JP3811675B2 - 急速開放調圧弁とそれを用いる消火装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、急速開放できると共に二次側の最高圧力を制限する必要のある例えば高圧消火用不活性ガスボンベ等に装着される急速開放調圧弁と、それを用いる消火装置、高圧ガスボンベ装置および流体の急速供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＣＯ２消火装置に用いられるＣＯ２ボンベ付き弁としては、起動用高圧ガスを導入することによって急速開放できる形式のものが一般的に採用されているが、この種の弁では出口側の圧力を制限することはできない。一方、減圧機構を備えた弁としては、ハンドルを回して開閉する形式の種々の減圧弁付きボンベバルブが提案されている（例えば特開平３−２１９１７２号公報参照）。しかし、このような弁は急速開放できるようになっていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術に於ける上記問題を解決し、急速開放できると共に二次側圧力を目的とする圧力以下に制限することができる簡単な構造の急速開放調圧弁と、それを用いる消火装置、高圧ガスボンベ装置および流体の急速供給装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体の入口及び出口と弁座とを備えた本体と、
一端側及び他端側を持ち、前記一端側に前記弁座に接離して開閉される弁体部と前記出口に導通し閉方向の圧力を受ける閉受圧面２４と前記他端側に形成され開方向の圧力を受ける開受圧面２５とを備え前記本体に開閉方向に移動可能に案内される弁体部材と、
前記一端側と前記他端側との間を導通させる通路と、
前記弁体部材を開方向に付勢する付勢部材と、
前記通路を閉鎖するように取り付けられる封板を備えた封圧手段と、
作動されたときに前記封板を破って前記通路内の圧力を前記開受圧面に供給できるように形成され前記本体に取り付けられる封圧解除手段とを有し、
前記弁座に着座した弁体部の流体圧力を受ける受圧面積と、前記閉受圧面の受圧面積と、前記開受圧面の受圧面積と、前記付勢部材の付勢力とは、前記通路の前記一端側と前記他端側とが導通し前記開受圧面が前記開方向の圧力を受けて前記弁体部が開になると共に、前記出口の圧力が所定圧力を越えると前記弁体部を閉にする弁閉鎖力が前記付勢力より大きくなって前記弁体部が閉になるような関係に定められていることを特徴とする急速開放調圧弁である。
【０００５】
また本発明は、流体の入口及び出口と弁座とを備えた本体と、
一端側及び他端側を持ち、前記一端側に前記弁座に接離して開閉される弁体部と前記出口に導通し閉方向の圧力を受ける閉受圧面２４と前記他端側に形成され開方向の圧力を受ける開受圧面２５とを備え前記本体に開閉方向に移動可能に案内される弁体部材と、
前記一端側と前記他端側との間を導通させる通路と、
前記弁体部材を開方向に付勢する付勢部材と、
前記通路を閉鎖するように取り付けられる封圧部材を備えた封圧手段と、
作動されたときに前記封圧部材を開いて前記通路内の圧力を前記開受圧面に供給できるように形成され前記本体に取り付けられる封圧解除手段とを有し、
前記弁座に着座した弁体部の流体圧力を受ける受圧面積と、前記閉受圧面の受圧面積と前記開受圧面の受圧面積と前記付勢部材の付勢力とは前記通路の前記一端側と前記他端側とが導通し前記開受圧面が前記開方向の圧力を受けて前記弁体部が開になると共に、前記出口の圧力が所定圧力を越えると前記弁体部を閉にする弁閉鎖力が前記付勢力より大きくなって前記弁体部が閉になるような関係に定められていることを特徴とする急速開放調圧弁である。
【０００６】
また本発明は、前記封圧部材は、封板であり、
前記封圧解除手段は、
前記封板に対向するように設けられる針部と、
流体圧力を受けることによって該針部が前記封板を貫通するように前記針部を付勢するピストン状部材と、
該ピストン状部材を付勢できるように形成された操作部とを有することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、前記本体に受け部材が取り付けられ、
前記付勢部材は、該受け部材と前記弁体部材との間に介装され、
前記受け部材と前記付勢部材との間に介装され前記開閉方向に移動可能に案内され前記開受圧面と同じ圧力を受ける受圧面を備え前記開方向の所定位置に移動したときに前記付勢手段に前記付勢力を発生させる移動受け部９と、
該移動受け部を前記所定位置で停止させるように前記本体に設けられた位置決め部１７とを有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、消火用の不活性ガスを貯留する不活性ガスボンベ１００と、
前述の急速開放調圧弁であって、前記本体の前記入口が、不活性ガスボンベ１００に装着される急速開放調圧弁と、
急速開放調圧弁の出口からの不活性ガスを、消火区画に導くライン１０５，１０９とを含むことを特徴とする消火装置である。
【００１０】
また本発明は、高圧ガスボンベに、
前述の急速開放調圧弁の前記本体の前記入口が装着されることを特徴とする高圧ガスボンベ装置である。
【００１１】
また本発明は、流体を供給する流体源１００と、
前述の急速開放調圧弁であって、前記本体の前記入口が、流体源に設けられる急速開放調圧弁とを含むことを特徴とする流体の急速供給装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した急速開放調圧弁の全体構造を一例を示す。急速開放調圧弁は、本体１、弁体部材２、本例では弁体部材２内に設けられた通路としての導通穴２３、受け部材としてのバネ受け３、付勢部材としてのバネ４、封圧手段としての封板機構５、封圧解除手段としての弁作動機構６等を有する。
【００１３】
本体１は、流体としての例えば高圧窒素の入口１１ａ及び出口１２ａを形成する入口ノズル部１１及び出口ノズル部１２、弁座１３等を備えている。入口ノズル部１１は、例えば図５に略図で示すように急速開放調圧弁１０１として高圧の窒素ボンベ１００に装着されるためのネジ１１ｂを備えていると共に、その内部には補強用リング１１ｃがねじ込まれている。出口ノズル部１２は、例えば図５に示す窒素消火元ライン１０５の管が装着されるためのネジ１２ｂを備えている。本体１には、図示しないが圧力計やボンベ用安全弁の座等を必要に応じて適宜設けることができる。
【００１４】
弁体部材２は、弁座１３に接離して開閉される弁体部としてのキャップ２１及び弁体２２、前記導通穴２３、閉受圧面２４、開受圧面２５等を備えていて、弁開閉方向である図において上下の矢印Ｚ−Ｚ′で示す方向に移動可能に本体１によって案内される。導通穴２３は、一端側及び他端側として本例では前記Ｚ′及びＺ方向の端で開口していて、一端側は入口１１ａに通じるように設けられている。閉受圧面２４は、出口１２ａに導通し、ここから弁閉方向であるＺ方向の圧力を受ける。このため、弁体部材２が本体１によって案内される案内面には、圧力シール用のＯリング７が介装されている。開受圧面２５は、Ｚ方向の端に形成され、開方向である矢印Ｚ′方向の圧力を受ける。
【００１５】
バネ受け３は、本例では本体１の上端部の外側に被せられ、ねじ込まれることによってこれに装着されていて、バネ４の反力を支持している。又、弁体部材２が気密状態で摺動可能なように、その上部とバネ受け４との間がＯリング８によってシールされている。なお、本体１の上端部を大径にして、その内側にバネ受け３をねじ込むような構造であってもよい。バネ４は、弁体部材２のバネ受け部２６とバネ受け３との間に介装され、弁体部材２をＺ′方向に付勢している。
【００１６】
封圧機構５は、図３にも示す如く、ネジ付きリング５１、封圧部材としての例えば薄肉ステンレス鋼板等でできた封板５２、ネジ付きリング５１で押し付けられることによって弁体部材２の上端との間で封板５２を挟み込むパッキン５３、５４、等によって構成されている。これにより、封板５２はＺ方向で導通穴２３を閉鎖している。なお本例では、弁体部材２の上端部を凹状に削り込み、封板５２やネジ付きリング５１をその中に装着しているが、ネジ付きリング５１を弁体部材２の上端に被せるキャップ式にして、封板５２を弁体部材２の上端に装着するようにしてもよい。
【００１７】
弁作動機構６は、バネ受け３の上方に延設されたシリンダ部３１にねじ込みによって装着され、作動されたときに針部材６５の尖端６５ａで封板５２を突き破って開き、導通穴２３内の圧力を開受圧面２５に供給できるように形成されている。なお、本例では、弁作動機構６はバネ受け３を介して本体１に装着されているが、本体１の上端をバネ受け３の外側に出して上方に延設し、本体１に直接弁作動機構６を取り付けるようにしてもよい。
【００１８】
図２は弁作動機構の構造例を示す。弁作動機構６は、作動ガス導入口６１ａが装着された外筒６１、その中に挿入された内筒６２、中央部分に穴が開けられ内筒６２の上端を閉鎖するように内筒６２内にねじ込まれて装着されたカバー６３、内筒６２内に摺動可能に挿入されカバー６３の先端部で反作動方向である上方位置を規制された作動リング６４、これに装着された前記針部材６５及び封板５２に対向するように設けられる針部としての前記尖端６５ａ、作動リング６４を反作動方向である上方に付勢するバネ６６、カバー６３の穴に挿入されたリング付きのロット６７、その操作用のキャップ６８、これとカバー６３との間に介装されロッド６７を位置保持する挟み板６９、これを封印しているピン６９ａ及び係止している鎖６９ｂ、これを取り付けているネジ７０等によって構成されている。又、必要位置にシール用のＯリングが設けられている。
【００１９】
このような構造において、作動リング６４は、流体圧力として図５に示す高圧のＣＯ２起動ガスライン１０４の圧力を受けることにより、尖端６５ａが封板５２を貫通するように、針部材６５を介して尖端６５ａを付勢するピストン状部材に相当する。又、ロッド６７、キャップ６８、挟み板６９等は、作動リング６４を付勢できるように形成された操作部を構成する。
【００２０】
図４は、以上のように構成された急速開放調圧弁の弁体部材２の寸法関係及びこれによる圧力調整機能の説明図である。この図では、図１に示す封板５２は破られていて、導通穴２３が上下間を導通させ、開受圧面２５に入口圧力Ｐ１がかかっている。
【００２１】
弁体部材２は、圧力調整機能に関連した各部寸法として、弁座１３の寸法としての弁座の当たり部分の中心直径ｄ３、閉受圧面２４の寸法としての外径ｄ５、及び開受圧面２５の寸法としての外径ｄ４を有する。これら各部寸法及び付勢力としての図示のバネ力Ｆとは、出口１２ａの圧力Ｐ２が所定圧力以下になる関係に定められる。なお、ｄ１及びｄ２は、入口圧力の作用する導通穴２３の直径及び出口圧力の作用する弁体部材２の軸部の最小直径で、共に中間的に介在する寸法である。
【００２２】
上記のような関係に構成するためには、Ｐ２が所定圧力以上になると弁が閉鎖するように上記寸法等を定める必要がある。従って、入口１１ａの圧力をＰ１としてその条件を式にすると、
【００２３】
この式の左辺は圧力による弁閉鎖力の合計であり、右辺はバネ力による弁開放力である。この式によれば、Ｐ１は一定であり、Ｆはバネ定数が定まると一定伸びにおいては一定の力になるから、ｄ５をｄ３より大きくしておけば、Ｐ２が大きくなると弁閉鎖力が大きくなる。従って、諸寸法及びＦを上式のような関係に定めると、出口圧力Ｐ２が一定値を越えると圧力による弁閉鎖力がバネ力より大きくなって弁が閉じ、Ｐ２はそれ以上Ｐ１に接近しないので、出口圧力Ｐ２を目的とする一定圧力以下に制限することができる。
【００２４】
本例では、更に、弁座の寸法ｄ３と開受圧面の寸法ｄ４とを同じにしているので、上式は、
（π／４）〔Ｐ２（ｄ５ ２−ｄ３ ２）〕≧Ｆ …（２）
となる。このようにすれば、ｄ５、ｄ３及びＦのみを定めることにより、出口圧力を目的とする所定圧力以下に制限することができる。従って、弁の設計が容易になる。又、入口圧力に関係なく出口圧力を制限できるので、仮に入口圧力が低下し、何らかの原因で出口圧力が上昇しても、入口側への流体の逆流を防止することができる。更に、圧力調整に関連する部分が少なくなるため、作動の安定性が高く、確実に出口圧力を制限でき、弁の信頼性が向上する。
【００２５】
図４において、封板５２が開いていないときには、開受圧部２５には入口圧力Ｐ１がかからず、大気圧の状態になっているから、式（１）によればｄ４＝０の状態になるので、弁閉鎖力は十分大きくなり、弁は確実に閉じた状態を維持する。このときには、出口圧力は当然大気圧になっている。
【００２６】
一方、この状態で封板５２が破られると、式（１）又は式（２）において、Ｐ１が大気圧より十分大きいとすればＰ２はほぼ０とみなせるから、ｄ３とｄ４とが同じか又はｄ４とｄ３との差がそれ程大きくなければ、弁開閉力としては殆どバネ力Ｆだけが作用することになるため、弁は確実に開かれる。そして、出口圧力が所定圧力以上に上昇するまで開いた状態が維持される。この場合、弁を開く力が少しでも大きければ弁は全開状態になるので、開閉機構や圧力調整機構によって流体抵抗が増加するということは全くない。
【００２７】
以上のような図１に示す急速開放調圧弁は、構造の簡単なもので作動の確実なものである。図５は、本発明の急速開放調圧弁が適用される装置の一例である窒素消火装置の概略系統を示す。窒素消火装置は、４０°Ｃで１５０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の圧力になるまで昇圧された窒素の充填された窒素ボンベ１００、これに装着された本発明の急速開放調圧弁１０１、温度４０°Ｃで１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の圧力を持つ起動用のＣＯ２ボンベ１０２、これに装着され図２の弁作動機構と同様の構造で高圧不活性ガスの代わりにソレノイド等で作動するスターター１０３、起動ガスライン１０４、消火元ライン１０５、安全装置１０６、元弁１０７、消火区画を選択するための選択弁１０８、個別消火ライン１０９、消火区画１１０等によって構成されている。急速開放調圧弁は、ｄ３＝ｄ４とし、例えばＰ２＝１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇとして、式（２）に基づいて、
（π／４）〔１１０（ｄ５ ２−ｄ３ ２）〕＝Ｆ …（３）
の関係に設計される。ここで、ｄ５及びｄ３の単位はｃｍ、Ｆの単位はｋｇｆである。
【００２８】
以上のような構成の急速開放調圧弁は次のように作動する。急速開放調圧弁には、窒素ボンベ１００から約１５０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇの入口圧力Ｐ１がかかっていて、封板５２は破られていない。従って、式（１）において、ｄ４＝０としてＰ１ｄ３ ２π／４という大きな弁閉鎖力が作用していて、弁は確実に閉じた状態になっている。この状態で、例えば何れかの消火区画で火災が発生すると、スターター１０３が操作され、ＣＯ２ボンベ１０２から起動ガスライン１０４を介して、急速開放調圧弁１０１の弁作動機構６に圧力１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の作動ガスが導入される。
【００２９】
弁作動機構６では、起動ガスが外筒６１、内筒６２、カバー６３のそれぞれに開けられた導通孔を介して作動リング６４の上部に導入され、これとロッド６７との間でガス圧が発生し、作動リング６４及びこれと共に針部材６５と尖端６５ａが押し下げられ、封板５２を突き破ってこれを開き、窒素が直ちに入口１１ａから導通孔２３を介して上端部に入り、内筒６２とバネ受け３との間で形成された開受圧面２５に圧力Ｐ１を作用させる。一方、ｄ３及びｄ４が共に有効になって式（１）のＰ１部分が０になり、出口圧力Ｐ２も大気圧であるから、圧力による弁開閉力が殆どなくなり、バネ力Ｆによって弁体部材２が確実に押し下げられ、弁は瞬時に開く。これにより、消火元ライン１０５以下に迅速に窒素が流され、消火区画内に充満して消火効果を発揮する。
【００３０】
一方、弁が開いたときに、例えば元弁１０７や選択弁１０８が閉まっていたような場合には、消火元ライン１０５の圧力が上がり、その結果急速開放調圧弁１０１の出口１２ａの圧力が上昇する。ところが、この圧力が１１０ｋｇｆ／ｃｍ２になると、式（３）のように寸法やバネ力が決められているため出口圧力による力と弁開閉力がバランスし、圧力が１１０ｋｇｆ／ｃｍ２を越えると、圧力による弁閉鎖力がバネ力に勝って弁が閉鎖する。その結果、１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以上の出口側圧力の過度の上昇が防止される。
【００３１】
図６は本発明を適用した他の急速開放調圧弁の構造例を示す。この急速開放調圧弁は、図１のものに較べて、主として、弁体部材２の入口１１ａに通じる一端側と開受圧面２５に通じる他端側とを導通させる通路として弁体部材２内に設けられた導通穴２３に代えて、本体１内に設けられた通路としての横導通穴１４及び側部導通穴１５を備えている。そして、２つの導通穴の間は、図１のものと同様に封板５２によって閉鎖されている。なお、本例では、封板５２を弁作動機構６の内筒６２で押圧支持していて、導通穴１４と１５との間は内筒６２に開けられた穴６２ａによって導通され、カバー３′で開受圧面２５を閉鎖している。又、バネ受け３は本体１の内面にねじ込まれている。図１の補強用リング１１ｃは用いられていない。
【００３２】
この例でも、図１のものと全く同様に、弁作動機構６が作動し、封板５２が破られると、入口１１ａのガス圧力が、順次横導通穴１４、封板５２、穴６２ａ、側部導通穴１５を介して瞬時に開受圧面２５に作用し、バネ４の力によって弁体部材２を作動させて弁を開くことができる。又、弁開時に出口１２ａ側の圧力が所定圧力以上になると、閉受圧面２４の圧力が高くなり、弁閉鎖力が弁開放力より大きくなり、弁を閉じてこれ以上の圧力上昇が防止される。本例の急速開放調圧弁によれば、弁作動機構６を弁体部材２に直角の方向に配置できるので、急速開放調圧弁の全体形状を小型化できる利点がある。
【００３３】
以上のように、急速開放調圧弁は、通常起動ガスライン１０４からのガス圧力で作動するが、起動系に故障等が発生し、急速開放調圧弁の弁作動機構６に作動ガスが供給されないようなときには、直接手動操作によって弁を開くことができる。このときには、封印用のピン６９ａを引き抜き、挟み板６９の鎖係止側を持ってこれを引き抜き、キャップ６８を押し下げることによってロッド６７を介して作動リング６４を押し下げ、針部材の尖端６５ａを下げて封板５２を破ることができる。その結果、スターター系に故障等があっても、手動によって直ちに確実に窒素を供給でき、消火作業を行うことができる。
【００３４】
このような急速開放調圧弁によれば、消火すべきときに急速且つ確実に弁を開いて窒素を供給できると共に、出口側の圧力を所定圧力として例えば１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以下に制限することができる。従って、出口側の配管や弁等の消火系の一切のものの耐圧を従来のＣＯ２消火系の場合と同じ１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以上に上げる必要がなくなる。その結果、設備費用の増加等を招くことなく、例えば１５０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇという消火能力の大きい窒素消火装置を用いることが可能になる。
【００３５】
なお、窒素消火装置としては、例えば２００ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の圧力のものも使用可能である。又、本急速開放調圧弁は、窒素消火装置のほか、他の不活性ガス消火装置や高圧ガスボンベ等に広く使用できるものである。図７及び図８は急速開放調圧弁の更に他の構造例を示す。本例の急速開放調圧弁は、本体１、この内側にねじ込まれて本体１と一体となって本体としての機能を成すように構成された中胴１０、弁体部材２、通路としての横導通穴１４、連絡導通穴１６及び上導通穴２３′、受け部材としてのバネ受け３及び移動受け部でもある移動バネ受け９、付勢部材としてのバネ４、封圧手段として図９（ａ）にも詳細を示す封板機構５、封圧解除手段として同図（ｂ）に示す弁作動機構６、位置決め部１７等を有する。なお図では、移動バネ受け９が上位置にあって弁体部材２が弁体２２を閉じている状態を中心線Ｃの右側に示し、同バネ受け９が下位置にあって弁体２２が開いている状態を左側に示している。
【００３６】
本体１は図１のものと同様に、高圧窒素の入口１１ａ及び出口１２ａを形成する入口ノズル部１１及び出口ノズル部１２等を備えている。なお、本例の弁では製造性等の点から本体１の内部に中胴１０を設けていて、これによって弁体部材２等を支持案内すると共に、その下端を弁座１３部分としている。但し、図１のように中胴１０を本体と共に同一部材にしてもよいことは勿論である。本体１には、圧力計座、圧力絞り用ニードル弁座、安全栓座等が必要に応じて設けられるが、図１のものと同様に図示を省略している。
【００３７】
弁体部材２も図１のものとほぼ同様の構造になっている。なお、図１では導通穴２３が一端側から他端側まで封板５２を介して直接導通しているが、本例のものでは上記のように、横導通穴１４、封板５２及び連絡導通穴１６を介して導通している。但し、本例の構造の弁に対しても図１のような通路及び封板機構を採用できることは勿論である。
【００３８】
バネ受け３は、本例では中胴１０の上端部の外側に被せられ、ねじ込まれることによってこれに装着されていて、移動バネ受け９を介してバネ４の反力を支持している。即ち、後述するように封板５２の開封後には、導入された弁入口側の圧力を移動バネ受け９との間の空間部で受け止め、移動バネ受けに圧力を発生させることにより、移動バネ受け９を介してバネ４の力を支持している。一方開封前には、図７、８の中心線Ｃの右側に示すように、バネ４がほぼ完全に伸びた状態になるように移動バネ受け９の上端を受け止めている。なお、この場合の移動バネ受け９の上端とバネ受け３の当たり面との間は、多少隙間ができる状態でもよく、反対に多少のバネ力が残る程度に接触していてもよい。
【００３９】
又、弁体部材２が気密状態で摺動可能なように、必要部分がＯリング８によってシールされている。なお、本例では移動バネ受け９が中胴１０で移動案内されているが、中胴１０の上端部を大径にしてその内側にバネ受け３をねじ込み、バネ受け３で移動バネ受け９を案内するような構造であってもよい。バネ４は、移動バネ受け３と弁体部材２のバネ受け部２６との間に介装され、図１のものと同様に弁体部材２をＺ′方向に付勢している。
【００４０】
移動バネ受け９は、バネ受け３とバネ４との間に介装され、本例では本体１と一体の中胴１０によって開閉方向Ｚ−Ｚ′に移動可能に案内され、開受圧面２５と同じ圧力を受ける受圧面９ａを備え、Ｚ′の開方向の所定位置である下位置Ｌまで移動したときに位置決め部１７で停止され、バネ４に付勢力Ｆを発生させる。即ち、移動バネ受け９はバネ受け３の内側にあって新たに実質的なバネ受けとして作動する。なお、位置決め部１７をネジ込み式にしたり、その上に載せられる厚みの薄い調整部材を準備する方法等により、位置決め部１７の位置を調整可能にしてもよい。
【００４１】
横導通穴１４、連絡導通穴１６及び上導通穴２３′は、一端側である弁体部材２の窒素の入口１１ａ側と他端側である弁体部材２の上端の開受圧面２５との間を導通させる通路である。本例の如く連絡導通穴１６を設けて弁体部材２内に設けられた上導通穴２３′を利用すれば、図１のものと同様に弁の上部において通路のための独立のスペースが不要になるので、上部の弁直径を小さくすることができる。但し、図６のような通路を採用することもできる。
【００４２】
図９（ａ）は封圧機構５の構造を示す。本例のものも図３に示すものとほぼ同様であるが、本例のものではネジ付きリング５１の先端部分にガスの送気口５５が設けられている。なお、封圧機構５を構成するノズル部の外側はネジ５６になっている。そのため、図９（ｂ）に示す、弁作動機構６の内筒６２の先端部分の内側にネジ６２ａが切られていて、これがノズル部のネジ５６に外から螺合するようになっている。但し、この部分は図１に示すような螺合構造であってもよい。弁作動機構６のその他の構造は図２（ｂ）のものと全く同じである。
【００４３】
図１０は図７、８の急速解放調圧弁の弁体２に掛かる圧力の関係を示し、（ａ）は図４に対応する図で封板５２が破られた開封後の状態で、（ｂ）は開封前の状態である。封板５２が破られると、本例の急速開放調圧弁では、入口１１ａのガスが順次、横導通穴１４、送気口５５、連絡導通穴１６、上導通口２３′を経由して開受圧面２５及び移動バネ受け９の受圧面９ａに流れ、（ａ）に示す如くこれらの上に圧力Ｐ１が作用する。これにより、受圧面９ａ側では、この部分の圧力Ｐ１によって移動バネ受け９が押し下げられ、バネ４を圧縮しつつ所定位置Ｌまで下がると中胴１０の位置決め部１７に当たって停止する。このとき、移動バネ受け９で圧縮されたバネ４は弁体２に開方向のバネ力Ｆを作用させる。このバネ力Ｆ及び圧力Ｐ１による開受圧面２５に掛かる力の作用と、これらを含めた弁体部材２に掛かる全体の力関係については、図４で説明した通りになる。そして、本例の弁も、式（１）、（２）によって出口側の圧力が制御される。
【００４４】
（ｂ）に示す封板５２の開封前において、窒素ボンベ１００の圧力が高いときには、Ｐ１の圧力が高く、一方、弁座１３が弁体２２に接触して弁が閉じているため出口１２ａ側の圧力は低い大気圧Ｐ０になっている。その結果、前式（１）にも示すように、圧力Ｐ１による弁閉鎖力がバネによる弁開放力Ｆより充分大きいので、弁を閉じることができる。しかしＰ１が一定の圧力以下になると、図１の弁の場合には、これによる弁閉鎖力がバネ力Ｆによる弁解放力より小さくなって弁が開くことになる。例えば、前述の如くＰ１が１５０ｋｇｆ／ｃｍ２でＰ２を１１０ｋｇｆ／ｃｍ２以下の圧力に制御するときのバネ力Ｆによれば、Ｐ１が最大時の１／３程度即ち５０ｋｇｆ／ｃｍ２程度になると、Ｐ１による弁閉鎖力よりもバネ力Ｆによる弁開放力の方が大きくなる。そして弁が不必要に開くことになる。
【００４５】
ところが、本例の急速開放調圧弁によれば、（ｂ）に示す如く、移動バネ受け９の受圧面９ａに作用する圧力が大気圧Ｐ０になることによってバネ４を圧縮する力が解放され、移動バネ受け９はバネ力Ｆ発生させる位置Ｌからそれがほぼ零のＦ０になる位置Ｈまで上昇する。その結果、弁体２のバネ受け部２６にはバネ４の力が殆ど作用しなくなり、封板が破れない限り弁の閉鎖状態が維持されることになる。なお、図中のＰ０、Ｆ０の矢印は圧力及び力の方向を示すものであり、大きさがほぼ０であることは上記のとおりである。
【００４６】
このような急速解放調圧弁によれば、窒素ボンベ１００の圧力が低下したときでも、窒素の出口ラインへの流出を防止することができる。なお、図５に示す如く、弁が開いて窒素が出口ラインに入った場合でも、消火系統では元弁１０７や選択弁１０８によって消火区域内への不必要な消火ガスの吹き出しは阻止されているので、危険性は全くない。又本例の弁によれば、工場から出荷時に窒素ボンベ１００に窒素を充填する場合にも、弁の抵抗によって少しでもボンベ内の圧力が上昇すると直ちに弁が閉まるので、出口ノズル部１２を解放した状態又は僅かにキャップを被せるだけの状態で窒素を充填できるようになり、弁の取扱性が良くすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、急速開放調圧弁を本体と、弁体部材と、受け部材と、付勢部材と、封圧手段と、封圧解除手段との組合せによって構成し、弁体部材の一端側と他端側との間を導通させる通路を弁体部材又は本体に設け、その一端側を本体入口に導通させ他端側への通路を封圧手段の封圧部材で封鎖し、本体の弁座に着座した弁体部の流体圧力を受ける受圧面積、弁体部材の閉受圧面の受圧面積、前記他端側に位置する開受圧面の受圧面積、及び付勢部材の開付勢力を、通路の一端側と他端側とが導通し開受圧面が開方向の圧力を受けているときに出口の圧力が所定圧力を越えると弁体部を閉にする弁閉鎖力が付勢力より大きくなって弁体部が閉にされるように、本体出口の圧力が所定圧力以下になる関係に定めているので、各条件によって弁体部材は次のように開閉する。
【００４８】
まず、封圧手段が作動せず他端側が封圧部材で封鎖されているときには、開受圧面が作動せず、従って弁体部材に閉方向に作用する入口圧力の力が付勢部材の付勢力より大きくなり、弁体部材の閉鎖状態が維持される。
【００４９】
次に、封圧手段が作動すると、他端側への通路を封鎖している封圧部材が開かれて開受圧面に入口圧力がかかり、これが弁体部材入口部分の閉圧力を解除又は低減し、付勢部材の付勢力を有効にして弁体部材を確実に開くことができる。
【００５０】
更に、この状態で出口圧力が大きくなると、閉受圧面の圧力が付勢部材の付勢力より大きくなり、弁を閉鎖し、出口圧力の一定以上の上昇を制限することができる。その結果、流体入口圧力が高圧であっても、出口圧力を所定圧力以下にし、配管や弁類等の耐圧をその圧力まで下げることができる。そして、例えば、従来の消火システムの設計圧力に相当する出口圧力として１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇの値を維持し、即ち配管系等のコストを上昇させることなく、１５０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度以上の高圧で消火能力の大きい窒素消火装置の採用を可能にすることができる。
【００５１】
本発明によれば、封圧解除手段として、封圧部材に対向するように設けられる針部を流体圧力で作動するピストン状部材に取り付け、これを操作部によって操作できるようにするので、封圧部材を流体圧力によって遠隔作動できると共に、流体圧力ラインに故障等が生じた場合でも、機側で手動操作によって封圧部材を開閉でき、装置の安全性を向上させることができる。
【００５２】
本発明によれば、受け部材と付勢部材との間に開受圧面と同じ圧力を受ける受圧面を備えた移動受け部を設け、これを開閉方向に移動可能に案内し、封圧が解除されると受圧面が前記圧力を受けて移動受け部を開方向の所定位置に移動させると共に、この位置で停止するように位置決め部を設けるので、開封時にはこの決められた位置で付勢部材に前記付勢力を発生させることができる。その結果、請求項１の発明と同じ作用により、出口圧力を所定圧力以下に制御することができる。
【００５３】
一方、封圧が解除されていないときには、受圧面が前記圧力を受けていないので、移動受け部を所定位置に移動させる力が発生しないと共に、移動受け部は付勢部材の反力を受けて所定位置とは反対の方向に自由に移動する。その結果、付勢部材の付勢力が発生しなくなり、弁体部材は付勢部材によって開方向に付勢されなくなる。その結果、入口側の流体圧力が低下したときでも、付勢部材の付勢力による不必要な弁の開放が防止される。又、急速開放調圧弁が装着される消火ガス容器等にガスを充填するときにも、出口側を完全に閉鎖することなくガスを充填できるようになるので、装置の取扱性を向上させることができる。
【００５５】
また本発明によれば、前述の急速開放調圧弁を用いる消火装置、高圧ガスボンベ装置および流体の急速供給装置が実現されるので、消火用の不活性ガスなどの流体を迅速に供給することができるとともに、その流体の圧力を所定圧力以下に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した急速開放調圧弁の全体構造の一例を示す縦断面図である。
【図２】上記急速開放調圧弁の弁作動機構の一例を示し、（ａ）は平面図で（ｂ）は縦断面図である。
【図３】上記急速開放調圧弁の封圧部分の構造例を示す部分断面図である。
【図４】上記急速開放調圧弁の弁体部材の各部に係る力の関係の説明図である。
【図５】上記急速開放調圧弁を適用できる装置である窒素消火装置の一例を示す系統図である。
【図６】本発明を適用した急速開放調圧弁の他の例を示す縦断面図である。
【図７】本発明を適用した急速開放調圧弁の更に他の例を示す縦断面図である。
【図８】上記弁の上記とは異なった方向の縦断面図である。
【図９】（ａ）は封板機構の拡大断面図で（ｂ）はこの機構のための弁作動機構の従断面図である。
【図１０】上記急速開放調圧弁の弁体部材の各部に掛かる力の関係の説明図であり、（ａ）は開封後の状態で（ｂ）は開封前の状態を示す。
【符号の説明】
１ 本体
２ 弁体部材
３ バネ受け（受け部材）
４ バネ（付勢部材）
５ 封板機構（封圧手段）
６ 弁作動機構（封圧解除手段）
９ 移動バネ受け（受け部、移動受け部）
９ａ 受圧面
１１ａ 窒素の入口（流体の入口）
１２ａ 窒素の出口（流体の出口）
１３ 弁座
１４ 横導通穴（通路）
１５ 側部導通穴（通路）
１６ 連絡導通穴（通路）
１７ 突出面（位置決め部）
２３ 導通穴（通路）
２３′ 上導通穴（通路）
２４ 閉受圧面
２５ 開受圧面
５２ 封板（封圧部材）
６４ 作動リング（ピストン状部材）
６５ａ 尖端（針部）
６７ ロッド（操作部）
６８ キャップ（操作部）
６９ 挟み板（操作部）
ｄ３ 弁座の当たり部分の中心直径（弁座の寸法）
ｄ５ 外径（閉受圧面の寸法）
ｄ４ 外径（開受圧面の寸法）
Ｆ バネ力（付勢力）
Ｐ２ 出口の圧力
Ｌ 下位置（所定位置）
Ｚ 開方向
Ｚ′ 閉方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、急速開放できると共に二次側の最高圧力を制限する必要のある例えば高圧消火用不活性ガスボンベ等に装着される急速開放調圧弁と、それを用いる消火装置、高圧ガスボンベ装置および流体の急速供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＣＯ２消火装置に用いられるＣＯ２ボンベ付き弁としては、起動用高圧ガスを導入することによって急速開放できる形式のものが一般的に採用されているが、この種の弁では出口側の圧力を制限することはできない。一方、減圧機構を備えた弁としては、ハンドルを回して開閉する形式の種々の減圧弁付きボンベバルブが提案されている（例えば特開平３−２１９１７２号公報参照）。しかし、このような弁は急速開放できるようになっていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術に於ける上記問題を解決し、急速開放できると共に二次側圧力を目的とする圧力以下に制限することができる簡単な構造の急速開放調圧弁と、それを用いる消火装置、高圧ガスボンベ装置および流体の急速供給装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体の入口及び出口と弁座とを備えた本体と、
一端側及び他端側を持ち、前記一端側に前記弁座に接離して開閉される弁体部と前記出口に導通し閉方向の圧力を受ける閉受圧面２４と前記他端側に形成され開方向の圧力を受ける開受圧面２５とを備え前記本体に開閉方向に移動可能に案内される弁体部材と、
前記一端側と前記他端側との間を導通させる通路と、
前記弁体部材を開方向に付勢する付勢部材と、
前記通路を閉鎖するように取り付けられる封板を備えた封圧手段と、
作動されたときに前記封板を破って前記通路内の圧力を前記開受圧面に供給できるように形成され前記本体に取り付けられる封圧解除手段とを有し、
前記弁座に着座した弁体部の流体圧力を受ける受圧面積と、前記閉受圧面の受圧面積と、前記開受圧面の受圧面積と、前記付勢部材の付勢力とは、前記通路の前記一端側と前記他端側とが導通し前記開受圧面が前記開方向の圧力を受けて前記弁体部が開になると共に、前記出口の圧力が所定圧力を越えると前記弁体部を閉にする弁閉鎖力が前記付勢力より大きくなって前記弁体部が閉になるような関係に定められていることを特徴とする急速開放調圧弁である。
【０００５】
また本発明は、流体の入口及び出口と弁座とを備えた本体と、
一端側及び他端側を持ち、前記一端側に前記弁座に接離して開閉される弁体部と前記出口に導通し閉方向の圧力を受ける閉受圧面２４と前記他端側に形成され開方向の圧力を受ける開受圧面２５とを備え前記本体に開閉方向に移動可能に案内される弁体部材と、
前記一端側と前記他端側との間を導通させる通路と、
前記弁体部材を開方向に付勢する付勢部材と、
前記通路を閉鎖するように取り付けられる封圧部材を備えた封圧手段と、
作動されたときに前記封圧部材を開いて前記通路内の圧力を前記開受圧面に供給できるように形成され前記本体に取り付けられる封圧解除手段とを有し、
前記弁座に着座した弁体部の流体圧力を受ける受圧面積と、前記閉受圧面の受圧面積と前記開受圧面の受圧面積と前記付勢部材の付勢力とは前記通路の前記一端側と前記他端側とが導通し前記開受圧面が前記開方向の圧力を受けて前記弁体部が開になると共に、前記出口の圧力が所定圧力を越えると前記弁体部を閉にする弁閉鎖力が前記付勢力より大きくなって前記弁体部が閉になるような関係に定められていることを特徴とする急速開放調圧弁である。
【０００６】
また本発明は、前記封圧部材は、封板であり、
前記封圧解除手段は、
前記封板に対向するように設けられる針部と、
流体圧力を受けることによって該針部が前記封板を貫通するように前記針部を付勢するピストン状部材と、
該ピストン状部材を付勢できるように形成された操作部とを有することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、前記本体に受け部材が取り付けられ、
前記付勢部材は、該受け部材と前記弁体部材との間に介装され、
前記受け部材と前記付勢部材との間に介装され前記開閉方向に移動可能に案内され前記開受圧面と同じ圧力を受ける受圧面を備え前記開方向の所定位置に移動したときに前記付勢手段に前記付勢力を発生させる移動受け部９と、
該移動受け部を前記所定位置で停止させるように前記本体に設けられた位置決め部１７とを有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、消火用の不活性ガスを貯留する不活性ガスボンベ１００と、
前述の急速開放調圧弁であって、前記本体の前記入口が、不活性ガスボンベ１００に装着される急速開放調圧弁と、
急速開放調圧弁の出口からの不活性ガスを、消火区画に導くライン１０５，１０９とを含むことを特徴とする消火装置である。
【００１０】
また本発明は、高圧ガスボンベに、
前述の急速開放調圧弁の前記本体の前記入口が装着されることを特徴とする高圧ガスボンベ装置である。
【００１１】
また本発明は、流体を供給する流体源１００と、
前述の急速開放調圧弁であって、前記本体の前記入口が、流体源に設けられる急速開放調圧弁とを含むことを特徴とする流体の急速供給装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した急速開放調圧弁の全体構造を一例を示す。急速開放調圧弁は、本体１、弁体部材２、本例では弁体部材２内に設けられた通路としての導通穴２３、受け部材としてのバネ受け３、付勢部材としてのバネ４、封圧手段としての封板機構５、封圧解除手段としての弁作動機構６等を有する。
【００１３】
本体１は、流体としての例えば高圧窒素の入口１１ａ及び出口１２ａを形成する入口ノズル部１１及び出口ノズル部１２、弁座１３等を備えている。入口ノズル部１１は、例えば図５に略図で示すように急速開放調圧弁１０１として高圧の窒素ボンベ１００に装着されるためのネジ１１ｂを備えていると共に、その内部には補強用リング１１ｃがねじ込まれている。出口ノズル部１２は、例えば図５に示す窒素消火元ライン１０５の管が装着されるためのネジ１２ｂを備えている。本体１には、図示しないが圧力計やボンベ用安全弁の座等を必要に応じて適宜設けることができる。
【００１４】
弁体部材２は、弁座１３に接離して開閉される弁体部としてのキャップ２１及び弁体２２、前記導通穴２３、閉受圧面２４、開受圧面２５等を備えていて、弁開閉方向である図において上下の矢印Ｚ−Ｚ′で示す方向に移動可能に本体１によって案内される。導通穴２３は、一端側及び他端側として本例では前記Ｚ′及びＺ方向の端で開口していて、一端側は入口１１ａに通じるように設けられている。閉受圧面２４は、出口１２ａに導通し、ここから弁閉方向であるＺ方向の圧力を受ける。このため、弁体部材２が本体１によって案内される案内面には、圧力シール用のＯリング７が介装されている。開受圧面２５は、Ｚ方向の端に形成され、開方向である矢印Ｚ′方向の圧力を受ける。
【００１５】
バネ受け３は、本例では本体１の上端部の外側に被せられ、ねじ込まれることによってこれに装着されていて、バネ４の反力を支持している。又、弁体部材２が気密状態で摺動可能なように、その上部とバネ受け４との間がＯリング８によってシールされている。なお、本体１の上端部を大径にして、その内側にバネ受け３をねじ込むような構造であってもよい。バネ４は、弁体部材２のバネ受け部２６とバネ受け３との間に介装され、弁体部材２をＺ′方向に付勢している。
【００１６】
封圧機構５は、図３にも示す如く、ネジ付きリング５１、封圧部材としての例えば薄肉ステンレス鋼板等でできた封板５２、ネジ付きリング５１で押し付けられることによって弁体部材２の上端との間で封板５２を挟み込むパッキン５３、５４、等によって構成されている。これにより、封板５２はＺ方向で導通穴２３を閉鎖している。なお本例では、弁体部材２の上端部を凹状に削り込み、封板５２やネジ付きリング５１をその中に装着しているが、ネジ付きリング５１を弁体部材２の上端に被せるキャップ式にして、封板５２を弁体部材２の上端に装着するようにしてもよい。
【００１７】
弁作動機構６は、バネ受け３の上方に延設されたシリンダ部３１にねじ込みによって装着され、作動されたときに針部材６５の尖端６５ａで封板５２を突き破って開き、導通穴２３内の圧力を開受圧面２５に供給できるように形成されている。なお、本例では、弁作動機構６はバネ受け３を介して本体１に装着されているが、本体１の上端をバネ受け３の外側に出して上方に延設し、本体１に直接弁作動機構６を取り付けるようにしてもよい。
【００１８】
図２は弁作動機構の構造例を示す。弁作動機構６は、作動ガス導入口６１ａが装着された外筒６１、その中に挿入された内筒６２、中央部分に穴が開けられ内筒６２の上端を閉鎖するように内筒６２内にねじ込まれて装着されたカバー６３、内筒６２内に摺動可能に挿入されカバー６３の先端部で反作動方向である上方位置を規制された作動リング６４、これに装着された前記針部材６５及び封板５２に対向するように設けられる針部としての前記尖端６５ａ、作動リング６４を反作動方向である上方に付勢するバネ６６、カバー６３の穴に挿入されたリング付きのロット６７、その操作用のキャップ６８、これとカバー６３との間に介装されロッド６７を位置保持する挟み板６９、これを封印しているピン６９ａ及び係止している鎖６９ｂ、これを取り付けているネジ７０等によって構成されている。又、必要位置にシール用のＯリングが設けられている。
【００１９】
このような構造において、作動リング６４は、流体圧力として図５に示す高圧のＣＯ２起動ガスライン１０４の圧力を受けることにより、尖端６５ａが封板５２を貫通するように、針部材６５を介して尖端６５ａを付勢するピストン状部材に相当する。又、ロッド６７、キャップ６８、挟み板６９等は、作動リング６４を付勢できるように形成された操作部を構成する。
【００２０】
図４は、以上のように構成された急速開放調圧弁の弁体部材２の寸法関係及びこれによる圧力調整機能の説明図である。この図では、図１に示す封板５２は破られていて、導通穴２３が上下間を導通させ、開受圧面２５に入口圧力Ｐ１がかかっている。
【００２１】
弁体部材２は、圧力調整機能に関連した各部寸法として、弁座１３の寸法としての弁座の当たり部分の中心直径ｄ３、閉受圧面２４の寸法としての外径ｄ５、及び開受圧面２５の寸法としての外径ｄ４を有する。これら各部寸法及び付勢力としての図示のバネ力Ｆとは、出口１２ａの圧力Ｐ２が所定圧力以下になる関係に定められる。なお、ｄ１及びｄ２は、入口圧力の作用する導通穴２３の直径及び出口圧力の作用する弁体部材２の軸部の最小直径で、共に中間的に介在する寸法である。
【００２２】
上記のような関係に構成するためには、Ｐ２が所定圧力以上になると弁が閉鎖するように上記寸法等を定める必要がある。従って、入口１１ａの圧力をＰ１としてその条件を式にすると、
この式の左辺は圧力による弁閉鎖力の合計であり、右辺はバネ力による弁開放力である。この式によれば、Ｐ１は一定であり、Ｆはバネ定数が定まると一定伸びにおいては一定の力になるから、ｄ５をｄ３より大きくしておけば、Ｐ２が大きくなると弁閉鎖力が大きくなる。従って、諸寸法及びＦを上式のような関係に定めると、出口圧力Ｐ２が一定値を越えると圧力による弁閉鎖力がバネ力より大きくなって弁が閉じ、Ｐ２はそれ以上Ｐ１に接近しないので、出口圧力Ｐ２を目的とする一定圧力以下に制限することができる。
【００２４】
本例では、更に、弁座の寸法ｄ３と開受圧面の寸法ｄ４とを同じにしているので、上式は、
（π／４）〔Ｐ２（ｄ５ ２−ｄ３ ２）〕≧Ｆ …（２）
となる。このようにすれば、ｄ５、ｄ３及びＦのみを定めることにより、出口圧力を目的とする所定圧力以下に制限することができる。従って、弁の設計が容易になる。又、入口圧力に関係なく出口圧力を制限できるので、仮に入口圧力が低下し、何らかの原因で出口圧力が上昇しても、入口側への流体の逆流を防止することができる。更に、圧力調整に関連する部分が少なくなるため、作動の安定性が高く、確実に出口圧力を制限でき、弁の信頼性が向上する。
【００２５】
図４において、封板５２が開いていないときには、開受圧部２５には入口圧力Ｐ１がかからず、大気圧の状態になっているから、式（１）によればｄ４＝０の状態になるので、弁閉鎖力は十分大きくなり、弁は確実に閉じた状態を維持する。このときには、出口圧力は当然大気圧になっている。
【００２６】
一方、この状態で封板５２が破られると、式（１）又は式（２）において、Ｐ１が大気圧より十分大きいとすればＰ２はほぼ０とみなせるから、ｄ３とｄ４とが同じか又はｄ４とｄ３との差がそれ程大きくなければ、弁開閉力としては殆どバネ力Ｆだけが作用することになるため、弁は確実に開かれる。そして、出口圧力が所定圧力以上に上昇するまで開いた状態が維持される。この場合、弁を開く力が少しでも大きければ弁は全開状態になるので、開閉機構や圧力調整機構によって流体抵抗が増加するということは全くない。
【００２７】
以上のような図１に示す急速開放調圧弁は、構造の簡単なもので作動の確実なものである。図５は、本発明の急速開放調圧弁が適用される装置の一例である窒素消火装置の概略系統を示す。窒素消火装置は、４０°Ｃで１５０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の圧力になるまで昇圧された窒素の充填された窒素ボンベ１００、これに装着された本発明の急速開放調圧弁１０１、温度４０°Ｃで１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の圧力を持つ起動用のＣＯ２ボンベ１０２、これに装着され図２の弁作動機構と同様の構造で高圧不活性ガスの代わりにソレノイド等で作動するスターター１０３、起動ガスライン１０４、消火元ライン１０５、安全装置１０６、元弁１０７、消火区画を選択するための選択弁１０８、個別消火ライン１０９、消火区画１１０等によって構成されている。急速開放調圧弁は、ｄ３＝ｄ４とし、例えばＰ２＝１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇとして、式（２）に基づいて、
（π／４）〔１１０（ｄ５ ２−ｄ３ ２）〕＝Ｆ …（３）
の関係に設計される。ここで、ｄ５及びｄ３の単位はｃｍ、Ｆの単位はｋｇｆである。
【００２８】
以上のような構成の急速開放調圧弁は次のように作動する。急速開放調圧弁には、窒素ボンベ１００から約１５０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇの入口圧力Ｐ１がかかっていて、封板５２は破られていない。従って、式（１）において、ｄ４＝０としてＰ１ｄ３ ２π／４という大きな弁閉鎖力が作用していて、弁は確実に閉じた状態になっている。この状態で、例えば何れかの消火区画で火災が発生すると、スターター１０３が操作され、ＣＯ２ボンベ１０２から起動ガスライン１０４を介して、急速開放調圧弁１０１の弁作動機構６に圧力１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の作動ガスが導入される。
【００２９】
弁作動機構６では、起動ガスが外筒６１、内筒６２、カバー６３のそれぞれに開けられた導通孔を介して作動リング６４の上部に導入され、これとロッド６７との間でガス圧が発生し、作動リング６４及びこれと共に針部材６５と尖端６５ａが押し下げられ、封板５２を突き破ってこれを開き、窒素が直ちに入口１１ａから導通孔２３を介して上端部に入り、内筒６２とバネ受け３との間で形成された開受圧面２５に圧力Ｐ１を作用させる。一方、ｄ３及びｄ４が共に有効になって式（１）のＰ１部分が０になり、出口圧力Ｐ２も大気圧であるから、圧力による弁開閉力が殆どなくなり、バネ力Ｆによって弁体部材２が確実に押し下げられ、弁は瞬時に開く。これにより、消火元ライン１０５以下に迅速に窒素が流され、消火区画内に充満して消火効果を発揮する。
【００３０】
一方、弁が開いたときに、例えば元弁１０７や選択弁１０８が閉まっていたような場合には、消火元ライン１０５の圧力が上がり、その結果急速開放調圧弁１０１の出口１２ａの圧力が上昇する。ところが、この圧力が１１０ｋｇｆ／ｃｍ２になると、式（３）のように寸法やバネ力が決められているため出口圧力による力と弁開閉力がバランスし、圧力が１１０ｋｇｆ／ｃｍ２を越えると、圧力による弁閉鎖力がバネ力に勝って弁が閉鎖する。その結果、１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以上の出口側圧力の過度の上昇が防止される。
【００３１】
図６は本発明を適用した他の急速開放調圧弁の構造例を示す。この急速開放調圧弁は、図１のものに較べて、主として、弁体部材２の入口１１ａに通じる一端側と開受圧面２５に通じる他端側とを導通させる通路として弁体部材２内に設けられた導通穴２３に代えて、本体１内に設けられた通路としての横導通穴１４及び側部導通穴１５を備えている。そして、２つの導通穴の間は、図１のものと同様に封板５２によって閉鎖されている。なお、本例では、封板５２を弁作動機構６の内筒６２で押圧支持していて、導通穴１４と１５との間は内筒６２に開けられた穴６２ａによって導通され、カバー３′で開受圧面２５を閉鎖している。又、バネ受け３は本体１の内面にねじ込まれている。図１の補強用リング１１ｃは用いられていない。
【００３２】
この例でも、図１のものと全く同様に、弁作動機構６が作動し、封板５２が破られると、入口１１ａのガス圧力が、順次横導通穴１４、封板５２、穴６２ａ、側部導通穴１５を介して瞬時に開受圧面２５に作用し、バネ４の力によって弁体部材２を作動させて弁を開くことができる。又、弁開時に出口１２ａ側の圧力が所定圧力以上になると、閉受圧面２４の圧力が高くなり、弁閉鎖力が弁開放力より大きくなり、弁を閉じてこれ以上の圧力上昇が防止される。本例の急速開放調圧弁によれば、弁作動機構６を弁体部材２に直角の方向に配置できるので、急速開放調圧弁の全体形状を小型化できる利点がある。
【００３３】
以上のように、急速開放調圧弁は、通常起動ガスライン１０４からのガス圧力で作動するが、起動系に故障等が発生し、急速開放調圧弁の弁作動機構６に作動ガスが供給されないようなときには、直接手動操作によって弁を開くことができる。このときには、封印用のピン６９ａを引き抜き、挟み板６９の鎖係止側を持ってこれを引き抜き、キャップ６８を押し下げることによってロッド６７を介して作動リング６４を押し下げ、針部材の尖端６５ａを下げて封板５２を破ることができる。その結果、スターター系に故障等があっても、手動によって直ちに確実に窒素を供給でき、消火作業を行うことができる。
【００３４】
このような急速開放調圧弁によれば、消火すべきときに急速且つ確実に弁を開いて窒素を供給できると共に、出口側の圧力を所定圧力として例えば１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以下に制限することができる。従って、出口側の配管や弁等の消火系の一切のものの耐圧を従来のＣＯ２消火系の場合と同じ１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以上に上げる必要がなくなる。その結果、設備費用の増加等を招くことなく、例えば１５０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇという消火能力の大きい窒素消火装置を用いることが可能になる。
【００３５】
なお、窒素消火装置としては、例えば２００ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の圧力のものも使用可能である。又、本急速開放調圧弁は、窒素消火装置のほか、他の不活性ガス消火装置や高圧ガスボンベ等に広く使用できるものである。図７及び図８は急速開放調圧弁の更に他の構造例を示す。本例の急速開放調圧弁は、本体１、この内側にねじ込まれて本体１と一体となって本体としての機能を成すように構成された中胴１０、弁体部材２、通路としての横導通穴１４、連絡導通穴１６及び上導通穴２３′、受け部材としてのバネ受け３及び移動受け部でもある移動バネ受け９、付勢部材としてのバネ４、封圧手段として図９（ａ）にも詳細を示す封板機構５、封圧解除手段として同図（ｂ）に示す弁作動機構６、位置決め部１７等を有する。なお図では、移動バネ受け９が上位置にあって弁体部材２が弁体２２を閉じている状態を中心線Ｃの右側に示し、同バネ受け９が下位置にあって弁体２２が開いている状態を左側に示している。
【００３６】
本体１は図１のものと同様に、高圧窒素の入口１１ａ及び出口１２ａを形成する入口ノズル部１１及び出口ノズル部１２等を備えている。なお、本例の弁では製造性等の点から本体１の内部に中胴１０を設けていて、これによって弁体部材２等を支持案内すると共に、その下端を弁座１３部分としている。但し、図１のように中胴１０を本体と共に同一部材にしてもよいことは勿論である。本体１には、圧力計座、圧力絞り用ニードル弁座、安全栓座等が必要に応じて設けられるが、図１のものと同様に図示を省略している。
【００３７】
弁体部材２も図１のものとほぼ同様の構造になっている。なお、図１では導通穴２３が一端側から他端側まで封板５２を介して直接導通しているが、本例のものでは上記のように、横導通穴１４、封板５２及び連絡導通穴１６を介して導通している。但し、本例の構造の弁に対しても図１のような通路及び封板機構を採用できることは勿論である。
【００３８】
バネ受け３は、本例では中胴１０の上端部の外側に被せられ、ねじ込まれることによってこれに装着されていて、移動バネ受け９を介してバネ４の反力を支持している。即ち、後述するように封板５２の開封後には、導入された弁入口側の圧力を移動バネ受け９との間の空間部で受け止め、移動バネ受けに圧力を発生させることにより、移動バネ受け９を介してバネ４の力を支持している。一方開封前には、図７、８の中心線Ｃの右側に示すように、バネ４がほぼ完全に伸びた状態になるように移動バネ受け９の上端を受け止めている。なお、この場合の移動バネ受け９の上端とバネ受け３の当たり面との間は、多少隙間ができる状態でもよく、反対に多少のバネ力が残る程度に接触していてもよい。
【００３９】
又、弁体部材２が気密状態で摺動可能なように、必要部分がＯリング８によってシールされている。なお、本例では移動バネ受け９が中胴１０で移動案内されているが、中胴１０の上端部を大径にしてその内側にバネ受け３をねじ込み、バネ受け３で移動バネ受け９を案内するような構造であってもよい。バネ４は、移動バネ受け３と弁体部材２のバネ受け部２６との間に介装され、図１のものと同様に弁体部材２をＺ′方向に付勢している。
【００４０】
移動バネ受け９は、バネ受け３とバネ４との間に介装され、本例では本体１と一体の中胴１０によって開閉方向Ｚ−Ｚ′に移動可能に案内され、開受圧面２５と同じ圧力を受ける受圧面９ａを備え、Ｚ′の開方向の所定位置である下位置Ｌまで移動したときに位置決め部１７で停止され、バネ４に付勢力Ｆを発生させる。即ち、移動バネ受け９はバネ受け３の内側にあって新たに実質的なバネ受けとして作動する。なお、位置決め部１７をネジ込み式にしたり、その上に載せられる厚みの薄い調整部材を準備する方法等により、位置決め部１７の位置を調整可能にしてもよい。
【００４１】
横導通穴１４、連絡導通穴１６及び上導通穴２３′は、一端側である弁体部材２の窒素の入口１１ａ側と他端側である弁体部材２の上端の開受圧面２５との間を導通させる通路である。本例の如く連絡導通穴１６を設けて弁体部材２内に設けられた上導通穴２３′を利用すれば、図１のものと同様に弁の上部において通路のための独立のスペースが不要になるので、上部の弁直径を小さくすることができる。但し、図６のような通路を採用することもできる。
【００４２】
図９（ａ）は封圧機構５の構造を示す。本例のものも図３に示すものとほぼ同様であるが、本例のものではネジ付きリング５１の先端部分にガスの送気口５５が設けられている。なお、封圧機構５を構成するノズル部の外側はネジ５６になっている。そのため、図９（ｂ）に示す、弁作動機構６の内筒６２の先端部分の内側にネジ６２ａが切られていて、これがノズル部のネジ５６に外から螺合するようになっている。但し、この部分は図１に示すような螺合構造であってもよい。弁作動機構６のその他の構造は図２（ｂ）のものと全く同じである。
【００４３】
図１０は図７、８の急速解放調圧弁の弁体２に掛かる圧力の関係を示し、（ａ）は図４に対応する図で封板５２が破られた開封後の状態で、（ｂ）は開封前の状態である。封板５２が破られると、本例の急速開放調圧弁では、入口１１ａのガスが順次、横導通穴１４、送気口５５、連絡導通穴１６、上導通口２３′を経由して開受圧面２５及び移動バネ受け９の受圧面９ａに流れ、（ａ）に示す如くこれらの上に圧力Ｐ１が作用する。これにより、受圧面９ａ側では、この部分の圧力Ｐ１によって移動バネ受け９が押し下げられ、バネ４を圧縮しつつ所定位置Ｌまで下がると中胴１０の位置決め部１７に当たって停止する。このとき、移動バネ受け９で圧縮されたバネ４は弁体２に開方向のバネ力Ｆを作用させる。このバネ力Ｆ及び圧力Ｐ１による開受圧面２５に掛かる力の作用と、これらを含めた弁体部材２に掛かる全体の力関係については、図４で説明した通りになる。そして、本例の弁も、式（１）、（２）によって出口側の圧力が制御される。
【００４４】
（ｂ）に示す封板５２の開封前において、窒素ボンベ１００の圧力が高いときには、Ｐ１の圧力が高く、一方、弁座１３が弁体２２に接触して弁が閉じているため出口１２ａ側の圧力は低い大気圧Ｐ０になっている。その結果、前式（１）にも示すように、圧力Ｐ１による弁閉鎖力がバネによる弁開放力Ｆより充分大きいので、弁を閉じることができる。しかしＰ１が一定の圧力以下になると、図１の弁の場合には、これによる弁閉鎖力がバネ力Ｆによる弁解放力より小さくなって弁が開くことになる。例えば、前述の如くＰ１が１５０ｋｇｆ／ｃｍ２でＰ２を１１０ｋｇｆ／ｃｍ２以下の圧力に制御するときのバネ力Ｆによれば、Ｐ１が最大時の１／３程度即ち５０ｋｇｆ／ｃｍ２程度になると、Ｐ１による弁閉鎖力よりもバネ力Ｆによる弁開放力の方が大きくなる。そして弁が不必要に開くことになる。
【００４５】
ところが、本例の急速開放調圧弁によれば、（ｂ）に示す如く、移動バネ受け９の受圧面９ａに作用する圧力が大気圧Ｐ０になることによってバネ４を圧縮する力が解放され、移動バネ受け９はバネ力Ｆ発生させる位置Ｌからそれがほぼ零のＦ０になる位置Ｈまで上昇する。その結果、弁体２のバネ受け部２６にはバネ４の力が殆ど作用しなくなり、封板が破れない限り弁の閉鎖状態が維持されることになる。なお、図中のＰ０、Ｆ０の矢印は圧力及び力の方向を示すものであり、大きさがほぼ０であることは上記のとおりである。
【００４６】
このような急速解放調圧弁によれば、窒素ボンベ１００の圧力が低下したときでも、窒素の出口ラインへの流出を防止することができる。なお、図５に示す如く、弁が開いて窒素が出口ラインに入った場合でも、消火系統では元弁１０７や選択弁１０８によって消火区域内への不必要な消火ガスの吹き出しは阻止されているので、危険性は全くない。又本例の弁によれば、工場から出荷時に窒素ボンベ１００に窒素を充填する場合にも、弁の抵抗によって少しでもボンベ内の圧力が上昇すると直ちに弁が閉まるので、出口ノズル部１２を解放した状態又は僅かにキャップを被せるだけの状態で窒素を充填できるようになり、弁の取扱性が良くすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、急速開放調圧弁を本体と、弁体部材と、受け部材と、付勢部材と、封圧手段と、封圧解除手段との組合せによって構成し、弁体部材の一端側と他端側との間を導通させる通路を弁体部材又は本体に設け、その一端側を本体入口に導通させ他端側への通路を封圧手段の封圧部材で封鎖し、本体の弁座に着座した弁体部の流体圧力を受ける受圧面積、弁体部材の閉受圧面の受圧面積、前記他端側に位置する開受圧面の受圧面積、及び付勢部材の開付勢力を、通路の一端側と他端側とが導通し開受圧面が開方向の圧力を受けているときに出口の圧力が所定圧力を越えると弁体部を閉にする弁閉鎖力が付勢力より大きくなって弁体部が閉にされるように、本体出口の圧力が所定圧力以下になる関係に定めているので、各条件によって弁体部材は次のように開閉する。
【００４８】
まず、封圧手段が作動せず他端側が封圧部材で封鎖されているときには、開受圧面が作動せず、従って弁体部材に閉方向に作用する入口圧力の力が付勢部材の付勢力より大きくなり、弁体部材の閉鎖状態が維持される。
【００４９】
次に、封圧手段が作動すると、他端側への通路を封鎖している封圧部材が開かれて開受圧面に入口圧力がかかり、これが弁体部材入口部分の閉圧力を解除又は低減し、付勢部材の付勢力を有効にして弁体部材を確実に開くことができる。
【００５０】
更に、この状態で出口圧力が大きくなると、閉受圧面の圧力が付勢部材の付勢力より大きくなり、弁を閉鎖し、出口圧力の一定以上の上昇を制限することができる。その結果、流体入口圧力が高圧であっても、出口圧力を所定圧力以下にし、配管や弁類等の耐圧をその圧力まで下げることができる。そして、例えば、従来の消火システムの設計圧力に相当する出口圧力として１１０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇの値を維持し、即ち配管系等のコストを上昇させることなく、１５０ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度以上の高圧で消火能力の大きい窒素消火装置の採用を可能にすることができる。
【００５１】
本発明によれば、封圧解除手段として、封圧部材に対向するように設けられる針部を流体圧力で作動するピストン状部材に取り付け、これを操作部によって操作できるようにするので、封圧部材を流体圧力によって遠隔作動できると共に、流体圧力ラインに故障等が生じた場合でも、機側で手動操作によって封圧部材を開閉でき、装置の安全性を向上させることができる。
【００５２】
本発明によれば、受け部材と付勢部材との間に開受圧面と同じ圧力を受ける受圧面を備えた移動受け部を設け、これを開閉方向に移動可能に案内し、封圧が解除されると受圧面が前記圧力を受けて移動受け部を開方向の所定位置に移動させると共に、この位置で停止するように位置決め部を設けるので、開封時にはこの決められた位置で付勢部材に前記付勢力を発生させることができる。その結果、請求項１の発明と同じ作用により、出口圧力を所定圧力以下に制御することができる。
【００５３】
一方、封圧が解除されていないときには、受圧面が前記圧力を受けていないので、移動受け部を所定位置に移動させる力が発生しないと共に、移動受け部は付勢部材の反力を受けて所定位置とは反対の方向に自由に移動する。その結果、付勢部材の付勢力が発生しなくなり、弁体部材は付勢部材によって開方向に付勢されなくなる。その結果、入口側の流体圧力が低下したときでも、付勢部材の付勢力による不必要な弁の開放が防止される。又、急速開放調圧弁が装着される消火ガス容器等にガスを充填するときにも、出口側を完全に閉鎖することなくガスを充填できるようになるので、装置の取扱性を向上させることができる。
【００５５】
また本発明によれば、前述の急速開放調圧弁を用いる消火装置、高圧ガスボンベ装置および流体の急速供給装置が実現されるので、消火用の不活性ガスなどの流体を迅速に供給することができるとともに、その流体の圧力を所定圧力以下に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した急速開放調圧弁の全体構造の一例を示す縦断面図である。
【図２】上記急速開放調圧弁の弁作動機構の一例を示し、（ａ）は平面図で（ｂ）は縦断面図である。
【図３】上記急速開放調圧弁の封圧部分の構造例を示す部分断面図である。
【図４】上記急速開放調圧弁の弁体部材の各部に係る力の関係の説明図である。
【図５】上記急速開放調圧弁を適用できる装置である窒素消火装置の一例を示す系統図である。
【図６】本発明を適用した急速開放調圧弁の他の例を示す縦断面図である。
【図７】本発明を適用した急速開放調圧弁の更に他の例を示す縦断面図である。
【図８】上記弁の上記とは異なった方向の縦断面図である。
【図９】（ａ）は封板機構の拡大断面図で（ｂ）はこの機構のための弁作動機構の従断面図である。
【図１０】上記急速開放調圧弁の弁体部材の各部に掛かる力の関係の説明図であり、（ａ）は開封後の状態で（ｂ）は開封前の状態を示す。
【符号の説明】
１ 本体
２ 弁体部材
３ バネ受け（受け部材）
４ バネ（付勢部材）
５ 封板機構（封圧手段）
６ 弁作動機構（封圧解除手段）
９ 移動バネ受け（受け部、移動受け部）
９ａ 受圧面
１１ａ 窒素の入口（流体の入口）
１２ａ 窒素の出口（流体の出口）
１３ 弁座
１４ 横導通穴（通路）
１５ 側部導通穴（通路）
１６ 連絡導通穴（通路）
１７ 突出面（位置決め部）
２３ 導通穴（通路）
２３′ 上導通穴（通路）
２４ 閉受圧面
２５ 開受圧面
５２ 封板（封圧部材）
６４ 作動リング（ピストン状部材）
６５ａ 尖端（針部）
６７ ロッド（操作部）
６８ キャップ（操作部）
６９ 挟み板（操作部）
ｄ３ 弁座の当たり部分の中心直径（弁座の寸法）
ｄ５ 外径（閉受圧面の寸法）
ｄ４ 外径（開受圧面の寸法）
Ｆ バネ力（付勢力）
Ｐ２ 出口の圧力
Ｌ 下位置（所定位置）
Ｚ 開方向
Ｚ′ 閉方向
Claims (7)
- 流体の入口及び出口と弁座とを備えた本体と、
一端側及び他端側を持ち、前記一端側に前記弁座に接離して開閉される弁体部と前記出口に導通し閉方向の圧力を受ける閉受圧面２４と前記他端側に形成され開方向の圧力を受ける開受圧面２５とを備え前記本体に開閉方向に移動可能に案内される弁体部材と、
前記一端側と前記他端側との間を導通させる通路と、
前記弁体部材を開方向に付勢する付勢部材と、
前記通路を閉鎖するように取り付けられる封板を備えた封圧手段と、
作動されたときに前記封板を破って前記通路内の圧力を前記開受圧面に供給できるように形成され前記本体に取り付けられる封圧解除手段とを有し、
前記弁座に着座した弁体部の流体圧力を受ける受圧面積と、前記閉受圧面の受圧面積と、前記開受圧面の受圧面積と、前記付勢部材の付勢力とは、前記通路の前記一端側と前記他端側とが導通し前記開受圧面が前記開方向の圧力を受けて前記弁体部が開になると共に、前記出口の圧力が所定圧力を越えると前記弁体部を閉にする弁閉鎖力が前記付勢力より大きくなって前記弁体部が閉になるような関係に定められていることを特徴とする急速開放調圧弁。 - 流体の入口及び出口と弁座とを備えた本体と、
一端側及び他端側を持ち、前記一端側に前記弁座に接離して開閉される弁体部と前記出口に導通し閉方向の圧力を受ける閉受圧面２４と前記他端側に形成され開方向の圧力を受ける開受圧面２５とを備え前記本体に開閉方向に移動可能に案内される弁体部材と、
前記一端側と前記他端側との間を導通させる通路と、
前記弁体部材を開方向に付勢する付勢部材と、
前記通路を閉鎖するように取り付けられる封圧部材を備えた封圧手段と、
作動されたときに前記封圧部材を開いて前記通路内の圧力を前記開受圧面に供給できるように形成され前記本体に取り付けられる封圧解除手段とを有し、
前記弁座に着座した弁体部の流体圧力を受ける受圧面積と、前記閉受圧面の受圧面積と前記開受圧面の受圧面積と前記付勢部材の付勢力とは前記通路の前記一端側と前記他端側とが導通し前記開受圧面が前記開方向の圧力を受けて前記弁体部が開になると共に、前記出口の圧力が所定圧力を越えると前記弁体部を閉にする弁閉鎖力が前記付勢力より大きくなって前記弁体部が閉になるような関係に定められていることを特徴とする急速開放調圧弁。 - 前記封圧部材は、封板であり、
前記封圧解除手段は、
前記封板に対向するように設けられる針部と、
流体圧力を受けることによって該針部が前記封板を貫通するように前記針部を付勢するピストン状部材と、
該ピストン状部材を付勢できるように形成された操作部とを有することを特徴とする請求項２に記載の急速開放調圧弁。 - 前記本体に受け部材が取り付けられ、
前記付勢部材は、該受け部材と前記弁体部材との間に介装され、
前記受け部材と前記付勢部材との間に介装され前記開閉方向に移動可能に案内され前記開受圧面と同じ圧力を受ける受圧面を備え前記開方向の所定位置に移動したときに前記付勢手段に前記付勢力を発生させる移動受け部９と、
該移動受け部を前記所定位置で停止させるように前記本体に設けられた位置決め部１７とを有することを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の急速開放調圧弁。 - 消火用の不活性ガスを貯留する不活性ガスボンベ１００と、
請求項１〜４のうちの１つに記載された急速開放調圧弁であって、前記本体の前記入口が、不活性ガスボンベ１００に装着される急速開放調圧弁と、
急速開放調圧弁の出口からの不活性ガスを、消火区画に導くライン１０５，１０９とを含むことを特徴とする消火装置。 - 高圧ガスボンベに、
請求項１〜５のうちの１つに記載された急速開放調圧弁の前記本体の前記入口が装着されることを特徴とする高圧ガスボンベ装置。 - 流体を供給する流体源１００と、
請求項１〜４のうちの１つに記載された急速開放調圧弁であって、前記本体の前記入口が、流体源に設けられる急速開放調圧弁とを含むことを特徴とする流体の急速供給装置。
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