JP2577715B2

JP2577715B2 - 水撃緩衝装置

Info

Publication number: JP2577715B2
Application number: JP1309747A
Authority: JP
Inventors: 敏明吉見; 山田　　豊
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH03168487A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は水栓の弁部を急閉した場合等に生ずる水撃
現象、所謂ウォーターハンマー現象を緩和して水栓器具
や配管等の損傷を防止し、併せて騒音発生を抑制する水
撃緩衝装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）近年、水栓として、ハンドルを回転操作して弁体を軸
芯方向にねじ送りすることで弁部を開閉するねじ式の水
栓装置に代わって、レバーの回動操作により弁部を開閉
するようにしたレバー式水栓が普及してきている。

この種レバー式水栓は、弁部を全開から速やかに全閉
することができるなど操作が簡便で使い易い利点を有し
ている反面、弁部の急閉により配管系統に大きな水撃を
発生させ易い。即ち配管内の水又は湯（以下単に水とす
る）が流速Ｖで流れているところへ水栓の弁部を急閉す
ると、次の（１）式 ΔＰ＝ρVC ……（１）（ρ：流体の密度,C:圧力波の伝播速度）で表わされる突発的圧力上昇ΔＰが生じて管内に大きな
水撃現象を生ずるのである。より具体的に言うと、いま
圧力が上昇しても管壁が伸びない場合にはＣ＝1400m/s
であり、また水栓を全開したときの管内流速Ｖ≒2m/s程
度である。そこでこれらの値及びρ＝1000kg/m³の値を
上記（１）式へ代入すると、水栓を急閉したときの圧力
上昇ΔＰ≒2800KPa≒kgf/cm²の極めて高い値に達する。
これにより管内に大きな水撃現象を生ずるのである。

而してこのような水撃現象が生ずると衝撃騒音が発生
したり、水栓器具，配管等が損傷してしまう。

そこでこのような水撃を緩衝するために従来種々の装
置が考えられているが、十分に満足できるものが提供さ
れていないのが実情である。

（課題を解決するための手段）本発明の水撃緩衝装置はこのような課題を解決するた
めに案出されたものであり、その要旨は、（イ）内部の
シリンダ室を、一端側に形成された連通口を通じて給水
管路に連通させるシリンダと、（ロ）該シリンダに摺動
可能に嵌合され、シリンダ室を連通口の側の水室と該連
通口と遮断された空気室とに区画するピストンと、
（ハ）該ピストンを該連通口の側に向って付勢するスプ
リングと、（ニ）前記空気室内に空気を導く空気導入路
と、（ホ）該空気導入路上に設けられ、外部から該空気
室への空気の流入を許容する一方、逆方向の流れを阻止
する逆止弁と、を有することにある。

（作用及び発明の効果）本発明の装置では、水栓を使用していないとき、ピス
トンが互いに逆向きに作用する給水圧とスプリングの付
勢力との釣合位置までシリンダ前端部より一定距離後退
した状態にある。

この状態で水栓の弁部が開かれ、次いで同弁部が急閉
されると、前記（１）式で示すような突発的圧力上昇が
生じてこれが管路内を伝播する。するとピストンがスプ
リングの付勢力に抗してシリンダ内を後退し、管内の水
をシリンダの水室への流入させる。そしてそのピストン
の後退運動及び水室への水の流入により管内の圧力上昇
が吸収され、水撃が緩衝される。これにより衝撃騒音の
発生及び水栓器具，配管等の損傷が防止される。

本発明の装置は、シリンダ内部に形成された空気室と
逆止弁との作用により、管内の圧力上昇を効果的に吸収
できる特長を有する。

即ち本発明の装置においては、管内に突発的圧力上昇
が生じたとき、ピストンがスプリングの付勢力に抗して
シリンダ内を後退させられるが、その際スプリングの付
勢力が弱いとピストンがシリンダの後端部に衝突した
り、スプリングの各巻線が密着して（コイルスプリング
の場合）しまってピストンが急激に停止させられ、そこ
で新たに圧力波を発生させてしまう。

一方これを防止すべくスプリングの付勢力を強く設定
しておくと、管内に突発的圧力上昇が生じたときにピス
トンがシリンダ内を柔かに後退できず、圧力の吸収性能
が悪くなる。

これに対して本発明の装置では、ピストンの後側に空
気室が形成されていて、ピストンが後退させられたとき
その空気室に閉じ込められた空気が圧縮されて空気ばね
として作用する。而してその空気ばねの弾発力は、ピス
トンの後退運動とともに急激に強くなる。即ち通常のス
プリングの場合には、ピストンの後退とともに弾発力が
直線的に大きくなるのに対して、空気ばねの場合にはピ
ストンの後退とともに、つまり空気室の容積減少ととも
に急激に弾発力が高くなる。従って管内の突発的圧力上
昇に基づきピストンに対して強い圧力が作用しても、ピ
ストンはシリンダ後端部に衝突したりすることなく直前
に確実に停止され、しかも緩やかに停止させられる。従
ってピストンの後退端部で二次的な圧力波を発生させる
ことがない。

また空気ばねの作用でピストンを緩やかに且つ確実に
停止させることができるため、スプリングのばね定数を
弱く設定することができる。スプリングのばね定数を弱
く設定できれば、ピストンの後退初期においてこれをス
ムーズに後退させることができ、圧力の吸収特性が良好
となる。

尚本発明の装置においては、外部の空気は大気導入路
及び逆止弁を経由して空気室内に流入する。従って例え
ば管路内に水流によって低圧を発生させる低圧部を設け
ておいてこれをシリンダと連通させておけば、管内に水
流が生じたときにピストンが低圧部の作用で前進させら
れると同時に、外部の空気が逆止弁を開いて空気室内部
に流入する。

本発明の装置は、この他、ピストンとシリンダとの嵌
合シール部において万一水漏れが生じた場合にもこれを
外部に漏出させない利点を有する。同部においてシリン
ダの水室から空気室へと水が漏れることがあっても、逆
止弁の作用でその水が外部に漏れるのが阻止されるから
である。

（実施例）次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明す
る。

第１図乃至第３図において10は本発明の一例である水
撃緩衝装置で、筒部12を有している。筒部12の両端部に
は接続部14が設けられており、これら接続部14において
配管16に接続されている。

筒部12の内部にはベンチュリー管18が設けられてい
る。このベンチュリー管18の絞り部20には通孔22が設け
られており、絞り部20の内部がこの通孔22を通じて連通
室24と連通させられている。

26は筒部12と一体に設けられたシリンダであって、内
部のシリンダ室が連通口28を通じて上記連通室24及びベ
ンチュリー管18の絞り部20の内部に連通させられてい
る。

シリンダ26の内部にはピストン30が摺動可能に嵌合さ
れ、シリンダ室が連通口28側の水室32と、連通口28と遮
断された空気室34とに区画されている。このピストン30
の外周面には円環溝が形成されていて、この円環溝内に
Ｏリング36が嵌装され、かかるＯリング36によってピス
トン30とシリンダ26内面との嵌合部がシールされてい
る。尚ピストン30の前端部（図中下端部）にはクッショ
ンゴム35が設けられている。

シリンダ26の開口側には、シリンダ蓋38がねじ結合に
より固定されている。このシリンダ蓋38とピストン30と
の間には圧縮コイルスプリング40が介設され、かかるス
プリング40によってピストン30が前進側（図中下側）へ
と付勢されている。

シリンダ蓋38には、外部の空気を空気室34へと導くた
めの空気導入孔42が形成されている。またこの空気導入
孔42から空気室34への空気の流入通路上には逆止弁44が
組み込まれている。逆止弁44は、外部から空気室34に向
う空気の流れのみを許容し、逆方向の流れを阻止するこ
とによって、空気室34に空気を閉じ込めるもので、シリ
ンダ蓋38に形成された弁座46と、この弁座46にシール部
材48を介して着座し或いは離間させられる弁体50と、弁
体50を閉方向に付勢する弱いスプリング52とを有してい
る。

次に本例の装置の作用を説明する。

水栓を要していないとき、即ち水栓の弁部が閉じられ
ているとき、第１図に示しているようにピストン30は給
水圧及びこれと反対向きのスプリング40の付勢力とが釣
り合う位置まで、シリンダ26内部を後退させられた状態
にある。この状態で水栓の弁部が開かれて管路内に水流
が生じると、ベンチュリー管18の絞り部20で圧力降下が
生じてそこに低圧部が生ずる。するとピストン30は、こ
の低圧部の作用及びスプリング40の付勢力によってシリ
ンダ26の前端部まで押し出され（第２図参照）、これと
同時にシリンダ26の水室32内の水が管路内へと吸い出さ
れる。このときシリンダ蓋38に設けられた逆止弁44が同
時に開かれ、外部の空気が空気室34へと導入される。

一方この状態で水栓の弁部が急閉されて管路内に突発
的圧力上昇が生じると、第３図に示しているように今度
は管路内の水が通孔22,連通室24,連通口28を通じてシリ
ンダ26の水室32内に流入すると同時に、ピストン30がス
プリグ40の付勢力に抗して後方に押し戻される。これに
よって管路内の圧力上昇が吸収され、水撃の発生が抑え
られる。

尚管路内の突発的圧力上昇によってピストン30は当初
勢い良く後退させられるが、このときスプリング40は圧
縮変形して弾発力を次第に強める。これと同時に逆止弁
44により空気室34内に閉じ込められた空気が圧縮され、
同じく弾発力を貯える而してスプリング40の弾発力（圧
縮反力）はピストン30の後退とともにほぼ直線的に増大
するが、空気の弾発力はピストン30の後退につれて非直
線的に急激に増大する。従って当初は勢い良く後退した
ピストン30も、シリンダ26の後端部近傍においてブレー
キ力が急激に高まることから、緩やかに停止する。従っ
てシリンダ26後端部におけるピストン30の急激な停止に
基づく二次的な圧力波の発生が防止される。

また空気ばねの作用でピストン30が確実に且つ緩やか
に停止されることから、スプリング40のばね定数を小さ
く設定することが可能であり、而してスプリング40のば
ね定数を小さく設定できれば、ピストン30を柔かに後退
させることができ、管内の圧力上昇を良好に吸収するこ
とができる。

尚、長期の間にはピストン30とシリンダ26内面とのシ
ールを行うＯリング36部分で漏れが生じる恐れがある。
しかしながら本例の装置では、Ｏリング36によるシール
部を通って水室32から空気室34へと水が漏れることがあ
っても、再び管路内に水流が生じたときベンチュリー管
18の低圧部の作用で漏れた水が再び水室32側へと吸い込
まれるし、またたとえ空気室34内に漏れた水が残ったと
しても、逆止弁44の作用で外部に漏出するのが阻止され
る。即ち本例の装置においては、たとえ内部的に水の漏
出があったとしてもこれが外部へと漏れ出ることはな
い。

以上本発明の実施例を詳述したが、本発明はその他の
形態で構成することも可能である。

例えばピストン30が後退したときに容積ができるだけ
小さくなるよう空気室の形状を定めて、閉じ込められた
空気の圧縮率を高めるようにもできるし、また上記ベン
チュリー管以外の手段により管路内に低圧部を発生させ
ることも可能である。その他本発明はその主旨を逸脱し
ない範囲において、当業者の知識に基づき様々な変更を
加えた形態で構成可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である水撃緩衝装置の断面図
であり、第２図及び第３図は夫々同装置の夫々異なった
作動状態を示す各断面図である。 10:水撃緩衝装置、26:シリンダ 28:連通口、30:ピストン 32:水室、34:空気室 40:スプリング、42:空気導入孔 44:逆止弁

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）内部のシリンダ室を、一端側に形成
された連通口を通じて給水管路に連通させるシリンダ
と、（ロ）該シリンダに摺動可能に嵌合され、シリンダ室を
連通口の側の水室と該連通口と遮断された空気室とに区
画するピストンと、（ハ）該ピストンを該連通口の側に向って付勢するスプ
リングと、（ニ）前記空気室内に空気を導く空気導入路と、（ホ）該空気導入路上に設けられ、外部から該空気室へ
の空気の流入を許容する一方、逆方向の流れを阻止する
逆止弁と、を有することを特徴とする水撃緩衝装置。