JPH08284873A - バランス型減圧弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出口圧力が容易に設定でき、且つ経時的な変
化を起こさないバランス型減圧弁を提供する。 【構成】 スロットルブッシュ２２と小穴２４を有する
バランスピストン２３がお互いに弁棒２６等で機械的に
結合され、スロットルブッシュ２２とバランスピストン
２３がお互いに面している空間２１に一次圧力が加わ
り、スロットルブッシュ２２の反対の面（Ａ面）に２次
側の圧力が加わり、バランスピストン２３の反対の面
（Ｄ面）に調圧された圧力が加わるバランス型減圧弁に
おいて、バランスピストン２３の反対の面（Ｄ面）の室
２５内の圧力を検出する手段２８と、その検出された値
により室２５内に連通した開閉弁２９を制御する制御部
２０と、その制御の結果に応じて作動する操作部とを備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバランス型減圧弁に係
り、特に給水用の遠心ポンプの吐出側等に用いて、ポン
プの吐出圧力が変動しても、略一定の水圧の給水を行う
ことができる減圧弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、水道の配水本管から末端給水機
器に加圧給水する際に用いられる給水装置のシステム構
成の一例を示す。ポンプ吸込側には水道の配水本管に接
続される給水管１２を備えており、ポンプ１０の吐出側
には、末端給水機器に接続される吐出管１３を備えてい
る。ポンプ１０の吐出側には逆止弁１８が挿入され、ポ
ンプ１０が停止している際に、吐出側から吸込側に水が
逆流しないようになっている。圧力タンク１５は、ポン
プの吐出側の圧力の変動を緩やかにするために設けられ
たものであり、末端給水機器側に対してバッファとして
の役割を果たしている。

【０００３】ポンプ１０の吐出側には圧力発信器１７を
備え、ポンプ１０の吐出圧力を検出するようになってい
る。圧力発信器１７により検出されたポンプの吐出圧力
信号は、制御部２０に伝達され、ポンプ１０を駆動する
モータ１１を、発停運転制御する。吐出側が、一般の住
居等の蛇口につながっているので、蛇口で水が使用され
ると、圧力タンク１５内の水が供給される。タンク１５
内の水が使用されると、タンク１５内の圧力が低下す
る。この検出された圧力と予め圧力設定器２０Ａで設定
されているポンプ始動圧力と比較し、 検出された圧力≦始動圧力の場合、 制御部２０で電磁接触器２７を閉にし、電動機１１に電
源を供給し、ポンプ１０を始動する。

【０００４】遠心ポンプの吐出圧力は、ポンプの吐出し
量に応じて圧力が変化する。吐出し量が大きくなると圧
力が低くなる傾向が一般の遠心ポンプにはある。図６
は、係る用途に用いられる一般的な遠心ポンプの揚程・
流量特性を示す。このように、ポンプの吐出圧力が使用
水量に応じて変化するので、例えば、水量が少ない場合
は給水圧力が高くなる。このために、末端給水機器では
蛇口を絞り気味で使用されるが、このときに、他の世帯
などで多量に水が使用されはじめると、給水圧力が低下
し、蛇口からの水の出が悪くなり、使用感が悪くなる。
このような問題を回避するため、ポンプの吐出側に減圧
弁１４を取付、ポンプからの出口圧を見掛け上、一定に
している。

【０００５】このようにポンプ１０の吐出圧力は、減圧
弁１４にて減圧される。このときの、減圧設定値は、圧
力設定器２０Ａで設定されたポンプ吐出圧力設定値を基
準にし、常数（この値は、予め定められ制御部に記憶さ
れている場合と、外部から設定器２０Ａで設定できる場
合がそれぞれある）を加減して決められている。すなわ
ち、 減圧設定値＝ポンプ吐出圧力設定値±常数

【０００６】使用水量に応じて、減圧弁１４により、常
に供給圧力が、一定になるように制御されるが、使用水
量が少なくなると、フロースイッチ１９が動作し、その
信号を制御部２０が受取り、電源に連通した電磁接触器
２７を開にし、ポンプを停止させる。この場合、減圧弁
の減圧設定値と始動圧力が同じであると、ポンプ停止後
の圧力は減圧設定値であり、上記のようにポンプがすぐ
再び始動するので、一般には、減圧弁の減圧設定値と始
動圧力の関係は、つぎのようにする。 減圧設定値＞始動圧力

【０００７】図４は、従来の減圧弁の構造を示す。スロ
ットルブッシュ２２と小穴２４を有するバランスピスト
ン２３がお互いに弁棒２６で機械的に結合され、スロッ
トルブッシュ２２とバランスピストン２３がお互いに面
している空間（中間室２１）に一次圧力が加わり、スロ
ットルブッシュ２２の反対の面（Ａ面）に２次側の圧力
が加わり、バランスピストン２３の反対の面（Ｄ面）に
調整された圧力が加わるバランス型減圧弁である。中間
室２１の圧力は、減圧弁の入口３８の圧力、即ち、ポン
プの吐出圧力（４．０Ｋｇｆ／ｃｍ² ）であり、その圧
力がスロットルブッシュ２２のＢ面、バランスピストン
２３のＣ面にそれぞれ加わる。調圧室２５には、中間室
の圧力を有する水がバランスピストンの小穴２４より流
れ込む。調圧室２５の圧力は調圧弁１６にて、設定され
た圧力、例えば２．５Ｋｇｆ／ｃｍ²になるように制御
されているので、バランスピストンのＤ面には、調圧さ
れた圧力（２．５Ｋｇｆ／ｃｍ²）が加わる。

【０００８】バランスピストン２３のＣ面とスロットル
ブッシュ２２のＢ面が受ける圧力はポンプの吐出圧力で
あり、バランスピストン外径寸法ｄとスロットルブッシ
ュのバランスピストン外径寸法ｄの部分がポンプの吐出
圧力を受け、その力の向きがお互いに逆であるので、お
互いに打ち消し合う。スロットルブッシュ２２のハッチ
ング部は、スロットルブッシュ２２で減圧された出口圧
力が、Ａ面とＢ面に加わるが、向きがお互いに逆である
ので、お互いに打ち消し合う。ところが、スロットルブ
ッシュ２２のＡ面の非ハッチング部分にスロットルブッ
シュ２２で減圧された出口圧力が加わり、バランスピス
トン２３のＤ面には調圧された圧力が加わる。すなわ
ち、バランスピストン２３とバランスブッシュ２２の受
ける力が平衡になるためには、出口圧力は、調圧弁１６
にて、調圧室２５の設定された圧力になる。

【０００９】この、調圧弁の一般的な構造を図５に示
す。図５に示す様に、ばね３０によりダイヤフラム３３
と弁座３１とからなる弁体を下向きに押し下げており、
弁体が調圧室２５に連通した入口側からの圧力により上
向の力が作用し、当初設定されたばね３０の力と比較
し、圧力が高くなると弁体３１が上向きに作動し、圧力
水が下方の出口側（ドレイン側）に逃げて調圧室２５の
圧力水を逃がすことにより、調圧室２５の圧力を低下さ
せる。逆に、圧力が低くなると弁体３１が下向きに作動
し、圧力水の逃げを減らして調圧室２５の圧力を上昇さ
せて、調圧室の圧力を一定にする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この様に、従来の減圧
弁の出口圧力を設定する手段が、調圧弁のばね３０の力
に依っているので、このばねの力を所要の大きさに設定
しなければならない。このため、調圧弁１６のボルト３
２を右に又は左に回して設定圧力を調整するが、その結
果である設定圧力は、実際に作動させないと掴めない。
また、機械的に動くために、弁座３１、ダイヤフラム３
３、スプリング３０などが消耗する。また、弁座３１、
ダイヤフラム３３等のへたりによって、設定圧力が変化
し、これらの消耗の状況により圧力を再設定する必要が
有った。

【００１１】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、出口圧力が容易に設定でき、且つ経時的な変化を
起こさないバランス型減圧弁を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のバランス型減圧
弁は、スロットルブッシュと小穴を有するバランスピス
トンがお互いに弁棒等で機械的に結合され、スロットル
ブッシュとバランスピストンがお互いに面している空間
に一次圧力が加わり、スロットルブッシュの反対の面に
２次側の圧力が加わり、バランスピストンの反対の面に
調整された圧力が加わるバランス型減圧弁において、バ
ランスピストンの反対の面の室内の圧力を検出する手段
と、その検出された値により該室内に連通した開閉弁を
制御する制御部と、その制御の結果に応じて作動する操
作部とを備えたことを特徴とする。

【００１３】又、バランスピストンの反対の面の室内に
連通した圧力タンクを備えたことを特徴とする。

【００１４】又、圧力タンクは、空気室と水室がダイヤ
フラムで隔離されていることを特徴とする。

【００１５】又、制御部は、圧力を検出する手段で検出
された値が設定値より大きい場合に開閉弁を開、逆の場
合は閉となる方向の制御を行うことを特徴とする。

【００１６】又、制御部は、圧力を検出する手段で検出
された値が設定された値より大きい場合に開閉弁を開方
向に操作し、逆の場合は閉方向に操作するＰＩ（比例積
分）制御で、バランスピストンの反対の面の室の圧力を
一定にする制御を行うことを特徴とする。

【００１７】又、制御部は、減圧弁の二次側の設定圧力
をポンプの始動圧力と一義的な関係の値を用いて設定し
たことを特徴とする。

【００１８】

【作用】バランス型減圧弁のバランスピストンの反対の
面の室内の圧力を検出し、その室内に連通した開閉弁を
電気的にフィードバック制御することができる。このた
め、減圧弁の出口圧力の設定が、制御部で電気的に行う
ことができるので、その設定が容易となる。又、設定値
に合わせて開閉弁が自動制御されるため、設定圧力が容
易に調圧室内で実現でき、且つ経時的に変動するという
問題が防止される。

【００１９】又、バランスピストンの反対の面の調圧室
内に連通した圧力タンクを備えることから、圧力タンク
が容量素子として機能し、開閉弁の開閉度の変化に対し
て調圧室内の圧力の変動を吸収することができる。この
ため、調圧室内の圧力を、容易に設定値に保つことがで
きる。

【００２０】又、圧力タンクは、空気室と水室がダイヤ
フラムで隔離されていることから、タンク内の水に空気
が混入するという問題がなく、空気の有する圧力を半永
久的に保持することができる。

【００２１】又、制御部が、開閉弁の調圧室の圧力が設
定値より大きい場合には開閉弁を開く方向で、逆の場合
は閉じる方向の制御を行うので、調圧室内の圧力水の逃
げる量を調節することができ、調圧室内の圧力を設定値
にフィードバック制御することができる。

【００２２】又、上述した制御がＰＩ（比例積分）制御
であることにより、開閉弁の開閉の応答性がよすぎ、ハ
ンチングを起こすという問題を防止し、安定した調圧室
内の圧力を設定圧力に維持する動作を行うことができ
る。

【００２３】又、減圧弁の出口側の設定圧力を、ポンプ
の始動圧力と一義的な関係の値を用いて設定することに
より、ポンプが始動・停止を頻繁に繰り返すという問題
を避けることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照しながら説明する。尚、各図中同一符号は、同一又
は相当部分を示す。

【００２５】図１は、本発明の第１実施例のバランス型
減圧弁を示す。その基本的な構成は、従来の技術と同様
である。即ち、スロットルブッシュ２２と小穴２４を有
するバランスピストン２３がお互いに弁棒２６等で機械
的に結合されている。スロットルブッシュ２２のＢ面と
バランスピストン２３のＣ面がお互いに面している空間
である中間室２１に一次側圧力が加わり、スロットルブ
ッシュ２２の反対の面（Ａ面）に２次側の圧力が加わ
り、バランスピストン２３の反対の面（Ｄ面）に調圧さ
れた圧力が加わるバランス型減圧弁である。

【００２６】この減圧弁は、バランスピストン２３の反
対の面（Ｄ面）の調圧室２５内の圧力を検出する圧力検
出器２８と、その検出された圧力値により開閉弁２９の
開閉度を制御する制御部２０と、その制御の結果に応じ
て開閉弁２９を操作する操作部とを備えている。

【００２７】調圧室２５の圧力を、調圧室に連通した配
管３４から圧力検出器２８で検出し、電気信号で制御部
２０に送る。計測された圧力値と設定器２０Ａで設定さ
れた圧力値を、制御部２０で演算し、その結果に応じ
て、操作部により開閉弁２９を作動させる。配管３４
は、開閉弁２９を通して、ドレイン４０に連通してい
る。また、開閉弁２９は、弁の開度をデジタル的に微調
整できる電気開閉弁であり、開度に応じた水量をドレイ
ン４０に流すことができる。従って、開閉弁２９の開度
を調節することにより、調圧室２５の圧力を設定器２０
Ａで設定された圧力に保ち、減圧弁出口圧力をその値に
なるように、スロットルブッシュ２２で絞り、その結果
出口圧力が設定器２０Ａで設定された圧力になる。

【００２８】図２は、本発明の第２実施例のバランス型
減圧弁を示す。このバランス型減圧弁は、第１実施例の
構造に加えて、バランスピストン２３の反対の面（Ｄ
面）の調圧室２５内に連通した配管３４に圧力タンク３
５を接続したものである。

【００２９】水は非圧縮性の為に、調圧室２５内の水を
開閉弁２９により配管３４を通して少し逃がしただけで
も、圧力が急激に減少し、制御の応答性が良すぎ、ハン
チングの可能性がある。これを避けるために、調圧室２
５の容量を圧縮性の気体等と共存させる手段を、圧力タ
ンク３５を使用して実現する。こうすることで、調圧室
２５の圧力水を多少逃しても、圧力タンク３５が圧力の
変動を吸収して、すぐには圧力の低下又は上昇が発生し
ない。これにより、ハンチングを防止できる。この圧力
タンク３５は、容器内の水室４１と空気室３７とがゴム
製のダイヤフラム３６で分離されている。このダイヤフ
ラム３６で、タンク３５内の空気を、水の中に溶け込む
ことなく、ほぼ永久にその圧力を保持することが出来
る。

【００３０】制御部２０は、調圧室２５内の圧力を検出
して、所定の設定圧力となるように開閉弁２９の開度を
制御するフィールドバック制御を行っている。この制御
ループが、ＰＩ（比例積分）制御を行うことによって、
より安定な調圧室２５内の圧力を設定値に合せるフィー
ドバック制御を行うことができる。

【００３１】この調圧室２５内の圧力設定値は、モータ
の始動圧力に対して、 減圧設定値＞始動圧力設定値 の関係とする。ポンプ停止後の圧力は減圧設定値であ
り、この値が始動圧力値と同じ値とすると、ポンプがす
ぐに始動し、始動停止を繰返すこととなる。このため、
上述した関係のように、減圧弁の設定圧力を、ポンプの
始動圧力と一義的な関係を用いて設定している。

【００３２】上述したように構成したバランス型減圧弁
の動作は次のとおりである。まず、制御部２０の設定器
２０Ａに減圧弁の出口圧力を設定する。又、同様にポン
プの始動圧力を設定し、この始動圧力と減圧弁の出口圧
力とは前述した一定の関係を持たせる。減圧弁の入口３
８は、ポンプの吐出側に接続されており、ポンプで加圧
された水は図中点線で示す方向に流れる。圧力検出器２
８で検出された圧力は、制御部２０内で設定された圧力
と比較される。検出された圧力が設定圧力よりも高い場
合には、開閉弁２９の開度を大きくする方向に制御部２
０は操作信号を出す。弁開度は徐々に開き、調圧室２５
内の圧力水がドレイン側に逃げる量が増加し、調圧室２
５内の圧力が低下する。圧力検出器２８は、この状態の
圧力を検出し制御部２２に検出データを送る。制御部２
２では再度設定値と比較し、開閉弁２９の開度を調節す
る操作を行う。このようなフィールドバック制御により
調圧室２５内の圧力が設定器２６Ａで設定された圧力と
なる。

【００３３】この際、調圧室２５と連通した圧力タンク
により、また制御ループのＰＩ（比例積分）動作によ
り、開閉弁２９の開度の調節による調圧室２５内の圧力
にハンチングが起こることが防止される。このように、
制御部２２の設定器２０Ａに所定の調圧室内の圧力値を
設定することにより、圧力検出器２８及び開閉弁２９を
用いたフィードバック制御により、調圧室２５内の圧力
を所定値に容易に合わせることができる。調圧室２５内
の圧力が、減圧弁の出口３９の圧力となることは前述し
た説明の通りであり、これにより減圧弁の出口３９の圧
力は、ポンプの吐出圧力の大小に関わらず、概略、設定
器２０Ａで設定した圧力とすることができる。

【００３４】

【発明の効果】圧力検出を電気的な信号で検出し、その
値をデジタル化すること等で、設定が電気的に出来るの
で、圧力設定が容易に行える。又、開閉弁は、同様にデ
ジタル的に開閉度を微調整できる弁を用いて、弁開度を
フィードバック制御することにより、容易に調圧室内圧
力を設定圧力に保ち、減圧弁出口圧力を目標圧力に調整
することができる。このような電気的な制御系を用いる
ことにより、従来の機械的な調圧弁と異なり、弁のへた
り等の経年変化等による圧力調整の煩わしさから解放さ
れる。

【００３５】また、調圧室に連通した圧力タンクを設け
ることで、調圧室内の水を圧縮性のごとく扱うことが出
来るために、制御性を良好なものとすることができる。
又、圧力タンク内の水室と、空気室をダイヤフラムで分
離してあるので、タンク内の空気が水に溶け込まないた
めに、ほぼ永久に圧力を保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のバランス型減圧弁の説明
図。

【図２】本発明の第２実施例のバランス型減圧弁の説明
図。

【図３】給水装置のシステム構成例の説明図。

【図４】従来のバランス型減圧弁の説明図。

【図５】図４の減圧弁に付属した調圧弁の説明図。

【図６】一般的な遠心ポンプの揚程・流量特性の線図。

【符号の説明】

２１ 中間室 ２２ スロットルブッシュ ２３ バランスピストン ２４ 小穴 ２５ 調圧室 ２６ 弁棒 ２８ 圧力検出器 ２９ 圧力操作部（開閉弁） ３５ 圧力タンク ３８ 減圧弁入口 ３９ 減圧弁出口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットルブッシュと小穴を有するバラ
   ンスピストンがお互いに弁棒等で機械的に結合され、ス
   ロットルブッシュとバランスピストンがお互いに面して
   いる空間に一次圧力が加わり、スロットルブッシュの反
   対の面に２次側の圧力が加わり、バランスピストンの反
   対の面に調整された圧力が加わるバランス型減圧弁にお
   いて、バランスピストンの反対の面の室内の圧力を検出
   する手段と、その検出された値により該室内に連通した
   開閉弁を制御する制御部と、その制御の結果に応じて作
   動する操作部とを備えたことを特徴とするバランス型減
   圧弁。
2. 【請求項２】 バランスピストンの反対の面の室内に連
   通した圧力タンクを備えたことを特徴とする請求項１記
   載のバランス型減圧弁。
3. 【請求項３】 圧力タンクは、空気室と水室がダイヤフ
   ラムで隔離されていることを特徴とする請求項２記載の
   バランス型減圧弁。
4. 【請求項４】 制御部は、圧力を検出する手段で検出さ
   れた値が設定値より大きい場合に開閉弁を開、逆の場合
   は閉となる方向の制御を行うことを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれか一項記載のバランス型減圧弁。
5. 【請求項５】 制御部は、圧力を検出する手段で検出さ
   れた値が設定された値より大きい場合に開閉弁を開方向
   に操作し、逆の場合は閉方向に操作するＰＩ（比例積
   分）制御で、バランスピストンの反対の面の室の圧力を
   一定にする制御を行うことを特徴とする請求項４記載の
   バランス型減圧弁。
6. 【請求項６】 制御部は、減圧弁の二次側の設定圧力を
   ポンプの始動圧力と一義的な関係の値を用いて設定した
   ことを特徴とする請求項４又は５記載のバランス型減圧
   弁。