣ１はフランジ付き筒状パイプ３０３の第３の材料の熱膨張率、αＣ２はフランジ付き筒状パイプ３０５の第４の材料の熱膨張率であり、ＡＲ＝ＢＲ＋Ｃ１Ｒ＋Ｃ２Ｒである。第１の材料（連結要素３１１及びボルト３１３を含むクランプ要素）の熱膨張率は、第２の材料（補償スペーサリング３１５）の熱膨張率と第３の材料（フランジ３２１を含むフランジ付き筒状パイプ３０３）の熱膨張率と第４の材料（フランジ３２５を含むフランジ付き筒状パイプ３０５）とのうちの最大と最小の中間である。
【００５８】
４種類の材料を使用するこの実施形態は３種類の材料を使用する上述の実施形態よりも複雑な設計手順を必要とするが、実施形態の設計には、図１及び２を参照して上述した一般化された原理が利用される。図３に示される実施形態の代替例のいずれにおいても、図３に示すクランプ要素の代わりに図２のクランプ要素を使用することができる。
【００５９】
シール要素に軸線方向力を印加するのに代替方法を使用する別の実施形態を図４に示す。この実施形態では、フランジ付きパイプ又は容器４０１は、ねじ付きクランプアセンブリ４０５により、ねじ付きパイプ又は容器４０３に対して密封される。ねじ付きクランプアセンブリは、トロイド形をなし、第１のクランプ要素４０７と、ねじ付きクランプ要素４０９と、第１のクランプ要素４０７とねじ付きクランプ要素４０９との間の連結要素４１１とを具備する。ねじ付きパイプ又は容器４０３は、ねじ付きクランプ要素４０９のねじ部と噛み合うねじ付き区域４１３と、このねじ付き区域を越えて延びるねじなし延長部４１５とを有する。
【００６０】
第１のクランプ要素４０７の内径は、フランジ付きパイプ又は容器４０１の本体区域の外径よりも大きく、連結要素４１１の内径は、フランジ付きパイプ又は容器４０１のフランジ４１７の外径よりも大きい。ねじ付きクランプ要素４０９のねじ付き区域の内径も、フランジ付きパイプ又は容器４０１のフランジ４１７の外径よりも大きい。
【００６１】
作用シールは、ねじなし延長部４１５の面とフランジ４１７の面との間に形成され、柔軟性シールリング４１９により提供される。柔軟性シールリングを位置決めし収容するために、ねじなし延長部４１５の面及び／又はフランジの面に溝（図示なし）を切ってもよい。柔軟性シールリングは、例えば、適合する市販の柔軟性ガスケット、Ｏリング、Ｃリング又は他の密封具であってもよい。例えば、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｉｎｃ．により製造された金属Ｃリング又は金属Ｏリングをこの用途に使用することができる。ねじ付きクランプアセンブリを回転させてねじ付きパイプ又は容器４０３のねじ部とねじ付きクランプ要素４０９のねじ部とを噛み合わせると共に移動させることにより、軸線方向力が印加されてねじなし延長部４１５及びフランジ４１７の面が柔軟性シールリング４１９に対し押し合わされる。ねじなし延長部４１５の長さは寸法Ｂによって特徴づけられ、フランジ４１７の厚さは寸法Ｃによって特徴づけられる。
【００６２】
この実施形態では、ねじ付きクランプアセンブリ４０５（連結要素４１１を含む）は第１の材料で作られ、ねじなし延長部４１５は第２の材料で作られ、フランジ付きパイプ又は容器４０１及びフランジ４１７は第３の材料で作られる。第１の材料、第２の材料、第３の材料、基準温度におけるフランジ４１７の寸法Ｃ（すなわちＣＲ）、及び、基準温度におけるねじなし延長部４１５の寸法Ｂ（すなわちＢＲ）は、シール要素設計段階において、選択されたどんな温度においても次式（１７）を満たすように選択される。
｜ＡＴ−（ＢＴ＋ＣＴ）｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）  （１７）
ここで、選択された温度における温度補償済み寸法ＡＴ、ＢＴ及びＣＴは、それぞれ次式（１８）、（１９）、（２０）により特定される。
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）  （１８）
ＢＴ＝ＢＲ（αＢ）（Ｔ−ＴＲ）  （１９）
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）  （２０）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＢはフランジ４１７の第２の材料の熱膨張率であり、ＡＲ＝ＢＲ＋ＣＲである。第１の材料の熱膨張率は、第２の材料の熱膨張率と第３の材料の熱膨張率の中間である。第１の材料の熱膨張率は、第２の材料の熱膨張率よりも小さくてもよい。
【００６３】
この実施形態の代替例では、ねじ付きクランプアセンブリ４０５（連結要素４１１を含む）及びねじなし延長部４１５は第１の材料で作られ、フランジ付きパイプ又は容器４０１（フランジ４１７を含む）は第２の材料で作られる。ねじ付き区域を含むパイプ４０３を、ねじ付きクランプアセンブリ４０５（連結要素４１１を含む）と同じ材料で作ってもよい。代替的に、ねじ付き区域を含むパイプ４０３を、ねじ付きクランプアセンブリ４０５（連結要素４１１を含む）と異なる材料で作ってもよい。この代替例では、第１の材料、第２の材料、基準温度におけるフランジ４１７の寸法Ｃ（すなわちＣＲ）、及び、基準温度における寸法Ｃ’（すなわちＣ’Ｒ）は、シール要素設計段階において、選択されたどんな温度においても次式（２１）を満たすように選択される。
｜ＡＴ−ＣＴ｜≦約５１マイクロメートル（０．００２インチ）  （２１）
ここで、選択された温度における温度補償済み寸法ＡＴ及びＣＴはそれぞれ次式（２２）、（２３）により特定される。
ＡＴ＝ＡＲ（αＡ）（Ｔ−ＴＲ）  （２２）
ＣＴ＝ＣＲ（αＣ）（Ｔ−ＴＲ）  （２３）
ここで、Ｔは選択された温度、ＴＲは基準温度、αＡは第１の材料の熱膨張率、αＣはフランジ４１７の第２の材料の熱膨張率であり、ＡＲ＝ＣＲ＋Ｃ’Ｒである。
【００６４】
寸法Ｃ’は、境界面４１８におけるねじなし延長部４１５の面とフランジ４１７の面との間の距離と定義される。シールアセンブリを基準温度において組み立てると、初期軸線方向荷重が柔軟性シールリング４１９に印加され、リングがわずかに圧縮される。このとき、基準温度におけるねじなし延長部４１５の面とフランジ４１７の面との間の境界面４１８における距離が、Ｃ’Ｒである。この代替例では、第１の材料（連結要素４１１を含むねじ付きクランプアセンブリ４０５）の熱膨張率は、第２の材料（フランジ４１７）の熱膨張率よりも小さい。
【００６５】
上述した実施形態のいずれにおいても、シールアセンブリの構成要素は金属及び／又はセラミックであってもよい。一実施形態では、シールアセンブリの全部の構成要素が金属であってもよく、異なる金属で作られた２つのパイプ又は容器を密封するのにこのシールアセンブリを使用することができる。代替的には、シールアセンブリの構成要素は金属及びセラミックであってもよく、金属製のパイプ又は容器をセラミック製のパイプ又は容器に対して密封するのにこのシールアセンブリを使用することもできる。別の代替例では、シールアセンブリの構成要素は金属であってもよく、熱膨張率が互いに異なる２つのセラミック製のパイプ又は容器を密封するのにこのシールアセンブリを使用することができる。シール要素に使用できる例示的な金属には、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｈａｙｎｅｓ１８８、Ｈａｙｎｅｓ２１４、Ｉｎｃｏｌｏｙ８００Ｈ、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、Ｉｎｃｏｎｅｌ６９３、及び４００系ステンレス鋼が含まれる。シール要素に使用できる例示的なセラミック材料には、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、並びに（ＬａｘＳｒ１−ｘ）ｙＣｏＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．４、１．０２≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）、及び、（ＬａｘＣａ１−ｘ）ｙＦｅＯ３−ｚ（ここで、１．０＞ｘ＞０．５、１．１≧ｙ＞１．０、ｚは組成物の電荷を中和する数）などの混合金属ペロブスカイトが含まれ、これだけに限られない。
【実施例】
【００６６】
実施例１
セラミック材料Ｌａ０．９Ｃａ０．１ＦｅＯ３−ｚについてセラミック対金属製シールを開発した。ここで、金属製締付要素はＨａｙｎｅｓ２３０であり、金属製補償スペーサ要素はＩｎｃｏｌｏｙ８００Ｈであった。シールの構成は、柔軟性ガスケットを境界面２２３において使用したことと、柔軟性圧縮リングを境界面２１７において第１のクランプセグメント又はリング２０３の円形溝に嵌め込んだこととを除いて、図２に示したのと同様である。３つの材料に関する温度の関数としての、単位長さ当たりの熱膨張挙動を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2007139192.tif 000003
【００６８】
これらの膨張特性を使って、温度補償済み寸法が上述の式（４）を満たすように基準寸法ＡＲ、ＢＲ及びＣＲが選択された。その結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
2007139192.tif 000004
【００７０】
表２において、周囲温度におけるＡ、Ｂ及びＣの値がそれぞれ基準寸法ＡＲ、ＢＲ、ＣＲである。周囲温度よりも高い温度におけるＡ、Ｂ及びＣの値がそれぞれ温度補償済み寸法ＡＴ、ＢＴ、ＣＴである。
【００７１】
示されるように、式（４）により特定される正味変位差は、約２．５マイクロメートル（１万分の１インチ）を越えることがなく、金属製のＣリングやＯリングなどの市販の柔軟性要素の寸法補正能力の範囲内に十分留まっている。
【００７２】
実施例２
セラミック材料Ｌａ０．４Ｓｒ０．６ＣｏＯ３−ｚについてセラミック対金属製シールを開発した。ここでは、金属製締付要素はＩｎｃｏｎｅｌ６００であり、金属製補償スペーサ要素はＨａｙｎｅｓ２３０であった。シールアセンブリの構成は、例１に示したのと同じである。３つの材料に関する温度の関数としての、単位長さ当たりの熱膨張挙動を表３に示す。
【００７３】
【表３】
2007139192.tif 000005
【００７４】
これらの膨張特性を使って、温度補償済み寸法が上述の式（４）を満たすように基準寸法ＡＲ、ＢＲ及びＣＲが選択された。その結果を表４に示す。
【００７５】
【表４】
2007139192.tif 000006
【００７６】
表４において、周囲温度におけるＡ、Ｂ及びＣの値がそれぞれ基準寸法ＡＲ、ＢＲ、ＣＲである。周囲温度よりも高い温度におけるＡ、Ｂ及びＣの値がそれぞれ温度補償済み寸法ＡＴ、ＢＴ、ＣＴである。
【００７７】
示されるように、式（４）により特定される正味変位差は、約１．３マイクロメートル（２万分の１インチ）を越えることがなく、金属製のＣリングやＯリングなどの市販の柔軟性要素の寸法補正能力の範囲内に十分留まっている。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明の様々な実施形態で使用される、一般化されたシールアセンブリを示す概略図である。
【図２】図２は、図１の一般化されたシールアセンブリの、本発明の一実施形態での使用状態を示す概略図である。
【図３】図３は、図１の一般化されたシールアセンブリの、本発明の別の実施形態での使用状態を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７９】
１    シールアセンブリ
３    第１のセグメント
５    連結セグメント
７    第２のセグメント
９    第１のシール要素又は補償スペーサ要素
１１    第２のシール要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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