(57)【要約】【課題】  本発明は、給水タンク内部に効率よく螺旋状の旋回流を形成して、水が長期間の滞留することのない横型の給水タンクを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の横型の給水タンク１０は、筒状の本体１と、給水タンク１０に注水する流入管６と、流入管６から流入する水を給水タンク１０内に噴射する噴射口６ａと、給水タンク１０外に水を流出する流出部４と、本体１の流入管６側を閉鎖する第１鏡板２と、本体１の流出部４側を閉鎖する第２鏡板３とを備える。さらに、噴射口６ａが、給水タンク１０内の上部に配置され、給水タンク１０内で螺旋状の旋回流を形成するように第１鏡板２の肩部２ｃに向けて水を噴射する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の本体と、前記本体の一端側で内部に流体を導く流入管と、前記流入管から流入する流体を前記内部に噴射する噴射口と、前記本体の他端側で外部に流体を流出する流出口と、前記本体の前記一端側で前記本体を閉鎖する第１鏡板と、前記本体の前記他端側で前記本体を閉鎖する第２鏡板と、を備える横型の流体用タンクであって、
前記噴射口は、前記流体用タンク内の上部であって前記第１鏡板の周部分及び／又は前記周部分の近傍に向いていることを特徴とする流体用タンク。
【請求項２】
請求項１に記載の流体用タンクにおいて、前記第１鏡板は、外側に湾曲する曲面部を備えることを特徴とする流体用タンク。
【請求項３】
請求項２に記載の流体用タンクにおいて、前記周部分は、前記曲面部の周囲に設けられることを特徴とする流体用タンク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体用タンクにおいて、前記第１鏡板は、前記本体と接続される筒状部を備えることを特徴とする流体用タンク。
【請求項５】
請求項４に記載の流体用タンクにおいて、前記流入管は前記筒状部の上部に固定されることを特徴とする流体用タンク。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の流体用タンクにおいて、前記第１鏡板は、前記曲面部と前記筒状部とを接続する肩部を備えることを特徴とする流体用タンク。
【請求項７】
請求項６に記載の流体用タンクにおいて、前記肩部は前記周部分であることを特徴とする流体用タンク。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の流体用タンクにおいて、前記流入管はＬ字状に形成されることを特徴とする流体用タンク。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の流体用タンクにおいて、前記流入管の噴射側部分は、ほぼ水平に配置されることを特徴とする流体用タンク。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体用タンクにおいて、前記流体は液体であることを特徴とする流体用タンク。
【請求項１１】
請求項１０に記載の流体用タンクにおいて、前記液体は水であることを特徴とする流体用タンク。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の流体用タンクを複数備えることを特徴とする流体用タンクシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の流体用タンクシステムにおいて、前記複数の流体用タンクが直列に接続されることを特徴とする流体用タンクシステム。
【請求項１４】
請求項１２に記載の流体用タンクシステムにおいて、前記複数の流体用タンクが並列に接続されることを特徴とする流体用タンクシステム。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の流体用タンクシステムにおいて、前記複数の流体用タンクは、それぞれほぼ水平に設置されることを特徴とする流体用タンクシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体用タンク及び複数の流体用タンクを含む流体用タンクシステムに関し、より詳細には、飲料水を貯留しつつ供給する給水タンク及び複数の給水タンクを含む給水タンクシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
給水タンクを水道などの流体を供給する設備に介在させる流体の供給システムがある。このシステムにおいては、水道などの設備（以下、「水道等」という）から流体（水道の場合は水、以下、流体を「水」に代表させて記載する）を供給することも、給水タンクに貯留されている水を供給することもできるようになっている。そこで、水道等からの給水が止まった場合に、タンク内部に貯留されている水を供給するという処置が可能である。このようなシステムは、例えば、災害時、水道施設における停電や水道管の破損等による断水といった緊急時に、タンクに貯留されている水を供給することができ、極めて有用である。この場合の水の供給には、自家発電や手動のポンプ等の様々なものを用いることができる。このシステムにあっては、水道等からの給水においても、水道等からタンク内部に流入した水は、給水タンク内部を通って給水タンク出口から給水されるまでに、給水タンク内部に貯留されている水と混ざりつつ流れるものの、給水タンク内部の水が流れにくい領域に水が長期間滞留することがある。
【０００３】
給水タンク内部の水の滞留時間を短くして水の品質を維持するために、旋回流を用いるものもいくつか提案されてきた（特許文献１や２）。特許文献１に係る貯水タンクは、円筒部が横方向に延びるように設置される横型のタンクであり、その内部に滞留水が発生しないように旋回流を形成する（図５参照）。この貯水タンクは、胴体とその両端を塞ぐ鏡板とからなるタンク本体と、タンク本体内へ水を送る流入管と、タンク本体外へ水を戻す流出管とからなり、前記流入管をタンク本体内部で第１枝管と第２枝管とに２つに分岐し、第１枝管の出口を一方の鏡板の中央部近傍まで延ばし、第２枝管の出口をタンク本体の内壁の近傍まで延ばし、第１枝管からの吐出水を鏡板に当てて反転させることで中央流を形成し、第２枝管からの吐出水を内壁に沿わせることで旋回流を形成する。
【０００４】
特許文献２に係る貯水槽は、円筒部が縦方向に延びるように設置される縦型のタンクであり、そのタンク内に旋回流を生じさせて、貯留水の滞留を防止する（図１参照）。この貯水槽は、水の流入管の吐出口をタンクの上部分に設けると共に、吐出口からタンクの接線方向に水を噴出するように配置する。吐出口から噴出される水は、タンク上部からタンクの周壁内面に沿って下向きの旋回流を形成しながら、タンク底面に向かって流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５２１８６号公報
【特許文献２】特開平１１−３０３１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に係る貯水タンクでは、横型のタンク内に旋回流を形成するものの、流入管が第１枝管及び第２枝管に分岐してこれらの先端から水がタンク内に流入するため、２つの枝管自体がタンク内で流路抵抗となるだけでなく、各枝管から流出する水流自体が弱くなるという問題が生じる。
【０００７】
また、特許文献２に係る貯水槽では、縦型のタンク内に旋回流を形成するものである。この貯水槽を単に横型として設置したとしても、効率よく旋回流を形成することはできない。それは、横型のタンクではその内部に形成される水流に対する重力の影響が縦型のタンクとは異なるためである。また、そもそも、横型のタンクではその内部に形成される水流の方向と重力との関係が複雑に変動し、内部の水流に対する重力の影響が縦型のタンクのものから簡単に予測がつかない。
【０００８】
本発明は、横型の流体用タンクにおいて、効率よく螺旋状の旋回流を形成して流体の滞留時間を短くできる流体用タンク及び流体用タンクシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の流体用タンクは上記課題を解決するために、筒状の本体と、前記本体の一端側で内部に流体を導く流入管と、前記流入管から流入する流体を前記内部に噴射する噴射口と、前記本体の他端側で外部に流体を流出する流出口と、前記本体の前記一端側で前記本体を閉鎖する第１鏡板と、前記本体の前記他端側で前記本体を閉鎖する第２鏡板と、を備える横型の流体用タンクであって、前記噴射口は、前記流体用タンク内の上部であって、前記第１鏡板の周部分及び／又は前記周部分の近傍に向いていることを特徴とする流体用タンクである。
【００１０】
前記第１鏡板は、外側に湾曲する曲面部を備える。前記周部分は、前記曲面部の周囲に設けられる。前記第１鏡板は、前記本体と接続される筒状部を備える。前記流入管は前記筒状部の上部に固定される。前記第１鏡板は、前記曲面部と前記筒状部とを接続する肩部を備える。前記肩部は前記周部分である。前記流入管はＬ字状に形成される。前記流入管の噴射口側部分は、ほぼ水平に配置される。前記流体は液体であり、前記液体は水である。前記流体用タンクを複数備える。前記複数の流体用タンクが直列に接続されるか、前記複数の流体用タンクが並列に接続される。一例として、前記複数の流体用タンクは、それぞれほぼ水平に設置される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る流体用タンク及び流体用タンクシステムは、横型の流体用タンクにおいて、噴射口が流体用タンク内の上部にあって、第１鏡板の周部分及び／又はその近傍に向けて流体を噴射するため、流体の流れが重力で加速されて効率よく螺旋状の旋回流を形成して、流体用タンク内に流体が長期間滞留することなく、流体の貯留及び供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る給水タンクの側面図である。
【図２】図１のＡ方向からみた給水タンクの第１鏡板の正面図である。
【図３】図２のＢ方向からみた給水タンクの上面図である。
【図４】図１の給水タンクに使用する第１鏡板の側面図である。
【図５】図１の給水タンク内に形成される旋回流を示す斜視図である。
【図６】図１の噴射口から第１鏡板に噴射される水流を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る給水タンクシステムの側面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る給水タンクシステムの側面図である。
【図９】図８の給水タンクシステムの上面図である。
【図１０】図８の給水タンクシステムを鏡板側からみた側面図である。
【図１１】図８の給水タンクシステムの流出部側からみた下面図である。
【図１２】比較例１に係る給水タンクの流入部側の水流を示す部分断面図である。
【図１３】比較例２に係る給水タンクの流入部側の水流を示す部分断面図である。
【図１４】比較例３に係る給水タンクの水流を示す断面図である。
【図１５】実施例１に係る給水タンクの水流を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（概要）
本発明に係る流体用タンクは、その内部に流体（液体や気体）を流す際、流入部にほぼＬ字状の流入管を固定して、鏡板の肩部（周部分）に向けて流体を噴射することにより、流体用タンク内部に螺旋状の旋回流を発生させるものである。この流れによって、タンク内の流体が撹拌されながら螺旋状に押し流され流出口まで移動するため、タンク内に流体が長期間滞留することを防止するものである。
【００１４】
以下、本発明の流体用タンクを給水タンクに適用した各実施形態を図面を用いて説明する。本発明が前提とする流体用タンク（給水タンク）は、その長手方向を横向き又はほぼ水平に設置する横型のタンクである。本発明において、「横」、「横向き」、「ほぼ水平」とは完全に水平である必要はなく、設置されたタンクにおいて内部の流体の置換を妨げない程度に傾斜して設置された状態を含む。また、以下の実施形態、実施例、及び比較例において、同じ部分には同じ名称及び同じ符号を付して、同じ部分の説明は省略する。
【００１５】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る給水タンク１０を、図１〜図４を参照して説明する。図１に示す横型の給水タンク１０は、円筒状の本体１と、本体１の開口端の一方を閉鎖する第１鏡板２と、本体１の開口端の他方を閉鎖する第２鏡板３とから構成される。本体１、第１鏡板２、及び第２鏡板３は、それぞれステンレス鋼から形成される。第１鏡板２は、タンクの内側から外側に膨らむ湾曲部（曲面部）２ａと、この湾曲部２ａと一体に形成される円筒部２ｂと、湾曲部２ａの周縁及び円筒部２ｂを滑らかに接続する肩部（周部分）２ｃとを備える。第２鏡板３は、タンク内側から外側に膨らむ湾曲部３ａと、この湾曲部３ａと一体に形成される円筒部３ｂと備える。湾曲部２ａの外面上部には第１フック７ａが、湾曲部３ａの外面上部には第２フック７ｂが、それぞれ溶接等により一体的に設けられる。第１フック７ａ及び第２フック７ｂは、給水タンク１０を吊上げて移動するために使用される。
【００１６】
第１鏡板２の円筒部２ｂは、その上部に形成された孔の周囲に外側から溶接等により固定される流入部（ソケット）５と、円筒部２ｂの内側から流入部５に溶接等により固定される流入管６とを備える。流入部５は、図示しない弁により開閉可能である。流入管６は、ほぼ９０°に湾曲されたエルボ管であり、給水タンク１０内の流入管６の開口端は噴射口６ａとなる。噴射口６ａは、横型の給水タンク１０内の上部、かつ第１鏡板２の湾曲部２ａの近傍において、肩部２ｃに向けて配置される。噴射口６ａの開口中心は貯水タンク１０内の上部に設けられる。これにより、噴射口６ａから噴射された水流は、噴射の方向と重力の方向の合力の方向である斜め下方に加速して流れることになる。この合力の方向は、後述するように、同時に、水流自身の給水タンクの内壁への衝突からのエネルギーも得て経時的に変動し、水流は貯水タンク内を螺旋を描いて流れることができる。なお、給水タンク１０内の上部とは、貯水タンク１０内の上端から下端までの間の範囲において、好ましくは最も上側の３分の１の範囲とすることができ、より好ましくは最も上側の４分の１の範囲とすることができる。
【００１７】
図２は、図１のＡ方向からみた給水タンク１０の第１鏡板２である。図２に示すように、流入管６の噴射側部分６ｂは、水平線Ｈとほぼ平行に設置され、流入管６の流入側部分６ｃは、垂直線Ｖとほぼ平行に設置される。
【００１８】
図３の給水タンク１０の上面図に示すように、流入管６の噴射口６ａから噴射される水流の噴射方向Ｊと、貯水タンク１０の長手方向Ｌとが所定の角度θをなすように、噴射口６ａが配置される。この所定の角度θは、噴射口６ａから噴射される水流が、第１鏡板２の肩部２ｃを向く角度である。本実施形態における噴射口６ａの配置において、角度θは、好ましくは６０〜７０°とすることができ、より好ましくは約６５°とすることができる。
【００１９】
図１に示したように、第１鏡板２の円筒部２ｂの外径は、円筒状の本体１の外径とほぼ同じである。図４に示す第１鏡板２の円筒部２ｂの末端に設けられる挿入縁部２ｄは、本体１の内径とほぼ同じ外径とされる。したがって、挿入縁部２ｄが本体１に差し込まれると、本体１に対して鏡板２が位置が決めされる。同様に、第２鏡板３の円筒部３ｂの末端に設けられる挿入縁部が本体１内に差し込まれると、本体１に対して第２鏡板３の位置が決まる。
【００２０】
図１に示すように、第２鏡板３の円筒部３ｂの上部には、給水タンク１０内の空気を抜く空気抜き部（ソケット）８が形成され、空気抜き部８は、図示しない弁により開閉可能である。第２鏡板３の円筒部３ｂの下部には、給水タンク１０内の水を流出する流出口を含む流出部（ソケット）４が形成され、流出部４は、図示しない弁により開閉可能である。
【００２１】
給水タンク１０は、横向き（ほぼ水平）に設置した後、空気抜き部８の弁を開き、流出部４の弁を閉鎖した状態で流入部５の弁を開き、流入部５から注水して貯水することができる。給水タンク１０内に水が十分に貯水された状態で、空気抜き部８の弁を閉じ、流入部５及び流出部４の弁を開くと、通常使用状態となる。通常使用状態では、図５及び図６に矢印で示すように、給水タンク１０の噴出孔６ａからの水流は、第１鏡板の肩部２ｃ及び／又は肩部２ｃの近傍（以下、肩部２と総称する）に向かって噴射される。噴射された水流は、重力により下向きに曲げられつつ、第１鏡板２の肩部２ｃに到達して、肩部２ｃの曲面に沿って旋回流を形成する。同時に、この水流には、肩部２ｃとの衝突により水流を第２鏡板３側へ向ける力が作用するため、螺旋状の旋回流を形成しつつ第２鏡板３側へ流れて、全ての水が長期間滞留することなく流出部４から流出する。
【００２２】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る給水タンクシステム１００を、図７を参照して説明する。この給水タンクシステム１００は、第１給水タンク１０ａと、第２給水タンク１０ｂとを直列に接続したものである。第１給水タンク１０ａ及び第２給水タンク１０ｂは、第１実施形態の給水タンク１０と同じ構造である。給水タンクシステム１００は、第１給水タンク１０ａ及び第２給水タンク１０ｂのそれぞれを設置面上で横向き（ほぼ水平）に支持する支持台１１と、第１給水タンク１０ａの流出部４ａを第２給水タンク１０ｂの流入部５ｂに接続する接続配管１２とを備える。
【００２３】
第２実施形態の給水タンクシステム１００では、水道等から供給される飲料水は、第１給水タンク１０ａの流入部５ａからタンク内部に導かれ、螺旋状の旋回流を形成して長期間滞留することなく、第１給水タンク１０ａの流出部４ａから流出する。この流出部４ａから流出した水は、接続配管１２を通って、第２給水タンク１０ｂに導かれる。さらに、接続配管１２から供給された水は、第２給水タンク１０ｂの流入部５ｂからタンク内部に導かれ、旋回流を形成して長期間滞留することなく、第２給水タンク１０ｂの流出部４ｂから流出する。
【００２４】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る給水タンクシステム２００を、図８〜図１１を参照して説明する。この給水タンクシステム２００は、第１給水タンク１０ｃと、第２給水タンク１０ｄとを並列に接続したものである。第１給水タンク１０ｃ及び第２給水タンク１０ｄは、第１実施形態の給水タンク１０と同じ構造である。給水タンクシステム２００は、第１給水タンク１０ｃ及び第２給水タンク１０ｄのそれぞれを設置面上で横向き（ほぼ水平）に支持する支持台１１と、第１給水タンク１０ｃ及び第２給水タンク１０ｄのそれぞれの流入部に接続されるＴ字状の流入配管１３と、第１給水タンク１０ｃ及び第２給水タンク１０ｄのそれぞれの流出部に接続されるＴ字状の流出配管１４とを備える。
【００２５】
第３実施形態の給水タンクシステム２００では、水道等から供給される飲料水は、第１給水タンク１０ｃ及び第２給水タンク１０ｄの各流入部５から各タンク内部に導かれ、螺旋状の旋回流を形成して長期間滞留することなく、第１給水タンク１０ｃ及び第２給水タンク１０ｄの各流出部４から流出する。各流出部４から流出した水は、接続配管１４で合流する。
【００２６】
なお、本発明は、各実施形態で説明した給水タンクに限定されず、飲料水以外に、油、有機溶媒、ジュース類等の任意の液体、又は任意の気体を、貯留し供給する流体用タンクとして用いることができる。さらに、各実施形態で給水タンクはほぼ水平に設置されるものとして説明したが、本発明の流体用タンクを自動車等の荷台に設置して移動可能とすることもできる。第２実施形態や第３実施形態のように複数の給水タンクを備える場合に、複数の給水タンクの互いの位置関係は任意に設定することができる。例えば、複数の給水タンクのそれぞれを、水平面上に配置するか、垂直面に沿って配置するか、または傾斜面に沿って配置することもできる。
【００２７】
（まとめ）
本発明の各実施形態に係る給水タンク及び給水タンクシステムは、横型の給水タンクにおいて、噴射口が給水タンク内の上部から第１鏡板の肩部に向けて水を噴射する。噴射された水流は、噴射の方向と重力の方向の合力の方向である斜め下方に流れ、湾曲した肩部に衝突して水流に第２鏡板の方向に向かう力が加わることにより、横型の給水タンク内に螺旋状の旋回流を効率よく形成することができる。これによって、給水タンク内に水が長期間滞留することなく、水の貯留及び供給を行うことができる。
【実施例】
【００２８】
１．流入管の配置による給水タンク内の水の滞留比較実験
本発明において、流入管の配置を最適化するために、以下の比較例及び実施例を用いて滞留比較実験を行った。実施例１は、第１実施形態（図１〜図６）に示した給水タンク１０の模型を用いた。各比較例は、実施例１の模型とは流入管の上下方向の配置及び向き（角度）が異なる。給水タンク１０の模型は、次のサイズで実機の約２分の１スケールモデルとした。円筒状の本体１の模型に関して、内径は１５０ｍｍ、全長は１０８０ｍｍ、内容積は２０．５Ｌとした。また、本体１の模型は透明な樹脂から作成して内部を観察可能とすると共に、給水タンク内に水と同じ比重のＡＢＳ球を含む水を入れて、ＡＢＳ球の排出度合を確認した。比較例及び実施例を示す図１２〜図１５において、給水タンクの水流は矢印で図示すると共に、水流に含まれるＡＢＳ球は黒点で図示した。比較例１、２、及び４は、従来の技術水準に対応するものである。比較例３は従来の技術水準に工夫を加えたものであり、実施例１は、比較例１をさらに改善したものである。
【００２９】
給水タンク内における流入管の配置を下記のものとして実験した。
・比較例１（図１２）：中央位置で傾きがなく中央軸線Ｃ上にあり第１鏡板を向く状態
・比較例２（図１３）：下部位置で長手方向Ｌに平行で第１鏡板を向く状態
・比較例３（図１４）：下部位置で長手方向Ｌに対して傾けて第１鏡板の肩部を向く状態
・比較例４（不図示）：上部位置で長手方向Ｌに平行で第１鏡板を向く状態
・実施例１（図１５）：上部位置で長手方向Ｌに対して傾けて第１鏡板の肩部を向く状態
【００３０】
（比較例１）
図１２に示す比較例１の給水タンク１０ｘは、流入管６ｘが中央位置で、噴射口６ｘａの噴出方向が本体１の中央軸線Ｃ上を延びる。流入管６ｘが、給水タンク１０ｘ上部の流入部５から下方へ、円筒状の本体１の中央軸線Ｃ（長手方向Ｌ）まで延びて、ここからさらに中央軸線Ｃ上を第１鏡板２の中央に向かって延びてその末端に噴射口６ｘａが形成される。この給水タンク１０ｘに５Ｌ／分の流量でＡＢＳ球を含む水を流して、滞留の有無を確認した。
【００３１】
給水タンク１０ｘでは、噴射口６ｘａから噴射される水流に含まれるＡＢＳ球は、第１鏡板２の中央に衝突して第１鏡板２に沿って流れる。本体１の内底面上の領域ｘ１では第１鏡板２から遠ざかるようにＡＢＳ球を含む水流が生じる。しかし、給水タンク１０ｘの末端（左端）から３００ｍｍ位の内底面の領域ｘ２に、ＡＢＳ球が溜まって全く動かなくなったため、この部分に水が滞留していることが確認された。
【００３２】
（比較例２）
図１３に示す比較例２の給水タンク１０ｙは、流入管６ｙが下位置で、噴出口６ｙａの噴出方向を長手方向Ｌに平行に第１鏡板２を向くようにした。より詳しくは、流入管６ｙが、給水タンク１０ｙ上部の流入部５から下方へ、円筒状の本体１内の下部まで延びて、ここからさらに中央軸線Ｃに平行に第１鏡板２に向かって延びてその末端に噴射口６ｙａが形成される。この給水タンク１０ｙに５Ｌ／分の流量でＡＢＳ球を含む水を流して、滞留の有無を確認した。
【００３３】
給水タンク１０ｙでは、噴射口６ｙａから噴射される水流に含まれるＡＢＳ球は、第１鏡板２の下部に衝突して第１鏡板２に沿って上方に流れていき、領域ｙ１からＡＢＳ球は徐々に落下する。また、第１鏡板２に対して流入部５より後方にある領域ｙ２では、水流が弱くなっているもののＡＢＳ球は流れている。領域ｙ２の下方の領域ｙ３では、水流が弱まっているため、少量のＡＢＳ球が溜まる。また、流入管６ｙに近接する領域ｙ４では、噴射口６ｙａの噴射によって流入管６ｙ側にＡＢＳ球が引き寄せられている。比較例２では、噴射口６ｙａから噴射される水流が、第１鏡板２の下部から上部に上昇する流れとなるため、この上昇の際に重力の影響で流れが弱まっていることが確認された。
【００３４】
（比較例３）
図１４に示す比較例３の給水タンク１０ｚは、流入管６ｚが下位置まで延びて、噴出口６ｚａの噴出方向が長手方向Ｌに対して上から見て角度をなして第１鏡板２の肩部を向くようにした。流入管６ｚが、給水タンク１０ｚ上部の流入部５から下方へ、円筒状の本体１内の下部まで延びて、ここからさらに上から見て長手方向Ｌに対して３０°の角度をなす方向に延びてその末端に噴射口６ｚａが形成される。この給水タンク１０ｚに５Ｌ／分の流量でＡＢＳ球を含む水を流して、滞留の有無を確認した。
【００３５】
噴出口６ｚａからの水流は、給水タンク１０ｚの下部から螺旋状の旋回流を形成して流れる。この水流に含まれるＡＢＳ球は、領域ｚ１で溜まり噴射口６ｚａ側に徐々に戻っていくものもある。注水を止めてもある程度は旋回流は持続していた。領域ｚ２では少量のＡＢＳ球が溜まりやすく、水流が弱まっていることが確認された。
【００３６】
（比較例４）
図示しない比較例４の給水タンクは、流入管が上位置で、噴出口の噴出方向が長手方向Ｌに平行で第１鏡板２を向くようにした。この給水タンクに５Ｌ／分の流量でＡＢＳ球を含む水を流して、滞留の有無を確認した。比較例４の上位置では、比較例２の下位置と同様に、水流に含まれるＡＢＳ球は徐々に噴射口側に戻っていくが、上から下への流れであるため、比較例２よりも比較例４の方が水流に含まれるＡＢＳ球が流れやすいものの、比較例４では給水タンクの中央下部にＡＢＳ球が溜まりやすいことが確認された。
【００３７】
（実施例１）
図１５に示す実施例１の給水タンク１０は、第１の実施形態の給水タンク１０と類似する構造である。実施例１の給水タンク１０は、流入管６が上位置で噴射口６ａの噴射方向が長手方向Ｌに対して角度３０°をなして第１鏡板２の肩部を向くようにした。この給水タンク１０に５Ｌ／分の流量でＡＢＳ球を含む水を流して、滞留の有無を確認した。図１５に示すようにＡＢＳ球を含む水流は、螺旋状の旋回流を形成して、流入管６の噴射口６ａから流出口４まで流れる。
【００３８】
実施例１（図１５）の水流は、比較例３（図１４）よりも強い螺旋状の旋回流を形成するため、水流に含まれるＡＢＳ球は流出部４側へ徐々に進んでいき、ほとんどのＡＢＳ球が溜まることがなく流出口４まで流れることが確認された。領域ａ１に示す中央付近では、少数のＡＢＳ球が第１鏡板側に戻ったり流出口４側に流れたりしつつ、流出口４付近の領域ａ２ではＡＢＳ球の動きが若干遅くなって水流が弱くなっているものの、最終的に全てのＡＢＳ球が排出されることが確認された。また、実施例１では、固体であるＡＢＳ球を異物と考えると、このような異物の排出が可能であることも確認された。
【００３９】
（まとめ）
比較例１の流入管の中央位置（角度無）では中央にＡＢＳ球が溜まり流れない。比較例２の流入管の下位置（角度無）、比較例４の流入管の上位置（角度無）では、戻りが多く排出されるＡＢＳ球がごくわずかであった。比較例３の下位置（角度有）の場合には、螺旋状の旋回流は、多少偏りが生じて動きが不確定になる部分が生じていた。さらに、比較例３では、流出部４の近傍において螺旋状の旋回流が著しく弱まっていた。これに対して、実施例１では、流出部４の近傍においても螺旋状の旋回流が生じているため、長手方向の全ての部分でまんべんなく旋回流が生じることとなり、長期間の水の滞留が防止できることが確認された。
【００４０】
２．模型による給水タンクの滞留確認実験
第２実施形態（図７）に係る給水タンクシステムにおいて、注水時に各給水タンク内に長期間動かない滞留が生じるか、さらには完全に換水しているのかを模型を用いて評価した。使用する模型の給水タンクは、実施例１と同じものを用いて直列接続して給水タンクシステムを作成した。また、メチレンブルーで着色した着色水を用いて、模型の給水タンクシステム内の換水を確認した。
【００４１】
（実験水量）
実機における給水口径１３ｍｍの標準使用水量から、実験１では実機の流量を１７Ｌ／分と仮定し、実験２では実機の流量を実験１の２分の１の８．５Ｌ／分と仮定した。これらの実機の仮定流量からレイノルズ数を用いて２分の１スケール模型における必要な実験水量を、実験１、２についてそれぞれ９．２Ｌ／分、４．６Ｌ／分として求めた。これらの実験水量で実験模型の給水タンクシステム内に注水して実験を行った。実験１では連続注水を行い、実験２では日常の使用量を想定し断続的に注水、即ち、１０分間注水し３分間休止の繰り返しを行った。
【００４２】
標準使用水量とは、給水用具の種類に関わらず、吐水量を口径によって一律の水量として扱うものである。標準使用水量は、施設等の給水装置の使用水量を計画するための標準数であり、この使用水量から必要な給水管の口径や受水槽容量を決めるために用いられる。施設等の使用水量を算定するために、給水用具毎に必要な口径と使用水量がある程度決まっており、使用される給水用具の種類や数量に基づき、これらの吐水量を合算して標準使用水量を算定する。例えば台所流しは、使用水量１２〜４０Ｌ／分、給水用具の口径１３〜２０ｍｍとなっている。なお、上記給水口径１３ｍｍの標準使用水量は、「厚生労働省給水装置データベース」の「給水装置標準計画・施工方法  設計使用水量」を用いて算出することができる。
【００４３】
（レイノルズ数）
実機の瞬時使用水量を算出したレイノルズ数Ｒｅと、模型のレイノルズ数Ｒｅとを同数値として模型で実験することにより、実機における流体の挙動を評価することができる。レイノルズ数Ｒｅは下記式（１）により定義される。
【００４４】
【数１】
2014058340.tif 000003
【００４５】
ここで、ｖはタンク内の水の流速（ｍ／ｓ）、ｄはタンク直径（ｍ）、νは水の動粘度（ｍ／ｓ）である。
【００４６】
実験１では、図７の第２実施形態に示した給水タンクシステムを用いた。実験１の実機では給水栓口径１３ｍｍの標準使用水量として１７Ｌ／分と仮定した。１７Ｌ／分は、０．０００２８３ｍ３／ｓｅｃであり、これを流路の断面積０．０７６７ｍ２で割ると、流速０．００３６９６（ｍ／ｓ）が求められる。実機のレイノルズ数Ｒｅを求めるために下記の数値を用いた。
ｖ＝０．００３６９６ｍ／ｓ
ｄ＝０．３１２５ｍ
ν＝１．０８３ｘ１０−６ｍ／ｓ（実験時の水温１７℃の動粘度）
求められたレイノルズ数Ｒｅは１０６６であった。実験１における２分の１スケールの模型の実験に必要な流速ｖは、下記の式（２）から求めることができる。
【００４７】
【数２】
2014058340.tif 000004
【００４８】
実験１の模型で必要な流速ｖを求めるために下記の数値を用いた。
Ｒｅ＝１０６６
ｄ＝０．１５６ｍ
ν＝１．１７１ｘ１０−６ｍ／ｓ（実験時の水温１４℃の動粘度）
【００４９】
実験１の模型に必要な流速ｖは０．００８００５ｍ／ｓであった。これに模型の断面積０．０１９１ｍ３をかけてから単位をＬ／分に変換した。実験１の模型の実験に必要な単位時間当たりの使用水量は、９．２Ｌ／分となり、この水量を実験１の模型に適用して実験を行った。
【００５０】
実験２では、実験１と同一サイズの実機及び模型を用いた。実機では給水栓口径１３ｍｍの使用水量として８．５Ｌ／分と仮定した。実験２の模型で必要な水量は、４．６Ｌ／分と求められ、この水量で実験を行った。実験１の模型では予め模型の給水タンクシステム内に着色水を充填しておき、９．２Ｌ／分の水量で透明水を注水して、色の変化を目視により確認した。実験２の模型では予め模型の給水タンクシステム内に透明水を充填しておき、そこに４．６Ｌ／分の水量で着色水を注水し、最後に４．６Ｌ／分の水量で透明水を流して、色の変化を目視により確認した。
【００５１】
（実験結果）
模型の給水タンクシステムにおいて、数分後ごとに撮影した写真を比較したところ、滞留領域がなく短絡する流れが認められなかった。これは螺旋状の旋回流ではない長手方向に短絡する流れが認められないことを意味する。表１に、置換時間と水量を示す。置換時間は、直列に接続される第１給水タンク１０ａと第２給水タンク１０ｂともテスト水量が大きくなれば置換時間が早まっている。各給水タンクにおいて、水道水流入側の構造を変更し、直径が２１．７ｍｍの流入管（エルボパイプ）の噴射口を第１鏡板の肩部分に向けたため、螺旋状の水流が形成され、この螺旋水流が押出し流となることがわかった。
【００５２】
【表１】
2014058340.tif 000005
【００５３】
（実験結果からの実機への考察）
一般家庭（家族４人）の平均使用水量は３２〜４０ｍ３／月であり、１日の平均使用水量は１０５０〜１３００Ｌ（１．０５〜１．３ｍ３／日）である。この平均使用水量と実験結果とを比較するため、実験１及び２の試験水量から表２に示す実機換算水量を求めた。給水タンクの実験模型で置換に要した模型置換水量は、表２の模型試験水量に対して表２の模型置換時間をかけると求められる。さらに、この模型置換水量に、容積比（（実機の容積）／（模型の容積））をかけると、実機換算水量となる。なお、実機の給水タンクの容量（容積）は１６３Ｌ、実験模型の給水タンクの容量（容積）は２０．５Ｌであり、容積比は７．９５となる。具体的には、実験１の模型では、９．２ｘ１３ｘ７．９５＝９５１として実機換算水量が求められ、実験２の模型では、４．６ｘ３０ｘ７．９５＝１０９７として実機換算水量が求められる。
【００５４】
【表２】
2014058340.tif 000006
【００５５】
表２によれば、実験１及び２の実機換算水量と１日の平均使用水量とはほぼ等しい値となっているため、実験１及び２の給水タンクシステムを実機に適用した場合にも、その給水タンク内の水が滞留することなく約１日で入れ替わることが認められ、水質の劣化が生じず安全性が確保されることが確認された。
【符号の説明】
【００５６】
１    本体
２    第１鏡板
２ａ  湾曲部
２ｂ  円筒部
２ｃ  肩部
３    第２鏡板
４    流出部
５    流入部
６    流入管
６ａ  噴出口
１０  給水タンク
１００  給水タンクシステム
２００  給水タンクシステム
Ｃ    中央軸線
Ｈ    水平方向
Ｌ    長手方向
Ｖ    垂直方向
【図１】
2014058340.tif 000007
【図２】
2014058340.tif 000008
【図３】
2014058340.tif 000009
【図４】
2014058340.tif 000010
【図５】
2014058340.tif 000011
【図６】
2014058340.tif 000012
【図７】
2014058340.tif 000013
【図８】
2014058340.tif 000014
【図９】
2014058340.tif 000015
【図１０】
2014058340.tif 000016
【図１１】
2014058340.tif 000017
【図１２】
2014058340.tif 000018
【図１３】
2014058340.tif 000019
【図１４】
2014058340.tif 000020
【図１５】
2014058340.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月20日(2014.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の本体と、前記本体の一端側で内部に流体を導く流入管と、前記流入管から流入する流体を前記内部に噴射する噴射口と、前記本体の他端側で外部に流体を流出する流出口と、前記本体の前記一端側で前記本体を閉鎖する第１鏡板と、前記本体の前記他端側で前記本体を閉鎖する第２鏡板と、を備える横型の流体用タンクであって、
前記第１鏡板は、外側に湾曲する曲面部と、前記曲面部の周囲に設けられる周部分とを備え、
前記噴射口は、前記流体用タンク内の上部であって前記第１鏡板の周部分あるいは前記周部分及び当該周部分の近傍に向いていることを特徴とする流体用タンク。
【請求項２】
請求項１に記載の流体用タンクにおいて、前記第１鏡板は、前記本体と接続される筒状部を備えることを特徴とする流体用タンク。
【請求項３】
請求項２に記載の流体用タンクにおいて、前記流入管は前記筒状部の上部に固定されることを特徴とする流体用タンク。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の流体用タンクにおいて、前記第１鏡板は、前記曲面部と前記筒状部とを接続する肩部を備えることを特徴とする流体用タンク。
【請求項５】
請求項４に記載の流体用タンクにおいて、前記肩部は前記周部分であることを特徴とする流体用タンク。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体用タンクにおいて、前記流入管はＬ字状に形成されることを特徴とする流体用タンク。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体用タンクにおいて、前記流入管の噴射側部分は、ほぼ水平に配置されることを特徴とする流体用タンク。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の流体用タンクにおいて、前記流体は液体であることを特徴とする流体用タンク。
【請求項９】
請求項８に記載の流体用タンクにおいて、前記液体は水であることを特徴とする流体用タンク。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体用タンクを複数備えることを特徴とする流体用タンクシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の流体用タンクシステムにおいて、前記複数の流体用タンクが直列に接続されることを特徴とする流体用タンクシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の流体用タンクシステムにおいて、前記複数の流体用タンクが並列に接続されることを特徴とする流体用タンクシステム。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の流体用タンクシステムにおいて、前記複数の流体用タンクは、それぞれほぼ水平に設置されることを特徴とする流体用タンクシステム。