液体用減圧弁
【課題】液体用減圧弁の二次側圧力の変動幅を抑制する。
【解決手段】弁体２３を接離方向に駆動する駆動軸２６と、駆動軸を作動桿の動きに応じて駆動するレバー機構を備え、レバー機構は、Ｌ字状に形成されたレバー３１と、該レバーをレバー面内で遥動可能に曲り部を支持するレバーピン３２と、前記レバーの一端が前記作動桿に摺動自由に係合する第１の係合部（３２）とを有し、作動桿の軸方向運動を当該レバーの遥動運動に変換する第１のリンク機構と、レバーの他端が長手方向に摺動自由に駆動軸に係合する第２の係合部（３６，３７）を有し、当該レバーの遥動運動を駆動軸の軸方向運動に変換する第２のリンク機構とを有してなり、レバーピンと係合ピンとの間のアーム寸法Ａとレバーピンと作動桿の軸との間のアーム寸法Ｂとのレバー比Ｋ＝Ａ／Ｂが１未満である。
【解決手段】弁体２３を接離方向に駆動する駆動軸２６と、駆動軸を作動桿の動きに応じて駆動するレバー機構を備え、レバー機構は、Ｌ字状に形成されたレバー３１と、該レバーをレバー面内で遥動可能に曲り部を支持するレバーピン３２と、前記レバーの一端が前記作動桿に摺動自由に係合する第１の係合部（３２）とを有し、作動桿の軸方向運動を当該レバーの遥動運動に変換する第１のリンク機構と、レバーの他端が長手方向に摺動自由に駆動軸に係合する第２の係合部（３６，３７）を有し、当該レバーの遥動運動を駆動軸の軸方向運動に変換する第２のリンク機構とを有してなり、レバーピンと係合ピンとの間のアーム寸法Ａとレバーピンと作動桿の軸との間のアーム寸法Ｂとのレバー比Ｋ＝Ａ／Ｂが１未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体用減圧弁に係り、特に、給湯システム等の熱供給システムの給水圧を設定水圧に減圧調整するのに好適な液体用減圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱供給システムとは、加熱源により水道水などの給水を加熱して給湯あるいは暖房の熱として供給するシステムを指すものとする。例えば、加熱源として太陽熱集熱器、ガス給湯器又はヒートポンプ給湯器等を単独で、又はそれらの加熱源を適宜組み合わせた熱供給システムが知られている。このような熱供給システムにおいて、太陽熱集熱器やヒートポンプ給湯器を加熱源とする場合は、昼間の太陽熱あるいは深夜電力を利用して貯湯槽内の水を沸上げて、例えば１日に必要な湯量を貯湯して運用する。給湯時には、貯湯槽から出湯させた高温の給湯に低温の給水を混合して設定温度に調節した後、台所、洗面、シャワー、ふろなどの使用場所に供給する。また、暖房器などの場合は、貯湯槽内に熱交換器を設け、その熱交換器と暖房器との間で熱媒を循環して熱を供給する。給湯温度を設定温度に調整するために、通常、高温の給湯と低温の給水の混合率を調整する温度調整弁が設けられる。
【０００３】
しかし、水道水の圧力、あるいは熱供給システムの各部に供給する給水圧や給水量が変動すると、温度調整動作が安定しなくなる。そのために、設定温度よりも高い温度の給湯が行われることがあり、熱量効率が低下することがある。そこで、水道水などの給水受入ラインに水用減圧弁を設けて給水圧力を所定圧に制御することが望ましい。
【０００４】
従来、一般に用いられている水用等の液体用減圧弁は、特許文献１、２に記載されているように、二次側の圧力が作用する調圧室の隔壁にダイヤフラムを設け、そのダイヤフラムを第１の調圧ばねで調圧室側に押圧した調圧機構が知られている。一方、調圧室に連通された開口を有する弁座に接離可能に弁体を設けた調圧弁を一次側の高圧液体の流入口に連通してなり、その弁体を第２の調圧ばねで弁座側に押圧した減圧機構が知られている。そして、調圧機構のダイヤフラムの中心に連結した作動桿を弁体の駆動軸に直結し、調圧室に作用する二次側の液体圧力に応じて変位するダイヤフラムの動きにより弁体を駆動して調圧弁の開度を制御し、流入口から流入される高圧液体を設定圧に減圧して調圧室の流出口から供給場所に送出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３８５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７６２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の液体用減圧弁は、ダイヤフラムの作動桿と、減圧弁の弁体の駆動軸が直結されているから、ダイヤフラムと弁体の変位量（ストローク）が同一の関係になる。その結果、調圧室内の二次側圧力の変動幅に応じて、調圧弁の開度が１対１の関係で調整されるので、二次側の圧力の変動幅が大きく、調圧精度が悪いという問題がある。
【０００７】
特に、熱供給システムの給水系の水用減圧弁に適用する場合、二次側の給水圧の変動幅が大きいと、給湯と給水を混合して温度を調整する温度調整弁の温度調整が安定せず、給湯温度が設定温度よりも高くなることがあり、熱量効率が低下するという問題がある。
【０００８】
また、給水量を計測する量水器（水道メータ）は、給水の流速により回転する水車の回転数に基づいて給水量を計量しているから、給水圧の変動により給水の流速が変動して量水器の計量値が安定しないという問題がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、液体用減圧弁の二次側圧力の変動幅を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の液体用減圧弁は、内部に調圧室が形成されたボディと、前記調圧室の隔壁の一部を構成するダイアフラムと、該ダイヤフラムの中心に連結され摺動自由に支持された作動桿と、前記調圧室に連通して設けられた開口を有する弁座と、該弁座に対向させて設けられた弁体と、該弁体に連結して摺動自由に支持され前記弁座に対して接離方向に駆動する駆動軸と、該駆動軸を前記作動桿の動きに応じて駆動するレバー機構と、前記調圧室に前記弁座を介して連通された液体流入口と、前記調圧室に連通された液体流出口とを備えてなり、前記レバー機構は、Ｌ字状に形成されたレバーと、該レバーをレバー面内で遥動可能に曲り部を支持するレバーピンと、前記レバーの一端が前記作動桿に摺動自由に係合する第１の係合部とを有し、前記作動桿の軸方向運動を当該レバーの遥動運動に変換する第１のリンク機構と、前記レバーの他端が長手方向に摺動自由に前記駆動軸に係合する第２の係合部を有し、当該レバーの遥動運動を前記駆動軸の軸方向運動に変換する第２のリンク機構とを有してなり、前記レバーピンと前記係合ピンとの間のアーム寸法Ａと前記レバーピンと前記作動桿の軸との間のアーム寸法Ｂとのレバー比Ｋ＝Ａ／Ｂが１未満であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、調圧機構を構成するダイヤフラムの作動桿に、Ｌ字型のレバーをレバーピン周り遥動可能に構成したレバー機構を介して、減圧機構を構成する調圧弁の弁体の駆動棒を連結し、Ｌ字型のレバーのレバー比Ｋを１未満にしたことから、ダイヤフラムの変位量（ストローク）の変化に対する弁体の変位量（ストローク）、つまり調圧弁の開き量（開度）の変化を小さくできる。その結果、調圧室の圧力をきめ細かく制御できるから、二次側の圧力の変動幅を抑えて、調圧精度を向上することができる。なお、水減圧弁の場合、レバー比Ｋを１／（１．３〜１．５）に設定することが好ましい。
【００１２】
上記の場合において、前記第１の係合部は、前記作動桿の軸に交差して形成され前記レバーの一端が挿入される矩形の挿通穴であり、前記挿通穴は、遥動運動により前記レバーが当接する内面が穴に沿って円弧状に形成されてなり、前記第２の係合部は、前記駆動軸の軸に交差して形成された係合ピン３７と、前記レバーの他端に当該レバーの長手方向に沿って形成され前記係合ピンが挿入される長穴３６とを有して形成することができる。
【００１３】
さらに、上記のいずれかの液体用減圧弁において、前記ボディを含む全体を断熱材で覆うことができる。これによれば、冬季の減圧弁凍結防止を簡易に図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液体用減圧弁の二次側圧力の変動幅を抑制することができるから調圧精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例の水用減圧弁の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面から見た断面図である。
【図２】図１実施例の水用減圧弁を断熱材で覆った構成を示す図であり、水用減圧弁を側面から見た断面図である。
【図３】駆動軸の支持部材の一例を示す図である。
【図４】図１実施例の二次側圧力の変動幅と、従来の液体用減圧弁の二次側圧力の変動幅とを比較して示す図である。
【図５】本発明の水用減圧弁の適用対象の熱供給システムの一例を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の液体用減圧弁の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１７】
本発明の水用減圧弁が適用される熱供給システムの一例の全体構成図を、図５を参照して説明する。同図に示す熱供給システムは、加熱源として太陽熱の集熱器１０１及びガス又は石油を燃料とする給湯器１０２と、貯湯槽１０３を備えて構成される。集熱器１０１は図示例では２つの集熱ユニット１０１ａ，ｂを備えて構成され、貯湯槽１０３の内部に設けられた熱交換器１２０と熱媒循環路１２１ａ、１２１ｂを介して連結され、熱媒循環路１２１ａに介装された循環ポンプ１２３により熱媒を循環して、貯湯槽１０３内の水を沸上げるようになっている。
【００１８】
一方、水道などの給水１０５は給水管１０６、水用減圧弁１０７、給水管１０８を介して貯湯槽１０３の底部に給水される。貯湯槽１０３内の湯は給水管１０８の水圧で押し出され、給湯管１０９から電動三方弁１１０を介して台所などの給湯場所に給湯１１１するようになっている。また、給湯管１０９から分岐された給湯管１１２と給水管１０８から分岐された給水管１１４は、それぞれ温度調整弁１１３に接続されている。温度調整弁１１３は給湯に給水を混合して湯温を設定温度に調整し、給湯管１１５を介して手動切換弁１１６に供給するようになっている。手動切換弁１１６は、給水管１０６からの給水と、給湯管１１５からの給湯のいずれかを切り換えて、給湯器１０２に供給するようになっている。給湯器１０２により加熱された湯は、電動三方弁１１０を介して給湯場所に給湯１１１するようになっている。なお、図中の符号１１７は、給湯圧が設定値を超えたときに動作する逃し弁である。
【００１９】
ここで、図１、２を参照して、本発明の一実施例の水用減圧弁１０７の詳細構成について説明する。本実施例の水用減圧弁１０７は、図１（ｂ）の断面図に示すように、調圧機構と減圧機構とレバー機構を有して構成されている。調圧機構は、内部に調圧室１が形成されたボディ２と、ボディ２の図において上部隔壁に形成された開口を塞いで設けられたカバーボディ３を有して形成されている。ボディ２とカバーボディ３との接合部に、調圧室１の隔壁の一部としてダイアフラム４が設けられている。ボディ２とカバーボディ３はボルト５により締結されている。ダイアフラム４の上面にダイヤフラム受板６が積層され、ダイヤフラム受板６の上面に当接させて調圧ばね７が設けられている。調圧ばね７の他端はカバーボディ３の円筒部に設けられた円盤状の調圧板８に当接されている。調圧板８の中心に調圧ねじ９の一端が回転可能に係合され、調圧ねじ９の外周面に形成されたねじがカバーボディ３の頂部に固定されたインサートナット１０に形成されたねじに螺合されている。したがって、調圧板８は、調圧ねじ９を回転することによってカバーボディ３内で上下移動可能に形成されている。また、ダイヤフラム４の中心部に作動桿１１の頭部が突出して設けられ、作動桿１１の鍔部１１ａとナット１２によりダイヤフラム受板６を挟持して固定されている。作動桿１１の脚部は調圧室１に延在して設けられ、その下端は調圧室１の底部壁に起立して設けられた筒状の支持部１３に摺動自由に支持されている。筒状の支持部１３の底部に近い位置の筒壁に、調圧室1に連通する開口１３ａが設けられている。これにより、作動桿１１の摺動を円滑にして後述するレバー機構の動作の安定化を図っている。
【００２０】
一方、減圧機構は、給水の流入口２０が調圧弁２１を介して調圧室１に連通され、調圧弁２１は調圧室１に連通された開口を有する円筒状の弁座２２に接離可能に設けられたゴム製の弁体２３を有して構成されている。弁体２３は、弁カバー２４を挟んでねじ２５により駆動軸２６の一端に固定されている。駆動軸２６は、図３に示すように、弁座２２の円筒の内面に装着された筒状の支持部材２７により軸方向に摺動自由に支持されている。すなわち、支持部材２７は、駆動軸２６が摺動自由に嵌入される円筒体２７ａと、円筒体２７ａの両端に放射状に突出された梁部材２７ｂと、梁部材２７ｂに支持され弁座２２の円筒両端の内面に装着された一対の円筒状の支持体２７ｃを有して形成されている。これにより、駆動軸２６は、流入口２０に流入される高圧の給水圧が弁カバー２４に作用して、弁座２２方向に付勢されている。また、給水の流入口２０と調圧弁２１との間に、調圧弁２１を覆うようにフィルタ２９が設けられ、これにより給水に含まれる異物を除去するようになっている。なお、支持部材２７は、駆動軸２６を軸方向に摺動自由に支持することができれば、図３に例示した構造に限られるものではない。
【００２１】
レバー機構は、Ｌ字状に形成された平板状のレバー３１と、レバー３１の曲り部を支持するレバーピン３２を有して形成されている。これにより、レバー３１はレバーピン３２の周りにレバー面内で遥動可能に支持されている。レバー３１の一端は、作動桿１１の軸に交差（図示例では、直交）して形成された矩形のレバー挿通穴３３に挿入されている（図２参照）。矩形のレバー挿通穴３３は、レバー３１の遥動方向の２つの挿通穴内面３３ａ，３３ｂ（図において、上下の内面）は、レバー３１の遥動が円滑に行えるように、穴の延在方向に沿って円弧状に形成されている。そして、レバー３１の図において上下面がレバー挿通穴３３の円弧状の内面を摺動するように接触されている。この構成により、レバー３１の一端が係合して作動桿１１の軸方向運動をレバー３１の遥動運動に変換する第１のリンク機構が形成されている。
一方、レバー３１の他端には、レバー３１の長手方向に沿って長穴３６が形成され、長穴３６は調圧弁２１の駆動軸２６の外面に植設され係合ピン３７に係合されている。これにより、レバー３１の遥動運動を駆動軸２６の軸方向運動に変換する第２のリンク機構が形成されている。また、レバーピン３２と係合ピン３７との間の寸法をＡとし、レバーピン３２と作動桿１１の軸心との間の寸法をＢとする。そして、Ａ／Ｂの寸法比をレバー比Ｋ＝Ａ／Ｂと定義すると、本発明ではＫ＜１に設定される。さらに具体的には、レバー比Ｋは、１／（１．３〜１．５）の範囲に設定することが好ましい。
【００２２】
このように構成される水用減圧弁１０７の調圧室１は、逆止弁４０を介して減圧された給水の流出口４１に連通されている。逆止弁４０は、流出口４１側から調圧室１内に流れ込む水流を遮断するものであり、本発明の特徴には関係しないことから、詳細な説明は省略する。また、水用減圧弁１０７には、図２に示すように、調圧室１内に所定の設定圧以上の異常水圧が作用したときに、調圧室１内の水を放出するブロー弁４２が設けられている。
【００２３】
図２は、図１実施例の水用減圧弁１０７の全体を、断熱材カバー５０で覆った構成を示し、水用減圧弁１０７を側面から見た断面図である。図示のように、断熱材カバー５０は、ボディ２とカバーボディ３を包囲するように、上下２つの断熱材カバー５０ａ，ｂに分割して形成されている。
【００２４】
次に、本実施例の水用減圧弁の特徴部の動作及び効果について、図４を参照して説明する。まず、レバー比Ｋの技術的意味について、本発明の液体用減圧弁の基本原理を説明する。液体用減圧弁の調圧のバランスは次式（１）で表せる。
Ｆ１＝Ｓ×Ｐ２＋Ｋ×Ｓ０×（Ｐ１−Ｐ２） （１）
ここで、記号の意味は次のとおりである。
Ｆ１：調圧ばね７によりダイヤフラム４に加えられる荷重［ｋｇｆ］
Ｓ ：ダイヤフラム４の液体受圧面積［ｃｍ２］
Ｐ２：二次側圧力［ｋｇｆ／ｃｍ２］
Ｋ ：レバー比
Ｓ０：弁座２２の開口面積［ｃｍ２］
Ｐ１：二次側圧力［ｋｇｆ／ｃｍ２］
つまり（１）式は、調圧ばね７の荷重と、ダイヤフラム４の受圧面積に二次側圧力を掛けて得られる荷重のバランスを基本に、調圧弁２１の弁座２２の開き量（開口径と開度）が関係している。
【００２５】
弁座２２の開き量を算出するために、仮想オリフィスを想定し、仮想オリフィス径Ｄを次式（２）で算出する。なお、（２）式において、Ｑmaxは減圧する液体の最大流量、（Ｐ１−Ｐ２）は仮想オリフィスの圧力損失、定数０．００９は構造的時定数である。なお、仮想オリフィス径Ｄは、最大流量時のダイヤフラム変位量Ｈを算出するための前提条件の仮設定である。
【数１】
【００２６】
一方、ダイヤフラム４の変位量Ｈは、仮想オリフィス径Ｄをもとに、弁座開口径Ｄ０と次式（３）の関係がある。同式のαは、ダイヤフラム４の変位量係数であり、流量が大きくなるに従い、数値が大きくなる流量ごとの係数である。これにより、ダイヤフラムの流量ごとの変位量が二次曲線的に増加する傾向となる。
【数２】
【００２７】
これらの式（１）〜（３）から明らかなように、ダイヤフラム４の変位量を基に、弁座開口径Ｄ０が決まってくる。そして、調圧弁２１の弁座２２の開き量（開口径と開度）をダイヤフラム４の変位量の相関をレバー比Ｋで調整し、二次側圧力の変動幅を小さくするように決定する。
【００２８】
以上説明したように、本実施例によれば、調圧機構を構成するダイヤフラムの作動桿に、Ｌ字型のレバーをレバーピン周り遥動可能に構成したレバー機構を介して、減圧機構を構成する調圧弁の弁体の駆動棒を連結し、Ｌ字型のレバーのレバー比Ｋを１未満にしたことから、ダイヤフラムの変位量（ストローク）の変化に対する弁体の変位量（ストローク）、つまり調圧弁の開き量の変化を小さくできる。その結果、調圧室の圧力をきめ細かく制御できるから、二次側の圧力の変動幅を抑えて、調圧精度を向上することができる。
【００２９】
特に、レバー比Ｋを１／（１．３〜１．５）に設定した水用減圧弁の場合、図４の曲線Ｉに示すように、設定圧に対する二次側水圧の変動幅を±３％に抑えることができた。これに対して、ダイヤフラムにより調圧弁の弁体を直接駆動する方式の従来の液体用減圧弁の場合は、図４の曲線ＩＩに示すように、±８％の変動幅が生じている。このように、本発明によれば、液体用減圧弁の二次側の圧力変動幅を、大幅に低減できるから、調圧精度を向上することができるという効果がある。
【００３０】
また、ボディを含む全体を断熱材で覆った水用減圧弁によれば、冬季の凍結防止を簡易に図ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 調圧室
２ ボディ
３ カバーボディ
４ ダイヤフラム
６ ダイヤフラム受板
７ 調圧ばね
８ 調圧板
９ 調圧ねじ
１１ 作動桿
１３ 支持部
１３ａ 開口
２０ 流入口
２１ 調圧弁
２２ 弁座
２３ 弁体
２６ 駆動軸
２７ 支持部材
２９ フィルタ
３１ レバー
３２ レバーピン
３３ レバー挿通穴
３３ａ，ｂ 挿通穴内面
３６ 長穴
３７ ピン
５０ 断熱材カバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体用減圧弁に係り、特に、給湯システム等の熱供給システムの給水圧を設定水圧に減圧調整するのに好適な液体用減圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱供給システムとは、加熱源により水道水などの給水を加熱して給湯あるいは暖房の熱として供給するシステムを指すものとする。例えば、加熱源として太陽熱集熱器、ガス給湯器又はヒートポンプ給湯器等を単独で、又はそれらの加熱源を適宜組み合わせた熱供給システムが知られている。このような熱供給システムにおいて、太陽熱集熱器やヒートポンプ給湯器を加熱源とする場合は、昼間の太陽熱あるいは深夜電力を利用して貯湯槽内の水を沸上げて、例えば１日に必要な湯量を貯湯して運用する。給湯時には、貯湯槽から出湯させた高温の給湯に低温の給水を混合して設定温度に調節した後、台所、洗面、シャワー、ふろなどの使用場所に供給する。また、暖房器などの場合は、貯湯槽内に熱交換器を設け、その熱交換器と暖房器との間で熱媒を循環して熱を供給する。給湯温度を設定温度に調整するために、通常、高温の給湯と低温の給水の混合率を調整する温度調整弁が設けられる。
【０００３】
しかし、水道水の圧力、あるいは熱供給システムの各部に供給する給水圧や給水量が変動すると、温度調整動作が安定しなくなる。そのために、設定温度よりも高い温度の給湯が行われることがあり、熱量効率が低下することがある。そこで、水道水などの給水受入ラインに水用減圧弁を設けて給水圧力を所定圧に制御することが望ましい。
【０００４】
従来、一般に用いられている水用等の液体用減圧弁は、特許文献１、２に記載されているように、二次側の圧力が作用する調圧室の隔壁にダイヤフラムを設け、そのダイヤフラムを第１の調圧ばねで調圧室側に押圧した調圧機構が知られている。一方、調圧室に連通された開口を有する弁座に接離可能に弁体を設けた調圧弁を一次側の高圧液体の流入口に連通してなり、その弁体を第２の調圧ばねで弁座側に押圧した減圧機構が知られている。そして、調圧機構のダイヤフラムの中心に連結した作動桿を弁体の駆動軸に直結し、調圧室に作用する二次側の液体圧力に応じて変位するダイヤフラムの動きにより弁体を駆動して調圧弁の開度を制御し、流入口から流入される高圧液体を設定圧に減圧して調圧室の流出口から供給場所に送出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３８５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７６２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の液体用減圧弁は、ダイヤフラムの作動桿と、減圧弁の弁体の駆動軸が直結されているから、ダイヤフラムと弁体の変位量（ストローク）が同一の関係になる。その結果、調圧室内の二次側圧力の変動幅に応じて、調圧弁の開度が１対１の関係で調整されるので、二次側の圧力の変動幅が大きく、調圧精度が悪いという問題がある。
【０００７】
特に、熱供給システムの給水系の水用減圧弁に適用する場合、二次側の給水圧の変動幅が大きいと、給湯と給水を混合して温度を調整する温度調整弁の温度調整が安定せず、給湯温度が設定温度よりも高くなることがあり、熱量効率が低下するという問題がある。
【０００８】
また、給水量を計測する量水器（水道メータ）は、給水の流速により回転する水車の回転数に基づいて給水量を計量しているから、給水圧の変動により給水の流速が変動して量水器の計量値が安定しないという問題がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、液体用減圧弁の二次側圧力の変動幅を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の液体用減圧弁は、内部に調圧室が形成されたボディと、前記調圧室の隔壁の一部を構成するダイアフラムと、該ダイヤフラムの中心に連結され摺動自由に支持された作動桿と、前記調圧室に連通して設けられた開口を有する弁座と、該弁座に対向させて設けられた弁体と、該弁体に連結して摺動自由に支持され前記弁座に対して接離方向に駆動する駆動軸と、該駆動軸を前記作動桿の動きに応じて駆動するレバー機構と、前記調圧室に前記弁座を介して連通された液体流入口と、前記調圧室に連通された液体流出口とを備えてなり、前記レバー機構は、Ｌ字状に形成されたレバーと、該レバーをレバー面内で遥動可能に曲り部を支持するレバーピンと、前記レバーの一端が前記作動桿に摺動自由に係合する第１の係合部とを有し、前記作動桿の軸方向運動を当該レバーの遥動運動に変換する第１のリンク機構と、前記レバーの他端が長手方向に摺動自由に前記駆動軸に係合する第２の係合部を有し、当該レバーの遥動運動を前記駆動軸の軸方向運動に変換する第２のリンク機構とを有してなり、前記レバーピンと前記係合ピンとの間のアーム寸法Ａと前記レバーピンと前記作動桿の軸との間のアーム寸法Ｂとのレバー比Ｋ＝Ａ／Ｂが１未満であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、調圧機構を構成するダイヤフラムの作動桿に、Ｌ字型のレバーをレバーピン周り遥動可能に構成したレバー機構を介して、減圧機構を構成する調圧弁の弁体の駆動棒を連結し、Ｌ字型のレバーのレバー比Ｋを１未満にしたことから、ダイヤフラムの変位量（ストローク）の変化に対する弁体の変位量（ストローク）、つまり調圧弁の開き量（開度）の変化を小さくできる。その結果、調圧室の圧力をきめ細かく制御できるから、二次側の圧力の変動幅を抑えて、調圧精度を向上することができる。なお、水減圧弁の場合、レバー比Ｋを１／（１．３〜１．５）に設定することが好ましい。
【００１２】
上記の場合において、前記第１の係合部は、前記作動桿の軸に交差して形成され前記レバーの一端が挿入される矩形の挿通穴であり、前記挿通穴は、遥動運動により前記レバーが当接する内面が穴に沿って円弧状に形成されてなり、前記第２の係合部は、前記駆動軸の軸に交差して形成された係合ピン３７と、前記レバーの他端に当該レバーの長手方向に沿って形成され前記係合ピンが挿入される長穴３６とを有して形成することができる。
【００１３】
さらに、上記のいずれかの液体用減圧弁において、前記ボディを含む全体を断熱材で覆うことができる。これによれば、冬季の減圧弁凍結防止を簡易に図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液体用減圧弁の二次側圧力の変動幅を抑制することができるから調圧精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例の水用減圧弁の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面から見た断面図である。
【図２】図１実施例の水用減圧弁を断熱材で覆った構成を示す図であり、水用減圧弁を側面から見た断面図である。
【図３】駆動軸の支持部材の一例を示す図である。
【図４】図１実施例の二次側圧力の変動幅と、従来の液体用減圧弁の二次側圧力の変動幅とを比較して示す図である。
【図５】本発明の水用減圧弁の適用対象の熱供給システムの一例を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の液体用減圧弁の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１７】
本発明の水用減圧弁が適用される熱供給システムの一例の全体構成図を、図５を参照して説明する。同図に示す熱供給システムは、加熱源として太陽熱の集熱器１０１及びガス又は石油を燃料とする給湯器１０２と、貯湯槽１０３を備えて構成される。集熱器１０１は図示例では２つの集熱ユニット１０１ａ，ｂを備えて構成され、貯湯槽１０３の内部に設けられた熱交換器１２０と熱媒循環路１２１ａ、１２１ｂを介して連結され、熱媒循環路１２１ａに介装された循環ポンプ１２３により熱媒を循環して、貯湯槽１０３内の水を沸上げるようになっている。
【００１８】
一方、水道などの給水１０５は給水管１０６、水用減圧弁１０７、給水管１０８を介して貯湯槽１０３の底部に給水される。貯湯槽１０３内の湯は給水管１０８の水圧で押し出され、給湯管１０９から電動三方弁１１０を介して台所などの給湯場所に給湯１１１するようになっている。また、給湯管１０９から分岐された給湯管１１２と給水管１０８から分岐された給水管１１４は、それぞれ温度調整弁１１３に接続されている。温度調整弁１１３は給湯に給水を混合して湯温を設定温度に調整し、給湯管１１５を介して手動切換弁１１６に供給するようになっている。手動切換弁１１６は、給水管１０６からの給水と、給湯管１１５からの給湯のいずれかを切り換えて、給湯器１０２に供給するようになっている。給湯器１０２により加熱された湯は、電動三方弁１１０を介して給湯場所に給湯１１１するようになっている。なお、図中の符号１１７は、給湯圧が設定値を超えたときに動作する逃し弁である。
【００１９】
ここで、図１、２を参照して、本発明の一実施例の水用減圧弁１０７の詳細構成について説明する。本実施例の水用減圧弁１０７は、図１（ｂ）の断面図に示すように、調圧機構と減圧機構とレバー機構を有して構成されている。調圧機構は、内部に調圧室１が形成されたボディ２と、ボディ２の図において上部隔壁に形成された開口を塞いで設けられたカバーボディ３を有して形成されている。ボディ２とカバーボディ３との接合部に、調圧室１の隔壁の一部としてダイアフラム４が設けられている。ボディ２とカバーボディ３はボルト５により締結されている。ダイアフラム４の上面にダイヤフラム受板６が積層され、ダイヤフラム受板６の上面に当接させて調圧ばね７が設けられている。調圧ばね７の他端はカバーボディ３の円筒部に設けられた円盤状の調圧板８に当接されている。調圧板８の中心に調圧ねじ９の一端が回転可能に係合され、調圧ねじ９の外周面に形成されたねじがカバーボディ３の頂部に固定されたインサートナット１０に形成されたねじに螺合されている。したがって、調圧板８は、調圧ねじ９を回転することによってカバーボディ３内で上下移動可能に形成されている。また、ダイヤフラム４の中心部に作動桿１１の頭部が突出して設けられ、作動桿１１の鍔部１１ａとナット１２によりダイヤフラム受板６を挟持して固定されている。作動桿１１の脚部は調圧室１に延在して設けられ、その下端は調圧室１の底部壁に起立して設けられた筒状の支持部１３に摺動自由に支持されている。筒状の支持部１３の底部に近い位置の筒壁に、調圧室1に連通する開口１３ａが設けられている。これにより、作動桿１１の摺動を円滑にして後述するレバー機構の動作の安定化を図っている。
【００２０】
一方、減圧機構は、給水の流入口２０が調圧弁２１を介して調圧室１に連通され、調圧弁２１は調圧室１に連通された開口を有する円筒状の弁座２２に接離可能に設けられたゴム製の弁体２３を有して構成されている。弁体２３は、弁カバー２４を挟んでねじ２５により駆動軸２６の一端に固定されている。駆動軸２６は、図３に示すように、弁座２２の円筒の内面に装着された筒状の支持部材２７により軸方向に摺動自由に支持されている。すなわち、支持部材２７は、駆動軸２６が摺動自由に嵌入される円筒体２７ａと、円筒体２７ａの両端に放射状に突出された梁部材２７ｂと、梁部材２７ｂに支持され弁座２２の円筒両端の内面に装着された一対の円筒状の支持体２７ｃを有して形成されている。これにより、駆動軸２６は、流入口２０に流入される高圧の給水圧が弁カバー２４に作用して、弁座２２方向に付勢されている。また、給水の流入口２０と調圧弁２１との間に、調圧弁２１を覆うようにフィルタ２９が設けられ、これにより給水に含まれる異物を除去するようになっている。なお、支持部材２７は、駆動軸２６を軸方向に摺動自由に支持することができれば、図３に例示した構造に限られるものではない。
【００２１】
レバー機構は、Ｌ字状に形成された平板状のレバー３１と、レバー３１の曲り部を支持するレバーピン３２を有して形成されている。これにより、レバー３１はレバーピン３２の周りにレバー面内で遥動可能に支持されている。レバー３１の一端は、作動桿１１の軸に交差（図示例では、直交）して形成された矩形のレバー挿通穴３３に挿入されている（図２参照）。矩形のレバー挿通穴３３は、レバー３１の遥動方向の２つの挿通穴内面３３ａ，３３ｂ（図において、上下の内面）は、レバー３１の遥動が円滑に行えるように、穴の延在方向に沿って円弧状に形成されている。そして、レバー３１の図において上下面がレバー挿通穴３３の円弧状の内面を摺動するように接触されている。この構成により、レバー３１の一端が係合して作動桿１１の軸方向運動をレバー３１の遥動運動に変換する第１のリンク機構が形成されている。
一方、レバー３１の他端には、レバー３１の長手方向に沿って長穴３６が形成され、長穴３６は調圧弁２１の駆動軸２６の外面に植設され係合ピン３７に係合されている。これにより、レバー３１の遥動運動を駆動軸２６の軸方向運動に変換する第２のリンク機構が形成されている。また、レバーピン３２と係合ピン３７との間の寸法をＡとし、レバーピン３２と作動桿１１の軸心との間の寸法をＢとする。そして、Ａ／Ｂの寸法比をレバー比Ｋ＝Ａ／Ｂと定義すると、本発明ではＫ＜１に設定される。さらに具体的には、レバー比Ｋは、１／（１．３〜１．５）の範囲に設定することが好ましい。
【００２２】
このように構成される水用減圧弁１０７の調圧室１は、逆止弁４０を介して減圧された給水の流出口４１に連通されている。逆止弁４０は、流出口４１側から調圧室１内に流れ込む水流を遮断するものであり、本発明の特徴には関係しないことから、詳細な説明は省略する。また、水用減圧弁１０７には、図２に示すように、調圧室１内に所定の設定圧以上の異常水圧が作用したときに、調圧室１内の水を放出するブロー弁４２が設けられている。
【００２３】
図２は、図１実施例の水用減圧弁１０７の全体を、断熱材カバー５０で覆った構成を示し、水用減圧弁１０７を側面から見た断面図である。図示のように、断熱材カバー５０は、ボディ２とカバーボディ３を包囲するように、上下２つの断熱材カバー５０ａ，ｂに分割して形成されている。
【００２４】
次に、本実施例の水用減圧弁の特徴部の動作及び効果について、図４を参照して説明する。まず、レバー比Ｋの技術的意味について、本発明の液体用減圧弁の基本原理を説明する。液体用減圧弁の調圧のバランスは次式（１）で表せる。
Ｆ１＝Ｓ×Ｐ２＋Ｋ×Ｓ０×（Ｐ１−Ｐ２） （１）
ここで、記号の意味は次のとおりである。
Ｆ１：調圧ばね７によりダイヤフラム４に加えられる荷重［ｋｇｆ］
Ｓ ：ダイヤフラム４の液体受圧面積［ｃｍ２］
Ｐ２：二次側圧力［ｋｇｆ／ｃｍ２］
Ｋ ：レバー比
Ｓ０：弁座２２の開口面積［ｃｍ２］
Ｐ１：二次側圧力［ｋｇｆ／ｃｍ２］
つまり（１）式は、調圧ばね７の荷重と、ダイヤフラム４の受圧面積に二次側圧力を掛けて得られる荷重のバランスを基本に、調圧弁２１の弁座２２の開き量（開口径と開度）が関係している。
【００２５】
弁座２２の開き量を算出するために、仮想オリフィスを想定し、仮想オリフィス径Ｄを次式（２）で算出する。なお、（２）式において、Ｑmaxは減圧する液体の最大流量、（Ｐ１−Ｐ２）は仮想オリフィスの圧力損失、定数０．００９は構造的時定数である。なお、仮想オリフィス径Ｄは、最大流量時のダイヤフラム変位量Ｈを算出するための前提条件の仮設定である。
【数１】
【００２６】
一方、ダイヤフラム４の変位量Ｈは、仮想オリフィス径Ｄをもとに、弁座開口径Ｄ０と次式（３）の関係がある。同式のαは、ダイヤフラム４の変位量係数であり、流量が大きくなるに従い、数値が大きくなる流量ごとの係数である。これにより、ダイヤフラムの流量ごとの変位量が二次曲線的に増加する傾向となる。
【数２】
【００２７】
これらの式（１）〜（３）から明らかなように、ダイヤフラム４の変位量を基に、弁座開口径Ｄ０が決まってくる。そして、調圧弁２１の弁座２２の開き量（開口径と開度）をダイヤフラム４の変位量の相関をレバー比Ｋで調整し、二次側圧力の変動幅を小さくするように決定する。
【００２８】
以上説明したように、本実施例によれば、調圧機構を構成するダイヤフラムの作動桿に、Ｌ字型のレバーをレバーピン周り遥動可能に構成したレバー機構を介して、減圧機構を構成する調圧弁の弁体の駆動棒を連結し、Ｌ字型のレバーのレバー比Ｋを１未満にしたことから、ダイヤフラムの変位量（ストローク）の変化に対する弁体の変位量（ストローク）、つまり調圧弁の開き量の変化を小さくできる。その結果、調圧室の圧力をきめ細かく制御できるから、二次側の圧力の変動幅を抑えて、調圧精度を向上することができる。
【００２９】
特に、レバー比Ｋを１／（１．３〜１．５）に設定した水用減圧弁の場合、図４の曲線Ｉに示すように、設定圧に対する二次側水圧の変動幅を±３％に抑えることができた。これに対して、ダイヤフラムにより調圧弁の弁体を直接駆動する方式の従来の液体用減圧弁の場合は、図４の曲線ＩＩに示すように、±８％の変動幅が生じている。このように、本発明によれば、液体用減圧弁の二次側の圧力変動幅を、大幅に低減できるから、調圧精度を向上することができるという効果がある。
【００３０】
また、ボディを含む全体を断熱材で覆った水用減圧弁によれば、冬季の凍結防止を簡易に図ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 調圧室
２ ボディ
３ カバーボディ
４ ダイヤフラム
６ ダイヤフラム受板
７ 調圧ばね
８ 調圧板
９ 調圧ねじ
１１ 作動桿
１３ 支持部
１３ａ 開口
２０ 流入口
２１ 調圧弁
２２ 弁座
２３ 弁体
２６ 駆動軸
２７ 支持部材
２９ フィルタ
３１ レバー
３２ レバーピン
３３ レバー挿通穴
３３ａ，ｂ 挿通穴内面
３６ 長穴
３７ ピン
５０ 断熱材カバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に調圧室が形成されたボディと、前記調圧室の隔壁の一部を構成するダイアフラムと、該ダイヤフラムの中心に連結され摺動自由に支持された作動桿と、前記調圧室に連通して設けられた開口を有する弁座と、該弁座に対向させて設けられた弁体と、該弁体に連結して摺動自由に支持され前記弁座に対して接離方向に駆動する駆動軸と、該駆動軸を前記作動桿の動きに応じて駆動するレバー機構と、前記調圧室に前記弁座を介して連通された液体流入口と、前記調圧室に連通された液体流出口とを備えてなり、前記レバー機構は、Ｌ字状に形成されたレバーと、該レバーをレバー面内で遥動可能に曲り部を支持するレバーピンと、前記レバーの一端が前記作動桿に摺動自由に係合する第１の係合部とを有し、前記作動桿の軸方向運動を当該レバーの遥動運動に変換する第１のリンク機構と、前記レバーの他端が長手方向に摺動自由に前記駆動軸に係合する第２の係合部を有し、当該レバーの遥動運動を前記駆動軸の軸方向運動に変換する第２のリンク機構とを有してなり、前記レバーピンと前記係合ピンとの間のアーム寸法Ａと前記レバーピンと前記作動桿の軸との間のアーム寸法Ｂとのレバー比Ｋ＝Ａ／Ｂが１未満である液体用減圧弁。
【請求項２】
請求項１に記載の液体用減圧弁において、
前記第１の係合部は、前記作動桿の軸に交差して形成され前記レバーの一端が挿入される矩形の挿通穴であり、前記挿通穴は、遥動運動により前記レバーが当接する内面が穴に沿って円弧状に形成されてなり、
前記第２の係合部は、前記駆動軸の軸に交差して形成された係合ピンと、前記レバーの他端に当該レバーの長手方向に沿って形成され前記係合ピンが挿入される長穴とを有して形成してなることを特徴とする液体用減圧弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体用減圧弁において、
前記レバー比Ｋが１／（１．３〜１．５）であることを特徴とする液体用減圧弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体用減圧弁において、
前記ボディを含む全体を断熱材で覆ってなる液体用減圧弁。
【請求項１】
内部に調圧室が形成されたボディと、前記調圧室の隔壁の一部を構成するダイアフラムと、該ダイヤフラムの中心に連結され摺動自由に支持された作動桿と、前記調圧室に連通して設けられた開口を有する弁座と、該弁座に対向させて設けられた弁体と、該弁体に連結して摺動自由に支持され前記弁座に対して接離方向に駆動する駆動軸と、該駆動軸を前記作動桿の動きに応じて駆動するレバー機構と、前記調圧室に前記弁座を介して連通された液体流入口と、前記調圧室に連通された液体流出口とを備えてなり、前記レバー機構は、Ｌ字状に形成されたレバーと、該レバーをレバー面内で遥動可能に曲り部を支持するレバーピンと、前記レバーの一端が前記作動桿に摺動自由に係合する第１の係合部とを有し、前記作動桿の軸方向運動を当該レバーの遥動運動に変換する第１のリンク機構と、前記レバーの他端が長手方向に摺動自由に前記駆動軸に係合する第２の係合部を有し、当該レバーの遥動運動を前記駆動軸の軸方向運動に変換する第２のリンク機構とを有してなり、前記レバーピンと前記係合ピンとの間のアーム寸法Ａと前記レバーピンと前記作動桿の軸との間のアーム寸法Ｂとのレバー比Ｋ＝Ａ／Ｂが１未満である液体用減圧弁。
【請求項２】
請求項１に記載の液体用減圧弁において、
前記第１の係合部は、前記作動桿の軸に交差して形成され前記レバーの一端が挿入される矩形の挿通穴であり、前記挿通穴は、遥動運動により前記レバーが当接する内面が穴に沿って円弧状に形成されてなり、
前記第２の係合部は、前記駆動軸の軸に交差して形成された係合ピンと、前記レバーの他端に当該レバーの長手方向に沿って形成され前記係合ピンが挿入される長穴とを有して形成してなることを特徴とする液体用減圧弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体用減圧弁において、
前記レバー比Ｋが１／（１．３〜１．５）であることを特徴とする液体用減圧弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体用減圧弁において、
前記ボディを含む全体を断熱材で覆ってなる液体用減圧弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１７８０２９（Ｐ２０１２−１７８０２９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０２７５（Ｐ２０１１−４０２７５）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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