JP6659191B2

JP6659191B2 - 切換え弁

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Publication number: JP6659191B2
Application number: JP2019002850A
Authority: JP
Inventors: 正伸櫻井; 健人根岸; 橋本　孝之; 孝之橋本
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Keihin Co Ltd
Current assignee: Hitachi Zosen Corp; Keihin Co Ltd
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2019082254A

Description

本発明は、切換え弁に係り、特に、複数個のろ過室を備えた圧力式ろ過装置を構築するために使用される切換え弁に関する。

原水をろ過により浄化するためのろ過装置として、圧力式ろ過装置（密閉型のろ過装置）が知られている。圧力式ろ過装置の性能を維持するためには、ろ材の洗浄およびろ材粒子の安定のための捨水を定期的に行う必要がある。ろ材の洗浄方法の一つに逆流洗浄（以下、逆洗）がある。

そのため、複数の圧力式ろ過装置を、各圧力式ろ過装置を他の圧力式ろ過装置より得られたろ過水により逆洗できるように組み合わせたシステム（例えば、特許文献１参照）が開発されている。

特開２００３−９３８０８号公報

上記システムは、その構築に、多数の弁装置（三方弁等）を必要とするものとなっている。

そこで、本発明の課題は、それを用いることにより、複数個のろ過室を備えた、各ろ過室を個別に洗浄可能な圧力式ろ過装置を、より簡単に（必要とされる弁装置の数がより少ない形で）構築できる切換え弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の、複数個のろ過室を備えた圧力式ろ過装置のための切換え弁は、円筒状の側壁部と前記側壁部の上端を覆う蓋部と前記側壁部の下端を覆う底部とを有する弁箱であって、前記側壁部に、各ろ過室の原水導入口と個別に接続されるべきＮ個の原水流出口が前記側壁部の中心に対してＮ回対称となるように設けられており、前記底部に、洗浄排水を排出するための洗浄排水口が設けられており、前記蓋部又は前記側壁部の各原水流出口よりも上方の部分に、ろ過すべき原水を弁箱内に導入するための１個又は複数の原水流入口が設けられている弁箱と、前記弁箱内に、上下運動及び回転可能に収容された円柱状の弁体と、前記弁体の弁箱内での上下位置及び向きを制御する位置制御手段とを備える。そして、本発明の切換え弁における前記弁箱は、前記弁体の上面位置が、前記Ｎ個の原水流出口の下端よりも低い第１位置まで前記弁体を下降させることが可能な形状を有し、前記弁体内には、前記弁体の上面位置が第２位置である場合に前記弁箱の前記Ｎ個の原水流出口と対向し得るように前記弁体の側面に開口したＮ個の流路が、設けられており、前記Ｎ個の流路の一部は、前記弁体の側面と下面とを連通する洗浄排水用流路であり、前記Ｎ個の流路中の、洗浄排水用流路ではない各流路は、前記弁体の側面と上面とを連通する原水用流路であり、前記位置制御手段は、前記弁体の上面位置が前記第１位置となるように、前記弁体の弁箱内での上下位置を制御する機能と、前記弁体の上面位置が前記第２位置となり、且つ、前記洗浄排水用流路の前記弁体の側面における開口部が前記弁箱の所望の原水流出口と対向するように、前記弁体の弁箱内での上下位置及び向きを制御する機能とを有する。

すなわち、本発明の切換え弁は、以下の状態を取り得るものとなっている。
（１）１個又は複数の原水流入口から切換え弁内に供給される原水を、Ｎ（≧３）個のろ過室に、各ろ過室の原水導入口から供給する状態（弁体の上面が第１位置に位置している状態）
（２）ｍ（ｍは、Ｎ／２よりも小さな自然数；通常、１）個のろ過室の原水導入口と洗浄排水口とを連通し、切換え弁内に供給される原水を、残りのＮ−ｍ個のろ過室に、各ろ過室の原水導入口から供給する状態（弁体の上面位置が第２位置となり、洗浄排水用流路の弁体側面における開口部が弁箱の所望の原水流出口と対向している状態）

従って、本発明の切換え弁を用いておけば、Ｎ個のろ過室を備え、ｍ個のろ過室を他のＮ−ｍ個のろ過室からのろ過水で逆洗可能な圧力式ろ過装置を、多数の弁装置を用いなくても構築（製造）することができる。

本発明の切換え弁を実現する際、位置制御手段として、前記弁体の上面位置が前記第１位置から前記第２位置までの範囲内を移動するように、前記弁体を上下運動させる上下駆動手段と、前記弁体の上下運動を弁体の中心軸回りの回転運動に変換し、前記弁体の一回の往復運動で“３６０／Ｎ”度だけ前記弁体を回転させる運動変換手段と、を含む手段を採用し、前記弁体は、前記上下駆動手段により上昇されてその上面位置が前記第２位置となった場合に前記弁体の側面に開口したＮ個の流路が前記Ｎ個の原水流出口と対向するように前記弁箱内に収容されているようにしておいても良い。

上記のような機能／構成を有する位置制御手段中の運動変換手段、上下駆動手段としては、様々な手段を採用することが出来る。例えば、運動変換手段として、前記弁体及び前記弁箱のいずれか一方に対して固定された、その側面にカム溝が設けられている円筒状部材と、前記円筒状部材のカム溝内を移動するように、前記弁体及び前記弁箱のいずれか他方に対して固定されたカムフォロアとを含む手段を採用しても良い。また、上下駆動手段として、空気圧、油圧、又はモーターにより、前記弁体に上下運動させる手段（例えば、弁体と共に上下運動及び回転するピストンを空気圧又は油圧によりシリンダ内で上下させることにより、弁体に上下運動させる手段や、弁体と共に上下運動及び回転する軸をモーターによって上下させることにより、弁体に上下運動させる手段）を採用しても良い。

本発明の切換え弁を用いれば、複数個のろ過室を備えた圧力式ろ過装置を、従来よりも簡単に（必要とされる弁装置の数が従来よりも少ない形で）、構築（製造）することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る切換え弁を用いて製造された圧力式ろ過装置の上面図である。図２は、圧力式ろ過装置の正面図である。図３は、圧力式ろ過装置の内部構造の説明図である。図４は、切換え弁の中心を通る平面で切った切換え弁の断面図である。図５は、切換え弁内の弁体の構成（形状）の説明図である。図６は、切換え弁の構成要素であるシャフト部の展開図である。図７は、切換え弁の構成の説明図である。図８は、切換え弁の、図７におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図９は、切換え弁の構成の説明図である。図１０Ａは、圧力式ろ過装置のろ過工程時における原水等の経路の説明図である。図１０Ｂは、圧力式ろ過装置の逆洗工程時における原水等の経路の説明図である。図１０Ｃは、圧力式ろ過装置の捨水工程時における原水等の経路の説明図である。図１１は、切換え弁の変形例の説明図である。図１２は、切換え弁を用いて製造できる圧力式ろ過装置の断面図である。図１３は、図１２に示した圧力式ろ過装置の上面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る切換え弁３０を用いて製造された圧力式ろ過装置１の上面図を示す。また、図２、図３に、それぞれ、圧力式ろ過装置１の正面図、圧力式ろ過装置１の内部構造の説明図を示す。

圧力式ろ過装置１は、自己逆流洗浄型ろ過池の原理を応用した圧力式ろ過装置である。図１〜図３に示してあるように、圧力式ろ過装置１は、ろ過装置本体１０、原水管２０、ろ過水管２２ａ〜２２ｃ、捨水管２３等を備える。

原水管２０（図３）は、ろ過装置本体１０により浄水処理する水（以下、原水と表記する）を、ろ過装置本体１０に供給するための管である。ろ過装置本体１０は、原水管２０を介して供給された原水をろ過して、原水のろ過結果（以下、ろ過水と表記する）を、ろ過水管２２ａの開口端であるろ過水出口２２ｄ（図２）から流出させる装置である。図１及び図３に示してあるように、ろ過装置本体１０内には、原水室１１、６つのろ過室１２及び浄水室１３が設けられている。また、ろ過装置本体１０の上面中央部には、本実施形態に係る切換え弁３０が取り付けられている。

本実施形態に係る切換え弁３０は、圧力式ろ過装置１（ろ過装置本体１０）用のものとして開発した六方弁である。図３に示してあるように、切換え弁３０は、ろ過装置本体１０の外郭１０ａ内に収容された切換え弁本体部３０ａと、外郭１０ａから突出した駆動部３０ｂとにより構成されている。

切換え弁本体部３０ａは、有底有蓋円筒状の弁箱内を、円柱状の弁体４０が上下動及び回転するユニット（弁装置）である。図３に示してあるように、切換え弁本体部３０ａの弁箱の側面上部には、６つの原水流入口３２ａが等角度間隔で設けられている。また、切換え弁本体部３０ａの弁箱側面の各原水流入口３２ａよりも下方の部分には、６つの原水流出口３２ｂが等角度間隔で設けられている。さらに、切換え弁本体部３０ａの下面には、洗浄排水の流出口として機能（詳細は後述）する開口部３２ｃが設けられており、この開口部３２ｃには、鉛直下方に、ろ過装置本体１０の外郭１０ａ外まで伸びた排水管２４が接続されている。

切換え弁３０（切換え弁本体部３０ａ及び駆動部３０ｂ）の詳細説明を行う前に、ここで、圧力式ろ過装置１の、切換え弁３０以外の構成を説明する。

原水室１１（図３）は、原水管２０により原水が供給される部分（容器）である。この原水室１１の形状（原水室１１の構成要素である、切換え弁本体部３０ａが挿嵌される隔壁の形状等）は、原水管２０により供給された原水の流出口が、切換え弁本体部３０ａの原水流入口３２ａとなるように、定められている。更に、原水流入口３２ａから切換え弁本体部３０ａに供給された原水の流出口は、切換え弁本体部３０ａの６つの原水流出口３２ｂのみとなるように、定められている。

各ろ過室１２（図３）は、集水板１５（ろ材１２ａを支持し、ろ過水を集水し、逆洗水を分散させる目的でストレーナ等を配した仕切板）上に、ろ材１２ａを配置したユニットである。尚、本実施形態に係るろ過室１２は、集水板１５が、ろ過水流出口として機能するものである。また、図３には、アンスラサイト、マンガン砂及びろ過砂利をろ材１２ａとして示してあるが、ろ材１２ａは、原水に含まれる不純物を取り除くためのもので、ろ材１２ａの種類、粒子径、均等係数等は除去対象の成分、濃度により、決定される。

図１に示してあるように、各ろ過室１２は、ろ過装置本体１０（外郭１０ａ）の内部空間の主要部分を、ろ過装置本体１０の中心から放射状に６等分した形状を有している。切換え弁３０は、各ろ過室１２に対応する１つの原水流出口３２ｂのみから原水を供給できるように、ろ過装置本体１０に取り付けられている。

浄水室１３（図３）は、ろ過装置本体１０内の、６つのろ過室１２内部の集水板１５よりも下方の空間である。図示してあるように、この浄水室１３内には、排水管２４を内部に収容した形で、切換え弁本体部３０ａの下面まで伸びたろ過水管２２ｂの一端が挿入されている。このろ過水管２２ｂの、ろ材１２ａの上面より上方の部分には、ろ過装置本体１０の外郭１０ａ外までほぼ水平に伸びたろ過水管２２ｃの一端が接続されている。ろ過水管２２ｃの他端には、ろ過水管２２ａが接続されており、圧力式ろ過装置１による原水のろ過工程時、各ろ過室１２から浄水室１３内に供給されたろ過水は、ろ過水管２２ｂ、２２ｃ及び２２ａをこの順に通って、ろ過水出口２２ｄから流出する。

尚、ろ過水を、ろ材１２ａの上面よりも上方の位置まで上昇させてから流出しているのは、何らかの要因により原水の供給量が低下しても、各ろ過室１２内に、ろ材１２ａを覆う量の水が存在しているようにするためである。

図２に示してあるように、ろ過水管２２ａのろ過水出口２２ｄ近傍の部分には、ろ過水出口２２ｄからのろ過水の流出をＯＮ／ＯＦＦするためのろ過水弁２７が設けられている。ろ過水管２２ａは、ろ過水弁２７よりも上流側の部分で、捨水管２３により排水管２４と接続されている。捨水管２３の途中には、ろ過水管２２ａ内を流れるろ過水を排水管２４から流出させる際に開けられる捨水弁２８が設けられている。

以下、図４〜図８を用いて、切換え弁３０の構成を説明する。尚、図４は、切換え弁３０の中心を通る平面で切った切換え弁３０の断面図である。ただし、この断面図は、ハッチングを省略したものとなっている。図５の（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、弁体４０の平面図及び側面図である。図６は、切換え弁３０の構成要素であるシャフト部６０の展開図である。図７は、切換え弁３０の弁体４０と原水流出口３２ｂとが取り得る位置関係の説明図であり、図８は、切換え弁３０の、図７におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図９は、切換え弁３０の構成の説明図である。

図４に示してあるように、切換え弁３０は、隔離プレート３８によって切換え弁本体部３０ａと駆動部３０ｂとに分割されている。

まず、切換え弁本体部３０ａの構成を説明する。図４に示してあるように、切換え弁本体部３０は、隔離プレート３８、筐体３１、弁体４０等から構成されている。

筐体３１は、隔離プレート３８に対して固定されることにより、切換え弁本体部３０ａの弁箱として機能する部材である。

筐体３１の側面上部には、同一直径の円状の６つの原水流入口３２ａが、等角度間隔に
設けられている。筐体３１側面の、各原水流入口３２ａよりも下方の部分には、同一直径の円状の６つの原水流出口３２ｂが等角度間隔で設けられている。この原水流出口３２ｂの直径は、原水流入口３２ａの直径よりも大きくなっている（本実施形態では、原水流入口３２ａの直径のほぼ２．５倍）。そして、筐体３１は、図示してあるように、内部に収容した弁体４０が、弁体４０の上面が各原水流出口３２ｂの下端よりも低くなる位置まで下降し得る形状を有している。

弁体４０は、図５の（Ａ）、（Ｂ）に示した形状を有する部材である。すなわち、弁体４０は、概略円柱状の部材となっている。また、弁体４０の内部には、弁体４０の上面と側面との間を連通する５つの原水用流路４１ａ、及び、弁体４０の下面と側面との間を連通する洗浄排水用流路４１ｂが設けられている。以下、原水用流路４１ａの弁体４０の側面側の開口部、上面側の開口部のことを、それぞれ、原水用流路４１ａの側面側開口部、上面側開口部と表記する。同様に、洗浄排水用流路４１ｂの弁体４０の側面側の開口部、下面側の開口部のことを、それぞれ、洗浄排水用流路４１ｂの側面側開口部、下面側開口部と表記する。

弁体４０内に設けられている各原水用流路４１ａは、原水流入口３２ａと直径（内径）がほぼ等しい流路である。また、図５の（Ａ）、（Ｂ）に示してあるように、５つの原水用流路４１ａは、同一形状を有している。

弁体４０内に設けられている洗浄排水用流路４１ｂは、流路断面積が原水用流路４１ａよりも大きな流路（本実施形態では、内径がほぼ２．５倍の円状流路）である。弁体４０内の６つの流路（５つの原水用流路４１ａ及び洗浄排水用流路４１ｂ）は、隣接する２つの側面側開口部の中心間隔が、等角度間隔（つまり、６０°間隔）となるように形成されている。また、弁体４０の側面には、各側面側開口部を覆う形状のＯリング溝（あり溝形状のもの）が設けられており、弁体４０は、各Ｏリング溝にＯリングを装着した状態で筐体３１内に収容されている。

図４に示してあるように、弁体４０の中心部には、弁体４０を筐体３１内で回転及び上下動させるためのステム４５が取り付けられている。このステム４５は、隔離プレート３８の開口部（軸受部）を通って駆動部３０ｂ内まで伸びており、隔離プレート３８の開口部は、気密性及び水密性を維持した状態でステム４５を上下動及び回転させることが出来るものとなっている。

次に、切換え弁３０の駆動部３０ｂについて説明する。切換え弁３０の駆動部３０ｂは、切換え弁本体部３０ａ（筐体３１）内の弁体４０を上下動及び回転させるためのユニットである。図４に示してあるように、駆動部３０ｂは、筐体５０、ピストン５３、及び、シャフト部６０を備えている。

筐体５０は、円筒状のシリンダ部５２、シリンダ部５２の上端を塞ぐトップカバー５１等から構成されている。トップカバー５１には、ピストン５３を下方へ移動させる際に圧縮空気が導入される圧縮空気導入口５１ａが設けられている。また、駆動部３０ｂの下面を成す隔離プレート３８には、ピストン５３を上方へ移動させる際に圧縮空気が導入される圧縮空気導入口３８ａが設けられている。

ピストン５３は、シリンダ部５２の内径よりも僅かに小さな外径を有する円筒状の部材５３ｂの下端を、ディスク状の部材５３ａで封止したものである。ピストン５３の部材５３ｂの上部側の周囲及び下部側の周囲には、Ｏリング溝が設けられており、ピストン５３は、各Ｏリング溝にＯリングが嵌め込まれた状態で筐体５０（シリンダ部５２）内に挿入されている。

ピストン５３（部材５３ｂ）の上端近傍には、複数（本実施形態では、６つ）のカムフォロア５４が等角度間隔に取り付けられている。

シャフト部６０は、筐体５０（トップカバー５１）に対して固定された円筒状部材である。シャフト部６０の外側面には、図６に示したような形状のカム溝６１が形成されている。

すなわち、シャフト部６０の外側面上のカム溝６１は、カム溝６１の下端に位置しているカムフォロア５４が上昇してカム溝６１に沿ってカム溝６１の上端に至ると、カムフォロア５４のシャフト部６０に対する相対角度が或る方向に３０°だけ変化する形状を有している。また、カム溝６１は、カム溝６１の上端に位置しているカムフォロア５４がカム溝６１に沿って下降してカム溝６１の下端に至ると、カムフォロア５４のシャフト部６０に対する相対角度が同じ方向に３０°だけ変化する形状を有している。

そして、切換え弁３０は、各部のサイズ（カム溝６１の上下方向の長さ、ステム４５に対する弁体４０の取り付け角度等）が以下の条件を満たすように定められたものとなっている。
（１）カムフォロア５４がカム溝６１の下端に位置しているときに、弁体４０の上面が、筐体３１に設けられている各原水流出口３２ｂの下端より低い位置となる（図４参照）。（２）カムフォロア５４がカム溝６１の上端に位置しているときに、図７〜図９に示した状態、すなわち、弁体４０内の各流路４１ａ、４１ｂの側面側開口部が、切換え弁本体部３０ａの各原水流出口３２ｂと対向する状態となる。

以下、圧力式ろ過装置１の機能を説明する。尚、以下の説明において、制御装置とは、圧力式ろ過装置１のろ過水弁２７、捨水弁２８及び切換え弁３０の制御を行う装置（一種のコンピュータ）のことである。通常位置とは、カムフォロア５４がカム溝６１の下端に位置している場合における弁体４０の筐体３１内での位置（図４参照）のことである。逆洗位置とは、カムフォロア５４がカム溝６１の上端に位置している場合における弁体４０の筐体３１内での位置（図９参照）のことである。また、或るろ過室１２用の逆洗位置とは、弁体４０の向き（筐体３１内での回転角度）が異なる６種の逆洗位置の中の、洗浄排水用流路４１ｂの側面側開口部が当該ろ過室１２を向いている逆洗位置のことである。

圧力式ろ過装置１による原水のろ過工程時には、ろ過水弁２７が開き、捨水弁２８が閉じ、弁体４０が通常位置に位置しているように、ろ過水弁２７、捨水弁２８及び切換え弁３０が制御装置により制御される。以下、ろ過水弁２７が開き、捨水弁２８が閉じ、弁体４０が通常位置に位置している状態のことを、ろ過用状態と表記する。

通常位置に位置している弁体４０の上面は、筐体３１の各原水流出口３２ｂの下端より低い位置にある（図４）。また、各原水流出口３２ｂの形状は、同一である。従って、上記ろ過用状態が形成されている場合、６つの原水流入口３２ａを介して原水室１１から切換え弁本体部３０ａ内に流入した原水が、６つの原水流出口３２ｂによって６つのろ過室１２に均等に分配されることになる。

そして、ろ過用状態は、ろ過水弁２７が開き、捨水弁２８が閉じている状態であるので、図１０Ａに模式的に示したように、各ろ過室１２から浄水室１３に供給されたろ過水が、ろ過水管２２（ろ過水管２２ｂ、２２ｃ及び２２ａ）を通ってろ過水出口２２ｄから流出されることになる。

所定の逆洗開始条件、例えば、『原水のろ過を規定時間（例えば、２４〜４８時間）行
った』、あるいは『ろ過抵抗が上昇し、設定値に到達した』といったような逆洗開始条件が満たされた場合、制御装置は、以下の内容の逆洗工程を行う。

制御装置は、まず、『ろ過水弁２７が閉じ、捨水弁２８が閉じ、或るろ過室１２用の逆洗位置に弁体４０が位置している逆洗用状態』を形成するための第１制御処理を行う。この第１制御処理時に、切換え弁３０に対して行われる制御は、通常、通常位置にある弁体４０を、３０°回転させると共に上昇させて逆洗位置に位置させる制御（つまり、下端に位置しているピストン５３を上端まで上昇させる制御）である。ただし、第１制御処理時に切換え弁３０に対して行われる制御は、弁体４０を逆洗位置に位置させる制御であれば、弁体４０の回転角度が、３０°ではない制御であっても良い。

或るろ過室１２（以下、洗浄対象ろ過室１２と表記する）用の逆洗位置に弁体４０が位置している場合、弁体４０内の各流路４１ａ、４１ｂの側面側開口部は、筐体３１の各原水流出口３２ｂと対向している（図９参照）。また、原水用流路４１ａ、洗浄排水用流路４１ｂは、それぞれ、弁体４０の側面と上面との間、弁体４０の側面と下面との間を連通しており、各原水用流路４１ａは、ほぼ同一形状を有している。

従って、洗浄対象ろ過室１２用の逆洗位置に弁体４０が位置している場合、原水室１１から切換え弁本体部３０ａ内に流入する原水は、弁体４０の５つの原水用流路４１ａを通って、洗浄対象ろ過室１２を除いた５つのろ過室１２に均等に分配される。

また、逆洗対象ろ過室１２用の逆洗位置に弁体４０が位置している場合、逆洗対象ろ過室１２の原水導入口（逆洗対象ろ過室１２に原水を供給する原水流出口３２ｂ）が、弁体４０内の洗浄排水用流路４１ｂによって排水管２４に連通される。すなわち、逆洗対象ろ過室１２は、原水導入口が開放されている（原水導入口から原水が導入されていない）が故に、下から上へ水が流れ得る状態となる。そして、ろ過水弁２７及び捨水弁２８の双方が閉じられていると、浄水室１３内のろ過水は、ろ過水管２２ｂ側に流出し得ない。

従って、上記逆洗用状態が形成されると、図１０Ｂに模式的に示したように、逆洗対象ろ過室１２を除いた５つのろ過室１２からのろ過水によって、逆洗対象ろ過室１２が逆洗されて、逆洗対象ろ過室１２からの洗浄排水が、洗浄排水用流路４１ｂ（図９参照）及び排水管２４を介して外部に流出されることになる。

上記内容の第１制御処理を終えた制御装置は、逆洗を行う時間として予め設定されている逆洗時間（例えば、６〜７分）が経過するのを待機する。

逆洗時間が経過した場合、制御装置は、上端に位置しているピストン５３を下端まで下げてから上端まで上昇させる制御を、切換え弁３０（駆動部３０ａ）に対して行う。この制御（以下、逆洗先変更制御と表記する）が行われると、逆洗が終わったろ過室１２の隣のろ過室１２用の逆洗位置に、弁体４０が位置するので、制御装置は、逆洗時間が経過するのを待機する。

逆洗時間が経過した場合、制御装置は、再び、逆洗先変更制御を行ってから逆洗時間が経過するのを待機する。

制御装置は、全てのろ過室１２の逆洗が完了するまで、上記のような制御を繰り返す。そして、制御装置は、全てのろ過室１２の逆洗が完了した場合には、上端に位置しているピストン５３を下端まで下げる制御を切換え弁３０（駆動部３０ａ）に対して行うと共に、開弁するように捨水弁２８を制御する。

切換え弁３０及び捨水弁２８に対して上記制御が行われると、『ろ過水弁２７が閉じ、捨水弁２８が開き、弁体４０が通常位置に位置している状態』が形成される。従って、図１０Ｃに模式的に示したように、６つのろ過室からのろ過水が、捨水管２３を通って排水管２４から流出されるようになる。

切換え弁３０及び捨水弁２８の制御により、上記状態（以下、捨水用状態と表記する）を形成した制御装置は、予め設定されている時間（例えば、１０分）が経過するのを待機する。そして、制御装置は、当該時間が経過したときに、ろ過水弁２７が開き、捨水弁２８が閉じるように、ろ過水弁２７及び捨水弁２８を制御する。すなわち、制御装置は、圧力式ろ過装置１を、原水のろ過を行う状態（６つのろ過室からのろ過水がろ過水出口２２ｄから流出される状態）に戻すための制御を行う。そして、当該制御を終えた制御装置は、逆洗開始条件が満たされるのを監視している状態となる。

以上、説明したように、本実施形態に係る切換え弁３０を用いておけば、各ろ過室１２を、他のろ過室１２からのろ過水により逆洗可能な圧力式ろ過装置１を製造できる。そして、圧力式ろ過装置１と同様の機能を有する装置を切換え弁３０を用いずに製造する場合、各ろ過室の原水導入口側に、１個の三方弁又は２個の二方弁を設けなくてはならない。従って、本実施形態に係る切換え弁３０を用いておけば、Ｎ（≧３）個のろ過室を備えた圧力式ろ過装置を、より簡単に（必要とされる弁装置の数がより少ない形で）製造することが出来る。

尚、上記した圧力式ろ過装置１は、切換え弁３０と円状に配置された６つのろ過室１２と、それらのろ過室１２の中央部に配置された原水室１１とを備えている。そして、圧力式ろ過装置１では、各ろ過室１２へ、切換え弁本体３０ａに設けられている同形状の原水流出口３２ｂから原水が供給される（図９参照）。従って、圧力式ろ過装置１では、ろ過工程時に各ろ過室１２にほぼ均一量の原水が供給されることになる。

また、圧力式ろ過装置１は、逆洗対象ろ過室１２以外のろ過室１２からのろ過水を逆洗対象ろ過室１２のろ過水流出口（集水板１５）に導入するろ過水経路として機能し得る浄水室１３を備える。そして、この浄水室１３は、６つのろ過室１２の中央部（６つのろ過室１２の真下；図３参照）に設けられている。従って、圧力式ろ過装置１では、逆洗工程時に逆洗対象ろ過室１２以外のろ過室でろ過された水の総和が逆洗対象ろ過室１２へ供給されることになる。

さらに、圧力式ろ過装置１のろ過装置本体１０は、１つの外郭１０内に、原水室１１、複数のろ過室１２等を隙間無く並べたものとなっている。従って、圧力式ろ過装置１は、他の構成を採用して各ろ過室への原水／ろ過水の均等化を図った圧力式ろ過装置よりも、設置に必要な面積が少ない装置となる。

《変形形態》
上記した切換え弁３０は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、切換え弁３０の駆動部３０ｂを、油圧によりピストン５３が上下動するユニットや、モーターによってピストン５３（ステム４５）が上下動されるユニットに変形しても良い。また、駆動部３０ｂを、弁体４０を上下動させるための上下動機構と当該上下動機構とは独立して機能する弁体４０を回転させるための回転機構とを備えたユニットに変形しても良い。

切換え弁３０の原水流入口３２ａの形状、数及び位置は、原水流出口３２ｂよりも上方から切換え弁本体部３０ａ内に原水を供給できるものであれば良い。従って、例えば、駆動部３０ｂの形状を変更することにより、１個の比較的に大きな原水流入口３２ａを、切換え弁本体部３０ａの上面や側面に設けても良い。

切換え弁３０の原水流出口３２ｂの数は、３つ以上であれば良い。ただし、Ｎ個の原水流出口３２ｂを備えた切換え弁３０の逆洗流量は、逆洗用のろ過水の供給源となる各ろ過室の逆洗工程時におけるろ過速度（以下、逆洗工程時ろか速度と表記する）のＮ−１倍となる。従って、原水流出口３２ｂの数は、ろ過室の逆洗に必要とされる逆洗流量と各ろ過室の逆洗工程時ろか速度とに基づき定められる。

切換え弁３０を、逆洗工程時に同時に２個のろ過室１２を逆洗できる装置に変形しても良い。尚、そのような変形は、例えば、弁体４０を、図１１に示した形状の弁体４０′、すなわち、その内部に、４つの原水用流路４１ａと２つの洗浄排水用流路４１ｂとが設けられている弁体４０′に変更することにより実現できる。

上記したように、切換え弁３０には、原水流出口３２ｂの直径が原水流入口３２ａの直径のほぼ２．５倍となっており、切換え弁３０内の弁体４０の洗浄排水用流路４１ｂの内径が、原水用流路４１ａの内径のほぼ２．５倍となっている構成が採用されている。切換え弁３０にそのような構成を採用しているのは、逆洗工程時に、洗浄排水用流路４１ｂ及び原水流出口３２ｂの流路抵抗（図９参照）により、逆洗対象ろ過室１２内を逆流するろ過水量が制限されることを防ぐためである。また、逆洗工程時に所要量のろ過水をろ過室１２内を逆流させるために、洗浄排水用流路４１ｂと原水用流路４１ａの断面積比率を、上記したものより大きな／小さな値としても良い。

切換え弁３０を用いて、図１２及び図１３に示した構成を有する圧力式ろ過装置２を製造しても良い。尚、図１２は、圧力式ろ過装置２の断面図であり、図１３は、圧力式ろ過装置２の上面図である。

以下、この圧力式ろ過装置２の構成を説明する。図１２及び図１３に示してあるように、圧力式ろ過装置２は、６つのろ過室７０、原水室７１、原水を原水室７１内に供給するための原水管８０等を備えている。

圧力式ろ過装置２の各ろ過室７０は、集水板７０ｃ上にろ材（図１２では、アンスラサイト、マンガン砂及びろ過砂利）を配置した、同一構成のろ過室（ろ過器）である。図１３に示してあるように、圧力式ろ過装置２の６つのろ過室７０は、原水室７１、切換え弁３０（切換え弁本体部３０ａ）等からなる部分を中心に、円状に配置されている。

図１２に示してあるように、原水室７１には、その上下面を切換え弁本体部３０ａが貫通し、且つ、原水室７１内の原水が各原水流入口３２ａから切換え弁本体部３０ａ内に流入する形で、切換え弁３０が取り付けられている。切換え弁３０の切換え弁本体部３０ａの各原水流出口３２ｂは、配管により特定のろ過室７０の原水導入口７０ａと接続されており、切換え弁本体部３０ａの開口部３２ｃには、鉛直下方に伸びて浄水室７３を貫通する排水管８３が取り付けられている。

各ろ過室７０のろ過水流出口７０ｂは、浄水室７３に接続されている。浄水室７３内には、排水管８３を内部に収容した形で、排水室７２の下面まで伸びたろ過水管８１ａの一端が挿入されている。ろ過水管８１ａの、各ろ過室７０内のろ材上面よりも上方の部分には、一端がろ過水口８１ｄとして機能するろ過水管８１ｂの他端が接続されている。ろ過水管８１ｂのろ過水口８１ｄ近傍の部分には、ろ過水弁７６が設けられており、ろ過水管８１ｂのろ過水弁７６よりも上流側の部分と排水管８３とは、捨水弁７７を備えた捨水管８２によって連通されている。

切換え弁３０をこのような形で用いても、各ろ過室に、原水、逆洗用のろ過水が均等に
供給される圧力式ろ過装置２を実現することが出来る。

各実施形態に係る圧力式ろ過装置を、ろ過室の数が６個であり、逆洗工程時に１個のろ過室が逆洗される装置として構成してあるのは、各圧力式ろ過装置の開発時に、逆洗に必要とされる流速（以下、逆洗流速と表記する）が１０００ｍ／日であり、逆洗工程時におけるろ過速度（以下、逆洗工程時ろ過速度と表記する）が２００ｍ／日であることを想定したためである。すなわち、逆洗流速及び逆洗工程時ろ過速度が上記値である場合、５つのろ過室からのろ過水で、１つのろ過室の逆洗に必要な流速（ろ過水量）を確保できる。そのため、各実施形態に係る圧力式ろ過装置を、ろ過室の数が６個であり、逆洗工程時に１個のろ過室が逆洗される装置として構成しているのであるが、ろ過室の数は、６個でなくても良いし、逆洗工程時に逆洗されるろ過室の数も１個でなくても良い。

１，２・・・圧力式ろ過装置
１０・・・外郭
１１，７１・・・原水室
１２ａ・・・ろ材
１２，７０・・・ろ過室
１３，７３・・・浄水室
１５・・・集水板（ろ過水流出口）
１８・・・メンテナンス口
２０，８０・・・原水管
２２ａ〜２２ｃ，８１ａ，８１ｂ・・・ろ過水管
２２ｄ・・・ろ過水出口
２３，８２・・・捨水管
２４，８３・・・排水管
２７，７６・・・ろ過水弁
２８，７７・・・捨水弁
３０・・・切換え弁
３０ａ・・・本体部
３０ｂ・・・駆動部
３１，５０・・・筐体
３２ｃ・・・開口部
３２ａ・・・原水流入口
３２ｂ・・・原水流出口
３８ａ，５１ａ・・・圧縮空気導入口
３８・・・隔離プレート
４０・・・弁体
４１ａ・・・原水用流路
４１ｂ・・・洗浄排水用流路
４５・・・ステム
５２・・・シリンダ部
５３・・・ピストン
５４・・・カムフォロア
６０・・・シャフト部
６１・・・カム溝
７０ａ・・・原水導入口
７０ｂ・・・ろ過水流出口
７０ｃ・・・集水板

Claims

複数個のろ過室を備えた圧力式ろ過装置のための切換え弁において、
円筒状の側壁部と前記側壁部の上端を覆う蓋部と前記側壁部の下端を覆う底部とを有する弁箱であって、
前記側壁部に、各ろ過室の原水導入口と個別に接続されるべきＮ個の原水流出口が前記側壁部の中心に対してＮ（≧３）回対称となるように設けられており、
前記底部に、洗浄排水を排出するための洗浄排水口が設けられており、
前記蓋部又は前記側壁部の前記原水流出口よりも上方の部分に、ろ過すべき原水を弁箱内に導入するための１個又は複数の原水流入口が設けられている弁箱と、
前記弁箱内に、上下運動及び回転可能に収容された円柱状の弁体と、
を備え、
原水のろ過時には、前記弁体が前記弁箱内を下降した状態にあり、
逆洗時には、前記弁体が前記弁箱内を上昇した状態にあり、
前記弁体内に、前記上昇した状態において前記弁箱の前記Ｎ個の原水流出口と対向するように前記弁体の側面に開口したＮ個の内部流路であって、
逆洗対象のろ過室の前記原水流出口と前記洗浄排水口とを連通するためのｍ（Ｎ／２＞ｍ≧１）個の洗浄排水用流路と、
前記弁箱内の前記弁体上方の空間と逆洗対象ではないろ過室の前記原水流出口とを連通するためのＮ−ｍ個の原水用流路とを含むＮ個の内部流路が設けられていることを特徴とする切換え弁。
前記弁体を上下運動させる上下駆動手段と、
前記弁体を回転させる回転手段と、
を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の切換え弁。
前記回転手段は、前記弁体の一回の往復上下運動において“３６０／Ｎ”度だけ前記弁体を回転させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の切換え弁。