(57)【要約】【課題】更なる摩擦損失低減が可能な金属製蛇腹管を提供する。【解決手段】ひだをなす大径部１８と小径部１６とが管壁１２の少なくとも一部として軸線方向に交互に形成される金属製蛇腹管１０において、流体の流通方向に沿って小径部１６から大径部１４に向けて傾斜する第１傾斜部１８の管軸線に対する第１の傾斜角θ１よりも大径部１４から小径部１６に向けて傾斜する第２傾斜部２０の管軸線に対する第２の傾斜角θ２を小さくすることにより、管内において大径部１４から小径部１６に流体を送り込むときの流動抵抗が小さくなり、その結果、管内を流通する流体の摩擦損失を低減することができる。【選択図】図３
2018119569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひだをなす大径部と小径部とが管壁の少なくとも一部として軸線方向に交互に形成され、前記管壁の壁厚が一様な金属製蛇腹管において、
前記管壁の一部として形成され、内部に流通される流体の流通方向に沿って前記小径部から前記大径部に向けて傾斜し、前記軸線方向に対する傾斜角が予め設定された第１の傾斜角である第１傾斜部と、
前記管壁の一部として形成され、前記流体の流通方向に沿って前記大径部から前記小径部に向けて傾斜し、前記軸線方向に対する傾斜角が前記第１の傾斜角よりも小さい第２の傾斜角である第２傾斜部とを備えたことを特徴とする金属製蛇腹管。
【請求項２】
前記第２の傾斜部が前記小径部の近傍にのみ設けられたことを特徴とする請求項１に記載の金属製蛇腹管。
【請求項３】
前記流体が、スプリンクラーシステムの給水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属製蛇腹管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製蛇腹管、例えばスプリンクラーシステムの給水に用いられる金属製蛇腹管に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に流体を流通する金属製蛇腹管は、例えば管路の屈曲部などに用いられる。この種の金属製蛇腹管は、例えば金属製の直管を塑性加工して作成される。そのため、一般に、金属製蛇腹管の管壁の壁厚は一様である。そして、管に可撓性を付与するため、管壁の少なくとも一部として、ひだをなす大径部と小径部とが管の軸線方向に交互に形成される。このような金属製蛇腹管としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この金属製蛇腹管は、管壁の一部として形成され且つ内部に流通される流体の流通方向に沿って小径部から大径部に向かう傾斜部を第１傾斜部とし、同じく流体の流通方向に沿って大径部から小径部に向かう傾斜部を第２傾斜部としたとき、第１傾斜部の管軸線に対する第１の傾斜角が第２傾斜部の管軸線に対する第２の傾斜角よりも小さい。この構成により、この金属製蛇腹管では、内部流体流通の際の音や振動を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の金属製蛇腹管を、例えばスプリンクラーシステムの給水管として使用する場合、金属製蛇腹管の内部を流通する流体、具体的には水の抵抗、具体的に摩擦損失を低減することができれば、水を吐出するポンプの能力を低減することが可能となる。ポンプは、通常、電動なので、ポンプの能力を低減することができれば、電気代などのコストを低減することもできる。しかしながら、前述した特許文献１に記載される金属製蛇腹管では、更なる摩擦損失低減の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、更なる摩擦損失低減が可能な金属製蛇腹管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、ひだをなす大径部と小径部とが管壁の少なくとも一部として軸線方向に交互に形成され、前記管壁の壁厚が一様な金属製蛇腹管において、前記管壁の一部として形成され、内部に流通される流体の流通方向に沿って前記小径部から前記大径部に向けて傾斜し、前記軸線方向に対する傾斜角が予め設定された第１の傾斜角である第１傾斜部と、前記管壁の一部として形成され、前記流体の流通方向に沿って前記大径部から前記小径部に向けて傾斜し、前記軸線方向に対する傾斜角が前記第１の傾斜角よりも小さい第２の傾斜角である第２傾斜部とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、流体の流通方向に沿って小径部から大径部に向けて傾斜する第１傾斜部の第１の傾斜角よりも大径部から小径部に向けて傾斜する第２傾斜部の第２の傾斜角の方が小さいので、管内において大径部から小径部に流体を送り込むときの流動抵抗が小さくなる。従って、小径部及び大径部からなるひだ部通過時の流動抵抗全体が小さくなり、管内を流通する流体の圧力損失、即ち摩擦損失が低減される。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金属製蛇腹管において、前記第２の傾斜部が前記小径部の近傍にのみ設けられたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、大径部と小径部とからなるひだのピッチの増加量を抑制することが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の金属製蛇腹管において、前記流体が、スプリンクラーシステムの給水であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、スプリンクラーシステムにおける水吐出ポンプ（送水ポンプ）の能力を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、管内において大径部から小径部に流体を送り込むときの流動抵抗が小さくなり、これにより小径部及び大径部からなるひだ部通過時の流動抵抗全体が小さくなるので、管内を流通する流体の摩擦損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の金属製蛇腹管の一実施形態を示す一部断面正面図である。
【図２】図１の金属製蛇腹管のＡ部詳細図である。
【図３】図２の金属製蛇腹管の大径部及び小径部の詳細図である。
【図４】従来の金属製蛇腹管の大径部及び小径部の詳細図である。
【図５】流体流通試験における直線配管の説明図である。
【図６】流体流通試験におけるコの字配管の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の金属製蛇腹管の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この実施の形態の金属製蛇腹管の全体構成を示す一部断面正面図、図２は、図１のＡ部詳細図である。この実施の形態の金属製蛇腹管１０は、スプリンクラーシステムの給水配管部の一部に用いられる。従って、内部に流通される流体は、スプリンクラーシステムの給水である。この金属製蛇腹管１０は、この用途に限らず、あらゆる分野で使用可能であり、また、内部に流通される流体も、これに限定されるものではない。
【００１５】
この実施の形態の金属製蛇腹管１０は、例えば金属製直管を塑性加工して作成されたものであり、従って、管壁１２の壁厚は一様であり、管壁１２全体に、ひだをなす大径の大径部１４と小径の小径部１６とが管の軸線Ｌ方向に交互に形成されている。この実施形態の大径部１４も小径部１６も、応力集中などを回避するために、予め設定された曲率の円弧曲面で構成されている。ちなみに、この実施形態の小径部１６の曲率は、大径部１４の曲率よりも少し大きく設定されている。なお、この実施の形態の金属製蛇腹管１０は、図に矢印で示す方向、つまり図の右から左に向かう方向に流体の流通方向が設定されている。また、この実施の形態の金属製蛇腹管１０では、管軸線Ｌ方向全長にわたって大径部１４及び小径部１６からなるひだが形成されているが、本発明の金属製蛇腹管では、少なくとも管壁１２の一部として大径部１４及び小径部１６からなるひだが形成されていればよい。
【００１６】
図３には、この金属製蛇腹管１０の大径部１４及び小径部１６の更なる詳細を示す。なお、同図では、煩雑さを回避するため、断面のハッチングを省略している。この実施の形態の金属製蛇腹管１０では、ひだをなす大径部１４と小径部１６とは、円錐面で構成される傾斜部（テーパ部）１８、２０によって互いに連結されている。ここで、流体の内部流通方向に沿って、小径部１６から大径部１４に向かう傾斜部を第１傾斜部１８、同じく大径部１４から小径部１６に向かう傾斜部を第２傾斜部２０と定義した場合に、この実施の形態では、第１傾斜部１８が管軸線Ｌ（図３の管軸線は、実際の管軸線と平行な仮想の管軸線）となす第１の傾斜角θ１よりも第２傾斜部２０が管軸線Ｌとなす第２の傾斜角θ２の方が小さい。ちなみに、この実施の形態では、流体の内部流通方向に沿って、第１傾斜部１８は大径部１４に直接的に連結されているが、第２傾斜部２０は、曲率の小さい連結曲面部２２を介して大径部１４に連結されている。
【００１７】
図４には、従来の金属製蛇腹管１０の大径部１４及び小径部１６の詳細を示す。なお、この従来の金属製蛇腹管１０でも、本発明の実施の形態の金属製蛇腹管１０と同じ符号を用いる。同図から明らかなように、例えば図４の右から左に向かう方向を流体の内部流通方向に設定した場合、流体の内部流通方向に沿って、小径部１６から大径部１４に向かう第１傾斜部１８が管軸線Ｌ（図の管軸線は、実際の管軸線と平行な仮想の管軸線）となす第１の傾斜角θ１と、大径部１４から小径部１６に向かう第２傾斜部２０が管軸線Ｌとなす第２の傾斜角θ２は同じである。つまり、この従来の金属製蛇腹管１０では、流体の内部流通方向は実質的に規定されない。
【００１８】
この従来の金属製蛇腹管１０を従来例、図１〜図３の金属製蛇腹管１０を実施例、図１〜図３の金属製蛇腹管１０に対し、逆方向から流体を流通させる例を比較例とし、夫々の試験体に対して流体流通試験を行った。従って、実施例と比較例では、前述のように定義する第１傾斜部１８と第２傾斜部２０が逆転する。試験体の内径（小径部１６の内径）は何れも２１ｍｍ、外径（大径部１４の外径）は何れも２５ｍｍ、長さは１４００ｍｍである。試験は、夫々の試験体を、図５に示す直線配管と、図６に示すコの字配管に形成し、同図に示す流通方向に流体を流通して試験を行った（従来例は、実質的に流通方向の制限なし）。各試験体の流体流通方向入側（以下、１次側とも記す）は図示しない助走管を介して水吐出ポンプ（送水ポンプ）に接続し、流体流通方向出側（以下、２次側とも記す）は図示しない案内管を取付けて流量計に接続した。
【００１９】
助走管及び案内管は、夫々、直管で、且つ圧力を測定するための測圧孔が設けられている。この助走管及び案内管の夫々の測圧孔に圧力計を夫々取付けた。更に、助走管には１次側バルブを、案内管には２次側バルブを設け、送水ポンプ起動後、２次側の流量が凡そ毎分８０リットル又は毎分５０リットルで且つ２次側の圧力が０．１〜０．２ＭＰａになるように１次側バルブ及び２次側バルブを調整する。その状態で、２次側の流量が毎分８０リットル又は毎分５０リットルで安定するように２次側バルブを調整する。そして、２次側流量が毎分８０リットルと毎分５０リットルの２通りで送水して１次側及び２次側の圧力を測定し、両者の差から差圧、つまり圧力損失を算出する。圧力損失の大きさは、夫々の試験体、つまり金属製蛇腹管１０の摩擦損失に相当する。なお、前述の２次側圧力調整及び２次側流量調整では、１次側の圧力にばらつきが生じる。下記表１に試験結果を示す。
【００２０】
【表１】
2018119569.tif 000003
【００２１】
表１から明らかなように、実施例の金属製蛇腹管１０は、何れの試験でも差圧、つまり摩擦損失が小さい。スプリンクラーシステムの送水ポンプは、末端のスプリンクラーヘッドの流量を確保する必要があるため、配管途中の摩擦損失を低減することができれば、送水ポンプの能力を低減することが可能となる。従って、この実施の形態の金属製蛇腹管１０を配管に用いることで、送水ポンプの能力低減が可能となる。そして、スプリンクラーシステムの送水ポンプの能力を低減することができれば、電気代などのコストを低廉化することが可能となる。
【００２２】
例えば、小径部１６が内径２１ｍｍである金属製蛇腹管に２次側流量５０リットル毎分又は８０リットル毎分で送水した場合の管内の流速は相応に大きい。このように高速で水（流体）が金属製蛇腹管１０内を流通すると、流体の粘性及び慣性により、小径部１６の内側を流れる流体の流れが主流となる。このとき、例えば流体の流通方向に沿って小径部１６から大径部１４に向かう第１傾斜部１８の第１の傾斜角θ１に着目すると、第１の傾斜角θ１が大きいほど、主流からの剥離が大きくなる。剥離が大きいと、剥離域内では渦を伴いながら流体が停滞する。そのため、第１の傾斜角θ１が大きい実施例の金属製蛇腹管では、小径部１６から大径部１４に向かう第１傾斜部１８及び大径部１４の内部において流体の主流が安定する。このように流体の主流が安定すれば、大径部１４から小径部１６に流体を送り込みやすいから、ひだ部全体の摩擦損失が小さくなるものと考えられる。
【００２３】
また、その結果、実施例の金属製蛇腹管では、内部流体の流速が大きいことが確認されている。一方、実施例の金属製蛇腹管において、流通方向に沿って大径部１４から小径部１６に向かう第２傾斜部２０の第２の傾斜角θ２に着目すると、第２の傾斜角θ２が大きいほど、小径部１６内で剥離と渦流が生じ、その結果、大径部１４から小径部１６に流体を送り込みにくくなる。従って、第２の傾斜角θ２が大きい従来例及び比較例の金属製蛇腹管では、摩擦損失が大きくなるものと考えられる。更に、流通方向に沿って小径部１６から大径部１４に向かう第１傾斜部１８の第１の傾斜角θ１（比較例では第１と第２が逆になっていることに注意）が小さい比較例の金属製蛇腹管では、その第１傾斜部１８に沿って流体が拡径し、その拡径した流体が大径部１４から小径部１６に向かう第２傾斜部２０に衝突するため、より一層、摩擦損失が大きくなるものと考えられる。
【００２４】
このように、この実施の形態の金属製蛇腹管１０では、流体の流通方向に沿って小径部１６から大径部１４に向かう第１傾斜部１８の第１の傾斜角θ１よりも大径部１４から小径部１６に向かう第２傾斜部２０の第２の傾斜角θ２の方が小さいので、管内において大径部１４から小径部１６に流体を送り込むときの流動抵抗が小さくなり、これにより小径部１６及び大径部１４からなるひだ部通過時の流動抵抗全体が小さくなり、管内を流通する流体の圧力損失、即ち摩擦損失が低減される。
【００２５】
また、第２の傾斜部２０を小径部１６の近傍にのみ設けることにより、大径部１４と小径部１６とからなるひだのピッチの増加量を抑制することが可能となる。
【００２６】
また、スプリンクラーシステムの給水に用いることで、スプリンクラーシステムにおける送水ポンプの能力を低減することが可能となる。
【００２７】
本発明が上記していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当とされる特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００２８】
１０  金属製蛇腹管
１２  管壁
１４  大径部
１６  小径部
１８  第１傾斜部
２０  第２傾斜部
Ｌ  軸線
θ１  第１の傾斜角
θ２  第２の傾斜角
【図１】
2018119569.tif 000004
【図２】
2018119569.tif 000005
【図３】
2018119569.tif 000006
【図４】
2018119569.tif 000007
【図５】
2018119569.tif 000008
【図６】
2018119569.tif 000009