(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁弁や電動弁を使用せず、コストが安く、操作に時間がかからない、また、騒音が全くなく、静粛性に優れた、さらに、水抜き操作を忘れても凍結を防止できる、あるいは、冬でもできるだけ水抜きせずに使用したい、等の用途に適した寒冷地用排水弁を提供することを目的とする。【解決手段】弁箱１の排水口３に連通する排水弁座４を閉塞する弁体８の他端部に、加熱して収縮する形状記憶合金ワイヤ１５を連結し、弁体の中間部を排水弁座とほぼ同径に密封するとともに、形状記憶合金ワイヤに通電して加熱することにより、弁体を排水弁座から離脱させて入水口２からの水を排水口に排出し、通電停止時には戻しばね１７、または水圧力により排水弁座を閉塞するようにしたものである。【選択図】図１
2004204918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁箱の排水口に連通する排水弁座を閉塞する弁体の他端部に、加熱して収縮する形状記憶合金ワイヤを連結し、弁体の中間部を排水弁座とほぼ同径に密封するとともに、形状記憶合金ワイヤに通電して加熱することにより、弁体を排水弁座から離脱させて入水口からの水を排水口に排出し、通電停止時には戻しばね、または水圧力により排水弁座を閉塞するようにしたことを特徴とする寒冷地用排水弁。
【請求項２】
弁箱の流入口、流出口の中間部に主弁座を、その下流側に主弁座より大径のシリンダを形成し、上記シリンダを摺動して主弁座を開閉する主弁体の上方部に、流入口と主弁体を介して連通する圧力室を形成し、さらに、主弁体内部に、上端に圧力逃がし弁座を有する、圧力室と流出口を導通する圧力逃がし孔を設け、主弁座と流出口の中間部を入水口とし、弁箱の下端部を排水口としてなる、請求項１記載の寒冷地用排水弁を有する水洗トイレ用給水弁。
【請求項３】
弁箱の流入口、流出口間を開閉するピストンの側壁を穿って入水口とし、内部に弁箱の排水口に連通する排水路を形成し、その上端を排水弁座とした、請求項１記載の寒冷地用排水弁を有する不凍給水栓。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寒冷地で水道配管の凍結防止のために使用される排水弁に関し、特に、形状記憶合金ワイヤを通電、加熱して弁を作動させる寒冷地用排水弁およびそれを使用した寒冷地用給水弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、寒冷地の給水弁は、凍結防止のため排水可能な構造を有しているのが一般的であるが、操作性の簡便さ、確実さ、あるいは遠隔操作の必要性等から、電磁弁や電動弁を使用するものも間々あった。例えば、水栓トイレ用給水弁として、同一出願人による実用新案登録第２５４２０５７号公報は、通止水用と排水用の２個の電磁弁を使用したものであり、従来のモーター駆動の電動弁より、水の出が早く、使用者に不安感を与えないという大きな特徴を有している。
【０００３】
しかし上記のものは、電磁弁を２個使用するため、コスト面においては、従来の電動弁と大差がなく、コスト高であり、また、使用時、電動弁のギヤ噛み音がしない代わりに、プランジャの衝突音が気になるという欠点があった。また、不凍給水栓を電動操作するものも昔から行われており、例えば、同一出願人による実公昭５９−２６１３４の様に、弁座を有する弁構造のものを駆動する装置も実用化されているが、止水、排水を行わせるため、弁のストロークが大きくなり、操作に時間がかかる他、特に、大口径のバルブにおいては、かなり大型な装置が必要になり、やはりコストが高くなるという欠点もあった。
【０００４】
そのため、電磁弁や電動弁を使用せず、形状記憶合金ばねを使用して、弁を作動させ、水抜きしようというものも提案されている。同一出願人による実用新案登録第２５３０１２５号公報がその１例であり、０゜Ｃ近傍に変態点を有する形状記憶合金ばねとバイアスばねの働きで、弁に作用する水圧力が無くなり、かつ、水温が１〜５゜Ｃ位まで下降したとき、バイアスばねが形状記憶合金ばねに打ち勝って、弁を開き、水抜きさせるというものである。
【０００５】
しかし、上記のものは湯水混合栓の底部に取り付けて、止水したときの残り水を自動水抜きする用途には適しているが、水抜き操作自体を忘れた場合の、管や器具類の凍結防止、あるいは、冬でも水を落とさず使用するという用途には使用できず、また、変態温度幅が広いので、例え使用したとしても、厳寒地では水が出たまま止まらなくなる恐れが充分で、さらに、使用頻度が激しい公衆トイレのように、例えば、水温が１゜Ｃ以下になるまで、できるだけ水を落とさず、次の使用者がすぐ水が出るようにしておきたい、という用途にも不向きであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決するために出願されたものであり、電磁弁や電動弁を使用せず、コストが安く、操作に時間がかからない、また、騒音が全くなく、静粛性に優れた、さらに、水抜き操作を忘れても凍結を防止できる、あるいは冬でもできるだけ水抜きせずに使用したい、等の用途に適した寒冷地用排水弁あるいはそれを用いた給水弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のため本発明の寒冷地用排水弁は、弁箱の排水口に連通する排水弁座を閉塞する弁体の他端部に、加熱して収縮する形状記憶合金ワイヤを連結し、弁体の中間部を排水弁座とほぼ同径に密封するとともに、形状記憶合金ワイヤに通電して加熱することにより、弁体を排水弁座から離脱させて入水口からの水を排水口に排出し、通電停止時には戻しばね、または水圧力により排水弁座を閉塞するようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて実施形態を詳細に説明する。図１に本発明の寒冷地用排水弁の基本実施例を示すが、１は弁箱であり、側壁に入水口２、下端に排水口３を有している。排水口３には、上端を排水弁座４とする排水弁本体５が調整可能にねじ接続されており、その上方部にＯリング６が装着されている。さらに、上端部に樹脂製のボンネット７を、離脱しないよう樹脂の弾力性を利用してはめあい接続している。なお、排水弁本体５は必ずしも調整が必要なわけでなく、固定しても良いし、さらに、弁箱１と一体に形成し、Ｏリングを有する金具を弁箱１にねじ接続するようにしても良い。
【０００９】
８は、中間棒状部９が上記Ｏリング６に密着する金属製の弁体であり、下端に排水パッキン１０を装着し、上端に図２に直角方向の状態図を示すごとく、溝１１を形成し、耐熱樹脂製のローラー１２をピン１３で連結しており、ローラー１２の中間部に穿ったガイド溝１４で形状記憶合金ワイヤ（以下、ワイヤと略称する）１５を弁体８に接触しないようＵ字状に懸架し、両端をボンネット７の上端にビス１６で固定している。
【００１０】
弁座４と中間棒状部９は基本的には同径に形成されており、水圧の高低に関わらず、弁体８の作動に悪影響を及ばせないようにしており、戻しばね１７により弁体８は排水弁座４に押圧されているが、使用水圧によっては、戻しばね１７を弱くして、排水弁座４の径を大にし、主に水圧によって閉弁させることもでき、弁体８のストロークを小さくすれば、戻しばね１７を省略し、水の流れで閉弁させることも可能である。なお、ビス１６によりコード１８も固定されており、ワイヤ１５と電気的に接続されている。
【００１１】
図の状態では、入水口２からの水は、Ｏリング６と排水パッキン１０により遮断されており、他所への流出はないが、この状態で、例えば、センサーで感知した入水口２側の水温が凍結温度に近づき、排水させたいというような場合は、コード１８に通電し、ワイヤ１５を加熱させると良く、ワイヤ１５は一定の変態温度を超えると収縮し、戻しばね１７の抗張力に勝って弁体８を上昇させ、入水口２側の水を排水させることになる。
【００１２】
冷たい水が排出され、水温上昇をセンサーが感知したとき、あるいは、タイマーにより、一定時間経過して排水が終了した後で、通電が停止し、自然放熱でワイヤ１５が変態温度以下になり、戻しばね１７により弁体８が下降して排水弁座４を閉塞し、排水は停止される。
【００１３】
本実施例でのワイヤ１５は、ニッケル、チタン系合金製で、線径も０．数ミリという細い線を使用しており、電気抵抗値が高く、放熱性も良いので、通電のオン、オフにより排水、排水停止はきわめて短時間に行われる。変態温度は、できるだけ低い温度で、かつ、通常状態では達することが無いよう、７０〜８０゜Ｃのものを使用しており、排水状態が長く続くときは、あまり温度が高くなりすぎてワイヤ１５の特性が劣化しないよう、制御で通電、遮断を繰り返すようにすることもできる。
【００１４】
本実施例では１本のワイヤ１５を、ローラー１２を介してＵ状に延長し、上端で両端を固定しているので、倍の力で弁体８を持ち上げることができ、弁体８のストロークが少ないことと相俟って、Ｏリング６の摩擦力よりも大きくしなければならない戻しばね１７の抗張力に打ち勝つ設計が容易にできる利点がある。ワイヤ１５の変態温度点での収縮率は決まっているので、弁体８のストロークにより、ワイヤ１５自体の長さも決まってくる。なお、ローラーを数個使用して、ワイヤ１５をさらに大径に横向きに固定したり、あるいは途中から下向きに変えて固定すれば、ワイヤ１５の総長さは同じでも、ボンネット７の長さを短くすることができる。
【００１５】
ワイヤ１５が細く、電気抵抗が大きいため、流す電流もわずかで良く、乾電池１，２本で充分なので、使用電気量が少なくて済み、ソーラー等を利用すれば、電気設備のない場所での適用も可能となる。また、通電時、モーターやソレノイドを使用した場合のような異常音の発生が全くなく、きわめて静粛性に優れている、という特徴がある。
【００１６】
本実施例による排水弁は、例えば、庭の散水栓の流出口に取り付け、水を落とし忘れても凍結を防止する、あるいは冬でも水を落とさず使用する、等の用途、さらには、室内の台所や浴室の蛇口近傍に取り付け、水を落とし忘れても、どこか水が出る場所を確保しておく、というような用途にも適用でき、入水口と同一レベルに出水口（図面省略）を設けておけば便利である。
【００１７】
なお、散水栓のように戸外に設置する場合は、排水弁座の位置をできるだけ上方に突出させ、入水口２側の水温を利用して、排出された残留水滴が径の小さい排水弁座４下端部で凍結して流路を閉塞しにくいようにすることが望ましい。
【００１８】
図３及びその平面図の図４に、本発明の排水弁を２個、水栓トイレ用給水弁に適用した実施例を示すが、弁箱１には、紙面と直角方向に、流入口１９、流出口２０を設け、中間部の主弁座２１と流出口２０間に入水口２を、下端に排水口３を位置させている。主弁座２１の上方、下流側に、主弁座２１よりも大径のシリンダ２２を形成し、上端にキャップ２３を接続する。
【００１９】
キャップ２３の上端に、内部にＯリング６を装着する蓋体２４を介して、樹脂製のボンネット７をねじ接続し、蓋体２４に係止された戻しばね１７に押圧される弁体８を収容する。弁体８は、上端をローラー１２を介してワイヤ１５に連結され、ワイヤ１５は、ピン１３によりボンネット７に接続された耐熱性樹脂からなる上側ローラー２５を介して直角に折り曲げられ、ビス１６によりボンネット７の上端に固定される。上側ローラー２５はローラ１２を２個使用しても良いが、上側ローラー２５で直角に折り曲げることにより、ボンネット７の長さをそれだけ短くすることができる。ビス１６には図１と同様にコード１８（図面省略）が接続され、ワイヤ１５と電気的に導通している。
【００２０】
２６は主弁体であり、下端に主弁パッキン２７を、内部に小径圧力逃がし孔２８を穿ったパッキン押さえビス２９により離脱しないよう装着し、その上方に、上端を圧力逃がし弁座３０とする圧力逃がし孔３１を形成する。外周に、シリンダ２２を摺動する断面Ｙ状の一方向密封性環状パッキン３２を装着し、その溝底から主弁体２６上方に形成される圧力室３３に連通する小径の圧力導入孔３４を穿っている。
【００２１】
排水口３側には、上述した排水弁と同じものが横向きに接続されており、弁体８が、排水口３に連通する排水弁座４を閉塞している。
【００２２】
図は止水状態を示しているが、通水したいときは、操作ボックスのボタン（図面省略）を押すと、ワイヤ１５が通電、加熱され、収縮して、弁体８を上昇させる。同時に、主弁座２１よりも大径のシリンダ２２に基づく圧力差を受けて、主弁体２６は、圧力逃がし孔３１、小径圧力逃がし孔２８を通って圧力室３３内の圧力水を逃がしながら上昇し、流出口２０側に水が流れる通水状態となる。
【００２３】
タイマーの働きにより一定時間経過後に、ワイヤ１５への通電が遮断され、上述したように戻しばね１７により弁体８が下降し、圧力逃がし弁座３０を閉塞する。一方向密封性環状パッキン３２がシリンダ２２に密着しているため、圧力導入孔３４を通って徐々に圧力室３３に入り込んできた流入口１９からの圧力水により、主弁体２６はゆっくり下降し、主弁パッキン２７が主弁座２１に密着して、再び閉栓状態となる。この場合は、水の流れで弁体８を戻すことは期待できず、戻しばね１７は必須の構成要件となる。
【００２４】
水温センサー（図面省略）により凍結の危険性が確認されたときは、今度は排水側のワイヤ１５が自動的に通電、加熱され、弁体８を上昇させて流出口２０側、立上管（図面省略）内の水を入水口２から排水口３へと排出し、凍結を防止する。タイマーの働きにより排水が終了する充分な時間経過後に、弁体８が排水弁座４を閉塞することになる。
【００２５】
本実施例では、引用例の２個の電磁弁を省略できる経済的効果が大きいが、主弁体２６を作動させるのは電磁弁で行い、排水側だけにワイヤ１５を使用するようにすることもできる。なお、流量調整及び弁の修理用として流入口１９側にはバルブを設けるのが普通である。
【００２６】
図５は通常、地中に埋設して使用される不凍給水栓に本発明の寒冷地用排水弁を適用させた実施例であり、弁箱１の流入口１９、流出口２０間に主弁座２１を設け、下端に排水口３を紙面と直角方向に形成する。排水口３には、地中の汚水が弁箱１内に入り込まないよう、逆止弁（図面省略）を接続する。地中に埋設されないバルブとして使用するときは、図３のように下端を大きく開口して、逆止弁を省略すればよい。
【００２７】
主弁座２１の上方に大径のシリンダ２２を、下方に小径の排水シリンダ３５を形成し、ピストン３６には、上記シリンダ２２、排水シリンダ３５を摺動する環状パッキン３７，３８、主弁座２１を閉塞する主弁パッキン２７を装着し、内部に排水口３と連通する排水路３９を形成し、環状パッキン３７と主弁パッキン２７間の側壁を穿って、入水口２とする。
【００２８】
排水路３９上端に排水弁座４を形成し、弁体８により閉塞するようにしている。弁箱１は外パイプ４０により、ピストン３６は内パイプ４１により地上部に延長され、図示しないが、操作器具に接続されている。内パイプ４１を接続する継手４２内に上側ローラー２５を収容し、ワイヤ１５をビス１６で固定している。さらに、内パイプ４１内にコード１８を収容し、やはりワイヤ１５と電気的に導通させている。
【００２９】
図は通水状態を示しているが、排水状態にしたいときには、まず、内パイプ４１に連結されたハンドル（図面省略）操作により、ピストン３６を下降させて主弁パッキン２７を主弁座２１に密着させ、流入口１９からの水を遮断し、止水状態とする。その後で、ワイヤ１５に通電し、弁体８を上昇させ、流出口２０側の水を、入水口２を通って、排水路３９から排水口３へと排出する。その後は、タイマーにより、一定時間経過後に通電を停止すればよい。
【００３０】
手動によるハンドル操作時、マイクロスイッチ等を利用して直ちに通電し、排水することも、また、センサーを用いて、水温が凍結温度近傍になったとき、通電し、排水させることもできる。勿論、手動操作でなく、電動操作にしても構わない。                                              
【００３１】
本実施例によれば、環状パッキン３７，３８はシリンダ２２、排水シリンダ３５から離脱することがないので、水圧によるブローアウト等でパッキンが損傷する事故を回避でき、ピストン３６は通水から止水までの動きしか必要ないため、ストロークを小さくすることができ、特に大口径の不凍給水栓では、弁箱１を小型化できる効果は大きい。
【００３２】
通常の形状記憶合金ばねを使用しても、本発明を実現できるように思えるが、ばねにした場合は、本実施例の数倍の太さが必要となり、通電による温度上昇、および自然放熱による温度降下に時間がかかって、公衆トイレ用として使用する場合など、なかなか水が出てこない、止まらない、という欠陥があり、実際には使用困難である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、加熱して収縮する形状記憶合金ワイヤを利用して、弁を作動させる方式を採用しているため、モーターやソレノイドを使用して弁を作動させるものよりもコストを安くでき、また、弁も小型化でき、不快なギヤ噛み音やプランジャの衝突音が無く、きわめて静粛性に優れており、わずかな駆動電流で済むため、ソーラー等を利用して、電気設備のないところでも設置可能となる、等の特徴を有し、通常の形状記憶合金ばねでは実現できなかった、水抜きを忘れても凍結を防止できる、あるいは、冬でも、できるだけ水落としをしないで使用するという用途、さらには、使用頻度が激しい公衆トイレでの使用にも適した寒冷地用の排水弁を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明寒冷地用排水弁の１基本実施例を示す、止水状態における縦断面図である。
【図２】図１の弁体の直角方向の部分拡大図である。
【図３】本発明の寒冷地用排水弁を水栓トイレ用給水弁として使用した実施例を示す、止水状態における縦断面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】本発明の寒冷地用排水弁を不凍給水栓に適用した、通水状態における縦断面図である。
【符号の説明】
１              弁箱
２              入水口
３              排水口
４              排水弁座
８              弁体
１５              形状記憶合金ワイヤ
１７              戻しばね
１９              流入口
２０              流出口
２１              主弁座
２２              シリンダ
２６              主弁体
３０              圧力逃がし弁座
３１              圧力逃がし孔
３３              圧力室
３６              ピストン
３９              排水路
【図１】
2004204918.tif 000003
【図２】
2004204918.tif 000004
【図３】
2004204918.tif 000005
【図４】
2004204918.tif 000006
【図５】
2004204918.tif 000007