JP6526616B2 - 固液分離処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体から混合物を分離する固液分離処理装置に係り、特に、流れる液体から混合物を分離する固液分離処理装置に関する。

従来、この種の固液分離処理装置において、流体から比較的大きなゴミを分離するものとして、上部には雨樋が、中央部には開口部が形成されているとともに前記開口部の下部にはガイド部材が、下部には段差部及び排出部が形成されている本体と、前記本体の上部に取り付けられている飾り部と、前記本体の内部に落下した液体たる雨水を受けとめるために傾斜させて取り付けられていて金網及びプレートからなる受け板と、前記開口部の下部に取り付けられている分別板とからなるゴミ侵入防止雨樋（例えば特許文献１）があり、この雨樋では、雨水の大半は、プレートの下方にＬ字形に形成されている垂下部にガイドされて、ガイド部材と垂下部間に形成されている間隙から流出口側に落下する。

また、雨樋の太さの約３．３倍を要する塩ビ管を使用し、雨水の浸入口には濾過層壁を有し、前記濾過層壁は８ｍｍ角のネット板、２ｍｍ角のネット板、不織布ポリエステルの三種類が組み合わせられた雨水遮断濾過装置（例えば特許文献２）があり、この濾過装置では、下部に設けた遮断板を開くことにより沈殿物を排出でき、また、上蓋を上げて回すことにより濾過層壁の清掃、交換を可能としている。

上記ゴミ侵入防止雨樋では、金網を設けた受け板を斜設しているが、その金網を通して雨水を十分に分離できないため、下部の開口部から雨水の大半を落下分離しており、開口部からゴミも一緒に流出口に落下する虞もあり、分離効率が劣る。

また、上記雨水遮断濾過装置では、沈殿物が溜まると、その排出のために遮蔽板を操作する必要があると共に、濾過層壁にゴミが溜まるため、濾過層壁の清掃・交換が必要となり、メンテナンスに手間が掛かるという問題がある。

一方、この種の固液分離処理装置において、流体から比較的小さなゴミを分離するものとして、円筒状の外壁と；容器内に液体の低エネルギー渦流を発生させるように前記液体を該容器内へ導入する入口手段と；一端にある基部と；該基部の反対端にある天井壁であって、該液体の流れから該容器内へ分離された浮遊物を含む流れを受けるための軸方向の出口開口を有する天井壁と；該容器内部に設けられ、該外壁から離間した環状開口を該天井壁と共同して形成する流れ変更部材と；該容器の該外壁から離間した環状沈下板であって、浮遊物を含む液体の流れのための間隙を形成するために前記天井壁から離間した上端部を有する沈下板と；該容器から第一次の液体の流れを除去する導管であって、該基部と該天井壁との間の実質的に軸上の位置で該容器内部と連通する導管を有する、該天井壁の該軸方向の出口開口から分離された出口手段とを備え、渦流により、沈殿物と浮遊性を持つ物と分離除去する流体力学的渦流分離機（例えば特許文献３）がある。

前記流体力学的渦流分離機では、沈殿した固形物を下部の排水槽から導管を通して外部に排出し、一方、浮遊物を上部の出口から排出するため、固形物と浮遊物を分離する必要がある場合は有効であるが、単に水からゴミを除去する場合は、構造が複雑になるという問題があり、また、より分離効率の良いものが望まれている。

特開２０１５−１６６５２２号公報 特開２００８−１９０２５０号公報 特許第４６１６４８４号公報

解決しようとする課題は、流れる液体から遠心力により混合物を効率よく分離することができる固液分離処理装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、円筒部の下部に下方に向かって縮小する縮小部を設けた本体ケースと、前記本体ケースの中央に縦設され該本体ケースの底部の内外を連通する排出管と、前記排出管の上部に設けられた上排出口と、前記縮小部内の底部側で前記排出管に設けられた下排出口と、前記排出管と間隔を置いて周囲に設けられると共に、下端が前記縮小部と離間して設けられた中筒部と、前記本体ケース及び前記中筒部の上部を塞ぐ閉塞部と、前記円筒部に接続され、該円筒部と接線方向をなす流入部と、前記本体ケースに設けられた流出部とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、前記円筒部と前記中筒部の間に外筒部を設け、この外筒部の下端を前記縮小部と離間して設け、前記外筒部に前記流出部を接続したことを特徴とする。

請求項３の発明は、前記中筒部の下部に設けられ、下方に向かって拡大すると共に、外周が前記縮小部の内面と間隔を置いて配置された拡大部を備えることを特徴とする。

請求項４の発明は、前記排出管の上端に設けられ該排出管の内径より断面積の小さな前記上排出口を備えることを特徴とする。

請求項１の構成によれば、流入部から流入した液体は、円筒部の内面に沿って螺旋流となり、混合物は遠心力で外側に送られ、円筒部の内面に沿って落下する。混合物は縮小部の傾斜により縮小部の底部中央に集まり、下排出口から排出管を通って排出される。一方、前記旋回流により中央側には負圧が生じ、縮小部の内面に沿って落下する間に軽量な混合物は中筒部内を上昇し、上排出口から排出管を通って排出される。このようにして混合物が分離された液体は、流出部から外部に排出される。

請求項２の構成によれば、流入部から流入した液体は、円筒部と外筒部との間の流路で旋回流となり、前記流路と中筒部との間の比較的綺麗な流体が流出管から排出される。

請求項３の構成によれば、縮小部の内面側から軽量な混合物が上昇する際、その軽量な混合物を拡大部により中筒部内に集めることができる。

請求項４の構成によれば、軽量な混合物を小さな上排出口から排出管内に取込み、流すことができると共に、上排出口から流れ出る液体の量を抑えて、混合物を分離した液体の量を確保することができる。

本発明の実施例１を示す全体断面図である。 同上、取水装置の断面図である。 同上、取水装置の平面図である。 同上、突条の拡大断面図である。 同上、分離装置の断面図である。 同上、分離装置の平断面図である。 同上、実験例と比較例のグラフ図である。 本発明の実施例２を示す分離装置の断面図である。 本発明の実施例３を示す取水装置の斜視図である。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

図１〜図７は実施例１を示しており、処理装置１は、液体から比較的大きな混合物を分離し、この混合物を分離した液体を集める集液装置たる取水装置２と、比較的大きな混合物を分離した液体から比較的小さな混合物を分離する分離装置３と、前記取水装置２と前記分離装置３とを接続する接続部４とを有する。

この例では、前記液体は雨水であり、前記混合物は雨水に混合したゴミであり、前記分離装置３が固液分離処理装置である。図１に示すように、前記取水装置２は、雨水が落下する雨樋５に連結して設けられる。同図に示すように、屋根６の軒先には前記雨樋５が設けられ、この雨樋５には縦方向の排水路７が接続され、前記雨樋５に溜まった雨水が前記排水路７を通って排水される。

前記排水路７の途中に前記取水装置２を配置している。そして、前記取水装置２の位置より上部の前記排水路７が上部排水路７Ａであり、その取水装置２の位置より下部の前記排水路７が下部排水路７Ｂであり、前記排水路７は円形の管からなり、前記上部排水路７Ａが落下路である。

図２に示すように、取水装置２は、前記上部排水路７Ａの下端に拡大管１１を接続し、この拡大管１１は上方から下方に向かってテーパー状に拡大する拡大部１２を有し、この拡大部１２の上部には接続上筒部１３が設けられ、この接続上筒部１３に前記上部排水路７Ａの下端を挿入して接続している。また、前記拡大管１１の下部には接続下筒部１４が設けられている。

前記拡大管１１の前記接続下筒部１４に、円筒状の外壁部１５の上端を挿入して接続し、該拡大管１１の内面には、前記外壁部１５の上端が当接する当接部１６が設けられている。前記外壁部１５の下端には、中央側に向かってテーパー状に縮小して低くなる底壁部１７が一体に設けられ、この底壁部１７の中央には、前記下部排水路７Ｂに対応した開口部１７Ｋが設けられ、この開口部１７Ｋに下接続部１８を下方に向かって設け、この下接続部１８は筒状をなす。また、前記下接続部１８を挿入接続する受け口１９が、前記下部排水路７Ｂの上端に設けられている。そして、前記底壁部１７に、取水排出管２０が接続されている。尚、接続上筒部１３と前記上部排水路７Ａの下端とを着脱可能に接続すると共に、下接続部１８と受け口１９とを着脱可能に接続することが好ましく、こうすることにより仮に縮小管２１にゴミやボールなどが詰まった場合でも取り除くことができる。

前記取水装置２内には縮小管２１が配置され、この縮小管２１の上端の内径は前記上部排水路７Ａの内径より大きく、前記縮小管２１の下端の内径Ｄ１は前記上部排水路７Ａの内径より小さい。また、前記縮小管２１には複数の孔２２が穿設されている。この例では、直径１ｍｍの孔２２を複数有するパンチングメタルを加工して前記縮小管２１を形成し、この縮小管２１は下方に向かってテーパー状に縮小する。尚、縮小管２１の内面２１Ｎとなるパンチングメタルの表面は平滑面になっている。また、後述する取水装置２の構造に対応して、前記孔２２の直径は０.５〜１ｍｍとすることが好ましい。このように取水装置２は、孔２２により混合物を篩い分ける篩装置でもある。

前記拡大管１１の内面には、前記縮小管２１の上端が係止する係止受け部１２Ｋが斜め内向きに設けられている。また、前記開口部１７Ｋには受け筒部２３が設けられ、この受け筒部２３は上方に向かってテーパー状に縮小し、その受け筒部２３の上端に前記縮小管２１の下端を固定する係止受け部２４を斜めに突設している。尚、前記外壁部１５，底壁部１７，受け筒部２３及び縮小管２１により、液体排出部２５を構成している。

そして、前記取水装置２の組立時には、外壁部１５と底壁部１７と受け筒部２３とを組み立てた後、受け筒部２３の係止受け部２４に縮小管２１の下端を溶接や接着などにより固定し、この後、外壁部１５の上端と拡大管１１の下端を接続することにより、前記縮小管２１の上端が前記係止受け部１２Ｋに係止し、該縮小管２１の上端が位置決めされる。

前記拡大部１２は、上端の内径が６１．４ｍｍ、拡大部分の下端である前記係止受け部１２Ｋ位置の内径が９０ｍｍ程度である。また、前記排水路７は、外径６０．４ｍｍ、厚さ１.３ｍｍの塩ビ管を用い、縮小管２１は、上端の内径Ｄが８８ｍｍ、下端の内径Ｄ１が５０ｍｍ程度である。

そして、上部排水路７Ａの一般形状を基に、旋回しながら伝わり落ちてくる雨水を、拡大部１２の内径をラッパ状に徐々に広げることにより、雨水の流速を落としつつ、拡大管１１の内面に遠心力で張り付いたままの状態で、縮小管２１に送り込むために拡大部１２が設けられている。従って縮小管２１の上部寸法は、拡大部１２に対応する。拡大部１２の拡大角度が大きいと、雨水はその遠心力が負けて拡大部１２の内面から剥離して落下してしまい、縮小管２１の内面２１Ｎとの雨水の接触が減ってしまう。これらを考慮して、拡大部１２及び縮小管２１の中心に対する傾斜角度θＫをこの例では２０度以下とした。また、下端の内径Ｄ１を５０ｍｍにしたのは、上部排水路７Ａの内径が５８ｍｍ程度であり、その中を葉っぱなどが夾雑物として混入した場合に、流し出せるために縮径しつつ同程度の内径寸法を必要とするからである。また、縮小管２１の径を小さく絞ることで、落下する雨水は徐々に遠心力が増し取水効果を高めることができる。

一方、取水のために単純に篩形状のものを用いると、取水率は１００％となるが、ゴミが皿に残る。本発明では、ゴミを溜めないために縮小管２１に孔２２を開けることによりり、ゴミを下方へ洗い流し出すことができる。この場合、縮小管２１の径を絞らないと取水率が良くないが、全体として上部排水路７Ａの大きさに近くないとゴミを排出できない。尚、孔を設けた直管を使用すると、雨水が旋回して遠心力で飛び出す量だけしか取水することしかできない。ゴミを流すために、前記下端の内径Ｄ１は上部排水路７Ａより１０〜２０％以下程度小さくする。また、前記上端の内径Ｄを大きくしないと取水効率が良くならない。そして、拡大部１２における拡大によって流速を落とす効果と、縮小管２１の内面２１Ｎへの衝突で雨水が乱流に成ることを軽減する効果が得られる。縮小管２１内を流れ落ちる雨水量は、縮小管２１の上部で多く、取水されて徐々に少なくなるため、雨水量が多い位置の縮小管２１の面積（外径）が大きいことで取水率が向上する。

前記縮小管２１の内面２１Ｎに沿って、導水壁である螺旋状の突条２６を複数設け、この例では３条の突条２６，２６，２６を設けている。また、円周方向に隣り合う突条２６，２６は、縮小管２１の円周方向に１２０度の角度を置いて配置されている。また、突条２６の螺旋角度θは約４５度であり、前記突条２６の上端２６Ａに対して突条２６の下端２６Ｂは、１８０度以上、この例では２３５度回転した位置にある。そして、図３に示すように、隣り合う突条２６，２６は、縮小管２１の中心軸方向（長さ方向）において、略１２０度の重なり部分２７を有する。そして、螺旋状の突条２６は、側面視で縮小管２１の中心軸方向と交差する方向をなす。尚、３条の突条２６，２６，２６は縮小管２１の径方向に略等間隔で設けられている。

図４の断面図に示すように、前記突条２６は、平坦な上面部２８と、高さ方向中央が上方に凹んだ下湾曲面部３０と、先端湾曲面部２９とを有し、この先端湾曲面部２９は、前記上面部２８と前記下湾曲面部３０の先端側を連結する。前記上面部２８は縮小管２１の内面２１Ｎと略直交し、前記突条２６の高さＨは、略３〜５ｍｍ程度である。尚、突条２６の螺旋方向は、使用する場所のコリオリの力の方向と同じ方向であり、実験では上から下に向かって反時計回り方向とした。

雨水の勢いにより上部排水路７Ａからの流入水量が多くなると、雨水が突条２６の高さを超えて流れるが、突条２６により雨水の落下を抑制することができると共に、突条２６は先端湾曲面部２９を有するためコアンダ効果により突条２６を超えた雨水が外側へと導かれ、図４の矢印に示すように、下湾曲面部３０により、雨水が縮小管２１の内面２１Ｎに沿って流れると共に、孔２２から外側に排出される。この場合、上面部２８を縮小管２１の内面２１Ｎと略直交して設けているのは、突条２６において落下する雨水の水厚を確保し、縮小管２１の内面２１Ｎを伝わって落下する雨水の勢いを減衰するためである。さらに、突条２６に沿って螺旋流となった雨水の一部は突条２６を超えるが、先端湾曲面部２９の先端から直接落下することなく、コアンダ効果によって先端湾曲面部２９と下湾曲面部３０に沿って突条２６の下部の内面２１Ｎに沿って滑らかに流れ、孔２２を通って液体排出部２５内に流れ落ちる。

尚、上面部２８をその先端側が下向きになるように斜めにすると、突条２６の下面側において雨水の流れが乱れ、突条２６により形成される水厚（雨水の膜の高さ）が減ることから、落ちようとする雨水を上方へ押し戻す作用が減衰する。これに対して、図４に示した形状では、雨水を上方に戻す作用が得られる。尚、図４の形状を用いた後述する実験において、ゴミが突条２６上に引っ掛かる現象は見られなかった。これについては随時に流れる旋回流で回転しながらゴミが下部へ押し流され、螺旋状の突条２６により雨水の螺旋流れによる効果であると考えられる。

［第１実験例］
第１実験例の取水装置２では、上述したように排水路７は、外径６０．４ｍｍ、厚さ１.３ｍｍの塩ビ管を用い、縮小管２１は、上端の外径が８８ｍｍ、下端の外径が３８ｍｍ、長さが７０ｍｍで、直径１ｍｍの孔２２が複数穿設され、開口率が２０％以上のものを用いた。また、前記上部排水路７Ａの長さを０．５ｍとし、その上部排水路７Ａから水道水を自由落下させた。この場合、容器に貯めた水道水を上部排水路７Ａに注ぐようにして供給した。

下記の表１において、第１実験例は縮小管２１が３条の突条２６を有するものであり、比較例は縮小管２１に突条２６が無いものを示している。また、「流入水量（ｌ/min）」は、１分間に上部排水路７Ａの上端から供給した水道水の量（単位リットル）である。さらに、「取水量（ｌ/min）」は、１分間に前記取水排出管２０から排出された水道水の量（単位リットル）である。また、「流入水量」に対する「取水量」の割合が「取水率（％）」である。

上記表１から、３条の突条２６を設けた実験例は比較例に比べて取水量が大幅に向上することが分かった。具体的に、流入水量が略等しいもの同士を比べると、取水率は、例えば、実験例１が比較例１の２．５倍、実験例３が比較例３の２．４倍、実験例４が比較例４の１．６倍、実験例５が比較例５の１．６倍、実験例７が比較例６の２．３倍である。また、図７は、縦軸が「取水率（％）」、横軸が「流入水量（ｌ/min）」で、実験例と比較例の印を付したグラフである。

このように第１実験例の取水率が高い理由は、（１）縮小管２１の内面２１Ｎに突条２６を設けることにより、縮小管２１の内面２１Ｎに沿って落下する水が、図４に示すように、コアンダ効果により突条２６の外面に沿って外側に戻ること、（２）縮小管２１の上部に拡大管１１を設けることにより雨水の流れを拡大管１１により広げた後、縮小管２１に送ること、（３）螺旋状の突条２６により雨水の落下を抑制すると共に、流れの一部を螺旋流にして縮小管２１における雨水の通過時間を長くすることなどが挙げられる。

次に、前記分離装置３について説明する。図５に示すように、前記分離装置３の本体ケース３１は、円筒状の側壁部３２と、この側壁部３２の下部に設けられ、下方に向かってテーパー状に縮小する縮小部３３とを一体に有する。前記側壁部３２の中央には円筒状の排出管３４を縦設し、この排出管３４は前記縮小部３３の最底部の中央を貫通して設けられ、その貫通箇所は水密に設けられている。

前記排出管３４の上端は前記側壁部３２の上端より僅かに低い位置にあり、該排出管３４の上端に蓋体３５を設け、この蓋体３５に上排出口３６を穿設している。また、前記排出管３４の下部には、前記本体ケース３１内に位置して下排出口３７を設け、この下排出口３７は前記縮小部３３の底部に近接して設けられている。尚、前記上排出口３６は前記排出管３４の中心で該排出管の中心軸心方向に穿設され、前記下排出口３７は前記排出管３４の径方向に穿設されている。尚、図５では、別体の蓋体３５を、排出管３４の上端を塞ぐようにして取り付け、前記蓋体３５に上排出口３６を穿設しているが、前記排出管３４に、該排出管３４の上端を塞ぐ蓋部を一体成形し、この蓋部に前記上排出口３６を穿設してもよい。

前記本体ケース３１内には、前記排出管３４の周囲に該排出管３４と間隔を置いて、円筒状の中筒部３８が設けられ、この中筒部３８の下端には、下方に向かってテーパー状に拡大する拡大部３９が設けられ、この拡大部３９の外周縁３９Ｆと前記縮小部３３の内面との間には、所定間隔の隙間Ｓが設けられている。また、拡大部３９の外周縁３９Ｆの外径は、前記外筒部４１の内径より小さく、前記外筒部４１の下端４１Ｔは前記拡大部３９から離れた上方に位置する。

前記側壁部３２と前記中筒部３８との間には、外筒部４１が設けられている。また、前記側壁部３２の上端と前記中筒部３８及び外筒部４１の上端の高さは等しく、それら側壁部３２と中筒部３８と外筒部４１の上部開口を塞ぐ蓋体４２が設けられ、この蓋体４２は、蓋板部４３と、この蓋板部４３の周囲に設けられた外嵌筒部４４とを一体に備え、この外嵌筒部４４が前記側壁部３２の上部に外嵌した状態で、前記蓋体４２が前記側壁部３２に固定される。また、排出管３４，中筒部３８，外筒部４１及び側壁部３２は、同心円状に設けられている。

図５及び図６に示すように、前記側壁部３２には、その接線方向に流入部たる流入管４６を接続している。また、前記外筒部４１には、その直径方向に流出部たる流出管４７を接続し、この流出管４７は前記側壁部３２に穿設した貫通孔３２Ａを挿通して外部に突出し、前記流出管４７は貫通孔３２Ａに水密に挿通されている。また、流入管４６の流入口４６Ａの高さ位置は外筒部４１の高さ範囲にある。即ち、流入管４６は外筒部４１の上端と下端との間に前記流入口４６Ａが設けられている。さらに、前記流出管４７は、前記流入管４６より高い位置にある。また、前記流入管４６の流入口４６Ａ及び流出管４７の流出口４７Ａは、前記側壁部３２の中心軸線と交差方向に配置され、前記流入管４６及び流出管４７は横方向に向き、排出管３４は縦方向に向いている。

また、前記流入管４６及び前記流出管４７の内径は例えば１５ｍｍであり、これに比べて、前記上，下排出口３６，３７の直径は３ｍｍと小さく、前記上，下排出口３６，３７の断面積は、流入管４６及び前記流出管４７の断面積の２５分の１である。また、前記排出管３４の内径は７ｍｍである。

このように前記上，下排出口３６，３７の断面積と流入管４６及び前記流出管４７の断面積の比を１：２０〜３０にしているのは、本体ケース３１内の水位を保つと共に、排出管３４からのゴミのスムーズな排出を可能にするためである。尚、前記上，下排出口３６，３７は３ｍｍと小さいが、ゴミを含む雨水は、縮小管２１の１ｍｍの孔２２を通過しているから、上，下排出口３６，３７をスムーズに通過することができる。

また、本体ケース３１の水位を満水に保つため、上，下排出口３６，３７の断面積を排出管３４の内径の断面積より小さくし、また、上，下排出口３６，３７より排出管３４の内径の断面積が大きいから、上，下排出口３６，３７から排出管３４内に流れ込むゴミをスムーズに排出することができる。さらに、排出管３４の上端は蓋板部４３に近接しており、例えば、その間隔は１０ｍｍ以下、３ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以下である。このように排出管３４の上端を高い位置にすることにより、上排出口３６は下排出口３７より水頭圧が高くなるため、浮遊物を含むゴミを、上排出口３６から排出管３４を通してスムーズに排出することができる。

そして、前記分離装置３は前記取水装置２の下方に配置され、前記取水装置２の前記取水排出管２０と前記分離装置３の前記流入管４６とがホースなどの前記接続部４により接続されている。

前記分離装置３はスワール効果によりゴミを分離するものであり、次に、その作用について説明する。前記分離装置３には、前記取水装置２により大型のゴミが除去された雨水が供給される。そして、流入管４６から側壁部３２の接線方向に流入した雨水は、側壁部３２と外筒部４１の間の円筒状流路４９において、旋回流となり、ゴミは、遠心力で外側に送られ、次第に側壁部３２の内面に沿って落下する。砂分などの重たいゴミは、縮小部３３の傾斜により縮小部３３の底部中央に集まり、下排出口３７から排出管３４を通って少量の雨水と共に排出される。

一方、円筒状流路４９における旋回流により、中筒部３８内は円筒状流路４９に比べて圧力が低くなる負圧が発生し、縮小部３３の内面に沿って中央側に落下するゴミのうち、軽量なゴミは拡大部３９から中筒部３８内に上昇する。この際、拡大部３９は下方に向かって拡大すると共にその外周縁３９Ｆが縮小部３３の内面に近接しているため、軽量なゴミが拡大部３９の外側に逃げることを防止し、その軽量なゴミを中筒部３８内に集めて上昇せしめることができる。そして、軽量なゴミは、中筒部３８の上部に上昇し、この時、中筒部３８内は満水であり、流出管４７に比べて少量の雨水と共に上排出口３６を通って排出管３４から排出される。

また、上述したように螺旋流によりゴミが取り除かれた雨水は、外筒部４１の下端から流出管４７を通って外部に排出される。

図１に示したように、前記排出管３４の下部には、斜めの接続管５１が接続され、この接続管５１の下端は前記下部排水路７Ｂに接続されている。従って、取水装置２を通過したゴミを含む雨水と共に、取水装置２において取水された後、分離装置３により分離されたゴミを含む雨水は、下部排水路７Ｂの下端から集水枡（図示せず）などに落下する。

図１は、２階以上の階のベランダなどの設置場所５２を示し、この設置場所５２には雨水タンク５３が設けられている。この雨水タンク５３は、底面部５４と上面部５５と側面部５６とを有し、平面略長方形形状をなす。その雨水タンク５３の上面部５５に開口部５７が設けられ、この開口部５７を開閉する開閉蓋５８が設けられている。前記分離装置３の前記流出管４７にはホースなどの管路５９が接続され、この管路５９の下部が前記開閉蓋５８に挿通した状態で接続され、前記開口部５７を開閉蓋５８により閉めると、前記管路５９の下端が前記雨水タンク５３内に臨む。

前記雨水タンク５３内には、雨水を消毒する消毒材である固形塩素６１が配置されている。具体的には、整流保持手段たる籠体６２を用い、この籠体６２は底面部６３と網体からなる側面部６４とを有する。また、籠体６２には、該籠体６２を吊るして設置するための吊設部６５が設けられ、この吊設部６５を雨水タンク５３の係止部（図示せず）に着脱可能に係止することにより、開口部５７の下方に籠体６２を吊設することができる。この場合、開口部５７から籠体６２を出し入れできるように構成しており、籠体６２内への固形塩素６１の供給作業が容易に行うことができる。

尚、吊設部６５を開閉蓋５８に係止しておけば、開閉蓋５８を外すことにより、籠体６２を雨水タンク５３内から取り出すことができ、籠体６２内への固形塩素６１の供給作業が容易となる。そして、前記管路５９の下端は前記籠体６２内に位置し、この籠体６２内に固形塩素６１が収納される。

前記雨水タンク５３内には、前記開口部５７側に堰板６６が設けられ、この堰板６６により雨水タンク５３の内部を仕切っている。また、開口部５７の反対側で前記底面部６３には供給管６７が接続され、この供給管６７又は供給管６７の下流の管路には開閉弁（図示せず）が設けられている。

この場合、籠体６２側に堰板６６が設けられているから、雨水タンク５３内の供給管６７側の水位が下がっても、籠体６２内の固形塩素６１は雨水に浸かっているから、消毒効果を維持することができる。

そして、取水装置２と分離装置３とによりゴミが取り除かれた雨水は、管路５９により籠体６２内に流れ落ち、網体からなる複数の孔を有する側面部６４を通過することにより整流され、且つ内部の固形塩素６１により消毒される。また、所定量の雨水が溜まると、籠体６２側の雨水が堰板６６を超えて隣りの空間に溜まる。

このようにしてゴミが取り除かれ消毒された雨水を、上の階である２階の雨水タンク５３に貯水することにより、動力を用いることなく、その位置エネルギーにより下の階である１階に供給することができ、停電、断水、非常時の生活水として使用することができ、もちろん雨水タンク５３の雨水を通常時の生活水としても利用することができる。

［実験例２］
取水装置２及び上部排水路７Ａは、実験例１で説明したものを用いた。分離装置３は、実施例で説明した寸法とし、実施例で記載していない寸法は以下の通りとした。側壁部３２は、内径１２０ｍｍ、高さ７５ｍｍ、縮小部３３は高さ４５ｍｍとした。外筒部４１の高さは、７０ｍｍで、側壁部３２より低く、その下端が前記側壁部３２の下端より僅かに上方に位置する。また、外筒部４１の内径は６７ｍｍとした。中筒部３８は、内径２７ｍｍ、高さ９０ｍｍで、拡大部３９は、高さ５ｍｍ、外周縁３９Ｆの直径５０ｍｍ、前記隙間Ｓは６.５１ｍｍとした。流出管４７は、内径１５ｍｍ、その中心と側壁部３２の上端との高さ間隔が１７．５ｍｍ、また、流入管４６は、内径１５ｍｍ、その中心と側壁部３２の上端との高さ間隔が３７．５ｍｍである。そして、図５に示す部材で、蓋体３５及び蓋体４２以外の厚さは、２ｍｍ以下である。

流入管４６から分離装置３の内部への水道水の流入水量が５．７ｌ／minの場合を表２に示し、２.０ｌ／minの場合を表３に示し、水道水に混合する「混合物」として各種の呼び粒径の「硅砂」と「枯葉粉」の場合に分けた。前記「枯葉粉」は枯葉をすりつぶした粉状物を、孔の直径が１ｍｍのパンチングメタルの篩により篩分けし、その篩を通過したものを用いた。また、混合物の「投入量」を変え、実験を行い、分離装置３から流出した水である処理水に含まれる混合物の量を測定し、処理水における混合物の「除去率」を得た。尚、流入量が５．７ｌ／minの場合を例に説明すると、前記接続部４の上流端へ水道水を５．７ｌ／minで流し込むことにより、分離装置３を通って流出管４７から２.０ｌ／minの水道水が流れ出し、この状態で水道水に表２の量の混合物を混入させ、流出管４７から取水した水道水に残った混合物の量を測定した。尚、表３の場合は表２と流入水量と取水量が相違するが表２の場合と同様に測定した。

上記表２及び表３の結果から、混合物を効率よく除去することができることが判った。また、混合物である硅砂の呼び粒径は篩い分けにより区分され、値が大きい程、細かい粒子を含むものであり、比較的大きなゴミが硅砂の砂分であり、比較的小さく軽量なゴミが硅砂の微粉末であり、両者をそれぞれ分離できることが判った。例えば、呼び粒径がＮ８０の硅砂は、７５μｍの篩の通過率が３５〜５０％である。

ところで、屋根６に降った雨水は、屋根６の汚れなどにより初期の段階ではゴミを多く含み、汚れている。また、降り始めの雨は弱く時間当たりの雨量が少ない。従って初期の汚れを多く含んだ雨水は、再利用に不向きであり、雨水タンク５３に貯水するには適さない。これに対して分離装置３は、時間当たりの雨量が少ない場合は、本体ケース３１内の水位が上がらず下排出口３７から汚れた雨水が排出される。

雨量が増加すると、円筒状流路４９において雨水の十分な旋回が発生し、この旋回流によるスワール効果によってゴミの分離が進んだ段階で流出管４７から雨水が排出される。そして、前記旋回流により、中心側の中筒部３８内は負圧状態（本体ケース３１内の外側より圧力が低い状態）となっていて竜巻の中心付近のように軽いゴミを巻き上げるように雨水が動いており、外周側の円筒状流路４９では密度の大きい砂粒などが遠心力で密になっており、これら中心側と外側の間に位置する外筒部４１と中筒部３８との間から、比較的綺麗な中間あたりの雨水を流出管４７から排出する。このため流出管４７は外筒部４１に形成した流出口４７Ａに接続されている。

また、雨水の降り始めから時間が経過し、雨量が多くなり水位が上がるころには本体ケース３１内における雨水の旋回速度も上がり、スワール効果がある状態になっており、ゴミの密度差で、本体ケース３１の外周側と中心部へと分離され、上述したように縮小部３３の傾斜により中心へ集められ、中心部から上方へ向けて吸い上げられる。

前記排出管３４は、上排出口３６と下排出口３７を備え、沈む夾雑物と軽い夾雑物を上下に分けて効率よく排出できる。また、排出管３４の上端を高い位置にすると共に、上排出口３６と下排出口３７を小さい孔とすることにより、本体ケース３１内の水位を高く保って取水率を良くすることができる。さらに、上排出口３６と下排出口３７の２箇所を備え、軽量な夾雑物を上排出口３６から排出するから、流入管４６から流入する雨水が無くなって水位が下がり、軽く浮いていた夾雑物が、最後に下排出口３７に集中して詰まることを軽減できる。また、縮小部３３の最下部に下排出口３７を設けたから、雨水が残ることがなく、本体ケース３１を乾燥させることができる。また、上排出口３６の中心は上下方向に向いているから、上排出口３６は、旋回により上昇する水流の出口として、スムーズな流れが得られる。

また、中筒部３８も、本体ケース３１内において水位が下がって行くときに、流入水域である円筒状流路４９と中筒部３８の内部と仕切ることで外側を旋回する夾雑物が流出管４７へ流れ込むことを軽減できる。

前記本体ケース３１に縮小部３３を設け、本体ケース３１の下部をすり鉢状にすることで、雨水の旋回スピードが上がり、夾雑物を集める効果が得られると共に、流入管４６からの流入水量が少ない場合でも夾雑物を最下部へ導くことができる。また、一般住宅などの雨樋５から落下する雨水に用いる場合、流入水量などから、本体ケース３１の直径が大き過ぎると雨水が旋回するスピードが遅くなり、分離する力が低下するため、本体ケース３１の直径は、８０〜１６０ｍｍ程度が適当であり、実験では１２０ｍｍのものを用いた。さらに、本体ケース３１は、全体を直径に比べ細長い円錐状とすると、内部における雨水の旋回速度が速すぎて流出口４７Ａのところで乱流が発生する。一方、取水する為には旋回する水流の直径がある程度必要である。従って、本体ケース３１を、円柱部である側壁部３２と円錐部である縮小部３３の組み合わせとすることが有効である。

前記拡大部３９は、沈んだ夾雑物のまきあがりを抑える効果を奏する。その拡大部３９上は、早い旋回流が生じているが、拡大部３９の下は、略静水状態となる。そして、拡大部３９内に軽いゴミを捕捉し、ゴミを上昇する流れに乗せることができる。また、前記隙間Ｓを、５〜１０ｍｍ程度とすることで、軽いゴミを集め易く、軽いゴミの巻上りなどを押さえて上排出口３６への水流をスムーズにすることができる。

分離装置３の構造として、本体ケース３１に蓋体４２を着脱可能に設ける。また、分離装置３を分解可能に構成し、具体的には、本体ケース３１，排出管３４及び流入管４６を一体に設け、中筒部３８，外筒部４１及び流出管４７を一体に設ける。前記貫通孔３２Ａは側壁部３２の上端が開口する縦溝状とし、流出管４７を貫通孔３２Ａに挿通配置した後、貫通孔３２Ａの縦溝部分を閉塞部材（図示せず）により閉塞すると共に、貫通孔３２Ａと流出管４７の間を水密部材（図示せず）により水密にする。この構造では、蓋体３５を外して点検することができ、また、分解して清掃することもできる。

このように本実施例では、請求項１に対応して、円筒部たる側壁部３２の下部に下方に向かって縮小する縮小部３３を設けた本体ケース３１と、本体ケース３１の中央に縦設され該本体ケース３１の底部の内外を連通する排出管３４と、排出管３４の上部に設けられた上排出口３６と、縮小部３３内の底部側で排出管３４に設けられた下排出口３７と、排出管３４と間隔を置いて周囲に設けられると共に、下端が縮小部３３と離間して設けられた中筒部３８と、本体ケース３１及び中筒部３８の上部を塞ぐ閉塞部たる蓋板部４３と、側壁部３２に接続され、該側壁部３２と接線方向をなす流入部たる流入管４６と、本体ケース３１に設けられた流出部たる流出管４７とを備えるから、流入管４６から流入した液体は、側壁部３２の内面に沿って螺旋流となり、混合物は遠心力で外側に送られ、側壁部３２の内面に沿って落下する。混合物は縮小部３３の傾斜により縮小部３３の底部中央に集まり、下排出口３７から排出管３４を通って排出される。一方、前記旋回流により中央側には負圧が生じ、縮小部３３の内面に沿って落下する間に軽量な混合物は中筒部３８内を上昇し、上排出口３６から排出管３４を通って排出される。このようにして混合物が分離された液体は、流出管４７から外部に排出される。

このように本実施例では、請求項２に対応して、円筒部たる側壁部３２と中筒部３８の間に外筒部４１を設け、この外筒部４１の下端を縮小部３３と離間して設け、外筒部４１の上部を閉塞部たる蓋板部４３により閉塞し、外筒部４１に流出部たる流出管４７を接続したから、流入部から流入した液体は、側壁部３２と外筒部４１との間の流路たる円筒状流路４９で旋回流となり、円筒状流路４９と中筒部３８との間の比較的綺麗な流体が流出管４７から排出される。

このように本実施例では、請求項３に対応して、中筒部３８の下部に設けられ、下方に向かって拡大すると共に、外周が縮小部３３の内面と間隔を置いて配置された拡大部３９を備えるから、縮小部３３の内面側から軽量な混合物が上昇する際、その軽量な混合物を拡大部３９により中筒部３８内に集めることができる。

このように本実施例では、請求項４に対応して、排出管３４の上端に設けられ排出管３４の内径より断面積の小さな上排出口３６を備えるから、軽量な混合物を小さな上排出口３６から排出管３４内に取込み、流すことができると共に、上排出口３６から流れ出る液体の量を抑えて、混合物を分離した液体の量を確保することができる。

以下、実施例上の効果として、混合物たるゴミを含む液体たる雨水が落下する落下路たる上部排水路７Ａの下に連結され、下方に向かって縮小する縮小管２１と、縮小管２１に穿設された複数の孔２２と、縮小管２１の内面側から孔２２を通過した雨水を排出する排出部たる液体排出部２５とを備え、縮小管２１の内面２１Ｎに、該縮小管２１の長さ方向に交差する突条２６を設けたから、上部排水路７Ａから縮小管２１に落下した雨水は、縮小管２１の内面２１Ｎに沿って流れ、孔２２を通って液体排出部２５に流れ、この際、雨水は、コアンダ効果により縮小管２１の内面２１Ｎの突条２６に沿って流れ、内面側に戻るため、液体排出部２５に液体を集めることができる。また、孔２２を通らない大きさのゴミは縮小管２１の下端から落下して分離される。

また、突条２６が螺旋状をなすから、螺旋状の突条２６に当たって液体の勢いが抑制されると共に流体が螺旋流となって液体排出部２５に流れる液体が増加する。

また、複数の突条２６を周方向に間隔を置いて設けたから、複数の突条２６により液体排出部２５に流れる液体の量が増加する。

また、落下路たる上部排水路７Ａが管路であり、この管路の下端と縮小管２１との間に拡大部１２を設けたから、拡大部１２により液体の流れを広げた後、液体が縮小管２１に落下し、縮小管２１において、流れ落ちる液体に落下方向と交差方向の遠心力が生じるため、縮小管２１の外側の液体排出部２５に流れる液体の量が増加する。

また、流体が屋根６から落下する雨水であるから、雨水の有効利用を図ることができる。また、突条２６の断面形状は、平坦な上面部２８と、高さ方向中央が上方に凹んだ下湾曲面部３０と、これら上面部２８と下湾曲面部３０の先端側を連結する先端湾曲面部２９とを有するから、内面２１Ｎを伝わる雨水を突条２６の下の内面２１Ｎにスムーズに流すことができる。さらに、また、周方向に隣り合う突条２６，２６は、縮小管２１の長さ方向において並んだ重なり部分２７を有するから、雨水の落下速度を低減して取水率を向上することができる。また、拡大部３９の外周縁３９Ｆの直径は中筒部３８の内径の１．７倍以上であるから、縮小部３３から上昇する軽量なゴミを中筒部３８に効率よく集めることができる。また、外周縁３９Ｆの直径より外筒部４１の内径が大きいから、ゴミが取り除かれた雨水が外筒部４１から流出管４７へと送られる。さらに、下排出口３７を１個のみ設けたから、雨水の流出を絞りつつ、ゴミを排出することができる。また、縮小管２１の下部には、非通水性の内面部材たる受け筒部２３を設けたから、排出部２５に溜まった雨水が再び内側に零れることを防止できる。

また、雨樋５に接続した上部排水路７Ａに取水装置２を接続し、この取水装置２より低い位置に分離装置３を接続し、この分離装置３より低い位置で上の階に雨水タンク５３を設けたから、動力を用いることなく、雨水タンク５３に貯めた雨水を、下の階に供給することができる。また、取水装置２は孔２２に篩い分けする篩装置であり、この取水装置２と遠心力により混合物を分離する分離装置３とを組み合わせることにより、混合物を効率よく分離することができる。

図８は本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略して詳述すると、この例では、実施例１に比べて、側壁部３２の高さを６０ｍｍにして短く形成し、側壁部３２の中心軸に対する縮小部３３の傾斜角度θＳを４０度以下にし、側壁部３２の下端が前記外筒部４１の下端４１Ｔより上方に位置している。また、実施例１に比べて、前記拡大部３９の外周縁３９Ｆの外径を小さくすると共に、拡大部３９の傾斜角度を４０度以下に設定している。

また、前記排出管３４に、該排出管３４の上部を上方に向かって直径が小さくなるように絞った絞り部４０を設け、この絞り部４０の上端開口により前記上排出口３６を構成している。尚、この場合の上排出口３６の内径も実施例１と同様に３ｍｍである。

このように本実施例においても、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。また、この例では、拡大部３９の水平に対する角度を大きく設定したから、拡大部３９上に細かい砂粒などが溜まることを防止できる。即ち、拡大部３９上に落ちたゴミはその傾斜により下方に落下する。また、この例では、絞り部４０のプレスなどの塑性加工により、上排出口３６を形成したから、蓋体の取付作業や上排出口の穿設工程が不要となる。

図９は本発明の実施例３を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略して詳述すると、この例は、取水装置２Ａの変形例を示す。この取水装置２Ａは縦方向の筒部７１の下部に横方向の底板部７２を設け、この底板部７２に複数の孔２２を穿設し、この孔２２を通過しない大きさの混合物を底板部７２上に捕捉し、通過する大きさの混合物を含んだ液体を孔２２から排出して取水する篩装置である。

前記取水装置２Ａの筒部７１は、前記上部排水路７Ａの下端に着脱可能に接続されている。また、前記取水装置２Ａの下部には、円筒状の接続筒部７５を設け、この接続筒部７５の下部に下方に向かって縮小する取水縮小部７６を設け、この取水縮小部７６の下端に前記取水排出管２０を接続し、この取水排出管２０に、ホースなどの前記接続部４を接続している。

そして、前記接続筒部７５と前記取水縮小部７６により液体排出部２５Ａを構成している。この場合、取水装置２Ａに液体排出部２５Ａ及び取水排出管２０を一体に設け、底板部７２にゴミが溜まったら、上部排水路７Ａとの接続を解除し、排水路７から取水装置２Ａを外した状態で内部のゴミを捨て、この後、再度、上部排水路７Ａに取水装置２Ａを接続するようにすれば良い。尚、接続部４が可撓性を有するホースからなるから、ホースを接続した状態で、取水装置２Ａを傾けて内部のゴミを捨てることができる。また、接続状態で取水装置２Ａを支持する支持部材（図示せず）を設けることができる。さらに、前記上部排水路７Ａと前記接続筒部７５との間に前記取水装置２Ａを着脱可能に設けてもよい。

このように本実施例においても、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。また、この例のように、取水装置２Ａは、液体から比較的大きな混合物を分離し、この混合物を分離した液体を集めるものであれば、各種タイプのものを用いることができる。

尚、本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、突条２６の断面形状は実施例に限定されず、三角形や半円形などでもよい。また、混合物が混ざった液体は、浚渫泥土や漬物などでもよい。さらに、突条を縮小管の長さ方向と直交方向に設けてもよく、この場合は、１条の突条は同一高さ位置となり、この同一高さ位置の突条を縮小管の長さ方向に間隔を置いて複数設けてもよい。また、実施例では、１条の突条が縮小管２１の上端から下端まで連続する螺旋状のものを示したが、螺旋状の突条を部分的に設けるようにしてもよい。さらに、実施例の寸法は実験に用いた一例を示すものであり、これに限定されるものではない。

１ 処理装置
２ 取水装置（集液装置・篩装置）
３ 分離装置（固液分離処理装置）
４ 接続部
７Ａ 上部排水路（落下路）
１２ 拡大部
２２ 孔
２５ 液体排出部（排出部）
２６ 突条
３１ 本体ケース
３２ 側壁部（円筒部）
３３ 縮小部
３４ 排出管
３６ 上排出口
３７ 下排出口
３８ 中筒部
３９ 拡大部
４１ 外筒部
４３ 蓋板部（閉塞部）
４６ 流入管（流入部）
４７ 流出管（流出部）

Claims (4)

1. 円筒部の下部に下方に向かって縮小する縮小部を設けた本体ケースと、
   前記本体ケースの中央に縦設され該本体ケースの底部の内外を連通する排出管と、
   前記排出管の上部に設けられた上排出口と、
   前記縮小部内の底部側で前記排出管に設けられた下排出口と、
   前記排出管と間隔を置いて周囲に設けられると共に、下端が前記縮小部と離間して設けられた中筒部と、
   前記本体ケース及び前記中筒部の上部を塞ぐ閉塞部と、
   前記円筒部に接続され、該円筒部と接線方向をなす流入部と、
   前記本体ケースに設けられた流出部とを備えることを特徴とする固液分離処理装置。
2. 前記円筒部と前記中筒部の間に外筒部を設け、この外筒部の下端を前記縮小部と離間して設け、前記外筒部に前記流出部を接続したことを特徴とする請求項１記載の固液分離処理装置。
3. 前記中筒部の下部に設けられ、下方に向かって拡大すると共に、外周が前記縮小部の内面と間隔を置いて配置された拡大部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の固液分離処理装置。
4. 前記排出管の上端に設けられ該排出管の内径より断面積の小さな前記上排出口を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固液分離処理装置。

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