JPH04327089A - 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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- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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、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、冷却ジャケットの配
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
ト及びアイスプラグ工法の実施例を示す。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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2
6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。
、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。
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。
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。
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
。
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。
程を示す縦断面図である。
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
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、冷却ジャケット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、冷却ジャケット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、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
。
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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 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH04327089A true JPH04327089A (ja) | 1992-11-16 |
JP3018258B2 JP3018258B2 (ja) | 2000-03-13 |
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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 |
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JP (1) | JP3018258B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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 |
JP2009243545A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 配管のき裂進展抑止方法 |
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1991
- 1991-04-24 JP JP3094219A patent/JP3018258B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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