JP7205899B2 - 高速車両用水封装置 - Google Patents

Description

本発明は、高速車両の室内で発生する排水の処理に使用する高速車両用水封装置に関し、特に車両の高速化によって装置が大型化することがないようにした高速車両用水封装置に関するものである。

水封作用を必要とする高速車両の室内で使用した汚水(又は廃水)を車外へ排出する際、排水処理用排出管の出口における水封機能を維持しなければならない。

車両が高速で走行すると、車内と車外との間で大きな気圧差が生じ、車内と車外との気圧の変動に追随しつつ気密を維持しなければならないが、車内から車外へ廃水を排出するには、その気圧差に相当するだけの水頭を維持することができる水封装置が必要である。

従来技術に覆いては、流入管を有する流入側貯水室と出口管を有する流出側貯水室との間をサイフォン管で連結して出口管の上端とサイフォン管の上端との間の両貯水室の容積をサイフォン管の容積よりも大きくする水封装置（特許文献１参照）、又は、貯水槽内に流入管と出口管とを有し、流入管は、上下に開口を有する弁室の上部開口に連結し、出口管の上部開口は、弁室の上部開口より高い位置にある水封装置（特許文献２参照）がある。

この種の水封装置は、車両の床下に搭載されるので、装置の高さに限界があるが、近年の高速車両は、時速３００ｋｍ以上と高速化しており、車両の高速化につれて水頭の高さを増大しなければならないし、これを回避して小型化するために従来の貯水方式を二重式、三重式の如き多重式とすると、内部構造がきわめて複雑なものとなり、装置に必要な貯水量も増加して、全体の重量が増大し、車両の高速化の仕様条件を満足することができない問題が発生する。

特公昭５４－１１４５３号公報 実開平５－６９４７０号公報

本発明が解決しようとする課題は、車両の床下取付限界寸法の制約に適応することができるように水頭の高さを小さくしても高い気圧変動に対して高い信頼性を有して確実に水封機能を維持することができる小型で軽量の高速車両用水封装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、貯水槽と、前記貯水槽内の上部に設けられて汚水を流入する流入管と、前記貯水槽からの前記汚水を排出する排出管と、前記流入管に連通する上部開口と前記貯水槽内に開口する下部開口とを有する水封弁とを備え、前記水封弁は、弁室と前記弁室内を上下に可動するように配置された比重が１未満の浮遊弁体とから成っており、前記排出管は、前記貯水槽内にあって外部に開口するサイフォン式排出管から成っており、前記サイフォン式排出管は、その上流側吸込口を水封するように前記貯水槽内に汚水を残して汚水の排出を停止するための下流側屈曲部を有し、前記貯水槽に残留する汚水によって前記サイフォン式排出管を外部気圧から遮断してサイフォン作用を維持しつつ汚水を排出するようにしたことを特徴とする高速車両用水封装置を提供することにある。

本発明の課題解決手段に覆いて、前記サイフォン式排出管の屈曲部は、Ｌ字形とすることができ、このL字形屈曲部は、貯水槽の下部に汚水を貯水することにより管内を外部と遮断してサイフォン作用を有効に発生させることができる。また、サイフォン式排出管の出口は、貯水槽に汚水がなく水頭を形成することができない場合、外部の気圧変動を閉鎖し、車内気圧が保持できる信頼性の高い確実な水頭機能を有している。

本発明の課題解決手段に覆いて、弁室の内壁に排水の水流を変化させる突起を設け、汚水の水流を変化させることが好ましい。

本発明によれば、流入管の出口に可動浮遊弁体を含む水封弁を有していて可動浮遊弁体が弁室内で浮遊状態にあるときには、水頭による水封作用が生じるが、車両の内外の圧力差が大きいときには、浮遊弁が流路を遮断するので、水封状態を保持することができ、またサイフォン式排出管を有しているので、低い水頭でも車両の内外の気圧変動に追従することができ、装置全体を大型化することなく、小型、軽量で高速走行する車両の水封作用を維持することができる。

本発明の１つの実施形態によるが、水封弁の浮遊弁体が上部開口を閉じている高速車両用水封装置の正断面図である。 図１の装置と同じ装置であるが、水封弁の浮遊弁体が下部開口を閉じている高速車両用水封装置の正断面図である。 図１の装置と同じ装置であるが、水封弁の浮遊弁体が上下の開口から離れて浮遊状態にある高速車両用水封装置の正断面図である。 図１の高速車両用水封装置の左測断面図である。 図１の高速車両用水封装置の右測断面図である。 図１の高速車両用水封装置に用いられる水封弁の変形例の部分概略断面図である。

本発明の好ましい実施の形態による高速車両用水封装置１０が図１乃至図３に示されており、この水封装置１０は、貯水槽覆い２０と、貯水槽覆い２０内に配置し適宜の手段で固定された一槽式の貯水槽３０と、この貯水槽３０内の上部に設けられた流入管４０と、貯水槽３０の底壁３２Ｌに設けられ貯水槽覆い２０の底壁２２から導出する出口管５０とを備えている。

水封装置１０は、流入管４０に連通する上部開口６２Ｕと貯水槽３０内に開口する下部開口６２Ｌを有する水封弁６０と、貯水槽３０内にあって出口管５０に接続されるサイフォン式排出管７０とを更に備えている。

貯水槽３０は、図１乃至図３と図４及び図５とから分かるように、幅方向よりも奥行き方向が小さく形成されており、流入管４０は、貯水槽３０の上壁３２Ｕを気密に貫通して取付けられて貯水槽覆い２０の上壁２２Ｕを貫通し、出口管５０は、貯水槽覆い２０内に水平に延びるように配置されてその上流垂直端部５２Ｕは、貯水槽３０の底壁３２Ｌに液密に取付けられてサイフォン式排出管７０の下流側端部である出口７２に液密に連結され、下流垂直端部５２Ｌは、貯水槽覆い２０の底壁２２Ｌを貫通して外気に開放している。

水封弁６０は、貯水槽３０の上方に配置され、その上部開口６２Ｕは、貯水槽３０の上壁３２Ｕを液密に貫通し、その下部開口６２Ｌは、貯水槽３０の底壁３２Ｌから間隔をあけて貯水槽３０内に位置している。

水封弁６０は、弁室６４とこの弁室６４内に配置されて上下に可動する比重が１未満の浮遊弁体６６とから成っている。図4を参照して更に詳細に述べると、水封弁６０は、弁室６４を形成する中間筒状部分６０Ｃと、上下の開口６２Ｕ、６２Ｌを形成し浮遊弁体６６が着座して上下の開口６２Ｕ、６２Ｌを閉じる弁座６８Ｕ、６８Ｌを含むテーパ６２ＵＴ、６２ＬＴ付きの上下の筒状部分６０Ｕ、６０Ｌとから成っており、中間筒状部分６０Ｃの上下の端部にテーパ付き上下の筒状部分６０Ｕ、６０Ｌの大径端部が液密を保って嵌合し、上方の筒状部分６０Ｕの小径部分が流入管４０に液密を保って嵌合し、下方の筒状部分６０Ｌの小径端部（出口）は、貯水槽３０の貯水室３４内に望んでいる。また。この水封弁６０は、下方の筒状部分６０Ｌのテーパ６２ＬＴの上方肩部６０Ｓを貯水槽３０の内壁に設けられた弁受け３６に着座して貯水槽３０に受け止められている。なお、図６に示すように、上下の筒状部分６０Ｕ、６０Ｌは、テーパではなく、段付きであってもよい、この場合、弁座は段の肩部となる。

再び、図４を参照すると、中間筒状部分６０Ｃの内面には複数の突起６０Ｐを有する。図示の例では、これらの突起６０Ｐは、径方向に相対してほぼ等間隔をあけて設けられた各３つの突起６０ＰＡとこれらの突起６０ＰＡとは上下方向にずらせて径方向に相対して各２つの突起６０ＰＢとを含んでいる。これらの突起６０Ｐは、水封弁６０内を通過する排水の流れをランダムにして水封弁６０内に汚水中のヘドロが付着するのを防止する機能を有する。

サイフォン式排出管７０は、図１乃至図３及び図５に示すように、逆Ｕ字形の管本体７４から成っており、その上流側の端部（吸込口）７６Ｕは、貯水槽３０底壁３２Ｌから間隔をあけて開口し、下流側の端部７６Ｌ付近にはＬ字形屈曲部７８を有する、

出口管５０は、その水平部分にチャッキ弁５４を備えている。このチャッキ弁５４は、貯水槽３０に汚水がなく水頭を形成することができない場合に外部からの気圧変動に水封弁６０が追随できなるのを防止するために設けられており、このチャッキ弁５４は、外部の気圧変動を閉塞するため、外部の気圧が流入管４０に接続される車内の気密室よりも高い場合に出口管５０を閉じてサイフォン式排出管７０の気圧が上昇するのを防止している。

水封装置１０は、貯水槽覆い２０の底壁２２Ｌ及び貯水槽３０の底壁３２Ｌを液密に貫通して貯水槽３０内に補水する補水管８０を備えている（図５参照）。この補水管８０は、貯水槽３０内に貯水がない初期に貯水槽３０内にサイフォン式排出管７０に水封機能を保持するために下端入口から貯水槽３０内に補水する機能を有する。

次に、本次発明の水封装置１０の動作を述べると、貯水槽３０の貯水室３０内が洗面台等からの汚水によって満水状態にあるとき、水封弁６０の浮遊弁体６６が水封弁６０の上部開口６２Ｕを閉じており、車内（気密室）の気密を維持している。この状態では、サイフォン式排出管７０は、図１に示すように、貯水がサイフォン作用発生ラインＬ１に達するので、排出管７０は、サイフォン作用を発生して、貯水槽３０内に貯水されている汚水がチャッキ弁５４を有する出口管５０を経て外部に勢いよく排出される。

このようにして汚水が排出され、貯水槽３０内の水位がサイフォン式排出管７０の屈曲部７８に達し、図３のＬ２で示すように、サイフォン式排出管７０の上流側開口（吸込口）７５Ｌ内に汚水が残るまで低下すると、汚水の排出が停止し、排出管７０内の外気圧と同じ気圧で貯水槽３０内の気圧と均衡し、この汚水が補水作用を有して水封を維持している。このように、サイフォン式排出管７０が下流端側でＬ字形屈曲部７８を有するのは、汚水の排出が水位Ｌ２で停止させるためである。なお、この屈曲部７８は、汚水の排出を停止することができれば、水平部分を含むＳ字形、Ｕ字形その他任意の形態とすることができる。

再び、車内（気密室）に汚水が発生すると、この汚水は、水封弁６０の上部開口６２Ｕから流入管４０内に流入し、従って、水封弁６０の上部開口６２Ｕを塞いでいる浮遊弁体６６が押し下げられて上部開口６２Ｕを開くため、汚水は、弁室６４を自由に通過する（図３参照）。この場合、車内圧力と外気圧力とが同一レベルで均衡している状態で水頭を保持し、水封機能を維持している。図３において、水位Ｌ３は、車内気密保持水位、水位Ｌ４は、汚水が流入している途中の水位を示す。

外部気圧が車内気圧よりも低い場合には、車内の気体が流入管４０を経て水封弁６０の上部開口６２Ｕから弁室６４内に流入して、弁室６４内の水面と水面上に浮遊する浮遊弁体６６とを下部開口６２Ｌに向かって押し下げる。この状態が継続すると、弁室６４内の汚水は、すべて貯水槽３０の貯水室内に貯水され、弁室６４内には気体が充満し、それと同時に水封弁６０の下部開口６２Ｌは、浮遊弁体６６によって閉塞される（図２参照）。

従って、車内(気密室)からのそれ以上の気体の流失は、水封弁６０の下部開口６２Ｌの閉塞によって確実に遮断されるので、水封装置１０の水封状態が破られることがなく，水封機能を安全に維持することができる。

この状態では、水封弁６０内にある汚水が下降し、弁室６４の内容積に相当するだけの汚水が弁室６４外に押し出されて、貯水槽３０内に流入し、貯水槽３０内に貯留される。

貯水槽３０の外部気圧が車内(気密室)気圧よりも高くなると、サイフォン式排出管７０の下流端部７６Ｌに接続された出口管５０のチャッキ弁５４が閉じるため、外部気圧が高いことにより水封状態が破られることはない。従って、浮遊弁体６６が万一水封弁６０の上部開口６２Ｕを閉じるように可動することがなくても貯水槽３０内の汚水が車内へ吹き上げられるのを防止することができる。

貯水槽３０内の汚水の水位が再びＬ１に達すると、サイフォン作用が発生するので、屈曲部７８を有する部位に相当する水位Ｌ２（図３及び図５参照）に達するまで排出される。

このように、水封装置１０は、水封弁６０の弁室６４内にあって浮力、重力を利用しての弁室内を可動する浮遊弁体６６により、水封弁６０の弁室６４の上下の開口を閉塞することができるため、車内(気密室)からの排水の流出は自由であるが、車内(気密室)からの気体の流出を遮断して水封機能を確実に維持することができる。

また、排出管７０は、下流端側に屈曲部７８を有するサイフォン式として、貯水槽３０内の汚水の水位が排出管７０の吸込口である上流側開口７６Ｕ内に汚水が残るように汚水の排出が停止するようにしたので、汚水による補水作用を有効に維持して、サイフォン作用の発生を損なうことがない。

本発明の水封装置によれば、下記の効果を有する。
（１）流入管４０の下流端である出口に可動浮遊弁体６６を有する水封弁６０を接続し、浮遊弁体６６が弁室６４内で浮遊状態にあるときには、水頭による水封作用が生じ、内外の圧力差が大きい場合には、浮遊弁体６６が流路を遮断して水封機能を有効に保持することができる。
（２）排出管７０をサイフォン式として汚水が貯水槽内に流入する間でも内外の気圧差を遮断して汚水を流入することができ、車両が高速化して内外の気圧差が大きくなっても水頭を高くすることなく、小型で軽量の構造でとすることができる。従って、高速車両の床下に有効に取付けることができる。

本発明によれば、低い水頭でも内外の大きな水圧差を遮断して水封装置の小型化と軽量化とを図ることができ、高速車両の排水処理に使用する水封装置として産業上有効に利用することができる。

１０ 水封装置
２０ 貯水槽覆い
２２Ｕ 上壁
２２Ｌ 底壁
３０ 貯水槽
３２Ｕ 上壁
３２Ｌ 底壁
３４ 貯水室
３６ 弁受け
４０ 流入管
５０ 出口管
５２Ｕ 上流垂直端部
５２Ｌ 下流垂直端部
５４ チャッキ弁
６０ 水封弁
６０Ｃ 中間筒状部分
６０Ｕ、６０Ｌ テーパ付き筒状部分
６０ＵＴ、６０ＬＴ テーパ
６０Ｐ、６０ＰＡ、６０ＰＢ 突起
６２Ｕ 上部開口
６２Ｌ 下部開口
６４ 弁室
６６ 浮遊弁体
６８Ｕ、６８Ｌ 弁座
７０ サイフォン式排出管
７２ 出口
７４ 管本体
７６Ｕ 上流側端部（吸込口）
７６Ｌ 下流側端部
７８ Ｌ字形屈曲部
８０ 補水管

Claims (4)

1. 貯水槽と、前記貯水槽内の上部に設けられて汚水を流入する流入管と、前記貯水槽からの汚水を排出する排出管と、前記流入管に連通する上部開口と前記貯水槽内に開口する下部開口とを有する水封弁とを備え、前記水封弁は、弁室と前記弁室内を上下に可動するように配置された比重が１未満の浮遊弁体とから成っており、前記排出管は、前記貯水槽内にあって外部に開口するサイフォン式排出管から成っており、前記サイフォン式排出管は、その上流側吸込口を水封するように前記貯水槽内に汚水を残して汚水の排出を停止するための下流側屈曲部を有し、前記貯水槽に残留する汚水によって前記サイフォン式排出管を外部気圧から遮断してサイフォン作用を維持しつつ汚水を排出するようにしたことを特徴とする高速車両用水封装置。
2. 請求項１に記載の高速車両用水封装置であって、前記サイフォン式排出管の下流側屈曲部は、Ｌ字形である高速車両用水封装置。
3. 請求項１又は２に記載の高速車両用水封装置であって、前記サイフォン式排出管の出口側にチャッキ弁を有する高速車両用水封装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の高速車両用水封装置であって、前記水封弁の弁室の内壁に汚水の水流を変化させる突起を有している高速車両用水封装置。

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