排気弁の基礎と実務ガイド：種類・選定・施工・維持管理

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

排気弁とは：役割と重要性

排気弁（はいきべん、エアーリリーフバルブ・エアバルブ）は、配管内に混入した空気や蒸気を適切に排出・遮断するための弁であり、上下水道、給水・送水管、排水管、ポンプ配管、工業配管など幅広い分野で使用されます。配管内の空気は流量低下、圧力変動（気泡閉塞）、腐食促進、水撃（サージ）発生時の衝撃増大など多くの問題を引き起こすため、適切な排気弁の設置と管理は配管システムの信頼性向上に不可欠です。

排気弁の主な機能

  • 運転中に発生する微小・連続空気の排出（エアリリース）
  • 配管の充水・空水時に発生する大量空気の排出（ベント機能）
  • 配管内が空気で充満した際の真空保護および負圧時の空気吸入（バキュームリリーフ）
  • 水撃発生時の一時的な空気の緩衝・吸放出（サージ軽減の補助）

排気弁の種類と特徴

一般に排気弁は機能と用途により以下のように分類されます。

  • エアリリースバルブ（小空気排出弁）：配管運転中に微小で連続的に発生する空気を常時大気へ排出するための小径弁。弁内にフロートを備え、流体によりフロートが上昇して孔を閉じる構造が一般的。
  • エアバキュームバルブ（エア・バキューム弁、真空弁）：配管の充水・排水時に大量の空気を素早く排出でき、逆に配管内が負圧になった場合に空気を吸入して真空を防止する大口径弁。大きな開口部を持ち高速に空気を移動させる設計。
  • コンビネーション（3機能）エアバルブ：上記小穴の連続排気、充水時の大量排気、負圧時の吸入の3機能を1台で兼ねるタイプ。設置箇所の省スペース化や維持管理の簡素化に有利。
  • 真空/逆流防止付エア弁：外部流入や逆流など特殊な条件を想定した補助機構を持つタイプ。

動作原理（簡潔に）

代表的なエアリリース弁は、弁体内に浮き（フロート）と弁座を備えます。配管内に空気が存在するとフロートが下がり、弁孔が開いて空気を排出します。水が到達して浮きが上昇すると弁座に押し付けられて孔が閉じ、水の漏出を止めます。バキューム弁は大口径の開口で空気を迅速に移動させ、負圧を検出すると開放して空気を吸い込む構造です。材質や形状、シール方法により微細な空気排出性能や耐久性が決まります。

設置場所と設置上の留意点

排気弁は原則として配管の高点や局所的な空気溜まりが想定される場所に設置します。具体的には：

  • 配管の最高点および勾配変化部（逆勾配、折れ点）
  • 配管末端や配水支線分岐部
  • ポンプの吸込み側および吐出側（特に吸込み側は気泡生成に注意）
  • 貯水槽や開放系の接続点

設置上の注意：

  • 弁は垂直に取り付けることが標準（機種により製造元の指示に従う）。
  • 弁の吐出口は凍結防止・雨水侵入防止を考慮した保護措置（筒やハウジング）を行う。
  • アクセスしやすい位置に設置し、点検・交換が容易に行えるように配慮する。
  • 弁の下流側にストレーナや洗浄バルブを併設し、ゴミやスラッジによる詰まりを防ぐ。

選定と計算のポイント

排気弁の選定は、用途（微小空気排出か大量排気か）、設置圧力、流体の種類（飲料水、海水、工業用水など）、必要な通気量、温度、化学的耐性、及びメンテナンス頻度に基づきます。主な評価項目は以下の通りです。

  • 定常時の空気排出量（エアリリース能力）：配管内で発生する空気量の推定に基づき、メーカー公称のリリース容量を確認。
  • 充水・空水時の最大排気能力：急速充水時に発生する体積流量に対応できるか。エアバキューム弁の開口面積と排気速度が鍵。
  • 耐圧等級：最大動作圧力と試験圧力を満たすこと（配管設計圧力に合わせた耐圧選定）。
  • 材質と腐食耐性：塩分を含む環境や高温水では耐食性の高い材質（ステンレス鋼、合成樹脂系、特殊コーティング）を選択。
  • 保守性：分解・清掃・部品交換の容易さ。

計算面では、空気の圧縮性を考慮した体積流量の評価が必要です。特に充水時の大量空気排出では瞬時流量が非常に大きくなるため、メーカーの公称能力（通常は規定圧差・温度条件での排気流量）を参照して安全率をとることが一般的です。設計上の目安として、エアバキューム弁は流入・流出のピーク流量をカバーする開口面積を持つことが要求されます。

材料・構造・寿命

一般的な材料は鋳鉄製ボディにステンレス/黄銅の内部部品、フロートはポリプロピレンやステンレス製、シール材は合成ゴム系（EPDMなど）が使われます。飲料水用途では衛生面・耐食性を重視した材料選定が必要です。海岸近傍や苛酷環境ではステンレスや特殊コーティングが推奨されます。

寿命は使用条件（圧力サイクル、汚れ、化学的腐食、凍結など）によりますが、適切な材質選定と定期保守で十年以上の稼働が可能です。頻繁な水撃やスラッジの流入がある場合は寿命が短くなるため早期交換やフィルタ設置を検討します。

保守・点検の実務

定期点検項目の例：

  • 外観点検：筐体の腐食・破損、周辺配管との結合部の漏れ確認。
  • 動作確認：フロートの動作、弁の開閉挙動、微小漏れのチェック。
  • 内部清掃：スラッジや固形物の付着除去。ストレーナやマニホールドを併設している場合はそこも点検。
  • 消耗部品交換：シール材・フロートシール・スプリングなどの交換周期管理。
  • 冬期間対策：寒冷地では凍結防止措置（保温・電気ヒーター・ドレーン設計）を確認。

運用記録を残し、異常発生時は直ちに現場確認を行ってください。小さな漏れや動作不良が放置されると汚濁や腐食、さらには配管事故につながる可能性があります。

トラブル事例と対策

代表的なトラブルとその対策：

  • 詰まり（スラッジや浮遊ゴミ）：ストレーナ設置、定期洗浄、より大きな口径の弁への交換。
  • シール不良・漏水：シール材の経年劣化による交換、誤った材質選定の見直し。
  • フロート損傷や固着：フロート材の材質見直し、内部腐食の有無確認。
  • 外部凍結による破損：排出口の保護、ヒーターや保温材の設置。
  • 水撃時の過度な負荷：排気弁だけで水撃を抑えることは難しいため、空気弁と併せてサージタンクや減圧弁、ポンプ起動制御等のサージ対策を併用する。

排気弁と水撃（サージ）対策の関係

排気弁は空気の出し入れを適正に行うことで水撃の一因である空気閉塞や不均一な充水を防ぎますが、排気弁単独で強い水撃（ポンプ停止・急開閉による衝撃波）を完全に制御することはできません。水撃対策としては、弁や空気弁に加え、サージタンク、弁の緩開・ソフトスタート制御、逆流防止装置などを組み合わせることが設計上重要です。

設計実務上のチェックリスト（簡易）

  • 用途（微小連続排気か大量排気か）を確認する。
  • 動作圧力域と最大圧力を明確にする。
  • 流体の種類・温度・腐食性を確認し材料を選定する。
  • メーカー公表の容量表で必要排気量を満たすか確認する。
  • 設置位置のアクセス性、保温・凍結防止、保守スペースを確保する。
  • 必要ならコンビネーションバルブを採用して台数削減と管理簡素化を図る。

実例：配水本管の高点における設計手順（概略）

1) 系統の流量・圧力データを取得し、高点の空気発生量を推定。2) 充水時の最大瞬時空気流量を算出（経験式やメーカー指針を利用）。3) エアバキューム弁の公称排気能力と比較し、安全率をかけて口径を決定。4) 材質（飲料水・海水・工業水）に応じてボディ・内部材質を選定。5) 設置高度・凍結リスク・点検性を考慮して支持金具・保護筒を設計。6) 試運転で実動作を確認し、必要に応じてエアベントの追加や改良を行う。

まとめ

排気弁は一見地味な機器ですが、配管系の性能・安全性・寿命に大きく影響します。用途に応じた適切な種類の選定、設置方法、定期点検・保守が重要です。特に水撃対策や腐食環境下では、弁だけでなく系全体の設計（サージコントロール、材料選定、保護措置）を俯瞰して検討することが求められます。

参考文献

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建築・土木
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