JP2021167748A - 空気漏れ量計測方法及び計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管系統の計測対象を分類することによって正確な空気漏れ量を検出することができる、空気漏れ量計測方法及び計測装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る空気漏れ量計測装置１は、配管系統の空気漏れ量を計測する装置であって、計測対象２の空気漏れによって生じる音圧を測定する測定部３と、音圧に基づいて空気漏れ量を算出可能な演算部４と、算出された空気漏れ量を表示する表示部５と、計測対象２がねじ込み式継手であるかねじ込み式継手以外であるかの二種類に切り替え可能なスイッチ６と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、空気漏れ量計測方法及び計測装置に関し、特に、工場内の配管系統における空気漏れ量を正確に検出するための空気漏れ量計測方法及び計測装置に関する。

例えば、製造工場では、部品や装置の動力源として圧縮空気が使用されている。一般的な工場における空気圧縮機の電力消費は、工場全体の総電力消費の約２０％を占める重要な分野である。そして、配管系統からの圧縮空気の漏れ量は約２０％と言われており、圧縮空気の漏れ対策は重要な省エネテーマである。

漏れ対策を施すには、空気漏れ量を計測することが必要となる。例えば、特許文献１には、測定対象から発せられる音を検出するマイクロフォンと、該マイクロフォンから測定対象までの距離を測定する距離計と、各距離の音圧レベルと漏出量の関係を記憶した記憶部と記憶関係に基づいて前記マイクロフォン及び距離計での検出値から漏出量を算出する演算部を備えた信号処理回路と、該信号処理回路での算出漏出量を表示する表示部と、を具備する漏出量測定装置が開示されている。

特開平７−２５３３７６号公報

市販されている空気漏れ検出装置は、漏れ箇所の検出が主な機能であり、漏れ量を正しく測定することができない。これは、開口部からの空気漏れ（以下、本明細書において「隙間漏れ」と称する。）に適用される理論式のみ使用し、現実の現場で空気漏れが最も多いねじ込み式継手からの漏れ特性に対応していないことに起因しているものと考えられる。これは、上述した特許文献１に記載された発明においても同様のことがいえる。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、配管系統の計測対象を分類することによって正確な空気漏れ量を検出することができる、空気漏れ量計測方法及び計測装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、配管系統の空気漏れ量を計測する方法であって、計測対象をねじ込み式継手とねじ込み式継手以外の二種類に分類して前記空気漏れ量を計測するようにした、ことを特徴とする空気漏れ量計測方法が提供される。

前記ねじ込み式継手以外は、例えば、ねじ込み式継手を除く配管継手、配管の穴、配管の破損部及び補器類を含む。

前記計測対象がねじ込み式継手の場合は、空気漏れによって生じる音圧の測定値と、前記ねじ込み式継手の種類又は形状に基づく補正係数と、を用いて前記空気漏れ量を算出するようにしてもよい。

前記計測対象がねじ込み式継手以外の場合は、空気漏れによって生じる音圧の測定値に基づいて前記空気漏れ量を算出するようにしてもよい。

また、本発明によれば、配管系統の空気漏れ量を計測する装置であって、計測対象がねじ込み式継手であるかねじ込み式継手以外であるかの二種類に切り替え可能なスイッチを備える、ことを特徴とする空気漏れ量計測装置が提供される。

前記ねじ込み式継手以外は、例えば、ねじ込み式継手を除く配管継手、配管の穴、配管の破損部及び補器類を含む。

前記空気漏れ量計測装置は、前記計測対象の空気漏れによって生じる音圧を測定する測定部と、前記音圧に基づいて空気漏れ量を算出可能な演算部と、算出された空気漏れ量を表示する表示部と、を備え、前記演算部は、前記計測対象がねじ込み式継手の場合に、前記音圧の測定値と前記ねじ込み式継手の種類又は形状に基づく補正係数とを用いて前記空気漏れ量を算出するように構成されていてもよい。

前記演算部は、前記計測対象がねじ込み式継手以外の場合に、前記音圧の測定値に基づいて前記空気漏れ量を算出するように構成されていてもよい。

上述した本発明に係る空気漏れ量計測方法及び計測装置によれば、配管系統の計測対象を「ねじ込み式継手」と「ねじ込み式継手以外」の二種類に分類して空気漏れ量を算出するようにしたことにより、ねじ込み式継手の漏れ特性に対応した処理を行うことによって、その空気漏れ量を正確に計測することができる。また、計測対象がねじ込み式継手以外の場合には、隙間漏れの理論式を用いて略正確に空気漏れ量を計測することができる。

本発明の一実施形態に係る空気漏れ量計測装置を示す全体構成図である。 フランジ式継手の一例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は漏れ流量と測定値の関係、を示している。 ねじ込み式継手以外の他の例における漏れ流量と測定値の関係を示す図であり、（Ａ）はレギュレータ、（Ｂ）はチューブ破損部、を示している。 ねじ込み式継手の一例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は漏れ流量と測定値の関係、を示している。 ねじ込み式継手の他の例における漏れ流量と測定値の関係を示す図であり、（Ａ）はソケット、（Ｂ）はユニオン、を示している。 本発明の一実施形態に係る空気漏れ量計測方法を示すフローの一例である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る空気漏れ量計測装置を示す全体構成図である。

本発明の一実施形態に係る空気漏れ量計測装置１は、図１に示したように、配管系統の空気漏れ量を計測する装置であって、計測対象２の空気漏れによって生じる音圧を測定する測定部３と、音圧に基づいて空気漏れ量を算出可能な演算部４と、算出された空気漏れ量を表示する表示部５と、計測対象２がねじ込み式継手であるかねじ込み式継手以外であるかの二種類に切り替え可能なスイッチ６と、を備えている。

計測対象２は、例えば、製造工場に設置される配管系統の空気漏れが生じ得る部分である。本実施形態において、「配管系統」とは、圧縮空気の流路を形成する配管に接続された全ての部分及び部品を意味する。したがって、計測対象２は、配管継手、配管の穴、配管の破損部、補器類等を含む。

ここで、「配管継手」は、ねじ込み式継手及びねじ込み式継手を除く全ての配管継手（例えば、フランジ式継手、ワンタッチ継手等）を含む意味である。また、「補器類」は、減圧弁、増圧弁、電磁弁、空気フィルタ、レギュレータ、エアシリンダ、ルブリケータ、エアガン、容器等を含む意味である。

測定部３は、計測対象２に作業員が手動で接近させ、空気漏れによって生じる音（超音波）の音圧を測定する部分である。測定部３としては、既存の空気漏れ検出装置と同じものを使用することができる。

また、測定部３は、空気漏れ音の発生源からの距離に基づく音の減衰量を補正するために、その音を測定した位置を計測し、演算部４に自動入力するようにしてもよい。なお、音の発生源からの距離は作業員が手入力により演算部４に入力するようにしてもよい。

演算部４は、例えば、上述した特許文献１に記載されたように、音圧レベルと音の発生源からの距離との相関関係により空気漏れ量を算出する計算機（いわゆるコンピュータ）である。なお、空気漏れ量の算出方法は、この方法に限定されるものではなく、既存の方法から適当な方法を選択して採用することができる。

一般的に、配管等の圧縮空気の流路中の開口部から漏れる空気（隙間漏れの空気）は圧力に比例する流れ（圧力比例流れ）であり、その空気漏れ量は、Ｑ＝１２０×Ｓ×（Ｐ＋０．１）×（２９３／（２７３＋ｔ））^−１／２の計算式によって算出することができる。ここで、Ｑ：空気漏れ量（ｄｍ^３／ｍｉｎ）、Ｐ：空気圧力（ＭＰａ）、ｔ：空気温度（℃）、Ｓ：開口部の有効断面積（ｍｍ^２）、を意味している。

空気圧力Ｐには、例えば、計測対象２の上流側の空気圧力が入力される。空気温度ｔは、計測位置の雰囲気温度を計測して手入力するようにしてもよいし、空気漏れ量計測装置１に温度計を組み込んで自動入力するようにしてもよい。

また、有効断面積Ｓは、測定部３により測定された音圧の数値から算出される。一般に、音圧レベルＷ＝３×１０^−５×ρ×Ｕ^８×Ｄ^２×ｋ／ｃ^５の計算式が成り立つことが知られている。ここで、ρ：空気の平均密度、Ｕ：噴出し口の平均流速、Ｄ：噴出し口径、ｃ：音速、ｋ：音の発生源からの距離に基づく補正係数、を意味している。かかる計算式を用いることにより、計測対象の有効断面積Ｓを算出することができる。

ここで、図２は、フランジ式継手の一例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は漏れ流量と測定値の関係、を示している。また、図３は、ねじ込み式継手以外の他の例における漏れ流量と測定値の関係を示す図であり、（Ａ）はレギュレータ、（Ｂ）はチューブ破損部、を示している。なお、図２（Ｂ）〜図３（Ｂ）の各図において、横軸は市販の空気漏れ検出装置による測定値（ｍ^３／ｈ）、縦軸は流量計により計測した実際の漏れ流量（ｍ^３／ｈ）、を示している。

図２（Ａ）に示したように、計測対象２がフランジ式継手の場合には、フランジの突き合わせ部２１に配置されたパッキン（図示せず）の損傷やボルトの弛みによって、突き合わせ部２１に隙間が生じて空気が漏れることとなる。図２（Ｂ）に示したように、市販の空気漏れ検出装置による測定値は、流量計により計測した実際の漏れ流量と略一致する結果となることがわかる。

また、計測対象２が空気圧を調整するレギュレータの場合、その接続部から空気漏れが生じることとなる。計測対象２がレギュレータの場合も、図３（Ａ）に示したように、市販の空気漏れ検出装置による測定値は、流量計により計測した実際の漏れ流量と略一致する結果となることがわかる。

また、計測対象２が圧縮空気を搬送する樹脂製のエアチューブの場合、その破損部から空気漏れが生じることとなる。計測対象２がチューブ破損部の場合も、図３（Ｂ）に示したように、市販の空気漏れ検出装置による測定値は、流量計により計測した実際の漏れ流量と略一致する結果となることがわかる。

ここで、図４は、ねじ込み式継手の一例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は漏れ流量と測定値の関係、を示している。また、図５は、ねじ込み式継手の他の例における漏れ流量と測定値の関係を示す図であり、（Ａ）はソケット、（Ｂ）はユニオン、を示している。なお、図４（Ｂ）〜図５（Ｂ）の各図において、横軸は市販の空気漏れ検出装置による測定値（ｍ^３／ｈ）、縦軸は流量計により計測した実際の漏れ流量（ｍ^３／ｈ）、を示している。なお、図４（Ａ）は、エアチューブと配管の接続部を図示したものである。

図４（Ａ）に示したように、計測対象２がねじ込み式継手の場合には、ねじ込み部２２の緩みに基づく雄ねじと雌ねじとの隙間から空気が漏れることとなる。図４（Ｂ）に示したように、市販の空気漏れ検出装置による測定値は、流量計により計測した実際の漏れ流量より小さい数値となることがわかる。

これは、圧縮空気がねじ部を通過する際にその音圧が低下してしまうためであると考えられる。すなわち、ねじ込み式継手のねじ部における空気漏れでは、空気抵抗も増加するが、音のエネルギーが大幅に低下するという現象が生じている。

また、計測対象２が雄ネジ同士の配管を結合するソケットの場合、その接続部から空気漏れが生じることとなる。計測対象２がねじ込み式継手を有するソケットの場合も、図５（Ａ）に示したように、市販の空気漏れ検出装置による測定値は、流量計により計測した実際の漏れ流量より小さい数値となることがわかる。

また、計測対象２が配管同士を結合するユニオンの場合、その接続部から空気漏れが生じることとなる。計測対象２がねじ込み式継手を有するユニオンの場合も、図５（Ｂ）に示したように、市販の空気漏れ検出装置による測定値は、流量計により計測した実際の漏れ流量より小さい数値となることがわかる。

したがって、ねじ込み式継手の場合は、市販の空気漏れ検出装置では正確な空気漏れ量を計測することができない。一方、計測対象２がねじ込み式継手以外の場合には、市販の空気漏れ検出装置を用いて略正確な空気漏れ量を計測することができる。

なお、この事実は、本願発明者らが多数の配管継手（エルボ、ソケット、ユニオン、ニップル、チーズ等）及び空気漏れが生じる部分（配管の穴、配管の破損部、補器類等）について試験・研究を繰り返し行った結果により導かれたものであり、上述した試験結果はその一例を示したものに過ぎない。

すなわち、本願発明者らの試験・研究の結果、市販の空気漏れ検出装置を使用した場合、計測対象２がねじ込み式継手の場合には実際の漏れ流量との誤差が大きく、計測対象２がねじ込み式継手以外の場合には、実際の漏れ流量との誤差が少ないことが判明した。

これは、計測対象２がねじ込み式継手以外の場合には、空気漏れにチョーク流れや亜音速流れが存在しないことを意味し、いわゆる隙間漏れの理論式を適用することができることを意味している。なお、本明細書において、「隙間漏れ」とは、ねじ込み式継手の接続部を除く、全ての容器や接続部に生じる開口部（隙間や穴を含み、その形状は問わない）からの空気漏れを意味している。

一方で、計測対象２がねじ込み式継手である場合には、市販の空気漏れ検出装置を使用した場合、実際の漏れ流量よりも小さい数値を示す傾向にあることから、計測された空気漏れ量を割り増すように補正する必要がある。本実施形態に係る空気漏れ量計測方法は、かかる知見に基づいて創案されたものである。この空気漏れ量の補正は、演算部４で処理する。

具体的には、音圧の測定値に補正係数α（ただし、１．５＜α＜３．０）を乗じることによって測定値を割り増す。補正係数αの具体的な値は、種々の条件に基づくシミュレーションや試験データの分析によって算出することができる。ねじ込み式継手の形状及び種類は、一般に規格によって定められていることから、その規格ごとに補正係数αを定めておくことが好ましい。

また、空気漏れ量計測装置１は、計測対象２がねじ込み式継手以外の場合にも空気漏れ量を計測できることが好ましい。そこで、演算部４は、計測対象２がねじ込み式継手以外の場合に、計測対象２の空気漏れによって生じる音圧を測定し、その測定値に基づいて空気漏れ量を算出するように構成されていてもよい。

すなわち、演算部４は、計測対象２がねじ込み式継手の場合に、音圧の測定値とねじ込み式継手の種類又は形状に基づく補正係数αとを用いて空気漏れ量を算出するように構成されており、計測対象２がねじ込み式継手以外の場合に、音圧の測定値に基づいて空気漏れ量Ｑを算出するように構成されている。

上述したように、本実施形態に係る空気漏れ量計測装置１では、計測対象２がねじ込み式継手の場合とねじ込み式継手以外の場合とで空気漏れ量の算出方法が異なっている。したがって、空気漏れ量の計測時に計測対象２がねじ込み式継手であるか、ねじ込み式継手以外であるかを区別する必要があることから、空気漏れ量計測装置１はスイッチ６を備えている。

例えば、計測対象２がねじ込み式継手である場合にはスイッチボタン６１を押し、計測対象２がねじ込み式継手以外の場合にはスイッチボタン６２を押すことにより、算出方法を切り替えることができる。なお、スイッチ６の構成は図示したボタン式に限定されるものではなく、レバー式であってもよいし、デジタル式であってもよい。

最終的に、算出された空気漏れ量は液晶画面等により構成される表示部５に表示される。なお、図１では、説明の便宜上、演算部４を空気漏れ量計測装置１の本体と分離した状態を図示しているが、演算部４は空気漏れ量計測装置１の本体と一体に構成されていてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る空気漏れ量計測方法について図６を参照しつつ説明する。ここで、図６は、本発明の一実施形態に係る空気漏れ量計測方法を示すフローの一例である。なお、上述した空気漏れ量計測装置２の演算部４は、図６に示したフローに基づいて空気漏れ量を算出する。

図６に示した空気漏れ量計測方法は、配管系統の空気漏れ量を計測する方法であって、計測対象２をねじ込み式継手とねじ込み式継手以外の二種類に分類する分類工程Ｓｔｅｐ１と、空気漏れ量の計測に必要な計測条件（空気圧力、測定距離、補正係数α等）を演算部４に入力する第一入力工程Ｓｔｅｐ２と、計測対象２がねじ込み式継手である場合に、計測対象２の空気漏れによって生じる音圧を測定する第一測定工程Ｓｔｅｐ３と、音圧の測定値を割り増すように補正する補正工程Ｓｔｅｐ４と、音圧の補正値に基づいて空気漏れ量を算出する第一算出工程Ｓｔｅｐ５と、計測対象２がねじ込み式継手以外である場合に、空気漏れ量の計測に必要な計測条件（空気圧力、測定距離等）を演算部４に入力する第二入力工程Ｓｔｅｐ６と、計測対象２の空気漏れによって生じる音圧を測定する第二測定工程Ｓｔｅｐ７と、音圧の測定値に基づいて空気漏れ量を算出する第二算出工程Ｓｔｅｐ８と、を備えている。

例えば、上述した空気漏れ量計測装置１を使用する場合、分類工程Ｓｔｅｐ１はスイッチ６を操作することにより実行される。演算部４は、「ねじ込み式継手」のスイッチボタン６１が選択された場合に、第一入力工程Ｓｔｅｐ２〜第一算出工程Ｓｔｅｐ５を実行することにより空気漏れ量を算出する。

また、演算部４は、ねじ込み式継手以外のスイッチボタン６２が選択された場合に、第二入力工程Ｓｔｅｐ６〜第二算出工程Ｓｔｅｐ８を実行することにより空気漏れ量を算出する。

本実施形態に係る空気漏れ量計測方法は、図１に示した空気漏れ量計測装置１を使用する場合に限定されるものではない。例えば、ねじ込み式継手の場合には、補正係数αにより空気漏れ量を補正可能なねじ込み式継手専用の空気漏れ量計測装置を使用し、ねじ込み式継手以外の場合には、市販の空気漏れ量計測装置を使用することもできる。

また、図６に示したフローでは、音圧の測定値を補正してから空気漏れ量を算出しているが、音圧の測定値をそのまま使用して空気漏れ量を算出してから空気漏れ量を補正するようにしてもよい。また、第一入力工程Ｓｔｅｐ２及び第二入力工程Ｓｔｅｐ６は、分類工程Ｓｔｅｐ１の前に実行するようにしてもよい。

上述した本実施形態に係る空気漏れ量計測方法及び空気漏れ量計測装置１によれば、ねじ込み式継手の漏れ特性に対応した処理を行うことによって、その空気漏れ量を正確に計測することができる。また、計測対象２がねじ込み式継手以外の場合には、隙間漏れの理論式を用いて略正確に空気漏れ量を計測することができる。

したがって、本実施形態によれば、配管系統の計測対象２を「ねじ込み式継手」と「ねじ込み式継手以外」の二種類に分類することによって略正確な空気漏れ量を検出することができ、省エネ効果を正確に把握することもできる。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 空気漏れ量計測装置
２ 計測対象
３ 測定部
４ 演算部
５ 表示部
６ スイッチ
２１ 突き合わせ部
２２ ねじ込み部
６１，６２ スイッチボタン
Ｓｔｅｐ１ 分類工程
Ｓｔｅｐ２ 第一入力工程
Ｓｔｅｐ３ 第一測定工程
Ｓｔｅｐ４ 補正工程
Ｓｔｅｐ５ 第一算出工程
Ｓｔｅｐ６ 第二入力工程
Ｓｔｅｐ７ 第二測定工程
Ｓｔｅｐ８ 第二算出工程

Claims (8)

1. 配管系統の空気漏れ量を計測する方法であって、
   計測対象をねじ込み式継手とねじ込み式継手以外の二種類に分類して前記空気漏れ量を計測するようにした、
   ことを特徴とする空気漏れ量計測方法。
2. 前記ねじ込み式継手以外は、ねじ込み式継手を除く配管継手、配管の穴、配管の破損部及び補器類を含む、請求項１に記載の空気漏れ量計測方法。
3. 前記計測対象がねじ込み式継手の場合は、空気漏れによって生じる音圧の測定値と、前記ねじ込み式継手の種類又は形状に基づく補正係数と、を用いて前記空気漏れ量を算出する、請求項１に記載の空気漏れ量計測方法。
4. 前記計測対象がねじ込み式継手以外の場合は、空気漏れによって生じる音圧の測定値に基づいて前記空気漏れ量を算出する、請求項１に記載の空気漏れ量計測方法。
5. 配管系統の空気漏れ量を計測する装置であって、
   計測対象がねじ込み式継手であるかねじ込み式継手以外であるかの二種類に切り替え可能なスイッチを備える、
   ことを特徴とする空気漏れ量計測装置。
6. 前記ねじ込み式継手以外は、ねじ込み式継手を除く配管継手、配管の穴、配管の破損部及び補器類を含む、請求項５に記載の空気漏れ量計測装置。
7. 前記計測対象の空気漏れによって生じる音圧を測定する測定部と、前記音圧に基づいて空気漏れ量を算出可能な演算部と、算出された空気漏れ量を表示する表示部と、を備え、前記演算部は、前記計測対象がねじ込み式継手の場合に、前記音圧の測定値と前記ねじ込み式継手の種類又は形状に基づく補正係数とを用いて前記空気漏れ量を算出するように構成されている、請求項５に記載の空気漏れ量計測装置。
8. 前記演算部は、前記計測対象がねじ込み式継手以外の場合に、前記音圧の測定値に基づいて前記空気漏れ量を算出するように構成されている、請求項７に記載の空気漏れ量計測装置。
   
   

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