JPH09273693A - 圧力変動吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の供給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、大きな圧力変動をも吸収できる
圧力変動吸収装置を提供する。 【解決手段】 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とを備える。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。
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ため、変動圧源側から伝播し
てくる脈動的な圧力変動を効果的に吸収して脈動振幅を
低減させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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２２０ｍｍＨ₂ Ｏの場合には、１００〜３
００ｍｍＨ₂ 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、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、所定の容量を有する圧
力緩衝室と、この圧力緩衝室の入口側または出口側の少
なくとも一方に設けられた所定サイズの開口を有する絞
り部材とを備えている。この圧力変動吸収装置では、圧
力緩衝室と絞り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、圧力緩衝室が、
上流側配管と下流側配管の間をつなぐ管状体として構成
され、絞り部材が、管状体と上流側配管および下流側配
管とを接続する配管継手構造中に配設されたものであ
る。この圧力変動吸収装置では、圧力緩衝室は管状体と
して構成され、絞り部材は管状体の両側の配管継手構造
中に配設されているため、配管径を超えるような大きな
配設スペースをとらず、設置も容易である。

【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２
１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
ｔ₀とすると、ｔ₀ は次の（１）式を満たす必要があ
る。

【００２６】ｔ₀ ≦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４
４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（ＧＨＰ
２４）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１
１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５
６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、ＧＨＰ
２４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、圧力緩衝室と絞り部材とを組み
合せて一種の音響フィルタを形成するようにしたので、
圧力損失による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。

【００３６】請求項２記載の圧力変動吸収装置によれ
ば、圧力緩衝室を管状体として構成すると共に、絞り部
材を管状体の両側の配管継手構造中に配設するようにし
たので、既存の配管内に圧力緩衝室や絞り部材を配設し
ようとした場合に必要となる特段の工作や加工は不要で
あり、単に、絞り部材を収容した配管継手を用いて管状
体を配管に取り付ける作業を行うだけでよい。したがっ
て、施工が極めて簡単であり、また、取り外しや交換も
容易である。また、管状体自体が圧力緩衝室を構成する
ので、従来圧力緩衝室を取付けるのに必要であった配管
径を超えるような突出したスペースが不要となり、コン
パクトな施工が可能となる。

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 真一 東京都八王子市北野町543−15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 所定の容量を有する圧力緩衝室と、 この圧力緩衝室の入口側または出口側の少なくとも一方
   に設けられた所定サイズの開口を有する絞り部材とを備
   えたことを特徴とする圧力変動吸収装置。
2. 【請求項２】 前記圧力緩衝室は、上流側配管と下流側
   配管の間をつなぐ管状体として構成され、 前記絞り部材は、前記管状体と前記上流側配管および下
   流側配管とを接続する配管継手構造中に配設されている
   ことを特徴とする請求項１記載の圧力変動吸収装置。
3. 【請求項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記載の圧力変
   動吸収装置。