JP4955714B2

JP4955714B2 - 不純物沈降用水槽

Info

Publication number: JP4955714B2
Application number: JP2009020190A
Authority: JP
Inventors: 昌之澤田
Original assignee: 株式会社森松総合研究所
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: JP2010174552A

Description

本発明は、例えば浄水の供給用水道施設の水源から配水池に浄化された水を供給する際に、水中に浮遊する砂等の不純物を沈降して水を浄化する不純物沈降用水槽に関する。

浄水の供給用水道施設の水源から不純物沈降用水槽に供給される水には、砂やその他の微細な粒子等の不純物が含まれているので、この不純物を不純物沈降用水槽によって沈降除去するようになっている。従来の不純物沈降用水槽として、図５及び図６に示すものが用いられている。この水槽本体１１を構成する円筒状の筒体１２の下端部には、底板１３が溶接によって接合されるとともに、筒体１２の上端開口縁には蓋板１４が溶接によって接合されている。前記水槽本体１１の下方の地下には水の地下給水管１５，１６が水平に配設され、両給水管１５，１６の先端部には前記底板１３を貫通して水槽本体１１の内部に上方向に指向する給水管１７，１８が互いに平行に配設されている。一方、水槽本体１１の内部には該水槽本体１１内の水を外部に流出させるための流出管３１，３２が前記底板１３を貫通するように配設されている。両流出管３１，３２の下端部には水平の地下流出管３３，３４が接続されている。そして、前記給水管１７，１８の上端噴出口１７ａ，１８ａから水槽本体１１内に噴出された水を上方向に流動させて、水槽本体１１の上部で水の流路方向を水平方向に変向して、前記流出管３１，３２の排出口３１ａ，３２ａから水を吸い込んで外部に配設された配水池に排出する。前記給水管１７，１８の上端噴出口１７ａ，１８ａから水が排出口３１ａ，３２ａへ至るまでの間に水中に浮遊する砂等の不純物が自重により下方に沈降して、水が浄化されるようになっていた。

一方、特許文献１には、タンク内に複数の貯留室を区画形成するための整流壁を上下方向に、かつ水平方向に所定の間隔をおいて複数箇所に設け、各整流板に上下方向の位相をずらして設けた開口部を通して水が上流側の貯留室から下流側の貯留室に流れるようにし、不純物を各貯留室に順次沈降させるようにしたものも提案されている。

実開平３−１９８９９号公報

ところが、図５及び図６に示す従来の水槽本体１１は、給水管１７，１８が単に上方向に指向され、その上端噴出口１７ａ，１８ａから水が上方向に噴出された後、水槽本体１１の上部で水平方向に変向して、流出管３１，３２の排出口３１ａ，３２ａに流入するようになっていたので、水槽本体１１の内部における水の平均流速が速くなり、次のような問題が生じていた。即ち、前記給水管１７，１８の底板１３からの高さＨ１を１．５ｍ、前記給水管１７，１８の上端噴出口１７ａ，１８ａと貯水Ｗの液面との距離Ｈ２を５．５ｍ、水槽本体１１の直径Ｄを５ｍ、給水管１７，１８の直径ｄを１５ｃｍとし、前記給水管１７，１８から流量８６ｍ^３／ｈ、水の噴出流速が１．４ｍ／ｓとすると、水槽本体１１の上部における水平（Ｐ矢印）方向への流速が６０ｃｍ／ｓとなる。この水の流速では、水中に浮遊する砂等の不純物のうち軽いものは自重によって沈降することなく、前記流出管３１，３２の排出口３１ａ，３２ａから流出管３１，３２内に吸入され、水に含まれる不純物の沈降除去作業を適正に行うことができないという問題があった。

なお、前記給水管１７，１８の上端噴出口１７ａ，１８ａの指向方向を水平方向として噴出された水が旋回水流となるようにすることも考えられるが、この場合においても噴出口１７ａ，１８ａの水の噴出流速が１．４ｍ／ｓの場合には、水の平均流速が６０ｃｍ／ｓとなる。従って、この条件下においても水中に浮遊する軽い砂等の不純物の沈降分離が難しいという問題があった。

一方、特許文献１に開示されたタンクは、不純物の沈降を適正に行うことができるが、複数の貯留室を区画形成するため、タンクを水平方向に長くして大型化しなければならないという別の問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、給水管から水槽内に供給された水に浮遊する不純物の沈降除去作業を適正に行うことができる不純物沈降用水槽を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、水槽本体の内側下部に水の噴出口を有する給水管を配設し、水槽本体の内側上部に水の流出口を有する流出管を配設した不純物沈降用水槽において、前記給水管の噴出口に水の噴出方向を横方向に指向する噴出ノズルを設け、該噴出ノズルの噴出口に噴出水流を整流する整流通路を設け、前記噴出ノズルから噴出される水が水槽本体の内部で旋回流となるように該噴出ノズルを配設し、前記給水管の通路面積よりも前記整流通路の通路面積を大きく設定したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記噴出ノズルは横四角筒状に形成され、該噴出ノズルの内部には整流板が収容され、該整流板によって複数の整流通路が形成されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記噴出ノズルは水平線に対しノズルの先端ほど高くなる傾斜状態に配設され、水平線に対する噴出ノズルの傾斜角は５〜１５°に設定されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記水槽本体は円筒状に形成され、前記噴出ノズルは、水槽本体の内周面に向かって斜交するように又は内周面に対し接線方向に水が噴出されるように配設されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記噴出ノズルの噴出口と前記流出管の流出口の配設位置は、水平方向に、かつ水槽の中心軸線から互いに離隔する方向に設定されていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項において、前記整流通路から噴出される水の噴出速度は、３０ｃｍ／ｓ〜２００ｃｍ／ｓに設定されていることを要旨とする。

（作用）
この発明は噴出ノズルから整流通路を通して水が水槽本体の内部に横方向に噴出されるとともに、整流通路によって水の噴出流速が低減され、このため、噴出ノズルから流出管の流出口へ至る水流の流速が低減されて、水に浮遊する砂等の不純物が水槽本体の底部に沈降する。

本発明によれば、給水管から水槽本体内に噴出された水に浮遊する不純物の沈降除去作業を適正に行うことができる。

この発明の不純物沈降水槽を具体化した一実施形態を示す略体縦断面図。水槽の略体平面図。給水管の上端部に接続された噴出ノズルの側面図。噴出ノズルの斜視図。従来の不純物沈降水槽の略体縦断面図。従来の不純物沈降水槽の略体平面図。

以下、本発明を具体化した不純物沈降用水槽の一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、ステンレススチール製の水槽本体１１は、円筒状をなす筒体１２と、該筒体１２の下端開口部に溶接によって連結された円板状の底板１３と、前記筒体１２の上端開口部に溶接によって連結された蓋板１４とによって密閉状に構成されている。前記水槽本体１１の下方には図示しない水源に接続された二本の水平の給水管１５，１６が埋設され、その先端部には水槽本体１１の内部に収容され、かつ前記底板１３を下方に貫通させた二本の垂直の給水管１７，１８の下端部が接続されている。

前記両給水管１７，１８の上端部には噴出ノズル１９，２０が接続されている。この噴出ノズル１９，２０は水槽本体１１の下部に配設されている。この噴出ノズル１９，２０は同一の構成をとっているので、図３及び図４に基づいて一方の噴出ノズル１９の構成について説明する。

図３及び図４に示すように、前記給水管１７の上端開口部には円筒状をなす筒体２１が溶接によって連結されている。この筒体２１の上端面は傾斜板２１ａによって閉塞されている。前記筒体２１の外周面にはノズル本体２２が装着されている。このノズル本体２２は、前記筒体２１の外周面に溶接によって互いに平行に、かつ垂直面内に位置するように連結された平板よりなる左右一対の側板２２ａ，２２ｂと、前記側板２２ａ，２２ｂの上端面に溶接によって連結された平板よりなる上板２２ｃと、前記側板２２ａ，２２ｂの下端縁に溶接によって連結された平板よりなる下板２２ｄとによって構成されている。

前記ノズル本体２２の前記上板２２ｃの下面及び下板２２ｄの上面には、第１及び第２の整流板２３，２４が互いに平行に、かつ垂直面内に位置するように溶接によって連結されている。そして、第１及び第２の整流板２３，２４によってノズル本体２２の噴出通路を互いに平行な３つの整流通路２５に区画形成している。前記給水管１７，１８の水の有効通路面積よりも前記整流通路２５全体の水の有効通路面積を大きく設定し、給水管１７（１８）内の水の流速よりも整流通路２５内の水の流速が低下するようにしている。

図１に示すように、前記水槽本体１１の内部には垂直の流出管３１，３２が上下方向に指向するように、かつ下端を前記底板１３を貫通して下方に突出するように配設されている。前記流出管３１，３２の下端部には地下の水平の流出管３３，３４が接続されている。この地下の流出管３３，３４は、図示しない配水池に接続されている。

図２に示すように、前記噴出ノズル１９，２０は前記水槽本体１１の筒体１２の内周面に対して水を傾斜状態で噴出することができるように配設されている。一方、前記流出管３１，３２の排出口３１ａ，３２ａの配設位置は、筒体１２の内周面から水平方向に所定距離を隔てた位置に、かつ水槽本体１１の上部に設定されている。

次に、前記のように構成された水槽本体１１の作用について説明する。
図１及び図２において、図示しないポンプが作動されて、水源から地下の給水管１５，１６に水が供給され、前記噴出ノズル１９，２０のノズル本体２２の複数の整流通路２５から水がほぼ水平方向に噴出される。この噴出水は図２に矢印で示すように前記筒体１２の内周面に向かって噴射され、該内周面に沿って旋回水流となって水槽本体１１の上部へと流れる。前記噴出ノズル１９，２０の整流通路２５によって、旋回水流の流速が低減されるので、旋回水流に浮遊する砂等の不純物がその自重により沈降し、底板１３の上面に体積される。そして、浄化された水は、水槽本体１１の上部の流出管３１，３２の排出口３１ａ，３２ａから該流出管３１，３２に流入して外部に流出され、浄水として配水池に貯留される。

この実施形態では、図１に示す水槽本体１１の底板１３から前記噴出ノズル１９，２０までの上下方向の高さＨ１を１．５ｍ、前記給水管１７，１８の上端噴出口１７ａ，１８ａと貯水Ｗの液面との上下方向の距離Ｈ２を５．５ｍ、水槽本体１１の直径Ｄを５ｍ、給水管１７，１８の直径ｄを１５ｃｍ、ノズル本体２２の上下方向の高さＬ２を３０ｃｍ、左右方向の幅Ｅを１５ｃｍとしている。給水管１７（１８）の通路面積Ｓ１は、Ｓ１＝π×７．５^２＝３．１４×５６．２５≠１７６ｃｍ^２となる。一方、ノズル本体２２の整流通路２５の全通路面積Ｓ２は、Ｓ２＝３０×１５０＝４５０ｃｍ^２となり、前記通路面積Ｓ１の約２．５倍となっている。又、前記噴出ノズル１９，２０のノズル本体２２（上板２２ｃ及び下板２２ｄ）が水平線に対して先端ほど高くなる傾斜状態に配置され、その傾斜角αは５〜１０°の範囲内において、例えば７°に設定されている。

上述した噴出ノズル１９，２０の条件において、前記給水管１７，１８から流量８６ｍ^３／ｈ、水の噴出流速Ｖが１５８ｃｍ／ｓとすると、水槽本体１１の上部における水平（Ｐ矢印）方向への流速、つまり水槽本体１１の内部を３回以上旋回した旋回水流の流速は、０．１８ｃｍ／ｓとなり、旋回水流に含まれている不純物が自重によって水槽本体１１の底板１３の上面に沈降する。

前記旋回水流の平均流速は、実験の結果０．５３ｃｍ／ｓとなり、不純物の沈降が適正に行われることがわかった。又、上下方向の水の流速は２〜７ｃｍ／ｓとなって、これも不純物の沈降を適正に行わせる要因となっていることが分かった。

上記実施形態の不純物沈降用水槽によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、水槽本体１１の内部に配設された給水管１７，１８の上端部に噴出ノズル１９，２０を装着し、該噴出ノズル１９，２０を図４に示すようにノズル本体２２、第１及び第２の第１及び第２の整流板２３，２４によって形成された整流通路２５からほぼ水平方向に噴出するようにした。又、噴出ノズル１９，２０の指向方向を筒体１２の内周面に傾斜する方向に設定した。さらに、給水管１７，１８の通路面積Ｓ１よりもノズル本体２２の全通路面積Ｓ２が約２．５倍となり、整流通路２５から噴出される水の噴出流速が遅く（例えば１５８ｃｍ／ｓ）となるようにした。従って、噴出ノズル１９，２０から噴出される水が筒体１２の外周面に沿って流れる水平方向の旋回水流となって徐々に上方向に流れるので、水槽本体１１の内部における旋回水流の平均流速を例えば０．５８ｃｍ／ｓに低減することができる。この結果、旋回水流に含まれる砂等の軽い不純物がその自重によって下方に沈降して底板１３の上面に堆積され、浄水となった水が流出管３１，３２を介して外部に排出される。

（２）上記実施形態では、図４に示すように噴出ノズル１９，２０のノズル本体２２に第１及び第２の整流板２３，２４を設けて、複数の整流通路２５を形成したので、噴出ノズル１９，２０から放出される水流が整流となるため、旋回水流の流れが円滑となり、旋回水流に含まれる不純物の沈降を促進することができる。

（３）上記実施形態では、図３に示すように噴出ノズル１９，２０のノズル本体２２が水平線に対して先端ほど高くなる傾斜状態に配置され、その傾斜角αを５〜１０°の範囲に設定したので、噴出ノズル１９，２０から噴出される水が水平方向ではなく斜め上方向に噴出される。この結果、噴出水流によって底板１３の上面に堆積した不純物が巻き上げられるのを防止することができ、旋回水流の不純物の沈降を適正に行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前述した実施形態において、前記整流通路２５から噴出される水の噴出速度を３０ｃｍ／ｓ〜２００ｃｍ／ｓに設定してもよい。３０ｃｍ／ｓ以下では不純物の沈降処理能力が低下するので、望ましくない。２００ｃｍ／ｓ以上では、不純物の沈降処理が適正に行われなくなる恐れがあるので、望ましくない。しかし、水槽本体１１の直径Ｄ（５ｍ）及び距離Ｈ２（５．５ｍ）が括弧内の数値よりも大きくなれば、旋回水流の旋回経路も長くなり、水の流速が下流（水槽本体１１の上）側ほど低下するので、不純物の沈降作用が発揮されるため、水の噴出速度を２００ｃｍ／ｓ以上にすることも可能である。

・前記実施形態では、噴出ノズル１９，２０のノズル本体２２に対し３つの整流通路２５を形成したが、この整流通路２５を１つ又は２つあるいは４つ以上にしたりしてもよい。

・前記実施形態では、前記噴出ノズル１９，２０を筒体１２の内周面に対し傾斜するように配設したが、これを内周面の接線方向に指向させ、水槽本体１１内で水の旋回流が生じるように配設してもよい。

・前記噴出ノズル１９，２０を水平方向に指向するように配設してもよい。
・前記筒体１２の上部又は中間部に旋回水流に含まれる不純物を検出する例えばＣＣＤカメラ等のセンサーを設け、このセンサーの検出信号に基づいて、前記噴出ノズル１９、筒体２１から噴出される噴出水流の流速を調整し、センサーによって不純物が検出された場合には、前記噴出水流の流速を遅くするようにしてもよい。

α…傾斜角、Ｓ１…通路面積、１１…水槽本体、１５，１６，１７，１８…給水管、１９，２０…噴出ノズル、２５…整流通路、３１，３２，３３，３４…流出管。

Claims

水槽本体の内側下部に水の噴出口を有する給水管を配設し、水槽本体の内側上部に水の流出口を有する流出管を配設した不純物沈降用水槽において、
前記給水管の噴出口に水の噴出方向を横方向に指向する噴出ノズルを設け、該噴出ノズルの噴出口に噴出水流を整流する整流通路を設け、前記噴出ノズルから噴出される水が水槽本体の内部で旋回流となるように該噴出ノズルを配設し、前記給水管の通路面積よりも前記整流通路の通路面積を大きく設定したことを特徴とする不純物沈降用水槽。
請求項１において、前記噴出ノズルは横四角筒状に形成され、該噴出ノズルの内部には整流板が収容され、該整流板によって複数の整流通路が形成されていることを特徴とする不純物沈降用水槽。
請求項１又は２において、前記噴出ノズルは水平線に対しノズルの先端ほど高くなる傾斜状態に配設され、水平線に対する噴出ノズルの傾斜角は５〜１５°に設定されていることを特徴とする不純物沈降用水槽。
請求項１〜３のいずれか１項において、前記水槽本体は円筒状に形成され、前記噴出ノズルは、水槽本体の内周面に向かって斜交するように又は内周面に対し接線方向に水が噴出されるように配設されていることを特徴とする不純物沈降用水槽。
請求項４において、前記噴出ノズルの噴出口と前記流出管の流出口の配設位置は、水平方向に、かつ水槽の中心軸線から互いに離隔する方向に設定されていることを特徴とする不純物沈降用水槽。
請求項１〜５のいずれか１項において、前記整流通路から噴出される水の噴出速度は、３０ｃｍ／ｓ〜２００ｃｍ／ｓに設定されていることを特徴とする不純物沈降用水槽。