JP2003113952A - ポンプユニット用空気抜き弁とポンプユニット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプの起動時にエアロック現象を生ずるこ
となく所定のポンプ揚送が可能となり、しかも空気抜き
弁の全閉状態を確実に保持することができ、しかも、ポ
ンプ吐出管内に空気を取り込む際に発生する空気吸い込
み音を発生させないようにしたポンプユニット用空気抜
き弁とポンプユニット装置を提供することである。 【解決手段】 ポンプ吐出管１２に設けた逆止め弁１３
のポンプ１１側に空気抜き管１８を介して弁体２７を有
する弁本体１９を設けた空気抜き弁であって、ポンプ１
１の起動時に、逆止め弁１３の逆止め状態でのポンプ１
１側におけるポンプ吐出管１２内の所定量の空気を弁本
体１９より排出した後に、弁体２７で弁閉するように構
成したポンプユニット用空気抜き弁である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプユニット用
空気抜き弁とこれを用いたポンプユニット装置に関し、
特に、ポンプ起動後、所定の圧力によって閉止すること
ができるポンプユニット用空気抜き弁と、この空気抜き
弁を備え、ポンプを円滑に作動することができるポンプ
ユニット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプユニットは、上、中、下水、農業
用水、汚水、工業排水等に用いられている。特に、マン
ホール用のポンプユニットは、マンホール内に沈めた水
中ポンプの吐出管にボール逆止め弁を配設し、水中ポン
プの停止時に圧送した汚水が逆流しないようにしたユニ
ットである。また、このボール逆止め弁の一次側に空気
抜き弁を設けて、水中ポンプの起動時に、この空気抜き
弁より吐出管内の残留空気を排出させるようにしてい
る。

【０００３】この種の空気抜き弁の一つには、汚水によ
る浮力によって弁閉となる空気抜き弁構造が提案されて
いる（特開２０００−１７０９３９号公報）。また、図
１０〜図１２に示すように、空気によって弁閉となる空
気抜き弁構造も知られている。何れの場合も無負荷時に
は、連通状態で弁開となっている点については同じであ
る。

【０００４】前者の構造は、ボールを遊動可能に収容す
る弁室と、弁室内に流入口と流出口を備え、流入口から
弁室内に流入した汚水の浮力によってボールが浮上し、
浮上した弁体が弁座に着座することによって閉止するよ
うに構成されている。後者の構造は、本体１内の弁室２
に花形状に開けられた流入口３とシールリング４を有す
る流出口５を設け、この弁室２内に金属製の中空ボール
６を移動自在に収納したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
構造は、汚水による浮力によって弁閉となる空気抜き弁
であるため、弁室内に異物が侵入してボールの遊動作用
を妨げたり、また、流入口に異物が付着して空気抜き弁
としての機能を妨げて有効に発揮し得ない等の課題があ
った。

【０００６】また、後者の構造は、図９に示すように、
ポンプの起動により、ボール弁体７ａを有する逆止め弁
７の一次側本管８内に残留している空気により、空気抜
き弁のボール６が即座に持ち上がって弁閉となってしま
い、空気抜き弁９の本来の機能である本管８内の空気を
確実に抜くという作業ができず、場合によっては、エア
ロック現象によってポンプによる圧送ができない状態と
なってしまうおそれがあった。

【０００７】この現象を示すグラフを図１３に示す。同
図によると、ポンプ起動と同時に空気圧０．０１ＭＰａ
程度で空気抜き弁は全閉となるため、圧力は急激に上昇
するが、空気を圧縮するため圧送できず、途中まで持ち
上がった汚水が下方に戻るためこれに伴って圧力も降下
し、以後この現象を繰り返すことにより、同グラフに示
すように、本管の内圧がみだりに変動することになる。
なお、本例における本管口径は、２・１／２Ｂであり、
ポンプ出力は、０．４ｋＷ程度である。また、圧力測定
部位は空気抜き管分岐部位である。

【０００８】しかも、後者の空気抜き弁は、金属製の中
空ボール６を用いているため、全閉時において、二次側
弁座を確実に封止することができない場合があり、空気
抜き管の細管内に汚水が流入して、空気抜き弁の流入口
３が異物等によって詰まってしまうおそれも有してい
た。

【０００９】本発明は、従来のこの種の空気抜き弁が有
していた課題点を解決するために開発したものであり、
その目的とするところは、ポンプの起動時にエアロック
現象を生ずることなく所定のポンプ揚送が可能となり、
しかも空気抜き弁の全閉状態を確実に保持することがで
き、しかも、ポンプ吐出管内に空気を取り込む際に発生
する空気吸い込み音を発生させないようにしたポンプユ
ニット用空気抜き弁とポンプユニット装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、ポンプ吐出管に設けた逆止
め弁のポンプ側に空気抜き管を介して弁体を有する弁本
体を設けた空気抜き弁であって、前記ポンプの起動時
に、前記逆止め弁の逆止め状態でのポンプ側におけるポ
ンプ吐出管内の所定量の空気を前記弁本体より排出した
後に、前記弁体で弁閉するように構成したポンプユニッ
ト用空気抜き弁である。

【００１１】請求項２に係る発明は、前記弁本体におけ
る弁体での弁閉圧力は、０．０１ＭＰａを超える圧力で
ある。

【００１２】請求項３に係る発明は、弁体は球状弁体で
あり、弁閉圧力無負荷時にはこの球状弁体を一次側流路
口に着座させ、この流路口の弁座部は、扇形隆起部を対
向位置に設けた空気抜き弁である。

【００１３】請求項４に係る発明は、弁本体の二次側弁
座を弁本体と一体に形成し、この弁座に弁閉止する球状
弁体の外周にゴム被覆層を設けた空気抜き弁である。

【００１４】請求項５に係る発明は、前記弁本体の一次
側弁座のポート径をＤ１、二次側弁座のポート径をＤ２
とした場合、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有するポンプユニット
用空気抜き弁である。

【００１５】請求項６に係る発明は、前記弁本体の二次
側から一次側への空気通過能力Ｃｖ値を、２．５よりも
大きく設定したポンプユニット用空気抜き弁である。

【００１６】請求項７に係る発明は、マンホール内にポ
ンプを配置し、このポンプの吐出管に逆止め弁を装着
し、この逆止め弁のポンプ側に空気抜き管を設け、この
空気抜き管の先端に空気抜き弁を設けたポンプユニット
装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明におけるポンプユニット用
の空気抜き弁とこれを用いたポンプユニット装置をマン
ホールに適用した一例を図面に基いて説明する。図１
は、マンホール１０に水中ポンプ１１を設けた例を示し
ており、このマンホール１０内には、図示しない流入管
から汚水Ｗが供給されている。この水中ポンプ１１の吐
出管（本管）１２の先端に逆止め弁（本例ではボール逆
止め弁）１３を設け、この逆止め弁１３の二次側に仕切
弁（ボール弁）１４が設けられている。更に、この仕切
弁１４の二次側に流出管１５が設けられ、汲み上げられ
た汚水Ｗが外部に流出するように配設されている。本例
におけるボール逆止め弁１３は、弁室１６内にボール１
７を遊動自在に設け、弁室１６の一次側の流入口１６ａ
にボール１７が着座して弁閉状態で逆止め機能が発揮さ
れ、一方、流入口１６ａから汚水が圧送されると、ボー
ル１７がガイドされて流入口１６ａから離れ、汚水が二
次側の流出口１６ｂより流出する構造である。

【００１８】図２において、１８は空気抜き管（枝管）
であり、この空気抜き管１８は、本例のようにボール逆
止め弁１３の一次側ボデー１３ａに直接連結するか、或
は、吐出管１２から分岐させて設けるようにする。

【００１９】次いで、この空気抜き管１８と吐出管１２
の本例における具体的な一例を示すと、図１において、
吐出管１２における有効貯留水深下端水位から空気抜き
管１８の分岐点の距離をａとし、空気抜き管１８の分岐
点から空気抜き弁の一次側弁座までの距離をｂとする。
この場合、同図におけるａの配管口径は２・１／２Ｂで
あり、配管長は２０００〜３０００ｍｍであり、また、
ｂの配管口径は、３／４Ｂであり、配管長は約１００ｍ
ｍ以上である。

【００２０】次に、図４〜図６において、空気抜き弁の
構造を説明する。この空気抜き弁は、空気抜き管１８の
先端を弁本体１９に螺着して取付け、この弁本体１９の
二次側に流出パイプ２０を螺着して取付けている。

【００２１】更に、弁本体１９の一次側流路口２１を断
面円形に形成し、この流路口２１の弁座部２２は、一対
の扇形隆起部２３ａ、２３ｂを対向させて設け、この扇
形隆起部２３ａ、２３ｂ以外の弁座部２２に一対のテー
パ連通部２４ａ、２４ｂを対向させて形成している。本
例における扇形隆起部２３ａ、２３ｂの形状例は、弁サ
イズ１Ｂにおいて、扇角度は９０°、高さ３〜４ｍｍ、
傾斜角は６０°である。

【００２２】図４において、弁本体１９の二次側の弁座
２５は、ステンレス等の金属製の弁本体１９のキャップ
１９ａに一体に形成している。図４に示した弁体（ボー
ル）２７は、弁本体１９内に収納され、無負荷時には、
一次側流路口２１の扇形隆起部２３ａ、２３ｂに線接触
状態に載置され、一方、テーパ連通部２４ａ、２４ｂに
よって弁本体１９内は一次側流路口２１から二次側弁座
２５にかけては連通状態にあり、空気が圧送されると、
この弁体２７は上方へ持ち上がって二次側流路口２６に
弁閉状態に封止される。

【００２３】前記二次側弁座２５の封止性を向上させる
と共に、弁体２７の持ち上がり性能を向上させるため、
一次側弁座２２のポート径をＤ１、二次側弁座２５のポ
ート径をＤ２とした場合、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有してお
り、また、ポンプ吐出管１２内に空気を取り込む際、空
気抜き弁の二次側から吸い込む空気により発生する空気
吸い込み音を解消するため、二次側から一次側への空気
通過能力（空気の流れやすさ）Ｃｖ値を２．５よりも大
きく設定している。

【００２４】前記した弁体の持ち上がり性能、空気吸い
込み音の試験を行い、その結果を表１に表す。なお、Ｃ
ｖ値の大小は、空気吸い込み音を数値で表したものに相
当し、弁体の持ち上がり性能は、同一条件において、下
方（一次側）より空気を送った場合、特に良好に持ち上
がったものを◎、良好に持ち上がったものを○、明らか
に持ち上がりがわるかったものを×とした。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１に示すように、供試品Ｎｏ.１は、空
気による弁体の持ち上がり性能は良好であったが、空気
の吸い込み音が発生した。供試品Ｎｏ.２では、二次側
弁座２５のポート径Ｄ２をφ１３ｍｍにしたことによ
り、空気の吸い込み音はやや改善された。供試品Ｎｏ.
３では、図７（ａ）に示すように、二次側弁座２５′の
ポート径Ｄ２を、一次側弁座２２′のポート径Ｄ１より
も大きくしたところ、弁体２７が空気により持ち上がら
なくなってしまった。供試品Ｎｏ.４では、図７（ｂ）
に示すように、一次側弁座２２のポート径Ｄ１、二次側
弁座２５のポート径Ｄ２を、Ｄ１＞Ｄ２の関係を保ちつ
つ、それぞれ大きくしたところ、弁体２７の持ち上がり
性能は良好であり、且つ、空気吸い込み音も改善され
た。供試品Ｎｏ.５は、二次側から一次側への空気の流
れやすさを示すＣｖ値が４．０になるよう、一次側弁座
の形状を修正したところ、弁体の持ち上がり性能は良好
であり、且つ、空気吸い込み音は著しく改善された。

【００２７】前記試験結果より、空気抜き弁の二次側弁
座２５のポート径Ｄ２を、一次側弁座２２のポート径Ｄ
１よりも小さくすることにより、ポンプ吐出管１２内か
ら排出され、空気抜き弁の弁室２８内に侵入した空気
が、二次側弁座２５の手前で流れを絞られることにより
滞留し、空気の流れの障害となっているボール弁体２７
を浮き上がらせて、二次側弁座２５に確実に着座させる
ことができることが判った。

【００２８】さらに、Ｃｖ値が２．５よりも大きくなる
よう、各弁座形状や弁内部形状を形成することにより、
二次側から吸気した際の空気吸い込み音を解消すること
ができることが判った。とりわけ、二次側弁座２５のポ
ート径Ｄ２を弁体２７の外周直径の約１／３よりも大き
くすることが効果的である。

【００２９】この弁体２７は、球状弁体を呈し、芯材２
７ａを発泡樹脂材（本例ではエポキシ樹脂系発泡体）で
成形され、また、芯材２７ａの外周には、ゴム被覆層
（本例ではＥＰＤＭ）２７ｂで被覆している。本例にお
けるボール（弁体）２７は、重量５ｇ、外径２５．４ｍ
ｍ、芯材径２３．４ｍｍ、ゴム厚１ｍｍである。

【００３０】この場合、弁体２７が一次側の弁座部２２
に着座している際、弁体２７の上部と二次側の弁座２５
の間には、弁体２７が後述する作動圧Ｐで動作するよ
う、ボール２７の直径の約１／４の高さで空間２９を確
保するようにしている。なお、空間２９を確保すること
によって、空気抜き弁が多少傾いた場合等でも、弁体２
７は円滑に動作することが可能である。

【００３１】上記のポンプユニット用空気抜き弁は、図
２に示すように、水中ポンプ１１の起動時に、逆止め弁
１３の逆止め状態でのポンプ吐出側である吐出管１２内
の所定量の空気を弁本体１９より排出した後で、弁体２
７で二次側流路口２６を密封状態に弁閉するように構成
されている。

【００３２】本実施例における空気抜き弁の弁体２７の
作動圧Ｐは、０．０１ＭＰａ＜Ｐ≦０．０５ＭＰａであ
り、約０．０２〜０．０３ＭＰａで動作するのが好まし
く、少なくとも弁体２７の弁閉圧力は、０．０１ＭＰａ
を越える圧力である。なお、この作動圧は、少なくとも
逆止め弁１３の無負荷時の弁体（ボール）１７の作動圧
（クラッキング圧、本例では０．０５ＭＰａ）を下回る
値であれば良い。

【００３３】次に、上記に示した各実施形態における作
用を説明する。図２に示すように、ポンプ１１が停止し
た状態において、逆止め弁１３の一次側である吐出管１
２には、残留空気１２Ａがあり、一方、逆止め弁１３の
二次側には、汚水が満たされているため、逆止め弁１３
は、差圧が生じて弁閉状態を保持している。

【００３４】次いで、ポンプ１１の起動時に、汚水の揚
送開始と共に、吐出管１２内に残存する空気１２Ａが空
気抜き管１８を経由して空気抜き弁から排出される。こ
の場合、弁体２７は、一次側の弁座部２２に着座してい
るが、扇形隆起部２３ａ、２３ｂに弁体２７が線接触し
ていると共に、テーパ連通部２４ａ、２４ｂを介して連
通しているので、弁体２７が着座状態で、弁本体１９内
は、一次側流路口２１から二次側弁座２５にかけて開状
態に連通されている。

【００３５】その後、ポンプ１１が稼動した後に、吐出
管１２の残留空気１２Ａが空気抜き弁より略排気が終わ
った状態で、本例において約０．０２ＭＰａの空気圧に
達すると、空気抜き弁の弁体２７が持ち上がって弁本体
１９の二次側流路口２６を弁閉して密封状態を保持して
いる。

【００３６】さらに、空気抜き弁の二次側弁座２５のポ
ート径Ｄ２を、一次側弁座２２のポート径Ｄ１よりも小
さくすることにより、ポンプ吐出管１２内から排出さ
れ、空気抜き弁の弁室２８内に侵入した空気が、二次側
弁座２５の手前で流れを絞られることにより滞留し、空
気の流れの障害となっているボール弁体２７を浮き上が
らせて、二次側弁座２５に確実に着座させている。

【００３７】この状態において、図３に示すように、空
気抜き管１８内には空気が内封されるので、汚水が空気
抜き弁自体に浸入するおそれがない。この状態を図８に
おける空気抜き弁の作動を示すグラフに基づいて説明す
ると、ポンプ１１の稼動後、少なくともポンプ１１の揚
送動作が行われるに十分な程度に吐出管（本管）１２の
空気を排気し終わった状態、即ち０．０１ＭＰａを超え
る空気圧の一例として約０．０２ＭＰａの空気圧で空気
抜き弁が弁閉となることにより、所定のポンプの揚送が
継続され、ボール逆止め弁１３が全開となって吐出管
（本管）１２の内圧（０．３ＭＰａ程度）が上昇し、ポ
ンプ１１が定格能力を発揮して汚水を円滑に揚送するこ
とができる。なお、本例における本管口径、ポンプ出
力、圧力測定部位は、図１３の例と同様である。

【００３８】また、Ｃｖ値が２．５よりも大きくなるよ
う、各弁座形状や弁内部形状を形成することにより、二
次側から吸気した際の空気吸い込み音を解消することが
できる。とりわけ、二次側弁座２５のポート径Ｄ２を弁
体２７の外周直径の約１／３よりも大きくすることが効
果的である。なお、一次側弁座２２のポート径Ｄ１は弁
体２７の直径よりも５ｍｍほど小さいものとすることに
より、弁体２７を一次側弁座２２に安定して維持するこ
とができる。さらに、一次側弁座２２、二次側弁座２５
の各口径の寸法を調整することにより、ポンプ起動時か
ら空気抜き弁が弁閉となるまでの間に、排出される空気
の量をコントロールすることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項
１に係る発明によると、ポンプ起動時に、揚送開始と共
に、逆止め弁の一次側に残存する空気が、空気抜き管を
経由して空気抜き弁から排出されるため、エアロック現
象を生ずることなく、ポンプが定格能力を発揮して円滑
に揚送され、しかも、ポンプ稼動中に、汚水等の流体が
空気抜き弁から排出されるおそれもない。

【００４０】また、請求項２に係る発明によると、所定
の空気圧で空気抜き弁が弁閉となることにより、所定の
ポンプ揚送が保持される。

【００４１】また、請求項３に係る発明によると、球状
弁体の一部が一対の扇形隆起部に線接触すると共に、扇
形隆起部以外の部位から空気が供給されるため、所定の
空気圧に達した際に、球状弁体が二次側の流路口を弁閉
状態にすることができる。

【００４２】更に、請求項４に係る発明によると、球状
弁体のゴム被覆層で二次側の弁座に確実に着座して密封
閉止することが可能となる。

【００４３】更に、請求項５に係る発明によると、空気
抜き弁の二次側弁座のポート径を一次側弁座のポート径
よりも小さくすることにより、ポンプ吐出管内から排出
され、空気抜き弁の弁室内に侵入した空気が、二次側弁
座の手前で流れを絞られることにより滞留し、空気の流
れの障害となっているボール弁体を浮き上がらせて、二
次側弁座に確実に着座させることが可能となる。

【００４４】更に、請求項６に係る発明によると、Ｃｖ
値が２．５よりも大きくなるよう、各弁座形状や弁内部
形状を形成することにより、二次側から吸気した際の空
気吸い込み音を解消することが可能となる。

【００４５】更には、請求項７に係る発明によると、ポ
ンプが稼動した後に、逆止め弁のポンプ側の残存空気が
排気した状態に至ると、所定の空気圧で空気抜き弁が弁
閉となるため、所定のポンプの揚送が確実に継続される
と共に、逆止め弁が全開となった状態で、ポンプの定格
能力を効率的に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における空気抜き弁とこれを用いたポン
プユニットの一例を示す全体の説明図である。

【図２】図１における逆止め弁と空気抜き弁との関連を
示したポンプ起動時の部分拡大断面図である。

【図３】図２におけるポンプ稼動中の部分拡大断面図で
ある。

【図４】図１における空気抜き弁の断面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】図４の弁座面のみを示した斜視説明図である。

【図７】（ａ）一次側弁座のポート径Ｄ１、二次側弁座
のポート径Ｄ２とした場合、Ｄ１＜Ｄ２における作用説
明図である。（ｂ）一次側弁座のポート径Ｄ１、二次側
弁座のポート径Ｄ２とした場合、Ｄ１＞Ｄ２における作
用説明図である。

【図８】本発明におけるポンプの稼動時間と本管内圧と
の関係を示したグラフである。

【図９】ポンプの起動後に生じるエアロック現象を示し
た従来例による部分断面図である。

【図１０】従来の一例を示した空気抜き弁の断面図であ
る。

【図１１】図１０のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１２】図１０の弁座面のみを示した斜視説明図であ
る。

【図１３】従来の一例におけるポンプの稼動時間と本管
内圧との関係を示したグラフである。

【符号の説明】

１０ マンホール １１ ポンプ １２ 吐出管（本管） １３ ボール逆止め弁 １８ 空気抜き管 １９ 弁本体 ２１ 一次側流路口 ２２ 弁座部 ２３ａ、２３ｂ 扇形隆起部 ２４ａ、２４ｂ テーパ連通部 ２５ 二次側弁座 ２６ 二次側流路口 ２７ 弁体 ２７ａ 芯材 ２７ｂ ゴム被覆層 ２８ 空間 Ｄ１ 一次側弁座のポート径 Ｄ２ 二次側弁座のポート径

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ吐出管に設けた逆止め弁のポンプ
   側に空気抜き管を介して弁体を有する弁本体を設けた空
   気抜き弁であって、前記ポンプの起動時に、前記逆止め
   弁の逆止め状態でのポンプ側におけるポンプ吐出管内の
   所定量の空気を前記弁本体より排出した後に、前記弁体
   で弁閉するように構成したことを特徴とするポンプユニ
   ット用空気抜き弁。
2. 【請求項２】 前記弁体での弁閉圧力は、０．０１ＭＰ
   ａを超える圧力である請求項１に記載のポンプユニット
   用空気抜き弁。
3. 【請求項３】 前記弁体は球状弁体であり、弁閉圧力無
   負荷時にはこの球状弁体を一次側流路口に着座させ、こ
   の流路口の弁座部は、扇形隆起部を対向位置に設けた請
   求項１又は２に記載のポンプユニット用空気抜き弁。
4. 【請求項４】 前記弁本体の二次側弁座を弁本体と一体
   に形成し、この弁座に弁閉止する球状弁体の外周にゴム
   被覆層を設けた請求項１乃至３の何れか１項に記載のポ
   ンプユニット用空気抜き弁。
5. 【請求項５】 前記弁本体の一次側弁座のポート径をＤ
   １、二次側弁座のポート径をＤ２とした場合、Ｄ１＞Ｄ
   ２の関係を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の
   ポンプユニット用空気抜き弁。
6. 【請求項６】 前記弁本体の二次側から一次側への空気
   通過能力Ｃｖ値を、２．５よりも大きく設定した請求項
   １乃至５の何れか１項に記載のポンプユニット用空気抜
   き弁。
7. 【請求項７】 マンホール内にポンプを配置し、このポ
   ンプの吐出管に逆止め弁を装着し、この逆止め弁のポン
   プ側に空気抜き管を設け、この空気抜き管の先端に請求
   項１乃至６の何れか１項に記載の空気抜き弁を設けたポ
   ンプユニット装置。