JP2011196113A - 真空弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚水の水位が過度に上昇した場合でも、汚水の圧力による破損を防止することができる真空汚水収集システムに使用される真空弁の制御装置を提供する。
【解決手段】真空弁４の開閉動作のために供給する真空および大気圧を切換える真空弁開閉機構６４，６５，５３，７０ａと、該真空弁開閉機構を作動させる往復動可能な軸５４と、軸５４を、真空弁４を閉じる方向に付勢するバネ６８と、軸５４と一体に往復動可能な第１ダイヤフラム５６および第２ダイヤフラム５９と、第１ダイヤフラム５６の両側に差圧を生じさせて、軸５４を真空弁４を開く方向に移動させる第１室５７および第２室５８と、第２ダイヤフラム５９の両側に差圧を生じさせて、軸５４を真空弁４を開く方向に移動させる第３室６０および第４室６１と、軸５４の真空弁４を閉じる方向への変位を制限する変位制限機構７８とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は真空弁の開により汚水ます中の汚水を吸込管で吸引し、汚水処理場等に設置された真空ポンプ場に移送する真空汚水収集システムに使用される真空弁の制御装置に関するものである。

図１は、真空汚水収集システムに使用される真空弁ユニットの従来の構成例を示す図である。図１において、符号１は汚水ますである。該汚水ます１内には吸込管３の先端が挿入されており、吸込管３の後端は真空弁４を介して真空タンクに連通するライン５（真空系）に接続されている。真空弁４はピストン室４ｃ内にダイヤフラム４ｂと該ダイヤフラム４ｂを付勢するバネ４ａを具備している。

符号１１は制御装置であり、該制御装置１１はケーシング１２を具備し、該ケーシング１２は大径部１２ａと小径部１２ｂが一体となった構造である。大径部１２ａには中央部にシャフト（軸）１４が貫通する隔壁１５が設けられ、左右室に区分されている。左側の室は中央部に設けられた第１ダイヤフラム１６により第１室１７と第２室１８に区分され、右側の室は中央部に設けられた第２ダイヤフラム１９により第３室２０と第４室２１に区分されている。また、小径部１２ｂは隔壁２２で左右室に区分されており、左側の室は前記第４室２１に連通し、右側の室は隔壁２３で第５室２４と第６室２５に区分されている。

シャフト１４の先端には弁体１３が固定されており、弁体１３は第６室２５に配置されている。シャフト１４の後端は第１ダイヤフラム１６の中央部に固定されている。該シャフト１４は隔壁１５を貫通し、第２ダイヤフラム１９を嵌挿（ダイヤフラム１９はシャフト１４に固定されている）し、さらに、隔壁２２、隔壁２３を貫通している。シャフト１４が隔壁１５を貫通する貫通部にはシール機構（図示せず）が、隔壁２２を貫通する貫通部にはシール機構（図示せず）がそれぞれ設けられ、シャフト１４の隔壁２３の貫通部には弁体１３で開閉される貫通孔２３ａが設けられている。符号２８は第２ダイヤフラム１９を左側に押すバネである。

ケーシング１２の後端壁のシャフト１４の後端に対向する位置には磁石２９が設けられている。第６室２５には、大気開放孔３０ａを有する弁座３０が設けられている。大気開放孔３０ａは、大気に連通しており、弁体１３によって開閉される。シャフト１４は、バネ２８によって弁体１３が大気開放孔３０ａから離間する方向に付勢されている。

吸込管３には上下所定の間隔を設けて圧力検出孔９，１０が設けられ、圧力検出孔９はパイプ３１で第４室２１に連通し、圧力検出孔１０はパイプ３２で第３室２０に連通する。汚水ます１内には、汚水の水位の変化を圧力の変化に変換する圧力センサ管２が配置されている。この圧力センサ管２はパイプ３３で第１室１７に連通する。また、第２室１８は孔３４で大気に連通している。また、第５室２４はパイプ３５でライン５に連通し、第６室２５はパイプ３６で真空弁４のピストン室４ｃに連通している。

上記構成の真空弁ユニットにおいて、汚水ます１の汚水の水位が上昇し、圧力センサ管２の圧力が上昇すると、該圧力はパイプ３３を通って制御装置１１内の第１室１７に伝えられる。これにより第１ダイヤフラム１６がバネ２８の弾発力および磁石２９の磁気吸引力に打ち勝って右に移動してシャフト１４を押し、弁体１３は弁座３０に当接して、大気開放孔３０ａを閉じる。そして、ライン５より真空がパイプ３５を通って第５室２４および第６室２５に伝えられ、さらに真空弁４のピストン室４ｃに伝えられる。これにより真空弁４の弁体６は引き上げられる。

圧力センサ管２の圧力により、第１ダイヤフラム１６が押され、シャフト１４が動き始めるとその移動に伴ってバネ２８の弾発力は増大するが、磁石２９の磁気吸引力は急激に減少（移動距離の２乗に反比例）するから、シャフト１４は一気に移動端、即ち弁体１３が大気開放孔３０ａを閉じる位置まで移動する。

真空弁４の弁体６が引き上げられると、ライン５と吸込管３は連通するから、汚水が吸引され始め、汚水は空気吸込管８から取り込まれた空気と混ざり合いながら吸込管３を移送される。この時、圧力検出孔９と圧力検出孔１０の間には差圧が発生し、これがパイプ３１，３２を通して第４室２１と第３室２０に伝えられる。この差圧は第２ダイヤフラム１９を右側へ押す力となり、シャフト１４を介して弁体１３はさらに右に押し付けられる。汚水の水位が下がって第１室１７と第２室１８の圧力差が無くなっても、汚水が吸込管３内を流れている間は第４室２１と第３室２０の差圧のために弁体１３は右側に押し付けられたままとなっている。

汚水の水位がさらに下がり、吸込管３の下端が空気を吸うようになると、圧力検出孔９と圧力検出孔１０の間に差圧が無くなるため、バネ２８により第２ダイヤフラム１９は左側に押され、弁体１３は左側に押し付けられ、隔壁２３の貫通孔２３ａを閉じる。これにより、第６室２５に大気が流入し、該大気はパイプ３６を通して真空弁４のピストン室４ｃに流入し、真空弁４の弁体６はバネ４ａの弾発力により戻されて、吸込管３とライン５との間の胴体７を閉じ、吸込管３とライン５の連通を遮断する。

特開平１０−６０９９５号公報

停電などによりライン５が真空に引かれない状況では、汚水ます１内の汚水の水位が高くなっても汚水が吸引されないため、汚水の水位が通常よりも高くなる。それに伴って圧力センサ管２の圧力も通常よりも高められる。第１ダイヤフラム１６に作用する圧力が高くなりすぎると、シャフト１４が弁体１３を弁座３０に押し付ける力が強くなりすぎて、制御装置１１が破損するおそれがあった。

また、汚水ます１内の汚水の水位がさらに上昇して、弁体１３や大気開放孔３０ａにまで達すると、弁座３０に異物が付着し、弁体１３と弁座３０とのシール性が低下するおそれがあった。また、弁座３０に付着した異物が制御装置内に吸い込まれる可能性もあった。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、汚水の水位が過度に上昇した場合でも、汚水の圧力による破損を防止することができる真空汚水収集システムに使用される真空弁の制御装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、先端が汚水ます内に配置された吸込管と汚水を真空吸引力によって移送させる真空系との間に配置され、真空および大気圧を供給することで開閉動作する真空弁を制御する制御装置であって、前記真空弁の開閉動作のために供給する真空および大気圧を切換える真空弁開閉機構と、前記真空弁開閉機構を作動させる往復動可能な軸と、前記軸を、前記真空弁を閉じる方向に付勢するバネと、前記軸と一体に往復動可能な第１ダイヤフラムおよび第２ダイヤフラムと、前記第１ダイヤフラムの両側に差圧を生じさせて、前記軸を前記真空弁を開く方向に移動させる第１室および第２室と、前記第２ダイヤフラムの両側に差圧を生じさせて、前記軸を前記真空弁を開く方向に移動させる第３室および第４室と、前記軸の前記真空弁を閉じる方向への変位を制限する変位制限機構とを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記変位制限機構は、前記第１ダイヤフラムおよび／または前記第２ダイヤフラムの変位を制限するストッパーであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記変位制限機構は、前記第１ダイヤフラムおよび／または前記第２ダイヤフラムに固定された鉤状部材と、前記鉤状部材に係合して前記第１ダイヤフラムおよび／または前記第２ダイヤフラムの変位を制限する係合部材とを有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記真空弁開閉機構は、前記軸の先端に設けられた弁体と、前記真空弁に真空を供給する際に前記弁体によって塞がれる大気開放孔とを有し、前記大気開放孔は、下方を向いた下側開口端を有するカバーノズルで覆われていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、先端が汚水ます内に配置された吸込管と汚水を真空吸引力によって移送させる真空系との間に配置され、真空および大気圧を供給することで開閉動作する真空弁を制御する制御装置であって、前記真空弁の開閉動作のために供給する真空および大気圧を切換える真空弁開閉機構と、前記真空弁開閉機構を作動させる往復動可能な軸とを備え、前記真空弁開閉機構は、前記軸の先端に設けられた弁体と、前記真空弁に真空を供給する際に前記弁体によって塞がれる大気開放孔とを有し、前記大気開放孔は、下方を向いた下側開口端を有するカバーノズルで覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、第１ダイヤフラムの両側に生じた差圧が大きくなっても、変位制限機構により軸の変位が制限されるので、軸からの過度な荷重が真空弁開閉機構に加わらず、よって、制御装置の破損を防止することができる。
また、本発明によれば、カバーノズルによって大気開口孔が覆われているので、汚水ます内の汚水の水位が大きく上昇した場合でも、汚水の大気開放孔への浸入を防ぐことができる。

真空汚水収集システムに使用される真空弁ユニットの従来の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置を備えた真空弁ユニットを示す模式図である。 図２に示す制御装置の側面図である。 図２に示す制御装置の正面図である。 図２に示す制御装置の拡大断面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 変位制限機構の変形例を示す断面図である。 変位制限機構の他の変形例を示す部分断面図である。 図８に示すＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図２に示す真空弁ユニットにおいて、特に説明しない構成および動作は、図１に示す真空弁ユニットの構成および動作と同様であり、その重複する説明を省略する。また、同一または対応する要素には同一の符号を付す。

本実施形態に係る制御装置５１は、ケーシング５２を具備し、該ケーシング５２は大径部５２ａと小径部５２ｂが一体となった構造である。大径部５２ａには中央部にシャフト（軸）５４が貫通する隔壁５５が設けられ、左右室に区分されている。左側の室は中央部に設けられた第１ダイヤフラム５６により第１室５７と第２室５８に区分され、右側の室は中央部に設けられた第２ダイヤフラム５９により第３室６０と第４室６１に区分されている。また、小径部５２ｂは隔壁６２で左右室に区分されており、左側の室は前記第４室６１に連通し、右側の室は隔壁６３で第５室６４と第６室６５に区分されている。

シャフト５４の先端には弁体５３が固定されており、この弁体５３は第６室６５に配置されている。シャフト５４と第１ダイヤフラム５６とは固定されておらず、両者が離間可能になっている。該シャフト５４は隔壁５５を貫通し、第２ダイヤフラム５９を嵌挿（ダイヤフラム５９はシャフト５４に固定されている）し、さらに、隔壁６２、隔壁６３を貫通している。シャフト５４が隔壁５５を貫通する貫通部にはシール機構７１が、隔壁６２を貫通する貫通部にはシール機構７２がそれぞれ設けられ、シャフト５４の隔壁６３の貫通部には弁体５３で開閉される貫通孔６３ａ（図５参照）が設けられている。符号６８は第２ダイヤフラム５９を左側に押すバネである。

ケーシング５２の後端壁のシャフト５４の後端に対向する位置には磁石６９が設けられている。（なお、本実施形態では、ダイヤフラム５６自体に磁性体の金属が埋め込まれている。）第６室６５には、大気開放孔７０ａを有する弁座７０が設けられている。大気開放孔７０ａは、大気に連通しており、弁体５３によって開閉される。シャフト５４は、バネ６８によって弁体５３が大気開放孔７０ａから離間する方向（真空弁４が閉じる方向）に付勢されている。

吸込管３には上下所定の間隔を設けて圧力検出孔９，１０が設けられ、圧力検出孔９はフレキシブルチューブ９１で第４室６１に連通し、圧力検出孔１０はフレキシブルチューブ９２で第３室６０に連通している。さらに、汚水の水位の変化を圧力の変化に変換する圧力センサ管２はフレキシブルチューブ９３で第１室５７に連通する。また、第２室５８は大気開放ポート７４（図３，図４参照）を通じて大気に連通している。また、第５室６４はフレキシブルチューブ９５でライン５に連通し、第６室６５はフレキシブルチューブ９６で真空弁４のピストン室４ｃに連通している。

フレキシブルチューブ９１，９２，９３は、制御装置５１の接続ポート１０１，１０２，１０３に取り付けられる。フレキシブルチューブ９１，９２，９３の接続ポート１０１，１０２，１０３への取付け作業が行ないやすいように、大気開放ポート７４は、図４に示すように、接続ポート１０１，１０２，１０３とは異なる角度に設けられている。同様の理由で、フレキシブルチューブ９５，９６が接続される接続ポート１０５，１０６は、互いに異なる角度で設けられている。

大気開放孔７０ａの外側開口端は、カバーノズル７６によって覆われている。より具体的には、図５に示すように、弁座７０が取り付けられる部材７３には、逆Ｌ字型のカバーノズル７６が密着されている。カバーノズル７６の上側開口端は大気開放孔７０ａの外側開口端を覆い、カバーノズル７６の下側開口端は下方を向いている。カバーノズル７６の下側開口端は、大気開放孔７０ａよりも下方に位置している。万が一、汚水ます１内の汚水の水位が上昇してカバーノズル７６に達したとしても、汚水は下側開口端より上の空間には浸入してこない。したがって、汚水が弁座７０や弁体５３に付着することがなく、弁体５３と弁座７０とのシール性が良好に維持される。

上記構成の真空弁ユニットにおいて、汚水ます１の汚水の水位が上昇し、圧力センサ管２の圧力が上昇すると、該圧力はフレキシブルチューブ９３を通って制御装置５１内の第１室５７に伝えられる。これにより第１ダイヤフラム５６がバネ６８の弾発力および磁石６９の磁気吸引力に打ち勝って右に移動してシャフト５４を押し、弁体５３は弁座７０に当接して、大気開放孔７０ａを閉じる。そして、ライン５より真空がフレキシブルチューブ９５を通って第５室６４および第６室６５に伝えられ、さらに真空弁４のピストン室４ｃに伝えられる。これにより真空弁４の弁体６は引き上げられる。

圧力センサ管２の圧力により、第１ダイヤフラム５６が押され、シャフト５４が動き始めるとその移動に伴ってバネ６８の弾発力は増大するが、磁石６９の磁気吸引力は急激に減少（移動距離の２乗に反比例）するから、シャフト５４は一気に移動端、即ち弁体５３が大気開放孔７０ａを閉じる位置まで移動する。ここで第５室６４、第６室６５、大気開放孔７０ａ、および弁体５３は真空弁４を開閉する真空弁開閉機構を構成する。

真空弁４の弁体６が引き上げられると、ライン５と吸込管３は連通するから、汚水が吸引され始め、汚水は空気吸込管８から取り込まれた空気と混ざり合いながら吸込管３を移送される。この時、圧力検出孔９と圧力検出孔１０の間には差圧が発生し、これがフレキシブルチューブ９１，９２を通して第４室６１と第３室６０に伝えられる。この差圧は第２ダイヤフラム５９を右側へ押す力となり、シャフト５４を介して弁体５３はさらに右に押し付けられる。汚水の水位が下がって第１室５７と第２室５８の圧力差が無くなっても、汚水が吸込管３内を流れている間は第４室６１と第３室６０の差圧のために弁体５３は弁座７０に押し付けられたままとなっている。

汚水の水位がさらに下がり、吸込管３の下端が空気を吸うようになると、圧力検出孔９と圧力検出孔１０の間に差圧が無くなるため、バネ６８により第２ダイヤフラム５９は左側に押され、弁体５３は左側に押し付けられ、隔壁６３の貫通孔６３ａ（図５参照）を閉じる。これにより、第６室６５に大気が流入し、大気はフレキシブルチューブ９６を通して真空弁４のピストン室４ｃに流入し、真空弁４の弁体６はバネ４ａの弾発力により戻されて、吸込管３とライン５との間の胴体７を閉じ、吸込管３とライン５の連通を遮断する。

弁座７０が取り付けられている部材７３は、メンテナンスのために取り外しが可能となっており、弁座７０に弁体５３から過大な力がかかると部材７３が破損する虞がある。そこで、弁体５３が弁座７０に過大な力を与えないようにするために、シャフト５４の大気開放孔７０ａに向かう方向への変位を制限する複数のストッパー７８が隔壁５５に設けられている。このストッパー７８は、第２室５８内に配置されており、第１ダイヤフラム５６に対向するように隔壁５５上に設けられている。図６に示すように、ストッパー７８は、シャフト５４の周りに等間隔で配置されており、それぞれ円柱形状を有している。第１ダイヤフラム５６がストッパー７８に当接することで、第１ダイヤフラム５６の右方向（真空弁４が開く方向）への変位が制限され、その結果、第１ダイヤフラム５６と一体に動くシャフト５４の変位が制限される。

第１ダイヤフラム５６がシャフト５４を大気開放孔７０ａに向かって押すと、弁体５３が弁座７０に当接して大気開放孔７０ａを塞ぐ。第１ダイヤフラム５６とストッパー７８との間の軸方向のクリアランスは、弁体５３と弁座７０との間の軸方向のクリアランスよりもやや大きく設定されている。したがって、弁体５３が弁座７０に当接して大気開放孔７０ａを塞いだ状態では、第１ダイヤフラム５６はストッパー７８には当接せず、これらの間には若干の隙間がある。台座７０はゴムなどの可撓部材から形成されており、第１室５７の圧力が更に高まると、弁体５３がさらに図面の右方向に押しやられるように弁座７０が変形し、第１ダイヤフラム５６がストッパー７８に当接する。第１室５７の圧力がさらに高まっても、ストッパー７８が第１室５７の圧力を支えるので、弁座７０には更なる荷重がかからない。したがって、汚水ます１内の汚水の水位が大きく上昇した場合でも、弁体５３による部材７３の破損を防止することができる。

別の態様としては、図７に示すように、第４室６１内に第２ダイヤフラム５９の右方向への変位を制限するストッパー７９を設けても良い。圧力センサ管２の圧力が直接作用するのは第１ダイヤフラム５６であるが、第２ダイヤフラム５９はシャフト５４と完全に連動しているため、第２ダイヤフラム５９の変位を制限することによっても、第１ダイヤフラム５６に作用する圧力を支えることができる。このストッパー７９もシャフト５４の周りに等間隔で配置された複数の円柱部材であり、第２ダイヤフラム５９に対向して配置されている。この例においても、第２ダイヤフラム５９とストッパー７９との間の軸方向のクリアランスは、弁体５３と弁座７０との間の軸方向のクリアランスよりもやや大きく設定されている。

さらに別の態様としては、図８に示すように、第１ダイヤフラム５６に固定され、第１ダイヤフラム５６と一体に動く複数の鉤状部材８０と、この鉤状部材８０に係合して第１ダイヤフラム５６の軸方向の変位（すなわち、シャフト５４の変位）を制限する係合部材８１とにより変位制限機構を構成してもよい。この鉤状部材８０および係合部材８１は第１室５７に設けられており、係合部材８１は、ケーシング５２と一体に形成されている。なお、別体として設けられた係合部材８１をケーシング５２に固定してもよい。

図９は、図８のＢ−Ｂ線断面図である。図９に示すように、係合部材８１はシャフト５４の軸方向から見て円形であり、その周縁部には鉤状部材８０に対応した形状の切り欠き８１ａが形成されている。鉤状部材８０と係合部材８１とを組み立てるときは、鉤状部材８０を係合部材８１の切り欠き８１ａに挿入し、鉤状部材８０が切り欠き８１ａを完全に通過した後、鉤状部材８０全体をシャフト５４を中心として回転させて、鉤状部材８０と切り欠き８１ａとの位置をずらす。これにより、鉤状部材８０が軸方向に移動したときに、鉤状部材８０は係合部材８１に係合する。なお、鉤状部材８０と係合部材８１は、第３室６０に設けてもよい。この場合は、鉤状部材８０は第２ダイヤフラム５９に固定され、係合部材８１は隔壁５５に固定される。

上述した変位制限機構としてのストッパー７８、ストッパー７９、鉤状部材８０と係合部材８１は、単独で採用してもよく、またはこれらを組み合わせてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 汚水ます
２ 圧力センサ管
３ 吸込管
４ 真空弁
５ ライン（真空系）
６ 弁体
５１ 制御装置
５３ 弁体
５４ シャフト
５６ 第１ダイヤフラム
５７ 第１室
５８ 第２室
５９ 第２ダイヤフラム
６０ 第３室
６１ 第４室
７６ カバーノズル
７８，７９ ストッパー
８０ 鉤状部材
８１ 係合部材
９１，９２，９３，９５，９６ フレキシブルチューブ

Claims (5)

1. 先端が汚水ます内に配置された吸込管と汚水を真空吸引力によって移送させる真空系との間に配置され、真空および大気圧を供給することで開閉動作する真空弁を制御する制御装置であって、
   前記真空弁の開閉動作のために供給する真空および大気圧を切換える真空弁開閉機構と、
   前記真空弁開閉機構を作動させる往復動可能な軸と、
   前記軸を、前記真空弁を閉じる方向に付勢するバネと、
   前記軸と一体に往復動可能な第１ダイヤフラムおよび第２ダイヤフラムと、
   前記第１ダイヤフラムの両側に差圧を生じさせて、前記軸を前記真空弁を開く方向に移動させる第１室および第２室と、
   前記第２ダイヤフラムの両側に差圧を生じさせて、前記軸を前記真空弁を開く方向に移動させる第３室および第４室と、
   前記軸の前記真空弁を閉じる方向への変位を制限する変位制限機構とを備えたことを特徴とする制御装置。
2. 前記変位制限機構は、前記第１ダイヤフラムおよび／または前記第２ダイヤフラムの変位を制限するストッパーであることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記変位制限機構は、前記第１ダイヤフラムおよび／または前記第２ダイヤフラムに固定された鉤状部材と、前記鉤状部材に係合して前記第１ダイヤフラムおよび／または前記第２ダイヤフラムの変位を制限する係合部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記真空弁開閉機構は、前記軸の先端に設けられた弁体と、前記真空弁に真空を供給する際に前記弁体によって塞がれる大気開放孔とを有し、
   前記大気開放孔は、下方を向いた下側開口端を有するカバーノズルで覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 先端が汚水ます内に配置された吸込管と汚水を真空吸引力によって移送させる真空系との間に配置され、真空および大気圧を供給することで開閉動作する真空弁を制御する制御装置であって、
   前記真空弁の開閉動作のために供給する真空および大気圧を切換える真空弁開閉機構と、
   前記真空弁開閉機構を作動させる往復動可能な軸とを備え、
   前記真空弁開閉機構は、前記軸の先端に設けられた弁体と、前記真空弁に真空を供給する際に前記弁体によって塞がれる大気開放孔とを有し、
   前記大気開放孔は、下方を向いた下側開口端を有するカバーノズルで覆われていることを特徴とする制御装置。

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