(57)【要約】【課題】減圧管内での液体自然高さを大幅に超える高揚程の揚液装置を実現する。【解決手段】  液体源３０から揚液管１０を介し、高位に配した揚液受け部４０に液体を汲み上げる減圧揚液装置であり、揚液管内を減圧する減圧手段（５０）、液面より高く減圧下の揚液管内での液体柱自然高さより低い位置に揚液管内気圧より高圧力のガスを導入するガス導入手段２００を有する。揚液受け部４０の内部空間では、揚液管の上部終端部１０ｂが底面４２から突出し、かつ上部終端部１０ｂは上面４４に当接しないよう離間して配置されている。揚液管内に導入したガス泡で揚液管内の液体柱を上下に分断し、管内を上昇する該ガス泡により、分断した上側の液体柱を押し上げ、液体を汲み上げる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低位にある液体源から、該液体源中に吸引口が挿入された揚液管を介し、高位に向けて液体を汲み上げる減圧揚液装置であり、
前記揚液管内を減圧する減圧手段と、
前記液体源の液面より高くかつ、減圧下における揚液管内での液体柱自然高さより低い位置において、前記揚液管内へ、前記減圧された揚液管内気圧より高い圧力のガスを導入するガス導入手段と、
前記減圧手段によって内部空間が減圧可能であって、前記揚液管の上部終端領域に設けられ、前記揚液管内を上昇して該揚液管の上部終端部から吐出する揚液を受ける揚液受け部と、を備え、
前記揚液受け部の内部空間では、前記揚液管の上部終端部が前記揚液受け部の底面から突出し、かつ、前記揚液管の上部終端部が前記揚液受け部の上面に当接しないよう離間して配置されており、
前記ガス導入手段から前記揚液管内に導入したガス泡により、前記揚液管内で前記吸引口から連続する液体柱を上下に分断し、前記揚液管内を上昇する該ガス泡により、分断した上側の液体柱を押し上げ、前記液体柱自然高さより高位の前記揚液受け部に液体を汲み上げることを特徴とする減圧揚液装置。
【請求項２】
請求項１に記載の減圧揚液装置において、
前記揚液受け部の上面は、前記揚液管の上部終端部から吐出した揚液を前記上部終端部から離間させる方向に反射させる面を備えていることを特徴とする減圧揚液装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の減圧揚液装置において、
少なくとも前記液体柱自然高さ以上の高さ位置において、前記揚液管は、その流路径が、該液体柱自然高さより低い位置における前記揚液管の流路径よりも小さい領域を有することを特徴とする減圧揚液装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の減圧揚液装置において、
前記揚液管の前記吸引口と、ガス導入位置との間に、前記揚液管内に導入したガス泡が降下して前記吸引口から液体源中への漏洩を防止するガス逆止機構を有することを特徴とする減圧揚液装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の減圧揚液装置において、
前記ガス導入手段は、
前記減圧された揚液管内気圧より高い圧力のガスの導入高さにて、前記ガスの前記揚液管を貫通し、前記揚液管内へ前記ガスを吐出するガス吐出口を有し、
前記ガス吐出口には、前記揚液管の外側から供給されるガスを受け、前記揚液管の内周壁側から管内部の上方に向けて吐出させるガス整流フィンを備えることを特徴とする減圧揚液装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の減圧揚液装置において、
前記ガス導入手段は、前記揚液管の上部から、前記揚液管内をその途中まで挿入され、そのガス吐出口が、前記液体源の液面より高く前記液体柱自然高さより低い位置になるよう挿入長が位置決めされ、前記揚液管内へ前記ガス吐出口からガスを吐出可能な送気管を備えることを特徴とする減圧揚液装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の減圧揚液装置において、
前記揚液受け部の底面に設けられた送液口は環流管に接続され、
前記環流管の下端部は、前記液体源に挿入され、又は、前記揚液管の少なくとも上部終端部よりも低い位置に設けられた該揚液管の環流口と連通され、
前記揚液受け部に汲み上げられた液体を、前記送液口から前記環流管を介して、前記揚液管を通って汲み上げられる液体として環流させることを特徴とする減圧揚液装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の減圧揚液装置を用いた液体散布装置であり、
前記揚液受け部から直接、または、前記揚液管に連通し前記減圧手段によって所定タイミングで内部が減圧され、前記揚液受け部からの液体を貯留する揚液貯留部を介して、前記揚液管で汲み上げられた液体が内部流路に供給される液体散布用パイプを有し、
前記液体散布用パイプは、
パイプ終端及びパイプ経路のいずれか、または両方に液体吐出口を有し、
かつ、該パイプは少なくとも一部経路が、前記揚液受け部又は前記揚液貯留部の配置される高位置から前記液体源の配置される低位置へ向かう方向に沿って配置され、
前記高位置から低位置への落差によって前記内部流路の液体を低位置へ向けて流して前記液体吐出口から吐出される液体を散布することを特徴とする液体散布装置。
【請求項９】
低位にある液体源から、該液体源中に吸引口が挿入された揚液管を介し、高位に向けて液体を汲み上げる減圧揚液装置であり、
前記揚液管内を減圧する減圧手段と、
前記液体源の液面より高くかつ、減圧下における揚液管内での液体柱自然高さより低い位置において、前記揚液管内へ、前記減圧された揚液管内気圧より高い圧力のガスを導入するガス導入手段と、を備え、
少なくとも前記液体柱自然高さ以上の高さ位置において、前記揚液管は、その流路径が、該液体柱自然高さより低い位置における前記揚液管の流路径よりも小さい領域を有し、
前記ガス導入手段から前記揚液管内に導入したガス泡により、前記揚液管内で前記吸引口から連続する液体柱を上下に分断し、前記揚液管内を上昇する該ガス泡により、分断した上側の液体柱を押し上げ、前記液体柱自然高さより高位に液体を汲み上げることを特徴とする減圧揚液装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、低位にある液体を真空ポンプなどの減圧装置を利用して高位に汲み上げる減圧揚液装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水などの液体を汲み上げるためのシステムでは、従来より簡易な真空ポンプが広く用いられている。図２２に示すように、例えば地下などに溜まった水５３０を真空ポンプ５００で汲み上げる場合、真空ポンプ５００に連通された揚液管５１０の吸引口を地下の水中に挿入して、真空ポンプ５００を駆動する。これにより揚液管５１０の吸引口から吸い上げられた水５３０が、地上に設置したタンク５６０などに汲み上げられる。
【０００３】
しかし、真空ポンプ５００を用いた場合、汲み上げ可能な揚程Ｈｄは、水の場合に約１０ｍが限界である。真空ポンプ５００によって揚液管５１０内を完全に真空にできたとしても、大気圧下（標準大気圧：７６０ｍｍＨｇ＝１０１３．２５ｈＰａ≒１０．３３ｔｆ／ｍ2）において、水面Ｈ０から真空揚液管内に押し上げられる水柱の高さＨｖが約１０ｍだからである。従って、揚程Ｈｄが１０ｍ以上となる場合には、真空ポンプ５００だけで揚液を行うことはできない。このため、１０ｍを超える深所から液体を汲み上げる場合には、吸引部付近の深所に渦巻きポンプや往復ポンプ、ジェットポンプなどを設置して液体を汲み上げる必要があり、装置が大がかりになり、また高価な装置が必要となるという問題があった。
【０００４】
そこで、本願発明者らは、特許文献１などにおいて、真空ポンプを利用し、減圧揚液管内での液体柱自然高さ以上にまで液体を汲み上げるシステムを提案している。この減圧揚液システムでは、減圧された揚液管内に、これより高い圧力のガスを導入し、揚液管内を上昇しながら膨張するガス泡によって管内の液体柱を分断し、分断した液体柱の上側に位置する液体をこのガス泡によって押し上げるシステムを提案している。このようなシステムを採用することにより、真空ポンプを利用し減圧揚液管内での液体柱自然高さ以上にまで液体を汲み上げることを実現している。
【０００５】
また、特許文献２にも減圧管内の外部水面より高い位置にガスを導入し、減圧管内のガスの上部に存在する水を、１０ｍ以上の高さに汲み上げるシステムについての開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８０５９２０号
【特許文献２】特開平１１−１９３８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に実例を示しているように、このシステムによって、現実に、１０ｍ以上、具体的には１１．３ｍの揚程の揚水が達成されている。このシステムによって、理論的には、１１．３ｍをさらに超え、例えば２０ｍ、３０ｍのような揚程であっても、汲み上げが可能であることは予想されている。しかし、本願発明者らの研究によれば、上記原理を用いた揚液装置において、揚程を例えば２０ｍ以上とした場合、十分な揚液量を実現できていなかった。
【０００８】
本発明は、高揚程であっても、液体の汲み上げが可能な減圧揚液装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、低位にある液体源から、該液体源中に吸引口が挿入された揚液管を介し、高位に向けて液体を汲み上げる減圧揚液装置であり、前記揚液管内を減圧する減圧手段と、前記液体源の液面より高くかつ、減圧下における揚液管内での液体柱自然高さより低い位置において、前記揚液管内へ、前記減圧された揚液管内気圧より高い圧力のガスを導入するガス導入手段と、前記減圧手段によって内部空間が減圧可能であって、前記揚液管の上部終端領域に設けられ、前記揚液管内を上昇して該揚液管の上部終端部から吐出する揚液を受ける揚液受け部と、を備え、前記揚液受け部の内部空間では、前記揚液管の上部終端部が前記揚液受け部の底面から突出し、かつ、前記揚液管の上部終端部が前記揚液受け部の上面に当接しないよう離間して配置されており、前記ガス導入手段から前記揚液管内に導入したガス泡により、前記揚液管内において前記吸引口から連続する液体柱を上下に分断し、前記揚液管内を上昇する該ガス泡により、分断した上側の液体柱を押し上げ、前記液体柱自然高さより高位の前記揚液受け部に液体を汲み上げる。
【００１０】
本発明の他の態様では、上記減圧揚液装置において、前記揚液受け部の上面は、前記揚液管の上部終端部から吐出した揚液を、前記上部終端部から離間させる方向に反射させる面を備えている。
【００１１】
本発明の他の態様では、上記減圧揚液装置において、少なくとも前記液体柱自然高さ以上の高さ位置において、前記揚液管は、その流路径が、該液体柱自然高さより低い位置における前記揚液管の流路径よりも小さい領域を有する。
【００１２】
本発明の他の態様では、上記減圧揚液装置において、前記揚液管の前記吸引口と、ガス導入位置との間に、前記揚液管内に導入したガス泡が降下して前記吸引口から液体源中への漏洩を防止するガス逆止機構を有する。
【００１３】
本発明の他の態様では、上記減圧揚液装置において、前記ガス導入手段は、前記減圧された揚液管内気圧より高い圧力のガスの導入高さにて、前記ガスの前記揚液管を貫通し、前記揚液管内へ前記ガスを吐出するガス吐出口を有し、前記ガス吐出口には、前記揚液管の外側から供給されるガスを受け、前記揚液管の内周壁側から管内部の上方に向けて吐出させるガス整流フィンを備える。
【００１４】
本発明の他の態様では、上記減圧揚液装置において、前記ガス導入手段は、前記揚液管の上部から、前記揚液管内をその途中まで挿入され、そのガス吐出口が、前記液体源の液面より高く前記液体柱自然高さより低い位置になるよう挿入長が位置決めされ、前記揚液管内へ前記ガス吐出口からガスを吐出可能な送気管を備える。
【００１５】
本発明の他の態様では、上記減圧揚液装置において、前記揚液受け部の底面に設けられた送液口は環流管に接続され、前記環流管の下端部は、前記液体源に挿入され、又は、前記揚液管の少なくとも上部終端部よりも低い位置に設けられた該揚液管の環流口と連通され、前記揚液受け部に汲み上げられた液体を、前記送液口から前記環流管を介して、前記揚液管を通って汲み上げられる液体として環流させる。
【００１６】
本発明の他の態様では、上述のいずれかの減圧揚液装置を用いた液体散布装置であり、前記揚液受け部から直接、または、前記揚液管に連通し前記減圧手段によって所定タイミングで内部が減圧され、前記揚液受け部からの液体を貯留する揚液貯留部を介して、前記揚液管で汲み上げられた液体が内部流路に供給される液体散布用パイプを有し、前記液体散布用パイプは、パイプ終端及びパイプ経路のいずれか、または両方に液体吐出口を有し、かつ、該パイプは少なくとも一部経路が、前記揚液受け部又は前記揚液貯留部の配置される高位置から前記液体源の配置される低位置へ向かう方向に沿って配置され、前記高位置から低位置への落差によって前記内部流路の液体を低位置へ向けて流して前記液体吐出口から吐出される液体を散布する。
【００１７】
本発明の他の態様では、低位にある液体源から、該液体源中に吸引口が挿入された揚液管を介し、高位に向けて液体を汲み上げる減圧揚液装置であり、前記揚液管内を減圧する減圧手段と、前記液体源の液面より高くかつ、減圧下における揚液管内での液体柱自然高さより低い位置において、前記揚液管内へ、前記減圧された揚液管内気圧より高い圧力のガスを導入するガス導入手段と、を備え、少なくとも前記液体柱自然高さ以上の高さ位置において、前記揚液管は、その流路径が、該液体柱自然高さより低い位置における前記揚液管の流路径よりも小さい領域を有し、前記ガス導入手段から前記揚液管内に導入したガス泡により、前記揚液管内で前記吸引口から連続する液体柱を上下に分断し、前記揚液管内を上昇する該ガス泡により、分断した上側の液体柱を押し上げ、前記液体柱自然高さより高位に液体を汲み上げる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明においては、減圧手段によって揚液管内を減圧するとともに、管内において、低位の水面より高く真空管内での液体柱自然高さより低い位置に、正圧（例えば、大気圧以上）のガス（例えば空気）を導入する。
【００１９】
したがって、揚液管内に導入したガス泡によって液体柱を汲み上げ可能な長さに分断し、分断された液体柱の上側液体柱を、揚液管内を上昇するガス泡が揚液管の上部終端部まで、押し上げる。ガス泡によって押し上げられた液体は、揚液管の上部終端部から揚液受け部内部に吐出する。
【００２０】
ここで、本発明では、揚液管の上部終端領域に設けられた揚液受け部の内部空間において、揚液管の上部終端部が揚液受け部の底面から突出配置されているため、上部終端部から吐出した液体が、揚液管の上部終端部から吸い込まれることなく、受け部の内部に溜まる。また、揚液受け部の上面が揚液管の上部終端部に接しないように離間して配置することで、上部終端部から吐出した液体が、揚液受け部の上面に衝突して上部終端部に逆流する可能性を大幅に低減することができる。
【００２１】
このように本発明によれば、揚液管の上部終端部付近までガス泡によって押し上げた液体を無駄なく揚液受け部に汲み上げることができる。よって、減圧揚液管内での液体柱の自然高さを大幅に超える高揚程について、減圧手段、ガス導入手段によって、揚液管から揚液受け部に液体を汲み上げることが可能となる。
【００２２】
また、本発明において、揚液受け部の上面が、前記揚液管の上部終端部から吐出した揚液を上部終端部から離間させる方向に反射させる面を有することで、汲み上げた液体が揚液管の上部終端部から逆流することをより確実に防止することができ、汲み上げ効率をさらに向上させることができる。
【００２３】
本発明において、少なくとも液体柱自然高さ以上の高位置で、揚液管の流路径を、該液体柱自然高さより低い位置における流路径よりも小さくすることで、より多くの液体を無駄なく汲み上げることが可能となる。揚液管内に導入されたガス泡は、膨張しながら上昇し、液体源の液面から例えば２０ｍ程度の高さに到達するときには、押し上げている液体柱の一部をガス泡が追い越してしまう現象が確認されている。しかし、少なくとも液体柱自然高さ以上の高さの位置において、揚液管の流路径を上記液体柱自然高さ以下の低位置の流路径より小さくすることにより、ガス泡が上部の液体柱を追い越しにくくすることができる。また、減圧状況下における液体柱の自然高さ位置までの揚液管流路径に応じ、ガス泡で分断される液体柱の上部液体柱の体積、つまりガス泡による揚液量が決まるため、揚液管の流路径が高位置で小さくても、液体柱の自然高さ位置までの流路径が大きければ、揚液量の減少はない。したがって、より効率的に揚液することが可能となる。
【００２４】
また、本発明において、揚液管の吸引口と、ガス導入位置との間にガス逆止機構を設ければ、ガス導入時に、その位置に印加されている液体圧の影響でガス泡が下降しても、吸引口からガス泡が漏れてしまうことを防止できる。このため、液体源中への揚液管の挿入量が小さくても、導入したガスが途中で失われず、深さの浅い液体源からでも、効率的に液体を汲み上げることができる。また、導入ガスの下降が防がれるため、ガス導入位置をより液体面に近い低い位置として、ガス泡によって分断される液体柱の上部柱の体積、即ち一回当たりの揚液量を増大することも可能である。
【００２５】
本発明において、この揚液管を貫通してガス吐出口を設け、揚液管内にこのガス吐出口からガスを供給する単管構造において、ガス吐出口に、揚液管の外側から供給されるガスを受け、前記揚液管の内周壁側から管内部の上方に向けて吐出させるガス整流フィンを設けることで、ガス泡による液体柱の分断をより迅速かつ効率的に実行することが容易となる。
【００２６】
本発明において、揚液管の上部から管内の途中まで挿入された送気管を利用して揚液管内にガスを導入してもよい。このようないわゆる二重管構造では、揚液管内にガス導入手段の大半が収納でき、装置の外形が小さく、装置の持ち運びに便利であるとともに、ガス導入手段の破損の可能性が低くなる。さらに送気管は、揚液管内に配置されるため、決められた位置でガス吐出ができれば、特別高い強度は要求されず、材料の選択幅が広くなる。従って、減圧揚液装置の製造コスト低減に有利となる。また、送気管の挿入長さを調整することでガス吐出口の高さ、つまりガス導入位置を容易に調整することができる。
【００２７】
また、本発明において、揚液受け部に汲み上げられた液体を、環流管を介して揚液管を通って汲み上げられる液体として環流させれば、環流装置を得ることができる。
【００２８】
本発明において、上述の揚液装置を用いた液体散布装置では、簡易な構成で、かつ非常に少ない電力消費量にて、低位から減圧管内での液体自然高さ以上の高位に、液体を汲み上げることができる。さらに、一旦、高い位置に汲み上げた液体を、液体散布用パイプに供給し、この液体散布用パイプを高位から低位に沿って配置することで、汲み上げられた液体の位置エネルギを利用して液体を散布することができる。よって、非常に簡易な構成で、液体散布に必要な電力を最小限に留めることができ、省電力かつ簡易構成で液体散布装置を実現することができ、その装置の製造コストの抑制も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態１に係る減圧揚液装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る揚液受け部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る揚液受け部の他の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る送気ノズルの構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る送気ノズルの他の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る送気ノズルの他の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るガス逆止機構の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る減圧揚液装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る減圧揚液装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る減圧揚液装置の他の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態４に係る減圧溶液装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態５に係る減圧溶液装置の概要を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態５に係る減圧溶液装置における制御タイミングの例を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態６に係る液体散布装置の概略構成図である。
【図１５】本発明の実施形態６に係る液体散布装置の他の概略構成図である。
【図１６】本発明の実施形態６に係る液体散布装置の他の概略構成図である。
【図１７】本発明の減圧揚液装置の適用例を示す概略構成図である。
【図１８】本発明の実施例１−１に係る揚液実験結果を示す図である。
【図１９】本発明の実施例１−２に係る揚液実験結果を示す図である。
【図２０】本発明の実施例２−１に係る揚液実験結果を示す図である。
【図２１】本発明の実施例２−２に係る揚液実験結果を示す図である。
【図２２】従来の真空ポンプを用いた揚液装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を用いてこの発明を実施するための形態（以下実施形態という）について説明する。
【００３１】
[実施形態１]
図１は、この発明の実施形態１に係る減圧揚液装置の原理を概念的に示している。本実施形態に係る揚液装置は、真空ポンプなどの減圧手段を用い、揚液管及び揚液管の上部終端部に設けた揚液受け部内を減圧し、液体源の液面Ｈ０より上で、減圧下において揚液管内に吸い上げられている液体柱の自然高さＨｖより低い位置に正圧（例えば大気圧）ガスを導入する。揚液管内に導入されたガス泡が管内で液体柱を分断し、このガス泡の上部の液体柱を、上昇するガス泡によって、上記自然高さＨｖよりも大きい揚程Ｈｄまで汲み上げる。
【００３２】
この装置は、減圧手段である真空ポンプ５０と、真空ポンプ５０に連通され、管内で液体柱を汲み上げる揚液管１０、揚液管１０の所定位置にガスを導入するガス導入手段２００、揚液管１０の上部終端領域に設けられて揚液管１０の上部終端部から吐出する液体を受ける揚液受け部４０、減圧やガス導入のタイミングなどの各種制御を行う制御部１００を有する。
【００３３】
揚液管１０は、その下端の吸引口１０ａが、地下水や、地上に溜まった水（池、川、湖、海、水槽）など、いわゆる液体の溜まった液体源３０中に挿入されて用いられ、揚液管１０の上部終端部１０ｂは、揚液受け部４０の内部空間内に配置されている。
【００３４】
揚液受け部４０は、揚液管１０とともに真空ポンプ５０に連通されており、内部空間は、揚液管１０と同様に減圧可能である。揚液管１０の上部終端部１０ｂは、揚液受け部４０の底面４２から突出し、かつ揚液受け部４０の上面４４に当接しないように上部出端部１０ｂから離間されてこの揚液受け部４０の内部空間に配置されている。
【００３５】
後述するように揚液管１０の中に導入されたガス泡の上部に位置する液体柱は、上昇するガス泡によって揚液管１０内を上昇し、上部終端部１０ｂから揚液受け部４０の内部に吐出され、揚液受け部４０の底部に溜まる。続いてガス泡も揚液受け部４０の内部に吐出し、この揚液受け部４０において自動的に汲み上げられた液体とガス泡との気液分離が行われる。
【００３６】
揚液受け部４０は、本実施形態において、図１に示すように送液管７０を介して揚液タンク６０に接続されており、揚液受け部４０に汲み上げられた液体は、送液管７０を介して揚液タンク６０に貯留される。
【００３７】
ガス導入手段２００は、送気管２２、送気ノズル２４、送気ノズル２４への給気を制御する給気バルブ２６を有する。なお、給気バルブ２６の開閉は、制御部１００によって制御することができる。
【００３８】
送気管２２は、本実施形態において、揚液管１０の外部に設けられており、バルブ２６が開状態の期間、大気中から取り込んだ空気が、揚液管１０に取り付けられた送気ノズル２４から揚液管１０内部に導入される。ガスの揚液管１０への導入位置は、液体源３０の液面Ｈ０と、真空下の揚液管内における液体柱の自然高さＨｖ（ｖ点）との間の位置ａ（高さＨａ）である。本実施形態において、減圧揚液装置の使用時に、送気ノズル２４がこの該当する導入位置Ｈａになるよう、送気ノズル２４は、予め揚液管１０の下部の該当する領域に取り付けられている。また、送気管２２は、図１に示されるように、ガス導入位置Ｈａ以上の高さに配置することができる。このようにガス導入位置Ｈａよりも高い位置に配置することで、揚液管１０から送気ノズル２４を介して液体が送気管２２内に侵入しにくくなり、特に、給気バルブ２６の開放時において送気管２２内への液体逆流を防止でき、迅速かつ効果的なガス導入を容易とする。
【００３９】
真空ポンプ５０は、互いに接続されている揚液管１０、揚液受け部４０、送液管７０及び揚液タンク６０の内部空間を減圧しており、図１の例では、真空ポンプ５０は、揚液タンク６０に接続されている。なお、揚液タンク６０と揚液受け部４０との間の送液管７０の経路中に管路バルブ７２が設けることもできる。この管路バルブ７２は、減圧、揚液動作のために必須の構成ではないが、後述の動作において説明するように、真空ポンプ５０が排気動作を開始する際に一旦管路を閉じるように制御され、排気動作の効率性、安定性を高めることを可能としている。
【００４０】
次に、揚液受け部４０について、さらに図２を参照して説明する。なお、図２は、揚液管１０の上部終端付近における揚液受け部４０、揚液管１０及び送液管７０の構成を示している。
【００４１】
揚液受け部４０の底面４２には、揚液管１０の上部終端部１０ｂを挿入可能な挿入口４２ａが設けられている。挿入口４２ａは、揚液管１０をはめ込んで固定した後にこの挿入口４２ａから内部に溜まった液体が漏れないよう設計されている。具体的には、例えば、挿入口４２ａと挿入された揚液管１０の外周面との間に、汲み上げる液体に耐性のある材質（例えば水を汲み上げる場合にゴムやプラスチック等）を用いた防水リングなどの漏水処置部材４２ｂを採用することができる。なお、図２に示す例では、揚液受け部４０の底部には漏水機能のある管状の部材４２ｂが取り付けられ、この部材４２ｂの下端に揚液管１０が連結されている。この場合にも、実質的な揚液管１０の上部終端部１０ｂは、上記のように、揚液受け部４０の内部空間に位置決めされている。もちろん、揚液管１０を挿入口４２ａから揚液受け部４０の中に直接差し込んだ構成でも良い。ここで、揚液受け部４０と上記漏水処置部材４２ｂ、または揚液受け部４０と揚液管１０とは、最初から一体的に形成されていても良い。
【００４２】
揚液受け部４０の底面４２には、さらに、揚液受け部４０に汲み上げられた液体を排出する送液管７０の挿入口４２ｃも設けられている。送液管７０の挿入口４２ｃにおいても、揚液受け部４０に溜まった液体が漏れないように、例えば挿入口４２ｃと送気管７０の外周面との間に漏水防止部材４２ｄが設けられている。なお、送液管７０の挿入口４２ｃは、揚液受け部４０の底面４２に限らず、側面に設けても良く、この場合、底に近い低位置に設けることが汲み上げた液体を無駄なく送液管７０に送る上で効率的である。
【００４３】
送液管７０及び揚液管１０の口径比、管路バルブ７２の開放期間等の設定によって、送液管７０からの排出量と揚液管１０による汲み上げ量との関係を、適切に調整することができる。また、揚液管１０の上部終端部１０ｂを揚液受け部４０の底面４２から所定距離だけ突出配置させることにより、揚液受け部４０内に汲み上げられた液体の液面が上部終端部１０ｂを超えないように制御できる。よって、揚液受け部４０に汲み上げた液体が揚液管１０に逆流することを防止できる。
【００４４】
本実施形態では、揚液管１０の上部終端部１０ｂは、揚液受け部４０の上面４４に当接しないように上面４４から離間して配置している。このため、揚液管１０の上部終端部１０ｂまで汲み上げた液体を、揚液受け部４０の上面４４で妨げることなく、揚液受け部４０の内部に吐出させることができる。また、揚液受け部４０の高さを十分にとって、揚液管１０の上部終端部１０ｂから上面４４まで充分な距離とすることで、揚液管１０の上部終端部１０ｂから液体が勢いよく吐出することを妨げないようにすることにより、液体汲み上げの揚程を大きくすることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態では、揚液受け部４０の上面４４について、少なくとも揚液管１０の上部終端部１０ｂから吐出する液体が衝突する可能性のある領域において、液体の吐出方向に対して直交しないように傾いた面（平面又は曲面）を設けている。したがって、上部終端部１０ｂから吐出して、揚液受け部４０の上面４４に衝突した液体は、この上面４４で反射されても、上部終端部１０ｂとは異なる方向に進む。よって、揚液受け部４０内に汲み上げた液体が上部終端部１０ｂから逆流する可能性を大幅に低減することができる。
【００４６】
図２では、上記揚液受け部４０の上面４４は、衝突した液体が揚液管１０の上部終端部１０ｂから離れる方向に反射するように傾く平面（斜面）を備えている。この斜面は、反射後の液体が、上部終端部１０ｂに近接する壁面からも離れる方向に進むように傾いている。図２において、揚液受け部４０の上面４４は、揚液管１０の上部終端部１０ｂから送液管７０の送液口（挿入口４２ｃ）の方向に行くほど底面からの高さが大きくなるように傾いている。揚液受け部の上面４４をこのような斜面とすることで、上面４４で反射した液体が、上部終端部１０ｂの近くの揚液受け部４０の側面に進み、この側面で反射して上部終端部１０ｂに戻ってしまう可能性を低減でき、逆流を確実に防いでいる。
【００４７】
なお、揚液受け部４０の水平方向における断面構造は、特に限定されるものではなく、図２の上方に示すような円形の他、楕円形や、四角形などの多角形などが採用可能である。
【００４８】
次に、図３を参照し、揚液受け部４０の他の構成例を説明する。上記図２において揚液受け部４０の上面４４は、傾いた平面としているが、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す揚液受け部４０の上面４４ａ、４４ｂは曲面を備える点が相違する。
【００４９】
図３（ａ）では、揚液受け部４０の上面４４ａは、半球状の曲面を備える。また揚液管１０の上部終端部１０ｂは、半球の中心からずれた位置に配置している。このような構成を採用することで、揚液管１０の上部終端部１０ｂから吐出した液体が上面４４に衝突しても、上部終端部１０ｂに戻ることを防ぐことができ、揚液管１０から吐出した液体を逆流させることなく、高揚程の揚液を実現できる。
【００５０】
図３（ｂ）において、揚液受け部４０の上面４４ｂは、ほぼ楕円半球形の曲面を備える。また、少なくとも揚液管１０の上部終端部１０ｂをこの楕円の一方の焦点（焦点１）の近くに配置する。この構成により、上部終端部１０ｂから真っ直ぐ（鉛直方向）に吐出して楕円球面に衝突した液体を、上部終端部１０ｂから離れた他方の焦点（焦点２）に向かって進ませることができる。図３（ｂ）の揚液受け部４０では、上面４４ｂによって、より確実に、上部終端部１０ｂから離間する方向に吐出した液体を進ませることができ、揚液受け部４０の高さを低減することも容易となる。なお、上面４４ｂを楕円半球状として、他方の焦点（焦点２）の付近に送液口を位置させれば、送液管７０に効率的に上部終端部１０ｂから吐出した液体を集めることができる。
【００５１】
次に、本実施形態に係る装置の揚液動作について説明する。揚液管１０の吸引口１０ａを液体源３０に挿入し、真空ポンプ５０の排気動作を開始すると、真空ポンプ５０に連通された水封式の揚液タンク６０、送液管７０、揚液受け部４０及び揚液管１０の内部空気が排気されて減圧される。揚液管１０の管内が減圧されて所定の負圧となると、管内の液面が上昇し、高さＨｖ（液体が水の場合に約１０ｍ）付近まで到達する。
【００５２】
ここで、給気バルブ２６を所定の短期間だけ開放し、送気ノズル２４から、高さＨａにおいて揚液管１０内に正圧ガスとして例えば大気圧の空気を導入する。揚液管１０内の高さＨｖの液体柱は、この導入されたガス泡によって、高さＨａ付近で上下に分断される。高さＨａにおける揚液管内の圧力とその位置でのガス泡の圧力との圧力差と、ガス泡の受ける浮力とに応じ、ガス泡は、図２に示すような先端が尖った砲弾形状で管内を急速に膨張しながら上昇する（なお、ガス泡の上昇速度は、上に行くほど速くなる）。このような導入ガス泡によって、一旦液体柱が分断されると、その上側のＨｖ未満の長さの液体柱はガス泡の上昇力によって上方に向けて勢いよく押し上げられ、液体が、高さＨｖ（真空管内での自然液面ｖ）を超える高さＨｄまで汲み上げられ、Ｈｄ点にある上部終端部１０ｂから吐出して揚液受け部４０の内部に溜まる。
【００５３】
このように真空ポンプ５０を駆動した状態で、給気バルブの開閉を繰り返せば、負圧となった揚液管１０内に間欠的にガス泡が導入される。この導入ガス泡により管内で高さＨｖの液体柱が順次分断され、Ｈｖを超える高さに液体が汲み上げられる。また、揚程Ｈｄが真空管内の液体柱自然高さＨｖを大幅に超える例えば２０ｍ、３０ｍ以上の断続的な揚液を真空ポンプだけで実行することができる。
【００５４】
次に、送気ノズル２４について説明する。本実施形態において、送気ノズル２４は揚液管１０に取り付けられ、揚液管１０の外部に配された送気管２２から送られるガスを揚液管１０の内部に導入する。図４は、送気ノズル２４ａの概略断面構造を示している。この送気ノズル２４ａは、揚液管１０のガス導入高さＨａに相当する位置に後発的に取り付けることができるが、揚液管１０に一体的に構成することも可能である。
【００５５】
送気ノズル２４には、円筒状のノズル筐体２４０の筐体周面に筐体壁を貫通する送気通路２４２が形成されている。送気通路２４２のノズル筐体２４０の外周側には、ほぼ水平方向に延びる管状の送気管接合部２４６が接続されている。この送気管接合部２４６には送気管２２が接合可能であり、送気管接合部２４６及び送気通路２４２を通って、送気管２２からのガスがノズル筐体２４０の内部に到達することができる。
【００５６】
筐体内壁側の送気通路２４２の終端には、この終端と所定距離を隔てて対向するようにガス整流フィン２４４が設けられている。このガス整流フィン２４４は、ノズル筐体２４０の内壁から、ノズル筐体２４０の円筒の中心側に向かって図４に示すように略Ｌ字状に立ち上がり、この立ち上がった壁面が筐体内壁の全周に渡って続いた円筒形状を備えている。ガス整流フィン２４４の円筒の開放端部分には整流用肉厚部２４４ａが設けられている。したがって、送気管２２から送気通路２４２を通って筐体の内側に向かって供給されるガスは、このガス整流フィン２４４の壁面と整流用肉厚部２４４ａによって直進が妨げられる。このため、送気管２２から供給されるガスは、ガス整流フィン２４４と筐体の内壁との間の通路（以下、ガス整流通路という）２４８を進み、筐体内壁の全周に広がる。
【００５７】
また、整流用肉厚部２４４ａとノズル筐体２４０の内壁との間には、僅かな隙間が設けられている。したがって、ノズル筐体２４０の内側の管路には、この隙間からリング状のガスを、ガス整流フィン２４４の開放端方向に沿って噴出させることが可能となっている。
【００５８】
なお、図４に示す送気ノズル２４ａでは、上述のようにノズル筐体２４０の側面には上述のように送気通路２４２が形成され、この送気通路２４２に送気管接合部２４６が差し込まれている。さらに、上記ノズル筐体２４０の上下には、それぞれ揚液管１０と接合させるための揚液管接合部２５２，２５４が嵌め込まれている。そして、この上下の揚液管接合部のうち、下側の揚液接合部２５４のノズル筐体２４０への嵌め込み部には、ガス整流フィン２４４が形成されており、ノズル筐体２４０にこの揚液接合部２５４がはめ込まれた状態でノズル筐体２４０の内壁との間にガス整流通路２４８を構成している。このように、図４に示す送気ノズル２４ａは、ノズル筐体２４０に別部材が取り付けられて構成されているが、もちろん、一体形成されていてもよい。
【００５９】
以上のような送気ノズル２４ａを採用し、揚液管１０にこの送気ノズル２４ａを取り付け、送気ノズル２４ａのガス噴出位置が、減圧揚液装置のガス導入高さＨａとなるように揚液管１０の位置を調整すれば、目的とするガス導入高さＨａでガスを揚液管１０の管内に導入することができる。図４に示す送気ノズル２４ａを用いることにより、揚液管１０の管内には、送気通路２４２の形成されている片側からだけでなく、ノズル筐体２４０の内周面から均一のリング状のガスを噴き出すことができる。このため、管内に導入されたガス泡が膨張する際、均一かつ迅速に液体柱を上下に分断することができ、３０ｍ程度の高揚程であっても、確実な液体の汲み上げが可能となる。なお、上記送気ノズル２４ａは、揚液管１０に一体的に形成されていてもよい。
【００６０】
図５の送気ノズル２４ｂは、上記図４に示す送気ノズル２４ａを上下逆にして揚液管１０に取り付けた状態を示している。図５のように揚液管１０に取り付けることで、揚液管１０の管内へ下向きにリング状のガス泡が噴出する。図５の送気ノズル２４ｂにおいても、リング状のガスを噴き出すことができるため、均一かつ迅速に液体柱を分断できる。
【００６１】
なお、図４のように、上方に向かってガスを噴き出すような送気ノズル２４ａに揚液管１０に取り付けた場合、導入したガス泡が揚液管１０の管内を下降し、揚液管１０の吸引口１０ａから外部に漏れる可能性を低くできる。このため揚液管１０の液体源３０への挿入深さが浅い場合にも効率的な汲み上げが容易となる。また、ガス導入高さＨａは、揚液管１０内に導入したガスが一旦０．８ｍ程度下降してから上昇に転ずる可能性を考慮して、液面Ｈ０から１．０ｍ程度に設定するが、上方に向かってガスを噴き出すようにすることで、導入ガスの下降距離を小さくすることが可能となり、より液面Ｈ０に近い位置にガスを導入し、ガス泡で分断される液体柱の上部堆積を多くすることが可能となる。
【００６２】
図６には、さらに別の送気ノズル２４ｃの構成例を示す。図６に示す送気ノズル２４ｃは、上記送気ノズル２４ａ、２４ｂのようなガス整流フィン２４４は採用せず、送気管２２から送られるガスは、送気通路２４２を経て、直接ノズル筐体２４０の内周、つまり揚液管１０の管内に導入する。
【００６３】
また、図６では、ノズル筐体内周に、導入ガスの一時的なガス溜まり２７０が形成されている。このガス溜まり２７０は、送気通路２４２とほぼ水平方向に同じ高さにおけるノズル筐体内周径が、他の位置でのノズル筐体内周径、具体的には上部揚液管接合部２５６、下部揚液管接合部２５８の内周径よりも、広く形成されて構成されている。とりわけ、上部揚液管接合部２５６の内径よりもガス溜まり２７０の内径を広くすることで、揚液管１０の管内の液体柱をこのガス溜まり２７０において導入ガスによって確実に上下に分断できる。よって、ノズル筐体２４０の片側に形成されている送気通路２４２から単にガスを導入する場合と比較して、揚程の向上、汲み上げ効率の向上を図ることができる。
【００６４】
なお、以上に説明した送気ノズル２４に代え、ノズル筐体２４０を貫通する送気通路２４２の開口部（管の片側に形成）から、ガスを揚液管１０の管中へ導入しても、液体の汲み上げは可能である。しかし、図４〜図６のような送気ノズル２４の構成を採用することで、送気ノズル２４による揚程の向上や、汲み上げ効率の向上が可能となる。
【００６５】
次に、図７を参照して、ガス逆止機構２８０について説明する。
【００６６】
ガス逆止機構２８０は、ガス導入位置Ｈａより低い位置に設けられており、図７には示さない揚液管１０の吸引口１０ａ（図１参照）から取り込む液体の通過を妨げずに、導入されたガス泡が逆止機構２８０より下に移動することを防いでいる。より具体的には、このガス逆止機構２８０は、ノズル筐体２４０の下部領域に設けられ、図７に示すように、ガス逆止用ボール２８２、このボールを内部に収容するボール配置室２８６、ボール２８２のボール配置室２８６より上方への浮き上がりを防止するボール浮き止め２８４を有する。なお、図７の例において、ノズル筐体２４０の上部に設けられる上部揚液管接合部２５２は、上述の図４に示す接合部２５２と同様な形状であるが、図６に示す上部揚液管接合部２５６のようにノズル筐体２４０との内径差がより大きい接合部構成としても良い。
【００６７】
また、図７（ｂ）に示すように、ボール配置室２８６の内周径（直径）２８６Ｒは、下部揚液管接合部２６０の内周径（直径）２６０Ｒよりも大きく、ボール２８２の直径２８２Ｒは、ボール配置室２８６の中で上下左右に移動できるようにボール配置室２８６の直径２８６Ｒよりも小さく、かつ、下部揚液管接合部２６０よりも下方に移動しないように該下部揚液管接合部２６０の直径２６０Ｒより大きく設定されている。図７（ａ）の例では、ボール配置室２８６の下部揚液管接合部２６０との間の通路２８６ａは、下ほど径が小さくなるテーパー形状を備え、下降するガス泡によってボール２８２が押し下げられる際に、ボール２８２が、円滑かつ確実に、下部揚液管接合部２６０へのガスの下降流路を塞ぐことを可能としている。
【００６８】
ボール配置室２８６の上部には、ボール浮き止め２８４が設けられており、図７（ｃ）により具体的に示すように、このボール浮き止め２８４は、内径が、ボール配置室２８６の内径とほぼ同じリング部２８４ａと、このリング部２８４ａの内側に、ボール２８２の通り抜けを妨げる押さえ部２８４ｂが設けられている。
【００６９】
押さえ部２８４ｂは、図７（ｃ）の例では、リング部２８４ａの中央を横切るように設けられているが、ボール２８２の通過を妨げることができれば、押さえ部２８４ｂはどのような形状であっても良い。例えば、ストライプ状、網目状であっても良い。但し、揚液管１０の吸引口１０ａ（図１参照）から液体を吸引してボール２８２が上昇し、ボール浮き止め２８４の押さえ部２８４ａに当接した状態において、吸引した液体がボール浮き止め２８４を通過して上昇できるよう、液体の流路を確保できるだけの隙間がリング部２８４ａの内周と押さえ部２８４ｂとによって形成されていることが必要である。
【００７０】
なお、ガス逆止機構２８０は、図７の例では、送気ノズル２４ｄの設置領域に送気ノズル２４ｄと一体的に形成されている。この送気ノズル２４ｄは、上記図６と同様、ガス導入位置Ｈａにおいて、ノズル筐体２４０の内周側にガス溜まり２７２を備え、ガス整流フィンのない構成を備える。しかし、ガス逆止機構２８０は、図７に示すように送気ノズル２４ｄに一体的に形成する構成には限られず、ガス導入位置Ｈａよりも下方であって、揚液管１０の吸引口１０ａ（図１参照）よりも上の位置において、送気ノズル２４とは別に設けても良い。
【００７１】
以上のようなガス逆止機構２８０を揚液管１０に設けることにより、送気ノズルについては、上記図４〜図７のいずれの構成を採用することもできる。特に、図４に示すようなガスを上昇方向に向けて吐出させるガス整流フィン２４４ａを設けない図５〜図７に示すような送気ノズル２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを採用した場合であって、液体源３０が浅い場合や、揚液管１０の吸引口１０ａの液体面Ｈ０から挿入深さが浅い場合でも、吸引口１０ａの先端から外部へ導入ガスが漏れることを確実に防止できる。また、導入ガスの下降が防がれるため、ガス導入位置Ｈａをより液面Ｈ０に近づけることも可能であり、これにより導入ガスによって分断する液体柱の上部柱の体積を増やし、即ち、一回の導入ガスによって汲み上げられる液体量を増大させることが可能である。なお、もちろん、図４のようなガス整流フィン２４４ａを備えた送気ノズル２４ａと組み合わせた場合にも導入ガスの漏れを確実に防止して、揚液量、或いは揚液効率を向上させることができる。
【００７２】
［実施形態２］
図８（ａ）は、実施形態２に係る高揚程の減圧揚液装置の構成を示す。上述の実施形態１に係る減圧揚液装置では、揚液管１０の内径は、図１に示されるように、吸引口１０ａから上部終端部１０ｂまでほぼ一定である。これに対し、実施形態２に係る減圧揚液装置では揚液管１０の下部（以下、下部揚液管）１４の内径１４Ｒより、揚液管の上部（以下、上部揚液管）１６の内径１６Ｒが小さい。上部揚液管１６の下端、つまり内径１６Ｒを下部揚液管１４の内径１４Ｒよりも小さくする位置は、減圧揚液管内における液体柱の自然高さＨｖよりも高い位置とすることが好適である。
【００７３】
上部揚液管１６の内径１６Ｒは、図８（ａ）のように一定としてもよく、図８（ｂ）に一部拡大して示すように、上部揚液管１６の内径１６Ｒが、下部揚液管１４との接合部から上方に連続的に減少するテーパー形状を備えていても良く、あるいは、図８（ｃ）に示すように上部揚液管１６の途中でステップ状に減少していても良い。
【００７４】
ガス導入手段２００は、例えば、図８（ａ）に示すように、上記実施形態１と同様、揚液管１０の外部に設けた送気管から送気ノズル２４を介し揚液管内にガスを導入する構成を備える。送気ノズル２４としては、例えば、単に、揚液管１０の側方からガスを導入可能な導入口が形成されているだけでも良いし、上述の図４〜図７に示すいずれの構成を採用することも可能である。図４〜図７に示すような各送気ノズル２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの採用により、更なる揚液効率の向上或いは、最大揚程Ｈｄの拡大を図ることができる。
【００７５】
また、図７に示すガス逆止機構２８０を揚液管１０のガス導入位置Ｈａより下に設けても良く、この場合、送気ノズル２４としては、図４〜図７のいずれの送気ノズルを組み合わせても良い。
【００７６】
本実施形態２の減圧揚液装置において、下部揚液管１４の内径１４Ｒと、ガス導入高さＨａと、導入するガス量とは、減圧揚液管内に導入したガス泡によって上下に分断された液体柱の上部柱を、少なくとも自然高さＨｖ以上の高さに汲み上げ可能な条件とすることができる。つまり、内径１４Ｒに応じた液体柱断面積Ｂと、自然高さＨｖとガス導入高さＨａとの差に等しい液体柱長さＣとの積に等しい液体量［Ｂ×Ｃ］を、Ｈｖ以上の高さに、導入ガスによって押し上げることができるよう、下部揚液管１４の内径１４Ｒ、ガス導入高さＨａ、ガス導入量を決める。このような条件設定を採用しながら、内径の小さい上部揚液管１６を採用することにより、自然高さＨｖを大幅に超える２０ｍ、３０ｍ、或いはそれ以上の最大揚程Ｈｄを実現することができる。なお、図８（ａ）の構成において揚液管１０の管内には、送気ノズル２４より上の位置に他の構成が存在せず、揚液管の内径（揚液管の内部断面積）は、汲み上げる液体の流路径（流路断面積）に等しい。
【００７７】
上部揚液管１６の内径１６Ｒは、下部揚液管１４の内径１４Ｒに対して１．０未満であれば効果があるが、例えば、１．０未満〜０．３程度の間とでき、一例として、０．５程度や、０．８程度とすることができる。図８（ｂ）に示すようなテーパー状や、図８（ｃ）に示すように段階的に内径が減少する上部揚液管１６の場合には、下部揚液管１４の内径１４Ｒに対し、最小径位置において上記関係を満たせばよい。
【００７８】
減圧揚液装置において、揚液管内に導入されたガス泡は、膨張しながら上昇して液体柱を押し上げるが、従来の減圧揚液装置では、ガス泡によって押し上げられた液体柱の高さが、自然高さＨｖを超え、例えば２０ｍ程度の高さに到達する際には、押し上げている液体柱の一部をガス泡が追い越してしまう現象が確認されている。
【００７９】
しかし、実施形態２のように、少なくとも液体柱自然高さＨｖより高い位置（上部揚液管）において、揚液管の内径を自然高さＨｖより低い位置（下部揚液管）での揚液管内径より小さくすることにより、ガス泡による上部の液体柱の追い越しを抑制することができる。
【００８０】
追い越し抑制の原因の一つとして、上部揚液管の管内径が小さいため、ガス泡とその上部の液体柱との接触界面の面積を小さくできることが挙げられる。上部揚液管内、特に、最大揚程Ｈｄに近づくにつれ、揚液管内では、液体の管内の通過抵抗やガス泡の通過抵抗のばらつきや、揚液管１０の上部終端部１０ｂ付近からの揚液逆流などが無視できなくなり、ガス泡と、ガス泡が押し上げている液体柱との界面形状に乱れが発生しやすくなると考えられる。本実施形態２のように、このような乱れが生じやすい高い位置で、液体柱の断面積が小さく、ガス泡と上部液体柱との接触面積を小さくすることで、乱れの確率を低減し、ガス泡による液体柱の追い越しを低減でき、その結果、装置による最大揚程Ｈｄを大きくすることができると考えられる。
【００８１】
本実施形態２において、図８（ａ）に示す構成例では、揚液管１０の上部に、実施形態１で説明したような揚液受け部４０を採用している。つまり、揚液管１０の上部終端部１０ｂが内部に配置される揚液受け部４０であり、少なくとも、揚液管１０の上部終端部１０ｂが揚液受け部４０の底面４２から突出し、かつ、揚液受け部４０の上面４４に上部終端部１０ｂが当接していない構成を採用している。このような揚液受け部４０を利用することで、最大揚程Ｈｄの一層の向上を図ることができる。
【００８２】
揚液受け部４０を採用する場合、さらに、図２、図３に例示したように、揚液受け部４０の上面４４に、揚液管の上部終端部１０ｂから吐出した揚液を、上部終端部１０ｂから離間させる方向に反射させる面（４４，４４ａ，４４ｂ）を設けてもよい。このような上面４４を採用することで、汲み上げた液体の逆流をより確実に防止でき、汲み上げ効率をさらに向上させることができる。
【００８３】
また、本実施形態２のように上部揚液管１６の内径を下部揚液管１４の内径より小さくすれば、上記揚液受け部４０を採用しなくとも、内径の変更を行わない減圧揚液装置よりも、最大揚程Ｈｄの向上を図ることが可能である。例えば、図８（ｃ）に示すように、揚液管１０の上部を逆Ｕ字状に折り返し、折り返した先に真空ポンプ５０に連通された揚液タンク６０を直接接続しても良い。なお、揚液管１０の逆Ｕ字の上部経路に管路バルブ７２を設けてもよい。この管路バルブ７２は、例えば、真空ポンプ５０による揚液タンク６０及び揚液管内の減圧を開始時には閉状態とし、内部気圧が一定となってから開状態に制御することができる。また、揚液タンク６０に溜まった液体を例えば加圧して噴霧するなどの場合において、管路バルブ７２を閉状態とすることにより、揚液タンク６０に連通する揚液管１０の管路に、加圧用の気体や、タンク内の液体が逆流することを防止できる。もちろん、この管路バルブ７２は省略しても揚液の妨げにはならない。
【００８４】
［実施形態３］
次に、図９を参照し、実施形態３に係る減圧揚液装置について説明する。本実施形態３では、上記実施形態１と同様、真空ポンプ５０で揚液管１０内を減圧し、揚液管１０の管内に、ガス液体源３０の液面Ｈ０より高くかつ減圧下の揚液管内での液体柱自然高さＨｖより低い位置においてガスを導入し、ガス泡によって揚液受け部４０に液体を汲み上げる。実施形態１と異なる点は、ガス導入手段２０の構成であり、送気管２２２が揚液管１０の外部ではなく内部に設けられたいわゆる二重管構造を備えていることである。
【００８５】
本実施形態３に係るガス導入手段２００は、揚液管１０の上方よりその管内の途中まで挿入された送気管２２２と、揚液管１０内へガスを間欠的に吐出するために、制御部のｏｎ−ｏｆｆタイマ２２６によって動作タイミングが制御される給気バルブ２６とを備える。揚液管１０内に挿入された送気管２２２の下端はガス吐出口２２４を構成する。送気管２２２は、その吐出口２２４が、液体源３０の液面Ｈ０より高く、減圧管内での液体柱の自然高さＨｖより低い位置ａになるように、揚液管１０に対して位置決め固定されている。
【００８６】
また、図９に示す減圧揚液装置では、実施形態１と同様、揚液管１０の内部流路径が一定となるように構成されている。即ち、二重管構造を持つ本実施形態３では、揚液管１０の内径と、揚液管１０の管内に挿入される送気管２２２の少なくとも外径が、管の延在方向において概ね一定で構成されている。
【００８７】
なお、図９の構成において、送気管２２２は揚液管１０内に一本挿入されているが、複数本挿入されていてもよく、また一本の送気管２２２に複数のガス吐出口が設けられている構成も採用可能である。いずれの場合にも、送気管２２２のガス吐出口は、水面Ｈ０より高く、真空管内での液体柱自然高さＨｃより低い位置に設定する必要がある。
【００８８】
揚液管１０の上部終端付近には、実施形態１と同様、揚液受け部４０が設けられている。実施形態１の揚液受け部４０と相違する点は、本実施形態３の揚液受け部４０では、揚液管１０に挿入された送気管２２２が、貫通部４８において、揚液受け部４０内の気密性を損ねることなく、該揚液受け部４０を貫通可能に構成されている点である。図９において、送気管２２２は、揚液管１０の上部終端部１０ｂの位置から揚液管１０の外に露出し、真っ直ぐ上方に延び、揚液受け部４０の上面を貫通して揚液受け部４０の外に延びている。また、給気バルブ２６は、揚液受け部４０の外部において送気管２２２に取り付けられ、揚液受け部４０の外部に設けられているｏｎ−ｏｆｆタイマ２２６によって開閉が制御されている。ここで、送気管２２２は、図９に示すように揚液管１０の上部終端部１０ｂから垂直方向に真っ直ぐ延びる構成に限らず、送気可能な範囲で屈曲していてもよいし、揚液受け部４０の側面を貫通する構成であってもよい。
【００８９】
図９に示す減圧揚液装置では、上記の通り揚液管管内の流路径は一定であるが、本実施形態３に係る二重管構造は、図１０に示すように揚液管管内の流路径が途中で変化する構成としても良い。図１０に示す減圧揚液装置では、上述の実施形態２において説明したように、下部揚液管１４の流路径よりも上部揚液管１６の流路径が小さくなるように構成されている。より具体的には、揚液管１０の下部揚液管１４の内径よりも上部揚液管１６の内径を小さくし、送気管２２２の外径は一定としている。
【００９０】
また、送気管２２２の外径を、減圧揚液管内の液体自然高さＨｖより高い位置において、Ｈｖより低い位置での外径よりも大きくしてもよい。揚液管１０の上部揚液管１６の内径を下部揚液管１４より小さくすると共に、送気管２２２の外径を上記高さＨｖ以上の位置において、拡大しても良い。流路径の変化は、実施形態２において説明したように、１段階でも、２段階以上の多段階でもよいし、連続減少させてもよい。
【００９１】
本実施形態３において、揚液受け部４０は、実施形態１において説明した図３（ａ）、図３（ｂ）のような構成を採用することもできる。また、図７を参照して説明したガス逆止機構２８０を揚液管１０に設けることができる。このガス逆止機構は、具体的には、図９及び図１０に示す送気管２２２のガス吐出口２２４よりも低い位置であって、吸引口１０ａよりも高い位置において揚液管１０に設ければよい。本実施形態３の二重管構造にガス逆止機構２８０を採用することで、ガス吐出口２２４から揚液管１０に下向きに吐出されるガス泡の不必要な下降を防止できる。よって、ガス吐出位置Ｈａをできるだけ液面Ｈ０近くまで下げて、一回の汲み上げ量（ガス泡で分断される上側の液体柱の体積）を増やし、液体の汲み上げ効率の改善を図ることも可能である。また、浅い液体源３０からの汲み上げ又は揚液管１０の液面Ｈａ下への挿入量を少なくしても確実な汲み上げを行うことができる。
【００９２】
本実施形態３において、図１０のように揚液流路径を上部ほど小さくする構成を採用することで、実施形態２で説明したように、汲み上げ限界近くの高い位置におけるガス泡の液体柱の追い越しを抑制し、汲み上げ効率の改善や、Ｈｖを大幅に超える高揚程での液体汲み上げを実現することが可能となる。
【００９３】
また、揚液受け部４０を省略し、揚液管１０をその上部において図１０（ｂ）に示すように、逆Ｕ字状に折り返し、折り返した先に、管路バルブ７２、真空ポンプ５０に連通された揚液タンク６０を接続する構成を採用することも可能である。なお、この場合、送気管２２２は、揚液管内の気密性を破らないように、揚液管１０の上部を貫通して上方に真っ直ぐを延在させればよい。なお、この図１０（ｂ）の構成おいて、揚液管１０のガス導入位置Ｈａより下方で吸引口１０ａより上の高さに逆止弁２８０を配置しても良い。
【００９４】
以上に説明した本実施形態３に係る二重管構造によれば、図９及び図１０に示されているように、揚液管内にガス導入手段２００の大半が収納できるため、装置の外形が小さくできる。よって、地中深く等、装置の設置スペースに制約が大きい場合であっても、最小限、揚液管１０を通すことができるスペースさえあれば、２０ｍ、３０ｍ以上深い位置にある液体を汲み上げることができる。また、装置外形が小さいため装置搬送に便利であり、搬送中におけるガス導入手段２００の破損の可能性も低減することができる。
【００９５】
さらに本実施形態３では、送気管２２２は揚液管内に配置されて用いられることとなるため、決められた位置でガス吐出ができれば、この送気管２２２に特別高い強度は要求されない。よって、送気管２２２の構成材料の選択幅が広くなり、製造コスト低減に有利となる。また、送気管の挿入長さを調整することでガス吐出口の高さ、つまりガス導入位置を容易に調整することができる。
【００９６】
次に、実施形態３に係る減圧揚液装置の動作について簡単に説明する。まず、送気管２２２が内部に挿入された揚液管１０を、その吸引口１０ａを低位にある液体源３０中に挿入し、管路バルブ７２及び給気バルブ２６を閉じ、真空ポンプ５０を駆動する。タンク６０内の空気が排気されて圧力が低下し、所定の負圧で一定になった後、管路バルブ７２を開放する。すると、揚液管１０は、急速に液体源３０から液体を吸い上げ、揚液管１０内に揚水された液体柱の高さが、負圧（真空）管内での液体柱の自然高さに相当するＨｖ程度となる。なお、管路バルブ７２を開放した際、減圧されている揚液管１０によって瞬時に揚液が行われるため、送気管２２２内は、そのガス吐出口付近までガス（例えば空気）で満たされている。
【００９７】
次に、ｏｎ−ｏｆｆタイマ２２６を作動させ、間欠的に給気バルブ２６を開ける（例えば開放時間０．６３ｓｅｃ、閉鎖期間１０．０１ｓｅｃ）。給気バルブ２６が開放されると、送気管２２２のガス吐出口からガス泡が吹き出す。給気バルブ２６は、短期間しか開放されず、また真空ポンプ５０が動作し続けているため、正圧のガス泡が吹き出すことで、一旦上昇した管内の圧力は、給気バルブ２６が閉鎖するとすぐ所定の負圧に戻る。
【００９８】
吹き出されたガス泡は、一旦、高さＨａから下降するが、ガス泡の圧力（正圧）と管内Ｈａ点付近の圧力（負圧）とで圧力差が存在すること、ガス泡が浮力を受けること、及びガス泡が液体（水）より軽いことから、その後揚液管内を上昇し始める。
【００９９】
揚液管内を上昇するにつれガス泡は膨張し、また、間欠的に吐出された複数のガス泡が上昇に従って集合することで、やがて揚液管１０の内径を占めるような砲弾型のガス泡（スラグ流）を形成し、このスラグ流が揚液管内を上昇することとなる。このようなスラグ流が形成されることで、ガス泡が吐出される前に高さＨｖであった液体柱は、発生したスラグ流によって上下に分断される。
【０１００】
上記スラグ流３４によって減圧管内での自然高さＨｖの液体柱が途中で分断されるため、分断された液体柱の上側の長さは、例えばＨｖより小さくなる。従って、このＨｖ未満の高さ（長さ）の水柱は、負圧状態の揚液管内を上昇することが可能となる。さらに、揚液管１０内は上に行くほど真空ポンプ５０に近づいて圧力が低くなるため、スラグ流は管内を上昇するにつれ、膨張するとともにその上端における上昇速度が速くなる。
【０１０１】
このため、一旦スラグ流が形成されて管内の液体柱が分断されると、分断された上側の液体は、スラグ流によって揚液受け部４０等が設けられた上方に勢いよく押し上げられることとなる。
【０１０２】
従って、結果として、本実施形態においても、低位にある液体源３０から高さＨｖより高い位置Ｈｄまで液体を汲み上げて、揚液受け部４０に一時貯留し、或いは揚液受け部４０を介してタンク６０に貯めることが可能となる。このように、真空ポンプ５０を用い、自然高さＨｖを大幅に超える２０ｍ、３０ｍのような揚程Ｈｄで液体の間欠的な汲み上げが行われる。
【０１０３】
なお、本実施形態３及び上記実施形態１及び２の減圧揚液装置において、汲み上げる液体に固体が混ざっている場合にも適用可能である。
【０１０４】
［実施形態４］
次に、図１１を参照して実施形態４に係る減圧揚液装置について説明する。本実施形態４は、揚液受け部４０に汲み上げた液体を還流する構成を備えている。具体的には、揚液受け部４０の底面４２に接続され、揚液受け部４０に汲み上げられた液体を環流管７４によって揚液管１０の途中、又は図１１に点線で示すように液体源３０に戻している。液体の汲み上げ原理、汲み上げ方法は、上述の実施形態と同じである。
【０１０５】
本実施形態の還流構造は、減圧揚液装置の揚液管１０を建物の壁面に露出するように取り付けて、液体及びガス泡が揚液管１０の管内を上昇する様子を観察者に表示する装飾用途などに利用することができる。また、揚液管１０の管内に液体の有無によって透過率などの変化するパターンを設け、揚液管１０の管内を液体が間欠的に上昇することでパターンを点滅表示させる表示機能を設けることもできる。このような装飾機能、表示機能を利用することで、屋外の１０、２０ｍ、３０ｍ或いはそれ以上の高さに、装飾を施し、広告表示を行うなどが可能となる。また、揚液管１０は、例えば、外径が２ｃｍ〜５ｃｍ程度とできるので、水平方向に対して非常に省スペースであって、鉛直方向に長い装飾・表示装置を提供できる。また動力が真空ポンプ５０のみでよいため、非常に低消費電力で斬新な装飾や表示を行うことができる。
【０１０６】
揚液受け部４０の還流管７４への送出口の口径（還流管の口径）は、減圧溶液装置が減圧、ガス導入、液体汲み上げの動作をしている際に、揚液受け部４０に汲み上げられた液体が還流管７４を介して全て排出されずに、残るように設定する。即ち、揚液量よりも排出量が小さくなるように設定する。
【０１０７】
ここで、揚液管１０の途中に還流管７４が接続されている構成を採用する場合、還流管７４の還流口の口径は、揚液管１０の内径より小さく、ガス泡及びこのガス泡によって急速に上昇する液体柱が、還流口から還流管７４を介して逆流しない又は逆流の程度の少ない小径とする。また、還流管７４の還流口は、揚液管１０の液体の上昇方向に対して直交又は鈍角より大きい角度で揚液管１０に連通するように接続することで、下方から揚液管１０の管路の延びるほぼ鉛直方向に上昇する液体が、還流管７４に逆流せず又は逆流の程度を少なくすることができる。揚液管１０への還流管７４の接続位置は、揚液受け部４０の底面より低い位置であれば特に限定されない。
【０１０８】
実施形態４において、ガス導入手段２００は、図１１では実施形態１、２と同様、揚液管１０の外部に配置した送気管２２から送気ノズル２４を介して揚液管１０の管内にガス導入する構成を採用している。送気ノズル２４については、上述のいずれの構成を採用してもよい。また、揚液管１０の内部に送気管を挿入した実施形態３の二重管構造を採用しても良い。実施形態２のように揚液管１０の液体流路径を上部位置において下部よりも小さくする構成の採用も可能である。揚液管１０のガス導入高さＨａより下の位置に、図７に示すガス逆止機構２８０を採用しても良い。
【０１０９】
揚液受け部４０は、実施形態１と同様の構成を採用可能であるが、本実施形態４では汲み上げた液体を大量に貯留する必要性が低いため、液体タンクを省略することができる。このため、真空ポンプ５０を直接揚液受け部４０に連通し、揚液受け部４０の内部空間及び揚液管１０の管内を真空ポンプ５０によって減圧する構成を採用している。
【０１１０】
なお、汲み上げた溶液を、還流させずに他の実施形態のように用いる場合において、本実施形態４で説明した表示機能や、装飾機能を採用しても良い。
【０１１１】
［実施形態５］
次に、図１２を参照して実施形態５に係る減圧揚液装置について説明する。本実施形態５では、上述の実施形態１〜３で説明したいずれかの減圧揚液装置において、さらに、液体タンク６０に貯まった液体を加圧して利用するためのコンプレッサーを備える。図１２は、このようなコンプレッサー９０を利用した装置全体の概略構成を示している。揚液管、ガス導入手段及び揚液受け部等の構成は、上述の実施形態と同じであり、既に説明した構成と共通する構成には同一符号を付している。
【０１１２】
また、上述の実施形態と同様に、液体タンク６０は、経路中に管路バルブ７２が設けられた送液管７０を介して揚液受け部４０に接続されており、液体タンク６０には、揚液受け部４０から揚液管１０によって汲み上げられた液体が貯留可能となっている。本実施形態５では、この液体タンク６０には、電磁バルブ（電磁三方バルブ）５２を介して真空ポンプ５０が接続され、電磁バルブ（電磁三方バルブ）９２を介してコンプレッサー９０が接続されている。さらに、本実施形態５では、液体タンク６０には、タンク内部圧力を監視するための圧力センサ６２、タンク内の液体貯留量を監視するための液面センサ（水位センサ）６４、液体タンク６０からの液体の送出を制御する電磁バルブ（電磁開閉バルブ）６６、内部空間の大気開放用バルブ６８ａ、不要となった液体を廃棄するための排出バルブ６８ｂが設けられている。
【０１１３】
本実施形態５において、制御装置１００は、電源１１０からの電力供給を受け、真空ポンプ５０、コンプレッサ９０を制御すると共に、バルブ５２，７２，９２及び送気管２２に設けられている給気バルブ２６の開閉タイミングを制御している。また、制御装置１００は、圧力センサ６２による液体タンク６０の内部圧力、液面センサ６４による液面を監視し、その結果に応じて、汲み上げ期間と揚液利用期間との調整や、給気バルブ２６の開放期間（ガス導入タイミング、ガス導入量）、液体送出用のバルブ６６の開放期間（液体使用量）などを制御する。
【０１１４】
以下、図１２に加えて、装置の動作タイミング波形を示す図１３を参照し、上記制御部１００によって制御されている本実施形態５に係る減圧溶液装置の各部の動作タイミングを説明する。図１３（ａ）に示すタイミングで電源が投入されると、図１３（ｘ）で示すように大気開放用バルブ６８ａが開放制御され、液体タンク６０の内部空間が一旦大気圧となる。また、期間Ｔ５を計測するタイマ（Ｔ５）が起動し、期間Ｔ５が経過すると（図１３（ｍ））、上記バルブ６８ａが閉じ、かつ図１３（ｂ）に示すように真空ポンプ５０がオン制御され減圧動作が開始する。また同時に図１３（ｎ）のように真空ポンプ５０と液体タンク６０の経路にあるバルブ５２が制御され、大気に対して閉鎖状態となり、かつ、経路内を開状態とする。
【０１１５】
圧力センサ６２で検知される圧力は、図１３（ｃ）に示すように減圧開始から徐々に低下し（図中は折れ線が上昇するほど圧力が低く表現されている）、予め設定された圧力（一例として−８０ｋＰａ）を超えると、超過期間中、圧力センサ６２は、図１３（ｄ）に示すように目標圧力到達信号を発生し、この信号を制御装置１００に出力する。なお、目標圧力への到達判定は、圧力センサ６２から随時供給される圧力値によって制御装置１００が実行しても良い。
【０１１６】
目標圧力到達信号が発生すると、図１３（ｐ）に示すように管路バルブ７２は閉状態から開状態に切り替え制御され、また同時に、図１３（ｆ）に示すように、期間Ｔ４を計測するタイマ（Ｔ４）が起動し、期間Ｔ４を計測する。
【０１１７】
管路バルブ７２が開状態となると、非減圧状態であった液体タンク６０に揚液受け部４０及び揚液管１０が連通されるため、図１３（ｃ）に示すように圧力値は、一旦、少し上昇した後、真空ポンプ５０の動作継続にしたがって再び低下する。この圧力値が再び目標圧力になると、図１３（ｄ）のように目標圧力到達信号が再び出力される。再び目標圧力に到達し、かつ、上記期間Ｔ４の経過が計測されると、図１３（ｇ）に示すように汲み上げ期間に移行する。なお、バルブ７２を開放してから再び目標圧力に到達するまでの期間は、装置構成に応じて概ね一定であるため、図１３（ｆ）に示すように、最初に目標圧力到達信号が発生してから汲み上げ開始までの期間Ｔ４をタイマーによってカウントすることができる。
【０１１８】
汲み上げ開始期間が始まると、図１３（ｈ）に示すようにｏｎ−ｏｆｆタイマ（図１の２２６）が、給気バルブ２６の開放期間（Ｔ１）と、閉鎖期間（Ｔ２）とを計測する。そして、給気バルブ２６は、図１３（ｉ）のように開放期間（Ｔ１）のみ開放制御される。このような制御により、減圧され液体が自然高さＨｖの高さまで上昇している揚液管１０のＨａの位置に、給気バルブ２６の開放期間だけガスが導入され、導入ガス泡が分断した液体柱の上部が揚液受け部４０に汲み上げられる。このとき管路バルブ７２は、図１３（ｐ）のように開放中であるから、揚液受け部４０から送液管７０を介して液体タンク６０に汲み上げられた液体が送られる。
【０１１９】
通常の装置動作時おいては、図１２の排出バルブ６８ｂは閉鎖されているので、タンク内には間欠的に送られてくる液体が徐々に貯まり、液面が上昇していく。液面が液面センサ６４の下側センサ６４ｄよりも高くなると、図１３（ｄ）に示すように下側センサ６４ｄから下限液面検出信号が出力される。
【０１２０】
更に、図１３（ｉ）のように給気バルブ２６の開放を繰り返し、液体の汲み上げを繰り返し、液面センサ６４の上側センサ６４ｕの位置まで液面が到達すると、図１３（ｊ）に示すように上側センサ６４ｕから上限液面検出信号が出力される。
【０１２１】
この上限液面検出信号が出力されると、図１３（ｇ）のように汲み上げ期間が終了し、図１３（ｐ）のように管路バルブ７２は閉状態に切り替わり、かつ図１３（ｌ）に示されるようにバルブ５２の閉鎖制御信号が発生して、図１３（ｎ）に示すように、バルブ５２が閉状態となって、真空ポンプ５０と液体タンク６０との経路を閉じる。
【０１２２】
また、上限液面検出信号が出力されると、図１３（ｋ）に示すようにタイマ（Ｔ３）が動作し、期間Ｔ３を計測する。この期間Ｔ３中、図１３（ｘ）に示すように大気開放用バルブ６８ａが開状態となって溶液タンク６０内が一旦大気圧状態になる。期間Ｔ３が経過すると、この大気開放用バルブ６８ａは再び閉状態となり、かつ図１３（ｒ）に示すようにコンプレッサー９０と液体タンク６０との間のバルブ９２が開状態となり、液体タンク６０内が加圧される。また同時にミストノズルや、スプリンクラーなどの加圧液体噴射機構に連結された送出管のバルブ６６が、図１３（ｑ）のように開状態となる。コンプレッサー９０の液体タンク６０への接続と、バルブ６６の開放により、液体タンク６０に貯まった液体は、加圧されて加圧液体噴射機構に送られ、ここで噴射、噴霧に用いることができる。
【０１２３】
液体タンク６０に貯まった液体が以上のように散布などによって使用されると、液体量が減少して液面が低下する。そして、下側センサ６４ｄの位置まで液面が下がり、図１３（ｏ）に信号の立ち下がりで示すように下限液面検出信号が出力されると、図１３（ｑ）に示すようにバルブ６６が閉制御され、また、図１３（ｒ）に示すようにバルブ９２も閉制御され、汲み上げた液体の使用期間が終了する。
【０１２４】
下限液面検出信号が出力されると、図１３（ｍ）に示すように、再び、タイマ（Ｔ５）が起動し、期間Ｔ５の経過が計測されると、図１３（ｎ）に示すように真空ポンプ５０と液体タンク６０との間のバルブ５２が再び開状態となる。バルブ５２が開状態へ切り替わると、図１３（ｂ）に示すように液体タンク６０の内部圧力は再び減少を開始する。そして、圧力センサ６２で検出される内部圧力が再び目標圧力に到達すると上述のような液体汲み上げ動作が実行される。
【０１２５】
以上のようにして、液体くみ上げ動作と液体利用動作を効率的に切り替えることで動力源として真空ポンプ５０のみにより液体を高位に汲み上げ、そして、高位に配置された液体タンク６０からコンプレッサー９０を利用することで加圧液体噴射機構に液体を供給することができる。なお、減圧時には大気中に開放されている真空ポンプ５０の排気路を、液体加圧利用時には、液体タンク６０への加圧給気路に接続するように切り替え制御すれば、真空ポンプ５０をコンプレッサー９０としても利用することが可能である。
【０１２６】
［実施形態６］
図１４は、上述の実施形態５の減圧溶液装置を利用した実施形態６に係る液体散布装置の一例を示している。図１４の液体散布装置では、水を液体源３０から揚液管１０によって、上位（例えばビルの屋上）に配置した液体タンク６０に汲み上げ、汲み上げた水を散水している。
【０１２７】
この散水装置４００は、図１４に示すように例えば建物４４０（例えば、高さ３０ｍ程度を超えるような高層ビル）に設置して、植物への給水、冷却や清掃のための散水などとして用いることができる。
【０１２８】
例えば、近年問題となっているヒートアイランド現象を抑制する目的等により屋上や建物壁面に緑化植物を設置する取り組みが行われているが、本実施形態６の散布装置４００を用いて、水を散布すれば、例えば地上３０ｍ程度以上の８階建てまたはそれ以上の高層ビルの高い位置に設置される緑化植物に対しても、極めて簡易で、低消費電力な構成によって、給水することができる。
【０１２９】
また、上記実施形態５のようにコンプレッサー９０を利用することで汲み上げた水を加圧して噴霧することも容易であり、ミストノズルから水を噴霧して気化熱によって周囲気温を低下させるミストクーラとして利用することもできる。また、建物表面に光触媒塗料などを塗布しておき、この建物表面に本実施形態６の散水装置によって散水することで、建物表面の掃除や建物の冷却に利用することもできる。
【０１３０】
これらの用途における散水は、間欠的に実行すればよいため、本発明のように液体源３０から間欠的に液体を汲み上げる揚液装置を利用することで、極めて高効率な散水装置を実現することができる。
【０１３１】
また、高層の建物４４０の屋上は日照条件にも優れているため、図１４に示すようにソーラパネルを屋上に設け、ソーラパネルで得られた電力を、本発明の液体散布装置の電力（制御装置、真空ポンプ、コンプレッサー等の電源）として用いれば、商用電源を用いることなく、液体の屋上などへの汲み上げ、及び汲み上げた液体の散布を実行することができる。
【０１３２】
また、本発明の揚液装置によって汲み上げた液体をソーラパネルの冷却に利用することで、発電時などにおけるソーラパネル周辺温度の上昇及びそれに伴う発電効率の低下を抑制することができる。なお、ソーラパネルの冷却は、パネルの背面に、汲み上げた液体を循環させる水冷式のラジエータによって行っても良い。或いは、図１４に示すように液体タンク６０に接続された給水管４１０にパネル用パイプ４１２を接続し、このパイプ４１２の先に設けたパネル用ミストノズルからパネル周辺に水を噴霧することで、パネル冷却を実行しても良い。
【０１３３】
同様に、屋上への緑化植物への給水、屋上冷却のための散水は、給水管４１０に屋上散水用パイプ４１４を接続し、このパイプ４１４に複数取り付けられたミストノズルから行うことができる。
【０１３４】
建物壁面に対しては、給水管４１０に壁面用パイプ４１６を接続し、この壁面用パイプ４１６の先に取り付けた複数のミストノズルから散水することができる。ここで、図１４に例示されているように、壁面用パイプ４１６を任意の高さ毎に分岐させてそれぞれ壁面に固定すると共に、各分岐パイプの先に複数のノズルを取り付けて各ノズルから散水することにより、壁面に配置された緑化植物への給水、建物表面の洗浄、冷却を人手を解することなく間欠的に実行できる。
【０１３５】
なお、図１４には、給水管４１０に接続され、建物の低位まで延びたパイプ４１８を示している。例えば、建物の出入り口付近は、人の出入りが多く、また夏期などの高温時には、外気温との温度差を感じやすい場所であるが、このような場所にパイプ４１８を設置し、その先端にミストノズルを設けて水を噴霧すれば、効率的な外気冷却を実行することができる。
【０１３６】
また、液体タンク６０を例えば建物の屋上のような非常に高い位置に設置しているので、このタンク６０に接続され、低い位置に設けられるパイプ４１８のノズルには、液体タンク６０の設置高さと、パイプ４１８のノズル位置までの高低差に応じた高い水圧を自動的に加えることができ、より安定して微細なミストを噴霧することができる。
【０１３７】
次に、図１５を参照して他の液体散布装置の構成例を説明する。上記図１４の散布装置では、実施形態５に説明したようにコンプレッサー９０を用いて加圧液体噴射機構からの散水を行っているが、図１５に示す液体散布装置では、コンプレッサー９０を省略している。よって、図１５に示す液体散布装置では、加圧ミストを噴射するのではなく、高位に汲み上げられた液体の位置エネルギを利用し、この液体を下位まで効率的に流しながら途中で冷却、散水を実行する。
【０１３８】
具体的には、例えば動力源としてソーラパネルを用いる場合のパネルの冷却は、液体タンク６０に接続された給水管４２０に、冷却用パイプ４２２を連通し、この冷却用パイプ４２２をパネル背面に屈曲配置して実行する。
【０１３９】
また、冷却用パイプ４２２の先には、少なくとも建物の下部まで連なり、途中に複数の散水孔４２６ｈを備える壁面散水パイプ４２６を連通している。ソーラパネルが、液体タンク６０とほぼ同じ高さに設けられている場合、液体タンク６０から排出される液体は、同じ高さに位置する冷却用パイプ４２２を流れ難い。しかし、より低い位置までつながり、かつ、散水孔４２６ｈを備える壁面散水パイプ４２６を連結することで、下位に向かって流れる液体がこの冷却用パイプ４２２を経由でき、パネルなど、目的とする対象を自動的に冷却することができる。また、同様の原理で、液体タンク６０とほぼ同じ高さの屋上面に散水する場合には、屋上散水用パイプ４２４を、給水管４２０と壁面散水パイプ４２６と間に接続することで、特別な動力を用いることなく、屋上にも自動的に散水することができる。なお、図１５の例では、この屋上散水用パイプ４２４を冷却用パイプ４２２と壁面散水パイプ４２６との間に接続している。
【０１４０】
植物への給水は、上述のように連続して実行する必要も、特に微細なミスト状で水を撒く必要もない。よって、図１５に示す液体散布装置を用いて、間欠的に汲み上げられる水を、間欠的に、また、植物を痛めることなく穏やかに徐々に散水することで、効率的な給水が可能となる。もちろん、途中経路の冷却も可能であり、壁面等に徐々に水を流すことで光触媒塗料などを併用した自動的な壁面清掃を行うこともできる。
【０１４１】
ここで、図１５の右上側には、壁面を蛇行（ミアンダ状）するように配置した壁面散水パイプ４２６の蛇行の角部分についての拡大構造の一例を示している。この構造では、角部にカップ状の水受け部４３０が設けられ、上側パイプ４２６ａは水受け部４３０の底部付近に接続され、上側パイプ４２６ａから流れてくる水が水受け部４３０に流れ込むようになっている。
【０１４２】
水受け部４３０の側面の上部には、下側パイプ４２６ｂが接続されており、この接続位置以上に水受け部４３０に水がたまると、下側パイプ４２６ｂに水が流れる。水受け部４３０の底には散水用の孔４３０ｈが設けられており、水受け部４３０には、液体タンク６０から水が供給されている期間には、ある程度水受け部４３０に水が貯まるようになっている。水の供給が無くなると、散水用の孔４３０ｈから水が流れ出るため、常時水が貯まることはなく、蚊などの害虫発生を防止できる。
【０１４３】
このような角部の構成を採用することで、汲み上げた水の水圧が低い領域、つまり液体タンク６０に近い、比較的高い位置であっても、壁面散水パイプ４２６の傾斜部を水が比較的ゆっくり流れ、これらの高い位置での散水も十分に行うことが容易となっている。もちろん、こような角部分を必ずしも採用せず、単にパイプを屈曲させてもよい。また、サイフォン原理を利用して、水受け部４３０に水を貯め、一定以上水が貯まると、貯まった水が全て下側パイプ４２６ｂを介して流れ出るように構成してもよい。これは、一例として、図１５の右下拡大図に例示するように、下側パイプ４２６ｂを水受け部４３０の下部付近に接続し、この下側パイプ４２６ｂに部分的に上に向かって延びる逆Ｕ字状の屈曲部を設けることで実現することもできる。このような構成により、水受け部４３０に一定以上の水が貯まると、水受け部４３０内の水が下側パイプ４２６ｂの逆Ｕ字状の屈曲部を超えて下側パイプ４２６ｂに流れ出る。よって、下側パイプ４２６ｂに水が流れ出るまでの間、上側パイプ４２６ａ内は水で満たされ、壁面への散水が行われることとなる。
【０１４４】
図１６は、本実施形態６の液体散布装置の他の構成例を示している。図１６（ａ）は、屋根の雪下ろしに本実施形態６に係る液体散布装置を利用した例である。切妻屋根など、勾配を持つ屋根の最上部と、屋根の傾斜面に融雪用の散水パイプや循環パイプを配置し、これらのパイプに上述の実施形態のいずれかの減圧揚液装置によって汲み上げた液体を供給すればよい。
【０１４５】
図１６（ａ）では、屋上に真空ポンプ５０を配置しているが、ポンプ５０は地面近くに配置して一般民家での電源供給を容易としても良い。また、揚液受け部４０の容積が融雪に必要な散水量に対して適切であれば、液体タンク６０を省略し、揚液受け部４０から直接散水パイプ又は循環パイプに水を供給しても良い。このようにすれば、屋根の上には散水パイプや循環パイプと揚液受け部４０のみを配置すれば良く、一般民家での取り付けが非常に容易となる。
【０１４６】
本発明に係る減圧揚液装置であれば、液体源３０は任意に選ぶことができ、図１６（ａ）に記載するように、液体源３０として、例えば温水や熱湯などをためたバケツや風呂などを利用することができる。これらの液体源３０に揚液管１０を挿入し、真空ポンプ５０を動作させて揚液管１０にガスを導入するだけで、温度の高い水を屋根に散布・循環させることができ、少ない水量で効率的に雪を溶かし、屋根雪を落とすことができる。もちろん、温水でなくても良い。また、減圧溶液装置の動作を停止すれば、汲み上げた水は短時間で流れ出て無くなるため、装置を設置したままでも、管内の凍結のおそれがない。
【０１４７】
図１６（ｂ）は、道路の融雪や、夏場の高温時期における道路への打ち水、街路樹などの植栽への潅水のために本実施形態に係る液体散布装置を用いている。設置箇所は、特に限定されるものではないが、例えば、道路の中央分離帯などとすることで、交通の妨げにならず、また植栽による分離帯への潅水や、高い位置にあることが多い中央分離帯から低い位置にある道路の脇まで、液体源３０から汲み上げた水を流すことができ、融雪、打ち水などを効率的に実行することができる。また、中央分離帯であれば日照条件が優れていることも多く、ソーラパネルを動力源として用いれば商用電源を設置する必要がない。また、液体タンク６０を省略して揚液受け部４０から直接散水パイプを介して散水しても良いし、コンプレッサーを用いてミストを噴霧してもよい。
【０１４８】
図１７は、上述の各実施形態に説明した減圧揚液装置の液体散布装置以外の用途の一例を示している。本発明の減圧揚液装置は、上述のように液体中に土砂などが含まれていても一緒に汲み上げることができる。よって、液体だけの地下水等の汲み上げ用途だけでなく、図１７（ａ）に示すように、いわゆるヘドロなど高比重の汚泥などを含む湖沼などの液体源３０ａに揚液管１０の吸引口１０ａを挿入し、揚液受け部４０を介して液体タンク６０に泥水を汲み上げる浚渫装置に用いることもできる。
【０１４９】
また、図１７（ｂ）のように例えば内部に有害なガスなどが充満する大型のガスタンク等の底に残留する水などの液体源３０ａが対象であっても、人が水面で作業する必要が無く、安全かつ簡易に高揚程な汲み上げができる。また引火性のガスが充満している場合でも、揚液管１０の管内にガスを導入するだけでよいので、発火することなく揚液処理をすることができる。なお、引火性のガスが充満する環境の場合には、特に、実施形態３に示したように送気管を揚液管１０の中に挿入する二重管構造を採用すればガスタンク内の引火性ガスにふれることなく管内に汲み上げ用のガスを導入でき、より安全性を向上させることができる。
【実施例】
【０１５０】
（実施例１）
上述の図１に示す減圧揚液装置を利用した３０ｍ揚程の実施例について説明する。実施例１では、この減圧揚液装置を８階建て建物内に取り付け、汲み上げる液体として水を用いて実行した。
【０１５１】
液体源３０として水槽を１階の床面に設置し、液体タンク６０は８階（最上階）に設置した。揚液管１０の上端は、８階天井に固定した揚水受け部４０に接続した。揚液管１０としては、サクションパイプ（内径２５．４ｍｍ、外径３１．８ｍｍ）を用い、送気管２２には、ワイヤー入パイプ（内径１２ｍｍ、外径１４ｍｍ）を用いた。送気管２２に設けられた給気バルブ２６には電磁開閉バルブを用い、バルブ２６の開閉は、ＯＮ−ＯＦＦタイマー２２６で自動的に行うことにより、送気ノズル２４から大気を送り込む時間を制御した。送気ノズル２４としては、図４に示すガス整流フィンによって揚液管１０の管内に上に向けてガスを吐出するノズルを用いた。また、真空ポンプ５０の仕様は、排気速度５０Ｌ／ｍｉｎ、到達圧力０．１Ｐａ、消費電力２００Ｗであった。
【０１５２】
揚液実験では、まず、給気バルブ２６および管路バルブ７２を閉じた状態で真空ポンプ５０を稼働させ、液体タンク６０の内部圧力が−９０ｋＰａ以下となった後にバルブ７２を開放した。このとき、揚液管１０の管内には、水面Ｈ０から６ｍ程度の高さまでほぼ瞬時に揚水される。
【０１５３】
送気管２２の管内は、送気ノズル２４付近まで大気で満たされている。給気バルブ２６を開放する直前における揚液管内の水位は９．５ｍ程度である。つまり、管内を単に真空ポンプ５０によって減圧しただけの場合の最大揚程はこの水位を超えることはない。
【０１５４】
本実施例１では、給気バルブ２６を連続開放する揚水実験（実施例１−１）およびＯＮ−ＯＦＦタイマー（開放時間：８．３秒、閉鎖時間：１分３秒）を作動させた揚水実験（実施例１−２）の２ケースを実施した。実験中は液体タンク６０の内部圧力および揚液量（液体タンク６０の重量）を測定した。
【０１５５】
図１８に給気バルブ２６を連続開放した実施例１−１における揚水量と真空圧の経時変化を示す。バルブ開放１２秒後には、３０ｍの位置まで揚水が到達し、２０秒後までの約８秒間に約０．８Ｌ揚水される。その後、一旦揚水が停止するが、約３０秒後から再び揚水が生じ、約４０秒後までの約１０秒間にさらに約０．４Ｌ揚水される。そして、それ以降は全く揚水されなくなる。１回の連続開放による揚水量は１．２８Ｌであった。真空圧は１２秒後の揚水到達と同時に低下し始め、４０秒まで徐々に低下し、それ以降は−４０ｋＰａ程度でほぼ一定となった。
【０１５６】
図１９にＯＮ−ＯＦＦタイマーを作動させた実施例１−２における揚水量と真空圧の経時変化を示す。図中の（１）〜（１８）は、給気バルブ２６を開放した回数を示している。実施例１−１と同様に、１回目のバルブ開放後、約１３秒後に３０ｍまで揚水が到達する。１回目の揚水量は０．６８Ｌであり、連続開放した実施例１−１の約半分である。真空圧はバルブ開放時に一旦減少し、バルブ閉鎖時に回復する。開放１〜３回目においては、開放前の真空圧まで回復せず、真空圧は徐々に低下している。開放４回目以降では、開放時に−７５ｋＰａまで低下して閉鎖時に−８５ｋＰａまで回復する状態を繰返している。この間においては１回あたりの揚水量は０．３０Ｌ／ｍｉｎで定常状態となっている。
【０１５７】
汲み上げ開始から１５分経過後、液体タンク６０への揚水量は約４．５Ｌであった。
【０１５８】
以上のように、実施例１の実験から、真空ポンプによる３０ｍの揚水が確認された。本発明に係る減圧揚液装置は、上述のように、簡単な設備であり、真空ポンプを稼働させるだけの電力を確保できれば、定常的に揚液を実現することができる。
【０１５９】
（実施例２）
次に、上述の実施形態２で説明した図８（ａ）に示す減圧揚液装置を利用した３０ｍ揚程の実施例について説明する。揚液管１０は、実施例１と同様に単管であるが、送気ノズル２４の取り付け位置（≒Ｈａ）から１４ｍの高さまでが下部揚液管１４で、その内径は３２ｍｍであり、この１４ｍより高い位置から全揚程３０ｍの終端までが上部揚液管１６（長さ約１５ｍ）で、その内径は２５．４ｍｍとした。取り付け条件、真空ポンプ５０の能力、導入ガス量などの他の条件は上記実施例１−１と同じとして連続ガス導入実験（実施例２−１）を行った。なお、最大減圧下での管内水位は、９．４４ｍ、ガス導入位置Ｈａは、水面Ｈ０から１．０２ｍであった。
【０１６０】
図２０は、給気バルブ２６を連続開放した実施例２−１における揚水量と真空圧の経時変化を示す。バルブ開放２４秒程度で、３０ｍの位置まで揚水が到達し、５０秒後までの間に約２Ｌ揚水することができ、その後は余り変化がなかった。
【０１６１】
図２１にＯＮ−ＯＦＦタイマーを作動させた実施例２−２における揚水量と真空圧の経時変化を示す。図中の（１）〜（１０）は、給気バルブ２６を開放した回数を示している。バルブ２６の開放時間は１５秒、密閉時間は１分３０秒とした。１回目の揚水量は１．１Ｌであり、連続開放した実施例２−１（２．０Ｌ）の約半分である。真空圧はバルブ開放時に一旦減少し、バルブ閉鎖時に回復する。開放１、２回目においては、実施例１−２と同様、開放前の真空圧まで回復せず、真空圧は徐々に低下している。開放３回目以降では、開放時に−７０ｋＰａまで低下して閉鎖時に−８５ｋＰａまで回復する状態を繰返している。それ以降の揚水量は０．３５Ｌ／ｍｉｎで概ね定常状態となっている。
【０１６２】
汲み上げ開始から１５分経過後、液体タンク６０への揚水量は５．７Ｌ程度であった。
【０１６３】
実施例２においても、実施例１と同様、３０ｍの高揚程かつ有益な量の揚液が実現されていることが理解できる。
【符号の説明】
【０１６４】
１０  揚液管、１０ａ  揚液管の吸引口、１０ｂ  揚液管の上部終端部、１４  下部揚液管、１６  上部揚液管、２２  送気管、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ  送気ノズル、２６  給気バルブ、３０  液体源（水源）、４０  揚液受け部、４２  揚液受け部の底面、４４  揚液受け部の上面、５０  真空ポンプ（減圧手段）、６０  液体タンク、７０  送液管、７４  環流管、１００  減圧揚液装置の制御部、２００  ガス導入手段、２２２  送気管、２２４  ガス吐出口、２４０  ノズル筐体、２４４  ガス整流フィン、２８０  ガス逆止機構。
【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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【図２２】
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