閉止弁
【課題】ウオータハンマの防止を図ると共に、閉弁に要する時間を短縮できる閉止弁を提供する。
【解決手段】本発明の閉止弁は、弁本体３の１次室５と２次室７の連通口９を開閉する常時開で、かつ１次室５の水圧を受けて閉止方向に移動する弁体１１と、弁体１１を開弁方向に付勢する第１バネ２７と、弁体１１の閉弁方向への移動速度を制御する閉弁制御手段１３とを備え、閉弁制御手段１３が、弁体１１の動きに連動するピストン軸２５と、ピストン軸２５に連結されたピストン３５と、ピストン３５を収容するピストン室２９と、ピストン室２９に充填された非圧縮性流体と、ピストン３５によって区画される２室間を連通するように設けられた第１連通流路と、弁体１１が閉止方向に所定の距離だけ移動したときに第１連通流路と連通して、２室間を連通させるように設けられた第２連通流路を形成する第２連通流路形成部材３７とを備え、第１連通流路の最小流路断面よりも第２連通流路の最小流路断面を小さく設定した。
【解決手段】本発明の閉止弁は、弁本体３の１次室５と２次室７の連通口９を開閉する常時開で、かつ１次室５の水圧を受けて閉止方向に移動する弁体１１と、弁体１１を開弁方向に付勢する第１バネ２７と、弁体１１の閉弁方向への移動速度を制御する閉弁制御手段１３とを備え、閉弁制御手段１３が、弁体１１の動きに連動するピストン軸２５と、ピストン軸２５に連結されたピストン３５と、ピストン３５を収容するピストン室２９と、ピストン室２９に充填された非圧縮性流体と、ピストン３５によって区画される２室間を連通するように設けられた第１連通流路と、弁体１１が閉止方向に所定の距離だけ移動したときに第１連通流路と連通して、２室間を連通させるように設けられた第２連通流路を形成する第２連通流路形成部材３７とを備え、第１連通流路の最小流路断面よりも第２連通流路の最小流路断面を小さく設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば放水設備に設けられて放水時にウオータハンマを防止する閉止弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
放水設備に設けられて放水時にウオータハンマを防止する閉止弁として、例えば水幕形成設備の放水管に設けられるウオータハンマ防止用閉止弁がある（特許文献１参照）。
この水幕形成設備は、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）が貯留される貯留タンクの周囲に設けられ、ガス漏れが発生した場合に水幕ヘッドから放水して床面と直交する方向、即ち、垂直方向の水幕（ウオータカーテン）を形成し、ウオータカーテンにより漏れたガスの水平方向への拡がりを阻止するものである。
【０００３】
特許文献１に開示されたウオータハンマ防止用閉止弁は、その基本構成として、「弁本体の連通口を開閉する常時開の弁体と、該弁体の閉弁方向への摺動速度を制御する閉弁制御手段と、前記連通口に設けられ、前記弁本体の１次側が設定水圧以上のときに前記弁体が閉弁方向へ摺動して圧接する弁座とを備えている。」（特許文献１の請求項１参照）
また、特許文献１には、上記基本構成に加えて、開閉制御手段として、「弁体に連動するピストンステムと、該ピストンステムに連結された、ピストン室のピストンと、該ピストン室に収容された非圧縮性流体と、該ピストンに設けられ、前記非圧縮性流体が出入りする連通孔と、該ピストンを開弁方向に付勢するスプリングと、を備えている」旨（特許文献１の請求項２参照）が記載されている。
【０００４】
特許文献１のウオータハンマ防止用閉止弁は、開閉制御手段におけるピストンに設けた連通孔を通過する非圧縮性流体の通過速度によってピストンの移動速度を制御することにより、弁体の閉止速度を制御して、ウオータハンマの発生を防止しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２０２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放水管にウオータハンマ防止用閉止弁を設けた場合において、ウオータハンマが発生する危険性が高くなるのは、放水管への給水直後の弁体が全開状態にあるときではなく、弁体が閉止方向に移動して、連通口の開口面積がある程度小さくなった時点からである。つまり、弁体の開度が諸条件によって定まるある状態になったときに、急激に弁体を押圧する圧力が増加し、そのときにウオータハンマ発生の危険があるのである。
このように、ウオータハンマは弁体がある程度閉止した状態で発生しやすいため、その状態においてウオータハンマが発生しないようにするため、その状態での弁体の移動速度をウオータハンマが発生しないような速度に制御する必要がある。
【０００７】
従来例においては、弁体の移動速度はピストンに設けた連通孔を通過する非圧縮性流体の通過速度によって制御しているが、その連通孔は、弁体が閉止を始めてから閉止完了まで、同じ大きさであるため、弁体の移動速度はほぼ一定といえる。
そのため、弁体の移動速度は、ウオータハンマが発生する危険のある状態の速度に制御される。
つまり、本来、給水当初の閉弁開始時には、弁体の閉止速度を速くしてもウオータハンマは発生しないにもかかわらず、従来例においては、弁体の閉止速度をウオータハンマ発生の危険のある状態においてウオータハンマが発生しない速度にせざるを得ないものとなっており、閉弁開始から閉弁完了までに要する時間が長くなっていた。
閉弁開始から閉弁完了までに要する時間が長くなると、放水管内の圧力が高くなるまでの時間が長くなり、水幕ノズルからの放水が遅くなり、水幕形成が遅れるという問題がある。
また、捨て水が多くなるため、それを受けるピットや処理設備が大きくなるという問題もある。
【０００８】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ウオータハンマの防止を図ると共に、閉弁に要する時間を短縮できる閉止弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者の研究により、上述したように、閉弁開始から弁体がある程度移動するまでの間は、圧力が立たないため（圧力が高まらないため）、弁体の移動を早くしてもウオータハンマは発生しないことが判明した。
そこで、放水管に充水開始から弁体が所定の閉止位置に移動するまでの間は弁体の移動速度を速くし、所定の位置に来たとき以降は弁体の移動速度を遅くすれば、水幕の形成用ノズルからの放水を早期に開始できると共に捨て水の量を少なく出来るとの知見を得た。
本発明は、係る知見に基づきなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。
【００１０】
（１）本発明に係る閉止弁は、弁本体の１次室と２次室の連通口を開閉する常時開で、かつ１次室の水圧を受けて閉止方向に移動する弁体と、該弁体を開弁方向に付勢する付勢手段と、前記弁体の閉弁方向への移動速度を制御する閉弁制御手段とを備え、
該閉弁制御手段が、前記弁体の動きに連動するピストン軸と、該ピストン軸に連結されたピストンと、該ピストンを収容するピストン室と、該ピストン室に充填された非圧縮性流体と、前記ピストンによって区画される２室間を連通するように設けられた第１連通流路と、前記弁体が閉止方向に所定の距離だけ移動したときに前記第１連通流路と連通して、前記２室間を連通させるように設けられた第２連通流路を形成する第２連通流路形成部材とを備え、前記第１連通流路の最小流路断面よりも前記第２連通流路の最小流路断面を小さく設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第１連通流路は前記ピストンに設けられた第１連通孔からなり、
前記第２連通流路形成部材は、前記ピストンに離接可能に設置された板状体と、該板状体に形成された前記第２連通流路を形成する第２連通孔を備えてなり、前記板状体は常時は前記ピストンと離れて配置され、前記弁体が閉弁方向に移動する際の前記ピストンの移動によって前記ピストンに当接して前記第２連通孔が前記第１連通孔と連通するように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、弁体の閉止速度を制御する閉弁制御手段が、弁体の動きに連動するピストン軸と、該ピストン軸に連結されたピストンと、該ピストンを収容するピストン室と、該ピストン室に充填された非圧縮性流体と、前記ピストンによって区画される２室間を連通するように設けられた第１連通流路と、前記弁体が閉止方向に所定の距離だけ移動したときに前記第１連通流路と連通して、前記２室間を連通させるように設けられた第２連通流路を形成する第２連通流路形成部材を備え、前記第１連通流路の最小流路断面よりも前記第２連通流路の最小流路断面を小さく設定したことにより、放水管に充水開始から弁体が所定の閉止位置に移動するまでの間は弁体の移動速度を速くし、弁体が所定の位置に来たとき以降は弁体の移動速度を遅くできるので、ウオータハンマの防止を図ると共に、閉弁に要する時間を短縮できる。これによって、無駄水の量が少なくなり、無駄水処理のためのピットや排水処理の設備を小さくできる。また、閉弁が早く行われることにより、放水管内の圧力が早期に立ち上がり、例えば水幕形成という本来の機能を早期に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る閉止弁の構造を説明する説明図であり、閉弁時の状態を断面図で示している。
【図２】図１の一部を拡大して示す拡大図である。
【図３】図１に示した閉止弁の構造の説明図であり、特に閉弁制御手段を側面図で示したものである。
【図４】図１に示した閉止弁を構成する部品であるリング部材の平面図である。
【図５】図４の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る閉止弁の構造を説明する説明図であり、開弁時の状態を断面図で示している。
【図７】図６に示した閉止弁の構造の説明図であり、特に閉弁制御手段を側面図で示したものである。
【図８】本発明の一実施の形態に係る閉止弁の動作を説明する説明図であり、閉弁途中の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施の形態に係る閉止弁１は、弁本体３と、弁本体３の１次室５と２次室７の連通口９を開閉する常時開で、かつ１次側の水圧を受けて閉止方向に移動する弁体１１と、該弁体１１の閉弁速度を制御する閉弁制御手段１３とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１５】
＜弁本体＞
弁本体３は、１次室５と２次室７が、供給水の流れが直角方向になるように設けられており、１次室５と２次室７の連通口９に弁座１５が設けられている。
【００１６】
＜弁体＞
弁体１１は、連通口９を開閉可能に設けられており、図１、図６に示すように、図中下方に延びるスカート部１７を有している。スカート部１７が連通口９の周縁部１９にガイドされることで弁体１１の開閉が円滑に行なえるようになっている。
弁体１１には、弁軸２１が設けられ、弁軸２１は弁本体３の下部２３に上下動可能に支持されると共に、弁軸２１の下端は閉弁制御手段１３を構成するピストン軸２５の上端に連結されている。
弁体１１は、弁軸２１の上下動によって、連通口９の開閉動作をし、弁体１１の動きにピストン軸２５が連動する。
【００１７】
弁軸２１の下部におけるピストン軸２５との連結部には、閉弁制御手段１３を構成するピストン３５が設けられ、該ピストン３５の下方に該ピストン３５を常時上方（開弁方向）に付勢することで、弁体１１を開弁方向に付勢する付勢手段としての第１バネ２７が設けられている。第１バネ２７の配設状態の詳細は後述する。
【００１８】
弁体１１の動きは、基本的には１次室５と２次室７（ここでは大気圧）との差圧による閉弁方向の力と第１バネ２７による開弁方向の力とのバランスで制御され、閉止弁１の設定水圧はこれらの力がバランスする圧力であり、この圧力以上になると弁体１１は閉弁方向に移動する。
【００１９】
＜閉弁制御手段＞
閉弁制御手段１３は、弁本体３の２次室７の下方に設けられ、後述するピストン３５を収容するピストン室２９と、該ピストン室２９内にピストン室２９内を図中上下方向移動可能に設けられたピストン軸２５と、該ピストン軸２５に連結されたピストン３５と、ピストン３５の上方の第１室３１と、ピストン３５の下方の第２室３３に区画するように配設されたピストン３５と、ピストン室２９内に充填された油等の非圧縮性流体と、ピストン３５の下方に設けられた第２連通流路形成部材３７を備えている。
【００２０】
ピストン室２９に配設されたピストン３５には、第１室３１と第２室３３とを連通させるように第１連通孔３９が設けられている。第１連通孔３９が本発明の第１連通流路を形成するものであり、その流路断面積は従来例において設けられていたものよりも大きく設定されている。
ピストン３５の下方には、上端がピストン３５下面に当接し、下端がピストン室２９の底部に当接するように第１バネ２７が配設され、ピストン３５を常時上方に押し上げるように付勢している。
【００２１】
第２連通流路形成部材３７は、ピストン軸２５に挿通された板状体としてのリング部材４１と、該リング部材４１をピストン軸２５に上下移動可能に支持する支持部材４３と、リング部材４１を常時上方に付勢する第２バネ４５とを備えている。
以下、第１室３１と第２室３３の２空間を連通させる第２連通流路形成部材３７の構成部材を詳細に説明する。
【００２２】
〔リング部材〕
リング部材４１は、図４、図５に示すように、リング部材４１をピストン軸２５に挿通するための円形の挿通穴４７と、リング部材４１の上面（ピストン３５に対向する面）の径方向中央部に環状に形成されたリング溝４９と、一端側がリング溝４９に連通し、他端側が外周面に連通するように形成された放射状に延びる３本の放射溝５１とを備えている。リング溝４９及び放射溝５１が本発明の第２連通流路を形成し、３本の放射溝５１の流路断面積の合計は、従来例においてピストン３５に設けられていた流路断面積と同等程度に設定されて、弁体１１の閉弁速度をウオータハンマが発生しない速度に制御できるようになっている。
３本の放射溝５１の流路断面積の合計は、ピストン３５に形成された第１連通孔３９の流路断面よりも小さく設定されている。
【００２３】
リング溝４９のリング部材４１における径方向の位置は、弁体１１が閉止方向に所定の距離だけ移動してリング部材４１がピストン３５に当接した際、図２に示すように、第１連通孔３９と連通可能な位置になっている。
また、リング溝４９の深さは放射溝５１の深さよりも深くなっており、３本の放射溝５１の断面積の合計よりも、リング溝４９の断面積の方が大きくなるように設定されている（図５参照）。
リング溝４９の断面積をこのように設定したのは、リング溝４９によって非圧縮性流体の通過抵抗が大きくならないようにするためである。
【００２４】
ここで、第１連通流路、第２連通流路について詳細に説明する。
図２に示すように、リング部材４１が、ピストン３５の下面に当接した状態では、ピストン室２９の第１室３１と第２室３３は、ピストン３５に形成された第１連通孔３９、リング部材４１に形成されたリング溝４９、放射溝５１を介して連通することになる。
したがって、リング部材４１が、ピストン３５の下面に当接した状態では、非圧縮性流体の第２室３３から第１室３１への移動する流速は、３本の放射溝５１の流路断面積の合計の面積、リング溝４９の流路断面積、第１連通孔３９の流路断面積のうち最も小さいもの、すなわち３本の放射溝５１の流路断面積の合計の面積によって制御されることになる。
【００２５】
前述したように、第１連通孔３９によって第１連通流路が形成され、リング溝４９と３本の放射溝５１によって第２連通流路が形成されている。そして、本発明においては、第１連通流路の流路断面積よりも、第２連通流路の流路断面積が小さく設定されているので、このことはつまり、第１連通孔３９の流路断面積よりも、３本の放射溝５１の流路断面積の合計面積の方が小さくなるように設定されていることを意味している。
【００２６】
〔支持部材〕
支持部材４３は、図２、図３に示すように、矩形状の板材からなり、内側にガイド穴となる長穴５３を有している。
支持部材４３の上端部には、リング部材４１がネジ５５によって固定されている。長穴５３にはピストン軸２５に固定されたボルト５７が挿入されており、このボルト５７がガイド軸となって、支持部材４３はピストン軸２５に対して上下方向に移動可能になっている。
【００２７】
〔第２バネ〕
第２バネ４５は、上端がリング部材４１の下面に当接し、下端がピストン室２９の内壁に当接して、常時リング部材４１を上方に付勢している。
【００２８】
上記のように構成された本実施の形態の閉止弁１の動作を、前述した水幕形成設備の図示しない放水管に閉止弁１を設けた場合を例に挙げて説明する。
閉止弁１の１次室５は常時は空の所謂ドライ配管である放水管に接続されている。この放水管には、水幕を形成するための水幕ヘッドが複数取り付けられている。また、閉止弁１の２次室７側には排水管が接続されて、排水管はピットに排水するようになっている。
【００２９】
閉止弁１は、放水管が空の状態の常時は、図６に示すように、第１バネ２７がピストン３５を上方に付勢しているため、ピストン３５はピストン室２９の上部に配置されると共に弁体１１は弁座１５よりも上方に位置して、開弁状態になっている。
開弁状態では、リング部材４１は、第２バネ４５によって上方に付勢されて、ピストン軸２５の上部側に配置され、ピストン３５と離れている。
この状態では、図６に示されるように、リング部材４１とピストン３５の下面との間には隙間が形成されている。
【００３０】
放水管に設けられた自動制御弁が開弁されて放水管に給水されると、放水管内を水が勢いよく流れ、弁本体３の１次室５から連通口９を介して２次室７に流れ、排水管を介してピットに流れ出る。
このとき、連通口９が全開されていることから、水が急激に止められることがないので、ウオータハンマは発生しない。
もっとも、勢いよく流れる水が弁体１１に衝突するため、その水圧によって、弁体１１が、図６に示す状態から、図中下方に押され、弁体１１は徐々に閉弁方向に移動する。このとき、弁軸２１及びこれに連結されたピストン軸２５が下動し、ピストン３５が下動する。ピストン３５が下動する速度は、ピストン室２９の第２室３３の非圧縮性流体がピストン３５に設けられた第１連通孔３９を通過する速度によって制御される。
本実施の形態では、従来例に設けられていた第１連通孔３９よりも断面積が大きく設定されているので、ピストン３５は比較的速い速度で下動し、閉弁速度は従来例よりも速い。
【００３１】
弁体１１が下動すると、連通口９の開口面積が小さくなり、水が弁体１１を押圧する水圧が高くなり、弁体１１の下動速度は速くなる。
弁体１１が、所定の閉止位置まで下動すると、図８に示すように、ピストン３５の下面がリング部材４１の上面に当接する。この状態では、第１連通孔３９はリング部材４１によって塞がれ、ピストン室２９の第１室３１と第２室３３は、３本の放射溝５１、リング溝４９、第１連通孔３９を介して連通することになる。そのため、ピストン３５の下動の速度は、流路の最小断面積となる３本の放射溝５１を通過する非圧縮性流体の速度によって制御される。
前述したように、３本の放射溝５１によって形成される第２連通流路の最小流路断面積は第１連通孔３９によって形成される最小流路断面積よりも小さいので、ピストン３５の下動速度は低下する。ピストン３５の下動速度が低下することで、弁体１１の閉止速度は当該圧力でウオータハンマが発生しない速度まで低下し、ウオータハンマの発生を防止しながら、弁体１１は徐々に閉止する。
【００３２】
弁体１１が徐々に閉まることで、水圧は徐々に高くなって、最終的には弁体１１が弁座１５に着座して完全に閉弁する。弁体１１が完全に閉弁することで、弁本体３からの排水はなくなり、水幕形成をする水幕ヘッドからの放水のみとなる。
【００３３】
上記の動作説明は、閉弁の動作であったが、開弁の動作を以下に説明する。
放水管に設けられた自動制御弁が閉止され、放水管への給水がなくなると、放水管内の水は水幕ヘッドから放水され、放水管内の水圧が低下する。
放水管内の水圧が低下すると、閉止弁１の弁体１１を閉弁方向に押圧する圧力が低下するので、弁体１１は第１バネ２７の復元力によって、徐々に開弁方向に移動する。
【００３４】
このとき、ピストン３５が上動するので、第１室３１の非圧縮性流体が第１連通孔３９、リング溝４９、放射溝５１を介して第２室３３に流入する。
開弁が進み、ピストン３５がさらに上昇すると、ピストン３５の下面からリング部材４１が離れ、第１室３１の非圧縮性流体は第１連通孔３９を通過して第２室３３に円滑に移動し、開弁の速度は速くなり、完全に開弁する。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、放水管への給水当初は第１連通孔３９を通過する非圧縮性流体の通過速度によって閉弁速度が制御されるので、比較的速い速度で閉弁が行われる。そして、弁体１１がある程度閉弁したときに、第１連通孔３９よりも流路断面積が小さい３本の放射溝５１を通過する非圧縮性流体の通過速度によって速度が制御され、閉弁速度が遅くなってウオータハンマの発生を防止しながら閉弁する。このように、放水管への給水当初は速い速度で閉弁し、ウオータハンマの発生が生じ易い状態から閉弁速度を低下させるようにしているので、閉弁に要する合計時間が短くなる。それ故に、排水管から排水される無駄水の量が少なくなり、処理用のピットや排水処理の設備を小さくできる。また、閉弁が早く行われることにより、水幕形成が早期に行われるので、水幕形成という本来の機能を有効発揮させることができる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、第２連通流路を複数本（３本）の放射溝５１によって形成しているので、第２連通流路が機能する際に円滑な通流ができる。もっとも、放射溝５１の本数は３本に限定するものではなく、１本、２本、あるいは４本以上であってもよい。
また、本実施の形態においては、放射溝５１と第１連通孔３９とを３本の放射溝５１の合計の流路断面積よりも大きい流路断面積を有するリング溝４９を介して連通させるようにしているので、流路抵抗を少なくして円滑な通流が実現できている。
【符号の説明】
【００３７】
１ 閉止弁 ３ 弁本体 ５ １次室
７ ２次室 ９ 連通口 １１ 弁体
１３ 閉弁制御手段 １５ 弁座 １７ スカート部
１９ 周縁部 ２１ 弁軸 ２３ 下部
２５ ピストン軸 ２７ 第１バネ ２９ ピストン室
３１ 第１室 ３３ 第２室 ３５ ピストン
３７ 第２連通流路形成部材 ３９ 第１連通孔 ４１ リング部材
４３ 支持部材 ４５ 第２バネ ４７ 挿通穴
４９ リング溝 ５１ 放射溝 ５３ 長穴
５５ ネジ ５７ ボルト
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば放水設備に設けられて放水時にウオータハンマを防止する閉止弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
放水設備に設けられて放水時にウオータハンマを防止する閉止弁として、例えば水幕形成設備の放水管に設けられるウオータハンマ防止用閉止弁がある（特許文献１参照）。
この水幕形成設備は、例えば液化天然ガス（ＬＮＧ）が貯留される貯留タンクの周囲に設けられ、ガス漏れが発生した場合に水幕ヘッドから放水して床面と直交する方向、即ち、垂直方向の水幕（ウオータカーテン）を形成し、ウオータカーテンにより漏れたガスの水平方向への拡がりを阻止するものである。
【０００３】
特許文献１に開示されたウオータハンマ防止用閉止弁は、その基本構成として、「弁本体の連通口を開閉する常時開の弁体と、該弁体の閉弁方向への摺動速度を制御する閉弁制御手段と、前記連通口に設けられ、前記弁本体の１次側が設定水圧以上のときに前記弁体が閉弁方向へ摺動して圧接する弁座とを備えている。」（特許文献１の請求項１参照）
また、特許文献１には、上記基本構成に加えて、開閉制御手段として、「弁体に連動するピストンステムと、該ピストンステムに連結された、ピストン室のピストンと、該ピストン室に収容された非圧縮性流体と、該ピストンに設けられ、前記非圧縮性流体が出入りする連通孔と、該ピストンを開弁方向に付勢するスプリングと、を備えている」旨（特許文献１の請求項２参照）が記載されている。
【０００４】
特許文献１のウオータハンマ防止用閉止弁は、開閉制御手段におけるピストンに設けた連通孔を通過する非圧縮性流体の通過速度によってピストンの移動速度を制御することにより、弁体の閉止速度を制御して、ウオータハンマの発生を防止しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２０２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放水管にウオータハンマ防止用閉止弁を設けた場合において、ウオータハンマが発生する危険性が高くなるのは、放水管への給水直後の弁体が全開状態にあるときではなく、弁体が閉止方向に移動して、連通口の開口面積がある程度小さくなった時点からである。つまり、弁体の開度が諸条件によって定まるある状態になったときに、急激に弁体を押圧する圧力が増加し、そのときにウオータハンマ発生の危険があるのである。
このように、ウオータハンマは弁体がある程度閉止した状態で発生しやすいため、その状態においてウオータハンマが発生しないようにするため、その状態での弁体の移動速度をウオータハンマが発生しないような速度に制御する必要がある。
【０００７】
従来例においては、弁体の移動速度はピストンに設けた連通孔を通過する非圧縮性流体の通過速度によって制御しているが、その連通孔は、弁体が閉止を始めてから閉止完了まで、同じ大きさであるため、弁体の移動速度はほぼ一定といえる。
そのため、弁体の移動速度は、ウオータハンマが発生する危険のある状態の速度に制御される。
つまり、本来、給水当初の閉弁開始時には、弁体の閉止速度を速くしてもウオータハンマは発生しないにもかかわらず、従来例においては、弁体の閉止速度をウオータハンマ発生の危険のある状態においてウオータハンマが発生しない速度にせざるを得ないものとなっており、閉弁開始から閉弁完了までに要する時間が長くなっていた。
閉弁開始から閉弁完了までに要する時間が長くなると、放水管内の圧力が高くなるまでの時間が長くなり、水幕ノズルからの放水が遅くなり、水幕形成が遅れるという問題がある。
また、捨て水が多くなるため、それを受けるピットや処理設備が大きくなるという問題もある。
【０００８】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ウオータハンマの防止を図ると共に、閉弁に要する時間を短縮できる閉止弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者の研究により、上述したように、閉弁開始から弁体がある程度移動するまでの間は、圧力が立たないため（圧力が高まらないため）、弁体の移動を早くしてもウオータハンマは発生しないことが判明した。
そこで、放水管に充水開始から弁体が所定の閉止位置に移動するまでの間は弁体の移動速度を速くし、所定の位置に来たとき以降は弁体の移動速度を遅くすれば、水幕の形成用ノズルからの放水を早期に開始できると共に捨て水の量を少なく出来るとの知見を得た。
本発明は、係る知見に基づきなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。
【００１０】
（１）本発明に係る閉止弁は、弁本体の１次室と２次室の連通口を開閉する常時開で、かつ１次室の水圧を受けて閉止方向に移動する弁体と、該弁体を開弁方向に付勢する付勢手段と、前記弁体の閉弁方向への移動速度を制御する閉弁制御手段とを備え、
該閉弁制御手段が、前記弁体の動きに連動するピストン軸と、該ピストン軸に連結されたピストンと、該ピストンを収容するピストン室と、該ピストン室に充填された非圧縮性流体と、前記ピストンによって区画される２室間を連通するように設けられた第１連通流路と、前記弁体が閉止方向に所定の距離だけ移動したときに前記第１連通流路と連通して、前記２室間を連通させるように設けられた第２連通流路を形成する第２連通流路形成部材とを備え、前記第１連通流路の最小流路断面よりも前記第２連通流路の最小流路断面を小さく設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第１連通流路は前記ピストンに設けられた第１連通孔からなり、
前記第２連通流路形成部材は、前記ピストンに離接可能に設置された板状体と、該板状体に形成された前記第２連通流路を形成する第２連通孔を備えてなり、前記板状体は常時は前記ピストンと離れて配置され、前記弁体が閉弁方向に移動する際の前記ピストンの移動によって前記ピストンに当接して前記第２連通孔が前記第１連通孔と連通するように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、弁体の閉止速度を制御する閉弁制御手段が、弁体の動きに連動するピストン軸と、該ピストン軸に連結されたピストンと、該ピストンを収容するピストン室と、該ピストン室に充填された非圧縮性流体と、前記ピストンによって区画される２室間を連通するように設けられた第１連通流路と、前記弁体が閉止方向に所定の距離だけ移動したときに前記第１連通流路と連通して、前記２室間を連通させるように設けられた第２連通流路を形成する第２連通流路形成部材を備え、前記第１連通流路の最小流路断面よりも前記第２連通流路の最小流路断面を小さく設定したことにより、放水管に充水開始から弁体が所定の閉止位置に移動するまでの間は弁体の移動速度を速くし、弁体が所定の位置に来たとき以降は弁体の移動速度を遅くできるので、ウオータハンマの防止を図ると共に、閉弁に要する時間を短縮できる。これによって、無駄水の量が少なくなり、無駄水処理のためのピットや排水処理の設備を小さくできる。また、閉弁が早く行われることにより、放水管内の圧力が早期に立ち上がり、例えば水幕形成という本来の機能を早期に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る閉止弁の構造を説明する説明図であり、閉弁時の状態を断面図で示している。
【図２】図１の一部を拡大して示す拡大図である。
【図３】図１に示した閉止弁の構造の説明図であり、特に閉弁制御手段を側面図で示したものである。
【図４】図１に示した閉止弁を構成する部品であるリング部材の平面図である。
【図５】図４の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る閉止弁の構造を説明する説明図であり、開弁時の状態を断面図で示している。
【図７】図６に示した閉止弁の構造の説明図であり、特に閉弁制御手段を側面図で示したものである。
【図８】本発明の一実施の形態に係る閉止弁の動作を説明する説明図であり、閉弁途中の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施の形態に係る閉止弁１は、弁本体３と、弁本体３の１次室５と２次室７の連通口９を開閉する常時開で、かつ１次側の水圧を受けて閉止方向に移動する弁体１１と、該弁体１１の閉弁速度を制御する閉弁制御手段１３とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１５】
＜弁本体＞
弁本体３は、１次室５と２次室７が、供給水の流れが直角方向になるように設けられており、１次室５と２次室７の連通口９に弁座１５が設けられている。
【００１６】
＜弁体＞
弁体１１は、連通口９を開閉可能に設けられており、図１、図６に示すように、図中下方に延びるスカート部１７を有している。スカート部１７が連通口９の周縁部１９にガイドされることで弁体１１の開閉が円滑に行なえるようになっている。
弁体１１には、弁軸２１が設けられ、弁軸２１は弁本体３の下部２３に上下動可能に支持されると共に、弁軸２１の下端は閉弁制御手段１３を構成するピストン軸２５の上端に連結されている。
弁体１１は、弁軸２１の上下動によって、連通口９の開閉動作をし、弁体１１の動きにピストン軸２５が連動する。
【００１７】
弁軸２１の下部におけるピストン軸２５との連結部には、閉弁制御手段１３を構成するピストン３５が設けられ、該ピストン３５の下方に該ピストン３５を常時上方（開弁方向）に付勢することで、弁体１１を開弁方向に付勢する付勢手段としての第１バネ２７が設けられている。第１バネ２７の配設状態の詳細は後述する。
【００１８】
弁体１１の動きは、基本的には１次室５と２次室７（ここでは大気圧）との差圧による閉弁方向の力と第１バネ２７による開弁方向の力とのバランスで制御され、閉止弁１の設定水圧はこれらの力がバランスする圧力であり、この圧力以上になると弁体１１は閉弁方向に移動する。
【００１９】
＜閉弁制御手段＞
閉弁制御手段１３は、弁本体３の２次室７の下方に設けられ、後述するピストン３５を収容するピストン室２９と、該ピストン室２９内にピストン室２９内を図中上下方向移動可能に設けられたピストン軸２５と、該ピストン軸２５に連結されたピストン３５と、ピストン３５の上方の第１室３１と、ピストン３５の下方の第２室３３に区画するように配設されたピストン３５と、ピストン室２９内に充填された油等の非圧縮性流体と、ピストン３５の下方に設けられた第２連通流路形成部材３７を備えている。
【００２０】
ピストン室２９に配設されたピストン３５には、第１室３１と第２室３３とを連通させるように第１連通孔３９が設けられている。第１連通孔３９が本発明の第１連通流路を形成するものであり、その流路断面積は従来例において設けられていたものよりも大きく設定されている。
ピストン３５の下方には、上端がピストン３５下面に当接し、下端がピストン室２９の底部に当接するように第１バネ２７が配設され、ピストン３５を常時上方に押し上げるように付勢している。
【００２１】
第２連通流路形成部材３７は、ピストン軸２５に挿通された板状体としてのリング部材４１と、該リング部材４１をピストン軸２５に上下移動可能に支持する支持部材４３と、リング部材４１を常時上方に付勢する第２バネ４５とを備えている。
以下、第１室３１と第２室３３の２空間を連通させる第２連通流路形成部材３７の構成部材を詳細に説明する。
【００２２】
〔リング部材〕
リング部材４１は、図４、図５に示すように、リング部材４１をピストン軸２５に挿通するための円形の挿通穴４７と、リング部材４１の上面（ピストン３５に対向する面）の径方向中央部に環状に形成されたリング溝４９と、一端側がリング溝４９に連通し、他端側が外周面に連通するように形成された放射状に延びる３本の放射溝５１とを備えている。リング溝４９及び放射溝５１が本発明の第２連通流路を形成し、３本の放射溝５１の流路断面積の合計は、従来例においてピストン３５に設けられていた流路断面積と同等程度に設定されて、弁体１１の閉弁速度をウオータハンマが発生しない速度に制御できるようになっている。
３本の放射溝５１の流路断面積の合計は、ピストン３５に形成された第１連通孔３９の流路断面よりも小さく設定されている。
【００２３】
リング溝４９のリング部材４１における径方向の位置は、弁体１１が閉止方向に所定の距離だけ移動してリング部材４１がピストン３５に当接した際、図２に示すように、第１連通孔３９と連通可能な位置になっている。
また、リング溝４９の深さは放射溝５１の深さよりも深くなっており、３本の放射溝５１の断面積の合計よりも、リング溝４９の断面積の方が大きくなるように設定されている（図５参照）。
リング溝４９の断面積をこのように設定したのは、リング溝４９によって非圧縮性流体の通過抵抗が大きくならないようにするためである。
【００２４】
ここで、第１連通流路、第２連通流路について詳細に説明する。
図２に示すように、リング部材４１が、ピストン３５の下面に当接した状態では、ピストン室２９の第１室３１と第２室３３は、ピストン３５に形成された第１連通孔３９、リング部材４１に形成されたリング溝４９、放射溝５１を介して連通することになる。
したがって、リング部材４１が、ピストン３５の下面に当接した状態では、非圧縮性流体の第２室３３から第１室３１への移動する流速は、３本の放射溝５１の流路断面積の合計の面積、リング溝４９の流路断面積、第１連通孔３９の流路断面積のうち最も小さいもの、すなわち３本の放射溝５１の流路断面積の合計の面積によって制御されることになる。
【００２５】
前述したように、第１連通孔３９によって第１連通流路が形成され、リング溝４９と３本の放射溝５１によって第２連通流路が形成されている。そして、本発明においては、第１連通流路の流路断面積よりも、第２連通流路の流路断面積が小さく設定されているので、このことはつまり、第１連通孔３９の流路断面積よりも、３本の放射溝５１の流路断面積の合計面積の方が小さくなるように設定されていることを意味している。
【００２６】
〔支持部材〕
支持部材４３は、図２、図３に示すように、矩形状の板材からなり、内側にガイド穴となる長穴５３を有している。
支持部材４３の上端部には、リング部材４１がネジ５５によって固定されている。長穴５３にはピストン軸２５に固定されたボルト５７が挿入されており、このボルト５７がガイド軸となって、支持部材４３はピストン軸２５に対して上下方向に移動可能になっている。
【００２７】
〔第２バネ〕
第２バネ４５は、上端がリング部材４１の下面に当接し、下端がピストン室２９の内壁に当接して、常時リング部材４１を上方に付勢している。
【００２８】
上記のように構成された本実施の形態の閉止弁１の動作を、前述した水幕形成設備の図示しない放水管に閉止弁１を設けた場合を例に挙げて説明する。
閉止弁１の１次室５は常時は空の所謂ドライ配管である放水管に接続されている。この放水管には、水幕を形成するための水幕ヘッドが複数取り付けられている。また、閉止弁１の２次室７側には排水管が接続されて、排水管はピットに排水するようになっている。
【００２９】
閉止弁１は、放水管が空の状態の常時は、図６に示すように、第１バネ２７がピストン３５を上方に付勢しているため、ピストン３５はピストン室２９の上部に配置されると共に弁体１１は弁座１５よりも上方に位置して、開弁状態になっている。
開弁状態では、リング部材４１は、第２バネ４５によって上方に付勢されて、ピストン軸２５の上部側に配置され、ピストン３５と離れている。
この状態では、図６に示されるように、リング部材４１とピストン３５の下面との間には隙間が形成されている。
【００３０】
放水管に設けられた自動制御弁が開弁されて放水管に給水されると、放水管内を水が勢いよく流れ、弁本体３の１次室５から連通口９を介して２次室７に流れ、排水管を介してピットに流れ出る。
このとき、連通口９が全開されていることから、水が急激に止められることがないので、ウオータハンマは発生しない。
もっとも、勢いよく流れる水が弁体１１に衝突するため、その水圧によって、弁体１１が、図６に示す状態から、図中下方に押され、弁体１１は徐々に閉弁方向に移動する。このとき、弁軸２１及びこれに連結されたピストン軸２５が下動し、ピストン３５が下動する。ピストン３５が下動する速度は、ピストン室２９の第２室３３の非圧縮性流体がピストン３５に設けられた第１連通孔３９を通過する速度によって制御される。
本実施の形態では、従来例に設けられていた第１連通孔３９よりも断面積が大きく設定されているので、ピストン３５は比較的速い速度で下動し、閉弁速度は従来例よりも速い。
【００３１】
弁体１１が下動すると、連通口９の開口面積が小さくなり、水が弁体１１を押圧する水圧が高くなり、弁体１１の下動速度は速くなる。
弁体１１が、所定の閉止位置まで下動すると、図８に示すように、ピストン３５の下面がリング部材４１の上面に当接する。この状態では、第１連通孔３９はリング部材４１によって塞がれ、ピストン室２９の第１室３１と第２室３３は、３本の放射溝５１、リング溝４９、第１連通孔３９を介して連通することになる。そのため、ピストン３５の下動の速度は、流路の最小断面積となる３本の放射溝５１を通過する非圧縮性流体の速度によって制御される。
前述したように、３本の放射溝５１によって形成される第２連通流路の最小流路断面積は第１連通孔３９によって形成される最小流路断面積よりも小さいので、ピストン３５の下動速度は低下する。ピストン３５の下動速度が低下することで、弁体１１の閉止速度は当該圧力でウオータハンマが発生しない速度まで低下し、ウオータハンマの発生を防止しながら、弁体１１は徐々に閉止する。
【００３２】
弁体１１が徐々に閉まることで、水圧は徐々に高くなって、最終的には弁体１１が弁座１５に着座して完全に閉弁する。弁体１１が完全に閉弁することで、弁本体３からの排水はなくなり、水幕形成をする水幕ヘッドからの放水のみとなる。
【００３３】
上記の動作説明は、閉弁の動作であったが、開弁の動作を以下に説明する。
放水管に設けられた自動制御弁が閉止され、放水管への給水がなくなると、放水管内の水は水幕ヘッドから放水され、放水管内の水圧が低下する。
放水管内の水圧が低下すると、閉止弁１の弁体１１を閉弁方向に押圧する圧力が低下するので、弁体１１は第１バネ２７の復元力によって、徐々に開弁方向に移動する。
【００３４】
このとき、ピストン３５が上動するので、第１室３１の非圧縮性流体が第１連通孔３９、リング溝４９、放射溝５１を介して第２室３３に流入する。
開弁が進み、ピストン３５がさらに上昇すると、ピストン３５の下面からリング部材４１が離れ、第１室３１の非圧縮性流体は第１連通孔３９を通過して第２室３３に円滑に移動し、開弁の速度は速くなり、完全に開弁する。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、放水管への給水当初は第１連通孔３９を通過する非圧縮性流体の通過速度によって閉弁速度が制御されるので、比較的速い速度で閉弁が行われる。そして、弁体１１がある程度閉弁したときに、第１連通孔３９よりも流路断面積が小さい３本の放射溝５１を通過する非圧縮性流体の通過速度によって速度が制御され、閉弁速度が遅くなってウオータハンマの発生を防止しながら閉弁する。このように、放水管への給水当初は速い速度で閉弁し、ウオータハンマの発生が生じ易い状態から閉弁速度を低下させるようにしているので、閉弁に要する合計時間が短くなる。それ故に、排水管から排水される無駄水の量が少なくなり、処理用のピットや排水処理の設備を小さくできる。また、閉弁が早く行われることにより、水幕形成が早期に行われるので、水幕形成という本来の機能を有効発揮させることができる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、第２連通流路を複数本（３本）の放射溝５１によって形成しているので、第２連通流路が機能する際に円滑な通流ができる。もっとも、放射溝５１の本数は３本に限定するものではなく、１本、２本、あるいは４本以上であってもよい。
また、本実施の形態においては、放射溝５１と第１連通孔３９とを３本の放射溝５１の合計の流路断面積よりも大きい流路断面積を有するリング溝４９を介して連通させるようにしているので、流路抵抗を少なくして円滑な通流が実現できている。
【符号の説明】
【００３７】
１ 閉止弁 ３ 弁本体 ５ １次室
７ ２次室 ９ 連通口 １１ 弁体
１３ 閉弁制御手段 １５ 弁座 １７ スカート部
１９ 周縁部 ２１ 弁軸 ２３ 下部
２５ ピストン軸 ２７ 第１バネ ２９ ピストン室
３１ 第１室 ３３ 第２室 ３５ ピストン
３７ 第２連通流路形成部材 ３９ 第１連通孔 ４１ リング部材
４３ 支持部材 ４５ 第２バネ ４７ 挿通穴
４９ リング溝 ５１ 放射溝 ５３ 長穴
５５ ネジ ５７ ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体の１次室と２次室の連通口を開閉する常時開で、かつ１次室の水圧を受けて閉止方向に移動する弁体と、該弁体を開弁方向に付勢する付勢手段と、前記弁体の閉弁方向への移動速度を制御する閉弁制御手段とを備え、
該閉弁制御手段が、前記弁体の動きに連動するピストン軸と、該ピストン軸に連結されたピストンと、該ピストンを収容するピストン室と、該ピストン室に充填された非圧縮性流体と、前記ピストンによって区画される２室間を連通するように設けられた第１連通流路と、前記弁体が閉止方向に所定の距離だけ移動したときに前記第１連通流路と連通して、前記２室間を連通させるように設けられた第２連通流路を形成する第２連通流路形成部材とを備え、前記第１連通流路の最小流路断面よりも前記第２連通流路の最小流路断面を小さく設定したことを特徴とする閉止弁。
【請求項２】
前記第１連通流路は前記ピストンに設けられた第１連通孔からなり、
前記第２連通流路形成部材は、前記ピストンに離接可能に設置された板状体と、該板状体に形成された前記第２連通流路を形成する第２連通孔を備えてなり、前記板状体は常時は前記ピストンと離れて配置され、前記弁体が閉弁方向に移動する際の前記ピストンの移動によって前記ピストンに当接して前記第２連通孔が前記第１連通孔と連通するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の閉止弁。
【請求項１】
弁本体の１次室と２次室の連通口を開閉する常時開で、かつ１次室の水圧を受けて閉止方向に移動する弁体と、該弁体を開弁方向に付勢する付勢手段と、前記弁体の閉弁方向への移動速度を制御する閉弁制御手段とを備え、
該閉弁制御手段が、前記弁体の動きに連動するピストン軸と、該ピストン軸に連結されたピストンと、該ピストンを収容するピストン室と、該ピストン室に充填された非圧縮性流体と、前記ピストンによって区画される２室間を連通するように設けられた第１連通流路と、前記弁体が閉止方向に所定の距離だけ移動したときに前記第１連通流路と連通して、前記２室間を連通させるように設けられた第２連通流路を形成する第２連通流路形成部材とを備え、前記第１連通流路の最小流路断面よりも前記第２連通流路の最小流路断面を小さく設定したことを特徴とする閉止弁。
【請求項２】
前記第１連通流路は前記ピストンに設けられた第１連通孔からなり、
前記第２連通流路形成部材は、前記ピストンに離接可能に設置された板状体と、該板状体に形成された前記第２連通流路を形成する第２連通孔を備えてなり、前記板状体は常時は前記ピストンと離れて配置され、前記弁体が閉弁方向に移動する際の前記ピストンの移動によって前記ピストンに当接して前記第２連通孔が前記第１連通孔と連通するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の閉止弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８７９０６（Ｐ２０１２−８７９０６Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６７５７（Ｐ２０１０−２３６７５７）
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（０００２３３８２６）能美防災株式会社 (918)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（０００２３３８２６）能美防災株式会社 (918)
【Ｆターム（参考）】
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