JP5176168B2

JP5176168B2 - 空気排出装置

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Publication number: JP5176168B2
Application number: JP2008234087A
Authority: JP
Inventors: 康二山内; 富男和田
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: JP2010065792A

Description

本発明は、上水、農水、海水、薬液等の流体輸送配管ラインに使用される空気排出装置に関するものである。さらに詳しくは、主として流速が早くても配管ライン内に発生した気泡を効率よく外部へ排出することのできる空気排出装置に関するものである。

従来、流体輸送用の配管ライン内に発生した気泡を排出する方法として、図７に示すような空気弁を設置したものがあった（例えば、特許文献１参照）。その構成は、パイプライン１０１を構成するパイプ１０２から分岐されて立ち上がったパイプ１０３の末端に、パイプ１０３に流入する水や空気などの流体の流れを開閉するボール補修弁１０５と、流入する水によりフロートを浮遊させ、空気孔を開閉させて空気の吸気または排気を行う空気弁本体１０４と、ボール補修弁１０５と空気弁本体１０４との間に挟持されて設けられたフランジ型水抜栓１０６とが配置されてなるものであった。

しかしながら、前記パイプライン１０１に取り付けられた空気弁においては、配管のパイプ１０２に対して垂直に立ち上がって分岐したパイプ１０３が設けられた構成をしているため、特に流体の流れが速いときには流体中に混在した気泡がパイプ１０３から上方に浮上して空気弁を通って排出しようとしても、流体の流れの勢いに負けてしまいパイプ１０３から浮上できずにパイプ１０３を通過してパイプ１０２の下流側へ気泡が流れてしまい、気泡の排出効率が低下するという問題があった。このように、気泡の排出効率が低下すると配管内の途中に空気溜まりが発生し、この空気溜りが流体の流れの妨げとなって流体の流れを悪化させるという問題や、溜まった空気によってサージングやエアーハンマーが生じる惧れがあり、このような圧力変化により配管が破損する惧れがあるという問題があった。

前記従来の問題点を解決する一つの方法として、図８に示すような移送用パイプがあった（例えば、特許文献２参照）。その構成は、スラリーを移送するパイプ１０８において、上方に向けて湾曲した湾曲部１０９を設け、且つその上部に外部と連通する空気抜きコック１１０を設けたものであり、流体の移送中にパイプ１０８内に混在した気泡を上方の湾曲部１０９に集中させて除去することができるものであった。

実用新案登録第３１１２５７６号公報特開平３−１６３２９６号公報

しかしながら、前記移送用パイプにおいては、パイプ１０８を上方に立ち上げた後、湾曲させて設けられた流路となるため流れ方向が極端に変化してしまい、特に流速が速い流体を流した場合、この流路がスムースな流れの妨げとなり、空気抜きコック１１０付近の湾曲部１０９で圧力損失が起こるという問題があった。また、パイプ１０８の口径が３０ｍｍ未満程度であれば配管のラインを立ち上げて湾曲部１０９を設けることは容易であるが、それ以上の口径になると配管のラインを立ち上げて湾曲部１０９を設けるための配管設置が困難となり、さらには配管設置のためのスペースが多く必要になるという問題があった。また、空気抜きコック１１０に空気弁を用いて地中に埋設して使用する場合、パイプ１０８の水平に配管された部分から空気弁までの高さを高く設けなければならないため、空気弁の取り付け高さは規定によって定められているので、その分パイプ１０８を深く埋設しなければならず、配管施工時の埋設溝が深くなって施工のための多大な手間や時間が係り、施工コストが嵩むという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、流速が速くても配管ライン内に発生した空気の気泡を効率よく確実に外部へ排出することのでき、配管ラインへの設置が容易で設置スペースを取らない空気排出装置を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の構成を図に基づいて説明すると、第一開口と、該第一開口から流路の開口面積が拡径し流路に段差が設けられた拡径部と、該拡径部に連通する内部流路と、該内部流路から流路を縮径させ第二開口に連通する天井面が下り勾配の傾斜部を形成して斬次縮径される縮径部である第二流路とを有し、前記内部流路上方に設けられた上部開口と、該上部開口と前記内部流路とを連通する立ち上がり流路とを有する空気集積部と、該空気集積部の上部開口に連通して設けられた空気弁とを具備することを第１の特徴とする。

前記空気集積部の前記第一開口及び前記第二開口の内径の最下部の位置と、前記拡径部及び前記縮径部の底面とが、前記内部流路の底面とほぼ面一となるように形成されていることを第２の特徴とする。

前記内部流路の開口面積が、前記第一開口及び前記第二開口の開口面積の２．０〜９．０倍であることを第３の特徴とする。

前記段差部から前記立ち上がり流路近傍までの距離Ｌが、前記内部流路の内径Ｄより大きくなるように形成されていることを第４の特徴とする。

前記立ち上がり流路が前記上部開口に向かって縮径してなることを第５の特徴とする。

前記拡径部が、前記第一開口に連通する第一流路を有し、該第一流路から垂直に立ち上がって段差部を形成して拡径され、前記内部流路に連通されていることを第６の特徴とする。

前記縮径部の前記空気集積部の中心側からの傾斜部の俯角θ_２が２０°≦θ_２≦８０°であることを第７の特徴とする。

前記空気集積部と前記空気弁との間に開閉弁が介在されたことを第８の特徴とする。

前記空気弁が、下部に流入口を、上部に開口部を有した弁箱と、弁箱内に配置され上部に連通口を底部に導水口を有し、その外周面と弁箱内周面との間に流路間隙を設けた有底案内筒と、弁箱の開口部に装着され弁箱との間に前記案内筒を挟持固定し、中央に大径空気孔を有する蓋体と、前記案内筒内に昇降自在に設けられ小径空気孔を有し、上限位置で前記蓋体の大径空気孔を閉塞する遊動弁体と、前記案内筒内に昇降自在に設けられ上限位置で前記遊動弁体の小径空気孔を閉塞するフロート弁体と、蓋体に装着されたカバーとを具備し、前記案内筒の内面下方部に弁開時にフロート弁体が前記導水口を閉塞しないようにする保持部が設けられていることを第９の特徴とする。

また、本発明において、空気集積部１の本体２、第一、第二継手３、４、連結継手４１、空気弁２３の弁箱２４、フロート弁体３０、蓋体２６、カバー３１、開閉弁１９の弁本体２０の材質は、ポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、ポリビニリデンフルオライド、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリジシクロペンタジエン（以下、ＰＤＣＰＤと記す）、ポリビニリデンフルオライド、エポキシアクリレート樹脂、ＡＢＳ樹脂などの樹脂、鉄、銅合金、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属のいずれでも良く、特に限定されないが、樹脂製であると金属製の場合に比べ格段に軽量となり施工性に優れ、更に耐腐食性にも優れているため好適である。

本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）気泡が混在された流体が内部流路に流入した時に、流路の開口面積が突然拡径されることで内圧が一時的に緩和されると共に、流体の流速も一時的に緩やかになるため、内圧の減少により流体の中に混在する気泡の径が大きくなり浮力も大きくなるため上方へと浮上する速度は速くなり、また流速が緩むことにより流速が速い場合でも流体の流れに押されるよりも速く気泡を上方へ浮上させて空気弁から排出することができる。
（２）空気集積部の拡径部の段差部付近または傾斜部付近で流体が逆流して流れる乱流が発生するため、この乱流が内部流路に流れ込んだ気泡を上方へと巻き上げるため、気泡の浮上を早めて排出させ易くすることができる。
（３）空気集積部の第一開口及び第二開口の内径の最下部の位置と、拡径部及び縮径部の底面とが、内部流路の底面とほぼ面一となるようになっているため、第一開口から第二開口までの流路は略直線状となり、圧力損失が少なく流量特性に優れており効率的に内部流路内の流体を流すことができる。
（４）拡径部によって流路が内部流路と略同径になるまで拡径された位置から本体の立ち上がり流路近傍までの距離Ｌが、内部流路の内径Ｄより大きくなるように形成されているため、空気集積部の内部流路が長くなり、内部流路内で流速が緩やかになった状態で気泡を浮上させるまでの時間を猶予することができ、気泡をより効率よく排出することができる。
（５）縮径部の傾斜部の付近で流体が逆流して流れる乱流が発生するため、浮上が遅れて立ち上がり流路を通過した気泡は、傾斜部に当接して一時的に集合し気泡同士が付着し合って大きな気泡となり、大きな浮力を得ると共に乱流に乗って傾斜部に沿って上方へと移動して立ち上がり流路に流入することができる。
（６）従来の空気弁を設置した配管ラインに比べて第一開口から内部流路に拡径した拡径分のみのサイズアップで済むため配管スペースを取らずに設置でき、配管ラインへの設置も容易に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第一の実施形態を示す空気排出装置の縦断面図である。図２は本発明の第二の実施形態を示す空気排出装置の縦断面図である。図３は本発明の第三の実施形態を示す空気排出装置の縦断面図である。図４は第一の実施形態における立ち上がり流路の異なる構造を示す空気排出装置の縦断面図である。図５は空気排出装置による空気の排出量を測定する試験装置の模式図である。図６は空気排出装置による空気の排出率の試験結果を示すグラフである。

以下、図１に基づいて本発明の第一の実施形態である空気排出装置について説明する。

空気集積部１は、本体２、第一継手３、第二継手４からなり、これらを一体的に組み付けて構成されている。

ＰＶＣ製の本体２は、両側面に形成された側面開口５、６と上面に形成された上部開口７とを有しており、内部には両側面開口５、６に各々連通する内部流路８が設けられ、上部開口７と内部流路８とを連通する立ち上がり流路９が設けられている。また、内部流路８の内径は両側面開口５、６の内径と略同径に形成されている。

ＰＶＣ製の第一継手３は、一端面に配管ラインと接続される第一開口１０と他端面に内径が第一開口１０と略同径の第一連通開口１１とを有し、内部には第一開口１０と第一連通開口１１とに連通する第一流路１２が設けられている。第一継手３の第一連通開口１１側の外周には第一連通開口１１が偏芯した位置に開口する鍔部１３が設けられ、鍔部１３が本体１の一方の側面開口５に接続される。この鍔部１３によって第一流路１２から垂直に立ち上がった段差部１４を形成し、鍔部１３と側面開口６が接続されて第一流路１２から拡径されて内部流路８に連通される流路が形成される。この第一継手３が空気集積部１の拡径部となる。

ＰＶＣ製の第二継手４は、一端面に内径が本体２の側面開口６の内径と略同径の第二連通開口１５と他端面に配管ラインと接続される第二開口１６とを有し、内部には第二連通開口１５から第二開口１６に向かって天井面が下り勾配の傾斜部１７を形成して漸次縮径する第二流路１８が設けられている。第二連通開口１５は、本体２の他方の側面開口６に接続されている。また、空気集積部１の中心側から第二開口１６に向かった傾斜部１７の俯角θ_２は３０°で形成されている。この第二継手４が空気集積部１の縮径部となる。

ここで本体２の側面開口５、６の内径は、第一、第二開口１０、１６の内径の２倍になるように形成されている。また、第一開口１０、第二開口１６の内径の最下部の位置と、第一流路１２と第二流路１８の底面とが、本体２の内部流路８の底面とほぼ面一となるように各々形成されている。

開閉弁１９は、ＰＶＣ製の弁本体２０と、弁本体２０内にスピンドル２１に支承された周側面にシールリングが嵌着されたＰＰ製の円板状の弁体２２と、弁本体２０から突出したスピンドル２１の一端部に取り付けられたハンドル（図示せず）からなり、ハンドルの回動によってスピンドル２１を介して弁体２２を回動させて弁の開閉を行うバタフライバルブの構成をしている。なお、本実施形態では開閉弁１９はバタフライバルブの構成であるがボールバルブの構成であっても良い。

空気弁２３は、弁箱２４と、案内筒２５と、蓋体２６と、遊動弁体２９と、フロート弁体３０と、カバー３１とから形成されており、その構成は以下のとおりである。

図１において、ＰＤＣＰＤ製の弁箱２４は下部に流入口３２及び上部に開口部を有し、内部にＰＰ製の有底筒状の案内筒２５が装着され、この案内筒２５の外周面と弁箱２４の内周面とで流路間隙３３が形成されている。

案内筒２５の上部には、案内筒２５の内部と流路間隙３３とを連通する連通口が設けられていると共に、底部は半球状に形成されており、この底部略中央には案内筒２５の外部と内部とを連通する導水口３４が形成されている。案内筒２５の内面底部には導水口３４を中心にして軸線方向にフロート弁体３０の保持部となる４個の突条３５が９０度間隔で設けられている。

ＰＤＣＰＤ製の蓋体２６は、弁箱２４の上部開口部に装着され、この蓋体２６の中央部には空気を大量排気するための大径空気孔２８が設けられている。

ＰＰ製の遊動弁体２９は、案内筒２５の内部に昇降自在に装着されている。この遊動弁体２９の中心部には少量の吸気、排気作用を行う小径空気孔２７が設けられている。また、遊動弁体２９はフロート弁体３０の略上半部を内包する形状に形成されている。

ＰＰ製のフロート弁体３０は、案内筒２５の内部で、遊動弁体２９の下部に昇降自在に装着され、その上限位置では遊動弁体２９の小径空気孔２７を閉塞する。フロート弁体３０は弁開時には前記案内筒２５の突条３５に接触して支承されており、導水口３４を閉塞しないようになっている。すなわち、導水口３４と案内筒２５の内部は連通状態になっている。ここで、フロート弁体３０の形状は球状に形成されているが、上面が平坦となった円柱状、逆円錐台状、逆円錐状などでもよく形状は特に限定されない。

シート状の弁座３６は、大径空気孔２８よりも外周側に位置して、蓋体２６の下面に嵌合装着されている。ＰＤＣＰＤ製のカバー３１は、蓋体２６の上方に装着され、大径空気孔２８を十分に覆う大きさに形成されている。

次に、第一の実施形態の空気排出装置の作用について図１に基づいて説明する。

空気排出装置の第一開口１０と第二開口１６は各々農水の配管ライン（図示せず）に接続されている。配管ラインの上流側から流れる水は第一継手３の第一開口１０から流入し、第一流路１２を通って本体２の内部流路８に流入し、内部流路８から第二継手４の第二流路１８を通って第二開口１６から流出される。このとき、第一継手３と本体２の接続部分において、第一流路１２から内部流路８に流入した時にその内径は２倍になることから開口面積は突然４倍に拡径されることになる。これにより、気泡が混在された水は第一流路１２を通って内部流路８に流入した時に、流路の開口面積が突然４倍に拡径されることで内圧が一時的に緩和されると共に水の流速も内部流路８内に流れ込むことで一時的に緩やかになる。このため、内圧の減少により水の中に混在する気泡の径が大きくなり浮力も大きくなるため上方へと浮上する速度は速くなる。また流速が緩むことにより、流速が速い場合でも水の流れに押されて第二開口１６から流出されるよりも早く気泡が上方へ浮上して立ち上がり流路９へと移動して空気弁２３から外部へと排出することができる。

また、空気集積部１内の流路には段差部１４の付近で流体が逆流して流れる乱流（図１矢印Ａ）が発生する。この乱流が第一流路１２から内部流路８に流れ込んだ気泡を上方へと巻き上げるため、気泡の浮上を早めて立ち上がり流路９へと流れ込み易くなっている。立ち上がり流路９へと移動した気泡は上部開口７を通って開状態の開閉弁１９を通過して空気弁２３から外部へと排出することができる。なお、この乱流は第一開口１０から第二開口１６までの直線的な流路から外れた位置で発生するため、ほとんど流体の流れの妨げにはならない。

ここで、空気弁の作用について説明する。管路内に通水が行われていない時、遊動弁体２９およびフロート弁体３０は案内筒２５内の下部位置にあり（図示せず）、この状態から配管ライン内に通水が開始されると、配管ライン内の空気は、流入口３２から流路間隙３３を通過し、案内筒２５の連通口を経て、大径空気孔２８から外部へと排出される。

配管ライン内の水が流入口３２より弁箱２４内に流入すると、水の大部分は流路間隙３３へと進み、同時に、その一部は案内筒２５底部の導水口３４から案内筒２５内部へと流入する。水の流入の度合いに伴って、弁箱２４内部の空気は大径空気孔２８から外部へと排出されて行く。

一方、案内筒２５内に流入した水の水位が増すにつれて、水の浮力および動圧によって、フロート弁体３０および遊動弁体２９が上昇する。弁箱２４内部から空気がほぼ完全に排出されるまで水位が上昇すると、遊動弁体２９は蓋体２６の下部に設けられた弁座３６に当接して押圧され、水の外部への流出が阻止される。同時に、フロート弁体３０はその上限位置に達し、遊動弁体２９に設けられた小径空気孔２７の下端部に当接し、これを閉塞する。これら一連の作用により、空気の排出が完了すると共に、水の外部への流出が完全に阻止される。

この状態から、管路内を流れる水中の空気が流入口３２から弁箱２４内部に入り遊動弁体２９の下方に溜まり、フロート弁体３０の自重が、水によるフロート弁体３０の浮力と弁箱２４内部の水の圧力が小径空気孔２７の閉塞部に作用する上向きの荷重との和に打ち勝つと、フロート弁体３０は下降して小径空気孔２７下端部が開放される。これにより、遊動弁体２９の下方に溜まった空気は、小径空気孔２７から外部へと排出される。この排出が進行するにつれて、水の水位は再び上昇し、それにともなって、フロート弁体３０も浮力の作用を受けて上昇する。空気がほぼ完全に排出されると、フロート弁体３０は小径空気孔２７下端部を閉塞し、水の外部への流出が阻止される。以後、弁箱２４内部に所定量の空気が溜まるにつれて、上記した排気作用が繰り返される。

また、図１の状態から配管内の水を落水させると（図示せず）、弁箱２４内部の水も下降し、これに伴って上記した排気及び止水作用とは逆の原理で遊動弁体２９及びフロート弁体３０も順次下降し、大径空気孔２８が開放される。これによって、空気は弁箱２４から管路内へとスムーズに導入されるので配管ライン内が負圧になることがなく、落水操作が抵抗なく行われると同時に水撃現象が発生することもない。またこの時、案内筒２５内に侵入したごみや砂等の異物も落水に伴って導水口３４から配管ライン内に排出され、フロート弁体３０が突条３５の下端部と接触しても導水口３４は案内筒２５の内部と連通状態になっているため、ごみや砂等の異物の堆積が防止される。

本実施形態において、第一開口１０、第二開口１６の内径の最下部の位置と、第一流路１２と第二流路１８の底面とが、本体２の内部流路８の底面とほぼ面一となるようにしたことにより、第一開口１０から第二開口１６までの流路は略直線状となり、圧力損失が少なく流量特性に優れており効率的に内部流路８内の流体を流すことができる。また、流体の流れは第一開口１０から第二開口１６までを直線的に繋いだ部分を主に流れ、第一開口１０及び第二開口１６の内径の最上部より上方の部分の流路内は流体流れの遅い部分となり、第一開口１０及び第二開口１６の内径の最上部より上方に離れるに連れてさらに流体の流れが遅くなる。そのため、水の中に混在されている気泡は内部流路８を流れている間に第一開口１０の内径の最上部より上方へ浮上すれば内部流路８の流れによって流されるよりも早く気泡の浮力によって立ち上がり流路９へと移動して、外部へ排出させることができる。

内部流路８は、配管ラインの内径より大きく拡径して設けられているため、配管ライン内を流れる気泡が多く発生していても空気集積部１を流れる間に効率よく上方へと浮上させて排出を行うことができる。本発明において、内部流路８の開口面積は第一、第二開口１０、１６の開口面積の２．０〜９．０倍であることが望ましい。空気排出装置に接続される配管ラインを流れる流体が内部流路８に流入した時に流路内を拡径させることで内圧を一時的に緩和させると共に流体の流速を一時的に緩やかにさせて流体内に含まれる気泡を浮上させ易くするために２．０倍以上であることが望ましく、配管ラインを埋設する際に空気排出装置の高さによって埋設する深さを必要以上深くさせない程度の大きさに抑えるために９．０倍以下であることが望ましい。ここで内部流路８の形状は第一流路１２の最上部よりも上方に空間が設けられていれば良く、その断面形状も円形以外にも楕円形や四角形などであっても良い。なお、内部流路８が円形の場合は、内部流路８の内径が第一、第二開口１０、１６の内径の１．５〜３．０倍であることが望ましい。

また、第二継手４の傾斜部１７によって、立ち上がり流路９で浮上できずに通過した気泡は、第二流路１８の傾斜部１７の部分に当って一時的に留まり、集まった気泡同士が付着し合って大きな気泡となって大きな浮力を得る。ここで傾斜部１７付近の流路では流体が逆流して流れる乱流（図１の矢印Ｂ）が発生するため、傾斜部１７に集まった気泡は乱流に乗って傾斜部１７から上方へと移動して立ち上がり流路９に流入することができる。このときの空気集積部１の中心側から傾斜部１７の俯角θ_２は２０°≦θ_２≦８０°であることが望ましい。気泡を当接させると共に流体を立ち上がり流路９へと浮上させる乱流を発生させるために傾斜部１７の俯角は２０°以上が望ましく、気泡を乱流の流れに乗せて傾斜部から上方へ浮上させると共に内部流路８の開口面積を線形に縮径させることで急激な内圧の変動を起こさないように傾斜部１７の俯角は８０°以下が望ましい。また、傾斜部１７は流路内の内圧の変化を抑えると共に、スムーズな流体の流れを得るために直線状にすると良い。

また、空気集積部１と空気弁２３の間に開閉弁１９を介在させることにより、配管ライン内の空気の排出を行う際には開閉弁１９を常時開状態として用い、空気弁２３の修理やメンテナンスを行う際に開閉弁１９を閉状態にすることで、流体の流れを停止させることなく空気弁２３の修理やメンテナンスを行うことができるので好適である。

また、図４に示すように空気集積部６０の本体６１の立ち上がり流路６２の形状は、上部開口６３に向かって漸次縮径して設けられていると良く、立ち上がり流路６２から空気弁２３までの流路に滞留する箇所がなくなり、浮上した気泡を効率よく集積させて空気弁２３から外部へと排出できるので好適である。なお、立ち上がり流路６２は、内部流路８に連通して上方に立ち上がるように設けられていれば良く、空気弁２３などを取り付けるために用いられる各種継手の内部流路や開閉弁１９の内部流路を含めて立ち上がり流路としても良い。また、立ち上がり流路６２は流路軸線に対して傾いた状態で立ち上がって形成されても良い。

以上のことから、本実施形態の空気排出装置を用いることにより、配管ライン内を流れる気泡を効率よく集めて排出することができる。そのため、配管ライン内に空気溜まりが発生することを抑えて空気溜まりによる流体の流れの妨げになることを防止したり、サージングやエアーハンマーの発生を防止することができる。

次に、図２に基づいて本発明の第二の実施形態である空気排出装置について説明する。本実施形態では、前記第一の実施形態と同じ構成要素については同一符号を付して示す。

空気集積部４０は、本体２、連結継手４１、第一継手３、第二継手４からなり、これらを一体的に組み付けて構成されている。

ＰＶＣ製の連結継手４１は、両端に本体の側面開口５の内径と略同径の側面開口４２、４３が設けられ、内部に連結内部流路４４が形成されている。連結継手４１の一方の側面開口４２は第一継手３の鍔部１３と接続され、第一流路１２から垂直に立ち上がった段差部１４を形成し、鍔部１３と側面開口４２が接続されて第一流路１２から拡径されて連結内部流路４４に連通される流路が形成される。また、連結継手４１の他方の側面開口４３は本体２の一方の側面開口５に接続され、連結継手４１の連結内部流路４４と本体２の内部流路８とで空気集積部４０の内部流路が形成されている。

このとき、拡径部となる第一継手３の第一流路１２によって拡径された流路が空気集積部１の内部流路と同径になるまで拡径された位置から本体２の立ち上がり流路９近傍までの距離、すなわち図２における鍔部１３と本体２とが接続された段差部１４の位置から本体２の立ち上がり流路９直前（立ち上がり流路９内周面で段差部１４から最も近傍となる位置）までの距離Ｌは、内部流路８の内径Ｄより大きくＬ＝１．８Ｄとなるように形成されている。また、第一開口１０、第二開口１６の内径の最下部の位置と、第一流路１２と第二流路１８の底面とが、連結継手４１の連結内部流路４４及び本体２の内部流路８の底面とほぼ面一となるように各々形成されている。第二の実施形態の空気排出装置の他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、第二の実施形態の空気排出装置の作用について図２に基づいて説明する。

配管ラインを流れる水が第一流路１２から連結内部流路４４に流入した時にその内径は２倍になることから開口面積は突然４倍に拡径される。これにより、気泡が混在された水は第一流路１２を通って連結内部流路４４に流入した時に、流路の開口面積が突然４倍に拡径されることで内圧が一時的に緩和されると共に水の流速も連結内部流路４４内に流れ込むことで一時的に緩やかになる。ここで空気集積部４０の内部流路は連結内部流路４４と内部流路８で形成されるため流路が長く設けられており、内部流路内で流速が緩やかになった状態で気泡を浮上させるまでの時間を猶予することができる。さらに、空気集積部１内の流路には段差部１４の箇所で流体が逆流して流れる乱流が発生し、この乱流が第一流路１２から連結内部流路４４に流れ込んだ気泡を上方へと巻き上げるため、気泡の浮上を早めて立ち上がり流路９へと依り流れ込み易くなっている。そのため、空気集積部４０を流れる気泡が混在された水は、流速が早くても気泡が流れの勢いに負けて第二開口１６から流出することなく、内部流路を流れる間に気泡を依り効率良く分離させて立ち上がり流路９に移動させて空気弁２３から外部へと排出することができる。第二の実施形態の空気排出装置の他の作用については第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

鍔部１３と本体２とが接続された段差部１４の位置近傍の本体２の立ち上がり流路９内周面までの距離Ｌは、内部流路８の内径Ｄより大きくなるように形成されることが好適である。距離Ｌが長くなれば気泡が浮上するまでの時間を猶予して気泡を排出させる効率を上昇させると共に、空気集積部４０内の流路の段差部１４の箇所で流体が逆流して流れる乱流を発生させ、この乱流により第一流路１２から内部流路８に流れ込んだ気泡を上方へと巻き上げて気泡を浮上させて立ち上がり流路９へと流れ込み易くさせるために、Ｄ＜Ｌであることが望ましい。また、距離Ｌはある程度の長さになると浮上するまでの時間が猶予される反面、乱流が必要以上大きくなって排出効率は一定量より上がらなくなるため空気集積部４０を不必要に大きくさせないためにもＬ＜２Ｄであることが望ましい。

次に、図３に基づいて本発明の第三の実施形態である空気排除装置について説明する。本実施形態では、前記第一の実施形態と同じ構成要素については同一符号を付して示す。

空気集積部５０は、本体２、第一継手５１、第二継手４からなり、これらを一体的に組み付けて構成されている。

ＰＶＣ製の第一継手５１は、一端面に配管ラインと接続される第一開口５２と他端面に内径が本体２の側面開口５の内径と略同径の第一連通開口５３とを有し、第一開口５２から第一連通開口５３に向かって天井面が昇り勾配の傾斜部５４を形成して漸次拡径する第一流路５５が設けられている。第一連通開口５３は本体２の一方の側面開口５に接続されている。傾斜部５４の仰角θ_１は第一開口５２から第二開口１６に向かった軸線に対して４５°で形成されている。この第一継手５１が空気集積部５０の拡径部となる。

ＰＶＣ製の第二継手４の傾斜部１７の俯角θ_２は空気集積部５０の中心側から第二開口１６に向かった軸線に対して４５°で形成されている。

ここで本体２の内部流路８の内径は、第一、第二開口５２、１６の内径の２倍になるように形成されている。また、本体２の内部流路８、第一継手５１の第一流路５５、及び第二継手４の第二流路１８の内径の最下部の位置の底面がほぼ面一となるように形成されている。第三の実施形態の空気排出装置の他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、第三の実施形態の空気排出装置の作用について図３に基づいて説明する。

配管ラインを流れる水が第一流路５５に流入した時にその内径は漸次広がって２倍になり開口面積は４倍に拡径される。これにより、気泡が混在された水は第一流路５５を通る時に傾斜部５４に沿って上方に浮かび上がり易くなり、また内部流路８に流入した時に、流路の開口面積が４倍に拡径されることで内圧が一時的に緩和されると共に水の流速も内部流路８内に流れ込むことで一時的に緩やかになる。また、第一流路５５の傾斜部５４付近で逆流して流れる乱流が発生し、この乱流が第一流路５５から内部流路８に流れ込んだ気泡を上方へと巻き上げるため、気泡の浮上を早めて立ち上がり流路９へとより流れ込み易くなっている。第三の実施形態の空気排出装置の他の作用については第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

このとき空気集積部５０の中心側に向かった傾斜部５４の仰角θ_１は４５°≦θ_１＜９０°であることが望ましい。気泡の流れを傾斜部５４に沿って浮上させ易くすると共に、内部流路８に流入した時に内圧や流速を緩やかにさせ、気泡を浮上させる乱流を発生させるために傾斜部５４の仰角は４５°以上が望ましく、傾斜部５４を形成するために傾斜部５４の仰角は９０°未満が望ましい。また、傾斜部５４は気泡を傾斜部５４に沿って浮上させ易くするために直線状にすると良い。なお、傾斜部５４を設けずに垂直に立ち上がった段差部を設けても良く、この場合は第一の実施形態のようになる。

次に、図５に示すように本発明の空気排出装置を用いて、空気排出装置７０の上流側に配管ラインに一定量の空気を供給させる給気装置７１、空気排出装置７０の空気弁７２の空気孔に連通させて空気弁７２の排気量を測定する排気量測定装置７３、空気排出装置７０の下流側に空気排出装置７０で排出できなかった気泡を集積させる空気集積装置７４を設置させ、配管ラインに供給する空気の量と空気排出装置７０から排出した空気の量から排気効率を測定する測定装置を用いて、以下の要領で試験を行った。

（１）空気の排出効率測定試験
図５の空気排出装置７０の上流側から一定の流速で水を流し、流れる水に給気装置７１から空気を送って管内に気泡を混入させる。一定量の空気を混入させた水を流したときの排気量を排気量測定装置７３で測定する。混入させた空気の給気量は、排気量測定装置７３と空気集積装置７４で測定した排気量の合計を給気量とし、給気量に対する排気量測定装置７３で測定した排気量から空気排出装置７０の空気の排気率を算出する。このときに流す水の流速は、０．５０ｍ／ｓｅｃ、０．９４ｍ／ｓｅｃ、１．４４ｍ／ｓｅｃ、１．９２ｍ／ｓｅｃ、２．４２ｍ／ｓｅｃとして段階的に流速を早めて測定を行う。

空気排出装置７０に図１の第一、第二開口１０、１６の口径が１００ｍｍの第一の実施形態の空気排出装置を用いて、給気量０．２８リットル／ｓｅｃ、０．４７リットル／ｓｅｃで空気を供給して、空気の排出量の測定値から空気の排出率を算出した。結果を図６（ａ）、（ｂ）に示す。

空気排出装置７０に図２の第一、第二開口１０、１６の口径が１００ｍｍの第二の実施形態の空気排出装置を用いて、給気量０．２８リットル／ｓｅｃ、０．４７リットル／ｓｅｃで空気を供給して、空気の排出量の測定値から空気の排出率を算出した。結果を図６（ａ）、（ｂ）に示す。

空気排出装置７０に図３の第一、第二開口５２、１６の口径が１００ｍｍの第三の実施形態の空気排出装置を用いて、給気量０．２８リットル／ｓｅｃ、０．４７リットル／ｓｅｃで空気を供給して、空気の排出量の測定値から空気の排出率を算出した。結果を図６（ａ）、（ｂ）に示す。

［比較例１］
図５の空気排出装置７０の部分に本発明の空気排出装置を用いずに口径１００ｍｍの配管ラインから立ち上がった流路を設けて空気弁を設置して（図７参照）、給気量０．２８リットル／ｓｅｃで空気を供給して、空気の排出量の測定値から空気の排出率を算出した。結果を図６（ａ）、（ｂ）に示す。

図６より、流速０．５〜０．９４ｍ／ｓｅｃの範囲では実施例１〜３及び比較例１では排気率がほぼ１００％を維持している。流速１．４４ｍ／ｓｅｃになると実施例１〜３及び比較例１で排気率が９０〜９５％に若干低下する。ここまでの流速においては問題のない範囲である。流速１．９２ｍ／ｓｅｃになると、比較例では排気率が４０％程度まで低下する。これに対し、実施例１〜３は排出率が７５〜８５％となり流速が速くなっても高い排気率を維持している。流速２．４ｍ／ｓｅｃになると、比較例１では排気率が５％程度となり、流速に負けて排気がほとんど行われなくなる。これに対し、実施例１〜３は排出効率が５０〜７０％となり流速が速くなっても比較例１に対して非常に高い排気率を維持することができる。また、図６の（ａ）（ｂ）より、給気量の変化に対しては給気量が少ない方が排気率は若干良い傾向はあるものの排気率の差はあまり現れておらず、本発明の空気排出装置を用いることで配管内に空気が多く混在されていても高い排気率を維持することができる。

本発明の第一の実施形態を示す空気排出装置の縦断面図である。本発明の第二の実施形態を示す空気排出装置の縦断面図である。本発明の第三の実施形態を示す空気排出装置の縦断面図である。第一の実施形態における立ち上がり流路の異なる構造を示す空気排出装置の縦断面図である。空気排出装置による空気の排出量を測定する試験装置の模式図である。空気排出装置による空気の排出率の試験結果を示すグラフである。従来の空気弁を示す縦断面図である。従来の移送用パイプを示す縦断面図である。

符号の説明

１空気集積部
２本体
３第一継手
４第二継手
５側面開口
６側面開口
７上部開口
８内部流路
９立ち上がり流路
１０第一開口
１１第一連通開口
１２第一流路
１３鍔部
１４段差部
１５第二連通開口
１６第二開口
１７傾斜部
１８第二流路
１９開閉弁
２０弁本体
２１スピンドル
２２弁体
２３空気弁
２４弁箱
２５案内筒
２６蓋体
２７小径空気孔
２８大径空気孔
２９遊動弁体
３０フロート弁体
３１カバー
３２流入口
３３流路間隙
３４導水口
３５突条
３６弁座
４０空気集積部
４１連結継手
４２側面開口
４３側面開口
４４連結内部流路
５０空気集積部
５１第一継手
５２第一開口
５３第一連通開口
５４傾斜部
５５第一流路

Claims

第一開口と、該第一開口から流路の開口面積が拡径し流路に段差が設けられた拡径部と、該拡径部に連通する内部流路と、該内部流路から流路を縮径させ第二開口に連通する天井面が下り勾配の傾斜部を形成して斬次縮径される縮径部である第二流路とを有し、前記内部流路上方に設けられた上部開口と、該上部開口と前記内部流路とを連通する立ち上がり流路とを有する空気集積部と、該空気集積部の上部開口に連通して設けられた空気弁とを具備することを特徴とする空気排出装置。
前記空気集積部の前記第一開口及び前記第二開口の内径の最下部の位置と、前記拡径部及び前記縮径部の底面とが、前記内部流路の底面とほぼ面一となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の空気排出装置。
前記内部流路の開口面積が、前記第一開口及び前記第二開口の開口面積の２．０〜９．０倍であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気排出装置。
前記拡径部によって流路が前記内部流路と略同径になるまで拡径された位置から前記本体の立ち上がり流路近傍までの距離Ｌが、前記内部流路の内径Ｄより大きくなるように形成されてい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空気排出装置。
前記立ち上がり流路が前記上部開口に向かって縮径してな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空気排出装置。
前記拡径部が、前記第一開口に連通する第一流路を有し、該第一流路から垂直に立ち上がって段差部を形成して拡径され、前記内部流路に連通されてい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空気排出装置。
前記縮径部の前記空気集積部の中心側からの傾斜部の俯角θ２が２０°≦θ２≦８０°であ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空気排出装置。
前記空気集積部と前記空気弁との間に開閉弁が介在されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の空気排出装置。
前記空気弁が、下部に流入口を、上部に開口部を有した弁箱と、弁箱内に配置され上部に連通口を底部に導水口を有し、その外周面と弁箱内周面との間に流路間隙を設けた有底案内筒と、弁箱の開口部に装着され弁箱との間に前記案内筒を挟持固定し、中央に大径空気孔を有する蓋体と、前記案内筒内に昇降自在に設けられ小径空気孔を有し、上限位置で前記蓋体の大径空気孔を閉塞する遊動弁体と、前記案内筒内に昇降自在に設けられ上限位置で前記遊動弁体の小径空気孔を閉塞するフロート弁体と、蓋体に装着されたカバーとを具備し、前記案内筒の内面下方部に弁開時にフロート弁体が前記導水口を閉塞しないようにする保持部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の空気排出装置。