(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに機械的に結合されたスロットルブッシュとバランスピストンが対面している空間に１次側の圧力が、スロットルブッシュの反対の面に２次側の圧力が、バランスピストンの反対の面に調圧弁で調圧された調圧室内の流体の圧力が、それぞれ加わるようにした減圧弁において、
前記調圧弁はその内部に前記調圧室に連通する流体流路を備え、弁体にばね力が作用して前記弁体を弁シートに当て前記調圧室内の流体の逃げを閉じると共に、前記弁体にダイヤフラムを介して前記流体流路の流体圧力が前記ばね力と比較して高くなると前記弁体が弁シートから離れて前記流体を逃がすように構成し、前記調圧室に連通する流体流路に、少なくとも１段のオリフィスを備え、該オリフィスの下流側で前記調圧室の圧力と比較して低圧の流体が前記ダイヤフラムを介して弁体に作用するようにしたことを特徴とする減圧弁。
【請求項２】
前記オリフィスは前記調圧弁の入口部に設けられ、流路面積を絞った小径部で構成されていることを特徴とする請求項１記載の減圧弁。
【請求項３】
前記オリフィスは、小穴により構成され、この小穴の内部にこの内径より小さな外径の棒体が挿入されていることを特徴とする請求項１又は２記載の減圧弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧弁に係り、特に水道水等の給水用の加圧ポンプの吐出側に用いて、加圧ポンプの吐出圧力が変動しても、略一定の水圧の給水を行うことができる減圧弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、水供給源としての受水槽１０から末端給水機器に加圧給水する際に用いられる給水装置の一例を示す。加圧ポンプ１１の吸込側には、受水槽１０に接続されている給水管１２ａを備えており、加圧ポンプ１１の吐出側には、末端給水機器に接続されている吐出管１２ｂを備えている。加圧ポンプ１１の吐出側には、逆止弁１３が挿入され、加圧ポンプ１１が停止している際に、吐出側から吸込側に水が逆流しないようになっている。圧力タンク１４は、加圧ポンプ１１が停止している間の吐出側を保圧するために設けられたものであり、末端給水機器側に対してバッファとしての役割を果たしている。
【０００３】
加圧ポンプ１１の吐出側には圧力検出手段１５を備え、加圧ポンプ１１の吐出圧力を検出するようになっている。圧力検出手段１５により検出された加圧ポンプ１１の吐出圧力信号は、制御部１６に伝達され、加圧ポンプ１１を駆動するモータ１７を発停運転制御する。
【０００４】
加圧ポンプ１１の吐出側が、一般の住居等の蛇口につながっているので、蛇口で水が使用されると、圧力タンク１４及びポンプ１１からの水が供給される。そして、圧力検出手段１５で検出された圧力と予め圧力設定手段１６Ａで設定されているポンプ始動圧力とを比較し、
検出された圧力≦始動圧力
の場合、制御部１６で電磁接触器１８を閉にし、モータ１７に電源を供給して加圧ポンプ１１を始動する。
また逆に、
検出された圧力≧停止圧力
の場合、制御部１６で電磁接触器１８を開にし、モータ１７への電源供給を停止して加圧ポンプ１１を停止する。
【０００５】
ここで、加圧ポンプ１１に一般に使用されている遠心ポンプの吐出圧力は、ポンプの吐出量に応じて変化する。つまり、吐出量が大きくなると圧力が低くなる傾向がある。図７は、係る用途に用いられる一般的な遠心ポンプの揚程・流量特性を示す。
【０００６】
このように、ポンプの吐出圧力が吐出量に応じて変化するので、給水装置に使用する場合には、使用水量に応じて末端給水機器の水圧が変化する。例えば、水量が少ない場合は、給水圧力が高いために、蛇口を絞り気味で使用されるが、このときに、他の家などで多量に水が使用され始めると、給水圧力が低下し、蛇口からの水の出が悪くなり、使用感が悪くなる。このため、図４に示すように、加圧ポンプ１１の吐出側に減圧弁１９を取付け、使用水量の多少にかかわらず、加圧ポンプ１１からの出口圧を見掛け上、一定にしている。
【０００７】
また、使用水量に応じて、減圧弁１９により、常に供給圧力が一定になるように制御されるが、使用水量が少なくなると、フロースイッチ２０が動作し、その信号を制御部１６が受取り、電源に接続した電磁接触器１８を開にして、加圧ポンプ１１を停止させるようにしている。
【０００８】
図５は、減圧弁１９の構造を示す。これは、スロットルブッシュ２２と小穴２４を有するバランスピストン２３とが弁棒２６等で機械的に結合され、スロットルブッシュ２２のＢ面とバランスピストン２３のＣ面が互いに面している中間室２１に１次側圧力が加わり、スロットルブッシュ２２のＡ面に２次側の圧力が加わり、バランスピストン２３のＤ面に調圧室２５で調圧された圧力が加わるようにしたものである。
【０００９】
この減圧弁１９には、調圧室２５内の圧力を調整する調圧弁２８が設けられている。この調圧弁２８は、図６に示すように、弁体３１の上面にばね３０による下向きの力が、下面にダイヤフラム３３を介して調圧室２５内の流体の圧力による上向きの力がそれぞれ作用する。そして、当初設定されたばね３０の力と比較して、調圧室２５内の圧力が高くなると弁体３１が上向きに作動し、調圧室２５内の圧力水をドレインから逃がして調圧室２５の圧力を低下させる。逆に、調圧室２５の圧力が低くなると弁体３１が下向きに作動し、圧力水の逃げを閉じて調圧室２５の圧力を上昇させることで、調圧室２５の圧力を調整している。このため、弁体３１の上流側には、調圧室２５に連通する流体入口流路３４が、下流側には、ドレインに通じる流体出口流路３５がそれぞれ設けられている。この設定圧力は、ボルト３２を左または右に回してばね３０の圧縮量を変化させることで調整される。
【００１０】
次に、減圧弁１９の動作を説明する。いま使用水量を１００ｌ／ｍｉｎとすると、この場合の減圧弁１９の内部の中間室２１の圧力は、加圧ポンプ１１の吐出圧力（例えば、４．０ｋｇｆ／ｃｍ２）であり、その圧力がスロットルブッシュ２２のＢ面、バランスピストン２３のＣ面にそれぞれ加わる。調圧室２５には、中間室２１の圧力水がバランスピストン２３の小穴２４より流れ込む。調圧室２５の圧力は、調圧弁２８により、例えば、２．０ｋｇｆ／ｃｍ２になるように調整され、バランスピストン２３のＤ面には、この調整された圧力が加わる。
【００１１】
すると、バランスピストン２３のＣ面とスロットルブッシュ２２のＢ面が受ける圧力は、加圧ポンプ１１の吐出圧力（例えば、４．０ｋｇｆ／ｃｍ２）で、バランスピストン２３の外径寸法ｄとスロットルブッシュ２２のバランスピストン外径寸法ｄの部分が加圧ポンプ１１の吐出圧力を受け、その力の向きが逆となって、互いに打ち消し合う。スロットルブッシュ２２のハッチング部は、スロットルブッシュ２２で減圧された圧力がＡ面とＢ面に加わるが、向きが互いに逆であるので、互いに打ち消し合う。
【００１２】
ところが、スロットルブッシュ２２のＡ面の非ハッチング部分にスロットルブッシュ２２で減圧された圧力が加わり、バランスピストン２３のＤ面には調圧された圧力が加わる。すなわち、バランスピストン２３とスロットルブッシュ２２の受ける力が平衡になるためには、スロットルブッシュ２２で減圧された圧力が調圧弁２８で調整された調圧室２５の圧力になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、調圧弁２８の弁体３１に加わる荷重は、調圧室２５内の流体圧力にダイヤフラム３３の受圧面積を掛けた値になる。いま、ダイヤフラム３３の外径寸法を２０ｍｍとし、調圧室２５内の流体圧力を２．０ｋｇｆ／ｃｍ２とすると、受ける荷重は、Ｆ＝６．２８ｋｇとなり、この値が、ばね３０により与えられた力となる。運転中は、弁体３１が常に動作して調圧室２５の圧力を調整している。即ち、調圧室２５の圧力が大きい場合は圧力水を逃がして調圧室２５の圧力を低下させ、逆に、調圧室２５の圧力が低くなると弁体３１が下向きに作動し、圧力水の逃げを閉じ調圧室２５の圧力を上昇させて調圧室２５の圧力を一定にするので、弁体３１に対抗している弁シート４１に弁体３１が当たることになる。
【００１４】
弁体３１が受ける面圧は、Ｆ／Ｓで、この面積Ｓの値は、調圧弁の性能を上げるために一般的には極力小さくするようにしている。ここで、弁体３１の弁シート４１に当接する部分の内径を５ｍｍ、外径を８ｍｍとすると、面圧＝２０．５ｋｇｆ／ｃｍ２となって、かなり大きな値になり、この面圧が、弁体３１にポンプの運転中はもちろん停止中でも加わっていることになる。
【００１５】
弁体３１の材料としては、一般に弾性のあるゴム材料が使用される。このため、弁体３１が受ける面圧が大きくなると、ゴムが永久歪をおこし、弁体３１の弁シート４１に対する当たり面がくぼみ、ボルト３２で調整されたばね３０のたわみ代が初期値より大きくなる。その結果、設定圧力は、初期値より小さくなり、セット圧力が変化して、圧力を定期的に再セットする必要がある。特に設定圧力が高い場合には、頻繁に再セットするか、または永久歪の為に早期に弁体３１を交換する必要があった。
【００１６】
特に、使用圧力を、４．０ｋｇｆ／ｃｍ２とすると、弁体が受ける値は、Ｆ＝１２．５６ｋｇ、面圧＝４１．０ｋｇｆ／ｃｍ２とそれぞれ前記の２倍の値になり、さらに頻繁に再セットするか、または、永久歪の為に早期に弁体３１の交換をする必要が発生する。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、調圧室内の流体の圧力を保持したまま、調圧弁の弁体に加わる荷重を小さくできるようにした減圧弁を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の減圧弁は、互いに機械的に結合されたスロットルブッシュとバランスピストンが対面している空間に１次側の圧力が、スロットルブッシュの反対の面に２次側の圧力が、バランスピストンの反対の面に調圧弁で調圧された調圧室内の流体の圧力が、それぞれ加わるようにした減圧弁において、前記調圧弁はその内部に前記調圧室に連通する流体流路を備え、弁体にばね力が作用して前記弁体を弁シートに当て前記調圧室内の流体の逃げを閉じると共に、前記弁体にダイヤフラムを介して前記流体流路の流体圧力が前記ばね力と比較して高くなると前記弁体が弁シートから離れて前記流体を逃がすように構成し、前記調圧室に連通する流体流路に、少なくとも１段のオリフィスを備え、該オリフィスの下流側で前記調圧室の圧力と比較して低圧の流体が前記ダイヤフラムを介して弁体に作用するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
これにより、１次圧力より調圧弁に加わる圧力に流体を導く通路が、オリフィスの２段以上で構成されているので、各オリフィスで圧力を分担して受けることができる。従って、２段目のオリフィスの下流側で、低圧の流体が弁体に作用するようにして、弁体に加わる荷重を小さくすることができる。
【００２０】
また、前記オリフィスは前記調圧弁の入口部に設けられ、流路面積を絞った小径部で構成されていることを特徴とする。これにより、調圧弁を流れる水量を減少させて、調圧弁の小型化を図ることができる。
【００２１】
更に、前記オリフィスは、小穴により構成され、この小穴の内部にこの内径より小さな外径の棒体が挿入されていることを特徴とする。これにより、オリフィスの通過面積を小さくする必要があるが、加工上の問題でそれほど小さくできない場合に容易に対処することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図３を参照しながら説明する。
図１は、第１の実施の形態の減圧弁に備えられる調圧弁を示すもので、これは、調圧弁２８の内部に設けられた調圧室２５（図５参照）に連通する流体入口流路３４の途中に、流路面積を絞った小径部で構成された２段目のオリフィス４２を設けたものである。このオリフィス（小径部）４２の内径は、バランスピストン２３に設けられ、１段目のオリフィスとして作用する小穴２４（図５参照）と同じ大きさに設定されている。他の構成は、前記図４及び図５に示す従来例と同じである。
【００２３】
これにより、流体入口流路３４内において、オリフィス４２の前後に差圧が生じ、オリフィス４２の上流の高圧側では、調圧室２５内の流体がバランスピストン２３のＤ面（図４参照）に作用し、下流の低圧側がダイヤフラム３３を介して弁体３１に作用する。つまり、調圧弁２８の設定圧力がそのまま弁体３１に作用することなく、これよりも低い圧力が弁体３１に作用し、これによって、弁体３１に加わる荷重を、従来例よりも小さくすることができる。
【００２４】
ここで、中間室２１の圧力を４．０ｋｇｆ／ｃｍ２、設定圧力を３．０ｋｇｆ／ｃｍ２とすると、バランスピストン２３に設けられ、１段目のオリフィスとして作用する小穴２４（図５参照）を通過する流量ｑは、
ｑ＝α×Ａ×√（２×ｇ×ΔＨ）  （ｍ３／秒）
ここで、α：オリフィス係数（一般的には０．７）
Ａ：小穴２４の面積（ｍ２）
ｇ：重力加速度＝９．８（ｍ／ｓ２）
ΔＨ：小穴２４の前後圧力差（ｍＡｑ）
＝４０−３０＝１０
となる。
【００２５】
そして、前記２段目のオリフィス４２の面積とオリフィス係数をこの１段目のオリフィスの小穴２４と同じとし、中間圧力を４．０ｋｇｆ／ｃｍ２、設定圧力を３．０ｋｇｆ／ｃｍ２とすると、調圧室２５（図５参照）は、設定圧力と同じ圧力値３．０ｋｇｆ／ｃｍ２になり、オリフィス４２を通過する水量は、小穴２４を通過する水量と同じ値になるので、それぞれの値に添え字１と２をつけて表現すると、
ｑ１＝α１×Ａ１×√（２×ｇ×ΔＨ１）  （ｍ３／秒）
ｑ２＝α２×Ａ２×√（２×ｇ×ΔＨ２）  （ｍ３／秒）
となり、ｑ１＝ｑ２、α１＝α２、Ａ１＝Ａ２であるので、
√（２×ｇ×ΔＨ１）＝√（２×ｇ×ΔＨ２）
となり、ΔＨ１＝ΔＨ２の関係がある。
【００２６】
すなわち、この実施の形態にあっては、流体入口流路３４内の流体の圧力は、２段目のオリフィス４２の上流側にあっては、設定圧力と同じ３．０ｋｇｆ／ｃｍ２となるが、下流側にあっては、２．０ｋｇｆ／ｃｍ２となる。これに対して、２段目のオリフィスを設けないと、流体入口流路内は、その全域に亘って設定圧力と同じ３．０ｋｇｆ／ｃｍ２となる。これにより、弁体３１が受ける圧力は、３．０ｋｇｆ／ｃｍ２から２．０ｋｇｆ／ｃｍ２と約２／３に小さくなる。
【００２７】
このように、調圧弁２８の内部に設けられた流体入口流路３４の途中に２段目のオリフィス４２を設けることで、弁体３１に加わる荷重を小さくでき、セット圧力が変化して圧力を定期的に再セットする必要がなくなる。特に、設定圧力が高い場合でも、圧力を頻繁に再セットする必要がなく、早期に弁体３１を交換する必要もなくなる。
【００２８】
なお、この実施の形態にあっては、流体入口流路の内部に１段のオリフィスを設けた例を示しているが、オリフィスの段数を増やすことで、弁体に加わる圧力を更に小さくすることもできる。
【００２９】
図２及び図３は、本発明の第２の実施の形態の減圧弁を示すもので、これは、バランスピストン２４の小穴２４の内部にこの内径よりも小さな外径の棒体４３を挿入したものである。この小穴２４の開口面積を大きくすると、調圧弁２８に流れる水量ｑが大きくなり、調圧弁２８内の圧力が大きくなる。調圧弁２８内の圧力を小さくするためには、オリフィスとして機能する小穴２４の開口面積を小さくする必要があるが、加工上の問題でそれほど小さくできない場合がある。この実施の形態にあっては、このような場合に、加工が容易な比較的大きな穴（小穴２４）を加工して、その穴の内部に棒体４３を挿入することで、実効的なオリフィスの通過面積を小さくすることができる。
【００３０】
なお、図示していないが、調圧弁の流体入口流路に設けられるオリフィスにも同様な構成を備えることで、この加工の便を図ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流体入口流路内に設けられた２段目のオリフィスで減圧された低圧の流体が弁体に作用するようにして、弁体に加わる荷重を小さくすることができる。これにより、弁体の変形を防止して、圧力を定期的に再セットしたり、特に設定圧力が高い場合でも、圧力を頻繁に再セットしたり、或いは、早期に弁体を交換する必要がなくなる。
【００３２】
また、穴加工上の問題で、オリフィスとしてそれ程小さな小穴を加工できない場合でも、加工が容易な比較的大きな穴を加工して、その穴の内部に棒体を挿入することで、実効的なオリフィスの通過面積を小さくし、調圧弁の逃がし水量を小さくして、弁体にかかる圧力を低減できる。また、調圧弁のサイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の減圧弁に備えられている調圧弁の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の減圧弁を示す断面図である。
【図３】（ａ）は図２の要部拡大図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】給水装置を示す概要図である。
【図５】従来の減圧弁を示す断面図である。
【図６】従来の減圧弁に備えられている調圧弁の断面図である。
【図７】一般的な遠心ポンプの揚程・流量特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１１    加圧ポンプ
１３    逆止弁
１４    圧力タンク
１５    圧力検出手段
１６    制御部
１９    減圧弁
２１    中間室
２２    スロットルブッシュ
２３    バランスピストン
２４    小穴（オリフィス）
２５    調圧室
２８    調圧弁
３１    弁体
３３    ダイヤフラム
３４    流体入口流路
３５    流体出口流路
４２    オリフィス
４３    棒体
【図１】
0003618250.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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