(57)【要約】【課題】  上水、工業用水などの配水管から流水を抜き出して、流水に含まれる濁質を除去した後、分離水を配水管に返送する管内濁質除去装置を提供する。【解決手段】  配水管（１）に付設する消火栓（８）に配管ユニット（９）を着脱自在に連結し、配管ユニット（９）に消火ホース（１０）の接続口（１１）と、循環配管（７）への引抜き流れの接続口（１２）と、配管ユニット（９）の戻し流れの接続口（１４）に支架した吐出し管（１５）を消火栓（８）に垂下させ、吐出し管（１５）を配水管（１）の上壁近傍に開口（１５ａ）したもので、戻し流れの高速流が管底まで到達し、濁質を浮遊・流動化させ、引抜き流れで循環配管（７）に流入させ、流水から濁質を分離することができる。そして、噴射される戻り流れが配水管（１）の水流と垂直かつカーテン状となり、濁質の下流への流出が防止される。配管ユニット（９）を取外すことなく、消火活動を行うこともできる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配水管（１）の流水を吸水ポンプ（２１）で抜き出して、流水中に含まれる濁質を分離した後、分離水を配水管（１）に返送する濁質の回収装置において、流水の上流側に吸込流路（３）と下流側に吐出し流路（４）を形成した分岐管（２）を配水管（１）に垂設し、分岐管（２）の吸込流路（３）と吐出し流路（４）を循環配管（７）に接続すると共に、循環配管（７）に吸引した流水中の濁質を濁質除去ユニット（２０）で分離し、分岐管（２）の吐出し流路（４）から配水管（１）の流水に分離水を噴出して、浮遊・流動化させた濁質を分岐管（２）の吸込流路（３）に流入させることを特徴とする管内濁質除去装置。
【請求項２】
上記配水管（１）に付設する消火栓（８）に配管ユニット（９）を着脱自在に接続し、配管ユニット（９）に消火ホース（１０）の接続口（１１）を配設すると共に、配管ユニット（９）に循環配管（７）に接続する引抜き流れの接続口（１２）と戻し流れの接続口（１４）をそれぞれ配設し、配管ユニット（９）の戻し流れの接続口（１４）に連結した吐出し管（１５）を消火栓（８）に垂下させ、配水管（１）の上壁近傍に吐出し管（１５）を開口（１５ａ）して、分岐管（２）を構成したことを特徴とする請求項１に記載の管内濁質除去装置。
【請求項３】
上記配管ユニット（９）の上部側壁に消火ホース（１０）の接続口（１１）と循環配管（７）への引抜き流れの接続口（１２）を有する二股状の吸込流路（１３）を形成し、配管ユニット（９）の天壁に循環配管（７）からの戻し流れの接続口（１４）を開口したことを特徴とする請求項２に記載の管内濁質除去装置。
【請求項４】
上記消火栓（８）に垂下する吐出し管（１６）の下端を縮小して、配水管（１）の上壁下方に開口（１６ａ）したことを特徴とする請求項２または３に記載の管内濁質除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上水、工業用水などの配水管から流水を抜き出して、流水に含まれる濁質を除去した後、分離水を配水管に返送する管内濁質除去装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
配水管の補修工事、取替え工事を行った場合、或いは、配管の老朽化等から、砂粒、錆、塗装片等の濁質が配水管内に混入する。従来の配水管の流水に含まれる濁質の除去方法としては、配水管の消火栓にホース等を取付け、水道水等の放水とともに濁質を排出する洗管作業が主流となっている。この場合、消火栓に取付けるホースの流速が速くないと配管中の濁質の排出が難しく、多量の水道水等を必要とする。水の有効利用から問題であり、洗浄ポイントが多くなると作業時間も長時間となる。
【０００３】
この洗管作業に類似する方法としては、地中に埋設した配水管にＴ字型分岐管を配設し、配水管の流路をバルブで遮断して、流水中の濁質を消火栓側に排出するバルブ付消火栓用Ｔ字管も、特許文献１に記載してあるように公知である。また、既設の水道配水管等に取付ける埋設型ストレーナとしては、流入口と流出口を有する密閉ケースに回転自在なフイルタ部材を配設し、フイルタ部材に近接させた吸引管を、大気に開放して捕捉した濁質を排出する濁質除去装置も、特許文献２に記載してあるように公知である。そして、極力洗浄排水を減らす方法としては、一対の消火栓の間に接続したバイパス管路に、移動車両に載置した異物回収装置を配設する管路内異物の回収装置も、特許文献３に記載してあるように良く知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１６１５５９号公報（段落番号０００８及び段落番号０００９、図１Ａ）
【特許文献２】特開平１０−２８６４０９号公報（請求項１、図７）
【特許文献３】特開平７−３０３８６８号公報（請求項１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配水管路の流水に含まれる粒径が概略０．１〜４．８ｍｍの砂や錆は、流速が０．４ｍ／ｓｅｃ以上になると管底を流れ始め、管底から管中央部にかけて多く流れることが解明されている。消火栓から濁質を排出する従来の方法は、配水管の分岐部内側付近に局所的な乱流が発生し、それに乗って多くの物質が移動するが、上向流のため、比重の大きい砂や錆等は排出効果が悪く、多量の水を排水しなければ異物を除去できず、異物の排出設備の役目を充分に果たせていない。また、配水管の流水の流れが速いと、消火栓に濁質が流入しない。
【０００６】
従来のバルブ付消火栓用Ｔ字管は効果的に濁質除去が行えるが、弁体可動により消火栓方向のみへ水流を向かせるため、断水が発生する。そして、濁質除去が必要な場所にバルブ付消火栓用Ｔ字管を設置すると、配水管から排出する洗浄排水量が大量となり、設置時のコストが多く発生する。既設の水道配水管等に取付ける埋設型ストレーナでは、金属フイルタで捕集した濁質が水道配水管と大気圧との差で排出するので、良好な濁質の除去が行える利点があるが、金属フイルタは、微細粒子が多量に流入してくると、目幅以下のものまで捕捉してケーキろ過となる。そして、圧力損失が増大すると流体管を断水しなければ金属フイルタは洗浄できず、手洗浄では人手を要し、自動化では電気機器等が必要となる。また、抵抗物であるストレーナを流水中に入れることは、水流抵抗が大きくなり好ましくない。移動車両に載置した管路内異物の回収装置は、特別な固定構造物を配置する必要がないが、一対の消火栓をバイパス管で結び、その間の配水管を締め切るため、断水箇所が発生する。消火栓の間のホース長さが必要となり、路上に置く等煩雑になる。この発明は、現地施工とメンテナンスが簡単で、設置スペースの小さい管内濁質除去装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の要旨は、配水管の流水を吸水ポンプで抜き出して、流水中に含まれる濁質を分離した後、分離水を配水管に返送する濁質の回収装置において、流水の上流側に吸込流路と下流側に吐出し流路を形成した分岐管を配水管に垂設し、分岐管の吸込流路と吐出し流路を循環配管に接続すると共に、循環配管に吸引した流水中の濁質を濁質除去ユニットで分離し、分岐管の吐出し流路から配水管の流水に分離水を噴出させるもので、噴射される高速流が配水管の断面を全面的に通過して管底まで到達し、濁質を浮遊・流動化させて、浮き上がった濁質を吸水ポンプの引抜き流れで循環配管に流入させ、流水から濁質を分離することができる。そして、配水管の流水に対して、高速流の分離水が垂直かつカーテン状となり、濁質の下流への流出が防止される。配水管の管底を移動する濁質のみならず管全体を濁質除去の対象とすることが可能となる。配水管内部に機器を設けないので、水流抵抗も少なくて済み、機器による断水の恐れもない。
【０００８】
配水管に垂設する分岐管は消火栓を利用してもよく、配水管に付設する消火栓に配管ユニットを着脱自在に接続し、配管ユニットに消火ホースの接続口を配設すると共に、配管ユニットに循環配管に接続する引抜き流れの接続口と戻し流れの接続口をそれぞれ配設し、配管ユニットの戻し流れの接続口に連結した吐出し管を消火栓に垂下させ、配水管の上壁近傍に吐出し管を開口して、分岐管を構成したもので、砂の混入や錆の剥離が予想される流域の配水管の消火栓に配管ユニットを連結すれば、工事対象配水管近傍に一時的に取り付けが可能となり、管内濁質除去装置を固定化する必要がない。特別な固定構造物を配置する必要がなく現地施工とメンテナンスが簡単で設置スペースの小さい管内濁質除去装置となり、経済的である。そして、配管ユニットを取外すことなく、消火活動を行うことができる。
【０００９】
消火栓に連結する配管ユニットの具体的な構造は、配管ユニットの上部側壁に消火ホースの接続口と循環配管への引抜き流れの接続口を有する二股状の吸込流路を形成し、配管ユニットの天壁に循環配管からの戻し流れの接続口を開口したものである。消火栓に垂下する吐出し管は、その下端を縮小して、配水管の上壁下方に開口してもよいもので、縮小開口した吐出し管は、より効果的にカーテン状態を形成し、循環用のポンプ動力量を抑えることができる。配水管の水流の抵抗を少なくすることも可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、上記のように構成してあり、配水管の底部を流動する濁質を分岐管に設けた吸込流路から吸水ポンプで吸引し、濁質を除いた分離水を引抜き流れと同等の速い速度で戻し流れとするので、配水管の底部を流れる濁質を浮遊・流動させ、同時に、戻し流れが配水管の流水と垂直かつカーテン状となることで、濁質の下流側への流出を防止することができる。そして、浮遊・流動させた濁質を配水管の流速よりも速い速度の引抜き流れで、循環配管に流入させて、濁質を分離することができる。配水管の管底を移動する濁質のみならず配水管全体を濁質除去の対象とすることが可能となる。配水管内部に機器を設けないので、水流抵抗も少なくて済み、機器による断水の恐れもない。また、消火栓を利用すれば、消火栓に設置する濁質除去ユニットの機器類が配水管に固定されていないため、配水管の断水状態等の不測の事態が発生せず、安定した水道水等の供給が行える。更に、配管ユニットを取外すことなく、消火活動を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明に係る管内濁質除去装置を図面に基づき詳述すると、図１は流水を抜出すための配水管に配設した分岐管であって、配水管１の上部に分岐管２が垂設してあり、分岐管２には配水管１の水流の上流側に配設した吸込流路３と、水流の下流側に配設した吐出し流路４が、配水管１に直交させて形成してある。分岐管２の吸込流路３の後端と吐出し流路４の先端に開閉弁５、６が配設してあり、この開閉弁５、６を介して循環配管７に接続してある。開閉弁５、６を開放して配水管１の流水を分岐管２の吸込流路３から循環配管７に供給し、循環配管７の水を分岐管２の吐出し流路４から配水管１に返送させるようにしてある。
【００１２】
図２は配水管に付設した消火栓を利用する実施例であって、消火栓８の上部に配管ユニット９が着脱自在に連結してある。配管ユニット９には、その上部側壁に二股状の消火ホース１０の接続口１１と循環配管７への引抜き流れの接続口１２を有する吸込流路１３が形成してあり、配管ユニット９の円筒状の天壁に循環配管７からの戻し流れの接続口１４を開口してある。配管ユニット９の内部に垂設した吐出し管１５が配管ユニット９の天壁の接続口１４に支架してあり、吐出し管１５の下部が消火栓８の内部を垂下して、吐出し管１５の下端を配水管１の上壁近傍に開口１５ａしてある。なお、消火栓８に配設した開閉弁（図示せず）は開放状態でその内部に吐出し管１５を挿通してある。管内濁質除去装置を固定化する必要がなく、砂の混入や錆の剥離が予想される流域の配水管１の消火栓８に配管ユニット９を連結すれば、工事対象の配水管の近傍に一時的に取り付けが可能となる。特別な固定構造物を配置する必要がなく、現地施工とメンテナンスが簡単で設置スペースの小さい管内濁質除去装置となり、経済的である。
【００１３】
図３は消火栓に垂下する吐出し管の他の実施例であって、消火栓８に垂下した吐出し管１６の下端を縮小して、配水管１の上壁下方に開口１６ａしてある。縮小開口１６ａした吐出し管１６は分離水の戻り流れが速くなり、管底の濁質を管内全体にわたって激しく、浮遊・流動化させることができる。縮小開口１６ａした吐出し管１６は、より効果的にカーテン状態を形成し、循環用のポンプ動力量を抑えることができる。配水管１の水流の抵抗を少なくすることも可能となる。なお、符号１７、１８、１９は配管ユニット９の接続口１１、１２と、吐出し管１５、１６の始端部に配設した開閉弁である。
【００１４】
図４は配水管に配設する管内濁質除去装置のフローチャートであって、消火栓８に連結した配管ユニット９の吸込流路１３と吐出し管１５に接続した循環配管７に濁質除去ユニット２０が介装してある。濁質除去ユニット２０は、循環配管７に介装した配水管１の流水を吸引する吸水ポンプ２１と、流水に含まれる浮遊物、錆、砂等の比較的大きい固形物を分離するストレーナ２２と、微細粒子を分離する膜装置２３が配設してある。膜装置２３を設置すれば、水道水に含まれる着色水と臭味の除去も可能となる。ストレーナ２２と膜装置２３が目詰まりした時に、循環配管７の流路を切り替える開閉弁２４・・・が配設してあり、濁質除去ユニット２０に配設した自家発電機２５と制御盤２６で吸水ポンプ２１と開閉弁２４・・・を操作する。
【００１５】
循環配管７に介装した吸水ポンプ２１で配水管１の底部を流動する濁質を、流速の１０〜３０倍の速度で分岐管２の吸込流路３に吸引する。分離水を吸込み流れと同等の戻し流れで、配水管１に噴射して底部を流れる濁質を浮遊・流動させる。同時に、戻し流れが配水管１の流水と垂直かつカーテン状となることで、下流側への流出を防止する。浮遊・流動させた濁質を速い速度の引抜き流れで、循環配管７に流入させる。循環配管７に移動した濁質は、大気に開放されることなく濁質除去ユニット２０のストレーナ２２と膜装置２３で濁質除去を行い、除去された分離水は戻し流れとして配水管１に返送される。配水管１の管底を移動する濁質のみならず配水管１全体を濁質除去の対象とすることが可能となる。配水管１内部に機器を設けないので、水流抵抗も少なくて済み、機器による断水の恐れもない。
【００１６】
濁質除去ユニット２０は自動車の車台に積載して、移動可能としてもよいものである。自動車の車台に積載すれば濁質除去ユニット２０が移動可能となり、緊急の漏水工事や配水計画変更によるバルブ操作等、砂の混入や錆の剥離が予想される流域の配水管１の消火栓８に濁質除去ユニット２０を連結できる。工事対象配水管近傍に一時的に取り付けが可能となり、下流への濁質の流下を阻止し、水道水等の濁質問題を容易に軽減できる。そのときの捕集された濁質を洗浄する水量は、運転中ストレーナでの洗浄のみ必要で、従来の洗管作業の濁質とともに廃棄する水量に比べ、最小限の洗浄排水のみを排出するだけでよい。また、膜洗浄においては、作業終了後に簡易洗浄程度でよい。
【００１７】
消火栓８を利用すれば、濁質除去の機器類が、配水管１に取付けられていないため、配水管１の断水状態等の不測の事態が発生せず、安定した水道水等の供給が行える。目詰まりにより、ケーキろ過が発生する可能性がある従来の埋設型ストレーナに比べ、圧力損失を抑えることができる。また、工事費用が発生せず経済的である。
【実施例】
【００１８】
口径がφ１５０ｍｍの配水管に口径がφ７５ｍｍの分岐管を垂設し、分岐管の吸い込み流路を上流側に、吐出し流路を下流側に配設して解析実験を行った。配水管路の流水に含まれる砂や錆の粒径を概略０．１〜４．８ｍｍとした。図５は配水管と分岐管の水流の流れの状態を示す解析図、図６は分岐管の戻り流れの状態を示す解析図であって、先ず、図５及び図６の解析では、配水管の水の流速を０．５ｍ／ｓｅｃ、引抜き流速と戻し流速を１５ｍ／ｓｅｃとして、分岐管の流速を配水管の流速の３０倍として解析を行った。解析結果は、分岐管からその直下の配水管に噴射した戻し流れが７〜８ｍ／ｓｅｃで管底に沿って上流側に向かって流れている。また、下流側にも管底に沿う流れが見られるが、濁質除去された分離水であることが分かる。
【００１９】
図７及び図８の解析では、配水管の水の流速を０．５ｍ／ｓｅｃとして、分岐管の流速を１０ｍ／ｓｅｃとして、分岐管の流速を配水管の流速の２０倍として解析を行った。解析結果は、戻し流れが３〜４ｍ／ｓｅｃで管底に沿って上流側に流れている。また、下流側にも管底に沿う流れが見られるが、濁質除去された分離水であることが分かる。図９及び図１０の解析では、配水管の水の流速を１．０ｍ／ｓｅｃとして、分岐管の流速を１０ｍ／ｓｅｃとして、分岐管の水の流速を配水管の流速の１０倍として解析を行った。解析結果は、戻し流れが２〜３ｍ／ｓｅｃで管底に沿って上流側に流れている。また、下流側にも管底に沿う流れが見られるが、濁質除去された分離水であることが分かる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１は配水管と分岐管の流速比と配水管底部流速を示す表であって、縦軸に分岐管の直下の配水管底部流速を示し、横軸に配水管の流速に対する分岐管の吸い込み流路の流速比を表している。
【００２２】
上記の解析結果に示すように、分岐管の戻し流れが、上方より配水管流れに対し、垂直になるため、管底に濁質の堆積を防止して、濁質浮上効果が得られている。配水管流れがそのまま通過することなく、濁質が上流側に浮遊・流動して、引抜き流れに沿って、分岐管に移動する様子が見られる。濁質が流水とともに配水管の底部を移動する流速に対し、引抜き・引き戻しを充分速い速度の時、好ましくは、配水管と分岐管の流速比を１０〜３０倍とすれば、分岐管直下の戻し流れの流速が２〜８ｍとなる。分岐管から配水管への戻し流れにより、底部を移動し、或いは堆積している濁質を連続的に浮遊・流動化させることが可能であることを示している。同時に、戻り流れが配水管の流れと垂直かつカーテン状となることで濁質の下流への流出を防止している。そして、戻り流速と同様の速い流速の引抜き流速であれば、浮き上がらせた濁質を循環配管に移動させることが可能となることが分かる。なお、配水管の流れを遮る流れが存在するため、そこでの圧力損失は発生するが、この条件で圧力損失は１．０ｍ以下である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この発明の管内濁質除去装置は上記のように構成してあり、配水管の流水を分岐管から吸水ポンプで吸引し、高速流の戻し流れとするので、配水管の底部を流れる濁質を浮遊・流動させ、同時に、分岐管の戻し流れが配水管の流水と垂直かつカーテン状となることで、濁質の下流側への流出を防止することができる。分岐管の速い速度の引抜き流れで、浮き上がった濁質を循環配管に流入させて分離することができる。また、消火栓に設置する濁質除去ユニットの機器類が配水管に固定されていないため、配水管の断水状態等の不測の事態が発生せず、安定した水道水等の供給が行える。そして、消火栓を利用すれば、濁質除去ユニットを取外すことなく、消火活動を行うこともできる。従って、沈殿物の除去、着色水の除去、臭味の除去、濁度または浮遊物の除去も行えるので、有効な設置箇所として、住民からの苦情によるポイント設置の他、配管工事箇所の下流側に一時的に設置が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明に係る管内濁質除去装置の配水管に垂設した分岐管の縦断面図である。
【図２】同じく、消火栓を利用する配管ユニットの縦断面図である。
【図３】同じく、配管ユニットの他の実施例の縦断面図である。
【図４】同じく、管内濁質除去装置のフローチャートである。
【図５】配水管と分岐管の水流の流れの状態を示す解析図である。
【図６】分岐管の戻り流れの状態を示す解析図である。
【図７】配水管と分岐管の水流の流れの状態を示す他の実施例の解析図である。
【図８】分岐管の戻り流れの状態を示す他の実施例の解析図である。
【図９】配水管と分岐管の水流の流れの状態を示す他の実施例の解析図である。
【図１０】分岐管の戻り流れの状態を示す他の実施例の解析図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    配水管
２    分岐管
３    吸込流路
４    吐出し流路
７    循環配管
８    消火栓
９    配管ユニット
１０  消火ホース
１１、１２、１４  接続口
１３  吸込流路
１５、１６  吐出し管
１５ａ、１６ａ  開口
２０  濁質除去ユニット
２１  吸水ポンプ
【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】
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【図１０】
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