JP2005036593A - 真空式下水道構造 - Google Patents

Abstract

【課題】集水タンクが不要で設置コストを低廉化でき、構造が簡単であり、下流側の地盤
が上流側より高い登り勾配でも使用可能な真空式下水道構造の提供。
【解決手段】マンホール１１に第１気液分離槽１７が据え付けられ、マンホール１２に第
２気液分離槽１８が据え付けられ、第１気液分離槽１７と第２気液分離槽１８に真空下水
管路１６と均圧管路１９（気相管路）が接続されている。均圧管路１９に気相用の逆止弁
２４が設けられ、真空下水管路１６には下方に迂回する滞留部２０が形成されている。滞
留部２０には空気導入管路２２を介して滞留部２０に大気圧を供給可能な給気弁２３が設
けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、負圧を利用して下水を移送する真空式下水道構造に関し、更に詳しくは、特
に真空下水管路の配置経路上に障害物がある場合に当該障害物を越えて下水を移送するた
めに好適な真空式下水道構造に関する。

従来の真空式下水道構造では、民家、集合住宅、施設等の建物等から排出される下水を
自然流下により、真空弁ユニットの下水槽に一時的に貯留し、下水が一定量に達すると、
その真空弁を開放し、真空弁の下流側に接続された真空下水管路を通じて中継ポンプ場に
設けられた集水タンクに収集し、集水タンクに集められた下水を下水道処理場又は下水道
幹線に圧送する構造とされている。

このような真空式下水道構造においての圧力損失は「静的な状態の損失」と「動的な状
態の損失」の２つの要素があり、下り勾配の管路とリフトと呼ばれる立ち上げ配管の繰り
返し構造が取られる真空下水管路では、真空管路のリフト部において、その損失が大きく
計上されている。この圧力損失を低減するための方法を、出願人は先に提案している。

この方法にあっては、図５に示すように、障害物Ｓの上流側に、集水タンク１が設置さ
れている。集水タンク１には、逆止弁１０を介して上流側真空下水管路２が接続されてお
り、又、集水タンク１には大気に連通可能な連通管６が接続されており、連通管６は真空
圧に連動して開閉作動する自動吸気弁８を備えている。

障害物Ｓの下流側には下流側真空下水管路３が配設され、下流側真空下水管路３と集水
タンク１との間には障害物Ｓを横断する通水管４が接続されている。上流側真空下水管路
２と下流側真空下水管路３との間には、均圧管５が接続されており、均圧管５には下水の
逆流を防止する逆止弁７が配設されている（特許文献１参照）。

その他の方法として、ＬＬＲシステム（例えば特許文献２参照）や、サイホン原理を利
用したＶＶＳシステム（例えば特許文献３参照）などの低減策も実用化されている。
特開２００２−１８０５２７号公報 特許３３７０８３０号公報 特許２５２６４２７号公報

しかしながら、上述の特許文献２の場合、登り勾配に利用でき、圧力損失を「０」とす
ることができるが、下水を貯めるために比較的大きな下水槽が必要となることと、電動式
均圧弁や電動式大気開放弁を作動させるための電気設備や制御装置が必要となり、設置及
び運用のコストが高いという問題がある。

又、特許文献３の場合、サイフォンの原理を利用したものであり、水路や障害物の横断
にはリフト損失を「０」にすることができるが、建設コストが高いと共に、上流側と下流
側の高低差がないか、下流側が低い場合にのみ適用でき、登り勾配には適用できないとい
う問題がある。

特許文献１の場合、管路に自動吸気弁を取り付けるだけであるので、低コストであるが
、圧力低減効果を与える部位の静的損失は必ず５ｋＰａ見込む必要があり、動的損失は従
来の係数が０．５から０．３に変更されるもので、「０」にはならない。

本発明は、このような問題に着目したものであり、圧力損失を「０」としつつ、低コス
トで電気設備や制御装置無しに小さなスペースで設置可能な真空式下水道構造を提供する
ことを課題とする。

上記課題を解決するために、本願の真空式下水道構造は、下水と空気が搬送される下水
管路内に負圧を与えて前記下水を搬送する真空式下水道構造において、前記真空下水管路
の上流部に第１気液分離槽を、下流部に第２気液分離槽を設けて両者間を前記真空下水管
路で接続すると共に、両者間に前記真空下水管路と分離された下流部から加えられる負圧
を上流部にも加える気相管路を設け、該気相管路の下流部側に前記第１気液分離槽の負圧
が下がったときに前記第２気液分離槽側の負圧が降下することを防止する気相用の逆止弁
を設け、前記第１気液分離槽と前記第２気液分離槽間に、滞留部を形成し、該滞留部と前
記第１気液分離槽間に、下水が前記第１気液分離槽に逆流することを防止する下水用の逆
止弁を設け、前記滞留部に、下水を吸引する負圧が所定値になったときに大気を滞留部に
供給して滞留部の下水を真空下水管路下流に流す吸気弁を設けたことを特徴とする。

この真空式下水道構造によれば、真空下水管路の下流側から負圧が作用すると、この負
圧が第１気液分離槽と第２気液分離槽間の真空下水管路の滞留部に存在する下水に作用す
る。滞留部には吸気弁が設けられているので、所定の負圧がかかると、吸気弁が自動的に
開いて大気圧が滞留部の下水に作用し、下流側に搬送される。このとき、下水用の逆止弁
が開いて上流側の下水が更に滞留部に流入し、負圧のかかっている間、滞留部を経由して
下流側に搬送される。

更に、第２気液分離槽の気相領域から延びる気相管路には負圧が作用している間、気相
用の逆止弁が開いて第１気液分離槽に作用し、第１気液分離槽の上流側の下水が滞留部に
流入する。

負圧が停止すると、気相用の逆止弁及び下水用の逆止弁並びに吸気弁が閉じ、第１気液
分離槽と第２気液分離槽間の下水は滞留部に貯留する。

この滞留部は、集水タンクとして機能し、一定の負圧がかかるまでほぼ所定量の下水を
貯留できる。

また、上記の真空式下水道構造において、第１気液分離槽と下水用の逆止弁と吸気弁と
マンホール内に格納し、該マンホールの内外何れかに滞留部を設ける構成とすると、メン
テナンスが容易である。

本発明にかかる真空式下水道構造によれば、従来の集水タンクが不要で滞留部を作るだ
けであるので、設置コストが非常に低廉化でき、河川や橋梁、暗渠などの障害物を横断す
る場合や下流側の地面が上流側より高い登り勾配でも圧力損失を低減して下水を搬送でき
る。

以下、本発明の実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて説明する。

以下、本発明の実施例にかかる真空式下水道構造を図面に基づいて説明する。図１は実
施例にかかる真空式下水道構造の主要部を示している。この真空式下水道構造の下水には
、汚水の他に雨水も含めることが出来、生活雑排水の真空式下水道構造の他に雨水の真空
式下水道構造にも適用可能である。

図１において、符号１１、１２はマンホールであり、勾配のある斜面の低地１３側の位
置にマンホール１１が設置され、斜面１４の上の高台１５にマンホール１２が設置されて
いる。マンホール１１、１２間には真空下水管路１６が延びている。この真空下水管路１
６の下流側は、集水センター設備の下水吸引用の真空ポンプに接続されているが、この下
水吸引用の真空ポンプとの間には真空下水管路が複数接続されていても良い。真空下水管
路１６の中を流れる下水は真空ポンプの吸引力により低地１３側から斜面１４を登って高
台１５側に流れるようになっている。

マンホール１１の内部には第１気液分離槽１７が据え付けられており、マンホール１２
の内部には第２気液分離槽１８が据え付けられている。マンホール１１の真空下水管路１
６には第１気液分離槽１７が接続されると共に、マンホール１２の真空下水管路１６には
第２気液分離槽１８が接続されている。第１気液分離槽１７と第２気液分離槽１８の下水
液面上方の気相領域部分には、均圧管路１９（気相管路）が接続されている。均圧管路１
９はマンホール１１の壁面を貫通して斜面１４を上り、第２気液分離槽１８の気相領域部
分に接続されている。

この真空式下水道構造では、マンホール１１内部に第１気液分離槽１７と、下水用逆止
弁２１と、自動吸気弁２３（吸気弁）を１つのユニット内に組み込み、第２気液分離槽１
８と、均圧管路１９に取り付けられる逆止弁１４をマンホール１２内に設置しているので
、メンテナンスが容易に行えるようになっている。

真空下水管路１６はマンホール１１内部分において一旦重力方向の下方に曲がってから
マンホール１１の壁面を貫通し、斜面１４の地中内部通ってマンホール１２内部の第２気
液分離槽１８に接続されている。マンホール１１内部において下方に曲げられた後に斜面
１４に沿って上る部分は滞留部２０とされている。この滞留部２０には下水が貯留可能な
部分とされ、バッファリング機能を備えている。滞留部２０は、第１気液分離槽１７内部
の上流側部分と滞留部２０との間に下水の水頭差Ｘが生じるように設計され、真空下水管
路１６において水頭差Ｘが生じる部分が滞留部２０とされている。

真空下水管路１６の第１気液分離槽１７の下流部分であって滞留部２０に達する前の部
分には、下水用逆止弁２１が設置されている。下水用逆止弁２１は滞留部２０に流れ込ん
だ下水が第１気液分離槽１７に逆流するのを防止する逆止弁である。又、滞留部２０の下
部には吸気弁用の空気導入管２２が接続されており、空気導入管２２の上端部は下水用逆
止弁２１より上に位置している。空気導入管２２の上部には自動吸気弁２３が設けられて
いる。尚、２５は空気孔、２６はマンホール１１、１２の蓋である。

この自動吸気弁２３は、滞留部２０に溜まった下水を下流側から負圧により吸引する場
合に大気を与えて滞留部２０の下水を吸い上げるために、所定の負圧がかかると開いて大
気圧を滞留部２０に与え、所定の負圧以下になると大気を遮断するものである。自動吸気
弁２３は、出願人が先に特開２０００−１４４８６８号に開示したものを使用しているが
、下水の吸引力となる負圧を調整するために周知の減圧弁で構成されていてもよい。また
、自動吸気弁２３は電動弁でも良い。

均圧管路１９の第２気液分離槽１８近傍部分には第２気液分離槽１８の下流側から働く
負圧を第１気液分離槽１７に付与する気相用の逆止弁２４が設けられている。逆止弁２４
は第２気液分離槽１８内部の気液が２相状態にあるときに、下水が均圧管路１９内に入り
込むことを防止すると共に、第２気液分離槽１８内に発生する負圧を均圧管路１９内部に
与える。

この真空式下水道構造では、真空下水管路１６の傾斜面１４に沿った上り勾配の部分等
の高リフト、多段リフトなどのリフトの上流に第１気液分離槽１７を設け、下流に第２気
液分離槽１８を設け、第１気液分離槽１７と第２気液分離槽１８との気相部分領域には、
均圧管路１９が接続されている。均圧管路１９には下水を通さず、第１気液分離槽１７に
第２気液分離槽１８の高い負圧が常に提供可能な状態とされている。

第２気液分離槽１８には、上流側の第１気液分離槽１７の負圧が落ちないように気相用
の逆止弁２４が設けられており、下流側に強い吸引力が作用して高い負圧となったときに
は、真空下水管路１６の高低差による圧力損失にかかわらず、上流側の第１気液分離槽１
７にも強い吸引力が働いて高い真空度が供給される。

第１気液分離槽１７と第２気液分離槽１８のそれぞれの下水が流れる領域には真空下水
管路１６が接続され、第１気液分離槽１７と真空下水管路１６の接続部位近傍には滞留部
２０が形成されており、下水を貯留可能とされている。この滞留部２０よりも上流側の部
分には、下水用逆止弁２１が設置されている。この下水用逆止弁２１は、取り外し可能な
構造とされており、第１気液分離槽１７から滞留部２０に流れ込む下水が第１気液分離槽
内１７に逆流することを防止するものである。下水用逆止弁２１に作用する下水を吸引す
る負圧（真空圧）は一般に上流側より下流側が高く、勾配も下水が流下する方向に向けら
れているため、滞留部２０に下水が流れ込むこととなる。

真空下水管路１６の上流側の負圧が高くなった（吸引力が大きくなった）場合には、下
水用逆止弁２１が閉じるため、下流側の負圧が相対的に弱くなっても上流側に影響を及ぼ
さない。

自動吸気弁２３が滞留部２０と大気を遮断しているとき、第１気液分離槽１７と第２気
液分離槽１８に挟まれた高リフト部においては、下水を吸引する負圧の差はない。しかし
、自動吸気弁２３が作動して滞留部２０が大気と連通すると、大気圧との差によって、滞
留部２０や上り管路、若しくは多段リフト部（図示せず）の下水中に空気が混入して下水
と空気の２相流が形成され、滞留部２０の下水が下流側に搬送される。第２気液分離槽１
８では気液２相流の下水が下流に流れるために、均圧管路１９に接続される第１気液分離
槽１７は、自動吸気弁２３の開による真空圧の影響を受けない。従って、真空式下水道構
造の第１気液分離槽１７の上流においては、設計上の損失ロスが無く、下水が下流に搬送
される。

滞留部２０の下水が第２気液分離槽１８の下流に流れ去り、滞留部２０が空となって下
流側の真空圧が下がると、自動吸気弁２３が閉じ、自動吸気弁２３から吸引される空気が
無くなるため、第１気液分離槽１７近傍の下水用逆止弁２１が開き、上流側の下水が再び
下流側の滞留部２０に流れ込む。

図２は、マンホール１１の外部に滞留部３０を埋設管路として形成したものであり、空
気導入管路２１を滞留部３０の下部に接続している。空気導入管路２１の上部には自動吸
気弁２３が設けられ、空気導入管路２１と大気を開閉可能としている。

図２の真空式下水道構造では、下水が下水用逆止弁２１より下流に流れたときには、先
ず滞留部３０に流入した後、下水が溜まる。そして、第２気液分離槽１８側からの吸引力
によって水頭差Ｘを生じ、設定された作動真空圧に達すれば、自動吸気弁２３が作動し、
下水は下流側に搬送される。このとき、上流側の真空下水管路１６は自動吸気弁２３から
流入する空気によって真空圧が下がるが、下水用逆止弁２１と気相用の逆止弁２４の働き
によって第１気液分離槽１７側の上流の真空度は保たれると共に、滞留部２０の下水は空
気導入管路２２の上流側のみでなく下水用逆止弁２１下流の管路の下水も搬送される。

尚、図３に示すように、この滞留部４０はマンホール１１より下流側において真空下水
管路１６と同じ口径に限らず、口径が大きな管路を設置し、自動吸気弁２３の作動時の搬
送下水量を増やしても良い。

また、図４の真空式下水道構造では、真空下水管路１６を河川Ｒの下側に通して滞留部
５０を河川Ｒの下側に設けている。空気導入管路２２は滞留部５０の河川Ｒの下部に接続
され、自動吸気弁２３はマンホール１の内部に設けられている。尚、空気導入管路２２の
上端部を第２気液分離槽１８側に延ばして、第２気液分離槽１８側に自動吸気弁２３を設
けても良い。

以上説明したように、第１、第２気液分離槽１７、１８において下水と空気が分離され
ているので、第２気液分離槽１８の下流の真空ポンプ側から負圧が作用すると、均圧管路
１９内部から空気が吸引される。このため、第１、第２気液分離槽１７、１８間の真空下
水管路１６では均圧管路１９側に吸引力が奪われる。しかし、真空下水管路１６には水頭
差Ｘを有する滞留部２０が形成されているために、この水頭差Ｘによって滞留部２０内部
に下水が溜まることとなる。

しかし、滞留部２０内部に下水が溜まっている状態で、自動吸気弁２３を開くと、滞留
部２０内の下水に働く負圧と大気の圧力差によって、滞留部２０の下水には真空ポンプの
吸引力が働くこととなり、滞留部２０の下水は下流に吸引される。真空下水管路１６内部
を下水が流れる結果、逆止弁２１から下水が流入し続け、下水が下流側に流れる。このと
き、真空下水管路１６の内部に気液が混入して流れるが、第２気液分離槽１８で下水と分
離された空気は、第１気液分離槽１７に作用して第１気液分離槽１７内部にも上流の下水
が入り込む。自動吸気弁２３の作動は滞留部２０の水頭差Ｘによる圧力損失に依存する。

他方、自動吸気弁２３の作動による圧力損失の影響を第１気液分離槽１７に与えないた
め、第１気液分離槽１７と第２気液分離槽１８との間に挟まれた真空下水管路１６におい
て、静的・動的な損失は、設計上見込む必要がなく、障害物上方の迂回や下方の迂回があ
ったり、傾斜面の勾配や崖地など高低差があっても、確実に下水を下流に搬送することが
できる。

本発明の実施例にかかる真空式下水道構造の主要部の構成を示す図である。 本発明の実施例において滞留部をマンホールの外側に設けた図である。 本発明の実施例において滞留部の真空下水管路を大口径にした場合の図である。 本発明の実施例において真空下水管路を河川の下側に通した場合の図である。 図５は従来の下水道管路の図である。

符号の説明

１１、１２ マンホール
１６ 真空下水管路
１７ 第１気液分離槽
１８ 第２気液分離槽
１９ 均圧管路
２０ 滞留部
２１ 下水用の逆止弁
２２ 空気導入管路
２３ 自動吸気弁
２４ 気相用の逆止弁
Ｘ 水頭差

Claims (2)

1. 下水と空気が搬送される下水管路内に負圧を与えて前記下水を搬送する真空式下水道構
   造において、
   前記真空下水管路の上流部に第１気液分離槽を、下流部に第２気液分離槽を設けて両者
   間を前記真空下水管路で接続すると共に、両者間に前記真空下水管路と分離された下流部
   から加えられる負圧を上流部にも加える気相管路を設け、
   該気相管路の下流部側に前記第１気液分離槽の負圧が下がったときに前記第２気液分離
   槽側の負圧が降下することを防止する気相用の逆止弁を設け、
   前記第１気液分離槽と前記第２気液分離槽間に、滞留部を形成し、
   該滞留部と前記第１気液分離槽間に、下水が前記第１気液分離槽に逆流することを防止
   する下水用の逆止弁を設け、
   前記滞留部に、下水を吸引する負圧が所定値になったときに大気を滞留部に供給して滞
   留部の下水を真空下水管路下流に流す吸気弁を設けたことを特徴とする真空式下水道構造
   。
2. 前記第１気液分離槽と前記下水用の逆止弁と前記吸気弁とをマンホール内に格納し、該
   マンホールの内外何れかに前記滞留部を設けたことを特徴とする請求項１記載の真空式下
   水道構造。
   

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