膨張タンクは、システム全体の最小圧力と最大圧力の両方を制御するために、すべての密閉型温水システムに必要な部分です。 膨張タンクは、(1) 温度とともに水の密度が変化するときにシステムの水量の変化を受け入れて、システム圧力を機器および配管システム コンポーネントの圧力定格制限未満に維持するために、閉鎖温水システムに提供されます。 また、(2) システム内に空気が漏れないように、システムのすべての部分で正のゲージ圧を維持します。 (3) システムのすべての部分で十分な圧力を維持して、制御バルブでのキャビテーションや同様の狭窄を含め、沸騰を防ぎます。 (4) ポンプの吸引時に必要な正味吸引揚程 (NPSHR) を維持します。
後者の 2 つの点は、通常、高温 (約 210°F [99°C] を超える) 温水システムにのみ適用されます。 ほとんどの HVAC アプリケーションでは、最初の 2 つの点だけを考慮する必要があります。
戦車のスタイル
膨張タンクには 4 つの基本的なスタイルがあります。
ベント付きまたはオープンスチールタンク
それらは通気されているため、オープンタンクはシステムの最高点に配置する必要があります。 水温は 212°F (100°C) を超えることはできず、空気と水の接触が開放されているため、空気がシステム内に絶えず移動し、腐食が発生します。 したがって、このデザインはほとんど使用されなくなりました。
クローズドスチールタンク
一部のメーカーではプレーン スチール タンクまたは圧縮タンクとも呼ばれます。
これはベント付きタンクと同じタンク スタイルですが、ベントにキャップが付いています。 これにより、タンクをシステム内のどこにでも配置して、より高い温度で動作させることができます。 しかし、それらはまだ空気と水との接触を持っているため、腐食が起こり、タンクから空気が水に吸収されるにつれて空気が徐々に失われることがあります.
システムに接続する前に最小動作圧力まで事前に充填されていない限り、このスタイルのタンクは事前に充填されたタンクよりも大きくなければなりません。 したがって、このデザインもほとんど使用されなくなりました。
ダイヤフラムタンク
これは、空気/水の障壁 (空気の移動を排除するための柔軟な膜) を含み、事前に充電されるように設計された (タンクのサイズを小さくするため) 圧縮タンクの最初の設計でした。 柔軟なダイアフラムは、通常、中央付近のタンクの側面に取り付けられており、現場で交換することはできません。 ダイヤフラムが破裂した場合は、タンクを交換する必要があります。
膀胱タンク
膀胱タンクは、膨張した水を受け入れるために風船のような膀胱を使用します。 ブラダーは、水が溜まった場合のブラダーへの損傷を避けるために、「フル アクセプタンス」ブラダーと呼ばれる、タンクの全容積に合わせたサイズであることがよくあります。 ブラダーは一般的に現場で交換可能です。 これは現在、大型商用膨張タンクの最も一般的なタイプです。
サイジング公式
完全な気体の法則を仮定した基本原則からの、タンクのサイジングの一般式である式 1 (変数名は、この記事で使用されているものと一致するように調整されています):
`V_(t)=(V_(s)(E_(w)-E_(p)))/((P_(s)T_(c))/(P_(i)T_(s))-(P_( s)T_(h))/(P_(max)T_(s))-E_(重量)[1-(P_(s)T_(c))/(P_(max)T_(s))]+E_ (t))-0.02V_(s)`どこ
Vt = タンク総容積
Vs = システム音量
Ps = 水が最初にタンクに入り始めるときの開始圧力、絶対
P私 = 初期 (プリチャージ) 圧力、絶対
Pマックス = 最大圧力、絶対
Ew = 温度上昇によるシステム内の水の単位膨張率 = (νh/νc-1)
vh = 最高温度での水の比容積 Th.
vc = 最低温度 Tc における水の比容積。
Ep = 温度上昇によるシステム内の配管およびその他のシステム コンポーネントの単位膨張率 = 3α(Th-Tc ）
α = 1 度あたりの配管およびその他のシステム コンポーネントの膨張係数
Th = システム内の最大平均水温、絶対温度
Tc = システム内の最低平均水温、絶対温度
Ts = 充填前のタンク内の開始空気温度、絶対温度
E重量 ＝温度上昇によるタンク内水の単位膨張率
Et ＝温度上昇による膨張タンクの単位膨張率
最後の項 (0.02 Vs ) は、水中の溶解空気からの脱着による追加の空気を説明します。 この式は次のように簡略化できます。 以下の式 小さな項を無視し、タンク温度が初期充填温度に近いと仮定することにより (通常、タンクまたはタンクへの配管に断熱材がないと仮定すると、これは一般的で推奨される方法です):
`V_(t)=(V_(s)[((v_(h))/(v_(c))-1)-3alpha(T_(h)-T_(c))])/((P_(s) ))/(P_(i))-(P_(s))/(P_(最大)))`この式には、配管システムの拡張のクレジットが含まれています。 この項も比較的小さく、システム内のさまざまな材料を考えると膨張係数を決定するのは困難ですが、ASHRAE ハンドブックのサイズ決定式に含まれているため、上記の式に含まれています。 この用語は、ほとんどではありませんが一部の膨張タンク メーカーの選択ソフトウェアにも含まれています。 ほとんどの製造業者は、この項が小さく、上記の式ですでに無視されている項よりも大きくないため、慎重に無視しています。 この項を無視すると、次の式になります。
`V_(t)=(((v_(h))/(v_(c))-1)V_(s))/((P_(s))/(P_(i))-(P_(s) )/(P_(最大)))`分子は膨張した水の体積 Ve 、最低温度から最高温度まで暖まるので、式は次のように書くことができます。
`V_(t)=(V_(e))/((P_(s))/(P_(i))-(P_(s))/(P_(max)))`ここで：
`V_(e)=(v_(h)//v_(c)-1)V_(s)`式は、使用するタンクのスタイルに基づいてさらに単純化できます。
ベントタンク
通気タンクの場合、圧力はすべて同じでドミネーターは 1 に制限されるため、タンクのサイズは単純に膨張した水の体積になります。
`V_(t)=V_(e)`クローズドタンク（プリチャージなし）
通気孔のないプレーン スチール タンクの場合、開始圧力は通常、タンクが空の状態 (事前充填なし) の大気圧です。 次に、タンクは補給水に接続され、システム内の空気を置換することによってタンクを充填圧力まで加圧し、基本的にタンク容量の一部を無駄にします。 したがって、サイジングの式は次のとおりです。
`V_(l)=(V_(e))/((P_(a))/(P_(i))-(P_(a))/(P_(max)))`どこで、Pa = 大気圧
プリチャージタンク
適切に充填されたダイアフラムおよびブラダータンクを含むが、事前に充填されている場合は密閉されたプレーンスチールタンクも含む、必要な初期圧力に事前に充填されているタンクの場合、Ps Pに等しい私 したがって、サイジングの式は次のようになります。
`V_(t)=(V_(e))/(1-(P_(i))/(P_(max)))`この式は、タンクが必要な P に事前に充電されている場合にのみ適用されることに注意してください。私 . タンクは工場で 12 psig (83 kPag) の標準プリチャージに充填されています。
クローズドタンク
より高いプリチャージ圧力を希望する場合は、工場に特別注文するか、請負業者が圧縮空気またはハンドポンプで圧力を上げる必要があります。 しかし、これが見落とされることは珍しくありません。 この見落としは、以下の式を使用してタンクのサイズを決定することで補償できます (海面での大気圧を想定)。
`V_(t)=(V_(e))/((26.7)/(P_(i))-(26.7)/(P_(max)))`(12 psig/26.7 psia [83 kPag/184 kPaa] プリチャージ)。 これにより、適切に事前に充電されたタンクと比較して、タンクのサイズが大きくなります。
ASME ボイラーおよび圧力容器コード-2015、セクション VI
ASME Boiler and Pressure Vessel Code-2015、Section VI には、以下の式に示すように、この記事で使用されているものと一致するように変数が改訂された、サイジング式が含まれています (式を逐語的に抽出する UMC および IMC と同様)。
`V_(t)=(V_(s)(0.00041T_(h)-0.0466))/((P_(a))/(P_(i))-(P_(a))/(P_(最大)) )`この式の分母を密閉タンク (事前充電なし) の式と比較すると、この式は明らかに事前充電されていないタンクのサイズを決定するためのものです。 事前に充電されたタンクのサイズを過大評価します。 分子は V のカーブ フィットです。e ; 最低温度を 65°F (18°C) と想定し、約 170°F から 230°F (77°C から 110°C) の平均動作温度の範囲でのみ正確です。 したがって、この式は非常に高温の温水 (例: 350°F [177°C])、閉回路コンデンサー水、または冷水システムには使用できません。.
著者: スティーブン T. テイラー、PE
