(57)【要約】【課題】気液ポンプからの気液を水中外で気液分離し、気体を水中の固形物等の吸引力に利用し、液体を水中の溶存酸素の増強等に利用し、浅い水深でも大きい吸引力で、微細気泡も起こす水中外気液分離装置を提供する。【手段】水面より低い位置で、水中外に気液分離室を設け、気液分離室から放流管を水中へ延伸する、気泡ポンプを設けて、気液分離室の上部から気体サイフォンを下方に延伸して気泡ポンプの途中へ接続する、気泡ポンプの吸引口は水中へ延伸して、放出口は水面近辺又は水面より高い位置に設置する、気液ポンプから気液を気液分離室へ圧送し、気液を上下に分離させて液体は気液分離室から放流管を経て水中へ放流し、気液分離室の上部に分離した液体は気体サイフォンを経て気泡ポンプに入って上昇気泡流を起こす、上昇気泡流によって水中の吸引口から水中の水又は水底付近の固形物等を吸引して水面近辺へ引き上げる。【選択図】　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液ポンプ１の圧送管２を、水中外で、水面より低い位置に設けた気液分離室３へ接続し、気液分離室３の下部に放流管４を接続して水中へ延伸する、気液分離室３の近くに気泡ポンプ５を設ける、気液分離室３の上部から気体サイフォン６を下方に延伸してサイフォン接続部７にて気泡ポンプ５へ接続し、この接続箇所より上側を放出管８とし下側を吸引管９とする、吸引管９の吸引口１０は水中へ延伸して配置し、放出管８の放出口１１は気液分離室３よりも高い位置に配置する、以上の構成として、気液ポンプ１から気液を気液分離室３へ圧送し、気液を上下に分離させて液体は気液分離室３の下部から放流管４を通過させて水中へ放流する、気液分離室３の上部に分離した気体は気体サイフォン６を経てサイフォン接続部７から放出管８に入って上昇気泡流を起こし吸引口１０に吸引力を起こし、吸引口１０から水又は水中の固形物等を吸引して吸引管９、放出管８を経て放出口１１から必要とする場所へ放出する水中外気液分離装置。
【請求項２】
気泡ポンプ５を気液分離室３の内部を通過させる構成、又は外側を通過させる構成として設置する水中外気液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、気液二相流を圧送する『気液ポンプ』と『気泡ポンプ』を併用して、水中の溶存酸素の増強や、水中の水や、水中土石、水底の清掃、水や固形物の引き上げ等に使用する水中外に設置した気液分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から水中の気液分離装置は存在しているが水中での使用方式のため、水中を占拠し、設置移動に困難性が大きく、管理上の安全性に欠け、維持管理が不便と言う欠点があった。特に養魚場や水槽では水中外の装置が望まれていた。
【０００３】
さらに、水深が小さい場所では、気液分離装置の設置水深も浅くなるため、気泡ポンプの吸引口からの吸引力が小さくなり、気泡ポンプは効果的な稼動が困難と言う欠点をもっていた。特に、小型水槽等の浅い水深での使用には吸引力が小さく効果的でない欠点があった。
【０００４】
また、気液の圧送管２と気泡ポンプの放出管８は別々のパイプ配置を行っていたが、これは複雑化と場所を占拠する欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の気液分離装置の持つ欠陥を解決する技術の開発にあり、水中外に設置しても機能性は殆ど変わず、設置移動が容易で、維持管理が容易で安全性に優れ、小水深でも、気泡ポンプの吸引口からの吸引力が大きく、気泡ポンプが効果的に稼動できる装置の開発にある。
【０００６】
さらに、圧送管２と放出管８を並列に設置しない技術の開発にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の目的を達成するため、気液ポンプ１の圧送管２を、水中外で、かつ、水面より低い位置に設けた気液分離室３へ接続し、気液分離室３の下部に放流管４を接続して水中へ延伸する、気液分離室３の近くに気泡ポンプ５を設ける、気液分離室３の上部から気体サイフォン６を下方に延伸してサイフォン接続部７にて気泡ポンプ５へ接続し、この接続箇所より上側を放出管８とし下側を吸引管９とする、吸引管９の吸引口１０は水中へ延伸して配置し、放出管８の放出口１１は気液分離室３よりも高い位置に配置する、以上の構成として、気液ポンプ１から気液を気液分離室３へ圧送し、気液を上下に分離させて液体は気液分離室３の下部から放流管４を通過させて水中へ放流する、気液分離室３の上部に分離した気体は気体サィフォン６を経てサイフォン接続部７から放出管８に入って上昇気泡流を起こし吸引口１０に吸引力を起こし、吸引口１０から水又は水中の固形物等を吸引して吸引管９、放出管８を経て放出口１１から必要とする場所へ放出することに特徴がある。
【０００８】
さらに本発明は、請求項１に関して、外側を通過させる構成の他に、放出管８を気液分離室３の内部に布設する構成とすることに特徴がある。
【０００９】
【実施の態様】
本発明の、請求項１を図１に従って説明すると、前述の目的を達成するため、気液ポンプ１の圧送管２を、水中外で、水面より低い位置に設けた気液分離室３へ接続し、気液分離室３の下部に放流管４を接続して水中へ延伸する、気液分離室３の近くに気泡ポンプ５を設ける、気液分離室３の上部から気体サイフォン６を下方に延伸してサイフォン接続部７にて気泡ポンプ５へ接続し、この接続箇所より上側を放出管８とし下側を吸引管９とする、吸引管９の吸引口１０は水中へ延伸して配置し、放出管８の放出口１１は気液分離室３よりも高い位置に配置する、以上の構成として、気液ポンプ１から気液を気液分離室３へ圧送し、気液を上下に分離させて液体は気液分離室３の下部から放流管４を通過させて水中へ放流する、気液分離室３の上部に分離した気体は気体サイフォン６を経てサイフォン接続部７から放出管８に入って上昇気泡流を起こし吸引口１０に吸引力を起こし、吸引口１０から水又は水中の固形物等を吸引して吸引管９、放出管８を経て放出口１１から必要とする場所へ放出するものである。
【００１０】
さらに本発明は、請求項２記載を図３に示すように、気泡ポンプ５を気液分離室３の外側に構成だけでなく、気泡ポンプ５を気液分離室３の内部に構成する構成とするものである。
【００１１】
気泡ポンプ５とは、吸引口１０、吸引管９、気体サイフォン６、サイフォン接続部７、放出管８、放出口１１の全体を含むもので、気泡ポンプ５のみの記号は図示していない。
【００１２】
さらに本発明は、図１、図４、図６に示す通り、気液分離室３を水槽等の外側に置いて、水槽等の水源の外側で水面より低い位置に設置することで吸引口１０の吸引力を発揮するものである。
【００１３】
さらに本発明は、気液分離室３を水面下ｈ１に設置することで、放出口１１の放出高さｈ２を大きくするには、
・気液分離室３の設置位置のｈ１を大きくする
・気液ポンプ１からの気液量を多くする
・放出管８の内径を細くする
・吸引管９の内径を太くする
・放流管４の内径を大きくする
この場合ｈ２≧ｈ１のように高くなる場合もある。
【００１４】
さらに本発明は、図１、図４、図６に示す水槽のみでなく、池沼等の浅い水深でも、水面よりも低い位置、または水源の水底よりも低い位置に気液分離室３用のピット等を設けて、気液分離室３を設置して、吸引力の大きい機能を発揮させることができる。すなわち、吸引力はｈ１のみでなく、ｈ０＋ｈ１比例し、浅い水深でも大きい吸引力を確保できるものである。
【００１５】
気液分離室３内で形成する水位は、圧送管２、放流管４、気泡ポンプ５等の気液の通過状況で上下に変動するため、この水位変動を吸収させて効果を発揮させるため縦長に構成するのが適切である。
【００１６】
さらに本発明において、請求項１〜請求項２に記載する気液ポンプ１とは、パイプの巻体を水面近くに設置して回転させ、気体と液体を交互に汲み込んで気液二相流を生んで圧送するポンプで、特許第３１５８３５８号、特許第３１８４９６０号、及び特許第３２５４６２８号に記載されているポンプを使用するもので、請求項１〜請求項２の記載の通りに実施することで、容易、かつ効果的に水中外の気液分離装置として機能を発揮させることもできる。
【００１７】
さらに本発明で気液ポンプ１を使用する理由は、以下の通りである。
▲１▼常に気液を混合で圧送できるためである。
▲２▼ブロワもコンプレッサーも必要としないためである。
▲３▼一つの動力源と、一つのパイプラインで送気、送水ができる。
▲４▼気液を共に圧送するため、圧送途上の高圧下で溶存酸素を高めた後に放出できるためである。
▲５▼ブロワもコンプレッサーも使わないため、送気の動力費が低くなる。
▲７▼無騒音、無振動的で、通常は騒音、振動対策費が不要となる。
▲８▼低速回転（１〜６０ｒｐｍ）のため無振動、無騒音的であり、民家の隣接地でも容易に稼動できる利点があるためである。
▲１０▼大量の改善水を容易に水中深部や底層域へ圧送できるためである。
【００１８】
さらに、気液分離室３の設置する理由は、室内の大気泡は、気体サイフォン６を経てサイフォン接続部７から気泡ポンプ５へ気泡を移行させて、気泡の上昇のエネルギーを利用して水中、底層の貧酸素水を吸引して水面上へ連行して大気と接触させて、これも溶存酸素を高めて富酸素水化することも可能である。
【００１９】
気泡ポンプ５の吸引口１０から、底層水等の水だけでなく、貧酸素水、汚泥、土石等を、吸引して引き揚げることもできる。
気液分離室３内で気液が分離して水位を形成する高さは、サイフォン接続部７が気泡ポンプ５に接続する位置と、水位を形成する位置はほぼ同一の高さ（位置）となる。ただし、圧送管２、放流管４、放出管８、吸引管９に異常が起きると水位は上下変動する。
【００２０】
気液分離室３は水中外に設置するが、▲１▼図１及び図４の実線で図示の通り、側壁等を貫通させて水中へ配設してもよいし、▲２▼図１及び図４の点線で図示の通り、放流管Ａ４−１、吸引管Ａ９−１のように仕切り壁等の上側から越えて水中へ配置してもよい。この場合、▲１▼の放流管４及び吸引管９のようにパイプの距離が小さくなる利点があるが、水漏れや継ぎ手の故障等の場合は不便な心配もある。▲２▼の場合は水槽壁等１３を越えるため延長が大きくなるが水中に設備がなく維持管理が容易となる。
【００２１】
圧送管２が気液分離室３へ接続する場所は、気体サイフォン６や、放流管４の機能に支障のない限り気液分離室３の上部、横側、下側等いずれの場所でもよい、図２は横側から接続した場合を示しているが、図示に限定はしていない。
【００２２】
本発明の図１から図８は、本発明の代表を表現したもので、限定したものでなく、各種の装置を組み合わせた方法も可能でありこれらも含むものである、また、圧送管２、放流管４、放出管８、吸引管９の内径は、これら各管は、それぞれ限定したものでなく、必要に応じて変更してよく、各管の途中で管径を変更してもよい。更に、各管の材質は、金属、プラスチック等、いずれでもよく圧送や吸引等の機能を果たすものであれば、いずれでもよい。
【００２３】
気体サイフォン６は、気液分離室３で分離した気体のみを、気液分離室３の上部からサイフォン接続部７を経て気泡ポンプ５へ移行させる装置で、この気体サイフォン６により気液が容易かつ確実に上下に分離できるのである。
【００２４】
気液ポンプ１から圧送する気体と液体の体積割合（大気下に換算）は半々が標準であるが、高圧化で体積縮小するため気体は多少多めにする場合が多い、気体７割、液体３割も可能でこの逆の設定も容易に可能である。気液の割合の調整は、気液ポンプ１での気液の流入口の形状、又は、気液ポンプ１の浸水位を調整することで容易に可能である。
【００２５】
放流管４は、気液ポンプ１からの液体を必要とする場所へ放流するものである。通常は水中へ放流するが、水中以外の場所へ放流してもかまわない。
【００２６】
吸引管９の吸引口１０は必ず水中へ配置するもので、吸引物（液体又は固形物）による目詰まり防止装置を付設する場合もあり、必要に応じて形状変更する場合もある。
【００２７】
放出管８は、水中外へ配置するもので、サイフォン接続部７から気泡が入った後は気泡の上昇力で気液が上昇する、これに伴って吸引管９の吸引口１０から液体又は固形物等を吸引して引き上げる役目をする。
【００２８】
図１の吸引管８は、汚泥吸引の例を示しているが、図４、図６に図示の通り、深水等を吸引する場合は、吸引管８はポンプ１に循環させて使用することもできる。
【００２９】
図１及び図４での気液ポンプ１の設置位置は底位置にあるが、図６に示す通り気液ポンプ１の設置位置は水面よりも高い位置でもよく、特に制限はない。ただし、気液分離室（気液分離装置）は図１のように水面よりも低い位置に設置する必要がある。
【００３０】
図１、図４及び図６で、吸引口１０の吸引力を大きくするには、気液ポンプの設置位置をさらに低い位置にするとよい。
【００３１】
図１、図４及び図６で、気液ポンプの圧送力を高めるには、パイプ巻体の巻数を多くすることと、気液ポンプの設置の高さを更に高い位置におく方法がある。
【００３２】
図１、図４及び図６で、仕切り壁等１３を示しているが、仕切り壁等１３は、コンクリート、鋼材、プラスチック、土堤、ピット壁等のいずれでもよく、仕切りの機能のある全てものをを意味している。
【００３３】
図１、図４及び図６で、水中１２として図示しているが、水中１２は、水槽、池、ダム、海等の全ての水中を意味し、図示の水槽的な容器の水中を意味するものではない。また、魚が遊泳しているが、これらは、水中を強調したもので魚に何ら限定するものではない。
【００３４】
図２、図５及び図７は、図１の気液分離室を拡大図示したもので、圧送管の取り付け位置は気液分離室の側方からであるが、上側、下側からでもよく、側方からの接続を限定するものではない、また、原理の説明のための図示で、実用的にはカバーや安全装置、機器台等の各種の通常の付属機器が必要であるが図示では省略している。
【００３５】
図３は、気液分離室３の代表的４例を示すもので、本発明には、これらを組み合わせた全ての型式をも含むものである。（Ａ）、（Ｃ）は、気泡ポンプ５を気液分離室３の内部を通過させた構成の１例であり、（Ｂ）、（Ｄ）は、気泡ポンプ５を気液分離室３の外部に付設した構成の１例である、また、（Ａ）、（Ｂ）は、放流管４と吸引管９を気液分離室３の下部に接続した構成の１例であり、（Ｃ）、（Ｄ）は、放流管４と吸引管９を気液分離室３の側方に接続した構成の１例である
【００３６】
図８は、気液分離室３の別の代表的２例を示し、圧送途上の一部で圧送管２の内部に放出管８を構成した場合の１例を示したもので、（Ａ）は気体サイフォン６を伸縮可能にしたもの、（Ｂ）は気体サイフォン６を直線的に構成したものである、（Ｃ）は各位置における断面図を示したもの、この場合、気体サイフォン６は２本設置しているが１本でもよい。図８も前項と同様に、気液分離室３の代表的２例を示すもので、本発明には、これらを組合わせて生まれる全ての型式をも含むものである。
【００３７】
吸引口１０は、吸引物質に応じた目詰まり防止策として、形状変更、又は編状等のカバーや設置台を付設するような対策は必要に応じて当然実施されるものとする。
【００３８】
図６は、気液ポンプの位置、水深、気液分離室の位置による、圧送力と吸引力の関連を表示したものである。
すなわち、気液ポンプを水面より高い位置に、気液分離室を水底よりも低い位置に設置することで、浅い水深でも吸引力を調整することが可能となる。
・圧送力は、ｈ２相当分が大きくなり、
・吸引力（気泡ポンプの揚力）は、気液分離室をｈ１＋ｈ０の水深へ設置した場合の吸引力と同様となる。
【００３９】
図４、図６に示す水を循環使用する過程で、水質浄化設備（図示していない）を設けることができ、循環サイクルの中に、水の溶存酸素の増強に加えることは更に効果的である。
【００４０】
図１〜図８は、原理的な主旨を示し、代表的な１例を表示したもので、これ以外の事例や、これらの原理を組合わせた装置の多数の事例も可能であり、図示していないが本発明に含まれることは言うまでもない、また、一般的に必要なカバーや支承等の付属装置、安全装置等は図示していないが全て具備されているものとする。
【００４１】
図１〜図８の中に示す吸引口の構造には、図示していないが、必要に応じて塵埃や大口径の固形物による目詰まり防止装置等が付設されることは言うまでもない。
【００４２】
本発明の気液ポンプ１は、気液二相流を圧送するため実験によると、パイプ内を通過する途上で気液が衝突、捩れ、摩擦等が起き、気泡は、大気泡、小気泡、微細気泡、ナノ気泡等が自然発生して大量に併存しながら流下するのが観察される。気泡を仮に４分類して
▲１▼大気泡を、　　気泡の直径を２ｃｍ以上
▲２▼小気泡　　　　気泡の直径を０．５ｍｍ以上で２ｃｍ未満まで
▲３▼微細気泡　　　気泡の直径を０．０５ｍｍ以上で０．５ｍｍ未満まで
▲４▼ナノ気泡　　　気泡の直径を０．０５ｍｍ未満
とすると、▲１▼▲２▼は気液分離室から気泡ポンプに移動して気泡ポンプの稼働の原動力となり、▲３▼▲４▼気液分離しないまま液体と共に放流管４から放流水と共に水中へ放出される。これによって水中の溶存酸素はさらに増強させる効果となって作用する。
【００４３】
溶存酸素の増強等を目的として微細気泡を多く発生させるには、圧送する気液を高圧化して噴出させたり、気液の通過途上に衝突、捩れ、摩擦等が起きる起伏、壁、等を布設する方法があり、吸引作業を目的とする場合は、気液をスムーズに圧送する方法が適切である。
【００４４】
模型実験による観察では、１．５ｍの水深での気泡の上昇速度は、▲１▼▲２▼では数秒程度又はそれ以上、▲３▼▲４▼では１０秒以下が多く、最も遅いナノ気泡では１０分以上を要した場合もあった。
このことから、水中の溶存酸素の増強を目的とする場合は、▲３▼▲４▼を多く発生する方法を行うことが効果的であり、水中からの吸引作業（水底清掃や掘削等）を目的とする場合は、▲３▼▲４▼を少なくして、全ての気泡を気泡ポンプ側へ移行させる方法が効果的と判断された。
【００４５】
水中の溶存酸素の増強を目的とする等の、吸引作業を必要としない場合は、吸引管９又は９−１を閉塞して吸引をさせないで気液分離室から気泡を移動させて気泡のみを上昇させることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、従来の水中気液分離室に何ら機能的に劣ることなく、気液分離装置は水中外に設置でき、水中にはパイプのみの配置でよく、本体（気液分離室）の出し入れの必要がなくなった。魚等の活動範囲が広くなった。
【００４７】
本発明はさらに水深の浅い場所でも、気液分離装置の設置場所を水底より深くすることで、気泡ポンプの吸引口からの吸引力の大きくすることができ、深い、浅いのいずれにも必要とする吸引力を得ることが可能となった。
【００４８】
本発明はさらに、設置、移動の必要がなくパイプの先のみの移動となるため人力のみで管理がし易くなった。
【００４９】
本発明はまた、気液ポンプを使用するため、無騒音、無振動的に連続した作業が可能となり、民家の隣接地、２４時間の稼動も可能となった。
【００５０】
更に本発明は、気液ポンプを使用するため、従来起きていた高速回転で振動や騒音の大きく、動力費が嵩むターボー型等のポンプを必要としなくなった。
【００５１】
更に本発明は、地下等を利用して、気液分離室を水面より更に低い位置に設置することで、吸引力を更に大きくできる利点がある。
【００５２】
更に本発明は、気液の流れを調節して、微細気泡を容易に発生させて溶存酸素を高めることも、微細気泡を抑制して気泡ポンプの作業を高める等の操作ができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、水中外気液分離装置の１例で、気液ポンプを水面より低い位置に設置し、汚泥を吸引している例図。点線表示は各管の別途配置例を示した。
【図２】本発明の、水中外気液分離装置で、
【図１】の気液分離室の拡大詳細図。
【図３】本発明の、気液分離室の構成原理例図
【図４】本発明の、水中外気液分離装置の１例で、気液ポンプを水面より高い位置に設置し、底層の水を吸引し、吸引して引き上げた水を循環使用する例図。点線表示は各管の別途配置例を示した。
【図５】本発明の、水中外気液分離装置で、
【図４】の気液分離室の拡大詳細図。
【図６】本発明の、気液ポンプ、水位、水中外気液分離室の位置の関連図
【図７】本発明の、水中外気液分離装置で、
【図６】の気液分離室の拡大詳細図。
【図８】本発明の、水中外気液分離装置で圧送管内にと気泡ポンプを入れて、外観上１本のパイプに見える装置とした気液分離室の構成主旨を示す。
【符号の説明】
１　気液ポンプ
２　圧送管
３　気液分離室
４　放流管
４−１　放流管Ａ
６　気体サイフォン
７　サイフォン接続部
８　放出管
９　吸引管
９−１　吸引管Ａ
１０　吸引口
１１　放出口
１２　水中
１３　仕切り壁等
【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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