JP2003113989A - 配 管 - Google Patents

配 管

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JP2003113989A
JP2003113989A JP2001306529A JP2001306529A JP2003113989A JP 2003113989 A JP2003113989 A JP 2003113989A JP 2001306529 A JP2001306529 A JP 2001306529A JP 2001306529 A JP2001306529 A JP 2001306529A JP 2003113989 A JP2003113989 A JP 2003113989A
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valve
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pressure
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JP2001306529A
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Yoshiyuki Kondo
喜之 近藤
Hironori Noguchi
浩徳 野口
Koichi Tanimoto
浩一 谷本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は配管系の設置面積を大きくすること
なく閉塞配管部分の破損を防止できる配管を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 高温の流体が流れる主流配管10と、主
流配管10から分岐する分岐配管20と、分岐配管20
に配設された閉止バルブ30Aと、閉止バルブ30Aよ
り下流側に配設された閉止バルブ30Bとを備えた配管
系の、分岐配管20に配設された閉止バルブ30Aより
も上流側に立ち下がり開始部20bと立ち下がり終了部
20cとからなる立ち下がり部および立ち上がり開始部
20dと立ち上がり終了部20eとからなる立ち上がり
部を備える。入り口部20aより、主流配管10から分
岐配管20に流れ込んだ高温の流体は、入り口部20a
と立ち下がり開始部20bとの間で自然対流し、立ち下
がり開始部20b以降への熱伝導を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主流配管から分岐
した分岐配管の構造に関し、特に閉塞配管における異常
圧力を防止する構造等に関する。
【0002】
【従来の技術】発電施設等のプラントには、水の流れる
配管系が多数設けられている。このような配管系の一例
として、図5を用いて、主流から分岐した配管における
熱伝導について説明する。図5(a)に示すように、こ
の配管系は、主流配管10と、この主流配管10から分
岐した分岐配管20とによって構成されている。そし
て、分岐配管20には閉止バルブ30Aと閉止バルブ3
0Bとが備えられている。主流配管10に近い側を分岐
配管の上流側とすると、分岐配管20において、閉止バ
ルブ30Aは上流側に、閉止バルブ30Bは下流側に配
設されている。分岐配管20の閉止バルブ30Bよりさ
らに下流側には、この配管系の点検時等に水を流し込ん
でおくことのできる図示しないテンポラリ領域が備えら
れている。この配管系において通常運転時は、分岐配管
20に備えられた閉止バルブ30A,30Bが閉じられ
ており、分岐配管20のうち閉止バルブ30Aと閉止バ
ルブ30Bとの間には、閉塞された区間(以下、閉塞配
管)が形成される。この際、例えば閉止バルブ30Aを
分岐配管20の密閉用のバルブとして用い、閉止バルブ
30Bを閉止バルブ30Aのバックアップ用のバルブと
して用いる場合がある。
【0003】図5(a)において、白抜きの矢印は水の
流れる方向を示しており、主流配管10においては、下
方向から上方向へと流れている。この主流配管10に
は、高温の水が流れている。また、この主流配管10か
ら分岐する分岐配管20には、主流配管10を流れる水
が分岐して閉止バルブ30Aのある方向、すなわち左か
ら右方向へと流れ込んでいる。色付の矢印は熱伝導の方
向を示しており、主流配管10を流れる高温の水からの
熱は、分岐配管20の上流側から下流側へ、即ち左から
右方向へと伝導される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5(b)は、分岐配
管20のうち閉止バルブ30Aによって閉塞された閉塞
配管部分まで熱が伝導する様子を示す図である。主流配
管10から分岐配管20へと流れ込んだ高温の水は分岐
配管20内で対流し、閉止バルブ30Aによって閉止さ
れている部分まで熱を伝導する。そしてこの高温の水か
らの熱伝導によって、閉止バルブ30Aが昇温される。
さらに、昇温した閉止バルブ30Aからの熱伝導によっ
て、分岐配管20のうちで閉止バルブ30Aおよび閉止
バルブ30Bによって閉塞された閉塞配管部分の水の温
度が上昇する。そうすると、この閉塞配管部分の水の体
積が膨張して内圧が上昇し、この閉塞配管部分が破損し
てしまうことが考えられる。
【0005】閉塞配管部分における破損を防止するに
は、主流配管10から流れ込んできた高温の水からの熱
が閉塞配管部分に到達する前に冷却されるようにすれば
良い。そのためには、主流配管10と分岐配管20との
分岐点部分から閉止バルブ30Aまでの距離を長くする
ことが考えられる。つまり、この距離を長くすれば、主
流配管10を流れる高温の水からの熱は、閉止バルブ3
0Aに辿り着く前に外気に放出されて十分に冷却され
る。しかしながら、伝導される熱を外気に十分に放出す
るためにはこの距離を十分に長くする必要があり、例え
ば分岐配管20の配設方向に単純に分岐配管20の距離
を長くすると、この配管系自体の設置面積が大きくなっ
てしまう。また、このような閉塞配管部分にはあまりコ
ストをかけたくないといった背景がある。
【0006】そこで、本発明は配管系の設置面積を大き
くすることなく閉塞配管部分の破損を防止できる配管を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、次のように構成されたことを特徴とする配管を
提供する。本発明における配管は、高温の流体が流れる
第1の配管と、この第1の配管から分岐する第2の配管
と、この第2の配管に配設された第1のバルブと、この
第1のバルブより下流側に配設された第2のバルブとを
備えた配管であって、第2の配管の第1のバルブよりも
上流側に立ち下がり部および立ち上がり部を備える。
【0008】また、本発明は、次のように構成されたこ
とを特徴とする配管を提供する。本発明における配管
は、高温の流体が流れる第1の配管と、この第1の配管
から分岐する第2の配管と、この第2の配管に配設され
た第1のバルブと、この第1のバルブより下流側に配設
された第2のバルブとを備えた配管であって、第2の配
管の第2のバルブよりも上流側に放熱フィンを備える。
本発明では、これらの態様にて構成される配管によっ
て、第1の配管である主流配管から、第2の配管である
分岐配管に配設された第1の閉止バルブおよび第2の閉
止バルブによって閉塞された閉塞配管部分への熱伝導を
抑制し、分岐配管の閉塞配管部分の破損を防止する。
【0009】さらに、本発明は、次のように構成された
ことを特徴とする配管を提供する。本発明における配管
は、高温の流体が流れる第1の配管と、この第1の配管
から分岐する第1の分岐配管と、この第1の分岐配管に
配設された第1のバルブと、この第1のバルブより下流
側に配設された第2のバルブと、第1のバルブと第2の
バルブとの間から分岐する第2の分岐配管と、この第2
の分岐配管に設けられたラプチャーディスクとを備え
る。ここで、この第2の分岐配管の下流側に、バッファ
タンクを設けても構わない。
【0010】またさらに、本発明は、次のように構成さ
れたことを特徴とする配管を提供する。本発明における
配管は、高温の流体が流れる第1の配管と、この第1の
配管から分岐する第2の配管と、この第2の配管に配設
された第1のバルブと、この第1のバルブより下流側に
配設された第2のバルブとを備えた配管であって、第1
のバルブおよび/または第2のバルブの弁部分に、第1
のバルブおよび/または第2のバルブが閉じられた状態
で第1のバルブと第2のバルブとで閉塞された部分の圧
力を開放する圧力開放機構を設ける。本発明では、これ
らの態様にて構成される配管によって、第1の配管であ
る主流配管から、第2の配管または第1の分岐配管であ
る分岐配管に配設された第1の閉止バルブおよび第2の
閉止バルブによって閉塞された閉塞配管部分にかかる一
定以上の圧力を開放し、分岐配管の閉塞配管部分の破損
を防止する。
【0011】
【発明の実施の形態】[第1の実施の形態]以下、添付
図面に示す第1の実施の形態に基づいて本発明を詳細に
説明する。図1(a)は第1の実施の形態における配管
系を模式的に示す図であり、図1(b)は図1(a)の
部分拡大図である。図1において、白抜きの矢印は水の
流れの方向を、色付の矢印は熱伝導の方向を示している
(以下、同様に、白抜きの矢印は水の流れの方向を、色
付の矢印は熱伝導の方向を示すものとする)。
【0012】図5にて説明したような、熱伝導による分
岐配管20の閉塞配管部分の破損を防止するためには、
この閉塞配管部分への熱伝導を制御すれば良い。そこ
で、図1(a)および(b)に示すように、第1の実施
の形態における配管系の分岐配管20には、立ち下がり
部(立ち下がり開始部20b〜立ち下がり終了部20
c)と立ち上がり部(立ち上がり開始部20d〜立ち上
がり終了部20e)が形成されている。この立ち下がり
部と立ち上がり部は、主流配管10と閉止バルブ30A
との間に設置される。第1の実施の形態では、入り口部
20a〜立ち下がり開始部20b間で高温の水が対流す
ることによって、この立ち下がり部よりも下流側に配設
された閉止バルブ30Aに高温の水が到達しないように
する。高温の水が閉塞配管部分まで到達しなければ、こ
の高温の水から直接熱が伝導することがなくなり、閉塞
配管部分への熱伝導を抑制できる。
【0013】ここで、図1(b)を用いて、第1の実施
の形態における水の対流による熱伝導について説明す
る。まず、矢印Aで示すように、高温の水が、分岐配管
20の入り口部20aより分岐配管20へと流れ込む。
このとき、入り口部20a付近では、矢印Bで示すよう
に主流配管10を高速で流れる水の流れの影響によって
誘起されるような渦巻状の流れが発生するが、これは入
り口部20a付近ですぐに消える。そして高温の水は、
矢印C,Dで示すように入り口部20aから立ち下がり
開始部20bへと向かう。
【0014】ところで、これまでにも述べたように、主
流配管10を流れる水は高温である。水に限らず、物質
はその温度が高いほど密度が低い。つまり、矢印A,
B,C,Dで示した位置の高温の水は、後述するような
立ち下がり開始部20b付近の水よりも軽いので、図示
するように、入り口部20aから立ち下がり開始部20
bにおいて分岐配管20内の上部を移動する。さて、こ
のようにして分岐配管20の上部を移動する高温の水
は、先に進むにつれてこの分岐配管20に熱を伝え、僅
かながらではあるが徐々に冷却される。高温の水が冷却
されると密度が高くなる。ところで、立ち下がり開始部
20bに到達した高温の水は、分岐配管20の壁にぶつ
かり、行き場を無くす。入り口部20aからは、高温の
水が次々に移動してくるので、立ち下がり開始部20b
付近においてこの高温の水は、矢印Eで示すように下方
へと移動する。ここで、立ち下がり開始部20bから立
ち下がり終了部20cにかけて停滞している水は、立ち
下がり開始部20b付近に到達した高温の水と比べて温
度が低い。つまり、入り口部20aから立ち下がり開始
部20bの間を移動する高温の水は、この停滞している
温度の低い水よりも軽いので、この高温の水が立ち下が
り開始部20bから立ち下がり終了部20cの方向に移
動することはほとんど無い。そして、分岐配管20の上
部を移動する際に分岐配管20に熱を伝え、立ち下がり
開始部20b付近で温度の低い水に熱を伝えることによ
って僅かながら冷却されて重くなった高温の水は、矢印
F,Gで示すように、立ち下がり開始部20bから入り
口部20aにおいて分岐配管20内の下部を移動する。
このようにして、分岐配管20に流れ込んだ高温の水
は、入り口部20aから立ち下がり開始部20bの区間
で、水の密度差(温度差)によって自然対流する。
【0015】上述したように、分岐配管20の入り口部
20aから立ち下がり開始部20bの区間では、高温の
水が対流している。立ち下がり開始部20b付近に停滞
している水は、この対流している高温の水と、この高温
の水によって昇温された分岐配管20からの熱伝導によ
って多少は昇温されるが、この高温の水が移動してくる
場合と比べると僅かである。つまり、高温の水が移動し
なければ、分岐配管20の内部では熱はほとんど伝導さ
れなくなる。また、分岐配管20自体も熱伝導によって
多少昇温されるが、この分岐配管20自体は、常に外気
にさらされているため、すぐに冷却される。つまり、図
1(b)に示した分岐配管20の入り口部20a〜立ち
上がり終了部20eの中で、入り口部20aから立ち下
がり開始部20bまでの区間では高温の水が対流するの
でこの高温の水からの熱が伝導されてくるが、これより
下流側には高温の水が流れてこないので熱伝導によって
過熱されることが無くなる。
【0016】以上のように、第1の実施の形態では、分
岐配管20に立ち下がり部と立ち上がり部とが形成され
ている。そして、主流配管10から流れ込んできた高温
の水は分岐配管20の入り口部20aから立ち下がり開
始部20bで自然対流するため、立ち下がり開始部20
bより下流側への熱伝導を防止することができる。その
ために、閉塞配管部分への熱伝導が抑制され、この閉塞
配管部分における分岐配管20の破損を防止することが
できるようになる。
【0017】[第2の実施の形態]以下、図2に基づい
て第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形
態では、以下説明するように分岐配管20から積極的に
放熱を行って、閉塞配管部分への熱伝導を抑制する。ま
た、熱が伝導された際には、この熱を十分に放熱するこ
とができるようにする。図2(a)は、第2の実施の形
態における配管系を模式的に示す図である。図2(a)
に示すように、第2の実施の形態では、分岐配管20に
配設された閉止バルブ30Aの上流側に放熱フィン40
が設けられている。
【0018】この配管系においては、図5および図1に
示した配管系と同様に、主流配管10から分岐配管20
へと高温の水が流れ込んでいる。第2の実施の形態で
は、放熱フィン40を用いて、分岐配管20の内部を流
れる高温の水によって昇温された分岐配管20の熱を積
極的に放熱する。この分岐配管20を移動する高温の水
からの熱によって昇温された放熱フィン40と放熱フィ
ン40が触れている外気との温度差はかなり高い。よっ
て、この放熱フィン40による放熱効率は高いものにな
る。また、以上では、図2(a)に示したように閉止バ
ルブ30Aよりも上流側に放熱フィン40を設ける場合
について説明したが、図2(b)に示すように、この放
熱フィン40を閉止バルブ30Aと閉止バルブ30Bと
の間に設けるようにしても構わない。
【0019】以上のように、第2の実施の形態では、分
岐配管20に放熱フィン40を配設してこの放熱フィン
40によって分岐配管20の放熱を促進している。そし
て、主流配管10から流れ込んできた高温の水の熱が閉
止バルブ30A,30B間の閉塞配管部分に伝導されな
いようにしている。このように、放熱フィン40からの
放熱によって、閉塞配管部分の過熱を防止することがで
きるので、この閉塞配管部分における分岐配管20の破
損を防止することができるようになる。
【0020】なお、以上では、例えば発電施設の運転時
等、この配管系の通常使用時に放熱フィン40を用いて
冷却する例を示したが、点検時等にこの配管系の熱を外
部に放出したくないような場合には、放熱フィン40を
保温材41で囲むなどして熱の放出を防止することもで
きる。そして、再び閉止バルブ30A,30B間を閉塞
配管とするときに、保温材41を取り除くことによって
放熱フィン40にて冷却を行うことができるようにな
る。
【0021】[第3の実施の形態]以下、図3に基づい
て第3の実施の形態について説明する。第1の実施の形
態および第2の実施の形態では、熱伝導を防止する構造
を例示したが、第3の実施の形態および第4の実施の形
態では、閉塞配管部分に圧力開放機構を設けて異常圧力
を防止する構造について説明する。図3に示すように、
第3の実施の形態では、分岐配管20のうち閉止バルブ
30A,30B間の閉塞配管部分の途中にさらに分岐管
50aが設けられている。そして分岐管50aの下流側
には、ラプチャーディスク60を介して分岐管50bが
接続されており、この分岐管50bの下流側にはバッフ
ァタンク70が備えられている。
【0022】ラプチャーディスク60は、強度を弱くす
るための溝が設けられた金属板から構成されている。第
3の実施の形態では、主流配管10から分岐配管20に
流れ込んでくる高温の水からの熱伝導を防止するための
機構は設けていない。そこで、閉止バルブ30A,30
B間の閉塞配管部分にある水は、主流配管10から流れ
込んだ高温の水からの熱伝導によって昇温される。そし
て、閉塞配管部分の水の温度が上がることによって体積
が膨張し、閉塞配管部分の圧力が上昇する。ここで、こ
の閉塞配管部分に何ら圧力を開放する機構が設けられて
いなければ分岐配管20が破損する。しかし、第3の実
施の形態ではラプチャーディスク60にある一定以上の
圧力がかかる。ラプチャーディスク60を構成する金属
板のうちで強度が弱い溝の部分が、その圧力に耐えられ
なくなって破損する。ラプチャーディスク60が破損す
ると、分岐管50aと分岐管50bとが連通して分岐管
50を形成し、上昇した閉塞配管部分の圧力が分岐管5
0の下流側に備えられたバッファタンク70に開放され
る。
【0023】以上のように、第3の実施の形態では、閉
止バルブ30A,30B間の閉塞配管部分にラプチャー
ディスク60を介してバッファタンク70が接続されて
いる。そして、閉塞配管部分の水が昇温して膨張するこ
とによってこの部分の圧力が上昇した際に、ラプチャー
ディスク60が破損してバッファタンク70に圧力が開
放される。この圧力開放機構により、閉塞配管部分のあ
る一定以上の圧力を開放することができるので、閉塞配
管部分における分岐配管20の破損を防止することがで
きる。
【0024】[第4の実施の形態]以下、図4に基づい
て第4の実施の形態について説明する。第3の実施の形
態では、ラプチャーディスク60を介して接続されたバ
ッファタンク70に圧力を開放する構成の圧力開放機構
を設けたが、第4の実施の形態では、閉止バルブ30A
または閉止バルブ30B(以下、閉止バルブ30とす
る)が圧力開放機構を備えているものとする。また、第
4の実施の形態では、第3の実施の形態にて説明したも
のと同様に、閉塞配管部分が熱伝導によって昇温され、
この閉塞配管部分の圧力が上昇しているものとする。
【0025】ここで、このような閉止バルブ30が閉じ
られた際には閉塞配管部分とその外部との圧力を遮断す
ることができ、この閉止バルブ30が開けられた際には
閉塞配管部分の圧力をその外部に開放することができ
る。つまり、この閉止バルブ30自体が圧力開放機構と
して機能し得る。しかしながら、通常運転時は、この閉
止バルブ30は閉じられていて、閉止バルブ30自体を
空けて圧力を開放することはできない。そこで、第4の
実施の形態では、閉止バルブ30が閉じられた状態で圧
力を開放することのできる圧力開放機構を、閉止バルブ
30に備える。図4(a)は、分岐配管20および閉止
バルブ30付近の断面図である。図4(a)に示すよう
に、閉止バルブ30には、分岐配管20を遮断する弁デ
ィスク31が備えられている。この弁ディスク31とし
て、上述したラプチャーディスク60を用いれば、ある
一定以上の圧力がかかると、このラプチャーディスク6
0が破損して閉塞配管部分の圧力を開放することができ
る。つまり、弁ディスク31が、閉止バルブ30を開け
ることなく圧力を開放することのできる圧力開放機構を
備えているということができる。このような圧力開放機
構を備えた閉止バルブ30は、閉止バルブ30Aとして
用いても閉止バルブ30Bとして用いても構わないが、
一定以上の余分な圧力を閉塞配管部分の外部に開放する
ことを考慮すれば、下流側に水が流れていない閉止バル
ブ30Bの位置に設けることが望ましい。
【0026】また、圧力開放機構としては、ラプチャー
ディスク60以外にも、図4(b)に示すバネ式のもの
を用いることもできる。図4(b)左側に示す弁ディス
ク31には、バネ32と栓33とからなるバネ式の圧力
開放機構が備えられている。このバネ式の圧力開放機構
では、バネ32の付勢力によって栓33が弁ディスク3
1の内壁に押し付けられている。そして、図4(b)右
側に示すように、弁ディスク31にある一定の大きさ以
上の圧力がかかると、栓33がこの圧力によって押さ
れ、バネ32が縮む。そうすると、弁ディスク31と栓
33との間に隙間ができ、この隙間から圧力が開放され
る。この圧力開放機構によれば、閉止バルブ30を開け
ることなく閉塞配管内部の余分な圧力を開放することが
できる。また、閉塞配管部分の圧力が一定以下になれ
ば、バネ32の付勢力によって栓33が弁ディスク31
の内壁に押し付けられ、再び閉塞配管部分を形成するこ
とができる。このような圧力開放機構も、図4(a)に
示したものと同様に、閉止バルブ30Bの位置に設ける
ことが望ましい。
【0027】以上のように、第4の実施の形態では、閉
止バルブ30に、この閉止バルブ30を開けることなく
閉塞配管部分の圧力を開放することのできる圧力開放機
構が設けられている。そして、閉止バルブ30によって
閉塞された閉塞配管部分の圧力が上昇した際に、この圧
力開放機構より閉塞配管部分の外部に圧力が開放され
る。この圧力開放機構により、閉塞配管部分のある一定
以上の圧力を開放することができるので、閉止バルブ3
0によって閉塞された閉塞配管部分における分岐配管2
0の破損を防止することができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
閉塞配管への熱伝導を防止することができ、閉塞配管内
部での水の膨張を防止することができる。また、熱伝導
によって閉塞配管内部の圧力が上昇した際にも、圧力開
放機構を設けることによって、この圧力を開放すること
ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態における熱伝導を防止する
配管系の構造を示す図である。
【図2】 第2の実施の形態における熱伝導を防止する
配管系の構造を示す図である。
【図3】 第3の実施の形態における異常圧力を防止す
る配管系の構造を示す図である。
【図4】 第4の実施の形態における異常圧力を防止す
る配管系の構造の一部を示す図である。
【図5】 従来の配管系における主流から分岐した配管
における熱伝導について示す図である。
【符号の説明】 10…主流配管、20…分岐配管、20a…入り口部、
20b…立ち下がり開始部、20c…立ち下がり終了
部、20d…立ち上がり開始部、20e・・・立ち上がり
終了部、30,30A,30B…閉止バルブ、31…弁
ディスク、32…バネ、33…栓、40…放熱フィン、
41…保温材、50,50a,50b…分岐管、60…
ラプチャーディスク、70…バッファタンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷本 浩一 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高温の流体が流れる第1の配管と、 前記第1の配管から分岐する第2の配管と、 前記第2の配管に配設された第1のバルブと、 前記第1のバルブより下流側に配設された第2のバルブ
    とを備えた配管であって、 前記第2の配管の前記第1のバルブよりも上流側に立ち
    下がり部および立ち上がり部を備えたことを特徴とする
    配管。
  2. 【請求項2】 高温の流体が流れる第1の配管と、 前記第1の配管から分岐する第2の配管と、 前記第2の配管に配設された第1のバルブと、 前記第1のバルブより下流側に配設された第2のバルブ
    とを備えた配管であって、 前記第2の配管の前記第2のバルブよりも上流側に放熱
    フィンを備えたことを特徴とする配管。
  3. 【請求項3】 高温の流体が流れる第1の配管と、 前記第1の配管から分岐する第1の分岐配管と、 前記第1の分岐配管に配設された第1のバルブと、 前記第1のバルブより下流側に配設された第2のバルブ
    と、 前記第1のバルブと前記第2のバルブとの間から分岐す
    る第2の分岐配管と、 前記第2の分岐配管に設けられたにラプチャーディスク
    と、を備えたことを特徴とする配管。
  4. 【請求項4】 高温の流体が流れる第1の配管と、 前記第1の配管から分岐する第2の配管と、 前記第2の配管に配設された第1のバルブと、 前記第1のバルブより下流側に配設された第2のバルブ
    とを備えた配管であって、 前記第1のバルブおよび/または前記第2のバルブの弁
    部分に、当該第1のバルブおよび/または当該第2のバ
    ルブが閉じられた状態で当該第1のバルブと当該第2の
    バルブとで閉塞された部分の圧力を開放する圧力開放機
    構を設けたことを特徴とする配管。
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