JP2014052053A - 破裂板式安全装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡便な構成で、薄厚金属板の位置を固定して各フランジ間への取り付けが容易に行えて、しかも各フランジ間の封止が確実になされる破裂板式安全装置を提供する。
【解決手段】本実施例の破裂板式安全装置100は、環状のセンターリング1と、円状の薄厚金属板2と、Oリング10と、アウターリング20と、環状のサポートリング3とからなる。また、薄厚金属板2は、端面部7と凹面部9とからなり、この凹面部9には複数のスリット5が設けられ、センターリング1の高圧側管継手フランジ110側の端面6と薄厚金属板1の端面部7とサポートリング3の端面8とが溶接されてセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3とが一体ユニット化されて、薄厚金属板1の位置が固定されると共に溶接されたセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3との間の封止がなされる。
【選択図】図1

Description

本発明は、装置容器内の異常圧力に基づく装置の破損を防止するために設けられる破裂板式安全装置に関する。
従来、装置容器内の異常圧力に基づく装置の破損を防止するために設けられる破裂板式安全装置が提案されている。
この種の破裂板式安全装置は、化学・原子力などの各プラントの装置容器内で過剰圧力や負圧の異常圧力が生じた時に、設けられた破裂板が速やかに破裂されることで装置内部の異常圧力を外部に放出し、装置容器内の圧力を速やかに装置が耐えうる圧力に抑えるために設けられる。
このように、破裂板式安全装置は、化学・原子力などの各プラントの装置のいわゆるウィークスポットとなり、装置内の異常圧力から装置を保護する安全装置として機能する。なお、この種の破裂板式安全装置は、装置容器内に内蔵される腐食性の強い等の外部への漏れが許されない流体を封止する機能も併せ持つ。
このような破裂板式安全装置に適用される破裂板は、破裂面が平面又は破裂圧力が加わる方向へドーム状に成形され、材料の引張り強さの限界で破裂又は開口する引張型と、破裂面が破裂圧力が加わる方向とは反対方向にドーム状即ち凹状をなし、破裂圧力はこのドームの頭頂部に作用するものであり、設計圧力にて材料の座屈強さの限界で座屈反転して破裂開口する反転型とに大別される。
上述の引張型の破裂板を容器内が真空圧となる装置に用いる場合、破裂板式安全装置は、この真空圧と外部圧力との差圧を受ける破裂板を支えるためのバキュームサポートとも呼ばれる支持板を設けることを要する。これに対し、反転型の破裂板については、破裂面が既に破裂圧力が加わる方向とは反対方向にドーム状をなしているので、バキュームサポートを設けることを要しない。
上述の破裂板式安全装置として、例えば特許文献1には、内部を外部に対し低圧にして用いる、第一のフランジを有する容器に取り付けられる圧力保護装置であって、薄厚の金属シート(以下、薄厚金属板と称する。)と、Oリングと、外部の側に配置される破裂板となる薄厚金属板を支持する支持板を設け、外周部にOリングの保持部を設けたセンターリングであって、薄厚金属板が配置される面と反対側に第一のフランジの管部に対する位置決め可能な突起を備えたセンターリングと、薄厚金属板の外部の側に配置される第二のフランジとを有し、第一のフランジと薄厚金属板との間に、Oリング及びセンターリングを挟むこととした圧力保護装置が提案されている。
また、特許文献2には、それぞれ端部に金属製フランジを気密に有する二つの金属製の管体と、いずれか一方のフランジに、上記管体が連通するように設けられた破裂板の保持部と、この保持部に溶接により上記管体の連通を遮断して設けられた金属製の破裂板とからなり、上記保持部がフランジのいずれか一方に溶接又は一体に形成された圧力逃し装置が提案されている。
特許第4274874号公報 特開平10−89507号公報
特許文献1に記載された圧力保護装置は、破裂板となる薄厚金属板が、Oリングと、支持板と、センターリングと共に第1のフランジ及び第2のフランジで挟み込み、クランプで固定する構成であるので、各フランジ間に取り付ける時に、位置決めが一定とならず、その結果取り付けた薄厚金属板が破裂する圧力にばらつきが生じ、即ち薄厚金属板の破裂性能にばらつきが生じる問題があった。
また、このような構成であるので、薄厚金属板、Oリング、支持板、センターリングの第1のフランジ及び第2のフランジへの取り付けの際や、上記破裂する圧力のばらつきを抑えるように薄板金属板の位置決めを一定とする際には、それぞれ工数を要して不経済的となる問題があった。
また、上述の圧力保護装置は引張型であり、装置内容器の圧力が真空圧である場合に用いるので、上述のように支持板を設けることが必須となり、部品点数が増えて不経済的となってしまう問題があった。
また、特許文献2に記載された圧力逃し装置は、破裂板が溶接された保持部が二つのフランジのいずれかに溶接される又は一体化されるために、各フランジから着脱が容易に行えない問題があった。また、この圧力逃し装置は、破裂板が圧力放出方向に対して、破裂面が平面又は破裂圧力が加わる方向へドーム状に成形されているのにもかかわらず、バキュームサポートを設けていないので、容器内部の圧力が真空圧である場合においての使用に耐え得るものではない。
本発明は、かかる点に鑑みて、装置容器内が真空雰囲気である装置への使用に好適であり、簡便な構成で、薄厚金属板の位置を固定して各フランジ間への取り付けが容易に行えて、しかも各フランジ間の封止が確実になされる破裂板式安全装置を提供することを目的とする。
本発明の破裂板式安全装置は、対向する高圧側管継手フランジと低圧側管継手フランジの間に着脱自在に取り付けられて、各管継手フランジ間の封止をするOリングを備える破裂板式安全装置であって、
環状のセンターリングと、該センターリングの高圧側管継手フランジ側の端面に取り付けられる円状の薄厚金属板と、前記センターリングの外周面に嵌合される前記Oリングと、該Oリングの径方向外方に設けられ、内周面に該Oリングが設けられるアウターリングと、前記センターリングの高圧側管継手フランジ側の端面に取り付けられ、該センターリングとで前記薄厚金属板を挟持する環状のサポートリングとからなり、
前記薄厚金属板は、外周側に形成される平面状の端面部と、該端面部の内方に形成され、低圧側管継手フランジ側へ湾曲した凹面部とからなり、該凹面部には複数のスリットが設けられ、
前記センターリングの高圧側管継手フランジ側の端面と薄厚金属板の端面部とサポートリングの端面とが溶接されて前記センターリングと薄厚金属板とサポートリングとが一体ユニット化されて、該薄厚金属板の位置が固定されると共に該溶接されたセンターリングと薄厚金属板とサポートリングとの間の封止がなされることを特徴としている。
本発明の破裂板式安全装置は、また、前記センターリングの高圧側管継手フランジ側の端面と薄厚金属板の端面部とサポートリングの端面との溶接は、シール溶接によりなされることを特徴としている。
本発明の破裂板式安全装置は、また、前記センターリングとアウターリングには、前記各管継手フランジを嵌合して位置固定する溝を形成する段部がそれぞれ設けられることを特徴としている。
本発明の破裂板式安全装置は、上述の構成であるので、薄厚金属板の位置が固定されると共に溶接されたセンターリングと薄厚金属板とサポートリングとの間の封止がなされるために、簡便な構成で、薄厚金属板の位置を固定して各フランジ間への取り付けが容易に行えて、しかも各フランジ間の封止が確実になされる破裂板式安全装置を提供することができる。
本発明の実施例の破裂板式安全装置の構成を示す図であり、図2のA−A矢視断面図である。 本発明の実施例の破裂板式安全装置の平面図である。 本発明の実施例の破裂板式安全装置に用いる薄厚金属板の平面図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例の破裂板式安全装置は、外部の大気圧雰囲気に開放された配管の端部に設けた管継手フランジと、化学・原子力などの各プラントの装置容器に設けられ、圧力逃し用の配管の端部に接続された管継手フランジとの間に取り付けられて用いられる。
この本実施例の破裂板式安全装置は、装置容器内が大気圧より低圧の雰囲気において用いることができるが、後述する構成であるので、装置容器内が真空圧雰囲気の場合での使用に好適である。以下の実施例においては、装置容器内が真空雰囲気である場合について説明することにし、上記各管継手フランジは、それぞれ高圧側管継手フランジと低圧側管継手フランジと称する。
また、以下説明する本実施例の破裂式安全装置は、センターリングと薄厚金属板とサポートリングとが溶接されて一体ユニット化することで、簡便な構成で、薄厚金属板の位置を固定して各フランジ間への取り付けが容易に行えて、しかも各フランジ間の封止が確実になされる破裂板式安全装置を提供することができる。
図1は、本発明の実施例である破裂板式安全装置100の構成を示す図、及び図2は本発明の実施例の破裂板式安全装置の平面図であり、図1は図2のA−A矢視断面図である。
本実施例の破裂板式安全装置100は、対向する高圧側管継手フランジ110と低圧側管継手フランジ120の間に着脱自在に取り付けられるものであり、各管継手フランジ110、120間の封止をするOリング10を備える。
また、本実施例の破裂板式安全装置100は、環状のセンターリング1と、このセンターリング1の高圧側管継手フランジ110側の端面6に取り付けられる円状の薄厚金属板2と、センターリング1の外周面11に嵌合される上記Oリング10と、このOリング10の径方向外方に設けられ、内周面12にこのOリング10が設けられるアウターリング20と、上記センターリング1の端面6に取り付けられ、このセンターリング1とで薄厚金属板2を挟持する環状のサポートリング3とからなる。
また、上記薄厚金属板2は、外周側に形成される平面状の端面部7と、この端面部7の内方に形成され、低圧側管継手フランジ120側へ湾曲した凹面部9とからなり、この凹面部には複数のスリット5が設けられている。
また、上記センターリング1の端面6と薄厚金属板2の端面部7とサポートリング3の端面8とが溶接されてこれらセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3とが一体ユニット化されて、そして薄厚金属板2の位置が固定されると共にこれら溶接されたセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリングとの間の封止がなされるようになっている。
本実施例の破裂板式安全装置100は、以上のようにして構成され、各管継手フランジ110、120間に取り付けられて用いられる。この破裂板式安全装置100について、以下詳細を説明する。
図1に示すように、環状のセンターリング1は、中空円筒状即ち環状に形成されており、円筒部1Aと、この円筒部1Aの外周に形成され、Oリング10を嵌合する外周面11を有する嵌合部1Bとから構成される。
この円筒部1Aの両端は、平面をなす端面6がそれぞれ形成される。また、高圧側管継手フランジ110側の端面6は、後述する薄厚金属板2及びサポートリング3との溶接の際の薄厚金属板2の熱効率を考慮して開先部15が形成されているが、この開先部15は省略することもできる。
なお、このセンターリング1は、上述のように円筒部1Aを設けずに、嵌合部1Bで構成し、この端面に薄厚金属板2及びサポートリング3との溶接をしてもよいが、上述のように円筒部1Aを設けてその端面6に薄厚金属板2及びサポートリング3とを溶接することが製造上好ましい。
また、嵌合部1Bの外周面11はセンターリング1の外周面11となり、即ちセンターリング1の外周面11には、Oリング10が嵌合される。この外周面11は、Oリングの径に対応して曲面11Aをなしている。これにより、Oリング10は、曲面11Aに適合して嵌合されるため、嵌合後はセンターリング1から容易に離脱され難くなる。
また、センターリング1は、後述するように、薄厚金属板2、サポートリング3、Oリング10及びアウターリング20とで一体のユニットとして用いるため、円筒部1Aの外径は、各フランジ110、120の内径111、121よりも小さく形成される。この構成であるので、破裂板式安全装置100を各フランジ110、120間に取り付けた時、円筒部1Aは、各フランジ110、120の内部に配置されることとなる。
図3は、本発明の実施例の破裂板式安全装置に用いる薄厚金属板の平面図である。図に示すように、薄厚金属版2は、円状に形成されており、外周側に形成される平面状の端面部7と、この端面部7の内方に形成され、低圧側管継手フランジ120側へ湾曲した凹面部9とからなる。したがって、この薄厚金属板2は、反転型の破裂板を形成している。なお、この薄厚金属板2の板厚は、数十μm程度とされる。
また、端面部7は、センターリング1の高圧側管継手フランジ110側の端面6に取り付けられて、後述するようにサポートリング3と共に溶接される。従って、この端面部7には、溶接部Wが形成されることとなる。
また、凹面部9に設けられる複数のスリット5は、図示するように十字状に2箇所にて形成されるが、3箇所以上にて形成してもよく、またスリット形状は円形等、別の形状としてもよい。また、このスリット5は、凹面部9の表面又は裏面若しくは両面に形成してもよい。これにより、薄厚金属板2は、装置容器内に過剰圧力が生じた際に、この過剰圧力に基づいて凹面部9が座屈反転してスリット5部分を起点にしてサポートリング3の口径を介して破裂して大気圧側に過剰圧力が放出されるようになっている。
なお、本実施例において、スリット5の長さは、図示の点線で示すように、サポートリング3の口径(内径)に対応する長さとしているが、サポートリング3の口径と対応しない別の長さであってもよい。
本実施例において、薄厚金属板2は、スリット5の形状や凹面部9の形状・厚みを適宜変更することで、所定の圧力で破裂するようにすることができる。以下、破裂する所定圧力を破壊圧力と称する。なお、上述の薄厚金属板2の破裂には温度も影響するので、破壊圧力の設定には温度も考慮される。
サポートリング3は、内径φの孔4を有する中空円筒状即ち環状に形成されており、両端は、平面をなす端面7がそれぞれ形成される。また、センターリング1側の端面8は、薄厚金属板2の端面部7を介在させてセンターリング1の端面6と接触し、薄厚金属板2を挟持する。また、センターリング1側の端面7は、後述する薄厚金属板2及びサポートリング3との溶接の際の薄厚金属板2の熱効率を考慮して開先部16が形成されているが、この開先部16は省略することもできる。
また、センターリング1の端面6側の孔4の縁は角部の面取りがなされて面取り部40が形成されている。この面取り部40は、サポートリング3の製作上安全性を考慮して設けられるものであり、図に示す以外に曲面にて形成(R面取り)してもよく、また面取り部40を形成しなくともよい。
以上により、サポートリング3の内径φの孔4が、本実施例の破裂式安全装置の破裂板の口径となるので、装置容器内の過剰圧力による吹出し面積はこの孔4の内径φに基づいて設定される。
Oリング10は、円環リング状に形成されており、センターリング1とアウターリング20間に嵌合され、各管継手フランジ110、120間に破裂式安全装置100を取り付けた際に、これら各フランジ間の封止をする機能を有する。即ち、Oリング10は、本実施例の破裂式安全装置100における、外部封止機能を有するものである。なお、このOリングは、各管継手フランジの端面112、122に接触し、これら各管継手フランジ110、120によって押し潰されることで封止機能を働かせる。
アウターリング20は、中空円筒状即ち環状に形成されており、円筒部20Aと、この円筒部20Aの内周に形成され、Oリング10を嵌合する内周面12を有する嵌合部20Bとから構成される。
このアウターリング20は、装置容器内の圧力上昇に基づくOリング10の膨張による、封止機能の低下を防ぐために、外側からこのOリング10を押さえつけるために設けられる。これにより、本実施例の破裂式安全装置100におけるOリングによる封止が確実になされる。なお、このアウターリング20は、上述のように、外側からOリング10を押さえつける構成であればよく、嵌合部20BにOリングを嵌合する構成でなくともよい。
ここで、上記センターリング1とアウターリング20には、各管継手フランジ110、120を嵌合して位置固定する溝30を形成する段部31、32をそれぞれ設けてもよい。これにより、各フランジ110、120の破裂式安全装置100への位置固定を確実にするとともに、Oリング10による封止を確実にすることができる。
ここで、センターリング1、サポートリング3及びアウターリング20の材質としては、オーステナイト系ステンレスのような鋼種で、例えばSUS304が用いられる。また、Oリング10の材質としては、例えばバイトン(登録商標)のようなフッ素ゴムが用いられる。
また、薄厚金属板2の材質としては、オーステナイト系ステンレスのような鋼種で、例えば特に耐食性に優れるSUS316Lが用いられる。また、この薄厚金属板2は、樹脂コーティング等の皮膜処理を施して耐食性を向上するようにしてもよい。薄厚であるため、この薄厚金属板2は、特に高い耐食性が要求されるためである。
また、センターリング1、薄厚金属板2及びサポートリング3の材質は、溶接性を考慮すると、それぞれ同系統の材料を用いることが好ましい。
これらセンターリング1、薄厚金属板2、サポートリング3、Oリング10及びアウターリング20の材質は、上述の材質に限らず適用できるが、薄厚金属板2においては、装置容器内の流体に対して耐食性の優れるものが好適である。
本実施例の破裂式安全装置100は、また、上記センターリング1の端面6と薄厚金属板2の端面部7とサポートリング3の端面8とが溶接されてこれらセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3とが一体ユニット化される。ここで、サポートリング1のみに薄厚金属板2を溶接する構成とした場合、圧力がかかった場合に薄厚金属板2全体が浮いてしまい、正常に反転して破裂しなくなってしまう。本実施例の破裂式安全装置100は、上述のようにセンターリング1とサポートリング3で薄厚金属板2を挟持してそれぞれを溶接しているために、薄厚金属板2全体が浮くことを防ぎ、凹面部9のみを上述のように反転させることができる。
また、センターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3とを溶接することで薄厚金属板2の位置が固定されるので、ボルト締めで固定し、締付トルク値を管理する等の工数を必要とせず、容易に位置固定がなされ、即ち一定の位置に取りつかれて破裂板の性能のばらつきをなくすことができる。
また、上述の構成であるので、これら溶接されたセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリングとの間の封止がなされるため、装置容器内の高真空状態でも空気が漏れて装置容器内の真空度の低下を防ぐことができるし、装置容器内の流体の漏れが許されない状況においても封止が確実になされる。
また、本実施例の破裂板式安全装置100は、センターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3とが溶接されてこれらセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3とが一体ユニット化されているので、従来のように各部品を別個に組み合わせて設けることと比較して、取り扱いが容易となり、各管継手フランジ間への着脱が容易にでき、即ち交換が容易となり、メンテナンス性に優れる。
なお、上記のセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3との溶接はシール溶接によって密封して溶接することが望ましい。このようにすることで、センターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3との間の封止が確実になされる。なお、上記の溶接は、別の溶接法によりセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3との間の封止をしてもよい。
以上のようにして構成される本実施例の破裂板式安全装置100は、各管継手フランジ間に取り付けて用いられる。
本発明の実施例である破裂式安全装置は、上述の構成であるので、装置容器内が真空雰囲気である装置への使用に好適であり、簡便な構成で、薄厚金属板の位置を固定して各フランジ間への取り付けが容易に行えて、しかも各フランジ間の封止が確実になされる破裂板式安全装置を提供することができる。
なお、本発明の破裂式安全装置は、上述した実施例の構成に限られず、その他の構成を用いることができ、例えば、上記各管継手フランジを設ける配管の呼び径や装置容器内にて使用する流体に対応して、センターリング、薄厚金属板、サポートリング、Oリング及びアウターリングの材質・寸法を適宜変更して上述の実施例と同様の破裂式安全装置を提供することができ、上述の実施例と同様の効果を奏することができる。
また、本発明の破裂式安全装置は、各管継手フランジ双方の鍔部を挟持する図示しないクランプが設けられて、このクランプによる各継手フランジの抑え付けが可能となっているが、このため、アウターリングを設けずに、上述のように溶接され一体化されたセンターリングと薄厚金属板とサポートリングと、Oリングにより構成してもよく、この構成においても上述の実施例と同様の効果を奏することができる。
1…センターリング、2…薄厚金属版、3…サポートリング、5…スリット、6、8…端面、7…端面部、9…凹面部、10…Oリング、20…アウターリング、11、12…外周面、24…抗張力体、26…シース、30…溝、100…破裂板式安全装置、110、120…管継手フランジ、W…溶接部、φ…サポートリングの内径。
図3は、本発明の実施例の破裂板式安全装置に用いる薄厚金属板の平面図である。図に示すように、薄厚金属2は、円状に形成されており、外周側に形成される平面状の端面部7と、この端面部7の内方に形成され、低圧側管継手フランジ120側へ湾曲した凹面部9とからなる。したがって、この薄厚金属板2は、反転型の破裂板を形成している。なお、この薄厚金属板2の板厚は、数十μm程度とされる。
サポートリング3は、内径φの孔4を有する中空円筒状即ち環状に形成されており、両端は、平面をなす端面がそれぞれ形成される。また、センターリング1側の端面8は、薄厚金属板2の端面部7を介在させてセンターリング1の端面6と接触し、薄厚金属板2を挟持する。また、センターリング1側の端面は、後述する薄厚金属板2及びサポートリング3との溶接の際の薄厚金属板2の熱効率を考慮して開先部16が形成されているが、この開先部16は省略することもできる。
また、センターリング1の端面8の孔4の縁は角部の面取りがなされて面取り部40が形成されている。この面取り部40は、サポートリング3の製作上安全性を考慮して設けられるものであり、図に示す以外に曲面にて形成(R面取り)してもよく、また面取り部40を形成しなくともよい。
本実施例の破裂式安全装置100は、また、上記センターリング1の端面6と薄厚金属板2の端面部7とサポートリング3の端面8とが溶接されてこれらセンターリング1と薄厚金属板2とサポートリング3とが一体ユニット化される。ここで、センターリング1のみに薄厚金属板2を溶接する構成とした場合、圧力がかかった場合に薄厚金属板2全体が浮いてしまい、正常に反転して破裂しなくなってしまう。本実施例の破裂式安全装置100は、上述のようにセンターリング1とサポートリング3で薄厚金属板2を挟持してそれぞれを溶接しているために、薄厚金属板2全体が浮くことを防ぎ、凹面部9のみを上述のように反転させることができる。
1…センターリング、2…薄厚金属、3…サポートリング、5…スリット、6、8…端面、7…端面部、9…凹面部、10…Oリング、20…アウターリング、11、12…外周面、24…抗張力体、26…シース、30…溝、100…破裂板式安全装置、110、120…管継手フランジ、W…溶接部、φ…サポートリングの内径。

Claims (3)

  1. 対向する高圧側管継手フランジと低圧側管継手フランジの間に着脱自在に取り付けられて、各管継手フランジ間の封止をするOリングを備える破裂板式安全装置であって、
    環状のセンターリングと、該センターリングの高圧側管継手フランジ側の端面に取り付けられる円状の薄厚金属板と、前記センターリングの外周面に嵌合される前記Oリングと、該Oリングの径方向外方に設けられ、内周面に該Oリングが設けられるアウターリングと、前記センターリングの高圧側管継手フランジ側の端面に取り付けられ、該センターリングとで前記薄厚金属板を挟持する環状のサポートリングとからなり、
    前記薄厚金属板は、外周側に形成される平面状の端面部と、該端面部の内方に形成され、低圧側管継手フランジ側へ湾曲した凹面部とからなり、該凹面部には複数のスリットが設けられ、
    前記センターリングの高圧側管継手フランジ側の端面と薄厚金属板の端面部とサポートリングの端面とが溶接されて前記センターリングと薄厚金属板とサポートリングとが一体ユニット化されて、該薄厚金属板の位置が固定されると共に該溶接されたセンターリングと薄厚金属板とサポートリングとの間の封止がなされること
    を特徴とする破裂板式安全装置。
  2. 請求項1において、前記サポートリングの内径は、前記凹面部に設けられたスリットの長さに対応した径とされることを特徴とする破裂板式安全装置。
  3. 請求項1において、前記センターリングとアウターリングには、前記各管継手フランジを嵌合して位置固定する溝を形成する段部がそれぞれ設けられることを特徴とする破裂板式安全装置。
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