JP2805901B2 - ウォータハンマ防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水道等の配管系や水栓等の流路内で発生す
るウォータハンマに対してこれを緩衝機能によって防止
する装置に関する。

〔従来の技術〕

水道や蒸気等の配管系では、管流れの不連続や弁等の
急開閉等の影響を受けてウォータハンマが生じる。この
ウォータハンマは、管内流れの圧力が急激に上昇する現
象であり、騒音を発生したりや配管の破裂事故等を招く
こともある。これに対して、管内流れの圧力上昇を緩衝
機能によって吸収してこれを抑え、ウォータハンマを防
止することが一般に行われている。たとえば、流路内で
流れ方向へ移動可能な受圧板を緩衝チャンバの中に備
え、圧力が上昇したときにこの受圧板を移動させること
によって緩衝させたり、蛇腹状のフレキシブル継手によ
り管路を収縮させる等である。

また、水栓用のウォータハンマ防止装置には、本出願
人が特願昭63−305005号で既に提案したものがある。こ
れは第２図に示すシングルレバー式の湯水混合栓50の背
部に連結されさ水用及び湯用の脚管51,52に防止機構を
内蔵したものである。

第３図は脚管51の内部を示す縦断面図であり、その本
体１の下端背部には流入口２が形成され、上端の前面に
は流出口３を設けている。流入口２は壁中の給水用配管
に接続され、湯側の脚管52と共に湯水混合栓50を固定す
る役割も兼ねている。また、流出口３は袋ナット3aによ
って湯水混合栓50の内部流路に接続され、内部への水の
流路を形成している。

流入口２から流出口３に向かう流路には、止水栓4,一
次側流路５及び二次側流路６がそれぞれ配置されてい
る。止水栓４は、弁体4aを本体１の前面から操作軸4bに
よって移動させ、図示の止水状態としたり流路を開く機
能を持つ。一次側流路５は止水栓４の下流に位置し、本
体１に形成した隔壁1aによって二次側流路６と区画さ
れ、隔壁1aには二次側流路６への連絡孔1bを開けてい
る。

一方、本体１内には、圧力変動を緩衝してウォータハ
ンマを防ぐ防止装置が内蔵されている。この防止装置
は、二次側流路６に連通するチャンバ７に弁体８を備
え、弁体８に作用する水圧によって連絡孔1bから二次側
流路６への流路面積を変える構造である。弁体８はチャ
ンバ７内で摺動自在であり、チャンバ７の一端にはウォ
ータハンマ発生時の圧力上昇を緩衝するスプリング９が
収納されている。そして、スプリング９の受け具53と弁
体８との間には調圧スプリング10が介装され、これらの
スプリング９及び調圧スプリング10はいずれも弁体８を
図において上側に付勢している。

弁体８は、チャンバ７の内周壁を手動するピストン部
8aを形成し、このピストン部8aに作用する水圧に応動し
て図において下に移動する。このとき、弁体８に形成し
た絞り部8bが連絡孔1bから二次側流路６へ向かう流路面
積を縮小させ、弁体８による圧力変動の吸収と吐出側へ
の流量を減らすことでウォータハンマによる湯水混合栓
50側での障害を防ぐ。

〔発明が解決しようとする課題〕

弁体８は水圧変動に応動して動くので、チャンバ７内
の空気を抜くための空気孔1cが本体１の背面に開けられ
ている。そして、水が弁体８の周面と本体１の内壁から
水が漏れ出ないように、弁体８にはＯリング54が取り付
けられている。

ところが、Ｏリング54は単に止水のために設けられる
だけでなく、弁体８がその軸線方向に移動するときの摺
動面ともなる。したがって、止水のためのシール機能及
び摺動面としての摺動機能を良好に果たせる構成とする
必要がある。シール機能としては、給水の圧力に対応さ
せることや湯側の脚管52の場合では高温の湯が供給され
るので温度の影響も考慮した設計が必要になる。一方、
摺動機能の面では、同様に水圧や温度が変化しても摺動
抵抗の変動等がないような設計としなければならない。

このように、Ｏリング54を弁体８に設ける構造では、
水圧や温度変化等が設計条件のファクタとなり加工精度
も高くする必要がある。たとえば、摺動抵抗はＯリング
54の締め代によって決まり、耐摩耗性も摺動面の加工仕
上げや表面処理等に左右される。このため、摺動抵抗を
一定に維持しようとするには、摺動面となる部材の加工
に手間がかかり、生産性及びコストにまで影響を与える
結果となる。

そこで、本発明は、Ｏリングによるシール構造の耐摩
耗性の問題を解消すると共に摺動面となる部材の加工精
度を高くすることなく確実なウォータハンマの防止がで
きるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、一次側流路と二次側流路との間に設けたチ
ャンバと、該チャンバの中に摺動自在に収納されて前記
一次側流路から二次側流路への流路を開閉する弁体と、
該弁体を開弁方向へ付勢する付勢手段とを備え、流路系
の圧力上昇に応動して前記弁体が閉弁方向へ移動し且つ
前記チャンバ内の空気を抜く構成としたウォータハンマ
の防止装置であって、前記チャンバの中に、空気抜き用
の空気孔側と前記弁体側とを分割する蛇腹状のベローズ
を設け、該ベローズを前記弁体の移動に応じて収縮可能
としたことを特徴とする。

〔作用〕

一次側流路から二次側流路へ向かう水等の流体が急激
に圧力上昇すると、チャンバの中に設けた弁体が閉弁方
向へ移動して二次側流路への流路面積を絞り、これによ
って圧力上昇が下流の機器へ伝播されることを防ぐ。ま
た、弁体の圧力応動による移動によって、流路内の圧力
変動を吸収してウォータハンマを緩衝させ、騒音の発生
や部材の損傷が未然に防がれる。そして、弁体を備えた
チャンバには、弁体の移動のための空気孔が開けられ、
この空気孔側と弁体側とが収縮可能なベローズによって
分割されているので、弁体が移動するときにはベローズ
内の空気が空気孔から外部に放出される。また、ベロー
ズによって流路側と空気孔側とが分断されているので、
弁体とチャンバとの摺動面をシールする必要がなく、Ｏ
リング等のシール材を組み込まないで済む構造とするこ
とができる。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例により本発明の特徴を具体的
に説明する。

第１図は本発明のウォータハンマ防止装置を備えた湯
水混合栓用の脚管の縦断面図である。この脚管は第２図
及び第３図に示したものと同様のものであり、同じ部材
については共通の符番で指示しその詳細な説明は省略す
る。

ウォータハンマ防止装置を組み込むチャンバ７内に
は、弁体８のピストン部8aがチャンバ７の内周壁摺動自
在に配置され、ピストン8aにはＯリング等のパッキンは
取り付けられていない。つまり、ピストン部8aはチャン
バ７の内周面を摺動する機能のみを持ち、従来例のよう
にピストン部8aによって止水させる機能は積極的には持
たせていない。そして、水が空気孔1c側へ流れ出ること
を防ぐため、従来例のＯリングに代えて、チャンバ７の
下部に弾性変形可能なベローズ11が収納されている。な
お、弁体８の上端には、弁体８が図において下降したと
きに本体１内の二次側流路６に連通可能な小孔8cが開け
らている。

ベローズ11はリン青銅又はステンレス等を素材として
蛇腹状に形成した弾性体であり、上端を閉じ下端を開放
した筒状体として形成されている。チャンバ７の下端に
はシール用のパッキン12が設置され、ベローズ11の下端
はこのパッキン12に一体化されている。そして、パッキ
ン12及びベローズ11を保持するための固定金具13がチャ
ンバ７の下端内周にねじ込まれている。この固定金具13
は弁体８が下降したときのストッパとして機能し、ベロ
ーズ11に対する過負荷を防止する役目を果たす。また、
ベローズ11の内部には、ベローズ11の全体を膨張させる
方向に付勢してウォータハンマを緩衝吸収するスプリン
グ９が収納されている。そして、このスプリング９の上
端とベローズ11の内壁との間には、緩衝時の衝撃を弛め
ると共に騒音の発生を防ぐためのクッション9aが設けら
れている。

このような構造により、ベローズ11の内部は空気孔1c
側に連通する空間となり、ベローズ11及び固定されたパ
ッキン12によってチャンバ７内は外部に対してシールさ
れる。すなわち、従来例ではピストン部8aに設けたパン
キン54によってシールしていたのに対し、ベローズ11に
よって空間を分割してシールできる。また、ベローズ11
と調圧スプリング10との間には、弁体８とベローズ11と
に連動関係を持たせるための連接プレート14が設けられ
ている。

以上の構成において、流入口２から一次側流路５へ流
れ込んだ水は隔壁1aに開けた連絡孔1bから二次側流路６
へ流れ去る。第１図の状態は、給水圧が適正なときで、
弁体８はチャンバ７の最も上の位置にあって絞り部8bに
よる流路面積は最大となっている。そして、多少の給水
圧の変動に対しては、調圧スプリング10及びウォータハ
ンマ防止用のスプリング９の付勢力によって図示の位置
を保ち、流路面積も一定に維持される。

ここで、給水源からの配管系でウォータハンマが生じ
ると、給水圧が急激に上昇してこの変動が一次側流路５
内まで伝播する。このとき、連絡孔1bによって連通して
いるピストン部8aの上側のチャンバ７に流入する水の圧
力によってピストン部8aが下に押される。このため、弁
体８はスプリング９及び調圧スプリング10の付勢力に打
ち勝って下に移動し、絞り部8bが連絡孔1b部分の流路面
積を縮小させる。なお、弁体８の周面からチャンバ７内
に流れ込む水は弁体８の下降に伴って上端の小孔8cから
二次側流路６へ排出される。したがって、ウォータハン
マの圧力上昇を緩衝してこれを減衰させると共に、水圧
の急上昇に対して流出口３側への流量を絞って湯水混合
栓側への圧力伝播を抑えることができる。その結果、ウ
ォータハンマ自体を抑制すると同時に湯水混合栓等の末
端機器の部材の損傷や騒音の発生が防止される。

ベローズ11によってチャンバ７内を弁体８側及び空気
孔1c側に分割したことにより、水が本体１から漏れ出る
ことが防止される。このため、弁体８には従来例のよう
にＯリングを設ける必要がなく、弁体８とチャンバ７の
内周壁との間の摺動面の寸法精度を厳しく設定しなくて
もよい。したがって、部材の加工の自由度が大きくなる
と共に製品管理もしやすくなり、生産性の向上が可能と
なる。

また、ベローズ11はパッキン12及び固定金具13によっ
て固定され、弁体８が動くときでもベローズ11はチャン
バ７の内周壁を摺動しない。このため、摺動部材は弁体
８のみであり、弁体８の外周面とチャンバ７の内周壁の
寸法公差を適切にしておけば、水圧や温度の変動に対し
ても常に一定の摺動抵抗が維持される。したがって、ウ
ォータハンマによる圧力上昇に対して、弁体８は圧力変
動の大きさに比例してストローク動作し、圧力上昇を適
正に緩衝して障害を取り除くことができる。特に、湯を
供給する側にＯリングを備えると、Ｏリングと弁体８及
び本体１のチャンバ７内周壁との熱膨張差によって弁体
８の摺動抵抗が変動してしまう。これに対し、本発明で
はベローズ11が従来構造のＯリングの代わりの機能を果
たすので、弁体８とチャンバ７との間の摺動がシールも
兼ねる程度に精度を上げる必要がなく、温度変動に対す
る摺動抵抗の変動も抑えられる。したがって、湯側又は
水側のいずれにでも備えることができ、温度環境が違っ
ていても仕様を変更することなく組み込むことができ
る。

なお、実施例では湯水混合栓の脚管を例として説明し
たが、その他の配管系や水栓の内部にも本発明の防止装
置を組み込むことができる。また、ベローズ11のバネ定
数を繰り返し応力に耐え得る十分な値に設定できれば、
スプリング９やクッション9a等は必ずしも必要ではな
い。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明では、ウォータハンマ
による圧力上昇を緩衝するチャンバに収縮可能なベロー
ズを設け、このベローズによってチャンバに収納した弁
体側と空気抜き用の空気孔側とを分割している。このた
め、従来のように弁体の周りに設けたＯリング等のシー
ル材によって空気孔側と流路側とを遮断する構造に比べ
ると、弁体とチャンバとの間の摺動面の加工精度を厳し
く設定する必要がない。このため、部材の加工が簡単に
なり、コスト面での改善が図られる。また、シールとし
ての機能も果たすベローズは、チャンバの中で摺動しな
いので、Ｏリングを利用した場合の摩耗の問題もなく、
耐久性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のウォータハンマ防止機構を湯水混合栓
用の脚管に組み込んだ例を示す要部の縦断面図、第２図
は湯水混合栓の斜視図、第３図は従来例を示す要部の断
面図である。 1:本体、1a:隔壁 1b:連絡孔、1c:空気孔 2:流入口、3:流出口 3a:袋ナット、4:止水栓 4a:弁体、4b:操作軸 5:一次側流路、6:二次側流路 7:チャンバ、8:弁体 8a:ピストン部、8b:絞り部 8c:小孔、9:スプリング 9a:クッション、10:調圧スプリング 11:ベローズ、12:パッキン 13:固定金具、14:連接プレート 50:湯水混合栓、51,52:脚管 53:受け具、54:Oリング

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 47/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次側流路と二次側流路との間に設けたチ
   ャンバと、該チャンバの中に摺動自在に収納されて前記
   一次側流路から二次側流路への流路を開閉する弁体と、
   該弁体を開弁方向へ付勢する付勢手段とを備え、流路系
   の圧力上昇に応動して前記弁体が閉弁方向へ移動し且つ
   前記チャンバ内の空気を抜く構成としたウォータハンマ
   の防止装置であって、前記チャンバの中に、空気抜き用
   の空気孔側と前記弁体側とを分割する蛇腹状のベローズ
   を設け、該ベローズを前記弁体の移動に応じて収縮可能
   としたことを特徴とするウォータハンマ防止装置。