JP2004204918A - Drain valve for cold region - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寒冷地で水道配管の凍結防止のために使用される排水弁に関し、特に、形状記憶合金ワイヤを通電、加熱して弁を作動させる寒冷地用排水弁およびそれを使用した寒冷地用給水弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、寒冷地の給水弁は、凍結防止のため排水可能な構造を有しているのが一般的であるが、操作性の簡便さ、確実さ、あるいは遠隔操作の必要性等から、電磁弁や電動弁を使用するものも間々あった。例えば、水栓トイレ用給水弁として、同一出願人による実用新案登録第2542057号公報は、通止水用と排水用の2個の電磁弁を使用したものであり、従来のモーター駆動の電動弁より、水の出が早く、使用者に不安感を与えないという大きな特徴を有している。
【0003】
しかし上記のものは、電磁弁を2個使用するため、コスト面においては、従来の電動弁と大差がなく、コスト高であり、また、使用時、電動弁のギヤ噛み音がしない代わりに、プランジャの衝突音が気になるという欠点があった。また、不凍給水栓を電動操作するものも昔から行われており、例えば、同一出願人による実公昭59−26134の様に、弁座を有する弁構造のものを駆動する装置も実用化されているが、止水、排水を行わせるため、弁のストロークが大きくなり、操作に時間がかかる他、特に、大口径のバルブにおいては、かなり大型な装置が必要になり、やはりコストが高くなるという欠点もあった。
【0004】
そのため、電磁弁や電動弁を使用せず、形状記憶合金ばねを使用して、弁を作動させ、水抜きしようというものも提案されている。同一出願人による実用新案登録第2530125号公報がその1例であり、0゜C近傍に変態点を有する形状記憶合金ばねとバイアスばねの働きで、弁に作用する水圧力が無くなり、かつ、水温が1〜5゜C位まで下降したとき、バイアスばねが形状記憶合金ばねに打ち勝って、弁を開き、水抜きさせるというものである。
【0005】
しかし、上記のものは湯水混合栓の底部に取り付けて、止水したときの残り水を自動水抜きする用途には適しているが、水抜き操作自体を忘れた場合の、管や器具類の凍結防止、あるいは、冬でも水を落とさず使用するという用途には使用できず、また、変態温度幅が広いので、例え使用したとしても、厳寒地では水が出たまま止まらなくなる恐れが充分で、さらに、使用頻度が激しい公衆トイレのように、例えば、水温が1゜C以下になるまで、できるだけ水を落とさず、次の使用者がすぐ水が出るようにしておきたい、という用途にも不向きであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決するために出願されたものであり、電磁弁や電動弁を使用せず、コストが安く、操作に時間がかからない、また、騒音が全くなく、静粛性に優れた、さらに、水抜き操作を忘れても凍結を防止できる、あるいは冬でもできるだけ水抜きせずに使用したい、等の用途に適した寒冷地用排水弁あるいはそれを用いた給水弁を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のため本発明の寒冷地用排水弁は、弁箱の排水口に連通する排水弁座を閉塞する弁体の他端部に、加熱して収縮する形状記憶合金ワイヤを連結し、弁体の中間部を排水弁座とほぼ同径に密封するとともに、形状記憶合金ワイヤに通電して加熱することにより、弁体を排水弁座から離脱させて入水口からの水を排水口に排出し、通電停止時には戻しばね、または水圧力により排水弁座を閉塞するようにしたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて実施形態を詳細に説明する。図1に本発明の寒冷地用排水弁の基本実施例を示すが、1は弁箱であり、側壁に入水口2、下端に排水口3を有している。排水口3には、上端を排水弁座4とする排水弁本体5が調整可能にねじ接続されており、その上方部にOリング6が装着されている。さらに、上端部に樹脂製のボンネット7を、離脱しないよう樹脂の弾力性を利用してはめあい接続している。なお、排水弁本体5は必ずしも調整が必要なわけでなく、固定しても良いし、さらに、弁箱1と一体に形成し、Oリングを有する金具を弁箱1にねじ接続するようにしても良い。
【0009】
8は、中間棒状部9が上記Oリング6に密着する金属製の弁体であり、下端に排水パッキン10を装着し、上端に図2に直角方向の状態図を示すごとく、溝11を形成し、耐熱樹脂製のローラー12をピン13で連結しており、ローラー12の中間部に穿ったガイド溝14で形状記憶合金ワイヤ(以下、ワイヤと略称する)15を弁体8に接触しないようU字状に懸架し、両端をボンネット7の上端にビス16で固定している。
【0010】
弁座4と中間棒状部9は基本的には同径に形成されており、水圧の高低に関わらず、弁体8の作動に悪影響を及ばせないようにしており、戻しばね17により弁体8は排水弁座4に押圧されているが、使用水圧によっては、戻しばね17を弱くして、排水弁座4の径を大にし、主に水圧によって閉弁させることもでき、弁体8のストロークを小さくすれば、戻しばね17を省略し、水の流れで閉弁させることも可能である。なお、ビス16によりコード18も固定されており、ワイヤ15と電気的に接続されている。
【0011】
図の状態では、入水口2からの水は、Oリング6と排水パッキン10により遮断されており、他所への流出はないが、この状態で、例えば、センサーで感知した入水口2側の水温が凍結温度に近づき、排水させたいというような場合は、コード18に通電し、ワイヤ15を加熱させると良く、ワイヤ15は一定の変態温度を超えると収縮し、戻しばね17の抗張力に勝って弁体8を上昇させ、入水口2側の水を排水させることになる。
【0012】
冷たい水が排出され、水温上昇をセンサーが感知したとき、あるいは、タイマーにより、一定時間経過して排水が終了した後で、通電が停止し、自然放熱でワイヤ15が変態温度以下になり、戻しばね17により弁体8が下降して排水弁座4を閉塞し、排水は停止される。
【0013】
本実施例でのワイヤ15は、ニッケル、チタン系合金製で、線径も0.数ミリという細い線を使用しており、電気抵抗値が高く、放熱性も良いので、通電のオン、オフにより排水、排水停止はきわめて短時間に行われる。変態温度は、できるだけ低い温度で、かつ、通常状態では達することが無いよう、70〜80゜Cのものを使用しており、排水状態が長く続くときは、あまり温度が高くなりすぎてワイヤ15の特性が劣化しないよう、制御で通電、遮断を繰り返すようにすることもできる。
【0014】
本実施例では1本のワイヤ15を、ローラー12を介してU状に延長し、上端で両端を固定しているので、倍の力で弁体8を持ち上げることができ、弁体8のストロークが少ないことと相俟って、Oリング6の摩擦力よりも大きくしなければならない戻しばね17の抗張力に打ち勝つ設計が容易にできる利点がある。ワイヤ15の変態温度点での収縮率は決まっているので、弁体8のストロークにより、ワイヤ15自体の長さも決まってくる。なお、ローラーを数個使用して、ワイヤ15をさらに大径に横向きに固定したり、あるいは途中から下向きに変えて固定すれば、ワイヤ15の総長さは同じでも、ボンネット7の長さを短くすることができる。
【0015】
ワイヤ15が細く、電気抵抗が大きいため、流す電流もわずかで良く、乾電池1,2本で充分なので、使用電気量が少なくて済み、ソーラー等を利用すれば、電気設備のない場所での適用も可能となる。また、通電時、モーターやソレノイドを使用した場合のような異常音の発生が全くなく、きわめて静粛性に優れている、という特徴がある。
【0016】
本実施例による排水弁は、例えば、庭の散水栓の流出口に取り付け、水を落とし忘れても凍結を防止する、あるいは冬でも水を落とさず使用する、等の用途、さらには、室内の台所や浴室の蛇口近傍に取り付け、水を落とし忘れても、どこか水が出る場所を確保しておく、というような用途にも適用でき、入水口と同一レベルに出水口(図面省略)を設けておけば便利である。
【0017】
なお、散水栓のように戸外に設置する場合は、排水弁座の位置をできるだけ上方に突出させ、入水口2側の水温を利用して、排出された残留水滴が径の小さい排水弁座4下端部で凍結して流路を閉塞しにくいようにすることが望ましい。
【0018】
図3及びその平面図の図4に、本発明の排水弁を2個、水栓トイレ用給水弁に適用した実施例を示すが、弁箱1には、紙面と直角方向に、流入口19、流出口20を設け、中間部の主弁座21と流出口20間に入水口2を、下端に排水口3を位置させている。主弁座21の上方、下流側に、主弁座21よりも大径のシリンダ22を形成し、上端にキャップ23を接続する。
【0019】
キャップ23の上端に、内部にOリング6を装着する蓋体24を介して、樹脂製のボンネット7をねじ接続し、蓋体24に係止された戻しばね17に押圧される弁体8を収容する。弁体8は、上端をローラー12を介してワイヤ15に連結され、ワイヤ15は、ピン13によりボンネット7に接続された耐熱性樹脂からなる上側ローラー25を介して直角に折り曲げられ、ビス16によりボンネット7の上端に固定される。上側ローラー25はローラ12を2個使用しても良いが、上側ローラー25で直角に折り曲げることにより、ボンネット7の長さをそれだけ短くすることができる。ビス16には図1と同様にコード18(図面省略)が接続され、ワイヤ15と電気的に導通している。
【0020】
26は主弁体であり、下端に主弁パッキン27を、内部に小径圧力逃がし孔28を穿ったパッキン押さえビス29により離脱しないよう装着し、その上方に、上端を圧力逃がし弁座30とする圧力逃がし孔31を形成する。外周に、シリンダ22を摺動する断面Y状の一方向密封性環状パッキン32を装着し、その溝底から主弁体26上方に形成される圧力室33に連通する小径の圧力導入孔34を穿っている。
【0021】
排水口3側には、上述した排水弁と同じものが横向きに接続されており、弁体8が、排水口3に連通する排水弁座4を閉塞している。
【0022】
図は止水状態を示しているが、通水したいときは、操作ボックスのボタン(図面省略)を押すと、ワイヤ15が通電、加熱され、収縮して、弁体8を上昇させる。同時に、主弁座21よりも大径のシリンダ22に基づく圧力差を受けて、主弁体26は、圧力逃がし孔31、小径圧力逃がし孔28を通って圧力室33内の圧力水を逃がしながら上昇し、流出口20側に水が流れる通水状態となる。
【0023】
タイマーの働きにより一定時間経過後に、ワイヤ15への通電が遮断され、上述したように戻しばね17により弁体8が下降し、圧力逃がし弁座30を閉塞する。一方向密封性環状パッキン32がシリンダ22に密着しているため、圧力導入孔34を通って徐々に圧力室33に入り込んできた流入口19からの圧力水により、主弁体26はゆっくり下降し、主弁パッキン27が主弁座21に密着して、再び閉栓状態となる。この場合は、水の流れで弁体8を戻すことは期待できず、戻しばね17は必須の構成要件となる。
【0024】
水温センサー(図面省略)により凍結の危険性が確認されたときは、今度は排水側のワイヤ15が自動的に通電、加熱され、弁体8を上昇させて流出口20側、立上管(図面省略)内の水を入水口2から排水口3へと排出し、凍結を防止する。タイマーの働きにより排水が終了する充分な時間経過後に、弁体8が排水弁座4を閉塞することになる。
【0025】
本実施例では、引用例の2個の電磁弁を省略できる経済的効果が大きいが、主弁体26を作動させるのは電磁弁で行い、排水側だけにワイヤ15を使用するようにすることもできる。なお、流量調整及び弁の修理用として流入口19側にはバルブを設けるのが普通である。
【0026】
図5は通常、地中に埋設して使用される不凍給水栓に本発明の寒冷地用排水弁を適用させた実施例であり、弁箱1の流入口19、流出口20間に主弁座21を設け、下端に排水口3を紙面と直角方向に形成する。排水口3には、地中の汚水が弁箱1内に入り込まないよう、逆止弁(図面省略)を接続する。地中に埋設されないバルブとして使用するときは、図3のように下端を大きく開口して、逆止弁を省略すればよい。
【0027】
主弁座21の上方に大径のシリンダ22を、下方に小径の排水シリンダ35を形成し、ピストン36には、上記シリンダ22、排水シリンダ35を摺動する環状パッキン37,38、主弁座21を閉塞する主弁パッキン27を装着し、内部に排水口3と連通する排水路39を形成し、環状パッキン37と主弁パッキン27間の側壁を穿って、入水口2とする。
【0028】
排水路39上端に排水弁座4を形成し、弁体8により閉塞するようにしている。弁箱1は外パイプ40により、ピストン36は内パイプ41により地上部に延長され、図示しないが、操作器具に接続されている。内パイプ41を接続する継手42内に上側ローラー25を収容し、ワイヤ15をビス16で固定している。さらに、内パイプ41内にコード18を収容し、やはりワイヤ15と電気的に導通させている。
【0029】
図は通水状態を示しているが、排水状態にしたいときには、まず、内パイプ41に連結されたハンドル(図面省略)操作により、ピストン36を下降させて主弁パッキン27を主弁座21に密着させ、流入口19からの水を遮断し、止水状態とする。その後で、ワイヤ15に通電し、弁体8を上昇させ、流出口20側の水を、入水口2を通って、排水路39から排水口3へと排出する。その後は、タイマーにより、一定時間経過後に通電を停止すればよい。
【0030】
手動によるハンドル操作時、マイクロスイッチ等を利用して直ちに通電し、排水することも、また、センサーを用いて、水温が凍結温度近傍になったとき、通電し、排水させることもできる。勿論、手動操作でなく、電動操作にしても構わない。
【0031】
本実施例によれば、環状パッキン37,38はシリンダ22、排水シリンダ35から離脱することがないので、水圧によるブローアウト等でパッキンが損傷する事故を回避でき、ピストン36は通水から止水までの動きしか必要ないため、ストロークを小さくすることができ、特に大口径の不凍給水栓では、弁箱1を小型化できる効果は大きい。
【0032】
通常の形状記憶合金ばねを使用しても、本発明を実現できるように思えるが、ばねにした場合は、本実施例の数倍の太さが必要となり、通電による温度上昇、および自然放熱による温度降下に時間がかかって、公衆トイレ用として使用する場合など、なかなか水が出てこない、止まらない、という欠陥があり、実際には使用困難である。
【0033】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、加熱して収縮する形状記憶合金ワイヤを利用して、弁を作動させる方式を採用しているため、モーターやソレノイドを使用して弁を作動させるものよりもコストを安くでき、また、弁も小型化でき、不快なギヤ噛み音やプランジャの衝突音が無く、きわめて静粛性に優れており、わずかな駆動電流で済むため、ソーラー等を利用して、電気設備のないところでも設置可能となる、等の特徴を有し、通常の形状記憶合金ばねでは実現できなかった、水抜きを忘れても凍結を防止できる、あるいは、冬でも、できるだけ水落としをしないで使用するという用途、さらには、使用頻度が激しい公衆トイレでの使用にも適した寒冷地用の排水弁を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明寒冷地用排水弁の1基本実施例を示す、止水状態における縦断面図である。
【図2】図1の弁体の直角方向の部分拡大図である。
【図3】本発明の寒冷地用排水弁を水栓トイレ用給水弁として使用した実施例を示す、止水状態における縦断面図である。
【図4】図3の平面図である。
【図5】本発明の寒冷地用排水弁を不凍給水栓に適用した、通水状態における縦断面図である。
【符号の説明】
1 弁箱
2 入水口
3 排水口
4 排水弁座
8 弁体
15 形状記憶合金ワイヤ
17 戻しばね
19 流入口
20 流出口
21 主弁座
22 シリンダ
26 主弁体
30 圧力逃がし弁座
31 圧力逃がし孔
33 圧力室
36 ピストン
39 排水路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a drain valve used for preventing freezing of a water supply pipe in a cold region, and particularly to a drain valve for a cold region in which a shape memory alloy wire is energized and heated to operate the valve, and a cold region using the same. Water supply valve.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, water supply valves in cold regions generally have a structure that allows drainage to prevent freezing. However, due to the simplicity and reliability of operability, the need for remote operation, etc. There were also those that used electric valves. For example, Japanese Utility Model Registration No. 2542057 by the same applicant as a water valve for a faucet toilet uses two solenoid valves for water blocking and draining, and a conventional motor-driven electric valve. Further, it has a great feature that water flows out quickly and does not give the user an uneasy feeling.
[0003]
However, since the above-mentioned one uses two solenoid valves, the cost is not so different from the conventional motor-operated valve and the cost is high. There was a drawback that the plunger collision sound was a concern. In addition, an apparatus for electrically operating an antifreeze water tap has been used for a long time. For example, an apparatus for driving a valve having a valve structure having a valve seat, such as Japanese Utility Model Publication No. 59-26134 by the same applicant, has been put to practical use. However, to stop and drain water, the stroke of the valve becomes large, and it takes time to operate.In particular, for a large-diameter valve, a considerably large device is required, which also increases the cost. There was also a disadvantage.
[0004]
For this reason, there has been proposed a device that operates a valve using a shape memory alloy spring to drain water without using an electromagnetic valve or an electric valve. Japanese Utility Model Registration No. 2530125 by the same applicant is an example of such a case. By the action of a shape memory alloy spring and a bias spring having a transformation point near 0 ° C., the water pressure acting on the valve is eliminated, and the water temperature is reduced. When the pressure drops to about 1-5 ° C., the bias spring overcomes the shape memory alloy spring to open the valve and drain water.
[0005]
However, the above one is suitable for the purpose of attaching to the bottom of the hot and cold water mixing tap and automatically draining the remaining water when water is stopped. It cannot be used for anti-freezing or for use without dropping water even in winter.Because of the wide transformation temperature range, even if used, there is a sufficient risk that it will not stop with water coming out in severe cold areas. In addition, such as a public toilet that is frequently used, for example, it is desired that the next user wants the water to come out immediately without dropping water as much as possible until the water temperature becomes 1 ° C or less. It was not suitable.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been filed to solve the above-mentioned problems, and does not use an electromagnetic valve or a motor-operated valve, is inexpensive, does not require much time for operation, has no noise, and has excellent quietness. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a drain valve for a cold region or a water supply valve using the same, which can prevent freezing even if the drain operation is forgotten, or can be used without draining even in winter. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the cold district drain valve of the present invention is connected to a shape memory alloy wire that shrinks by heating to the other end of a valve body that closes a drain valve seat that communicates with a drain port of a valve box. The intermediate part of the valve body is sealed to approximately the same diameter as the drain valve seat, and the shape memory alloy wire is energized and heated to release the valve body from the drain valve seat and allow water from the water inlet to drain. When the power is stopped, the drain valve seat is closed by a return spring or water pressure.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a basic embodiment of a drain valve for a cold district of the present invention.
[0009]
Numeral 8 is a metal valve body in which the intermediate rod-shaped portion 9 is in close contact with the O-
[0010]
The
[0011]
In the state shown in the figure, the water from the
[0012]
When cold water is discharged and the sensor senses a rise in water temperature, or after a certain period of time has elapsed and drainage has been completed by a timer, energization is stopped, and the
[0013]
The
[0014]
In the present embodiment, one
[0015]
Since the
[0016]
The drain valve according to the present embodiment is, for example, attached to the outlet of a watering faucet in a garden to prevent freezing even if you forget to drop water, or to use it without dropping water even in winter. It can be installed near the faucet of the kitchen or bathroom, and even if you forget to drop the water, you can apply it to a place where the water comes out somewhere. It is convenient if provided.
[0017]
In the case where the water valve is installed outdoors such as a water faucet, the position of the drain valve seat is projected upward as much as possible, and the discharged water droplets are discharged using the water temperature of the
[0018]
FIG. 3 and FIG. 4 in a plan view thereof show an embodiment in which two drain valves of the present invention are applied to a faucet toilet water supply valve. An
[0019]
A
[0020]
[0021]
The same drain valve as described above is laterally connected to the
[0022]
Although the figure shows the water stop state, when water is to be passed, pressing a button (omitted in the drawing) of the operation box energizes and heats the
[0023]
After a certain time has passed by the action of the timer, the power supply to the
[0024]
When the danger of freezing is confirmed by a water temperature sensor (not shown), the
[0025]
In this embodiment, the economic effect that the two solenoid valves of the cited example can be omitted is great, but the
[0026]
FIG. 5 shows an embodiment in which the drainage valve for a cold region of the present invention is applied to an antifreeze water faucet normally buried underground and used between the
[0027]
A large-
[0028]
The
[0029]
Although the figure shows a water-passing state, when a draining state is desired, the piston 36 is first lowered by operating a handle (not shown) connected to the inner pipe 41 to move the main valve packing 27 to the
[0030]
When the handle is manually operated, power can be immediately supplied and drained by using a micro switch or the like, or when the water temperature becomes close to the freezing temperature by using a sensor, the current can be supplied and drained. Of course, an electric operation may be used instead of the manual operation.
[0031]
According to this embodiment, since the
[0032]
Even if a normal shape memory alloy spring is used, it seems that the present invention can be realized.However, when a spring is used, the thickness is required to be several times larger than that of the present embodiment, and the temperature rise due to energization, and the natural heat radiation. It takes a long time for the temperature to drop, and when it is used for public toilets, there is a defect that water does not easily come out and does not stop, so that it is actually difficult to use.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, the present invention employs a method of operating a valve using a shape memory alloy wire that shrinks when heated, so that the cost is lower than that of operating a valve using a motor or a solenoid. In addition, the valve can be reduced in size, the valve can be downsized, there is no unpleasant gear biting noise or plunger collision noise, it is extremely quiet, and only a small drive current is required. It can be installed even where there is no water, etc., and it could not be realized with a normal shape memory alloy spring, it can prevent freezing even if you forget to drain, or even in winter, do not drop water as much as possible It is possible to provide a drainage valve for a cold district which is suitable for use in use, and also for use in a public toilet which is frequently used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a basic embodiment of a cold district drain valve of the present invention in a water stop state.
FIG. 2 is a partially enlarged view of the valve body of FIG. 1 in a right angle direction.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view in a water stop state, showing an embodiment in which the cold district drain valve of the present invention is used as a water tap valve for a faucet toilet.
FIG. 4 is a plan view of FIG. 3;
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view in a water flowing state in which the cold district drain valve of the present invention is applied to an antifreeze water tap.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
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