JPH09128060A - 定圧制御バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来のパイロット水圧を調整する圧力調整器を
不用にし圧力調整器の戻し管を設けなくとも所定の給水
圧に制御でき、また従来のポンプ停止後に使用する高圧
給水の問題をなくし、配管系を常に定圧に制御する。 【構成】本発明は、ポンプの吐き出し側に接続して流体
の圧力を一定に制御するバルブであって、吸い込み口水
路と吐き出し口水路と圧力流体封入室を有し、バルブ本
体内に設けた吸い込み口水路と吐き出し口水路とに区割
りする弁口と、弁口を開閉し吐き出し口水路の圧力を一
定に制御する主弁体と、主弁体の反対側に主弁体と連結
した弁棒と、弁棒に連結した釣り合いピストンと、釣り
合いピストンの反対側に作用させる前記水路と独立した
圧力流体封入室とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビル設備等におけ
るポンプ給水ユニットに使用して、二次側配管系の圧力
を所定の圧力に制御し蛇口等に給水するための定圧制御
バルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特公昭５７−３５４８３号公報に
開示された図４のごとくの制御バルブが知られている。
この制御バルブ１４の作動は、まずポンプ１０が停止状
態で、圧力タンク１６が加圧された水を保有し二次側の
配管系２４、２８が高圧状態に維持されている。この状
態から配管系の蛇口３０が開かれて水が使用されると、
圧力タンク１６内の空気圧によりタンク内の水が押し出
される。更に蛇口３０から水が使用されるとタンク内が
減圧し、配管系２４、２８の圧力は圧力スイッチ１８の
作動設定値まで低下して圧力スイッチ１８がモータ１
２、ポンプ１０を作動させる。

【０００３】ポンプ１０の起動によって吐き出された水
は吸い込み口水路４０を通り制御バルブ１４内に入る。
水の一部はピストン７２のオリフィス８０を経由してピ
ストンの下部室８４に流れる。下部室８４内の水は圧力
調整器３８によってピストン７２の下面側に加えるパイ
ロット圧力の大きさを一定に行う。ピストン７２の下面
側に加える上記のパイロット圧力が上部室９０内に生じ
ている配管系の圧力を越えると、バルブ部材３６は上方
に動いてスロットル弁７４が開き吐き出し口水路４６を
経由して配管系に水が流れる。このようにして上部室９
０と下部室８４の間の圧力差によりスロットル弁の開度
が決定されて２次側配管系内の圧力が一定に制御され
る。

【０００４】圧力調整器３８は図５に示すごとく、下部
室８４の水圧を通水口３１を経て受けるダイヤフラム４
１と、ダイヤフラム４１によって入口が開閉される戻し
通路４２と、戻し通路の入口を閉じるようにダイヤフラ
ムを付勢するバネ４３と、バネの力を加減する調節ねじ
４４とからなり、制御弁の下部室８４に連通するよう一
体に横向きに形成されている。下部室８４の内の水圧が
バネ４３の弾性力を越えるとダイヤフラム４１は戻し通
路４２の入口を開き、戻し通路４２から戻し管９を通っ
てポンプ１０の一次側配管８あるいは貯水槽へ戻され
る。この様にしてポンプ１０の水圧をオリフィス８０を
経由して圧力調整器３８で下部室８４内のパイロット水
圧を一定にし、調整器３８で調整された水はポンプ１０
の一次側配管に戻している。

【０００５】蛇口３０が閉じ水の使用が行われなくなる
と、配管系内の圧力がピストン７２にかかる圧力よりも
大きくなるまで上昇し、バルブ部材３６が下方に動く。
上部室内９０の圧力はスロットルバルブ７４を完全に閉
止するまで次第に増加し、スロットルバルブ７４が閉止
すると次に一次側の水は通口１０６を通って逆止弁９８
を押し上げ、圧力タンク１６内へ流れる。圧力タンク１
６が満たされて配管系２４、２８の圧力が圧力スイッチ
１８の遮断圧力に達すると、圧力スイッチ１８が作動し
てモータ１２、ポンプ１０が停止する。続いて逆止弁９
８は弁座１００に接触して上部室９０から中央室８２に
水が逆流するのを防止する。このように水の使用が停止
すると圧力スイッチ１８の遮断圧力まで二次側配管系内
の圧力が上昇した状態でポンプの運転が停止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ポ
ンプ１０の水圧を圧力調整器４０に導き、圧力調整器で
調整された水はポンプ１０の一次側配管、あるいはポン
プの一次側貯水槽へ戻さなければならないので必ずこの
戻し配管９が必要で、配管のスペースや配管の管理上の
問題点がある。又例えば近年ビル、集合住宅等で、貯水
槽を設けないで水道元本管にポンプを直結して給水する
水道直結給水システムが開発されている。このシステム
の場合、圧力調整器４０で調整された水を戻し管９でポ
ンプの一次側に配管した場合、ポンプの一次側圧力は水
道元本管の圧力が加わっており、ダイヤフラム４１が受
ける下部室８４の水圧と戻し通路４２の水圧との差圧、
即ち圧力調整器４０で調整する調整圧力との差が少なく
なり、バネ３３を調整しても所定の調整圧力を得るのは
難しくなる。更に水道元本管の圧力は生活時間帯によっ
て大きく変動し、例えば午前、午後の６時〜８時の水圧
は通常時の半分にまで低下する場合があり、圧力調整器
４０で常に一定の調整圧力が得られず、従ってポンプの
二次側に制御バルブを設けてあっても所定の給水圧で給
水できない問題点がある。

【０００７】更にポンプ１０の停止は、配管系内の圧力
タンク１６に水が加圧されてポンプ停止圧力になるまで
停止しない。従ってポンプ停止後の最初に蛇口から使用
する給水圧力は、通常定圧制御されている使用状態での
給水圧力よりもかなり高く、使用者にとって種々の問題
が生じる。これを解決するには、圧力スイッチのポンプ
遮断設定圧力をポンプ起動設定圧力に近づけてデファレ
ンシャル圧を小さくすればよいが、極端に小さくすると
ポンプが起動停止を繰り返すチャタリング現象を起こ
す。またデファレンシャル圧が小さいと、圧力スイッチ
の性能上設定圧力に変動差があるので、スイッチが起動
されなかったり遮断が行われなかったりして働かなくな
る恐れがある。このために水の使用水量が小になったら
圧力タンク１６内に水を保有させてポンプ起動と遮断の
設定圧力差をかせいでいるが、ポンプ停止後の最初に使
用する給水圧力が通常使用する給水圧力より高圧の水が
供給される問題がある。本発明は給水装置のポンプユニ
ットに使用して、従来のパイロット水圧を調整する圧力
調整器を不用にし圧力調整器の戻し管を設けなくとも所
定の給水圧に制御でき、また従来のポンプ停止後に使用
する高圧給水の問題をなくし、配管系を常に定圧に制御
する定圧制御バルブを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、ポンプ
の吐き出し側に接続して流体の圧力を一定に制御するバ
ルブであって、吸い込み口水路と吐き出し口水路と圧力
流体封入室を有し、バルブ本体内に設けた吸い込み口水
路と吐き出し口水路とに区割りする弁口と、この弁口を
開閉し吐き出し口水路の圧力を一定に制御する主弁体
と、この主弁体の反対側に主弁体と連結した弁棒と、弁
棒に連結した釣り合いピストンと、釣り合いピストンの
反対側に作用させる前記水路と独立した圧力流体封入室
とからなることを特徴とする定圧制御バルブである。上
記において、前記圧力流体封入室は釣り合いピストンの
反対側に圧力を作用させる所定の容積を持った空気圧室
で形成することができる。また上記において、前記圧力
流体封入室は釣り合いピストンの反対側に圧力を作用さ
せる水圧室で形成することができる。更に上記におい
て、主弁体にマグネットを設けると共に、主弁体が弁口
を閉止する近傍位置に主弁体に設けたマグネットの磁力
線を感知して作動するリードスイッチをバルブ本体に設
け、リードスイッチの信号によりポンプを制御すること
ができる。

【０００９】

【作用】本発明は上記の構成であるから、前記したごと
くポンプ給水システムにおいて、ポンプから吐き出され
た水は制御バルブ内の主弁体と釣り合いピストン間に入
り、釣り合いピストンの反対側に作用する圧力流体封入
室の圧力と主弁体の二次側に作用する給水圧とのバラン
スによって主弁体の開度が決定する。給水栓が開いて水
が使われると、圧力流体封入室の圧力が主弁体に生じて
いる二次側給水配管系圧力を越えるので、この配管系圧
力と釣り合いピストンに作用する圧力流体封入室との圧
力差によって二次側圧力を所定圧に保つように主弁体が
吐き出し口側に移動して弁口から離れ、使用流量に応じ
た水を二次側配管系に流す。この様にして主弁体と弁口
の開度が決定されて使用流量分の水が流れて二次側配管
系の圧力を定圧に保つ。

【００１０】水の使用が順次少なくなると、二次側配管
系内の圧力がピストンの背面側に加わる圧力流体封入室
の圧力よりも上昇するので、主弁体が弁口を閉止する側
に移動して弁口との開度が減少する。二次側配管系の圧
力が圧力流体封入室の圧力に次第に接近すると、主弁体
が弁口を閉止するまで使用状態に応じた水が流れ、やが
て二次側配管系の水が使用されなくなると主弁体が弁口
に当接して弁口を完全に閉止する。この様にしてピスト
ンの背面に作用する圧力流体封入室の圧力と二次側配管
系の圧力との圧力差によって主弁体と弁口の開度が決定
されて一次側の水を二次側配管系に流しながら二次側配
管系内の圧力を定圧に制御する。

【００１１】圧力流体封入室の流体は例えば所定の容積
内に封入した空気等の気体、又は所定の圧力になった水
等の液体が用いられる。空気等の気体の場合、主弁体が
開くとピストンの背面側の圧力流体封入室の容積が大き
くなりピストンに作用する圧力が低下するが、二次側配
管系給水圧の設定許容差によって圧力流体封入室の容積
をどの程度の大きさの容積にしたらよいかをボイルの法
則によって算出することができる。又水等の液体の場合
は、液体の膨張収縮がないので液体に所定の圧力、例え
ば液体に重りによる重力を作用させた圧力液を加えるこ
とによって、ピストンが移動して背圧室の容積が変動し
てもピストンに作用する圧力が変わらず、常に所定圧を
ピストンに作用させることができる。

【００１２】またこの主弁体が弁口を閉止する際、主弁
体に設けたマグネットがバルブ本体に設けたリードスイ
ッチに接近して、マグネットの磁力線によってリードス
イッチが作動し、リードスイッチの作動信号によってポ
ンプが停止する。このように二次側配管系内の圧力が一
定に制御されると共にポンプが停止するので、定圧制御
状態でポンプが停止し、従来のように水が使われなくな
ってからもポンプが作動して配管系内を通常の定圧制御
より高圧に保持する問題が生じない。又ポンプの運転時
間が節約され、電力費が節約される。

【００１３】

【発明の実施形態】以下本発明の実施例について図面を
参照して説明する。図１は一実施例の定圧制御バルブを
示す主弁体が閉止状態と開状態の断面図で、図２は他の
実施例の要部を示す断面図で、図３は更に他の実施例の
要部を示す断面図である。図１において下部にポンプ直
上へ連結する流入口水路５１を設け、中央室５２と左側
に吐き出し口水路５３と右側にピストン室５４を本体５
０内にケース５５を装着して同軸線上に設けてある。ケ
ース５５は中央開口部５６が中央室５２と連通してお
り、左右のつば部５７、５８が本体内面と密封して中央
室５２と吐き出し口水路５３を隔離している。ケース５
５には主弁体５９と弁棒６０とピストン６１を連結した
制御弁体６２を装着してある。

【００１４】ピストン室５４の端部にはピストン室５４
と連通してエアチャンバー６３を設けてあり、エアチャ
ンバー６３とピストン室５４の空間には所定の圧力空気
を封入してある。エアチャンバー６３によりピストン室
５４内の圧力を所定の圧力に維持し、ピストン６１の端
部側に圧力を作用させている。８５はケース５５と一体
の弁棒６０を支持する弁棒受け部である。ケース５５の
左端部は弁口８６となっており、主弁体５９と当接して
シールする弁座８７を設けてある。

【００１５】弁座８７の内周側には弁口８６の内面と摺
動するスライド筒８９を弁座８７から所定量伸長するよ
うに装着してあり、スライド筒８９の外周面に摺動伸張
量を規制するキー溝７５を設けてあり、このキー溝７５
に弁口に固着したピン７７をはめ合わせてある。スライ
ド筒８９と弁口８６との摺動部はシール状態とする必要
はなく、摺動がスムースに行われるように適宜の隙間を
設けて緩く勘合してある。尚スライド筒８９の主弁体５
９との当接面には、水が中央室５２から吐き出し口水路
側へ流れるように適宜の流通溝７８を設け、この流通溝
７８から少量の水が流れるようにしても良い。またスラ
イド筒８９は弁口８６の外周側で摺動するように設けて
あっても良い。

【００１６】主弁体５９には弁座８７とシールする弁シ
ート９３及び側部にリング状のマグネット９４を装着し
てある。そして主弁体５９に対応する本体５０の側部に
は本体のねじ孔にスイッチ保持プラグ９５を装着してあ
り、スイッチ保持プラグ９５の端部にリードスイッチ９
６を装着してある。このリードスイッチ９６は主弁体５
９が弁座８７に当接して閉止する近傍位置で、マグネッ
ト９４の磁力でＯＮ、ＯＦＦ作動するように配置してあ
る。９７はリードスイッチのケーブルで、ポンプの制御
部に接続される。

【００１７】このリードスイッチの取り付けは、本体５
０の材質を樹脂、ステンレス鋼、銅合金等の非磁性体で
設け、この本体５０の外周面にリードスイッチ９６を設
けてもよい。この場合,本体５０が非磁性体のため、主
弁体５９に設けたマグネット９４の磁力線が本体側壁を
通過して本体外周面のリードスイッチ９６に作用し、主
弁体５９移動によってリードスイッチ９６が作動する。
この様に本体５０の外部にリードスイッチ９６を固定す
ると、リードスイッチ９６を調節したり取り替えたりす
るメンテナンスが行い易い。

【００１８】ポンプから吐き出された水は制御バルブ内
の中央室５２に入り、主弁体５９とピストン６１に作用
する。他方ピストン６１の下面側にはエアーチャンバー
６３内の圧力空気によって一定の圧力が加わっている。
吐き出し口水路５３側に配管した給水栓が開いて水が使
われ、このエアーチャンバー側の空気圧力が主弁体５９
に生じている吐き出し口水路５３側の配管系圧力を越え
ると、二次側配管系の吐き出し口水路５３側圧力とピス
トン室５４の空気圧力との圧力差によって二次側配管系
の圧力を所定圧に保つように主弁体５９が吐き出し口５
３側に移動して弁口８６から離れ、弁口に設けたスライ
ド筒８９と主弁体５９との間から使用流量に応じた水が
二次側配管系に流れる。このときスライド筒８９は主弁
体５９との間で上記二次側圧力を一定に保つと共に使用
流量分の間隔を保って主弁体５９に追随しながら吐き出
し口側に伸長摺動する。使用水量が更に増すと、スライ
ド筒８９の弁口からの伸長量がキー溝７５で規定された
最大伸長量に達してスライド筒８９の伸長は停止し、次
に主弁体５９のみが移動してスライド筒８９から離れ、
所定圧力の所定水量が流れる間隔を保つ。

【００１９】二次側給水栓の水の使用が順次少なくなる
と、配管系内の圧力がピストン室５４のピストン６１に
かかる空気圧力よりも上昇するので、主弁体５９が弁口
８６を閉止する側に移動して伸長状態のスライド筒８９
に接近し、スライド筒８９との開度が減少する。二次側
配管の圧力がパイロット圧力に次第に接近すると、主弁
体５９が更に弁口８６側に近づいて主弁体５９とスライ
ド筒８９間の開度が減少し、弁口を閉止するまで主弁体
とスライド筒間から使用流量に応じた水が二次側配管に
流れる。やがて二次側配管系の水が使用されなくなる
と、主弁体５９が弁口の弁座８７に当接して弁口８６を
完全に閉止する。この様にしてピストン室５４に封入し
た空気のパイロット圧力と使用流量に応じた二次側圧力
との圧力差によってスライド筒８９と主弁体５９との開
度が決定されて二次側配管系内の圧力を一定に制御す
る。この主弁体が弁口を閉止する際、主弁体５９に設け
たマグネット９４がバルブ本体５０の側部に設けたリー
ドスイッチ９６に接近して、マグネット９４の磁力線に
よってリードスイッチ９６が作動する。このリードスイ
ッチ９６の作動信号によってポンプが停止される。

【００２０】弁口に所定量伸長するスライド筒を設けた
ことによって、小流量域での主弁体の移動距離が長くな
ると共に、弁口を閉止するときの主弁体の移動速度が緩
慢になるので、リードスイッチの作動範囲幅を確実に横
切ることが出来、リードスイッチを確実に作動させるこ
とができる。又マグネットとリードスイッチの接近運動
関係は、いわゆる近接した状態での平行移動によって行
われるので、マグネットの磁力線を横切り易く磁力線を
受け易いのでリードスイッチの作動がより確実に行われ
る。このためリードスイッチがＯＮ、ＯＦＦを繰り返す
ようなチャタリング現象が生じない。又リードスイッチ
は本体の側部に設けてあり、流路を横切らないので圧力
損失がなく、リードスイッチの保守も容易である。

【００２１】エアーチャンバー６３の大きさは設計上温
度変化を無視して考えるとボイルの法則によって次のご
とく求めることができる。即ち、制御時の主弁体が開い
た全開ピストン室５４とチャンバー６３を含む空気室の
容積をＶ1 、この空気室Ｖ1 時の空気圧力（水圧側５２
と空圧側５４のシリンダー径が同じならば設定制御圧
力）をＰ1 、ピストン６１が全開と全閉するシリンダー
室５４の変動分容積をＶ2 、ピストン６１がＶ2 変化し
た時の変動圧力（水圧変化と空気圧変化が同じならば設
定制御圧力変動巾）をＰ2 とすると、Ｖ＊Ｐ1 ＝（Ｖ1
−Ｖ2 ）（Ｐ1 ＋Ｐ2 ）・・・（１）の式が成り立つ。
（１）式より、Ｖ1 ＝Ｖ2 （Ｐ1 ＋Ｐ2 ）／Ｐ2 ・・・
（２）式が成り立ち、Ｖ2 ＝５０mm³ 、Ｐ1 ＝３Kg／Cm
² 、Ｐ2 ＝０、３Kg／Cm² とすると、（２）式より、Ｖ
1 ＝５０（３＋１、０３３＋０、３）／０、３＝７１６
mm³となり、チャンバー６３の容積が約１リットルあれ
ば充分定圧制御の性能を満足することが解る。

【００２２】図２は本発明の第２実施例を示すもので、
前記第１実施例のピストン室５４を薄板ステンレス又は
樹脂製の蛇腹筒６４で形成してピストン６１と密封的に
固着し、ピストン室５４を形成する蛇腹筒６４自体が長
手方向に伸縮するようにしたものである。この場合ピス
トン６１の両面に作用する圧力差によって蛇腹筒６４が
伸縮し、ピストン６１が左右に移動して主弁体５９を制
御する。この実施例ではピストン室５４の圧力空気が外
部に漏れる心配がなく、長期に亘り所定の空気圧を保持
することができる。

【００２３】図３は本発明の第３実施例を示すもので、
ピストン室５４に所定の圧力水を充満してある。即ちピ
ストン室５４に通じる水路６５を設け、水路６５の端部
は加圧室６６に導き、加圧室６６内で水位の上面を密封
的に加圧する重錘６７を設けたものである。この実施例
では常にピストン６１の端部側に一定の力を加えること
ができる。即ち水は非圧縮流体であり、加圧室６６の水
位が変動しても常時重錘６７による重力が加わっている
ため、ピストン６１が左右に移動してピストン室５４の
容積が変動しても、このピストン室５４の容積変動分を
補う分の加圧室６６内に水量があれば、ピストン６１に
対して常に一定の力を作用させることができ、このため
前記第２実施例の加圧空気を設けるものに比べて更に精
度よく定圧制御できる。尚図３ではピストン６１がピス
トン室５４内ですべり移動する第１実施例のタイプのも
のを示したが、第２実施例のごとくピストン室５４をピ
ストン６１と密封的に長手方向に伸縮する蛇腹筒６４で
形成してもよい。

【００２４】

【発明の効果】このようにして二次側配管系内の圧力が
一定に制御されるとともにポンプの制御が行われるの
で、従来技術のような一時側圧力からパイロット圧力を
作り出す圧力調整器が不要で、ポンプサクション側へ圧
力調整器で調整された水を戻す配管を設置する必要がな
く、このため例えば水道元管と直結して給水する場合の
ポンプに設置して給水圧力を定圧に制御することがで
き、戻し配管の管理や戻し水のメンテナンスが不要にな
る。更にバルブの定圧制御とほぼ同じ圧力状態でポンプ
が停止し、ポンプ停止時の二次側配管内の圧力は従来の
ごとく上昇せず、従来の水が使われなくなってからもポ
ンプが作動して、ポンプ停止までの間に二次側配管系を
高圧に上昇させて配管系内を高圧に保持する問題が生じ
ない。また水が使われなくなると主弁体が閉止しポンプ
も停止するので、ポンプの運転時間がそれだけ少なくな
り、電力費が節減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例を示す主弁体が閉止と開
状態を示す断面図である。

【図２】 本発明の第２実施例を示すピストン室５４を
示す要部拡大断面図である。

【図３】 本発明の第３実施例を示す加圧水室を示す要
部拡大断面図である。

【図４】 従来の定圧制御弁を用いたポンプ給水システ
ム図である。

【図５】 従来の定圧制御弁の圧力調整器３８を示す断
面図である。

【符号の説明】

５０ 制御バルブ本体 ５１ 流入口水
路 ５２ 中央室 ５３ 吐き出し
口水路 ５４ ピストン室 ５５ ケース ５６ 中央開口部 ５７、５８ つ
ば部 ５９ 主弁体 ６０ 弁棒 ６１ ピストン ６２ 制御弁体 ６３ エアーチャンバー ６４ 蛇腹筒 ６５ 水路 ６６ 加圧室 ６７ 重錘 ７５ キー溝 ７７ ピン ７８ 流通溝 ８５ 弁棒受け部 ８６ 弁口 ８７ 弁座 ８９ スライド
筒 ９３ 弁シート ９４ マグネッ
ト ９５ スイッチ保持プラグ ９６ リードス
イッチ ９７ ケーブル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプの吐き出し側に接続して流体の圧
   力を一定に制御するバルブであって、吸い込み口水路と
   吐き出し口水路と圧力流体封入室を有し、バルブ本体内
   に設けた吸い込み口水路と吐き出し口水路とに区割りす
   る弁口と、この弁口を開閉し吐き出し口水路の圧力を一
   定に制御する主弁体と、この主弁体の反対側に主弁体と
   連結した弁棒と、弁棒に連結した釣り合いピストンと、
   釣り合いピストンの反対側に作用させる前記水路と独立
   した圧力流体封入室とからなることを特徴とする定圧制
   御バルブ。
2. 【請求項２】 前記圧力流体封入室は釣り合いピストン
   の反対側に圧力を作用させる所定の容積を持った空気圧
   室からなることを特徴とする請求項１記載の定圧制御バ
   ルブ。
3. 【請求項３】 前記圧力流体封入室は釣り合いピストン
   の反対側に圧力を作用させる水圧室からなることを特徴
   とする請求項１記載の定圧制御バルブ。
4. 【請求項４】 前記主弁体にマグネットを設けると共
   に、主弁体が弁口を閉止する近傍位置で主弁体に設けた
   マグネットの磁力線を感知して作動するリードスイッチ
   をバルブ本体に設け、リードスイッチの信号によりポン
   プの運転を制御することを特徴とする請求項１ないし３
   記載の定圧制御バルブ。