JP2004308426A - エア供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧化したエアを経路切替え弁を用いて複数の供給経路へ切替えて供給する構成のエア供給装置につき、信頼性の高い経路切替え弁の構成技術を提供する。
【解決手段】ブロワの経路切替え弁２２０において、弁体２３４は交流のソレノイド機構２３６によって駆動されて、第１の供給経路２１８に連通する第１弁座２４０に当接する。一方、弁体２３４はバネ２３８によって駆動されて、第２の供給経路２１９に連通する第１弁座２４０に当接する。第１弁座２４０は、その第１の面２４２に弁体２３４に対向して突出する膜型シール形状の薄肉片２４２ａを備えている。この薄肉片２４２ａは、弁体当接時に弁体２３４に対し弁体２３４の移動方向と異なる方向への弾性反発力を作用させ、弁体２３４に対し作用する第１弁座２４０の弾性反発力を適正なレベルに抑えることを可能とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブロワなどのエア供給装置の構成に係り、具体的には、高圧化したエアを複数の供給経路へ切替えて供給するのに用いる経路切替え弁の構成技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般家庭等から排出される排水の処理を行う浄化槽では、散気運転時や逆洗浄時に好気処理部へエアを供給するのにブロワ（エア供給装置）を用いる。例えば、好気処理部へのエア供給量を散気運転時と逆洗運転時とで異ならせる場合、エア供給量の異なる２基のブロワを切り換えて用いる技術が公知である。ところが、エア供給量を調節するのに２基のブロワを用いる構成では設置コストが高くなるという問題がある。
そこで、従来、吐出エア流量が可変となる１基のブロワに対し供給経路を切替え可能な経路切替え弁を組み合わせ、複数の供給経路へエアを切替えて供給する構成が種々提案されている。例えば、各エア供給先への供給口を有する複数の弁座に対し弁体を切替えて当接させることで、複数の供給経路を切り替える構成のエア供給装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。このエア供給装置に用いられている経路切替え弁では、例えば弾性材料によって構成された弁座に対し弁体を当接させることで所定の供給経路（供給口）をシールする構成になっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２３８４７３号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９３６６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のエア供給装置において、複数の供給経路の切り替えを確実に行うためには、弁体が弁座に当接したときの供給経路のシール性（閉鎖性）を向上させる必要がある。とりわけ、交流ソレノイド式のソレノイド機構を用いて弁体を駆動する構成では、弁体を良好に駆動させるのに有効である反面、供給経路のシール性の確保が問題となる。すなわち、ソレノイド機構による可動鉄心の保持が確実に行われない場合には、弁座が弁体から受ける付勢力と、弁座自体の弾性反発力とのバランスによっては、弁体がいわゆるチャタリング現象を起こすことがある。しかしながら、上記従来のエア供給装置に設置された経路切替え弁は、弁体と弁座とが平面同士で当接することで供給経路（供給口）をシールする構成であり、この構成を用いて供給経路のシール性を確保するのに限界がある。そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高圧化したエアを経路切替え弁を用いて複数の供給経路へ切替えて供給する構成のエア供給装置につき、信頼性の高い経路切替え弁の構成技術を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。これら各請求項に記載の発明は、例えば排水処理装置（浄化槽）、養魚活魚水槽等にエアを供給するエア供給装置の構成技術に好適に適用し得る。
【０００６】
（請求項１の記載の発明）
請求項１に記載のエア供給装置は、エア高圧化機構、経路切替え弁等を有する。エア高圧化機構は、エアを吸入して圧縮し高圧化して吐出する機能を有する。このエア高圧化機構としては、例えばダイアフラム型、遠心型、往復動型のブロワ機構やポンプ機構を用いることができる。すなわち、各種の駆動機構を採用したブロワやエアーポンプ等が本発明におけるエア供給装置に相当する。
【０００７】
経路切り替え弁は、エア高圧化機構によって高圧化したエアを、複数の供給経路へ切替えて供給する構成を有する。この経路切替え弁は、弁体、弁座、駆動手段等を有する。弁体は、駆動手段によって駆動されて各供給経路を切替えて開閉（開放・閉鎖）する。この駆動手段としては、例えば励磁コイルに交流電圧ないし直流電圧が印加されて作動するソレノイド機構のみによる構成や、このソレノイド機構に、例えばバネや弾性部材などの付勢手段を加えた構成を用いることができる。弁座は、弁体が供給経路を閉鎖するときに当接する構成を有し、例えばこの弁座に各供給経路に対応した供給口が形成されている。例えば、供給口を有する弁座を複数設けた構成や、弁座に複数の供給口を設けた構成等を適宜用いることができる。
【０００８】
特に本発明における弁座は、弁体に対向して突出する突出部を有し、この突出部は、弁体当接時にこの弁体の移動方向と異なる方向（例えば、弁体の移動方向と交差する方向）へ弾性反発力を作用させるようになっている。弾性反発力は、弁体が突出部から受ける反力として規定され、この反力が弁体による突出部の押圧方向と異なれば足りる趣旨である。従って、突出部の各箇所における変形方向、すなわち各箇所における弾性反発力の作用方向は、その一部が弁体の移動方向と合致したとしても、突出部の反力が全体として弁体の移動方向と異なる方向へ作用する態様であれば本発明に含まれるものである。この突出部は、例えばゴム、樹脂等の弾性材料を用いて構成することができる。例えば、弾性材料によって形成された突出部の先端領域を、弁体の移動方向に沿った方向とは異なる方向へ向けて配置する。このような構成の突出部は、弁体が弁座に当接したときに弁体の移動方向（押圧方向）と異なる方向、例えばその移動方向と直交する方向へ撓むように作用する。このとき、突出部は弁体の移動方向と異なる方向への弾性反発力を弁体に作用させることとなる。これにより、供給経路のシール性を確保したうえで、弁体に対し作用する弁座の弾性反発力を適正なレベルに抑えることが可能となる。例えば、弁体の移動方向に沿った方向へ弾性反発力を作用させる構成の突出部を用いる場合に比して、弁座の弾性反発力を適正なレベルに抑えるのに有効である。
【０００９】
以上のよう請求項１に記載の発明を用いれば、弁体が弁座に当接したときの供給経路のシール性を確保することで供給経路の切り替えを確実に行うことが可能な信頼性の高い経路切替え弁の構成技術を実現することができる。なお、このような構成の経路切替え弁を有するエア供給装置は、例えば排水を受け入れて浄化処理する排水処理装置（浄化槽）、養魚活魚水槽等にエアを供給する装置に好適に用いることができる。
【００１０】
（請求項２の記載の発明）
請求項２に記載のエア供給装置では、弁体を駆動するソレノイド機構に交流ソレノイドが用いられている。例えば、交流電源に接続された励磁コイルの磁力を用いて弁体を駆動する。例えば、励磁コイルに交流電源が付与される際に発生する電磁力と、振動子側の永久磁石との間の吸引・反発力によって、弁体に駆動力を付与する。交流ソレノイドを用いる構成では、その周波数に応じて可動鉄心の保持力に変化をきたす場合があり、このような場合に弁座が弁体から受ける付勢力と、弁座自体の弾性反発力とのバランスによっては、弁体がいわゆるチャタリング現象を起こすことがあり供給経路のシール性の確保が難しい。そこで、本発明によれば、このような場合であっても、弁体に対し作用する弁座の弾性反発力を適正なレベルとすることで、交流ソレノイドを用いる場合に特有の問題を解消することが可能となる。また、上記構成の突出部の構成を用いて供給経路のシール性を確保することで、過度に吸引力の大きい電磁石を用いる必要がなく、コストダウンを図ることが可能となる
以上のよう請求項２に記載の発明を用いれば、信頼性の高い経路切替え弁の構成技術を低コストで実現することができる。
【００１１】
（請求項３の記載の発明）
ここで、請求項１，２に記載の突出部は、請求項３に記載のように弁体当接時にこの弁体に吸着可能な膜型のシール形状を有する構成であるのが好ましい。例えば、薄肉片を吸盤状にすることでこの膜型のシール形状を構成する。このような膜型のシール形状を用いると、突出部に吸盤作用が付与され、弁座が弁体に密着する度合いが向上する。従って、請求項３に記載の発明を用いれば、経路切替え弁の信頼性を更に向上させることができる。
【００１２】
（請求項４の記載の発明）
請求項４に記載のエア供給装置では、弁体の移動方向と異なる方向へ弾性反発力を作用させる突出部を有する弁座は、弁体に当接する時間が相対的に短い構成になっている。例えば、他の弁座に比して弁体との当接時間（当接期間）、当接頻度等が小さい弁座に本発明の突出部を設ける。これにより、突出部を有する弁座の適正な弾性反発力を維持するのに有効である。
なお、本発明でいう「弁体に当接する時間が相対的に短い構成の弁座」としては、例えば、「請求項１に記載の複数の供給経路」において異なる供給経路にエアを切り替えて供給する場合に、他の供給経路に比して弁体によって閉鎖される時間が短い供給経路に設けられた弁座が典型的な例である。
【００１３】
（請求項５の記載の発明）
請求項５に記載のエア供給装置では、弁座に第１および第２の突出部が設けられている。第１の突出部は、前記のように弁体当接時にこの弁体の移動方向と異なる方向へ弾性反発力を作用させる構成を有する。この第１の突出部は、弁体に対し作用する弁座の弾性反発力を適正なレベルに抑えるのに特に有効である。一方、第２の突出部は、弁体当接時にこの弁体の移動方向へ沿った方向へ弾性反発力を作用させる構成を有する。例えば突起型のシール形状、すなわち弁体の移動方向（押圧方向）へ沿った方向へ突出した突起によってこの第２の突出部を構成する。この突起は、弾性反発力が大きく変形しにくい構成であるため、長期間（長時間）のシールによる弁座の経年劣化を防止するのに特に有効である。本発明では、特にこれら各突出部が弁体の対向面に各々配置されている。従って、弁体と第１の突出部との当接によって第１の供給経路が閉鎖されて第２の供給経路が開放され、弁体と第２の突出部との当接によって第１の供給経路を開放されて第２の供給経路が閉鎖されることとなる。本発明では、１つの弁座に上記第１および第２の突出部が設けられているため、それぞれの特徴を生かした使用条件に適用可能となる。また、１形状で複数の用途の弁座に対応することが可能となるため、部品点数の低減を図るのに有効である。
【００１４】
（請求項６の記載の発明）
請求項６に記載のエア供給装置は、交流ソレノイドを用いてダイアフラムを駆動することでエアの高圧化を行うエア高圧化機構を備えている。このエア高圧化機構では、励磁コイルに交流電圧が付与されると、例えばダイアフラムに接続された振動子が往復振動し、これによりエアの吸入動作と吐出動作とが繰り返し行われる。また、このエア高圧化機構では、交流電源を位相制御することでエア供給量を可変とする構成になっている。この「位相制御」とは、無制御の場合の交流電圧の電圧波形の一部を部分的にカットすることで、ソレノイド機構による磁力をセーブするような制御をいう。このような位相制御を行うことによって、ダイアフラムの変形量が無制御の場合よりも小さくなり、エア供給量を少なく制御することができる。所望のエア供給量が設定されると、そのエア供給量となるように電圧波形を好適に変更することで、エア供給量の木目細かな調節が可能となる。そのうえ、交流電源の位相制御を行うことで、無制御の場合に比してダイアフラムの耐久性を向上させることができ、また、位相制御中は無制御中よりも省電力運転となり、消費電力を低減することができるため合理的である。
【００１５】
（請求項７の記載の発明）
請求項７に記載のエア供給装置は、複数の供給経路に対応した複数のエア供給部を有する排水処理装置用として構成されるものである。エア供給装置から供給するエア供給量がエア供給部（供給先）によって異なる形態であってもよいし、あるいはエア供給量が全て同様となる形態であってもよい。例えば、散気運転時に好気処理領域へ第１の供給量でエアを供給し、逆洗運転時にこの好気処理領域へ第１の供給量よりも多い第２の供給量でエアを切替えて供給する構成の浄化槽に、本発明のエア供給装置を好適に用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のエア供給装置の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態は、本発明をエア供給装置の一つである浄化槽用のブロワの構成技術に適用したものである。ここで、図１は本実施の形態のブロワ２００の構成を示す模式図であって、エアの吐出動作を示す。図２は本実施の形態のブロワ２００の構成を示す模式図であって、エアの吸入動作を示す。図３はブロワ２００の経路切替え弁２２０の構成を示す断面図である。図４は図３の部分拡大図であって、第２の供給経路２１９へエアを供給する状態を示す。図５は図３の部分拡大図であって、第１の供給経路２１８へエアを供給する状態を示す。
【００１７】
本実施の形態のブロワ２００（本発明におけるエア供給装置に対応している。）は、エアを吸入して高圧化し、その高圧化したエアを複数の供給経路へ切替えて供給可能な構成を有する。このブロワ２００は、エアを高圧化する機構がいわゆる電磁式ダイアフラムタイプを用いたものであり、図１，２に示すように、ハウジング２０１内のエア流通経路に、エア高圧化機構２１０、経路切替え弁２２０等を備えている。
【００１８】
エア高圧化機構２１０は、吸入弁２１１、吐出弁２１２、ダイアフラム２１３等を有する。吸入弁２１１は、その吸入動作によって圧縮室２１４へエアを吸入する。吐出弁２１２は、圧縮室２１４で圧縮され高圧化されたエアをその吐出動作によって吐出する。ダイアフラム２１３は、圧縮室２１４の容積を変更可能な弾性を有する。このダイアフラム２１３には、永久磁石を有する振動子２１５が設置され、この振動子２１５の外周に交流ソレノイド式のソレノイド機構２１６が配置されている。このソレノイド機構２１６は、交流電源に接続された励磁コイルに交流電流が通電されることによって電磁石を形成し、このときの電磁力と振動子２１５側の永久磁石との間の吸引・反発力によってダイアフラム２１３に駆動力を付与する。すなわち、振動子２１５が交流電源周波数で振動し、図１中の矢印Ａ方向（図中右側）あるいは図２中の矢印Ｂ方向（図中左側）へ動作する。これにより、ダイアフラム２１３による圧縮室２１４内の容積変化と、吸入弁２１１、吐出弁２１２との作用によってエアの吸入・圧縮が繰り返されることとなる。このとき圧縮室２１４内は、ダイアフラム２１３が左側へ移動したときに低圧化された吸入状態となり（図２参照）、ダイアフラム２１３が図中右側へ移動したときに高圧化された吐出状態となる（図１参照）。圧縮室２１４内で高圧化されたエアは、吐出弁２１２を介して吐出され、高圧室２１７を通じて経路切替え弁２２０へ送られる。
なお、図１および図２では、便宜上、振動子２１５の一端にダイアフラム２１３が設置される記載となっているが、実際にはダイアフラム２１３は振動子２１５の両端に設置された構成になっている。
【００１９】
経路切替え弁２２０は、本発明における経路切替え弁に対応しており、高圧室２１７のエアを第１の供給経路２１８ないし第２の供給経路２１９へ切り替えて供給可能な構成になっている。この経路切替え弁２２０は、図３に示すように、弁機構２３０、ソレノイド機構２３６、バネ２３８、第１弁座２４０および第２弁座２５０等によって構成されている。この経路切替え弁２２０の切替え動作は、図示省略の制御手段によって制御される。
【００２０】
弁機構２３０は、弁軸部２３２の中央位置に平板状の弁体２３４を備えている。高圧室２１７に弁体２３４が配置された状態では、弁軸部２３２が貫通路２４１，２５１に挿通されるようになっている。すなわち、貫通路２４１，２５１は高圧室２１７のエアが流れる通路であるとともに、弁軸部２３２が挿通する箇所でもある。貫通路２４１，２５１は、１つの弁座に複数設けることもできる。また、この弁機構２３０は、弁軸部２３２の一端がソレノイド機構２３６に接続され、弁軸部２３２の他端がバネ２３８に接続される構成になっている。
【００２１】
バネ２３８は、例えばコイルばねを用いた構成であり、弁軸部２３２に対し図３中の左側方向への弾性付勢力（引っ張り力）を付与する構成になっている。このバネ２３８は、コイルばね以外に、板ばね、弾性部材等を用いた構成であってもよい。
ソレノイド機構２３６（本発明におけるソレノイド機構に対応している）は、エア高圧化機構２１０のソレノイド機構２１６と同様の交流ソレノイドであり、図３では模式的に示している。このソレノイド機構２３６は、励磁コイルへの通電によって弁軸部２３２の可動鉄心部分に対し図３中の右側方向への付勢力（引っ張り力）を付与する構成になっている。励磁コイルへの通電は、例えばタイマースイッチ回路によって制御される。このような構成において、弁軸部２３２はソレノイド機構２３６への通電によってバネ２３８の弾性付勢力に抗して動作し、弁体２３４が第１弁座２４０側に当接する。反対に、ソレノイド機構２３６への通電が解除されることによって、弁軸部２３２はバネ２３８の弾性付勢力にしたがって動作し、弁体２３４が第２弁座２５０側に当接する。本実施の形態では、ソレノイド機構２３６およびバネ２３８を用いて本発明における駆動手段が構成されている。
【００２２】
第１弁座２４０および第２弁座２５０は、弁体２３４を挟んでその両側に対向状に配置されている。これら第１弁座２４０および第２弁座２５０は、ゴムや樹脂等の弾性材料を用いて同形状に形成されている。
第１弁座２４０は、その弁座本体（基体）を貫通する貫通路（スリット）２４１を備えている。この貫通路２４１を通じて高圧室２１７が第１の供給経路２１８と連通される。この第１弁座２４０は、第１の面２４２および第２の面２４３を備え、第１の面２４２に弁体２３４が当接する構成になっている。一方、第２弁座２５０の貫通路（スリット）２５１を通じて高圧室２１７が第２の供給経路２１９と連通される。この第２弁座２５０は、第１の面２５２および第２の面２５３を備え、第２の面２５３に弁体２３４が当接する構成になっている。
【００２３】
第１の面２４２および２５２は、いずれも同様の膜型シール形状を有する。この膜型シール形状は、薄肉片２４２ａ，２５２ａを外側（図３中の左側）へ向けて拡張させた吸盤状にすることで形成されている。これらの薄肉片２４２ａ，２５２ａが、本発明における突出部（第１の突出部）に対応している。例えば薄肉片２４２ａは、弁体２３４に対向して突出する構成になっている。
一方、第２の面２４３および２５３は、いずれも同様の突起型シール形状を有する。この突起型シール形状は、弁体２３４の移動方向（押圧方向）へ沿った方向へ突出した突起２４３ａ，２５３ａによって形成されている。これらの突起２４３ａ，２５３ａが、本発明における第２の突出部に対応している。例えば突起２５３ａは、弁体２３４に対向して突出する構成になっている。
このように、本実施の形態では、膜型シール形状と突起型シール形状を併せ持つ弁座を、第１弁座２４０および第２弁座２５０の構成に用いている。
【００２４】
ここで、本実施の形態の第１弁座２４０および第２弁座２５０の作用を図４および図５を参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、エア高圧化機構２１０で高圧化したエアを第１の供給経路２１８側から第２の供給経路２１９側へ切替える態様を第１の態様とし、第２の供給経路２１９側から第１の供給経路２１８側へ切替える態様を第２の態様とする。
【００２５】
図４に示すように、第１の態様では弁体２３４が第１弁座２４０の第１の面２４２に作用する。このとき、弁体２３４は薄肉片２４２ａの先端部分に当接したのち、この薄肉片２４２ａを矢印Ｃ方向へ押圧することで第１の供給経路２１８を閉鎖（シール）する。このとき、弁体２３４による第２の供給経路２１９の閉鎖（シール）は解除されて第２の供給経路２１９が開放される。
薄肉片２４２ａは、その構成上、弁体当接時に外周方向へ向けて拡張するように撓み（弾性変形し）、その吸盤作用によって弁体２３４に効果的に吸着する。このとき、薄肉片２４２ａは、弁体２３４に対し例えば弁体２３４の移動方向と交差する方向への弾性反発力を作用させることとなる。この態様が本発明における「弁体当接時にこの弁体の移動方向と異なる方向へ弾性反発力を作用させる。」との態様に相当する。この薄肉片２４２ａは、突起２４３ａ，２５３ａよりも弾性反発力が小さい構成であるため、相対的に弁体２３４に対し過剰な負荷を与えることなく第１の供給経路２１８を確実に閉鎖（シール）することができる。弁体２３４に効果的に吸着するこの薄肉片２４２ａは、突起２４３ａ，２５３ａに比して高いシール性能を有する。なお、薄肉片２４２ａによる吸盤作用（吸引力）は、ソレノイド機構２３６がオフの状態においてバネ２３８の付勢力よりも小さくなるように設定されるのが好ましい。これにより、弁体２３４が第２弁座２５０側へ移動する際の円滑性を確保するのに有効である。
【００２６】
本実施の形態では、薄肉片２４２ａのこのような特徴を勘案し、ソレノイド機構２３６の駆動によって弁体２３４が当接する箇所、すなわち本実施の形態では第１弁座２４０の第１の面２４２に薄肉片２４２ａを取り付けた構成としている。交流のソレノイド機構２３６を用いて弁体２３４を駆動する構成では、可動鉄心の保持が確実に行われにくい場合があり、このような場合に薄肉片２４２ａによる弾性反発力が弁体２３４に過度に作用すると弁体２３４がいわゆるチャタリング現象（ブザー音の発生）を起こすことがある。すなわち、交流ソレノイドは、周波数に応じてソレノイドの保持力が周期的に変動するため、ソレノイドの臨界域では脈動に起因するブザーのような騒音が発生し易い。
そこで、本実施の形態の薄肉片２４２ａのような構成を用いることで、弁座の信頼性を向上させて第１の態様におけるシール性能を維持するのに特に有効である。また、このようなシール性能の高い薄肉片２４２ａを用いることで、ソレノイド機構２３６にかかる負荷を軽減させて電磁石の容量を小さくできる。これにより、ソレノイド機構２３６のコスト低減、経路切替え弁２２０およびブロワ２００の小型化、消費電力の低減等を図ることが可能となる。
【００２７】
一方、図５に示すように、第２の態様では弁体２３４が第２弁座２５０の第２の面２５３に作用する。このとき、弁体２３４が突起２５３ａの先端部分に当接したのち、この突起２５３ａを矢印Ｄ方向へ押圧することで第２の供給経路２１９を閉鎖（シール）する。このとき、弁体２３４による第１の供給経路２１８の閉鎖（シール）は解除されて第１の供給経路２１８が開放される。
突起２５３ａは、その構成上、弁体当接時に弁体２３４の移動方向に沿った方向へ潰れるように弾性変形する。このとき、突起２５３ａは、弁体２３４に対し例えば弁体２３４の移動方向に沿った方向への弾性反発力を作用させることとなる。この態様が、本発明における「弁体当接時にこの弁体の移動方向に沿った方向へ弾性反発力を作用させる。」との態様に相当する。この突起２５３ａは、薄肉片２４２ａ，２５２ａよりも弾性反発力が大きく変形しにくい構成であるため、相対的に長期間（長時間）のシールによる弁座の経年劣化が起こりにくい。すなわち、突起２５３ａを用いた場合は、長期間シールされた状態が保持されてもシール性能が低下しにくい。本実施の形態では、突起２５３ａのこのような特徴を勘案し、シール時間（閉鎖時間）が相対的に長い設定の第２の態様において、突起２５３ａが弁体２３４に当接する構成としている。これにより、第２の態様におけるシール性能を維持するのに特に有効である。
また、本実施の形態では、薄肉片および突起の２種類のシール構造を有する１種類の弁座を、第１弁座２４０と第２弁座２５０とに用いることが可能であるため合理的である。
【００２８】
ここで、上記構成のブロワ２００を浄化槽１００（本発明における排水処理装置に対応している。）に対するエア供給装置として用いた場合について図６を参照しながら説明する。図６は、浄化槽１００とブロワ２００との接続例を示す模式図である。
図６に示すように、本実施の形態の浄化槽１００は、処理工程の順に対応して、上流（図６中の左側）から第１嫌気濾床槽１０、第２嫌気濾床槽２０、担体流動生物濾過槽３０、処理水槽４０、消毒槽５０を備えている。
嫌気濾床槽１０，２０は、所定量の濾材Ｃ１，Ｃ２が充填された濾床１１，２１を有し、有機汚濁物質を嫌気処理（還元）する嫌気性微生物がこの濾材Ｃ１，Ｃ２に付着する。
【００２９】
担体流動生物濾過槽３０には、担体充填部３１に所定量の粒状担体Ｃ３が流動可能に充填されており、有機汚濁物質を好気処理（酸化）する好気性微生物がこの粒状担体Ｃ３に付着する。この粒状担体Ｃ３は、例えば粒状の中空円筒形に形成されている。また、この担体流動生物濾過槽３０には、エア供給孔を有する散気装置３２および逆洗装置３３が設けられている。逆洗装置３３は槽内の底部に設けられ、逆洗運転時にこの逆洗装置３３のエア供給孔を通じて槽内へエアが供給される。散気装置３２は逆洗装置３３よりも槽上方に設けられ、散気運転時にこの散気装置３２のエア供給孔を通じて槽内へエアが供給される。散気運転時には、散気装置３２から供給されたエアによって有機汚濁物質が好気処理されるとともに、粒状担体Ｃ３によってＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ）等が濾過処理される。粒状担体Ｃ３に付着したこのＳＳ等は、逆洗運転時に逆洗装置３３から供給されたエアによって剥離する。
【００３０】
処理水槽４０は、消毒槽５０へ移送する前の水を貯留する。この処理水槽４０には、いずれもブロワ２００に接続された第１エアリフト７０および第２エアリフト８０が設置されている。第１エアリフト７０は、エアによって駆動されて処理水槽４０の貯留水の一部を第１嫌気濾床槽１０へ戻す構成になっている。また、第２エアリフト８０は、エアによって駆動されて担体流動生物濾過槽３０の水の一部を第１嫌気濾床槽１０へ戻す構成になっている。
消毒槽５０は消毒剤注入装置（図示省略）を備えており、浄化槽１００から放流する前の水を消毒処理するように構成されている。
【００３１】
前述のように、ブロワ２００のエア高圧化機構２１０で高圧化されたエアは、経路切替え弁２２０によって第１の供給経路２１８ないし第２の供給経路２１９へ切替えられる。本実施の形態では、この第１の供給経路２１８に散気装置３２および第１エアリフト７０（本発明におけるエア供給部）を接続し、第２の供給経路２１９に逆洗装置３３および第２エアリフト８０（本発明におけるエア供給部）を接続した構成としている。従って、ブロワ２００からのエア供給先が第１の供給経路２１８側に切替えられたときが散気運転の状態であり、このエア供給先が第２の供給経路２１９側に切替えられたときが逆洗運転の状態である。
【００３２】
ブロワ２００によるエア吐出量は、散気運転時に例えば４０リットル／分に設定され、逆洗運転時に例えば８０リットル／分（ブロワ２００の最大エア吐出量）に設定される。このようにエア供給量を調節する場合、例えばソレノイド機構２１６の交流電源の位相制御を行うのが好ましい。交流電源の無制御の場合には電源周波数と同じ回数でダイアフラム２１３が振動する一方、この交流電源の位相制御では無制御時の交流電圧の波形が部分的にカットされてソレノイド機構２１６による磁力がセーブされることとなる。これにより、振動子２１５、すなわちダイアフラム２１３の変動幅が無制御時よりも短くなり、ブロワ２００から吐出されるエア供給量が少なくなる。このように交流電源の位相制御を行うことで、無制御の場合に比してダイアフラム２１３の耐久性を向上させることができ、また、位相制御中は無制御中よりも省電力運転となるため消費電力の低減を図ることができる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、相対的に運転時間が長い、すなわち弁体２３４によってシールされた状態が長時間保持されることとなる散気運転時において、相対的に弾性反発力が大きく変形しにくい構成の突起２５３ａ（第２の面２５３）が弁体２３４に当接する構成とするのが好ましい。これにより、シールによる経年劣化が起こりにくい。また、相対的に運転時間が短い、すなわち弁体２３４によってシールされた状態が長時間保持されない逆洗運転時において、弁座自体の弾性反発力が過度に作用しにくい構成の薄肉片２４２ａ（第１の面２４２）が弁体２３４に当接する構成としている。この態様が、本発明でいう「弁体の移動方向と異なる方向へ弾性反発力を作用させる突出部を有する弁座は、弁体に当接する時間が相対的に短い構成である。」に対応している。これにより、ソレノイド機構２３６により可動鉄心の保持が確実に行われにくい場合であっても、弁体２３４がチャタリング現象（ブザー音の発生）を起こすのを防止することができる。
【００３４】
以上のように、上記実施の形態によれば、第１の供給経路２１８と第２の供給経路２１９との切り替えを確実に行うことが可能な信頼性の高い経路切替え弁の構成技術を実現することができる。すなわち、ソレノイド機構２３６によって駆動された弁体２３４が当接する第１弁座２４０に膜型シール形状を用いることで、弁体２３４に対し過剰な負荷を与えることなく第１の供給経路２１８を確実に閉鎖（シール）することができる。とりわけ、ソレノイド機構２３６による可動鉄心の保持が確実に行われない場合であっても、第１の供給経路２１８のシール性を確保することができる。また、このような膜型シール形状は、シール性能が高くソレノイド機構２３６にかかる負荷を軽減させて電磁石の容量を小さくでき、ソレノイド機構２３６のコスト低減、経路切替え弁２２０およびブロワ２００の小型化、消費電力の低減等を図ることができるというメリットがある。一方、バネ２３８によって駆動された弁体２３４が当接する第２弁座２５０に突起型シール形状を用いることで、長期間（長時間）のシールによる弁座の経年劣化を抑えることができる。
【００３５】
また、上記実施の形態によれば、膜型シール形状と突起型シール形状とを併せ持つ構成の弁座を用いるため、それぞれの特徴を生かした使用条件に適用可能となる。また、１形状で複数の用途の弁座に対応することが可能となるため、部品点数の低減を図るのに有効である。
【００３６】
また、上記実施の形態によれば、エア高圧化機構２１０によるエア供給量の調節を行うのにソレノイド機構２１６における交流電源の位相制御を用いたため、無制御の場合に比してダイアフラム２１３の耐久性を向上させることができ、また、位相制御中は無制御中よりも省電力運転となり、消費電力を低減することができる。このような構成は、散気運転時と逆洗運転時に、浄化槽１００の好気処理領域へエア供給量を切替えて供給するエア供給装置に好適に用いることができる。
【００３７】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００３８】
上記実施の形態では、弁体２３４を駆動する駆動手段として、励磁コイルに交流電圧が印加されて作動するソレノイド機構２３６と、バネ２３８とを組み合わせた場合について記載したが、例えば、交流ソレノイドないし直流ソレノイドのみを用いて駆動手段を構成することもできる。直流ソレノイドは、例えば車両用のエア供給装置（例えば車載用の養魚活魚水槽にエアを供給する装置）において用いることができる。また、バネ２３８としてコイルばねを用いる場合について記載したが、その他として板ばね、弾性部材等を用いてもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態では、膜型シール形状と突起型シール形状を併せ持つ弁座を、第１弁座２４０および第２弁座２５０の構成に用いる場合について記載したが、他の形状の弁座を用いることもできる。ここで、他の形状の弁座を用いた経路切替え弁の構成例を図７〜図１０を参照しながら説明する。なお、これらの図において図３〜図５に示す要素と同一の要素には同一の符号を付している。
【００４０】
図７に示す経路切替え弁３２０では、ソレノイド機構２３６によって駆動された弁体２３４が当接する第１弁座３４０の第１の面３４２に、第１弁座２４０と同様の薄肉片２４２ａ（あるいは薄肉片２５２ａ）を設けることでシール面を膜型シール形状としている。一方、バネ２３８によって駆動された弁体２３４が当接する第２弁座３５０の第２の面３５３に、第２弁座２５０と同様の突起２５３ａ（あるいは突起２４３ａ）を設けることでシール面を突起型シール形状としている。なお、第１弁座３４０の第２の面３４３、および第２弁座３５０の第１の面３５２は、膜型シール形状や突起型シール形状とせず簡素化された構成としている。
【００４１】
図８に示す経路切替え弁４２０では、１つのソレノイド機構２３６とバネ２３８を用いる形態にかえて、２つのソレノイド機構２３６を用いて弁体２３４を駆動する構成としている。これに対応して、第１弁座４４０および第２弁座４５０の両面（第１の面４４２，４５２および第２の面４４３，４５３）に、第１弁座２４０と同様の薄肉片２４２ａ（あるいは薄肉片２５２ａ）を設けシール面を膜型シール形状としている。
【００４２】
図９に示す経路切替え弁５２０では、ソレノイド機構２３６によって駆動された弁体２３４が当接する第１弁座５４０の第１の面５４２に、弁体２３４に対向して突出する第１突出片５４２ａおよび第２突出片５４２ｂが設けられている。また、第１突出片５４２ａと第２突出片５４２ｂとによって囲まれる領域に空間部５４２ｃが形成される。これら第１突出片５４２ａおよび第２突出片５４２ｂは一体的に接合された構成であってもよいし、あるいは分離可能な構成であってよい。このような構成の第１突出片５４２ａおよび第２突出片５４２ｂは、本発明における突出部（第１の突出部）を構成するものであり、弁体当接時にこの弁体の移動方向と異なる方向へ弾性反発力を作用させる。このような構成により、弁体当接時における第１弁座５４０の弾性反発力を適正なレベルに抑えることが可能となる。また、第１弁座５４０の第２の面５４３には、第１弁座２４０と同様の突起型シール形状の突起２４３ａ（あるいは突起２５３ａ）が設けられている。なお、図示しないものの、第２弁座もこの第１弁座５４０と同一の形状のものを用いており、バネ２３８によって駆動された弁体２３４に突起２４３ａが当接する構成としている。
【００４３】
図１０に示す経路切替え弁６２０では、弁体２３４の第１の面に第１弁座６４０が配置されている。この第１弁座６４０は、第１弁座２４０と同様の薄肉片２４２ａ（あるいは薄肉片２５２ａ）を備え、貫通路２４１に対するシール面を膜型シール形状としている。また、弁体２３４の第２の面に第２弁座６５０が配置されている。この第２弁座６５０は、第２弁座２５０と同様の突起２５３ａ（あるいは突起２４３ａ）を備え、貫通路２５１に対するシール面を突起型シール形状としている。これら第１弁座６４０および第２弁座６５０は、例えば弁体２３４側に接合されている。この構成も、本発明でいう「弁座は、弁体に対向して突出する突出部を有し、当該突出部は弁体当接時にこの弁体の移動方向と異なる方向へ弾性反発力を作用させる。」との構成に相当するものである。
上記のような構成の経路切替え弁３２０，４２０，５２０，６２０を用いた場合であっても、本実施の形態の経路切替え弁２２０と同様の種々の作用効果を奏する。
【００４４】
また、上記実施の形態では、エア高圧化機構２１０においてソレノイド機構２１６の位相制御を行うことで供給エア量を調節する場合について記載したが、電圧を変化させることで供給エア量を調節する構成を用いることもできる。また、エアを高圧化する機構がいわゆる電磁式ダイアフラムタイプであるブロワ２００を用いたが、これにかえて例えばモータによって駆動されるいわゆるロータリータイプのブロワを用いることもできる。この場合、モータをインバーター制御することで吐出エア量を調節することが可能となる。
【００４５】
また、上記実施の形態では、浄化槽１００にブロワ２００を接続する場合について記載したが、その他の装置、例えば養魚活魚水槽等にブロワ２００を接続してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高圧化したエアを経路切替え弁を用いて複数の供給経路へ切替えて供給する構成のエア供給装置につき、信頼性の高い経路切替え弁を実現できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のブロワ２００の構成を示す模式図であって、エアの吐出動作を示す。
【図２】本実施の形態のブロワ２００の構成を示す模式図であって、エアの吸入動作を示す。
【図３】ブロワ２００の経路切替え弁２２０の構成を示す断面図である。
【図４】図３の部分拡大図であって、第２の供給経路２１９へエアを供給する状態を示す。
【図５】図３の部分拡大図であって、第１の供給経路２１８へエアを供給する状態を示す。
【図６】浄化槽１００とブロワ２００との接続例を示す模式図である。
【図７】別の実施の形態の経路切替え弁３２０の構成を示す模式図である。
【図８】別の実施の形態の経路切替え弁４２０の構成を示す模式図である。
【図９】別の実施の形態の経路切替え弁５２０の構成を示す模式図である。
【図１０】別の実施の形態の経路切替え弁６２０の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…第１嫌気濾床槽
２０…第２嫌気濾床槽
３０…担体流動生物濾過槽
３２…散気装置
３３…逆洗装置
４０…処理水槽
５０…消毒槽
１００…浄化槽
２００…ブロワ（エア供給機構）
２１０…エア高圧化機構
２１３…ダイアフラム
２１８…第１の供給経路
２１９…第２の供給経路
２２０…経路切替え弁
２３０…弁機構
２３２…弁軸部
２３４…弁体
２３６…ソレノイド機構
２３８…バネ
２４０…第１弁座
２４２，２５２…第１の面
２４２ａ，２５２ａ…薄肉片
２４３ａ，２５３ａ…突起
２４３，２５３…第２の面
２５０…第２弁座

Claims (7)

1. エアを高圧化するエア高圧化機構と、高圧化したそのエアを複数の供給経路へ切替えて供給可能な経路切替え弁とを有するエア供給装置であって、
   前記経路切替え弁は、各供給経路を切替えて開閉する弁体と、この弁体が供給経路を閉鎖するときに当接する弁座と、ソレノイド機構を用いて前記弁体を駆動する駆動手段とを備え、
   前記弁座は、前記弁体に対向して突出する突出部を有し、当該突出部は弁体当接時にこの弁体の移動方向と異なる方向へ弾性反発力を作用させるように構成されていることを特徴とするエア供給装置。
2. 請求項１に記載のエア供給装置であって、
   前記ソレノイド機構には、励磁コイルに交流電圧が印加される交流ソレノイドが用いられていることを特徴とするエア供給装置。
3. 請求項１または２に記載のエア供給装置であって、
   前記突出部は、弁体当接時にこの弁体に吸着可能な膜型のシール形状を有する構成であることを特徴とするエア供給装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のエア供給装置であって、
   前記突出部を有する弁座は、前記弁体に当接する時間が相対的に短い構成であることを特徴とするエア供給装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のエア供給装置であって、
   前記弁座は、弁体当接時にこの弁体の移動方向と異なる方向へ弾性反発力を作用させる第１の突出部と、弁体当接時にこの弁体の移動方向に沿った方向へ弾性反発力を作用させる第２の突出部とを有し、これら各突出部が前記弁体の対向面に各々配置されており、
   前記弁体と前記第１の突出部との当接によって第１の供給経路が閉鎖されて第２の供給経路が開放され、前記弁体と前記第２の突出部との当接によって第１の供給経路を開放されて第２の供給経路が閉鎖される構成であることを特徴とするエア供給装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のエア供給装置であって、
   前記エア高圧化機構は、ダイアフラムと、交流電源に接続された励磁コイルを用いて前記ダイアフラムを駆動する交流ソレノイドとを備え、
   前記交流電源を位相制御することで前記高圧化機構から供給されるエア供給量を可変とする構成であることを特徴とするエア供給装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のエア供給装置であって、
   複数のエア供給部を有する排水処理装置に接続されていることを特徴とするエア供給装置。

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