(57)【要約】      （修正有）【課題】保守および点検作業が容易であって、かつ揚水始動時間を短くすることが可能な揚水システムを提供する。【解決手段】水システム１０００は、液体Ｌを貯留する貯液槽１０、ポンプ２０、吸液管５０、吐出管６０およびバルブ１００を備えている。吸液管５０は、貯液槽１０とポンプ２０とを接続し、吐出管６０は、ポンプ２０から吐出される液体を流通させ、ポンプ２０は地上に設置され、吸液管５０および吐出管６０を通じて液体を揚送する。バルブ１００は、一次側ＵＰが貯液槽１０の内部と連通し、二次側ＤＷがポンプ２０と連通し、吸液管５０を開放可能に遮断する。バルブ１００は、吸液管５０の地上部分５３に設ける。吸液管５０の一次側ＵＰは液体で満たされており、かつ負圧である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する貯液槽と、地上に設置されて前記液体を揚送するポンプと、前記貯液槽と前記ポンプとを接続する吸液管と、前記ポンプから吐出される前記液体を流通させる吐出管と、一次側が前記貯液槽の内部と連通し二次側が前記ポンプと連通し前記吸液管を開放可能に遮断するバルブと、を備え、
前記バルブが前記吸液管の地上部分に設けられているとともに、前記吸液管の前記一次側が前記液体で満たされ、かつ負圧であり、
前記ポンプが停止した状態で、前記吸液管の前記一次側および前記二次側が前記液体で満たされ、かつ前記一次側が前記二次側よりも絶対値の大きな負圧であり、
前記バルブから前記ポンプまでの前記吸液管の前記地上部分が前記ポンプに向かって上り傾斜していることを特徴とする揚水システム。
【請求項２】
前記バルブが、前記一次側から前記二次側に向かって一方的に前記液体を流通させる逆止弁である請求項１に記載の揚水システム。
【請求項３】
前記逆止弁は、前記液体を流通させる開口を備える弁座と、前記開口に対して接近または離間する方向に直線的に往復動して前記開口を開閉自在に閉止する弁体と、前記弁体を前記弁座に向けて付勢する弾性体と、を備え、
前記吐出管には、前記ポンプから吐出された前記液体を吐出方向に一方的に流通させる第二逆止弁が設けられており、
前記ポンプの揚送動作が停止したとき、前記逆止弁の前記弁体は、前記第二逆止弁が閉止した後であってかつ前記第二逆止弁が閉止したことによって生じる前記液体の逆流が前記ポンプを介して前記逆止弁に至るよりも前に前記開口を閉止する請求項２に記載の揚水システム。
【請求項４】
前記第二逆止弁が、前記液体を流通させる開口を備える弁座と、前記開口に対して接離方向に直線的に往復動して前記開口を開閉自在に閉止する弁体と、前記弁体を前記弁座に向けて付勢する弾性体と、を備え、
前記第二逆止弁の前記弁体が前記開口を閉止する押さえ力が、前記逆止弁の前記弁体が前記開口を閉止する押さえ力よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の揚水システム。
【請求項５】
前記逆止弁および前記第二逆止弁には、前記開口を液密に封止するパッキンが前記弁座と前記弁体との間にそれぞれ介装されているとともに、
前記逆止弁の前記パッキンは、前記第二逆止弁の前記パッキンよりも軟質の材料からなることを特徴とする請求項４に記載の揚水システム。
【請求項６】
前記逆止弁は、前記弁体の前記往復動を案内する開口側ガイドを備え、
前記開口側ガイドは、前記弁座または前記弁体の一方に設けられて前記弁座または前記弁体の他方に向かって突出しており、かつ
前記開口側ガイドと前記他方との径方向のクリアランスは、前記弁体が前記開口を閉止した状態から、前記弁体が前記開口から離間していくにしたがって漸増するように構成されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の揚水システム。
【請求項７】
前記開口側ガイドは、突出方向の先端側に向かって幅寸法が小さくなるテーパー形状である請求項６に記載の揚水システム。
【請求項８】
前記逆止弁の前記弁座から前記ポンプまでの流路体積（Ｖ１）が、前記逆止弁の前記弁座から前記貯液槽までの流路体積（Ｖ２）よりも大きい請求項３から７のいずれか一項に記載の揚水システム。
【請求項９】
前記逆止弁が前記弁体を収容する弁箱を備え、前記弁箱には前記弁体の一次側に減圧口が開口形成されていることを特徴とする請求項３から８のいずれか一項に記載の揚水システム。
【請求項１０】
前記ポンプがインバーターポンプであり、前記減圧口に真空ポンプが接続されていることを特徴とする請求項９に記載の揚水システム。
【請求項１１】
前記貯液槽の内部に位置する前記吸液管の下端部が上方開口していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の揚水システム。
【請求項１２】
前記吸液管の前記下端部が、前記吸液管の管端と、前記管端に一体に連結されて前記管端を収容する保水部と、を備え、前記管端が下方開口し前記保水部が上方開口していることにより前記吸液管の前記下端部が上方開口していることを特徴とする請求項１１に記載の揚水システム。
【請求項１３】
前記バルブの二次側の端面にフランジ部が形成されており、前記フランジ部の法線方向が斜め上方に傾斜している請求項１から１０のいずれか一項に記載の揚水システム。
【請求項１４】
前記逆止弁は、前記弁体の往復動の方向と軸流方向とが交差するアングル弁であって、かつ前記弁体を収容する弁箱から前記弁体が取り出し可能に構成されている請求項３から１０のいずれか一項に記載の揚水システム。
【請求項１５】
前記逆止弁は、前記弁体の往復動の方向と軸流方向とが平行なストレート弁であって、
前記一次側よりも前記二次側の位置が高くなるように前記逆止弁を斜めに保持する設置台をさらに備える請求項１から１０のいずれか一項に記載の揚水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯液槽に貯留された液体をポンプで揚送する揚水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術に関し、特許文献１には、吸水管の下端に設けられたフート弁と、ポンプの上方に設置されてポンプに呼水を供給する呼水槽とを備える消火ポンプのシステムが記載されている。特許文献２には、フート弁の構造が記載されている。フート弁は、異物除去用のストレーナが吸込側に設けられ、弁箱の内部には弁座およびヒンジ揺動する弁体が設置された逆止弁である。弁体は弁座に対して吐出側にのみ一方的に揺動して弁が開く。弁体にはレバーおよびワイヤロープが接続されており、フート弁の保守および点検時には、地上からこのワイヤロープを牽引することで、弁を強制的に開いて落水させることができる。
【０００３】
特許文献３には、小型船舶の船上に揚水ポンプを設置して海水を船内に汲み上げる揚水システムが記載されている。吸水管には玉形弁（グローブバルブ）などの開閉弁と吸気ポンプが設けられている。吸気ポンプを用いて吸水管に海水を汲み上げ、大気圧を超える正圧で海水を吸水管に満たすことで揚水ポンプの呼び水としている。特許文献３には、吸水管の末端にフート弁を任意で設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６１５８号公報
【特許文献２】特開平１１−１６６６４４号公報
【特許文献３】特開２００４−２７８４７０号公報
【発明の概要】
【０００５】
特許文献１および特許文献２のフート弁は貯水槽に浸漬されているため、錆が発生して弁の開閉動作が損なわれる虞がある。弁の開閉動作が不良になると、ポンプの停止中に吸水管から落水してしまうため、ポンプの作動時に焼き付きが発生して問題となる。このためフート弁は定期的な保守および点検作業が必要である。しかしながら、揚送システムによっては貯水槽の深さが数メートルに達するため、フート弁の保守および点検作業は容易でない。フート弁を吸水管ごと地上まで引き上げることは配管の分解を伴うためきわめて困難であり、貯水槽の内部をフート弁まで人間が潜水していって作業することも労苦を伴う。また、貯水槽に浸漬されたフート弁の弁体には地上の配管内に残留する水の質量が負荷されているため、フート弁のレバーを操作して弁体を強制的に開く作業は困難を伴う。
【０００６】
一方、特許文献３の洋上の揚水システムにおいても、吸水管に対して吸気ポンプで正圧に呼び水をするため、吸水管の末端にフート弁を設けた場合には特許文献１や特許文献２と同様の問題が生じる。吸水管の末端にフート弁を設けない場合、揚水ポンプを停止すると、吸水管の内部は正圧に呼び水された状態から落水状態に転じる。このため、揚水ポンプを迅速に再運転することが困難である。
【０００７】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、保守および点検作業が容易であって、かつ揚水始動時間を短くすることが可能な揚水システムを提供するものである。
【０００８】
本発明によれば、液体を貯留する貯液槽と、地上に設置されて上記液体を揚送するポンプと、上記貯液槽と上記ポンプとを接続する吸液管と、上記ポンプから吐出される上記液体を流通させる吐出管と、一次側が上記貯液槽の内部と連通し二次側が上記ポンプと連通し上記吸液管を開放可能に遮断するバルブと、を備え、上記バルブが上記吸液管の地上部分に設けられているとともに、上記吸液管の上記一次側が上記液体で満たされ、かつ負圧であり、上記ポンプが停止した状態で、上記吸液管の上記一次側および上記二次側が上記液体で満たされ、かつ上記一次側が上記二次側よりも絶対値の大きな負圧であり、上記バルブから上記ポンプまでの上記吸液管の上記地上部分が上記ポンプに向かって上り傾斜していることを特徴とする揚水システムが提供される。
【０００９】
本発明においては、上記バルブが、一次側から二次側に向かって一方的に上記液体を流通させる逆止弁であってもよい。
【００１０】
本発明においては、上記逆止弁が、上記液体を流通させる開口を備える弁座と、上記開口に対して接近または離間する方向に直線的に往復動して上記開口を開閉自在に閉止する弁体と、上記弁体を上記弁座に向けて付勢する弾性体と、を備え、上記吐出管には、上記ポンプから吐出された上記液体を吐出方向に一方的に流通させる第二逆止弁が設けられており、上記ポンプの揚送動作が停止したとき、上記逆止弁の上記弁体は、上記第二逆止弁が閉止した後であってかつ上記第二逆止弁が閉止したことによって生じる上記液体の逆流が上記ポンプを介して上記逆止弁に至るよりも前に上記開口を閉止することとしてもよい。
上記第二逆止弁が、上記液体を流通させる開口を備える弁座と、上記開口に対して接離方向に直線的に往復動して上記開口を開閉自在に閉止する弁体と、上記弁体を上記弁座に向けて付勢する弾性体と、を備え、上記第二逆止弁の上記弁体が上記開口を閉止する押さえ力が、上記逆止弁の上記弁体が上記開口を閉止する押さえ力よりも大きくてもよい。
上記逆止弁および上記第二逆止弁には、上記開口を液密に封止するパッキンが上記弁座と上記弁体との間にそれぞれ介装されているとともに、上記逆止弁の上記パッキンは、上記第二逆止弁の上記パッキンよりも軟質の材料からなってもよい。
上記逆止弁は、上記弁体の上記往復動を案内する開口側ガイドを備え、上記開口側ガイドは、上記弁座または上記弁体の一方に設けられて上記弁座または上記弁体の他方に向かって突出しており、かつ上記開口側ガイドと上記他方との径方向のクリアランスは、上記弁体が上記開口を閉止した状態から、上記弁体が上記開口から離間していくにしたがって漸増するように構成されていてもよい。
上記開口側ガイドは、突出方向の先端側に向かって幅寸法が小さくなるテーパー形状であってもよい。
上記逆止弁の上記弁座から上記ポンプまでの流路体積（Ｖ１）が、上記逆止弁の上記弁座から上記貯液槽までの流路体積（Ｖ２）よりも大きくてもよい。
上記逆止弁が上記弁体を収容する弁箱を備え、上記弁箱には上記弁体の一次側に減圧口が開口形成されていてもよい。
上記ポンプがインバーターポンプであり、上記減圧口に真空ポンプが接続されていてもよい。
上記貯液槽の内部に位置する上記吸液管の下端部が上方開口していてもよい。
上記吸液管の上記下端部が、上記吸液管の管端と、上記管端に一体に連結されて上記管端を収容する保水部と、を備え、上記管端が下方開口し上記保水部が上方開口していることにより上記吸液管の上記下端部が上方開口していてもよい。
上記バルブの二次側の端面にフランジ部が形成されており、上記フランジ部の法線方向が斜め上方に傾斜していてもよい。
上記逆止弁は、上記弁体の往復動の方向と軸流方向とが交差するアングル弁であって、かつ上記弁体を収容する弁箱から上記弁体が取り出し可能に構成されていてもよい。
上記逆止弁は、上記弁体の往復動の方向と軸流方向とが平行なストレート弁であって、上記一次側よりも上記二次側の位置が高くなるように上記逆止弁を斜めに保持する設置台をさらに備えてもよい。
【００１１】
本発明の揚水システムによれば、ポンプの吸液管の地上部分にバルブが設けられているため、その保守および点検作業が容易である。また、吸液管の一次側が液体で満たされ、かつ負圧であるため、ポンプの作動までの減圧幅を軽減することができる。このため、ポンプの揚水始動時間を短くすることができ、省エネルギーに資するとともに、揚水システム全体の負荷を軽減してその耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態の揚水システムの全体構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）は第一実施形態の逆止弁の閉止状態を示す縦断面図である。図２（ｂ）は第一実施形態の逆止弁の開放状態を示す縦断面図である。
【図３】第二逆止弁の縦断面図である。
【図４】図４（ａ）は第二実施形態の逆止弁の閉止状態を示す縦断面図である。図４（ｂ）は第二実施形態の逆止弁の開放状態を示す縦断面図である。
【図５】図５（ａ）は第三実施形態の逆止弁の閉止状態を示す縦断面図である。図５（ｂ）は第三実施形態の逆止弁の開放状態を示す縦断面図である。
【図６】第四実施形態の揚水システムの全体構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）は吸液管の下端部の第一例を示す断面模式図である。図７（ｂ）は吸液管の下端部の第二例を示す断面模式図である。
【図８】第五実施形態の揚水システムの全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。本発明の揚水システムの逆止弁や配管等の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。
【００１５】
＜第一実施形態＞
はじめに、本実施形態の揚水システム１０００の概要について説明する。
図１に示す第一実施形態の揚水システム１０００は、液体Ｌを貯留する貯液槽１０、ポンプ２０、吸液管５０、吐出管６０およびバルブ１００を備えている。
吸液管５０は、貯液槽１０とポンプ２０とを接続している配管である。吐出管６０は、ポンプ２０から吐出される液体Ｌを流通させる配管である。ポンプ２０は地上に設置されて、吸液管５０および吐出管６０を通じて液体Ｌを揚送する。
バルブ１００は、一次側ＵＰが貯液槽１０の内部と連通し、二次側ＤＷがポンプ２０と連通し、吸液管５０を開放可能に遮断する。バルブ１００は、吸液管５０の地上部分５３に設けられている。吸液管５０の一次側ＵＰは液体Ｌで満たされており、かつ負圧である。
【００１６】
ここで、吸液管５０の一次側ＵＰが液体Ｌで満たされているとは、吸液管５０の下端からバルブ１００の弁体１２０（図２（ａ）、図２（ｂ）を参照）までの流路が実質的に液体Ｌで満たされていることをいう。吸液管５０の一次側ＵＰが負圧であるとは、ポンプ２０の運転中および停止時に、吸液管５０の下端からバルブ１００の弁体１２０までの流路にある液体Ｌの静圧が雰囲気圧（大気圧）よりも低いことをいう。
【００１７】
上記の特許文献１および特許文献２においては、ポンプの停止時に地上の配管内の水の質量がフート弁に負荷され、吸液管の内部の水には正の圧力が掛かっている。特許文献３の揚水システムでは、吸液管の内部を正圧に呼び水するため、吸液管が水で満たされた状態では、その吸液管の一次側の水には正の圧力が掛かっている。これに対し、本実施形態の揚水システム１０００では、ポンプ２０の作動中はもちろんのこと、その停止時においても吸液管５０の一次側ＵＰの液体Ｌは負圧である。このため、ポンプ２０の作動までの減圧幅が軽減され、低負荷かつ省エネルギーで揚水システム１０００を運転することができる。
【００１８】
ここで、バルブ１００の一次側ＵＰが貯液槽１０の内部と連通しているとは、吸液管５０の下端が貯液槽１０の内部にあることを意味する。貯液槽１０に十分な量の液体Ｌが貯留されている場合は、吸液管５０の下端は液体Ｌに浸漬され、吸液管５０は液面ＦＬよりも低位の水中部分５１をもつこととなる。本実施形態の水中部分５１の下端には、止水機能をもつ逆止弁（フート弁）が設けられていないが、任意で水中部分５１の下端にフート弁（水中フート弁）を設けてもよい。このほか、水中部分５１の下端には、籠状などで止水機能を持たない異物除去用のストレーナ（図示せず）が設けられていてもよい。バルブ１００は、複数段のバルブを直列または並列に連設したものでもよい。この場合、少なくとも一のバルブが液面ＦＬよりも上方に設けられている。
【００１９】
次に、本実施形態の揚水システム１０００を詳細に説明する。揚水システム１０００は、上下水道の給水、消火用やバラスト用の水の供給、冷却液の供給など種々の用途に用いられる。液体Ｌは水のほか用途に応じて選択することができる。
【００２０】
ポンプ２０にはモーターなどの駆動部２２が接続されている。ポンプ２０は陸上ポンプであり、自吸式でも非自吸式でもよい。本実施形態では非自吸式の渦巻ポンプを例示する。呼水槽２４がポンプ２０よりも高位に設置されている。開閉弁２６を開くことで呼水がポンプ２０に供給される。
【００２１】
吸液管５０は、大別して水中部分５１、水上部分５２および地上部分５３を含む。水中部分５１は液体Ｌの液面ＦＬよりも下方に浸漬された長さ領域である。水上部分５２は、液体Ｌの液面ＦＬからバルブ１００の一次側ＵＰまでの長さ領域である。バルブ１００が液面ＦＬの近傍に設置されている場合は、水上部分５２の長さは実質的にゼロとなる。地上部分５３は、バルブ１００の二次側ＤＷからポンプ２０の吸込側ＳＳまでの長さ領域である。地上部分５３は、地面の上方、表面、地中に存在している領域と、バルブ１００の二次側ＤＷにあって貯液槽１０の液面ＦＬの上方に存在している領域と、を含む。ここで、バルブ１００が地上部分５３に設けられているとは、バルブ１００の少なくとも一部が液面ＦＬの上方にあり、吸液管５０の地上部分５３の端部または中間部にバルブ１００が接続されていることをいう。
【００２２】
本実施形態の揚水システム１０００においては、ポンプ２０が停止した状態で、吸液管５０の一次側ＵＰおよび二次側ＤＷが液体Ｌで満たされ、かつ一次側ＵＰと二次側ＤＷは、ともに負圧である。一次側ＵＰは、二次側ＤＷよりも絶対値の大きな負圧である。
【００２３】
吸液管５０に呼び水をした状態でポンプ２０を作動させると、ポンプ２０は吸液管５０の内部の液体Ｌを吸引し、吸液管５０の一次側ＵＰおよび二次側ＤＷは負圧となる。ポンプ２０が所定の作動圧（負圧）に達すると液体Ｌは貯液槽１０から吸い上げられ、吐出管６０を通じて所望の用途に供給される。その状態から、ポンプ２０を停止するのと実質的に同時にバルブ１００を閉止して吸液管５０の落水を防止する。この状態で、吸液管５０の水上部分５２および地上部分５３に存在する液体Ｌの静圧は負圧である。
【００２４】
本実施形態のバルブ１００は、吸液管５０の一次側ＵＰから二次側ＤＷに向かって一方的に液体Ｌを流通させる逆止弁である。このため、吸液管５０の水上部分５２から落水することなく、水上部分５２および地上部分５３は負圧が維持される。
【００２５】
バルブ１００が閉止された状態で、停止したポンプ２０の吸込側ＳＳはリークして雰囲気圧（大気圧）に近づく。一方、閉止されたバルブ１００の一次側ＵＰにあたる水上部分５２はポンプ２０の停止時の負圧が維持される。このため、上述のように、ポンプ２０が停止した状態で、吸液管５０の一次側ＵＰは、二次側ＤＷよりも絶対値の大きな負圧となる。この状態からポンプ２０を再運転すると、ポンプ２０が地上部分５３の液体Ｌを吸引し、これが上記所定の作動圧（負圧）に達すると、液体Ｌは再び流れ方向Ｆに流動する。
【００２６】
本実施形態では、鉛直方向に延在する水上部分５２と、略水平方向に延在する地上部分５３とが交差する部分に、バルブ１００として、いわゆるアングル弁の逆止弁を配置することを例示する。すなわち、本実施形態のバルブ１００（逆止弁）は、弁体１２０の往復動の方向（図２各図における上下方向）と軸流方向ＡＦとが交差するアングル弁である。軸流方向ＡＦとは、一次側ＵＰから二次側ＤＷに至る液体Ｌの流れ方向Ｆの平均である。具体的には、図２（ｂ）に示すように、弁体１２０を挟んで一次側ＵＰと二次側ＤＷとを略直交して結ぶ湾曲方向である。図２（ａ）、図２（ｂ）はバルブ１００を軸流方向ＡＦに沿って切った断面（縦断面）である。
【００２７】
吐出管６０（図１を参照）の延在方向は任意である。本実施形態では、吐出管６０が鉛直上方に延在する形態を例示する。第二逆止弁２００は、図３の縦断面図に示すように下方が一次側ＵＰ、上方が二次側ＤＷであって、上下方向に往復動する弁体２２０の動作方向と軸流方向とが一致するストレート弁である。
【００２８】
ポンプ２０の吸込側ＳＳに接続された吸液管５０には、液体Ｌの流路中にバルブ１００として逆止弁（以下、第一逆止弁１００という場合がある）が配置されている。ポンプ２０の吐出側ＤＳに接続された吐出管６０には、ポンプ２０の吐出された液体Ｌを吐出方向に一方的に流通させる第二逆止弁２００が設けられている。第二逆止弁２００のさらに二次側（図１における上方）には開閉弁２８０が設置されている。
【００２９】
本実施形態の第一逆止弁１００および第二逆止弁２００は、いずれも弾性体を内蔵したリフト式逆止弁である。
【００３０】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、第一逆止弁１００は、液体Ｌを流通させる開口１１２を備える弁座１１０と、開口１１２に対して接近または離間する方向に直線的に往復動して開口１１２を開閉自在に閉止する弁体１２０と、この弁体１２０を弁座１１０に向けて付勢する弾性体１３０と、を備えている。
【００３１】
第一逆止弁１００の二次側ＤＷには、一次側ＵＰの流入口１１６と略直交して、流出口１３２が形成されている。弁座１１０、弁体１２０および弾性体１３０は弁箱１６０の内部に収容されている。弁体１２０は、ガイド軸１２２の下端、すなわち開口１１２からみたガイド軸１２２の近位端に一体に設けられている。弁箱１６０の内部には支持部１２４が着脱可能に設けられている。支持部１２４はガイド軸１２２を摺動可能に保持する。ガイド軸１２２の摺動方向は、流入口１１６および開口１１２の法線方向である。
【００３２】
ガイド軸１２２の周囲には弾性体１３０が装着されている。本実施形態の弾性体１３０は螺旋バネである。弾性体１３０は弁体１２０と支持部１２４との間に設けられている。弁体１２０が弁座１１０と当接して開口１１２を水密に閉止している状態（閉止状態）で、弾性体１３０は自然長よりも圧縮されており、弁体１２０を弁座１１０に付勢している。閉止状態における弾性体１３０の付勢力は、弁体１２０およびガイド軸１２２の自重の合計よりも大きい。弾性体１３０の付勢力と、弁体１２０およびガイド軸１２２の自重の合計と、の差分をバルブ１００の閉止力と呼称する。ここで、ポンプ２０の停止状態において、吸液管５０の一次側ＵＰは二次側ＤＷよりも強い負圧であるため、バルブ１００の閉止力が小さくとも、弁体１２０は閉止状態を維持することができる。これにより、第一逆止弁１００の設置方向と重力方向との関係によらず、弁体１２０は閉止状態で二次側ＤＷの水を止水することが可能である。便宜上、本実施形態では一次側ＵＰを図１および図２各図の下方に図示しているが、図の上下方向と重力方向とは必ずしも一致しない。
【００３３】
第一逆止弁１００には、開口１１２を液密に封止するパッキン１４０が、弁座１１０と弁体１２０との間に介装されている。パッキン１４０には、ゴムなどの軟質樹脂材料からなるＯリングを用いることができる。
【００３４】
アングル弁である第一逆止弁１００における弁箱１６０のコーナー部には、弁箱１６０より取り外し可能な開閉蓋１６２が設けられている。開閉蓋１６２は、ガイド軸１２２の延在方向、具体的にはガイド軸１２２の軸線方向のうち開口１１２から離間した側に設けられている。開閉蓋１６２の内面側にはリング状のホルダ１６４が固着されている。ホルダ１６４は、ガイド軸１２２の上端部、言い換えると開口１１２からみたガイド軸１２２の遠位端部を摺動自在に保持する。
【００３５】
第一逆止弁１００は、弁体１２０の往復動を案内する開口側ガイド１５０を備えている。開口側ガイド１５０は、弁座１１０または弁体１２０の一方（本実施形態では弁体１２０）に設けられて、これらの他方（同、弁座１１０）に向かって突出している。開口側ガイド１５０は、複数本の突爪部１５２で構成されている。複数本の突爪部１５２は、弁体１２０の外周縁に沿って、互いに離間して環上に配置されている。
【００３６】
複数本の突爪部１５２の外側の主面１５３を包絡する円周面は、開口１１２の周壁１１４よりも僅かに小さい。第一逆止弁１００における開口側ガイド１５０と、弁座１１０または弁体１２０の上記他方（同、弁座１１０）との径方向のクリアランスは、弁体１２０が開口１１２を閉止した状態（図２（ａ）を参照）から、弁体１２０が開口１１２から離間していくにしたがって漸増するように構成されている。具体的には、開口側ガイド１５０を構成する突爪部１５２の肉厚すなわち開口１１２の径方向寸法が、突出する先端側に向かって漸減している。漸増とは、複数段階で、または連続的に大きくなることをいう。
【００３７】
弁体１２０が弁座１１０に近接または当接している状態で、突爪部１５２は開口１１２に挿入されて周壁１１４と接する。このため、弁体１２０およびガイド軸１２２は、少なくとも閉止状態またはそれに近い状態において、開口側ガイド１５０（突爪部１５２）および支持部１２４により二点支持されている。ここで、二点支持とは弁体１２０およびガイド軸１２２が、往復動方向の異なる二箇所または三箇所以上で保持されている状態をいう。
【００３８】
図２（ａ）に矢印で示すように弁体１２０が弁座１１０から押し上げられると、弾性体１３０が圧縮される。図２（ｂ）は、弾性体１３０が弾性圧縮限界まで圧縮されて弁体１２０が上死点に至った最大開放状態を示している。閉止状態から最大開放状態までの弁体１２０の変位量（最大ストローク）は、突爪部１５２の突出長よりも大きい。すなわち、弁体１２０が上死点またはその近傍に位置しているとき、突爪部１５２の先端は弁座１１０よりも上方に離間している。このとき、ガイド軸１２２の上端部はホルダ１６４に挿通されている。よって、弁体１２０およびガイド軸１２２は、弁体１２０の位置によらず、支持部１２４と、少なくとも突爪部１５２またはホルダ１６４の一方と、で常に二点支持されている。
液体Ｌの流量が多くなり弁体１２０が上死点近傍まで十分に開いたときに突爪部１５２が開口１１２から離間することで、突爪部１５２が液体Ｌの流れを阻害することが抑制されている。一方、弁体１２０が閉止状態またはその近傍に位置しているとき、突爪部１５２が周壁１１４に案内されて弁体１２０が開口１１２に正対する。このため、閉止状態においてパッキン１４０が弁座１１０に確実に密着する。
【００３９】
このとき、上述のように弁体１２０が開口１１２から離間していくにしたがって突爪部１５２と周壁１１４とのクリアランスが漸増する。具体的には、バルブ１００の開放状態では突爪部１５２と周壁１１４との間に径方向にクリアランスが存在し、閉止状態では突爪部１５２の外側の主面１５３と周壁１１４とが接触してクリアランスはゼロとなる。これにより、弁体１２０が最大開放状態から閉止していくときに、突爪部１５２が弁座１１０と干渉することがない。弁体１２０が弁座１１０と当接する直前において、突爪部１５２が周壁１１４に対して摺動するため閉止状態における弁体１２０と弁座１１０との相対位置の再現性が良好である。
【００４０】
本実施形態の開口側ガイド１５０は、突出方向の先端側に向かって幅寸法が小さくなるテーパー形状である。一次側ＵＰに向かって開口側ガイド１５０の個々の突爪部１５２の肉厚は小さくなっている。弁体１２０が最大開放状態から徐々に閉止していくときに、突爪部１５２の先端が開口１１２の内部に僅かに進入した状態では、開口１１２の開口面積の減少量は僅かである。弁体１２０が閉止状態に近づくにつれて、開口１１２の内部に進入する突爪部１５２の断面積が漸増して、開口１１２が徐々に塞がれることとなる。このため、一次側ＵＰから弁箱１６０に流入して弁体１２０を迂回する液体Ｌの流れが徐々に絞られていく。よって、弁体１２０が閉止状態に至った瞬間に発生する水撃（逆流）が低減される。
【００４１】
本実施形態では、支持部１２４によりガイド軸１２２の中間部を支持する場合を例示したが、本発明はこれに限られない。支持部１２４を設けることなく、ガイド軸１２２の上端をホルダ１６４で支持し、突爪部１５２を周壁１１４で支持することによる二点支持としてもよい。この場合、バルブ１００の最大開放状態で突爪部１５２が周壁１１４で支持されることが好ましい。バルブ１００の閉止状態でガイド軸１２２がホルダ１６４に支持されているとよい。これにより、バルブ１００の閉止状態から最大開放状態に至るまで突爪部１５２が常に周壁１１４で支持される。具体的には、突爪部１５２の突出長が弁体１２０の最大ストロークよりも大きいことが好ましい。さらに、バルブ１００の閉止状態でガイド軸１２２の上端がホルダ１６４の内部に挿入されていることが好ましい。
【００４２】
図３に示すように、第二逆止弁２００にも同様の開口側ガイド（突爪部２５２）が弁体２２０の一次側ＵＰに突出形成されている。このため、第二逆止弁２００に関しても弁体２２０が閉止状態に至った瞬間に発生する逆流が低減されている。
【００４３】
弁箱１６０には、閉止状態の弁体１２０の二次側ＤＷと一次側ＵＰとを連通するバイパス路１６９が形成されている。バイパス路１６９は落水バルブ１６８で開閉可能に閉止されている。閉止状態の第一逆止弁１００の二次側ＤＷに水が充填されて弁体１２０がこれを止水している状態で落水バルブ１６８を開くことで、この水がバイパス路１６９を通じて一次側ＵＰに落水する。
【００４４】
本実施形態の第一逆止弁１００は、弁体１２０を収容する弁箱１６０から弁体１２０が取り出し可能に構成されている。具体的には、支持部１２４および開閉蓋１６２が弁箱１６０から取り外し可能であり、またこれらを取り外した状態で、ガイド軸１２２、弾性体１３０および弁体１２０は弁箱１６０から抜去可能である。具体的には、落水バルブ１６８を操作して第一逆止弁１００を水抜きした状態で開閉蓋１６２および支持部１２４を弁箱１６０から取り外す。つぎに、ガイド軸１２２および弁体１２０を弁箱１６０から取り外すことで、弾性体１３０やパッキン１４０の清掃や交換などの保守および点検作業が可能である。
【００４５】
図３に示すように、第二逆止弁２００もまた、液体Ｌを流通させる流入側の開口２１２を備える弁座２１０と、開口２１２に対して接離方向に直線的に往復動して開口２１２を開閉自在に閉止する弁体２２０と、弁体２２０を弁座２１０に向けて付勢する弾性体２３０と、を備えている。図３は弁体２２０が弁座２１０から離間した開放状態を示している。
【００４６】
第二逆止弁２００の一次側ＵＰの流入口２１６と、二次側ＤＷの流出口２３２とは対向している。弁座２１０、弁体２２０および弾性体２３０は弁箱２６０の内部に収容されている。弁箱２６０の内部には、第一逆止弁１００と同様に支持部２２４が設けられている。支持部２２４はガイド軸２２２を摺動可能に保持する。ガイド軸２２２の摺動方向は開口２１２に対する接離方向である。弁箱２６０には落水バルブ２７０を備えており、閉止状態における第二逆止弁２００において弁体２２０の二次側ＤＷと一次側ＵＰとを連通させて水抜きを行うことができる。
【００４７】
第二逆止弁２００にもまた、開口２１２を液密に封止するパッキン２４０が、弁座２１０と弁体２２０との間に介装されている。パッキン２４０には、ゴムなどの軟質樹脂材料からなるＯリングを用いることができる。本実施形態における第一逆止弁１００のパッキン１４０は、第二逆止弁２００のパッキン２４０よりも軟質の材料からなる。パッキン１４０、２４０の硬度の比較は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３で測定されるデュロメータＡ硬度の大小をもって行うことができる。
【００４８】
図１に戻り、開閉弁２８０を開き、開閉弁２６を開いて呼水槽２４からポンプ２０および地上部分５３に呼水を供給したうえで、ポンプ２０を運転させる。
【００４９】
図１に示すように、第二逆止弁２００の弁座２１０（図３を参照）とポンプ２０の吐出側ＤＳとの鉛直距離をＨ１とする。ポンプ２０の吸込側ＳＳと第一逆止弁１００の弁座１１０（図２各図を参照）との鉛直距離をＨ２とする。第一逆止弁１００の弁座１１０と液面ＦＬとの鉛直距離をＨ３とする。液面ＦＬから水中部分５１の下端までの鉛直距離をＨ４とする。
【００５０】
バルブ１００からポンプ２０までの吸液管５０の地上部分５３は、ポンプ２０に向かって上り傾斜している。地上部分５３の勾配φは１％以上、好ましくは３％以上である。勾配φは１０％以下が好ましい。ここで、地上部分５３が傾斜しているとは、地上部分５３の少なくとも一部領域において、その中心軸が水平面に対して斜めに交差していることをいう。吸液管５０の地上部分５３の配管長と上記の勾配φとに基づいて鉛直距離Ｈ２とＨ３を設定するとよい。液面ＦＬ以下の鉛直距離Ｈ４は特に限定されないが、１ｍ以上、好ましく２ｍ以上とするとよい。
【００５１】
本実施形態の揚水システム１０００では、鉛直距離Ｈ２は鉛直距離Ｈ４よりも小さい。このため、ポンプ２０の停止時において、吸液管５０の地上部分５３に存在する液体Ｌに作用する重力は、水上部分５２に存在する液体Ｌよりも小さい。
【００５２】
地上部分５３がポンプ２０に向かって上り傾斜していることで、地上部分５３の内部に気泡が混入したとしても、これがバルブ１００の弁箱１６０の内部に滞留することがない。ここで、ポンプ２０の吸込側ＳＳに接続された吸液管５０に気泡が存在すると、ポンプ２０の吐出圧力が気泡の膨張圧として消失するためポンプ性能の一部が失われる。本実施形態の揚水システム１０００においては、吸液管５０の内部の気泡がバルブ１００からポンプ２０に送られて系外に排出されるため、この虞がない。
【００５３】
図２各図に示すように、バルブ１００の二次側ＤＷの端面にはフランジ部１７０が形成されている。フランジ部１７０の法線方向は、斜め上方に傾斜している。フランジ部１７０の法線方向が斜め上方に傾斜しているとは、バルブ１００の設置状態において、流出口１３２の周囲に形成されたフランジ部１７０の端面の法線が、水平成分のみならず鉛直上向きの成分を含んでいることをいう。本実施形態のバルブ１００はアングル弁であり、流入口１１６が下方を向くようにしてバルブ１００は揚水システム１０００に設置される。したがって、流入口１１６の軸方向（外向き）と、フランジ部１７０の法線方向（外向き）とは、鈍角をなす。
【００５４】
フランジ部１７０は、弁箱１６０の二次側フランジ１６６とスペーサ１７２とで構成されている。スペーサ１７２は弁箱１６０に対して着脱可能に固定される。具体的には、二次側フランジ１６６は円環状をなしている。スペーサ１７２は板状をなし、表裏の主面同士は非平行であって所定の角度で互いに傾斜している。この傾斜角度θは、吸液管５０の地上部分５３の勾配φと等しい。スペーサ１７２の主面は二次側フランジ１６６と同形状の円環状をなしている。スペーサ１７２および二次側フランジ１６６には同数かつ同位置にボルト孔（図示せず）が形成されている。スペーサ１７２を挟んで吸液管５０の地上部分５３と二次側フランジ１６６とをボルト締結する。これにより、吸液管５０の地上部分５３（図１を参照）として、一般的なフランジ付き直管、すなわち直管の軸心とフランジとが直交する配管、を用いた場合でも、かかる配管をフランジ部１７０に連結するだけで地上部分５３を勾配φでポンプ２０に向かって上り傾斜させることができる。
【００５５】
バルブ１００の弁座１１０からポンプ２０までの流路体積Ｖ１は、バルブ１００の弁座１１０から貯液槽１０までの流路体積Ｖ２よりも大きい。
流路体積Ｖ１は、バルブ１００の弁座１１０から、ポンプ２０の吸込側ＳＳの端部までの容積をいう。本実施形態の流路体積Ｖ１は、弁座１１０よりも二次側ＤＷにある弁箱１６０の一部容積と、吸液管５０の地上部分５３の管内容積との合計である。
流路体積Ｖ２は、バルブ１００の弁座１１０から、吸液管５０の水中部分５１の下端までの容積をいう。本実施形態の流路体積Ｖ２は、弁座１１０よりも一次側ＵＰにある弁箱１６０の一部容積と、吸液管５０の水上部分５２および水中部分５１の管内容積との合計である。
【００５６】
本実施形態の揚水システム１０００は、弁座１１０とポンプ２０との間の流路体積Ｖ１が、弁座１１０よりも上流側の流路体積Ｖ２よりも大きいことにより、ポンプ２０の始動時に十分な呼水が供給される。すなわち、ポンプ２０の始動時に流路体積Ｖ１内の水の全量を呼水として使用した場合、貯液槽１０から水中部分５１を通じて吸い上げられる液体Ｌは弁座１１０を超える。このため、水上部分５２および地上部分５３の内部が液体Ｌで満たされることとなり、続くポンプ２０の動作により揚水が開始する。
【００５７】
第二逆止弁２００の弁体２２０が開口２１２を閉止する押さえ力Ｆ２は、第一逆止弁１００の弁体１２０が開口１１２を閉止する押さえ力Ｆ１よりも大きい。ここで、押さえ力Ｆ１、Ｆ２とは、水抜きされた閉止状態の弁体１２０、２２０が弁座１１０、２１０から離間するために必要な力である。具体的には、弾性体１３０、２３０の付勢力と弁体１２０、２２０に作用する重力（自重）との合力である。第一逆止弁１００の押さえ力Ｆ１が第二逆止弁２００の押さえ力Ｆ２よりも小さいことで、ポンプ２０の運転開始初期の低速運転においても、第一逆止弁１００を通じて貯液槽１０の液体Ｌを吸液管５０で吸い上げることができる。一方、第二逆止弁２００の押さえ力Ｆ２が第一逆止弁１００の押さえ力Ｆ１よりも大きいことで、ポンプ２０の運転停止時に第二逆止弁２００の弁体２２０が迅速に閉止して液体Ｌの吐出を遮断する。
【００５８】
ここで、ポンプ２０の揚送動作を停止した時には、液体Ｌの吐出量が急速かつ連続的に減少していく。吐出量の減少により吐出管６０の内圧が低下すると、第二逆止弁２００の弁体２２０は弾性体２３０に付勢されて開口２１２を閉止する。弁体２２０は弁箱２６０の内部の液体Ｌを一次側ＵＰの流入口２１６に押し戻す。ポンプ２０からは、吐出量が漸減しながらも新たな液体Ｌが吐出されるため、吐出管６０の内圧は上昇する。すなわち、吐出量の減少によって一旦低下した内圧は再び上昇に転じる。この内圧上昇は逆流としてポンプ２０および吸液管５０に伝達され、第一逆止弁１００に至る。
【００５９】
本実施形態の揚水システム１０００においては、ポンプ２０の揚送動作が停止したとき、第一逆止弁１００の弁体１２０が、第二逆止弁２００が閉止した後であってかつ第二逆止弁２００が閉止したことによって生じる液体Ｌの逆流がポンプ２０を介して第一逆止弁１００に至るよりも前に開口１１２を閉止する。これにより、ポンプ２０の停止後に第一逆止弁１００の弁体１２０は逆流到達前に開口１１２を閉止するため、第一逆止弁１００で落水が発生することが防止される。
【００６０】
かかる揚水システム１０００は、以下の式（１）を満たすバネ定数ｋを弾性体１３０に設定することにより実現される。
【００６１】
【数１】
2014015937.tif 000003
【００６２】
式（１）において、ｋは第一逆止弁１００の弾性体１３０のバネ定数である。
Ｌ１はポンプ２０の吸込側ＳＳから第一逆止弁１００の弁座１１０までの経路長である。Ｌ２はポンプ２０の吸込側ＳＳから第一逆止弁１００の弁体１２０までの経路長である。Ｌはポンプ２０の吸込側ＳＳから液面ＦＬまでの経路長である。Ｓは吸液管５０の平均開口面積である。Ｄは弁体１２０の面積である。ρは液体Ｌの密度である。πは円周率である。
Δｘ１は閉止状態における弾性体１３０の自然長からの圧縮長である。Δｘ２はポンプ２０の定常運転時（開放状態）における、弾性体１３０の自然長からの圧縮長である。
ＰＳ（０）はポンプ２０の定常運転時における吸込圧の絶対値である。吸込圧の絶対値とは、ポンプ２０の吸込側ＳＳにおける降下圧力量をいう。ｖはポンプ２０の定常運転時における流れ方向Ｆの平均流速である。
τは第一逆止弁１００の閉止遅れ時間である。ポンプ２０の停止を時刻ゼロとして、第二逆止弁２００が閉止したことによって生じる逆流が第一逆止弁１００の弁体１２０に到達するまでの時間（逆流到達時刻）をｔｒとする。ポンプ２０が停止してから第一逆止弁１００が閉止状態に至るまでの弁体１２０の平均移動速度をｕとする。第一逆止弁１００の閉止遅れ時間τは下式（２）で表される。
【００６３】
（数２）
τ＝ｔｒ−Δｘ２／ｕ      ・・・（２）
【００６４】
式（１）において、ＰＳ（τ）は、ポンプ停止から閉止遅れ時間が経過した瞬間（閉止遅れ時刻）におけるポンプ２０の残留吸込圧（≧０）である。ｖ'は閉止遅れ時刻における流れ方向Ｆの平均流速である。
【００６５】
上記の式（１）の左辺は、逆流が第一逆止弁１００の弁体１２０に至るよりも速く弁体１２０が閉止状態に至るに足る弾性体１３０のバネ定数ｋの下限を表している。上記の式（１）の右辺は、ポンプ２０の定常運転において第一逆止弁１００の弁体１２０が開いて液体Ｌの吸込が可能になるための弾性体１３０のバネ定数ｋの上限を表している。
【００６６】
揚水システム１０００の各特性値に基づいて逆流到達時刻ｔｒおよび弾性体１３０のバネ定数ｋを設定することにより、ポンプ２０の停止後に発生する逆流の到達前に第一逆止弁１００の弁体１２０が閉止する揚水システム１０００を構成することができる。揚水システム１０００の各特性値としては、式（１）に含まれるパラメータ、吸液管５０や吐出管６０の配管長、第二逆止弁２００の設置位置や弾性体２３０のバネ定数、およびポンプ２０のポンプ特性値などが挙げられる。
【００６７】
第二逆止弁２００の弁座２１０とポンプ２０の吐出側ＤＳとの鉛直距離Ｈ１が大きくなると、逆流発生時刻ｔｒが大きくなり、ＰＳ（τ）は低くなる。このため、バネ定数ｋと併せて、上記の式（１）を満たすよう鉛直距離Ｈ１を変数として所定に調整してもよい。
【００６８】
＜第二実施形態＞
図４（ａ）、図４（ｂ）は、本発明の第二実施形態のバルブ１００の縦断面図である。
【００６９】
本実施形態のバルブ１００は、弁座１１０、弁体１２０および弾性体１３０を備えるリフト式逆止弁であって吸液管５０の地上部分５３に設けられる点で第一実施形態と共通する。弁座１１０は、液体Ｌを流通させる開口１１２を備える。弁体１２０は、開口１１２に対して接近または離間する方向（図４（ａ）の左右方向）に直線的に往復動して開口１１２を開閉自在に閉止する。弾性体１３０は、弁体１２０を弁座１１０に向けて付勢する。
【００７０】
本実施形態のバルブ１００は、弁体１２０の往復動の方向と軸流方向ＡＦとが一致するストレート弁である点で第一実施形態と相違する。本実施形態のバルブ１００の軸流方向ＡＦは、一次側ＵＰから二次側ＤＷに至る液体Ｌの流れ方向Ｆ（図４（ｂ）を参照）の平均であり、具体的には弁体１２０のガイド軸１２２と平行な直線方向である。弁箱１６０の内部に設けられた支持部１２４はガイド軸１２２を軸流方向ＡＦに摺動自在に保持している。一次側ＵＰの流入口１１６と二次側ＤＷの流出口１３２とは対向している。
【００７１】
本実施形態においても、バルブ１００からポンプ２０までの吸液管５０の地上部分５３は、ポンプ２０に向かって、所定の勾配φで上り傾斜して配置される（図１を参照）。このとき、バイパス路１６９および落水バルブ１６８が鉛直下方に向けてバルブ１００を地上部分５３に取り付けることでバルブ１００の水抜きが良好に行われる。
【００７２】
第一実施形態と同様に、本実施形態のバルブ１００もまた、弁体１２０の往復動を案内する開口側ガイド１５０を備えている。開口側ガイド１５０は、弁座１１０または弁体１２０の一方（本実施形態では弁座１１０）に設けられて、これらの他方（本実施形態では弁体１２０）に向かって突出している。開口側ガイド１５０と他方（同、弁体１２０）との径方向のクリアランスは、弁体１２０が開口１１２を閉止した状態（図４（ａ）を参照）から、弁体１２０が開口１１２から離間していくにしたがって漸増するように構成されている。
【００７３】
本実施形態の開口側ガイド１５０は、弁座１１０より二次側ＤＷに突出する複数本の突爪部１５２で構成されている。複数本の突爪部１５２は、弁座１１０の周壁１１４に沿って、互いに離間して環上に配置されている。バルブ１００の閉止状態において、これらの複数本の突爪部１５２の内側の主面１５４は弁体１２０の側周面と摺動する。
【００７４】
本実施形態の開口側ガイド１５０は、先端側（すなわち二次側ＤＷ）に向かって個々の突爪部１５２の肉厚が小さくなっている。突爪部１５２の内側の主面１５４は軸流方向ＡＦに対して傾斜している。具体的には、突爪部１５２の主面１５４は、先端側（二次側ＤＷ）に向かって径方向の外側に傾いている。弁体１２０は円板状をなしており、その側周面は直筒状である。これにより、突爪部１５２と弁体１２０との径方向のクリアランスは、弁体１２０の閉止状態（図４（ａ）を参照）から、弁体１２０が開口１１２より離間していくにしたがって漸増する。よって、第一実施形態のバルブ１００と同様に、開放状態での液体Ｌの流路面積が十分に確保されるとともに、閉止状態での弁体１２０と弁座１１０との相対位置の再現性が良好である。
【００７５】
開口側ガイド１５０は、第一実施形態と同様、突出方向の先端側に向かって幅寸法（開口１１２の周方向寸法）が小さくなるテーパー形状である。本実施形態の開口側ガイド１５０を構成する突爪部１５２は、二次側ＤＷに向かって周方向の寸法が連続的に小さくなるテーパー形状である。
【００７６】
＜第三実施形態＞
図５（ａ）、図５（ｂ）は、本発明の第三実施形態のバルブ１００の縦断面図である。
【００７７】
本実施形態のバルブ１００は、弁座１１０、弁体１２０および弾性体１３０を備えるリフト式逆止弁である。ポンプ２０に向かって所定の勾配φで上り傾斜する吸液管５０の地上部分５３に設けられる点で第一および第二実施形態と共通する。バルブ１００は、第二実施形態と同様、弁体１２０の往復動の方向と軸流方向ＡＦとが一致するストレート弁である。
【００７８】
本実施形態の揚水システム１０００は、バルブ１００を斜めに保持する設置台３００を備えている。設置台３００は、バルブ１００の一次側ＵＰよりも二次側ＤＷの位置が高くなるようにしてバルブ１００を保持する。バルブ１００のガイド軸１２２の傾斜角度θは、吸液管５０の地上部分５３の勾配φと等しい。
【００７９】
バルブ１００は、弁体１２０の往復動を案内する開口側ガイド１５０を備えている点で第一および第二実施形態と共通する。開口側ガイド１５０は、弁座１１０または弁体１２０の一方（本実施形態では弁体１２０）に設けられて、これらの他方（同、弁座１１０）に向かって突出している。
【００８０】
本実施形態では、突爪部１５２の肉厚は一定であり、弁座１１０における開口１１２の周壁１１４が、一次側ＵＰに向かって擂り鉢状に縮径している。これにより、開口側ガイド１５０と他方（同、弁座１１０）との径方向のクリアランスは、弁体１２０が開口１１２を閉止した状態（図５（ａ）を参照）から、弁体１２０が開口１１２から離間していくにしたがって漸増するように構成されている。
【００８１】
＜第四実施形態＞
図６は、本発明の第四実施形態の揚水システム２０００の全体構成を示す図である。本実施形態は、バルブ１００が吸液管５０の地上部分５３に設けられている点で第一実施形態と共通する。本実施形態のバルブ１００もまた、その一次側ＵＰが貯液槽１０の内部と連通し、二次側ＤＷがポンプ２０と連通し、吸液管５０を開放可能に遮断する。また、ポンプ２０の停止時において、吸液管５０の一次側ＵＰ（水上部分５２）には液体Ｌが満たされ、かつ負圧である点でも第一実施形態と共通する。
【００８２】
本実施形態の揚水システム２０００は、バルブ１００およびポンプ２０が設けられた第一の揚送ライン４００に加えて、他のポンプ２０ｂが設けられた第二の揚送ライン４１０を備えている。第一の揚送ライン４００は、貯液槽１０の内部に位置する吸液管５０の下端部５５が上方開口している点を除き、第一実施形態の揚水システム１０００と共通している。本実施形態の揚水システム２０００では、呼水槽２４および開閉弁２６（図１を参照）は図示省略している。
【００８３】
すなわち、本実施形態の揚水システム２０００においては、バルブ１００の一次側ＵＰに接続された吸液管５０の下端部５５が、鉛直上方に開口している。このため、揚水システム２０００は吸液管５０の下端部５５の上方から液体Ｌを吸引して揚送する。貯液槽１０の底部には液体Ｌよりも比重が大きいヘドロなどの異物が沈殿していることがある。ここで、吸液管の下端部が下方開口している場合は、この底部の異物を吸引しやすい。このため、異物を吸引しないように貯液槽１０の底部から距離をあけた上方に下端部を配置する必要がある。したがって、吸液管の下端部が下方開口している場合は、貯液槽１０の底部近傍の液体Ｌを揚送することができず、液体Ｌに多くの無駄が生じていた。これに対し、本実施形態の揚水システム２０００のように吸液管５０の下端部５５が上方開口して下方が閉塞されている場合は、貯液槽１０の底部の異物を吸引しにくいため、下端部５５を底部の近傍に配置することができる。このため、液体Ｌを無駄なく効率的に使用することができる。
【００８４】
第二の揚送ライン４１０の吸液管５０ｂの下端には、逆止弁であるフート弁５６が設けられている。吸液管５０ｂの一端（下端）は、貯液槽１０に貯留された液体Ｌに浸漬されている。吸液管５０ｂの他端はポンプ２０ｂの吸込側ＳＳに接続されている。吸液管５０ｂのうち、液体Ｌに浸漬された領域を水中部分５１ｂ、液面ＦＬの上方で略鉛直に延在する領域を水上部分５２ｂと呼称する。水上部分５２ｂに連接されて略水平に設置されてポンプ２０ｂと接続されている領域を地上部分５３ｂと呼称する。ポンプ２０ｂの吐出側ＤＳに吐出管６０ｂが接続され、この吐出管６０ｂに逆止弁２００ｂと開閉弁２８０ｂが設けられている点は第一の揚送ライン４００および第一実施形態の揚水システム１０００と共通する。
【００８５】
ポンプ２０ｂの駆動部２２ｂを駆動すると、フート弁５６から液体Ｌを吸い込み、吸液管５０を通じて液体Ｌを揚送し、吐出管６０ｂを介して液体Ｌは所望の用途に供される。第二の揚送ライン４１０で液体Ｌを揚送すると、貯液槽１０の液面ＦＬは徐々に下降していく。液面ＦＬが低下してフート弁５６が液面ＦＬから露出すると、吸液管５０ｂには空気が入り込む。吸液管５０ｂが空になるとポンプ２０ｂでは液体Ｌを吸い上げることができなくなる。その後、貯液槽１０に液体Ｌを供給して再び液面ＦＬがフート弁５６よりも高位になったとしても、吸液管５０ｂの地上部分５３ｂは空になっているので、呼び水をしないかぎりポンプ２０ｂを再運転することができない。このため、第二の揚送ライン４１０のみでは、貯液槽１０の液面ＦＬが不測に低下した場合に揚送が所定時間に亘って停止してしまうという問題がある。
【００８６】
これに対し、本実施形態の第一の揚送ライン４００をバックアップラインとして備えることで、揚水システム２０００では液面ＦＬの水位が下端部５５よりも高く回復すると直ちに液体Ｌを再び揚送することができる。第二の揚送ライン４１０にて液体Ｌを揚送している間に、またはその前に、第一の揚送ライン４００のポンプ２０を駆動して吸液管５０の下端部５５から液体Ｌを吸い込み、吸液管５０を液体Ｌで満たす。この状態でバルブ１００を閉止する。第一実施形態のようにバルブ１００は逆止弁であり、ポンプ２０を停止すると吸液管５０から液体Ｌが落水することなくバルブ１００は閉止される。
【００８７】
図７（ａ）は、吸液管５０の下端部５５の第一例を示す断面模式図である。図７（ｂ）は吸液管５０の下端部５５の第二例を示す断面模式図である。図７（ａ）および図７（ｂ）は、図６の状態から液面ＦＬが下がり、吸液管５０の管端５７よりも液面ＦＬが低くなった状態を示している。これは、貯液槽１０に貯留された液体Ｌをポンプ２０で所定量以上揚送した場合に生じる。第一の揚送ライン４００のバルブ１００は閉止されているため、吸液管５０の下端部５５の液端面ＥＬには大気圧が作用する。しかし、下端部５５が下方開口している場合、貯液槽１０の液面ＦＬの揺動や周囲の空気の流れと接触して吸液管５０の下端部５５の液端面ＥＬが不安定になると、吸液管５０の内部に空気が入り込み、結果として落水する。
【００８８】
これに対し、図７（ａ）に示す第一例の吸液管５０の下端部５５は、略１８０度の曲げ角度で湾曲して管端５７が上方を向いている。吸液管５０の液端面ＥＬは管端５７の近傍にある。
【００８９】
図７（ｂ）に示す第二例の吸液管５０の下端部５５は、下方開口した吸液管５０の管端５７と、上方開口し、この管端５７を収容する保水部５８と、を備えている。吸液管５０の液端面ＥＬは、保水部５８の上面の近傍にある。吸液管５０の管端５７は液端面ＥＬよりも下方にあり、液体Ｌに浸漬している。管端５７と保水部５８とは一体に連結されている。保水部５８の開口した上面の面積、すなわち液端面ＥＬの面積を、保水部５８の開口面積と呼称する。この保水部５８の開口面積は特に限定されないが、吸液管５０の管端５７の開口面積よりも大きいことが好ましい。
【００９０】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように吸液管５０の内部には下端部５５まで液体Ｌが満たされており、かつ下端部５５（管端５７または保水部５８）は上方開口している。このため、空気ＡＲが吸液管５０に進入するためには、液端面ＥＬから空気ＡＲが下方に潜り込んで吸液管５０の最下部を超える必要がある。なお、吸液管５０の最下部は、図７（ａ）の第一例の場合は下端部５５の湾曲部５９であり、図７（ｂ）の第二例の場合は管端５７である。吸液管５０の液端面ＥＬが不安定になったとしても、空気ＡＲが吸液管５０に進入することはない。このため、第一の揚送ライン４００は、貯液槽１０の液面ＦＬの水位によらず呼び水された状態を維持することができる。したがって、貯液槽１０の液面ＦＬの水位が回復すれば、第一の揚送ライン４００を用いて直ちに液体Ｌの揚送を再開することができる。そして、第一の揚送ライン４００による液体Ｌの揚送の間に、第二の揚送ライン４１０の吸液管５０ｂに呼び水を供給して、ポンプ２０ｂの運転を再開することができる。これにより、揚水システム２０００によれば、貯液槽１０の液面ＦＬが不測に低下しても、液体Ｌの揚送の停止時間を極めて短くすることができる。
【００９１】
図７（ｂ）に示す第二例のように管端５７に保水部５８を上向きに設けることで、吸液管５０の下端部５５を湾曲させることなく、容易に液端面ＥＬを安定化させることができる。
【００９２】
吸液管５０の水中部分５１（図６を参照）から液端面ＥＬに至るまでの下端部５５の流路の最小面積は、吸液管５０の水中部分５１の開口面積と等しい。言い換えると、下端部５５には、吸液管５０の流路のボトルネックは存在しない。すなわち、第一例の下端部５５を構成する湾曲部５９や管端５７の開口面積や、第二例の下端部５５を構成する保水部５８の内部の流路面積は、吸液管５０の水中部分５１の開口面積と等しいか、またはそれよりも大きい。これにより、液体Ｌの吸い込み不足が生じることなく下端部５５を上方開口させることができる。
【００９３】
第一の揚送ライン４００の吸液管５０の下端部５５を、第二の揚送ライン４１０の吸液管５０ｂの下端のフート弁５６よりも低位としてもよい。液面ＦＬが低下して第二の揚送ライン４１０での揚送ができなくなった場合、吸液管５０の下端部５５は呼び水された状態で液面ＦＬに浸漬されているため、直ちに第一の揚送ライン４００のポンプ２０を運転することで、液体Ｌの揚送が実質的に停止することがない。
【００９４】
図６では、下端部５５が上方開口した第一の揚送ライン４００と、フート弁５６が設けられた第二の揚送ライン４１０とを備える揚水システム２０００を例示したが、本発明はこれに限られない。第一の揚送ライン４００のみを備える揚水システムとしてもよい。第一の揚送ライン４００によれば、バルブ１００による止水力と、下端部５５が上方開口していることにより、吸液管５０の水上部分５２からの落水を相乗的に防止する。このため、貯液槽１０から液体Ｌを排水して貯液槽１０の内部を点検する場合などにも、吸液管５０の一次側は通水された状態のままで保持される。よって、貯液槽１０に再び液体Ｌを貯留すれば、吸液管５０を呼び水することなく直ちにポンプ２０による揚送を再開することができる。
【００９５】
＜第五実施形態＞
図８は本発明の第五実施形態の揚水システム３０００の全体構成を示す図である。本実施形態は、バルブ１０３が吸液管５０の地上部分５３に設けられている点で第一実施形態と共通する。本実施形態のバルブ１０３もまた、その一次側ＵＰが貯液槽１０の内部と連通し、二次側ＤＷがポンプ２０と連通し、吸液管５０を開放可能に遮断する。
【００９６】
本実施形態のバルブ１０３は、一次側ＵＰから二次側ＤＷに向かって一方的に液体Ｌを流通させる逆止弁である。
【００９７】
本実施形態のバルブ（逆止弁）１０３は、弁体１２０を収容する弁箱１６０を備える点で第一実施形態のバルブ１００と共通する。バルブ１０３の弁箱１６０は、弁体１２０の一次側ＵＰに減圧口１０５が開口形成されている点で第一実施形態のバルブ１００と相違する。バルブ１０３のその他の構成は第一実施形態のバルブ１００と共通する。
【００９８】
減圧口１０５は、弁箱１６０の内外を連通し、弁箱１６０のうち弁体１２０の一次側ＵＰを減圧する吸気孔である。減圧口１０５には配管１９０が接続されている。配管１９０には、その流路を開閉可能に遮断する開閉弁１８２、１８３が設けられている。開閉弁１８２と開閉弁１８３との間の流路には、配管１９０の内部の静圧を測定する圧力計１８５が接続されている。
【００９９】
減圧口１０５には真空ポンプ１８０が接続されている。具体的には、開閉弁１８３の下流側、すなわち配管１９０の末端に真空ポンプ１８０が設けられている。真空ポンプ１８０は、呼び水することなく配管１９０の内部の空気を吸引する。
【０１００】
開閉弁１８２、１８３を開放して真空ポンプ１８０を作動することで、配管１９０、弁箱１６０の一次側ＵＰおよび吸液管５０の水上部分５２は負圧となり、吸液管５０の水中部分５１から液体Ｌが吸い上げられる。これにより、バルブ（逆止弁）１００の弁体１２０を閉止した状態のまま、吸液管５０のうちバルブ１００の一次側ＵＰが初期通水される。この状態で開閉弁１８３を閉止しておく。
【０１０１】
これにより、ポンプ２０の停止時において、吸液管５０の一次側ＵＰ（水上部分５２、水中部分５１）には液体Ｌが満たされ、かつ負圧となる。
【０１０２】
本実施形態のポンプ２０はインバーターポンプである。インバーターポンプの種類は特に限定されない。電流流通率を変えてポンプの出力を制御するＰＷＭ方式（Pulse Width Modulation)と、電圧値を変えてポンプの出力を制御するＰＡＭ方式（Pulse Amplitude Modulation)の両方式を使用することができる。インバーターポンプは、初期の作動圧力が低く、作動圧力を徐々に増大させていくポンプであるため、省エネルギーに優れるものの、バルブ１００の一次側ＵＰが呼び水されていない場合には、これを初期通水するのに時間がかかる。一方、本実施形態のバルブ１００は逆止弁であり、初期状態で弁体１２０は閉止しているため、呼水槽２４から吸液管５０に呼び水を供給しても、水上部分５２や水中部分５１を通水することはできない。本実施形態では、真空ポンプ１８０を用いて吸液管５０の水上部分５２や水中部分５１を初期通水することができるため、ポンプ２０にインバーターポンプを用いても、迅速に揚水を開始することができる。
【０１０３】
配管１９０に接続される圧力計１８５は、大気圧以下の圧力を測定する真空計である。ポンプ２０で液体Ｌを揚水している間は、開閉弁１８２を開放して開閉弁１８３を閉止し、圧力計１８５で配管１９０の静圧を測定するとよい。圧力計１８５で測定される圧力は、弁箱１６０の一次側ＵＰの静圧の絶対圧またはゲージ圧である。この絶対圧が大気圧未満、すなわちゲージ圧が負圧である場合、吸液管５０の水上部分５２には液面ＦＬよりも高位に呼び水されていることが分かる。ゲージ圧（負圧）の絶対値と、水上部分５２の内部の呼び水の水位（液面ＦＬからの高さ）とは換算可能である。圧力計１８５で測定されるゲージ圧が、液面ＦＬからの弁体１２０の高さに基づいて決定される所定圧力（負圧）に達した場合、弁体１２０の一次側ＵＰが完全に通水された状態にあることが分かる。逆に、圧力計１８５で測定されるゲージ圧が実質的にゼロであるとき、弁体１２０の一次側ＵＰが落水していることが分かる。
【０１０４】
ポンプ２０が作動して液体Ｌが揚送されている間は、圧力計１８５で測定されるゲージ圧（負圧）の絶対値は更に大きくなる。このため、本実施形態によれば、圧力計１８５の測定値に基づいて、液体Ｌが正常に揚送されているか否かを判別することができる。
【０１０５】
以上より、弁箱１６０における一次側ＵＰに圧力計１８５を接続して静圧を測定することで水上部分５２の内部の呼び水の定量的な水位が検知できる。これにより、本実施形態のようにバルブ１０３を水中部分５１の末端ではなく中間に設置した場合でも、その一次側ＵＰが十分に初期通水されていることを確認できる。さらに、液体Ｌが正常に揚送されているか否かを判別することもできる。これにより、ポンプ２０の空運転を迅速に検出して、ポンプ２０の焼け付きを未然に防止できる。
【０１０６】
上記実施形態は以下の技術的思想を包含するものである。
（１）液体を貯留する貯液槽と、地上に設置されて前記液体を揚送するポンプと、前記貯液槽と前記ポンプとを接続する吸液管と、前記ポンプから吐出される前記液体を流通させる吐出管と、を備え、一次側が前記貯液槽の内部と連通し、二次側が前記ポンプと連通し、一次側から二次側に向かって一方的に前記液体を流通させる逆止弁が前記吸液管の地上部分に設けられていることを特徴とする揚水システム。
（２）前記逆止弁は、前記液体を流通させる開口を備える弁座と、前記開口に対して接近または離間する方向に直線的に往復動して前記開口を開閉自在に閉止する弁体と、前記弁体を前記弁座に向けて付勢する弾性体と、を備え、前記吐出管には、前記ポンプから吐出された前記液体を吐出方向に一方的に流通させる第二逆止弁が設けられており、前記ポンプの揚送動作が停止したとき、前記逆止弁の前記弁体は、前記第二逆止弁が閉止した後であってかつ前記第二逆止弁が閉止したことによって生じる前記液体の逆流が前記ポンプを介して前記逆止弁に至るよりも前に前記開口を閉止する上記（１）に記載の揚水システム。
（３）前記第二逆止弁が、前記液体を流通させる開口を備える弁座と、前記開口に対して接離方向に直線的に往復動して前記開口を開閉自在に閉止する弁体と、前記弁体を前記弁座に向けて付勢する弾性体と、を備え、前記第二逆止弁の前記弁体が前記開口を閉止する押さえ力が、前記逆止弁の前記弁体が前記開口を閉止する押さえ力よりも大きいことを特徴とする上記（２）に記載の揚水システム。
（４）前記逆止弁および前記第二逆止弁には、前記開口を液密に封止するパッキンが前記弁座と前記弁体との間にそれぞれ介装されているとともに、前記逆止弁の前記パッキンは、前記第二逆止弁の前記パッキンよりも軟質の材料からなることを特徴とする上記（３）に記載の揚水システム。
（５）前記逆止弁は、前記弁体の前記往復動を案内する開口側ガイドを備え、前記開口側ガイドは、前記弁座または前記弁体の一方に設けられて前記弁座または前記弁体の他方に向かって突出しており、かつ前記開口側ガイドと前記他方との径方向のクリアランスは、前記弁体が前記開口を閉止した状態から、前記弁体が前記開口から離間していくにしたがって漸増するように構成されていることを特徴とする上記（２）から（４）のいずれかに記載の揚水システム。
（６）前記開口側ガイドは、突出方向の先端側に向かって幅寸法が小さくなるテーパー形状である上記（５）に記載の揚水システム。
（７）前記逆止弁の前記弁座から前記ポンプまでの流路体積（Ｖ１）が、前記逆止弁の前記弁座から前記貯液槽までの流路体積（Ｖ２）よりも大きい上記（２）から（６）のいずれかに記載の揚水システム。
（８）前記逆止弁から前記ポンプまでの前記吸液管の前記地上部分が前記ポンプに向かって上り傾斜している上記（２）から（７）のいずれかに記載の揚水システム。
（９）前記逆止弁の二次側の端面にフランジ部が形成されており、前記フランジ部の法線方向が斜め上方に傾斜している上記（８）に記載の揚水システム。
（１０）前記逆止弁は、前記弁体の往復動の方向と軸流方向とが交差するアングル弁であって、かつ前記弁体を収容する弁箱から前記弁体が取り出し可能に構成されている上記（２）から（９）のいずれかに記載の揚水システム。
（１１）前記逆止弁は、前記弁体の往復動の方向と軸流方向とが平行なストレート弁であって、一次側よりも二次側が高くなるように前記逆止弁を斜めに保持する設置台をさらに備える上記（８）に記載の揚水システム。
【０１０７】
この出願は、２０１２年１月３１日に出願された日本出願特願２０１２−０１８５６７号を基礎とする優先権を主張し、その開示の総てをここに取り込む。
【図１】
2014015937.tif 000004
【図２】
2014015937.tif 000005
【図３】
2014015937.tif 000006
【図４】
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【図５】
2014015937.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月21日(2013.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する貯液槽と、地上に設置されて前記液体を揚送するポンプと、前記貯液槽と前記ポンプとを接続する吸液管と、前記ポンプから吐出される前記液体を流通させる吐出管と、一次側が前記貯液槽の内部と連通し二次側が前記ポンプと連通し前記吸液管を開放可能に遮断するバルブと、を備え、
前記バルブが前記吸液管の地上部分に設けられているとともに、前記吸液管の前記一次側が前記液体で満たされ、かつ負圧であり、
前記バルブが、前記一次側から前記二次側に向かって一方的に前記液体を流通させる逆止弁であり、
前記逆止弁は、前記液体を流通させる開口を備える弁座と、前記開口に対して接近または離間する方向に直線的に往復動して前記開口を開閉自在に閉止する弁体と、前記弁体を前記弁座に向けて付勢する弾性体と、を備え、
前記吐出管には、前記ポンプから吐出された前記液体を吐出方向に一方的に流通させる第二逆止弁が設けられており、
前記ポンプの揚送動作が停止したとき、前記逆止弁の前記弁体は、前記第二逆止弁が閉止した後であってかつ前記第二逆止弁が閉止したことによって生じる前記液体の逆流が前記ポンプを介して前記逆止弁に至るよりも前に前記開口を閉止することを特徴とする揚水システム。