特許第6755761号(P6755761)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6755761
(24)【登録日】2020年8月28日
(45)【発行日】2020年9月16日
(54)【発明の名称】耐圧配管システム
(51)【国際特許分類】
   E03B 7/00 20060101AFI20200907BHJP
   F16L 21/00 20060101ALI20200907BHJP
【FI】
   E03B7/00 B
   F16L21/00 D
【請求項の数】5
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2016-178321(P2016-178321)
(22)【出願日】2016年9月13日
(65)【公開番号】特開2018-44313(P2018-44313A)
(43)【公開日】2018年3月22日
【審査請求日】2019年5月24日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000844
【氏名又は名称】特許業務法人 クレイア特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】星野 雄亮
(72)【発明者】
【氏名】近本 博章
(72)【発明者】
【氏名】梅山 伸太郎
【審査官】 田島 拳士郎
(56)【参考文献】
【文献】 特開昭58−211092(JP,A)
【文献】 特開昭59−168080(JP,A)
【文献】 特開平10−176765(JP,A)
【文献】 特開平11−141784(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2016/0018037(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E03B 7/00−7/14
F16L 21/00−21/08
F16L 47/00−47/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリオレフィン系樹脂を主成分として構成される管および継手を含み、
前記継手が、前記管および他の継手の少なくともいずれかと接続されている接続部と、前記接続部に連設されかつ前記管よりも肉薄の連設部と、を含み、
前記連設部の肉厚をt、外径をD、軸心方向長さをLとした場合、以下の(i)および(ii)の関係:
(i)D/t≧9
(ii)L/D≦0.7D
を満たし、
前記継手が、2以上の前記接続部および前記連設部と、2以上の前記連設部それぞれと連設される1の厚肉の本体部を含み、かつ前記連設部の軸心のうち2以上が交差するように構成されている、耐圧配管システム。
【請求項2】
前記連設部の外径Dが60mm以上である、請求項に記載の耐圧配管システム。
【請求項3】
前記ポリオレフィン系樹脂の密度が0.94/cm以上0.96/cm以下、メルトフローレートが0.01g/10分以上1.0g/10分以下である、請求項1または2に記載の耐圧配管システム。
【請求項4】
消防用連結送水管システムにおける埋設管路を構成する、請求項1からのいずれか1項に記載の耐圧配管システム。
【請求項5】
給水システムにおける揚水管路を構成する、請求項1からのいずれか1項に記載の耐圧配管システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐圧配管システムに関する。特に本発明は、消防用連水管システムおよび給水システムなどにおいて有用な耐圧配管システムに関する。
【背景技術】
【0002】
高層建築物においては、火災時に消防ポンプ車からホースを運び入れるのが困難であるため、外部から消防ポンプ車によって送水し各階で消火活動を可能にする高圧対応の配管設備として連結送水管の設置が定められている。連結送水管に用いられる高圧用配管としては、炭素鋼鋼管(特許文献1)およびステンレス鋼管(特許文献2)などの金属配管が用いられる。また、地中埋設管においては、腐食を防止し連結送水管の寿命を長期化させることを目的として、金属配管の外周に樹脂ライニングが採用されている。
【0003】
一方、建築物への給水方式として、受水槽を介して給水する受水槽式と、受水槽を介さずに直接蛇口まで給水する直結式とがある。受水槽式には、高架水槽や圧力タンクを省略し、受水槽を水源としてポンプによって直接必要箇所へ給水する加圧給水方式と、給水装置からの給水を一旦受水槽に貯水した後、高置水槽へポンプで揚水貯留し自然流下で必要箇所へ給水する高置水槽給水方式とが挙げられる。直結式には、配水管からの圧力を利用し給水する直結直圧給水方式と、増圧ポンプを利用し高層階への給水を可能にする直結増圧ポンプ方式とが挙げられる。
これらの給水方式においても、一般的にステンレス鋼が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−331364号公報
【特許文献2】特開2000−257123号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
配管システムを構成する管および継手は、施工性、耐食性および耐震性を考慮すると、軽量性、腐食性および可撓性を有する樹脂で構成されることが好ましい。連結送水管システムにおいては、埋設管路を構成する管および継手であれば熱の影響を受けにくいため樹脂で構成することができる。
樹脂製の配管および継手を耐圧仕様とするには肉厚を肥大させる必要がある。一方で、配管および継手の外径は規格により規定されていることから、肉厚の肥大は配管内径を縮小させる。このため、一律に配管および継手の肉厚を肥大させると、配管システム全体における圧力損失が過剰となる。
【0006】
以上の問題に鑑み、本発明の目的は、施工性、耐食性および耐震性に優れ、かつ、圧力損失の過大を防止しつつ耐圧性を確保する耐圧配管システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、継手における所定の相対厚を有する低耐圧性の部分が配管システムにおいて露出する長さを所定範囲内に規定することによって上記本発明の目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は以下の発明を含む。
【0008】
(1)
本発明の耐圧配管システムは、ポリオレフィン系樹脂を主成分として構成される管および継手を含む。継手は、管および他の継手の少なくともいずれかと接続されている接続部と、当該接続部に連設されかつ管よりも肉薄の連設部と、を含む。さらに、連設部の肉厚をt、外径をD、軸心方向長さをLとした場合、以下の(i)および(ii)の関係:
(i)D/t≧9
(ii)L/D≦0.7D
を満たす。
【0009】
このように本発明の耐圧配管システムはポリオレフィン系樹脂を主成分として構成される管および継手を含むため、その軽量性、腐食性および可撓性により、施工性、耐食性および耐震性に優れる。また、上記(i)を満たす薄肉部を許容することにより圧力損失の過大を防止しつつ、上記(ii)を満たすことにより耐圧性を確保する。
【0010】
なお、継手における、管および他の継手の少なくともいずれか(管等)と接続されている接続部は、受口として構成されている場合は受口の部分、挿し口として構成されている場合は受口に内挿される部分、挿し口として構成されかつ管等とソケットを介して接続されている場合はソケットに内挿されている部分、締結フランジを含んで構成される場合は締結フランジから継手末端までの部分をいう。
【0011】
(2)
上記(1)の耐圧配管システムは、継手が、2以上の接続部および連設部と、2以上の連設部それぞれと連設される1の厚肉の本体部を含み、かつ連設部の軸心のうち2以上が交差するように構成されていてよい。
【0012】
このように、本来的には管内流体の脈動等による疲労破壊が起こりやすい構造の継手(エルボ継手、チーズ継手、Y継手等)が含まれていても、耐圧性を確保することができる。
【0013】
(3)
上記(1)または(2)の耐圧配管システムは連設部の外径Dが60mm以上であってよい。
【0014】
これによって、圧力損失の過大をより良好に防止することができる。
【0015】
(4)
上記(1)から(3)のいずれかの耐圧配管システムは、ポリオレフィン系樹脂の密度が0.94/cm以上0.96/cm以下、メルトフローレートが0.01g/10分以上1.0g/10分以下であってよい。
【0016】
これによって、耐圧配管システム全体の機械特性に優れる。
【0017】
(5)
上記(1)から(4)のいずれかの耐圧配管システムは、消防用連結送水管システムにおける埋設管路を構成してよい。
【0018】
このように本発明は、施工性、耐食性、耐震性、耐圧性および圧力損失の過大化防止が特に求められる消防用連結送水管システムへの有用性が高い。
【0019】
(6)
上記(1)から(4)のいずれかの耐圧配管システムは、給水システムにおける揚水管路を構成してよい。
【0020】
このように本発明は、施工性、耐食性、耐震性、耐圧性および圧力損失の過大化防止が求められる給水システムへの有用性も高い。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】第1実施形態の耐圧配管システムの一例を示す。
図2】第2実施形態の耐圧配管システムの一例を示す。
図3】本発明の耐圧配管システムに用いられうる継手の他の例を示す。
図4】本発明の耐圧配管システムに用いられうる継手のさらなる他の例を示す。
図5】外径Dに対する距離Lの比(L/D)と破壊水圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
[1.第1実施形態]
図1に、第1実施形態の耐圧配管システムの一例を示す。図1に示す耐圧配管システム100は、継手200と、それに接続された管300,300および他の継手200’とを含む。なお、継手200、管300,300および他の継手200’は電気融着接合により接続されているが、ターミナルピンは図示省略している。
【0023】
継手200は、接続部210,210,210と、連設部220,220,220と、本体部230とを含む。接続部210,210,210は、それぞれ、管300,300および他の継手200’に接続可能な受口または挿し口に構成されており、連設部220,220,220はそれぞれ接続部210,210,210に連通可能に連設された薄肉の直管状に構成されている。本体部230は、連設部220,220,220の管路を集合させるよう連通可能に連設された厚肉の分岐状に構成されている。これによって、継手200は、連設部220,220,220の軸心O,O,Oのうち軸心O,Oと軸心Oとが直角に交差するチーズ継手として構成される。
【0024】
接続部210,210,210のうち、接続部210は受口に構成されかつ管300の接続部310である挿し口を内挿して接続し、接続部210は挿し口に構成されかつ管300の接続部310である受口を外挿して接続する。また、接続部210は挿し口に構成されかつ継手200’に接続されたソケット400を外挿して接続する。
【0025】
管300,300は高耐圧仕様であり、具体的には、肉厚を確保することで具現化される。連設部220,220,220はそれ自体では管300,300より耐圧性は低く、本実施形態では、その肉厚tは管300,300の肉厚より薄い。そして、連設部220,220,220の肉厚tに対する外径Dの比(D/t)は9以上である。ここで、比D/tは、基準外径と最小厚さとの比として知られるいわゆるSDR(Standard Dimension Ratio)の値である。比D/tが9未満であると、肉厚tが相対的に厚くなりすぎて配管システム100における圧力損失が過剰となる。
比D/tの範囲内の上限は特に限定されないが、耐圧性の観点から18、好ましくは17であってよい。さらに保温性を考慮すると、当該上限は11であることが好ましい。
本実施形態では、連設部220,220,220における比D/tの値は同一である。
【0026】
なお、連設部220,220,220の外径Dは60mm以上であってよい。連設部220,220,220は上述の比D/tを満たす薄肉に形成されているため、外径Dが60mm以上、好ましくは114mm以上(特に後述の消防用連結送水管システムにおける埋設管路を構成する場合)、となることで内径が大きく確保されるため、圧力損失の過大をより良好に防止することができる。外径Dの範囲内の上限は特に限定されないが、たとえば220mmであってよい。
【0027】
連設部220の軸心O方向の長さをLとした場合、外径Dに対する長さLの比(L/D)は、L/D≦0.7Dの関係を満たす。比L/Dが0.7Dを超えると、配管システム100における耐圧性が確保されず、連設部220,220,220において内圧により破壊が生じやすくなる。耐圧性をより良好に確保する観点から、比L/Dは、L/D≦0.65Dの関係を満たすことが好ましく、L/D≦0.63Dの関係を満たすことがより好ましい。
【0028】
同様に、連設部220,220の軸心O,O方向の長さをそれぞれL,Lとした場合、外径Dに対する長さL,Lの比(L/D,L/D)も、上述の比L/Dと同様の条件を満たす。
【0029】
耐圧配管システム100においては、他の継手200’も継手200と同様の条件を満たす。
他の継手200’は接続部210’と連設部220’と本体部230’とを含む。接続部210’は挿し口に構成されており、ソケット400によって継手200の接続部210に接続されている。連設部220’は接続部210’に連通可能に連設された薄肉の直管状に構成されている。本体部230’は、連設部220’の管路を閉塞するように連設された厚肉の壁状に構成されている。これによって、継手200’はキャップ継手として構成される。
【0030】
連設部220’はそれ自体では管300,300より耐圧性は低く、具体的には、その肉厚t’は管300,300の肉厚より薄い。そして、連設部220’の肉厚t’に対する外径D’の比(D’/t’)は、上述の比D/tと同じ条件を満たす。
さらに、連設部220’の軸心(軸心Oに一致)方向の長さをL’とした場合、外径D’に対する長さL’の比(L’/D’)は、上述の比L/Dと同じ条件を満たす。
【0031】
継手200、管300,300および他の継手200’はいずれも、ポリオレフィン系樹脂を主成分として構成される。本実施形態では、継手200、管300,300および他の継手200’はいずれも強化繊維を実質的に含まない。
【0032】
ポリオレフィン系樹脂は、耐圧配管システム全体の機械特性を良好に確保する観点から、密度が0.94/cm以上0.96/cm以下、メルトフローレートが0.01g/10分以上1.0g/10分以下の高密度ポリエチレンであることが好ましい。なお、メルトフローレートとは、JIS K 7210:1999に準拠し、シリンダーの中で190℃に加熱した樹脂に、2.16kgの荷重を掛けて、細孔(オリフィス)から10分間に流れ出る樹脂の量を測ることで測定することで得られる。
【0033】
このように耐圧配管システム100が構成されることにより、耐圧配管システム100内に連設部220,220’のようなそれ自体が相対的に耐圧性の低い部分を許容しつつも、全体として耐圧性に優れた構成となる。
【0034】
なお、継手200と管300,300および他の継手200’との接続態様は図示されたものに限定されない。たとえば、管300と継手200’との接続箇所が入れ替わってもよいし、他の継手200’の代わりに別の管が接続されていてもよい。これらの場合、継手200が軸心O,Oと軸心Oとが交差する構造により、本来的には当該交差部分を中心として管内流体の脈動等による疲労破壊強度が大きく、相対的に薄肉の連設部においても負担がかかりやすいが、このような構造であっても、全体として耐圧性に優れた構成となる。
【0035】
なお、軸心O,O,Oの交差態様は図示された態様に限定されず、たとえば、軸心O,Oと軸心Oとの交差角度は非直角に構成されていてもよく、軸心Oと軸心Oとが任意の角度で交差するように構成されてもよい。
【0036】
耐圧配管システム100は耐圧性に優れるため、消防用連結送水管システムにおける埋設管路を構成してよい。消防用連結送水管システムでは、施工性および耐震性と共に、消火用水に対する耐圧性および圧力損失の防止と、埋設部分の腐食環境への耐性とがより高度に求められる点で、有用性が高い。なお、消防用連結送水管システムに適用される場合、本発明の耐圧配管システム100は破壊水圧が最高使用圧力の4倍以上を達成する。最高使用圧力は、たとえば1.5MPa以上、一例として1.6MPaが挙げられる。なお、破壊水圧は、JIS K 6769に準拠し、徐々に水圧を上げ破壊に到る水圧を求めることで得ることができる。
【0037】
耐圧配管システム100は耐圧性に優れるため、給水システムにおける揚水管路を構成してもよい。給水システムとしては受水槽式および直結式を問わない。受水槽式としては、加圧給水方式および高置水槽給水方式が挙げられる。直結式としては、直結直圧給水方式および直結増圧ポンプ方式が挙げられる。この中でも、本発明は、加圧給水方式、高置水槽給水方式、および直結増圧ポンプ方式、特に好ましくは加圧給水方式および直結増圧ポンプ方式に適用される場合、施工性、耐震性、耐食性と共に、上層階まで適切な水量の送水を行うために必要となる圧力への耐性および圧力損失の防止がより高度に求められる点で、有用性が高い。給水システムが16階以上、好ましくは20階以上の高層建築物に適用される場合は、その有用性はさらに高い。当該高層建築物の階層の上限はたとえば32階、好ましくは31階、より好ましくは29階である。
給水システムが耐圧配管システム100によって占められる部分は特に限定されず、最上層階まで耐圧配管システム100で構成されてもよいし、ポンプに近い階のみが耐圧配管システム100で構成されてもよい。
【0038】
[2.第2実施形態]
図2に、第1実施形態の耐圧配管システムの一例を示す。図2に示す耐圧配管システム100aは、継手200aと、それに接続された管300,300とを含む。
図2においては、主に第1実施形態と異なる点について説明する。
【0039】
継手200aは、接続部210a,210aと、連設部220a,220aと、本体部230aとを含む。接続部210a,210aは、それぞれ、管300,300に接続可能な挿し口に構成されており、連設部220a,220aはそれぞれ接続部210a,210aに連通可能に連設された薄肉の直管状に構成されている。本体部230aは、連設部220a,220aの管路を、それらの軸心Oa,Oaが直角に交差するよう管路方向を変換するように連設された厚肉の屈曲状に構成されている。これによって、継手200aはエルボ継手として構成される。
【0040】
連設部220a,220aはそれ自体では管300,300より耐圧性は低く、具体的には、その肉厚taは管300,300の肉厚より薄い。そして、連設部220a,220aの肉厚taに対する外径Daの比(Da/ta)は、第1実施形態における比D/tと同じ条件を満たす。
本実施形態では、連設部220a,220aにおける比Da/taの値は同一である。
【0041】
さらに、連設部220aの軸心Oa方向の長さをLaとした場合、外径Daに対する長さLaの比(La/Da)は、第1実施形態における比L/Dと同じ条件を満たす。連設部220aにおいても同様である。
【0042】
本実施形態は、継手200aが軸心OaとOaとが交差する構造により、本来的には当該交差部分を中心として管内流体の脈動等による疲労破壊強度が大きく、相対的に薄肉の連設部220a,220aにおいても負担がかかりやすいが、このような構造であっても、全体として耐圧性に優れた構成となる。
【0043】
なお、軸心OaとOaとの交差態様は図示されたものに限定されず、軸心OaとOaとは非直角に交差していてもよい。
【0044】
[3.継手の他の例]
図3に、本発明の耐圧配管システムに用いられうる継手の他の例を示す。
図3に示す継手200bは、接続部210b,210bと、連設部220b,220bとを含む。接続部210b,210bは、それぞれ受口および挿し口に構成されている。連設部220b,220bは互いに同軸異径(外径Db>外径Db)に構成され、連設部220bから連設部220bへ向かって縮径する変径部によって連通可能に連設されており、それぞれ接続部210b,210bに連通可能に連設された薄肉の直管状に構成されている。これによって、継手200bはレジューサとして構成される。
【0045】
連設部220b,220bはそれ自体では接続部210b,210bに接続させられるべき管より耐圧性は低く、その肉厚tb,tbは当該管の肉厚より薄い。肉厚tbと肉厚tbは互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。連設部220b,220bの肉厚tb,tbに対する外径Db,Dbの比(Db/tb,Db/tb)は、いずれも、第1実施形態における比D/tと同じ条件を満たす。
【0046】
さらに、連設部220b,220bの軸心方向の長さLb,Lbそれぞれを占める部分の境界位置は、変径部が当該軸方向に占める長さの中心である。外径Db,Dbに対する長さLb,Lbの比(Lb/Db,Lb/Db)は、いずれも、第1実施形態における比L/Dと同じ条件を満たす。
【0047】
なお、図示された継手200bは、連設部220b,220bそれぞれが同軸となるように構成されているが、いずれかの軸が偏心していてもよい。
【0048】
[4.継手のさらなる他の例]
図4に、本発明の耐圧配管システムに用いられうる継手のさらなる他の例を示す。
図4に示す継手200cは、接続部210c,210cと、連設部220cとを含む。接続部210cは受口に構成され、接続部210cは締結フランジを含んで構成されている。連設部220cは接続部210c,210cに連通可能に連設された薄肉の直管状に構成されている。これによって、継手200cはフランジ短管継手として構成される。
【0049】
連設部220cはそれ自体では接続部210c,210cに接続させられるべき管より耐圧性は低く、その肉厚tcは当該管の肉厚より薄い。連設部220cの肉厚tcに対する外径Dcの比(Dc/tc)は、第1実施形態における比D/tと同じ条件を満たす。
【0050】
さらに、連設部220cの軸心方向の長さLcとすると、外径Dcに対する長さLcの比(Lc/Dc)は、第1実施形態における比L/Dと同じ条件を満たす。
【実施例】
【0051】
継手の連設部のモデルとして、長さの異なる高密度ポリエチレン製の直管(呼び径50A)を7本用意した。この直管の肉厚tは5.711mm、外径は60.00mm、肉厚tに対する外径Dの比SDRはいずれも10.51であった。これら直管の両端に水密治具を装着し、JIS K 6769に準拠し水温19度で破壊水圧試験を実施した。治具間の距離Lは、それぞれ、30mm(0.5D)、60mm(1D)、90mm(1.5D)、120mm(2D)、150mm(2.5D)、180mm(3D)、240mm(4D)であった。
【0052】
外径Dに対する治具間の距離Lの比(L/D)と破壊水圧との関係を図5に示し、7本の直管それぞれについてのプロットから近似式を導出した。図5において破線が示す破壊水圧の値は6.4MPaである。この例において、破壊水圧6.4MPa以上を確保可能な比L/Dの値は、0.628D以下であることが示された。
【0053】
本発明の好ましい実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれらのみに限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱することのない様々な実施形態が他になされる。
【0054】
[実施形態における各部と請求項の各構成要素との対応関係]
本明細書において、耐圧配管システム100,100aは請求項における「耐圧配管システム」に相当し、管300,300は「管」に相当し、継手200,200’,200a,200b,200cは「継手」に相当し、他の継手200’は「他の継手」に相当し、接続部210,210,210,210’,210a,210a,210b,210b,210c,210cは「接続部」に相当し、連設部220,220,220,220’,220a,220a,220b,220b,220cは「連設部」に相当し、本体部230,230’,230aは「本体部」に相当し、軸心O,O,O,Oa,Oaは「軸心」に相当し、肉厚t,t’,ta,tb,tb,tcは「肉厚」に相当し、外径D,D’,Da,Db,Db,Dcは「外径」に相当し、長さL,L,L,L’,La,Lb,Lb,Lcは「長さ」に相当する。
【符号の説明】
【0055】
100,100a…耐圧配管システム
300,300…管
200,200’,200a,200b,200c…継手
200’…他の継手
210,210,210,210’,210a,210a,210b,210b,210c,210c…接続部
220,220,220,220’,220a,220a,220b,220b,220c…連設部
230,230’,230a…本体部
,O,O,Oa,Oa…軸心
t,t’,ta,tb,tb,tc…肉厚
D,D’,Da,Db,Db,Dc…外径
,L,L,L’,La,Lb,Lb,Lc…長さ
図1
図2
図3
図4
図5