JP2015155628A

JP2015155628A - 給配水管構造

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Publication number: JP2015155628A
Application number: JP2014031567A
Authority: JP
Inventors: 鉄兵岡村; Teppei Okamura; 雅夫高野; Masao Takano; 洋一郎小島; Yoichiro Kojima; 祐矢山崎; Yuya Yamazaki
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: JP6282483B2

Abstract

【課題】垂直に流下する流水のエネルギー損失が生じることなく、流水力を最大限利用できる給配水管構造を提供する。
【解決手段】水平給配水管１０の下流に、貯留槽３０を介して垂直給配水管２０が連結されている。垂直給配水管２０の上端部は、他の部位よりも内径が小さな小径部となっており、当該小径部には整流器２１が配されている。これにより、垂直給配水管２０内では水Ｗが垂直給配水管２０の周壁に接触することなく自由落下するため、流水のエネルギー損失が生じることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、水が垂直下方に流下する径路として垂直に配設された垂直給配水管を少なくとも含む給配水管構造に関する。

ビルや家屋等の建築物、産業機械や電化製品等の各種機器、発電所やダム等の構造物、及び工場や農場などあらゆる分野において、種々の目的で水が利用されている。この場合、水の供給源から必要とされる場所へ水を給水、配水、ないし導水したり、循環または排水するため、給水管、配水管、導水管ないし排水管（以下、これらを総称して「給配水管」と称す）が種々の径路で配されている。そのうち、例えば水平方向に配された水平給配水管と垂直に配された垂直給配水管とが連続し、水平方向に流れてきた水が垂直下方に流下するよう配された部分がある。

例えば特許文献１の図４には、道路の側溝から地中の貯留管へ水を配水するための配水径路として、側溝から延びた上段の水平配水管と、貯留管に連結された下段の水平配水管との間に垂直配水管が配されており、上段の水平配水管内を流動する水が、垂直配水管内において垂直下方へ流下するよう配されている。これによれば、垂直配水管内を水が流下する勢い（流水力）を利用して側溝から貯留管へ水を積極的に配水することができる。

また、例えば落差を利用した水力発電などでは、垂直給配水管の下方に発電用水車（ランナ）を配し、垂直給配水管内を水が流下する流水力を利用して発電用水車を回転させるなど、流水力を各種機器の駆動力として利用する場合もある。

特開平１１−１２４８８５号公報

このように、水が流下する流水力ないしその作用は、古くから種々の目的で利用されている。しかしながら、従来は垂直給配水管内を水が充満した状態、すなわち水が垂直給配水管の壁面に接触した状態で流下させていた。これでは、水の粘性摩擦により流水のエネルギー損失が生じて流水力が低下してしまう。当該水の粘性摩擦による流水のエネルギー損失を低減するには、水の流速を小さくして垂直給配水管壁面との相対速度を小さくするか、または単位断面積に対する壁面との接触面積の割合を小さくするため、垂直給配水管を太くする必要がある。

しかし、水が垂直に流下する垂直給配水管においては、水の流速を小さくして垂直給配水管壁面との相対速度を小さくすることはできない。一方、垂直給配水管の太さを大きくすることは可能であるが、これでは広い配管スペースが必要なため、狭小空間や比較的小型の構造物等では困難である。そもそも、垂直給配水管の太さを大きくしたとしても、水と垂直給配水管とが接触している限り流水のエネルギー損失は生じるので、根本的な解決には至らない。

そこで、本発明はこのような課題を解決するものであって、流水のエネルギー損失が生じることなく流水力を最大限利用できる、給配水管構造を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明は、水が垂直下方に流下する径路として垂直に配設された垂直給配水管を少なくとも含む給配水管構造であって、前記垂直給配水管の上端部が、他の部位よりも内径が小さな小径部となっていることを特徴とする。なお、本発明において「給配水管」とは、給水管、配水管、導水管、及び排水管など、水が流動していく径路として配設された配管の総称である。

なお、前記垂直給配水管の小径部には、整流器を設けることが好ましい。また、前記小径部の直上には、貯留槽を設けることも好ましい。

本発明によれば、垂直給配水管の始端部位に当たる上端部を敢えて他の部位より小径にしているため、この小径部を介して流下する水の直径は、必然的に垂直給配水管の内径よりも小さくなる。これにより、垂直給配水管内では水が垂直給配水管に接触しないか、接触するとしても極僅かでほぼ自由落下する状態となるため、水の粘性摩擦による流水のエネルギー損失が殆ど生じることがない。而して、落差による流水力を最大限利用することができる。また、垂直給配水管を必要以上に太くする必要がないため、狭小空間等においても適用可能となる。

また、小径部に整流器を設けていれば、流下していく水の拡散を防いでほぼきれいな柱状の水流とすることができるため、水と垂直給配水管との接触、延いては流水のエネルギー損失を確実に防ぐことができる。これにより、流水力をほぼ１００％残した状態で水を送ることができる。なお、垂直給配水管の壁面に比べて、空気の粘性抵抗は殆ど無視できるほど極めて小さい。

また、小径部の直上に貯留槽を設けていれば、供給源や循環により供給されてきた水が一旦貯留槽に貯留され、流量の変化に応じて水位が変動することで小径部への入水圧力が変動する。これによって上部配管への圧力の影響を抑制することができる。さらに、小径部の径を変化させることにより、流下していく水の流速及びこれに起因する水流直径の調整が容易となり、水と垂直給配水管との接触、延いては流水のエネルギー損失をより確実に防ぐことができる。

実施形態１の断面図である。実施形態２の断面図である。

（実施形態１）
以下に、本発明の代表的な実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態１の給配水管構造は、水の径路として水平に配された水平給配水管１０と、垂直に配された垂直給配水管２０とを有する。詳しくは、水平給配水管１０の下流に垂直給配水管２０が連続しており、水平給配水管１０と垂直給配水管２０との間、すなわち垂直給配水管２０の直上には貯留槽３０が設けられている。

水平給配水管１０は特別な構造は特に有さず、従来から公知の全ての給配水管を使用できる。当該水平給配水管１０の上流側は、直接又は図外の径路を経由して水道や貯留タンク等の水供給源（図示せず）と連通している。若しくは、垂直給配水管２０から給配水された水が循環供給されるように構成することもできる。

水平給配水管１０の下流端は、貯留槽３０に連結されている。貯留槽３０は、垂直給配水管２０へ導入される水を一旦ある程度貯留するために配されるものである。そのため、例えば水供給源としての貯留タンク等と比べてかなり小さくてよい。具体的な大きさは、水平給配水管１０からの水供給量、必要な貯留量、垂直給配水管２０への水導入量等に応じて適宜選択すればよい。貯留槽３０の大きさは必要最低限の大きさとして、できるだけ小さいことが好ましい。給配水管構造の小型化に有利となるからである。

垂直給配水管２０の上端部は他の部位よりも小径な小径部となっており、当該小径部には整流器２１が挿嵌されている。整流器２１は、水分子の分子運動の方向を揃えて綺麗な柱状の水流にするためのものであって、軸方向に延びる細長孔が複数並設された蜂の巣状のハニカムを好適に使用できる。小径部の内径（整流器２１の外径）は、垂直給配水管２０内を自由落下していく水の柱が、当該垂直給配水管２０の周壁へまともに接触しない程度であればよく、この範囲内においてできるだけ大きいことが好ましい。流水のエネルギー損失を避けながら、水の流量をかせぐためである。なお、垂直給配水管２０の下端は自由開口となっている。そのうえで本実施形態１では、垂直給配水管２０の下方に、例えば図外の発電装置等に連結された水車４０が配されている。

水平給配水管１０から供給された水Ｗは、垂直給配水管２０へ導入される前に、一旦貯留槽３０内に貯留される。これにより、水平給配水管１０より上部の径路における圧力が安定する。さらに、小径部の内径の大きさを調節することにより、垂直給配水管２０内の流速変化を抑制させることができるし、逆に、垂直給配水管２０内における水の径や流速を調節することも可能である。

貯留槽３０に貯留されている水Ｗは、整流器２１を介して垂直給配水管２０へ導入される。これにより、水の分子運動の方向が一方向に揃えられる（整流される）。そのうえで、整流器２１（垂直給配水管２０の上端部）は他の部位より小径となっているので、垂直給配水管２０へ導入された水Ｗは、当該垂直給配水管２０の周壁に衝突することなく綺麗な柱状となって自由落下していく。これにより、水の粘性摩擦による流水のエネルギー損失が生じることが防がれる。

そして、垂直給配水管２０から排出された水Ｗは下方の水車４０へ衝突し、その衝突力（流水力）によって水車４０が回動することになる。なお、水車４０へ衝突する水の径と流速は、小径部の内径の大きさや整流器２１の細孔径等によって調整することができる。

（変形例）
以上、本発明の代表的な実施形態１について説明したが、これに限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば図２に示す実施形態２のように、垂直給配水管２０の直上に貯留槽を設けず、水平給配水管１０と垂直給配水管２０とを直接連結することもできる。また、同実施形態２のように、垂直給配水管２０の下端にも下段の水平給配水管１１が連結された水路として構成することもできる。

また、垂直給配水管２０内の水流が当該垂直給配水管２０の周壁にまともに接触しない限り、整流器２１も必ずしも設ける必要はない。

垂直給配水管２０の上流や下流に連結される給配水管は、必ずしも水平である必要はなく、斜めでも良い。また、貯留槽３０を介して垂直給配水管２０の上流側に連結される給配水管であれば、垂直であっても良い。

本発明の給配水管構造は、給水用、配水用、導水用、及び排水用など、落差による水の流水力を利用するものであれば、種々の用途に使用することができる。

１０・１１水平給配水管
２０垂直給配水管
２１整流器
３０貯留槽
４０水車

Claims

水が垂直下方に流下する径路として垂直に配設された垂直給配水管を少なくとも含む給配水管構造であって、
前記垂直給配水管の上端部が、他の部位よりも内径が小さな小径部となっていることを特徴とする、給配水管構造。
前記垂直給配水管の小径部に整流器が設けられている、請求項１に記載の給配水管構造。
前記小径部の直上に貯留槽が設けられている、請求項１または請求項２に記載の給配水管構造。