JP3542777B2 - 自動圧力調整弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、上水道、下水道、工水道などの水道自動圧力調整弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、上水道の給水において、給水管の漏水を最小限度に抑制するとともに、良好な給水状態を得るために、給水管路の適宜個所に水槽を設けるとともに、その各水槽の手前に自動圧力調整弁を設けたシステムがある。
【０００３】
このシステムでは、その圧力調整弁の送水元側を高圧に、送水先側を低圧として、その圧力差が一定の範囲にある場合には圧力調整弁が閉じており、各家庭などの水使用により送水先側の圧力が定められた値より低下した場合（前記圧力差が一定の範囲をでた場合）、圧力調整弁が自動的に開放して、送水先の需要に応じて送水元からの水を安定して供給するようにしている。
【０００４】
この作用を行う自動圧力調整弁として、特開平８−２７０８０６号公報に開示され、図８に示すものがある。この自動圧力調整弁Ｖは、同図に示すように、弁箱１内を隔壁２により流入室３と流出室４に分割し、その隔壁２に大弁孔５を形成し、その大弁孔５の大弁座６に大弁体７を接離可能に設けるとともに、大弁体７には小弁孔８を形成し、その小弁孔８の小弁座９に小弁体１０を接離可能に設けている。
【０００５】
上記弁箱１の流入室３内にはシリンダ１１を設け、このシリンダ１１にピストン１２をその筒軸方向に移動自在に内装し、そのピストンロッド１３に小弁体１０を一体に設けるとともに、連結板１４を昇降自在に嵌通し、その連結板１４に脚１５を介して大弁体７を一体に設けている。また、前記シリンダ１１内は、チャッキ弁などから成る制御部１６を介して流入室３に接続されており、その制御部１６により、流入室３からシリンダ１１に流入する水の流入度合の調整が行われる。さらに、シリンダ１１内は、パイロット弁１７を介して流出室４に接続されており、流出室４が所定圧以下になると、そのパイロット弁１７が開放してシリンダ１１内が流出室４に連通する。
【０００６】
この自動圧力調整弁Ｖは、流入室３側（送水元側）と流出室４側（送水先側）の圧力差が一定の範囲にある場合には、パイロット弁１７が閉じており、ピストン１２の上下面に加わる圧力が等しいため、同図鎖線のごとく、ピストン１２は大弁体７及び小弁体１０に加わる圧力により下降して、小弁体１０を小弁座９に圧接するとともに大弁体７を大弁座６に圧接して、大小弁孔５、８を閉じている。
【０００７】
この状態において、家庭内の水使用などにより、流出室４側の水圧が低下して所要圧未満になると、パイロット弁１７が開放してシリンダ１１内が流出室４側に連通される。この連通により、シリンダ１１内の圧力が低下し、ピストン１２の上面の受圧が下面の受圧よりも低くなり、ピストン１２は通孔１８からの流水により上昇し、小弁体１０も実線のごとく上昇して小弁座９から離れて小弁孔８を開放する。この開放により、小弁孔８を介して流入室３から流出室４に水が流れ、送水先の使用を補充する。
【０００８】
この小弁孔８からの水補充は、流出室４側の水圧が所要圧に達するまで行われ、一方、流出室４側の水圧低下がつづけば、ピストン１２は上昇しつづけ、その上昇につれて大弁体７も大弁座６から離れて大弁孔５を開放する。この開放により、大弁孔８を介して流入室３から流出室４に大量の水が流れ、送水先の大量使用を確保する。
【０００９】
送水先の水使用が減少したり、停止すると、流出室４の水圧が上昇して所要圧に達すると、パイロット弁１７が閉じてシリンダ１１からの流水が停止し、制御部１６を介してのシリンダ１１内への流れによりシリンダ１１内の水圧が上昇してピストン１２上下面の受圧が等しくなる。この受圧が等しくなると、大弁体７及び小弁体１２に加わっている水圧により、ロッド１３を介してピストン１２は下降し、小弁体１０が小弁座９に当接した後、大弁体７が大弁座６に当接して、小弁孔８及び大弁孔５を閉じる。
【００１０】
以上の作用が、流出室４側（送水先側）の水圧変化に応じて自動的に行われ、給水管の漏水を最小限度に抑制するとともに、良好な給水状態を得る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この自動圧力調整弁Ｖにおいて、同図実線のごとく、小弁体１０が小弁座９から離れて連結板１４に至らずに小弁孔８が開放している状態では、大弁体７は昇降及び回転が自由状態で、流入室３側の水圧（一次圧）により大弁座６に当接している。
【００１２】
このとき、小弁孔８を介した水の流れが静かであれば、大弁体７は大弁座６に当接（着座）しているが、流れが乱れると、その乱れにより、上下に煽られたり回転したりして、大弁座６に安定した当接を行い得ない。すなわち、ハンチングを起す。特に、この自動圧力調整弁Ｖのような玉形弁の弁箱構造においては、流れ方向や流路断面積にかなりの変化があり、この変化によって流れが乱れることは否めず、ハンチングは生じ易い。
【００１３】
また、閉弁作用時、ピストン１２の上下面は均圧状態であるため、大小弁体７、１０は、ともに上下・回転が自由であり、流れの乱れにより煽り・回転が生じてスムースな閉弁作用を期待できない。特に、全閉近傍では、流れが絞られ、流入室３側圧（一次圧）と流出室４側圧（二次圧）の差が大きくなり、大弁体７及び小弁体１０が大弁座６及び小弁座９に急激に当接し、ウォータハンマーを発生させる。
【００１４】
この発明は、流れに乱れが生じても安定した小流量を得ることができるようにすることを第１の課題とし、ウォータハンマーなどを発生させずに、安定した開閉弁作用を行えるようにすることを第２の課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記両課題を達成するために、この発明は、大弁体と小弁体を別個のシリンダ・ピストンによって動かすようにしたのである。別個であれば、小弁体用シリンダ・ピストンにより小弁が開放されても、大弁体はその別個のシリンダ・ピストンによって閉鎖状態を維持されるため、ハンチングなどを起こしにくく、安定した小流量の供給状態を得ることができる。
【００１６】
また、両弁体とそのピストンを一体にすることにより、両弁体は、シリンダをガイドとして動くこととなり、安定した開閉弁動作を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態としては、弁箱内を隔壁により流入室と流出室に分割し、その隔壁に大弁孔を形成し、その大弁孔の大弁座に大弁体が接離して大弁を開閉し、前記大弁体には小弁孔を形成し、その小弁孔の小弁座に小弁体が接離して小弁を開閉し、前記流出室側の圧力低下により、前記小弁と大弁を順々に開放するようにした自動圧力調整弁において、前記弁箱の流出室内にシリンダを設けるとともにそのシリンダ内にピストンをその筒軸方向に移動自在に内装し、そのピストンに前記大弁体を連結し、前記大弁体の流出室側に前記小弁孔を囲むシリンダ型小弁箱を設け、この小弁箱に前記小弁体をその筒軸方向に移動自在に内装し、前記小弁箱を前記流出室側に開閉弁を介して連通した構成を採用し得る。
【００１８】
この構成では、上記流出室側の圧力低下により、上記開閉弁が開放し、この開放により、小弁体が小弁座から離れて小弁が開放し、前記流出室側のさらなる圧力低下による前記小弁体の移動により上記シリンダ内を小弁箱内に連通し、この連通により前記シリンダ内が流出室側に連通して圧力低下し、この圧力低下により大弁体が大弁座から離れて大弁が開放する。
【００１９】
上記両シリンダ内のピストン移動は、電磁式などの種々のものが考えられるが、ピストンの受圧面に働く流体圧で作動する構成が安価である。
【００２０】
また、上記開閉弁は、図８で示した周知のパイロット弁を採用し、流出室側の圧力変化で自動に開閉作用を行うものを採用してもよいが、電磁式として、流出室側の圧力を各種センサで検出し、その検出信号により開閉する等のものを採用し得る。
【００２１】
上記小弁の具体的構成としては、上記小弁箱内を隔壁により分割し、その隔壁に有底筒状の小弁体を水密に移動自在に貫通させ、小弁体の前記小弁箱の分割された一方の室に対応する個所に、上記小弁孔に常時通じる孔を形成するとともに、小弁座から離れた際に小弁孔に通じる孔を形成し、小弁体の小弁箱の分割された他方の室に対応する個所に孔を形成し、前記小弁体内を上記開閉弁となるパイロット弁を介して前記流出室側に連通し、そのパイロット弁は流出室側の流体圧が所要値未満になったときに開放するものとし、かつ、前記小弁箱には上記大弁用シリンダ内に通じる孔を形成し、この孔は、常時は小弁体により閉じられており、前記流出室側のさらなる圧力低下による前記小弁体の移動により前記小弁体の小弁箱の分割された室に開口するようになっているものを採用し得る。
【００２２】
このとき、上記小弁箱に上記小弁体の小弁孔側が嵌まって摺動するガイド筒を設け、小弁体の移動によるこのガイド筒と小弁体の重なり度合により、上記小弁座から離れた際に小弁孔に通じる孔の開口度を調整するようにすれば、小流量時の流量を調節し得る。
【００２３】
【実施例】
一実施例を図１乃至図７に示し、この実施例は、弁箱２１内を隔壁２２により流入室２３と流出室２４に分割し、その隔壁２２に大弁孔３５を形成し、その大弁孔３５の円環状大弁座３６に大弁体３７を接離可能に設けて大弁３０とするとともに、大弁体３７には小弁孔４５を形成し、その小弁孔４５の小弁座４６に小弁体４７を接離可能に設けて小弁４０としている。
【００２４】
上記弁箱２１の流入室２３内にはシリンダ３１を設け、このシリンダ３１にピストン３２をその筒軸方向に移動自在に内装し、そのピストン２２の筒状下部に大弁体３７を固着している。大弁体３７の下部は周囲等間隔位置の脚３３となっており、この脚３３が大弁孔３５（大弁座３６）の内周面に摺接して、この脚３３により大弁体３７がその昇降時にガイドされて、揺れることがない。なお、この脚３３は大弁座３６を位置決め固定する役目も果す。図中、３４は摺動用パッキングである。
【００２５】
小弁４０の弁箱４１は、図２、図３に示すように、筒状でピストン３２の底壁に固着され、その内部には筒状のガイド４３がピストン底壁に固定されて設けられ、そのガイド４３に有底筒状小弁体４４が摺動自在に嵌まっている。小弁体４４の底面に小弁孔４８に通じる孔４２が形成され、ガイド４３下部及び上部の周囲等間隔位置には孔４３ａ及びＶノッチ４３ｂが形成されている。この孔４３ａ及びノッチ４３ｂの数・大きさは後述の所要の作用をなす限度において任意である。
【００２６】
小弁体４４は、小弁座４９に当接して小弁孔４８を閉じる小径部４４ａと上方に延びる大径部４４ｂとから成り、大径部４４ｂは弁箱２１の蓋に水密固定の導通管５１に至っており、その導通管５１は、小弁体大径部４４ｂの昇降を許容する直線部５１ａを有している。小弁体小径部４４ａの下面にはシール（パッキング）４９ａが設けられて、このシール４９ａが小弁座４９に当接することにより、孔４２を除いて小弁孔４８が閉鎖される。また、小径部４４ａの上下部周囲には等間隔に連通孔４５ａ、４５ｂが形成されている。小弁小径部４４ａは小弁箱４１の円環状隔壁４１ｂの内面に設けたパッキング４１ａに水密に摺動自在に貫通し、大径部４４ｂは小弁箱４１内面のパッキング４１ｂに水密に摺動する。小弁箱４１上部周囲には等間隔に連通孔４６が形成されている。この孔４６の数・大きさは後述の所要作用を行い得る限りにおいて任意である。
【００２７】
上記導通管５１はパイロット弁５０の流入室５２に接続され、パイロット弁５０の受圧室５４及び流出室５３には弁箱２１の流出室２４側の水圧が印加されている。このパイロット弁５０は、流出室２４側の水圧（二次圧）Ｐ₄ が所定値以上であると、その圧力により、ばね５５に抗して弁体５６が弁座５７に圧接されて閉弁し、所定値未満になると、ばね５５により、弁体５６が弁座５７から離れて開弁する。
【００２８】
この実施例は以上の構成であり、いま、流入室２３側（送水元側）の水圧（一次圧）Ｐ₁ と流出室２４側（送水先側）の水圧（二次圧）Ｐ₄ の差が一定の範囲、すなわち、水圧Ｐ₄ が所定値以上であると、パイロット弁５０は閉じて、図１、図２に示すように、大弁３０及び小弁４０は閉じている。このとき、導通管５１内の水圧をＰ₂ 、シリンダ３１内の水圧をＰ₃ 、小弁体４４のシール４７ａ内径内面積をＡ₁ 、小弁体４４の小径部外径内面積をＡ₂ 、小弁体大径部外径内面積をＡ₃ 、大弁座３６の内径内面積をＡ₄ 、シリンダ１１の最大内径面積をＡ₅ とすると（Ａ₁ ＜Ａ₂ ＜Ａ₃ ≪Ａ₄ ＜Ａ₅ ）、大弁３０をシールする力Ｆ₁ が、Ｆ₁ ＝Ａ₅ ・Ｐ₃ −Ａ₄ ・Ｐ₁ ＞０、小弁４０をシールする力Ｆ₂ が、Ｆ₂ ＝Ａ₃ ・Ｐ₂ −Ａ₁ ・Ｐ₁ ＞０となるように、各面積等が設定されている。なお、Ｐ₁ ＝Ｐ₂ ≒Ｐ₃ である。
【００２９】
この状態において、家庭内の水使用などにより、流出室２４側の水圧Ｐ₄ が低下して、所定値未満になると、パイロット弁５０が開放して導通管５１内が流出室２４側に連通して、小弁４０内の水圧Ｐ₂ が下がる。この作用は孔４２からの小弁体４４内への流水により許容される。水圧Ｐ₂ が下がると、Ｆ₁ が負となるように、各面積Ａ₅ 、Ａ₄ が設定されており、その面の受圧差により、図４、図５に示すように、小弁体４４が上昇して小弁４０は開状態となる。このとき、弁体ガイド４３の孔４３ａ、ノッチ４３ｂを通して小弁体４４内に小弁孔４８から水がａ矢印のごとく流入し、小弁体４４の上昇につれてその流量は徐々に増加する。この小弁４０の開放状態での流体は、小弁孔４８から孔４２のみならず、孔４３ａ、ノッチ４３ｂを通して小弁体４４内に流れ込み、パイロット弁５０を介して流出室２４側（送水先）に流出する。これにより、送水先の使用に対応した給水を行う。この状態が、「小流量時」であり、シリンダ３１の内圧Ｐ₃ は維持される。
【００３０】
つぎに、送水先側の水使用が多く、さらに、送水先側の水圧Ｐ₄ が下がると、図６、図７に示すように、小弁体４４内の水圧Ｐ₂ がさらに下降して小弁体４４はさらに上昇し、小弁箱４１の連通孔４６がその内部に開放される。この開放により、シリンダ３１内の水はその連通孔４６及び小弁体４４の上部孔４５ｂを介してｂ矢印のごとく小弁体４４内に流れ込み、その内圧Ｐ₃ は下降する。この下降により、Ｆ₁ が負となるように、面積Ａ₄ 、Ａ₅ が設定されているため、その差圧により、ピストン３２が上昇して大弁体３７が大弁座３６から離れ、大弁孔３５が開放される（大弁３０が開く）。この開放により、大弁孔３５を介して大量の水が流出室２４側に流れ込む。この状態が「大流量時」である。
【００３１】
この大流量時において、送水先の水使用が少なくなったり、停止すると、流出室２４側の水圧Ｐ₄ が上昇する。このとき、小弁４０は全開状態のため、連通孔４６は開放しつづけ、Ｐ₂ ＞Ｐ₃ となると、その連通孔４６及び孔４５ｂを介して、小弁体４４内の水がシリンダ３１内に流れ込み、Ｐ₂ ＝Ｐ₃ となるまでＰ₃ が上昇する。このとき、Ａ₅ ・Ｐ₃ ＞Ａ₄ ・Ｐ₁ （Ｆ₁ ＞０）となり、ピストン３２は下降し始め、大弁体３７も閉じ始め、ついには大弁座３６に当接して大弁３０は閉じる。
【００３２】
この大弁体３７とともに小弁４０も下降するが、送水先で水使用が続くかぎり、小弁体４４の内圧Ｐ₂ は、Ａ₃ ・Ｐ₂ ＞Ａ₁ ・Ｐ₁ （Ｆ₂ ＞０）となるだけの圧力上昇に至らず、小弁４０は、図４、５に示す、全開状態を維持して、小流量状態を保持する。さらに、送水先流量が少なくなり、流出室２４側の圧力Ｐ₄ が上がり、小弁体４４内の圧力Ｐ₂ が高くなり、Ａ₃ ・Ｐ₂ ＞Ａ₁ ・Ｐ₁ （Ｆ₂ ＞０）となると、小弁体４４は下降し始め、ついには小弁座４９に当接して、小弁４０は全閉する。この後、流出室２４側水圧Ｐ₄ が所定値を越えると、パイロット弁５０が閉じ、流入室２３側から流出室２４側への流水は完全に停止する。
【００３３】
以上の作用が、流出室２４側（送水先側）の水圧Ｐ₄ の変化に応じて自動的に行われる。
【００３４】
この実施例は、大弁体３７が流出室２４側から大弁座３６に当接して閉弁するため、その閉弁作用も緩やかで、ウォータハンマーも生じにくい。但し、この発明は、大弁座３６を流入室２３側に設けて、大弁体３７を流入室２３側から当接する構成のものでも採用でき、また、実施例のごとく、上水道の場合に限らず、下水道、工水道などの種々の流体管路に採用し得ることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
この発明は、以上のように、弁の二次側で使用される流量が少量である場合には小弁を通して供給され、流量が増加すると大弁も開いて大量供給を行い、そのとき、小弁・大弁とも別々のシリンダによって作動するため、流れの乱れにより弁体自体が影響されることはなく、二次側の使用流量による圧力変化に対応して適正な流量を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の全閉時の断面図
【図２】同全閉時の要部拡大断面図
【図３】同実施例の要部の分解斜視図
【図４】同実施例の小流量時の断面図
【図５】同小流量時の要部拡大断面図
【図６】同実施例の大流量時の断面図
【図７】同大流量時の要部拡大断面図
【図８】従来例の断面図
【符号の説明】
１、２１ 弁箱
２、２２ 隔壁
３、２３ 流入室
４、２４ 流出室
５、３５ 大弁孔
６、３６ 大弁座
７、３７ 大弁体
８、４８ 小弁孔
９、４９ 小弁座
１０、４４ 小弁体
１１、３１ シリンダ
１２、３２ ピストン
１７、５０ パイロット弁
３０ 大弁
３３ 大弁体ガイド（脚）
４０ 小弁
４１ 小弁箱
４３ ガイド
４２、４３ａ 孔
４３ｂ Ｖノッチ
４４ａ 小弁体小径部
４４ｂ 小弁体大径部
４５ａ、４５ｂ、４６ 連通孔
Ｖ、Ｖ₁ 自動圧力調整弁

Claims (3)

1. 弁箱２１内を隔壁２２により流入室２３と流出室２４に分割し、その隔壁２２に大弁孔３５を形成し、その大弁孔３５の大弁座３６に大弁体３７が接離して大弁３０を開閉し、前記大弁体３７には小弁孔４８を形成し、その小弁孔４８の小弁座４９に小弁体４４が接離して小弁４０を開閉し、前記流出室２４側の圧力低下により、前記小弁４０と大弁３０を順々に開放するようにした自動圧力調整弁において、
   上記弁箱２１の流出室２４内にシリンダ３１を設けるとともにそのシリンダ３１内にピストン３２をその筒軸方向に移動自在に内装し、そのピストン３２に上記大弁体３７を連結し、前記大弁体３７の流出室２４側に上記小弁孔４８を囲むシリンダ型小弁箱４１を設け、この小弁箱４１に上記小弁体４４をその筒軸方向に移動自在に内装し、前記小弁箱４１を上記流出室２４側に開閉弁５０を介して連通し、
   上記流出室２４側の圧力低下により、上記開閉弁５０が開放し、この開放により、小弁体４４が小弁座４９から離れて小弁４０が開放し、前記流出室２４側のさらなる圧力低下による前記小弁体４４の移動により上記シリンダ３１内を小弁箱４１内に連通し、この連通により前記シリンダ３１内が流出室２４側に連通して圧力低下し、この圧力低下により大弁体３７が大弁座３６から離れて大弁３０が開放することを特徴とする自動圧力調整弁。
2. 上記小弁箱４１内を隔壁４１ｂにより分割し、その隔壁４１ｂに有底筒状の小弁体４４を水密に移動自在に貫通させ、小弁体４４の前記小弁箱４１の分割された一方の室に対応する個所に、上記小弁孔４８に常時通じる孔４２を形成するとともに、小弁座４９から離れた際に小弁孔４８に通じる孔４５ａを形成し、小弁体４４の小弁箱４１の分割された他方の室に対応する個所に孔４５ｂを形成し、
   上記小弁体４４内を上記開閉弁となるパイロット弁５０を介して上記流出室２４側に連通し、そのパイロット弁５０は流出室２４側の流体圧が所要値未満になったときに開放するものであり、
   上記小弁箱４１には上記大弁用シリンダ３１内に通じる孔４６を形成し、この孔４６は、常時は上記小弁体４４により閉じられており、上記流出室２４側のさらなる圧力低下による前記小弁体４４の移動により前記小弁体４４の小弁箱４１の分割された室に開口するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の自動圧力調整弁。
3. 上記小弁箱４１に上記小弁体４４の小弁孔４８側が嵌まって摺動するガイド筒４３を設け、小弁体４４の移動によるこのガイド筒４３と小弁体４４の重なり度合により、上記小弁座４９から離れた際に小弁孔４８に通じる孔４５ａの開口度を調整するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の自動圧力調整弁。

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