(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉栓６を通じて流体供給手段に流体を供給可能な管路を構成する配管４であって、所定の間隔Ｍ毎に配置される拡径管４Ｂに対し、拡径管４Ｂよりも径の小さい配水用配管４Ａが接続することで管路を構成する配管４に、配水用配管４Ａに設けられた前記開閉栓の開閉に伴う圧力変動をエアにより緩和する圧力変動緩和手段を、所定の間隔Ｍ毎に配置される拡径管４Ｂに設けた配管の圧力変動緩和機構であって、
前記圧力変動緩和手段が、内部に空気室１１を形成し、拡径管４Ｂと連通している中空体１０を備えたことを特徴とする配管の圧力変動緩和機構。
【請求項２】
所定の間隔Ｍは、前記配管４に生じる予め求められた圧力変動の値に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項３】
開閉栓６を通じて流体供給手段に流体を供給可能な管路を構成する配管４であって、所定の間隔Ｍ毎に配置される拡径管４Ｂに対し、拡径管４Ｂよりも径の小さい配水用配管４Ａが接続することで管路を構成する配管４に、配水用配管４Ａに設けられた前記開閉栓の開閉に伴う圧力変動をエアにより緩和する圧力変動緩和手段を、所定の間隔Ｍ毎に設けた配管の圧力変動緩和機構であって、
前記圧力変動緩和手段が、内部に空気室１１を形成し、拡径管４Ｂと連通している中空体１０を備え、
前記空気室１１の容積Ｖ１が、予め求められた拡径管４Ｂの水撃による圧力上昇値に応じて決定されることを特徴とする配管の圧力変動緩和機構。
【請求項４】
前記中空体１０と前記拡径管４Ｂとの間には第１の仕切弁１２が設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項５】
前記中空体１０には、下端部に排出弁１３が設けられることを特徴とする請求項４に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項６】
前記中空体１０には、上端部に給気弁１８が設けられることを特徴とする請求項５に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項７】
前記中空体１０には、内部の自由液面が確認可能な窓１７、１７Ａを備えて構成されることを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項８】
前記圧力変動緩和手段は、水撃圧上昇後の圧力振動を抑制する圧力振動抑制手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項９】
前記圧力振動抑制手段を、前記中空体１０の上流側近傍の配水用配管４Ａに設けられた逆止弁２０により構成したことを特徴とする請求項８に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１０】
前記逆止弁２０は、閉弁時、下流側から上流側への逆流を一部許容するように弁体２１に上下流側を貫通する孔２２が穿設されることを特徴とする請求項９に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１１】
前記圧力振動抑制手段を、前記中空体１０の上流側近傍の配水用配管４Ａに設けられたオリフィス３０により構成したことを特徴とする請求項８に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１２】
前記オリフィス３０を前記逆止弁２０の上流側近傍の配水用配管４Ａに設け、前記オリフィス３０の内径を前記逆止弁２０の弁座開口の口径より大径としたことを特徴とする請求項９ないし１１のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１３】
前記中空体１０の下流側近傍の拡径管４Ｂには、第２の仕切弁１５を介して空気弁１４が設けられることを特徴とする請求項１ないし１２のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１４】
前記拡径管４Ｂは、上部が上方に膨出して空隙が確保される膨出部７とこの膨出部７の上部８に内部に空気溜まりを形成する管頂部８Ａとを備え、前記空気弁１４が前記管頂部８Ａの上部に接続されることを特徴とする請求項１３に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１５】
前記管頂部１０８Ａの上部には、前記空気弁１４とともに中空体が連通されることを特徴とする請求項１４に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１６】
前記中空体が接続される拡径管１０４Ｂの上流側には、流入する気泡を上方に導く傾斜部１４１、１４２が設けられることを特徴とする請求項１４または１５に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１７】
膨出部２０７、３０７の底部２０４Ｄ、３０４Ｄには、流入する気泡を上方に導く傾斜板２４０、３４０が設けられることを特徴とする請求項１４ないし１６のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１８】
前記管頂部１０８Ａまたは前記膨出部１０７のうちいずれか一方に連通される前記中空体１０に対して前記拡径管２０４Ｂ、３０４Ｂの上流側に溜まったエアを前記中空体の空気室に導く堰板４４１、４４２、４４３、５４１、５４２が設けられることを特徴とする請求項１４ないし１６のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項１９】
第１の仕切弁１１２と膨出部上部１０８との間には、連通管４４４、５４４が設けられることを特徴とする請求項１５ないし１８のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項２０】
前記中空体を、上部にエア蓄圧室が下部に空気室がそれぞれ画成され開口端が配管上部に連通したアキュムレータ６０により構成するとともに、前記アキュムレータ６０はエア蓄圧室の圧力が予め求められた配管の圧力変動に応じて決定されることを特徴とする請求項１ないし１９のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項２１】
前記配管４が、所定の間隔Ｍ毎に設置されたマンホール５を備えた農業用パイプライン３であって、前記マンホール５に露出される拡径管４Ｂに前記圧力変動緩和手段が改修可能または新設可能に設けられることを特徴とする請求項１ないし２０のうちいずれか１に記載の配管の圧力変動緩和機構。
【請求項２２】
前記農業用パイプライン３は、既存の場所に設置されたマンホール５に対し、新たな設計プランに基づく圧力変動の値に応じて新たなマンホール５の設置距離が決定されることを特徴とする請求項２１に記載の配管の圧力変動緩和機構
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業用パイプライン等の流体輸送に用いられる配管の圧力変動緩和機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、農地に水を供給する管路としての農業用パイプラインでは、所定の間隔（約４００ｍ）毎にマンホールが設置され、これらマンホール間を結ぶ配管には、この配管からから分岐して自動給水栓を介してスプリンクラーが接続され、スプリンクラーにより農地に水を供給するようになっている。国や地方自治体による農業農村整備事業で敷設された農業用パイプラインの総延長は約７，５００ｋｍに達し、末端配水系を中心に整備された塩化ビニール管は総延長のおよそ２０％を占めている。配管の破壊の形態は、大きな荷重が繰り返し作用したことによって生じる疲労破壊であるため、管破損事故の件数は、管材の老朽化や経年劣化に伴い増加傾向にあり、維持管理上の問題となっている。管に大きな荷重が繰り返し作用する要因としては、水撃現象やエアーハンマー現象が挙げられる。これらの現象は，非常に大きな圧力上昇の発生とその後の脈動の継続をもたらす。
【０００３】
従来、このような圧力変動を緩和する技術として、通常の送液運転時に大容量の一方向空気タンク内に圧縮空気が残るように構成し、送液の急遮断時に、この圧縮空気の作用によって一方向タンク内に蓄えた液を素早く管路系に補給するウォータハンマ防止装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。また、ビル等の給水用配管に大径パイプを設け、この大径パイプにエア抜き弁付き排気管とゴム膜で仕切ったアキュムレータとを接続して連通させ、水の脈動と衝撃波を緩衝し、水中の空気を分離させるようにした防食サイレンサーが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５４−１１１１２２号公報
【特許文献２】特開平８−２６１３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来のウォータハンマ防止装置では、送液の送圧側が急遮断した際の負圧には対応できるものの、長距離の管路に開閉弁を介してスプリンクラー等の流体供給手段が多数設けられた管路系では、流体供給手段側からの頻繁な開閉に伴う圧力上昇とその後の脈動を低減する機能を果たすことはできない。また、上記特許文献２に記載の防食サイレンサーでは、アキュムレータ内にエアが入り込むとアキュムレータとして所望の機能を果たせなくなるという問題がある。さらに、ビル施設における給水系では、流量が少なくしかも多数箇所の配水端の弁が同時または短時間に開閉を繰り返すことがないので、圧力上昇は限られたものになる。このため、特許文献２に記載の装置では、農業用パイプラインのような長大な管路を有する配水系に対して、多量の水流が高速で流れしかも分岐した配水系にそれぞれ設けられた開閉栓が長時間開閉を繰り返すことにより生じる過大な圧力上昇とその後の脈動を低減する機能を果たすことはできない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡素な構造で、配管に生じる圧力上昇とその後の脈動を確実に抑制して配管の長寿命化を実現し、コストダウンを図ることができるとともに、既存の設備に対しても容易に更新や改修作業を行うことができる配管の圧力変動緩和機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る配管の圧力変動緩和機構は、経路に沿って設けられ流体を外部に供給可能な開閉栓を備えた多数の流体供給手段に流体を供給する配管に、所定の間隔毎に、前記開閉栓の開閉に伴う圧力変動をエアにより緩和する圧力変動緩和手段を設けたことを特徴としている。
【０００８】
本発明の請求項１に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、前記経路の管路に生じる圧力上昇とその後の脈動を抑制することができ、配管への負担が減少する。
【０００９】
本発明の請求項２に係る配管の圧力変動緩和機構は、配管に設けられる間隔は、前記配管に生じる予め求められた圧力変動の値に基づいて決定されることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項２に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、圧力変動緩和手段を経路上の効果的な位置に無駄なく設けることができる。
【００１１】
本発明の請求項３に係る配管の圧力変動緩和機構は、圧力変動緩和手段が、内部に空気室が画成され開口端が配管上部に連通した中空体から構成されるとともに、前記空気室の容積が予め求められた配管の圧力変動に応じて決定されることを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項３に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、配管の圧力変動に対応して空気室の容積の異なる中空体を選択して用いることができる。また、経路の延長、短縮等の設計に応じて既存の中空体を空気室の容積が異なる中空体に交換することができる。
【００１３】
本発明の請求項４に係る配管の圧力変動緩和機構は、中空体と配管との間には第１の仕切弁が設けられることを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項４に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、前記第１の仕切弁を閉じると、経路内の流体の流れを止めることなく、中空体の取り付けや交換作業を行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項５に係る配管の圧力変動緩和機構は、中空体には、下端部に排出弁が設けられることを特徴としている。
【００１６】
本発明の請求項５に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、第１の仕切弁を閉じ、前記排出弁を開くと、前記中空体の空気室から流体が排出され、内部がエアで満たされる。その後、前記排出弁を閉じて前記第１の仕切弁を開くと、空気室全体のエア容量が確保される。
【００１７】
本発明の請求項６に係る配管の圧力変動緩和機構は、中空体には、上端部に給気弁が設けられることを特徴としている。
【００１８】
本発明の請求項６に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、圧縮機を用いて空気室のエア容量を確保する場合、まず、第１の仕切弁を閉じ、前記給気弁に圧縮機を接続する。次に、排出弁を開いて一旦空気室内の流体を排出した後、再び排出弁を閉じ、第１の仕切弁を開く。そして、前記給気弁を開いて圧縮機を動作させ、空気室のエア容量を確保する。その後、前記給気弁を閉じ圧縮機を前記給気弁から切り離すと、空気室に加圧された所望のエア容量が確保される。
【００１９】
本発明の請求項７に係る配管の圧力変動緩和機構は、中空体には、内部の自由液面が確認可能な窓を備えて構成されることを特徴としている。
【００２０】
本発明の請求項７に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、外部から空気室のエア容量を直接的かつ視覚的に確認することができる。このため、エア容量の確認作業が簡素化される。
【００２１】
本発明の請求項８に係る配管の圧力変動緩和機構は、圧力変動緩和手段が、水撃圧上昇後の圧力振動を抑制する圧力振動抑制手段を備えていることを特徴としている。
【００２２】
本発明の請求項８に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、水撃圧発生後に継続する圧力振動を低減する。
【００２３】
本発明の請求項９に係る配管の圧力変動緩和機構は、圧力振動抑制手段を、前記中空体の上流側近傍の配管に設けられた逆止弁により構成したことを特徴としている。
【００２４】
本発明の請求項１０に係る配管の圧力変動緩和機構は、逆止弁が、閉弁時、下流側から上流側への逆流を一部許容するように弁体に上下流側を貫通する孔が穿設されることを特徴としている。
【００２５】
本発明の請求項１１に係る配管の圧力変動緩和機構は、圧力振動抑制手段を、前記中空体の上流側近傍の配管に設けられたオリフィスにより構成したことを特徴としている。
【００２６】
本発明の請求項１２に係る配管の圧力変動緩和機構は、オリフィスを前記逆止弁の上流側近傍の配管に設け、前記オリフィスの内径を前記逆止弁の弁座開口の口径より大径としたことを特徴としている。
【００２７】
本発明の請求項１２に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、水撃圧発生後に継続する圧力振動を低減させる効果がより増大する。
【００２８】
本発明の請求項１３に係る配管の圧力変動緩和機構は、中空体の下流側近傍の配管には、第２の仕切弁を介して空気弁が設けられることを特徴としている。
【００２９】
本発明の請求項１３に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、前記第２の仕切弁を開くと、前記配管内の流体に混入したエアが外部に排出される。
【００３０】
本発明の請求項１４に係る配管の圧力変動緩和機構は、配管が、上部が上方に膨出して空隙が確保される膨出部とこの膨出部の上部に内部に空気溜まりを形成する管頂部とを備え、前記空気弁が前記管頂部８Ａの上部に接続されることを特徴としている。
【００３１】
本発明の請求項１４に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、配管内の流体に混入したエアを前記膨出部と前記管頂部に溜めて前記中空体より下流側の前記空気弁に導くことができ、効果的にエアを外部に逃がすことができる。
【００３２】
本発明の請求項１５に係る配管の圧力変動緩和機構は、管頂部の上部には、前記空気弁とともに中空体が連通されることを特徴としている。
【００３３】
本発明の請求項１５に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、前記膨出部に溜まったエアは前記管頂部に導かれるので、確実にエアを空気弁に導くことができる。
【００３４】
本発明の請求項１６に係る配管の圧力変動緩和機構は、中空体が接続される配管の上流側には、流入する気泡を上方に導く傾斜部が設けられることを特徴としている。
【００３５】
本発明の請求項１６に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、配管内に混入したエアを前記管頂部に溜めて前記中空体より下流側の前記空気弁に導くことができ、効果的にエアを外部に逃がすことができる。
【００３６】
本発明の請求項１７に係る配管の圧力変動緩和機構は、膨出部の底部に、流入する気泡を上方に導く第１の堰板が設けられることを特徴としている。
【００３７】
本発明の請求項１７に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、上流から流下してきた気泡が上向きに流れやすくなり、前記空気弁により排除されやすくなる。
【００３８】
本発明の請求項１８に係る配管の圧力変動緩和機構は、管頂部または膨出部のうちいずれか一方に連通される前記中空体に対して前記配管の上流側に溜まったエアを前記中空体の空気室に導く堰板が設けられることを特徴としている。
【００３９】
本発明の請求項１９に係る配管の圧力変動緩和機構は、第１の仕切弁と膨出部上部との間には、連通管が設けられることを特徴としている。
【００４０】
本発明の請求項１９に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、前記膨出部上部に溜まったエアは前記連通管を通じて前記中空体に導かれやすくなる。
【００４１】
本発明の請求項２０に係る配管の圧力変動緩和機構は、中空体を、上部にエア蓄圧室が下部に空気室がそれぞれ画成され開口端が配管上部に連通したアキュムレータにより構成するとともに、前記アキュムレータはエア蓄圧室の圧力が予め求められた配管の圧力変動に応じて決定されることを特徴としている。
【００４２】
本発明の請求項２０に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、中空体に比べてより大きな圧力変動にも対応することができる。
【００４３】
本発明の請求項２１に係る配管の圧力変動緩和機構は、配管が、所定の間隔毎に設置されたマンホールを備えた農業用パイプラインであって、前記マンホールに露出される配管に前記圧力変動緩和手段が改修可能または新設可能に設けられることを特徴としている。
【００４４】
本発明の請求項２１に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、マンホールを起点にして経路の延長、分岐、付け替えなどの作業を行うことができ、作業が効率化される。
【００４５】
本発明の請求項２２に係る配管の圧力変動緩和機構は、農業用パイプラインは、既存の場所に設置されたマンホールに対し、新たな設計プランに基づく圧力変動の値に応じて新たなマンホールの設置距離が決定されることを特徴としている。
【００４６】
本発明の請求項２２に係る配管の圧力変動緩和機構では、上記構成としたことにより、農業用パイプラインの経路を、既存のマンホールの位置とは関係なくマンホールを新設して農業用パイプラインをつなぎ替えて設置することができ、設計の自由度が向上する。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係る配管の圧力変動緩和機構は、経路に沿って設けられ流体を外部に供給可能な開閉栓を備えた多数の流体供給手段に流体を供給する配管に、所定の間隔毎に、前記開閉栓の開閉に伴う圧力変動をエアにより緩和する圧力変動緩和手段を設けたので、簡素な構造で、管路に生じる圧力上昇とその後の脈動を確実に抑制して配管の長寿命化を図ることができ、コストダウンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構を示す説明図である。
【図２】図１の圧力変動緩和機構の中空体を示す説明図である。
【図３】（Ａ）は、図１の圧力変動緩和機構の要部を示す概念図で逆流許容逆止弁とオリフィスが上流側配管に設けられた例を示し、（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ、図１の圧力変動緩和機構の要部を示す平面図および側面図で、逆流許容逆止弁とオリフィスを設けない例を示す。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図１の中空体と空気弁が異なる形状の拡径管に形成された管頂部に設けられた状態を示す平面図および側面図である。
【図５】（Ａ）ないし（Ｄ）はそれぞれ、第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の中空体の変形例を示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の第１の変形例を示す説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の第２の変形例と第３の変形例を示す説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の第４の変形例を示す説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の第５の変形例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の第６の変形例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の第７の変形例を示す説明図である。
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の要部を示す平面図および側面図、（Ｃ）は、図１２の（Ａ）、（Ｂ）に示す圧力変動緩和機構の変形例を示す説明図である。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の第２実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構の変形例を示す説明図である。
【図１４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、エアチャンバーを用いた実験装置の構成を示す説明図およびアキュムレータを用いた実験装置の構成を示す説明図ある。（実施例１）
【図１５】図１４の実験装置の実験水路の寸法を示す説明図である。
【図１６】図１４の実験装置の実験用管路の配管図を示す説明図である。
【図１７】図１４の実験装置の組み合わせパターンを示す説明図である。
【図１８】図１４の実験装置の組み合わせパターンを示す説明図である。
【図１９】図１４の実験装置の穴あき逆止弁の形状を示す説明図である。
【図２０】図１４の実験装置でリリーフ弁から空気室を取り外した場合を示す説明図である。
【図２１】図１４の実験装置において、実験したケースをリストにした一覧表である。
【図２２】図１４の実験装置において、オリフィスを付けない場合のケース１〜ケース１０までの実験結果を示す表である。
【図２３】図１４の実験装置において、オリフィスを付けた場合のケース１’〜ケース１０’までの実験結果を示す表である。
【図２４】図１４の実験装置において、空気弁と圧力変動緩和装置を取り付けない場合の水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図２５】図２４のグラフにおいて、経過時間が９秒から１０秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図２６】図２４のグラフにおいて、経過時間が１０秒から１４秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図２７】図２４のグラフにおいて、経過時間が１４秒から１６秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図２８】図１４の実験装置において、水撃緩和装置がない場合、逆止弁の場合および穴あき逆止弁の場合について、上流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図２９】図２８のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図３０】図１４の実験装置において、水撃緩和装置がない場合、逆止弁の場合および穴あき逆止弁の場合について、下流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図３１】図３０のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図３２】図１４の実験装置において、水撃緩和装置がない場合およびオリフィスをつけた場合について、上流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図３３】図３２のグラフにおいて、経過時間が０秒から４秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図３４】図１４の実験装置において、水撃緩和装置がない場合およびオリフィスをつけた場合について、下流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図３５】図３４のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図３６】図１４の実験装置において、水撃緩和装置がない場合、オリフィスのみをつけた場合およびオリフィスと逆止弁とをつけた場合について、上流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図３７】図３６のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図３８】図１４の実験装置において、水撃緩和装置がない場合、オリフィスのみをつけた場合およびオリフィスと逆止弁とをつけた場合について、下流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図３９】図３８のグラフにおいて、経過時間が０秒から２秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図４０】図１４の実験装置において、水撃緩和装置がない場合、オリフィスのみをつけた場合およびオリフィスと穴あき逆止弁とをつけた場合について、上流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図４１】図４０のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図４２】図１４の実験装置において、水撃緩和装置がない場合、オリフィスのみをつけた場合およびオリフィスと穴あき逆止弁とをつけた場合について、下流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図４３】図４２のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図４４】図１４の実験装置において、水撃緩和装置（空気室）がない場合と空気室の容量の違いによる水撃圧の減衰効果の相違（上流側）を示すグラフである。
【図４５】図４４のグラフにおいて、経過時間が０秒から２秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図４６】図４４のグラフにおいて、経過時間が２秒から５秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図４７】図１４の実験装置において、リリーフ弁の設定圧力の違いによる水撃圧の減衰効果の相違（上流側）を示すグラフである。
【図４８】図４７のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図４９】図１４の実験装置において、空気室のみの場合、空気室と逆止弁をつけた場合および空気室と逆止弁とオリフィスをつけた場合について、上流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図５０】図４９のグラフにおいて、経過時間が０秒から４秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図５１】図１４の実験装置において、空気室のみの場合、空気室と逆止弁をつけた場合および空気室と逆止弁とオリフィスをつけた場合について、下流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図５２】図５１のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図５３】図１４の実験装置において、空気室のみの場合、空気室と穴あき逆止弁をつけた場合および空気室と穴あき逆止弁とオリフィスをつけた場合について、上流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図５４】図５３のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【図５５】図１４の実験装置において、空気室のみの場合、空気室と穴あき逆止弁をつけた場合および空気室と穴あき逆止弁とオリフィスをつけた場合について、下流側における水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【図５６】図５５のグラフにおいて、経過時間が０秒から３秒の間の水撃圧の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態である配管の圧力変動緩和機構を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構２は、内部を流体が流通し互いに接続されて管路を構成する配管の経路３に設けられる圧力変動緩和機構である。管路は多数の配管４（４Ａ、４Ｂ）を接続して形成される。本実施形態に係る経路３は、農地に水を供給する管路としての農業用パイプラインから構成される。農業用パイプライン３は、予め決められた所定の間隔Ｍ（約４００ｍ間隔）毎にマンホール５が設置され、これらマンホール５間を結ぶ配水用配管４Ａには、この配水用配管４Ａから分岐し自動給水栓（開閉栓）６を介して図示しないスプリンクラー（流体供給手段）が接続され、スプリンクラーにより農地に水を供給するようになっている。農業用パイプライン３の各マンホール５を所定間隔Ｍ毎に配しているのは、管路延長が長いほど急閉塞の水撃が高圧になりやすいので、上述のように、例えばおよそ４００ｍおきに圧力が反射する境界条件を設けているためである。すなわち、農業用パイプライン３の設計プランに基づいて計算上求められた圧力変動の値に基づいて、マンホール５の適切な間隔Ｍが決定されるようになっている。このため、後述する圧力変動緩和手段が設けられるマンホール５は、経路３上の効果的な位置に無駄なく設けることができるようになっている。
【００５０】
農業用パイプライン３の配水用配管４Ａは、例えば、口径φ３００の塩化ビニール等の合成樹脂製の円管が用いられる。農業用パイプライン３の上流端には、給水ポンプ（図示せず）が設置され、給水ポンプは大量の農業用水を農業用パイプライン３の長い経路を経由してスプリンクラーに配水している。農業用パイプライン３の内部では、給水ポンプの停止による負圧の発生、送配水時の水撃圧の発生、エアハンマーによる急激な圧力上昇といった圧力変動が知られており、本願発明は、これらの圧力変動を抑制するようにするものである。
【００５１】
ところで、予め決められた間隔Ｍで経路に設けられたマンホール５には、上部に膨出部７が形成された拡径管（配管）４Ｂが配置される。拡径管４Ｂは、図２および図３の（Ａ）ないし（Ｃ）に示すように、上下流側両端がフランジを介して配水用配管４Ａに接続され、膨出部７の両側は次第に縮径して形成される。拡径管４Ｂの上部（頂部）８には、図２に示すように、中空体（圧力変動緩和手段、圧力変動緩和装置）１０の下端が着脱自在に接続されて拡径管４Ｂと連通するようになっている。中空体１０は、図２に示すように、筒状に形成され内部に空気室１１が画成される。この空気室１１はその容量Ｖ１が、マンホール５に配置された拡径管４Ｂの部位で、予め設計プランに基づいて計算され発生が予想される圧力変動値に基づいて決定される。空気室１１の理論上の容量ＶＴの決定方法を以下の表１および表２に示す。これは、ポンプ場の直下流に設置するためのGrazeとHorlacher(1974)による設計チャートを用いた手法に基づいている。表３と表４は、実験装置の空気室の容量の検証の手法を、表５と表６は、実験装置で４００ｍ毎に設置された空気弁に空気室を設置した場合の空気室容量を導く計算の手法をそれぞれ示す。なお、本実施形態に係る中空体１０では、空気室１１の容量Ｖ１を、配管の圧力測定部位を４００ｍ毎に設定した実験装置の測定結果に基づいて中空体１０の空気室容量の理論値ＶＴから導いているがこれに限られるものではなく、流体の経路であれば、適用可能であることはいうまでもない。
【００５２】
【表１】
0006779650.tif 000002
【００５３】
【表２】
0006779650.tif 000003
【００５４】
【表３】
0006779650.tif 000004
【００５５】
【表４】
0006779650.tif 000005
【００５６】
【表５】
0006779650.tif 000006
【００５７】
【表６】
0006779650.tif 000007
【００５８】
中空体１０は、空気室１１の容量Ｖ１が発生が予想される圧力変動値に基づいて決定されるので、マンホール５に配置された拡径管４Ｂで発生する急激な圧力変動を空気室１１のエアにより緩和するとともにその圧力変動の後に続く脈動も抑えるようになっている。しかも、ポンプから離れた場所で、所定の間隔Ｍ毎に配置された拡径管４Ｂにおける圧力変動に基づいて空気室１１の容量Ｖ１が決定されるので、この容量Ｖ１を小さくすることができる。つまり、一般にポンプの急停止における負圧発生防止による水撃圧の緩和のために設けられるエアチャンバ（特許文献１参照）では、エアチャンバの空気室容量が非常に大きくなるのに対して、本実施形態に係る中空体１０では、ポンプ以外の、ポンプから離れた場所に設置されるので、圧力上昇の減衰さえ果たすことができれば圧力変動を緩和することができる。上記表１ないし表６に示された手法で導かれる空気室１１の容量Ｖ１は、４００ｍ毎に設置された空気弁に中空体１０を併設した場合、０．０１５６ｍ３である。
【００５９】
中空体１０は、拡径管４Ｂに着脱自在に取り付けられるようになっているので、経路３の配管４の圧力変動に対応して空気室１１の容積の異なる中空体を選択して用いることができる。また、経路３の延長、短縮等の設計に応じて既存の中空体を空気室１１の容積が異なる中空体に交換することができる。
【００６０】
中空体１０と拡径管４Ｂとの間には、図３の（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１の仕切弁１２が設けられるとともに、中空体１０には、下端部に内部の水を排出するための排出弁１３が設けられる。第１の仕切弁１２を閉じると、配管４内の流水の流れを止めることなく、中空体１０の取り付けや交換作業を行うことができる。また、第１の仕切弁１２を閉じ、排出弁１３を開くと、中空体１０の空気室１１から水が排出され、内部がエアで満たされる。その後、排出弁１３を閉じて第１の仕切弁１２を開くと、空気室１１全体のエア容量が確保される。空気弁１４は、第２の仕切弁１５を介して拡径管４Ｂに連通される。第１の仕切弁１２は、中空体１０の取り外し時や、排出弁１３による中空体１０内の排水を行う際に閉じられるようになっている。空気弁１４は、配管４（４Ａ、４Ｂ）内を流れる流水に含まれる気泡が拡径管４Ｂの膨出部７上部に溜まると、外部に排出するようになっている。つまり、膨出部７は、配管４Ａ、４Ｂ内の流水に混入したエアを溜めて中空体１０より下流側の空気弁１４に導くようになっており、効果的にエアを外部に逃がすことができる。第２の仕切弁１５は、閉じた際に、空気弁１４を農業用パイプライン３から分離させるようになっている。
【００６１】
また、本実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構２では、中空体１０による圧力上昇値低減効果をさらに向上させるため、図３の（Ａ）に示すように、拡径管４Ｂの上流側配水用配管４Ａｕに、下流側からの逆流を一部許容する逆流許容逆止弁（圧力振動抑制手段）２０が設けられる。また、逆流許容逆止弁２０の上流側には、内径を逆流許容逆止弁２０の弁座開口の口径より大径としたオリフィス（圧力振動抑制手段）３０が設けられる。逆流許容逆止弁２０は、上流側配水用配管４Ａｕの下流側端部に、オリフィス３０は、この逆流許容逆止弁２０より上流側の近傍に設けられる。逆流許容逆止弁２０を、下流側からの逆流のうち、一部の逆流を阻止して一部の逆流を許容させるようにしているのは、逆止弁が完全に逆流を阻止した場合、水撃圧が発生するからである。一部の逆流を所定量許容させる構成として、逆流許容逆止弁２０を、閉弁時、細隙を確保するよう弁座か弁のいずれか一方に突部を形成するようにしてもよい。あるいは、弁２１に貫通孔（孔）２２を穿設して上流側へ逆流を許容するようにしてもよい。このように、逆流許容逆止弁２０に閉弁時に細隙を設けたり貫通孔を設けた場合、上下流の水理学的縁が切れることがない。貫通孔を有する逆流許容逆止弁２０単体のみ設けた場合、圧力上昇値そのものを低減させることはないが、圧力振動の起伏を少なくして滑らかにするようになっている。このため、逆流許容逆止弁２０と中空体１０とを設けた場合、逆流許容逆止弁２０の上下流側ともに、中空体１０の持つ圧力上昇値低減の作用に加え、水撃圧発生後に継続する圧力振動をより低減することができる。なお、符号４Ｃ、４Ｄはそれぞれ、拡径管４Ｂの膨出部７の上流側と下流側に形成された縮径部である。本実施形態では、圧力振動抑制手段として、逆流許容逆止弁２０を設けているが、後述する実験から、完全に逆流を阻止する逆止弁を用いてもよい。この場合、上下流の水理学的縁が切れることになるので、逆止弁を設けた下流側において圧力振動抑制効果を果たすことができる。
【００６２】
オリフィス３０は、逆流許容逆止弁２０と同様、オリフィス３０単体では、圧力上昇値を低減させることはないものの、逆流許容逆止弁２０と組み合わせることにより圧力振動を減衰させることができる。すなわち、逆流許容逆止弁２０とオリフィス３０は、中空体１０と組み合わせることにより、水撃圧発生後の圧力振動を低減させることに寄与している。しかしながら、これら逆流許容逆止弁２０とオリフィス３０はあくまで、中空体１０の作用に対する副次的な作用を果たすものであり、中空体１０そのものが、水撃圧の最大圧力上昇値とその後の圧力振動を低減させるようになっている。
【００６３】
なお、これら逆流許容逆止弁２０とオリフィス３０は、両方設けてもよいし、いずれか一方のみ設けてもよい。中空体１０のみで充分圧力上昇を減衰することができる場合、図３の（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、上流側配水用配管４Ａｕに逆流許容逆止弁２０とオリフィス３０のいずれも設けないで、拡径管４Ｂに設けられた中空体１０のみとしてもよい。また、これら、逆流許容逆止弁２０とオリフィス３０を拡径管４Ｂの上流側配水用配管４Ａｕの下流側に設けているがこれに限られるものではなく、中空体１０より上流側近傍であれば、拡径管４Ｂの上流側端部に設けてもよい。さらに、上記実施形態では、中空体１０を拡径管４Ｂに設けているがこれに限られるものではなく、口径の小さい配水用の配管に設けてもよい。また、圧力振動抑制手段として、逆流許容逆止弁２０とオリフィス３０を例示しているがこれに限られるものはなく、配管の形状の工夫等により圧力振動を抑制するようにしてもよい。なお、本実施形態では、圧力振動抑制手段として逆流許容逆止弁２０を設けているがこれに限られるものではなく、後述する実験結果からも導かれるように、下流側について圧力振動の抑制をはかるのであれば、上述のように、逆流を一切許容しない逆止弁を設けてもよい。
【００６４】
また、図４の（Ａ）、（Ｂ）は、形状の異なる拡径管５４Ｂに適用した例を示すもので、拡径管５４Ｂの上部５８には、ほぼ中央に内部に空気溜まりを有する管頂部５８Ａを形成するようにしてもよい。この場合、この管頂部５８Ａには、中空体１０とその下流側に空気弁１４が設けられる。拡径管５４Ｂは、膨出部５７の上流側に上流側配水用配管４Ａｕの径と同一の配管径部５４Ｃが、下流側に次第に縮径される縮径部５４Ｄがそれぞれ形成されるようになっている。
【００６５】
次に、上記実施態様に係る配管の圧力変動緩和機構２の作用について説明する。配管の圧力変動緩和機構２は、予め設計プランに基づいて想定される圧力変動に基づいて、農業用パイプライン３の経路をなす配水用配管４Ａに所定の間隔Ｍ毎に拡径管４Ｂが配置される。そして、この拡径管４Ｂに中空体１０を設けて構成される。この中空体１０は、内部の空気室１１の容量が、配置された拡径管４Ｂの部位における想定される圧力変動に基づいて決定されている。このため、配水時、配水用配管４Ａから分岐し自動給水栓６を介して接続されたスプリンクラー等の農業用水供給装置側から、水撃圧（正圧）の急激な上昇とその後の振動が発生しても、この圧力変動を緩和することができ、配管４（４Ａ，４Ｂ）に対する負荷を軽減することができる。しかも、本実施形態では、正圧のみを考慮しているため、中空体１０の構造についても、負圧を考慮してより大きい容量を必要とする負圧対応の空気室とは対照的に、空気室１１の容量を小さくできるので、小型化することができる。また、配管４の延長、付け替え、撤去等、設計プランの変更に応じて圧力変動の予想値が変化すれば、空気室容量の異なる中空体１０に取り替えたりすることができる。また、中空体１０の上流側には、逆流許容逆止弁２０とオリフィス３０が設けられているので、急激な圧力変動後の振動（脈動）もより低減することができる。
【００６６】
図５の（Ａ）ないし（Ｄ）はそれぞれ、中空体１０の変形例を示すもので、第１の変形例に係る中空体１０Ａは、図５の（Ａ）に示すように、内部の自由液面を確認することができる窓１７と排出弁１３とを備えて構成される。この中空体１０Ａは、第１の仕切弁１２を介さず配水用配管４Ａに接続されている。この中空体１０Ａでは、外部から空気室１１のエア容量を直接的かつ視覚的に確認することができる。このため、エア容量の確認作業が簡素化される。第２の変形例に係る中空体１０Ｂは、図５の（Ｂ）に示すように、中空体１０Ｂ本体に窓部（窓）１７Ａが取り付けられるとともに、排出弁１３Ａが第１の仕切弁１２と中空体１０Ｂとの間に設けられるようになっている。排出弁１３Ａを中空体１０Ｂと別体とすることにより、中空体１０を簡素化することができる。第３の変形例に係る中空体１０Ｃは、図５の（Ｃ）に示すように、上端に給気弁１８が設けられており、この点を除いて第２の変形例に係る中空体１０Ｂとほぼ同一の構成を有している。この中空体１０Ｃでは、図示しない圧縮機を用いて空気室１１のエア容量を確保する場合、まず、第１の仕切弁１２を閉じ、給気弁１８に圧縮機を接続する。次に、排出弁１３Ａを開いて一旦空気室１１内の水を排出した後、再び排出弁１３Ａを閉じ、第１の仕切弁１２を開く。そして、給気弁１８を開いて圧縮機を動作させ、空気室１１のエア容量を確保するようになっている。その後、給気弁１８を閉じ圧縮機を給気弁１８から切り離すと、空気室１１に加圧された所望のエア容量が確保される。エア容量の確認は窓部１７Ａを通じて行うことができる。第４の変形例に係る中空体１０Ｄは、図５の（Ｄ）に示すように、窓部１７Ａと給気弁１８とを備え、第１の仕切弁１２に代えてゲージフランジ（隔膜式フランジタイプ圧力計）１２Ａが配水用配管４Ａに取り付けられる。このように構成することにより中空体の高さを抑えることができるようになっている。
【００６７】
図６は、上記第１実施形態の第１の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構１０２で、第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構２が、管頂部８Ａに中空体１０と空気弁１４とが接続されているのに対し、拡径管１０４Ｂの管頂部１０８Ａには、空気弁１４のみが接続され、管頂部１０８Ａの上流側上部１０８に中空体１０が接続されるようになっている。また、この第１の変形例では、上記第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構２が、拡径管４Ｂ、５４Ｂの管底部を管面のみで形成しているのに対し、拡径管１０４Ｂの上流側にベンド（傾斜部）１４１、１４２を設けた点が異なっている外はほぼ第１実施形態とほぼ同様の構成を備えている。上側ベンド１４１は、拡径管１０４Ｂの上流側縮径部１０４Ｃと膨出部１０７の間の上部を弧状に湾曲して形成される。下側ベンド１４２は、膨出部１０７上流端の底部に弧状に湾曲した面を有するベンド材を取り付けて構成される。この第１の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構１０２は、拡径管１０４Ｂの上流側（流入側）にベンド１４１、１４２を設けているので、上流から流入してきた気泡が上向きに流れるように導くことができ、空気弁１４側に気泡を集めて排出しやすくなっている。
【００６８】
図７の（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、上記第１実施形態の第２、第３の変形例に係るもので、第１の実施形態の第２の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構２０２は、上記第１実施形態の第１の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構１０２が、拡径管１０４Ｂにベンド１４１、１４２を設けているのに対し、傾斜板２４０を設けた点が、異なっている。すなわち、第１実施形態の第２の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構２０２は、図７の（Ａ）に示すように、拡径管２０４Ｂの管頂部２０８Ａに設けられた中空体１０より上流側の拡径管２０４Ｂの底部２０４Ｄには、流れ方向に傾斜して気泡が上向きに流れるように導く傾斜板２４０が設けられる。この第２の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構２０２では、拡径管２０４Ｂの上流側に傾斜板２４０を設けているので、上流から流入した気泡を上向きに流れるように導き、空気弁１４側に気泡を集めて排出しやすくなっている。また、第１の実施形態の第３の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構３０２は、図７の（Ｂ）に示すように、傾斜板３４０の配置が第２の変形例と異なっている。すなわち、第３の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構３０２は、傾斜板３４０を、拡径管３０４Ｂの上流側上部３０８に設けられた中空体１０と、この中空体１０より下流側で拡径管上部３０８に形成された管頂部３０８Ａに設けられた空気弁１４との間の底部３０４Ｄに設けられるようになっている。係る構成とすることにより、第２の変形例に比べてより空気弁１４側に気泡を集めやすくなっている。
【００６９】
図８は、上記第１実施形態の第４の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構４０２で、拡径管４０４Ｂには、傾斜板２４０、３４０に代えて、第１第２の堰板（堰板）４４１、４４２、４４３を設けた点が第３の変形例と異なっている。すなわち、第４の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構４０２は、板状の第１の堰板４４１、４４２が、拡径管４０４Ｂの上部４０８上流側内面から流れ方向に沿って設けられる。第１の堰板４４２の下流側には、管頂部４０８Ａが形成され、この管頂部４０８Ａには、上流側に中空体１０が、下流側に空気弁１４がそれぞれ接続される。さらに、管頂部４０８Ａの上部内面には、中空体１０と空気弁１４との間に板状の第２の堰板４４３が設けられる。また、連通管４４４が、上部４０８と管頂部４０８Ａから第１の仕切弁１２を結ぶ通路４１０との間を連通して設けられる。すなわち、連通管４４４の上流側端は、膨出部４０７の上流側端面４０７Ａと上流側の第１堰板４４１との間に開口し、下流側端は、両第１堰板４４１、４４２の間に開口し、残りの端部が管頂部４０８Ａと第１の仕切弁１２とを結ぶ通路４１０に開口するようになっている。このため、第４の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構４０２では、第１第２の堰板４４１、４４２、４４３と連通管４４４を設けたことにより、管頂部４０８Ａに気泡を導きやすく、しかも管頂部４０８Ａに溜まったエアが流下しにくく、エアを空気弁１４で確実に排出処理できる。なお、この第２の堰板４４３を、中空体１０に対して拡径管４０４Ｂの上流側に溜まったエアを中空体１０の空気室１１に導く位置に設けるようにしてもよい。
【００７０】
図９は、上記第１実施形態の第５の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構５０２で、上記第４の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構４０２が、管頂部４０８Ａに中空体１０と空気弁１４を設けているのに対し、管頂部５０８Ａには、空気弁１４のみが接続され、拡径管５０４Ｂの上部５０８には、管頂部５０８Ａの上流側に中空体１０が接続される点が異なっている。すなわち、中空体１０は拡径管５０４Ｂの上部５０８上流側で上流側端面５０７Ａの近傍に接続され、この接続部より下流側に第１の堰板５４１、５４２が流れ方向に沿って順に設けられる。第１の堰板５４２の下流側に管頂部５０８Ａが形成される。連通管５４４は上流側一端が、上部５０８と中空体１０の第１の仕切弁１２とを結ぶ通路５１０に開口し、下流側他端が、両第１堰板５４１、５４２間に開口して設けられる。このように構成することにより、拡径管５０４Ｂの上流側上部に溜まったエアを中空体１０の空気室１１に確実に導くことができる。
【００７１】
図１０は、上記第１実施形態の第６の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構６０２で、拡径管６０４Ｂの管頂部６０８Ａには、第４の変形例と同様に、上下流側にそれぞれ中空体１０と空気弁１４とがそれぞれ接続される。そして、上流側配水用配管４Ａｕ下流側と拡径管６０４Ｂの上流側との間には、下流側が上方に傾斜して折曲された中空円筒部材６４１が設けられる。この中空円筒部材６４１は、上流側筒部６４１Ａが上流側配水用配管４Ａｕに接続され、下流側折曲筒部６４１Ｂが拡径管６０４Ｂの上流側開口から引き出され、下流端開口６４１Ｃが傾斜して上方に向いた状態で配置される。この第６の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構６０２では、このように構成されているので、流水中の低位側を流れ下るエアを拡径管６０４Ｂの上方に導いてエアが下流側を流れ下るのを阻止するようになっている。図１１は上記第１実施形態の第７の変形例に係る配管の圧力変動緩和機構７０２で、管頂部７０８Ａには空気弁１４のみ設けられ、中空体１０を管頂部７０８Ａより上流側の上部７０８に設けた点が第６の変形例と異なり、中空円筒部材６４１は、第６の変形例と同様に、上流側配水用配管４Ａｕ下流側と拡径管７０４Ｂの上流側との間に設けられる。
【００７２】
次に、本発明の第２実施形態である配管の圧力変動緩和機構８０２について説明する。第２実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構８０２は、第１実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構２が、圧力変動緩和手段として、内部に空気室１１が画成された中空体１０を備えているのに対し、図１２の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この中空体１０に代えてアキュムレータ６０を用いた点が異なる外は第１実施形態ならびにその各変形例とほぼ同様の構成を備えている。
【００７３】
すなわち、第２実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構８０２では、図１２の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アキュムレータ６０は、拡径管４Ｂの膨出部７の上部８に空気弁１４より上流側に設けられる。アキュムレータ６０は、図示しないダイアフラムにより水と空気が遮蔽されるようになっている。すなわち、上部にエア蓄圧室（図示せず）が下部に空気室（図示せず）がそれぞれ画成される。つまり、水への空気の溶解がないため、第１実施形態の中空体１０と比較して空気の減少量を確認して保守管理する必要がない。このアキュムレータ６０は、上端部に給気弁６８が設けられており、図示しない圧縮機と接続してエア蓄圧室に所望の空気圧を確保することができるようになっている。このため、設計プランが変更されて予想される圧力変動の値が変わっても、エア蓄圧室の空気圧を変更することができる。また、アキュムレータ６０には、内部のダイアフラムの位置を、すなわち、蓄圧室の圧力を確認することができる窓６７を備えている。アキュムレータ６０は第１の仕切弁６２を介して、拡径管４Ｂに接続される。第２実施形態に係る配管の圧力変動緩和機構８０２では、係る構成としたことにより、中空体１０に比べてより大きな圧力変動にも対応することができる。また、農業用パイプライン３の設計が変更され、圧力変動が変化しても、中空体のように取り替える必要がなく、エア蓄圧室の圧力を調整するだけで対応することができる。
【００７４】
図１２の（Ｃ）は、上記第２実施形態の一変形例を示すもので、アキュムレータ６０を膨出部を有していない配水用配管４Ａに第１の仕切弁を介することなく直接接続するようにしている。図１３の（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、アキュムレータ６０を、拡径管５４Ｂの管頂部５８Ａに設けた変形例（図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す拡径管５４Ｂ参照）と、拡径管３０４Ｂの上部３０８に設けた変形例（図７の（Ｂ）に示す拡径管３０４Ｂ参照）とを示している。このように、アキュムレータ６０は、上記第１実施形態の配管の圧力変動緩和機構２およびその各変形例に係る圧力変動緩和機構１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２の中空体１０に代えて用いることができる。なお、上記第１の実施形態および第１の実施形態の第１ないし第６の変形例に係る構成については、流体中のエアを拡径管上部に導く気泡案内手段、すなわち、ベンド（傾斜部）１４１、傾斜板２４０、３４０、堰板４４１、４４２、４４３、５４１、５４２、連通管４４４，５４４を単独で適用してもよいし、これらを適宜組み合わせて適用してもよいことはいうまでもない。このような単独または組み合わせでの適用は、中空体１０に代えてアキュムレータ６０を設けた場合も同様である。
【実施例１】
【００７５】
次に、実験用水路を製作して行った実験の概要とその実験結果について説明する。図１４ないし図１７はそれぞれ、実験装置の構成を示す説明図、実験装置の実験水路の寸法を示す説明図、実験装置の実験用管路の配管図を示す説明図ならびに実験装置の組み合わせパターンを示す説明図である。実験装置は、図１４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アクリルで作製された管路に、上流側からオリフィス、逆止弁、空気室（エアチャンバー）を有する中空体（またはアキュムレータ）、空気弁、アクチュエータ付き制水弁の順に接続した。実験棟内の実験水路は、１００ＡのＶＰ管（塩ビ管）で構成されている。その寸法を図１５に示す。コンクリート舗装の床から１mの高さに鉄パイプで構築した台の上に固定せずに載せている。実験用水は、水面の高さが約１０mの高架水槽から口径８００mmの鋼管（ＪＩＳ  ５Ｋ）で、距離１６１．６m送水される。実験用水の配管は図１６に示す。実験棟内では、口径３００mm、延長５０．８mの鋼管（ＪＩＳ  ５Ｋ）となり、塩ビ管の実験水路に接続している。
【００７６】
水撃緩和装置（圧力変動緩和装置）として、以下の４つを組み合わせて水理実験を行い、水撃圧の振幅の減衰率を評価して、その効果を検討した。
（１）アキュムレータ（容量０．１６４Ｌ）、（２）空気室とリリーフ弁、（３）逆止弁（樹脂製チェックバルブ）、（４）穴あき逆止弁（φ２３mm×１箇所、φ７mm×１２箇所）、（５）オリフィス（内径６０mm）
これらの水撃緩和装置は、空気弁の上流側に設置した。上記（１）から（５）を組み合わせて実験したパターンは、図１７の通りである。これにオリフィスを加えたパターンは概ね図１８の通りである。ただし、逆止弁の機能を使用しない際には以下の２通りを行った。
（ｉ）無効化・・・逆止弁を全開のまま固定する。（ｉｉ）取り外し・・・逆止弁を管から外して同じ長さの直管を接続する。
また、アキュムレータの圧力は、０．０７MPaと０．０２MPaの２種類を実験した。同様に、空気室に接続したリリーフ弁が動作する圧力は、０．０５７５MPaと０．０３７５MPaの２種類を実験した。
水撃圧の大きさは、圧力センサ（０〜０．５MPa、横河電機社製）によって計測した。圧力センサの設置箇所は空気弁から上流側に３．３mと下流側に０．６mの位置に２箇所設置した。圧力センサの電圧をデータロガ（ＯＭＲＯＮ社製）に０．００１秒のサンプリング間隔で記録した。
管内平均流速は、超音波流量計を空気弁から上流側２．０mの位置に設置して計測した。同時に最末端の計量堰によって計測した流量と比較して正確な流量を確認した。
水撃圧の発生は、空気弁から下流側は１．１mの箇所にアクチュエータ付きの制水弁の閉塞によって行った。コンプレッサ（圧縮機）の圧力（０．５MPa）によって制水弁の開閉時間が１秒になるように設定した。
【００７７】
次に、実験の手順について説明する。
アクチュエータ付きの制水弁を閉鎖する前の管内平均流速を１．５m/sとして実験用水を流下させる。その後、アクチュエータ付きの制水弁を１秒間で、全開状態から全閉状態へ閉塞する。その際の管内圧力を計測する。
実験の手順は以下の順序で行った。
始めに、基準となる水撃圧を計測する。つまり、水撃緩和装置を機能させない状態において、水撃圧を計測する。これを［ケース１］とする。具体的には、逆止弁を全開に固定し、逆止弁の機能停止した状態において、アキュムレータも空気室（中空体）も付けずに、管内平均流速１．５m/sで流下した通水状態から下流側制水弁を１秒で閉塞して止水する。
次に、水撃緩和装置（空気室とアキュムレータ）の効果を確認する実験を行う。つまり、逆止弁を全開に固定し、逆止弁を機能停止した状態において、以下の２パターンの実験を行い、水撃緩和装置（空気室とアキュムレータ）がそれぞれ機能した際の水撃圧を計測する。
【００７８】
（Ａ）逆止弁の機能を無効にした状態で、空気室（中空体）を設置するタイプ
空気室の容量は、以下の２種類で実験を行う。
［ケース２］口径２２cm×高さ３０cm。
［ケース３］口径２２cm×高さ１５cm（空気弁の高さとほぼ同じになる）。
（Ｂ）逆止弁の機能を無効にした状態で、アキュムレータを設置するタイプ
アキュムレータのダイアフラム内の圧力は、以下の２種類で実験を行う。
［ケース４］０．０７MPa（静水圧程度の大きさ）。
［ケース５］０．０２MPa（動水圧程度の大きさ）。
【００７９】
さらに、逆止弁の効果を確認する実験を行う。つまり、逆止弁を全開に固定した状態から自由に可動する状態に戻し、逆止弁の機能を有効にした状態で、水撃緩和装置を何も設置せずに水撃圧を計測する。これを［ケース６］とする。
ここで、逆止弁と水撃緩和装置（アキュムレータと空気室）の複合的な効果を確認する実験を行う。逆止弁を全開に固定した状態から自由に可動する状態にして、機能を有効にし、以下の２パターンにおいて水撃圧を計測する。
［ケース７］逆止弁の機能を有効にした状態で、空気室を設置するタイプ。
［ケース８］逆止弁の機能を有効にし、アキュムレータを設置するタイプ。
ケース７における逆止弁の改良案として、逆止弁にドリルによって穴を貫通し（図１９参照）、水撃圧の発生時の逆流を許容させる仕組みにしてケース７と同様の実験を行う。これを［ケース９］とする。
ケース７における空気室（中空体）の改良案として、空気室（中空体）を取り外し、リリーフ弁を安全弁に見立てて、リリーフ弁のみで水撃緩和の効果を計測する。これを［ケース１０］とする。
ケース１からケース１０までの実験を、オリフィスを接続して行った場合をそれぞれ［ケース１’］から［ケース１０’］とする。リリーフ弁が作動する圧力は、静水圧よりも大きくしなければ、リリーフ弁から常に実験用水があふれ出すため、設定圧力を０．０５７５MPaとした。図２０は、リリーフ弁から空気室を取り外した場合を示す説明図である。図２１は、実験したケースをリストにした一覧表である。
【００８０】
実験結果は以下の通りである。
実験結果は圧力変動緩和装置を取り付けることによって、（１）「水撃圧の最大値がどの程度減勢されたか」という点と、（２）「速やかに減勢されているか」という点の２点に注目して以下の２つの指標で整理した。
まず、１つめは、圧力変動緩和装置を付けた場合の最大水撃圧の減衰率γ１である。
【００８１】
【数１】
0006779650.tif 000008
【００８２】
ここで、Ｐｍａｘ１は、空気弁と圧力変動緩和装置を取り付けない場合の最大圧力上昇値、Ｐｍａｘは、水撃緩和装置を取り付けた場合（つまり、ケース１〜ケース１０）の最大圧力上昇値である。２つめは、アクチュエータ付き制水弁を全閉してから１０秒後の水撃圧の減衰率γ２である。
【００８３】
【数２】
0006779650.tif 000009
【００８４】
ここで、Ｐｍａｘ１，１０ｓは、空気弁と圧力変動緩和装置を取り付けない場合の制水弁を全閉してから１０〜１２秒後の最大圧力上昇値、Ｐｍａｘ，１０ｓは圧力変動緩和装置を取り付けた場合（つまり、ケース１〜ケース１０）の制水弁を全閉してから１０〜１２秒後の最大圧力上昇値である。１０〜１２秒後としたのは、周期が２秒以内であるため、その間の最大値を得るためである。空気弁と圧力変動緩和装置を取り付けない場合の水撃圧を測定した結果、空気弁の上流側では、Ｐｍａｘ１は５．４m、Ｐｍａｘ１，１０ｓは０．３m、下流側では、Ｐｍａｘ１は６．９m、Ｐｍａｘ１，１０ｓは０．３mであった。
実験結果：実験結果では、γ１＝２６％、γ２＝５２％の管内圧力変動の低減が見られた。
表７は、圧力変動緩和装置を設置する前（圧力変動緩和装置がない場合）と圧力変動緩和装置を設置した後（圧力変動緩和装置がある場合）の下流側の管内圧力変動の差異を示すグラフで弁閉塞後の時間経過が０秒から１２秒の間の管内圧力水頭（m）の変化を示すグラフである。表８は、同じく時間経過が０秒から３秒までの間を示すグラフである（表７の枠Ａの範囲参照）。
【００８５】
【表７】
0006779650.tif 000010
【００８６】
【表８】
0006779650.tif 000011
【００８７】
表７および表８から、送水時（上記実施形態の配水時に相当する）、アクチュエータ側（上記実施形態の農業用水供給装置側に相当する）から、水撃圧（正圧）の急激な上昇とその後の振動が発生しても、この圧力変動を緩和していることがわかる。つまり、管路に生じる圧力上昇とその後の脈動を確実に抑制していることがわかる。
【００８８】
図２２および図２３はそれぞれ、図１４の実験装置において、オリフィスを付けない場合のケース１〜ケース１０までの実験結果を、減衰率γ１、γ２の指標で示す表およびオリフィスを付けた場合のケース１’〜ケース１０’までの実験結果を、減衰率γ１、γ２の指標で示す表である。図２４ないし２７は、上記実験装置において、空気弁と圧力変動緩和装置を取り付けない場合の水撃圧の時間変化を示すグラフである。
【００８９】
実験結果から以下のことが明らかになった。
（Ｉ）逆止弁の効果について
逆止弁が閉塞し、その時に水撃圧が発生する。逆止弁において反射するので、延長が短くなるために、位相が早まる。圧力振動の振幅もその時に水撃圧が加わるために大きくなる。
これを穴あき逆止弁にすると、仮に閉塞しても逆流の許容と上下流の圧力の伝達が確保される。逆止弁の特徴と同じで、位相が早まり、振幅が大きいが、逆止弁の時より弁が閉塞したときの水撃圧による圧力変動が穏やかである。図２８に、水撃緩和装置がない場合、逆止弁の場合、穴あき逆止弁の場合について、上流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図２９に、図２８のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示すとともに、図３０に、同じく下流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図３１に、図３０のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示す。
【００９０】
（ＩＩ）オリフィスの効果について
（ａ）オリフィスをつけると、位相が早まり、振幅が大きくなる。理由として、オリフィスでの反射が起こっているため、位相が早まっていることが考えられる。図３２に、水撃緩和装置がない場合、オリフィスをつけた場合について、上流側における水撃圧の０秒から２０秒の間における時間変化を、図３３に、図３２のグラフの０秒から４秒の間における時間変化をそれぞれ示すとともに、図３４に、同じく下流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図３５に、図３４のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示す。
（ｂ）オリフィスの後方（下流側）に逆止弁を接続すると、位相が遅くなり、オリフィスのみの場合よりも振幅が小さくなる。しかし、逆止弁は、逆止弁単体で使用する時と同様に、閉塞して水撃圧を発生させる。よって、周期の短い圧力波が発生する。下流側では振幅は小さく、高い圧力が保持される。図３６に、水撃緩和装置がない場合、オリフィスのみをつけた場合、オリフィスと逆止弁とをつけた場合について、上流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図３７に、図３６のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示すとともに、図３８に、同じく下流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図３９に、図３８のグラフの０秒から２秒の間における時間変化をそれぞれ示す。
（ｃ）オリフィスの後方（下流側）に穴あき逆止弁を接続した場合は、逆止弁の時ほどではないが位相が少し遅れる。振幅は、オリフィスのみの場合よりも小さく、起伏が少なく滑らかである。図４０に、水撃緩和装置がない場合、オリフィスのみをつけた場合、オリフィスと穴あき逆止弁とをつけた場合について、上流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図４１に、図４０のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示すとともに、図４２に、同じく下流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図４３に、図４２のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示す。
【００９１】
（ＩＩＩ）空気室の効果について
（ａ）空気室の容量は大きい方が、水撃圧の最大圧力上昇値とその後の圧力振動の減衰に効果がある。図２２を参照すると空気室がφ２２０×Ｈ３００の時の上流側の最大水撃圧の減衰率γ１と１０秒後の水撃圧の減衰率γ２は１８．６と４８．０である。他方、空気室がφ２２０×Ｈ３００の時の下流側の減衰率γ１と減衰率γ２はそれぞれ２１．５と４７．９である。図４４に、空気室（水撃緩和装置）がない場合と空気室の容量の違いによる水撃圧の減衰効果の相違を示す。また、図４５には、図４４のグラフの０秒から２秒の間における時間変化を、図４６には、図４４のグラフの２秒から５秒の間における時間変化をそれぞれ示す。
（ｂ）リリーフ弁の作動圧力を０．０３７５MPaに設定すると、リリーフ弁の作動圧力を設定しない場合に比べて、水撃圧の緩和効果が低下する。図４７に、リリーフ弁の設定圧力の違いによる水撃圧の減衰効果の相違（上流側）を示す。また、図４８には、図４７のグラフの０秒から３秒の間における時間変化を示す。
（ｃ）さらに、上流側に逆止弁を接続した場合、逆止弁の下流側の圧力振動の減衰に効果がある。その時の下流側のγ２は６４．７である。この逆止弁の上流側にオリフィスを接続すると、下流側の圧力振動の減衰効果が向上する。その時の下流側のγ２は７３．０である。逆止弁が閉鎖したときに水撃圧が発生して、その後に圧力振動が発生し、上流側は逆止弁によって空気室との水理学的な縁が切れるため、圧力振動の減衰が小さい。しかし、下流側は延長が短いため、急速に減衰する。ただし、圧力水頭は高いまま保持される。これにより、逆止弁とオリフィスを組み合わせることによって、下流側のみ、水撃圧の減衰効果が向上することが示された。図４９に、空気室のみの場合、空気室と逆止弁をつけた場合および空気室と逆止弁とオリフィスをつけた場合について、上流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図５０に、図４９のグラフの０秒から４秒の間における時間変化をそれぞれ示すとともに、図５１に、同じく下流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図５２に、図５１のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示す。
（ｄ）他方、逆止弁を穴あき逆止弁に交換した場合、上流側のγ１とγ２は２４．１と５３．６（下流側のγ１とγ２は、２３．１と５４．９）である。この穴あき逆止弁の上流側にオリフィスを接続すると、上流側のγ１とγ２はそれぞれ２１．４と５５．０（下流側のγ１とγ２は、２６．２と５１．８）であった。穴あき逆止弁にオリフィスを組み合わせると、水撃圧の最大圧力上昇値の低下にはあまり効果がないが、その後の圧力振動の減衰に効果がある。図５３に、空気室のみの場合、空気室と穴あき逆止弁をつけた場合および空気室と穴あき逆止弁とオリフィスをつけた場合について、上流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図５４に、図５３のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示すとともに、図５５に、同じく下流側における水撃圧の０秒から１０秒の間における時間変化を、図５６に、図５５のグラフの０秒から３秒の間における時間変化をそれぞれ示す。
【００９２】
なお、上記各実施形態では、経路３を農地に水を供給する管路としての農業用パイプラインとしているがこれに限られるものではなく、経路に沿って設けられ流体を外部に供給可能な開閉栓を備えた多数の流体供給手段に流体を供給する配管（例えば、水道の配管等）にも適用可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９３】
２  配管の圧力変動緩和機構
３  農業用パイプライン（経路）
４  配管
４Ａ  配水用配管（配管）
４Ｂ  拡径管（配管）
５  マンホール  
６  自動給水栓（開閉栓）
１０  中空体（圧力変動緩和手段）
Ｍ  間隔
【図１】
0006779650.tif 000012
【図２】
0006779650.tif 000013
【図３】
0006779650.tif 000014
【図４】
0006779650.tif 000015
【図５】
0006779650.tif 000016
【図６】
0006779650.tif 000017
【図７】
0006779650.tif 000018
【図８】
0006779650.tif 000019
【図９】
0006779650.tif 000020
【図１０】
0006779650.tif 000021
【図１１】
0006779650.tif 000022
【図１２】
0006779650.tif 000023
【図１３】
0006779650.tif 000024
【図１４】
0006779650.tif 000025
【図１５】
0006779650.tif 000026
【図１６】
0006779650.tif 000027
【図１７】
0006779650.tif 000028
【図１８】
0006779650.tif 000029
【図１９】
0006779650.tif 000030
【図２０】
0006779650.tif 000031
【図２１】
0006779650.tif 000032
【図２２】
0006779650.tif 000033
【図２３】
0006779650.tif 000034
【図２４】
0006779650.tif 000035
【図２５】
0006779650.tif 000036
【図２６】
0006779650.tif 000037
【図２７】
0006779650.tif 000038
【図２８】
0006779650.tif 000039
【図２９】
0006779650.tif 000040
【図３０】
0006779650.tif 000041
【図３１】
0006779650.tif 000042
【図３２】
0006779650.tif 000043
【図３３】
0006779650.tif 000044
【図３４】
0006779650.tif 000045
【図３５】
0006779650.tif 000046
【図３６】
0006779650.tif 000047
【図３７】
0006779650.tif 000048
【図３８】
0006779650.tif 000049
【図３９】
0006779650.tif 000050
【図４０】
0006779650.tif 000051
【図４１】
0006779650.tif 000052
【図４２】
0006779650.tif 000053
【図４３】
0006779650.tif 000054
【図４４】
0006779650.tif 000055
【図４５】
0006779650.tif 000056
【図４６】
0006779650.tif 000057
【図４７】
0006779650.tif 000058
【図４８】
0006779650.tif 000059
【図４９】
0006779650.tif 000060
【図５０】
0006779650.tif 000061
【図５１】
0006779650.tif 000062
【図５２】
0006779650.tif 000063
【図５３】
0006779650.tif 000064
【図５４】
0006779650.tif 000065
【図５５】
0006779650.tif 000066
【図５６】
0006779650.tif 000067