JP4938902B2 - 汚水攪拌バルブ及びこれを用いたポンプユニット - Google Patents

Description

本発明は、汚水攪拌バルブ及びこれを用いたポンプユニットに係り、特に汚水槽内に設置される汚水攪拌バルブ及びこれを用いたポンプユニットに関する。

近年、マンホール等の汚水槽には、槽内に溜まった汚水を排出するためのポンプユニットが設置されているものがある。ポンプユニットは汚水が所定量溜まった際に稼動して汚水を排出するが、汚水は腐食したり、異臭やスカムを発生させたりするので、ポンプユニットに汚水攪拌バルブを設け、汚水を攪拌することで、汚水の腐食や、異臭、スカムの発生を防止するようになっている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の汚水攪拌バルブ（ミキシングバルブ）では、球状の可動バルブ要素（バルブボール）によって開閉動作を実現している。ここで、バルブボールが栓をする箇所の上流側及び下流側のそれぞれの下方には、互いに連通されたダイヤフラムが設けられていて、バルブボールは上流側のダイヤフラム上に配置されている。各ダイヤフラムとバルブとからなる空間内には、オイルなどの流体が充填されている。汚水が排出されていなければ上流側のダイヤフラムはバルブボールによって押下され、下流側のダイヤフラム内をオイルが満たすことになる。その後、汚水が排出されると、この流れによる圧力差によって下流側のダイヤフラムは凹まされて、オイルは上流側のダイヤフラムへと移動する。これにより上流側のダイヤフラムは膨らみバルブボールは上昇される。その後バルブボールは汚水の流れにのってバルブを閉とすることになる。

特許第２６０７８３９号公報

しかしながら、上記した汚水攪拌バルブのようにオイルを直接バルブ内に充填させて、当該オイルによってバルブの開閉動作を行うものであると、バルブが破損してしまった場合にオイルが外部循環に流出し、結果的に環境汚染を誘発するおそれがあった。

本発明の課題は、バルブ内にオイルを充填させなくともバルブの開閉動作を可能とすることで、オイルによる環境汚染を防止することである。

請求項１記載の発明における汚水攪拌バルブは、
汚水が流入する流入口と、
汚水が排出される排出口と、
前記流入口から前記排出口まで汚水を案内する流路と、
前記流路に連続するように前記流路から上方に向けて延出する補助空間と、
前記流路及び前記補助空間内で浮沈することで当該流路を開閉する球体弁と、
前記補助空間内で、浮上した前記球体弁を保持する球体弁保持部と、
前記球体弁保持部よりも上位に配置されて、前記補助空間内の空気を排出可能な逆止弁とを備え、
前記補助空間には、前記球体弁保持部から前記流路までを離間させ、前記逆止弁により前記補助空間内の汚水が排出されない状態で前記球体弁が開状態である場合に前記球体弁保持部から前記流路までに下降旋回流を生じさせるための離間領域が設けられ、
前記球体弁は、前記下降旋回流により沈降して前記流路を閉状態とすることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、球体弁が流路及び補助空間内で浮沈することで、流路が
開閉される。具体的には、汚水攪拌バルブが設置された汚水槽内に汚水が溜まって球体弁が流路及び補助空間内で浮上すると流路は開状態となる。その後、外部のポンプによって汚水が流入口に供給されると、汚水は流路を介して排出口から排出されて汚水攪拌バルブ外の汚水を攪拌する。

ここで、外部のポンプより汚水攪拌バルブに汚水が供給される際に、球体弁保持部の球体弁保持位置よりも上位に槽内の汚水水位があるのであれば、補助空間内の汚水水位も球体弁保持位置よりも上位となるために球体弁は汚水中に存在することになる。球体弁が開状態の汚水攪拌バルブ内に外部のポンプから汚水が供給されると、汚水の一部は排出口から排出されるものの他の一部は補助空間内に流入する。このとき、補助空間内に空気があった場合には逆止弁により補助空間内の水位上昇とともに排出される。そして、補助空間が汚水により満たされたとしても、逆止弁からは排出されない。その後、外部のポンプから汚水が供給されると、汚水は補助空間を形成する壁面に沿って上昇旋回流を形成して上昇する。このとき逆止弁からは排出されないので汚水は補助空間中心部で下降する微小の下降旋回流となって流路内に還流することになる。球体弁保持部により保持されていた球体弁は、下降旋回流により徐々に下降し、その後流路内の汚水の流れに誘導されて、流路を閉状態とする。閉状態になると汚水の流れが止まって排出口から汚水が排出されなくなり、攪拌も停止する。
このように、球体弁の浮沈によって汚水攪拌バルブの開閉動作を行っているので、当該バルブ内にオイルを充填させる必要もなくなる。

ところで、上記したフロート部により流路弁を開閉する汚水攪拌バルブであると、槽内の汚水水位が直接フロート部の開閉に影響するために、攪拌時間を十分に確保することが困難であった。しかしながら、請求項１記載の発明であると、球体弁が上昇旋回流の影響を受けながら下降旋回流により徐々に下降するようになっているために、流路が閉状態になるまで相当の時間が確保できる。これにより、攪拌時間を十分に確保することが可能となる。
さらに球体弁及び逆止弁以外に可動部がないために、故障頻度を抑制することも可能である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の汚水攪拌バルブにおいて、
前記球体弁保持部は棒状に形成され、当該球体弁保持部の上端部が前記補助空間を形成する筒体の天井部に対して上下方向に少なくとも２点で位置調整自在に固定されて、前記球体弁保持部の下端部で前記球体弁を保持することを特徴としている。

請求項２記載の発明によれば、球体弁保持部が棒状に形成されているので、球体弁保持部自体の凹凸を削減することができる。これにより、し渣等が球体弁保持部に絡みつくことが防止される。また、棒状の球体弁保持部の上端部が少なくとも２点で固定されているので、球体弁保持部を一点で固定した場合と比較して当該球体弁保持部の揺れを防止することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の汚水攪拌バルブにおいて、
前記球体弁保持部の表面には、前記少なくとも２点の間から視認可能な目盛りが付されていることを特徴としている。

請求項３記載の発明によれば、球体弁保持部の表面には、少なくとも２点の固定点の間から視認可能な目盛りが付されているので、外部から容易に球体弁保持部による球体弁保持位置を認識することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の汚水攪拌バルブにおいて、
前記球体弁保持部は、前記補助空間を形成する筒体の天井部であることを特徴としている。

請求項４記載の発明によれば、球体弁保持部が筒体の天井部であるので、球体弁保持部専用の部材を取り付けなくとも球体弁を保持することができる。このように、球体弁保持部専用の部材が省略できると、当該部材に異物等が絡みつくことを防止できる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の汚水攪拌バルブにおいて、
前記排出口には、前記汚水の吐出流により自在に回転する排出管が連結されていることを特徴としている。

請求項５記載の発明によれば、汚水の吐出流により自在に回転する排出管が排出口に連結されているので、この回転により広範囲を攪拌することが可能となり、噴射流による攪拌効果を高めることができる。このように広範囲を攪拌できれば、清掃効果も高められることになる。

請求項６記載の発明におけるポンプユニットは、
請求項１〜５の何れか一項に記載の汚水攪拌バルブと、
前記汚水攪拌バルブが取り付けられる圧送管と、
前記圧送管及び前記汚水攪拌バルブに汚水を供給するためのポンプとが設けられ、
前記汚水攪拌バルブの前記逆止弁と前記圧送管とが連通し、前記圧送管に流入した汚水により前記逆止弁を閉状態にすることを特徴としている。

請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同等の作用効果を奏することができる。特に、逆止弁と圧送管とが連通しているので、流路や圧送管に汚水が流入された際であっても逆止弁を確実に閉状態にすることができ、下降旋回流を確保することができる。

本発明によれば、汚水攪拌バルブ内にオイルを充填させなくともバルブの開閉動作が可能となるため、オイルによる環境汚染を防止することができる。

本実施形態に係るポンプユニットの概略構成を表す側面図である。 図１のポンプユニットに備わる汚水攪拌バルブの概略構成を表す断面図である。 図１のポンプユニットに備わる汚水攪拌バルブの概略構成を表す断面図である。 図１のポンプユニットの変形例を表す側面図である。 図２の汚水攪拌バルブの変形例を表す説明図である。 図２の汚水攪拌バルブの変形例を表す説明図である。 図２の汚水攪拌バルブの変形例を表す説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。

以下、本実施形態では汚水攪拌バルブ内の球体弁を浮沈させることで汚水攪拌バルブを開閉させる構成を例示して説明する。

図１は、本実施形態のポンプユニットの概略構成を表す側面図である。この図１に示すように、ポンプユニット１Ｂは、汚水槽２内に設置されて、当該汚水槽２に溜まった汚水を排出するようになっている。ポンプユニット１Ｂには、汚水槽２に貯まった汚水を排出するために上下方向に延在する圧送管３と、圧送管３の上端部を水平方向に繋いで圧送管３からの汚水を汚水槽２外へ排出する合流管（図１では省略）と、圧送管３の下部に連結されて当該圧送管３内に汚水を供給するためのポンプ５と、汚水攪拌バルブ５００とが設けられている。

図２は汚水攪拌バルブ５００の概略構成を表す断面図である。図２に示すように汚水攪拌バルブ５００には、汚水が流入する流入口５０１と、汚水が排出される排出口５０２と、流入口５０１から排出口５０２まで汚水を案内する流路５０３とが形成されている。流路５０３の途中には、当該流路５０３に連続するように流路５０３から上方に向けて延出する補助空間５０４が形成されている。

また、汚水攪拌バルブ５００の内部には、流路５０３及び補助空間５０４内で浮沈することで流路５０３を開閉する中空の球体弁５０５が配置されている。また、補助空間５０４内には、浮上した球体弁５０５を保持する球体弁保持部５０６が設けられている。球体弁保持部５０６は、断面視逆Ｔ字状に形成されていて、その上端部は汚水攪拌バルブ５００の天井部５０７にネジ止めされている。なお、ネジ５０８を緩めることで、球体弁保持部５０６を昇降させて球体保持位置を調整することが可能である。

また、汚水攪拌バルブ５００の上部には、補助空間５０４に連通する逆止弁５０９が圧送管３に連通するように設けられている。逆止弁５０９の内部には、中空の第２球体弁５１０が設けられている。第２球体弁５１０は、補助空間５０４内に汚水が浸入する際には逆止弁５０９の流入口５１１から離間して開状態となるので、補助空間５０４内の空気や汚水を排出させる。また、圧送管３から水圧を受けると第２球体弁５１０は流入口５１１に密着して閉状態となるので、補助空間５０４内の汚水は排出されない。

また、補助空間５０４には、球体弁保持部５０６から流路５０３までを離間させ、逆止弁５０９により補助空間５０４内の汚水が排出されない状態で球体弁５０５が開状態である場合に球体弁保持部５０６から流路５０３までに下降旋回流を生じさせるための離間領域Ｂが設けられている。具体的には、補助空間５０４の下端部から球体弁保持部５０６の球体弁保持位置までの領域が離間領域Ｂである。離間領域Ｂが設けられているので補助空間５０４内に下降旋回流が発生することになり、この下降旋回流により球体弁５０５を徐々に沈降させることが実現されるのである。なお下降旋回流の発生メカニズムは後述する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
汚水攪拌バルブ５００内に汚水が進入していない状態であると、球体弁５０５は流路５０３内に配置されていて、流路５０３を閉じている（図２の実線部Ｌ８参照）。このとき逆止弁５０９の第２球体弁５１０は流入口５１１から離間して開状態となっている（図２の実線部Ｌ９）。

その後、汚水槽２内に汚水が溜まって、汚水攪拌バルブ５００内にも汚水が溜まっていくと球体弁５０５も浮上して流路５０３から補助空間５０４へと移動し、球体弁保持部５０６により保持され、それ以上の上昇を規制される（図２の２点鎖線部Ｌ１０参照）。これで流路５０３が開状態となり汚水攪拌バルブ５００内に汚水を流すことができる。このとき、補助空間５０４内の空気は逆止弁５０９を介して圧送管３内に排出されて、汚水槽２内に排出される。

そして、ポンプ５は汚水槽２内に汚水が溜まって満水となる直前に稼動し、槽内の汚水を吸入する。これにより、ポンプ５から吸引された汚水は、圧送管３及び汚水攪拌バルブ５００に供給される。汚水が圧送管３に供給されると、当該汚水はそのまま合流管４、圧送管用ボール６及び仕切ボール弁７を介して槽外に排出される。このとき圧送管３内の水圧によって逆止弁５０９の第２球体弁５１０は流入口５１１に密着し閉状態となっている（図２の実線部Ｌ１１参照）。これにより、圧送管３から汚水攪拌バルブ５００内に汚水が逆流することが防止される。

一方、汚水が汚水攪拌バルブ５００の流入口５０１に供給される際においては、球体弁５０５が球体弁保持位置にあって汚水攪拌バルブ５００が開状態となっている。このため、汚水は流路５０３及び排出口５０２を介して排出管１１５から排出されて汚水槽２内の汚水を攪拌する。この際、汚水の一部は補助空間５０４内に侵入する。この進入時において、汚水は補助空間５０４の壁面に沿って上昇旋回流αを形成しながら補助空間５０４内に侵入する。汚水の上昇旋回流αは、逆止弁５０９の第２球体弁５１０が閉状態となっているために、補助空間５０４の中心付近で微小な下降旋回流βを形成しながら下降し、流路５０３内に還流する。

球体弁保持部５０６により保持されていた球体弁５０５は、下降旋回流βにより上下動を繰り返しながら流路５０３側に引き寄せられる。その後、球体弁５０５が補助空間５０４の下端部に位置すると、流路５０３内の汚水の流れに誘導されることになって流路５０３内に完全に進入し、流路５０３を閉状態とする（図２の実線部Ｌ８参照）。閉状態になると汚水攪拌バルブ５００内の汚水の流れが止まって排出口５０２から汚水が排出されなくなり、攪拌も停止する。これにより、汚水は圧送管３のみを流れることになり、槽外へ排出されることになる。

以上のように本実施形態によれば、球体弁５０５の浮沈によって汚水攪拌バルブ５００の開閉動作を行っているので、当該バルブ内にオイルを充填させる必要もなくなる。
そして、球体弁５０５が上昇旋回流αの影響を受けながら下降旋回流βにより徐々に下降するようになっているために、流路５０３が閉状態になるまで相当の時間が確保できる。これにより、攪拌時間を十分に確保することが可能となる。
さらに球体弁５０５及び逆止弁５０９以外に可動部がないために、故障頻度を抑制することも可能である。また、球体弁保持部５０６の位置を変えることにより、ポンプの出力変化に対応させることが可能である。

ところで、本実施形態では、汚水槽２が満水となった場合にポンプ５が可動する場合を例示して説明したが、ポンプ５の可動タイミングは、少なくとも補助空間５０４内の水位が球体弁保持部５０６の球体弁保持位置よりも上位にあるときでなければならない。図３は、汚水の水位が球体弁保持位置よりも下位にある場合を表す説明図である。この図３に示すように、汚水の水位が球体弁保持位置よりも下位にある状態でポンプ５が稼動すると、汚水が圧送管３に供給されて逆止弁５０９が閉状態となるとともに、補助空間５０４内にも汚水が流入して上昇旋回流α及び下降旋回流βが形成される。このとき、球体弁５０５は水面にあるために、当該球体弁５０５には表面張力Ｆが付与される。表面張力Ｆは、下降旋回流βより球体弁５０５に作用する力よりも上回っているので、球体弁５０５は下降旋回流βにより下降することがなく、ポンプ５による汚水供給が停止するまで汚水攪拌バルブ５００は閉状態とならない。このようなことを防止すべく、少なくとも補助空間５０４内の水位が球体弁保持部５０６の球体弁保持位置よりも上位にあるときをポンプ５の可動タイミングとしなければならないのである。

なお、下降旋回流βはポンプ５の出力によりその水勢が異なるため、設置されるポンプ５の種類に応じて球体弁保持部５０６による球体弁保持位置を調整することで、球体弁５０４が流路５０３に到達する時間を確保するようになっている。

また、本実施形態では、逆止弁５０９が圧送管３に連通された場合を例示して説明したが、逆止弁は球体弁保持部５０６よりも上位に配置されて、補助空間５０４内の空気を排出するが補助空間５０４内の汚水を排出させないのであれば、如何なるものであってもよい。例えば図４に示すように補助空間５０４を形成する筒体５１３を満水位置よりも上位まで延在させて、その端部に逆止弁５１４を取り付けることなどが挙げられる。この実施形態における逆止弁５１４は、ポンプ稼動時の補助空間５０４内の圧力によって閉状態とすることで当該補助空間５０４内の汚水を排出されない状態とすることができ、上述のように圧送管３の水圧を利用して閉状態とする必要がない。

また、本実施形態では、球体弁保持部５０６が断面視逆Ｔ字状に形成されている場合を例示して説明したが、球体弁保持部の形状はこれに限定されない。例えば図５に示すように球体弁保持部５１５が棒状に形成されていてもよい。棒状であると球体弁保持部５１５自体の凹凸を削減することができ、し渣等が球体弁保持部５１５に絡みつくことが防止される。

図５に示すように、球体弁保持部５１５の上端部は、補助空間５０４を形成する筒体５１６の天井部５１７に対して上下方向に少なくとも２点で位置調整自在に固定されている。具体的には、天井部５１７には球体弁保持部５１５が貫通する貫通孔５１８が設けられている。また、天井部５１７の上部には、貫通孔５１８を貫通した球体弁保持部５１５を上下方向に２点で固定する固定部５１９が設けられている。このように、球体弁保持部５１５の上端部が２点で固定されていれば、球体弁保持部５１５を一点で固定した場合と比較して当該球体弁保持部５１５の揺れを防止することができる。

球体弁保持部５１５はネジ５２０により固定部５１９に固定されているが、ネジ５２０を緩めることで上下方向に位置調整が可能となっている。ここで、球体弁保持部５１５の表面には、固定部５１９による２点の固定点の間から視認可能な目盛りＭが付されており、外部から容易に球体弁保持部５１５による球体弁保持位置を認識することができるようになっている。

また、図６に示すように補助空間５０４を形成する筒体５２１の天井部５２２を球体弁保持部としてもよい。こうした場合、球体弁保持部専用の部材を取り付けなくとも球体弁５０５を保持することができる。このように、球体弁保持部専用の部材が省略できると、当該部材に異物等が絡みつくことを防止できる。なお、補助空間５０４の高さはポンプ５の流量に応じて決定するため、ポンプ５や汚水攪拌バルブ５００の設置時にポンプ５の流量に応じた筒体５２１を選択する必要がある。例えば、流量が所定量よりも大きいポンプ５の場合は、補助空間５０４の高さが高くなる筒体５２１ａを選択し、流量が所定量よりも小さいポンプ５の場合は補助空間５０４の高さが低くなる筒体５２１ｂを選択することになる。

また、排出口５０２には、図７に示すように汚水の吐出流により自在に回転する排出管５２３を連結することが好ましい。この排出管５２３には、回転式フランジ５２４と、当該回転式フランジ５２４の下流側で回転式フランジ５２４の軸中心からずれた位置を噴出口５２５とする噴出管５２６が設けられている（図７（ｂ）参照）。排出管５２３内に汚水が流れると、その吐出流及び回転式フランジ５２４によって噴出管５２５は回転しながら汚水を噴出することになる。この回転により広範囲を攪拌することが可能となり、噴射流による攪拌効果を高めることができる。このように広範囲を攪拌できれば、清掃効果も高められることになる。
なお、本発明は上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

１Ｂ ポンプユニット
２ 汚水槽
３ 圧送管
４ 合流管
５ ポンプ
６ 圧送管用ボール
７ 仕切ボール弁
１１５ 排出管
５００ 汚水攪拌バルブ
５０１ 流入口
５０２ 排出口
５０３ 流路
５０４ 補助空間
５０５ 球体弁
５０６ 球体弁保持部
５０７，５１７，５２２ 天井部
５０８，５２０ ネジ
５０９，５１４ 逆止弁
５１０ 第２球体弁
５１１ 流入口
Ｂ 離間領域
Ｆ 表面張力
α 上昇旋回流
β 下降旋回流

Claims (6)

1. 汚水が流入する流入口と、
   汚水が排出される排出口と、
   前記流入口から前記排出口まで汚水を案内する流路と、
   前記流路に連続するように前記流路から上方に向けて延出する補助空間と、
   前記流路及び前記補助空間内で浮沈することで当該流路を開閉する球体弁と、
   前記補助空間内で、浮上した前記球体弁を保持する球体弁保持部と、
   前記球体弁保持部よりも上位に配置されて、前記補助空間内の空気を排出可能な逆止弁とを備え、
   前記補助空間には、前記球体弁保持部から前記流路までを離間させ、前記逆止弁により前記補助空間内の汚水が排出されない状態で前記球体弁が開状態である場合に前記球体弁保持部から前記流路までに下降旋回流を生じさせるための離間領域が設けられ、
   前記球体弁は、前記下降旋回流により沈降して前記流路を閉状態とすることを特徴とする汚水攪拌バルブ。
2. 請求項１記載の汚水攪拌バルブにおいて、
   前記球体弁保持部は棒状に形成され、当該球体弁保持部の上端部が前記補助空間を形成する筒体の天井部に対して上下方向に少なくとも２点で位置調整自在に固定されて、前記球体弁保持部の下端部で前記球体弁を保持することを特徴とする汚水攪拌バルブ。
3. 請求項２記載の汚水攪拌バルブにおいて、
   前記球体弁保持部の表面には、前記少なくとも２点の間から視認可能な目盛りが付されていることを特徴とする汚水攪拌バルブ。
4. 請求項１記載の汚水攪拌バルブにおいて、
   前記球体弁保持部は、前記補助空間を形成する筒体の天井部であることを特徴とする汚水攪拌バルブ。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の汚水攪拌バルブにおいて、
   前記排出口には、前記汚水の吐出流により自在に回転する排出管が連結されていることを特徴とする汚水攪拌バルブ。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の汚水攪拌バルブと、
   前記汚水攪拌バルブが取り付けられる圧送管と、
   前記圧送管及び前記汚水攪拌バルブに汚水を供給するためのポンプとが設けられ、
   前記汚水攪拌バルブの前記逆止弁と前記圧送管とが連通し、前記圧送管に流入した汚水により前記逆止弁を閉状態にすることを特徴とするポンプユニット。

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