JP2019138026A - 排水装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このように、サイフォン誘発部の下側に第1配管部が設けられ、第1配管部の下側に第1配管部よりも断面積の小さい第2配管部を設けることにより、第2配管部へ流入する際に水の落下速度を抑えることができる。このため、第1配管部における負圧を低減することができ、キャビテーションの発生を抑制することができる。
このような関係の内径を有する第1配管部および第2配管部を使用することによって、キャビテーションの発生をより低減することができる。
上下方向に配置された配管の長さが長いほど、落下速度が速くなりキャビテーションが発生しやすくなるため、上下に配置された配管の全体の長さが50メートル以上の場合に、キャビテーションの発生を抑制する効果を顕著に奏することができる。
図1は、本実施の形態における雨水排水システム10の構成を示す図である。
雨水排水システム10は、図1に示すように、排水装置20と、排水配管構造30と、を備える。建造物100の屋上105には、屋上105の縁沿いに排水溝102が設けられている。排水溝102は、長手方向のいずれか一方に向かって傾斜していてもよい。また、屋上105は、排水溝102に向かって中央から傾斜していてもよい。さらに、図1では、排水溝102は、正方形状の屋上105の対向する2辺の近傍にのみ設けられているが、4辺全ての近傍に設けられていてもよい。
排水装置20は、建造物100の屋内(外壁の内側)に、各階のスラブ101を貫通するように配置されている。排水装置20は、排水溝102から下方に向かって設けられている。
サイフォン誘発部21は、図2に示すように、排水溝102の開口103を塞ぐように配置されている。
立て管部26は、図2に示すように、第1立て配管部22と、第2立て配管部23と、継手24と、を有する。
第1立て配管部22は、図2に示すように、内径が直径D1の配管221によって構成されている。配管221は、PE(ポリエチレン)製の管状部材であって、図2に示すように、略鉛直方向(上下方向ともいえる)に沿って配置されている。
また、75A→125A、最大側とは、SDR11における75Aから125Aへの拡径比の最大値を示しており、最小の内径(70.3)から最大の内径(114.8)への拡径であるため、(114.8−70.3)/70.3=0.633と算出される。
第2立て配管部23は、内径が直径D2の配管231によって構成されている。配管231は、PE(ポリエチレン)製の管状部材であって、図2に示すように、第1立て配管部22の下側において略鉛直方向(上下方向ともいえる)に沿って配置されている。直径D2は、直径D1よりも小さく設定されている。配管231は、配管221と同軸上に配置されている。
継手24は、レデューサであり、PE(ポリエチレン)製の管状部材である。継手24は、図2に示すように、第1立て配管部22と第2立て配管部23を繋ぐ。樹脂製の配管と継手を繋ぐ場合には、継手24として、例えば、メカニカル継手(例えば、可とう継手等)を用いることができる。
継手24は、円柱形状の空間である第1接続部241と、円柱形状の空間である第2接続部242と、縮径部243とを有する。
接続部材25は、第1立て配管部22または第2立て配管部23をスラブ101に対して固定するための部材である。
図2に示すように、第1立て配管部22は、内径の直径D1の略円形状の配管221によって構成されている。第2立て配管部23は、上下方向の長さがL2であって、内径の直径D2の略円形状の配管231によって構成されている。
上記式(1)を満たすことによって、第1立て配管部22への入口(開口103)近傍の雨水の落下速度を抑えることができ、キャビテーションを抑制することができる。
また、配管221の内径の直径D1と配管231の内径の直径D2における縮径比((D1−D2)/D1)は、以下の式(2)を満たす。
下限値の0.20より小さい場合には、縮径の効果があまり生じず、キャビテーションが発生する場合があるため、(D1−D2)/D1は0.20以上であるほうが好ましい。
50メートル≦L1・・・・・・(3)
L1は、上記式(3)の範囲に限られるものではないが、上下方向に配置される立て管の長さが50メートル以上となる場合に、よりキャビテーションが発生しやすくなり、本実施の形態のキャビテーションの抑制の効果が得られる。
図6は、排水配管構造30を示す平面構成図である。排水配管構造30は、第1横引き配管部31と、第2横引き配管部32と、第3横引き配管部33と、継手34と、継手35と、を備える。
第1横引き配管部31は、図1に示すように、建造物100の壁の下端に沿うように地下に配置されている。第1横引き配管部31は、建造物100の1つの壁104に沿って上下方向に配置された3つの排水装置20を通って流れてくる雨水を集めてマス110に導く集水管の役割を有する。
なお、第1横引き配管部31の構成は、本実施の形態の構成に限られるものではない。
第2横引き配管部32は、第1横引き配管部31よりもマス110側(下流側)に配置されており、図5に示すように、配管321を有する。配管321は、PE(ポリエチレン)製の管状部材であって、配管311と同軸上に配置されている。配管321の内径の直径D4は、配管313の内径の直径D3よりも大きい。配管321としては、呼び径100A、125A、150Aまたは200Aの配管が用いられる。
第3横引き配管部33は、第2横引き配管部32とマス110の間に配置されており、配管331を有する。配管331は、PE(ポリエチレン)製の管状部材である。本実施の形態では、配管321の内径の直径D5は、配管331の内径の直径D4と同じ大きさに設定しているが、配管313よりも大きくてもよい。配管331としては、呼び径100A、125A、150Aまたは200Aの配管が用いられる。
継手35によって形成される配管321の中心軸A1と配管331の中心軸A2のなす角度をθ(中心軸A2に対する傾きともいえる)とすると、角度θは、以下の式(α)を満たす。
後述する実施例で詳しく説明するが、上記式(α)を満たすことにより、マス110へ流れ込む水の速さを減速することができる。
例えば、配管313と配管321として、図4の表に示すVPにおいて、呼び径125Aと150Aの配管を用いた場合、図4の最小側に示すように、拡径比が0.138となり最も小さくなり、VPにおいて呼び径75Aと125Aの配管を用いた場合、図4の最大側に示すように、拡径比が0.662となり最も大きくなる。これにより、式(β)の上限値と下限値が設定されている。
建造物100の屋上105に降った雨水が排水溝102への流れ込み、排水装置20のサイフォン誘発部21を通って配管221に流れ込む。ここで、サイフォン現象が発生するため、配管221が満管となり、大量の雨水を排水することができる。
本実施例では、排水装置20において配管221に呼び径100Aの配管を用い、配管231(縮径部ともいえる)に呼び径75Aの配管を用いた場合に、立て管部26の全長L1および配管231の全長L2を変化させ、縮径比を変化させたときの実施例1〜16および比較例1〜4を示す。
実施例1では、L1=50mおよびL2=15m(L2/L1=0.3)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角の状態であり、キャビテーションがほとんど発生せず、圧力バランスが概ね良好であった。
実施例2では、L1=50mおよびL2=20m(L2/L1=0.4)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角から丸の間の状態であった。
実施例3では、L1=50mおよびL2=25m(L2/L1=0.5)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記丸の状態であり、キャビテーションが発生せず、圧力バランスが非常に良好であった。
実施例4では、L1=50mおよびL2=35m(L2/L1=0.7)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角から丸の間の状態であった。
実施例5では、L1=50mおよびL2=40m(L2/L1=0.8)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角の状態であり、キャビテーションがほとんど発生せず、圧力バランスが概ね良好であった。
実施例6では、L1=100mおよびL2=30m(L2/L1=0.3)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角の状態であり、キャビテーションがほとんど発生せず、圧力バランスが概ね良好であった。
実施例7では、L1=100mおよびL2=80m(L2/L1=0.8)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角の状態であり、キャビテーションがほとんど発生せず、圧力バランスが概ね良好であった。
実施例7では、L1=200mおよびL2=60m(L2/L1=0.3)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角の状態であり、キャビテーションがほとんど発生せず、圧力バランスが概ね良好であった。
実施例9では、L1=200mおよびL2=160m(L2/L1=0.8)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角の状態であり、キャビテーションがほとんど発生せず、圧力バランスが概ね良好であった。
実施例10では、L1=300mおよびL2=90m(L2/L1=0.3)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角の状態であり、キャビテーションがほとんど発生せず、圧力バランスが概ね良好であった。
実施例11では、L1=300mおよびL2=240m(L2/L1=0.8)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記三角の状態であり、キャビテーションがほとんど発生せず、圧力バランスが概ね良好であった。
実施例12では、例えば後述する図8に示すように3段階で縮径を行い、L1=50mおよびL2=15m(L2/L1=0.3)並びに縮径比37%と設定した。ここで、L2は、上から一段目の縮径より下方の部分の長さである(図8では、例えば、第3立て配管部27および第2立て配管部23の長さ)。このような構成においてキャビテーションの評価を行った結果、上記丸の状態であり、キャビテーションが発生せず、圧力バランスが良好であった。
実施例13では、L1=50mおよびL2=25m(L2/L1=0.5)並びに縮径比37%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記丸から二重丸の間の状態であった。
実施例14では、例えば後述する図8に示すように3段階で縮径を行い、L1=50mおよびL2=40m(L2/L1=0.8)並びに縮径比37%と設定した。ここで、L2は、上から一段目の縮径より下方の部分の長さである(図8では、例えば、第3立て配管部27および第2立て配管部23の長さ)。このような構成においてキャビテーションの評価を行った結果、上記丸の状態であり、キャビテーションが発生せず、圧力バランスが良好であった。
実施例15では、L1=50mおよびL2=15m(L2/L1=0.3)並びに縮径比49%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記丸の状態であり、キャビテーションが発生せず、圧力バランスが良好であった。
実施例16では、L1=50mおよびL2=25m(L2/L1=0.5)並びに縮径比49%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記二重丸の状態であり、キャビテーションが全く発生せず、圧力バランスが非常に良好であった。
実施例17では、L1=50mおよびL2=40m(L2/L1=0.8)並びに縮径比49%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記丸の状態であり、キャビテーションが発生せず、圧力バランスが良好であった。
実施例18では、L1=50mおよびL2=15m(L2/L1=0.3)並びに縮径比61%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記丸から二重丸の間の状態であった。
実施例19では、L1=50mおよびL2=25m(L2/L1=0.5)並びに縮径比61%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記二重丸の状態であり、キャビテーションが全く発生せず、圧力バランスが非常に良好であった。
実施例20では、L1=50mおよびL2=40m(L2/L1=0.8)並びに縮径比61%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記丸から二重丸の間の状態であった。
比較例1では、L1=50mおよびL2=10m(L2/L1=0.2)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例2では、L1=50mおよびL2=45m(L2/L1=0.9)並びに縮径比20%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例3では、L1=50mおよびL2=15m(L2/L1=0.3)並びに縮径比18%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例4では、L1=50mおよびL2=40m(L2/L1=0.8)並びに縮径比18%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例5では、L1=50mおよびL2=10m(L2/L1=0.2)並びに縮径比37%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例5では、L1=50mおよびL2=10m(L2/L1=0.2)並びに縮径比49%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例7では、L1=50mおよびL2=10m(L2/L1=0.2)並びに縮径比61%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例8では、L1=50mおよびL2=45m(L2/L1=0.9)並びに縮径比37%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例9では、L1=50mおよびL2=45m(L2/L1=0.9)並びに縮径比49%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
比較例10では、L1=50mおよびL2=45m(L2/L1=0.9)並びに縮径比61%と設定してキャビテーションの評価を行った結果、上記バツの状態であり、キャビテーションが発生し、圧力バランスが悪かった。
(1)
本実施の形態の排水装置20(排水装置の一例)は、雨水が排水される排水装置であって、立て管部26と、サイフォン誘発部21と、を備える。立て管部26は、第1立て配管部22(第1配管部の一例)と、第2立て配管部23(第2配管部の一例)と、を有する、第1立て配管部22は、直径D1の略円形状の面積(第1の流路断面積の一例)を有し、上下方向に沿って配置されている。第2立て配管部23は、直径D1の略円形状の面積よりも小さい直径D2の略円形状の面積(第2の流路断面積の一例)を有し、上下方向に沿って第1立て配管部22の下側に配置されている。サイフォン誘発部21は、立て管部26の上側に配置され、立て管部26によって排水される雨水にサイフォン現象の発生を誘発する。立て管部26の長さをL1、第2立て配管部23の長さをL2とすると式(1)を満たす。
このように、サイフォン誘発部21の下側に第1立て配管部22が設けられ、第1立て配管部22の下側に第1立て配管部22よりも断面積の小さい第2立て配管部23を設けることにより、第2立て配管部23への流入する水の落下速度を抑えることができる。このため、第1立て配管部22における負圧を低減することができ、キャビテーションの発生を抑制することができる。
本実施の形態の排水装置20(排水装置の一例)では、第1立て配管部22(第1配管部の一例)は、直径D1(第1直径の一例)の内径を有し、第2立て配管部23(第2配管部の一例)は、直径D1よりも小さい直径D2(第2直径の一例)を有する。
本実施の形態の排水装置20(排水装置の一例)では、直径D1、直径D2は、式(1)および以下の式(2)を満たす。
このような関係の内径を有する第1立て配管部22および第2立て配管部23を使用することによって、キャビテーションの発生をより低減することができる。
本実施の形態の排水装置20(排水装置の一例で)は、L1は、以下の式(3)を満たす。
上下方向に配置された配管の長さが長いほど、落下速度が速くなりキャビテーションが発生しやすくなるため、上下に配置された配管の全体の長さが50メートル以上の場合に、キャビテーションの発生を抑制する効果を顕著に奏することができる。
本実施の形態の排水装置20(排水装置の一例)では、立て管部26の上端26aは、第1立て配管部22の上端であり、立て管部26の下端26bは、第2立て配管部23の下端であり、直径D1は、立て管部における最大の内径であり、直径D2は、立て管部26における最小の内径である。
本実施の形態の排水装置20(排水装置の一例)では、第1立て配管部22の下端22aと第2立て配管部23の上端23aは、直接的に、または継手を介して間接的に接続されている。
本実施の形態の排水配管構造30は、マス110に接続され、雨水をマス110に排出する排水配管構造であって、第1横引き配管部31と、第2横引き配管部32と、第3横引き配管部33と、継手35(曲がり部の一例)と、を備える。第1横引き配管部31は、直径D3の円形状の面積(第1の流路断面積の一例)を有する。第2横引き配管部32は、直径D3の円形状の面積よりも大きい直径D4の円形状の面積(第2の流路断面積の一例)を有し、第1横引き配管部31の下流側に配置されている。第3横引き配管部33は、第2横引き配管部32よりも下流側に配置されマス110に接続される。継手35は、第2横引き配管部32の軸A1方向に対して第3横引き配管部33の軸A2方向が傾斜するように第2横引き配管部32と第3横引き配管部33を繋ぐ。第2横引き配管部32の軸方向に対する第3横引き配管部33の軸方向の曲がり角度をθとすると、以下の式(α)を満たす。
これにより、第1横引き配管部31に供給された雨水は、第2横引き配管部32を経由して継手35の内壁に当たり、上流に戻る向きの旋回流が発生する。ここで、第2横引き配管部32が第1横引き配管部31よりも流路断面積が大きく形成されているため、旋回流が第1横引き配管部31よりも流路断面積が大きい第2横引き配管部32に戻ることが可能となり、マス110に向かう雨水は、第2横引き配管部32において旋回流と衝突し減速される。
本実施の形態の排水配管構造30は、第1横引き配管部31は、断面視が略円形であって、直径D3(第1直径の一例)の内径を有する。第2横引き配管部32は、断面視が略円形であって、直径D3よりも大きい直径D4(第2直径の一例)の内径を有する。第3横引き配管部33は、断面視が略円形であって、直径D4以上の直径D5(第3直径の一例)の内径を有する。
本実施の形態の排水配管構造30では、内径の直径D3は71mm以上である。
(10)
本実施の形態の排水配管構造30では、第1横引き配管部31に供給される排水量は、20L/s(秒)以上である。
本実施の形態の排水配管構造30では、直径D3と、直径D4は、以下の式(β)を満たす。0.13≦(D4−D3)/D3≦0.67・・・・・・式(β)
これにより、上述した旋回流が逆流するためのスペースを設けることが出来る。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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。
上記実施の形態では、図2に示すように、第1立て配管部22から第2立て配管部23に一段階だけ縮径しているが、図8に示すように複数段に縮径してもよい。図8では、第1立て配管部22と第2立て配管部23の間に第3立て配管部27(第3配管部の一例)が設けられている。第3立て配管部27は、一本の配管271で構成されている。配管271の内径の直径D7(第3直径の一例)は、配管221の内径の直径D1よりも小さく、配管231の内径の直径D2よりも大きい。図8では、第3立て配管部27は、一本の配管271で構成されているが、複数の配管と継手で構成されていてもよい。また、配管221と配管271の間は、継手28(レデューサ)によって接続されており、配管271と配管231の間は、継手29(レデューサ)によって接続されている。
上記実施の形態では、図6に示すように、配管313から配管321に一段階だけ拡径しているが、図9に示すように複数段に拡径してもよい。図9では、第1横引き配管部31と第2横引き配管部32の間に第4横引き配管部36が設けられている。第4横引き配管部36の内径の直径D6(第4直径の一例)は、第1横引き配管部31の内径の直径D3よりも大きく、第2横引き配管部32の内径の直径D4よりも小さい。第4横引き配管部36は、第1横引き配管部31と第2横引き配管部32と同軸上に配置されている。第4横引き配管部36は、一本の配管361で構成されている。配管313と配管361は、インクリーザの継手38で接続されている。配管361と配管321は、インクリーザの継手39で接続されている。図9では、第4横引き配管部36は、一本の配管361で構成されているが、複数の配管と継手で構成されていてもよい。
このように複数段に拡径することにより、雨水の流速を除々に減速することができる。
上記実施の形態では、配管と配管とを継手で接続しているが、これに限らなくても良く、配管と配管が直接接続されていてもよい。
上記実施の形態では、排水配管構造30の第1横引き配管部31によって、3つの排水装置20からの雨水が一つに集められてマス110へと排水されているが、1つに集められなくてもよい。
上記実施の形態の排水装置20では、第1立て配管部22と第2立て配管部23は、流路方向に垂直な断面(流路断面)が円形状であるが、円形状に限らなくても良く、楕円形状や四角形状等であってもよい。要するに、流路の流れる断面積が、上記実施の形態の排水装置20の関係と同様であればよい。すなわち、第1立て配管部22の有する第1の流路断面積よりも、第2立て配管部23の有する第2の流路断面積が小さければよい。
上記実施の形態の排水配管構造30では、第1横引き配管部31、第2横引き配管部32、および第3横引き配管部33は、流路方向に垂直な断面(流路断面)が円形状であるが、円形状に限らなくても良く、楕円形状や四角形状等であってもよい。要するに、流路の流れる断面積が、上記実施の形態の配水管構造30の関係と同様であればよい。すなわち、第1横引き配管部31の有する第1の流路断面積よりも、第2横引き配管部32の有する第2の流路断面積が大きく、第3横引き配管部33の有する第3の流路断面積が第2の流路断面積以上であればよい。
上記実施の形態の排水装置20では、第1立て配管部22と第2立て配管部23が繋がっており、雨水はサイフォン誘発部21から横方向に移動せず立て管によって直線的に地面近傍まで達するが、サイフォン誘発部21から地面までの間に横引き管が設けられていてもよい。例えば、第1立て配管部22の途中、第2立て配管部23の途中、または第1立て配管部22と第2立て配管部23の間に横引き管が設けられていてもよい。
上記実施の形態では、接続部材25として、床バンドを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、接続部材として、立てバンドを用いてもよい。
また、接続部材の表面に生じる結露等が問題となる場合には、接続部材として、Uバンドにスリーパが付された部材とL字金物とを組み合わせた構成を用いてもよい。
上記実施の形態では、配管221、231、311、312、313、321、322はPE製であると説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記実施の形態では、継手24、34、35、314、315として、PE(ポリエチレン)製であると説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
21 :サイフォン誘発部
22 :第1立て配管部
23 :第2立て配管部
26 :立て管部
30 :排水配管構造
31 :第1横引き配管部
32 :第2横引き配管部
33 :第3横引き配管部
34 :継手
110 :マス
Claims (7)
- 雨水が排水される排水装置であって、
第1の流路断面積を有し、上下方向に沿って配置された第1配管部と、前記第1の流路断面積よりも小さい第2の流路断面積を有し、上下方向に沿って前記第1配管部の下側に配置された第2配管部と、を有する立て管部と、
前記立て管部の上側に配置され、前記立て管部によって排水される雨水にサイフォン現象の発生を誘発するサイフォン誘発部と、を備え、
前記立て管部の長さをL1、前記第2配管部の長さをL2とすると、以下の式(1)を満たす、
排水装置。
0.3≦L2/L1≦0.8・・・・(1) - 前記第1配管部は、第1直径の内径を有し、
前記第2配管部は、前記第1直径よりも小さい第2直径を有する、
請求項1に記載の排水装置。 - 前記第1直径をD1、前記第2直径をD2とすると、以下の式(2)を満たす、
請求項2に記載の排水装置。
0.20≦(D1−D2)/D1・・・・・・・(2) - L1は、以下の式(3)を満たす、
請求項1〜3のいずれかに記載の排水装置。
50メートル≦L1・・・(3) - 前記立て管部の上端は、前記第1配管部の上端であり、
前記立て管部の下端は、前記第2配管部の下端であり、
前記第1直径は、前記立て管部における最大の内径であり、
前記第2直径は、前記立て管部における最小の内径である、
請求項2または3に記載の排水装置。 - 前記第1配管部の下端と前記第2配管部の上端は、直接的に、または継手を介して間接的に接続されている、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の排水装置。 - 前記立て管部は、
前記第1直径よりも小さく前記第2直径よりも大きい第3直径の内径を有する第3配管部を更に有し、
前記第3配管部は、前記第1配管部と前記第2配管部の間に配置されている、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の排水装置。
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