JP2015158271A - 加熱可能な流体配管、および加熱可能な流体配管のためのコネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】側方に導出される加熱棒を高い信頼度で封止できるようにする構造を提供する。【解決手段】管と、管の一端に配置され、長軸を備える入口通路を有するコネクタと、管の内部に配置され、出口通路９を通って長軸に対して事前設定された角度のもとでコネクタから側方へ突出する加熱棒８とを備えた加熱可能な流体配管において、加熱棒８とコネクタの間の円周壁２１を有する収容空間２０にシール材１３が配置されている。このような構成について、課題の解決のために、加熱棒８とシール材１３を互いに相対的にセンタリングする手段が設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、管と、管の一端に配置され、長軸を備える入口通路を有するコネクタと、管の内部に配置され、出口通路を通って長軸に対して事前設定された角度のもとでコネクタから側方へ突出する加熱棒とを備えた加熱可能な流体配管に関するものであり、加熱棒とコネクタの間の円周壁を有する収容空間にシール材が配置されている。

さらに本発明は、長軸を有する入口通路と、長軸に対して事前設定された角度のもとで延びる側方の出口通路と、出口通路に後続し、中心軸を備える円周壁を有するシール材のための収容空間とを備える、加熱可能な流体配管のためのコネクタに関するものであり、シール材は収容空間の中で位置決め可能である。

加熱可能な流体配管、およびこのような種類の加熱可能な流体配管のためのコネクタは、たとえば特許文献１から公知である。

以下においては、尿素を備蓄容器から適用個所へ輸送するために利用される流体配管を取り上げて本発明について説明する。尿素（Ｕｒｅａ）は、たとえばディーゼルエンジンで窒素酸化物の排出を削減するために用いられる。

このような種類の流体配管が自動車に組み付けられているとき、温度が低いと流体配管の中で尿素が凍結し、そのために流動性がなくなるという危険がある。したがって、流体配管とコネクタを加熱することが知られている。

コネクタが直線状に延びる入口通路を有しているとき、すなわち、入口通路が方向転換なしに出口通路へと延在しているとき、加熱棒をコネクタから側方に導出しなければならない。その際には長軸に対する２０°から８０°の角度が普通である。加熱棒は、加熱された流体が外に出るのを防ぐために、コネクタからの出口のところで封止されなくてはならない。封止をするために、出口通路に後続する収容空間の中に配置されたシール材が利用される。たとえばトロイダルシールリングやＯリングとして構成されていてよいこのようなシール材は、加熱棒に密着して当接するとともに円周壁に密着して当接し、それにより、出口通路を通ってコネクタから流体が外に出るのを不可能にすることが意図される。

しかしながら、このような密封機能は必ずしも所要の信頼度で果たされないことが示されている。

ドイツ特許出願公開第１０２０１１１０２２４４Ａ１号明細書

本発明の課題は、コネクタから側方に導出される加熱棒を高い信頼度で封止することにある。

この課題は、冒頭に述べた種類の加熱可能な流体配管において、加熱棒とシール材を互いに相対的にセンタリングする手段が設けられていることによって解決される。

封止にともなう問題の原因は、長軸に対してほぼ平行にコネクタの入口通路に入り、長軸に対して事前設定された角度のもとで出口通路を通って外に出る加熱棒が、出口通路の中で容易に中心に配置されないことに帰せられる。出口通路は、加熱棒を組み付けることができるようにするために、加熱棒の断面よりも若干大きい断面を有していなければならない。加熱棒が出口通路の中で中心に配置されなくなると、シール材の１つの円周区域が強く圧力で負荷され、いわば過剰圧を受け、それに対して別の円周区域は低すぎる圧力で負荷され、そのために、全体として密閉性を所要の信頼度で保証することができなくなる。そこで、このような加熱棒とシール材を互いに相対的にセンタリングする手段を設ければ、密閉性の問題が簡単な仕方で解決される。そうすればシール材のすべての円周区域が同じ仕方で圧縮され、それにより、どの円周区域でも過剰圧や過小圧が発生することがなくなる。

円周壁は、出口通路の中心軸に対して側方にオフセットされた中心軸を有しているのが好ましい。その場合、収容空間と出口通路は同軸に配置されるのではなくなる。それにより、出口通路の中での加熱棒の実際の姿勢を考慮することができる。

このとき、円周壁の中心軸は出口通路の中心軸に対して長軸に向かってオフセットされているのが好ましい。それにより、入口通路から出口通路へと方向転換した後に加熱棒が有している加熱棒の内部応力が考慮される。加熱棒を事前に曲げておくのを省略することができる。

円周壁の中心軸は出口通路の中心軸に対して０．５ｍｍ以下だけオフセットされているのが好ましい。すなわちオフセットは比較的小さくてよい。オフセットはたとえば１０分の２ミリ，３ミリ，４ミリ、もしくは５ミリ、またはこれらの中間値であってよい。

収容空間の円周壁と出口通路との偏心的な配置の代替または追加として、円周壁に支持され、加熱棒をシール材に対して相対的に位置決めする支持ディスクが収容空間に配置されていることが意図されていてよい。このような支持ディスクは、加熱棒が曲がることで引き起こされる応力に抗して円周壁で支持することができ、そのようにして、加熱棒をシール材に対して相対的に位置決めすることができる。

入口通路から出口通路へと向く案内面を有するランプ部材が入口通路に配置されているのが好ましい。その場合、加熱通路を入口通路を通してコネクタへ挿入することができる。そして加熱棒はランプ部材の案内面に当たり、それによって出口通路に向かって偏向される。そして加熱棒は出口通路から、およびシール材の収容空間から外に出る。このとき、加熱棒がある程度の固有剛性に基づいて、収容空間を通過するときにシール材に対してセンタリングされなくなるのを回避することは事実上できない。通常であれば非密閉性の問題を引き起こすことになるこの問題は前記手段によって、すなわち円周壁と出口通路との偏心性によって、および／または支持ディスクによって取り除かれる。

前述の課題は、冒頭に述べた種類のコネクタにおいて、円周壁の中心軸が出口通路の中心軸に対してオフセットされており、および／または円周壁に支持される支持ディスクが収容室に配置されていることによって解決される。

このような構成により、加熱棒がその固有剛性に基づいて出口通路の中で自然に同心的に位置しなくなるという問題を、いわば事前に補正することができる。それにより、加熱棒がコネクタから外に出る個所で、改善された密閉性を実現することができる。

円周壁の中心軸は出口通路の円周壁に対して長軸に向かってオフセットされているのが好ましい。それにより、加熱棒を事前に曲げておくのを省略することができる。

円周壁の中心軸は出口通路の中心軸に対して最大０．５ｍｍだけオフセットされているのが好ましい。こうした小さいオフセットは、出口通路での加熱棒の偏心性にともなう問題を取り除くのに十分である。

次に、図面との関連で好ましい実施例を参照しながら本発明について説明する。図面には次のものが示されている。

加熱可能な配管の端部を示す模式的な縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面である。 出口通路を示す模式的な平面図である。 図１の部分拡大図である。 図４に対して改変した実施形態である。

図１は、コネクタ２と管３とを備える加熱可能な流体配管１を示している。管は柔軟である。管は押出成形プラスチックまたはホース材料で構成されていてよい。以下においては、ホースも「管」の概念に該当するものとする。

管３はコネクタの接続スリーブ４に押し嵌められ、そこでＯリング５により封止されている。接続スリーブ４はその外面に、モミの木の断面形状を有している。必要な場合には、管３を接続スリーブ４の上でプラスチックオーバーモールドにより固定することもできる。

接続スリーブ４を通るように入口通路６が案内されており、該入口通路は、図２に見られる通り、コネクタ全体を直線状に通過するように延びるとともに、接続ジオメトリー７まで案内されている。接続ジオメトリー７により、コネクタ２を他の配管、タンク、または集成装置の結合スリーブに取り付けることができる。接続ジオメトリー７の厳密な形態は、本件においては何ら役割を果たさない。しかしながら接続ジオメトリーは、コネクタ２と結合スリーブとの間の結合が、十分な強度と密閉性を有するように構成されていてよい。

管３の自由断面には、破線で図示する加熱棒８が加熱手段として配置されている。加熱棒８は、押出成形されたプラスチック材料に埋設された少なくとも１つの加熱導体を有している。コネクタ２から離れている端部で相互に結合された２つの加熱導体が設けられているのが好ましく、それにより、電気供給が加熱棒８の一端でしか必要なくなる。加熱棒８は柔軟かつ可撓であるが、ある程度の固有剛性を有しており、それにより、管３が（その中にある加熱棒８とともに）接続スリーブ４へ押し嵌められたときに、加熱棒８を接続スリーブ４の入口通路６へ差し込むことができるようになっている。

接続ジオメトリー７を用いて成立する結合に支障をもたらさないために、接続ジオメトリー７に達する前に加熱棒８をコネクタ２から出すことが意図される。それに応じてコネクタは出口通路９を有しており、その中心軸１０は、入口通路６の長軸１１に対して角度αで位置している。角度αは０°よりも大きく、２０°から８０°の範囲内であるのが好ましい。

出口通路９は、入口通路６の長軸１１に対して角度αに向いたスリーブ１２に配置されている。Ｏリング１３がスリーブ１２の中に設けられている。Ｏリング１３は加熱棒８に封止をするように当接して、出口通路から流体が外に出るのを防止する。Ｏリング１３は、スリーブ１２に配置された栓１４によって出口通路９で固定される。ただし栓１４は、Ｏリングをその位置で保つにすぎない。すなわち、栓がＯリングを押圧することはない。

ランプ部材１５は、湾曲した、すなわち屈折部なしに構成された、案内面１６を有している。案内面１６は入口通路６の「下面」から、すなわち出口通路９と向かい合っている側から、出口通路９まで延びており、出口通路９の壁部に延在している。すなわち加熱棒８の先端部を案内面１６に沿って摺動させることができ、段差、屈折、溝などによって妨げられることがない。加熱棒８を接続スリーブ４を通して入口通路６へ挿入すると、先端部がランプ部材１５の案内面１６によって方向転換させられ、それによって自動的に出口通路９へ達するようになっている。

このような種類のコネクタ２を備える加熱可能な流体配管１の製作は、比較的容易である。管３を加熱棒８とともに予備製作して、加熱棒８が事前設定された長さで管３から突き出るようにするだけでよい。すなわち管３を接続スリーブ４へ押し嵌める前に、加熱棒８はすでに接続スリーブ４の内部にある入口通路６の中に入っている。そして、管３を接続スリーブ４へ押し嵌めるために管３と加熱棒８が一緒にさらに動かされると、加熱棒８の先端部がランプ部材１５の案内面１６によって方向転換させられ、それにより、この先端部が出口通路９の中に入り、そこでコネクタ２から外に出られるようになっている。

当然ながら、まず加熱棒８を単独でコネクタ２へ挿入し、次いで、管３を加熱棒８を介して案内しながら、接続スリーブ４へ押し嵌めることも可能である。

Ｏリング１３すなわちシール材を収容するために、円周壁２１を有する収容空間２０が設けられている。Ｏリング１３すなわちシール材は、事前設定された初期応力のもとで、半径方向内側で加熱棒８に当接するとともに半径方向外側で円周壁２１に当接するのがよい。このとき応力は円周方向でほぼ均等に生じているのがよい。

ただし加熱棒８は通常、出口通路９の中で中心に位置しているのではない。加熱棒８はある程度の固有剛性を有している。この固有剛性は、加熱棒がランプ部材１５の案内面１６を介して出口通路９へ差し込まれるときには、加熱棒が曲がるのを許容する。しかし固有剛性に基づき、加熱棒８は伸長した姿勢を維持しようとする。その帰結として、加熱棒８は出口通路９の中で同心的に位置するのではなく、入口通路６の長軸１１に対して強く傾くようになる。このことは、追加の方策がなければ、Ｏリング１３の１つの円周領域が強く圧縮されるのに対して、これと直径上で向かい合うＯリング１３の領域はさほど強く圧縮されないという結果をもたらす。こうしたＯリング１３の過剰圧と過小圧は、非密閉性というリスクをともなっている。

こうしたリスクを回避するために、出口通路９の中での加熱棒８の偏心性がいわば事前に補正される。そのための１つの選択肢は、図３と図４に示すように、出口通路９と収容空間２０を互いに偏心的に配置することにある。換言すると、円周壁２１は、出口通路９の中心軸１０に対して側方に長軸１１に向かってオフセットされた中心軸２２を有している。それにより、図４から明らかな通り、Ｏリングが加熱棒８によってどの円周区域でもほぼ均等に負荷を受けるように、Ｏリング１３を収容空間２０の中に配置することができる。

両方の中心軸１０，２２は、図３と図４では誇張して大きく図示されたオフセットｄを有している。多くのケースにおいて、出口通路９の中心軸１０に対する円周壁の中心軸２２が最大０．５ｍｍだけ、たとえば０．３ｍｍだけオフセットされていれば足りる。

その追加または代替として適用することができる別の選択肢は、支持ディスク２３を収容空間２０に配置することにある。このような支持ディスクは、一方では、小さい遊びをもって収容空間２０に挿入することができるが、他方では、Ｏリング１３がその円周全体にわたって均等な押圧力に暴露されるときの加熱棒８の位置を固定するように寸法決めすることができる。そのために基本的には、加熱棒８がもっとも隣接している、もしくは他の方策を講じなければもっとも隣接することになる円周壁２１の領域で、支持ディスク２３を支持することができれば足りる。これは、図５に関しては円周壁２１の右側である。それに対して、これと向かい合っている円周壁２１の側では、支持ディスク２３と円周壁２１との間に遊び２４が存在していてよい。

このような遊び２４に基づき、この実施形態においても、収容空間２０と出口通路９が互いに偏心的に配置されていると好ましい場合がある。その別案として、加熱棒８が挿通されている支持ディスク２３の開口部２５を偏心的に配置することもできる。

１ 流体配管
２ コネクタ
３ 管
４ 接続スリーブ
５ Ｏリング
６ 入口通路
７ 接続ジオメトリー
８ 加熱棒
９ 出口通路
１０ 中心軸
１１ 長軸
１２ スリーブ
１３ Ｏリング
１４ 栓
１５ ランプ部材
１６ 案内面
２０ 収容空間
２１ 円周壁
２２ 中心軸
２３ 支持ディスク
２５ 開口部

Claims (9)

1. 管（３）と、前記管（３）の一端に配置され、長軸（１１）を備える入口通路（６）を有するコネクタ（２）と、前記管（３）の内部に配置され、出口通路（９）を通って前記長軸（１１）に対して事前設定された角度（α）のもとで前記コネクタ（２）から側方へ突出する加熱棒（８）とを備えた加熱可能な流体配管（１）であって、前記加熱棒（８）と前記コネクタ（２）の間の円周壁（２１）を有する収容空間（２０）にシール材（１３）が配置されている、そのような流体配管において、前記加熱棒（８）と前記シール材（１３）を互いに相対的にセンタリングする手段が設けられていることを特徴とする流体配管。
2. 前記円周壁（２１）は前記出口通路（９）の中心軸（１０）に対して側方にオフセットされた中心軸（２２）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の流体配管。
3. 前記円周壁（２１）の前記中心軸（２２）は前記出口通路（９）の前記中心軸（１０）に対して前記長軸（１１）に向かってオフセットされていることを特徴とする、請求項２に記載の流体配管。
4. 前記円周壁（２１）の前記中心軸（２２）は前記出口通路（９）の前記中心軸（１０）に対して最大０．５ｍｍだけオフセットされていることを特徴とする、請求項２または３に記載の流体配管。
5. 前記円周壁（２１）に支持され、前記加熱棒（８）を前記シール材（１３）に対して相対的に位置決めする支持ディスク（２３）が前記収容空間（２０）に配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の流体配管。
6. 前記入口通路（６）から前記出口通路（９）に向く案内面（１６）を有するランプ部材（１５）が前記入口通路（６）に配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の流体配管。
7. 長軸（１１）を備える入口通路（６）と、前記長軸（１１）に対して事前設定された角度（α）のもとで延びる側方の出口通路（９）と、前記出口通路（９）に後続し、中心軸（２２）を備える円周壁（２１）を有するシール材（１３）のための収容空間（２０）とを備える、加熱可能な流体配管（１）のためのコネクタ（２）であって、前記シール材（１３）は前記収容空間（２０）の中で位置決めされている、そのようなコネクタにおいて、前記円周壁（２１）の前記中心軸（２２）は前記出口通路（９）の中心軸（１０）に対してオフセットされており、および／または前記円周壁（２１）に支持される支持ディスク（２３）が前記収容空間（２０）に配置されていることを特徴とするコネクタ。
8. 前記円周壁（２１）の前記中心軸（２２）は前記出口通路（９）の前記中心軸（１０）に対して前記長軸（１１）に向かってオフセットされていることを特徴とする、請求項７に記載のコネクタ。
9. 前記円周壁（２１）の前記中心軸（２２）は前記出口通路（９）の前記中心軸（１０）に対して最大０．５ｍｍだけオフセットされていることを特徴とする、請求項８または９に記載のコネクタ。

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