JP6300770B2 - 貯水槽の緊急遮断装置 - Google Patents

Description

地震などの災害や建設工事における事故によって水道の配水管が破損した際、貯水槽と配水管とを遮断し、水道水の流失や道路の陥没などの２次災害を防止するための緊急遮断装置に関する。

水道の貯水槽に設置される緊急遮断装置としては、配水管内の水流を遮断するための遮断弁と、遮断弁を作動させる駆動力を発生する駆動装置と、駆動力を遮断弁に伝達するスピンドルと、配水管の破損又は破損する恐れのような緊急事態を感知し、駆動装置を作動させるための制御信号を送信する制御装置とから構成され、システム化されている装置がある（特許文献１参照）。この装置においては、制御装置は地震や配水管内の過大流量、貯水槽の水等位を感知して、緊急事態発生の制御信号を駆動装置に送信し、駆動装置により遮断弁を作動させることにより、配水管内の水流を緊急遮断して水道水の流出を止めることができる。

緊急遮断に際して、遮断弁を急激に作動させると、ウォータハンマー（衝撃圧）が発生したり、下流に向かって流れる多量の水流の作用により、配水管の上流部に負圧が発生したりして、配水管の上流部の破損という二次災害が発生することがある。そのため、遮断弁の下流側に空気を導入するための空気管を設けて、下流側が負圧になるのを防ぐことが行われている（例えば、特許文献２の図２他参照）。また、特許文献１に記載の緊急遮水装置では、外筒と外筒の内周面に摺動可能に挿入された内筒との組み合わせによるシリンダー弁が遮断弁として用いられ、この遮断弁は貯水槽の底部に設置されている。このシリンダー弁では、内筒の上下移動の高さ位置に応じて弁が開閉することになるが、この弁においても全閉時に生じる弁より下流の配管が負圧になることを防止するために、先端が貯水槽内の水面上に突出する吸気管を外筒に取り付けている（特許文献１の図１〜３、段落［０００９］、［００１０］参照）。

また、特許文献２には、従来用いられていた空気管に替えて、弁箱内の流路を全閉するための弁体（扉体）の上下動作を駆動するスピンドルを中空状に形成して空気供給路とし、弁体の下端に空気噴出口を開口することで、弁体の下端におけるキャビテーションの発生や弁体の下流側背面での負圧の発生を防止することが記載されている（特許文献２の図１他参照）。

一方、貯水槽に設置される緊急遮断装置は、特許文献１のように遮断弁を貯水槽内に水没して設置する場合と、貯水槽外の配水管に設置する場合とがある。しかし、遮断弁のメンテナンスに際して、遮断弁を配水管より取外す場合に、貯水槽内に遮断弁を設置した場合には、遮断弁を取り外しても配水を継続することが可能であるが、貯水槽外の配水管に遮断弁を設置する場合には、貯水槽からの配水を継続して、断水を避けるためのバイパス管を設ける必要があり、遮断弁の設置スペースに加えてバイパス管設置スペースも確保する必要がある。また、貯水槽が屋外の場合には、配水管路が地中埋設となるために、遮断弁はピットを設けて設置する必要があり、貯水槽の周囲に大きな設置スペースを確保する必要がある。設置工事の際は断水工事となるが、断水できない場合には経費の掛かる不断水工事を余儀なくされる。貯水槽の周囲に設置スペースが確保できない場合には、緊急遮断弁の設置を断念せざるを得ず、緊急遮断弁を貯水槽外に設置するには制約が多い。

それに対して、貯水槽内に遮断弁を設置する場合は、貯水槽の周囲に設置スペースを確保する必要がなく、また遮断弁のメンテナンスを行う際は潜水作業が必要になるもののバイパス管を設ける必要がない。また、既設の貯水槽への設置工事の場合でも、貯水槽が運用状態のまま、潜水作業で対応することで、断水する必要がなく、導入のための制約が少ない。そのため、緊急遮断装置としては、貯水槽内に遮断弁を水没させて設置することが好ましい。

緊急遮断装置の遮断弁としては、弁体の上下動作により流路を開閉するゲート弁やシリンダー弁が用いられることが多い。しかしながら、上記のように導入に制約の少ない貯水槽内にこの形式の遮断弁を設置する場合には、本願発明の参考例である図２の模式図に示すように貯水槽１の下部内側に設置された遮断弁２０と、貯水槽１の上部外側に設置された駆動装置２１とをスピンドル２２で連結して、弁体の上下動作をさせることになる。この場合、駆動装置２１の上下動作出力はスピンドルを介しての弁体に伝達されるため、スピンドルの長さ方向には圧縮荷重が加えられる。また、スピンドルは貯水槽の高さ（水深）に相当する長さが必要であり、加えられる圧縮荷重により、スピンドルが座屈することが多い。このようなスピンドルの座屈を避けるためには、本願発明の参考例である図４の側面説明図に示すように、必要な間隔で複数の支持アーム２０７を設けてスピンドル２０３を支持して、座屈を防止することが必要となる。この支持アーム２０７は、スピンドル２０３の上下動作を妨げないように、取付け位置の精度を厳格に行う必要があり、設置工事は手間や経費の掛かる工事となる。

また、既設の貯水槽に遮断弁を設置する場合は、水道用の貯水槽内は有毒物の溶出が非常に少ない防水塗料が施されており、上記の支持アーム２０７を取り付けるためにアンカーボルトを取り付けることに制限があるだけでなく、施工後に再塗装を必要とするので、一旦断水し、水槽を空にしてから再塗装を施し、再度貯水する前に消毒と水質検査を行わなければならず、施工における負担が大きい。

このような支持アームを使用せずにスピンドルの座屈を防ぐためには、スピンドルに十分な座屈強度を確保する必要があり、直径の非常に太いスピンドルとなるため重量がかさみ、大きな駆動力を要することから現実的ではない。

また、貯水槽内に遮断弁を設置する場合には、本願発明の参考例である図２や図４に示すように遮断弁の下流側の配水管に、上端の吸気口２５、２０４が水面上に突出するように通気管２６、２０５をスピンドル２２、２０３と平行に設置し、下流側の配水管３、１００が負圧になるのを防止している。遮断弁を貯水槽内に設置することは、前記したように好ましいものではあるが、このように貯水槽の下部から水面上に達する通気管をスピンドルと併設する必要がある。

これに対して、前記したように、特許文献２には、スピンドルを中空状として、スピンドルと通気管とを兼用させることが記載されている。しかしながら、特許文献２に記載のバルブは弁体（扉体）の下端におけるキャビテーションや弁体の振動を防止するために、弁体の下端に空気噴出口を設けており、管路を閉止していない通常の使用状態（弁の開度が大きい状態）において、流水のエゼクタ効果による管路への空気の連行があり、空気溜まりによる流路障害の発生や流量計の指示の乱れが起こることがある。

特許第３７４０１９２号公報 特開２００２−１８８７３５号公報

本発明の緊急遮断装置にて解決しようとする課題は、前記したように、緊急遮断装置として好ましい装置である、遮断弁を貯水槽内に水没させて設置する装置において、スピンドルの座屈の発生を防止するために直径の太いスピンドルの使用や支持アームを設置することがなく、緊急遮断時に遮断弁の下流側の配水管におけるウォータハンマーの発生や負圧の発生を防ぐ緊急遮断装置を提供することである。

本発明の緊急遮断装置は、貯水槽の下部内側の配水管に設置された遮断弁と貯水槽の上部外側に設置された駆動装置とがスピンドルにて連結され、遮断弁は弁体の回転動作により流路を開閉するものであって、回転動作は駆動装置によりスピンドルに加えられる回転トルクにより行われ、スピンドルは中空管で構成され、スピンドルの駆動装置との連結部近傍には吸気口が設けられ、スピンドルの遮断弁との連結部近傍には送気口が設けられ、下流側の配水管の遮断弁近傍には注気口が設けられ、送気口と注気口とはフレキシブルチューブにて連結され、前記吸気口から吸入された空気がスピンドルを経由して下流側の配水管に注入可能であることを特徴とする。

上記緊急遮断装置では、制御装置から緊急事態発生の制御信号を受信して起動する電動機により回転トルクを出力する駆動装置が好ましく、また、駆動装置から加えられた回転トルクを弁体に伝えて、弁体を回転させるスピンドルを中空管とし、貯水槽の外側となる駆動装置との連結部近傍に空気を取入れるための吸気口を設け、スピンドルの中空部に空気を通気させ、遮断弁の下流側の配水管に空気を注入する構造となっている。そして、遮断弁は弁体の回転動作により流路を開閉する弁のため、スピンドルから配水管への通気経路はフレキシブルチューブとしている。

また、貯水槽の水深が大きく、長いスピンドルが必要な場合などでは、スピンドルとして複数の中空管を用い、各中空管相互の連結部に通気管を取り付けて、スピンドル全体を通気可能として構成することもできる。

前記した弁体の回転動作により流体の流路を開閉する遮断弁としては、ボール弁やバタフライ弁を用いることができるが、バタフライ弁を用いることが好ましい。

また、前記吸気口には、先端が開口部である吸気管が、スピンドルに対して横向きに突出して取り付けられており、先端の開口部には、網部材が取り付けられ、防虫網や防塵網となっていることが好ましい。

本発明の緊急遮断装置では、中空管で構成されるスピンドルを経由して、下流側配管に空気を注入できるため、従来の貯水槽の下部から水面上に達する長さの通気管を設置する必要がない。さらに、遮断弁としてバタフライ弁等の弁体の回転動作により流体の流路を開閉する弁を用いているため、スピンドルに回転トルクを加える必要はあるが、圧縮荷重は加えられないため、座屈の発生を考慮する必要がなく、スピンドルが長くなっても支持アームを設置する必要がなく、施工費用を大幅に低減することができる。また、弁体の回転動作は、駆動装置によりスピンドルを経由して伝達される回転トルクにより行われるため、スピンドルの長さが長くなっても、スピンドルのねじれ角度が若干大きくなるが伝達される回転トルクの大きさは変わらないことから、回転トルクに対するスピンドルの強度は長さの影響を受けず、長いスピンドルの使用が可能である。

そして、駆動装置として、制御装置から緊急事態発生の制御信号を受信して起動する電動機により回転トルクを出力し、スピンドルに回転トルクを加える装置を用いることにより、制御装置には各種の検知装置を接続することができるため、緊急事態発生の場合に確実に駆動装置を起動することができる。

また、スピンドルとして複数の中空管を用いることにより、寸法の長い中空管を用いることなく、長い寸法のスピンドルも構成することができる。そして、スピンドルに通気機能を持たせるための中空管の使用は、回転トルクに対する強度を確保しつつ、軽量化することにも寄与する。

遮断弁をバタフライ弁とすることは、小さい回転トルクで弁の開閉を可能とし、さらに弁として厚さ寸法が小さく軽量となり、小口径から大口径の配水管に適応でき、配管設計や施工工事の合理化に寄与することができる。

吸気口に吸気管をスピンドルに対して横向きに突出して取り付けることは、この吸気管の向きを確認すれば、貯水槽の外側から弁の開度を確認することができる。さらに、コンプレッサーなどを利用して、この吸気管に圧気を送り込む際の圧力を計測することで、空気の注入経路が維持されているかを点検することが可能となる。また、先端の開口部に網を取り付けた場合には、防虫網や防塵網として機能させることができる。

本願発明の緊急遮断装置の模式図である。 参考例としての従来の緊急遮断装置の模式図である。 緊急遮断装置の実施例の側面説明図である。 緊急遮断装置の参考例の側面説明図である。

本発明の緊急遮断装置の実施の形態を図に基づいて、以下詳細に説明を行う。

図１は本願発明の緊急遮断装置の模式図であって、貯水槽１の下部に設けられた配水管３に接続する配水網の破損４が発生した場合に、緊急事態発生の制御信号を発信する制御装置１３は、緊急遮断装置の駆動装置１１と制御信号の受発信可能に接続されている。配水管３の貯水槽1の下部内側の場所に設置された遮断弁１０は、貯水槽１の上部外側に設置された駆動装置１１とスピンドル１２にて連結している。遮断弁１０は弁体の回転動作により流路を開閉するものであって、制御装置１３からの制御信号を受けた駆動装置１１からスピンドル１２に加えられた回転トルクにより、弁体を回転動作させ流路を閉鎖し、配水管３の水流を遮断する。

図1において、スピンドル１２は中空管により構成され中空となっており、スピンドル１２の駆動装置１１との連結部近傍に設けられた吸気口１４は外部の空気Ａを吸気管１５経由にて吸入することができ、吸入された空気は、図の矢印に示されるように、スピンドル１２の中空部を経由し、スピンドル１２の遮断弁１０との連結部近傍に設けられた送気口１７からフレキシブルチューブ１６を経由し、配水管３の遮断弁１０の近傍に設けられた注気口１８より配水管３に注入できる。したがって、遮断弁１０が緊急遮断され、配水管３が負圧になった場合には、この経路にて吸い込まれた空気が配管３に注入され、管内の負圧が緩和され、緊急遮断に伴うウォータハンマーの発生や負圧の発生を防ぐことができる。

図２は従来の緊急遮断装置である参考例の模式図であり、前記したように緊急遮断時に下流側の配水管３の管内が負圧になるのを防止するためには、上端の吸気口２５が水面上に突出するように通気管２６が、遮断弁２０と駆動装置２１とを連結するスピンドル２２とは別個に設置することが必要である。緊急遮断装置の参考例である図４においても、同様に通気管２０５の設置が必要である。

図３は本願発明の実施例の一部断面の側面図であり、高さ方向の中間部分の一部を省略している。本実施例では、バタフライ弁を遮断弁１０３として使用し、貯水槽内１の水流Ｗを吸い込む上流側の配水口１０１と下流側の配水管１００の間に設置されている。遮断弁１０３と駆動装置１２０とは中空管で構成される連結した２本のスピンドル１０４、１０５にて連結され、駆動装置１２０よりスピンドルに加えられる回転トルクにて遮断弁１０３の弁体を回転させ、流路を開閉する。本実施例においては連結した２本のスピンドルにて、貯水槽１の上部外側に設置した駆動装置１２０と貯水槽１の下部内側に設置した遮断弁とを連結しているが、長い１本の中空管を用いても、または２本を超える複数の中空管を用いてもよく、必要な長さを考慮して適宜選択することができる。本実施例においては、２本の中空管を用いて、スピンドル１０４とスピンドル１０５との連結部１１３の近傍にそれぞれ通気口１１４を設けて、各通気口１１４を通気管１１５にて連結し、それぞれのスピンドルを、互いに通気可能としている。

また、スピンドルの上部を構成するスピンドル１０４の駆動装置１２０との連結部１１１の近傍には吸気口１０６が設けられ、さらに先端が開口部である吸気管１０７がスピンドルに対して横向きに突出して取り付けられている。本実施例では、ソケットを設けて吸気口１０６とし、さらにエルボを吸気管１０７として取り付けている。さらに、スピンドルの下部を構成するスピンドル１０５の遮断弁１０３との連結部１１２の近傍には送気口１０８が設けられている。そして、配水管１００と遮断弁１０３とをニップル付の短管１０２にて接続し、このニップルを下流側の配水管１００の遮断弁近傍の注気口１１０として機能させて、さらに送気管１０８と注気口１１０とはフレキシブルチューブ１０９に連結されている。以上の構成により、吸気管１０７を介して吸気口１０６から吸入した空気は、連結管１１５にて互いに通気可能となっているスピンドル１０４とスピンドル１０５を経由して、注気口１１０から下流側の配水管１００に注入可能となっている。

上記吸気管１０７の先端の開口部を図３で示すように下方に向けることで、塵埃などが落ち込むことを避けることができる。そして、先端の開口部に網部材を取り付け、防虫網や防塵網とすることができ、網部材としては、金属製や合成樹脂製の各種スクリーンを用いることができる。そして、吸気管１０７はスピンドル１０４に対して横向きに突出するように取り付けられており、この吸気管１０７の方向を確認することで。貯水槽の外部から弁の開度を確認することができる。

駆動装置１２０は、スタンド１２４の上部に取り付けられた電動機１２１とそれに連結し、軸受１２３を介してスタンド１２４に取り付けられた出力軸１２２とから成り、出力軸１２２とスピンドル１０４とは連結部１１１にて連結されており、駆動装置１２０による回転トルクはスピンドル１０４に加えられる。この回転トルクはさらに、スピンドル１０５を介して、遮断弁１０３に加えられ、弁体が回転動作をすることにより、弁の開閉が行われる。遮断弁１０３の開閉動作はスピンドル１０５の回転動作と連動し、送気口１０８と注気口１１０の位置関係は最大で９０°ずれることになるが、この両者の連結はフレキシブルチューブ１０９にて行われているため、遮断弁の開閉操作はスムーズに行うことができる。フレキシブルチューブとしてはステンレスなどの金属製以外にも各種のゴムチューブや軟質合成樹脂チューブを用いることができる。

１：貯水槽
２：水面
３：配水管
４：配水管網の破損
１０、２０：遮断弁
１１、２１：駆動装置
１２：スピンドル（中空）
１３：制御装置
１４：吸気口
１５：吸気管
１６：フレキシブルチューブ
１７：送気口
１８：注気口
２２：スピンドル
２５：吸気口
２６：通気管
２７：注気口
１００：配水管
１０１：配水口
１０２：短管
１０３：遮断弁
１０４、１０５：スピンドル（中空）
１０６：吸気口
１０７：吸気管
１０８：送気口
１０９：フレキシブルチューブ
１１０：注気口
１１１、１１２、１１３：連結部
１１４：通気口
１１５：通気管
１２０：駆動装置
１２１：電動機
１２２：回転出力軸
１２３：軸受
１２４：スタンド
２０１：遮断弁
２０２：駆動装置
２０３：スピンドル
２０４：吸気口
２０５：通気管
２０６：注気口
２０７：支持アーム
Ａ：空気流 Ｗ：水流

Claims (6)

1. 貯水槽の下部内側の配水管に設置された遮断弁と貯水槽の上部外側に設置された駆動装置とがスピンドルにて連結され、遮断弁は弁体の回転動作により流路を開閉するものであって、回転動作は駆動装置によりスピンドルに加えられる回転トルクにより行われ、スピンドルは中空管で構成され、スピンドルの駆動装置との連結部近傍には吸気口が設けられ、スピンドルの遮断弁との連結部近傍には送気口が設けられ、下流側の配水管の遮断弁近傍には注気口が設けられ、送気口と注気口とはフレキシブルチューブにて連結され、前記吸気口から吸入された空気がスピンドルを経由して下流側の配水管に注入可能であることを特徴とする貯水槽の緊急遮断装置。
2. 前記駆動装置は、制御装置から緊急事態発生の制御信号を受信して起動する電動機により回転トルクを出力することを特徴とする請求項1に記載の緊急遮断装置。
3. スピンドルが連結された複数の中空管で構成され、各中空管相互の連結部には通気管が取り付けられ、スピンドル全体が通気可能であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の緊急遮断装置。
4. 前記遮断弁はバタフライ弁であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の緊急遮断装置。
5. 前記吸気口には、先端が開口部である吸気管がスピンドルに対して横向きに突出して取り付けられていることを特徴とする請求項1〜４のいずれか一項に記載の緊急遮断装置。
6. 前記開口部には、網部材が取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の緊急遮断装置。

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