配管の種類と部品

配管とは、流体の輸送やエネルギーの伝達などを目的に、管(パイプやホース)・継手・バルブ・計器・保護材などで構成した構造体です。また「配管する」という場合は、配管の設計施工を指します。
配管は、配管は流体に適応したさまざまな材質で作られています。ここでは、管の種類と材質の種類や特徴、継手やバルブなど配管を構成する部品について解説します。

配管の種類と流体

配管を流れる流体には、液体・気体・粉体・粒体などがあります。配管は流れる流体によって呼び方が異なります。流体が液体の場合は「液体配管」、気体の場合は「気体配管」などといいます。他に電気配線を保護する「配線保護用配管」などがあります。このうち、ここでは液体配管と気体配管について説明します。

液体配管

液体配管には、水を流す「水配管」と油を流す「油配管」があります。
水配管の流体には、飲料水や雑用水、排水・熱源水などがあります。いずれの場合も、自然環境による劣化や冬季の凍結による破損には注意が必要です。また、水が管内を流れる際に発生する乱流は、配管を内部から摩耗・腐食させる原因になるので、配管のレイアウトには注意が必要です。
油配管は油を流す配管で、エネルギーの伝達や給油のために使われます。エネルギーの伝達としては油圧装置に、また給油として潤滑油の供給装置などがあります。水配管に比べて高い圧力がかかり、腐食性が高い流体に適応するため、耐圧性や耐食性が高い配管が求められます。

気体配管

気体配管は、空気やガスを流す配管で水蒸気や冷媒も気体配管で流します。また、真空配管も気体配管の一種です。ガスを流すガス管には、埋設部の腐食対策としてポリエチレンで被覆した管(樹脂被覆鋼管)やポリエチレン管を使います。また、水蒸気を流す配管には圧力や高い温度がかかるため、耐圧性能や100℃以上の温度に耐える鋼管を使います。
最も身近な気体配管としては、エアコンの冷媒配管があります。冷媒配管は、室内の温度を調節するために、室内機と室外機の間で冷媒(フロン)を流す配管として利用します。

配管材質の種類と用途

配管の材質は、大きく金属と非金属に分かれていて、それぞれ「金属管」、「非金属管」といいます。金属管には鋼やステンレス、アルミニウム・銅などを、また非金属管には合成樹脂を使います。そして、これらは流体の種類や使用環境、目的などによって使い分けます。

金属管の材質と用途

配管に使う金属には、炭素鋼や合金鋼・ステンレス・アルミニウム・銅などに添加物を配合した素材を使います。これらを用いた配管の材質と用途を以下に示します。

金属管の材質と用途
金属管の材質と用途
金属管の材質と用途
炭素鋼鋼管
炭素鋼を素材とした配管です。「炭素鋼」は、鉄と炭素の合金で、炭素の含有量によって強度や腐食性を変えることができます。他の素材に比べて安価なので、液体・気体を問わず、さまざまな流体の配管に利用されています。
合金鋼鋼管(合金鋼管)
炭素鋼にクロム、ニッケル、モリブデンなどを添加した「合金鋼」を素材にした配管です。これら合金元素の配合によって、低温・高温への耐久性を変えることができます。他の素材に比べて低温・高温に強いため、熱交換用の配管システムや、加熱炉などで利用されています。
ステンレス管(ステンレス鋼鋼管)
配管に使われるステンレスは10.5%以上のクロムを含んだ合金鋼で、「SUS(サス)」といいます。炭素鋼に比べて高価ですが錆びにくく、強度に優れています。また、リサイクルが可能です。用途に応じて多くの種類がありますが、給水・給湯・排水・冷温水の配管には、主としてSUS304TPD、SUS315J1TPD、SUS315J2TPD、SUS316TPDが用いられます。
アルミ管
アルミニウムの軽く錆びにくい特徴を活かした配管です。純度99%以上のアルミニウムは強度が低いため、ジュラルミンなどを添加して、強度を高めて使用します。主に、熱交換器や船舶などの配管に利用されています。
銅管
水や土に対する耐食性に優れた銅を素材にした配管です。亜鉛、スズ、金、銀などを配合することで、幅広い強度を持たせることができます。また、殺菌作用もあるため、エアコンの空気や冷媒などの流体の配管から飲料水の給水管まで、幅広く利用されています。

非金属管の材質と用途

非金属管には、一般に「塩ビ管」といわれる「樹脂管」や「耐火二層管」があり、さらにポリエチレンを使った「架橋ポリエチレン管」や、ポリブテンを使った「ポリブテン管」などがあります。これらを用いた配管の特徴と用途を以下に示します。

失敗しない流量管理
樹脂管
樹脂を素材にした配管です。代表的な素材としては、「硬質ポリ塩化ビニル管(塩ビ管)」があり、大型建造物の埋設部分や一般住宅などに使用されています。
硬質ポリ塩化ビニル管は、薬品に耐性があり酸性土壌による腐食がありません。このため、汚水の酸・アルカリの影響を受けず、硫化しません。軽量・安価で、切断や接続が容易なため、取り扱いが容易という特徴があります。
耐火二層管
塩化ビニル管の外面をモルタル繊維で覆った、2層構造の配管です。内面が塩化ビニル素材で腐食しにくく、外面がモルタル繊維で耐火性に優れるため、防火区画貫通箇所に利用されます。
架橋ポリエチレン管
樹脂管の一種です。有害な化学物質を出さず、国による環境ホルモンの基準をクリアしています。一般的使用環境での耐用年数が約30年と長いため、戸建て住宅や集合住宅の給湯管や給水管などに使用されます。可とう性が高いため、地震で破断しにくいというメリットがあります。また、軽量で、小口径の配管が作れて接合は管どうしを差し込むだけなので接着剤やろう付けが不要という取り扱いの容易さも特徴です。
架橋ポリエチレン管には、他に「水道用架橋ポリエチレン管」があり、これは主に屋内配管に使われます。
ポリブテン管
ポリオレフィン系の樹脂であるポリブテンを素材にした配管です。耐高温、耐薬品性が高く、保温性にも優れ、軽量で取り扱いやすいというメリットがあります。
給水、給湯、冷暖房用などに使われます。特に、温水配管として床暖房配管や温泉などの引湯管、太陽熱集熱器、温室やビニールハウスの暖房配管などに用いられています。

配管を構成する部品

配管設備は、管と管を結合する「継手」や流体を止めたり逆流を防ぐ「バルブ」、さらに、管を外気から守ったり、外面の腐食を防ぐ部品などで構成されます。ここでは、これら配管を構成する部品を、図面での表記例を交えて紹介します。

継手

管と管を接続する部品です。配管の構成には欠かせない部品で、流体が流れる方向を変えたり、複数の管をまとめたり、さらに管の太さを変えるなどの役割りがあります。
配管継手には、役割りや材質などにより多くの種類があります。しかし、配管の種類に応じて、適切な継手を選ばなければなりません。ここでは、継手を形状で分類し、主な種類を紹介します。

エルボ
エルボ
例:90°エルボ

配管の方向を変える継手です。曲がり角度には45°や90°などがあります。また、曲げの半径が大きなロングエルボと小さなショートエルボがあります。また、エルボより曲がり角度が小さい「ベンド」といわれる部品もあります。ベンドにも、曲げの半径に応じてロングとショートがあります。ベンドは曲がり角度が小さいので、流体の抵抗を小さく抑えることができます。

クロス
クロス

十字状の継手で、4本の管を接続できます。ただし、機械設備の配管にはあまり使われていません。

ソケット
ソケット
例:ねじ込みソケット

同じ太さの管どうしを繋ぐための継手です。「フルカップリング」ともいわれています。ソケットには、配管との接続方法の違いにより、ねじ込み、差込み溶接などがあります。

ティー
ティー

T字型の継手です。配管を2方向に分岐するために使い、「チーズ」ともいわれています。同じ太さの管を接続するだけでなく、異なる太さの管を接続する場合もあります。

ワイ
ワイ
例:45°ワイ

Y字型の継手です。配管を2方向に分岐するために使います。曲がり角度には45°や90°などがあります。

レジューサ
レジューサ
例:同心レジューサ

異なる太さの管どうしを接続する継手です。直管部分で配管サイズを変える場合に使われ、管の中心線が一直線な「同心レジューサ」と平行にずれている「偏心レジューサ」があります。

ユニオン
ユニオン

「ねじ」「つば」「ナット」で構成されており、施工後に管を分解し、再度接続する必要がある箇所に使う継手です。

キャップ・プラグ
キャップ・プラグ

配管の管の端をふさぐ継手です。

バルブ(弁)

配管における「バルブ」の役割りは、流体を通したり止めたり、流量を制御するために通路を開閉することができる可動機構を持つ機器の総称です。バルブは、使用目的や流体の種類(液体・気体・可燃性・毒性・腐食性など)、材料別(金属・非金属)、圧力・温度別(低・中・高圧、低・常・高温)などにより、さまざまな構造のものがあります。ここでは、形状で分類できる代表的なバルブの種類と特徴を説明します。

グローブバルブ
グローブバルブ

外観が球状であることから「玉形弁(Globe)」とも呼ばれます。入り口と出口の中心線が一直線上にあり、流体はS字状に流れます。ゲートバルブに比べ開閉時間が短く、ジスク(流体の流れを仕切る部品)の形状を変えることで、流量を調節する「コントロール動作」、開または閉で使用する「オン・オフ動作」のどちらにも使用できます。

チャッキバルブ
チャッキバルブ

流体の流れを常に一定方向に保ち、流体の逆流を防止するためのバルブで、「逆止弁」ともいわれます。スイング式・リフト式・ウエハ式などがあり、ウォータハンマー防止としては、衝撃吸収式のウエハ式チャッキバルブが使用されます。

ボールバルブ
ボールバルブ

弁箱(バルブのボディー)の中に穴が開いた球形のジスクがあるバルブです。弁体を回転させて流路を開閉し、流体を制御します。内部の部品にソフトシートを使っているため、高温領域の使用には制限があります。操作性が良く最も広範囲の用途に用いられるバルブで、材質、サイズ共に多くの種類があります。

バタフライバルブ
バタフライバルブ

円盤状の弁体を持ち、弁体が回転することで流路を開閉するバルブです。コンパクトさとシンプルな構造を併せ持ち、バルブの入り口から出口までの距離が短いため、配管作業が容易です。中間開度で流量を調節したり、開または閉で使用することができます。

防食材と断熱材

配管を地中に埋設すると、水分や微生物などの作用で、管の外面が腐食する場合があります。また、屋外の配管は外気にさらされるため、流体の温度が変化します。これらの対策として、配管には防食材や断熱材の施工が欠かせません。

防食材
防食テープや絶縁テープ、プライマーなどがあります。防食テープは、配管に巻き付けて被覆し保護します。また、絶縁テープは配管に巻き付けて、電気的作用による腐食を防ぎます。プライマーは、配管外面に塗布して腐食を防ぐ塗料です。
断熱材
流体を凍結や過熱といった熱損失から守るために、管に巻き付ける材料です。断熱材には、グラスウールやロックウール、発泡ポリウレタンなどがあります。これら断熱材の適切な選定や工事については、国や自治体が発行する工事共通仕様書で確認することができます。

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