(57)【要約】【課題】  河川やダムなど水位が変動する場所に設置して曝気を行う場合であっても、所望量の空気を取り込んだ水を安定して供給できるようにする。【解決手段】  ポンプの吸込み側の負圧を利用して空気を吸入し、この吸入した空気を水に溶解させて微細空気を生成し水に供給する微細空気供給装置において、ポンプの吸込み側の負圧を利用して吸入する空気の吸入量を制御する空気吸入量制御部を有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプの吸込み側の負圧を利用して空気を吸入し、この吸入した空気を水に溶解させて、微細空気を生成し水に供給する微細空気供給装置において、
前記ポンプの吸込み側の負圧を利用して吸入する空気の吸入量を制御する空気吸入量制御部を有することを特徴とする微細空気供給装置。
【請求項２】
前記空気吸入量制御部は、前記ポンプの吸込み水位、吸込み圧力または空気吸入量の少なくとも一つを検知するセンサと、このセンサからの信号で開閉する切換え弁をそれぞれ備えた複数の空気吸入部を有することを特徴とする請求項１記載の微細空気供給装置。
【請求項３】
前記空気吸入部は、高さの異なる位置に設けられているか、または吸入部口径の異なる吸入部が設けられていることを特徴とする請求項２記載の微細空気供給装置。
【請求項４】
前記空気吸入量制御部は、前記ポンプの吸込み水位、吸込み圧力または空気吸入量の少なくとも一つを検知するセンサと、このセンサからの信号で開度を制御する開度調整弁を備えた空気吸入部を有することを特徴とする請求項１記載の微細空気供給装置。
【請求項５】
前記空気吸入量制御部は、前記ポンプの空気吸入量を検知するセンサと、このセンサからの信号で開度をフードバック制御する開度調整弁を備えた空気吸入部を有することを特徴とする請求項１記載の微細空気供給装置。
【請求項６】
前記ポンプを駆動するモータの負荷、ポンプ吐出圧または吐出流量の変動を検知して、前記空気吸入量制御部またはモータをフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載の微細空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水質汚染の進んだ河川、ダム、池または沼等の水に微細空気（酸素）を供給して水を浄化するのに使用される微細空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、水質汚染の進んだ河川、ダム、池または沼等の水にあっては、例えば硫化水素による悪臭が発生し、また鉄筋コンクリート管等の腐食が問題となるため、これを浄化することが求められている。ここで、水中に空気（または酸素）を注入（曝気）して酸素を供給し、水中の溶存酸素量を増加させ好気性条件とすることによって硫酸塩還元細菌の活動を抑制し、硫化水素等の発生を防止できることが知られている。
【０００３】
図５は、この種の水中に空気を注入（曝気）して水中の溶存酸素を増加させるようにした、従来の微細空気供給装置の一例を示す。この微細空気供給装置は、陸上に設置されるポンプ１０と、このポンプ１０の吸込み側に接続される吸込み管１２と、吐出し側に接続される吐出し管１４を有しており、これら吸込み管１２及び吐出し管１４は、例えば河川等を流れる水の中に下端部を水没させて配置されている。そして、吸込み管１２のポンプ１０のやや上流側に空気吸入口１６が設けられ、吐出し管１４の内部に、例えばノズルやオリフィスからなる微細空気発生装置１８が介装されている。
【０００４】
この微細空気供給装置によれば、ポンプ１０の運転に伴って、河川等の水が吸込み管１２を通してポンプ１０の内部に吸込まれ、この時にポンプ１０の吸込み側に発生する負圧によって、空気吸入口１６から空気が吸入されて、ポンプ１０に吸込まれた水の中に空気が混入する。そして、例えばポンプからなる微細空気発生装置１８で空気が混入された水を加圧し、その圧力で空気（または酸素）を水に溶け込ませ、しかる後、圧力を開放することによって、水中に微細な空気が生成され、この微細な空気が生成された水を、河川等を流れる水の中に戻す（供給する）ことで、河川等の水の曝気が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例にあっては、河川やダムなど、水位が変動して、空気吸入口と水面との高さ、すなわち吸込み水位Ｈ（図５参照）が変動する場所にポンプを設置して曝気を行う際、例えば、水位が下がった場合は、ポンプの吸込み側の負圧が大きくなって、吸込む空気（または酸素）量が多くなり、ポンプの所定の性能が満足できなくなったり、ポンプ内の水が落水して送水できなくなったりすることがある。一方、水位が上がった場合は、ポンプの吸込み側の負圧が小さくなって、吸込む空気量が少なくなり、目的である供給空気量が減ってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、河川やダムなど水位が変動する場所に設置して曝気を行う場合であっても、所望量の空気を取り込んだ水を安定して供給できるようにした微細空気供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、ポンプの吸込み側の負圧を利用して空気を吸入し、この吸入した空気を水に溶解させて微細空気を生成し水に供給する微細空気供給装置において、前記ポンプの吸込み側の負圧を利用して吸入する空気の吸入量を制御する空気吸入量制御部を有することを特徴とする微細空気供給装置である。
【０００８】
これにより、例えば、水位が下がって、ポンプの吸込み側の負圧が大きくなった時には、吸入する空気の量を制限し、一方、水位が上がって、ポンプの吸込み側の負圧が小さくなった時には、吸入する空気の量が増大するように空気吸入量を制御することで、ポンプの吸込み側の負圧が大きくなって、吸入する空気量が多くなりすぎたり、ポンプの吸込み側の負圧が小さくなって、吸入する空気量が少なくなりすぎたりすることを防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記空気吸入量制御部は、前記ポンプの吸込み水位、吸込み圧力または空気吸入量の少なくとも一つを検知するセンサと、このセンサからの信号で開閉する切換え弁をそれぞれ備えた複数の空気吸入部を有することを特徴とする請求項１記載の微細空気供給装置である。
これにより、例えば、水位が下がって、ポンプの吸込み側の負圧が大きくなった時には、少数（例えば１個）の空気吸入部から空気を吸入することで空気の吸入量を制限し、一方、水位が上がって、ポンプの吸込み側の負圧が小さくなった時には、多数（例えば２個）の空気吸入部から空気を吸入することで空気の吸入量を増大させることができる。損失の異なる吸入口を複数の弁を介して切換える（開は１個）ようにしてもよい。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記空気吸入部は、高さの異なる位置に設けられているか、または吸入部口径の異なる吸入部が設けられていることを特徴とする請求項２記載の微細空気供給装置である。
これにより、例えば、水位が下がって、ポンプの吸込み側の負圧が大きくなった時には、より下方に位置する負圧の小さい空気吸入部から空気を吸入することで空気の吸入量を制限し、一方、水位が上がって、ポンプの吸込み側の負圧が小さくなった時には、より上方に位置する負圧の大きな空気吸入部から空気を吸入することで空気の吸入量を増大させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記空気吸入量制御部は、前記ポンプの吸込み水位、吸込み圧力または空気吸入量の少なくとも一つを検知するセンサと、このセンサからの信号で開度を制御する開度調整弁を備えた空気吸入部を有することを特徴とする請求項１記載の微細空気供給装置である。
これにより、例えば、水位が下がって、ポンプの吸込み側の負圧が大きくなった時には、開度調整弁の開度を狭めるか、あるいは複数ある弁の開閉数を変えることで空気吸入部からの空気の吸入量を制限し、一方、水位が上がって、ポンプの吸込み側の負圧が小さくなった時には、開度調整弁の開度を拡げるか、あるいは複数ある弁の開閉数を変えることで空気吸入部からの空気吸入量を増大させることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記空気吸入量制御部は、前記ポンプの空気吸入量を検知するセンサと、このセンサからの信号で開度をフードバック制御する開度調整弁を備えた空気吸入部を有することを特徴とする請求項１記載の微細空気供給装置である。
これにより、ポンプの空気吸入量が多い場合には、開度調整弁の開度を狭めることでポンプの空気吸入量を減少させ、ポンプの空気吸入量が少ない場合には、開度調整弁の開度を拡げることでポンプの空気吸入量を増加させることで、吸入する空気量が多くなりすぎたり、吸入する空気量が少なくなりすぎたりすることを防止することができる。
請求項６に記載の発明は、前記微細空気供給装置で請求項４に加えて、ポンプの吐出圧、流量やモータ電流値または力率を検知するセンサを備え、このセンサから信号で前記空気吸入量制御部の開度や開閉及びモータの回転速度を調整するようにしたもので、これにより、空気吸入量の調整及びポンプ内部に留まった空気の排出を自動的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、河川やダムなど水位が変動する場所に設置して曝気を行う場合であっても、所望量の空気（一般的には落水などの問題が発生しない最大空気量）を取り込んだ水を安定して供給し、これによって、安定した曝気を継続して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図４及び図６を参照して説明する。なお、図５に示す従来例と同一または相当する部分には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の実施の形態における微細空気供給装置を示す。この微細空気供給装置には、河川等のポンプ１０で吸上げる水の水位、すなわち吸込み水位Ｈを検出する水位計２０と、ポンプ１０の吸込み側に接続される吸込み管１２の水平部に設けられた複数（この例では２個）の空気吸入部２２を有する空気吸入量制御部２４が備えられている。この各空気吸入部２２は、吸込み管１２の水平部に形成した複数（図示では２個）の空気吸入口１６ａに、切換え弁２６を備えた空気吸入管２８をそれぞれ接続して構成されている。そして、水位計２０からの信号は設定器３０に入力され、各切換え弁２６は、この設定器３０からの信号により開閉して空気吸入管２８を遮断または開放し、これによって、２個の空気吸入管２８が同時に開放するか、または一方が開放するようになっている。
【００１５】
この例によれば、ポンプ１０を運転に伴って、河川等の水がポンプ１０の内部に吸込まれ、この時にポンプ１０の吸込み側に発生する負圧によって、２つの空気吸入部２２の双方または一方から空気がポンプ１０の内部に吸入されて、ポンプ１０に吸込まれた水の中に空気が混入する。そして、例えばポンプからなる微細空気発生装置１８で空気が混入された水を加圧し、その圧力で空気（または酸素）を水に溶解させ、しかる後、圧力を開放することによって、水中に微細な空気が生成され、この微細な空気が生成された水を、河川等を流れる水の中に戻す（供給する）ことで、河川等の水の曝気が行われる。
【００１６】
この時、例えば、水位が所定の基準より下がったことを水位計２０で検知した時に、この信号を設定器３０に入力し、この設定器３０からの出力信号で切換え弁２６の一方のみを開いて、空気吸入部２２の一方のみから空気をポンプ１０内に吸入する。これによって、空気吸入部２２の一方のみを通過してポンプ１０の内部に流入する空気の抵抗を増大させて空気の吸入量を制限する。一方、水位が所定の基準より上がったことを水位計２０で検知した時に、この信号を設定器３０に入力し、この設定器３０からの出力信号で切換え弁２６の双方を開いて、２つの空気吸入部２２の双方から空気をポンプ１０内に吸入する。これによって、空気吸入部２２の双方を通過してポンプ１０の内部に流入する空気の抵抗を減少大させて空気の吸入量を増大させる。
【００１７】
これにより、吸込み水位Ｈの変動に伴って、ポンプ１０の吸込み側の負圧が大きくなって吸入する空気量が多くなりすぎたり、ポンプ１０の吸込み側の負圧が小さくなって吸入する空気量が少なくなりすぎたりすることを防止し、所望量の空気（一般的には落水などの問題が発生しない最大空気量）を取り込んだ水を安定して供給して、安定した曝気を継続して行うことができる。
【００１８】
なお、この例では、２個の空気吸入部２２を設けた例を示しているが、３個以上の空気吸入部を設けて、よりきめ細かな制御を行うようにしてもよいことは勿論である。また、空気吸入管２８の代わりに、絞り弁やオリフィスを使用し、これらに開閉弁を設けて空気吸入部を構成するようにしてもよい。
更に、図６に示すように、例えば内部に開閉弁４２を介装した細い配管４０と、内部に開閉弁４６を介装した太い配管４４を並列に配置し、一方の配管４０または４４を選択的に使用して空気を吸入することで、吸入する空気の流速を変えて空気注入量を制御してもよい。また、図示しないが、吸入する空気の流速を、絞りを介して変えることで空気注入量を制御してもよい。
【００１９】
図２は、本発明の他の実施の形態における微細空気供給装置を示す。この例の図１に示す例と異なる点は、吸込み管１２の水平部に形成した空気吸入口１６ｂに、開度調整弁３２を備えた空気吸入管２８ａを接続して構成した空気吸入部２２ａを有する空気吸入量制御部２４ａを備えた点である。その他の構成は、図１に示すものと同様である。
【００２０】
この例によれば、例えば水位計２０で水位が下がったことを検知した時に、この信号を設定器３０に入力し、この設定器３０からの出力信号で開度調整弁３２の開度を絞って空気吸入部２２ａから空気をポンプ１０内に吸入する。これによって、空気吸入部２２ａを通過してポンプ１０の内部に流入する空気の抵抗を増大させて空気の吸入量を制限する。一方、水位計２０で水位が上がったことを検知した時に、この信号を設定器３０に入力し、この設定器３０からの出力信号で開度調整弁３２の開度を拡げて、空気吸入部２２ａから空気をポンプ１０内に吸入する。これによって、空気吸入部２２ａを通過してポンプ１０の内部に流入する空気の抵抗を減少大させて空気の吸入量を増大させる。
【００２１】
図３は、本発明の更に他の実施の形態における微細空気供給装置を示す。この例の図１に示す例と異なる点は、吸込み管１２の鉛直部の異なる高さ位置に形成した複数（図示では３個）の空気吸入口１６ｃに、切換え弁２６ａを備えた空気吸入管２８ｂをそれぞれ接続して構成した空気吸入部２２ｂを有する空気吸入量制御部２４ｂを備えた点である。
【００２２】
この例によれば、例えば水位計２０で水位が所定の位置より下がったことを検知した時に、この信号を設定器３０に入力し、この設定器３０からの出力信号で、例えば最も下方に位置する空気吸入部２２ｂの切換え弁２６ａのみを開き、他の切換え弁を閉じて、この最も下方に位置する空気吸入部２２ｂのみから空気をポンプ１０内に吸入する。これによって、最も負圧の小さいな空気吸入部２２ｂからポンプ１０の内部に空気を流入させることで空気の吸入量を制限する。一方、水位計２０で水位が所定の置より上がったことを検知した時に、この信号を設定器３０に入力し、この設定器３０からの出力信号で、例えば最も上方に位置する空気吸入部２２ｂの切換え弁２６ａのみを開き、他の切換え弁を閉じて、この最も上方に位置する空気吸入部２２ｂのみから空気をポンプ１０内に吸入する。これによって、最も負圧の大きな空気吸入部２２ｂからポンプ１０の内部に空気を流入させることで、空気の吸入量を増大させる。
【００２３】
なお、上記の例では、水位計２０でポンプ１０で吸上げる水の水位、すなわち吸込み水位Ｈを検知して切換え弁や開度調整弁を制御するようにしているが、ポンプ１０の吸込み側の圧力を検知し、この吸込み圧力に応じて、切換え弁や調整弁を制御するようにしてもよい。また、下記のように、ポンプ内に吸入される空気吸入量を計測して、切換え弁や調整弁を制御するようにしてもよい。
【００２４】
図４は、本発明の更に他の実施の形態における微細空気供給装置を示す。この例の微細空気供給装置は、ポンプ１０の吸込み側に接続される吸込み管１２の水平部に設けられた空気吸入部２２ｃと、この空気吸入部２２ｃを通過してポンプ１０内に吸入される空気量を計測する空気吸入量計測器３４を有する空気吸入量制御部２４ｃが備えられている。この各空気吸入部２２ｃは、吸込み管１２の水平部に形成した空気吸入口１６ｄに、開度調整弁３２ａを備えた空気吸入管２８ｃを接続して構成され、この空気吸入管２８ｃの開度調整弁３２ａの下流側に空気吸入量計測器３４が設置されている。そして、この空気吸入量計測器３４からの信号は、設定器３０に入力され、この設定器３０からの信号で開度調整弁３２ａの開度がフィードバック制御されるようになっている。
【００２５】
この例によれば、ポンプ１０への空気吸入量が多いことを空気吸入量計測器３４で検知した時に、開度調整弁３２ａの開度を狭めることでポンプの空気吸入量を減少させ、ポンプ１０への空気吸入量が少ないことを空気吸入量計測器３４で検知した時には、開度調整弁３２ａの開度を拡げることでポンプの空気吸入量を増加させる。これにより、吸入する空気量が多くなりすぎたり、吸入する空気量が少なくなりすぎたりすることを防止することができる。
【００２６】
なお、制御装置で落水を防止するようにしてもよい。つまり、ポンプの電流値や圧力計の値からエアロックする兆候を検知して、（１）空気吸入口を閉める、（２）真空ポンプを運転するなどを行い、一定時間、あるいはポンプの電流値や圧力計の値が正常値になるまで空気注入を中止して（または真空ポンプでポンプ内の空気を排除して）水のみを送水し、ポンプ内の空気を排除する制御を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態における微細空気供給装置を示す概要図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における微細空気供給装置を示す概要図である。
【図３】本発明の更に他の実施の形態における微細空気供給装置を示す概要図である。
【図４】本発明の更に他の実施の形態における微細空気供給装置を示す概要図である。
【図５】従来の微細空気装置の概要図である。
【図６】空気吸入部の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ポンプ
１２  吸込み管
１４  吐出し管
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ  空気吸入口
１８  微細空気発生装置
２０  水位計
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  空気吸入部
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  空気吸入量制御部
２６，２６ａ  切換え弁
２８，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ  空気吸入管
３０  設定器
３２，３２ａ  開度調整弁
３４  空気吸入量計測器
【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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