JP4906215B2 - 弁装置及び管路システム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、液体を通した後に気体を通そうとすると管路を遮断する弁装置、及び該弁装置を使用する管路システムに関するものである。なお、本明細書中の「水」の語は液体を、「空気」の語は気体を、「流体」の語は液体と気体を総称的に代表するものとする。
背景技術
最近の畑地かんがいは、平坦地の普通畑作のみならず、傾斜地や標高のある樹園地、畑地等も対象となり、ポンプ等によって送水しスプリンクラー、有孔パイプ、ノズル等（以下、まとめて「散布器」と称する。）から散布するパイプラインシステムが一般的になっている。そして、省力化、多目的自動化の見地から、散水を行なうのみならず、混入機器によって農薬や液体肥料等（以下、まとめて「薬液」と称する。）を混入し、同じ散布器から散布する方法が普及している。この場合、散布運転後にパイプライン内に残留する薬液をそのまま放置して無駄にすることはコスト高となるので、これらを回収するか或いは完全散布する必要がある。
この残留液の処理方法としては、回収方式、水押し出し方式、空気圧利用方式がある。回収方式は、別配管等によって残留液を回収するもので、残留液の自然落下を利用しようとすれば地形条件等の制約を受けやすく、水押し出し方式は、送水によって残留液を押し出し散布するもので、折角に散布した薬液を水によって洗い流してしまう恐れがある。一方、空気圧利用方式は、圧縮空気によって残留液を押し出し散布するもので、薬液の完全利用ができることから、これが最も合理的な方式として注目されている。
この空気圧利用方式の具体的な仕組みは、第１９図に例示したようなもので、送水ポンプ５１等によって送水される管路７１の途中には、貯液タンク５２からの薬液を混合する混入器５３が設けられ、更にコンプレッサー５６及び圧力タンク５７から送気される管路と合流した後に各散布器Ｂに向けて配管されており、各散布器Ｂの入口側には、液体は通すが気体は通さない弁（以下、「液開気閉弁」と称する）Ａが設けられている。なお、５４；５８は送液と送気を切り替えるための開閉弁、５５；５９は送液と送気の相互侵入を防ぐ逆止弁である。そして、薬液の散布が終了した時点で、供給元を送液から送気に切り替えて圧縮空気を管路７１内に送り込み、残留液を一斉に各散布器Ｂから噴出させると、残留液が噴出し終わった散布器Ｂについては、逐次に液開気閉弁Ａが閉鎖作動して空気噴出が自動的に停止し、空気圧のロスを防ぐようになっている。
ところで、この目的のために従来から用いられてきた液開気閉弁Ａとしては、第２０図に例示したものが知られている。その仕組みは、下部には入口流路ａ及び弁座１１を備え、上部にはフロート室ｂ及び出口流路ｆを備えた弁箱１の中に、弁体を兼ねたフロート１２が昇降自在に設けられ、入口流路ａから液体が圧入された時にはフロート１２が浮力によって上昇して弁座１１との間の弁口ｃを開口し、空気が圧入された時にはフロート１２が浮力を失って下降し、その自重によって弁口ｃを閉鎖するようになっている。
しかし、この従来の液開気閉弁Ａには下記の問題がある。
（１）弁閉鎖時に空気漏れが発生しやすい。
（２）弁閉鎖直前や開き始めの瞬間に、いわゆる「チャタリング」や「ハンチング」等の現象によって、振動や騒音を発生しやすい。
（３）空気が圧入された時にフロートの自重で弁閉鎖しなければならないという特性上、通水開始時に残留空気が逃げられず、通水を阻害する恐れがあるので、別途手動で排気させる等の煩わしい操作が必要となる。
前記（１）及び（２）の問題は、単にフロート１２を大きくしたり重くしたりしても、コストが嵩むばかりで問題解決にはならないと考えられる。何故なら、この液開気閉弁Ａの作動を詳しく観察すると、弁口ｃが開いている状態においては、フロート室ｂを通過するものが液体か気体かの違いによって、フロート１２を昇降させる明確な浮力の差が発生するので、液体から気体に切り替わったことを感知して作動することができるのであるが、一旦、弁口ｃが閉鎖すると、フロート室ｂが入口流路ａから遮断されて何も流入して来なくなるので、フロート１２の浮力には何ら変化を生じなくなり、弁口ｃの入口側に来るものが液体から気体に切り替わっても明確に感知できなくなる。即ち、この従来の液開気閉弁Ａは、弁閉鎖時において液体と気体を識別する能力を欠いており、そのため、気体のみを明確に阻止するような弁閉鎖力は生み出すことができず、この弁閉鎖力の曖昧さの故に、空気漏れが発生したり、弁閉鎖直前や開き始めの瞬間にチャタリングやハンチング等が発生するものと考えられる。
また、（３）の問題は、前記（１）、（２）とは逆の問題であって、仮に前記（１）、（２）の問題が解決されて気体を明確に遮断することができた場合には、弁装置据付け直後の通水開始時や長時間経過後の再通水時には、管路７１内の残留空気が逃げられず、別途排気の操作を行わなければ通水ができないという矛盾を生じることとなる。
そこで、本発明は、これら従来技術の問題点を抜本的に解決し、設計・製作・維持管理が容易且つコンパクトで、コストが低廉であり、液体を通した後に気体を通そうとすると管路を遮断するという開閉制御を自動的に且つ確実に行うと共に、弁閉鎖時の密閉性が良く、作動が安定していて弁閉鎖直前や開き始めの瞬間にチャタリング、ハンチング、ウォーターハンマー等が起こりにくい弁装置を得ることを目的とする。又、送液開始時や送液中には管路内残留気体を自動的に排気して、運転操作の全行程にわたる完全自動化もできる弁装置を得る事を目的とする。更には、この弁装置を使用して、容易且つ経済的に自動制御できる管路システムを得る事を目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するため、本発明の構成は、フロートが上昇した時に開口し、該フロートが下降した時に閉鎖する弁と、所定値以上の流路内圧力による作用力が付加された時に閉鎖し、その付加が解除された時に開口する副弁とを備えたことを特徴としている。
又、本発明の構成は、弁箱の入口流路と出口流路との間に設けられた弁口よりも入口側にフロートが昇降自在に設けられ、該フロートと連動する弁体が、該フロートが上昇した時に該弁口を開口し、該フロートが下降した時に該弁口を閉鎖するよう構成された弁と、所定値以上の該入口流路内圧力による作用力が付加された時に閉鎖し、その付加が解除された時に開口して該入口流路を該出口流路又は流路系外と連通させるよう構成された副弁とを備えたことを特徴としている。
前記副弁について、その副弁口よりも入口側に副フロートが昇降自在に設けられ、副弁体が該副フロートと連動して、該副フロートが上昇した時に該副弁口を閉鎖するよう構成されてもよい。
又、前記弁と前記副弁とが一体的に形成されてもよい。
又、前記弁に対する流体の圧力作用方向の逆方向に該流体の圧力を受け止めて、その弁体に係わる該流体の作用圧力の少なくとも一部を相殺するバランス手段を備えてもよい。
又、前記弁の入口流路と出口流路との間に補助弁が介設され、該補助弁は、その前後の圧力差が所定値を上回る時に閉鎖し、該圧力差が解除された時に開口するよう構成されてもよい。
又、流体通過流路に絞り手段が介設されてもよい。
又、出口側に液体を散布する機構が付設されてもよい。
本発明の更にもう一つの構成は、液体が管路を経由して少なくとも１つの端末機器に向けて給送された後に、該管路内に気体が圧入されることによって、該管路内の残留液が排除される管路システムにおいて、該端末機器の入口側に、前記のいずれかの弁装置が介設されたことを特徴としている。
前記管路中には、大気開放用の開閉弁が付設されてもよい。
又、液体の給送開始及び停止、気体の圧入開始及び停止を経て、液体の給送開始前の状態への復帰に至る運転操作の内の少なくとも１つが自動的に制御されるよう構成されてもよい。
これらの構成によって、本発明においては、液体を通した後に気体を通そうとすると管路を遮断するという開閉制御を自動的に且つ確実に行うと共に、弁閉鎖時の密閉性が良く、作動が安定していて弁閉鎖直前や開き始めの瞬間にチャタリング、ハンチング、ウォーターハンマー等が起こりにくい弁装置を得たものである。又、送液開始時や送液中には管路内残留気体を自動的に排気して、運転操作の全行程にわたる完全自動化もできるものである。更には、この弁装置を使用して、容易且つ経済的に自動制御できる管路システムを得たものである。
発明を実施するための最良の形態
以下、実施例を示した図面に基づき本発明をより詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には共通の図面符号を付してある。
第１図は、本発明の弁装置の第１実施例を示したものである。本装置の弁箱１の入口側は管路を介して液体及び気体の供給元に接続され、出口側は散布器に接続される。即ち、本装置は第１９図におけるＡに相当する箇所に設置される。弁箱１の内部には、入口流路ａからフロート室ｂ及び弁口ｃを経由して出口流路ｆ１に至る流路と、入口流路ａから副フロート室ｄ及び副弁口ｅを経由して出口流路ｆ２に至る流路とが設けられている。
弁口ｃよりも入口側のフロート室ｂの中には、フロート１２が昇降自在に設けられ、適宜のガイド２もしくは図示しない軸受によって横振れ少なく昇降できるように支持されている。このフロート１２と弁箱１の内壁との間には、液体や気体が通過できる十分な流路が確保されている。フロート１２には弁体１３が付設（本実施例の場合はフロート１２と一体的に形成）されて、弁口ｃに設けられた弁座１１に離接するようになっている。そして、フロート１２の比重は通過液体よりも小さく設定されると共に、弁口ｃの口径は適切な大きさに設定されることによって、フロート１２と連動する弁体１３が、フロート１２の上昇した時に弁口ｃを開口し、下降した時に弁口ｃを閉鎖するよう構成されている。この弁体１３が、液体を通した後に気体を通そうとすると管路を遮断するという開閉制御の役割を受け持つ。
一方、副弁口ｅよりも入口側の副フロート室ｄの中には、副フロート２２が昇降自在に設けられ、適宜のガイドもしくは図示しない軸受によって横振れ少なく昇降できるように支持されている。この副フロート２２と弁箱１の内壁との間には、気体が通過できる十分な流路が確保されている。副フロート２２には副弁体２３が付設（本実施例の場合は副フロート２２と一体的に形成）されて、副弁口ｅに設けられた副弁座２１に離接するようになっている。そして、副フロート２２の比重は通過液体よりも小さく設定されると共に、副弁口ｅの口径は適切な大きさに設定されることによって、副フロート２２と連動する副弁体２３が、所定値以上の上向き作用力（副フロート２２の浮力あるいは弁箱１の入口流路ａ側の内圧力）の付加によって上昇した時に副弁口ｅを閉鎖し、その付加の解除によって下降した時に副弁口ｅを開口するよう構成されている。この副弁体２３が、送液開始時の残留気体を自動的に排気するという役割を受け持つ。
本実施例においては、出口流路ｆ１は弁箱１の上部、例えば副フロート２２の作動上限より上の位置に形成するのが好ましい。出口流路ｆ２は、流路系外例えば大気に連通されるのが好ましいが、出口流路ｆ１と合流して一本の出口流路に形成されてもよい。
本発明の作動態様について、第１図に基づいて説明すると、送液開始時においては、フロート１２も副フロート２２も当初は下降しているので、弁口ｃは閉鎖し、副弁口ｅは開口した状態であり、管路内の残留気体を入口流路ａ→副弁口ｅ→出口流路ｆ２の経路で排気しつつ、液体が弁箱１内に流入する。弁箱１内の液位が上昇するに連れて、フロート１２が上昇して弁口ｃを開口し、液体は入口流路ａ→弁口ｃ→出口流路ｆ１の経路で流出する。一方、液位の上昇に連れて、副フロート２２も上昇し、やがて副弁口ｅを閉鎖して液体の溢逸を防ぐ。
送液停止時には、出口流路ｆ１が弁箱１の上部に形成してあるため、弁箱１内には液体が残留し、従ってフロート１２も副フロート２２も上昇したままであり、弁口ｃは開口、副弁口ｅは閉鎖の状態が維持される。
次に、管路内の残留液を押し出すために送気が開始されると、その気体圧力によって押し退けられた残留液が出口流路ｆ１より流出し、液位の下降に連れてフロート１２が下降して、やがては弁口ｃを閉鎖し、フロート１２の自重に加えて弁箱１内の気体圧力も加勢するので強固に密閉を保つ。この時、副フロート２２の方は、副弁口ｅを閉鎖した状態のまま弁箱１内の気体圧力が上向きに付加されるので、弁箱１内の液位が下がっても下降することができず、副弁口ｅに張り付いて閉鎖したままである。従って、弁箱１から液体が排除された後は弁口ｃ；副弁口ｅ共に閉鎖状態となり、気体の通過を遮断する。
そして、送気終了後、送気元を大気開放操作して管路内の気体圧力を抜くと、弁箱１内も大気圧となるので、副フロート２２が自重によって落下し、副弁口ｅが開口して、当初の状態に復帰する。
以上の一連の作動は全て自動的に且つ確実に行われ、運転者は送液や送気の供給元での運転操作をすれば事足りるので、個々の散布器については、直接操作も遠隔操作も一切不要であり、運転操作の全行程にわたる完全自動化ができる。又、フロート１２が弁口ｃよりも入口流路ａ側に設けられているため、弁口ｃが開口していても閉鎖していても、入口側に液体がある時と気体がある時とでは明確に浮力の差が発生し、液体と気体の識別が十分に行なえることもあって、弁口ｃの閉鎖時の密閉性が良くて気体漏れが発生せず、又、弁閉鎖力が曖昧でないことから当然に、弁閉鎖直前や開き始めの瞬間のチャタリングやハンチング等が起こりにくい。そして、送液開始時には管路内残留気体を自動的に排気するので、別途の排気操作をする必要もなく、極めて便利である。
なお、特に本実施例のものにおいては、弁口ｃに対する弁閉鎖力はフロート１２の自重のみならず弁箱１内の気体圧力が加勢するものであるため、送気圧力の設定の都度フロート１２の自重を調整設定する必要はないので、標準化が容易で低廉なコストで製作できるという格別の利点がある。
第２図は、本発明の第２実施例を示したものであり、第１実施例のものにおけるフロート１２と副フロート２２を共通のガイド２に沿って相互に当接可能に配置したものである。フロート１２が上昇する時には、副フロート２２もフロート１２に連接して押し上げられることとなる。又、入口流路ａについては、流れの動圧がフロート１２及び副フロート２２の作動に悪影響を与えるのを避けるためのガイド流路（デフレクター）が形成されたものを例示してある。なお、出口流路ｆ１には、各散布器の吐出圧力を均一化するための交換可能な固定式の絞り手段３１（固定オリフィス）が挿入されたものを例示した。その他の構成及び作動態様は第１実施例と同様なので詳説は省略する。
第３図は、本発明の第３実施例を示したものであり、第２実施例のものにおける固定式の絞り手段３１を可変式のものに置き換え、絞り調整部３２によって調整可能にしたものである。これによって、各散布器の吐出圧力を均一化できるのみならず、絞り手段３１の作用力を調整することによって、液体圧力が所定値に達するまでは吐出させないようにして、各散布器の吐出開始タイミングを合わせることもできる。その他の構成及び作動態様は第２実施例と同様なので詳説は省略する。
第４図は、本発明の第４実施例を示したものであり、第３実施例のものにおけるフロート１２と副フロート２２の縦並び配列を、横並び配列に置き換えたものである。なお、入口流路ａ近辺にはガイド流路（デフレクター）の一例が図示してある。又、送液停止時には、絞り調整部３２によって付勢された絞り手段３１が自動的に弁口ｃを閉鎖し弁箱１内に液体が残留するので、出口流路ｆ１の配置については、弁箱１の上部に配置する等の配慮は不要で、任意でよいことも図示されている。その他の構成及び作動態様は第３実施例と同様なので詳説は省略する。
第５図は、本発明の第５実施例を示したものであり、第４実施例のものにおける弁体１３に副弁体２３の機能をも担わせて一体的に形成したものである。具体的には、副弁体２３が弁体１３に一体化されると同時に、弁体１３の開弁方向への付勢力を与える付勢手段４３（本実施例においては圧縮ばね）が設けられ、この付勢力が付勢力調整部４４によって調整可能になっている。フロート１２の浮力や自重の設定に加えて、この付勢力を調整することにより、本装置の運転前においては、弁体１３が弁座１１から若干浮いてすき間のある状態、即ち弁口ｃが若干開口した状態になるように設定してしておくものとする。
その作動態様について、第５図に基づいて説明すると、送液開始時においては、管路内の残留気体の圧力がさ程高くないために、若干開口している弁口ｃが閉鎖することはなく、従って、残留気体を入口流路ａ→弁口ｃ→出口流路ｆの経路で排気しつつ、液体が弁箱１内に流入する。弁箱１内の液位が上昇するに連れて、フロート１２が上昇して弁口ｃを全開させ、液体は入口流路ａ→弁口ｃ→出口流路ｆの経路で流出する。
送液停止時には、弁箱１内に液体が残留する場合は勿論のこと、液体が残留せずに抜け落ちる場合でも、付勢手段４３の付勢力が働いているために、弁口ｃは開口の状態が維持される。
次に、管路内の残留液を押し出すために送気が開始されると、その気体圧力によって押し退けられた残留液が出口流路ｆより流出し、液位の下降に連れてフロート１２が下降してくるが、この時、フロート１２の自重に加えて弁箱１内の気体圧力も加勢するので、そのまま付勢手段４３の付勢力に打ち勝って弁口ｃを閉鎖し、強固に密閉を保つ。従って、弁箱１から液体が排除された後は弁口ｃは閉鎖状態となり、気体の通過を遮断する。
そして、送気終了後、送気元を大気開放操作して管路内の気体圧力を抜くと、弁箱１内も大気圧となるので、弁体１３は付勢手段４３の付勢力によって押し上げられ、弁口ｃは若干開口した状態すなわち当初の状態に復帰する。
以上のように、付勢手段４３を付設することによって、第４実施例の副弁体２３まわりの構成と同様に、送液開始時の残留気体を自動的に排気するという役割を果たすことができ、運転操作の全行程にわたる完全自動化ができる。又、このような付勢手段４３を付設してフロート１２の重量を相殺するという技術手段を応用することによって、フロート１２をむしろ重い材質にして慣性質量を増大させ、その慣性抵抗によって弁閉鎖近辺での振動を更に抑制することもできる。その他の構成及び作動態様は第４実施例と同様なので詳説は省略する。
第６図は、本発明の第６実施例を示したものであり、第５実施例のものの原理を適用しつつ、更に構造を単純化したものである。第５実施例の圧縮ばねの代わりに引っ張りばねが付勢手段４３として使用され、その付勢力が付勢力調整部４４によって調整可能にされている。その他の構成及び作動態様は第５実施例と同様なので詳説は省略する。
第７図は、本発明の第７実施例を示したものであり、第５実施例のものの原理を適用しつつ、弁体１３に対する流体の圧力作用方向の逆方向に該流体の圧力を受け止めて、弁体１３に係わる流体の作用圧力の少なくとも一部を相殺するバランス手段を備えさせたものである。即ち、弁口ｃの出口流路ｆ１側にある付勢手段４３には、更に受圧板４１が付設され、その受圧板４１は、シール部材４１ｓを介して弁箱１に昇降自在に装着され、受圧板４１と弁箱１との間に密封的に包容形成された袋室ｇが、連通路４２によってフロート室ｂに連通されている。本実施例においては、この受圧板４１の受圧面積は、弁体１３の受圧面積とほぼ等しく設定されている。
弁体１３は、弁閉鎖近辺において受圧板４１と連接し、この時、弁体１３を押し下げるフロート室ｂの内圧力と受圧板４１を押し上げる袋室ｇの内圧力とが同じ圧力であるために、弁体１３の前後の偏圧は相殺されバランスする。従って、弁体１３を開閉させる作用力は、送液や送気の圧力とは無関係となり、フロート１２、弁体１３、受圧板４１等の可動部の自重と、フロート１２の浮力と、付勢手段４３の付勢力との間の関係のみによって決まることとなるので、圧力が不安定な管路に設置しても、弁体１３の作動が不安定にならず、弁箱１内の液位の変化に素直に対応して正確に作動する。そして、この圧力バランス手段により弁体１３前後の偏圧の影響を受けないことから、弁口ｃの口径が比較的大きくとれ、フロート１２もコンパクトにできる。
弁体１３と受圧板４１の受圧面積の関係については、完全にバランスさせずに弁体１３前後の偏圧の一部のみを相殺することを選択してもよく、付勢手段４３の付勢力を付勢力調整部４４にて調整しながら使用条件に合わせて各種設定が可能である。受圧板４１のシール部材４１ｓについては、本図ではダイヤフラム形式のものが例示されているが、ベローズ、シールリングなど他の形式のものでもよいことは勿論である。袋室ｇとフロート室ｂとを連通する連通路４２については、十分に通路内径をとって精細な流路をなくしても差し支えなく、その中を通過する流体も一方向への流れではなく袋室ｇで行き止まり往復する流れなので、ゴミ・砂粒・塵埃等の異物による目詰まりは発生しにくい。
なお、本実施例には、送液開始時の残留気体を自動的に排気するという役割をより確実に果たさせるために、第１実施例におけるような副弁体２３まわりの構成を備えたものが例示されている。その他の構成及び作動態様は第１実施例及び第５実施例と同様なので詳説は省略する。
第８図は、本発明の第８実施例を示したものであり、第１実施例のものの原理を適用しつつ、フロート１２と弁体１３の配置を変更したものである。本実施例においては、フロート１２が弁口ｃの入口流路ａ側に設けられるという構成に変わりはないが、弁体１３の方は弁口ｃを挟んで出口流路ｆ側に配置され、フロート１２と弁体１３は連結部材１４によって連結されている。そして、フロート１２、弁体１３、連結部材１４等の可動部の自重は、送気の時の気体圧力を上回って弁閉鎖できるように設定されている。又、副弁体２３については、弁体１３上に子弁形式で付設してコンパクトにした例を示してある。
本実施例においては、その全体としての作用は第１実施例のものと同じであるが、異なっているのは、弁体１３が弁口ｃを第１実施例のように流れ方向に沿って閉鎖するのではなく、流れ方向に逆らって閉鎖する点である。このため、弁閉鎖力がフロート１２等の可動部の自重のみで、弁箱１の内圧力は利用できないものの、従来技術のものに比べれば、入口側に液体がある時と気体がある時とでは明確に浮力の差が発生し、液体と気体の識別が十分に行なえるので、弁閉鎖力はこのフロート１２等の可動部の自重分はフルに利用することができ、従って、弁閉鎖時の密閉性が良く、又、弁閉鎖力が曖昧でないことから当然に、弁閉鎖近辺でのチャタリングやハンチング等が起こりにくい。
なお、副弁体２３まわりの構成については、副フロート２２を装着せずにむしろ所定の自重を持たせたままにしておく方法もある。その場合の作動を見ると、運転前においては、副弁体２３はその自重によって開いた状態であり、送液開始時には、管路内の残留気体の圧力がさ程高くないために副弁体２３は開弁した状態のままで残留気体を排気し、液体が弁箱１内に流入してくるとその液体圧力によって副弁体２３が閉鎖し、その後、送気に切り替えられると、その気体圧力によって閉鎖の状態を維持し、そして、送気終了後、送気元を大気開放操作して管路内の気体圧力を抜くと、弁箱１内も大気圧となるので、副弁体２３が自重によって落下して当初の開弁状態に復帰する。従って、副フロート２２を備えなくても、副弁体２３の自重さえ適切に設定しておけば、結果として副フロート２２を備えた場合とほぼ同様の作用効果が得られる。その他の構成及び作動態様は第１実施例と同様なので詳説は省略する。
第９図は、本発明の第９実施例を示したものであり、第８実施例のものにおける副弁体２３まわりの構成を第４実施例の副弁体２３まわりの構成に置き換えたものである。その他の構成及び作動態様は第４実施例及び第８実施例と同様なので詳説は省略する。
第１０図は、本発明の第１０実施例を示したものであり、第９実施例のもののフロート１２と副フロート２２を一体化し、フロート室ｂと副フロート室ｄも一室に一体化したものである。フロート１２の方には、弁口ｃの閉鎖時の弁閉鎖力を生み出す自重が必要であるため特に重錘３３を付設してあるが、これに代えて適宜の付勢手段を設けてもよいことは言うまでもない。その他の構成及び作動態様は第９実施例と同様なので詳説は省略する。
第１１図は、本発明の第１１実施例を示したものであり、第９実施例のものの副弁体２３まわりの構成をフロート１２内に内蔵させて、コンパクトにしたものである。このため、本実施例においては、フロート１２の内部に設けられた副フロート室ｄ及び副弁口ｅから出口流路ｆへの通過流路として、連結部材１４を中空にした連通路２４を利用している。副フロート室ｄへの導入流路については、流れの動圧が副フロート２２を吹き上げて作動に悪影響を与えるのを避けるために、適宜に複数箇所にガイド流路が穿設され、副フロート室ｄに流入する流れが分散されるようにしたものが図示されている。又、弁体１３の弁閉鎖力を適宜に調整できるよう、弁体１３に対する付勢手段４３及びその付勢力を調整する付勢力調整部４４を設けた一例も図示されている。
本実施例のものの作動を見ると、送液開始時においては、フロート１２も副フロート２２も当初は下降しているので、弁口ｃは閉鎖し、副弁口ｅは開口した状態であり、管路内の残留気体を副弁口ｅ→連通路２４経由で排気しつつ、液体が弁箱１内に流入する。弁箱１内の液位が上昇するに連れて、副フロート２２が上昇して副弁口ｅを閉鎖し、この副弁口ｅを閉鎖した状態のまま、フロート１２が上昇して弁口ｃを開口し、液体が流出する。その後、送気に切り替えられると、副弁体２３が気体圧力によって副弁口ｅに張り付いて閉鎖した状態を維持したまま、フロート１２が下降して弁口ｃを閉鎖し、気体の通過を遮断する。そして、送気終了後、送気元を大気開放操作して管路内の気体圧力を抜くと、弁箱１内も大気圧となるので、副フロート２２が自重によって落下し、副弁口ｅが開口して、当初の状態に復帰する。このように、副弁体２３まわりの構成をフロート１２内に内蔵させても、既述の各実施例と同様の作動態様が得られるものである。その他の構成及び作動態様は第９実施例と同様なので詳説は省略する。
第１２図は、本発明の第１２実施例を示したものであり、第１１実施例のものの副弁体２３まわりの構成をフロート１２内に内蔵させる代わりに、フロート１２を連結部材１４から切り離し、且つ副フロート２２と一体的に形成したものである。この場合、フロート１２の自重は弁体１３の弁閉鎖力には寄与しなくなり、その代わりに弁体１３を閉鎖方向に付勢する付勢手段４３の付勢力が、送気の時の気体圧力に打ち勝って弁閉鎖できるように、付勢力調整部４４によって調整設定されている。
本実施例においては、液位の上昇によってフロート１２（兼副フロート２２）が上昇すると、まず副弁口ｅを閉鎖し、その状態のまま更に上昇して弁口ｃを開口するなど、第１１実施例の場合と同様の作動をする。
なお、出口流路ｆは、散布器に接続されずにそのまま吐出散布されるものが図示されている。このように、本弁装置自体に液体を散布する機構を付設して散布器と一体型としてもよく、その形式も、本図のような単純な開口放流形式のほか、スプリンクラー形式にしたり、ノズル形式にするなど、適宜に設計してよい。その他の構成及び作動態様は第１１実施例と同様なので詳説は省略する。
第１３図は、本発明の第１３実施例を示したものであり、第１２実施例のものの弁体１３まわりの構成に、第７実施例におけるような偏圧を相殺するバランス手段を付加したものである。即ち、弁体１３には、付勢手段４３が付設されると共に、更に受圧板４１が付設され、その受圧板４１は、シール部材４１ｓを介して弁箱１に昇降自在に装着され、受圧板４１と弁箱１との間に密封的に包容形成された袋室ｇが、連通路４２によってフロート室ｂに連通されている。本実施例においては、この受圧板４１の受圧面積は弁体１３の受圧面積とほぼ等しく設定されており、弁体１３の前後の偏圧は相殺されバランスするので、第７実施例の場合と同様に、圧力が不安定な管路に設置しても弁体１３の作動が不安定にならず、弁箱１内の液位の変化に素直に対応して正確に作動する上、弁口ｃの口径が比較的大きくとれ、フロート１２もコンパクトにできる。なお、弁体１３と受圧板４１の受圧面積の関係については、完全にバランスさせずに弁体１３前後の偏圧の一部のみを相殺することを選択してもよい。その他の構成及び作動態様は第７実施例及び第１２実施例と同様なので詳説は省略する。
第１４図は、本発明の第１４実施例を示したものであり、第９実施例のものの副フロート２２を、フロート１２との横並び位置から上方に移動させて配置すると共に、弁体１３まわりの構成に、第１３実施例におけるような偏圧を相殺するバランス手段を付加したものである。本実施例においては、副フロート室ｄは袋室ｇと兼用で、送液や送気によって副弁口ｅが閉鎖している時に、副フロート室ｄが袋室ｇとしても機能するという合理的な構造になっている。そして、本図には、受圧板４１のシール部材４１ｓにベローズを適用し、連通路４２を弁箱１内に一体的に形成し、フロート１２には弁体１３の閉鎖時の弁閉鎖力を生み出す自重を調整設定するための交換可能な重錘３３を付設したものを例示した。又、ゴミ・砂粒・塵埃等の異物の弁箱１への侵入を阻止するためのストレーナー４５の配設例も示してある。その他の構成及び作動態様は第９実施例及び第１３実施例と同様なので詳説は省略する。
ところで、本装置の送液中に管路内の各所に残留していた気体や発生気泡が弁箱１内に混入してくる場合がある。以上に例示した実施例のうち、第８〜第１４実施例のものについては、弁口ｃが弁箱１の上部に設けられているため、送液よりも軽い混入気体が送液中に開口しているこの弁口ｃから自動的に出口流路に向けて排気されるので、本装置の作動に何ら悪影響を与えないが、第１〜第７実施例のものについては、弁口ｃが弁箱１の下部に設けられているため、混入気体が弁箱１中に徐々に蓄積充満して行くので、弁箱１の容量が小さい場合には、フロート１２が次第に下降し弁口ｃが閉鎖して作動不良を発生する可能性がある。その対策としては、弁箱１の容積を十分に大きくしておく方法もあるが、本装置をコンパクトにしたいのであれば、送液中の少量の混入気体に対しては開口して排気し、送気の時の多量の圧入気体に対しては閉鎖するような補助弁を付設するのが好ましい。
そこで、第１５図は、本発明の第１５実施例を示したものであり、第１実施例のものにそのような補助弁を付設することによって、更にコンパクト化を可能としたものである。本実施例において、弁箱１の内部には、入口流路ａから補助弁口ｈを経由して出口流路ｆ３に至る流路が設けられており、その出口流路ｆ３は出口流路ｆ１と連通している。補助弁口ｈよりも入口側には、補助弁体４７が昇降自在に設けられて、補助弁口ｈに設けられた補助弁座４６に離接するようになっている。この補助弁体４７の比重と補助弁口ｈの口径が適切に設定されることによって、補助弁体４７が所定量を超える気体の流入（送気の時）の作用力によって上昇した時に補助弁口ｈを閉鎖し、それ以外の時は自重によって下降して補助弁口ｈを開口するよう構成されている。この補助弁体４７が、送液中の少量の混入気体に対しては開口して自動的に排気し、送気の時には閉鎖して気体の通過を遮断するという役割を受け持つ。
補助弁体４７の形状や自重、及び補助弁口ｈの形状や口径等については、本装置の使用条件により適宜に設計してよいが、特に確実な開閉制御のためには、補助弁体４７の比重を通過液体よりも大きくし、又、補助弁口ｈの口径を弁口ｃの口径より小さくしておいた方が好ましく、その取り付け位置も混入気体を捕捉しやすい弁箱１の上部に形成するのが好ましい。
その作動を見ると、運転前においては、補助弁体４７はその自重によって開いた状態であり、送液中には、補助弁口ｈの出口流路ｆ３が出口流路ｆ１ひいては弁箱１内部に連通された状態で補助弁体４７の前後の圧力差が殆どないために、補助弁体４７は自重によって開いた状態を維持し、従ってその間は弁箱１内に流入してくる混入気体を出口流路ｆ３に向けて排気する。その後、送気に切り替えられ、弁箱１内の残留液体が排出されて弁口ｃが閉鎖すると（なお副弁口ｅは既に閉鎖している）、その瞬間から送気の風量及び圧力の全てをこの補助弁体４７が受けることとなるために、補助弁体４７の前後の圧力差が急激に増大し、補助弁体４７は一気に上昇して補助弁口ｈを閉鎖し気体の通過を遮断する。そして、送気終了後、送気元を大気開放操作して管路内の気体圧力を抜くと、弁箱１内も大気圧となり、補助弁体４７の前後の圧力差は解除されるので、補助弁体４７は自重によって落下し、補助弁口ｈが開口して、当初の状態に復帰する。
このように本実施例のものは、送液中の混入気体を自動的に排気するという機能も付加されることによって、更なる作動安定化とコンパクト化が容易に達成できるという格別の利点がある。なお、本弁装置の設置される管路条件が安定している場合には、この補助弁の機能によって既述の副弁の機能も兼ねさせて副弁を省略することも可能である。その他の構成及び作動態様は第１実施例と同様なので詳説は省略する。
第１６図は、本発明の第１６実施例を示したものであり、第１５実施例のもののフロート１２、副フロート２２、補助弁体４７を球状にしたり、出口流路ｆ１をフロート室内に収納するなどして更にコンパクトにしたものである。又、そのフロート１２と副フロート２２の縦並び配列を、横並び配列に置き換えたものが、第１７図の第１７実施例である。その他の構成及び作動態様はいずれも第１５実施例と同様なので詳説は省略する。
第１８図は、本発明の弁装置を組み込んだ新規な管路システムの一実施例として、畑地かんがいに適用した一例を示したものである。その具体的な仕組みの内で、第１９図に例示した従来技術の管路システムと共通の部分は、送水ポンプ５１等からなる送水ユニット、貯液タンク５２や混入器５３等からなる薬液混入ユニット、コンプレッサー５６や圧力タンク５７等からなる送気ユニット、開閉弁５４；５８や逆止弁５５；５９等からなる送液・送気切り替えユニット、及び管路７１の各端末の散布器Ｂである。一方、本発明においては、管路７１の送気ユニット近辺の箇所に大気開放用の開閉弁６０が付設され、そして、各散布器Ｂの入口側には従来技術の液開気閉弁Ａに代えて本発明の弁装置Ａ’が介設されている点で、従来技術のものと異なる。
本発明の管路システムにおいては、送液・送気の供給元に集中的に配備された、送液・送気切り替え用の開閉弁５４；５８及び大気開放用の開閉弁６０を操作・制御することによって、管路７１の各端末の弁装置Ａ’が自動的に応動するので、送液散布→残留液の完全散布→原状復帰に至る一連の運転が、供給元での操作・制御のみで行なえる。なお、送水ユニット、薬液混入ユニット、送気ユニット等についても当然に操作・制御の対象に含まれるが、その方法は周知であるから詳説は省略する。
本発明の管路システムの操作手順について、第１５実施例の弁装置を散布器Ｂの入口側に装着し、畑地かんがいにおいて薬液を散布する場合を例にとって説明すると、（括弧内に第１５実施例の弁装置の場合の作動状況を示す。なお、その内の弁口ｃと副弁口ｅの状況のみに着目すれば、それはすなわち第１実施例などの弁装置の場合の作動状況を示していることとなる。）
当初状態（弁口ｃは閉鎖、副弁口ｅは開口、補助弁口ｈは開口。）
→送液散布（副弁口ｅより排気して通液。通液後は弁口ｃは開口、副弁口ｅは閉鎖、補助弁口ｈは開口。）
→送液停止（残留液により弁口ｃは開口、副弁口ｅは閉鎖、補助弁口ｈは開口）
→送気により残留液の完全散布（弁口ｃより排液。排液後は弁口ｃは閉鎖、副弁口ｅは閉鎖、補助弁口ｈは閉鎖。）
→送気停止（弁口ｃは閉鎖、副弁口ｅは閉鎖、補助弁口ｈは閉鎖。）
→大気開放弁の開放（弁口ｃは閉鎖、副弁口ｅは開口、補助弁口ｈは開口。）
→大気開放弁の閉止（弁口ｃは閉鎖、副弁口ｅは開口、補助弁口ｈは開口、すなわち当初状態に復帰。）
となる。
水を散布する場合もこれと同じ手順を繰り返せばよい。そうすることによって、薬液の無駄が防止できるのみならず、水と薬液とを明確に仕分けて散布できるので、水や薬液の管路内残留分が混じることによる悪影響（双方が混じって効果が薄れたり、一方が他方を洗い流してしまう等）を防止することもでき、極めて有用である。なお、上記操作手順は一例であって、この手順に限定する必要はないことは言うまでもない。
管路端末の弁装置Ａ’においては、一連の作動は全て自動的に行われるので、運転者は送液・送気の供給元において運転操作をすれば事足りる。即ち、管路端末の弁装置Ａ’や散布器Ｂについては、直接操作も遠隔操作も一切不要であり、従って、そのための制御管路や制御配線も一切不要であり、容易且つ経済的に集中制御ができる極めて便利な管路システムである。
各開閉弁５４；５８；６０は、手動操作の代わりにアクチュエーター等を付設して自動化することができる。更に、送液・送気等の操作手順を、タイマー制御やシークエンス制御を行なう制御装置６１によって自動制御させ、全行程を完全自動化することもできる。
なお、使用条件に応じて管路の途中に流量や圧力の自動調整弁、排気弁、安全弁、逆止弁、ストレーナー、各種計器や制御機器を介設してもよい。又、送水ユニットや送気ユニット等の動力として、エンジンを用いたり、自動車やトラクター等の車両の動力に接続したり、それらのユニット全体を車両に積載して移動可能にしたりすることによって、電源のない場所での運転操作を行うこともできる。
次に、各実施例に共通の技術事項について説明する。
各フロート１２；２２については、その種類は従来公知の中空のものでも中実のものでもよく、又、これらフロートの形状、大きさ、材質等は適宜に設計してよい。又、各図には、これらフロートと弁体を一体としたり、直結して連動させる構造を例示したが、この他にも、アームを介して連結するなどしてもよいことは勿論である。又、入口流路ａから流入してくる液体や気体の動圧によってこれらフロート等の可動部の作動が不正確になることを防止するために、これらフロートを流体抵抗の少ない形状にしたり、入口流路ａから各フロート室ｂ；ｄにかけて適宜にガイド流路、デフレクター等を設けてもよい。又、各流路中には、適宜にストレーナーを介設してもよいし、送液停止時のサイフォン現象による液の抜け落ちを防止する機構や各種調整弁を介設してもよい。
各弁体１３；２３；４７については、各図にはリフト弁形式のものを例示したが、その他の形式の開閉弁（例えば、バタフライ弁、ゲート弁、ボール弁等）を適用することも可能であり、その場合には適宜にフロートとのリンク機構を介在させるなどすればよい。又、使用条件によっては、これら弁体のチャタリング、ハンチング、ウォーターハンマー等を更に確実に防止するために、別途制動手段（ダンパー）を付設してもよいし、キャビテーション等の防止も兼ねて、これら弁体や対応する弁座に櫛歯状、鋸歯状突起や整流格子を設けたり、それらの当接面の形状をコーン状や曲面状にしたりする等の従来技術を援用してもよい。
絞り手段３１；付勢手段４３に使用される付勢部材については、同じ作用をするものであればその形式は問わず、圧縮ばねや引張りばねのほか、他の形式のばねや弾性部材を用いてもよいし、重錘にリンクしてもよい。その取付け位置も図示の位置に限る必要はない。
受圧板４１のシール部分や各弁口ｃ；ｅ；ｈの閉鎖部分などの密封性を要する箇所に装着されるシール部材については、使用条件に応じて適宜にＯリング、パッキン、シールリング、ダイヤフラム、ベローズ等を適用したり、その他の弾性部材を装着したりしてよく、又、直接接触により良好な密封性を保持できる場合は、該シール部材を省略してもよい。
本発明の弁装置は、管路途中に設置してもよいし、管路端末に設置して放流用として用いてもよいし、散布器と一体的に形成してもよい。又、散布器としてスプリンクラー、有孔パイプ、ノズル等を付設してよく、中でも、広範囲にわたって均一な散布を行う場合には、射出方向を自動的に変化させる自動スプリンクラー装置を付設したり、射出方向の異なるスプリンクラー装置を複数付設したり、射出位置を自動的に移動させる装置（自動昇降スプリンクラー装置等）を付設するなどしてもよい。
前記の各実施例においては、各フロートや弁体が液面レベルや圧力等、流路内の状態を機械的に感知し、機械的に作動しているわけであるが、これらの感知や作動を電気信号を介して行う（電気的センサーによって感知し各弁を電気的に駆動するなど）ことも当然考えられる。又、本発明の弁装置及び管路システムの各構成要素の材質、製作方法（一体成形、分割成形、鋳造、切削等）、組合せ、配列関係、取付け位置等については、図示例のほかにも、本発明の趣旨の範囲内で種々設計変更が可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。なお、本発明の実施用途については、畑地かんがいを典型的な適用例として説明したが、工業用、家庭用その他の分野にも適用可能なものであり、本発明の実施用途を前記の適用例に限定するものではない。
産業上の利用可能性
本発明はこのように、簡潔で合理的な構造によって、設計・製作・維持管理が容易且つコンパクトで、コストが低廉であり、液体を通した後に気体を通そうとすると管路を遮断するという開閉制御を自動的に且つ確実に行うと共に、弁閉鎖時の密閉性が良く、作動が安定していて弁閉鎖直前や開き始めの瞬間にチャタリング、ハンチング、ウォーターハンマー等が起こりにくい弁装置を得たものである。又、送液開始時や送液中には管路内残留気体を自動的に排気して、運転操作の全行程にわたる完全自動化もできるものである。更には、この弁装置を使用して、容易且つ経済的に自動制御できる管路システムを得たものである。従って、本発明は顕著な実施効果を上げるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の弁装置の第１実施例の縦断面図である。
第２図は、本発明の弁装置の第２実施例の縦断面図である。
第３図は、本発明の弁装置の第３実施例の縦断面図である。
第４図は、本発明の弁装置の第４実施例の縦断面図である。
第５図は、本発明の弁装置の第５実施例の縦断面図である。
第６図は、本発明の弁装置の第６実施例の縦断面図である。
第７図は、本発明の弁装置の第７実施例の縦断面図である。
第８図は、本発明の弁装置の第８実施例の縦断面図である。
第９図は、本発明の弁装置の第９実施例の縦断面図である。
第１０図は、本発明の弁装置の第１０実施例の縦断面図である。
第１１図は、本発明の弁装置の第１１実施例の縦断面図である。
第１２図は、本発明の弁装置の第１２実施例の縦断面図である。
第１３図は、本発明の弁装置の第１３実施例の縦断面図である。
第１４図は、本発明の弁装置の第１４実施例の縦断面図である。
第１５図は、本発明の弁装置の第１５実施例の縦断面図である。
第１６図は、本発明の弁装置の第１６実施例の縦断面図である。
第１７図は、本発明の弁装置の第１７実施例の縦断面図である。
第１８図は、本発明の管路システムの実施例の説明図である。
第１９図は、従来技術の空気圧利用方式による管路システムの一例を示した説明図である。
第２０図は、従来技術の液開気閉弁の一例を示した縦断面図である。

Claims (10)

1. 弁箱の入口流路と出口流路との間に設けられた弁口よりも入口側にフロートが昇降自在に設けられ、該フロートと連動する弁体が、該フロートが上昇した時に該弁口を開口し、該フロートが下降した時に該弁口を閉鎖するよう構成された弁と、所定値以上の該入口流路内圧力による作用力が付加された時に閉鎖し、その付加が解除された時に開口して該入口流路を該出口流路又は流路系外と連通させるよう構成された副弁とを備えたことを特徴とする弁装置。
2. 前記副弁について、その副弁口よりも入口側に副フロートが昇降自在に設けられ、副弁体が該副フロートと連動して、該副フロートが上昇した時に該副弁口を閉鎖するよう構成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の弁装置。
3. 前記弁と前記副弁とが一体的に形成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の弁装置。
4. 前記弁に対する流体の圧力作用方向の逆方向に該流体の圧力を受け止めて、その弁体に係わる該流体の作用圧力の少なくとも一部を相殺するバランス手段を備えたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の弁装置。
5. 前記弁の入口流路と出口流路との間に補助弁が介設され、該補助弁は、その前後の圧力差が所定値を上回る時に閉鎖し、該圧力差が解除された時に開口するよう構成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の弁装置。
6. 流体通過流路に絞り手段が介設されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の弁装置。
7. 出口側に液体を散布する機構が付設されたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の弁装置。
8. 液体が管路を経由して少なくとも１つの端末機器に向けて給送された後に、該管路内に気体が圧入されることによって、該管路内の残留液が排除される管路システムにおいて、該端末機器の入口側に、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の弁装置が介設されたことを特徴とする管路システム。
9. 前記管路中に大気開放用の開閉弁が付設されたことを特徴とする、請求の範囲第８項に記載の管路システム。
10. 液体の給送開始及び停止、気体の圧入開始及び停止を経て、液体の給送開始前の状態への復帰に至る運転操作の内の少なくとも１つが自動的に制御されることを特徴とする、請求の範囲第８項又は第９項に記載の管路システム。

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