JP6244572B1 - 災害時水道用貯水槽 - Google Patents

Abstract

【課題】 大胴、短胴長の自由水面を有する貯水槽内部の水を、できるだけ少ない給水量で入れ換える事ができる構造についての発明である。【解決手段】 タンク中心に上下方向に伸びるセンターパイプを設け、センターパイプは上下２槽に分けて上槽を流出用、下槽を流入用とし、上槽には流入管を天板又は、側板を貫いた後、横から接続し、下槽には給水出口外管を天板を貫いた後、横から接続し、給水出口外管の内部には水中ポンプを仕込み、水中ポンプ出口に給水出口管を接続し、タンク外部で給水出口外管を貫いて外部に取り出す。センターパイプ上槽の上端を内部に整流板を持った略球形とし、その表面に多数の穴を開けて、そこから全方向に噴射させてタンクに流入させる。下槽の下端は、底板の方向に向けた複合ラッパ状の板の中心に接続し、ラッパの内部に多重の整流板を通してセンターパイプ下槽を通して導いた後、流出させる事を特徴とする貯水槽。【選択図】図１

Description

本発明は災害時に飲料水を確保するため、水道管の途中に設置する飲料水用の貯水槽に関するものである。

従来の災害時水道用貯水槽は横型で細長い形状で、入口管と出口管を両側にもうけ、穴開き管を配位置したりタンクの途中に仕切り板を数枚取付けたり、水の流れを仕切り板で仕切り、多段パスで通したりして、水の入れ替わりを促進する方法が提案されている。

特開２００９−２６４０９８号公報 特開昭５７−１３３８８１号公報 特開２０００−６４３７０号公報 実公昭６０−２０６８７号公報 実公平３−２９４２１号公報 特許第３０５９９７８号公報 特許第３１９０８２３号公報 特開平１１−３５０５４４号公報 実公昭６３−６４６９３号公報 特許第３５３２３２６号公報 特許第５４２７１４６号公報

従来の発明の貯水槽は小径、横長であるため、内部の混合が少なく、入れ替わりに対しては有利に働く形状であったが、本発明の貯水槽は地上式の立型の自由水面式であり、安定を保つためにタンクを長くすることができず、胴を太く長さを短くした形状とせねばならない。そのため、内部で速い中央部分と遅い内壁部分で流れの分離が起こり従来の方法では満足できる水の入れ替わりを達成することができない。地上式の貯水槽では流出管がタンク下部に取付けてあり、流出管が損傷するとタンク内の水が流出してしまう。そこで給水を遮断する弁を取付けて、水が流出するための防止対策を講じねばならなかった。このため導入コストが高くなり、メンテナンスも必要であった。
又、地震時に出口配管損傷の影響を受けない為には、流出管を天板から取り出す必要があった。さらに、自由水面の持つ水頭圧しか送水圧を得られず、据付場所が高低差のある場所に限られると言う欠点があった。

本発明は、大径短胴長のタンクでも短時間で水の入れ替わりを達成することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するため、両端を板で閉止し円筒又は角型で、自由水面を有する貯水槽において、給水の取り出しを天板又は、側板上部から取り出せば、地震時に配管が損傷してもタンク内の水が流出することがない。そこで、給水の取り出しには水中ポンプを使い動力で取り出すこととする。又、ポンプを使うことにより送水側を加圧できることになり、据付場所を選ばず水の供給が可能となる。給水の流出管は、外管と内管の２重管とし、外管内に水中ポンプを設置し、内管に水中ポンプ出口口を接続し、流出させる。タンク内の循環を保つため、タンク中心に上下に伸びるセンターパイプを設け、板で仕切って上槽と下槽の２槽に分け、上槽を流入口、下槽を流出用として使い、上槽の上端は、天板の手前で、略球形の多数の穴開き流出口とする事により、全方向に同時に噴出させるようにしてある。

この穴から噴出させる事により全方向で同時に減速させ、さらに水面や側板に当てて減速することによりタンク内部の流れを早く層流として流体間の混合を防止するようになっている。特に、流量の少ない場合は、略球形の噴出球の内部に略半球形の整流板を設けて均等に噴出するようにする。

外部からの給水入口管は天板又は、側板上部を貫通した後、センターパイプ上槽の横から接続し流入させる。給水の流出は、底板の方に向けたラッパ状の板の内部より流出させる。このラッパ状の板は外周のヘリを折り返して逆のラッパ状として流出の流路形状をベンチュリー状として、その折り返し部に等間隔の穴を中心の方向に向けてもうけて、穴間はプレートで仕切る。これは、タンク周壁部で遅くなった流れを速くしようと、逆ラッパ状の板の径を大きくして周壁に近づけると、中央部の流れが悪くなり、又、径を小さくすると中央部の流れが速くなり、又、流量によっても変化してしまう。この時の流れのバランスを取るため、ラッパ状と逆方向のラッパ状の板の谷部に流れを集め、そこに穴をもうけて流し、コントロールする。この時、ベンチュリ効果により流速が早い方の流れは遅い方の流れを吸引し、バランスを取ってくれる。
センターパイプ下槽下端の給水出口口の周囲には円筒状の穴開きプレートを配位置し、タンク内の流れを整流する補助をさせている。流量が少ない場合は２重としてもうけ、さらなる少流量の場合には３重として効果を保つようにする。
外部への流出はラッパ状の板の中心に接続したセンターパイプ下槽から流出させる。
センターパイプ下槽に給水出口外管を横から接続し天板を貫通して外部に取出し、その内部に水中ポンプを仕込んで動力で流出させる。給水出口外管を天板から取り出すことによりタンクの水を抜かずに水中ポンプを引き出せるので、修理や取替えが簡単にできる。

給水を減速させる方法としてラッパ管を鏡板内面の方向に向けて鏡板にぶつける方法や両端を閉止した円筒状の穴開きプレートを通して鏡板と平行に噴出させて行う方法等が提案されているが、本発明では水面に給水入口口から全方向同時に噴出させるが、当然流れ方向の噴出量が多くなり、流れ方向と逆の方向の噴出量が少なくなる。

流れ方向に噴出した流れは、水面を持ち上げ重力で減速させかつ反転させる。流れ方向と直角方向や、逆の方向の噴出による流れは、流れ方向の噴出によって、その周囲に生ずる循環流を防止する作用があり、内部混合を阻止する作用がある。これらの作用により入口管より噴出した乱流の流れは、すばやく層流の流れに変更され、内部で混合や分離することなく、出口の方へ流すことができる。又、前記流れ方向と逆方向の噴出量の違いを穴径や数を流入方向と流入と直角方向と、流入と逆方向で変更して噴出量を変えることにより流れを最適化することができる。

一方出口の形状は、この層流の流れを乱すことなく、かつできるだけ均等に集めて流出させる方法が必要である。その方法として底板の方向に向けた複合ラッパ状の板を流出管口の直前にもうけ、そのラッパ状の板の内部のセンターパイプ下槽の下端の流出口の周囲に円筒状の穴開き板をもうける。この円筒状の穴開板は流量が少なくなると効果が弱くなるため２重とすることにより効果を回復させることができる。さらに、少流量で使用するには３重とする必要がある。

ラッパ状の板とそのヘリを折り返して逆のラッパ状として流路形状をベンチュリ状となるようにして、その折返し部の谷部分に等間隔の穴を開け、かつ、穴間に仕切りを入れることにより、逆のラッパ板の大小による流れの不均等や流量の大小による流れの不均等を自動的に修正する効果がある。これは流路形状がベンチュリ状となっているためで穴からの噴流側とラッパ板の流路側のうち、速い方の流れが、遅い方の流れを吸引することによる。以上のように、入口側の形状と出口側の形状の組合せにより水の入れ換わりを促進する。又この発明は横形のタンクにも応用することができる。

外部配管の取り回しに対しても、本タンクでは出入口管がタンク頂部に集中しているため配位置しやすく、地震が発生すれば、水中ポンプは感震器で停止させる事に加え、本タンクと接続される出口外部配管が地震で損傷した場合でも出口配管はタンク頂部にあり、空気弁（配管内が負圧になると空気を導入する弁）を取付ける事により自動的にタンク内部の水は確保され、従来のタンクで下部に接続された配管では必要となる遮断弁は不要であり、導入コストとメンテナンス費を低減することができる。

先行技術文献で問題となっているようにタンク内水の温度と、給水の温度の差が、内部の流れを分離するように働くが、タンクを立型としてやれば各温度の層は流れ方向に対し直角方向となり、温度による比重差の影響を受けにくい。

本発明の実施形態を示す貯水槽の断面図 板のへりに逆向きのラッパ状の板を付けたラッパ状の板の拡大図 センターパイプ上槽端に取付ける噴出球形部の拡大図 噴出球内部の整流板詳細図 センターパイプ上槽端に取付ける噴出半球形部の拡大図 噴出半球内部の整流板詳細図

図１において給水入口管（２）は天板を貫通した後、タンク内部を下がってセンターパイプ上槽（１５）に横から接続している。センターパイプは上槽（１５）と下槽（１６）に閉止板（１７）で分けられており、上槽（１５）を流入用、下槽（１６）を流出用としている。
給水出口外管（５）はセンターパイプ下槽の横から取出し上方に上がって天板を貫通して外部で閉止している。給水出口外管（５）の内部には水中ポンプ（３７）を仕込んでおり、水中ポンプ出口管（６）は外管の中を通って上方に上がって外管（５）の閉止板（３８）を貫通して外部に取出す。センターパイプ上槽の上端は水面（２１）の手前で略半球形（３）の流出口としており水面に向かって噴出させ、水面（２１）の重力により反転させる。
センターパイプ下槽（１６）は底板（１８）の方に向けて伸ばした後、円錐状に広がり、さらにヘリを折返して角型で逆方向を向いた複合ラッパ状となっている。複合ラッパ状の板（７）の折り返し部の所に中心方向に向け一定間隔で円周上に穴（８）を開け、その穴間には、複合ラッパ状の板と底板との間に仕切板（９）を流れ方向に沿って立て、折り返し部からラッパ状の板にかけて放射状に設け、穴と仕切板とラッパ状の板の間から流出させる。その後、円筒状の穴開板を１重（１２）又は２重（１１）に設け流れを整流し複合ラッパ板中心に集める。複合ラッパ状の板（７）の中心上部にセンターパイプ下槽（１６）が接続されている。複合ラッパ状の板の中心に集められた給水をセンターパイプ下槽（１６）に流出させ、給水出口外管（５）に流出させる。給水出口外管（５）の内部には水中ポンプ（３７）が仕込まれており、水中ポンプにより増圧されて水中ポンプ出口に接続された流出管（６）を通して外部に流出させる。
図２に流出外管と複合ラッパ板（７）の拡大図、図５に噴出半球（３）の拡大図を示す。
図５において、図１のセンターパイプ上端の噴出部を、半球（３）とラッパ管（１３）に分けた形状にしており、この内部にも半球形の整流板（３４）も追加して拡散の補助をさせる。又、噴出半球の製作に当っては穴開き板を展開切断して曲げ加工した数分割したものを地球儀のように組立てたものを使用しても何ら問題とはならないし、コストダウンにもつながる。
図３、図４には球形の噴出部を示す。横方向の噴出断面積を増やしており、流量が多い場合に使用する。このタンクには、水面（２１）があり、気相部分があるため、空気の出入りを受け持つ通気口（２４）が必要となるが、タンク内部の水の殺菌剤である次亜塩素酸は気相部で蒸発し、通気口から外部に放出され、タンク内で水の入れ換わりが遅いと、その必要な濃度０．１ｍｇ／ｌ以上（水道法）が保てなくなってしまう次点がある。そこで、このタンクには、一定の正圧力までは開かず、一定の負圧力まで開かない常時閉止型通気口を取付ける必要がある。これにより、一定の圧力までは、次亜塩素酸のガスを外部に放出することがなくなり、水中の次亜塩素酸濃度の低下を最小限に抑えることができる。
ここで、次亜塩素酸の放出を抑えたことにより、気相部分での次亜塩素酸濃度が高まり、天井部や側面に付着した水滴に次亜塩素酸ガスが再吸収され、濃縮されてタンク素材を腐食させる欠点が生じる。そこで、水圧の高い液相部は強度の出る溶接構造とするが、水圧の低い気相部から水面にかけては、強度をあまり必要としない為、パッキンを挟んだボルト組立て構造として、溶接はできないが、次亜塩素酸に強い樹脂や異種金属と組合わせて使用することにより解決することができる。

１ タンク
２ 給水入口管
３ 噴出半球
４ 噴出穴
５ 流出外管
６ 流出管
７ 板のへりに逆向きの角形のラッパ状の板を付けたラッパ状の板（複合ラッパ板）
８ ７の板に開けた等間隔の穴
９ ７の板に付けた等間隔の穴間の仕切板
１０ 噴出球
１１ 給水出口前の穴開き円筒状
１２ 給水出口前の穴開き円筒板の外側の穴開き円筒板
１３ 噴出部ラッパ管
１４ 上部天板
１５ センターパイプ上槽
１６ センターパイプ下槽
１７ センターパイプ閉止板
１８ 下部底板
１９ 基礎
２０ 空気弁
２１ 水面
２３ 側面
２４ 常時閉止型通気口
２５ マンホール
２６ 気相部
２７ 次亜塩素酸に強い材質の板（液相部の材質とは溶接できない異材）
２９ 次亜塩素酸に強い材質側のフランジ
３０ ガスケット
３１ 通常の材質側のフランジ
３２ ボルト・ナット
３３ 内側整流板である半球形板の頂部に開いた穴
３４ 外整流板の穴
３５ 内整流板の穴
３６ 液相部
３７ 水中ポンプ
３８ 給水出口外管の閉止板

Claims (7)

1. 両端を板で閉止した円筒型又は、角型で内部に自由水面を有する貯水タンク（１）において、タンク中心に上下方向に伸びるセンターパイプを設け、前記センターパイプは閉止板（１７）を設けて、上槽（１５）と下槽（１６）の２槽に分けており、上槽を流入用、下槽を流出用とし、前記センターパイプの上槽には、外部からの給水管（２）がタンク天板（１４）又は側板上部（２３）を貫いた後、横から接続しており、ここから給水をセンターパイプに送り込み、上端（３）を流入口としてタンク内に給水を流入させ、一方、センターパイプの下槽の下端は底板の方に向けて伸ばした後、円錐状に広がりさらにヘリを折り返したラッパ状の板（７）となっており、前記ラッパ状の板の折り返し部に一定間隔で穴（８）を開け、前記穴間に前記ラッパ状の板とタンクの底板との間に仕切り板（９）を流れの方向に沿って立て、前記仕切り板は折り返し周辺に放射状に設け、水流は前記穴を通り、前記仕切り板の間から流出させた後、円筒状の穴開きプレート（１１）（１２）を通って、センターパイプ下槽（１６）に集め、前記センターパイプ下槽の横に給水出口外管（５）を接続し、前記給水出口外管は天板を貫いたのち外部に出て閉止板（３８）で閉止されており、前記給水出口外管内部に水中ポンプ（３７）を仕込み、水中ポンプ出口管（６）は前記給水出口外管（５）の内部を通って上端の閉止された板（３８）を貫通して外部に取り出し、タンク内の水を流出させる事を特徴とする貯水タンク。
2. 前記センターパイプ上槽の上端の流入口を略球形とし、前記略球形の表面に多数の穴を開けた事を特徴とする請求項１記載の貯水タンク。
3. 前記センターパイプ上槽の上端の流入口を、流れ方向にラッパ状に広げた後、略半球形状とし前記略半球形の表面に多数の穴を開けた事を特徴とする請求項１記載の貯水タンク。
4. 前記センターパイプ上槽の上端の流入口を略球形の整流板（３４）とし、その外側に略球形の整流板（３）を給水入口内管の中心線上の流入口側に取付けられており、前記２枚の整流板の表面に多数の穴を開け、前記内側の整流板（３４）の頂部に回りの穴より大きな穴を開けた事を特徴とする請求項１記載の貯水タンク。
5. 前記貯水タンクの気相部に一定の正圧力までは開かず、一定の負圧力まで開かない、常時閉止型通気口を取付けた事を特徴とする請求項１記載の貯水タンク。
6. 前記貯水タンクの水圧の高い液相部は溶接構造とし、水圧の低い気相部から水面にかけては、液相部と溶接ができない異材として、パッキンを挟んだ、ボルト組立て構造とした事を特徴とする請求項５記載の貯水タンク。
7. 前記給水出口外管を２本として、信頼性を向上させた事を特徴とする請求項１記載の貯水タンク。

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