(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害物の両側にそれぞれ設けられる上流側真空下水管と下流側真空下水管を障害物の上をまたぐ通水管で接続すると共に、通気管で接続してなる真空式下水道の上越しにおいて、
前記上流側真空下水管と通水管とは直接接続し、
一方前記通水管の下流側真空下水管と接続する側には、一旦前記上流側真空下水管と接続する部分よりも低い位置まで下降した後に上方向に向くように折り曲げられて下流側真空下水管に接続されるトラップを設け、
下流側真空下水管のトラップに接続される部分の管内径の最も低い位置を、上流側真空下水管の通水管に接続される部分の管内径の最も高い位置と同一位置又はそれよりも高い位置となるように設置し、
さらに通水管全体の管内径又は通水管の少なくとも前記トラップに向かって下降する部分の管内径を、上流側真空下水管の管内径よりも細くしたことを特徴とする真空式下水道の上越し。
【請求項２】
通気管の少なくとも上流側真空下水管に接続されている立ち上がり部分の管内径を、上流側真空下水管の通気管が接続されている部分の管内径と同一又はそれよりも太くしたことを特徴とする請求項１記載の真空式下水道の上越し。
【請求項３】
上流側真空下水管の通水管に接続する部分から上流側に向かって所定長さ分だけ、該上流側真空下水管の管内径をさらに上流側の上流側真空下水管の管内径よりも太く形成したことを特徴とする請求項１記載の真空式下水道の上越し。
【請求項４】
上流側真空下水管には複数本の通気管が接続され、該複数本の通気管は一本に結合された後に下流側真空下水管に接続されることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の真空式下水道の上越し。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水発生源から真空ステーションまでをつなぐ真空下水管に関し、特にその途中に水路や河川などの障害物がある場合において、該障害物をまたぐ際に生じる真空度の低下を防止し、汚水を円滑に搬送することができる真空式下水道の上越しに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空式汚水収集システムは、各家庭や工場などから排出された汚水を自然流下式の流入管によって地下に埋設された真空弁ユニットに流入させ、該汚水が真空弁ユニット内に所定量溜ると真空弁を開いて該汚水を真空下水管に吸い込んで真空ステーションの集水タンクに集め、その後汚水処理場などへ送るように構成されている。
【０００３】
一方この真空式汚水収集システムにおいて、その真空下水管の途中に水路や河川などの障害物がある場合は、真空下水管を障害物の上を高くまたがせて上越しさせる必要があるが、そうすると障害物を通過する際に上り勾配となる部分における揚程において真空ステーションで発生した真空度を消費してしまう。
【０００４】
このため図７に示すように上流側真空下水管７１と下流側真空下水管７３とを河川などの障害物８０の上側をまたぐ通水管７７と通気管７９で接続してなる構造の真空式下水道の上越しが考えられている。なお通水管７７の両端には通水管７７を水封してサイホン作用を有効に発揮できるようにするためのＵ字状に折り曲げてなるトラップ８１，８３が取り付けられている。
【０００５】
このように構成して通水管７７を水で満たせば、上流側真空下水管７１内を流れてきた汚水は通水管７７内をサイホンの原理で通り抜けて下流側真空下水管７３に流れていく。一方下流側真空下水管７３内の真空は通気管７９を経てそのまま上流側真空下水管７１に伝達されるので、その真空度が低下しない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例においては以下のような問題点があった。
▲１▼通水管７７の両側にトラップ８１，８３を設ける必要があるが、トラップ８１，８３を設けるためには地面の掘削深さをかなり深くしなければならず、土木工事のコスト増を招く。
【０００７】
▲２▼汚水で満たされている通水管７７に空気が溜っているとサイホン作用を発揮できなくなるので、別途空気抜き機構を設けて空気を排除する必要があるがそうするとその機構が複雑になり、システムの信頼性が低下しコスト増を招く。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、建設コストの低減化が図れ、また通水管内の空気の排除が特別な装置を設けなくても通水管内の水流によって自然に行なわれる真空式下水道の上越しを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明は、障害物の両側にそれぞれ設けられる上流側真空下水管と下流側真空下水管を障害物の上をまたぐ通水管で接続すると共に、通気管で接続してなる真空式下水道の上越しにおいて、前記上流側真空下水管と通水管とは直接接続し、一方前記通水管の下流側真空下水管と接続する側には一旦前記上流側真空下水管と接続する部分よりも低い位置まで下降した後に上方向に向くように折り曲げられて下流側真空下水管に接続されるトラップを設け、下流側真空下水管のトラップに接続される部分の管内径の最も低い位置を、上流側真空下水管の通水管に接続される部分の管内径の最も高い位置と同一位置又はそれよりも高い位置となるように設置し、さらに通水管全体の管内径又は通水管の少なくとも前記トラップに向かって下降する部分の管内径を、上流側真空下水管の管内径よりも細くして構成した。
また本発明は、通気管の少なくとも上流側真空下水管に接続されている立ち上がり部分の管内径を、上流側真空下水管の通気管が接続されている部分の管内径と同一又はそれよりも太くした。
また本発明は、上流側真空下水管の通水管に接続する部分から上流側に向かって所定長さ分だけ、該上流側真空下水管の管内径をさらに上流側の上流側真空下水管の管内径よりも太く形成した。
また本発明は、上流側真空下水管に複数本の通気管を接続し、該複数本の通気管を一本に結合した後に下流側真空下水管に接続した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す概略構成図である。同図に示すように本実施形態は、水路（障害物）１の両側にそれぞれ設けられる上流側真空下水管２と下流側真空下水管３とを水路１の上をまたぐ通水管４で接続すると共に、水路１の上側をまたぐ通気管５で接続して構成されている。
【００１１】
そして本実施形態の場合、上流側真空下水管２と通水管４とは直接接続されている（接続部２１）が、通水管４の下流側真空下水管３と接続する側にはトラップ８が設けられている。
【００１２】
ここでトラップ８は、上流側真空下水管２の通水管４と接続する部分よりも低い位置まで該通水管４を下降した後に上方向に向くようにＵ字状に折り曲げて構成されている。
【００１３】
ここで図２は上流側真空下水管２と下流側真空下水管３の高さ方向の設置位置を詳細に示す要部断面拡大図である。
【００１４】
即ち本実施形態の場合、下流側真空下水管３のトラップ８に接続される部分の管内径の最も低い位置ｂを、上流側真空下水管２の通水管４に接続される部分の管内径の最も高い位置ａと同一高さに設定している。また、上流側真空下水管２の最も近いリフト９９の管内径の最も低い位置は、上記位置ａまたはｂと同じか、もしくはそれらより高い位置に設定している。
【００１５】
また本実施形態の場合、図１に示すように、通水管４全体の管内径を上流側真空下水管２の管内径よりも細く形成している。
【００１６】
さらに本実施形態においては、通気管５の少なくとも上流側真空下水管２に接続されている接続部６からの立ち上がり部分５１の管内径を、上流側真空下水管２の該接続部６周辺の管内径と同一（又は図１２の立ち上がり部分６０に示すようにそれよりも太く）形成している。
【００１７】
なお上流側真空下水管２と下流側真空下水管３は何れもなだらかな下り勾配となっている。
【００１８】
次にこの真空式下水道の上越しの動作を説明する。
まず通水管４内に空気が満たされているとすると、上流側真空下水管２を流れてきた汚水は通水管４との接続部２１から溜り始め、液面が上流側真空下水管２と通気管５との接続部６に達するまで上流側真空下水管２に大量に溜る。空気は、通水管４が汚水で塞がれるまでは通水管４と通気管５を通り、その後は通気管５を通って下流側真空下水管３に抜けていく。このとき上流側真空下水管２に接続されている図示しない真空弁が開いて、上流側真空下水管２に汚水と大気が流入して上流側真空下水管２と下流側真空下水管３の差圧が大きくなると、上流側真空下水管２に溜っていた大量の汚水は、上流から押し寄せてきた空気や汚水に押されて、通水管４の立ち上げ部分４１と、通気管５の立ち上がり部分５１の両者を上がっていく。一部巻き込まれた空気は、通気管５内の汚水の中を泡となって上昇し抜けていく。本実施形態の場合、通気管５の横向き部分５３は、通水管４の横向き部分４３より所定の高さだけ高い位置に配置されているので、汚水は通水管４の横向き部分４３に到達して下降部分４５から落下するようになり、通気管５の横向き部分５３に到達して下降部分５５から落下するようになることはほとんどない。
【００１９】
この状態のままではまだ通水管４の横向き部分４３には汚水が満たされておらず、かなりの量の空気が充満している。
【００２０】
しかしながら図３に示すように、通水管４の横向き部分４３から下降部分４５に汚水が落下する際は、空気も気泡となって汚水中に混ざり、汚水と共にトラップ８を抜けて下流側真空下水管３に向かう。これによって徐々に通水管４内の空気は下流側真空下水管３に排出され、通水管４内は自然に汚水で満たされるようになりサイホンとして機能するようになる。
【００２１】
通水管４がサイホンとして機能するようになると、それまでは通水管４の立ち上げ部分４１において汚水を吸い上げるために大きな実揚程（損失水頭）が必要であったものが、小さくなってほとんど無くなる。
【００２２】
そして一度サイホンとして機能するようになると、その後は特別の空気抜き機構などを設けなくても、このサイホンは自然に維持される。
【００２３】
即ち本実施形態においては前述のように上流側真空下水管２の通水管４への接続部分２１の管内径の最も高い位置ａと、下流側真空下水管３の通水管４に接続される部分の管内径の最も低い位置ｂとを同一高さに設定しており、また通水管４はサイホン管となっているので、上流側真空下水管２側の汚水が位置ａに溜るまで下流側真空下水管３から汚水は排出されず、従って通常上流側真空下水管２にはこれが封止されるほど多量の汚水が溜る。
【００２４】
このとき上流側真空下水管２に接続した図示しない真空弁ユニットの真空弁が開いて、多くの空気と汚水が上流側真空下水管２に流れてきたとき、空気は前記通気管５との接続部６において気液分離され、一方流れてきた汚水は前記予め上流側真空下水管２に溜っていた多量の汚水とともに、通水管４を流れて下流側真空下水管３に排出されていく。
【００２５】
このとき本実施形態においては前述のように、通水管４の管内径を上流側真空下水管２の管内径よりも細く形成しているので、通水管４を通る汚水の流速が速くなって通水管４内に溜っている（又は溜ろうとする）空気溜りが気泡となって下流側真空下水管３に向けて容易に排出される。即ち、通水管４の下降部４５を通る汚水の流速が気泡の上昇速度よりも速くなるようにしておくのである。
【００２６】
つまり本発明においては、下流側真空下水管３の管内径の位置ｂと上流側真空下水管２の管内径の位置ａとを同一位置とすることで上流側真空下水管２に多量の汚水を溜めることができ、同時に通水管４の管内径を上流側真空下水管２の管内径よりも細くすることで通水管４を通過する汚水の流速を気泡の上昇速度よりも速くするように構成したので、通水管４内の空気溜りは常に排出され、何ら特別の空気抜き機構などを設けなくてもサイホンの機能は自然に維持されるのである。
【００２７】
また本実施形態の場合、通水管４の管内径を上流側真空下水管２よりも細く形成しているので、上流側真空下水管２から通水管４に向かって管頂部が低くなる。このため上流側真空下水管２から通水管４に汚水と共に大量の気泡が流入することはない。従って通水管４には空気が侵入しにくく、サイホンの機能を維持するのに好適な構造となっている。
【００２８】
なお本実施形態においては、前述のように接続部６における通気管５の立ち上がり部分５１の管内径を、上流側真空下水管２の管内径と同一（又はそれよりも太く）になるようにかなり太く形成しているので、接続部６から通気管５内に跳ね上げられた汚水の塊が通気管５を塞ぐことは少なくなり、そのまま上流側真空下水管２に落下する。つまり通気管５内における空気抜けがスムーズに行なえる。
【００２９】
なお図１に示す９は開閉弁であり、もし通水管４に異物が堆積したような場合にこれを閉じると同時に上流側真空下水管２の所定位置に設けた図示しない大気導入管から大気を導入し、通水管４の両側間に高い気圧差を生じさせて該異物を排除するために使用するものである。
【００３０】
なお通気管５は、図４に示すように、上流側真空下水管２に２本の通気管５−１，５−２を接続し、該２本の通気管５−１，５−２を一本に結合した後に下流側真空下水管３に接続するように構成しても良い。このように構成すれば、上流側真空下水管２の複数箇所から空気が分離され、通水管４に流入する空気（気泡）の量をさらに減少させることができる。
【００３１】
また上記図１に示す実施形態のように通水管４全体の管内径を上流側真空下水管２の管内径よりも細くする代わりに、図５に示すように、通水管４の立ち上げ部分４１と横向き部分４３は上流側真空下水管２や下流側真空下水管３と同等の管内径とし、通水管４の少なくともトラップ８に向かって下降する下降部分４５の管内径のみを上流側真空下水管２の管内径よりも細く形成するようにしても良い。
【００３２】
通水管４内の空気溜りが最も排出されにくいのはこの下降部分４５であるから、この部分の汚水の流速を気泡の上昇速度よりも速くすることで、該空気が気泡となって下流側真空下水管３に排出され易くなり、前記通水管４全体の管内径を細くした場合と同等の効果が得られる。
【００３３】
また図６に示すように、上流側真空下水管２の通水管４に接続する接続部２１から上流側に向かって所定長さ部分Ｌだけ、該上流側真空下水管２の管内径をさらに上流側の上流側真空下水管２の管内径よりも太く形成しても良い。そのとき通気管５の立ち上がり部分５１の管内径は管内径を太くした部分Ｌよりもさらに上流側の上流側真空下水管２の管内径と同一又はそれよりも太くする。
【００３４】
このように構成すれば、上流側真空下水管２に溜る汚水の量をさらに増やすことができて、より効果的に通水管４内の空気溜りを排出することができる。また該管内径を太くした部分Ｌにおいては汚水の流速が減少するので、通気管５への気液分離がさらに効果的に行なえる。
【００３５】
ところで上記図１，図２に示す実施形態では下流側真空下水管３の通水管４（トラップ８）に接続される部分の管内径の最も低い位置ｂを、上流側真空下水管２の通水管４に接続される部分の管内径の最も高い位置ａと同一高さに設定したが、本発明においては位置ａよりも位置ｂの方を高く設定しても良い。
【００３６】
また図８に示すように、通水管４の横向き部分４３を下流側に向かって上り勾配にしておくと好適である。何故ならこのように構成しておけば汚水が通水管４内に溜っていくときに、同図に示すように横向き部分４３内に溜っていた空気が確実に排除されていくので、通水管４を汚水で満たしてサイホンとして作用させるのに好適だからである。
【００３７】
また図９に示すように、上記各実施形態において、上流側真空下水管２の接続部２１における管内径の最も低い位置から通気管５の横向き部分５３における管内径の最も低い位置までの距離をＡとし、上流側真空下水管２の接続部２１における管内径の最も低い位置から通水管４の横向き部分４３における管内径の最も低い位置までの距離をＢとし、トラップ８の最も低くなる部分における管内径の最も高い位置から該トラップ８と下流側真空下水管３との接続部における管内径の最も低い位置までの距離をＣとした場合、  Ａ＞Ｂ＋Ｃ  の関係になっていることが好ましい。
【００３８】
何故なら通水管４が水で満たされていない場合は前述のように上流側真空下水管２に溜っていた大量の汚水は上流から押し寄せてきた空気や汚水に押されて、通水管４の立ち上げ部分４１と、通気管５の立ち上がり部分５１の両者を上がっていくが、サイホンが形成されていないときの通水管４側の最大の水頭はＢ＋Ｃとなる。このためもし通気管５側の水頭Ａが水頭Ｂ＋Ｃよりも小さいと、通気管５を汚水が流れてしまう。これを防止するためである。
【００３９】
また図１０に示すように、トラップ８の下降部分から上昇部分に変わる部分を鋭角（Ｄ°）に曲げておくと、通過する気泡が下流側に排除されやすくなる。何故なら該部分が図１１に示すように大きく湾曲していると、湾曲部分の内側の部分Ｆにおける汚水の流速が遅くなって気泡が滞留しやすくなる。これに対して該部分を鋭角にしておくと、気泡はすぐにその下流側の上昇部分に移動し、排出されていくからである。
【００４０】
ところで上記各実施形態において、トラップ８はその保有水量が、たとえ上流側真空下水管２と下流側真空下水管３の圧力差がなくなって同圧になったとしてもトラップ８における汚水の封止が破壊されないだけの水量を保有するような体積を有する寸法形状に形成しておくことが好ましい。
【００４１】
何故ならサイホンが形成されていない段階では、通水管４の中に空気が残っている。この状況で汚水が流れているときは通水管４の立ち上げ部分４１は頂部まで水で満たされており、通水管の下降部分４５は途中まで水で満たされている。このあと流れがなくなって上流側真空下水管２と下流側真空下水管３が同圧になると、通水管４内の汚水は上流側に引っ張られて図１３に示すように同じレベルになる。つまりトラップ８内の汚水はその分の水量だけ上流側に引っ張られるが、トラップ８内の汚水の保有水量が少ないと、トラップ８の下流側の水面がトラップ８の最下点を越えて該トラップ８の水封を破壊して下流側真空下水管３より通水管４内に空気を吸い込んでしまう。これを避けるためである。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば以下のような優れた効果を有する。
▲１▼通水管に別途真空ポンプなどの空気抜き用の特別の装置や配管などを取り付けなくても、通水管内の空気を容易に排出させることができ、これをサイホンとして十分機能させることができる。
【００４３】
▲２▼上流側に通水管の水封を保つためのトラップを設けなくても良いので、施工時の掘削深さが浅くてすみ、建設コストの低減化が図れる。
【００４４】
▲３▼通気管の少なくとも上流側真空下水管に接続されている立ち上がり部分の管内径を、上流側真空下水管の通気管が接続されている部分の管内径と同一又はそれよりも太くしたので、通気管をスムーズに空気が抜けることができる。
【００４５】
▲４▼上流側真空下水管の通水管に接続する部分から上流側に向かって所定長さだけ、該上流側真空下水管の管内径を太く形成した場合は、上流側真空下水管に溜る汚水の量をさらに増やすことができて、より効果的に通水管内の空気溜りを排出でき、またより効果的に通気管への気液分離が行なえる。
【００４６】
▲５▼上流側真空下水管に複数本の通気管を接続した場合は、さらに確実に気液分離が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】上流側真空下水管２と下流側真空下水管３の高さ方向の設置位置を詳細に示す要部断面拡大図である。
【図３】通水管４内から空気が抜ける状態を説明する説明図である。
【図４】他の実施形態を示す要部概略構成図である。
【図５】他の実施形態を示す要部概略構成図である。
【図６】他の実施形態を示す要部概略構成図である。
【図７】従来例を示す概略構成図である。
【図８】他の実施形態を示す要部概略構成図である。
【図９】他の実施形態を示す要部概略構成図である。
【図１０】他の実施形態にかかるトラップ８を示す図である。
【図１１】トラップ８内の汚水の流れを示す図である。
【図１２】他の実施形態を示す要部概略構成図である。
【図１３】他の実施形態を示す要部概略構成図である。
【符号の説明】
１  障害物
２  上流側真空下水管
３  下流側真空下水管
４  通水管
５  通気管
８  トラップ
【図１】
0003616833.tif 000002
【図２】
0003616833.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003616833.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003616833.tif 000011
【図１１】
0003616833.tif 000012
【図１２】
0003616833.tif 000013
【図１３】
0003616833.tif 000014