JP6646497B2 - 流水用縦管装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水や雨水を垂直に流下させる流水用縦管装置に関する。

下水道では、下水管からの下水（合流式の場合には雨水が合流した下水）が下水本管を経て下水処理場へと送られるが、下水管から下水本管との間には大きな落差がある場合には、下水を垂直に流下させる装置を、下水本管近傍に設置することが求められる。
また、都市部での浸水被害を低減するために、地表面近くの接近水路で雨水を集め、この雨水を地下深くに設けられた貯留施設に送ることが知られているが、この貯留施設の近傍にも、雨水を垂直に流下させる装置を設置することが求められる。

上記下水や雨水（以下、単に水と言う）を垂直に流下させる装置として、直管状の縦管を用い、その上端部から水を流し込んだ場合、落下エネルギーが減衰されないため、縦管の底部に大きな衝撃が加わり、底部が破損することがある。また、この落下の過程で多量の空気が水に混入する（空気連行）ため、水が円滑に流れないという問題も起きる。

そのため、水の落下エネルギーを減衰させることができる流水用縦管装置が種々開発されている。
特許文献１には、流水用縦管装置として渦流式落差工が開示されている。この渦流式落差工は、一般的に現場打ちコンクリートで形成されており、縦管本体と、縦管本体の上端部に接続された導水路と、縦管本体の下端部に接続された流出管部とを備えている。導水路は縦管本体の内壁の接線方向に水平に延びている。導水路からの水が縦管本体の内壁の接線方向から流入するため、水は渦流（螺旋流）をなして縦管本体の内壁に沿って流れ落ち、その過程で水の落下エネルギーを減衰させることができる。

特許文献２には、流水用縦管装置として螺旋案内路式ドロップシャフトが開示されている。この螺旋案内路式ドロップシャフトでは、ＦＲＰＭ管（ガラス繊維強化プラスチックと樹脂モルタルの複合管）からなる縦管本体の内壁に螺旋案内板が取り付けられており、この螺旋案内板により水に旋回運動を付与し、水を縦管内壁に沿って渦流をなして流下させることにより、落下エネルギーを減衰させることができる。上記螺旋案内板は、縦管本体の上部と下部に取り付けられており、縦管本体の中間部は螺旋案内板を取り付けずに直管部となっている。縦管本体の上部には中心筒が配置され、この中心筒が螺旋案内板の内周に固定されている。

特開２００７−２５５１４４号公報 特開平１１−５０４８４号公報

特許文献１の渦流式落差工では、構造が簡単であるが、途中で渦流が消失したり乱れることがあり、落下エネルギーを十分に減衰できず、空気連行量が多くなって流下阻害が生じる可能性がある。
特許文献２の螺旋案内路式ドロップシャフトでは、落下エネルギーを十分に減衰でき、空気連行量も少なく安定した水流を確保できるが、上部の螺旋案内板とこの螺旋案内板の内周縁に固定される中心筒が必要であるため、構造が複雑になるとともに装置サイズが大きくなってしまう。

上記課題を解決するために、本発明は、垂直に設置されるとともに、その上端部に側方に開口する流入口を有する縦管本体と、この縦管本体の上記流入口に接続された導水路とを備えた流水用縦管装置において、上記導水路は上記縦管本体の内壁の接線方向に延びるようにして上記流入口に接続され、上記縦管本体の下部の内壁には螺旋案内板が取り付けられ、上記縦管本体において、上記流入口の下端と上記螺旋案内板の上端との間の部位は、直管部として提供されていることを特徴とする。
この構成によれば、上述した渦流式落差工と螺旋案内路式ドロップシャフトの利点を併せ持つことができる。すなわち、水の落下エネルギーを十分に減衰させることができ、空気連行率を減じることができ、装置の構造を簡略化し装置サイズを小さくできる。

好ましくは、上記流入口は、垂直方向に細長く形成されている。
この構成によれば、縦管本体の上端部から直管部にわたり、縦管本体の内壁に沿う渦流をより一層良好に形成することができる。

好ましくは、上記直管部の長さが上記縦管本体の内径の２〜１０倍である。
この構成によれば、直管部の長さが縦管本体の内径の１０倍以下であるので、渦流は直管部を流下する過程で良好に維持される。また、直管部の長さが縦管本体の内径の２倍以上であるので、直管部での跳水を防止でき、上流側への背水を防止できる。

好ましくは、上記螺旋案内板は３〜６ピッチを有している。
この構成によれば、螺旋案内板が３ピッチ以上であるので、流下する水に十分な螺旋運動を付与でき、６ピッチ以下であるので、装置構造をより一層の簡略化できる。

好ましくは、上記縦管本体の下端が底部材で閉塞され、上記縦管本体の下端部には側方に延びる流出管部が接続されており、上記流出管部の内径は上記縦管本体の内径の略半分であり、上記流出管部の縦管本体からの突出長さは、上記流出管部の内径と略等しい。
この構成によれば、流出管部の内径が縦管本体の内径の略半分であるので、空気連行率を低く抑えることができる。また、流出管部の縦管本体からの突出長さが流出管部の内径と略等しいので、水が流出管部からラッパ状に吐出するのを防止できる。

好ましくは、上記螺旋案内板の下端が、上記流出管部の上端と等しい高さである。

本発明によれば、水の落下エネルギーを十分に減衰させることができ、空気連行率を減じることができ、装置の構造を簡略化し装置サイズを小さくできる。

本発明の一実施形態に係る流水用縦管装置の概略側面図である。 同流水用縦管装置の概略平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る流水用縦管装置を図１、図２を参照しながら説明する。流水用縦管装置は、例えば下水道に用いられるものであり、垂直に設置されたＦＲＰＭ管（ガラス繊維強化プラスチックと樹脂モルタルの複合管）からなる縦管本体１と、縦管本体１の下端を塞ぐ底部材２と、縦管本体１の上端部に接続されたコンクリート製の導水路３と、縦管本体１の下端部に接続されて縦管本体１から側方に水平に突出した流出管部４と、縦管本体１の下部内壁に取り付けられた螺旋案内板５とを備えている。

上記縦管本体１の上端部には、垂直方向に細長い略長方形の流入口１ａが形成されている。
導水路３は上流から下流に向かって順に配列された３つの水路部分３ａ，３ｂ，３ｃを有している。上流側水路部分３ａは、その上流端が下水管６に接続されており、下流に向かって徐々に幅寸法が減少し、深さが増すようになっている。中間水路部分３ｂは断面形状が縦長の長方形で一定である。下流側水路部分３ｃは、下流に向かって徐々に幅が狭くなるとともに、深さが増すようになっていて、その下流端が上記流入口１ａに接続されている。

３つの水路部分３ａ，３ｂ，３ｃはその上端の高さが一定であり、水平に延びている。また、下流側水路部分３ｃの幅方向に対峙する内壁３ｘの一方は、縦管本体１の内壁１ｘの接線方向に延びている。

上記縦管本体１において、上記螺旋案内板５の上端と縦管本体１の流入口１ａの下端との間の部位は、直管部１ｂとして提供される。直管部１ｂの内壁には螺旋案内板が形成されておらず、円筒面となっている。直管部１ｂの長さＬは、縦管本体１の内径Ｄの２倍〜１０倍である。

螺旋案内板５は、３〜６ピッチ分形成されている。螺旋案内板５の下端は底部材２から離れており、流出管部４の上端と略等しい高さにある。上記流出管部４の下端は、底部材２の上面と等しい高さにある。
上記流出管部４の内径は縦管本体１の内径Ｄの略半分であり、流出管部４の縦管本体１からの突出長さは、流出管部４の内径以上である。

上記構成において、下水管６からの下水が導水路３，流入口１ａを経て縦管本体１の上端部へ流れ込む。下水の水位と導水路３の上端との間には余裕ΔＨがある。
導水路３の一方の内壁１ｘが縦管本体１の内壁１ｘの接線方向に延びているので、下水は縦管本体１の内壁１ｘに沿って渦流となって落下していく。流入口１ａおよび導水路３の下流端近傍は垂直に細長く形成されているので、内壁１ｘに沿ってその近傍を流れるため、良好な渦流を形成することができる。

上記渦流は直管部１ｂを流下していくが、直管部１ｂの長さＬが縦管本体１の内径Ｄの１０倍以下であるので、上記渦流は直管部１ｂを通る過程で良好に維持される。なお、直管部１ｂの長さＬが縦管本体１の内径Ｄの１０倍を超えると渦流が弱くなり直管部１ｂの内壁に沿った状態を維持できなくなる。
直管部１ｂの長さＬを縦管本体１の内径Ｄの２倍以上としたのは、２倍未満では直管部１ｂで跳水が起き、上流側へ背水を引き起こすおそれがあるからである。

下水は直管部１ｂを経て螺旋案内板５に至る。この螺旋案内板５で下水は再び直管部１ｂでの渦流と同方向の旋回運動を付与されるので、縦管本体１の内壁に沿う良好な渦流が維持される。なお、螺旋案内板５を３ピッチ以上としたのは、３ピッチ未満であると十分な螺旋運動を付与できないからであり、６ピッチ以下としたのは、６ピッチを越えても６ピッチと略同程度の効果しか得られないからである。

上述したように、下水は縦管本体１の上端部から直管部１ｂを経て螺旋案内板５を流下する過程で、縦管本体１の内壁に沿う良好な渦流を維持でき、落下エネルギーを減衰することができる。また、直管部１ｂにおいてはその中心部に渦流に囲まれた空気芯が形成され、螺旋案内板５の取付領域においても螺旋案内板５の内周縁に内接する仮想円筒面で囲われた空気芯が形成されるので、空気連行率を低く抑えることができる。

やがて下水は螺旋案内板５の下端から底部材２へと落下するが、落下エネルギーが減衰しているので、底部材２を破壊しない。さらに下水は流出管部４から吐出し、下水本管へと送られる。

上記流出管部４の内径は縦管本体１の内径の略半分であるので、空気連行率を低く抑えることができ、例えば５％以下に抑えることができる。なお、流出管部４の内径が大きくなるにしたがって、空気連行率も上昇する。

上記流出管部４の突出長さを流出管部４の内径以上としたのは、下水を流出管部４から安定して吐出させるためである。流出管部４がこれより短くなると下水がラッパ状に吐出してしまう。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨に反しない限りにおいて種々の改変をなすことができる。
上記実施形態では、流水用縦管装置を下水道に用いたが、都市部での浸水被害の低減のために地表面近くの接近水路で集めた雨水を貯留施設に送るシステムに、用いてもよい。
縦管本体の上端は導水路の上端より上方に突出していてもよい。

本発明は、下水道や雨水処理システムに用いられる流水用縦管装置に適用することができる。

１ 縦管本体
１ａ 流入口
１ｂ 直管部
１ｘ 縦管本体の内壁
３ 導水路
４ 流出管部
５ 螺旋案内板

Claims (6)

1. 垂直に設置されるとともに、その上端部に側方に開口する流入口を有する縦管本体と、この縦管本体の上記流入口に接続された導水路とを備えた流水用縦管装置において、
   上記流入口が垂直方向に細長く形成され、
   上記導水路の下流側水路部分の一方の内壁が上記縦管本体の内壁の接線方向に延びるようにして上記流入口に接続され、上記導水路の下流側水路部分の他方の内壁が、上記縦管本体の中心を通り上記接線方向と平行な仮想線から見て、上記一方の内壁寄りの位置で上記流入口に接続され、
   上記縦管本体の下部の内壁には螺旋案内板が取り付けられ、
   上記縦管本体において、上記流入口の下端と上記螺旋案内板の上端との間の部位が直管部として提供され、上記直管部は、その中心部に渦流に囲まれた空気芯が形成されるように、空洞をなしていることを特徴とする流水用縦管装置。
2. 上記導水路の下流側水路部分が上記流入口に向かって徐々に深くなるとともに、上記導水路の下流側水路部分の上記他方の内壁が上記流入口に向かって上記一方の内壁に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の流水用縦管装置。
3. 上記直管部の長さが上記縦管本体の内径の２〜１０倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の流水用縦管装置。
4. 上記螺旋案内板は３〜６ピッチを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流水用縦管装置。
5. 上記縦管本体の下端が底部材で閉塞され、上記縦管本体の下端部には側方に延びる流出管部が接続されており、
   上記流出管部の内径は上記縦管本体の内径の略半分であり、上記流出管部の縦管本体からの突出長さは、上記流出管部の内径以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流水用縦管装置。
6. 上記螺旋案内板の下端が、上記流出管部の上端と等しい高さであることを特徴とする請求項５のいずれかに記載の流水用縦管装置。

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