キャビテーション再現装置およびキャビテーション再現方法
【課題】 冬季などにおいても容易に、かつ簡易な構造でキャビテーションを再現する。
【解決手段】 貯水タンク２内の水Ｗの温度をヒータ３で上昇させ、ポンプ４によって貯水タンク２内の水Ｗを吸い出し、圧力調整弁５１でポンプ４の吸込口側の圧力を下げてキャビテーションを発生させる。これにより、気温が低い冬季などにおいても、水温が高く水Ｗの飽和蒸気圧が高いため、ポンプ４の吸込口側の圧力を大きく下げなくてもキャビテーションを発生させることができる。
【解決手段】 貯水タンク２内の水Ｗの温度をヒータ３で上昇させ、ポンプ４によって貯水タンク２内の水Ｗを吸い出し、圧力調整弁５１でポンプ４の吸込口側の圧力を下げてキャビテーションを発生させる。これにより、気温が低い冬季などにおいても、水温が高く水Ｗの飽和蒸気圧が高いため、ポンプ４の吸込口側の圧力を大きく下げなくてもキャビテーションを発生させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、キャビテーション（空洞現象）を実験的に再現するキャビテーション再現装置およびキャビテーション再現方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャビテーションは、液体の流れの中で圧力差により短時間に気泡の発生と消滅が起きる物理現象である。このようなキャビテーションを実験的に再現して体感させる装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、ポンプの吸込口側の圧力（入口圧力）を飽和蒸気圧以下に下げることにより、吸込口側の透明パイプ内などにキャビテーションを発生させ、外から気泡の発生などを観察できるようにしたものである。
【特許文献１】実用新案登録第３０７０３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、飽和蒸気圧は温度によって異なり、水温が高いと飽和蒸気圧は高く、水温が低いと飽和蒸気圧は低くなる。例えば、水温が３０℃では飽和蒸気圧が３１．８ｍｍＨｇであるのに対して、水温が１０℃では飽和蒸気圧が９．２０ｍｍＨｇとなる。このため、水温が低くなる冬季に従来の装置によってキャビテーションを再現させる場合、飽和蒸気圧が低いためにポンプの吸込口側の圧力を飽和蒸気圧以下に下げることが困難な場合がある。また、ポンプの吸込口側の圧力を大きく下げると、負圧が大きくなり、透明パイプなどをこの負圧に耐えられる構造にしなければならならず、設備費がかさむことになる。
【０００４】
そこでこの発明は、冬季などにおいても容易に、かつ簡易な構造でキャビテーションを再現することができるキャビテーション再現装置およびキャビテーション再現方法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】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、液体を溜めるタンクと、前記タンク内の液体を吸い出すポンプと、前記ポンプの吸込口側の圧力を調整する圧力調整手段と、前記タンク内の液体の温度を調整する温度調整手段と、を備えることを特徴とするキャビテーション再現装置である。
【０００６】
この発明によれば、温度調整手段によってタンク内の液体の温度を所定・所望の温度に調整した状態で、ポンプによってタンク内の液体を吸い出し、ポンプの吸込口側の圧力を圧力調整手段で調整することで、キャビテーションが発生する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、タンク内の液体の温度を調整し、ポンプによって前記タンク内の液体を吸い出し、前記ポンプの吸込口側の圧力を調整してキャビテーションを発生させる、ことを特徴とするキャビテーション再現方法である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１および２に記載の発明によれば、気温が低くなる冬季などに、タンク内の液体の温度を加熱調整することで飽和蒸気圧が上昇するため、ポンプの吸込口側の圧力を大きく下げなくてもキャビテーションを発生させることができる。しかも、タンク内の液体の温度を加熱調整するだけでよいため、構造が簡易で設備費を抑えることができる。また、タンク内の液体の温度変化によるキャビテーションを再現することができる。すなわち、従来は、ポンプの吸込口側の圧力を飽和蒸気圧以下に下げることのみによって、キャビテーションを再現させていた。これに対してこの発明によれば、液体の温度によって飽和蒸気圧が変動するため、液体の温度変化に伴って発生するキャビテーションを再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態に係るキャビテーション再現装置１を示す概略構成図である。このキャビテーション再現装置１は、キャビテーション（ポンプキャビテーション）を実験的に再現する装置であり、貯水タンク（タンク）２、ヒータ（温度調整手段）３、ポンプ４などを備えている。
【００１１】
貯水タンク２は、水（液体）Ｗを溜めるタンクで、貯水タンク２内にはヒータ３と水温計３１とが配設されている。ヒータ３は、貯水タンク２内の水Ｗを加熱する加熱器で、水温計３１は水Ｗの温度を常時計測する温度計で、このヒータ３と水温計３１は、制御盤３２に接続されている。制御盤３２は、温度を設定、入力する入力部を備え、貯水タンク２内の水Ｗの温度が、この入力部で設定された温度になるように、水温計３１からの計測結果に基づいてヒータ３を稼働する。すなわち、水温が設定温度よりも低い場合には、ヒータ３を稼動して水Ｗを加熱し、水温を設定温度に調整する。一方、水温が設定温度以上の場合には、ヒータ３を稼動しない。
【００１２】
このようにこの実施の形態では、水Ｗを加熱することで水温を所定・所望の温度以上に調整しているが、これは後述するように、キャビテーションの再現を容易にすることを主たる目的とするからである。これに対して、常に一定の水温（例えば２５℃）でキャビテーションの再現を行いたいなどの場合には、ヒータ３の他に冷却器などを配設して、水Ｗを加熱および冷却するようにしてもよい。
【００１３】
貯水タンク２は、第１の配管２１を介してポンプ４の吸込口側と接続されている。ポンプ４は、モータＭを動力として貯水タンク２内の水Ｗを吸い出すポンプで、第１の配管２１には圧力調整弁（圧力調整手段）５１が配設され、さらに、ポンプ４の吸込口側には、観察用パイプ４１が配設されている。圧力調整弁５１は、ポンプ４の吸込口側の圧力を調整するバルブであり、後述するようにこの圧力調整弁５１を絞ることで、ポンプ４の吸込口側の圧力を下げるものである。観察用パイプ４１は、透明または半透明のアクリル製で、図２に示すように、ポンプ４の吸込口側（入口側）も透明または半透明のアクリルカバー４ａでケーシングされている。そして、観察用パイプ４１とアクリルカバー４ａとが接続されている。
【００１４】
ポンプ４の吐出口側には、第２の配管２２が接続され、この第２の配管２２の他端部は貯水タンク２に接続されている。これにより、ポンプ４から吐き出された水Ｗが第２の配管２２を経由して貯水タンク２に還流されるようになっている。また、第２の配管２２には出口弁５２が配設され、ポンプ４の吸込口側および吐出口側にはそれぞれ、第１の圧力計６１および第２の圧力計６２が配設されている。
【００１５】
次に、このような構成のキャビテーション再現装置１の作用および、このキャビテーション再現装置１によるキャビテーション再現方法について説明する。
【００１６】
まず、貯水タンク２内の水Ｗの温度を所定の温度に調整する。すなわち、上記のように、制御盤３２の入力部で設定温度を入力する。ここで、季節などによる気温の変化に係らず、円滑、容易にキャビテーションを発生させることができるような温度、つまり水Ｗの飽和蒸気圧が高くなるような温度に設定する。この実施の形態では、例えば３０℃に設定する。これにより、気温が低く貯水タンク２内の水温が低い場合であっても、上記のようにしてヒータ３によって水Ｗが加熱され、水温が３０℃に維持される。
【００１７】
この状態で、圧力調整弁５１を「開」、出口弁５２を「閉」とする。次に、ポンプ４を起動して貯水タンク２内の水Ｗを吸い出し、出口弁５２を徐々に開き、ポンプ４の吐出口側の圧力（第２の圧力計６２による計測結果）を所定の圧力に調整する。この状態で、観察用パイプ４１やアクリルカバー４ａを見て、ポンプ４の吸込口側に気泡が発生しておらず、かつポンプ４が正常に稼働していることを確認する。
【００１８】
次に、圧力調整弁５１を徐々に絞ってポンプ４の吸込口側の圧力を下げ、キャビテーションを発生させる。このとき、ポンプ４の吸込口側の圧力（第１の圧力計６１による計測結果）が所定の圧力以下にならないように、圧力調整弁５１を絞る。そして、キャビテーションの発生状況を確認する。すなわち、ポンプ４や第１の配管２１に振動や異常音が発生しているか、圧力計６１、６２にハンチング（針が激しく振れる現象）が発生しているか、観察用パイプ４１やアクリルカバー４ａを見てポンプ４の吸込口側に気泡が発生しているか、を確認する。このようにしてキャビテーションの発生状況を確認した後に、圧力調整弁５１を全開、出口弁５２を全閉にし、ポンプ４を停止するものである。ここで、これらの操作は、手動によって行ってもよいし、プログラムによって自動制御してもよい。
【００１９】
以上のように、このキャビテーション再現装置１およびキャビテーション再現方法によれば、気温が低くなる冬季などにおいても、貯水タンク２内の水Ｗの温度が常に３０℃で、飽和蒸気圧が高く維持されている。このため、ポンプ４の吸込口側の圧力を大きく下げなくても容易にキャビテーションを発生させることができる。この結果、観察用パイプ４１やアクリルカバー４ａなどを大きな負圧に耐えられる構造にする必要がない。しかも、貯水タンク２内の水Ｗを加熱するだけでよいため、構造が簡単で設備費を抑えることができる。
【００２０】
ところで、従来は、ポンプの吸込口側の圧力を飽和蒸気圧以下に下げることのみによって、キャビテーションを再現させていたが、この実施の形態によれば、貯水タンク２内の水Ｗの温度変化によるキャビテーションを再現することができる。例えば、ポンプ４の吸込口側の圧力を一定とし、貯水タンク２内の水Ｗの温度を徐々に上昇させることで、水温の上昇に伴って飽和蒸気圧が上昇することによるキャビテーションの発生を再現することができる。このように、この実施の形態によれば、圧力と温度の両要因によるキャビテーションの発生を再現、体験することができる。
【００２１】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、キャビテーション再現装置１を単一現象の再現装置としているが、複数の現象を再現する装置において、キャビテーションを再現させる機構に上記のキャビテーション再現装置１の機構を適用してもよい。すなわち、貯水タンクやポンプ、制御装置などを共用化し、キャビテーションやウォーターハンマ、仕切弁逆流などの複数の現象を再現させる装置において、キャビテーションを再現させる際に、貯水タンク内の水を加熱して飽和蒸気圧を上昇させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態に係るキャビテーション再現装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のキャビテーション再現装置のポンプと観察用パイプの接続状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ キャビテーション再現装置
２ 貯水タンク（タンク）
２１ 第１の配管
２２ 第２の配管
３ ヒータ（温度調整手段）
３１ 水温計
３２ 制御盤
４ ポンプ
４ａ アクリルカバー
４１ 観察用パイプ
５１ 圧力調整弁（圧力調整手段）
５２ 出口弁
６１ 第１の圧力計
６２ 第２の圧力計
Ｗ 水（液体）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、キャビテーション（空洞現象）を実験的に再現するキャビテーション再現装置およびキャビテーション再現方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャビテーションは、液体の流れの中で圧力差により短時間に気泡の発生と消滅が起きる物理現象である。このようなキャビテーションを実験的に再現して体感させる装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、ポンプの吸込口側の圧力（入口圧力）を飽和蒸気圧以下に下げることにより、吸込口側の透明パイプ内などにキャビテーションを発生させ、外から気泡の発生などを観察できるようにしたものである。
【特許文献１】実用新案登録第３０７０３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、飽和蒸気圧は温度によって異なり、水温が高いと飽和蒸気圧は高く、水温が低いと飽和蒸気圧は低くなる。例えば、水温が３０℃では飽和蒸気圧が３１．８ｍｍＨｇであるのに対して、水温が１０℃では飽和蒸気圧が９．２０ｍｍＨｇとなる。このため、水温が低くなる冬季に従来の装置によってキャビテーションを再現させる場合、飽和蒸気圧が低いためにポンプの吸込口側の圧力を飽和蒸気圧以下に下げることが困難な場合がある。また、ポンプの吸込口側の圧力を大きく下げると、負圧が大きくなり、透明パイプなどをこの負圧に耐えられる構造にしなければならならず、設備費がかさむことになる。
【０００４】
そこでこの発明は、冬季などにおいても容易に、かつ簡易な構造でキャビテーションを再現することができるキャビテーション再現装置およびキャビテーション再現方法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】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、液体を溜めるタンクと、前記タンク内の液体を吸い出すポンプと、前記ポンプの吸込口側の圧力を調整する圧力調整手段と、前記タンク内の液体の温度を調整する温度調整手段と、を備えることを特徴とするキャビテーション再現装置である。
【０００６】
この発明によれば、温度調整手段によってタンク内の液体の温度を所定・所望の温度に調整した状態で、ポンプによってタンク内の液体を吸い出し、ポンプの吸込口側の圧力を圧力調整手段で調整することで、キャビテーションが発生する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、タンク内の液体の温度を調整し、ポンプによって前記タンク内の液体を吸い出し、前記ポンプの吸込口側の圧力を調整してキャビテーションを発生させる、ことを特徴とするキャビテーション再現方法である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１および２に記載の発明によれば、気温が低くなる冬季などに、タンク内の液体の温度を加熱調整することで飽和蒸気圧が上昇するため、ポンプの吸込口側の圧力を大きく下げなくてもキャビテーションを発生させることができる。しかも、タンク内の液体の温度を加熱調整するだけでよいため、構造が簡易で設備費を抑えることができる。また、タンク内の液体の温度変化によるキャビテーションを再現することができる。すなわち、従来は、ポンプの吸込口側の圧力を飽和蒸気圧以下に下げることのみによって、キャビテーションを再現させていた。これに対してこの発明によれば、液体の温度によって飽和蒸気圧が変動するため、液体の温度変化に伴って発生するキャビテーションを再現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態に係るキャビテーション再現装置１を示す概略構成図である。このキャビテーション再現装置１は、キャビテーション（ポンプキャビテーション）を実験的に再現する装置であり、貯水タンク（タンク）２、ヒータ（温度調整手段）３、ポンプ４などを備えている。
【００１１】
貯水タンク２は、水（液体）Ｗを溜めるタンクで、貯水タンク２内にはヒータ３と水温計３１とが配設されている。ヒータ３は、貯水タンク２内の水Ｗを加熱する加熱器で、水温計３１は水Ｗの温度を常時計測する温度計で、このヒータ３と水温計３１は、制御盤３２に接続されている。制御盤３２は、温度を設定、入力する入力部を備え、貯水タンク２内の水Ｗの温度が、この入力部で設定された温度になるように、水温計３１からの計測結果に基づいてヒータ３を稼働する。すなわち、水温が設定温度よりも低い場合には、ヒータ３を稼動して水Ｗを加熱し、水温を設定温度に調整する。一方、水温が設定温度以上の場合には、ヒータ３を稼動しない。
【００１２】
このようにこの実施の形態では、水Ｗを加熱することで水温を所定・所望の温度以上に調整しているが、これは後述するように、キャビテーションの再現を容易にすることを主たる目的とするからである。これに対して、常に一定の水温（例えば２５℃）でキャビテーションの再現を行いたいなどの場合には、ヒータ３の他に冷却器などを配設して、水Ｗを加熱および冷却するようにしてもよい。
【００１３】
貯水タンク２は、第１の配管２１を介してポンプ４の吸込口側と接続されている。ポンプ４は、モータＭを動力として貯水タンク２内の水Ｗを吸い出すポンプで、第１の配管２１には圧力調整弁（圧力調整手段）５１が配設され、さらに、ポンプ４の吸込口側には、観察用パイプ４１が配設されている。圧力調整弁５１は、ポンプ４の吸込口側の圧力を調整するバルブであり、後述するようにこの圧力調整弁５１を絞ることで、ポンプ４の吸込口側の圧力を下げるものである。観察用パイプ４１は、透明または半透明のアクリル製で、図２に示すように、ポンプ４の吸込口側（入口側）も透明または半透明のアクリルカバー４ａでケーシングされている。そして、観察用パイプ４１とアクリルカバー４ａとが接続されている。
【００１４】
ポンプ４の吐出口側には、第２の配管２２が接続され、この第２の配管２２の他端部は貯水タンク２に接続されている。これにより、ポンプ４から吐き出された水Ｗが第２の配管２２を経由して貯水タンク２に還流されるようになっている。また、第２の配管２２には出口弁５２が配設され、ポンプ４の吸込口側および吐出口側にはそれぞれ、第１の圧力計６１および第２の圧力計６２が配設されている。
【００１５】
次に、このような構成のキャビテーション再現装置１の作用および、このキャビテーション再現装置１によるキャビテーション再現方法について説明する。
【００１６】
まず、貯水タンク２内の水Ｗの温度を所定の温度に調整する。すなわち、上記のように、制御盤３２の入力部で設定温度を入力する。ここで、季節などによる気温の変化に係らず、円滑、容易にキャビテーションを発生させることができるような温度、つまり水Ｗの飽和蒸気圧が高くなるような温度に設定する。この実施の形態では、例えば３０℃に設定する。これにより、気温が低く貯水タンク２内の水温が低い場合であっても、上記のようにしてヒータ３によって水Ｗが加熱され、水温が３０℃に維持される。
【００１７】
この状態で、圧力調整弁５１を「開」、出口弁５２を「閉」とする。次に、ポンプ４を起動して貯水タンク２内の水Ｗを吸い出し、出口弁５２を徐々に開き、ポンプ４の吐出口側の圧力（第２の圧力計６２による計測結果）を所定の圧力に調整する。この状態で、観察用パイプ４１やアクリルカバー４ａを見て、ポンプ４の吸込口側に気泡が発生しておらず、かつポンプ４が正常に稼働していることを確認する。
【００１８】
次に、圧力調整弁５１を徐々に絞ってポンプ４の吸込口側の圧力を下げ、キャビテーションを発生させる。このとき、ポンプ４の吸込口側の圧力（第１の圧力計６１による計測結果）が所定の圧力以下にならないように、圧力調整弁５１を絞る。そして、キャビテーションの発生状況を確認する。すなわち、ポンプ４や第１の配管２１に振動や異常音が発生しているか、圧力計６１、６２にハンチング（針が激しく振れる現象）が発生しているか、観察用パイプ４１やアクリルカバー４ａを見てポンプ４の吸込口側に気泡が発生しているか、を確認する。このようにしてキャビテーションの発生状況を確認した後に、圧力調整弁５１を全開、出口弁５２を全閉にし、ポンプ４を停止するものである。ここで、これらの操作は、手動によって行ってもよいし、プログラムによって自動制御してもよい。
【００１９】
以上のように、このキャビテーション再現装置１およびキャビテーション再現方法によれば、気温が低くなる冬季などにおいても、貯水タンク２内の水Ｗの温度が常に３０℃で、飽和蒸気圧が高く維持されている。このため、ポンプ４の吸込口側の圧力を大きく下げなくても容易にキャビテーションを発生させることができる。この結果、観察用パイプ４１やアクリルカバー４ａなどを大きな負圧に耐えられる構造にする必要がない。しかも、貯水タンク２内の水Ｗを加熱するだけでよいため、構造が簡単で設備費を抑えることができる。
【００２０】
ところで、従来は、ポンプの吸込口側の圧力を飽和蒸気圧以下に下げることのみによって、キャビテーションを再現させていたが、この実施の形態によれば、貯水タンク２内の水Ｗの温度変化によるキャビテーションを再現することができる。例えば、ポンプ４の吸込口側の圧力を一定とし、貯水タンク２内の水Ｗの温度を徐々に上昇させることで、水温の上昇に伴って飽和蒸気圧が上昇することによるキャビテーションの発生を再現することができる。このように、この実施の形態によれば、圧力と温度の両要因によるキャビテーションの発生を再現、体験することができる。
【００２１】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、キャビテーション再現装置１を単一現象の再現装置としているが、複数の現象を再現する装置において、キャビテーションを再現させる機構に上記のキャビテーション再現装置１の機構を適用してもよい。すなわち、貯水タンクやポンプ、制御装置などを共用化し、キャビテーションやウォーターハンマ、仕切弁逆流などの複数の現象を再現させる装置において、キャビテーションを再現させる際に、貯水タンク内の水を加熱して飽和蒸気圧を上昇させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態に係るキャビテーション再現装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のキャビテーション再現装置のポンプと観察用パイプの接続状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ キャビテーション再現装置
２ 貯水タンク（タンク）
２１ 第１の配管
２２ 第２の配管
３ ヒータ（温度調整手段）
３１ 水温計
３２ 制御盤
４ ポンプ
４ａ アクリルカバー
４１ 観察用パイプ
５１ 圧力調整弁（圧力調整手段）
５２ 出口弁
６１ 第１の圧力計
６２ 第２の圧力計
Ｗ 水（液体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を溜めるタンクと、前記タンク内の液体を吸い出すポンプと、前記ポンプの吸込口側の圧力を調整する圧力調整手段と、前記タンク内の液体の温度を調整する温度調整手段と、を備えることを特徴とするキャビテーション再現装置。
【請求項２】
タンク内の液体の温度を調整し、ポンプによって前記タンク内の液体を吸い出し、前記ポンプの吸込口側の圧力を調整してキャビテーションを発生させる、ことを特徴とするキャビテーション再現方法。
【請求項１】
液体を溜めるタンクと、前記タンク内の液体を吸い出すポンプと、前記ポンプの吸込口側の圧力を調整する圧力調整手段と、前記タンク内の液体の温度を調整する温度調整手段と、を備えることを特徴とするキャビテーション再現装置。
【請求項２】
タンク内の液体の温度を調整し、ポンプによって前記タンク内の液体を吸い出し、前記ポンプの吸込口側の圧力を調整してキャビテーションを発生させる、ことを特徴とするキャビテーション再現方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１３４３８３（Ｐ２０１０−１３４３８３Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１２６３８（Ｐ２００８−３１２６３８）
【出願日】平成２０年１２月８日（２００８．１２．８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月８日（２００８．１２．８）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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