WO2012118000A1 - 水撃発生装置 - Google Patents

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WO2012118000A1
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water hammer
tank
pipe
hammer
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French (fr)
Inventor
茂勝 遠藤
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学校法人日本大学
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F7/00—Pumps displacing fluids by using inertia thereof, e.g. by generating vibrations therein
    • F04F7/02—Hydraulic rams

Definitions

  • the present invention relates to a water hammer generator, and more particularly, to a device that generates a water hammer and enables its application to pumping or microbial treatment and other applications.
  • a water hammer pump which generates a water hammer and uses it for pumping etc.
  • a water hammer pump is generally as follows.
  • a drain valve that opens and closes is provided, and this drain valve is initially open, but when the water is supplied from the high position water tank, the fluid force of the water flow causes a rapid Shut up.
  • the rapid blockage of the drain valve causes the water to collide with the drain valve, causing a water hammer.
  • a momentary negative pressure generated in the water hammer tank causes the closed drain valve to open, so that the same thing is repeated again. In this way, a water hammer occurs continuously.
  • Patent Document 1 discloses an algae crushing apparatus using a water hammer pump as described above.
  • the water hammer pump in this device is provided with a drain valve that opens and closes in a water hammer tank connected to a water conduit, and this drain valve is a water flow when water is supplied from a high position water tank.
  • a water hammer occurs, and then the closed drain valve opens, so the same process is repeated again. In this way, a water hammer occurs continuously.
  • a water hammer pressure of 0.4 MPa or more is generated, and algae in the water hammer pump and the water conduit can be crushed.
  • water is supplied from a water supply tank provided at a high position to the water hammer tank via a water conduit, but while the water level difference between the water hammer tank and the water tank is small, ie, The drain valve may close before it reaches a sufficient water hammer. In this case, in order to generate a water hammer, it is necessary to open the closed drain valve to generate a water flow.
  • the drainage valve was opened by hammering it from the outside, but the working efficiency was poor, and there was a problem such as breakage of the drainage valve.
  • the water level difference (water supply head) in the water hammer tank and the water supply tank is set to 1.5 m or more, the drainage valve is closed by the action of the flowing water, and the water pressure acting on the drainage valve when the flow is stopped is large.
  • the blocked drain valve can not be opened easily.
  • lowering the water head the height of the water column of the water tank
  • lowering the water pressure applied to the drainage valve, and opening it will then start over from the water supply to the water hammer tank again, and solve the root of the problem. It does not. In addition, it takes a great deal of time and effort and the efficiency is extremely poor.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in the water hammer generator, a predetermined water hammer is generated by opening the drain valve which has been closed without generating the water hammer, and thereafter, it is continuous. It is an object of the present invention to provide a water hammer generating device capable of continuing the water hammer generating operation.
  • the present invention is provided with means for generating a second water hammer that is not the original water hammer in the water hammer tank or the sub drainage pipe in communication with the water hammer tank in order to open the drainage valve.
  • the present invention has the following configuration. It has a water pipe which sends running water, a water hammer tank which communicates with the water pipe, a drainage channel provided on the downstream side of the water hammer tank, and a drainage valve which opens and closes the drainage channel.
  • a second water hammer generating means is provided for opening the closed drain valve.
  • the second water hammer generation means generates a water flow and shuts off the water channel so that the water flow suddenly stops in the water pipe or the water hammer tank, and generates a water hammer immediately after that. It causes the phenomenon that the water pressure in the tank is momentarily lower than that before the water hammer occurred. Any configuration may be used as long as it is such.
  • the water supplied from the water conduit may have a predetermined water flow causing the water hammer and the viscosity so as to generate the fluid force, for example, oil, mud, other impurities, water It may contain a microorganism or the like which needs to be treated by bombardment.
  • the water hammer generator is as follows. That is, it has a water pipe for sending water, a water hammer tank communicating with the water pipe, a drainage channel provided on the downstream side of the water hammer tank, and a drainage valve for opening and closing the drainage channel.
  • a water hammer generator in which the valve is closed by the fluid force generated by the flowing water so that a water hammer occurs.
  • a second drainage pipe is provided on the upstream side of the drainage valve, a sub drainage pipe communicating with a water conduit or a water hammer tank, and an opening / closing valve for opening / closing the sub drainage pipe at an inlet of the sub drainage pipe or in the middle thereof. It is characterized in that a means for generating an impact is provided.
  • An auxiliary drainage pipe can be provided to be connected to the bottom of the water hammer tank.
  • the sub drain may be substantially only a drain. In that case, a valve is provided to open and close this drainage port.
  • This water hammer generating device functions as a pumping pump by connecting a pressure chamber and a pumping pipe above the water hammer tank via a connecting pipe, and providing a pumping valve for opening and closing a passage in the connecting pipe.
  • the auxiliary drainage pipe communicates with the water hammer tank, and the water hammer tank communicates with the opening communicating with the water conduit and the drainage path.
  • An opening and an opening communicating with the sub drainage pipe may be provided, and the water hammer tank may be configured not to have an opening other than these three openings.
  • the on-off valve be, for example, a ball valve.
  • the running water in the water conduit and the water hammer tank can be configured to be drained from the drainage channel or the sub drainage pipe after being subjected to water hammer several times. That is, water hammer can be generated continuously, for example, at intervals of about one second or less, and predetermined processing by water hammer is applied to running water supplied via a water pipe and substances contained therein. In the case of application, the water hammer can be configured to be applied a plurality of times while draining from the water conduit through the water hammer tank.
  • the microorganism treatment can be reliably performed on the drainage drained from the drainage channel or the auxiliary drainage pipe. Moreover, even if the drainage discharged from the sub drainage pipe is applied to the operator when operating the handle of the second valve, there is no problem because the drainage is already cleaned.
  • the drainage valve can be easily opened to restart the water hammer generator. .
  • FIG. 1 is a view showing the overall structure of a water hammer generator 1 including a water supply tank 5.
  • the water hammer generator 1 includes a water supply tank 5, a water conduit 3 for transferring water from the water supply tank 5 to the water hammer tank 2, and a water hammer tank 2 from the upstream side.
  • the supply water tank 5 is disposed on the base 6 and is in the form of a column extending in the vertical direction as a whole, and one end of the introduction pipe 3 is connected to the lower part thereof. In the case where the supply water tank 5 has such a shape extending in the vertical direction, there is an advantage that it is not necessary to provide a scaffold for supporting the same.
  • the supply water tank 5 may be, for example, a cube, a rectangular parallelepiped, or any other shape, and the shape is not limited.
  • the introduction pipe 3 is disposed in the horizontal direction, and the other end of the introduction pipe 3 is connected to a water hammer tank 2 having a drainage pipe 10 at its tip.
  • the introduction pipe 3 may be installed so that the water flows from the supply water tank 5 to the water hammer tank 2, and may be installed with an appropriate inclination.
  • a pressure guiding pipe pressure gauge 8 capable of measuring the water pressure in the water guiding pipe 3 is provided.
  • the introduction pipe 3 and the water hammer tank 2 are provided on the mount 9 respectively.
  • the water hammer generator 1 can be configured in a lightweight and inexpensive manner.
  • a drain valve 4 is provided at the connection position of the water hammer tank 2 and the drain pipe 10 on the downstream side thereof.
  • the drain valve 4 is rotated about the hinge portion 11, and its valve body is provided so that the inlet of the drain pipe 10 can be opened and closed.
  • a rod-shaped valve support 12 penetrating the wall surface of the water hammer tank 2 is provided on the upstream side of the water hammer tank 2 in front of the drainage valve 4.
  • the valve support 12 has one end projecting into the water hammer tank 2 and the other end extending out of the water hammer tank 2 and rotating the adjustment screw 13 at the other end, so that the water hammer of the head 14 at one end The amount of protrusion in the tank 2 can be changed.
  • the head portion 14 abuts on the outer surface of the valve body 4 a so as to regulate the opening degree of the drain valve 4. Therefore, the drainage valve 4 is adjusted to an appropriate opening degree, and the fluid force of the flowing water discharged from the drainage port 15 through the upstream water tank 5, the water conduit 3, the water hammer tank 2, and the drainage pipe 10, ie, , Is configured to be closed by the force generated by the flowing water.
  • a sub drainage pipe 20 which extends downward from this bottom surface and is bent in the horizontal direction inside the gantry 9 and extends along the gantry 9 is connected.
  • the secondary drainage pipe 20 is for draining the running water in the water hammer tank 2, and forms a drainage path separate from the drainage pipe 10.
  • a ball valve 21 as an on-off valve for opening and closing the sub drainage pipe 20 is disposed in the middle of the sub drainage pipe 20.
  • the ball valve 21 has a known structure, is provided outside the sub-discharge pipe 20, and rotates the handle 22 connected to the valve shaft by 90 degrees to change the orientation of the spherical valve body.
  • the opening and closing means of the sub drainage pipe 20 is not limited to such a ball valve, and may have another structure such as a butterfly valve as long as the sub drainage pipe 20 can be quickly shut off. It is also good.
  • This open / close valve is switched to either open or close position by the handle 22 for opening and closing, and the state of each of these opening and closing can always be held even when the water flow changes or a water hammer occurs, etc. Must.
  • a pressure gauge 7 in the water hammer tank capable of measuring the pressure in the water hammer tank 2 is installed.
  • the flowing water introduced into the introduction pipe 3 is introduced into the water hammer tank 2.
  • the running water is drained from the water hammer tank 2 through the drain pipe 10 as described above, but when a certain amount of running water passes through the water hammer tank 2, the downstream of the water hammer tank 2
  • the drain valve 4 provided on the side is rapidly closed by its fluid force and a water hammer occurs in the water hammer tank 2. In this case, by raising the feed head, i.e., the water level, stronger water hammer energy can be generated.
  • the water pressure P in the water hammer tank 2 rapidly rises to about 0.4 MPa as shown in FIG. 5 (here, the pressure in the pump is the inside of the water hammer tank 2 Immediately after that, the pressure P drops sharply, and it can be seen that the water pressure in the water hammer tank 2 momentarily becomes a negative pressure.
  • the pressure in the water hammer tank 2 is measured by the pressure gauge 7 in the water conveyance tank.
  • the water hammer is also transmitted to the water conduit 3, and the pressure in the water conduit 3 also rises to about 0.25 MPa.
  • the pressure in the water conduit 3 is measured by the pressure gauge 8 in the water conduit, and “the point at 3 m of the water conduit” in FIG. 5 is the inside of the water conduit 3 on the upstream side 3 m from the vicinity of the drainage valve It is a measurement point, and is the installation position of the pressure gauge 8 in the water conduit shown in FIG.
  • the closed drain valve 4 reopens and a water flow is generated. Then, the drain valve 4 opened by the fluid force of the water flow is closed, and the next water hammer occurs at that time.
  • the water hammer occurs at intervals of about 0.5 seconds. That is, the water hammer generator 1 generates the water hammer automatically and continuously by repeating the opening / closing operation of the drain valve 4 as described above.
  • the ball valve 21 is provided in the sub drainage pipe 20 as a means for opening the drain valve 4 which has been closed in such a case. If the drainage valve 4 is closed without causing a predetermined water hammer, the handle 22 is operated to open the ball valve 21. Then, since the water in the water hammer tank 2 flows out via the sub drain pipe 20, a water flow occurs.
  • the drainage valve 4 is rapidly closed by the fluid force due to the generation of the water flow, and an original water hammer is generated. After that, in accordance with the mechanism of water hammer generation described above, continuous water hammer is generated and operation of the water hammer generator 1 is started.
  • FIG. 4 is a view schematically showing the overall structure of a water hammer generator provided with a pump device 30 for supplying treated water to the supply water tank 5.
  • a water hammer generator 1 supplies various treated water for the purpose of performing a predetermined treatment by causing a water hammer pressure generated by the water hammer to act in the supply water tank 5.
  • water hammering pressure by water hammer exerts power in cell destruction of water microorganisms. Therefore, it is possible to improve the water quality of the lake by supplying eutrophicated water such as lakes, purifying the water generated by a large amount of microbes such as water-blooms and removing the microorganisms, and returning them to the lakes. is there.
  • the lake water collected from the recovery device (not shown) floating on the water surface of the algae generation place such as a reservoir is continuously supplied to the water tank 5 of the water hammer generator 1 by the pump device 30 through the suction pipe 31. , And sent to the water hammer tank 2, treated by water hammer, and then returned to the lake through the drain pipe 10.
  • the apparatus of the present invention since a relatively simple structure and no power or the like are used for operation, it is possible to install a large number of low cost and efficient purification facilities.
  • the present invention solves the problem that the discharge valve is likely to be closed when the water hammer generator starts, but once the problem is solved and the water hammer generator starts up, the water hammer generator supplies external energy. It is extremely useful because continuous operation over a long period (for example, 10 years or more) is possible.
  • Purification of water is highly necessary in, for example, developing countries or industrialized areas, and is advantageous in that it does not require energy supply such as electric power in applications for securing domestic water in developing countries.
  • long-term continuous purification treatment can be realized inexpensively, even when removing algae and the like generated for eutrophication and purifying lakes and lakes, rivers and the like.
  • ballast water used in ships and the like is seawater or the like loaded in a ballast tank at the port of departure in order to adjust the balance of the ships when the ships leave with no load.
  • the amount of unnecessary ballast water is discharged overboard when the cargo is loaded at the port where the vessel stops by.
  • the energy of the water hammer can be effectively utilized also in the treatment of aquatic organisms in such ballast water.
  • the processing ballast water discharged from the ballast tank of the ship is supplied to the water tank 5 of the water hammer generator 1 through the suction pipe 31 by the pump device 30, and is sent to the water hammer tank 2.
  • the treatment by water hammer should be carried out.
  • sewage water is supplied to the water tank 5 of the water hammer generator 1 by the pump device 30 and sent to the water hammer tank 2, and treatment by water hammer is performed to remove harmful bacteria. Is possible. It is also possible to use this treatment for the purpose of reducing the amount of sludge.
  • the water hammer force generated by this device is transmitted to both the water hammer tank 2 and the water conduit 3, so the inside of the water hammer tank 2 and the inside of the water conduit 3 can be confirmed.
  • the running water in the water stream is subject to multiple water hammers before being discharged from the water conduit 3 through the water hammer tank 2 through the discharge port 15 or the sub drainage pipe. That is, depending on the flow velocity of the water flow, generally, the water pipe 3 and the water hammer tank 2 receive about 3-6 water strikes. Therefore, although depending on the type of microbe and the like, the microbe treatment and the like can be surely performed on the drainage discharged from the drainage or the secondary drainage pipe.
  • the water hammer generator 1 operates not only by water supply from the water supply tank 5 but does not require power such as electricity, and when applied as a pumping pump, it can pump water significantly higher than the water supply head. , Will be functionally superior.
  • the second embodiment shows a structure in which the water hammer generator 1 is a pumping pump.
  • a pressure chamber 23 is attached to the upper side of the water hammer tank 2 via a connecting pipe 24, and a pumping pipe 25 is connected to the connecting pipe 24.
  • a pumping valve 26 is provided in the connecting pipe 24 for opening and closing the passage in the connecting pipe 24.
  • the water hammer generated by the rapid closing of the drain valve 4 causes pressure fluctuation in the water hammer tank 2 and the water conduit 3, and water is introduced into the pressure chamber 23.
  • a pumping valve 26 is disposed in the connecting pipe 24 with the pressure chamber 23. When a water hammer occurs, the pumping valve 26 moves upward and opens by the pressure increase in the water hammer tank 2, and via the connecting pipe 24 Water flows into the pressure chamber 23 from the water hammer tank 2. Air is accumulated in the upper part in the pressure chamber 23, and the air is compressed by the inflow of water, and the pressure in the pressure chamber 23 rises. By this rise in pressure, the pumping valve 26 is returned to the original position and closed, and water is supplied to the pumping pipe 25 branched from the connecting pipe 24.
  • the water hammer generator As described above, it is widely known to apply the water hammer generator as a lift pump. Furthermore, although the water hammer generator achieves energy saving and can be used for a wide range of applications, it has been difficult to open the drain valve when the drain valve has been closed conventionally, and the recovery work is troublesome In fact, it was not often used because of the problem of being However, it is considered that the possibility of technical application is enhanced since the major obstacles to practical use are removed by the present invention.
  • an inlet to the sub drainage pipe 20 is provided at the inlet of the sub drainage pipe 20 branched from the water hammer tank 2.
  • a valve 27 which can be opened and closed instantaneously is provided.
  • the sub drainage pipe 20 may be substantially only the inlet (drain port) without having a predetermined length.
  • the auxiliary drainage pipe may be provided in any part of the water hammer tank 2 or the water conduit 3, and the type of the on-off valve is not limited. However, it is desirable that the on-off valve be capable of interrupting the water flow as quickly as possible.
  • the present invention as a result of closing the drainage valve 4 without causing a water hammer at the time of starting the device, etc., when the device is stopped, the operation of the device can be resumed easily. Therefore, it is possible to remarkably improve the reliability as a pumping pump.
  • the application to the purification treatment of water etc. can be used in all situations, and is advantageous in that energy supply such as electric power is not required for securing living water etc. in developing countries, for example.
  • CO2 emission reduction and energy saving can be implement

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Abstract

　本発明は、水撃発生装置において、水撃を発生させずに閉じてしまった排水弁を開いて所定の水撃を発生させ、その後は連続的に水撃発生動作を継続させることが可能な水撃発生装置を提供する。水を送る導水管(3)と、この導水管(3)に連通する水撃タンク(2)と、この水撃タンク(2)の下流側に設けられた排水管(10)と、この排水管(10)を開閉する排水弁(4)とを有する。排水弁(4)の上流側に、導水管(3)又は水撃タンク(2)に連通する副排水管(20)を設けると共に、副排水管(20)の入口又はその途中に、副排水管(20)を開閉する開閉バルブ(21)を備えた第２の水撃発生手段を設けた。

Description

水撃発生装置
　本発明は水撃発生装置に関し、より詳細には、水撃（ウォーターハンマー）を発生させ、これを揚水又は微生物処理、その他の用途への応用を可能にする装置に関するものである。
　例えば、水撃を発生させ、これを揚水等に利用する水撃ポンプが知られているが、このような水撃ポンプは、一般的には次のようなものである。
　導水管に接続した水撃タンク内に、開閉作動する排水弁が設けられ、この排水弁は、当初は開いているが、高位置の供給水槽から水が供給されると水流の流体力によって急閉塞する。この排水弁の急閉塞によって流水が排水弁に衝突し、水撃が発生する。さらにその直後に水撃タンク内に発生する一瞬の負圧により、閉じていた排水弁が開くので、再び同様のことが繰り返えされる。このようにして連続的に水撃が発生する。
　一方、特開2007-319772号公報（特許文献１）では、上述したような水撃ポンプを利用した藻類破砕装置が開示されている。この装置における水撃ポンプは、導水管に接続した水撃タンク内に、開閉作動する排水弁が設けられており、この排水弁は、高位置の供給水槽から水が供給されると水流の流体力によって急閉塞すると水撃が発生し、その後、閉じていた排水弁が開くので、再び同様のことを繰り返す。このようにして連続的に水撃が発生する。この水撃によって、０．４ＭＰａ以上の水撃圧が発生し、水撃ポンプ内及び導水管内の藻類を破砕することができる。
特開2007-319772号公報 特開2009-275565号公報
　しかしながら、水撃ポンプを、さらに効率的で実用性の高いものにするためには、次のような解決すべき問題が存在している。
　先ず、水撃を発生させるには、高位置に設けた給水槽から、導水管を介して水撃タンクに水を供給するが、水撃タンクと供給水槽の水位差が小さいうちに、すなわち、十分な水撃を発生させるに至らないうちに排水弁が閉じてしまうことがある。この場合、水撃を発生させるには、閉じてしまった排水弁を開け、水流を生じさせる必要がある。
　そのため、従来は、排水弁を外からハンマーで敲くなどして開けていたが、作業効率が悪く、また、排水弁が壊れるなどの問題があった。通常、水撃タンクと供給水槽内の水位差（供給水頭）が１．５ｍ以上に設定されると流水の作用で排水弁が閉まり、水流が停止したときの排水弁に作用する水圧が大きく、閉塞した排水弁を容易に開くことができない。仮に、水頭（給水槽の水柱の高さ）を下げ、排水弁にかかる水圧を低下させてこれを開くことは、その後、再び水撃タンクへの給水からやり直すことになり、問題の根本解決にならない。また、多大な時間と労力を要し効率がきわめて悪くなる。
　本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、水撃発生装置において、水撃を発生させずに閉じてしまった排水弁を開いて所定の水撃を発生させ、その後は連続的に水撃発生動作を継続させることが可能な水撃発生装置を提供することを課題とする。
　この課題達成のため、本発明は、排水弁を開くため水撃タンク、又は、水撃タンクと連通する副排水管に、本来の水撃ではない第２の水撃を発生させる手段を設けた。この発明は次のような構成である。
　流水を送る導水管と、この導水管に連通する水撃タンクと、この水撃タンクの下流側に設けられた排水路と、この排水路を開閉する排水弁とを有し、この排水弁が、流水により生じる流体力によって閉じられて水撃が発生するようにした水撃発生装置において、
　閉状態の前記排水弁を開くための第２の水撃発生手段を備えることを特徴とする。
　この第２の水撃発生手段は、水流を発生させ、かつ、導水管又は水撃タンク内でその水流が急に停止するように水路を締め切ることで水撃を発生させ、その直後に水撃タンク内の水圧が水撃発生前よりも一瞬低くなる現象を起こすものである。このようなものであれば、如何なる構成であってもよい。
　なお、ここで導水管から供給される水は、水撃を起こす所定の水流とその流体力が発生するような粘性を有していればよく、例えば、油、泥、その他の不純物や、水撃による処理が必要な微生物等を含むものであってもよい。
　従来、通常の水撃発生装置は、水撃タンクの上方に設けた圧力室の存在が、連続した水撃発生のためには不可欠であると認識されていた。水撃発生により圧力室内の空気は進入する水の圧力により圧縮されるが、その後、水撃の圧力が低下すると圧縮された空気が圧力室から水を押し戻し、水撃タンク内の圧力も低下して、閉じていた排水弁が開くと考えられ、これにより連続する水撃が発生すると認識されていた。
　ところが、本発明者が連続する水撃発生のメカニズムを解明すべく実験を重ねたところ、水撃発生直後に水撃タンク内の圧力が水撃発生前よりも低くなり、そのため排水弁が開くことが明らかになった。したがって、一般的に認識されているような空気を充填した圧力室を設けなくても、水撃発生装置として成立する。
　また、本発明に係る水撃発生装置は、次のようなものである。
　すなわち、水を送る導水管と、この導水管に連通する水撃タンクと、この水撃タンクの下流側に設けられた排水路と、この排水路を開閉する排水弁とを有し、この排水弁が、流水により生じる流体力によって閉じられて水撃が発生するようにした水撃発生装置において、
　前記排水弁の上流側に、導水管又は水撃タンクに連通する副排水管を設けると共に、副排水管の入口又はその途中に、この副排水管を開閉する開閉バルブを備えた第２の水撃発生手段を設けたことを特徴とする。
　副排水管は、水撃タンクの底部に接続されるように設けることができる。また、この副排水管は、実質的に排水口だけのものであってもよい。その場合は、この排水口を開閉するように弁が設けられる。
　上記の水撃発生装置では、水撃を発生させることなく排水弁が閉じて水流が停止してしまったとき、開閉バルブを開けると水撃タンク内の水が副排水管を経由して流出し水流が生じる。このとき、水撃タンク内には上流の供給水槽から常時、水が供給されているため排水弁は開かない。その後、水流が生じている状況で開閉バルブを急激に閉じると、水撃タンク内に水撃が発生する。すると、水撃発生直後に水撃タンク内に一瞬負圧が生じ、閉じていた排水弁が開き水流が生じる。
　次の瞬間には上流からの水流の流体力により排水弁が閉じて本来の水撃が発生する。その後、上述した水撃発生のメカニズムにより、水撃発生装置の連続的な稼働が開始される。
　この水撃発生装置は、前記水撃タンクの上方に連結管を介して圧力室及び揚水管を接続し、前記連結管内には通路を開閉する揚水弁を設けることで、揚水ポンプとして機能させることができる。
　反対に、揚水ポンプとして機能させない装置とする場合には、前記副排水管は前記水撃タンクに連通し、前記水撃タンクには、前記導水管と連通する開口部、前記排水路と連通する開口部、及び、前記副排水管と連通する開口部がそれぞれ設けられ、前記水撃タンクは、これら３つの開口部以外の開口部を備えない構成とすることが可能である。
　上記の水撃発生装置では、前記開閉バルブを、例えばボールバルブとすることが好ましい。また、前記導水管及び前記水撃タンク内の流水は複数回の水撃を受けた後、排水路又は副排水管から排水されるように構成することが可能である。すなわち、水撃は、例えば、約一秒以内の間隔で連続的に発生させることが可能であり、導水管を介して供給される流水及びそれに含まれる物に対し、水撃による所定の処理を施す場合、導水管から水撃タンクを経て排水されるまでの間に、水撃を複数回にわたり付与するように構成できる。
　この構成によれば、排水路又は副排水管から排出される排水に対する微生物処理を確実に行える。また、副排水管から排出される排水が、もし、第２の弁のハンドルを操作する際に操作者にかかるなどしても、既に排水の浄化が行われているため問題はない。
　以上のように本発明によれば、水撃が発生せずに排水弁が閉じて作動が停止してしまった場合でも、容易に排水弁を開き、水撃発生装置を再起動させることができる。このように、従来装置の欠点を除いた使用し易い水撃発生装置を提供することが可能である。
本発明に係る水撃発生装置について、供給水槽を含む全体構造を示す図である。 本発明に係る水撃発生装置の主要部の概略構造を示す図である。 本発明に係る水撃発生装置の他の実施形態であって、揚水ポンプとして使用する場合の主要部の概略構造を示す図である。 供給水槽に処理水を供給するポンプを備えた全体構造の概略を示す図である。 水撃が発生時の水撃ポンプ及び導水管内の圧力変化を示す図である。
　次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
　図１は、水撃発生装置１について供給水槽５を含む全体構造を示す図である。この水撃発生装置１は、上流側から、それぞれ供給水槽５、この供給水槽５から水撃タンク２に水を送る導水管３、及び水撃タンク２が配置されている。供給水槽５は、基台６上に設置され、全体が上下方向に延びる柱状のものであり、その下部には導入管３の一端が接続されている。供給水槽５を、このような上下方向に延長した形状とした場合には、これを支持する足場を設ける必要がないという利点がある。ただし、供給水槽５は、例えば立方体や直方体又はその他の形状でもよく、その形状は限定されるものではない。
　ここでは、前記導入管３は水平方向に配設され、この導入管３の他端には、先端に排水管１０を備えた水撃タンク２が接続されている。なお、導入管３は、供給水槽５から水撃タンク２に向けて水が流れるように設置すればよく、適度な傾斜をもって設置してもよい。
　また、導水管３の一端に近接して、導水管３内の水圧を計測できる導水管内圧力計８が設けられている。これらの導入管３および水撃タンク２は、それぞれ架台９上に設けられている。この実施形態では、前記導入管３として塩化ビニル等からなる樹脂管を用いることにより、軽量かつ安価に、水撃発生装置１を構成することができる。
　図１、２に示すように、前記水撃タンク２とその下流側の排水管１０との接続位置に排水弁４が設けられている。この排水弁４は、ヒンジ部１１を中心として回転し、その弁体が排水管１０の入口を開閉可能とするように設けられている。この排水弁４の手前の水撃タンク２の上流側には、水撃タンク２の壁面を貫通する棒状の弁支持体１２が設けられている。この弁支持体１２は、一端が水撃タンク２内に突出し、他端は水撃タンク２外に延出して、他端の調整ネジ１３を回転させることで、一端の頭部１４の水撃タンク２内での突出量を変化させることができる。
　前記頭部１４は、排水弁４の開度を規制し得るように弁体４ａの外面に当接する。よって、この排水弁４は適切な開度に調整され、上流の供給水槽５、導水管３、水撃タンク２、及び排水管１０を経て、排水口１５から排出される流水の流体力、すなわち、流水によって生じる力によって閉じられるように構成されている。
　一方、水撃タンク２の底面側には、この底面から下方に延出し、架台９の内部で水平方向に屈曲し架台９に沿って延びる副排水管２０が接続されている。この副排水管２０は、水撃タンク２内の流水を排出するもので、前記排出管１０とは別個の排水路を形成している。この副排水管２０の途中には、これを開閉する開閉バルブとしてのボールバルブ２１が配設されている。このボールバルブ２１は、公知の構造を備えたものであり、副排出管２０の外部に設けられ、弁軸に連結されたハンドル２２を９０度回転させることで、球状の弁体の向きを変化させて流路を閉じ、副排水管２０内の流水を瞬時にストップさせることが可能である。このようなボールバルブ２１の設置は、操作が容易で、流水量を大きく損なうことなく、渦流や脈流が生じにくいので好適である。しかし、前記副排水管２０の開閉手段は、かかるボールバルブに限られるものではなく、素早く副排水管２０を締め切ることができるものであれば、バタフライ弁等の他の構造を有するものであってもよい。この開閉バルブは、開閉用のハンドル２２により開、閉のいずれかの位置に切り替えられ、これらの開閉のそれぞれの状態は、水流が変化し又は水撃が発生した等の場合でも、常に保持可能でなければならない。
　なお、水撃タンク２の上流側の上部には、水撃タンク２内の圧力を計測可能な水撃タンク内圧力計７が設置されている。
　以下、水撃発生装置１の作動について説明する。
　導入管３に導入された流水は、水撃タンク２に導入される。流水は、上述のように水撃タンク２から排水管１０を介して排出口１５から排出されるが、水撃タンク２内を一定量の流水が通過するようになると、水撃タンク２の下流側に設けられた排水弁４が、その流体力によって急激に閉じられ、水撃タンク２内において水撃が発生する。この場合、供給水頭、すなわち水面レベルを高くすることにより、より強い水撃のエネルギーを発生させることができる。
　上記のようにして水撃が発生すると、図５に示すように、水撃タンク２内の水圧Ｐは急激に０．４ＭＰa程度まで上昇するが（ここでポンプ内圧力とは水撃タンク２内の圧力Ｐである）、その直後は、逆に圧力Ｐが急降下し、水撃タンク２内の水圧は一瞬、負圧となることがわかる。水撃タンク２内の圧力は、前記導水タンク内圧力計７により計測される。
　また、この水撃は導水管３にも伝えられ、導水管３内の圧力も０．２５ＭＰa程度まで上昇する。導水管３内の圧力は前記導水管内圧力計８により計測され、図５中の「導水管内３ｍの地点」とは、水撃が発生する排水弁４付近から３ｍ上流側の導水管３内の測定点であって、図１に示す導水管内圧力計８の設置位置である。
　上記のような水撃発生により水撃タンク２内の圧力は上昇するが、その直後の急激な圧力低下に伴って、閉じられた前記排水弁４が再び開いて水流が生じる。すると、水流による流体力によって開いた前記排水弁４が閉じられ、その際に次の水撃が発生する。上記の動作の繰り返しにより、図５に示す例では、約０．５秒間隔で水撃が発生している。すなわち、水撃発生装置１は、上記のような排水弁４の開閉動作の繰り返しにより、自動的、連続的に水撃を発生させるものである。なお、図５に示す水撃による圧力変化は、水撃発生装置１による連続した水撃が発生し、その計測開始から１２０．０秒から１２３．０秒までの間の状態を示している。
　上記のようなメカニズムにより排水弁が開閉し、これに伴う水撃が発生するのであり、水撃タンクの上部の圧力室や揚水管の設置は、水撃発生のために必須のものではない。また、装置への電力等の外部エネルギーの供給は一切不要である。
　この水撃発生装置１では、上記のように、装置の始動時から、排水弁４の連続的な開閉動作が得られれば何ら問題はないが、装置の始動時には、次のような事態が発生することがある。
　すなわち、供給水槽５の水位を徐々に上昇させていくと、水撃タンク２と供給水槽５の水位差が未だ小さく、十分な水撃を発生させるに至らない段階で排水弁４が閉じてしまうことがある。この場合に水撃を発生させるには、閉じてしまった排水弁４を開き、水流を生じさせることが必要なことはいうまでもない。
　しかし、この場合に排水弁４を開けることは決して容易ではない。有用な水撃力を得るため、通常、供給水槽５の水位を、水撃タンク２の底面から１．５ｍ以上の高さに設定したときは、排水弁４に作用する水圧が相当に大きくなるため、排水弁４を人力で開くことはきわめて困難である。例えば、水撃力を水中に存在する藻類を破砕するために用いるときは、水撃によって、少なくとも０．４ＭＰａ程度の圧力を発生させることが必要となるが、そのためには供給水頭を、例えば２ｍ程度に設定することになる。
　そこで、かかる場合に、閉じてしまった排水弁４を開く手段として、上述したように、副排水管２０内に、前記ボールバルブ２１が設けられている。もし、排水弁４が所期の水撃を発生させることなく閉じてしまった場合には、ハンドル２２を操作して、ボールバルブ２１を開ける。すると、水撃タンク２内の水が副排水管２０を経由して流出するので水流が生じる。
　このとき、水撃タンク２内には、上流の供給水槽５から、常時、水が供給されているため排水弁４は水圧により閉じたままである。しかし、副排水管２０を経由する水流が生じている状況でハンドル２２を再び操作し、ボールバルブ２１を急激に閉じると、水撃タンク２内に水撃（本来の水撃と区別するため、以下「第２の水撃」という）が発生する。
　この第２の水撃の発生により水撃タンク２内の圧力は急上昇し、その直後、水撃タンク２内に一瞬負圧が生じる。これは、図５示したような負圧の発生とほぼ同様のものである。このような圧力変化により、閉じていた排水弁４が開き、排水口１５からの排水が可能となるので、排水管１０を経由する水流が生じる。
　すると、上記水流の発生による流体力によって排水弁４が急速に閉じ、本来の水撃が発生することになる。その後は、上述した水撃発生のメカニズムに従い、連続的な水撃を発生させ水撃発生装置１の稼働が開始される。
　上記のように、水撃発生装置１の起動時又は稼働中において、流水の流速が遅いなどの理由から、排水弁４が所定の水撃を発生させることなく閉じてしまった場合は、上記のボールバルブ２１を開閉させることにより、第２の水撃を発生させて排水弁４を容易に開くことが可能である。
　図４は、供給水槽５に処理水を供給するポンプ装置３０を備えた水撃発生装置の全体構造を概略的に示す図である。このような水撃発生装置１は、供給水槽５内には、水撃によって発生する水撃圧を作用させることで、所定の処理が施されることを目的として、種々の被処理水を供給することができる。例えば、水撃による水撃圧は、水中微生物の細胞破壊に威力を発揮する。
　したがって、富栄養化した湖沼等の水を供給し、アオコ等の微生物が大量発生した水を浄化処理して微生物を除去し、これを湖沼に戻すことで湖沼の水質改善を図ることが可能である。
　この場合、貯水池等の藻発生場所の水面に浮かぶ回収装置（図示せず）から採取した湖沼の水を、吸入管３１を介してポンプ装置３０で水撃発生装置１の供給水槽５に連続的に供給し、水撃タンク２に送り、水撃による処理をした後、排水管１０を介して湖沼に戻すようにすればよい。
　富栄養化のために水質改善が望まれる湖沼等は多数存在するが、水の連続的な大量処理が必要なため、その設備が膨大となり、コストがかかるため、実現は容易ではない。
　しかし、本発明の装置を用いれば、比較的簡単な構造で、かつ、運転に電力等を使用しないため、低コストで効率の良い浄化設備を多数設置することが可能である。本発明は、水撃発生装置の始動時に生じやすい、排出弁が閉じてしまう問題を解決するものであるが、この問題が解決して一旦始動すれば、水撃発生装置は、外部エネルギーを供給しなくとも長期間（例えば１０年以上）にわたる連続稼動が可能であるのできわめて有用である。
　水の浄化処理は、例えば開発途上国又は工業化地域等において必要性が高く、開発途上国での生活用水確保の用途では、電力等のエネルギー供給が不要な点で有利である。また、富栄養化のため発生したアオコ等を取り除き、湖沼、河川等を浄化する場合にも、長期にわたる連続的な浄化処理が安価に実現できる。
　一方、船舶等で用いられるバラスト水は、船舶が無積載で出港する際、船舶のバランスを調整するため、出港地でバラストタンクに積み込まれる海水等である。このようなバラスト水は、その後に船舶が立ち寄る港で荷物を積載すると、不要となった量が船外へ排出される。この際、バラスト水に含まれる水生生物が、外来種として生態系に影響を与えることが明らかになってきたため、かかる問題の解決が望まれている。
　このようなバラスト水中の水生生物等の処理においても、水撃のエネルギーを効果的に利用することが可能である。この場合は、船舶のバラストタンクから排出された被処理用のバラスト水を、ポンプ装置３０で、吸入管３１を介して水撃発生装置１の供給水槽５に供給し水撃タンク２に送り、水撃による処理を実施すればよい。
　その他、汚水処理施設において、ポンプ装置３０により水撃発生装置１の供給水槽５に汚水を供給し、これを水撃タンク２に送り、水撃による処理を実施することで有害なバクテリアを取り除く処理が可能である。また、この処理を汚泥の減量等の目的に使用することが可能である。
　また、図５によれば、この装置で発生する水撃力は、水撃タンク２と導水管３の双方に伝わることが確認できるが、そのため前記水撃タンク２内、及び、導水管３内にある流水は、導水管３から水撃タンク２を通り排出口１５又は副排水管を介して排出されるまでに、複数回の水撃を受けることになる。すなわち、水流の流速にもよるが、通常、導水管３、及び、水撃タンク２内では３－６回程度の水撃を受ける。
したがって、微生物等の種類にもよるが、排水路又は副排水管から排出される排水に対する微生物処理等を確実に行える。
（実施形態２）
　水撃発生装置１の他の実施形態について、図３に基づいて説明する。
　一般に水撃発生装置１は、供給水槽５からの給水だけで作動し電気等の動力が不要であるばかりか、揚水ポンプとして応用した場合、供給水頭に比べ著しく高所への揚水が可能であり、機能的に優れたものとなる。この実施形態２は、水撃発生装置１を揚水ポンプとした場合の構造を示すものである。
　実施形態２では、水撃タンク２の上方には圧力室２３が連結管２４を介して取り付けられ、この連結管２４には揚水管２５が接続されている。また、この連結管２４内には、この連結管２４内通路を開閉する揚水弁２６が設けられている。これらはこの水撃装置１を揚水ポンプとして利用する場合に必要な構成要素である。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付し、一部の説明を省略する。
　上述したように、排水弁４が急激に閉じることにより発生する水撃は、水撃タンク２及び導水管３内の圧力変動を生じさせ、圧力室２３内に水が導入される。圧力室２３との連結管２４には揚水弁２６が配設されており、水撃発生時には水撃タンク２内の圧力上昇によって揚水弁２６が上方に移動して開き、連結管２４を介して、水撃タンク２から圧力室２３に水が流入する構成になっている。圧力室２３内の上部には、空気が溜まっており、水の流入により空気が圧縮され、圧力室２３内の圧力が上昇する。この圧力の上昇により揚水弁２６が原位置に復帰して閉じられ、連結管２４から分岐する揚水管２５に水が供給されるものである。
　また、次の水撃が水撃タンク２内で発生すると、再び揚水弁２６が開いて水が圧力室２３に導入され、同様のことが繰り返される。このようにして、揚水管２５を経由して揚水が実施される。水撃発生装置を利用した揚水ポンプは、例えば、供給水頭が１．５ｍであっても、約２０ｍの高さまでの揚水が実現される。
　上記のように、水撃発生装置を揚水ポンプとして応用することは広く知られている。さらには、水撃発生装置は省エネルギー化を実現し、かつ広範囲の用途に使用できるにもかかわらず、従来から排水弁が閉じてしまった場合に排水弁を開くことが困難で、復旧作業が面倒であるという問題があったため、実際にはあまり利用されていなかった。しかし、本発明により実用化を阻む大きな障碍が除かれたので、技術的応用の可能性が高められたと考えられる。
　なお、この実施形態２では、副排水管２０の途中にこれを開閉する弁を設けるのではなく、水撃タンク２から分岐する副排水管２０の入口に、この副排水管２０への入口を瞬時に開閉することが可能な弁２７を設けている。この場合、副排水管２０は、所定の長さを有せずに実質的に入口（排水口）のみのものであってもよい。
　排水弁を開くために第２の水撃を発生させるには、水撃タンク２又は導水管３内に水流を発生させ、かつ、これを急激に停止させる開閉弁を設置する必要があるが、副排水管は、水撃タンク２又は導水管３のいずれかの箇所に設ければよく、前記開閉弁の種類も限定されるものではない。ただし、前記開閉弁は、できるだけ急速に水流を遮断できるものであることが望ましい。
　本発明によれば、装置の起動時等において排水弁４が水撃を生じさせないで閉じてしまった結果、装置が停止したとき、装置の運転再開を容易に行うことができる。そのため、揚水ポンプとしての信頼性を著しく向上させることが可能である。
　また、水の浄化処理等への応用は、あらゆる場面で活用可能であり、例えば開発途上国での生活用水等の確保のため、電力等のエネルギー供給が不要な点で有利である。また、富栄養化のため発生したアオコ等の大量処理が必要な湖沼、河川等の浄化に関しても、安価な処理方法を提供することができる。
　本発明によれば、ＣＯ２排出削減や省エネルギー化を実現でき、かつ、従来装置の欠点を除いた使用し易い水撃発生装置を提供することができる。
　１　水撃発生装置
　２　水撃タンク
　３　導水管
　４　排水弁
　５　供給水槽
　６　基台
　７　水撃タンク内圧力計
　８　導水管内圧力計
　９　架台
１０　排水管
１１　ヒンジ部
１２　弁支持体
１３　調整ネジ
１４　頭部
１５　排水口
２０　副排水管
２１　ボールバルブ（開閉バルブ）
２２　ハンドル
２３　圧力室２３
２４　連結管
２５　揚水管
２６　揚水弁
２７　弁
３０　ポンプ装置
３１　吸入管

Claims (6)

  1. 　水を送る導水管と、この導水管に連通する水撃タンクと、この水撃タンクの下流側に設けられた排水路と、この排水路を開閉する排水弁とを有し、この排水弁が、流水により生じる流体力によって閉じられて水撃が発生するようにした水撃発生装置において、
    　閉状態の前記排水弁を開くための第２の水撃発生手段を備えることを特徴とする水撃発生装置。
  2. 　水を送る導水管と、この導水管に連通する水撃タンクと、この水撃タンクの下流側に設けられた排水路と、この排水路を開閉する排水弁とを有し、この排水弁が、流水により生じる流体力によって閉じられて水撃が発生するようにした水撃発生装置において、
    　前記排水弁の上流側に、導水管又は水撃タンクに連通する副排水管を設けると共に、副排水管の入口又はその途中に、副排水管を開閉する開閉バルブを備えた第２の水撃発生手段を設けたことを特徴とする水撃発生装置。
  3. 　前記副排水管は前記水撃タンクに連通し、前記水撃タンクには、前記導水管と連通する開口部、前記排水路と連通する開口部、及び、前記副排水管と連通する開口部がそれぞれ設けられ、前記水撃タンクは、これら３つの開口部以外の開口部を備えていないことを特徴とする請求項２に記載の水撃発生装置。
  4. 　水撃タンクの上方には連結管を介して圧力室及び揚水管が接続されるとともに、前記連結管内には通路を開閉する揚水弁が設けられ、揚水ポンプとして機能することを特徴とする請求項１又は２に記載の水撃発生装置。
  5. 　前記開閉バルブをボールバルブとしたことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の水撃発生装置。
  6. 　前記導水管及び前記水撃タンク内の流水は、複数回の水撃を受けた後、排水路又は副排水管から排水されるように構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の水撃発生装置。
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