(57)【要約】【課題】  ブロワーからの給気であっても、その流路を、高頻度で長期間、信頼性高く、かつ全閉状態とならないように切換えることができ、さらには適切な費用で配管システムが構築できるような流路切換弁を提供する。【解決手段】  内部が円筒状のハウジング２と、ハウジング内部で軸心廻りに回転する弁体３と、ハウジングの両端を閉止するフランジ７とを有し、ハウジングは、外周部軸方向に、流体の流入口Ｐと複数の流出口Ａ，Ｂとを有し、弁体は、ハウジング内面と接触してハウジングの内部空間を互いに気密状態に分けるＶ型リングパッキンを備える隔室板５ａ，５ｂを有し、隔室板は、弁体の回転に伴い、流入口が各流出口と順次連通するとともに、少なくとも一つの流出口とは連通を維持するように取り付けられている流路切換弁。【選択図】        図１
2005090674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が円筒状のハウジングと、ハウジング内部で軸心廻りに回転する弁体と、ハウジングの両端を閉止するフランジとを有し、
ハウジングは、外周部軸方向に、流体の流入口と複数の流出口とを有し、
弁体は、ハウジング内面と接触してハウジングの内部空間を互いに気密状態に分けるＶ型リングパッキンを備える隔室板を有し、
隔室板は、弁体の回転に伴い、流入口が各流出口と順次連通するとともに、少なくとも一つの流出口とは連通を維持するように取り付けられていることを特徴とする流路切換弁。
【請求項２】
内部が円筒状のハウジングと、ハウジング内部で軸心廻りに回転する弁体と、ハウジングの両端を閉止するフランジとを有し、
ハウジングは、外周部軸方向に、流体の流入口と、流入口を挟んで位置する複数の流出口とを有し、
弁体は、ハウジング内面と接触してハウジングの内部空間を互いに気密状態に分けるＶ型リングパッキンを備える隔室板を有し、
隔室板は、流入口上を円周方向に横断する部材を有し、弁体回転時に流入口と連通する空間を、一の流出口が臨む空間から別の流出口が臨む空間へと切換えることを特徴とする流路切換弁。
【請求項３】
隔室板は、流入口を挟んで、流出口が臨む内部空間を区分けする部材を有する請求項２記載の流路切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給された流体の吐出方向を切り換えるための流路切換弁に係り、特に下水、中水、産業排水、汚水等の水処理において用いられる膜濾過装置の膜洗浄に好適な流路切換弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水処理にはその処理内容に合わせた曝気が行われており、その曝気装置は、基本的にブロワーと散気装置とを配管で接続した構成である。最近の下水処理装置に多く使用されている浸漬膜装置においては、濾過膜の洗浄用としても曝気が用いられており、例えば特許第３３４１４２８号公報（特許文献１）が開示されている。即ち、特許文献１には、処理槽内に複数の膜ユニットを仕切板で隔てて配置し、その個々の膜ユニットの下方に個々に散気装置を設けた浸漬膜装置において、各散気装置は共通のブロワーに分岐管で接続し、管に設けた各開閉弁で個々に作動できる構成とし、開閉弁を所定時間例えば１５分毎に開閉することで散気装置を交互に作動させることが記載されている。これにより、作動している散気装置上の膜ユニットの膜間には気泡とこれによる上向流が生じ、また作動していない散気装置上の膜ユニットの膜間には下向流が生じ、これらの作用により膜ユニットの膜面に付着した非濾過物質が剥離されると説明されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３３４１４２８号公報（段落番号０００６、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１における浸漬膜装置は膜ユニットが垂直仕切板で隔てられている装置であり、膜ユニットが垂直仕切板で隔てられていない従来の浸漬膜装置では、作動していない散気装置上方の膜ユニットには、気泡も下向流も作用しないため、例えば１５分間も放置したままにすると汚れが付着してしまうという問題がある。このため、従来ほとんどの散気装置は常時作動されている。しかし、常時作動させれば多くのエネルギーを消費するので、省エネを図るためには交互作動を行うことが好ましい。しかし、間欠曝気で連続曝気と同等の洗浄作用を得ようとすると、曝気周期は例えば３〜３０秒と短くする必要がある。
【０００５】
特許文献１は、散気装置の切換に開閉弁を用いているため、弁切換時に、ブロワーに異常圧力がかからないようにするためには、ブロワーからの給気が常にいずれかの散気装置に供給されるようにしなければならない。このためには、応答性のよい弁を使用することが望ましい。特許文献１は、開閉弁については具体的な説明をしていないが、通常ブロワーからの流体の方向制御にはバタフライ弁や玉形弁が用いられており、同様の弁が用いられていると推察される。しかし、上記弁は開閉動作に時間がかかるため、上記のような高頻度切換用には適していない。
【０００６】
高頻度切換、高速応答が可能な方向制御弁としては空気圧制御用の弁があり、開閉弁だけでなく三方弁などの流路切換弁も提供されており、流路切換弁を用いれば、簡単に散気装置を交互作動させることができる。しかし、通常空気圧制御用の方向制御弁は高圧小容量仕様であり、これを用いるとすれば高圧エアーを用意しなければならない。このため、コンプレッサーを使用してエアーを圧縮しなければならない上、散気装置及び配管系も高圧仕様にしなければならず、費用面で問題となる。また、弁は上記頻度で少なくとも２年間は作動することが求められており、耐久性面でも懸念がある。
【０００７】
従って本発明は、ブロワーからの給気であっても、その流路を、高頻度で長期間にわたって信頼性高く、かつ全閉状態とならないように切換えることができ、さらには適切な費用で配管システムが構築できるような流路切換弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の流路切換弁は、内部が円筒状のハウジングと、ハウジング内部で軸心廻りに回転する弁体と、ハウジングの両端を閉止するフランジとを有し、ハウジングは、外周部軸方向に、流体の流入口と複数の流出口とを有し、弁体は、ハウジング内面と接触してハウジングの内部空間を互いに気密状態に分けるＶ型リングパッキンを備える隔室板を有し、隔室板は、弁体の回転に伴い、流入口が各流出口と順次連通するとともに、少なくとも一つの流出口とは連通を維持するように取り付けられていることを特徴としている。
また本発明の流路切換弁は、内部が円筒状のハウジングと、ハウジング内部で軸心廻りに回転する弁体と、ハウジングの両端を閉止するフランジとを有し、  ハウジングは、外周部軸方向に、流体の流入口と、流入口を挟んで位置する複数の流出口とを有し、弁体は、ハウジング内面と接触してハウジングの内部空間を互いに気密状態に分けるＶ型リングパッキンを備える隔室板を有し、隔室板は、流入口上を円周方向に横断する部材を有し、弁体回転時に流入口と連通する空間を、一の流出口が臨む空間から別の流出口が臨む空間へと切換えることを特徴としている。なお、隔室板は、流入口を挟んで、流出口が臨む内部空間を区分けする部材を有することが好ましいが、必ずしも別部材で構成しなくても、一つの部材で両機能を持たせるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は次のような効果を有している。
（１）高い気密性により空気漏れが少ない。
（２）本発明の流路切換弁の運転は弁体を一方向に連続回転させて流路を切換えるだけであるので、長寿命で信頼性も高く、運転動力も小さくてよい。
（３）弁体の回転数を変えるだけで切換時間を変更することができるので、制御が簡単である。
（４）弁体と流入口、流出口の位置関係を全閉状態とならないように機械的に規定しているので、ブロワーなど流体供給手段に異常圧力上昇などの過負荷がかかることはない。
（５）構造がシンプルでパッキンリングの交換が容易である。特別な精密加工を必要としないので、製作費用を抑えることができ、大型の構造体の製作も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
以下、本発明の流路切換弁を間欠曝気用三方弁として提供した例で説明する。
流路切換弁は、下水処理の反応槽に浸漬された中空糸精密濾過膜の膜モジュールの下方に設置されて膜の曝気洗浄に用いられる複数の散気装置に接続され、散気装置に間欠的にエアーを供給する。ブロワーからの給気配管が流路切換弁の流入口Ｐに接続され、流出口Ａからの配管は一方の散気装置群へ接続され、流出口Ｂからの配管は残りの散気装置群へ接続される。従って、散気装置は流出口Ａと流出口Ｂに接続された２系統に分けられ、各系統の散気装置は、流路切換弁で規定された後述するタイミングで交互に気泡を発生する。
【００１２】
図１は、本実施例の流路切換弁１の概略構造を示す軸方向断面図、図２は、図１に矢視方向で示した横断面図で、（ａ）はＨ−Ｈ断面、（ｂ）はＩ−Ｉ断面である。流路切換弁１は、内面が円筒状のハウジング２と、その内部で軸心廻りに回転する弁体３を有している。
ハウジング２の外周には、流入口Ｐと、流入口Ｐを挟んで軸方向に流出口Ａ、Ｂが設けられている。ハウジング２の両端部は、フランジ７（７ａ、７ｂ）で密閉され、フランジ７には弁体３を支持する軸受８が設置される。
弁体３は、回転軸４と、回転軸４に取り付けられた隔室板を有している。隔室板は、その中心部を回転軸４が貫通し、所定間隔隔てて配置された２枚の円形の垂直隔室板５ａ、５ｂと、両垂直隔室板５ａ、５ｂ間で挟まれた空間を半径方向に２分割するように、両垂直隔室板５ａ、５ｂと回転軸４とに軸対称で接合された２枚の水平隔室板６ａ、６ｂからなる。垂直隔室板５ａは流出口Ａと流入口Ｐの間に位置し、垂直隔室板５ｂは流入口Ｐと流出口Ｂの間に位置している。
【００１３】
図１において、ハウジング２の内周面と、フランジ７ａと垂直隔室板５ａの間の左側空間がチャンバーＣ、垂直隔室板５ｂとフランジ７ｂとの間の右側空間がチャンバーＤ、垂直隔室板５ａと５ｂの間の中央部空間がチャンバーＥであり、チャンバーＥはさらに水平隔室板６で周方向にチャンバーＥ１、Ｅ２の２つに分割されている。従って、前述した流入口ＰはチャンバーＥに、流出口Ａ、Ｂは各々チャンバーＣ、Ｄに臨んでいる。また、垂直隔室板５ａにはチャンバーＥ１とＣを連通する流路穴１０が形成されており、垂直隔室板５ｂにはチャンバーＥ２とＤを連通する流路穴１１が形成されている。また、回転軸４の一端側には、回転力伝達手段を取り付け、弁体３を回転可能にしている。本例では、右側フランジ７ｂに可変速モータ９を取り付け、その軸と回転軸４の右端を直結している。
【００１４】
次に、図３をもとに流路切換弁１の動作を説明する。
図３は図１のＨ−Ｈ断面を示しており、流入口Ｐと流出口Ａは実線で示しているが、流出口Ｂは手前側で見えないが、参考に図３（ａ）にのみ二点鎖線で示している。弁体３は、可変速モータ９で所定回転数で連続回転しており、回転数は１〜１２ｒｐｍ程度とする。本例では６ｒｐｍとし１０秒で１回転させている。
図３（ａ）は、矢印Ｗ方向に回転中の弁体３が、ちょうど図１、２の状態にある時を示しており、水平隔室板６は流入口Ｐの中央部にある。ブロワーからの給気を薄く着色したハッチングで示すが、水平隔室板６ｂで分けられてチャンバーＥ１とＥ２の両方に入り、各流路穴１０、１１を通ってチャンバーＣ、Ｄに流入し、流出口Ａ及び流出口Ｂに吐出している。
【００１５】
次いで、弁体３が図３（ｂ）で示す位置に回転すると、水平隔室板６ｂは流入口Ｐから離れ、給気はチャンバーＥ２側にのみ流入し、図示しない流路穴１１を通ってチャンバーＤに流入し、流出口Ｂに吐出する。弁体３が図３（ｃ）で示す位置にくるまで、給気はチャンバーＥ２側にのみ流入し流出口Ｂから吐出される。弁体３が、図３（ａ）から丁度１８０°回転した状態が図３（ｄ）であり、今度は水平隔室板６ａが流入口Ｐの中央部に位置し、給気はチャンバーＥ１側へも入るようになり、各流路穴１０、１１を通ってチャンバーＣ、Ｄに流入し、流出口Ａ及び流出口Ｂに吐出する。
【００１６】
次いで、弁体３が図３（ｅ）で示す位置に回転すると、水平隔室板６ａは流入口Ｐから離れ、給気はチャンバーＥ１側にのみ流入し、流路穴１０を通ってチャンバーＣに流入し流出口Ａに吐出するようになる。弁体３が図３（ｆ）で示す位置にくるまで、給気はチャンバーＥ１側にのみ流入して流出口Ａから吐出され、やがて図３（ａ）の位置に戻ってくる。以降、１０秒サイクルで上記動作が繰返される。即ち、約５秒毎に流出口Ａと流出口Ｂへ間欠的にエアーが吐出される。流出口Ａと流出口Ｂへの吐出切換時、例えば図３（ｃ）〜（ｅ）の間は、両方の流出口にエアーが吐出される。流入口Ｐの直径を７０ｍｍとすると、この間の時間は約０．４秒である。
【００１７】
図１の垂直隔室板５ａ，５ｂの外周部にはハウジング２と摺動するようにそれぞれにシール部材を取り付けてある（図示省略）。図１の一点鎖線で囲った部分はシール部材を備える垂直隔室板５ｂとハウジング２の内面との接触個所を示す。その拡大詳細図を図４に示す。シール部材１２はＶ型の断面形状を有するパッキンリング（Ｖ型リング）が好ましい。Ｖ型リングを用いる場合はＶ溝１２ｂがチャンバーＥ側へ向くように取り付ける。Ｖ型リングのリップ１２ａの外周面先端部（摺動面１２ｃ）はハウジング２と摺動させる。Ｖ型リングを採用することでチャンバーＥ内に空気圧が作用したときに、図中の矢印で示すように圧力で押されたＶ型リングのリップ１２ａがハウジング２内面に押し付けられて密着し気密性を高める。また、長期間の稼動でリング摺動面１２ｃが磨耗してもリップ１２ａがハウジング内面に押し付けられることで気密性を維持することができる。通常のＯ（オー）リングでは磨耗すると気密性を維持できない。また、上記のような機構を有するＶ型リングは僅かな接触面積でも高い機密性を得られることから弁体の回転に際し大きな摩擦抵抗を生じることは無く、小さな動力で弁体を回転させることができる。Ｖ型リングは消耗品であるため定期的な交換が必要であるが、装置の構造がシンプルなため交換後の調整作業等は必要なく、直ぐに再稼動させることができる。
【００１８】
弁体の回転位相が図３（ｂ），（ｃ），（ｅ），（ｆ）で示した状態では流入口Ｐからの加圧空気の流入により水平隔室板６で仕切られるチャンバーＥ１，Ｅ２の一方のみが加圧される。しかし、チャンバーＥ１とＥ２はＶ型リングのＶ溝１２ｂによって連通しているため加圧されるチャンバーから他方のチャンバーへ空気が漏れてしまい切換弁としての機能を損なう。これを防ぐためにＶ型リングのＶ溝１２ｂを部分的に充填する構造を採用することができる。その構造を図５，図６に示す。図５は図１におけるＨ−Ｈ断面矢視図の一部拡大図である。チャンバーＥ１，Ｅ２はハウジング２と摺動する弾性板１３（材質はゴム、樹脂等）をその端部に備える水平隔室板６で仕切られる。しかし、チャンバーＥ１とＥ２はＶ溝１２ｂによって連通しているので、Ｖ溝１２ｂを充填材１２ｄで埋めて連通を断つ。シール部材１２を当初からそのような構造に製造しても良い。図６は図５におけるＪ−Ｊ断面矢視図である。このようにシール部材のＶ溝１２ｂは水平隔室板６の位置に対応する位置において部分的に充填材１２ｄで埋めてある。
【実施例】
【００１９】
図１〜６に示す本発明の流路切換弁を作製し流出口Ａ，Ｂからの吐出流量を測定した。ハウジングの内径は２５０ｍｍ、弁体３の回転速度は１０r.p.m、加圧空気供給によるチャンバーＥ１，Ｅ２の内圧は０．５kgf/cm2とした。摺動面はＶ型リングが自己潤滑性であるため無潤滑油とし、雰囲気温度は５０℃とした。
【００２０】
【表１】
2005090674.tif 000003
【００２１】
表１からも明らかなように、実施例では流出口Ａ，Ｂの何れから吐出させても他方の流出口への空気の漏れは少ないことがわかる。
比較例１では他方の流出口への空気の漏れが多い。オーリングパッキンを採用しているため空気圧によるパッキンの押し付け作用が働かず気密性が不十分なためである。比較例１では垂直隔室板５の直径をより大きくしてハウジング２へのオーリングパッキンの押し付け圧力を高めれば十分な気密性を得ることができるが、摩耗が早く進行するため短期間のうちに気密性は低下する。
比較例２では垂直隔室板５とハウジング２とのギャップを０．１ｍｍとした。シール無しでもギャップを限りなく小さくすれば気密性は高まるがそのような精密加工は困難であり実用的ではない。
【００２２】
上述したように、本発明の流路切換弁は、給気を短時間で切換えて散気装置に送ることができるので、小さな容量のブロワーを用いても膜の洗浄効果をあげることができ、かつ省エネが図れる。また、大容量のものも容易に製作できるので、散気装置の作動・不作動の切換を２系統とする場合には、１個で対応することができる。また、適宜組み合わせ、弁体の回転数を適切に設定すれば、多系統に順次エアーを供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、供給された流体の吐出方向を切り換えるための流路切換弁に係り、特に下水、中水、産業排水、汚水等の水処理において用いられる膜濾過装置の膜洗浄に好適な流路切換弁に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の流路切換弁の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】図１の横断面Ｈ−Ｈ、Ｉ−Ｉを示す図である。
【図３】図１の流路切換弁の動作を説明するための断面図である。
【図４】図１の一点鎖線で囲った部分の拡大詳細図である。
【図５】図１におけるＨ−Ｈ断面矢視図の一部拡大図である。
【図６】図５におけるＪ−Ｊ断面矢視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，２０，３０  流路切換弁
２  ハウジング
３  弁体
４  回転軸
５ａ，５ｂ  垂直隔室板
６  水平隔室板
７  フランジ
８  軸受
９  可変速モータ
１０，１１  流路穴
１２  シール部材（Ｖ型リングパッキン）
１２ａ  リップ
１２ｂ  Ｖ溝
１２ｃ  摺動面
１２ｄ  充填材
１３  弾性板
Ａ，Ｂ  流出口
Ｅ１，Ｅ２  チャンバー
Ｐ  流入口
【図１】
2005090674.tif 000004
【図２】
2005090674.tif 000005
【図３】
2005090674.tif 000006
【図４】
2005090674.tif 000007
【図５】
2005090674.tif 000008
【図６】
2005090674.tif 000009