JP2018003316A - 貯水槽 - Google Patents

Abstract

【課題】筒軸方向の長さが比較的短い貯水槽に適した水の入替数の良い、従って槽内の水質を常時新鮮に保つことができる貯水槽を提供する。【解決手段】円筒形、楕円筒形、長円筒形の貯水槽において、円筒胴１１の軸心ｃを含む径方向の面ｐの両側に面対称の周方向の水流ｗを生じさせる。円筒胴１１の径方向に近接して筒軸方向の流入管２と流出管３とを配置する。貯水槽に流入する水は、流入管２の反流出管側に開口する吐出口４（４ａ、４ｂ、４ｃ）から円筒胴１１の反流出管側の周壁に向けて周方向に拡散しながら流出する。流出管３の吸入口５は、反流入管側に開口している。【選択図】図５

Description

この発明は、貯蔵される水の水質を維持することのできる貯水槽、従って、非常用の水を蓄える非常用貯水槽として特に好適な貯水槽に関するものである。

水道管その他の清水の給水管に介設される非常用貯水槽は、一般的には地下に埋設され、給水源に繋がる流入管と蛇口などの給水口に繋がる流出管とが接続されている。通常時は、流入管から流入する水が貯水槽を通過して流出管から給水口に送られる。地震などにより給水が止まった非常時には、貯水槽に蓄えられた清水を非常用の水として使用する。

このような貯水槽を介設した給水管から供給される水の水質が保証されるには、貯水槽内の水が流入してくる水により常に入れ替っていることが必要である。貯水槽の一部に水が滞留すると、当該部分の水の劣化が懸念され、非常時はもとより、通常時における水質が保証できなくなる。

貯水槽は、通常、円筒形（楕円筒形及び長円筒形を含む。）で、滞留を防止する手段としては、水を円筒胴の軸方向（筒軸方向）の一端から他端へと流す手段が執られていた（特許文献１−３）。しかしこの構造では、円筒胴とその両端の鏡板との接続部となる隅部分に小さな旋回流が起こって水が滞留しやすいという問題と、地下埋設型の貯水槽では地中配管が必要になり、地震時に地中配管が損傷を受けるおそれがるという問題がある。

この問題を解決するため、横型、すなわち円筒の軸心を水平方向にした貯水槽において、上方から円筒胴内に半径方向に挿入した流入管の吐出口をその側の鏡板側に向けた貯水槽が提案されている（特許文献４−７）。更に、流入管ないし流出管を円筒胴の軸方向両端と中間部との複数箇所に設ける構造（特許文献８、９）や、筒軸方向に流れる水流を旋回させる構造（特許文献１０）などが提案されている。これらの従来構造は、貯水槽内を流れる水の主流は筒軸方向である。

貯水槽内での水の滞留を防止する他の手段として、槽内に多数の仕切板を設けて水をジグザグに流す手段も提案されている（特許文献１１、１２）。しかしこの手段は、貯水槽の内部構造を複雑にし、貯水槽の製造や維持管理が困難であるという問題がある。

特開２００４‐２３８８２０号公報 特開平１０‐１０２５５３号公報 特開平１０‐２８０４９７号公報 特開平９‐３２３７９０号公報 特開２０１２‐５７４３６号公報 特開２０１０‐１３３０７７号公報 特開２００９‐２６４０９８号公報 特開２００２‐２９３３９７号公報 特開２０００‐２６４３９３号公報 特開平１１‐１５２１８６号公報 特開２０１４‐１０５４２１号公報 特開２００３‐２７８１９４号公報

筒軸方向の長さが径方向の長さに比べて長い形状の貯水槽であれば、筒軸方向に流れる水の流速は、比較的均一になり、槽内での水の滞留が抑制されると考えられる。しかし、軸方向長さが短い貯水槽では、隅部における水の滞留を防止するために、流入管から鏡板に向けて水を吐出するようにした貯水槽であっても、円筒胴の周部分の流速が中央部の流速より速くなって槽内に大きな循環流が生じ、貯水槽の水の入替数（槽内の古い水を流入管から流入する新しい水で置き換えるのに必要な水量を貯水槽の容積で除した値）が低下する。

横型、すなわち筒軸を水平方向にした貯水槽は、筒軸方向の長さが径方向の長さに比べて長いのが一般的であるが、地下に埋設する際の土地の掘削面積が大きくなる。比較的小面積の敷地に埋設することができる縦型、すなわち筒軸方向を鉛直方向にした貯水槽は、横型の貯水槽に比べて筒軸方向（上下方向）の長さが短い。筒軸方向の長さが短い貯水槽に関しては、従来、入替数を向上（低減）させるための有効な技術手段が殆ど提案されていなかった。

例えば、縦型の貯水槽に関して、円筒の周縁部に筒軸方向の流入管と流出管とを周方向に近接して配置し、流入管から円筒の周方向に水を流出させて、槽内に旋回流を生じさせるようにした構造が提案されているが、円筒胴の軸心部で旋回する水が流出し難いという問題がある。

この発明は、横円筒形の貯水槽に比べて筒軸方向の長さが比較的短い縦円筒形の貯水槽に特に適した水の入替数の良い、すなわち、槽内の水が流入管から流入する新しい水に速やかに置換されて槽内の水質を常時新鮮に保つことができる貯水槽を提供することを課題としている。

この発明は、円筒形（楕円筒形及び長円筒形を含む。）の貯水槽において、円筒胴１１の軸心ｃを含む径方向の面（以下、「中央面」と言う。）ｐの両側に面対称の周方向の水流ｗを生じさせるように流入管２の吐出口４（４ａ、４ｂ、４ｃ）及び流出管３の吸入口５を配置したことを特徴とするものである。

この発明の貯水槽は、円、楕円ないし長円断面の円筒胴１１を備えた貯水槽において、円筒胴１１の径方向に近接して配置された筒軸方向の流入管２と流出管３とを備えている。流入管２の吐出口４（４ａ、４ｂ、４ｃ）は、反流出管側に開口しており、貯水槽に流入する水が吐出口４から円筒胴１１の反流出管側の周壁に向けて周方向に拡散しながら流出する。吐出口４は、流出する水流の中心が中央面ｐ上に来るように設ける。

流出管３の吸入口５は、一般的には反流入管側に開口させるが、流入管２と流出管３との間における水の滞留が懸念されるときには、一部を流入管側に設けても良い。いずれの場合においても、吸入口５は、中央面ｐに対して対称に開口するように設ける。

縦型の貯水槽において、円筒胴の軸心に支柱１４が設けられているときは、流入管２及び流出管３は、支柱１４の互いに反対の側に近接して、円筒胴１１の軸心部に設ける。近接して円筒胴の軸心部に設けた流入管２と流出管３の一方又は両方を支柱として利用する構造も可能である。

円筒胴１１の断面が長円断面であるときは、その長径方向の面を中央面ｐとすべきである。また、円筒胴１１の断面が楕円断面であるときは、その長径方向の面又は短径方向の面を中央面ｐとすべきである。

中央面ｐの両側に面対称の周方向の水流ｗを確実に生じさせるためには、流入管２の内径より小径の多数の吐出口４を中央面ｐに対称に設けるのが好ましい。一方、流出管３の吸入口５は、管軸方向の全長に亘って均一に水が流入するように、管軸方向に細長いスリット状の吸入口５とするのが好ましい。

この発明により、筒軸方向の長さが径方向の長さに比較して短い円筒形の貯水槽において、槽内での水の滞留を抑制した入替数の良い、かつコンパクトで製造や保守管理の容易な貯水槽を提供できる。

筒軸方向を鉛直方向とした対円筒形の貯水槽においては、直線状の流入管及び流出管を槽の軸心部に互いに近接して上方から挿入する構造とできるので、流入管及び流出管への地上配管を簡易でコンパクトな構造とすることができる。

実施例を示す貯水槽の縦断面図 外部配管を示す斜視図 流入管と流出管の側面図 流入管と流出管の断面図 槽内の水流を示す平面図 入替数（流入水量の槽容積に対する割合）と槽内の旧水の割合との関係を示す線図

以下、縦円筒形の貯水槽を例にして、この発明の実施形態を説明する。貯水槽１は、円筒胴１１とその上下端を閉鎖する底板１２及び天板１３を備えている。底板１２と天板１３は、円筒胴１１の軸心に配置した支柱１４で連結されている。支柱１４は、基台１５に立設され、天板１３の強度を保持している。基台１５及び天板１３には、地中に設置した貯水槽１の槽内の点検時や貯水槽内のすべての水を使用して空状態のときに地下水の浮力によって貯水槽が浮上しないように、浮上防止用のコンクリート盤１６が設けられている。

支柱１４に近接して、その一側に流入管２が配置され、他側に流出管３が配置されている。支柱１４、流入管２及び流出管３の軸心は、円筒胴１１の直径方向の同一面（以下、「中央面」と言う）ｐ上に位置している。流入管２及び流出管３は、天板１３を貫通し、閉鎖した下端が底板１２にまで達している。流入管２の上端は、ピット９内の地上配管２１により緊急遮断弁２２を介して給水源につながる上流側給水管２３に接続されており、流出管３の上端は、地上配管３１により緊急遮断弁３２を介して蛇口などにつながる下流側給水管３３に接続されている。

流入管２の反流出管側には、流入管２を要とする扇形に水ｗが流出するように、中央面ｐに対して面対称に管軸方向に同一ピッチで複数の吐出口４（４ａ、４ｂ、４ｃ）が開口している。各吐出口４は、流入管２の放射方向でかつ管軸と直交する水平方向に向けて設けられている。流入管２に供給された水が円筒胴１１の全高さに亘って均一に流れ出るように、吐出口４の孔径および孔数は、孔の面積の総和が流入管２の断面積に近い値となるようにして設けられている。

図の実施例のものでは、流入管２の槽内に位置する部分の全長に亘って、中央面ｐに対して０度の方向の吐出口４ａと、±３０度の方向の吐出口４ｂと、±６０度の方向の吐出口４ｃとが、管軸方向に等ピッチでかつ千鳥にして、すなわち±３０度の方向の吐出口４ｂと０度及び±６０度の方向の吐出口４ａ、４ｃとの管軸方向の間隔をそれぞれの吐出口４ａ、４ｂ、４ｃのピッチの１／２にして、設けられている。

流出管３の反流入管側には、中央面ｐを面対称とする吸入口５が開口している。吸入口５は、流出管３の槽内の全長に亘るスリット状の開口とするのが好ましく、図の例では中央面ｐを中心とする６０度の幅の１本のスリット状に開口する吸入口５を設けている。

底板１２の一箇所には、凹所となったピット１７が設けられ、先端がこの凹所内に開口する２本の非常用給水管６ａ、６ｂが設けられている。非常用給水管の一方６ａは、地上配管でエンジンポンプ７に連結され、他の１本６ｂは、手動ポンプ８に連結されている。

上記構造の貯水槽において、通常時は給水源から供給された水は、流入管の吐出口４から槽内に流入し、流出管の吸入口５から流出して下流側給水管３３を通って各給水口に供給されている。流入管の吐出口４から流入した水ｗは、図５に示すように、流入管２から扇状に広がって円筒胴１１の内壁に衝突し、当該内壁に導かれて円筒胴の周方向に流れ、中央面ｐの両側の周方向流れがぶつかって半径方向内側へと流れて、吸入口５から流出管３内へ流入して下流側給水管３３へと流れる。

この発明の貯水槽では、槽の直径方向の中央面の両側に面対称の２つの周方向の流れが生じ、両側の流れがぶつかることによってそれらの流れが円筒胴の中央面ｐに配置した流出管の吸入口５へと向かうので、流出管３に吸入されないで槽内を循環する水の量を低減することができ、槽内に流入する水の流量の少ない場合でも旧水の早い流出が可能で、槽内の水質を新鮮な水質に維持することかできる。

槽内の水の滞留部をできるだけ少なくするためには、流入管２と流出管３とをできるだけ接近させるのが好ましい。流入管２及び流出管３は、必ずしも槽の中心部に配置する必要はなく、流入管２の軸心と流出管３の軸心を含む円筒胴の直径方向の中央面ｐに対して、その両側に周方向に流れる水流が対称に生成されるようにすれば、流出管３に流入されないで槽内を幾度も循環する循環流を少なくすることができ、水の入替数を向上させることができる。

図の例では、円筒胴１１の軸心に支柱１４が設けられているが、支柱を設けなくても天板の強度を維持できる貯水槽であれば、流入管２と流出管３をより近接して配置することができる。また、流入出管を兼ねた支柱とすれば、水の滞留部を皆無にでき、入替数をさらに向上させることができると考えられる。

給水が停止した非常時には、緊急遮断弁２２、３２を閉鎖し、非常用給水管６ａ又は６ｂからエンジンポンプ７や手動ポンプ８で槽内の水を組み上げて飲料水などとして使用する。

筒軸方向の長さと直径との比が１：１．８の円筒胴の軸心部に背中合わせに流入管と流出管とを配置し、流入管については、反流出管側に中央面ｐに対して０度、±３０度、±６０度の位置に、孔面積の総和が流入管の面積となる多数の吐出口４を軸方向に等ピッチで設け、流出管３には、反流入管側に中央面ｐを中心とする円周６０度の幅のスリット状の開孔を設けて流出孔とした貯水槽を用い、新水を供給したときの槽内の旧水の残存量を測定した結果を図６に示す。

図６において、横軸は供給した新水の槽容積に対する体積比、縦軸は槽内に残存している旧水の槽容積に対する体積比である。旧水の体積比が１％となるときの新水の体積比（入替数）は、４．２であった。すなわち、槽容量の４.２倍の水が流れる頃には旧水が全て流れ出ることを示している。

なお、上記実施例では、流入管２及び流出管３を円筒胴１１の軸心部に配置し、吐出口４を中央面ｐに対して±６０度の範囲内に配置している。流入管２を円筒胴１１の軸心部より流入管側の周壁に近づけて設けるときは、吐出口４を配置する角度範囲を大きくすることで、円筒胴の周壁に沿う水流ｗを円滑に生成することができる。

以上の説明から理解されるように、軸方向の長さがその直径に比較して短い円筒胴を備えた貯水槽にこの発明の構造を採用することにより、特に小面積の敷地に設置可能な縦円筒型の貯水槽において、非常時においても常に品質の良い水の供給が可能な貯水槽を提供することができる。

１ 貯水槽
２ 流入管
３ 流出管
４（４ａ、４ｂ、４ｃ） 吐出口
５ 吸入口
６（６ａ、６ｂ） 非常用吸水管
１１ 円筒胴
１４ 支柱
ｃ 円筒胴の軸心
ｐ 中央面（軸心ｃを含む径方向の面）
ｗ 槽内の水流

Claims (6)

1. 円、楕円ないし長円断面の円筒胴を備えた貯水槽において、
   円筒胴の直径方向に近接して配置された筒軸方向の流入管と流出管とを備え、流入管の吐出口が反流出管側に開口し、当該吐出口から槽内に流入した水が貯水槽の周方向に拡散しながら反流出管側の周壁に向けて流れることを特徴とする、貯水槽。
2. 前記周方向に拡散しながら流れる水流の中心及び前記流出管の吸入口の開口中心が円筒胴の軸心を含む同一面上に来るように前記吐出口及び吸入口が配置されている、請求項１記載の貯水槽。
3. 前記流入管と流出管とが円筒胴の軸心部に設けられている、請求項１又は２記載の貯水槽。
4. 円筒胴の断面が長円である請求項２記載の貯水槽において、前記同一面が長径方向の面である、貯水槽。
5. 複数の吐出口と管軸方向に細長いスリット状の吸入口とを備えている、請求項１又は２記載の貯水槽。
6. 円筒胴の軸を鉛直方向にして設置される請求項１から５のいずれか１に記載の貯水槽。

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