JP6116294B2 - 空気弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えば水道用管路等の管路に設けられる空気弁に関する。

従来、この種の空気弁としては、例えば図７に示すように、弁箱１０１の上部に大空気孔１０２が形成され、弁箱１０１の下部に、管路１０３に連通する連通孔１０４が形成され、弁箱１０１の内部に、大空気孔１０２を開閉する昇降自在な遊動弁体１０５と、遊動弁体１０５を昇降させるフロート１０６と、遊動弁体１０５およびフロート１０６を上下方向へ案内する筒状の案内枠体１０７とが設けられたものがある。

案内枠体１０７の上端開口部は大空気孔１０２に連通し、遊動弁体１０５およびフロート１０６は案内枠体１０７内に収納されている。弁箱１０１の内周面と案内枠体１０７との間には、連通孔１０４に連通する弁箱内流路１０８が形成されている。弁箱内流路１０８と大空気孔１０２とは、案内枠体１０７に形成された流通口１０９を介して、連通している。遊動弁体１０５には、上下方向に貫通する小空気孔１１０が形成されている。また、案内枠体１０７の底部には、案内枠体１０７の内外両方に貫通する小開孔１１１が形成されている。

このような空気弁１００は、例えば埋設された水道用管路１０３に接続されている。
水道用管路１０３は複数本のダクタイル鉄管等の管を接合してなり、管同士の接合部分は一方の管の挿口を他方の管の受口に挿入した耐震継手構造を有している。これによると、地震時の大きな地盤変動の際、挿口が受口に対して管軸方向にスライドすることで、管継手部が管軸方向に伸縮し、挿口が限界まで伸び出ると、挿口突部が受口内のロックリングに引っ掛り、離脱防止機構が機能する。

水道用管路１０３から連通孔１０４を通って弁箱１０１内に水が流入して水位が変化することにより、それに連動して遊動弁体１０５及びフロート１０６が昇降し、遊動弁体１０５は、大空気孔１０２を開閉して、充水時の排気と排水時の吸気を行うことができる。また、フロート１０６は、遊動弁体１０５の小空気孔１１０を開閉して、大空気孔１０２を閉鎖した充水状態で弁箱１０１内に溜まった空気を自動的に排気することができる。

尚、上記のような空気弁は例えば下記特許文献１に記載されている。

特開平１１−３２５２８８

しかしながら上記の従来形式では、地震の際、非常に強い揺れが発生した場合、空気弁１００のフロート１０６の下部が凹むといった不具合や案内枠体１０７が損傷するといった不具合が発生する虞がある。このような地震の際には、強い揺れにより水道用管路１０３の管継手部が伸縮することで、管の損傷が防止されるのであるが、このとき、上記管継手部の伸縮に応じて、空気弁１００の弁箱１０１内の水が一気に連通孔１０４を通って水道用管路１０３へ流出したり、或は、水道用管路１０３内の水が一気に連通孔１０４を通って弁箱１０１内に流入するといった異常現象が短時間のうちに繰り返し発生すると考えられる。このように空気弁１００の弁箱１０１に対して水が急激に流入出することにより、弁箱１０１内の流速が急激に変化し、弁箱１０１内の圧力が瞬間的に大きく変動するウォーターハンマー現象が発生し、中空構造のため外圧に弱いフロート１０６が凹んだり、案内枠体１０７が損傷するものと考えられる。

本発明は、震災等の強い揺れに見舞われても、フロートや案内枠体の損傷を防止することができる空気弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、弁箱の上部に空気孔が形成され、
弁箱の下部に、管路に連通する連通孔が形成され、
弁箱の内部に、空気孔を開閉する遊動弁体と、遊動弁体を開閉方向へ移動させるフロートと、遊動弁体およびフロートを開閉方向へ案内する筒状の案内枠体とが設けられ、
案内枠体内の上部が空気孔に連通し、
遊動弁体およびフロートが案内枠体内に収納され、
弁箱の内周面と案内枠体の外周面との間に、連通孔に連通する弁箱内流路が形成され、
弁箱内流路と空気孔とが、案内枠体に形成された流通口を介して連通している空気弁であって、
弁箱内流路の断面積を絞った狭窄部が弁箱内に形成され、
狭窄部は、案内枠体の底部外面に固定された突部と、弁箱内面との間に形成されているものである。

これによると、弁箱内に水が流入していない場合、遊動弁体が空気孔を開き、管路内の空気が、空気弁の連通孔から弁箱内に流入して弁箱内流路を流れ、弁箱内流路から案内枠体の流通口を通って空気孔に流れ、空気孔から外部へ排気される。このようにして管路内の空気が外部へ排気された後、管路内の水が、連通孔から弁箱内に流入し、弁箱内の水位の上昇に伴って、フロートが遊動弁体と共に上昇する。

弁箱内が満水状態になると、フロートの上昇によって遊動弁体が閉位置まで上昇して空気孔を閉じる。これにより、弁箱内の水が空気孔から外部へ流出するのを防止する。
震災発生時、想定を超えた非常に強い揺れにより、空気弁の弁箱内の水が一気に連通孔を通って管路へ流出する場合、弁箱内流路を流れる水は狭窄部を通過する。また、反対に、管路の水が一気に連通孔から空気弁の弁箱内に流入する場合も、弁箱内流路を流れる水は狭窄部を通過する。このように、水が狭窄部を通過することによって、ウォーターハンマー現象の発生を抑制することができ、フロートや案内枠体の損傷を防止することができる。尚、ウォーターハンマー現象は流れの運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されることで発生することが知られている。このため、上記のように水が狭窄部を通過する際、狭窄部が水の流れに対する抵抗になり、流れの運動エネルギーが減少し、運動エネルギーから変換される圧力エネルギーも低減され、これにより、ウォーターハンマー現象が抑制される。

本第２発明は、弁箱の上部に空気孔が形成され、
弁箱の下部に、管路に連通する連通孔が形成され、
弁箱の内部に、空気孔を開閉する遊動弁体と、遊動弁体を開閉方向へ移動させるフロートと、遊動弁体およびフロートを開閉方向へ案内する筒状の案内枠体とが設けられ、
案内枠体内の上部が空気孔に連通し、
遊動弁体およびフロートが案内枠体内に収納され、
弁箱の内周面と案内枠体の外周面との間に、連通孔に連通する弁箱内流路が形成され、
弁箱内流路と空気孔とが、案内枠体に形成された流通口を介して連通している空気弁であって、
弁箱内流路の断面積を絞った狭窄部が弁箱内に形成され、
狭窄部は、弁箱内面に固定されて案内枠体に向かって突出する突部と、案内枠体の外面との間に形成されているものである。
本第３発明における空気弁は、狭窄部は全周にわたり形成されているものである。
これによると、弁箱内流路を流れて連通孔から管路へ流出する水は、弁箱の周方向のいずれの位置においても、必ず狭窄部を通過する。また、管路から連通孔を通り弁箱内流路を流れて弁箱内に流入する水は、弁箱の周方向のいずれの位置においても、必ず狭窄部を通過する。これにより、ウォーターハンマー現象を確実に抑制することができる。

以上のように本発明によると、震災等の強い揺れに見舞われても、フロートや案内枠体の損傷を防止することができる。

本発明の第１の実施の形態における空気弁を管路に取付けた断面図である。 同、空気弁の断面図であり大空気孔が開いた状態を示す。 同、空気弁の断面図であり大空気孔が閉じた状態を示す。 図２におけるＸ−Ｘ矢視図であり、弁箱８の一部を切り欠いて示した図である。 本発明の第２の実施の形態における空気弁の一部拡大断面図である。 本発明の第４の実施の形態における空気弁の一部拡大断面図である。 従来の空気弁の断面図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１に示すように、１は地中に埋設された水道管路（管路の一例）であり、この水道管路１は挿口と受口を有する複数本の管同士を接合してなるものである。管同士の接合部分は、従来と同様に、一方の管の挿口を他方の管の受口に挿入した耐震継手構造を有している。水道管路１はその途中にＴ字管２を備えており、Ｔ字管２には、補修弁４を介して、空気弁６が設けられている。

図１，図２に示すように、空気弁６は、弁箱８と、弁箱８の内部に設けられた遊動弁体９とフロート１０と案内枠体１１と、弁箱８の上方に設けられたカバー１２とを有している。弁箱８の上端部には、内部と外部とに連通する大空気孔１４（空気孔の一例）と、大空気孔１４の周囲を取り囲む大空気孔用弁座１５とが形成されている。弁箱８の下端部には、補修弁４を介して水道管路１のＴ字管２に連通する連通孔１７と、取付用フランジ１６とが設けられている。

カバー１２は大空気孔１４の上方を覆っており、カバー１２と弁箱８との間には、大空気孔１４と外部とに連通する連通空間１３が形成されている。遊動弁体９は、昇降することにより大空気孔１４を開閉する弁体であり、大空気孔用弁座１５に当接離間自在なシート部９ａと、遊動弁体９の内外に連通する小空気孔１９と、小空気孔用弁座２０とを有している。尚、図３に示すように、遊動弁体９は、閉位置まで上昇すると、シート部９ａが大空気孔用弁座１５に当接することにより、大空気孔１４を閉じる。小空気孔１９は、大空気孔１４よりも小径であり、小空気孔用弁座２０を貫通している。

フロート１０は、遊動弁体９を上下方向（開閉方向の一例）へ移動させる金属製で中空構造の昇降自在な球体であり、昇降することによって遊動弁体９の小空気孔１９を開閉する。

案内枠体１１は、遊動弁体９およびフロート１０を上下方向に案内するものであり、大空気孔１４に連通する上端開口部１１ａを有する円筒状に形成され、且つ、底部が半球状に湾曲してフロート１０を保持している。また、案内枠体１１の側面上部には、案内枠体１１の内外面に開口する複数の流通口２２が形成されている。さらに、案内枠体１１の最底部には小開孔２３が形成されている。

遊動弁体９とフロート１０とは案内枠体１１内に収納されている。弁箱８の内周面と案内枠体１１の外周面との間には、弁箱内流路２４が全周にわたって形成されている。弁箱内流路２４の下部は連通孔１７に連通し、弁箱内流路２４の上部は流通口２２を介して大空気孔１４に連通している。

弁箱８内には、弁箱内流路２４の下部の断面積を絞った狭窄部２６が形成されている。狭窄部２６は、案内枠体１１の底部外周面に全周にわたり設けられた突部２７によって、全周にわたり形成されている。突部２７は、四角形状の断面を有する円環状の部材であり、案内枠体１１に一体に形成され、案内枠体１１の底部から下向きに突出し、上方から連通孔１７に対向している。

図１に示すように、補修弁４は、弁箱３１と、弁箱３１内に設けられた弁体３２と、弁体３２を開閉操作するための操作レバー３３とを有している。空気弁６の取付用フランジ１６が補修弁４の弁箱３１に連結されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
図１に示すように、補修弁４を開き、水道管路１内に充水することにより、水道管路１内の空気が、補修弁４を通り、空気弁６の連通孔１７から弁箱内流路２４を流れ、流通口２２を通って大空気孔１４から流出し、連通空間１３を流れて外部へ排気される。この際、図２に示すように、フロート１０が自重により案内枠体１１内の底部に下降すると共に、遊動弁体９が自重により開位置まで下降して大空気孔１４を開放している。

水道管路１内の充水量が増加し、水（流体の一例）が空気弁６の連通孔１７から弁箱８内に流入すると、弁箱８内の水位の上昇に応じてフロート１０が上昇し、フロート１０の浮力によって遊動弁体９が上昇する。図３の実線で示すように、弁箱８内が満水状態になると、遊動弁体９が閉位置まで上昇して大空気孔１４を閉じると共に、フロート１０が小空気孔１９を閉じ、これにより、水の流出が阻止される。

その後、水道管路１内を流れている水に含まれる少量の空気が水道管路１内から空気弁６の弁箱８内に流入し、次第に弁箱８内に空気が溜まって水位が低下すると、図３の仮想線で示すように、フロート１０が下降して小空気孔１９を開く。これにより、弁箱８内の空気が、小空気孔１９を通り、連通空間１３から外部へ排気される。

また、水道管路１内の水を排水すると、弁箱８内の水位が低下し、図２に示すように、フロート１０が自重により案内枠体１１内の底部に下降すると共に、遊動弁体９が自重により開位置まで下降して大空気孔１４を開放する。これにより、外部の空気が、連通空間１３から大空気孔１４を通り、流通口２２を経て弁箱内流路２４を流れ、連通孔１７から補修弁４を通過し、水道管路１内に吸気される。

尚、通常時は、図３で示すように、弁箱８内が満水状態で、遊動弁体９が大空気孔１４を閉じると共にフロート１０が小空気孔１９を閉じた状態になっている。
地震等が発生して非常に強い揺れに襲われ、水道管路１の管継手部が伸縮すると、空気弁６の弁箱８内の水が一気に連通孔１７を通って水道管路１へ流出したり、或は、水道管路１内の水が一気に連通孔１７から空気弁６の弁箱８内へ流入する異常現象が短時間のうちに繰り返し発生することがある。

上記のように弁箱８内の水が一気に連通孔１７を通って水道管路１へ流出する場合、弁箱内流路２４を流れる水は狭窄部２６を上から下へ通過する。また、反対に、水道管路１内の水が一気に連通孔１７から弁箱８内に流入する場合、弁箱内流路２４を流れる水は狭窄部２６を下から上へ通過する。このように、水が狭窄部２６を通過する際、狭窄部２６が水の流れに対する抵抗になり、流れの運動エネルギーが減少し、運動エネルギーから変換される圧力エネルギーも低減されるため、ウォーターハンマー現象の発生が抑制され、フロート１０や案内枠体１１の損傷を防止することができる。

また、狭窄部２６は全周にわたり形成されているため、弁箱内流路２４を流れる水は、弁箱８の周方向のいずれの位置においても、必ず狭窄部２６を通過する。これにより、ウォーターハンマー現象を確実に抑制することができる。

尚、狭窄部２６は、空間であるため、フィルター等のように目詰まり等が発生することはない。
上記第１の実施の形態では、円環状の突部２７を、案内枠体１１に、単数個形成しているが、複数個形成してもよい。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、突部２７を案内枠体１１に設けたが、第２の実施の形態として、図５に示すように、突部２７を弁箱８の内周面に設けて、狭窄部２６を形成してもよい。

上記第２の実施の形態では、円環状の突部２７を、弁箱８の内周面に単数個形成しているが、複数個形成してもよい。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態として、突部２７を案内枠体１１と弁箱８との両者にそれぞれ設けてもよい。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態として、図６に示すように、案内枠体１１と弁箱８との両者にそれぞれ、複数個の突部２７を設け、狭窄部２６を屈曲させてもよい。

これによると、弁箱内流路２４を流れる水が狭窄部２６を通過する際、狭窄部２６が屈曲しているため、水の流れが蛇行し、これにより、流れの抵抗が増加して、ウォーターハンマー現象を確実に抑制することができる。

上記第１の実施の形態では、図２に示すように、狭窄部２６の幅Ｗを全周にわたって一定に形成しているが、上記幅Ｗを周方向において変化させ、周方向において上記幅Ｗが広い箇所と狭い箇所とを形成してもよい。また、第１の実施の形態以外の実施の形態においても同様である。

上記各実施の形態では、図２，図５，図６に示すように、狭窄部２６を、弁箱内流路２４の下部に形成しているが、下部に限らず、弁箱内流路２４の一部に形成すればよく、例えば、弁箱内流路２４の上部、或は、上下中間部に形成してもよい。

１ 水道管路（管路）
６ 空気弁
８ 弁箱
９ 遊動弁体
１０ フロート
１１ 案内枠体
１４ 大空気孔（空気孔）
１７ 連通孔
２２ 流通口
２４ 弁箱内流路
２６ 狭窄部
２７ 突部

Claims (3)

1. 弁箱の上部に空気孔が形成され、
   弁箱の下部に、管路に連通する連通孔が形成され、
   弁箱の内部に、空気孔を開閉する遊動弁体と、遊動弁体を開閉方向へ移動させるフロートと、遊動弁体およびフロートを開閉方向へ案内する筒状の案内枠体とが設けられ、
   案内枠体内の上部が空気孔に連通し、
   遊動弁体およびフロートが案内枠体内に収納され、
   弁箱の内周面と案内枠体の外周面との間に、連通孔に連通する弁箱内流路が形成され、
   弁箱内流路と空気孔とが、案内枠体に形成された流通口を介して連通している空気弁であって、
   弁箱内流路の断面積を絞った狭窄部が弁箱内に形成され、
   狭窄部は、案内枠体の底部外面に固定された突部と、弁箱内面との間に形成されていることを特徴とする空気弁。
2. 弁箱の上部に空気孔が形成され、
   弁箱の下部に、管路に連通する連通孔が形成され、
   弁箱の内部に、空気孔を開閉する遊動弁体と、遊動弁体を開閉方向へ移動させるフロートと、遊動弁体およびフロートを開閉方向へ案内する筒状の案内枠体とが設けられ、
   案内枠体内の上部が空気孔に連通し、
   遊動弁体およびフロートが案内枠体内に収納され、
   弁箱の内周面と案内枠体の外周面との間に、連通孔に連通する弁箱内流路が形成され、
   弁箱内流路と空気孔とが、案内枠体に形成された流通口を介して連通している空気弁であって、
   弁箱内流路の断面積を絞った狭窄部が弁箱内に形成され、
   狭窄部は、弁箱内面に固定されて案内枠体に向かって突出する突部と、案内枠体の外面との間に形成されていることを特徴とする空気弁。
3. 狭窄部は全周にわたり形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気弁。

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