JP5400527B2 - 真空弁及び真空弁制御システム - Google Patents

Description

本発明は、真空弁及び真空弁制御システムに関するものである。

近年、自然流下式の下水道システムに代えて、汚水を真空圧によって収集する真空式下水道システムの採用が増加している。

この真空式下水道システムでは、住居や工場などから排出される汚水は、真空弁付き汚水ます（真空弁ユニット）に溜められ、所定量だけ溜められると真空圧によって空気とともに気液混送流として真空下水管に取り込まれて搬送される。

ところで、この真空式下水道システムに用いる真空弁は、バネの弾性反力によって弁体を弁座に押し付けて閉弁する構造となっており、開弁する際にはバネの弾性反力に抗して押し返すための真空圧が必要となる。

このため、例えば特許文献１に示すように、真空弁に所定の真空圧を供給するために、真空管路を途中で分岐させて補助用の蓄圧タンクを設けることも行われている。

特許第３８７１８５６号公報

しかしながら、前記特許文献１の蓄圧タンクを用いる場合には、真空弁のダイヤフラムを収容する弁駆動室の数倍もの容積が必要となるうえに配管が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明は、簡易な構成によって容易に開弁できる真空弁と、この真空弁を備える真空弁制御システムと、を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の真空弁は、弁座に当接して流路部を塞ぐ弁体と、前記弁体にロッドを介して取付けられるダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを収容する弁駆動室と、を備える真空弁であって、前記弁駆動室は前記ダイヤフラムによってロッド側室とヘッド側室とに分けられており、前記ヘッド側室に真空圧を導入して前記弁体を前記弁座から離して開弁するとともに、前記ロッド側室に真空圧を導入して前記弁体を前記弁座に当接させて閉弁することを特徴とする。

また、閉弁する際には、前記ヘッド側室に導入した大気圧と前記ロッド側室に導入した真空圧との差圧のみによって前記弁体を駆動して前記弁座に当接させることが好ましい。

さらに、本発明の真空弁制御システムは、上記したいずれかの真空弁と、前記真空弁の前記弁駆動室のロッド側室又はヘッド側室のいずれか一方を選択して真空圧を導入するとともに、他方に大気圧を導入する制御装置と、を備えることを特徴とする。

そして、前記制御装置は、貯留部の液体に挿入される液位検知管と接続されて水頭圧を受けて変形駆動されるセンサダイヤフラムと、前記センサダイヤフラムに取付けられて摺動駆動される軸部と、を備えており、前記軸部の摺動位置に応じて真空管路又は外部と、前記ロッド側室又は前記ヘッド側室とを切換えて接続する水頭圧駆動式切換弁として構成することができる。

加えて、前記制御装置には、真空管路と外部とロッド側室とに繋がるロッド側空隙部と、真空管路と外部とヘッド側室とに繋がるヘッド側空隙部と、が形成され、前記ロッド側空隙部と前記ヘッド側空隙部のそれぞれには、前記軸部に固定されるロッド側三方弁とヘッド側三方弁が収容されており、前記軸部が第一の位置にある場合には、前記ロッド側空隙部は外部と遮断されるとともに真空管路とロッド側室とに連通され、前記ヘッド側空隙部は真空管路と遮断されるとともに外部とヘッド側室とに連通され、前記軸部が第二の位置にある場合には、前記ロッド側空隙部は真空管路と遮断されるとともに外部とロッド側室とに連通され、前記ヘッド側空隙部は外部と遮断されるとともに真空管路とヘッド側室とに連通される構成とすることができる。

また、前記制御装置は、貯留部の液位を検知する液位検知器と接続されており、検知された液位に基づいて駆動される電磁切換弁として構成することができる。

このように、本発明の真空弁は、弁体とダイヤフラムと弁駆動室とを備える真空弁であって、弁駆動室はダイヤフラムによってロッド側室とヘッド側室とに分けられており、ヘッド側室に真空圧を導入して弁体を弁座から離して開弁するとともに、ロッド側室に真空圧を導入して弁体を弁座に当接させて閉弁することを特徴としている。

したがって、ロッド側室に導入された真空圧によって弁体を駆動して閉弁することで、閉弁のために強力なバネを用いずに、簡易な構成によって容易に開弁できるようになる。

また、閉弁する際には、ヘッド側室に導入した大気圧とロッド側室に導入した真空圧との差圧のみによって弁体を駆動して弁座に当接させることで、開弁の際にはバネの弾性反力に対抗する必要がなくなり、きわめて容易に開弁することができる。

さらに、本発明の真空弁制御システムは、上記したいずれかの真空弁と、真空弁の弁駆動室のロッド側室又はヘッド側室のいずれか一方を選択して真空圧を導入するとともに、他方に大気圧を導入する制御装置と、を備えることを特徴とする。

したがって、開弁する際にもバネの強力な弾性反力に対抗する必要がなくなり、僅かな真空度によっても真空弁を開弁できる信頼性の高い真空弁制御システムとなる。

そして、制御装置は、センサダイヤフラムと軸部とを備えており、軸部の摺動位置に応じて真空管路又は外部と、ロッド側室又はヘッド側室とを切換えて接続する水頭圧駆動式切換弁として構成することで、液位検知管を通じた貯留部の水頭圧によって水頭圧駆動式切換弁を駆動して、ヘッド側室又はロッド側室に真空圧又は大気圧を切換えて導入できる。

加えて、制御装置にはロッド側空隙部とヘッド側空隙部とが形成され、それぞれにはロッド側三方弁とヘッド側三方弁が収容されており、軸部が第一の位置にある場合には、ロッド側空隙部は外部と遮断されるとともに真空管路とロッド側室とに連通され、ヘッド側空隙部は真空管路と遮断されるとともに外部とヘッド側室とに連通され、軸部が第二の位置にある場合には、ロッド側空隙部は真空管路と遮断されるとともに外部とロッド側室とに連通され、ヘッド側空隙部は外部と遮断されるとともに真空管路とヘッド側室とに連通されるため、簡単な機械的構成によって、水頭圧を利用して自動的に駆動される水頭圧駆動式切換弁を実現することができる。

また、制御装置は、液位検知器と接続されており、検知された液位に基づいて駆動される電磁切換弁として構成することで、液位検知器を用いて液位を直接的に検知して電磁切換弁を制御駆動するため、ヘッド側室又はロッド側室に真空圧又は大気圧を切換えて導入できる。

実施例１の真空弁制御システムの構成を説明する説明図である。（ａ）は閉弁時であり、（ｂ）は開弁時である。 真空式下水道システムの全体構成を説明する説明図である。 真空弁ユニットの構成を説明する断面図である。 真空弁の構成を説明する断面図である。 真空弁を閉じた状態の水頭圧駆動式切換弁の構成を説明する断面図である。 真空弁を開いた状態の水頭圧駆動式切換弁の構成を説明する断面図である。 実施例２の真空弁制御システムの構成を説明する説明図である。（ａ）は閉弁時であり、（ｂ）は開弁時である。 実施例３の真空弁制御システムの構成を説明する説明図である。（ａ）は閉弁時であり、（ｂ）は開弁時である。 真空弁を閉じた状態の水頭圧駆動式切換弁の構成を説明する断面図である。 真空弁を開いた状態の水頭圧駆動式切換弁の構成を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、図２を用いて本発明の真空弁ユニットＵを備える真空式下水道システムＳの全体構成を説明する。

本実施例の真空式下水道システムＳでは、図２に示すように、家庭９１や工場（不図示）などから排出された汚水は自然流下管路９２を通じて真空弁ユニットＵに流入する。

つづいて、この真空弁ユニットＵに流入した汚水は、真空ステーション９６で発生された真空圧（大気圧よりも低くなった圧力）によって、真空下水管路としての流下部９３やリフト部９４を逐次通過するように気液混送流となって搬送される。

この真空ポンプ方式の真空ステーション９６は、真空ポンプ９６ａにより密閉したタンク９６ｂ内の空気を吸引することで真空圧を発生させるもので、真空下水管内部を０．４気圧程度の真空状態に保持することで、各家庭などから汚水を吸引して集めている。その後、汚水は圧送ポンプ９６ｃによって下水処理場などに送られる。

なお、真空ステーション９６としては、小規模な施設などでは、上記した真空ポンプ方式（ＣＰ型）ではなく、エジェクタ方式（ＥＪ型）を用いることもできる。

そして、上記の真空式下水道システムＳは、真空と大気圧との差圧によって汚水を強制的に収集・搬送するシステムであり、真空下水管路の埋設深度が浅い、埋設物の回避が容易、真空弁付き汚水ますに電源が不要、汚水の漏れがない、管路の清掃が不要、スカムが発生しにくい、などの特徴を備えている。

真空弁ユニットＵは、図３に示すように、真空弁ユニットＵの本体内に、真空下水管路に接続されて真空状態にされた真空排出管５１、汚水を流入させる流入管５６、流入した汚水を受容して一時的に貯留する貯留部５２、貯留された汚水に挿入されて真空排出管５１に汚水を取り込む吸込管５３、貯留された汚水に挿入されて貯留部５２内の液位の変動を検知する液位検知管５４、真空圧によって真空下水管路に吸引された汚水の後に空気を補う通気管５５、メンテナンスの際に真空圧が作用しないように閉弁するメンテナンス弁５７、などを備えて地中に埋設されている。

そして、本実施の形態の真空弁ユニットＵには、真空排出管５１と吸込管５３との間に設けられる真空弁１と、液位検知管５４内の液位変動に伴って生じる圧力変動によって真空弁１を開閉させる制御装置としての水頭圧駆動式切換弁２と、によって真空弁制御システムＣが構成されている。

真空弁１は、図４に示すように、真空排出管５１と吸込管５３との間に設置される流路部１１と、流路部１１の途中に円形状に形成された弁座１２と、真空圧又は大気圧が導入される円筒容器状の弁駆動室１０と、弁駆動室１０内をヘッド側室１８とロッド側室１９とに区分けするダイヤフラム１７と、ダイヤフラム１７の変形・移動に応じて移動するロッド１４と、ロッド１４の先端に取り付けられて弁座１２に当接して流路部１１を塞ぐ弁体１３と、弁の開閉回数を計数するカウンタ１６と、を備えている。

この弁駆動室１０は、円筒容器状に形成されるもので、その内部をダイヤフラム１７によってロッド１４に近いロッド側室１９と、ロッド１４から遠いヘッド側室１８と、に区分されている。

そして、ロッド側室１９は水頭圧駆動式切換弁２の頂面側の接続口２７３に接続され、ヘッド側室１８は水頭圧駆動式切換弁２の底面側の接続口２７４に接続されている（図５，６参照）。

また、ダイヤフラム１７は、弾性変形可能な合成ゴムなどの材料によって薄い有底筒状に形成されるもので、内側に形状保持用のカップ１５が嵌め合わされたうえで折返されて、弁駆動室１０の内面に添うように嵌め込まれている。

そして、本実施例の制御装置としての水頭圧駆動式切換弁２は、図５，６に示すように、本体内部の頂面側に固定される円盤状のマグネット２１と、液位変動を検知する液位検知管５４内の水頭圧を受けて弾性変形するセンサダイヤフラム２２と、センサダイヤフラム２２の下面に接するように配置される金属板２８と、金属板２８の裏面に突設されてセンサダイヤフラム２２の弾性変形に伴って摺動駆動される軸部２３と、を備えている。

このマグネット２１は、円盤状の永久磁石によって形成されて本体内部の頂面側に固定されるもので、液位検知管５４内の液位上昇によってセンサダイヤフラム２２の上側の加圧空間が所定の圧力に達すると、金属板２８が離れるように磁力が調整されている。

また、センサダイヤフラム２２は、弾性変形可能な合成樹脂などによって薄い皿状に形成されるもので、周縁部はハウジングに嵌め合わされ、裏面には金属板２８の表面が当接されている。

加えて、センサダイヤフラム２２の配置される空間は、センサダイヤフラム２２によって上下に分割されており、接続口２７６を通じて液位検知管５４と連通されて大気圧以上に加圧される加圧空間と、水頭圧駆動式切換弁２の外部と連通される大気圧空間と、が形成されている。

さらに、円盤状の強磁性体としての金属板２８の裏面側には、軸部２３、金属板２８及びセンサダイヤフラム２２を弾性反力によってマグネット２１側に押し戻すためのバネ２４が嵌め込まれている。

したがって、この金属板２８及び軸部２３と金属板２８に当接するセンサダイヤフラム２２は、加圧空間の圧力が小さく、センサダイヤフラム２２全面を押す力が磁力と弾性反力の合力よりも小さい場合には、マグネット２１側に引き寄せられる。

一方、加圧空間の圧力が大きくセンサダイヤフラム２２全面を押す力が磁力と弾性反力の合力よりも大きい場合にはマグネット２１側から引き離されてバネ２４を縮めるように摺動駆動される。

そして、軸部２３には、軸方向に間隔をおいて上側Ｏリング２５と下側Ｏリング２６が嵌め込まれており、水頭圧駆動式切換弁２の本体２０に設けた軸孔に挿入されている。加えて、前記上側Ｏリング２５、下側Ｏリング２６はスムーズな摺動を確保する必要性から、グリース付滑剤が含浸されたＯリングを使用している。

また、水頭圧駆動式切換弁２の本体２０には、水頭圧駆動式切換弁２の外部に接続される接続口２７１、シリコンチューブ６２を介して真空弁１の流路部１１の真空圧側に接続される接続口２７２、シリコンチューブ６３を介してロッド側室１９に接続される接続口２７３、シリコンチューブ６４を介してヘッド側室１８に接続される接続口２７４、水頭圧駆動式切換弁２の外部に接続される接続口２７５、シリコンチューブ６１を介して液位検知管５４と接続される接続口２７６、などが設けられている（図３，４参照）。

したがって、軸部２３の摺動位置に応じて、上側Ｏリング２５及び下側Ｏリング２６の位置が変化して経路を切換えることで、ヘッド側室１８に大気圧又は真空圧のいずれか一方を導入し、ロッド側室１９に真空圧又は大気圧のいずれか他方を導入する。

次に、本実施例の制御装置としての水頭圧駆動式切換弁２の動作について、図１，５，６を用いて説明する。

まず、閉弁する場合について説明すると、図１，５に示すように、汚水が排出されて貯留部５２内の汚水量が徐々に減少し、液位検知管５４内の圧力も小さくなると、液位検知管５４内とシリコンチューブ６１を介して接続されたセンサダイヤフラム２２の上側の加圧空間の圧力も小さくなる。

そして、図５に示すように、センサダイヤフラム２２を底面側に押す力よりもマグネット２１による磁力とバネ２４による弾性力の合力のほうが大きくなった時点で、金属板２８及び軸部２３はマグネット２１に引き寄せられて頂面側に移動する。

軸部２３が頂面側に位置すると、軸部２３の上側Ｏリング２５と下側Ｏリング２６によって上下端を封止されて軸部２３の周囲に形成された円筒状の通気経路によって、ロッド側室１９と真空管路とが接続される。これと同時に、下側Ｏリング２６の底面側では外部との接続口２７５とヘッド側室１８とが接続される。

このように水頭圧駆動式切換弁２が頂面側に摺動駆動されることで、真空弁１の弁駆動室１０のヘッド側室１８には大気圧が導入され、ロッド側室１９には真空圧が導入される。

そうすると、図１（ａ）に示すように、大気圧と真空圧との圧力差によって、ダイヤフラム１７が弾性変形しつつ弁体１３が弁座１２に近づくように大気圧に押されて移動し、最終的に弁体１３が弁座１２に当接して弁を閉じる。以上のようにして、真空弁１が閉じられて汚水の排出が停止される。

次に、開弁する場合について説明すると、図１，６に示すように、汚水が流入して貯留部５２内の汚水量が徐々に増加し、液位検知管５４内の圧力が大きくなると、液位検知管５４内とシリコンチューブ６１を介して接続された加圧空間の圧力も大きくなる。

そして、図６に示すように、センサダイヤフラム２２を底面側に押す力のほうがマグネット２１による磁力とバネ２４による弾性力の合力よりも大きくなった時点で、金属板２８及び軸部２３はマグネット２１から離れて底面側に移動する。

軸部２３が底面側に位置すると、軸部２３の上側Ｏリング２５と下側Ｏリング２６によって上下端を封止されて軸部２３の周囲に形成された円筒状の通気経路によって、ヘッド側室１８と真空管路とが接続される。これと同時に、上側Ｏリング２５の頂面側では外部との接続口２７１とロッド側室１９とが接続される。

このように水頭圧駆動式切換弁２が底面側に摺動駆動されることで、真空弁１の弁駆動室１０のヘッド側室１８には真空圧が導入され、ロッド側室１９には大気圧が導入される。

そうすると、図１（ｂ）に示すように、大気圧と真空圧との圧力差によって、ダイヤフラム１７が弾性変形しつつ弁体１３が弁座１２から離れるように大気圧に押されて移動し、弁を開く。以上のようにして、真空弁１が開かれて汚水の排出が開始される。

次に、本実施の形態の真空弁１の効果について説明する。

（１）このように、本発明の真空弁１は、弁体１３とダイヤフラム１７と弁駆動室１０とを備える真空弁１であって、弁駆動室１０はダイヤフラム１７によってロッド側室１９とヘッド側室１８とに分けられており、ヘッド側室１８に真空圧を導入して弁体１３を弁座１２から離して開弁するとともに、ロッド側室１９に真空圧を導入して弁体１３を弁座１２に当接させて閉弁することを特徴としている。

したがって、ロッド側室１９に導入された真空圧によって弁体１３を駆動して閉弁することで、閉弁のために強力なバネを用いずに、簡易な構成によって容易に開弁できるようになる。

すなわち、開弁と閉弁の両方を真空圧と大気圧との差圧によっておこなうことができれば、閉弁のために強力なバネを用いる必要はない。

このように、従来用いていた強力なバネを用いないことで、強力なバネに対抗して押し返すだけの真空圧（差圧）が必要なくなるため、容易に開弁することができるようになる。

例えば、従来は開弁するために−２０ｋＰａ程度の真空圧が必要となっていたが、本発明の真空弁１を用いることで−５ｋＰａ程度の真空圧でも開弁できるようになる。

さらに、強力なバネを用いないことで、補助用の蓄圧タンクを設ける必要もなくなり、配管などの全体構成を簡易なものにできる。

加えて、強力なバネを用いないことで、組み立てが容易になるうえ、部材の点数も少なくなり、全体の施工工数も減少することになる。このため、メンテナンスの際にも容易に作業することができる。

（２）また、閉弁する際には、ヘッド側室１８に導入した大気圧とロッド側室１９に導入した真空圧との差圧のみによって弁体１３を駆動して弁座１２に当接させることで、開弁の際にはバネの弾性反力に対抗する必要がなくなり、きわめて容易に開弁することができる。

つまり、真空弁１の弁駆動室１０のヘッド側室１８に閉弁のためのバネを配置せずに、大気圧と真空圧との差圧のみによって弁体１３を駆動して閉弁させれば、開弁の際にはバネを押し返す必要がなくなる。

このように、開弁する際にバネの強力な弾性反力に対抗する必要がなくなれば、僅かな真空度（差圧）によっても開弁できるようになるため、きわめて信頼性の高い真空弁１になる。

（３）さらに、本実施例の真空弁制御システムＣは、上記したいずれかの真空弁１と、真空弁１の弁駆動室１０のロッド側室１９又はヘッド側室１８のいずれか一方を選択して真空圧を導入するとともに他方に大気圧を導入する制御装置としての水頭圧駆動式切換弁２と、を備えることを特徴とする。

したがって、開弁する際にもバネの強力な弾性反力に対抗する必要がなくなり、僅かな真空度によっても真空弁１を開弁できる信頼性の高い真空弁制御システムＣとなる。

（４）そして、制御装置は、センサダイヤフラム２２と軸部２３とを備えており、軸部２３の摺動位置に応じて真空管路又は外部とロッド側室１９又はヘッド側室１８とを切換えて接続する水頭圧駆動式切換弁２として構成することで、液位検知管５４を通じた貯留部５２の水頭圧によって水頭圧駆動式切換弁２を駆動して、ヘッド側室１８又はロッド側室１９に真空圧又は大気圧を切換えて導入できる。

したがって、真空弁ユニットＵが電力の供給されない場所に設置されても、液位検知管５４の内部の圧力上昇によって液位の上昇を検知して、真空弁１に真空圧又は大気圧を切換えて導入できる。

（５）さらに、本実施例の真空弁ユニットＵは、上記したいずれかの真空弁１又は上記したいずれかの真空弁制御システムＣを備えることで、簡易な構成によって僅かな真空度によっても真空弁１を開弁できる信頼性の高い真空弁ユニットＵとなる。

そして、本実施例の真空式下水道システムＳは、このように僅かな真空度によっても真空弁１を開弁できる真空弁ユニットＵを備えることで、従来と同様の真空ステーション９６の設備によって、格段に広いエリアに真空式下水道を展開することができる。

以下、図７を用いて、前記実施例とは別の形態の真空弁制御システムＣ１について説明する。なお、前記実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

まず、構成について説明すると、本実施例の真空弁ユニットＵには（図７参照）、真空弁１と、真空弁１を開閉させる制御装置としての電磁切換弁２Ａと、によって真空弁制御システムＣ１が構成されている。なお、本実施例では前記実施例と異なり液位検知管５４は使用しないため設置しない。

この制御装置としての電磁切換弁２Ａは、スプリングオフセット型のシングルソレノイドで構成されており、オフセットされた常時位置ではヘッド側室１８に大気圧を導入するとともにロッド側室１９に真空圧を導入し、通電された状態ではヘッド側室１８に真空圧を導入するとともにロッド側室１９に大気圧を導入する。

また、液位検知器（不図示）は、貯留部５２内の液位変動を電気的に感知するセンサであり、例えば、吸込管５３の下端近傍に取付けられた下限センサと吸込管５３の途中に取付けられた上限センサとによって構成される。なお、この一対のセンサは吸込管５３に設置しなくてもよく、真空弁ユニットＵ内部であって汚水と接触できる位置であればよい。

なお、図示しないが、電磁切換弁２Ａや液位検知器には、家庭用又は公共用の電源が接続されるとともに、電気回路を内蔵した制御装置も接続されている。

この制御装置は、上限センサと下限センサの両方がＯＮ状態の場合に電磁切換弁２Ａに通電を始め、両方がＯＦＦ状態の場合に通電を止めるように構成されている。

次に、作用について説明する。

汚水が流入して貯留部５２内の汚水量が徐々に増加すると、まず吸込管５３の下限センサがＯＮ状態になり、さらに液位が上昇すると上限センサもＯＮ状態になる。

上限センサがＯＮ状態になると、制御装置は貯留部５２内の汚水を排出するために、電磁切換弁２Ａに通電してソレノイドを移動させることで、図７（ｂ）に示すように、真空弁１の弁駆動室１０のヘッド側室１８に真空圧を導入し、ロッド側室１９に大気圧を導入する。

そうすると、大気圧と真空圧との圧力差によって、弁体１３が弁座１２から離れるように移動して弁を開く。したがって、貯留部５２に溜まった汚水は大気圧と真空圧との差圧によって押し出されるように排出される。

次に、汚水が排出されて貯留部５２内の汚水量が徐々に減少すると、まず吸込管５３の上限センサがＯＦＦ状態になり、さらに液位が下降すると下限センサもＯＦＦ状態になる。

下限センサがＯＦＦ状態になると、制御装置は貯留部５２内の汚水の排出を停止するために、電磁切換弁２Ａの通電を止めることでソレノイドを元の位置に移動させて、図７（ａ）に示すように、真空弁１の弁駆動室１０のヘッド側室１８に大気圧を導入し、ロッド側室１９に真空圧を導入する。

そうすると、大気圧と真空圧との圧力差によって、弁体１３が弁座１２に近づくように移動し、弁座１２に当接して弁を閉じる。したがって、貯留部５２に溜まった汚水の排出が停止される。

次に、効果について説明する。

（１）本実施例の制御装置は、液位検知器と接続されており、検知された液位に基づいて駆動される電磁切換弁２Ａとして構成することで、液位検知器を用いて液位を直接的に検知して電磁切換弁２Ａを制御駆動するため、ヘッド側室１８又はロッド側室１９に真空圧又は大気圧を切換えて導入できる。

したがって、各家庭の敷地内の汚水ますのように電力が供給される場所に設置される場合には、液位検知器によって液位の上昇を検知して、真空弁１に真空圧又は大気圧を切換えて導入できる。

なお、この他の構成および作用効果については、前記実施例と略同様であるため説明を省略する。

以下、図８，９，１０を用いて、前記実施例１の水頭圧駆動式切換弁２を改良した制御装置としての水頭圧駆動式切換弁２Ｂについて説明する。なお、前記実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

まず、構成について説明すると、本実施例の制御装置としての水頭圧駆動式切換弁２Ｂは、図９，１０に示すように、マグネット２１、センサダイヤフラム２２、金属板２８、軸部２３などに加えて、この軸部２３の途中に形成されたそろばん玉状のロッド側三方弁２５Ａと、軸部２３の末端に形成されたそろばん玉状のヘッド側三方弁２６Ａと、このロッド側三方弁２５Ａが収容されるロッド側空隙部２９１と、ヘッド側三方弁２６Ａが収容されるヘッド側空隙部２９２と、を備えている。

このロッド側三方弁２５Ａは、ロッド側空隙部２９１の内面に設置されたパッキンに当接して、ロッド側室１９に大気圧又は真空圧を選択的に導入するためのもので、軸部２３の途中部分をそろばん玉状に拡径して形成されている。

同様にヘッド側三方弁２６Ａは、ヘッド側空隙部２９２の内面に設置されたパッキンに当接して、ヘッド側室１８に大気圧又は真空圧を選択的に導入するためのもので、軸部２３の末端部分をそろばん玉状に拡径して形成されている。

また、ロッド側空隙部２９１は、ロッド側三方弁２５Ａを収容するとともに大気圧又は真空圧を伝達する通路となるもので、軸部２３を収容する軸孔をロッド側三方弁２５Ａよりもひとまわり大きいそろばん玉状に拡径して形成されている。

加えて、このロッド側空隙部２９１は、真空管路としての流路部１１と接続口２７２を通じて接続され、外部と接続口２７１を通じて接続され、ロッド側室１９と接続口２７３を通じて接続されている。

一方、ヘッド側空隙部２９２は、ヘッド側三方弁２６Ａを収容するとともに大気圧又は真空圧を伝達する通路となるもので、軸部２３を収容する軸孔をロッド側三方弁２６Ａよりもひとまわり大きいそろばん玉状に拡径して形成されている。

加えて、このヘッド側空隙部２９２は、真空管路としての流路部１１と接続口２７２を通じて接続され、外部と接続口２７５を通じて接続され、ヘッド側室１８と接続口２７４を通じて接続されている。

次に、本実施例の制御装置としての水頭圧駆動式切換弁２Ｂの動作について、図８，９，１０を用いて説明する。

まず、閉弁する場合について説明すると、汚水量が減少すると、図８（ａ）に示すように、センサダイヤフラム２２の上側の加圧空間の圧力も小さくなる。

さらに、図９に示すように、センサダイヤフラム２２を底面側に押す力よりもマグネット２１による磁力とバネ２４による弾性力の合力のほうが大きくなった時点で、軸部２３は頂面側に移動する。

そして、ロッド側三方弁２５Ａ及びヘッド側三方弁２６Ａが、それぞれロッド側空隙部２９１及びヘッド側空隙部２９２の頂面側の斜面に当接する第一の位置まで移動する。

軸部２３が頂面側の第一の位置にあると、ロッド側三方弁２５Ａの底面側のロッド側空隙部２９１を通じて、ロッド側室１９と真空管路としての流路部１１とが接続される。同時に、ヘッド側三方弁２６Ａの底面側では外部との接続口２７５とヘッド側室１８とが接続される。

このように水頭圧駆動式切換弁２Ｂの軸部２３が頂面側に摺動駆動されることで、真空弁１の弁駆動室１０のヘッド側室１８には大気圧が導入され、ロッド側室１９には真空圧が導入される。

そうすると、図８（ａ）に示すように、大気圧と真空圧との圧力差によって、ダイヤフラム１７が弾性変形しつつ弁体１３が弁座１２に近づくように大気圧に押されて移動し、最終的に弁体１３が弁座１２に当接して弁を閉じる。以上のようにして、真空弁１が閉じられて汚水の排出が停止される。

次に、開弁する場合について説明すると、汚水が増加すると、図８（ｂ）に示すように、センサダイヤフラム２２の上側の加圧空間の圧力も大きくなる。

さらに、図１０に示すように、センサダイヤフラム２２を底面側に押す力のほうがマグネット２１による磁力とバネ２４による弾性力の合力よりも大きくなった時点で、軸部２３はマグネット２１から離れて底面側に移動する。

そして、ロッド側三方弁２５Ａ及びヘッド側三方弁２６Ａが、それぞれロッド側空隙部２９１及びヘッド側空隙部２９２の底面側の斜面に当接する第二の位置まで移動する。

軸部２３が底面側の第二の位置にあると、ヘッド側三方弁２６Ａの頂面側のヘッド側空隙部２９２を通じて、ヘッド側室１８と真空管路としての流路部１１とが接続される。同時に、ロッド側三方弁２５Ａの頂面側では外部との接続口２７１とロッド側室１９とが接続される。

このように水頭圧駆動式切換弁２Ｂの軸部２３が底面側に摺動駆動されることで、真空弁１の弁駆動室１０のヘッド側室１８には真空圧が導入され、ロッド側室１９には大気圧が導入される。

そうすると、図８（ｂ）に示すように、大気圧と真空圧との圧力差によって、ダイヤフラム１７が弾性変形しつつ弁体１３が弁座１２から離れるように大気圧に押されて移動し、弁を開く。以上のようにして、真空弁１が開かれて汚水の排出が開始される。

次に、効果について説明する。

（１）本実施例の制御装置としての水頭圧駆動式切換弁２Ｂには、ロッド側空隙部２９１とヘッド側空隙部２９２とが形成され、それぞれにはロッド側三方弁２５Ａとヘッド側三方弁２６Ａが収容されている。

そして、軸部２３が第一の位置にある場合には、ロッド側空隙部２９１は外部と遮断されるとともに流路部１１とロッド側室１９とに連通され、ヘッド側空隙部２９２は流路部１１と遮断されるとともに外部とヘッド側室１８とに連通される。

また、軸部２３が第二の位置にある場合には、ロッド側空隙部２９１は流路部１１と遮断されるとともに外部とロッド側室１９とに連通され、ヘッド側空隙部２９２は外部と遮断されるとともに流路部１１とヘッド側室１８とに連通される。

このように、きわめて簡単な機械的構成によって、汚水の水頭圧を利用してセンサダイヤフラム２２及び軸部２３を変形・移動させることで、自動的に駆動される水頭圧駆動式切換弁２Ｂを実現することができる。

加えて、軸部２３と軸孔との間がＯリング等によって密封されるものではないため、軸部２３が摺動する際に軸孔との間に摩擦抵抗が生じることなくスムーズに移動するうえ、Ｏリング等の劣化や磨耗による密封性（真空度）の低下を防止できる。

なお、この他の構成および作用効果については、前記実施例と略同様であるため説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施例１では制御装置として水頭圧駆動式切換弁２、前記実施例２では制御装置として電磁切換弁２Ａを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ヘッド側室１８とロッド側室１９に外部の大気圧又は真空管路からの真空圧を選択して導入できるものであれば、どのような制御装置でも採用できる。

また、前記実施例１では、閉弁の際には大気圧と真空圧の差圧によって弁体１３を駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ヘッド側室１８に補助的に弱いバネを配置して弾性反力と差圧との合力によって弁体１３を駆動してもよい。

さらに、前記実施例２では、液位検知器として下限センサと上限センサの２つのセンサを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、液位を量的に計測できるセンサであれば、１つのセンサによって液位を検知して制御することもできる。

Ｓ 真空式下水道システム
Ｕ 真空弁ユニット
Ｃ 真空弁制御システム
１ 真空弁
１０ 弁駆動室
１１ 流路部
１２ 弁座
１３ 弁体
１４ ロッド
１７ ダイヤフラム
１８ ヘッド側室
１９ ロッド側室
２ 水頭圧駆動式切換弁（制御装置）
２２ センサダイヤフラム
２３ 軸部
２Ａ 電磁切換弁（制御装置）
５１ 真空排出管
５２ 貯留部
５３ 吸込管
５４ 液位検知管
５５ 通気管
５６ 流入管

Claims (6)

1. 弁座に当接して流路部を塞ぐ弁体と、前記弁体にロッドを介して取付けられるダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを収容する弁駆動室と、を備える真空弁であって、
   前記弁駆動室は前記ダイヤフラムによってロッド側室とヘッド側室とに分けられており、前記ヘッド側室に真空圧を導入して前記弁体を前記弁座から離して開弁するとともに、前記ロッド側室に真空圧を導入して前記弁体を前記弁座に当接させて閉弁することを特徴とする真空弁。
2. 閉弁する際には、前記ヘッド側室に導入した大気圧と前記ロッド側室に導入した真空圧との差圧のみによって前記弁体を駆動して前記弁座に当接させることを特徴とする請求項１に記載の真空弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載の真空弁と、前記真空弁の前記弁駆動室のロッド側室又はヘッド側室のいずれか一方を選択して真空圧を導入するとともに、他方に大気圧を導入する制御装置と、を備えることを特徴とする真空弁制御システム。
4. 前記制御装置は、貯留部の液体に挿入される液位検知管と接続されて水頭圧を受けて変形駆動されるセンサダイヤフラムと、前記センサダイヤフラムに取付けられて摺動駆動される軸部と、を備えており、前記軸部の摺動位置に応じて真空管路又は外部と、前記ロッド側室又は前記ヘッド側室とを切換えて接続する水頭圧駆動式切換弁であることを特徴とする請求項３に記載の真空弁制御システム。
5. 前記制御装置には、真空管路と外部とロッド側室とに繋がるロッド側空隙部と、真空管路と外部とヘッド側室とに繋がるヘッド側空隙部と、が形成され、
   前記ロッド側空隙部と前記ヘッド側空隙部のそれぞれには、前記軸部に固定されるロッド側三方弁とヘッド側三方弁が収容されており、
   前記軸部が第一の位置にある場合には、前記ロッド側空隙部は外部と遮断されるとともに真空管路とロッド側室とに連通され、前記ヘッド側空隙部は真空管路と遮断されるとともに外部とヘッド側室とに連通され、
   前記軸部が第二の位置にある場合には、前記ロッド側空隙部は真空管路と遮断されるとともに外部とロッド側室とに連通され、前記ヘッド側空隙部は外部と遮断されるとともに真空管路とヘッド側室とに連通されることを特徴とする請求項４に記載の真空弁制御システム。
6. 前記制御装置は、貯留部の液位を検知する液位検知器と接続されており、検知された液位に基づいて駆動される電磁切換弁であることを特徴とする請求項３に記載の真空弁制御システム。

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