空気弁
【課題】大きな排気能力を維持したまま、水などの流体が流入口から弁室内に急激に流入してきても外部に流体が噴出することを防止できる空気弁を提供する。
【解決手段】弁箱１の下部に流入口２及び上部に開口部３を有する略円筒形状に形成する。弁箱１内部に設けた弁室４内に有底の案内筒５を装着し、この案内筒５の外周面と弁箱１の内周面との間に流路間隙７を形成する。案内筒５は、内部に遊動弁体８とフロート弁体９を収納し、上部に案内筒５の内部と流路間隙７とを連通する連通口１０を形成する。連通口１０の上端は案内筒５の上端部に形成した鍔部６より一定距離下方に位置し、連通口１０より上方位置にある案内筒５の外周面と弁箱１の内周面とで環状間隙１２を形成し、また、下端が、下限位置にある遊動弁体８の外周に設けられた肩部１１とほぼ同じ位置となるように形成する。
【解決手段】弁箱１の下部に流入口２及び上部に開口部３を有する略円筒形状に形成する。弁箱１内部に設けた弁室４内に有底の案内筒５を装着し、この案内筒５の外周面と弁箱１の内周面との間に流路間隙７を形成する。案内筒５は、内部に遊動弁体８とフロート弁体９を収納し、上部に案内筒５の内部と流路間隙７とを連通する連通口１０を形成する。連通口１０の上端は案内筒５の上端部に形成した鍔部６より一定距離下方に位置し、連通口１０より上方位置にある案内筒５の外周面と弁箱１の内周面とで環状間隙１２を形成し、また、下端が、下限位置にある遊動弁体８の外周に設けられた肩部１１とほぼ同じ位置となるように形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として上水道や農業用水などの輸送配管に設置される空気弁に係わるものであり、特に水が流入口から弁室内に急激に流入してきても、外部に流体が噴出することを防止できる空気弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体輸送配管に取り付けられ、配管内の空気の排出作用や外部から配管内への吸気作用、および、該排気作用時に配管から外部に流体が流出するのを防止する作用を行う空気弁として、例えば、図８に示す構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
その構成は、配管（図示せず）に連通して取り付けられた弁箱１０１と、弁箱１０１の内部に収容され、遊動弁体１０２およびフロート弁体１０３が昇降自在に配置されたガイド１０４とからなり、配管内に水などの流体を満たすときに大径空気孔１０５から多量に空気が排出される多量排気と呼ばれる作用のときには、遊動弁体１０２とフロート弁体１０３とはガイド１０４底部に位置して作動せず、空気は、大径空気孔１０５から外部へと排出される。排出が終了し、流体が弁箱１０１およびガイド１０４内部に流入した際には、その浮力や液体からの動圧などの作用によって、遊動弁体１０２およびフロート弁体１０３は上昇し、それぞれの上限位置において、遊動弁体１０２は大径空気孔１０５を、フロート弁体１０３は、遊動弁体１０２に設けられた小径空気孔１０６を閉止し、液体の外部への流出が阻止される。その後、遊動弁体１０２が大径空気孔１０５を閉止している状態において、弁箱１０１内部に配管からの空気が流入すると、流入した空気は遊動弁体１０２の下方に溜まり、溜まった空気によりフロート弁体１０３が下降し、小径空気孔１０６の下端部が開放され、空気が小径空気孔１０６から外部へと排出されて圧力下排気と呼ばれる作用が行われる。外部から配管への吸気作用の際には、遊動弁体１０２およびフロート弁体１０３は下降し、大径空気孔１０５から吸気が行われる。
【０００４】
また、空気弁の弁箱１０１外面に、封止リング１０７をカバー１０８方向にスライド可能に摺嵌し、封止リング１０７のカバー側端面１０９をカバー外端１１０に気密に接合可能にして構成することにより、空気弁の弁箱１０１外面と給排気口の開口カバー１０８との間の空間を封止リング１０７により人為的に開閉可能とし封止リング１０７の封止位置設置により空気弁としての機能を停止させ、逆に開放位置設置により機能を回復させる。通常は管内空気の排出機能を有すると共に、管内排水の必要がある場合は大量の外気を吸入でき、また災害時に大量の取水が必要な場合は、逆に空気吸入を意図的に停止可能としたものである。
【０００５】
しかしながら、前記従来の空気弁は、管路充水時に水圧が低い状態で液体が流入口から弁室内に急激に流入すると大空気孔１０５が閉止される前に弁箱１０１外部に液体が噴出するという問題があった。これは、流入した流体の多くは流路間隙１１１に流れ、導水口１１２からガイド１０４内部に流入した流体によってフロート弁体１０３および遊動弁体１０２が水に対する浮力によって浮上するより前に開口１１３からガイド１０４内部に流入し、ガイド１０４内部に流入した流体の一部は大径空気孔１０５から外部へと噴出するためである。また、ガイド１０４内部に流入した流体の一部は弁箱１０１内の上壁に衝突して跳ね返り遊動弁体１０２を下方に付勢しフロート弁体１０３および遊動弁体１０２の浮上を妨げて空気弁の閉止を妨げ、流体の外部への噴出を拡大させる。
流体が空気弁の外部に噴出すると空気弁の周囲に流体を撒き散らし、流体で汚すという問題があった。また、流体の流れによっては遊動弁体１０２が下方に付勢され続けて浮上できなくなり、空気弁を完全に閉止することができず、流体が絶え間なく噴出し、空気弁がピットやマンホールに設置されている場合はピットやマンホールの内部に水が溜まり、空気弁が屋外に設置されている場合は周辺の道路などが水浸しになるなどの二次災害を起こし、復旧作業に労力とコストが必要となるという問題があった。
【０００６】
上記の問題を解決するため、図９に示すような排気弁を用いる方法があった（例えば、特許文献２参照）。その構成は、下部に流入口２０１を形成し内部に弁室２０３を有する本体２０４に流出口２０２を形成し下面に弁座２０５を設けた蓋２０６を締結してケーシングを形成し、本体２０４の内壁に内側に突出したリブ２０７を形成し、リブ２０７の内側に有底のほぼ円筒形状で底部に内外を連通する通孔２０８を設けたフロート受け２０９を固定し、フロート受け２０９内にフロート２１０を自由状態で配置し、フロート受け２０９の側壁には内外を連通する連通路２１１を形成し、連通路２１１の下端を下限位置にあるフロート２１０の中心とほぼ同じ高さに形成したものである。その効果は、流体が流入口２０１から弁室２０３内に急激に流入してきても、フロート２１０を下方に付勢する力を弱めることができ、外部への噴出を生じないというものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６６６４９号公報
【特許文献２】特開２００７−１３８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図９に示される従来の排気弁は、遊動弁体が設けられていないため、充水時に配管内の空気を排気することはできるが圧力下排気をすることができない。そのため、充水完了後、時間が経つと配管内の空気が空気弁に溜まるような使用条件や、流体が空気を巻き込みやすいような使用条件では、排気弁内部に空気が溜まりやすく配管内の空気を効果的に排出することができない。特に水圧の低い流体が排気弁内部に急激に流入するような使用条件では流体中に空気を巻き込んでいることが多く、充水時における排気だけでは空気を完全に排出することはできないという問題があった。
【０００９】
また、上記従来の技術を組み合わせて図８の遊動弁体１０２を有する従来の空気弁に図９の従来の排気弁の連通路２１１と同じ位置に開口１１３を設けた場合、開口１１３の下端が遊動弁体１０２の下側に位置するため排気される空気や流入する流体が遊動弁体１０２の下側に勢い良く流入するようになる。そのため、遊動弁体１０２が浮きやすくなるため大空気孔１０５が閉塞されやすくなり、管路内の空気が完全に排出される前に空気弁が閉塞して十分な排気作業ができなくなるという問題があった。
【００１０】
また、開口１１３の大きさが大きい程空気を速やかに排出することができるが、開口１１３が大きすぎると流体が外部に噴出しやすくなる。また、開口１１３の大きさが小さい程流体の外部への噴出を防止することができるが、開口１１３が小さすぎると空気が抜けにくくなり空気の排出に時間を要するだけでなく、空気が導水口１１２からガイド１０４に流入しやすくなり、流入した空気によって遊動弁体１０２が浮き上がり十分な排気作業ができないまま空気弁を閉塞させる恐れがある。
【００１１】
本発明は以上のような理由に基づき、大きな排気能力を維持したまま、水などの流体が流入口から弁室内に急激に流入してきても外部に流体が噴出することを防止できる空気弁を提供することを目的としている。ここで、本発明における説明において「急激に流入する」とは、管路内の流体圧が低い状態で流体が通常空気弁で使用されている流速を超えた状態で流入口から弁室内に流入することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
内部に弁室を有し、下部に流入口を上部に開口部を有した弁箱と、前記弁室内に配置され上部に連通口を底部に導水口を有し、その外周面と弁箱内周面との間に流路間隙が設けられている有底の案内筒と、中央に大径空気孔を有し、弁箱の開口部を含む上面に装着されることにより弁箱との間に前記案内筒を挟持固定している蓋体と、前記案内筒内に昇降自在に配置され小径空気孔を有し、上限位置で前記蓋体の大径空気孔を閉止する遊動弁体と、前記案内筒内に昇降自在に配置され上限位置で前記遊動弁体の小径空気孔を閉止するフロート弁体と、蓋体に装着されたカバーとを具備する空気弁において、上端が、その上方位置で前記案内筒の外周面と前記弁箱の内周面とで環状間隙が形成される位置に、また下端が、下限位置にある前記遊動弁体の外周に設けられた肩部とほぼ同じ位置となるように連通口が形成されていることを第一の特徴とする。
【００１３】
前記大径空気孔の開口面積Ｓ１と前記連通口の開口面積Ｓ２との関係が０．６Ｓ１＜Ｓ２＜１．２Ｓ１であることを第二の特徴とする。
【００１４】
前記流入口の開口面積Ａ１と前記導水口の開口面積Ａ２との関係が０．０８Ａ１≦Ａ２＜０．１２Ａ１であることを第三の特徴とする。
【００１５】
本発明における説明において閉塞とは、管路充水時に配管内の空気が十分に排出される前に、フロート弁体および遊動弁体が浮上し大径空気孔および小径空気孔を閉止することである。
【００１６】
本発明において、空気弁の材質は、ポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、ポリビニリデンフルオライド、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの合成樹脂、鉄、銅合金、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属のいずれでもよく特に限定されないが、弁箱、蓋体及びカバーがポリジシクロペンタジエン(以下、ＰＤＣＰＤと記す。)のようなノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒系とを反応原液とする反応射出成形材料からなるものであることが好ましい。弁箱、蓋体及びカバーがＰＤＣＰＤによって製造された場合、このＰＤＣＰＤの比重が鋳鉄の約７分の１であることから、鋳鉄製の空気弁と比較して大幅な軽量化が可能で、施工性及び耐震性に優れ、さらに耐衝撃性、耐寒性及び耐腐食性に優れた空気弁が得られる。
【００１７】
本発明において、蓋体内周側下面に嵌合装着されている弁座の材質はゴム状の弾性体であれば良く、エチレンプロピレンジエンゴム（以下、ＥＰＤＭと記す）、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ゴム、二トリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴムなどが好適なものとして挙げられ、特に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
１．流体が流入口から弁室内に急激に流入しても外部に流体が噴出することを防止できる。
２．連通口と導水口の面積を最適な値にすることによって、流体が流入口から弁室内に急激に流入しても空気弁が閉塞することがなく、大きな排気能力が維持される。
３．空気弁の外部に流体が噴出することを防止できるので、流体の噴出によってピットやマンホールの内部に流体が滞留したり、周囲の道路を水浸しにさせるなどの二次災害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の空気弁の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の大径空気孔を閉止した状態を示す縦断面図である。
【図３】図１のカバーを外した状態を示す平面図である。
【図４】図１の底面図である。
【図５】図１の案内筒の斜視図である。
【図６】漏水量の測定に使用した試験設備を示す図である。
【図７】比較例１の空気弁を示した縦断面図である。
【図８】従来の空気弁を示した縦断面図である。
【図９】従来の排気弁を示した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００２１】
ＰＤＣＰＤ製の弁箱１は下部に流入口２及び上部に開口部３を有する略円筒形状に形成されている。弁箱１内部に設けられた弁室４内には有底筒状の後記案内筒５が装着され、この案内筒５の外周面と弁箱１の内周面とで流路間隙７が形成されている。
【００２２】
ＰＶＣ製の案内筒５は、内部に後記遊動弁体８とフロート弁体９を収納しており、上部には案内筒５の内部と流路間隙７とを連通する連通口１０が形成されている。連通口１０の上端は案内筒５の上端部に形成された鍔部６より一定距離下方になる位置にあり、連通口１０より上方位置にある案内筒５の外周面と弁箱１の内周面とで環状間隙１２が形成されている。急激に流入した水が環状間隙１２に一旦流入することによって流れの勢いが弱められ、案内筒５内に流入した水が遊動弁体８を下方に付勢し、遊動弁体８の浮上を妨げることが防止される。
【００２３】
ここで、連通口１０の上端は、鍔部６の上端面から連通口１０の上端までの軸線方向距離ｄと鍔部６上端面から連通口１０の下端までの軸線方向距離Ｄとの関係が０．１Ｄ≦ｄ≦０．６Ｄとなる位置にあり、急激に流入した水の勢いを効果的に弱めるためには０．３Ｄ≦ｄであることが望ましく、連通口１０の開口面積が小さくなり過ぎないようにするためにはｄ≦０．５Ｄであることが望ましい。
【００２４】
また、連通口１０の下端は下限位置にある遊動弁体８の肩部１１と高さがほぼ同じ位置にある。連通口１０の下端が遊動弁体８の肩部１１よりも高い位置にあると連通口１０の開口面積が減少し、遊動弁体８の肩部１１よりも低い位置にあっても連通口１０の一部は遊動弁体８の側面により塞がれた状態となるため実質的に連通口１０の開口面積を減少させるので、連通口１０の開口面積を大きくし、効率的に管路内の空気を排気するためには連通口１０の下端が遊動弁体８の肩部１１とほぼ同じ位置にする必要がある。
【００２５】
また、案内筒５の底部は半球状に形成されており、この底部略中央には案内筒５の外部と内部とを連通する導水口１３が形成されている。また、案内筒５の内面底部には導水口１３を中心にして軸線方向にフロート弁体９の保持部となる４個の突条１４が９０度間隔で設けられている。
【００２６】
ＰＰ製の遊動弁体８は、案内筒５の内部に昇降自在に配置されており、この遊動弁体８の中心部には少量の吸気、排気作用を行う小径空気孔２０が設けられている。遊動弁体８は後記フロート弁体９の略上半部を内包する形状に形成されている。本実施形態においては、小径空気孔２０は遊動弁体８の中央部に設けられているが、特に中央部に限定されるものではなく、例えば小口径の空気弁等に採用されているように、中心部から外周方向に少しずらした位置に設けてもよく、圧力下排気を行うことができれば形状は特に限定されない。
【００２７】
ＰＰ製のフロート弁体９は、案内筒５の内部に遊動弁体８に略上半部を内包された状態で、昇降自在に配置され、その上限位置では遊動弁体８の小径空気孔２０を閉止する。フロート弁体９は弁開時には案内筒５の突条１４に接触して支承されており、導水口１３を塞がないようになっている。すなわち、導水口１３と案内筒５の内部は常に連通状態になっている。ここで、フロート弁体９の形状は、本実施形態においては球状となっているが、特にこの形状に限定されるものではなく、上面が平坦となった円柱状、逆円錐台状、逆円錐状などに形成されてもよい。
【００２８】
ＰＤＣＰＤ製の蓋体１５は弁箱１の開口部３を含む上面にボルトで固定されている。中央部には空気を大量に排気するための大径空気孔１６が設けられており、蓋体１５の下面の大径空気孔１６の周縁側にはＥＰＤＭ製のシート状の弁座１７が嵌合装着されている。弁座１７は遊動弁体８が上限位置にあるときに遊動弁体８と当接して押圧されることで大径空気孔１６を閉止している。
【００２９】
ＰＤＣＰＤ製のカバー１８は大径空気孔１６を十分に覆う大きさに形成され、蓋体１５に互いに隙間が形成された状態でボルト・ナットで固定されている。この隙間が吸排気口１９となる。
【００３０】
また、大径空気孔１６の開口面積Ｓ１（図３参照）と、連通口１０の開口面積Ｓ２（図５参照）との関係が０．６Ｓ１＜Ｓ２＜１．２Ｓ１の範囲内である必要がある。これは、大きな空気排出量を維持し空気弁の閉塞を防ぐためには、連通口１０の開口面積Ｓ２を０．６Ｓ１より大きくする必要があり、水が流入口２から弁室４内に急激に流入してきても外部に噴出させないためには１．２Ｓ１未満にする必要がある。
【００３１】
また、弁箱１の流入口２の開口面積Ａ１（図４参照）と案内筒５の底部略中央に形成された導水口１３の開口面積Ａ２（図４参照）との関係が０．０８Ａ１≦Ａ２＜０．１２Ａ２の範囲内である必要がある。これは、案内筒５内に水を流入させやすくし、フロート弁体９および遊動弁体８を速やかに上昇させるためには、導水口１３の開口面積Ａ２を０．０８Ａ１以上にする必要があり、空気弁の閉塞を防ぐためには０．１２Ａ２未満にする必要がある。
【００３２】
次に、本実施形態の空気弁を開閉させた時の作動について説明する。管路内に通水が行われていない状態においては、遊動弁体８およびフロート弁体９は案内筒５内の下部位置にある（図１の状態）。図１の状態から管路内に通水が開始されると、管路内の空気は流入口２から流路間隙７および案内筒５の連通口１０を通過し、大径空気孔１６を通って吸排気口１９から外部へと排出される。
【００３３】
上記排気作用の進行に伴い、管路内の水が流入口２より弁室４内に流入すると、水の大部分は流路間隙７へと進み、同時に、その一部は案内筒５底部の導水口１３から案内筒５内へと流入する。水が案内筒５内に流入するにつれて弁箱１内の空気は大径空気孔１６から外部へと排出されて行く。
【００３４】
一方、案内筒５内に流入した水の水位が増すにつれて、該水の浮力および動圧によって、フロート弁体９および遊動弁体８が上昇する。水位が弁箱１内を満たすまで上昇して、弁箱１内から空気がほぼ完全に排出されると、遊動弁体８は蓋体１５の下部に設けられた弁座１７に当接して押圧することで大径空気孔１６が閉止される。同時にフロート弁体９はその上限位置に達し、遊動弁体８に設けられた小径空気孔２０の下端部に当接して押圧することで小径空気孔２０が閉止される。これら一連の作用により、空気の排出が完了するとともに、空気弁が閉止され外部への漏水が阻止される（図２の状態）。
【００３５】
図２の状態から、管路内を流れる水中の空気が流入口２から弁室４に入り遊動弁体８の下方に溜まったとき、フロート弁体９の自重が、水によるフロート弁体９の浮力と弁室４の水の圧力が小径空気孔２０の閉止部に作用する上向きの荷重との和に打ち勝つと、フロート弁体９は下降し、小径空気孔２０下端部が開放される。これにより、遊動弁体８の下方に溜まった空気は、小径空気孔２０から外部へと排出される。この空気の排出につれて、水の水位は再び上昇し、それにともなって、フロート弁体９も浮力の作用を受けて上昇する。空気がほぼ完全に排出されると、フロート弁体９は小径空気孔２０下端部を押圧することで小径空気孔２０が閉止され、水の外部への漏水が阻止される。以後、弁室４に所定量の空気が溜まるにつれて、上記のような圧力下排気が繰り返される。
【００３６】
次に、図２の状態において管路内の水を落水させると、弁室４の水も下降し、これに伴って上記した排気及び止水作用とは逆の原理で遊動弁体８及びフロート弁体９も順次下降し、大径空気孔１６が開放される（図１の状態）。これによって、空気は弁室４から管路内へとスムースに導入されるので管路内が負圧になることがなく、落水操作が抵抗なく行われると同時に水撃現象が発生することもない。またこの時、案内筒５内に侵入したごみや砂等の異物も落水に伴って導水口１３から配管内に排出される。つまり、フロート弁体９が突条１４の下端部と接触しても導水口１３は案内筒５の内部と連通状態になっているため、ごみや砂等の異物が案内筒５の内部に溜まることが防止される。
【００３７】
次に、水圧が低い管路において、管路内の水が流入口２から弁室４に急激に流入した時の本実施形態の空気弁の作動について説明する。
【００３８】
空気弁に管路内の水が急激に流入すると、空気弁から排出される空気も急激に流入するが、本実施形態の空気弁は十分な排気量を維持し、閉塞を生じさせない程度に連通口１０および導水口１３が大きく設けられているため、管路内の空気は連通口１０、大径空気孔１６を経て吸排気口１９からスムースに外部へと排出される。
【００３９】
次いで、弁室４に急激に流入した水の一部は導水口１３から案内筒５内に流入する。導水口１３から流入しない残りの水は急激に弁室４に流入し流路間隙７で勢いを増して流れるが、連通口１０より上方に位置する案内筒５の外周面と弁箱１の内周面とで形成された環状間隙１２に一旦流入することで流れの勢いが弱められる。勢いが弱められた水は連通口１０から案内筒５内に流入しても遊動弁体８を下方に付勢する流れは少なく、フロート弁体９および遊動弁体８の浮上を妨げる流れが生じにくいので、水が外部に噴出する前に大径空気孔１６が遊動弁体８によって閉止される。
【００４０】
また、管路内の水が空気弁に急激に流入するときは水中に空気が巻き込まれていることが多いが、本実施形態の空気弁においては、大径空気孔１６が閉止された後に圧力下排気によって小径空気孔２０から水中の空気がほぼ完全に排出される。
【００４１】
次に、本実施形態の空気弁の漏水量、閉塞の有無、排気量について、以下に示す試験方法で評価した。
【００４２】
１．漏水量の測定
図６に示すように、直径２ｍ、高さ３．５ｍのタンク２１の排水口にボールバルブ２２を取り付け、ボールバルブ２２の二次側に水平方向の出口をフランジ２３で封鎖したＴ字管２４を介して空気弁２５を取り付けた試験設備を用いた。タンク２１内には空気弁２５に対して水頭が２ｍになるように貯水されている。漏水量の測定は、ボールバルブ２２を開いてから空気弁２５が閉止するまでの間に空気弁２５の外部に漏れた水の量を測定することによって行われた。
２．閉塞の有無
ＪＷＷＡ Ｂ １２５「水道用急速空気弁―附属書１ 多量排気試験方法」における多量排気試験の試験方法に準拠し、空気弁の差圧が１０ｋＰａに達するまでに、遊動弁体８及びフロート弁体９が排気によって吸い上げられ、大径空気孔１６および小径空気孔２０を閉塞するかを確認した。
３．排気量の測定
ＪＷＷＡ Ｂ １２５「水道用急速空気弁−附属書１ 多量排気試験方法」における多量排気試験の試験方法に準じて、空気弁差圧５ｋＰａにおける排気量を測定した。ただし、空気弁差圧５ｋＰａに達する前に閉塞が発生した場合は排気量の測定を実施していない。
【００４３】
なお、本試験は口径７５ｍｍの空気弁を使用した。また、漏水量については、２０Ｌ以下を好適な範囲とし、１０Ｌ以下をより好適な範囲とする。また、排気量については、管路内の空気を排気し速やかな充水・落水作業を可能にするために、ＪＷＷＡ Ｂ１３７「水道用急速空気弁−多量排気性」に定められた多量排気量の最小値の２倍である２２ｍ３／ｍｉｎ以上を好適な範囲とする。
【００４４】
まず、環状間隙１２の有無が漏水量、閉塞の有無、排気量に及ぼす影響を確認するための試験を行った。
【００４５】
[試験例１]
流入口２の開口面積Ａ１と、導水口１３の開口面積Ａ２との関係がＡ２＝０．０８Ａ１であり、大径空気孔１６の開口面積Ｓ１と、連通口１０の開口面積Ｓ２との関係がＳ２＝１．０Ｓ１である本実施形態の空気弁を用いて、漏水量の測定、閉塞の有無、排気量の測定を行った。その結果を表１に示す。
【００４６】
[比較例１]
図７に示すような、連通口１０の下端を下限位置にある遊動弁体８の肩部１１よりも高い位置に形成し、かつ、上端を案内筒５の鍔部６の下面とほぼ同じ位置に形成することにより環状間隙１２を無くし、流入口２の開口面積Ａ１と、導水口１３の開口面積Ａ２との関係がＡ２＝０．０８Ａ１であり、大径空気孔１６の開口面積Ｓ１と、連通口１０の開口面積Ｓ２との関係がＳ２＝１．０Ｓ１である空気弁を用いて、漏水量の測定、閉塞の有無、排気量の測定を行った。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１から明らかなように、排気量では試験例１、比較例１ともに好適な範囲の２２ｍ３／ｍｉｎ以上をクリアした。試験例１、比較例１の排気量に差がなかったことから、環状間隙１２の有無が排気量に及ぼす影響はほとんどないことが確認された。
【００４９】
また、漏水量では試験例１は好適な範囲の２０Ｌ以下をクリアしているが比較例１では試験例１の約3倍もの量であった。これは、比較例１は環状間隙１２が形成されておらず、水が流路間隙７から連通口１０に流入しやすくなっているためである。そのため、水が急激に弁室４に流入すると、導水口１３から水が案内筒５内に流入しフロート弁体９および遊動弁体８が浮力によって浮上する前に、流路間隙７で勢いが増した水が連通口１０から大径空気孔１６を経て吸排気口１９から噴出する。また、連通口１０から勢い良く案内筒５内に流入した水がフロート弁体９および遊動弁体８を下方に付勢し、フロート弁体９および遊動弁体８の浮上を妨げることにより、空気弁外部への水の噴出を促進させる。
【００５０】
一方、試験例１は環状間隙１２が形成されており、急激に流入した水は連通口１０を通る前に一旦環状間隙１２に流入し衝突するため、水の勢いが弱められる。そのため、水が勢いを維持または加速させた状態で連通口１０を通過することはなく、フロート弁体９および遊動弁体８の浮上を妨げる流れが発生しないので、フロート弁体９および遊動弁体８がスムースに浮上し、水が空気弁の外部に噴出する前に大径空気孔１６を閉止することができる。また、連通口１０から案内筒５内への流れが抑えられるため、導水口１３から案内筒５内に水が流入しやすくなりフロート弁体９および遊動弁体８の浮上を速めることができ、水が空気弁の外部に噴出する前に応答性よく大径空気孔１６を閉止することができる。
【００５１】
次に、大径空気孔１６の開口面積Ｓ１と連通口１０の開口面積Ｓ２との比率が漏水量、閉塞の有無、排気量に及ぼす影響を確認するための試験を行った。（試験例２〜５）。
【００５２】
[試験例２〜５]
面積Ｓ２を表２に示したように変化させて、試験例１と同様にして試験を行った。その結果を表２に示す。表２には比較を容易にするために、試験例１の結果も示してある。
【００５３】
【表２】
【００５４】
表２から明らかなように試験例１〜４では閉塞が発生しなかったのに対して、試験例５では閉塞が発生した。これは試験例５では連通口１０の開口面積を小さくすることで空気が連通口１０を通過しにくくなり、導水口１３から案内筒５内に流入する空気が多くなり、空気圧によってフロート弁体９および遊動弁体８が浮上し閉塞が発生したものである。
【００５５】
排気量については、空気弁差圧が５ｋＰａに到達する前に閉塞が発生し排気量の測定できなかった試験例５を除く全ての試験例において、好適な範囲である２２ｍ３／ｍｉｎ以上の排気量が確認された。
【００５６】
また、漏水量については、試験例２、３では好適な範囲である２０Ｌ以下に達しなかったものの、比較例１に比べ１３〜４２％ほど漏水量が減少しており、試験例１、４では、好適な範囲である２０Ｌ以下をクリアし、比較例１に比べ６５〜８５％ほど漏水量が減少した。また、実施例５については閉塞が発生したものの漏水量としては２Ｌと極めて小さい値を示した。
【００５７】
また、試験例１〜４では連通口１０の開口面積が小さくなるにつれて、すなわちＳ２が小さくなるにつれて漏水量、排気量がともに減少する傾向にあるが、試験例２（Ｓ２＝１．３Ｓ１）と試験例４（Ｓ２＝０．８Ｓ１）を比較すると、漏水量は約８０％減少しているのに対して、排気量は約１０％しか減少していないことから、連通口１０の開口面積が排気量に及ぼす影響は連通口１０の開口面積が漏水量に及ぼす影響に比べて小さいことがわかる。従って、閉塞の発生がなく、大きな排気量を維持したまま漏水量を低下させるには０．８Ｓ１＜Ｓ２＜１．２Ｓ１であることが望ましく、０．８Ｓ１≦Ｓ２≦１．０Ｓ１であることがより望ましいことが確認された。
【００５８】
次に、流入口２の開口面積Ａ１と、導水口１３の開口面積Ａ２との比率が漏水量、閉塞の有無、排気量に及ぼす影響を確認するための試験を行った。（試験例６〜９）。
[試験例６〜９]
【００５９】
面積Ａ２を表３に示したように変化させて、試験例１と同様にして試験を行った。その結果を表３に示す。表３には表２と同様に試験例１の結果も示してある。
【００６０】
【表３】
【００６１】
表３から明らかなように試験例６〜８では閉塞が発生しなかったのに対して、試験例９では閉塞が発生した。これは試験例９では導水口１３の開口面積を大きくすることで空気が導水口１３を通過しやすくなり、空気が過剰に導水口１３から案内筒５内に流入し、空気圧によってフロート弁体９および遊動弁体８が浮上し閉塞が発生したものである。
【００６２】
排気量については、空気弁差圧が５ｋＰａに到達する前に閉塞が発生し排気量の測定できなかった試験例９を除く全ての試験例において、好適な範囲である２２ｍ３／ｍｉｎ以上の排気量が確認された。また、導水口１３の開口面積が排気量に及ぼす影響はほとんどなかった。
【００６３】
また、漏水量については、試験例６〜８では好適な範囲である２０Ｌ以下をクリアし、試験例７、８についてはより好適な範囲である１０Ｌ以下をクリアしており、比較例１に比べ６５〜８８％ほど漏水量が減少した。また、試験例９については閉塞が発生したものの漏水量としては４Ｌと極めて小さい値を示した。
【００６４】
試験例１、６〜８では導水口１３の開口面積を大きくするにつれて漏水量が減少する傾向にあるが、これは、導水口１３の開口面積を大きくすることによって水が案内筒５内に流入しやすくなり、浮力によってフロート弁体９および遊動弁体８をよりスムーズに浮上させることができ、速やかに大空気孔を閉止することができるためである。
【００６５】
従って、閉塞の発生がなく、大きな排気量を維持したままより漏水量を減少させるには０．０８Ａ１≦Ａ２＜０．１２Ａ１であることが望ましく、０．１０Ａ１≦Ａ２≦０．１１Ａ１であることがより望ましいことが確認された。
【符号の説明】
【００６６】
１ 弁箱
２ 流入口
３ 開口部
４ 弁室
５ 案内筒
６ 鍔部
７ 流路間隙
８ 遊動弁体
９ フロート弁体
１０ 連通口
１１ 肩部
１２ 環状間隙
１３ 導水口
１４ 突条
１５ 蓋体
１６ 大径空気孔
１７ 弁座
１８ カバー
１９ 吸排気口
２０ 小径空気孔
２１ タンク
２２ ボールバルブ
２３ フランジ
２４ Ｔ字管
２５ 空気弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として上水道や農業用水などの輸送配管に設置される空気弁に係わるものであり、特に水が流入口から弁室内に急激に流入してきても、外部に流体が噴出することを防止できる空気弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体輸送配管に取り付けられ、配管内の空気の排出作用や外部から配管内への吸気作用、および、該排気作用時に配管から外部に流体が流出するのを防止する作用を行う空気弁として、例えば、図８に示す構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
その構成は、配管（図示せず）に連通して取り付けられた弁箱１０１と、弁箱１０１の内部に収容され、遊動弁体１０２およびフロート弁体１０３が昇降自在に配置されたガイド１０４とからなり、配管内に水などの流体を満たすときに大径空気孔１０５から多量に空気が排出される多量排気と呼ばれる作用のときには、遊動弁体１０２とフロート弁体１０３とはガイド１０４底部に位置して作動せず、空気は、大径空気孔１０５から外部へと排出される。排出が終了し、流体が弁箱１０１およびガイド１０４内部に流入した際には、その浮力や液体からの動圧などの作用によって、遊動弁体１０２およびフロート弁体１０３は上昇し、それぞれの上限位置において、遊動弁体１０２は大径空気孔１０５を、フロート弁体１０３は、遊動弁体１０２に設けられた小径空気孔１０６を閉止し、液体の外部への流出が阻止される。その後、遊動弁体１０２が大径空気孔１０５を閉止している状態において、弁箱１０１内部に配管からの空気が流入すると、流入した空気は遊動弁体１０２の下方に溜まり、溜まった空気によりフロート弁体１０３が下降し、小径空気孔１０６の下端部が開放され、空気が小径空気孔１０６から外部へと排出されて圧力下排気と呼ばれる作用が行われる。外部から配管への吸気作用の際には、遊動弁体１０２およびフロート弁体１０３は下降し、大径空気孔１０５から吸気が行われる。
【０００４】
また、空気弁の弁箱１０１外面に、封止リング１０７をカバー１０８方向にスライド可能に摺嵌し、封止リング１０７のカバー側端面１０９をカバー外端１１０に気密に接合可能にして構成することにより、空気弁の弁箱１０１外面と給排気口の開口カバー１０８との間の空間を封止リング１０７により人為的に開閉可能とし封止リング１０７の封止位置設置により空気弁としての機能を停止させ、逆に開放位置設置により機能を回復させる。通常は管内空気の排出機能を有すると共に、管内排水の必要がある場合は大量の外気を吸入でき、また災害時に大量の取水が必要な場合は、逆に空気吸入を意図的に停止可能としたものである。
【０００５】
しかしながら、前記従来の空気弁は、管路充水時に水圧が低い状態で液体が流入口から弁室内に急激に流入すると大空気孔１０５が閉止される前に弁箱１０１外部に液体が噴出するという問題があった。これは、流入した流体の多くは流路間隙１１１に流れ、導水口１１２からガイド１０４内部に流入した流体によってフロート弁体１０３および遊動弁体１０２が水に対する浮力によって浮上するより前に開口１１３からガイド１０４内部に流入し、ガイド１０４内部に流入した流体の一部は大径空気孔１０５から外部へと噴出するためである。また、ガイド１０４内部に流入した流体の一部は弁箱１０１内の上壁に衝突して跳ね返り遊動弁体１０２を下方に付勢しフロート弁体１０３および遊動弁体１０２の浮上を妨げて空気弁の閉止を妨げ、流体の外部への噴出を拡大させる。
流体が空気弁の外部に噴出すると空気弁の周囲に流体を撒き散らし、流体で汚すという問題があった。また、流体の流れによっては遊動弁体１０２が下方に付勢され続けて浮上できなくなり、空気弁を完全に閉止することができず、流体が絶え間なく噴出し、空気弁がピットやマンホールに設置されている場合はピットやマンホールの内部に水が溜まり、空気弁が屋外に設置されている場合は周辺の道路などが水浸しになるなどの二次災害を起こし、復旧作業に労力とコストが必要となるという問題があった。
【０００６】
上記の問題を解決するため、図９に示すような排気弁を用いる方法があった（例えば、特許文献２参照）。その構成は、下部に流入口２０１を形成し内部に弁室２０３を有する本体２０４に流出口２０２を形成し下面に弁座２０５を設けた蓋２０６を締結してケーシングを形成し、本体２０４の内壁に内側に突出したリブ２０７を形成し、リブ２０７の内側に有底のほぼ円筒形状で底部に内外を連通する通孔２０８を設けたフロート受け２０９を固定し、フロート受け２０９内にフロート２１０を自由状態で配置し、フロート受け２０９の側壁には内外を連通する連通路２１１を形成し、連通路２１１の下端を下限位置にあるフロート２１０の中心とほぼ同じ高さに形成したものである。その効果は、流体が流入口２０１から弁室２０３内に急激に流入してきても、フロート２１０を下方に付勢する力を弱めることができ、外部への噴出を生じないというものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６６６４９号公報
【特許文献２】特開２００７−１３８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図９に示される従来の排気弁は、遊動弁体が設けられていないため、充水時に配管内の空気を排気することはできるが圧力下排気をすることができない。そのため、充水完了後、時間が経つと配管内の空気が空気弁に溜まるような使用条件や、流体が空気を巻き込みやすいような使用条件では、排気弁内部に空気が溜まりやすく配管内の空気を効果的に排出することができない。特に水圧の低い流体が排気弁内部に急激に流入するような使用条件では流体中に空気を巻き込んでいることが多く、充水時における排気だけでは空気を完全に排出することはできないという問題があった。
【０００９】
また、上記従来の技術を組み合わせて図８の遊動弁体１０２を有する従来の空気弁に図９の従来の排気弁の連通路２１１と同じ位置に開口１１３を設けた場合、開口１１３の下端が遊動弁体１０２の下側に位置するため排気される空気や流入する流体が遊動弁体１０２の下側に勢い良く流入するようになる。そのため、遊動弁体１０２が浮きやすくなるため大空気孔１０５が閉塞されやすくなり、管路内の空気が完全に排出される前に空気弁が閉塞して十分な排気作業ができなくなるという問題があった。
【００１０】
また、開口１１３の大きさが大きい程空気を速やかに排出することができるが、開口１１３が大きすぎると流体が外部に噴出しやすくなる。また、開口１１３の大きさが小さい程流体の外部への噴出を防止することができるが、開口１１３が小さすぎると空気が抜けにくくなり空気の排出に時間を要するだけでなく、空気が導水口１１２からガイド１０４に流入しやすくなり、流入した空気によって遊動弁体１０２が浮き上がり十分な排気作業ができないまま空気弁を閉塞させる恐れがある。
【００１１】
本発明は以上のような理由に基づき、大きな排気能力を維持したまま、水などの流体が流入口から弁室内に急激に流入してきても外部に流体が噴出することを防止できる空気弁を提供することを目的としている。ここで、本発明における説明において「急激に流入する」とは、管路内の流体圧が低い状態で流体が通常空気弁で使用されている流速を超えた状態で流入口から弁室内に流入することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
内部に弁室を有し、下部に流入口を上部に開口部を有した弁箱と、前記弁室内に配置され上部に連通口を底部に導水口を有し、その外周面と弁箱内周面との間に流路間隙が設けられている有底の案内筒と、中央に大径空気孔を有し、弁箱の開口部を含む上面に装着されることにより弁箱との間に前記案内筒を挟持固定している蓋体と、前記案内筒内に昇降自在に配置され小径空気孔を有し、上限位置で前記蓋体の大径空気孔を閉止する遊動弁体と、前記案内筒内に昇降自在に配置され上限位置で前記遊動弁体の小径空気孔を閉止するフロート弁体と、蓋体に装着されたカバーとを具備する空気弁において、上端が、その上方位置で前記案内筒の外周面と前記弁箱の内周面とで環状間隙が形成される位置に、また下端が、下限位置にある前記遊動弁体の外周に設けられた肩部とほぼ同じ位置となるように連通口が形成されていることを第一の特徴とする。
【００１３】
前記大径空気孔の開口面積Ｓ１と前記連通口の開口面積Ｓ２との関係が０．６Ｓ１＜Ｓ２＜１．２Ｓ１であることを第二の特徴とする。
【００１４】
前記流入口の開口面積Ａ１と前記導水口の開口面積Ａ２との関係が０．０８Ａ１≦Ａ２＜０．１２Ａ１であることを第三の特徴とする。
【００１５】
本発明における説明において閉塞とは、管路充水時に配管内の空気が十分に排出される前に、フロート弁体および遊動弁体が浮上し大径空気孔および小径空気孔を閉止することである。
【００１６】
本発明において、空気弁の材質は、ポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、ポリビニリデンフルオライド、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの合成樹脂、鉄、銅合金、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属のいずれでもよく特に限定されないが、弁箱、蓋体及びカバーがポリジシクロペンタジエン(以下、ＰＤＣＰＤと記す。)のようなノルボルネン系モノマーとメタセシス触媒系とを反応原液とする反応射出成形材料からなるものであることが好ましい。弁箱、蓋体及びカバーがＰＤＣＰＤによって製造された場合、このＰＤＣＰＤの比重が鋳鉄の約７分の１であることから、鋳鉄製の空気弁と比較して大幅な軽量化が可能で、施工性及び耐震性に優れ、さらに耐衝撃性、耐寒性及び耐腐食性に優れた空気弁が得られる。
【００１７】
本発明において、蓋体内周側下面に嵌合装着されている弁座の材質はゴム状の弾性体であれば良く、エチレンプロピレンジエンゴム（以下、ＥＰＤＭと記す）、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ゴム、二トリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴムなどが好適なものとして挙げられ、特に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
１．流体が流入口から弁室内に急激に流入しても外部に流体が噴出することを防止できる。
２．連通口と導水口の面積を最適な値にすることによって、流体が流入口から弁室内に急激に流入しても空気弁が閉塞することがなく、大きな排気能力が維持される。
３．空気弁の外部に流体が噴出することを防止できるので、流体の噴出によってピットやマンホールの内部に流体が滞留したり、周囲の道路を水浸しにさせるなどの二次災害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の空気弁の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の大径空気孔を閉止した状態を示す縦断面図である。
【図３】図１のカバーを外した状態を示す平面図である。
【図４】図１の底面図である。
【図５】図１の案内筒の斜視図である。
【図６】漏水量の測定に使用した試験設備を示す図である。
【図７】比較例１の空気弁を示した縦断面図である。
【図８】従来の空気弁を示した縦断面図である。
【図９】従来の排気弁を示した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００２１】
ＰＤＣＰＤ製の弁箱１は下部に流入口２及び上部に開口部３を有する略円筒形状に形成されている。弁箱１内部に設けられた弁室４内には有底筒状の後記案内筒５が装着され、この案内筒５の外周面と弁箱１の内周面とで流路間隙７が形成されている。
【００２２】
ＰＶＣ製の案内筒５は、内部に後記遊動弁体８とフロート弁体９を収納しており、上部には案内筒５の内部と流路間隙７とを連通する連通口１０が形成されている。連通口１０の上端は案内筒５の上端部に形成された鍔部６より一定距離下方になる位置にあり、連通口１０より上方位置にある案内筒５の外周面と弁箱１の内周面とで環状間隙１２が形成されている。急激に流入した水が環状間隙１２に一旦流入することによって流れの勢いが弱められ、案内筒５内に流入した水が遊動弁体８を下方に付勢し、遊動弁体８の浮上を妨げることが防止される。
【００２３】
ここで、連通口１０の上端は、鍔部６の上端面から連通口１０の上端までの軸線方向距離ｄと鍔部６上端面から連通口１０の下端までの軸線方向距離Ｄとの関係が０．１Ｄ≦ｄ≦０．６Ｄとなる位置にあり、急激に流入した水の勢いを効果的に弱めるためには０．３Ｄ≦ｄであることが望ましく、連通口１０の開口面積が小さくなり過ぎないようにするためにはｄ≦０．５Ｄであることが望ましい。
【００２４】
また、連通口１０の下端は下限位置にある遊動弁体８の肩部１１と高さがほぼ同じ位置にある。連通口１０の下端が遊動弁体８の肩部１１よりも高い位置にあると連通口１０の開口面積が減少し、遊動弁体８の肩部１１よりも低い位置にあっても連通口１０の一部は遊動弁体８の側面により塞がれた状態となるため実質的に連通口１０の開口面積を減少させるので、連通口１０の開口面積を大きくし、効率的に管路内の空気を排気するためには連通口１０の下端が遊動弁体８の肩部１１とほぼ同じ位置にする必要がある。
【００２５】
また、案内筒５の底部は半球状に形成されており、この底部略中央には案内筒５の外部と内部とを連通する導水口１３が形成されている。また、案内筒５の内面底部には導水口１３を中心にして軸線方向にフロート弁体９の保持部となる４個の突条１４が９０度間隔で設けられている。
【００２６】
ＰＰ製の遊動弁体８は、案内筒５の内部に昇降自在に配置されており、この遊動弁体８の中心部には少量の吸気、排気作用を行う小径空気孔２０が設けられている。遊動弁体８は後記フロート弁体９の略上半部を内包する形状に形成されている。本実施形態においては、小径空気孔２０は遊動弁体８の中央部に設けられているが、特に中央部に限定されるものではなく、例えば小口径の空気弁等に採用されているように、中心部から外周方向に少しずらした位置に設けてもよく、圧力下排気を行うことができれば形状は特に限定されない。
【００２７】
ＰＰ製のフロート弁体９は、案内筒５の内部に遊動弁体８に略上半部を内包された状態で、昇降自在に配置され、その上限位置では遊動弁体８の小径空気孔２０を閉止する。フロート弁体９は弁開時には案内筒５の突条１４に接触して支承されており、導水口１３を塞がないようになっている。すなわち、導水口１３と案内筒５の内部は常に連通状態になっている。ここで、フロート弁体９の形状は、本実施形態においては球状となっているが、特にこの形状に限定されるものではなく、上面が平坦となった円柱状、逆円錐台状、逆円錐状などに形成されてもよい。
【００２８】
ＰＤＣＰＤ製の蓋体１５は弁箱１の開口部３を含む上面にボルトで固定されている。中央部には空気を大量に排気するための大径空気孔１６が設けられており、蓋体１５の下面の大径空気孔１６の周縁側にはＥＰＤＭ製のシート状の弁座１７が嵌合装着されている。弁座１７は遊動弁体８が上限位置にあるときに遊動弁体８と当接して押圧されることで大径空気孔１６を閉止している。
【００２９】
ＰＤＣＰＤ製のカバー１８は大径空気孔１６を十分に覆う大きさに形成され、蓋体１５に互いに隙間が形成された状態でボルト・ナットで固定されている。この隙間が吸排気口１９となる。
【００３０】
また、大径空気孔１６の開口面積Ｓ１（図３参照）と、連通口１０の開口面積Ｓ２（図５参照）との関係が０．６Ｓ１＜Ｓ２＜１．２Ｓ１の範囲内である必要がある。これは、大きな空気排出量を維持し空気弁の閉塞を防ぐためには、連通口１０の開口面積Ｓ２を０．６Ｓ１より大きくする必要があり、水が流入口２から弁室４内に急激に流入してきても外部に噴出させないためには１．２Ｓ１未満にする必要がある。
【００３１】
また、弁箱１の流入口２の開口面積Ａ１（図４参照）と案内筒５の底部略中央に形成された導水口１３の開口面積Ａ２（図４参照）との関係が０．０８Ａ１≦Ａ２＜０．１２Ａ２の範囲内である必要がある。これは、案内筒５内に水を流入させやすくし、フロート弁体９および遊動弁体８を速やかに上昇させるためには、導水口１３の開口面積Ａ２を０．０８Ａ１以上にする必要があり、空気弁の閉塞を防ぐためには０．１２Ａ２未満にする必要がある。
【００３２】
次に、本実施形態の空気弁を開閉させた時の作動について説明する。管路内に通水が行われていない状態においては、遊動弁体８およびフロート弁体９は案内筒５内の下部位置にある（図１の状態）。図１の状態から管路内に通水が開始されると、管路内の空気は流入口２から流路間隙７および案内筒５の連通口１０を通過し、大径空気孔１６を通って吸排気口１９から外部へと排出される。
【００３３】
上記排気作用の進行に伴い、管路内の水が流入口２より弁室４内に流入すると、水の大部分は流路間隙７へと進み、同時に、その一部は案内筒５底部の導水口１３から案内筒５内へと流入する。水が案内筒５内に流入するにつれて弁箱１内の空気は大径空気孔１６から外部へと排出されて行く。
【００３４】
一方、案内筒５内に流入した水の水位が増すにつれて、該水の浮力および動圧によって、フロート弁体９および遊動弁体８が上昇する。水位が弁箱１内を満たすまで上昇して、弁箱１内から空気がほぼ完全に排出されると、遊動弁体８は蓋体１５の下部に設けられた弁座１７に当接して押圧することで大径空気孔１６が閉止される。同時にフロート弁体９はその上限位置に達し、遊動弁体８に設けられた小径空気孔２０の下端部に当接して押圧することで小径空気孔２０が閉止される。これら一連の作用により、空気の排出が完了するとともに、空気弁が閉止され外部への漏水が阻止される（図２の状態）。
【００３５】
図２の状態から、管路内を流れる水中の空気が流入口２から弁室４に入り遊動弁体８の下方に溜まったとき、フロート弁体９の自重が、水によるフロート弁体９の浮力と弁室４の水の圧力が小径空気孔２０の閉止部に作用する上向きの荷重との和に打ち勝つと、フロート弁体９は下降し、小径空気孔２０下端部が開放される。これにより、遊動弁体８の下方に溜まった空気は、小径空気孔２０から外部へと排出される。この空気の排出につれて、水の水位は再び上昇し、それにともなって、フロート弁体９も浮力の作用を受けて上昇する。空気がほぼ完全に排出されると、フロート弁体９は小径空気孔２０下端部を押圧することで小径空気孔２０が閉止され、水の外部への漏水が阻止される。以後、弁室４に所定量の空気が溜まるにつれて、上記のような圧力下排気が繰り返される。
【００３６】
次に、図２の状態において管路内の水を落水させると、弁室４の水も下降し、これに伴って上記した排気及び止水作用とは逆の原理で遊動弁体８及びフロート弁体９も順次下降し、大径空気孔１６が開放される（図１の状態）。これによって、空気は弁室４から管路内へとスムースに導入されるので管路内が負圧になることがなく、落水操作が抵抗なく行われると同時に水撃現象が発生することもない。またこの時、案内筒５内に侵入したごみや砂等の異物も落水に伴って導水口１３から配管内に排出される。つまり、フロート弁体９が突条１４の下端部と接触しても導水口１３は案内筒５の内部と連通状態になっているため、ごみや砂等の異物が案内筒５の内部に溜まることが防止される。
【００３７】
次に、水圧が低い管路において、管路内の水が流入口２から弁室４に急激に流入した時の本実施形態の空気弁の作動について説明する。
【００３８】
空気弁に管路内の水が急激に流入すると、空気弁から排出される空気も急激に流入するが、本実施形態の空気弁は十分な排気量を維持し、閉塞を生じさせない程度に連通口１０および導水口１３が大きく設けられているため、管路内の空気は連通口１０、大径空気孔１６を経て吸排気口１９からスムースに外部へと排出される。
【００３９】
次いで、弁室４に急激に流入した水の一部は導水口１３から案内筒５内に流入する。導水口１３から流入しない残りの水は急激に弁室４に流入し流路間隙７で勢いを増して流れるが、連通口１０より上方に位置する案内筒５の外周面と弁箱１の内周面とで形成された環状間隙１２に一旦流入することで流れの勢いが弱められる。勢いが弱められた水は連通口１０から案内筒５内に流入しても遊動弁体８を下方に付勢する流れは少なく、フロート弁体９および遊動弁体８の浮上を妨げる流れが生じにくいので、水が外部に噴出する前に大径空気孔１６が遊動弁体８によって閉止される。
【００４０】
また、管路内の水が空気弁に急激に流入するときは水中に空気が巻き込まれていることが多いが、本実施形態の空気弁においては、大径空気孔１６が閉止された後に圧力下排気によって小径空気孔２０から水中の空気がほぼ完全に排出される。
【００４１】
次に、本実施形態の空気弁の漏水量、閉塞の有無、排気量について、以下に示す試験方法で評価した。
【００４２】
１．漏水量の測定
図６に示すように、直径２ｍ、高さ３．５ｍのタンク２１の排水口にボールバルブ２２を取り付け、ボールバルブ２２の二次側に水平方向の出口をフランジ２３で封鎖したＴ字管２４を介して空気弁２５を取り付けた試験設備を用いた。タンク２１内には空気弁２５に対して水頭が２ｍになるように貯水されている。漏水量の測定は、ボールバルブ２２を開いてから空気弁２５が閉止するまでの間に空気弁２５の外部に漏れた水の量を測定することによって行われた。
２．閉塞の有無
ＪＷＷＡ Ｂ １２５「水道用急速空気弁―附属書１ 多量排気試験方法」における多量排気試験の試験方法に準拠し、空気弁の差圧が１０ｋＰａに達するまでに、遊動弁体８及びフロート弁体９が排気によって吸い上げられ、大径空気孔１６および小径空気孔２０を閉塞するかを確認した。
３．排気量の測定
ＪＷＷＡ Ｂ １２５「水道用急速空気弁−附属書１ 多量排気試験方法」における多量排気試験の試験方法に準じて、空気弁差圧５ｋＰａにおける排気量を測定した。ただし、空気弁差圧５ｋＰａに達する前に閉塞が発生した場合は排気量の測定を実施していない。
【００４３】
なお、本試験は口径７５ｍｍの空気弁を使用した。また、漏水量については、２０Ｌ以下を好適な範囲とし、１０Ｌ以下をより好適な範囲とする。また、排気量については、管路内の空気を排気し速やかな充水・落水作業を可能にするために、ＪＷＷＡ Ｂ１３７「水道用急速空気弁−多量排気性」に定められた多量排気量の最小値の２倍である２２ｍ３／ｍｉｎ以上を好適な範囲とする。
【００４４】
まず、環状間隙１２の有無が漏水量、閉塞の有無、排気量に及ぼす影響を確認するための試験を行った。
【００４５】
[試験例１]
流入口２の開口面積Ａ１と、導水口１３の開口面積Ａ２との関係がＡ２＝０．０８Ａ１であり、大径空気孔１６の開口面積Ｓ１と、連通口１０の開口面積Ｓ２との関係がＳ２＝１．０Ｓ１である本実施形態の空気弁を用いて、漏水量の測定、閉塞の有無、排気量の測定を行った。その結果を表１に示す。
【００４６】
[比較例１]
図７に示すような、連通口１０の下端を下限位置にある遊動弁体８の肩部１１よりも高い位置に形成し、かつ、上端を案内筒５の鍔部６の下面とほぼ同じ位置に形成することにより環状間隙１２を無くし、流入口２の開口面積Ａ１と、導水口１３の開口面積Ａ２との関係がＡ２＝０．０８Ａ１であり、大径空気孔１６の開口面積Ｓ１と、連通口１０の開口面積Ｓ２との関係がＳ２＝１．０Ｓ１である空気弁を用いて、漏水量の測定、閉塞の有無、排気量の測定を行った。その結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１から明らかなように、排気量では試験例１、比較例１ともに好適な範囲の２２ｍ３／ｍｉｎ以上をクリアした。試験例１、比較例１の排気量に差がなかったことから、環状間隙１２の有無が排気量に及ぼす影響はほとんどないことが確認された。
【００４９】
また、漏水量では試験例１は好適な範囲の２０Ｌ以下をクリアしているが比較例１では試験例１の約3倍もの量であった。これは、比較例１は環状間隙１２が形成されておらず、水が流路間隙７から連通口１０に流入しやすくなっているためである。そのため、水が急激に弁室４に流入すると、導水口１３から水が案内筒５内に流入しフロート弁体９および遊動弁体８が浮力によって浮上する前に、流路間隙７で勢いが増した水が連通口１０から大径空気孔１６を経て吸排気口１９から噴出する。また、連通口１０から勢い良く案内筒５内に流入した水がフロート弁体９および遊動弁体８を下方に付勢し、フロート弁体９および遊動弁体８の浮上を妨げることにより、空気弁外部への水の噴出を促進させる。
【００５０】
一方、試験例１は環状間隙１２が形成されており、急激に流入した水は連通口１０を通る前に一旦環状間隙１２に流入し衝突するため、水の勢いが弱められる。そのため、水が勢いを維持または加速させた状態で連通口１０を通過することはなく、フロート弁体９および遊動弁体８の浮上を妨げる流れが発生しないので、フロート弁体９および遊動弁体８がスムースに浮上し、水が空気弁の外部に噴出する前に大径空気孔１６を閉止することができる。また、連通口１０から案内筒５内への流れが抑えられるため、導水口１３から案内筒５内に水が流入しやすくなりフロート弁体９および遊動弁体８の浮上を速めることができ、水が空気弁の外部に噴出する前に応答性よく大径空気孔１６を閉止することができる。
【００５１】
次に、大径空気孔１６の開口面積Ｓ１と連通口１０の開口面積Ｓ２との比率が漏水量、閉塞の有無、排気量に及ぼす影響を確認するための試験を行った。（試験例２〜５）。
【００５２】
[試験例２〜５]
面積Ｓ２を表２に示したように変化させて、試験例１と同様にして試験を行った。その結果を表２に示す。表２には比較を容易にするために、試験例１の結果も示してある。
【００５３】
【表２】
【００５４】
表２から明らかなように試験例１〜４では閉塞が発生しなかったのに対して、試験例５では閉塞が発生した。これは試験例５では連通口１０の開口面積を小さくすることで空気が連通口１０を通過しにくくなり、導水口１３から案内筒５内に流入する空気が多くなり、空気圧によってフロート弁体９および遊動弁体８が浮上し閉塞が発生したものである。
【００５５】
排気量については、空気弁差圧が５ｋＰａに到達する前に閉塞が発生し排気量の測定できなかった試験例５を除く全ての試験例において、好適な範囲である２２ｍ３／ｍｉｎ以上の排気量が確認された。
【００５６】
また、漏水量については、試験例２、３では好適な範囲である２０Ｌ以下に達しなかったものの、比較例１に比べ１３〜４２％ほど漏水量が減少しており、試験例１、４では、好適な範囲である２０Ｌ以下をクリアし、比較例１に比べ６５〜８５％ほど漏水量が減少した。また、実施例５については閉塞が発生したものの漏水量としては２Ｌと極めて小さい値を示した。
【００５７】
また、試験例１〜４では連通口１０の開口面積が小さくなるにつれて、すなわちＳ２が小さくなるにつれて漏水量、排気量がともに減少する傾向にあるが、試験例２（Ｓ２＝１．３Ｓ１）と試験例４（Ｓ２＝０．８Ｓ１）を比較すると、漏水量は約８０％減少しているのに対して、排気量は約１０％しか減少していないことから、連通口１０の開口面積が排気量に及ぼす影響は連通口１０の開口面積が漏水量に及ぼす影響に比べて小さいことがわかる。従って、閉塞の発生がなく、大きな排気量を維持したまま漏水量を低下させるには０．８Ｓ１＜Ｓ２＜１．２Ｓ１であることが望ましく、０．８Ｓ１≦Ｓ２≦１．０Ｓ１であることがより望ましいことが確認された。
【００５８】
次に、流入口２の開口面積Ａ１と、導水口１３の開口面積Ａ２との比率が漏水量、閉塞の有無、排気量に及ぼす影響を確認するための試験を行った。（試験例６〜９）。
[試験例６〜９]
【００５９】
面積Ａ２を表３に示したように変化させて、試験例１と同様にして試験を行った。その結果を表３に示す。表３には表２と同様に試験例１の結果も示してある。
【００６０】
【表３】
【００６１】
表３から明らかなように試験例６〜８では閉塞が発生しなかったのに対して、試験例９では閉塞が発生した。これは試験例９では導水口１３の開口面積を大きくすることで空気が導水口１３を通過しやすくなり、空気が過剰に導水口１３から案内筒５内に流入し、空気圧によってフロート弁体９および遊動弁体８が浮上し閉塞が発生したものである。
【００６２】
排気量については、空気弁差圧が５ｋＰａに到達する前に閉塞が発生し排気量の測定できなかった試験例９を除く全ての試験例において、好適な範囲である２２ｍ３／ｍｉｎ以上の排気量が確認された。また、導水口１３の開口面積が排気量に及ぼす影響はほとんどなかった。
【００６３】
また、漏水量については、試験例６〜８では好適な範囲である２０Ｌ以下をクリアし、試験例７、８についてはより好適な範囲である１０Ｌ以下をクリアしており、比較例１に比べ６５〜８８％ほど漏水量が減少した。また、試験例９については閉塞が発生したものの漏水量としては４Ｌと極めて小さい値を示した。
【００６４】
試験例１、６〜８では導水口１３の開口面積を大きくするにつれて漏水量が減少する傾向にあるが、これは、導水口１３の開口面積を大きくすることによって水が案内筒５内に流入しやすくなり、浮力によってフロート弁体９および遊動弁体８をよりスムーズに浮上させることができ、速やかに大空気孔を閉止することができるためである。
【００６５】
従って、閉塞の発生がなく、大きな排気量を維持したままより漏水量を減少させるには０．０８Ａ１≦Ａ２＜０．１２Ａ１であることが望ましく、０．１０Ａ１≦Ａ２≦０．１１Ａ１であることがより望ましいことが確認された。
【符号の説明】
【００６６】
１ 弁箱
２ 流入口
３ 開口部
４ 弁室
５ 案内筒
６ 鍔部
７ 流路間隙
８ 遊動弁体
９ フロート弁体
１０ 連通口
１１ 肩部
１２ 環状間隙
１３ 導水口
１４ 突条
１５ 蓋体
１６ 大径空気孔
１７ 弁座
１８ カバー
１９ 吸排気口
２０ 小径空気孔
２１ タンク
２２ ボールバルブ
２３ フランジ
２４ Ｔ字管
２５ 空気弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に弁室を有し、下部に流入口を上部に開口部を有した弁箱と、前記弁室内に配置され上部に連通口を底部に導水口を有し、その外周面と弁箱内周面との間に流路間隙が設けられている有底の案内筒と、中央に大径空気孔を有し、弁箱の開口部を含む上面に装着されることにより弁箱との間に前記案内筒を挟持固定している蓋体と、前記案内筒内に昇降自在に配置され小径空気孔を有し、上限位置で前記蓋体の大径空気孔を閉止する遊動弁体と、前記案内筒内に昇降自在に配置され上限位置で前記遊動弁体の小径空気孔を閉止するフロート弁体と、蓋体に装着されたカバーとを具備する空気弁において、上端が、その上方位置で前記案内筒の外周面と前記弁箱の内周面とで環状間隙が形成される位置に、また下端が、下限位置にある前記遊動弁体の外周に設けられた肩部とほぼ同じ位置となるように連通口が形成されていることを特徴とする空気弁。
【請求項２】
前記大径空気孔の開口面積Ｓ１と前記連通口の開口面積Ｓ２との関係が０．６Ｓ１＜Ｓ２＜１．２Ｓ１であることを特徴とする請求項１に記載の空気弁。
【請求項３】
前記流入口の開口面積Ａ１と前記導水口の開口面積Ａ２との関係が０．０８Ａ１≦Ａ２＜０．１２Ａ１であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気弁。
【請求項１】
内部に弁室を有し、下部に流入口を上部に開口部を有した弁箱と、前記弁室内に配置され上部に連通口を底部に導水口を有し、その外周面と弁箱内周面との間に流路間隙が設けられている有底の案内筒と、中央に大径空気孔を有し、弁箱の開口部を含む上面に装着されることにより弁箱との間に前記案内筒を挟持固定している蓋体と、前記案内筒内に昇降自在に配置され小径空気孔を有し、上限位置で前記蓋体の大径空気孔を閉止する遊動弁体と、前記案内筒内に昇降自在に配置され上限位置で前記遊動弁体の小径空気孔を閉止するフロート弁体と、蓋体に装着されたカバーとを具備する空気弁において、上端が、その上方位置で前記案内筒の外周面と前記弁箱の内周面とで環状間隙が形成される位置に、また下端が、下限位置にある前記遊動弁体の外周に設けられた肩部とほぼ同じ位置となるように連通口が形成されていることを特徴とする空気弁。
【請求項２】
前記大径空気孔の開口面積Ｓ１と前記連通口の開口面積Ｓ２との関係が０．６Ｓ１＜Ｓ２＜１．２Ｓ１であることを特徴とする請求項１に記載の空気弁。
【請求項３】
前記流入口の開口面積Ａ１と前記導水口の開口面積Ａ２との関係が０．０８Ａ１≦Ａ２＜０．１２Ａ１であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２１６３６（Ｐ２０１１−２１６３６Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６５３７６（Ｐ２００９−１６５３７６）
【出願日】平成２１年７月１４日（２００９．７．１４）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１４日（２００９．７．１４）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]