JP5902526B2 - 真空ステーション - Google Patents

Description

本発明は、生活排水等の汚水を真空を利用して搬送する真空式下水道システムに設置される真空ステーションに係り、特に真空下水管からの汚水を一旦収集した後に汚水処理場等へ送水する真空ステーションに関するものである。

真空式下水道システムでは、住宅や工場等から排出される汚水は自然流下により汚水槽に導かれ、真空下水管を介して真空ステーションに集められる。汚水槽には、真空ステーションからの負圧により開放動作する真空弁が設けられており、汚水槽内の汚水が所定量に達すると、真空下水管内の負圧により真空弁が開き、真空ステーションからの負圧により汚水槽内の汚水が真空下水管を経て真空ステーションに集められる。

真空ステーションは、汚水を収集する動力となる真空を発生させ、また収集した汚水を一次貯留し、その後下水処理場、汚水中継ポンプ場、自然流下幹線まで輸送する施設であり、真空を発生させる真空ポンプ、集水した汚水を一次貯留する集水タンク、これらの機器を制御する制御盤等により構成されている。この種の真空ステーションは、ルーツ型真空ポンプを備え、正転と逆転の自動運転をさせることにより、集水タンク内への汚水の集水と排水とを交互に行わせるように構成している。ルーツ型真空ポンプを備えた真空ステーションは、圧送ポンプを用いることなく汚水の集水と排水を行えるので、異物によって閉塞し難く、また到達真空度が高くて運転効率がよいという利点を有する。

真空ポンプから吐き出される排気ガスには汚水に含まれる硫化水素などの腐食性ガスが含まれることがあり、この腐食性ガスが他の機器を腐食するおそれがある。そこで、真空ポンプの排気ガスから腐食性ガスを除去するために、真空ポンプの吐き出し口には脱臭装置が接続されている。この脱臭装置の一例は、活性炭を用いた脱臭装置であり、排気ガスに含まれる腐食性ガスを活性炭に吸着させることにより腐食性ガスを除去する。

このような脱臭装置においては、その脱臭機能（すなわち、腐食性ガスの除去機能）を発揮するのに有効な温度が存在する。より具体的には、脱臭装置に腐食性ガスを除去させるためには、排気ガスを脱臭装置がその脱臭機能を発揮しうる所定の温度以下にまで冷却することが必要となる。このため、真空ポンプと脱臭装置との間には、冷却装置としての熱交換器が設置されている。

図１は、従来の地上型の真空ステーションを示す模式図である。図１に示すように、２台の真空ポンプ３、脱臭装置７、制御盤８、熱交換器５０は地上のポンプ室２Ａ内に設置される一方で、集水タンク６は地下のタンク室２Ｂ内に設置されている。ポンプ室２Ａの内部は、給気ファン４１および排気ファン４２によって換気される。集水タンク６は、集水タンク６内に汚水を流入させるための真空管路（真空下水管）１３に接続されるとともに、集水タンク６内の汚水を圧送するための圧送管１４に接続されている。

熱交換器５０は、ポンプ室２Ａに取入れられた大気と真空ポンプ３の排気ガスとの間で熱交換を行うことによって排気ガスを冷却する。熱交換器５０によって冷却された排気ガスは脱臭装置７に導入され、ここで排気ガスに含まれている硫化水素などの腐食性ガスが除去される。

図２は、従来の地下型の真空スーションを示す模式図である。図２に示すように、制御盤８および脱臭装置７は地上に設置されるが、２台の真空ポンプ３および熱交換器５０は地下に配置されたポンプ室２Ａ内に設置されている。地下のポンプ室２Ａと地上とは給気塔４４および排気塔４５を介して連通しており、これら給気塔４４および排気塔４５を介してポンプ室２Ａの内部が換気されている。熱交換器５０は、図１に示す地上型の真空ステーションと同様に、ポンプ室２Ａに取入れられた大気と真空ポンプ３の排気ガスとの間で熱交換を行うことによって排気ガスを冷却する。

特開２００８−６３７７０号公報

しかしながら、図１および図２に示す従来の真空ステーションでは、熱交換器５０は大気と排気ガスとの間で熱交換を行うものであるので、大気の温度が高い場合には目標の温度にまで排気ガスが冷却されないことがあった。特に、夏場では大気と排気ガスとの間で温度差が小さく、効率的な冷却が困難であった。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、真空ポンプからの排気ガスを所定の温度以下にまで確実に冷却して脱臭装置での脱臭効果を高めることができる真空ステーションを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、管路内を負圧にして汚水を搬送する真空式下水道システムに設置され、汚水を搬送する動力となる負圧を発生させる真空ステーションにおいて、前記負圧を発生させる真空ポンプと、前記汚水を集水する集水タンクと、前記真空ポンプから排出された排気ガスを脱臭する脱臭装置と、前記脱臭装置により脱臭される前の前記排気ガスを冷却する熱交換器と、前記真空ポンプを収容するポンプ室と、前記集水タンクおよび該集水タンクに付帯する計器を収容するタンク室と、前記ポンプ室に大気を導入する給気ダクトと、前記真空ポンプに接触した前記大気を前記タンク室内に導入する連通ダクトとを備え、前記熱交換器は、地中に埋設されており、前記排気ガスと地との間で熱交換を行うことにより、前記脱臭装置がその脱臭機能を発揮しうる所定の温度以下にまで前記排気ガスを冷却するように構成されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記脱臭装置は、地下に設置されていることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器は地中に埋められているので、真空ポンプからの排気ガスは地（グランド）との熱交換により冷却される。一般に、地中の温度は大気温度よりも低く、かつ大気温度よりも安定しているので、排気ガスを脱臭装置がその脱臭機能を発揮することができる所定の温度以下にまで効率良く冷却することができる。したがって、脱臭装置は、高効率で排気ガスを脱臭することができる。

従来の地上型の真空ステーションを示す模式図である。 従来の地下型の真空ステーションを示す模式図である。 本発明の真空ステーションの一実施形態を示す模式図である。 図３に示す真空ステーションの模式図である 図５（ａ）は本発明に係る真空ステーションの他の実施形態を示す模式図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す実施形態の変形例を示す模式図である。 図６（ａ）は本発明に係る真空ステーションの他の実施形態を示す模式図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す実施形態の変形例を示す模式図である。

以下、本発明に係る真空ステーションの実施形態を図３乃至図６を参照して説明する。図１乃至図６において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図３は、本発明に係る真空ステーションの基本構成を示す模式図である。図３に示すように、真空ステーション１は、地下に埋設したポンプ室２Ａと、このポンプ室２Ａ内に設置された正逆転運転可能な真空ポンプ３と、地下に埋設されたタンク室２Ｂと、このタンク室２Ｂ内に設置された集水タンク６および脱臭装置７と、地中に埋設された熱交換器３０とを備えている。熱交換器３０は、ポンプ室２Ａとタンク室２Ｂとの間に配置されている。

真空ステーション１の運転を制御する制御盤８は地上に設置されている。図３において、ＧＬは地面レベル（Ｇｒｏｕｎｄ Ｌｅｖｅｌ）である。ポンプ室２Ａおよびタンク室２Ｂはコンクリート製の組立式マンホールから構成されている。ポンプ室２Ａおよびタンク室２Ｂは金属製のボックス状のマンホールであってもよい。

ポンプ室２Ａの上部には、機器点検等のための開口２ａが形成されており、この開口２ａは開閉可能な鉄蓋２ｂにより閉塞されるようになっている。同様に、タンク室２Ｂの上部には、機器点検等のための開口２ｃが形成されており、この開口２ｃは開閉可能な鉄蓋２ｄにより閉塞されるようになっている。鉄蓋２ｂおよび鉄蓋２ｄの上面が概略ＧＬと一致している。真空ポンプ３は、まゆ形又は３つ葉形の１対のロータを互いに反対方向に同期回転させることにより気体輸送を行うルーツ型真空ポンプから構成されている。真空ポンプ３は、真空ポンプ３を駆動するためのモータ（図示せず）に連結されている。

真空ポンプ３と集水タンク６とは配管１１によって接続され、真空ポンプ３と脱臭装置７とは配管１２によって接続されている。配管１２には上述した熱交換器３０が設けられており、真空ポンプ３から吐き出された排気ガスは熱交換器３０を通って脱臭装置７に移送されるようになっている。この熱交換器３０は、脱臭装置７に導入される前の排気ガスを所定の温度以下にまで冷却するための冷却装置である。

集水タンク６は、集水タンク６内に汚水を流入させるための真空管路（真空下水管）１３に接続されるとともに、集水タンク６内の汚水を圧送するための圧送管１４に接続されている。集水タンク６には大気導入管１５が接続され、大気導入管１５には真空破壊弁Ｖ１が設けられている。

真空ポンプ３は、集水タンク６を介して真空管路１３内に負圧を形成するための負圧発生装置である。汚水は、真空管路１３内に形成された負圧により集水タンク６に輸送される。真空ポンプ３から吐き出される排気ガスには、汚水から発生した硫化水素などの腐食性ガスが含まれることがあるため、排気ガスをそのまま大気中に放出することはできない。そこで、排気ガスは上述した脱臭装置７に送られ、ここで腐食性ガスが除去される。脱臭装置７としては、さまざまなタイプの脱臭装置を使用することができる。例えば、活性炭により腐食性ガスを吸着させる活性炭型脱臭装置を用いることができる。

熱交換器３０は、真空ポンプ３からの排気ガスを所定の温度以下にまで冷却し、その冷却された排気ガスが脱臭装置７に移送される。冷却される排気ガスの上記所定の温度は、脱臭装置７がその脱臭機能を発揮しうる温度であり、脱臭装置７のタイプに依存して決定される。例えば、活性炭を用いた脱臭装置では、活性炭がその脱臭機能を発揮するためには、排気ガスの温度が４０℃以下であることが必要とされる。したがって、この場合は、熱交換器３０は排気ガスを４０℃以下にまで冷却する能力を有する。このように、熱交換器３０の目標冷却温度は、脱臭装置７がその脱臭機能を発揮できる温度に依存して変わりうる。

熱交換器３０は、地中に埋設されており、その内部を流れる上記排気ガスと地（グランド）との間で熱交換を行うことにより排気ガスを冷却する。熱交換器３０の冷却能力は、排気ガスと地との間での伝熱面積、伝熱に使用される材料、排気ガスの流路形状などの各要素によって決定される。熱交換器３０の構成は、排気ガスを上記所定の温度以下にまで冷却できる構造であれば、特に限定されない。例えば、図３に示すように、熱交換器３０は、地中に埋設された、蛇行した配管から構成されてもよい。または、蛇行した配管に代えてフィン付きの配管を用いてもよく、あるいはフィン付きの蛇行配管を用いてもよい。熱交換器３０は地中に埋設され、地（グランド）に直接さらされるため、熱交換器３０は、耐腐食性の高く、かつ熱伝導率の高い材料から構成されることが好ましい。例えば、ステンレスなどの材料を熱交換器３０に使用することができる。

通常、地中の温度は大気温度よりも低く、かつ大気温度よりも安定しているので、地中での熱交換により排気ガスを所定の温度（脱臭装置７の有効温度）以下にまで冷却することができる。したがって、脱臭装置７は、高効率で排気ガスを脱臭することができる。

脱臭装置７は配管１６によってサイレンサ付きの給排気塔１７に接続されている。真空ポンプ３を収容したポンプ室２Ａには、給気ファンＦａを内蔵した給気ダクト１８が接続されており、給気ダクト１８の上部開口端にはサイレンサ付きの給気塔１９が設置されている。給気ダクト１８の下部開口端はポンプ室２Ａ内の下側領域に配置されている。ポンプ室２Ａの下部には結露ドレン配水管２１が設けられ、結露ドレン配水管２１はタンク室２Ｂの下部まで延びている。また、タンク室２Ｂの上部には排気ダクト２２が接続されており、排気ダクト２２の上部開口端は給排気塔１７に接続されている。

ポンプ室２Ａとタンク室２Ｂは、連通ダクト２０により接続されている。連通ダクト２０は、ポンプ室２Ａ内の上側領域から下側領域に延びる鉛直部２０ａを有している。この鉛直部２０ａの上端は開口しており、ポンプ室２Ａ内に導入された大気は、ポンプ室２Ａ内を上昇し、上記開口から連通ダクト２０に流入し、連通ダクト２０を通ってタンク室２Ｂに移送される。

真空ポンプ３は、気体の圧縮作用により高温となる。したがって、ポンプ室２Ａ内に導入された大気は真空ポンプ３との接触により加熱される。加熱された大気は、連通ダクト２０を通ってタンク室２Ｂに移送され、さらにタンク室２Ｂ内を満たした後、排気ダクト２２から大気中に放出される。タンク室２Ｂの内部は結露しやすい環境にあるにもかかわらず、その内部には水位検知器、圧力センサなどの各種計器（図示せず）が配置されている。図３に記載の構成によれば、これらの計器は、タンク室２Ｂ内を流れる加温された大気にさらされる。したがって、この大気の流れにより、タンク室２Ｂ内における各種計器での結露を防止することができる。

図３に示すように構成された真空ステーションによれば、集水タンク６内の圧力が運転開始圧力から運転停止圧力の間で集水タンク６内に真空管路１３を通して汚水を集水する。このとき、圧送管１４には逆止弁Ｖ２が設けられているので圧送管１４内の汚水が逆流することはない。集水タンク６内の汚水水位が高水位になったら真空ポンプ３を逆転運転し、集水タンク６内を加圧し、汚水を圧送管１４を介して排水する。このとき、真空管路１３には逆止弁Ｖ３が設けられているので汚水と空気が真空管路１３を逆流することはなく、真空管路１３の圧力は負圧に保たれる。また、真空ポンプ３の正転運転では、真空ポンプ３からの排気ガスは、配管１２および熱交換器３０を通って脱臭装置７に導かれて脱臭され、給排気塔１７から排気される。

図４は、図３に示す真空ステーションの模式図である。図４に示すように、真空ポンプ３はポンプ室２Ａ内に配置され、脱臭装置７および集水タンク６はタンク室２Ｂ内に配置されている。真空ポンプ３、脱臭装置７、および集水タンク６は地下に配置され、熱交換器３０は地中に埋設されている。

図５（ａ）は本発明に係る真空ステーションの他の実施形態を示す模式図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す実施形態の変形例を示す模式図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示す実施形態では、ポンプ室およびタンク室は一体となって１つの収容室２を構成している。この収容室２は地下に設置されており、収容室２の内部に真空ポンプ３および集水タンク６が配置されている。図４に示す実施形態と同様に、熱交換器３０は地中に埋設されている。脱臭装置７は収容室２の外に配置されている。図５（ａ）に示す実施形態では、脱臭装置７は地下に配置され、図５（ｂ）に示す実施形態では、脱臭装置７は地上に設置されている。

図６（ａ）は本発明に係る真空ステーションの他の実施形態を示す模式図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す実施形態の変形例を示す模式図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示す実施形態では、ポンプ室２Ａおよびその内部に設置された真空ポンプ３は地上に配置され、タンク室２Ｂおよびその内部に設置された集水タンク６は地下に配置されている。図４に示す実施形態と同様に、熱交換器３０は地中に埋設されている。脱臭装置７は、ポンプ室２Ａおよびタンク室２Ｂの外に配置されている。図６（ａ）に示す実施形態では、脱臭装置７は地下に配置され、図６（ｂ）に示す実施形態では、脱臭装置７は地上に設置されている。

図４乃至図６に示すいずれの実施形態においても、熱交換器３０は地中に埋設されている。したがって、地中での熱交換により、排気ガスを脱臭装置７がその脱臭機能を発揮しうる所定の温度以下にまで効率良く冷却することが可能である。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ 真空ステーション
２ 収容室
２Ａ ポンプ室
２Ｂ タンク室
２ａ，２ｃ 開口
２ｂ，２ｄ 鉄蓋
３ 真空ポンプ
６ 集水タンク
７ 脱臭装置
８ 制御盤
１１，１２ 配管
１３ 真空管路（真空下水管）
１４ 圧送管
１５ 大気導入管
１７ 給排気塔
１８ 給気ダクト
１９ 給気塔
２０ 連通ダクト
２１ 結露ドレン配水管
２２ 排気ダクト
３０，５０ 熱交換器
Ｆａ 給気ファン
ＧＬ 地面レベル
Ｖ１ 真空破壊弁
Ｖ２，Ｖ３ 逆止弁

Claims (2)

1. 管路内を負圧にして汚水を搬送する真空式下水道システムに設置され、汚水を搬送する動力となる負圧を発生させる真空ステーションにおいて、
   前記負圧を発生させる真空ポンプと、
   前記汚水を集水する集水タンクと、
   前記真空ポンプから排出された排気ガスを脱臭する脱臭装置と、
   前記脱臭装置により脱臭される前の前記排気ガスを冷却する熱交換器と、
   前記真空ポンプを収容するポンプ室と、
   前記集水タンクおよび該集水タンクに付帯する計器を収容するタンク室と、
   前記ポンプ室に大気を導入する給気ダクトと、
   前記真空ポンプに接触した前記大気を前記タンク室内に導入する連通ダクトとを備え、
   前記熱交換器は、地中に埋設されており、前記排気ガスと地との間で熱交換を行うことにより、前記脱臭装置がその脱臭機能を発揮しうる所定の温度以下にまで前記排気ガスを冷却するように構成されていることを特徴とする真空ステーション。
2. 前記脱臭装置は、地下に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ステーション。

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