JP6027161B2

JP6027161B2 - 空気弁

Info

Publication number: JP6027161B2
Application number: JP2015052644A
Authority: JP
Inventors: 清水　勝也; 勝也清水
Original assignee: Kyowa Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyowa Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: JP2015145728A; JP5715877B2; JP2012026570A

Description

本発明は、水道管の内部に溜まった空気を管外へ排気する空気弁に関する。

従来より、水道管の内部に空気が溜まることによる弊害を防止するために、水道管内部の空気を外部に排出する空気弁がいろいろな場所で広く用いられている。空気弁は、水道管の設置、水道管の調査、天災による給水ポンプ事故や水道管破損、及び水道管の工事などの後に水道管の中の多量の空気を排気する多量排気（急速排気）の機能と、水道水が通常の圧力で水道管を流れている状態で様々な原因で水道管に混入した空気を少量ずつ排気する少量排気の機能と、を有するものが一般的である。

本願出願人は、本願発明者が発明者である特許文献１において、多量排気の機能をなくし少量排気の機能だけを残した特別構造の小型の空気弁を開示している。この小型化の空気弁は、単体の空気弁に適用されるのみではなく、空気弁が消火栓の能力を維持するように機能する空気弁付き消火栓に用いると、更に好適である。本願では、特に指定しなければ、「空気弁」は、単体の空気弁及び他の水道用資機材（例えば、消火栓）と一体となった空気弁の部分を示すものとする。

図６に示す空気弁１０１は、特許文献１で開示され、外部からの雨水等の浸入に対する阻止能力を高めた構造の空気弁と同様のものである。空気弁１０１は、基本構造として、水道水を下部の給水口１２１から内部へ導入する筒状のシリンダ１０２と、シリンダ１０２のすぐ内側に（シリンダ１０２との隙間を少なくしてその内方に）昇降自在に配設される柱状フロート弁１０３と、少量排気用の細長い空気孔１４１が上下方向に貫通し、水道水から浮力を受けて柱状フロート弁１０３が上昇した場合にそれが空気孔１４１を塞ぐように密着し得る弁座機能を有するエンドブロック１０４と、エンドブロック１０４を覆ってシリンダ１０２に固定されるとともに、その側面に排気口１６１が形成されたエンドキャップ１０６と、を備えている。水道管からの空気は、シリンダ１０２の内部でエンドブロック１０４の下方に溜まり、柱状フロート弁１０３を押し下げて空気孔１４１を開放し、細長い空気孔１４１から、エンドキャップ１０６とエンドブロック１０４の間の隙間部１６２を通って、エンドキャップ１０６の排気口１６１に至り、そこから外部に排出される。このエンドキャップ１０６は、メンテナンス時に、シリンダ１０２に対して回転させるだけでエンドブロック１０４や柱状フロート弁１０３を着脱できるようにすることが可能である。

また、空気弁１０１は、雨水等に対する阻止能力を高めるために、柱状フロート弁１０３の下端付近にＯリングの弁体１０７を固定し、シリンダ１０２の下端、すなわち給水口１２１に、すり鉢状の弁座の役割を果たすシールブロック１０８を設けている。水道管の使用前や、水道管の調査、天災による給水ポンプ事故や水道管破損、及び水道管の工事のときには、下部の給水口１２１近傍が大気圧レベル或いは負圧レベルになり、外部の雨水や塵埃などを含んだ空気が浸入（逆行）し易い状況になる。空気弁１０１において、外部から排気口１６１、上記隙間部１６２を通って空気孔１４１に至った雨水等は、空気孔１４１に浸入するときも有り得る。シリンダ１０２の内部に浸入した雨水等は、柱状フロート弁１０３がシリンダ１０２のすぐ内側にあるので、付着する水の表面張力の効果（シール効果）により長くて狭い隙間を通り難くなる。更に、そのときには柱状フロート弁１０３が下降し、弁体１０７がシールブロック１０８に密着しているので、給水口１２１が遮断され、それより下方に雨水等が浸入するのが阻止される。

図７に示す空気弁２０１は、これも特許文献１で開示され、雨水等に対する阻止能力を高めた構造のもう一つの空気弁と同様のものである。この空気弁２０１は、上記の空気弁１０１のように給水口１２１の近傍の構造ではなく、空気孔２４１の近傍の構造により、雨水等に対する阻止能力を高めている。すなわち、空気弁２０１は、上記と同様な機能の、給水口２２１を有するシリンダ２０２と、柱状フロート弁２０３と、エンドブロック２０４と、を備え、エンドブロック２０４の上側に、その空気孔２４１に連通する中空部２５１が形成されたエンドブロック補助体２０５を備えている。中空部２５１にはボール弁２５２が入っており、また、中空部２５１にはパイプ２０６が固定されている。空気孔２４１からの空気はボール弁２５２を浮かしてその隙間から流出し、中空部２５１からパイプ２０６を通って排出される。空気孔２４１から空気が流出しないときは、通常、空気孔２４１をボール弁２５２が塞いでいるので、雨水等を阻止できる。なお、空気弁２０１は、空気弁１０１のエンドキャップ１０６を用い、エンドキャップ１０６とエンドブロック補助体２０５の間の隙間部をパイプの代わり用いることもできる。

特開２００５−６１６１８号公報

しかし、空気弁１０１の弁体１０７とシールブロック１０８による阻止は、柱状フロート弁１０３自体の重量を用い、空気弁２０１のボール弁２５２による阻止は、ボール弁２５２自体の重量を用いたものであり、雨水等の圧力のかかり方によっては阻止能力が十分でない場合も有り得る。また、空気弁が極度の傾斜に設置された場合は、阻止能力は弱まる。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、雨水等に対する阻止能力を増大させ、かつ、傾いて設置された場合も雨水等に対する阻止能力が弱まらない空気弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の空気弁は、水道管に接続されたシリンダと、該シリンダ内に水道水が通常の圧力で水道管を流れている状態で水道管に混入した空気を少量ずつ排気するため上下方向に貫通する細長い空気孔と、前記シリンダの内側に配設され、前記水道水から浮力を受けて上昇して前記空気孔を塞ぐ昇降自在のフロート弁と、を有する少量排気の機能を備えた空気弁において、前記空気孔に連通する中空部と、該中空部を形成する側壁を貫通する第２空気孔と、外部から雨水等が侵入するのを阻止するよう前記側壁の外周面に所定の弾性力でもって密着して前記第２空気孔を塞ぎ得る弾性体と、を有し、前記中空部は前記第２空気孔と前記空気孔以外に空気の通路のない状態となるエンドブロック補助体を更に備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の空気弁は、水道管に接続されたシリンダと、該シリンダ内に水道水が通常の圧力で水道管を流れている状態で水道管に混入した空気を少量ずつ排気するため上下方向に貫通する細長い空気孔と、前記シリンダの内側に配設され、前記水道水から浮力を受けて上昇して前記空気孔を塞ぐ昇降自在のフロート弁と、を有する少量排気の機能を備えた空気弁において、前記空気孔に連通する中空部と、該中空部を形成する側壁を貫通する第２空気孔と、外部から雨水等が侵入するのを阻止するよう前記側壁の外周面に所定の弾性力でもって密着して前記第２空気孔を塞ぎ得る弾性体と、を有し、前記中空部は前記第２空気孔と前記空気孔以外に空気の通路のない状態となるエンドキャップを更に備えていることを特徴とする。

本発明に係る空気弁によれば、シリンダの内部に導入された水道水の上方に空気が溜まったときは、空気はその圧力により、細長い空気孔を通ってエンドブロック補助体（又はエンドキャップ）に形成された中空部に至り、第２空気孔を通って空気の圧力により弾性体を伸ばして隙間を開けて流出し、外部に排出される。他方、シリンダの内部が大気圧レベル或いは負圧レベルのときは、弾性体が第２空気孔を塞ぐように密着しているので、外部からの雨水等に対する阻止能力が非常に高く、また、空気弁が傾いていても阻止能力が弱まらない。

本発明の第１の実施形態に係る空気弁１の断面図である。同上の空気弁１の一部を拡大して示した断面図である。同上の空気弁１を単体として用いる場合の接続例の断面図である。本発明の第２の実施形態に係る空気弁付き消火栓１０の断面図である。同上の空気弁１の変形例の一部を拡大して示した断面図である。従来の空気弁１０１の断面図である。従来の別の空気弁２０１の断面図である。

以下、本発明を実施するための好ましい形態を説明する。本発明の第１の実施形態に係る空気弁１は、前述した少量排気の機能を呈する状態において、図１に示すように、シリンダ２、柱状フロート弁３、エンドブロック４、エンドブロック補助体５、エンドキャップ６、を備えてなる。この空気弁１は、シリンダ２の軸方向が上下方向になるように設置されるものである。図２は、エンドブロック４よりも上方を拡大して示すものである。空気弁１は、単体の空気弁として用いる場合は、例えば図３の例に示すように、その下方に管継手１９を介して止水バルブ（図示せず）などが接続され、その先で水道管に接続される。なお、図３（及び後述の図４）の中の符号１８は、柱状フロート弁３が下降したときに緩衝となるクッション材である。以下、シリンダ２、柱状フロート弁３、エンドブロック４、エンドブロック補助体５、エンドキャップ６の構成を、少量排気時（通常動作時）の動作とともに説明する。

シリンダ２は、軸方向に長い筒状をなし、下部開口部が給水口２１になっており、水道管からの水道水を下部の給水口２１から内部へ導入する。例えば、シリンダ２は円筒状である。また、好ましくは、図示のように、その上端部（上部開口部）には、雄ねじが形成されており、後述のエンドキャップ６の雌ねじと螺合することにより、それらはねじ固定される。

柱状フロート弁３は、シリンダ２のすぐ内側に（シリンダ２の内方に少ない隙間でもって）昇降自在に配設されている。柱状フロート弁３の重量は、シリンダ２の内部に水道水が導入されて浮力を受けたとき、後述のエンドブロック４の空気孔４１をしっかりと塞ぎ得るように、かつ、シリンダ２の内部上部に空気が溜まったとき、適度に押し下げられるように決められる。また、柱状フロート弁３の中央上端部は、エンドブロック４の空気孔４１をしっかりと塞ぎ得るようにエンドブロック４の底面の形状に応じた形状、例えば、図に示すように凸状になっている。

エンドブロック４は、柱状フロート弁３をシリンダ２に閉じ込めるように柱状フロート弁３の上方に配置され、シリンダ２の上部開口部に固定されている。エンドブロック４は、その周辺部がシリンダ２の内周面に形成された段差（図１参照。）と後述するエンドブロック補助体５に挟まれ、更にエンドブロック補助体５が後述するようにエンドキャップ６に押さえ付けられることによって、上下に移動しないように固定される。

エンドブロック４は、少量排気用の上下方向に貫通する細長い空気孔４１を有する。水道水から浮力を受けて柱状フロート弁３が上昇したとき、柱状フロート弁３が空気孔４１を塞ぐように密着する。また、シリンダ２の内部上部に空気が溜まり柱状フロート弁３が押し下げられたとき、空気孔４１が開放されて空気孔４１からその空気が排出される。

例えば、エンドブロック４は、大略円柱状であり、基部４ａの中央に弾力性の有るパッキン材４ｂを有しており、パッキン材４ｂの上方にはパッキン固定部材４ｃを有している。パッキン材４ｂとパッキン固定部材４ｃには、その中心軸に沿うように空気孔４１が形成されている。空気孔４１は、パッキン固定部材４ｃにおける直径がパッキン材４ｂにおける直径よりも大きくなっている。パッキン材４ｂは、弁座機能を有するものであって、その弾力性により、柱状フロート弁３が当接したときの密着性を良くしている。

エンドブロック補助体５は、エンドブロック４の上側に設けられ、後述のエンドキャップ６に覆われている。エンドブロック補助体５は、エンドキャップ６がシリンダ２に当てられ固定されるときに、エンドブロック４及びエンドキャップ６の両方に押さえ付けられることによって、それら両方に隙間なく密着し、上下に移動しないように固定される。よって、エンドブロック補助体５とエンドブロック４との間隙及びエンドブロック補助体５とエンドキャップ６との間隙は、シールされる。なお、エンドブロック補助体５は、エンドブロック４との間隙及びエンドキャップ６との間隙が良好にシールできるように、適度に柔軟性を有するＡＢＳ樹脂などの合成樹脂製のものが好適に用いられる。

エンドブロック補助体５は、基部５ａの中に中空部５１が形成されており、中空部５１はエンドブロック４の空気孔４１に連通している。また、中空部５１を形成する側壁（基部５ａの一部分）５ａｂには、中空部５１から横方向に貫通する第２空気孔５２が形成されている。従って、エンドブロック補助体５がエンドブロック４とエンドキャップ６の両方に隙間なく密着すると、中空部５１は、第２空気孔５２と空気孔４１以外に、空気の通路はない。なお、中空部５１は、図１のように上下に貫通するものであってもよいし、上側は貫通しないものであってもよい。

中空部５１の側壁５ａｂの外周面には、所定の弾性力でもって密着し、第２空気孔５２を塞ぎ得るリング状の弾性体５３が設けられている。この弾性体５３の直径は、第２空気孔５２の直径よりも大きいものである。弾性体５３は、側壁５ａｂの外周面によって拡げられて、常にテンションがかかった状態（張った状態）になっており、それにより所定の弾性力でもって密着している。より詳細には、中空部５１の側壁５ａｂの外周面における第２空気孔５２の開口部の位置にリング状の凹部が形成されており、それに弾性体５３が嵌り込んでいる。

エンドブロック補助体５の中空部５１には、エンドブロック４の空気孔４１から排出された空気が溜まり、予め設定した圧力（設定圧力）よりも高くなると、第２空気孔５２の外側に所定の弾性力でもって密着しているリング状の弾性体５３を押し広げる。図２（及び図１）は、このときの状態を示している。そうすると、弾性体５３と側壁５ａｂの間に隙間ができて第２空気孔５２から中空部５１の空気が流出する。他方、エンドブロック４の空気孔４１から空気が中空部５１に排出されないか、或いは、中空部５１の空気の圧力が設定圧力よりも低い場合には、リング状の弾性体５３は第２空気孔５２を塞いだままであり、中空部５１の空気は排出されない。なお、設定圧力は、水道管の中を流れている水道水の圧力を考慮して決められる。また、いわゆるウォーターハンマーやエアハンマーなどによって水道管内の圧力が局所的に異常に高くなり、中空部５１の空気の圧力が設定圧力を大きく超えた場合は、シールされていたエンドブロック補助体５とエンドブロック４との間隙又はエンドブロック補助体５とエンドキャップ６との間隙が開いて外部に空気を排出することができ、それにより弾性体５３のズレや破裂などが防止される。

例えば、エンドブロック補助体５は、大略円柱状であり、その上部５ａａはエンドキャップ６の内側にしっかり嵌り込む程度の、すなわちエンドキャップ６の内径とほぼ同じ程度の外径である。これに対し、エンドブロック補助体５の下部は上部５ａａよりも小さい外径である。この下部は、中空部５１を形成する側壁５ａｂであり、前述のように中空部５１から側壁５ａｂを貫通する第２空気孔５２が形成されている。エンドブロック補助体５の側壁５ａｂの外周面とエンドキャップ６の後述する側部内周面との間には、所定の大きさの後述する隙間部５４が形成される。なお、図示しているように、エンドブロック補助体５の上部５ａａの外周面に雄ねじを形成し、後述するエンドキャップ６の側部内周面に雌ねじを形成し、これらを螺合させてエンドブロック補助体５がエンドキャップ６に適切に嵌り込み易くすることも可能である。

エンドキャップ６は、エンドブロック補助体５を覆い、シリンダ２に当てられ固定されている。エンドキャップ６は、シリンダ２に固く固定される力により、エンドブロック補助体５をも押し付けることになる。エンドキャップ６の側部内周面とエンドブロック補助体５の側壁５ａｂの外周面との間には、前述したように、隙間部５４が形成されており、また、この隙間部５４と連通する排出孔６１がエンドキャップ６の側部に形成されている。隙間部５４は、エンドブロック補助体５の中空部５１を形成する側壁５ａｂの外周面と弾性体５３との間に隙間ができたときに第２空気孔５２と連通する。エンドブロック補助体５の中空部５１から第２空気孔５２を通って流出した空気は、隙間部５４から排出孔６１を通って外部へ排出される。

例えば、エンドキャップ６は、有底略円筒状である。また、好ましくは、図示のように、その側部内周面の下端部近傍には、雌ねじが形成されており、前述したように、シリンダ２の雄ねじと螺合させることにより、それらはねじ固定される。

空気弁１は、通常動作時と異なり空気弁１の下部の給水口２１近傍が大気圧レベル或いは負圧レベルの状態になったときは以下のように動作する。この状態では、シリンダ２内の柱状フロート弁３は下降し、エンドブロック４の空気孔４１は開放状態になる。そうすると、エンドブロック補助体５の中空部５１は、大気圧レベル或いは負圧レベルであるので、外部から隙間部５４に雨水等が浸入したとき、更に第２空気孔５２に浸入しようとする。しかし、このとき、弾性体５３が第２空気孔５２に密着し塞いでいるので、雨水等の浸入が阻止される。弾性体５３が第２空気孔５２にテンションがかかった状態で密着しているので、阻止能力が非常に高く、また、空気弁１が傾いていても阻止能力が弱まらない。また、雨水等によって中空部５１の側壁５ａｂの外周面に異物が付着しても横方向に形成された第２空気孔５２を通っては中空部５１には侵入し難く、万一侵入したとしても、中空部５１の中を通って空気孔４１までは到達し難いので、細長い空気孔４１が異物により閉塞されることが防止される。

更に好ましい形態としては、第２空気孔５２の断面積を、空気孔４１における直径が最小部分（パッキン材４ｂに形成された部分）の断面積よりも大きくする。そうすると、通常動作時に、空気孔４１から中空部５１に排出された空気は、第２空気孔５２からスムーズに外部に向かって排出される。よって、空気弁の本来的な動作、すなわちシリンダ２の内部上部に溜まった所定気圧の空気をシリンダ２外に排出するという動作は、中空部５１によってほとんど妨げられないようにすることができ、中空部５１の存在による影響をほぼ無くすことができる。なお、第２空気孔５２を複数個形成した場合の断面積は、総断面積を指すことになる。

また、第２空気孔５２は１個だけ形成するのが好ましい。そうすると、雨水等の浸入のルートが１つなのでその阻止能力が高くなるのは勿論、通常動作時に第２空気孔５２から中空部５１の空気を排出するとき、弾性体５３を押し広げる圧力が安定し易くなる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る空気弁付き消火栓１０について説明する。空気弁付き消火栓１０は、図４に示すように、上記の第１の実施形態に係る空気弁と同様の少量排気の機能を備えた空気弁１と消火栓本体部１１を有している。消火栓本体部１１は、一般的な消火栓と同様な構造のものであり、水道管から水道水が導入される水道水導入路１２と、水道水導入路１２から水道水を導入して放水口１３ａから放水可能とする消火放水路１３と、水道水導入路１２と消火放水路１３の間を開閉する開閉弁部１４と、を備えている。また、水道水導入路１２から空気弁１の給水口２１に連通する空気弁連通路１５が設けられている。水道水は、水道水導入路１２から空気弁連通路１５を通って、空気弁１のシリンダ２の内部に導入される。なお、開閉弁部１４は、上端１４ａを回栓具等を用いて締付ける方向へ回転させると、下端１４ｂが水道水導入路１２と消火放水路１３の間を閉じるように機能する。また、図中の１６は放水しないときに放水口１３ａを塞ぐ放水口蓋である。

空気弁付き消火栓１０は、単体の空気弁１を独立に設置する必要がないので、経済的に有効である他に、消火栓本体部１１の能力を維持するように機能する。すなわち、水道管に混入した空気が上昇して消火栓本体部１１の水道水導入路１２に入ってくると、空気弁連通路１５を通って、空気弁１から排出される。従って、空気が水道水導入路１２に溜まるのを防止し、それによる消火栓本体部１１での赤さびの発生が抑止され、また、開閉弁部１４を開いたとき放水口１３ａから高圧の空気の激しい吹き出しが防止される。また、雨水や塵埃を含んだ空気の浸入が阻止されるので、更に、赤さびの発生が抑止され、放水口１３ａからの高圧の空気の激しい吹き出しが防止される。なお、赤さびが成長すると、放水能力が低下するとともに、さびの塊が消火時に放水ポンプに入って損傷を起こす場合も起こり得る。

以上、本発明の実施形態に係る空気弁、及び空気弁付き消火栓について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、エンドブロック補助体５は、図５に示すように、エンドキャップ６と一体化することが可能である。その場合、中空部５１、側壁５ａｂ、第２空気孔５２などはエンドキャップ６に形成され、エンドキャップ６は、シリンダ２に当てられ固定されるときに、エンドブロック４に押さえ付けられることによってそれに隙間なく密着し、エンドキャップ６とエンドブロック４との間隙は、シールされることになる。また、空気弁１の給水口２１は、シリンダ２の下部のいずれの箇所にでも設けることが可能である。また、エンドキャップ６の雄ねじとシリンダ２の雌ねじ以外で、エンドキャップ６とシリンダ２を固定することも場合によっては可能である。

１空気弁
２１空気弁の給水口
２シリンダ
３柱状フロート弁
４エンドブロック
４１空気孔
５エンドブロック補助体
５１エンドブロック補助体の中空部
５２第２空気孔
５３弾性体
５ａｂ中空部を形成する側壁
６エンドキャップ
１０空気弁付き消火栓
１１消火栓本体部
１２水道水導入路
１３消火放水路
１３ａ放水口
１４開閉弁部
１５空気弁連通路

Claims

水道管に接続されたシリンダと、該シリンダ内に水道水が通常の圧力で水道管を流れている状態で水道管に混入した空気を少量ずつ排気するため上下方向に貫通する細長い空気孔と、前記シリンダの内側に配設され、前記水道水から浮力を受けて上昇して前記空気孔を塞ぐ昇降自在のフロート弁と、を有する少量排気の機能を備えた空気弁において、
前記空気孔に連通する中空部と、該中空部を形成する側壁を貫通する第２空気孔と、外部から雨水等が侵入するのを阻止するよう前記側壁の外周面に所定の弾性力でもって密着して前記第２空気孔を塞ぎ得る弾性体と、を有し、前記中空部は前記第２空気孔と前記空気孔以外に空気の通路のない状態となるエンドブロック補助体を更に備えていることを特徴とする空気弁。
水道管に接続されたシリンダと、該シリンダ内に水道水が通常の圧力で水道管を流れている状態で水道管に混入した空気を少量ずつ排気するため上下方向に貫通する細長い空気孔と、前記シリンダの内側に配設され、前記水道水から浮力を受けて上昇して前記空気孔を塞ぐ昇降自在のフロート弁と、を有する少量排気の機能を備えた空気弁において、
前記空気孔に連通する中空部と、該中空部を形成する側壁を貫通する第２空気孔と、外部から雨水等が侵入するのを阻止するよう前記側壁の外周面に所定の弾性力でもって密着して前記第２空気孔を塞ぎ得る弾性体と、を有し、前記中空部は前記第２空気孔と前記空気孔以外に空気の通路のない状態となるエンドキャップを更に備えていることを特徴とする空気弁。