JP2013148191A - 自動弁及びその開閉方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停電時など電気の供給が止まった場合に確実に自動弁を閉じることができる自動弁を提供する。
【解決手段】自動弁１は、流出配管１０に接続された弁座１２と、弁座１２に押し付けられる弁体ダイヤフラム１５と、液室５０の一部を形成する操作ダイヤフラム２０と、弁体ダイヤフラム１５と操作ダイヤフラム２０とを連結する連結部材１７とを備える。液室５０は水槽５に連通している。操作ダイヤフラム２０の受圧面積は、弁体ダイヤフラム１５の受圧面積よりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、水槽の流出配管において流路を開閉する自動弁及びその開閉方法に関するものである。

図１は、従来の自動弁の模式図である。図１に示すように、自動弁５００は、水槽５０２の流出配管５０４の流路を開閉する弁である。この自動弁５００は、ゴム製の操作ダイヤフラム５０５と弁体ダイヤフラム５１０とを備えている。この操作ダイヤフラム５０５と弁体ダイヤフラム５１０との間には、スペーサ５２０が介在しており、このスペーサ５２０を介して、操作ダイヤフラム５０５と弁体ダイヤフラム５１０とが連動する構造になっている。自動弁５００は、電磁弁５２２を介してコンプレッサ５２４に接続されている。このコンプレッサ５２４により、操作ダイヤフラム５０５に電磁弁５２２を介して空気圧力をかけることで弁体である弁体ダイヤフラム５１０が閉じられる。一方、コンプレッサ５２４による圧縮気体の供給を止めて、圧縮気体を大気開放することで、弁体ダイヤフラム５１０が、流出配管５０４から流出する液体の圧力（１次側圧力）に押され、弁体ダイヤフラム５１０が開かれる。

しかしながら、このような自動弁５００は、操作ダイヤフラム５０５にコンプレッサ５２４からの空気圧力をかけることにより弁体ダイヤフラム５１０を閉じる構造であるため、停電などによりコンプレッサ５２４からの空気圧力が失われた場合、弁体ダイヤフラム５１０が開いてしまい、水槽５０２内の液体が流出してしまう。

本発明は上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、停電時など電気の供給が止まった場合に確実に自動弁を閉じることができる自動弁を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような自動弁の開閉方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、水槽に接続された流出配管の流路を開閉する自動弁であって、前記流出配管に接続された弁座と、前記弁座に押し付けられる弁体ダイヤフラムと、液室の一部を形成する操作ダイヤフラムと、前記弁体ダイヤフラムと前記操作ダイヤフラムとを連結する連結部材とを備え、前記液室は液体を貯留する貯留槽に連通しており、前記貯留槽の液面位置は、前記水槽の液面位置と同じか、またはそれよりも高く、前記操作ダイヤフラムの受圧面積は、前記弁体ダイヤフラムの受圧面積よりも大きいことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記貯留槽は前記水槽であり、前記液室は前記水槽に連通していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記貯留槽は前記水槽とは別に設けられていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記貯留槽と前記液室とを接続する第１の配管と、前記液室内の液体を排出するための第２の配管と、前記第１の配管に設けられた第１の電磁弁と、前記第２の配管に設けられた第２の電磁弁とをさらに備え、前記第１の電磁弁は、電気の供給が止まると開き、前記第２の電磁弁は、電気の供給が止まると閉じるように構成されていることを特徴とする。
本発明の他の態様は、上記自動弁を開閉する方法であって、前記第１の電磁弁を開き、前記第２の電磁弁を閉じることで、前記貯留槽内の液体を前記液室に導入し、前記液室内の液体の圧力により前記弁体ダイヤフラムを閉じ、前記第１の電磁弁を閉じ、前記第２の電磁弁を開くことで、前記流出配管からの液体の圧力により前記弁体ダイヤフラムを開くことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記弁体ダイヤフラムと前記操作ダイヤフラムとの間には、仕切り板が設けられ、前記操作ダイヤフラムと前記仕切り板との間には、圧縮気体が注入される圧縮気体室が形成されていることを特徴とする。
本発明の他の態様は、上記自動弁を開閉する方法であって、前記圧縮気体室内に圧縮気体を注入することで、前記圧縮気体室内の圧縮気体の圧力と前記流出配管からの液体の圧力により前記弁体ダイヤフラムを開き、前記圧縮気体室への圧縮気体の注入を止め、前記圧縮気体室を大気開放することにより、前記貯留槽から導入された前記液室内の液体の圧力により前記弁体ダイヤフラムを閉じることを特徴とする。

本発明によれば、貯留槽（自動弁が接続された水槽または別に用意された水槽）の液体圧を操作ダイヤフラムに加えることで自動弁を閉める構造となっている。したがって、停電時など、電気の供給が止まった場合にも液体圧が維持され、自動弁を確実に閉じることができる。

従来の自動弁を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る自動弁を示す模式図である。 図２に示す自動弁の拡大断面図である。 図３に示す自動弁を閉じた様子を示す図である。 図２に示す自動弁と操作液体用水槽との接続例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る自動弁を示す模式図である。 図６に示す自動弁の拡大断面図である。 図６に示す自動弁と操作液体用水槽との接続例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る自動弁を示す模式図である。図３は、図２に示す自動弁の拡大断面図である。図２及び図３に示すように、自動弁１は、水槽５の流出配管１０に接続された弁座１２と、該弁座１２に隣接して設けられた弁体ダイヤフラム１５と、弁体ダイヤフラム１５を操作するための液体の圧力を受ける操作ダイヤフラム２０と、弁体ダイヤフラム１５と操作ダイヤフラム２０とを連結するスペーサ（連結部材）１７と、を備えている。弁座１２は円筒形状であり、弁箱２５に囲まれている。弁体ダイヤフラム１５は、弁座１２の開口部１２ａを閉じる弁体として機能し、操作ダイヤフラム２０は、弁体ダイヤフラム１５を駆動するためのアクチュエータとして機能する。

弁箱２５はその下部に開口部２５ａを有しており、弁座１２を通じて弁箱２５に流入してきた液体が開口部２５ａから流出するようになっている。弁箱２５に隣接して中間胴２７が設けられており、弁箱２５と中間胴２７との間には、弁体ダイヤフラム１５が挟まれている。中間胴２７に隣接してカバー３０が設けられており、中間胴２７とカバー３０との間には、操作ダイヤフラム２０が挟まれている。中間胴２７、弁体ダイヤフラム１５、及び操作ダイヤフラム２０により、空気室３５が形成されている。中間胴２７には空気孔３７が形成されており、空気室３５は空気孔３７を通じて空気が出入りできる構造になっている。

弁体ダイヤフラム１５と操作ダイヤフラム２０との間には、スペーサ１７が介在している。スペーサ１７の一方の端部には、円板状の固定部４４が形成されており、弁体ダイヤフラム１５は固定部４４に固定されている。スペーサ１７の他方の端部には、円板状の固定部４２が形成されており、操作ダイヤフラム２０は固定部４２に固定されている。したがって、弁体ダイヤフラム１５と操作ダイヤフラム２０とがスペーサ１７を介して連動する。カバー３０にはガイドスピンドル（支持部材）４０が固定されており、スペーサ１７は、ガイドスピンドル４０にスライド自在に支持されている。スペーサ１７の横方向の動きは、ガイドスピンドル４０によってガイドされる。

カバー３０と操作ダイヤフラム２０とから、液室５０が形成されている。カバー３０には、貫通孔５２，５４が形成されている。カバー３０の上部に形成された貫通孔５２には、配管６０の一端部６０ａが接続されており、カバー３０の下部に形成された貫通孔５４には、配管６５の一端部６５ａが接続されている。図２に示すように、配管６０，６５には電磁弁７０，７５が設けられている。配管６０の他端部６０ｂは、水槽５に接続されている。したがって、水槽５の液体がその自重により配管６０を通じて液室５０に導入される。配管６５の他端部６５ｂは開口しており、液室５０内の液体を配管６５を通じて排出できるようになっている。配管６０の他端部６０ｂは、水槽５の液面以下であればどこに配置されてもよい。

操作ダイヤフラム２０は、弁体ダイヤフラム１５より大きく、操作ダイヤフラム２０が固定されている固定部４２の大きさは、弁体ダイヤフラム１５が固定されている固定部４４よりも大きい。すなわち、操作ダイヤフラム２０の受圧面積は弁体ダイヤフラム１５の受圧面積よりも大きい。一例として、弁体ダイヤフラム１５用の固定部４４の直径が３３０ミリメートルとすると、操作ダイヤフラム２０用の固定部４２の直径は４７０ミリメートルである。弁座１２の口径（すなわち開口部１２ａの内径）は、固定部４４の直径よりも小さく設定されている。

自動弁１を開く場合は、電磁弁７０を閉じ、電磁弁７５を開く。これにより、自動弁１には液体が流入しないため、液室５０は空の状態になる。したがって、操作ダイヤフラム２０には液体の圧力がかからない。一方、弁体ダイヤフラム１５には、流出配管１０を通じて水槽５からの液体の圧力（１次側圧力）がかかるため、弁体ダイヤフラム１５が開かれる。電磁弁７０は閉じられているため、端部６０ｂから電磁弁７０までの配管６０は、液体で満たされる。

自動弁１を閉じる場合は、電磁弁７５を閉じ、電磁弁７０を開く。すると、図４に示すように、配管６０を通じて液体が液室５０に流入し、液室５０は液体で満たされる。操作ダイヤフラム２０には、水槽５からの液体の圧力がかかる。操作ダイヤフラム２０と弁体ダイヤフラム１５は同じ高さに配置されているため、操作ダイヤフラム２０にかかる液体の圧力と弁体ダイヤフラム１５にかかる液体の圧力は同じである。操作ダイヤフラム２０の受圧面積は、弁体ダイヤフラム１５の受圧面積よりも大きいため、弁体ダイヤフラム１５に作用する力よりも操作ダイヤフラム２０に作用する力の方が大きくなる。したがって、操作ダイヤフラム２０が、スペーサ１７を介して弁体ダイヤフラム１５を押し、自動弁１が閉じられる。

再度、自動弁１を開く場合は、電磁弁７０を閉じ、電磁弁７５を開く。電磁弁７０が閉じられることにより、液体による操作ダイヤフラム２０の加圧が停止される。同時に電磁弁７５が開かれるため、液室５０内の液体が排出される。これにより、弁体ダイヤフラム１５が水槽５からの液体により押され、図３に示すように、自動弁１が開かれる。

電磁弁７０には、電気の供給が止まると開くタイプの電磁弁が使用され、電磁弁７５には、電気の供給が止まると閉じるタイプの電磁弁が使用される。これにより、例えば停電などで電気の供給が止まった場合は、自動的に電磁弁７０が開き、電磁弁７５が閉じる。すると、上述したように、液体が液室５０内に流入し、操作ダイヤフラム２０がスペーサ１７を介して弁体ダイヤフラム１５を押すため、自動弁１が閉じられる。水槽５はそれ自身が、液室５０に供給される液体を貯留する貯留槽として機能する。

図５に示すように、配管６０の他端部６０ｂは、水槽５とは別に設置された操作液体用水槽（貯留槽）８０に接続されてもよい。この水槽８０は、液室５０の容量よりも大きい容量を有している。水槽８０の液面には、フロート弁７８が設けられている。このフロート弁７８により、水槽８０の液面が一定に保たれる。水槽８０の液面と水槽５の液面とは、同じ高さになっている。したがって、水槽８０は、液室５０に水槽５と同じ圧力の液体を供給することができる。水槽８０の液面は、水槽５の液面よりも高くてもよい。この場合でも、液室５０内の液体の圧力を受けた操作ダイヤフラム２０が弁体ダイヤフラム１５を弁座１２に対して押し付けることができる。

自動弁１は、汚泥排出用の弁として使用される場合がある。そのため、水槽５に汚泥が含まれる場合、液室５０内に水槽５内の汚泥が流入すると、貫通孔５２，５４が閉塞するおそれがある。これを防止するためには、水槽８０が配置されることが好ましい。水槽８０には、汚泥が含まれていないため、貫通孔５２，５４が閉塞するおそれはない。

本実施形態の自動弁１は、操作ダイヤフラム２０に水槽５内の液体圧、又はそれと同等の液体圧を加えることで弁体ダイヤフラム１５を閉めることができる弁である。さらに、本実施形態の自動弁１は、コンプレッサなどの空圧ではなく、水槽の液体圧により弁体としてのダイヤフラム１５を閉める構造であるため、停電時など、電気の供給が止まった場合にも液体圧が保持される。したがって、停電時には自動弁１を閉じて水槽５内の液体が流出することを防止できる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る自動弁を示す模式図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は、上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。

図６に示す自動弁１は、圧縮気体の圧力で自動弁１を開き、液体の圧力で自動弁１を閉じる単作動の自動弁である。この自動弁１は、弁体としての弁体ダイヤフラム１５と、操作用の液体の圧力及び圧縮気体の圧力を受けるための操作ダイヤフラム２０とを備えている。弁体ダイヤフラム１５は、弁座１２の開口部を閉じる弁体として機能し、操作ダイヤフラム２０は、弁体ダイヤフラム１５を駆動するためのアクチュエータとして機能する。

図７は、図６に示す自動弁の拡大断面図である。図７に示すように、弁体ダイヤフラム１５、操作ダイヤフラム２０、及び中間胴２７から形成される空間には、仕切り板１００が設けられている。この仕切り板１００は、円板状を有しており、弁体ダイヤフラム１５、操作ダイヤフラム２０、及び中間胴２７から形成される空間を、空気室１０５と圧縮気体室１１０とに仕切っている。仕切り板１００の中央部には、シール保持部材１０２が固定されている。シール保持部材１０２はＯリング１１２を保持しており、シール保持部材１０２とスペーサ１７との間にＯリング１１２が存在している。このＯリング１１２は、空気室１０５と圧縮気体室１１０との間での気体の流通を遮りつつ、スペーサ１７がその軸方向に移動することを許容する。

中間胴２７には空気孔３７が形成されており、空気室１０５は空気孔３７を通じて空気が出入りできる構造になっている。さらに、中間胴２７には、圧縮気体を圧縮気体室１１０に注入するための気体注入孔１１４が形成されている。気体注入孔１１４は、配管１２０を通じてコンプレッサ（圧縮気体供給源）１３０に接続されている。配管１２０には三方弁（電磁弁）１２５が設けられており、この三方弁１２５を通じてコンプレッサ１３０と圧縮気体室１１０、または圧縮気体室１１０と大気とが連通するようになっている。

カバー３０には貫通孔５２が設けられているが、図３に示す貫通孔５４は設けられていない。貫通孔５２には配管６０の一端部６０ａが接続されており、配管６０の他端部６０ｂは、水槽５に接続されている。水槽５内の液体は、その自重により配管６０を通って液室５０に導入される。第２の実施形態では、上述した電磁弁７０，７５（図２参照）は設けられていない。

次に、自動弁１の開閉の動作について説明する。自動弁１を開く場合は、コンプレッサ１３０から三方弁１２５及び気体注入孔１１４を通して圧縮気体室１１０内に圧縮気体を注入する。液室５０内の液体が操作ダイヤフラム２０を押す力よりも、圧縮気体室１１０内の圧縮気体が操作ダイヤフラム２０を押す力と水槽５からの液体が弁体ダイヤフラム１５を押す力の合力のほうが大きく、その結果自動弁１が開かれる。自動弁１を閉じる場合は、圧縮気体室１１０内への圧縮気体の注入を止め、三方弁１２５を介して圧縮気体室１１０を大気開放する。操作ダイヤフラム２０の受圧面積は弁体ダイヤフラム１５の受圧面積よりも大きいため、操作ダイヤフラム２０に作用する力の方が、弁体ダイヤフラム１５に作用する力よりも大きい。したがって、操作ダイヤフラム２０がスペーサ１７を介して弁体ダイヤフラム１５を押し、自動弁１が閉じられる。

水槽５内の液体は、その自重により配管６０を通って液室５０に導入されるため、圧縮気体室１１０内に圧縮気体が注入されない限り、自動弁１は閉じられる。圧縮気体が圧縮気体室１１０に注入されることで、自動弁１が開かれる。このように構成されているため、例えば停電などによりコンプレッサ１３０からの圧縮気体の供給が止まると、操作ダイヤフラム２０は、液室５０内の液体圧により弁座１２側へ自動的に移動し、弁体ダイヤフラム１５を弁座１２に押し付ける。したがって、水槽５内の液体の流出を防止することができる。

図８は、図６に示す自動弁の別の接続例を示す模式図である。図８に示すように、配管６０の他端部６０ｂは、水槽５とは別に設けられた水槽８０に接続されてもよい。この水槽８０は、液室５０の容量よりも大きな容量を有している。水槽８０の液面には、フロート弁７８が設けられている。このフロート弁７８により、水槽８０の液面が一定に保たれる。水槽８０の液面と水槽５の液面とは、同じ高さになっている。したがって、水槽８０は液室５０に水槽５と同じ圧力の液体を供給することができる。水槽８０の液面は、水槽５の液面よりも高くてもよい。この場合でも、液室５０内の液体の圧力を受けた操作ダイヤフラム２０が弁体ダイヤフラム１５を弁座１２に対して押し付けることができる。

自動弁１は、汚泥排出用の弁として使用される場合がある。そのため、水槽５に汚泥が含まれる場合、液室５０内に水槽５内の汚泥が流入すると、貫通孔５２が閉塞するおそれがある。これを防止するためにも、水槽８０が配置されることが好ましい。水槽８０には、汚泥が含まれていないため、貫通孔５２が閉塞するおそれはない。

第１及び第２の実施形態に係る自動弁は、次のような利点がある。
（１）液体は、その自重により液室５０に導入されるので、停電時であっても操作ダイヤフラム２０には液体の圧力が加えられ、弁体ダイヤフラム１５を閉じることができる。したがって、自動弁１を緊急作動時または緊急遮断弁として使用することができる。
（２）液体の圧力を利用することで、弁体リターン用、すなわち弁体ダイヤフラム１５を閉じるための強力なばねが必要なくなるため、弁体を駆動するためのアクチュエータをコンパクトにすることができる。
（３）ダイヤフラム方式のアクチュエータ（すなわち操作ダイヤフラム２０）を使用することで、自動弁の構造を簡単にすることができ、部品点数を減らすことができる。
（４）ダイヤフラム方式のアクチュエータを使用することで、上水場などのように油脂を嫌う現場において、全く油脂を使用する必要がなくなる。
（５）操作ダイヤフラムの受圧面積を弁体ダイヤフラムの受圧面積よりも大きくし、貯留槽（自動弁が接続された水槽または別に用意された水槽）からの液体の圧力を操作ダイヤフラムに導入することで、外部からの作動力を導入することなく、自動弁を閉じることができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ 自動弁
５ 水槽
１０ 流出配管
１２ 弁座
１５ 弁体ダイヤフラム
１７ スペーサ（連結部材）
２０ 操作ダイヤフラム
２５ 弁箱
２７ 中間胴
３０ カバー
３５，１０５ 空気室
３７ 空気孔
４０ ガイドスピンドル
４２，４４ 固定部
５０ 液室
５２，５４ 貫通孔
６０，６５，１２０ 配管
７０，７５ 電磁弁
７８ フロート弁
８０ 操作液体用水槽
１００ 仕切り板
１０２ シール保持部材
１１０ 圧縮気体室
１１２ Ｏリング
１１４ 気体注入孔
１２５ 三方弁
１３０ コンプレッサ

Claims (7)

1. 水槽に接続された流出配管の流路を開閉する自動弁であって、
   前記流出配管に接続された弁座と、
   前記弁座に押し付けられる弁体ダイヤフラムと、
   液室の一部を形成する操作ダイヤフラムと、
   前記弁体ダイヤフラムと前記操作ダイヤフラムとを連結する連結部材とを備え、
   前記液室は液体を貯留する貯留槽に連通しており、
   前記貯留槽の液面位置は、前記水槽の液面位置と同じか、またはそれよりも高く、
   前記操作ダイヤフラムの受圧面積は、前記弁体ダイヤフラムの受圧面積よりも大きいことを特徴とする自動弁。
2. 前記貯留槽は前記水槽であり、前記液室は前記水槽に連通していることを特徴とする請求項１に記載の自動弁。
3. 前記貯留槽は前記水槽とは別に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動弁。
4. 前記貯留槽と前記液室とを接続する第１の配管と、
   前記液室内の液体を排出するための第２の配管と、
   前記第１の配管に設けられた第１の電磁弁と、
   前記第２の配管に設けられた第２の電磁弁とをさらに備え、
   前記第１の電磁弁は、電気の供給が止まると開き、
   前記第２の電磁弁は、電気の供給が止まると閉じるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自動弁。
5. 前記弁体ダイヤフラムと前記操作ダイヤフラムとの間には、仕切り板が設けられ、
   前記操作ダイヤフラムと前記仕切り板との間には、圧縮気体が注入される圧縮気体室が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自動弁。
6. 請求項４に記載の自動弁を開閉する方法であって、
   前記第１の電磁弁を開き、前記第２の電磁弁を閉じることで、前記貯留槽内の液体を前記液室に導入し、前記液室内の液体の圧力により前記弁体ダイヤフラムを閉じ、
   前記第１の電磁弁を閉じ、前記第２の電磁弁を開くことで、前記流出配管からの液体の圧力により前記弁体ダイヤフラムを開くことを特徴とする方法。
7. 請求項５に記載の自動弁を開閉する方法であって、
   前記圧縮気体室内に圧縮気体を注入することで、前記圧縮気体室内の圧縮気体の圧力と前記流出配管からの液体の圧力により前記弁体ダイヤフラムを開き、
   前記圧縮気体室への圧縮気体の注入を止め、前記圧縮気体室を大気開放することにより、前記貯留槽から導入された前記液室内の液体の圧力により前記弁体ダイヤフラムを閉じることを特徴とする方法。

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