JP4565280B2

JP4565280B2 - 陸上設置型取水装置

Info

Publication number: JP4565280B2
Application number: JP2005129583A
Authority: JP
Inventors: 豊大江
Original assignee: 北菱電興株式会社
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: JP2006307490A

Description

本発明は、河川、用水路、溜池、溜井戸、湖、ダム等の水を陸上に設置した水中ポンプを使用して取水する陸上設置型取水装置に関するものである。

周知の通り、河川、用水路、溜池、溜井戸、湖、ダム等（以下、総称して「取水域」ともいう。）の水を取水して排出する取水装置には、水中に設置される水中設置型と陸上に設置される陸上設置型とがある。そして、水中設置型取水装置では、前記取水域中に水中ポンプを配置して該水中ポンプにより汲み上げて取水・排出するようになっており、陸上設置型取水装置では、陸上に設けられた施設に配置された揚水ポンプにより吸い上げて取水・排出するようになっている。

前記陸上設置型取水装置として、例えば、特許文献１には、水源に近い地上部の配管ダクトに水中ポンプを配置し、別に堤内に配置した真空ポンプ、補水槽及び真空排水タンク等の呼び水機器からの抽気ラインによりポンプ揚水の確立を強化して取水する堤防横過揚水装置が開示されている。

特公平６−１９１５２号公報

前記水中設置型取水装置では、水中ポンプにより容易に取水することができるが、水中ポンプを取水域の水中に配置するための土木工事に膨大な費用を必要とし、一度設置すれば移設できないという問題点があった。

また、前記陸上設置型取水装置に分類できる特許文献１の堤防横過揚水装置では、水中ポンプに加えて取水を吸引するための真空ポンプを必要とするので、当該ポンプ間における配管が複雑となってポンプ設備の保守管理に手間が掛るという問題点があった。

そこで、本発明は、水中ポンプによって取水・排水を実施することができ、しかも、容易に移設することができる陸上設置型取水装置を提供することを技術的課題とするものである。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって解決できる。

即ち、本発明に係る陸上設置型取水装置は、取水域から吸込管を介して水を吸引して溜める陸上に設置された取水槽と該取水槽に内設された水中ポンプと該水中ポンプに接続されて取水槽に溜った水を排出する吐出管と室内に突出した吸気管によって取水槽に連通されて該取水槽の上部に設けられた排気室と該排気室内に突出した前記吸気管に間隙を有して内包されて吸気管の排気室側開口へ向かって延設された噴射管とを備えてなり、噴射管から排気室内へ向かって水流を噴射させて吸気管を介して取水槽内の空気を排気室に吸引して該取水槽内を減圧させ、負圧状態となった取水槽の吸引力によって取水域から水を吸い込んで当該取水槽に溜った水を前記水中ポンプにより排出するものである。

また、本発明は、前記陸上設置型取水装置において、噴射管が吐出管から分岐した導管であり、水中ポンプによって取水槽内の水が噴射管から噴射されるものである。

さらに、本発明は、前記いずれかの陸上設置型取水装置において、吸込管にはさらに取水域に投入されるストレーナが接続されていると共に該ストレーナには吐出管から分岐した逆流管が接続されており、当該ストレーナが、前記吸込管を接続する吸込室と、該吸込室に併設されて前記逆流管を接続する逆流室と、当該吸込室の取水域側吸込口と当該逆流室の取水域側排出口とが同一方向に開口して共通する開口室を形成して該開口室を前記吸込口と前記排出口とを含んで仕切壁によって二分してなりそれぞれ濾過部によって塞がれた一対の流出入口と、当該流出入口の一方の流出入口には該一方の流出入口を共通して有する前記仕切壁により二分された一方の吸込口と同じく前記仕切壁により二分された一方の排出口とが形成されていると共に前記他方の流出入口には該他方の流出入口を共通して有する前記仕切壁により二分された他方の吸込口と同じく前記仕切壁により二分された他方の排出口とが形成されて前記一方の吸込口を塞いだときには前記他方の吸込口が開くと共に前記他方の吸込口を塞いだときには前記一方の吸込口が開く前記吸込口に設けられた第一逆作動弁と、前記一方の排出口を塞いだときには前記他方の排出口が開くと共に前記他方の排出口を塞いだときには前記一方の排出口が開く前記排出口に設けられた第二逆作動弁とから構成され、前記第一逆作動弁によって一方の吸込口が閉じられたときには前記第二逆作動弁によって一方の排出口が開き、前記第二逆作動弁によって他方の排出口が開かれたときには前記第一逆作動弁によって他方の吸込口が閉じるようになっているものである。

本発明によれば、噴射する水流によって発生する空気流を利用して取水槽を減圧させ、負圧状態の取水槽によって取水域の水を吸引して取水するようにしたので、水中ポンプのみによって取水・排水を実施することができるから、水中ポンプを内蔵した取水装置を取水域中に設けないで陸上に設置することができ、これにより、取水域の土木工事が不要となり、仮設することができるので、容易に移設することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

実施の形態１．

図１は本発明の実施の形態に係る陸上設置型取水装置の動作原理を説明する概略縦断面側面図、図２は陸上設置型取水装置の概略縦断面側面図であり、図１において水中ポンプ及び吐出管は省略され、図２において吸気管及び噴射管は省略されている。また、図３〜図５は陸上設置型取水装置の取水・排水動作を説明する概略縦断面側面図である。これらの図において、１は河川（取水域）２近傍の堤地３（図２参照）に設置されて河川２から陸上に連設した吸込管４を介して当該河川水５を陸上に吸引して取水する陸上設置型取水装置（以下、「取水装置」ともいう。）であり、当該取水装置１は、河川水５を吸込管４を介して取水して溜める、水中ポンプ６（図２参照）を内設した取水槽７と、当該水中ポンプ６と、水中ポンプ６に接続されて取水槽７に溜った河川水５を排出する吐出管８（図２参照）と、室内に突出した吸気管９によって取水槽７に連通されて該取水槽７の上部に設けられた排気室10と、排気室10内に突出した吸気管９に間隙を有して内包されて吸気管９の排気室10側開口へ向かって延設された噴射管11と、排気室10の床面から取水槽７に開口して下向きに延設されて噴射管11から噴射された流水を取水槽７に戻す戻し管12と、排気室10の天井に外方に向かって突設されて排気室10に吸引された空気を排気する排気管13とから構成され、前記噴射管11は前記吐出管８から分岐して配管され、前記取水槽７は、図２に示すように、天井に届かない仕切立14によって水中ポンプ６を設置したポンプ室7aと吸込管４が接続される取水室7bとに二分され、前記戻し管12はポンプ室7aに設けられている。また、前記吸込管４の河川側端にはストレーナ15（図２参照）が接続されて該ストレーナ15は河川２に投入されている。

次に、動作について説明する。

先ず、図３に示すように、取水槽７のポンプ室7aには噴射管11から流水を噴射させるために水を溜めておく。次いで、噴射管11が分岐した位置の吐出管開口側に設けられた吐出バルブ16を閉じた状態で水中ポンプ６を起動させ、ポンプ室7a内の溜水を吸い上げて噴射管11から高速な水流として排気室10内へ向かって噴射させる。これにより、図４に示すように、吸気管９内の空気が水流に巻き込まれて排気室10へ押し出され、吸気管９内の取水槽７側が減圧されて負圧になり、吸気管９が開口した取水槽７内の空気が吸気管９内へ連続して吸い込まれて取水槽７内の圧力が除々に低下する。この結果、取水槽７内が減圧されて負圧となり、負圧状態となった取水槽７の吸引力によって大気圧に押されている河川水面から吸込管４を通って河川水５が取水され、取水槽７の取水室7bに吸い上げられる。そして、図５に示すように、取水室7bが河川水５で満たされ仕切立14を超えてポンプ室7aに流れ込み、当該ポンプ室7aも河川水５によって満たされて取水槽７全体が満タンになれば、図２に示すように、前記吐出バルブ16が開かれて取水槽７に溜った水５が吐出管８から外方へ排出される。一方、吸気管９から排気室10内へ押し出された空気は排気管13より排気され、噴射管11より排気室10内へ放出された水は戻し管12を通ってポンプ室7a内へ戻され、排気中はポンプ室7a内の水位が低下しないように循環している。この一連の動作によって連続して河川２より取水して取水槽７に溜った水５を水中ポンプ６により排水している。

本実施の形態では、噴射管11から排気室10内へ向かって水流を噴射させて取水槽７内の空気を吸気管９から排気室10に吸引して取水槽７を減圧させ、負圧状態となった取水槽７の吸引力によって河川２から水５を吸い込み、取水槽７に溜った取水５を水中ポンプ６によって排水しているので、水中ポンプ６を内蔵した取水装置１を河川内に設けないで陸上に設置することができ、これにより、仮設することができるので、容易に移設することができる。

実施の形態２．

本実施の形態は前記実施の形態１に係る陸上設置型取水装置の具体例であり、図６は内部を透視して一部断面にて示す陸上設置型取水装置の平面図、図７は内部を透視して一部断面にて示す陸上設置型取水装置の側面図、図８は内部を透視して一部断面にて示す陸上設置型取水装置の正面図、図９及び図１０は図２に図示するストレーナの透視斜視図、図１１〜図１６はストレーナの動作を説明する図であり、図１１及び図１４は内部を透視して一部断面にて示すストレーナの正面図、図１２及び図１５は内部を透視して一部断面にて示すストレーナの吸込室側側面図、図１３及び図１６は内部を透視して一部断面にて示すストレーナの逆流室側側面図である。これらの図において、図１〜図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。

本実施の形態に係る取水装置１は、排気室10の上部に配管室17が設けられ、排気室10から配管室17に渡る背後には取水槽７のポンプ室7aへ噴射水を供給する補水槽18が設けられ、途中に電動給水弁19を配設した給水管20によって取水槽７のポンプ室7a側と接続されている。そして、配管室17においては、密封状態で排気室10を貫いて突出した吐出管８から分岐した導管21が電動噴射弁22を介して噴射管11に接続され、当該分岐位置から吐出管開口側の吐出管８には吐出バルブ（電動吐出弁）16が設けられ、当該分岐位置よりさらに別途逆流用導管23が分岐して該逆流用導管23には逆流用電動弁24が配設されている。また、排気管13の途中には排気用電動弁25が設けられている。なお、26は空気抜弁である。

前記取水装置１の逆流用導管23には吸込管４と平行して連設された逆流管27が配管されており、吸込管４と逆流管27とは河川２に投入したストレーナ15に接続されている。

前記ストレーナ15は、前記吸込管４が接続されて該吸込管４へ吸い込まれる河川水５で満たされる吸込室28と、吸込室28に併設されて、前記逆流管27が接続されて該逆流管27から排出される取水槽７からの逆流水で満たされる逆流室29と、吸込室28の取水域側吸込口30と逆流室29の取水域側排出口31とが同一方向に開口して共通する空間となっている開口室32とを備え、当該開口室32は吸込口30と排出口31とを含んで開口室32から外方まで延設された仕切壁33によって二分されて一対の流出入口34,35が形成されており、流出入口34,35の一方の流出入口34においては該一方の流出入口34を共通して有するように前記仕切壁33により二分された一方の吸込口36（図１２参照）と同じく前記仕切壁33により二分された一方の排出口37（図１３参照）とが形成され、他方の流出入口35においては該他方の流出入口35を共通して有するように前記仕切壁33により二分された他方の吸込口38（図１２参照）と同じく前記仕切壁33により二分された他方の排出口39（図１３参照）とが形成され、前記吸込口30には一方の吸込口36を塞いだときには他方の吸込口38が開き、他方の吸込口38を塞いだときには一方の吸込口36が開く第一逆作動弁40が設けられ、前記排出口31には一方の排出口37を塞いだときには他方の排出口39が開き、他方の排出口39を塞いだときには一方の排出口37が開く第二逆作動弁41が設けられており、前記流出入口34,35はそれぞれ河川２の塵等を濾す濾過板（濾過部）42,43によって塞がれている。前記第一・第二逆作動弁40,41は断面の一辺が同一長さのＬ字型に曲げられたＬ型板形状であって、隅角を回動軸として吸込口30と排出口31とにおける仕切壁33の内方側端面にそれぞれ逆向きで軸着されており、第一逆作動弁40によって一方の吸込口36が閉じた場合には第二逆作動弁41によって一方の排出口37が開き、第一逆作動弁40によって一方の吸込口36が開いた場合には第二逆作動弁41によって一方の排出口37が閉じるようになっている。

次に、動作について説明する。

前記電動吐出弁16と電動給水弁19と電動噴射弁22と逆流用電動弁24と排気用電動弁25とは閉じられており、取水装置１の駆動により、ポンプ室7aの溜水が所定量未満であれば、電動給水弁19が開いて給水管20を通って補水槽18からポンプ室7aへ噴射用の溜水が補充され、駆動中、所定量を満たすように給水される。

また、前記ストレーナ15においては、図９に示すように、第一逆作動弁40によって吸込口30における一方の吸込口36が閉じられ、第二逆作動弁41によって排出口31における他方の排出口39が閉じられている。

続いて、水中ポンプ６を起動させる起動ボタンを押せば、電動噴射弁22と排気用電動弁25とが開いて水中ポンプ６によってポンプ室7aから汲み上げられた噴射用の溜水が、図４及び図５に示すように、吐出管８から導管21を通って噴射管11から排気室10内に向かって噴射され、取水槽７から吸気管９を通って排気室10へ吸引された空気が排気管13から外方へ排気される。

これにより、河川水５が、図１２に示すように、ストレーナ15の他方の流出入口35に設けられた濾過板43を通過して他方の流出入口35から他方の吸込口38を通って吸込室28を経由して吸込管４に吸い込まれる。そして、図２に示すように、取水槽７が河川水５で満たされれば、電動噴射弁22と排気用電動弁25とが閉じ、電動吐出弁16が開いて取水槽７に溜った河川水５が吐出管開口から排出される。

前記逆流用電動弁24はタイマーにより開閉され、例えば、初回逆流用電動弁24が開いた場合には、逆流用電動弁24の開作動に連動して前記第一逆作動弁40が回動して該第一逆作動弁40によって一方の吸込口36が開き（図１０及び図１５参照）、前記第二逆作動弁41が回動して該第二逆作動弁41によって他方の排出口39が開く（図１０及び図１６参照）。

従って、図１５に示すように、河川水５がストレーナ15の一方の流出入口34に設けられた濾過板42を通過して一方の流出入口34から一方の吸込口36を通って吸込室28を経由して吸込管４に吸い込まれ、図１６に示すように、取水槽７からの逆流水が吐出管８から逆流用導管23を通って逆流管27から逆流室29内に放出され、さらに、他方の排出口39を通って他方の流出入口35から該他方の流出入口35に設けられた濾過板43を通過して河川２に放出され、これにより、逆流水によって当該濾過板43に付着した塵等が河川中に排出される。そして、前記逆流用電動弁24が開いている状態においては、タイマーにより前記第一逆作動弁40と前記第二逆作動弁41とが逆回動動作している。

このように、第一逆作動弁40によって一方の吸込口36が閉じられたときには第二逆作動弁41によって一方の排出口37が開き、第二逆作動弁41によって他方の排出口39が開かれたときには第一逆作動弁40の回動によって他方の吸込口38が閉じ、第一逆作動弁40と第二逆作動弁41とが逆動作するようになっているので、濾過板42,43が交互に洗浄される。

本実施の形態によれば、陸上設置型取水装置１が陸上設備でありながら、ポンプ呼び水用の真空ポンプ設備が不要であり、河川内に取水槽７を設置する必要がないので、そのための河川内土木工事が不要となる。また、取水が不要な時期においては簡単に取り外して移設できる。また、本実施の形態におけるストレーナ15によれば、濾過部42,43を通る流水が交互に逆流するようになっているので、取水・洗浄を交互に実施することができるから、濾過部42,43が塵芥で詰まることなく、長く取水を続けることができる。

図１７は噴射管の縦断面図であり、図１〜図１６を参照して陸上設置型取水装置１の実施例について説明する。

外形が幅76cm×奥行き82cm×高さ150cmのボックスに内径100mmの吸込管４，吐出管８及び逆流管27と、先端側が内径27.6mmの吸気管９（図１７参照）と、外径21.7mm及び内径16.1mmの噴射管11（図１７参照）とを配管した陸上設置型取水装置１（図６〜図８参照）を使用し、取水槽７には口径50mm、吐出量0.12〜0.38m^３/min、全揚程57.0〜32.5m、出力3.7kw、電圧200Ｖ、電流16.8Ａ、回転数3600rpm、周波数60Hzの水中タービンポンプ６を内設した。

取水装置１を駆動させ、噴射速度18.8m/sec（60Hz時）で噴射管11から流水を噴射させ、河川水５を取水したところ、電流値14.4Ａにおいて、１分45秒後の吸込揚程が河川２の水面から上方に向かって6.0mの高さに達した。このときの水中タービンポンプ６の吐出圧力は0.33Ｍpaであり、吸気管９からの排気量は平均0.118 m^３/min、吸込管４の吸込圧力は−0.06Ｍpaであった。

本発明によれば、陸上設置型取水装置を簡易に設置することができるから、消融雪設備、かんがい用用水設備、排水設備、その他、揚水設備として利用できる。

従って、本発明の産業上利用性は非常に高いといえる。

本発明の実施の形態に係る陸上設置型取水装置の動作原理を説明する概略縦断面側面図である。陸上設置型取水装置の概略縦断面側面図である。陸上設置型取水装置の取水・排水動作を説明する概略縦断面側面図である。陸上設置型取水装置の取水・排水動作を説明する概略縦断面側面図である。陸上設置型取水装置の取水・排水動作を説明する概略縦断面側面図である。内部を透視して一部断面にて示す陸上設置型取水装置の平面図である。内部を透視して一部断面にて示す陸上設置型取水装置の側面図である。内部を透視して一部断面にて示す陸上設置型取水装置の正面図である。図２に図示するストレーナの透視斜視図である。図２に図示するストレーナの透視斜視図であり。内部を透視して一部断面にて示すストレーナの正面図である。内部を透視して一部断面にて示すストレーナの吸込室側側面図である。内部を透視して一部断面にて示すストレーナの逆流室側側面図である。内部を透視して一部断面にて示すストレーナの正面図である。内部を透視して一部断面にて示すストレーナの吸込室側側面図である。内部を透視して一部断面にて示すストレーナの逆流室側側面図である。実施例における噴射管の縦断面図である。

符号の説明

１取水装置（陸上設置型取水装置）
２河川（取水域）
３堤地
４吸込管
５河川水（水、取水）
６水中ポンプ
７取水槽
８吐出管
９吸気管
１０排気室
１１噴射管
１５ストレーナ
１６吐出バルブ（電動吐出弁）
２２電動噴射弁
２４逆流用電動弁
２７逆流管
２８吸込室
２９逆流室
３０吸込口
３１排出口
３２開口室
３３仕切壁
３４一方の流出入口
３５他方の流出入口
３６一方の吸込口
３７一方の排出口
３８他方の吸込口
３９他方の排出口
４０第一逆作動弁
４１第二逆作動弁
４２、４３濾過板（濾過部）

Claims

取水域から吸込管を介して水を吸引して溜める陸上に設置された取水槽と該取水槽に内設された水中ポンプと該水中ポンプに接続されて取水槽に溜った水を排出する吐出管と室内に突出した吸気管によって取水槽に連通されて該取水槽の上部に設けられた排気室と該排気室内に突出した前記吸気管に間隙を有して内包されて吸気管の排気室側開口へ向かって延設された噴射管とを備えてなり、噴射管から排気室内へ向かって水流を噴射させて吸気管を介して取水槽内の空気を排気室に吸引して該取水槽内を減圧させ、負圧状態となった取水槽の吸引力によって取水域から水を吸い込んで当該取水槽に溜った水を前記水中ポンプにより排出することを特徴とする陸上設置型取水装置。
噴射管が、吐出管から分岐した導管であり、水中ポンプによって取水槽内の水が噴射管から噴射される請求項１記載の陸上設置型取水装置。
吸込管にはさらに取水域に投入されるストレーナが接続されていると共に該ストレーナには吐出管から分岐した逆流管が接続されており、当該ストレーナが、前記吸込管を接続する吸込室と、該吸込室に併設されて前記逆流管を接続する逆流室と、当該吸込室の取水域側吸込口と当該逆流室の取水域側排出口とが同一方向に開口して共通する開口室を形成して該開口室を前記吸込口と前記排出口とを含んで仕切壁によって二分してなりそれぞれ濾過部によって塞がれた一対の流出入口と、当該流出入口の一方の流出入口には該一方の流出入口を共通して有する前記仕切壁により二分された一方の吸込口と同じく前記仕切壁により二分された一方の排出口とが形成されていると共に前記他方の流出入口には該他方の流出入口を共通して有する前記仕切壁により二分された他方の吸込口と同じく前記仕切壁により二分された他方の排出口とが形成されて前記一方の吸込口を塞いだときには前記他方の吸込口が開くと共に前記他方の吸込口を塞いだときには前記一方の吸込口が開く前記吸込口に設けられた第一逆作動弁と、前記一方の排出口を塞いだときには前記他方の排出口が開くと共に前記他方の排出口を塞いだときには前記一方の排出口が開く前記排出口に設けられた第二逆作動弁とから構成され、前記第一逆作動弁によって一方の吸込口が閉じられたときには前記第二逆作動弁によって一方の排出口が開き、前記第二逆作動弁によって他方の排出口が開かれたときには前記第一逆作動弁によって他方の吸込口が閉じる請求項１又は請求項２記載の陸上設置型取水装置。