(57)【要約】【課題】ポンプに与える負荷が軽減されるとともに、流体の汲み上げに係るコストが低減された流体輸送装置およびそれを用いた流体輸送方法を提供する。【解決手段】本発明の井戸水輸送装置８は、井戸水２４が貯留されている井戸１０の底部付近に配設されるポンプ１２と、このポンプ１２により圧送される井戸水２４が流通する導水管１４と、導水管１４の途中部分に送気管１６を経由してエア２０を注入するコンプレッサ１８とを備えている。エア２０が注入された井戸水２４は、地上の例えば貯水槽等の所定箇所まで輸送される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する導水管と、
前記流体に圧力を与えて前記導水管に送り出すポンプと、
前記導水管の途中部分にエアを注入するコンプレッサと、
を備えることを特徴とする流体輸送装置。
【請求項２】
前記導水管は、第１導水管部と、前記第１導水管部よりも内径が大きい第２導水管部とを備え、
前記エアが注入される箇所よりも上方の部分の前記導水管を前記第２導水管とすることを特徴とする請求項１に記載の流体輸送装置。
【請求項３】
前記導水管の内部の水圧が、前記コンプレッサにより圧縮される空気の圧力よりも小さくなる箇所の、前記導水管に、前記エアを注入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体輸送装置。
【請求項４】
前記コンプレッサは送気管を経由して前記導水管に前記エアを供給し、
前記導水管から前記流体が前記送気管に流入することを防止する弁を、前記送気管と前記導水管との接続部付近に設けることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の流体輸送装置。
【請求項５】
前記コンプレッサは、前記ポンプによる前記流体の送り出しが終了した後に、前記導水管に前記エアを供給し続けることにより、前記導水管の内部の前記流体を外部の吐出することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の流体輸送装置。
【請求項６】
前記コンプレッサは、井戸の内部で前記導水管に前記エアを注入することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載に流体輸送装置。
【請求項７】
流体を所定箇所に輸送する流体移動方法であり、
前記流体をポンプで導水管に送り出すと共に、前記流体が流通する前記導水管の途中部分に、コンプレッサから圧送されるエアを注入することを特徴とする流体輸送方法。
【請求項８】
前記ポンプによる前記流体の輸送が終了した後に、
前記コンプレッサから前記エアを更に前記導水管に注入することにより、前記導水管の内部の前記流体を外部に吐出することを特徴とする請求項７に記載の流体輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えば井戸から井戸水を地上の所定箇所に輸送する流体輸送装置およびそれを用いた流体輸送方法に関するものである。
【背景技術】  従来の井戸ポンプとして、井戸の下端付近に、多段タービン構造を有する貯留された井戸水に水中ポンプを浸漬し、この水中ポンプの圧力により井戸水を地上に汲み出すものが知られている。
この種の井戸ポンプの場合、井戸の近傍に配置された制御装置により水中ポンプの稼働が制御され、水中ポンプにより汲み上げられた井戸水はパイプ等の輸送手段を経由して、貯水槽等の地上の所定箇所に輸送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２００５−２２２４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】  しかしながら、上記した水中ポンプで、地下数百メートル程度に深く掘削された井戸から井戸水を地上に汲み出す場合、出力の大きい水中ポンプを高負荷で稼働させる必要があり、このことが井戸水の汲み上げに係るコストを大きくしていた。
更に、直径が１０ｃｍ乃至２０ｃｍ程度の細い井戸の内部に水中ポンプを設置することを考慮した場合、大型で高出力のポンプを井戸の内部に配置し難く、このことも大深度からの井戸水の汲み上げを困難とする要因となっていた。
更にまた、深さが数百メートルの井戸から井戸水を汲みとる場合、井戸の深さと同程度の長さのパイプを井戸の内部に備える必要がある。このことから、特に井戸の下底付近において、パイプ内部を流通する井戸水自体の圧力がパイプやポンプに負荷を与える恐れがあった。
本発明は上記した問題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ポンプに与える負荷が軽減されるとともに、汲み上げに係るコストが低減された流体輸送装置およびそれを用いた流体輸送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】  本発明の流体輸送装置は、流体が流通する導水管と、前記流体に圧力を与えて前記導水管に送り出すポンプと、前記導水管の途中部分にエアを注入するコンプレッサと、を備えることを特徴とする。
本発明は、流体を所定箇所に輸送する流体移動方法であり、前記流体をポンプで導水管に送り出すと共に、前記流体が流通する前記導水管の途中部分に、コンプレッサから圧送されるエアを注入することを特徴とする。
【発明の効果】  本発明によれば、ポンプにより井戸水が圧送される導水管の途中部分に、コンプレッサからエアを注入している。これにより発生するエアリフト効果により、比較的小さい圧力で井戸水を輸送することが可能となり、井戸水の輸送に必要とされるコストが低減される。
更に、導水管にエアが注入されることで、井戸の最下部付近の導水管やポンプに与える水圧が小さくなるので、導水管が圧力により損傷することが抑止され、更にポンプに与える負荷が軽減される。
更に本発明では、エアが注入される部分の前記導水管を、他の部分よりも内径を大きくしている。このようにすることで、多量のエアを導水管に注入することが可能となり、エアリフト効果を顕著なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の形態に係る井戸水輸送装置の構成を示す図である。
【図２】  （Ａ）および（Ｂ）は、本形態の井戸水輸送装置を用いて井戸水が貯水槽に輸送される状態を示す模式図である。
【図３】  本発明の他の形態の井戸水輸送装置を示す図である。
【図４】  本発明の形態に係る井戸水輸送方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
図１を参照して、先ず、本形態の井戸水輸送装置８（流体輸送装置）の構成を説明する。
井戸水輸送装置８は、井戸水２４が貯留されている井戸１０の底部付近に配位されるポンプ１２と、このポンプ１２により圧送される井戸水２４が流通する導水管１４と、導水管１４の途中部分に送気管１６を経由してエア２０を注入するコンプレッサ１８とを備えている。エア２０が注入された井戸水２４は、地上の例えば貯水槽等の所定箇所まで輸送される。
井戸１０の大きさの一例は、深さが２００ｍ〜３００ｍ程度であり、その直径は１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度である。即ち、本形態の井戸１０は極めて細長く掘削されたものであり、その内部のスペース的制約が大きく、従って高出力な大型のポンプをその内部に収納することは非常に困難である。
ポンプ１２は、井戸１０の底部付近に周囲から滲みでて貯留された井戸水２４に浸漬されている。所謂水中ポンプである。ポンプ１２は、地上に設置された不図示の制御手段から供給される電力に基づいて回転するモータを備え、井戸水２４を導水管１４に高圧で送り出す。上記したように、井戸１０の深さは数百メートルであるので、ポンプ１２は、その深度から井戸水２４を地上まで汲み出すことを可能とする出力を備える必要がある。一方、井戸１０の直径は１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度と細長い形状であるので、ポンプ１２は、矮小な空間に収納可能に小型である必要がある。即ち、本形態に適用されるポンプ１２は、小型化と高出力とを高いレベルで両立する必要がある。
導水管１４は、ポンプ１２により加圧された井戸水２４が流通する管路であり、井戸１０の底部に配置されたポンプ１２に一端が連通し、他端は井戸水２４が供給される貯水槽に至る。導水管１４の全長は例えば数百ｍ程度〜数ｋｍ程度であり、その材料としてはパイプ状に形成された金属からなる鋼管または、ポリ塩化ビニルから成る所謂塩ビ管が採用される。ここで、実際の使用では、井戸１０に挿入される部分の導水管１４は剛性が考慮されて鋼管が採用され、地表に配置される部分の導水管１４は、配置される地形にその形状を追従させるために塩ビ管が採用される。
また、導水管１４は、エア２０がコンプレッサ１８から供給される箇所よりも下方の導水管１４Ａと、この箇所よりも上方の導水管１４Ｂから成る。ここで、導水管１４Ｂは導水管１４Ａよりも内径が大きく形成されており、例えば導水管１４Ａの内径は４ｃｍであり、導水管１４Ｂの内径は５ｃｍ程度である。
このように、注入されるエアが流通する部分の導水管１４Ｂを、エアが注入されない上流側（下部部分）の導水管１４Ａよりも太くすることにより、注入されたエア２０により奏されるエアリフト効果が顕著と成る。具体的には、導水管１４Ｂの内径を長くすることにより、その導水管部分の容積が大きくなるので、コンプレッサ１８により注入可能と成るエア２０の絶対量が多くなる。したがって、導水管１４Ｂを流通する井戸水２４に多量のエア２０が含まれることにより、井戸水２４とエア２０との混合物としての密度が小さくなり、結果的に井戸水２４を地上または貯水槽に輸送するために必要とされる圧力が小さくなる。
また、注入されたエア２０が流通しない部分の導水管１４Ａは、エア２０が流通する部分の導水管１４Ｂよりも内径が小さい。このようにすることで、エア２０を含まないことにより密度が比較的大きい井戸水２４の流通量が少なくなり、このことによっても、井戸水２４の輸送に必要とされる圧力が低減される。
ここで、エアリフトの効果を大きくするために、コンプレッサ１８から与えられるエア２０を、ポンプ１２の直上の導水管１４に注入することも考えられる。しかしながら、本形態の簡易型の井戸水輸送装置８が備えるコンプレッサ１８から発生するエアの圧力は、例えば９ｋｇｆ／ｃｍ２程度である。従って、井戸１０の深さが例えば２００ｍ程度であれば、井戸１０の最深部付近の導水管１４の内部圧力の方が、コンプレッサ１８の圧縮圧力よりも大きくなり、この部分にてエアを導水管１４内部に供給することができなくなる。従って、本形態では、導水管１４の深さ方向の途中部分にてエア２０を供給し、この部分よりも上方の導水管１４Ｂの内径を大きくする一方、この部分よりも下方の導水管１４Ａの内径を比較的小さくしている。この途中部分は、導水管１４に充填された井戸水２４の水圧が、コンプレッサ１８から供給されるエア２０の圧力よりも小さくなる箇所よりも上方という条件が与えられる。このようにすることにより、上記したエアリフト効果を顕著なものとする。
コンプレッサ１８は、送気管１６を経由して、エア２０を圧縮して導水管１４に供給する。送気管１６の大部分は導水管１４と主に、井戸１０の内部に収納される。
送気管１６と導水管１４との接続部には逆流弁２２が設けられている。この逆流弁２２は、導水管１４の内部の井戸水２４が送気管１６に流入しないように備えられている。このようにすることで、コンプレッサ１８による圧力の印加を解除した場合であっても、導水管１４側から送気管１６に井戸水２４が侵入することが防止される。特に本形態の場合、導水管１４と送気管１６との接続箇所は、地下１００ｍ程度の深度にある。従って、ポンプ１２を停止した場合であっても、導水管１４の内部に滞留する井戸水２４の自重により、この接続箇所には大きな水圧が作用する。本形態では、この接続部に逆流弁２２を介装することによって、この水圧により送気管１６側に井戸水２４が流入することを防止している。
なおここで、導水管１４の内径は全体的に同一でも良い。更に、上記説明では、導水管１４の内部にエア２０が供給される供給箇所は一箇所のみであったが、この供給箇所を複数個設けても良い。
図２（Ａ）を参照して、次に、上記した井戸水輸送装置が実際に使用される状況を説明する。ここでは、山麓付近に上記した井戸１０が掘削されており、この井戸１０から組み上げた井戸水を、山頂付近に配置された貯水槽２６に輸送している。ここで、井戸１０と貯水槽２６との間に敷設される導水管１４の長さは、数百ｍ〜数ｋｍ程度であり、井戸１０と貯水槽２６との高低差は、数十ｍ〜数百ｍ程度である。
井戸１０の深さは例えば１００ｍ以上の深さを備えており、この井戸１０の最深部に滲みでた井戸水を不図示のポンプの圧力で、貯水槽２６まで輸送している。ここでは、コンプレッサ１８は、井戸１０の深さ方向の途中部分で、導水管１４の内部にエアを注入している。注入されたエアは井戸水と共に導水管１４を流通して貯水槽２６に至り、貯水槽２６に井戸水が吐出され、エアも同時に外部に放出される。そして、貯水槽２６に貯留された井戸水は、適宜使用される。また、貯水槽２６から供給される井戸水は、別体の導水管を経由して適宜輸送され、この時は導水管内部にはエアは存在しない状態で輸送される。
貯水槽２６に貯留された井戸水の使用用途は、例えば、養鶏等の畜産、灌漑、生活水、工業用水等である。
図２（Ｂ）を参照して、ここでは、山腹の途中部分にて、コンプレッサ１８により圧縮されたエアを導水管１４の内部に供給している。この例は、例えば、井戸１０の深さが数十メートル程度に浅い場合に適用可能である。
図３を参照して、本形態が高層ビル等の構造物２８に適用された場合を説明する。ここでは、水道水または井戸水を、構造物２８の屋上等に配置された貯水槽２６に供給している。具体的には、水道水または井戸水は、ポンプ１２の圧力により導水管１４を経由して、貯水槽２６に輸送される。そして、略垂直に敷設される導水管１４の途中部分にて、コンプレッサ１８により圧縮されたエアが導水管１４に注入する。注入されたエアによるエアリフト効果により、ポンプ１２の小さい圧力にて水を貯水槽２６に供給されることは、上記した通りである。
ここで、図２乃至図３を参照して説明した他の形態は、基本的には図１を参照して説明したものと同様であり、その説明は援用される。
図４のフローチャートと図１および図２を参照して、上記した構成の井戸水輸送装置を用いた井戸水輸送方法（流体輸送方法）を説明する。本形態での井戸水輸送方法の目的は、井戸水を組み上げて貯水槽まで輸送することにある。
ステップＳ１で井戸水輸送装置８を稼働させると、貯水槽２６に貯留された井戸水の水量を水位等で計測する。貯水槽２６に貯留された水量が規定以上である場合は、ＥＮＤに移行し、即ち井戸水輸送装置を稼働させない。
一方、貯水槽に貯留された井戸水の貯水量の規定未満の場合は、本形態の井戸水輸送装置を稼働させる。具体的には、図１を参照して、ポンプ１２を稼働させることにより、井戸１０の最下部に滲み出した井戸水２４を、導水管１４に圧力を掛けて送り出す（ステップＳ３）。そして、コンプレッサ１８も稼働させて、圧縮されたエア２０を導水管１４の内部に注入する。このようにすることで、流体内部にエア２０が注入されることで奏されるエアリフト効果により、ポンプ１２により印加される少ない圧力で、井戸水２４を地上に到達させることが可能となる。
ここで、コンプレッサ１８から供給される空気は、必ずしも井戸１０の内部にて導水管１４に注入される必要はなく、図２（Ｂ）や図３に示したように、地上にて導水管１４にエア２０が注入されても良い。
このように、ポンプ１２により圧送されると共にエア２０が注入された井戸水２４は、図２（Ａ）等に示される貯水槽２６に至るように輸送される。即ち、ステップＳ５にて、貯水槽２６の水量（水位）が規定以上か否かが判断され、規定以上の場合は、ポンプ１２を停止する（ステップＳ６）。また、貯水槽２６に貯留された井戸水の水量（水位）が規定未満の場合はステップＳ３に戻り、井戸水輸送を継続する。
貯水槽２６に貯留された井戸水の水量が規定以上の場合は上記したようにポンプ１２が停止されるが、コンプレッサ１８に関しては、ポンプ１２と同時に停止しても良いし、時間差を持って停止しても良い。
具体的には、図１を参照して、ポンプ１２を停止させた後に、数分〜数十分程度コンプレッサ１８のみを連続して稼働させても良い。このようにすることで、導水管１４の内部に滞留した井戸水２４が貯水槽２６に吐出され、導水管１４の内部に滞留する井戸水２４の水量が低減される。ここでは、コンプレッサ１８からエアが供給される接続箇所から上方部分の導水管１４内部に滞留した井戸水２４が外部に放出される。このようにすることで、滞留した井戸水２４の自重による圧力が軽減され、この圧力が導水管１４に与えるダメージが軽減される。特に、導水管１４が塩ビ管等の樹脂製管路である場合は、この材料は劣化しやすい材料であるため、かかる方法により奏される効果が顕著と成る。
上記ステップが終了してコンプレッサを停止させたら（ステップＳ７）、ステップＳ２に戻り、貯水槽２６の水量が規定未満と成れば、再び井戸水輸送装置を稼働させる。
ここで、上記説明では、井戸水を輸送する井戸水輸送装置等に関して説明したが、井戸水以外の流体（例えば水道水等）の輸送にも本形態は適用可能である。
【符号の説明】８    井戸水輸送装置
１０  井戸
１２  ポンプ
１４，１４Ａ，１４Ｂ  導水管
１６  送気管
１８  コンプレッサ
２０  エア
２２  逆流弁
２４  井戸水
２６  貯水槽
２８  構造物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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