(57)【要約】      （修正有）【目的】効率的で、使いやすい、従来の送水ポンプ、エアリフトポンプに変わる新たな、揚水法及び揚水装置を提供する。【構成】液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用と空気の浮揚力を利用した揚水法及び揚水装置に構成した。【選択図】図２
2007016597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を利用して池、水槽等容器ｗに満たされた水等液体を揚水する方法であって、前記容器ｗ内又は前記容器ｗと連通した容器ｃ内であって容器ｗの液面下の位置及びその上方大気下に開口し、ほぼ鉛直に設けられた揚水管ｐの下端の周囲に、隔壁、揚水管ｐ外壁面、及び前記隔壁下方の水面により気相部ｇを形成し、気相部ｇ内に気体を圧入し、液体の固体に対する付着力及び表面張力を利用して、間欠的かつ一気に気体を揚水管ｐ内に溢流させ、揚水管ｐ内に気体層を形成せしめ、これによって容器ｗ液面より上方の位置に揚水することを特徴とする気体による揚水法。
【請求項２】
圧縮空気を利用して池、水槽等容器ｗに満たされた水等液体を容器ｗ液面の位置より上方の位置に揚水するための装置であって、
該装置が、
（ア）水等液体の流入口ｉを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｃ
（イ）上部密閉容器ｃ内の上部隔壁の下方であって、流入口ｉより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸び、容器ｗ液面の位置より上方の位置に達する揚水管ｐ
（ウ）気相部ｇ内に気体を圧入するための通気部ｋ、
よりなることを特徴とする揚水器。
【請求項３】
圧縮空気を利用して池、水槽等容器ｗに満たされた水等液体を容器ｗ液面の位置より上方の位置に揚水するための装置であって、
該装置が、
（エ）水等液体の流入口ｉを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｃ
（オ）上部密閉容器ｃ内の上部隔壁の下方であって、流入口ｉより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸び、容器ｗ液面の位置より上方の位置に達する揚水管ｐ
（カ）気相部ｇ内に気体を圧入するための通気部ｋ、
を備えると共に、流入口ｉ又は流入口ｉに連絡する管内に、上部密閉容器ｃ内への流れのみを許す一方向弁ｖを、配備したことを特徴とする揚水器。
【請求項４】
圧縮空気を利用して池、水槽等容器ｗに満たされた水等液体を容器ｗ液面の位置より上方の位置に揚水する装置であって、
該装置が、
（キ）水等液体の流入口ｉを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｃ
（ク）上部密閉容器ｃ内の上部隔壁の下方であって、流入口ｉより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸び、容器ｗ液面の位置より上方の位置に達する揚水管ｐ
（ケ）気相部ｇ内に気体を圧入するための通気部ｋ、
よりなる揚水器ｂ、
気相部ｇ内に気体を圧入するための気体圧入機ａ
及び気体圧入機ａと通気部ｋを連絡する通気管ｆ
を備えることを特徴とする揚水装置。
【請求項５】
圧縮空気を利用して池、水槽等容器ｗに満たされた水等液体を容器ｗ液面の位置より上方の位置に揚水する装置であって、
該装置が、
（コ）水等液体の流入口ｉを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｃ
（サ）上部密閉容器ｃ内の上部隔壁の下方であって、流入口ｉより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸び、容器ｗ液面の位置より上方の位置に達する揚水管ｐ
（シ）気相部ｇに気体を圧入するための通気部ｋ
よりなる揚水器ｂ、及び
気相部ｇに気体を圧入するための気体圧入機ａ
及び気体圧入機ａと通気部ｋを連絡する通気管ｆ
を備えるとともに、
流入口ｉ又は流入口ｉに連絡する管内に、上部密閉容器ｃ内への流れのみを許す一方向弁ｖを、配備したことを特徴とする揚水装置。
【請求項６】
揚水管ｐの下端がほぼ水平であることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５記載の揚水法又は揚水器又は揚水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、液体を揚水するための装置に関するものである。
【０００２】
〔従来の技術〕
従来の圧縮空気を利用したポンプにエアリフトポンプ（気泡ポンプ）がある。従来のエアリフトポンプは、揚水管内に微細気泡を通気し、揚水管中の水の比重を普通の水より小さくすることと、空気の浮上力を利用して、水を揚水するポンプである。このため、
（１）揚水管とその径に適合した通気管及び空気圧入機を設置し、通気量を調節して揚水流量を調節できるが、所定の通気量以下では揚程が低下したり、揚水できなくなる。
（２）揚水流量の測定や調節が難しい。
等の欠点がある。しかし、
（１）空気圧縮機以外に運動部分がないので、故障がない。
（２）空気圧縮機を水源から離すことができる。
（３）水質により耐蝕材料が使える。
（４）水源が非常に深い場合でも使える。
等の利点を有するので、上記欠点が解消されれば、より有用なポンプとなる。
遠心ポンプ、プロペラポンプ，ロータリーポンプ等電動送水ポンプは、
（１）液体と接触する機械的な部分や運動部分が多く故障しやすい。
（２）磨耗・腐蝕・異物混入による破損等シール部の故障も多い。
などメンテナンスが難しくかつ高価となる欠点がある。
【０００３】
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、上記の欠点を改善した揚水方法及び揚水装置を提供するものである。
【０００４】
〔問題を解決するための手段〕
第１に、圧縮空気を利用して池、水槽等容器ｗに満たされた水等液体を揚水する方法であって、容器ｗ内又は容器ｗと連通した容器ｃ内であって容器ｗの液面下の位置及びその上方大気下に開口し、ほぼ鉛直に設けられた揚水管ｐの下端の周囲に、隔壁、揚水管ｐ外壁面、及び隔壁下方の水面により気相部ｇを形成し、気相部ｇに気体を圧入し、液体の固体に対する付着力及び表面張力を利用して、間欠的かつ一気に気体を揚水管ｐ内に溢流させ、揚水管ｐ内に気体層を形成せしめ、これによって容器ｗ液面より上方の位置に揚水することを特徴とする気体による揚水法
であって、
第２に、圧縮空気を利用して池、水槽等容器ｗに満たされた水等液体を容器ｗ液面の位置より上方の位置に揚水するための装置であって、
該装置が、
（ア）水等液体の流入口ｉを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｃ
（イ）上部密閉容器ｃ内の上部隔壁の下方であって、流入口ｉより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸び、容器ｗ液面の位置より上方の位置に達する揚水管ｐ
（ウ）気相部ｇ内に気体を圧入するための通気部ｋ、
よりなることを特徴とする揚水器であり、
第３に、前記揚水器の流入口ｉ又は流入口ｉに連絡する管内に、上部密閉容器ｃ内への流れのみを許す一方向弁を、配備したことを特徴とする揚水器であり、
第４に、第２の装置に気相部ｇに気体を圧入するための気体圧入機ａ
及び気体圧入機ａと通気部ｋを連絡する通気管ｆを設けた揚水装置であり、
第５に、第２の装置に気相部ｇに気体を圧入するための気体圧入機ａ
及び気体圧入機ａと通気部ｋを連絡する通気管ｆを設けた揚水装置である。
【０００５】
〔実施例と作用〕
次に、図面により本発明を詳しく説明する。図１及び図２は、本発明の装置の一実施態様を示す図面であり、図１は平面図、図２はＡ−Ａ縦断面図。装置は、水源となる水槽ｗ内底部に置かれている。装置は、上部密閉容器ｃ、揚水管ｐ、空気圧入機としてブロワーａ、ブロワーａと通気部ｋを連絡する通気管ｆ、流入管１、逆止弁ｖよりなる。揚水管ｐは、上部密閉容器ｃの上部隔壁２を貫通し、上部隔壁２のやや下方にほぼ水平に開口し、ほぼ鉛直に設けられている。揚水管ｐの上端開口部１０は、液を移送するための移送管９に連絡している。流入管１は、側壁４の揚水管下方開口部３よりも下方に位置する部位に設けられ、流入口ｉが形成されている。流入管１には、上部密閉容器ｃ内への流れのみ許す逆止弁ｖが設けられている。通気管ｆは、上部密閉容器ｃ内上方に開口し、流量調節弁５を介してブロワーａに連絡している。上部隔壁２、側壁４及び揚水管ｐ外壁面により、気相部ｇが形成されている。また、上部密閉容器ｃの浮上を防ぐため、おもり６が設けられている。
次に、図１及図２に示した本発明の作動の状況を説明する。図２に示された、液面ｓ１が揚水管下方開口部３と同じ高さにある状態から、ブロワーａを作動させ、通気管ｆを介して、気相部ｇに空気が連続的に圧入すると、逆止弁ｖが閉じ、液面ｓ１は、液体の固体に対する付着力と表面張力の作用により、下降し、液面ｓ２は上昇する。同時に、上部密閉容器ｃ内の液が、揚水管ｐ内に流入する。やがて、液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用が限界に達すると、気相部ｇの空気は、揚水管下方開口部３の周囲から一気に揚水管ｐ内に流入し、揚水管ｐ内の水を押し上げながら、揚水管ｐ内に空気層を形成する。同時に、逆止弁ｖが開き、揚水管ｐ内に流入した空気に相当する水が流入管１より上部密閉容器ｃ内に流入してくる。すぐに、空気層は、揚水管ｐ内空気層上方の液の大部分を押し上げ、揚水管ｐ内空気層下方の液を引き上げながら、揚水管ｐ内を上昇し、液と共に移送管９を通り、液取り出し口８から大気中に噴出し、逆止弁ｖが閉じる。この時、液面ｓ２は、屈曲部７のやや下方で止まる。
すぐに、液面ｓ１は、下降を始め、液面ｓ２はやや上昇し、屈曲部７に達し、溢流する。再び液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用が限界に達すると、気相部ｇの空気は、揚水管ｐ下方開口部３の周囲から一気に揚水管ｐ内に流入し、揚水管ｐ内の水を押し上げ、屈曲部７より液を溢流させながら、揚水管ｐ内に空気層を形成する。同時に、逆止弁ｖが開き、揚水管ｐ内に流入した空気に相当する水が流入管１より上部密閉容器ｃ内に流入してくる。すぐに、空気層は、揚水管ｐ内空気層上方の液の大部分を押し上げ、揚水管ｐ内空気層下方の液を引き上げながら、揚水管ｐ内を上昇し、液と共に移送管９を通り、液取り出し口８から大気中に流出し、逆止弁ｖが閉じる。以後周期的にこの流出が繰り返される。
図１及び図２の装置において、逆止弁ｖをはずした場合の、実施態様を説明する（図示せず）。図２に示された、液面ｓ１が揚水管下方開口部３と同じ高さにある状態から、ブロワーａを作動させると、液面ｓ１は、液体の固体に対する付着力及び表面張力の作用により、下降し、液面ｓ２は上昇する。同時に、液面ｓ２及び液面ｓ３がわずか上昇する。やがて、液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用が限界に達すると、気相部ｇの空気は、揚水管下方開口部３の周囲から一気に揚水管ｐ内に流入し、揚水管ｐ内の水を押し上げながら、揚水管ｐ内に空気層を形成する。同時に、揚水管ｐ内に流入した空気に相当する水が流入管１より上部密閉容器ｃ内に流入してくる。すぐに、空気層は、揚水管ｐ内空気層上方の液の大部分を押し上げ、揚水管ｐ内空気層下方の液を引き上げながら、揚水管ｐ内を上昇し、液と共に移送管９を通り、液取り出し口８から大気中に流出する。その後、引き上げられた揚水管ｐ内空気層６下方の液は下降し、揚水管ｐ内の液面は液面ｓ３と同じ高さとなる。以後周期的にこの流出が繰り返される。
上述の逆止弁ｖを設けた場合と設けない場合をの揚水量を比較すると、下記のようになる。
（１）逆止弁ｖを設けた場合
揚水量＝（屈曲部７やや下方から揚水管ｐ下端までの液で、空気層により押し上げられた液量）＋（ブロワーａの通気量にほぼ等しい液量）
（２）逆止弁ｖを設けない場合
揚水量＝（液面ｓ３から揚水管ｐ下端までの液で、空気層により押し上げられた液量）
上記から明らかなように、逆止弁ｖを設けた場合のほうが逆止弁ｖを設けない場合よりも効率的である。
本発明の装置においては、効率的な揚水を達成するには、気相部ｇの空気が、揚水管下方開口部３の周囲から一気に揚水管ｐ内に流入した時、形成された空気層の上方の液柱の上部が移送管９へ流れ込む必要がある。流れ込めば、空気層上方の液柱が軽くなり、一気に噴出する。流れ込まない時は、空気層上方の液は、空気層と揚水管壁面の間をすり抜け、下方へ移動してしまう。したがって、効率的な揚水を行なえる揚程は、上部密閉容器ｃ内気液接触面積の揚水管ｐ断面積に対する比によって決まる。例えば、この上部密閉容器ｃ内気液接触面積の揚水管ｐ断面積に対する比が６０で、揚程１０ｃｍの時、逆止弁ｖを設けた場合は通気量のおよそ１．９倍、逆止弁ｖを設けない場合は通気量のおよそ１．４倍の揚水が可能である。この場合、揚程をこれ以上に増加すると、効率が低下する。また、この比が大きいほど、空気層の高さが大きくなるので、可能揚程は増加する。揚水管ｐ下端３の断面は、ほぼ水平にする。これにより、空気が揚水管ｐ内に一様に流入し、効果的に空気層が形成される。
揚水量は、流量調節弁５で調節する。例えば、通気量を少なくすると噴出回数が減少し、通気量を多くすると、噴出回数が増加する。本発明の装置では、もぐり深さ（液面ｓ３から揚水管ｐ下端３までの距離）が決まれば、毎分およそ２０回噴出以内の通気量であれば、１回の噴出時の揚水量はほぼ一定しているので、単位時間あたりの噴出回数を数えることで揚水量を簡単に計測でき、設定も省力的に行なえる。必要揚水量に見合った大きさの上部密閉容器及び揚水管ｐを選定し、噴出回数を毎分およそ２０回噴出以内にすると良い。こうして、大量の揚水にも対応できる。噴出回数が毎分およそ２０回を超えると１回の噴出による揚水量は増加するが、通気量当たりの揚水量は減少し、効率が低下する。
また、本発明の装置は、１つのブロワーに対して複数の揚水器ｂを備えることもできる。通常の送水ポンプにおいては、１つのポンプに１つのモーターを備えるが、本発明の装置では、複数の揚水器ｂに対して１つの１つのモーターで済む。本装置では、複数の揚水箇所を１箇所で自動制御する場合、電気配線配管が少なく、また、流量を制御する場合でも、ブロワーの近くででき、省資源、省エネルギーとなり、経済的である。
また、液体と接触する機械的な部分がないので、腐食の心配もなく、定期的整備点検も地上に設置されたブロワーだけなので、メンテナンスが容易かつ安価にできる。
図３及び図４は、本発明の装置の別の一実施態様を示す図面であり、図３は平面図、図４はＢ−Ｂ縦断面図である。装置が、水源となる水槽ｗの外部に置かれている。流入管１で水槽ｗと上部密閉容器ｃが連絡されている。本実施例においても、装置は図１及び図２に示した実施例と同様に作動する。
【０００６】
〔実施例〕
本発明の実施例を説明する。
実験は、図１および図２に示した装置により行なった。
上部密閉容器ｃは、２００ｍｍ塩ビパイプを１６ｃｍに切断し、上下に塩ビ板を溶接した。流入管１としては，３０Ａバルブソケットを挿入接着し、これに逆止弁ｖを装着した。上部密閉容器ｃ上部隔壁２に口径２０ｍｍ塩ビ管を鉛直に挿入接着し、揚水管ｐとした。また、口径２５ｍｍ揚水管ｐを設けた装置も使用して実験を行なった。この装置で、揚水量を測定した。結果を表１及び表２に示す．表１，表２より、揚水器ｐの仕様が決まれば、噴出回数毎分およそ１４回以内であれば、通気量に関係なく、１回の噴出における噴出量は、ほぼ一定となる。したがって、噴出回数を数えることで、通気量、揚水量を把握できる。表１に示すように、逆止弁ｖを設けた場合、揚水量は、通気量のおよそ１．７倍であった。表２に示すように、逆止弁ｖを設けない場合、揚水量は、通気量のおよそ０．８倍であった。
2007016597.tif 000003
次に、通気量を１１００〜１６００ｍｌ／分（噴出回数７〜１０回／分）でほぼ一定とし、揚水管径、揚程、もぐり、逆止弁の有無を変えながら揚水量を測定した。
結果を表３に示した。
また比較のため、通常のエアリフトポンプの揚水量を、２５ｍｍ塩ビパイプの下端のやや上方に通気管を挿入固定し、もぐり４７ｃｍとして、測定した。結果を表４に示した。
表４より、エアリフトポンプでは、通気量が少ない場合、揚水できない。また表３のＮｏ９，Ｎｏ１１と比較すると、エアリフトポンプでは、通気量に対する揚水量の比率が低い。
2007016597.tif 000004
【０００６】
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の装置は、液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用と空気の浮揚力を利用したものである。
このような本発明の利点をまとめれば下記のとおりである。
（１）揚水量の計測・設定が計器なしでできる。
（２）通気量を減らしても、エアリフトポンプのような揚水不能状態にならず、通気量に応じて定量を揚水できる。
（３）液体と接触する機械的な部分や運動部分がないので、故障も少なく、メンテナンスが安価にできる。
（４）揚水場所から離れて気体圧入機（電動機）を設置できるので、点検整備も楽に行なえる。
（５）揚水場所から離れて気体圧入機（電動機）を設置できるので、自動制御が安価にできる。
（６）効率よく揚水できる。
【０００７】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の装置の一実施態様を示す、平面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の装置の別の一実施態様を示す、平面図である。
【図４】図４は、図３におけるＢ−Ｂ縦断面図である。
【符号の説明】
ａはブロワー，ｃは上部密閉容器、ｇは気相部，ｉは流入口，ｐは揚水管，ｆは通気管、ｋは通気部、ｓ１は液面、ｓ２は液面、ｓ３は液面、ｖは逆止弁、ｗは水源水槽、１は流入管、２は上部密閉容器ｃの上部隔壁、３は揚水管ｐの下端、４は上部密閉容器ｃの側部隔壁、５は流量調節弁、６はおもり、７は屈曲部、８は液取り出し口、９は移送管、１０は揚水管ｐの上端、である。
実線矢印は液の流れの方向を示す。
【図１】
2007016597.tif 000005
【図２】
2007016597.tif 000006
【図３】
2007016597.tif 000007
【図４】
2007016597.tif 000008