JPH0721202Y2

JPH0721202Y2 - 空気分離器

Info

Publication number: JPH0721202Y2
Application number: JP1991047208U
Authority: JP
Inventors: 洋一内田; 俊夫野口; 武美村中
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2005-05-17
Also published as: JPH0560502U

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。

【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１
０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、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。

【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１．５
ｍ／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／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＝３００
ｍｍ，Ｙ＝３００ｍｍ，Ｚ＝１００ｍｍである。

【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。

【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１ｃＴ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

【実用新案登録請求の範囲】

【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。