(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配水管路の途中に接続され非常時のための貯水を行う貯水槽に設けられる槽内流況制御装置であって、水を流入または流出させる流入出口を前記貯水槽内に角度可変に設け、さらに形状記憶合金製の伸縮部材を新規に流入する水に接する位置に設けるとともに、該伸縮部材の伸縮を前記流入出口に伝達する伝達棒を設け、貯水槽内の水温と異なる温度の水が新規に流入するときは、前記伸縮部材が温度変化によって伸縮することにより、前記流入出口の角度が内部の水を置換する向きに変更されるように構成したことを特徴とする貯水槽の槽内流況制御装置。
【請求項２】
伸縮部材としての形状記憶合金製コイルバネと、該形状記憶合金製コイルバネを押圧するバイアスバネと、前記形状記憶合金製コイルバネの伸縮を軸方向に伝達する伝達棒とを備え、該伝達棒を流入出口に連結した請求項１に記載の貯水槽の槽内流況制御装置。
【請求項３】
角度変更可能な流入出口が貯水槽内に水を流入・流出させる流入出管に複数個ずつ設けられている請求項１又は２に記載の貯水槽の槽内流況制御装置。
【請求項４】
角度変更可能な流入出口と、該流入出口の角度を変更する伸縮部材と伝達棒とが、貯水槽内に設けられた仕切り壁に設けられている請求項１又は２に記載の貯水槽の槽内流況制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水道用の耐震貯水槽等における部分的な水の滞留を防止するための流況制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地震等の非常時に使用するための貯水槽として、上水用管路の途中にこの管路の径よりも口径の大きい管体からなる貯水槽を設けたものが実用されている。この貯水槽は、平常時にはそれ自体を管路の一部として使用し、非常時には管路との接続部の弁を閉じて貯水槽として使用するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような貯水槽は、平常時にも通水してはいるが、管路の口径に比べて貯水槽自体の口径が大きいので、貯水槽内の水の置換が十分に行われず、部分的な淀みが生じてその部分に水が滞留することがあった。このような水の滞留が生じると、残留塩素濃度が減少して水質劣化し、飲料用に使用できなくなるという問題点がある。このような滞留の問題を改良するものとして、種々の構造のものが提案されている。例えば特開平７−４１０８４号に記載されているものは、貯水槽内の中間部に該貯水槽内を仕切る複数の流況制御板を設け、槽内の中心部の管軸方向の流れを阻止し、上部又は下部位置に設けた開口を通して槽内周縁部における管軸方向の水流のみを許容するものである。この開口を上下に互い違いに配置することにより、より効果的に強制水流を発生させることができる。
【０００４】
上記流況制御板を設けた従来の貯水槽は、狭い開口部では流速が増大し、淀みが発生しやすい周縁部等に強制的に水流を生じさせることができるので、水の置換が促進されるが、水の流路は最短経路を辿る傾向があるので、依然として槽内の水の置換が十分とは言えなかった。また、夏季や冬季等、新規流入水と貯水槽内の水の温度に相対的温度差がある場合は、貯水槽の横断面（輪切り断面）内で水の流れに速度分布が生じ、流入水のみが循環して偏流が生じ、淀みが発生するおそれがある。そこで本発明は、上記のような問題点を解決し、貯水槽内の水の置換をより効果的に行うことができるようにすることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、本発明にかかる貯水槽の槽内流況制御装置は、配水管路の途中に接続され非常時のための貯水を行う貯水槽に設けられる槽内流況制御装置であって、水を流入または流出させる流入出口を前記貯水槽内に角度可変に設け、さらに形状記憶合金製の伸縮部材を新規に流入する水に接する位置に設けるとともに、該伸縮部材の伸縮を前記流入出口に伝達する伝達棒を設け、貯水槽内の水温と異なる温度の水が新規に流入するときは、前記伸縮部材が温度変化によって伸縮することにより、前記流入出口の角度が内部の水を置換する向きに変更されるように構成したことを特徴としている。
【０００６】
この槽内流況制御装置は、水温によって変形する形状記憶合金製の伸縮部材の伸縮を利用して流入出口の角度を変更するので、例えば冬季において流入する水が貯水槽内の水よりも冷たい場合は、流入出口が上を向くようにして、貯水槽内の上部に淀みが生じないようにすることができる。また、夏季において流入する水の温度が貯水槽内の水温よりも高い場合は、流入出口を下に向けて、淀みの生じやすい下部の水を攪拌することができる。このため、水の置換が良好に行われるのである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に表された本発明の実施の形態に基づいて、本発明をより具体的に説明する。図１以下の各図は、本発明を実施した耐震貯水槽の１例を表すもので、この貯水槽１は、互いに継ぎ合わされた複数の直管２，…と、一方の端部に接合された帽３と、他方の端部に接合された栓４とで構成され、地下に設置される。
【０００８】
帽３内には、流入出管５と消防用導水管６が装着されている。流入出管５の外側端部には三フランジＴ字管７が取り付けられ、該Ｔ字管を通して外部と貯水槽内とを結ぶ流路が形成されている。三フランジＴ字管の上端部には座フランジ付きフランジ蓋８が取り付けられ、その上に補修弁１０と空気弁１１が取り付けられている。また、流入出管５の貯水槽内の部分には外側に向けて開口する複数（図示例では６個）の流入出口１５ａを有する口部材１５，…が取り付けられている。一方、上記消防用導水管６の外側端部にも座フランジ付きフランジ蓋８が取り付けられ、その上に両フランジ短管１７が取り付けられ、さらにその上に補修弁１０と採水口１８が取り付けられている。
【０００９】
前記栓４内には、上記と同様な流入出管５とともに、貯水槽内から給水設備に送水するための給水管２０が装着されている。給水管２０の外側部分には両フランジ端管１７と補修弁１０と給水口２１が設けられている。なお、貯水槽１の両端部（帽３側と栓４側）の流入出管５，５が同じ構造となっているのは、どちらが流入側又は流出側となってもよいようにするためである。すなわち、この種の貯水槽は上水管路の途中に介装されるが、集落においては前記上水管路が管路網を形成しているため、日変動（朝、夜）や季節変動によって使用される水量が変動して、水の流れ方向が変化するからである。このようにしておけば、どちら側から新規な水が流入しても本発明の作用・効果が得られることになる。
【００１０】
貯水槽１の内部には、複数の流況制御板３０が設けられている。流況制御板３０は、図１及び図３に示すように、貯水槽１の内面を仕切る仕切り板３１に複数の口部材１５，…を設けたもので、これら口部材の流入出口１５ａ，…は貯水槽１の横断面全体に分布するように配置されている。図示例では流況制御板３０が直管１本に付き１枚の割合で該直管をほぼ２等分するように設けられているが、これよりも多く設けておいてもよく、条件によりこれより少なくしてもよく、場合によってはなくてもよい。要は流況制御板同士の間で水の滞留が生じないような配置とすればよい。
【００１１】
上記流入出管５と流況制御板３０に設けられている口部材１５は、前後に貫通する流入出口１５ａを備え、外周部には球面突起１５ｂを備えたもので、図２に示すように支持部材３４の球面によって回動可能に支持されている。支持部材３４は上記流入出管５又は流況制御板３０に設けた穴５ａ，３０ａに嵌合する外形を持ち、内部には前後に貫通する通孔３４ａが設けられている。この通孔３４ａの内面側は前記口部材１５の球面突起１５ｂと密着する球面状凹部３４ｂとなっていて、その隣は押え部材嵌合部３４ｃとなっている。この押え部材嵌合部３４ｃには、口部材１５の球面突起１５ｂと密着する球面状凹部３５ｂを備えた押え部材３５が嵌合固着され、上記口部材１５は、支持部材３４と押え部材３５とによって球面を介して回動自在に保持されるのである。
【００１２】
支持部材３４に回動自在に保持された口部材１５は、駆動力伝達棒４０を流入出管の上下方向に取り付けた場合は、上下に回動させられる。まず、流入出管５の場合について説明すると、この流入出管５の貯水槽の外側すなわち図の左端面側に向かう外周面に、同一線上に位置するように所定の間隔で複数（図示例では６個であるがこれ以外でもよい）の取り付け用の穴５ａ，…が設けられ、それぞれの穴に、口部材１５が取り付けられた支持部材３４が固着されている。上記流入出管５の内部における口部材１５，…の列の側部には、図示例では上下方向の駆動力伝達棒４０が設けられ、各口部材１５の内側端部付近の外周部がそれぞれこの駆動力伝達棒４０に固定されている。
【００１３】
また、上記流況制御板３０の場合は、該流況制御板を構成する仕切り板３１の板面全面にほぼ均等に分布された穴３０ａ，…が設けられ、各穴３０ａに上記口部材１５を保持する支持部材３４がそれぞれ取り付けられている。そして、図３に示すように、支持部材３４の２個ないし３個に付き１本ずつ（複数本でもよい）駆動力伝達部材４０が設けられていて、各駆動力伝達部材４０が上下方向（これに限らない）に直列に配置された２個ないし３個の口部材（１個でも可）にそれぞれ固定されている。
【００１４】
駆動力伝達棒４０の適所（例えば流入出管５の場合は上端部、流況制御板３０の場合は中間部）に、２方向制御素子とも言うべき駆動装置５０が取り付けられている。駆動装置５０は、流入出管５の内周面にブラケット５０ａによって固着される筒状ケーシング５１を備え、図５に示すように、その内部に移動板５２を挟んで伸縮部材である形状記憶合金製コイルバネ５５と例えばバネ鋼で作られたバイアスバネ５７が直列に設けられている。このバイアスバネ５７は圧縮されていて伸長方向に付勢されている。これら形状記憶合金製コイルバネ５５とバイアスバネ５７の反対側の端部は、それぞれケーシング５１の端部に設けた蓋板５８，５９に当接していて、両者の間に設けられた移動板５２は前記駆動力伝達棒４０に固定されている。駆動力伝達棒４０はケーシング５１の端部に設けた蓋板５８，５９の通孔５８ａ，５９ａを通って外部へ突出している。
【００１５】
形状記憶合金製コイルバネ５５とバイアスバネ５７は互いに押し合っているが、低温時は形状記憶合金製コイルバネ５５の方が軟らかいので、バイアスバネ５７に押されて図５のように圧縮されている。このため、移動板５２が下動した状態で駆動力伝達棒４０は下位置にあり、口部材１５の吐出口は斜め上を向いている。一方、形状記憶合金製コイルバネ５５の温度が上昇して所定の温度に達すると、該形状記憶合金製コイルバネ５５が強い力で形状回復し、バイアスバネ５７を押し戻して伸長する。この伸縮動作は両バネの間に介装された移動板５２に伝えられ、該移動板５２が固定されている駆動力伝達棒４０を図５の上向きに移動させ、口部材１５を斜め下向き姿勢とする。駆動力伝達棒４０には前記上下回動自在に支持された口部材１５，…が固定されているので、この駆動力伝達棒４０の上下移動によって当該口部材の角度が変化するのである。
【００１６】
伸縮部材である形状記憶合金製コイルバネ５５の材質としては、鉄系合金、銅系合金等種々のものがあるが、Ｎｉ−Ｔｉ合金はその中でも特に生体への適合性（バイオコンパビリティ）に優れ、すでに医療分野で生体内へ埋め込んで使用する機能性インプラント材としても使用されていて、飲料水による人体への影響も問題ないと考えられるので、各種合金中では最も適していると言える。上記駆動力伝達棒４０の移動量、すなわち流入出口（開口部１５ａ）の傾きのストローク量は、形状記憶合金の種類やコイルバネの線径、コイル径、巻き数等の条件で異なるので、移動させたい量に応じて適宜これらの条件を決定すればよい。例えば、形状記憶合金の成分を変更することにより、駆動する温度領域を変更させ、貯水槽を設置する場所の絶対的な水温に適合させる。つまり、寒冷地方では低い温度領域で駆動制御し、温暖地方では高い温度領域で駆動制御することにより、使用地に応じて最適な流況に制御することが可能である。
【００１７】
つぎに図１に示された貯水槽１の作用について説明する。この貯水槽１は上述の通り上水管路の途中に接続して設けられる。管路網の内部では、種々の条件によって水流の方向が変化するので、左右いずれの流入出管が上流側となるか一概には決められないが、以下の説明では、図１の左側（帽３側）の流入出管５（Ａで示す）から新規の水が流入し、右側（栓４側）の流入出管５（Ｂで示す）から流出するものとする。
【００１８】
帽３側の流入出管５（Ａ）から貯水槽１内に流入した新規な水は、該流入出管内を通って下降し、列状に並べて設けられた複数の口部材１５，…の流入出口１５ａ，…から流出する。流入出口１５ａ，…はいずれも外向き、すなわち貯水槽の端部に向かって開口しているので、その開口部から流出した水は一旦帽３の内面に当たって反転し、図１の右側へ流れる。口部材１５は貯水槽１の天井付近から底付近まで適当な間隔で配置されているので、この新規な水の水流により、貯水槽の流入側端部付近の水が十分に攪拌される。
【００１９】
上記流入側端部から流出側端部に向かって流れる水流は、貯水槽内に設けられている流況制御板３０に突き当たり、乱流を生じるとともに、該流況制御板３０に設けられた流入出口１５ａ，…を通って当該流況制御板の裏側へ流入する。この水流はさらに次の流況制御板３０の流入出口１５ａ，…を通って図の右側へ流れる。流況制御板３０の口部材１５，…は前記と同様に球面によって回動自在に支持されており、駆動力伝達棒４０によって駆動装置５０に連結されている。なお、口部材１５，…は該制御板３０の全面にわたってほぼ均等に配置されているので、貯水槽の中央部にも周縁部にも滞留は生じにくい。このようにして、流水は順次流況制御板３０，…を越えて流れ、最終的には貯水槽１の反対側の端部である栓４側に達する。流出側の流入出管５（Ｂ）の口部材１５，…も外側すなわち貯水槽の端部側へ向いているので、流水は一旦栓４の端面で反転して該口部材の流入出口１５ａ，…に流入した後、該流入出管５（Ｂ）内を上昇して外部へ流出する。
【００２０】
つぎに、例えば冬季において貯水槽内の水に比べて相対的に冷たい水が新規に流入する場合は、この水温差により冷たい新規流入水が貯水槽内の下部ばかりへ流れ込むような水流が生じ、上層部の比較的温かい水の置換が行われない流況となる恐れがある。しかしながら、この貯水槽には、水温によって伸縮する部材を有する駆動装置（制御素子）５０が設けられているので、この駆動装置によって駆動力伝達棒４０が移動させられ、口部材１５，…がその流入出口１５ａ，…を上に向けるように回動させられる。このため、冷たい水が流入出管５（Ａ）の流入出口１５ａ，…から上向きに流出し、上層部の水の置換を促進するのである。逆に夏季において貯水槽内の水よりも相対的に温かい水が新規に流入する時は、駆動装置５０の働きにより各口部材１５が下向き回動させられるため、流入出口１５ａ，…から流出する水によって貯水槽下層部の相対的に冷たい水が強制的に置換される。
【００２１】
図６及び図７は、上記実施形態と若干異なる例を表すもので、この実施形態では、流況制御板３０（Ａ），３０（Ｂ）は、いずれも口部材１５を回動させる駆動装置５０付きの駆動力伝達棒４０が仕切り板３１の表裏両面に配置されている。このため、新しい水が表裏どちらから流入しても、口部材の一部が回動し、攪拌効果が得られる。また、図６と図７とでは流況制御板３０（Ａ），３０（Ｂ）のパターンが逆になっている。このように、パターンが逆の流況制御板３０（Ａ），３０（Ｂ）を互い違いに配置しておけば、流れの方向が激しく変動する場合でもある程度効果的に攪拌を促進することができる。図８及び図９は、パターンの異なる流況制御板（３０，３０’で表す）を交互に配置した時の作動の例を模式的に表すものである。図８，９の矢印は冷たい水Ｗが流れる方向を表す。
【００２２】
つぎに、本発明の実施例について説明する。一般的な形状記憶合金であるＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金製のコイルバネ５５（線径１．０ｍｍ，コイル径８ｍｍ，巻数３０回）を２方向性形状記憶素子として使用し、上記のような駆動装置５０を製作した。これを図に示す貯水槽１の流入出管５，５及び流況制御板３０，…の可動式口部材１５，…に駆動伝達棒４０で連結し、実際に使用したところ、夏季（水道配管内の平均水温：約２８℃）及び冬季（水道配管内の平均水温７℃）の水温差（約２１℃）によって伝達棒４０のストローク量（流入出口の移動量）が約５０ｍｍになった。この流況制御装置を設けた貯水槽は、水の滞留が生じず、十分な効果が得られた。
【００２３】
図１０は、上記と異なる貯水槽の構造を例示するもので、この貯水槽１０１は複数の直管１０２，…と曲管１０３，…とを継ぎ合わせて平面視Ｕ字状に形成され、側面視において若干の勾配（１／１４０）が設けられている。一方の端部（流入側）には短管１０４，１０４、継ぎ輪１０５、フランジＴ字管１０６、挿フランジ片落管１０７及びフランジ蓋１０８が設けられ、フランジＴ字管１０６には貯水槽内へ給水する水道配管１１０が接続されている。また、他方の端部（流出側）も上記と同様に、短管１０４，１０４、継ぎ輪１０５が設けられ、これに排水Ｔ字管１１２と挿フランジ片落管１０７及びフランジ蓋１０８が接続されている。上記排水Ｔ字管１１２には排水配管１１５が接続され、フランジ蓋１０８には緊急遮断弁１１４が設けられている。
【００２４】
この貯水槽１０１にも本発明の流況制御装置が設けられる。すなわち、流入側のフランジＴ字管１０６には流入出管（図示を省略）が接続され、該流入出管の可動式の流入出口１５，…から新規な水が貯水槽内へ流入する。また、直管１０２と曲管１０３の適所には流況制御板３０，…（図示を省略）が設けられ、該流況制御板に設けた可動式の流入出口１５ａ．…を通って水が流通する。さらに、出口側の排水Ｔ字管１１２には流入出管（図示を省略）が接続され、該流入出管の可動式流入出口１５ａ，…から水が外部へ流出する。この貯水槽でも、本発明の流況制御装置が設けられているので、夏季や冬季における水温差による滞留は生じにくい。なお、図示例では、口部材１５が上下するようになっているが、この方向は左右等でもよく、上下に限らない。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる流況制御装置は、貯水槽内における水の滞留が生じず、新旧の水が効果的に置換されるだけではなく、夏季や冬季の温度差による滞留も生じにくく、非常時の飲料水を貯水する貯水槽として適したものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した貯水槽の１例を表す断面図である。
【図２】流入出管の縦断面図（ａ）、Ｘ−Ｘ矢視図（ｂ）及びＹ−Ｙ矢視図（ｃ）である。
【図３】流況制御板の正面図である。
【図４】そのＺ−Ｚ断面図である。
【図５】駆動装置の縦断面図である。
【図６】上記と異なる流況制御板の例を表す正面図（ａ）及びＡ−Ａ断面図である。
【図７】さらに異なる流況制御板の正面図（ａ）及びＢ−Ｂ断面図である。
【図８】表裏逆向きの流況制御板を交互に配置した場合の模式図である。
【図９】表裏逆向きの流況制御板を交互に配置した場合の模式図である。
【図１０】上記と異なる貯水槽の平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１                貯水槽
２                直管
３                帽
４                栓
５                流入出管
１５                口部材
３０                流況制御板
４０                駆動力伝達棒
５０                駆動装置
５１                ケーシング
５２                移動板
５５                形状記憶合金製コイルバネ（伸縮部材）
５７                バイアスバネ
【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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