JP7637653B2

JP7637653B2 - 流体機器、及び、流体機器の凍結割れ防止機能付加方法

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Publication number: JP7637653B2
Application number: JP2022099848A
Authority: JP
Inventors: 瞬生川口; 一輝佐藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2025-02-28
Anticipated expiration: 2042-06-21
Also published as: JP2024000877A

Description

本発明は、流体機器、及び、流体機器の凍結割れ防止機能付加方法に関する。

工業用の送水設備・排水設備、ビル・マンションなどの飲料水の給水設備など、流体を扱う設備において、ポンプは、流体に関するシステムの要ともいえる必須の機器である。このポンプの異常や故障は、生活基盤の崩壊や工場ラインの停止などを招くため、避けるべき事象である。ポンプの異常や故障の要因は様々であるが、その１つとして凍結割れがある。凍結割れは、外気温の低下などにより、ポンプ内部の流体（水）が凍結して膨張することで、ケーシングに大きな圧力がかかり、ケーシングが破損する、という現象である。特に、ポンプは屋外に配置されることが多いため、凍結割れが発生し易い。ポンプの凍結割れの対策としては、インバータ制御による凍結防止運転や、不凍液の使用などがある。

しかしながら、インバータ制御による凍結防止運転は、電力を消費する上、ポンプを屋外に設置する場合に耐候対策が必要となり、コストがかかってしまう。また、不凍液の使用は、基本的に循環用ポンプにのみ適用可能な点や、不凍液の外部漏出による環境汚染などのデメリットがあることが知られている。さらに、比較的温暖な地域では、流体の凍結があまり発生しないため、日常的に不凍液を使用すると、コストが大きくなってしまう。また、流体の凍結が発生するタイミングの予測も難しいため、効果的な凍結割れの対策を行うことが難しい状況である。このような観点から、凍結割れを防止する技術として、例えば、特許文献１に記載されたものが提案されている。特許文献１に記載された技術は、凍結により上昇した圧力分の水を、スプリングを用いて外部に排出することで、凍結割れの発生を低減するものである。

特開２００６－６４２２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術は、排水開始の基準圧力を調整するために機器を分解しなければならない。このような特許文献１に記載された従来技術は、調整に手間を要してしまうため、機器を分解することなく排水開始の基準圧力を調整できるようにすることが望まれている。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、機器を分解することなく排水開始の基準圧力を調整できる流体機器、及び、流体機器の凍結割れ防止機能付加方法を提供することを主な目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、流体機器であって、流体を流す流路と、貫通孔と、を有するケーシングと、前記貫通孔と接続しているとともに、前記流体が前記貫通孔を通じて流れこむコックと、を備え、前記コックは、開口部と、当該開口部を塞ぐとともに前記流体を堰き止める弁と、流体を外部に排出する排出孔と、を有し、前記流体の圧力増加に基づき前記弁が移動することで、前記開口部と前記排出孔とが連通する構成になっており、前記弁は、前記流体に接する側と反対側の面に断熱部材が配置されている、構成とする。
また、本発明は、流体機器であって、流体を流す流路と、貫通孔と、を有するケーシングと、前記貫通孔と接続しているとともに、前記流体が前記貫通孔を通じて流れこむコックと、を備え、前記コックは、開口部と、当該開口部を塞ぐとともに前記流体を堰き止める弁と、流体を外部に排出する排出孔と、を有し、前記流体の圧力増加に基づき前記弁が移動することで、前記開口部と前記排出孔とが連通する構成になっており、前記コックは、前記弁と接続している弾性部と、前記弾性部のテンションを調整する調整部とをさらに有し、前記弾性部は、ばねであり、前記調整部は、注入プラグに注入された流体であり、流体の注入具合により流体の圧力を調整することで、ばね上部に位置する内板を動かし、ばねのテンションを制御し、弁にかかる力を調整する、構成とする。
また、本発明は、流体機器であって、内部に流体を流す流路を有するケーシングと、前記流路を封止するように前記ケーシングに取り付けられたプラグと、前記プラグに取り付けられるコックと、を備え、前記コックは、流体を内部に流入させる先端流入口が先端に設けられたドリル部と、流体を外部に排出する排出孔と、前記先端流入口から前記排出孔に亘って形成された開口部と、前記開口部の内部に配置されて当該開口部を塞ぐとともに流体を堰き止める弁と、を有し、前記プラグには、前記コックの前記先端流入口が前記ケーシングの内部の前記流路に到達するように、前記コックの前記ドリル部で孔が形成されて前記コックが取り付けられている、構成とする。

また、本発明は、流体機器の凍結割れ防止機能付加方法であって、内部に流体を流す流路を有するケーシングと、前記流路を封止するように前記ケーシングに取り付けられたプラグと、を備える流体機器に対して、流体を内部に流入させる先端流入口が先端に設けられたドリル部と、流体を外部に排出する排出孔と、前記先端流入口から前記排出孔に亘って形成された開口部と、前記開口部の内部に配置されて当該開口部を塞ぐとともに流体を堰き止める弁と、を有するコックの前記ドリル部で、前記コックの前記先端流入口が前記ケーシングの内部の前記流路に到達するように、前記プラグに孔を形成して、前記コックを前記プラグに取り付けることで、凍結割れ防止機能を前記流体機器に付加する、方法とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、機器を分解することなく排水開始の基準圧力を調整できる。

実施形態１に係る流体機器の一例としての遠心ポンプの正面図である。実施形態１に係る流体機器の一例としての遠心ポンプの側面断面図である。実施形態１で用いるコックの拡大断面図である。実施形態１で用いるコックの変形例の拡大断面図である。実施形態２に係る流体機器の一例としての遠心ポンプの正面図である。実施形態２に係る流体機器の一例としての遠心ポンプの側面断面図である。実施形態２で用いるコックの拡大断面図である。実施形態３に係る流体機器の一例としての遠心ポンプの正面図である。実施形態３に係る流体機器の一例としての遠心ポンプの側面断面図である。実施形態４に係る流体機器の一例としての遠心ポンプの正面図である。実施形態４で用いるコックの拡大断面図である。遠心ポンプに設けられたプラグへのコックの取付説明図である。三層構造主外郭を有するコックの概略構成図（１）である。三層構造主外郭を有するコックの概略構成図（２）である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）について詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示しているに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。なお、本実施形態では、流体機器の一例として、遠心ポンプである片吸込単段渦巻ポンプを例に挙げて説明する。ただし、本発明は、遠心ポンプに限らず流体機器全般に適用することが可能である。

［実施形態１］
＜遠心ポンプ（流体機器）の構成＞
以下、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、本実施形態１に係る流体機器の構成について説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本実施形態１に係る流体機器の一例としての遠心ポンプ３０１の正面図と側断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す遠心ポンプ３０１をＹ１－Ｙ１線に沿って切断して得られる切り口すなわち断面を、側面方向（矢印方向）から見たレイアウトを示している。本実施形態では、流体機械が遠心ポンプ３０１である片吸込単段渦巻ポンプとして構成されている場合を想定して説明する。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、遠心ポンプ３０１は、渦巻ケーシング３０２と、流体（水）の流れを封止するコック１０１と、を備えている。渦巻ケーシング３０２は、流体が吸い込まれる吸込口部３１３と、流体が吐き出される吐出口部３１４と、ドレン穴３１０、ゲージ穴３１１，３１２等の貫通孔と、を有する。ドレン穴３１０は、流体を排出する穴である。ゲージ穴３１１，３１２は、圧力測定用の穴である。ドレン穴３１０、ゲージ穴３１１，３１２は、プラグで封止されている。

図１Ｂに示すように、遠心ポンプ３０１は、渦巻ケーシング３０２の内部に、渦巻ケーシング３０２を貫通するように配置された軸線Ｏを中心に延在する回転軸３０３と、回転軸３０３に一体に回転可能に固定された羽根車３０４を備えている。また、遠心ポンプ３０１は、吸込流路３０５と、回転軸３０３を支持する軸受３０６と、大気中と水路を隔絶する軸封部３０７と、軸封部３０７を支持するケーシングカバー３０８と、羽根車３０４を回転させるモータ（図示せず）と、を備えている。

渦巻ケーシング３０２の内部には、吸込流路３０５、渦巻流路３０９等の、流体を流す流路が設けられている。流路は、渦巻ケーシング３０２とケーシングカバー３０８と軸封部３０７で作られる空間、及び、羽根車３０４の収容空間で構成される。水等の流体は、吸込流路３０５から羽根車３０４へ流れ込み、羽根車３０４の回転による遠心力で昇圧され、羽根車３０４の出口から放出される。渦巻ケーシング３０２は、羽根車３０４の収容空間の外周に略円形断面を呈する渦巻流路３０９を配置したものであり、羽根車３０４の出口から放出された流体を吐出口部３１４まで効率よく導く。なお、渦巻流路３０９の形状は、略楕円形、略台形、略逆三角形等であってもよい。ケーシングカバー３０８及び軸封部３０７は、羽根車３０４によって昇圧された流体の外部への漏出を防止する。

＜コックの構成＞
本実施形態１では、コック１０１を遠心ポンプ３０１の任意の場所（図１Ａ及び図１Ｂに示す例では、ドレン穴３１０）に取り付けることによって、凍結割れ防止機能を遠心ポンプ３０１に付加している。以下、図２を参照して、コック１０１の構成について説明する。図２は、コック１０１の拡大断面図である。

図２に示すように、コック１０１は、ねじ１０２と、内板１０３と、ばね１０４と、弁１０６と、外蓋１０８と、主外郭１０９と、排出孔１１０と、ポンプ取付ねじ部１１１と、入口流路１１２と、を有している。

ねじ１０２は、内板１０３の位置を調節し、ばね１０４の伸縮度合いを調整することで、弁１０６が流路をふさぐ力、すなわち排出開始の基準圧力を決める。このようなねじ１０２は、ばね１０４のテンションを調整する調整部として機能する。
内板１０３は、ばね１０４を介して弁１０６と対向するように配置された円板状の部材である。
ばね１０４は、弁１０６を入口流路１１２の方向に付勢する弾性部材である。

弁１０６は、入口流路１１２（開口部）を塞ぐとともに流体を堰き止める部材である。弁１０６は、円柱状の弁本体部１０５の外周面に施された溝にゴムパッキン１０７をはめこんだ構成になっている。弁１０６は、入口流路１１２からコック１０１に入り込む流体の凍結による圧力（水圧）上昇に伴って内板１０３の方向に移動する。
外蓋１０８は、主外郭１０９の外側に取り付けられる部材である。
主外郭１０９は、内板１０３、ばね１０４、弁１０６を収容する円筒状の部材である。

排出孔１１０は、流体を外部に排出する孔である。排出孔１１０は、主外郭１０９の側面に設けられている。排出孔１１０は、弁１０６が内板１０３の方向に移動した際に排水流路として機能する。
ポンプ取付ねじ部１１１は、コック１０１を遠心ポンプ３０１の本体に装着するためのねじ部である。
入口流路１１２は、遠心ポンプ３０１からコック１０１に流体が入り込む開口部である。

コック１０１は、主外郭１０９に各部品を組み込んだ後に、外蓋１０８を主外郭１０９に締めこむことで製作される。コック１０１は、渦巻ケーシング３０２の任意の場所に設けられた貫通孔に取り付けられる。貫通孔としては、例えば、渦巻ケーシング３０２の下部に設けられたドレン穴３１０や、渦巻ケーシング３０２の吸込みフランジ側のゲージ穴３１１、渦巻ケーシング３０２の吐出しフランジ側のゲージ穴３１２などがある。コック１０１は、これらの貫通孔（本実施形態では、ドレン穴３１０）に、ポンプ取付ねじ部１１１を締めこむことで遠心ポンプ３０１に取り付けられる。

コック１０１は、流体の圧力増加に基づきコック１０１の内部で弁１０６が移動することで、入口流路１１２と排出孔１１０とが連通する。これにより、コック１０１は、流体の圧力増加によりコック１０１の内部に入り込んだ流体を排出孔１１０から外部に排出することができる。

外蓋１０８は、所望の強度を確保できれば、金属材又は樹脂材で構成することができる。また、主外郭１０９は、所望の強度を確保できれば、金属材又は樹脂材で構成することができるが、凍結し易い部位であるため、可能であれば樹脂材で構成するとよい。また、内板１０３は、所望の強度を確保できれば、金属材又は樹脂材で構成することができる。

弁１０６の天面（内板１０３との対向面）には、断熱シール１１３（断熱部材）が取り付けられている。弁１０６の天面（内板１０３との対向面）は、流体に接する側と反対側の面である。コック１０１は、弁１０６の天面（内板１０３との対向面）に断熱シール１１３（断熱部材）を配することにより、ばね１０４等への熱の伝達を阻害することができる。これにより、ばね１０４のテンションが変化することを抑制できる。また、コック１０１は、ばね１０４等への熱の伝達を阻害すること以外にも、入口流路１１２から流入する流体（水）が、弁１０６・主外郭１０９・入口流路１１２からなる空間内で凍結するリスクを低減できる。この点について、仮に上記空間内で流体が凍結すると、入口流路１１２と排出孔１１０とをつなぐ流路が塞がれるため、流体の凍結によって圧力が上昇しても排水が行われず、凍結割れ防止機能が失われてしまう。コック１０１は、弁１０６の天面（内板１０３との対向面）に断熱シール１１３を配することにより、凍結割れ防止機能が失われることを低減できる。なお、弁１０６は、弁本体部１０５全体を断熱材で構成するようにしてもよい。

また、弁１０６は、ゴムパッキン１０７を使用せず、弁本体部１０５自体を弾性体などで製作してもよい。また、弁本体部１０５は、断熱性を有することが好ましいため、弁本体部１０５を断熱材で製作したり、内板１０３に対向する面に断熱部材として機能する断熱シール１１３を貼り付けたりしてもよい。また、排出孔１１０は本体側外周上で、内板１０３から弁１０６の厚み以上に離れた位置、かつ弁１０６が閉じた状態のときに、弁１０６とかかっていない位置であれば、どこに空いていてもよい。排出孔１１０の形状についても、円形・楕円形・三角形・四角形など指定はなく、また、強度上問題のない範囲で大きさ・個数も増やしてもよい。

ばね１０４は、ゴムや高密度のスポンジなどを代わりに使用して、基準圧力を決定してもよい。また、外郭部分はコック内部が凍結し排水の妨げになることを避けるため、ポンプ取付ねじ部１１１を除く、流体が通過する区間である入口流路１１２から排出孔１１０までの外郭部を断熱シートで覆ってもよい。断熱シートは、断熱塗料や樹脂などのコーティングであってもよいし、主外郭１０９の中に空気層やウレタンなどの断熱素材の層を作るなどして、コック１０１自体に断熱機能を持たせてもよい。

コック１０１の各機構の動作は、以下の通りである。すなわち、遠心ポンプ３０１の運転前に、ねじ１０２により内板１０３の位置を変更して、ばね１０４にかかるテンションを決定し、排水の基準圧力を調整する。この後、任意の時点で遠心ポンプ３０１が運転を開始する。コック１０１は、遠心ポンプ３０１の運転時の入口流路１１２からの圧力では、弁１０６が動作せず、排水が行われないようになっている。この後、任意の時点で遠心ポンプ３０１が運転を停止する。遠心ポンプ３０１の運転停止時において、渦巻ケーシング３０２の内部の流体が凍結すると、流体の凍結につれて、内部の圧力とコック１０１にかかる圧力が徐々に上昇し、入口流路１１２を通じて、弁１０６にかかる圧力も同様になる。入口流路１１２からの圧力がねじ１０２で調整した基準圧力以下の場合に、弁１０６は動作せず、排水も行われない。一方、入口流路１１２からの圧力がねじ１０２で調整した基準圧力を超えると、排出孔１１０と入口流路１１２が解放される位置まで弁１０６が移動することで、排出孔１１０から排水が行われる。この排水によって圧力は低下し、弁１０６は入口流路１１２を塞ぐように元の位置に戻る。

コック１０１は、入口流路１１２からの圧力が基準圧力を超える場合に、このような機構で流体を外部に排出する。これにより、渦巻ケーシング３０２に加わる圧力を抑制し、渦巻ケーシング３０２の凍結割れを防止する。

一般に遠心ポンプは、屋外に配置されることが多いため、凍結割れが発生し易い環境に曝される。一方、本実施形態は、コック１０１を遠心ポンプ３０１に取り付けることにより、簡素な構成で安価に凍結割れ防止機能を付加できる。しかも、コック１０１は流体の圧力調節機能を有するため、本実施形態は、コック１０１を遠心ポンプ３０１に取り付けるだけで、簡易かつ安価に圧力調整機能も付加できる。

なお、コック１０１は、ドレン穴３１０に限らず、ゲージ穴３１１，３１２等の任意の場所に取り付けることができる。コック１０１は、ドレン穴３１０に取り付けた場合に、一般にドレン穴３１０は全長が比較的短いため、ケーシング流路とコック１０１の距離が短くなり、入口流路１１２が凍結して排水不良になるリスクを低減できる。また、コック１０１は、ゲージ穴３１１，３１２に取り付けた場合に、一般にゲージ穴３１１，３１２は全長がドレン穴３１０よりも長いため、ドレン穴３１０に取り付けた場合よりも流体の凍結が発生し易くなるが、ゲージ穴３１１，３１２は穴径がドレン穴３１０よりも大きいため、チリや砂などの固形物のつまりを起こし難くすることができる。

＜変形例＞
コック１０１は、例えば、図３に示すコック２０１のように、変形できる。変形例では、テンション調整機構であるねじ１０２の代わりに、液体・気体などの流体を用いる場合を想定して説明する。

図３にテンション調整機構を変更したコック２０１を示す。図３に示すように、本変形例のコック２０１は、凍結時の圧力上昇を利用し、凍結割れを防止するものである。基本的な排水機構はコック１０１と同等である。相違点は、コック１０１はねじ１０２により内板１０３の位置を決定していたが、コック２０１では、ねじ１０２を廃止して、注入プラグ２０３を設け、注入プラグ２０３より流体２０２を注入し、その注入量により内板１０３の位置を決定することである。注入した流体２０２の圧力をポンプ運転時の圧力に合わせることで、基準圧力の調整を確実に実施できる。ねじの物理的破損に配慮しなくてよい点も利点である。

注入プラグ２０３に注入した流体２０２は、図２に示すねじ１０２と同様に、内板１０３の位置を調節し、ばね１０４の伸縮度合いを調整することで、弁１０６が流路をふさぐ力、すなわち排出開始の基準圧力を決める。このような注入プラグ２０３に注入した流体２０２は、ばね１０４のテンションを調整する調整部として機能する。

＜遠心ポンプ（流体機器）の主な特徴＞
（１）図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に示すように、本実施形態に係る遠心ポンプ３０１（流体機器）は、渦巻ケーシング３０２と、コック１０１と、を備えている。渦巻ケーシング３０２は、流体を流す流路（吸込流路３０５、渦巻流路３０９等）と、貫通孔（ドレン穴３１０、ゲージ穴３１１，３１２等）と、を有する。流路（吸込流路３０５、渦巻流路３０９等）は、吸込口部３１３から流体を吸い込み、吐出口部３１４から流体を吐き出す構成になっている。コック１０１は、貫通孔（本実施形態ではドレン穴３１０）と接続しているとともに、流体が貫通孔を通じて流れこむ構成になっている。コック１０１は、入口流路１１２（開口部）と、入口流路１１２を塞ぐとともに流体を堰き止める弁１０６と、流体を外部に排出する排出孔１１０と、を有している。コック１０１は、流体の圧力増加に基づき弁１０６が移動することで、入口流路１１２と排出孔１１０とが連通する構成になっている。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、入口流路１１２からの圧力が基準圧力を超える場合に、流体を外部に排出する。これにより、渦巻ケーシング３０２に加わる圧力を抑制し、渦巻ケーシング３０２の凍結割れを防止できる。

（２）図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態に係る遠心ポンプ３０１において、コック１０１が接続される貫通孔は、ドレン穴３１０であってもよい。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、ドレン穴３１０に接続されたコック１０１において入口流路１１２からの圧力が基準圧力を超える場合に、流体を外部に排出する。これにより、渦巻ケーシング３０２に加わる圧力を抑制し、渦巻ケーシング３０２の凍結割れを防止する。

（３）本実施形態に係る遠心ポンプ３０１において、流体が吸い込まれる吸込口部３１３または流体が吐き出される吐出口部３１４にはフランジが形成されており、コック１０１が接続される貫通孔は、フランジ側のゲージ穴３１１，３１２であってもよい。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、ゲージ穴３１１，３１２に接続されたコック１０１において入口流路１１２からの圧力が基準圧力を超える場合に、流体を外部に排出する。これにより、渦巻ケーシング３０２に加わる圧力を抑制し、渦巻ケーシング３０２の凍結割れを防止する。

（４）図２に示すように、本実施形態に係る遠心ポンプ３０１において、弁１０６は、流体に接する側と反対側の面に断熱シール１１３（断熱部材）が配置されている構成にしてもよい。流体に接する側と反対側の面とは、弁１０６の天面（内板１０３との対向面）である。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、弁１０６の天面（内板１０３との対向面）に断熱シール１１３を配することにより、ばね１０４等への熱の伝達を阻害することができる。これにより、ばね１０４のテンションが変化することを抑制できる。また、本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、ばね１０４等への熱の伝達を阻害すること以外にも、入口流路１１２から流入する流体（水）が、弁１０６・主外郭１０９・入口流路１１２からなる空間内で凍結するリスクを低減できる。この点について、仮に上記空間内で流体が凍結すると、入口流路１１２と排出孔１１０とをつなぐ流路が塞がれるため、流体の凍結によって圧力が上昇しても排水が行われず、凍結割れ防止機能が失われてしまう。本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、弁１０６の天面（内板１０３との対向面）に断熱シール１１３を配することにより、凍結割れ防止機能が失われることを低減することができる。

（５）本実施形態に係る遠心ポンプ３０１において、弁１０６は、弁１０６の天面（内板１０３との対向面）に断熱シール１１３を配する代わりに、弁本体部１０５（図２）全体を断熱材で構成するようにしてもよい。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、ばね１０４（図２）等への熱の伝達を阻害することができる。これにより、ばね１０４のテンションが変化することを抑制できる。

（６）図２に示すように、本実施形態に係る遠心ポンプ３０１において、コック１０１は、弁１０６と接続している弾性部（ばね１０４）と、弾性部のテンションを調整する調整部（ねじ１０２）とをさらに有する構成にしてもよい。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、弾性部（ばね１０４）のテンションを調整することができる。そして、本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、入口流路１１２からの圧力が基準圧力（弾性部（ばね１０４）のテンションの調整値）を超える場合に、流体を外部に排出する。これにより、渦巻ケーシング３０２に加わる圧力を抑制し、渦巻ケーシング３０２の凍結割れを防止する。

（７）本実施形態に係る遠心ポンプ３０１において、弾性部（ばね１０４）のテンションは、流体の凍結時における圧力よりも小さい値に調整されるとよい。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、弾性部（ばね１０４）のテンションが流体の凍結時における圧力よりも小さい値に設定されているため、入口流路１１２からの圧力が基準圧力（弾性部（ばね１０４）のテンションの調整値）を超える場合に、流体を外部に確実に排出することができる。

（８）図２に示すように、本実施形態に係る遠心ポンプ３０１において、弾性部は、ばね１０４であり、調整部は、ねじ１０２であり、ねじ１０２の締めこみ具合によって、ばね１０４上部に位置する内板１０３を動かし、ばね１０４のテンションを制御し、弁１０６にかかる力を調整する構成であってもよい。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、ねじ１０２の締めこみ具合により流体の圧力を調整することで、弾性部（ばね１０４）のテンションを制御し、弁１０６にかかる力を調整することで、入口流路１１２からの圧力が基準圧力（弾性部（ばね１０４）のテンションの調整値）を超える場合に、流体を外部に排出することができる。

（９）図３に示すように、本実施形態に係る遠心ポンプ３０１において、弾性部は、ばね１０４であり、調整部は、注入プラグ２０３に注入された流体であり、流体の注入具合により流体の圧力を調整することで、ばね１０４上部に位置する内板１０３を動かし、ばね１０４のテンションを制御し、弁１０６にかかる力を調整する構成であってもよい。

このような本実施形態に係る遠心ポンプ３０１は、流体の注入具合により流体の圧力を調整することで、弾性部（ばね１０４）のテンションを制御し、弁１０６にかかる力を調整することで、入口流路１１２からの圧力が基準圧力（弾性部（ばね１０４）のテンションの調整値）を超える場合に、流体を外部に排出することができる。

以上の通り、本実施形態１に係る遠心ポンプ３０１（流体機器）によれば、機器を分解することなく排水開始の基準圧力を調整できる。

［実施形態２］
以下、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、本実施形態２に係る遠心ポンプ３０１Ａの構成について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、本実施形態２に係る流体機器の一例としての遠心ポンプ３０１Ａの正面図と側断面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す遠心ポンプ３０１ＡをＹ１－Ｙ１線に沿って切断して得られる切り口すなわち断面を、側面方向（矢印方向）から見たレイアウトを示している。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本実施形態２に係る遠心ポンプ３０１Ａは、実施形態１の遠心ポンプ３０１（図１Ａ及び図１Ｂ参照）と比較すると、渦巻ケーシング３０２の代わりに、渦巻ケーシング４０２を備えている点で相違する。渦巻ケーシング４０２は、ケーシングに一体化されたコック４０１（図５参照）を備えるものである。図５は、コック４０１の拡大断面図である。コック４０１の主外郭１０９は、遠心ポンプ３０１Ａの渦巻ケーシング４０２と一体化されている。コック４０１は、弁１０６、ばね１０４、内板１０３を主外郭１０９の内部に挿入した後、外蓋１０８を組み付け、ねじ１０２を取り付けることで形成される。なお、コック４０１の入口流路１１２の径や全長は、好ましくは、排水機構動作の確実性が最も高くなるように決定されるとよい。

コック４０１の各機構の動作は、以下の通り、実施形態１のコック１０１（図２参照）の各機構の動作と同様である。すなわち、遠心ポンプ３０１Ａの運転前に、ねじ１０２により内板１０３の位置を変更して、ばね１０４にかかるテンションを決定し、排水の基準圧力を調整する。この後、任意の時点で遠心ポンプ３０１Ａが運転を開始する。コック４０１は、遠心ポンプ３０１Ａの運転時の入口流路１１２からの圧力では、弁１０６が動作せず、排水が行われないようになっている。この後、任意の時点で遠心ポンプ３０１Ａが運転を停止する。遠心ポンプ３０１Ａの運転停止時において、渦巻ケーシング３０２の内部の流体が凍結すると、流体の凍結につれて、内部の圧力とコック４０１にかかる圧力が徐々に上昇し、入口流路１１２を通じて、弁１０６にかかる圧力も同様になる。入口流路１１２からの圧力がねじ１０２で調整した基準圧力以下の場合に、弁１０６は動作せず、排水も行われない。一方、入口流路１１２からの圧力がねじ１０２で調整した基準圧力を超えると、排出孔１１０と入口流路１１２が解放される位置まで弁１０６が移動することで、排出孔１１０から排水が行われる。この排水によって圧力は低下し、弁１０６は入口流路１１２を塞ぐように元の位置に戻る。

コック４０１は、入口流路１１２からの圧力が基準圧力を超える場合に、このような機構で流体を外部に排出する。これにより、渦巻ケーシング３０２に加わる圧力を抑制し、渦巻ケーシング３０２の凍結割れを防止する。

図４Ａ及び図４Ｂに示す例では、遠心ポンプ３０１Ａは渦巻ケーシング４０２の一部に出っ張り部分が設けられており、その出っ張り部分にコック４０１が一体に設けられている。なお、遠心ポンプ３０１Ａは、出っ張り部分に限らず、任意の場所にコック４０１を設けることができる。例えば、図４Ｂに示すように、遠心ポンプ３０１Ａの渦巻ケーシング４０２の吸込口部３１３と吐出口部３１４にはフランジが形成されており、そのフランジの内部には、貫通孔としてのゲージ穴３１１，３１２が形成されている。遠心ポンプ３０１Ａは、ゲージ穴３１１，３１２と一体にコック４０１を設けるようにしてもよい。また、遠心ポンプ３０１Ａは、ドレン穴３１０と一体にコック４０１を設けるようにしてもよい。

コック４０１の弁１０６や排出孔１１０の位置や形状は、実施形態１のコック１０１（図２参照）と同様にしてよい。また、コック４０１は、弁本体部１０５の対向面に、図２に示す断熱シール１１３を配置するようにしてもよい。コック４０１は、ドレン穴３１０に取り付けた場合に、実施形態１のコック１０１（図２参照）と同様に、入口流路１１２が凍結して排水不良になるリスクを低減できる。また、コック４０１は、ゲージ穴３１１，３１２に取り付けた場合に、実施形態１のコック１０１（図２参照）と同様に、チリや砂などの固形物のつまりを起こし難くすることができる。

本実施形態に係る遠心ポンプ３０１Ａは、渦巻ケーシング３０２と一体化されたコック４０１により、入口流路１１２からの圧力が基準圧力を超える場合に、流体を外部に排出する。これにより、渦巻ケーシング３０２に加わる圧力を抑制し、渦巻ケーシング３０２の凍結割れを防止できる。

［実施形態３］
以下、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、本実施形態３に係る遠心ポンプ５０１の構成について説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、本実施形態３に係る流体機器の一例としての遠心ポンプ５０１の正面図と側断面図である。図６Ｂは、図６Ａに示す遠心ポンプ５０１をＹ１－Ｙ１線に沿って切断して得られる切り口すなわち断面を、側面方向（矢印方向）から見たレイアウトを示している。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施形態３に係る遠心ポンプ５０１は、渦巻ケーシング３０２の任意の場所に断熱部材としての断熱シート５０２を貼り付けたものである。ただし、遠心ポンプ５０１は、断熱シート５０２の代わりに、断熱性を有する断熱塗料や樹脂などをコーティングするようにしてもよい。また、遠心ポンプ５０１は、渦巻流路３０９（図６Ｂ参照）の外壁の中に、空気層やウレタンなどの断熱素材の層を設けるなどして、渦巻ケーシング３０２自体に断熱機能を持たせるようにしてもよい。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施形態３に係る遠心ポンプ５０１は、実施形態１に係る遠心ポンプ３０１（図１Ａ及び図１Ｂ参照）と比較すると、コック１０１周辺に位置する渦巻ケーシング３０２の外周に断熱シート５０２を貼り付けている。このような遠心ポンプ５０１は、コック１０１の内部における入口流路１１２付近の流体の凍結を他部分の流体よりも遅らせることができる。これにより、遠心ポンプ５０１は、入口流路１１２が氷で詰まり、圧力が弁１０６へ伝わらず、排水が十分に行われないことを避けることができる。そのため、断熱シート５０２は、渦巻ケーシング３０２全体ではなく、コック１０１の取付位置周辺のみに取り付けるとよい。排水機構を万全に機能させるためには、本実施形態３に係る遠心ポンプ５０１のように、コック１０１の取付位置の周辺のみに部分的な断熱機能を設けるとよい。

本実施形態に係る遠心ポンプ５０１は、コック１０１の取付位置の周辺のみに部分的な断熱機能が設けられていることにより、コック１０１の入口流路１１２が氷で詰まり、圧力が弁１０６へ伝わらず、排水が十分に行われないことを低減できる。

［実施形態４］
以下、図７を参照して、本実施形態４に係る遠心ポンプ７０１の構成について説明するとともに、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、遠心ポンプ７０１に取り付けるコック６０１の構成について説明する。図７は、本実施形４３に係る流体機器の一例としての遠心ポンプ７０１の正面図である。図８Ａは、コック６０１の拡大断面図である。図８Ｂは、遠心ポンプ７０１に設けられたプラグ８０１へのコック６０１の取付説明図である。本実施形態では、既設の遠心ポンプ７０１のドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２にコック１０１を取り付ける際の、渦巻ケーシング３０２からの水漏れ防止機構について説明する。

図７は、ドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２に、プラグ８０１が取りついた一般的な既設の遠心ポンプ７０１の正面構成を示している。プラグ８０１は、図８Ｂに示すように、直方体形状を呈する作用部８０２と、ねじ山部８０３と、を有する構成になっている。プラグ８０１は、ねじ山部８０３の先端をドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２のねじ穴が噛み合うように押し当て、作用部８０２にレンチをかませて、時計回り方向に回転させ、ねじ山部８０３を締め付けることで、ドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２に取り付けされる。これにより、プラグ８０１は、ドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２を塞いでいる。

図８Ａに示すように、コック６０１は、実施形態１のコック１０１（図２参照）と比較すると、ポンプ取付ねじ部１１１の先端にドリル部６０２を設けるとともに、ドリル部６０２に先端流入口６０３が設けられている点で相違する。先端流入口６０３は、部分的な流体の流入口として機能する開口部である。

コック６０１のドリル部６０２は、プラグ８０１よりも硬い材料で構成されている。図８Ｂに示すように、プラグ８０１へのコック６０１の取り付けは、プラグ８０１の作用部８０２の上面の中心にコック６０１のドリル部６０２の先端を垂直に押し当て、時計周りにコック６０１を回転させることで、プラグ８０１を削りとりながら行われる。

他の実施形態のように、単純にドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２からプラグ８０１を取り外して、ドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２にコック１０１を取り付ける場合に、プラグ８０１を取り外してからコック１０１を取り付けるまでの間、ドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２が解放される。そのため、他の実施形態では、渦巻ケーシング３０２から水漏れが発生してしまう。一方、本実施形態のように、ドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２からプラグ８０１を取り付けたまま、コック６０１をプラグ８０１に取り付ける場合に、コック６０１を取り付けるまでの間、ドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２が塞がれている。そのため、本実施形態では、渦巻ケーシング３０２から水漏れが発生することを防止できる。

なお、コック６０１は、ドレン穴３１０やゲージ穴３１１，３１２に取り付けられると、先端流入口６０３から入口流路１１２を通って水が内部に流入する。これにより、渦巻ケーシング３０２の内部での流体の凍結により圧力が上昇する場合に、先端流入口６０３（図８Ａ及び図８Ｂ参照）と入口流路１１２（図８Ａ参照）とを通じて流体の圧力が弁１０６に伝わる。その結果、コック６０１は、実施形態１のコック１０１と同様に動作して、排水を行う。

なお、図８Ａ及び図８Ｂに示す例では、プラグ８０１の作用部８０２の端面にドリル部６０２で孔を開けてコック６０１を取り付けている。しかしながら、渦巻ケーシング３０２の任意の場所にドリル部６０２で孔を開けてコック６０１を取り付けるようにしてもよい。ただし、プラグ８０１の作用部８０２の端面にコック６０１を取り付ける場合は、渦巻ケーシング３０２の任意の場所にコック６０１を取り付ける場合に比べて、外部にコック６０１を突出させないようにできるため、コック６０１が邪魔にならない構成にできる。

主外郭１０９は、好ましくは、強度の高い合成樹脂プラスチック材であるとよい。合成樹脂プラスチック材としては、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のエンジニアリングプラスチックがある。

樹脂材は、鋳鉄とくらべ３５０倍程熱を通し難い。そのため、主外郭１０９は、樹脂材の採用により主外郭１０９内の水の凍結を予防できる。なお、上記の樹脂材の中では、ポリエチレンテレフタレートが最も断熱性が大きいため、主外郭１０９としては、ポリエチレンテレフタレートが最も好ましい。

ドリル部６０２は、好ましくは、一般的な切削工具に使用される材料であるとよい。一般的な切削工具に使用される材料としては、切削工具鋼（ＳＫＳ材）、高速度工具鋼（ハイス：ＳＫＨ材）、超硬合金、セラミック等がある。

被切削物が金属製であるため、これらの中でも、ドリル部６０２としては一定以上の硬さと靭性を持つ超硬合金が特に好ましい。超硬合金は、硬さと靭性のバランスがよく、コック６０１を取り付ける際に、ドリル部６０２が欠ける等のアクシデントの発生を抑制できる。なお、硬さの低い切削工具鋼や高速度工具鋼では、そもそも切削ができない可能性がある。また、硬さのみが極端に高く靭性にかけるセラミックでは、切削途中に刃が欠ける等のアクシデントが発生する可能性がある。

本実施形態に係る遠心ポンプ７０１は、すでに現場に設置された既設のポンプに、コック６０１を取り付けることで、渦巻ケーシング３０２に加わる圧力を抑制し、渦巻ケーシング３０２の凍結割れを防止できる。

本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に他の構成を加えることも可能である。また、各構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

前記した実施形態では、流体機器が遠心ポンプである場合を想定して説明したが、流体機器は、例えば缶ジュース等の自動販売機であってもよい。

また、前記したコック１０１（図２参照）、コック２０１（図３参照）、コック４０１（図５参照）、コック６０１（図８Ａ参照）は、主外郭１０９を、二層以上の、複数層を持つ構造にしてもよい。例えば、前記したコック１０１（図２参照）、コック２０１（図３参照）、コック４０１（図５参照）、コック６０１（図８Ａ参照）は、主外郭１０９を、図９Ａ及び図９Ｂに示すコック９０１の主外郭９０５のように、変形してもよい。図９Ａ及び図９Ｂは、三層構造主外郭９０５を有するコック９０１の概略構成図である。図９Ａは、コック９０１の全体構成を示している。図９Ｂは、コック９０１における三層構造主外郭９０５の構成を示している。

図９Ｂに示すように、三層構造主外郭９０５は、外郭９０４の内側にグラスウールや発泡ポリスチレンなどの断絶材９０３を配置し、外郭９０４との間に断絶材９０３を挟み込むように内郭９０２を上から挿入して、製作される。図９Ａに示すように、外郭９０４と内郭９０２は、外蓋１０８を締めこむことで固定される。また外郭９０４と内郭９０２の接触部は、ヘルメチックなどの接着剤で漏水を防止している。内郭９０２と外郭９０４は、強度の高い金属、合成樹脂材プラスチック材であればよい。金属ならば、ＳＳ材やＳＣ材、合成樹脂プラスチック材ならば、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のエンジニアリングプラスチックがあるが、強度も高く、錆にも強いステンレス鋼での製作が望ましい。三層構造主外郭９０５は、形状を維持するための強度を外郭９０４と内郭９０２で補っている。三層構造主外郭９０５は、断熱性能は高いが強度のない断熱材（グラスウールや発泡ポリスチレンなど）を使用することが可能であるため、合成樹脂プラスチック製の主外郭１０９よりも高い断熱性を期待できる。

１０１コック
１０２ねじ（調整部）
１０３内板
１０４ばね（弾性部）
１０５弁本体部
１０６弁
１０７ゴムパッキン
１０８外蓋
１０９主外郭
１１０排出孔
１１１ポンプ取付ねじ部
１１２入口流路（開口部）
１１３断熱シール（断熱部材）
２０１コック
２０２流体
２０３注入プラグ
３０１，３０１Ａ遠心ポンプ（流体機器）
３０２渦巻ケーシング（ケーシング）
３０３回転軸
３０４羽根車
３０５吸込流路（流路）
３０６軸受
３０７軸封部
３０８ケーシングカバー
３０９渦巻流路（流路）
３１０ドレン穴（貫通孔）
３１１ゲージ穴（貫通孔）
３１２ゲージ穴（貫通孔）
３１３吸込口部
３１４吐出口部
４０１コック
４０２渦巻ケーシング（ケーシング）
５０１遠心ポンプ（流体機器）
５０２断熱シート（断熱部材）
６０１コック
６０２ドリル部
６０３先端流入口
７０１遠心ポンプ（流体機器）
８０１プラグ
８０２作用部
８０３ねじ山部
９０１コック
９０２内郭
９０３断絶材
９０４外郭
９０５三層構造主外郭

Claims

流体を流す流路と、貫通孔と、を有するケーシングと、
前記貫通孔と接続しているとともに、前記流体が前記貫通孔を通じて流れこむコックと、を備え、
前記コックは、
開口部と、当該開口部を塞ぐとともに前記流体を堰き止める弁と、流体を外部に排出する排出孔と、を有し、
前記流体の圧力増加に基づき前記弁が移動することで、前記開口部と前記排出孔とが連通する構成になっており、
前記弁は、前記流体に接する側と反対側の面に断熱部材が配置されている、流体機器。
前記コックが接続される前記貫通孔は、ドレン穴である、請求項１に記載の流体機器。
前記流体が吸い込まれる吸込口部または前記流体が吐き出される吐出口部にはフランジが形成されており、
前記コックが接続される前記貫通孔は、フランジ側のゲージ穴である、前記請求項１に記載の流体機器。
前記弁は、断熱材で構成されている、請求項１に記載の流体機器。
前記コックは、前記弁と接続している弾性部と、前記弾性部のテンションを調整する調整部とをさらに有する、請求項１に記載の流体機器。
前記弾性部のテンションは、前記流体の凍結時における圧力よりも小さい値に調整される、請求項５に記載の流体機器。
前記弾性部は、ばねであり、
前記調整部は、ねじであり、ねじの締めこみ具合により流体の圧力を調整することで、ばね上部に位置する内板を動かし、ばねのテンションを制御し、弁にかかる力を調整する、請求項５に記載の流体機器。
流体を流す流路と、貫通孔と、を有するケーシングと、
前記貫通孔と接続しているとともに、前記流体が前記貫通孔を通じて流れこむコックと、を備え、
前記コックは、
開口部と、当該開口部を塞ぐとともに前記流体を堰き止める弁と、流体を外部に排出する排出孔と、を有し、
前記流体の圧力増加に基づき前記弁が移動することで、前記開口部と前記排出孔とが連通する構成になっており、
前記コックは、前記弁と接続している弾性部と、前記弾性部のテンションを調整する調整部とをさらに有し、
前記弾性部は、ばねであり、
前記調整部は、注入プラグに注入された流体であり、流体の注入具合により流体の圧力を調整することで、ばね上部に位置する内板を動かし、ばねのテンションを制御し、弁にかかる力を調整する、流体機器。
前記コックは、前記ケーシングと一体化されている、請求項１又は請求項８に記載の流体機器。
前記ケーシングは、前記コックの取付位置の周辺のみに部分的な断熱機能が設けられている、請求項１又は請求項８に記載の流体機器。
内部に流体を流す流路を有するケーシングと、
前記流路を封止するように前記ケーシングに取り付けられたプラグと、
前記プラグに取り付けられるコックと、を備え、
前記コックは、流体を内部に流入させる先端流入口が先端に設けられたドリル部と、流体を外部に排出する排出孔と、前記先端流入口から前記排出孔に亘って形成された開口部と、前記開口部の内部に配置されて当該開口部を塞ぐとともに流体を堰き止める弁と、を有し、
前記プラグには、前記コックの前記先端流入口が前記ケーシングの内部の前記流路に到達するように、前記コックの前記ドリル部で孔が形成されて前記コックが取り付けられている、流体機器。
内部に流体を流す流路を有するケーシングと、前記流路を封止するように前記ケーシングに取り付けられたプラグと、を備える流体機器に対して、
流体を内部に流入させる先端流入口が先端に設けられたドリル部と、流体を外部に排出する排出孔と、前記先端流入口から前記排出孔に亘って形成された開口部と、前記開口部の内部に配置されて当該開口部を塞ぐとともに流体を堰き止める弁と、を有するコックの前記ドリル部で、前記コックの前記先端流入口が前記ケーシングの内部の前記流路に到達するように、前記プラグに孔を形成して、前記コックを前記プラグに取り付けることで、凍結割れ防止機能を前記流体機器に付加する、流体機器の凍結割れ防止機能付加方法。