JP7190732B2

JP7190732B2 - 減圧弁

Info

Publication number: JP7190732B2
Application number: JP2018226959A
Authority: JP
Inventors: 広茂近藤
Original assignee: Time Engineering Co Ltd
Current assignee: Time Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: JP2020091555A

Description

本願に開示の技術は、給湯設備等に使用される減圧弁に関し、特に、ウォターハンマーや給湯器よりも上流側の水道配管の凍結等による弁箱破損を防止する機構を備えた減圧弁に関する。

従来より、給湯設備には、加熱器を有する貯湯タンクに水道水を適正圧で供給するための減圧弁が付設されている。そして、減圧弁において、その閉弁時、上流側の水道配管にウォターハンマーが発生したり、その配管路が凍結したりすると、ウォターハンマーの圧力や水の凍結膨張による圧力が弁箱の入口室内に加わり、その圧力によって入口室内の破損を防止するため、入口室内の破損を防止するための機構を備えた減圧弁が特許文献１などに開示されている。

特許文献１には、入口室における（減圧弁の）主弁に対して水流入口の反対側に位置する隔壁に水流入口側が凍結した際に上昇した水圧を水流入口側から水出口側に逃す逃がし弁を設けて、入口室内の水圧上昇による亀裂や破損を防止する減圧弁が開示されている。

特開２０１５－１９４９５０号公報

特許文献１に開示された減圧弁は、該減圧弁とは別に逃し弁を構成し、入口室内にウォターハンマーの圧力や水の凍結膨張による圧力が加わる際に逃し弁が開弁して水出口側に逃がすものであることから、減圧弁自体の構成が複雑になり、製造コストが上昇してしまうという問題があった。

本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、簡易な構成を付加することによりウォターハンマーの圧力や水の凍結膨張による弁箱の破壊を防止可能な減圧弁を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため請求項１に係る減圧弁は、一次室と、弁口を介して一次室と連通する二次室と、弁口の開度を変化させるように移動可能な弁体と、弁口に形成された弁体が着座する弁座と、弁体の上端部側には第１の開口部が設けられ、第1の開口部を閉塞するダイヤフラムと、ダイヤフラムの下面に設けられ、二次室と連通する受圧室と、弁口を開放する方向に、ダイヤフラムと弁体とを一体として付勢する第１の付勢部材とを備えた減圧弁であって、弁体の下端部側に位置し、上部には第２の開口部を設け、第２の開口部が弁体の下端部を外嵌して弁体の下端面と第２の開口部とからなる逃し室を形成するとともに、上下方向に移動可能とする可動コマと、可動コマの上端部に設けられ、可動コマが下方に移動した場合に逃し室と連通する圧力逃しスリットと、可動コマの圧力逃しスリットが閉状態になる方向に可動コマを付勢する第２の付勢部材とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る減圧弁は、請求項１に記載の減圧弁において、弁体には、逃し室と二次室とを連通する連通路を設けたことを特徴とする。

請求項１に係る減圧弁では、一次室が凍結等で所定の圧力を超えた場合には、一次室の圧力により、第１の付勢部材の付勢力に抗して弁体が弁座に着座して弁口を閉止するとともに、可動コマが第２の付勢部材の付勢力に抗して下方に移動して、圧力逃しスリットを開状態にするとともに弁体の下端面と可動コマの開口とからなる逃し室の体積が増大する（すなわち、一次室の体積が増大する）ため、一次室の圧力を緩和し、一次室の凍結破壊を未然の防止することができる。

請求項２に係る減圧弁では、弁体の下端面と可動コマの開口とからなる逃し室と二次室とを連通する連通路を弁体に設けることにより、逃し室の体積増大だけでは対応できないような一次室の圧力増大が発生しても、一次室の圧力を、圧力逃しスリットおよび連通路を介して二次室へ逃すことができる。

上述のように、減圧弁の弁体の下端側に可動コマを配置する簡易な構成を付加することにより一次室の凍結破壊を防止することができることから、製造コストを抑制することができる。また、特許文献１に開示された減圧弁のように、減圧弁とは別の位置に逃し弁を設ける必要がないため、減圧弁の大型化を抑止し、コンパクト化することができる。

本発明にかかる一実施形態である減圧弁の透視図である。（Ａ）開弁状態における減圧弁の断面図、（Ｂ）閉止状態における減圧弁の断面図である。弁体の（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図である。圧力逃し機構を構成する可動コマの（Ａ）上面透視図、（Ｂ）正面透視図、（Ｃ）側面透視図、（Ｄ）下面透視図である。圧力逃し機構を構成する本体キャップの（Ａ）上面透視図、（Ｂ）正面側面透視図、（Ｃ）側面透視図、（Ｄ）下面透視図である。一次側の異常昇圧時における圧力逃し機構の作用効果を説明する（Ａ）全体断面図、（Ｂ）圧力逃し機構の拡大断面図である。

まず、本発明にかかる一実施形態である減圧弁Ａについて図面を参照して説明する。

図１は、減圧弁Ａの透視図である。図２は、減圧弁Ａの断面図であり、（Ａ）は開弁状態における断面図、（Ｂ）は閉止状態における断面図である。

図３は、減圧弁Ａで用いられる弁体９の詳細を説明する図である。図３の（Ａ）は、弁体９の正面から見た正面透視図であり、図３の（Ｂ）は、弁体９の側面から見た、すなわち、図３の（Ａ）を上下軸において９０°回転した側面透視図である。

弁体９は、上方から弁体ネジ部９ｉ、弁体筒部９ｈ、弁体押え部９ｇ、弁体軸部９ｅ、弁体弁部９ｃ、弁体摺動部９ｄ、弁体凹部９ｆおよび底部陥没部９ｊから形成されている。弁体弁部９ｃ以外は、円柱形状であり、弁体ネジ部９ｉ、弁体筒部９ｈ、弁体軸部９ｅ、弁体摺動部９ｄの各外径は下方に向かって、少しずつ外径が大きく成形されている。弁体押え部９ｇの外径は弁体軸部９ｅの外径よりやや大きく形成されている。弁体弁部９ｃは円錐台形状となっており、弁体弁部９ｃが以下で述べる弁座７に着座して減圧弁Ａは閉弁する。また、弁体凹部９ｆには以下で述べるようにＯリング２６が嵌め付けられる。

減圧弁Ａは、合成樹脂製の弁ケーシング１を有している。弁ケーシング１の側面には第１接続筒２と、第２接続筒３とがそれぞれ側方へ向け、かつ反対向きに突設されている。両接続筒２、３はほぼ同軸をなして横向きに配置されている。第１接続筒２の内部には流体の流入側となる一次室４が形成されている。一方、第２接続筒３の内部には流体の流出側となる二次室５の一部が形成されている。

一次室４および二次室５は奥部に行くにつれて次第に窄まるようにして形成されている。一次室４の奥部の上面には弁口６が貫通して形成されており、一次室４と二次室５とはこの弁口６を介して連通可能となっている。弁口６は縦向きに形成されており、その中心軸は第１、第２の接続筒２、３の中心軸とは略直交する位置関係となっている。弁口６の開口縁の下端部には弁座７が形成されている。

弁ケーシング１の図示下面であって、第１、第２の接続筒２、３の中間部には下方に開口する下部開口部８が設けられ、二次室５側には下部開口部８から上方に伸長し、減圧弁Ａの閉弁時に一次室４と二次室５とを隔離する隔壁１２が設けられている。そして、下部開口部８の内径と嵌合して可動コマ１０が下部開口部８内を上下移動可能に収容されている。可動コマ１０には、上方に開口するコマ開口部１０ａが設けられている。コマ開口部１０ａは、内径が弁体９の弁体摺動部９ｄと嵌合するように設けられており、弁体９は、可動コマ１０のコマ開口部１０ａに上下移動可能に収容され、弁体９の底部とコマ開口部１０ａで囲まれる空間は逃し室１１となっている。下部開口部８およびコマ開口部１０ａは弁口６とほぼ同軸に形成されている。そして、可動コマ１０の側面にはＯリング２７が、弁体９の弁体凹部９ｆにはＯリング２６が嵌め付けられ、下部開口部８と可動コマ１０との間、および、コマ開口部１０ａと弁体９との間はシール状態で保持されている。可動コマ１０の詳細については、図４を用いて後述する。

上述のように、コマ開口部１０ａと弁体９との間がシール状態で保持しつつ、弁体９がコマ開口部１０ａ内を移動可能となっている。さらに、弁体９の軸中心には底部陥没部９ｊから上方に向かって弁体軸部９ｅまで伸長する円柱状の弁体逃し縦溝９ａと、弁体軸部９ｅにおいて弁体逃し縦溝９ａと連通し左右方向に弁体９を貫通する弁体逃し横溝９ｂとが形成されている。弁体逃し縦溝９ａおよび弁体逃し横溝９ｂについては、その作用効果については後述する。

可動コマ１０の下方には本体キャップ２８が、キャップネジ３１、３１により弁ケーシング１に取り付けられている。本体キャップ２８の中央部には上方に開口する円柱形状のキャップ開口部２８ｄが設けられ、キャップ開口部２８ｄの底面と可動コマ１０の底面との間にはコマ用スプリング３０が、可動コマ１０を上方に付勢するように配設されている。図１に示すように、可動コマ１０と本体キャップ２８との間には隙間３２が設けられているため、本体キャップ２８のキャップ開口部２８ｄは大気と連通している。本体キャップ２８の詳細については、図５を用いて後述する。

一方、弁ケーシング１において、下部開口部８の反対側（図示上部側）にはガバナカバー２２がネジ（図示しない）により取り付けられている。ガバナカバー２２の中央部には上下方向に貫通する上部ガバナ開口部２２ａと、上部ガバナ開口部２２ａの開口径よりやや大きな開口径を持つ下部ガバナ開口部２２ｂとが連続して設けられている。

弁口６の上部の開口部は、二次室５に連通し、後述するダイヤフラム１７に二次室５内の圧力を作用させる感圧室２９となっている。

弁口６にはダイヤフラム１７や弁体９などから構成される弁機構Ｍが貫通して組み込まれている。弁機構Ｍは弁口６の軸線に沿って移動可能となっている。

ダイヤフラム１７の中央部は肉厚となっている。ダイヤフラム１７の肉厚部の中心には弁体９の弁体ネジ部９ｉおよび弁体筒部９ｈが貫通する貫通穴が設けられ、弁体押え部９ｇの上端面に配設された受圧板２０に弁体押え部９ｇの上端面に弁体ネジ部９ｉに嵌合するナット２５によるネジ締めによって固定されたバネ受け板２１との間で挟持されている。また、ダイヤフラム１７の周縁部は、ガバナカバー２２の下端面と弁ケーシング１の上端面との間で挟持されている。ダイヤフラム１７は、弾性部材に形成されているため、ダイヤフラム１７の周縁部がガバナカバー２２と弁ケーシング１との間でシール部材として奏功し、ガバナカバー２２と弁ケーシング１との間はシール状態が保持されている。また、ダイヤフラム１７は、ガバナカバー２２とバネ受け板２１との間に可撓部１７ａが位置している。

ガバナカバー２２は、上述のように、２段の円筒形状に形成され、弁ケーシング１側に大口径の下部ガバナ開口部２２ｂが、図示上部側には同心で小口径の上部ガバナ開口部２２ａが形成されている。上部ガバナ開口部２２ａは上方に開放しており、開口部上端部にはネジ部２２ｃが形成され、ここには調圧ネジ２３がねじ込み操作可能に組み込まれている。調圧ネジ２３とバネ受け板２１との間にはコイルバネなどよりなる調整スプリング２４が介在されており、弁機構Ｍに対し開弁方向に付勢力を作用させている。また、調整スプリング２４の締め込み量を調整することで、弁機構Ｍの開弁量を調整することができる。尚、上部ガバナ開口部２２ａおよび下部ガバナ開口部２２ｂは弁口６とほぼ同心となっている。

上述のように、弁機構Ｍの中で、弁体９およびダイヤフラム１７は受圧板２０およびバネ受け板２１を介して一体として弁口６の中心軸に沿って上下方向に移動可能に構成されている。減圧弁Ａは、弁体９の弁体弁部９ｃが弁座７に着座して閉弁状態とし、図２の（Ａ）に示すように、弁座７から離間することで開弁状態となる。

次に、上記のように構成された本発明にかかる減圧弁Ａの作用効果を説明する。第２接続筒３には、下流側流路（図示しない）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、この機器が閉じられ、下流側流路における流体（例えば、水や湯）の流動が停止しているときには、減圧弁Ａは閉弁状態に保たれている。何故ならば、前述したように、調整スプリング２４はダイヤフラム１７に対して開弁方向に付勢しているが、二次室５内の圧力（感圧室２９の圧力）は弁体９およびダイヤフラム１７に対して図２の矢印（１）に示すように閉弁方向の付勢力として作用する。ここで、調整スプリング２４の付勢力は、下流側流路の流れが停止しているときに、閉弁方向の力よりも小さくなるように設定されているので、弁体９およびダイヤフラム１７が図２の矢印（２）に示すように上方に移動して減圧弁Ａは閉弁状態に保持されているのである。

一方、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５内の圧力が低下すると、弁体９およびダイヤフラム１７に作用する閉弁方向の付勢力が弱まるため、ダイヤフラム１７と共に弁体９が図示下方へ移動する。このことにより、弁体９の弁体弁部９ｃが弁座７から離間し減圧弁Ａが開弁状態となる（図２の（Ａ）の状態）。これに伴い、一次室４内の流体が弁口６を通って二次室５へと流入する。

減圧弁Ａが開弁している状態において、何らかの原因で二次室５内の圧力が上昇すると、ダイヤフラム１７とともに弁体９が図示上方へ移動するため、弁口６の開度が小さくなる。すると、流体が弁口６を通過する際の圧力損失が増大するので、二次室５内の圧力が低下する。このような減圧弁Ａの作用により、二次室５側の圧力は所定値以下に維持される。

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Ａ内（一次室４と二次室５）における流体の流動が停止し、二次室５内の圧力が上昇する。すると、二次室５内の圧力によりダイヤフラム１７が上昇し、ダイヤフラム１７と一体となって弁体９が上昇するので、減圧弁Ａが開弁状態から閉弁状態に切り替わる。

以上のように、減圧弁Ａは、開弁しているときは、弁体９およびダイヤフラム１７の上下移動により弁口６の開度が調整されて二次室５側の圧力は所定値以下に維持されるとともに、流路が閉鎖されると閉弁するようになっている。

次に、本発明の特徴である圧力逃し機構について、図面を参照して説明する。減圧弁Ａにおいて、上流側の水道配管にウォターハンマーが発生したり、その配管路が凍結したりすると、ウォターハンマーの圧力や水の凍結膨張による圧力が弁ケーシング１の一次室４内に加わり、その圧力によって一次室４内が破損してしまう恐れがある。本圧力逃し機構は、このような場合に、一次室４に生じた圧力を緩和して一次室４の破損に至る事態を未然に回避するためのものである。

図４は、減圧弁Ａに備えられる圧力逃し機構を構成する可動コマ１０の詳細を説明する図である。図４の（Ａ）は、上から見た上面透視図であり、図４の（Ｂ）は、正面から見た正面透視図、図４の（Ｃ）は、側面から見た側面透視図、図４の（Ｄ）は、下面透視図である。

可動コマ１０は、コマ上端部１０ｇ、コマ凹部１０ｆ、コマ本体部１０ｄおよびコマベース部１０ｃから形成されている。コマ上端部１０ｇは、上端は高さが小さい円柱形状となっており、その下方は径が下向きに拡大する円錐台形状となっている。コマ凹部１０ｆとコマ本体部１０ｄは円柱形状となっており、コマ本体部１０ｄの外径はコマ上端部１０ｇの円錐台形状部の底部の外径とほぼ同径となっている。コマベース部１０ｃは左右方向に伸長した横長の略楕円形状となっており、コマ本体部１０ｄの左右側には上下方向に貫通するコマ貫通穴１０ｅ、１０ｅが設けられている。また、中央部にはコマ上端部１０ｇからコマベース部１０ｃにかけて上方に開口するコマ開口部１０ａが設けられている。コマ凹部１０ｆには上述で述べたようにＯリング２７嵌め付けられる。コマベース部１０ｃの底部中央にはコマバネ取付部１０ｈが設けられている。そして、コマ上端部１０ｇの上端内径部には圧力逃しスリット１０ｂが設けられている。

図５は、減圧弁Ａに備えられる圧力逃し機構を構成する本体キャップ２８の詳細を説明する図である。図５の（Ａ）は、上から見た上面透視図であり、図５の（Ｂ）は、正面から見た正面透視図、図５の（Ｃ）は、側面から見た側面透視図、図５の（Ｄ）は、下面透視図である。

本体キャップ２８は、コマベース部１０ｃと形状および大きさがほぼ同じであるキャップベース部２８ａと、キャップベース部２８ａの中央下方に設けられるキャップ本体部２８ｃと、キャップベース部２８ａにおいてキャップ本体部２８ｃに対して左右側に上方に伸長するキャップガイド２８ｂ、２８ｂとから形成されている。中央にはキャップベース部２８ａからキャップ本体部２８ｃにかけて上方に開口するキャップ開口部２８ｄが設けられている。また、キャップガイド２８ｂ、２８ｂには、キャップガイド２８ｂ、２８ｂを上下方向に貫通するキャップ貫通穴２８ｅ、２８ｅが設けられている。キャップガイド２８ｂ、２８ｂおよびキャップ本体部２８ｃは円柱形状である。キャップガイド２８ｂの外径は、コマ貫通穴１０ｅの内径よりやや小さくなっており、図２に示すように、可動コマ１０のコマ貫通穴１０ｅ、１０ｅに本体キャップ２８のキャップガイド２８ｂ、２８ｂを貫通させる。そして、キャップガイド２８ｂ、２８ｂのキャップ貫通穴２８ｅ、２８ｅに下方からキャップネジ３１、３１を挿入してネジ締めを行い、可動コマ１０および本体キャップ２８を弁ケーシング１に組み付ける。

上述のように、可動コマ１０のコマバネ取付部１０ｈとキャップ開口部２８ｄの底部との間にはコマ用スプリング３０が、可動コマ１０を上方に付勢するように配設されている。そして、通常時においては、図２に示すように、弁体９の弁体凹部９ｆに嵌め付けられたＯリング２６より上方に可動コマ１０のコマ上端部１０ｇの上端内径部に設けられた圧力逃しスリット１０ｂが配置されるようになっている。そのため、Ｏリング２６により可動コマ１０のコマ開口部１０ａと弁体９とがシール状態が保持されて、一次室４とコマ開口部１０ａとが隔離されている。

次に、上記のように構成された本実施形態にかかる減圧弁Ａの圧力逃し機構の作用効果を説明する。

図６は、一次室４がウォターハンマーや水の凍結膨張などにより異常昇圧した場合の減圧弁Ａの圧力逃し機構の作用効果を説明する図である。図６の（Ａ）は、減圧弁Ａの全体断面図であり、図６の（Ｂ）は、圧力逃し機構の部分を拡大した断面図である。

図６の（Ａ）の矢印（１）のように一次室４が異常昇圧すると、まず、矢印（２）のように弁体９に対して上方に移動させるように圧力が加わる。これにより、減圧弁Ａが開弁していた場合は、弁体９の弁体弁部９ｃが弁座７に着座して閉弁状態になる。さらに、一次室４が昇圧すると、矢印（３）のように可動コマ１０に圧力が加わる。すると、可動コマ１０はコマ用スプリング３０の付勢力に抗して矢印（３）のように下方に移動する。図６の（Ｂ）に示すように、可動コマ１０の圧力逃しスリット１０ｂが弁体９の弁体凹部９ｆに嵌め付けられたＯリング２６より下方に移動すると、図６の（Ｂ）の矢印（５）のように、一次室４とコマ開口部１０ａとが圧力逃しスリット１０ｂを介して連通するとともに、コマ開口部１０ａと弁体９の底部で囲まれた逃し室１１の容積が増大するため、一次室４の容積が増大して、異常昇圧した一次室４の圧力が緩和される。そして、逃し室１１に流入した一次室４の圧力は図６の（Ｂ）の矢印（６）のように、弁体９の弁体逃し縦溝９ａおよび弁体逃し横溝９ｂを介して二次室５に逃がすことができる。よって、ウォターハンマーの圧力や水の凍結膨張による圧力が一次室４内に加わっても、一次室４に生じた圧力を緩和して一次室４の破損に至る事態を未然に回避することができるのである。

このように、本実施形態にかかる減圧弁Ａにおいては、弁体９の下方に可動コマ１０を追加するという簡易な構成を付加することにより一次室４の凍結破壊を防止することができることから、製造コストを抑制することができるとともに、減圧弁Ａの大型化も抑止することができて、コンパクト化することができるのである。

ここで、減圧弁Ａは減圧弁の一例であり、一次室４は一次室の一例であり、二次室５は二次室の一例であり、弁口６は弁口の一例であり、弁体９は弁体の一例であり、弁座７は弁座の一例であり、上部ガバナ開口部２２ａから下部ガバナ開口部２２ｂ、感圧室２９に至る空間は第１の開口部の一例であり、ダイヤフラム１７はダイヤフラムの一例であり、調整スプリング２４は第１の付勢部材の一例であり、感圧室２９は受圧室の一例であり、可動コマ１０は可動コマの一例であり、コマ開口部１０ａは第２の開口部の一例であり、逃し室１１は逃し室の一例であり、コマ用スプリング３０は第２の付勢部材の一例であり、圧力逃しスリット１０ｂは圧力逃しスリットの一例であり、弁体逃し縦溝９ａおよび弁体逃し横溝９ｂは連通路の一例である。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明はかかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることが、理解されるべきである。

例えば、逃し室１１の容積増大で一次室４の異常昇圧が緩和可能であれば、弁体９の弁体逃し縦溝９ａおよび弁体逃し横溝９ｂは必ずしも必要ではない。

Ａ・・減圧弁
１・・弁ケーシング
４・・一次室
５・・二次室
６・・弁口
７・・弁座
９・・弁体
１０・・可動コマ
１０ｂ・・圧力逃しスリット
１１・・逃し室
１７・・ダイヤフラム
２２・・ガバナカバー
２４・・調整スプリング
２８・・本体キャップ
３０・・コマ用スプリング

Claims

一次室と、
弁口を介して前記一次室と連通する二次室と、
前記弁口の開度を変化させるように移動可能な弁体と、
前記弁口に形成された前記弁体が着座する弁座と、
前記弁体の上端部側には第１の開口部が設けられ、該第１の開口部を閉塞するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの下面に設けられ、前記二次室と連通する受圧室と、
前記弁口を開放する方向に、前記ダイヤフラムと前記弁体とを一体として付勢する第１の付勢部材とを備えた減圧弁であって、
前記弁体の下端部側に位置し、上部には第２の開口部を設け、該第２の開口部が前記弁体の下端部を外嵌して前記弁体の下端面と前記第２の開口部とからなる逃し室を形成するとともに、上下方向に移動可能とする可動コマと、
前記可動コマの上端部に設けられ、前記可動コマが下方に移動した場合に前記逃し室と連通する圧力逃しスリットと、
前記可動コマの前記圧力逃しスリットが閉状態になる方向に前記可動コマを付勢する第２の付勢部材とを備えたことを特徴とする減圧弁。
前記弁体には、前記逃し室と前記二次室とを連通する連通路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。