JP4098737B2

JP4098737B2 - 減圧弁装置

Info

Publication number: JP4098737B2
Application number: JP2004057791A
Authority: JP
Inventors: 重勝一二; 章生明渡
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2024-03-02
Also published as: JP2005250673A

Description

この発明は、上水道配管や農業用水配管等の途中に設けられ、上流側から供給される流体の圧力を、一定の圧力に減圧して下流側へ配水するために流路に介設する減圧弁に関するものである。

従来の減圧弁装置は、例えば図５に示すように、管水路Ｄに介設した弁箱１１内に弁体８を設け、その弁体８が流路の流入側と流出側との間の弁座９に接離するようになっており、その弁体８は別に設けられたシリンダ６に摺動自在に保持されたピストン７と一体として、そのピストン７は、表裏両側加圧面の差圧に応じてシリンダ６に摺動して、弁体８の弁座９への前記接離度合（弁孔５の開放度合）を決定するようになっている。

前記シリンダ６内のピストン７の一方の加圧面は、前記流入室３側に向いてその流入側の圧力が作用し、他方の加圧面はシリンダ６側に向いて、管水路Ｄの流出室４から引き出された導圧管２５，２６が接続されて、その導圧管２５，２６の途中には流出側の圧力を検出してシリンダ６内と流出室４との連通を制御する圧力設定弁２０が介設されている。

この圧力設定弁２０は、前記流出室４と上記シリンダ６内との間に介在して、その流出側の圧力が自己の持つ設定値未満になったときにはシリンダ６内と流出室４とを連通するようになっており、流出側の圧力がその設定値になるとその連通を閉止するようになっている。このシリンダ６内の圧力調整により、流出側の圧力に応じたピストン７位置を決定して弁体８と弁座９の間隙を調整し、前記流出側の圧力を制御するものである。

例えば、流出側の圧力が低い時には、その弁体８を開放側に作用させるよう圧力設定弁２０がシリンダ６内を流出室４に連通させ、流出側の圧力が一定値になるまで前記弁体８を所定の開閉度合以上に制御して、流出側の圧力が上がるようにする。流出側の圧力が高い時には、その弁体を閉鎖側に作用させるよう圧力設定弁２０がシリンダ６内と流出室４との連通を閉止し、前記弁体８を所定の開閉度合以下に制御して、それ以上流出側の圧力が上がらないようにする。このようにして、上流の流入側から供給される流体を、下流の流出側へ一定の流量、圧力で配水するものである。

一般的な上水道配管などでは、水の使用量は昼間と夜間で差があるため、昼間の送水量が多い状態に合うように上記減圧弁１の圧力を設定した場合、夜間のように送水量が少なくなった時に、弁体が小刻みな開閉を繰り返すハンチングをおこして下流側圧力が一定しないことがある。このため、従来は前記圧力設定弁２０の流出室４側の導圧管に絞り弁（図５に図示せず）を設けるなどして、導圧管の流量を制限することにより導圧管の水抜けを悪くして弁体の動きが鈍くなるよう抑制し、ハンチングを防止している。

また、図５に示すように、高圧と低圧の複数段階の圧力設定弁２０を設けて、電動式切替弁２８を介してその複数の圧力設定弁２０を要求される設定圧に応じて使い分け、圧力設定を、配水量の多い昼間と少ない夜間の条件に合わせて選択可能とする技術や（特許文献１参照）、あるいは、その昼間と夜間とでそれぞれ異なる配水流速をオリフィス等で検出することにより、その流速に基づいて圧力設定弁を作動させ減圧弁の開閉度合を制御するようにした技術も開示されている（特許文献２参照）。

この大流量、小流量双方に対応可能とした減圧弁においては、前記設定圧の範囲が広がるためハンチングをある程度防止することができるが、その設定値は一定の数値に限られておりハンチングを完全には解消できない場合もある。このため、特許文献１、特許文献２に記載の減圧弁においても、その導圧管には前記絞り弁を設置するとともに、通常の使用状態ではその絞り弁を絞って導圧管を通過する流量を制限しておくことが望ましい。
特開２００３−６７０５７号公報特開２００２−１３２３５５号公報

しかし、このように導圧管の流量が絞り弁により制限された状態にあると、減圧弁１の下流側で一気に大量のに水が消費されたとき、例えば、火災の消火に大量の水が使用された場合などに、その減圧弁１の弁体８の開閉速度は前記導圧管の流量に制限されるため即時に弁体８が開放されず、大量送水に対応できない。また、シリンダ６内から流出室４へと流れる流量が制限されていると、シリンダ６内の圧力が下がりにくく、弁体８の開度に上限が生じる問題もある。

そこで、この発明は、減圧弁のハンチングを防止するとともに、簡単な装置で大量送水の際に減圧弁が即時に全開できるようにすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、差圧式減圧弁の弁体の開閉度合を圧力でもって制御するためのシリンダと、その減圧弁の流出室とを連通する導圧管に絞り部を介設し、その絞り部と並列してバイパス回路を設けて、そのバイパス回路には、流出室の減圧に伴って開く弁を介設したのである。このようにすれば、流出室の圧力が所定圧以下になれば、バイパス回路が大きく開いてシリンダ圧を流出室側に開放し、シリンダ内が減圧されることにより減圧弁の弁体を一気に開放し得る。

具体的な装置の構成は、管水路に差圧式減圧弁を介設し、その減圧弁は、その弁体が水密に摺動するシリンダに、導圧管を介して流出室の水圧を導入し、その導圧管に圧力設定弁を介設して、その圧力設定弁により、前記流出室の水圧に基づき、前記弁体をシリンダ内で移動させてその開閉度合を制御する減圧弁装置において採用したものである。前記圧力設定弁と前記流出室との間に位置する導圧管に絞り部を設けるとともに、その絞り部に、リフト弁を介設したバイパス回路を並列に設け、このリフト弁は、通常は閉じているものとして、前記流出室の圧力が所定圧以下になると開放するものとしたのである。

このようにすれば、その絞り部によって流路を絞って導圧管の流量を微量にしておけば、常にハンチングを防止することができ、かつ、減圧弁の下流側で大量に水が消費されて流出室の圧力が下がったときには、バイパス回路のリフト弁が開くので、シリンダ圧を一気に開放し、減圧弁の弁体をすみやかに開弁する。この開弁により、減圧弁の下流側での大量送水に対応する大量配水が早期に可能となる。

また、前記リフト弁は、その弁体がバネにより閉弁方向に付勢されており、前記バネの付勢力に抗して前記シリンダの水圧が印加されているとともに、前記流出室の水圧が前記閉弁方向に印加されているものであり、前記流出室の圧力が所定圧以下になると前記シリンダの水圧により前記弁体が開放されようにした構成を採用し得る。

そのリフト弁の弁体は、バネの弾性力でもって付勢されて弁座に押さえつけられており、バイパス管の流出側とシリンダ室に圧力差がないときには弁孔は閉じられている。流出室側の圧力が所定圧以下に下がると、弁体は、シリンダ側の圧力によってその弾性力に抗して弁孔を開き、バイパス回路を連通するのである。

すなわち、減圧弁の下流側で大量に水が消費されて流出室の圧力が下がったときには、バイパス回路のリフト弁がその前後の圧力差によって前記バネの付勢力に打ち勝って開き、そのバイパス回路を通じてシリンダと流出室とを連通してシリンダ圧を一気に開放し、簡単な装置でもって減圧弁を全開可能にし得る。

この発明は、減圧弁のハンチングを防止するとともに、簡単な装置で、大量送水の際に減圧弁を即時に全開できる。

一実施形態を図１及び図３に示し、この実施形態の減圧弁１０は、上記特開２００３−６７０５７号公報に記載の差圧式と同様の構成であって、図３に示すように、弁箱１１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に弁孔５を形成したものである。その流出室４内にはシリンダ６が設けられ、このシリンダ６に弁体８となる筒状ピストン７が上下に摺動自在に嵌まっている。ピストン７は一のパッキン１４を介して弁箱１１に水密に支持され、他のパッキン１５を介してシリンダ６に水密に支持されている。このため、筒軸方向に振れることなく移動する。

ピストン７の下面は閉塞され、また、下面周縁には弁体用ガスケットを設けて弁体８を構成している。この弁体８のガスケットが弁孔５の周囲の弁座９に圧接して弁孔５を閉鎖し全閉弁される。ピストン７の下部にはガイド１６がボルト止めされ、このガイド１６は筒状の基部１６ａと周囲４等分位の脚１６ｂとから成り、その脚１６ｂが弁孔５（弁座９）の内面に摺接して、ピストン７の振れを防止する。

ガイド１６の基部１６ａ下面全周は三角形状の鋸刃状となっており、弁体８が弁座９から僅かに離れた微小開弁時、その各鋸刃状部の間隙を通って、流入室３から流出室４に流水するようになっている。このとき、その多くの間隙からシャワー状になって拡散流下するため、キャビテーションは生じにくくなっている。

このピストン７の昇降は、ピストン７の下面圧（流入室３の圧力Ｐ₁）と上面圧（シリンダ６内の圧力Ｐ₃）との差圧によって生じ、下面圧が上面圧よりも高くなる上昇し、逆に低くなると下降する。そのピストン７の上面圧を作用させるシリンダ６内のピストン７上方空間は、この減圧弁１０に付設されている圧力設定弁２０たるパイロット弁を介して、流出室４とシリンダ６内が連通し、その圧が制御される。なお、圧力設定弁２０は、高圧用、低圧用の２つの圧力設定弁２０ａ，２０ｂからなり、それぞれ並列してシリンダ６、流出室４に接続されて、両圧力設定弁２０ａ，２０ｂは、切替装置２８によって選択的に使用される。

その圧力設定弁２０は、図３に示すように、弁箱２１内にダイヤフラム２２を有して、その一側にコイルバネ２３、他側に弁体２４が設けられており、そのダイヤフラム２２の起伏により弁体２４が弁座２４ａに接離する。ダイヤフラム室２１ａには減圧弁１０の流出室４から導圧管２５が導かれており、弁室２１ｂには、上記導圧管２５及び上記透明筒１２内、及びその座金具１３内の流路を介してシリンダ６内に連通した導圧管２６がそれぞれ接続されている。弁体２４が弁座２４ａから離れて開弁することにより、両導圧管２５、２６が連通し、弁体２４が弁座２４ａに圧接して閉弁することにより両導圧管２５、２６は非連通となる。なお、その透明筒１２内、及びその透明筒１２を弁箱１１に固定する座金具１３内の流路には、ピストン７に立設され、そのピストン７とともに昇降する開度支持棒が挿通されており、この開度支持棒の透明筒１２内における軸方向位置を目視することにより、ピストン７の開度を確認できる。この開度確認の機能は、必要に応じて設けることができる。

この圧力設定弁２０は、バネ受け２７のねじ込み量、及びバネ２３のバネ定数を適宜に選定することにより、開閉弁時（弁体２４が弁座２４ａに圧接するとき、又は離れるとき）、すなわち作動圧力を設定することができる。

その導圧管２５には、図３に示すように、流出室４と前記圧力設定弁２０のダイヤフラム室２１ａ、及び弁室２１ｂとの途中に介在するよう、図１（ａ）に示す絞り装置３０を取り付ける。その絞り装置３０は、絞り部３１ａを有する本管３１と、その絞り部３１ａを迂回するとともにリフト弁３２ａを有するバイパス回路３２とからなる。なお、リフト弁３２ａの構成は、図１（ｂ）に示すものであり、図３の絞り装置３０内には一般的なリリーフ弁記号（図３の符号３２ａ参照）で記載している。また、前記絞り部３１ａの構成は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す絞り弁４１を採用している。

そのバイパス回路３２のリフト弁３２ａは、図１（ｂ）に示すように、その弁体３８が弁室３６内に挿入され、弁体３８と弁室３３内壁との間には、流体が流入することができる程度の所定の隙間を介在して、弁体３８が昇降自在になっている。このため、その弁室３６内には、図１（ｂ）に示す前記弁体３８が弁座３９に接した閉弁状態にあってその弁体３８を挟んで、その一側（図中の下方）にシリンダ６側のバイパス管３２ｂが、他側（図中の上方）に流出室４側のバイパス管３２ｃが連通している。前記弁体３８が弁座３９から離れて上昇し開弁状態になると、シリンダ６側のバイパス管３２ｂと流出室４側のバイパス管３２ｃとが連通するようになっている。

また、その弁室３６内において、弁体３８の前記他側（前記弁体３８の上面）の凹部３８ａと、ガイド４０にねじ込まれた調整ボルト３８の弁室３６側の当接面との間に嵌め込まれたバネ３３の弾性力をもって弁体３８が付勢されて、弁孔３５の弁座３９に向かって押し付けられるようになっている。

このため、流出室４側とシリンダ６側の各バイパス管３２ｂ、３２ｃの圧力差が所定の範囲内にあるときには、前記バネ３３の弾性力でもって弁体３８は弁孔３５の弁座３９に押し付けられて接し弁孔３５を閉じるようになっており、また、流出室４側の圧力が所定圧以下に下がると、その弁体３８は、シリンダ６側からの圧力によって、前記バネ３３の付勢力に抗して上昇して弁孔３５を開き、バイパス回路３２を連通するようになっている。

なお、調整ボルト３７の前記当接面の軸方向の位置は、調整ボルト３７のガイド４０へのねじ込み量によって調整できるので、そのボルト３７を、調整した適宜の位置でナット３７ａを介して締め付けて固定すれば、バネ３３が弁体３８を押し付ける力を調整できるようになっている。また、図１（ｂ）に示す押し棒４０ａをガイド４０にねじ込むことにより、その押し棒４２先端で弁体３８を図中の上方に向かって押し上げて、強制的に弁孔３５を開放できるようにもなっている。

一方、本管絞り部３１ａを構成する前記絞り弁４１は、図２（ｂ）に示すように、筒状の弁室４６内に向かって、シリンダ６側の本管３１ｂと、流出室４側の本管３１ｃとがそれぞれ前記弁室４６の筒軸方向に位置を違えて開口しており、その両開口４２，４３を塞いだり開放したりするように弁体４８が筒軸方向に移動自在となっている。その移動は、弁体４８と一体の調整ボルト４７がガイド４０にねじ込まれており、その調整ボルト４７をガイド４０に対して回転することにより、弁体４８が筒軸方向に進退するようになっている。図２（ｂ）及び（ｃ）に示す状態で、絞り弁４１は微量に開弁して本管３１が連通している状態である。

この減圧弁１０の作用を説明すると、まず、管水路Ｄに流水がない場合には、ダイヤフラム室２１ａにはバネ２３の付勢力を超える大きな圧が作用しないので、図１に示すように、圧力設定弁２０の弁２４は開き、導圧管２５，２６が弁室２１ｂを介して流出室４の圧力がシリンダ６内に連通している（圧力設定弁２０は、図中の低圧用弁２０ａに設定されているものとする）。このとき、シリンダ６内の減圧弁１０の弁孔５は閉じており、また、導圧管２５に設けた絞り装置３０の本管３１側は、絞り弁４１によって流路が細く絞られた状態で流通しており、バイパス回路３２側はリフト弁３２ａによって流路が閉じられている。

この状態から管水路Ｄに通水すると、その流入室３側の流体圧によってピストン７を押し上げる。圧力設定弁２０の弁２４は開いているので、そのシリンダ６内の圧は、導圧管２５、２６を介して流出室４側に押し出されてピストン７が押し上げられ、弁孔５は開弁する。この開弁により、流入室３から弁孔５を介して流出室４に配水する。

やがて、流出室４側の水圧Ｐ₂が圧力設定弁２０の設定圧（バネ２３の押し付け力と同じ圧力）に達すると、ダイヤフラム室２１ａもその圧に達し、圧がさらに上昇しようとすると、バネ２３の押し付け力に抗してダイヤフラム２２を押し上げる。この押し上げにより、図３に示すように、弁室２１ｂ内で弁体２４が上昇して弁座２４ａに接して弁孔が閉じる。このとき、その弁室２１ｂ、両導圧管２５、２６を介してシリンダ６内の水圧Ｐ₃もその流出側水圧Ｐ₂とほぼ同一となっているため、その水圧Ｐ₃、Ｐ₂に応じたピストン７の位置で止まり、所定の流量を確保し得る開放度合となった状態で圧力が均衡してその弁孔５の開放度合が維持される。

流出室４側の水圧Ｐ₂が圧力設定弁２０の設定圧（バネ２３の押し付け力と同じ圧力）よりも下がると、ダイヤフラム室２１ａもその圧に下がってバネ２３の押し付け力によりダイヤフラム２２を押し下げる。この押し下げにより、図３に示す下方に向かって、弁体２４が下降して弁座２４ａから離れて弁孔が開く。このとき、両導圧管２５、２６を介してシリンダ６内の水圧Ｐ₃もその流出側水圧Ｐ₂とほぼ同一となるように下がるため、その下がったその水圧Ｐ₃、Ｐ₂に応じたピストン７の位置に上昇して弁孔５を開放し、所定の流量を確保し得る開放度合となった状態で圧力が均衡してその開放度合が維持される。

流入室３や、流出室４の圧力の変動により、ピストン７の上昇下降、圧力設定弁２０の開放閉鎖が繰り返されて、圧力設定弁で設定された所定圧に減圧された配水が、流出室４側に向かって継続して行われる。

なお、図３に示す切替装置２８を介して導圧管２５，２６の連通を切り替えることにより、シリンダ６内は、高圧用の圧力設定弁２０ｂ又は低圧用の圧力設定弁２０ａによって選択的に制御されるようになる。すなわち、前記圧力設定弁２０ａによる低圧設定時には、前記切替装置２８を遮断するものとし、前記圧力設定弁２０ｂによる高圧設定時には、前記切替装置２８を開放するものとするが、その高圧設定時には必ずしも低圧用の圧力設定弁２０ａを流出室４に非連通とする必要はない。

上記配水の過程で、導圧管２５に設けた絞り装置３０のバイパス回路３２は、リフト弁３２ａを挟んで流出側バイパス管３２ｂとシリンダ側バイパス管３２ｃに圧力差がない通常の配水状態において、そのリフト弁３２ａの弁孔を閉じて連通していない。本管３１は、絞り弁３１ａを挟んで流出側本管３１ｂとシリンダ側本管３１ｃとを連通しているものの、図２（ｃ）の流路の断面に示すように、その流体の流れが弁体４８により制限されている。このため、管水路１の流入室３側（上流側）から流出室４側（下流側）への送水が極小量である場合であっても、弁体５の開閉度合を制御するシリンダ６内から流出室４への流体の流れが鈍くなってピストン７が小刻みに昇降することを防ぐので、ハンチングを起すことはない。

また、減圧弁１０の下流側で一気に大量の水が消費されて流出室４の圧力が下がったときには、その流出室４に連通する絞り装置３０の前記バイパス回路３２において、図１（ｂ）に示す、リフト弁３２ａの弁体３８を挟んで流出室４側の弁室３３内にバイパス管３２ｃが連通しているので、そのリフト弁３２ａの弁体３８が、シリンダ６側のバイパス管３２ｂの圧力によってバネ３３の押し付け力に抗して上昇する。この上昇により、絞り装置３０のバイパス回路３２を通じてシリンダ６内と流出室４とを連通して減圧弁１０の弁体５をすみやかに全開放する。この開放により流出室４側への大量配水が可能になる。

この実施形態では、圧力設定弁を２つ設けて設定圧を切替装置２８により容易に変更できるようにしたが、この実施形態には限定されず、例えば、図４に示すように、一方の圧力設定弁のみとしてもよいし、さらに３つ以上の圧力設定弁を使用してもよい。また、絞り部３１ａの構成は、この実施形態のように絞り弁４１としてもよいし、流路の流れを制限するその他の絞り手段を用いても良い。さらに、減圧弁は、差圧式のものであれば、特にこの実施形態のものには限定されない。

一実施形態の絞り装置の詳細図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断正面図図１の絞り弁の詳細図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断正面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図一実施形態の減圧弁装置を示す要部断面図他の実施形態の要部断面図従来例の要部断面図

符号の説明

１，１０減圧弁
２隔壁
３流入室
４流出室
５，３５，４５弁孔
６シリンダ
７ピストン
８，２４，３８，４８弁体
９，３９弁座
１１，２１弁箱
１２透明筒
１３座金具
２０圧力設定弁
２２ダイヤフラム
２３，３３バネ
２５，２６導圧管
３０絞り装置
３１本管
３１ａ絞り部
３２バイパス回路
３２ａリフト弁
４１絞り弁
Ｄ管水路

Claims

管水路Ｄに差圧式減圧弁１０を介設し、その減圧弁１０は、その弁体８が水密に摺動するシリンダ６に、導圧管２５，２６を介して流出室４の水圧を導入し、その導圧管２５，２６に圧力設定弁２０を介設して、その圧力設定弁２０により、前記流出室４の水圧に基づき、前記弁体８をシリンダ６内で移動させてその開閉度合を制御する減圧弁装置において、
前記圧力設定弁２０と前記流出室４との間に位置する導圧管２５に絞り部３１ａを設けるとともに、その絞り部３１ａに、リフト弁３２ａを介設したバイパス回路３２を並列に設け、このリフト弁３２ａは、通常は閉じており、前記流出室４の圧力Ｐ₂が所定圧以下になると開放するものであることを特徴とする減圧弁装置。
前記リフト弁３２ａは、その弁体３８がバネ３３により閉弁方向に付勢されており、前記バネ３３の付勢力に抗して前記シリンダ６の水圧が印加されているとともに、前記流出室４の水圧が前記閉弁方向に印加されているものであり、前記流出室４の圧力Ｐ₂が所定圧以下になると前記シリンダ６の水圧により前記弁体３８が開放されることを特徴とする請求項１に記載の減圧弁装置。