JP6305841B2 - リフト損失低減装置及びリフト損失低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空式汚水収集システムの真空弁ユニット等に適用されるリフト損失低減装置及びリフト損失低減方法に関する。

従来より、家庭からの下水を効率的に収集する下水道システムとして、真空式汚水収集システムが使用されてきた。真空式汚水収集システムは、管路内を負圧に保つことにより、大気圧との差を利用して汚水を収集する。図２は、真空式汚水収集システムの全体構成を示す図である。真空式汚水収集システム６０は、各家庭Ｈに設置された私設ます（桝）６１と、真空弁ユニット６２と、真空ステーション６３と、私設ます６１と真空弁ユニット６２の間を接続される管路６４と、真空弁ユニット６２と真空ステーション６３の間を接続される真空管路６５とを備えている。真空式汚水収集システム６０を構成する多くの要素は、地下に埋設された形で使用される。

私設ます６１は、各家庭Ｈから排出された汚水を一時的に貯留する。真空弁ユニット６２は、枝状に布設された管路６４を介して複数の私設ます６１に接続されている。真空弁ユニット６２に備え付けられた真空弁６２１を開くことにより、各私設ます６１から自然流下方式で集められた汚水を真空管路６５に吸引させる。真空管路６５内は常に真空に保たれ、真空弁ユニット６２から吸い込まれた汚水を真空ステーション６３まで搬送する。真空ステーション６３は、枝状に布設された真空管路６５を介して複数の真空弁ユニット６２に接続されている。真空ステーション６３は、真空を発生させることにより、真空管路６５を介して汚水を収集する。真空ステーション６３は、収集された汚水を処理場や公共下水道幹線へ圧送する。

真空ステーション６３は、真空ポンプ６３１及び集水タンク６３２を備えている。真空ポンプ６３１は、通常は、集水タンク６３２内の真空度が−６ｍＡｑ〜−７ｍＡｑとなるように運転される。なお、ここで用いる「真空度」は、ゲージ圧という意味である。従って、大気圧は０ｍＡｑ、絶対真空は−１０．３３ｍＡｑとなる。本願で使用する「真空」という用語の意味については後述する。

一方、真空弁ユニット６２の真空弁６２１の開閉に必要な真空度、すなわち私設ます６１から集められた汚水を真空管路６５に吸い込むために必要な圧力は−２．５ｍＡｑ程度なので、真空ステーション６３で最も真空度が低下したとき、即ち−６ｍＡｑとなったときでも、真空管路の末端の真空弁６２１が開閉するためには、真空管路６５の途中での圧力損失が３．５ｍＡｑ以内であることが必要である。

真空管路の圧力損失には、静的な状態（流れのない状態）での損失と、動的な状態（設計汚水量が流れているときの状態）での損失があり、管路全体の損失を考えるときには、両状態での損失がいずれも許容損失（３．５ｍＡｑ）以内であることが必要となる。即ち、 静的な状態での損失（＝静的リフト損失の和）と動的な状態での損失（＝動的リフト損失の和＋摩擦損失の和）がそれぞれ３．５ｍＡｑ以下でなければならない。

ここで静的リフト損失とは、汚水の流れがなくリフト（登り勾配）が満水となったときの損失水頭であり、〔リフト高さ−管内径〕により求められる。動的リフト損失とは、設計汚水量が流れているときのリフト損失水頭であり、〔リフト高さ×０．５〕により求められる。

真空管路６５が水路Ｃなどの障害物を横断する場合には、図１に示すように真空管路６５が障害物の上を越えるか、あるいは障害物の下をくぐる必要がある。いずれにしてもその登り勾配の部分において、汚水を引き上げるために大きなリフト損失を生じる。障害物が水路である場合、そのリフト高さは例えば、１．２ｍ〜１．５ｍである。 このような障害物が複数ある場合には、全ての障害物を横断するために水頭が大きく消費され、真空式汚水収集システム６０の汚水収集範囲は狭くなってしまう。

この問題を解決するため、次のようなリフト損失防止装置が提案されている（特許文献１参照）。図３は、従来のリフト損失防止装置の構成を示す図である。リフト損失防止装置７０は、上流側の真空汚水管７３と、上流側の真空汚水管７３よりも高い位置に設置される下流側の真空汚水管７６と、上流側の真空汚水管７３の端部に接続される集水タンク７２と、集水タンク７２と下流側の真空汚水管７６の間に接続される汚水通過用の流出管７５及び気体通過用の通気管７７と、集水タンク７２と外気とを接続する空気取入管７８と、通気管７７と空気取入管７８のいずれかを開とし、他のいずれかを閉とするように切り替える切替弁７９−１、７９−２とを備えている。

このリフト損失防止装置において、集水タンク７２内に所定量の汚水が溜ると、切替弁７９−１、７９−２によって通気管７７を閉じるとともに空気取入管７８を開いて集水タンク７２内に外気を流入し、下流側の真空汚水管７６内の真空圧と集水タンク７２内の気圧との差によって集水タンク７２内の汚水が流出管７５を通して下流側の真空汚水７６管に押し上げられる。よって、上流側の真空汚水管７３よりも高い位置に設置される下流側の真空汚水管７６との高低差が本来はリフト損失になるが、流出管７５以外に通気管７７を設けることによって、リフトより下流側の真空圧が常時リフトより上流側に伝わるため、リフト損失は０になる。

特許第３３７０８３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のリフト損失防止装置では、切替弁が電動式であるため水没したら動作不能になるという問題がある。本発明は、リフト損失を低減して広い汚水収集範囲を実現するのに有利な新規なリフト損失低減装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、上流側真空管路から流入する液体を、前記上流側真空管路よりも高い位置に設置される下流側真空管路に送水するリフト損失低減装置であって、このリフト損失低減装置は、前記上流側真空管路から流入する液体を貯留するための集水タンクと、一端が前記集水タンク内に配置され、他端が前記下流側真空管路に接続される吸込管と、前記集水タンクを大気に連通する大気開放弁と、前記集水タンクの上部圧力を取り出す上部圧力取出口と、前記集水タンクの下部圧力を取り出す下部圧力取出口と、前記上部圧力取出口によって取り出された圧力と前記下部圧力取出口によって取り出された圧力との差によって、前記大気開放弁を開くコントローラとを備えた構成を有している。

この構成により、上流側真空管路より高い位置にある下流側真空管路に集水タンク内の液体を送水するために集水タンク内を大気圧にする大気開放弁を、集水タンク内の上部圧力と下部圧力との差によってコントローラが作動して開くことができ、それによって集水タンクに大気圧が導入されるので、集水タンク内の液体を吸込管の一端から他端に押し出して、上流側真空管路に流すことができる。

上記のリフト損失低減装置において、前記上部圧力取出口は、前記集水タンク内の上部圧力を取り出してよく、前記下部圧力取出口は、前記集水タンク内に溜められた前記液体の液位での圧力を取り出してよい。

この構成により、集水タンク内の液位が所定値以上になると、下部圧力取出口から取り出される圧力が上部圧力取出口から取り出される圧力よりも十分に大きくなり、コントローラが作動して大気開放弁を開くことができる。

上記のリフト損失低減装置において、前記下部圧力取出口は、前記吸込管の一端より高い位置に設けられていてよい。

この構成により、少なくとも吸込管の一端より液体のみを吸い込むことができるレベルにまで液体が集水タンクに溜まっているときに、上部圧力取出口から取り出される圧力と下部圧力取出口から取り出される圧力との間に差を生じて、コントローラが作動して大気開放弁を開くことができ、集水タンク内の液体が少なく、吸込管の下端レベル以下のときは、上部圧力取出口から取り出される圧力と下部圧力取出口から取り出される圧力との間に差は生じず、コントローラが作動せず大気開放弁を開くことはない。

上記のリフト損失低減装置において、前記吸込管には、上下に所定間隔をあけて前記吸込管の下部圧力を取り出す下部差圧取出口と前記吸込管の上部圧力を取り出す上部差圧取出口が設けられていてよく、前記コントローラは、前記下部差圧取出口により取り出された圧力と前記上部差圧取出口により取り出された圧力との差によって、前記大気開放弁を開閉してよい。

この構成により、集水タンク内の液体の量が減少して吸込管に集水タンク内の気体が吸い込まれるようになると、吸込管の上部と下部との差が減少し、又はなくなって、コントローラが大気開放弁を閉じることができる。

上記のリフト損失低減装置は、前記集水タンクに接続され、かつ気体通過用の通気管を介して前記下流側真空管路に接続される通気遮断弁をさらに備えていてよい。

この構成により、集水タンクを真空にすることにより上流側真空管路から液体を集水タンク内に流入させることができる。

上記のリフト損失低減装置において、前記通気遮断弁は、前記集水タンク内が大気圧にされると閉じ、前記集水タンク内が真空にされると開いてよい。

この構成により、大気開放弁が開いて集水タンクが大気圧とされると、上流真空管から集水タンクに液体を流入させるための通気が遮断される。すなわち、大気開放弁が開くとこれに応じて通気遮断弁を閉じることができる。

本発明の他の態様は、上流側真空管路から流入する液体を、前記上流側真空管路よりも高い位置に設置される下流側真空管路に送水するリフト損失低減方法であって、このリフト損失低減方法は、前記上流側真空管路から流入する液体を集水タンクに貯留し、前記集水タンクの上部圧力と前記集水タンクの下部圧力との差によってコントローラが作動し、集水タンクを大気に連通する大気開放弁を開き、それによって、一端が前記集水タンク内に配置され、他端が前記下流側真空管路に接続される吸込管によって前記集水タンク内の前記液体を吸い込んで前記下流側真空管路に流す構成を有している。

この構成によって、上流側真空管路より高い位置にある下流側真空管路に集水タンク内の液体を送水するために集水タンク内を大気圧にする大気開放弁を、集水タンク内の上部圧力と下部圧力との差によってコントローラを作動させて開くことができ、それによって集水タンクに大気圧が導入されるので、集水タンク内の液体を吸込管の一端から他端に押し出して、上流側真空管路に流すことができる。

本発明によれば、上流側真空管路より高い位置にある下流側真空管路に集水タンク内の液体を送水するために集水タンク内を大気圧にする大気開放弁を、集水タンク内の上部圧力と下部圧力との差によってコントローラを作動させて開くことができ、それによって集水タンクに大気圧が導入されるので、集水タンク内の液体を吸込管の一端から他端に押し出して、上流側真空管路に流すことができる。

本発明の実施の形態におけるリフト損失低減装置の構成を示す図 真空式汚水収集システムの全体構成を示す図 従来のリフト損失防止装置の構成を示す図

以下、本発明の実施の形態のリフト損失低減装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。なお、本願では、「真空」という用語は、ある空間内に気体が存在しない状態に限らず、ある空間が大気圧より低くなっている状態を含むものとして使用し、よって、ある空間を「真空にする」というときは、当該空間を大気圧より低い気圧（負圧）にするという意味を含むものとする。

図１は、本発明における実施の形態のリフト損失低減装置の構成を示す図である。本実施の形態のリフト損失低減装置１００は、家庭からの汚水（下水）を収集するための汚水収集システムの真空弁ユニット（図２参照）に適用される。リフト損失低減装置１００は、地下に設けられた建屋３２内に埋設される。建屋３２内は、空気取入管１４によって、地上の大気と連通しているため、大気圧となっている。この建屋３２は、マンホールであってもよい。

リフト損失低減装置１００は、集水タンク７と、集水タンク７と下流側真空管路１０との間に接続される汚水通過用の吸込管３と、集水タンク７を大気に連通する大気開放弁９と、大気開放弁９の開閉動作を切替えるコントローラ１と、集水タンク７を気体通過用の通気管１１に連通する通気遮断弁１３とを備えている。集水タンク７には、上流側真空管路６が接続されており、かつ、上流側真空管路６よりも高い位置に設置される下流側真空管路１０が吸込管３を介して接続されている。

上流側真空管路６は、通常の埋設深さに埋設されており、例えば、複数の家庭の私設ますに接続されている。上流側真空管路６の集水タンク７の付近には管路逆止弁５が取り付けられている。この管路逆止弁５は、上流側真空管路６内を上流から集水タンク７内に向かって汚水や気体が流れる場合は開き、逆方向へ汚水や気体が流れようとしたときは閉じるようになっている。なお、管路逆止弁５を上流側真空管路６に設けず、上流側真空管路６の端面（集水タンク７内）にフラップ弁を設けてもよい。

集水タンク７は、地中に設けられた建屋３２内に設置される。集水タンク７には、上流側真空管路６、吸込管３、大気開放弁９、通気遮断弁１３、及び大気吸引管１９がそれぞれ接続されている。また、集水タンク７内の上部と下部の圧力差をコントローラ１に伝えるために、集水タンク７の下部と上部には、それぞれ下部圧力取出口１５と、上部圧力取出口１６が接続されている。下部圧力取出口１５は、吸込管３の下端部３ａより上の位置に設けられている。圧力取出口１５、１６は、それぞれ導圧管２０、２１を介してコントローラ１に接続されている。また、集水タンク７には、導圧管２５を介して真空蓄圧槽２が接続され、真空蓄圧槽２は導圧管２４を介してコントローラ１に接続されている。

下流側真空管路１０は、水路等の障害物Ｃの上をまたぐように地表近傍に設置されている。上流側真空管路６よりも高い位置に設置される下流側真空管路１０との高低差ｈ１の最大値が、本来はリフト損失になるが、後述するように、通気管１１を設けることにより、下流側の真空圧が常時上流側に伝わるため、リフト損失は０となる。

気体通過用の通気管１１の一端は通気遮断弁１３に接続され、他端は下流側真空管路１０同様合流タンク１２に接続している。合流タンク１２は、真空ステーション（図２参照）に接続されている。真空ステーションにおける真空ポンプによる真空圧は、合流タンク１２、下流側真空管路１０、及び吸込管３を介して、集水タンク７に伝達されて汚水を吸い上げ、また、合流タンク１２及び通気管１１を介して集水タンク７に伝達されて集水タンク７を真空に保つ。

吸込管３には、上下に間隔をあけて下部差圧取出口１７及び上部差圧取出口１８が設けられている。下部差圧取出口１７、上部差圧取出口１８は、それぞれ導圧管２２、２３を介してコントローラ１に接続されている。また、吸込管３の途中にて同時空気吸引管８が分岐しており、その先端は集水タンク７内に開放されている。

大気開放弁９は、ピストン室９５内にダイヤフラム９４とダイヤフラム９４を付勢するバネ９３を収納し、また、ダイヤフラム９４に固定された弁体９１を備えている。ピストン室９５の内圧が大気圧である場合には、バネ９３がダイヤフラム９４を付勢することにより、図１に示すように、弁体９１は集水タンク７の接続口７１をふさぐ。ピストン室９５内の圧力が低下してダイヤフラム９４がバネ９３の弾性力に抗して上昇すると、弁体９１がダイヤフラム９４に持ち上げられて上昇し、集水タンク７の接続口７１と大気開放弁９の大気口９２とを連通する。これによって、集水タンク７内は大気圧となる。

通気遮断弁１３も大気開放弁９と同様の構造をしており、ピストン室１３５内にダイヤフラム１３４とダイヤフラム１３４を付勢するバネ１３３を収納し、また、ダイヤフラム１３４に固定された弁体１３１を備えている。ピストン室１３５の内圧が大気圧である場合には、バネ１３３がダイヤフラム１３４を付勢して、弁体１３１は集水タンク７の接続口７２をふさぐ。ピストン室１３５の内圧が低下してダイヤフラム１３４がバネ１３３の弾性力に抗して上昇すると、図１に示すように、弁体１３１がダイヤフラム１３４に持ち上げられて上昇し、集水タンク７の接続口７２と接続口１３２に接続された通気管１１とを連通する。

集水タンク７と通気遮断弁１３の間には大気吸引管１９が接続されている。大気開放弁９と通気遮断弁１３は、一方が開になると他方が閉になるように構成されている。大気開放弁９が開き、集水タンク７内が大気圧になると、大気吸引管１９を介して通気遮断弁１３が閉じる。通気遮断弁１３が閉じることによって、集水タンク７内の気体は、通気管１１へ流れないようになる。

コントローラ１は、ケーシング１０１内にシャフト１０３を貫通する隔壁１０４を設けて左右に区分し、さらに左側の室はセンサーダイヤフラム１０５によってＡ室とＢ室とに区分されており、また右側の室はダイヤフラム１０６によってＣ室とＤ室とに区分されている。また、ケーシング１０１の右端の部分は隔壁１０７、１０８によってＥ室とＦ室とに区分されている。

シャフト１０３の先端に固定された弁体１０２はＦ室に配置され、シャフト１０３の後端はセンサーダイヤフラム１０５の中央部に固定（又は当接）されている。なお、シャフト１０３は隔壁１０４を貫通し、ダイヤフラム１０６を嵌挿（ダイヤフラム１０６はシャフト１０３に固定されている）し、隔壁１０７、１０８を貫通している。シャフト１０３が隔壁１０４を貫通する貫通部と、隔壁１０７を貫通する貫通部には、それぞれ図示しないシール機構が設けられている。シャフト１０３の隔壁１０８の貫通部には弁体１０２で開閉される開口１１０が設けられている。ダイヤフラム１０６はバネ１１１によって左側に付勢されている。

センサーダイヤフラム１０５の中央に取り付けた磁性体１０３ａに対向するケーシング１０１の内壁にはマグネット１１２が取り付けられている。Ｆ室は弁体１０２で開閉され、大気に連通する孔１０９が設けられている。

集水タンク７に設けられた下部圧力取出口１５は、導圧管２０を介してＡ室に連通し、集水タンク７に設けられた上部圧力取出口１６は、導圧管２１を介してＢ室に連通している。さらに、吸込管３に設けられた差圧取出口１７は、導圧管２２を介してＣ室に連通し、吸込管３に設けられた差圧取出口１８は、導圧管２３を介してＤ室に連通している。

Ｅ室は導圧管２４を介して真空蓄圧槽２に連通し、真空蓄圧槽２は導圧管２５を介して集水タンク７に連通している。導圧管２５には、集水タンク７から真空蓄圧槽２への逆流を防止する逆止弁４が設けられている。逆止弁４によって下流側真空管路１０内の高い真空度が常に真空蓄圧槽２に蓄えられることになる。大気開放弁９作動時にはこの真空蓄圧槽２の真空圧を利用することができるため、大気開放弁９のバルブ開度がより大きくなり、大気開放弁９の大気口９２から大気圧が集水タンク７内によりスムーズに供給される。

なお、真空蓄圧槽２を設けない構成としてもよい。この場合には、Ｅ室は導圧管２４を介して集水タンク７に連通する。この場合にも、導圧管２４には、集水タンク７からＥ室への逆流を防止する逆止弁４が設けられる。逆止弁４は、大気開放弁９が作動して弁開（弁体９１が上昇）しているときに、集水タンク７内の大気圧の空気が大気開放弁９のバネ室９５に流れ込み、弁閉（弁体９１が下降）にさせないためのものである。Ｆ室は導圧管２６を介して大気開放弁９のバネ室９５に連通している。

リフト損失低減装置１００の上流側及び下流側の真空管路には、それぞれ、メンテナンスのための区間弁３０、３１が設けられている。

次に、このリフト損失低減装置１００の動作について説明する。汚水を上流側真空管路６から集水タンク７に流入させて集水タンク７に貯留しているときは、図１に示すように、大気開放弁９は閉、通気遮断弁１３は開とされている。このとき、下流側真空管路１０内の真空圧は、通気管１１と通気遮断弁１３を介して集水タンク７内に導入され、上流側真空管路６内にその圧力が減じられない状態で伝達されていく。 これによって汚水は上流側真空管路６から集水タンク７内に入り込み、集水タンク７内で一旦貯留される。

通気遮断弁１３は、それが通気管１１を集水タンク７に接続することで集水タンク７内が真空にされている間は、その真空圧が大気吸引管１９を通じてピストン室１３５に導入され、ダイヤフラム１３４がバネ１３３の弾性力に抗して弁体１３１を持ち上げるので、通気遮断弁１３は開いた状態を維持する。

集水タンク７内の汚水の水位が上昇し、上部圧力取出口１６から取り出した圧力と下部圧力取出口１５から取り出した圧力との差（水深ｈ２に相当する圧力）が所定の閾値以上に大きくなると、センサーダイヤフラム１０５がバネ１１１の弾発力及びマグネット１１２と磁性体１０３ａとの間の磁気吸引力に打ち勝って右に移動し、シャフト１０３を押し、これによって弁体１０２は大気に連通する孔１０９を閉じる。

このとき、下部圧力取出口１５から取り出した圧力により、センサーダイヤフラム１０５が押され、シャフト１０３が動き始めると、その移動にともなってバネ１１１の弾発力は増大するが、マグネット１１２と磁性体１０３ａとの間の磁気吸引力は急激に減少（移動距離の２乗に反比例）するので、シャフト１０３は一気に弁体１０２が孔１０９を閉じる位置まで移動する。

弁体１０２が孔１０９を閉じると、大気開放弁９のピストン室９５には、導圧管２６、コントローラ１のＦ室、Ｅ室、導圧管２４を介して真空蓄圧槽２内の真空圧が導入され、ダイヤフラム９４がバネ９３の弾性力に抗して弁体９１を引き上げる。大気開放弁９の弁体９１が引き上げられると、大気開放弁９の大気口９２を通じて、建屋３２内の大気が集水タンク７内に流入する。上述のように、建屋３２内の大気は空気取入管１４から供給される。

その結果、集水タンク７内上部が大気圧になると、大気吸引管１９を通じて、通気遮断弁１３のピストン室１３５に大気圧が伝えられ、通気遮断弁１３の弁体１３１が押し下げられて、通気遮断弁１３が閉じる。通気遮断弁１３が閉じることで、集水タンク７内上部の大気は、通気遮断弁１３、通気管１１、及び合流タンク１２を通じて下流側真空管路１０へは流れずに、集水タンク７内に留まる。即ち、通気遮断弁１３が閉じることで、合流タンク１２内の真空圧は下流真空管路１０及び吸込管３の内部を伝達される。

下流側真空管路１０が真空となり、集水タンク７が大気圧となることで、下流側真空管路１０と集水タンク７内部とに圧力差が生じると、集水タンク７内の汚水は、下流側真空管路１０と連通している吸込管３内に吸い上げられ、吸込管３を通って、下流側真空管路１０へ送水される。この際、吸込管３内を流れる汚水に同時空気吸引管８から集水タンク７内の大気を供給することができるので、真空管路１０内の汚水の搬送がスムーズに行われる。また、合流タンク１２を設けることにより、下流側真空管路１０を流れる汚水が通気管１１に逆流しにくくしている。

汚水が吸引され始めると、差圧取出口１７、１８の間に差圧が発生し、これが導圧管２２、２３を通してコントローラ１のＣ室とＤ室のそれぞれに伝えられる。この差圧はダイヤフラム１０６を右側へ押す力となる。

集水タンク７内の汚水の水位が低下していくにつれ、下部圧力取出口１５に連通するＡ室の圧力と、上部圧力取出口１６に連通するＢ室の圧力差が減少し、又はなくなると、センサーダイヤフラム１０５を右に押す力が弱まり、又はなくなるが、吸込管３内を汚水が流れている間は、Ｃ室とＤ室の差圧のために弁体１０２は右側に押し付けられて、Ｆ室の孔１０９は閉じたままになり、大気開放弁９は開の状態を維持する。

汚水の水位が吸込管３の下端３ａのレベルになるまで汚水は吸込管３に吸い上げられるため、集水タンク７の水深ｈ３に相当する汚水が排出される。汚水の水位が吸込管３の下端３ａのレベルまで低下すると、吸込管３は空気を吸い上げるようになる。そうすると、差圧取出口１７、１８の間に差圧がなくなるため、バネ１１１によりダイヤフラム１０６は左側に押され、弁体１０２は左側に押し付けられ、隔壁１０８の開口を閉じる。これにより、Ｆ室に大気が流入し、該大気は導圧管２６を通じて、大気開放弁９のピストン室９５に流入し、弁体９１はバネ９３に押されて、大気開放弁９は閉じる。

以上のように、本実施の形態のリフト損失低減装置１００は、上流側真空管路６から流入する液体を貯留するための集水タンク７と、一端が集水タンク７内に配置され、他端が下流側真空管路１０に接続される吸込管３と、集水タンク７を大気に連通する大気開放弁９と、集水タンク７の上部圧力を取り出す上部圧力取出口１６と、集水タンク７の下部圧力を取り出す下部圧力取出口１５と、上部圧力取出口１６によって取り出された圧力と下部圧力取出口１５によって取り出された圧力との差によって、大気開放弁９を開くコントローラ１とを備えているので、大気開放弁９を集水タンク７内の上部圧力と下部圧力との差によって開くことができ、上流側真空管路６から流入する汚水を、上流側真空管路６よりも高い位置に設置される下流側真空管路１０に送水することができる。

よって、障害物などを避けるために下流側真空管路１０の途中にリフト（登り勾配）を設ける必要があっても、本システムの採用によりその部分のリフト損失を無くすことができ、これにより、真空式汚水収集システムの汚水収集範囲を広くすることができる。 また、集水タンク７を大気に連通する大気開放弁９の開閉制御を電気式で行うのではなく、機械式で行うため、災害時などの電気が使えない場合や水没した場合においても、使用可能になり、運転コストも安価となる。

また、上部圧力取出口１６は、集水タンク７内の上部空間の気圧を取り出し、下部圧力取出口１５は、集水タンク７内に溜められた汚水の圧力を取り出して、コントローラ１は、これらの圧力差によって作動し大気開放弁９を開く。よって、集水タンク７内の汚水が所定の水位以上になると、下部圧力取出口１５から取り出される水圧と上部圧力取出口１６から取り出される集水タンク７内の気圧との差が所定の閾値以上となったときに、コントローラ１が作動し大気開放弁９を開くことができる。

また、下部圧力取出口１５は、吸込管３の下端３ａより高い位置に設けられているので、少なくとも吸込管３の下端３ａから汚水のみを吸い込むことができる水位にまで汚水が集水タンク７に溜まっているときにのみ、上部圧力取出口１６から取り出される圧力と下部圧力取出口１５から取り出される圧力との間に差が生じて、コントローラ１が大気開放弁９を開くことができ、逆に、集水タンク７内の汚水が少なく、吸込管３の下端３ａのレベルまで汚水が集水タンクに溜まっていないときは、上部圧力取出口１６から取り出される圧力と下部圧力取出口１５から取り出される圧力との間に差圧は生じず、コントローラ１が大気開放弁９を開くことはない。

また、吸込管３には、上下に所定間隔をあけて吸込管３の下部圧力を取り出す下部差圧取出口１７と吸込管３の上部圧力を取り出す上部差圧取出口１８が設けられており、コントローラ１は、下部差圧取出口１７により取り出された圧力と上部差圧取出口１８により取り出された圧力との差圧によって、大気開放弁９を開閉させるが、集水タンク７内の汚水の量が減少して吸込管３に集水タンク７内の気体が吸い込まれるようになると、吸込管３の上部圧力と下部圧力との差圧が減少し、又はなくなって、コントローラ１が待機状態に戻り大気開放弁９を閉じることができる。

また、リフト損失低減装置１００は、集水タンク７に接続され、かつ気体通過用の通気管１１及び合流タンク１２を介して下流側真空管路１０に接続される通気遮断弁１３をさらに備えているので、集水タンク７を真空にすることにより、上流側真空管路６から汚水を集水タンク７内に流入させることができる。

また、通気遮断弁１３は、集水タンク７内が大気圧にされると閉じ、集水タンク７内が真空にされると開くので、大気開放弁９が開いて集水タンク７内が大気圧とされると、上流側真空管路６から集水タンク７に汚水を流入させるための通気が遮断される。すなわち、大気開放弁９が開くとこれに応じて通気遮断弁１３を閉じることができる。

なお、上記の実施の形態では、リフト損失低減装置１００が家庭からの汚水（下水）を収集するための汚水収集システムに応用される例を説明したが、本発明のリフト損失低減装置１００はこれに限られず、例えば、工場等における廃液や排水を収集するシステム、建築設備用の排水収集システム、レジャー施設における排水収集システム等に応用されてもよい。

また、上記の実施の形態では、リフト損失低減装置１００が地下の建屋３２に設置される例を説明したが、建屋３２の設置場所は、地上であってもよい。建屋３２の設置場所が地上である場合は、建屋３２内に空気を取り入れるための空気取入管１４を設けなくてもよい。

本発明は、上流側真空管路より高い位置にある下流側真空管路に集水タンク内の液体を送水するために集水タンク内を大気圧にする大気開放弁を、集水タンク内の上部圧力と下部圧力との差圧によって開くことができ、それによって集水タンクに大気圧が導入されるので、集水タンク内の液体を吸込管の一端から他端に押し出して、上流側真空管路に流すことができるという効果を有し、真空式汚水収集システムの真空弁ユニット等に適用されるリフト損失低減装置等として有用である。

１００ リフト損失低減装置
１ コントローラ
２ 真空蓄圧槽
３ 吸込管
３ａ 下端
４ 逆止弁
５ 管路逆止弁
６ 上流側真空管路
７ 集水タンク
８ 同時空気吸引管
９ 大気開放弁
１０ 下流側真空管路
１１ 通気管
１２ 合流タンク
１３ 通気遮断弁
１４ 空気取入管
１５ 下部圧力取出口
１６ 上部圧力取出口
１７ 下部差圧取出口
１８ 上部差圧取出口
１９ 大気吸引管
２０〜２６ 導圧管
３０、３１ 区間弁
９１ 弁体
９２ 大気口
９３ バネ
９４ ダイヤフラム
９５ ピストン室
１３１ 弁体
１３２ 接続口
１３３ バネ
１３４ ダイヤフラム
１３５ ピストン室
１０１ ケーシング
１０２ 弁体
１０３ シャフト
１０３ａ 磁性体
１０４ 隔壁
１０５ センサーダイヤフラム
１０６ ダイヤフラム
１０７ 隔壁
１０８ 隔壁
１０９ 孔
１１０ 開口
１１１ バネ
１１２ マグネット

Claims (7)

1. 上流側真空管路から流入する液体を、前記上流側真空管路よりも高い位置に設置される下流側真空管路に送水するリフト損失低減装置であって、
   前記上流側真空管路から流入する液体を貯留するための集水タンクと、
   一端が前記集水タンク内に配置され、他端が前記下流側真空管路に接続される吸込管と、
   前記集水タンクを大気に連通する大気開放弁と、
   前記集水タンクの上部圧力を取り出す上部圧力取出口と、
   前記集水タンクの下部圧力を取り出す下部圧力取出口と、
   前記上部圧力取出口によって取り出された圧力と前記下部圧力取出口によって取り出された圧力との差によって、前記大気開放弁を開くコントローラと、
   を備えたことを特徴とするリフト損失低減装置。
2. 前記上部圧力取出口は、前記集水タンク内の上部圧力を取り出し、
   前記下部圧力取出口は、前記集水タンク内に溜められた前記液体の液位での圧力を取り出すことを特徴とする請求項１に記載のリフト損失低減装置。
3. 前記下部圧力取出口は、前記吸込管の一端より高い位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリフト損失低減装置。
4. 前記吸込管には、上下に所定間隔をあけて前記吸込管の下部圧力を取り出す下部差圧取出口と前記吸込管の上部圧力を取り出す上部差圧取出口が設けられており、
   前記コントローラは、前記下部差圧取出口により取り出された圧力と前記上部差圧取出口により取り出された圧力との差によって、前記大気開放弁を開閉させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のリフト損失低減装置。
5. 前記集水タンクに接続され、かつ気体通過用の通気管を介して前記下流側真空管路に接続される通気遮断弁をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のリフト損失低減装置。
6. 前記通気遮断弁は、前記集水タンク内が大気圧にされると閉じ、前記集水タンク内が真空にされると開くことを特徴とする請求項５に記載のリフト損失低減装置。
7. 上流側真空管路から流入する液体を、前記上流側真空管路よりも高い位置に設置される下流側真空管路に送水するリフト損失低減方法であって、
   前記上流側真空管路から流入する液体を集水タンクに貯留し、
   前記集水タンクの上部圧力と前記集水タンクの下部圧力との差によってコントローラが作動し、集水タンクを大気に連通する大気開放弁を開き、それによって、集水タンク空間部が大気圧になり、通気遮断弁が閉じることによって一端が前記集水タンク内に配置され、他端が前記下流側真空管路に接続される吸込管によって前記集水タンク内の前記液体を吸い込んで前記下流側真空管路に流すこと
   を特徴とするリフト損失低減方法。