JPH08270806A - 自動圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 送水先側の圧力低下が小さい場合には小径の
弁を開放し、圧力低下が大きい場合には小径の弁と大径
の弁を併せて開放し、それによって弁体内部で生じるキ
ャビテーションを減少させてハンチングの発生を抑制す
るとともに、これらの達成を助長するため、弁座及び弁
板の断面形状を改良した自動圧力調整弁を供給する。 【構成】 弁本体１の内部を分割する隔壁に大径孔３を
穿設し、大径孔を閉鎖する大径弁６には小径孔８を穿設
し、小径孔を閉鎖する小径弁１０の一定範囲の上昇に伴
い大径弁を連動して開放し得べくし、小径弁に突設した
ピストンロッド１３を弁体内部に埋設したシリンダ１７
内を摺動するピストン１６に連結し、ピストンによって
分割されたシリンダの貯留室２１を弁本体の流入室４に
直結するとともに、シリンダの流通室２０と弁本体の流
入室を制御部２５を介して連結し、更に流通室をパイロ
ット弁２６を介して弁本体の流出室と連結する。また、
弁座９及び弁の隅角部の断面を曲面に置き換え、キャビ
テーションの発生を減少させる助けとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば上水道等に使用さ
れる自動圧力調整弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば上水道の給水に於ては、給水管の
漏水を最小限度に抑制するために、送水元から最終送水
先に至るまでの間に給水圧力を段階的に小さくし、しか
も良好な給水状態を得るために、送水先での水の使用に
応じて送水元からの水の供給量を調整する圧力調整弁が
公知である。

【０００３】このような圧力調整弁は各種各様のものが
供給されているが、おおむね、装置をはさんで送水元側
を高圧に、また、送水先側を低圧にし、その圧力差が一
定の範囲にある場合には圧力調整弁が閉鎖状態を維持し
続け、例えば各家庭などの水使用により送水先側の圧力
が定められた値より低下した場合に、弁が開放されて送
水先の需要に応じた送水元からの水の供給が行えるよう
にしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来形式の送水先での
圧力の低下によって開放される圧力調整弁は、送水先で
の急激で大きい圧力低下に対しては適当に対応できるも
のの、送水先の小さな圧力の低下に対しては、その内部
の弁構造をわずかに開放することによって対応するた
め、大きな弁構造をわずかに開放して小さな圧力低下に
応じるという、弁構造に於ては最悪の作動状況を避ける
ことができない。

【０００５】そのような作動は、極めて簡単にキャビテ
ーションを発生させ、それがハンチングを引き起こす最
大の原因となることが否定できず、継続的に繰り返しそ
のような状態が続く場合には圧力調整弁本体はもとよ
り、それに接続された各種の装置部品にも多大な悪影響
を及ぼすものである。

【０００６】そのような支障の発生を減少させるために
圧力調整弁の設計を変更し、より精度の高い部品を組み
込んで弁構造の微妙な動作を達成しようとすると、弁本
体もしくはその周辺に別部品を設置せざるをえず、必然
的に完成品のコストを引き上げる結果となってしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述のごとく、小さな流
量に対して大径の弁を開度を小さく使用するとキャビテ
ーションが生じ易いという問題は、直径の小さな弁を小
さな流量に対して使用することで解決できるのである
が、単に弁の直径を小さくするだけでは、大きな流量が
要求された場合に対応できない。

【０００８】このようなジレンマを除去するには、直径
の小さな小径弁と直径の大きな大径弁を用意し、送水先
側の圧力低下が小さい場合には小径弁を、また大きい場
合には大径弁を併せて使用することにより、無用のキャ
ビテーションを引き起こさずハンチングが生じにくい弁
装置を得られると考えられる。

【０００９】これら小径弁と大径弁の関係は、作動の開
始に当たって、まず小径弁が開放され、小径弁の能力が
一杯に利用された後に小径弁と連動する形で大径弁が開
放されるのが望ましい。

【００１０】したがって、弁本体の隔壁にに大径孔を穿
設しそれを大径弁で閉鎖し、大径弁に小径孔を穿設し、
小径孔を大径弁に対して一定範囲で独立して移動できそ
の範囲を超えると大径弁を一体的に移動させる小径弁で
閉鎖し、小径弁を適当な制御手段により駆動できるよう
にすれば、小さな圧力低下に対して小径弁、大きな圧力
低下に対して小径弁と大径弁が作動して対応する装置を
得ることができる。

【００１１】更に、キャビテーションの防止に関して考
究すると、第６図のごとく円孔を送水元側から弁板によ
って閉鎖する場合、円孔の周囲に弁座９’となる周縁を
突設し、弁板１０’に固定したシール材１１’（ゴムデ
ィスク等）をその弁座９’に圧接して目的を達成する
が、その弁座９’である突設周縁の先端部の断面形状並
びに弁板１０’にシール材を固定するための固定板１
２’は、それらの縁部が隅角部を備えた断面矩形的な構
造であり、隅角部とその間に形成された弁座の端面が通
過流体の滑らかな移動を妨げ、それによって二つの隅角
部の送水先側に面した方の隅角部に近接した位置にキャ
ビテーションを発生させる。

【００１２】このようなキャビテーションは当然ハンチ
ングの原因となり、弁板の振動、騒音の発生、付近の金
属部分やシール材の損耗を引き起こし、弁装置全体の管
理維持に多大の影響を与える。そのような損耗は図６に
示すごとく、弁板１０’や固定板１２’等の隅角部、更
にはシール材１１’のＡ，Ｂ，Ｃで示された 部分を甚
だしく損耗させる結果となる。

【００１３】勿論、狭い空隙に加圧された流体を通過さ
せようとする場合、発生するであろうキャビテーション
を完全に除去することは不可能であるが、流体の流れを
なるべく円滑に行わせ、また、空隙の形状を考慮するこ
とによってキャビテーションの発生する位置を変更し、
弁装置の金属部分並びにシール材が被る影響を抑制する
ことが可能である。

【００１４】その手段としては、図５のごとく弁座９並
びにシール材１１の固定板１２の縁部の先端断面形状を
半円形もしくは曲面にすることが有効であり、それによ
って弁座９の送水元側の水流を円滑にするとともに、送
水先側のキャビテーション発生量を減少させ、更に、キ
ャビテーション発生位置を弁座９並びにシール材１１か
らより離れた位置に移動させることができる。

【００１５】加えて、小径弁と大径弁を開放するには、
まず小径弁を開放し次いで小径弁に懸垂される形で大径
弁を開放するようにこれらの弁を相互に連結し、小径弁
を水圧により移動するピストンのピストンロッドに連結
して駆動する。これによってピストンの移動は小径弁に
伝達されてそれを開放し、小径弁が一定範囲以上に移動
すると大径弁が開放されて、要求される大圧力が供給さ
れる。

【００１６】この小径弁と大径弁を駆動するピストン
は、弁装置本体内部の小径弁上方に設置したシリンダ内
に配置され、シリンダはピストンによって流通室と貯留
室に分割される。

【００１７】貯留室は弁本体の流入室（送水元側）に連
通され、ピストンが上下方向に移動するようにシリンダ
が設置されている場合、流入室の水圧は貯留室に於て常
時ピストンの下面に加えられている。

【００１８】また、流通室はシリンダ内のピストン上面
に設けられ、弁本体の流入室並びに弁本体の流出室（送
水先側）に接続され、本体の流入室とシリンダの流通室
の間には流量調節装置並びにストレーナーなどが介置さ
れ、シリンダの流通室と本体の流出室の間にはパイロッ
ト弁などが設置され、パイロット弁が開放されるとシリ
ンダの流通室内の水の一部が本体の流出室に流れ込み、
それに伴って本体の流入室の水が、流量調節装置、スト
レーナー等を通過してシリンダの流通室に流れ込み、シ
リンダの流通室の失われた圧力を補充しようとする。

【００１９】弁本体隔壁の大径孔を閉鎖する大径弁の小
径孔を小径弁が閉鎖しており、小径弁を開放するための
ピストンがシリンダの最下端に位置せしめられ、更に前
述のパイロット弁が閉じている弁本体の閉鎖状態では、
ピストンの上下両面と小径弁及び大径弁の流入室に対し
た面が本体の流入室からの同一の水の圧力を受け、ピス
トンはその位置を維持せしめられるとともに、小径弁と
大径弁はそれらに対応する弁座に押圧せしめられてい
る。

【００２０】弁本体の流出室に連結された送水先で水が
使用され、流出室の圧力がパイロット弁の開放設定圧力
より低くなると、小径弁と大径弁は閉鎖されたままで、
シリンダの流通室の水はパイロット弁を経て弁本体の流
出室へ流れ込み、流通室の水圧を低下させる。この場
合、弁本体の流入室からシリンダの流通室へ水が供給さ
れるが、この流路に介置した流量調整装置を予め適当に
設定しておくことにより、流通室への水の供給が緩慢に
なるように制御する。

【００２１】このような状態では、シリンダの流通室の
圧力が大きく低下し、流入室の水は貯留室に流入してピ
ストンを上方へ押し上げ、ピストンの移動はピストンロ
ッドにより連結されている小径弁を上昇させ、流入室の
水は小径弁による閉鎖が解除された小径孔から流出室へ
流入する。この流入によって送水先側の圧力がパイロッ
ト弁の設定圧力より上昇した場合には、パイロット弁が
閉鎖し、シリンダの流通室内の圧力は徐々に上昇し、ピ
ストンの上下両面にかかる圧力が等しくなるため、小径
弁に加えられている送水元側の圧力により、小径弁及び
ピストンが下降せしめられ、小径弁が小径孔を閉鎖して
停止する。

【００２２】小径弁の開放だけで足りない場合には、ピ
ストンの上昇に伴い小径弁が一定範囲上昇して小径孔が
開放された後に、更に小径弁が上昇し、大径弁を引き上
げて大径孔を開放し、流入室の水が大径孔から流出室へ
流入する。これによって水圧がパイロット弁の設定圧力
に到達すると、パイロット弁が閉鎖され、流通室の圧力
が高まり、前述の小径弁を閉じた場合と同様の動作で、
大径孔及び小径孔が閉鎖される。

【００２３】

【実施例】図１乃至図４に従い本発明の具体的実施例を
説明すると、図中１は弁装置本体、２は大径孔３が穿設
された隔壁で、弁装置本体１を流入室４（送水元側）と
流出室５（送水先側）に分割している。６はその下方周
縁部にシールリング７が突設され且つ小径孔８が穿設さ
れている大径弁で、小径孔８の周縁には上方に向かって
設置された突縁が弁座９を形成するとともに、大径弁６
は流入室４内にあって隔壁２の大径孔３を閉鎖してい
る。

【００２４】小径孔８を閉鎖する小径弁１０は大径弁６
の上方に設置され、その下面には大径弁６の小径孔８の
弁座９に当接して小径孔８を閉鎖するためのシール材１
１が固体板１２を介して固定されると共に、その上面に
はピストンロッド１３が突設されている。小径弁１０の
下面、固定板１２の下面及び弁座９の上方縁部に存在す
る隅角部は、すべて曲面により構成し、水流が隅角部に
よって乱されて発生するキャビテーションを減衰させる
ように工夫されている。

【００２５】１４はピストンロッド１３が貫通する連結
板で連結脚１５、１５により大径弁６に固定されてお
り、小径弁１０は大径弁６と連結板１４の間で一定範囲
だけ独立して移動できるように連結されており、図４の
ごとく大小二つの弁が閉鎖されているときにピストンロ
ッド１３が上昇すると、図１のごとくまず小径弁１０が
上昇を開始して小径孔８が開放され、小径弁１０が連結
板１４に当接してこれを図２のごとく上昇させると、そ
れに伴って大径弁６が上昇して大径孔３が開放されるこ
とになる。

【００２６】１６は、弁装置本体１の上方に配設された
シリンダ１７内を図中上下方向に摺動するピストンで、
その下面には小径弁１０のピストンロッド３が固定され
ており、上面には操作ロッド１８が延長されている。ピ
ストン１６によってシリンダ１７は上下二室に分割され
ており、シリンダ１７の上方開口部は蓋体１９によって
閉鎖されピストン１６と蓋体１９によって流通室２０が
形成され、シリンダ１７の下方底面１７’とピストン１
６によって貯留室２１が形成されている。

【００２７】シリンダ１７の下方底面１７’には通孔２
２が穿設されており、流入室４と貯留室２２が連通され
ると共に、シリンダ１７上方の流通室２０は流入導管２
３によって弁本体１の流入室４に連結され、流出導管２
４によって流出室５に連結されている。

【００２８】流入導管２３はその中間部に制御部２５を
備えており、制御部２５はオリフィス、チャッキ弁、ス
トレーナー等によって構成され、弁本体１の流入室４か
らシリンダ１７の流通室２０に流入する圧力水の流入度
合いの調整を行う。

【００２９】流出導管２４はその中間部に予め圧力を設
定されたパイロット弁２６を備えており、パイロット弁
２６に作用する圧力が設定値よりも低下すると、パイロ
ット弁２６が開いて、シリンダ１７の流通室２０の水が
流出導管２４を経て弁本体１の流出室５へ流出する。

【００３０】２７は蓋体１９から気密的に突出している
操作ロッド１８に対向して設置された螺入ハンドルで、
これを回動することにより螺軸２７’を図３のごとく下
降させ、操作ロッド１８を押圧下降せしめることによ
り、ピストン１６、ピストンロッド１３並びに小径弁１
０を下降せしめ、大径孔３及び小径孔８を閉鎖すること
ができる。

【００３１】２８は蓋体１９に設置された排気弁で、装
置始動に際しての設定を行う時にシリンダ１７の流通室
２０内の空気を排気するために使用する。

【００３２】次に弁本体１を送水の回路に挿入する場合
につき手順の概略を説明すると、弁本体１の流入室４に
接続される上流側管２９及び流出室に接続される下流側
管３０にはそれぞれ仕切弁（図示せず）が設置されてお
り、これら仕切弁を閉鎖して送水を遮断した上で作業を
行う。

【００３３】弁本体１を設置するに当たり、螺入ハンド
ル２７を回転して螺軸２７’を下降させ、図３のごとく
大径孔３と小径孔８を完全に閉鎖すると共にパイロット
弁２６を閉じておく。このようにした弁本体１を上流側
管２９及び下流側管３０の間に液密的に固定し、上流側
の仕切弁を開放すると、送水元側の水は流入室４からシ
リンダ１７の下方底面１７’に穿設された通孔２２を経
てシリンダ１７の貯留室２１へ、また、流入導管２３を
経てシリンダ１７の流通室２０へ流れ込む。

【００３４】この際に排気弁２８を開放して流通室２０
内の残存空気を排気し、流入室４と流通室２０への水の
流入が安定したところで下流側の仕切弁を開放し、下流
側管３０内の水を弁本体１の流出室５内に満たす。この
状態で別途用意した水圧計測手段によって上流側管２９
及び下流側管３０内のそれぞれの水圧を計測し、下流側
管３０内の水圧が予定した値より低下するとパイロット
弁２６が開くようにパイロット弁２６を調整する。

【００３５】以上の手続が終了したならば、螺入ハンド
ル２７を逆回転し螺軸２７’を上昇させて操作ロッド１
８の固定を解き、大径弁６と小径弁１０を図４の位置に
置き去りにして設置作業は完了する。

【００３６】作動につき説明すると、下流側管３０並び
に弁本体１の流出室５内の水圧が所定の圧力より低下す
ると、閉鎖されていたパイロット弁２６が開放されて流
通室２０の水が流出導管２４を経て流出室５内に流入す
る。流通室２０への水の供給は流入導管２３によって行
われるが、介置されている制御部２５によって流入量が
流出導管２４による流出量よりも小さく調整されている
ので、ピストン１６が流通室２０の水によって受ける圧
力は、ピストン１６が貯留室２１の水によって受ける圧
力よりも低くなり、ピストン１６は通孔２２から貯留室
２１に供給され続ける水の圧力によってシリンダ１７内
を上昇せしめられることになる。

【００３７】ピストン１６が上昇すると、ピストンロッ
ド１３によりピストン１６と連結されている小径弁１０
も上昇し、閉鎖していた小径孔８を開放し、流入室４内
の水を徐々に流出室５内へ送り込む。この場合、小径孔
８が穿設された大径弁６は移動することなく隔壁２の大
径孔３を閉鎖し続ける。

【００３８】前記のごとく小径孔８から水が送給されて
も流出室５内の圧力が所望の値まで高まらない場合（流
出室５の水圧が極めて低いため少量の水の送給では不足
する場合）には、パイロット弁２６が開放され続けるた
め、流通室２０の水が流出導管２４を経て流れ続けるた
め、流出室２０の圧力は更に低下し、圧力の低下は更な
るピストン１６の上昇を生み出す。

【００３９】更なるピストン１６の上昇により小径弁１
０が上昇し続け、それが連結板１４に当接すると、小径
弁１０が連結板１５と一体の大径弁６を引き上げるた
め、大径弁６は上昇して閉鎖していた隔壁２の大径孔３
を徐々に開放する。これによって流入室４から流出室５
への水の送給は大幅に増量されて流出室５の圧力を迅速
に高める結果となる。

【００４０】流出室５の圧力が高まってパイロット弁２
６の設定値に等しくなると、まずパイロット弁２６は閉
鎖され、流通室２０からの水の流出が停止され、流入導
管２３から流通室２０へ流入室４の水が供給されるとと
もに、流通室２０内の圧力が高まり、ピストン１６の上
下両面に加えられる圧力が等しくなるので、ピストン１
６は大径弁６及び小径弁１６に加えられている水の圧力
によって下降し、まず大径弁６が大径孔３を閉鎖した後
に、小径弁１０が小径孔８を閉鎖して、流入室４から流
出室５への水の移動は停止される。

【００４１】このように閉鎖された本発明弁装置は、要
求される水量が小さな場合には小径弁１０のみが作動し
て小径孔８を開口し、大きな水量が要求される場合には
小径弁１０に加えて大径弁６が作動して大径孔３を開口
し、各々必要な状況に対応する。

【００４２】本発明によると、パイロット弁２６の開放
による流通室２０内の水の流出に対して、流入導管２３
による流通室２０への水の流入が制御部２５によってコ
ントロールできるので、小径弁１０を開放するためのピ
ストン１６の移動を自由に調節することができ、パイロ
ット弁２６が開放された時に小径弁１０が極めて緩やか
かつ滑らかに移動するように調節することができるた
め、キャビテーションの発生を最小限にとどめることが
できる。

【００４３】また、弁座９の上面縁部、小径弁１０の下
面縁部及び固定板１２の縁部はすべて曲面になるように
鋭利な角を落としてあるので、水流は鋭利な隅角部によ
って即座にキャビテーションを引き起こされることな
く、例え後方真空が発生するとしてもそれはこのような
縁部から離れた場所に発生することになり、ハンチング
等の原因にならないとともに、キャビテーションが弁装
置に与えるによる損耗をほぼ完全に除去することができ
る。

【００４４】

【発明の効果】このように、要求される流量が小である
場合には小径弁を解放してそれに対応する形式は、直径
の大きな弁の開度を小さくして小流量に対応する従来の
形式に比較して、弁の周囲での乱流が生じにくく、キャ
ビテーションの発生を極力抑制することができるので、
弁体の故障の原因となるハンチングをほぼ完全に防止す
ることができると共に、小径弁と大径弁の受圧面積及び
ピストンの受圧面積を適宜調整して設計を施すことによ
り、送水元側圧力と送水先側圧力の理想的なバランスを
取ることが可能となり、更にパイロット弁と流量調節装
置を調整し、シリンダの流通室の水の移動を適宜調整す
ることにより、より緩やかな小径弁の開放を得ることが
できるので、小径孔に設置された弁座の断面形状の変更
と合わせてキャビテーションの大幅な抑制、ハンチング
の除去を行うことが可能となる。効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の断面で小径弁のみが開放された状態を
示す概念図である。

【図２】本発明の断面で小径弁及び大径弁が開放された
状態を示す概念図である。

【図３】本発明の断面で小径弁と大径弁が螺軸によって
閉鎖位置に固定された状態を示す概念図である。

【図４】本発明の断面で小径弁と大径弁が固定されるこ
と無く小径孔と大径孔を閉鎖した状態を示す概念図であ
る。

【図５】本発明による弁座及び小径弁の部分的断面図で
ある。

【図６】従来の弁座及び小径弁の部分的断面図である。 １ 弁本体 ２ 隔壁 ３ 大径孔 ４ 流入室 ５ 流出室 ６ 大径弁 ７ シールリング ８ 小径孔 ９ 弁座 １０ 小径弁 １１ シール材 １２ 固定板 １３ ピストンロッド １４ 連結板 １５ 連結脚 １６ ピストン １７ シリンダ １７’ 下方底面 １８ 操作ロッド １９ 蓋体 ２０ 流通室 ２１ 貯留室 ２２ 通孔 ２３ 流入導管 ２４ 流出導管 ２５ 制御部 ２６ パイロット弁 ２７ 螺入ハンドル ２７’ 螺軸 ２８ 排気弁 ２９ 上流側管 ３０ 下流側管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大径孔を備えた隔壁により流入室と流出室
   とに分割された弁本体と、 ピストンによって流通室と貯留室に分割されたシリンダ
   と、 大径孔を閉鎖する大径弁と、 大径弁に穿設された小径孔を閉鎖する小径弁と、からな
   り、 弁本体の流入室とシリンダの流通室並びに弁本体の流出
   室とシリンダの流通室を適当な流量調整装置もしくはパ
   イロット弁等を介して連結し、 弁本体の流入室とシリンダの貯留室を連通するととも
   に、 シリンダ内のピストンと流入室内の小径弁をピストンロ
   ッドにより連結し、 小径弁の一定範囲での独立した移動を許す状態で小径弁
   と大径弁を可動的に連結し、 ピストンがシリンダの貯留室空間を最小にする位置にあ
   るときに小径弁が大径弁の小径孔を閉鎖しまた大径弁が
   隔壁の大径孔を閉鎖すべく調整し、 本体の流出室の圧力の低下がシリンダの流通室の圧力を
   低下させ、本体の流入室の流体がシリンダの貯留室に流
   入してピストンを移動させ、まず第一にピストンロッド
   に連結された小径弁を移動させて大径弁の小径孔を開放
   し、更に流出室の圧力が低下するとピストンの更なる移
   動により移動可能範囲の限界に達した小径弁が大径弁を
   移動させて、隔壁に穿設された大径孔を開放することを
   特徴とする自動圧力調整弁。
2. 【請求項２】小径弁による小径孔の閉鎖が、小径弁に向
   かって突出した小径孔の縁部を小径弁のパッキンに当接
   させて行われ、縁部の先端断面形状が半円形にされてい
   ることを特徴とする請求項１記載の自動圧力調整弁。
3. 【請求項３】小径弁による小径孔の閉鎖が、小径弁に向
   かって突出した小径孔の縁部を小径弁のパッキンに当接
   させて行われ、縁部の先端断面形状が半円形にされると
   共に小径弁のパッキン押え金具の隅角部を曲面により構
   成したことを特徴とする請求項１記載の自動圧力調整
   弁。