(57)【要約】【課題】構造を簡素にし、組付を容易にするとともに、排水の一部が凍っても、開弁動作に支障をきたさない凍結防止装置を提供する。【解決手段】一端部が送水配管１に接続された筒形のボデー３と、ボデー３の内部に同心状に固定され、その送水配管側の端部に弁口１２が形成されたスリーブ１０と、ボデー３の内面とスリーブ１０の外面との間に形成され、送水配管側と反対側の端部が閉鎖され、内部に水を貯留する円筒状の作動室６と、作動室６の送水配管側の端部を摺動自在に封止する封止部２１を有し、作動室内の水凝固時の体積膨張作用によりボデーおよびスリーブに対して軸方向に摺動し、弁口１２を開く弁体２０と、弁体の開弁動作により、送水配管内部の水を弁口１２からスリーブ１０の内側を通って外部へ排出する排水通路２９とを備える。【選択図】　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部が送水配管に接続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、その送水配管側の端部に弁口が形成されたスリーブと、
上記ボデーの内面とスリーブの外面との間に形成され、送水配管側と反対側の端部が閉鎖され、内部に水を貯留する円筒状の作動室と、
上記作動室の送水配管側の端部を摺動自在に封止する封止部を有し、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、送水配管内部の水を上記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、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、
上記ボデーには、送水配管の内部と作動室の送水配管側と反対側の端部とを連通させ、作動室より先に凍結して封止される流入通路が形成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】
【発明の属する技術分野】
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８−２８７３２号公報）。図７はこの凍結防止装置の一例を示す。
図において、４０は送水配管、４１は送水配管４０に接続されたボデー、４２はボデー４１の内部に同心状に固定されたスリーブである。ボデー４１とスリーブ４２との間には円筒状の作動室４３が形成されている。弁体４４は、作動室４３の上端部を摺動自在に封止する封止部４４ａと、ボデー４１に形成された弁口４５を開閉する弁部４４ｂとを備えている。
【０００３】
外気温度の低下により作動室４３内の水が凝固すると、その体積膨張作用により弁体４４が押し上げられ、弁口４５を開く。この弁体４４の開弁動作により送水配管４０内の水がスリーブ４２の中の排水通路４６を通過するため、その水の保有熱がスリーブ４２を介して作動室４３内の氷を溶かす。そのため、作動室４３の体積が小さくなり、弁体４４を閉弁させることができる。つまり、排水通路４６を流れる水の保有熱によって作動室４３の氷を融解させるので、寒冷期でも短時間で弁体４４を閉じることができ、水を節約できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造の凍結防止装置の場合、弁口４５をボデー４１の内部に形成する関係で、ボデー４１がジョイント部４１ａとシリンダ部４１ｂの２部品で構成され、弁体４４も２部品で構成されている。つまり、弁口４５の上面に着座する弁部４４ｂと、作動室４３内を摺動する封止部４４ａとが上下に分割され、封止部４４ａに一体に形成された軸部４４ｃが弁口４５を貫通し、その上端に弁部４４ｂが螺着されている。そのため、ボデー４１および弁体４４の構造が複雑になり、組付作業に手間がかかるとともに、コスト上昇を招くという問題があった。
【０００５】
また、弁体４４が弁口４５を開いた時、送水配管４０の水は弁口４５、軸部４４ｃに設けた排水穴、スリーブ４２の中を通って排出される。ところが、排水の一部が弁口４５より下流側、例えば弁体４４の軸部４４ｃと弁口４５との間や弁体４４とスリーブ４２との間に溜まることがある。この部分は大気に開放しているので、溜まった水が凍結し、弁体４４の円滑な開弁動作を阻害する可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、構造を簡素にし、組付を容易にするとともに、排水の一部が凍っても、開弁動作に支障をきたさない凍結防止装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、一端部が送水配管に接続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、その送水配管側の端部に弁口が形成されたスリーブと、上記ボデーの内面とスリーブの外面との間に形成され、送水配管側と反対側の端部が閉鎖され、内部に水を貯留する円筒状の作動室と、上記作動室の送水配管側の端部を摺動自在に封止する封止部を有し、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、送水配管内部の水を上記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、を具備したことを特徴とする凍結防止装置を提供する。
【０００８】
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。
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、作動室内部の氷を溶かす。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。
【０００９】
作動室は固定部材であるボデーとスリーブとの間に形成され、その一端側を弁体が摺動自在に封止しているので、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し、弁体は円滑に軸方向に移動でき、鋭敏な開弁動作を行うことができる。
弁口はボデーではなく、作動室の内壁を構成するスリーブの送水配管側の端部に形成されている。そのため、弁口が開かれた時、水は弁口からスリーブの中を通って排出されるに過ぎない。つまり、弁口より下流側の排水経路には、弁体の摺動部が存在しないので、たとえ排水の一部が凍っても、弁体の開弁動作に悪影響を及ぼさない。
また、弁口がスリーブの送水配管側端部に形成されているので、ボデーを複雑な構造に加工する必要がなく、１部品で構成することも可能となる。弁体もスリーブの上端に嵌合するキャップ形状にすれば、封止部と弁部とを一体部品で構成できるので、構造が簡単で小型化が可能となる。また、弁体の組付も、スリーブの端部に嵌合するだけでよく、組付作業が用意になる。
【００１０】
請求項２のように、ボデーに、送水配管の内部と作動室の送水配管側と反対側の端部とを連通させ、作動室より先に凍結して封止される流入通路を形成するのがよい。
作動室には常に水を充満させる必要があるが、何らかの理由で空気が入ると、水が凍っても空気が圧縮されるだけで、弁体を開くことができなくなる。そこで、送水配管から作動室へ溝を供給する流入通路を設けることで、常に作動室を水で満たすことができる。
流入通路は作動室より先に凍結して封止される必要があり、また排水時には流入通路の氷は溶けない方がよい。なぜなら、作動室が先に凍ると、その体積膨張分が流入通路を介して逃げるので、弁体が開かなくなるからである。また、排水時に流入通路の氷が先に溶けると、作動室の体積膨張圧力が流入通路を介して逃げ、作動室の氷が溶ける前に弁体が閉じるからである。流入通路は、送水配管の内部と作動室の送水配管側と反対側の端部とを連通させているので、流入通路は作動室より先に凍結し、かつ排水時には流入通路の氷が溶けるのを作動室の氷が溶けるより遅らせることができる。
なお、流入通路は、ボデーの側壁に一体に設けてもよいし、細いパイプを用いて送水配管と作動室とを連結してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図５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には凍結防止装置Ａの円筒形ボデー３が接続されている。配管１，継手２およびボデー３はテーパねじ１ａ，２ｂ，３ａによって螺着しているため、互いにシールされている。
【００１２】
継手２の接続口２ａ内に挿入されたボデー３の上端開口部には、ロックリング４を介してバネ受け具５が装着されている。バネ受け具５は後述する弁体２０を閉弁方向に付勢するリターンスプリング２７の一端を支えるものであり、その中心部には、弁体２０が開いた時の流量を調整するためのオリフィス５ａが形成されている。
【００１３】
ボデー３の上端開口部の近傍には外方へ膨出した弁室３ｂが形成され、この弁室３ｂはバネ受け具５のオリフィス５ａを介して送水配管１の内部と連通している。弁室３ｂ内に弁体２０の頂部に設けた弁部２４が臨んでいる。ボデー３の内部には略円筒形のスリーブ１０が下方より挿入され、スリーブ１０の下端部に設けられた外フランジ１０ａがボデー３の下端部内面に形成された内フランジ３ｃの下面に当接させることで位置決めされている。ボデー３の下端部にはロックナット１６が螺着され、このロックナット１６によって樹脂製のホースジョイント１７のフランジを介してスリーブ１０のフランジ１０ａがボデー３の内フランジ３ｃの下面に圧着される。これにより、スリーブ１０はボデー３の内部に同心状に固定されている。
【００１４】
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６が形成されている。作動室６の下端側（送水配管側と反対側）は、スリーブ１０の外フランジ１０ａの外周に装着されたＯリング等のシール材１１によって閉じられている。ボデー３の内フランジ３ｃとスリーブ１０の外フランジ１０ａとの間に小さな環状空間１３が形成されており、環状空間１３と作動室６とは内フランジ３ｃを上下に貫通する流入穴１４を介して連通している。環状空間１３は流入通路７を介してボデー３の弁室３ｂと連通している。流入通路７はボデー３の外壁部に一体形成された軸方向に延びる突条部８（図２参照）の内部に形成されている。この実施例では、流入通路７は突条部８に対して軸方向に貫通する貫通穴を形成し、その下端をセットボルト１５で封止するとともに、環状空間１３から貫通穴に対して斜め方向にキリ穴１２を形成したものである。
上記実施例では、環状空間１３と作動室６の下端部とを連通させるため、内フランジ３ｃに流入穴１４を形成したが、スリーブ１０の外周面と内フランジ３ｃの内周面との隙間（図６参照）を介して連通させてもよい。
【００１５】
スリーブ１０の上端部はボデー３の弁室３ａまで延びており、その上端にはやや小径に絞られた弁口１２が形成されている。上記スリーブ１０の上端部には、図３に示すように、キャップ形状の弁体２０が軸方向に移動自在に嵌合されている。弁体２０の下端部には、作動室６の上端側をシールする円筒形の封止部２１が一体に形成されている。封止部２１の内外周には、スリーブ１０の外周面に接触するＯリング等のシール材２２と、ボデー３の内周面に接触するシール材２３とが取り付けられている。弁体２０の上端部には円筒状の弁部２４が設けられ、この弁部２４の内部天井面には、上記弁口１２を開閉するバルブガスケット２５が取り付けられている。弁体２０の弁部２４と封止部２１との間には、外周面と内周面とを連通させる連通穴２６が設けられ、弁室３ｂ内の水は、この連通穴２６を通ってスリーブ１０（弁口１２）の外周面に常時導かれている。この実施例では、弁口１２がスリーブ１０の直径よりやや小径であるため、弁部２４の内周面と弁口１２の外周面との間に環状空間９（図４参照）が形成され、この環状空間９に連通穴２６を介して水が導かれている。弁体２０の弁部２４上面とバネ受け具５との間には、弁体２０を下方へ付勢し、ガスケット２１を弁口１２に押し付けるためのリターンスプリング２７が配置されている。この実施例では、リターンスプリング２７のばね荷重は低く設定されており、例えば凍結防止装置Ａが送水配管１に対して斜め方向に取り付けられた場合でも、弁体２０が弁口１２に対して安定して着座するように支持する役割を有する。
【００１６】
この実施例では、弁口１２がスリーブ１０の上端に形成されているので、キャップ形状の弁体２０をボデー３の上端開口部から挿入し、スリーブ１０の上端部に嵌合するだけで組み付けることができ、組付が簡単になる。また、ボデー３に弁口を形成する必要がないので、ボデー３の構造が簡素となる。その結果、弁体２０およびボデー３をそれぞれ１部品で構成することが可能となり、弁体２０およびボデー３を小型化することが可能となるという利点がある。
【００１７】
スリーブ１０の内部には、樹脂製排水パイプ２９が挿着されている。弁体２０が弁口６を開いた時、送水配管１内の水は、弁室３ｂ、連通穴２５、弁口１２を通り、スリーブ１０の内部に挿着された排水パイプ２９、ホースジョイント１７を介して外部へ排水される。したがって、排水パイプ２９およびホースジョイント１７により排水通路が形成される。排水パイプ２９およびホースジョイント１７は、送水配管１内の水を排水する際に、水滴がスリーブ１０の内面に付着して氷結するのを防止するものであり、四フッ化エチレン樹脂などの熱伝導性の低い樹脂材料で形成するのがよい。そのため、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６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。
【００１８】
ボデー３は真鍮のような熱伝導度の高い材料で形成するのがよい。そのため、外気温度が低下した時、流入通路７や作動室６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、流入通路７や作動室６内の水を速やかに凝固させる。しかも、作動室６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）で形成するのがよい。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、弁室３ｂ内部の水の保有熱が弁体２０を介して作動室６に伝わり、作動室６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、弁室３ｂから弁体２０を介して作動室６に伝わる熱量が少なくなり、作動室６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）で形成してもよい。その理由は、作動室６の内壁を構成するスリーブ１０の内側の空気層の熱が作動室６に伝わるのを抑制し、作動室６の水の凝固が遅れるのを防止するためである。但し、スリーブ１０をボデー３と同様に熱伝導度の高い材料で形成してもよいことは勿論である。
【００１９】
上記作動室６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には、ブロー孔３０を流れた水を外部に排出する排出孔３３が形成されている。
ブロー弁３２を開くと、作動室６の内圧が低下するため、送水配管１内の水は、弁室３ｂ、流入通路７を通って作動室６に下方より導入される。それに伴って、作動室６内の水は弁体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６の上部に溜まった空気も水とともに排出される。空気は圧縮性流体であるため、作動室６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、上記のように流入通路７が作動室６の最下部に連通し、ブロー孔３０が作動室６の最上部に連通しているので、作動室６の残留空気を効率良く排出できる。
【００２０】
次に、上記構成の凍結防止装置Ａの作動を説明する。
外気温度が零度以下に低下すると、流入通路７および作動室６内の水の保有熱がボデー３を介して放出され、流入通路７の水が先に凍結し、しかる後作動室６内の水が凝固し始める。特に、弁室３ｂ内部の水の保有熱の影響のため、作動室６の内、弁室３ｂに近い上部に比べて、下部の方が早く凝固する。作動室６内の水が凝固し始めると、流入通路７は既に凍結して閉止されているので、作動室６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１２を開く（図５参照）。そのため、送水配管１内の水が弁室３ｂ、弁口１２、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６に伝導され、作動室６の氷を溶かす。その結果、作動室６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２７のばね力によって押し下げられ、自動的に閉弁する。以後、上記の動作を繰り返す。
【００２１】
上記開弁動作において、弁体２０は作動室６の上端側に配置されており、作動室６の体積膨張による軸方向力のみを受けるので、弁体２０の軸方向移動が非常に円滑となる。そのため、作動室６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鋭敏に反応して送水配管１などの他の配管の凍結を確実に防止できる。また、弁口１２を開いて排水した時、排水の保有熱により作動室６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、水を節約できる。
【００２２】
上記のように弁口１２が作動室６の内壁を構成するスリーブ１０の上端部に形成されているため、弁口１２が開かれた時、弁室３ｂ内の水は弁口１２を通って排出されるに過ぎない。つまり、弁口１２を通った水が弁体２０とボデー３との隙間や、弁体２０とスリーブ１０との隙間を経由せずに排出される。小型の凍結防止装置では、スリーブ１０の内径が小さくなるので、排水通路２９内に排水の一部が溜まることがあり、排水通路２９は大気に開放しているので、溜まった排水が凍る可能性がある。しかし、弁口１２より下流側の排水通路２９には、弁体２０の摺動部が存在しないので、たとえ溜まった排水が排水通路２９で凍っても、弁体２０の開弁動作に全く悪影響を及ぼさない。
なお、排水通路２９内で凍った氷は、弁口１２が開かれて送水配管１の水が流れ込めば、瞬時に溶けるので、問題がない。また、排水パイプ２９として四フッ化エチレン樹脂などの摩擦係数の小さい材料を使用することで、開弁時の差圧によっても氷を排出できる。
弁口１２より上流側（弁室３ｂ，連通穴２６，環状空間９）は、給水配管１と連通し、かつ加圧下の水で満たされているので、凍結することはない。
【００２３】
上記実施例では、流入通路７をボデー３の外壁部に一体形成された突条部８の内部に形成したが、図６に示すように、別体のパイプ１８を接続することで流入通路を形成してもよい。流入パイプ１８は、内部の水が作動室６より早く凍結する必要があるので、薄肉でかつ熱伝導の良好な金属パイプで構成するのがよい。この場合には、流入パイプ１８の全周が外気に露出しているので、凍結を早めることができる。
【００２４】
本発明の凍結防止装置Ａ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。例えば、配管末端部の給水栓の近傍に取り付けたり、給湯器の配管に取り付けることもできる。
上記実施例では、凍結防止装置Ａのボデー３を一体構造物で構成したが、特開平８−２８７３２号公報と同様に複数部品で構成することも可能である。例えば、継手２に螺着されるジョイント部分を別部品で構成すれば、継手２の接続口の直径が異なる場合でもジョイントを交換するだけで簡単に対応できる。
上記実施例では、流入通路７が先に凍結して閉止された後、作動室６の水が凝固することで、弁体２０を動作させる例を示したが、流入通路７に逆止弁を設け、流入通路７が先に凍結しなくても、作動室６の水の凝固による膨張圧力が流入通路７に逃げるのを防止してもよい。
【００２５】
【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、弁口をボデーではなく、作動室の内壁を構成するスリーブの送水配管側端部に形成したので、弁口より下流側の排水経路には、弁体の摺動部が存在しない。そのため、排水の一部がスリーブの中で凍っても、弁体の開弁動作に悪影響を及ぼさない。
また、弁口がスリーブの送水配管側端部に形成されているので、ボデーに弁口を形成する場合のようにボデーを複雑な構造に加工する必要がなく、弁体もスリーブの上端に被さるキャップ形状にすれば、封止部と弁部とを一体部品で構成できるので、構造が簡単で、組付も容易である。そのため、安価で小型の凍結防止装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる凍結防止装置の第１実施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】図１の要部の拡大図である。
【図５】動作時における図１の要部拡大図である。
【図６】本発明にかかる凍結防止装置の第２実施例の断面図である。
【図７】従来の凍結防止装置の断面図である。
【符号の説明】
Ａ　　　凍結防止装置
１　　　　　　送水配管
３　　　ボデー
６　　　　　　作動室
７　　　流入通路
１０　　スリーブ
１２　　弁口
２０　　　　弁体
２１　　封止部
２４　　弁部
２５　　　　ガスケット
２７　　　　リターンスプリング
２９　　排水パイプ（排水通路）
【図１】
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【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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