JPH0560502U - 空気分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配管内を流れる液体の流速が大きくても混入
している気泡を効果的に分離することができ、構造が簡
単で且つ廉価に製作し得る空気分離器を提供する。 【構成】 垂直に配置された分離器本体（１）の中央部
に、給湯設備の水平配管（５）と接続するための水平に
配置された入口管（２）が設けられている。本体（１）
の下端出口には立下げ管（６）が接続されている。本体
（１）及び入口管（２）の内径は水平配管（５）及び立
下げ管（６）の内径よりも大きく、本体（１）の入口管
設置位置より上部には一時的な空気溜めスペース（Ｓ）
が形成されるように、構成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、給水設備配管や給湯設備配管（以下給湯配管という）の水平配管に 溜まる空気の分離器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

通常、給湯配管には、例えば通水時に配管の途中に残留した空気や、水から分 離した溶存空気などが原因で空気が入っている。これらの空気は、例えば図２に 示す如く建物の他の配管Ｔ₁ ，Ｔ₂ や梁Ｈなどの障害物を越えたりくぐったりし てできる鳥居形（又は門形）と呼ばれる配管（水平配管５と垂直な立下げ管６で 構成）の頂部や、屋上の給湯設備などの水平配管から下層階へ垂直に立下げた配 管（以下、立下げ管という）の上部に溜まるため、自動空気抜き弁４を単に立下 げ管６の直前の水平配管５に取付管３を介して直接取り付けたり、立下げ管６の 上部に立下げ管６と同サイズのＴ形の継手７を取付けてそのＴ形の継手７の上部 に取付管３を介して自動空気抜き弁４を取り付けたりして、その空気を排除する ようにしている。又は、図３及び図４に示すように空気分離器を例えば一旦水平 配管５に取付け、この空気分離器に取付管３を介して自動空気抜き弁４を取付け て、空気を排除するようにしている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

図２に示す如き従来の方法は、配管内の温水の流速が比較的遅いときは問題が ないが、温水の流速が速くなると殆ど空気が抜けなくなり、この空気が蛇口から 流出するとき振動を発生したり、配管の途中に設けた循環ポンプに空気が絡まっ て循環ポンプを焼損させたり、空気の滞留によって配管を腐食させたりするとい う大きな問題が発生している。即ち、配管内の最大流速は、通常１．５ｍ／秒で あるが、配管内の直径１mm以上の気泡の上昇速度は約０．３ｍ／秒しかないため 、温水が最大流速で流れた場合、次のような現象が起こっている。

【０００４】 図２の場合、自動空気抜き弁４の取付管３の口径は２０mm程度であり、温水の 流速が遅くしかも流れてくる空気の量が自動空気抜き弁４の排気能力より少ない ときは、気泡が自然に上昇して取付管３で捕捉され、自動空気抜き弁４から排出 される。しかし、例えば水平配管５内の温水の流速が、最大の１．５ｍ／秒にな ると、気泡が取付管３を通過する時間ｔは、 ｔ＝（２０mm÷１０００mm／ｍ）÷１．５ｍ／秒＝０．０１３秒 となり、気泡は取付管３で捕捉されずにあっという間に通過してしまう。又、同 様温水の流速条件で、立下げ管６の上部のＴ形の継手７の出口における気泡の流 速Ｖは、 Ｖ＝１．５ｍ／秒−約０．３ｍ／秒＝１．２ｍ／秒 でまだ相当早いため、気泡が温水に混合した状態でどんどん下流側に流れ去って しまう。

【０００５】 一般に水平配管５は空気が流れ易いように先上がり勾配となっており、自動空 気抜き弁４は立下げ管６などの上部に必要に応じて取り付けられているが、温水 の流速が最大の１．５ｍ／秒程度になると、気泡は水平配管，垂直配管共に高速 で下流へ移動し、取付管３で気泡が捕捉されず自動空気抜き弁４は殆ど作動しな い状態になる。又、温水の流速が比較的遅くても、配管の途中の継手や弁の内部 に溜まっていた空気が固まって、一時的にピストン状になって多量に流れてくる ことがある。この場合、自動空気抜き弁４の排気能力を一時的にオーバするとそ の分は結局取付管３で気泡が捕捉されずに下流へ移動してしまう。

【０００６】 図３の空気分離器は、一般に小口径の配管に用いられるもので、本体１の内側 の通過面積は水平配管５の内側の通過面積より約４〜５倍の大きさをもっている ため、本体１内の温水の流速は水平配管５より当然遅くなっている。又、本体１ の内部には案内板８が設けてあり、気泡の上昇を助ける役目をしている。更に、 本体１の上部には、蓋９が取付けられていると共に、取付管３と自動空気抜き弁 ４が取付けられていて、本体１の上部に溜まった空気は排気管４ａから大気へ逃 がしている。しかも、蓋９の下部はテーパに切断した部分（以下テーパ部分とい う）９ａを有しており、このテーパ部分９ａの直ぐ下流側が若干減圧されること によって、気泡をより捕捉し易くしている。

【０００７】 しかしながら、図３の空気分離器は水平配管５の温水の流速が比較的遅い場合 は、自動空気抜き弁４を単に配管に取付けた図２の例より空気分離の効果がある が、水平配管５内の温水の流速が最大の１．５ｍ／秒程度になった場合、本体１ 内の温水の流速Ｖ₁ は、

【数１】 となり、気泡が取付管３を通過する時間ｔは、 ｔ＝（20mm÷1000mm／ｍ）÷（0.375 〜0.3 ｍ／秒）＝0.053 〜0.067 秒 となり、気泡は取付管３を一瞬に通り過ぎてしまうと共に気泡の滞留スペースが 小さくしかも取付管３と出口１０が比較的近接しているため取付管３を通り過ぎ た気泡は出口１０に引き込まれ水平配管５に流れ去ってしまう。

【０００８】 更に、図３の空気分離器の場合、案内板８やテーパ部分９ａは、流速が比較的 遅いときには、気泡を上昇させたり捕捉する効果があるが、流速が最大の１．５ ｍ／秒程度になると温水の流れが乱流になるため案内板８やテーパ部分９ａに気 泡が衝突して細分化され逆にますます分離しにくくなる。従って、この形状の空 気分離器は、水平配管５の温水の流速がせいぜい１ｍ／秒以下の場合にしか使用 できないという欠点がある。

【０００９】 気泡を効率よく分離するためには配管径を大きくし流速を小さくすればよいこ とは明らかで、図４のような空気分離器（実公昭５６−３９１０６号）もあるが 、これは本体１内で温水の上向き流れの通路と下向き流れの通路とを設ける必要 があるため、当然外観寸法が大きく分離器の重さを支える支持装置も大きくなり 、しかも、構造が複雑で価格が高いという欠点があり鳥居形配管や立下げ配管の 全てに取付けることができるわけではなかった。

【００１０】 尚、気泡の直径が約１mm未満の場合は、浮力が殆ど０ｍ／秒のため、温水が最 大流速で流れた場合、気泡は温水と共に流れ去ってしまう。

【００１１】 本考案は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり 、その目的とするところは、配管内を流れる液体の流速が最大の１．５ｍ／秒で あっても気泡の分離効果が十分高く、構造が簡単で且つ価格が安い空気分離器を 提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案による空気分離器は、垂直に配置された本 体の中央部に給湯設備の水平配管と接続する水平に配置された入口管を設けると 共に、上記本体と入口管の内径を給湯設備の水平配管と立下げ管の内径よりも大 きくし、且つ上記本体の上記入口管設置位置より上部に一時的な空気溜めスペー スを設けている。

【００１３】

【作用】

温水配管内の気泡の流れは、水と空気のいわゆる二相流れで、その混合割合や 流速によっては、温水中に気泡として分散する場合、気泡と温水が連なってピス トン状をなす場合、温水が配管の周壁にあって中心部に空気がある環状流れにな る場合、水平配管にあっては温水と空気が上下に分離して流動する場合など複雑 多岐の流れ方をする。

【００１４】 気泡の運動速度は、温水の速度と気泡の上昇速度のベクトル和になるため、同 じ配管径なら、立下げ管部分の気泡の速度が最も遅くなり、気泡の捕捉には立下 げ管部分を利用することが有利であることは明らかなことである。

【００１５】 一方、気泡が上昇して空気分離器から自動空気抜き弁まで移動する時間及び空 気が自動空気抜き弁の弁箱内に入って自動空気抜き弁が作動するまで若干の時間 がかかり、しかも空気分離器に取り付ける自動空気抜き弁の排出量は大きい方が よいが、価格，スペースなどの関係で限界があるため、一時的に空気が固まって 移動してきた場合、その空気を一時的に蓄積する程度のスペースが必要になる。

【００１６】 ところで給湯などに使用する配管の寸法は、一般に表１又は表２に示す例の如 く段階的に寸法が規格化されていて、又、これに合うようなＴ形の継手やレジュ ーサ継手などが市販されている。

【表１】

【表２】

【００１７】 本空気分離器は、垂直管本体の中央部に給湯設備の水平配管と接続するための 入口管を設けたから、立下げ管の上部に取付けられ得る。又、上記規格品の呼び 径アップを利用して、入口管と垂直管本体の内径を水平配管と立下げ管の内径よ り大きくしたから、入口管と垂直管本体内における温水の流速を十分に遅くする ことができ、温水からの気泡の分離を容易にする。

【００１８】

【実施例】

以下、本考案を給湯配管の途中に取付けて具体化した一実施例を図１に基づい て説明する。 図中、１は垂直配管１ａとレジューサ１ｂとＴ形継手１ｃとレジューサ排気口 １ｄとから成っていて垂直に配置された空気分離器本体、２は本体１の中央部即 ちＴ形継手１ｃの入口に水平に接続された水平管２ａとレジューサ２ｂとから成 っている入口管、３はレジューサ排気口１ｄに接続された取付管、４は取付管３ に取付けられていて排気管４ａを有する自動空気抜き弁、５はレジューサ２ｂの 入口に接続された給湯設備の水平配管、６はレジューサ１ｂの出口に接続された 立下げ管である。

【００１９】 空気分離器本体１及び入口管２の各構成部品の接続，本体１と取付管３との接 続は夫々溶接などで耐圧性を有するようになされており、又入口管２と水平配管 ５との接続及び本体１と立下げ管６との接続は耐圧性と水蜜性を有するようにな されている。更に、本体１と入口管２は、その内径Ｄが水平配管５及び立下げ管 ６の内径ｄよりも約１．２５倍程度以上大きくなるよう、市販の配管の呼び径を １サイズ大きいものを採用して構成されている。尚、実験によれば、入口管２の 長さＸ及び本体１の一部分の高さＹはその内径Ｄに対して約６Ｄ〜８Ｄ，本体１ の他の部分の高さＺは約１００〜３００mm程度で十分であることが確認された。

【００２０】 以下、実験に基づき本案空気分離器の作用を説明する。 今、水平配管５及び立下げ管６内の温水流速が、最大の１．５ｍ／秒になって いるとすれば、入口管２及び本体１の温水の平均流速Ｖ₁ は Ｖ₁ ＝１．５ｍ／秒×（ｄ／Ｄ）² ＝１．５×（ｄ／１．２５ｄ）² ＝０．９６ｍ／秒 で１ｍ／秒以下となる。

【００２１】 実験によれば、水平配管５内で流速１．５ｍ／秒で移動していた温水と気泡が 、水平配管５内から入口管２に入ってくると流速が１ｍ／秒以下に落ち、気泡は 自然に配管の上部に移動上昇し、本体１に入る。本体１に入った大半の気泡は、 滞留スペースＳを経由して上部に移動し、取付管３及び自動空気抜き弁４を介し て排気管４ａから大気へ排出される。本体１に入った一部の気泡は、Ｖ₁ ＝０． ９６−０．３＝０．６６ｍ／秒の流速で本体１の下部へ移動しようとするが、温 水は本体１に入るとそのまま慣性で直進して管壁にぶつかり、その勢いで管壁に 沿って下向きに方向を変えて流れる。この時流れは遠心分離器による如き状態に なり管壁の温水は平均流速Ｖ₁ より速く流れる結果、逆に中央付近の温水は平均 流速Ｖ₁ より低速で流れ、気泡は温水より質量が可成り小さいため中央部付近に 集まり、小さい気泡が集合して大きく凝集しながらより大きな浮力を得て上昇し ようとする。

【００２２】 一般に温水の流速は１．５ｍ／秒で定常的に流れているのではなく、常に変動 しており上記遠心分離器的効果と相乗して、結局本体１に入ってゆっくり下部へ 移動しようとしている一部の気泡は、本体１の下端出口に到達する前に温水の流 速が瞬間的に下がるたびに浮上し、ついには一時的な空気溜めスペースＳへ移動 することができる。

【００２３】 又、気泡が比較的多量に入口管２に入ってきた場合、水平配管５内の温水が最 大の１．５ｍ／秒から急に入口管２で１ｍ／秒以下に落ち、温水と空気は自然に 入口管２の下部と上部に分離して本体１に入り、前述と同様遠心分離器的効果が よりいっそう作用し、温水は慣性でやはり本体１の管壁に沿って平均流速Ｖ₁ よ り速く下向きに流れ、気泡は本体１の中央部に温水との境界面Ｂを形成し空気柱 Ａとなってとどまることができる。この空気柱Ａは、やがて自動空気抜き弁４を 介して排気管４ａから大気へ排出される。

【００２４】 本考案品と従来品について、水平配管５及び立下げ管６の内径ｄ＝２７．６mm ，水平配管５の温水圧力０．１kgf ／cm² , 水平配管５の温水流速１．５ｍ／秒 （一定）の条件で、自動空気抜き弁１０からの空気排出量を測定し比較試験した 結果を表３に示す。但し、本考案品の条件はＤ＝４１．６mm，Ｘ＝３００mm，Ｙ ＝３００mm，Ｚ＝１００mmである。

【表３】

【００２５】 以上、実施例においては温水と空気の分離について説明したが、本考案を水以 外の液体から空気以外の気体を分離することに適用することも可能であることは 云うまでもない。又、温水の流れを逆にして垂直配管であっても下から上へ流れ る部分に取付けても、従来の同一径からなる配管に比べれば空気分離の効果は勝 っており、使用可能なことは云うまでもない。更に、特別に空気分離器として制 作したものを使用しなくても、従来の配管設備の施行の中で立下げ管の上部を他 の部分より太くすることにより制作してもよい。分離器はまた、市販の規格品を 使用しないで、必要な寸法に成形した材料を用いてもよい。

【００２６】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案は、特別の配管の引き回しが不要で、水平から垂直 立下げ管へ変化する場所全てに容易に取付けられ得、内部に案内板などがなく構 造が簡単で、しかも市販の規格品の材料を利用するため安価に製作でき、又、配 管費用も一般配管と変わらないにも拘らず、空気分離の効果が大きく、しかも空 気が蛇口から流出して振動を発生したり、循環ポンプを焼損したり、配管を腐食 させるという問題が解決するため実用上その効果は極めて大きい。

【提出日】平成３年７月１９日

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】通常、給湯配管には、例えば通水時に配管の途中 に残留した空気や、水から分離した溶存空気などが原因で空気が入っている。こ れらの空気は、例えば図２に示す如く建物の他の配管Ｔ_１，Ｔ_２や梁Ｈなどの障 害物を越えたりくぐったりしてできる鳥居形（又は門形）と呼ばれる配管（水平 配管５と垂直配管６で構成）の頂部や、屋上の給湯設備などの水平配管から下層 階へ垂直に立下げた配管（以下、立下げ管という）の上部に溜まるため、自動空 気抜き弁４を単に立下げ管６の直前の水平配管５に取付管３を介して直接取り付 けたり、立下げ管６の上部に立下げ管６と同サイズのＴ形の継手７を取付けてそ のＴ形の継手７の上部に取付管３を介して自動空気抜き弁４を取り付けたりして 、その空気を排除するようにしている。又は、図３及び図４に示すように空気分 離器を例えば一旦水平配管５に取付け、この空気分離器に取付管３を介して自動 空気抜き弁４を取付けて、空気を排除するようにしている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】 しかしながら、図３の空気分離器は水平配管５の温水の流速が比 較的遅い場合は、自動空気抜き弁４を単に配管に取付けた図２の例より空気分離 の効果があるが、水平配管５の温水の流速が最大の１．５ｍ／秒程度になった場 合、本体１内の温水の流速Ｖ_１は、

【式１】 となり、気泡が取付管３を通過する時間ｔは、 ｔ＝（２０ｍｍ÷１０００ｍｍ／ｍ）÷（０．３７５〜０．３ｍ／秒）＝０． ０５３〜０．０６７ 秒 となり、気泡は取付管３を一瞬に通り過ぎてしまうと共に気泡の滞留スペースが 小さくしかも取付管３と出口１０が比較的近接しているため取付管３を通り過ぎ た気泡は出口１０に引き込まれ水平配管５に流れ去ってしまう。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】 更に、図３の空気分離器の場合、案内板８やテーパ部分９ａは、水平配管５の 流速が比較的遅いときには、気泡を上昇させたり捕捉する効果があ るが、水平配管５の流速が最大の１．５ｍ／秒程度になると本体１に流入した直 後の 温水の流れが乱流になるため案内板８やテーパ部分９ａに気泡が衝突して細 分化され逆にますます分離しにくくなる。従って、この形状の空気分離器は、水 平配管５の温水の流速がせいぜい１ｍ／秒以下の場合にしか使用できないという 欠点がある。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】 空気分離器本体１及び入口管２の各構成部品の接続，本体１と取 付管３との接続は夫々溶接などで耐圧性を有するようになされており、又入口管 ２と水平配管５との接続及び本体１と立下げ管６との接続は耐圧性と水密性を有 するようになされている。更に、本体１と入口管２は、その内径Ｄが水平配管５ 及び立下げ管６の内径ｄよりも約１．２５倍程度以上大きくなるよう、市販の配 管の呼び径を１サイズ以上大きいものを採用して構成されている。尚、実験によ れば、入口管２の長さＸ及び本体１の一部分の高さＹはその内径Ｄに対して約６ Ｄ〜８Ｄ，本体１の他の部分の高さＺは約１００〜３００ｍｍ程度で十分である ことが確認された。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】 本考案品と従来品について、水平配管５及び立下げ管６の内径ｄ ＝２７．６ｍｍ，水平配管５の温水圧力０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２，水平配管５の温 水流速１．５ｍ／秒（一定）の条件で、自動空気抜き弁４からの空気排出量を測 定し比較試験した結果を表３に示す。但し、本考案品の条件はＤ＝４１．６ｍｍ ，Ｘ＝３００ｍｍ，Ｙ＝３００ｍｍ，Ｚ＝１００ｍｍである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による空気分離器の一実施例の縦断面図
である。

【図２】従来配管における自動空気抜き弁の取付状態を
示す図である。

【図３】従来の空気分離器の一例を示す縦断面図であ
る。

【図４】従来の空気分離器の他の例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 空気分離器本体 １ａ 垂直管 １ｂ，２ｂ レジューサ １ｃ Ｔ形継手 １ｄ レジューサ排気口 ２ 入口管 ２ａ 水平管 ３ 取付管 ４ 自動空気抜き弁 ４ａ 排気管 ５ 水平配管 ６ 立下げ管

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直に配置された本体１の中央部に給湯
   設備の水平配管５と接続するための水平に配置された入
   口管２を設けると共に、上記本体１と入口管２の内径を
   上記水平配管５及び上記本体１に接続されるべき立下げ
   管６の内径より大きくし、且つ上記本体１の上記入口管
   設置位置より上部に一時的な空気溜めスペースを設けて
   成る空気分離器。