JP5487268B1 - 可変式自動圧力調整器 - Google Patents

Abstract

【課題】任意に、且つ、容易に圧力設定ができるようにする。
【解決手段】本体２を貫通する流体流路１に弁体を設け、該弁体を流体圧力により摺動させて前記流体流路の入口３の絞り具合を調整する可変式自動圧力調整器において、前記弁体は、貫通孔１５を有する主ピストン１３を備えており、前記主ピストンの背面には、前記貫通路１５に連通する主ピストン内受圧部１７が設けられ、前記主ピストン内受圧部１７は、連結路２１を介して副ピストン受圧部２３の入口２３ａに連結され、前記副ピストン受圧部２３の出口２３ｂは、前記流体流路１に連通しており、前記副ピストン受圧部２３には、圧力設定手段２９に連結され、かつ、二次側圧力を受けて摺動し、前記副ピストン受圧部２３の入口２３ａの絞り具合を制御する、副弁体２５が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、消防用の放水ノズル入水部などに連結される、可変式自動圧力調整器に関するものである。

従来の消防ポンプ車では、消火の際、ポンプを駆動させて、消火水（圧力水）を放水ノズル付き消防ホースに圧送し、放水ノズルから放出させている。この放水ノズルは、消防隊員により所定方向に向けられ、把持される。

従来の放水ノズルから放出する消火水の圧力又は水量は、ポンプ圧力とポンプから放水ノズルまでの消防ホース等通水ラインに設けた器具の損失圧力及びポンプ車からの放水体形に依存している。そのため、ポンプ車と消防隊員までの通水用消防ホースの接続本数や消防ホースの接続体形によって、同一のポンプ車から接続された各放水ノズルが受ける圧力が異なる状況が生じる。

更に述べると、ポンプ車のポンプに接続された、１本の消防ホースから分岐して複数の消防ホース及び放水ノズルが存在する状況の場合には、各放水ノズルの放水停止や流量調整により、他の放水ノズルにウォーターハンマー現象及び消防ホース圧力損失の変動が生じ、各消防ノズルへ流入する圧力が急増する現象が発生する。このように圧力が急増すると、放水時の放水ノズルに発生する反動力の増大により、消防隊員に危険が及ぶ恐れがある。

又、前記状況では、放水停止や流量変更が行われると、ポンプ車のエンジン負担が変わり、ポンプ回転数が変動するために、各放水ノズルへ流入する圧力が急増する現象が発生するので、前述のように、危険である。

更に、放水ノズルから放出する圧力及び放水量は、放水ノズルを把持している消防隊員から遠く離れたポンプ車で設定されるため、放水ノズル受圧部の圧力は、消防隊員自身がコントロールできない、という問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、任意に、且つ、容易に圧力設定ができるようにすることを目的とする。

この発明は、上流端部に消防用ホースが接続され、下流端部に放水ノズルが接続される本体と、該本体を貫通する流体流路と、該流体流路に設けられた弁体とを備え、該弁体を流体圧力により摺動させて前記流体流路の入口の絞り具合を調整する可変式自動圧力調整器において、 前記弁体は、貫通孔を有する主ピストンを備えており、 前記主ピストンの背面には、前記貫通孔に連通する主ピストン内受圧部が設けられ、 前記主ピストン内受圧部は、連結路を介して前記流体流路の外側に配設された副ピストン受圧部の入口に連通され、 前記副ピストン受圧部の底部には、出口が設けられ、該出口は、前記流体流路に連通しており、 前記副ピストン受圧部には、二次側圧力を受けて摺動し、前記副ピストン受圧部の入口の絞り具合を制御する副弁体、が設けられ、前記副弁体の頭部は、前記副ピストン受圧部の入口を貫通するロッドを介して副ピストンに連結され、該副ピストンは、スプリングにより前記副弁体側に押圧され、該スプリングの押圧力は、調整ダイヤルにより調整されることを特徴とする。

この発明は、前記圧力設定手段により調整した設定圧力より二次側圧力が高い場合には、前記副弁体は、前記副ピストン受圧部の入口を閉じる方向に摺動するとともに、前記主ピストンは、主ピストン内受圧部の圧力の上昇により流体流路の入口を閉じる方向に摺動することを特徴とする。この発明の前記貫通孔は、主ピストンの頭部の中心線上に配設されていることを特徴とする。この発明の前記貫通孔は、主ピストンの頭部に内蔵された環状通路と、該環状通路と連通し、前記頭部の前面側に配設された複数のストレーナと、前記環状通路と連通し、前記頭部の背面側に設けられた水平孔と、から構成されていることを特徴とする。

この発明の前記主ピストン内受圧部は、主ピストンの筒状の脚部と、該脚部に摺動可能に嵌合されたピストン支持部材の先端部により囲まれた、閉空間部であることを特徴とする。この発明の前記ピストン支持部材の先端部は、筒状に形成されていることを特徴とする。

この発明は、以上のように構成したので、二次側圧力が設定圧を超えると、副弁体が閉弁方向に摺動して入口を絞り流入量を減少させるとともに、主ピストン内受圧部内の圧力が上昇して主ピストンが閉弁方向に摺動して入口を絞り、流入量を減少させる。又、二次側圧力が前記設定圧に満たないときは、副弁体が開弁方向に摺動して入口を広げて流入量を増加させるとともに、主ピストン内受圧部内の圧力が下降して主ピストンが開弁方向に摺動して入口を広げ、流入量を増加させる。この様にして、二次側圧力は、副ピストン（副弁体）と主ピストンとの連動により自動的に調整されるので、設定圧を維持することができる。

又、圧力設定手段を設けているので、放水ノズルを把持している消防隊員などは、調整ダイヤルを操作することにより、容易に二次側圧力の調整をすることができる。

本発明の第１実施形態を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示す図で、主ピストンの拡大断面図である。

この発明の第１実施形態を図1により説明する。可変式自動圧力調整器Ｄの流体流路１は、本体２を貫通して設けられ、その入口３は、上流端部２ａの仕切り壁５に形成され、その出口７は、下流端部２ｂの仕切り壁９に形成されている。

前記流体流路１には、前記入口３に対向する弁体１３が設けられているが、この弁体１３として、主ピストンが用いられる。この主ピストン１３は、円錐状の頭部１３ａと筒状の脚部１３ｂとを備え、一次側圧力を受ける前記頭部１３ａの中心線上には、貫通孔１５が穿設されている。この貫通孔１５は、弁体１３の一次側流体を主ピストン内受圧部１７に導入するものであり、その位置や径は、必要に応じて適宜選択される。

主ピストン１３は、入口３側に移動させることにより、入口３近傍の流路を狭め、該入口３を閉める方向（閉弁方向）に働き、又、前記と逆方向、即ち、出口７側に移動させると、入口３近傍の流路を広げる方向（開弁方向）に働く。前記入口３を閉める側に主ピストン１３が働くと、出口７側の圧力（二次側圧力）が下がり、放水流量を少なくすることができ、又、逆に、入口３を開ける側に主ピストン１３が働くと、出口７側圧力（二次側圧力）が上がり、放水流量を多くすることができる。

前記主ピストン１３は、ピストン支持部材１９に支持されている。このピストン支持部材１９の先端部１９ａ（上流側）は、筒状に形成され、後端部１９ｂは、円錐状に形成されている。この先端部１９ａには、前記主ピストン１３の脚部１３ｂが摺動自在に嵌着されている。主ピストン内受圧部１７は、前記筒状の先端部１９ａと主ピストン１３の脚部１３ｂにより囲まれている閉空間部であり、この主ピストン内受圧部１７の圧力は、主ピストン１３を閉弁方向に押圧する。この主ピストン内受圧部１７は、主ピストン１３の摺動によりその容積は変化するが、その容積の大きさは、必要に応じて適宜選択される。

前記主ピストン内受圧部１７は、連結路２１を介して、副ピストン受圧部２３に連結されている。この連結路２１は、前記主ピストン内受圧部１７の出口と前記副ピストン受圧部２３の入口２３ａを連結するもので、略Ｕ字状に形成されているが、その形状は、必要に応じて適宜選択される。前記副ピストン受圧部２３の底部には、前記流体流路１と連通する出口２３ｂが設けられている。この出口２３ｂの位置や径などは、必要に応じて適宜選択される。

前記副ピストン受圧部２３には、副弁体２５が設けられており、該副弁体２５の頭部２５ａは、前記入口２３ａを貫通するロッド２６ｂと副ピストン２６に連結され一体成型されている。この副弁体２５は、円錐台状の頭部２５ａと円板状の底部２５ｂとを備えており、二次側流体の圧力変化により摺動し、副ピストン受圧部２３の入口２３ａに離接して絞り具合を制御する。なお、前記副弁体２５の頭部２５ａ側と副ピストンの底部２６ａ側には、入口２３ａから流れ込む流体の圧力がかかるが、この圧力を受ける面積は、ほぼ同じ面積であり、副ピストン２６を摺動させる力は互いに打ち消されるため、副ピストン２６の摺動に及ぼす影響は極めて小さいので、無視することができる。

前記副ピストン２６の先端には、ばね受板２７が連結されている。このばね受板２７は、圧力設定手段である、圧力設定部２９の圧力設定室２９ａに収容され、スプリング３１を介してフランジ３３ａ付き調圧ロッド３３に連結されている。前記圧力設定室２９ａは、本体２の軸芯に対して直交方向に突出しているが、その方向は、必要に応じて適宜選択される。前記調圧ロッド３３の先端３３ｂは、調圧ナット３５に圧接している。

前記調圧ナット３５は、天壁部３５ａと側壁部３５ｂとからなる調整ダイヤルであり、前記天板部３５ａの内面中央には、溝３５ｃが設けられている。この溝３５ｃには、前記調圧ロッド３３の先端３３ｂが嵌合され、該調圧ロッド３３の位置ずれが防止される。前記側壁部３５ｂの内面には、ねじ部３５ｄが設けられているが、このねじ部３５ｄは、前記圧力設定室２９ａの上端部外周面のねじ部２９ｂと螺合し、両者を一体的に固定させる。

前記圧力設定手段（圧力設定部）２９は、スプリング３１により、副弁体２５を押さえる力を調整できるものであり、調整ダイヤル３５を回転させて該スプリング３１のスプリング力を調整する。このようにしてスプリング力を調整することにより、副弁体２５の動きを規制し、二次側圧力（出口７側）の圧力を任意の圧力に自動調整させ、前記出口７に接続される放水ノズルの口径に合わせた放水圧力又は放水量を自動調整することができる。

前記副弁体２５は、入口２３ａ側に移動させる（閉弁方向）ことにより、入口２３ａ近傍の流路を閉める働きがあり、出口２３ｂ側に移動させる（開弁方向）と、入口２３ａ近傍の流路を広げる働きがある。副弁体２５が、入口２３ａを閉める側に働くと、副ピストン受圧部２３に流入する流量が減少するとともに、主ピストン内受圧部１７内の圧力が上がり、主ピストン１３を入口３側に移動させることができ、又、副弁体２５が前記と逆方向、即ち、出口２３ｂ側に動くと、副ピストン受圧部２３内に流入する流量が増加するとともに、主ピストン内受圧部１７の圧力が下がり、主ピストン１３を出口７側に移動させることができる。このように副ピストン２６（副弁体２５）と主ピストン１３とが連動することにより二次側圧力が自動調整される。

前記副弁体２５は、流体流路１内の二次側圧力（出口７側の圧力）を、前記出口２３ｂを介して受け、入口２３ａ側に押される位置に配置されている。このため、副弁体２５（副ピストン２６）は、二次側圧力（出口７側）の圧力変化に合わせ、圧力設定部２９に設けたスプリング３１の力とバランスがとれる位置まで移動し、入口２３ａ近傍の流路の開き具合（絞り量）を調整する。

このように副ピストン２６（副弁体２５）の動作により、主ピストン内受圧部１７内の圧力を自動的に調整し、主ピストン１３を、入口３を開ける側（開弁方向）、又は、閉じる側（閉弁方向）に動作させる。

次に、本実施形態の作動について説明する。
準備
図示しないポンプ車のポンプに、基端ホースを連結すると共に、該基端ホースに接続金具を介して中間ホースを連結して、必要な長さのホース４０にする。前記ホース４０の先端部に接続金具を介して可変式自動圧力調整器Ｄの上流端部２ａを連結すると共に、前記可変式自動圧力調整器Ｄの下流端部２ｂに放水ノズル４２を接続する。前記圧力設定手段の調圧ダイヤル３５を所定方向に回転させ、所望の二次側圧力を設定する。

ポンプの駆動により、圧力水Ｗがホース４０を介して入口３に圧送されると、主ピストン１３が開弁方向に押圧されると共に、前記圧力水Ｗの一部は貫通孔１５を通って主ピストン内受圧部１７に入り、更に、連結路２１を通って副ピストン受圧部２３内に流入する。前記貫通孔１５に進入しない圧力水Ｗは、流体流路１の出口７を通って放水ノズル４２内に流入し放出される。

この時、主ピストン１３の頭部１３ａ側では、圧力水Ｗの圧力（一次側圧力）を受け、脚部１３ｂ側では、主ピストン内受圧部１７内の圧力水の圧力を背面から受けるとともに、副弁体２５の底部側では、副ピストン受圧部２３の出口２３ｂから流入する圧力水の圧力（二次側圧力）を受ける。

二次側圧力が設定圧力よりも高い場合
前記主ピストン１３の出口７側の二次側圧力が、設定圧力より高くなると、流体流路１に連通している副ピストン受圧部２３の出口２３ｂ側の圧力が、スプリング３１の力に勝り、該副弁体２５を入口２３ａ側に押圧する。そのため、入口２３ａ側の流路が狭くなり、副ピストン受圧部２３に流入する流量が減少すると共に、主ピストン内受圧部１７内の圧力が上昇し、主ピストン１３は、入口３側に摺動し、該入口３からの圧力水Ｗの流入量を減少させるので、二次側圧力は低下する。この様にして二次側圧力は、副ピストン２６（副弁体２５）と主ピストン１３との連動により自動的に調整され、設定圧力が維持される。

二次側圧力が設定圧力よりも低い場合
前記主ピストン１３の出口７側の二次側圧力が、設定圧力より低くなると、前記副ピストン受圧部２３の出口２３ｂ側の圧力よりもスプリング３１のばね力が勝り、該副弁体２５を出口２３ｂ側（開弁方向）に押圧する。そのため、入口２３ａ側の流路が広くなり、副ピストン受圧部２３に流入する流量が増加するとともに、主ピストン内受圧部１７内の圧力が低下し、主ピストン１３は出口７側に摺動し、入口３からの圧力水Ｗの流入量を多くするので、二次側圧力は上昇する。この様にして二次側圧力は、副ピストン２６（副弁体２５）と主ピストン１３との連動により自動的に調整され、設定圧力が維持される。

放水中に二次側圧力の設定圧力を調整する場合
消防隊員などが、放水中（消火作業中）に二次側圧力の設定圧力を変更する場合には、手元にある可変式自動圧力調整器Ｄの調整ダイヤル３５を回転させてスプリング３１のばね力を調整する。前記調整ダイヤル３５を所定方向、例えば、時計方向に回転させると、前記スプリング３１は圧縮されてばね力が大きくなり、二次側圧力の設定圧力を高くすることができる。又、前記と逆方向に調圧ダイヤル３５を回転させると、前記ばね力が小さくなり、二次側圧力の設定圧力を低くすることができる。この様に可変式自動圧力調整器Ｄの調整ダイヤル３５を回転操作することにより、簡単に二次側圧力の設定圧力を調整することができる。

この発明の第２実施形態を図２により説明するが、図１と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。この実施形態と第１実施形態との相違点は、次の通りである。
（１）貫通孔１５は、主ピストン１３の頭部１３ａに内蔵された環状通路５０と、該環状通路５０と連通し、前記頭部１３ａの前面側に配設された複数のストレーナ５２と、前記環状通路５０と連通し、前記頭部１３ａの背面側に設けられた水平孔５４と、から構成されていること。前記ストレーナ５２は、前記水平孔５４の径より小径に形成され、かつ、周方向に間隔をおいて複数、例えば、３０個、配設されており、又、前記水平孔５４は、中心線１３ｃから離間した位置に、該中心線１３ｃと平行に配設されている。なお、５９は、ボタンボルトを示す。この様に、ストレーナ５２の複数の孔を水平孔５４より小さくすることにより、ゴミなどが水平孔５４に詰まるのを防止することができる。

（２）前記主ピストン内受圧部１７に、閉弁方向（入口方向）に付勢するばね、例えば、コイルばね５６を張設していること。この様にすると、主ピストン１３は、常時、閉弁方向に付勢されるので、可変式自動圧力調整器の不使用時（保管時）には、流体流路の入口を主ピストンにより閉鎖しておくことができる。

この発明の実施形態は、上記に限定されるものではなく、例えば、次の様にすることもできる。
（１）この発明の可変式自動圧力調整器の圧力設定手段を操作することにより、消防隊員の体力の違いや屋根の上や梯子の上からなどの放水中の足場の状況に応じて、放水圧力や放水流量を設定できる。
（２）この発明の可変式自動圧力調圧器の圧力設定手段を操作することにより、放水ノズルの口径が可変式のもの、又は、口径の異なる放水ノズルにも、各放水ノズルに適した放水圧力や放水量に、予め設定した任意の圧力又は流量に自動的に制御できる。

（３）前記副ピストンの副弁体を作動させる構造は、必ずしも筒状のピストン形状にする必要はなく、ダイヤフラムを用いてもよい。
（４）前記圧力設定手段に用いるスプリングによる設定圧力手段は、必ずしもスプリングにする必要はなく、非圧縮流体（油）及び圧縮流体（空気）の組み合わせにしてもよい。

（５）前記主ピストンは、通路の中心部に位置して摺動し、該通路の外側に固定された隔壁との間で開き具合を調整しているが、必ずしも主ピストン側が通路の中心側に位置する必要はなく、固定壁が通路の中心側に位置し、主ピストンが通路の外側で摺動する構造にしていてもよい。
（６）この発明の可変式自動圧力調圧器は、必ずしも放水ノズルに直結する必要はなく、例えば放水ノズルに接続する消防ホースのラインに設ける分岐器具や中間器具に設けてもよい。

１ 流体流路
２ 本体
３ 入口
７ 出口
１３ 主ピストン
１３ａ 頭部
１５ 貫通孔
１７ 主ピストン内受圧部
１９ ピスト支持部材
１９ａ 先端部
２１ 連結路
２３ 副ピストン受圧部
２３ａ 入口
２３ｂ 出口
２５ 副弁体
２５ａ 頭部
２５ｂ 底部
２６ 副ピストン
２９ 圧力設定部
３５ 調圧ダイヤル
Ｄ 可変式自動圧力調整器

Claims (6)

1. 上流端部に消防用ホースが接続され、下流端部に放水ノズルが接続される本体と、該本体を貫通する流体流路と、該流体流路に設けられた弁体とを備え、該弁体を流体圧力により摺動させて前記流体流路の入口の絞り具合を調整する可変式自動圧力調整器において、
   前記弁体は、貫通孔を有する主ピストンを備えており、
   前記主ピストンの背面には、前記貫通孔に連通する主ピストン内受圧部が設けられ、
   前記主ピストン内受圧部は、連結路を介して前記流体流路の外側に配設された副ピストン受圧部の入口に連通され、
   前記副ピストン受圧部の底部には、出口が設けられ、該出口は、前記流体流路に連通しており、
   前記副ピストン受圧部には、二次側圧力を受けて摺動し、前記副ピストン受圧部の入口の絞り具合を制御する副弁体、が設けられ、
   前記副弁体の頭部は、前記副ピストン受圧部の入口を貫通するロッドを介して副ピストンに連結され、
   該副ピストンは、スプリングにより前記副弁体側に押圧され、
   該スプリングの押圧力は、調整ダイヤルにより調整されることを特徴とする可変式自動圧力調整器。
2. 前記圧力設定手段により調整した設定圧力より二次側圧力が高い場合には、前記副弁体は、前記副ピストン受圧部の入口を閉じる方向に摺動するとともに、前記主ピストンは、主ピストン内受圧部の圧力の上昇により流体流路入口を閉じる方向に摺動することを特徴とする請求項１記載の可変式自動圧力調整器。
3. 前記貫通孔は、主ピストンの頭部の中心線上に配設されていることを特徴とする請求項１記載の可変式自動圧力調整器。
4. 前記貫通孔は、主ピストンの頭部に内蔵された環状通路と、該環状通路と連通し、前記頭部の前面側に配設された複数のストレーナと、前記環状通路と連通し、前記頭部の背面側に設けられた水平孔と、から構成されていることを特徴とする請求項１記載の可変式自動圧力調整器。
5. 前記主ピストン内受圧部は、主ピストンの筒状の脚部と、該脚部に摺動可能に嵌合されたピストン支持部材の先端部により囲まれた、閉空間部であることを特徴とする請求項１記載の可変式自動圧力調整器。
6. 前記ピストン支持部材の先端部は、筒状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の可変式自動圧力調整器。

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