(57)【要約】【課題】  バキュームディープウェル方式の揚水装置の騒音抑制と装置の小規模化を実現する。【解決手段】  地盤ＥのウェルＷ内に埋め込まれるケーシングパイプ１０と、ケーシングパイプ内に配設されて下部が開口されたセパレータタンク１５と、セパレータタンク内に配設された揚水ポンプ１６と、セパレータタンク内を減圧する真空ポンプ１８とを備えるバキュームディープウェル方式の揚水装置であって、ケーシングパイプ１０の上端部には揚水ポンプ１６で揚水した地下水の一部を溜める冷却水タンク１４を備え、真空ポンプ１８の排気系をケーシングパイプ１０の内部に連通し、真空ポンプ１８の冷却器に冷却水タンク１４の冷却水を供給するように構成する。真空ポンプ１８の騒音をケーシングパイプ１０内に閉じ込めて騒音を抑制する。【選択図】  図１
2006070564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に埋め込まれるケーシングパイプと、前記ケーシングパイプ内に配設されて下端部から地下水を吸水するセパレータタンクと、前記セパレータタンク内に配設された揚水ポンプと、前記セパレータタンク内を減圧する真空ポンプとを備えるバキュームディープウェル方式の揚水装置であって、前記ケーシングパイプの上端部には前記揚水ポンプで揚水した地下水の一部を溜める冷却水タンクを備え、前記真空ポンプの排出系を前記ケーシングパイプの内部に連通するとともに、前記真空ポンプの冷却器に前記冷却水タンクの冷却水を供給するように構成したことを特徴とする揚水装置。
【請求項２】
前記セパレータタンクの下端部には地下水をケーシングパイプ内に導くための給水孔と、前記給水孔の内側に沿って配設される空気分離壁を備えることを特徴とする請求項１に記載の揚水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は揚水装置に関し、特に騒音の抑制を図るとともに装置の小規模化を実現した揚水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木、建築の基礎工事として揚水装置を用いて地下水を低下させる技術がある。この種の揚水装置として、例えば特許文献１には、ストレーナ部を有するケーシングパイプを地中に打ち込み、水頭差及び減圧手段でケーシングパイプ内を真空引きして減圧することによるバキューム力により地下水をストレーナ部を通してケーシングパイプ内に集水し、集水した地下水をケーシングパイプ内に配設した揚水ポンプにより揚水シングパイプ内の地下水を揚水して地下水位の低下を図るバキュームディープウェル方式の揚水装置が提案されている。
【０００３】
しかし、特許文献１のバキュームディープウェル方式の揚水装置では、ケーシングパイプ内を減圧するためには大容量の空気を真空引きする必要があり、大型ポンプが必要になるとともに、所要の減圧に設定するまでに時間がかかるという問題がある。この問題に対し、特許文献２では、ケーシングパイプ内に内部容量が比較的に小さい集水管を設け、この集水管内に揚水ポンプを配設するとともに、集水管内を減圧手段によって減圧する揚水装置が提案されている。この特許文献２によれば、集水管内を真空引きして減圧すればよいので、真空ボンプが小型化できるとともに所要の減圧にするまでの時間を短縮することが可能になる。
【特許文献１】特開２０００−２７１７０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３９２９６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように特許文献２では集水管を利用することで真空ポンプでの真空引きの負担を軽減しているが、真空ボンプによる騒音が問題になる。特に、真空ポンプでは冷却を行うための冷却装置が必要とされているが、冷却装置に供給された冷却水が真空ポンプによって真空引きされる際の排気中に混入されるため、この混入された冷却水によって排気系において大きなボイド音が発生し、環境騒音を引き起こす。また、真空ポンプを冷却するための冷却水はケーシングパイプから揚水した地下水を溜めるためのノッチタンクから供給しているが、ノッチタンクを複数の揚水装置に共用して用いる場合には、ノッチタンクから各揚水装置の真空ポンプまで冷却水配管を配設しなければならず、揚水装置全体の規模を縮小化しようとした際の障害にもなる。
【０００５】
さらに、この種のバキュームディープウェル方式の揚水装置において減圧による地下水の揚水効率を高めるためには、地下水に含まれている空気を除去することが好ましいが、従来ではこのような空気を除去するための装置が提案されていないため、揚水効率を向上することは困難である。また、ケーシングパイプ内の集水管の水位を所定レベルまで上げるためには集水管の周囲の大気圧と集水管の真空圧との気圧差が所定値に達するまで減圧動作を行う必要があるが、減圧に必要な真空引きする空気量や動作時間を考慮すると、真空ポンプの小型化にはおのずから限度があり、また真空ポンプを運転するための電力消費の低減にも限界がある。
【０００６】
本発明の目的は、バキュームディープウェル方式の揚水装置における騒音の抑制と装置の小規模化を実現することを可能にした揚水装置を提供することである。また、本発明の目的は真空ポンプにおける省電力化を可能にした揚水装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、地盤に埋め込まれるケーシングパイプと、ケーシングパイプ内に配設されて下端部から地下水を吸水するセパレータタンクと、セパレータタンク内に配設された揚水ポンプと、セパレータタンク内を減圧する真空ポンプとを備えるバキュームディープウェル方式の揚水装置であって、ケーシングパイプの上端部には揚水ポンプで揚水した地下水の一部を溜める冷却水タンクを備え、真空ポンプの排気系をケーシングパイプの内部に連通するとともに、冷却水タンクの冷却水を真空ポンプの冷却器に供給するように構成する。
【０００８】
ここで、セパレータタンクの下端部には地下水をケーシングパイプ内に導くための給水孔を開口するとともに、この給水孔の内側に沿って空気分離壁を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、真空ポンプの排気をケーシングパイプ内に排出することで排気系において生じる騒音をケーシングパイプ内に閉じ込め、環境騒音を抑制する。また、真空ポンプによりセパレータタンクの内部を減圧すると同時にその外部を加圧状態とし、これらの圧力差によってセパレータタンクの内部における地下水の水位が上げ、揚水ポンプによる揚水が可能になる。そのためケーシングパイプの内部全体を真空引きする場合に比較して真空引きする空気量を格段に低減でき、真空ポンプによる減圧動作の時間を短縮し、真空ポンプを運転する際の消費電力を低減することが可能になる。
【００１０】
一方、揚水ポンプによって汲み上げた地下水はケーシングパイプと一体的に形成された冷却水タンクに溜め、この冷却水タンクに溜めた地下水を真空ポンプの水冷器に供給して真空ポンプを冷却する。冷却水タンクをケーシングパイプの一部として形成しているので、ノッチタンクを複数のウェルで共用する場合でもノッチタンクから各ウェルにまで冷却水配管を配設する必要がなく、揚水装置の規模のさらなる縮小化が実現でき、低コスト化が実現できる。さらに、セパレータタンク内に空気分離壁を備えることでセパレータタンク内に吸水する地下水から空気を分離し、揚水効率を向上することができる。
【実施例１】
【００１１】
次に、本発明の実施例１を図面を参照して説明する。図１はバキュームディープウェル方式の揚水装置として構成した実施例１の断面構成図である。地盤Ｅに穿設されたウェルＷ内に所要径寸法の円筒状をした鋼管からなるケーシングパイプ１０が深さ方向に打ち込まれる。このケーシングパイプ１０は長さ方向に所要の寸法をした複数のパイプを筒軸方向に連結した構成としてもよい。また、前記ケーシングパイプ１０の下部側の所要領域はストレーナ部１１として構成されており、ここでは周面に沿って所要の間隔で隙間を形成するように鋼線を螺旋状又は円状に巻回した巻線スクリーンで構成されている。このストレーナ部１１の下端部は砂溜り部１２として構成されている。その上で前記ケーシングパイプ１０の外周とウェルＷの内壁との間には砂利やその他の粒体物が充填され、フィルタ層１３が形成されている。この構成により、地中の地下水はフィルタ層１３を透過し、ストレーナ部１２の隙間を通してケーシングパイプ１０の内部にまで流入されることになる。
【００１２】
前記ケーシングパイプ１０の上端部にはフランジが設けられ、このフランジ１０１上にはケーシングパイプ１０と同じ径寸法をした短円筒容器からなる冷却水タンク１４が一体的に形成されており、この冷却水タンク１４の内部に後述するように真空ポンプ    を冷却するための冷却水を溜めることができるようになっている。ここでは冷却水タンク１４の上底板１４１、下底板１４２の各フランジのうち、下底板１４２のフランジをケーシングパイプ１０の前記フランジ１０１にボルト等により連結して一体化を行っている。なお、この冷却水タンク１４内には実際には溜めた冷却水から異物を除去するためのフィルタ等が設けられているが、ここではその図示及び説明は省略する。
【００１３】
前記ケーシングパイプ１０内には、下部が開口され上部が閉塞された上下逆向き円筒容器状のセパレータタンク１５が内装されている。そして、前記冷却水タンク１４の上側から当該冷却水タンク１４を上下に向けて揚水ダクト２０が貫通されており、この揚水ダクト２０はさらに前記ケーシングパイプ１０内を下方に向けて延長され、その下端部は前記セパレータタンク１５の内部に延長位置されている。そして、この揚水ダクト２０の下端部には揚水ポンプ１６が接続され、セパレータタンク１５内の地下水を揚水ダクト２０を通して揚水することができるように構成されている。前記揚水ダクト２０の上端部は前記冷却水タンク１５を上方に貫通した上で、ウェルＷの近傍地に設置されているノッチタンク１７にまで延長されており、前記揚水ポンプ１６で汲み上げた地下水を当該ノッチタンク１７の内部に溜めることができる。前記揚水ダクト２０の上端部にはスリースバルブ２１と逆止弁２２が配設されている。前記揚水ダクト２０の上端部の前記スリースバルブ２１よりも下側位置には、冷却水吐出ダクト２３が分岐されており、この冷却水吐出ダクト２３の先端は前記冷却水タンク１４の内部に連通開口されている。
【００１４】
同様に、前記揚水ダクト２０に沿って、前記冷却水タンク１４の上側から下方に向けて吸気ホース３０が貫通されており、この吸気ホース３０はさらに前記ケーシングパイプ１０内を下方に向けて延長され、その下端部は前記セパレータタンク１５の内部に配置されている。また、前記揚水ダクト２０に沿って、前記冷却水タンク１４の上側から下方に向けて排気ホース４０が貫通されており、この排気ホース４０の下端部は前記ケーシングパイプ１０の上部に連通開口されている。
【００１５】
前記吸気ホース３０及び排気ホース４０はウェルＷの隣接地に配設されている真空ポンプ１８に接続されている。この真空ポンプ１８はモータ１９によって回転駆動される真空ボンプとして構成されており、この真空ポンプ１８の真空吸引口１８１に前記吸気ホース３０の上端部が接続され、当該真空ポンプ１８の排気口１８２に前記排気ホース４０の上端部が接続されている。前記真空ポンプ１８は図には表れないが自身を冷却するための水冷方式の冷却器を一体に備えており、この冷却器の冷却水供給口１８３に冷却水供給ダクト２４が接続され、前記冷却水タンク１４の内部に連通開口されている。
【００１６】
図２（ａ），（ｂ）は前記冷却水タンク１４の詳細な平面図と垂直断面図であり、ここでは前記した揚水ダクト２０、吸気ホース３０、排気ホース４０の各一部を冷却水タンク１４と一体的に形成しておき、冷却水タンク１４をケーシングパイプ１０の上端部に連結して一体化するときに、各ダクトやホースを他の部分に連結する構成がとられている。すなわち、冷却水タンク１４は上底板１４１と下底板１４２とで内部が液密構成とされており、この冷却水タンク１４をケーシングパイプ１０に連結する際には、揚水ダクト２０Ａの下端部に設けられたフランジ２０１を揚水ポンプ１６につながる後述する揚水ダクト２０Ｂに連結する。同時に吸気ホース３０の下端部３０２にセパレータタンク１５の内部に連通されている図には表れない下部吸気ホースを連結する。また、冷却水タンク１４をケーシングパイプ１０に連結した後は、揚水ダクト２０の上端部２０２にノッチタンク１７につながる図には表れないダクトを連結し、同様に吸気ホース３０と排気ホース４０の各上端部３０１，４０１にそれぞれ真空ポンプ１８の真空吸引口１８１、排気口１８２にそれぞれつながる図には表れないダクトを連結する。さらに、揚水ダクト２０に設けられた冷却水吐出ソケット２０３と冷却水タンク１４の上底板１４１に設けられている冷却水吐出ソケット２０４をそれぞれ鎖線で示すように前記冷却水吐出ダクト２３によって連結する。
【００１７】
また、前記冷却水タンク１４の上底板１４１には真空計用ソケット５０１とコントロール用ソケット６０１が配設され、真空計用ソケット５０１には図１に示した真空計５０が接続され、コントロール用ソケット６０１には揚水ポンプ１６をコントロールするための図には表れないコントローラが接続される。真空計用ソケット５０１には冷却水タンク１４を上下に貫通する真空計用ダクト５０２が設けられ、この真空計用ダクト５０２の下端部には真空計用下部ソケット５０３が設けられる。また、前記コントロール用ソケット６０１にはコントロールケーブル６０が接続されて前記冷却水タンク１４を上下に貫通し、このコントールケーブル６０の下端部にコントロール用下部ソケット６０２が接続されている。
【００１８】
図３（ａ），（ｂ）は前記セパレータタンク１５の平面図と垂直断面図であり、揚水ポンプ１６につながる揚水ダクト２０Ｂの上端部はフランジ２０４により前記冷却水タンク１４の揚水ダクト２０Ａの下端部のフランジ２０１に連結される。また、セパレータタンク１５の上面には真空計用ソケット５０４、コントロール用ソケット６０４、吸気ホースソケット３０４が配設されている。真空計用ソケット５０３には前記冷却水タンク１４の真空計用下部ソケット５０３が図には表れない真空計用ダクトによって接続される。コントロール用ソケット６０４には前記冷却水タンク１４のコントロール用下部ソケット６０２に図には表れないコントロールケーブルが接続される。吸気ホースソケット３０４はセパレータタンク１５の内部に連通するように開口されており、この吸気ホースソケット３０４は前記冷却水タンク１４の吸気ホース３０の下端部３０２に図には表れない下部吸気ホースによって接続される。
【００１９】
以上の構成の揚水装置では、図１に示したようにケーシングパイプ１０をウェルＷ内に埋め込んだときには、セパレータタンク１５の下部開口が地下水の水面下に沈むようにする。その上で真空ポンプ１８を駆動し、吸気ホース３０を通してセパレータタンク１５の内部の空気を吸引する。これにより、セパレータタンク１５の内部の気圧を次第に減圧し、セパレータタンク１５の外側の気圧、すなわち大気圧との気圧差によってセパレータタンク１５の内部における地下水の水位が上がり、揚水ポンプ１６が水中に沈む状態となる。そこで揚水ポンプ１６を駆動してセパレータタンク１５内の地下水を汲み上げ、揚水ダクト２０を通して揚水し、ノッチタンク１７に溜める。この揚水ポンプ１６による揚水に伴いウェルにおける水位がウェル周囲よりも低下される。このとき、真空ポンプ１８による減圧動作はセパレータタンク１５の内部の空気のみを吸引して減圧すればよいので、ケーシングパイプ１０の内部全体を真空引きする場合に比較して吸気容量を格段に低減でき、真空ポンプ１８による減圧動作の時間を短縮し、真空ポンプ１８を運転する際のトータルの消費電力を低減することが可能になる。また、真空ポンプ１８を小型化することも可能になる。
【００２０】
これと同時に、真空ポンプ１８の駆動により生じる排出空気は排気口１８２から排気ホース４０を通してケーシングパイプ１０内に排出される。この排気中には冷却水が混入されており、ボイド音が発生しているが、排気はケーシングパイプ１０内であるためにボイド音はケーシングパイプ１０内に閉じ込められた状態となり、揚水装置の地上環境における騒音を抑制することができる。また、これと同時に排気をケーシングパイプ１０内に排気することでケーシングパイプ１０内の気圧、すなわちセパレータタンク１５の外部の気圧を大気圧よりも高い状態にする。これにより、前述したように減圧されたセパレータタンク１５の内部の気圧と外部の気圧との気圧差が拡大し、セパレータタンク１５内における地下水の水位の上昇が助長される。すなわち、真空ポンプ１８によるセパレータタンク内の減圧効果が高められることになり、その分真空ポンプ１８の負荷を軽減し、さらなる消費電力の低減が可能になる。
【００２１】
一方、揚水ポンプ１６によって汲み上げられた地下水は前述のように揚水ダクト２０を通してノッチタンク１７に溜められるが、揚水ダクト２０を通流される地下水の一部は冷却水吐出ダクト２３を通して冷却水タンク１４に溜められる。冷却水タンク１４に溜められた地下水はフィルタ等によって異物が除去された後、冷却水供給ダクト２４を通して真空ポンプ１８の冷却器に供給され、真空ポンプ１８を冷却する。このように冷却水を溜める冷却水タンク１４はケーシングパイプ１０と一体的に形成されているので、ノッチタンク１７を複数のウェル（揚水装置）に共用化した場合でも、ノッチタンク１７から複数の揚水装置まで冷却水配管を配設する必要がなく、装置の規模の縮小化が可能になる。勿論、個々の揚水装置のそれぞれにノッチタンク１７を配設する場合に比較すれば揚水装置の規模を大幅に縮小化でき、低コスト化が実現できる。
【実施例２】
【００２２】
図４は実施例２のセパレータタンクの下端部の斜視図、図５はその縦断面図であり、図１〜３と等価な部分には同一符号を付してある。この実施例２ではセパレータタンク１５は底面を底板１５１で閉塞した上で、底面の中央に地下水をセパレータタンク１５内に導くための給水孔１５２を開口している。また、セパレータタンク１５の下端部の周面にも複数の給水孔１５３を円周方向に配設している。一方、セパレータタンク１５の内部には、セパレータタンク１５よりも小径で前記周面の複数個の給水孔１５３に対面するように円筒状をした空気分離壁１５４が立設されている。この空気分離壁１５４には前記吸水孔１５３には対向しないように筒軸方向の下方にずれた位置に複数の通水孔１５５が開口されている。前記揚水ポンプ１６は前記空気分離壁１５４の内部の上部寄りの位置に配置されている。なお、前記通水孔１５５は前記吸水孔１５３に対して円周方向にずれた位置に配置してもよい。
【００２３】
このように、セパレータタンク１５の下端部に設けた給水孔１５３の内側で対面する空気分離壁１５５を備えることで、各給水孔１５３からセパレータタンク１５内に進入した地下水は、対面されている空気分離壁１５４の外周面に衝突し、乱流が生じる。この乱流によって地下水に含まれている空気が気泡となって地下水から離脱分離される。分離された空気は図５の破線のようにセパレータタンク１５と空気分離壁１５４との隙間を通して上方に移動分離され、地下水は空気分離壁１５４の通水孔１５５を通して空気分離壁１５４の内部に移動される。また、底面の吸水孔１５２からセパレータタンク１５内に進入した地下水は揚水ポンプ１６の底面に衝突してここで乱流が生じ、離脱された空気は上方に移動分離される。このように、セパレータタンク１５内に進入された地下水は空気が分離されて脱気された状態となるため、セパレータタンク１５内を真空ポンプ１８によって減圧したときの大気との気圧差がより効果的に地下水の水位の上昇効果となって表れ、揚水ポンプ１６による揚水効率が高められ、省電力化に有利になる。
【００２４】
また、実施例の構成では、冷却水タンク１４を図２に示したようにケーシングパイプ１０とは独立した構成とし、セパレータタンク１５を図３に示したようにケーシングパイプ１０とは独立した構成とした上で、それぞれサブアセンブリしておけば、既存のバキュームディープウェル方式の揚水装置に当該冷却水タンク１４とセパレータタンク１５を組み付ければ本発明の揚水装置を容易に実現できる。また、この組み付けに際しては、冷却水タンク１４に設けられた各ソケットやセパレータタンク１５に設けられた各ソケットを利用してそれぞれダクトやホースで相互に接続を行うのみでよく、組み付け作業を簡略化することも可能である。したがって、既存の揚水装置の資産を利用して低コストに改善した揚水装置を構築することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１の揚水装置の全体断面図である。
【図２】冷却水タンクの平面図と垂直断面図である。
【図３】実施例１のセパレータタンクの平面図と垂直断面図である。
【図４】実施例２のセパレータタンクの下端部の斜視図である。
【図５】実施例２のセパレータタンクの下端部の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ケーシングパイプ
１１  ストレーナ部
１３  フィルタ層
１４  冷却水タンク
１５  セパレータタンク
１６  揚水ポンプ
１７  ノッチタンク
１８  真空ポンプ
１９  モータ
２０（２０Ａ，２０Ｂ）  揚水ダクト
３０  吸気ホース
４０  排気ホース
１５２，１５３  給水孔
１５４  空気分離壁
【図１】
2006070564.tif 000003
【図２】
2006070564.tif 000004
【図３】
2006070564.tif 000005
【図４】
2006070564.tif 000006
【図５】
2006070564.tif 000007