流体抵抗・圧力損失を減らしたい

ポンプやファンの電気代が高い。必要な流量が出ない。ストレーナや曲がりのところで圧力が大きく下がる。年々ポンプの圧力が上がってきた。こうした症状の多くは、配管やダクト、機器の中を流れるときの圧力損失が大きいことが原因です。圧力損失は、直管の壁との摩擦、曲がりや弁などの形の変化、内側に付いた汚れやスケールで生じます。

圧力損失は、どこで生じているかによって効く対策が変わります。まずは次のマトリクスで、自分の課題に近いものと、使える技術を確かめてください。

課題と解決技術のマトリクス

◎ 第一候補○ 有効△ 条件によって有効

※記号は一般的な傾向に基づく目安です。実際の効果は、流体の種類と温度、流量・流速、配管の長さや形、機器の構成、運転のしかたによって異なります。抵抗低減剤は、使える設備が限られます（密閉された冷温水の循環系など）。

記号の理由と出典（15件）

マトリクスの記号ごとに、理由と出典をまとめました。出典が「編集部の解説」のものは、この記事の本文の説明をもとにした編集部の評価です。症状の記号を押すと、その症状の説明へ移ります。

症状	技術	記号	理由	出典
A	配管・ダクトの設計見直し	◎	流速が下がると損失が大きく減り、動力も減るため、管径の見直しが第一候補	川口液化ケミカル
A	低損失の部品選び	○	損失の大きい部品を損失の小さい形に替えれば抵抗の合計を下げられるため有効	編集部の解説
A	付着物・スケール対策	○	年々悪化しているなら付着物や目詰まりが原因のため、取り除くと有効	編集部の解説
A	表面の摩擦抵抗の低減	△	密閉された循環系など使える設備が限られるため、条件つきで有効	産業技術総合研究所
A	流体解析・圧力の計測	○	各部の圧力を測れば損失の大きい場所が分かり、手を付ける順を決められるため有効	編集部の解説
B	配管・ダクトの設計見直し	○	曲がりや部品の数を減らせば、局所損失そのものを減らせるため有効	編集部の解説
B	低損失の部品選び	◎	エルボをベンドに替えるなど形で損失が大きく変わるため第一候補	構造計画研究所
B	流体解析・圧力の計測	○	流体解析で渦のできる場所を確かめ、形を比べられるため有効	編集部の解説
C	付着物・スケール対策	◎	スケールや汚れが流れの通り道を狭めるのが原因のため、付着の防止と除去が第一候補	栗田工業
C	流体解析・圧力の計測	○	差圧の増え方を記録すれば、清掃や洗浄の時期を決められるため有効	編集部の解説
D	配管・ダクトの設計見直し	○	管径やルートの候補を解析と計算で比べて決められるため有効	編集部の解説
D	低損失の部品選び	○	解析の結果をもとに曲がりや断面の変化をなめらかにできるため有効	編集部の解説
D	流体解析・圧力の計測	◎	形が複雑な流路は手計算で見積もりにくく、解析で損失の場所が分かるため第一候補	編集部の解説
E	表面の摩擦抵抗の低減	◎	リブレットは摩擦抵抗に効く技術のため、壁面の摩擦を下げたい症状の第一候補	ニコン
E	流体解析・圧力の計測	○	溝の大きさと向きを流れに合わせて決めるのに解析が使えるため有効	編集部の解説

課題の診断と解決策

なぜ圧力損失が生じるのか

流体が配管の中を流れると、上流より下流の圧力が下がります。この差が圧力損失で、流体の持つエネルギーの損失です。キーエンスは、圧力損失によって下流の圧力だけでなく、流量や流速も下がると説明しています。

圧力損失は、大きく2つに分けられます。1つは、直管の壁との摩擦による損失です。ダルシー・ワイスバッハの式で表され、管の長さと流速の2乗に比例し、管の内径に反比例します。比例の係数（管摩擦係数）は、流れの状態（レイノルズ数）と内面の粗さで決まります。もう1つは、曲がり・弁・拡大や縮小・分岐など、形が変わるところで生じる局所損失です。部品ごとの損失係数に、流速の2乗に比例する動圧を掛けて求めます。

流速と管径の影響が大きい

どちらの損失も、流速の2乗に比例します。同じ流量を細い管で送ると流速が上がるため、圧力損失は急に大きくなります。川口液化ケミカルは、流量が一定のまま配管の内径を1/2にすると、流速が4倍になり、圧力損失は32倍になると説明しています。

圧力損失はポンプ・ファンの動力になる

ポンプやファンは、配管やダクト全体の圧力損失の合計に見合う揚程（圧力）を出して、流体を送ります。流量と揚程の関係を配管の側から表したものを抵抗曲線と呼び、ポンプの性能曲線と交わるところが運転点になります。配管の抵抗を下げると、抵抗曲線がなだらかになり、同じ流量をより低い揚程で送れます。

ただし、抵抗を下げただけでは、ポンプは流量を増やす側に運転点が移ります。省エネにするには、回転数を下げて流量を元に戻します。J-Net21（中小企業基盤整備機構）は、遠心式のポンプや送風機では動力が回転速度の3乗に比例し、回転速度を20%下げると動力は約49%減ると説明しています。弁やダンパーを絞って流量を減らす方法は、抵抗を増やしてエネルギーを捨てているため、回転数を下げる方法より省エネの効果が小さくなります。

原因の切り分け方

まず、ポンプやファンの前後、主な部品（ストレーナ、熱交換器、弁など）の前後に圧力計を付け、どこでどれだけ圧力が下がっているかを測ります。設計の値や、設置したときの値と比べると、損失の大きい場所がわかります。

設置したときから損失が大きいなら、管径や部品の選び方、ルートなど設計の問題を疑います。年々損失が増えているなら、スケールや錆こぶ、ストレーナの目詰まりなど、付着物を疑います。弁が必要以上に絞られていないかも確かめます。

出典：圧力損失とその原因｜キーエンス、圧力損失｜サイバネットシステム、【流体】熱と流れの不思議vol.3 圧力損失②～形状損失～｜構造計画研究所、圧力損失｜川口液化ケミカル、ポンプや送風機の回転速度調整による省エネとは？｜J-Net21

解決技術の詳細

圧力損失を減らす方法は、大きく分けて、①配管・ダクトの設計を見直す、②損失の小さい部品を選ぶ、③付着物やスケールを防ぎ、取り除く、④壁面の摩擦抵抗そのものを下げる、⑤流体解析と計測で損失の場所を確かめる、の5つです。損失がどこで生じているかに合わせて組み合わせます。

配管・ダクトの設計を見直す

いちばん効果が大きいのは、流速を下げることです。圧力損失は流速の2乗に比例するため、管径を1段太くするだけでも、損失は大きく下がります。太くすると配管の費用やスペースが増えるので、ポンプの動力の削減分と比べて決めます。

配管は短く、曲がりや部品は少なくします。部品どうしを近づけすぎると、乱れた流れのまま次の部品に入るため、損失が増えることがあります。

損失の小さい部品を選ぶ

曲がりは、急に曲がるエルボより、ゆるやかに曲がるベンドのほうが損失が小さくなります。構造計画研究所が内径500mm・流速20m/sの条件で行った解析では、エルボの圧力損失が157kPa、ベンドが81kPaで、ベンドの中に整流板を付けると46kPaまで下がりました。

ストレーナは、流れの向きを変えて網を通すY形やU形のほか、流れがまっすぐ通るストレート形があります。弁も、全開のときに流路がまっすぐ抜ける形式を選ぶと、損失を小さくできます。部品の損失は、メーカーのカタログの損失係数や圧力損失のグラフで比べます。

付着物・スケールを防ぎ、取り除く

冷却水などの水の系統では、水の中のスケールの成分が濃くなると、配管や熱交換器に付着します。水処理剤で析出をおさえる方法、ブローで濃縮をおさえる方法、装置でスケールの成分を取り除く方法があります。付いてしまったスケールは、薬品や機械による洗浄で取り除きます。

ストレーナやフィルタは、前後の差圧を記録し、決めた値を超えたら清掃や交換をします。目詰まりしたまま運転を続けると、流量が落ちるだけでなく、ポンプの吸込側では圧力が下がってキャビテーションの原因にもなります。

壁面の摩擦抵抗そのものを下げる

リブレットは、サメの肌をまねて、表面に流れの向きにそろった微細な溝を付ける技術です。ニコンによると、流体の抵抗は圧力抵抗と摩擦抵抗に分けられ、リブレットは摩擦抵抗に効きます。溝があることで、乱流の渦と壁との間に距離ができ、接触面積も減るため、摩擦抵抗が下がります。航空機の機体、風力タービン、ガスタービンなどへの応用が進められています。

液体では、長い鎖状の高分子をごく少し溶かすと、乱流の摩擦抵抗が下がることが知られています（トムズ効果）。界面活性剤を加えても、流れの抵抗を下げられます。産業技術総合研究所は、札幌市役所本庁舎の暖房用の循環水に界面活性剤を約0.5%の濃度で加え、循環ポンプの運転周波数を50Hzから35Hzに下げても定格流量を保ち、電力量を65%削減したと発表しています。ただし、使える設備は密閉された循環系などに限られ、水質や防錆剤との相性を事前に確かめる必要があります。

流体解析と計測で損失の場所を確かめる

流体解析（CFD）では、流路の中の流速と圧力の分布を計算し、どこで渦ができて損失が生じているかを確かめられます。曲がりの半径、整流板の有無、断面の変わり方など、形の候補を試作の前に比べられます。

実機では、部品の前後に圧力計や差圧計を付けて圧力損失を測ります。解析の結果と実測を比べて、解析の条件が合っているかも確かめます。

出典：【流体】熱と流れの不思議vol.4 圧力損失③～エルボ・ベンド～｜構造計画研究所、冷却水系で発生する障害の種類―スケール障害―｜栗田工業、リブレット加工 概要｜ニコン、トムズ効果｜日本機械学会、界面活性剤を利用して循環ポンプ動力の65%の省エネを達成｜産業技術総合研究所

圧力損失を減らす技術を持つ企業

各企業が解決できる課題と技術の内容を、企業が公開している情報をもとに紹介します。

企業	解決できる課題	種類	何ができるか	合う症状
ベン	Aポンプ・ファンの電気代が高い・流量が足りないB曲がり・弁・ストレーナのところで圧力が大きく下がる	弁・ストレーナメーカー	流れがまっすぐ通るストレート形ストレーナで、ストレーナでの圧力損失をおさえる。Y形・U形・ストレート形の選び方にも対応する。	A ポンプ・ファンの電気代が高い・流量が足りない B 曲がり・弁・ストレーナのところで圧力が大きく下がる
構造計画研究所	Aポンプ・ファンの電気代が高い・流量が足りないB曲がり・弁・ストレーナのところで圧力が大きく下がるD設計段階で、どこで圧力損失が出るかわからない	解析ソフト・受託解析	熱流体解析で、配管や流路の形による圧力損失の違いと、損失の大きい場所を試作の前に確かめる。解析の受託も行う。	A ポンプ・ファンの電気代が高い・流量が足りない B 曲がり・弁・ストレーナのところで圧力が大きく下がる D 設計段階で、どこで圧力損失が出るかわからない
フロンティアテクノロジー	C使ううちに圧力損失が増える・流量が落ちる	熱交換器の洗浄装置メーカー	電解式スケール除去装置で、薬品を使わずに冷却水のスケールの成分を減らす。	C 使ううちに圧力損失が増える・流量が落ちる
周南水処理	Aポンプ・ファンの電気代が高い・流量が足りないE壁面の摩擦抵抗そのものを下げたい	水処理	密閉式の水循環システムに配管抵抗低減剤「LSP-01」を加え、配管を替えずにポンプの電力を下げる。	A ポンプ・ファンの電気代が高い・流量が足りない E 壁面の摩擦抵抗そのものを下げたい
ニコン	E壁面の摩擦抵抗そのものを下げたい	光学・精密機器メーカー（レーザー加工）	レーザーで表面に微細な溝を付けるリブレット加工で、表面に沿う流れの摩擦抵抗を下げる。	E 壁面の摩擦抵抗そのものを下げたい

株式会社ベン｜流れがまっすぐ通るストレート形ストレーナ

ベンは、減圧弁・安全弁・電磁弁・ストレーナなど、流体制御弁の専門企業です。自動制御弁を中心に製造・販売しています。

技術	内容
ストレート形ストレーナ（KT形）	流入口と流出口が一直線に並ぶストレートタイプのストレーナ。同社は、従来のストレーナの施工、メンテナンス性、圧力損失などの問題点を解消できるとしている
KT-1型の仕様	呼び径50〜300、適用圧力1.0MPa以下、流体温度184℃以下。スクリーンはステンレス製
ストレーナのラインアップ	Y形（KY形）、U形（KU形）、ストレート形（KT形）をそろえ、用途に合わせて選べる

ストレーナの種類ごとの違いは、同社のよくある質問（動画）で説明されています。

• 配管のストレーナで圧力が大きく下がっている
• ストレーナの点検や網の清掃をしやすくしたい
• Y形・U形・ストレート形のどれを選ぶか決めたい

出典：KT-1型 ストレーナ｜ベン、ストレーナの種類の違いを教えてください｜ベン、事業内容｜ベン

株式会社構造計画研究所｜熱流体解析で、圧力損失の大きい形と場所を見つける

構造計画研究所は、東京都中野区に本社を置くエンジニアリング会社です。熱流体解析ソフトウェアの販売と、解析の受託やコンサルティングを手がけています。

技術	内容
熱流体解析ソフトウェア	3次元CADにアドオンして使う設計者向けの熱流体解析ソフト「Simcenter FLOEFD」シリーズや、「SOLIDWORKS Flow Simulation」などを扱う
受託解析サービス	技術者が課題を聞き取り、解析プランを提案して、解析から成果物の納品まで行う
圧力損失の解析事例	技術コラムで、エルボとベンド、整流板の有無による圧力損失の違いや、急拡大管の圧力損失を、手計算と解析で比べて公開している

• 配管や流路の形で、圧力損失がどれだけ変わるかを試作の前に知りたい
• 装置のどこで圧力損失が生じているかを、流れの様子から確かめたい
• 社内に解析の担当がいないので、解析を任せたい

出典：【流体】熱と流れの不思議vol.4 圧力損失③～エルボ・ベンド～｜構造計画研究所、受託解析サービス｜構造計画研究所、熱・流体解析｜構造計画研究所

フロンティアテクノロジー株式会社｜薬品を使わずにスケールの成分を減らす電解式スケール除去装置

フロンティアテクノロジーは、福岡県直方市に本社を置く、熱交換器の洗浄装置のメーカーです。ボール式熱交換器自動洗浄装置と、電解式スケール除去装置の製造・販売を手がけています。

技術	内容
電解式スケール除去装置「WET」	冷却水・補給水の経路に設置し、水中のスケール成分をタンク内で電気分解して強制的に析出させ、冷却水中のスケール成分の濃度を下げる
付着の防止と溶出	新たなスケールの付着を防ぐだけでなく、水中のスケール成分の濃度を下げることで、すでに付着したスケールの溶出を促す効果もあるとしている
ランニングコスト	必要なランニングコストは電気代のみ。メンテナンスは3か月から1年ごとのタンク内の定期清掃

• 冷却水の配管や熱交換器にスケールが付き、流れが悪くなってきた
• 水処理剤を使わずにスケールをおさえたい

公開されている実績

• 水冷式の実験設備を持つ企業で、「WET」の導入前に伝熱管チューブの一部がふさがるほどのスケールが付いていたが、導入から半年後の定期整備では付着の状況が大きく改善していた（異なる熱交換器のため単純な比較はできない、と同社は注記している）

出典：電解式スケール除去装置「WET」の導入効果・メリット｜フロンティアテクノロジー、会社概要｜フロンティアテクノロジー

周南水処理株式会社｜循環水に加えて配管の抵抗を下げる配管抵抗低減剤「LSP-01」

周南水処理は、栗田工業の山口県の特約店として水処理を手がける会社です。密閉式の水循環システム向けに、配管抵抗低減剤「LSP-01」を扱っています。

技術	内容
配管抵抗低減剤「LSP-01」	密閉式水循環システムの循環水に加えて水の抵抗を下げ、循環ポンプの電力を削減する添加剤。主成分の界面活性剤が流れをスムーズにする
抵抗が下がる仕組み	界面活性剤と対イオンが棒状のミセルをつくり、乱流の構造をおさえる。同社は、水循環設備の輸送エネルギーを20〜50%低減できるとしている
防錆と導入実績	防錆剤を含む。200か所以上の施設で導入実績がある

使えるのは、ビル・工場・病院などの5〜65℃の密閉冷温水系です。開放部のある循環設備では、主剤の界面活性剤が泡立つため導入できません。漏水などで薄まると効果が下がるため、定期的に濃度を測ります。

• 空調の冷温水ポンプの電気代を、配管を替えずに下げたい
• 密閉された循環系で、流量に余裕を持たせたい

公開されている実績

• ビジネスホテル（15kWのポンプ1台）で電力量を48%削減
• 半導体関連の工場（45kWのポンプ3台）で、インバータを54Hzから48Hzに下げて21%削減

出典：LSP-01（配管抵抗低減剤）｜周南水処理、技術情報｜周南水処理、導入事例｜周南水処理、よくある質問｜周南水処理

株式会社ニコン｜レーザーで表面に微細な溝を付けるリブレット加工

ニコンは、カメラや半導体露光装置などで知られる光学・精密機器のメーカーです。レーザー加工の技術を使い、表面の摩擦抵抗を下げるリブレット加工を手がけています。

技術	内容
レーザーによるリブレット加工	樹脂フィルムに加えて、樹脂材・金属材・コートや塗装の面にも直接リブレットを付けられる。フィルムが溶ける高温の環境や、はがれるような強い流れの中でも使えるようにした
3次元曲面への加工	3次元の曲面に直接加工できるため、フィルムを貼るときのしわやはがれの心配がない
解析から加工まで	効果が出る溝の寸法は場所ごとの流れで変わるため、リブレットの解析を専門とする bionic surface technologies 社と組み、最適な形の設計と効果の予測解析から加工までを提供する

• 翼や機体など、表面に沿って流れる空気や水の摩擦抵抗を下げたい
• 高温や強い流れで、リブレットのフィルムが使えなかった

公開されている実績

• ANAの特別塗装機「ANA Green Jet」の主翼付け根付近と胴体上面の一部に、リブレットフィルムを装着した実証実験。ANAが保有するすべての飛行機に展開した場合、約2%の燃費改善効果が期待されるとしている

出典：リブレット加工 概要｜ニコン、カーボンニュートラルを目指す、航空機の技術革新－リブレット加工｜ニコン

選ぶ前に確かめる条件

企業に相談したり、対策を選んだりする前に、次の条件を整理しておくと、対策選びが早くなります。

• 流体の種類（水、油、空気など）、温度、粘度
• 流量・風量と、そのときの主な部品の前後の圧力（実測値があれば）
• 配管・ダクトの系統図（管径、長さ、曲がり・弁・ストレーナなどの数と種類）
• ポンプ・ファンの型式、性能曲線、運転のしかた（インバータの有無、弁やダンパーの開度）
• 圧力損失が設置したときから大きいのか、年々増えているのか
• 水質（冷却水や冷温水なら、スケールや防錆の管理のしかた）
• 密閉された循環系か、開放部のある系統か
• 変えられる範囲（配管の交換、部品の交換、薬剤の追加、運転の見直しなど）

関連する課題

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※アイキャッチ画像は、AI（ChatGPT）で生成したイメージです。実在の製品ではありません。

情報の確認日：2026年9月29日