JP2014206241A - 空気弁 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜した配管にも対応できる空気弁を提供する。【解決手段】液体が流れる配管１０に設置され、配管１０内に混入する気体を外部へ排出する空気弁であって、配管１０に対して固定される固定弁箱２及び固定弁箱２に対して回転可能に設けられる可動弁箱３からなり、配管１０に接続される弁箱と、可動弁箱３の内部に設けられ、配管１０内と連通する空気弁室４と、可動弁箱３の上部に設けられ、空気弁室４内と外部とを連通させる空気孔３１、３２と、空気孔３１、３２の空気弁室４側の端部周縁に設けられた弁座５１、５２と、空気弁室４に収容され、液体の浮力によって弁座５１、５２に当接して空気孔３１、３２を閉じるための弁体４１、４２と、を備え、可動弁箱３が固定弁箱２に対して回転されることで、弁座５１、５２が水平になるように調整される。【選択図】図３

Description

本発明は、液体が流れる配管に設置される空気弁に関する。

空気弁（急速空気弁と称することもある）は、水道管等のように流体が流れる配管に設置され、配管内に混入している空気を外部へ排出するために用いられている。空気弁は、様々なものが開発されている（特許文献１等参照）。

図４に従来の空気弁の一例を示す。空気弁６は、配管１０に接続される弁箱６０を備えている。弁箱６０の上部には、弁箱６０内と外部とを連通させる大空気孔６１が形成されている。弁箱６０内には、球状のフロート弁体６２と、フロート弁体６２の上方に配置された遊動弁体６３と、これらの弁体６２、６３を案内するガイド６４とが収容されている。大空気孔６１の下端周縁には大空気孔弁座６５が形成されている。遊動弁体６３には小空気孔６６が形成され、該小空気孔６６の下端周縁には小空気孔弁座６７が形成されている。

図４は、弁箱６０内が充水された状態を示している。充水状態では、フロート弁体６２及び遊動弁体６３は、液体の浮力により鉛直上方に付勢されて浮上している。そして、フロート弁体６２は、小空気孔弁座６７に隙間なく当接して小空気孔６６を閉じている。遊動弁体６３は、大空気孔弁座６５に隙間なく当接して大空気孔６１を閉じている。これによって、弁箱６０内の水が空気孔６１、６６から漏れないように止水されている。

配管１０内に混入している空気が、弁箱６０内に入り込み弁箱６０内の水位が下がると、遊動弁体６３が大空気孔６１を閉じた状態のまま、フロート弁体６２だけが下がって小空気孔弁座６７から離間し、小空気孔６６が開かれる。そして、弁箱６０内の空気が小空気孔６６を通って外部へ排出される。空気が排出されると弁箱６０内の水位が上がり、フロート弁体６２が上昇して小空気孔弁座６７に当接し、小空気孔６６が再び閉じられる。

このような従来の空気弁６は、図４に示されるように、水平な配管１０に設置しなければならない。水平に対して傾斜した配管に空気弁６を設置すれば、弁座６５、６７も水平に対して傾き、その結果、浮力により鉛直上方に付勢される弁体６２、６３は、傾いた弁座６５、６７に隙間なく当接できず、空気孔６１、６６がうまく閉じられない。即ち、止水ができなくなり、空気孔６１、６６から水が漏れてしまう。このように、従来の空気弁６は、傾斜した配管に設置された場合には、その機能を発揮することができず、配管傾斜に対応できるものはなかった。

ところで、非特許文献１には、平成２３年に発生した東日本大震災における管路及び管路付属設備の被害状況に関する報告が記載されている。非特許文献１の管路付属設備被害の調査結果によると、本地震では空気弁の被害が、基幹管路の被害に対して相対的に目立っていたことが特徴的であると報告されている。また、空気弁の被害として、上記の遊動弁体、フロート弁、ガイドといった構成部品の破損が多いことも挙げられている。

これらの構成部品の破損は、地震に起因するウォーターハンマーによって、配管内の圧力（水圧）が急激に上昇したことが大きく影響していると推定されており、従来の空気弁が、配管内の急激な圧力上昇に対応できていないことが分かった。

特開２００９−１２７７８４号公報

「平成２３年（２０１１年）東日本大震災における管本体と本体管路付属設備の被害調査報告書」、社団法人日本水道協会

本発明が解決しようとする課題は、配管傾斜に対応できる空気弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る空気弁は、液体が流れる配管に設置され、配管内に混入している気体を外部へ排出する空気弁であって、
配管に対して固定される固定弁箱及び固定弁箱に対して回転可能に設けられる可動弁箱からなり、配管に接続される弁箱と、可動弁箱の内部に設けられ、配管内と連通する空気弁室と、可動弁箱の上部に設けられ、空気弁室内と外部とを連通させる空気孔と、空気孔の空気弁室側の端部周縁に設けられた弁座と、空気弁室に収容され、液体の浮力によって弁座に当接して空気孔を閉じるための弁体と、を備え、可動弁箱が固定弁箱に対して回転されることで、弁座が水平になるように調整可能であることを特徴とする。

好ましくは、配管内と連通し、配管内に混入する空気が空気孔から外部へ排出されずに溜められる圧縮空気室を備える。

好ましくは、圧縮空気室内の圧力が所定の圧力以上に上昇したときに、圧縮空気室内の圧力を外部へ逃がす圧力逃し弁を固定弁箱に備える。

好ましくは、圧縮空気室は、空気弁室の外周を囲むように固定弁箱と空気弁室との間に形成されている。

本発明に係る空気弁は、上記構成を備えたことにより、水平に対して傾斜した配管に設置されて弁座が傾くようなときでも、可動弁箱を固定弁箱に対して回転させれば、弁座を水平にすることができ、空気弁としての機能を発揮することができる。

また、本発明に係る空気弁には、配管内に混入している空気を排出することなく溜める圧縮空気室が設けられている。ウォーターハンマーにより配管内の圧力（水圧）が急激に上昇するときでも、圧縮空気室に溜められた空気が圧縮されることにより、当該圧力上昇が吸収されて緩和される。これによって、配管内の急激な圧力上昇による空気弁の構成部品の破損が防止される。

本発明に係る空気弁が水平な配管に設置された様子を示す部分断面側面図である。 図１の可動弁箱を矢印Ａからみた矢視図である。 本発明に係る空気弁が傾斜した配管に設置された様子を示す部分断面側面図である。 従来の空気弁の断面側面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る空気弁について説明する。

図１に示されるように、空気弁１は、液体が流れる配管１０に設置されている。本実施例では、配管１０が水道管である場合を例に説明する。空気弁１は、配管１０に接続される弁箱２、３を備えている。弁箱２、３は、円筒形状の固定弁箱２と球体形状の可動弁箱３とからなる。

固定弁箱２は、その下部のフランジ部２１と配管１０のＴ字部のフランジ部１１とがボルト固定されることで、配管１０に対して固定される。固定弁箱２は上方に向けて拡開しており、球体形状の可動弁箱３を下側から覆う。固定弁箱２の内壁には、可動弁箱３を支持する円環形状の支持部材２２が設けられる。支持部材２２は、固定弁箱２の中心軸２０周りに同心状に配置されている。

可動弁箱３は、空気弁として機能が集約されるように構成されている。可動弁箱３は、下半球部材３３と上半球部材３４とからなり、球体形状を有している。下半球部材３３の内側には、上方に向けてのびる円筒形状の周壁４３が一体形成されている。周壁４３が上半球部材３４の内側に接続されることで、下半球部材３３と上半球部材３４とが一体化し、可動弁箱３の内部に空気弁室４が形成される。下半球部材３３の中央には通過孔４０が形成されており、空気弁室４は、通過孔４０及び固定弁箱２の下部の連通孔２３を通じて配管１０内と連通している。

上半球部材３４の上部には、空気弁室４と外部とを連通させる空気孔３１、３２が設けられている。空気孔３１、３２は、可動弁箱３の垂直の中心軸３０上に形成された径の大きな第１空気孔３１と、中心軸３０から離れた位置に形成された径の小さな第２空気孔３２とがある。

空気弁室４内には、空気孔３１、３２を開閉するための弁体４１、４２が収容される。弁体４１、４２は、第１空気孔３１を開閉するための第１フロート弁体４１と、第２空気孔３２を開閉するための第２フロート弁体４２とがある。第１フロート弁体４１は、円柱形状に形成され、中心軸３０上に配置されている。第２フロート弁体４２は、下部の内径が他の部分の内径より小さい円筒形状に形成され、中心軸３０周りに同心状に配置されており、その内側に第１フロート弁体４１が配置されている。なお、空気弁室４を区画形成している周壁４３は、第２フロート弁体４２を鉛直に案内するガイドとしても機能している。

さらに、可動弁箱３の上半球部材３４には空気孔３１、３２に対応する弁座５１、５２が設けられている。弁座５１、５２は、第１空気孔３１の空気弁室４側の端部周縁に形成された第１弁座５１と、第２空気孔３２の空気弁室４側の端部周縁に形成された第２弁座５２とがある。

可動弁箱３は、その下半球部材３３の球面が支持部材２２に支持されて、上半球部材３４の上部を除く他の部分が固定弁箱２に覆われる。球体形状の可動弁箱３は、このように支持部材２２に支持された状態で回転させることができる。具体的には、可動弁箱３は、垂直の中心軸３０周りに３６０°回転させることができる。さらに、水平面上の中心軸周りに所定の角度範囲内で回転させることができる。即ち、図１の左右水平方向にのびる中心軸３５や図１の紙面前後方向にのびる中心軸周りに、所定の角度範囲内で回転させることができる。なお、本実施例では、図１の状態を基準として、水平面上の中心軸周りに２０°まで回転できるように構成されている。

さらに、空気弁１は、固定弁箱２と可動弁箱３とが一体化した状態において、固定弁箱２と空気弁室４との間に、空気を溜めておくための圧縮空気室５が形成される。圧縮空気室５は、空気弁室４の外周を囲むように円環形状に形成されている。図１の矢印Ａからの矢示図である図２に示されるように、下半球部材３３の球面には等角度間隔で複数の溝３６が形成されており、圧縮空気室５は、これらの溝３６及び連通孔２３を通じて配管１０内と連通している。空気弁は、本来、配管１０内に混入している空気を外部へ排出するものであるが、後述する理由のために、空気を溜めるための圧縮空気室５をあえて備えている。

図１を再び参照して、空気弁１は、中心軸２０周りに同心状に配置されたリング部材１２を備えている。リング部材１２は、固定弁箱２の上部と、可動弁箱３の上半球部材３４との間に嵌め込まれる。さらに、リング部材１２と固定弁箱２の上部との間、及び、リング部材１２と上半球部材３４との間には、Ｏリング１３、１４が介在されている。これによって、固定弁箱２の上部及び可動弁箱３の上半球部材３４の隙間が気密に塞がれ、圧縮空気室５は空気を溜めることができる。

また、固定弁箱２の上部とリング部材１２とに挿入されたボルト１５が締め付けられると、リング部材１２が下方に押付けられて、可動弁箱３がリング部材１２と支持部材２２とに挟まれて回転しないように固定される。即ち、ボルト１５が締め付けられると、可動弁箱３が固定弁箱２に対して固定され、ボルト１５が緩められると、可動弁箱３が固定弁箱２に対して回転可能になる。

空気弁１は、さらに、固定弁箱２に圧力逃し弁１６を備えている。圧力逃し弁１６は、圧縮空気室５の圧力が所定の圧力以上になったときに、その圧力を外部へ逃がすためのものである。また、可動弁箱３の上方にはカバー１７が配置されている。

図１は、空気弁室４が充水された状態を示す。第１フロート弁体４１は、水の浮力によって鉛直上方に付勢され、第１弁座５１に、第１フロート４１の当接部が隙間なく当接し、第１空気孔３１が閉じられている。第２フロート弁体４２も同様に、水の浮力によって鉛直上方に付勢され、第２弁座５２に、第２フロート弁体４２の当接部が隙間なく当接し、第１空気孔３２が閉じられている。

配管１０内に混入している空気は、連通孔２３を通って、空気弁室４または圧縮空気室５のどちらかに入っていく。空気が通過孔４０を通って空気弁室４に入ると、空気弁室４の水位が下がり、第１フロート弁体４１が第１空気孔３１を閉じた状態のまま、第２フロート弁体４２が下がって第２弁座５２から離間し、第２空気孔３２が開かれる。これによって、空気は、第２空気孔３２から外部へ排出される。そして、空気弁室４の水位が上がり、第２フロート弁体４２が第２弁座５２に隙間なく当接して、第２空気孔３２が再び閉じられる。なお、第１空気孔３１は、空気弁室４内を充水するときに、空気弁室４内の空気を外部へ排出するために用いられるものである。

一方、空気が、溝３６を通って圧縮空気室５に入ると、空気弁室４及び空気孔３１、３２を通って外部へ排出されず、圧縮空気室５に溜められる。そして、図１に示されるように、いずれは圧縮空気室５全体に空気が溜められた状態となる。このように、空気弁１は、配管１０内の空気を排出する空気弁室４と、配管１０内の空気を排出することなく溜めておく圧縮空気室５とを備えている。

以上の構成からなる本発明の空気弁１が奏する効果について説明する。
例えば、図３に示されるように、空気弁１が、従来の空気弁が対応できない水平に対してθだけ傾斜した配管１０に設置されたとする。固定弁箱２は、傾斜した配管１０に固定されるため傾斜する。一方、弁座５１、５２が形成された可動弁箱３は、固定弁箱２に対して回転可能であるため、これを回転させれば、図３に示されるように、各弁座５１、５２を水平(水平面と平行)に調整できる。そして、可動弁箱３が回転しないように固定されると、弁座５１、５２が水平状態に保持される。これによって、空気弁１が傾斜した配管１０に設置されても、フロート弁体４１、４２が、水の浮力によって弁座５１、５２に隙間なく密着でき、空気孔３１、３２が適切に閉じられる。

また、可動弁箱３が回転しても、空気弁室４は、連通孔２３を介して配管１０内と連通した状態にあるため、配管１０内に混入している空気は、空気弁室４内に入ることができ、上述のようにして第２空気孔３２から外部へ排出されるようになっている。このように、空気弁１は、傾斜した配管１０に設置された場合でも、空気弁としての機能を十分に発揮することができる。

以上のように、空気弁１は、可動弁箱３の回転によって弁座５１、５２が水平になるように調整でき、配管傾斜に対応することができる。なお、本実施形態は、図１の状態を基準として、球体形状の可動弁箱３を水平面上の中心軸周りに２０°の範囲で回転させることができるので、空気弁１は、−２０°≦θ≦２０°範囲で傾斜した配管１０に対応することができる。

空気弁１は、空気を外部へ排出せず溜めるための圧縮空気室５を備えている。ウォーターハンマーにより配管１０内の圧力（水圧）が急激に上昇したとき、圧縮空気室５に溜められた空気が圧縮されて、配管１０内の水が圧縮空気室５内に入り込むことにより、この急激な圧力上昇が吸収されて緩和される。さらに、圧縮空気室５が当該圧力上昇を吸収しきれず、圧縮空気室５内の圧力が所定の圧力以上に達したときには、圧力逃し弁１６から水が外部へ排出されて、その圧力が外部へ逃がされる。

このように、空気弁１は、配管１０内の急激な圧力上昇に対して、圧縮空気室５と圧力逃がし弁１６とによって二重に保護する構造となっている。これによって、空気弁１の構成部品が配管１０内の急激な圧力上昇により破損することが防止される。

また、図３に示されるように、可動弁箱３が回転しても、圧縮空気室５は、連通孔２３及び溝３６（図２）を通じて配管１０内と連通しており、配管１０内に混入している空気を溜めることができる。従って、空気弁１は、傾斜した配管１０に設置された場合でも、急激な圧力上昇に対応することができる。

さらに、圧縮空気室５は、空気弁室４の外周を囲むように設けられているので、空気弁室４の外周が空気の層で囲まれて空気弁室４内の水が凍結し難くなっている。即ち、当該構成により、空気弁室４の凍結を予防する効果が得られている。さらに、空気弁室４内の水が凍結したとしても、水の凍結による体積膨張を圧縮空気室５が吸収するので、凍結による空気弁１の破損も防止される。

以上のように、本発明に係る空気弁１は、配管傾斜、配管内の急激な圧力上昇、及び凍結に対応することができ、従来の空気弁が対応できなかった設置環境の悪い場所でも使用できる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の構成は当然ながら本実施形態に限定されるものではない。

１ 空気弁
２ 固定弁箱
３ 可動弁箱
４ 空気弁室
５ 圧縮空気室
６ 空気弁（従来）
１０ 配管
１６ 圧力逃し弁
３１、３２ 空気孔（第１空気孔、第２空気孔）
４１、４２ 弁体（第１フロート弁体、第２フロート弁体）
５１、５２ 弁座（第１弁座、第２弁座）

Claims (4)

1. 液体が流れる配管に設置され、配管内に混入している気体を外部へ排出する空気弁であって、
   前記配管に対して固定される固定弁箱及び前記固定弁箱に対して回転可能に設けられる可動弁箱からなり、前記配管に接続される弁箱と、
   前記可動弁箱の内部に設けられ、前記配管内と連通する空気弁室と、
   前記可動弁箱の上部に設けられ、前記空気弁室内と外部とを連通させる空気孔と、
   前記空気孔の前記空気弁室側の端部周縁に設けられた弁座と、
   前記空気弁室に収容され、前記液体の浮力によって前記弁座に当接して前記空気孔を閉じるための弁体と、
   を備え、
   前記可動弁箱が前記固定弁箱に対して回転されることで、前記弁座が水平になるように調整可能であることを特徴とする空気弁。
2. 前記配管内と連通し、前記配管内に混入する空気が前記空気孔から外部へ排出されずに溜められる圧縮空気室を備えることを特徴とする請求項１に記載の空気弁。
3. 前記圧縮空気室内の圧力が所定の圧力以上に上昇したときに、前記圧縮空気室内の圧力を外部へ逃がす圧力逃し弁を前記固定弁箱に備えることを特徴とする請求項２に記載の空気弁。
4. 前記圧縮空気室は、前記空気弁室の外周を囲むように前記固定弁箱と前記空気弁室との間に形成されていることを特徴する請求項２または請求項３に記載の空気弁。

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