JP4109398B2

JP4109398B2 - 真空式下水道システム

Info

Publication number: JP4109398B2
Application number: JP25581399A
Authority: JP
Inventors: 哲史大塚
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: JP2001081852A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空式下水道システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各家庭などから排出される汚水を、真空圧を利用して搬送して集める真空式汚水収集システムが開発されている。この真空式汚水収集システムでは、各家庭などから排出される汚水が貯留される汚水槽を有する真空弁ユニットと、汚水が集められる集水タンクとの間に真空汚水管が設けられている。集水タンクは、真空汚水管の内部を真空にする真空ポンプが配備された真空ステーションに設けられており、真空ステーションの真空ポンプによって真空汚水管の内部が真空状態とされる。
【０００３】
真空弁ユニットには、汚水槽内に溜まった汚水を吸引する汚水吸引管と、汚水吸引管と真空汚水管とを連通および遮断する真空弁とが設けられている。真空弁は真空汚水管内の真空を利用して開閉制御されるようになっており、真空弁が開放されると、汚水槽内の汚水が真空汚水管内に吸引される。
【０００４】
そして、汚水が吸引された後に、あるいは汚水とともに、空気が吸引されるようになっており、吸引された空気は、真空汚水管内にて汚水の流速よりも高速で流動する。このように、真空汚水管内を汚水に対して空気が高速で流動することにより、真空汚水管内には、汚水と空気との気液二相流が形成され、その気液二相流が真空汚水管内を高速で流動して汚水が搬送される。
【０００５】
この真空式汚水収集システムでは、通常、真空汚水管は地表面側に、下り傾斜部分と、高低差３０ｃｍ程度のリフト部とが交互に鋸歯状に連続して浅く埋設・配管されている。そして、真空弁ユニットと真空ステーションの間に、河川や他の埋設管などの障害物が存在する場合、真空汚水管はこれらの障害物を迂回して配管される。
【０００６】
このような配管構造の真空汚水管では、内部に気液二相流が形成されると、高速で流動する空気が汚水よりも先に流れることになる。その結果、空気が通過した汚水はリフト部の最低位部に溜まり、汚水管内を封止する水栓を形成することになる。リフト部の最低位部分にて水栓を形成した汚水は、その上流側において吸引された空気が通過する際にその空気との気液二相流となって流動し、リフト部を通過する。
【０００７】
そして、リフト部を通過した汚水が、次のリフト部の最低位部分に溜まって水栓を形成する。このように、真空汚水管内にて、気液二相流の形成と水栓の形成とが交互に繰り返されることによって、汚水はリフト部を越えて流動し、真空ステーションに設けられた集水タンクにまで搬送される。そして、集水タンクに集められた汚水は、圧送ポンプによって下水処理場などに搬送される。
【０００８】
このような真空式下水システムでは、汚水槽内の汚水を真空下水管内に吸引した後に、空気を吸引する気液分離吸引方式と、汚水と空気とを当時に吸引する気液同時吸引方式とがある。
【０００９】
気液分離吸引方式では、汚水吸引管によって汚水を吸引した後に、その汚水吸引管によって空気を吸引するようになっており、吸引された空気の流動によって汚水を効率よく搬送することができる。
【００１０】
気液同時吸引方式では、通常、真空弁の下流側に、汚水を吸引するための汚水吸引管とは別に、汚水吸引管の口径よりも小さな口径の吸気管が設けられており、この吸気管によって、汚水の吸引と同時に、真空下水管内に空気を吸引するようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、いずれの場合も、吸引される空気と汚水の比率は、比較的安定して設定されている。しかしながら、実際には、真空弁ユニットに流入する汚水量の時間帯による変動、近接して配置された真空弁ユニットにて汚水が吸引されることによる真空下水管内の真空圧の変動、大径の真空下水管のリフト部において空気のみが通過することによる気液二相流の非形成等が発生すると、水栓を解消するために予め設定された空気吸引量では空気不足となり、リフト部を汚水が越えられるだけの気液二相流が形成されず、リフト部を汚水が完全に水封するウォーターブロックが発生する。
【００１２】
このようなウォーターブロックは、真空下水管に多数のリフト部が設けられていることによって、突発的に発生することもある。このように、リフト部を完全に水封するウォーターブロックが発生すると、真空式下水システム全体において、安定的に汚水を搬送することができないおそれがある。
【００１３】
経験的に、真空下水管の中間部でのウォータブロックの発生は高低差が大きく、管路の管径の大きなリフト部において生じ易い。リフトの高低差が大きな場合、汚水が満管でリフトを通過する際、落差分の汚水の重力損失を生じ、通過空気量に比べて汚水が重力落下してリフト部の下部に滞留する傾向がある。この現象は管径が大きく落差の大きなリフトで顕著であり、大きな管径の管内上部空間を空気だけが素通りする現象が、ウォータブロック発生の一因になっている。
【００１４】
たとえば、気液同時吸引方式の場合は、真空弁の下流側に空気を吸引するための比較的小径の吸気管が設けられているために、真空弁が開放されている間しか空気を吸引することができず、しかも、吸気管から吸引される空気量が、小径の吸気管の口径に依存していることによって、十分な空気を真空下水管内に供給することができないという問題がある。
【００１５】
また、気液分離方式では、真空下水管と汚水吸引管とを連通および遮断する真空弁の弁開放時間を、真空弁のコントローラーによって、あるいは真空弁に設けられたタイマーによって調整することによって、空気の吸引時間が調整され、真空下水管への空気の吸引量が調整される。しかしながら、真空弁は、真空下水管内の真空を利用して弁体を開閉制御するようになっているために、真空弁における弁開放時間が一定に設定されていても、真空下水管内の真空度が極端に低下している場合には、汚水の吸引量に対して空気の吸引量が相対的に減少し、汚水と空気との比率が変化することになる。
【００１６】
したがって、このように、真空下水管内の真空度が極端に低下している場合には、真空弁が開放されている間に吸引される空気量を増加させる必要があり、例えば、吸引される空気量を増加させるために、汚水の吸引と同時に空気を吸引する気液同時吸引方式を併用して、真空下水管に対して空気を補充する方法が採用される。しかしながら、前述したように、気液同時吸引方式でも、真空弁の開放時にのみ、比較的小径の吸気管から空気が吸引されるにすぎず、このように、気液同時吸引方式を採用しても、十分な空気を真空下水管内に供給することができないという問題がある。
【００１７】
また、気液分離方式において、汚水槽内の汚水が吸引された後に空気が吸引されていることを検知して、その後に、所定時間にわたって空気を吸引した後に、真空弁を閉鎖する方法もあるが、この場合も、真空下水管内の真空度が極端に低下している場合には、必要とされる十分な空気を真空下水管内に吸引することができない。
【００１８】
たとえば特開平８−３１９６６２号公報には、真空下水管におけるリフト部に近接した上流側部分に、上端部が地表に位置するように複数の吸気管を立ち上げ、各吸気管の上端部にそれぞれ吸気弁を設けた構造のものが開示されている。リフト部の最低位部に発生したウォーターブロックが発生した場合、このウォーターブロックの上流側の真空下水管内の真空度が低下することで、各吸気弁が開放され、地表の空気を真空下水管内に導入して、ウォーターブロックを解消するようになっている。
【００１９】
しかしながら、このような吸気弁では、真空下水管の真空度の低下に応じて感度よく開閉されず、真空下水管内にて必要とされる十分な空気を迅速に供給することができない恐れがあった。
【００２０】
また、このように、真空下水管に接続された複数の吸気管の各上端部に吸気弁を設ける構造では、真空下水管の破損等のトラブルが発生して、真空下水管内の圧力が大気に開放されると、各吸気弁はそれぞれ開放されることになる。その後、補修などによってトラブルが解消されると、真空下水管の内部が定常の真空状態に復帰される。この場合、全ての吸気弁が開放されているために、真空下水管を全体にわたって真空にさせることは容易でないという問題があった。
【００２１】
このような問題を解決するためには、全ての吸気弁に開閉弁を設けて各開閉弁を閉鎖状態にすればよいが、広い範囲にわたって設けられた多数の開閉弁を全て閉鎖状態とすることは容易でない。
【００２２】
本発明の目的は、真空下水管のリフト部におけるウォータブロックの発生を防止し、安定した汚水搬送環境を維持することができ、しかも、真空下水管内の真空度が低下した後に、真空下水管を定常の真空状態に迅速に復帰させることができる真空式下水システムを提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内部が真空状態とされた真空下水管と、この真空下水管の真空を発生させる真空ポンプを有する真空ステーションと、家庭などから汚水管を通じて自然流下にて流れ込む汚水を汚水槽に貯留し、この汚水槽内に配置された真空弁が開放されることによって、汚水槽内の汚水を前記真空下水管に送り込む複数の真空弁ユニットとから構成されている真空式汚水収集システムにおいて、
少なくとも前記複数の真空弁ユニット内に自動吸気弁が接続され、この自動吸気弁が真空下水管内の真空によって閉じられるとともに、真空下水管内の真空度が低下すると開けられて真空下水管内に空気が供給されるようになされているものである。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の真空式汚水収集システムにおいて、真空下水管の中間部に上り勾配のリフト部が設けられ、このリフト部の近くの上流側に自動吸気弁が配置されているものである。
【００２５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の真空式汚水収集システムにおいて、真空弁ユニットが複数の真空弁を有する多弁式のものであり、そのうちの１つの真空弁に自動吸気弁が配置されているものである。
【００２６】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の真空式汚水収集システムにおいて、真空弁ユニットが真空下水管よりもかなり低い位置に埋設されており、この真空弁ユニットと真空下水管との間を接続している接続管の水平部分に自動吸気弁が配置されているものである。
【００２７】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の真空式汚水収集システムにおいて、真空下水管同士が合流する合流部の上流側双方に自動吸気弁が配置されているものである。
【００２８】
（作用）
請求項１記載の発明の真空式汚水収集システムにおいては、複数の真空弁ユニット内に自動吸気弁が接続され、この自動吸気弁が真空下水管内の真空によって閉じられるとともに、真空下水管内の真空度が低下すると開けられて真空下水管内に空気が供給されるようになされているので、真空下水管の真空度の変化に対応して、必要とされる空気を確実に供給することができ、しかも、真空下水管内の真空度が上昇した後に、特別な作業を実施することなく、迅速に定常の真空度に復帰させることができる。真空弁ユニットにおいて過剰な空気吸引をせず、リフト部やウォータブロックの生じやすい所で効果的に空気を吸引し、二相流を形成することで、汚水の効果的な搬送と管路延長とランニングコストの低減が可能となる。
【００２９】
また、各真空弁ユニットにおいて、過度の吸気が行われないようになるので、流入管に付与される圧力損失が低減し、宅地内配管における汚水トラップの破水が生じない。
【００３０】
請求項２記載の発明の真空式汚水収集システムにおいては、真空下水管の中間部に上り勾配のリフト部が設けられ、このリフト部の近くの上流側に自動吸気弁が配置されているので、このリフト部に汚水が溜まって形成されるウォーターブロックは自動吸気弁の作動によって解消され、汚水の効果的な搬送を行うことができる。
【００３１】
請求項３記載の発明の真空式汚水収集システムにおいては、真空弁ユニットが複数の真空弁を有する多弁式のものであり、そのうちの１つの真空弁に自動吸気弁が配置されているので、多数の住居から一度に多量の汚水流入が予想されるマンションなどの大型化真空弁ユニットに好適である。
【００３２】
請求項４記載の発明の真空式汚水収集システムにおいては、真空弁ユニットが真空下水管よりもかなり低い位置に埋設されており、この真空弁ユニットと真空下水管との間を接続している接続管の水平部分に自動吸気弁が配置されているので、水平接続管と真空下水管との間に高いリフト部が存在しても、ウォーターブロックを解消して効果的な汚水の搬送を行うことができる。
【００３３】
請求項５記載の発明の真空式汚水収集システムにおいては、真空下水管同士が合流する合流部の上流側双方に自動吸気弁が配置されているので、汚水の逆流によってウォータブロックや真空圧低下が生じても、自動吸気弁の作動によって解除できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の真空式下水システムの第１実施例を示す概略説明図、図２は図１における真空弁ユニットを示す説明図、図３は図２における自動吸気弁を示す縦断面図、図４は図３の自動吸気弁の動作を示す縦断面図である。
【００３５】
図１に示すように、真空式下水道システムは、真空下水管３１と、真空下水管３１の真空を発生させる真空ポンプを有し、汚水を下水処理場へ送り出す圧送ポンプを具備する真空ステーション３２と、家庭などにて発生した汚水を集め、真空下水管３１に汚水を送り込む真空弁ユニット１０とから構成されている。真空下水管３１はポリエチレン樹脂管や硬質塩化ビニル樹脂管である。
【００３６】
そして、家庭から排出される汚水が、汚水流入管１２内を自然流下して真空弁ユニット１０内に貯留され、この貯留された汚水が真空下水管３１を通って、真空ステーション３２に設けられた集水タンクに集められるようになっている。真空弁ユニット１０と集水タンクとを連結する真空下水管３１は、真空ステーション３２に設けられた真空ポンプによって、内部が真空状態とされている。
【００３７】
真空下水管３１は、０．２％以上の緩やかに下り勾配になった下り傾斜部分３１ａと、この下り傾斜部分３１ａの下流側に連続して、高低差が３０ｃｍ程度の上り勾配になったリフト部３１ｂとが順次繰り返されるように浅く埋設されている。また、真空下水管３１の前方に存在する障害物３３である河川の下方を通過する迂回部分３１ｃを設けて真空下水管３１は配管されている。
【００３８】
真空弁ユニット１０は、図２に示すように、地中に埋設される樹脂製の汚水槽１１を有している。汚水槽１１の下部側壁には汚水流入管１２の下端部が接続されている。この汚水流入管１２を通じて、家庭から排出される汚水は汚水槽１１内に自然流下して汚水溜まり１１ａに貯留されるようになっている。
【００３９】
汚水槽１１の上部側壁には、真空下水管３１の上流側の端部が接続されている。真空下水管３１の上流側の端部は汚水槽１１の内部にほぼ水平な状態で挿入されており、汚水槽１１内の端部に仕切弁１３が接続されている。仕切弁１３の上流側には真空弁１４を介して汚水吸引管１５が接続されている。汚水吸引管１５は、汚水槽１１の下部の汚水溜まり１１ａ内に下端部の流入口が位置するように、下方に向かって屈曲されている。仕切弁１３は、真空弁ユニット１０のメンテナンスなどに際して、真空下水管３１と、真空弁１４および汚水吸引管１５内との連通状態を遮断するために設けられている。
【００４０】
真空下水管３１の真空圧が付加されることで、真空弁１４の流路が開状態とされ、真空下水管３１と汚水吸引管１５とを連通させるようになっている。そして、汚水吸引管１５と真空下水管３１とが連通状態になると、汚水吸引管１５内が真空下水管３１内の真空状態と同様の真空状態になり、汚水溜まり１１ａ内の汚水が汚水吸引管１５内に吸引されて真空下水管３１に供給される。
【００４１】
１６は水位検出管であり、汚水溜まり１１ａに貯留される汚水の水位を検出するためのものである。水位検出管１６は、汚水溜まり１１ａに貯留される汚水の水位上昇にともなって、その内部の気圧が上昇するようになっている。真空弁１４は、水位検出管１６内の圧力と、その下流側に仕切弁１３を介して接続された真空下水管３１内の圧力との差圧によって開閉されるようになっている。
【００４２】
真空弁１４は、その開放動作によって、汚水溜まり１１ａ内の汚水の水位が低下して汚水吸引管１５によって汚水が吸引されない状態になった後、所定時間が経過した時点で流路を閉じるように調整されている。したがって、汚水吸引管１５は、汚水溜まり１１ａ内の汚水を吸引した後、所定の時間にわたって汚水溜まり１１ａ内の空気を吸引するようになっている。
【００４３】
汚水槽１１の下部に設けられた汚水溜まり１１ａの上部には、空気流入管１７が接続されている。この空気流入管１７は地中内に配管されており、その先端部は地表から上方に突出して大気中に配置されている。この空気流入管１７の役割は、汚水溜まり１１ａ内に貯留された汚水および空気が汚水吸引管１５内に真空吸引される際、汚水槽１１内に地表の空気を流入させ、汚水溜まり１１ａ内の圧力低下を防止することである。
【００４４】
空気流入管１７内には小口径の空気導入管１８が設けられている。この空気導入管１８は、自動吸気弁２０を介して、真空下水管３１内に空気流入管１７内の空気を直接供給するものである。このように、空気流入管１７内に空気導入管１８が設けられていることで、真空弁ユニット１０の汚水槽１１内が水没したような場合でも、真空下水管３１内に空気導入管１８を通じて確実に空気を供給することができる。
【００４５】
なお、真空弁ユニット１０の汚水槽１１内の水没状態を考慮する必要がない場合には、自動吸気弁２０の流入口側を汚水槽１１内に開口して、この開口部を通じて汚水槽１１内の空気を真空下水管３１に供給するようにしてもよい。
【００４６】
自動吸気弁２０は、図３に示すように、空気導入管１８の上流側部分１８ａおよび下流側部分１８ｂにそれぞれ連結される弁箱２１と、この弁箱２１内に設けられた弁体２２と、弁箱２１に取り付けられたキャップ体２３とを有している。空気導入管１８の下流側部分１８ｂは、仕切弁１３を介して真空下水管３１に接続されている。
【００４７】
弁箱２１は、軸方向中央部に側方に円筒状に突出した弁体収容部２１ｄが設けられた円筒体に構成されており、一方の端部が空気導入管１８の上流側部分１８ａに連結される流入部２１ａとされている。流入部２１ａと同心状にされた他方の端部は、空気導入管１８の下流側部分１８ｂに連結される円筒状の流出部２１ｂとされている。
【００４８】
弁体収容部２１ｄは、流入部２１ａおよび流出部２１ｂとそれぞれ直交状態とされており、流出部２１ｂに連通している。弁箱２１の流入部２１ａは隔壁部２１ｃによって流出部２１ｂおよび弁体収容部２１ｄと隔絶された状態とされており、弁体収容部２１ｄと流入部２１ａとを連通する吸気口２１ｅが隔壁部２１ｃに弁体収容部２１ｄの軸心と同心状に設けられている。
【００４９】
弁収容部２１ｄの先端部には、その先端開口部を気密状態で覆うダイヤフラム２４を介して、中空円錐台形状のキャップ体２３がダイヤフラム２４とともに、弁体収容部２１ｄにボルト２３ｂにて一体的に取り付けられている。円筒状の弁体収容部２１ｄには、円柱状の弁体２２が隔壁部２１ｃに設けられた吸気口２１ｅと同心状に、かつ、吸気孔２１ｅに対して接離する方向にスライド可能に設けられている。ダイヤフラム２４はＥＰＤＭなどの熱可塑性エラストマー製のものである。
【００５０】
キャップ体２３の外径は、弁体収容部２１ｄから離れるにつれて順次外径が小さくなっており、その先端部における軸心部分に、ナット部材２３ａが取り付けられている。ナット部材２３ａには、キャップ体２３の軸心部を挿通する調整ボルト２３ｃがネジ結合され、調整ボルト２３ｃの頭部が弁体収容部２１ｄに近接するように配置されている。調整ボルト２３ｃの頭部とは反対側の先端部は、キャップ体２３の先端部から上方に突出しており、キャップ体２３から突出した部分が、キャップ体２３に対して着脱可能になったカバー部材２６によって覆われている。
【００５１】
調整ボルト２３ｃは、キャップ体２３から突出した先端部を操作して、正逆回転させることにより、キャップ体２３の先端部に取り付けられたナット部材２３ａに対してネジ送りされ、軸方向に沿って上下方向にスライドされる。
【００５２】
キャップ体２３内に配置された調整ボルト２３ｃの軸部には、圧縮バネ２３ｅが嵌合されている。圧縮バネ２３ｅは、調整ボルト２３ｃの頭部に隣接して取り付けられた下側バネ受け２３ｆと、調整ボルト２３ｃの中程にスライド可能に設けられた上側バネ受け２３ｈとによって、圧縮状態で調整ボルト２３ｃに嵌合されている。上側バネ受け２３ｈは、Ｃ型止め輪２３ｇによって抜け止めされている。
【００５３】
圧縮バネ２３ｅは、調整ボルト２３ｃに同心状に嵌合された円筒状のピストン部材２３ｄ内に収容されている。ピストン部材２３ｄにおけるナット部材２３ａに近接した端面は、圧縮バネ２３ｅの上端部を支持するバネ受け２３ｆに、Ｃ型止め輪２３ｇを介して係合されている。この結果、ピストン部材２３ｄは、圧縮バネ２３ｅによって、弁体収容部２１ｄから離れるように上方に付勢された状態で、調整ボルト２３ｃに沿ってスライドできるように支持されている。
【００５４】
ピストン部材２３ｄにおける弁体収容部２１ｄに近接した下端面の軸心部には、弁棒２２ａの上端部が支持されている。弁棒２２ａは、ピストン部材２３ｄの下端面およびダイヤフラム２４の軸心部を貫通して弁体収容部２１ｄ内に挿入されており、弁体収容部２１ｄの軸心部を挿通しており、弁体収容部２１ｄ内に設けられた弁体２２の軸心部を貫通している。弁棒２３ｄの下端部は、弁体収容部２１ｄと流入部２１ａとを連通する吸気口２１ｅ内に同心状態で挿入されている。吸気口２１ｅ内に挿入された弁棒２２ａの下端部には、パッキン２２ｂを介して、ガイド体２５が取り付けられている。
【００５５】
ガイド体２５は、弁箱２１の隔壁部２１ｃに設けられた吸気口２１ｅ内を挿通して、弁箱２１の流入部２１ａ内に進入している。ガイド体２５は、弁体２２に近接した上端部を除いて、弁棒２２ａおよび吸気口２１ｅとは同心状態になった円柱状に構成されており、吸気口２１ｅとは一定の間隔が設けられている。ガイド体２５の上端部は、上側になるにつれて順次外径が大きくなった円錐台形状のガイド部２５ａになっている。
【００５６】
弁体２２とガイド体２５との間に設けられたパッキン２２ｂは、ゴム等の弾性体によって、ガイド体２５が挿通した吸気口２１ｅの外径よりも若干大きな外径を有する円板状に構成されており、弁体２２の下端面の中心部に形成された凹部内に嵌入されて、弁体２２の下端面に圧接されている。パッキン２２ｂは、吸気口２１ｅの周囲の弁座部２１ｆに全周にわたって気密状態で圧接されるようになっている。
【００５７】
ガイド体２５ａは、弁体２２との間に設けられたパッキン２２ｂを弁体２２とともに挟み込んだ状態で、しかも、弁体２２の上端面がダイヤフラム２４を介して、ピストン部材２３ｄの下端面に圧接されるように、弁棒２２ａの下端部に一体的に取り付けられている。従って、キャップ体２３内に設けられたピストン部材２３ｄと、弁体収容部２１ｄ内に設けられた弁体２２と、これらピストン部材２３ｄおよび弁体２２間に設けられたダイヤフラム２４とともに一体化されており、また、弁体２２およびガイド体２５も、パッキン２２ｂとともに一体化されている。
【００５８】
ガイド体２５は、圧縮バネ２３ｅのバネ力に抗してピストン部材２３ｄが下方にスライドされることによって、弁体２２とともに下方にスライドされ、ガイド体２５と弁体２２との間に設けられたパッキン２２ｂが、吸気口２１ｅの周囲の弁座２１ｆに圧接されて、この吸気口２１ｅを気密状に閉鎖するようになっている。
【００５９】
反対に、図４に示すように、ガイド体２５が上方にスライドすることによって、パッキン２２ｂと弁座２１ｆとの圧接状態が解除され、吸気口２１ｅの内周面とガイド体２５の外周面との間隙を通して、弁箱２１の流入部２１ａと弁体収容部２１ｄの内部とが連通状態になる。この結果、地表の空気が流入する空気流入管１７と真空下水管３１とが連通状態になり、空気流入管１８および自動吸気弁２０を通って、地表の空気が真空下水管３１に供給される。
【００６０】
このような構成の真空式下水システムは、真空弁ユニット１０における仕切弁１３が開状態とされることで稼動状態になり、真空下水管３１の内部が、真空ステーションに設けられた真空ポンプによって真空状態とされる。
【００６１】
そして、真空下水管３１の内部が真空状態になると、自動吸気弁２０は、弁体収容部２１ｄの内部が真空下水管３１の内部と同様の真空状態になり、弁体収容部２１ｄとキャップ体２３とを気密状態に隔絶しているダイヤフラム２４に、弁体収容部２１ｄの内部に向かう吸引力Ｐが作用する。
【００６２】
そして、この吸引力Ｐが調整ボルト２３ｃによって設定された圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆよりも大きくなると、ダイヤフラム２４は弁体収容部２１ｄ内に吸引され、ピストン部材２３ｄ，弁体２２およびガイド体２５が一体となって下方にスライドして、パッキン２２ｂが弁座２１ｆに気密状態で圧接される。この結果、図３に示すように、弁箱２１の流入部２１ａと弁体収容部２１ｄとを連通する吸気口２１ｅが気密状態で閉じられる。
【００６３】
その後、水位検出管１６によって、汚水槽１１の汚水溜まり１１ａ内に貯留された汚水の水位が、あらかじめ設定された所定の水位に達したことが検出されると、真空弁１４は真空下水管３１内の真空を取り込んで、流路を開いた状態となる。この結果、汚水吸引管１５と真空下水管３１とが連通して、汚水吸引管１５の内部が真空下水管３１の内部と同様の真空状態になり、汚水溜まり１１ａ内に貯留された汚水が、汚水吸引管１５を通じて真空下水管３１内に吸引される。そして、汚水溜まり部１１ａ内の汚水が真空下水管３１内に吸引されて、汚水溜まり部１１ａ内の汚水の水位が低下し、汚水吸引管１５によって汚水が吸引されない状態になると、汚水吸引管１５は引き続いて汚水槽１１内の空気を吸引し、その後、真空弁１４は流路を閉じた状態となる。
【００６４】
真空下水管３１内に汚水および空気が吸引されると、汚水は空気とともに気液二相流となって真空下水管３１内を真空ステーション３２側に向かって流動する。ところで、空気は汚水よりも高速で流動するために、真空下水管３１の上り傾斜部分３１ｂでは、空気のみが通過して、汚水が上り傾斜部分３１ｂの最低位部分に滞留する。
【００６５】
この結果、図５に示すように、真空下水管３１の上り傾斜部分３１ｂに汚水が溜まって、上り傾斜部分３１ｂの下部を封止する水栓が形成される。その後、さらに空気量を上回る汚水流入などによって、上り傾斜部分３１ｂ全体が完全に水封されたウォーターブロックＷが形成されると、このウォーターブロックＷが形成された部分よりも下流側の真空下水管３１内の真空圧が、ウォーターブロックＷの上流側に伝達されず、ウォーターブロックＷよりも上流側部分の圧力が上昇する。これにより、ウォーターブロックＷが形成された部分よりも上流側の真空下水管３１内の圧力が上昇してその内部の真空度が低下することになる。
【００６６】
ところで、この第１実施例では、図５に示すように、真空下水管３１の中間部に設けられた上り勾配のリフト部３１ｂの近くの上流側に位置する下り傾斜部３１ａの上面に接続して地表に立ち上げられた吸気管４ａの上端部に、図３にて示したものと同じ自動吸気弁２０の一端が接続されて配置されている。
【００６７】
したがって、上記のような状態になると、自動吸気弁２０の流出部２１ｂおよび弁体収容部２１ｄ内の圧力が上昇する。そして、図４に示すように、ダイヤフラム２４に作用する吸引力Ｐが、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆよりも小さくなると、ピストン部材２３ｄが圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆによって上方にスライドするとともに、ピストン部材２３ｄと一体となった弁体２２およびガイド体２５も上方にスライドする。そして、流入部２１ａと弁体収容部２１ｄとを連通する吸気口２１ｅの周囲の弁座２１ｆに圧接されたパッキン２２ｂも上方にスライドされる。この結果、吸気口２１ｅが開状態とされて、流入部２１ａが弁体収容部２１ｄを介して流出部２１ｂに連通した状態になる。
【００６８】
このとき、流出部２１ｂは、真空下水管３１の内部と同様に、真空度が低下しているものの、大気圧よりも低い真空状態になっているため、吸気口２１ｅが開かれることによって、地表の空気が上流側部分１８ａを通じて、流入部２１ａに吸引される。そして、この空気が、弁体収容部２１ｄ，流出部２１ｂおよび吸気管４ａを通って真空下水管３１内に供給されることになる。
【００６９】
真空下水管３１内に空気が吸引されると、真空下水管３１内を封止するウォーターブロックＷにより、真空下水管３１におけるウォーターブロックＷよりも上流側部分の圧力が上昇して真空度が低下する。そして、吸気口２１ｅの開状態が継続されていることによって、真空下水管３１内の圧力が上昇すると、真空下水管３１内に供給された空気がウォーターブロックＷを通過する。その際、図６に示すように、ウォーターブロックＷを空気が通過する際に、ウォーターブロックＷを形成している汚水は、高速で流動する空気とともに気液二相流となって真空下水管３１内を下流側に向かって流動する。この結果、汚水は真空下水管３１内における上り傾斜部分３１ｂを通過することになる。
【００７０】
このように、真空下水管３１内に滞留した汚水が流動してウォーターブロックＷが解消されると、真空下水管３１の内部は全体にわたって真空度が上昇する。そして、自動吸気弁２０のダイヤフラム２４に作用する吸引力Ｐが圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆよりも大きくなると、吸気口２１ｅが閉じられる。
【００７１】
同様に、図２にて示す真空弁ユニット１０側に近い真空下水管３１の上り傾斜部分３１ｂにおいてウォーターブロックＷが形成されて上記のような状態になると、真空弁ユニット１０内において真空下水管３１に接続された空気導入管１８の下流側部分１８ｂの真空度が低下し、自動吸気弁２０の流出部２１ｂおよび弁体収容部２１ｄ内の圧力が上昇する。そして、図４に示すように、ダイヤフラム２４に作用する吸引力Ｐが、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆよりも小さくなると、ピストン部材２３ｄが圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆによって上方にスライドするとともに、ピストン部材２３ｄと一体となった弁体２２およびガイド体２５も上方にスライドする。そして、流入部２１ａと弁体収容部２１ｄとを連通する吸気口２１ｅの周囲の弁座２１ｆに圧接されたパッキン２２ｂも上方にスライドされる。この結果、吸気口２１ｅが開状態とされて、流入部２１ａが弁体収容部２１ｄを介して流出部２１ｂに連通した状態になる。
【００７２】
このとき、流出部２１ｂは、真空下水管３１の内部と同様に、真空度が低下しているものの、大気圧よりも低い真空状態になっているため、吸気口２１ｅが開かれることによって、空気流入管１７および空気導入管１８の上流側部分１８ａを介して、流入部２１ａに地表の空気が吸引される。そして、流入部２１ａ内に流入した空気が、弁体収容部２１ｄ，流出部２１ｂ，空気導入管２１の下流側部分１８ｂおよび仕切弁１３を通って真空下水管３１内に供給される。
【００７３】
真空下水管３１内に空気が吸引されると、真空下水管３１内を封止するウォーターブロックＷにより、真空下水管３１におけるウォーターブロックＷよりも上流側部分の圧力が上昇して真空度が低下する。そして、吸気口２１ｅの開状態が継続されていることによって、真空下水管３１内の圧力が上昇すると、真空下水管３１内に供給された空気がウォーターブロックＷを通過する。その際、図６に示すように、ウォーターブロックＷを空気が通過する際に、ウォーターブロックＷを形成している汚水は、高速で流動する空気とともに気液二相流となって真空下水管３１内を下流側に向かって流動する。この結果、汚水は真空下水管３１内における上り傾斜部分３１ｂを通過する。
【００７４】
このように、真空下水管３１内に滞留した汚水が流動してウォーターブロックＷが解消されると、真空下水管３１の内部は全体にわたって真空度が上昇する。そして、吸気弁２０のダイヤフラム２４に作用する吸引力Ｐが圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆよりも大きくなると、吸気口２１ｅが閉じられる。
【００７５】
以下、同様の動作が繰り返されることによって、汚水は気液二相流となって順次、真空ステーション３２側に向かって真空下水管３１内を搬送され、真空ステーション３２の集水タンクに収集される。
【００７６】
このように、本発明の真空式下水システムでは、真空弁１４が開かれて汚水および空気が真空下水管３１内に吸引されると、真空弁１４が閉じられるが、真空弁１４が閉じられた状態になった後にも、真空下水管３１内の真空度に応じて吸気弁２０が開放されて、必要とされる空気が真空下水管３１内に吸引されるようになっているため、真空下水管３１内で気液同時分離吸引方式における気液二相流に近い気液二相流とすることができる。このため、真空下水管３１内において頻繁に変化する真空度に対応した適切な空気量の供給が可能になる。
【００７７】
吸気弁２０が吸気口２１ｅを開閉する際の真空下水管３１内の真空度の調整は、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆを変更することによって行える。すなわち、調整ボルト２３ｃを回転させて調整ボルト２３ｃ全体を吸気口２１ｅから離れる方向に移動させると、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆが増加し、吸気口２１ｅを閉じるために必要とするダイヤフラム２４の吸引力Ｐ、すなわち、真空下水管３１内の真空度が大きくなる。反対に、調整ボルト２３ｃ全体を吸気口２１ｅに接近する方向に移動させると、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆが減少し、吸気口２１ｅを閉鎖するために必要とするダイヤフラム２４の吸引力Ｐ、すなわち、真空下水管３１内の真空度は小さくなる。たとえば真空下水管３１内の圧力が−４．５ｍＡｑに設定されている場合は、吸気弁２０における吸気口２１ｅが開かれる圧力として、−３．０ｍＡｑ程度に設定するのが望ましい。
【００７８】
吸気口２１ｅを開放するための真空度を、真空下水管３１内の定常状態の真空度との差が大きくなるように小さく設定すると、ウォーターブロックを解消した後、真空下水管３１内が定常の真空度に復帰するまでに時間がかかる恐れがあるのであまり好ましくない。しかしながら、上り傾斜部分３１ｂが少ない長い真空下水管３１の上流側の末端部に設けられた真空弁ユニット１０の自動吸気弁２０では、真空弁が作動しないような低い真空度でも開かれるようにしておくと、比較的長時間にわたって空気が真空下水管３１内に吸引され、真空下水管３１に滞留する汚水が緩やかに流動されることになる。
【００７９】
定常状態の真空下水管３１内の真空度との差が小さくなるように、吸気口２１ｅが開かれる真空度を大きく設定すると、真空下水管３１内の真空度がわずかに低下することで自動吸気弁２０が開かれることになる。したがって、真空弁ユニット１０の真空弁１４が開かれて汚水吸引管１５からの汚水の吸引が開始された当初に真空下水管３１内の真空度が低下すると、直ちに吸気弁２０の吸気口２１ｅが開かれて、真空下水管３１内に空気が吸引されることになる。その結果、汚水の吸引開始当初において、真空下水管３１内に吸引される空気とともに汚水が流動する気液二相流を形成することができ、気液同時吸引方式に類する吸引形態とすることができる。
【００８０】
図７は、本発明の真空式下水システムの第２実施例を示す説明図である。
この第２実施例では、橋梁部分を利用して、障害物３３である河川の上方を跨ぐようにして迂回部分３１ｃを設けた以外は、基本的に上記第１実施例と同一である。
【００８１】
この場合、図７に示すように、真空下水管３１の迂回部分３１ｃの上流側に位置する下り傾斜部分３１ａの下流側位置に、上端部が地表上に位置するように上方に立ち上げられた吸気管４ａの上端部に、図３と同一の自動吸気弁２０の一端が接続されている。この場合、自動吸気弁２０の周りを防水部材にて保護するのが望ましい。
【００８２】
このような状態で、真空下水管３１内を汚水が気液二相流となって搬送され、真空下水管３１における吸気管４ａが接続された位置よりも少し下流側の部分、すなわち、下り傾斜部分３１ａと上り傾斜部分３１ｂとの境界部分などの屈曲部分においてウォーターブロックが形成されると、そのウォーターブロックよりも上流側の真空下水管３１内の圧力が上昇して真空度が低下した状態になる。
【００８３】
この場合も上記と同様に、図５に示したウォーターブロックが形成された状態となる。そして、下り傾斜部分３１ａ側の真空下水管３１内の真空度が自動吸気弁２０の設定圧力よりも低くなると、自動吸気弁２０が開いて空気を吸引し、図６と同様に、汚水をブローして二相流を形成する。汚水がブローした後、ウォーターブロックが解けて下流側の真空度が上流側に伝達し、上流側の真空度が上がって自動吸気弁２０が閉じられる。
【００８４】
図８および図９は本発明の真空式下水システムの第３実施例の要部を示す平面図と正面説明図である。この第３実施例では、真空弁ユニット１０を３個の真空弁１４を有する多弁式の大型構造のものとし、そのうちの１つの真空弁１４に自動吸気弁２０を配置した以外は、基本的に上記第１実施例と同一であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。なお、この第３実施例の場合、３本の真空下水管３１は汚水槽１１を出てから一本の大口径の真空下水管に合流している。
【００８５】
このような多弁式の真空弁ユニット１０は、自然流下式にて多数戸の住居から多量の汚水の流入があったり、マンホールポンプからの圧送によって長時間の連続流入があったりするマンションなどの場合に好適である。
【００８６】
図１０は本発明の真空式下水システムの第４実施例の要部を示す説明図である。この第４実施例では、真空下水本管３１の位置に比べ、真空弁ユニット１０の埋設位置がかなり低くなっており、真空弁ユニット１０から送り出される汚水が通る水平接続管３１ｄと真空下水本管３１との間に高いリフト部３１ｂが形成されている。そして、真空弁ユニット１０とリフト部３１ｂとの間に位置している水平接続管３１ｄの上面に吸気管４ａが接続されて地表に立ち上げられ、この吸気管４ａの上端部に、図３にて示したものと同じ自動吸気弁２０の一端が接続されて配置されている。
【００８７】
この第４実施例では、住居５にて発生した汚水は宅地内の排水ますなどの排水設備５１および公共ます５２を経由して流入管１２より真空弁ユニット１０に流れ込む。そして、汚水溜まり１１ａ内に一定量の汚水が溜まると、水位検知管１６にて検知され、このことをコントローラーが検知して真空弁１４を作動させ、汚水は仕切弁１３を通って水平接続管３１ｄに排出されることになる。
【００８８】
この場合、吸気管４ａを介して、自動吸気弁２０が水平接続管３１ｄに配置されていることによって、高いリフト部３１ｂが水平接続管３１ｄと真空下水本管３１との間に存在していても、自動吸気弁２０がウォーターブロックを解除するまで吸気するので、真空弁ユニット１０の汚水溜まり１１ａに溜まった汚水の排出は良好に行われることになる。
【００８９】
図１１は本発明の真空式下水システムの第５実施例を示す説明図である。
この実施例では、真空下水管３１１，３１２同士が合流する合流部３１３の上流側の双方に自動吸気弁２０１，２０２が配置されている。
【００９０】
そして、真空下水本管３１がＴ字状に合流している場合、図１１に示すように、たとえば真空下水管３１１側の真空弁ユニット１０ａの作動により汚水が流入する場合、合流部３１３にて汚水のすべてが矢印方向Ｘに真空下水本管３１に流入するわけではなく、汚水の一部は矢印方向Ｙ側、つまり、真空下水管３１２側に逆流することになる。
【００９１】
この逆流した汚水は、真空下水管３１２側のリフト部や管内に滞留するものとなる。そして、真空下水管３１２側の管路において、真空弁の作動があまり無い場合、この滞留汚水によってウォータブロックを生じ、その下流部の真空度を低下させ、真空弁の作動に影響を与えることになる。
【００９２】
このように、汚水が合流する合流部の近傍において、汚水の滞留発生が予想される部位に自動吸気弁２０１，２０２が設置されているので、自動吸気弁２０２側に汚水流入によるウォータブロックや真空圧低下が生じても、上記実施例の場合と同様に、自動吸気弁２０２が作用することで、真空下水管３１２側にて発生するウォータブロックは解除される。また、これとは逆に、真空弁ユニット１０ｂの作動により汚水が流入する場合も、上記と同様に自動吸気弁２０１が作用することで、真空下水管３１１側にて発生するウォータブロックは解除される。
【００９３】
【発明の効果】
請求項１〜５記載の発明では、複数の真空弁ユニット内に自動吸気弁が接続され、この自動吸気弁が真空下水管内の真空によって閉じられるとともに、真空下水管内の真空度が低下すると開けられて真空下水管内に空気が供給されるようになされているので、真空下水管の真空度の変化に対応して、必要とされる空気を確実に供給することができ、しかも、真空下水管内の真空度が上昇した後に、特別な作業を実施することなく、迅速に定常の真空度に復帰させることができる。真空弁ユニットにおいて過剰な空気吸引をせず、リフト部やウォータブロックの生じやすい所で効果的に空気を吸引し、二相流を形成することで、汚水の効果的な搬送と管路延長とランニングコストの低減が可能となる。
【００９４】
また、各真空弁ユニットにおいて、過度の吸気が行われないようになるので、流入管に付与される圧力損失が低減し、宅地内配管における汚水トラップの破水が生じない。
【００９５】
請求項２記載の発明では、真空下水管の中間部に設けられた上り勾配のリフト部の近くの上流側に自動吸気弁が配置されているので、このリフト部に汚水が溜まって形成されるウォーターブロックは自動吸気弁の作動によって解消され、汚水の効果的な搬送を行うことができる。
【００９６】
請求項３記載の発明では、複数の真空弁を有する多弁式の真空弁ユニットの１つの真空弁に自動吸気弁が配置されているので、多数の住居から一度に多量の汚水流入が予想されるマンションなどの大型化真空弁ユニットに好適である。
【００９７】
請求項４記載の発明では、低位置に埋設された真空弁ユニットと真空下水管との間を接続している接続管の水平部分に自動吸気弁が配置されているので、水平接続管と真空下水管との間に高いリフト部が存在しても、ウォーターブロックを解消して効果的な汚水の搬送を行うことができる。
【００９８】
請求項５記載の発明では、真空下水管同士が合流する合流部の上流側双方に自動吸気弁が配置されているので、汚水の逆流によってウォータブロックや真空圧低下が生じても、自動吸気弁の作動によって解除できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空式下水システムの第１実施例を示す概略説明図である。
【図２】図１における真空弁ユニットを示す説明図である。
【図３】図２における自動吸気弁を示す縦断面図である。
【図４】図３の自動吸気弁の動作を示す縦断面図である。
【図５】図１の要部を示す拡大説明図である。
【図６】図５の自動吸気弁の動作を示す拡大説明図である。
【図７】本発明の真空式下水システムの第２実施例を示す説明図である。
【図８】本発明の真空式下水システムの第３実施例を示す平面説明図である。
【図９】図８対応の正面説明図である。
【図１０】本発明の真空式下水システムの第４実施例を示す説明図である。
【図１１】本発明の真空式下水システムの第５実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０真空弁ユニット
１１汚水槽
１１ａ汚水溜まり
１２汚水流入管
１４真空弁
１５汚水吸引管
１６水位検出管
１７空気流入管
２０，２０１，２０２自動吸気弁
３１，３１１，３１２真空下水管
３１３合流部
３１ａ下り傾斜部分
３１ｂ上り傾斜部分（リフト部）
３１ｃ迂回部分
３１ｄ水平接続管
３２真空ステーション
４ａ吸気管
Ｗウォーターブロック

Claims

内部が真空状態とされた真空下水管と、この真空下水管の真空を発生させる真空ポンプを有する真空ステーションと、家庭などから汚水管を通じて自然流下にて流れ込む汚水を汚水槽に貯留し、この汚水槽内に配置された真空弁が開放されることによって、汚水槽内の汚水を前記真空下水管に送り込む複数の真空弁ユニットとから構成されている真空式汚水収集システムにおいて、
少なくとも前記複数の真空弁ユニット内に自動吸気弁が接続され、この自動吸気弁が真空下水管内の真空によって閉じられるとともに、真空下水管内の真空度が低下すると開けられて真空下水管内に空気が供給されるようになされていることを特徴とする真空式下水システム。
真空下水管の中間部に上り勾配のリフト部が設けられ、このリフト部の近くの上流側に自動吸気弁が配置されている請求項１記載の真空式汚水収集システム。
真空弁ユニットが複数の真空弁を有する多弁式のものであり、そのうちの１つの真空弁に自動吸気弁が配置されている請求項１記載の真空式汚水収集システム。
真空弁ユニットが真空下水管よりもかなり低い位置に埋設されており、この真空弁ユニットと真空下水管との間を接続している接続管の水平部分に自動吸気弁が配置されている請求項１記載の真空式汚水収集システム。
真空下水管同士が合流する合流部の上流側双方に自動吸気弁が配置されている請求項１記載の真空式汚水収集システム。