JP4919018B2 - 配管用水抜き栓 - Google Patents

Description

本発明は、水道管や給湯器などの配管内の液体が凍結した際の体積膨張による管の破損を防ぐための凍結破損防止弁つきの水抜き栓、またこれを用いた水道管システム並びに温水器システムに関する。

水道管や給湯器システムなどの配管は、管内の液体が凍結した際に液体の体積膨張により管が破裂してしまうという問題があった。これを防ぐため、配管には内部の液体が凍らないよう断熱処理がなされ、温度センサーを配設して、管が所定の温度以下になると電気ヒーターなどで加熱するなどの処置が施されている。しかし、電気ヒーターを使用する場合は水道管または温水器システムの装置が複雑になるだけでなく、電源が必要な上、電気代などランニングコストがかかってしまう。

また、液体を蛇口から出しっぱなしにするか、あるいはわざと配管の任意の部分から漏水させるなどして管内の液体が凍結しないようにする場合もある。これらの方法は一晩でバケツ約一杯分の水を捨ててしまうため水道代がかかる。

これらの電気代や水道代のかかる方法は、温水器（水道管）システムを使用する人にとって経済的負担になるため、消費者は温水器（水道管）システム導入の際にはランニングコストのより少ないものを選択する傾向がある。

上記のような、配管内の液体を凍結させないようにして問題解決する方法の他に、管内の液体が凍結した際の体積膨張分を吸収する構造の装置を使用した温水器（水道管）も存在するが、体積膨張分を吸収する素材を配管内に配設した場合は管内の流路が狭くなってしまう。逆に管内の流路容積を保つためには、体積膨張分を吸収するためのスペースを設けざるを得ず、装置が大きくなってしまい設置できる場所が限られる。また、液体の体積膨張に対して吸収量が少ないと管が破損してしまう。

上記の他に、温度変化により体積が膨張するワックスなどを装置内に封入して、ワックスの体積膨張により弁体に相当するものを移動させ、弁を開閉する方法がある（特許文献１）。だが、この方法は部品の構造が複雑になるため、組立も難しく製造コストがかかってしまう欠点がある。
特開昭５５−１３７３１２

この他にも、外気温の低下で管内部の流体が凍結し膨張したことによって弁体が押されて移動することによって、管を開弁状態にし、流体の体積膨張分を管外に排出する方式の金属製の凍結破損防止装置が存在する（特許文献２）。これは大変便利であるが、しかしながら、この装置は金属製のため重く、部品点数が多く組立作業が複雑で時間がかかる。その上、部品にはネジ山が多数形成されているため、製作するための金型が高価になる。また切削などでネジ山を切る場合も加工賃がかかる。また、取り付け先の管にもネジで螺合できる部分が必要で、任意の管にそのまま取り付けられない。もう少し構造のシンプルなものが市場では望まれている。
特許３６３６３７７

本発明は、各種配管内の流体の凍結による体積膨張に基づく配管の破損を容易に防止することができる、安価で小型の凍結破損防止水抜き栓を提供することを目的とし、次に述べる構成をもって上記の問題を解決する手段とする。

本発明の配管用凍結破損防止弁つき水抜き栓は外管を備えており、該外管の一部には水抜きのための孔を貫通開口してあり、
かつ、該外管の一方の端にはフタを配設し、該外管の一方の端には１ないし複数箇所に凸部が形成され、該フタには周囲に凸部が形成されている。これら外管の凸部と凸部の間にはフタに形成された凸部が嵌合し合うよう形成されていて、
該外管の内部には外管を開閉する弁体と、外管を閉める方向に該弁体を付勢するバネを備えている。また、該弁体の先端は、断面が略十字形の柱状に形成されており、弁体のいずれかの部分には、前述した外管の孔に係止するための係止段部が形成されている。

さらに、上記水抜き栓の外管の凸部と、上記フタの凸部にはそれぞれ段部が形成され、該段部にはＣリングが係止される。外管の凸部に形成された段部は（外管の）端側が高く、外管本体側は低くなるよう形成されており、フタの凸部は外管本体に接する側を高く、その他の部分を低く形成している。

請求項１に記載の発明によると、本発明にかかる水抜き栓は外管を備えており、外管のどこか一部には水抜き用の孔を貫通開口し、該外管の内部には管を開閉する弁体を備えており、また、弁体を閉方向へと付勢するバネを備えている。このため、配管などに本発明の水抜き栓を取り付けると、通常時はバネに押された弁体が外管を密栓状態にしているため、配管や外管内の流体は外管の外に出ない。そして、配管内の流体が凍結して体積膨張した時に、水抜き栓の外管内に配された弁体が流体にて押され、弁体を閉める方向へ付勢していたバネが縮み、外管の弁体は開放状態となるため、配管から外管内に入った流体は前記の孔より出て行くため、流体の体積膨張分を排出できる。このため流体の凍結による膨張が原因で配管が破損するのを防止できる。また、流体の膨張分が外に出るので、配管や水抜き栓外管内の容積にかかわらず配管の破損を防止できるので、本発明の水抜き栓は従来のものより比較的小型に形成可能であり、設置スペースが狭くても取り付けることができる。

上記本発明の水抜き栓は、管内部の流体が凍結で体積膨張した際の流体からの押圧力により開弁し、そして、流体の押圧力よりもバネの付勢力の方が上回った時、つまり流体が凍結膨張状態ではなくなった時にバネの付勢力により弁体が外管内を閉弁する構造に形成されているので、流体の凍結時には温度センサーなどが無くとも自動で弁を開閉する仕組みであるため、弁の開閉や流体の温度を感知するのに電気代などがかからない。よって本発明の水抜き栓は、従来の、センサーなどによって流体の凍結を感知し、凍結した流体をヒーターなどで液体状に戻して流体の凍結による管の破損を防止するものに比べ、電気を使用しないのでランニングコストがかからないという効果がある。また、センサーやヒーターに使用する電源を水道管または温水器システムの傍に設置しなくても良くなった。さらに、センサーやヒーターを配設せずに済む分、水道管（温水器）システムをコンパクトに構成できるという利点もある。

請求項２に記載の発明によると、本発明にかかる水抜き栓の外管内に配設された弁体は、先端の断面が略十字形の柱状に形成されているため、外管の内壁と弁体の間に隙間の空間ができる。これにより、凍結時に膨張した流体はこの空間を通過して外管の孔から外管の外に出てゆくため、従来からよくある弁のような先端が円筒形や略円錐形に形成された弁体に比べ、流体の通路が広い状態となっている。よって、流体を素早く外管の外に排出することができる。しかも、流体は完全に凍結してしまうと管の形状そのままに凍結し固体化してしまうため、管などの外に排出するのが難しくなり、ヒーターなどで凍結流体を溶かし液状に戻してから排出する必要があるが、本発明の水抜き栓は上記の理由により流体を素早く排出できるため、流体の凍結開始時、まだ流体が凍結しながらも流動する氷水混相のシャーベット状にあるうちに、流体を外管の外に排出できる。これにより、ヒーターが不要であるためヒーターを配設せずに済む分、水道管（温水器）システムをコンパクトに構成できるという利点もある。また、他の従来品のように、配管内の水を流しっぱなしにして凍結を防ぐ方法よりも、排水量が少なく済む。

さらに、本発明にかかる水抜き栓の外管内に配設された弁体は、外管内を密栓するためのＯリングが配されており、それよりも先端側が、断面が略十字形の柱状に形成されている。このため、弁体の先端が完全に外管の内壁から外れなくとも、Ｏリングが外管の内壁から外れた時点で外管の密栓状態は解消され、流体を外に逃がすことが出来るので、弁体の先端が外管の管内に一部保持されたまま、流体の排出ができる。つまり、弁体が外管内から外れないため、流体を排出し終えて弁体を外管内の通常位置に戻す際も弁体の移動がスムーズになる。また、Ｏリングの移動距離が少なくて済むので、弁の開閉にかかる時間が少なく、Ｏリングが外管内壁との摩擦で磨耗してしまうのをなるべく防ぐことができる。

請求項１記載の発明によると、本発明にかかる水抜き栓は、外管の一方の端に、周囲に凸部を形成したフタを配設したことを特徴とし、また、該外管の一方の端には凸部が１つまたは複数箇所形成され、外管の凸部と凸部の間にはフタに形成された凸部が嵌合し合うよう形成されている。従来品のように部品同士にネジ部分を設けて螺合させる方法よりも、簡単に製作できる構造に形成してあるため、金型代などの製造コストが安く上がる上、部品同士の組立も簡単である。

請求項４に記載の発明によると、本発明にかかる水抜き栓は、外管の凸部と、上記フタの凸部にはそれぞれ段部が形成され、該段部にはＣリングが係止される。外管の凸部に形成された段部は（外管の）端側が高く、外管本体側は低くなるよう形成されており、フタの凸部は外管本体に接する側を高く、その他の部分を低く形成しているので、外管の凸部とフタの凸部を嵌合させるとそれぞれの段部に上記のＣリングが嵌まり、外管凸部の段部と、フタ凸部の段部の高い部分がそれぞれＣリングを押さえる役割を果たすため、Ｃリングは外れず、フタも外管から外れなくなる。従来品のように部品同士にネジ部分を設けて螺合させる方法よりも、簡単に製作できる構造に形成してあるため、金型代などの製造コストが安く上がる上、部品同士の組立も簡単である。

本発明にかかる水抜き栓は樹脂で形成すれば金属製に比べ軽くなる。また既存の配管やヘッダーの流入口（または流出口）に取り付けて使用することが出来、電源などは不要なので、安価に流体凍結時の配管の破損防止対策をとることができる。

次に、本発明の実施の形態（以下「実施例」という）について、図面に基づいて詳しく説明する。

図１は本発明実施例にかかる配管用凍結破損防止弁つき水抜き栓１の正面図、図２は斜視図、図４は図１の断面図である。本発明の水抜き栓１は略円筒状の外管２と、外管２を開閉するため外管２の内部に配設された凍結破損防止弁３（以下弁体３という）と、外管２を閉める方向へと弁体３を付勢する押しバネ５と、フタ４と、Ｃリング４１、Ｏリング２３、２４、３２にて構成される。

上記水抜き栓１の外管２はその中央に水抜きのための孔２１が開口形成されており、外管２の一方の端（図１、４に見る右側の端）にはフタ４が配設される。この外管２の端には凸部分２８が４箇所形成されており、フタ４には凸部分４２が４箇所形成されていて、外管２の凸部分２８はフタ４の凸部分４２と凸部分４２の間に嵌まり、フタ４の凸部分４２は外管２の凸部分２８と凸部分２８の間に嵌まり、それぞれが互い違いに嵌合する形状に形成されている。凸部分２８と凸部分４２の周囲はＣリング４１がぐるりと取り囲むように配設され、２８、４２の互いの嵌合が外れないようになっている。外管２の凸部分２８には段部２８１が形成されており、フタ４の凸部分４２には段部４３が形成されているため、Ｃリング４１は図１の左方向への力を加えられた場合は段部４３に引っかかり、図１の右方向への力を加えられた場合は段部２８１にそれぞれ引っかかって外れないようになっている。

上記水抜き栓１の外管２の、孔２１（上記図１、４で見た場合の）左側、つまり先端２２側は管の外径・内径が孔２１の右側部分に比べて細く形成されている。該水抜き栓１外管２の、先端２２側の外周には環状溝２６、２７が形成されており、この環状溝２６にはＯリング２３が、環状溝２７にはＯリング２４が配設されている。Ｏリング２３、２４には各種ゴムや、エラストマー等の樹脂素材など弾力性のある材料を使用するのが良い。

また、上記水抜き栓１の、外管２の孔２１付近（先端２２側）の外周には肉厚状に形成された環状凸部２５が凸状に形成されている。図３は図１に示した水抜き栓１の使用状態を示す正面図である。外管２の、先端２２側の管径の細い部分、つまり先端２２から環状凸部２５までの部分を、配管６の分岐管６１内に挿入した状態を示している。

上記水抜き栓１の管内側には、弁体３が配設されている。弁体３は全体が略円筒形に形成されていて、その片一方の端（図４、５で見た場合の右側端）からは、フランジ形状に係止段部３３が形成されている。係止段部３３は前記外管２の孔２１の縁に係止する形状に形成すればよく、本実施例の図では係止段部３３は弁体の端に、弁体の外周よりも大径のフランジ状に形成されているが、この形状に限定せず、例えば、（フランジ形状は無しで）孔２１に係止する部分だけ爪状に延設して形成するなど、孔２１の形状・数に合わせて孔２１に係止しやすいよう形状変更しても良い。

上記弁体３のもう一方の先端（図４、５で見た場合の左側端）は、断面が略十字形の柱状になるよう形成されており、この略十字形の柱状部分と外管２の内壁との隙間には空間３１が形成されている。また、該弁体３の中央部分には環状溝３４が形成され、該環状溝３４にはOリング３２が配設される。該Oリング３２は各種ゴムや弾力性のある樹脂などで形成されており、このOリング３２が外管２の内壁に密着することにより、外管２の内部（先端２２側）の空間は密栓状態となる。

上記水抜き栓１の外管２内には、前述の弁体３とフタ４の間にバネ５が配設される。フタ４の、外管２の内側に向いた側には凸部４４が形成され、この凸部４４の回りにバネ５の端を嵌めるように組み立てるとバネ５がぐらぐら動くことが無くて良い。さらに、図示はしないが上記弁体３の係止段部３３が形成されている側の側面（右側面）には環状の凹溝を形成しておくと、バネ５のバネ座になり、バネ５と弁体３がずれたりすることが無くて良い。

図４は図１、図３に示した水抜き栓１の断面図である。通常の使用状態を示している。水道管システムや温水器などの配管６の分岐管６１に本発明の水抜き栓１を挿入接続して使用する。水抜き栓１の外管２外周に配設されたOリング２３、２４が該分岐管６と外管２の間を隙間無く密栓状態にしており、配管６から分岐管６１、外管２の管内部は連通状態となっている。そして、弁体３は外管２を密栓状態にしているため、配管６から分岐管６１を通り、外管２へと流入した流体は外管２から外へ漏れることがない。前述したバネ５は外管２内に流入する流体の押圧力よりも強力なバネを選択しているので、バネ５は弁体３を連続的に押圧し、外管２は弁体３によって密栓状態に保たれる。

冬季などの寒冷期には配管６内の流体が凍結して膨張する。流体の凍結し始めは、氷と液体の混じった、いわゆるシャーベットのような状態になり体積膨張が起きているのだが、配管６と分岐管６１、外管２内部の流体が凍結膨張すると、流体によって弁体３が押圧され、図５に示す状態となる。弁体３が外管２内部の流体に押圧されたことにより、バネ５が収縮し、弁体３は（図の）右方向へと移動し、外管２の孔２１より（図で見るところの）右側の、空間２９へと移動する。このとき、弁体３の（図で見るところの）左端は外管２の内周から完全には外れないようにバネ５の強さや長さを決定しておく。
凍結によって体積膨張した流体は外管２の内壁と弁体３の先端側の空間３１との間を通過し、外管２の孔２１から外管２の外部へと、凍結による流体の体積膨張のための圧力で押し出される。

体積膨張した分の流体を出し終わった後、また、シャーベット状であった流体が温度変化によって融解した際には、流体からの弁３への押圧力は通常の状態に戻るため、収縮していたバネ５が元の形状に弾性復元する力の方が流体の押圧力よりも強くなる。このため、弁体３はバネ５の押圧力によって押され、再び外管２の内径が細い方の管に入り込み、図４の状態へと戻る。

上記実施例の説明にて、弁体３の先端部分（図４、５に見る左側）は断面が略十字形の柱状に形成されると記載したが、弁体３の先端部分はこの断面略十字形の柱状に限定せず、外管２内部の凍結初期のシャーベット状の流体を孔２１から外管の外部に出しやすい形状であれば何でも良い。例えば断面星形の柱状でも断面アスタリスク（＊）形の柱状でも、三角柱状でも、先細りのテーパを施し円錐形状（削った鉛筆のような形状）にしても構わない。

本発明実施例にかかる水抜き栓の正面図である。 本発明実施例にかかる水抜き栓の斜視図である。 本発明実施例にかかる水抜き栓の使用状態を表す正面図である。 図１の断面図である。 本発明実施例にかかる水抜き栓の、流体凍結時の使用状態を表す断面図である。

符号の説明

１ 水抜き栓
２ 外管
３ 弁体
４ フタ
５ バネ
６ 配管
２１ 孔
２２ 先端
２３ Ｏリング
２４ Ｏリング
２５ 環状凸部
２６ 環状溝
２７ 環状溝
２８ 凸部分
２９ 空間
３１ 欠け
３２ Ｏリング
３３ 係止段部
３４ 環状溝
４１ Ｃリング
４２ 凸部分
４３ 段部
４４ 凸部分
６１ 分岐管
６２ 端

Claims (4)

1. 配管などに接続して使用する水抜き栓であって、該水抜き栓は外管を備えており、該外管の一部には孔を貫通開口してあり、
   かつ、該外管の一方の端にはフタを配設し、該外管の一方の端には１ないし複数箇所に凸部が形成され、該フタには周囲に凸部が形成されている。これら外管の凸部と凸部の間にはフタに形成された凸部が嵌合し合うよう形成されていて、
   該外管の内部には該外管を開閉する弁体と該弁体を外管の閉方向に付勢するバネを備えていることを特徴とした水抜き栓。
2. 上記請求項１に記載された水抜き栓であって、該水抜き栓の外管内部に配設された弁体の先端部分は、断面が略十字形の柱状に形成されていることを特徴とした、請求項１に記載の水抜き栓。
3. 上記請求項１または２に記載された水抜き栓であって、該水抜き栓の外管内部に配設された弁体のいずれかの部分には、係止段部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水抜き栓。
4. 上記請求項１ないし３のいずれかに記載された水抜き栓であって、上記外管と上記フタの凸部にはそれぞれ段部が形成され、該段部にはＣリングを係止させることを特徴とした請求項１ないし３のいずれかに記載の水抜き栓。

Images