JPH0567837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、各種配管や機器内に発生するウオー
ターハンマーを防止する装置に関する。

(ロ) 従来の技術 従来、配管内での異常音や、漏水の原因となる
ウオーターハンマーを防止するためのウオーター
ハンマー防止装置として各種形態のものが提供さ
れており、その１形態として、ウオーターハンマ
ーによつて発生した急激な圧力変動を、配管内の
配設したスプリング付勢の弁体やシヨツクアブゾ
ーバ等を用いて吸収させるものがある。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 しかし、かかるウオーターハンマー防止装置に
おいては、弁体の後退量は、入口側、即ち一次側
圧力と釣り合うため、一口側の圧力の変動に伴つ
て中立位置が著しく変動し、また、ウオーターハ
ンマーを吸収するためには、弁体を中立位置以上
に後退しなければならず、従つて弁体移動容器が
大きくなり、ウオーターハンマー防止装置の全体
の構造を大型化することになつていた。

また、上記したウオーターハンマー防止装置は
専らウオーターハンマー防止を目的として開発さ
れたものであるため、ウオーターハンマー防止装
置の下流側、即ち二次側流路内の流動圧を通常動
作において一定に保持する機能、即ち、調圧機能
を有していなかつた。

本発明は、上記問題点を解決することができる
ウオーターハンマー防止装置を提供することを目
的とする。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、イ）両端を閉塞した筒上のウオータ
ーハンマー防止装置取付筒と、ロ）同取付筒の内
壁に軸線方向に間隔を開けて設けた一次側流路及
び二次側流路と、ハ）同取付筒内に、一次側流路
と二次側流路との間で進退自在に配設した弁体
と、ニ）ウオーターハンマー防止装置取付筒の内
壁と弁体の外壁との間に形成し、一次側流路及び
二次側流路とを連通するとともに、弁体の進退移
動によつて、その開口面積を可変とする絞り部
と、ホ）ウオーターハンマー防止装置取付筒内の
一端側に配設し、弁体を、絞り部の開口面積を増
大する方向に常時付勢する弁体付勢手段とを具備
し、同弁体付勢手段を、基端をウオーターハンマ
ー防止装置取付筒の一端側底壁に当接するととも
にその他端で中間バネ受けを当接支持するウオー
ターハンマー防止用バネと、基端を中間バネ受に
当接支持するとともに、その他端を弁体の一側端
面に当接した調圧用バネとから構成し、かつ、ウ
オーターハンマー防止用バネを大きなバネ定数に
設定するとともに、調圧用バネを小さなバネ定数
に設定し、さらに、以下の式で表される二次側
流路に発生する二次側弁体押圧力F₂を、Ac−Av
を可及的に小さく設定することによつて、以下の
式で表されるようにし、略、二次側弁体押圧力
F₂のみと協働して弁体を進退移動し、絞り部の
開口面積を調整して調圧を行うことができるよう
にしたことを特徴とする調圧機能を有するウオー
ターハンマー防止装置に係るものである。

F₂＝P₂・Av＋（Ac−Av）P₁ …… 式中、 P₁： 一次側流路の一次側圧力 P₂： 二次側流路の一次側圧力 Av： 弁体の一端側受圧面の受圧面積 Ac： 絞り部におけるウオーターハンマー防
止取付筒の横断面積 F₂≒P₂・Av …… 本発明は、また、上記構成において、弁体の外
周面に軸線方向にスリツトを形成して補助流路と
なし、ウオーターハンマー発生の際、弁体の閉方
向への移動に連動して、一次側流路から二次側流
路に、弁体の移動面積に相当する水を流入可能と
したことにも特徴を有する。

(ホ) 作用及び効果 上記構成によつて、本発明は、以下の効果を奏
する。

ウオーターハンマー発生時には、二次側弁体
押圧力が弁体付勢手段の付勢力より著しく大き
くなり、弁体を閉方向に急激に移動することに
なるが、大きなバネ定数を有するウオーターハ
ンマー防止用バネによつてウオーターハンマー
の圧力エネルギーを効果的に吸収することがで
きる。従つて、配管系統や各種機器内での異常
音や漏水事故等の発生を確実に防止することが
できる。

一方、通常作動時においては、二次側圧力に
微妙な変動が生じた場合であつても、同変動に
応じて、ちいさなバネ定数を有する調圧用バネ
が収縮し、この収縮によつて弁体を閉方向に移
動することができるので、二次側圧力を正確か
つ確実に調圧することができ、同圧力を常時一
定に保持することができる。

ウオーターハンマー発生時に、弁体の閉方向
への移動に連動して、一次側流路から、弁体移
動容積に相当する水を二次側流路に流入させる
補助流路を具備するので、同補助流路を通して
一次側流路から二次側流路に水を流入すること
ができ、弁体を速やかに移動することができ
る。従つて、ウオーターハンマーによつて生じ
る圧力エネルギーを速やかに吸収することがで
き、上記した異常音や漏水事故等の発生を確実
に防止することができる。

弁体付勢手段によつて弁体を常時開弁方向に
付勢し、かつ、同弁体付勢手段を、略、二次側
流路に発生する二次側弁体押圧力のみと協働し
て弁体を進退移動し、連絡流路の開口面積を調
整して調圧を行うようにしたので、一次側圧力
の変動による影響を防止することができる。従
つて、弁体の移動容積を可及的に小さくでき、
ウオーターハンマー防止装置をコンパクトに形
成することができる。

(ヘ) 実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明
を詳説する。

第１図において、１０は浴室等の壁面Ｗに取付
けた湯水混合栓であり、同湯水混合栓１０は、給
水路と給湯路を左右に具備しており、同給水路と
給湯路とには、給水立ち上げ管１１と給湯立ち上
げ管１２とが連通連結されている。なお、１２ａ
は吐水口である。

本実施例において、ウオーターハンマー防止装
置Ｂは、かかる給水立ち上げ管１１及び給湯立ち
上げ管１２内に内蔵されている。しかし、ウオー
ターハンマー防止装置Ｂの取付個所は、何ら上記
個所に限定されるものではなく、他の個所、例え
ば、止水栓内に取付けることもできる。

以下、同ウオーターハンマー防止装置Ｂの構造
を、第２図及びその模式図である第３図を参照し
て具体的に説明する。なお、湯水混合栓１０の構
造は、周知の構造なので、その説明は省略する。

第２図において、２０は中空筒上の給水立ち上
げ管本体であり、同給水立ち上げ管本体２０は、
その上部一側側壁に湯水混合栓１０の給水路や給
湯路と連結する開口２１を設けるとともに、その
下部他側側壁に給水配管や給湯配管と連絡する筒
状連結部２２を設けている。

また、給水立ち上げ管本体２０は、内部にウオ
ーターハンマー防止装置Ｂを組み込んだウオータ
ーハンマー防止装置取付筒２３と、同取付筒２３
に並設した止水栓等取付部２４とからなる。

そして、止水栓取付部２４の内部には連絡流路
２５が設けられており、同連絡流路２５の上端
は、ウオーターハンマー防止装置取付筒２３の上
部側壁に設けた流入開口２６を通して、同取付筒
２３の上部空間に設けた絞り部２７と連通してい
る。

一方、連絡流路２５の下端は、ストレーナ２８
を具備する止水栓２９によつて、筒状連結部２２
に連通連結している。

そして、上記構成において、連絡流路２５内に
は、一次側流路R₁が形成されており、開口２１
内には、二次側流路R₂が形成されることになる。

ついで、ウオーターハンマー防止装置Ｂの構成
について説明すると、ａはウオーターハンマー防
止装置取付筒２３内の上部に配設したプランジヤ
ー状の弁体であり、同弁体ａは、軸線方向に移動
自在に配設されている。

そして、かかる弁体ａは、上下拡径部ａ−１，
ａ−２と、中間縮径部ａ−３から形成されてお
り、上拡径部ａ−１は、通常動作時は、流入開口
２６の上部に位置する取付筒２３内に位置してお
り、中間縮径部ａ−３は流入開口２６と連通可能
な取付筒２３内の位置に位置しており、下拡径部
ａ−２は、取付筒２３内の流入開口２６より下部
をなす位置に位置している。

また、ウオーターハンマー防止装置取付筒２３
内の下部には、上記弁体ａを、通常動作時は、上
記した位置に保持する弁体付勢手段ｂが配設され
ている。

そして、かかる弁体付勢手段ｂは、ウオーター
ハンマー防止取付筒２３内に軸線方向に直列に配
設したウオーターハンマー防止用バネｃと、調圧
用バネｄと中間バネ受３０とから形成されてい
る。

ウオーターハンマー防止用バネｃは、基端をウ
オーターハンマー防止装置取付筒２３の下部底壁
２３ａに当接支持するとともに、その上端でカツ
プ状の中間バネ受３０のフランジ部を当接支持し
ている。

一方、調圧用バネｄは、基端を中間バネ受３０
のカツプ部分に収納するとともに、その上端を弁
体ａ内部に形成した長尺穴３１内に収納するとと
もに、弁体ａの上部壁３２に当接している。

なお、第２図において、３３はウオーターハン
マー防止装置取付筒２３の下部に設けた空気流入
孔であり、バネｃ，ｄの作動を円滑なものにする
ため設けたものである。

さらに、第２図において、ｅは弁体ａの上拡径
部ａ−１の外周面に沿つて軸線方向に設け、補助
流路を形成するスリツトであり、後述するよう
に、ウオーターハンマーによる圧力変動を吸収す
るために弁体ａを閉方向に移動した場合に、一次
側流路R₁から二次側流路R₂への流入量を漸減す
ることができる。なお、かかる補助流路は、弁体
ａの上拡径部ａ−１をテーパ上にすることによつ
ても形成することができる。

また、上記構成を有するウオーターハンマー防
止装置Ｂにおいて、弁体付勢手段ｂの弁体付勢力
の内、弁体初期付勢力F₁は、二次側流路R₂内に
発生する二次側弁体押圧力F₂と等しくなるよう
に設定されている、即ち、F₁＝F₂である。

そして、本実施例では、二次側弁体押圧力F₂
は、正確には、F₂＝P₂・Av＋（Ac−Av）P₁で表
されることになる。

ここで、P₁は止水栓側の一次側圧力であり、
P₂は、湯水混合栓側の二次圧力を示す。また、
Avは弁体ａの後部受圧面の受圧面積であり、Ac
は絞り部２７における取付筒２３の横断面積であ
る。

これによつて、通水動作時において、一次側流
路R₁内の一次側圧力P₁や二次側流路R₂内の二次
側圧力P₂が変動した場合は、その変動量に応じ
て弁体ａが移動して絞り部２７の開口面積Ａ（第
３図）を調整して、水の流入量を自動的に調整す
ることができる。

さらに、本実施例では、第２図及び第３図に示
すように、Ac−Avの値をできるだけ小さくす
る、即ち、絞り部２７における取付筒２３の横断
面積と弁体ａの受圧面積Avとの差である投影面
積を可及的に小さくしているので、上記式を、
F₁≒P₂・Avで表すことができる。

従つて、弁体付勢手段ｂによつて弁体ａを常時
開弁方向に付勢し、かつ、同弁体付勢手段ｂを、
略、二次側流路に発生する二次側弁体押圧力のみ
と協働して弁体ａを進退移動し、絞り部２７の開
口面積Ａを調整して調圧を行うようにしたので、
一次側圧力の変動による影響を防止することがで
きる。従つて、弁体ａの移動容積（絞り部２７の
開口面積Ａ×弁体ａのストローク）を可及的に小
さくでき、ウオーターハンマー防止装置Ｂをコン
パクトに形成することができる。

また、本実施例において、弁体付勢手段ｂは、
直列に連結したウオーターハンマー防止用バネｃ
と調圧用バネｄによつて形成されているが、ウオ
ーターハンマー防止用バネｃはバネ定数k₁の大き
いバネから形成する一方で、調圧用バネｄはバネ
定数k₁の小さいバネから形成している。

従つて、両バネｃ，ｄの合成バネ定数をk₀、両
バネｃ，ｄの合成バネ力、即ち弁体付勢力をＦ、
弁体ａのストローク両をＳとすると、合成バネ定
数k₀及び付勢力Ｆは、それぞれ、次式で表され
る。

k₀＝k₁k₂／（k₁＋k₂） …… Ｆ＝k₀Ｓ＝［k₁k₂／（k₁＋k₂）］Ｓ …… 即ち、弁体付勢力Ｆは、第４図に示すようにス
トロークＳが一定値になるまでは漸増し、一定値
に達すると、急増することになる。

従つて、通常の圧力変動範囲では、合成バネ定
数k₀は小さいので、二次側流路R₂内の二次側圧
力P₂のわずかな上昇に対しても、弁体ａが移動
して絞り部２７に機構面積Ａを絞ることになり、
ウオーターハンマー防止装置Ｂに調圧機能を付与
することができ、二次側圧力を常時一定に保持す
ることができる。

一方、止水動作を急激に行うことによつて、ウ
オーターハンマーが発生した場合には、一次側圧
力P₁と二次側圧力P₂はともに圧力上昇すること
になる。そして、かかる圧力上昇によつて、F₁
＜F₂となる。しかして、本実施例では、弁体ａ
は閉方向に移動して、弁体付勢手段ｂを圧縮する
ことになり、ウオーターハンマーの有する瞬間的
圧力エネルギーは、弁体付勢手段ｂの圧縮弾性エ
ネルギーに変換され、吸収されることになる。

この際、本実施例では、第４図に示すように、
バネ定数はウオーターハンマー防止用バネｃのバ
ネ定数k₁となるので、二次側流路R₂内の二次側
圧力P₂の急激な上昇に対しても、弁体ａが移動
して絞り部２７の開口面積Ａを絞ることになり、
ウオーターハンマーによる急激な圧力変動を効果
的に吸収することができる。

また、本実施例では、弁体ａの外周面には補助
流路を形成するスリツトｅが設けられているの
で、同スリツトｅを通して弁体ａの移動容積（絞
り部２７の開口面積Ａ×弁体ａのストローク）に
相当する水が止水栓側から湯水混合栓側へ速やか
に流入させることができる。従つて、弁体ａを速
やかに閉方向に移動させてウオーターハンマーに
よる圧力変動をより速やかにかつ確実に吸収する
ことができる。

なお、第２図におけるその他の構成要素につい
て説明すると、３５は塞蓋、３６，３７はＯリン
グ、３８は連結用袋ナツトである。

また、第５図に他の実施例を示しており、本実
施例は、実質的に、上記した実施例（第２図及び
第３図）にかかるウオーターハンマー防止装置Ｂ
と同様な構成を有しており、ただ、中間縮径部ａ
−３に代えて、弁体ａの内部に軸線方向通路ａ−
４と半径方向通路ａ−５とからなるＴ字形状の流
水路を設け、半径方向通路ａ−５を一次側流路
R₁と連通するとともに、軸線方向通路ａ−４の
上端を二次側流路R₂に連通した構成に特徴を有
するものである。

かかる構成においても、給水動作時において、
二次側弁体圧力F₂の変動があつた場合は、弁体
付勢手段ｂによつて弁体ａを常時開弁方向に付勢
し、かつ、弁体付勢手段ｂを、実質的に、二次側
流路R₂に発生する二次側弁体押圧力F₂のみと協
働して弁体ａを進退移動し、絞り部２７の開口面
積Ａを調整して調圧を行うようにしたので、一次
側圧力P₂の変動による影響を防止することがで
きる。従つて、弁体ａの移動容積の可及的に小さ
くでき、ウオーターハンマー防止装置Ｂをコンパ
クトに形成することができる。

なお、上記実施例に係るウオーターハンマー防
止用バネｃと調圧用バネｄとを具備するウオータ
ーハンマー防止装置Ｂと同様に、ウオーターハン
マー防止機能と調圧機能とを有するウオーターハ
ンマー防止装置Ｃを単一種類の弁体付勢バネｈを
用いて製作した場合に要する要設置空間につい
て、具体的数値に与えて検討したので、以下、第
６図及び第７図を参照して説明する。

なお、第６図ａ，ｂは、本実施例に係るウオー
ターハンマー防止装置Ｂの弁構造を模式化したも
のであり、第７図ａ，ｂは弁体付勢バネｈを具備
するウオーターハンマー防止装置Ｃの弁構造を模
式化したものである。

まず、本実施例に係るウオーターハンマー防止
装置Ｂに場合について説明すると、ウオーターハ
ンマー防止用バネｃと調圧用バネｄは、取付時に
は第６図ａに示す形態を取り、弁体ａの長さｌは
35mmとし、中間バネ軸受３０の長さｍを13.5mmと
し、全長L₁を68.5mmとすると、最大荷重時には第
６図ｂに示す収縮形態を採る。

なお、第６図ｂにおいて、収縮時のウオーター
ハンマー防止用バネｃの長さｎは12.5mmとなる。

いま、ウオーターハンマー防止用バネｃのバネ
定数k₁を3.044Kgｆ／mm²とするとともに調圧用バ
ネｄのバネ定数k₁を0.1177Kgｆ／mm²とすると、最
大荷重Fmaxは、Fmax＝3.044×（20.5−12.5）＝
24.352Kgｆとなる。なお、20.5mmは、ウオーター
ハンマー防止用バネｃの自然長である。

また、上記最大荷重Fmaxを、第７図ａ，ｂに
示すウオーターハンマー防止装置Ｃによつて得よ
うとすると、全長L₂は、以下の如くなる。

なお、線径が細い調圧用バネｄを用いる場合
は、許容荷重を越えてしまうために、弁体付勢バ
ネｈのバネ定数Ｋは調圧用バネｄのバネ定数k₁と
するが、弁体付勢バネｈの線径及び中心径をウオ
ーターハンマー防止用バネｃのものを用いて計算
した。

いま、L_D＝密着長（第７図ｂ）、L_S＝取付時寸
法（第７図ａ）、弁体付勢バネｈの線径ｄ＝2.6
mm、弁体付勢バネｈのコイル直径Ｄ＝17mmとする
と、有効巻数Ｎは、Ｎ＝Gd⁴／8KD³＝7000×
2.6⁴／８×0.1177×17³＝69.15となる。

これより、L_D＝（69.15＋２）×2.6＝184.99mmと
なる。

また、L_Fを自然長とすると、１Kgｆ／cm²の調
圧した場合、 （L_F−L_S）×0.1177＝π （L_F−L_D）×0.1177＝24.352 ∴L_S＝L_D−（π−24.352）／0.1177＝362.5mm 従つて、L₂＝35＋L_S＝400.2mm＝5.84L₁となる。

即ち、単一種類の弁体付勢バネｈを用いてウオ
ーターハンマー防止作用と調圧作用を行わせよう
とすると、約６倍の長さが必要となる。

以上の検討例からも明らかなように、本実施例
に係るウオーターハンマー防止装置Ｂは、コンパ
クトな形態で、ウオーターハンマー防止作用と調
圧作用とを発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る調圧機能を有するウオー
ターハンマー防止装置を具備する湯水混合装置の
正面図、第２図は１実施例に係るウオーターハン
マー防止装置の内部構造説明図、第３図は同ウオ
ーターハンマー防止装置の模式図、第４図は弁体
付勢力と弁体のストロークとの関係を示すグラ
フ、第５図は他の実施例に係るウオーターハンマ
ー防止装置の内部構造説明図なお、第６図ａ，ｂ
は本実施例に係るウオーターハンマー防止装置Ｂ
の弁構造の模式図、第７図ａ，ｂは弁体付勢バネ
ｈを具備するウオーターハンマー防止装置Ｃの弁
構造の模式図である。 図中、Ａ……開口面積、Ｂ……ウオーターハン
マー防止装置、ｃ……ウオーターハンマー防止用
バネ、ｄ……調圧用バネ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １イ 両端を閉塞した筒状のウオーターハンマー
   防止装置取付筒２３と、 ロ 同取付筒２３の内壁に軸線方向に間隔を開け
   て設けた一次側流路R₁及び二次側流路R₂と、 ハ 同取付筒２３内に、一次側流路R₁と二次側
   流路R₂との間で進退自在に配設した弁体ａと、 ニ ウオーターハンマー防止装置取付筒２３の内
   壁と弁体ａの外壁との間に形成し、一次側流路
   R₁及び二次側流路R₂とを連通するとともに、
   弁体ａの進退移動によつて、その開口面積を可
   変とする絞り部２７と、 ホ ウオーターハンマー防止装置取付筒２３内の
   一端側に配設し、弁体ａを、絞り部２７の開口
   面積を増大する方向に常時付勢する弁体付勢手
   段ｂとを具備し、 同弁体付勢手段ｂを、基端をウオーターハンマ
   ー防止装置取付筒２３の一端側底壁２３ａに当接
   するとともにその他端で中間バネ受け３０を当接
   支持するウオーターハンマー防止用バネｃと、基
   端を中間バネ受け３０に当接支持するとともに、
   その他端を弁体ａの一側端面に当接した調圧用バ
   ネｄとから構成し、 かつ、ウオーターハンマー防止用バネｃを大き
   なバネ定数k₁に設定するとともに、調圧用バネｄ
   を小さなバネ定数k₂に設定し、 さらに、以下の式で表される二次側流路R₂
   に発生する二次側弁体押圧力F₂を、Ac−Avを可
   及的に小さく設定することによつて、以下の式
   で表されるようにし、略、二次側弁体押圧力F₂
   のみと協働して弁体ａを進退移動し、絞り部２７
   の開口面積を調整して調圧を行うことができるよ
   うにしたことを特徴とする調圧機能を有するウオ
   ーターハンマー防止装置。 F₂＝P₂・Av＋（Ac−Av）P₁ …… 式中、 P₁： 一次側流路R₁の一次側圧力 P₂： 二次側流路R₂の一次側圧力 Av： 弁体ａの一端側受圧面の受圧面積 Ac： 絞り部２７におけるウオーターハンマ
   ー防止取付筒２３の横断面積 F₂≒P₂・Av …… ２ 弁体ａの外周面に軸線方向にスリツトｅを形
   成して補助流路となし、ウオーターハンマー発生
   の際、弁体ａの閉方向への移動に連動して、一次
   側流路R₁から二次側流路R₂に、弁体ａの移動面
   積に相当する水を流入可能としたことを特徴とす
   る請求項１記載の調圧機能を有するウオーターハ
   ンマー防止装置。