圧力タンク

圧力タンクまたは加圧器は、配管システムで所望の圧力を維持するために使用される油圧アキュムレータの一種です。用途としては、家庭での水圧の緩衝などが挙げられます。^{[ 1 ]}

左の図を参照すると、水中ポンプが井戸に設置されています。圧力スイッチは、圧力がP _lo未満を感知するとポンプをオンにし、圧力がP _hiを超えるとオフにします。ポンプがオンになっている間、圧力タンクに水が溜まります。その後、指定された圧力範囲で水を供給すると、圧力タンクの水が減ります。これは、ポンプがP _loとP _hiの間を急速に往復して適切な圧力を確立しようとする「ショートサイクリング」を防ぐためです。

単純な加圧タンクは、水を入れるタンクで、水面上に空気の空間があり、水がタンクに入ると空気の空間が圧縮される構造になっています。現代のシステムでは、加圧された空気と水を柔軟なゴムまたはプラスチック製のダイヤフラム（またはブラダー）で隔離しています。そうしないと、空気が水に溶け込み、使用によってタンクから排出されてしまうからです。最終的には空気がほとんど、あるいは全くなくなり、タンクが「水浸し」になって短時間運転（ショートサイクル）が発生し、運転を再開するには排水が必要になります。ダイヤフラムまたはブラダー自体も水に圧力をかけることがありますが、通常は小さいため、以下の説明では無視します。

右の図を参照すると、圧力タンクは一般的に空の状態で「充填圧力」P _cで加圧されます。これは通常、作動圧力P _loより約 2 psi 低い値です(ケース 1)。タンクの総容積はV _tです。使用時には、タンク内の空気は圧力Pまで圧縮され、タンク内には体積Vの水が存在します(ケース 2)。以下の説明では、すべての圧力はゲージ圧力であり、これは大気圧( P _a、高度に依存します) を超える圧力です。理想気体の法則はどちらのケースにも適用でき、各ケースの空気の量は等しくなります。

${\displaystyle (P_{\text{c}}+P_{\text{a}})V_{\text{t}}=NkT\qquad {\text{ケース 1}}}$

${\displaystyle (P+P_{\text{a}})(V_{\text{t}}-V)=NkT\qquad \mathrm {ケース2} }$

ここで、Nは気体分子の数（どちらの場合も同じ）、kはボルツマン定数、Tは温度です。温度がどちらの場合も同じであると仮定すると、上記の式を解くことで、タンク内の水圧と体積の関係を求めることができます。

${\displaystyle V(P)=V_{\text{t}}{\frac {P-P_{\text{c}}}{P+P_{\text{a}}}}}$

${\displaystyle P(V)={\frac {P_{\text{a}}V+P_{\text{c}}V_{\text{t}}}{V_{\text{t}}-V}}}$

タンクは一般的に総容量V _tと「ドローダウン」( Δ V ) で規定されます。ドローダウンとは、タンク圧力がP _hiからP _loに変化したときにタンクから排出される水の量であり、これらは圧力スイッチによって設定されます。^{[ 2 ] [ 3 ]}

${\displaystyle \Delta V=V(P_{\text{hi}})-V(P_{\text{lo}})=V_{\text{t}}{\frac {(P_{\text{a}}+P_{\text{c}})(P_{\text{hi}}-P_{\text{lo}})}{(P_{\text{hi}}+P_{\text{a}})(P_{\text{lo}}+P_{\text{a}})}}}$

充電圧力の理由がこれで分かります。充電圧力が大きいほど、水位低下も大きくなります。しかし、充電圧力がP _loを超えると、水圧がP _{loを下回ったときにポンプが作動しなくなるため、} P _loより少し低い値に保たれます。もう1つの重要なパラメータは、水位低下率（f _{Δ V}）です。これは、水位低下とタンクの総容量の比率です。

${\displaystyle f_{\Delta V}={\frac {(P_{\text{a}}+P_{\text{c}})(P_{\text{hi}}-P_{\text{lo}})}{(P_{\text{hi}}+P_{\text{a}})(P_{\text{lo}}+P_{\text{a}})}}}$

この係数はタンクのサイズに依存しないため、総容量、大気圧、充填圧力、および圧力スイッチによって設定される制限圧力が与えられれば、どのタンクでも減圧量を計算できます。

• 加圧器（原子力発電）– 原子炉の構成部品 

• カルダー、N. (2005).ボートオーナーのための機械・電気マニュアル：ボートの主要システムの維持、修理、改良方法. マグロウヒル・エデュケーション. ISBN 978-0-07-178406-12022年9月30日に取得。

• タンクダイレクト。「水中ポンプ - サンプポンプ」。タンクダイレクト。 2022年9月30日取得。