JP2021092935A

JP2021092935A - 配管システムの設計方法、配管システムの設計支援装置、プログラム、および、配管システム

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Publication number: JP2021092935A
Application number: JP2019222571A
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Inventors: 国平与謝; Kunihei Yosa; 寛原嶋; Hiroshi Harashima
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Abstract

【課題】配管システムにおけるコストの上昇とデッドレグに起因する水質の低下とを抑える。【解決手段】配管システム４１は、供給源１１が供給する用水が流れる主管１５と主管１５から分岐した複数の枝管３０とを備える。複数の枝管３０の各々について、枝管３０の接続部分において主管１５を流れる用水の流速であって配管システム４１の使用予測に基づく個別の最小流速である個別最小流速を求め、枝管内径の６倍を上限として、個別最小流速が大きいほど大きな値をデッドレグ長さの許容値に設定する。【選択図】図５

Description

本発明は、デッドレグが形成される枝管を有する配管システムの設計方法、配管システムの設計支援装置、該設計支援装置にインストールされるプログラム、および、配管システムに関する。

医薬品、精密機械部品、電子部品等を生産する工場には、各所に設置されたユースポイントに用水を供給する配管システムが設けられている。配管システムは、供給源が供給する用水が流れる主管と主管から分岐する枝管とを備えている。枝管の一例は、先端に閉止機構として開閉弁が設けられてユースポイントまで用水を運ぶ配管である。枝管の他の例は、先端に閉止機構として計器が設けられた配管である。こうした枝管においては、用水が滞留した状態にあるとき、その用水の滞留に起因した水質の低下が懸念されるデッドレグが形成される。こうしたデッドレグによる水質の低下を抑えるべく、非特許文献１参照には、日本厚生労働省の指針として、主管の中心から枝管の先端の閉止機構までの距離を示すデッドレグ長さを枝管内径の６倍以内にすること、可能であれば３倍以内にすることが記載されている。

ＧＭＰ構造設備要求比較製造用水設備００１：デッドレグの定義と設定、［ｏｎｌｉｎｅ］、一般社団法人製剤機械技術学会ホームページ、［平成３０年６月２８日検索］インターネット、〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｅｉｋｉｋｅｎ．ｏｒ．ｊｐ／ｇｍｐ／ｇｍｐ＿ｈｉｋａｋｕ／ｈｉｋａｋｕ．ｈｔｍｌ＃ｙｏｕｓｕｉ００１〉

上述した配管システムにおいて、日本厚生労働省の指針を遵守しつつ枝管の配管長についての自由度が向上させるためには枝管の大径化が必要である。しかしながら、枝管の大径化はシステム全体のコストを高くする。そのため、こうした配管システムにおいては、コストの上昇とデッドレグに起因する水質の低下とを抑えることが求められている。

上記課題を解決する配管システムの設計方法は、供給源が供給する用水が流れる主管と前記主管から分岐して先端に閉止機構が設けられた複数の枝管とを備える配管システムの設計方法であって、前記主管の中心から前記閉止機構までの長さであって枝管内径に対する相対値で表現される長さをデッドレグ長さとするとき、前記複数の枝管の各々について、前記配管システムの使用予測に基づいて、前記主管における前記枝管の接続部分を流れる前記用水の個別最小流速を求め、前記個別最小流速に応じて前記デッドレグ長さの許容値を設定する。

上記課題を解決する配管システムの設計支援装置は、供給源が供給する用水が流れる主管と前記主管から分岐して先端に閉止機構が設けられた複数の枝管とを備える配管システムの設計支援装置であって、前記主管の中心から前記閉止機構までの長さであって枝管内径に対する相対値で表現される長さをデッドレグ長さとするとき、前記設計支援装置は、前記複数の枝管の各々について、前記配管システムの使用予測に基づいて、前記主管における前記枝管の接続部分を流れる前記用水の個別最小流速を演算する演算部と、前記複数の枝管の各々に、前記個別最小流速に応じて前記デッドレグ長さの許容値を設定する許容値設定部と、を有する。

上記課題を解決するプログラムは、供給源が供給する用水が流れる主管と前記主管から分岐して先端に閉止機構が設けられた複数の枝管とを備える配管システムの設計を支援する設計支援装置に、前記主管の中心から前記閉止機構までの長さであって枝管内径に対する相対値で表現される長さをデッドレグ長さとするとき、前記複数の枝管の各々について、前記配管システムの使用予測に基づいて、前記主管における前記枝管の接続部分を流れる前記用水の個別最小流速を求める処理と、前記複数の枝管の各々に、前記個別最小流速に応じて前記デッドレグ長さの許容値を設定する処理と、を実行させるプログラムである。

上記課題を解決する配管システムは、供給源が供給する用水が流れる主管と、前記主管から分岐して先端に閉止機構が設けられた複数の枝管と、を備える配管システムであって、前記複数の枝管の各々について、前記主管の中心から前記閉止機構までの長さであって枝管内径に対する相対値で表現される長さをデッドレグ長さとするとき、前記供給源を基準とした前記主管の最上流に位置する前記枝管から前記主管の最下流に位置する前記枝管に向けて前記デッドレグ長さが単調減少している。

本発明によれば、配管システムのコストの上昇とデッドレグに起因する水質の低下とを抑えることができる。

デッドレグ長さの評価に用いた試験用配管システムの概略構成を示す図。流速が０．５ｍ／ｓの場合における測定結果の一例を示すグラフ。流速が１．０ｍ／ｓの場合における測定結果の一例を示すグラフ。流速が１．５ｍ／ｓの場合における測定結果の一例を示すグラフ。配管システムの一実施形態を模式的に示す図。配管システムの設計手順の一例を示すフローチャート。設計支援システムの一実施形態を示すブロック図。（ａ）変形例において主管に枝管が鋭角状に接続された状態を模式的に示す図、（ｂ）変形例において主管に枝管が鈍角状に接続された状態を模式的に示す図。

図１〜図８を参照して、配管システムの設計方法、配管システムの設計支援装置、該設計支援装置にインストールされるプログラム、および、配管システムの一実施形態について説明する。

本実施形態の配管システムの設計方法では、試験用配管システムを用いてデッドレグ長さについて評価し、その評価結果に基づいてデッドレグ長さの許容値を設定する。そして、その設定されたデッドレグ長さの許容値に基づいて配管システムを設計することによりコストの上昇とデッドレグに起因する水質の低下とを抑える。

（試験用配管システム）
図１に示すように、試験用配管システム１０は、清浄な無色水を供給する供給源１１を有している。供給源１１は、無色水を貯留するタンク１２と、タンク１２内の無色水を主管１５に供給するポンプ１３とで構成されている。ポンプ１３は、定量型ポンプであり、予め設定された流量の無色水を主管１５に供給する。主管１５は、主管内径Ａに基づく一定の流路断面積を有する配管であって、供給源１１を基準として無色水を循環可能に構成されている。試験用配管システム１０は、主管１５におけるポンプ１３の下流側の部分とタンク１２とを接続する第１バイパス管１６を有している。第１バイパス管１６には、第１バイパス弁１７が配設されている。試験用配管システム１０は、第１バイパス弁１７の調整により、主管１５を流れる無色水の流量が調整可能に構成されている。

試験用配管システム１０は、主管１５に対する第１バイパス管１６の接続部分よりも下流側に主管１５における流量を測定する流量測定部２０を有している。試験用配管システム１０の流量測定部２０は、主管１５から分岐する２つの流路である第１流量測定路２１と第２流量測定路２２とを有している。第１流量測定路２１には、大流量用の流量計である第１流量計２３と第１流量計２３の上流側にて第１流量測定路２１を調整する第１調整弁２４とが配設されている。第２流量測定路２２には、小流量用の流量計である第２流量計２５と第２流量計２５の上流側にて第２流量測定路２２を調整する第２調整弁２６とが配設されている。試験用配管システム１０は、第１流量計２３および第２流量計２５の測定値に基づいて第１調整弁２４で粗調整し、第２調整弁２６で微調整することにより、流量測定部２０を通過する無色水の流量が精度よく調整される。

試験用配管システム１０は、流量測定部２０の下流側に試験部２９を有している。試験部２９は、枝管３０、第１遮断弁３１、および、第２遮断弁３２を有している。先端が閉止された閉止機構としての枝管３０は、主管１５の接続部分３５に、カプラにより接続された直線状の配管である。枝管３０は、枝管３０よりも上流側に位置する主管１５に対する角度θが９０°に設定された配管である。枝管３０は、デッドレグが形成される部位である。このデッドレグが形成される部分の長さは、デッドレグ長さとして表現される。デッドレグ長さは、枝管３０の内径である枝管内径Ｄに対する相対値で示される長さであり、例えば６Ｄといったかたちで表現される。

第１遮断弁３１および第２遮断弁３２は、主管１５を開閉可能な開閉弁である。第１遮断弁３１は主管１５の接続部分３５に対する上流側に配設されており、第２遮断弁３２は主管１５の接続部分３５に対する下流側に配設されている。

試験部２９は、第１遮断弁３１、枝管３０、および、第２遮断弁３２をバイパスするように主管１５に接続された第２バイパス管３６を有している。第２バイパス管３６には、第２バイパス弁３７が配設されている。第２バイパス弁３７は、第１遮断弁３１および第２遮断弁３２の双方が開状態にあるときに閉状態に制御され、第１遮断弁３１および第２遮断弁３２の双方が閉状態にあるときに開状態に制御される。

試験用配管システム１０は、試験部２９の下流側に排水管３８を有している。排水管３８は、主管１５から分岐してその下流端が開放された配管である。排水管３８には、排水管３８を開閉可能な排水弁３９が配設されている。試験用配管システム１０は、主管１５に対する排水管３８の接続部分の下流側に循環弁４０を有している。

試験用配管システム１０は、試験状態と非試験状態とを有する。試験状態においては、第１遮断弁３１および第２遮断弁３２の双方が開状態、第２バイパス弁３７が閉状態、排水弁３９が開状態、循環弁４０が閉状態にある。一方、非試験状態においては、第１遮断弁３１および第２遮断弁３２の双方が閉状態、第２バイパス弁３７が開状態にある。

すなわち、試験用配管システム１０は、試験状態においては、試験部２９に流入した無色水が主管１５の接続部分３５を流通したのち排水管３８を通じて外部へと排水されるように構成されている。また、試験用配管システム１０は、非試験状態においては、試験部２９に流入した無色水が主管１５の接続部分３５ではなく第２バイパス管３６を流通し、枝管３０および接続部分３５を交換可能に構成されている。

（評価方法）
上述した試験用配管システム１０を用いて行ったデッドレグ長さの評価方法について説明する。本実施形態においては、非試験（非循環）状態に制御して接続部分３５および枝管３０を所定濃度の色水で満たしたのち、試験用配管システム１０を試験状態に制御し、その後の枝管３０における色水の濃度変化に基づいてデッドレグ長さについて評価した。

具体的には、まず、デッドレグ長さを所望の試験長さの枝管３０を初期濃度２．４ｍｍｏｌ／Ｌのメチレンブルー水溶液で満たし、試験用配管システム１０を試験状態に制御した。そして、所望の測定時間が経過するたびに枝管３０の先端部から試験液を採取し、その採取した試験液を分光測定することによりメチレンブルーの濃度を測定することによりデッドレグ長さを評価した。分光測定は定量下限が０．０００６４ｍｍｏｌ／Ｌである分光測定器を用いた。

なお、本実施形態では、呼び径５０Ａの塩化ビニル管で主管１５を構成し、呼び径４０Ａの塩化ビニル管で枝管３０を構成した。また、デッドレグ長さの試験長さを日本厚生労働省の指針を満たす３Ｄ，６Ｄ、試験流速を主管１５の腐食速度が抑えられる流速である０．５ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓ、１．５ｍ／ｓとしてデッドレグ長さを評価した。試験流速は、流量測定部２０の測定流量と主管１５の流路断面積Ｓとに基づいて演算した。そして、各試験条件について、６０ｓｅｃ後における測定濃度が初期濃度に対する１／１０以下となるか否かに応じて良否を判定した。

（評価結果）
図２，３，４に測定結果の一例を示す。図２は試験流速が０．５ｍ／ｓである場合の測定結果を示し、図３は試験流速が１．０ｍ／ｓである場合の測定結果を示している。図４は、試験流速が１．５ｍ／ｓである場合の測定結果を示している。なお、図２〜４に示されるプロットは、得られた測定結果のうち主要な測定結果を示している。また、図中の二点鎖線は、６０ｓｅｃ後における測定濃度が初期濃度に対する１／１０となる良否境界線を示している。この二点鎖線よりも下側に位置するプロットが良判定のプロットである。

図２に示すように、試験流速０．５ｍ／ｓ、デッドレグ長さ３Ｄの条件下においては、３０ｓｅｃ経過後の測定濃度が初期濃度の１／１０よりも低いこと、６０ｓｅｃ経過後の測定濃度が初期濃度の１／１００よりも低いことが認められた。すなわち、試験流速０．５ｍ／ｓのもとでデッドレグ長さ３Ｄについて良判定が得られた。

また、試験流速０．５ｍ／ｓ、デッドレグ長さ６Ｄの条件下においては、６０ｓｅｃ後の測定濃度が初期濃度の１／１０よりも高いこと、測定濃度が初期濃度の１／１０以下まで低下するのに１２０ｓｅｃ程度必要であることが認められた。すなわち、試験流速０．５ｍ／ｓのもとでデッドレグ長さについて否判定が得られた。

図３に示すように、試験流速１．０ｍ／ｓ、デッドレグ長さ３Ｄの条件においては、１５ｓｅｃ後に測定濃度が初期濃度に対する１／１０以下まで低下すること、４５ｓｅｃ後に測定濃度が初期濃度に対する１／１００以下まで低下することが認められた。また、試験流速１．０ｍ／ｓ、デッドレグ長さ６Ｄの条件においては、６０ｓｅｃ経過後に測定濃度が初期濃度に対する１／１０以下まで低下することが認められた。すなわち、試験流速１．０ｍ／ｓのもとではデッドレグ長さ３Ｄ，６Ｄの双方について良判定が得られた。

図４に示すように、試験流速１．５ｍ／ｓ、デッドレグ長さ３Ｄの条件においては、１５ｓｅｃ後に測定濃度が初期濃度に対する１／１０以下まで低下すること、４５ｓｅｃ後に測定濃度が初期濃度に対する１／１００以下まで低下することが認められた。また、試験流速１．５ｍ／ｓ、デッドレグ長さ６Ｄの条件においては、６０ｓｅｃ経過後に測定濃度が初期濃度に対する１／１０以下まで低下することが認められた。すなわち、試験流速１．５ｍ／ｓのもとではデッドレグ長さ３Ｄ，６Ｄの双方について良判定が得られた。

こうしたデッドレグ長さの評価を通じて、本発明者らは、接続部分３５における流速が大きいほど枝管３０にメチレンブルー水溶液が滞留しにくいこと、すなわち枝管３０における用水が清浄に保たれやすいことを見いだした。そして本発明者らは、主管１５に対して枝管３０のなす角度θが９０°である場合について様々な条件のもとでデッドレグ長さの評価を行い、接続部分３５の流速とデッドレグ長さの許容値との関係性を見いだした。

（配管システムの設計手順）
図５および図６を参照して、配管システムの設計手順について配管システムの一例を用いて説明する。図５は、本実施形態で設計予定の配管システムを示す図である。図６は、配管システムの設計手順の一例を示すフローチャートである。

図５においては、配管システムの使用状態における配管図とともに一部のユースポイントについて各時刻における使用量を示す使用予測情報を示している。また、図５に示す配管システムにおいては、図１に示した試験用配管システムと同様の機能を有する部分については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。

図５に示すように、配管システム４１は、タンク１２とポンプ１３とで構成された供給源１１によって用水が主管１５に供給される。主管１５の各所には、枝管３０が接続されている。枝管３０の一例は、各ユースポイントに向かって用水が流れる配管であって、その先端には閉止機構として開閉弁４２Ａが配設されている。枝管３０の他の例は、主管１５を流れる用水の性状を計測するための配管であって、その先端には閉止機構として計器４２Ｂが配設されている。主管１５には、第１バイパス管１６の接続部分と最上流の枝管３０との間に、主管１５における用水の流通を制御する流通制御弁４３が配設されている。なお、主管１５および枝管３０の一例は、ＪＩＳに規定された配管用ステンレス鋼管である。

図６に示すように、配管システム４１を設計する際、最初にルート設計（ステップＳ１０１）が行われる。ルート設計では、例えば各ユースポイントまでの枝管３０の配管長（設計長さ）がより短くなるように主管１５の配管ルートと各枝管３０の配管ルートとが設定される。

次のステップＳ１０２では、使用予測が行われる。使用予測では、各ユースポイントに対して各時刻における用水の使用量を予測した使用予測情報が設定される。使用予測情報は、各ユースポイントの使用予測に関する情報である使用情報に基づいて設定される。使用情報は、例えば、各ユースポイントにおける用水の用途などで構成される。また、使用予測では、各ユースポイントの使用予測情報に基づいて配管システム４１全体としての用水の使用量が時刻ごとに算出され、時刻ごとの使用量のなかから配管システム４１における最大使用量と最小使用量とが設定される。

次のステップＳ１０３では、主管設計が行われる。主管設計では、配管システム４１の最小使用量および最大使用量に基づいて、主管１５の最小流速および最大流速の双方が腐食速度の抑えられる腐食抑制範囲に収まるようにポンプ１３の供給量Ｑと主管１５の内径である主管内径Ａとが設定される。なお、ここでいうポンプ１３の供給量Ｑは、第１バイパス管１６によってタンク１２に還流される用水を含まない量である。また、主管内径Ａは、ＪＩＳに規定された配管用ステンレス鋼管のサイズに基づく値、すなわち呼び径および呼び厚さに基づく値である。

具体的には、ポンプ１３の供給量Ｑおよび主管内径Ａは、ポンプ１３の供給量Ｑを最小使用量Ｑｕ１で減算した最大流量Ｑｄ１を、主管内径Ａに基づく流路断面積Ｓで除算した値である最大流速ｖ１（＝Ｑｄ１／Ｓ）が腐食抑制範囲の上限値よりも小さくなるように設定される。また、ポンプ１３の供給量Ｑおよび主管内径Ａは、ポンプ１３の供給量Ｑを最大使用量Ｑｕ２で減算した最小流量Ｑｄ２を、主管内径Ａに基づく流路断面積Ｓで除算した値である最小流速ｖ２（＝Ｑｄ２／Ｓ）が腐食抑制範囲の下限値よりも大きくなるように設定される。なお、主管１５が配管用ステンレス鋼管である場合、腐食抑制範囲の下限値は０．３ｍ／ｓ、好ましくは０．５ｍ／ｓであり、腐食抑制範囲の上限値は２．０ｍ／ｓ、好ましくは１．５ｍ／ｓである。

主管設計（ステップＳ１０３）が終了すると枝管設計（ステップＳ１０４）が行われる。枝管設計では、各枝管３０のデッドレグ長さの許容値が設定される。
枝管設計では、主管１５に対する各枝管３０の接続部分３５について、当該接続部分３５よりも上流側に位置するユースポイントの使用予測情報に基づいて時刻ごとの流量が演算され、その演算された時刻ごとの流量の最小値が個別最小流量として演算される。そして、その個別最小流量に基づいて、個別の最小流速である個別最小流速ｖ３が演算される。個別最小流速ｖ３は、供給源１１を基準とした主管１５の上流側に位置する接続部分３５ほど大きくなる。こうして演算された個別最小流速ｖ３と上述した評価結果とに基づいて各枝管３０のデッドレグ長さの許容値が設定される。

具体的には、例えば上流側からｎ番目に位置するユースポイントＰをユースポイントＰ（ｎ）とする。このとき、最も上流側に位置するユースポイントＰ（１）に対応する接続部分３５については、開閉弁４２Ａが閉状態にあるときにポンプ１３の供給量Ｑが流れるため、ポンプ１３の供給量Ｑを個別最小流量Ｑｄ３（１）として個別最小流速ｖ３（１）が演算される。この個別最小流速ｖ３（１）は、配管システム４１の最大流速ｖ１と等しい。すなわち、ユースポイントＰ（１）に対応する接続部分３５については、配管システム４１の最大流速ｖ１を個別最小流速ｖ３（１）としてデッドレグ長さの許容値が設定される。

また、ｎが２以上のユースポイントＰ（ｎ）に対応する接続部分３５については、ユースポイントＰ（１）からユースポイント（ｎ−１）までの使用予測情報に基づく部分的な最大使用量Ｑｕ２（１〜ｎ−１）をポンプ１３の供給量Ｑから減算した値が個別最小流量Ｑｄ３（ｎ）として演算される。そして、個別最小流量Ｑｄ３（ｎ）を主管１５の流路断面積Ｓで除算した値（＝Ｑｄ２（ｎ）／Ｓ）を個別最小流速ｖ３（ｎ）としてデッドレグ長さの許容値が設定される。

デッドレグ長さの許容値は、供給源１１を基準とした主管１５の上流側に位置する接続部分３５ほど個別最小流速ｖ３が大きくなるため、上流側に位置する枝管３０から下流側に位置する枝管３０に向けて単調減少するように設定される。ここでいう単調減少は、最上流に位置する枝管３０のデッドレグ長さが最下流に位置する枝管３０のデッドレグ長さよりも大きく、かつ、各枝管３０のデッドレグ長さが１つだけ上流側に位置する枝管３０のデッドレグ長さ以下であることをいう。

枝管設計（ステップＳ１０４）が終了すると詳細仕様の設定（ステップＳ１０５）が行われる。詳細仕様の設定では、主管１５について、各弁の設置位置や継ぎ手の設置位置、部分的な配管長などが設定される。また、各枝管３０について、配管長とデッドレグ長さの許容値とに基づいて各枝管３０のサイズなどが設定される。

図５に示すように、こうした設計手順を経て設計された配管システム４１においては、供給源１１を基準とした主管１５の上流部分１５ａにはデッドレグ長さ６Ｄの枝管３０が接続され、主管１５の中流部分１５ｂにはデッドレグ長さ４．５Ｄの枝管３０が接続される。また、主管１５の下流部分１５ｃにはデッドレグ長さ３Ｄの枝管３０が接続される。なお、枝管３０のうち、供給源１１を基準とした最上流に位置する枝管３０は第１枝管であり、供給源１１を基準とした最下流に位置する枝管３０は第２枝管である。

（設計支援システム）
図７に示すように、上述した設計手順のうち使用予測（ステップＳ１０２）、主管設計（ステップＳ１０３）、および、枝管設計（ステップＳ１０４）は、設計支援システム４５によって具現化可能である。設計支援システム４５は、設計支援装置４８を中心に構成されている。設計支援システム４５は、設計支援装置４８のほか、設計支援装置４８に対して各種情報を入力する入力装置４６、設計支援装置４８が出力する各種情報を表示可能な表示装置４７を含んで構成される。

入力装置４６は、図示されない入力インターフェースを介して設計支援装置４８に電気的に接続されている。入力装置４６は、例えば、キーボードやマウスなどで構成されており、設計者が設計支援装置４８に各種情報を入力可能に構成されている。設計者は、入力装置４６を通じて必要な情報、例えば、ステップＳ１０２の使用予測において必要な使用情報を設計支援装置４８に入力する。

表示装置４７は、図示されない出力インターフェースを介して設計支援装置４８に電気的に接続されている。表示装置４７は、設計支援装置４８が実行した処理の結果など表示する。表示装置４７による表示内容の一例は、使用情報の入力画面である。表示装置４７による表示内容の他の例は、ポンプ１３の供給量Ｑを示すポンプ情報、主管１５のサイズや最大流速ｖ１、最小流速ｖ２などを示す主管情報、各枝管３０の個別最小流速ｖ３やデッドレグ長さの許容値を示す枝管情報などである。

設計支援装置４８は、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、或いは、それらの組み合わせ、を含む回路として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

設計支援装置４８は、媒体４９が記憶する配管システムの設計支援プログラムがインストールされたコンピュータである。設計支援装置４８は、制御部５０と記憶部５１とを備えている。制御部５０は、入力装置４６を介して入力された情報のほか、記憶部５１に記憶されている各種情報や設計支援プログラムに基づいて各種処理を実行する。

制御部５０は、設計支援プログラムの実行により機能する機能部として、取得部５２、処理部５３、出力部５４を備えている。
取得部５２は、入力装置４６を通じて入力された各種情報を取得し、その取得した各種情報を記憶部５１の所定領域に格納する。

処理部５３は、記憶部５１に記憶されている各種情報と設計支援プログラムにしたがって各種の処理を実行する。
処理部５３は、使用情報の入力画面を表示装置４７に表示させるとともに、その入力画面を通じて入力された使用情報に基づく使用予測情報を各ユースポイントについて生成する。処理部５３は、その生成した使用予測情報に基づいて配管システム４１における最小使用量と最大使用量とを設定する。

処理部５３は、配管システム４１の最小使用量と最大使用量とに基づいてポンプ１３の供給量Ｑと主管内径Ａとを設定する。処理部５３は、演算部として機能し、各ユースポイントについて個別最小流速ｖ３を演算する。

処理部５３は、許容値設定部として機能し、演算した個別最小流速ｖ３に基づいてデッドレグ長さの許容値を設定する。デッドレグ長さの許容値に関連して、記憶部５１は、各種情報の１つとして、個別最小流速ｖ３とデッドレグ長さの許容値とを関連付けた許容値データを記憶している。許容値データは、上述したデッドレグ長さの評価結果に基づくテーブルであり、個別最小流速ｖ３ごとに、あるいは、個別最小流速ｖ３の範囲ごとにデッドレグ長さの許容値が規定されている。処理部５３は、個別最小流速ｖ３に対応する値を許容値データから選択することにより、各枝管３０に対してデッドレグ長さの許容値を設定する。

出力部５４は、処理部５３が実行する各処理にしたがって、使用情報の入力画面のほか、使用情報に基づく設計支援結果であるポンプ情報や主管情報、枝管情報などを表示装置４７に表示する。こうして表示装置４７に表示されたポンプ情報や主管情報、枝管情報などに基づいて、設計者は配管システム４１の詳細な仕様を決定する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）本実施形態では、主管１５の接続部分３５における個別最小流速ｖ３に基づいてデッドレグ長さの許容値を設定した。具体的には、個別最小流速ｖ３が大きいほどデッドレグ長さの許容値が大きくした。こうした構成によれば、個別最小流速ｖ３に基づく許容値の範囲内において枝管３０の設計長さを満たす最小値を枝管内径Ｄに設定することができる。これにより、枝管３０の設計長さを満たしつつ枝管３０の小径化を図ることができる。その結果、コストの上昇とデッドレグに起因する水質の低下とを抑えることができる。

（２）本実施形態では、枝管３０における色水の濃度が初期濃度の１／１０となるデッドレグ長さを良判定とした。こうした構成によれば、枝管３０の先端に設けられた閉止機構が閉状態であったとしても枝管３０内における用水の滞留を十分に抑えることができる。その結果、デッドレグに起因する水質の低下をより効果的に抑えることができる。

（３）本実施形態では、設計支援装置４８は、枝管３０の各々について演算した個別最小流速ｖ３に基づく値を許容値データから選択することによりデッドレグ長さの許容値を設定した。こうした構成によれば、デッドレグ長さの許容値を簡易な構成のもとで設定することができる。

（４）本実施形態では、供給源１１を基準とした上流側から単調減少するようにデッドレグ長さの許容値が設定される。こうした構成によれば、供給源１１を基準とした上流側に位置する枝管３０の小径化を図ることができる。その結果、コストの上昇とデッドレグに起因する水質の低下とを抑えることができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・本実施形態において、デッドレグ長さは、所定濃度の色水が充填された主管１５の接続部分３５および枝管３０に無色水を流し、６０ｓｅｃ後の色水の濃度を計測した結果に基づいてデッドレグ長さを評価した。これに限らず、デッドレグ長さは、例えば、無色水の流通を開始してから枝管３０における色水の濃度が目標濃度まで低下するまでに要する時間に基づいて評価されてもよい。

・本実施形態において、デッドレグ長さは、所定濃度の色水が充填された主管１５の接続部分３５および枝管３０に無色水を流し、６０ｓｅｃ後の色水の濃度を計測した結果に基づいてデッドレグ長さを評価した。これに限らず、デッドレグ長さは、例えば、塩分濃度に基づいて評価されてもよい。

・本実施形態では、試験用配管システム１０を用いた実験によりデッドレグ長さを評価した。これに限らず、デッドレグ長さは流体解析を用いて評価されてもよいし、実験及び流体解析の双方を用いて評価されてもよい。

・本実施形態では、設計支援装置４８の処理部５３は、許容値設定部として、記憶部５１に記憶している許容値データに基づいてデッドレグ長さの許容値を設定した。これに限らず、処理部５３は、個別最小流速ｖ３を変数とする演算式によりデッドレグ長さの許容値を設定してもよい。

・本実施形態では、設計支援装置４８を用いて使用予測（ステップＳ１０２）、主管設計（ステップＳ１０３）、および、枝管設計（ステップＳ１０４）を行った。こうした構成に限らず、これら使用予測、主管設計、および、枝管設計における各種の演算等が設計者によって行われてもよい。また例えば、設計支援装置４８は、配管可能な座標空間、ポンプ１３の設置座標やユースポイントの設置座標などが入力されることにより、ルート設計（ステップＳ１０１）が実行可能に構成されてもよい。

・本実施形態では、試験用配管システム１０において、枝管３０を主管１５の延在方向に対して直交する方向に延びる配管とした。これに限らず、枝管３０は、図８（ａ）に示すように主管１５に対して鋭角θａだけ屈曲する配管であってもよいし、図８（ｂ）に示すように主管１５に対して鈍角θｂだけ屈曲する配管であってもよい。こうした構成であっても、角度θごとに上述した評価方法に基づいてデッドレグ長さを評価し、その評価結果に基づいてデッドレグ長さの許容値を設定することができる。これにより、配管システムの配管についての自由度が飛躍的に向上する。なお、設計支援装置４８による設計支援においては、各枝管３０の角度θが入力されるとともに、角度θごとの許容値データを記憶部５１に記憶していることが好ましい。

・主管１５および枝管３０は、配管用ステンレス鋼管に限らず、例えば銅やアルミニウムなどの金属管であってもよいし、塩化ビニル管のような樹脂管であってもよい。

１０…試験用配管システム、１１…供給源、１２…タンク、１３…ポンプ、１５…主管、１５ａ…上流部分、１５ｂ…中流部分、１５ｃ…下流部分、１６…第１バイパス管、１７…第１バイパス弁、２０…流量測定部、２１…第１流量測定路、２２…第２流量測定路、２３…第１流量計、２４…第１調整弁、２５…第２流量計、２６…第２調整弁、２９…試験部、３０…枝管、３１…第１遮断弁、３２…第２遮断弁、３５…接続部分、３６…第２バイパス管、３７…第２バイパス弁、３８…排水管、３９…排水弁、４０…循環弁、４１…配管システム、４２Ａ…開閉弁、４２Ｂ…計器、４３…流通制御弁、４５…設計支援システム、４６…入力装置、４７…表示装置、４８…設計支援装置、４９…媒体、５０…制御部、５１…記憶部、５２…取得部、５３…処理部、５４…出力部。

Claims

供給源が供給する用水が流れる主管と前記主管から分岐して先端に閉止機構が設けられた複数の枝管とを備える配管システムの設計方法であって、
前記主管の中心から前記閉止機構までの長さであって枝管内径に対する相対値で表現される長さをデッドレグ長さとするとき、
前記複数の枝管の各々について、
前記配管システムの使用予測に基づいて、前記主管における前記枝管の接続部分を流れる前記用水の個別最小流速を求め、
前記個別最小流速に応じて前記デッドレグ長さの許容値を設定する
配管システムの設計方法。
供給源が供給する用水が流れる主管と前記主管から分岐して先端に閉止機構が設けられた複数の枝管とを備える配管システムの設計支援装置であって、
前記主管の中心から前記閉止機構までの長さであって枝管内径に対する相対値で表現される長さをデッドレグ長さとするとき、
前記設計支援装置は、
前記複数の枝管の各々について、前記配管システムの使用予測に基づいて、前記主管における前記枝管の接続部分を流れる前記用水の個別最小流速を演算する演算部と、
前記複数の枝管の各々に、前記個別最小流速に応じて前記デッドレグ長さの許容値を設定する許容値設定部と、を有する
配管システムの設計支援装置。
前記個別最小流速と前記許容値とを関連付けた許容値データを記憶する記憶部をさらに備え、
前記許容値設定部は、前記個別最小流速に基づいて前記許容値データから選択した値を前記許容値に設定する
請求項２に記載の配管システムの設計支援装置。
供給源が供給する用水が流れる主管と前記主管から分岐して先端に閉止機構が設けられた複数の枝管とを備える配管システムの設計を支援する設計支援装置に、
前記主管の中心から前記閉止機構までの長さであって枝管内径に対する相対値で表現される長さをデッドレグ長さとするとき、
前記複数の枝管の各々について、前記配管システムの使用予測に基づいて、前記主管における前記枝管の接続部分を流れる前記用水の個別最小流速を求める処理と、
前記複数の枝管の各々に、前記個別最小流速に応じて前記デッドレグ長さの許容値を設定する処理と、を実行させる
プログラム。
供給源が供給する用水が流れる主管と、
前記主管から分岐して先端に閉止機構が設けられた複数の枝管と、を備える配管システムであって、
前記複数の枝管の各々について、前記主管の中心から前記閉止機構までの長さであって枝管内径に対する相対値で表現される長さをデッドレグ長さとするとき、
前記供給源を基準とした前記主管の最上流に位置する前記枝管から前記主管の最下流に位置する前記枝管に向けて前記デッドレグ長さが単調減少している
配管システム。