JP6504505B2 - 災害時水道用貯水槽 - Google Patents

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多数枚取付けたり、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。又、地下式の貯水槽では地震時に給水を遮断する弁を取付けて、タンクと接続する外部配管が損傷した時に内部の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。

本発明は、大径短胴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、両端を鏡板で閉止した円筒立型の貯水槽において、給水の入口と出口を、鏡板の中央部に、かつ一箇所にまとめるため２重管とし、その内管を給水入口内管とし、外管と内管のすきまを流出管とする。給水入口内管は２重管部のある一方の鏡板から他方の鏡板方向に伸して他方の鏡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、流入部を除いた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、さらに鏡板や胴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１枚、さらなる少流量の場合には、２枚もうけて均等に噴出するようにする。

しかし、タンク内部の流れが層流となると、タンク中心部で流れが早く、タンクの胴板内壁付近では遅くなり、古い水を新しい水で均等に水平に押し出すことができなくなるので中心に通る給水入口内管に円形状のバッフル板を一定間隔で取付けて、中心部の流れにブレーキをかけて、均等な速さの流れになるよう修正するようになっている。

給水出口管は出口管を接続した鏡板の方向に向けたラッパ状の板の内部より流出させる。ラッパ状の板のヘリと鏡板との間の流路は締って流速を上げて流出させる。又、特に小流量しか流れない場合は、ラッパ状の板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状として、その折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。
給水出口２重管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ますが、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。

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、本発明では鏡と同じような曲率の球状の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、鏡板に同時に当たりさらに減速させかつ反転させる。流れ方向と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、又噴出球の背後にバッフルプレートを追加することにより循環流を遮断し、混合を防止する効果を高めることもできる。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流出させる方法が必要である。その方法として鏡板の方向に向けた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。
流出管の手前まで来た水はラッパ状の板のヘリと鏡板のすきまより流出させることにより流速を上げ、その後穴開き板を通すことにより、２重管の外管と内管の間の流れの不均等を修正し、ラッパ状のヘリの流れを均一に近づける効果がある。

又、特に小流量の場合は、ラッパ状の板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ものや、自由水面を持った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の一箇所に集中しているため配位置しやすく、また、本タンクと接続される外部配管が地震で損傷した場合でも出入口配管はタンク頂部にあり、空気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ない。地上式のタンクでは太陽で加熱されるためタンク内の温度の方が給水温度より、必ず高くなっており、温度差が激しい。本タンクでは立型であり、しかも、温度が低く比重の重たい給水を底から入れていくため、比重差を有効に利用して、タンク内の水の入れ換わりを促進できる構造でもある。

本発明の実施形態を示す貯水槽の断面図（入口球形タイプ） 本発明の実施形態を示す貯水槽の断面図（入口半球形タイプ） 給水入口内管端部の球形部の拡大図 流入、流出２重管とラッパ板と穴開きプレートの拡大図 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 自由水面を持ったタンクへの応用例１ 噴出球の外形図 噴出球内部の外側整流板詳細図 噴出球外部の外側整流板の内部にある内整流板詳細図 流入・流出２重管とラッパ板と３重の穴開きプレートの拡大図 自由水面を持ったタンクへの応用例２ 板のヘリに逆向きの角形ラッパ状の板を付けたラッパ状の板

図１において円筒立型のタンク１の上部の２重管６の内管である給水入口内管１４に給水入口管２が接続されておりタンクの中心を上から下に向かって入口内管１４は伸びており、その端にはほぼ球形の噴出球３が取付けられており、その球状の表面には多数の穴４が開けられている。この穴は大きさや数を変えて噴出量を方向によって変化させることもできる。

流出管５もタンク１の上部にもうけられており、給水入口内管１４と流出２重管の外管６は同じ位置にあり流入と流出が行われる。流出管５は２重管の外管６の上側に接続されておりこの２重管外管６の内周のタンク内側にはラッパ状の流出板７と円筒状の穴開き板８が配位置されており、ラッパ状の流出板７の端はタンクの上部鏡板１３に近づけており、一度せまく、しぼって流出口９を開口している。内部の流れがより小流量となる場合は図５に示すようにこのラッパ状の流出板７のへりを折返し、逆方向を向いたラッパ状の板を取り付けたラッパ状の板２６とし、その折返し部に、一定間隔で穴２７を開けて、その穴間に仕切り板を入れる。これにより、流出路をベンチュリに近い形状としている。

図３に噴出球３の拡大図、図４に流入、流出管とラッパ板と穴開きプレートの拡大図を示す。図２においては図１の流入管の端部の噴出球を、半球１０とラッパ管１１にわけた形状にしており、この事により製作が簡単となりコストダウンを企ることができる。又、噴出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ないとはならないし、コストダウンにもつながる。

又さらなる内部混合を防止するための方法として流れ方向にタンク中心の給水入口内管から放射状に仕切り板３０を入れて流れ方向と直角方向の混合を防止する。他の形状は図１と同様である。
噴出球１から噴出する流れを少流量であっても、球全表面からできるだけ均等に噴出させるため、噴出球内部に多数の穴の開いた内整流板３と外整流板２の２重の整流を取付ける。内整流板３と外整流板２の略半球形板の頂部には回りの穴より大きな穴を開け、その穴は、外整流板の穴４より内整流板の穴５の方が大きな穴としている。流出管６より入って来た流れは、まず内側の整流板でせき止められ、内圧が上昇するが、略半球形部分と円筒形の部分とでは円筒形の部分からの方が流出しやすく、略半径部分からの流出量が不足し、円筒部分からの流出量が多くなりすぎる。
そのため、両方の噴出量を均等に近づけるために頂部の穴５が必要である。
次に、内整流板３を通り抜けた流れは、外整流板２にせき止められ内圧が上昇するが、内整流板と同じ理由で略半球形部分と円筒形の部分との流出量を調整するため、頂部の穴４を開口させるが、整流板２と３の間の内圧を確保するため穴４は穴５より小さな穴を開ける必要がある。このように、整流板を２重にした噴出球からは少流量の流れでも均等に噴出させることができる。ただ、流量が多くできる場合は整流板を１枚としてコストダウンを企ることもできる。

図６には自由水面を持ったタンクへの応用例を示す。このタンクでは、給水出入口の２重管はタンクの底板に取付け、給水入口内管は水面に向かって走らせ、水面の手前で略球形の出口としており、水面に向かって噴出させることにより下からの流れの勢いで水面をもり上げさせ、水面との高低差による落下重力で反転させる。流出口、流出管の形状は前記と同様である。
このタンクの場合、タンク中央を通る給水入口内管にフロートを水面に浮かべて、その動きで流量をコントロールするフロート弁３２を取付けてタンク流入と流出量を同じになるようコントロールする必要がある。
このタンクには、水面があり、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

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、天井部や壁面に付着した水滴に次亜塩素ガスが再吸収され、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、パッキンを挟んだボトル組立て構造として、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 噴出球
４ 噴出球の穴
５ 流出管
６ ２重管の外管
７ ラッパ状の板
８ 給水出口前の穴開き円筒板
８−１ 給水出口前の穴開き円筒板の外側穴開き円筒板
８−２ 給水出口前の穴開き円筒板の外側穴開き円筒板の外側の穴開き円筒板
９ 流出口
１０ 噴出半球
１１ 噴出部ラッパ管
１２ 上部鏡板
１３ 下部鏡板
１４ 給水入口内管
１５ 循環防止板
１６ 基礎
１７ 空気弁
１８ 減速部
１９ 層流の流れ部
２０ 回収出口部
２１ ラッパ状の板のヘリ
２２ 水面
２３ 底板
２４ 側板
２５ 天板
２６ 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
２７ ２６の板に開けた等間隔の穴
２８ ２６の板に開けた等間隔の穴間の仕切り板
２９ 給水入口内管外面のブレーキ用バッフル板
３０ 放射状の胴体分割の仕切り板
３１ 常時閉止型通気口
３２ フロート弁の弁体
３３ フロート弁のフロート
３４ マンホール
３５ 気相部
３６ 次亜塩素酸に強い材質（液相部の材質とは溶接できない異材）
３７ 液相部の材質
３８ 次亜塩素酸に強い材質側のフランジ
３９ ガスケット
４０ 通常の材質側のフランジ
４１ ボルト・ナット
４２ 噴出球内部の外側整流板
４３ 外側整流板の半球形の頂部に開いた穴
４４ 噴出球内部の外側整流板の内部の内側整流板
４５ 内側整流板の半球形の頂部に開いた穴
４６ 外整流板の穴
４７ 内整流板の穴

Claims (16)

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立型の貯水タンクにおいて、一方の底板（２３）の中心の外側に、給水入口内管を内管とし給水出口管を外管とする２重管部をもうけ、前記給水入口内管は、前記の２重管の横からつらぬいたのち、タンク中央部を他方の天板（２５）に向かって伸びる前記給水入口内管に接続されており、前記給水入口内管は一方の底板（２３）の方に向けて広がるように配置した角形でラッパ状の板の中心部をつらぬいており、他方の天板（２５）の手前で、前記給水入口内管の端を流入口とし、タンク内に給水を流入させ、水面に向かって噴出させることにより下からの流れの勢いで水面をもり上げさせ、水面との高低差による落下重力で反転させ又、側板（２４）に当てたのち、反転させて前記一方の底板（２３）の方に向かわせ、一方の底板（２３）の前記ラッパ状の板のヘリを通して流出させ、その後円筒状の穴開きプレートを通って前記２重管の内管と外管との間を通ってから前記給水出口管（５）から排出することを特徴とした貯水タンク。
2. 前記給水入口内管の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. 前記給水入口内管の端の流入口を、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. 前記給水入口内管の端の流入口を少し円筒状に伸ばした略球形の整流板（４４）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（４４）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. 前記給水入口内管の端の流入口を少し円筒状に伸ばした略球形の整流板（４４）とし、その外側に少し円筒状に伸ばした略球形の整流板（４２）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、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３枚の整流板の表面に多数の穴を開け、前記内側の整流板（４２）とその内側の整流板の頂部に回りの穴より大きな穴を開け、前記頂部の穴は、内側の整流板（４２）の穴が、その内側の整流板の穴より小さい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第１項記載の貯水タンク。
7. 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、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６記載の貯水タンク。
8. 前記貯水タンクの給水入口内管にフロートを水面に浮かべて、そのフロートの動きで流量をコントロールするフロート弁を取付けて、タンク流入と流出量を同じになるようにコントロールする事を特徴とする請求項１記載の貯水タンク。
9. 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立型の貯水タンクにおいて、一方の底板（２３）の中心の外側に、給水入口内管を内管とし給水出口管を外管とする２重管部をもうけ、前記給水入口内管は、前記の２重管の横からつらぬいたのち、タンク中央部を他方の天板（２５）に向かって伸びる前記給水入口内管に接続されており、前記給水入口内管は一方の底板（２３）の方に向けて円すい状に広がり、さらにヘリを折返して、角形で逆方向を向いた複合ラッパ状の板の中心部をつらぬいており、他方の天板（２５）の手前で、前記給水入口内管の端を流入口とし、タンク内に給水を流入させ、水面に向かって噴出させることにより下からの流れの勢いで水面をもり上げさせ、水面との高低差による落下重力で反転させ又、側板（２４）に当てたのち、反転させて前記一方の底板（２３）の方に向かわせ、一方の底板（２３）の前記複合ラッパ状の板の折返し部の所に、中心方向に向け、一定間隔で穴を開け、前記穴間に前記ラッパ状の板とタンクとの間に仕切り板（２８）を、流れの方向に沿って立て、前記仕切り板（２８）は折返し周辺に放射状にもうけ、前記穴と、仕切り板とラッパ状の板の間から流出させ、その後円筒状の穴開きプレートを通って前記２重管の内管と外管との間を通ってから、前記給水出口管（５）から排出する事を特徴とする貯水タンク。
10. 前記給水入口内管の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９記載の貯水タンク。
11. 前記給水入口内管の端の流入口を、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９記載の貯水タンク。
12. 前記給水入口内管の端の流入口を少し円筒状に伸ばした略球形の整流板（４４）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（４４）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９記載の貯水タンク。
13. 前記給水入口内管の端の流入口を少し円筒状に伸ばした略球形の整流板（４４）とし、その外側に少し円筒状に伸ばした略球形の整流板（４２）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、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３枚の整流板の表面に多数の穴を開け、前記内側の整流板（４２）とその内側の整流板の頂部に回りの穴より大きな穴を開け、前記頂部の穴は、内側の整流板（４２）の穴が、その内側の整流板の穴より小さい事を特徴とする請求項９記載の貯水タンク。
14. 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９記載の貯水タンク。
15. 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１４記載の貯水タンク。
16. 前記貯水タンクの給水入口内管にフロートを水面に浮かべて、そのフロートの動きで流量をコントロールするフロート弁を取付けて、タンク流入と流出量を同じになるようにコントロールする事を特徴とする請求項９記載の貯水タンク。

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