JP3752630B1 - 初期雨水自動排水器 - Google Patents

Abstract

【課題】初期雨水の暫時貯溜と排水を自動的に指定回数繰り返した後、溢流水を濾過し，断続的降雨に対しても効率よく取水し、簡易に透明度の高い中水をつくる。
【解決手段】水位上昇過程で環状ストッパの板１４をオフのままラチェット駆動子体１３は待機位置へ移動し、浮子７は平板ストッパ１２で一旦制止後孔１２ａで解放され、開閉弁６を持ち上げ排水する。水位に伴い浮子７は急降下するが水の暫定錘９が働き、排水後に開閉弁６は閉じる。排水過程で平板ストッパ１２は元に戻り、平行してラチェット駆動子体１３が環状板１４を１ピッチ送り、続く雨で、オフなら排水を繰り返し、オンなら浮子７は制止され取水し、先と同様ラチェット駆動子体１３は待機位置へ移動する。降雨中断時水抜き２２で水位が下がっても、毛細管現象応用の錘２０Ｂは環状ストッパを長時間オンに保ち、再降雨時水位から上昇し取水する。晴天が続けば元の状態に自動的にもどる。
【選択図】図１

Description

本発明は、雨水の簡易利用における、初期雨水に混じる汚濁物質の除去対策に関するものである。

雨水を中水として利用する場合、適度の透明性が求められるが、屋根や横樋を洗い流して集水されるため、初期雨水の汚れは顕著であり、浄化方法が問題となる。

貯水槽に導くまでの技法の視点から分類すると、初期雨水と共に貯水した後に浄化する方法と初期雨水を捨て去ってから貯水槽に溜める方法に大別できる。前者には、沈殿と濾過の基本技術は欠かせず相応の設備を要する。簡易利用においては後者の方法が適しており様々提案されているが、初期雨水と呼称する体積の線引きが曖昧なために、実用として解決の確証を得らるものは少ない。不規則な自然降雨に合わせ、人為的に汚濁雨水をやり過ごしてから対応する例もある。（例、特開２００１−２０７４８５）

初期雨水を数量的に扱い難いのは、汚濁水は降った雨水の量だけではなく、集水面積や天候、取水する周りの環境条件に左右され、降雨時間でも計れないからである。

以上のとおり、初期雨水中の汚濁物質の除去は難問であり、雨水の簡易利用が普及しにくい理由の一つとして揚げられる。

本発明の課題は、汚濁物質が集中する初期雨水を容器に受け、暫時貯留と排水を指定回数自動的に繰り返し、汚濁減少後から溢流水を濾過取水する方法により、フィルタ取り替えの頻度を少なくし、簡易に透明度の高い中水を得ようとするものである。

又、１日や半日程度中断後の雨は、集水経路がきれいに洗い流されていて、比較清水と言えるから、濾過するだけで充分であり、初期雨水として捨るよりも取水するほうが合理的である。降雨の不規則性に対応したい。

上記課題を達成するために、水路兼雨水が流入する一時貯留槽１を想定する。底部に排水口５を、上部に溢流水を導く取水口４を設ける。排水口５に開閉弁６を配し、開放する駆動力には水位上昇による浮子７の浮力を用い、閉じる力は排水に伴う下降する浮子７および開閉弁６の自重とする。

浮子７と開閉弁６は摺動構造とする。排水時浮子７は急降下するから、開閉弁６の閉鎖挙動遅延用の暫時錘として、底部より雨水が流入し易く流出し難い、底に流入弁９ｂを有し小通孔９ｃを穿設した容器９（以下、水の暫時錘と記述）を紐状１１で開閉弁６と連結し、浮子体側に付設の滑車１０を介して、つるべ状に対峙して配置する。

先ず、上側の制御構造から説明する。

浮子７の重心を通る線上に棒状８を立て該先端上方向に、浮き上がりの制止と解放の構造、すなはちストッパとして、規則的ピッチで孔明した弾性材質の環状板１４を配置する。該環状板１４を回動させることにより、浮子７の上昇挙動を制御する。浮子の棒８が貫通する有孔個所をストッパのオフと呼び、浮き上がりが制止される無孔個所をストッパのオンと設定できる。排水の回数は連続に並ぶ孔１４ａの数であり、孔の無い個所１４ｂに回ってくると排水されない。図８の孔配列は３回排水する例を示す。

そこで、該環状板１４に鋸歯状の溝を設けラチェット機構の従動子とし、駆動子１３側の係止手段は、バネ１３ｂで支持された突出爪１３ａで構成され、駆動力として２種類の錘の重さのバランスの変化を活用する。水の比重に近い錘１８（以下、水の密閉錘と記述）と、該錘の約半分ぐらいの重さの、比重の大きい金属を用いた錘２０Ａ（以下、金属の錘と記述）を紐状１６の両端に繋ぎ、滑車を介してつるべ状に対峙し、水位の変動付近に吊るすと、二つの錘は相互逆に上下移動する。

図９のように２個の滑車１５を配し、紐状水平部に駆動子体１３を配置連結して水平移動させると、貯留槽１内の所定水位までの貯留と排水の１サイクルで、環状板１４を一方向、１ピッチ分送ることができるから、孔の配列に従い任意回数排水後に、排水を停止することができる。すなはち、配列の異なる環状板に取り替えることにより、排水回数を選ぶことができる。（以下、該システムを環状ストッパと記述）

一方、被水圧下の開閉弁６を小容量の浮子で開放するには、緩慢な水位上昇による浮力の増加では不足であり、水位上昇に係わらず、浮子７を水面下に沈めた状態にしておいた後、一気に位置エネルギーを解放する方法が適している。

浮子７の棒状先端８ａが環状板１４に達するまでに、一旦、有孔の平板ストッパ１２で浮上を制止し、さらなる水位上昇で該ストッパ１２を移動させ、有孔位置１２ａで貫通させて位置エネルギーを解放する。平板ストッパ１２の駆動力は環状板１４を動かす力と同様、水位変動付近に吊るされた２種類の錘のバランスの変化を活用する。作動順序は、水位と吊り下げる錘の相対高さで調整して決定する。

浮子７の棒状先端８ａと平板ストッパ１２の接触点は、平板ストッパ１２の移動に相応の抵抗力が働くので棒状先端８ａは転がり摩擦構造とする。棒状先端８ａは平板ストッパ１２下面を転がって、孔１２ａを貫通し、さらに浮き上る挙動をする。

直上の環状ストッパ１４がオンの場合、該ストッパにより再度浮き上がりが制止される一方、浮子７の位置は上方へ急変するが、このとき項

で述べた摺動構造の制限寸法を、開閉弁６が影響を受けないように設定すると開閉弁６は開くことは無く、続く雨水の流入で貯留槽１内の水位は溢流水位ＷＬ２まで上昇し取水する。

環状ストッパ１４がオフの場合、浮子７は位置エネルギーが蓄えられているから、摺動構造の制限寸法を超え開閉弁６を伴って浮上し排水する。と同時に水位急降下により生じる平板ストッパ１２の戻り挙動は浮子棒状部８に横力を及ぼし、浮子７の下降の妨げとなる。そこで金属の錘１９Ａの下側に、項

で述べたものと同じ原理の水の暫時錘１９Ｂを付設し戻り遅延となるようにする。

雨が止んだ場合、貯留槽１内の長期滞留で水腐りが起こるから、実用上完全に水漏れが無い開閉弁６の精度は不都合であり、人為的に水を抜かなければならない。少量の水抜き構造２２を付加する。

該水抜き構造２２により、錘のバランスに影響するところまで水位が下がると、環状ストッパ駆動機構のラチェット駆動子１３が作動し１ピッチ送り、孔配列は取水・オンの次にオフが来る並びであるから、有孔位置となり、しばらく止んだ後に続く汚れが少ない雨でも初期雨水と同様排水されてしまう。水位が下がっても取水時の錘のバランスを保持できるように、金属の錘２０Ａの上側に長時間有効でかつ晴天が続き貯留槽１内が空となる終局時には確実に効力が無くなり、対峙している水の密閉錘１８側の重さに引き上げられる錘２０Ｂ（以下に構造を説明する。）を付設する。

浅い容器２０Ｂａの底にパイプ２０Ｂｂを貫通させて漏れないようにし、脱脂綿糸の束あるいは紙縒りにした不織布等２０Ｂｃを容器の内側からパイプを通して外へ垂らしたものを、隙間を空けた形で幾層か重ね、これを筒状に挿入固定し、全体を暫時水に浸け内側の各容器が満水した後、水から引き上げる。毛細管現象により各段の容器から滴下が始まり上段容器から水が減ってゆくが、徐々に軽くなりつつ錘の効果は持続する。

錘２０Ｂ（以下、毛細管現象の錘と記述）の全高さが水に浸かる時点の水位を溢流水位ＷＬ２に設定すると、雨水の透明度は良好で、筒状上下の簡易フィルタ２０ｃによって、錘内部への汚濁物質流入を防ぐことができ、毛細管現象に支障はない。

毛細管現象の錘２０Ｂの容量は、満水時で水の密閉錘１８側の約半分の重さに設定しておくと、水位が下がり両方の錘が水面上に出ても、下段の金属の錘２０Ａに加算されて、長時間バランスを保ち、ラチェット爪駆動子１３は待機状態を持続する。

取水に至るまでに降雨が止み、以後晴天となる場合は、汚濁雨水が滞留するので、蛇口２１を開けて排水し、貯留槽１内を洗浄し再度排水する。

本発明の初期雨水自動排水器は、段階的に変化する透明度を確認し、環境条件によって異なる汚濁雨水の量に適した排水回数の選択ができて、溢流水を取水するので濾過フィルタの取り替えが少なくて済む。また、沈殿物の汚泥処理も必要なく、断続する降雨に対しても合理的な取水ができる。節水に役立つ雨水の簡易利用を促進し、大きくは一時貯水により都市型水害の発生を防ぎ、自然環境に対する負荷を減じることができる。

集水雨水中の粗いゴミは、貯留槽１内の装備の誤作動を防ぐため、網目フィルタ２３を通過させて除いておく。

初期降雨が貯留槽１内に流入し水位が上昇するに従い、水の密閉錘１８が浮力を受け、ラチェット駆動子１３は、爪１３ａが環状ストッパ１４に係止せずに移動し待機状態となる。また浮子７に付属し、開閉弁６に対峙する水の暫時錘９は満水となる。

環状ストッパ１４の初期設定は有孔位置のオフ状態で、水位上昇に暫時遅れて浮子７に浮力が生じ先端８ａは一旦平板ストッパ１２で浮上を制止されるが、さらなる水位上昇でストッパが移動し、所定水位ＷＬ１で浮子７の先端８ａは上下２段のストッパ１２，１４の孔１２ａ、１４ａを順次貫通して浮力を解放し、開閉弁６を持ち上げる。

開閉弁６の開放、排水により水位が急降下し、浮子７は降りてくるが、付属の水の暫時錘９は水が小通孔９ｃより流出しバランスが崩れるまで働き、開閉弁６はしばらく開いた状態を保ち、排水修了後閉じる。一方、同時進行で平板ストッパ１２は、水の暫時錘１９Ｂが水を排出しつつ水の密閉錘１７側に引っ張られて元のオン状態にもどる。毛細管現象の錘２０Ｂ下端に達するまでの所定水位ＷＬ１で排水が始まり、ラチェット駆動子１３の爪１３ａは環状ストッパ１４に係止作動して、環状板１４を１ピッチ送る。

雨水の流入は継続しており、再び水位が上がり、先程と同様、浮子７は、棒状先端８ａが平板ストッパ１２により制止された後、孔１２ａ位置で貫通し、浮上する。この後、環状板１４が孔位置１４ａならばオフで、孔の並びの数だけ排水が繰り返される。

環状ストッパ１４が回動されて孔無し位置１４ｂ、オンに位置すると、開閉弁６は閉じられたまま、水位は前回の排水が始まった所定高さＷＬ１を超えて溢流水位ＷＬ２まで上がり、取水口４から溢れる。該溢流水はフィルタ２４を通り貯水槽に導かれる。降雨が止むまで、雨水は貯留槽１をＵ字形に通過して取水が継続する。

毛細管現象の錘２０Ｂは、排水が始まる所定水位ＷＬ１から溢流水位ＷＬ２までの上昇過程で、下の方から水に浸され最後は上端を超えるので、容器の錘は満水となる。他方、水の密閉錘１８も水に浸かり、金属の錘だけが働いているから、ラチェットの駆動子１３は待機位置のまま安定状態に止まる。

降雨が一時中断後、降ったり止んだりしている状態のとき、水抜き構造２２の効果も加わって貯留槽１内の水位は変動するが、毛細管現象の錘２０Ｂが有効に働いている限り環状ストッパ１４を長時間オン状態に保ち、浮子７が上下変動し平板ストッパ１２の移動があっても、開閉弁６を持ち上げることはない。降雨状態が続くと、降り始めの時点の水位から取水口４まで上がり続ける。すなはち、後続の雨を初期雨水と見なして排水することはないから、効率の良い取水ができる。

晴れが続くと長期水抜き効果で貯留槽１内は空に近づき、浮子７の下降に伴い開閉弁６は閉じ、水面上に出た２個の水の密閉錘１７，１８は錘として働き出すから、平板ストッパ１２はオン位置に、毛細管現象の錘２０Ｂの水も滴下して空となり、環状板はラチェットの駆動子１３の爪１３ａに係止されて１ピッチ回動し初期設定のオフ状態になり、次の降雨に備えてそれぞれ当初の位置に戻る。

本発明の初期雨水自動排水器の原理を一部を切欠して示す全体斜視図 水の暫時錘の構造断面図 浮子と開閉弁の作動遅延模式図 環状及び平板状の２段ストッパ付近断面図 浮子棒状部先端の転がり摩擦構造断面図 平板ストッパと浮子棒状部先端の作動模式断面図 金属の錘と水の暫時錘の構造断面図および水の密閉錘関係図 ラチェット作動平面図 毛細管現象利用の錘構造断面図および水の密閉錘関係図 毛細管現象の錘一個の斜視図

符号の説明

１…初期雨水自動排水器筐体
ＷＬ１…排水が始まる水位
ＷＬ２…溢流が始まる水位
２…隔壁
３…雨水流入口
４…取水口
５…排水口
６…開閉弁
７…浮子
８…浮子棒状部
８ａ…棒状部先端（例、転がり摩擦構造、ボールベアリングなど）
９…水の暫時錘
１０、１５…滑車
１１、１６…連結紐
１２…平板ストッパ
１２ａ…貫通孔（＝オフ位置）
１３…ラチェット駆動子
１３ａ…ラチェット爪
１３ｂ…バネ
１４…ラチェット従動子（＝環状板）
１４ａ…貫通孔（＝オフ位置）
１４ｂ…孔無し（＝オン位置）
（１３と１４の組み合わせ機構を環状ストッパと記述）
１７、１８…水の比重に近い錘（＝水の密閉錘）
１９…金属の錘と水の暫時錘の組み合わせ
１９Ａ…金属の錘 （重さは水の密閉錘１７の約１／２）
１９Ｂ…水の暫時錘（重さは水の密閉錘１７の約１／２）
１９Ｂａ…空気抜き孔
１９Ｂｂ…流入弁
１９Ｂｃ…小通孔
２０…毛細管現象を利用した錘
（＝毛細管現象の錘と金属の錘の組み合わせ）
２０Ａ…金属の錘 （重さは水の密閉錘１８の約１／２）
２０Ｂ…毛細管現象の錘（満水時の重さは水の密閉錘１８の約１／２）
２０Ｂａ…浅い容器
２０Ｂｂ…パイプ
２０Ｂｃ…脱脂した綿糸の束あるいは紙縒りにした不織布等
２０Ｃ…簡易フィルター
２１…蛇口
２２…水抜き構造
２３…網目フィルター（粗ゴミを除く）
２４…フィルター

Claims (3)

1. 縦樋に接続された一時貯留槽（１）の底部に排水口（５）と上方に溢流水の取水口（４）を備え、槽内に排水口用開閉弁（６）を摺動形態で付属させた浮子（７）を配置し、該浮子上方に、浮子棒状部（８）先端の浮上制御に資する、上下二段のストッパを備え、両ストッパにはそれぞれ比重差がある複数の錘を対峙して連結されており、初期雨水の流入・排出による水位変動下における、異種錘間に生じる浮力の変化の差を利用して両ストッパを駆動し、浮子（７）の浮力による上下動を繰り返し制御し、浮子（７）に付属する前記開閉弁（６）を連接制御して、任意回数排水後から取水することを特徴とする初期雨水自動排水器。
2. 請求項１に記載する上段ストッパはラチェット機構であり、浮子（７）浮上の規則的制御に資する所定ピッチ間隔に孔明された環状板の従動子（１４）と、該従動子に係止する駆動子（１３）で構成されるストッパであって、駆動子（１３）の両端には、水の比重に近い錘（１８）と、中断する降雨に対して効率的取水に資する毛細管現象を利用した錘（２０）を、対峙して連結されていることを特徴とする請求項１に記載する初期雨水自動排水器。
3. 請求項２に記載する毛細管現象を利用した錘（２０）は、比重の大きい金属の錘（２０Ａ）上に、浅い容器（２０Ｂａ）から綿糸等（２０Ｂｃ）を垂らして多層状に筒内に収めた構造（２０Ｂ）を付属しており、毛細管現象による滴下を利用して満水から重さを漸減し、全ての水を排出した後は、金属の重さだけとなる錘を具備することを特徴とする請求項２に記載する初期雨水自動排水器。

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