JP4966511B2

JP4966511B2 - 水槽

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Publication number: JP4966511B2
Application number: JP2005131014A
Authority: JP
Inventors: 雅治加藤; 健司中井
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP2006307523A

Description

本発明は、例えば農業用水、上下水道、工業用水等の分水工（分水槽）などの水槽に関する。

近年、農業用水路などのパイプライン化が進展する中で、種々の利点から送水路系にオープンタイプ形式が採用される場合が多い。オープンタイプ形式の送水路系においては、例えば、路線上の落差、区間距離などに応じた所要地点に用水分配用の分水工（調圧スタンド）を階段状に配置している。

分水工としては、例えば図８に示すように、水槽３０１の内部に堰（クレスト）３０２を設け、流入管３０３から水槽３０１内に流入した用水を、堰３０２をオーバーフロー（越流）させることにより、下流管３０４への送水水量を調整（調圧）するオーバーフロー型の分水工が多く用いられている。

このようなオーバーフロー型の分水工では、落下水脈により静水中に発生する気泡により下流管路に空気が混入（連行）するという問題がある。

ここで、農林水産省構造改善局監修の土地改良事業計画設計基準・設計「パイプライン」基準書・技術書（１９９８）では、管路の中に空気が混入されると、通水障害、凸部では空気塊の形成による管内跳水及び脈動減少等の発生が見られ、安定的な送水に支障をきたすため、管路内に空気を混入させない設計がパイプラインでは原則であるという点が指摘されている。

オーバーフロー型の分水工において、下流管路への空気混入を防止する方法としては、図８に示すように、堰３０２から流出口３０１ｂまでの距離（槽長さ）ＬをＬ＝４Ｄ〜５Ｄ（Ｄ：流出管の内径）として水槽３０１内にエアトラップを設けるとともに、下流管３０４内に混入した空気を排除する空気抜き管３０５を設けるという方法が採られている。

また、下流管路への空気混入を防止する構造として、特許文献１に、流入水槽に空気集積槽を接続管を介して接続し、その流入水槽と接続管との接続部から空気集積槽の下流壁までの距離を本管（下流管路）の直径の４倍以上とした構造の空気排除装置が提案されている。

さらに、特許文献２に、上流水槽における落下流入水槽と排出管との間に、当該排出管の断面積よりも大きな断面積を有し、上部が開放された空気集積槽を設けるとともに、落下流入水槽と空気集積槽とを、排出管よりも大きな断面積を有する接続管にて接続することにより、落下流入水槽に流入する水に混入した気泡を分水工装置の領域内で排除する構造の分水工装置が提案されている。
特開２０００−０９６６４７号公報特開２０００−１９２４４２号公報

ところが、図８に示す構造の分水工では、空気混入を効果的に防止するために槽長さＬを大きくする必要があり、水槽の規模がどうして大きくなってしまう。また、下流管路内に混入した空気を排除する空気抜き管を設けているが、管路内での空気塊の形成により、空気抜き管内に跳水が発生するという問題がある。

一方、特許文献１記載の空気排除装置では、流入水槽に加えて、接続管及び空気集積槽が必要であるため、図８に示す構造と同様に、装置全体としては大型となってしまう。また、特許文献２記載の分水工装置においても、１つの管路系に複数の槽を設けていることから、大幅なコンパクト化は達成できない。

本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、下流管路内への空気の混入を効率的に排除することができ、しかも槽全体の規模をコンパクトにすることが可能な水槽の提供を目的とする。

本発明の水槽は、槽本体と、前記槽本体に水を流入させる流入管と、前記槽本体に設けられた流出管と、前記槽本体の内部に配置されたらせん案内路付き縦管とを備え、前記流入管から前記槽本体に流入した水が前記槽本体内に貯留するように構成された水槽であって、前記流出管は、前記槽本体の側壁に設けられた貫通穴を貫通し、前記らせん案内路付き縦管は、前記槽本体内に貯留された水の水面が上昇したときに水が流入する開口が上端部に設けられ、下端部に流出口が設けられた管本体と、前記管本体の中心軸に沿って上下方向に延びる中心筒と、前記中心筒の外周面にらせん状に形成されたらせん案内板とを有し、前記中心筒の上端は、前記管本体の上端より上方に位置し、前記流入管が接続される流入口は、前記管本体の上端の前記開口より下方となる位置で前記槽本体の側壁に設けられ、前記流出管の一端は前記流出口に接続され、前記流出管の他端は前記槽本体の外部へと導かれていることを特徴としている。

本発明の水槽においては、まず、流入管から槽本体内に流入した流入水が槽本体内に貯留し、その貯留水の水面が槽本体内への流入水の流入とともに上昇する。次に、貯留水の水面が、らせん案内路付き縦管の管本体の上端部の流入用開口に達した時点（水面が開口下端よりも高いレベルになった時点）で、その上端部の開口を通じてらせん案内路付き縦管に貯留水が流入する。そして、らせん案内路付き縦管に流入した流入水は、らせん案内板に沿って旋回しながら下方に流れ、管本体の下部の流出口から流出管を通じて槽外部へと流出する。

このように、本発明の水槽では、槽本体に流入した流入水をらせん案内路付き縦管によってらせん状に旋回させながら流下させているので、流下する水流に空気が混入することを抑制することができる。しかも、流下水流に空気が混入しても、その混入空気は中心筒を通じて水槽上方へと逃がすことができる。従って、槽長さを大きくしてエアトラップを形成したり、空気集積槽を別途に設ける等の手段を講じることなく、規模の小さい水槽で下流管路内への空気混入を効率よく排除することができる。
また、本発明の水槽では、前記流出管の管内部と槽本体内の上部とを連通する空気抜き管を備えることを特徴としている。また、本発明の水槽では、前記中心筒の下端は前記管本体の高さ方向の中央部位に位置することを特徴としている。

本発明によれば、下流管路内への混入空気を効率よく排除することができるので、安定的な送水を実現することができる。しかも、従来のオープンタイプの分水工で行われていた対策、例えば槽長さを大きくしてエアトラップを形成したり、空気集積槽を別途に設ける等の手段を講じることなく、小さな規模の水槽にて管路への混入空気を排除することができるので、水槽全体のコンパクト化を達成できる。さらに、水槽の建設工期の短縮等による経費削減も図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の水槽の一例を示す縦断面図である。図２はその水槽の平面図である。

この例の水槽１は、例えば、農業用水路の送水経路のパイプラインのうち、オープンタイプ形式の送水路系において、路線上の落差、区間距離などに応じた所要地点に設置される用水分配用の分水工として使用される水槽であって、槽本体（例えばコンクリート製）２と、この槽本体２の内部に設置された３本のらせん案内路付き縦管（例えば樹脂製）５・・５とを備えている。

槽本体２は直方体形状で上方が開放されている。槽本体２の側壁には、流入管３が接続される流入口２ａと、流出管４の貫通用の貫通穴２ｂが設けられている。流入口２ａは、後述するらせん案内路付き縦管５の管本体５１の上端よりも下方となる位置に設けられている。また、貫通穴２ｂは流入口２ａよりも下方となる位置に設けられている。

らせん案内路付き縦管５は、上端に流入用の開口５１ａが設けられ、下端部に流出口５１ｂが設けられた管本体５１と、管本体５１の中心軸に沿って鉛直方向に延びる中心筒（空気抜き用パイプ）５２と、この中心筒５２の外周面にらせん状に形成されたらせん案内板５３とを備えている。管本体５１の流出口５１ｂは接続短管５４を介して流出管４に連通している。流出管４は、槽本体２の側壁の貫通穴２ｂを通じて槽本体２の外部に突出している。

中心筒５２の上端は管本体５１の上端よりも上方に位置している。また、中心筒５２の下端は、管本体５１の高さ方向の略中央部位に位置している。

以上の構造の水槽１においては、まず、流入管３から槽本体２内に流入した用水が槽本体２内に貯留し、その貯留水の水面ＷＬが槽本体２内への用水の流入とともに上昇する。そして、貯留水の水面ＷＬが、らせん案内路付き縦管５の管本体５１の上端を越えた時点で、用水が管本体５１の上端周縁を越流し、その上端周縁の全周から開口５１ａを通じてらせん案内路付き縦管５に流入する。らせん案内路付き縦管５に流入した流入水は、らせん案内板５３に沿って旋回しながら下方に流れ、管本体５１の下部の流出口５１ｂから接続短管５４及び流出管４を通じて槽外部へと流出する。

このように、この例の水槽１では、分水する用水をらせん案内路付き縦管５によってらせん状に旋回させながら流下させているので、流下する水流に空気が混入することを抑制することができる。しかも、らせん案内路付き縦管５に用水が流入する際に、ある程度の空気は連行されても、その空気は中心筒５２を通じて、槽本体２内の貯留水の水面ＷＬの上方へと逃がすことができる。従って、従来のオープンタイプの分水工で行われていた対策、例えば槽長さを大きくしてエアトラップを形成したり、空気集積槽を別途に設ける等の手段を講じることなく、規模の小さい水槽で下流管路内への空気混入を効率よく排除することができる。

ここで、以上の例の構造に加えて、図３に示すように、流出管４の管内部と槽本体２内の上部とを連通する空気抜き管６を設けておいてもよい。

また、以上の例の構造に加えて、槽本体２の流入口２ａとらせん案内路付き縦管５との間に、流量調整用の堰を設けておいてもよい。

なお、以上の例では、槽本体２内に３本のらせん案内路付き縦管５を配置しているが、本発明はこれに限られることなく、らせん案内路付き縦管５の本数は任意であり、分水を行う箇所の数等に応じた本数とすればよい。また、槽本体２内に１本のらせん案内路付き縦管５を配置してもよい。

−他の実施形態−
図４及び図５は本発明の水槽の他の例を要部構造を模式的に示す図である。

この例では、図１に示す構造の水槽１において、らせん案内路付き縦管５の上部に定量分水機能部１００を設けている点に特徴がある。

定量分水機能部１００は、弁体１０１、保持プレート１０２、一対のリンク機構１０３，１０３、及び、槽本体２内の水面に浮上可能なフロート１０４などを備えている。

弁体１０１は、下方が開口された円筒体（キャップ形状）であって、らせん案内路付き縦管５の上部に配置される。弁体１０１は、その外径が管本体５１の内径よりも僅かに小さい寸法に加工されており、らせん案内路付き縦管５の管本体５１の内壁面に沿って上下方向に摺動自在となっている。弁体１０１は一対のリンク機構１０３，１０３によって保持されている。

保持プレート１０２は円形プレートであって、らせん案内路付き縦管５の管本体５１上端に固着されており、この保持プレート１０２によって管本体５１の上端開口が閉鎖されている。

弁体１０１の側壁には、複数の円形開口１０１ａ・・１０１ａが周方向に所定のピッチで設けられている。また、これら弁体１０１の円形開口１０１ａ・・１０１ａに対応して、らせん案内路付き縦管５の管本体５１の上端部に円形開口５１ｃ・・５１ｃが設けられており、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示す状態（全開状態）で弁体１０１の各円形開口１０１ａ・・１０１ａと管本体５１の各円形開口５１ｃ・・５１ｃとがそれぞれ一致するようになっている。

各リンク機構１０３は、上下動ロッド１３１、連結ロッド１３２、支持ロッド１３３、及び、フロート用ロッド１３４等によって構成されており、上下動ロッド１３１の下端に弁体１０１が取り付けられている。また、フロート用ロッド１３４の下端にフロート１０４が取り付けられている。なお、上下動ロッド１３１は保持プレート１０２を貫通している。また、上下動ロッド１３１は、各リンク機構１０３においてそれぞれ２本ずつ設けられているが、他の構成部材である連結ロッド１３２、支持ロッド１３３及びフロート用ロッド１３４についても、それぞれ２本ずつ設けておいてもよいし、１本ずつであってもよい。

上下動ロッド１３１の上端は連結ロッド１３２を介してフロート用ロッド１３４に連結されている。連結ロッド１３２は支持ロッド１３３によって支持されており、その支持ロッド１３３の下端が保持プレート１０２に、当該支持ロッド１３３が垂直方向に沿うように固定されている。

以上の構造の定量分水機能部１００において、まず、図４（Ａ）及び図５（Ａ）の状態（全開状態）から、水位ＷＬが低下し、槽本体２内の水面に浮上しているフロート１０４が下降すると、このフロート１０４の下降に伴って弁体１０１が上昇し、弁体１０１の円形開口１０１ａ・・１０１ａとらせん案内路付き縦管５の管本体５１の円形開口５１ｃ・・５１ｃとの位置ずれ（上下方向の位置ずれ）が生じてらせん案内路付き縦管５への用水の流入量が少なくなる。さらに水位ＷＬが低下してフロート１０４が下降し、弁体１０１が更に上昇すると、その上昇過程において、弁体１０１の円形開口１０１ａ・・１０１ａとらせん案内路付き縦管５の管本体５１の円形開口５１ｃ・・５１ｃとの位置が完全にずれ、弁体１０１の側壁によって管本体５１の円形開口５１ｃ・・５１ｃが完全に閉鎖される（送水停止）。なお、弁体１０１の上昇端は保持プレート１０２によって規制される。

一方、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）の状態（閉鎖状態）から、水位ＷＬが上昇してフロート１０４が上昇して弁体１０１が下降すると、その下降過程において、弁体１０１の円形開口１０１ａ・・１０１ａとらせん案内路付き縦管５の管本体５１の円形開口５１ｃ・・５１ｃの一部が一致して、らせん案内路付き縦管５に用水が流入するようになる。また、それら弁体１０１の円形開口１０１ａ・・１０１ａと管本体５１の円形開口５１ｃ・・５１ｃとの一致度に応じてらせん案内路付き縦管５への用水の流入量が変化する。

このように、この例の定量分水機能部１００によれば、槽本体２内の水面変動に伴うフロート１０４の上昇・下降に連動して弁体１０１が下降・上昇し、その弁体１０１の上下動により、らせん案内路付き縦管５への用水の流入量（送水量）が調整されるので、槽本体２内の水位ＷＬをほぼ一定に保つことができる。

以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。

＜実施例１＞
図１及び図２の水槽１と同様な構造のモデルを作製し、その水槽モデルＭ１の各部の寸法を図６に示す値とした。また、流入管３及び流出管４の内径をともにφ２５ｍｍとし、らせん案内路付き縦管５の高さを３００ｍｍ、管本体５１の内径をφ５０ｍｍ、中心筒５２の内径をφ１６．５ｍｍとした。ただし、らせん案内路付き縦管５は１本とした。

このような水槽モデルＭ１を用い、図６に示すように、流入管３に水道水を供給する給水管７を接続するとともに、流出管４に下流管８を接続した。また、流出管４に空気抜き管１６を接続した。空気抜き管１６は、流出管４から上方に直線上に延びる管（内径：φ５ｍｍ）とし、上端を開放した状態で設置した。なお、水槽モデルＭ１及び各管は透明体とし、槽内及び管内に流れる水の水流を観察できるようにした。

そして、水槽モデルＭ１を所定高さ位置（例えば高さ＝３００ｍｍ）に設置し、流入管３に水道水を流量＝０．５Ｌ／ｓで供給して、槽本体２内に水道水を貯留し、その貯留水の水位をらせん案内路付き縦管５の管本体５１の上端よりも高くした状態を保持して、オーバーフローによりらせん案内路路付き縦管５内に水を流入・流下させた。このようにした状態で、流出管４、下流管８及び空気抜き管１６の各内部の状況を目視にて確認したところ、流出管４及び下流管８の内部には空気溜まりが発生しておらず、空気抜き管１６への水の噴出も見られなかった。また、流下状況を観察したところ、下流管８への流下量が安定しており、槽本体２内の水位ＷＬの変動の見られなかった。

＜実施例２＞
実施例１において流量を１．０Ｌ／ｓとしたこと以外は実施例１と同じとして、流出管４、下流管８及び空気抜き管１６の各内部の状況を目視にて確認したところ、流出管４及び下流管８の内部には空気溜まりが発生しておらず、空気抜き管１６への水の噴出も見られなかった。また、流下状況を観察したところ、下流管８への流下量が安定しており、槽本体２内の水位ＷＬの変動の見られなかった。

＜比較例１＞
図７に示すように、槽本体２０２内に堰２０５を設けた水槽（越流方式）のモデルを作製し、その水槽モデルＭ２０の各部の寸法を図７に示す値とした。また、流入管２０３及び流出管２０４の内径をともにφ２５ｍｍとした。

このような水槽モデルＭ２０を用い、図７に示すように、流入管２０３に水道水を供給する給水管７を接続するとともに、流出管２０４に下流管８を接続した。また、流出管２０４に空気抜き管２０６を接続した。空気抜き管２０６は流出管２０４から上方に直線上に延びる管（内径：φ５ｍｍ）とし、上端を開放した状態で設置した。なお、水槽モデルＭ２０及び各管は透明体とし、槽内及び管内に流れる水の水流を観察できるようにした。

そして、水槽モデルＭ２０を所定高さ位置（例えば高さ＝３００ｍｍ）に設置し、流入管２０３に水道水を流量＝０．５Ｌ／ｓで供給して、槽本体２０２内に水道水を貯留し、その貯留水の水位を堰２０５の上端よりも高くした状態を保持して、水を越流・落下させて下流管８に送水（流下）した。このようにした状態で、流出管２０４、下流管８及び空気抜き管２０６の各内部の状況を目視にて確認したところ、流下開始時に空気抜き管２０６への水の噴出があり、また、槽本体２０２の出口付近に空気溜まりが発生していた。さらに、流下状況を観察したところ、空気溜まりの発生により、槽本体２０２内の水位ＷＬが変動していた。

＜比較例２＞
比較例１において流量を１．０Ｌ／ｓとしたこと以外は比較利１と同じとして、流出管２０４、下流管８及び空気抜き管２０６の各内部の状況を目視にて確認したところ、流下開始時に空気抜き管２０６への水の噴出があり、また、槽本体２０２の出口付近に空気溜まりが発生していた。さらに、流下状況を観察したところ、空気溜まりの発生により、槽本体２０２内の水位ＷＬが変動していた。

なお、以上の実施例１，２並びに比較例１，２の各結果を下記の表１に示す。

本発明の水槽の一例を示す縦断面図である。図１の水槽の平面図である。図１の水槽の変形例を示す縦断面図である。本発明の水槽の他の例の要部構造を模式的に示す図である。本発明の水槽の他の例の要部構造を模式的に示す図である。本発明の実施例で用いる水槽モデルの構成図である。本発明の比較例で用いる水槽モデルの構成図である。従来のオープンタイプの分水工の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１水槽
２槽本体
２ａ流入口
２ｂ貫通穴
３流入管
４流出管
５らせん案内路付き縦管
５１管本体
５１ａ管本体上端の開口
５１ｂ流出口
５１ｃ円形開口
５２中心筒
５３らせん案内板
５４接続短管
６空気抜き管
１００定量分水機能部
１０１弁体
１０１ａ円形開口
１０２保持プレート
１０３リンク機構
１０４フロート

Claims

槽本体と、前記槽本体に水を流入させる流入管と、前記槽本体に設けられた流出管と、前記槽本体の内部に配置されたらせん案内路付き縦管とを備え、前記流入管から前記槽本体に流入した水が前記槽本体内に貯留するように構成された水槽であって、
前記流出管は、前記槽本体の側壁に設けられた貫通穴を貫通し、
前記らせん案内路付き縦管は、前記槽本体内に貯留された水の水面が上昇したときに水が流入する開口が上端部に設けられ、下端部に流出口が設けられた管本体と、前記管本体の中心軸に沿って上下方向に延びる中心筒と、前記中心筒の外周面にらせん状に形成されたらせん案内板とを有し、
前記中心筒の上端は、前記管本体の上端より上方に位置し、
前記流入管が接続される流入口は、前記管本体の上端の前記開口より下方となる位置で前記槽本体の側壁に設けられ、
前記流出管の一端は前記流出口に接続され、前記流出管の他端は前記槽本体の外部へと導かれており、
前記流出管の管内部と槽本体内の上部とを連通する空気抜き管を備えること
を特徴とする水槽。
槽本体と、前記槽本体に水を流入させる流入管と、前記槽本体に設けられた流出管と、前記槽本体の内部に配置されたらせん案内路付き縦管とを備え、前記流入管から前記槽本体に流入した水が前記槽本体内に貯留するように構成された水槽であって、
前記流出管は、前記槽本体の側壁に設けられた貫通穴を貫通し、
前記らせん案内路付き縦管は、前記槽本体内に貯留された水の水面が上昇したときに水が流入する開口が上端部に設けられ、下端部に流出口が設けられた管本体と、前記管本体の中心軸に沿って上下方向に延びる中心筒と、前記中心筒の外周面にらせん状に形成されたらせん案内板とを有し、
前記中心筒の上端は、前記管本体の上端より上方に位置し、
前記流入管が接続される流入口は、前記管本体の上端の前記開口より下方となる位置で前記槽本体の側壁に設けられ、
前記流出管の一端は前記流出口に接続され、前記流出管の他端は前記槽本体の外部へと導かれており、
前記中心筒の下端は前記管本体の高さ方向の中央部位に位置すること
を特徴とする水槽。