フランジ締結部及びフランジ締結部の冷却システム
【課題】火力発電所等で高温化を図る際にフランジ締結部に内蔵するガスケットのフィラー材として膨張黒鉛を用いることができなかった。
【解決手段】複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケット２と、ガスケット２の外周に配置された少なくとも１輪のＯリング１とを備え、Ｏリング１は、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、作動流体が流れ込む入口配管３と、作動流体が流れ出る出口配管４とを有する。
【解決手段】複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケット２と、ガスケット２の外周に配置された少なくとも１輪のＯリング１とを備え、Ｏリング１は、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、作動流体が流れ込む入口配管３と、作動流体が流れ出る出口配管４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学プラント、電力プラント等、特に火力発電所において用いられる配管接続用のフランジ締結部、フランジ締結部の冷却システム及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント、原子力発電所、火力発電所、ガスタービン等において、２本の配管を接続するためにフランジ締結部が設けられている。そして、フランジ締結部からの流体の漏洩を防ぎシール性を高めるため、フランジ内部の円周状の溝に沿ってスパイラルガスケットが収納されている。
【０００３】
従来のスパイラルガスケットに存在していた問題について、図面を参照して説明する。
【０００４】
図１２（ａ）に示されたような蒸気温度６００℃級までの火力発電所の主蒸気系統、及び再熱蒸気系統における蒸気配管１１３を接続するフランジ締結部１１２には、多くの場合図１２（ｂ）に示されたようにフランジ溝１２０内にスパイラルガスケット１０２が収納されている。矢印１１８で示された方向に、蒸気流体からの熱が伝達していく。
【０００５】
スパイラルガスケット１０２は、フィラー材とフープ材とを巻き込んだ構造を有し、フィラー材の材料として膨張黒鉛（グラファイト）、フープ材の材料として非鉄金属の超合金材料が通常用いられている。
【０００６】
スパイラルガスケット１０２以外に、ガスタービン等では図１２（ｃ）に示されたように金属メタルのＯリング１０１やＣリング等が用いられている。この場合も、矢印１１８で示された方向に蒸気流体からの熱が伝達していく。
【０００７】
ここで、スパイラルガスケット１０２のシール性は、主にフィラー材に用いられる膨張黒鉛が担っており、この材料以外ではシール性を保つのが困難である。
【０００８】
ところが、昨今地球の温暖化を防ぐため、温暖化に大きく影響するニ酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を減らす試みが世界的に謳われている。火力発電プラント等に於いても、ニ酸化炭素の排出量を少なくするため、蒸気タービンシステムの高温化が進められており、蒸気温度７５０℃級まで高温化の検討が進められている。
【０００９】
しかしながら、フィラー材に使われる膨張黒鉛は６５０℃近辺以上で水蒸気酸化が開始する為、７５０℃級では焼失する問題があり、従来は使用が不可能であった。
【００１０】
また、このような高温域まで使用可能なスパイラルガスケット１０２のフープ材またはＯリングの素材は、強度の面から非常に狭い範囲に限定されるという問題があった。さらに、これらの素材を仮に用いることができたとしても、そのような素材からスパイラルガスケット１０２のフープ材、Ｏリングを切削加工するのは非常に困難であった。さらには、高音域での金属材料の使用はクリープ変形等の塑性変形が起こり、シール面圧が徐々に低下するという問題もあった。
【００１１】
従来のフランジ締結部に関する技術を開示した文献名を以下に記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−１２７１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、従来は、化学プラントや火力、原子力発電所等において、高温化を実現する際に、フランジ締結部に内蔵するガスケットのフィラー材として膨張黒鉛を用いることができず、またフープ材、Ｏリングの素材が限定される上に塑性変形が発生しシール面圧の低下を招く問題があった。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決することができるフランジ締結部、フランジ締結部の冷却システム及び冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によるフランジ締結部は、複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケットと、前記ガスケットの外周に配置された少なくとも１輪のＯリングとを備え、前記Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、前記作動流体が流れ込む入口配管と、前記作動流体が流れ出る出口配管とを有することを特徴とする。
【００１６】
ここで、Ｏリングはガスケットの内周、あるいは内周及び外周に配置されていてもよい。また、Ｏリングとガスケットとは接合された状態、あるいは接合されずに隣接するように配置されていてもよい。
【００１７】
本発明の一態様によるフランジ締結部の冷却システムは、上記フランジ締結部と、前記入口配管に接続され、前記作動流体を前記Ｏリングに供給するための第１の配管と、前記出口配管に接続され、前記Ｏリングから流出した前記作動流体を排出するための第２の配管とを備え、前記第１の配管は前記第２の配管より高圧であり、前記作動流体は、前記配管を流れる流体より低温の水であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のフランジ締結部、フランジ締結部の冷却システム及び冷却方法によれば、過酷な温度条件下に曝されるガスケット、Ｏリングを冷却して温度を下げることにより、ガスケット、Ｏリングに既存の材料を使用することが可能となり、高温化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図２】同フランジ締結部においてＯリング、スパイラルガスケットがフランジに収納された状態を示す平面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図６】本発明の第５の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図７】本発明の第１、２、３の実施の形態によるフランジ締結部の作用・効果を示す説明図。
【図８】本発明の第４の実施の形態によるフランジ締結部の作用・効果を示す説明図。
【図９】本発明の第５の実施の形態によるフランジ締結部の作用・効果を示す説明図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法の構成を示す説明図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法の構成を示す説明図。
【図１２】従来のフランジ締結部の構造を示す説明図。
【発明の実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態における構成）
図１を参照し、本発明の第１の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００２２】
図１（ａ）に示されたように、スパイラルガスケット２の外側にＯリング１が接合もしくは隣接するように設置される。Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有し、１本又は複数の作動流体入口配管３と、１本又は複数の作動流体出口配管４とが接続される。ここでは、図１（ａ）において１輪のＯリング１に作動流体入口配管３が１本、作動流体出口配管４が１本接続された構成が示されている。
【００２３】
図１（ｂ）に、図１（ａ）における○で囲まれた部分Ａ１の縦断面を拡大して示す。
【００２４】
尚、図１（ｂ）には、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが溶接等による接続部５で接合された構成が示されている。しかしこれに限定されず、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが接合されずに相互に独立して隣接配置された構成であってもよい。
【００２５】
このようなフランジ締結部における、Ｏリング１、スパイラルガスケット２がフランジ内に収納された状態を図２に示す。２本の蒸気配管を接続するフランジ２１の外周部分にボルト締結用の穴２２が配置され、中央部分には蒸気配管に繋がる配管内部２３が位置している。
【００２６】
このフランジ２１の外周部分と配管内部２３との間にリング状に溝が存在し、上述したＯリング１、スパイラルガスケット２が収納されている。
【００２７】
蒸気配管に流れる流体より温度の低い作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出することで、スパイラルガスケット２、Ｏリング１が冷却される。
【００２８】
尚、図１、図２に示された構成では、Ｏリング１がスパイラルガスケット２の外側に１輪設けられている。しかしこれに限定されず、複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の外側に配置されていてもよい。
【００２９】
（第２の実施の形態の構成）
図３を用いて、本発明の第２の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００３０】
図３（ａ）に示されたように、スパイラルガスケット２の内側にＯリング１が接合若しくは隣接するように配置される。Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有し、１本又は複数の作動流体入口配管３と１本又は複数の作動流体出口配管４とが接続される。
【００３１】
図３（ａ）には、１輪のＯリング１に作動流体入口配管３が１本、作動流体出口配管４が１本接続された構成が示されている。
【００３２】
図３（ｂ）に、図３（ａ）における○で囲まれた部分Ａ２の縦断面を拡大して示す。図３（ｂ）には、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが溶接等により接合部５で接合された例が示されている。しかし、これに限らずＯリング１とスパイラルガスケット２とが接合されずにそれぞれ単体で隣接配置される構成であってもよい。
【００３３】
作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出することで、スパイラルガスケット２、Ｏリング１が冷却される。
【００３４】
図３に示された構成では、Ｏリング１がスパイラルガスケット２の内側に１輪設けられている。しかしこれに限定されず、複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の内側に配置されていてもよい。
【００３５】
（第３の実施の形態の構成）
図４を参照し、本発明の第３の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００３６】
図４（ａ）に示されたように、スパイラルガスケット２の内側、外側にＯリング１がそれぞれ接合もしくは隣接するように配置される。
【００３７】
Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有し、１本又は複数の作動流体入口配管３と、１本又は複数の作動流体出口配管４とが接続される。
【００３８】
図４（ａ）には、Ｏリング１が内側・外側に１輪ずつ、作動流体入口配管３が１本、作動流体出口配管４が１本接続された構成が示されている。
【００３９】
図４（ｂ）に、図４（ａ）における○で囲まれた部分Ａ３の縦断面を拡大して示す。図４（ｂ）では、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが溶接等により接合部５で接合された例が示されている。しかしこれに限らず、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが接合されずに単体でそれぞれ隣接配置される構成であってもよい。
【００４０】
作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出することで、スパイラルガスケット２が内側と外側に配置されたＯリング１を介してより効率良く冷却される。
【００４１】
尚、図４に示された構成では、Ｏリング１がスパイラルガスケット２の内側に１輪、外側に１輪それぞれ設けられている。しかしこれに限定されず、複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の内側に配置され、さらに複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の外側に配置されていてもよい。
【００４２】
（第４の実施の形態の構成）
図５を参照して、本発明の第４の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００４３】
図５（ａ）に示されたように、１輪及び複数のＯリング１に、１本又は複数の作動流体入口配管３と１本又は作動流体出口配管４とが接続される。Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有する。図５（ａ）には、２輪のＯリング１に作動流体入口配管３が１本、作動流体出口配管４が１本接続された構成が示されている。
【００４４】
図５（ｂ）に、図５（ａ）における○で囲まれた部分Ａ４の縦断面を拡大して示す。作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出することで、Ｏリング１が冷却される。
【００４５】
図５（ａ）、図５（ｂ）には、２輪のＯリング１が溶接等により作動流体配管３で連結された構成が示されている。しかしこれに限らず、１輪のＯリング１単体で構成されていてもよい。あるいは、複数輪のＯリング１が相互に接合されずにそれぞれ単体で隣接配置される構成であってもよい。
【００４６】
（第５の実施の形態の構成）
図６を参照し、第５の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００４７】
図６（ａ）に示されたように、スパイラルガスケット２の内側に、Ｏリング１が接合若しくは隣接するように配置される。
【００４８】
Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有し、１本又は複数の作動流体入口配管３と１本又は複数の作動流体出口配管４とが接続される。
【００４９】
図６（ｂ）に、図６（ａ）における○で囲まれた部分Ａ５の縦断面を拡大して示す。Ｏリング１の表面には、複数の開口部６が点在するように形成されている。この開口部６は、図６（ｂ）に示されたようにＯリング１の縦断面においてスパイラルガスケット２に近い側に形成されることが望ましい。より具体的には、図９（ｂ）を参照して後述するように、フランジ溝とＯリング１とが接するシート部とスパイラルガスケット２とで囲まれた空間に面する領域に、開口部６が形成されていることが望ましい。
【００５０】
作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出する際に、スパイラルガスケット２に近い側に設けられた開口部６から作動流体がリークすることで、スパイラルガスケット２がより効率よく直接的に冷却される。
【００５１】
図６（ａ）、図６（ｂ）には、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが接合されずに相互に独立して単体で隣接配置された構成が示されている。しかし、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが、溶接等により接続部において接合された構成であってもよい。
【００５２】
また、複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の内側、あるいは外側に配置されていてもよい。この場合は、複数輪のＯリング１のうち、スパイラルガスケット２に最も近い位置に配置された少なくとも１輪のＯリング１において、スパイラルガスケット２に近い側に開口部６が形成されていればよい。
【００５３】
あるいはまた、上記第３の実施の形態のように、スパイラルガスケット２の内側に１輪又は複数輪のＯリング１が配置され、さらにスパイラルガスケット２の外側に１輪又は複数輪のＯリング１が配置されている場合にも、開口部６を形成することができる。この場合は、スパイラルガスケット２の内側と外側にそれぞれ配置された１輪のＯリング１、あるいは複数輪のＯリング１のうち最も近い位置にそれぞれ配置されたＯリング１のうちの少なくとも１輪のものにおいて、スパイラルガスケット２に近い側に開口部６が形成されていればよい。
【００５４】
（第６実施の形態の構成）
図１０を用いて、本発明の第６の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法の構成について説明する。この第６の実施の形態による冷却システム、冷却方法では、上記第１〜第４の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部を用いる。
【００５５】
図１０に、第６の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システムの構成を示し、本実施の形態による冷却システム、冷却方法について説明する。
【００５６】
ここでは、作動流体として水を用いる。図示されていない高圧ヒータに接続された高圧給水系配管１０から、作動流体入口管３が分岐している。分岐した作動流体入口管３は、入口調整弁１４を通り作動流体入口管３を経てフランジ締結部１２に至る。フランジ締結部１２は２本の蒸気配管１３の接続部であり、ここで蒸気配管１３を流れる作動流体である蒸気がフランジ締結部１２を加熱している。
【００５７】
フランジ締結部１２の内部に導かれた水は、上記第１〜第４の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部に設けられた上述の構成により、Ｏリング１とスパイラルガスケット２、あるいはＯリング１を冷却する。一定の熱交換を行った水はフランジ締結部１２から流出し、作動流体出口管４を抜けて出口調整弁１５を通り、上流よりも圧力の低い低圧給水系配管１１に至る。この低圧給水系配管１１は、図示されていない低圧給水ヒータに接続されている。
【００５８】
尚、ここで作動流体として蒸気でなく水を用いた理由は、水の熱交換率の高さと扱いやすさの２点にある。
【００５９】
（第７の実施の形態の構成）
図１１を用いて、本発明の第７の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法について説明する。第６の実施の形態は、上記第１〜第５の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部を冷却するシステム、方法であって、作動流体として蒸気を用いる。
【００６０】
ここで、フランジ締結部１２の一例として、高温再熱管のＣＲＶ（組み合わせ再熱弁）の手前に設けられる再熱蒸気リード管フランジ締結部を例にとり説明する。
【００６１】
高圧タービン１６に接続された主蒸気管１８から、作動流体入口管３が分岐している。尚、ここでは作動流体として蒸気を用いている。
【００６２】
分岐した作動流体入口管３は、入口調整弁１４を通り作動流体入口管３を経てフランジ締結部１２に至る。フランジ締結部１２は、再熱蒸気管１９の接続部に相当し、再熱蒸気管１９を流れる蒸気がフランジ締結部１２を加熱している。
【００６３】
フランジ締結部１２の内部に導かれた、蒸気配管１３の作動流体よりも低温の蒸気が、上記第１〜第５の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部の上述した構成により、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とを冷却する。一定の熱交換を行った蒸気はフランジ締結部１２から出て、作動流体出口管４を抜けて出口調整弁１５を通過し、上流よりも圧力の低い図示されていない復水器に流出する。
【００６４】
（第１の実施の形態による作用・効果）
図７を用いて、第１の実施の形態によるフランジ締結部により得られる作用・効果について詳述する。
【００６５】
図７（ａ）に、第１の実施の形態によるフランジ締結部の内部に作動流体が流れている状態を示す。図７（ｂ）は図７（ａ）における○で囲まれた部分Ａ６の縦断面の拡大図であり、作動流体による熱交換作用によりＯリング１、スパイラルガスケット２が冷却される様子を示す。
【００６６】
図７（ａ）における図中右手から、フランジ締結部の外部から送られてきた、フランジ締結部により締結された作動流体より温度の低い作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１の内部に流入する。Ｏリング１内において図中上下に分かれて流れた作動流体は再び合流し、作動流体出口配管４からフランジ締結部の外部へ流出する。
【００６７】
図７（ｂ）において、作動流体入口配管３からＯリング１の内部に入った作動流体が、アルキメデスの定理によりＯリング１の管面に対して垂直に圧力が作用する様子が示されている。フランジ溝２０とＯリング１とが接するシート部においてフランジ溝２０が冷却され、スパイラルガスケット２が矢印８で示された方向に向かって冷却される。
【００６８】
フランジ締結部の外部から作動流体が流入して流出していくことにより、フランジ締結部においてＯリング１と接触しているフランジ溝２０が一種の熱交換器として作用し、フランジ溝２０に装填されているスパイラルガスケット２が冷却される。これにより、スパイラルガスケット２を構成するフープ材である膨張黒鉛を水蒸気酸化が起こる６５０℃以下に冷却することができるので、膨張黒鉛本来の安定したシール性能を保つことが可能である。
【００６９】
（第２、３の実施の形態による作用・効果）
本発明の第２の実施の形態による作用・効果、並びに第３の実施の形態による作用・効果の説明は、図７を用いて説明した第１の実施の形態による作用・効果と同様である。
【００７０】
図７（ａ）を流用して説明するが、第２の実施の形態によるフランジ締結部によれば、Ｏリング１をスパイラルガスケット２の内側に設置することで冷却効果がフランジ締結部の内部において内側のＯリング１から外側のスパイラルガスケット２に伝搬する。
【００７１】
さらに、第３の実施の形態によるフランジ締結部では、Ｏリング１をスパイラルガスケット２の内側と外側とに設置することで、冷却効果がフランジの内側のＯリング１からその外側のスパイラルガスケット２へ、さらに外側のＯリング１から内側のスパイラルガスケット２へと二重に伝搬する。これにより、よりスパイラルガスケット２を冷却する効果を高めることができる。
【００７２】
（第４の実施の形態による作用・効果）
図８を参照して、本発明の第４の実施の形態による作用・効果について説明する。
【００７３】
図８（ａ）に、第４の実施の形態によるフランジ締結部に作動流体を流した状態を示す。図８（ｂ）は図８（ａ）における○で囲まれた部分Ａ７の縦断面の拡大図であり、作動流体の熱交換作用により冷却効果が伝わる様子が示されている。
【００７４】
図８（ａ）において、フランジ締結部の図中右手から送られてきた、フランジ締結部により締結された蒸気配管の作動流体より温度が低い冷媒として作用する作動流体が、作動流体入口配管３からＯリング１内に流入する。Ｏリング１と作動流体入口配管３とが接続された十字路において図中上下方向に分かれた作動流体がＯリング１を囲むように流れ、再びＯリング１と作動流体出口配管４とが接続された十字路で合流して作動流体出口配管４からフランジ締結部の外部へ流出していく。
【００７５】
図８（ｂ）において、作動流体入口配管３からＯリング１内部に入った作動流体が、アルキメデスの定理によりＯリング１の管面に対し垂直に圧力が作用する。Ｏリング１のシート部において接するフランジ溝２０とＯリング１自身とが、矢印８で示された方向に向かって冷却される。
【００７６】
作動流体は、フランジ締結部の外部から流入して外部へ流出するので、フランジ溝２０が一種の熱交換器として作用し、フランジ溝２０と、このフランジ溝２０に装填されているＯリング１自身とが冷却され続ける。これにより、Ｏリング１において高温による塑性変形が起こらず本来の安定したシール性能を保つことができ、Ｏリング１本体の材質の選択の範囲を拡げることが可能である。
【００７７】
（第５の実施の形態による作用・効果）
図９を参照し、本発明の第５の実施の形態による作用・効果について説明する。
【００７８】
図９（ａ）に、第５の実施の形態によるフランジ締結部の内部を、作動流体の熱交換作用によりスパイラルガスケット２、Ｏリング１が矢印８で示された方向に向かって冷却される様子を示す。ここで、Ｏリング１とフランジ溝２０とが接触しているシート部を図９（ｂ）に拡大して示す。
【００７９】
図９（ｂ）に示されたように、作動流体入口配管３から矢印７で示されたようにＯリング１内部に向かって流入した作動流体が、アルキメデスの定理によりＯリング１の管面に対し垂直に圧力が作用し、Ｏリング１のシート部に接するフランジ溝２０と、さらにはスパイラルガスケット２とを冷却する。
【００８０】
図９（ａ）に示されたように、Ｏリング１の表面には複数の開口部６が形成されている。Ｏリング１において、フランジ溝２０と接触しているシート部とスパイラルガスケット２とで囲まれた空間に面している領域に形成されていることが望ましい。
【００８１】
Ｏリング１の開口部６において、蒸気のリークが生じる。この場合、Ｏリング１には、フランジ締結部により締結された蒸気配管の内部を流れる蒸気より圧力が高く温度が低い作動流体が流れることが前提条件となる。
【００８２】
フランジ溝２０とＯリング１とが接触するＯリング１のシート部と、スパイラルガスケット２とで囲まれて形成される空間Ｘにおける圧力、温度と、Ｏリング１内の圧力、温度とが、開口部６から蒸気がリークすることによってほぼ同一で淀んだ状態となっている。
【００８３】
フランジ溝２０とＯリング１とが接触しているＯリング１のシート部が、何かの原因で決壊した場合について考える。フランジ締結部により締結された蒸気配管の圧力は、上述した空間Ｘの圧力よりも低い。図９（ｂ）において、作動流体の流れ方向７として示されたように、図中右から左に向かって内部リークが生じる。これにより、スパイラルガスケット２には、図中左側を流れる蒸気配管内の温度の高い作動流体が接触することが無いので、スパイラルガスケット２が高温に曝される事態を回避することができる。
【００８４】
（第６の実施の形態による作用・効果）
図１０を用いて、第６の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法による作用、効果について説明する。本実施の形態では、上述のように上記第１〜第４の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部を用いる。
【００８５】
図示されていない高圧ヒータに接続された高圧給水系配管１０から、作動流体入口管３が分岐し、入口調整弁１４を通って作動流体入口管３を経てフランジ締結部１２に至る。この経路を経て作動流体としての水がフランジ締結部１２の内部へ導入され、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが冷却される。熱交換が行われた後、作動流体としての水が、フランジ締結部１２から作動流体出口管４を経て出口調整弁１５を通過し、低圧給水系配管１１へ流出する。
【００８６】
これにより、スパイラルガスケット２を構成するフープ材である膨張黒鉛を水蒸気酸化が起こる６５０℃以下に冷却することができるので、膨張黒鉛が有する安定したシール性能を保つことが可能となる。
【００８７】
（第７の実施の形態による作用・効果）
図１１を参照し、本発明の第７の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法の作用・効果について説明する。本実施の形態では、上述のように上記第１〜第５の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部を用いる。
【００８８】
高圧タービン１６に接続された主蒸気管１８から、作動流体入口管３が分岐し、入口調整弁１４を通って作動流体入口管３を経てフランジ締結部１２に至る。この経路を経て作動流体としての蒸気がフランジ締結部１２の内部へ導入され、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが冷却される。熱交換が行われた後、作動流体としての蒸気が、フランジ締結部１２から作動流体出口管４を経て出口調整弁１５を通過し、低圧給水系配管１１へ流出する。
【００８９】
特に、上記第５の実施の形態によるフランジ締結部を用いた場合は、図９（ｂ）に示されたようにＯリング１に開口部６が設けられているが、作動流体として蒸気を用いているため、上述したように開口部６から流出した作動流体が内部リークした際に水蒸気爆発を起こすことがない。
【００９０】
このようにして、スパイラルガスケット２を構成するフープ材である膨張黒鉛を水蒸気酸化が起こる６５０℃以下に冷却することができるので、膨張黒鉛が有する安定したシール性能を保つことが可能となる。
【００９１】
上述した実施の形態はいずれも一例であって、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲内において変形することが可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１ Ｏリング
２ スパイラルガスケット
３ 作動流体入口配管
４ 作動流体出口配管
５ 接合部
６ 開口部
７ 作動流体の流れ方向
８ 冷却方向
１０ 高圧給水系配管
１１ 低圧給水系配管
１２ フランジ締結部
１３ 蒸気配管
１４ 入口調整弁
１５ 出口調整弁
１６ 高圧タービン
１８ 主蒸気管
１９ 再熱蒸気管
２０ フランジ溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学プラント、電力プラント等、特に火力発電所において用いられる配管接続用のフランジ締結部、フランジ締結部の冷却システム及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント、原子力発電所、火力発電所、ガスタービン等において、２本の配管を接続するためにフランジ締結部が設けられている。そして、フランジ締結部からの流体の漏洩を防ぎシール性を高めるため、フランジ内部の円周状の溝に沿ってスパイラルガスケットが収納されている。
【０００３】
従来のスパイラルガスケットに存在していた問題について、図面を参照して説明する。
【０００４】
図１２（ａ）に示されたような蒸気温度６００℃級までの火力発電所の主蒸気系統、及び再熱蒸気系統における蒸気配管１１３を接続するフランジ締結部１１２には、多くの場合図１２（ｂ）に示されたようにフランジ溝１２０内にスパイラルガスケット１０２が収納されている。矢印１１８で示された方向に、蒸気流体からの熱が伝達していく。
【０００５】
スパイラルガスケット１０２は、フィラー材とフープ材とを巻き込んだ構造を有し、フィラー材の材料として膨張黒鉛（グラファイト）、フープ材の材料として非鉄金属の超合金材料が通常用いられている。
【０００６】
スパイラルガスケット１０２以外に、ガスタービン等では図１２（ｃ）に示されたように金属メタルのＯリング１０１やＣリング等が用いられている。この場合も、矢印１１８で示された方向に蒸気流体からの熱が伝達していく。
【０００７】
ここで、スパイラルガスケット１０２のシール性は、主にフィラー材に用いられる膨張黒鉛が担っており、この材料以外ではシール性を保つのが困難である。
【０００８】
ところが、昨今地球の温暖化を防ぐため、温暖化に大きく影響するニ酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を減らす試みが世界的に謳われている。火力発電プラント等に於いても、ニ酸化炭素の排出量を少なくするため、蒸気タービンシステムの高温化が進められており、蒸気温度７５０℃級まで高温化の検討が進められている。
【０００９】
しかしながら、フィラー材に使われる膨張黒鉛は６５０℃近辺以上で水蒸気酸化が開始する為、７５０℃級では焼失する問題があり、従来は使用が不可能であった。
【００１０】
また、このような高温域まで使用可能なスパイラルガスケット１０２のフープ材またはＯリングの素材は、強度の面から非常に狭い範囲に限定されるという問題があった。さらに、これらの素材を仮に用いることができたとしても、そのような素材からスパイラルガスケット１０２のフープ材、Ｏリングを切削加工するのは非常に困難であった。さらには、高音域での金属材料の使用はクリープ変形等の塑性変形が起こり、シール面圧が徐々に低下するという問題もあった。
【００１１】
従来のフランジ締結部に関する技術を開示した文献名を以下に記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−１２７１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、従来は、化学プラントや火力、原子力発電所等において、高温化を実現する際に、フランジ締結部に内蔵するガスケットのフィラー材として膨張黒鉛を用いることができず、またフープ材、Ｏリングの素材が限定される上に塑性変形が発生しシール面圧の低下を招く問題があった。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決することができるフランジ締結部、フランジ締結部の冷却システム及び冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によるフランジ締結部は、複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケットと、前記ガスケットの外周に配置された少なくとも１輪のＯリングとを備え、前記Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、前記作動流体が流れ込む入口配管と、前記作動流体が流れ出る出口配管とを有することを特徴とする。
【００１６】
ここで、Ｏリングはガスケットの内周、あるいは内周及び外周に配置されていてもよい。また、Ｏリングとガスケットとは接合された状態、あるいは接合されずに隣接するように配置されていてもよい。
【００１７】
本発明の一態様によるフランジ締結部の冷却システムは、上記フランジ締結部と、前記入口配管に接続され、前記作動流体を前記Ｏリングに供給するための第１の配管と、前記出口配管に接続され、前記Ｏリングから流出した前記作動流体を排出するための第２の配管とを備え、前記第１の配管は前記第２の配管より高圧であり、前記作動流体は、前記配管を流れる流体より低温の水であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のフランジ締結部、フランジ締結部の冷却システム及び冷却方法によれば、過酷な温度条件下に曝されるガスケット、Ｏリングを冷却して温度を下げることにより、ガスケット、Ｏリングに既存の材料を使用することが可能となり、高温化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図２】同フランジ締結部においてＯリング、スパイラルガスケットがフランジに収納された状態を示す平面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図６】本発明の第５の実施の形態によるフランジ締結部の構造を示す平面図及び縦断面図。
【図７】本発明の第１、２、３の実施の形態によるフランジ締結部の作用・効果を示す説明図。
【図８】本発明の第４の実施の形態によるフランジ締結部の作用・効果を示す説明図。
【図９】本発明の第５の実施の形態によるフランジ締結部の作用・効果を示す説明図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法の構成を示す説明図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法の構成を示す説明図。
【図１２】従来のフランジ締結部の構造を示す説明図。
【発明の実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態における構成）
図１を参照し、本発明の第１の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００２２】
図１（ａ）に示されたように、スパイラルガスケット２の外側にＯリング１が接合もしくは隣接するように設置される。Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有し、１本又は複数の作動流体入口配管３と、１本又は複数の作動流体出口配管４とが接続される。ここでは、図１（ａ）において１輪のＯリング１に作動流体入口配管３が１本、作動流体出口配管４が１本接続された構成が示されている。
【００２３】
図１（ｂ）に、図１（ａ）における○で囲まれた部分Ａ１の縦断面を拡大して示す。
【００２４】
尚、図１（ｂ）には、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが溶接等による接続部５で接合された構成が示されている。しかしこれに限定されず、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが接合されずに相互に独立して隣接配置された構成であってもよい。
【００２５】
このようなフランジ締結部における、Ｏリング１、スパイラルガスケット２がフランジ内に収納された状態を図２に示す。２本の蒸気配管を接続するフランジ２１の外周部分にボルト締結用の穴２２が配置され、中央部分には蒸気配管に繋がる配管内部２３が位置している。
【００２６】
このフランジ２１の外周部分と配管内部２３との間にリング状に溝が存在し、上述したＯリング１、スパイラルガスケット２が収納されている。
【００２７】
蒸気配管に流れる流体より温度の低い作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出することで、スパイラルガスケット２、Ｏリング１が冷却される。
【００２８】
尚、図１、図２に示された構成では、Ｏリング１がスパイラルガスケット２の外側に１輪設けられている。しかしこれに限定されず、複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の外側に配置されていてもよい。
【００２９】
（第２の実施の形態の構成）
図３を用いて、本発明の第２の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００３０】
図３（ａ）に示されたように、スパイラルガスケット２の内側にＯリング１が接合若しくは隣接するように配置される。Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有し、１本又は複数の作動流体入口配管３と１本又は複数の作動流体出口配管４とが接続される。
【００３１】
図３（ａ）には、１輪のＯリング１に作動流体入口配管３が１本、作動流体出口配管４が１本接続された構成が示されている。
【００３２】
図３（ｂ）に、図３（ａ）における○で囲まれた部分Ａ２の縦断面を拡大して示す。図３（ｂ）には、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが溶接等により接合部５で接合された例が示されている。しかし、これに限らずＯリング１とスパイラルガスケット２とが接合されずにそれぞれ単体で隣接配置される構成であってもよい。
【００３３】
作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出することで、スパイラルガスケット２、Ｏリング１が冷却される。
【００３４】
図３に示された構成では、Ｏリング１がスパイラルガスケット２の内側に１輪設けられている。しかしこれに限定されず、複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の内側に配置されていてもよい。
【００３５】
（第３の実施の形態の構成）
図４を参照し、本発明の第３の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００３６】
図４（ａ）に示されたように、スパイラルガスケット２の内側、外側にＯリング１がそれぞれ接合もしくは隣接するように配置される。
【００３７】
Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有し、１本又は複数の作動流体入口配管３と、１本又は複数の作動流体出口配管４とが接続される。
【００３８】
図４（ａ）には、Ｏリング１が内側・外側に１輪ずつ、作動流体入口配管３が１本、作動流体出口配管４が１本接続された構成が示されている。
【００３９】
図４（ｂ）に、図４（ａ）における○で囲まれた部分Ａ３の縦断面を拡大して示す。図４（ｂ）では、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが溶接等により接合部５で接合された例が示されている。しかしこれに限らず、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが接合されずに単体でそれぞれ隣接配置される構成であってもよい。
【００４０】
作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出することで、スパイラルガスケット２が内側と外側に配置されたＯリング１を介してより効率良く冷却される。
【００４１】
尚、図４に示された構成では、Ｏリング１がスパイラルガスケット２の内側に１輪、外側に１輪それぞれ設けられている。しかしこれに限定されず、複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の内側に配置され、さらに複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の外側に配置されていてもよい。
【００４２】
（第４の実施の形態の構成）
図５を参照して、本発明の第４の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００４３】
図５（ａ）に示されたように、１輪及び複数のＯリング１に、１本又は複数の作動流体入口配管３と１本又は作動流体出口配管４とが接続される。Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有する。図５（ａ）には、２輪のＯリング１に作動流体入口配管３が１本、作動流体出口配管４が１本接続された構成が示されている。
【００４４】
図５（ｂ）に、図５（ａ）における○で囲まれた部分Ａ４の縦断面を拡大して示す。作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出することで、Ｏリング１が冷却される。
【００４５】
図５（ａ）、図５（ｂ）には、２輪のＯリング１が溶接等により作動流体配管３で連結された構成が示されている。しかしこれに限らず、１輪のＯリング１単体で構成されていてもよい。あるいは、複数輪のＯリング１が相互に接合されずにそれぞれ単体で隣接配置される構成であってもよい。
【００４６】
（第５の実施の形態の構成）
図６を参照し、第５の実施の形態によるフランジ締結部の構成について説明する。
【００４７】
図６（ａ）に示されたように、スパイラルガスケット２の内側に、Ｏリング１が接合若しくは隣接するように配置される。
【００４８】
Ｏリング１は、作動流体が流れることができる空洞を有し、１本又は複数の作動流体入口配管３と１本又は複数の作動流体出口配管４とが接続される。
【００４９】
図６（ｂ）に、図６（ａ）における○で囲まれた部分Ａ５の縦断面を拡大して示す。Ｏリング１の表面には、複数の開口部６が点在するように形成されている。この開口部６は、図６（ｂ）に示されたようにＯリング１の縦断面においてスパイラルガスケット２に近い側に形成されることが望ましい。より具体的には、図９（ｂ）を参照して後述するように、フランジ溝とＯリング１とが接するシート部とスパイラルガスケット２とで囲まれた空間に面する領域に、開口部６が形成されていることが望ましい。
【００５０】
作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１に流れ込み、作動流体出口配管４から流出する際に、スパイラルガスケット２に近い側に設けられた開口部６から作動流体がリークすることで、スパイラルガスケット２がより効率よく直接的に冷却される。
【００５１】
図６（ａ）、図６（ｂ）には、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが接合されずに相互に独立して単体で隣接配置された構成が示されている。しかし、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが、溶接等により接続部において接合された構成であってもよい。
【００５２】
また、複数輪のＯリング１がスパイラルガスケット２の内側、あるいは外側に配置されていてもよい。この場合は、複数輪のＯリング１のうち、スパイラルガスケット２に最も近い位置に配置された少なくとも１輪のＯリング１において、スパイラルガスケット２に近い側に開口部６が形成されていればよい。
【００５３】
あるいはまた、上記第３の実施の形態のように、スパイラルガスケット２の内側に１輪又は複数輪のＯリング１が配置され、さらにスパイラルガスケット２の外側に１輪又は複数輪のＯリング１が配置されている場合にも、開口部６を形成することができる。この場合は、スパイラルガスケット２の内側と外側にそれぞれ配置された１輪のＯリング１、あるいは複数輪のＯリング１のうち最も近い位置にそれぞれ配置されたＯリング１のうちの少なくとも１輪のものにおいて、スパイラルガスケット２に近い側に開口部６が形成されていればよい。
【００５４】
（第６実施の形態の構成）
図１０を用いて、本発明の第６の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法の構成について説明する。この第６の実施の形態による冷却システム、冷却方法では、上記第１〜第４の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部を用いる。
【００５５】
図１０に、第６の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システムの構成を示し、本実施の形態による冷却システム、冷却方法について説明する。
【００５６】
ここでは、作動流体として水を用いる。図示されていない高圧ヒータに接続された高圧給水系配管１０から、作動流体入口管３が分岐している。分岐した作動流体入口管３は、入口調整弁１４を通り作動流体入口管３を経てフランジ締結部１２に至る。フランジ締結部１２は２本の蒸気配管１３の接続部であり、ここで蒸気配管１３を流れる作動流体である蒸気がフランジ締結部１２を加熱している。
【００５７】
フランジ締結部１２の内部に導かれた水は、上記第１〜第４の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部に設けられた上述の構成により、Ｏリング１とスパイラルガスケット２、あるいはＯリング１を冷却する。一定の熱交換を行った水はフランジ締結部１２から流出し、作動流体出口管４を抜けて出口調整弁１５を通り、上流よりも圧力の低い低圧給水系配管１１に至る。この低圧給水系配管１１は、図示されていない低圧給水ヒータに接続されている。
【００５８】
尚、ここで作動流体として蒸気でなく水を用いた理由は、水の熱交換率の高さと扱いやすさの２点にある。
【００５９】
（第７の実施の形態の構成）
図１１を用いて、本発明の第７の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法について説明する。第６の実施の形態は、上記第１〜第５の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部を冷却するシステム、方法であって、作動流体として蒸気を用いる。
【００６０】
ここで、フランジ締結部１２の一例として、高温再熱管のＣＲＶ（組み合わせ再熱弁）の手前に設けられる再熱蒸気リード管フランジ締結部を例にとり説明する。
【００６１】
高圧タービン１６に接続された主蒸気管１８から、作動流体入口管３が分岐している。尚、ここでは作動流体として蒸気を用いている。
【００６２】
分岐した作動流体入口管３は、入口調整弁１４を通り作動流体入口管３を経てフランジ締結部１２に至る。フランジ締結部１２は、再熱蒸気管１９の接続部に相当し、再熱蒸気管１９を流れる蒸気がフランジ締結部１２を加熱している。
【００６３】
フランジ締結部１２の内部に導かれた、蒸気配管１３の作動流体よりも低温の蒸気が、上記第１〜第５の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部の上述した構成により、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とを冷却する。一定の熱交換を行った蒸気はフランジ締結部１２から出て、作動流体出口管４を抜けて出口調整弁１５を通過し、上流よりも圧力の低い図示されていない復水器に流出する。
【００６４】
（第１の実施の形態による作用・効果）
図７を用いて、第１の実施の形態によるフランジ締結部により得られる作用・効果について詳述する。
【００６５】
図７（ａ）に、第１の実施の形態によるフランジ締結部の内部に作動流体が流れている状態を示す。図７（ｂ）は図７（ａ）における○で囲まれた部分Ａ６の縦断面の拡大図であり、作動流体による熱交換作用によりＯリング１、スパイラルガスケット２が冷却される様子を示す。
【００６６】
図７（ａ）における図中右手から、フランジ締結部の外部から送られてきた、フランジ締結部により締結された作動流体より温度の低い作動流体が作動流体入口配管３からＯリング１の内部に流入する。Ｏリング１内において図中上下に分かれて流れた作動流体は再び合流し、作動流体出口配管４からフランジ締結部の外部へ流出する。
【００６７】
図７（ｂ）において、作動流体入口配管３からＯリング１の内部に入った作動流体が、アルキメデスの定理によりＯリング１の管面に対して垂直に圧力が作用する様子が示されている。フランジ溝２０とＯリング１とが接するシート部においてフランジ溝２０が冷却され、スパイラルガスケット２が矢印８で示された方向に向かって冷却される。
【００６８】
フランジ締結部の外部から作動流体が流入して流出していくことにより、フランジ締結部においてＯリング１と接触しているフランジ溝２０が一種の熱交換器として作用し、フランジ溝２０に装填されているスパイラルガスケット２が冷却される。これにより、スパイラルガスケット２を構成するフープ材である膨張黒鉛を水蒸気酸化が起こる６５０℃以下に冷却することができるので、膨張黒鉛本来の安定したシール性能を保つことが可能である。
【００６９】
（第２、３の実施の形態による作用・効果）
本発明の第２の実施の形態による作用・効果、並びに第３の実施の形態による作用・効果の説明は、図７を用いて説明した第１の実施の形態による作用・効果と同様である。
【００７０】
図７（ａ）を流用して説明するが、第２の実施の形態によるフランジ締結部によれば、Ｏリング１をスパイラルガスケット２の内側に設置することで冷却効果がフランジ締結部の内部において内側のＯリング１から外側のスパイラルガスケット２に伝搬する。
【００７１】
さらに、第３の実施の形態によるフランジ締結部では、Ｏリング１をスパイラルガスケット２の内側と外側とに設置することで、冷却効果がフランジの内側のＯリング１からその外側のスパイラルガスケット２へ、さらに外側のＯリング１から内側のスパイラルガスケット２へと二重に伝搬する。これにより、よりスパイラルガスケット２を冷却する効果を高めることができる。
【００７２】
（第４の実施の形態による作用・効果）
図８を参照して、本発明の第４の実施の形態による作用・効果について説明する。
【００７３】
図８（ａ）に、第４の実施の形態によるフランジ締結部に作動流体を流した状態を示す。図８（ｂ）は図８（ａ）における○で囲まれた部分Ａ７の縦断面の拡大図であり、作動流体の熱交換作用により冷却効果が伝わる様子が示されている。
【００７４】
図８（ａ）において、フランジ締結部の図中右手から送られてきた、フランジ締結部により締結された蒸気配管の作動流体より温度が低い冷媒として作用する作動流体が、作動流体入口配管３からＯリング１内に流入する。Ｏリング１と作動流体入口配管３とが接続された十字路において図中上下方向に分かれた作動流体がＯリング１を囲むように流れ、再びＯリング１と作動流体出口配管４とが接続された十字路で合流して作動流体出口配管４からフランジ締結部の外部へ流出していく。
【００７５】
図８（ｂ）において、作動流体入口配管３からＯリング１内部に入った作動流体が、アルキメデスの定理によりＯリング１の管面に対し垂直に圧力が作用する。Ｏリング１のシート部において接するフランジ溝２０とＯリング１自身とが、矢印８で示された方向に向かって冷却される。
【００７６】
作動流体は、フランジ締結部の外部から流入して外部へ流出するので、フランジ溝２０が一種の熱交換器として作用し、フランジ溝２０と、このフランジ溝２０に装填されているＯリング１自身とが冷却され続ける。これにより、Ｏリング１において高温による塑性変形が起こらず本来の安定したシール性能を保つことができ、Ｏリング１本体の材質の選択の範囲を拡げることが可能である。
【００７７】
（第５の実施の形態による作用・効果）
図９を参照し、本発明の第５の実施の形態による作用・効果について説明する。
【００７８】
図９（ａ）に、第５の実施の形態によるフランジ締結部の内部を、作動流体の熱交換作用によりスパイラルガスケット２、Ｏリング１が矢印８で示された方向に向かって冷却される様子を示す。ここで、Ｏリング１とフランジ溝２０とが接触しているシート部を図９（ｂ）に拡大して示す。
【００７９】
図９（ｂ）に示されたように、作動流体入口配管３から矢印７で示されたようにＯリング１内部に向かって流入した作動流体が、アルキメデスの定理によりＯリング１の管面に対し垂直に圧力が作用し、Ｏリング１のシート部に接するフランジ溝２０と、さらにはスパイラルガスケット２とを冷却する。
【００８０】
図９（ａ）に示されたように、Ｏリング１の表面には複数の開口部６が形成されている。Ｏリング１において、フランジ溝２０と接触しているシート部とスパイラルガスケット２とで囲まれた空間に面している領域に形成されていることが望ましい。
【００８１】
Ｏリング１の開口部６において、蒸気のリークが生じる。この場合、Ｏリング１には、フランジ締結部により締結された蒸気配管の内部を流れる蒸気より圧力が高く温度が低い作動流体が流れることが前提条件となる。
【００８２】
フランジ溝２０とＯリング１とが接触するＯリング１のシート部と、スパイラルガスケット２とで囲まれて形成される空間Ｘにおける圧力、温度と、Ｏリング１内の圧力、温度とが、開口部６から蒸気がリークすることによってほぼ同一で淀んだ状態となっている。
【００８３】
フランジ溝２０とＯリング１とが接触しているＯリング１のシート部が、何かの原因で決壊した場合について考える。フランジ締結部により締結された蒸気配管の圧力は、上述した空間Ｘの圧力よりも低い。図９（ｂ）において、作動流体の流れ方向７として示されたように、図中右から左に向かって内部リークが生じる。これにより、スパイラルガスケット２には、図中左側を流れる蒸気配管内の温度の高い作動流体が接触することが無いので、スパイラルガスケット２が高温に曝される事態を回避することができる。
【００８４】
（第６の実施の形態による作用・効果）
図１０を用いて、第６の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法による作用、効果について説明する。本実施の形態では、上述のように上記第１〜第４の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部を用いる。
【００８５】
図示されていない高圧ヒータに接続された高圧給水系配管１０から、作動流体入口管３が分岐し、入口調整弁１４を通って作動流体入口管３を経てフランジ締結部１２に至る。この経路を経て作動流体としての水がフランジ締結部１２の内部へ導入され、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが冷却される。熱交換が行われた後、作動流体としての水が、フランジ締結部１２から作動流体出口管４を経て出口調整弁１５を通過し、低圧給水系配管１１へ流出する。
【００８６】
これにより、スパイラルガスケット２を構成するフープ材である膨張黒鉛を水蒸気酸化が起こる６５０℃以下に冷却することができるので、膨張黒鉛が有する安定したシール性能を保つことが可能となる。
【００８７】
（第７の実施の形態による作用・効果）
図１１を参照し、本発明の第７の実施の形態によるフランジ締結部の冷却システム、冷却方法の作用・効果について説明する。本実施の形態では、上述のように上記第１〜第５の実施の形態のいずれかによるフランジ締結部を用いる。
【００８８】
高圧タービン１６に接続された主蒸気管１８から、作動流体入口管３が分岐し、入口調整弁１４を通って作動流体入口管３を経てフランジ締結部１２に至る。この経路を経て作動流体としての蒸気がフランジ締結部１２の内部へ導入され、Ｏリング１とスパイラルガスケット２とが冷却される。熱交換が行われた後、作動流体としての蒸気が、フランジ締結部１２から作動流体出口管４を経て出口調整弁１５を通過し、低圧給水系配管１１へ流出する。
【００８９】
特に、上記第５の実施の形態によるフランジ締結部を用いた場合は、図９（ｂ）に示されたようにＯリング１に開口部６が設けられているが、作動流体として蒸気を用いているため、上述したように開口部６から流出した作動流体が内部リークした際に水蒸気爆発を起こすことがない。
【００９０】
このようにして、スパイラルガスケット２を構成するフープ材である膨張黒鉛を水蒸気酸化が起こる６５０℃以下に冷却することができるので、膨張黒鉛が有する安定したシール性能を保つことが可能となる。
【００９１】
上述した実施の形態はいずれも一例であって、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲内において変形することが可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１ Ｏリング
２ スパイラルガスケット
３ 作動流体入口配管
４ 作動流体出口配管
５ 接合部
６ 開口部
７ 作動流体の流れ方向
８ 冷却方向
１０ 高圧給水系配管
１１ 低圧給水系配管
１２ フランジ締結部
１３ 蒸気配管
１４ 入口調整弁
１５ 出口調整弁
１６ 高圧タービン
１８ 主蒸気管
１９ 再熱蒸気管
２０ フランジ溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケットと、
前記ガスケットの外周に配置された少なくとも１輪のＯリングと、
を備え、
前記Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、前記作動流体が流れ込む入口配管と、前記作動流体が流れ出る出口配管とを有することを特徴とするフランジ締結部。
【請求項２】
複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケットと、
前記ガスケットの内周に配置された少なくとも１輪のＯリングと、
を備え、
前記Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、前記作動流体が流れ込む入口配管と、前記作動流体が流れ出る出口配管とを有することを特徴とするフランジ締結部。
【請求項３】
複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケットと、
前記ガスケットの外周及び内周にそれぞれ少なくとも１輪ずつ配置された少なくとも２輪のＯリングと、
を備え、
前記Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、前記作動流体が流れ込む入口配管と、前記作動流体が流れ出る出口配管とをそれぞれ有することを特徴とするフランジ締結部。
【請求項４】
前記Ｏリングと前記ガスケットとは接合された状態、あるいは接合されず隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のフランジ締結部。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載のフランジ締結部と、
前記入口配管に接続され、前記作動流体を前記Ｏリングに供給するための第１の配管と、
前記出口配管に接続され、前記Ｏリングから流出した前記作動流体を排出するための第２の配管と、
を備え、
前記第１の配管は前記第２の配管より高圧であり、
前記作動流体は、前記配管を流れる流体より低温の水であることを特徴とするフランジ締結部の冷却システム。
【請求項１】
複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケットと、
前記ガスケットの外周に配置された少なくとも１輪のＯリングと、
を備え、
前記Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、前記作動流体が流れ込む入口配管と、前記作動流体が流れ出る出口配管とを有することを特徴とするフランジ締結部。
【請求項２】
複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケットと、
前記ガスケットの内周に配置された少なくとも１輪のＯリングと、
を備え、
前記Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、前記作動流体が流れ込む入口配管と、前記作動流体が流れ出る出口配管とを有することを特徴とするフランジ締結部。
【請求項３】
複数の配管を接続するフランジの溝内に収納可能であり、膨張黒鉛を含むガスケットと、
前記ガスケットの外周及び内周にそれぞれ少なくとも１輪ずつ配置された少なくとも２輪のＯリングと、
を備え、
前記Ｏリングは、内部に作動流体が流れることが可能な空洞と、前記作動流体が流れ込む入口配管と、前記作動流体が流れ出る出口配管とをそれぞれ有することを特徴とするフランジ締結部。
【請求項４】
前記Ｏリングと前記ガスケットとは接合された状態、あるいは接合されず隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のフランジ締結部。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載のフランジ締結部と、
前記入口配管に接続され、前記作動流体を前記Ｏリングに供給するための第１の配管と、
前記出口配管に接続され、前記Ｏリングから流出した前記作動流体を排出するための第２の配管と、
を備え、
前記第１の配管は前記第２の配管より高圧であり、
前記作動流体は、前記配管を流れる流体より低温の水であることを特徴とするフランジ締結部の冷却システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１３２９７５（Ｐ２０１１−１３２９７５Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０５０２（Ｐ２００９−２９０５０２）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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