JP2005344698A

JP2005344698A - 水の落差を利用した吸引装置

Info

Publication number: JP2005344698A
Application number: JP2004192303A
Authority: JP
Inventors: Takao Yamamoto; 孝夫山本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】吸引揚程が数メートルを越える吸引装置や、真空ポンプは非常に効率が悪く、装置も複雑で精巧なものとなるため、大きな吸引揚程や高真空を発生させるには大きなコストがかかるのが通常である。
【解決手段】図１のように、上部開放の貯水槽（２）と、その直上の高所に設置した密閉の真空タンク（１ａ）を管で繋ぎその管に排水制御弁（６ａ）を取付け、水槽から揚水ポンプ（３）で真空タンク（１ａ）の上部に水を供給する管と給水制御弁（５ａ）を設け、さらにその真空タンク（１ａ）の上部に吸引のための管と制御用の自動弁と、真空タンク（１ａ）内の空気を排気するための管と排気自動弁（７）を取付けた装置において、水を上下に循環させることで、真空タンクと貯水槽との水位差の負圧を真空タンク（１ａ）内に発生させることができる。結果、貯水槽と真空タンクの高低差を１０ｍ近くに設置することで簡単に絶対圧が０に近い真空の発生あるいは高揚程の吸引が可能となる真空ポンプと同等の装置を作ることが可能となる。
【選択図】図１

Description

人口密度の低い地域での下水収集方式に適したものの１つとして真空汚水収集システムがある。これは真空ステーションに設置された吸引装置により、各家庭に設置された汚水桝から汚水を吸引し汚水を集めるシステムである。そのため、下水管の径が小さくでき、マンホールを減らすことが可能となり、また少しの上り勾配も移送が可能となる等の優位点から、山中農村等に広く利用されているシステムである。本発明はそこの真空ステーションで使用されている真空ポンプに関する技術分野に属するものである。

従来、真空ポンプには主なものとして、水封（液封）式ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ベーンポンプ、スクロールポンプ、スクリューポンプ、ルーツ型ポンプがある。このうち下水の真空ステーションに使用されているのは主に水封式ポンプである。これは磨耗部分が少なく吸引空気に水が混入しても問題が生じない長所を持っているが、水封のための水の供給装置や、ポンプ内で温度が上昇する水を冷却する装置等が必要となり、装置が複雑であり維持管理が煩雑である短所を持っている。また水の縣濁が進むと交換する必要が生じるため、水道水を供給するようになりその費用も掛かる欠点もある。液封式は水封式の水を油に置き換えたもので、水封式とほぼ同じ装置が必要である上、水の浸入には弱い欠点も持っている。（特許文献１）

ダイヤフラムポンプは容量の小さいポンプによく使用されていて、装置は小さく簡単な構造で故障も少なく、材質によっては多少の水が浸入しても問題とならない長所を持っているが、動作が往復運動であるためエネルギー効率が悪いことと、大容量のものは製作が困難である欠点を持っている。（特許文献２）

ベーンポンプ（特許文献３）、スクロールポンプ（特許文献４）、スクリューポンプ（特許文献５）、ルーツ型ポンプ（特許文献６）は空気圧縮機に多く使用されている方式であるが、精密機械であるため油潤滑が必要で水等の異物の進入に極めて弱く、維持管理に手間が掛かる短所を持っているため、真空ポンプには特定の用途にのみ使用されているだけである。
実全昭６０−６２６８４特開平０１−７３１７６特開２０００−２０５１５９特開平０７−３３２２６３特開２００１−２０８８５特開２００１−１２３７３

発明が解決しようとする課題

ダイヤフラム方式以外の方式に共通して言えることは、摺動部のシールにオイルや水を使用してエアリークを減らすよう工夫しているため、その箇所の動力損失が大きく動力の効率低下を招いている。また、それにもかかわらず、完全なシールが困難であるため、高真空を作るためには高速運転によってエアリークを補うよう運転される。その結果ますます動力の効率低下を招いている。以上のように現在使用されている真空ポンプはダイヤフラムポンプも含めて、効率が非常に悪い。
また、騒音の大きいものが多く防音装置が必要である上に、水封用の水や油を供給する装置、冷却する装置あるいは異物を除去する装置等複雑な構造となっているものが多く、設備費や維持費が掛かる場合が多い。

問題を解決するための手段

本発明は、図１のように、高所に設置された密閉式の真空タンク（１ａ）に水を満杯にし、その下側排水口から配管を貯水槽（２）へ通ずることで、真空タンク（１ａ）内は貯水槽との水位差により、水位差だけ負圧となる。この水位差を１０ｍに設定した場合、約９８ｋＰａＧの負圧を真空タンク内に作ることができ、この真空タンクの上部に吸入口を設けることでこの圧力の吸引作用を行うことが出来る。理論上は、タンク内を完全な真空からその温度での水の蒸気圧を差し引いた圧力にまでの負圧を作ることができる。

真空タンクの吸引作用により水が貯水槽に落下し無くなると吸引が行えなくなる。そのときは排水口に取付けた排水制御弁（６ａ）と吸気制御弁（４）を閉じ、貯水槽（２）から揚水ポンプ（３）にて真空タンク（１ａ）が満杯になるよう揚水する。なお真空タンク（１ａ）内に吸引時に入った空気は外部に排出されるよう排気制御弁（７ａ）を設けた排気口を真空タンク（１ａ）上部に設けておく必要がある。揚水により真空タンク（１ａ）が満杯になった後、給水制御弁（５）を閉じ吸気制御弁（４）と排水制御弁（６ａ）を開くことで再度吸引を開始することが出来る。さらにこの弁類と真空タンクを２組設け、図２のように吸気制御弁（４）と給水制御弁（５）を自動３方弁にし、交互に揚水と、排水吸引を繰り返すことで連続吸引が可能となり、真空ポンプと同等の装置が出来る。

発明の効果

図１あるいは図２の吸引装置を使用することにより、従来の真空ポンプを使用していた場合と比較して以下の点の改善がなされる。
１稼動部が水中ポンプと水のみであり、特殊な部品を使用しないため、維持管理が容易で故障が少ない。
２揚水ポンプ以外には、機械的なシール部が無く且つエアリークが無いため効率が良い。
３消耗部品が少ないため装置の維持管理費用が少なくてすむ。
４吸引口から水や小さな固形物等の異物が浸入しても問題が生じない。
５吸引口が詰まった場合でも、電動機等の過負荷による焼損・劣化の問題が生じない。
６騒音がほとんど発生しない。
７本装置の水の代わりに水銀を使用することで、高さ７６０ｍｍの装置で真空に近い負圧を作ることが出来る。

発明の実施するための最良の形態

本発明は、吸引動作が間欠的であるが、図２のフローのように高所に設置された真空タンクを２基とし、３方弁の吸気制御弁（４）、３方弁の給水制御弁（５）、各真空タンク（１ａ，１ｂ）に排気制御弁（７ａ，７ｂ）を設け、の下部に排水制御弁（６ａ，６ｂ）を設け下部の貯水槽（２）へ配管で繋ぎ、さらに２基の真空タンクが交互に吸引と給水を行える制御装置を設置することより連続的動作が可能となる。場合によっては、真空タンクを３基以上とし順次給水と排水を可能とする制御弁とその制御装置を使用することも可能である。

図３のように４方弁の給排水制御弁（８）を使用することで、給水管と吸引管を、給水制御弁（５）と排水制御弁（６ａ，６ｂ）を併用することも可能である。

吸気制御弁（４）、排気制御弁（７ａ，７ｂ）、給水制御弁（５）、排水制御弁（６ａ，６ｂ）は、速やかに切替動作が行えるエアー駆動式のボール弁あるいは偏芯構造弁、バタフライ弁が適している。しかし条件によっては、吸気制御弁（４）、排気制御弁（７ａ，７ｂ）、給水制御弁（５）は、逆止弁も使用可能である。

図４は真空下水設備での真空ステーションにおける吸引装置の使用を示すものである。気水分離タンク（１２）を吸引装置で負圧に保つことで空気と汚水の混合物が気水分離タンク（１２）に吸引させることが出来る。気水分離タンク（１２）内の水位が上昇すると排水ポンプ（１１）を運転し、次工程に汚水を送る。この設備の吸引装置に使用することに適する発明である。

本発明の吸引装置は大きなスペースが必要であるが、一般的に真空ステーションに設置される気水分離タンク（１２）は地下室に設置されるため、本発明の吸引装置の真空タンクを地上に設置し、貯水槽を地下室に設置することで高さのスペースは大きな問題とはならないで設置することが出来る。
真空タンクは機密性と、負圧に耐える構造が必要であるため、鋼板製のものが適している。揚水ポンプは一般的に使用されている水中ポンプでかつ貯水槽から真空タンクへ揚水できる揚程を持つものが必要となる。
排水制御弁（６ａ，６ｂ）はその下側でウォーターハンマーが発生しないようタンクの直下ではなく、貯水槽からあまり高くない低い位置に取付ける必要がある。

本発明の吸引装置の構造を示す略図である。連続吸引が可能な吸引装置の構造を示す略図である。４方弁を使用した本発明の吸引装置の構造を示す略図である。真空下水設備における吸引装置使用方法を示す略図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ真空タンク
２貯水槽
３揚水ポンプ
４吸気制御弁
５給水制御弁
６ａ，６ｂ排水制御弁
７ａ，７ｂ排気制御弁
８給排水制御弁
１０吸引装置
１１排水ポンプ
１２気水分離装置

Claims

上部開の貯水槽（２）と、その直上の高所に設置した密閉の真空タンク（１ａ）を管で繋ぎ、その管に排水制御弁（６ａ）を設け、それと別に貯水槽（２）から揚水ポンプ（３）で真空タンク（１ａ）に水を供給する管と繋ぎ、その管に給水制御弁（５）を設け、さらに吸引のための管とその管の吸気制御弁（４）と、排気するための管とその管の排気制御弁（７ａ）を取付けた装置で、水を下部の貯水槽（２）と高所の真空タンク（１ａ）との間を往復させることで、真空ポンプと同等の機能を持つことを特徴とする水の落差を利用した吸引装置。