JP5431009B2 - 減圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、減圧弁に関するものである。

特許文献１には、一次室と、弁口を介して一次室と連通可能な二次室と、二次室の圧力に応じて弁口の開度を変化させるように移動可能な弁体とを備え、一次室を構成するバルブ構成部材が合成樹脂製である減圧弁が開示されている。この減圧弁では、バルブ構成部材が、金属に比べて強度の低い合成樹脂製である点に鑑み、一次室の圧力が高くなった場合に、一次室の流体を排出して一次室内の圧力を下げるためのリリーフ弁（第２弁機構）が設けられている。

特開２００８−１８６１０６号公報

リリーフ弁は、バルブ構成部材のうち一次室と二次室とを区画する隔壁に設けられており、一次室内の流体がリリーフ弁を通って二次室側へ流出するようになっている。そのため、バルブ構成部材の隔壁には、リリーフ弁を設けるための開口部を貫通させなければならず、貫通部を形成することが原因となってバルブ構成部材の強度低下を来すことが懸念される。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、一次室を構成するバルブ構成部材の強度低下を来すことなく、一次室を減圧することのできる減圧弁を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、一次室と、弁口を介して前記一次室と連通可能な二次室と、前記弁口の開度を変化させるように移動可能な弁体とを備え、前記一次室を構成するバルブ構成部材が合成樹脂製とされており、前記弁体が前記弁口を閉塞する閉弁状態において、前記一次室内の圧力が前記バルブ構成部材の耐圧を超えない範囲内で上昇したときには、前記一次室内の流体が前記弁体を貫通する連通路を通って前記二次室側へ流出することを許容するが、常には前記連通路を閉止状態に保持するリリーフ弁を備えた減圧弁であって、前記弁体は、前記二次室側から前記弁口の開口縁に当接可能なリング状の当接部材と、前記一次室内に臨む受圧体と一体的に移動可能であり、前記当接部材に対し貫通状態で相対移動可能に設けられた可動体とを備え、前記可動体の外周と前記当接部材の内周との隙間が前記連通路として機能し得るようになっており、前記可動体には、前記一次室側から前記連通路の開口を閉塞可能であって、前記一次室に臨む受圧面積が前記受圧体よりも小さい閉止部が形成されており、前記可動体と前記当接部材との間には、前記閉止部に対し前記連通路の開口を閉止する方向への付勢力を付与するバネ部材が設けられているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
弁体が弁口を閉塞する閉弁状態において一次室内の圧力が上昇した場合には、その一次室内の圧力がバルブ構成部材の耐圧を超えないうちに、一次室内の流体が弁体を貫通する連通路を通って二次室側へ流出して一次室内が減圧されるので、バルブ構成部材が破損する虞はない。リリーフ弁において流体の流路となる連通路は、バルブ構成部材を貫通するのではなく、弁体を貫通する形態となっているので、リリーフ弁を設けたことが原因となってバルブ構成部材の強度が低下する虞はない。
また、一次室に臨む受圧面積は閉止部よりも受圧体の方が大きいので、一次室内の圧力が上昇すると、可動体と受圧体はバネ部材の付勢に抗して受圧体側へ移動する。この移動の方向は、閉止部が連通路の一次室側の開口から離れる方向なので、連通路を介して一次室と二次室とが連通し、リリーフ弁が開弁状態となる。

実施形態１の減圧弁とリリーフ弁が閉弁している状態をあらわす断面図 減圧弁が開弁し、リリーフ弁が閉弁している状態をあらわす部分拡大断面図 図１の部分拡大断面図 減圧弁が閉弁し、リリーフ弁が開弁している状態をあらわす部分拡大断面図

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図４を参照して説明する。本実施形態の減圧弁は、バルブ構成部材１０と、可動部材２０と、ダイヤフラム３６と、付勢バネ３７とを備えている。バルブ構成部材１０は、合成樹脂製であって、バルブ構成部材１０の内部には、流体の流路である一次室１１と二次室１２とが形成されている。バルブ構成部材１０には、その側面に開口するとともに一次室１１に連通する流入口１３と、流入口１３とは反対側の側面に開口するとともに二次室１２に連通する流出口１４と、一次室１１に連通するとともに上面側に開口するガイド筒部１５と、ガイド筒部１５の下方に配されて一次室１１と二次室１２とを上下に連通させる弁口１６とが形成されている。

弁口１６の上方は一次室１１となっており、弁口１６の下方は二次室１２となっている。弁口１６の二次室１２側（下側）の開口縁は、弁シート１７となっている。バルブ構成部材１０の上面は、二次室１２に連通しているとともにバルブ構成部材１０の外へ大きく開口した形態であり、この開口部はダイヤフラム３６で閉塞されている。二次室１２のうちダイヤフラム３６の下面に臨む空間は、受圧室１８となっている。また、ダイヤフラム３６は、付勢バネ３７によって下方（後述する弁体２７を弁シート１７から離間させて減圧弁を開弁させる方向）へ付勢されている。また、ダイヤフラム３６が下方へ変位すると、二次室１２の容積が減少する。

可動部材２０は、ガイド筒部１５内に液密状に嵌合されて上下方向に移動可能な受圧体２１と、受圧体２１の上面からガイド筒部１５よりも上方へ延出してダイヤフラム３６に固着された連結部２２と、受圧体２１の下面からガイド筒部１５よりも下方へ延出した弁棒２３と、弁棒２３の下端に連なる可動体２４とを一体形成したものである。かかる可動部材２０は、ガイド筒部１５に案内されることにより上下方向に移動し得るようになっている。受圧体２１の下面は、一次室１１に臨む受圧面となっている。

可動体２４は、弁棒２３の下端に連なる閉止部２５と、閉止部２５の下面から下方へ突出する貫通部２６とからなる。閉止部２５は、弁棒２３と同心であって上から下に向かって次第に拡径する円錐状をなしている。貫通部２６は、弁棒２３及び閉止部２５と同心であって、外径が閉止部２５の最大外径よりも小さい円柱状をなしている。閉止部２５のテーパ状をなす上面は、一次室１１に臨む受圧面となっている。

可動体２４は、当接部材２８とともに弁体２７を構成する。当接部材２８は、ゴム等の弾性部材からなり、可動体２４と同心の円環形をなす。当接部材２８の上面は、弁シート１７に対し、二次室１２側（下側）から液密状に当接し得るようになっている。当接部材２８の中心孔２９の内径は、可動体２４の貫通部２６の外径りも少し大きく、閉止部２５の最大外径よりも小さい。中心孔２９には貫通部２６が貫通されており、中心孔２９の内周と貫通部２６の外周との隙間は、一次室１１と二次室１２とを連通させるための連通路３０となっている。

貫通部２６における当接部材２８よりも下方の領域には、円環形の第１バネ受け部材３１が取り付けられているとともに、第１バネ受け部材３１よりも下方に位置する円環形の第２バネ受け部材３２が取り付けられている。そして、貫通部２６の下端部にはナット３３が螺合され、ナット３３の上面に第２バネ受け部材３２が当接されている。第１バネ受け部材３１は、当接部材２８に対しその下面と外周面とを覆うようにして嵌合されている。そして、第１バネ受け部材３１の下面と第２バネ受け部材３２の上面との間には、ウェーブワッシャからなる円環形のバネ部材３４が装着されている。

上記の可動部材２０、当接部材２８、連通路３０及びバネ部材３４は、リリーフ弁３５を構成する。リリーフ弁３５は、常には、バネ部材３４の付勢により閉弁状態に保たれている（図１〜図３を参照）。即ち、バネ部材３４は、両バネ受け部材３１，３２に対しその上下間隔を広げる方向の付勢力を付与し、換言すると、可動体２４が当接部材２８に対して相対的に下方へ移動する方向へ付勢する手段として機能する。そして、バネ部材３４の付勢により、閉止部２５が当接部材２８の上面に当接して連通路３０の上面側（一次室１１に臨む側）の開口を液密状に閉塞するのである。

リリーフ弁３５が閉弁し、当接部材２８が弁シート１７の当接して減圧弁が閉弁している状態（図１及び図３を参照）では、弁体２７の上面のうち一次室１１に臨む領域（閉止部２５の上面全体と当接部材２８の上面の一部）は、受圧面となっている。この弁体２７の受圧面積は、上記した受圧体２１の受圧面積よりも小さい。したがって、閉止部２５の受圧面積も、受圧体２１の受圧面積より小さい面積となっている。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。流出口１４には、下流側流路（図示省略）を介して図示しない機器（例えば、給湯器の吐水装置）が接続されているが、この機器が閉鎖され、下流側流路における流体（例えば、水やお湯）の流動が停止しているときには、減圧弁は閉弁状態に保たれている。付勢バネ３７は、ダイヤフラム３６に対して減圧弁を開弁させる方向に付勢し、二次室１２の圧力は、弁体２７とダイヤフラム３６に対して減圧弁を閉弁させる方向の付勢力として作用する。ここで、付勢バネ３７の弾力は、下流側流路の流れが停止しているときに、閉弁方向の付勢力よりも小さくなるように設定されているので、減圧弁は閉弁状態に保たれるのである。

また、このときに一次室１１内の圧力が正常の範囲内であれば、リリーフ弁３５も閉弁状態に保たれる（図１及び図３を参照）。可動部材２０には、受圧体２１と閉止部２５の受圧面積の差違に起因する上向きの力と、バネ部材３４により当接部材２８に対して相対的に下向きの力とが作用している。ここで、バネ部材３４の付勢力は、一次室１１の圧力が正常であるときの受圧面積の差違に起因する上向きの力よりも大きくなるように設定されているので、リリーフ弁３５は閉弁状態に保持されるのである。

さて、機器の流路が開放されて下流側流路に流体が流れ、二次室１２内の圧力が低下すると、二次室１２側からダイヤフラム３６と弁体２７に作用する閉弁方向の付勢力が弱まるので、ダイヤフラム３６とともに弁体２７が下方へ移動して弁シート１７から離間し、減圧弁が開弁される（図２を参照）。これに伴い、一次室１１内の流体が弁口１６を通って二次室１２側へ流れる。

減圧弁が開弁している状態において、何らかの原因で二次室１２の圧力が上昇すると、ダイヤフラム３６とともに弁体２７が上方へ移動するので、弁口１６の開度が小さくなる。すると、流体が弁口１６を通過する際の圧力損失が増大するので、二次室１２の圧力が下降する。このような減圧弁の作用により、二次室１２側の圧力は所定値以下に維持される。尚、減圧弁が開弁している間は、当接部材２８は、弁シート１７から離間していて可動体２４と一緒に上下動し得る状態に保たれているので、リリーフ弁３５は、バネ部材３４の付勢により閉弁状態に保持される。

機器が流路を開放している状態から閉鎖する状態に切り替わると、減圧弁（一次室１１及び二次室１２）内における流体の流動が停止し、二次室１２内の圧力が上昇する。すると、この二次室１２内の圧力によりダイヤフラム３６が上昇し、ダイヤフラム３６と一体となって弁体２７が上昇するので、当接部材２８が弁シート１７に当接し、減圧弁が開弁状態から閉弁状態に切り替わる。

減圧弁が閉弁している状態において、ウォーターハンマーや、減圧弁よりも上流側の水道配管（図示省略）の凍結等により、一次室１１の圧力が正常範囲を超えて上昇すると、受圧体２１の受圧面積と閉止部２５の受圧面積の差違に起因して可動部材２０に作用する上向きの力が増大する。一方、当接部材２８は、下から弁シート１７に当接しているので、上方へ移動することはできない。したがって、可動部材２０に付与される上向きの力がバネ部材３４の付勢力を上回ると、図４に示すように、可動部材２０が当接部材２８に対して相対的に上方へ移動し、閉止部２５が当接部材２８の上面から離間する。

これにより、連通路３０の上面側（一次室１１側）の開口が開放され、リリーフ弁３５が閉弁状態から開弁状態へ切り替わる。このときの一次室１１の圧力は、合成樹脂製のバルブ構成部材１０の耐圧を超えない値である。リリーフ弁３５が開弁すると、一次室１１内の流体が連通路３０を通過して二次室１２内に流出するので、一次室１１内の圧力が低下する。そして、一次室１１内の圧力が正常範囲値まで低下すると、バネ部材３４の付勢により可動部材２０が下降して閉止部２５が連通路３０の開口を塞ぐので、リリーフ弁３５が閉弁状態に切り替わる。

本実施形態においては、弁体２７が弁口１６を閉塞する閉弁状態において一次室１１内の圧力が上昇した場合には、その一次室１１内の圧力がバルブ構成部材１０の耐圧を超えないうちに、一次室１１内の流体が弁体２７を貫通する連通路３０を通って二次室１２側へ流出して一次室１１内が減圧されるので、バルブ構成部材１０が破損する虞はない。

本実施形態の減圧弁では、リリーフ弁３５において流体の流路となる連通路３０は、バルブ構成部材１０を貫通するのではなく、弁体２７を貫通する形態となっているので、リリーフ弁３５を設けたことが原因となってバルブ構成部材１０の強度が低下する虞はない。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記実施形態では、閉止部を閉止方向へ付勢するためのバネ部材としてウェーブワッシャを用いたが、これに限らず、皿ばねをバネ部材として用いてもよい。

１０…バルブ構成部材
１１…一次室
１２…二次室
１６…弁口
２１…受圧体
２４…可動体
２５…閉止部
２７…弁体
２８…当接部材
３０…連通路
３４…バネ部材
３５…リリーフ弁

Claims (1)

1. 一次室と、
   弁口を介して前記一次室と連通可能な二次室と、
   前記弁口の開度を変化させるように移動可能な弁体とを備え、
   前記一次室を構成するバルブ構成部材が合成樹脂製とされており、
   前記弁体が前記弁口を閉塞する閉弁状態において、前記一次室内の圧力が前記バルブ構成部材の耐圧を超えない範囲内で上昇したときには、前記一次室内の流体が前記弁体を貫通する連通路を通って前記二次室側へ流出することを許容するが、常には前記連通路を閉止状態に保持するリリーフ弁を備えた減圧弁であって、
   前記弁体は、
   前記二次室側から前記弁口の開口縁に当接可能なリング状の当接部材と、
   前記一次室内に臨む受圧体と一体的に移動可能であり、前記当接部材に対し貫通状態で相対移動可能に設けられた可動体とを備え、
   前記可動体の外周と前記当接部材の内周との隙間が前記連通路として機能し得るようになっており、
   前記可動体には、前記一次室側から前記連通路の開口を閉塞可能であって、前記一次室に臨む受圧面積が前記受圧体よりも小さい閉止部が形成されており、
   前記可動体と前記当接部材との間には、前記閉止部に対し前記連通路の開口を閉止する方向への付勢力を付与するバネ部材が設けられていることを特徴とする減圧弁。

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