JP3295632B2 - 水位制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流入管から水槽
への水の流入を制御することによってその水槽の水位を
制御する水位制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、河川等の水源から取水する水
を下流側へ流す際に、所定の水量を流すための装置が設
置されている。その装置は、図６に概略を示すように、
水槽１１０と、流出槽１６０を有している。水槽１１０
の流出槽１６０の側には堰部１１４が設けられており、
水槽１１０の水位（堰部１１４からの水位）応じて水槽
１１０から流出槽１６０へ所定の量の水が流れるように
されている。水槽１１０には、水槽１１０の水位に応じ
て上下動する浮子１２０が設けられている。水槽１１０
内には、弁室１３０が設けられており、弁室１３０には
水源からの水が流入する流入管１７０が接続されてい
る。弁室１３０の下方には流出口１３２が設けられてお
り、流出口１３２に対応して弁１３６が設けられてい
る。弁１３６と浮子１２０は連結棒１４０によって連結
されており、浮子１２０の上下動に連動して弁１３６が
上下動するようにされている。

【０００３】そして、水槽１１０の水位が所定よりも高
い場合には、図６中に２点鎖線で示すように、浮子１２
０が上昇して弁１３６が流出口１３２を閉じ、弁室１３
０内から水槽１１０内（弁室１３０外）への水の流出が
阻止される。一方、水槽１１０の水位が所定よりも低い
場合には、図６中に実線で示すように、浮子１２０が下
降して弁１３６が下降して弁１３６が流出口１３２を開
き、弁室１３０内から水槽１１０内（弁室１３０外）へ
水が流出する。

【０００４】このようにして、水槽１１０の水位が所定
のものになるように制御され（その制御をする部分が水
位制御装置に該当する）、水槽１１０から流出槽１６０
へ流出する水量、すなわち、流入管１７０から流出槽１
６０へ流れる水量が所定のものになるように制御され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の装置
では、弁１３６は、弁室１３０内の水圧（すなわち、流
入管１７０から流入する水の水圧）によって下方への力
を受ける。このため、浮子１２０はその下方への力に対
抗するだけの浮力を有していなければならない。

【０００６】しかしながら、水源が高所にある場合等、
流入管１７０から流入する水の水圧が高い場合には、そ
れに応じて浮子１２０に大きな浮力が必要である。この
ため、浮子１２０が大きなものである必要があり、装置
全体が大規模なものにならざるを得ない。その場合は、
スペースを大きく必要とするとともに、製造コストが高
くなってしまう。また、装置全体が大きい場合は、予め
工場で製造することができず、現場でコンクリートによ
って製造する必要があり、その点からも製造コストが高
いものとならざるを得ない。

【０００７】そこで、本発明は、流入管から流入する水
の水圧が高くても小型のものとすることができる水位制
御装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を達成するた
め、請求項１に係る発明は、流入管から水槽への水の流
入を制御することによってその水槽の水位を制御する水
位制御装置であって、前記水槽の水位に応じて上下動す
る浮子と、前記流入管と連通する弁室と、前記弁室の上
方に開口して前記水槽内に連通する上方流出口と、前記
弁室の下方に開口して前記水槽内に連通する下方流出口
と、前記上方流出口及び前記下方流出口に対して設けら
れ、前記浮子の上下動に連動して前記上方流出口及び前
記下方流出口を開閉する上方弁及び下方弁とを有し、前
記上方弁は前記弁室内の水圧を上方に受けるものであ
り、前記下方弁は前記弁室内の水圧を下方に受けるもの
であって、前記上方弁及び前記下方弁が相互に連結され
ており、しかも前記浮子が上昇する際に、前記下方弁が
前記下方流出口を閉じた後に前記上方弁が前記上方流出
口を閉じるように構成されていることを特徴とする。

【０００９】この発明では、弁室内の水圧（すなわち、
流入管から弁室に流入する水の水圧）によって、上方弁
は上方への力を受け、下方弁は下方への力を受ける。そ
して、上方弁と下方弁とは連結されているために、その
２つの力は相殺される。その状態で、水槽の水位に応じ
て上下動する浮子に連動して上方弁及び下方弁が各々上
方流出口及び下方流出口を開閉することによって、弁室
内の水の水槽内（弁室外）への流出が制御される。こう
して、流入管から水槽への水の流入が制御され、水槽の
水位が制御される。

【００１０】その際、上述のように、弁室内の水圧（流
入管から弁室に流入する水の水圧）によって上方弁が受
ける上向きの力と下方弁が受ける下向きの力が相殺され
るために、弁室内の水圧に基づく力に対抗するための浮
子の浮力は小さくて済む。このため、流入管から流入す
る水の水圧が大きくても、それに対応させて浮子を大き
なものとする必要がなく、装置全体を小型のものにする
ことができる。また、弁室内の水圧に変動があっても、
その変動も上方弁及び下方弁によって相殺される。この
ため、流入管から流入する水の水圧に変動があっても、
それによって浮子が上下動することが防止され、水位の
制御が乱れることが防止される。しかもこの発明では、
浮子が上昇する際に、下方弁が下方流出口を閉じた後に
上方弁が上方流出口を閉じるように構成してあるため、
浮子が上昇して下方弁が下方流出口を閉じる瞬間には未
だ上方弁が上方流出口を閉じていない。このため、下方
弁が下方流出口を急激に閉じた際にも、それによって生
じた逆流方向の水流（水圧）は、上方流出口から弁室の
外へ逃れる。このため、その逆流方向の水流（水圧）が
流入管を逆流することが防止され、流入管に水撃作用
（ウォータハンマ）が生ずることが防止される。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
水位制御装置において、前記下方流出口の周囲に形成さ
れ前記下方弁が着座して当該下方流出口を閉じる下方弁
座及び／又は前記下方弁が弾性を有し、前記下方弁が前
記下方弁座に着座しても前記下方弁及び／又は前記下方
弁座が弾性圧縮していない状態では前記上方弁は前記上
方流出口を閉じず、前記下方弁が前記下方弁座に着座し
てかつ前記下方弁及び／又は当該下方弁座が弾性圧縮し
た状態で前記上方弁が前記上方流出口を閉じる位置関係
とされていることを特徴とする。

【００１２】この発明では、浮子が上昇して下方弁が下
方弁座に着座して下方流出口を閉じる瞬間には、下方弁
及び／又は下方弁座が弾性圧縮しておらず、上方弁は上
方流出口を閉じていない。そして、さらに浮子が上昇し
て下方弁が上昇することによって下方弁及び／又は下方
弁座が弾性圧縮して、上方弁が上方流出口を閉じる。こ
のようにして、この発明では、浮子が上昇する際に、下
方弁が下方流出口を閉じた後に上方弁が上方流出口を閉
じる。このように、この発明では、下方弁座及び／又は
下方弁の弾性を利用するという単純な構造によって、請
求項２に係る発明の作用効果を容易に得ることができ
る。

【００１３】

【００１４】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の水位制御装置において、前記浮子、前記上方弁及
び前記下方弁がほぼ一鉛直線上に配設され、それらがほ
ぼ鉛直な連結棒によって連結されていることを特徴とす
る。

【００１５】この発明では、浮子と両弁との連動と、両
弁の連結との双方をほぼ鉛直な連結棒によって実現する
ことが可能であり、装置全体を単純な構成とすることが
できる。このため、装置全体を小型化することができ
る。

【００１６】請求項４に係る発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載の水位制御装置において、前記上方弁の面
積と前記下方流出口の開口面積がほぼ同一であることを
特徴とする。

【００１７】弁室内の水圧に基づいて上方弁が上方に受
ける力は、水圧に上方弁の面積を乗じたものである。同
様に、弁室内の水圧に基づいて下方弁が下方に受ける力
は、水圧に下方流出口の開口面積を乗じたものである。
各弁が各流出口を開いた際にもほぼ同様のことがいえ
る。そして、この発明では、その両面積がほぼ同一であ
るために、上方弁が上方に受ける力と下方弁が下方に受
ける力はほぼ同一となる。このため、その上方への力と
下方への力が相殺されることによって、弁室内の水圧に
基づいて浮子に作用する力は最小限（ほぼゼロ）にな
る。このため、弁室内の水圧（流入管から流入する水の
水圧）が大きくても、浮子は、上方弁及び下方弁等の重
力からそれらの浮力を減じた力に対応できる浮力を有し
ておれば足りる。このため、この発明では、浮子の大き
さを最小限とすることができ、装置全体を最小限の大き
さにすることができる。

【００１８】請求項５に係る発明は、請求項１〜４のい
ずれかに記載の水位制御装置において、前記弁室が前記
水槽内に配設されていることを特徴とする。

【００１９】この発明では、弁室が水槽内に配設されて
いるために、上方流出口及び下方流出口が直接的に水槽
内に連通している。このため、各流出口を水槽内に対し
て連通させる特別な機構を設けることは不要であり、装
置全体を単純化することが可能であり、装置全体を小型
化することができる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、この装置は、
水槽１０，流出槽６０，流入管７０，流出管８０を有し
ている。

【００２５】水槽１０と流出槽６０は、金属板によって
ユニットとして一体的に形成されている。水槽１０は、
有底の円筒状をしており、屋根部１２も有している。水
槽１０の下半部分は地中に埋められている。水槽１０
は、コンクリート製の支持板部１６によって支持されて
いる。水槽１０の流出槽６０の側には堰部１４が設けら
れており、水槽１０の水位（堰部１４からの水位）応じ
て水槽１０から流出槽６０へ所定の水が流れるようにさ
れている。そして、流出槽６０の水は流出管８０によっ
て下流側に流れるようにされている。

【００２６】図１及び図２等に示すように、水槽１０内
には浮子２０，弁室３０が設けられている。浮子２０は
扁平な円柱状をしており、水槽１０の水位に応じて上下
動する。浮子２０は、図示しない機構によって、鉛直の
中心軸線回りに回り止めされている。

【００２７】弁室３０は、水槽１０内の下側部分に位置
固定的に設けられている。弁室３０には流入管７０が接
続されており、弁室３０と流入管７０は連通している。

【００２８】弁室３０の上方には上方流出口３２ａが設
けられている。上方流出口３２ａに対応して上方弁３６
ａが設けられている。上方弁３６ａは弁室３０内に位置
している。上方流出口３２ａの周囲には、上方弁３６ａ
が着座する円環状の上方弁座３４ａが形成されている。

【００２９】弁室３０の下方には下方流出口３２ｂが設
けられている。下方流出口３２ｂに対応して下方弁３６
ｂが設けられている。下方弁３６ｂは弁室３０の外（す
ぐ下側）に位置している。下方流出口３２ｂの周囲に
は、下方弁３６ｂが着座する円環状の下方弁座３４ｂが
形成されている。下方弁座３４ｂのうちの下側部分は、
ゴム等の弾性体から形成された弾性部３５とされてい
る。また、下方弁３６ｂのうちの上側部分も、ゴム等の
弾性体から形成された弾性部３７とされている。下方弁
３６ｂは、複数のガイドピン３８によってガイドされつ
つ上下動するようにされている。

【００３０】そして、上方弁３６ａの面積と下方流出口
３２ｂの開口面積は、ほぼ同一とされている。

【００３１】浮子２０と上方弁３６ａ及び下方弁３６ｂ
とは、次のように連結棒４０によって連結されている。
そして、浮子２０の上下動に連動して上方弁３６ａ及び
下方弁３６ｂが上下動するようにされている。

【００３２】連結棒４０は、上側連結棒４２ａ及び下側
連結棒４２ｂが、回転カップリング４１を介して相対的
な軸回り方向の回転が許容された状態で連結されてい
る。すなわち、上側連結棒４２ａは軸回り方向に回転可
能であり、下側連結棒４２ｂは軸回り方向に回転不可能
とされている。

【００３３】浮子２０は上側連結棒４２ａに組み付けら
れている。上側連結棒４２ａの上部（水槽１０の屋根部
１２よりも上部）にはハンドル４４が設けられており、
ハンドル４４を回転することによって、上側連結棒４２
ａ（連結棒４０）と浮子２０との間の相対的な高さ関係
が調節されるようにされている。

【００３４】上方弁３６ａ及び下方弁３６ｂは下側連結
棒４２ｂに対して固定されている。上方弁３６ａ及び下
方弁３６ｂの高さ関係は、下方弁３６ｂが下方弁座３４
ｂに着座するのとほぼ同時に上方弁３６ａが上方弁座３
４ａに着座する関係とされている（図４参照）。詳細に
見れば、下方弁３６ｂの弾性部３７及び下方弁座３４ｂ
の弾性部３５が圧縮された状態で上方弁３６ａが上方弁
座３４ａに着座する高さ関係とされている（図３参
照）。

【００３５】図１に戻り、弁室３０の上方には、水平板
状の支持板部５０が図示しない構造によって固定されて
おり、支持板部５０には緩衝機構部５２が固定されてい
る。下側連結棒４２ｂ（連結棒４０）は緩衝機構部５２
を貫通するように配設されており、下側連結棒（連結棒
４０）の急激な上下動が制限されるようにされている。

【００３６】また、水槽１０内のほぼ中央高さ位置（弁
室３０と浮子２０との間）には、水槽１０内を横断する
減勢板５４が設けられている。減勢板５４には多数の小
孔が設けられており、水の流通は可能であるとともに、
減勢板５４の下側で生じた水の乱れが浮子２０に到達し
にくいようにされている。

【００３７】また、前述の支持板部５０と弁室３０との
間にも、同様の円筒状の減勢板５６が設けられている。
そして、上方弁３６ａ及び上方流出口３２ａによって生
じた水の乱れが減勢板５６の外側に広がりにくいように
されており、その水の乱れが浮子２０に到達しにくいよ
うにされている。

【００３８】次に、この装置の主な作用及び効果につい
て説明する。図１や図２等に示すように、流入管７０か
ら弁室３０に水が流入する。弁室３０内の水の水圧によ
って、上方弁３６ａが上方への力Ｆａを受け、下方弁３
６ｂ（そのうちの下方流出口３２ｂに対応する部分）は
下方への力Ｆｂを受ける。両力Ｆａ，Ｆｂは相反する方
向であり、上方弁３６ａ及び下方弁３６ｂは連結棒４０
（下側連結棒４２ｂ）によって連結されているために、
その上方への力Ｆａと下方への力Ｆｂは相殺される。

【００３９】下方流出口３２ｂの開口面積と上方弁３６
ａの面積はほぼ同一とされているために、上方弁３６ａ
に加わる上向きの力Ｆａと下方弁３６ｂに加わる下向き
の力Ｆｂはほぼ同じ大きさである。このため、両力Ｆａ
及びＦｂはほぼ釣り合って、その合計はほぼゼロとなっ
ている。このため、連結棒４０のうちの上方弁３６ａよ
りも上の部分には、弁室３０内の水圧に基づく力はほと
んど作用せず、浮子２０は、上方弁３６ａ，下方弁３６
ｂ，連結棒４０等の重力からそれらの浮力を減じた力に
対応できる浮力を有しておれば足りる。

【００４０】その状態で、水槽１０の水位が所定よりも
高い場合には、図１中に２点鎖線で示すように、浮子２
０が上昇して、上方弁３６ａ及び下方弁３６ｂも上昇す
る（図４参照）。そして、下方弁３６ｂが下方流出口３
２ｂを閉じ、それとほぼ同時にほぼ上方弁３６ａが上方
流出口３２ａを閉じ、弁室３０内から水槽１０内（弁室
３０外）への水の流出が阻止される。一方、水槽１０の
水位が所定よりも低い場合には、浮子２０が下降して、
上方弁３６ａ及び下方弁３６ｂも下降して、上方弁３６
ａが上方流出口３２ａを開き、下方弁３６ｂが下方流出
口３２ｂを開く。そして、上方流出口３２ａ及び下方流
出口３２ｂを通して、弁室３０内から水槽１０内（弁室
３０外）へ水が流出する（図２参照）。このようにし
て、水槽１０の水位が所定のものになるように制御され
る。そして、水槽１０から流出槽６０へ流出する水量、
すなわち流入管７０から流出槽６０へ流れる水量が所定
のものになるように制御される。

【００４１】その際、上述のように、上方弁３６ａに対
して上方に作用するＦａと下方弁３６ｂに対して下方に
作用する力Ｆｂとがほぼちょうど相殺されて両力Ｆａと
Ｆｂは釣り合っているために、弁室３０内の水圧（流入
管７０から弁室３０内に流入する水の水圧）による力が
ほとんど浮子２０に作用しない。このため、流入管７０
を流れる水の水源が高所にある場合等、流入管７０から
流入する水の水圧が高い場合であっても、それに応じて
浮子２０の浮力を大きなものとする必要がない。このた
め、浮子２０は小さなもので足りるため、装置全体を小
型のものとすることができる。また、水槽１０を金属製
にして装置全体を工場で予め製造しておくことも可能で
あり、製造コストを大幅に削減することができる。

【００４２】また、上述のように、上方弁３６ａが上方
流出口３２ａを閉じるタイミングと下方弁３６ｂが下方
流出口３２ｂを閉じるタイミングはほぼ同時である。し
かし、詳細に見れば、そのタイミングには「ずれ」があ
る。すなわち、図３に示すように、下方弁３６ｂが下方
弁座３４ｂに着座した瞬間では、下方弁３６ｂの弾性部
３７及び下方弁座３４ｂの弾性部３５が圧縮されておら
ず、上方弁３６ａは上方弁座３４ａに着座せず上方流出
口３２ａは閉じられてはいない。そして、図４に示すよ
うに、その後にさらに下方弁３６ｂが上昇して下方弁３
６ｂの弾性部３７及び下方弁座３４ｂの弾性部３５が所
定の分だけ圧縮された時点以降、上方弁３６ａが上方弁
座３４ａに着座して上方流出口３２ａが閉じられる。こ
のため、たとえ下方弁３６ｂが下方流出口３２ｂを急激
に閉じた際にも、それによって生じた逆流方向の水流
（水圧）は、上方流出口３２ａから弁室３０の外へ逃れ
る。このため、その逆流方向の水流（水圧）が流入管７
０を逆流することが防止され、流入管７０に水撃作用
（ウォータハンマ）が生ずることが防止される。

【００４３】なお、上記の装置はあくまで本発明の一実
施形態にすぎず、当業者の知識に基づき種々の変更を加
えた態様で本発明を実施できることはもちろんである。
例えば、上方弁座（３４ａ）や下方弁座（３４ｂ）は、
種々の構造のものが適用され得る。図５に示すように、
上方流出口３２ａ′が下方へ突出する扁平な円筒状に形
成され、その下端部が上方弁座３４ａ′とされてもよ
い。また、弁室３０の底部の全面が開口して下方流出口
３２ｂ′が形成され、その下端部が下方弁座３４ｂ′と
されてもよい。

【００４４】また、下方弁３６ｂが下方流出口３２ｂを
閉じるタイミングと上方弁３６ａが上方流出口３２ａを
閉じるタイミングとの間には必ずしもずれがある必要は
なく、同時でもよい。下方流出口３２ｂの開口面積と上
方弁３６ａの面積は必ずしもほぼ同一ではなくてもよ
く、上方弁３６ａに加わる上向きの力Ｆａと下方弁３６
ｂに加わる下向きの力Ｆｂの合計が必ずしもほぼゼロと
なる必要はない。両力Ｆａ及びＦｂが相殺されればよ
い。

【００４５】弁室３０は水槽１０の外に設けられてもよ
い。上方弁及び下方弁は１つずつではなく、複数個ずつ
設けられてもよい。上方弁の数と下方弁の数が異なって
もよい。また、弁は横方向又は斜め方向に移動するもの
であってもよく、その移動が浮子の上下動と連動するよ
うにされていればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。上
方流出口及び下方流出口が開かれた状態を示す。

【図２】図１の要部を拡大して示す図である。

【図３】図２の状態から下方流出口のみが閉じられた状
態を示す図である。

【図４】図３の状態から上方流出口も閉じられた状態を
示す図である。

【図５】上記本発明の一実施形態の一変更例を示す図で
ある。図３の状態に対応する図である。

【図６】従来の装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 水槽 ２０ 浮子 ３０ 弁室 ３２ａ 上方流出口 ３２ｂ 下方流出口 ３４ａ 上方弁座 ３４ｂ 下方弁座 ３５ 弾性部 ３６ａ 上方弁 ３６ｂ 下方弁 ３７ 弾性部 ４０ 連結棒

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入管から水槽への水の流入を制御する
   ことによってその水槽の水位を制御する水位制御装置で
   あって、 前記水槽の水位に応じて上下動する浮子と、 前記流入管と連通する弁室と、前記弁室の上方に開口して前記水槽内に連通する上方流
   出口と、前記弁室の下方に開口して前記水槽内に連通す
   る下方流出口と、 前記上方流出口及び前記下方流出口に対して設けられ、
   前記浮子の上下動に連動して前記上方流出口及び前記下
   方流出口を開閉する上方弁及び下方弁とを有し、 前記上方弁は前記弁室内の水圧を上方に受けるものであ
   り、前記下方弁は前記弁室内の水圧を下方に受けるもの
   であって、前記上方弁及び前記下方弁が相互に連結され
   ており、 しかも前記浮子が上昇する際に、前記下方弁が前記下方
   流出口を閉じた後に前記上方弁が前記上方流出口を閉じ
   るように構成されている ことを特徴とする水位制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の水位制御装置であっ
   て、 前記下方流出口の周囲に形成され前記下方弁が着座して
   当該下方流出口を閉じる下方弁座及び／又は前記下方弁
   が弾性を有し、 前記下方弁が前記下方弁座に着座しても前記下方弁及び
   ／又は前記下方弁座が弾性圧縮していない状態では前記
   上方弁は前記上方流出口を閉じず、前記下方弁が前記下
   方弁座に着座してかつ前記下方弁及び／又は当該下方弁
   座が弾性圧縮した状態で前記上方弁が前記上方流出口を
   閉じる位置関係とされている ことを特徴とする水位制御
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の水位制御装置で
   あって、 前記浮子、前記上方弁及び前記下方弁がほぼ一鉛直線上
   に配設され、それらがほぼ鉛直な連結棒によって連結さ
   れていることを特徴とする水位制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の水位制
   御装置であって、 前記上方弁の面積と前記下方流出口の開口面積がほぼ同
   一であることを特徴とする水位制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の水位制
   御装置であって、 前記弁室が前記水槽内に配設されていることを特徴とす
   る水位制御装置。