JP6184714B2 - 真空圧回復装置、真空式下水道システム、真空圧回復方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空式下水道システムにおいて真空管路内の圧力を回復させるための技術に関する。

真空式下水道システムでは、家庭や工場から排出された汚水は、真空弁ユニット内の汚水ますに貯留される。汚水ます内の水位が上昇すると、真空弁ユニットの弁が開いて、貯留された汚水が真空下水管（真空管路）に吸い込まれる。この場合、真空弁ユニットから汚水が吸引された後に、あるいは、汚水の吸引と同時に、真空管路内に空気が吸引される。吸引された空気が高速で流動することによって、空気と汚水との気液二相流が形成され汚水が搬送される。このため、真空管路内に気液二相流を形成するための空気が必要となる。

真空管路は、下り勾配部と登り勾配（リフト）部とが交互に設けられ、上記の気液二相流によって長い距離を送水できるようになっている。真空下水管は、真空ステーションに接続される。真空ステーションは、下水を収集する原動力となる真空を発生させる真空ポンプや、収集された下水を一時貯留する集水タンクなどを備えている。真空弁ユニットおよび真空管路を介して真空ステーションに集められた汚水は、下水処理場などへ搬送される。

かかる真空式下水道システムでは、真空管路内の空気量が不足すると、汚水がリフト部を超えられるだけの気液二相流が形成されず、真空管路が汚水によって満管となるウォータブロックという現象が発生する。ウォータブロックが発生すると、それより上流側、すなわち、真空ステーションと反対側の圧力が上昇してしまう。かかる圧力の上昇は、ウォータブロックに限らず、種々の要因、例えば、汚物が真空管路内に詰まることでも発生する。

このような場合に、真空管路内の圧力を回復させる方法として、真空弁ユニット内において、真空管路の圧力が所定値以上に上昇した場合に、真空管路に外部より空気を導入し、圧力が下がって所定値以下となった時点で、空気の導入を停止する自動吸気装置を設けることが行われている。

特開２０００−１４４８６８号公報 特開２０００−１２９７６４号公報 特開２０００−９６６９８号公報 特開平１０−６０９９５号公報

しかしながら、長時間にわたって多量の空気を導入すると、かえって圧力が上昇することもある。このため、従来の自動吸気装置では、圧力の上昇を防止するために、小口径のノズルから少量の空気を吸引させていた。ウォータブロックを解消して、真空管路の圧力を回復させるためには、真空管路に短時間で多量の空気を導入することが効果的であり、従来のように、小量の空気を長時間真空管路内に流入させるやり方では、ウォータブロックを解消できない場合や解消に時間がかかる場合があった。

また、真空式下水道システムにおいて自動吸気装置が多数設置されている場合には、システム全体の圧力が上昇すると、多数の自動吸気装置から真空管路に空気が導入されてしまう。真空ステーションの真空ポンプの能力以上の空気が流入すると、システムダウンが発生し、システムを維持できない状態が生じ得る。

また、真空式下水道システムにおける圧力の回復、すなわち圧力の低下は、停電時でも正しく動作されることが望ましい。上述の自動吸気装置として、無電力で動作されるタイプも存在するが、かかるタイプでは、真空管路内の圧力が所定値以下になった時点で初めて空気の導入が停止される。つまり、圧力が回復しなければ、空気は真空管路に導入され続けることになる。かかる構成では、例えば、停電によって真空ステーションの真空ポンプが停止し、その結果、圧力が上昇した場合には、真空管路に空気が導入され続けるので、空気が過剰に導入されたことによるシステムダウンの問題が生じ得る。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態は、真空式下水道システムにおいて真空管路内の圧力を回復させるための真空圧回復装置として提供される。この真空圧回復装置は、第１の圧力以下の圧力が提供された場合に、その圧力を利用して第１の弁体が移動することによって、空気を真空管路に導入するための空気流通経路を開き、提供された圧力が所定の圧力に上昇することによって、移動した第１の弁体が戻り、空気流通経路を閉じる大気開放弁と、真空管路と大気開放弁とに接続され、真空管路内の圧力を大気開放弁に提供するための真空圧流通流路と、真空管路内の圧力が第２の圧力以上に上昇した場合に、その圧力を利用して第２の弁体が移動することによって、真空圧流通流路を開き、真空管路内の圧力が所定の圧力に低下した場合に、移動した第２の弁体が戻り、真空圧流通流路を閉じるように構成された機械式コントローラと、真空圧流通流路の途中に設けられ、大気と連通する大気導入部であって、真空圧流通流路内に空気を徐々に導入し、大気開放弁に提供された真空管路内の圧力を徐々に上昇させるための大気導入部とを備える。

かかる真空圧回復装置によれば、真空管路の圧力が上昇し、その圧力が第２の圧力以上に上昇した場合に、機械式コントローラの動作によって、真空圧流通流路が開き、真空管路の圧力が大気開放弁に提供される。該圧力が第１の圧力以下である場合には、大気開放弁が空気流通経路を開き、真空管路に空気が導入される。その結果、真空管路内の圧力を低下させ回復させることができる。しかも、その後、大気開放弁に提供された圧力は、大気導入部から空気が徐々に導入されることによって徐々に上昇する。このため、真空管路の圧力が回復されたか否かにかかわらず、所定時間の経過後に空気流通経路は閉じられる。つまり、空気流通経路が、圧力が回復するまで継続的に開かれていることはない。このため、真空管路が空気過多になってシステムダウンすることを抑制できる。また、これに関連して、多量の空気を短時間で導入できるので、ウォータブロックを好適に解消できる。あるいは、真空管路内に汚水が滞留しない制御が可能になる。しかも、真空圧回復装置は、真空管路に接続されるので、多数の真空弁ユニットに自動吸気装置を設ける場合と比べて、真空式下水道システム全体を制御しやすい。さらに、真空圧回復装置は、無電力で動作させることができるので、停電時にも動作可能である。また、空気流通経路が開かれて、その後閉じられた後は、動作条件を満たす限り、何回でも、空気流通経路の開閉動作が繰り返されることになる。これによって、空気流通経路の１回の開閉動作によって、圧力が回復されない場合であっても、当該開閉動作が繰り返し行われることによって、圧力を回復させることができる。なお、本願において、圧力とは、大気圧を基準（ゼロ）とした場合の圧力、すなわちゲージ圧のことをいう。圧力の回復とは、真空に近い状態に戻る
、すなわち、圧力の負の値が大きくなることをいう。

本発明の第２の形態として、第１の形態における第２の圧力は、第１の圧力より低くする必要がある。かかる形態によれば、真空管路の圧力が大気圧（ゼロ）の状態より低い所定の範囲にある場合にのみ、真空管路に空気を導入できる。したがって、圧力が過度に上昇した（真空管路の圧力が第１の圧力より高い）場合に、空気の導入を制限できる。その結果、停電などによって、真空ステーションの真空ポンプが停止している際に、過剰な空気を真空管路に導入してシステムダウンが生じることを防止できる。

本発明の第３の形態として、第２の形態において、大気開放弁は、第１の弁体が空気流通経路を閉じる位置にあるときに、第１の弁体または第１の弁体に連結された部材を吸着する吸着部を備えていてもよい。かかる形態によれば、第１の弁体は、吸着力に抗えるだけの所定以上の圧力が作用しなければ、空気流通経路を開く方向に移動しない。つまり、第１の圧力が第２の圧力より高くなるように大気開放弁を容易に構成できる。また、第１の弁体が空気流通経路を開く際の速度が速くなるので、つまり、空気流通経路が迅速かつ完全に開くので、空気流通経路をゆっくりと開く場合と比べて、あるいは、空気流通経路が僅かに開いた状態で維持される場合と比べて、大量の空気を短時間で真空管路に導入できる。したがって、真空管路の圧力を効果的に回復できる。

本発明の第４の形態として、第１ないし第３のいずれかの形態において、真空圧回復装置は、さらに、真空圧流通流路の途中において、真空管路内の圧力を蓄積する真空圧蓄積槽と、真空圧蓄積槽と真空管路との間に設けられた逆止弁であって、真空圧蓄積槽から真空管路からに向かう方向にのみ流通を許容する逆止弁とを備えていてもよい。真空圧蓄積槽および逆止弁は、真空圧蓄積槽および逆止弁と、真空管路と、の連通状態が第２の弁体の移動によって閉じられることがない位置に設けられていてもよい。かかる形態によれば、真空管路内の圧力が急激に上昇した場合であっても、真空圧蓄積槽に蓄積された圧力を利用して、大気開放弁に提供する圧力を十分に低めることができる。したがって、少なくとも１回は、空気流通経路を開いて、空気を真空管路に導入できる。

第４の形態は、第２または第３の形態と組み合わせることによって、さらなる効果を奏する。具体的には、真空管路内の圧力が急激に上昇した場合に、少なくとも１回は、空気流通経路を開いて、空気を真空管路に導入し、圧力の回復を試みることができる。それによって、圧力が回復しない場合には、圧力が過剰に高ければ（圧力が第１の圧力よりも高ければ）、機械式コントローラの動作にかかわらず、第１の弁体が空気流通経路を再度開くことがない。その結果、圧力が過剰に高い真空管路に対してさらに空気を真空管路に導入してシステムダウンが生じることを防止できる。

本発明の第５の形態として、第１ないし第３のいずれかの形態において、真空圧流通流路の途中には、真空管路内の圧力を蓄積する真空圧蓄積槽が設けられていなくてもよい。かかる形態によれば、真空圧回復装置の構成を簡略化できる。また、第５の形態は、第２または第３の形態と組み合わせることによって、さらなる効果を奏する。すなわち、真空管路の圧力が過剰に高い（圧力が第１の圧力よりも高い）場合には、真空管路に空気を導入することがない。このため、システムダウンが生じることをいっそう確実に防止できる。

本発明の第６の形態として、第１ないし第５のいずれかの形態において、大気開放弁は、ダイヤフラムによって隔離された、真空管路の圧力が提供される第１室と、大気と連通する第２室と、を備えていてもよい。第２室には、空気流通経路の一部分として、第２室を介して空気を真空管路に導入するための空気導入口が形成されていてもよい。第１の弁体は、第２室内においてダイヤフラムに連結され、かつ、空気導入口を閉じる位置に付勢
されて設けられていてもよい。大気開放弁は、第１の圧力以下の圧力が第１室に提供された場合に、第１の弁体が、第１室と第２室との圧力差によって空気導入口を開く位置に移動するように構成されていてもよい。

本発明の第７の形態として、第６のいずれかの形態において、機械式コントローラの内部には、真空管路と大気開放弁との間の真空圧流通流路の一部となる内部流路が形成されていてもよい。機械式コントローラには、内部流路と大気とを連通させるための第１の孔部と、真空管路と機械式コントローラとの間の真空圧流通流路に連通するための第２の孔部と、大気開放弁と機械式コントローラとの間の真空圧流通流路に連通するための第３の孔部と、が形成されていてもよい。第２の弁体は、第１の孔部と第３の孔部とを連通させ、かつ、第２の孔部と第３の孔部とを連通させない位置に付勢されて設けられていてもよい。また、第２の弁体は、真空管路内の圧力が第２の圧力以上に上昇した場合に、圧力の変化を利用して、第２の孔部と第３の孔部とを連通させ、かつ、第１の孔部と第３の孔部とを連通させない位置に移動することによって、真空圧流通流路を開いてもよい。

本発明の第８の形態は、第１ないし第７のいずれかの真空圧回復装置を備えた真空式下水道システムとして提供される。かかるシステムによれば、第１ないし第７の形態と同様の効果を奏する。

本発明の第９の形態は、真空式下水道システムにおいて、真空管路内の圧力を無電力で回復させるための真空圧回復方法として提供される。この方法では、真空管路内の圧力が第２の圧力以上に上昇した場合に、圧力の上昇を利用して第２の弁体を移動させて、真空管路内の圧力を提供するための真空圧流通流路を開き、空気を真空管路に導入するための空気流通経路を開閉する大気開放弁に、開かれた真空圧流通流路を介して、第１の圧力以下の圧力を提供し、圧力を利用して大気開放弁が備える第１の弁体を移動させて、空気流通経路を開き、記真空圧流通流路の途中に設けられ、大気と連通する大気導入部から真空圧流通流路内に空気を徐々に導入し、大気開放弁に提供された第１の圧力以下の圧力を徐々に上昇させて、大気開放弁に空気流通経路を閉じさせる。かかる方法によれば、第１の形態と同様の効果を奏する。

本発明の一実施例としての真空式下水道システムの概略構成を示す説明図である。 真空圧回復装置の概略構成を示す説明図である。 真空管路の圧力と、コントローラおよび大気開放弁の動作との関係を示す説明図である。

Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例としての真空式下水道システム１０の概略構成を示す説明図である。真空式下水道システム１０は、複数の真空弁ユニット２０ａ〜２０ｃと、真空管路４０と、真空ステーション５０と、真空圧回復装置１００とを備えている。真空弁ユニット２０ａ〜２０ｃは、家庭や工場から排出された汚水を貯留するための汚水ますと、真空弁とを備える（図示省略）。真空弁ユニット２０ａ〜２０ｃは、汚水ますの水位が上昇すると、真空弁が開いて、貯留された汚水が真空管路４０に吸引されるように構成されている。

真空管路４０は、下り勾配部（以下、順勾配部と呼ぶ）４１ａ〜４１ｆと、リフト部４２ａ〜４２ｅとを備える。順勾配部４１ａ〜４１ｆと、リフト部４２ａ〜４２ｅとは、交互に配置されている。リフト部４２ｂとリフト部４２ｅとの間は、全体として上り勾配に
なっており、図示するように、ウォータブロックが生じやすい。リフト部４２ｂの上流側で隣接する順勾配部４１ｂには、逆止弁４３が設けられている。この逆止弁４３とリフト部４２ｂとの間には、真空圧回復装置１００が接続されている。

詳しくは後述するが、真空圧回復装置１００は、真空管路４０の圧力が上昇した場合に、真空管路４０に空気を導入して、圧力を低下させ真空を回復させる。真空圧回復装置１００は、ウォータブロックが生じやすい区間の上流側に接続されることが望ましい。図１では、真空圧回復装置１００は、このような位置にある地点Ａに接続されている。さらに、真空圧回復装置１００の接続箇所より上流側には、図１のように、逆止弁４３が設置されることが望ましい。こうすれば、真空圧回復装置１００による空気の導入によって、逆止弁４３より上流側の圧力が上昇することはない。真空圧回復装置１００は、真空管路４０全体の圧力を維持するために設けられており、このため、図１では、真空式下水道システム１０は、１つの真空圧回復装置１００を備えるものとして図示している。ただし、真空圧回復装置１００は、複数であってもよく、真空圧回復装置１００の数は、真空式下水道システム１０の規模に応じて設定すればよい。例えば、真空圧回復装置１００は、真空管路４０のうちの逆止弁で区切られた区画ごとに設けてもよい。

真空管路４０は、その下流側で真空ステーション５０に接続されている。真空ステーション５０は、集水タンク５１と、真空ポンプ５２とを備えている。真空管路４０中を搬送された汚水は、集水タンク５１に一時貯留され、下水道処理施設等に送水される。真空ポンプ５２は、真空管路４０の空気を吸引して、真空管路４０内を所定の圧力に維持する。真空ポンプ５２は、真空管路内の圧力が例えば−７ｍＡｑ〜−６ｍＡｑとなるよう運転される。

リフト部４２ｂの上流端と、リフト部４２ｅの下流端との高低差ｈが３ｍであるとすれば、図１に示すように、計算上はＡの地点で−７＋３＝−４ｍＡｑの圧力となる。しかし、真空弁ユニット２０ａ〜２０ｃから空気が流入すると、−４ｍＡｑより高くなる。地点Ａの圧力は、大きなウォータブロックがあるため圧力回復はできず、真空弁の作動圧よりも高い圧力（例：−２ｍＡｑ）となることが生じ得る。その結果、真空弁が作動できず真空弁ユニットが水没する可能性がある。このようなことから、真空圧回復装置１００は、例えば、地点Ａの圧力が−４ｍＡｑ〜−３ｍＡｑの場合に、汚水を搬送するための空気を導入する構成とすることができる。他の例では、地点Ａの圧力が−５ｍＡｑ〜−３ｍＡｑの場合に、空気を導入する構成としてもよい。こうすれば、リフト部４２ｂ〜４１ｆでの汚水の滞留を未然に防ぎ、より安定的な汚水の搬送が可能になる。

図２は、真空圧回復装置１００の概略構成を示す説明図である。図示する例では、真空圧回復装置１００は、マンホール７０の内部に設置されている。マンホール７０の内部は、空気取込管７５を介して、外の大気と連通している。ただし、真空圧回復装置１００は、地上に設置されていてもよい。

図示するように、真空圧回復装置１００は、機械式コントローラ１１０（以下、単にコントローラ１１０と呼ぶ）と、大気開放弁１３０と、真空圧逃がし弁１５０と、真空圧蓄積槽１７０とを備えている。
大気開放弁１３０は、第１の圧力Ｐ１以下の圧力が提供された場合に、当該圧力を利用して、空気を順勾配部４１ｂに導入するための空気流通経路を開くものである。以下、大気開放弁１３０の具体的構成について説明する。大気開放弁１３０のケーシング１３１の内部には、第１室１３２と、第２室１３３とが形成されている。第１室１３２と第２室１３３とは、ダイヤフラム１３５によって隔離されている。第１室１３２には、後述するコントローラ１１０の第３の孔部１１９と、第１室１３２の内部と、を連通させる孔部１３６が形成されている。第２室１３３は、第１部分１３３ａと第２部分１３３ｂとに区分され
る。第１部分１３３ａには、大気と連通する孔部１３７が形成されている。第２部分１３３ｂには、大気と連通する孔部１３８が形成されている。この孔部１３８は、第２部分１３３ｂに空気を短時間で大量に導入できる大きさに形成されている。また、第２部分１３３ｂの下方には、真空管路４０の順勾配部４１ｂと連通し、空気を順勾配部４１ｂに導入するための空気導入口１３９が形成されている。孔部１３８から第２部分１３３ｂを通って、空気導入口１３９に至る経路は、空気を順勾配部４１ｂに導入するための空気流通経路を形成している。

第２室１３３には、ダイヤフラム１３５に連結された第１の弁体１４２が設けられている。この第１の弁体１４２は、空気導入口１３９を開閉する。第１室１３２には、ダイヤフラム１３５を空気導入口１３９に向けて付勢する付勢手段としてのバネ１４１が設けられている。このバネ１４１によって、第１の弁体１４２は、空気導入口１３９を閉じる方向に付勢される。第１の弁体１４２が空気導入口１３９を閉じる位置にあるとき、ダイヤフラム１３５は、ダイヤフラム１３５を吸着する吸着部としてのマグネット１４３に磁力によって吸着されている。マグネット１４３は、ケーシング１３１の内面が周方向に亘って内側に向けて突出した支持ステージ上に設けられている。本実施例では、マグネット１４３は、リング状に形成されており、ダイヤフラム１３５を吸着した状態では、第２室１３３は、第１部分１３３ａと第２部分１３３ｂとに隔離される。このとき、第１部分１３３ａおよび第２部分１３３ｂは、いずれも孔部１３７，１３８を介して大気に連通している。このため、第１部分１３３ａおよび第２部分１３３ｂの内部の圧力は、常に大気圧と等しい。

かかる大気開放弁１３０では、第１室１３２内の圧力が第１の圧力Ｐ１より高い場合には、換言すれば、第１室１３２と第２室１３３との圧力差が第１の閾値ＴＨ１未満である場合には、バネ１４１の付勢力およびマグネット１４３の吸着力によって、第１の弁体１４２は、空気導入口１３９を閉じる位置に維持される。一方、第１室１３２の圧力が第１の圧力Ｐ１以下になると、第１室１３２と第２室１３３との圧力差によってダイヤフラム１３５に作用する力が、バネ１４１の付勢力およびマグネット１４３の吸着力より大きくなる。その結果、ダイヤフラム１３５は、第１室１３２の容積が小さくなる方向に移動する。これによって、ダイヤフラム１３５に連結された第１の弁体１４２も移動し、空気導入口１３９が開けられ、順勾配部４１ｂに空気が導入される。

コントローラ１１０は、順勾配部４１ｂ内の圧力が第２の圧力Ｐ２以上に上昇した場合に、順勾配部４１ｂ内の圧力に基づいて得られる圧力を大気開放弁１３０に提供するための真空圧流通流路を開く。換言すれば、コントローラ１１０は、大気開放弁１３０の第１室１３２内の圧力を制御する機能を有する。以下、コントローラ１１０の具体的構成について説明する。コントローラ１１０のケーシング１１１の内部には、第３室１１２と、第４室１１３と、内部流路１２７とが形成されている。第３室１１２と第４室１１３とは、ダイヤフラム１１４によって隔離されている。第３室１１２には、孔部１１５が形成されている。この孔部１１５は、配管１８１を介して、順勾配部４１ｂと連通している。第４室１１３には、孔部１１６が形成されており、第４室１１３は、孔部１１６を介して大気と連通している。第３室１１２には、付勢手段としてのバネ１２１が設けられている。このバネ１２１は、一端がケーシング１１１の内面１１１ａに固定され、他端がダイヤフラム１１４に固定されている。バネ１２１の内部には、棒状のマグネット１２２が設けられている。マグネット１２２の一端は、ダイヤフラム１１４に磁力で接続し、他端は、内面１１１ａを吸着している。バネ１２１は、ダイヤフラム１１４を第３室１１２から第４室１１３に向かう方向に付勢している。

第４室１１３の内部には、第４室１１３から内部流路１２７に向けて延びたシャフト１２３が形成されている。シャフト１２３の一端は、ダイヤフラム１１４に固定され、他端
には、第２の弁体１２３ａが設けられている。第４室１１３は、シャフト１２３が貫通する隔壁１２４によって、内部流路１２７と気密に隔離されている。シャフト１２３の外側には、バネ１２０が設けられている。バネ１２０の一端は、ダイヤフラム１１４に固定され、他端は、隔壁１２４に固定されている。バネ１２０は、ダイヤフラム１１４を第４室１１３から第３室１１２に向かう方向に付勢している。

内部流路１２７には、シャフト１２３が貫通する隔壁１２５，１２６が形成されている。隔壁１２５，１２６の貫通孔は、第２の弁体１２３ａによって閉じられる大きさに形成されている。内部流路１２７において、隔壁１２６よりも外側（隔壁１２５と反対の側）には、第１の孔部１１７が形成されている。第１の孔部１１７は、大気と連通している。また、内部流路１２７において、隔壁１２４と隔壁１２５との間には、第２の孔部１１８が、隔壁１２５と隔壁１２６との間には、第３の孔部１１９が、それぞれ形成されている。第２の孔部１１８は、配管１８２を介して、順勾配部４１ｂと連通している。配管１８２の途中には、真空圧蓄積槽１７０が設けられている。真空圧蓄積槽１７０と順勾配部４１ｂとの間には、逆止弁１６０が設けられている。逆止弁１６０は、真空圧蓄積槽１７０から順勾配部４１ｂに向かう方向にのみ流通を可能とする。これによって、真空圧蓄積槽１７０には、順勾配部４１ｂの最も低い圧力が蓄積される。第３の孔部１１９は、配管１８３と、大気開放弁１３０の孔部１３６とを介して、第１室１３２と連通している。

かかるコントローラ１１０は、順勾配部４１ｂ内の圧力が第２の圧力Ｐ２より低い場合、換言すれば、第３室１１２と第４室１１３との圧力差（順勾配部４１ｂと大気との圧力差）が第２の閾値ＴＨ２より大きい場合には、その圧力差によってダイヤフラム１１４に作用する力がバネ１２０の付勢力より大きいので、図２に示すように、マグネット１２２が磁力でダイヤフラム１１４に接続した状態にある。第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２との関係は、第２の圧力Ｐ２が第１の圧力Ｐ１より低くなるようにされる。このとき、第２の弁体１２３ａは、隔壁１２５の貫通孔を閉じる位置にあり、第１の孔部１１７と第３の孔部１１９とが連通している。第１の孔部１１７と第２の孔部１１８とは連通していない。かかる状態では、大気開放弁１３０の第１室１３２は、第３の孔部１１９および第１の孔部１１７を介して、大気に連通する。つまり、空気導入口１３９は、閉じられた状態にある。

一方、順勾配部４１ｂ内の圧力が第２の圧力Ｐ２より高くなると、すなわち、第３室１１２と第４室１１３との圧力差が第２の閾値ＴＨ２以下になると、その圧力差によってダイヤフラム１１４に第４室１１３から第３室１１２に向かって作用する力が弱まる。その結果、ダイヤフラム１１４は、第３室１１２から第４室１１３に向かう方向に移動する。ダイヤフラム１１４の移動によってシャフト１２３も移動し、第２の弁体１２３ａが隔壁１２６の貫通孔を閉じる。これによって、第２の孔部１１８と第３の孔部１１９とが連通する。このとき、第１の孔部１１７と第３の孔部１１９とは、連通していない。かかる状態では、大気開放弁１３０の第１室１３２は、第３の孔部１１９および第２の孔部１１８を介して、真空圧蓄積槽１７０に連通する。つまり、配管１８２、内部流路１２７および配管１８３は、順勾配部４１ｂ内の圧力に基づいて得られる圧力（真空圧蓄積槽１７０に蓄積された圧力、または、順勾配部４１ｂ内の圧力そのもの）を大気開放弁１３０の第１室１３２に提供するための真空圧流通流路を形成する。このため、真空圧蓄積槽１７０に、第１の圧力Ｐ１以下の圧力が蓄積されている場合には、空気導入口１３９は、開けられた状態になる。

このようにして、大気開放弁１３０は、第１の孔部１１７および第２の孔部１１８と、第３の孔部１１９との間の連通状態を切り替え、それによって、大気開放弁１３０の空気導入口１３９の開閉状態を切り替える。上述したマグネット１２２は、第２の弁体１２３ａが空気導入口１３９を開く際の速度を速め、切替時間の短縮化に寄与する。これによっ
て、短時間で多量の空気を順勾配部４１ｂに導入できる。

空気導入口１３９が開けられて順勾配部４１ｂに空気が導入され、真空逃がし弁によって所定の時間が経過した後、空気導入口１３４が閉じる。その結果、順勾配部４１ｂの圧力が所定の値まで回復すると、すなわち、第３室１１２と第４室１１３との圧力差が所定の値まで大きくなると、その圧力差によってダイヤフラム１１４に第４室１１３から第３室１１２に向かって作用する力が大きくなるので、シャフト１２３は、第４室１１３から第３室１１２に向かう方向に戻され、図２に示す閉状態の位置まで戻る。この閉状態に戻るための第３室１１２と第４室１１３との圧力差は、第２の閾値ＴＨ２より大きな値となる。このため、順勾配部４１ｂの圧力が回復してから、第１の孔部１１７および第２の孔部１１８と、第３の孔部１１９との間の連通状態を切り替えられる。また、バネ１２０によって、シャフト１２３のチャタリングを防止できる。

真空圧回復装置１００において、第３の孔部１１９と大気開放弁１３０の第１室１３２とを連通させる配管１８３の途中には、配管１８４が接続されている。配管１８４には、配管１８３と大気とを連通させて、配管１８３内に空気を徐々に導入するための大気導入部の一実施形態としての真空逃がし弁１５０が接続されている。真空逃がし弁１５０は、常時開かれており、配管１８３と大気とを常時連通させる。真空逃がし弁１５０の開度は、第１室１３２が第３の孔部１１９および第２の孔部１１８を介して真空圧蓄積槽１７０、順勾配部４１ｂと連通した際に、大気圧より圧力が低い第１室１３２に空気を徐々に導入できる程度に絞られている。このため、第１室１３２の圧力は徐々に上昇し、第１室１３２と第２室１３３との圧力差が所定の程度まで小さくなった時点で、バネ１４１の付勢力が、圧力差によってダイヤフラム１３５に作用する力より大きくなり、第１の弁体１４２は、空気導入口１３９を閉じる位置まで戻る。かかる大気開放弁１３０の閉鎖動作は、コントローラ１１０における第１の孔部１１７および第２の孔部１１８と、第３の孔部１１９と、の間の連通状態に関わらず、行われる。つまり、大気開放弁１３０は、開動作からある程度時間が経過すると、順勾配部４１ｂの圧力が回復されたか否かにかかわらず、閉じられる。かかる構成とすれば、圧力が回復されるまで空気導入口が継続的に開かれていることがないので、真空管路が空気過多になってシステムダウンすることを抑制できる。

図３は、順勾配部４１ｂの圧力と、コントローラ１１０および大気開放弁１３０の動作の関係を示す説明図である。順勾配部４１ｂの圧力が圧力Ｐ２（＝−ＴＨ２）以下の場合には、コントローラ１１０は、第１の孔部１１７と第３の孔部１１９とを、すなわち、第１室１３２と大気とを連通させるので、大気開放弁１３０は閉じられる。この状態から、順勾配部４１ｂの圧力が上昇し、その圧力が圧力Ｐ２以上になると、コントローラ１１０は、第２の孔部１１８と第３の孔部１１９とを、すなわち、第１室１３２と順勾配部４１ｂ（直接的には、真空圧蓄積槽１７０）とを連通させるので、大気開放弁１３０は開けられる。真空圧蓄積槽１７０には、圧力Ｐ２より低い圧力が蓄積されているので、順勾配部４１ｂの圧力が圧力Ｐ１（＝−ＴＨ１）より高い圧力に急激に上昇したとしても、第１室１３２と第２室１３３（大気圧下）との圧力差は、第１の閾値ＴＨ１以上になる。このため、大気開放弁１３０は、順勾配部４１ｂの圧力が圧力Ｐ１以上に高い場合に開けられることになる（図３には、不図示）。かかる構成によれば、順勾配部４１ｂの圧力が急激に上昇した場合にも、少なくとも１回は大気開放弁１３０が開いて空気を順勾配部４１ｂに導入し、圧力の回復を試みることができる。異物が真空管路４０に詰まった場合にも、真空管路４０の圧力は、急激に上昇することがあるので、かかる構成は有効に作用する。

大気開放弁１３０が１回開いて閉じた後に、順勾配部４１ｂの圧力が回復しない場合には、真空圧蓄積槽１７０内の圧力は既に消費されているので、図３に示すように、順勾配部４１ｂの圧力が圧力Ｐ２以上、かつ、圧力Ｐ１以下である場合にのみ、大気開放弁１３
０が再度開き、圧力Ｐ２より低いか圧力Ｐ１より高い場合には、開かない。かかる構成によれば、順勾配部４１ｂの圧力が過剰に高い場合に、さらに空気を順勾配部４１ｂに導入してシステムダウンが生じることを抑制できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
真空圧回復装置１００において、真空圧蓄積槽１７０は、省略してもよい。かかる構成とすれば、真空圧回復装置１００の構成を簡略化できる。この場合、順勾配部４１ｂの圧力と、コントローラ１１０および大気開放弁１３０の動作との関係は、図３に示した通りとなる。つまり、順勾配部４１ｂの圧力が圧力Ｐ１より高い場合には、大気開放弁１３０が開いて順勾配部４１ｂに空気が導入されることがない。このため、システムダウンが生じることを確実に防止できる。

Ｂ−２．変形例２：
ダイヤフラム１３５を吸着する吸着部は、マグネット１４３に限らず、種々の材料によって構成されてもよい。例えば、面ファスナ、樹脂製の吸盤であってもよい。また、吸着部は、ダイヤフラム１３５を吸着する代わりに、第１の弁体１４２を吸着してもよい。例えば、空気導入口１３９の周囲にリング状のマグネットを配置し、第１の弁体１４２がマグネットの中央の穴を塞いだ状態でマグネットに吸着される構成であってもよい。

Ｂ−３．変形例３：
配管１８３内に空気を徐々に導入するための大気導入部は、真空逃がし弁１５０に限らず、種々の形態で実現できる。例えば、大気導入部は、配管１８４の途中に設けられた、大気と連通するオリフィスであってもよい。あるいは、大気導入部は、配管１８４に形成された孔であってもよい。

Ｂ−４．変形例４：
上述した真空圧回復装置１００の具体的構成は一例に過ぎず、コントローラ１１０や大気開放弁１３０の具体的構成は、公知の機械的要素を任意に組み合わせて実現することが可能である。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。

１０…真空式下水道システム
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…真空弁ユニット
４０…真空管路
４１ａ〜４１ｅ…順勾配部
４２ａ〜４２ｅ…リフト部
４３…逆止弁
５０…真空ステーション
５１…集水タンク
５２…真空ポンプ
７０…マンホール
７５…空気取込管
１００…真空圧回復装置
１１０…コントローラ
１１１…ケーシング
１１１ａ…内面
１１２…第３室
１１３…第４室
１１４…ダイヤフラム
１１５，１１６…孔部
１１７…第１の孔部
１１８…第２の孔部
１１９…第３の孔部
１２７…内部流路
１２０，１２１…バネ
１２２…マグネット
１２３…シャフト
１２３ａ…第２の弁体
１２４，１２５，１２６…隔壁
１３０…大気開放弁
１３１…ケーシング
１３２…第１室
１３３…第２室
１３３ａ…第１部分
１３３ｂ…第２部分
１３５…ダイヤフラム
１３６，１３７，１３８
１３８…孔部
１３９…空気導入口
１４１…バネ
１４２…第１の弁体
１４３…マグネット
１５０…真空逃がし弁
１６０…逆止弁
１７０…真空圧蓄積槽
１８１，１８２，１８３，１８４…配管

Claims (9)

1. 真空式下水道システムにおいて真空管路内の圧力を回復させるための真空圧回復装置であって、
   第１の圧力以下の圧力が提供された場合に、該圧力を利用して第１の弁体が移動することによって、空気を前記真空管路に導入するための空気流通経路を開き、前記提供された圧力が所定の圧力に上昇することによって、前記移動した第１の弁体が戻り、前記空気流通経路を閉じる大気開放弁と、
   前記真空管路と前記大気開放弁とに接続され、前記真空管路内の圧力に基づいて得られる所定の圧力を前記大気開放弁に提供するための真空圧流通流路と、
   前記真空管路内の圧力が第２の圧力以上に上昇した場合に、該圧力の上昇を利用して第２の弁体が移動することによって、前記真空圧流通流路を開き、前記第２の圧力以上に上昇した前記真空管路内の圧力が所定の圧力に低下した場合に、前記移動した第２の弁体が戻り、前記真空圧流通流路を閉じるように構成された機械式コントローラと、
   前記真空圧流通流路の途中に設けられ、大気と連通する大気導入部であって、前記真空圧流通流路内に空気を徐々に導入し、前記大気開放弁に提供された前記真空管路内の圧力を徐々に上昇させるための大気導入部と
   を備えた真空圧回復装置。
2. 請求項１に記載の真空圧回復装置であって、
   前記第２の圧力は、前記第１の圧力よりも低い
   真空圧回復装置。
3. 請求項２に記載の真空圧回復装置であって、
   前記大気開放弁は、前記第１の弁体が前記空気流通経路を閉じる位置にあるときに、前記第１の弁体または前記第１の弁体に連結された部材を吸着する吸着部を備えた
   真空圧回復装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の真空圧回復装置であって、
   前記真空圧流通流路の途中において、
   前記真空管路内の圧力を蓄積する真空圧蓄積槽と、
   前記真空圧蓄積槽と前記真空管路との間に設けられた逆止弁であって、前記真空圧蓄積槽から前記真空管路に向かう方向にのみ流通を許容する逆止弁と
   を備え、
   前記真空圧蓄積槽および前記逆止弁は、該真空圧蓄積槽および該逆止弁と、前記真空管路と、の連通状態が前記第２の弁体の移動によって閉じられることがない位置に設けられた
   真空圧回復装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の真空圧回復装置であって、
   前記真空圧流通流路の途中には、前記真空管路内の圧力を蓄積する真空圧蓄積槽が設けられていない
   真空圧回復装置。
6. 請求項１ないし請求項５に記載の真空圧回復装置であって、
   前記大気開放弁は、ダイヤフラムによって隔離された、前記所定の圧力が提供される第１室と、大気と連通する第２室と、を備え、
   前記第２室には、前記空気流通経路の一部分として、前記第２室を介して空気を前記真空管路に導入するための空気導入口が形成されており、
   前記第１の弁体は、前記第２室内において前記ダイヤフラムに連結され、かつ、前記空
   気導入口を閉じる位置に付勢されて設けられており、
   前記大気開放弁は、前記第１の圧力以下の圧力が前記第１室に提供された場合に、前記第１の弁体が、前記第１室と前記第２室との圧力差によって前記空気導入口を開く位置に移動するように構成された
   真空圧回復装置。
7. 請求項６に記載の真空圧回復装置であって、
   前記機械式コントローラの内部には、前記真空管路と前記大気開放弁との間の前記真空圧流通流路の一部となる内部流路が形成されており、
   前記機械式コントローラには、
   前記内部流路と大気とを連通させるための第１の孔部と、
   前記真空管路と前記機械式コントローラとの間の前記真空圧流通流路に連通するための第２の孔部と、
   前記大気開放弁と前記機械式コントローラとの間の前記真空圧流通流路に連通するための第３の孔部と
   が形成されており、
   前記第２の弁体は、
   前記第１の孔部と前記第３の孔部とを連通させ、かつ、前記第２の孔部と前記第３の孔部とを連通させない位置に付勢されて設けられており、
   前記真空管路内の圧力が前記第２の圧力以上に上昇した場合に、該圧力の変化を利用して、前記第２の孔部と前記第３の孔部とを連通させ、かつ、前記第１の孔部と前記第３の孔部とを連通させない位置に移動することによって、前記真空圧流通流路を開く
   真空圧回復装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の真空圧回復装置を備えた真空式下水道システム。
9. 真空式下水道システムにおいて真空管路内の圧力を無電力で回復させるための真空圧回復方法であって、
   前記真空管路内の圧力が第２の圧力以上に上昇した場合に、該圧力の上昇を利用して第２の弁体を移動させて、前記真空管路内の圧力に基づいて得られる所定の圧力を提供するための真空圧流通流路を開き、
   空気を前記真空管路に導入するための空気流通経路を開閉する大気開放弁に、前記開かれた真空圧流通流路を介して、第１の圧力以下の圧力を提供し、該圧力を利用して、前記大気開放弁が備える第１の弁体を移動させて、前記空気流通経路を開き、
   記真空圧流通流路の途中に設けられ、大気と連通する大気導入部から真空圧流通流路内に空気を徐々に導入し、前記大気開放弁に提供された前記第１の圧力以下の圧力を徐々に上昇させて、大気開放弁に前記空気流通経路を閉じさせる
   真空圧回復方法。

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