(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水槽の中央部と出口側鏡板との境界位置近傍にのみ、円板状で直径が貯水槽内径の６０〜８０％の大きさの遮蔽板を、前記貯水槽の出口を掩蔽すべく設置したことを特徴とする上水道用貯水槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水道用貯水槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
災害が発生した場合に、上水道水を確保する手段として地下に貯水槽が埋設されている。この貯水槽１は、例えば図９に示すように、内部に仕切り壁２ａ，２ｂを設けた構成のものや、図１０に示すように、両端の鏡板１ａ，１ｂに向けてそれぞれ上水道水の流出口３ａと流入口４ａを設けた配管３，４を配置した構成で、上水道本管５のバイパス部分として埋設され、上水道水が、バイパス管６ａから入口１ｃ又は配管３の流出口３ａを通って貯水槽１に一定量流入し、出口１ｄや配管４の流入口４ａからバイパス管６ｂを通って上水道本管５に流出することで、常に内部に新鮮な上水道水を備蓄できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示す構成の貯水槽は、構造は簡単であるものの、仕切り壁の背後に澱み領域ができやすいので、入口から上水道水を流入させ、出口から流出させても、澱み領域では上水道水が滞留して腐敗するという問題がある。
また、図１０に示す構成の貯水槽は、上水道水の滞留は発生しにくいものの、貯水槽内部の所定位置に流出口と流入口が位置するように配管を設置する必要があり、製作が困難である。
【０００４】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、内部で水が澱みにくく、しかも製作が容易な上水道用貯水槽を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の上水道用貯水槽は、貯水槽の中央部と出口側鏡板との境界位置近傍にのみ、円板状で直径が貯水槽内径の６０〜８０％の大きさの遮蔽板を、前記貯水槽の出口を掩蔽すべく設置している。そして、この遮蔽板により、入口から流入し噴流状の流れとなって出口側に流れた上水道水は、滑らかに出口に誘導され、出口付近に澱み領域を発生させない。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、内部で水が澱みにくく、しかも製作が容易な上水道用貯水槽をを得るために各種の実験，研究を行った結果、本発明を成立させたものであり、次に、本発明に至るまでの過程を説明する。
【０００７】
実験は、図２に示す貯水槽模型１１、すなわち、円筒状のタンク１１ａの両端にやや丸みを帯びた鏡板１１ｂ，１１ｃを取り付けたもの〔鏡板１１ｂ，１１ｃのタンク１１ａへの取り付け位置は、鏡板１１ｂの中央の入口１１ｂａ又は鏡板１１ｃの中央の出口１１ｃａから７５mm（以下、「タイプ１」という）と５８．１mm（以下、「タイプ２」という）の二種類〕を用い、鏡板１１ｂの中央の入口１１ｂａから一定流量の上水道水を流入させ、鏡板１１ｃの中央の出口１１ｃａから同じ量の上水道水を流出させることで行った。なお、図２中の１２は流入水タンク、１３はポンプ、１４は流量計、１５は紫外線分光光度計、１６は流出水タンク、１７は架台を示す。
【０００８】
ところで、実験に際しては、貯水槽模型１１内に存在する水と、貯水槽模型１１に流入する水は、流体力学的には同一の物性値を有するから、これらを何らかの方法で弁別する必要がある。そこで、本実験では、極微量でも良好な発色を示す色素を使用して貯水槽模型１１に最初に存在した着色水（以下、「被置換流体」という）と、貯水槽模型１１に流入する透明水（以下、「置換流体」という）を、紫外線分光光度計１５を用いて前記色素の溶解濃度を計測することで弁別した。
【０００９】
実験は、前記した貯水槽模型１１の入口１１ｂａ及び出口１１ｃａ付近双方に遮蔽板を設けた原案に対して、遮蔽板の大きさ，入口１１ｂａや出口１１ｃａからの距離を変化させて行った。以下にその経緯と結果を述べる。
【００１０】
原案では、流れのショートパス（入口１１ｂａから噴流状に流入した水が貯水槽模型１１内で拡散することなく直接出口１１ｃａから流れ出てしまうこと）を防止するために、直径が０．３０ｍの貯水槽模型１１の入口１１ｂａ及び出口１１ｃａから０．０２ｍの位置を直径ｄが０．０８ｍの遮蔽板で掩蔽しているのであり、先ず、その効果を遮蔽板のない場合と比較して確認した。その結果を図３に示す。
【００１１】
図３（ａ）は貯水槽模型１１の出口１１ｃａから流出する水に含まれる置換流体の濃度（以下、「出口濃度」という）の時間関係を示し、また、図３（ｂ）は流出する被置換流体の流量を積分することで得られる貯水槽模型１１の内部における置換流体の濃度（以下、「平均濃度」という）の時間関係を示す。なお、時間は貯水槽模型１１の容積と流量を用いて無次元化されており、貯水槽模型１１の容積分の水が流入するのに必要な時間が１となる。
【００１２】
図３（ｂ）に示すように、タイプ１の鏡板１１ｂ，１１ｃを採用した場合、遮蔽板の有無に関わらず、平均濃度は概ね対数関数的な変化を示しており、貯水槽模型１１内の流れが一様混合に近いことを示唆しているが、出口濃度は、図３（ａ）に示すように、大局的には対数関数的な変化をするものの、局所的には相当な増減があり、貯水槽模型１１内部に何らかの流れの偏りがあることが窺われる。また、遮蔽板の無い場合には貯水槽模型１１内の最終平均濃度がほぼ１となっているが、遮蔽板を取り付けた原案では、最終平均濃度が０．９５程度で、内部に澱み領域が残ったものと考えられる。なお、貯水槽模型１１に流入する上水道水の流速Ｖは、図３に示すように、最終的な置換効率にはあまり影響がないものと考えられる。図３に示すように、原案では、遮蔽板は置換効率をかえって低下させることが確認されたので、遮蔽板の諸元（直径、入口，出口からの距離）を種々変化させて実験を行った。
【００１３】
図４（ａ）（ｂ）は直径ｄが０．０８ｍの遮蔽板の取り付け位置を入口１１ｂａ，出口１１ｃａから０．０２ｍ、０．０４ｍ、０．０６ｍに変化させた場合〔貯水槽模型１１に流入する上水道水の流速Ｖは０．４m/sec 、タイプ１の鏡板１１ｂ，１１ｃを採用〕の図３（ａ）（ｂ）と同様の図、図５（ａ）（ｂ）は遮蔽板の直径ｄを０．０８ｍ、０．０６ｍ、０．１０ｍ、０．００ｍ（遮蔽板無し）に変化させた場合〔貯水槽模型１１に流入する上水道水の流速Ｖは０．４m/sec 、タイプ１の鏡板１１ｂ，１１ｃを採用〕の図３（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【００１４】
これら図４，図５より、遮蔽板の直径ｄ、入口１１ｂａ，出口１１ｃａから距離ｈは、ともに小さいほうが置換効率が良いのが判る。一方、遮蔽板を設置しない場合には、遮蔽板を設置したいかなる場合よりも置換効率は良好であり、流れのショートパスは生じていないものと考えられる。また、遮蔽板を設置しない場合の置換効率は９９％置換で約３．３程度と判定されるが、これは一様混合の場合の理論値の４．９を相当下回るものであり、貯水槽模型１１内部の流れが非常に緩やかでピストン流れに近いものであることが想像される。これらのことから、遮蔽板の設置により置換効率を向上させるためには、流れのショートパスを防止することよりも、流れを乱さずにピストン流れに近い状態を実現することに主眼をおくべきであることが判明した。
【００１５】
図３〜図５に示す実験では、遮蔽板を設置しない場合を上回る置換効率を示す遮蔽板形状を見いだすことができなかったが、貯水槽模型１１内部の流れがピストン流れに近いほうがより良好な置換効率を得られると推定されたので、本発明者らはこれを実現すべくさらなる改良を試みた。その結果を図６に示す。
【００１６】
図６は貯水槽模型１１に流入した流れを直ちに減速させることを目的に、これまでよりも大直径の遮蔽板〔直径ｄが０．１０ｍ、０．１５ｍ、０．２０ｍ、０．００ｍ（遮蔽板無し）〕を取り付けた場合の実験結果〔遮蔽板の取り付け位置ｈは０．０６ｍ、貯水槽模型１１に流入する上水道水の流速Ｖは０．４m/sec 、タイプ２の鏡板１１ｂ，１１ｃを採用〕である。図６の結果では置換効率はやや改善されているが、遮蔽板を設置しない場合を上回るまでには至っていない。この図６に示す実験の際、遮蔽板を設置しているものについては、計測時に遮蔽板付近で大規模な剥離が生じているのが目視で観察されたが、このことは入口１１ｂａに対して遮蔽板を大きくしすぎると、その付近で死水領域が生じて、かえって置換効率を低下させることを示している。従って、このことより、貯水槽模型１１の入口側に対しては遮蔽板を設ける必要はなく、流速が低下しやすい出口１１側のみ遮蔽板を設けると、置換効率が向上すると推定される。
【００１７】
そこで、出口側のみに、大直径（ｄ＝０．２０ｍ）の遮蔽板を、出口１１ｃａから０．０６ｍの位置に設置した場合〔貯水槽模型１１に流入する流速Ｖは０．４m/sec 、タイプ２の鏡板１１ｂ，１１ｃを採用〕について置換効率の計測を行った。その結果を図７に示す。遮蔽板の有無双方の場合について、再現性を確認するために計測を２回づつ実施したが、いずれの場合も流出側のみに遮蔽板を設けた方が、遮蔽板を設けない場合よりも、より良好な置換効率を示した。さらに、実機での多様な要求に対応するために、貯水槽模型１１のタンク１１ａの長さを半分にした場合についても実験を行った。その結果を図８に示すが、やはり遮蔽板を設けない場合を上回る置換効率を示した。
【００１８】
以上の実験結果より、貯水槽の置換効率を向上させる遮蔽板としては、出口側のみに大直径のものを取り付ければよいことが判明した。また、図７より平均濃度９９％に対する置換回数を読み取ると約２．５回となり、非常に効率的であることも判明した。
【００１９】
本発明は、上記した本発明者らの各種の実験、研究に基づいて成されたものであり、貯水槽の中央部と出口側鏡板との境界位置近傍にのみ遮蔽板を、前記貯水槽の出口を掩蔽すべく設置したものである。そして、その遮蔽板は、円板状でその直径が貯水槽内径の６０〜８０％の大きさであるときに良好な結果が得られた。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の上水道用貯水槽を図１に示す一実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の上水道用貯水槽の概略構成を断面して示す正面図である。
【００２１】
図１において、２１は上水道用貯水槽であり、例えば円筒状のタンク２１ａの両側にやや丸みを帯びた鏡板２１ｂ，２１ｃを取り付けた構成で、このうちの一方の鏡板２１ｂの中央には、地下に埋設された時に、上水道本管からの上水道水をバイパス管を介して流入させる入口２１ｂａを、他方の鏡板２１ｃの中央には、前記入口２１ｂａから流入してきたのと同量の上水道水を、バイパス管を介して上水道本管に流出する出口２１ｃａが設けられている。
【００２２】
本発明では上記した貯水槽２１のタンク２１ａと他方の鏡板２１ｃとの接続（境界）位置近傍にのみ遮蔽板２２を設置するのである。そして、この遮蔽板２２を、円板状となし、その直径は貯水槽２１の内径の６０〜８０％とする。
【００２３】
このような本発明の貯水槽２１にあっては、一方の鏡板２１ｂの入口２１ｂａから流入された上水道水は、噴流状の流れとなって他方の鏡板２１ｃの出口２１ｃａへと流れるが、前記した位置に設置した遮蔽板２２が上水道水の流れを滑らかに出口２１ｃａに誘導するので、従来の仕切り壁を設置した場合に仕切り壁の背後に生じていた澱み領域が発生することがない。加えて、上記した構成の本発明の貯水槽２１にあっては、貯水槽２１の容積の２．５倍の上水道水を流入させれば、貯水槽２１内の上水道水は９９％以上置換されることになる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、貯水槽の容積の２．５倍の上水道水を流入させれば、貯水槽内の上水道水は９９％以上置換されることになるとともに、貯水槽内部の上水道水は澱むことがなく、至る所で流動しているので、内部の上水道水が腐敗することもなく、飲料に適した水質を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の上水道用貯水槽の概略構成を断面して示す正面図である。
【図２】本発明を成立させるために行った実験装置の説明図である。
【図３】原案の実験結果を示す図で、（ａ）は貯水槽模型の出口から流出する水に含まれる置換流体の出口濃度の時間関係を、（ｂ）は流出する被置換流体の流量を積分することで得られる貯水槽模型の内部における置換流体の平均濃度の時間関係を示す図である。
【図４】直径ｄが０．０８ｍの遮蔽板の取り付け位置を入口，出口から０．０２ｍ、０．０４ｍ、０．０６ｍに変化させた場合の図３（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図５】遮蔽板の直径ｄを０．０８ｍ、０．０６ｍ、０．１０ｍ、０．００ｍ（遮蔽板無し）に変化させた場合の図３（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図６】大直径の遮蔽板〔直径ｄが０．１０ｍ、０．１５ｍ、０．２０ｍ、０．００ｍ（遮蔽板無し）〕を取り付けた場合の図３（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図７】出口側のみに、大直径（ｄ＝０．２０ｍ）の遮蔽板を、出口から０．０６ｍの位置に設置した場合の図３（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図８】貯水槽模型の平行部の長さを半分にした他は図７の場合と同様の条件で実験した場合の図３（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図９】従来の上水道用貯水槽の一例を断面して示す正面図である。
【図１０】従来の上水道用貯水槽の一例を断面して示す正面図である。
【符号の説明】
２１      貯水槽
２１ａ    タンク
２１ｃ    鏡板
２１ｃａ  出口
２２      遮蔽板
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
0003546106.tif 000010
【図１０】
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