(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴槽から上水道への逆流を防止する大気開放弁において、
直線状の配管を構成するとともに側部に開口された第１の開口部と前記第１の開口部に対向する側部に開口された大気開放の第２の開口部とを有するボディと、
前記第１および第２の開口部の開口中心を結ぶ軸線上に進退自在に配置されたピストンと、
前記ピストンの一端に設けられて前記第１の開口部を塞ぐように配置されたダイヤフラムと、
前記ボディの外側より前記ダイヤフラムを覆うように配置され上水圧を導入して前記ダイヤフラムとの間に検圧室を構成するケースと、
前記ピストンの他端に保持されて前記第２の開口部を開放または閉塞する弁体と、
前記弁体が開く方向へ前記ピストンを付勢するスプリングと、
を備え、
前記ダイヤフラムの受圧面積を、前記弁体側の受圧面積の８倍以上にしたことを特徴とする大気開放弁。
【請求項２】
前記ボディ内の通路を開放または閉塞する電磁弁と、前記ボディ内を通過する水の逆流を防止する逆止弁とを一体に備えていることを特徴とする請求項１記載の大気開放弁。
【請求項３】
前記電磁弁を前記ボディ内の通路の上流側に配置し、前記逆止弁を前記ボディ内の通路の下流側に配置したことを特徴とする請求項２記載の大気開放弁。
【請求項４】
前記ボディ内を通過する水量を検出する流量センサを一体に備えていることを特徴とする請求項２記載の大気開放弁。
【請求項５】
前記流量センサを前記電磁弁よりも上流側の前記ボディ内の通路に配置したことを特徴とする請求項４記載の大気開放弁。
【請求項６】
前記流量センサを前記ピストンと前記逆止弁との間に配置したことを特徴とする請求項４記載の大気開放弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大気開放弁に関し、特に給湯装置からの温水を浴槽に導く配管の途中に設けられて浴槽の汚水が上水道へ逆流してしまうのを防止する大気開放弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の給湯システムの構成例を示す図である。
従来の給湯システムにおいて、上水道の給水管１０１は、流量センサ１０２を介して熱交換器１０３および水バイパス弁１０４の上流側に接続されており、熱交換器１０３および水バイパス弁１０４の下流側は合流した後、水比例弁１０５に接続されている。この水比例弁１０５の下流側は、たとえば台所の蛇口などへ出湯する給湯管１０６に接続される。水比例弁１０５の下流側は、また、流量センサ１０７、電磁弁１０８、逆止弁１０９を介して風呂の浴槽１１０に配管されており、流量センサ１０７と電磁弁１０８との間の配管には負圧破壊装置（バキュームブレーカ）１１１が設けられている。
【０００３】
給水管１０１から給水された上水は、流量センサ１０２を通り、一部が熱交換器１０３にて加熱されて湯になり、一部は水バイパス弁１０４を通って熱交換器１０３から出てきた湯と混合される。このとき、水バイパス弁１０４により熱交換器１０３をバイパスする流量を制御することにより、湯水の混合比が変えられて出湯温度が制御される。所望の温度に制御された湯は、さらに、水比例弁１０５により出湯流量が制御されて給湯管１０６より給湯される。
【０００４】
また、浴槽１１０に湯張りを行う時には、電磁弁１０８を開けることにより、水比例弁１０５を出た湯が流量センサ１０７、電磁弁１０８および逆止弁１０９を介して風呂の浴槽１１０へ供給される。
【０００５】
負圧破壊装置１１１は、大気に開口した逆止弁の構成を有し、通常は、配管内の通水圧により閉じていて、断水などにより、給湯管１０６に負圧が発生した場合には、開いて、その配管内に大気を導入する。これにより、配管内の負圧状態をなくし、浴槽１１０内の湯が負圧によって給湯管１０６の方へ逆流してしまうことを防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の給湯システムでは、浴槽に近い側に安全のために２個の逆止弁を直列に配置してあるが、この逆止弁に異物が噛み込むなどして逆止弁の水密が不良になっていると、浴槽の湯がその水頭圧により逆止弁の上流側へ逆流して配管内に負圧が発生しないため、負圧破壊装置が機能せず、そのまま給湯管の方へ逆流してしまう可能性があるという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、逆止弁が異物の噛み込みなどで水密不良になっても浴槽内の汚水が上水道の側へ逆流するのを完全に防止することができる大気開放弁を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、浴槽から上水道への逆流を防止する大気開放弁において、直線状の配管を構成するとともに側部に開口された第１の開口部と前記第１の開口部に対向する側部に開口された大気開放の第２の開口部とを有するボディと、前記第１および第２の開口部の開口中心を結ぶ軸線上に進退自在に配置されたピストンと、前記ピストンの一端に設けられて前記第１の開口部を塞ぐように配置されたダイヤフラムと、前記ボディの外側より前記ダイヤフラムを覆うように配置され上水圧を導入して前記ダイヤフラムとの間に検圧室を構成するケースと、前記ピストンの他端に保持されて前記第２の開口部を開放または閉塞する弁体と、前記弁体が開く方向へ前記ピストンを付勢するスプリングと、を備え、前記ダイヤフラムの受圧面積を、前記弁体側の受圧面積の８倍以上にしたことを特徴とする大気開放弁が提供される。
【０００９】
このような大気開放弁によれば、通常は、検圧室に導入された上水圧をダイヤフラムが受けてピストンを付勢し、その反対側に設けられた弁体で大気に開放している第２の開口部を閉じているため、単なる配管として機能している。ここで、浴槽との間に設けられた逆止弁が異物の噛み込みなどにより水密不良となっている状態で、断水などで負圧が発生すると、ダイヤフラムが負圧を感知してピストンを弁体が開く方向へ付勢することで、第２の開口部が開放され、逆流してきた浴槽内の汚水をこの第２の開口部を介して大気に放出する。これにより、浴槽内の汚水が上水道の側へ逆流するのを確実に防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、給湯システムに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明による大気開放弁を適用した給湯システムの構成例を示す図である。
本発明による大気開放弁を適用した給湯システムにおいて、上水道の給水管１は、流量センサ２を介して熱交換器３および水バイパス弁４の上流側に接続されており、熱交換器３および水バイパス弁４の下流側は合流した後、水比例弁５に接続されている。この水比例弁５の下流側は、たとえば台所の蛇口などへ出湯する給湯管６に接続される。水比例弁５の下流側は、また、流量センサ７、電磁弁８、大気開放弁９、逆止弁１０を介して風呂の浴槽１１に配管されており、大気開放弁９は、検圧管１２を介して給水管１に接続されている。
【００１２】
給水管１から給水された上水は、流量センサ２を通り、一部が熱交換器３にて加熱されて湯になり、一部は水バイパス弁４を通って熱交換器３から出てきた湯と混合される。このとき、水バイパス弁４により熱交換器３をバイパスする流量を制御することにより、湯水の混合比が変えられて出湯温度が制御される。所望の温度に制御された湯は、さらに、水比例弁５により出湯流量が制御されて給湯管６より給湯される。
【００１３】
また、浴槽１１に湯張りを行う時には、電磁弁８を開けることにより、水比例弁５を出た湯が流量センサ７、電磁弁８、大気開放弁９および逆止弁１０を介して風呂の浴槽１１へ供給される。このとき、大気開放弁９には、検圧管１２を介して上水道の元圧が導入されている。
【００１４】
断水などが発生して給水管１内に負圧が発生したときには、大気開放弁９は、上水道の元圧の低下を感知して大気開放し、配管内の水を大気に放出する。もし、浴槽１１が高所にあり、逆止弁１０が異物の噛み込みなどにより水密不良となっていた場合には、浴槽１１内の汚水がその水頭圧により逆止弁１０を介して大気開放弁９まで逆流してくるが、その汚水は大気開放弁９により大気に放出されるため、浴槽内の汚水が給湯管６の方まで逆流することはない。
【００１５】
次に、この大気開放弁９の詳細を説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態に係る大気開放弁の弁閉状態を示す中央縦断面図、図３は本発明の第１の実施の形態に係る大気開放弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。
【００１６】
大気開放弁９は、直線状の配管を構成するボディ１３を有し、このボディ１３は、その両端に、電磁弁８からの配管に接続される接続部１４と逆止弁１０が装着された配管に接続される接続部１５とを有している。ただし、水の流れに対して方向性はないので、これらの接続部１４，１５は、電磁弁８からの配管および逆止弁１０が装着された配管のいずれに接続してもよい。ボディ１３は、また、その側部、図では上部中央部に第１の開口部１６が開口され、この第１の開口部１６に対向する側部、図では下部中央部に大気開放の第２の開口部１７が開口されている。第１および第２の開口部１６，１７の開口中心を結ぶ軸線上には、ピストン１８が進退自在に配置されている。ピストン１８の上部は、第１の開口部１６の通路内壁をガイドとするディスクが、下部は、第２の開口部１７の通路内壁をガイドとする３本の脚部がそれぞれ一体に形成されている。ピストン１８の上部のディスクには、リテーナ１９およびねじ２０によってダイヤフラム２１が固定されている。ダイヤフラム２１の外周部は、ボディ１３と第１の開口部１６を覆うように設けられたケース２２とによって挾持されている。ケース２２は、ダイヤフラム２１とともに検圧室２３を構成し、検圧管１２が接続される検圧管接続部２４が一体に形成されている。検圧管接続部２４と検圧室２３とは、連通孔２５によって連通されている。
【００１７】
ピストン１８の下部には、弁体２６が嵌着されている。この弁体２６は、第２の開口部１７の通路の途中に形成された段差部からなる弁座２７と協働して、配管内と大気との間を連通または閉塞する弁を構成している。さらに、ピストン１８の回りには、ピストン１８をダイヤフラム２１の方へ付勢するスプリング２８が設けられている。
【００１８】
以上の構成の大気開放弁９において、通常は、図２に示したように、検圧管１２およびケース２２に穿設された連通孔２５を介して上水道の元圧が検圧室２３に導入されている。したがって、ダイヤフラム２１は、その元圧を受圧してピストン１８を図の下方へ押し下げており、ピストン１８に嵌着された弁体２６を弁座２７に着座させている。これにより、大気に開放された第２の開口部１７は閉塞され、大気開放弁９は単なる配管として機能する。
【００１９】
ここで、断水などにより、上水道の元圧が低下または負圧になると、それに応動して検圧室２３の圧力が低下する。ダイヤフラム２１がその低下した圧力を受圧することにより、図３に示したように、ピストン１８が押し上げられ、弁体２６が弁座２７から離れて第２の開口部１７を開き、大気開放弁９内の水を大気に放出する。このとき、逆止弁１０が異物の噛み込みなどにより水密不良となっている場合、浴槽１１内の汚水がその水頭圧によって逆流してくるが、その場合でも、その汚水は、この大気開放弁９により大気に放出されるので、給湯管６や給水管１の方まで逆流することはない。
【００２０】
図４は大気開放弁内の圧力関係を説明する図であって、（Ａ）は圧力、受圧面積およびスプリング荷重を説明し、（Ｂ）は圧力と弁の開閉状態とを説明している。
【００２１】
この大気開放弁９において、図４の（Ａ）に示したように、ダイヤフラム２１の受圧面積をＡ、弁体２６の受圧面積をＢ、検圧室２３に導入される上水道の元圧である１次圧をＰ１、大気開放弁９内を流れる水の通水圧力である２次圧をＰ２、スプリング２８のスプリング荷重をＦｓとすると、大気開放弁９内の圧力関係は、
【００２２】
【数１】
Ａ（Ｐ１−Ｐ２）＋Ｂ・Ｐ２＝Ｆｓ  ・・・（１）
で表すことができる。これを変形して、１次圧の式にすると、
【００２３】
【数２】
Ｐ１＝Ｐ２（Ａ−Ｂ）／Ａ＋Ｆｓ／Ａ  ・・・（２）
となる。ここで、右辺の第１項は、ダイヤフラム２１の受圧面積Ａ、弁体２６の受圧面積Ｂ、１次圧Ｐ１および２次圧Ｐ２の関係を示しており、第２項は、２次圧Ｐ２が０のときに弁が開き始める場合の１次圧Ｐ１とスプリング荷重Ｆｓとの関係を示している。
【００２４】
以上の関係をグラフで表したのが、図４の（Ｂ）である。１次圧Ｐ１は通常高いので、そのときには、大気開放弁９は、閉弁領域にあり、断水などが発生して１次圧Ｐ１が低下した時には、開弁領域にある。それら開弁および閉弁の境界は、傾き（Ａ−Ｂ）／Ａで表されている。この傾きを１に近づけることで圧力の違いによる変化を抑えることができるが、これを達成するには、ダイヤフラム２１の受圧面積Ａを十分に大きくするか、弁体２６の受圧面積Ｂを十分に小さくすればよい。しかし、実用的には、実現できる寸法の大きさを考慮すると、ダイヤフラム２１の受圧面積Ａと弁体２６の受圧面積Ｂとの比Ａ／Ｂが８以上あればよく、好ましくは、比を１０程度にし、傾き（Ａ−Ｂ）／Ａを０．９程度にするとよい。
【００２５】
図５は本発明の第２の実施の形態に係る大気開放弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。この図５において、図２および図３に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２６】
この第２の実施の形態に係る大気開放弁３０は、第１の実施の形態に係る大気開放弁９と給湯管６から浴槽１１に至る配管上にある電磁弁８および逆止弁１０とを一体に構成した形態を有している。
【００２７】
この大気開放弁３０は、接続部１４の側のボディ１３に電磁弁８を配置し、接続部１５の側のボディ１３に逆止弁１０を配置している。電磁弁８は、ボディ１３と一体に形成された筒状の弁座３１とダイヤフラム３２によって支持された弁体３３とを含む主弁と、主弁の弁体３３の中央に形成された弁座３４とソレノイドのプランジャ３５に保持された弁体３６とを含むパイロット弁とからなっている。逆止弁１０は、筒状のケースの上流側端部にて内側に突設された弁座３７と、この弁座３７に下流側から対向して水の流れ方向に進退自在に配置された弁体３８と、この弁体３８を弁座３７に対して着座する方向に付勢するスプリング３９とを有し、この構成が水の流れ方向に２つ直列に配置されている。
【００２８】
以上の構成において、電磁弁８が通電されていない時には、図示のように、プランジャ３５がスプリングの付勢力によって弁体３６を弁座３４に着座させることでパイロット弁を閉じている。これにより、主弁の弁体３３の上面側の部屋には、その弁体３３に穿設されたオリフィスを介して上流側の圧力が導入され、ダイヤフラム３２の両側の部屋に圧力差がなくなることで、主弁はその上流側の圧力で閉じられ、浴槽１１への配管が閉塞される。
【００２９】
電磁弁８が通電されると、プランジャ３５が吸引されて図の上方へ移動することで、パイロット弁が開き、これにより主弁の弁体３３の上面側の部屋にある水が弁座３４の弁孔を介して下流側に流れることでダイヤフラム３２の両側の部屋に圧力差が発生し、その圧力差で弁体３３がその弁座３１からリフトされて、主弁は全開状態になる。このとき、検圧室２３には、検圧管接続部２４を介して１次圧Ｐ１がかかっているため、弁体２６が着座して、第２の開口部１７は閉塞されている。したがって、電磁弁８を通過した水は、逆止弁１０を通り、浴槽１１へと流れることになる。
【００３０】
断水などにより、１次圧Ｐ１が低下した場合は、第１の実施の形態の大気開放弁９と同じ動作により、弁体２６がリフトして、中の水が大気に放出される。このとき、逆止弁１０に水密不良があって、浴槽１１からの汚水が逆止弁１０を介して逆流してきたとしても、その汚水は、大気に放出され、給湯管６の方まで逆流していくことはない。
【００３１】
図６は本発明の第３の実施の形態に係る大気開放弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。この図６において、図５に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３２】
この第３の実施の形態に係る大気開放弁４０は、第２の実施の形態に係る大気開放弁３０に加えて給湯管６から浴槽１１に供給される水量を検出する流量センサ７を一体に構成した形態を有している。
【００３３】
この大気開放弁４０は、接続部１４と電磁弁８との間のボディ１３に流量センサ７を配置している。
この流量センサ７は、着磁された複数枚の羽根を有する羽根車４１と、この羽根車４１に近接してボディ１３内に埋設された感磁センサ４２と、上流側に配置されて通過する水に渦流を生起させる整流器４３とを有している。
【００３４】
流量センサ７以外の電磁弁８および逆止弁１０は、第２の実施の形態の大気開放弁３０と同じように配置されている。
図７は本発明の第４の実施の形態に係る大気開放弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。この図７において、図６に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３５】
この第４の実施の形態に係る大気開放弁５０は、第３の実施の形態に係る大気開放弁４０と同じであるが、流量センサ７の装着位置を変更した形態になっている。
【００３６】
この大気開放弁５０は、電磁弁８、大気開放弁本体５１、流量センサ７および逆止弁１０が同軸上に配置されている。
このように、流量センサ７を大気開放弁本体５１と逆止弁１０との間に配置したことで、流量センサ７が逆止弁１０の水密不良による汚水の逆流があった場合には、その逆流を検出することができるので、逆止弁１０の水密不良を検出することが可能になる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、上水道の元圧を検出していて、断水などで上水道の元圧が低下すると、大気開放弁を開けて内部の水を大気に放出する構成にした。断水などで上水道の元圧が低下した場合、内部の水が大気に放出されることで内部の圧力は減圧するが、このとき、浴槽の手前に設置された逆止弁が水密不良になっていた場合、浴槽の汚水がその水頭圧により逆流してくるが、その汚水は、大気開放弁により大気に放出されるため、浴槽より逆流してきた汚水が上水道の側まで逆流していくことはなくなり、この大気開放弁を適用した給湯システムの信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、流量センサ、電磁弁および逆止弁を一体化することで、部品点数および取り付け工数を低減でき、給湯システムのコストを低減することができる。
さらに、ダイヤフラムが破損する場合も考えられるが、この場合でも、大気開放弁は上水道の元圧により閉弁状態が維持されるため、上水が大気へ放出され続けてしまうという事態は避けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による大気開放弁を適用した給湯システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る大気開放弁の弁閉状態を示す中央縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る大気開放弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。
【図４】大気開放弁内の圧力関係を説明する図であって、（Ａ）は圧力、受圧面積およびスプリング荷重を説明し、（Ｂ）は圧力と弁の開閉状態とを説明している。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る大気開放弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る大気開放弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る大気開放弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。
【図８】従来の給湯システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  給水管
２  流量センサ
３  熱交換器
４  水バイパス弁
５  水比例弁
６  給湯管
７  流量センサ
８  電磁弁
９  大気開放弁
１０  逆止弁
１１  浴槽
１２  検圧管
１３  ボディ
１４，１５  接続部
１６  第１の開口部
１７  第２の開口部
１８  ピストン
１９  リテーナ
２１  ダイヤフラム
２２  ケース
２３  検圧室
２４  検圧管接続部
２５  連通孔
２６  弁体
２７  弁座
２８  スプリング
３０  大気開放弁
３１  弁座
３２  ダイヤフラム
３３  弁体
３４  弁座
３５  プランジャ
３６  弁体
３７  弁座
３８  弁体
３９  スプリング
４０  大気開放弁
４１  羽根車
４２  感磁センサ
４３  整流器
５０  大気開放弁
５１  大気開放弁本体
【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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【図８】
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