バルブのいろいろ

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みなさんこんにちは

消火設備などに使われているバルブと呼ばれている仕切弁や逆止弁などには色々な種類があり、材質や形状、その方法や種類は様々なので、今回はこれら色々なものを紹介していこうと思います。

 

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バルブとは

身近なバルブでいうと、台所やお風呂にある蛇口(単水栓や混合水栓など)がこのバルブに該当し、蛇口をひねって開けると水が出てきて蛇口を閉めると水が止まるという機構を持っており、バルブとは液体や気体を通したり止めたり絞ったり量を調整する通路を開閉できる機構を持つ機器の総称を言います。

今では水道事業やガス事業が発展し日本にもバルブ製造工場ができて、材質や種類が増えその用途も拡大されてきましたが、これら身近なバルブの起源は、紀元前1000年頃の古代エジプトの遺跡から発掘された木製のコックと推定されるものまでさかのぼり、日本で金属製のバルブが使われるようになったので1863年にボイラーと一緒に輸入されたのが最初だそうです。

 

バルブの種類

バルブの種類はいっぱいあるので、ここでは基本的なものをお話していこうと思います。

玉形弁(グローブバルブ)

玉形弁の例

これはボディが丸くなっている(球をラテン語で表現するとglobe)ので「玉形弁」や「グローブ弁」と言い、上記の写真を見てもわかるように、流路にフタをするように弁体を配置して流体をコントロールします。

メリットとして流体をきっちり止めることに秀でるので「ストップバルブ」とも呼ばれて流体の流量を調整するのも優れていますが、ハンドルを何回も回さないといけないのでバルブの急な開け閉めができないのと、流体の通過経路がまっすぐではないので圧力損失(流体の勢いが弱くなること)が大きいというデメリットがあります。

消防用設備においては屋内(屋外)消火栓の消火栓開閉弁によく用いられています。

 

仕切弁(ゲートバルブ)

仕切弁の例

仕切弁は流路に対してゲートと呼ばれる仕切りを用いて流体をコントロールするバルブになり、写真を見てもらうとわかるようにバルブが開いているときは見えませんが、閉めるとゲート(仕切り)がだんだん下がってきて、最終的には完全に閉まります。

メリットとして、流体をしっかり止めることができる事や、流路が真っ直ぐなので圧力損失が少ないことがあげられますが、デメリットとして中間開度での使用は仕切りに流体がぶつかることによるチャタリングと呼ばれる微細振動が起きるので、バルブ開度は中間で使用せず基本的に全開又は全閉で使用します。

消防用設備では、ポンプの周辺(流量試験配管や呼水槽配管など)及び付属機器類(アラーム弁や一斉開放弁など)でよく使われています。

 

ボール弁(ボールバルブ)

上記の玉形弁や仕切弁はフタやゲート状の弁体で流体をコントロールしていましたが、ボールバルブは穴の開いたボール状の弁体の向きを変えることにより流体をコントロールし、このボールは90度動かせば全開から全閉ができます。

メリットとして急な開け閉めをすることができる(ウォーターハンマーに要注意!)ことや、ボール状の弁体が大きくないのでバルブ本体をコンパクトにできるという特徴がありますが、デメリットとして仕切弁と一緒で中間開度での使用には向きませんし、バルブの一部に樹脂を使用しているので高温の流体には向いていません。

仕切弁よりもコンパクトで開け閉めも楽なので、最近ではゲートバルブに変わってボールバルブが良く用いられるようになりましたが、メンテナンス性はゲート弁のほうが優れており、消防用設備では、スプリンクラー設備の末端試験弁や一斉開放弁の操作管によく使われています。

ウォーターハンマーについて詳しくは下記の記事を参照してください。

 

バタフライ弁(蝶形弁)

バタフライ弁の例

バタフライ弁は流路のなかに円盤状の弁体が入っていて、この円盤を90度回すことにより流体のコントロールを行うバルブで、この円盤が蝶の羽のように見えることから、「蝶の羽のよう」ということでバタフライと呼ばれるようになり、バタフライバルブやバタ弁とも呼ばれます。

このバタフライ弁は円盤状の弁体を動かすのにレバーを動かしたりハンドルを回すことによる回転力により開閉を行うので、開け閉めを迅速に行うことができる操作性が良いというメリットがありますし、他にも仕切弁などに比べて小型・軽量かつ省スペースであるので、機械室やボイラー室などの配管などが混在している部分へとても重宝されています。

ただ一般的なバタフライ弁は弁シートがゴム素材などの為に高温・高圧の流体には向かないというデメリットがあります。

消防用設備では、ポンプ吐出部のメインバルブや大口径の一斉開放弁によく使われています。

 

逆止弁(チェックバルブ)

これまで紹介したバルブは流体を流したり絞ったり止めたりしましたが、この逆止弁は流体の流れを逆流させないで一方通行にするバルブになります。

「ぎゃくどめべん」や「ぎゃくしべん」とも言いますし、英語では「チェックバルブ」と言いますが、これが訛って「チャッキ弁」や「チャキ弁」と呼ぶ人もいるので呼び方は様々です。

ちなみに筆者は「チャッキ」と呼んでいます(笑)。

一般的には弁体がスイングして止めるスイング式の逆止弁やリフト式逆止弁が多いですが、最近は省スペースなフランジレス逆止弁(ウェハチャッキという)が結構見受けられます。

この他にもポンプ吐き出し直近に設けるウォーターハンマーを防止できる「スモレンスキチャッキバルブ」(通称スモレン)や、汚水・排水に使用されるボールバルブ型のチャッキバルブといろいろな種類があります。

用途として消火栓などのポンプで、呼水槽から主管への配管にスイング式の逆止弁(40A)が使われていたり、ポンプの吐き出し直近にスモレンスキの逆止弁が良く使われています。

スモレンスキチャッキバルブの例

ウェハチャッキバルブの例

逆止弁にはいろいろありますが、取り付け方向に制約のあるものがありますので注意が必要です。

例えばスイング式の逆止弁を下向き(流体が上から下に向かって流れる)に取り付けてはいけないなどの制約がありますので、施工される場合には気を付けましょう。

 

ダイヤフラム弁

消防用設備等では見かけませんが、弁体にダイヤフラムを用いたバルブもあるので紹介します。

このバルブは、弁体にゴムやフッ素素材で出来たダイヤフラム(隔壁・隔膜)を使用していて、このダイヤフラムの膜と膜をくっつけたり離したりして流路を開けたり閉めたりしています。

特徴としてはダイヤフラムと弁棒などの駆動部分が隔離していて流体と駆動部が接しない為、駆動部分の不純物(潤滑油や鉄粉など)が流体に混ざらないという特徴があります。

その為デリケートな流体を扱う食品や医薬品・半導体分野などの化学プラントで活躍しています。

ですが、ダイヤフラムが高温・高圧には不向き(使用には条件がある)というデメリットもあります。

 

安全弁

安全弁の例

上記のバルブは流体を流したり止めたりするものですが、この安全弁は常時流体を通さずに、一定の圧力値以上になった場合に流体を流して圧力を逃がすという安全性を確保するためのバルブになります。

消火設備では、スプリンクラー設備のアラーム弁の2次側配管に付いていて、温度上昇などで配管内圧力が高くなった場合に圧力を逃がすという使われ方をしています。

 

まとめ

最後までご覧いただきありがとうございます。

今回は消火設備を点検しているときに良く見かけるバルブについてお話させていただきました。

バルブと一括りにしていますが、実際には上記で紹介したもの以外のバルブもあり、本当に多岐にわたり、いろいろあるんだなぁと実感させられます。

前々から消火栓開閉弁に玉型弁がよく使われているのかわかりませんでしたが、今回お話させていただいたとおりストップバルブと呼ばれるほど止水性能に優れているからだということがわかり納得しました。

普段何気なく見ているバルブですがそれぞれに特徴(メリット・デメリット)があり、用途に応じて使い分けられているということがわかりました。

皆様も点検などでバルブを見た際には「このバルブが玉型弁(ストップバルブ)か~」とわかるようになっていただければ幸いです。