(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側に孔（３１２ａ、４１２ａ）、下側側面に排出口（３１１ａ、４１１ａ）、排出口の周囲に排出口開閉用プレートの溝部（３１１ｂ、４１１ｂ）を含む水槽（３１、４１）と、前記溝部に装着されて、排出口を開閉するプレート（３２１、４２１）に取っ手（３２２、４２２）が結合された排出口バルブ（３２、４２）と、端部に水槽入口（３４ａ、４４ｄ）が形成され、他端部は上水供給管と連結されて、水槽内部に上水を供給する上水通路（３４、４４）と、水槽入口を開閉するフロートバルブ（３３、４３）とを含むことを特徴とする流体排出装置。
【請求項２】
従来の冷・温水混合機能がさらに含まれたもので、上水通路（４４）は２つで、冷・温水混合バルブ（４５）と混合バルブ用レバー（４２３）とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の流体排出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
上水道栓のような流体輸送管の最終排出装置に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
流体に関する連続の法則、トリチェリの法則、ベルヌーイ方程式、抗力、そして揚力などに関する法則とフロートバルブを利用した技術である。以下の発明の内容は、特に上水道栓に適用した実施例を中心に記述する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の上水道栓は、流量調節バルブの開放程度によって、排出口での水の排出速度が異なり、排出口は下側方向に向けるしかない。従って、水を飲んだり嗽ぎをする場合、コップなどの道具が必要となり、また、蛇口の一定部分が洗面台や浴槽などの中央に沈積して、使用が不便になり、負傷の危険もある。本発明は、流量調節バルブの開放程度に関係なく、流体排出口での排出速度を一定に保持させて、このような問題点を解消しようとする技術である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ｉ）連続の法則
従来の蛇口を図１のように設置した場合、排出口で排出される水道水の軌跡を調べる。排出口２の断面積Ａ２は固定され、流量調節バルブ１（以下「Ｔバルブ」）の上流側（１次側、流入部）の水圧Ｐａが一定する場合、Ｔバルブでの流速ｖ１が一定である。Ｔバルブと排出口に対して連続の法則を適用すれば、（式（１）、（２））排出口での流速ｖ２はＴバルブの開放程度Ａ１に比例して変化する（図１、ｖ２’、ｖ２”、…）
【０００５】
【数１】
0005893626.tif 000002
【０００６】
ｉｉ）トリチェリの法則（Ｔｏｒｒｉｃｅｌｌｉ’ｓ  ｌａｗ）とベルヌーイの定理
大気中に露出された大きい貯水槽で噴出される液体（図１）の排出速度は、式（３）（トリチェリの法則）のようである。これは、ベルヌーイ方程式の応用例として適用しても同じく表現される。
【０００７】
【数２】
0005893626.tif 000003
【０００８】
建物の屋上に設置された水槽から水が供給される住宅やアパートの上水道供給装置は、この法則によってＴバルブでの流速（図１）ｖ１が決められる。
【０００９】
ｉｉｉ）原理の適用
フロートバルブによって所定水位を保持する貯水槽に排出口バルブを装置して、トリチェリ法則を直接利用する方法、揚力と抗力などを利用して排出口の断面積を変化させる方法（即ち、式（１）でＡ２をＡ１に比例させる）を利用して課題を解決する。
【発明の効果】
【００１０】
１）使用の便利性、２）デザインの多様性、３）負傷の防止
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】連続の法則、トリチェリの法則に関する説明である。
【図２】フロートバルブを利用してトリチェリ法則を適用した実施例である。
【図３】フロートバルブを利用してトリチェリ法則を適用した実施例である。
【図３ａ】フロートバルブを利用してトリチェリ法則を適用した実施例である。
【図４】フロートバルブを利用してトリチェリ法則を適用した実施例である。
【図５】フロートバルブを利用してトリチェリ法則を適用した実施例である。
【図６】重力、抗力、連続の法則を適用した実施例である。
【図７】重力、抗力、連続の法則を適用した実施例である。
【図８】重力、抗力、連続の法則を適用した実施例である。
【図９】重力、抗力、連続の法則を適用した実施例である。
【図１０】揚力とモーメントを利用した実施例である。
【図１１】揚力とモーメントを利用した実施例である。
【図１２】揚力とモーメントを利用した実施例である。
【図１３】抗力と弾性体の復元力を利用した実施例である。
【図１４】抗力と弾性体の復元力を利用した実施例である。
【図１５】抗力と弾性体の復元力を利用した実施例である。
【図１６】揚力と弾性体の復元力を利用した実施例である。
【図１７】揚力と弾性体の復元力を利用した実施例である。
【図１８】重力、抗力、連続の法則を適用した実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
流体排出口が水平または水平上向きに洗面台または浴槽に向けて設置して、蛇口として用いることができる。この場合、従来の蛇口と異なって、排出流量調節バルブの開放程度と関係なく、排出流速が一定するので、全く不便を感じることなく用いることができ、非常に便利である。
【００１３】
１）トリチェリの法則を直接利用（図２、３、３ａ、４、５）
取っ手３２２、４２２とプレート３２１、４２１が結合された排出口バルブＡ３２、４２（以下、Ａバルブ）は、水槽３１、４１に形成された溝部３１１ｂ、４１１ｂに装着されて、上下に動きながら排出口３１１ａ、４１１ａを開閉する。水槽の内部に上水（または混合水）を供給する通路の端部に水槽入口３４ａ、４４ｄが形成され、この水槽入口は、フロートバルブ３３、４３によって開閉される。水槽の上部には水槽の内部空間の大気圧を保持させるための孔３１２ａ、４１２ａが形成され、外部は低く、内部は高く孔３１２ａを形成すれば、異物の流入を抑制する效果がある。
【００１４】
フロートバルブの浮力Ｆ、水槽入口の断面積と傾斜角度θなどは、フロートバルブの上流側の水圧との関係を考慮して適切に設計する。傾いた左・右対称面に同じ水槽入口を形成した場合であれば、フロートバルブが諸機能をするために、Ｆの最大値（Ｆｍａｘ）が２Ｆ１ｓｉｎθより大きくなければならないので、水槽入口の最大許容断面積は、他の条件が同じである場合、傾斜角度と関連がある（図３）。フロートバルブの上流側の水圧をＰａ、水槽入口の一側断面積をＡ３とすれば、Ａ３とθの関係は、式（７）のように表現される。従って、水槽入口の最大許容断面積は傾斜角度が９０゜の時、最小値を有する。
【００１５】
【数３】
0005893626.tif 000004
【００１６】
フロートバルブの開閉部３３２、４３２（ｃｌｏｓｕｒｅ  ｍｅｍｂｅｒ）が水槽入口の上流側に位置すれば、高い水圧の場合にも比較的低い浮力でバルブを動作させることができる（図３ａ）。
【００１７】
フロートバルブによって、水槽内の水面は常に所定高さに保持されるので、Ａバルブ取っ手３２２、４２２を上にあげて水槽の排出口を開放した時、水の排出速度ｖはトリチェリの法則である式（３）によって所定値に決められる。ただ排出口の各地点で水位ｈ１、ｈ２が違うので、これによるｖの差はあるが、平均水位ｈを排出口の上下間隔（Δｈｍａｘ＝ｈ１−ｈ３）に比べて非常に大きくすれば、（ｈ≫Δｈｍａｘ）、このような差異は無視することができる。水位はフロートバルブの溝３３１ａと突出部位３３２ａの結合位置によって調節されることができる。
【００１８】
図４、５は前述した原理に従来の冷・温水混合機能を付け加えたものである。上水入口４４ａと上水出口４４ｂは、冷・温水を区分することができるようにそれぞれ別途に作り、冷・温水の割合を調節して混合することができる混合バルブ４５と、混合バルブを動かすことができるレバー４２３を付け加える。上部蓋の孔４１２ａに挿入された取っ手４２２は再びレバーの一側端部に形成された多角形、楕円形または歯車状の孔４２３ａに挿入され、最後にボール形状の端部４２２ａは、プレートの上部に形成された同一形状の溝４２１ａに装着される。取っ手は上下で動くことができ、この時、プレートは一緒に動くが、レバー４２３と上部蓋４１２は動かないように結合する。取っ手も時計回りまたは反時計回りに回転することができ、この時、レバーの孔４２３ａと取っ手の中間部分が噛み合って、レバーが一緒に回転することができるようにするが、上部蓋とプレートは回転しないように結合する。
【００１９】
混合バルブの下部には、冷・温水に分けられた２つの上水出口４４ｂを相互補完的に開閉して、冷水、温水またはこれを混合した混合水を混合水出口４４ｃに連結させる溝４５ａが形成されている。レバーの他側端部は、混合バルブの上部溝４５ｂに装着されて、レバーが回転する時、混合バルブを左右に移動させて、冷・温水の混合割合を決める機能をする（図５、Ａ−Ａ断面図）。混合バルブは、図２、３の上水通路３４の中間部分に３方向（ｍｉｘｉｎｇ  ｔｙｐｅ（Ｔ  ｐｏｒｔ））プラグバルブなどの形式で付加されることもできる。
【００２０】
冷・温水は上水管と連結された上水入口４４ａから上水通路を経て上水出口４４ｂで混合バルブ下部の溝４５ａに供給されて、ここで適切に混合される。この混合水は、混合水出口４４ｃからフロートバルブによって開閉される水槽入口４４ｄを通じて水槽内に供給される。
【００２１】
図４で上部蓋４１２の下部を混合バルブの下部と同じ形状にし、混合バルブとレバーを取り除けば図２の実施例のようになる。
【００２２】
Ａバルブは、図のように必ずゲートバルブである必要はなく、排出口３１１ａ、４１１ａでトリチェリの法則を適用することができる構造であれば、プラグバルブ、ボールバルブ、ピンチバルブなどでも構わない。
【００２３】
本発明は、水槽内部の流体は液体で、外部は気体の状態で、水槽内部の液体を外部に排出する流体排出口に限って適用する。
【００２４】
２）抗力と重力を利用（図６、７、８、９、１８）
以下の発明は従来の蛇口の排出口（図１の２部分）に関するもので、図面でＴバルブ（図１の１部分）の図示は省略する（以下、３）、４）、５）は同一）。Ｔバルブの下流側（２次側、流出部）に連結された配管２に、排出口２ａとバルブシート２ｂとを形成し、配管の内部に配管に沿って動いて、排出口を開閉する排出口バルブＢ２１（以下、Ｂバルブ）を装置する。排出口は、Ｂバルブの大きさなどを考慮して、配管の端部と適切な間隔を保持する。Ｂバルブシート２ｂは排出口の上流側または下流側に選択的に形成し、Ｂバルブの形状、流動範囲などを考慮して適切な位置を設定する。Ｂバルブシートは、図と異なって複数の突出形状をすることもできる。Ｂバルブは、下から上まで断面の形状と面積を同じく形成することもでき、中間部分２１ｂの断面積が下部分２１ａより小さく、上部分２１ｃは下部分と同じくするか、複数突出するように形成するか、複数の突出形状を一回り挿入する形状にするなど様々な形態に変形することもできる。排出口の付近の配管は垂直に配置することもでき（即ち、排出口が水平方向に向けるように）、水平面と適切な角度を保持（即ち、排出口が水平で４５゜上向きするなどのように）することもできる。以下、動作原理は、垂直に配置した場合を例に記述する。Ｔバルブ１が開放されて排出口で水が排出される時、Ｂバルブによる圧力ＰｂとＢバルブ上部空間の大気圧Ｐ０の和（Ｐｂ＋Ｐ０）が排出口水圧Ｐｎと同じくなれば（Ｐｎ＝Ｐｂ＋Ｐ０）、圧力が平衡する。この時、排出口で配管内外の圧力差ΔＰはＰｂになり（式（８））、式（４）を適用すれば、ｖは所定値を有する（式（９））。（ＰｂはＢバルブの重量、体積、形態などが決まれば所定値を有する。）
【００２５】
【数４】
0005893626.tif 000005
【００２６】
以後Ｔバルブをさらに開放すれば、連続の法則によって配管内の流速ｖ２が増加し、これは、ΔＰとＰｎの増加を意味する（式（４）、（８））。Ｐｎが大きくなりながら、Ｐｎ＞Ｐｂ＋Ｐ０になって、平衡は壊れ、Ｂバルブは上方へ力を受けて移動して、排出口の断面積は広くなる。これにより、同時多発的に排出流速ｖ、ΔＰ、Ｐｎの減少が発生し、Ｐｎ＝Ｐｂ＋Ｐ０になる新しい平衡位置でＢバルブは止まる。この新しい平衡位置で再び式（９）が成り立って、排出口で流体排出速度はＴバルブの開放程度と関係なく所定値を保持する。ただＴバルブの開放程度によって排出口の断面積が変わるので、単位時間当り排出流量だけ変わるだけである。
【００２７】
Ｂバルブと配管の接触面で発生する摩擦力Ｆｓは排出流速の誤差を発生させる。摩擦力による誤差が無視するほどに小さい場合でなければ、摩擦力を減少させる必要がある。一般的に、摩擦力は接触面の表面加工技術で相当部分減らすことができる。さらに、摩擦力の減少のために、Ｂバルブと配管との間に微細な間隔を保持すれば、これにより漏水が発生する。これに対する影響は後述する。（Ｃバルブ、Ｄバルブ、Ｅバルブ同一）
【００２８】
Ｂバルブの移動は抗力でも説明することができる。Ｂバルブと配管との摩擦力による排出流速ｖの変化を最小化するために、微細な間隔を保持した場合、この隙間を通じて流体は上方へ漏出され、Ｂバルブは流体による抗力Ｄｂを受ける。Ｂバルブの重力と浮力の合力であるＦｂ（Ｆｂは一定である。後で説明する）が下方へ作用し、大きさが抗力と同じになれば、力の平衡状態でＢバルブは停止する。この状態で、Ｔバルブの開放程度が変わって流速が変われば、抗力が変わって、Ｂバルブは上または下方向に移動する。Ｂバルブの移動で排出口の断面積、排出流速ｖ、抗力Ｄｂが変わって、Ｄｂ＝Ｆｂである新しい平衡位置でＢバルブは停止する。結局、排出流速は式（１０）のように一定する値を有する。式（９）、（１０）は右辺の表現方法のみ違うだけ排出流速で同じ値になる。
【００２９】
【数５】
0005893626.tif 000006
【００３０】
今まで動作原理はＢバルブの上部空間が大気圧を保持することを前提に説明したが、これに対して詳しく説明する。
【００３１】
Ｂバルブと配管が密着されて漏水がない場合には（図６の断面図）、Ｂバルブの中間部分２１ｂまたは上部と排出口の上部の隙間を通じてＢバルブの上部空間が大気圧を保持する。
【００３２】
摩擦力を減らすために、Ｂバルブと配管との間に微細な間隔を保持した場合、ここで漏水が発生するので、その影響も一緒に説明する（図７、８）。
【００３３】
第１、Ｂバルブの上下部断面積が同じである場合、Ｂバルブの側面に沿って、流速ｖで水面が上昇される漏水は、Ｂバルブの排出口の側の空間で開水路流動ｖｏ（ｏｐｅｎ−ｃｈａｎｎｅｌ  ｆｌｏｗ）を形成して外へ排出される。この時、開水路流動による排出水量が水面を上昇させる漏水量に及ばない場合、Ｂバルブは水に浸ってしまう。Ｂバルブが水に浸った後には、水面の上昇速度が減少（ｖ’）するようになり（連続の法則）、開水路流動ｖｏ排出水量が増加して、漏水量と開水路流動による排出水量が同じになる地点で、水面の上昇は止まる（図面で矢印の長さは特別な意味を有するのではない。以下同一）。この時、排出口での最高水位が排出口の上部より低く保持される限度内で上部空間は大気圧を保持する。
【００３４】
第２、Ｂバルブの中間部分断面積と上部断面積が下部断面積より小さい場合、Ｂバルブ側面の水面上昇速度ｖ”は排出流速ｖより小さく、Ｂバルブが沈まない一定水位で水面の上昇は止まる。この最高水位状態で、排出口側の水面が排出口の最上部より低く保持されると、Ｂバルブの上部空間は大気圧を保持することができる。最高水位の高さはＢバルブの下部分２１ａ、中間部分２１ｂ、配管２の内部、それぞれの断面積の差、及び排出口の大きさなどによって変わることができる。
【００３５】
このように、一定水位で平衡を取れば、流体に沈むＢバルブの嵩が一定するので、Ｂバルブが受ける浮力も一定で、Ｂバルブの重力と浮力の合力であるＦｂも一定である。
【００３６】
摩擦力を考慮すれば、Ｂバルブが下降する時（ｖ−）と上昇する時（ｖ＋）の流速は、式（１１）、（１２）の通りである。
【００３７】
【数６】
0005893626.tif 000007
【００３８】
ｖ−、ｖ＋の差を減らすために、ＦｓをＦｂに比べて無視することができるほどに減らす必要があり、このために、Ｂバルブと配管との間に間隔を形成する方法の外にも、Ｂバルブをボール（球）、ローラまたはこれらとの結合形状とする方法などもある。この外に、開水路流動流路を排出口の中央に誘導するＢバルブの変形、排出流線を円滑にするために、下部を曲面にするＢバルブの変形、配管内への異物流入を防止するために、排出口を網または複数の小孔にする変形などが図８、９、１８に示されている。
【００３９】
一般的に、水圧の高い地域では、Ｔバルブの上流側に減圧弁をさらに設置する。また、Ｔバルブの下流側に安全弁を追加設置すれば、異物などによって排出口で流速が急増する突発状況に備えることができる。
【００４０】
本発明は、排出される流体が気体である場合にも適用されることができるが、ただ排出口側面で上昇する流体が排出口側の空間で開水路流動を形成するためには、排出される流体が外部の流体に比べて重くなければならないので、本発明はこのような場合に限って適用する。
【００４１】
３）揚力と重力を利用（図１０、１１、１２）
Ｔバルブの下流側に連結された配管に排出口２ａを形成し、配管の内部に開閉部２２１、支持台２２２で構成された排出口バルブＣ２２（以下、Ｃバルブ）を装置する。
【００４２】
Ｃバルブの開閉部の前面には左右一対または二対以上のエアフォイル２２１ｃを形成する。エアフォイルは、キャンバーエアフォイル（Ｃａｍｂｅｒｅｄ  Ａｉｒｆｏｉｌ）または対称型エアフォイル（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ  Ａｉｒｆｏｉｌ）を陽刻または陰刻にすることができ、対称型エアフォイルの場合、揚力が発生することができるように、迎角（ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ａｔｔａｃｋ）を０゜を超えるようにする。Ｃバルブの開閉部の前面中央部位は深い溝２２１ａを形成し、その下側はこれより浅い溝２２１ｂを付加的に形成することができる。Ｃバルブは、支持台に形成された孔２２２ａと配管の内部の凹溝２ｄまたは貫通溝に挿入されたピン２ｅ、ねじなどで配管に固定するが、これを軸（回転軸）で自在に回転可能に結合する。Ｃバルブのモーメントは、質量、モーメントアームの長さによって決められるので、質量、回転軸の位置、質量中心の位置などを単独または複合的に調節する方法で変更させることができる。例えば、支持台に移動式振り子２２２ｂを設置して位置を移動させると、質量中心が移動し、これによってモーメントアームの長さが変わってモーメントが変わる。Ｃバルブの前面と配管は漏水がないように密着させたり、摩擦力の減少のための間隔を保持させたりすることができ、互いに対向する二つの面の縦断面線は、Ｃバルブの回転軸を中心にする同心円周上に置かれるようにする。配管の排出口の周囲には配管の内部に突出された形状２ｃを付け加えることができる。（Ｃバルブと配管の互いに対向する面に形成された凹凸は図１２参照）
【００４３】
Ｔバルブが開放されると、エアフォイル部位（マル３）、そして排出口（マル１）で流体が排出される（図１１）。この時、エアフォイルは揚力Ｌを発生させ、Ｃバルブは揚力によるモーメントｒ２Ｌとバルブの重力と浮力によるモーメントＴが一致する地点で平衡して止める（摩擦力は無視するほどに非常に小さいと仮定）。Ｔバルブの開放程度が変わると、それによって排出口で流速の変化、揚力の変化、Ｃバルブの移動、流速の変化、揚力の変化が連鎖的に順次に起きて、新しい平衡点で止まる。この時、流速は式（１５）で表示され、Ｔバルブの開放程度、即ち単位時間当り排出流量と直接的な関係はない。
【００４４】
【数７】
0005893626.tif 000008
【００４５】
Ｃバルブ、エアフォイル、回転中心などが決められると、式（１５）の右辺でＴ以外の因子は常数になる。Ｃバルブの質量中心が回転中心の水平線上で±θ範囲内で移動し、Ｃバルブの質量がｍ、回転中心から質量中心までの長さをｒ１とすると、Ｔとｖの変動幅は、式（１６）、（１７）の通りである（揚力Ｌは回転中心の同心円上で接線方向に作用するので、θとは関係ない。浮力は便宜上省略する。）。これは、Ｃバルブが上下１５゜の範囲で動く時、流速は約１．７％の変動を有することを意味する。Ｃバルブの作動範囲はバルブ、排出口などの大きさ、形状、単位時間当り最大排出量などの目標値によって調節されることができる。
【００４６】
【数８】
0005893626.tif 000009
【００４７】
図１１でマル２（Ｃバルブと配管との間に間隔がある場合）、マル３方向に流出される流体は、Ｃバルブと配管との摩擦力の減少、揚力発生などを意図したもので、マル１方向に排出される流体と自然に合流するが、最終的に最小限の流速変化と円滑な流線を保持するようにする必要がある。これのために、Ｃバルブと排出口の凹凸を図１２のように形成することができる。排出口の周囲の突出部分２ｃは、マル２、マル３方向に流出された流体が排出口の上部に直接排出されないようにする機能をする。突出部分２ｃがなくても排出口を網状（図９）に変形すれば、類似する効果を期待することができる。マル２、マル３の方向に流出された流体ｖは、マル４部分で流速が非常に遅くなり（ｖ’、連続の法則）、マル５部分で開水路流動形態（ｖｏ）でマル１と合流する。この時、マル２、マル３の流量がマル１の排出流量より非常に少なければ、最終的にマル１の流速と流線は大きい変化はない。
【００４８】
本発明は、排出される流体が液体または気体である場合に適用する。ただ排出される流体が外部流体に比べて重い場合に限って適用し、以下、全ての発明で同じである。
【００４９】
４）抗力と弾性体の復元力を利用（図１３、１４、１５）
Ｔバルブの下流側に連結された配管に排出口２ａを形成し、配管の内部に排出口バルブＤ２３（以下、Ｄバルブ）を装置する。Ｄバルブは開閉部２３１、抗力体２３３、これらを連結する支持台２３２、及びスプリング２３４で構成され、抗力体は排出口より上流側に位置するように結合する。スプリングの復元力を容易に調節する装置として、スプリングの一側端部にボルト２３６、ナット２３５を付け加えることもできる。摩擦力を減少するために、Ｄバルブと配管との間に間隔を置く場合、Ｄバルブの開閉部の前面中央部位は深い溝２３１ａを、その下側はこれより浅い溝２３１ｂを、そして配管の排出口の周囲に配管の内部に突出された形状２ｆを付け加えることができる。Ｄバルブの開閉部と配管の排出口が接する部位の凹凸は、図１４の通りである（ｔ２＞ｔ１）。この時、微細な間隔による漏水が開水路流動形態で、排出口で排出される流体と合流する過程は、Ｃバルブでエアフォイル部位の漏水を除いた部分と同じである。
【００５０】
Ｄバルブに作用する抗力は排出口の流速と関係なく、排出口より上流側の配管の内部（抗力体が位置する部分）の流速と関係がある。スプリングの復元力をＦｘ、Ｄバルブが流体から受ける抗力をＤｄとすれば、その大きさはそれぞれ式（１８）、（１９）のように表れる。
【００５１】
【数９】
0005893626.tif 000010
【００５２】
Ｄバルブは抗力とスプリングの復元力が平衡になると停止し、この時、バルブの移動距離はｖ２２に比例する。（式（２１））
【００５３】
【数１０】
0005893626.tif 000011
【００５４】
排出口の開放断面積Ｓはｘの関数で、式（２２）のように表示される。Ｓを式（２３）で仮定して、式（２１）を代入して連続の法則を適用すれば、排出口の流速は式（２５）のように所定の値になる。
【００５５】
【数１１】
0005893626.tif 000012
【００５６】
式（２２）、（２３）を満足するｆ（ｘ）は式（２６）の形式になり、排出口の開閉方向形状がｆ（ｘ）関数式によれば排出口で排出流速は一定になる。
【００５７】
【数１２】
0005893626.tif 000013
【００５８】
Ｄバルブの初期位置と排出口の初期開放断面積をｘ’、Ｓ’とすれば
【数１３】
0005893626.tif 000014
のように設定すればいい（図１５）。
【００５９】
５）揚力、抗力と弾性体の復元力を利用（図１６、１７）
Ｔバルブの下流側に連結された配管に排出口２ａを形成し、配管の内部に排出口バルブＥ２４（以下、Ｅバルブ）を装置する。Ｅバルブは開閉部２４１、エアフォイル２４３（ａｉｒｆｏｉｌ）、これらを連結する支持台２４２、及びスプリング２４４で構成され、エアフォイルは排出口より上流側に位置するように結合する。摩擦力を減少するためにＥバルブと配管との間に間隔を置く場合、Ｅバルブの開閉部の前面中央部位は深い溝２４１ａを、その下側はこれより浅い溝２４１ｂを、そして配管の排出口の周囲に配管の内部に突出された形状２ｇを付け加えることができる。この時、漏水の排出過程は前述した通りである。エアフォイルは対称型にする場合、揚力が発生することができるように、迎角（ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ａｔｔａｃｋ）を０゜を超えるようにする。支持台と配管、支持台とエアフォイルは、ピン２ｅ、ねじなどで連結するが、支持台とエアフォイルはピンを中心軸に自在に回転することができるように結合する。スプリングは支持台と配管を連結するピンを中心にトーションスプリング（ｔｏｒｓｉｏｎ  ｓｐｒｉｎｇ、Ｍ＝Ｋδ）を装置することもでき、Ｅバルブと配管との間の適切な地点にコイルスプリング（ｃｏｉｌ  ｓｐｒｉｎｇ）を装置することもできる。トーションスプリングを用いる場合は、固定用ピンにトーションスプリング装着溝を形成して、ピンを回転させることによって、復元力を調節する機能を付加することができる。
【００６０】
エアフォイルと配管の一側面に、それぞれ２つずつの地点（即ち、対称される両側面に総８つの地点）に連結ピンが用いられる場合（図１６）、一側面にある４つの点が平行四辺形の頂点になれば、エアフォイルの迎角はバルブの開放程度と関係なく一定であり、そうではなければエアフォイルの迎角はバルブを開放するほど大きくなることもできまたはその反対になることもできる。
【００６１】
エアフォイルと配管の一側面にそれぞれ１つずつの地点（即ち、両側面に総４つの地点）に連結ピンが用いられた場合（図１７）、エアフォイルの連結ピンを回転中心に質量と浮力によるエアフォイル自体のモーメントが発生し、このモーメントが平衡状態で、翼弦線と流線の成す角度が初期迎角（＋α）になる。質量と浮力の大きさと中心はエアフォイル密度、密度の不均一性有無、エアフォイルの形状などによって変わるので、このような性質を利用して初期迎角が＋αになるように設計することができる。そして、エアフォイルの回転中心が圧力中心（ＣＰ、Ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）であれば、揚力と抗力が発生しても、これによるエアフォイル自体のモーメントは発生しないので、初期迎角は続いて保持されるはずだが、そうではなければ、揚力と抗力はエアフォイル自体のモーメントを発生させて質量と浮力によるモーメントと平衡になるように回転するので、迎角は大きくなるか小さくなる。揚力と抗力によるモーメントが質量と浮力によるモーメントより大きすぎる場合、エアフォイルは諸機能を喪失する。図１７は回転中心がＣＰと一致しながら質量中心（ＣＭ、Ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  Ｍａｓｓ）、浮力中心（ＣＢ、Ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  Ｂｕｏｙａｎｃｙ）と一直線上にある例を示したが、この三点が必ず一直線上にある必要はない。ＣＭとＣＢは回転中心から互いに反対方向に遠く離れるほどエアフォイルの姿勢は安定するので、このためにエアフォイルの両端やその他適切な地点に補助形状を付け加えることができる。
【００６２】
平衡状態でＴバルブの開放程度が変わる場合、配管の流速変化、エアフォイルの揚力と抗力の変化、Ｅバルブの移動、スプリングの復元力の変化、新しい平衡の保持などはＤバルブで説明した原理通りである。ただ、揚力が付加的に作用するという点で差がある。また、このような原理に対して、近似式解釈、コンピューターシミュレーション、実験的方法などを適用すれば、Ｅバルブの回転角度δと配管流速ｖ２との関係を分かることができ、これによって排出流速が一定になるように排出口の形状を決めることができる。
【００６３】
図面で、エアフォイルを迎角が０゜の対称型にするかボール（球）形状などにすれば、揚力は受けないで抗力のみ受けるのでＥバルブではないＤバルブの実施例として見ることができる。この時、抗力は流線方向に作用するので、これをよく考慮して支持台の回転中心、抗力体また開閉部などの位置を設定しなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は住宅、オフィスビルなどで上水道栓として利用することができ、その外にも流体（例えば水や油など）の排出速度を、単位時間当り排出流量が変わっても、それと関係なく一定に保持させる装置として有用に使うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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