JP4948517B2 - サイフォン式排水装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯水槽に貯留された水をサイフォン作用により排水するサイフォン式排水装置に関する。

従来から、サイフォン式排水装置ではないが、液体を貯蔵した２つのタンクの間で、サイフォン作用を利用して液体を移送させる液体移送装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置においては、各タンクから液体移送管が導出され、それら液体移送管が連通管により連通され、この連通管の途中にバルブが設けられている。バルブはタンク間の液体面の高さの差が所定値以上となった場合にバルブが開かれ、連通管は液体で満たされてサイフォン作用が生じる。これにより、液体面の高さが高い方のタンクから低い方のタンクに液体が移送され、２つのタンクにおいて液体面の高さが同じとなる。

しかしながら、上記の液体移送装置においては、液体の移送開始又は停止のためバルブを開閉する際、バルブは水流による圧力を受ける。従って、タンクの大きさが大きく、液体移送量が多い場合、水流による圧力は大きいので、バルブはその圧力に耐え得るように高強度とする必要がある。このため、バルブの製造コストが高くなる。

上記の問題は、サイフォン式排水装置において排水を開始又は停止させるトリガ手段としてバルブを排水管の途中に設けた場合のバルブについても生じ得る。排水量が多い場合、バルブを高強度とする必要が生じ、バルブの製造コストが高くなり、装置の製造コストが高くなる。
特開２０００−１０９２００号公報

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、２つのサイフォン管の間に水が溜まると共に空気を封じ込み得るトラップ部を設けたことにより、サイフォン作用による排水を開始又は停止させるトリガ手段の製造コストを抑えることができ、装置の製造コストの低減を図ることができるサイフォン式排水装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、貯水槽に貯留された水をサイフォン作用により排水するサイフォン式排水装置において、前記貯水槽内に下端が開口する吸水立管の上端部を逆Ｕ字状に折曲し垂下させて成る第１のサイフォン管と、前記第１のサイフォン管の垂下させた端部に一端が連接されたＵ字型のトラップ部と、前記トラップ部の他端に一端が連接された立管を逆Ｕ字状に折曲し垂下させて排水立管として成る第２のサイフォン管と、前記第１及び第２のサイフォン管の頂部を連通させる空気流通管と、前記空気流通管を開閉する開閉手段と、を備え、前記貯水槽は、前記第１及び第２のサイフォン管の頂部よりも高い位置まで水を溜めることが可能な構成とされ、前記開閉手段が閉じられているとき、前記貯水槽内の水位が前記第１及び第２のサイフォン管の頂部よりも高く、第１のサイフォン管に空気が溜まり、かつ前記トラップ部が水封されている状態で、第１のサイフォン管及びトラップ部は、貯水槽から第１のサイフォン管、トラップ部及び第２のサイフォン管を通して貯水槽内の水が排出されることを阻止し、前記開閉手段が開かれたとき、水圧により、前記第１のサイフォン管に溜まっていた空気が前記空気流通管を通して前記第２のサイフォン管へ押し出され、かつトラップ部及び第２のサイフォン管の立管は前記貯水槽から流入した水で管内が満たされ、その水は第２のサイフォン管の排水立管に流れ込んで落下し、その落下する水によりサイフォン作用が生じ、貯水槽内の水が排出されるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のサイフォン式排水装置において、前記トラップ部は、貯水槽の水位の予め決められた上限値に応じた深さを有しているものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のサイフォン式排水装置において、前記空気流通管から分岐した大気開放管と、前記大気開放管を開閉するバルブと、備え、サイフォン作用による排水中に前記バルブが開かれることにより排水が停止されるものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のサイフォン式排水装置において、前記トラップ部内の水抜きが可能な水抜き手段を備え、排水終了時に該トラップ部内に溜まっている水が該水抜き手段により抜かれるものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のサイフォン式排水装置において、前記開閉手段は、前記空気流通管の第１のサイフォン管側の端部に設けられたフロート弁で構成され、前記フロート弁は、前記空気流通管の端部開口を塞ぐフロートを有し、前記フロートは、前記第１のサイフォン管内の空気圧が所定値以上となったときに浮き、前記第１のサイフォン管に溜まっていた空気が前記空気流通管を通して前記第２のサイフォン管へ押し出されて、サイフォン作用による排水が生じ、該フロートは、サイフォン作用により生じる該サイフォン管内の負圧に起因して第１のサイフォン管に引き寄せられ、空気流通管の端部開口を塞ぎ、サイフォン作用による排水を維持するものである。

上記請求項１乃至請求項５の発明において、前記第１のサイフォン管の頂部に一端が連通され他端が開放され、逆Ｕ字状に折曲された調圧管を備え、前記調圧管の開放端が、前記貯水槽内の予め設定された水位の下限値と略同じ高さに位置させたものであってもよい。

また、前記空気流通管及び開閉手段に替えて、前記第１のサイフォン管の頂部と連通すると共に大気開放し、かつ貯水槽内の水位が上昇したときに水が流入し得る区画室と、この区画室内に収容され前記連通を塞ぎ得るフロートと、を備え、前記フロートは、区画室内に水が流入してその水位が所定値以上となり、かつ前記第１のサイフォン管内の空気圧が所定値以上となって浮き、第１のサイフォン管内の空気を大気開放し、サイフォン作用による排水を生じさせ、該サイフォン作用により生じる第１のサイフォン管内の負圧に起因して該サイフォン管に引き寄せられて連通を塞ぎ、サイフォン作用による排水を維持するものであってもよい。

請求項１の発明によれば、２つのサイフォン管の間に設けたトラップ部に溜まった水により、第１のサイフォン管内に空気を封じ込んだ状態から、２つのサイフォン管の頂部間の空気流通管に設けた開閉手段を開閉することで、サイフォン作用による排水を開始又は阻止することができる。このサイフォン作用のトリガ手段として機能する開閉手段は、低圧の空気流通管の途中に設けられるので、その強度は水流による圧力に耐え得るほどにする必要はなく、低強度でもよい。従って、開閉手段の製造コストを抑えることができ、これにより、装置の製造コスト低減を図ることができる。

請求項２の発明によれば、貯水槽に貯留可能な水位の上限値はトラップ部の深さに応じて変わるが、トラップ部の深さが、貯水槽内の水位の予め決められた上限値に応じた深さとされるので、その上限値まで貯水槽に水を溜めることができる。

請求項３の発明によれば、サイフォン作用による排水中に、バルブが開けられると、空気流通管は大気開放管を介して大気開放され、これにより、第１及び第２のサイフォン管のそれぞれの頂部が大気に開放されるので、管内が負圧状態を維持できなくなる。従って、サイフォン作用の生じる条件が満たされなくなり、結果として排水が停止するので、排水時の途中停止が可能となる。

請求項４の発明によれば、排水終了時にトラップ部の水抜きが行われるので、排水終了後に貯水槽の水位が再び上昇し、トラップ部に水が流れ込んで溜まる際、その溜まる水量を減らすことができる。従って、第２のサイフォン管の立管に溜まった水が溢れて排水立管から排出されることを防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、第１のサイフォン管内の空気圧が所定値以上となったとき、フロートが浮いて排水が開始されるので、自動排水が可能となる。従って、水位調整を自動的に行うことができる。

以下、本発明の各種実施形態に係るサイフォン式排水装置（以下、排水装置と略記）について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る排水装置の構成を示す。本実施形態の排水装置１は、貯水槽２に貯留された水をサイフォン作用により排水する排水装置である。排水装置１は、順に連接された第１のサイフォン管３と、トラップ部４と、第２のサイフォン管５と、を備え、貯水槽２内から貯水槽２外へ排水する機能を有する。

第１のサイフォン管３は、貯水槽２内に設けられた吸水立管３１の上端部を逆Ｕ字状に折曲し垂下させて成り、吸水立管３１の下端３１ａは貯水槽２内の底面近傍に開口する。トラップ部４は、Ｕ字型状の配管で構成され、第１のサイフォン管３の垂下させた端部３１ｂに一端４ａが連接されている。第２のサイフォン管５は、トラップ部４の他端４ｂに一端が連接された立管５１を逆Ｕ字状に折曲し垂下させて排水立管５２として成る。トラップ部４及び立管５１は、貯水槽２内外のいずれに配置されていてもよい。排水立管５２は貯水槽２外に配置され、その下端５２ａの位置は、吸水立管３１の下端３１ａよりも低い。

両サイフォン管３、５の折曲部分に位置する管外の頂部３ａ、５ａの高さは略同じであり、管内の頂部３ｂ、５ｂの高さも略同じとする。両サイフォン管３、５及びトラップ部４は、略同径の円筒形状とし、水流抵抗が小さくなるように滑らかに折り曲げられていることが望ましい。それらは一体に形成されていても、又は管内の継ぎ目部分に段差が生じてそれが水流抵抗とならないように継ぎ合わされていてもよい。貯水槽２は両サイフォン管３、５の頂部３ａ、５ａよりも高い位置まで水を溜めることが可能な構成とされている。

さらに、排水装置１は、両サイフォン管３、５の頂部３ａ、５ａを連通させる空気流通管６と、空気流通管６を開閉するトリガバルブ７（開閉手段）と、空気流通管６から分岐した大気開放管８と、大気開放管８を開閉するストップバルブ９とを備える。トリガバルブ７は排水を開始させるためのバルブであり、ストップバルブ９は排水を停止させるためのバルブである。空気流通管６の管径は両サイフォン管３、５の管径よりも小さい。空気流通管６は、第１のサイフォン管３と連接する端部６ａに空気室６１を有していてもよい。大気開放管８は、図示のように空気流通管６のトリガバルブ７よりも第１のサイフォン管３側の部位から分岐していても、又は第２のサイフォン管５側の部位から分岐していてもよい。両サイフォン管３、５、トラップ部４、及び大気開放管８の材料は特に限定されず、塩化ビニル又はＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）等の樹脂、金属、又はコンクリート等のいずれであってもよい。

ここに、第１のサイフォン管３の管内の頂部３ｂの高さ、すなわち、第１のサイフォン管３内で水がトラップ部４に流れ込み始める水位を越流ラインＬ１という。また、貯水槽２の予め決められた上限の水位をトリガラインＬ２といい、このトリガラインＬ２の高さは両サイフォン管３、５の頂部３ａ、５ａよりも高く設定する。また、両サイフォン管３、５の頂部３ａ、５ａの高さと略同じ水位を圧流ラインＬ３という。また、トラップ部４の内底部４ｃから越流ラインＬ１までの高さをトラップ部４の深さＤ１と定義する。トラップ部４の深さＤ１は、貯水槽２の水位の予め決められた上限値、すなわち、トリガラインＬ２の位置に応じて決められている。この深さＤ１は、越流ラインＬ１とトリガラインＬ２との高さの差をＨ１としたとき、その差Ｈ１とトリガ部４の管径との和よりも深く、例えばＨ１の略３倍とする。

次に、上記のように構成された排水装置１の使用方法を説明する。使用時の様子を時系列で図２（ａ）〜（ｄ）に示す。排水前には貯水槽２に給水されて、貯水槽２内の水位が徐々に上昇するものとする。給水の際、トリガバルブ７、９は閉められている。

図２（ａ）は、貯水槽２内の水位が上昇して、越流ラインＬ１を僅かに越えた状態を示す。水は第１のサイフォン管３の吸水立管３１内に入っており、吸水立管３１内の水位は貯水槽２内の水位と略同じとなって越流ラインＬ１を僅かに越え、第１のサイフォン管３内の水Ｗ１はトラップ部４に流れ込んでいる。この流れ込みを越流という。その越流した水Ｗ１がトラップ部４に溜まり、その水位がトラップ部４の管径程度となっており、トラップ部４は水封されている。このようにトラップ部４は水封されており、また、上述のようにトリガバルブ７は閉められていることから、第１のサイフォン管３の折曲部分の管内は密閉空間となり、そこに空気Ａ１が封じ込められて溜まっている。

図２（ｂ）は、貯水槽２内の水位が越流ラインＬ１とトリガラインＬ２との間でΔｈだけ、さらに上昇した状態を示す。貯水槽２内の水位上昇により、水Ｗ１は、押し上げられ、越流してトラップ部４にさらに流れ込んでいる。また、水Ｗ１は、第１のサイフォン管３に溜まった空気Ａ１を押し、その空気Ａ１は、トラップ部４に溜まった水Ｗ２を押している。このため、トラップ部４の第１のサイフォン管３側の立管４１の水位は貯水槽２の水位に拘らず略一定となり、第２のサイフォン管５側の立管４２の水位は上記図２（ａ）に示した水位よりも高くなっている。この立管４２の水位上昇分は、越流ラインＬ１の高さと貯水槽２内の水位の差Δｈと略等しい。水Ｗ１の押し上がろうとする力と、それを抑えようとする空気Ａ１の空気圧とは均衡している。なお、立管４２内の水位上昇は、貯水槽２内の水位上昇が止まると、同様に止まる。

図２（ｃ）は、貯水槽２内の水位がトリガラインＬ２に達した状態を示す。トラップ部４の立管４２の水位は上記図２（ｂ）に示した水位よりも高く、上記図２（ａ）に図示した水位と比べると、その上昇分は、越流ラインＬ１とトリガラインＬ２の高さとの差Ｈ１と略等しい。水Ｗ１の押し上がろうとする力と空気Ａ１の空気圧は均衡しており、第１のサイフォン管３は空気Ａ１により、トラップ部４は水Ｗ２により、貯水槽２から第１のサイフォン管３、トラップ部４及び第２のサイフォン管５を通して貯水槽２内の水が排出されることを阻止している。

上記図２（ｃ）に図示した状態で、ユーザがトリガバルブ７を開くと、第１のサイフォン管３内の空気Ａ１は、貯水槽２内の越流ラインＬ１よりも高い位置の水Ｗ３の水圧に起因して、空気流通管６を通って第２のサイフォン管５へ押し出される。これにより、水Ｗ１が越流ラインＬ１を越え、第１のサイフォン管３が水Ｗ１で満たされる。

図２（ｄ）は、排水時の状態を示す。上述の第１のサイフォン管３内を満たした水は、トラップ部４に溜まった水と一体化し、トラップ部４及び第２のサイフォン管５の立管５１は、貯水槽２から流入した水で管内が満たされる。その水は第２のサイフォン管５の排水立管５２に流れ込んで落下し、排出される。このような、水Ｗ３の水圧による排水を圧流排水という。

上記の圧流排水により貯水槽２の水位が圧流ラインＬ３以下になったとき、排水立管５２を落下する水によりサイフォン作用が生じる。サイフォン作用においては、貯水槽２の水面に掛かる大気圧が、水中を伝わり、両サイフォン管３、５の管内で水を押し上げ、真空が作られるのを防ぐ。このサイフォン作用により、第１のサイフォン管３は貯水槽２内の水を自吸してトラップ部４へ送り、第２のサイフォン管５はその水を連続して引き込み、そして排出し続ける。このような排水を自吸排水という。

排水の際、排水立管５２の排水口５２ｂから見て、水流抵抗は第１のサイフォン管３内よりも第２のサイフォン管５内の方が小さいので、自吸排水時には、第２のサイフォン管５内の負圧が第１のサイフォン管３内の負圧よりも高くなる。このため、第１のサイフォン管３に入り込んだ、又は管内で生じた空気溜まりは、第２のサイフォン管５内の負圧により空気流通管６内に吸い出される。そして、その空気は第２のサイフォン管５に吸引され、気泡となって排水立管５２から排出される。第１のサイフォン管３では、貯水槽２の水位が下がるほど、その水面から頂部３ａまでの高さ、すなわち、水を吸い上げる高さが高くなるので、サイフォン作用による管内の負圧が下がる。従って、貯水槽２の水位が下がるほど、第１と第２のサイフォン管３、５内の負圧の差は大きくなり、第１のサイフォン管３内の空気溜まりが第２のサイフォン管５へ吸引され易くなる。

ここに、吸水立管３１の下端３１ａと略等しい位置をバランスラインＬ４という。上述の自吸排水は、貯水槽２の水位がバランスラインＬ４となるまで続く。両サイフォン管３、５及びトラップ部４の径が略同じとした場合、排水時の単位時間あたりの吸水量と排水量は略同じとなる。

自吸排水の途中で排水を停止させる場合、ストップバルブ９がユーザにより開かれる。ストップバルブ９が開かれると、空気流通管６は大気開放管８を介して大気開放され、これにより、両サイフォン管３、５の頂部３ａ、５ａの各々が大気に開放される。このため、管内は負圧状態を維持することができなくなり、従って、サイフォン作用の生じる条件が満たされなくなり、結果として排水が停止する。

上記図２（ａ）〜（ｄ）を参照し、トリガバルブ７を閉めて貯水槽２に水を徐々に貯水した場合について説明したが、以下に、トリガバルブ７を開けて貯水した場合について説明する。この場合、貯水槽２内の水位が越流ラインＬ１以上となったとき、第１のサイフォン管３内の水Ｗ１はその管内の頂部３ｂを越えて、トラップ部４に溜まる。そして、トラップ部４内の水位が上がり、第２のサイフォン管５内の管内の頂部５ｂを越えると、水は溢れ出し、第２のサイフォン管５から排出される。このような排水を越流排水という。越流排水の際、貯水槽２からの水の流入量が排水量よりも多くなると、上述の圧流排水に移行し、さらに自吸排水に移行する。ただし、自吸排水に移行するのは、ストップバルブ９が閉じられているときである。

本実施形態においては、両サイフォン管３、５の間に設けたトラップ部４に溜まった水により、第１のサイフォン管３内に空気を封じ込んだ状態から、両サイフォン管３、５の頂部３ａ、５ａ間の空気流通管６に設けたトリガバルブ７を開閉することで、サイフォン作用による排水を開始又は阻止することができる。このサイフォン作用のトリガ手段として機能するトリガバルブ７は、水流の圧力を受けることがなく低圧の空気流通管６の途中に設けられるので、その強度は水流による圧力に耐え得るほどにする必要はなく、低強度でもよい。従って、トリガバルブ７の製造コストを抑えることができ、これにより、装置の製造コストの低減を図ることができる。

また、第１のサイフォン管３内の空気溜まりは、サイフォン作用に起因した負圧により、第２のサイフォン管５に空気流通管６を介して吸引され、気泡となって排水立管５２から排出される。このため、第１のサイフォン管３内の空気溜まりがなくなり、従って、空気溜まりに起因したサイフォン切れを防ぐと共に、水流の妨げをなくすことができる。その結果、サイフォン作用の安定化を図り、排水の安定化を図ることができる。

また、貯水槽２に貯留可能な水位の上限値はトラップ部４の深さに応じて変わるが、トラップ部４の深さが、貯水槽２内の水位の予め決められた上限値に応じた深さとされるので、その上限値まで貯水槽２に水を溜めることができる。ここで、貯水槽２の水位の上限値がトラップ部４の深さに応じて変わる理由を図３を参照して説明する。同図に示すように、貯水槽２内の水位が越流ラインＬ１よりも高く、かつトラップ部４が水封された状態で、貯水槽２内の水位が上昇すると、トラップ部４に水がさらに流れ込み、貯水槽２内の水位の上昇分だけトラップ部４の立管４２内そして立管５１内の水位が上昇する。立管４２、５１内の水位が上昇して、立管５１から水が溢れた場合、その水は排水立管５２から排出される。このため、それ以上、貯水槽２内に水を溜めようとしても、サイフォン管３、５内で越流が生じて排水立管５２から排水される。従って、そのときの貯水槽２の水位が上限値となり、この上限値はトラップ部４の深さに応じた値となる。

なお、トラップ部４の深さＤ１は可能な限り深くすることが望ましい。トラップ部４の深さＤ１が深くすると、貯水槽２に貯留可能な水位の上限値、すなわち、トリガラインＬ２を上げることができる。また、第１のサイフォン管３と第２のサイフォン管５との間の管長が長くなるので、排水時における第１のサイフォン管３内と第２のサイフォン管５内の水流抵抗の差が大きくなる。このため、第２のサイフォン管５内と第１のサイフォン管３内の負圧の差も大きくなる。従って、第１のサイフォン管３に入り込んだ、又は管内で生じた空気溜まりを、第２のサイフォン管５に確実に吸引し、排出することができる。また、トラップ部４の保有水量を多くすることができるので、排水開始時に第２のサイフォン管５への補給をスムーズに行える。

また、排水立管５２による落差は可能な限り大きくすることが望ましい。落差を大きくすることで、排水立管５２が保有する水量を多くすることができる。このため、自吸排水時において、その保有水量に応じた第２のサイフォン管５全体、トラップ部及び第１のサイフォン管３内の水を引っ張る力が強くなり、従って、サイフォン切れを防ぐことができる。その結果、排水の安定化を図ることができる。

次に、本実施形態の排水装置１の適用例を説明する。排水装置１は、例えば、ダム排水設備に適用することができ、図４（ａ）〜（ｃ）は、その適用例を示す。本変形例においては、吸水立管３１の管長が互いに異なる３種類の排水装置１Ａ〜１Ｃ（排水装置１）がダムの堤体８０を跨いで並んで設置される。排水装置１Ａ〜１Ｃの吸水立管３１Ａ〜３１Ｃ及び排水立管５２Ａ〜５２Ｃはそれぞれ、堤体８０に沿って配置される。これらはフレキシブル配管で構成されていてもよい。

吸水立管３１Ａの下端はダム湖８１の下層に位置し、吸水立管３１Ｂの下端はダム湖８１の中層に位置し、吸水立管３１Ｃの下端はダム湖８１の上層に位置する。各吸水立管３１の形状は円筒であることが望ましい。各吸水立管３１の下端は取水口を構成し、各層の水を吸水する。吸水立管３１Ａは下層の水を吸水し、その下層から吸い上げられる水は砂等を含み易く、その砂等は、吸水立管３１Ａと連結されたトラップ部４に溜まり易い。このため、そのトラップ部４には、砂等を排出するための清掃口が開けられて、そこにバルブ４３が設けられていることが望ましい。このダム排水設備においては、吸水立管３１Ａ〜３１Ｃがそれぞれ各層の水を独立して吸水し、これにより、排水立管５２Ａ〜５２Ｃは各層の水を独立して排水する。

本適用例においては、各層の水を排水可能とするために堤体８０の上部、中部及び下部の夫々に孔を開けて排水孔を設ける必要がないので、堤体８０の強度を担保することができる。

また、トリガバルブ７が開けられた状態でダム湖８１の水位が上昇し、水位が越流ラインＬ１よりも高くなると、越流排水が生じる。この越流排水時に、吸水立管３１への流入量が排水量よりも多くなり、水位が圧流ラインＬ３を越えて上昇すると、圧流排水が生じる。この圧流排水を行うことで排水装置１は洪水吐として機能し得る。

以下に、本実施形態に係る各種変形例について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態の第１の変形例）
図５は、上記第１の実施形態の第１の変形例に係る排水装置の構成を示す。本変形例の排水装置１においては、排水立管５２が、その管の途中で、管径が上方から下方に向けて狭められ、単位時間あたりの排水量を減らすように形成されている。本変形例においては、単位時間あたりの排水量が減るので、自吸排水時に吸水が追い付かなくなることを防ぐことができる。従って、サイフォン切れの防止を図ることができる。

（第１の実施形態の第２の変形例）
図６は、上記第１の実施形態の第２の変形例に係る排水装置の構成を示す。本変形例の排水装置１においては、排水立管５２が、管長を長くしてその保有水量を多くするように折曲形成された部分を有する。その部分の折曲形状は、水流の抵抗とならない滑らかな形状とする。折曲部分は図示のように複数箇所あっても、１箇所であってもよい。本変形例においては、排水立管５２の保有水量が多くなるので、自吸排水時に、排水立管５２からの排水により生じる、第２のサイフォン管５の他の部分、トラップ部４及び第１のサイフォン管３の水を引っ張る力が強くなる。このため、サイフォン切れを防ぐことができる。

（第１の実施形態の第３の変形例）
図７は、上記第１の実施形態の第１の変形例に係る排水装置の構成を示す。本変形例の排水装置１においては、第１のサイフォン管３、トラップ部４及び第２のサイフォン管５が略コイル状に折曲している。本変形例においては、第１のサイフォン管３、トラップ部４及び第２のサイフォン管５が略コイル状であるので、排水時の水流抵抗の低減を図ることができる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る排水装置の構成を示す。本実施形態の排水装置１は、第１のサイフォン管３の頂部３ａに管の一端が連通され、他端が開放され、逆Ｕ字状に折曲された調圧管１０を備える。調圧管１０の開放端１０ａは、貯水槽２内の予め設定された水位の下限値Ｌ５と略同じ高さに位置される。この下限値Ｌ５は、自吸排水時に開口端１０ａが大気開放され得るように、圧流ラインＬ３よりも低く設定されている。本実施形態の排水装置１は、不図示であるが、大気開放管８及びストップバルブ９を備えていてもよい。

本実施形態においては、貯水槽２の水位が、調圧管１０の開放端１０ａの位置、すなわち、水位の下限値Ｌ５よりも低くなったとき、開放端１０ａから空気が調圧管１０を通って第１のサイフォン管３に入り込む。このため、第１のサイフォン管３は大気開放され、自吸排水時にはサイフォン作用の生じる条件が満たされなくなり、結果として排水が停止する。従って、自吸排水時に貯水槽２内の水位が下限値となったときに排水を自動停止させることができる。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る排水装置１の構成を示す。本実施形態の排水装置１は、排水終了時にトラップ部４に溜まった水を排水するためトラップ部４に連通された排水管４４と、排水管４４を開閉するバルブ４５とが設けられている。バルブ４５は排水終了時にユーザにより開かれ、排水管４４はトラップ部４に溜まった水を排出する。このようにして排水管４４及びバルブ４５は水抜き手段を構成する。バルブ４５の開閉は、排水終了を検知する制御部により自動で制御されてもよい。この場合、制御部は、例えば、貯水槽２に設けた水位計により、貯水槽２内の水位が所定値以下となったことを検知し、それにより排水終了を検知する。

本実施形態においては、排水終了時に、トラップ部４に溜まった水が排水管４４から排出されるので、トラップ部４の水抜きを行うことができる。このため、排水終了後に貯水槽２の水位が再び上昇し、トラップ部４に水が流れ込んで溜まる際、その溜まる水量を減らすことができる。従って、立管４２、５１に溜まった水が溢れて排水立管５２から排出されることを防ぐことができ、結果として、排水停止時に、排出立管５２から水が漏れ出ることを防止できる。

なお、排水管４４は大気開放管として使用されてもよい。この場合、自吸排水時にバルブ４５が開かれると、トラップ部４が大気開放され、サイフォン作用が生じる条件が満たされなくなる。従って、バルブ４５を開くことで自吸排水を停止させることができる。

（第３の実施形態の変形例）
図１０は、上記第３の実施形態の変形例に係る排水装置の構成を示す。本変形例の排水装置１は、排水管４４及びバルブ４５の替わりとして、第２のサイフォン管５内に、第２のサイフォン管５よりも管径の小さいサイフォン管１１（水抜き手段）を有する。排水終了時に、サイフォン管１１は、トラップ部４内に溜まっている水をサイフォン作用により排出する。

サイフォン管１１は、第２のサイフォン管５に沿って設けられている。サイフォン管１１のトラップ部４側の端部１１ａは、トラップ部４の内底部４ｃの近傍に位置し、サイフォン管１１の他方の端部１１ｂは、排水立管５２内で端部１１ａよりも低い位置とされている。サイフォン管１１は、円筒形状に限定されず、第２のサイフォン管５が仕切られて成るものであってもよい。

本変形例においては、サイフォン管１１が、排水終了時にトラップ部４内に溜まった水をサイフォン作用により排出するので、上記第３の実施形態の効果と同様に、トラップ部４内の水抜きを行うことができる。このため、排水停止時に、排出立管５２から水が漏れ出ることを防止できる。そして、本変形例では、第３の実施形態とは異なり、サイフォン管１１のサイフォン作用により水抜きが行われるので、水抜きが自動的に行われる。このため、水抜きを自動的に行うようにバルブ４５を制御する制御部は不要となり、その替わりにサイフォン管１１を設置するだけでよい。従って、水抜き自動化のための構成が簡単となり、これにより、装置の製造コストの低減を図ることができる。

（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る排水装置の構成を示す。本実施形態の排水装置１は、排水を緊急停止させるための機構を有しており、排水装置１は、空気流通管６のトリガバルブ７よりも第１のサイフォン管３側の部分から分岐したガス送入管１２と、ガス送入管１２を介して空気流通管６へガスを送入するガス噴出装置１３と、ガス送入管１２を開閉する緊急停止バルブ１４と、ガス噴出装置１３を起動させる起動器１５と、緊急停止バルブ１４及び起動器１５の駆動を制御するコントローラ１６と、をさらに備える。ガスは、空気流通管６を介して第１のサイフォン管３に送入され、ゲートとなって水流を堰き止める。ガスの代わりに、圧縮空気が用いられてもよい。本実施形態において大気開放管８は、空気流通管６のトリガバルブ７よりも第２のサイフォン管５側の部位から分岐している。

コントローラ１６における各種バルブ７、９、１４及び起動器１５の制御は、貯水槽２内に設けた水位計により水位を計測してその水位減少速度を算出し、その速度が所定値以上となったときに行われても、又は、両サイフォン管３、５又はトラップ部４に設けた流速計で流速を計測し、その流速が所定値以上となったときに行われても、若しくは、ユーザによる操作部の操作に基づいて行われてもよい。

ここで、サイフォン作用による自吸排水時、その排水の通常停止時、及び緊急停止時におけるコントローラ１６による各種バルブ７、９、１４の制御内容を下記表１に示す。

上記表１に示されるように、自吸排水時には、トリガバルブ７は開けられ、ストップバルブ９及び緊急停止バルブ１４は閉められている。自吸排水中の通常停止時には、ストップバルブ９が開けられ、これにより、両サイフォン管３、５が大気に開放されて、サイフォン作用が生じる条件が満たされなくなる。このようにして、自吸排水を停止することができる。

緊急停止時には、トリガバルブ７が閉められて、ストップバルブ９が開けられ、さらに緊急停止バルブ１４が開かれて、ガス噴出装置１３が起動器１５の制御により起動し、ガスを空気流通管６を介して第１のサイフォン管３へ送入する。ガスは、トラップ部４の水を第２のサイフォン管５側へ押し出すと共に、第１のサイフォン管３に満たされ、ゲートとして水を堰き止める。また、ストップバルブ９も開かれるので、第２のサイフォン管５が大気開放され、第２のサイフォン管５においてサイフォン作用が生じる条件が満たされなくなる。このようにしてガスが堰となると共に、サイフォン作用の条件が満たされなくなるので、排水を確実に停止させることができる。また、上述のようにガスが堰となるので、自吸排水時だけでなく、越流排水時又は圧流排水時であっても排水を停止させることができる。

（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る排水装置の構成を示す。本実施形態の排水装置１は、上記第１の実施形態のトリガバルブ７の替わりに、空気室６１に設けられたフロート弁７１を有し、フロート弁７１は、空気流通管６の端部開口６ｂと、それを塞ぐフロート７２とで構成される。本実施形態の排水装置１は、上記第２の実施形態に係る調圧管１０と、第３の実施形態の変形例に係るサイフォン管１１とをさらに備える。調圧管１０は例えば透明部材で構成できる。排水装置１は、調圧管１０及びサイフォン管１１を備えていなくてもよい。

フロート７２は、トラップ部４が水封され、第１のサイフォン管３に空気Ａ１が溜まっている状態で、その空気圧が所定値以上となったときに浮く。空気圧が所定値以上となるのは、貯水槽２内の水位がトリガラインＬ２に達して、第１のサイフォン管３内の水Ｗ１が上がろうとする力が所定値以上となったときである。フロート７２が浮くと、第１のサイフォン管３内の空気Ａ１は空気流通管６を通って第２のサイフォン管５へ押し出される。これにより、空気Ａによって抑えられていた水Ｗ１が越流ラインＬ１を越え、第１のサイフォン管３、トラップ部４及び第２のサイフォン管５が水で満たされて、圧流排水、そして自吸排水が生じる。フロート７２は、自吸排水に起因した第１のサイフォン管３内の負圧により第１のサイフォン管３に引き寄せられ、端部開口６ｂを塞ぐ。このようにして、排水が維持される。

本実施形態においては、貯水槽２の水位が、第１のサイフォン管３内の空気圧の所定値に対応する水位、すなわち、トリガラインＬ２以上となり、これにより、第１のサイフォン管３内の空気圧がその所定値以上となったとき、フロート７２が浮いて排水が開始されるので、自動排水が可能となる。また、排水が圧流排水から自吸排水に移行し、貯水槽２の水位が下限値Ｌ５よりも低くなり、空気が調圧管１０を通って第１のサイフォン管３に入り込んだとき、自動的に排水が停止される。このため、水槽２内の水位を自動的に調整し、水位をトリガラインＬ２と下限値Ｌ５との間に保つことができる。また、調圧管１０は透明部材で構成されるので、排水時の第１のサイフォン管３内の水位及び圧力の状態を確認することができる。

（第６の実施形態）
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る排水装置の構成を示す。本実施形態の排水装置１は、上記第１の実施形態の空気流通管６、及び同実施形態のトリガバルブ７又は第５の実施形態のフロート弁７１に替えて、第１のサイフォン管３の頂部３ａと連通すると共に大気開放し、かつ貯水槽２内の水位が上昇したときに水が流入し得る区画室７３と、区画室７３内に収容され連通を塞ぎ得るフロート７４とを有するフロート弁７５とを備える。区画室７３は、第１のサイフォン管３の頂部３ａとなる部位に連通孔７３ａを有し、さらに、大気開放及び水流入のための開口７３ｂを有する。フロート７４は、連通孔７３ａを塞ぐ。

区画室７３には、貯水槽２内の水位が上昇すると、開口７３ｂから水が流入する。貯水槽２内の水位がトリガラインＬ２に達し、区画室７３内の水位が所定値以上となり、かつ第１のサイフォン管３内の空気圧が所定値以上となったとき、フロート７４が浮く。フロート７４は、第１のサイフォン管３内の空気を、連通孔７３ａから開口７３ｂを通して大気開放する。これにより、空気Ａ１によって抑えられていた水Ｗ１が越流ラインＬ１を越え、第１のサイフォン管３、トラップ部４及び第２のサイフォン管５が水で満たされて、圧流排水、そして自吸排水が生じる。このようにして、排水が自動的に行われる。フロート７２は、自吸排水に起因した第１のサイフォン管３内の負圧により第１のサイフォン管３に引き寄せられ、連通孔７３ａを塞ぐ。このようにして、排水が維持される。

本実施形態においては、上記第５の実施形態と比べ、排水を自動化するため空気流通管６を設ける必要がないので、部品点数を減らすことができ、従って、製造コストの低減を図ることができる。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、排水装置１は、各種実施形態及び各種変形例のうちのいずれかが組み合わされて成るものであってもよい。

本発明の第１の実施形態に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。 （ａ）〜（ｄ）は貯水槽に徐々に貯水したときの上記排水装置内の状態を示す断面図。 上記排水装置のトラップ部の深さと貯水槽の水位の上限値との関係を説明するための断面図。 （ａ）は上記排水装置を適用したダム排水設備の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は同ダム排水設備の背面図。 上記実施形態の第１の変形例に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。 上記実施形態の第２の変形例に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。 上記実施形態の第３の変形例に係るサイフォン式排水装置のサイフォン管及びトラップ部の側面図。 本発明の第２の実施形態に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。 本発明の第３の実施形態に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。 上記実施形態の一変形例に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。 本発明の第４の実施形態に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。 本発明の第５の実施形態に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。 本発明の第６の実施形態に係るサイフォン式排水装置の断面構成図。

符号の説明

１ サイフォン式排水装置
２ 貯水槽
３ 第１のサイフォン管
３１ 吸水立管
４ トラップ部
４４ 排水管（水抜き手段を構成）
４５ バルブ（水抜き手段を構成）
５ 第２のサイフォン管
５１ 立管
５２ 排水立管
６ 空気流通管
７ トリガバルブ（開閉手段）
８ 大気開放管
９ 緊急停止バルブ（バルブ）
１１ サイフォン管（水抜き手段を構成）

Claims (5)

1. 貯水槽に貯留された水をサイフォン作用により排水するサイフォン式排水装置において、
   前記貯水槽内に下端が開口する吸水立管の上端部を逆Ｕ字状に折曲し垂下させて成る第１のサイフォン管と、
   前記第１のサイフォン管の垂下させた端部に一端が連接されたＵ字型のトラップ部と、
   前記トラップ部の他端に一端が連接された立管を逆Ｕ字状に折曲し垂下させて排水立管として成る第２のサイフォン管と、
   前記第１及び第２のサイフォン管の頂部を連通させる空気流通管と、
   前記空気流通管を開閉する開閉手段と、を備え、
   前記貯水槽は、前記第１及び第２のサイフォン管の頂部よりも高い位置まで水を溜めることが可能な構成とされ、
   前記開閉手段が閉じられているとき、前記貯水槽内の水位が前記第１及び第２のサイフォン管の頂部よりも高く、第１のサイフォン管に空気が溜まり、かつ前記トラップ部が水封されている状態で、第１のサイフォン管及びトラップ部は、貯水槽から第１のサイフォン管、トラップ部及び第２のサイフォン管を通して貯水槽内の水が排出されることを阻止し、
   前記開閉手段が開かれたとき、水圧により、前記第１のサイフォン管に溜まっていた空気が前記空気流通管を通して前記第２のサイフォン管へ押し出され、かつトラップ部及び第２のサイフォン管の立管は前記貯水槽から流入した水で管内が満たされ、その水は第２のサイフォン管の排水立管に流れ込んで落下し、その落下する水によりサイフォン作用が生じ、貯水槽内の水が排出されることを特徴とするサイフォン式排水装置。
2. 前記トラップ部は、貯水槽の水位の予め決められた上限値に応じた深さを有していることを特徴とする請求項１に記載のサイフォン式排水装置。
3. 前記空気流通管から分岐した大気開放管と、
   前記大気開放管を開閉するバルブと、備え、
   サイフォン作用による排水中に前記バルブが開かれることにより排水が停止されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサイフォン式排水装置。
4. 前記トラップ部内の水抜きが可能な水抜き手段を備え、該水抜き手段により排水終了時に該トラップ部内に溜まっている水が抜かれることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のサイフォン式排水装置。
5. 前記開閉手段は、前記空気流通管の第１のサイフォン管側の端部に設けられたフロート弁で構成され、
   前記フロート弁は、前記空気流通管の端部開口を塞ぐフロートを有し、
   前記フロートは、前記第１のサイフォン管内の空気圧が所定値以上となったときに浮き、前記第１のサイフォン管に溜まっていた空気が前記空気流通管を通して前記第２のサイフォン管へ押し出されて、サイフォン作用による排水が生じ、該フロートは、サイフォン作用により生じる該サイフォン管内の負圧に起因して第１のサイフォン管に引き寄せられ、空気流通管の端部開口を塞ぎ、サイフォン作用による排水を維持することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のサイフォン式排水装置。

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