JP7012355B2 - 配管の保持構造 - Google Patents

Description

本発明は、配管の保持構造に関する。

竪坑内に配管を設置する場合、例えば、掘削した竪坑中に採放熱管を挿入した後、竪坑内の採放熱管の周囲を充填材で充填することで配管を設置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような技術によれば、充填材を用いることにより地盤と採放熱管との間の熱交換を促進することができ、地中熱を効率よく利用して冷暖房等を行うことができる。

特開２０１７－２２７３６２号公報

ここで、上述したような従来の技術は、通常、熱源が地表近くにあるような温泉地などに用いられる。このため、長さが比較的短い配管が用いられ、自重等による配管への荷重負荷を小さくできる分、配管等の保守が不要となってこれを半恒久的に埋設することができる。

これに対し、地中深くまで配管を延設するような施設では、上述した荷重負荷に起因する配管の変形や破断の防止を目的とし、定期または不定期で配管等を地上に引き揚げてメンテナンスする必要がある。

しかしながら、上記メンテナンスは、配管を設置する縦坑が深い分、大がかりとなるため、配管自身の変形等を可及的に抑制可能な配管の保持構造が求められている。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、縦坑内の空間に配管を保持する際、配管自体が変形するのを防止することが可能な配管の保持構造を提供することにある。

本開示のいくつかの態様は、
（１）縦坑に設置され鉛直方向に延設される長手形状の一または二以上の配管を保持する配管の保持構造であって、
前記縦坑の内周面を覆うように配置され、内外を液密に隔離するケーシングパイプと、
前記ケーシングパイプに一体または別体として設けられた少なくとも１つの支持部と、
この支持部に接続され、鉛直方向の荷重を受けるバネ部材と、
前記配管の前記バネ部材に対応する部位に接続され、前記バネ部材に着座する配管係止部材と、を備えていることを特徴とする配管の保持構造、
（２）前記支持部と前記配管係止部材との間に介在するスペーサ部材を備え、
前記スペーサ部材は、前記配管が鉛直方向に貫通しかつ前記配管の水平方向への移動を規制する前記（１）に記載の配管の保持構造、
（３）前記ケーシングパイプが多段のケーシングパイプで構成され、
前記支持部が、上下に隣接する二つの前記ケーシングパイプの接続部位に形成されかつ鉛直上方が開放された面を有する前記（１）または（２）に記載の配管の保持構造、
（４）二以上の配管を保持する配管の保持構造であって、前記バネ部材が前記配管ごとに設けられ、前記バネ部材がそれぞれ独立して荷重を受ける前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の配管の保持構造、
（５）二以上の配管を保持し、これら二以上の配管のうちの少なくとも二本がＵ字状配管を構成する前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の配管の保持構造、および
（６）ケーシングパイプ内における配管外の空間が、鉛直方向で少なくとも二つに分離される前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の配管の保持構造
である。

なお、本明細書において、配管の数は、１つの支持部を鉛直方向に通過する管の数を意味し、例えば、単一の直管の場合は「一の配管」、単一のＵ字状配管の場合は「二の配管」と計数する。

本発明は、縦坑内の空間に配管を保持する際、配管自体が変形するのを防止することが可能な配管の保持構造を提供することができる。

本発明の第１の実施形態を示す概略的縦断面図である。 図１の支持部近傍を拡大して示す概略的斜視図である。 図２の概略的断面図である。 本発明の第２の実施形態の支持部近傍を拡大して示す概略的斜視図である。 図４の概略的側面図である。 図４の配管の一部を拡大して示す概略的斜視図である。 本発明の第３の実施形態の支持部近傍を拡大して示す概略的断面図である。

当該配管の保持構造は、縦坑に設置され鉛直方向に延設される長手形状の一または二以上の配管を保持する配管の保持構造であって、上記縦坑の内周面を覆うように配置され、内外を液密に隔離するケーシングパイプと、上記ケーシングパイプに一体または別体として設けられた少なくとも１つの支持部と、この支持部に接続され、鉛直方向の荷重を受けるバネ部材と、上記配管の上記バネ部材に対応する部位に接続され、上記バネ部材に着座する配管係止部材と、を備えていることを特徴とする。

なお、当該配管の保持構造に用いられる配管は、全体として略鉛直方向に延設された長手形状の管であり、例えば、直管、Ｕ字状配管などの各種の配管が採用される。この配管には、例えば、液体および／または気体などの各種の流体が流通または内包される。

以下、本発明の第１～第３の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施形態にのみ限定されるものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態を示す概略的縦断面図である。また、図２および図３は、それぞれ図１の支持部近傍を拡大して示す概略的斜視図、およびその概略的断面図である。当該配管の保持構造は、図１～図３に示すように、概略的に、ケーシングパイプ１１０と、支持部２１０と、バネ部材３１０と、配管係止部材４１０とにより構成されている。なお、図２は、便宜上、第１のケーシングパイプ１１１（１１０）が記載されていない。

ケーシングパイプ１１０は、縦坑ａの内周面を覆うように配置され、内外を液密に隔離する部材である。このケーシングパイプ１１０は、具体的には、例えば、外径が異なる複数のケーシングパイプで構成され、地表ｇに近い部位から地下深部に向かって、外径が順次小さいケーシングパイプ１１０を鉛直同軸上に位置するように連結することで形成することができる。本実施形態は、４段（多段）のケーシングパイプ１１０で構成されている。

ケーシングパイプ１１０を設置する方法としては、例えば、第１の外径を有するドリルを用い、地表ｇから鉛直下方に向かって掘削することで第１段の縦坑ａ１を形成した後、この第１段の縦坑ａ１の内壁を覆うように第１のケーシングパイプ１１１を設置する。次いで、上記第１の外径よりも小さな外径を有するドリルを用い、第１のケーシングパイプ１１１を介して更に鉛直下方に向かって掘削することで第２段の縦坑ａ２を形成した後、この第２段の縦坑ａ２の内壁を覆うように第２のケーシングパイプ１１２（第１のケーシングパイプ１１１よりも小径）を設置し、第１のケーシングパイプ１１１の下端部と第２のケーシングパイプ１１２の上端部とを溶接等で連結する。以下、同様に操作し、順次径の小さいケーシングパイプ１１０を鉛直下方に設置することで、多段のケーシングパイプ１１０を形成することができる。

支持部２１０は、ケーシングパイプ１１０に一体または別体として設けられた少なくとも１つの部位である。この支持部２１０は、後述するバネ部材３１０を接続することができる限り特に限定されないが、図３に示すように、ケーシングパイプ１１０が多段のケーシングパイプ１１０で構成される場合、上下に隣接する二つのケーシングパイプ（例えば、ケーシングパイプ１１１、１１２）の接続部位ｊにて当該ケーシングパイプ１１０に一体として形成され、かつ鉛直上方が開放された面２１１（以下、「段部２１１」とも称する）にて構成することが好ましい。なお、本実施形態では、複数（３つ）の支持部２１０が、鉛直方向に沿って配設されている。

このように、支持部２１０が段部２１１で構成されていることで、ケーシングパイプ１１０に後述するバネ部材３１０を接続するための取付具などを設けることなく、簡易な構成でバネ部材３１０を確実に設置することができる。

バネ部材３１０は、支持部２１０に接続され、配管ｐ（配管内流体を含む）や配管係止部材４１０などにより生じる鉛直方向の荷重を受ける部材である。本実施形態では、バネ部材３１０は、ケーシングパイプ１１０の接続部位ｊに形成された段部２１１上に固定されている。

バネ部材３１０としては、例えば、螺旋状に巻回された弾性を有する線材（コイルスプリング）、板バネなどの弾性体等を採用することができる。本実施形態では、バネ部材３１０としてコイルスプリング３１１が採用されている。

配管係止部材４１０は、配管ｐのバネ部材３１０に対応する部位に接続され、バネ部材３１０に着座する部材である。この配管係止部材４１０としては、例えば、円盤状部材、ナット部材等を採用することができる。本実施形態では、図２および図３に示すように、円盤状部材４１１が用いられており、この円盤状部材４１１の中心部に穿設された孔４１１ａ内周のネジ部４１１ｂと、配管ｐ外周に形成されたネジ部とを螺合することで、これら円盤状部材４１１と配管ｐとが固定されている。

次に、当該配管の保持構造における作用について説明する。例えば、配管ｐ内が流体で満たされており、この流体を含む配管ｐ等に重力に伴う鉛直方向の荷重が生じている。本実施形態では、図１に示すように３つの支持部２１０を備えており、上記荷重は各円盤状部材４１１を介して３つのバネ部材３１０全てで受けている。このため、配管ｐ等の全荷重は３つに分散しており、その結果、一個所で全荷重を受ける場合に比べ、支持部２１０それぞれに掛かる鉛直方向の荷重、および配管ｐそれぞれに掛かる鉛直方向の荷重を低減することができ、過大な荷重に伴う配管ｐ等の変形を防止することができる。

以上のように、当該配管の保持構造は、上述した構成であるので、縦坑ａ内の空間に配管を保持する際、例えば、配管ｐ等により生じる鉛直方向の荷重を支持部２１０それぞれにて分散することにより、配管ｐの特定部位に応力が集中して配管ｐ自身が変形するのを防止することができる。その結果、配管ｐの交換等の大がかりなメンテナンスの頻度を低減することができる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態の支持部近傍を拡大して示す概略的斜視図である。また、図５は、図４の概略的側面図である。当該配管の保持構造は、図４および図５に示すように、概略的に、ケーシングパイプ１１０と、支持部２１０と、バネ部材３１０と、配管係止部材４２０と、スペーサ部材５２０とにより構成されている。本実施形態は、配管係止部材４２０、およびスペーサ部材５２０を備えている点で、第１の実施形態と異なっている。また、本実施形態は、複数の配管ｐを保持する配管の保持構造を例示している。なお、ケーシングパイプ１１０、支持部２１０およびバネ部材３１０は、第１の実施形態のものと同様であるので、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、図４～図６は、便宜上、第１のケーシングパイプ１１１が記載されていない。

配管係止部材４２０は、各配管ｐにおけるバネ部材３１０に対応する部位に接続され、後述するスペーサ部材５２０を介してバネ部材３１０に着座する。本実施形態に用いられる配管係止部材４２０としては、例えば、ナット部材４２１等を採用することができる。このようなナット部材４２１は、例えば、内周面にネジ部が螺設されており、このネジ部と、配管外周に形成されたネジ部とを螺合することで、これらナット部材４２１と配管ｐとが固定される。

スペーサ部材５２０は、支持部２１０と配管係止部材４２０との間に介在する部材である。このスペーサ部材５２０は、配管ｐの水平方向への移動を規制する。具体的には、スペーサ部材５２０としては、例えば、円盤状または円環状等の部材を用い、この部材に配管ｐが鉛直方向に貫通可能な孔５２０ａを穿設することで形成されている。なお、この孔５２０ａは、配管の本数等に応じて所望の位置に設けることができ、例えば、配管ｐが１本の場合は上記部材の略中央部、複数本の場合は配管ｐどうしが所定の間隔となるような部位に配設することができる。

ここで、当該配管の保持構造は、二以上の配管ｐを保持しており、これら二以上の配管ｐのうちの少なくとも二本をＵ字状配管ｐｕで構成することができる。具体的には、本実施形態では、図６に示すように、全ての配管ｐがＵ字状配管ｐｕで構成されており、Ｕ字状の部位ｐｕ１が配管ｐの最下部かつケーシングパイプ１１０の最深部近傍に位置するように配置されている。

このように、二以上の配管ｐのうちの少なくとも二本がＵ字状配管ｐｕで構成されることで、Ｕ字状配管ｐｕを用いて流体ｆを往還させるような、例えば、地熱による高温環境を用いた熱水の生成システム、高温高圧環境を用いた化合物の分解システム（例えば、超臨界状態または亜臨界状態での水素ガス製造）などに好適に適用することができる。

以上のように、当該配管の保持構造は、スペーサ部材５２０を備えているので、配管ｐが水平方向に揺動するのを抑制することができ、例えば横揺れ地震の際に上記配管ｐが揺動して破断するのを防止することができる。

［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態の支持部近傍を拡大して示す概略的断面図である。当該配管の保持構造は、図７に示すように、概略的に、ケーシングパイプ１１０と、支持部２１０と、蓋部材６３０と、バネ部材３３０と、配管係止部材４３０と、スペーサ部材５３０とにより構成されている。本実施形態は、バネ部材３３０、配管係止部材４３０、蓋部材６３０およびスペーサ部材５３０を備えている点で、第２の実施形態と異なっている。なお、本実施形態では、二以上の配管ｐを保持していると共に、蓋部材６３０とスペーサ部材５３０とを供用したものを例示している。また、ケーシングパイプ１１０および支持部２１０は第１の実施形態のものと同様であるので、その説明を援用する。

バネ部材３３０は、配管ｐごとに設けられ、それぞれ独立して配管ｐ（配管ｐ内の流体ｆを含む）や配管係止部材４３０などにより生じる鉛直方向の荷重を受ける。具体的には、バネ部材３３０としては、図７に示すように、例えば、配管ｐそれぞれの周りに螺旋状に巻回された弾性を有する線材（コイルスプリング３３１）等を採用することができる。

配管係止部材４３０は、各配管ｐのバネ部材３３０に対応する部位に接続され、バネ部材３３０に着座する。本実施形態に用いられる配管係止部材４３０としては、例えば、第２の実施形態で例示したものと同様の形状の配管係止部材等を採用することができる。

スペーサ部材５３０は、支持部２１０と配管係止部材４３０との間に介在する部材である。このスペーサ部材５３０は、配管ｐの水平方向への移動を規制する。本実施形態のスペーサ部材５３０は、支持部２１０とバネ部材３３０との間に配置されている。このスペーサ部材５３０は、配管ｐが鉛直方向に貫通可能な孔５３０ａが穿設されている。

蓋部材６３０は、ケーシングパイプ１１０内における配管ｐ外の空間を、鉛直方向で少なくとも二つに分離する部材である。この蓋部材６３０は、例えば、ケーシングパイプ１１０の横断面の内周形状と略同一の平面形状を有する円盤状に形成されており、所定の部位に配管が貫通可能な孔６３０ａが穿設されている。この蓋部材６３０は、例えば、支持部２１０上に配置されており、この蓋部材６３０よりも鉛直下方のケーシングパイプ１１０内の空間と、蓋部材６３０よりも鉛直上方のケーシングパイプ１１０内の空間とを分離する。なお、本実施形態では、蓋部材６３０により、この蓋部材６３０よりも鉛直上方の空間Ｓ１と、上記蓋部材６３０よりも鉛直下方の空間Ｓ２とが気密および液密状態で分離されている。

このように、蓋部材６３０等を用いてケーシングパイプ１１０内における配管ｐ外の空間が、鉛直方向で少なくとも二つに分離されることで、例えば地中深くに溜まった有毒または腐食性などを有するガス等がケーシングパイプ１１０を通して地表に噴出するのを防止することができる。

以上のように、当該配管の保持構造は、バネ部材３３０が配管ｐごとに設けられ、上記バネ部材３３０がそれぞれ独立して配管ｐ等の荷重を受けることで、鉛直方向における配管ｐごとの配管係止部材４３０の位置に公差を有する場合であっても、この公差を吸収することができ、各配管ｐ等の鉛直方向の荷重を確実に受けることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した第１～第３の実施形態では、径の異なる複数のケーシングパイプ１１１、１１２を繋ぎ合わせた多段のケーシングパイプ１１０を備えている配管の保持構造について説明したが、単一のケーシングパイプ（不図示）を備えている配管の保持構造であってもよい。

また、当該配管の保持構造に適用される配管ｐは、シームレス配管であってもよく、継手を用いて複数の管を直列に接続した接続配管であってもよい。上述の接続配管を採用する場合、配管係止部材を継手として供用するようにしてもよい。

また、上述した第１～第３の実施形態では、支持部２１０がケーシングパイプ１１０どうしの接続部位ｊにて当該ケーシングパイプ１１０に一体として形成された段部２１１である配管の保持構造について説明したが、支持部は、例えば、ケーシングパイプの中途に形成され、かつこのケーシングパイプの内側に突設する上記ケーシングパイプに一体または別体として設けられた凸部（不図示）など、段部２１１以外の態様の支持部を備えている配管の保持構造であってもよい。

また、上述した第２の実施形態では、配管係止部材４２０およびスペーサ部材５２０を各別に備えている配管の保持構造、第３の実施形態では、スペーサ部材５２０および蓋部材６３０が供用されている配管の保持構造について説明したが、配管係止部材、スペーサ部材および蓋部材のうちの少なくとも２つの部材が供用された構成の配管の保持構造であってもよく、配管係止部材、スペーサ部材および蓋部材を各別に備えた配管の保持構造であってもよい。

ａ、ａ１、ａ２ 縦坑
ｐ 配管
ｐｕ Ｕ字状配管
ｊ 接続部位
１１０、１１１、１１２ ケーシングパイプ
２１０ 支持部
２１１ 面（段部）
３１０、３３０ バネ部材
４１０、４２０、４３０ 配管係止部材
５２０、５３０ スペーサ部材
６３０ 蓋部材

Claims (6)

1. 縦坑に設置され鉛直方向に延設される長手形状の一または二以上の配管を保持する配管の保持構造であって、
   前記縦坑の内周面を覆うように配置され、内外を液密に隔離するケーシングパイプと、
   前記ケーシングパイプに一体または別体として設けられた少なくとも１つの支持部と、
   前記配管の外周に固定された配管係止部材と、
   前記支持部と前記配管係止部材との間に介在し、前記配管および前記配管係止部材により生じる鉛直方向の荷重を受けるバネ部材と、
   前記バネ部材と前記配管係止部材との間、または、前記支持部と前記バネ部材との間に介在するスペーサ部材と、を備え、
   前記スペーサ部材は、前記配管が鉛直方向に貫通しかつ前記配管の水平方向への移動を規制することを特徴とする配管の保持構造。
2. 縦坑に設置され鉛直方向に延設される長手形状の一または二以上の配管を保持する配管の保持構造であって、
   前記縦坑の内周面を覆うように配置され、内外を液密に隔離するケーシングパイプと、
   前記ケーシングパイプに一体または別体として設けられた少なくとも１つの支持部と、
   前記配管の外周に固定された配管係止部材と、
   前記支持部と前記配管係止部材との間に介在し、前記配管および前記配管係止部材により生じる鉛直方向の荷重を受けるバネ部材と、を備え、
   二以上の配管を保持する配管の保持構造であって、前記バネ部材が前記配管ごとに設けられ、前記バネ部材がそれぞれ独立して荷重を受けることを特徴とする配管の保持構造。
3. 前記支持部と前記バネ部材との間に介在するスペーサ部材を備え、
   前記スペーサ部材は、前記配管が鉛直方向に貫通しかつ前記配管の水平方向への移動を規制する請求項２に記載の配管の保持構造。
4. 前記ケーシングパイプが多段のケーシングパイプで構成され、
   前記支持部が、上下に隣接する二つの前記ケーシングパイプの接続部位に形成されかつ鉛直上方が開放された面を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配管の保持構造。
5. 二以上の配管を保持し、これら二以上の配管のうちの少なくとも二本がＵ字状配管を構成する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の配管の保持構造。
6. ケーシングパイプ内における配管外の空間が、鉛直方向で少なくとも二つに分離される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配管の保持構造。
   

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