詳細式（IEC 60534-2-1 / JIS B 2005-2-1）
詳細式は、国際規格IEC 60534-2-1、および数値的に同一の日本産業規格JIS B 2005-2-1に基づくサイジング式です。
液体（非圧縮性流体）では、基本式 Cv = (Q / (N1 · Fp)) · √(Gf / ΔP) を用います。 弁固有の係数として、以下を考慮します。
- 配管形状係数Fp（弁と配管が異径のときのレデューサー補正）
- 液体圧力回復係数FL
- チョーク圧力差比係数xT
気体・蒸気（圧縮性流体）では、圧力比 x = ΔP / P1 を用います。 膨張係数 Y = 1 − x / (3 · Fk · xT) により、膨張による密度変化を補正します。
これらの係数は、メーカーの技術資料に弁形式ごとに記載されています。 本ツールは汎用グローブ弁の代表値（FL=0.9、xT=0.7）を初期値とします。 実機の選定では、必ず採用する弁メーカーの係数に置き換えて再計算してください。
簡易式（FCI方式）
簡易式は、FCI（Fluid Controls Institute）方式による簡便な計算式です。 弁固有係数（FL・xT・Fp）を用いずに、必要Cv値の概算を素早く求められます。
液体では Cv = 11.56 · Q · √(G / ΔP) を基本式とします。 高粘度流体（動粘度20 cSt以上）では、粘度補正係数FRを適用します。
気体・蒸気では、差圧が入口絶対圧の半分（ΔP ≥ P1/2）を超えるかどうかで臨界流れ（チョーク）を判定します。 判定結果に応じて、式を切り替えます。
弁の詳細な特性が不明な初期検討や、ハンドオフの概算に適しています。 精度を要する正式なサイジングでは、詳細式の使用を推奨します。
チョーク流れ・キャビテーション・フラッシング
差圧を大きくしていくと、ある限界（チョーク差圧）を超えて流量が増えなくなります。 この現象を「チョーク流れ」といいます。
液体の場合、弁内で圧力が飽和蒸気圧Pv以下まで低下すると気泡が発生します。 下流で圧力が回復して気泡が潰れると、壊食・振動・騒音を伴うキャビテーションとなります。
下流圧力が飽和蒸気圧以下のままだと、フラッシング（気液二相流）となります。 フラッシングは、弁体や配管のエロージョンを引き起こします。
本ツールは、これらの限界を判定してキャビテーション・フラッシングの警告を表示します。 判定式は、詳細式では ΔP_choke = FL² · (P1 − FF · Pv)、簡易式では ΔPc = 0.9 · (P1 − Pv) です。
気体・蒸気では、膨張係数Yが下限値2/3に達した時点を、臨界流れ（音速流れ）とみなします。
高粘度流体・低流量域の取り扱い（弁レイノルズ数と非乱流補正）
Cvのサイジング式は、弁内部の流れが十分に発達した乱流であることを、暗黙の前提としています。 この前提の成否は、弁レイノルズ数Revで判定します。 IEC 60534-2-1では、概ねRev ≥ 10,000を乱流域とみなします。
高粘度の油やグリコール、小口径弁、あるいは同じ弁でも低流量側（小開度）では、Revが下がります。 粘性の影響で、同じCv値でも実際には流れにくくなります。 この領域で乱流前提の式をそのまま使うと、必要Cv値を過小評価（弁を過小選定）する方向に誤差が出ます。
IEC 60534-2-1は、非乱流域に対してレイノルズ数係数FRを規定しています。 FRは、求めたCvを割り増す補正係数で、Revの低下とともに1未満へ低下します。 Revの算出には、弁形状修正係数Fd（流路の水力直径に関する係数）を用います。
Rev = (N4 · Fd · Q) / (ν · √(C · FL)) · [ (FL² · C²) / (N2 · d⁴) + 1 ]^(1/4)
- Q：体積流量
- ν：動粘度
- C：弁容量係数
- FL：液体圧力回復係数
- d：弁呼び径
- N2・N4：単位系係数
本ツールの現状は、次のとおりです。
詳細式でも動粘度ν [cSt] を入力すると、弁レイノルズ数Revを算出します。 Rev < 10,000の場合は、警告を表示します（弁呼び径dは「推奨弁サイズの目安」の口径による概算値です）。
ただし、必要Cv値を補正するレイノルズ数係数FRそのものは未実装です。 この領域で表示されるCv値は、過小評価のままです。 検証では、高粘度ケース（ν=500 cSt相当、Rev≈270）で規格の完全版に対し約23%の過小評価となることを確認しています。
一方、簡易式（FCI方式）には粘度補正があります。 動粘度ν [cSt] を入力すると、20 cSt以上で補正係数FRが適用されます。 したがって高粘度液に関しては、現状は簡易式のほうが実態に近い結果を返します。
動粘度が概ね20 cStを超える流体（重油・グリコール・高濃度溶液など）では、簡易式の結果と比較してください。 低流量域でも同様に、簡易式に動粘度を入力した結果と比較してください。 差が大きい場合は、メーカーのサイジングソフトで検証してください。
詳細式で考慮していない項目
本ツールの詳細式は、IEC 60534-2-1の基本式に準拠しています。ただし、規格の全項目を実装しているわけではありません。 どの補正を省略しているかを明示することは、計算結果を実務で使ううえで不可欠と考え、以下に列挙します。
| 未実装の項目 | 内容と影響 |
|---|---|
| 複合係数 FLP / xTP | 弁に縮小管・拡大管が付く場合（Fp≠1）、規格ではチョーク判定に素のFL・xTではなく 継手を含んだFLP/Fp・xTPを用います。本ツールは常に素のFL・xTで判定するため、 Fpを1以外に設定すると必要Cv値は変わる一方でチョーク判定の閾値は変わりません。 レデューサー付きでチョーク流れの近傍を扱う場合は注意が必要です。 |
| レイノルズ数係数 FR による補正 | 弁レイノルズ数 Rev の算出と非乱流域の警告表示は実装済みですが、 必要Cv値をFRで割り増す補正そのものは未実装です。詳細は前節のとおりで、 この領域では必要Cv値を最大で約23%過小評価します。 |
| 配管形状係数 Fp の算出式 | 規格では縮小管・拡大管の抵抗係数ΣKと弁・配管の口径からFpを計算しますが、 本ツールはFpを数値として受け取るだけです。値は利用者が別途求める必要があり、 未指定なら1（弁と配管が同径）として扱います。 |
| 圧縮係数 Z | 既定値1（理想気体近似）です。高圧ガスでは実在気体からのずれが誤差になります。 蒸気式にはZの入力自体がありません。 |
| 蒸気の物性（蒸気表参照） | 蒸気表を参照せず、入口密度γ1は利用者入力、比熱比は目安値（既定1.33）で近似します。 圧力・温度に応じた物性の自動計算はフェーズ1のスコープ外です。 |
| キャビテーション初生の判定基準 | 本ツールの警告は ΔP ≥ 0.8 × ΔP_choke という経験的な閾値によるものです。 IEC 60534-2-1 は初生キャビテーションを定義しておらず、規格に基づく評価は ISA RP75.23 / IEC 60534-8-2 のσ（シグマ）指数によります。表示は注意喚起としてお使いください。 |
| 臨界圧力 Pc の既定値 | 液体プリセットでは水の値（22 120 kPa）を用います。非水系の液体では液体臨界圧力比係数FF が変わるため、「カスタム」で該当流体のPcを指定してください。 |
| スコープ外（別規格の領域） | 騒音予測（IEC 60534-8-3 / 8-4）、二相流・気液混相、非ニュートン流体、 エロージョン評価は本ツールの対象外です。 |
計算に必要な入力パラメータ
- 流量：液体は体積流量Q [m³/h]、気体・蒸気は質量流量W [kg/h]（簡易式気体は標準状態の体積流量）
- 入口圧力P1・出口圧力P2（計算式は絶対圧 [kPa] を用います。現場計器の読みに合わせて「ゲージ圧」で入力することもでき、その場合は大気圧 101.325 kPa を加算して絶対圧に換算してから計算します）
- 比重・分子量・比熱比などの流体物性
- 液体では飽和蒸気圧Pv、気体・蒸気では温度・密度
計装計算を組み合わせて設計する
調節弁のサイジングは、配管系全体の圧力配分の中で検討することが重要です。 弁で使用できる差圧ΔPは、ポンプ揚程から配管・継手・機器の圧力損失を差し引いた残りとして決まります。
まず配管圧力損失計算で系の損失を求めてください。弁に配分できる差圧を把握してから本ページでCv値を算定すると、精度が高まります。
流量計測用のオリフィスを同一ラインに設ける場合は、オリフィス流量計算で差圧と流量の関係を確認してください。恒久的な圧力損失も、損失計算に織り込んでください。
よくある質問（FAQ）
- Q. Cv値とは何ですか？
- Cv値（弁容量係数）は、調節弁がどれだけ流体を流せるかを表す指標です。60°F（約15.6°C）の 清水を1 psiの差圧で流したときの流量を、USガロン毎分（gpm）で表します。プロセスに必要な 流量と使用可能な差圧から「必要Cv値」を求め、それを満たす弁を選定します。弁が過大だと 低開度での制御が不安定になりやすく、過小だと流量不足を招くため、適切な算定が重要です。
- Q. Cv値とKv値の違いは何ですか？
- Cv値は米国単位系（60°Fの水を1 psiの差圧で流したときのgpm）、Kv値はメートル法（5〜40°Cの水を 1 barの差圧で流したときのm³/h）に基づく弁容量係数で、Cv ≈ 1.156 × Kv の関係があります。
- Q. 詳細式と簡易式はどちらを使うべきですか？
- 弁固有係数が判明し精度を要する正式なサイジングでは詳細式を、係数が不明で概算を素早く求めたい 初期検討では簡易式を推奨します。
- Q. 高粘度の流体や低流量域でもCv計算は使えますか？
- Cvのサイジング式は弁内部が十分発達した乱流であること（弁レイノルズ数 Rev ≥ 10 000 程度）を前提とします。高粘度流体や低流量域ではRevが下がり、乱流前提の式は必要Cv値を 過小評価します。本ツールは動粘度を入力するとRevを算出して非乱流域を警告しますが、 必要Cv値をレイノルズ数係数FRで補正する処理は未実装です（検証では最大約23%の過小評価）。 動粘度が20 cSt以上の流体では、粘度補正のある簡易式（FCI方式）に動粘度を入力した結果と 比較してください。
- Q. キャビテーションとフラッシングの違いは何ですか？
- 下流圧力が飽和蒸気圧より回復する場合は気泡が潰れてキャビテーション、飽和蒸気圧以下のままの場合は フラッシング（気液二相流）となります。
※ 本ツールの計算結果は参考値です。実際の弁選定にあたっては、採用するメーカーの技術資料・係数を用いた 再計算と、有資格者による検証を必ず行ってください。詳しくは免責事項をご確認ください。計算式の検証範囲は計算検証記録で公開しています。