(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023092634
(43)【公開日】2023-07-04
(54)【発明の名称】流体切替装置
(51)【国際特許分類】
F16K 17/28 20060101AFI20230627BHJP
【ＦＩ】
F16K17/28
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021207770
(22)【出願日】2021-12-22
(71)【出願人】
【識別番号】000192073
【氏名又は名称】株式会社モリタホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】100098545
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 伸一
(74)【代理人】
【識別番号】100189717
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 貴章
(72)【発明者】
【氏名】廖 赤虹
(72)【発明者】
【氏名】松島 至俊
(72)【発明者】
【氏名】大室 健
(72)【発明者】
【氏名】金川 拓也
(72)【発明者】
【氏名】山野 光一
(72)【発明者】
【氏名】坂本 直久
【テーマコード（参考）】
3H060
【Ｆターム（参考）】
3H060AA04
3H060BB03
3H060CC22
3H060DA04
3H060DC05
3H060DD02
3H060DD12
(57)【要約】
【課題】外部からの駆動力を必要とせず供給流量に応じた流出流量の切り替えが自動的に行われ、かつコンパクトな流体切替装置を提供すること。
【解決手段】流入口と、流出口と、外筒１と、外筒１に収容され軸方向に往復動可能な内筒４と、内筒４に装着された付勢部５と、中心に設けられた貫通穴に内筒４の先端部が差し込まれている弁体６と、弁座７とを備え、内筒４の内側を第一流路α、外筒１と内筒４との間を第二流路βとし、流体が流入していないときは、弁体６が弁座７に当接することにより第二流路βが閉鎖されており、流体が開放圧力ＰＯＰ以下の圧力で流入しているときは、弁体６が弁体７に当接した状態が維持されることにより流体は第一流路αのみを通って流出口に至り、流体の圧力が開放圧力ＰＯＰを超えたときは、弁体６が弁座７から離れて第二流路βが開放されることにより流体は第一流路αと第二流路βの二手に分かれて流出口に至る。
【選択図】図１
【解決手段】流入口と、流出口と、外筒１と、外筒１に収容され軸方向に往復動可能な内筒４と、内筒４に装着された付勢部５と、中心に設けられた貫通穴に内筒４の先端部が差し込まれている弁体６と、弁座７とを備え、内筒４の内側を第一流路α、外筒１と内筒４との間を第二流路βとし、流体が流入していないときは、弁体６が弁座７に当接することにより第二流路βが閉鎖されており、流体が開放圧力ＰＯＰ以下の圧力で流入しているときは、弁体６が弁体７に当接した状態が維持されることにより流体は第一流路αのみを通って流出口に至り、流体の圧力が開放圧力ＰＯＰを超えたときは、弁体６が弁座７から離れて第二流路βが開放されることにより流体は第一流路αと第二流路βの二手に分かれて流出口に至る。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体が流入する流入口と、
前記流体が流出する流出口と、
円筒状の外筒と、
前記外筒に収容され軸方向に往復動可能な円筒状の内筒と、
前記内筒に装着され前記内筒を前記流入口の方向に付勢する付勢部と、
中心に設けられた円形の貫通穴に前記内筒の先端部が差し込まれている弁体と、
前記弁体が着座する弁座と、を備え、
前記内筒の内側を第一流路、前記外筒と前記内筒との間を第二流路とし、
前記流体が流入していないときは、前記弁体の当接面が前記弁座のシール面に当接することにより前記第二流路が閉鎖されており、
前記流体が予め設定されている開放圧力以下の圧力で流入しているときは、前記当接面が前記シール面に当接した状態が維持されることにより、前記流体は前記第一流路のみを通って前記流出口に至り、
流入している前記流体の圧力が前記開放圧力を超えたときは、前記当接面が前記シール面から離れて前記第二流路が開放されることにより、前記流体は前記第一流路と前記第二流路の二手に分かれて前記流出口に至ることを特徴とする流体切替装置。
前記流体が流出する流出口と、
円筒状の外筒と、
前記外筒に収容され軸方向に往復動可能な円筒状の内筒と、
前記内筒に装着され前記内筒を前記流入口の方向に付勢する付勢部と、
中心に設けられた円形の貫通穴に前記内筒の先端部が差し込まれている弁体と、
前記弁体が着座する弁座と、を備え、
前記内筒の内側を第一流路、前記外筒と前記内筒との間を第二流路とし、
前記流体が流入していないときは、前記弁体の当接面が前記弁座のシール面に当接することにより前記第二流路が閉鎖されており、
前記流体が予め設定されている開放圧力以下の圧力で流入しているときは、前記当接面が前記シール面に当接した状態が維持されることにより、前記流体は前記第一流路のみを通って前記流出口に至り、
流入している前記流体の圧力が前記開放圧力を超えたときは、前記当接面が前記シール面から離れて前記第二流路が開放されることにより、前記流体は前記第一流路と前記第二流路の二手に分かれて前記流出口に至ることを特徴とする流体切替装置。
【請求項2】
前記外筒に固定され中心に設けられた前記内筒と略同一径の円形の貫通穴に前記内筒が摺動可能に貫入されたガイド部を備え、前記内筒は前記ガイド部の貫通穴に沿って往復動することを特徴とする請求項１に記載の流体切替装置。
【請求項3】
前記弁体は貫通穴の直径が前記内筒の内径よりも小さい第一ノズル部を有し、
前記第一ノズル部が前記内筒の前面に配置され、
前記第一流路を通る前記流体は前記第一ノズル部で縮流されて前記流出口から放射されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体切替装置。
前記第一ノズル部が前記内筒の前面に配置され、
前記第一流路を通る前記流体は前記第一ノズル部で縮流されて前記流出口から放射されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体切替装置。
【請求項4】
前記第二流路のうち前記弁体の移動範囲に対応した位置において、前記外筒に固定され中心に設けられた前記弁体の外径よりも大径の円形の貫通穴に前記弁体が配置された第二ノズル形成部を備え、
前記第二流路を通る流体は、前記弁体と前記第二ノズル形成部との隙間で縮流されて前記流出口から放射され、
前記第二ノズル形成部は、中心に設けられた貫通穴の径が下流側になるほど大きくなる漸次流路拡大部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体切替装置。
前記第二流路を通る流体は、前記弁体と前記第二ノズル形成部との隙間で縮流されて前記流出口から放射され、
前記第二ノズル形成部は、中心に設けられた貫通穴の径が下流側になるほど大きくなる漸次流路拡大部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体切替装置。
【請求項5】
前記当接面に当接される前記シール面は、前記弁体と前記第二ノズル形成部との隙間よりも軸心寄りに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の流体切替装置。
【請求項6】
前記弁体が前記弁座から離れる方向に移動するとき、前記弁体と前記第二ノズル形成部との隙間における通過面積は、前記弁体と前記弁座との間の開放面積よりも常に小さいことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の流体切替装置。
【請求項7】
前記第二ノズル形成部は、前記漸次流路拡大部の上流側に貫通穴の径が一定の上流側流路一定部を有し、
前記上流側流路一定部における貫通穴の径は、前記弁体の外径よりも僅かに大きいことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の流体切替装置。
前記上流側流路一定部における貫通穴の径は、前記弁体の外径よりも僅かに大きいことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の流体切替装置。
【請求項8】
前記第二ノズル形成部は、前記漸次流路拡大部の下流側に貫通穴の径が一定の下流側流路一定部を有することを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の流体切替装置。
【請求項9】
前記付勢部は一端がばね座に固定された圧縮ばねであり、前記ばね座の締め込み量に応じて前記圧縮ばねの圧縮量が変わることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の流体切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、供給流量に応じて流出流量を切り替えることのできる流体切替装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ノズルは様々な流体の放射等に用いられるが、流体の種類や放射形態が必ずしも一種類だけとは限らない。例えば消火活動においては、火災の初期や中期等の時期、又は状況に応じて、消火ノズルから放射する消火剤の種類や放射形態を変える必要がある。
流量が消火剤の種類や放射形態で異なる場合、一定の放射圧力を維持するため、流量の変化に応じて放射ノズルの面積（口径）を変える必要がある。この場合、各流量に対応した放射ノズルをそれぞれ用意するか、又はノズル面積（口径）可変の放射ノズルを使用することが考えられるが、火災状況の変化に迅速に対応するためには後者のほうが望ましい。
ノズル面積可変の放射ノズルを手持ちで使用する場合は、ノズル面積変更操作を手動で行い放射流量を調整する。また、放射ノズルを手持ちできない大流量の放射や、火点に消防隊員が接近不能で遠隔操作が必要とされる場合は、一般的に電動式の消火ノズルを使用し、電動駆動によりノズル面積を変化させて放射流量を調整する。
流量が消火剤の種類や放射形態で異なる場合、一定の放射圧力を維持するため、流量の変化に応じて放射ノズルの面積（口径）を変える必要がある。この場合、各流量に対応した放射ノズルをそれぞれ用意するか、又はノズル面積（口径）可変の放射ノズルを使用することが考えられるが、火災状況の変化に迅速に対応するためには後者のほうが望ましい。
ノズル面積可変の放射ノズルを手持ちで使用する場合は、ノズル面積変更操作を手動で行い放射流量を調整する。また、放射ノズルを手持ちできない大流量の放射や、火点に消防隊員が接近不能で遠隔操作が必要とされる場合は、一般的に電動式の消火ノズルを使用し、電動駆動によりノズル面積を変化させて放射流量を調整する。
【0003】
特許文献１には、スプレー式洗浄装置における洗浄ガンの先端に取り付けるノズル装置であって、洗浄水の種類により、該ノズル装置内の流路を自動的に切り換え、高圧の洗浄水と中圧のワックス水とを口径の小さい拡散ノズルから噴射させ、低圧の既発泡洗剤を泡を潰すことなく口径の大きい発泡洗剤用ノズルから噴射させるようにしたノズル装置が開示されている。
また、特許文献２には、高速放出システムおよび低速放出システムを含み、低速放出システムは、航空機構造の周囲条件の観点から火災抑制剤の質量流量を変動することができる構成要素を備え、その際、低速放出システムは、航空機構造の周囲圧力および周囲温度のうちの少なくとも１つを感知するように構成されるバルブを備えた火災抑制システムが開示されている。
また、特許文献３には、供給管と切替機構とノズル部とが設けられており、ノズル部には内筒と、該内筒の外側に配置される外筒とが設けられており、切替機構内には回動部材と、該回動部材を回動させるためのアクチュエータとが設けられており、回動位置によって泡流路に連通させたり、液流路に連通させたりするのを切替可能としており、泡流路には消火液を発泡させるための空気取入口が設けられた噴射ノズルが開示されている。
また、特許文献２には、高速放出システムおよび低速放出システムを含み、低速放出システムは、航空機構造の周囲条件の観点から火災抑制剤の質量流量を変動することができる構成要素を備え、その際、低速放出システムは、航空機構造の周囲圧力および周囲温度のうちの少なくとも１つを感知するように構成されるバルブを備えた火災抑制システムが開示されている。
また、特許文献３には、供給管と切替機構とノズル部とが設けられており、ノズル部には内筒と、該内筒の外側に配置される外筒とが設けられており、切替機構内には回動部材と、該回動部材を回動させるためのアクチュエータとが設けられており、回動位置によって泡流路に連通させたり、液流路に連通させたりするのを切替可能としており、泡流路には消火液を発泡させるための空気取入口が設けられた噴射ノズルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００３－０５３２１６号公報
【特許文献2】特開２０１５－２０２４０３号公報
【特許文献3】特開２０１５－１８１８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
大流量の放射を行う場合や、遠隔操作が必要な場合は、手動でノズル面積を変更するタイプの流量切替装置を用いた放射ノズルは適さない。
また、特許文献１に記載のノズル装置は、高圧水を噴射する拡散ノズルと、低圧発泡洗剤を噴射する発泡洗剤用ノズルが別々に設けられており、高圧水を大流量で噴射しようとすると装置の大型化を要する。
また、特許文献２に記載の火災抑制システムは、高速放出システムにおけるノズル等の排出装置と、低速放出システムにおけるバルブ及びオリフィスが別々に設けられており、装置構成が複雑で小型化は困難である。
また、特許文献３に記載の噴射ノズルは、アクチュエータを制御盤から制御して切替機構内の流路を切り替えるものであるが、このような電動ノズルは構造が複雑で体積も大きい。また、電動ノズルを駆動する電源系統が必要であるほか、高温や水環境にも弱いため、小型化が難しく、使用条件が制限される。
また、特許文献１に記載のノズル装置は、高圧水を噴射する拡散ノズルと、低圧発泡洗剤を噴射する発泡洗剤用ノズルが別々に設けられており、高圧水を大流量で噴射しようとすると装置の大型化を要する。
また、特許文献２に記載の火災抑制システムは、高速放出システムにおけるノズル等の排出装置と、低速放出システムにおけるバルブ及びオリフィスが別々に設けられており、装置構成が複雑で小型化は困難である。
また、特許文献３に記載の噴射ノズルは、アクチュエータを制御盤から制御して切替機構内の流路を切り替えるものであるが、このような電動ノズルは構造が複雑で体積も大きい。また、電動ノズルを駆動する電源系統が必要であるほか、高温や水環境にも弱いため、小型化が難しく、使用条件が制限される。
【0006】
ここで、図５は従来のリリーフ弁構造の概念図である。
図５に示すように、外部からの駆動力に頼らず、弁箱１００に収容されているばね１０１を利用して流体の圧力変化で弁を開閉させたり流量を変化させたりする方法は、流体機械によく使われている。
弁の開放圧力は、ばね１０１の初期たわみ（圧縮量）を調整して設定される。一次側の圧力が設定した開放圧力に達すると弁体１０２が直径ｄの弁座１０３から離れて弁が開放され、流体が二次側に放出される。また、一次側の圧力上昇につれ弁体１０２と弁座１０３との距離が大きくなり、通過する流量が増えるため、圧力の変化に応じて流量を変えることができる。
ばね定数をＹ、弁体１０２の受圧面積をＡ(=πd2/4)、弁体１０２が弁座１０３から開いた距離をｈとすると、開放圧力からの圧力増加ΔＰとｈの関係は下式（８）で表される。
距離ｈは弁体開放後の通過面積に比例し、大流量が求められる場合、大きな距離ｈが必要であるため、高い圧力増加ΔＰが必要となる。この場合、流量を大きく変化させるには、次の二つの方法のどちらかが必要となる。
１）設定した開放圧力よりも十分高い圧力を弁体１０２にかけてばね１０１の力を克服し、弁体１０２と弁座１０３との距離を大きくすることにより通過面積を大きくする。
２）ばね定数Ｙが十分小さいばね１０１を採用し、必要な距離ｈに対してばね１０１を十分に長くする。
しかし、上記１）の方法では、流量の大きい流体の適正放射圧力に対して、流量の小さい流体の放射圧力をかなり低く設定せざるを得ないため、流量が異なる複数の消火剤を同等の圧力で放射することができない。
また、上記２）の方法であれば、流量の異なる流体を同等の圧力で放射できるが、ばね１０１の長さを確保する必要があるため装置の小型化が困難である。
図５に示すように、外部からの駆動力に頼らず、弁箱１００に収容されているばね１０１を利用して流体の圧力変化で弁を開閉させたり流量を変化させたりする方法は、流体機械によく使われている。
弁の開放圧力は、ばね１０１の初期たわみ（圧縮量）を調整して設定される。一次側の圧力が設定した開放圧力に達すると弁体１０２が直径ｄの弁座１０３から離れて弁が開放され、流体が二次側に放出される。また、一次側の圧力上昇につれ弁体１０２と弁座１０３との距離が大きくなり、通過する流量が増えるため、圧力の変化に応じて流量を変えることができる。
ばね定数をＹ、弁体１０２の受圧面積をＡ(=πd2/4)、弁体１０２が弁座１０３から開いた距離をｈとすると、開放圧力からの圧力増加ΔＰとｈの関係は下式（８）で表される。
【数8】
１）設定した開放圧力よりも十分高い圧力を弁体１０２にかけてばね１０１の力を克服し、弁体１０２と弁座１０３との距離を大きくすることにより通過面積を大きくする。
２）ばね定数Ｙが十分小さいばね１０１を採用し、必要な距離ｈに対してばね１０１を十分に長くする。
しかし、上記１）の方法では、流量の大きい流体の適正放射圧力に対して、流量の小さい流体の放射圧力をかなり低く設定せざるを得ないため、流量が異なる複数の消火剤を同等の圧力で放射することができない。
また、上記２）の方法であれば、流量の異なる流体を同等の圧力で放射できるが、ばね１０１の長さを確保する必要があるため装置の小型化が困難である。
【0007】
そこで、本発明は、外部からの駆動力を必要とせず供給流量に応じた流出流量の切り替えが自動的に行われ、かつコンパクトな流体切替装置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】
【0008】
請求項１記載の本発明の流体切替装置は、流体が流入する流入口と、流体が流出する流出口と、円筒状の外筒１と、外筒１に収容され軸方向に往復動可能な円筒状の内筒４と、内筒４に装着され内筒４を流入口の方向に付勢する付勢部５と、中心に設けられた円形の貫通穴に内筒４の先端部が差し込まれている弁体６と、弁体６が着座する弁座７と、を備え、内筒４の内側を第一流路α、外筒１と内筒４との間を第二流路βとし、流体が流入していないときは、弁体６の当接面６３が弁座７のシール面７１に当接することにより第二流路βが閉鎖されており、流体が予め設定されている開放圧力ＰＯＰ以下の圧力で流入しているときは、当接面６３がシール面７１に当接した状態が維持されることにより、流体は第一流路αのみを通って流出口に至り、流入している流体の圧力が開放圧力ＰＯＰを超えたときは、当接面６３がシール面７１から離れて第二流路βが開放されることにより、流体は第一流路αと第二流路βの二手に分かれて流出口に至ることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の流体切替装置において、外筒１に固定され中心に設けられた内筒４と略同一径の円形の貫通穴に内筒４が摺動可能に貫入されたガイド部８を備え、内筒４はガイド部８の貫通穴に沿って往復動することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の流体切替装置において、弁体６は貫通穴の直径が内筒４の内径よりも小さい第一ノズル部６２を有し、第一ノズル部６２が内筒４の前面に配置され、第一流路αを通る流体は第一ノズル部６２で縮流されて流出口から放射されることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体切替装置において、第二流路βのうち弁体６の移動範囲に対応した位置において、外筒１に固定され中心に設けられた弁体６の外径よりも大径の円形の貫通穴に弁体６が配置された第二ノズル形成部１１を備え、第二流路βを通る流体は、弁体６と第二ノズル形成部１１との隙間で縮流されて流出口から放射され、第二ノズル形成部１１は、中心に設けられた貫通穴の径が下流側になるほど大きくなる漸次流路拡大部１１Ｂを有することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の流体切替装置において、当接面６３に当接されるシール面７１は、弁体６と第二ノズル形成部１１との隙間よりも軸心寄りに設けられていることを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項４又は請求項５に記載の流体切替装置において、弁体６が弁座７から離れる方向に移動するとき、弁体６と第二ノズル形成部１１との隙間における通過面積は、弁体６と弁座７との間の開放面積よりも常に小さいことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の流体切替装置において、第二ノズル形成部１１は、漸次流路拡大部１１Ｂの上流側に貫通穴の径が一定の上流側流路一定部１１Ａを有し、上流側流路一定部１１Ａにおける貫通穴の径は、弁体６の外径よりも僅かに大きいことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の流体切替装置において、第二ノズル形成部１１は、漸次流路拡大部１１Ｂの下流側に貫通穴の径が一定の下流側流路一定部１１Ｃを有することを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の流体切替装置において、付勢部５は一端がばね座９に固定された圧縮ばねであり、ばね座９の締め込み量に応じて圧縮ばね５の圧縮量が変わることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の流体切替装置において、外筒１に固定され中心に設けられた内筒４と略同一径の円形の貫通穴に内筒４が摺動可能に貫入されたガイド部８を備え、内筒４はガイド部８の貫通穴に沿って往復動することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の流体切替装置において、弁体６は貫通穴の直径が内筒４の内径よりも小さい第一ノズル部６２を有し、第一ノズル部６２が内筒４の前面に配置され、第一流路αを通る流体は第一ノズル部６２で縮流されて流出口から放射されることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体切替装置において、第二流路βのうち弁体６の移動範囲に対応した位置において、外筒１に固定され中心に設けられた弁体６の外径よりも大径の円形の貫通穴に弁体６が配置された第二ノズル形成部１１を備え、第二流路βを通る流体は、弁体６と第二ノズル形成部１１との隙間で縮流されて流出口から放射され、第二ノズル形成部１１は、中心に設けられた貫通穴の径が下流側になるほど大きくなる漸次流路拡大部１１Ｂを有することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の流体切替装置において、当接面６３に当接されるシール面７１は、弁体６と第二ノズル形成部１１との隙間よりも軸心寄りに設けられていることを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項４又は請求項５に記載の流体切替装置において、弁体６が弁座７から離れる方向に移動するとき、弁体６と第二ノズル形成部１１との隙間における通過面積は、弁体６と弁座７との間の開放面積よりも常に小さいことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の流体切替装置において、第二ノズル形成部１１は、漸次流路拡大部１１Ｂの上流側に貫通穴の径が一定の上流側流路一定部１１Ａを有し、上流側流路一定部１１Ａにおける貫通穴の径は、弁体６の外径よりも僅かに大きいことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の流体切替装置において、第二ノズル形成部１１は、漸次流路拡大部１１Ｂの下流側に貫通穴の径が一定の下流側流路一定部１１Ｃを有することを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の流体切替装置において、付勢部５は一端がばね座９に固定された圧縮ばねであり、ばね座９の締め込み量に応じて圧縮ばね５の圧縮量が変わることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、供給流量に応じた流出流量の切り替えを電気モーターや水圧シリンダーなどの外部からの駆動力に頼らず自動的に行うことができ、コンパクトで、耐熱性や耐浸水性など耐環境性にも優れた流量切替装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の第１の実施の形態による流体切替装置は、流体が流入する流入口と、流体が流出する流出口と、円筒状の外筒と、外筒に収容され軸方向に往復動可能な円筒状の内筒と、内筒に装着され内筒を流入口の方向に付勢する付勢部と、中心に設けられた円形の貫通穴に内筒の先端部が差し込まれている弁体と、弁体が着座する弁座と、を備え、内筒の内側を第一流路、外筒と内筒との間を第二流路とし、流体が流入していないときは、弁体の当接面が弁座のシール面に当接することにより第二流路が閉鎖されており、流体が予め設定されている開放圧力以下の圧力で流入しているときは、当接面がシール面に当接した状態が維持されることにより、流体は第一流路のみを通って流出口に至り、流入している流体の圧力が開放圧力を超えたときは、当接面がシール面から離れて第二流路が開放されることにより、流体は第一流路と第二流路の二手に分かれて流出口に至るものである。
本実施の形態によれば、流入流量に応じた流出流量の切り替えを電気モーターや水圧シリンダーなどの外部からの駆動力に頼らず自動的に行うことができる。また、コンパクト化に適した構成であり、耐熱性や耐浸水性など耐環境性にも優れている。
本実施の形態によれば、流入流量に応じた流出流量の切り替えを電気モーターや水圧シリンダーなどの外部からの駆動力に頼らず自動的に行うことができる。また、コンパクト化に適した構成であり、耐熱性や耐浸水性など耐環境性にも優れている。
【0012】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による流体切替装置において、外筒に固定され中心に設けられた内筒と略同一径の円形の貫通穴に内筒が摺動可能に貫入されたガイド部を備え、内筒はガイド部の貫通穴に沿って往復動するものである。
本実施の形態によれば、内筒をスムーズに往復動させることができる。
本実施の形態によれば、内筒をスムーズに往復動させることができる。
【0013】
本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による流体切替装置において、弁体は貫通穴の直径が内筒の内径よりも小さい第一ノズル部を有し、第一ノズル部が内筒の前面に配置され、第一流路を通る流体は第一ノズル部で縮流されて流出口から放射されるものである。
本実施の形態によれば、第一流路を通る流体を第一ノズル部から所定の放射圧力で放射することができる。また、第一ノズル部の直径を変えることで、第一流路を通る流体の流量を設定できる。
本実施の形態によれば、第一流路を通る流体を第一ノズル部から所定の放射圧力で放射することができる。また、第一ノズル部の直径を変えることで、第一流路を通る流体の流量を設定できる。
【0014】
本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれか一つの実施の形態による流体切替装置において、第二流路のうち弁体の移動範囲に対応した位置において、外筒に固定され中心に設けられた弁体の外径よりも大径の円形の貫通穴に弁体が配置された第二ノズル形成部を備え、第二流路を通る流体は、弁体と第二ノズル形成部との隙間で縮流されて流出口から放射され、第二ノズル形成部は、中心に設けられた貫通穴の径が下流側になるほど大きくなる漸次流路拡大部を有するものである。
本実施の形態によれば、漸次流路拡大部を有することで、第二流路開放後の弁座における圧損を小さくして流体をスムーズに流すことができる。
本実施の形態によれば、漸次流路拡大部を有することで、第二流路開放後の弁座における圧損を小さくして流体をスムーズに流すことができる。
【0015】
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による流体切替装置において、当接面に当接されるシール面は、弁体と第二ノズル形成部との隙間よりも軸心寄りに設けられているものである。
本実施の形態によれば、第二流路を流れる消火剤が、弁座を通過する際は軸心寄りを流れ、弁体を通過する際は外筒寄りを流れることとなり、弁体の背面に消火剤の圧力をかけやすくなる。
本実施の形態によれば、第二流路を流れる消火剤が、弁座を通過する際は軸心寄りを流れ、弁体を通過する際は外筒寄りを流れることとなり、弁体の背面に消火剤の圧力をかけやすくなる。
【0016】
本発明の第６の実施の形態は、第４又は第５の実施の形態による流体切替装置において、弁体が弁座から離れる方向に移動するとき、弁体と第二ノズル形成部との隙間における通過面積は、弁体と弁座との間の開放面積よりも常に小さいものである。
本実施の形態によれば、第二流路が開放された後に弁座における圧損が生じず、弁体は背面に消火剤の圧力を引き続き受けることができる。
本実施の形態によれば、第二流路が開放された後に弁座における圧損が生じず、弁体は背面に消火剤の圧力を引き続き受けることができる。
【0017】
本発明の第７の実施の形態は、第４から第６のいずれか一つの実施の形態による流体切替装置において、第二ノズル形成部は、漸次流路拡大部の上流側に貫通穴の径が一定の上流側流路一定部を有し、上流側流路一定部における貫通穴の径は、弁体の外径よりも僅かに大きいものである。
本実施の形態によれば、第一流路にのみ流体を流す場合に、弁座からリークが発生しても、漏出した流体は弁体と上流側流路一定部との隙間から抜け出すため、流体が滞留することによる弁体への力の発生を防止できる。
本実施の形態によれば、第一流路にのみ流体を流す場合に、弁座からリークが発生しても、漏出した流体は弁体と上流側流路一定部との隙間から抜け出すため、流体が滞留することによる弁体への力の発生を防止できる。
【0018】
本発明の第８の実施の形態は、第４から第７のいずれか一つの実施の形態による流体切替装置において、第二ノズル形成部は、漸次流路拡大部の下流側に貫通穴の径が一定の下流側流路一定部を有するものである。
本実施の形態によれば、弁体の背面が下流側流路一定部と対応した位置にあるとき、弁体と第二ノズル形成部との隙間の通過面積が一定に保持されるため、付勢部の個体差や流体圧力の変動により弁体の位置が多少変動した場合でも所定のノズル面積で流体を放射できる。
本実施の形態によれば、弁体の背面が下流側流路一定部と対応した位置にあるとき、弁体と第二ノズル形成部との隙間の通過面積が一定に保持されるため、付勢部の個体差や流体圧力の変動により弁体の位置が多少変動した場合でも所定のノズル面積で流体を放射できる。
【0019】
本発明の第９の実施の形態は、第１から第８のいずれか一つの実施の形態による流体切替装置において、付勢部は一端がばね座に固定された圧縮ばねであり、ばね座の締め込み量に応じて圧縮ばねの圧縮量が変わるものである。
本実施の形態によれば、弁体の開放圧力を、ばね座の締め具合を調整して圧縮ばねの圧縮量を変えることで簡便に調整できる。
本実施の形態によれば、弁体の開放圧力を、ばね座の締め具合を調整して圧縮ばねの圧縮量を変えることで簡便に調整できる。
【実施例0020】
以下、本発明の一実施例による流体切替装置について説明する。
本実施例では、流体切替装置を消火ホースの先端に取り付ける消火ノズル（流体放射ノズル）として使用する。消火活動においては火災の初期や中期など火災の時期に応じて複数種類の消火剤を使い分けることが好ましい場合があり、消火ノズルには第１消火剤と第２消火剤の二種類の消火剤が消防車等から供給されるようになっている。第１消火剤は例えば気液混相流や粉末等であり、第２消火剤は例えば水や泡等である。
ここで、第１消火剤の供給流量をＱ１、第２消火剤の供給流量をＱ２、供給流量がＱ１である第１消火剤の放射に必要なノズル面積をＡＱ１、供給流量がＱ２である第２消火剤の放射に必要なノズル面積をＡＱ２とすると、Ｑ１＜Ｑ２、ＡＱ１＜ＡＱ２の関係にあるものとする。また、適合放射圧力は第１消火剤と第２消火剤とで概ね同等であるものとする。
本実施例では、流体切替装置を消火ホースの先端に取り付ける消火ノズル（流体放射ノズル）として使用する。消火活動においては火災の初期や中期など火災の時期に応じて複数種類の消火剤を使い分けることが好ましい場合があり、消火ノズルには第１消火剤と第２消火剤の二種類の消火剤が消防車等から供給されるようになっている。第１消火剤は例えば気液混相流や粉末等であり、第２消火剤は例えば水や泡等である。
ここで、第１消火剤の供給流量をＱ１、第２消火剤の供給流量をＱ２、供給流量がＱ１である第１消火剤の放射に必要なノズル面積をＡＱ１、供給流量がＱ２である第２消火剤の放射に必要なノズル面積をＡＱ２とすると、Ｑ１＜Ｑ２、ＡＱ１＜ＡＱ２の関係にあるものとする。また、適合放射圧力は第１消火剤と第２消火剤とで概ね同等であるものとする。
【0021】
図１は本実施例による消火ノズルの断面図である。図２及び図３は図１に〇で示した部分の拡大図であり、図２は弁体が弁座から離れた状態を示し、図３は弁体が弁座に着座した状態を示している。図４は消火ノズルの概念図である。なお、図４においては外筒を半透明化して内部を示している。
消火ノズルは、円筒状の外筒１と、外筒１の後端側の開口に接続され消火剤である流体が流入する流入口を有したねじ継手２と、外筒１の先端側の開口に接続され消火剤を流出（放射）する流出口を有した放射部３と、外筒１に収容され軸方向に往復動可能な円筒状の内筒４と、内筒４を流入口側に付勢する付勢部としての圧縮ばね５と、中心に設けられた円形の貫通穴に内筒４の先端部が差し込まれている弁体６と、弁体６が着座する弁座７と、中心に設けられた内筒４と略同一径の円形の貫通穴に内筒４が摺動可能に貫入されているガイド部８と、圧縮ばね５の一端が固定されたばね座９と、流入した消火剤の流れを分ける分流部１０と、中心に設けられた円形の貫通穴に弁体６が配置された第二ノズル形成部１１を備え、これらが同軸に配置されている。
内筒４の内側は第一流路α、内筒４と外筒１との間は第二流路βである。流入口から流入した消火剤は、分流部１０で第一流路αと第二流路βに分かれて放射部３へ向かう。放射部３の内部は、流れ方向に沿って径が徐々に縮小したテーパー形状となっている。
内筒４は、外筒１よりも長さ寸法が短く、ねじ継手２の先端近傍から放射部３の後端近傍にかけて配置されている。
圧縮ばね５、弁体６、ばね座９、及び分流部１０は内筒４に装着されており、弁体６は内筒４の先端に、分流部１０は内筒４の後端に、ばね座９は分流部１０よりも先端側に、圧縮ばね５はばね座９よりも先端側に、それぞれ位置している。
弁座７、ガイド部８、及び第二ノズル形成部１１は、外筒１に固定されている。弁座７とガイド部８は、圧縮ばね５と弁体６との間の位置において連接しており、弁座７はガイド部８よりも先端側に位置する。
消火ノズルは、円筒状の外筒１と、外筒１の後端側の開口に接続され消火剤である流体が流入する流入口を有したねじ継手２と、外筒１の先端側の開口に接続され消火剤を流出（放射）する流出口を有した放射部３と、外筒１に収容され軸方向に往復動可能な円筒状の内筒４と、内筒４を流入口側に付勢する付勢部としての圧縮ばね５と、中心に設けられた円形の貫通穴に内筒４の先端部が差し込まれている弁体６と、弁体６が着座する弁座７と、中心に設けられた内筒４と略同一径の円形の貫通穴に内筒４が摺動可能に貫入されているガイド部８と、圧縮ばね５の一端が固定されたばね座９と、流入した消火剤の流れを分ける分流部１０と、中心に設けられた円形の貫通穴に弁体６が配置された第二ノズル形成部１１を備え、これらが同軸に配置されている。
内筒４の内側は第一流路α、内筒４と外筒１との間は第二流路βである。流入口から流入した消火剤は、分流部１０で第一流路αと第二流路βに分かれて放射部３へ向かう。放射部３の内部は、流れ方向に沿って径が徐々に縮小したテーパー形状となっている。
内筒４は、外筒１よりも長さ寸法が短く、ねじ継手２の先端近傍から放射部３の後端近傍にかけて配置されている。
圧縮ばね５、弁体６、ばね座９、及び分流部１０は内筒４に装着されており、弁体６は内筒４の先端に、分流部１０は内筒４の後端に、ばね座９は分流部１０よりも先端側に、圧縮ばね５はばね座９よりも先端側に、それぞれ位置している。
弁座７、ガイド部８、及び第二ノズル形成部１１は、外筒１に固定されている。弁座７とガイド部８は、圧縮ばね５と弁体６との間の位置において連接しており、弁座７はガイド部８よりも先端側に位置する。
【0022】
ガイド部８の背面には貫通穴が複数設けられており、第二流路βを流れる消火剤は圧縮ばね５の位置を過ぎるとガイド部８の貫通穴を抜けて弁座７へ向かう。
ガイド部８の中心に設けられた貫通穴の直径は、内筒４の外径と同一か又は僅かに大きく、内筒４は貫通穴の壁面を摺動する。ガイド部８に沿わせることにより、内筒４をスムーズに往復動させることができる。
ガイド部８の中心に設けられた貫通穴の直径は、内筒４の外径と同一か又は僅かに大きく、内筒４は貫通穴の壁面を摺動する。ガイド部８に沿わせることにより、内筒４をスムーズに往復動させることができる。
【0023】
弁体６は、貫通穴の直径が内筒４の外径と略同一である装着部６１と、貫通穴の直径が内筒４の内径よりも小さい第一ノズル部６２を有する。装着部６１は内筒４の外周面に装着され、第一ノズル部６２は内筒４の先端よりも流出口側に突出して配置される。
内筒４の前面に第一ノズル部６２が装着されていることにより、第一流路αを通る消火剤は、第一ノズル部６２で縮流されて所定の放射圧力で放射部３から放射される。また、第一ノズル部６２の直径Ｄ１を変えることで、第一流路αを通る消火剤の流量を設定できる。
内筒４の前面に第一ノズル部６２が装着されていることにより、第一流路αを通る消火剤は、第一ノズル部６２で縮流されて所定の放射圧力で放射部３から放射される。また、第一ノズル部６２の直径Ｄ１を変えることで、第一流路αを通る消火剤の流量を設定できる。
【0024】
第二ノズル形成部１１は、第二流路βのうち弁体６の移動範囲に対応する位置に設けられており、第二ノズル形成部１１の内側を内筒４が往復動する。第二ノズル形成部１１の中央に設けられている貫通穴は内筒４の外径よりも大径であり、弁体６と第二ノズル形成部１１との間には隙間が生じる。この隙間は、第二流路βの出口に配置された第二ノズル部としての役割を有しており、第二流路βを通る消火剤は第二ノズル部で縮流されて放射部３から放射される。なお、第二ノズル部を消火剤が円滑に流れるように、弁体６の背面の角にはＲ加工により丸みをつけている。
第二ノズル形成部１１は、上流側から、中心に設けられた貫通穴の径が一定である上流側流路一定部１１Ａと、中心に設けられた貫通穴の径が下流側に向かって連続的に大きくなっている漸次流路拡大部１１Ｂと、中心に設けられた貫通穴の径が一定である下流側流路一定部１１Ｃを有する。したがって、第二ノズル形成部１１の貫通穴の径は、上流側流路一定部１１Ａよりも下流側流路一定部１１Ｃのほうが大きい。
第二ノズル形成部１１は、上流側から、中心に設けられた貫通穴の径が一定である上流側流路一定部１１Ａと、中心に設けられた貫通穴の径が下流側に向かって連続的に大きくなっている漸次流路拡大部１１Ｂと、中心に設けられた貫通穴の径が一定である下流側流路一定部１１Ｃを有する。したがって、第二ノズル形成部１１の貫通穴の径は、上流側流路一定部１１Ａよりも下流側流路一定部１１Ｃのほうが大きい。
【0025】
弁座７は、中心に設けられた円形の貫通穴の周縁がシール面７１となっている。弁座７の貫通穴の直径は内筒４の外径よりも大きく、第二流路βを流れる消火剤は弁体６が着座していないときシール面７１と内筒４との間を通過可能である。
弁体６のうち、背面の一部に形成された斜面は、シール面７１に当接する環状の当接面６３である。弁体６が装着されている内筒４が圧縮ばね５によって流入口側に常時牽引されていることにより、消火剤を放射していないときは、弁体６の当接面６３は弁座７のシール面７１に当接、すなわち弁体６が弁座７に着座して、第二流路βが閉鎖された状態である。
第二流路βが閉鎖された状態から消火剤の供給が開始され、消火剤の圧力が弁体６の開放圧力ＰＯＰに達すると、弁体６の当接面６３が弁座７のシール面７１から離れて第二流路βが開放された状態となり、消火剤はシール面７１と内筒４との間を通過できる。
当接面６３に当接されるシール面７１は、第二ノズル部よりも軸心寄りに設けられている。これにより、第二流路βを流れる消火剤が、弁座７を通過する際は軸心寄りを流れ、弁体６を通過する際は外筒１寄りを流れることとなり、弁体６の背面に消火剤の圧力をかけやすくなる。
なお、第一流路αは、消火剤を放射しているか否か、又は消火剤の流量に関わらず、常に消火剤が通過可能な開放状態である。
弁体６のうち、背面の一部に形成された斜面は、シール面７１に当接する環状の当接面６３である。弁体６が装着されている内筒４が圧縮ばね５によって流入口側に常時牽引されていることにより、消火剤を放射していないときは、弁体６の当接面６３は弁座７のシール面７１に当接、すなわち弁体６が弁座７に着座して、第二流路βが閉鎖された状態である。
第二流路βが閉鎖された状態から消火剤の供給が開始され、消火剤の圧力が弁体６の開放圧力ＰＯＰに達すると、弁体６の当接面６３が弁座７のシール面７１から離れて第二流路βが開放された状態となり、消火剤はシール面７１と内筒４との間を通過できる。
当接面６３に当接されるシール面７１は、第二ノズル部よりも軸心寄りに設けられている。これにより、第二流路βを流れる消火剤が、弁座７を通過する際は軸心寄りを流れ、弁体６を通過する際は外筒１寄りを流れることとなり、弁体６の背面に消火剤の圧力をかけやすくなる。
なお、第一流路αは、消火剤を放射しているか否か、又は消火剤の流量に関わらず、常に消火剤が通過可能な開放状態である。
【0026】
弁体６が弁座７から離れる方向に移動するとき、弁体６の位置に関わらず、第二ノズル部の通過面積は、弁体６と弁座７との間の開放面積Ｅよりも常に小さくなるように設定されている。これにより、第二流路βが開放された後に弁座７における圧損が生じず、弁体６は背面に消火剤の圧力を引き続き受けることができる。
第二ノズル部は、第二ノズル形成部１１と弁体６との隙間であるため、その通過面積は弁体６の位置によって変化するが、下流側流路一定部１１Ｃにおける貫通穴の直径が、第２消火剤を用いるときの消火剤の最大流量に対応する。すなわち、第２消火剤の最大流量Ｑ２ｍａｘの放射に必要なノズル面積をＡＱ２ｍａｘとすると、下流側流路一定部１１Ｃと弁体６との隙間面積（第二ノズル部の最大通過面積）は、ＡＱ２ｍａｘと第一ノズル部６２の通過面積ＡＱ１との差に等しい（第二ノズル部の最大通過面積＝第２消火剤最大流量放射時のノズルの必要断面積ＡＱ２ｍａｘ－第１ノズル部の断面積ＡＱ１）。
上流側流路一定部１１Ａと下流側流路一定部１１Ｃとの間に位置する漸次流路拡大部１１Ｂの表面は、下流側流路一定部１１Ｃ側が上流側流路一定部１１Ａ側よりも低くなった一定角度θの傾斜面である。これにより、漸次流路拡大部１１Ｂにおける流路面積は流れ方向に沿って一定割合で拡大する。漸次流路拡大部１１Ｂを有することで、第二流路β開放後の弁座７における圧損を小さくして流体をスムーズに流すことができる。なお、漸次流路拡大部１１Ｂの表面は、平面ではなく、流れ方向に貫通穴の径が徐々に大きくなる曲面とすることもできる。
第二ノズル部は、第二ノズル形成部１１と弁体６との隙間であるため、その通過面積は弁体６の位置によって変化するが、下流側流路一定部１１Ｃにおける貫通穴の直径が、第２消火剤を用いるときの消火剤の最大流量に対応する。すなわち、第２消火剤の最大流量Ｑ２ｍａｘの放射に必要なノズル面積をＡＱ２ｍａｘとすると、下流側流路一定部１１Ｃと弁体６との隙間面積（第二ノズル部の最大通過面積）は、ＡＱ２ｍａｘと第一ノズル部６２の通過面積ＡＱ１との差に等しい（第二ノズル部の最大通過面積＝第２消火剤最大流量放射時のノズルの必要断面積ＡＱ２ｍａｘ－第１ノズル部の断面積ＡＱ１）。
上流側流路一定部１１Ａと下流側流路一定部１１Ｃとの間に位置する漸次流路拡大部１１Ｂの表面は、下流側流路一定部１１Ｃ側が上流側流路一定部１１Ａ側よりも低くなった一定角度θの傾斜面である。これにより、漸次流路拡大部１１Ｂにおける流路面積は流れ方向に沿って一定割合で拡大する。漸次流路拡大部１１Ｂを有することで、第二流路β開放後の弁座７における圧損を小さくして流体をスムーズに流すことができる。なお、漸次流路拡大部１１Ｂの表面は、平面ではなく、流れ方向に貫通穴の径が徐々に大きくなる曲面とすることもできる。
【0027】
弁体６のストローク（軸方向移動量）をＬとすると、弁座７と弁体６との間の開放面積ＥはＬの関数Ｅ（Ｌ）となる。また、弁体６と漸次流路拡大部１１Ｂとの隙間面積、すなわち第二ノズル部の通過面積はＬの関数Ｂ（Ｌ）となる。第二ノズル部の通過面積は、弁体６が漸次流路拡大部１１Ｂを移動する際においても、常に弁座７と弁体６との間の開放面積Ｅよりも小さくなるように設定されている。これにより、ストロークＬの変化に対して、常に通過面積Ｂ（Ｌ）＜開放面積Ｅ（Ｌ）の関係が成立する。
なお、Ｄ２を弁座７のシール面７１の直径、Ｒ１を上流側流路一定部１１Ａにおける貫通穴の半径とすると、開放面積Ｅ（Ｌ）は下式（１）で表され、通過面積Ｂ（Ｌ）は下式（２）で表される。
なお、Ｄ２を弁座７のシール面７１の直径、Ｒ１を上流側流路一定部１１Ａにおける貫通穴の半径とすると、開放面積Ｅ（Ｌ）は下式（１）で表され、通過面積Ｂ（Ｌ）は下式（２）で表される。
【数1】
【数2】
【0028】
ばね座９は内筒４の後端側にねじ留めされ、圧縮ばね５の後端はばね座９に固定されている。弁体６の開放圧力ＰＯＰは、ばね座９の締め具合を調整して圧縮ばね５の圧縮量を変えることで簡便に調整できる。
第１消火剤を所定の供給流量Ｑ１で消火ノズルに送ると、第１消火剤は第一流路αを通り第一ノズル部６２の絞りによって放射圧力Ｐ１で放射される。
弁体６の開放圧力ＰＯＰは、供給流量がＱ１である第１消火剤の放射圧力Ｐ１よりもやや高く設定される。これにより、第１消火剤を放射するときは、第１消火剤により弁体６が背面側から受ける圧力が開放圧力ＰＯＰ以下であることから、弁体６は弁座７に着座したままであり第二流路βは開放されない。よって、第１消火剤は、第一流路αのみを通って放射部３から放射される。
第１消火剤の放射時に弁体６が受ける力Ｆ１は下式（３）で表される。Ｄ１は第一ノズル部６２の直径、Ｄ２は弁座７のシール面７１の直径である。
また、初期圧縮量をＳ、ばね定数をＹとすると、圧縮ばね５の力ＦＳは下式（４）で表され、ＦＳ＞Ｆ１の関係が成り立っている。
第１消火剤を所定の供給流量Ｑ１で消火ノズルに送ると、第１消火剤は第一流路αを通り第一ノズル部６２の絞りによって放射圧力Ｐ１で放射される。
弁体６の開放圧力ＰＯＰは、供給流量がＱ１である第１消火剤の放射圧力Ｐ１よりもやや高く設定される。これにより、第１消火剤を放射するときは、第１消火剤により弁体６が背面側から受ける圧力が開放圧力ＰＯＰ以下であることから、弁体６は弁座７に着座したままであり第二流路βは開放されない。よって、第１消火剤は、第一流路αのみを通って放射部３から放射される。
第１消火剤の放射時に弁体６が受ける力Ｆ１は下式（３）で表される。Ｄ１は第一ノズル部６２の直径、Ｄ２は弁座７のシール面７１の直径である。
【数3】
【数4】
【0029】
上流側流路一定部１１Ａにおける貫通穴の直径は、弁体６の外径Ｄ３と同一に設定することもできるが、弁体６の外径Ｄ３よりも僅かに大きいことが好ましい。この場合、第１消火剤を放射する際に弁座７からリークが発生しても、上流側流路一定部１１Ａにおける貫通穴の直径が弁体６の外径Ｄ３よりも僅かに大きいことにより、漏出した第１消火剤は弁体６と上流側流路一定部１１Ａとの隙間から抜け出すため、第１消火剤が滞留することによる弁体６への力の発生を防止できる。
【0030】
一方、第２消火剤の放射に切り替えると、第２消火剤は、まず常時開放されている第一流路αから第一ノズル部６２を通って放射部３から放射される。しかし、第２消火剤は第１消火剤よりも流量が大きく第一流路αだけでは通過面積が不足であることから、弁体６の一次側圧力（消火剤により弁体６が背面側から受ける圧力）が上昇する。そして一次側圧力が所定の開放圧力ＰＯＰに達すると、当接面６３がシール面７１から離れ第二流路βが開放される。
第二流路βの開放後、弁体６の背面が上流側流路一定部１１Ａに対応する位置にあるときは、上流側流路一定部１１Ａと弁体６との隙間が僅かであるため第二ノズル部を通過する消火剤の流量が少なく、開放圧力ＰＯＰが弁体６の背面（一次側の面）全体に働くことになる。これにより、第二流路βの開放後は、弁体６の受圧面積が、下式（５）から下式（６）へと直ちに大きく変わる。
また、このときに弁体６が受ける力（第２消火剤の放射時に弁体６が受ける力）Ｆ２は下式（７）で表され、弁体６が受ける力も第１消火剤の放射時の力Ｆ１から急増する。
それによって、弁体６が受ける力が消火剤圧力の僅かな増加で急増し、第二流路βが一気に開放される。
これにより第２消火剤は第二通路を通って放射部３に至ることが可能となり、第２消火剤は第一流路αと第二流路βの二手に分かれて流れ、第一流路α及び第一ノズル部６２を通過した第２消火剤と、第二流路β及び第二ノズル部を通過した第２消火剤が、放射部３で合流して放射される。
このように、本発明の消火ノズルは、供給流量に応じた放射流量の切り替えを電気モーターや水圧シリンダーなどの外部からの駆動力に頼らず自動的に行うことができる。また、コンパクト化に適した構成であり、耐熱性や耐浸水性など耐環境性にも優れている。
第二流路βの開放後、弁体６の背面が上流側流路一定部１１Ａに対応する位置にあるときは、上流側流路一定部１１Ａと弁体６との隙間が僅かであるため第二ノズル部を通過する消火剤の流量が少なく、開放圧力ＰＯＰが弁体６の背面（一次側の面）全体に働くことになる。これにより、第二流路βの開放後は、弁体６の受圧面積が、下式（５）から下式（６）へと直ちに大きく変わる。
【数5】
【数6】
【数7】
これにより第２消火剤は第二通路を通って放射部３に至ることが可能となり、第２消火剤は第一流路αと第二流路βの二手に分かれて流れ、第一流路α及び第一ノズル部６２を通過した第２消火剤と、第二流路β及び第二ノズル部を通過した第２消火剤が、放射部３で合流して放射される。
このように、本発明の消火ノズルは、供給流量に応じた放射流量の切り替えを電気モーターや水圧シリンダーなどの外部からの駆動力に頼らず自動的に行うことができる。また、コンパクト化に適した構成であり、耐熱性や耐浸水性など耐環境性にも優れている。
【0031】
弁体６が弁座７から離れ、弁体６の背面が上流側流路一定部１１Ａと対応した位置にある場合、弁座７と弁体６との間の開放面積ＥがストロークＬの増大につれ増加する一方で、第二ノズル部の通過面積は上流側流路一定部１１Ａにおける貫通穴の径が一定であるため増加しない。
これにより、ストロークＬの増大につれ弁座７と弁体６との間の開放面積Ｅが第二ノズル部の通過面積に対して十分に大きくなり、弁座７における圧損を最大限に小さくすることができる。
これにより、ストロークＬの増大につれ弁座７と弁体６との間の開放面積Ｅが第二ノズル部の通過面積に対して十分に大きくなり、弁座７における圧損を最大限に小さくすることができる。
【0032】
ストロークＬが増加し、弁体６の背面が上流側流路一定部１１Ａを過ぎて漸次流路拡大部１１Ｂと対応した位置にある場合、弁座７と弁体６との間の開放面積ＥがストロークＬの増大につれ増加すると共に、第二ノズル部の通過面積も増加する。
但し、上述のように、弁体６の背面が漸次流路拡大部１１Ｂに対応した位置にあるときの第二ノズル部の通過面積は常に弁座７と弁体６との間の開放面積Ｅよりも小さくなるように設定されているため、この場合も常にＢ（Ｌ）＜Ｅ（Ｌ）の関係が成立する。これにより、弁座７における圧損が生じず、弁体６は背面に引き続き開放圧力ＰＯＰを受ける。
但し、上述のように、弁体６の背面が漸次流路拡大部１１Ｂに対応した位置にあるときの第二ノズル部の通過面積は常に弁座７と弁体６との間の開放面積Ｅよりも小さくなるように設定されているため、この場合も常にＢ（Ｌ）＜Ｅ（Ｌ）の関係が成立する。これにより、弁座７における圧損が生じず、弁体６は背面に引き続き開放圧力ＰＯＰを受ける。
【0033】
ストロークＬが更に増加し、弁体６の背面が漸次流路拡大部１１Ｂを過ぎて下流側流路一定部１１Ｃと対応した位置にある場合、弁座７と弁体６との間の開放面積ＥがストロークＬの増大につれ増加する一方で、第二ノズル部の通過面積は下流側流路一定部１１Ｃにおける貫通穴の径が一定であるため増加しない。
これにより、弁体６の背面が下流側流路一定部１１Ｃと対応した位置にあるときの第二ノズル部の通過面積が一定に保持されるため、圧縮ばね５の個体差や第２消火剤の圧力の変動により弁体６の位置が多少変動した場合でも所定のノズル面積で第２消火剤を放射できる。
これにより、弁体６の背面が下流側流路一定部１１Ｃと対応した位置にあるときの第二ノズル部の通過面積が一定に保持されるため、圧縮ばね５の個体差や第２消火剤の圧力の変動により弁体６の位置が多少変動した場合でも所定のノズル面積で第２消火剤を放射できる。
【産業上の利用可能性】
【0034】
本発明による流量切替装置は、流量が大きく異なる複数種類の流体を小さい圧力変動で切り替えて流すことが求められる流体装置に適している。
特に、遠隔操作の放水銃に装着する消火ノズルに適用することで、消火剤の供給流量によりノズル面積を自動的に切り替え可能とすることができる。また、ノズル面積の切り替えに電気を使用しないため、高温や浸水に曝される過酷環境での消火にも適している。
特に、遠隔操作の放水銃に装着する消火ノズルに適用することで、消火剤の供給流量によりノズル面積を自動的に切り替え可能とすることができる。また、ノズル面積の切り替えに電気を使用しないため、高温や浸水に曝される過酷環境での消火にも適している。
【符号の説明】
【0035】
１ 外筒
４ 内筒
５ 付勢部（圧縮ばね）
６ 弁体
６２ 第一ノズル部
６３ 当接面
７ 弁座
７１ シール面
８ ガイド部
９ ばね座
１１ 第二ノズル形成部
１１Ａ 上流側流路一定部
１１Ｂ 漸次流路拡大部
１１Ｃ 下流側流路一定部
α 第一流路
β 第二流路
ＰＯＰ 開放圧力
４ 内筒
５ 付勢部（圧縮ばね）
６ 弁体
６２ 第一ノズル部
６３ 当接面
７ 弁座
７１ シール面
８ ガイド部
９ ばね座
１１ 第二ノズル形成部
１１Ａ 上流側流路一定部
１１Ｂ 漸次流路拡大部
１１Ｃ 下流側流路一定部
α 第一流路
β 第二流路
ＰＯＰ 開放圧力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
