JP2000309977A - 真空弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空下水管からコントローラ部に真空圧を供
給する真空圧供給管における、汚水の浮上による真空圧
供給管の凍結、破損を防止すること。 【解決手段】 真空弁１５において、真空下水管１４と
コントローラ部２７との間に設けられる真空圧供給管４
１の中間部に汚水の流入を阻止する逆止弁１０１を設
け、真空下水管１４の真空取出し口１４Ａの流路面積、
及び逆止弁１０１より真空下水管１４の側の真空圧供給
管４１の流路面積を、コントローラ部２７の側の真空圧
供給管４１Ｂの流路面積より大きくしてなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空式下水道シス
テムに用いて好適な真空弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空式下水道システム（特開平3-43527
等）には、汚水を吸引した後に空気を吸引することによ
って管路の汚水を搬送する気液分離吸引方式と、汚水と
空気とを同時に吸引する気液同時吸引方式（特開平5-33
380等）とがある。真空式下水道システムは大気圧中で
自然流下によって真空弁ユニットに貯留された汚水を、
真空下水管内の負圧との圧力差を利用して汚水及び空気
を吸引することを最大の特徴としている。吸い込まれた
空気は負圧の管路の中で膨張し、汚水よりも流速が早い
ため気液混相流を形成する。こうして汚水は、空気との
二相流という形での推力を得、高速で真空下水管内を流
送される。真空下水管はリフトと呼ばれる登り勾配（通
常30cm）をもつ鋸歯状の配管がなされているため、従来
の自然流下方式のように順勾配を続ける必要がなく、マ
ンホールポンプ場の設置などのいらない、地形に沿った
浅埋設配管を構築できることも特徴となっている。混相
流となった汚水は、やがて空気が通り抜けると、管勾配
に従って最低位部のリフト部に貯まる。更に、リフト部
に汚水が貯まった状態で、より上流部の真空弁が作動
し、そこからの空気（この空気も混相流を形成後に運ば
れてきた、換言すれば汚水を抜けてきた空気）によっ
て、リフト低部の水栓部にて再び混相流を形成し、貯ま
っていた汚水はリフトを乗り越えて先に進むことができ
る。こうして真空弁ユニットにて吸引された汚水は、気
液二相流とリフト部貯留を繰り返しながら、最終的には
真空源である真空ステーションの集水タンクまで運ば
れ、ここから圧送ポンプによって、公共下水道管渠や汚
水処理場等に送られる。

【０００３】真空下水道は前述の通り負圧の形成と、空
気の吸引がシステムの要となっている。従来より空気の
吸引は真空弁ユニット内より、真空弁の作動を通じて行
われることが一般的となっていた。現在は吸引起点であ
る真空弁ユニットにおける吸引汚水と空気との比率は
１：３を基本とされており、40リットルの汚水に対して
空気を120リットル吸引していた。ただし、真空弁ユニ
ットの設置されている場所における真空圧や、リフトな
どの配管形態などによって、設置場所毎に吸引空気量を
変化させることも多い。

【０００４】真空弁は管路の真空圧を利用し、真空弁コ
ントローラ部の作動によって制御される。従来の真空弁
は真空源となる真空取出し口が弁本体に設けられてい
る。弁体の下流側は、併用時は常に管路の真空圧が付与
されている。そのため、ここに取出し口を設け、この取
出し口より真空弁コントローラ部に真空圧を付与するも
のであるが、途中に逆止弁を設け、作動後に発生する取
出し口側の真空圧低下（取入れ口部は汚水の流出経路に
も当たり、真空弁の作動による汚水流出中の真空圧低下
が起こる）により、コントローラ部側の真空圧の差圧発
生による汚水の逆流を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、汚水吸
引中の管路側の真空圧変動は非常に複雑であり、特に管
路側の真空圧とコントローラ部側の真空圧とが圧力均衡
するような状況下では、コントローラ部への真空圧供給
管に取り付けた逆止弁の働きが不十分となり、汚水が一
部、供給管と伝って逆止弁〜コントローラ部側へと浮上
するような現象が見られる。通常はこの浮上汚水は逆止
弁まで到達しないため、問題とはならない。しかしなが
ら、極寒冷地などにおいては、夜間に冷却された真空弁
が、早朝の温汚水流入により作動した場合などに、この
供給管に浮上した汚水が、真空弁の材料の持つ極低温に
よって、供給口やホース内部で凍結し、複数回の作動に
より供給管導通口を閉塞してしまうことも考えられる。
こうした閉塞は、真空弁コントローラ部への真空圧の供
給を低下又は遮断するため、正常な真空弁の作動に支障
をきたすものとなる。

【０００６】また、小口径真空弁などで、真空圧の異常
などによる空気の非吸引状態が発生した場合などは、弁
の閉鎖時の発生する汚水の管路逆流によりウォータハン
マーによって、逆止弁部に大きな力が加わり、ホースの
抜けや逆止弁の破損発生が懸念される場合もある。

【０００７】本発明の課題は、真空下水管からコントロ
ーラ部に真空圧を供給する真空圧供給管における、汚水
の浮上による真空圧供給管の凍結、破損を防止すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、タンクに連通する吸込み管と真空源に連通する真空
下水管との間の連絡部を開閉可能とし、上記連絡部を開
閉する弁体と、弁体と連結されているプランジャを収容
する弁作動室と、弁作動室に内蔵されて弁体に閉じ力を
付与する閉じ力付与手段と、弁作動室に真空圧を付与し
て弁体に開き力を付与するコントローラ部とを有して構
成される真空弁において、真空下水管の真空取出し口と
コントローラ部の真空取入れ口との間に設けられる真空
圧供給管の中間部に、真空下水管の側からコントローラ
部の側への汚水の流入を防止する逆止弁を設け、真空下
水管の真空取出し口の流路面積、及び逆止弁より真空下
水管の側の真空圧供給管の流路面積を、コントローラ部
の側の真空圧供給管の流路面積より大きくしてなるよう
にしたものである。

【０００９】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の本発明において更に、前記逆止弁より真空下水管の
側の真空圧供給管に拡大空気室を設けてなるようにした
ものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば下記〜の作用がある。 真空下水管の真空取出し口の流路面積、及び逆止弁よ
り真空下水管の側の真空圧供給管の流路面積を、コント
ローラ部の側の真空圧供給管の流路面積より大きくする
ことにより、微妙な圧力変動時に発生する汚水の浮上や
ウォータハンマーによる汚水の浮上を、真空取出し口の
手前で抑制する。

【００１１】真空取出し口の流路面積と、真空下水管
の側の真空圧供給管の流路面積を著しく大きくできるた
め、真空弁に真空圧を供給した状態で、汚水吸引作動時
の真空圧変動等により、取出し口に多少の汚水の流動が
あったとしても、管径が大きいために逆止弁付近までの
浮上は発生しにくい。また、汚水が浮上中に冷却凍結し
ても、大口径のため、真空導通が不可能となるようなこ
ともない。また、凍結汚水は真空弁の繰り返し作動によ
って溶融していく。即ち、極寒冷地において、真空弁が
過冷却された状態にあっても、汚水流入による作動時に
真空弁コントローラ部への真空圧供給管が凍結して作動
不良を起こす心配は減少する。

【００１２】ウォータハンマーの発生により逆止弁に
かかる圧力についても、直接汚水が小口径の取出し口か
らホースに圧力を付与する従来品に比べ、真空圧供給管
の大流路面積を形成している空間や拡大空気室の大空間
にある希薄空気層がクッション（ウォータブロックの発
生によりハンマーが起こる場合は、概して真空圧の低い
状態が多く、こうした場合は上記希薄空気層の濃度も高
めとなっており、クッション効果が大きい）となり、逆
止弁への影響を大幅に低減するものとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は真空弁ユニットを示す模式
断面図、図２は真空弁を示す模式断面図、図３はコント
ローラ部を示す断面図である。

【００１４】真空式汚水収集装置を構成する真空弁ユニ
ット１０は、図１に示す如く、汚水タンク１１に汚水流
入管１２を接続しており、タンク１１に連通する吸込み
管１３と、真空源に連通する真空下水管１４との間の連
絡部を開閉可能とする真空弁１５を有している。

【００１５】即ち、各家庭等から排出される汚水は、自
然流下式の汚水流入管１２からタンク１１に流込む。そ
して汚水がタンクに溜まると、真空弁１５が開き、タン
ク１１内の汚水は吸込み管１３から吸込まれる。そし
て、この汚水は真空弁１５を通って真空下水管１４に吸
込まれ、真空ポンプ場の集水タンクに集められ、その後
圧送ポンプによって下水処理場等に送られる。

【００１６】真空弁１５は、図１、図２に示す如く、第
１と第２の各ハウジング２１、２２をバンドクランプ２
３によって一体化して構成されており、弁体２４と弁作
動室２５と、ばね２６と、コントローラ部２７を有して
構成されている。

【００１７】弁体２４は上述の吸込み管１３と真空下水
管１４との連絡部を構成する連絡路２８を開閉する。

【００１８】弁作動室２５は弁体２４と弁棒２９を介し
て連結されているカップ状のプランジャ３０をスライド
可能に収容する。

【００１９】ばね２６は弁作動室２５のプランジャ３０
より上室に内蔵されて、プランジャ３０にばね力を及ぼ
し、弁体２４に閉止力を付与する。尚、弁作動室２５の
プランジャ３０より下室は、大気連通管４３がホース４
６を介して接続され大気圧になっている。

【００２０】コントローラ部２７は、タンク１１内の汚
水レベルの上昇時に弁作動室２５の上室に真空圧を付与
し、上下室の差圧（下室は大気圧）によってプランジャ
３０を引上げることにて弁体２４に開力を付与し、真空
弁１５を開状態として吸込み管１３に真空下水管１４を
導通せしめる。

【００２１】コントローラ部２７は、汚水ます１１内の
汚水レベルの上昇時に弁作動室２５に真空圧を付与して
弁体２４に開力を付与し、真空弁１５を開状態として吸
込み管１３に真空下水管１４を導通せしめる。

【００２２】コントローラ部２７は以下の如く構成され
ている。コントローラ部２７は、図３に示す如く、第１
〜第５のシリンダ状のケース５１〜５５を通しボルトで
一体化して構成されている。通常第４のケース５４を真
空弁１５の第２ハウジング２２にバンドクランプ２３に
よって一体化される。

【００２３】コントローラ部２７には、汚水ます１１に
連通する水位検知管３７がホース３８を介して接続され
る水位検知管接続口５６を有している。水位検知管接続
口５６は第１ケース５１にダイヤフラム５９を介して接
続されている。ダイヤフラム５９には微小な貫通孔が設
けられており圧力が伝わるようになっている。

【００２４】また、コントローラ部２７は、真空下水管
１４の真空取出し口１４Ａがホース４１を介して接続さ
れる真空取入れ口５７を第３ケース５３に設けている。

【００２５】また、コントローラ部２７は、大気連通管
４３がホース４４を介して接続される大気圧接続口５８
を第３ケース５３に設けている。

【００２６】第１ケース５１と第２ケース５２は水位検
知ダイヤフラム６０を介して接続されている。第１ケー
ス５１の上部には水位検知ダイヤフラム６０を手動で変
位できるようプランジャ６１、ばね６３、弾性体カバー
６２で構成されるプッシュボタンを有している。第２ケ
ース５２にはダイヤフラム６０の下にプランジャ６５
が、第３ケース５３に設置した検知弁６８に届くよう設
けられている。第２ケース５２と第３ケース５３とが形
成する圧力制御室としての上部部屋８３に空気の漏洩を
生じないようにプランジャ６５の部屋８３への挿通部ま
わりにはＯリング６７等の軸シールが設けられている。

【００２７】検知弁６８は、部屋８３内に配設されてプ
ランジャ６５により作動せしめられ、該部屋８３内に真
空力を導入可能とする。即ち、第３ケース５３は真空下
水管１４がホース４１を介して接続されている前記真空
取入れ口５７に連通する通路５７Ａを備え、検知弁６８
は通路５７Ａの部屋８３への開口を開閉可能とするので
ある。検知弁６８は板ばねの先端に通路５７Ａの開口を
閉塞可能とする舌片を備え、板ばねをプランジャ６１に
より弾性的に押込まれると舌片を通路５７Ａの開口から
離隔して該開口を開き、部屋８３内に真空力を導入可能
とするものである。尚、６６はプランジャ６５の戻しば
ねである。

【００２８】第４ケース５４と第５ケース５５には弁座
７２、７３が設けられ、第４ケース５４の上部部屋８５
は大気に通路９２を通じて連通しており、第５ケース５
５の下部部屋８７は真空下水管１４がホース４１を介し
て接続されている前記真空取入れ口５７に通路９１を通
じて連通している。第４ケース５４下部と第５ケース５
５上部で作られる部屋８６は真空弁本体の作動室２５に
通路９６を通じて連通している。両者の弁座７２、７３
の間に設けた弁体７１は、上下することにより大気と真
空のいずれかを部屋８６に導くよう３方弁としての役割
を果たしている。弁体７１は第３ケース５３と第４ケー
ス５４との間に設けた３方弁ダイヤフラム７０に連結さ
れ、ダイヤフラム７０の上部には圧縮ばね６９が設けら
れ第５ケース５５の弁座７３に押付けられている。第３
ケース５３には隔壁が設けられているが一部に連通口８
８があり、検知弁６８が作動して開になったとき上部部
屋８３に付与される真空圧を下部部屋８４に通じるよう
になっている。また、第３ケース５３の上部部屋８３に
はニードル弁７４が設けられており、ニードル弁７４を
通って大気が徐々に入ってくるようになっている。

【００２９】真空弁のコントローラ部２７は以下の如く
動作する。 汚水ます１１内の水位が上昇すると、水位検知管３
７、ホース３８、水位検知ダイヤフラム上部室８１の空
気圧力が上昇し、水位検出ダイヤフラム下部室８２が大
気に連通しているため、圧力差を生じた水位検出ダイヤ
フラム６０を下方に変位させる。

【００３０】水位検出ダイヤフラム６０の下部に設け
たプランジャ６５がダイヤフラム６０の変位により押さ
れて下方に変位し第３ケース５３の上部部屋８３に設け
た検知弁６８を下方に押し下げ開作動させる。

【００３１】検知弁６８の作動により、真空下水管１
４の真空圧がホース４１、真空取入れ口５７を介して第
３ケース室８３、８４に印加され、３方弁ダイヤフラム
７０の下方室８５が大気に連通していることから圧力差
を生じたダイヤフラム７０が上方に引上げられる。これ
に伴って弁体７１も上昇して第５ケース５５の弁座７３
から第４ケース５４の弁座７２に移動し、真空下水管１
４の真空圧がホース４１、真空取入れ口５７を介して部
屋８６に印加され、ひいては真空弁本体の作動室２５に
真空圧を付与する。これにより、真空弁１５が開状態に
なり、汚水ます内の汚水が真空下水管１４に排出され
る。

【００３２】汚水ます内の液体が排出されると、水位
が低下し、水位検出ダイヤフラム６０の加圧が低下し、
プランジャ６５に設けたばね６６により押し戻され、こ
れに伴って検知バルブ６８が最初の状態に閉じる。

【００３３】第３ケース５３の部屋８３にあった真空
はニードル弁７４を通じて大気が取り入れられるため、
多少時間遅れが生じて大気状態になり、３方弁ダイヤフ
ラム７０の両側の圧力差がなくなりばね６９に押されて
元の状態に戻り、弁体７１も元の第５ケース５５の弁座
７３を閉じ、真空弁本体の作動室２５に通じる部屋８６
を大気状態にさせる。これにより真空弁本体が閉状態に
なる。

【００３４】しかるに、真空弁１５にあっては、図２に
示す如く、真空下水管１４の真空取出し口１４Ａとコン
トローラ部２７の真空取入れ口５７との間に設けた前述
のホース４１（４１Ａと４１Ｂ）の中間部に、真空下水
管１４の側からコントローラ部２７の側への汚水の流入
を阻止する逆止弁１０１を設けてある。また、真空下水
管１４の真空取出し口１４Ａの流路面積Ａ0 、及び逆
止弁１０１より真空下水管１４の側の真空圧供給管４１
Ａの流路面積Ａ1を、コントローラ部２７の側の真空圧
供給管４１Ｂの流路面積Ａ2より大きくしてある。ま
た、真空圧供給管４１Ａに、該真空圧供給管４１Ａの流
路面積Ａ1より大断面積の拡大空気室１０２を設けてあ
る。

【００３５】従って、本実施形態によれば、以下の作用
がある。 真空下水管１４の真空取出し口１４Ａの流路面積、及
び逆止弁１０１より真空下水管１４の側の真空圧供給管
４１Ａの流路面積を、コントローラ部２７の側の真空圧
供給管４１Ｂの流路面積より大きくすることにより、微
妙な圧力変動時に発生する汚水の浮上やウォータハンマ
ーによる汚水の浮上を、真空取出し口１４Ａの手前で抑
制する。

【００３６】真空取出し口１４Ａの流路面積と、真空
下水管１４の側の真空圧供給管４１Ａの流路面積を著し
く大きくできるため、真空弁１５に真空圧を供給した状
態で、汚水吸引作動時の真空圧変動等により、取出し口
１４Ａに多少の汚水の流動があったとしても、管径が大
きいために逆止弁１０１付近までの浮上は発生しにく
い。また、汚水が浮上中に冷却凍結しても、大口径のた
め、真空導通が不可能となるようなこともない。また、
凍結汚水は真空弁１５の繰り返し作動によって溶融して
いく。即ち、極寒冷地において、真空弁が過冷却された
状態にあっても、汚水流入による作動時に真空弁コント
ローラ部２７への真空圧供給管４１Ａが凍結して作動不
良を起こす心配は減少する。

【００３７】ウォータハンマーの発生により逆止弁１
０１にかかる圧力についても、直接汚水が小口径の取出
し口１４Ａからホース４１に圧力を付与する従来品に比
べ、真空圧供給管４１Ａの大流路面積を形成している空
間や拡大空気室１０２の大空間にある希薄空気層がクッ
ション（ウォータブロックの発生によりハンマーが起こ
る場合は、概して真空圧の低い状態が多く、こうした場
合は上記希薄空気層の濃度も高めとなっており、クッシ
ョン効果が大きい）となり、逆止弁１０１への影響を大
幅に低減するものとなる。

【００３８】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限
られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本
発明の実施において、真空圧供給管４１Ｂの中間部に真
空圧を保持するアキュームレータ１０３を設けても良い
（図２）。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、真空下水
管からコントローラ部に真空圧を供給する真空圧供給管
における、汚水の浮上による真空圧供給管の凍結、破損
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は真空弁ユニットを示す模式断面図であ
る。

【図２】図２は真空弁を示す模式断面図である。

【図３】図３はコントローラ部を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ タンク １３ 吸込管 １４ 真空下水管 １４Ａ 真空取出し口 １５ 真空弁 ２４ 弁体 ２５ 弁作動室 ２６ 閉じ力付与ばね ２７ コントローラ部 ５７ 真空取入れ口 ４１、４１Ａ、４１Ｂ ホース（真空圧供給管） １０１ 逆止弁 １０２ 拡大空気室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンクに連通する吸込み管と真空源に連
   通する真空下水管との間の連絡部を開閉可能とし、 上記連絡部を開閉する弁体と、弁体と連結されているプ
   ランジャを収容する弁作動室と、弁作動室に内蔵されて
   弁体に閉じ力を付与する閉じ力付与手段と、弁作動室に
   真空圧を付与して弁体に開き力を付与するコントローラ
   部とを有して構成される真空弁において、 真空下水管の真空取出し口とコントローラ部の真空取入
   れ口との間に設けられる真空圧供給管の中間部に、真空
   下水管の側からコントローラ部の側への汚水の流入を防
   止する逆止弁を設け、 真空下水管の真空取出し口の流路面積、及び逆止弁より
   真空下水管の側の真空圧供給管の流路面積を、コントロ
   ーラ部の側の真空圧供給管の流路面積より大きくしてな
   ることを特徴とする真空弁。
2. 【請求項２】 前記逆止弁より真空下水管の側の真空圧
   供給管に拡大空気室を設けてなる請求項１記載の真空
   弁。