(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート本体に設けられ、上流側に開口する流入口と下流側に開口する排出口とを有する立て置きのパイプと、前記パイプ内に圧縮空気を噴出させる圧縮空気供給手段とを備えるポンプゲートと、
上流側に設けられた水吸込み管と、この水吸込み管に組み合わされ、水位差により当該水吸込み管内に自然流下する水の流れにより大気を吸引する空気吸込み管と、前記水吸込み管につなげられた空気分離機と、当該空気分離機で分離された空気を上流の水中に放出する送気管と、前記空気分離機で分離された水を下流側に放出する放流管とを備えてなる曝気装置と
を組み合わせてなることを特徴とするポンプゲート装置。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプゲート装置を自然排水路に設置したことを特徴とするポンプ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水、その他に適用されるポンプゲート装置及びポンプ設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川に設けられる排水機場の従来のものの一例を図６に示す。この図に示すように、自然流下ゲート１につながる自然排水路２から分岐させて流入水路３を設け、この流入水路３の途中に除塵機４を設け、その下流側にポンプ、駆動機（エンジンなど）、監視操作制御・電源設備などを備える排水機場５を設け、この排水機場５の吐出側を吐出水路６を介して吐出樋門７につなげた構造となっている。
【０００３】
つまり、河川水は流入水路３から排水機場５に導かれ、排水機場５から排水された水は吐出水路６、吐出樋門７を経て河川に放水されるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の排水機場では、自然排水路２とは別に流入水路３や吐出水路６、吐出樋門７が必要であった。そのため、設置スペースが大きくなり、土木建築費の増大を招いていた。又、排水機場から排水しないとき、即ち非出水時には、排水機場５の上流側では河川水が滞留し、富栄養化から植物プランクトンが大量に発生し、水質の汚濁が進行することがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係るポンプゲート装置は、
ゲート本体に設けられ、上流側に開口する流入口と下流側に開口する排出口とを有する立て置きのパイプと、前記パイプ内に圧縮空気を噴出させる圧縮空気供給手段とを備えるポンプゲートと、
上流側に設けられた水吸込み管と、この水吸込み管に組み合わされ、水位差により当該水吸込み管内に自然流下する水の流れにより大気を吸引する空気吸込み管と、前記水吸込み管につなげられた空気分離機と、当該空気分離機で分離された空気を上流の水中に放出する送気管と、前記空気分離機で分離された水を下流側に放出する放流管とを備えてなる曝気装置と
を組み合わせてなることを特徴とする。
【０００６】
上記ポンプゲート装置のポンプゲートにおいては、ゲート本体の開閉動作により水路は開閉される。ゲート本体により水路を遮断した状態で、圧縮空気供給手段によりパイプの下部から圧縮空気を供給する。パイプ内で上流側の水と混合した気液混合体はポンプゲート外部の水より比重が小さくなることから、パイプ内の水面が上昇する。ポンプゲートの下流側水位より上昇した水は、排水口から下流側に排出される。
【０００９】
このポンプゲート装置は、止水と排水の機能を備えると共に、止水した状態で、曝気装置により上流側に空気を供給することができる。つまり、空気吸込み管より水と一緒に空気が導入され、導入された気液混合体の空気が空気分離機で分離され、送気管を通して上流側の水中に放出されるのである。
【００１０】
上記課題を解決する本発明に係るポンプ設備は、当該ポンプゲート装置を自然排水路に設置したことを特徴とする。
このポンプ設備によれば、自然排水路とは別に流路を設けることなく、止水、排水が可能となると共に、止水時（非出水時）に、上流側に空気を供給することができ、上流側の溶存酸素（ＤＯ）の濃度を増加することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明のポンプ設備に係る実施の一形態の縦断面図であり、図２はそのポンプゲートの原理説明図であり、図３は曝気装置部分の説明図である。
【００１２】
先ず、ポンプゲートの排水の原理について図２に基づいて説明する。これは、エアリフトポンプと呼ばれているもので、１１は水中に立てられたパイプで、その下端は水の吸込み口１２となっており、上端は水の排出口１３となっている。パイプ１１の中には、圧縮空気の供給管１４が挿入され、その噴出口１５はパイプ１１内の下部で開口している。図２において、Ｗは水面である。
【００１３】
このような構成において、圧縮空気が供給管１４を通してパイプ１１の下部から供給されると、パイプ１１内の水は気液混合体となり、その密度は水の密度より小さくなり、パイプ１１内の気液混合体の水位は上昇し、排水口１３より排水されることになる。
【００１４】
ここで、水の密度をρ（kg/m3）、平均空気容量Ｑｍ（m3/s）、揚水量をＱ（m3/s）とすると、気液混合体の平均密度ρm（ｋｇ/m3）は、
【数１】
ρm＝ρＱ／（Ｑｍ＋Ｑ）
となる。
なお、図２において、Ｈｓは、空気の噴出口１５から水面Ｗまでの高さを示し、Ｈｄは、水面Ｗから排出口１３までの高さであり、Ｈ（Ｈｓ＋Ｈｄ）は、空気の噴出口１５から排出口１３までの高さである。
【００１５】
次に、曝気装置について説明すると、図３に示すように当該曝気装置２１は、水吸込み管２２の入口部に空気吸込み管２３を組み合わせ、水吸込み管２２を空気分離機２４に接続し、この空気分離機２４に、分離された空気を送る送気管２５及び分離された水を放出する放流管２６を接続した構造となっている。送気管２５は水中の散気管２７に接続されている。この例は、ダム堤体２８に対し構成したものである。Ｗは上流側の水面である。
【００１６】
上記装置において、水吸込み管２２の入口から水が自然落下して入り込むのに伴って空気吸込み管２３から大気が入り込み、気液混合体となって空気分離機２４に至る。ここで分離された空気は送気管２５を通り、散気管２７を介して水中に散気される。水は放流管２６を通って放出される。水が重力により落下する際に空気を取り込むようにしているので、特別な駆動源は必要としない。
【００１７】
次に、上記ポンプゲートと曝気装置との組み合わせからなるポンプゲート装置を自然排水路に設けたポンプ設備の実施の一形態を図１に基づいて説明する。
【００１８】
３１は自然排水路３２に設けられたゲート扉体（ゲート本体）で、上方の架台３３上に設けられたポンプゲート開閉装置３４により上下動されることによって自然排水路３２を開閉するようになっている。このゲート扉体３１には複数のパイプ３５が組み付けられて本発明に係るポンプゲート３６が構成されている。パイプ３５は、その上流側で下端が開口し、上方に伸びてＵ字状に曲がり、下流側で下方に伸び、更に水平方向に伸びて排出口３７が開口されている。パイプ３５の上部のＵ字状部分の前側には、異物流出用開口３８が開けられている。パイプ３５の下端開口が上流側の水の吸込み口となっているが、パイプ３５の側面に別に吸込み口を設けるようにしてもよい。又、排出口３７は異物流出用開口３８と兼用するようにしてもよい。
【００１９】
前記架台３３上にはガスタービン３９により駆動されるブロワ４０が設置されており、大気中に開放する吸込み管４１から吸引された空気は、圧縮されて送給管４２により送られる。送給管４２は水中下を通り、ゲート扉体３１の下方を越えてゲート扉体３１の上流側に伸び、その端部には散気板４３が取り付けられている。送給管４２は途中で分岐しており、分岐された分岐送給管４４は下方に伸び、更に前記ゲート扉体３１に組み付けられたパイプ３５の下端に対応した位置に伸び、エアノズル４５を介して上向きに開口している。尚、送給管４２は、水中下を通さず、ゲートの中を通すようにしてもよい。
【００２０】
一方、前記ゲート扉体３１とは別にポンプゲート３６の上流側に酸素を供給する曝気装置５０が設けられている。曝気装置５０の要部をなす水吸込み管５１は、ゲート扉体３１の上流側から下流側にかけて配設されている。水吸込み管５１の上流側の端部の入口管５２は、伸縮可能な二重管となっており、又、この入口管５２には空気吸込み管５３が組み合わされている。更に、入口管５２には昇降フロート６０が取り付けられ、入口管５２の開口が水面Ｗ1 に対し常に所定の位置に保たれるように図られている。水吸込み管５１の途中にはフィルタ５４が設けられている。水吸込み管５１の他端は逆流防止弁５５を介して空気分離機５６に接続されている。空気分離機５６は水と空気の気液混合体から水と空気を分離するもので、分離された水を導くための放流管５７と、空気を導くための送気管５８が接続されている。放流管５７は、下流側の水中に開放しており、送気管５８は、上流側に伸び、その端部は散気板５９を介して上流側の水中に開放している。尚、図において、空気分離機５１は、ゲートと別に設けられているが、ゲート内に設けられることもある。
【００２１】
尚、図においてＷ1 はゲート扉体３１の上流側の水面（流入水位）を示し、Ｗ2 は下流側の水面（本川水位）を示している。
【００２２】
次に、上記ポンプ設備による排水等の作業内容について説明する。
図４には、出水時の排水作用を示してある。図に示すように、ポンプゲート開閉装置３４によってポンプゲート３６を閉め、本川の水がポンプゲート３６の上流側に流入しないように遮断する。ブロア駆動用のガスタービン３９によりブロワ４０を駆動して圧縮空気を作り、送給管４２、分岐送気管４４を通してゲート本体３１内のパイプ３５の下部に導き、エアノズル４５から噴出させる。パイプ３５内で河川水と噴出空気とが混合した気液混合体は、ポンプゲート３６の外部の水より比重が小さくなり、パイプ３５内の水位が上昇する。ポンプゲート３６の下流側の本川水位Ｗ1 より上昇したパイプ３５内の水は、その排水口３７から本川に吐出される。
【００２３】
又、ブロワ４０による圧縮空気は、送給管４２によって上流側に送られ、散気板４３を経て上流側の水中に放出される。空気の放出により、ポンプゲート３６の上流側の河川水の溶存酸素（ＤＯ）濃度は上昇し、河川水の浄化が図れる。尚、パイプ３５内に吸い込まれた異物は、異物流出用開口３８より排出され、回収される。
【００２４】
非出水時には、図５に示すように、河川の水は曝気装置５０の入口管５２の開口から自然落下により流入して行くのであるが、その際、空気吸込み管５３から空気も吸込まれ、水と空気の混合体となって水吸込み管５１を流れる。混合体は、フィルタ５４を介し、更に逆流防止弁５５を経て空気分離機５６に入る。水と空気の混合体は空気分離機５６において、水と空気に分離され、水は放流管５７を経てポンプゲート３６の下流側に放出される。空気は送気管５８を経て散気板５９に送られ、散気板５９から上流側の水中に噴出される。空気が水中供給されることにより、ポンプゲート３６の上流で滞留している河川水の溶存酸素（ＤＯ）濃度が上昇し、河川水の浄化が図れる。
【００２５】
尚、本発明に係るポンプゲート装置は、上記実施の形態に限らず、止水時に排水を必要とする箇所全てに適用可能である。
【００２６】
本発明に係るポンプゲート装置は、
ゲート本体に設けられ、上流側に開口する流入口と下流側に開口する排出口とを有する立て置きのパイプと、前記パイプ内に圧縮空気を噴出させる圧縮空気供給手段とを備えるポンプゲートと、
上流側に設けられた水吸込み管と、この水吸込み管に組み合わされ、水位差により当該水吸込み管内に自然流下する水の流れにより大気を吸引する空気吸込み管と、前記水吸込み管につなげられた空気分離機と、当該空気分離機で分離された空気を上流の水中に放出する送気管と、前記空気分離機で分離された水を下流側に放出する放流管とを備えてなる曝気装置と
を組み合わせてなるので、止水時においてもエアリフト作用により排水をすることができることから、排水のための流入水路、吐出水路、吐出樋門を設ける必要がなくなり、設置スペース、土木建設費を低減することができるという効果だけでなく、上流側に空気を供給することができる。しかも、水の自然落下を利用して空気を取り込むようにしているので、そのための特別な駆動源が不要となる。
【００２９】
上記ポンプゲート装置を自然排水路に設けた場合には、止水時にも上流側に空気を供給することができることから、上流側の溶存酸素濃度を増加することができ、その結果、上流側における悪臭（Ｈ2 Ｓ）の発生を防止し、魚類の生息環境を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係るポンプ設備の縦断面図である。
【図２】本発明に係るポンプゲート装置におけるポンプゲートの原理説明図である。
【図３】ポンプゲートと組み合わされる曝気装置の概略図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係るポンプ設備の出水時の縦断面図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係るポンプ設備の非出水時の縦断面図である。
【図６】従来の排水機場の外観図である。
【符号の説明】
３１  ゲート扉体
３２  自然排水路
３３  架台
３４  ポンプゲート開閉装置
３５  パイプ
３６  ポンプゲート装置
３７  排出口
３８  異物流出用開口
３９  ガスタービン
４０  ブロワ
４１  吸込み管
４２  送給管
４３  散気板
４４  分岐送給管
４５  エアノズル
５０  曝気装置
５１  水吸込み管
５２  入口管
５３  空気吸込み管
５４  フィルタ
５５  逆流防止弁
５６  空気分離機
５７  放流管
５８  送気管
５９  散気板
６０  昇降フロート
Ｗ1   上流側の水面
Ｗ2   下流側（本川）水面
【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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