JP6962169B2 - 水撃防止可能な自動遮断装置及び自動遮断方法 - Google Patents

Description

本発明は、水撃の発生を防止することが可能な、液体配管系に設置される自動遮断装置及び自動遮断方法に関する。

液体配管系にはプロセス上等の理由により遮断弁等の遮断装置が設置されているが、その遮断時に水撃（ウォーターハンマー）が発生することがあった。この水撃は、配管系を流れている水などの非圧縮性流体が、弁などが閉止することで急停止させられる結果、その運動エネルギーが圧力エネルギーに変化して配管系内を伝搬する現象である。このような水撃の発生を防止する方法としては、例えば先ず液体配管系の送水元に設けられているポンプ等の昇圧手段を停止し、液体配管系内に圧力がかからない状態にしてから遮断弁等の遮断装置を遮断することが行われている。あるいは上記の送水元の昇圧手段を停止できない場合は、コントロール弁等の流量制限手段で徐々に流量を絞ることで急激な圧力変動を抑制する方法も一般的に知られている。

更に、水撃を吸収するベローズ、クッション材、外付けの水室等の圧力逃がし装置を液体配管系に設置することで水撃作用を防止する技術が提案されている。例えば特許文献１には、水栓本体を開閉操作するハンドル内に、ダイヤフラムと弾性体とからなる水撃防止装置を内蔵し、この水撃防止装置へ水撃を導く導水路を水栓本体へ連通させる技術が開示されている。また、特許文献２には、水道管の途中に接続管を介して本体ケースを取付け、この本体ケース内に緩衝材と伸縮性保護膜とを内蔵させたウォーターハンマー防止器が開示されている。

特開平８−１７７０９２号公報 特開平８−１４５２７１号公報

上述した種々の水撃防止技術によりある程度水撃の発生を防止することができるものの、液体配管系内を流れる液体の圧力が高い場合や配管径が大きい場合は、遮断弁を遮断する際の急激な圧力変動を抑制することが困難であり、水撃が発生することがあった。また、既存の液体配管系に圧力逃がし装置を設置する場合は、改造工事等を含めてコストがかかりすぎることが多く、更にスペースやアクセス上の制約から設置できないことがあった。本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、水撃の発生を抑制することが可能な安価で簡易な自動遮断装置及び自動遮断方法を提供することを目的としている。

上述した目的を達成するため、本発明に係る自動遮断装置は、液体配管系に設けられた第１遮断弁と、これをバイパスする配管径が１インチより大きいバイパス配管に設けられた第２遮断弁とからなり、前記第１遮断弁は空気式アクチュエータで駆動され、前記第２遮断弁は電動式アクチュエータで駆動される自動遮断装置であって、前記第２遮断弁の口径が前記第１遮断弁の口径よりも小さく且つ該第１遮断弁の遮断後に該第２遮断弁が遮断すること特徴としている。

また、本発明に係る自動遮断方法は、液体配管系に設けられた第１遮断弁をバイパスする配管径が１インチより大きいバイパス配管を設けると共に該バイパス配管に該第１遮断弁よりも小さい口径を有する第２遮断弁を設け、前記第１遮断弁の駆動は空気式アクチュエータで行ない、前記第２遮断弁の駆動は電動式アクチュエータで行ない、該第１遮断弁の遮断後に該第２遮断弁が遮断するように作動させることを特徴としている。

本発明によれば、水撃を発生させることなく安価且つ簡易に液体配管系の給液を遮断することができる。

本発明の実施形態に係る自動遮断装置の模式図である。

以下、本発明の自動遮断装置の実施形態について図１を参照しつつ詳細に説明する。この図１に示す本発明の実施形態の自動遮断装置１０は、昇圧手段としての給水ポンプ１の吐出側であって、タンク２に接続される送水用の好適には配管径が２インチ以上１８インチ以下の給水配管系３に設置されている。この自動遮断装置１０は、該給水配管系３に設けられた第１遮断弁１１と、該第１遮断弁１１をバイパスするバイパス配管４に設けられた第２遮断弁１２とからなる。上記の給水配管系３の配管径は、一般的には上記の給水ポンプ１等の昇圧手段の能力に応じて定められ、例えば給水ポンプ１の吐出圧力が５００ｋＰａ、流量が５００ｍ^３／ｈの場合は１４インチが好ましい。

一方、バイパス配管４及び第２遮断弁１２のサイズは、第１遮断弁１１の遮断時に給水配管系３内での液体の圧力変動を抑制できるのであれば、できるだけ内径が小さいものが望ましいが、これら内径があまり小さすぎると流体が流れにくくなり、また、異物による詰り等の問題も生じうるため、バイパス配管４は配管径が１インチより大きいものを使用し、第２遮断弁１２の口径の下限は第１遮断弁１１の口径の１０％以上であるのが好ましい。逆に、第２遮断弁１２の口径が大きすぎると、自動遮断装置１０に求められる液体の供給停止の目的が達成されなくなるおそれがあるので、第２遮断弁１２の口径の上限は第１遮断弁１１の口径の６５％以下であるのが好ましい。

例えば第１遮断弁１１が１４インチの場合は、第２遮断弁１２の口径の上限は９.１インチ、下限は１.４インチが好適となるが、市販のバルブは呼び径で規格化されており、Ｂ呼称では６Ｂ（６インチ）までは１／８、１／４、３／８、１／２、１、１・１／４、１・１／２、２、２・１／２、３、４、５、及び６となり、６インチ以上３６インチ以下は２インチごとに増加し、３６インチ以上は４インチごとに増加するので、８インチが好適な上限となり、１・１／４インチ又は１・１／２インチが好適な下限となる。なお、遮断弁の口径のサイズは、一般的には該遮断弁が設けられている配管の配管径と同サイズにするのが好ましい。

第１遮断弁の種類は、液体の遮断用バルブとしての開閉時間、操作性等の要件を満たすものであれば特に限定はなく、仕切弁、ボール弁、バタフライ弁等の種々のバルブを使用することができる。一方、第２遮断弁１２は、中間開度での使用に適しているものが好ましく、例えばグローブ弁やバタフライ弁が適している。上記の第１遮断弁１１及び第２遮断弁１２は、いずれもアクチュエータで自動的に開閉されるようになっており、オペレータの操作又は所定のアルゴリズムによって該自動遮断装置１０が作動した際、第１遮断弁１１の遮断後に第２遮断弁１２が遮断するように設定されている。このように第１遮断弁１１よりも小さい口径を有する第２遮断弁１２の遮断のタイミングを、第１遮断弁１１の遮断のタイミングよりも遅らせることで、水撃現象を生じさせることなくタンク２への液体の供給を停止することが可能になる。

このように第２遮断弁１２の遮断のタイミングを第１遮断弁１１の遮断のタイミングよりも遅くする方法としては、これら第１及び第２遮断弁１１、１２をそれぞれ駆動する第１及び第２アクチュエータ１３、１４への信号の出力タイミングに時間差をつけること、具体的には、第１アクチュエータ１３に信号を出力してから０.１秒以上６０秒以下経過後に第２アクチュエータ１４に信号を出力するのが好ましい。この時間差が０.１秒未満では短すぎて水撃現象を防止できないおそれがある。逆にこの時間差が６０秒を超えると、自動遮断装置１０に求められる液体の供給停止の目的が達成されなくなるおそれがある。

上記の０.１秒以上６０秒以下の時間差は、これら第１及び第２アクチュエータ１３、１４に互いに異なる作動方式のものを用いることによって実施してもよい。例えば、開閉動作を電動モータで行う電動式アクチュエータは、空気圧を用いて開閉動作を行う一般的な空気式アクチュエータよりも動作が遅いので、第２アクチュエータ１４を電動式にすると共に第１アクチュエータ１３を空気式にすることで上記の時間差をつけてもよい。なお、上記のように開閉時間に時間差をつけることができるのであれば、空気式に代えて、油圧式、ソレノイド式などの方式を採用してもよい。また、開閉時間に時間差をつけることができるのであれば、第１及び第２アクチュエータ１３、１４に同じ作動方式のものを用いてもよい。

上記の第１及び第２アクチュエータ１３、１４による第１及び第２遮断弁１１、１２の開閉は、分散制御システム（ＤＣＳ）又はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）で制御されることが好ましい。図１にはＤＣＳ１５の信号を第１及び第２アクチュエータ１３、１４に入力することで、それぞれ第１及び第２遮断弁１１、１２を開閉させる例が示されている。

第１遮断弁１１は、そのすぐ上流側及び下流側にそれぞれ上流側手動弁１６Ａ及び下流側手動弁１６Ｂが設けられているのが好ましい。同様に、第２遮断弁１２の上流側及び下流側にもそれぞれ上流側手動弁１７Ａ及び下流側手動弁１７Ｂが設けられているのが好ましい。このように各遮断弁の前後に手動弁を設置することで、当該遮断弁のメンテナンスがより容易になる上、これら手動弁の開度を適宜調整することで遮断弁を流れる流体の流量を調整することができ、より確実に水撃現象の発生を防止することが可能になる。次に、本発明の自動遮断装置の実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
吐出圧力５００ｋＰａ、流量５００ｍ^３／ｈの給水ポンプの吐出側の配管径１４インチの給水配管系に設置されている既設の呼び径１４インチの仕切弁からなる第１遮断弁をバイパスする配管径８インチのバイパス配管を敷設し、そのバイパス配管に呼び径８インチのグローブ弁からなる第２遮断弁を設けた。これら第１及び第２遮断弁の駆動方式はいずれも空気式アクチュエータとし、それらの作動をＤＣＳで制御した。そして、上記給水ポンプでタンクに向けて給水している最中にＤＣＳにより第１遮断弁のアクチュエータに全閉の信号を出力し、その３秒後に第２遮断弁のアクチュエータに全閉の信号を出力したところ、水撃を発生させることなく給水を遮断することができた。

＜比較例１＞
上記バイパス配管の第２遮断弁を最初から全閉にしておいた以外は上記実施例１と同様にして、給水ポンプでタンクに向けて給水している最中に第１遮断弁を閉じたところ、水撃現象による大きな音と衝撃が発生した。

＜比較例２＞
バイパス配管の配管径を１インチ配管にして呼び径１インチの第２遮断弁を設けた以外は、上記実施例１と同様にして第１遮断弁と第２遮断弁を３秒の時間差をつけて遮断した。その結果、バイパス配管が細すぎるため良好に液体が流れないことに起因すると思われる大きな音と衝撃を伴う水撃現象が発生した。

１ 給水ポンプ
２ タンク
３ 給水配管系
４ バイパス配管
１０ 自動遮断装置
１１ 第１遮断弁
１２ 第２遮断弁
１３ 第１アクチュエータ
１４ 第２アクチュエータ
１５ ＤＣＳ
１６Ａ 上流側手動弁
１６Ｂ 下流側手動弁
１７Ａ 上流側手動弁
１７Ｂ 下流側手動弁

Claims (5)

1. 液体配管系に設けられた第１遮断弁と、これをバイパスする配管径が１インチより大きいバイパス配管に設けられた第２遮断弁とからなり、前記第１遮断弁は空気式アクチュエータで駆動され、前記第２遮断弁は電動式アクチュエータで駆動される自動遮断装置であって、前記第２遮断弁の口径が前記第１遮断弁の口径よりも小さく且つ該第１遮断弁の遮断後に該第２遮断弁が遮断すること特徴とする自動遮断装置。
2. 前記第１遮断弁の口径が呼び径で２インチ以上１８インチ以下であり、前記第２遮断弁の口径が前記第１遮断弁の口径の１０％以上６５％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の自動遮断装置。
3. 前記第１遮断弁が遮断した後、０.１秒以上６０秒以下以内に前記第２遮断弁が遮断することを特徴とする、請求項１又は２に記載の自動遮断装置。
4. 前記第１遮断弁及び第２遮断弁の開閉がＤＣＳ又はＰＬＣにより制御されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動遮断装置。
5. 液体配管系に設けられた第１遮断弁をバイパスする呼び径が１インチより大きいバイパス配管を設けると共に該バイパス配管に該第１遮断弁よりも小さい口径を有する第２遮断弁を設け、前記第１遮断弁の駆動は空気式アクチュエータで行ない、前記第２遮断弁の駆動は電動式アクチュエータで行ない、該第１遮断弁の遮断後に該第２遮断弁が遮断するように作動させることを特徴とする自動遮断方法。