JPS6143592B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、水道管等の通水路内の空気を排出し
たり、逆に通水管路内の空気を吸入するための空
気弁の改良に関し、特に吸排気能力の向上を図る
ことのできる空気弁に関する。

（従来の技術） 一般に、弁箱内に主弁及びフロート弁を内装し
た有底円筒状の案内筒を設け通水管路内に水も圧
力もない場合には、主弁及びフロート弁が案内筒
の底部即ち下限位置にあつて、弁箱上部蓋中央の
大量吸排気口より空気が自由に出入りできるタイ
プの空気弁は良く知られている。

かかる構成の空気弁における、初期通水時にお
ける大量排気作用は、通水管路内の通気が弁箱流
入口より案内筒外周面と弁箱内周面にて形成され
た流路間隙を通り、案内筒の上部周側面に穿設さ
れた窓孔より外部へ流出することにより行われ
る。

そしてこの大量排気動作の進行に伴い、通水管
路内の水が案内筒内にその水流通孔より流入し、
その水による浮力で、フロート弁及び主弁が上昇
し、その主弁にて大量吸排気口を閉塞止水し、そ
の後弁箱内に所定量の空気がたまる都度、フロー
ト弁が若干下がつて、主弁の少量吸排気口より外
部に空気が排出される所謂少量排気が行われれ
る。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記空気弁にあつては吹上限界点即
ち、フロート弁及び主弁が大量吸排気口を閉塞す
る点が低いと、弁箱内の空気が抜け切らない状態
で、主弁にて大量吸排気口が急激に閉塞される結
果、通水管路内にウオーターハンマー現象を生じ
て、管路破損等事故を起こす虞れがあるとともに
排気能力が悪くなる。

また、案内筒内に水が入り難いと、水による浮
力にてフロート弁及び主弁が上昇して大量吸排気
口を閉塞上水するまでの時間が長くなり、大量吸
排気口からの水の流出量が多くなる。

従つて、この種の空気弁としては、吹上限界点
が高いとともに、主弁による大量吸排気口を閉塞
止水するまでの時間が極力短いことが望ましい。

吹上限界点に影響を与える要因として考えられ
ることは、第１に主弁上面がフラツトのため大量
排気時に案内筒の窓孔から大量吸排気口より外部
へ流出する流れにより主弁上面に負圧を生じ、そ
の負圧にて主弁が上方に吸引されること、第２に
大量排気時に案内筒の水流通孔より案内筒内に流
入した空気が、外部へ抜け出ないため、主弁の押
し上げ力として作用し、主弁が押し上げられるこ
とが考えられる。

また主弁による大量吸排気口を閉塞止水するま
での時間に影響を与える要因として考えられるこ
とは、第１に案内筒の水流通孔の孔径、孔数或い
は配設位置等であり、これは同時に吹上限界点に
も影響すること、第２に案内筒外周面と弁箱内周
面との間に濾過体を設けたタイプの空気弁にあつ
ては、その濾過体と案内筒の周壁面の水流通孔と
の位置関係が吹上限界点に影響を及ぼすことが考
えられる。

（問題点を解決するための手段） 本発明はかかる現状に鑑み発明されたもので、
その目的とするところは、大量排気時案内筒内に
その水流通孔より流入した空気を外部に抜け易く
するとともに、主弁上面を負圧現象の生じ難い形
状にし、しかも案内筒の水流通孔を吹上限界点の
向上及び大量吸排気口を短時間に閉塞止水すると
いう２点を満足する状態にした構造としたもの
で、主弁の上面を中高円錐状に形成し、さらに主
弁に大量吸排気口を閉塞止水するまでの間に、案
内筒内に流入した空気を大量吸排気口へ導出する
ための通気路を設け、かつ通気路の総開口面積を
前記案内筒の水流通孔の総開口面積とをほぼ同一
開口面積となるようにして設けたものである。

なお、濾過体を設けたタイプの空気弁において
は、その濾過体を金属製とし案内筒の周壁面の水
流通孔より下側に設けた構造の空気弁とし、前記
従来空気弁の問題点を解決したものである。

（作用） 本発明は上述したように、主弁上面の形状を、
中高円錐状に形成してあるため、大量吸排気口よ
り弁箱内の空気が抜ける際、主弁上面に負圧現象
が生じることがなく、弁箱内の空気が抜けきらな
い間に、主弁が大量吸排気口を閉塞することはな
い。

また主弁に特別な通気路を設け、主弁が大量吸
排気口を閉塞止水するまでの間は、案内筒内の空
気を大量吸排気口へ誘導するので、すなわち弁箱
内の空気が大量排気される時、案内筒内に水流通
孔より流入した空気は前記特別に設けた通気路よ
り抜けるため、主弁が案内筒内の空気により押し
上げられ急速に大量吸排気口を閉塞止水すること
がない。

しかも、上記通気路の総開口面積と案内筒の水
流通孔との総開口面積とがほぼ同一開口面積とな
るようにバランスして設けてあるため、案内筒内
へ水流通孔より流入する空気と主弁の通気路より
抜ける空気量とがバランスされるので、主弁自体
が急激に作動し、大量吸排気口を閉塞することは
ない。

（実施例） 以下図面に基づき本発明の一実施例を説明す
る。

先ず第１図及び第２図を参照して、本発明の一
実施例を説明すると、図中１は鋳物等にて一体的
に形成され且つ、その上下端が開口されてなる略
短筒状の弁箱であつて、この弁箱１には有底円筒
状の案内筒２が内装され、３はこの案内筒２の外
周面と弁箱１の内周面にて形成されてなる流路間
隙を示す。

案内筒２は底壁面が略半球状に形成されてお
り、その底部及び略中間部周壁には案内筒２の内
外部を導通する水流通孔５及び７が穿設されてい
るとともに、該案内筒２の上面周壁には案内筒２
内と上記流路間隙とを連通する複数の大きな通気
窓孔６が夫々穿設されている。８は前記流路間隙
３内で、且つ案内筒２の底部水流通孔５と周壁水
流通孔７との間に配設されてなる環状の金属製フ
イルターであつて、流路間隙３を通過する流体中
の塵埃を濾過する。

９は弁箱１の上部開口端に装着されてなる押え
板であつて、この押え板９の中央部には前記弁箱
１の下部流入口４と同径で且つ前記案内筒２の内
径よりも若干小径の大量吸気口１０が設けられて
いる。

１１は前案内筒２内に昇降自在に収納されてな
る主弁であつて、この主弁１１の中心部には少量
吸排気口１２が形成されている。この主弁１１の
上面には、大量排気時の空気流による負圧現象が
発生し難いように、中高円錐状の膨出部１３が膨
出形成されている。１４は主弁１１の周壁に配設
され且つ案内筒２と流路間隙とを連通してなる横
孔状の通気路であつて、この通気路１４の配設並
びに径は、通気路１４全体の総開口面積が、少な
くとも前記案内筒２に穿設された水流通孔５及び
７の総開口面積とを等しくなるよう設定されてい
る。そして主弁１１が下限位置から大量吸排気口
１０を閉塞止水するまでの間において、通気路１
４、窓孔６を介して、案内筒２と大量吸排気口１
０との間が連通している。

尚、図中１５は大量吸排気口１０より外周側に
位置して押え板９の下面に嵌合固定したＯリング
状の弁座を示す。

１６は前記案内筒２内に昇降自在に遊嵌されて
なるフロート弁であつて、このフロート弁１６
は、上限位置では少量吸排気口１２を閉塞するも
のである。

かかる構成からなる本発明の空気弁は、弁箱１
の流入口４が開閉弁（図示せず）を介して通水管
路（図示せず）に接続される。

而して本発明に係る空気弁は次の如く作動す
る。

第１図は通水管路内に水も圧力も全くない場合
の状態を示し、この状態において、は、弁箱１内
に対して空気が大量吸排気口より自由に出入りす
ることができる。

かかる状態から通水管路内に通水を開始する
と、この通水管路内の空気は第１図仮想矢印線で
示すように、流入口４から流路間隔３を経て案内
筒２の通気窓孔６を通り、大量吸気口１０より外
部へ排出される。この際、主弁１１の上面が中高
円錐形状のため主弁１１の上面に負圧部は生じ難
く、従つて負圧にて主弁１１が上方に吸引される
ようなことはない。また一部の空気は、流入口４
から流路間隙３を経て案内筒２の水流通孔５，７
から案内筒２内へ流入し、さらに主弁１１の通気
路１４、通気窓孔６を経て大量吸排気口１０より
外部へと排出される。従つて、案内筒２内に流入
した空気にて主弁１１が押し上げられることはな
い。

次いで上記大量排気動作の進行に伴い通水管路
の水が開閉弁（図示せず）を介して流入口４より
弁箱１内に流入してくると、この弁箱１内の空気
は順次押しあげられて大量吸排気口１０より外部
へと排出されるとともに、案内筒２にその水流通
孔５，７より水が流入する。

案内筒２内に流入した水の水位が上昇すること
により、水による浮力でフロート弁１６が主弁１
１の少量吸排気口１２を閉塞した状態で主弁１１
と共に上昇し、その上限位置に達すると主弁１１
が弁座１５の下面に圧接して、大量吸排気口１０
を完全に閉塞止水し、第２図に示す状態となつて
排気及び大量吸排気口１０の閉塞上水が終了す
る。

この後経時に伴い、通水管路内を流れる水中の
空気が流入口４から主弁１１の下面側に順次溜ま
り、フロート弁１６の自重が水によるフロート弁
１６の浮力及び弁箱１の内圧による少量吸排気口
１２に作用する力に打ち勝つと、フロート弁１６
は若干下降し少量吸排気口１２を開口して主弁１
１の下面側に溜つた空気は排出される。この排出
後水によるフロート弁１６の浮力及び弁箱１の内
圧による少量吸排気口１２に作用する力が、フロ
ート弁１６の自重に打ち勝つことによりフロート
弁１６が再び上昇して少量吸排気口１２が閉塞さ
れて少量排気動作が終了する。以後弁箱１内に所
定量の空気が溜る都度、少量排気動作を自動的に
繰り返す。

尚、第２図の状態に於いて、補修工事等に際
し、通水管路内水を抜いたような場合は、弁箱１
内の水位は当然下降し、これに伴つてフロート弁
１６及び主弁１１の夫々が順次下降して大量及排
気口１０が開口されて弁箱１内及び通水管路内に
は空気が順次抵抗なく導入されるため、通水管路
が負圧になることがなく負圧現象により通水管路
が破損する虞れは生じない。

次に第３図及び第４図を参照して本発明の第２
の実施例を説明する。

本実施例は、前述の第１の実施例のごとく主弁
１１の周壁部に案内筒２内と通気窓孔６とを連通
する横孔状の通気路１４を設ける代りに、主弁１
１の周壁部に任意数の凹溝２０を縦状に配設する
ことにより案内筒２の内周面と主体１１の外周面
との間に通気路１４ａを形成したものである。そ
して大量排気時、案内筒２内に水流通孔５，７よ
り流入した空気は凹溝２０よりなる通気路１４ａ
を介して大量吸排気口１０より排出される。尚、
この凹溝２０の深さは、その底部２２が大量吸排
気口１０周縁の弁座１５より外周側に位置するよ
うに設定されており、主弁１１が上限位置におい
て大量吸排気口１０を閉塞した場合に、凹溝２０
より大量吸排気口１０を介して弁箱１内の水が流
出しないように形成されている。この第２実施例
における他の構成及び作用は、前述の第１実施例
と全く同様であるため、図面の同一部分には同一
の符号を付してその詳細な説明を省略する。

更に第５図は、本発明の第３実施例を示すもの
であつて、案内筒２の内周壁面に複数本の縦リブ
突起３０を配設することにより、案内筒２の内周
面と主弁１１の外周面との間に通気路１４ｂを形
成したものである。そして大量排気時、案内筒２
内に水流通孔５，７より流入した空気はリブ突起
３０による通気路１４ｂを介して大量吸排気口１
０より排出される。尚、この縦リブ突起３０の突
出高さ（案内筒２の中心方向向に対する突出量）
は押え板９の大量吸排気口１０周縁の弁座１５よ
り外周側になるように設定されており、主弁１１
が上限位置において大量吸排気口１０を閉塞した
場合に、主弁１１の外周面と案内筒２の内周面と
の間の通気路１４ｂを介して大量吸排気口１０か
ら弁箱１内の水が流出しないように構成されてい
る。この第３実施例におけるその他の構成及び作
用については前述の第１実施例と全く同様である
ため、図面の同一部分に同一符号を付して、その
詳細な説明は省略する。

次に本発明に係る各部の構成における効果を次
の方法により実験した結果を基に示す。

Ａ 主弁の形成 (1) 上面をフラツトにした主弁の周壁面にφ12
mmの孔を６個設けたもの。

(2) 上面に中高円錐状の膨出部（各実施例に図
示したもの）を形成し、且つ周壁面にφ12mm
の孔を６個設けたもの。

(3) 上面をフラツトにした主弁周壁面にφ12mm
の孔を18個設けたもの。

かかる(1)〜(3)の構成からなる各主弁を従来構
造の空気弁に装置して実験した結果、(1)の場合
は約20m³/minで吹き上がつてしまつたが、
(2)、(3)の場合は吹き上がらなかつた。

このことは、主弁の上面が(1)、(3)のごとく平
板状よりも、(2)の如く中高円錐状にした方が空
気流による負圧が起き難くなり、従つて負圧に
よつて主弁が上方に吸引されることもないので
吹上限界点が向上し、また主弁の周壁面に孔を
設けないよりも設けた方が吹上限界点は高く、
しかもその孔の数が多いほど吹上限界点は向上
する。尚、前記(1)、(2)、(3)の吹上限界点の比較
をグラフで示すと第６図の如くなる。

Ｂ 案内筒の水流通孔と、大量吸排気口を閉塞止
水するまでの時間との関係。

(1) 案内筒の底部のみにφ５mmの水流通孔を１
個設け周壁面には水流通孔を全くもうけない
もの。

(2) 案内筒の底部にφ５mmの水流通孔とφ10mm
の水流通孔を夫々１個づつ設け、略中間部周
壁面には水流通孔を全くもうけないもの。

(3) 案内筒の底部にφ５mmの水流通孔とφ10mm
の水流通孔を夫々１個づつ設け、略中間部周
壁面にφ10mmの水流通孔１個設けたもの。

(4) 案内筒の底部φ５mmの水流通孔とφ10mmの
水流通孔を夫々１個づつ設け、略中間部周壁
面にφ10mmの水流通孔を３個設けたもの。

(5) 案内筒の底部φ５mmの水流通孔とφ10mmの
水流通孔を夫々１個づつ設け、略中間部周壁
面にφ10mmの水流通孔を６個設けたもの。

(6) 案内筒の底部にφ５mmの水流通孔を１個と
略中間周壁面にφ10mmの水流通孔を６個設け
たもの。

かかる(1)〜(6)の構成からなる各案内筒を、従
来構成の空気弁に装置して止水時間を計つたと
ころ、次の如き結果が得られた。

止水時間 (1)の場合約９秒 (2)の場合約３秒 (3)の場合約2.5秒 (4)の場合約２秒 (5)の場合約1.8秒 (6)の場合約２秒 このことからして、案内筒の水流通孔は、そ
の数が多いほど止水に要する時間は短くなる。
しかし乍その反面、吹き上げ限界点ついてみれ
ば、案内筒に水流通孔を設けない方が大量排気
時案内筒内へ主弁を押し上げ作用する空気が流
入しないため吹上限界点が向上することは明ら
かである。前記(1)、(6)についての吹上限界点の
比較をグラフで示すと第７図のごとくなる。水
流通孔を設けないと、案内筒内に水が流入し難
いため、水による浮力上昇作用にて主弁が大量
吸気口を閉塞止水するまでの時間が長くなつ
て、大量吸排気口からの水の流水量が多くな
る。従つて主弁が大量吸排気口を閉塞止水する
までの時間を極力短くする上で、案内筒の水流
通孔は必要である。従つて水流通孔は、止水時
間の短縮及び吹上限界点の向上という２点を満
足するような状態にその孔径、孔数、配設位置
等を設定する必要なことが判明した。

以上の実験結果を基に、主弁の通気路の総開
口面積と案内筒の水流通孔の総開口面積とをほ
ぼ同一開口面積となるようバランスして設けた
ことにより、主弁の大量吸排気口の閉塞上水を
短くし、かつ大量吸排口よりの流水量を最小に
抑止し、応答性と安全弁としての機能性の高い
空気弁が得られた。

Ｃ 濾過体と水流通孔との位置関係。

(1) 案内筒の略中間部周壁面の水流通孔が隠れ
るように濾過体を設けた。

(2) 案内筒の略中間部周壁面の水流通孔より上
方に濾過体を設けた。

(3) 案内筒の略中間部周壁面の水流通孔より下
方に濾過体を設けた。

案内筒の構造を同一条件にして濾過体の取付
位置のみを上記(1)〜(3)の如く変えて実験したと
ころ、 (1)の場合は13.6m³/minで吹き上がり、 (2)の場合は(1)の場合よりも早く吹き上がり、 (3)の場合は17.1m³/minで吹き上がつた。

即ち、吹上限界点は(2)が最も低く(1)は中間で
(3)が最もたかいものであり、(2)から(3)にするこ
とにより約20％吹上限界点が向上した（第８図
参照）。このことは、濾過体を案内筒の周壁面
の水流通孔より下側に設けることにより流体中
の塵埃を除去して主弁の少量吸排気口の目詰り
を防止し得る結果であり、そしてこの濾過体を
金属材にて形成すれば、従来の合成樹脂製濾過
体の如く大量排気時の流通空気圧によつてめく
り上げられる危惧もなく、しかも耐久性の向上
も図ることができるので、農水等にも適用する
ことができる。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように、大量排気時、案
内筒内に流入した空気を通気路を介して直ちに大
量吸排気口より外部へ排出するようにしたから、
案内筒内に流入した空気にて主弁が押し上げられ
ることがないので吹上限界点が向上する。

また、本発明にあつては、案内筒内に水が極め
て円滑に流入するため水による浮力にて主弁が上
昇して大量吸排気口を閉塞止水するまでの時間を
極めて短縮でき、従来の空気弁に比し３倍以上の
早さで止水できるため、大量吸排気口からの水の
流出量が少なくなる等、幾多の有益なる効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における空気弁
の大量排気状態を示す断面図、第２図は同上空気
弁の閉弁止水状態を示す断面図、第３図は本発明
の第２の実施例における主弁の拡大斜視図、第４
図は同上主弁を装置してなる空気弁の大量排気状
態の断面図、第５図は本発明の第３の実施例にお
ける空気弁の排気状態を示す断面図、第６図は主
弁の形状変化による吹上限界点の比較表図、第７
図は案内筒の孔を変えたことによる吹上限界点の
比較表図、第８図は濾過体取付位置変化による吹
上限界点の比較表図である。 １……弁箱、２……案内筒、３……流路間隙、
４……流入口、５……水流通孔、６……通気窓
孔、７……水流通孔、８……金属製フイルター、
９……押え板、１０……大量吸排気口、１１……
主弁、１２……小量吸排気口、１３……中高円錐
状膨出部、１４，１４ａ，１４ｂ……通気路、１
６……フロート弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下部に流入口を、上部に流入口と同径の大量
   吸排気口を形成してなる弁箱と、上部周壁面に通
   気窓孔を、該窓孔より下側に水流通孔をそれぞれ
   有し、且つその外周面と弁箱内周面との間に流路
   間隙を存して弁箱内に設けられる案内筒と、中心
   部に少量吸排気口が設けられ、前記案内筒内に昇
   降自在に設けられて上限位置に於いて前記大量吸
   排気口を閉塞止水する主弁と、前記案内筒内に昇
   降自在に設けられ、上限位置で主弁の少量吸排気
   口を閉塞するフロート弁からなる空気弁におい
   て、主弁の上面を中高円錐状に形成し、さらにそ
   の主弁に大量吸排気口を閉塞止水するまでの間
   に、前記案内筒内に流入した空気を大量吸排気口
   へ導出するための通気路を設け、かつ通気路の総
   開口面積と案内筒の水流通孔の総開口面積とをほ
   ぼ同じ開口面積としたことを特徴とする空気弁。 ２ 弁箱内周面と案内筒の外周面との間に金属製
   濾過体を、案内筒の周壁面の水流通孔より下側に
   位置させて介装した特許請求の範囲第１項記載の
   空気弁。