空気抜き弁（エアバルブ）完全ガイド：種類・設置・選定・維持管理とトラブル対策

2025年12月25日 最終更新日時 : 2025年12月25日 エバープレイ編集部

はじめに：空気抜き弁とは何か

空気抜き弁（エアバルブ）は、配水・給水・排水・工業配管などの流体輸送系において、配管内に滞留する空気を排出し、逆に配管内の圧力低下時には外気を取り入れて真空を防止するための弁です。空気の存在は流量の低下、測定誤差、ウォーターハンマー（弾性波による圧力変動）や配管のコラム分離（column separation）を引き起こすことがあり、適切な空気弁の選定・配置・維持が配管系の安全性・運転効率に直結します。

空気抜き弁の基本的な働き

空気抜き弁には主に次の3つの働きがあります。

  • 配管充填時や運転中に発生する空気（バルブや高点に溜まる気相）を速やかに放出する。
  • 配管排水や急激な流速低下で内圧が低下した際に外気を吸い込んで真空発生と配管の潰れを防ぐ。
  • 水撃（ウォーターハンマー）やコラム分離のリスクを軽減するため、大流量の空気の排出／吸入を瞬時に行う。

空気弁の主な種類と特徴

  • 自動小型空気弁（エアリリースバルブ）：通常運転時に微小な空気を自動で排出するための小口径バルブ。流量は小さく、配管の高点に複数設置して徐々に溜まる空気を逃がす。
  • 空気弁（エア・バキュームバルブ）／コンビネーションバルブ：配管充填時の大量の空気排出と、配管排水時の大気吸入の両方を高流量で行える。フロート式やダイヤフラム式が一般的で、バルブ内部に大型の通路を持つ。
  • 高流量空気弁（サージ・エアバルブ）：大口径送水本管や長距離輸送管路での急激な流入・流出に伴う大量空気の処理に適する。
  • 分離弁付き（コンビネーション＋スローリリース機能）：大量排気の後、自動的に微少空気の放出に移行する二段構造を持つタイプ。

設置箇所と配置の考え方

一般的な設置ポイントは以下のとおりです。

  • 配管の高点：空気は上方に集まるため、山形や頂点部に設置することで効率よく排気できる。
  • ポンプの吸込み側や吐出側近傍：ポンプ起動・停止時の気穴や吸い込みトラブルを防止する。
  • 配水池やタンクの給排入口付近：充填・排水時の空気処理と圧力安定のため。
  • 長距離送水管の中間高点や区間毎：一箇所に頼らず適度に分散設置することで局所的な気溜まりを防ぐ。

目安としては、配管内の断面変化、勾配変化、バルブやポンプなどの主要設備の上下に配置することが推奨されます。設置位置は運転・整備が可能なアクセスと凍結対策も考慮します。

選定と口径・能力の見積り

空気弁の選定は用途（充填時の大量排気／運転中の微少排気／吸気機能）に応じて行います。主な検討項目は以下です。

  • 期待される最大排気流量（充填時や配管破断時を考慮した非常時流量）。メーカーの能力曲線（流量—差圧特性）を参照して選定する必要がある。
  • 配管口径と運転圧力（耐圧・シール方式の確認）。
  • 流体の温度・腐食性（材質選定：鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、ステンレス等、シート材はEPDMやNBR等）。
  • 取付フランジ規格や隔膜／フロートのメンテ性、保守部品の入手性。

具体的な口径選定は、流量計算・充填速度・空気の流動特性およびメーカーの寸法能力表（キャパシティチャート）で行うのが普通です。設計段階では、充填時に必要な放気量が最も大きくなるため、充填シーケンス（バルブ開閉順序）や補助ベントの配置も併せて検討します。

設置・取付時の注意点

  • 弁は原則として垂直設置（上向き）とし、排気口周辺に遮蔽物や配管棚を置かないこと。故障時や点検時の脱着を見越した作業スペースを確保する。
  • フラッシングや充填作業で固形物やスラッジが流入して詰まらないよう、ストレーナーやバイパスの設置を検討する。
  • 凍結地域では保温対策や凍結防止ヒーターを付加するか、弁室の屋内化を行う。
  • バルブ周辺には遮音・防振対策を施すこと。大流量排気で音が発生することがある。

維持管理・点検のポイント

  • 定期点検：外観、漏れ、フロートの動作確認、シール材の割れ・硬化、ボルトの緩みを確認。年1回以上の点検が望ましい。
  • 運転監視：バルブが常時開いたまま（閉止不良）である場合や逆に全く排気しない場合は異常。運転開始・停止時の挙動を観察する。
  • 流体中の固形物が原因で弁が作動不良を起こしやすいので、必要に応じて清掃や部品交換を行う。
  • 交換部品の在庫：シート、フロート、スプリング、ボールなど、主要消耗部品は現場で迅速に交換できるよう管理する。

よくあるトラブルと対策

  • 詰まり／目詰まり：スラッジや砂の流入が原因。インラインストレーナーや前段のフラッシングで対策。
  • チャタリング（開閉の繰返し）：弁の選定が適切でないか、流速・圧力が不安定。大容量＆二段式バルブに変更することが有効。
  • 漏れ（シート劣化など）：定期的なシール材交換と、弁座面の点検・再研磨が必要。
  • 凍結や凍結後の破損：屋内化、ヒーター、保温材の採用。

設計上の実務的アドバイス

  • 設計段階からメーカーと協議して、想定する運転条件（充填速度、最大流量、圧力履歴）に応じた弁選定を行うこと。メーカーのキャパシティ曲線は必ず参照する。
  • 充填計画（充填速度・段階的なバルブ操作）を作成し、過度な充填速度による大気放出不足やウォーターハンマーを回避する。
  • 長距離送水路では区間毎に空気弁を設置し、区画ごとに管理できるようにする。メンテナンスのためのマンホールや足場も計画する。
  • 地震や土圧など外部荷重への対策として、弁本体の取り付け支持・アンカーを適切に設計する。

関連規格・参考資料

空気弁に関する寸法・試験・性能は、各国の規格やメーカー技術資料に依存します。国際的にはAWWA（米国水道協会）の規格や各メーカーの技術資料が広く参照されています。日本でもJWWAや各メーカーの技術文書を元に設計・維持管理が行われます。

まとめ

空気抜き弁は一見地味な機器ですが、配管系の安全性・運転効率に大きく寄与します。用途に応じた正しい種類の選定、適切な配置、そして日常的な点検・保守が重要です。特に長距離送水管や高低差の大きい配管では、充填・排水シーケンスの設計と高流量対応の空気弁の併用が不可欠です。設計時にはメーカーの能力表や実績、必要であれば水撃解析（過渡解析）を用いて最適化してください。

参考文献

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建築・土木
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