JPH0610403A - 真空式下水道システムにおける真空バルブの開閉動作時間制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空式下水道システムを構成する様々な要因
を考慮しつつ真空バルブの開閉動作時間を自動的に調整
し、常に最適な気液比に調整することができる真空式下
水道システムにおける真空バルブの開閉動作時間制御装
置を提供することを目的とする。 【構成】 真空下水管の真空圧を検出する真空圧検出手
段２８と、真空下水管内の汚水の流量を検出する流量検
出手段２９と、汚水ますの汚水の水位を検出する水位検
出手段３０と、真空バルブの開度を検出する開度検出手
段３４と、真空ステーションにおける真空ポンプの消費
電力を検出する消費電力検出手段３７とを備える。そし
て、これら検出手段による検出結果に基づき、真空バル
ブの開閉動作時間を算出し、この算出結果に基づき真空
バルブの開閉動作時間を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空式下水道システム
に関連し、特に当該システムに使用される真空バルブの
開閉動作時間を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】汚水の収集を重力でなく真空で行う真空
式下水道システムは、従来の自然流下式下水道に比べ小
口径の配管で同一の汚水収集能力を有し、しかも平坦な
地形や若干の上り勾配の地形においても配管を地形に沿
って浅く埋設すればよいため、低コストでシステムを構
築できる。このため近年、かかる真空式下水道システム
が注目されている。

【０００３】図９は真空式下水道システムの略図であ
る。

【０００４】同図に示すように、各家庭１から出される
汚水は、下水管２を介し自然流下により真空ユニット３
の汚水ます４に一旦溜められる。

【０００５】各真空ユニット３は、真空下水管５を介し
真空ステーション６と接続されている。これら真空下水
管５内は、真空ステーション６の真空ポンプ７により減
圧されている。

【０００６】そして、汚水ます４に蓄えられた汚水が一
定量以上になると真空バルブ８の制御機構がこれを検知
して弁が開き、溜った汚水は真空下水管５に吸い込まれ
る。この後、真空バルブ８は汚水を吸い終わっても一定
時間開き続け、この間に空気が吸い込まれる。真空下水
管５内の汚水は膨脹する空気に押され混相流となって真
空下水管５を介し真空ステーション６の汚水収集タンク
９に引き込まれる。

【０００７】以下、汚水収集タンク９の汚水は、圧送ポ
ンプ１０により下水処理場に送られる。

【０００８】ところで、上記真空バルブ８の開閉の制御
機構としては、例えば特許国内公表平２−５０３１２３
８号公報に開示されているように、汚水ます４の汚水の
液位を変換した圧力、大気圧及び真空下水管５の真空圧
との関係を利用したものが広く知られている。

【０００９】ところが、かかる技術により真空バルブ８
の開閉の制御を行う場合、真空バルブから真空下水管に
吸引される気液比（上述した真空下水管５に吸い込まれ
る汚水とその後に真空下水管５に吸い込まれる空気との
比）が問題となる。

【００１０】一般に、気液比が決定される要素は、多く
のものが存在し、その影響要素、各要素間の関係は、現
在解明されているわけではないが、真空バルブ８の開閉
時間は、その主要要素の一つである。

【００１１】また、気液比は、汚水の搬送速度、真空ポ
ンプ７の電力消費等、様々な要素に影響を及ぼし、完全
に理想的な比率値は、明確に固定できず、状況に応じて
調整されるべきものである。

【００１２】例えば、汚水の比率が大きいときには、汚
水の搬送速度が低下したり、真空が真空下水管５に伝わ
り難くなり、真空下水管５の末端では真空バルブ８の動
作不良や汚水吸引力の低下不良等を生じる。

【００１３】一方、空気の比率が大きいとき、つまり真
空バルブ８の開閉時間が長く、大気圧から吸引される空
気が多くなると、真空下水管５の真空度復帰のための真
空ポンプ７の負荷が大きくなり消費電力が増加する。

【００１４】このため、気液比を調整する技術が従来か
ら存在する。

【００１５】例えば、特開平２−２９２４２６号公報に
記載された技術は、汚水ます内の汚水の水位を圧力情報
に変換するセンサパイプの体積または配置位置を可変す
ることで気液比を調整している。

【００１６】また、特許国内公表平２−５０３１２３８
号公報に記載された技術は、真空バルブコントローラに
大気圧の導入を制御するニードル弁を装備し、その開度
を調整することで、気液比を調整している。

【００１７】しかしながら、特開平２−２９２４２６号
公報に記載された技術では、以下の問題がある。

【００１８】まず、センサパイプの体積変更により気液
比を調整する技術では、多種の体積変更用の部材が必要
とされ、その生産や管理が面倒であり、また、現場での
施工調整において、この部材の取換え作業が必要とさ
れ、非常に手間がかかる。

【００１９】また、センサパイプの取付け位置の変更に
より気液比を調整する技術では、センサパイプの開口部
が汚水ますの下部に設置されるものであるため、その施
工調整作業は位置の確認等の点で容易でなく、また、ユ
ーザ使用中における再調整は、非常に困難を伴う。

【００２０】しかも、当該技術では、真空バルブの開閉
動作時間が固定であるため、ユーザからの単位時間当り
の汚水流入量が変動した場合、真空下水管への汚水吸引
が間に合わず、汚水ますに汚水が充満してしまうおそれ
があり、また、気液比に影響を及ぼす各種要素の変動に
リアルタイムで対応するのは困難である。

【００２１】また、特許国内公表平２−５０３１２３８
号公報に記載された技術では、真空バルブコントローラ
に大気圧の導入を制御するニードル弁の開度調節により
開閉動作時間を調整することで気液比を調整するもので
あるが、ニードル弁の開度調節は手動で行われ、人間が
調整を継続しない限りその開度は固定されているため、
気液比に影響を及ぼす各種要素の変動にリアルタイムで
対応するのは困難である。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】このように真空式下水
道システムにおいては、気液比を最適に調整する必要が
あるが、従来の調整技術では調整に手間を要したり、常
に最適な気液比に調整ができない等という問題があっ
た。

【００２３】そこで、本発明は、真空式下水道システム
を構成する様々な要因を考慮しつつ真空バルブの開閉動
作時間を自動的に調整し、常に最適な気液比に調整する
ことができる真空式下水道システムにおける真空バルブ
の開閉動作時間制御装置を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するため、真空下水管の真空圧を検出する真空圧検
出手段と、真空下水管内の汚水の流量を検出する流量検
出手段と、汚水ますの汚水の水位を検出する水位検出手
段と、真空バルブの開度を検出する開度検出手段と、真
空ステーションにおける真空ポンプの消費電力を検出す
る消費電力検出手段と、これら検出手段による検出結果
に基づき、真空バルブの開閉動作時間を算出する開閉動
作時間算出手段と、この開閉動作時間算出手段による算
出結果に基づき、前記真空バルブの開閉動作時間を調節
する真空開放量調節手段とを具備する。

【００２５】請求項２記載の発明は、上記発明におい
て、真空開放量調節手段が、真空バルブコントローラ内
の大気圧を導入する通路にアクチュエータを配置し、こ
のアクチュエータにより前記通路の流体通過面積を調節
することを特徴とする。

【００２６】

【作用】本発明では、真空下水管の真空圧を検出する真
空圧検出手段や真空下水管内の汚水の流量を検出する流
量検出手段等による検出結果に基づき、真空バルブの開
閉動作時間を算出し、この算出結果に基づき真空バルブ
の開閉動作時間を調節しているので、気液比の変動要因
に対応して真空バルブの開閉動作時間が自動的に調整さ
れ、常に最適な気液比に調整される。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２８】図１は本発明の一実施例に係る真空ユニッ
トの構成を示す縦断正面図である。同図に示すように、
真空ユニット１１の下部には汚水ます１２が設けられ、
下水管１３からの汚水は一旦汚水ます１２に溜まるよう
になっている。

【００２９】真空下水管１５は、その開口部が汚水ます
１２の上部より底面に向くように配設され、真空ユニッ
ト１１の上部で90度曲げられ地面に沿うように真空ステ
ーション（図示省略）に向けて配設されている。

【００３０】真空ユニット１１の上部には、真空下水管
１５の真空ステーション側（真空側）と汚水ます１２側
（大気側）との開閉を行う真空バルブ１６が設けられて
いる。 図２は図１に示す真空バルブ１６の拡大断面図
である。

【００３１】同図に示すように、真空バルブ１６内に
は、ダイヤフラムカップ１７が上下動自在に配置され、
ダイヤフラムカップ１７の一方側には弁１８が接続され
ている。すなわち、ダイヤフラムカップ１７の一方側に
固定されたシャフト１９の先端には、真空下水管１５の
所定の位置に設けられた弁座２０と当接するプランジャ
２１が固定されている。

【００３２】真空バルブ１６は、閉時には、ばね２３の
弾発力を利用して弁１８を閉じることで、真空側と大気
側とを閉状態とする。一方、開時には、真空下水管１５
の真空側より真空供給パイプ２４（図１参照）を介し真
空が供給され、ばね２３の弾発力に抗して弁１８を開く
ことで、真空側と大気側とを開状態とする。この後、大
気圧解放パイプ２５（図１参照）からの大気圧が供給さ
れ、再びばね２３の弾発力を利用して弁１８を閉じる。

【００３３】この真空バルブ１６の開閉の制御は、真空
バルブコントローラ２６が主体的に行う。

【００３４】真空下水管１５と並設して、センサパイプ
２７は、その開口部が汚水ます１２の上部より底面に向
くように配設されている。従って、汚水ます１２に汚水
が溜まり汚水の液面が上昇していくと、センサパイプ２
７内の圧力が上昇する。センサパイプ２７は、その圧力
を圧力情報（例えば微小圧力）として真空バルブコント
ローラ２６に送る。

【００３５】真空バルブコントローラ２６は、センサパ
イプ２７からの圧力情報から汚水ます１２の汚水の液面
が所定以上となったと判断したとき、真空バルブ１６を
開状態となるように制御し、逆に液面が所定以下となっ
たと判断したとき、真空バルブ１６を閉状態となるよう
に制御する。

【００３６】図３はこのような真空バルブ１６の開閉動
作時間を制御する開閉動作時間制御装置の構成を示すブ
ロック図である。

【００３７】同図において、２８は真空下水管１５の真
空圧を検出する真空下水管路真空圧検出装置、２９は真
空下水管１５内の汚水の流量を検出する真空下水管路流
量検出装置、３０は汚水ます１２内の汚水の水位を検出
する汚水ます内汚水位検出装置である。真空下水管路真
空圧検出装置２８は、例えば図１に示すように、真空下
水管１５の真空側に圧力計３１を配置することで構成さ
れ、真空下水管路流量検出装置２９は、真空下水管１５
の真空側に流量計３２を配置することで構成され、汚水
ます内汚水位検出装置３０は、汚水ます１２の上部に光
学系液面検知センサ３３を配置することで構成される。

【００３８】３４は真空バルブ１６の開度を検出する真
空バルブ開度検出装置である。真空バルブ開度検出装置
３４は、例えば図２に示すように、真空バルブ１６内の
所定の位置に発光素子３５を配置すると共にダイヤフラ
ムカップ１７の所定の位置に受光素子３６を配置し、発
光素子３５と受光素子３６とでその間の距離を計測する
ことで真空バルブ１６の開度を検出している。

【００３９】３７は真空ステーションにおける真空ポン
プの消費電力を検出する真空ポンプ消費電力検出計であ
る。ここで、図４は真空ステーションの構成を示す図で
あり、各真空下水管１５は、真空ポンプ３８により真空
が供給れさる汚水収集タンク３９に接続されており、汚
水収集タンク３９に溜まる汚水は圧送ポンプ４０により
下水処理場に送られるようになっている。上記真空ポン
プ消費電力計３７は、例えば真空ポンプ３８の電源４１
と真空ポンプ３８との間に電力計４２に配置することで
構成される。

【００４０】４３は真空バルブ１６及び真空バルブコン
トローラ２６に供給された真空を外部に開放する量を調
節する真空開放量調節装置である。真空開放量調節装置
４３は、例えば図５に示すように、真空バルブコントロ
ーラ２６内の真空解放用の通路４４（大気圧が導入され
る通路）に圧電アクチュエータ４５を配置することで構
成される。つまり、圧電アクチュエータ４５の歪変位を
印加電圧によりコントロールすることで、通路４４の流
体通過面積を管理し、真空バルブ１６の開閉時間を調節
することにより、気液比を間接的に調整するものであ
る。なお、図５（ａ）は圧電アクチュエータ４５の印加
電圧を大きくし通路４４を狭くした場合を示しており、
図５（ｂ）は圧電アクチュエータ４５の印加電圧を小さ
くし通路４４を広くした場合を示している。

【００４１】４６はコントローラであり、コントローラ
４６は、各検出装置からのデータを収集するデータ収集
部４７と、データ収集部４７からのデータを基に圧電ア
クチュエータ４５の歪変位の量を判断する判断部４８
と、判断部４８による判断結果を基に圧電アクチュエー
タ４５を駆動する圧電アクチュエータ駆動部４９と、図
示を省略したタイマーとから構成される。なお、コント
ローラ４６は、例えば図１に示すように、真空ユニット
１１の上部に配置される。

【００４２】ここで、真空下水管１５の汚水ます１２に
おける開口部の汚水ます１２底面からの高さは予め判明
しているので、かかる高さと汚水ます内汚水位検出装置
３０による汚水の水位情報とを比較し、汚水の吸引中か
空気吸引中かの判別が行える。従って、汚水ます１２か
ら真空下水管１５への汚水と空気の吸引時間の検出は、
真空バルブ開度検出装置３４により検出される真空バル
ブ１６の開状態時に、汚水吸引時間と空気吸引時間とを
コントローラ４６のタイマーにより計測することで行う
ことができる。

【００４３】また、汚水ます１２への汚水の単位時間当
りの流入量の検出は、汚水ます内汚水位検出装置３０の
情報により、コントローラ４６のタイマーを利用して、
単位時間当りの増加量を演算することにより行うことが
できる。

【００４４】さらに、真空バルブ１６の開閉動作時間の
検出は、真空バルブ開度検出装置３４の開閉情報より、
コントローラ４６のタイマーを利用して、開閉時間を演
算することにより行うことができる。

【００４５】次に、上記コントローラ４６による動作例
を図６の表に基づき説明する。

【００４６】真空バルブ開度検出装置３４及びタイマー
により汚水吸引時間が増大または真空下水管路真空圧検
出装置２８により真空下水管１５の真空度が低下してい
ると検出された場合、真空下水管１５内の空気の比率が
減少し汚水の搬送速度が遅くなり、または汚水の比率が
増加し真空圧が伝わり難くなる。従って、この場合、空
気の比率を増加するために真空バルブ１６の開閉時間を
長くすればよいので、圧電アクチュエータ４５への印加
電圧を増加する。これにより、通路４４における流体通
過面積が減少し真空バルブ１６の開閉時間が長くなるの
で、空気の比率が増加し汚水の搬送速度が増加しかつ真
空下水管１５の真空圧の伝達が確保される。

【００４７】真空バルブ開度検出装置３４及びタイマー
により空気吸引時間が増大していると検出された場合、
外部の大気圧空間から空気吸引量が増大し、真空バルブ
１６閉後の真空下水管１５の真空度の復帰のため真空ポ
ンプ３８の消費電力が増加する。従って、この場合、空
気の比率を減少するために真空バルブ１６の開閉時間を
短くすればよいので、圧電アクチュエータ４５への印加
電圧を減少する。これにより、通路４４における流体通
過面積が増加し真空バルブ１６の開閉時間が短くなるの
で、空気吸引量が減少し、真空度復帰のための真空ポン
プ３８の消費電力が減少する。

【００４８】真空下水管路流量検出装置２９により真空
下水管１５の流量が減少または真空バルブ開度検出装置
３４及びタイマーにより汚水の吸引時間が増大している
と検出された場合、汚水の比率が多く、汚水の搬送速度
が低下する。従って、この場合、汚水の搬送速度を増加
するために真空バルブ１６の開閉時間を長くし、空気の
比率を増加させればよいので、圧電アクチュエータ４５
への印加電圧を増加する。これにより、通路４４におけ
る流体通過面積が減少し真空バルブ１６の開閉時間が長
くなるので、空気の比率が増加し汚水の搬送速度が増加
する。

【００４９】汚水ます内汚水位検出装置３０及びタイマ
ーにより汚水ます１２への単位時間当りの汚水量が増加
していると検出された場合、真空バルブ１６の開閉時間
を固定していると汚水吸引の処理時間が間に合わなくな
る。従って、この場合、真空バルブ１６の開閉時間を短
くすればよいので、圧電アクチュエータ４５への印加電
圧を減少する。これにより、通路４４における流体通過
面積が増加し真空バルブ１６の開閉時間が短くなるの
で、汚水ます１２への汚水流入量の変動に対処できる。

【００５０】真空ポンプ消費電力計３７により真空ポン
プ３８の消費電力が増加していると検出された場合、エ
ネルギを浪費していることになる。ここで、真空バルブ
開度検出装置３４及びタイマーによる検出結果に基づき
汚水の比率が多いと判断できる場合には、圧電アクチュ
エータ４５への印加電圧を増加する。これにより、通路
４４における流体通過面積が減少し真空バルブ１６の開
閉時間が長くなるので、汚水の減少により真空ポンプ３
８の消費電力が減少する。一方、真空バルブ開度検出装
置３４及びタイマーによる検出結果に基づき空気の比率
が多いと判断できる場合には、圧電アクチュエータ４５
への印加電圧を減少させる。これにより、通路４４にお
ける流体通過面積が増加し真空バルブ１６の開閉時間が
短くなるので、空気の減少により真空ポンプ３８の消費
電力が減少する。

【００５１】このように本実施例の開閉動作時間制御装
置は、汚水の流量、汚水ますへの汚水の流入状況、真空
ポンプの消費電力、真空下水管の真空度等を考慮して真
空下水管内の気液比を管理しているので、真空式下水道
システムの能力を向上させることができる。

【００５２】また、真空開放量調節装置４３として圧電
アクチュエータ４５を用いているので、大気圧開放のた
めの通路４４へ埋め込み可能な小型かつ低消費電力の真
空バルブの開閉動作時間制御装置を実現することができ
る。

【００５３】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れない。

【００５４】例えば、上述した実施例では、真空開放量
調節装置４３として圧電アクチュエータ４５を用いてい
たが、図７に示すように、ダイヤフラム弁５０とこれを
駆動するアクチュエータ５１との組み合わせで通路４４
の開度を調節する装置であってもよく、また図８に示す
ように、ニードル弁５２とカップリング５３を介しこれ
を駆動するモータ５４とこの角度を検出する角度検出装
置５５との組み合わせで通路４４の開度を調節する装置
であってもよい。

【００５５】また、図６の表はその動作例の一例を示し
たものにすぎず、他の動作例も当然考えられる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
種検出手段による検出結果に基づき、真空バルブの開閉
動作時間を算出し、この算出結果に基づき真空バルブの
開閉動作時間を調節しているので、常に最適な気液比に
調整される。これにより、真空式下水道システムの汚水
収集能力が向上し、真空式下水道システムの大規模化や
低コスト化が可能になる。また、真空開放量調節手段と
してアクチュエータを用いているので、大気圧開放のた
めの通路へ埋め込み可能な小型かつ低消費電力の真空バ
ルブの開閉動作時間制御装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る真空ユニットの構成を
示す縦断正面図である。

【図２】図１に示す真空バルブの拡大断面図である。

【図３】図１に示す真空バルブの開閉動作時間を制御す
る開閉動作時間制御装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】本発明に係る真空ステーションの構成を示す説
明図である。

【図５】本発明に係る大気圧を導入する通路に圧電アク
チュエータを配置した例を示す真空バルブコントローラ
の要部拡大断面図である。

【図６】本発明に係る真空バルブの開閉動作時間制御装
置による動作例を示す表である。

【図７】本発明に係る真空開放量調節手段の他の例を示
す図５に対応する真空バルブコントローラの要部拡大断
面図である。

【図８】本発明に係る真空開放量調節手段の他の例を示
す図５に対応する真空バルブコントローラの要部拡大断
面図である。

【図９】真空式下水道システムの略図である。

【符号の説明】

１１…真空ユニット、１２…汚水ます、１３…下水管、
１５…真空下水管、１６…真空バルブ、２４…真空供給
パイプ、２５…大気圧解放パイプ、２６…真空バルブコ
ントローラ、２７…センサパイプ、２８…真空下水管路
真空圧検出装置、２９…真空下水管路流量検出装置、３
０…汚水ます内汚水位検出装置、３１…圧力計、３２…
流量計、３３…光学系液面検知センサ、３４…真空バル
ブ開度検出装置、３５…発光素子、３６…受光素子、３
７…真空ポンプ消費電力検出計、３８…真空ポンプ、４
１…電源、４２…電力計、４３…真空開放量調節装置、
４４…通路、４５…圧電アクチュエータ、４６…コント
ローラ、４７…データ収集部、４８…判断部、４９…圧
電アクチュエータ駆動部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各家庭から排出される汚水を下水管を介
   し真空ユニットの汚水ますに一旦溜め、この汚水ますに
   溜まる汚水を真空下水管を介し真空ポンプを有する真空
   ステーションに引き込むようにした真空式下水道システ
   ムにあって、前記汚水ますの液位情報を変換してなる圧
   力と大気圧と前記真空下水管の真空圧との圧力差を利用
   して前記真空下水管の開閉を行う真空バルブにおいて、 前記真空下水管の真空圧を検出する真空圧検出手段と、 前記真空下水管内の汚水の流量を検出する流量検出手段
   と、 前記汚水ますの汚水の水位を検出する水位検出手段と、 前記真空バルブの開度を検出する開度検出手段と、 前記真空ステーションにおける真空ポンプの消費電力を
   検出する消費電力検出手段と、 これら検出手段による検出結果に基づき、前記真空バル
   ブの開閉動作時間を算出する開閉動作時間算出手段と、 この開閉動作時間算出手段による算出結果に基づき、前
   記真空バルブの開閉動作時間を調節する真空開放量調節
   手段とを具備することを特徴とする真空式下水道システ
   ムにおける真空バルブの開閉動作時間制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の開閉動作時間制御装置に
   おいて、真空開放量調節手段が、真空バルブコントロー
   ラ内の大気圧を導入する通路にアクチュエータを配置
   し、このアクチュエータにより前記通路の流体通過面積
   を調節することを特徴とする真空式下水道システムにお
   ける真空バルブの開閉動作時間制御装置。