(57)【要約】【課題】ウォーターハンマーが生じている管路や発生部位の特定を行うことができる水撃検知装置を提供する。【解決手段】水撃検知装置１は、ケーシング３と、衝撃によってケーシング内を移動する衝撃検出部５と、衝撃検出部の動作を制御する衝撃検出制御部７と、衝撃検出部の動作を確認する衝撃確認部と、を備えたことを特徴とする。外部から所定の衝撃を受けた場合に、衝撃検出制御部による制御が解除され、衝撃検出部がケーシング内を移動する。衝撃検出部の位置を衝撃確認部から確認することにより、水撃の発生を検知できる。【選択図】図１
2013195336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、衝撃によって前記ケーシング内を移動する衝撃検出部と、該衝撃検出部の動作を制御する衝撃検出制御部と、前記衝撃検出部の動作を確認する衝撃確認部と、を備えたことを特徴とする水撃検知装置。
【請求項２】
前記衝撃検出部は球体状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の水撃検知装置。
【請求項３】
前記衝撃検出部は可動手段を備えた錘部材であることを特徴とする請求項１に記載の水撃検知装置。
【請求項４】
前記衝撃検出制御部は前記ケーシング内に設けられた隔壁状の部材であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の水撃検知装置。
【請求項５】
前記衝撃検出部は軸に取り付けられた錘部材を備え、前記衝撃検出制御部は前記軸の動きを制御する軸受であることを特徴とする請求項１に記載の水撃検知装置。
【請求項６】
前記衝撃検出制御部はその一端が前記ケーシングの内底面に配置され、他端に球体状の部材を載置するバネ状部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水撃検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水撃（ウォーターハンマー）の検知装置に関し、特に蒸気、給水、ドレインなど様々な系統で発生するウォーターハンマーの発生箇所を特定するための検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水撃（ウォーターハンマー）は、管内を移動する水等の流体の流れを、管路の中間部に設けた弁等により急に止めた場合や、ポンプの起動時など、流体の運動エネルギーによって管内の圧力が急変することで圧力波が管内を往復し、衝撃を発生させる現象である。ウォーターハンマーにより、管路に設けた弁やフランジ、ポンプなどの機器、機材に衝撃を加わり、その衝撃が大きい場合にはこれらのポンプ等機器を破壊したり、フランジや弁などが破損し管路の機能を停止させる原因となっている。
ウォーターハンマーの発生を防止するため、従来は管路にエアーチャンバーや特許文献１に記載されたようなウォーターハンマー防止器を配置することで管路内の急激な圧力上昇を緩和したり、生じさせないような手段を講じていた。
また、これらウォーターハンマーの発生を防止する設備を新設することが困難な既設の設備では、管路に設けられたドレイン抜きを操作することで発生したウォーターハンマーを減衰させるなどの処理を行うのが一般的であり、ドレイン抜き操作でウォーターハンマーを減衰させるためには発生管路及び部位を迅速に特定し、対応することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８１２３０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特にウォーターハンマー防止器等が設置されていない既設の大規模な工場など管路が複雑かつ配管数が多い所では、ウォーターハンマーが生じている管路や発生部位の特定が困難である。特に、蒸気を取り扱う施設においては、その配管系統のエネルギー効率を高める目的や安全を目的として保温のための部材や外装板が施工されているのが一般的であり、管路の騒音、すなわち、ウォーターハンマーによって生じた木槌音を聴音により判別することが難しく、その結果、管路に設けられた弁やポンプなどの機器、機材を破損させてしまうという問題があった。
そこで、ウォーターハンマーが生じている管路や発生部位の特定を行う装置の登場が永らく求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明にかかる請求項1記載の水撃検知装置は、ケーシングと、衝撃によって前記ケーシング内を移動する衝撃検出部と、該衝撃検出部の動作を制御する衝撃検出制御部と、前記衝撃検出部の動作を確認する衝撃確認部とを備えたことを特徴とする。
請求項１の発明では、外部から所定の衝撃を受けた場合に、衝撃検出制御部による制御が解除され、衝撃検出部がケーシング内を移動する。衝撃検出部の位置を衝撃確認部から確認することにより、水撃の発生を検知できる。
請求項２記載の水撃検知装置は、請求項１に記載の水撃検知装置において、前記衝撃検出部は球体状の部材であることを特徴とする。
請求項２の発明では、球体状の衝撃検出部が転動してケーシング内を移動する。
【０００６】
請求項３記載の水撃検知装置は、請求項１に記載の水撃検知装置において、前記衝撃検出部は可動手段を備えた錘部材であることを特徴とする。
請求項３の発明では、錘部材が可動手段によりケーシング内を移動する。
請求項４記載の水撃検知装置は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の水撃検知装置において、前記衝撃検出制御部は前記ケーシング内に設けられた隔壁状の部材であることを特徴とする。
請求項４の発明において衝撃検出部は、衝撃検出制御部としての隔壁を破壊してケーシング内を移動する。
【０００７】
請求項５記載の水撃検知装置は、請求項１に記載の水撃検知装置において、前記衝撃検出部は軸に取り付けられた錘部材を備え、前記衝撃検出制御部は前記軸の動きを制御する軸受であることを特徴とする。
請求項５の発明では、錘部材が軸受による制御を脱したことを衝撃確認部から確認することにより、水撃の発生を検知できる。
請求項６記載の水撃検知装置は、請求項１又は２に記載の水撃検知装置において、前記衝撃検出制御部はその一端が前記ケーシング内底面に配置され、他端に球体状の部材を載置するバネ状部材であることを特徴とする。
請求項６の発明では、衝撃検出部が弾性体による支持を失ったことを衝撃確認部から確認することにより、水撃の発生を検知できる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、管路上に本発明にかかる水撃検知装置を設置することでウォーターハンマーが発生している系路や発生箇所の特定が容易となり、ウォーターハンマーが頻繁に発生する箇所でウォーターハンマーの発生を防止したり、発生したウォーターハンマーを抑止する設備等が無い場所には、スチームトラップ等を新たに設置ことで適正にドレイン排出対策を講じることができ、管路上の機材、機器の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかる水撃検知装置の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明にかかる水撃検知装置を管路に取り付けた状態を示す図である。
【図３】本発明にかかる水撃検知装置において、球体５が移動した後の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示す図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図６】（ａ）は本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態の内部構造の一部を示した斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる水撃検知装置の軸受構造の一例を示した図である。
【図８】本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示した断面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示した図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明にかかる水撃検知装置を垂直配管に取り付けるためのアタッチメントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を図面に示した各実施形態に基づいて説明する。図１は本発明にかかる水撃検知装置１の構造を示す斜視図であり、その内部構造については破線で示している。水撃検知装置１は衝撃を検出すべき方向に長手方向を有し、かつ内部が中空のフレーム部材３（ケーシング）と、該フレーム部材３内を移動可能に設けられた球体状の衝撃検出部５と、フレーム部材の長手方向中間部に設けられ衝撃検出制御部として機能するアルミニウム製の破裂板７と、衝撃検出部である球体５の動きを水撃検知装置１の外部から確認する衝撃確認部である窓部９とを備えている。
破裂板７は隔壁状の部材であり、フレーム部材３によって形成される内部空間を、球体５が収容された図中左側の空間と球体５が収容されていない他の空間である図中右側の空間と、に分割している。また、図１において破裂板７はフレーム部材３の長手方向略中央部に配置されているが、長手方向における破裂板７の位置は任意に設定することができる。
このように構成した水撃検知装置１を、衝撃を検出すべき方向が衝撃検知装置１の長手方向と平行となるよう図２に示すように管路１１上に取付具１３を用いて固定する。ウォーターハンマーが発生して管路内に衝撃波が生じると、その衝撃波は管路の軸方向（図中矢印方向）に沿って伝搬し、水撃検知装置１内の球体５を移動させ、衝撃波により球体５に与えられるエネルギーが所定以上の場合に隔壁としての破裂板７を突き破り、窓部９が設けられた側に移動し、窓部９を介して内部の球体５を水撃検知装置１の外部から視認することができる。
【００１１】
図３は球体５が移動した後の水撃検知装置１の状態を示す斜視図であり、前述したように球体５は破裂板７を突き破り、フレーム部材３内の破裂板７によって隔てられた図中右側の空間に移動する。その結果、球体５又は破壊された破裂板７を窓部９より視認することができ、ウォーターハンマーの発生を検知することができる。
なお、衝撃検出制御部である破裂板７の厚みや強度の調整により、球体５が破裂板７を突き破るに至る球体５の運動エネルギーの大きさを設定することができるので、検知したいウォーターハンマーによる衝撃波エネルギーの下限値を任意に調整することができる。
また、破裂板７で隔たれたフレーム部材３内の各空間にそれぞれ異なる色の液体を充填しておき、破裂板７の破裂に伴い、二つの液体が混合することで液体の色が変色し、該変色した液体の色を窓部９を介して視認しても良い。この場合、フレーム部材３内に封入する液体の粘度を調整することで、破裂板７に加えて液体も衝撃検出制御部として機能する。
【００１２】
図４は図１に示した水撃検知装置１の他の実施形態を示す図であり、中空のフレーム部材３の長手方向ほぼ中央（又は中間部適所）に切り欠き１５を設けると共に、該切り欠きに嵌合するフレーム１７に衝撃検出制御部であるアルミニウム製の破裂板７を取り付けることにより、ウォーターハンマーが生じて球体５が破裂板７を突き破った際に破裂板７の交換を容易に行うことができるものである。
【００１３】
図５（ａ）は本発明にかかる水撃検知装置１の他の実施形態を示す図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。本実施形態ではフレーム部材３内を移動可能に設けられた球体状の衝撃検出部に代えて、フレーム部材３内に、その長手方向に伸びるレール状の部材２１を設けると共に、該レール状部材２１とフレーム部材３の底面との間に可動手段である回転可能な車輪２３を有する錘２５を配置したものである。
この水撃検知装置１によれば、ウォーターハンマーが発生して管路内を衝撃波が生じると、その衝撃波は管路の軸方向に沿って伝搬し、水撃検知装置１内の錘２５に作用する。錘２５はフレーム部材３内に設けたレール状部材２１に沿って長手方向に移動可能なため、衝撃波により錘２５は窓部９が設けられた側に移動し、窓部９を介して内部の錘２５を視認することができる。なお、ウォーターハンマーの衝撃波は管路を往復するため、錘２５が管路の軸方向に沿って前後し、ある状態では窓部９が設けられた側に位置し、ある状態では窓部９が存在しない箇所にて停止する可能性がある。そのため、車輪２３の車軸にワンウェイクラッチ等の機能を付加し、錘２５が窓部９側に移動した際に、再び元の位置に戻ることのないように構成しても良い。
この実施形態の場合、フレーム部材３内に衝撃検出制御部として機能するアルミニウム製の破裂板７を設けても良いし、車輪２３に取り付けられた車軸２７の回転負荷を調整することで錘２５が窓部９側に移動する運動エネルギーの大きさを調整しても良い。したがって、アルミニウム製の破裂板７を用いなくても衝撃検出制御としての機能を車輪２３、車軸２７、更に図示を省略した車軸２７の軸受で果たすことが可能である。
【００１４】
図６は本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示した図であり、（ａ）は内部構造の一部を破線で示した斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態の水撃検知装置１は、振り子式の衝撃検出部を備えたものである。水撃検知装置１は、中空のフレーム部材３内の天井部３１に支持部３４を有し、該支持部３４にはアーム部材３７の基端が軸支されており、アーム部材３７の先端には衝撃検出部としての錘部材３９が取り付けられている。また支持部３４は、所定以上の衝撃が錘部材３９に加わった際にアーム部材３７及び錘部材３９の揺動を許容する構造とすることで、ウォーターハンマーが発生し、所定以上の大きさの衝撃が水撃検知装置１に生じた際に錘部材３７が移動し、窓部９を介して錘部材３７の移動を確認することができる。
したがって、支持部３４に設けられたアーム部材３７及び錘部材３９の揺動を許容する構造が、衝撃検出制御部としての機能を有する。なお、支持部３４に設けられた衝撃検出制御部の構造としては、アーム部材３７の軸受部分をスプリングや弾性体等で弾性付勢することで、アーム部材３７の回転モーメントを制御する構造とすることができる。
【００１５】
図７（ａ）、（ｂ）は図６に示した振り子式の衝撃検出部の軸受機構の一例を示した図である。この衝撃検出部は、フレーム部材３の天井部３１（不図示）に固定された支持軸３２と、支持軸３２に回転可能に取り付けられた軸受３５と、一端部が軸受３５に一体的に取り付けられることにより揺動自在に構成されたアーム部材３７と、アーム部材３７の先端に取り付けられた錘部材３９とを有している。軸受３５の一部から延びた突出片３３の先端部にはゴム等からなる制御部３６が取り付けられ、該制御部３６の一部はフレーム部材３に固定された制止片３８に接触している。
このように構成した機構では、図７（ａ）に示すように水撃検知装置にウォーターハンマーによる衝撃波が生じていない状態ではアーム部材３７及び錘部材３９の自重により軸受３５は支持軸３２を中心に図中反時計回りに回転しようとするが、軸受３５に連接された制御部３６の一部が制止片３８に接触することで、軸受３５の回転を規制した状態を維持する。
【００１６】
一方、ウォーターハンマーによる衝撃波により所定以上のエネルギーが錘部材３９に加わった場合、制御部３６を構成するゴムが弾性で撓み、ストッパーとしての機能を有している制止片３８との接触がなくなるので、図７（ｂ）に示すように錘部材３９は自重により図中反時計回りに回転して、支持軸３２の下方に移動し、窓部９を介して水撃検知装置１の外部から錘部材３９を確認することができるようになる。
本実施形態においては、制御部３６が衝撃検出制御部としての機能を有し、それに用いる材料により、制御部３６がストッパーである制止片３８から外れる際の錘部材３９の回転モーメントを調整することができる。すなわち、硬質ゴムのように硬度の高いものを用いれば制止片３８から制御部３６が外れるために必要な回転モーメントは高くなり、軟質のものを用いればわずかな衝撃波であっても制御部３６が制止片３８から外れ、衝撃を検出することが可能である。
【００１７】
図８は本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示した断面図であり、水撃検知装置１は衝撃を検出すべき方向に長手方向（図中左右方向）を有し、かつ内部が中空のフレーム部材３と、衝撃検出部である球体５と、該球体５の動きを水撃検知装置１の外部から確認する衝撃確認部である窓部９とを備えている。更に本実施形態ではフレーム部材３の底面に配置され、衝撃検出制御部として機能するバネ状部材４１（弾性体）と、該バネ状部材４１の一端（上端）に固定された球体受け４３とを有し、球体５は該球体受け４３上に載置されている。またフレーム部材３の底部にはバネ状部材４１の近傍から破裂板７側に向けて傾斜したスロープ４５が設けられている。バネ状部材４１の他端（下端）は、フレーム部材３の内底面に固定されている。
このように構成した水撃検知装置１を衝撃を検出すべき方向と衝撃検知装置１の長手方向とが平行となるよう管路上に固定すると、ウォーターハンマーの衝撃が所定レベル以上の際に球体５は球体受け４３より落下し、スロープ４５により確実に窓部９側に移動し、ウォーターハンマーの発生を確認することができる。また、バネ状部材４１のバネ係数を所望の値に選択することで球体５が球体受け４３より落下する衝撃波のレベルを調整することが可能である。
なお、フレーム部材３内の長手方向略中央部（中間部）に図１あるいは図４に示したアルミニウム製の破裂板７を設け、衝撃検出制御部としての機能をバネ状部材４１及び破裂板７の両方に持たせても良い。
【００１８】
また、図１、図４、図５、図６、図８に示した水撃検知装置は管路で発生するウォーターハンマーの衝撃波の進行方向が管路に沿って生じることを前提とし、水撃検知装置のフレーム部材の長手方向を管路の軸方向と平行なるよう配置しているが、衝撃によって管路が軸方向と直交する方向に振動するような場合を想定し、二つ以上の水撃検知装置の長手方向が交差するよう配置することで、管路の軸方向及び軸方向に交差する方向の２つ以上の方向の衝撃を検知するように構成しても良い。そのような場合、水撃検知装置のフレーム部材は平面から見て略Ｌ字状もしくは略十字状の形状となる。
【００１９】
図９（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示した斜視図及び平面図であり、本実施形態はウォーターハンマーによって生じる衝撃で管路がいずれの方向に振動しても、その振動方向を検知することができるよう構成した水撃検知装置１を示す図である。
衝撃検出部としての球体５は衝撃検出制御部としてのバネ状部材４１の上部に載置され、該バネ状部材４１の下端は球体受け５１の略中央部に設けられた凹部５３に挿入され、固定されている。また、球体受け５１は凹部５３を中心として所定の角度毎に仕切り部材５５が設けられており、球体受け５１の外周壁に嵌合して衝撃確認部として機能する透明なカバー５７（ケーシング）で全体が覆われている。
この水撃検知装置を管路に配置し、ウォーターハンマーによる衝撃が加わると、バネ状部材４１上に載置された球体５がバネ状部材４１上より落下し、球体受け５１に転がる。球体が転がる方向は水撃検知装置１が取り付けられた管路において衝撃により振動が生じる方向の可能性が高いため、球体５が落下した方向により振動方向を推定することができる。
【００２０】
図１０は本発明にかかる水撃検知装置の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は内部構造を示した斜視図、（ｂ）は平面図である。衝撃検出部としての球体５は衝撃検出制御部としての軸６１の一端に固定され、該軸６１の他端は衝撃確認部として機能する透明なカバー５７の天井部に固定されている。また、水撃検知装置１の下部には衝撃確認部として機能する透明なベース部材６３を有している。なお、球体５は錘として機能する部材の外周部を多孔性の材質で覆い、該多孔性材質に染料を染み込ませてある。
また、少なくとも球体５の一部を、衝撃を受けて塑性変形する素材から構成し、永久変形した部分の状態を後から観察できるようしておく。例えば球体５は、複数の細幅帯状の金属を編んで球状にした錘部分の外周部を多孔性材質で覆ったものとすることができる。
管路にウォーターハンマーが生じ、衝撃波を受け球体が揺動すると、球体５の外周部のいずれかの箇所がベース部材６３に当接し、球体５の外周部に染み込んだ染料がベース部材６３に付着すると共に、球体５は衝撃エネルギーにより塑性変形する。したがって、水撃検知装置１を視認することで、衝撃波の発生の有無、衝撃エネルギー強度、及びその方向を推測することができる。
【００２１】
図１１は本発明にかかる水撃検知装置を垂直配管に取り付けるためのアタッチメントを示す図であり、管路１１上の外周に沿って巻き付けられる帯状の固定具７１と、該固定具７１の一端に取り付けられ、破線で示したように水撃検知装置１を載置する載置台７３ａを備えたアタッチメント部材７３を備えている。
このようにアタッチメント部材７３を用いることにより、水平方向に延びる管路のみならず、垂直方向の管路や、ベント部など、さまざまな形状の管路に水撃検知装置１を取り付けることができ、ウォーターハンマーの発生を細かく検知することができる。
上記実施形態ではフレーム部材３に窓部９を設け、衝撃検出部である球体、錘、錘部材を視認していたが、フレーム部材３の一部または全部を透明な部材で構成することで窓部を設けなくても良い。
また、ウォーターハンマーの衝撃波により可動する球体、錘、錘部材を視認することで衝撃波の発生を検知していたが、球体、錘、錘部材が移動することでスイッチを作動させ、電気的に衝撃検出部の移動を検知するよう構成しても良い。
【符号の説明】
【００２２】
１…水撃検知装置、３…フレーム部材、５…球状体、７…破裂板、１１…管路、１３…取付具、１７…フレーム、２１…レール状部材、２３…車輪、２５…錘部材、２７…車軸、３２…支持軸、３３…突出片、３４…支持部、３５…軸受、３６…制御部、３７…アーム部材、３８…制止片、３９…錘部材、４１…バネ状部材、４３…球体受け、４５…スロープ
【図１】
2013195336.tif 000003
【図２】
2013195336.tif 000004
【図３】
2013195336.tif 000005
【図４】
2013195336.tif 000006
【図５】
2013195336.tif 000007
【図６】
2013195336.tif 000008
【図７】
2013195336.tif 000009
【図８】
2013195336.tif 000010
【図９】
2013195336.tif 000011
【図１０】
2013195336.tif 000012
【図１１】
2013195336.tif 000013