JP2018003875A - 配管システム - Google Patents

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Abstract

【課題】防錆性、施工性、および熱伸縮吸収性を満たす配管システムを提供する。
【解決手段】本発明の配管システム100は、ポリオレフィン系樹脂を主成分として構成される縦配管211,212および横配管と;縦配管211,212および横配管の少なくともいずれかの管路210に接続された、当該管路210を10度以上屈曲させる樹脂製の屈曲継手311,312,351,352と;屈曲継手311,312,351,352に接続された別配管251,252,255と、を含む。さらに、少なくとも屈曲継手311,312,351,352が、縦配管211,212および横配管よりも弾性率が低い材料で構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、配管システムに関する。特に本発明は、冷温水を輸送する樹脂製配管システムに関する。
従来より、比較的大きな熱伸縮が発生する配管システム、たとえば冷温水配管システムを構成する配管には、熱伸縮量が小さい金属管が用いられてきた。たとえば、特開2006−83247号公報(特許文献1)に記載されているように、空調設備等の冷温水配管系は鋼管やその亜鉛メッキ管、ステンレス管を含み、さらに熱交換装置には銅管が使用されることが多い。
特開2006−83247号公報
金属管を用いた配管システムでは、さらなる熱収縮の低減のため、一定のスパンで剛固定を行ったり、伸縮継手を用いて伸縮を吸収したりすることができる。
しかしながら、金属管は錆びる性質のため、経年劣化による内面の腐食および漏水などの問題がある。また、金属管には剛固定による施工がなされるが、剛固定の施工性は悪く、コスト増となるため施工が困難である。さらに、金属管は重量が大きいため配管を保持する保持物および建物の強度も求められることからも、施工上の問題が大きい。さらに、伸縮継手は非常に高価であり、コスト上問題がある。
金属管による錆の問題を解決するためには、金属管を樹脂管に置き換えることが考えられる。樹脂管は軽量であるため施工性も良好である。しかしながら、樹脂管は金属管よりも熱伸縮量が非常に大きいため、冷温水配管システムなどの比較的大きな熱伸縮が発生する配管システムに適用するには、当該熱伸縮を吸収するための伸縮処理の問題が生じる。
以上の問題に鑑み、本発明の目的は、防錆性、施工性、および熱伸縮吸収性を満たす配管システムを提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明は以下の発明を含む。
(1)
本発明の配管システムは、ポリオレフィン系樹脂を主成分として構成される縦配管および横配管と;縦配管および横配管の少なくともいずれかに接続された、当該縦配管で構成される縦管路および当該横配管で構成される横管路の少なくともいずれかの管路を10度以上屈曲させる樹脂製の屈曲継手と;屈曲継手に接続された別配管と、を含む。さらに、少なくとも屈曲継手が、縦配管および横配管よりも弾性率が低い材料で構成されている。
このように、縦配管、横配管および屈曲継手が樹脂で構成されることにより、防錆性に優れ、かつ、軽量であるため施工性に優れる。また、横配管および縦配管の少なくともいずれかに所定の角度で管路を屈折させる屈曲継手を接続するとともに、屈曲継手を、それに接続された横配管および縦配管より弾性率が小さい材料で構成することにより、屈曲継手が、横配管または縦配管の熱伸縮による軸方向の相対変位により加えられる負荷によって容易に変形するため、当該相対変位を吸収する熱伸縮処理を容易に行うことができる。
なお、本明細書において、「管路」とは連結された配管で構成される経路をいい、「配管」とは管路を構成する管材をいう。
(2)
上記(1)の配管システムは、少なくとも縦配管および横配管が繊維材料により強化されていてよい。
これによって、縦配管および横配管の熱伸縮率が下がるため、屈曲継手が吸収すべき縦配管および横配管の軸方向の相対変位量を少なくすることができる。
なお、この場合において、縦配管および横配管に加え、別配管も繊維材料により強化されていてもよいが、屈曲継手は強化されていなくてよい。
(3)
上記(1)または(2)の配管システムは、屈曲継手が、管路の途中に、前記管路の軸心方向に少なくとも一対接続されてよい。この場合、別配管が一対の屈曲継手それぞれに接続されて屈折管路を構成している。
これによって、1ヶ所につき一対の屈曲継手の両方で変位を吸収することができるため変位吸収の効率が良い。
(4)
上記(1)から(3)のいずれかの配管システムは、縦配管、横配管、および別配管の外周面に設けられた第1保温材と、屈曲継手の外周面に設けられかつ第1保温材と連続していない第2保温材と、を含んでいてよい。
これによって、配管の外部雰囲気の温度を断熱して配管の内部を輸送される流体の温度を保つとともに、第1保温材と第2保温材とが連続していないため、屈曲継手の変形も妨げられない。
(5)
上記(4)の配管システムは、保温材が、20kg/m以上100kg/m以下の密度を有するガラスウールであってよい。
これによって、良好な断熱効果を得ることができる。
(6)
上記(1)から(5)のいずれかの配管システムは、屈曲継手を構成する材料の曲げ弾性率が、当該屈曲継手に接続されている縦配管または横配管を構成する材料の曲げ弾性率の30%以上90%以下であってよい。
これによって、屈曲継手が、横配管または縦配管の熱伸縮による軸方向の相対変位をより良好に吸収するとともに、配管システムとして剛性も良好となり伸縮縦配管または横配管の繰り返しの伸縮に対する耐性も良好となる。
第1実施形態の配管システムの伸縮処理された部分を示す。 図1の伸縮処理された部分が配管の伸長を吸収する態様を示す。 図1の伸縮処理された部分が配管の収縮を吸収する態様を示す。 第2実施形態の配管システムの伸縮処理された部分を示す。 第3実施形態の配管システムの伸縮処理された部分を示す。 第4実施形態の配管システムの伸縮処理された部分を示す。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の要素には同一の符号を付しており、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は基本的に繰り返さない。
[1.第1実施形態]
図1に、第1実施形態の配管システムの伸縮処理された部分を示す。図1に示す配管システムは、ビルおよびマンションといった大型建築物などに設けられる、空調機器の冷温水配管システムである。
配管システム100は、冷温水を上下方向に輸送する縦配管で構成される縦管路210と、水平方向に輸送する横配管で構成される横管路(図示せず)とを含んで構成されている。以下において、縦配管に対して伸縮処理がなされている例を挙げるが、縦配管に換えて横配管で同様に伸縮処理することもでき、縦配管に加えて横配管で同様に伸縮処理することもできる(他の実施形態においても同様)。
図1に示すように、縦管路210は、ポリオレフィン系樹脂を主成分として構成される縦配管211,212を含んで構成される。縦管路210の途中には、当該管路の軸心方向に樹脂製の屈曲継手311,312が一対接続されている。
屈曲継手311は縦管路210の軸心を所定の角度θ1で屈曲させるように構成されている。同様に、屈曲継手312は縦管路210の軸心方向を所定の角度θ2で屈曲させるように構成されている。角度θ1およびθ2は、屈曲継手311,312を容易に屈曲および伸長させて縦配管211,212の伸縮を容易に吸収する点でいずれも10°以上であり、好ましくは22.5°以上である。角度θ1およびθ2の範囲内の上限は、伸縮吸収を容易にする点および伸長による相対変位量ぶんの受け入れ空間を容易に確保し伸縮処理部が占める空間を節約する観点から、たとえば45°、好ましくは90°であってよい。本実施形態では、角度θ1およびθ2はいずれも90°である。
屈曲継手311の一方端は縦配管211に接続され、屈曲継手312の一方端は縦配管212に接続されている。さらに、屈曲継手311,312の他方端はそれぞれ別配管251,252に接続されることで、縦管路210から迂回する屈折管路250を形成している。本実施形態では、別配管251,252は、屈曲継手351,352を介してさらなる別配管255で連結されている。屈曲継手351,352も、屈曲継手311,312と同様、管路の軸心方向を上記と同様の所定の角度で屈曲させるように構成されることができる。本実施形態では、屈曲継手351,352はいずれも90°で屈曲している。これにより、屈折管路250はコの字型に形成されている。
屈曲継手311,312および屈曲継手351,352は、縦配管211,212よりも弾性率が小さい材料で構成されている。本実施形態では、縦配管211,212に繊維材料を含ませて強化する一方、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352には繊維材料を含ませないことで、弾性率の差を生じさせている。したがって、屈曲継手を構成する樹脂は、縦配管211,212の主成分であるポリオレフィン系樹脂と同じであってもよいし、当該ポリオレフィン系樹脂よりも弾性率が低い樹脂であってもよい。
このほかにも、本発明は、縦配管211,212に繊維を含ませることなく、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352を、縦配管211,212におけるポリオレフィン系樹脂よりも弾性率の低い樹脂(たとえばゴム成分を含ませた樹脂)で構成することにより、当該弾性率の差を生じさせることも許容する。
弾性率の差としては、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352を構成する材料の曲げ弾性率(MPa)が、縦配管211,212を構成する材料の曲げ弾性率(MPa)の30%以上90%以下、好ましくは40%以上80%以下であってよい。屈曲継手を構成する材料の曲げ弾性率が上記下限値以上であることは、縦配管211,212で繰り返される熱伸縮により繰り返し受ける変形への耐性が良好である点で好ましく、上記上限値以下であることは、屈曲継手の変形が容易で縦配管211,212の熱伸縮を吸収しやすい点で好ましい。一例として、縦配管211,212を構成する材料の曲げ剛性率が1500MPa程度、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352を構成する材料の曲げ剛性率が1000MPa程度であってよい。
なお、曲げ弾性率は、JIS K7171に準拠して得られる測定値である。
また、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352は、縦配管211,212よりも引張伸びが大きい材料でされている。本実施形態では、上述と同様、縦配管211,212に繊維材料を含ませて強化する一方、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352には繊維材料を含ませないことで、引張伸びの差を生じさせている。この場合も、屈曲継手を構成する樹脂は、縦配管211,212の主成分であるポリオレフィン系樹脂と同じであってもよいし、当該ポリオレフィン系樹脂よりも引張伸びが大きい樹脂であってもよい。
変形例として、本発明は、縦配管211,212に繊維を含ませることなく、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352を、縦配管211,212におけるポリオレフィン系樹脂よりも引張伸びが大きい樹脂(たとえばゴム成分を含ませた樹脂)で構成することにより、当該引張伸びの差を生じさせることも許容する。
引張伸びの差としては、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352を構成する材料の引張伸び(%)が、縦配管211,212を構成する材料の引張伸び(%)の10倍以上、好ましくは30倍以上であってよい。引張伸びが上記範囲内であることにより、屈曲継手の変形が容易で縦配管211,212の熱伸縮を吸収しやすい点で好ましい。一例として、縦配管211,212を構成する材料の引張伸びは10%程度、屈曲継手311,312および屈曲継手351,352を構成する材料の引張伸びは400%以上であってよい。
なお、引張伸びは、JIS K6251に準拠して得られる測定値(引張破断伸び)である。
上述のように、配管システム100が、所定の弾性率などを満たす屈曲継手311,312およびそれを介した屈折管路250で伸縮処理される。これによって、縦配管211,212の熱伸縮によって発生する縦配管211,212の軸方向の相対変位量が吸収される。
たとえば、図2に示すように、縦配管211,212が伸長する場合、屈曲継手311,312が屈曲するように変形して互いの位置が近づくとともに、屈折管路250に介在する屈曲継手351,352も同様に屈曲変形することで、伸長による縦配管211,212の軸方向の相対変位量が吸収される。
反対に、図3に示すように、縦配管211,212が収縮する場合、屈曲継手311,312が伸長するように変形して互いの位置が遠ざかるとともに、屈折管路250に介在する屈曲継手351,352も同様に伸長変形することで、収縮による縦配管211,212の軸方向の相対変位量が吸収される。
このように屈曲継手311,312が縦配管211,212の軸方向に一対設けられている態様では、屈曲継手311および屈曲継手312の両方で変位を吸収することができるため、変位吸収の効率が良い。また、縦配管211および縦配管212の少なくともいずれかが固定端を有している場合には、吸収すべき相対変位の量に対し当該固定端への負担が少ない。
本実施形態では、上述のとおり縦配管211,212が繊維材料を含んでいるため、含んでいない場合に比べて縦配管211,212自体の熱伸縮率も抑えられている。したがって、吸収されるべき縦配管211,212の軸方向の相対変位量を少なくすることができるため、伸縮処理された部分が受ける負担が軽減される。
一方、別配管251,252および別配管255は、屈曲継手311,312を介して縦管路210から迂回する屈折管路250を構成しているため、縦配管211,212の軸方向の変位には実質的に関与しない。したがって、別配管251,252および別配管255は、比較的大きな熱伸縮を示す材料(たとえばポリオレフィン系樹脂を主成分とし繊維材料を含んでいないもの)で構成されてもよいし、縦配管211,212と同様に繊維材料を含んでいてもよい。別配管251,252および別配管255による屈折管路250が占める空間をより節約する観点からは、繊維材料を含んでいることが好ましい。
縦配管211,212の主成分となるポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−α−オレフィン共重合体等が挙げられる。縦配管211,212の強度、寸法安定性(低熱伸縮性)及び高温での伸びを高める観点、および/または可撓性による耐震性を高める観点などからは、ポリエチレンまたはポリプロピレンが好ましく、ポリエチレンがより好ましい。
屈曲継手311,312および屈曲継手351,352を構成する樹脂としては、上述のポリオレフィン系樹脂として挙げられるものが同様に挙げられる。
縦配管211,212に含ませる繊維材料としては特に限定されず、有機繊維(天然繊維、樹脂繊維など)および無機繊維(金属繊維および無機鉱物繊維など)のいずれであってもよいが、ガラス繊維、セラミックス繊維、人造鉱物繊維などの無機鉱物繊維が好ましく挙げられる。
また、配管システム100では、屈曲継手311,312,351,352以外の縦配管211,212および別配管251,252,255の外表面が、第1保温材410(図中破線部)によって被覆され、屈曲継手311,312,351,352の外表面が、第2保温材420(図中破線部)によって被覆されていてよい。第1保温材410と第2保温材420とは連続しておらず別部材として構成されているため、屈曲継手311,312,351,352の伸縮を妨げない。なお、このように別部材として構成された第1保温材410と第2保温材420とは、被覆材で一体的に被覆される仕上げがなされていてよい。
保温材410,420は、比表面積が大きい構造体で構成されればよい。
第1保温材410と第2保温材420とは、縦配管211,212および別配管251,252,255と屈曲継手311,312,351,352との内部を輸送される冷温水と、それらの外部環境との間の熱移動を遮断することで、当該冷温水の温度を保つとともに、当該熱移動によって生じる結露を防止する。第1保温材410および第2保温材420を構成する比表面積が大きい構造体は、繊維質材料(たとえば、不織布、織布、単繊維体、網状体など)、多孔質材料(たとえば、樹脂発泡体など)が挙げられるが、密度の調整が容易である点で繊維質材料が好ましい。繊維質材料は、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維であってもよいし、天然繊維、樹脂繊維などの有機繊維であってもよいが、耐粘性およびコストなどの点から、ガラス繊維であることが好ましく、さらに断熱性の点から、ガラスウールであることが好ましい。一方、樹脂発泡体としては、ポリスチレンおよびポリウレタンが挙げられる。
第1保温材410および第2保温材420の密度は、良好な断熱効果を得るために、たとえば20kg/m以上100kg/m以下であることが好ましい。
なお、配管システム100内を輸送される冷温水の温度幅はたとえば20℃以上であってよい。この温度幅の範囲内の上限は、特に限定されないが、たとえば105℃、好ましくは95℃、さらに好ましくは75℃、よりいっそう好ましくは60℃であってよい。冷温水の具体的な温度は特に限定されず、配管システム100の各部材を構成する樹脂に基づいて当業者が適宜決定することができる。たとえば配管システム100の各部材がポリエチレン系樹脂を主成分として構成される場合は−5℃以上60℃以下であってよく、たとえばポリプロピレン系樹脂を主成分として構成される場合は−5℃以上90℃以下または−5℃以上100℃以下であってよい。
[2.第2実施形態]
図4に、第2実施形態の配管システムの伸縮処理された部分を示す。図4に示す配管システム100aは、縦配管211,212を含んで構成される縦管路210の途中に、当該管路の軸心方向に樹脂製の屈曲継手311a,312aが一対接続されている。屈曲継手311a,312aはそれぞれ別配管251,252が接続されており、別配管251,252は屈曲継手355aによって直接接続されることで、縦管路210から迂回する屈折管路250aを形成している。
本実施形態では、屈曲継手311a,312aは、それぞれ、縦管路210の軸心を所定の角度θ1a,θ2aで屈曲させるように構成されている。角度θ1a,θ2aは、第1実施形態における角度θ1,θ2と同様にいずれも10°以上であり、好ましくは22.5°以上である。また、本実施形態では、角度θ1aおよびθ2aの範囲内の上限は、伸縮吸収を容易にする点および伸長による相対変位量ぶんの受け入れ空間を容易に確保し伸縮処理部が占める空間を節約する観点から、たとえば30°、好ましくは45であってよい。本実施形態では、一例として角度θ1aおよび角度θ2aはいずれも45°である。
屈曲継手311a,312a,355aは、いずれも、第1実施形態における屈曲継手と同様の材料で構成されてもよい。屈折管路250aに介在している変形ポイントが屈曲継手355aの1つのみであるため、伸縮吸収をより容易にする観点で屈曲継手355aの弾性率が屈曲継手311a,312aよりも小さくなるように構成されてもよい。
[3.第3実施形態]
図5に、第3実施形態の配管システムの伸縮処理された部分を示す。図5に示す配管システム100bは、縦配管211,212を含んで構成される縦管路210の途中に、当該管路の軸心方向に樹脂製の屈曲継手311b,312bが一対接続されている。屈曲継手311b,312bはそれぞれ別配管251,252が接続されており、別配管251,252は、それぞれ屈曲継手353b,354bによって接続された別配管253b,254bを介して、屈曲継手351b,352bによって別配管255で連結されている。これによって屈折管路250bを構成している。
本実施形態では、屈折管路250bに介在している変形ポイントが屈曲継手351b,352b,353b,354bの4つであるため、伸縮吸収がより容易となる。縦配管211,212の伸縮を等しく吸収できるように、屈折管路250bの形状は、縦管路210の軸方向に延在する別配管255の上側および下側で並行となるように構成されている。このため角度θ1bおよび角度θ2bはそれらの和が180°となるように構成されるが、いずれも10°以上であり、好ましくは22.5°以上である点は第1実施形態と同様である。本実施形態では、一例として角度θ1bが60°、角度θ2bが120°である。
[4.第4実施形態]
図6に、第4実施形態の配管システムの伸縮処理された部分を示す。図6に示す配管システム100cは、縦管路210が屈曲継手311によって角度θ1で屈曲させられるとともに、屈曲継手311が別配管251に接続されている。別配管251は、屈曲継手351を介してさらなる別配管255に接続されている。別配管255は固定端を有してよい。
なお、本実施形態の第1変形例として、縦管路210から別配管255の間に介在する屈曲継手311、別配管251、および屈曲継手351に換えて、第3実施形態で示した屈曲継手311b、別配管251、屈曲継手353b、別配管253b、および屈曲継手351bで構成されてもよい。
また、本実施形態の第2変形例として、別配管255に換えて縦配管212で構成されてもよい。
本発明の好ましい実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれらのみに限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱することのない様々な実施形態が他になされる。
[実施形態における各部と請求項の各構成要素との対応関係]
本明細書において、配管システム100,100a,100b,100cが請求項の「配管システム」に相当し、縦管路210が「縦管路」に相当し、縦配管211,212が「縦配管」に相当し、屈折管路250,250a,250bが「屈折管路」に相当し、別配管251,252,253b,254b,255が「別配管」に相当し、屈曲継手311,311a,311b、312,312a,312b,351,351b,352,352b,353b,354b,355aが「屈曲継手」に相当し、屈曲継手311−312の対,屈曲継手311a−312aの対,屈曲継手311b−312bの対が「一対の屈曲継手」に相当し、第1保温材410が「第1保温材」に相当し、第2保温材420が「第2保温材」に相当する。
100,100a,100b,100c…配管システム
210…縦管路
211,212 縦配管
250,250a,250b…屈折管路
251,252,253b,254b,255…別配管
311,311a,311b、312,312a,312b,351,351b,352,352b,353b,354b,355a…屈曲継手
311−312,311a−312a,311b−312b…一対の屈曲継手
410…第1保温材
420…第2保温材

Claims (6)

  1. ポリオレフィン系樹脂を主成分として構成される縦配管および横配管と、
    前記縦配管および前記横配管の少なくともいずれかに接続された、前記縦配管で構成される縦管路および前記横配管で構成される横管路の少なくともいずれかの管路を10度以上屈曲させる樹脂製の屈曲継手と、
    前記屈曲継手に接続された別配管と、
    を含み、
    少なくとも前記屈曲継手が、前記縦配管および前記横配管よりも弾性率が低い材料で構成されている、配管システム。
  2. 少なくとも前記縦配管および前記横配管が繊維材料により強化されている、請求項1に記載の配管システム。
  3. 前記屈曲継手が、前記管路の途中に、前記管路の軸心方向に少なくとも一対接続され、
    前記別配管が一対の前記屈曲継手それぞれに接続されて屈折管路を構成している、請求項1または2に記載の配管システム。
  4. 前記縦配管、前記横配管、および前記別配管の外周面に設けられた第1保温材と、前記屈曲継手の外周面に設けられかつ前記第1保温材と連続していない第2保温材と、を含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の配管システム。
  5. 前記保温材が、20kg/m以上100kg/m以下の密度を有するガラスウールである、請求項4に記載の配管システム。
  6. 前記屈曲継手を構成する材料の曲げ弾性率が、前記屈曲継手に接続されている前記縦配管または前記横配管を構成する材料の曲げ弾性率の30%以上90%以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載の配管システム。
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