專利名稱：給水方法
技術領域：
本發明涉及利用勢能法則、托里拆利的絕對真空原理，從分散于各地的若干個水源向蓄水池匯集水的給水方法。
背景技術：
在廣闊的地區，有時會需要將水匯集到一處。作為該情況時的給水方法，提出通過管道將希望匯集水的蓄水池和大范圍內零星分布的各地的若干個水源連接起來的給水設施。
就該給水設施而言，為將水匯集至蓄水池，需要在水源處設置吸入泵，此外，在管道較長時，則需要在其中途設置送水泵，通過這些泵的驅動力將各地水源的水匯集至蓄水池。

發明內容
但是，在這樣從水源將水匯集至規定的地方(蓄水池)時，如在各地水源設置提供水壓的裝置(泵)，則水壓提供裝置的設置費用較高，給水設施本身成本較高。特別是，如果水源離蓄水池數十km，還需要在管道的中途設置送水泵，存在成本進一步提高的問題。
本發明目的在于，針對解決上述問題提供一種即使從遠距離的水源也可簡單且廉價地匯集水并向蓄水池給水的給水方法。
為達到上述目的，本發明者著眼于托里拆利真空原理，提出了下述給水方法利用其形成的絕對真空部的真空吸力，通過該吸力即使從遠距離地點的水源也可迅速地吸水。
托里拆利真空是在1大氣壓下向1m左右的密封管內裝滿水銀，如在充滿水銀的盤子上將管倒置，則管內的水銀逐漸下降，并在高度變為760mm時停止。這是由于大氣壓和水銀平衡而發生的現象，由于水銀下降，裝滿水銀的管的上方部分成為真空狀態。
在本發明中，利用上述托里拆利真空原理，以真空塔取代管、以水取代水銀、以蓄水池取代盤子而設置。
即，本發明的特征在于，在想要從分布于各地的水源向蓄水池匯集水時，通過管道連接底部在蓄水池中敞開的真空塔和各地的水源而構成給水路，利用在真空塔內形成的絕對真空部的真空吸力，通過管道從各地水源吸水，將吸來的水供給蓄水池。
上述結構是利用迄今為止處于實用化思考范圍外的托里拆利真空原理來作為吸水的方法，結合現代的高度建設技術，大規模地形成高度真空的狀態，通過其吸力可以全球標準來大范圍地給配大量的水。
要在該真空塔內形成絕對真空部，由于不能象托里拆利實驗那樣，將取代管的真空塔倒置，因此替代地在真空塔的項部設置項部閥，通過該頂部閥的開和關，在向內部填充水的同時將真空塔內部的空氣擠出，其后關閉頂部閥，由于大氣壓與真空塔內的水柱的平衡，來在真空塔內的上部形成絕對真空部。
作為另一方法有將一側開口、另一側封閉的真空塔放至水平狀態，并從一側向真空塔內給水，在真空塔內裝滿水后，使真空塔的敞開側向下垂直立于蓄水池。在該場合，與上述方法相同，真空塔內的水從底部向下方被排出，水位下降，在大氣壓和真空塔內的水柱平衡的位置水位停止，從而在真空塔內的上部形成絕對真空部。
從理論上來說絕對真空部的壓力為零，其容積越大越能獲得強大的吸力，因此真空塔在半徑方向以及高度方向越大越佳。該真空塔的形狀并沒有特別的限制，可以舉例為圓筒狀或球狀。
在此，被吸到真空塔內的水從真空塔的底部被供給蓄水池，由于蓄水池的水面和真空塔內水柱高度的關系，從理論上來講總是為一定的水位(10m30cm)，因此如果蓄水池的水面上升則真空塔內水柱的水面也上升，在上部形成的絕對真空部的容積變小，吸水力也變小。
為了確保絕對真空部的容積，必須調節真空塔內水柱的高度。根據托里拆利真空原理，該水柱高度的調節可通過調節蓄水池的水面來進行。
因此，本發明通過水位調節裝置調節蓄水池的水位，以此來將真空塔內的水位調節至規定水平。作為水位調節裝置，可以例舉設置于蓄水池的水位調節閥或在蓄水池側壁形成的溢出孔。
通過該水位調節裝置，可將真空塔內水柱的高度調節至規定水平，確保絕對真空部的容積，無需使用泵等驅動源，平時也可以全球標準從各地水源自動地吸水。
如上所述，根據本發明，通過管道連接底部在蓄水池中敞開的真空塔和其他水源，構成給水路，利用在真空塔內形成的絕對真空部的真空吸力通過管道從其他水源吸水，將所吸的水供給蓄水池，因此即使不使用泵等驅動源，也可從即使離蓄水池數十km～數千km的水源簡單且廉價地進行給水。


圖1是表示用于實施本發明的給水方法的給水設施的概略圖。
圖2是表示蓄水池和水源的管道鋪設狀態的概略側視圖。
圖3是表示蓄水池和水源的管道網眼狀鋪展狀態的平面圖。
符號說明1 蓄水池2 真空塔2a絕對真空部3 管道4 頂部閥5 底部閥6 水位調節閥7 第2蓄水池8a、8b、8c水源9、10 水路
A 真空塔內的水位B 高低差具體實施方式
下面根據

本發明的實施方式。圖1是表示用于實施本發明涉及的給水方法的給水設施的概略圖，圖2是表示同上的蓄水池和水源的管道鋪設狀態的概略圖，圖3是表示給水設備的管道網眼狀鋪展狀態的概略圖。
如圖所示，給水設施具有匯集水的蓄水池1、立起設置于該蓄水池的真空塔2、連接蓄水池1和分散于各地的水源8a、8b、8c的管道3。
在需要匯集水的場所形成蓄水池1。蓄水池1可為上側向大氣層敞開的天然池或人工池。與該蓄水池1相鄰，并在比它低的位置設置第2蓄水池7，進而適當地在比第2蓄水池7低的位置設置第3蓄水池12。這些各蓄水池1、7、12之間通過水路9、10連通，并在各水路設置用于調節蓄水池1、7水位的水位調節閥6。通過未圖示的管道將被貯存于第2蓄水池7或第3蓄水池12的水配給各需要處。
真空塔2頂部呈半圓球狀，主體部形成為圓筒狀，以將敞開的底部浸于蓄水池1的狀態立起設置。該真空塔2內部為氣密狀態，上部形成絕對真空部2a，利用該絕對真空部2a的真空吸力可從各水源8a、8b、8c將水吸至真空塔2內。
利用托里拆利真空原理來形成絕對真空部2a。如上所述，托里拆利真空是在1大氣壓下向1m左右的密封管內裝滿水銀，在充滿水銀的盤子上將管上下倒置，則管中的水銀逐漸下降，在高度變為760mm時停止。這是由于大氣壓與水銀平衡而產生的現象，由于水銀下降，裝滿水銀的管的上部成為真空狀態。該真空部為絕對真空。
在本發明中，是利用上述托里拆利真空原理，以真空塔2取代管、以水取代水銀、以蓄水池1取代盤子而設置。由于真空塔2難以象管那樣倒置，因此替代地設置頂部閥4，通過該頂部閥4的開和關在內部形成絕對真空部2a。
即，在將蓄水池1的水向真空塔2內壓上并進行填充時，打開頂部閥4，通過真空塔2內壓上的水從項部閥4將內部的空氣向外部排出，如果水從頂部閥4向外部被排出則關閉閥，向真空塔2內填充水。通過關閉頂部閥4，使壓迫蓄水池的水面的大氣壓和真空塔內的壓力(絕對真空部2a的壓力+真空塔下部水柱的壓力)平衡，從蓄水池水面開始的水柱的高度(水位)在一定(理論上為10m33cm)位置停止，其上部形成絕對真空部2a。
此外，在蓄水池1設置用于向真空塔2內填充水的揚水泵13。該揚水泵13，其排出側與真空塔2的底部連接，可通過揚水泵13將水壓上至真空塔2內的項部。如揚水的高度較高，1個揚水泵無法滿足時，可通過若干個揚水泵有效地向真空塔內填充水。
另外，真空塔2基本上底部為敞開狀態，但也可如圖1所示，在封閉的底部設置底部閥5，該底部閥5由可在與揚水泵13連接的位置和向蓄水池1敞開的位置之間切換的三通閥構成。
此外，在真空塔2的塔壁形成有管道連接口2b，使得連通絕對真空部2a和水源8a、8b、8c，可將水源8a、8b、8c的水吸至絕對真空部2a。在該連接口2b，連接有管道3的同時，還設有開關閥3a，該開關閥3a用于在真空塔2內形成絕對真空部2a時關閉管道3。
水源8a、8b、8c可例舉分布于大范圍地區的湖沼、蓄水池、以及河流等。如圖2以及圖3所示，管道3基本被設置于水平線上，以放射狀或者網眼狀(網狀)鋪展，與各地的水源8a、8b、8c連接，可匯集于真空塔2的連接口2b。
上述結構的給水設施，為了從各水源8a、8b、8c向蓄水池1匯集水，在真空塔2內形成絕對真空部2a，利用該絕對真空部2a的真空吸力來吸水。因此，必須在真空塔2內形成絕對真空部2a。
為形成絕對真空部2a，需在真空塔2的上部形成托里拆利真空。為此，首先關閉管道3的開關閥3a，打開項部閥4，通過揚水泵13將蓄水池1的水向真空塔2內填充。在向真空塔2內填充水時，如蓄水池1的水量不能滿足需要，則從相鄰的第2蓄水池7或者第3蓄水池12供水即可。
當真空塔2內填充了水時停止揚水泵13并關閉頂部閥4。這樣，真空塔2內的水位逐漸下降，在上部形成被稱作托里拆利真空的所謂絕對真空部2a，此外，真空塔2內的水柱15與壓迫蓄水池1的水面的大氣壓平衡而停止。在此狀態下，大氣壓作用于蓄水池1的水面，此外，理論上絕對真空部2a為絕對真空，因此真空塔2內的水柱15的水位為從蓄水池1的水面開始的10m33cm的高度。
另一方面，絕對真空部2a形成于水柱15的上方，其容積越大真空吸力越大，如打開管道3的開關閥3a，則可從水源8、8a迅速吸入大量的水。
假設本實施方式的真空塔2為半徑17m、高140.33m的圓筒狀，則絕對真空部2a的容積為(140.33m-10.33m)×17m×17m×π(圓周率)＝117，970m3現在，如用管道3連接絕對真空部2a和水源8a、8b、8c，則由于絕對真空部2a的壓力(理論上壓力＝0)和壓迫水源8a、8b、8c水面的壓力(大氣壓)之間的差，水被吸向絕對真空部2a側。該關系與管道3的長度無關。因此，即使從距離蓄水池1遠距離地點的水源8a、8b、8c也可向蓄水池1匯集水并進行供水。
在此，關于管道3例舉了在水平線上鋪展的例子，但如圖2所示，在實際鋪設時多少有些高低差。在以水平線上的管道3為基準進行考慮的場合，位于高于水平線位置的水源8b，可利用其勢能向水平線上的管道3供水。
位于低于水平線位置的水源8a、8c，則由于絕對真空部2a的壓力(理論上壓力＝0)和壓迫水源8a、8c水面的壓力(大氣壓)之間的差，水被吸向絕對真空部2a側，因此，即使理論上存在10m33cm的高低差也可以進行吸水。
實際上，就絕對真空部2a的吸力而言，由于水中混入氣泡而被提供給絕對真空部2a，因此可預想絕對真空部2a的壓力會上升，所以理想的是使蓄水池1和水源8之間的高低差有3m左右的容許值，設為7m以內。如果水源8的位置不滿足這一條件，則用泵將水源8的水抽上來等方法，設定到容許范圍即可。
比如，如圖2所示，在水源8a的水深6m的場合，即使考慮了其容許值(7m)，也可以吸入全部的水并向蓄水池供水。此外，即使在水深為15m、水面位于低于水平線3m的下側的水源8c的場合，由于通過絕對真空部2a的壓力(理論上壓力＝0)和壓迫水源8c水面的壓力(大氣壓)之間的差來進行吸水，因此在實際應用上也不存在問題，可將水源8c的水吸到蓄水池1側并進行供給。
這樣，在本發明中，在真空塔2內形成絕對真空部2a，利用該絕對真空部2a的真空吸力可從各地的水源8a、8b、8c吸水并匯集至蓄水池1。此時，一旦利用托里拆利真空原理在真空塔2的上部形成了絕對真空部2a，則其后無需使用任何動力，即可有效地吸入各地水源8a、8b、8c的水，可以大幅度地降低成本。
接下來，通過管道3從真空塔2的連接口2b被吸至真空塔2內的水一邊使真空塔2內的水位上升，一邊有一部分流向蓄水池1側，即使在這種場合，托里拆利真空原理也在發揮作用，總是試圖保持真空塔2內的水柱2的水位A一定。因此，伴隨蓄水池1水面的上升，真空塔2的水柱的絕對水位也上升。優選絕對真空部2a的容積確保一定，作為其基準，優選連接口2b不被水柱15閉塞的程度。
為了確保該絕對真空部2a的容積，需要調節蓄水池1的水面高度。為此，在伴隨從水源8a、8b、8c向蓄水池1所供水的增加蓄水池1的水位上升后，打開水位調節閥6使蓄水池1的水流向第2蓄水池7側，以此將蓄水池1的水位調節至規定水平。
這樣，通過管道連接底部在蓄水池中敞開的真空塔和各地水源來構成給水路，利用在真空塔內形成的絕對真空部的真空吸力通過管道從水源吸水，將所吸的水供給蓄水池，所以即使不使用泵等驅動源，從即使離蓄水池數十km～數千km的水源也可簡單且廉價地進行給水。
此外，本發明并不局限于上述實施方式，毫無疑問可在本發明的范圍內予以多種修正、變更等。比如，在上述實施方式中例舉了圓筒狀的真空塔，但不僅僅局限于此，也可使用球狀的真空塔。另外，作為調節蓄水池水位的裝置，例舉了水位調節閥，但也可以在蓄水池的側壁形成溢出用孔，來調節蓄水池的水位使其不會超過一定水平。
工業利用的可能性如上所述，根據本發明涉及的給水方法，即使從離蓄水池數十km～數千km的水源也可簡單且廉價地進行給水，該給水方法可用于灌溉或者沙漠綠化等。
權利要求
1.一種給水方法，其特征在于通過管道連接底部在蓄水池中敞開的真空塔和存在于各地的水源來構成給水路，利用在所述真空塔內形成的真空部的真空吸力通過管道從所述各地的水源吸水，并供給蓄水池。
2.如權利要求1所述的給水方法，其特征在于在所述真空塔的頂部設置頂部閥，在所述頂部閥打開的狀態下向所述真空塔內填充水，然后關閉頂部閥，通過連通真空塔內和蓄水池，基于托里拆利真空原理在所述真空塔內形成絕對真空部。
3.如權利要求1或2所述的給水方法，其特征在于利用水位調節裝置來調節所述蓄水池的水位，以此將真空塔內的水位調節至規定水平。
全文摘要
提供一種從即使離蓄水池數十公里～數千公里的水源也可簡單且廉價地進行給水的給水方法。用管道3連接底部向蓄水池1敞開的真空塔2和各地水源8a、8b、8c，利用在真空塔2內形成的絕對真空部2a的真空吸力，通過管道3從各地的水源8a、8b、8c將水吸至真空塔內，并將該所吸入的水供給蓄水池1。因此，即使不使用泵等驅動源，也能從即使離蓄水池1數十公里～數千公里的水源8、8a簡單且廉價地進行給水。
文檔編號F04F3/00GK1847530SQ20051006922
公開日2006年10月18日 申請日期2005年5月12日 優先權日2005年4月15日
發明者田口晃 申請人:株式會社科學信息系統