(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部が送水配管の開口部に接続され、この一端部側に弁口が形成された筒形のボデーと、
上記ボデーの内部に同心状に固定されたスリーブと、
上記ボデーの内面とスリーブの外面との間に形成され、内部に水を貯留する円筒状の作動室と、
上記作動室の一端側を封止する封止部を有するとともに、作動室内の水凝固時の体積膨張作用により上記ボデーおよびスリーブに対して軸方向に摺動し、上記弁口を開く弁体と、
上記弁体の開弁動作により、上記送水配管内部の水を弁口からスリーブの内側を通って外部へ排出する排水通路と、
上記ボデーの側壁部に形成され、上記送水配管の内部と作動室の他端部とを連通させ、上記作動室より先に凍結して封止される給水通路と、を具備したことを特徴とする凍結防止装置。
【請求項２】
請求項１に記載の凍結防止装置において、
上記ボデーの一端部側には、上記送水配管との間を中継するジョイントが接続され、上記ジョイントと上記弁体との間に、上記弁体を閉弁方向に付勢するスプリングが介装されていることを特徴とする凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は上水道など送水配管内の水の凍結を防止する凍結防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、感温センサなどを用いることなく、水の物性を利用して水道配管の凍結を確実に防止できる凍結防止装置が提案されている（特開平１−２８７３２０号公報，特開平１−３０４２３０号公報）。この凍結防止装置は、送水配管の開口部に固定されるシリンダと、シリンダの内部に摺動自在に挿通され、弁口を開閉する弁体と、弁体外周面とシリンダ内周面との間の環状空間に形成され、水凝固時の体積膨張作用により弁体を開弁動作させる作動室と、上記弁体の内部に形成され、弁体の開弁動作により送水配管内部の水を外部に排出する排水通路と、送水配管内部と上記作動室とを結ぶ給水通路とを設けたものである。
この場合には、弁体の開弁動作により送水配管内の水が弁体内部の排水通路から流出するため、送水配管の水の保有する熱が弁体に伝わって作動室内の氷を溶かし、弁体を閉動作させることができる。つまり、排水通路を流れる水の保有熱によって作動室の氷を融解させるので、寒冷期でも短時間で弁体を閉じることができ、排水を節約できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の凍結防止装置の場合、作動室はシリンダの内面と弁体の外面との間の環状空間に形成されている。そのため、作動室の水が凝固して体積膨張した時、その膨張圧力を受けて弁体が軸方向に移動する必要がある。ところが、作動室内で凝固した氷は作動室の内側壁を構成する弁体の外面に密着し、この氷が弁体の軸方向移動を阻害する恐れがあった。その結果、作動室内の水がかなりの程度凝固し、膨張圧力が弁体への氷の密着力に打ち勝って弁体を軸方向に移動させるまで開弁できず、外気温度の低下に対して鋭敏に動作できない場合があった。
【０００４】
本発明の目的は、作動室の水凝固時における弁体の軸方向移動を円滑に行うことができ、外気温度の低下に対して極めて鋭敏に動作する凍結防止装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の凍結防止装置は、一端部が送水配管の開口部に接続され、この一端部側に弁口が形成された筒形のボデーと、上記ボデーの内部に同心状に固定されたスリーブと、上記ボデーの内面とスリーブの外面との間に形成され、内部に水を貯留する円筒状の作動室と、上記作動室の一端側を封止する封止部を有するとともに、作動室内の水凝固時の体積膨張作用により上記ボデーおよびスリーブに対して軸方向に摺動し、上記弁口を開く弁体と、上記弁体の開弁動作により、上記送水配管内部の水を弁口からスリーブの内側を通って外部へ排出する排水通路と、上記ボデーの側壁部に形成され、上記送水配管の内部と作動室の他端部とを連通させ、上記作動室より先に凍結して封止される給水通路と、を具備したものである。
また、上記ボデーの一端部側に送水配管との間を中継するジョイントを接続し、ジョイントと弁体との間に、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングを介装するのが望ましい。
【０００６】
【作用】
作動室はシリンダとスリーブとの間に形成されているので、作動室の水凝固により体積膨張が起こると、作動室の一端側を封止している弁体が軸方向に押される。この弁体の軸方向移動により、弁口が開かれ、送水配管内部の水が弁口からスリーブの内側を通って外部に排出される。
水凝固時の体積膨張圧力が弁体に対して軸方向にのみ作用するので、弁体は非常に円滑に軸方向に移動でき、作動室内の水が僅かに凝固しただけで、鋭敏な開弁動作を行うことができる。
送水配管内部の水が排水通路を通って外部に排出されると、その水の持つ保有熱が弁体、ボデーあるいはスリーブを介して作動室に伝わり、内部の氷を溶かす。そのため、作動室の体積が小さくなり、弁体は送水配管の水圧あるいはスプリング力などによって自動的に閉弁する。
【０００７】
【実施例】
図１〜図３は本発明にかかる凍結防止装置Ａの一例を示す。
上水道配管などの送水配管１の途中にはＴ形継手２が接続されており、この継手２の下部接続口２ａにはジョイント４を介して凍結防止装置Ａの円筒形のボデー３が接続されている。配管１，継手２およびジョイント４はテーパねじ１ａ，２ｂ，４ａによって螺着しているため、互いにシールされている。ジョイント４とボデー３とは通常のねじ４ｂ，３ａで螺着されており、両者の間にＯリングのようなシール材５を介在させることより水漏れが防止されている。
ボデー３の上端開口部、即ちジョイント４側の開口部には、内側に若干突出した弁口６が形成されている。
【０００８】
ボデー３の下部内側には略円筒形のスリーブ１０が挿入され、ボデー３の下端部に螺着されたニップル１５でスリーブ１０の下端フランジ１０ａをボデー３の下面に圧着することにより、ボデー３の内部に同心状に固定されている。そのため、ボデー３の内面とスリーブ１０の外面との間には、内部に水を貯留する円筒状の作動室７が形成される。作動室７の下端側は、ボデー３とスリーブ１０との間に配置したＯリングのようなシール材１１によって閉じられている。作動室７の下端部は、ボデー３とスリーブ１０との狭い隙間１２を介して、スリーブ１０の外周面の環状溝によって形成された環状空間１３に連通しており、この環状空間１３はボデー３の側壁部に軸方向に形成された給水通路８を介してジョイント４の内部と連通している。給水通路８はボデー３の側壁部に下端部近傍まで延びるように一体形成された膨出部９（図２参照）の内部に形成されている。
【０００９】
上記ニップル１５は、スリーブ１０をボデー３に固定するための固定具としての機能の他に、ホースなどをつなぐための接続具としての機能と、後述する排水パイプ２９の下端に溜まった水滴が凝固するのを防止する風除けおよび保護筒としての機能とを有する。
上記のような狭い隙間１２を設けたのは、給水通路８の下部または作動室７の下部が少しでも凍結すれば、作動室７と給水通路８との間を閉止できるようにするためである。また、環状空間１３を設けたのは、後述するブロー弁３２により作動室７内の空気を脱気する際、給水通路８から作動室７へスリーブ１０の全周から水を導入させ、脱気をスムーズに行うためである。
上記給水通路８の下端部を作動室７の上部に接続することもできるが、この場合にはジョイント４内の水の保有熱により作動室７より早期に凍結させることが難しい。これに対し、実施例のように給水通路８を作動室７の下端側に接続し、給水通路８を作動室７の外側に形成すれば、ジョイント４内の水の保有熱による影響を少なくできるとともに、給水通路８の放熱面積を大きくできる。そのため、外気温度が低下した時、給水通路８が作動室７より早く凍結し、作動室７と送水配管１との間を閉止できる。また、後述する排水通路を流れる水による融解は作動室７より遅い。
【００１０】
ボデー３の上部内側には、図３に示す弁体２０が軸方向に移動自在に挿入されている。この弁体２０の下端部には、ボデー３とスリーブ１０との間に挿入される円筒形の封止部２１が一体に形成されており、この封止部２１の内外周には作動室７の上端側をシールするＯリング等のシール材２２，２３が取り付けられている。弁体２０の上端部には、上記弁口６を開閉するシール用パッキン２５を備えたばね受け具２４が螺着一体化されている。
ばね受け具２４の上面とジョイント４の上端部の内側段差部４ｃとの間には、パッキン２５を弁口６に押し付けるための閉弁用のスプリング２６が配置されている。なお、ジョイント４の内側段差部４ｃには、上記スプリング２６の圧接力によってスクリーン２７が同時に保持されている。このスクリーン２７は、送水配管１内部のスケール等がボデー３内に入るのを防止している。
弁口６の下側と弁体２０の上面との隙間には、クリーニング用リング２８が上下動自在に配置されている。このリング２８は、弁口６が開かれた時、弁口６を流れる水の流れによって上下に揺動し、弁体２０が摺接するボデー３の内壁面を自動的にクリーニングするものである。
【００１１】
弁体２０の中央部には、側方へ貫通する排水孔２０ａが形成され、かつ弁体２０の軸心部には排水パイプ２９の上端部が挿着されている。排水パイプ２９は四フッ化エチレン樹脂などの内面が円滑なパイプで構成され、このパイプ２９の上端は排水孔２０ａに連通している。排水パイプ２９はスリーブ１０の中心孔１０ｂの中を下方へ貫通している。
弁体２０が弁口６を開いた時、送水配管１内の水は、弁口６から上記排水孔２０ａ、排水パイプ２９を通り、外部へ排水される。したがって、排水孔２０ａおよび排水パイプ２９により排水通路が形成される。
なお、排水パイプ２９は、送水配管１内の水を排水する際に、水滴が弁体２０とスリーブ１０との間やスリーブ１０の内面に付着して、氷結するのを防止するものである。しかし、排水パイプ２９が熱伝導性の低い材料で形成されているため、排水時の水の保有熱がスリーブ１０に伝わり難くなるが、後述するように作動室７の水が僅かに溶けただけで閉弁されるので、排水パイプ２９による影響は殆どない。なお、必要に応じて排水パイプ２９を省略あるいは図示のものより短くし、排水がスリーブ１０の内面を伝って流れるようにしてもよい。
排水パイプ２９とスリーブ１０の下端部との間には、所定幅の空隙３０が設けられている。この空隙３０により、排水パイプ２９からスリーブ１０への熱伝導性を低くし、排水パイプ２９内を通る水の保有熱によって隙間１２や環状空間１３に凝固した氷が溶けるのを防止している。
【００１２】
ボデー３は真鍮のような熱伝導度の高い材料で形成されている。そのため、外気温度が低下した時、給水通路８や作動室７の水の保有熱は外壁を構成するボデー３の外表面から放散され、給水通路８や作動室７内の水を速やかに凝固させる。しかも、作動室７は薄肉な円筒状空間で構成されているため、容積に対するボデー３との接触面積が大きく、外気温度に迅速に反応できる。
一方、弁体２０はボデー３より熱伝導度の低い材料（例えばステンレス）で形成されている。そのため、敏感な開弁作動を行うことができる。即ち、弁体２０もボデー３と同様に熱伝導度の高い材料で形成した場合、ジョイント４内部の水の保有熱が弁体２０を介して作動室７に伝わり、作動室７の水の凝固を遅らせる可能性がある。これに対し、弁体２０をボデー３に比べて熱伝導度の低い材料で形成すれば、ジョイント４から弁体２０を介して作動室７に伝わる熱量が少なくなり、作動室７の水を速やかに凝固させることができるからである。
また、スリーブ１０もボデー３より熱伝導度の低い材料（例えばステンレス）で形成されている。その理由は、作動室７の内壁を構成するスリーブ１０の内側は外気に比べて温かい空気層であるため、その空気層の熱が作動室７に伝わるのを抑制し、作動室７の水の凝固が遅れるのを防止するためである。
【００１３】
上記作動室７の上部に位置するボデー３の側壁には、内側端部が弁体２０の封止部２１の外周面に通じ、外側端部が外部に通じるブロー孔３０が形成されている。ブロー孔３０の外側端部には雌ねじ３１が形成され、この雌ねじ３１にブロー孔３０を開閉自在なブロー弁３２が螺合している。
ブロー弁３２を開くと、作動室７の内圧が低下するため、送水配管１内の水は給水通路８を通って作動室７に下方より導入される。それに伴って、作動室７の水は弁体２０の外周面とボデー３との隙間から、ブロー孔３０およびブロー弁３２の排出孔３３を介して排出されるが、同時に作動室７の上部に溜まった空気も水とともに排出される。特に、空気は圧縮性流体であるため、作動室７に空気が少しでも残留していると、弁体２０の開弁動作を著しく遅らせることになるが、上記のように給水通路８が作動室７の最下部に連通し、ブロー孔３０が作動室７の最上部に連通しているので、作動室７の残留空気を効率良く排出できる。
【００１４】
次に、上記構成の凍結防止装置の作動を説明する。
外気温度が零度以下に低下すると、給水通路８および作動室７内の水の保有熱がボデー３を介して放出され、給水通路８の水が先に凍結し、しかる後作動室７内の水が凝固し始める。特に、ジョイント４内部の水の保有熱の影響のため、作動室７の内、ジョイント４に近い上部に比べて、下部の方が早く凝固する。作動室７内の水が凝固し始めると、給水通路８は既に凍結して閉止されているので、作動室７の水凝固時の体積膨張によって弁体２０が押し上げられ、弁口６を開く。そのため、送水配管１内の水がジョイント４、弁口６、排水孔２０ａおよび排水パイプ２９を通って外部に排出される。その結果、送水配管１内の水の流通を促して送水配管１の凍結を防止できるとともに、排出される水の保有熱が、ボデー３、弁体２０あるいはスリーブ１０を介して作動室７に伝導され、作動室７の氷を溶かす。その結果、作動室７の体積が縮小し、弁体２０は送水配管１の水圧およびスプリング２６のばね力によって押し下げられ、閉弁する。以後、上記の動作を繰り返す。
【００１５】
上記開弁動作において、弁体２０は作動室１０の上端側に配置されており、作動室１０の体積膨張による軸方向力のみを受けることになる。そのため、弁体２０の軸方向移動が非常に円滑となり、作動室１０の僅かな体積膨張でも弁体２０が弁口６を開くことができる。つまり、作動室７の中の水がシャーベット状に凝固し始めるだけで開弁でき、外気温度の低下に対し非常に鋭敏に反応できる。したがって、送水配管１などの他の配管の凍結を確実に防止できる。しかも、弁口６を開いて排水した時、排水の保有熱により作動室７内のシャーベット状の氷は速やかに溶けるので、多量の水が無駄に排出されることなく閉弁できる。
【００１６】
本発明の凍結防止装置は、図１のような送水配管１の途中に取り付ける場合に限らず、あらゆる部位に取り付けることが可能である。
図４は本発明の凍結防止装置Ａを、配管末端部の給水栓の近傍に取り付けた例を示す。
コンクリート柱などの側壁４０に送水配管１の端部が開口しており、この開口端部にジョイント４１を介して給水栓４２が接続されている。ジョイント４１の下部接続口４１ａには、凍結防止装置Ａがジョイント４を介して接続されている。ジョイント４１の内部には、樹脂製の循環パイプ４３が挿通され、一端のフランジ４３ａをジョイント４１の導入口に係止することにより、抜け止めされている。循環パイプ４３の他端部は給水栓４２の中に挿入されている。
そのため、凍結防止装置Ａの弁体２０が開いた時、送水配管１の水は矢印で示すように、給水栓４２の中に入った後、循環パイプ４３の外側を通って凍結防止装置Ａへ流れる。そのため、給水栓４２の凍結を確実に防止できる。
なお、給水栓４２を開いた時に、パイプ４３の外側の空間が負圧になるのを防止するため、パイプ４３の内外を連通させる負圧防止孔４３ｂが形成されている。
【００１７】
上記実施例では、凍結防止装置Ａのボデー３をジョイント４を介して送水配管１に接続した例を示したが、ボデー３を送水配管１に直接接続してもよい。ただ、ジョイント４を用いれば、送水配管１側の接続口の直径が異なる場合でもジョイント４を交換するだけで簡単に対応できるとともに、水道配管で一般に用いられているテーパネジを容易に形成できる利点がある。また、弁体２０を閉弁方向に付勢するスプリング２６やスクリーン２７の配置も簡単となる。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、作動室をシリンダとスリーブとの間に形成し、弁体の一部が作動室の一端側を封止するようにしたので、作動室の水凝固時の体積膨張圧力を弁体に対して軸方向にのみ作用させることができ、弁体は円滑に軸方向に移動できる。そのため、作動室内の水が僅かに凝固しただけで開弁でき、外気温度の低下に対して極めて鋭敏に動作する凍結防止装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる凍結防止装置の一例の全体断面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】弁体の斜視図である。
【図４】本発明の凍結防止装置を給水栓近傍に取り付けた例の断面図である。
【符号の説明】
１      送水配管
３      ボデー
４      ジョイント
６      弁口
７      作動室
８      給水通路
１０    スリーブ
２０    弁体
２６    閉弁用スプリング
２９    排水パイプ
３０    ブロー孔
３２    ブロー弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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