(57)【要約】【課題】配管内部形状の特性を安価で適切に行うことができる評価装置および評価方法を提供する。【解決手段】配管内部形状を模した試験流路１４に試験液Ｌを流通させて、キャビテーションの発生有無に基づき配管内部形状を評価する評価装置であって、試験流路１４は、第１溝部１１１が表面に形成された透明な第１板状部材１１と、第２溝部１２１が表面に形成された不透明な第２板状部材１２とを接合してなる試験部材１０において、第１溝部１１１と第２溝部１２１とが合わさって形成されており、試験液Ｌはルミノールを含有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内部形状を模した試験流路に試験液を流通させて、キャビテーションの発生有無に基づき配管内部形状を評価する評価装置であって、
前記試験流路は、
第１溝部が表面に形成された透明な第１板状部材と、第２溝部が表面に形成された不透明な第２板状部材とを接合してなる試験部材において、前記第１溝部と前記第２溝部とが合わさって形成されており、
前記試験液はルミノールを含有する評価装置。
【請求項２】
少なくとも酸素を含む気体を前記試験液に供給する気体供給部を備える請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記試験流路における前記試験液の流量を制御する流量制御部を備える請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記試験流路における前記試験液の温度を制御する温度制御部を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項５】
前記試験流路におけるルミノール反応による発光を検知する検知部を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の評価装置に前記試験液を流通させて、前記試験流路におけるルミノール反応による発光の有無によりキャビテーション発生の有無を確認する配管内部形状の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計された配管内部形状の特性を評価する評価装置、および評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機、ガスエンジン、ガスコージェネレーションシステム等の機器には、冷媒や冷却水、燃料等の液体が循環する配管が用いられる。配管は、機器のレイアウトや性能等の仕様に沿って設計者により設計される。
液体を循環する配管では、キャビテーションが問題になることがある。キャビテーションとは、液体の流れの中で圧力変化により気泡が発生する現象である。発生した気泡が消滅する際に熱や衝撃波等が発生して、配管に損傷を与えることがある。特許文献１には、ポンプの吸込管の曲り部において、縦断面における内側端の基準点からの距離が上流側から下流側へ行くにつれて単調に増加する形状とすることでキャビテーションの発生および発生領域の偏りを抑制する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１７３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１のように、キャビテーションが発生しにくい形状を意識して配管を設計したとしても、機器における配管の使用条件は様々であるから、設計した配管内部形状においてキャビテーションが発生するかどうかは実際に液体を流通させる試験にて確認するのが望ましい。銅やステンレス等、実際の配管で用いられる材料で試験配管を作成すると、試験後に配管を切開してキャビテーションの痕跡を探す必要があり、見落としの危険性がある。
【０００５】
そこで、試験中にキャビテーションの気泡を目視観測すべく、設計された配管内部形状を備えた試作配管を透明な素材で作成することが考えられるが、ガラスや樹脂をくり抜いて透明な配管を作成するには多大な費用と時間を要する。キャビテーションが問題となるような狭隘で複雑な配管内部形状であれば尚更である。よって、キャビテーションが発生しない最適な配管内部形状を試行錯誤により実験的に決定することは、事実上不可能であった。また、コストを度外視して全体が透明な試験配管を作成したとしても、向こう側が透けて見えてしまうため環境光の影響を受け、液体中の微細な気泡を観測するのは困難であった。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、配管内部形状の評価を安価で適切に行うことができる評価装置および評価方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔構成１〕
本発明の評価装置の特徴構成は、
配管内部形状を模した試験流路に試験液を流通させて、キャビテーションの発生有無に基づき配管内部形状を評価する評価装置であって、
前記試験流路は、
第１溝部が表面に形成された透明な第１板状部材と、第２溝部が表面に形成された不透明な第２板状部材とを接合してなる試験部材において、前記第１溝部と前記第２溝部とが合わさって形成されており、
前記試験液はルミノールを含有する点にある。
【０００８】
〔作用効果１〕
上記の特徴構成によれば、２つの板状部材を接合して試験部材が形成され、板状部材に形成された溝部が合わさって試験流路が形成されるので、狭隘で複雑な配管内部形状であっても短期間に低コストで試験部材を作成することができる。また第１板状部材は透明、第２板状部材は不透明であるから、透明な第１板状部材側から試験部材を観察することで、試験部材の向こう側からの環境光の影響を排除でき、キャビテーション発生の有無を確実に確認することができる。さらに試験液がルミノールを含有しているため、キャビテーションにより発生した気泡が崩壊する際に生じるヒドロキシラジカル（ＨＯ・）から生成される過酸化水素とルミノールとが反応して発光する。これにより、一方を不透明とした試験部材の構成と相まって、キャビテーションの発生を確実に捉えることができ、配管内部形状を適切に評価できる。
【０００９】
〔構成２〕
さらに、本発明に係る評価装置は少なくとも酸素を含む気体を前記試験液に供給する気体供給部を備えることを特徴とする。
【００１０】
〔作用効果２〕
キャビテーションは液体中に溶解している気体が圧力低下で気化することにより生じる場合があるので、液体中に溶解している気体の量とキャビテーションの発生度合いには相関がある。また、試験液中の溶存酸素が少ないとキャビテーションにより生じるヒドロキシラジカルが少なくなり、発光によるキャビテーション観測が難しくなる。本発明は気体供給部を備えることで、ルミノール反応によるキャビテーション観測を高い感度で行うことができる。また、溶存酸素の量や気体圧力を制御して試験を行い、キャビテーションの発生する条件を調べることもできる。すなわち、設計した配管内部形状が機器において用いられる際の使用条件（溶存酸素量、気体圧力）を模擬した試験を行うことができ、配管内部形状の評価装置として好適である。
【００１１】
〔構成３〕
さらに、本発明に係る評価装置は前記試験流路における試験液の流量を制御する流量制御部を備えることを特徴とする。
【００１２】
〔作用効果３〕
キャビテーションは配管を流れる液体の急激な圧力変化により生じるため、キャビテーションが発生するか否かは配管を流れる液体の流量（流速）に依存する。そのため配管内部形状の評価としては、機器において実際に用いられる流量（流速）にて試験する必要がある。本発明に係る試験装置は流量制御部を備えるので、設計した配管内部形状が機器において用いられる際の使用条件（流量、流速）を模擬した試験を行うことができ、配管内部形状の評価装置として好適である。
【００１３】
〔構成４〕
さらに、本発明に係る評価装置は前記試験流路における試験液の温度を制御する温度制御部を備えることを特徴とする。
【００１４】
〔作用効果４〕
配管を流れる液体の温度が変化すると、その飽和蒸気圧が変化するので、キャビテーションの発生する条件が変化する場合がある。本発明に係る試験装置は、試験液の温度を制御する温度制御部を備えるので、一定の温度下でキャビテーションの発生条件を調べたり、装置での使用条件を模擬して温度を変化させてキャビテーションの発生状況を確認したりできるので、配管内部形状の評価装置として好適である。
【００１５】
〔構成５〕
さらに、本発明に係る評価装置は前記試験流路におけるルミノール反応による発光を検知する検知部を備えることを特徴とする。
【００１６】
〔作用効果５〕
上記の構成によれば、ルミノール反応による発光を検知部で検知するので、目視では見逃すかもしれない微弱で瞬間的な発光をも検知することができる。また、試験流路における発光を検知部で監視しながら溶存酸素量や気体圧力、試験液の温度・流量を変化させて、キャビテーションの発生する条件を網羅的に調べることも可能となる。さらに、自動運転による長時間の耐久試験を行う場合にも好適である。
【００１７】
〔構成６〕
本発明に係る配管内部形状の評価方法は、前記評価装置に前記試験液を流通させて、前記試験流路におけるルミノール反応による発光の有無によりキャビテーション発生の有無を確認することを特徴構成とする。
【００１８】
〔作用効果６〕
上記の特徴構成によれば、２つの板状部材を接合した試験部材に形成された試験流路にルミノールを含有する試験液を流通させてルミノール反応による発光を観察するので、確実にキャビテーションの発生を捉えることができ、配管内部形状の評価コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】評価装置１の概略を示す図
【図２】評価装置１の構成を示すブロック図
【図３】試験部材１０の概略を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔評価装置１の概要〕
本発明に係る評価装置１は、設計された配管内部形状を模して試験部材１０に形成された試験流路１４に試験液Ｌを流通させて、機器等で実際に使用される条件に近い環境下で配管内部形状の評価を行えるように構成されている。
【００２１】
評価装置１は、図１および図２に示すように、試験部材１０、気体供給部３０、流量制御部４０、温度制御部５０、検知部６０、制御装置８０、およびこれらを連結する試験液Ｌの循環路２と、循環する試験液Ｌが貯められる試験液槽３を備えている。
【００２２】
気体供給部３０はガスボンベ３１、流量計３２、圧力計３３、溶存酸素計３４を備える。流量制御部４０はポンプ４１、ニードル弁４２、流量計４３を備える。温度制御部５０は熱電対５１、ヒーター５２、温度調整器５３を備える。検知部６０はビデオカメラ６１を備える。制御装置８０は制御部８１、記憶部８２を備える。
【００２３】
〔試験部材１０〕
試験部材１０は、図３に示すように、第１板状部材１１と第２板状部材１２とがボルト１３により接合されてなる。試験部材１０には、両板状部材に形成された第１溝部１１１と第２溝部１２１が合わさって形成される、試験流路１４が形成されている。試験流路１４は、設計者が設計した配管内部形状に合致するように形成される。試験流路１４の両端には継手挿入部１５が形成され、継手１６により試験流路１４と循環路２とが接続されている。継手挿入部１５は例えば雌ねじ状に形成され、継手１６に形成された雄ねじ部を螺入することができる。
【００２４】
第１板状部材１１は、透明な材料による板状部材であり、図３に示すように、第１溝部１１１と貫通孔１１２が形成されている。第１溝部１１１は、第１板状部材１１の一面に凹状に形成されており、第２溝部１２１と合わさった際に設計者が設計した配管内部形状に合致するよう、形成されている。貫通孔１１２は、第１溝部１１１が形成された面から反対側の面へ貫通して形成されている。
【００２５】
第１板状部材１１に用いられる透明な材料としては、例えばアクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂やガラス等を用いることができる。
【００２６】
第２板状部材１２は、不透明な材料による板状部材であり、図３に示すように、第２溝部１２１と雌ねじ１２２が形成されている。第２溝部１２１は、第２板状部材１２の一面に凹状に形成されており、第１溝部１１１と合わさった際に設計者が設計した配管内部形状に合致するよう、形成されている。雌ねじ１２２は、第１溝部１１１が形成された面から反対側の面へ向けて形成されている。
【００２７】
第１板状部材１１に用いられる不透明な材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩ビ、ナイロン、ポリアセタール等の不透明な樹脂を用いることができる。また、樹脂の内部に顔料や染料を分散させたり、表面（図３における上面）あるいは底面（図３における下面）を塗装することで第２板状部材１２に着色を施してもよい。第２板状部材１２の色としては、ルミノール反応による発光が青色であるから、その光が見やすいように黒や茶色などの暗い色を用いるとよい。後述するヘモグロビンを試験液Ｌに含有させる場合は、第２板状部材１２をヘモグロビンと同じ茶色に着色すると好適である。なお、第１板状部材１１に用いられる透明な材料に上述の着色を施して不透明な材料とし、第２板状部材１２に用いてもよい。
【００２８】
〔試験液Ｌ〕
試験液Ｌは、ルミノールを含有する。例えば、水酸化ナトリウムでアルカリ性にした０．１％ルミノール水溶液を試験液Ｌとして用いる。なお、ルミノール反応を促進する触媒として、ヘモグロビンやヘキサシアノ鉄（III）カリウムを試験液Ｌに加えてもよい。また、機器での配管の使用条件を模擬するため、粘度やｐＨを調整する物質を試験液Ｌに加えてもよいし、機器で用いられる循環液にルミノールを加えて試験液Ｌとしてもよい。
【００２９】
〔気体供給部３０〕
気体供給部３０はガスボンベ３１、流量計３２、圧力計３３、溶存酸素計３４を備える。ガスボンベ３１は試験液槽３に設けられ、制御装置８０からの指示に従い、酸素を含む圧縮空気を試験液槽３に貯められた試験液Ｌに吹き込む。流量計３２は試験液槽３に設けられ、試験液槽３から流出する空気の流量を測定し、制御装置８０に送信する。圧力計３３は試験液槽３に設けられ、試験液槽３の内部の空気の圧力を測定し、制御装置８０に送信する。溶存酸素計３４は循環路２に設けられ、試験液Ｌの溶存酸素量を測定し、制御装置８０に送信する。すなわち気体供給部３０は、試験液槽３の空気の圧力、流量、試験液Ｌの溶存酸素量を測定して制御装置８０へ送信し、制御装置８０からの指示に従って酸素を含む圧縮空気を試験液Ｌに吹き込むことで、試験流路１４における溶存酸素の量や、試験液槽３の気体圧力を制御する。
【００３０】
〔流量制御部４０〕
流量制御部４０はポンプ４１、ニードル弁４２、流量計４３を備える。ポンプ４１は循環路２に設けられ、循環路２に試験液Ｌを循環させる。ポンプ４１の出力は制御装置８０により制御される。ニードル弁４２は循環路２に設けられ、制御装置８０からの指示に従って試験液Ｌの流量を制御する。流量計４３は循環路２に設けられ、試験液Ｌの流量を測定し、制御装置８０に送信する。すなわち流量制御部４０は、循環路２の試験液Ｌの流量を測定して制御装置８０へ送信し、制御装置８０からの指示に従って試験液Ｌの流量を制御して、試験流路１４における試験液Ｌの流量（流速）を制御する。
【００３１】
〔温度制御部５０〕
温度制御部５０は熱電対５１、ヒーター５２、温度調整器５３を備える。熱電対５１は温度調整器５３に接続され、試験液槽３の試験液Ｌの温度を測定する。ヒーター５２は温度調整器５３に接続され、試験液槽３の試験液Ｌを加熱する。温度調整器５３は、熱電対５１で測定した試験液Ｌの温度を制御装置８０へ送信し、ヒーター５２の通電を制御して、制御装置８０からの指示に基づき試験液Ｌの温度を制御する。すなわち温度制御部５０は、試験液Ｌの温度を測定して制御装置８０へ送信し、制御装置８０からの指示に従って試験液Ｌの温度を制御して、試験流路１４における試験液Ｌの温度を制御する。
【００３２】
〔検知部６０〕
検知部６０はビデオカメラ６１を備える。ビデオカメラ６１は、試験部材１０を透明な第１板状部材１１の側から撮像して、撮影データを制御装置８０へ送信する。ビデオカメラ６１は、試験流路１４においてキャビテーションの発生に起因するルミノール反応による発光を検知することができる。ビデオカメラ６１に替えて、ルミノール反応による４５０ｎｍの光を検知可能なフォトダイオードを備えた光センサを用いてもよい。すなわち検知部６０は、試験流路１４におけるルミノール反応による発光を検知することで、キャビテーションの発生を検知し、検知データを制御装置８０へ送信する。
【００３３】
〔制御装置８０〕
制御装置８０は、図２に示すように、制御部８１、記憶部８２を備える。制御装置８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびＨＤＤ等によって構成されている。また、制御装置８０は、図示しない表示入力装置、通信ポートなども備えている。表示入力装置は、評価結果を表示したり、オペレーターからの試験条件等の入力を受け付ける。通信ポートは、プリンタ等の外部機器やＬＡＮ等のネットワークとの接続を可能とする。制御装置８０は、また、上述の気体供給部３０、流量制御部４０、温度制御部５０、検知部６０に接続されている。制御部８１は、記憶部８２に記憶されている各種プログラムを実行することにより、気体供給部３０、流量制御部４０、温度制御部５０を制御して、配管内部形状の評価試験を行う。
【００３４】
〔評価装置１を用いた配管内部形状の評価方法〕
上記のように構成した評価装置１を用いて、流量制御部４０により試験部材１０の試験流路１４に試験液Ｌを流通させる。試験液Ｌにはルミノールが含有されているので、キャビテーションが発生すると、生じた気泡の崩壊により発生したヒドロキシラジカル（ＨＯ・）から生成される過酸化水素がルミノールと反応して発光する。この発光の有無を確認することで、配管内部形状を評価する。
【００３５】
オペレーターが評価装置１を操作して試験流路１４に試験液Ｌを流通させ、試験流路１４を目視観察して発光を確認してもよい。また、記憶部８２に試験条件（流量、温度、溶存酸素量、時間など）を記憶させておき、自動試験を行ってもよい。すなわち、制御部８１が当該試験条件に従って気体供給部３０、流量制御部４０、温度制御部５０を制御し、試験流路１４に試験液Ｌを流通させ、検知部６０からの撮影データを試験条件と時刻に関連付けて記憶部８２に記憶させる。これにより、様々な条件でのキャビテーションの発生の有無を試験することができるので、配管内部形状の評価として有用である。
【００３６】
〔他の実施形態〕
上記の実施形態では、試験部材１０を循環路２、試験液槽３等を備えた評価装置１に組み込んで評価を行ったが、試験部材１０を冷凍機、エンジン、コージェネレーションシステム等の機器に直接組み込んで評価を行ってもよい。その場合、試験部材１０の試験流路１４を流通する液体にルミノールを添加して機器の運転を行い、試験流路１４におけるルミノール反応による発光を検出することにより、配管内部形状の評価を行う。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の評価装置および評価方法は、設計された配管内部形状の特性を低コストで適切に評価できる評価装置および評価方法として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１        ：評価装置
２        ：循環路
３        ：試験液槽
１０      ：試験部材
１１      ：第１板状部材
１１１    ：第１溝部
１２      ：第２板状部材
１２１    ：第２溝部
１４      ：試験流路
３０      ：気体供給部
４０      ：流量制御部
５０      ：温度制御部
６０      ：検知部
８０      ：制御装置
Ｌ        ：試験液
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015184212.tif 000005