JP3602252B2 - 圧力変動吸収装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体輸送配管中の圧力変動を吸収するための圧力変動吸収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガスや空気等の流体を配管輸送する場合には、その配管内に圧力変動が生ずることが多い。このような圧力変動は、例えば、ガスエンジンによって冷媒圧縮用のコンプレッサを動作させて冷暖房を行うＧＨＰ（ガスエンジン式ヒートポンプ；通称ガスヒーポン）等のガス消費機器によっても生ずる。このＧＨＰには、通常、吸気サイクル時に大気と同時にガスを吸い込み、その後圧縮、爆発させるレシプロ型のガスエンジンが用いられるが、この場合のガス吸気は間欠的に行われるため、ガス配管内に周期的な圧力の脈動が生ずる。この圧力脈動の振幅は、例えば図７に示したように平均ガス供給圧が２２０ｍｍＨ_２ Ｏの場合には、１００〜３００ｍｍＨ_２ Ｏにも達することがある。
【０００３】
このような管内ガス圧変動は配管内を上流側へと伝播し、上流に配置されたガスメータや他の機器の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、ガスの流速を流量に換算してガス輸送量を計測するガスメータの場合には、ガス圧力の変動によって流速も変動するため、正確なガス流量を求めることができなくなる等の弊害が生ずる。また、このようなガス圧力変動では現行の膜式等の容積型のガスメータではメータの耐久性に影響を及ぼす可能性がある。したがって、このようなガス圧変動を減少させるための措置が必要である。
【０００４】
図８はＧＨＰの一般的な配設例を表すものである。この図に示したように、ユーザの家屋に取り付けられたガスメータ１０１の下流側には、バルブ１０２および圧力変動吸収装置１０３を介してＧＨＰ１０４が配設されている。
【０００５】
圧力変動吸収装置１０３としては、例えば図９に示したように、配管１０５の一部にバッファ（タンク）としてのチャンバ（流体室）１０６を形成したものがある。この場合、チャンバ１０６は電気回路における容量と等価であり、一種の音響フィルタとして作用して管内圧力変動が吸収される。
【０００６】
また、圧力変動吸収装置１０３の他の例として、例えば図１０に示したように、配管１０５内の流路を絞るためのオリフィス部材１０７を配置したものがある。この場合のオリフィス部材１０７は、電気回路における抵抗と等価である。したがって、オリフィス部材１０７は一種の音響フィルタとして作用し、管内圧力変動が吸収される。
【０００７】
また、特に圧力変動吸収装置１０３を設けずに、バルブ１０２を半開状態にして図１０のオリフィス部材１０７と同等の作用をさせることも行われていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は、ＧＨＰ等の変動圧源の上流側にバッファ（タンク）またはオリフィス部材（絞り）を単独で挿入配設したり、あるいは変動圧源の上流側のバルブを半開状態まで絞ってオリフィス部材と同等の作用をさせることが行われていた。しかしながら、チャンバのみによって圧力変動を十分吸収しようとすると、チャンバの容積を相当大きく（数十リットル程度）する必要があり、配管設備上およびコスト上の問題があった。一方、オリフィス部材のみによって圧力変動を十分吸収しようとすると、オリフィス部材の口径を相当絞る必要があるため抵抗が大きくなり、流路の圧力損失が増加するため、配管のガス輸送能力が著しく低下してしまうという問題があった。この点はバルブを絞る方法についても同様に問題となる。
【０００９】
さらに、圧力変動が相当大きい場合には、オリフィス部材またはチャンバのみではその圧力変動を十分吸収できず、圧力変動吸収装置としての機能を十分発揮できないという問題があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、流体の輸送能力の著しい低下や配設スペースの増大を伴うことなく、相当大きな圧力変動をも吸収して管内圧力を安定化させることができる圧力変動吸収装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の圧力変動吸収装置は、流体消費機器の上流側の配管途上に配設され、前記流体消費機器の作動によって配管内に生ずる流体圧力変動を吸収する装置であって、上流側配管と下流側配管との間に、所定の容量を有する圧力緩衝室として機能するように設けられた管状体と、管状体の入口側および出口側にそれぞれ設けられ、上流側配管および下流側配管と管状体とを接続する配管継手とを備えたものである。入口側または出口側の少なくとも一方の配管継手は、一端側に環状の凸段差部とこの凸段差部の外周に沿って形成された凹段差面とを有し、他端側が管状体の一端に連結される第１の接続具と、第１の接続具の凹段差面に接すると共に内周に凸段差部が嵌合するように配置されたリング状のパッキンと、一端側に内周に沿って形成された凹段差部を有し、他端側が上流側配管または下流側配管の一端に連結される第２の接続具と、第２の接続具の凹段差部に配置され、流体消費機器のガス消費量に応じた大きさの流路絞り孔を有する円板状のオリフィス部材と、第１の接続具および第２の接続具の外周側に設けられ、第２の接続具における凹段差部よりも外周側の端面と第１の接続具の凹段差面との間にパッキンを挟み込むと共に、第１の接続具における凸段差部の先端面と第２の接続具における凹段差部との間にオリフィス部材を挟み込んだ状態で、第１の接続具と第２の接続具とを締め付ける締付具とを備える。第１の接続具と第２の接続具とを締め付けた状態において、オリフィス部材により、第１の接続具の側の空間と第２の接続具の側の空間とが分割される。
この圧力変動吸収装置では、管状体とオリフィス部材との組合せが一種の音響フィルタを形成し、それぞれ単独で用いた場合に比べて大きな圧力変動を吸収することができる。
【００１２】
請求項２記載の圧力変動吸収装置は、請求項１記載の圧力変動吸収装置において、配管継手の構造がｔ _O ≦Ａ＋ｔ _P −Ｂを満たすように構成されたものである。これにより、第１の接続具と第２の接続具とを締めつけたときに、オリフィス部材が両接続具間の接近を妨害してパッキンによるガスシールが不完全となるのを防止することができる。
【００１３】
請求項３記載の圧力変動吸収装置は、請求項１記載の圧力変動吸収装置において、流体消費機器がガスエンジンヒートポンプである場合に適用されるものである。この圧力変動吸収装置では、ガスエンジンヒートポンプの作動によって生ずる大きな脈動振幅の圧力変動をも吸収することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態に係る圧力変動吸収装置を都市ガス輸送用配管に適用した例を表すもので、配管長手方向の断面を示している。
【００１６】
この圧力変動吸収装置は、ガス輸送用の配管１１内の途上に設けられた圧力緩衝室としてのチャンバ（流体室）１２と、このチャンバ１２の上流側入口付近の配管１１内に配設されたオリフィス部材１３と、このチャンバ１２の下流側出口付近の配管１１内に配設された絞り部材としてのオリフィス部材１４とを備えている。ここで、上流側とはガス供給側を意味し、下流側とはガス消費機器（例えばＧＨＰ等）の側、すなわち変動圧源側を意味する。
【００１７】
配管１１およびチャンバ１２は、配管１１の長手方向と直交する方向について円形の断面形状を有している。オリフィス部材１３は中央部に小孔１５を有する円板形状に形成され、配管１１の長手方向と直交するように固設されることで配管１１内を上流側と下流側に分割している。小孔１５は通常は円形に形成されるが、そのほか矩形状やその他の形状であってもよい。オリフィス部材１４についても同様である。
【００１８】
次に、以上のような構成の圧力変動吸収装置の作用を説明する。
【００１９】
チャンバ１２は電気回路における容量と等価であり、オリフィス部材１３，１４は電気回路における抵抗と等価である。そして、これらの各素子の組合せはＲＣ回路を構成し、一種の音響フィルタとして作用する。したがって、配管１１の内径および変動圧の周波数に対して、チャンバ１２の容量（容積）およびオリフィス部材１３の小孔１５のサイズを適切に設定することにより、図２に示したように、変動圧源側から伝播してくる脈動的な圧力変動（ａ）を効果的に吸収して、（ｂ）に示すように脈動振幅を低減させることができる。
【００２０】
図３は図１の圧力変動吸収装置をＧＨＰに適用した場合の配設例を表すものである。この図に示したように、ユーザの家屋に取り付けられたガスメータ２１の下流側に、バルブ２２および圧力変動吸収装置２３を介してＧＨＰ２４が配設されている。バルブ２２は、圧力変動吸収装置２３の設置または交換等の際にガス供給を遮断するために設けられたもので、圧力変動吸収装置２３の上流側の配管１１に配設されている。
【００２１】
圧力変動吸収装置２３は、図４に示したように、可橈性のある耐圧ホース３１と、この耐圧ホース３１の両端と上流側配管１１およびＧＨＰ２４との間を接続する配管継手３２，３３とを備えている。耐圧ホース３１は、例えば、ワイヤー入りのゴム製で形成され、図１におけるチャンバ１２として作用するものである。配管継手３２，３３としては例えばユニオン継手が用いられる。これらの配管継手３２，３３は、それぞれ、後述するオリフィス部材（本図では図示せず）を収容しており、これらが図１におけるオリフィス部材１４として作用する。
【００２２】
図５および図６は配管継手３２の構成を表すものである。このうち、図５は耐圧ホース３１の長手方向（軸向）に沿った断面構成を表し、図６は図５の矢印ａの方向から視た状態を表すものである。なお、配管継手３３も同様である。
【００２３】
これらの図に示したように、配管継手３２は、接続金具４１と、接続金具４２と、締付金具４３と、パッキン４４と、オリフィス部材４５とを備えている。接続金具４１の右端側は耐圧ホース３１（図示せず）に接続され、接続金具４２の左端側は配管１１（図示せず）に接続される。接続金具４１の左端側に円周に沿って形成された凹段差面４９にはリング状のパッキン４４が配置されている。接続金具４２は、その右端面がパッキン４４に接するように配置される。締付金具４３は接続金具４１の外周に回転自在に緩く嵌合しており、その内周に形成された雌ねじ部４５を接続金具４２の外周に形成された雄ねじ部４６に螺合させて締めつけることにより、締付金具４３の内周面に沿って形成された段差エッジ４７が、接続金具４１の外周に沿って形成された段差エッジ４８を図の左方向に押し付け、これにより、パッキン４４を介して接続金具４１と接続金具４２とを締結することができるようになっている。
【００２４】
接続金具４２の右端側には内周側に沿って凹段差部５１が形成され、ここに円板状のオリフィス部材５５が配置される。一方、接続金具４１の左端側には、パッキン４４の内周が嵌合する凸段差部５２が形成されている。そして、オリフィス部材５５は、接続金具４１と接続金具４２とを締結した状態において、接続金具４１の側の空間と接続金具４２の側の空間とを分割するようになっている。オリフィス部材５５の中央部には、流路を絞るための小孔５６が形成されている。小孔５６のサイズは、ＧＨＰ２４のガス消費量にもよるが、例えば５ｍｍ程度である。
【００２５】
なお、接続金具４１の凹段差部５１の段差量をＡ、接続金具４２の凸段差部５２の段差量をＢ、パッキン４４の厚さをｔ_ｐ 、オリフィス部材５５の厚さをｔ_０ とすると、ｔ_０ は次の（１）式を満たす必要がある。
【００２６】
ｔ_０ ≦Ａ＋ｔ_ｐ −Ｂ…（１）
【００２７】
（１）式を満たす必要があるのは、接続金具４１と接続金具４２とを締めつけたときに、このオリフィス部材５５が両金具間の接近を妨害してパッキン４４によるガスシールが不完全となるのを防止するためである。したがって、このためにも、オリフィス部材５５は例えば塩化ビニルやコルク材等のような比較的柔らかい材料で形成し、パッキン４４は例えば紙や石綿等のような比較的硬めの材料で形成するのが好適である。
【００２８】
次に、以上のような構成の圧力変動吸収装置の作用を説明する。
【００２９】
耐圧ホース３１は、上記のように、図１におけるチャンバ１２として作用し、配管継手３２，３３はそれぞれ図１におけるオリフィス部材１３，１４として作用するので、図１について説明したように、これらの各部材の組合せはＲＣ回路を構成し、一種の音響フィルタとして作用する。したがって、変動圧源側（ＧＨＰ２４）から伝播してくる脈動的な圧力変動を効果的に吸収し、ガスメータ２１が受ける影響を低減することができる。
【００３０】
この場合の圧力変動の減衰特性は、配管１１の内径、ＧＨＰ２４のガス消費量およびこれにより生ずる変動圧周期等にも関係するが、耐圧ホース３１の容量（容積）およびオリフィス部材５５の小孔５６のサイズを適切に設定することにより、所期の圧力変動振幅減衰特性を得ることは十分可能である。耐圧ホース３１の容量（管内容積）は、例えば数百ミリリットル〜数リットル程度に設定されるが、例えば、耐圧ホース３１の内径を２５ｍｍ、長さを１ｍとすると、その容量は約２リットルとなる。また、小孔５６の直径は、例えば５ｍｍ程度に設定される。
【００３１】
このように本実施の形態では、容量（チャンバ）のみで圧力変動吸収装置を構成するのでなく、容量と抵抗（オリフィス）とを組み合せて圧力変動吸収装置を構成しているので、所期の減衰特性が得られるのであれば、図１のチャンバ１２の径を配管１１の径以上にする必要がなく、配管１１の径とほぼ同じくすることができる。したがって、配管スペースが増大することもない。
【００３２】
また、図４に示した圧力変動吸収装置では、チャンバとして耐圧ホース３１を利用すると共に、配管継手３２，３３内にオリフィス部材５５を組み込むようにしたので、設備上のコストが低減できると共に、大きな設置スペースもとらずに済む。また、ＧＨＰ２４を他の仕様のものに交換した場合等、必要に応じて耐圧ホース３１の長さあるいはオリフィス部材５５の小孔５６のサイズを変えることが容易であるため、ガス消費機器のガス消費量や圧力変動周期等に応じた迅速かつ適切な対応が可能となる。
【００３３】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、本実施の形態では、チャンバの上流側と下流側の両側にオリフィスを設けるようにしたが、圧力変動の振幅によってはいずれか一方のみにオリフィスを配置するだけでも、所期の減衰特性を得ることが可能である。
【００３４】
また、図３におけるバルブ２２は、ＧＨＰ２４の使用中は全開状態とするのが原則であるが、管内圧力変動が特に大きい場合には、ＧＨＰ２４へのガス供給量に支障がない範囲でバルブ２２を半開状態に絞るという方法も考えられる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の圧力変動吸収装置によれば、管状体と、この管状体の入口側および出口側にそれぞれ設けられた配管継手とを備え、これらの配管継手の少なくとも一方はオリフィス部材を有するようにしたので、一種の音響フィルタが形成され、圧力損失による流体の輸送能力の著しい低下を招くことがなく、流体消費機器から生じる相当大きな圧力変動をも吸収して管内圧力を安定化させることができる。その結果、流体消費機器から伝播してくる脈動的な圧力変動を効果的に吸収し、ガスメータ（上流側機器）が受ける影響を低減することができる。また、設備上のコストが低減できると共に、大きな設置スペースもとらずに済む。また、流体消費機器を他の仕様のものに交換した場合等、必要に応じて管状体の長さあるいはオリフィス部材の流路絞り孔のサイズを変えることが容易であるため、流体消費機器の流体消費量や圧力変動周期等に応じた迅速かつ適切な対応が可能となる。
【００３６】
請求項２記載の圧力変動吸収装置によれば、請求項１記載の圧力変動吸収装置において、配管継手の構造がｔ _O ≦Ａ＋ｔ _P −Ｂを満たすように構成したので、第１の接続具と第２の接続具とを締めつけたときに、オリフィス部材が両接続具間の接近を妨害してパッキンによるガスシールが不完全となるのを防止することができる。
【００３７】
請求項３記載の圧力変動吸収装置によれば、圧力緩衝室と絞り部材との組合せの構成をガスエンジンヒートポンプに適用するようにしたので、ガスエンジンの吸気、圧縮、爆発のサイクルに伴う脈動的な大振幅の圧力変動が生じても、これを効果的に吸収することができ、上流側に配設されたガスメータ等の機器への影響を最小限に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧力変動吸収装置の構成を表す配管長手方向に沿った断面図である。
【図２】図１の圧力変動吸収装置による圧力変動低減状態を説明するための波形図である。
【図３】図１の圧力変動吸収装置の配設例を表す図である。
【図４】図１の圧力変動吸収装置の応用例を表す図である。
【図５】図４の配管継手の構造を表す断面図である。
【図６】図５の配管継手を矢印ａの方向から視た状態を表す図である。
【図７】管内圧力変動の例を表す図である。
【図８】従来の圧力変動吸収装置の配設例を表す図である。
【図９】従来の圧力変動吸収装置の一構成例を表す図である。
【図１０】従来の圧力変動吸収装置の他の構成例を表す図である。
【符号の説明】
１１ 配管
１２ チャンバ
１３，１４，５５ オリフィス部材
１５，５６ 小孔
２１ ガスメータ
２２ バルブ
２３ 圧力変動吸収装置
２４ ＧＨＰ（ガスエンジンヒートポンプ）
３１ 耐圧ホース
３２，３３ 配管継手
４１，４２ 接続金具
４３ 締付金具
４４ パッキン

Claims (3)

1. 流体消費機器の上流側の配管途上に配設され、前記流体消費機器の作動によって配管内に生ずる流体圧力変動を吸収する装置であって、
   上流側配管と下流側配管との間に、所定の容量を有する圧力緩衝室として機能するように設けられた管状体と、
   前記管状体の入口側および出口側にそれぞれ設けられ、前記上流側配管および下流側配管と前記管状体とを接続する配管継手と
   を備え、
   前記入口側または出口側の少なくとも一方の配管継手が、
   一端側に環状の凸段差部とこの凸段差部の外周に沿って形成された凹段差面とを有し、他端側が前記管状体の一端に連結される第１の接続具と、
   前記第１の接続具の前記凹段差面に接すると共に内周に前記凸段差部が嵌合するように配置されたリング状のパッキンと、
   一端側に内周に沿って形成された凹段差部を有し、他端側が前記上流側配管または前記下流側配管の一端に連結される第２の接続具と、
   前記第２の接続具の前記凹段差部に配置され、前記流体消費機器のガス消費量に応じた大きさの流路絞り孔を有する円板状のオリフィス部材と、
   前記第１の接続具および前記第２の接続具の外周側に設けられ、前記第２の接続具における前記凹段差部よりも外周側の端面と前記第１の接続具の前記凹段差面との間に前記パッキンを挟み込むと共に、前記第１の接続具における前記凸段差部の先端面と前記第２の接続具における前記凹段差部との間に前記オリフィス部材を挟み込んだ状態で、前記第１の接続具と前記第２の接続具とを締め付ける締付具と
   を備え、
   前記第１の接続具と前記第２の接続具とを締め付けた状態において、前記オリフィス部材により、前記第１の接続具の側の空間と前記第２の接続具の側の空間とが分割されるようにしたことを特徴とする圧力変動吸収装置。
2. 前記第２の接続具における前記凹段差部の段差量をＡとし、前記第１の接続具における前記凸段差部の段差量をＢとし、前記パッキンの厚さをｔ _P とし、前記オリフィス部材の厚さをｔ _O としたとき、
   ｔ _O ≦Ａ＋ｔ _P −Ｂ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の圧力変動吸収装置。
3. 前記流体消費機器は、ガスエンジンヒートポンプであることを特徴とする請求項１または２記載の圧力変動吸収装置。

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