JP5236982B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁装置に関し、特に、弁としての機能の向上を図ることができる弁装置に関するものである。

例えば特許文献１には、液体が流入するフロート室（弁室）と、そのフロート室に開口形成され液体が流通する下部弁座（流通口）と、フロート室内に収容されると共にフロート室に流入した液体の液面に浮かびフロート室における液体の液位の変化に追従して動作するフロート（弁）とを備え、弁室における液体の液位が所定の高さよりも低い場合にフロートによって下部弁座を閉塞して、弁室からの液体の流出を防止する弁装置が開示されている。
特開２００６−７８９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示される弁装置では、フロートは、単にフロート室における液体の液位の変化に追従して動作するため、フロート室から流出する液体の流速が速い場合には、下部弁座を閉塞するタイミングが遅れ、弁としての機能、即ち、弁室からの液体の流出を防止する機能を十分に果たすことができないという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、弁としての機能の向上を図ることができる弁装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために請求項１記載の弁装置は、液体が流入する弁室と、その弁室に開口形成され前記液体が流通する流通口と、前記弁室内に収容されると共に前記弁室に流入した前記液体の液面に浮かび前記弁室における前記液体の液位の変化に追従して動作しその動作に伴って前記流通口を開閉する弁として構成される弁体とを備え、前記弁室における前記液体の液位が所定の高さよりも低い場合に前記弁体によって前記流通口を閉塞するものであり、前記弁体の下面に形成されると共に喫水線よりも下方に位置し前記弁室に流入した前記液体の液面下に沈み前記液体の流れに対して抵抗となる抵抗部を備え、前記抵抗部は、前記流通口を通じて前記弁室から流出する前記液体の流れに対する抵抗が、前記流通口を通じて前記弁室に流入する前記液体の流れに対する抵抗よりも大きくなるように構成されている。

請求項２記載の弁装置は、請求項１記載の弁装置において、前記抵抗部は、円錐と半球とを互いの平面が向きあうように組み合わされた涙滴型に形成され、円錐側を上方へ向けた状態で前記液体の液面下に沈められている。

請求項３記載の弁装置は、請求項１又は２に記載の弁装置において、前記流通口に連通され前記液体が流通する流路を備え、前記抵抗部は、前記流路内に位置して前記液体の流路断面積を絞るように構成されている。

請求項１記載の弁装置によれば、弁体の下面に形成されると共に喫水線よりも下方に位置し弁室に流入した液体の液面下に沈み液体の流れに対して抵抗となる抵抗部を備えているので、液体の流速が速い場合には、その流れの勢いを利用して、弁体を迅速に動作させることができる。これにより、弁としての機能の向上を図ることができるという効果がある。

また、抵抗部は、流通口を通じて弁室から流出する液体の流れに対する抵抗が、流通口を通じて弁室に流入する液体の流れに対する抵抗よりも大きくなるように構成されているので、液体の流速が速い場合でも、流通口を閉塞するタイミングの遅れを防止して、弁室からの液体の流出を防止する機能の向上を図ることができるという効果がある。

請求項２記載の弁装置によれば、請求項１又は２に記載の弁装置の奏する効果に加え、抵抗部は、円錐と半球とを互いの平面が向きあうように組み合わされた涙滴型に形成され、円錐側を上方へ向けた状態で前記液体の液面下に沈められているので、流通口を通じて弁室から流出する液体の流れに対する抵抗を、流通口を通じて弁室に流入する液体の流れに対する抵抗よりも大きくすることができる。

ここで、液体が流通口を通じて弁室から流出する場合、即ち、抵抗部における円錐側から半球側へ向かって液体が流れる場合には、円錐の表面で摩擦抵抗が生じるため、流れに対して抵抗となる。また、半球の表面では、その表面から流れが剥離して抵抗部の下方で乱流が発生するため、流れに対して抵抗となる。

一方、液体が流通口を通じて弁室に流入する場合、即ち、抵抗部における半球側から円錐側へ向かって液体が流れる場合には、抵抗部の表面で摩擦抵抗が生じるのは不可避であるが、流速が緩やかに減速するので、流れの剥離は起き難く、液体がスムーズに流れ去ることで、流れに対して抵抗となり難い。

よって、流通口を通じて弁室から流出する液体の流れに対する抵抗を、流通口を通じて弁室に流入する液体の流れに対する抵抗よりも大きくすることができる。これにより、液体の流速が速い場合でも、流通口を閉塞するタイミングの遅れを防止して、弁室からの液体の流出を防止する機能の向上を図ることができるという効果がある。

請求項３記載の弁装置によれば、請求項１又は２に記載の弁装置の奏する効果に加え、流通口に連通され液体が流通する流路を備え、抵抗部は、流路内に位置して液体の流路断面積を絞るように構成されているので、液体の流速を抑制することができる。これにより、液体の流速が速い場合でも、流通口を閉塞するタイミングの遅れを防止して、弁室からの液体の流出を防止する機能の向上を図ることができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態および参考例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１参考例における水封装置１００が用いられる新幹線１の側面図である。なお、図１では、水封装置１００を模式的に示している。

まず、新幹線１の概略構成について説明する。新幹線１は、地面に敷設されたレールＲ上を高速で走行する高速車両であり、図１に示すように、気密室としての車室（図示せず）を形成する車体２と、その車体２の床下に配設される水封装置１００とを主に備え、車室内部の気密を保ちつつ車室内部で発生したドレンを水封装置１００によって車室外部へ排出することができるように構成されている。

なお、本参考例では、空調装置（図示せず）で発生したドレンを水封装置１００によって車室外部へ排出する場合を説明するが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、洗面所（図示せず）等で発生したドレンを水封装置１００によって車室外部へ排出するように構成しても良い。

次いで、図２を参照して、水封装置１００の概略構成について説明する。図２は、水封装置１００の内部構造を示す断面図である。図２に示すように、水封装置１００は、空調装置のドレン配管１０に接続され、そのドレン配管１０を介して車室内部に連通される第１流路１０１と、その第１流路１０１に連通されると共に車室外部に連通される第２流路１０５と、ドレン配管１０と第１流路１０１との間に設けられる第１弁装置１１０と、第１流路１０１と第２流路１０５との間に設けられる第２弁装置１４０とを備えて構成されている。

水封装置１００によれば、空調装置で発生したドレンは、まず、第１弁装置１１０に流入し、その後、第１流路１０１を通じて第２弁装置１４０に流入する。そして、第２流路１０５を通じて車室外部へ排出される。

次いで、図２を参照して、第１弁装置１１０の詳細構成について説明する。第１弁装置１１０は、車室内部と第１流路１０１とを遮断または連通するためのものであり、図２に示すように、ドレン配管１０（車室内部）及び第１流路１０１に連通して設けられる第１弁室１２０と、その第１弁室１２０内に収容される第１弁体１３０とを備えて構成されている。

図２に示すように、第１弁室１２０は、内部空間を有する容器状に構成され、その内部空間は、上層部１２０ａと、その上層部１２０ａよりも下方（図２下側）に位置する下層部１２０ｂとに分かれている。これら上層部１２０ａ及び下層部１２０ｂは、上層部１２０ａの容積が下層部１２０ｂの容積よりも大きく、下層部１２０ｂの水平断面積が上層部１２０ａの水平断面積よりも小さく構成されている。また、下層部１２０ｂは、第１弁体１３０を収容可能に構成され、後述する弁部１３２の外周面が内接する形状に形成されている。

図２に示すように、下層部１２０ｂには、第１連通口１２１が開口形成されている。第１連通口１２１は、第１流路１０１に連通される開口であり、第１弁室１２０の側面に設けられると共に、第１弁室１２０の底面Ｓからの高さが寸法Ａとなる位置に配置されている。

また、図２に示すように、第１弁室１２０内には、仕切板１２２が配設されている。仕切板１２２は、第１弁体１３０の動作の最高位置を規制するためのものであり、第１弁体１３０の横方向（図２左右方向）への動作を規制する役割も兼ねている。

第１弁体１３０は、第１弁室１２０におけるドレンの液位（第１弁室１２０の底面Ｓからの高さ）の変化に追従して動作し、その動作に伴って第１連通口１２１を開閉するものであり、図２に示すように、浮子部１３１と、その浮子部１３１に連結される弁部１３２とを備えて構成されている。

ここで、図３を参照して、第１弁体１３０の詳細構成について説明する。図３（ａ）は、第１弁体１３０の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における第１弁体１３０の断面図である。

浮子部１３１は、第１弁室１２０に流入したドレンの液面に浮かぶ浮子として構成され、図３に示すように、円柱状に形成されている。一方、弁部１３２は、第１連通口１２１（図２参照）を開閉するための弁として構成され、図３に示すように、浮子部１３１の外周を囲む円筒状に形成されている。

図３（ｂ）に示すように、弁部１３２の内周面には、張出部１３３が形成されている。張出部１３３は、浮子部１３１と弁部１３２とを連結する部位であり、第１弁体１３０の動作方向（図３（ｂ）上下方向）と交差する方向へ向けて張り出して形成されると共に、浮子部１３１の喫水線Ｌ（浮子部１３１がドレンの液面に浮かんだ状態で液面下に沈む部分と液面上に浮かぶ部分との境界線）よりも下方（図３（ｂ）下側）に位置している。この張出部１３３によって浮子部１３１と弁部１３２とが連結された状態において、第１弁体１３０は、弁部１３２の下端から喫水線Ｌまでの高さが寸法Ｂとなるように設定されている。

また、図３に示すように、張出部１３３には、４個の貫通孔１３４が穿設されている。貫通孔１３４は、ドレンの流路断面積を絞るためのものであり、上面視において円周方向に略等間隔（９０°間隔）で配置されている。

図２に戻って説明する。上述したように構成される第１弁装置１１０によれば、第１弁室１２０におけるドレンの液位が上述した寸法Ａに寸法Ｂ（図３参照）を加えた高さＸよりも低い場合には、第１弁体１３０（弁部１３２）によって第１連通口１２１が閉塞され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが遮断される。一方、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高い場合には、第１連通口１２１が開放され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが連通される。これにより、第１弁室１２０におけるドレンの液位に応じて第１弁室１２０と第１流路１０１とを遮断または連通することができる。

ここで、第１弁室１２０は、下層部１２０ｂの水平断面積が上層部１２０ａの水平断面積よりも小さく構成されているので、下層部１２０ｂにおけるドレンの液位が上層部１２０ａにおけるドレンの液位よりも変化し易く、下層部１２０ｂでは、第１弁体１３０が動作し易い。これに関し、第１連通口１２１は、下層部１２０ｂに設けられているので、第１連通口１２１の開閉を敏感に行うことができる。これにより、ドレンを効率良く排出することができる。

一方、上層部１２０ａの容積が下層部１２０ｂの容積よりも大きく構成されているので、ドレンを一時的に貯留しておくためのバッファ領域（貯留スペース）を確保することができる。これにより、車室内部へのドレンの逆流を抑制することができる。

また、第１連通口１２１は、第１弁室１２０の側面に設けられているので、ドレンの水頭圧や車室内部の圧力を第１弁体１３０の動作方向と異なる方向（交差する方向）へ作用させることができる。これにより、第１弁体１３０が第１連通口１２１に固着するのを防止して、ドレンを確実に排出することができる。

また、第１弁体１３０は、その動作方向と交差する方向へ向けて張り出す張出部１３３を備え、その張出部１３３は、喫水線Ｌよりも下方に位置しているので、張出部１３３がドレンの液面下に沈み、ドレンの流れに対して抵抗となる。よって、ドレンの流速が速い場合には、その流れの勢いを利用して、第１弁体１３０を迅速に動作させることができる。更に、張出部１３３は、ドレンの流路断面積を絞るように構成されているので、ドレンの流速を抑制することができる。これにより、ドレンの流速が速い場合でも、車室内部の気密を確実に保つことができる。

また、第１弁室１２０内には、第１弁体１３０の動作の最高位置を規制する仕切板１２２を備えているので、第１弁体１３０の浮き上がりを制限して、第１連通口１２１の開閉を迅速に行うことができる。これにより、車室内部の気密を確実に保つことができる。

次いで、図２を参照して、第２弁装置１４０の詳細構成について説明する。第２弁装置１４０は、第１流路１０１と車室外部とを遮断または連通するためのものであり、図２に示すように、第１流路１０１及び第２流路１０５（車室外部）に連通して設けられる第２弁室１５０と、その第２弁室１５０内に収容される第２弁体１６０とを備えて構成されている。

図２に示すように、第２弁室１５０は、内部空間を有する容器状に構成され、その底面には、第２連通口１５１が開口形成されている。第２連通口１５１は、第１流路１０１に連通される開口であり、第１連通口１２１よりも上方（図２上側）に位置すると共に、第１弁室１２０の底面Ｓからの高さが寸法Ｃとなる位置に配置されている。なお、本参考例では、寸法Ｃは、上述した寸法Ａに寸法Ｂを加えた値よりも大きく設定されている。

また、図２に示すように、第２弁室１５０の側面には、第３連通口１５２が開口形成されている。第３連通口１５２は、第２流路１０５に連通される開口であり、第２連通口１５１よりも上方（図２上側）に位置すると共に、第１弁室１２０の底面Ｓからの高さが寸法Ｄとなる位置に配置されている。即ち、本参考例では、寸法Ｄは、上述した寸法Ｃの値よりも大きく設定されている。

また、図２に示すように、第２弁室１５０内には、環状溝１５３が形成されている。環状溝１５３は、第２弁体１６０が第３連通口１５２に近接した場合に第２弁体１６０と第３連通口１５２との間に隙間を形成するためのものであり、第３連通口１５２に連設されると共に、第２弁室１５０の内周面に沿って環状に凹設されている。

第２弁体１６０は、第２弁室１５０におけるドレンの液位の変化に追従して動作し、その動作に伴って第２連通口１５１を開閉するものであり、第２弁室１５０に流入したドレンの液面に浮かぶ浮子として構成され、図２に示すように、球状に形成されている。

上述したように構成される第２弁装置１４０によれば、車室外部の圧力と車室内部の圧力との圧力差がなく、第１弁室１２０におけるドレンの液位が上述した寸法Ｃに等しい高さＹよりも低い場合には、第２弁体１６０が重力によって第２連通口１５１側へ付勢されることで、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断される。一方、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＹよりも高い場合には、第２弁体１６０がドレンの水頭圧によって動作することで、第２連通口１５１が開放され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが連通される。これにより、第１弁室１２０におけるドレンの液位に応じて第１流路１０１と第２弁室１５０とを遮断または連通することができる。

また、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも高い場合には、第２弁体１６０が車室外部の圧力によって第２連通口１５１側へ付勢されることで、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断される。一方、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも低い場合には、第２弁体１６０がドレンの水頭圧によって動作することで、第２連通口１５１が開放され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが連通される。これにより、車室外部の圧力とドレンの水頭圧との圧力差に応じて第１流路１０１と第２弁室１５０とを遮断または連通することができる。

ここで、第２弁室１５０内には、第２弁体１６０が第３連通口１５２に近接した場合に第２弁体１６０と第３連通口１５２との間に隙間を形成する環状溝１５３を備えているので、第２弁体１６０が第３連通口１５２に固着するのを防止して、ドレンを確実に排出することができる。

次いで、図２を参照して、第１流路１０１の詳細構成について説明する。図２に示すように、第１流路１０１内には、ドレンの流路断面積を絞るオリフィス１０２が形成されている。これにより、ドレンの流速を抑制することができ、ドレンの流速が速い場合でも、車室内部の気密を確実に保つことができる。

次いで、図４を参照して、水封装置１００の状態遷移および各状態の作用について説明する。図４は、水封装置１００の状態を説明する説明図であり、（ａ）は第１状態を、（ｂ）は第２状態を、（ｃ）は第３状態を、（ｄ）は第４状態を、（ｅ）は第５状態を、それぞれ示している。なお、図４では、図面の理解を容易とするため、主要な構成のみに符号を付している。

まず、図４（ａ）を参照して、第１状態について説明する。第１状態は、例えば、空調装置が暖房運転の場合や長期休止していた新幹線１が運転を再開した場合の状態である。この状態では、水封装置１００内のドレンが乾燥しており、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低いため、第１弁体１３０によって第１連通口１２１が閉塞され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが遮断される。また、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低いため、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断される。これにより、車室内部の気密が保たれる。

ここで、第１状態において車室外部の圧力が車室内部の圧力よりも低くなった場合でも、第１弁体１３０によって第１連通口１２１が閉塞され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが遮断されているので、車室内部の気密が保たれる。

また、第１状態において車室外部の圧力が車室内部の圧力よりも高くなった場合でも、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断されているので、車室内部の気密が保たれる。

なお、図４（ａ）に示す第１状態から空調装置でドレンが発生した場合でも、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高くなるまでは、第１状態の場合と同様に、第１弁体１３０によって第１連通口１２１が閉塞され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが遮断されると共に、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断される。これにより、車室内部の気密が保たれる。

この状態において車室外部の圧力が車室内部の圧力よりも低くなった場合でも、第１弁体１３０によって第１連通口１２１が閉塞され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが遮断されているので、車室内部の気密が保たれる。

また、かかる状態において車室外部の圧力が車室内部の圧力よりも高くなった場合でも、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断されているので、車室内部の気密が保たれる。

次いで、図４（ｂ）を参照して、第２状態について説明する。第２状態は、図４（ａ）に示す第１状態から空調装置でドレンが発生し、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高く且つ高さＹよりも低くなった状態である。この状態では、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高いため、第１連通口１２１が開放され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが連通される。但し、第１弁室１２０と第１流路１０１とが連通された状態であっても、第１弁室１２０内および第１流路１０１内に存在するドレンが封水として作用する。一方、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＹよりも低いため、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断される。これにより、車室内部の気密が保たれる。

ここで、第２状態において車室外部の圧力が車室内部の圧力よりも高くなった場合でも、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断されているので、車室内部の気密が保たれる。

次いで、図４（ｃ）を参照して、第３状態について説明する。第３状態は、図４（ｂ）に示す第２状態において車室外部の圧力が車室内部の圧力よりも低くなった状態である。この状態では、車室内部の圧力によって第１弁室１２０におけるドレンの液位が押し下げられ、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低くなるため、第１弁体１３０によって第１連通口１２１が閉塞され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが遮断される。これにより、車室内部の気密が保たれる。

次いで、図４（ｄ）を参照して、第４状態について説明する。第４状態は、図４（ｂ）に示す第２状態から引き続き空調装置でドレンが発生し、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＹよりも高くなった状態である。この状態では、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高いため、第１連通口１２１が開放され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが連通される。また、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＹよりも高いため、第２連通口１５１が開放され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが連通される。これにより、第１弁室１２０におけるドレンの液位が上述した寸法Ｄに等しい高さＺよりも高い場合には、ドレンが第２流路１０５を通じて車室外部へ排出される。

但し、第１弁室１２０と第１流路１０１とが連通された状態であっても、第１弁室１２０内および第１流路１０１内に存在するドレンが封水として作用する。また、第１流路１０１と第２弁室１５０とが連通された状態であっても、第１流路１０１内および第２弁室１５０内に存在するドレンが封水として作用する。これにより、車室内部の気密が保たれる。

なお、図４（ｄ）に示す第４状態からドレンが排出され、第１弁室１２０におけるドレンの液位が低くなると、図４（ｃ）に示す第３状態となる。よって、第３状態の場合と同様に、第１弁体１３０によって第１連通口１２１が閉塞され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが遮断される。これにより、車室内部の気密が保たれる。

また、第４状態において車室外部の圧力が車室内部の圧力よりも高くなった場合でも、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも高くなるまでは、第４状態の場合と同様に、第１連通口１２１が開放され、第１弁室１２０と第１流路１０１とが連通されると共に、第２連通口１５１が開放され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが連通される。これにより、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＺよりも高い場合には、ドレンが第２流路１０５を通じて車室外部へ排出される。

但し、第４状態の場合と同様に、第１弁室１２０と第１流路１０１とが連通された状態であっても、第１弁室１２０内および第１流路１０１内に存在するドレンが封水として作用する。また、第１流路１０１と第２弁室１５０とが連通された状態であっても、第１流路１０１内および第２弁室１５０内に存在するドレンが封水として作用する。これにより、車室内部の気密が保たれる。

次いで、図４（ｅ）を参照して、第５状態について説明する。第５状態は、図４（ｄ）に示す第４状態において車室外部の圧力が車室内部の圧力よりも高くなり、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも高くなった状態である。この状態では、第２弁体１６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室１５０とが遮断される。これにより、車室内部の気密が保たれる。

以上説明したように、本参考例における水封装置１００によれば、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低い場合、即ち、第１弁室１２０内にドレンが存在しない場合や第１弁室１２０内のドレンが比較的少ない場合には、第１弁室１２０と第１流路１０１とを遮断すると共に第１流路１０１と第２弁室１５０とを遮断することで、車室内部の気密を保つことができる。

一方、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高い場合、即ち、第１弁室１２０内のドレンが比較的多い場合には、ドレンを排出する必要性が高いと判断されるので、第１弁室１２０と第１流路１０１とを連通すると共に第１流路１０１と第２弁室１５０とを連通することで、ドレンを排出することができる。また、この場合には、第１弁室１２０と第１流路１０１とを連通した状態であっても、第１弁室１２０内および第１流路１０１内に存在するドレンを封水として作用させて、気密室内部の気密を保つことができる。同様に、第１流路１０１と第２弁室１５０とを連通した状態であっても、第１流路１０１内および第２弁室１５０内に存在するドレンを封水として作用させて、気密室内部の気密を保つことができる。

更に、第１弁室１２０内および第１流路１０１内に存在するドレンを封水として作用させるので、車室外部の圧力と車室内部の圧力との圧力差が急激に変動した場合でも、車室内部の圧力の急激な変化を防止することができる。

また、本参考例における水封装置１００によれば、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも高い場合には、車室内部の気密を保つ必要性が高いと判断されるので、第１流路１０１と第２弁室１５０とを遮断することで、車室内部の気密を保つことができる。また、この場合には、第１弁室１２０内にドレンが存在しない状態であっても、車室内部の気密を保つことができる。

一方、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも低い場合には、第１流路１０１と第２弁室１５０とを連通することで、ドレンを排出することができる。また、この場合には、第１流路１０１と第２弁室１５０とを連通した状態であっても、第１流路１０１内および第２弁室１５０内に存在するドレンを封水として作用させて、気密室内部の気密を保つことができる。

このように、本参考例における水封装置１００によれば、ドレンを排出する必要性と車室内部の気密を保つ必要性とに応じてドレンの流路（第１弁室１２０と第１流路１０１及び第１流路１０１と第２弁室１５０）を遮断または連通するので、ドレンを効率良く排出することができる。また、第１弁室１２０内にドレンが存在しない状態であっても、車室内部の気密を保つことができる。

次いで、図５を参照して、第２参考例における水封装置２００について説明する。図５は、第２参考例における水封装置２００の内部構造を示す断面図である。なお、本参考例では、水封装置２００が新幹線１に用いられる場合を説明する。また、第１参考例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

第１参考例における第２弁体１６０は、第２弁室１５０におけるドレンの液位の変化に追従して動作し、その動作に伴って第２連通口１５１を開閉するように構成されていたが、第２参考例における第２弁体２６０は、ドレンの水頭圧によって動作し、その動作に伴って第２連通口１５１を開閉するように構成されている。

図５に示すように、第２参考例における第２弁装置２４０は、第１流路１０１及び第２流路１０５（車室外部）に連通して設けられる第２弁室２５０と、その第２弁室２５０内に収容される第２弁体２６０とを備えて構成されている。

図５に示すように、第２弁室２５０は、内部空間を有する容器状に構成され、その一方（図５左側）の側面には、第２連通口１５１が開口形成されると共に、他方（図５右側）の側面には、第３連通口１５２が開口形成されている。

第２弁体２６０は、ドレンの水頭圧によって動作し、その動作に伴って第２連通口１５１を開閉するものであり、図５に示すように、弁部材２６１と、その弁部材２６１に連結される付勢部材２６２とを備えて構成されている。

弁部材２６１は、第２連通口１５１を開閉するための弁として構成され、図５に示すように、付勢部材２６２によって第２連通口１５１側（図５左側）へ付勢されている。付勢部材２６２は、弾性部材（本参考例ではコイルバネ）によって構成され、その弾性力が、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高い場合のドレンの水頭圧よりも小さく、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低い場合のドレンの水頭圧よりも大きくなるように設定されている。

上述したように構成される第２弁装置２４０によれば、車室外部の圧力と車室内部の圧力との圧力差がなく、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低い場合には、弁部材２６１が弾性部材２６２によって第２連通口１５１側へ付勢されることで、第２弁体２６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室２５０とが遮断される。一方、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高い場合には、弁部材２６１がドレンの水頭圧によって付勢部材２６２の付勢力に抗して動作することで、第２連通口１５１が開放され、第１流路１０１と第２弁室２５０とが連通される。これにより、第１弁室１２０におけるドレンの液位に応じて第１流路１０１と第２弁室２５０とを遮断または連通することができる。

また、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも高い場合には、弁部材２６１が車室外部の圧力によって第２連通口１５１側へ付勢されることで、第２弁体２６０によって第２連通口１５１が閉塞され、第１流路１０１と第２弁室２５０とが遮断される。一方、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも低い場合には、弁部材２６１がドレンの水頭圧によって動作することで、第２連通口１５１が開放され、第１流路１０１と第２弁室２５０とが連通される。これにより、車室外部の圧力とドレンの水頭圧との圧力差に応じて第１流路１０１と第２弁室２５０とを遮断または連通することができる。

以上説明したように、本参考例における水封装置２００によれば、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも高い場合には、車室内部の気密を保つ必要性が高いと判断されるので、第１流路１０１と第２弁室２５０とを遮断することで、車室内部の気密を保つことができる。また、この場合には、第１弁室１２０内にドレンが存在しない状態であっても、車室内部の気密を保つことができる。

一方、車室外部の圧力がドレンの水頭圧よりも低い場合には、第１流路１０１と第２弁室２５０とを連通することで、ドレンを排出することができる。また、この場合には、第１流路１０１と第２弁室２５０とを連通した状態であっても、第１流路１０１内および第２弁室２５０内に存在するドレンを封水として作用させて、気密室内部の気密を保つことができる。

このように、本参考例における水封装置２００によれば、第１参考例における水封装置１００の場合と同様に、ドレンを排出する必要性と車室内部の気密を保つ必要性とに応じてドレンの流路（第１流路１０１と第２弁室２５０）を遮断または連通して、ドレンを効率良く排出することができる。

次いで、図６を参照して、第３参考例における水封装置３００について説明する。図６は、第３参考例における水封装置３００の内部構造を示す断面図である。なお、本参考例では、水封装置３００が新幹線１に用いられる場合を説明する。また、第１参考例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

第１参考例における第１弁体１３０は、第１弁室１２０におけるドレンの液位の変化に追従して動作し、その動作に伴って第１連通口１２１を開閉するように構成されていたが、第３参考例における第１弁３３０は、浮子３７０によって検出された第１弁室１２０におけるドレンの液位に応じて第１流路１０１を遮断または連通するように構成されている。

図６に示すように、第３参考例における第１弁装置３１０は、第１弁室１２０と、その第１弁室１２０内に収容される浮子３７０と、第１流路１０１中に配設される第１弁３３０とを主に備えて構成されている。

浮子３７０は、第１弁室１２０におけるドレンの液位の変化に追従して動作し、その動作に伴って第１弁室１２０におけるドレンの液位を検出するためのものであり、第１弁室１２０に流入したドレンの液面に浮かぶ浮きとして構成され、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低い場合には、スイッチ３８０をオフする一方、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高い場合には、スイッチ３８０をオンするように構成されている。

第１弁３３０は、浮子３７０によって検出された第１弁室１２０におけるドレンの液位に応じて第１流路１０１を遮断または連通するものであり、電磁弁によって構成され、図６に示すように、スイッチ３８０に電気的に接続されると共に、スイッチ３８０がオンの場合には、第１流路１０１を遮断する一方、スイッチ３８０がオフの場合には、第１流路１０１を連通するように構成されている。即ち、本参考例では、第１弁３３０が浮子３７０の動作に連動して第１流路１０１を遮断または連通するように構成されている。

上述したように構成される第１弁装置３１０によれば、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低い場合には、スイッチ３８０がオフとなり、第１流路１０１が遮断される。一方、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高い場合には、スイッチ３８０がオンとなり、第１流路１０１が連通される。これにより、第１弁室１２０におけるドレンの液位に応じて第１流路１０１を遮断または連通することができる。

以上説明したように、本参考例における水封装置３００によれば、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも低い場合、即ち、第１弁室１２０内にドレンが存在しない場合や第１弁室１２０内のドレンが比較的少ない場合には、第１流路１０１を遮断することで、車室内部の気密を保つことができる。

一方、第１弁室１２０におけるドレンの液位が高さＸよりも高い場合、即ち、第１弁室１２０内のドレンが比較的多い場合には、ドレンを排出する必要性が高いと判断されるので、第１流路１０１を連通することで、ドレンを排出することができる。また、この場合には、第１流路１０１を連通した状態であっても、第１弁室１２０内および第１流路１０１内に存在するドレンを封水として作用させて、気密室内部の気密を保つことができる。

このように、本参考例における水封装置３００によれば、第１参考例における水封装置１００の場合と同様に、ドレンを排出する必要性と車室内部の気密を保つ必要性とに応じてドレンの流路（第１流路１０１）を遮断または連通して、ドレンを効率良く排出することができる。

次いで、図７を参照して、第１実施の形態における水封装置４００について説明する。図７は、第１実施の形態における水封装置４００の内部構造を示す断面図である。なお、本実施の形態では、水封装置４００が新幹線１に用いられる場合を説明する。また、第１参考例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図７に示すように、第１実施の形態における第１弁装置４１０は、ドレン配管１０（車室内部）および第１流路１０１に連通して設けられる第１弁室４２０と、その第１弁室４２０内に収容される第１弁体４３０とを備えて構成されている。

図７に示すように、第１弁室４２０は、内部空間を有する容器状に構成され、その底面には、第１連通口１２１が開口形成されている。また、図７に示すように、第１弁室４２０内には、仕切板１２２が配設されている。

第１弁体４３０は、第１弁室４２０におけるドレンの液位の変化に追従して動作し、その動作に伴って第１連通口１２１を開閉するものであり、図７に示すように、浮子部４３１と、その浮子部４３１の下方（図７下側）に連結される弁部４３２とを備えて構成されている。

浮子部４３１は、第１弁室４２０に流入したドレンの液面に浮かぶ浮きとして構成され、円柱状に形成されている。一方、弁部４３２は、第１連通口１２１を開閉するための弁として構成され、球状に形成されている。

図７に示すように、弁部４３２の下面には、抵抗部４３３が形成されている。抵抗部４３３は、ドレンの液面下に沈み、ドレンの流れに対して抵抗となる部位であり、円錐と半球とを互いの平面が向き合うように組み合わせた形状、いわゆる涙滴型に形成されると共に、第１流路１０１内に位置してドレンの流路断面積を絞るように構成されている。

上述したように構成される第１弁装置４１０によれば、第１弁体４３０は、ドレンの流れに対して抵抗となる抵抗部４３３を備えているので、ドレンの流速が速い場合には、その流れの勢いを利用して、第１弁体４３０を迅速に動作させることができる。更に、抵抗部４３３は、ドレンの流路断面積を絞るように構成されているので、ドレンの流速を抑制することができる。これにより、ドレンの流速が速い場合でも、第１連通口１２１を閉塞するタイミングの遅れを防止して、第１弁室４２０からのドレンの流出を防止する機能の向上を図ることができる。その結果、車室内部の気密を確実に保つことができる。

また、抵抗部４３３は、涙滴型に形成されているので、第１連通口１２１を通じて第１弁室４２０から流出するドレンの流れに対する抵抗を、第１連通口１２１を通じて第１弁室４２０に流入するドレンの流れに対する抵抗よりも大きくすることができる。

ここで、図８を参照して、抵抗部４３３の作用について説明する。図８は、抵抗部４３３の作用を説明する説明図であり、（ａ）はドレンが第１連通口１２１を通じて第１弁室４２０から流出する場合の作用を、（ｂ）はドレンが第１連通口１２１を通じて第１弁室４２０に流入する場合の作用を、それぞれ示している。なお、図８の矢印は、ドレンの流れを模式的に示している。

ドレンが第１連通口１２１を通じて第１弁室４２０から流出する場合、即ち、抵抗部４３３における円錐側から半球側へ向かってドレンが流れる場合には、円錐の表面で摩擦抵抗が生じるため、流れに対して抵抗となる。また、図８（ａ）に示すように、半球の表面では、その表面から流れが剥離して抵抗部４３３の下方で乱流が発生するため、流れに対して抵抗となる。

一方、ドレンが第１連通口１２１を通じて第１弁室４２０に流入する場合、即ち、抵抗部４３３における半球側から円錐側へ向かってドレンが流れる場合には、抵抗部４３３の表面で摩擦抵抗が生じるのは不可避であるが、流速が緩やかに減速するので、図８（ｂ）に示すように、流れの剥離は起き難く、ドレンがスムーズに流れ去ることで、流れに対して抵抗となり難い。

よって、第１連通口１２１を通じて第１弁室４２０から流出するドレンの流れに対する抵抗を、第１連通口１２１を通じて第１弁室４２０に流入するドレンの流れに対する抵抗よりも大きくすることができる。これにより、ドレンの流速が速い場合でも、第１連通口１２１を閉塞するタイミングの遅れを防止して、第１弁室４２０からのドレンの流出を防止する機能の向上を図ることができる。その結果、車室内部の気密を確実に保つことができる。

図７に戻って説明する。第１実施の形態における第２弁装置４４０は、第２弁室１５０と、その第２弁室１５０内に収容される第２弁体４６０とを備えて構成されている。第２弁体４６０は、第２弁室１５０におけるドレンの液位の変化に追従して動作し、その動作に伴って第２連通口１５１を開閉するものであり、第２弁室１５０に流入したドレンの液面に浮かぶ浮きとして構成され、球状に形成されている。

図７に示すように、第２弁体４６０の下面には、抵抗部４６３が形成されている。抵抗部４６３は、ドレンの液面下に沈み、ドレンの流れに対して抵抗となる部位であり、涙滴型に形成されると共に、第１流路１０１内に位置してドレンの流路断面積を絞るように構成されている。

上述したように構成される第２弁装置４４０によれば、第２弁体４６０は、ドレンの流れに対して抵抗となる抵抗部４６３を備えているので、車室内部へ逆流するドレンの流速が速い場合には、その流れの勢いを利用して、第２弁体４６０を迅速に動作させることができる。更に、抵抗部４６３は、第１流路１０１の流路断面積を絞るように構成されているので、車室内部へ逆流するドレンの流速を抑制することができる。これにより、車室内部へ逆流するドレンの流速が速い場合でも、第２連通口１５１を閉塞するタイミングの遅れを防止して、第２弁室１５０からのドレンの流出を防止する機能の向上を図ることができる。その結果、車室内部へのドレンの逆流を抑制することができる。

また、抵抗部４６３は、涙滴型に形成されているので、第２連通口１５１を通じて第２弁室１５０から流出するドレンの流れに対する抵抗を、第２連通口１５１を通じて第２弁室１５０に流入するドレンの流れに対する抵抗よりも大きくすることができる。これにより、車室内部へ逆流するドレンの流速が速い場合でも、第２連通口１５１を閉塞するタイミングの遅れを防止して、第２弁室１５０からのドレンの流出を防止する機能の向上を図ることができる。その結果、車室内部へのドレンの逆流を抑制することができる。

以上、実施の形態および各参考例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および各参考例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施の形態および各参考例では、水封装置１００，２００，３００，４００が新幹線１に用いられる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、他の高速車両（例えばリニアモーターカー）や燃料電池などに用いることは当然可能である。即ち、本発明における水封装置は、内部の圧力と外部の圧力との圧力差が変動する気密室であってその気密室内部で発生したドレンを気密室外部へ排出するためのものであり、気密室の対象（例えば車室）は限定されるものではない。

上記第１参考例では、寸法Ｃが寸法Ａに寸法Ｂを加えた値よりも大きく設定されている場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、寸法Ｃを寸法Ａに寸法Ｂを加えた値と等しく設定しても良く、或いは、寸法Ａに寸法Ｂを加えた値よりも小さく設定しても良い。また、上記第１参考例では、寸法Ｄが寸法Ｃの値よりも大きく設定されている場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、寸法Ｄを寸法Ｃの値と等しく設定しても良い。

上記第１参考例では、第２弁体１６０が第３連通口１５２に近接した場合に第２弁体１６０と第３連通口１５２との間に隙間を形成するべく、第２弁室１５０内に環状溝１５３が形成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、環状溝１５３に代えて、第３連通口１５２を覆う網状の部材を第２弁室１５０内に設けても良い。これにより、第２弁体１６０が第３連通口１５２に近接した場合に第２弁体１６０と第３連通口１５２との間に隙間が形成されるので、第２弁体１６０が第３連通口１５２に固着するのを防止して、ドレンを確実に排出することができる。

上記第３参考例では、浮子３７０によって第１弁室１２０におけるドレンの液位を検出する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、超音波やレーザ等を用いてドレンの液位を検出する非接触式の検出器、或いは、ドレンに触れてドレンの液位を検出する接触式の検出器によって第１弁室１２０におけるドレンの液位を検出するように構成しても良い。

上記第３参考例では、単にスイッチ３８０のオフ又はオンによって第１弁３３０が動作する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、第１弁３３０の動作を制御する制御装置を設け、スイッチ３８０のオフ又はオンに加えて、かかる制御装置によって第１弁３３０の動作を制御しても良い。例えば、スイッチ３８０がオフからオンに切り替わった場合には、第１弁３３０の動作にタイムラグを与えて、第１流路１０１の連通を遅らせる。これにより、ドレンの流速が速い場合でも、車室内部の気密を確実に保つことができる。

本発明の第１参考例における水封装置が用いられる新幹線の側面図である。 水封装置の内部構造を示す断面図である。 （ａ）は、第１弁体の上面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における第１弁体の断面図である。 水封装置の状態を説明する説明図である。 第２参考例における水封装置の内部構造を示す断面図である。 第３参考例における水封装置の内部構造を示す断面図である。 第１実施の形態における水封装置の内部構造を示す断面図である。 抵抗部の作用を説明する説明図である。

１０１ 第１流路（流路）
４１０ 第１弁装置（弁装置）
４２０ 第１弁室（弁室）
１２１ 第１連通口（流通口）
４３０ 第１弁体（弁体）
４３３ 抵抗部
４４０ 第２弁装置（弁装置）
１５０ 第２弁室（弁室）
１５１ 第２連通口（流通口）
４６０ 第２弁体（弁体）
４６３ 抵抗部

Claims (3)

1. 液体が流入する弁室と、その弁室に開口形成され前記液体が流通する流通口と、前記弁室内に収容されると共に前記弁室に流入した前記液体の液面に浮かび前記弁室における前記液体の液位の変化に追従して動作しその動作に伴って前記流通口を開閉する弁として構成される弁体とを備え、前記弁室における前記液体の液位が所定の高さよりも低い場合に前記弁体によって前記流通口を閉塞する弁装置において、
   前記弁体の下面に形成されると共に喫水線よりも下方に位置し前記弁室に流入した前記液体の液面下に沈み前記液体の流れに対して抵抗となる抵抗部を備え、
   前記抵抗部は、前記流通口を通じて前記弁室から流出する前記液体の流れに対する抵抗が、前記流通口を通じて前記弁室に流入する前記液体の流れに対する抵抗よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする弁装置。
2. 前記抵抗部は、円錐と半球とを互いの平面が向きあうように組み合わされた涙滴型に形成され、円錐側を上方へ向けた状態で前記液体の液面下に沈められていることを特徴とする請求項１記載の弁装置。
3. 前記流通口に連通され前記液体が流通する流路を備え、
   前記抵抗部は、前記流路内に位置して前記液体の流路断面積を絞るように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の弁装置。
   

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