JP4442465B2

JP4442465B2 - 給水装置

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Publication number: JP4442465B2
Application number: JP2005049608A
Authority: JP
Inventors: 信二山脇; 雅司浦野; 眞西川; 睦彦神谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: JP2006132306A

Description

本発明は、端末側において高圧の水道水よりも低い圧力で出水するための技術に関するものである。

従来から水道管に個別の建築物内の配管を接続しているのが一般的である。水道圧は、例えば、１７ｋｇｆ／ｃｍ^２（約１．７ＭＰａ）と高圧であり、水道管に直接建築物内の配管を接続する従来例においては、建築物内の配管の端部又は途中に設けた開閉弁を開いて高圧の水道圧のまま出口から出水したり、あるいは、開閉弁を閉じて出水停止したりしている。このように建物内の配管に直接水道水の高水圧がかかる従来例においては、建物内の配管及びジョイント部分が上記水道圧に耐える強度が必要であり、配管コストも高くなる。また、開閉弁を閉じた場合、水撃作用が発生し、異常音が発生したり、配管のジョイント部分などから水漏れ等が生じたりするおそれがある。更に、メンテナンス時や水道管破損等の異常時建築物内の配管の水が水道管側に逆流する場合があり、衛生上問題となる。また、開閉弁を全開状態で使用すると、高い水道圧でそのまま出水されるので必要以上に水が出過ぎて水を無駄に使用するおそれがあり、省資源という観点で好ましくない。

なお、水道管と建物内の配管との間に貯水管を設け、断水時に貯水管に空気圧縮機により圧縮空気を供給して建物内の配管に設けた蛇口から貯水管に溜まった水を出水できるようにしたものが特許文献１により開示してある。

この特許文献１に示された従来例も通常使用時には建物内の配管、蛇口部分に常時水道圧がかかっており、このため、配管、貯水タンクも水道圧に耐える強度が必要であり、コストが高くなり、また、貯水タンクは通常は水が満タン状態であるため、この従来例においても、水撃の問題、蛇口側の配管の水が水道管側に逆流する問題がある。また、特許文献１に示された従来例においても、蛇口を全開状態で使用すると、高い水道圧でそのまま出水されるので必要以上に水が出過ぎて水を無駄に使用するおそれがあり、省資源という観点で好ましくない。
特開平８−２２６１４７号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、出力側配管の出水口から低圧力で出水でき、出力側配管の強度が低くても使用が可能であり、また、水撃防止や水撃を小さくでき、更に、出力側配管の水が入力側配管に逆流するのを確実に防止でき、また、簡単な構成で密閉空間内に空気を補給して密閉空間内における空気量が不足するという事態が発生せず、密閉空間内の圧力を所定の範囲内に維持できて安定した出水が可能となる給水装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る給水装置は、水道水を蓄える密封タンク１と、一端部を高圧の水道水を供給する水道管に接続すると共に他端部の吐水口２を密封タンク１内に開口させ密封タンク１と連結した入力側配管３と、入力側配管３に設けた減圧弁４ａ及び逆止弁４ｂと、一端又は途中に開閉弁５が接続されるとともに他端部の吸口６を密封タンク１の下部に位置させ密封タンク１と連結した出力側配管７と、密封タンク１内の下部の吸口６を含む水道水が溜まる水溜め部８と、吐水口２と水溜め部８の水面との間に常に所定の距離を確保して形成した空気領域を含む密閉空間９とを備え、前記入力側配管３を上流側の第１の配管３ａと下流側の第２の配管３ｂとで構成し、前記第２の配管３ｂを前記密封タンク１内に設け、前記第１の配管３ａの下流側を密封タンク１に連結して第１の配管３ａの下流側端部の吐出口１２を該吐出口１２から吐出する水道水の吐出方向が平面視で第２の配管３ｂの内壁面に沿うように第２の配管３ｂ内に開口させたことを特徴とするものである。

上記のような構成とすることで、開閉弁５を閉じた状態では密封タンク１内の密閉空間９の圧力が減圧弁４ａの設定圧力と同じ圧力となっており、この状態では水道水が減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して密閉空間９に供給されることはない。この状態で、開閉弁５を開くと、密閉空間９の圧力により水溜め部８に溜まっている水の水面が押されて水位が低下し、開閉弁５を通過して水が出水する。同時に上記のように水位が低下して密閉空間９内の圧力が減圧弁４ａの設定圧力よりも低くなるから、水道水が減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して密閉空間９に放出されて水溜め部８に流下する。これにより開閉弁５を開にした状態では、密封タンク１内の密閉空間９の圧力及び吸口６から出力する水圧が常時減圧弁４ａの設定圧力以下に保たれつつ、出水を継続するものである。再び開閉弁５を閉じると、水道水が減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して密閉空間９に放出されて水溜め部８に流下して水溜め部８の水位が上昇し、水位の上昇により密閉空間９が加圧され密閉空間９の圧力が減圧弁４ａの設定圧力と同じ圧力になると水道水が減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して密閉空間９に供給されるのが停止される。

このように本発明においては、密閉空間９及び吸口６から出力する水圧が常時減圧弁４ａの設定圧力以下に保つことができるため、密閉タンク１、出力側配管７に水道水よりも低い圧力しかかからず、このため、出力側配管７の耐久強度を低くすることが可能で、例えば、出力側配管７としてフレキシブルホースのように耐久強度が低いものであっても使用可能であって、出力側配管７のコストを下げることができると共に、施工がし易く、また使い勝手も向上する。また、複数個の開閉弁５を同時に開いて使用する時、密閉空間９内の空気がクッション材となって働き、出水量変動が軽減され、使い勝手が向上する。また、入力側配管３と出力側配管７との間に密閉空間９が存在するので、出力側配管７側の水が何らかの理由で入力側配管３に逆流するのを防止でき、この密閉空間９による逆流防止効果と逆止弁４ｂによる逆流防止効果とにより２重に逆流防止が図れて安全性が高くなるものであり、また、逆止弁４ｂの逆止弁部分の機能が故障した場合でも密閉空間９によって確実に逆流防止ができる。更に、開閉弁５を開閉操作する際も従来のように開閉弁５部分に水道水の高い水圧がかかっている場合には大きな水撃が生じるが、開閉弁５部分には水道水の圧力よりも低い水圧しかかかっていないので、開閉弁５の開閉によって水撃が生じるとしても小さな水撃しか生じることがなく、しかも、この小さな水撃は密閉空間９の存在により吸収されるので、配管に悪影響を与えない。また、開閉弁５を全開して出水する際、高圧力の水道圧で出水しないので、必要以上に多量の水が出水されることがなく、省資源の観点からも好ましい。

ここで、密封タンク１の密閉空間９内の空気がごく僅かずつではあるが水溜め部８の水に溶解しまた、別の理由で外部に漏れ出るため、時間の経過と共に密閉空間９内の空気量が次第に不足していく。一方、入力側配管３に減圧弁４ａを設けると、水道水が減圧弁４ａにより減圧され水道水中に溶解していた空気が析出して微細な気泡となって水道水中に混じって吐水口２から密封タンク１内に供給されるが、吐水口２から密封タンク１内に供給され時は同時に密封タンク１内の水は出力側配管７の出水口１１から外部に出水しているので、上記析出して微細な気泡となった空気が水道水から分離して密閉空間９に放出されることなく水道水中に混じったまま出力側配管７の出水口１１から外部に出てしまう。このため、時間の経過と共に密閉空間９内の内部圧力を所定範囲に維持できなくなるおそれがある。

そこで、本発明においては、上記のように、入力側配管３を上流側の第１の配管３ａと下流側の第２の配管３ｂとで構成し、第２の配管３ｂを密封タンク１内に設け、第１の配管３ａの下流側を密封タンク１に連結して第１の配管３ａの下流側端部の吐出口１２を吐出口１２から吐出する水道水の吐出方向が平面視で第２の配管３ｂの内壁面に沿うように第２の配管３ｂ内に開口させてある。これにより、第１の配管３ａの吐出口１２から吐水した水道水が第２の配管３ｂの内壁面に沿って流れることで、第２の配管３ｂの内壁面に沿って回転しながら上昇して第２の配管３ａの先端の吐水口２から吐水されるのであるが、このように、水道水が第２の配管３ｂの内壁面に沿って回転しながら上昇することで遠心力が生じ、比重の大きい水が第２の配管３ａ内の外側部分に、減圧弁４ａによる減圧で析出して水道水中に混入している比重の小さい微細気泡が第２の配管３ａ内の中央部分に集まるようにして上昇し、このように空気（微細気泡）が第２の配管３ｂの中央部分に集まることで、微細気泡同士が結合して大きな気泡となるように成長しながら上昇し、吐水口２から密閉空間９内に空気が補給されることになる。したがって、密閉空間９内における空気量が不足しないようにでき、この結果、第１の配管３ａの下流側端部の吐出口１２を吐出口１２から吐出する水道水の吐出方向が平面視で第２の配管３ｂの内壁面に沿うように第２の配管３ｂ内に開口させるという簡単な構成で密閉空間９内の内部圧力を所定範囲内に維持できて、安定した出水ができる。

また、密封タンク１の水溜め部８の水面よりも下方の部位において入力側配管３を連結することが好ましい。

このような構成とすることで、入力側配管３の密封タンク１への接続部が水で水封されて密閉空間９内の空気が入力側配管３の密封タンク１への接続部から外部に漏れることがなく、密閉空間９内の内部圧力を所定範囲内に維持できて、安定した出水ができる。

また、第２の配管３ｂの上部に水道水から空気を分離して密閉空間９に放出するためのセパレータ１３を備えることが好ましい。

このような構成とすることで、第２の配管３ｂの内壁面に沿って回転しながら上昇する水と、第２の配管３ｂの中心部分に集まった水から分離した空気（気泡）とをセパレータ１３によって確実に分けて、分離した気泡をセパレータ１３により集めて再び水に混入して排出されないようにして、密閉空間９内に確実に空気を補給できることになる。

また、少なくとも吐水口２を含む密閉空間９の平面視における断面積を、水溜め部８の平面視における断面積よりも小さくすることが好ましい。

このような構成とすることで、最大内部圧力が減圧弁４ａの設定圧力と同じになるように密閉空間９を形成するに当たって、密閉空間９の平面視における断面積が水溜め部８の平面視における断面積と同じ場合に比べて密閉空間９の上下高さが高くなり、その分、密閉空間９の内部圧力が減圧弁４ａの設定圧力と同じ最大圧力の場合における水面から吐水口２までの距離Ｌをできるだけ大きく取ることができ、これにより、吐水口２から逆流するのを確実に防止できる。

また、内部が空気室１６となり且つ下端開口部１７が密閉空間９内に開口する空気室構成部１８を吐水口２に連通接続し、空気室構成部１８の空気室１６の平面視における断面積を吐水口２の断面積よりも大きくすると共に空気室構成部１８の下端開口部１７を吐水口２よりも下方に位置させることが好ましい。

このような構成とすることで、異常時に出力側配管７側の水が密封タンク１内に逆流して密封タンク１内の水位が異常に上昇して吐水口２まで達したり、吐水口２よりも上まで上昇したりしても、空気室構成部１８の空気室１６内に空気が閉じ込められたまま空気室構成部１８の外の水位が上昇するので、上記異常時に入力側配管３内の水と密封タンク１内の水とが空気室１６内の空気により完全に分離され、これにより吐水口２から密封タンク１内の水が逆流するのを確実に防止することができる。

また、吐水口２よりも下方で且つ密閉空間９が減圧弁４ａの設定圧力と同じ場合における水溜め部８の水面よりも上方の所定高さ位置に、密閉タンク１内の水位が上昇した際に水溜め部８内の水道水を外部に排出するための逃がし弁１９を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、異常時に出力側配管７側の水が密封タンク１内に逆流して密封タンク１内の水位が異常に上昇しても逃がし弁１９から排水され、吐水口２から密封タンク１内の水が逆流するのが防止される。

また、密封タンク１に負圧弁１０を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、メンテナンス時や断水時等に密封タンク１内が大気圧以下に減圧されることがあるが、このような場合には負圧弁１０から大気が流れ込み、大気圧以下に密封タンク１が減圧されるのを防ぎ、密封タンク１が凹んだり、破損したりするのを防止できる。

本発明は、上記のように構成したので、出力側配管の吐水口から低圧力で出水でき、また、出力側配管の耐久強度を低くすることが可能で、出力側配管としてフレキシブルホースのように耐久強度が低いものであっても使用可能であって、コストを下げることができると共に、施工がし易く、また使い勝手が向上し、また、複数個の開閉弁を同時に開いて使用する時、密閉空間内の空気がクッション材となって働き、出水量変動が軽減され、使い勝手が向上し、更に、また、逆流防止効果が向上し、水撃の防止又は水撃を小さくでき、配管に悪影響を与えないという効果がある。更に、入力側配管を上流側の第１の配管と下流側の第２の配管とで構成し、第２の配管を密封タンク内に設け、第１の配管の下流側を密封タンクに連結して第１の配管の下流側端部の吐出口を吐出口から吐出する水道水の吐出方向が平面視で第２の配管の内壁面に沿うように第２の配管内に開口させてあるので、簡単な構成で密閉空間内の内部圧力を所定範囲内に維持できて、安定した出水ができる。

図１、図２には本発明の給水装置の基本構成、動作原理を模式的に示しており、まず図１、図２に基づいて本発明の給水装置の基本構成、動作原理につき説明する。

水道水を蓄える密封タンク１には入力側配管３が接続してあり、密封タンク１に接続した入力側配管３の一端部は高圧の水道水を供給する水道管（図示せず）に接続される。入力側配管３の他端部の吐出口２は密封タンク１内の上部に開口しており、また、入力側配管３には減圧弁４ａ及び逆止弁４ｂが設けてある。減圧弁４ａの設定圧は水道管を供給される水道水の圧力（水道水の法定耐圧は１７ｋｇｆ／ｃｍ^２（約１．７ＭＰａ）であるが、実際の水道圧は、地域により異なるが例えば５ｇｆ／ｃｍ^２（約０．５ＭＰａ）程度となっており、この水道圧力）よりも低い圧力に設定してあり、実施形態では減圧弁４ａの設定圧を例えば３ｋｇｆ／ｃｍ^２（約０．３ＭＰａ）に設定してある。入力側配管３には別体の減圧弁４ａと逆止弁４ｂとを別々に設けてもよく、あるいは減圧弁４ａと逆止弁４ｂとを一体化して減圧逆止弁４を構成し、この減圧逆止弁４を入力側配管３に設けてもよく、図１、図２に示す実施形態では減圧逆止弁４を入力側配管３に設けた例を示している。また、減圧弁４ａ、逆止弁４ｂはいずれが上流側であってもよく、いずれが下流側であってもよい。

密封タンク１には更に出力側配管７が接続してあり、出力側配管７は建築物内に配管され、出力側配管７の一端部に開閉弁５が接続してあり、更に、出力側配管７の途中から１乃至複数の分岐出力側配管（図示せず）が分岐してあって、分岐出力側配管の先端にも開閉弁５が接続してある。上記の出力側配管７、分岐出力側配管は風呂、シャワー、台所、洗面所、キッチン等に給水するための配管であり、出力側配管７、分岐出力側配管の先端に設けられた各開閉弁５の開閉を行うことで、風呂、シャワー、台所、洗面所、キッチン等に給水したり、給水停止できるようになっている。出力側配管７の他端部の吸口６は密封タンク１内の下部に開口している。

密封タンク１内の下部の吸口６を含む領域を水Ｗが溜まる水溜め部８としてあり、また、密封タンク１内の上部の吐水口２を含む空気領域を密閉空間９としてある。この密閉空間９の圧力及び吸口６から出力する水圧は常時減圧弁４ａの設定圧力以下に保たれるように設定してある。密閉空間９の内部圧力は開閉弁５を閉じた状態の時が最大圧力Ｐ１となっており、この最大圧力Ｐ１は減圧弁４ａの設定圧力と同じ圧力となっている。密閉空間９の内部圧力が最大圧力Ｐ１の場合、吸口６は水溜め部８に溜まった水Ｗ中に没し且つ吐水口２は水面の上方に所定距離Ｌ離れて位置している。したがって、密閉空間９の内部圧力が最大圧力Ｐ１の場合でも吐水口２が水溜め部８に溜まった水Ｗ中に没することはない。また、密閉空間９の内部圧力は全ての開閉弁５を全開状態にした時が最小圧力Ｐ２となるものであり、この最小圧力Ｐ２の場合においても吸口６は水溜め部８に溜まった水Ｗ中に没するように設定してあり、したがって、密閉空間９は外気と常時遮断されている。

図２には上記の構成の給水装置を使用するにあたって、密封タンク１内の下部の水溜め部８に水を溜め、上部の密閉空間９の内部圧力を上記設定された圧力にするための初回給水時の動作順序が示してある。

密封タンク１内に水が溜まっていない状態で、密封タンク１内は大気圧と同じ圧力である。この状態で開閉弁５を閉じ、図２（ａ）のように初回給水を行う。減圧弁４ａの設定圧力は大気圧よりも高いので、図２（ｂ）のように、減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して吐水口２から密封タンク１内に給水され、水溜め部８に水が次第に溜まると共に吸口６から出力側配管７に水が入っていく。このようにして水溜め部８に水が溜められていって水溜め部８の水位が上昇すると密閉空間９の内部圧力が上昇していく。そして、図２（ｃ）のように密閉空間９の内部圧力が減圧弁４ａの設定圧力と同じ上記最大圧力Ｐ１（実施形態では３ｋｇｆ／ｃｍ^２（約０．３ＭＰａ））になると、減圧弁４ａからの水の供給が停止される。

この図２（ｃ）の状態になると初期給水設定が完了して本発明の給水装置の使用が可能となる。

使用に当たっては、図１（ａ）の給水停止の状態（これが上記図２（ｃ）と同じ状態である）で開閉弁５を開いて図１（ｂ）の給水状態にすることで、出力側配管７の出水口１１から出水するものである。この場合、開閉弁５を開くと、密閉空間９の圧力により水溜め部８に溜まっている水の水面が押されて水位が低下し、開閉弁５を通過して水が出水口１１から出水する。同時に上記のように水位が低下して密閉空間９内の圧力が減圧弁４ａの設定圧力よりも低くなるから、水道水が減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して密閉空間９に放出されて水溜め部８に流下する。これにより開閉弁５を開にした状態では、密封タンク１内の密閉空間９の圧力及び吸口６から出力する水圧が常時減圧弁４ａ以下に保たれつつ、出水を継続するものである。また、全ての開閉弁５を全開にした場合のように密閉空間９が最低圧力Ｐ２となって水溜め部８の水位が最大限低下したとしても前述のように吸口６は水溜め部８に溜まった水Ｗ中に没した状態であり、出水が途切れることなく、継続して出水される。この状態が図１（ｂ）の給水時の状態であり、この給水状態における密閉空間９の内部圧力Ｐ３は、Ｐ２≦Ｐ３≦Ｐ１である。

次に、開閉弁５を閉じると、開閉弁５を閉じた時点では密閉空間９内の圧力は最大圧力Ｐ１、つまり減圧弁４ａの設定圧力よりも低いので、水道水が減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して密閉空間９に放出されて水溜め部８に流下して水溜め部８の水位を上昇させる。水溜め部８内の水位が上昇すると密閉空間９の容積が小さくなるので密閉空間９の内部圧力が上昇し、この密閉空間の内部圧力が減圧弁４ａの設定圧力と同じ圧力になると水道水が減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して密閉空間９に供給されるのが停止される。これが図１（ａ）に示す給水停止の状態である。

次に、開閉弁５を開くと、前述と同様に密閉空間９の圧力により水溜め部８に溜まっている水の水面が押されて水位が低下し、開閉弁５を通過して水が出水する。同時に上記のように水位が低下して密閉空間９内の圧力が減圧弁４ａの設定圧力よりも低くなるから、水道水が減圧弁４ａ、逆止弁４ｂを介して密閉空間９に放出されて水溜め部８に流下し、密封タンク１内の密閉空間９の圧力及び吸口６から出力する水圧が常時減圧弁４ａ以下に保たれつつ、出水を継続する。

このようにして出力側配管７の出水口１１から出水する水の出水圧は低圧力であって、必要以上に多量の水が出水することがなく、省資源化が図れることになる。

また、上記のように、開閉弁５を開いて出水口１１から出水している場合も、開閉弁５を閉じている場合も、密閉空間９の内部圧力及び吸口６から出力する水圧が常時減圧弁４ａの設定圧力以下であり、このため出力側配管７には常時減圧弁４ａの設定圧力以下の圧力しかかからず、出力側配管７の耐久強度を低くすることが可能となり、例えば、出力側配管７としてフレキシブルホースのように耐久強度が低いものであっても使用可能で、出力側配管７のコストを下げることができると共に、施工がし易く、また使い勝手も向上することになる。

ところで、本発明においては、入力側配管３と出力側配管７との間に密閉空間９が存在する構成となるので、複数個の開閉弁５を同時に開いて使用する時、密閉空間９内の空気がクッション材となって働いて出水量変動が軽減され、使い勝手が向上する。

また、メンテナンス時や水道管破損等の異常時に出力側配管７側の水が入力側配管３に逆流しようとしても、密閉空間９による逆流防止効果と逆止弁４ｂによる逆流防止効果とにより２重に逆流防止が図れることになり、特に、逆止弁４ｂの機能が故障した場合でも密閉空間９によって確実に逆流防止ができることになる。

また、開閉弁５を開閉操作する際、従来のように開閉弁５部分に水道水の高い水圧がかかっている場合には大きな水撃が生じる。しかしながら、本発明においては前述のように開閉弁５部分には水道水の圧力よりも低い水圧（減圧弁４ａの設定圧力以下の圧力）しかかかっておらず、開閉弁５の開閉によって水撃が生じるとしても小さな水撃しか生じることがない。しかも、この小さな水撃は上記した密閉空間９の存在により吸収されるので、配管に悪影響を与えることはなく、この点でも出力側配管７として耐久性低いものを使用することが可能であり、また、ジョイント部分における水漏れ等も生じない。

密封タンク１には負圧弁１０を設けてある。この負圧弁１０はメンテナンス時や断水時等に密封タンク１内が大気圧以下に減圧されるような事態が生じた場合、負圧弁１０から密封タンク１内に大気が流入するように設定してあり、これにより密封タンク１内が大気圧以下に減圧されることがなく、密封タンク１内が大気圧以下に減圧されて密封タンク１が凹んだり、破損したりしないようになっている。

ここで、図３乃至図８に示すように、入力側配管３、出力側配管７が密封タンク１の下部に接続してあり、該接続部分がいずれも密封タンク１の下部の水溜め部８に溜まった水の水面の最低位よりも下位置となっており、密封タンク１の上部の密閉空間９部分には接続してない。したがって、入力側配管３、出力側配管７の密封タンク１への接続部分が水溜め部８に溜まっている水で封止された状態となり、密閉空間９内の空気が入力側配管３、出力側配管７の密封タンク１への接続部分から漏れることがなく、密封タンク１内の上部の密閉空間９内の内部圧力を上記した最大圧力Ｐ１と最低圧力Ｐ２の範囲内に維持でき、安定した出水が可能となる。

この場合、負圧弁１０の密封タンク１への接続部分も密封タンク１の下部の水溜め部８に溜まった水の水面の最低位置よりも下位置に接続することで、負圧弁１０の密封タンク１への接続部分も水溜め部８に溜まっている水で封止された状態となり、この部分からも密閉空間９内の空気が漏れることがなく、この点でも密封タンク１内の上部の密閉空間９内の内部圧力を上記した最大圧力Ｐ１と最低圧力Ｐ２の範囲内に維持でき、安定した出水が可能となる。

ところで、密封タンク１の密閉空間９内の空気はごく僅かづつではあるが水溜め部８の水に溶解したり、あるいはその他の理由により、長期間使用すると密閉空間９内の空気が外部に逃げていく。一方、入力側配管３に減圧弁４ａを設けてあるので、水道水は減圧弁４ａにより減圧され、これにより水道水中に溶解していた空気が析出して微細な気泡となって水道水中に混じって吐水口２から密封タンク１内に供給されるが、吐水口２から密封タンク１内に水道水を供給する時は同時に密封タンク１内の水は出力側配管７の出水口１１から外部に出水しているので、上記析出して微細な気泡となった空気は水道水から分離して密閉空間９に放出されることなく水道水中に混じったまま出力側配管７の出水口１１から外部に出てしまう。このため、時間の経過と共に密閉空間９内の空気量が減少し、密閉空間９内の内部圧力を所定範囲に維持できなくなるおそれがある。そこで、本発明のようなシステムにおいては、密閉空間９に空気を供給する必要がある。

密閉空間９への空気の供給に当たっては、例えば、入力側配管３から切り換え弁を介してエゼクターを有する分岐管を接続するともに分岐管の下流側端部を入力側配管３の上記切り換え弁よりも下流側に接続し、密閉空間９内の圧力を検知する圧力センサを設け、密閉空間９内の空気量の不足を圧力センサで検出することで、切り換え弁を水道水が分岐管を流れるように切り換えてエゼクターから空気を吸い込んで吸い込んだ空気を密閉空間９に供給し、密閉空間９内の圧力が所定圧力になったことを圧力センサで検知すると切り換え弁を切り換えて分岐管を水道水が流れないで入力側配管３を流れるようにすることが考えられる。

しかしながら、上記のようにして空気を供給するようにした場合、分岐管、エゼクター、切り換え弁、圧力センサ、圧力に応じて切り換え弁の切り換えを行う制御部が必要となり、構造が複雑となると共にコストが高くなり、故障の原因となるのであまり好ましくない。このため、上記のような分岐管、エゼクター、切り換え弁、圧力センサ、制御部などを設けることなく簡単な構成で密閉空間９にごく少量ずつ空気を供給することが望まれる。

そこで、本発明においては、既に述べた減圧弁４ａで減圧することで水道水中に溶解していた空気を析出して微細気泡となって水道水中に混入している空気を簡単な構成で水道水から分離し、密閉空間９内に効果的に放出させて上記減少していく空気量を補うようにしている。

図３（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）に、水道水中に混入している空気を簡単な構成で水道水から分離し、密閉空間９内に効果的に放出させて上記減少していく空気量を補う例が示してある。この図３（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）に示す例では、密封タンク１内に導入した入力側配管３の端部の吐水口２を密封タンク１の内壁に近接対向させ、吐水口２から吐水した水道水が密封タンク１の内壁に激しく衝突させるようにしている。このように吐水口２から吐水した水道水が密封タンク１の内壁に激しく衝突させることで、バッフル効果により水道水中に混入していた比重の小さい空気が比重の大きい水から分離し、このように水道水から分離された空気が密閉空間９内に補給されて密閉空間９内に補給される。これにより、一方では、密閉空間９内の空気が水溜め部８の水にごく僅かずつ溶解することで密閉空間９内の空気量がごく僅かずつ減少したり、何らかの理由で空気が漏れることで減っていくが、他方では、上記のように吐水口２を密封タンク１の内壁に対向させるという簡単な構成とするだけで、吐水口２から吐水した水道水に混じっている微細気泡を水道水から効果的に分離し、密閉空間９内に空気が補給されるので、密閉空間９内における空気量が不足しないようにできるのである。

ここで、図３（ｂ）に示すように、入力側配管３の端部の吐水口２を絞って絞り部１４を設けると、水道水が絞り部１４で絞られて吐水することで流速が増し、吐水口２から吐出した水道水が密封タンク１の内壁によりいっそう激しく衝突する。このように水道水が密封タンク１の内壁によりいっそう激しく衝突することでより、水道水中に混入していた微細気泡がより確実に水から分離されて、確実に密閉空間９内に空気を補給できて、密閉空間９内における空気量が不足しないようにできる。

なお、図示を省略しているが、図３（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）のように密封タンク１内に導入した入力側配管３の端部の吐水口２を密封タンク１の内壁に近接対向させるのではなく、密封タンク１内に導入した入力側配管３の端部の吐水口２を密封タンク１の内壁に沿わせるように配置して吐水口２から吐水された水道水が内壁に沿って流れるようにしてもよく、この場合は内壁に沿って流れる水道水に遠心力が作用して比重の大きい水中に混入している比重の小さい微細気泡を分離して、密閉空間９内に空気を補給できて、密閉空間９内における空気量が不足しないようにできる。

図５、図６には本発明における水道水中に混入している微細気泡を水道水から分離して密閉空間９内に空気を補給する実施形態を示している。

この図５、図６に示す実施形態においては、入力側配管３を上流側の第１の配管３ａと下流側の第２の配管３ｂとで構成してある。第２の配管３ｂは密封タンク１内に設けてあり、密封タンク１の底面部から立設した断面円状をした縦筒状の第２の配管３ｂの上部が水溜め部８の水面よりも上方に向けて突出していて上端の開口が吐水口２となっている。第２の配管３ｂは第１の配管３ａよりも大径となっている。第１の配管３ａの下流側の部分が密封タンク１に接続してあって、下流側端部の吐出口１２が縦筒状をした第２の配管３ｂの内の下部に開口している。ここで、第１の配管３ａの下流側端部の吐出口１２は第２の配管３ｂの内壁面に沿わせてあり、吐出口１２から吐出する水道水の吐出方向が平面視で第２の配管３ｂの内壁面に沿うように第２の配管３ｂ内に開口させてある。

本実施形態においては、入力側配管３から密封タンク１内に水道水を供給する場合、第１の配管３ａの吐出口１２から第２の配管３ｂ内の下部に吐水され、第２の配管３ｂの下部に吐水された水道水は第２の配管３ｂ内を上昇して第２の配管３ｂの上端の吐水口２から密封タンク１内に供給される。この場合、第１の配管３ａの吐出口１２から吐水した水道水が第２の配管３ｂの内壁面に沿って回転しながら上昇することで遠心力が作用し、比重の大きい水が第２の配管３ａ内の外側部分に、比重の小さい空気が第２の配管３ａ内の中央部分に集まるようにして上昇し、このように空気（気泡）が第２の配管３ｂの中央部分に集まる。中央部分に集まった微細気泡は、気泡同士が結合して更に大きな気泡となるように成長しながら上昇し、吐水口２から密閉空間９内に空気が補給されることになる。したがって、密閉空間９内における空気量が不足しないようにでき、この結果、第１の配管３ａの下流側端部の吐出口１２を吐出口１２から吐出する水道水の吐出方向が平面視で第２の配管３ｂの内壁面に沿うように第２の配管３ｂ内に開口させるという簡単な構成で密閉空間９内の内部圧力を所定範囲内に維持できて、安定した出水ができる。

ここで、図６に示すように、第２の配管３ｂの上部に水道水から空気を分離して密閉空間９に放出するためのセパレータ１３を備えてもよい。図６において第２の配管３ｂ内の上部に第２の配管３ｂよりも小径の筒状をしたセパレータ１３の下部を挿入してあり、セパレータ１３の上部は第２の配管３ｂの上端の吐水口２よりも上方に突出させてある。このようなセパレータ１３を設けると、第２の配管３ｂの内壁面に沿って回転しながら上昇する水と、第２の配管３ｂの中心部分に集まった水から分離した気泡とをセパレータ１３によってより確実に分離すると共に中央部に集まった気泡を筒状をしたセパレータ１３の下端開口から集めてセパレータ１３の上端開口から密閉空間９内に空気として放出できるものであり、これにより分離した気泡が水道水に再混入するのを防止して、密閉空間９内に確実に空気を補給できることになる。

次に、水道水中に溶解している空気を水道水から析出して密閉空間９内に空気を補給する他の例につき説明する。

入力側配管３の任意の位置に加熱部１５を設けて水道水を加熱することで水道水中に溶解している空気を析出するようにする。図３（ａ）（ｂ）にはその一例が示してあり、入力側配管３の任意の位置に図３（ａ）（ｂ）で破線で示す加熱部１５を設けてある。この例では減圧弁４ａで減圧することで水道水中に溶解していた空気を微細気泡として析出すると共に、更に、加熱部１５で加熱することで入力側配管３内の水道水中に溶解した空気を微細気泡として析出するようにしている。これにより微細気泡の析出量が多くなり、吐水口２から吐水された際に水から分離して密閉空間９内に空気として放出されやすくなる。これにより密閉空間９内に空気を補給することができる。

図３（ａ）（ｂ）に示す例では、吐水口２を密封タンク１の内壁に近接対向させて吐水口２から吐水した水道水を勢いよく内壁に衝突させることで、水道水中に溶解した空気を析出するようにした入力側配管３の任意の位置に加熱部１５を設けた例を示しており、この実施形態においては、多く析出された微細気泡をより多く水道水から分離し、効果的に密閉空間９内に空気を補給することができる。

なお、図示を省略しているが、図４に示す例、図５、図６に示す各実施形態、あるいは後述の図７乃至図１０に示す各例においても入力側配管３の任意の位置に加熱部１５を設けてもよいものである。

既に述べたように密閉空間９の内部圧力が最大圧力Ｐ１の場合、吐水口２が水面の上方に所定距離Ｌ離れて位置するように吐水口２を配置することで、密閉空間９の内部圧力が最大圧力Ｐ１の場合でも吐水口２が水溜め部８に溜まった水Ｗ中に没することが無いようにしているが、吐水口２を水面から出きるだけ離すという観点から上記水面から吐水口２までの距離Ｌはできるだけ長い方がよい。そこで、上記距離Ｌを長く取れるように、図７（ａ）（ｂ）に示すように、吐水口２を含む密閉空間９の平面視における断面積を、水溜め部８の平面視における断面積よりも小さくしてもよい。これにより、内部圧力が最大圧力Ｐ１の場合の密閉空間９の容積が決まっているという制約下でできるだけ、密閉空間９の上下高さを高く取ることができ、これにより、吐水口２の位置をできるだけ高位置に位置させることができて、最大圧力Ｐ１の場合の水面から吐水口２までの距離Ｌを長く取ることができる。

なお、図８、図９に示すように、吐水口２に内部が空気室１６となり且つ下端開口部１７が密閉空間９内に開口する空気室構成部１８を連通接続してもよい。空気室構成部１８の空気室１６は平面視における断面積が吐水口２の断面積よりも大きくなっており、しかも空気室構成部１８の下端開口部１７が吐水口２よりも下方に位置させる。図８、図９においては吐水口２が下方に向けて開口してあり、吐水口２の下部に空気室構成部１８を構成するための下方開口の有底筒部が固定してあって、吐水口２が有底筒部の上底面に連通接続している。もちろん、上方又は側方を開口した吐水口２に空気室構成部１８を連通接続してもよく、この場合も空気室構成部１８の下端開口部１７を吐水口２よりも下方に位置させ、空気構成部１８内の空気室１６の一部が吐水口２よりも下方に位置するようにする。

これにより、異常時に出力側配管７側の水が密封タンク１内に逆流して密封タンク１内の水位が異常に上昇し、図８（ｂ）、図９（ｂ）のように水位が吐水口２のレベルを越えて上昇したとしても、空気室構成部１８の空気室１６内に空気が閉じ込められたまま空気室構成部１８の外の水位が上昇することになり、上記異常時に入力側配管３内の水と密封タンク１内の水とが空気室１６内の空気により完全に分離され、これにより吐水口２から密封タンク１内の水が逆流するのを確実に防止することができるのである。

なお、図７（ｂ）に示すように、吐水口２よりも下方で且つ密閉空間９が減圧弁４ａの設定圧力と同じ場合における水溜め部８の水面よりも上方の所定高さ位置に、密閉タンク１内の水位が上昇した際に水溜め部８内の水道水を外部に排出するための逃がし弁１９を設けてもよい。これにより、異常時に出力側配管７側の水が密封タンク１内に逆流して密封タンク１内の水位が異常に上昇しても逃がし弁１９から排水され、吐水口２から密封タンク１内の水が逆流するのを確実に防止できる。

なお、図１０に示すように、密封タンク１の下部（底面部）に排水孔２０を設け、排水孔２０にフロート２１により開閉される排水弁２２を設けてもよい。フロート２１は水面のレベルが、密閉空間９の内部圧力が減圧弁４ａの設定圧力と同じ最大圧力の場合における水面レベルと、吐水口２のレベルとの間の任意の位置まで水面が上昇したら排水弁２２を開き、水面のレベルがそれ以下の場合には排水弁２２を閉じるように構成してある。したがって、異常時に出力側配管７側の水が密封タンク１内に逆流して密封タンク１内の水位が異常に上昇しても水位が吐水口２に至る前にフロート２１により排水孔２０が開いて排水され、吐水口２から密封タンク１内の水が逆流するのを確実に防止できる。

（ａ）は本発明の給水装置において開閉弁を閉じている状態を示す断面図であり、（ｂ）は開閉弁を開いて出水口から出水している状態を示す断面図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の給水装置に初期給水をして密閉空間の内部圧力を減圧弁で設定した圧力にする順序を示す説明のための断面図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ給水装置の例を示す断面図である。他例の給水装置の断面図である。（ａ）は本発明の給水装置の実施形態の断面図であり、（ｂ）は第１の配管の吐出口の第２の配管内の内壁面に沿わせた状態を示す水平断面図である。（ａ）は本発明の給水装置の他の実施形態の断面図であり、（ｂ）は第１の配管の吐出口の第２の配管内の内壁面に沿わせた状態を示す水平断面図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ給水装置の他例の断面図である。（ａ）は更に他例の断面図であり、（ｂ）は出力側配管の水が密封タンク内に逆流した状態を示す断面図である。（ａ）は更に他例の断面図であり、（ｂ）は出力側配管の水が密封タンク内に逆流した状態を示す断面図である。給水装置の更に他例の断面図である。

１密封タンク
２吐水口
３入力側配管
３ａ第１の配管
３ｂ第２の配管
４ａ減圧弁
４ｂ逆止弁
５開閉弁
６吸口
７出力側配管
８水溜め部
９密閉空間
１０負圧弁
１１出水口
１２吐出口
１３セパレータ
１６空気室
１７下端開口部
１８空気室構成部
１９逃がし弁

Claims

水道水を蓄える密封タンクと、一端部を高圧の水道水を供給する水道管に接続すると共に他端部の吐水口を前記密封タンク内に開口させ前記密封タンクと連結した入力側配管と、該入力側配管に設けた減圧弁及び逆止弁と、一端又は途中に開閉弁が接続されるとともに他端部の吸口を前記密封タンクの下部に位置させ前記密封タンクと連結した出力側配管と、前記密封タンク内の下部の前記吸口を含む水道水が溜まる水溜め部と、吐水口と前記水溜め部の水面との間に常に所定の距離を確保して形成した空気領域を含む密閉空間とを備え、前記入力側配管を上流側の第１の配管と下流側の第２の配管とで構成し、前記第２の配管を前記密封タンク内に設け、前記第１の配管の下流側を密封タンクに連結して第１の配管の下流側端部の吐出口を該吐出口から吐出する水道水の吐出方向が平面視で第２の配管の内壁面に沿うように第２の配管内に開口させたことを特徴とする給水装置。
前記密封タンクの前記水溜め部の水面よりも下方の部位において前記入力側配管を連結して成ることを特徴とする請求項１記載の給水装置。
前記第２の配管の上部に水道水から空気を分離して前記密閉空間に放出するためのセパレータを備えて成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の給水装置。
少なくとも前記吐水口を含む前記密閉空間の平面視における断面積を、前記水溜め部の平面視における断面積よりも小さくして成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の給水装置。
内部が空気室となり且つ下端開口部が前記密閉空間内に開口する空気室構成部を前記吐水口に連通接続し、空気室構成部の空気室の平面視における断面積を吐水口の断面積よりも大きくすると共に空気室構成部の下端開口部を吐水口よりも下方に位置させて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の給水装置。
前記吐水口よりも下方で且つ前記密閉空間が前記減圧弁の設定圧力と同じ場合における前記水溜め部の水面よりも上方の所定高さ位置に、密封タンク内の水位が上昇した際に水溜め部内の水道水を外部に排出するための逃がし弁を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の給水装置。
前記密封タンクに負圧弁を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の給水装置。