(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が真空状態になった真空下水管に、真空下水管内の真空によって作動される真空弁を介して汚水吸引管が接続されており、真空弁が開放されることによって、汚水槽内の汚水が、汚水吸引管を通して真空下水管内に吸引されるようになった真空式下水システムであって、
真空弁と真空下水管との間における真空弁に近接した部分に、真空下水管内の真空によって閉鎖されるように吸気弁が接続されており、真空下水管内の真空度が低下した際に吸気弁が開放されて真空下水管内に空気が供給されるようになっており、
前記吸気弁は、空気が通過する吸気口が設けられた弁箱と、真空下水管内の真空によって弁箱内に吸引されるように弁箱に取り付けられたダイヤフラムと、弁箱内に吸引されたダイヤフラムによって吸気口を閉鎖するように弁箱内に配置された弁体と、この弁体を吸気口が開放されるように付勢する付勢手段とを具備する
ことを特徴とする真空式下水システム。
【請求項２】
内部が真空状態になった真空下水管に、真空下水管内の真空によって作動される真空弁を介して汚水吸引管が接続されており、真空弁が開放されることによって、汚水槽内の汚水が、汚水吸引管を通して真空下水管内に吸引されるようになった真空式下水システムであって、
真空弁と真空下水管との間における真空弁に近接した部分に、真空下水管内の真空によって閉鎖されるように吸気弁が接続されており、真空下水管内の真空度が低下した際に吸気弁が開放されて真空下水管内に空気が供給されるようになっており、
前記吸気弁は、空気が通過する吸気口が設けられた弁箱と、吸気口が開閉されるように弁箱内にて移動される弁体と、真空下水管内の真空が付加されて弁体と一体となって吸気口を開閉する方向に移動するピストン部材と、弁体が吸気口を開放するようにピストン部材を付勢する付勢手段とを具備する
ことを特徴とする真空式下水システム。
【請求項３】
前記吸気弁に設けられた付勢手段の付勢力が調整可能になっている請求項１又は２に記載の真空式下水システム。
【請求項４】
前記吸気弁に設けられた弁体は、真空下水管内の真空度が所定値にまで低下した際に、弁体の移動が規制されるようになっている請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空式下水システム。
【請求項５】
前記吸気弁に設けられた弁体は、真空下水管内の真空度が所定値にまで低下した際に、吸気口を閉鎖するように構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載
の真空式下水システム。
【請求項６】
前記吸気弁に設けられた弁体は、吸気口が開放された直後に吸気口を通過する空気量が最大となり、真空下水管内の真空度の低下に対応して吸気口を通過する空気量が順次低下するとともに、真空下水管内の真空度が所定値にまで低下した際に、吸気口が閉鎖されるように構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空式下水システム。
【請求項７】
前記吸気弁に設けられた弁体は、真空下水管の内部の真空度の低下に対応して吸気口を通過する空気量が順次増加するとともに、真空下水管内の真空度が所定値にまで低下した際に、吸気口が閉鎖されるように構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空式下水システム。
【請求項８】
内部が真空状態になった真空下水管内を、汚水が空気との気液二相流となって搬送されるようになっており、真空下水管におけるウォーターブロックが発生し得る部分に近接した上流側部分に、真空下水管内の真空度が低下した際に開放される第１吸気弁によって地表の空気が供給されるように構成された真空式下水システムであって、
開放状態になった第１吸気弁を介して真空下水管の内部の圧力が伝達されるように第１吸気弁に接続されており、真空下水管内の真空度が低下することによって開放されて空気を第１吸気弁を介して真空下水管内に供給するとともに、真空下水管の真空度が所定値にまで低下することによって閉鎖されるようになった第２吸気弁が設けられていることを特徴とする真空式下水システム。
【請求項９】
前記第１吸気弁は、空気が通過する吸気口が設けられた弁箱と、真空下水管内の真空によって弁箱内に吸引されるように弁箱に取り付けられたダイヤフラムと、弁箱内に吸引されたダイヤフラムによって吸気口を閉鎖するように弁箱内に配置された弁体と、この弁体を吸気口が開放されるように付勢する付勢手段とを具備する
請求項８に記載の真空式下水システム。
【請求項１０】
前記第２吸気弁は、空気が通過する吸気口が設けられた弁箱と、真空下水管内の真空によって弁箱内に吸引されるように弁箱に取り付けられたダイヤフラムと、弁箱内に吸引されたダイヤフラムによって吸気口を開放するように弁箱内に配置された弁体と、この弁体を吸気口が閉鎖されるように付勢する付勢手段とを具備する
請求項８又は９記載の真空式下水システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空を利用して下水を搬送する真空式下水システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各家庭等から排出される汚水を、真空圧を利用して搬送して集める真空式下水システムが開発されている。真空式下水システムでは、各家庭等から排出される汚水が貯留される汚水槽を有する真空弁ユニットと、汚水が集められる集水タンクとの間に真空式下水管が設けられている。集水タンクは、真空下水管の内部を真空にする真空ポンプが配備された真空ステーションに設けられており、真空ステーションの真空ポンプによって真空下水管の内部が真空状態とされる。
【０００３】
真空弁ユニットには、汚水槽内にて大気圧に開放された状態で貯留された汚水を吸引する汚水吸引管と、汚水吸引管と真空下水管とを連通および遮断する真空弁とが設けられている。真空弁は、真空下水管内の真空を利用して開閉制御されるようになっており、真空弁が開放されることによって、真空下水管と汚水吸引管とが連通状態になり、汚水槽内の汚水が真空状態になった真空下水管内に吸引される。
【０００４】
真空下水管内には、汚水が吸引された後に、あるいは汚水とともに、空気が吸引されるようになっており、吸引された空気は、真空下水管内にて汚水の流速よりも高速で流動する。このように、真空下水管内を汚水に対して空気が高速で流動することにより、真空下水管内には、汚水と空気との気液二相流が形成され、その気液二相流が真空下水管内を高速で流動して、汚水が搬送される。
【０００５】
このような真空式下水システムでは、真空下水管は、汚水を自然流下させる従来の下水管のように、一方向にのみ傾斜させて配管する必要がないために、通常、地表に近接した浅い地中部分に、下り傾斜部分と、高低差３０ｃｍ程度の上り傾斜部分（リフト部）とが交互に連続した鋸歯状に配管されている。また、真空弁ユニットと真空ステーションの間に、河川、他の配管等の障害物が存在する場合には、真空下水管は、その障害物の下方または上方を迂回するようにも配管される。
【０００６】
このような配管構造の真空下水管では、内部に気液二相流が形成されると、高速で流動する空気が汚水よりも先に流れることになる。その結果、空気が通過した汚水はリフト部の最低位部に溜まり、管内を封止する水栓を形成することになる。リフト部の最低位部分にて水栓を形成した汚水は、その上流側において吸引された空気が通過する際に、その空気との気液二相流となって流動し、リフト部を通過する。そして、リフト部を通過した汚水が、次のリフト部の最低位部分に溜まって水栓を形成する。このように、真空下水管内にて、気液二相流の形成と水栓の形成とが交互に繰り返されることによって、汚水はリフト部を越えて流動し、真空ステーションに設けられた集水タンクにまで搬送される。集水タンクに集められた汚水は、圧送ポンプによって、下水処理場等に搬送される。
【０００７】
このような真空式下水システムでは、汚水槽内の汚水を真空下水管内に吸引した後に、空気を吸引する気液分離吸引方式（特開平３−４３５２７号公報参照）と、汚水と空気とを当時に吸引する気液同時吸引方式（特開平５−３３３８０号公報参照）とがある。また、気液同時吸引方式において、空気吸引量を補うために、空気のみを追加吸引する気液同時分離併用方式もある。
【０００８】
いずれの場合も、真空下水管内に吸引される汚水と空気との比率は、通常は、１：３程度を基本とされており、４０リットルの汚水に対して１２０リットルの空気が吸引されるようになっているが、各汚水槽内に付加される真空度、真空下水管の配管形状等によって、汚水および空気が吸引される真空弁ユニット毎に、それぞれ、適当に設定されている。
【０００９】
気液分離吸引方式では、汚水吸引管によって汚水を吸引した後に、その汚水吸引管によって空気を吸引するようになっており、吸引された空気の流動によって汚水を効率よく搬送することができる。また、吸引される空気量を、空気の吸引時間の調整によって調整することができる。
【００１０】
気液同時吸引方式では、通常、真空弁の下流側に、汚水を吸引するための汚水吸引管とは別に、汚水吸引管の口径よりも小さな口径の吸気管が設けられており、この吸気管によって、汚水の吸引と同時に、真空下水管内に空気を吸引するようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、いずれの場合も、吸引される空気と汚水の比率は、比較的安定して設定されている。しかしながら、実際には、真空弁ユニットに流入する汚水量の時間帯による変動、近接して配置された真空弁ユニットにて汚水が吸引されることによる真空下水管内の真空圧の変動、大径の真空下水管のリフト部において空気のみが通過することによる気液二相流の非形成等が発生すると、水栓を解消するために予め設定された空気吸引量では空気不足となり、リフト部を汚水が越えられるだけの気液二相流が形成されず、リフト部を汚水が完全に水封するウォーターブロックが発生する。このようなウォーターブロックは、真空下水管に多数のリフト部が設けられていることによって、突発的に発生することもある。このように、リフト部を完全に水封するウォーターブロックが発生すると、真空式下水システム全体において、安定的に汚水を搬送することができないおそれがある。
【００１２】
例えば、気液同時吸引方式の場合は、真空弁の下流側に空気を吸引するための比較的小径の吸気管が設けられているために、真空弁が開放されている間しか空気を吸引することができず、しかも、吸気管から吸引される空気量が、小径の吸気管の口径に依存していることによって、十分な空気を真空下水管内に供給することができないという問題がある。
【００１３】
また、気液分離方式では、真空下水管と汚水吸引管とを連通および遮断する真空弁の弁開放時間を、真空弁のコントローラーによって、あるいは真空弁に設けられたタイマーによって調整することによって、空気の吸引時間が調整され、真空下水管への空気の吸引量が調整される。しかしながら、真空弁は、真空下水管内の真空を利用して弁体を開閉制御するようになっているために、真空弁における弁開放時間が一定に設定されていても、真空下水管内の真空度が極端に低下している場合には、汚水の吸引量に対して空気の吸引量が相対的に減少し、汚水と空気との比率が変化することになる。
【００１４】
従って、このように、真空下水管内の真空度が極端に低下している場合には、真空弁が開放されている間に吸引される空気量を増加させる必要があり、例えば、吸引される空気量を増加させるために、汚水の吸引と同時に空気を吸引する気液同時吸引方式を併用して、真空下水管に対して空気を補充する方法が採用される。しかしながら、前述したように、気液同時吸引方式でも、真空弁の開放時にのみ、比較的小径の吸気管から空気が吸引されるにすぎず、このように、気液同時吸引方式を採用しても、十分な空気を真空下水管内に供給することができないという問題がある。
【００１５】
また、気液分離方式において、汚水槽内の汚水が吸引された後に空気が吸引されていることを検知して、その後に、所定時間にわたって空気を吸引した後に、真空弁を閉鎖する方法もあるが、この場合も、真空下水管内の真空度が極端に低下している場合には、必要とされる十分な空気を真空下水管内に吸引することができない。
【００１６】
特開平８−３１９６６２号公報には、真空下水管におけるリフト部に近接した上流側部分に、それぞれの上端部が地表に位置する複数の吸気管を立ち上げて、各吸気管の上端部に吸気弁をそれぞれ設ける構成が開示されている。各吸気弁は、リフト部の最低位部に発生したウォーターブロックによって、ウォーターブロックの上流側の真空下水管内の真空度が低下することによって開放されて、地表の空気を真空下水管内に導入し、これにより、ウォーターブロックを解消するようになっている。
【００１７】
吸気管の上端部に設けられた吸気弁は、吸気管の上端部を覆う円筒状の支持体内に、吸気管の上端面に対向して配置された弁体が、支持体内に設けられた圧縮バネによって支持されるという簡潔な構成になっている。そして、このような構成の吸気弁は、真空下水管の内部と連通した吸気管の内部が真空になることによって、弁体が圧縮バネのバネ力に抗して吸引され、吸気管の上端面が弁体によって閉鎖される。反対に、吸気管内の真空度が低下すると、弁体は、圧縮バネのバネ力によって、吸気管の上端面を開放する。
【００１８】
しかしながら、このような簡潔な構成の吸気弁では、真空下水管の真空度の低下に応じて、感度よく開閉されず、その結果、真空下水管内にて必要とされる十分な空気を迅速に供給することができないおそれがある。
【００１９】
また、このように、真空下水管に接続された複数の吸気管の上端部に、吸気弁をそれぞれ設ける構成では、真空下水管の破損等のトラブルが発生して、真空下水管内の圧力が大気に開放されると、各吸気弁は、それぞれ開放されることになる。その後、補修等によってトラブルが解消されると、真空下水管の内部を定常の真空状態に復帰される。この場合、全ての吸気弁が開放されているために、真空下水管を全体にわたって真空にさせることは容易でないという問題がある。
【００２０】
このような問題を解決するために、全ての吸気弁に開閉弁をそれぞれ設けて、各開閉弁を閉鎖状態にすればよい。しかしながら、広い範囲にわたって設けられた多数の開閉弁を、全て閉鎖状態とすることは容易でないという問題がある。
【００２１】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、真空下水管の真空度に対応して、必要とされる十分な空気を確実に供給することができる真空式下水システムを提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、真空下水管内の真空度が低下した後に、真空下水管を定常の真空状態に迅速に復帰させることができる真空式下水システムを提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空式下水システムは、内部が真空状態になった真空下水管に、真空下水管内の真空によって作動される真空弁を介して汚水吸引管が接続されており、真空弁が開放されることによって、汚水槽内の汚水が、汚水吸引管を通して真空下水管内に吸引されるようになった真空式下水システムであって、真空弁と真空下水管との間における真空弁に近接した部分に、真空下水管内の真空によって閉鎖されるように吸気弁が接続されており、真空下水管内の真空度が低下した際に吸気弁が開放されて真空下水管内に空気が供給されるようになっており、
前記吸気弁は、空気が通過する吸気口が設けられた弁箱と、真空下水管内の真空によって弁箱内に吸引されるように弁箱に取り付けられたダイヤフラムと、弁箱内に吸引されたダイヤフラムによって吸気口を閉鎖するように弁箱内に配置された弁体と、この弁体を吸気口が開放されるように付勢する付勢手段とを具備することを特徴とする。
【００２４】
前記吸気弁は、空気が通過する吸気口が設けられた弁箱と、吸気口が開閉されるように弁箱内にて移動される弁体と、真空下水管内の真空が付加されて弁体と一体となって吸気口を開閉する方向に移動するピストン部材と、弁体が吸気口を開放するようにピストン部材を付勢する付勢手段とを具備することを特徴とする。
【００２５】
前記吸気弁に設けられた付勢手段の付勢力が調整可能になっている。
【００２６】
前記吸気弁に設けられた弁体は、真空下水管内の真空度が所定値にまで低下した際に、弁体の移動が規制されるように構成されている。
【００２７】
前記吸気弁に設けられた弁体は、真空下水管内の真空度が所定値にまで低下した際に、吸気口が閉鎖するように構成されている。
【００２８】
前記吸気弁に設けられた弁体は、吸気口が開放された直後に吸気口を通過する空気量が最大となり、真空下水管内の真空度の低下に対応して吸気口を通過する空気量が順次低下するとともに、真空下水管内の真空度が所定値にまで低下した際に、吸気口が閉鎖されるように構成されている。
【００２９】
前記吸気弁に設けられた弁体は、真空下水管の内部の真空度の低下に対応して吸気口を通過する空気量が順次増加するとともに、真空下水管内の真空度が所定値にまで低下した際に、吸気口が閉鎖されるように構成されている。
【００３２】
さらに、本発明の真空式下水システムは、内部が真空状態になった真空下水管内を、汚水が空気との気液二相流となって搬送されるようになっており、真空下水管におけるウォーターブロックが発生し得る部分に近接した上流側部分に、真空下水管内の真空度が低下した際に開放される第１吸気弁によって地表の空気が供給されるように構成された真空式下水システムであって、開放状態になった第１吸気弁を介して真空下水管の内部の圧力が伝達されるように第１吸気弁に接続されており、真空下水管内の真空度が低下することによって開放されて空気を第１吸気弁を介して真空下水管内に供給するとともに、真空下水管の真空度が所定値にまで低下することによって閉鎖されるようになった第２吸気弁が設けられていることを特徴とする。
【００３３】
前記第１吸気弁は、空気が通過する吸気口が設けられた弁箱と、真空下水管内の真空によって弁箱内に吸引されるように弁箱に取り付けられたダイヤフラムと、弁箱内に吸引されたダイヤフラムによって吸気口を閉鎖するように弁箱内に配置された弁体と、この弁体を吸気口が開放されるように付勢する付勢手段とを具備することを特徴とする。
【００３４】
前記第２吸気弁は、空気が通過する吸気口が設けられた弁箱と、真空下水管内の真空によって弁箱内に吸引されるように弁箱に取り付けられたダイヤフラムと、弁箱内に吸引されたダイヤフラムによって吸気口を開放するように弁箱内に配置された弁体と、この弁体を吸気口が閉鎖されるように付勢する付勢手段とを具備することを特徴とする。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００４２】
図１は、本発明の真空式下水システムの実施の形態の一例を示す概略構成図である。この真空式下水システムでは、家庭、工場等から排出される汚水が、汚水流入管１２内を自然流下して、地中に埋設された真空弁ユニット１０内に貯留され、真空弁ユニット１０内に貯留された汚水が真空下水管３１を通って、真空ステーション３２に設けられた集水タンクに集められるようになっている。真空弁ユニット１０と真空ステーション３２に設けられた集水タンクとを連結する真空下水管３１は、真空ステーション３２に設けられた真空ポンプによって、内部が真空状態とされている。
【００４３】
真空下水管３１は、地表に近接した比較的浅い地中部分において、緩やかに下り勾配になった下り傾斜部分３１ａと、この下り傾斜部分３１ａの下流側に連続して、高低差が３０ｃｍ程度の上り勾配になった上り傾斜部分（リフト部）３１ｂとが、順次繰り返されるように埋設されており、また、真空下水管３１が、河川、既設水道管等の障害物３３が存在する場合には、その障害物３３の下方を通過するように迂回部分３１ｃが設けられている。なお、迂回部分３１ｃは、障害物３３の上方を通過する場合もある。
【００４４】
図２は、真空式下水システムに設けられる真空弁ユニット１０の一例を示す概略構成図である。真空弁ユニット１０は、地中に埋設される樹脂製の汚水槽１１を有している。なお、汚水槽１１は、コンクリート製であってもよい。汚水槽１１の下部には、家庭等から排出された汚水が自然流下する汚水流入管１２の下端部が接続されており、汚水流入管１２を通って汚水槽１１内に流下した汚水は、汚水槽１１の下部の汚水溜まり１１ａ内に貯留されるようになっている。汚水槽１１の上部には、真空下水管３１の上流側の端部が接続されている。真空下水管３１の上流側の端部は、汚水槽１１の内部に、ほぼ水平な状態で挿入されており、汚水槽１１内の端部に、仕切弁１３が接続されている。そして、仕切弁１３の上流側には、真空弁１４を介して、汚水吸引管１５が接続されている。汚水吸引管１５は、汚水槽１１の下部の汚水溜まり１１ａ内に下端部の流入口が位置するように、下方に向かって屈曲されている。
【００４５】
仕切弁１３は、真空弁ユニット１０のメンテナンス等に際して、真空下水管３１と、真空弁１４および汚水吸引管１５内との連通状態を遮断するために設けられており、真空式下水システムを稼動させる際には、真空下水管３１と真空弁１４とが連通するように開放される。
【００４６】
真空弁１４は、真空下水管３１の真空圧が付加されることによって開放されて、真空下水管３１と汚水吸引管１５とを連通させるようになっている。真空弁１４が開放されて、汚水吸引管１５と真空下水管３１とが連通状態になると、汚水吸引管１５内が、真空下水管３１の内部の真空状態と同様の真空状態になり、汚水溜まり１１ａ内の汚水が、汚水吸引管１５内に吸引されて、真空下水管３１に供給される。
【００４７】
汚水槽１１には、汚水溜まり１１ａ内に貯留される汚水の水位を検出するための水位検出管１６が設けられている。この水位検出管１６は、汚水溜まり１１ａ内に貯留される汚水の水位の上昇にともなって、その内部の気圧が上昇するようになっている。真空弁１４は、水位検出管１６内の圧力と、その下流側に仕切弁１３を介して接続された真空下水管３１内の圧力との差圧によって開閉されるようになっており、水位検出管１６内の圧力が上昇して、真空下水管３１の内部との圧力差が所定値以上に大きくなると、真空弁１４が作動して、真空下水管３１内の真空によって開放される。
【００４８】
真空弁１４は、その開放動作によって、汚水溜まり１１ａ内の汚水の水位が低下し、汚水吸引管１５によって汚水が吸引されない状態になった後に、所定時間が経過した時点で閉鎖されるように調整されている。従って、汚水吸引管１５は、汚水溜まり１１ａ内の汚水を吸引した後に、適当な時間にわたって汚水溜まり１１ａ内の空気を吸引するようになっている。
【００４９】
汚水槽１１の下部に設けられた汚水溜まり１１ａの上部には、空気流入管１７が接続されている。この空気流入管１７は、地中内に配管されており、その先端部は、地表から上方に突出して大気中に配置されている。この空気流入管１７は、汚水槽１１の汚水溜まり１１ａ内に貯留された汚水および空気が、汚水吸引管１５内に真空吸引された際に、汚水槽１１の汚水溜まり１１ａ内に地表の空気を流入させて、汚水溜まり１１ａ内の圧力の低下を防止するようになっている。
【００５０】
空気流入管１７内には、空気流入管１７内の空気を、吸気弁２０を介して真空下水管３１内に直接供給する空気導入管１８が設けられている。このように、空気流入管１７内に空気導入管１８が設けられていることにより、真空弁ユニット１０の汚水槽１１内が水没したような場合にも、真空下水管３１内に確実に空気を供給することができる。ただし、真空弁ユニット１０の汚水槽１１内の水没状態を考慮する必要がないような場合等には、吸気弁２０を汚水槽１１内に開放して、汚水槽１１内の空気を直接真空下水管３１に供給するようにしてもよい。
【００５１】
図３は、吸気弁２０の断面図である。吸気弁２０は、空気導入管１８の上流側部分１８ａおよび下流側部分１８ｂにそれぞれ連結される弁箱２１と、この弁箱２１内に設けられた弁体２２と、弁箱２１に取り付けられたキャップ体２３とを有している。空気導入管１８の下流側部分１８ｂは、仕切弁１３を介して真空下水管３１に接続されている。
【００５２】
弁箱２１は、軸方向中央部に側方に円筒状に突出した弁体収容部２１ｄが設けられた円筒体に構成されており、一方の端部が空気導入管１８の上流側部分１８ａに連結される流入部２１ａになっている。流入部２１ａと同心状態になった他方の端部は、空気導入管１８の下流側部分１８ｂに連結される円筒状の流出部２１ｂになっている。弁体収容部２１ｄは、流入部２１ａおよび流出部２１ｂとそれぞれ直交状態なっており、流出部２１ｂに連通している。弁箱２１の流入部２１ａは、隔壁部２１ｃによって流出部２１ｂおよび弁体収容部２１ｄと隔絶された状態になっており、隔壁部２１ｃに弁体収容部２１ｄと流入部２１ａとを連通する吸気口２１ｅが、弁体収容部２１ｄの軸心と同心状態で設けられている。
【００５３】
弁収容部２１ｄの先端部には、その先端開口部を気密状態で覆うダイヤフラム２４を介して、中空円錐台形状のキャップ体２３が、ボルト２３ｂによって、ダイヤフラム２４とともに、弁体収容部２１ｄに一体的に取り付けられている。円筒状をした弁体収容部２１ｄには、円柱状をした弁体２２が、隔壁部２１ｃに設けられた吸気口２１ｅとは同心状態で、しかも、吸気孔２１ｅに対して接離する方向にスライド可能に設けられている。ダイヤフラム２４は、熱可塑性エラストマー等によって構成されている。
【００５４】
弁収容部２３ｄに取り付けられたキャップ体２３の外径は、弁体収容部２１ｄから離れるにつれて順次外径が小さくなっており、その先端部における軸心部分に、ナット部材２３ａが取り付けられている。ナット部材２３ａには、キャップ体２３の軸心部を挿通する調整ボルト２３ｃがネジ結合されており、調整ボルト２３ｃの頭部が弁体収容部２１ｄに近接するように配置されている。調整ボルト２３ｃの頭部とは反対側の先端部は、キャップ体２３の先端部から上方に突出しており、キャップ体２３から突出した部分が、キャップ体２３に対して着脱可能になったカバー部材２６によって覆われている。
【００５５】
調整ボルト２３ｃは、キャップ体２３から突出した先端部を操作して、正逆回転させることにより、キャップ体２３の先端部に取り付けられたナット部材２３ａに対してネジ送りされ、軸方向に沿って上下方向にスライドされる。
【００５６】
キャップ体２３内に配置された調整ボルト２３ｃの軸部には、圧縮バネ２３ｅが嵌合されている。圧縮バネ２３ｅは、調整ボルト２３ｃの頭部に隣接して取り付けられた下側バネ受け２３ｆと、調整ボルト２３ｃの中程にスライド可能に設けられた上側バネ受け２３ｈとによって、圧縮状態で調整ボルト２３ｃに嵌合されている。上側バネ受け２３ｈは、Ｃ型止め輪２３ｇによって抜け止めされている。
【００５７】
圧縮バネ２３ｅは、調整ボルト２３ｃに同心状態で嵌合された円筒状のピストン部材２３ｄ内に収容されている。ピストン部材２３ｄにおけるナット部材２３ａに近接した端面は、圧縮バネ２３ｅの上端部を支持するバネ受け２３ｆに、Ｃ型止め輪２３ｇを介して係合されており、従って、ピストン部材２３ｄは、圧縮バネ２３ｅによって、弁体収容部２１ｄから離れるように上方に付勢された状態で、調整ボルト２３ｃに沿ってスライドし得るように支持されている。
【００５８】
ピストン部材２３ｄにおける弁体収容部２１ｄに近接した下端面の軸心部には、弁棒２２ａの上端部が支持されている。弁棒２２ａは、ピストン部材２３ｄの下端面およびダイヤフラム２４の軸心部を貫通して弁体収容部２１ｄ内に挿入されており、弁体収容部２１ｄの軸心部を挿通しており、弁体収容部２１ｄ内に設けられた弁体２２の軸心部を貫通している。弁棒２３ｄの下端部は、弁体収容部２１ｄと流入部２１ａとを連通する吸気口２１ｅ内に同心状態で挿入されている。吸気口２１ｅ内に挿入された弁棒２２ａの下端部には、パッキン２２ｂを介して、ガイド体２５が取り付けられている。
【００５９】
ガイド体２５は、弁箱２１の隔壁部２１ｃに設けられた吸気口２１ｅ内を挿通して、弁箱２１の流入部２１ａ内に進入している。ガイド体２５は、弁体２２に近接した上端部を除いて、弁棒２２ａおよび吸気口２１ｅとは同心状態になった円柱状に構成されており、吸気口２１ｅとは一定の間隔が設けられている。ガイド体２５の上端部は、上側になるにつれて順次外径が大きくなった円錐台形状のガイド部２５ａになっている。
【００６０】
弁体２２とガイド体２５との間に設けられたパッキン２２ｂは、ゴム等の弾性体によって、ガイド体２５が挿通した吸気口２１ｅの外径よりも若干大きな外径を有する円板状に構成されており、弁体２２の下端面の中心部に形成された凹部内に嵌入されて、弁体２２の下端面に圧接されている。パッキン２２ｂは、吸気口２１ｅの周囲の弁座部２１ｆに全周にわたって気密状態で圧接されるようになっている。
【００６１】
ガイド体２５ａは、弁体２２との間に設けられたパッキン２２ｂを弁体２２とともに挟み込んだ状態で、しかも、弁体２２の上端面がダイヤフラム２４を介して、ピストン部材２３ｄの下端面に圧接されるように、弁棒２２ａの下端部に一体的に取り付けられている。従って、キャップ体２３内に設けられたピストン部材２３ｄと、弁体収容部２１ｄ内に設けられた弁体２２と、これらピストン部材２３ｄおよび弁体２２間に設けられたダイヤフラム２４とともに一体化されており、また、弁体２２およびガイド体２５も、パッキン２２ｂとともに一体化されている。
【００６２】
ガイド体２５は、圧縮バネ２３ｅのバネ力に抗してピストン部材２３ｄが下方にスライドされることによって、弁体２２とともに下方にスライドされ、ガイド体２５と弁体２２との間に設けられたパッキン２２ｂが、吸気口２１ｅの周囲の弁座２１ｆに圧接されて、この吸気口２１ｅを気密状に閉鎖するようになっている。反対に、ガイド体２５が上方にスライドすることによって、パッキン２２ｂと弁座２１ｆとの圧接状態が解除され、吸気口２１ｅの内周面とガイド体２５の外周面との間隙を通して、弁箱２１の流入部２１ａと弁体収容部２１ｄの内部とが連通状態になる。このような状態になると、地表の空気が流入する空気流入管１７と、真空下水管３１とが連通状態になり、地表の空気が、空気流入管１８および吸気弁２０を通って、真空下水管３１に供給される。
【００６３】
このような構成の真空式下水システムは、真空弁ユニット１０における仕切弁１３が開放されることによって、稼動状態になり、真空下水管３１の内部が、真空ステーションに設けられた真空ポンプによって真空状態される。
【００６４】
真空下水管３１の内部が真空状態になると、真空弁ユニット１０に設けられた吸気弁２０は、弁体収容部２１ｄの内部が真空下水管３１の内部と同様の真空状態になり、弁体収容部２１ｄとキャップ体２３とを気密状態に隔絶するダイヤフラム２４には、弁体収容部２１ｄの内部に向かう吸引力Ｐが作用する。そして、この吸引力Ｐが、調整ボルト２３ｃによって設定された圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆよりも大きくなると、ダイヤフラム２４は、弁体収容部２１ｄ内に吸引され、ピストン部材２３ｄ、弁体２２、ガイド体２５が一体となって下方にスライドして、パッキン２２ｂが弁座２１ｆに気密状態で圧接される。これにより、弁箱２１の流入部２１ａと弁体収容部２１ｄとを連通する吸気口２１ｅが気密状態で閉鎖される。
【００６５】
その後、真空弁ユニット１０における汚水槽１１の汚水溜まり１１ａ内に貯留された汚水が、水位検出管１６によって、予め設定された所定の水位になったことが検出されると、真空弁１４は、真空下水管３１内の真空を取り込んで、開放状態とされる。これにより、汚水吸引管１５と真空下水管３１とが連通して、汚水吸引管１５の内部が真空下水管３１の内部と同様の真空状態になり、汚水槽１１の汚水溜まり１１ａ内に貯留された汚水が、汚水吸引管１５を通って真空下水管３１内に吸引される。汚水溜まり部１１ａ内の汚水が真空下水管３１内に吸引されて、汚水溜まり部１１ａ内の汚水の水位が低下し、汚水吸引管１５によって汚水が吸引されない状態になると、汚水吸引管１５は、汚水溜まり１１ａ内の空気を吸引し、その後に、真空弁１４は閉鎖状態とされる。
【００６６】
真空下水管３１内に汚水および空気が吸引されると、汚水は、空気とともに気液二相流となって真空下水管３１内を流動する。しかしながら、空気は汚水よりも高速で流動するために、真空下水管３１の上り傾斜部分３１ｂでは、空気のみが通過して、汚水が上り傾斜部分３１ｂの最低位部分に滞留する。
【００６７】
このように、真空下水管３１の上り傾斜部分３１ｂに汚水が溜まって、上り傾斜部分３１ｂの下部にのみを封止する水栓が形成されるが、その後、さらに空気量を上回る汚水流入等によって、上り傾斜部分３１ａｂ全体が完全に水封されたウォーターブロックが形成されると、ウォーターブロックが形成された部分よりも下流側の真空下水管３１内の真空圧が、ウォーターブロックの上流側に伝達されず、ウォーターブロックの上流側部分の圧力が上昇する。これにより、ウォーターブロックが形成された部分よりも上流側の真空下水管３１内の圧力が上昇して、その内部の真空度が低下する。
【００６８】
このような状態になると、真空弁ユニット１０内において真空下水管３１に接続された空気導入管１８の下流側部分１８ｂの真空度が低下し、吸気弁２０の流出部２１ｂおよび弁体収容部２１ｄ内の圧力が上昇する。そして、図４に示すように、ダイヤフラム２４に作用する吸引力Ｐが、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆよりも小さくなると、ピストン部材２３ｄが圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆによって上方にスライドするとともに、ピストン部材２３ｄと一体となった弁体２２およびガイド体２５も上方にスライドする。これにより、流入部２１ａと弁体収容部２１ｄとを連通する吸気口２１ｅの周囲の弁座２１ｆに圧接されたパッキン２２ｂも上方にスライドされる。その結果、吸気口２１ｅが開放されて、流入部２１ａが弁体収容部２１ｄを介して流出部２１ｂに連通した状態になる。
【００６９】
このとき、流出部２１ｂは、真空下水管３１の内部と同様に、真空度が低下しているものの、大気圧よりも低い真空状態になっているために、吸気口２１ｅが開放されることによって、流入部２１ａには、空気流入管１７および空気導入管１８の上流側部分１８ａを介して、地表の空気が吸引される。そして、流入部２１ａ内に流入した空気が、弁体収容部２１ｄ、流出部２１ｂ、空気導入管２１の下流側部分１８ｂ、および仕切弁１３を通って、真空下水管３１内に供給される。
【００７０】
真空下水管３１内に空気が吸引されると、真空下水管３１内を封止するウォーターブロックにより、真空下水管３１におけるウォーターブロックよりも上流側部分の圧力が上昇して真空度が低下する。そして、吸気口２１ｅの開放が継続されていることによって、真空下水管３１内の圧力が上昇すると、真空下水管３１内に供給された空気がウォーターブロックを通過する。ウォーターブロックを空気が通過する際には、ウォーターブロックを形成している汚水が、高速で流動する空気とともに気液二相流となって、真空下水管３１内を流動する。これにより、汚水は、真空下水管３１内における上り傾斜部分３１ｂを通過する。
【００７１】
真空下水管３１内に滞留した汚水が流動して、ウォーターブロックが解消されると、真空下水管３１の内部は、全体にわたって、真空度が上昇する。そして、吸気弁２０のダイヤフラム２４に作用する吸引力Ｐが、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆよりも大きくなると、吸気口２１ｅが閉鎖される。
【００７２】
以下、同様の動作が繰り返されることによって、汚水は、気液二相流となって、順次、搬送され、真空ステーション３２に設けられた集水タンク内に供給される。
【００７３】
このように、本発明の真空式下水システムでは、真空弁１４が開放されて汚水および空気が、順次、真空下水管３１内に吸引されると、真空弁１４が閉鎖されるが、真空弁１４が閉鎖状態になった後にも、真空下水管３１内の真空度に応じて吸気弁２０が開放されて、真空下水管３１内に必要とされる空気が吸引されるようになっているために、真空下水管３１内では、気液同時分離吸引方式における気液二相流に近い気液二相流とすることができる。その結果、予め設定された空気を真空下水管内に供給する制御方式とは異なり、真空下水管３１内において頻繁に変化する真空度に対応した適切な空気量の供給が可能になる。
【００７４】
吸気弁２０が吸気口２１ｅを開閉する際の真空下水管３１内の真空度は、調整ボルト２３ｃを回転操作して圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆを変更することによって調整することができる。すなわち、調整ボルト２３ｃを回転させて調整ボルト２３ｃ全体を吸気口２１ｅから離れる方向に移動させると、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆが増加し、吸気口２１ｅを閉鎖するために必要とするダイヤフラム２４の吸引力Ｐ、すなわち、真空下水管３１内の真空度が大きくなる。反対に、調整ボルト２３ｃ全体を吸気口２１ｅに接近する方向に移動させると、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆが減少し、吸気口２１ｅを閉鎖するために必要とするダイヤフラム２４の吸引力Ｐ、すなわち、真空下水管３１内の真空度は小さくなる。
【００７５】
通常は、真空下水管３１内の圧力が−4.5mAqに設定されている場合には、吸気弁２０における吸気口２１ｅが開放される圧力としては、−3.0mAq程度に設定される。
【００７６】
吸気口２１ｅを開放するための真空度を、真空下水管３１内の定常状態の真空度との差が大きくなるように小さく設定すると、ウォーターブロックを解消した後に、真空下水管３１内が定常の真空度に復帰するまでに時間がかかるおそれがあり、好ましいものではない。しかしながら、上り傾斜部分３１ｂが少ない長い真空下水管３１の上流側の末端部に設けられた真空弁ユニット１０の吸気弁２０では、真空弁が作動しないような低い真空度でも開放されるようにしておくと、比較的長時間にわたって空気が真空下水管３１内に吸引され、これにより、真空下水管３１に滞留する汚水が、緩やかに流動されることになる。
【００７７】
吸気口２１ｅが開放される真空度を、定常状態の真空下水管３１内の真空度との差が小さくなるように大きく設定すると、真空下水管３１内の真空度がわずかに低下することによって、吸気弁２０が開放されることになる。従って、真空弁ユニット１０の真空弁１４が開放されて汚水吸引管１５からの汚水の吸引が開始された当初に真空下水管３１内の真空度が低下すると、直ちに吸気弁２０の吸気口２１ｅが開放されて、真空下水管３１内に空気が吸引されることになる。その結果、汚水の吸引開始当初において、真空下水管３１内に吸引される空気とともに汚水が流動する気液二相流を形成することができ、気液同時吸引方式に類する吸引形態とすることができる。
【００７８】
図５は、真空弁ユニット１０に設けられる吸気弁２０の他の例を示す断面図である。この吸気弁２０は、キャップ体２３内に設けられたピストン部材２３ｄにおける上下方向の中程に、ストッパー２３ｋが設けられている。このストッパー２３ｋは、ピストン部材２３の軸心とは直交する外方に全周または一部にわたって突出するリブ形状に構成されている。また、キャップ体２３の内周面には、このストッパー２３ｋが係合する段部２３ｍが設けられている。
【００７９】
このような吸気弁２０では、真空下水管３１内の圧力が上昇して真空度が低下し、ダイヤフラム２４の吸引力Ｐに対して、圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆが大きくなると、ピストン部材２３ｄは、圧縮バネ２３ｅのバネ力によって吸気口２１ｅから離れる方向にスライドされる。この場合、ピストン部材２３ｄが所定の長さにわたってスライドされると、図６に示すように、ストッパー２３ｋがキャップ本体２３の内周面に設けられた段部２３ｍに係止して、ピストン部材２３ｄのスライドが停止される。従って、ピストン部材２３ｄが吸気口２１ｅから離れる方向に大きくスライドするおそれがなく、その後に、真空下水管３１内の真空度が上昇して所定の真空度に達して、ピストン部材２３ｄが吸気口２１ｅに接近するようにスライドされると、吸引口２１ｅが迅速に閉鎖される。
【００８０】
ストッパー２３ｋおよび段部２３ｍは、吸気口２１ｅが開放された後に、ピストン部材２３がさらにスライドしても、吸気口２１ｅを通過する空気流量が変動しないような位置にそれぞれ設定される。すなわち、ガイド体２５の上端部に設けられたテーパー状のガイド部２５ａが吸気口２１ｅから弁体収容部２１ｄ内に完全に進入して、吸気口２１ｅ内周面とガイド体２５の外周面とが、軸方向に沿って一定の間隔をあけた状態でピストン部材２３ｄのスライドが停止されるように、ストッパー２３ｋおよび段部２３ｍの位置が、それぞれ設定される。
【００８１】
このように、吸気口２１ｅを開放する際のピストン部材２３ｄのスライドを規制することにより、吸気口２１ｅを迅速に閉鎖することができるために、真空下水管３１内を定常の真空状態に迅速に復帰させることができる。また、ダイヤフラム２４の変形量が小さくなるために、ダイヤフラム２４に大きな負荷が加わるおそれもない。
【００８２】
図７は、吸気弁２０の他の例を示す断面図である。この吸気弁２０では、弁箱２１における弁体収容部２１ｄ内に設けられた弁体２２が、弁体収容部２１ｄ内に取り付けられた弁体ガイド体２１ｇによって、弁体収容部２１ｄの軸心方向に沿ってスライド可能に支持されている。弁体ガイド体２１ｇは、軸方向に沿って空気が通流するように構成されている。また、弁箱２１の流入部２１ａと弁体収容部２１ｄとを連通する吸気口２１ｅ内を挿通して流入部２１ａ内に進入したガイド体２５の下端部にも、下側になるにつれて順次外径が大きくなった円錐台形状のガイド部２５ｂが設けられている。そして、吸気口２１ｅにおける流入部２１ａ側の周囲に弁座２１ｆが設けられており、ガイド部２５ｂの下端面に、吸気口２１ｅの流入部２１ａ側の弁座２１ｆに圧接して閉鎖するゴム製の円板形状をしたパッキン２５ｃが取り付けられている。その他の構成は、図５および図６に示す吸気弁２０の構成と同様になっている。
【００８３】
このような構成の吸気弁２０では、前述した吸気弁２０と同様に、通常は、図８に示すように、真空下水管３１内の真空によって、吸気口２１ｅが閉鎖されており、真空下水管３１内に汚水が吸引されてウォーターブロックが形成されることによって真空下水管３１内の圧力が上昇すると、図９に示すように、弁体２２が圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆによって吸気口２１ｅから離れる方向にスライドして、吸気口２１ｅが開放される。そして、吸気弁２０を通って空気が真空下水管３１内に供給されることによって、ウォーターブロックが解消されると、吸気口２１ｅが閉鎖される。
【００８４】
また、真空下水管３１内の真空度が、真空下水管３１の破損、真空弁１４の故障等のウォーターブロック以外の原因によって低下した場合にも、吸気弁２０の吸気口２１ｅが開放される。これにより、空気が真空下水管３１内に供給され、真空下水管３１内の圧力が上昇して、真空下水管３１内の真空度がさらに低下される。そして、真空下水管３１内の真空度が予め設定された所定値以下に低下すると、図７に示すように、弁箱２１の流入部２１ａ内に配置されたパッキン２５ｃが、弁座２１ｆに圧接されて、吸気口２１ｅが閉鎖される。これにより、真空下水管３１内への空気の供給が停止され、真空下水管３１内の真空度がさら低下することが防止される。
【００８５】
このように、真空下水管３１の破損、真空弁１４の故障等のウォーターブロック以外の原因によって、長時間にわたって真空下水管３１内の真空度が低下すると、吸気弁２０は開放されて真空下水管３１内に空気が導入されるが、真空下水管３１内の真空度が、予め設定された所定値よりも低下すると、吸気弁２０の吸気口２１ｅがパッキン２５ｃによって閉鎖されることによって、真空下水管３１内への空気の供給が停止されることになる。パッキン２５ｃによる吸気口２１ｅが閉鎖される際の真空下水管３１内の圧力は、通常、大気圧に近い圧力に設定される。
【００８６】
このように、真空下水管３１内の真空度が根予め設定された所定値以下に低下した際に、吸気弁２０を閉鎖状態として、真空下水管３１内への空気の供給を停止することにより、真空下水管３１の破損等のトラブルが発生していても、そのトラブルの拡大を回避することができる。しかも、真空下水管３１の破損等のトラブルが解消された後に、真空下水管３１内を定常の真空状態に復帰させる場合には、吸気弁２０が閉鎖されて空気が吸引されない状態になっているために、真空下水管３１を迅速に定常の真空状態に復帰させることができる。
【００８７】
図１０は、吸気弁２０のさらに他の例を示す断面図である。この吸気弁２０では、弁体２２の下側に設けられたガイド体２５が、弁体２２に接近するにつれて順次外径が小さくなった円錐形状になっており、弁箱２１の流入部２１ａ内に位置するガイド体２５の下端面に、弁箱２１の流入部２１ａに位置する弁座２１ｆに圧接して吸気口２１ｅを閉鎖するパッキン２５ｃが設けられている。その他の構成は、図７に示す吸気弁２０と同様の構成になっている。
【００８８】
このような構成の吸気弁２０も、前述した各吸気弁２０と同様に、通常は、図１０に示すように、真空下水管３１内の真空によって、ダイヤフラム２４が吸引され、弁体２２が弁体ガイド体２１ｇに案内されて、吸気口２１ｅに接近するようにスライドされており、弁体２２とガイド体２５との間に設けられたパッキン２２ｂが流入部２１ａ側の弁座２１ｆに圧接されて、吸気口２１ｅを閉鎖している。そして、汚水槽１１内の汚水が真空下水管３１内に吸引されて、ウォーターブロックによって真空下水管３１内の圧力が上昇すると、弁体２２が圧縮バネ２３ｅのバネ力Ｆによって吸気口２１ｅから離れる方向にスライドし、弁体２２とガイド体２５との間に設けられたパッキン２２ｂが、弁座２１ｆから離れて、吸気口２１ｅを開放する。
【００８９】
この場合、ガイド体２５は、弁体２２側の外径が小さくなっており、従って、吸気口２１ｅの内周面とガイド体２５の外周面との間の空気が通過する領域の断面積が、弁体２２側になるにつれて順次大きくなっているために、吸気口２１ｅが開放された当初は、空気通過領域の断面積が大きく、多量の空気が吸気口２１ｅを通って、弁体収容部２１ｄ内に流入し、流出部２１ｂおよび空気導入管１８の下流側部分１８ｂを通って、真空下水管３１に供給される。その結果、吸気弁２０が開放された当初は、短時間で多量の空気を真空下水管３１内に供給することができ、真空下水管３１内に発生したウォーターブロックを、高圧の空気圧によって確実に解除し得る。
【００９０】
また、真空下水管３１内の真空度が、ウォーターブロック以外の原因によって低下した場合には、吸気弁２０の吸気口２１ｅが開放されて、真空下水管３１内に空気が供給されるが、真空下水管３１内の圧力が上昇して、真空下水管３１内の真空度がさらに低下すると、ガイド体２５が吸気口２１ｅ内を弁体収容部２１ｄ側にスライドし、吸気口２１ｅにおける空気通過領域の断面積が順次小さくなり、真空下水管３１に供給される空気量が順次低下する。そして、真空下水管３１内の圧力がさらに上昇して、大気圧に近い状態になると、図１１に示すように、ガイド体２５の下側に設けられたパッキン２５ｃが、弁座２１ｆに圧接されて、吸気口２１ｅが閉鎖される。これにより、真空下水管３１内への空気の供給が停止され、真空下水管３１内の真空度がさら低下することが防止される。また、このように、吸気口２１ｅがガイド体２５の下側のパッキン２５ｃによって閉鎖されていることにより、真空下水管３１の内部を定常の真空状態に迅速に復帰させることができる。
【００９１】
なお、吸気口２１ｅ内を挿通するガイド体２５は、図１２に示すように、弁箱２１の流入側になるにつれて順次外径が小さくなった円錐形状としてもよい。この場合には、真空下水管３１内の圧力が上昇して真空度が低下し、ガイド体２５が弁体収容部２１内に向かってスライドして吸気口２１ｅが開放されると、吸気口２１ｅ内の通って真空下水管３１へ供給される空気量が順次増加して、真空下水管３１内のウォーターブロックが解消されるが、ウォーターブロックが解消されて真空下水管３１内の真空度が徐々に回復すると、ガイド体２５が弁箱２１の流入側２１ａ側にスライドすることによって、吸気口２１ｅ内の空気通過領域の断面積が順次小さくなり、真空下水管３１内が所定の真空度に達すると、パッキン２２ｂが吸気口２１ｅに迅速に圧接されて、吸気弁２１ｅが閉鎖される。
【００９２】
従って、真空下水管３１内の真空度が低下して空気が供給された後に、真空下水管３１内が所定の真空度に復帰した際に、吸気弁２０は、感度よく、閉鎖状態になる。このような吸気弁２０は、真空ステーションに対して遠方の真空弁ユニット１０内に設ければ、その真空弁ユニット１０に近接した真空下水管３１部分を、迅速に所定の真空度に復帰させることができ、好ましい。
【００９３】
図１４は、吸気弁２０のさらに他の例を示す断面図である。この吸気弁２０では、キャップ体２３内に設けられたピストン部材２３ｄにおける弁体２２に近接した端部が、キャップ体２３の内周面と気密状態になるように、大径に構成されており、その大径になった端部外周面が、キャップ体２３の内周面とは気密状態で摺接するように構成されている。ピストン部材２３ｄには、弁箱２１の弁体収容部２１ｄ内に設けられた弁体２２が、ダイヤフラム２４を介することなく、直接、一体的に取り付けられている。弁体２２は、弁体収容部２１ｄの内部に取り付けられた弁体ガイド体２２ｇにスライド可能に配置されている。その他の構成は、図５に示す吸気弁２０の構成と同様になっている。
【００９４】
このような構成の吸気弁２０では、真空下水管３１内の真空によって、ピストン部材２３ｄが、直接、吸気口２１ｅに接近する方向に吸引される。このとき、ピストン部材２３ｄは、キャップ体２３内に気密状態で、円滑にスライドするようになっており、従って、ピストン部材２３ｄと一体となった弁体２２も、吸気口２１ｅに接近する方向に円滑にスライドされ、吸気口２１ｅが閉鎖される。
【００９５】
また、真空下水管３１内の真空度が低下した場合には、図１５に示すように、圧縮バネ２３ｅのバネ力によって、ピストン部材２３ｄが吸気口２１ｅから離れる方向に円滑にスライドされ、ピストン部材２３ｄと一体になった弁体２２も円滑に同方向にスライドされる。これにより、吸気口２１ｅが開放される。
【００９６】
ピストン部材２３ｄは、キャップ体２３の内周面と気密状態で円滑に摺動するように、大径になった端部の外周面をゴム、エラストマー等によって構成することが好ましい。なお、キャップ体２３の内周面を、ゴム、エラストマー等によって構成してもよい。
【００９７】
このように、ダイヤフラムを使用することなく、ピストン部材２３が真空下水管３１内の真空によって直接動作される吸気弁２０は、真空下水管３１内の圧力の電波効率に優れており、しかも、部品点数が少なく経済的であり、メンテナンス等も容易になる。
【００９８】
なお、このような吸気弁２０において、図１６および図１７に示すように、ピストン部材２３ｄが圧縮バネ２３ｅのバネ力によって吸気口２１ｅから離れる方向にスライドされる際に、吸気口２１ｅから所定の距離だけスライドされた際に、ピストン部材２３ｄの大径になった端部が係止してそのスライドを規制するストッパー２３ｎを、キャップ体２３の内周面に設けるようにしてもよい。
【００９９】
このように、吸気口２１ｅを開放した際のピストン部材２３ｄのスライド距離を規制することにより、真空下水管３１内を定常の真空状態に復帰させる際に、吸気口２１ｅを迅速に閉鎖することができ、真空下水管３１内を迅速に真空状態に復帰させることができる。
【０１００】
図１８は、本発明の真空式下水システムの実施の形態の他の例を示す概略構成図である。この真空式下水システムでは、真空下水管３１における上り傾斜部分３１ｂあるいは迂回部分３１ｃの上流側にである下り傾斜部分３１ａの下流側位置には、上端部が地表上に位置するように上方に立ち上げられた吸気管３４がそれぞれ分岐しており、各吸気管３４の地表上に位置する上端部に、吸気弁４０がそれぞれ設けられている。
【０１０１】
図１９は、真空下水管３１に接続された各吸気管３４の上端部にそれぞれ設けられている吸気弁４０の断面図である。この吸気弁４０は、前述した真空弁ユニット１０内に設けられた吸気弁２０とほぼ同様の構成になっており、吸気管３４の上端部に連結される弁箱４１と、この弁箱４１内に設けられた弁体４２と、弁箱４１に取り付けられたキャップ体４３とを有している。
【０１０２】
弁箱４１には、吸気管３４の上端部に連結される円筒状の流出部４１ｂが設けられており、この流出部４１ｂの反対側の端部には、流出部４１ｂとは同心状態になった流入部４１ａが設けられている。流入部４１ａの開口端面は、大気中に開放されている。
【０１０３】
弁箱４１には、流入部４１ａおよび流出部４１ｂとは直交するように側方に突出する円筒状の弁体収容部４１ｄが、流出部４１ｂに連通した状態で設けられており、この弁収容部４１ｄの先端開口部に、ダイヤフラム４４を介して中空円錐台形状のキャップ体４３が取り付けられている。弁箱４１の流入部４１ａは、隔壁部４１ｃによって流出部４１ｂおよび弁体収容部４１ｄと隔絶されており、隔壁部４１ｃに弁体収容部４１ｄと流入部４１ａとを連通する吸気口４１ｅが、弁体収容部４１ｄの軸心と同心状態で設けられている。
【０１０４】
円筒状をした弁体収容部４１ｄには、円柱状をした弁体４２が同心状態で設けられている。弁体収容部４１ｄの先端面は、ダイヤフラム４４によって気密状態に覆われており、中空のキャップ体４３は、弁体収容部４１ｄの先端面にダイヤフラム４４を介して突き合わされた状態で、ダイヤフラム４４とともに、弁体収容部４１ｄに一体的に取り付けられている。
【０１０５】
弁収容部４１ｄに取り付けられたキャップ体４３は、弁体収容部４１ｄから離れた先端部における軸心部分に、ナット部材４３ａが取り付けられている。ナット部材４３ａには、キャップ体４３の軸心部を挿通する調整ボルト４３ｃがネジ結合されている。
【０１０６】
キャップ体４３内に配置された調整ボルト４３ｃの軸部には、圧縮バネ４３ｅが嵌合されている。圧縮バネ４３ｅの一方の端部は、調整ボルト４３ｃにおけるダイヤフラム４４に近接した端部に、バネ受け４３ｆによってが取り付けられており、他方の端部は、調整ボルト４３ｃにスライド可能になったバネ受け４３ｈに取り付けられている。圧縮バネ４３ｅは、円筒状のピストン部材４３ｄ内に収容されており、ピストン部材４３ｄが圧縮バネ４３ｅによって、吸気口４１ｅから離れる方向に付勢されている。
【０１０７】
ピストン部材４３ｄにおける弁体収容部４１ｄに近接した端面の軸心部には、弁棒４２ａの上端部が支持されている。弁棒４２ａは、ピストン部材４３ｄの下側の端面およびダイヤフラム４４の軸心部を貫通して、弁体収容部４１ｄ内に挿入されており、弁体収容部４１ｄ内に配置された弁体４２のい軸心部を挿通している。弁体４２は、弁棒４２に取り付けられた状態で、弁箱４１における弁収容部４１ｄと流入部４１ａとを連通する吸気口４１ｅに対向しており、その対向した端面に、パッキン４２ｂが設けられている。
【０１０８】
弁体収容部４１ｄ内を挿通する弁棒４２ａは、吸気口４１ｅの軸心部に挿入されており、その先端部には、パッキン４２ｂを介して、ガイド体４５が取り付けられている。ガイド体４５は、吸気口４１ｅ内を挿通しており、パッキン４２ｂが、弁体収容部４１ｄ内に位置する吸気口４１ｅ端面の周囲の弁座４１ｆに圧接されて、吸気口４１ｅを閉鎖するようになっている。
【０１０９】
このような構成の吸気弁４０は、通常は、図２０に示すように、吸気管３４を介して連通する真空下水管３１内の真空によって、ダイヤフラム４４が吸引された状態になっており、弁体４２が吸気口４１ｅに接近して、パッキン４２ｂが吸気口４１ｅを閉鎖している。
【０１１０】
このような状態で、真空下水管３１内を汚水が気液二相流となって搬送されてに、真空下水管３１における吸気管３４が接続された位置よりも若干下流側部分、すなわち、下り傾斜部分３１ａと上り傾斜部分３１ｂとの境界部分等の屈曲部分において、ウォーターブロックが形成されると、そのウォーターブロックよりも上流側の真空下水管３１内の圧力が上昇して真空度が低下した状態になる。これにより、圧縮バネ４３ｅのバネ力が、真空によるダイヤフラム４４の吸引力よりも大きくなって、図１９に示すように、弁体４２が吸気口４１ｅから離れる方向にスライドされる。これにより、吸気口４１ｅが開放されて、弁箱４１の流入部４１ａから吸気口４１ｅを通って空気が流入し、その空気が、弁体収容部４１ｄ、流出部４１ｂ、吸気管３４を通って、真空下水管３１に供給される。そして、真空下水管３１内に供給された空気が、真空下水管３１内のウォーターブロックを解消して、真空下水管３１内に気液二相流を形成し、その気液二相流によって汚水が下流側に搬送される。
【０１１１】
真空下水管３１内のウォーターブロックが解消されることにより、真空下水管３１におけるウォーターブロックが形成された部分よりも上流側の真空度が上昇すると、吸気弁４０のダイヤフラム４４がその真空によって吸引されて、弁体４４が吸気口４１ｅに接近するようにスライドされ、パッキン４２ｂが吸気口４１ｅを閉鎖する。
【０１１２】
このような真空式下水システムでは、図２１に示すように、吸気管３４の上端部に設けられた第１の吸気弁４０の吸気側に、さらに、連結管３５を介して、第２吸気弁５０を接続するようにしてもよい。第１吸気弁４０に接続された第２吸気弁５０は、流入部５１ａおよび流出部５１ｂと弁体収容部５１ｄとを有する弁箱５１と、弁箱５１の弁体収容部５１ｄにダイヤフラム５４を介して取り付けられたキャップ体５３とを有している。そして、弁箱５１の流出部５１ｂが、吸気管３４の上端部に取り付けられた吸気弁４０の流入部４１ａに、連結管３５を介して接続されている。
【０１１３】
弁箱５１の流入部５１ａと弁体収容部５１ｄとは、隔壁５１ｃによって隔絶されており、弁体収容部５１ｄと流出部５１ｂとは連通状態になっている。隔壁５１ｃには、弁体収容部５１ｄと流入部５１ａとを連通する吸気口５１ｅが、弁体収容部５１ｄの軸心と同心状態で設けられている。
【０１１４】
弁体収容部５１ｄ内には、円柱状をした弁体５２が、弁体ガイド体５２ｇにてスライド可能に支持されており、弁体５２が、キャップ体５３内に設けられたピストン部材５３ｄと、ダイヤフラム５４を介して連結されている。弁体ガイド体５１ｇは、流入部５１ａ側になるにつれて外径が小さくなった円錐台状部分を有しており、この円錐台状部分が、弁体収容部５１ｄの軸心部に、弁体収容部５１ｄとは同心状態で、しかも、弁体収容部５１ｄの内周面とは適当な間隔をあけた状態で支持されている。弁体ガイド体５１ｇの円錐台状部分の先端部は、吸引口５１ｅ内を貫通して、流入部５１ａ内に位置している。
【０１１５】
弁体ガイド体５１ｇにおける円錐台状部分の軸心部は中空になっており、その中空部分に、弁体５２がスライド可能に配置されている。ダイヤフラム５４の遠方側に位置する弁体５２の端部は、弁体ガイド体５１ｇにおける円錐台状部分を貫通して、流入部５１ａ内に位置している。そして、流入部５１ａ内に位置する弁体５２の端部には、弁体ガイド体５１ｇにおける円錐台状部分の先端部に当接するパッキン５２ｂが設けられている。パッキン５２ｂが当接する弁体ガイド体５１ｇにおける円錐台状部分の先端部は、吸気口５１ｅの周囲の弁座５１ｆになっている。
【０１１６】
ダイヤフラム５４を介して弁体５２が取り付けられたキャップ体５３内のピストン部材５３ｄは、前述した第１吸気弁４０のキャップ体４３内に設けられたピストン部材４３ｄと同様に、調整ボルト５３ｃに取り付けられた圧縮バネ５３ｅにて、吸気口５１ｅから離れるように付勢されており、圧縮バネ５３ｅのバネ力が調整ボルト５３ｃの回転操作によって調整されるようになっている。
【０１１７】
このような構成の第２吸気弁５０は、通常は、圧縮バネ５３ｅのバネ力によって、弁体５２のパッキン５２ｂが、弁座５１ｆに圧接されており、吸気口５１ｅが閉鎖された状態になっている。そして、真空下水管３１内にウォーターブロックが形成されることにより真空下水管３１内圧力が上昇して真空度が低下して、吸気管３４の上端部に取り付けられた第１吸気管４０が開放状態になると、第２吸気弁５０の流出部５１ｂおよび弁体収容部５１ｄが、真空下水管３１の内部の真空度と同様の状態になり、ダイヤフラム５４が弁体収容部５１ｄ内に吸引される。これにより、弁体５２のパッキン５２ｂは、流入部５１内を吸気口５１ｅから離れる方向にスライドし、弁座５１ｆから離れて吸気口５１ｅを開放する。このような状態になると、第２吸気弁５０の流入部５１ａから空気が弁体収容部５１ｄ内に流入して、第１吸気弁４０に供給され、開放状態になった第１吸気弁４０を通って、真空下水管３１に供給される。
【０１１８】
真空下水管３１内に空気が供給されることによって、真空下水管３１内のウォーターブロックが解消されると、吸気管３４の上端部に取り付けられた第１吸気弁４０が閉鎖される。これにより、第２吸気弁５０の流出部５１ｂにおける真空状態が解消され、第２吸気弁５０の弁体５２は、圧縮バネ５３ｅのバネ力によって、吸気口５１ｅを閉鎖する。
【０１１９】
このような真空式下水システムでは、真空下水管３１の破損等のトラブルによって、真空下水管３１内の真空を保持することができなくなり、真空下水管３１内の圧力が上昇して真空度が低下すると、吸気管３４の上端部に取り付けられた第１吸気弁４０が開放状態になるとともに、第２吸気弁５０も開放状態になる。そして、真空ポンプが停止されることによって、真空下水管３１内の圧力が大気圧にほぼ等しい状態にまで上昇すると、第２吸気弁５０のダイヤフラム５４には、真空下水管３１からの圧力が加わらなくなり、ダイヤフラム５４は、圧縮バネ５３ｅのバネ力によって、吸気口５１ｅから離れ方向に変形し、弁体５２に設けられたパッキン５２ｂが吸気口５１ｅを閉鎖する。
【０１２０】
その後、真空下水管の破損等のトラブルが解消されると、真空式下水システムを稼動させるために、真空ポンプが駆動されて、真空下水管３１内が定常の真空状態とされる。この場合、第２吸気弁５０が閉鎖状態になっているために、真空ポンプが駆動される当初から、真空下水管３１内は気密状態になっており、真空下水管３１の内部が迅速に定常の真空状態とされる。
【０１２１】
このように、真空下水管３１内の真空度が低下して、その内部の圧力が大気圧にほぼ等しい状態にまで上昇すると、第２吸気弁５０が閉鎖状態になるために、真空下水管３１の破損等のトラブルが発生した後に、真空下水管３１内を定常の真空状態に復帰させる際に、第１吸気弁４０の流入部２１ａを手動によって閉塞するという作業が不要になる。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明の真空式下水システムは、このように、真空下水管の真空度の変化に対応して、必要とされる空気を確実に供給することができる。しかも、真空下水管に接続された吸気管に吸気弁を設けて、真空下水管内に空気を導入する真空式下水システムにおいて、真空下水管内の真空度が上昇した後に、特別な作業を実施することなく、迅速に定常の真空度に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空式下水システムの実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】その真空式下水システムに設けられた真空弁ユニットの断面図である。
【図３】その真空弁ユニットに設けられた吸気弁の断面図である。
【図４】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図５】図２の真空弁ユニットに設けられた吸気弁の他の例を示す断面図である。
【図６】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図７】図２に示す真空弁ユニットに設けられた吸気弁のさらに他の例を示す断面図である。
【図８】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図９】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図１０】図２に示す真空弁ユニットに設けられた吸気弁のさらに他の例を示す断面図である。
【図１１】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図１２】図２に示す真空弁ユニットに設けられた吸気弁のさらに他の例を示す断面図である。
【図１３】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図１４】図２に示す真空弁ユニットに設けられた吸気弁のさらに他の例を示す断面図である。
【図１５】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図１６】図２に示す真空弁ユニットに設けられた吸気弁のさらに他の例を示す断面図である。
【図１７】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図１８】本発明の真空式下水システムの実施の形態の他の例を示す概略図である。
【図１９】その真空式下水システムに設けられた吸気弁の断面図である。
【図２０】その吸気弁の動作説明のための断面図である。
【図２１】本発明の真空式下水システムの実施の形態の他の例における吸気部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  真空弁ユニット
１１  汚水槽
１１ａ  汚水溜まり
１２  汚水流入管
１３  仕切弁
１４  真空弁
１５  汚水吸引管
１６  水位検出管
１７  空気流入管
１８  空気導入管
１８ａ  上流側部分
１８ｂ  下流側部分
２０  吸気弁
２１  弁箱
２１ａ  流入部
２１ｂ  流出部
２１ｃ  隔壁部
２１ｄ  弁体収容部
２１ｅ  吸気口
２１ｆ  弁座
２２  弁体
２２ａ  弁棒
２２ｂ  パッキン
２３  キャップ体
２３ａ  ナット部材
２３ｃ  調整ボルト
２３ｄ  ピストン部材
２３ｅ  圧縮バネ
２３ｋ  ストッパー
２３ｍ  段部
２４  ダイヤフラム
２５  ガイド体
３１  真空下水管
３１ａ  下り傾斜部分
３１ａ  上り傾斜部分
３２  真空ステーション
３４  吸気管
４０  吸気弁（第１）
４１  弁箱
４１ａ  流入部
４１ｂ  流出部
４１ｃ  隔壁部
４１ｄ  弁体収容部
４１ｅ  吸気口
４１ｆ  弁座
４２  弁体
４２ａ  弁棒
４２ｂ  パッキン
４３  キャップ体
４３ｃ  調整ボルト
４３ｄ  ピストン部材
４３ｅ  圧縮バネ
４４  ダイヤフラム
５０  第２吸気弁
５１  弁箱
５１ａ  流入部
５１ｂ  流出部
５１ｃ  隔壁部
５１ｄ  弁体収容部
５１ｅ  吸気口
５１ｆ  弁座
５２  弁体
５２ａ  弁棒
５２ｂ  パッキン
５３  キャップ体
５３ｃ  調整ボルト
５３ｄ  ピストン部材
５３ｅ  圧縮バネ
５４  ダイヤフラム
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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