JP2008121253A - 真空式排水システム - Google Patents

Abstract

【課題】負圧源にのみ電気設備を設ければ、各集水凹部毎に電気設備を設ける必要がなく、排水パイプ（管路）の勾配管理の必要もなく、施工が容易な真空式排水システムを提供すること。
【解決手段】地下構造物（共同溝１０）の空間１０ｄ内に排水パイプ１８が配設され、前記排水パイプ１８内の水が大気圧と負圧との圧力差により収集されるようにしている。しかも、前記空間１０ｄの底部１０ｅに集水凹部１７が形成され、前記排水パイプ１８が前記底部１０ｅに沿って配設されていると共に、前記排水パイプ１８に所定間隔毎に水平部１９ａから上り傾斜部１９ｂ，水平部１９ｃ，下がり傾斜部１９ｃ，水平部１９ｄと続く流体滞留部１９が設けられ、下端を前記集水凹部１７内に配設した吸水パイプ３３が真空弁ユニット３２を介して前記排水パイプ１８に接続されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、共同構等の地下構造物内に浸入する水を大気圧と負圧源との圧力差を利用して収集するようにした真空式排水システムに関するものである。

従来、電力管・水道管・ガス管を布設する共同溝や、地下鉄、トンネル等、地下構造物は地下に設けられるため、降雨時のマンホール蓋からの浸入水、地下水からの浸入水に対し、排水設備（排水システム）を設ける必要がある。しかも、従来の排水方法としては、圧送ポンプ設置による圧力式搬送方式を用いることが一般的である。

図６は、地下構造物として地中１に設けられた共同溝２と、共同溝２内に浸入する浸入水の排水設備の一例を示したものである。この図６において、地中１には、配線・配管作業やメンテナンス等のために、共同溝２の天井面２ａと地面１ａとに開口する縦孔３を設けている。尚、この縦孔３は、共同溝２の長手方向に所定間隔で地中１に設けられている。

この共同溝２における排水設備としては、縦孔３の真下に位置させて共同溝２の底部２ｂに集水凹部（排水収集部）４を設け、底部２ｂに沿って排水パイプ５を配設すると共に、圧送ポンプ６の吸込口を集水凹部４の底部内に配設し且つ圧送ポンプ６の吐出口を排水パイプ５に接続した構成が採用されている。

しかも、この排水設備では、集水凹部４内に集水される浸入水の水位を水位センサ（図示せず）で検出して圧送ポンプ６を作動させるようになっている。これにより、圧送ポンプ６は、集水凹部４内への浸入水が水位センサで検出されると作動して、集水凹部４内の浸入水を汲み上げて排水パイプ５に吐出させ、排水パイプ５を介して排水場所まで圧送するようになっている。

このような圧力式搬送方式では、集水凹部４毎に圧送ポンプ６を設置するため、共同溝２内の多数の圧送ポンプ６毎（集水凹部４毎）に電気設備、即ち制御盤の設置が必要であるという問題があった。

この問題を解決するものとしては、真空式搬送方式を用いることも考えられる。例えば、図７に示したように、集水凹部４内に真空弁ユニット７の吸込口（図示せず）を配設し、この真空弁ユニット７の流出側（吐出側）を排水パイプ５に接続すると共に、排水パイプ５に吸引負圧を作用させる真空ステーション（図示せず）を設けた構成とすることもできる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１４４８６８号公報

このような真空式搬送方式では、排水パイプ（配管）５にリフト部５ａを設けて、一定の下り勾配部５ｂを設ける必要があり、勾配管理（管台等の設置）に時間を要するものであった。また、共同溝２の高さに制限があるため、必要な高さのリフト部５ａを確保できない場合もあった。

そこで、この発明は、負圧源にのみ電気設備を設ければ、各集水凹部毎に電気設備を設ける必要がなく、排水パイプ（管路）の勾配管理の必要もなく、施工が容易な真空式排水システムを提供することを目的とするものである。

この目的を達成するため、この発明は、地下構造物の空間内に排水パイプが配設され、前記排水パイプ内の水が大気圧と負圧との圧力差により収集されるようにした真空式排水システムであって、前記空間の底部に集水凹部が形成され、前記排水パイプが前記底部に沿って配設されていると共に、前記排水パイプに所定間隔毎に水平部から上り傾斜部，水平部，下がり傾斜部，水平部と続く流体滞留部が設けられ、下端を前記集水凹部内に配設した吸水パイプが真空弁ユニットを介して前記排水パイプに接続されている真空式排水システムとしたことを特徴とする。

この構成によれば、負圧源にのみ電気設備を設ければ良いので、各集水凹部毎に電気設備を設ける必要がない。しかも、排水パイプ（管路）を地下構造物の空間底部に沿って配設するのみで、排水パイプ（管路）に一定の勾配を設ける必要がないので、勾配管理の必要がない。この結果、施工が容易となる。

以下、この発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
[構成]
図１は、共同溝１０を地下構造物の一例として示したものである。この共同溝１０は、地中１１の所定深さの部分に設けられている。

しかも、図２に示したように、共同溝１０の側壁１０ａ，１０ｂには、配線や配管のための複数の棚１２が多段に固定されている。尚、図示の便宜上、図１では棚１２の図示は省略している。

そして、各棚１２には、一例として複数の電気ケーブル１３ａを挿通した電力管１３や、複数の通信ケーブル１４ａを挿通した信号管１４が配管支持されている。尚、図示は省略したが棚１２には電力管１３や信号管１４以外に、水道管やガス管等も配管支持される。

しかも、地中１１には、配線・配管作業やメンテナンス等のために、共同溝１０の天井面１０ｃと地面１１ａとに開口する縦孔１５が設けられている。尚、この縦孔１５は、共同溝１０の長手方向に所定間隔で地中１１に設けられている。しかも、図示は省略したが縦孔１５の上部開口端はマンホール蓋等の蓋体で開閉可能に設けられる。

また、共同溝（地下構造物）１０は空間（地下空間）１０ｄを有し、空間１０ｄの底部１０ｅには図２に示したように左右方向中央に向けて傾斜させられた傾斜ガイド面１０ｅ１，１０ｅ１が設けられている。そして、傾斜ガイド面１０ｅ１，１０ｅ１を有する底部１０ｅは例えば多孔金属板製のカバー板（底板）Ｍｐでカバーされている。このカバー板Ｍｐは図２においては略水平に設けられている。

更に、空間（地下空間）１０ｄ内には、降雨時のマンホール蓋（図示せず）からの浸入水、地下水の浸入水に対し、排水設備（排水システム）１６が設けられている。この排水設備１６は、縦孔１５の真下に位置させて共同溝１０の底部１０ｅに設けた集水凹部（排水収集部）１７と、底部１０ｅに沿って多孔金属板Ｍｐ上に配設された排水パイプ１８を有する。
＜負圧源＞
また、図１中、排水パイプ１８の右端には、図示しない負圧ポンプ等の負圧源からの吸込負圧が集水タンク等の集水部（図示せず）を介して作用するようになっている。この吸込負圧は、排水パイプ１８内に吸い込まれる浸入水や空気等の流体がある場合に、排水パイプ１８の左側から右側への流体の流れを生じさせるようになっている。従って、排水パイプ１８の左端側が流体の流れの上流端となる。尚、負圧ポンプ等の負圧源は、排水パイプ１８内が所定以上の吸込負圧になると、作動を停止するようになっている。この構成にするには、負圧ポンプ等の負圧源の吸込側の圧力を図示しない圧力センサで検出して、この吸込側の吸込負圧が所定値以上になったときに、負圧源の作動を停止するような制御回路を設けておけばよい。
＜流体滞留部１９＞
この排水パイプ１８には、図１，図３に示したように、長手方向に所定間隔毎に上方に立ち上がって同じ高さまで立ち下がる流体滞留部１９が設けられている。この流体滞留部１９は、上流側の水平部１９ａから上り傾斜部１９ｂ、水平部１９ｃ、下り傾斜部１９ｄ、及び下流側の水平部１９ｅ（水平部１９ａと同じ高さ）へと続く配管路を有している。このうち、前記水平部１９ｃの底部１９ｆは、排水パイプ１８の上壁部１８ａよりも、一定高さｈ１高い位置となるように構成されており、ｈ１をゼロに設計することが静的なリフト損失が最小となり好ましい（これを「ゼロリフト」という）。図１は流体滞留部１９が「ゼロリフト」の場合を示している。

そして、図１に示したように、複数の流体滞留部１９の内、矢印Ａ１で示した流体滞留部１９が排水パイプ１８の上流端部に最も近い位置に配置されている。この矢印Ａ１で示した流体滞留部１９の上流側にはＪ字状パイプ部材２０が配設されている。

このＪ字状パイプ部材２０は、図３に示したように上下に延びる主パイプ部２０ａと、主パイプ部２０ａの下端部に上方に向けて連設した下パイプ部２０ｂを有する。この下パイプ部２０ｂの上端が図１の矢印Ａ１で示した流体滞留部１９の上流側の水平部１９ａの底部に接続されている。
＜自動吸気弁２１＞
また、主パイプ部２０ａの上端部上には吸気装置としての自動吸気弁２１が配設されている。この自動吸気弁２１は、排水パイプ１８内の真空度が、所定値以下に低下した際に、大気を排水パイプ１８内へ導入するのに用いられる。以下、この自動吸気弁２１の構造を詳説する。

図４に示すように、この自動吸気弁２１は、弁箱２４と、この弁箱２４内に摺動自在に収納される弁体２５と、弁箱２４に取り付けられたキャップ体２６と、この弁箱２４とキャップ体２６との間に周縁部が水密に挟持されたダイヤフラム２７を有している。尚、弁体２５は、図４中、ダイヤフラム２７の上方に配設した有底筒状の上側弁体２５ａと、ダイヤフラム２７の下方に配設した下側弁体２５ｂを有する。

この弁箱２４には、接続口部２４ａ，２４ｂが設けられている。そして、上流側の接続口部２４ａには、空気導入管２３の端部が固定リング部材（固定ナット）２３ａを介して接続固定され、下流側の接続口部２４ｂには上述したＪ字状パイプ部材２０の主パイプ部２０ａが固定リング部材（固定ナット）２０ｃを介して接続固定されている。しかも、接続口部２４ａの端面と空気導入管２３の端部との間には止水リング部材２３ｄが介在され、主パイプ部２０ａの端面と接続口部２４ｂの端面との間には止水リング部材２０ｄが介装されている。

また、弁箱２４内には略円形状の弁体収納凹部（弁体収納空間）２４ｃが設けられていて、この弁体収納凹部２４ｃ内には弁体２５の下側弁体２５ｂが同心に配設されている。しかも、弁箱２４には、接続口部２４ａを有する上流側隔室２４ｄと、接続口部２４ｂを有する下流側隔室２４ｇが設けられている。

この上流側隔室２４ｄと下流側隔室２４ｇは、弁体収納凹部２４ｃの中心線（弁体２５の軸線）と直交している。しかも、上流側隔室２４ｄと下流側隔室２４ｇは互いに区画されている。

また、弁体収納凹部２４ｃと上流側隔室２４ｄとを区画する壁部には円形の流入孔部２４ｅが形成されていて、弁体収納凹部２４ｃと上流側隔室２４ｄとは円形の流入孔部２４ｅを介して連通可能に設けられている。また、下流側隔室２４ｇは弁体収納凹部２４ｃに上流端が連通している。

更に、キャップ体２６の頭頂部には、内面に雌ネジが設けられた筒状の螺合部材（雌ネジ部材）２６ａが弁体２５の軸線と同心に固定されている。この螺合部材２６ａに形成された雌ネジ部には、弁体２５の開閉のタイミングを調整する調整ボルト部材２８の上部側のネジ部２８ａが螺合されている。これにより、調整ボルト部材２８の軸線と弁体２５の軸線が同心に設けられている。尚、２８ｂは、調整ボルト部材２８の下部側の軸部である。

また、キャップ体２６内には有底筒状の上側弁体２５ａが同心に配設されている。そして、この調整ボルト部材２８は下部側の軸部２８ｂが上側弁体２５ａ内に上方から同心に挿入配設されている。しかも、この調整ボルト部材２８の下端には支持鍔部材２５ｃが固着されている。この支持鍔部材２５ｃは、調整ボルト部材２８の螺合量の変更により、軸方向に移動調整可能になっている。

更に、上側弁体２５ａの上端部内には鍔状部材２５ｄが配設されていると共に、鍔状部材２５ｄは上側弁体２５ａの上端部内に設けられる図示しないクリップ等で上方に抜け外れ不能になっている。しかも、調整ボルト部材２８の軸部２８ｂは鍔状部材２５ｄを摺動自在に貫通している。そして、支持鍔部材２５ｃと鍔状部材２５ｄとの間にスプリング部材２９が介装されている。これにより、上側弁体２５ａがスプリング部材２９のバネ力（付勢力）により上方へ向けて付勢されている。

この上側弁体２５ａ内には、固定用弁棒部材（固定ボルト）３１の頭部３１ａが配設されている。この固定用弁棒部材３１は、上側弁体２５ａの底壁２５ａ１及びダイヤフラム２７の中央を貫通していると共に、下側弁体２５ｂを貫通するように下側弁体２５ｂに螺着されている。そして、この上側弁体２５ａの底壁２５ａ１及びダイヤフラム２７の中央部が頭部３１ａと下側弁体２５ｂとの間に挟持されている。

また、この下側弁体２５ｂの下方には、テーパ状シール面部３０ａを有するガイド体３０が配設されている。このガイド体３０は、固定用弁棒部材３１の下端部に螺着されていると共に、下側弁体２５ｂに対して締め付けられている。

このようにして、ガイド体３０は、上側弁体２５ａ，ダイヤフラム２７，下側弁体２５ｂと共に、固定用弁棒部材３１によって共締めされて固定されている。

このうち、ダイヤフラム２７は、弾性変形可能な熱可塑性エラストマー等によって構成されている。

このような自動吸気弁２１は、図３に示したように上流側の接続口部２４ａを上側にし、下流側の接続口部２４ｂを下方にして配置されている。しかも、下流側隔室２４ｇが、Ｊ字状パイプ部材２０を介して図１の矢印Ａ１で示した流体滞留部１９の水平部１９ａに図３のように接続されている。
＜真空弁ユニット３２＞
また、上述した各集水凹部１７内には、図１に示したような真空弁ユニット３２がそれぞれ配設されている。この真空弁ユニット３２は、図２に示したように、集水凹部１７内に配設した支持枠２１上に保持されている。

この真空弁ユニット３２は、吸込側に設けられ且つ下端吸込口３３ａを集水凹部１７の底部近傍まで配設した吸込パイプ３３と、真空弁本体３２ａの吐出側に設けられ且つ排水パイプ１８に接続した吐出パイプ３４を備えている。

また、真空弁ユニット３２は水位検知パイプ３５を有する。この水位検知パイプ３５は、集水凹部１７内に集水される浸入水３６の水面３６ａの高さによる圧力を検出して、水面３６ａの高さが所定水位になったときに、真空弁本体３２ａの上部のコントローラの制御によって真空弁ユニット３２は、開弁して、吸込パイプ３３と吐出パイプ３４を連通させるようになっている。

このような真空弁ユニット３２には周知の構造を採用できるので、その詳細な構造の説明は省略する。
[作用]
次に、このような構成の共同溝１０及び排水設備１６の作用を説明する。

このような構成においては、図１の排水パイプ１８の右端に図示しない負圧ポンプ等の負圧源からの所定の吸込負圧が作用させられている。この状態で、排水パイプ１８内に浸入水３６が殆どない場合、図３の複数の流体滞留部１９及び排水パイプ１８側からの吸込負圧が弁体収納凹部２４ｃに作用する。

これにより、この吸込負圧は、ダイヤフラム２７をスプリング部材２９の付勢力に抗して図４中下方に向けて（図３では左方に向けて）移動させる。これにより、弁体２５もダイヤフラム２７と一体に同方向に移動させられて、弁体２５のテーパ状シール面部３０ａが流入孔部２４ｅの周縁部２４ｆを閉塞する。そして、負圧ポンプ等の負圧源は、排水パイプ１８内が所定の吸込負圧になると、作動を停止する。

一方、降雨時には、縦孔１５のマンホール蓋（図示せず）から雨水が浸入水として共同溝１０の空間（地下空間）１０ｄ内に流入する。また、地下水から空間１０ｄ内に浸入する浸入水等も考えられる。このような浸入水は、多孔金属板製のカバー板Ｍｐを透過して空間１０ｄの底部１０ｅに流れた後、この底部１０ｅに設けた傾斜ガイド面１０ｅ１，１０ｅ１に沿って底部１０ｅ幅方向中央部に流れ、最終的には縦孔１５の真下の集水凹部１７に流れて集水される。

そして、集水凹部１７内に集水された浸入水３６の水面３６ａが所定水位になると、真空弁ユニット３２の水位検知パイプ３５が浸入水３６の水面３６ａを検出し、チューブ３７を介して真空弁ユニット３２に送信する。これにより真空弁ユニット３２は、開弁して吸込パイプ３３と吐出パイプ３４を連通させる。

この吸込パイプ３３及び吐出パイプ３４には排水パイプ１８からの吸込負圧が作用している一方、水面３６ａには大気圧が作用しているので、真空弁本体３２ａが開弁して吸込パイプ３３と吐出パイプ３４が連通すると、吸込負圧と大気圧との差圧により集水凹部１７内の浸入水３６が吸込パイプ３３及び吐出パイプ３４を介して排水パイプ１８に吸い込まれる。この吸い込まれた浸入水３６は、排水パイプ１８内を図示しない負圧源側に流れて、排水タンク（図示せず）等の集水部に集水された後、排水される。

このような動作に伴い、図３に示すように、排水パイプ１８の流体滞留部１９の水頭ｈ１が上昇して、流体滞留部１９の水平部１９ａ内が浸入水（流体）３６で満たされると、排水パイプ１８側からの負圧が、この弁体収納凹部２４ｃに到達せずに、スプリング部材２９の付勢力によって、ダイヤフラム２７が、図４中上方に向けて（図３では右方に向けて）移動する。

このため、テーパ状シール面部３０ａと、流入孔部２４ｅの周縁部２４ｆとの間に、大気を通過させる隙間が形成されて、上流側隔室２４ｄから弁体収納凹部２４ｃ方向へ向けて、気液混相流を形成する空気が導かれる。

このため、図１の矢印Ａ１で示した自動吸気弁２１に最も近い流体滞留部１９において、流体滞留部１９の上流側の水平部１９ａの上り傾斜部１９ｂの上流側に位置する浸入水３６が滞留すると、この部分の真空度は低下するので、自動吸気弁２１が確実に開放される。

これにより、真空ポンプ（図示せず）等の負圧源の吸込側の負圧が低下するので、真空ポンプ（図示せず）等の負圧源が作動して、負圧源からの吸込負圧を集水タンク（図示せず）等の集水部を介して排水パイプ１８に作用させることになる。このような負圧源、自動吸気弁２１，真空弁ユニット３２の動作の繰り返しにより、集水凹部１７内に流れ込む浸入水３６を排水することができる。

以上説明したように、この発明の実施の形態の真空式排水システムでは、地下構造物（共同溝１０）の空間１０ｄ内に排水パイプ１８が配設され、前記排水パイプ１８内の水が大気圧と負圧との圧力差により収集されるようにしている。しかも、前記空間１０ｄの底部１０ｅに集水凹部１７が形成され、前記排水パイプ１８が前記底部１０ｅに沿って配設されていると共に、前記排水パイプ１８に所定間隔毎に水平部１９ａから上り傾斜部１９ｂ，水平部１９ｃ，下がり傾斜部１９ｄ，水平部１９ｅと続く流体滞留部１９が設けられ、下端を前記集水凹部１７内に配設した吸水パイプ３３が真空弁ユニット３２を介して前記排水パイプ１８に接続されている。

この構成によれば、負圧源にのみ電気設備を設ければ良いので、各集水凹部１７毎に電気設備を設ける必要がない。しかも、排水パイプ（管路）１８を地下構造物の空間底部に沿って配設するのみで、排水パイプ（管路）１８に一定の勾配を設ける必要がないので、勾配管理の必要がない。この結果、施工が容易となる。

また、この発明の実施の形態の真空式排水システムにおいては、前記排水パイプ部の真空度が所定以下に低下した際に、大気を排水パイプ内へ導入する自動吸気弁が設けられている。

この構成によれば、流体滞留部１９の上流側の水平部１９ａの上り傾斜部１９ｂの上流側に位置する浸入水３６が滞留すると、この部分の真空度は低下するので、自動吸気弁２１が確実に開放されて、真空ポンプ（図示せず）等の負圧源の吸込側の負圧が低下するので、真空ポンプ（図示せず）等の負圧源が作動して、負圧源からの吸込負圧を排水パイプ１８に作用させることになる。このような負圧源、自動吸気弁２１，真空弁ユニット３２の動作の繰り返しにより、集水凹部１７内に流れ込む浸入水３６を排水することができる。

図１はこの発明に係る真空式排水システムを共同溝に適用した例を示す概略断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う詳細断面図である。 図１の自動吸気弁と排水パイプとの関係を示す縦断面図である。 図１の自動吸気弁の断面図である。 図４の自動吸気弁の作用説明図である。 従来の圧送式排水システムを共同溝に適用した例を示す概略断面図である。 従来の真空式排水システムを共同溝に適用した例を示す概略断面図である。

符号の説明

１０・・・共同溝（地下構造物）
１０ｄ・・・空間（地下空間）
１０ｅ・・・底部
１７・・・集水凹部
１８・・・排水パイプ
１９・・・流体滞留部
１９ａ・・・水平部
１９ｂ・・・上り傾斜部
１９ｃ・・・水平部
１９ｄ・・・下がり傾斜部
１９ｅ・・・水平部
３２・・・真空弁ユニット

Claims (2)

1. 地下構造物の空間内に排水パイプが配設され、前記排水パイプ内の水が大気圧と負圧との圧力差により収集されるようにした真空式排水システムであって、
   前記空間の底部に集水凹部が形成され、前記排水パイプが前記底部に沿って配設されていると共に、前記排水パイプに所定間隔毎に水平部から上り傾斜部，水平部，下がり傾斜部，水平部と続く流体滞留部が設けられ、下端を前記集水凹部内に配設した吸水パイプが真空弁ユニットを介して前記排水パイプに接続されていることを特徴とする真空式排水システム。
2. 請求項１の真空式排水システムにおいて、前記排水パイプ部の真空度が所定以下に低下した際に、大気を排水パイプ内へ導入する自動吸気弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空式排水システム。

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