JP5455068B2 - 分岐管 - Google Patents

Description

この発明は、水道管等の管内を流体とともに流動する夾雑物を、所定の枝管内に誘導するようにした分岐管に関する。

水道管路内には、管路敷設時に管内に混入した砂や、管路の経年劣化に伴って発生する錆等の夾雑物が存在する。この夾雑物は水道水とともに管路内を流動し、一般家庭等の蛇口から排出されることがある。これを防止するため、定期的に管路の清掃作業が行われる。この清掃作業は、図８に示すように、管路１１内の一端の仕切り弁１２ａを閉じた状態とする一方で、他方の仕切り弁１２ｂ側から水を強制的に送出し、両仕切り弁１２ａ、１２ｂの間に設けられた消火栓１３から、送出された水とともに前記夾雑物を除去したり（同図中の矢印を参照）、あるいは、ピグ等の専用の清掃用具を用いたりすることによってなされる。

この清掃作業においては、前記管路１１内に広く分散している前記夾雑物を確実に除去するために、大量の水を流してその作業を行うことが多く、多大なコストを要していた。

そこで、この清掃作業をより低コストの下でかつ簡便に行い得るようにするため、前記夾雑物を管路１１内の所定の箇所に滞留させておき、この滞留した夾雑物をまとめて除去するための分岐管が開示されている。例えば、下記特許文献１に記載の考案に係る特殊Ｔ字管（分岐管）は、この特殊Ｔ字管の管底部に溜まり部を形成し、この溜まり部に溜まった夾雑物を、この溜まり部と枝管とを連通する渦巻き状の水路を通して枝管側に強制的に吸い込んで除去する。また、下記特許文献２に記載の考案に係る分水用管部材（分岐管）は、この分水用管部材の直筒部（主管）の下流側に堰止め板を設け、流水中の夾雑物をこの堰止め板で堰止めておき、この堰止め板近傍に設けたマンホールから前記夾雑物を吸い上げて除去する。これらの構成によると、消火栓やマンホール等の清掃口の近くに夾雑物が滞留しているため、その除去作業が容易であり、この作業に要する水も少なくて済むとされている。

実開平５−１９７８６号公報 実開昭５６−１３３１９１号公報

この特許文献１及び２に記載の考案に係る分岐管は、管路１１の途中で夾雑物を滞留させるものであり、その滞留効率を高めるには、夾雑物が流れ込みやすい管路１１に、この滞留機構を備えた分岐管を配設する必要がある。ところが、この水道管の管路１１は、例えば図９に示す主管１と枝管２をＴ字状に接続した分岐管（Ｔ字管）を用いて互いに連結され、図１０に示すように、所々に水を排水するための排水栓１４等を備えた広範な管網を構成しており、都市部においてはその総延長は非常に長いものとなる。しかも、その広範な管網のどこに夾雑物が流れ込みやすいかについては必ずしも明確ではなく、熟練者の経験に基づいてこの滞留機構を備えた分岐管を配設することが多い。このため、管網内に不必要に多くの分岐管を設けることによって清掃作業が却って煩雑になり、結局、清掃作業に要する時間や使用水量の削減に結びつかないという問題が生じていた。

そこで、この発明は、管網内の夾雑物を効率的に所定の枝管に流動させることを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、水平に配置された主管の側面に枝管が接続され、前記枝管の前記主管への開口縁のうち、前記主管の軸方向に沿って最前端の部分と最後端の部分とに挟まれた範囲における前記主管の内壁面に、前記主管の対向する内壁面側に起立する周方向に切れ目のない堰部を設けた分岐管を構成した。

前記夾雑物は、砂や錆等の流体（主に水道水）よりも比重の大きいものであって、前記主管の管底をこの流体とともに流動している。上記のように主管に枝管が接続されていると、この夾雑物の一部が枝管側に流れ込むが、その流れ込む夾雑物の割合は、流体の流量や流速等の流動条件により大きく変わる。例えば、ある流動条件下では、この夾雑物のほぼ全量が主管の下流側にそのまま流れ、枝管側にはほとんど流れ込まないこともある。

そこで、この主管の内壁面に堰部を設け、この夾雑物の前記主管を流れる流体によって与えられる慣性力を断ち切るようにすると、この夾雑物は、枝管側に流動する流体の流れに乗り換えてそのままこの枝管に流れ込む。この堰部の効果は、主管を流動する流体の前記流動条件に関わらず発揮されるため、この夾雑物の大部分を特定の枝管へ誘導する効果が期待できる。

このとき、堰部を設ける位置を、前記枝管の前記主管への開口縁のうち、前記主管の軸方向に沿って最前端の部分と最後端の部分とに挟まれた範囲における前記主管の内壁面に設けると、この夾雑物の主管方向への慣性力が断ち切られた位置がちょうど枝管の開口端となるため、この夾雑物の枝管開口端への流れ込みが一層スムーズになされる。

また、前記構成においては、前記堰部を、前記最前端の部分と前記最後端の部分との中央に設けるのがより好ましい。

この最前端の部分と最後端の部分との中央は枝管の軸心位置にあたり、枝管の内壁近傍と比較すると、この枝管に流れ込む流体の流速が大きい。そこで、この流速が大きい箇所に前記堰部を設けて、前記夾雑物の慣性力を断ち切るようにすると、より効率よく、この枝管に誘導することができる。

また、前記各構成においては、前記堰部を、前記最前端の部分と前記最後端の部分から前記主管の管軸へ下ろした垂線に対して平行に、かつ、前記枝管の前記主管への開口縁から前記主管の内面に向かって引いた投影線の外側に設けるようにするのがより好ましい。

前記主管と枝管の連結態様としては、両者を直交させたものが主であるが、両者を前記直交状態から少しずれた角度（例えば１２０°の連結角度）で連結したものもあり得る。この場合においても、「前記最前端と前記最後端の部分から前記主管の管軸に下ろした垂線に対して平行に」前記堰部を設けることで、この堰部が常に前記開口端の範囲内に位置することとなる。このため、この堰部によって主管方向の慣性力が断ち切られた夾雑物が、枝管側にスムーズに誘導されることとなる。また、前記投影線の外側に堰部を設けることにより主管の圧力損失を生じにくく、この主管の十分な流量を確保することができる。

また、前記構成における堰部を、前記主管の内周面の周方向に沿う曲率をもつ円弧状の外縁と、この円弧状の外縁の両端を結ぶ直線とから構成される板状の弓形部材を、前記円弧状の外縁が前記主管の内周面に密着して設けたものとするのがより好ましい。

このように弓形部材を設けることにより、主管内の流体の流動を確保しつつその底部に沿って流動する夾雑物の慣性力が断ち切られるため、流体の流動に影響を与えることなく、この夾雑物を枝管に誘導することができる。

また、前記構成における堰部を、前記主管の管軸方向に沿ってこの主管の管内断面積を小さくする方向に傾斜する第一テーパ面と、前記管軸方向に沿って前記管内断面積を大きくする方向に傾斜する第二テーパ面とを備え、さらに前記主管の管内面に沿う円筒面とを備えたテーパ部材を、前記円筒面が前記主管の内周面に密着して設けたものとすることもできる。

このようにテーパ面を形成することにより、主管内を流動する流体がこのテーパ面によって案内される一方で、この管底を流動する夾雑物の慣性力が断ち切られるため、上記と同様にこの夾雑物を枝管に誘導することができる。

この発明は、分岐管の主管の管内に堰部を設け、この堰部の作用によって前記主管を流動する夾雑物のこの主管の流動方向への慣性力を断ち切り、この夾雑物を枝管に誘導するようにした。このように、夾雑物を誘導することで、所定の枝管に管網内の夾雑物が集積されることとなって、この夾雑物の除去作業を速やかに行うことができる。

本願発明に係る分岐管の第一の実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は要部斜視図 本願発明に係る分岐管の第二の実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は要部斜視図 本願発明に係る分岐管の第三の実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は要部斜視図 本願発明に係る分岐管の第四の実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は要部斜視図 本願発明に係る分岐管の第五の実施形態を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は要部斜視図 本願発明に係る分岐管の第六の実施形態を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は要部斜視図 主管内における堰部の位置を変更した状態を示す断面図 管路の清掃作業の構成を示す側面図 一般的な普通分岐管を示す断面図 水道管等の管網を模式的に示す斜視図

この発明に係る分岐管の第一乃至第六の実施形態をそれぞれ図１〜６に示す。これらの実施形態に示した分岐管は、水平に配設される主管１の側面に枝管２がＴ字状に直交するように接続されたいわゆるＴ字管であって、この枝管２の主管１への開口縁３のうち、主管１の軸方向に沿って最前端の部分３ａと最後端の部分３ｂとの中央に堰部４が設けられている点において共通している。その一方で、この堰部４の形状又は個数が各実施形態で異なっている。

第一の実施形態（図１を参照）における堰部４は、主管１の内周面の周方向に沿う曲率をもつ円弧状の外縁５と、この外縁５の両端を結ぶ直線６とから構成される板状の弓形部材を、円弧状の外縁５が主管１の内周面に密着するように設けたものである。このＴ字管は、堰部４が下側となるように配設される。

第二の実施形態（図２を参照）における堰部４は、その形状は第一の実施形態に示したものと同じであるが、この主管１の軸心に対して対称に２個設けられている。このように堰部４を対称に設けることにより、いずれの堰部４が下側となるように配設してもよく、このＴ字管の汎用性が向上する。

第三の実施形態（図３を参照）における堰部４は、第一及び第二の実施形態に示した堰部４に、円弧状の外縁５と同心の切欠き部７を形成したものである。このように切欠き部７を形成することにより、この堰部４による前記夾雑物のその流動方向への慣性力を断ち切る作用を確保しつつ、この切欠き部７の形成に伴う主管１の管内断面積の増大を図っている。

第四の実施形態（図４を参照）における堰部４は、主管１の軸方向に沿ってこの主管１の管内断面積を小さくする方向に傾斜する第一テーパ面８と、この軸方向に沿って前記管内断面積を大きくする方向に傾斜する第二テーパ面９と、主管１の管内面に沿う円筒面１０とを備え、この円筒面１０を、主管１の内周面に密着するように、この主管１の軸心に対して対称に２個設けたものである。このように両テーパ面８、９を形成することにより、夾雑物を枝管２の開口部近傍に誘導して、この枝管２に引き込ませることができる。

第五の実施形態（図５を参照）における堰部４は、第二の実施形態において、この堰部４の枝管開口部側の端部を高く（対向する堰部４側に向かって延長）したものである。このように前記端部を高くすることにより、枝管２の入口断面積が減少し、この入口における流速が速くなり、夾雑物が引き込まれやすくなるためと考えられる。

第六の実施形態（図６を参照）における堰部４は、第二の実施形態において、この堰部４の枝管開口部側と、この枝管開口部の反対側の双方の端部を高くしたものである。このように両端部を高くすることにより、図５の構成において堰部４の枝管開口部の反対側の端部を越えて主管１の下流側に流れていた夾雑物を、この堰部４で一旦堰止めることができる。この堰止められた夾雑物は、堰部４に沿うように枝管開口部側に移動し、枝管２に引き込まれると考えられる。

なお、第一乃至第四の各実施形態に示す堰部４は、枝管２の開口縁３の最前端の部分３ａと最後端の部分３ｂから主管１の管軸へ下ろした垂線に対して平行に、かつ、枝管２の主管１への開口縁３から主管１の内面に向かって引いた投影線の外側に位置するように配置されている。このように堰部４を設けると、主管１の圧力損失を生じにくく、この主管１の十分な流量を確保しつつ、夾雑物の枝管２側への誘導作用を発揮することができる。

図１乃至６に示した堰部４を設けたＴ字管、及び、堰部４を設けない普通Ｔ字管について、有限体積法（ＦＶＭ）による管内夾雑物の流動解析を行った。

その結果、普通Ｔ字管（堰部４を設けないＴ字管）では主管１の上流側から流動させた夾雑物のほぼ全量が、枝管２に流れ込むことなくそのまま主管１の下流側に流れることが確認された。その一方で、図１乃至６に示した堰部４を設けたＴ字管では、大部分の夾雑物が枝管２側に誘導されることが確認された。特に図１に示した堰部４はその効果が顕著であって、夾雑物の大部分（９０％以上）が枝管２側に誘導される結果となった。また、流動条件を変化させて解析した場合においても、この流動条件に関わらず、堰部４による夾雑物の高い誘導効果が確認できた。

なお、このＴ字管の材質は特に限定されず、ダクタイル鋳鉄管や鋼製、塩化ビニル製、ポリエチレン製等の管体をはじめ、鉄系材料や樹脂系材料等を中心に幅広く採用することができる。また、このＴ字管に設ける堰部４の材質も、このＴ字管と同様に幅広く採用することができる。この堰部４は、Ｔ字管と一体に成形されたものであってもよいし、別工程で製造された堰部４を、普通Ｔ字管に溶接や接着剤等で取り付けたものであってもよい。

この主管１の側面に接続される枝管２は、一般的には水平方向に配設されるが、この主管１との接続部から、上方又は下方に傾斜をもつように配設されていてもよい。この場合も、主管１を流動する夾雑物の慣性力が堰部４によって断ち切られ、この夾雑物を枝管２側に誘導する作用を発揮し得るからである。

また、上記の各実施形態では、堰部４を枝管２の開口縁３の最前端の部分３ａと最後端の部分３ｂとの中央に設けたが、この堰部位置は、図７に示すように、流体の流動方向（同図中の符号ｆを参照）に対して、最前端の部分３ａ又は最後端の部分３ｂ（符号４ａ又は４ｂでそれぞれ示す位置）とすることもできる。上述の流動解析の結果、同図中に示した３箇所の堰部位置（符号４、４ａ、４ｂ）の中で、夾雑物を最も効率良く枝管２側に誘導することができるのは、堰部４を前記中央に設けた場合であることが明らかとなった。これは、枝管２の軸心中央付近の流速が最も高い場所に、夾雑物が引き込まれやすいためと考えられる。この誘導効果が最大となる堰部位置は、必ずしも中央とは限らず、主管１と枝管２のそれぞれの流量や両管１、２の接続形状等の種々の要因によっては、この主管１の上流側又は下流側に若干ずれることもあり得る。

堰部４を開口縁３の最後端の部分３ｂに設けた場合（同図中の符号４ｂ）の夾雑物の誘導効果は、この堰部４を前記中央に設けた場合（同図中の符号４）ほど高くないものの、その効果は十分発揮できる。また、この堰部４を開口縁３の最前端の部分３ａに設けた場合（同図中の符号４ａを参照）は、中央又は上流側に設けた場合と比較して、誘導効果はやや低いものの、ある程度の効果は認められた。この効果が他と比べて若干低下するのは、夾雑物の大部分が直進方向の流れに乗ってしまい、枝管２に引き込まれにくくなるためと考えられる。

１ 主管
２ 枝管
３ 開口縁
３ａ （開口縁の）最前端の部分
３ｂ （開口縁の）最後端の部分
４、４ａ、４ｂ 堰部
５ 外縁
６ 直線
７ 切欠き部
８ 第一テーパ面
９ 第二テーパ面
１０ 円筒面

Claims (4)

1. 水平に配置された主管（１）の側面に水平方向に枝管（２）が接続され、前記枝管（２）の前記主管（１）への開口縁（３）のうち、前記主管（１）の軸方向に沿って最前端の部分（３ａ）と最後端の部分（３ｂ）とに挟まれた範囲における前記主管（１）の内壁面下側に、前記主管（１）の対向する内壁面側に起立する周方向に切れ目のない堰部（４）を設け、
   前記堰部（４）は、前記最前端の部分（３ａ）と前記最後端の部分（３ｂ）から前記主管（１）の管軸へ下ろした垂線に対して平行に、前記枝管（２）の前記主管（１）への開口縁（３）から前記主管（１）の内面に向かって引いた投影線に沿う部分を有し、この堰部（４）によって前記主管（１）の管底を流動する夾雑物を前記枝管側に誘導する分岐管。
2. 前記堰部（４）は、前記主管（１）の内周面の周方向に沿う曲率をもつ円弧状の外縁（５）と、この円弧状の外縁（５）の両端を結ぶ直線（６）とから構成される板状の弓形部材を、前記円弧状の外縁（５）が前記主管（１）の内周面に密着して設けたものである請求項１に記載の分岐管。
3. 前記堰部（４）は、前記主管（１）の軸方向に沿ってこの主管（１）の管内断面積を小さくする方向に傾斜する第一テーパ面（８）と、前記軸方向に沿って前記管内断面積を大きくする方向に傾斜する第二テーパ面（９）とを備え、さらに前記主管（１）の管内面に沿う円筒面（１０）とを備えたテーパ部材を、前記円筒面（１０）が前記主管（１）の内周面に密着して設けたものである請求項１に記載の分岐管。
4. 前記堰部（４）は、前記最前端の部分（３ａ）と前記最後端の部分（３ｂ）との中央に設けられる請求項１乃至３のいずれか一つに記載の分岐管。

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