JP3018258B2 - 冷却ジャケット及びアイスプラグ工法 - Google Patents
冷却ジャケット及びアイスプラグ工法Info
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- JP3018258B2 JP3018258B2 JP3094219A JP9421991A JP3018258B2 JP 3018258 B2 JP3018258 B2 JP 3018258B2 JP 3094219 A JP3094219 A JP 3094219A JP 9421991 A JP9421991 A JP 9421991A JP 3018258 B2 JP3018258 B2 JP 3018258B2
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16L55/10—Means for stopping flow from or in pipes or hoses
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内部に流体を有するプ
ラント配管の内部流体を冷却凝固することによって内部
流体を封止するアイスプラグ工法に関する。
ラント配管の内部流体を冷却凝固することによって内部
流体を封止するアイスプラグ工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アイスプラグ工法（または、フリ−ジン
グ工法）は、配管の内部流体を配管の所要の位置で冷却
凝固させて配管に固着したアイスプラグを形成し、該ア
イスプラグによって内部流体を封止する方法であり、該
工法に関する従来の技術としては、特開昭６３−２６４
９０号公報に記載されているように、凝固晶内部に不純
物を含まないように、表面冷却位置を配管に沿って一方
向に徐々に移動させて凝固晶を管軸の一方向に成長させ
るものが知られている。このアイスプラグは、内部流体
の圧力を受けても移動せず、かつ破壊しないように、管
軸方向に所要の長さに亘って形成されている。
グ工法）は、配管の内部流体を配管の所要の位置で冷却
凝固させて配管に固着したアイスプラグを形成し、該ア
イスプラグによって内部流体を封止する方法であり、該
工法に関する従来の技術としては、特開昭６３−２６４
９０号公報に記載されているように、凝固晶内部に不純
物を含まないように、表面冷却位置を配管に沿って一方
向に徐々に移動させて凝固晶を管軸の一方向に成長させ
るものが知られている。このアイスプラグは、内部流体
の圧力を受けても移動せず、かつ破壊しないように、管
軸方向に所要の長さに亘って形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、内部流体の凝固に伴う配管の内圧上
昇については配慮されていない。また、凝固晶を管軸の
一方向に成長させるために、冷却用のジャケットを管に
沿って移動させる構造となっており、アクチュエ−タ等
の特別な移動機構が必要であった。さらに、上記従来技
術の冷却用ジャケットの移動による一方向凝固は、水平
配管にも適用可能であるが、冷却用ジャケットを移動さ
せる代わりに、冷却媒体供給源から冷却媒体を徐々に注
入して冷却媒体液位を上昇させることによる一方向凝固
は、原理的に、垂直配管にのみ適用できるものであっ
た。
来技術においては、内部流体の凝固に伴う配管の内圧上
昇については配慮されていない。また、凝固晶を管軸の
一方向に成長させるために、冷却用のジャケットを管に
沿って移動させる構造となっており、アクチュエ−タ等
の特別な移動機構が必要であった。さらに、上記従来技
術の冷却用ジャケットの移動による一方向凝固は、水平
配管にも適用可能であるが、冷却用ジャケットを移動さ
せる代わりに、冷却媒体供給源から冷却媒体を徐々に注
入して冷却媒体液位を上昇させることによる一方向凝固
は、原理的に、垂直配管にのみ適用できるものであっ
た。
【０００４】内部流体の凝固に伴う配管の内圧上昇は、
寒冷地における水道を例にとれば理解し易い。すなわ
ち、水道管が冷却され、内部の水が凍ると破裂すること
がある。これは、氷の膨張によって水道管に高い内圧が
発生するからである。詳述すれば、水道管の複数個所に
おいて水が凍りはじめ、氷と氷の間には逃げ場の失った
水の領域が形成される。相隣あう氷の膨張によって当該
水領域が非常に高い圧力となり、水道管を破裂させるの
である。
寒冷地における水道を例にとれば理解し易い。すなわ
ち、水道管が冷却され、内部の水が凍ると破裂すること
がある。これは、氷の膨張によって水道管に高い内圧が
発生するからである。詳述すれば、水道管の複数個所に
おいて水が凍りはじめ、氷と氷の間には逃げ場の失った
水の領域が形成される。相隣あう氷の膨張によって当該
水領域が非常に高い圧力となり、水道管を破裂させるの
である。
【０００５】まず、従来の一般的なアイスプラグ工法に
おいて、配管内部に封止された流体の圧力上昇の過程を
図８により説明する。
おいて、配管内部に封止された流体の圧力上昇の過程を
図８により説明する。
【０００６】内部流体５が満たされた配管１はその一方
が閉塞されており、配管外部に冷却ジャケット２が設置
されている。内部流体は、 （ａ）冷却ジャケットの中央位置より円周状に凝固しは
じめ、（ｂ）半径方向及び軸方向に凝固が進行する。
（ａ）（ｂ）の段階においては、内部流体の凝固に伴う
体積膨張は、配管にほとんど力を及ぼさない。
が閉塞されており、配管外部に冷却ジャケット２が設置
されている。内部流体は、 （ａ）冷却ジャケットの中央位置より円周状に凝固しは
じめ、（ｂ）半径方向及び軸方向に凝固が進行する。
（ａ）（ｂ）の段階においては、内部流体の凝固に伴う
体積膨張は、配管にほとんど力を及ぼさない。
【０００７】（ｃ）半径方向において流体の凝固が連結
すると、内部流体は配管の閉塞端と凝固塊との間に封止
される。
すると、内部流体は配管の閉塞端と凝固塊との間に封止
される。
【０００８】（ｄ）内部流体が封止された後、凝固塊が
さらに成長すると、凝固に伴う体積膨張によって、封止
された流体の圧力上昇が生じる。（ｃ）（ｄ）におい
て、内部流体の凝固に伴う体積膨張は、配管に力を及ぼ
すことになる。したがって、内部流体の凝固に伴う内圧
上昇を抑制することは、配管にアイスプラグ工法を施す
上で非常に重要となる。
さらに成長すると、凝固に伴う体積膨張によって、封止
された流体の圧力上昇が生じる。（ｃ）（ｄ）におい
て、内部流体の凝固に伴う体積膨張は、配管に力を及ぼ
すことになる。したがって、内部流体の凝固に伴う内圧
上昇を抑制することは、配管にアイスプラグ工法を施す
上で非常に重要となる。
【０００９】前記従来の技術において、配管の２ヵ所で
内部流体の冷却凝固を行い、両者の中間で配管の補修を
施す場合、または、施工配管に閉塞端がある場合、凝固
晶を成長させる方向が重要となる。すなわち、２ヵ所で
の内部流体の凝固を互いに反対側から近接する方向に進
行させること、内部流体の凝固を閉塞端の反対側から閉
塞端の方向に進行させることは、前述した水道管の場合
と同じく、凝固晶と凝固晶との間、または、凝固晶と閉
塞端との間に非常に高い圧力の領域が形成されることを
意味し、アイスプラグが形成される配管に変形を生じた
り、破裂を生じる恐れがある。このように、従来の技術
は内部流体の凝固に伴う配管の内圧上昇については配慮
されていなかった。
内部流体の冷却凝固を行い、両者の中間で配管の補修を
施す場合、または、施工配管に閉塞端がある場合、凝固
晶を成長させる方向が重要となる。すなわち、２ヵ所で
の内部流体の凝固を互いに反対側から近接する方向に進
行させること、内部流体の凝固を閉塞端の反対側から閉
塞端の方向に進行させることは、前述した水道管の場合
と同じく、凝固晶と凝固晶との間、または、凝固晶と閉
塞端との間に非常に高い圧力の領域が形成されることを
意味し、アイスプラグが形成される配管に変形を生じた
り、破裂を生じる恐れがある。このように、従来の技術
は内部流体の凝固に伴う配管の内圧上昇については配慮
されていなかった。
【００１０】本発明の課題は、アイスプラグ工法におい
て、内部流体の凝固に伴う配管の内圧上昇を抑制するに
ある。
て、内部流体の凝固に伴う配管の内圧上昇を抑制するに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、配管の少
なくとも２個所の内部流体を該配管外部に装着した冷却
ジャケットによって冷却凝固させて該配管中にアイスプ
ラグを形成し、該アイスプラグによって内部流体の移動
をを封止するアイスプラグ工法において、アイスプラグ
施工を行う２個所の距離を前記冷却ジャケットの冷却長
さの少なくとも２０倍とすることによって達成される。
なくとも２個所の内部流体を該配管外部に装着した冷却
ジャケットによって冷却凝固させて該配管中にアイスプ
ラグを形成し、該アイスプラグによって内部流体の移動
をを封止するアイスプラグ工法において、アイスプラグ
施工を行う２個所の距離を前記冷却ジャケットの冷却長
さの少なくとも２０倍とすることによって達成される。
【００１２】上記の課題はまた、配管の内部流体を該配
管外部に装着した冷却ジャケットによって冷却凝固させ
て該配管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグに
よって内部流体の移動をを封止するアイスプラグ工法に
おいて、前記アイスプラグを、当該配管の閉塞端からす
くなくとも冷却ジャケットの冷却長さの１０倍離れた位
置に形成することによっても達成される。
管外部に装着した冷却ジャケットによって冷却凝固させ
て該配管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグに
よって内部流体の移動をを封止するアイスプラグ工法に
おいて、前記アイスプラグを、当該配管の閉塞端からす
くなくとも冷却ジャケットの冷却長さの１０倍離れた位
置に形成することによっても達成される。
【００１３】上記の課題はまた、配管の少なくとも２個
所に該配管の内部流体を冷却凝固させる冷却ジャケット
を装着し、前記冷却凝固を管軸の一方向に進行させて該
配管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグによっ
て内部流体の移動をを封止するアイスプラグ工法におい
て、まず前記２ヵ所のアイスプラグのうちの一方の冷却
凝固を任意の方向に進行させて形成し、次いで他のアイ
スプラグの冷却凝固を主として前記一方のアイスプラグ
から遠ざかる方向に進行させることによっても達成され
る。
所に該配管の内部流体を冷却凝固させる冷却ジャケット
を装着し、前記冷却凝固を管軸の一方向に進行させて該
配管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグによっ
て内部流体の移動をを封止するアイスプラグ工法におい
て、まず前記２ヵ所のアイスプラグのうちの一方の冷却
凝固を任意の方向に進行させて形成し、次いで他のアイ
スプラグの冷却凝固を主として前記一方のアイスプラグ
から遠ざかる方向に進行させることによっても達成され
る。
【００１４】上記の課題はまた、配管の少なくとも２個
所に該配管の内部流体を冷却凝固させる冷却ジャケット
を装着し、前記冷却凝固を管軸の一方向に進行させて該
配管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグによっ
て内部流体の移動をを封止するアイスプラグ工法におい
て、前記２ヵ所での内部流体の凝固を主として互いに遠
ざかる方向に進行させることによっても達成される。
所に該配管の内部流体を冷却凝固させる冷却ジャケット
を装着し、前記冷却凝固を管軸の一方向に進行させて該
配管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグによっ
て内部流体の移動をを封止するアイスプラグ工法におい
て、前記２ヵ所での内部流体の凝固を主として互いに遠
ざかる方向に進行させることによっても達成される。
【００１５】上記の課題はまた、一端が閉塞された配管
に該配管の内部流体を冷却凝固させる冷却ジャケットを
装着し、前記冷却凝固を管軸の一方向に進行させて該配
管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグによって
内部流体の移動をを封止するアイスプラグ工法におい
て、内部流体の凝固を主として前記配管の閉塞端から遠
ざかる方向に進行させることによっても達成される。
に該配管の内部流体を冷却凝固させる冷却ジャケットを
装着し、前記冷却凝固を管軸の一方向に進行させて該配
管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグによって
内部流体の移動をを封止するアイスプラグ工法におい
て、内部流体の凝固を主として前記配管の閉塞端から遠
ざかる方向に進行させることによっても達成される。
【００１６】上記の課題はまた、配管外周に接して設置
され、該配管の内部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進
行させる冷却ジャケットにおいて、該冷却ジャケットを
独立した容器に形成し、該容器の配管に接する部分の伝
熱特性を、段階的または連続的に、管軸の一方向に向か
って増加させることによっても達成される。
され、該配管の内部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進
行させる冷却ジャケットにおいて、該冷却ジャケットを
独立した容器に形成し、該容器の配管に接する部分の伝
熱特性を、段階的または連続的に、管軸の一方向に向か
って増加させることによっても達成される。
【００１７】上記の課題はまた、配管外周に接して設置
され、該配管の内部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進
行させる冷却ジャケットにおいて、該冷却ジャケットを
独立した容器に形成し、該容器の配管に接する部材の板
厚を管軸の一方向に向かって徐々に厚くすることによっ
ても達成される。
され、該配管の内部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進
行させる冷却ジャケットにおいて、該冷却ジャケットを
独立した容器に形成し、該容器の配管に接する部材の板
厚を管軸の一方向に向かって徐々に厚くすることによっ
ても達成される。
【００１８】上記の課題はまた、配管外周に接して設置
され、該配管の内部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進
行させる冷却ジャケットにおいて、該冷却ジャケットを
独立した容器に形成し、該容器の配管に接する部材に、
管軸方向に徐々に厚くなる断熱層を設けることによって
も達成される。
され、該配管の内部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進
行させる冷却ジャケットにおいて、該冷却ジャケットを
独立した容器に形成し、該容器の配管に接する部材に、
管軸方向に徐々に厚くなる断熱層を設けることによって
も達成される。
【００１９】上記の課題はさらに、配管外周に接して設
置され、該配管の内部流体を冷却凝固させる冷却剤を収
容する空間を備えた冷却ジャケットにおいて、該冷却ジ
ャケットを独立した容器に形成し、該容器の前記空間に
管軸と垂直方向の仕切りを設け、冷却剤を収容する空間
を管軸方向に複数の区画に分割することによっても達成
される。
置され、該配管の内部流体を冷却凝固させる冷却剤を収
容する空間を備えた冷却ジャケットにおいて、該冷却ジ
ャケットを独立した容器に形成し、該容器の前記空間に
管軸と垂直方向の仕切りを設け、冷却剤を収容する空間
を管軸方向に複数の区画に分割することによっても達成
される。
【００２０】
【作用】アイスプラグ工法が適用される配管内部の流体
は、非圧縮性流体と考えてよい。非圧縮性流体の場合、
凝固に伴う体積膨張量とこれを吸収するための配管の変
形量は等しい。この場合配管は、内部流体の体積膨張に
伴う内圧上昇によりまず弾性変形して体積膨張量を吸収
しようとするが、弾性変形のみでは体積膨張量が吸収し
きれない場合、さらに内圧が上昇し、配管の応力が降伏
応力を超えて塑性変形する。配管の弾性変形による体積
膨張量は、配管の弾性変形する長さが長いほど大きくな
る。
は、非圧縮性流体と考えてよい。非圧縮性流体の場合、
凝固に伴う体積膨張量とこれを吸収するための配管の変
形量は等しい。この場合配管は、内部流体の体積膨張に
伴う内圧上昇によりまず弾性変形して体積膨張量を吸収
しようとするが、弾性変形のみでは体積膨張量が吸収し
きれない場合、さらに内圧が上昇し、配管の応力が降伏
応力を超えて塑性変形する。配管の弾性変形による体積
膨張量は、配管の弾性変形する長さが長いほど大きくな
る。
【００２１】アイスプラグが形成されるときに、アイス
プラグが内部流体の流れを遮断してからアイスプラグの
形成が完了するまでに内部流体が凝固する量は、ほぼ冷
却ジャケットの冷却長さによって決まり、したがって、
アイスプラグが内部流体の流れを遮断してから内部流体
が凝固にともなって膨張する量は、ほぼ冷却ジャケット
の冷却長さ２Ａによって決まる。すなわち、冷却ジャケ
ットが決まれば体積膨張量もきまる。したがって、配管
の吸収量を大きくすれば、すなわち、アイスプラグ施工
位置を他方のアイスプラグ施工位置から少なくとも冷却
ジャケットの冷却長さの２０倍(４０Ａ)、または、閉塞
端より少なくとも冷却ジャケットの冷却長さの１０倍
(２０Ａ)離し、封止される配管長を長くすれば、圧力上
昇を抑制することができる。
プラグが内部流体の流れを遮断してからアイスプラグの
形成が完了するまでに内部流体が凝固する量は、ほぼ冷
却ジャケットの冷却長さによって決まり、したがって、
アイスプラグが内部流体の流れを遮断してから内部流体
が凝固にともなって膨張する量は、ほぼ冷却ジャケット
の冷却長さ２Ａによって決まる。すなわち、冷却ジャケ
ットが決まれば体積膨張量もきまる。したがって、配管
の吸収量を大きくすれば、すなわち、アイスプラグ施工
位置を他方のアイスプラグ施工位置から少なくとも冷却
ジャケットの冷却長さの２０倍(４０Ａ)、または、閉塞
端より少なくとも冷却ジャケットの冷却長さの１０倍
(２０Ａ)離し、封止される配管長を長くすれば、圧力上
昇を抑制することができる。
【００２２】また、２ヵ所にアイスプラグを設けて配管
の内部流体を封止するときは、内部流体の凝固を互いに
遠ざかる方向に進行させれば、封止領域にある流体の封
止された後の凝固を押さえることができ、封止領域での
凝固に伴う体積膨張を少なくできるので圧力上昇が抑制
される。
の内部流体を封止するときは、内部流体の凝固を互いに
遠ざかる方向に進行させれば、封止領域にある流体の封
止された後の凝固を押さえることができ、封止領域での
凝固に伴う体積膨張を少なくできるので圧力上昇が抑制
される。
【００２３】また、一端が閉塞された配管にアイスプラ
グを形成するときは、凝固を閉塞端側から遠ざかる方向
に進行させれば、封止領域での凝固に伴う体積膨張を少
なくできるので圧力上昇が抑制される。
グを形成するときは、凝固を閉塞端側から遠ざかる方向
に進行させれば、封止領域での凝固に伴う体積膨張を少
なくできるので圧力上昇が抑制される。
【００２４】また、冷却ジャケットの冷却面の伝熱特性
が異なれば、伝熱特性の優れた位置の内部流体が先行凝
固し、劣った位置の内部流体の凝固は遅れることにな
る。したがって、冷却ジャケットの冷却面の伝熱特性
を、段階的または連続的に、管軸の一方向に向かって増
加させれば、冷却ジャケットを移動させずに内部流体の
凝固を一方向に進行させることができる。冷却ジャケッ
トの冷却面の伝熱特性を、段階的または連続的に、管軸
の一方向に向かって増加させる方法としては、冷却ジャ
ケットの配管に接する部材の板厚を管軸の一方向に向か
って徐々に厚く変化させる方法、冷却ジャケットの配管
に接する部材に断熱層を管軸の一方向に向かって徐々に
厚く設ける方法がある。さらに、冷却ジャケットの冷却
剤を収容する空間に、管軸に垂直な方向の仕切りを設
け、前記空間を管軸方向に複数の区画に分割すれば、冷
却ジャケットの冷却面の伝熱特性を管軸方向に変化させ
ることができ、冷却ジャケットを移動させずに内部流体
の凝固を一方向に進行させることができる。
が異なれば、伝熱特性の優れた位置の内部流体が先行凝
固し、劣った位置の内部流体の凝固は遅れることにな
る。したがって、冷却ジャケットの冷却面の伝熱特性
を、段階的または連続的に、管軸の一方向に向かって増
加させれば、冷却ジャケットを移動させずに内部流体の
凝固を一方向に進行させることができる。冷却ジャケッ
トの冷却面の伝熱特性を、段階的または連続的に、管軸
の一方向に向かって増加させる方法としては、冷却ジャ
ケットの配管に接する部材の板厚を管軸の一方向に向か
って徐々に厚く変化させる方法、冷却ジャケットの配管
に接する部材に断熱層を管軸の一方向に向かって徐々に
厚く設ける方法がある。さらに、冷却ジャケットの冷却
剤を収容する空間に、管軸に垂直な方向の仕切りを設
け、前記空間を管軸方向に複数の区画に分割すれば、冷
却ジャケットの冷却面の伝熱特性を管軸方向に変化させ
ることができ、冷却ジャケットを移動させずに内部流体
の凝固を一方向に進行させることができる。
【００２５】
【実施例】本発明の実施例を以下説明する。
【００２６】図１，図２は、本発明に係る冷却ジャケッ
ト及びアイスプラグ工法の実施例を示す。
ト及びアイスプラグ工法の実施例を示す。
【００２７】図１に示す第１の実施例において、配管１
の外周に設置される冷却ジャケット２は、中央部に配管
１を挿通させる穴を備えた中空二重円筒状をなし、その
内部の空間に冷却剤２−１を注入する注入管２−３と、
オーバフロー管２−４とを備え、挿通される配管１の外
周面に接する内側円筒部２−２の板厚を管軸方向に徐々
に厚く変化させてある。本実施例では、配管１に内包さ
れる流体５は冷却ジャケット２の一方(図上、右側)にお
いて他方より強く冷却される。強冷却される部分は他よ
り先行凝固し、半径方向において凝固が連結する時点で
の凝固塊３は、図中、実線で示したように強冷却側に片
寄った形状となる。その後、図中、矢印のように凝固塊
３の大部分は冷却範囲の一方から他方へ成長する。
の外周に設置される冷却ジャケット２は、中央部に配管
１を挿通させる穴を備えた中空二重円筒状をなし、その
内部の空間に冷却剤２−１を注入する注入管２−３と、
オーバフロー管２−４とを備え、挿通される配管１の外
周面に接する内側円筒部２−２の板厚を管軸方向に徐々
に厚く変化させてある。本実施例では、配管１に内包さ
れる流体５は冷却ジャケット２の一方(図上、右側)にお
いて他方より強く冷却される。強冷却される部分は他よ
り先行凝固し、半径方向において凝固が連結する時点で
の凝固塊３は、図中、実線で示したように強冷却側に片
寄った形状となる。その後、図中、矢印のように凝固塊
３の大部分は冷却範囲の一方から他方へ成長する。
【００２８】図２に示す第２の実施例において、配管１
の外周に設置される冷却ジャケット２は、中央部に配管
１を挿通させる穴を備えた中空二重円筒状をなし、その
内部の空間を第１，第２の二つの区画に仕切る管軸に垂
直な仕切り壁２−５と、該第１の区画に冷却剤２−１を
注入する注入管２−３と、該第１の区画と第２の区画を
連通する連結管２−６と、前記第２の区画に備えられた
オーバフロー管２−４とを含んで形成されている。な
お、冷却ジャケットの管軸方向の冷却長さ２Ａは、配管
１の直径をＤとして２Ｄとし、第１の区画の管軸方向の
長さｄは、１Ｄとした。一般的には、２Ａ＝２〜３Ｄ，
ｄ＝０．５〜１Ｄとすればよい。
の外周に設置される冷却ジャケット２は、中央部に配管
１を挿通させる穴を備えた中空二重円筒状をなし、その
内部の空間を第１，第２の二つの区画に仕切る管軸に垂
直な仕切り壁２−５と、該第１の区画に冷却剤２−１を
注入する注入管２−３と、該第１の区画と第２の区画を
連通する連結管２−６と、前記第２の区画に備えられた
オーバフロー管２−４とを含んで形成されている。な
お、冷却ジャケットの管軸方向の冷却長さ２Ａは、配管
１の直径をＤとして２Ｄとし、第１の区画の管軸方向の
長さｄは、１Ｄとした。一般的には、２Ａ＝２〜３Ｄ，
ｄ＝０．５〜１Ｄとすればよい。
【００２９】施工にあたっては、まず、冷却剤２−１は
第１の区画である一次冷却部にのみ満たされるように供
給量が調整される。このとき、蒸発した冷却剤２−１は
連結管２−６を経て第２の区画である二次冷却部に流入
する。配管１に内包される流体５は冷却ジャケット２の
一次冷却部においてより強く冷却される。したがって、
一次冷却部に接する部分の配管内の流体は二次冷却部に
接する部分の配管内の流体より先行凝固し、半径方向に
おいて凝固が連結する時の凝固塊３は、図中、実線で示
したように一次冷却部側に片寄った形状となる。その
後、冷却剤２−１は一次冷却部と二次冷却部の両方に満
たされるように供給量が調整される。これによって、図
中、矢印のように凝固塊３の大部分の成長は冷却範囲の
一次冷却部側から二次冷却部側へ進行する。なお、三
次、四次と複数の仕切を設け、より多くの冷却部を設け
れば、冷却ジャケット２の冷却能力を管軸方向により滑
らかに変化させることが可能となる。
第１の区画である一次冷却部にのみ満たされるように供
給量が調整される。このとき、蒸発した冷却剤２−１は
連結管２−６を経て第２の区画である二次冷却部に流入
する。配管１に内包される流体５は冷却ジャケット２の
一次冷却部においてより強く冷却される。したがって、
一次冷却部に接する部分の配管内の流体は二次冷却部に
接する部分の配管内の流体より先行凝固し、半径方向に
おいて凝固が連結する時の凝固塊３は、図中、実線で示
したように一次冷却部側に片寄った形状となる。その
後、冷却剤２−１は一次冷却部と二次冷却部の両方に満
たされるように供給量が調整される。これによって、図
中、矢印のように凝固塊３の大部分の成長は冷却範囲の
一次冷却部側から二次冷却部側へ進行する。なお、三
次、四次と複数の仕切を設け、より多くの冷却部を設け
れば、冷却ジャケット２の冷却能力を管軸方向により滑
らかに変化させることが可能となる。
【００３０】以上第１，第２の実施例によれば、冷却ジ
ャケットを移動させずに内部流体の凝固を管軸一方向に
進行させることが可能となり、水平、垂直の配管の姿勢
を問わずに適用できる。
ャケットを移動させずに内部流体の凝固を管軸一方向に
進行させることが可能となり、水平、垂直の配管の姿勢
を問わずに適用できる。
【００３１】図３は、配管１に閉じたバルブ、閉止栓な
どの閉塞端４がある配管１にアイスプラグを形成する第
３の実施例を示す。この場合、図１，図２において説明
した冷却ジャケット２を用いて、内部流体の凝固を主と
して閉塞端４側から閉塞端４と反対方向に進行させるこ
とにより、内部流体５が封止された後の封止側流体５Ａ
の凝固量が小さくなることから流体５の圧力上昇を抑制
し、配管１の破裂を防止することが可能となる。
どの閉塞端４がある配管１にアイスプラグを形成する第
３の実施例を示す。この場合、図１，図２において説明
した冷却ジャケット２を用いて、内部流体の凝固を主と
して閉塞端４側から閉塞端４と反対方向に進行させるこ
とにより、内部流体５が封止された後の封止側流体５Ａ
の凝固量が小さくなることから流体５の圧力上昇を抑制
し、配管１の破裂を防止することが可能となる。
【００３２】図４は、配管１の２ヵ所で内部流体の冷却
凝固を行ってアイスプラグを形成させる第４の実施例を
示し、両者の中間で配管１の補修が行われる場合に適用
される。この場合、図１，図２において説明した冷却ジ
ャケット２を用いて、２ヵ所での内部流体の凝固を互い
に近接した側から反対方向に遠ざかる方向に進行させ
る。凝固方向をこうすることにより、内部流体５が封止
された後の封止領域内の封止側流体５Ａの凝固量が小さ
くなり、流体５の圧力上昇を抑制して配管１の破裂を防
止することが可能となる。封止領域とは、２個のアイス
プラグで挟まれた配管領域もしくはアイスプラグと閉塞
端で挟まれた配管領域である。
凝固を行ってアイスプラグを形成させる第４の実施例を
示し、両者の中間で配管１の補修が行われる場合に適用
される。この場合、図１，図２において説明した冷却ジ
ャケット２を用いて、２ヵ所での内部流体の凝固を互い
に近接した側から反対方向に遠ざかる方向に進行させ
る。凝固方向をこうすることにより、内部流体５が封止
された後の封止領域内の封止側流体５Ａの凝固量が小さ
くなり、流体５の圧力上昇を抑制して配管１の破裂を防
止することが可能となる。封止領域とは、２個のアイス
プラグで挟まれた配管領域もしくはアイスプラグと閉塞
端で挟まれた配管領域である。
【００３３】また、上記第４の実施例のように、２個所
にアイスプラグを形成する場合は、まず一方のアイスプ
ラグを任意の方向に成長させつつ形成したあと、他方の
アイスプラグをすでに形成されたアイスプラグから遠ざ
かる方向に成長させつつ形成してもよい。特に、一方の
アイスプラグの一方の側の配管が閉塞されているとき、
つまり他方のアイスプラグから遠ざかる方向が閉塞端に
近づく方向であるときは、閉塞端に近い方のアイスプラ
グを、閉塞端から遠ざかる方向(他方のアイスプラグに
近づく方向)に成長させて形成したのち、他方のアイス
プラグを、すでに形成されたアイスプラグから遠ざかる
方向に成長させつつ形成すればよい。
にアイスプラグを形成する場合は、まず一方のアイスプ
ラグを任意の方向に成長させつつ形成したあと、他方の
アイスプラグをすでに形成されたアイスプラグから遠ざ
かる方向に成長させつつ形成してもよい。特に、一方の
アイスプラグの一方の側の配管が閉塞されているとき、
つまり他方のアイスプラグから遠ざかる方向が閉塞端に
近づく方向であるときは、閉塞端に近い方のアイスプラ
グを、閉塞端から遠ざかる方向(他方のアイスプラグに
近づく方向)に成長させて形成したのち、他方のアイス
プラグを、すでに形成されたアイスプラグから遠ざかる
方向に成長させつつ形成すればよい。
【００３４】配管内部の圧力上昇によって配管に発生す
る応力を求めるために、（ａ）配管１に閉塞端４がある
場合、（ｂ）配管１の２ヵ所で内部流体の冷却凝固を行
う場合についての計算モデルを図５，図６に示す。ここ
で、冷却ジャケット２は、図１，図２に示した構造では
なく、従来の構造として説明する。図５，６において、
配管１の平均直径を２Ｒ、冷却ジャケット２の長さを２
Ａ、閉塞端４と冷却ジャケット２中央までの距離をＬ、
冷却ジャケット２中央間の距離を２Ｌとする。また、半
径方向において凝固が連結して凝固塊３の両側を結ぶ流
体の流れが遮断された時の凝固塊３の形状を図中実線の
ように仮定する。すなわち、圧力上昇に寄与する凝固範
囲５Ｂは、図中ドットで示したように、円錐形状である
と仮定する。内部流体は非圧縮性流体としてよいから、
当該円錐部分の凝固に伴う体積膨張量とこれを吸収する
配管の変形量は等しい。詳細は省略するが、以上の計算
条件に基づいて、配管に発生する応力を求めた。なお、
内圧による配管の応力は軸方向より円周方向が大きく、
ここでは円周方向応力を計算した。
る応力を求めるために、（ａ）配管１に閉塞端４がある
場合、（ｂ）配管１の２ヵ所で内部流体の冷却凝固を行
う場合についての計算モデルを図５，図６に示す。ここ
で、冷却ジャケット２は、図１，図２に示した構造では
なく、従来の構造として説明する。図５，６において、
配管１の平均直径を２Ｒ、冷却ジャケット２の長さを２
Ａ、閉塞端４と冷却ジャケット２中央までの距離をＬ、
冷却ジャケット２中央間の距離を２Ｌとする。また、半
径方向において凝固が連結して凝固塊３の両側を結ぶ流
体の流れが遮断された時の凝固塊３の形状を図中実線の
ように仮定する。すなわち、圧力上昇に寄与する凝固範
囲５Ｂは、図中ドットで示したように、円錐形状である
と仮定する。内部流体は非圧縮性流体としてよいから、
当該円錐部分の凝固に伴う体積膨張量とこれを吸収する
配管の変形量は等しい。詳細は省略するが、以上の計算
条件に基づいて、配管に発生する応力を求めた。なお、
内圧による配管の応力は軸方向より円周方向が大きく、
ここでは円周方向応力を計算した。
【００３５】図７に計算結果を示す。縦軸に円周方向応
力Ｋgf／mm2を、横軸に冷却ジャケットの長さで除して
無次元化した封水領域の距離を示す。配管の材料を炭素
鋼とし、公称外径寸法を１インチ（１Ｂ）管から２６イ
ンチ（２６Ｂ）管とし、また、内部流体を水として計算
を行った。図７より、封水領域の距離が小さくなると、
応力は大きく上昇することが分かる。また、管径が小さ
くなると応力は上昇するが、その差は小さい。配管に発
生する応力を配管材料の降伏強度以下に抑えれば、配管
には塑性変形が生じない。したがって、応力を降伏強度
以下にすれば、配管の破壊を防止できるとともに、施工
後においても永久変形が残らない。
力Ｋgf／mm2を、横軸に冷却ジャケットの長さで除して
無次元化した封水領域の距離を示す。配管の材料を炭素
鋼とし、公称外径寸法を１インチ（１Ｂ）管から２６イ
ンチ（２６Ｂ）管とし、また、内部流体を水として計算
を行った。図７より、封水領域の距離が小さくなると、
応力は大きく上昇することが分かる。また、管径が小さ
くなると応力は上昇するが、その差は小さい。配管に発
生する応力を配管材料の降伏強度以下に抑えれば、配管
には塑性変形が生じない。したがって、応力を降伏強度
以下にすれば、配管の破壊を防止できるとともに、施工
後においても永久変形が残らない。
【００３６】図１，図２に示した本発明の構造ではな
く、従来の構造を有する冷却ジャケット２を用いる場
合、閉塞端からアイスプラグ施工個所までの距離Ｌを冷
却ジャケット長さ２Ａの少なくとも１０倍とすれば、配
管に発生する応力を配管材料の降伏強度以下に抑えられ
ることが第７図から分かる。また、アイスプラグ施工を
行う２個所の距離２Ｌを冷却ジャケット長さ２Ａの少な
くとも２０倍とすれば、同様に、配管に発生する応力を
配管材料の降伏強度以下に抑えることができる。さら
に、配管に発生する応力を設計許容応力以下に抑えるた
めには、それぞれ、冷却ジャケット長さ２Ａの少なくと
も１７倍、３５倍とすればよい。
く、従来の構造を有する冷却ジャケット２を用いる場
合、閉塞端からアイスプラグ施工個所までの距離Ｌを冷
却ジャケット長さ２Ａの少なくとも１０倍とすれば、配
管に発生する応力を配管材料の降伏強度以下に抑えられ
ることが第７図から分かる。また、アイスプラグ施工を
行う２個所の距離２Ｌを冷却ジャケット長さ２Ａの少な
くとも２０倍とすれば、同様に、配管に発生する応力を
配管材料の降伏強度以下に抑えることができる。さら
に、配管に発生する応力を設計許容応力以下に抑えるた
めには、それぞれ、冷却ジャケット長さ２Ａの少なくと
も１７倍、３５倍とすればよい。
【００３７】なお、図１から図２に示した本発明の構造
を有する冷却ジャケット２をもちいれば、閉塞端からア
イスプラグ施工個所までの距離は非常に小さくでき、施
工性が向上することは言うまでもない。
を有する冷却ジャケット２をもちいれば、閉塞端からア
イスプラグ施工個所までの距離は非常に小さくでき、施
工性が向上することは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】請求項１，２に記載のアイスプラグ工法
によれば、内部流体が封止される配管領域の長さの最低
限度が規定されるので、従来の一般的な冷却ジャケット
を用いてアイスプラグを形成しても、封水部の圧力上昇
を抑制でき、配管の破壊を防止できるとともに、施工後
においても永久変形が残らないという効果がある。
によれば、内部流体が封止される配管領域の長さの最低
限度が規定されるので、従来の一般的な冷却ジャケット
を用いてアイスプラグを形成しても、封水部の圧力上昇
を抑制でき、配管の破壊を防止できるとともに、施工後
においても永久変形が残らないという効果がある。
【００３９】請求項３，４，５に記載のアイスプラグ工
法によれば、アイスプラグ形成時の内部流体の凝固の進
行が主として封止領域外で行われ、封止領域にある流体
の封止された後の凝固に伴う体積膨張を少なくできるの
で、閉塞端からアイスプラグ施工個所までの距離を小さ
くしても、配管内部の圧力上昇を抑制することができ
る。
法によれば、アイスプラグ形成時の内部流体の凝固の進
行が主として封止領域外で行われ、封止領域にある流体
の封止された後の凝固に伴う体積膨張を少なくできるの
で、閉塞端からアイスプラグ施工個所までの距離を小さ
くしても、配管内部の圧力上昇を抑制することができ
る。
【００４０】請求項６，７，８，９に記載の冷却ジャケ
ットによれば、冷却ジャケットの冷却面の伝熱特性、つ
まり冷却能力が管軸方向に変化しているので、冷却ジャ
ケットを移動させずに凝固晶の成長を所望の方向に進行
させることができ、冷却操作が容易になる。
ットによれば、冷却ジャケットの冷却面の伝熱特性、つ
まり冷却能力が管軸方向に変化しているので、冷却ジャ
ケットを移動させずに凝固晶の成長を所望の方向に進行
させることができ、冷却操作が容易になる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示す縦断面図である。
【図５】圧力上昇の計算モデルを示す模式図である。
【図６】圧力上昇の計算モデルを示す模式図である。
【図７】圧力上昇の計算結果を示すグラフである。
【図８】アイスプラグの成長と封止流体の圧力上昇の過
程を示す縦断面図である。
程を示す縦断面図である。
１ 配管 ２ 冷却ジャケット ２−１ 冷却剤 ２−２ 冷却ジャケットの配管に接する部材 ２−５ 仕切り板 ３ 凝固塊(アイスプラグ) ４ 閉塞端 ５ 内部流体 ５Ａ 封止側流体 ５Ｂ 圧力上昇に寄与する凝固範囲
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 雅幸 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭60−127029（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−17297（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−99389（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16L 55/10
Claims (9)
- 【請求項１】 配管の少なくとも２個所の内部流体を該
配管外部に装着した冷却ジャケットによって冷却凝固さ
せて該配管中にアイスプラグを形成し、該アイスプラグ
によって内部流体の移動を封止するアイスプラグ工法に
おいて、アイスプラグ施工を行う２個所の距離を前記冷
却ジャケットの冷却長さの少なくとも２０倍とすること
を特徴とするアイスプラグ工法。 - 【請求項２】 配管の内部流体を該配管外部に装着した
冷却ジャケットによって冷却凝固させて該配管中にアイ
スプラグを形成し、該アイスプラグによって内部流体の
移動を封止するアイスプラグ工法において、前記アイス
プラグは、当該配管の閉塞端からすくなくとも冷却ジャ
ケットの冷却長さの１０倍離れた位置に形成されること
を特徴とするアイスプラグ工法。 - 【請求項３】 配管の少なくとも２個所に該配管の内部
流体を冷却凝固させる冷却ジャケットを装着し、前記冷
却凝固を管軸の特定の方向に進行させて該配管中にアイ
スプラグを形成し、該アイスプラグによって内部流体の
移動を封止するアイスプラグ工法において、まず前記２
ヵ所のアイスプラグのうちの一方の冷却凝固を任意の方
向に進行させて形成し、次いで他のアイスプラグの冷却
凝固を主として前記一方のアイスプラグから遠ざかる方
向に進行させることを特徴とするアイスプラグ工法。 - 【請求項４】 配管の少なくとも２個所に該配管の内部
流体を冷却凝固させる冷却ジャケットを装着し、前記冷
却凝固を管軸の特定の方向に進行させて該配管中にアイ
スプラグを形成し、該アイスプラグによって内部流体の
移動を封止するアイスプラグ工法において、前記２ヵ所
での内部流体の凝固を主として互いに遠ざかる方向に進
行させることを特徴とするアイスプラグ工法。 - 【請求項５】 一端が閉塞された配管に該配管の内部流
体を冷却凝固させる冷却ジャケットを装着し、前記冷却
凝固を管軸の特定の方向に進行させて該配管中にアイス
プラグを形成し、該アイスプラグによって内部流体の移
動を封止するアイスプラグ工法において、内部流体の凝
固を主として前記配管の閉塞端から遠ざかる方向に進行
させることを特徴とするアイスプラグ工法。 - 【請求項６】 配管外周に接して設置され、該配管の内
部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進行させる冷却ジャ
ケットにおいて、該冷却ジャケットは独立した容器を形
成し、該容器の配管に接する部材の伝熱特性が、段階的
または連続的に、管軸の一方向に向かって増加している
ことを特徴とする冷却ジャケット。 - 【請求項７】 配管外周に接して設置され、該配管の内
部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進行させる冷却ジャ
ケットにおいて、該冷却ジャケットは独立した容器を形
成し、該容器の配管に接する部材の板厚が管軸の一方向
に向かって徐々に厚くなっていることを特徴とする冷却
ジャケット。 - 【請求項８】 配管外周に接して設置され、該配管の内
部流体の冷却凝固を管軸の一方向に進行させる冷却ジャ
ケットにおいて、該冷却ジャケットは独立した容器を形
成し、該容器の配管に接する部材に、管軸方向に徐々に
厚くなる断熱層を設けたことを特徴とする冷却ジャケッ
ト。 - 【請求項９】 配管外周に接して設置され、該配管の内
部流体を冷却凝固させる冷却剤を収容する空間を備えた
冷却ジャケットにおいて、該冷却ジャケットは独立した
容器を形成し、該容器の前記空間に管軸と垂直方向の仕
切り板を設け、冷却剤を収容する空間を管軸方向に複数
の区画に分割したことを特徴とする冷却ジャケット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094219A JP3018258B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 冷却ジャケット及びアイスプラグ工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094219A JP3018258B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 冷却ジャケット及びアイスプラグ工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04327089A JPH04327089A (ja) | 1992-11-16 |
| JP3018258B2 true JP3018258B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=14104207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094219A Expired - Fee Related JP3018258B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 冷却ジャケット及びアイスプラグ工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018258B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007327662A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Hitachi Building Systems Co Ltd | 吸収式冷凍機のメンテナンス方法及び冷却凍結装置 |
| JP4972595B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2012-07-11 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 配管のき裂進展抑止方法 |
-
1991
- 1991-04-24 JP JP3094219A patent/JP3018258B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04327089A (ja) | 1992-11-16 |
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