特開 2024-140634 空気抜き装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024140634

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】空気抜き装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 24/00 20060101AFI20241003BHJP

   F16K 24/02 20060101ALI20241003BHJP

   F16K 24/04 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

F16K24/00 G

F16K24/02

F16K24/04 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023051869

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山岸 秀規

【テーマコード（参考）】

3H055

【Ｆターム（参考）】

3H055AA11

3H055AA22

3H055BA17

3H055BA18

3H055CC03

3H055CC06

3H055GG01

3H055GG37

(57)【要約】

【課題】異物が混入した液体に対して送水管用空気弁を使用した場合であっても、フロート弁体の動作が悪くなることがない空気抜き装置を提供すること。
【解決手段】液体が輸送される液体輸送配管又は前記液体が貯蔵される液体貯槽に設置される空気抜き装置であって、圧力により変形するダイヤフラムによって分割されたケーシング上室とケーシング下室とを有する筒状のケーシングと、前記ケーシング下室と前記ケーシングの外部とを連通する管状の空気孔と、前記ケーシング下室と前記ケーシング上室とを連結し、溢流部を有する均圧管と、前記ケーシング上室の側面であって前記均圧管と前記ケーシング上室との接続部よりも低い位置の側面と、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の上部と、を連結する接続配管を備え、前記ダイヤフラムは、その変形時において前記空気孔の前記ケーシング下室の開口部を閉止可能である空気抜き装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体が輸送される液体輸送配管又は前記液体が貯蔵される液体貯槽に設置される空気抜き装置であって、
圧力により変形するダイヤフラムによって分割されたケーシング上室とケーシング下室とを有する筒状のケーシングと、
前記ケーシング下室と前記ケーシングの外部とを連通する管状の空気孔と、
前記ケーシング下室と前記ケーシング上室とを連結し、溢流部を有する均圧管と、
前記ケーシング上室の側面であって前記均圧管と前記ケーシング上室との接続部よりも低い位置の側面と、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の上部と、を連結する接続配管と、を備え、
前記ダイヤフラムは、その変形時において前記空気孔の前記ケーシング下室の開口部を閉止可能である、空気抜き装置。

【請求項2】

前記溢流部は、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の内部に存在する前記液体が前記ケーシング上室に流入した場合における前記液体の液面の位置よりも高い位置に設置されている、請求項１に記載の空気抜き装置。

【請求項3】

前記液面の位置は、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の内部に存在する前記液体が前記ケーシング上室に流入液体が流入することにより前記ダイヤフラムが前記ケーシング下室の方向に変形し、前記空気孔が閉止され始めた時点ｔ_ｉでの前記空気抜き装置に存在する空気の体積を初期体積Ｖ_ｉとし、
前記初期体積Ｖ_ｉの前記空気を前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の内部に存在する液体の圧力となるまで加圧したとした場合の加圧後体積をＶ_ｐとするとき、
前記初期体積Ｖ_ｉと前記加圧後体積Ｖ_ｐとの体積差Ｖ_ｉ－Ｖ_ｐに相当する前記液体が前記ケーシング上室に流入した場合の液面の位置である、請求項２に記載の空気抜き装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気抜き装置に関する。特に、本発明は、シール部を液体から隔離した形態を備えた、液体輸送配管や液体貯槽に設置される空気抜き装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水などの液体を輸送するための配管にその外部からその内部に空気が侵入する場合がある。配管の内部に侵入した空気がそのまま内部に滞留する場合には、配管の流路が狭くなる。また、液体を貯留する貯槽にその外部からその内部に空気が侵入する場合がある。配管の内部に侵入した空気がそのまま内部に滞留する場合には、当該配管の輸送可能量が減少する。また、貯槽の内部に侵入した空気がそのまま内部に滞留する場合には、当該貯槽の貯蔵可能量が減少する。このように配管等の内部にその外部から空気が侵入してそのまま内部に滞留する場合には、配管や貯槽を有効に利用することができないという問題が発生する。

【0003】

配管等の内部に空気が滞留することを防止するために、配管等の内部に滞留している空気を外部に排出するいわゆる「空気抜き」を実施する必要がある。一般的に空気抜きは、空気が滞留している配管の頭頂部又は貯槽の頭頂部に空気抜き弁を設け、操作者が当該空気抜き弁を操作することによって実行される。

【0004】

しかしながら、配管の配管長が長いため配管に空気抜きが必要な箇所が多い場合には、自動で空気抜きを実施することができる自動空気抜き装置を用いて、多くの箇所について空気抜きを行う必要がある。同様に、大型の貯槽であるため貯槽に空気抜きが必要な箇所が多い場合にも、多くの箇所について空気抜きを行う必要がある。

【0005】

特に、配管を新設する場合を考えると、工事等で空になった配管の内部に液体を流通させる場合等には、配管の内部に滞留している多量の空気を配管の外部に排出する必要がある。しかも、配管に存在する空気抜きが必要な多くの箇所において、同時に空気抜きが必要となる場合がある。このため、配管に存在する空気抜きが必要な多くの箇所で同時に空気抜きを行うために人手を介さずに自動空気抜き装置を用いて、自動で配管の内部に滞留している空気の空気抜きを行うことが望ましい。

【0006】

このような観点から、自動空気抜き装置として、ごみ等の異物が詰まり難く、維持管理が容易な送水管用空気弁が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された送水管用空気弁は、フロート弁体がケーシング内で浮き上がることでケーシング上部の空気孔を塞ぎ、当該空気孔がシールされる構造として知られている。

【0007】

すなわち、特許文献１に記載された送水管用空気弁は、送水管に接続される弁蓋、弁蓋に設けられ弁蓋の上方と下方とを連通する第１開口部、第１開口部に摺動可能に設けられその上方と下方とを連通する第２開口部を有する第１摺動体、第２開口部に摺動可能に設けられる第２摺動体、第２摺動体の下部に設けられるフロート、第２開口部より外側に形成され弁蓋の上方と下方とを連通する第１空気路、第２開口部の内側に形成され弁蓋の上方と下方とを連通する第２空気路、第１空気路の連通を遮断する第１弁体、および第２空気路の連通を遮断する第２弁体を備える。かかる送水管用空気弁は、水に浸かる部分の構造をシンプルにできるので、ごみ等の異物が詰まり難く、維持管理が容易となり、空気路を直線状に形成することもできるので、よりシンプルな構造とすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９－２２２２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、前記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。すなわち、特許文献１に記載された送水管用空気弁は、管等の内部に滞留した空気の有無によりフロート弁体が上下移動して自動で空気をその外部に排出することにより空気を抜くため、操作者がフロート弁体を操作する手間を省くことができる。その一方、汚水等、異物が混入した液体に対して送水管用空気弁を使用すると、フロート弁体の動作が悪くなったり、シール部の密閉性を損なったりしてフロート弁体の動作不良が発生するという問題点がある。

【0010】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、異物が混入した液体に対して送水管用空気弁を使用した場合であっても、シール部が液体に直接接触しないように当該シール部を液体から隔離させることによって、フロート弁体の動作が悪くなることがない空気抜き装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

そこで、本発明者は、上記課題を解決すべく、種々実験を重ねた結果、シール部が液体に直接接触しないように液体から隔離することにより、汚水など異物が混ざった液体を配管により輸送しても、または、貯槽により貯蔵してもフロートの動作が悪くなること、シール部の密閉性が損なわれることがないという知見を見出した。本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

【0012】

すなわち、上記課題を有利に解決する本発明に係る空気抜き装置は、液体が輸送される液体輸送配管又は前記液体が貯蔵される液体貯槽に設置される空気抜き装置であって、圧力により変形するダイヤフラムによって分割されたケーシング上室とケーシング下室とを有する筒状のケーシングと、前記ケーシング下室と前記ケーシングの外部とを連通する管状の空気孔と、前記ケーシング下室と前記ケーシング上室とを連結し、溢流部を有する均圧管と、前記ケーシング上室の側面であって前記均圧管と前記ケーシング上室との接続部よりも低い位置の側面と、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の上部と、を連結する接続配管と、を備え、前記ダイヤフラムは、その変形時において前記空気孔の前記ケーシング下室の開口部を閉止可能であることを特徴とする。

【0013】

なお、本発明に係る空気抜き装置は、
（ａ）前記溢流部は、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の内部に存在する前記液体が前記ケーシング上室に流入した場合における前記液体の液面の位置よりも高い位置に設置されていること、
（ｂ）前記液面の位置は、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の内部に存在する前記液体が前記ケーシング上室に流入液体が流入することにより前記ダイヤフラムが前記ケーシング下室の方向に変形し、前記空気孔が閉止され始めた時点ｔ_ｉでの前記空気抜き装置に存在する空気の体積を初期体積Ｖ_ｉとし、前記初期体積Ｖ_ｉの前記空気を前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の内部に存在する液体の圧力となるまで加圧したとした場合の加圧後体積をＶ_ｐとするとき、前記初期体積Ｖ_ｉと前記加圧後体積Ｖ_ｐとの体積差Ｖ_ｉ－Ｖ_ｐに相当する前記液体が前記ケーシング上室に流入した場合の液面の位置であること、などがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る空気抜き装置は、液体がケーシング内のダイヤフラムより上の部分に位置するケーシング上室に流入することにより、ダイヤフラムが下方向に変形して、ダイヤフラム下の部分に位置するダイヤフラム下室の空気孔を塞ぐ構造である。このため、本発明に係る空気抜き装置は、フロートが動作不良を起こす心配がない。

【0015】

また、本発明に係る空気抜き装置は、空気孔やシール部が液体に直接接触しないように液体から隔離されているため、液体に含まれる異物を噛み込むことがなく、シール部の密閉性が損なわれ難く、当該シール部のシール不良も発生し難いという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係る空気抜き装置の概要を示した断面図である。

【図2】本実施形態に係る空気抜き装置が備えているケーシングの内部に存在する空気のケーシングの外部への流通が停止した状態を示した断面図である。

【図3-1】本実施形態に係る空気抜き装置が備えている均圧管が有する溢流部の一例を示した断面図である。

【図3-2】本実施形態に係る空気抜き装置が備えている均圧管が有する溢流部の一例を示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［第１実施形態］
第１実施形態に係る空気抜き装置について説明する。本実施形態に係る空気抜き装置は、液体が輸送される液体輸送配管又は前記液体が貯蔵される液体貯槽に設置される。本実施形態に係る空気抜き装置は、圧力により変形するダイヤフラムによって分割されたケーシング上室とケーシング下室とを有する筒状のケーシングと、前記ケーシング下室と前記ケーシングの外部とを連通する管状の空気孔と、前記ケーシング下室と前記ケーシング上室とを連結し、溢流部を有する均圧管と、前記ケーシング上室の側面であって前記均圧管と前記ケーシング上室との接続部よりも低い位置の側面と、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の上部とを連結する接続配管と、を備え、前記ダイヤフラムは、その変形時において前記空気孔の前記ケーシング下室の開口部を閉止可能である。
以下、図面を参照しつつ、本実施形態に係る空気抜き装置が備えている各部材について説明する。

【0018】

図１は、本実施形態に係る空気抜き装置の概要を示した断面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る空気抜き装置１００は、ケーシング１０１を備える。ケーシング１０１は、ダイヤフラム１０２によって分割されたケーシング上室１１１とケーシング下室１１２とを有する。空気抜き装置１００は、ケーシング下室１１２とケーシング１０１の外部とを連通する管状の空気孔１０３と、ケーシング下室１１２とケーシング上室１１１とを連結する均圧管１０４とを備える。さらに、空気抜き装置１００は、ケーシング上室１１１の側面であって均圧管１０４とケーシング上室１１１との接続部１１３よりも低い位置のケーシング外側面１１４と当該空気抜き装置１００が設置される液体輸送配管２００の上部とを連結する接続配管１０５を備える。

【0019】

本実施形態に係る空気抜き装置１００は、液体輸送配管２００に設置される。空気抜き装置１００は、液体輸送配管２００に接続される。接続配管１０５の上端１５１がケーシング上室１１１に接続され、接続配管１０５の下端１５２が液体輸送配管２００の上部に接続されることによって、空気抜き装置１００は、液体輸送配管２００に接続される。液体輸送配管２００の上部は、輸送される液体Ｌによって満たされておらず、液体輸送配管２００の外部から侵入した空気Ｇによって満たされている。このため、液体輸送配管２００の上部に滞留している空気Ｇを液体輸送配管２００の外部に排出するために空気抜き装置１００が用いられる。

【0020】

なお、本実施形態に係る空気抜き装置１００は、液体Ｌが輸送される配管である液体輸送配管２００のみならず、液体Ｌが貯蔵される液体貯槽（図示せず）に設置されてもよい。ここでは、空気抜き装置１００が液体輸送配管２００に設置された実施形態について説明をする。

【0021】

本実施形態に係る空気抜き装置１００において、空気抜き装置１００が設置される液体輸送配管２００によって輸送される液体Ｌ又は液体貯槽によって貯蔵される液体Ｌは、液状であればよく、液体のみならず、液体中に鉱物や汚泥等を含んでいるスラリー等であってもよい。具体的に、液体輸送配管２００によって輸送される液体Ｌ、又は液体貯槽に貯蔵される液体Ｌとしては、例えば、水、排水、汚水等の異物が混ざった液体、原油、液体燃料等を挙げることができる。

【0022】

空気抜き装置１００は、ケーシング１０１を備えている。ケーシング１０１の形状は、筒状、好ましくは円筒状である。ケーシング１０１は、ケーシング１０１の上方に位置するケーシング上室１１１とケーシング１０１の下方に位置するケーシング下室１１２とから構成されている。ケーシング１０１を構成する材料は、耐圧性、耐久性及び加工性に優れた材料であればよく、例えば、ポリエチレン樹脂、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ステンレス、アルミ合金、スチールから構成されていてもよい。

【0023】

ケーシング１０１は、その内部にダイヤフラム１０２を有している。ダイヤフラム１０２は、ケーシング１０１の内部をケーシング１０１の上方に位置するケーシング上室１１１とケーシング下室１１２に分割する。ダイヤフラム１０２は、ケーシング１０１を構成するケーシング上室１１１側から受ける圧力によって、ケーシング下室１１２側に変形可能となっている。ダイヤフラム１０２は、接続配管１０５を経由して液体輸送配管２００から流入した液体Ｌの重量によって、ケーシング下室１１２側に変形する。

【0024】

ダイヤフラム１０２は、ケーシング上室１１１とケーシング下室１１２との境界面を形成している。ダイヤフラム１０２は、ケーシング上室１１１とケーシング下室１１２とから形成される上下空間において接続配管１０５を経由して液体輸送配管２００から流入する液体Ｌの流通と空気孔１０３から流入した気体の流通とを防止する機能を有する。ダイヤフラム１０２は、当該ダイヤフラム１０２の端縁部１２１をケーシング内側面１１５に固定するための固定部１１６を有している。固定部１１６は、ケーシング上室１１１とケーシング下室１１２側から形成される上下間において液体Ｌ及び気体の侵入を防止するためにダイヤフラム１０２の端縁部１２１をシールする。

【0025】

ダイヤフラム１０２は、ケーシング１０１をケーシング上室１１１とケーシング下室１１２とに分割する。ダイヤフラム１０２は、以下の形態を採用することによって、ケーシング１０１をケーシング上室１１１とケーシング下室１１２とに分割してもよい。ケーシング上室１１１の下端部をフランジ状に加工することによって、ケーシング上室フランジ１１７を形成する。ケーシング下室１１２の上端部をフランジ状に加工することによって、ケーシング下室フランジ１１８を形成する。ダイヤフラム１０２は、ケーシング上室フランジ１１７とケーシング下室フランジ１１８とによって挟み込まれて固定される。

【0026】

ダイヤフラム１０２は、気体Ｇ及び液体Ｌが透過しない材料で形成されている。ダイヤフラム１０２は、ケーシング上室１１１に流入した液体Ｌの重量によって柔軟に変形することができるものが好ましい。ダイヤフラム１０２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＴＦＥ）等からなる合成樹脂からなる薄膜と、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等のゴムからなるゴム薄膜との二層構造であってもよい。ダイヤフラム１０２が合成樹脂からなる薄膜とゴム薄膜との二層構造であれば、ケーシング１０１を構成するケーシング上室１１１の内部に流入した液体Ｌの重量により、ダイヤフラム１０２が柔軟に変形することができるため好ましい。

【0027】

空気抜き装置１００は、空気孔１０３を備えている。空気孔１０３は、ケーシング下室１１２のケーシング底部１１９に設置されている。空気孔１０３は、均圧管１０４を経由して流入する空気Ｇが通過することができる形態であればよく、例えば、管状構造を有していてもよい。空気孔１０３は、ケーシング下室１１２の内部とケーシング１０１の外部とを連通する。空気孔１０３は、上端開口部１３１と下端開口部１３２とを有する。空気孔１０３の上端に位置する環状の上端開口部１３１は、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３に対向している。空気孔１０３の下端に位置する環状の下端開口部１３２は、ケーシング１０１の外部に対向している。空気孔１０３の下端に位置する下端開口部１３２は、ケーシング１０１の外部に対して開放されている。このため、ケーシング下室１１２の内部の圧力は、大気圧と等しくなっている。

【0028】

空気孔１０３の上端に位置する上端開口部１３１は、ダイヤフラム１０２がケーシング１０１の下方に位置するケーシング下室１１２の方向に凸状に変形すると、当該ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３と密着する。このように、空気孔１０３は、空気孔１０３の上端に位置する上端開口部１３１を閉止可能となるように、当該ダイヤフラム１０２に対向して設置されている。なお、空気孔１０３の直径は、ケーシング１０１の直径の１／２～１／４であることが好ましく、１／３であることが特に好ましい。

【0029】

ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３が空気孔１０３の上端開口部１３１と密着して当該空気孔１０３を完全にシールした状態において、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム上面１２２は、ケーシング上室１１１からの圧力を受ける。一方、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３のうち、空気孔１０３の下端に位置する下端開口部１３２と対向している面は、大気圧を受ける。また、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３のうち、空気孔１０３の下端に位置する下端開口部１３２の外側となる面は、ケーシング下室１１２の圧力を受ける。したがって、ケーシング上室１１１とケーシング下室１１２の圧力が等しく、大気圧以上である場合には、空気孔１０３の面積が大きい程、ケーシング下室１１２から圧力を受けるダイヤフラム下面１２３の面積が減少する。その結果、ダイヤフラム１０２は、ダイヤフラム１０２が密着している空気孔１０３の上端開口部１３１に強く押し付けられる。

【0030】

空気抜き装置１００は、均圧管１０４を備えている。均圧管１０４は、ケーシング１０１のケーシング上室１１１とケーシング１０１のケーシング下室１１２とを連結する。均圧管１０４の上端部１４２は、ケーシング上室１１１の上面に接続されていることが好ましい。均圧管１０４の下端部１４３は、ケーシング下室１１２の側面に接続されていることが好ましい。均圧管１０４は、液体輸送配管２００から接続配管１０５を経由して流入した空気Ｇがケーシング上室１１１からケーシング下室１１２に移動することができるように構成されている。均圧管１０４とケーシング１０１のケーシング上室１１１とが連結されている位置は、ケーシング１０１のケーシング上室１１１と接続配管１０５とが接続されている位置よりも高い位置であることが好ましい。均圧管１０４とケーシング１０１のケーシング下室１１２とが連結されている位置は、ケーシング１０１のケーシング上室１１１と接続配管１０５とが接続されている位置よりも低い位置であることが好ましい。

【0031】

空気抜き装置１００は、接続配管１０５を備えている。接続配管１０５は、ケーシング上室１１１と、ケーシング上室１１１の下方であってケーシング下室１１２の上方に位置しており、ケーシング１０１と液体輸送配管２００とを連結する。接続配管１０５は、その一端にケーシング上室１１１に接続される接続配管上端１５１を有し、他の一端に液体輸送配管２００に接続される接続配管下端１５２を有している。すなわち、接続配管１０５の接続配管上端１５１がケーシング１０１のケーシング上室１１１の下方近傍に連結されている。さらに、接続配管１０５の接続配管下端１５２が液体輸送配管２００の上方近傍に連結されている。接続配管１０５は、液体輸送配管２００の内部に貯蔵されている液体Ｌ及び液体輸送配管２００の内部に滞留している空気Ｇをケーシング１０１のケーシング上室１１１に流入可能とすることができる。

【0032】

以下、本実施形態に係る空気抜き装置１００に液体Ｌが流れる液体輸送配管２００の内部に滞留している空気Ｇが液体輸送配管２００の外部に排出される機構について説明する。併せて、液体輸送配管２００の内部に滞留している空気Ｇが液体輸送配管２００の外部に排出された後において、当該空気Ｇがケーシング１０１に再び流入しないようにシールされる機構についても説明する。

【0033】

図１は、本実施形態に係る空気抜き装置１００が設置された液体輸送配管２００の内部に液体Ｌが流れており、かつ液体輸送配管２００の上部に空気Ｇが滞留している状態Ｉを示している。この状態Ｉは、例えば、液体輸送配管２００の補修や液体輸送配管２００の新設等により、一旦空となった液体輸送配管２００の内部に液体Ｌを新たに供給する場合、液体輸送配管２００の内部に空気Ｇが侵入してしまった場合等に起こり得る。

【0034】

液体輸送配管２００の内部に空気Ｇが滞留している状態Ｉから大気圧よりも高い圧力の液体Ｌを液体輸送配管２００に流通させていくと、当該液体輸送配管２００の内部に滞留している空気Ｇは、接続配管１０５を経由してケーシング１０１のケーシング上室１１１に押し出される。ケーシング上室１１１からに押し出された空気Ｇは、均圧管１０４とケーシング下室１１２を経由して空気孔１０３から排出される。

【0035】

次に、液体輸送配管２００の内部に滞留している空気Ｇが空気孔１０３から排出されると、空気孔１０３から排出された空気Ｇの体積に相当する液体Ｌが液体輸送配管２００から接続配管１０５に流れ込む（矢印方向に流入する）。液体輸送配管２００から接続配管１０５に流れ込んだ液体Ｌは、ケーシング１０１のケーシング上室１１１に流れ込む。ケーシング上室１１１に流れ込んだ液体Ｌは、ケーシング１０１をケーシング上室１１１とケーシング下室１１２に分割するために設置されているダイヤフラム１０２のダイヤフラム上面１２２に流れ込む。

【0036】

その結果、ダイヤフラム１０２の中央部Ｃは、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム上面１２２に流れ込んだ液体Ｌによって、ケーシング１０１の下方に位置するケーシング下室１１２方向に凸状に変形する。このため、図２に示されるようにダイヤフラム１０２の中央部Ｃが空気孔１０３の上端開口部１３１と接触することにより、空気孔１０３の上端開口部１３１は、ダイヤフラム下面１２３によって、完全にシールされる（状態ＩＩ）。最終的に空気孔１０３の上端開口部１３１が完全にシールされ、この状態ＩＩが維持されることにより、ケーシング１０１の内部に存在する空気Ｇがケーシング１０１の外部への流通が停止する。図２にケーシング１０１の内部に存在する空気Ｇのケーシング１０１の外部への流通が停止した状態ＩＩを示す。

【0037】

液体輸送配管２００の内部を流通する液体Ｌの圧力がさらに高い場合には、ケーシング１０１のケーシング上室１１１内に流入した液体Ｌの液位は、さらに上昇する。ケーシング上室１１１内に流入した液体Ｌの液面が上昇すると、ケーシング１０１のケーシング上室１１１と均圧管１０４とケーシング下室１１２に存在している空気Ｇは、圧縮される。

【0038】

空気Ｇが圧縮される際に接続配管１０５の接続配管下端１５２が液体輸送配管２００に接続されている位置には、ケーシング上室１１１に流入した液体Ｌの液面Ｓと接続配管下端１５２が液体輸送配管２００に接続されている位置との差に基づく圧力Ｐ１と、圧縮された空気Ｇの圧力Ｐ２とを合計した圧力がかかる。ケーシング上室１１１に流入した液体Ｌの液面Ｓと接続配管１０５が液体輸送配管２００の接続配管下端１５２に接続されている位置との差に基づく圧力Ｐ１と圧縮された空気Ｇの圧力Ｐ２とを合計した圧力が液体輸送配管２００の内部に存在する液体Ｌの圧力と等しくなれば、ケーシング１０１のケーシング上室１１１の内部に存在する液体Ｌの液面Ｓの上昇は、停止する。

【0039】

ここで、液体輸送配管２００の内部に存在する液体Ｌの圧力が高い場合には、液体輸送配管２００からケーシング１０１のケーシング上室１１１への液体Ｌの流入が止まることがない。このため、ケーシング上室１１１に存在する液体Ｌは、均圧管１０４に流入した後、均圧管１０４から溢流することによって、ケーシング１０１のケーシング下室１１２にも均圧管１０４から溢流した液体Ｌとして流入する場合がある。

【0040】

しかしながら、ケーシング下室１１２に均圧管１０４から溢流した液体Ｌが流入していない場合であっても、ケーシング下室１１２に均圧管１０４から溢流した液体Ｌが流入している場合であっても、ダイヤフラム下面１２３にかかる圧力は、ダイヤフラム上面１２２にかかる圧力を超えることはない。

【0041】

すなわち、ケーシング下室１１２にも均圧管１０４から溢流した液体Ｌが流入していない場合には、ケーシング上室１１１に存在している液体Ｌの荷重があるため、その荷重に相当する分だけダイヤフラム上面１２２には、ダイヤフラム下面１２３よりも高い圧力がかかる。
一方、ケーシング下室１１２にも均圧管１０４から溢流した液体Ｌが流入している場合には、均圧管１０４に流入した液体Ｌの液位は、ケーシング１０１のケーシング上室１１１の内部に存在する液体Ｌの液位を超えることはない。
このため、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３にかかる圧力は、最大でもダイヤフラム上面１２２にかかる圧力と同じになる。

【0042】

さらに、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム上面１２２は、その全面が圧力を受けるのに対して、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３は、その中央部Ｃ付近にかかる圧力が大気圧である。ダイヤフラム１０２のダイヤフラム上面１２２にかかる圧力は、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３にかかる圧力よりも大きくなる。このため、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３は、常に空気孔１０３の上端開口部１３１に押し付けられる。ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３は、空気孔１０３の上端開口部１３１に密着した状態となる。その結果、空気孔１０３の上端開口部１３１は、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３によって、空気孔１０３が完全にシールされた状態を保持する。

【0043】

このように、ダイヤフラム１０２によって、空気孔１０３がシールされた状態を保持しながら、液体輸送配管２００に滞留している空気Ｇが接続配管１０５を経由してケーシング１０１のケーシング上室１１１の内部に流入する。空気Ｇが接続配管１０５を経由してケーシング上室１１１の内部に流入することにより、ケーシング上室１１１の内部に存在する液体Ｌの液面Ｓが下がり、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム上面１２２にかかる液体Ｌの荷重が減る。その結果、ダイヤフラム１０２のダイヤフラム下面１２３が空気孔１０３の上端開口部１３１から離れて、空気抜き装置１００の内部に存在する空気Ｇの一部が当該空気抜き装置１００の外部に排出される。また、ケーシング下室１１２に液体Ｌが存在する場合は、空気抜き装置１００の内部に存在する空気Ｇ及び液体Ｌが当該空気抜き装置１００の外部に排出される。

【0044】

このようにして、空気抜き装置１００の内部に存在する空気Ｇが当該空気抜き装置１００の外部に排出されることにより、排出された空気Ｇに相当する体積の分だけ液体Ｌがケーシング１０１のケーシング上室１１１に流入する。
ケーシング上室１１１に流入した液体Ｌによって、再びダイヤフラム１０２がケーシング下室１１２側に凸状に変形して、ダイヤフラム１０２が空気孔１０３の上端開口部１３１に密着することにより、空気孔１０３が完全にシールされる。

【0045】

なお、液体輸送配管２００の内部に存在する液体Ｌの圧力が大気圧よりも僅かに高い場合には、本実施形態に係る空気抜き装置１００を用いることなく、公知の液封構造を採用して、液体輸送配管２００の内部に存在する空気Ｇを排出することができる。具体的に、液体輸送配管２００の内部に存在する液体Ｌの圧力が大気圧より０．５気圧高い程度である場合には、流体Ｌが流れる液体輸送配管２００の上部から上方に向かってに空気抜きのための配管を立ち上げる。そして、立ち上げた配管内の液柱の圧力により、空気孔１０３をシールすることができる。

【0046】

しかしながら、本実施形態に係る空気抜き装置１００は、液体輸送配管２００の内部の圧力が高い場合であっても、ダイヤフラム１０２による空気孔１０３のシールが有効に作用して、液体輸送配管２００からの液体Ｌの流出を有効に防止しつつ、当該液体輸送配管２００に存在する空気Ｇを排出することにより、空気抜きを行うことができる点に優れた技術的特徴を有する。

【0047】

以上説明したように、第１実施形態に係る発明によれば、シール部が液体に直接接触しないように液体から隔離することにより、汚水など異物が混ざった液体を液体輸送配管により輸送してもフロートの動作が悪くなること、及びダイヤフラムと空気孔により形成されるシール部の密閉性が損なわれることがない空気抜き装置を提供することができる。

【0048】

［第２実施形態］
第２実施形態に係る空気抜き装置について説明する。本実施形態に係る空気抜き装置は、上記空気抜き装置において、前記溢流部は、前記液体輸送配管又は前記液体貯槽の内部に存在する前記液体が前記ケーシング上室に流入した場合における前記液体の液面の位置よりも高い位置に設置されていることを特徴とする。すなわち、本実施形態に係る空気抜き装置１００は、ケーシング下室１１２への液体輸送配管２００からの液体Ｌの流入を防止するための構成を備える。

【0049】

上記実施形態に係る空気抜き装置１００において、ケーシング下室１１２に液体Ｌが流入したとしても、ダイヤフラム１０２による空気孔１０３のシールは機能する。このため、液体輸送配管２００の内部に存在する空気Ｇの排出には問題がない。

【0050】

しかしながら、液体輸送配管２００の内部に存在する空気Ｇを外部に排出する際にケーシング下室１１２に溜まった液体Ｌが空気抜き装置１００の外部に流出することがある。このため、ケーシング下室１１２に液体Ｌが入らないようにすることがより好ましい場合がある。特に、液体Ｌに固形物が含まれる場合には、当該固形物がダイヤフラム１０２と空気孔１０３の端部との間に挟まり、空気孔１０３のシールを保持することができない事態が発生する。このような技術的観点からも、ケーシング下室１１２に液体Ｌが入らないようにすることが好ましい。そこで、本実施形態に係る空気抜き装置１００は、以下のような形態を採用することにより、ケーシング下室１１２への液体Ｌの流入を防止するとともに、液体輸送配管２００の内部に存在する空気Ｇを排出することができる。

【0051】

図３－１および図３－２は、本実施形態に係る空気抜き装置が備えている均圧管が有する溢流部の一例を示した断面図である。図３－１（ａ）に示されるように、本実施形態に係る空気抜き装置１００が備えている均圧管１０４の上端部１４２は、ケーシング１０１のケーシング天井部１０１Ｔと接続している。なお、均圧管１０４の下端部１４３（図示しない）は、ケーシング１０１のケーシング下室１１２と接続している。均圧管１０４は、ケーシング１０１のケーシング天井部１０１Ｔから上方に垂直に延設して当該均圧管１０４の最も高い位置を始点として約９０°折れ曲がり、そのまま水平状態を維持することにより形成された溢流部１４１Ａを有する。図３－１（ａ）において、溢流部１４１Ａを太線で示す。

【0052】

同様に、図３－１（ｂ）に示されるように、均圧管１０４の上端部１４２は、ケーシング１０１のケーシング天井部１０１Ｔと接続している。均圧管１０４は、ケーシング１０１のケーシング天井部１０１Ｔから上方に約４５°の角度にて延設して当該均圧管１０４の最も高い位置を始点として下方に鋭角に折れ曲がることにより形成された溢流部１４１Ｂを有する。図３－１（ｂ）において、溢流部１４１Ｂを黒丸で示す。

【0053】

さらに、図３－２（ｃ）に示されるように、均圧管１０４の上端部１４２は、ケーシング１０１のケーシング側面部１０１Ｓと接続している。均圧管１０４は、ケーシング１０１のケーシング側面部１０１Ｓからそのまま水平状態を維持に延設して水平部分を形成した後、下方に９０°折れ曲がることにより形成された溢流部１４１Ｃを有する。図３－２（ｃ）において、溢流部１４１Ｃを太線で示す。

【0054】

また、さらに、図３－２（ｄ）に示されるように、均圧管１０４の上端部１４２は、ケーシング１０１のケーシング側面部１０１Ｓと接続している。均圧管１０４は、ケーシング１０１のケーシング側面部１０１Ｓから上方に約４５°の角度にて延設して当該均圧管１０４の最も高い位置を支点として下方に鋭角に折れ曲がることにより形成された溢流部１４１Ｄを有する。図３－２（ｄ）において、溢流部１４１Ｄを黒丸で示す。

【0055】

このように、本実施形態に係る空気抜き装置１００は、均圧管１０４に溢流部１４１Ａ～Ｄを有している。これらの溢流部１４１Ａ～Ｄは、いずれも液体Ｌの液面Ｓが上昇する位置よりも高い位置に設置されている。このため、本実施形態に係る空気抜き装置１００は、ケーシング下室１１２への液体輸送配管２００から流入した液体Ｌの流入を効果的に防止することができる。なお、均圧管１０４に設けられる溢流部の形態は、溢流部１４１Ａ～Ｄに限定されるものでなく、ケーシング１０１、ケーシング上室１１１、ケーシング下室１１２、均圧管１０４の形態に応じて適宜設定することができる。

【0056】

以上説明したように、第２実施形態に係る発明によれば、ケーシング下室１１２への液体輸送配管２００からの液体Ｌが流入することなく、液体輸送配管の内部に存在する空気をその外部に排出することができる空気抜き装置を提供することができる。

【0057】

［第３実施形態］
第３実施形態に係る空気抜き装置について説明する。
本実施形態に係る空気抜き装置は、上記空気抜き装置において、ダイヤフラムが空気孔をシールした後に液体の液面の上昇する高さが所定の方法によって決定されることを特徴とする。本実施形態の空気抜き装置において、ダイヤフラムが空気孔をシールした後に液体の液面の上昇する高さは、実験によって算出することができるが簡易的な算出方法として、以下の方法を採用して決定することもできる。

【0058】

まず、ダイヤフラム１０２が下方に変形して、空気孔１０３をシールし始めた時の液体Ｌの液面Ｓの位置から、空気抜き装置１００の内部に残留した空気の初期体積Ｖ_ｉを求める。次に、その空気を液体輸送配管２００内の液体Ｌの圧力まで加圧した際の加圧体積Ｖ_pを求める。ここで、空気抜き装置１００の内部に残留している空気の圧力は、液体輸送配管２００内の液体Ｌの圧力を上回ることはない。このため、加圧体積Ｖ_pは、空気が最も圧縮された場合の体積となる。

【0059】

この時、初期体積Ｖ_ｉと加圧体積Ｖ_pとの差となる体積（Ｖ_ｉ－Ｖ_p）は、液体輸送配管２００からケーシング１０１のケーシング上室１１１への液体Ｌの流入によって圧縮された空気の体積と考えることができる。したがって、ダイヤフラム１０２が空気孔１０３をシールし始めた時のケーシング１０１のケーシング上室１１１内の液体体積に上記初期体積Ｖ_ｉと上記加圧体積Ｖ_pとの差となる体積（Ｖ_ｉ－Ｖ_p）を加えた体積がケーシング１０１のケーシング上室１１１内に流入する液体Ｌの最大体積Ｖmaxとなる。

【0060】

仮に、ケーシング１０１のケーシング上室１１１に最大体積の液体Ｌが流入した場合には、ケーシング上室１１１の液体Ｌの液面Ｓの高さが均圧管１０４における溢流部１４１の高さよりも低ければ、ケーシング下室１１２への液体Ｌの流入は起こらないこととなる。すなわち、ケーシング１０１のケーシング１１１内に最大体積Ｖmaxの液体Ｌが流入したときのケーシング１０１の液体Ｌの液面Ｓの高さが均圧管１０４における溢流部１４１の高さよりも低くなるように設定することにより、ケーシング下室１１２への液体Ｌの流入を防止することができる。

【0061】

つまり、本実施形態に係る空気抜き装置１００において、ケーシング上室１１１の液体Ｌの液面Ｓの高さが均圧管１０４における溢流部１４１の高さよりも低くなるように設定するためにケーシング上室１１１、ケーシング下室１１２、均圧管１０４の体積、均圧管１０４の形状を決定すればよい。ケーシング上室１１１、ケーシング下室１１２、均圧管１０４の体積、及び均圧管１０４の形状を決定する際には、空気抜き装置１００の設計仕様、使用条件の変動等を考慮して余裕を持たせて決定することもできる。
例えば、空気抜き装置１００において、均圧管１０４の部分の体積が大きい場合は、液体Ｌの流入量が増えて液面Ｓが上がっても液体Ｌの流入による体積減少が均圧管１０４の体積に比べて小さいと圧力上昇が少なく液面Ｓの上昇が止まりにくい。また、空気抜き装置１００において、ケーシング１０１の径が上方に向かって小さくなっている場合には、ケーシング１０１の径が上下で一定の場合よりも、同じ液体Ｌの流入量でも、密閉された空気Ｇの圧力上昇が起きやすい。すなわち、本実施形態に係る空気抜き装置１００の設計仕様による液面Ｓの上昇、密閉された空気Ｇの圧力を考慮して、ケーシング上室１１１の液体Ｌの液面Ｓの高さが均圧管１０４における溢流部１４１の高さよりも低くなるように設定してもよい。

【0062】

なお、ダイヤフラム１０２が下方に変形して、空気孔１０３をシールし始めた時点における液体Ｌの液面は、当該時点においてダイヤフラム１０２の上部に係る荷重と、ダイヤフラム１０２の材質、その厚み等によって決定されるダイヤフラム１０２の変形性に基づいて推定することができる。また、ダイヤフラム１０２が下方に変形して、空気孔１０３をシールし始めた時点における液体Ｌの液面は、実験によって決定してもよい。

【0063】

このように、本実施形態に係る空気抜き装置１００は、ダイヤフラム１０２が空気孔１０３をシールした後に液体Ｌの液面Ｓの上昇する高さを簡易な方法によって決定することができる。本実施形態に係る空気抜き装置１００は、ケーシング１０１のケーシング上室１１１内に最大体積Ｖmaxの液体Ｌが流入したときのケーシング１０１の液体Ｌの液面Ｓの高さが均圧管１０４における溢流部１４１の高さよりも低くなるように設定することにより、ケーシング下室１１２への液体Ｌの流入を防止することができる。

【0064】

以上説明したように、第３実施形態に係る発明によれば、上記実施形態に係る空気抜き装置を使用することにより、ダイヤフラムが空気孔をシールし始めた時点の液体の液面の位置を簡易な方法により決定することにより、ケーシング下室に液体が流入することなく、液体輸送配管の内部に存在する空気抜きを実現することができる。

【0065】

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステム、または装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例0066】

以下、本発明の効果を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【0067】

（実施例１）
本発明に係る空気抜き装置１００を用いて、液体輸送配管２００の内部に存在する空気の空気抜きを行った。具体的には、汚水を０．５ＭＰａの圧力にて送給する８００Ａの液体輸送配管に本発明に係る空気抜き装置を図１に示すような配置で設置し、液体輸送配管２００の空気抜きを実施した。

【0068】

ここで、空気抜き装置１００が備えている円筒状の鋼製のケーシング１０１の径をΦ３００ｍｍ、ケーシング上室１１１の高さを５００ｍｍ、ケーシング下室１１２の高さを５０ｍｍに設定した。さらに、液体輸送配管２００とケーシング上室１１１とを接続する接続配管１０５を５０Ａの接続配管とし、空気孔１０３の孔径Φを１００ｍｍ、その高さ３０ｍｍのせり上がりとした。均圧管１０４は、直径２０ｍｍの鋼製の配管とし、ケーシング１０１の天井部から５０ｍｍ立ち上げてから横方向に曲げた後、さらに下方に曲げることによって、ケーシング下室１１２の側面に接続した。ダイヤフラム１０２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＴＦＥ）からなる薄膜と、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）からなるゴム薄膜との二層構造を採用し、シール部との接触側がポリエチレンテレフタレート（ＰＴＦＥ）からなる薄膜となるように設置した。

【0069】

液体輸送配管２００に汚水を送給開始し、空気孔１０３から空気が排出されることを検知した。その後、汚水がケーシング上室１１１に約３３０ｍｍの高さで溜まった時点で空気孔１０３がダイヤフラム１０２を構成するポリエチレンテレフタレート（ＰＴＦＥ）からなる薄膜によってシールされる。そして、配管内に流入した汚水は、ケーシング１０１の天井付近に達したところで汚水水位の上昇は停止する。その後、空気抜き装置１００は、空気孔１０３がダイヤフラム１０２によってシールされた状態を維持した。

【0070】

このように、本発明に係る空気抜き装置は、液体がケーシング内に設けられたダイヤフラムより上方に設けられたケーシング上室に流入することによりダイヤフラムが下方向に変形してダイヤフラムの下方に設けられたケーシング下室に設けられた空気孔を塞ぐ構造である。このため、本発明に係る空気抜き装置は、フロートが動作不良を発生することがないことが明らかとなった。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明に係る空気抜き装置によれば、ケーシング内に設けられたダイヤフラムが変形することにより、ケーシング下室に設けられた空気孔を塞ぐことにより、液体輸送配管等に存在する空気を抜くことができるので、製鉄業等の関連発達に寄与し、産業上きわめて有用である。

【符号の説明】

【0072】

１００ 空気抜き装置
１０１ ケーシング
１０１Ｔ ケーシング天井部
１０１Ｓ ケーシング側面部
１０２ ダイヤフラム
１２１ 端縁部
１２２ ダイヤフラム上面
１２３ ダイヤフラム下面
１１１ ケーシング上室
１１２ ケーシング下室
１１３ 接続部
１１４ ケーシング外側面
１１５ ケーシング内側面
１１６ 固定部
１１７ ケーシング上室フランジ
１１８ ケーシング下室フランジ
１１９ ケーシング底部
１０３ 空気孔
１３１ 上端開口部（ダイヤフラム下室側）
１３２ 下端開口部（ケーシング外側）
１０４ 均圧管
１４１ 溢流部
１４１Ａ 溢流部
１４１Ｂ 溢流部
１４１Ｃ 溢流部
１４１Ｄ 溢流部
１４２ 均圧管上端部
１４３ 均圧管下端部
１０５ 接続配管
１５１ 接続配管上端
１５２ 接続配管下端
２００ 液体輸送配管
Ｌ 液体
Ｇ 空気

【図1】

【図2】

【図3-1】

【図3-2】