(57)【要約】【課題】揚水管の途中において気泡の拡大によるエアと水の分離を防止して、揚水能力を向上することができるエアリフト装置を提供する。【解決手段】下部に液吸い込み口２を有し、上部に液排出口３を有する揚水管１にエア供給装置６を設けてなるエアリフト装置において、前記揚水管１の途中に管外液である水Ｗと連通する連通孔５を設けたエアリフト装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部に液吸い込み口を有し、上部に液排出口を有する揚水管にエア供給装置を設けてなるエアリフト装置において、前記揚水管の中間に管外液と連通する連通孔を設けたエアリフト装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエアリフト装置において、前記揚水管の液中の部分に、下側に大径部を有すると共に上側に小径部を有する筒状体を設けて、筒状体の連設部に前記連通孔を設けてなるエアリフト装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエアリフト装置において、前記エア供給装置が、水等の液体を電気分解する電気分解装置からなるエアリフト装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置の電極が電気抵抗率０．５μΩ・ｍ（２０℃）以上の金属又は合金からなるエアリフト装置。
【請求項５】
請求項３に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置の電極が炭素電極からなるエアリフト装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置が、電極に交流電圧を印加するようにしたエアリフト装置。
【請求項７】
請求項６に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置が、交流電源と並列にコンデンサーを備えたエアリフト装置。
【請求項８】
請求項３乃至７のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置に、作用電極と基準電極を交互に設けてなるエアリフト装置。
【請求項９】
請求項３乃至８のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記液排出口に水素等回収装置を設けたエアリフト装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記液排出口に水力発電装置を設けたエアリフト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下部に液吸い込み口を有し、上部に液排出口を有する揚水管にエア供給装置を設けてなるエアリフト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エアリフト装置は、揚水管下部の液吸い込み口を水中に入れ、揚水管上部の液排出口を水面上に出し、送気管を通してエアポンプで圧縮エアを揚水管の下部に送るようにしている。揚水管の下部に圧縮エアを吹き込むと、エアの混ざった気泡混合水と周囲の水との間に比重差を生じ、当該箇所の浸水深さに相当する水圧により比重の小さい気泡混合水が上方へ押出されて揚水される。
【０００３】
従来のエアリフト装置は、揚水管が単純な筒状をなしているために、揚水管内を気泡混合水が上昇するに従って気泡がくっ付いて大きくなり、液排出口で気泡が破裂するという問題がある。この気泡の破裂を防止するために、揚水管上部に多数の孔を有するプレートを設けて該プレートを通過する気泡を細断するようにしたエアリフト装置（例えば、特許文献１参照）や、揚水管上部内面を凹凸に形成して上昇する水の乱流によって気泡を細断するようにしたエアリフト装置（例えば、特許文献２参照）は知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４７００号公報
【特許文献２】特開平８−４９６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１又は特許文献２に記載のエアリフト装置は、気泡の拡大による液排出口での気泡の破裂を防止することはできるが、揚水管の途中におけるエアと水の分離を防止することができないために、揚水能力が減少するという課題がある。
また、エアポンプで圧縮エアを揚水管の下部に送る構成では、エア供給箇所の水深が深くなるに従ってエアポンプの出力を大きくする必要があると共に、送気管が長くなり送気ロスが大きくなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、下部に液吸い込み口を有し、上部に液排出口を有する揚水管にエア供給装置を設けてなるエアリフト装置において、前記揚水管の中間に管外液と連通する連通孔を設けたエアリフト装置を提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、請求項１に記載のエアリフト装置において、前記揚水管の液中の部分に、下側に大径部を有すると共に上側に小径部を有する筒状体を設けて、筒状体の連設部に前記連通孔を設けてなるエアリフト装置を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、請求項１又は２に記載のエアリフト装置において、前記エア供給装置が、水等の液体を電気分解する電気分解装置からなるエアリフト装置を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、請求項３に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置の電極が電気抵抗率０．５μΩ・ｍ（２０℃）以上の金属又は合金からなるエアリフト装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、請求項３に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置の電極が炭素電極からなるエアリフト装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、請求項３乃至５のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置が、電極に交流電圧を印加するようにしたエアリフト装置を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、請求項６に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置が、交流電源と並列にコンデンサーを備えたエアリフト装置を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、請求項３乃至７のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置に、作用電極と基準電極を交互に設けてなるエアリフト装置を提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、請求項３乃至８のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記液排出口に水素等回収装置を設けたエアリフト装置を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記液排出口に水力発電装置を設けたエアリフト装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るエアリフト装置によれば、下部に液吸い込み口を有し、上部に液排出口を有する揚水管にエア供給装置を設けてなるエアリフト装置において、前記揚水管の中間に管外液と連通する連通孔を設けた構成を有することにより、管外液の水深に応じた液圧を揚水管内を上昇する気泡混合液体に連通孔を通して加えることができ、揚水管内を上昇する気泡混合液体の圧力が急激に低下しないから、気泡が拡大・結合してエアと液体が途中で分離するのを阻止し、気液混合状態を維持して揚水効率を向上させることができる効果がある。
【００１７】
また、本発明は、請求項１に記載のエアリフト装置において、前記揚水管の液中の部分に、下側に大径部を有すると共に上側に小径部を有する筒状体を設けて、揚水管と筒状体の連設部に前記連通孔を設けてなる構成を有することにより、揚水管と筒状体の連設部の上側が下側より大径にしてあるから、上昇する気泡混合液体が連設部において揚水管又は筒状体から外れないと共に、連通孔を通して加えられる管外液の液圧によって気泡混合液体が連通孔から管外に漏れるのを阻止して、気泡混合液体を効率良く揚水することができる効果がある。
【００１８】
また、本発明は、請求項１又は２に記載のエアリフト装置において、前記エア供給装置が、水等の液体を電気分解する電気分解装置からなる構成を有することにより、揚水管の下部で液体を電気分解してエアを発生させて直接エアを供給することができるから、水深に関係なく効率良くエアを供給することができると共に、結果として液体から電気分解気体を取り出すことができる効果がある。
【００１９】
また、本発明は、請求項３に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置の電極が電気抵抗率０．５μΩ・ｍ（２０℃）以上の金属又は合金からなる構成を有することにより、発熱による電力の浪費を抑制して、供給電力を電気分解に効率的に使用することができ、少ない電力量で効率よく揚水することができる効果がある。
【００２０】
また、本発明は、請求項３に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置の電極が炭素電極からなる構成を有することにより、電気分解によって微細な気泡が大量に発生して、液体に気泡が効率良く混ざり合うと共に、エアが液体に溶け込みやすいから、気泡混合液体の比重が軽くなり、より大きな上昇力を得ることができる効果がある。
【００２１】
また、本発明は、請求項３乃至５のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置が、電極に交流電圧を印加するようにした構成を有することにより、電極の極が交互に変わることによって発生するエアの量を多くすることができる効果がある。
【００２２】
また、本発明は、請求項６に記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置が、交流電源と並列にコンデンサーを備えた構成により、電圧・周波数・電流などを適正に調整して小規模の交流電源でも発生するエアの量を多くすることができる効果がある。
【００２３】
また、本発明は、請求項３乃至７のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記電気分解装置に、作用電極と基準電極を交互に設けてなる構成を有することにより、電極の表面積を大きくすることができ、発生するエアの量を多くすることができる効果がある。
【００２４】
また、本発明は、請求項３乃至８のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記液排出口に水素等回収装置を設けた構成を有することにより、液体を揚水したエアから電気分解して得られた水素等を回収することができ、回収した水素等を燃料電池等に使用することによりエネルギーを有効に活用することができる効果がある。
【００２５】
また、本発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載のエアリフト装置において、前記液排出口に水力発電装置を設けた構成を有することにより、揚水した液体によって発電して電力を得ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
本発明に係るエアリフト装置は、下部に液吸い込み口２を有し、上部に液排出口３を有する揚水管１にエア供給装置６を設けてなるエアリフト装置において、前記揚水管１の途中に管外液である水Ｗと連通する連通孔５を設けてある。
【実施例１】
【００２７】
図１に示す実施例において、揚水管１の水中の部分には、下側に大径部４ａを有すると共に上側に小径部４ｂを有する筒状体４を設けてあり、複数の筒状体４を連設して筒状体４の連設部に連通孔５を設けて、揚水管１の途中において管外の水Ｗの水深に応じた水圧を揚水管１内に加えることができるように構成してある。
筒状体４は複数に限らず、１個でも良いと共に、図の最上の筒状体４のように上側小径部４ｂと揚水管との間に連通孔を設けてなくても良い。また、揚水管１及び筒状体４の断面は円形に限らず、三角形、その他の多角形等、必要に応じて種々の形状にすることができる。
【００２８】
また、揚水管１の水面上の部分は円筒状に形成してあると共に、先端部には液排出口３を設けてあり、横方向に水Ｗを排出することができるように構成してある。なお、液排出口３は、図２に示すように、上方に開口した形状に構成することもできる。
【００２９】
エア供給装置６は、液体である水Ｗを電気分解する電気分解装置であり、板状の作用電極７と基準電極８を交互に設けてあり、それぞれの電極７，８間に電圧を印加して水Ｗを電気分解して水素と酸素を発生させ、水素と酸素からなるエアＥを液吸い込み口２に供給することができるように構成してある。
【００３０】
電極７，８は、炭素電極をそれぞれ並列に接続してあり、交流電源９により作用電極７に交流電圧を印加することができるように構成してある。電極７，８は、耐久性がよく、微細な気泡を発生するから、実施例のように炭素棒等の炭素電極からなることが好ましいが、銅・鉄等の金属やステンレス鋼等の合金により構成することもできる。
また、電極７，８は、発熱による電力の浪費を抑制して、供給電力を電気分解に効率的に使用することができるように、２０℃において電気抵抗率が０．５μΩ・ｍ以上の金属又は合金により構成することも可能である。
【００３１】
交流電源９は、商用交流電源を使用することができ、サイクロコンバータにより周波数を変えて使用することもできる。また、交流電源９には、インバータにより直流電圧を交流電圧に変換したものも含まれる。
また、電気分解装置は、交流電源９と並列にコンデンサーを備えて、電極７，８に供給する電力の電圧・周波数・電流などを適正に調整することができるように構成することも可能である。
【００３２】
図示の実施例の場合、作用電極７に交流電圧を印加することにより発生するエアの量を多くすることができる。例えば、発明者の行った実験では、５ｃｍ×１５ｃｍの２枚の電極を向かい合わせて一般家庭用の１００Ｖ交流電圧を印加すると、８時間で３リットルの水を電気分解することができた。水の分子量は１８であるから３リットルの水は３０００／１８＝１６７ｍｏｌであり、これを全て電気分解すると１６７ｍｏｌの水素と８３ｍｏｌの酸素を得られるから、１気圧のもとで（１６７＋８３）×２２．４＝５，６００リットルのエアを供給することができる。
【００３３】
このように、実施例の場合、揚水管の下部で液体を電気分解してエアを発生させて直接エアを供給することにより、水深に関係なく効率良くエアを供給することができる。尚、このような観点から、エア供給装置６は電気分解装置からなることが好ましいが、本発明装置において送気管を通してエアポンプによってエアを供給するようにすることも勿論可能である。
【００３４】
実施例１に記載のエアリフト装置を使用して、海水の揚水実験を行った。液吸い込み口２を水深５ｍの所に設置し、液排出口３を海水面上２．５ｍの高さに設けて実験を行った。電気分解装置からなるエア供給装置６によって揚水管１の下部に微細な気泡のエアＥを供給すると、気泡混合水Ｗｅが揚水管１中を上昇し、液排出口３から海水を排出することができ、水深に対して略１／２の高さまで揚水することができた。
【００３５】
次に、本発明に係るエアリフト装置の作用について説明する。
エア供給装置６によって揚水管１の下部に微細な気泡のエアＥを供給することにより、エアＥが溶け込むと共にエアＥの混ざった気泡混合水Ｗｅは周囲の水Ｗより比重が軽くなり、水深に相当する水圧が働いて気泡混合水Ｗｅは揚水管１内を上昇し、液吸い込み口２から管外の水Ｗが揚水管１内に吸い込まれる。
【００３６】
気泡混合水Ｗｅが揚水管１内を上昇したときに、揚水管１の中間に設けたそれぞれの連通孔５において、管外の水Ｗの水圧が揚水管１内に加わることにより、気泡混合水Ｗｅの水圧が水Ｗの水深に応じた水圧に維持され、気泡が拡大・結合してエアと水が途中で分離するのを阻止することができる。これにより、気液混合状態を維持して気泡混合水Ｗｅを効率良く揚水することができる。
【実施例２】
【００３７】
図２に示す実施例において、１０は水力発電装置である。水力発電装置１０は、液排出口３から噴出する水を蓄える貯水槽１１と、貯水槽１１の下方に設けたタービン１２とからなり、貯水槽１１の水を落下させてタービン１２を回転させることにより発電することができるように構成してある。また、液排出口３を水面近くに設け、液排出口３から上方に噴出する水によってタービン１２を直接回転させて発電するように構成することも可能である。
【実施例３】
【００３８】
図３に示す実施例において、１３は水素等回収装置であり、エア分離タンク１４と排水槽１６と水素等回収タンク１５とからなる。エア分離タンク１４は、揚水管１の液排出口３に気密に接続してあると共に、エア分離タンク１４の下部に設けた排水管１７を排水槽１６に貯めた水の中に導入してあり、エア分離タンク１４内を気密にして水Ｗと水素を含むエアＥとを分離することができるように構成してある。水素等回収タンク１５は、分離タンク１４内の水素を含むエアＥを回収することができるようにしてあり、回収したエアＥを液化することにより水素と酸素に分離することができ、液排出口３から噴出する気泡混合水Ｗｅの中に含まれる電気分解によって得られた水素等を回収することができる。
【００３９】
また、エア分離タンク１４内は、負圧になるように調整することにより、図３に示すように、排水管１７内の水面が上昇し、エア分離タンク１４内を確実に気密に保つことができる。
なお、水素等回収装置１３は図示の実施例に限定されるものではなく、気泡混合水Ｗｅの中から水素等を回収できるものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明エアリフト装置の実施例１を示す一部縦断正面図
【図２】実施例２の要部を示す一部縦断正面図
【図３】実施例３の要部を示す一部縦断正面図
【符号の説明】
【００４１】
１  揚水管
２  液吸い込み口
３  液排出口
４  筒状体
４ａ  大径部
４ｂ  小径部
５  連通孔
６  エア供給装置
７  作用電極
８  基準電極
９  交流電源
１０  水力発電装置
１１  貯水槽
１２  タービン
１３  水素等回収装置
１４  エア分離タンク
１５  水素等回収タンク
１６  排水槽
１７  排水管
Ｅ  エア
Ｗ  水
Ｗｅ  気泡混合水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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