(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数箇所で分岐する真空下水管を介して真空ステーションに下水を回収する真空式下水道において、
前記真空下水管の途中に設けられ、前記真空下水管の鉛直下方に位置する所定領域の壁面を除いて、下水の流れ方向に沿って徐々に断面積が変化するように形成された断面積変化部と、
該断面積変化部での圧力の変化量を検出する圧力検出手段と、
該圧力検出手段で検出された値の変化量を所定の閾値と比較することにより異常の有無を検出する異常検出手段とを設けたことを特徴とする真空式下水道。
【請求項２】
前記断面積変化部は、真空下水管から取り外し可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空式下水道。
【請求項３】
前記断面積変化部の上流側と下流側に仕切弁を設け、該両仕切弁の上流側と下流側に仕切弁を有するバイパス管を並設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空式下水道。
【請求項４】
複数箇所で分岐する真空下水管を介して真空ステーションに下水を回収する真空式下水道において、
前記真空下水管の途中に配設され、該真空下水管内の空気流れに伴って発生する音圧レベルを検出する音圧検出手段と、
前記音圧検出手段によって検出される音圧レベルを所定の閾値と比較することにより異常の有無を検出する異常検出手段とを設けたことを特徴とする真空式下水道。
【請求項５】
前記閾値は、異常検出位置の違いに応じて値を変更したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の真空式下水道。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空式下水道、特に、異常発生区域の特定を容易に行うことができると共に、修理の容易な真空式下水道に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭や施設等から下水を回収する手段として、真空式下水道が利用されるようになってきている。この真空式下水道は、各家庭等の排水部の下水を、流入管を介して真空弁ユニットに貯溜し、各真空弁ユニットから真空下水管を介して１箇所に設けた真空ステーションに回収するようにしたものである。
【０００３】
前記真空弁ユニットには、真空弁が設けられ、真空弁ユニット内の貯水量が所定値を越えると、前記真空弁が開口して下水を真空ステーション側へと流下させるようになっている。
【０００４】
ところで、前記真空弁は、故障や下水内に含まれるゴミ等が弁座や弁体に付着して完全に閉鎖しない状態となることがある。この場合、半開きになった真空弁から大量の空気を連続的に吸引するため、真空ステーションの排気能力が不足し、下水道全体の真空度が低下する結果、下水の回収が不十分となったり、逆流したりするという問題が発生する。このため、異常箇所を早期に検出して修理を行う必要があるが、係員が各真空弁を１つずつ点検していたのでは、効率が悪く、一度に何箇所も故障した場合には対処しきれないという問題がある。そこで、次のような方法により異常箇所を特定するようにしている。
【０００５】
例えば、第１の方法では、真空弁毎にリミットスイッチ等の弁の開閉を検出する検出センサを設け、所定時間開状態となると、ライトが点滅したり、ブザーがなったりすること等により報知する。第２の方法では、第１の方法と同様な検出センサでの検出信号を電話回線やケーブル（有線）を介して本部に連絡する。第３の方法では、第２の方法の電話回線に代えて、無線送信用アンテナを使用する（特開平６−９３６５２号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記いずれの方法でも、各真空弁毎に検出センサが必要となりコストがかかるばかりか、真空下水管の途中での異常検出はできない。また、第１の方法では、係員が場所を特定しにくく、ブザー等の音によれば騒音等の問題がある。第２の手段では、各検出センサ毎に電話回線やケーブルを布設しなければならないので、かかるコストはさらに高くなる。第３の方法では、設置場所によっては、建物の関係等から電波がうまく届かない場合もある。これは、設置後に建設工事が行われる場合もあり、予測困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、安価で異常区域を容易かつ早期に特定できる真空式下水道を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するため、本発明では、複数箇所で分岐する真空下水管を介して真空ステーションに下水を回収する真空式下水道において、前記真空下水管の途中に設けられ、前記真空下水管の鉛直下方に位置する所定領域の壁面を除いて、下水の流れ方向に沿って徐々に断面積が変化するように形成された断面積変化部と、該断面積変化部での圧力の変化量を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段で検出された値の変化量を所定の閾値と比較することにより異常の有無を検出する異常検出手段とを設けたものである。
【０００９】
この構成によれば、下水内に汚物等が含まれていたとしても、滞留して下水の流下を妨げることはない。そして、異常検出手段により異常検出された圧力検出手段のうち、最上流側に位置する真空下水管の上流側の区域で異常が発生したと判断することができる。なお、断面積変化部としては、ベンチュリ管や、真空下水管内にオリフィスを形成したもののほか、徐々に断面積が大きくなる配管で構成することができ、圧力の変化を検出可能な構造であればよい。
【００１１】
前記断面積変化部は、真空下水管から取り外し可能に設けられているのが好ましい。この構成によれば、圧力検出手段等が故障すれば、取り外すことができる。
【００１２】
この場合、前記断面積変化部の上流側と下流側に仕切弁を設け、該両仕切弁の上流側と下流側に仕切弁を有するバイパス管を並設するのが好ましい。この構成によれば、圧力検出手段等の修理中であっても、下水の流下が保証される。
【００１３】
また、前記課題を解決するため、本発明では、複数箇所で分岐する真空下水管を介して真空ステーションに下水を回収する真空式下水道において、前記真空下水管の途中に配設され、該真空下水管内の空気流れに伴って発生する音圧レベルを検出する音圧検出手段と、前記音圧検出手段によって検出される音圧レベルを所定の閾値と比較することにより異常の有無を検出する異常検出手段とを設けたものである。
前記音圧検出手段としては、マイクロホン等を真空下水管内や、真空下水管からの分岐管等に設けることにより、真空下水管内の空気流に伴って発生する音圧レベルを検出できるものが採用可能である。
【００１４】
前記閾値は、異常検出位置の違いに応じて値を変更するのが好ましい。すなわち、前記流速検出手段の配設場所や配設する真空下水管の内径、検出しようとする異常の種類に応じて変更すればよい。例えば、流速検出手段として、断面積変化部例えばベンチュリ管と、圧力検出手段とを適用する場合、これらを設ける真空下水管の内径が大きければ大きい程、つまり、真空ステーションに近づけば近づく程、圧力検出手段よって検出される圧力の差が小さくなる。また、真空弁が開放状態に維持される場合には、検出圧力の差が大きくなるが、真空下水管の漏洩等によるものでは、程度の差はあるものの、一般に小さくなると予測される。したがって、前記閾値は、圧力検出手段によって検出される正常時の圧力変化量の平均値と、検出の対象となる異常時の圧力変化量の平均値との中間値にすればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１６】
図１及び図２は、本発明に係る真空式下水道の概略図である。この真空式下水道では、真空ステーション１から延びる真空下水管２が複数箇所で枝分かれし、いわゆる樹枝状配管２ａとなって所定箇所に設けた各真空弁ユニット３にそれぞれ接続されている。そして、各真空弁ユニット３は、流入管４を介して各家庭や施設の排水部５にそれぞれ接続されている。これにより、各家庭等で発生した下水が、流入管４を介して排水部５に自然流下し、真空下水管２を介して真空ステーション１に吸引される。前記真空下水管２にはリフト構造が採用され、所定箇所にベンチュリ管６がそれぞれ設けられている。
【００１７】
前記ベンチュリ管６は、図２に示すように、真空下水管２が分岐する位置で、所定数の真空弁ユニット３が接続された１ブロック（図２中、１点鎖線で囲った部分）毎に設置されている。なお、７は仕切弁（後述する第１仕切弁２２又は第２仕切弁２３）で、下記する真空弁ユニット３やベンチュリ管６と同様に、マンホール部１５内に設けられている。
【００１８】
前記真空弁ユニット３では、図３に示すように、ユニット本体８に流入管４が接続され、排水部５からの下水が自然流下するようになっている。また、ユニット本体８には真空下水管２が貫通し、その先端開口部は底面近傍に位置している。さらに、真空下水管２の途中には真空弁部材９が設けられている。真空弁部材９は、図４に示すように、真空弁１０の中心から軸部１１がケーシング１２内に延び、ケーシング１２内に収容されたスプリング１３の付勢力で流路２ａを閉塞している。そして、ユニット本体８内に貯溜される下水の水位が上昇すれば、コントローラ１４が作動し、ケーシング１２内が下流側の真空下水管２と連通する。これにより、ケーシング１２内が負圧となって真空弁１０は流路２ａを開放してユニット本体８内の下水を差圧により流下させる。また、水位が降下すれば、コントローラ１４が作動し、ケーシング１２と下流側の真空下水管２との連通が遮断される。これにより、スプリング１３の付勢力によって、真空弁１０は流路２ａを閉塞する。
【００１９】
前記ベンチュリ管６は、図５に示すように、真空下水管２の途中に設けたマンホール部１５に位置している。マンホール部１５は、有底筒状のマンホール本体１６と、その上方開口部を閉塞する蓋体１７とからなる。前記ベンチュリ管６の断面形状は、図７に示すように、鉛直下方側を除いて断面積が徐々に小さくなるように形成されている。つまり、下水内にゴミ等が含まれていても、下水が流下する際の妨げとなりにくい断面形状である。前記ベンチュリ管６の各部の寸法は、管呼び径に応じて（表１）ないし（表３）に示すように決定すればよい。なお、これらの値は、（JIS Z-8762）に基づいて決定した。ここでは、絞り比を０．８、０．７、０．６とした場合のみを記載したが、他の絞り比であっても同様に決定すればよい。
【００２０】
【表１】
0003784106.tif 000002
【００２１】
【表２】
0003784106.tif 000003
【００２２】
【表３】
0003784106.tif 000004
【００２３】
前記ベンチュリ管６の絞り部の上流近傍及び最小断面積部にはノズル１８がそれぞれ接続され、圧力検出装置１９により、圧力の変化量（差圧）が検出できるようになっている。前記圧力検出装置１９で検出される差圧は、真空弁部材９が正常に作動している場合と、異常が発生して開放状態に維持された場合とで次のような差がある。なお、圧力損失△ω及び差圧△Ｐは（JIS Z-8762）に示される（数１）及び（数２）により求めた。
【００２４】
【数１】
0003784106.tif 000005
【００２５】
【数２】
0003784106.tif 000006
【００２６】
例えば、管呼び径が75mmの真空下水管２では、真空度が58840（Pa）の場合、最大下水量は0.00097（m3/sec）、このときの空気流量は0.00347(m3/sec)であるので、絞り比（d/D）を0.8とした場合、差圧は、0.5539（Pa）、圧力損失は、0.0178（Pa）となる。一方、圧力検出装置１９の上流側の真空弁部材９に異常が発生して開放状態に維持されると、例えば、真空弁部材９の開口径を50mmとした場合、上流側から大量の空気が流入する結果、真空度が41190（Pa）に低下し、ベンチュリ管６で検出される差圧は、773.30007（Pa）、圧力損失は109.5938（Pa）となる。なお、他の異常時の結果は次の（表４）及び（表５）に示す通りであり、正常時の結果は（表６）に示す通りである。これらの結果から明らかなように、いずれの場合も検出される差圧には大きな開きがあり、その中間値に閾値を設定しておけば、容易に異常検出可能であることが理解できる。
【００２７】
【表４】
0003784106.tif 000007
【００２８】
【表５】
0003784106.tif 000008
【００２９】
【表６】
0003784106.tif 000009
【００３０】
ところで、前記圧力検出装置１９で検出された差圧は、専用回線を介して、例えば、真空ステーション１に設置した制御装置２０に入力されるようになっている。すなわち、この圧力検出装置１９は、図示しないモデムを介して電話回線により制御装置２０に接続され、常時検出データが入力されるようになっている。制御装置２０では、入力される差圧データに基づいて、下記するように、これらのデータと予め設定した変更可能な閾値とを比較することにより、異常の有無を検出し、異常があれば係員にその旨を報知する。
【００３１】
なお、前記マンホール部１５内の真空下水管２では、図６に示すように、ベンチュリ管６の近傍両側に第１仕切弁２１及び第２仕切弁２２がそれぞれ接続されている。また、ベンチュリ管６、第１仕切弁２１及び第２仕切弁２２と並列に、第３仕切弁２３を有するバイパス管２４が、第１仕切弁２１及び第２仕切弁２２の上流側及び下流側の真空下水管２にそれぞれ接続されている。そして、真空弁部材９等に故障が発生すれば、マンホール部１５の蓋体１７を開け、第１仕切弁２１及び第２仕切弁２２を閉じ、第３仕切弁２３を開放することにより、真空弁部材９を取り外すことが可能である。この間、バイパス管２４を介して上下流が連通しているので、下水の流下が妨げられることはない。
【００３２】
前記構成の真空式下水道では、次のようにして異常区域の検出を行う。
【００３３】
すなわち、制御装置２０では、圧力検出装置１９から入力される差圧を、予め設定してある閾値と比較する。真空弁部材９が正常な状態で作動している間は、差圧は、図８のグラフ中、実線で示すように、非常に小さい値で変化する（真空度の変化は、真空弁１０の開閉に伴うものである。）。ところが、真空弁部材９が故障する等により真空下水管２内に大量の空気が流入してくると、検出される差圧は、図８中、点線で示すように、大幅に増大する。そこで、閾値を正常時及び異常時にそれぞれ検出される差圧の間に設定しておくことにより、差圧が閾値を越えなければ、「異常無し」、越えれば、「異常有り」と判断する。
【００３４】
具体的に、図２中、Ａ点で真空弁部材９が故障する等により異常が発生した場合、区域Ｓでの真空下水管２の真空度が大幅に低下し、圧力検出装置１９ｂ，１９ｃで検出される差圧が大幅に増大する。このとき、圧力検出装置１９ａで検出される差圧も大幅に増大するが、これは、Ａ点での真空弁部材９が故障したことによる一時的なものである。つまり、前記圧力検出装置１９ａで検出される差圧は、一旦、故障した真空弁部材９からの空気の流入による逆流のために大きくなるが（通常とは逆のマイナスの差圧が発生する。）、その後所定時間内に平衡して０となる（図８中、１点鎖線で示す。）。したがって、所定時間経過するまでの間、検出された差圧が閾値を越えているか否かにより、異常検出区域を特定する。圧力検出装置１９ｂが最上流側に位置しており、その上流側に異常検出していない圧力検出装置１９ａが存在するので、その区域Ｓで異常が発生したと判断できる。そこで、真空ステーション１の制御装置２０で、係員に異常区域を報知する。また、Ｂ点での真空弁部材９が故障した場合、圧力検出装置１９ａ，１９ｂ，１９ｃのいずれもが異常検出し、しかも最上流側の圧力検出装置１９ａの上流には圧力検出装置１９は存在しないので、区域Ｔで異常したと判断できる。
【００３５】
このように、前記真空式下水道によれば、異常発生箇所がどの区域であるのかを判断することにより、異常発生箇所の特定を容易にしている。しかも、真空下水管２の所定箇所にベンチュリ管６を設け、そこでの差圧を検出することにより、異常の発生区域を特定するようにしている。したがって、設備を安価なものとすることができ、得られたデータに基づいて１箇所（真空ステーション１の制御装置２０）で迅速に判断することが可能である。
【００３６】
前記実施の形態では、真空下水管２の途中にベンチュリ管６を設けることにより、異常発生に伴う流速の変化を差圧として検出するようにしたが、このベンチュリ管６に代えて、管路途中にオリフィスを形成するようにしたり、管路途中で断面積を部分的に大きくする構造等を採用してもよい。
【００３７】
また、前記断面積変化部に代えて、次のような流速検出手段を設けるようにしてもよい。すなわち、真空下水管２内あるいは真空下水管２から分岐した迂回路に流速検出センサや熱線風速計等を配設したものである。流速検出センサは、プロペラ等を管内に挿入し、流速の変化に伴うプロペラの回転数を電気的信号として取り出すようにしたものである。一方、熱線風速計は、管内にニクロム線等を配設し、流速の変化に伴い熱平衡状態となった場合の電気抵抗値を測定するようにしたものである。
【００３８】
さらに、前記流速検出手段としては、真空下水管２の途中や、そこから分岐した配管に設けたマイクロフォン等で構成するようにしてもよい。これによれば、真空下水管２内を流れる空気の流速変化を、空気流に伴って発生する音圧レベルの差として検出することにより、その上流側所定区域に発生した異常を安価かつ簡単な構成で特定することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、従来のように、検出センサ等を設けた特定箇所の異常検出ではなく、真空弁や真空管路を含めた所定範囲に亘る異常検出を行うことができる。したがって、検出センサや使用通信回線の数がそれ程増えることがなく、非常に安価に異常箇所の検出を行うことが可能となる。しかも、異常検出を特定できる範囲を近接した範囲に設定しておけば、係員が異常箇所の特定に手間取ることがない。また、異常検出を安価かつ容易に行うことができる上、下水内の含まれるゴミ等の流下を妨げることがなく、常にスムーズな流動状態を維持することが可能となる。
【００４２】
さらに、断面積変化部を取り外し可能な構成としておくことにより、修理が容易となり、バイパス管を並設しておけば、修理中にも下水の流下が妨げられることはない。
【００４３】
また、音圧検出手段を設け、流速の変化を、空気流に伴って発生する音圧レベルの変化量として検出するようにすれば、異常検出を断面積変化部と圧力検出手段とで構成する場合に比べてさらに安価かつ簡単な構造で行うことができる。
【００４４】
さらにまた、異常判断の閾値を、異常検出位置の配設条件に応じて変更しておけば、よりきめ細やかな検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る真空式下水道の概略図である。
【図２】  図１の真空式下水道の設置状況を示す平面図である。
【図３】  図１の真空弁ユニットを示す正面断面図である。
【図４】  図３の真空弁を示す拡大断面図である。
【図５】  図１のベンチュリ管近傍を示す正面断面図である。
【図６】  図５のベンチュリ管近傍の配管状態を示す平面図である。
【図７】  図５の部分拡大図である。
【図８】  正常時及び異常時での検出差圧の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２  真空下水管
６  ベンチュリ管
１９  圧力検出装置（圧力検出手段）
２０  制御装置（異常検出手段）
【図１】
0003784106.tif 000010
【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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