专利名称：给水方法
技术领域：
本发明涉及利用势能法则、托里拆利的绝对真空原理，从分散于各地的若干个水源向蓄水池汇集水的给水方法。
背景技术：
在广阔的地区，有时会需要将水汇集到一处。作为该情况时的给水方法，提出通过管道将希望汇集水的蓄水池和大范围内零星分布的各地的若干个水源连接起来的给水设施。
就该给水设施而言，为将水汇集至蓄水池，需要在水源处设置吸入泵，此外，在管道较长时，则需要在其中途设置送水泵，通过这些泵的驱动力将各地水源的水汇集至蓄水池。
发明内容
但是，在这样从水源将水汇集至规定的地方(蓄水池)时，如在各地水源设置提供水压的装置(泵)，则水压提供装置的设置费用较高，给水设施本身成本较高。特别是，如果水源离蓄水池数十km，还需要在管道的中途设置送水泵，存在成本进一步提高的问题。
本发明目的在于，针对解决上述问题提供一种即使从远距离的水源也可简单且廉价地汇集水并向蓄水池给水的给水方法。
为达到上述目的，本发明者着眼于托里拆利真空原理，提出了下述给水方法利用其形成的绝对真空部的真空吸力，通过该吸力即使从远距离地点的水源也可迅速地吸水。
托里拆利真空是在1大气压下向1m左右的密封管内装满水银，如在充满水银的盘子上将管倒置，则管内的水银逐渐下降，并在高度变为760mm时停止。这是由于大气压和水银平衡而发生的现象，由于水银下降，装满水银的管的上方部分成为真空状态。
在本发明中，利用上述托里拆利真空原理，以真空塔取代管、以水取代水银、以蓄水池取代盘子而设置。
即，本发明的特征在于，在想要从分布于各地的水源向蓄水池汇集水时，通过管道连接底部在蓄水池中敞开的真空塔和各地的水源而构成给水路，利用在真空塔内形成的绝对真空部的真空吸力，通过管道从各地水源吸水，将吸来的水供给蓄水池。
上述结构是利用迄今为止处于实用化思考范围外的托里拆利真空原理来作为吸水的方法，结合现代的高度建设技术，大规模地形成高度真空的状态，通过其吸力可以全球标准来大范围地给配大量的水。
要在该真空塔内形成绝对真空部，由于不能象托里拆利实验那样，将取代管的真空塔倒置，因此替代地在真空塔的项部设置项部阀，通过该顶部阀的开和关，在向内部填充水的同时将真空塔内部的空气挤出，其后关闭顶部阀，由于大气压与真空塔内的水柱的平衡，来在真空塔内的上部形成绝对真空部。
作为另一方法有将一侧开口、另一侧封闭的真空塔放至水平状态，并从一侧向真空塔内给水，在真空塔内装满水后，使真空塔的敞开侧向下垂直立于蓄水池。在该场合，与上述方法相同，真空塔内的水从底部向下方被排出，水位下降，在大气压和真空塔内的水柱平衡的位置水位停止，从而在真空塔内的上部形成绝对真空部。
从理论上来说绝对真空部的压力为零，其容积越大越能获得强大的吸力，因此真空塔在半径方向以及高度方向越大越佳。该真空塔的形状并没有特别的限制，可以举例为圆筒状或球状。
在此，被吸到真空塔内的水从真空塔的底部被供给蓄水池，由于蓄水池的水面和真空塔内水柱高度的关系，从理论上来讲总是为一定的水位(10m30cm)，因此如果蓄水池的水面上升则真空塔内水柱的水面也上升，在上部形成的绝对真空部的容积变小，吸水力也变小。
为了确保绝对真空部的容积，必须调节真空塔内水柱的高度。根据托里拆利真空原理，该水柱高度的调节可通过调节蓄水池的水面来进行。
因此，本发明通过水位调节装置调节蓄水池的水位，以此来将真空塔内的水位调节至规定水平。作为水位调节装置，可以例举设置于蓄水池的水位调节阀或在蓄水池侧壁形成的溢出孔。
通过该水位调节装置，可将真空塔内水柱的高度调节至规定水平，确保绝对真空部的容积，无需使用泵等驱动源，平时也可以全球标准从各地水源自动地吸水。
如上所述，根据本发明，通过管道连接底部在蓄水池中敞开的真空塔和其他水源，构成给水路，利用在真空塔内形成的绝对真空部的真空吸力通过管道从其他水源吸水，将所吸的水供给蓄水池，因此即使不使用泵等驱动源，也可从即使离蓄水池数十km～数千km的水源简单且廉价地进行给水。
图1是表示用于实施本发明的给水方法的给水设施的概略图。
图2是表示蓄水池和水源的管道铺设状态的概略侧视图。
图3是表示蓄水池和水源的管道网眼状铺展状态的平面图。
符号说明1 蓄水池2 真空塔2a绝对真空部3 管道4 顶部阀5 底部阀6 水位调节阀7 第2蓄水池8a、8b、8c水源9、10 水路
A 真空塔内的水位B 高低差具体实施方式
下面根据
本发明的实施方式。图1是表示用于实施本发明涉及的给水方法的给水设施的概略图，图2是表示同上的蓄水池和水源的管道铺设状态的概略图，图3是表示给水设备的管道网眼状铺展状态的概略图。
如图所示，给水设施具有汇集水的蓄水池1、立起设置于该蓄水池的真空塔2、连接蓄水池1和分散于各地的水源8a、8b、8c的管道3。
在需要汇集水的场所形成蓄水池1。蓄水池1可为上侧向大气层敞开的天然池或人工池。与该蓄水池1相邻，并在比它低的位置设置第2蓄水池7，进而适当地在比第2蓄水池7低的位置设置第3蓄水池12。这些各蓄水池1、7、12之间通过水路9、10连通，并在各水路设置用于调节蓄水池1、7水位的水位调节阀6。通过未图示的管道将被贮存于第2蓄水池7或第3蓄水池12的水配给各需要处。
真空塔2顶部呈半圆球状，主体部形成为圆筒状，以将敞开的底部浸于蓄水池1的状态立起设置。该真空塔2内部为气密状态，上部形成绝对真空部2a，利用该绝对真空部2a的真空吸力可从各水源8a、8b、8c将水吸至真空塔2内。
利用托里拆利真空原理来形成绝对真空部2a。如上所述，托里拆利真空是在1大气压下向1m左右的密封管内装满水银，在充满水银的盘子上将管上下倒置，则管中的水银逐渐下降，在高度变为760mm时停止。这是由于大气压与水银平衡而产生的现象，由于水银下降，装满水银的管的上部成为真空状态。该真空部为绝对真空。
在本发明中，是利用上述托里拆利真空原理，以真空塔2取代管、以水取代水银、以蓄水池1取代盘子而设置。由于真空塔2难以象管那样倒置，因此替代地设置顶部阀4，通过该顶部阀4的开和关在内部形成绝对真空部2a。
即，在将蓄水池1的水向真空塔2内压上并进行填充时，打开顶部阀4，通过真空塔2内压上的水从项部阀4将内部的空气向外部排出，如果水从顶部阀4向外部被排出则关闭阀，向真空塔2内填充水。通过关闭顶部阀4，使压迫蓄水池的水面的大气压和真空塔内的压力(绝对真空部2a的压力+真空塔下部水柱的压力)平衡，从蓄水池水面开始的水柱的高度(水位)在一定(理论上为10m33cm)位置停止，其上部形成绝对真空部2a。
此外，在蓄水池1设置用于向真空塔2内填充水的扬水泵13。该扬水泵13，其排出侧与真空塔2的底部连接，可通过扬水泵13将水压上至真空塔2内的项部。如扬水的高度较高，1个扬水泵无法满足时，可通过若干个扬水泵有效地向真空塔内填充水。
另外，真空塔2基本上底部为敞开状态，但也可如图1所示，在封闭的底部设置底部阀5，该底部阀5由可在与扬水泵13连接的位置和向蓄水池1敞开的位置之间切换的三通阀构成。
此外，在真空塔2的塔壁形成有管道连接口2b，使得连通绝对真空部2a和水源8a、8b、8c，可将水源8a、8b、8c的水吸至绝对真空部2a。在该连接口2b，连接有管道3的同时，还设有开关阀3a，该开关阀3a用于在真空塔2内形成绝对真空部2a时关闭管道3。
水源8a、8b、8c可例举分布于大范围地区的湖沼、蓄水池、以及河流等。如图2以及图3所示，管道3基本被设置于水平线上，以放射状或者网眼状(网状)铺展，与各地的水源8a、8b、8c连接，可汇集于真空塔2的连接口2b。
上述结构的给水设施，为了从各水源8a、8b、8c向蓄水池1汇集水，在真空塔2内形成绝对真空部2a，利用该绝对真空部2a的真空吸力来吸水。因此，必须在真空塔2内形成绝对真空部2a。
为形成绝对真空部2a，需在真空塔2的上部形成托里拆利真空。为此，首先关闭管道3的开关阀3a，打开项部阀4，通过扬水泵13将蓄水池1的水向真空塔2内填充。在向真空塔2内填充水时，如蓄水池1的水量不能满足需要，则从相邻的第2蓄水池7或者第3蓄水池12供水即可。
当真空塔2内填充了水时停止扬水泵13并关闭顶部阀4。这样，真空塔2内的水位逐渐下降，在上部形成被称作托里拆利真空的所谓绝对真空部2a，此外，真空塔2内的水柱15与压迫蓄水池1的水面的大气压平衡而停止。在此状态下，大气压作用于蓄水池1的水面，此外，理论上绝对真空部2a为绝对真空，因此真空塔2内的水柱15的水位为从蓄水池1的水面开始的10m33cm的高度。
另一方面，绝对真空部2a形成于水柱15的上方，其容积越大真空吸力越大，如打开管道3的开关阀3a，则可从水源8、8a迅速吸入大量的水。
假设本实施方式的真空塔2为半径17m、高140.33m的圆筒状，则绝对真空部2a的容积为(140.33m-10.33m)×17m×17m×π(圆周率)＝117，970m3现在，如用管道3连接绝对真空部2a和水源8a、8b、8c，则由于绝对真空部2a的压力(理论上压力＝0)和压迫水源8a、8b、8c水面的压力(大气压)之间的差，水被吸向绝对真空部2a侧。该关系与管道3的长度无关。因此，即使从距离蓄水池1远距离地点的水源8a、8b、8c也可向蓄水池1汇集水并进行供水。
在此，关于管道3例举了在水平线上铺展的例子，但如图2所示，在实际铺设时多少有些高低差。在以水平线上的管道3为基准进行考虑的场合，位于高于水平线位置的水源8b，可利用其势能向水平线上的管道3供水。
位于低于水平线位置的水源8a、8c，则由于绝对真空部2a的压力(理论上压力＝0)和压迫水源8a、8c水面的压力(大气压)之间的差，水被吸向绝对真空部2a侧，因此，即使理论上存在10m33cm的高低差也可以进行吸水。
实际上，就绝对真空部2a的吸力而言，由于水中混入气泡而被提供给绝对真空部2a，因此可预想绝对真空部2a的压力会上升，所以理想的是使蓄水池1和水源8之间的高低差有3m左右的容许值，设为7m以内。如果水源8的位置不满足这一条件，则用泵将水源8的水抽上来等方法，设定到容许范围即可。
比如，如图2所示，在水源8a的水深6m的场合，即使考虑了其容许值(7m)，也可以吸入全部的水并向蓄水池供水。此外，即使在水深为15m、水面位于低于水平线3m的下侧的水源8c的场合，由于通过绝对真空部2a的压力(理论上压力＝0)和压迫水源8c水面的压力(大气压)之间的差来进行吸水，因此在实际应用上也不存在问题，可将水源8c的水吸到蓄水池1侧并进行供给。
这样，在本发明中，在真空塔2内形成绝对真空部2a，利用该绝对真空部2a的真空吸力可从各地的水源8a、8b、8c吸水并汇集至蓄水池1。此时，一旦利用托里拆利真空原理在真空塔2的上部形成了绝对真空部2a，则其后无需使用任何动力，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。
接下来，通过管道3从真空塔2的连接口2b被吸至真空塔2内的水一边使真空塔2内的水位上升，一边有一部分流向蓄水池1侧，即使在这种场合，托里拆利真空原理也在发挥作用，总是试图保持真空塔2内的水柱2的水位A一定。因此，伴随蓄水池1水面的上升，真空塔2的水柱的绝对水位也上升。优选绝对真空部2a的容积确保一定，作为其基准，优选连接口2b不被水柱15闭塞的程度。
为了确保该绝对真空部2a的容积，需要调节蓄水池1的水面高度。为此，在伴随从水源8a、8b、8c向蓄水池1所供水的增加蓄水池1的水位上升后，打开水位调节阀6使蓄水池1的水流向第2蓄水池7侧，以此将蓄水池1的水位调节至规定水平。
这样，通过管道连接底部在蓄水池中敞开的真空塔和各地水源来构成给水路，利用在真空塔内形成的绝对真空部的真空吸力通过管道从水源吸水，将所吸的水供给蓄水池，所以即使不使用泵等驱动源，从即使离蓄水池数十km～数千km的水源也可简单且廉价地进行给水。
此外，本发明并不局限于上述实施方式，毫无疑问可在本发明的范围内予以多种修正、变更等。比如，在上述实施方式中例举了圆筒状的真空塔，但不仅仅局限于此，也可使用球状的真空塔。另外，作为调节蓄水池水位的装置，例举了水位调节阀，但也可以在蓄水池的侧壁形成溢出用孔，来调节蓄水池的水位使其不会超过一定水平。
工业利用的可能性如上所述，根据本发明涉及的给水方法，即使从离蓄水池数十km～数千km的水源也可简单且廉价地进行给水，该给水方法可用于灌溉或者沙漠绿化等。
权利要求
1.一种给水方法，其特征在于通过管道连接底部在蓄水池中敞开的真空塔和存在于各地的水源来构成给水路，利用在所述真空塔内形成的真空部的真空吸力通过管道从所述各地的水源吸水，并供给蓄水池。
2.如权利要求1所述的给水方法，其特征在于在所述真空塔的顶部设置顶部阀，在所述顶部阀打开的状态下向所述真空塔内填充水，然后关闭顶部阀，通过连通真空塔内和蓄水池，基于托里拆利真空原理在所述真空塔内形成绝对真空部。
3.如权利要求1或2所述的给水方法，其特征在于利用水位调节装置来调节所述蓄水池的水位，以此将真空塔内的水位调节至规定水平。
全文摘要
提供一种从即使离蓄水池数十公里～数千公里的水源也可简单且廉价地进行给水的给水方法。用管道3连接底部向蓄水池1敞开的真空塔2和各地水源8a、8b、8c，利用在真空塔2内形成的绝对真空部2a的真空吸力，通过管道3从各地的水源8a、8b、8c将水吸至真空塔内，并将该所吸入的水供给蓄水池1。因此，即使不使用泵等驱动源，也能从即使离蓄水池1数十公里～数千公里的水源8、8a简单且廉价地进行给水。
文档编号F04F3/00GK1847530SQ20051006922
公开日2006年10月18日 申请日期2005年5月12日 优先权日2005年4月15日
发明者田口晃 申请人:株式会社科学信息系统