JP5452312B2 - 電磁弁とウォーターハンマー低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウォーターハンマーを低減させる電磁弁とウォーターハンマー低減装置に関する。

ウォーターハンマーは、水撃作用などとも称され、管内を流れる水などの加圧された流体を急に止めたときに、流体の慣性によって管内に衝撃や振動が発生する現象である。たとえば、給水弁を電磁弁で開閉するときに発する音としてウォーターハンマーは認識される。

このようなウォーターハンマーは、単に音や振動といった問題にとどまらず、流体を圧送するポンプなどの各種機器の故障の原因となっているため、その発生を抑制するための試みが従来なされている。

たとえば、下記特許文献１に記載された給湯機能付風呂装置では、給湯器からパイロット電磁弁に至るメイン通路に水量制御弁を介設し、この水量制御弁の上流側と下流側をバイパス通路で連通し、バイパス通路に、複数の微小透孔が穿孔されたプレートを通水量絞り手段として介設している。給湯器から供給される湯は、プレートの微小透孔を通じてパイロット電磁弁に供給されるため、パイロット電磁弁を瞬間的に開放しても、通水量が絞られていることからウォーターハンマーが起こりにくくなる。パイロット電磁弁を開放した後に水量制御弁を開くことによって、給湯器から十分な量の湯が浴槽に供給される。湯張り完了時には、水量制御弁を閉鎖してからパイロット電磁弁を閉動作させるため、再び給湯器からの湯の通水量が絞られた状態となり、パイロット電磁弁の瞬間的な閉動作によってウォーターハンマーが発生するのを抑制することができる。

また、特許文献１には、水量制御弁に流路絞り板を通水量絞り手段として組み込むことも記載されている。この場合にも、上記プレートの介設と同様に、通水量が絞られた状態においてパイロット電磁弁の開閉を行うため、ウォーターハンマーが発生するのを抑制することができる。

実用新案登録第２５８６３７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された通水量絞り手段は、上記プレートや流路絞り板のいずれの場合にも、水量制御弁の付近またはそれ自体の構造を改変するものであり、ウォーターハンマーを低減させるための改善策として必ずしも簡便ではないことが指摘される。このことは、装置などのコストに反映され、より簡便にウォーターハンマーを低減することのできる有効な手段の実現が望まれる。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、ウォーターハンマーをより簡便に低減させることのできる電磁弁とウォーターハンマー低減装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明の電磁弁は、ソレノイドの内側にプランジャが設けられ、ソレノイドへの通電およびその停止によってプランジャが、１次側流路と２次側流路の間に配置された弁座に向かって進退し、１次側流路と２次側流路を連通または遮断して流体の流れを制御する電磁弁において、２次側流路に連通する吸気部が設けられ、この吸気部は、１次側流路に向かって延びる空気導入板を有し、流体の流れを停止するときに２次側流路に発生する減圧状態によって、前記吸気部から電磁弁の外部の空気を吸い込み、２次側流路内に空気を導入することを特徴とする。

この電磁弁において、吸気部は、流体の漏出を防止する逆止弁と、吸気流量を調整する吸気流量調整手段とを有していることが好ましい。

また、この電磁弁において、吸気部では、２次側流路においてエジェクタが設けられていることが好ましい。

本発明のウォーターハンマー低減装置は、ソレノイドの内側にプランジャが設けられ、ソレノイドへの通電およびその停止によってプランジャが、１次側流路と２次側流路の間に配置された弁座に向かって進退し、１次側流路と２次側流路を連通または遮断して流体の流れを制御する電磁弁を備え、この電磁弁の１次側流路に１次側配管、２次側流路に２次側配管が接続されたウォーターハンマー低減装置であって、２次側配管に連通する吸気部が設けられ、この吸気部は、１次側流路に向かって延びる空気導入板を有し、流体の流れを停止するときに前記電磁弁の２次側流路に発生する減圧状態によって、前記吸気部から電磁弁の外部の空気を吸い込み、２次側流路内に空気を導入することを特徴とする。

本発明の電磁弁とウォーターハンマー低減装置によれば、流体の流れを停止するときに電磁弁の２次側流路に減圧状態が発生し、吸気部から電磁弁の外部の空気を吸い込み、２次側流路内に空気を１次側流路に向けて導入することができる。導入された空気は、流体の慣性を緩衝させるように作用し、その結果、ウォーターハンマーが低減される。このように、ウォーターハンマーの低減は、電磁弁の２次側流路やこの２次側流路に接続された２次側配管に連通する吸気部を設けることによって、簡便に実現される。

本発明の電磁弁の一実施形態を示した断面図である。 ウォーターハンマーが発生する際の電磁弁の１次側流路と２次側流路における水圧の変化を示した波形図である。 図１に示した吸気部の具体例を概略的に示した要部断面図である。 図１に示した吸気部の別の具体例を概略的に示した要部断面図である。 本発明のウォーターハンマー低減装置の一実施形態を概略的に示した構成図である。

上記のとおり、図１は、本発明の電磁弁の一実施形態を示した断面図である。

電磁弁１は、中空な上部２を備え、上部２には、その内周面の形状に沿うようにソレノイド３が内蔵されている。ソレノイド３には、図示していないが、リード線が接続され、スイッチを介して電源に接続されている。スイッチのＯＮ/ＯＦＦによってソレノイド３は通電され、また、通電が停止される。

また、上部２の内部には、鉄やコバルトなどの磁性を有する金属から形成されたプランジャ４が設けられている。プランジャ４は、ソレノイド３への通電による磁界の発生と、通電停止による磁界の消失とにしたがって、図中に矢印Ｘで示す上下方向に移動する。プランジャ４の下端には、ゴム製などのダイヤフラム５が設けられている。ダイヤフラム５は、電磁弁１の下部６に設けられた弁座７に対向して配置され、弁座７への密着と離間が可能とされている。プランジャ４は、上記のとおりの上下方向の移動により弁座７に向かって進退し、ダイヤフラム５を弁座７に密着または離間させる。プランジャ４の初期状態への復帰をスムーズにかつ確実に行わせるためには、スプリングを介設し、その弾性復元力をプランジャ４の復帰に利用することが好ましい。

さらに、上部２の内部には、プランジャ４の下端部の外周にＯリング８が設けられ、流体の漏出が十分に抑制されるように水密性が確保されている。

電磁弁１の下部６には、左右方向に延びる１次側流路９と２次側流路１０が形成されている。１次側流路９と２次側流路１０は、水などの流体の流路であり、図中に矢印Ｆで示す流体の流れに関し、上流側が１次側流路９とされ、下流側が２次側流路１０とされている。１次側流路９の末端と２次側流路１０の始端の間には、断面略コ字型の形状を有する連通路１１が介設され、連通路１１を通じて１次側流路９と２次側流路１０は連通している。そして、連通路１１の上端に弁座７が設けられている。

このような電磁弁１では、ソレノイド３への通電およびその停止によって、プランジャ４が、弁座７に向かって上下方向に進退し、ダイヤフラム５を弁座７に密着または離間させて１次側流路９と２次側流路１０を連通または遮断し、流体の流通または停止を行い、流体の流れを制御する。

そして、電磁弁１では、下部６に、２次側流路１０に連通する吸気部１２が設けられている。吸気部１２は、２次側流路１０から下部６の底面を貫通して延び、電磁弁１の外部と連通している。吸気部１２は、電磁弁１の外部の空気を吸い込むものであり、吸い込まれた空気は、２次側流路１０内に１次側流路９に向けて導入される。

なお、吸気部１２は、電磁弁１の外部と連通する一方で、２次側流路１０を流れる流体の漏出を防止している。

図２は、ウォーターハンマーが発生する際の電磁弁の１次側流路と２次側流路における水圧の変化を示した波形図である。

電磁弁１の作動によりダイヤフラム５が弁座７に密着し、１次側流路９と２次側流路１０が遮断されたとき、すなわち、電磁弁１が閉動作をしたとき、流体としての水の水圧は、１次側流路９と２次側流路１０とで異なる。図２図中の符号１３は、１次側波形であり、符号１４は、２次側波形である。１次側波形１３が示しているように、電磁弁１の閉動作にともなって１次側流路９の水圧は高くなる。これが、ウォーターハンマーの原因である。一方、２次側波形１４が示しているように、２次側流路１０では、電磁弁１の閉動作によって一時的に負圧が発生する（実線円Ａ）。これも、ウォーターハンマーの原因である。

そこで、図１に示した電磁弁１では、閉動作により流体の流れを停止するときに２次側流路１０に発生する減圧状態を利用し、吸気部１２から電磁弁１の外部の空気を吸い込む。吸い込まれた空気は、瞬時に２次側流路１０内に１次側流路９に向けて、具体的にはダイヤフラム５に向けて導入され、停留する。

一般に、配管内に空気溜まりが存在すると、空気溜まりは、流体の流れを緩衝させる。したがって、電磁弁１では、２次側流路１０内に１次側流路９に向けて導入され、停留する空気が、水などの流体の慣性を緩衝させるように作用し、その結果、１次側流路９と２次側流路１０で発生するウォーターハンマーが低減される。

このように、電磁弁１は、ウォーターハンマーの低減を、２次側流路１０に連通する吸気部１２を設けることによって実現することができ、電磁弁１やその付近の構造を大きく改変することはない。電磁弁１は、ウォーターハンマーの低減を簡便に実現する。

図３は、図１に示した吸気部の具体例を概略的に示した要部断面図であり、図１図中に示した実線円Ｂ内を示している。

なお、図３図中では、図１に示した部位と共通するものに同一の符号を付している。また、以下では、図１に付した符号と同一の符号を付した部位についてはその説明を省略する。

図３に示した吸気部１２では、流体の漏出を防止する逆止弁１５と、電磁弁１の外部から吸い込む空気Ｇの吸気量を調整する吸気量調整手段１６として、オリフィスまたは絞り１７とが設けられている。

逆止弁１５は、吸気部１２において空気Ｇの吸い込み方向に関してオリフィスまたは絞り１７よりも下流側に配置されている。また、逆止弁１５は、空気Ｇの吸い込みのみを可能とし、空気Ｇの吸い込み方向と逆方向となる流体の漏出を防止している。このため、流体を流通させる際に、吸気部１２からの流体の漏出は十分に抑制される。

オリフィスまたは絞り１７は、通気孔を有するものであり、通気孔の開度は、ウォーターハンマーの抑制に有効とされる吸気量を実現するものに設定することができる。

このような図３に示した吸気部１２は、通常の流体の流通時に流体の漏出を抑制するとともに、電磁弁１の閉動作に際して一定量の空気を２次側流路１０内へと吸い込むことができ、電磁弁１の品質、そしてウォーターハンマーの低減という機能が安定化する。

また、図３に示した吸気部１２では、２次側流路１０の内部に、１次側流路９に向かって延びる空気導入板１８が設けられている。空気導入板１８は、２次側流路１０の下流側において２次側流路１０の内径方向に突設された短辺部１９と、短辺部１９の先端から１次側流路９に向かって延び、逆止弁１５に対向して配置された長辺部２０とを有している。

このような空気導入板１８によって、吸い込まれた空気Ｇは、長辺部２０をガイドとして１次側流路９側に向かって流入する。したがって、空気Ｇは、ウォーターハンマーの発生箇所であるダイヤフラム５側に向かって確実に導入され、そこに停留することができ、ウォーターハンマーの低減により一層効果的となる。

図４は、図１に示した吸気部の別の具体例を概略的に示した要部断面図であり、図１図中に示した実線円Ｂ内を示している。

なお、図４図中では、図１および図３に示した部位と共通するものに同一の符号を付している。また、以下では、図１および図３に付した符号と同一の符号を付した部位についてはその説明を省略する。

図４に示した吸気部１２では、逆止弁１５と、オリフィスまたは絞り１７が設けられるとともに、電磁弁１の２次側流路１０においてエジェクタ２１が設けられている。エジェクタ２１では、流体の流れＦに沿って管径が縮小するように傾斜面が形成されており、壁面付近には、空気が通過可能な孔が形成されている。加圧された流体がエジェクタ２１内を通過すると、流速が速くなる一方で、圧力が低下する。このため、吸気部１２の空気の吸引圧が高くなり、電磁弁１の外部の空気が、自然吸気としても十分な吸気量で２次側流路１０内に吸い込まれ、上記の孔を通じて１次側流路９に向かって流れる。吸気量が増加し、ウォーターハンマーの低減に有効となる。

図５は、本発明のウォーターハンマー低減装置の一実施形態を概略的に示した構成図である。

なお、図５図中では、図１に示した部位と共通するものに同一の符号を付している。また、以下では、図１に付した符号と同一の符号を付した部位についてはその説明を省略する。

図５に示したウォーターハンマー低減装置２２は、電磁弁２３を備えている。電磁弁２３は、吸気部１２が設けられていないことを除いて、図１に示した電磁弁１と同様の構成および構造を有している。

ウォーターハンマー低減装置２２では、電磁弁２３の１次側流路９に１次側配管２４、２次側流路１０に２次側配管２５が接続されている。また、ウォーターハンマー低減装置２２では、２次側配管２５に連通する吸気部２６が設けられている。吸気部２６は、電磁弁２３の外部の空気を吸い込むものであり、空気の吸い込みは、図１に示した電磁弁１について説明した原理に準じる。すなわち、流体の流れを停止するときに電磁弁２３の２次側流路１０に発生する減圧状態によって、吸気部２６から電磁弁２３の外部の空気を吸い込み、吸い込んだ空気を、２次側配管２５を通じて電磁弁２３の２次側流路１０内に導入する。空気は、ダイヤフラム５の付近に滞留する。

したがって、ウォーターハンマー低減装置２２も、図１に示した電磁弁１と同様に、電磁弁１の閉動作にともなうウォーターハンマーを低減することができる。電磁弁２３の２次側流路１０に接続された２次側配管２５に吸気部２６を設けることによって、ウォーターハンマーの低減が実現され、電磁弁２３の付近の構造を大きく改変することはないため、ウォーターハンマーの低減は簡便に実現される。

吸気部２６は、外部と連通する一方で、２次側配管２５を流れる流体の漏出を防止する。このような吸気部２６には、たとえば、大気開放弁２７を適用することができる。大気開放弁２７は、２次側配管２５の上流側の流体の圧力の変化により開閉するフロート弁であり、２次側配管２５を流れる流体の圧力低下に応じて２次側配管２５の内部を大気に開放するように開動作する。大気開放弁２７は、その構成および構造が簡単であり、ウォーターハンマー低減装置２２によるウォーターハンマーの低減をより一層簡便に実現することができる。

なお、本発明の電磁弁とウォーターハンマー低減装置は、以上の実施形態によって限定されるものではない。電磁弁の構成、構造などの細部については様々な態様が可能であり、閉動作によって２次側流路に負圧が発生する電磁弁に対して本発明は適用可能である。

１、２３ 電磁弁
３ ソレノイド
４ プランジャ
７ 弁座
９ １次側流路
１０ ２次側流路
１２、２６ 吸気部
１５ 逆止弁
１６ 吸気量調整手段
１８ 空気導入板
２１ エジェクタ
２２ ウォーターハンマー低減装置
２４ １次側配管
２５ ２次側配管
Ｆ 流体の流れ
Ｇ 空気

Claims (4)

1. ソレノイドの内側にプランジャが設けられ、ソレノイドへの通電およびその停止によってプランジャが、１次側流路と２次側流路の間に配置された弁座に向かって進退し、１次側流路と２次側流路を連通または遮断して流体の流れを制御する電磁弁において、
   ２次側流路に連通する吸気部が設けられ、この吸気部は、１次側流路に向かって延びる空気導入板を有し、流体の流れを停止するときに２次側流路に発生する減圧状態によって、前記吸気部から電磁弁の外部の空気を吸い込み、２次側流路内に空気を導入する
   ことを特徴とする電磁弁。
2. 前記吸気部は、流体の漏出を防止する逆止弁と、吸気流量を調整する吸気流量調整手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記吸気部では、２次側流路においてエジェクタが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
4. ソレノイドの内側にプランジャが設けられ、ソレノイドへの通電およびその停止によってプランジャが、１次側流路と２次側流路の間に配置された弁座に向かって進退し、１次側流路と２次側流路を連通または遮断して流体の流れを制御する電磁弁を備え、この電磁弁の１次側流路に１次側配管、２次側流路に２次側配管が接続されたウォーターハンマー低減装置であって、
   ２次側配管に連通する吸気部が設けられ、この吸気部は、１次側流路に向かって延びる空気導入板を有し、流体の流れを停止するときに前記電磁弁の２次側流路に発生する減圧状態によって、前記吸気部から電磁弁の外部の空気を吸い込み、２次側流路内に空気を導入する
   ことを特徴とするウォーターハンマー低減装置。

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