| 【発明の名称】 |
水撃防止装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松浦 伸幸
【氏名】加藤 真
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| 【要約】 |
【課題】水撃作用を完全に防止する。
【解決手段】入口６と出口７の流路８を同一軸線上に設けると共に、流路８の中流域8bに排水口９を設けた外箱２と、該外箱２内部を流路８の上流域8aと中流域8bより下流とに区画したダイヤフラム14を周囲に設けると共に、上流域8aに摺動自在に挿嵌した内筒体３と、該内筒体３の下流側の開口部端面に設けられ、且つ中流域8bと下流域8cの間に設けた弁口10周囲の弁座11に着離自在と成すと共に、逃し弁バネ17にて開弁方向に付勢された逃し弁４と、内筒体３内部に下流側からの流体の逆流を防止する様に設けた逆止弁５とから成る水撃防止装置１を提供し、水撃作用により生ずる圧力流体を排水口９から外部へ放出する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入口と出口の流路を同一軸線上に設けると共に、流路の中流域に排水口を設けた外箱と、該外箱内部を流路の上流域と中流域より下流とに区画したダイヤフラムを周囲に設けると共に、上流域に摺動自在に挿嵌した内筒体と、該内筒体の下流側の開口部端面に設けられ、且つ中流域と下流域の間に設けた弁口周囲の弁座に着離自在と成すと共に、逃し弁バネにて開弁方向に付勢された逃し弁と、内筒体内部に下流側からの流体の逆流を防止する様に設けた逆止弁とから成ることを特徴とする水撃防止装置。
【請求項２】 給水装置の配管中に介装した逆止弁に並列接続、又は配管中に介装すると共に、排水口を受水槽に配管接続したことを特徴とする請求項１記載の水撃防止装置。
【請求項３】 給水装置の末端器具に直列接続すると共に、排水口を外部に連通するか、又は受水槽に配管接続したことを特徴とする請求項１記載の水撃防止装置。
【請求項４】 逃し弁に作用する閉弁圧力と開弁圧力との圧力均衡を保持する様に、ダイヤフラムの有効径と逃し弁の弁座径を略同一に設定すると共に、中流域の圧力を上流側圧力より常に一定の値だけ小さい圧力に保持する様に、逆止弁を閉弁方向に付勢する逆止弁バネと逃し弁バネのバネ荷重を設定したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の水撃防止装置。
【請求項５】 内筒体を断面円形状に形成し、一方、外箱内部において、内筒体との摺動面には、その円周方向で等間隔置きに凹溝を形成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の水撃防止装置。
【請求項６】 内筒体の外周をテフロンコーティングしたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の水撃防止装置。
【請求項７】 逆止弁は、逆止弁口の対面部に、前記逆止弁口より小径な平坦面を設けると共に、該平坦面の中央に円錐状の頂部を設け、逆止弁座との着座部より外周側から逆止弁背部の中心へ向かい徐々に幅小となる傾斜溝を、逆止弁の円周方向で等間隔置きに形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の水撃防止装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水撃防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置としては、給水装置の配管途中に介装されたアキュムレーターが挙げられる。この装置は、密閉容器内をゴム袋、ダイヤフラム、又はピストン等で給水圧側と圧力吸収側とに分離し、給水圧側からの水撃作用（ウォーターハンマー）による圧力上昇を吸収する様に構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装置において、圧力吸収側は、密閉空間であるため、水撃作用による圧力上昇の吸収には限界があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑み、入口と出口の流路を同一軸線上に設けると共に、流路の中流域に排水口を設けた外箱と、該外箱内部を流路の上流域と中流域より下流とに区画したダイヤフラムを周囲に設けると共に、上流域に摺動自在に挿嵌した内筒体と、該内筒体の下流側の開口部端面に設けられ、且つ中流域と下流域の間に設けた弁口周囲の弁座に着離自在と成すと共に、逃し弁バネにて開弁方向に付勢された逃し弁と、内筒体内部に下流側からの流体の逆流を防止する様に設けた逆止弁とから成る水撃防止装置を提供し、水撃作用により生ずる圧力流体を排水口から外部へ放出することで、水撃作用にて生ずる不具合を解消し、上記課題を解決する。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１〜３に本発明に係る水撃防止装置の各状態の断面図を示す。図１は停水状態、図２は通水状態、図３は水撃発生時の排水状態を夫々示している。この水撃防止装置１は、外箱２、内筒体３、逃し弁４、及び逆止弁５にて主に構成している。
【０００６】外箱２は、給水配管の上流側及び下流側の夫々に連結する入口６及び出口７の流路８を同一軸線上に設けると共に、該流路８の中流域8bにおいて、流路８の直交方向に外部に通ずる排水口９を設けている。又、中流域8bと下流域8cの間には弁口10を設け、該弁口10の周囲に弁座11を設けている。又、上流域8aには、内筒体３との摺動面12を設け、該摺動面12は、図５に示す様に、円形内面の円周方向で等間隔置きに複数の凹溝13、13ａ…を刻設している。
【０００７】内筒体３は、略円筒形状に形成して成り、上流域8aに摺動自在に挿嵌している。そして、凹溝13、13ａ…を刻設した摺動面12によって内筒体３との接触面積を減少させ、内筒体３の摺動抵抗を減少する様に成している。内筒体３の摺動抵抗を減少させるために、内筒体３の外周面でなく、上流域8aの内面（摺動面12）を上記の様に加工したのは、例えば内筒体３の外周面の円周方向に複数の凹溝を形成するか、又は内筒体３の外形を多角形状にすると、内筒体３の強度を保持するために、内筒体３の厚みを太くする必要があるが、これでは内筒体３の重量が増すこととなり、結局、摺動抵抗を減少させることとならない。この点、本発明では、上流域8aの摺動面12を上記の様に加工すると共に、内筒体３の外形を外圧に強い円形状としたため、内筒体３を比較的薄肉で軽重量とすることができる。又、内筒体３の外周面をテフロンコーティングして、更に上記摺動面12との摩擦抵抗を減らし、摺動抵抗を低下させる様に成している。
【０００８】又、内筒体３の下流側外周には、流路８を上流域8aと、中流域8bより下流とに区画したダイヤフラム14を設けている。そして、内筒体３の下流側の開口部端面には、合成ゴム製から成る逃し弁４を設けている。この逃し弁４は、上記弁座11に対向配置すると共に、ダイヤフラム14の変位により、弁座11に着離自在に設けている。又、上記開口部に設けた小径段部15と、中流域8bと下流域8cの間に設けた凹部16との間に逃し弁バネ17を介装し、該逃し弁バネ17にて逃し弁４を開弁方向に付勢している。
【０００９】逆止弁５は、球冠面を有する略キノコ型に形成され、内筒体３内部に下流側からの流体の逆流を防止する様に設けて成り、逆止弁口18と成した内筒体３の上流側開口部の周縁の逆止弁座19に、逆止弁５を着離自在に設けている。又、逆止弁５は、内筒体３の内部において逆止弁座19に対向配置したガイドリング20にて支持されている。
【００１０】ガイドリング20は、図１に示す様に、逆止弁５の閉弁状態で、その外周を狭小間隙を以て囲繞する円環部21と、該円環部21の下流側端面において、その円周方向を等間隔置きにして、且つ下流側へ複数突設した略Ｌ字杆状の支持杆22、22ａ…と、該支持杆22、22ａ…の屈曲端部を夫々連結して成る略円錐台状の弁軸摺動リング23とから成る。又、支持杆22、22ａ…同志間の空隙を内筒体３の内部と中流域8bとの連通口24、24ａ…と成している。そして、逆止弁５の背部に突設した弁軸25を弁軸摺動リング23に摺動自在に挿入し、弁軸25の周囲に設けた環状凹部26と、弁軸摺動リング23の基端外周に鍔状に突設したバネ受け27との間に逆止弁バネ28を介装し、該逆止弁バネ28にて逆止弁５を閉弁方向に付勢している。
【００１１】次に、逆止弁５の変形例について図６〜９に基づき説明する。図６は、逆止弁５の平面図、図７は正面図、図８は底面図、図９は図６のＢーＢ断面図を示す。逆止弁５は、略キノコ型に形成され、逆止弁口18との対面部29に、逆止弁口18より小径な平坦面30を設けると共に、該平坦面30の中央に円錐状の頂部31を設けている。又、平坦面30より外周に設けた逆止弁座19との着座部（閉弁時の逆止弁座19との接触部）31より更に外周部位から逆止弁５の背部中心（弁軸27）へ向かい徐々に幅小となる傾斜溝33、33ａ…を形成している。この傾斜溝33、33ａ…は、逆止弁５の円周方向に等間隔（狭小間隔Ｓ、S1…）置きに配置して設けている。尚、図９に示す様に、逆止弁５における対面部29は、合成ゴムを被覆形成して、上記の様な形状に形成している。
【００１２】この様な形状の逆止弁５を用いることにより、開弁時において、対面部29における頂部31により、水流が放射状に分流し、続く平坦部35で上流側の圧力を受圧し、一気に全開させる。全開となることで、通水量が増大すると共に、傾斜溝33、33ａ…によって逆止弁５の外周から下流側への水流の流路が規制されるため、水流が整流化され、逆止弁５の形状に沿って下流へ流れる様にしている。
【００１３】又、水撃防止装置１の中流域8bを以下の様に圧力制御する様に成しても良い。かかる圧力制御手段について以下説明する。尚、図４に、後述する水撃防止装置１の関係各部の寸法を示す。この手段によって、水撃防止装置１は、上流側使用圧力の範囲内において、中流域8bの圧力が上流側圧力より、常に一定の値だけ小さい圧力で逃し弁４を開弁する様に制御している。具体的には、逃し弁４に作用する開弁圧力と閉弁圧力の均衡を保持するために、ダイヤフラム14の有効径と逃し弁４の弁座径を略同一に設定（条件１）すると共に、中流域8bの圧力を上流側圧力より常に一定の値だけ小さい圧力に保持する様に、逃し弁バネ17と逆止弁バネ28のバネ荷重を設定（条件２）することで成し得る。条件１については、Ａ−Ｂ−Ｃ＝Ｄ＋α (1)の関係式から導き出された。ここに、Ａ：上流側圧力をダイヤフラムの有効面積で受圧することで生ずる逃し弁に対する閉弁力Ｂ：中流域圧力を逃し弁の弁座内周面積で受圧することで生ずる逃し弁に対する開弁力Ｃ：逃し弁バネの逃し弁に対する開弁力Ｄ：逃し弁を閉弁させるための逃し弁（ゴム）に対する押圧（シール）力α：逃し弁の開閉弁時に内筒体に生ずる摩擦抵抗力である。又、D1：ダイヤフラムの有効径D2：逃し弁の弁座（の中心）径d1：逃し弁の弁座の外側径d2：逃し弁の弁座の内側径P1：上流側圧力P2：中流域圧力（下流側圧力に同じ）
Ｅ：逃し弁の閉弁状態から開弁する時の係数（Ｅは開弁状態から閉弁する時の係数より小さくなるため１とする。）
ΔP ：逃し弁が開弁する時の上流側圧力と中流域圧力との差圧Ｆ：逃し弁バネのバネ荷重ｔ：弁座の厚みとし、これらを用いて、関係式(1) を表すと、 π(D1/2)2P1 −π(D2/2)2P2 −Ｆ＝（π(d1/2)2 −π(d2/2)2)P2Ｅ＋α (1)'となる。更に、P2＝P1−ΔPd1＝D2＋ｔd2＝D2−ｔであるから、これらを関係式(1)'に代入すると、 （πP1/4)(D12 −D2（D2＋4t))＝α−((πΔPD2/4)(D2 ＋4t) −Ｆ） (1)"となる。従って、上記関係式(1)"を成立させるために、 D12＝D2（D2＋4t） (2) α＝（πΔPD2/4)(D2 ＋4t) −Ｆ (3)とすることで、上流側圧力P1が変化しても、この圧力の影響を受けずに、逃し弁４に作用する開弁圧力と閉弁圧力との均衡を安定的に保持できることがわかる。そして、D2≫ｔであるから、 D12＝D2（D2＋4t）より、D1≒D2と成る。
【００１４】条件２は、通常（通水、停水）時に、逃し弁４が閉弁状態を維持することであり、このためには、逆止弁バネ28により減圧されて通水する流体圧力が、中流域8bの圧力より圧力大でなければならない。この条件２を式で表すと、ΔP1＞ΔP ＋Pa＋Pb (4)となる。ここに、ΔP1：逆止弁バネにより生ずる上流側圧力と中流域圧力との差圧ΔP ：逃し弁が開弁する時の上流側圧力と中流域圧力との差圧Pa：逃し弁バネにより生ずる上流側圧力と中流域圧力との差圧Pb：逃し弁の閉弁に必要な最低圧力（ΔP −ΔP1）
である。又、ｘ：逆止弁座（の中心）径D2：逃し弁の弁座（の中心）径Ｆ：逃し弁バネのバネ荷重ｆ：逆止弁バネのバネ荷重とすると、関係式(4) は ΔP1＞ΔP ＋Pa＋（ΔP −ΔP1）
２ｆ／（π(x /2)2 ) ＞２ΔP ＋Ｆ／（π(D2/2)2 ） (4)'となる。従って、この条件２を満たす関係式から、逃し弁バネ17と逆止弁バネ28のバネ荷重Ｆ、ｆを組み合わせ選定し、逃し弁バネ17と逆止弁バネ28を夫々設定する。
【００１５】そして、逃し弁４の弁座（の中心）径 D2 ＝10.95cm 、逆止弁座19の（中心）径ｘ＝5cm 、逃し弁４の弁座11の厚みｔ＝0.1cm とし、所望する逃し弁４の開弁差圧ΔP ＝10kPaとして、上記関係式 (2)から、ダイヤフラム14の有効径D1＝11.15cm が算出された。上記関係式(4)'から、逃し弁バネ17のバネ荷重Ｆ＝24.5Ｎ逆止弁バネ28のバネ荷重ｆ＝39.2Ｎの逃し弁バネ17及び逆止弁バネ28を選択した。上記関係式(3) から、摩擦抵抗力α＝71.15Ｎが算出された。上記の値に基づいて製造した水撃防止装置１を用いて、上流側圧力P1を0.1〜1MPaまで変化させた時、逃し弁４の開弁差圧ΔP は、平均的に約10kPaとなった。従って、この水撃防止装置１は、中流域8bの圧力を上流側圧力P1より常に一定の値（約10kPa）だけ小さい圧力ΔP に保持することができた。
【００１６】次に、水撃防止装置１の配管例を図10、11に基づき説明する。図10は、高置タンク式の給水装置34の概略図を示す。図中、35は水道本管36を導入接続した受水槽であり、該受水槽35は揚水ポンプ37、逆止弁38を介装した揚水管39で建築物40の屋上に配置した高置タンク41に接続し、該高置タンク41より配管接続した給水管42を介して各給水栓43、43ａ…に接続している。そして、水撃防止装置１は上記逆止弁38に並列接続、即ち入口６及び出口７を揚水管39において逆止弁38より上流側及び下流側の夫々にバイパス接続し、排水口９を上記受水槽35に配管接続している。排水口９は、所定の吐水口空間（間隙）を確保して、排水路44に臨み、自然流下で受水槽35へ間接排水する様に成している。尚、上記給水装置34において、逆止弁38を廃し、該逆止弁38と同位置に水撃防止装置１を設置しても良い。この場合、当然ながら、水撃防止装置１の入口６及び出口７の夫々を揚水管39途中の上流側及び下流側に介装接続し、排水口９を受水槽35に接続している。又、上記においては、高置タンク式の給水装置34における水撃防止装置１の配管例を示したが、その他の給水装置において、水撃を生ずる配管途中に水撃防止装置１を介装し、排水口９を受水槽に配管接続しても良い。
【００１７】図11は、工場、その他の作業場などに物品の洗浄用として設置される高圧水噴射用の給水装置45の概略図を示す。この給水装置45は、水道本管46を導入接続した受水槽47にタービンポンプ48、逆止弁49を介装した給水管50の各末端の夫々に、末端器具である高圧水噴射ガン51、51ａ…を接続している。そして、水撃防止装置１は、高圧水噴射ガン51、51ａ…に直列接続する様に給水管50に介装している。接続にあっては、水撃防水装置１の入口６及び出口７を、給水管50の上流側及び下流側の夫々に接続し、排水口９は、上記と同様に吐水口空間を確保して、排水路52に臨み、自然流下で外部に連通するか、又は前記排水路52、52ａ…を受水槽45に配管接続（図示せず）している。
【００１８】次に、水撃防止装置１の作動について、図１〜３、10、11に基づき説明する。先ず、停水状態では、図１に示す様に、逃し弁４及び逆止弁５は閉弁している。そして、通水状態では、図２に示す様に、逃し弁４は上流側圧力により停水時と同様に閉弁したままで、逆止弁５が開弁し、図10、11で示す各給水装置34、45において、その末端機器の給水栓43、43ａ…、高圧水噴射ガン51、51ａ…へ通水する。ここで、給水栓43、43ａ…、高圧水噴射ガン51、51ａ…を閉じた時など、水撃防止装置１の上流側で水撃作用を生ずると、当然、下流側圧力（逆圧）が上流側圧力より大きくなるので、図３に示す様に、逆止弁５は閉弁すると共に、逆圧が、逃し弁４に作用している閉弁圧力に抗することにより、逃し弁４が上流側へ押圧されて開弁し、中流域8bが排水口９を介して排水路44、52、52ａ…に連通して圧力流体を排水する。この様に、逆圧を外部へ排水することにより、水撃作用を防止する。そして、逆圧が無くなり、下流側圧力が上流側圧力以上になるか、又は中流域8bを上記の様に圧力制御したものでは、設定された上流側圧力と中流域圧力（下流側圧力に同じ）との差圧に復帰すると、逃し弁４は閉弁する。又、逃し弁４の開弁時に排出された水は、給水装置34では、排水路44より受水槽35へ投入され、給水装置45では、自然流下により排水されるか、又は排水路52を受水槽47に配管接続したものでは、受水槽47に水が投入される。
【００１９】
【発明の効果】要するに請求項１に係る発明は、上記構成より成るので、配管内に生じた水撃作用による逆圧が、上流側圧力より高くなった時、上流側を逆止弁５にて逆止して、逃し弁４が開弁するため、これにより、下流側からの逆圧を排水口９から外部に放出でき、よって水撃作用により生じる騒音、振動を完全に解消できると共に、従来水撃作用で生じた騒音、振動が一因であった配管設備の故障を激減させることが出来る。
【００２０】又、請求項２に係る発明では、給水装置34の配管39中に介装した逆止弁38に並列接続、又は配管39中に介装すると共に、排水口９を受水槽35に配管接続したので、上記と同様に、水撃作用を完全に防止できると共に、排水口９から放出した排水を受圧槽35に戻すことで、その水を再利用でき、水の浪費が全くないといった経済効果をもたらすことが出来る。
【００２１】又、請求項２に係る発明では、給水装置45の末端器具51、51ａ…に直列接続すると共に、排水口９を外部に放出したので、特に末端器具51、51ａ…が、洗浄用の高圧水噴射ガンの場合、その使用中に高圧水の急激な給停水が繰り返されることで頻繁に生ずる高逆圧に対しても、排水口９から高圧力流体を外部に放出することで、水撃作用を未然に防止できる。又、排水口９を受水槽47に配管接続することにより、水の無駄も解消できる。
【００２２】又、請求項４に係る発明では、ダイヤフラム14が受圧する逃し弁４の閉弁圧力と逃し弁４自体が受圧する開弁圧力との圧力均衡を保持する様に、ダイヤフラム14の有効径D1と弁座11の弁座径D2を略同一に設定すると共に、中流域8bの圧力P2を上流側圧力P1より常に一定の値だけ小さい圧力ΔP に保持する様に、逃し弁バネ17と逆止弁バネ28のバネ荷重Ｆ、ｆを設定したので、中流域8bの圧力P2と上流側圧力P1との差圧ΔP を給水装置における個々の性質、特質などに対応する様に設定すれば、その給水装置の特性に逃し弁４の開弁の作動性能を対応させられ、よって、いかなる給水装置においても、対応可能な水撃防止装置１を提供できる。
【００２３】又、請求項５に係る発明では、内筒体３を断面円形状に形成し、一方、外箱２内部において、内筒体３との摺動面12には、その円周方向で等間隔置きに凹溝13、13ａ…を形成したので、内筒体３における摺動面12との摺動面積を減少できると共に、内筒体３の強度を低下させずに、薄肉軽量化を図ることができるため、内筒体３の強度の許す限り、内筒体３の摺動抵抗を減少させられ、その結果、通水時における圧力流体の圧力損失の軽減で給水性能を向上させたり、又は給水装置における給水用ポンプの小型化を図ることができる。
【００２４】又、請求項６に係る発明では、内筒体３の外周をテフロンコーティングしたことにより、外箱２に対する内筒体３の摩擦抵抗を軽減でき、上記と同様に、圧力損失の低減を図ることができる。
【００２５】又、請求項７に係る発明では、逆止弁５は、逆止弁口18の対面部29に、逆止弁口18より小径な平坦面30を設けると共に、該平坦面30の中央に円錐状の頂部31を設け、逆止弁座19との着座部32より外周側から逆止弁５背部の中心へ向かい徐々に幅小となる傾斜溝33、33ａ…を、逆止弁５の円周方向で等間隔置きに形成したので、逆止弁５の背部側で渦流を生じさせない様にして、水の流れを阻害することなく、水流を逆止弁５の形状に沿う様に、上流から下流へスムーズに流動させることにより、流路８中に存する逆止弁５によって生ずる圧力損失をより低くでき、これにより、上記と同様なる効果を発揮できる等その実用的効果甚だ大である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１６５２９５
【氏名又は名称】兼工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２２日（１９９９．１２．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７３２８７
【弁理士】
【氏名又は名称】西山 聞一
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７３８７８（Ｐ２００１−１７３８７８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６３９７６ |
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