ウォーターハンマー現象について

ウォーターハンマー現象は、液体が急激に停止または変速することによって発生する圧力変動の現象です。主に配管システム内で水の流れが急激に変化する際に起こります。この現象は水の運動エネルギーが突然変化することによって引き起こされ、パイプやバルブなどの構造物に過度な圧力をかけることがあります。ウォーターハンマーの主な特徴と影響について説明します。

●特徴
・音の発生
ウォーターハンマーが発生すると、パイプ内で圧力変動が起こり、異音が発生することがあります。これは「ガコン」といった音として聞こえることがあります。
・圧力変動
ウォーターハンマーによって急激な圧力変動が発生します。これにより、配管や接続部分に過度な圧力がかかる可能性があります。
・損傷のリスク
長期間にわたってウォーターハンマーが繰り返し発生すると、配管やバルブ、接続部分に損傷を与える可能性があります。この損傷は漏水や故障を引き起こすことがあります。

●影響
・損傷
ウォーターハンマーが繰り返し発生すると、配管やバルブが振動や圧力によって損傷し、亀裂が生じることがあります。この結果、漏水や水道設備の故障が発生する可能性があります。
・騒音
ウォーターハンマーによる異音は、住宅内で不快な騒音を引き起こすことがあります。

ウォーターハンマーを防ぐ方法としては、以下の対策があります。
●ウォーターハンマーアリレスターの使用
ウォーターハンマーアリレスターは、水の流れを滑らかにする装置です。これを配管に設置することで、急激な圧力変動を和らげることができます。
●ソフトクロージャーバルブの使用
ソフトクロージャーバルブは、水流の急激な変化を防ぐためのバルブです。水流を徐々に閉じることでウォーターハンマーを抑制します。
●配管の固定
配管をしっかりと固定することで、振動や揺れを最小限に抑えることができます。

ウォーターハンマーは水道設備の健全性に影響を及ぼす可能性があるため、注意が必要です。特に大規模な建物や工業施設などでは、ウォーターハンマー対策が重要です。

ウォーターハンマーが起こる仕組み

ウォーターハンマーが起こる仕組みは、水の流れが急激に変化することによって発生する圧力変動に関連しています。以下にウォーターハンマーが起こる一般的な仕組みを説明します。

●流体の運動エネルギーと圧力エネルギーの変換
配管内を水が流れる際、水は一定の速さで流れています。この流れる水は運動エネルギーを持っており、一方で配管内の水は圧力エネルギーを持っています。水の運動エネルギーと圧力エネルギーは互いに変換する関係にあります。
●急激なバルブの閉じる操作
ウォーターハンマーが発生する一つの典型的なケースは、急激にバルブ（蛇口やバルブなど）を閉じる操作です。水が一定の速度で流れている状態から、急にバルブを閉じることで水の流れが急激に停止します。
●運動エネルギーの突然の停止
バルブを急に閉じることで、水の運動エネルギーが急激に停止します。しかし、水の圧力エネルギーはそのまま存在します。
●過渡現象と反射波
運動エネルギーが停止した瞬間、圧力エネルギーによって水が突然圧縮され、逆方向への運動が抑えられます。この現象が過渡現象として発生し、逆方向に向かう圧縮波（反射波）が発生します。
●圧力の急激な上昇
反射波が配管内を伝わり、バルブや配管の他の部分に到達する際、水の圧力が急激に上昇します。これにより、バルブや配管に過度な圧力がかかり、振動や衝撃が発生します。これがウォーターハンマーの特徴的な音や圧力変動を引き起こす原因となります。

ウォーターハンマーを抑制するためには、運動エネルギーと圧力エネルギーの急激な変化を緩和する方法が必要です。これには、ウォーターハンマーアリレスターやソフトクロージャーバルブなどが使用されます。これらの対策は、急激な流体の変動を和らげ、配管内での圧力変動を抑制する役割を果たします。

日常でウォーターハンマーが起こる場面
日常生活でウォーターハンマーが起こる場面はいくつかあります。以下に代表的な場面をいくつか挙げてみましょう。
●蛇口を急に閉じる時
洗面台やキッチンの蛇口を急に閉じると、水の流れが急激に止まるため、ウォーターハンマーが発生する可能性があります。
●洗濯機の給水バルブを閉じる時
洗濯機を使った後に給水バルブを急に閉じると、給水が急激に停止するため、ウォーターハンマーが発生することがあります。
●トイレのタンクを急に流す時
トイレのタンクを急に流すと、タンク内の水が急激に流れ出て、ウォーターハンマーが発生することがあります。
●シャワーヘッドを急に閉じる時
シャワーを浴びた後にシャワーヘッドを急に閉じると、シャワーからの水流が急激に止まり、ウォーターハンマーが起こることがあります。
●バルブの故障
配管内のバルブが正常に機能せず、水の流れが急激に変化する場合にもウォーターハンマーが発生することがあります。

これらの場面では、水の流れが急激に変化することがウォーターハンマーの原因となります。ウォーターハンマーが発生すると、水道設備や配管に衝撃や振動がかかるため、長期間にわたって続くと損傷の原因となる可能性があります。ウォーターハンマーを抑制するためには、ソフトクロージャーバルブやウォーターハンマーアリレスターの使用などの対策を検討することが重要です。