JPH01111493A - 複数の間けつ空気揚水筒への給気方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はダム、貯水池等の大量の水が停滞気味に貯留さ
れている水域の水質の改善のため循環および酸素供給を
図る施設の改良システム技術に関する。

（従来の技術） ダム貯水池等の水域の水に酸素を供給するとともに、そ
の上層下層の水を強制的に循環混合して水質改善を図る
ための装置として、逆サイフオン作用を利用した間けつ
空気揚水筒が用いられている。

この間けつ空気揚水筒は、下部の空気溜にその水位下に
連続供給される空気が蓄積され水位レベルがある高さよ
り下がると逆サイフオン作用が働いて蓄積空気が一挙に
連通管を通じて揚水筒内に放出され気泡塊となって上昇
するもので、この作動を間けつ的に繰返す。上昇する気
泡塊はピストン作用によって相当量の水を強制的に揚水
筒内に吸引する。間けつ空気揚水筒では、揚水筒内を上
昇する気泡塊のピストン作用による揚水流（■）、気泡
塊が揚水筒上端を離れた後の揚水筒内の水の慣性による
慣性流（ｎ）、気泡塊が水域中をドーナツ状に、さらに
微細気泡群に分かれて浮上する過程でその周囲の水を同
伴する連行流（Ｉ［Ｉ）が発生し、連行流（ＩＩＩ）は
筒内流（Ｉ）　　（ＩＩ）の２〜３倍の流量になり、こ
れら水流によって揚水筒から相当広い半径範囲の水が循
環混合される。

しかし単一の間けつ空気揚水筒では、その能力拡大には
限界があり、例えば給気量を多くして空気溜から揚水筒
に間けつ的に放出される空気の放出頻度を増加させると
、それだけ揚水量が増加するが、先の気泡塊が揚水筒内
にある間あるいはその直後に次の気泡塊が揚水筒内に送
り込まれることになり、慣性流（ｎ）が充分に利用され
ないので、空気量当りの揚水量は増加しない。また大形
化を図り揚水筒の直径を大にすると、揚水筒内で単一大
気泡塊を形成させる必要があるため、複数の小径の揚水
筒を集合したバンドル型に較べて、同じ揚水量を得るの
に直径りの３乗比例の多量の空気が消費されるし、さら
に揚水筒径が４０〜５０ｃｍを越えると気泡塊が１塊に
ならないようになって、ピストン作用が充分に発揮され
ず、揚水能力が低下する。

１単位の間けつ空気揚水筒の揚水能力を大容量とし所要
空気量を少なくする対策の１つとして、実開昭６０−１
７６３００号には、複数本の小径揚水筒を一単位に集束
して併設しそれらの下方に共通の空気溜を連接したバン
ドル型間けつ空気揚水筒装置が提案されているが、この
揚水筒では、多数の気泡塊が１つの位置からほぼ集中的
に同時に放出されるため連行流（Ｃ）を増加させる効果
が相互に減殺されて単一揚水筒の装置と同様に循環混合
域は充分に拡がらない。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術の間けつ揚水筒にはその能力拡大および影響域
の拡張に関し上記の諸制約があるため、広大な水域の莫
大な水量の揚水循環混合を図るには、水域の各所に間け
つ空気湯水筒を設置してシステムを構成し、各揚水筒か
ら放出され上昇する気泡群の周囲に発生する連行流を利
用し、その波及域を広範囲に拡がらせ循環混合効果が広
い水域に行き届くようにするのが有利である。この場合
に問題となることは距離が離れ設置条件の異なる各間け
つ空気揚水筒への空気量の分配バランスを保つことであ
る。

例えば、第６図に示すように、水域（ａ）の各所の水底
に複数の間けつ空気揚水筒（ｂ）を分散設置し、陸上の
コンプレッサー等の圧力空気源（Ｃ）から圧力空気をヘ
ッダ（ｄ）に送って分配し、ヘッダ（ｄｌから各揚水筒
（ｂ）に個別に空気ホース（ｅ）を導いて給気するのが
システムとして最も簡単であるが、この場合、ヘッダか
ら各揚水筒までの距離が大きいと、沈降性の必要な長い
ホースの費用が揚水筒自体を上回ることもあって、不経
済なものとなる。そしてダム貯水池等の水底は急勾配の
ある複雑な形状となっていることが多く、揚水筒毎に設
置水深の異なる可能性があり、必要給気圧力に差がある
ために、ヘッダの元弁（ｆ）の操作によって各ホース経
由の空気量がバランスするよう調整する必要があり、こ
れが水位の昇降に伴って変化し、調整操作が面倒である
。

空気ホース費用の節減を図るため、第７図のように、１
本の空気ホース（ｅ）の先端に分岐配管具（ｇ）を接続
しこれから分岐ホース（ｅ”）を各揚水筒（ｂ）に導く
給気システムも考えられるが、各揚水筒の設置水深に図
中記入のように１ｍの差があっても給気量の優劣差が生
じ、一部の揚水筒が充分に作動しなくなり、特に揚水筒
の空気溜が分岐配管具（川より低い位置にあるとその揚
水筒への給気量は極度に低下する。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、水域中の水底上に設置する間けつ空気揚水筒
に関し、気泡塊が間けつ的に上昇する揚水筒を複数とす
る場合に、各揚水筒の連行流の誘発作用が相殺されず、
かつ流動波及水域全体の循環フローパターンに撹乱が起
こらないようにするため、複数の妥当径の個別の間けつ
空気揚水筒を適正な相互距離、例えば数ｍから十数ｍ、
あるいはそれ以上の距離を隔てて一定の水域範囲にわた
り分散設置するとともに、各間けつ空気揚水筒への空気
量配分は池上の圧力空気源から１本の空気ホースを経由
して送られ来た圧力空気を受容する１つの統合給気器を
設け、この給気器内では１つの受気室から上下多段のオ
リフィス孔を通じて各間けつ空気揚水筒に分岐ホースを
通じて連通ずる複数の各給気室に空気を平均化して分配
し、かくして配置水深の異なる各間けつ空気揚水筒に圧
着を補償して圧力空気を均等に配分し、多数の間けつ空
気揚水筒を相互関連を保って適正作動させるようにした
ものである。

すなわち本発明の複数の間けつ空気揚水筒への給気方法
は、具体的には、貯水池等の水域中の水底上に相互距離
を隔てて分散設置した複数の間けつ空気揚水筒に平均的
に近い中央的位置に１つの統合給気器を設け、統合給気
器には密閉した１つの受気室表複数の給気室とを設け、
池上から受気室に集中供給される圧力空気を上下多段の
相互均等な高さ位置に設けたオリフィス孔を通じて各給
気室に分配し、各給気室を経由してそれに連結した各間
けつ空気揚水筒の空気溜に向かって給送するよう構成し
たことを特徴とする。

また本発明には、上記方法に対応する特定構成の装置が
含まれる。その構成としては、貯水池等の水域の水底上
に相互距離を隔てて分散設置した複数の間けつ空気揚水
筒およびそれらの中央的位置に設けた１つの統合給気器
からなり、統合給気器を密閉型としてその内部を外部の
圧力空気源に空気ホースを介して連通ずる１つの受気室
と、各間けつ空気揚水筒の空気溜水位下に分岐ホースを
介してそれぞれ連通ずる対応数の給気室とに区割壁によ
り仕切り、区割壁の低位置に受気室から各給気室に通ず
る上下多段のオリフィス孔を開設したことを特徴とする
。

（作　用） 複数の間けつ空気揚水筒により貯水池等の水を循環混合
する場合に、従来技術のバンドル型のように揚水筒を１
個所に集束し複数の気泡塊を同時放出するよりも、本発
明のように複数の間けつ空気揚水筒を数ないし十数ｍ以
上の相当距離を隔てて分散設置したほうが各揚水筒から
上昇する気泡群の周囲に生ずる連行流が相互干渉されず
に有効利用される。

そして、このように複数の間けつ空気揚水筒を分散設置
する場合の設置水深の差等に由来する送給空気配分の困
難さは本発明では認められず、後記の最も簡単な実施例
で数値を以て具体的に示すように圧力空気は統合給気器
により実質的に均等に配分されて各間けつ空気揚水筒に
送給されるので、低位置ある揚水筒にも充分に空気を供
給することが可能となる。そして複数の間けつ空気揚水
筒は空気配分量の差により気泡塊を時間差を以て放出す
るようになり間けつ上昇流が連続化するので、従来技術
の同時放出作動のものに較べて、揚水循環量が多くなる
。

そして本発明では統合給気器まで１本のホースで圧力空
気を送付できるので、ホース費用が嵩むことはない。

（実施例） 以下、本発明を第１〜５図を参照し、実施例に即して具
体的に説明する。第１図は、理解を容易にするため、最
も簡単化して間けつ空気揚水筒を最小数の２とした場合
の実施例システムの装置部分の縦断側面図、第２図はそ
の統合給気器の横断平面図である。

複数、この例では２の間けつ空気揚水筒（ＩＡ）（ＩＢ
）が貯水池等の水域中の水底上に数〜十数ｍの相互距離
を隔てて分散設置され、それぞれ水底アンカに係留しフ
ロートの浮力により水中直立姿勢に保持される。水底形
状により設置水深には差が生じ得る。

各揚水筒設置位置に平均的に近い中央的位置に１つの統
合給気器（２）を設ける。同様にして水中の適宜の水深
に配置することができる。

集中給気器（２）は密閉型でその内部空間は円筒形の区
割壁（３）により中心の１つの受気室（４）が区劃され
、その周囲は仕切壁（５）　（５）によりこの例では２
つの給気室（６＾）　（６Ｂ）に仕切られる。各室は相
互独立に隔離されるが、区割壁（３）の低位置には受気
室（４）から各給気室（６Ａ）および（６Ｂ）にそれぞ
れ通ずる上下多段の均等高さ位置のオリフィス孔（７Ａ
）　（７Ａ’　”）　（７４″）および（７Ｂ）　（７
Ｂ”）　（７Ｂ″）が開設される。そして受気室（４）
はその高位置から池上外部の圧力空気源（Ｃ）に１本の
空気ホース（８）を介して連通し、各給気室（６Ａ）お
よび（６Ｂ）はそれぞれその高位置から間けつ空気揚水
筒（ＩＡ）および（ＩＢ）の空気集溜部分に分岐ホース
（９Ａ）および（９Ｂ）を介して連通ずる。

各給気室（６＾）　（６Ｂ）は分岐ホース（９Ａ）　（
９Ｂ）を通じて間けつ空気揚水筒（ＩＡ）　（ＩＢ）の
空気溜下方の水位下の接続部分と自由連通状態にあるの
で、それぞれの揚水筒の設置水深に対応する圧力に保持
される。運転開始前の無圧力の状態では統合給気器（２
）には水が間けつ空気揚水筒（ＩＡ）　（ＩＢ）の接続
部分から分岐ホース（９Ａ）　（９Ｂ）を経て自由に流
入し、はぼ満水状態にある。運転が開始され、受気室（
４）内に圧力空気が導入されると給気室（６Ａ）　（６
Ｂ）との圧力差により受気室（４）内の水位は下り水は
オリフィス孔、給気室、分岐ホースを経由して間けつ空
気揚水筒の部分に押出される。この過程の途中で受気室
（４）内の水位が降下するのに伴って、その上部の圧力
空気は水上に露出したオリフィス孔を経由して前記圧力
差により各給気室（６Ａ）　（６Ｂ）に分配されて流入
し、分岐ホース（９Ａ）　（９Ｂ）を通じて間けつ空気
揚水筒（ＩＡ）　（ＩＢ）に送出され間けつ揚水作動を
行わせる。

複数のオリフィス孔を上下多段に設けであるため、外部
から送給される空気量の増加に応じて受気室（４）内の
空気圧力が増加しその水位が降下して各給気室（６Ａ）
　（６Ｂ）に空気を分配供給する′　オリフィス孔数が
増加し少ない抵抗で空気の均等分配が図れるようになる
。

ダム貯水池等の水底形状により一部の間けつ空気揚水筒
が統合給気器（２）よりも低い位置に設置されることも
あり得るが、本発明ではオリフィス抵抗によって受気室
（４）から各給気室（６Ａ）　（６Ｂ）に空気がほぼ均
等に分配されて流入するため、統合給気器（２）より低
位置の間けつ空気揚水筒にも空気が充分に供給されて揚
水作動が可能となる。

空気の分配に関し、数値例によりその関係を明らかする
と、次のとおりである。２つの冊けつ空気揚水筒（ＩＡ
）　（ＩＢ）が第３図に示すように水深２０ｍと２１ｍ
とに設置されている場合を例とする。比較的短い分岐ホ
ースの抵抗損失を無視すると、給気室（６Ａ）の圧力は
前記水深に対応する２、０ｋｇ／ｃｄ　に、給気室（６
Ｂ）の圧力は２，１ｋｇ／ｃＪ　Ｇとなる。これに対し
受気室（４）に３ｋｇ／ｃｉ　にの圧力空気を供給した
場合、絶対圧力において、揚水筒（ＩＡ）への給気ｉｔ
　、：ｃ　（４−３，０）　’・５・１．０揚水筒（Ｉ
Ｂ）への給気ｉｉべ（４−３，１）’・’＝０．９５（
ｃｃ：比例記号）となり設置水深に１ｍの差があっても
、両者の給気量比率は１：０．９５であり、その差は５
％であり、実質的に分配上の支障は生じない。

尚、上側では給気室を２分割した実施例につき詳しく説
明したが、第２図と対比される第４図および第５図に示
すように間けつ空気揚水筒数に応じて給気室仕切数を多
くすればよいことは勿論である。

（発明の効果） 前記のように本発明によると、複数の間けつ空気揚水筒
を相当距離を隔てて分散設置することにより、少ない空
気消費量を以て大きな揚水循環能力が発揮され、統合給
気器まで圧力空気を１本の空気ホースで送給でき、各揚
水筒の設置水深に差があってもほぼ均等に空気を分配供
給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の給気方法を示すその装置の
部分縦断側面図、第２図はその統合給気器部分の横断平
面図、第３図はその各部配置関係の説明図、第４図は他
の実施例の統合給気器の平面分割図、第５図はさらに他
の実施例の平面分割図、第６図は本発明と対比される複
数間けつ空気揚水筒システムの１例の略図、第７図はそ
の他側の略図である。 （ＩＡ）　（ＩＢ）・・・間けつ空気揚水筒、（２）・
・・統合給気器、（３）・・・区割壁、（４）・・・受
気室、（５）・・・仕切壁、（６Ａ）　（６８）・・・
給気室、（７Ａ）　（７Ａ”’）　（７Ａ”）　（７Ｂ
）　（７Ｂ’　＞（７Ｂ”）・・・オリフィス孔、（８
）・・・空気ホース、（９Ａ）（９Ｂ）・・・分岐ホー
ス、（ａ）・・・水域、（ｂ）・・・間けつ空気揚水筒
、（Ｃ）・・・圧力空気源、（ｄ）・・・ヘッダ、（ｅ
ｌ・・・空気ホース、（ｅ”）・・・分岐ホース、（ｆ
）・・・元弁、（ｇ）・・・分岐配管具。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）貯水池等の水域中の水底上に相互距離を隔てて分
   散設置した複数の間けつ空気揚水筒に平均的に近い中央
   的位置に１つの統合給気器を設け、統合給気器には密閉
   した１つの受気室と複数の給気室とを設け、池上から受
   気室に集中供給される圧力空気を上下多段の相互均等な
   高さ位置に設けたオリフィス孔を通じて各給気室に分配
   し、各給気室を経由してそれに連結した各間けつ空気揚
   水筒の空気溜に向かって給送するようにしたことを特徴
   とする複数の間けつ空気揚水筒への給気方法。
2. （２）貯水池等の水域の水底上に相互距離を隔てて分散
   設置した複数の間けつ空気揚水筒およびそれらの中央的
   位置に設けた１つの統合給気器からなり、統合給気器を
   密閉型としてその内部を、外部の圧力空気源に空気ホー
   スを介して連通する１つの受気室と、各間けつ空気揚水
   筒の空気溜水位下に分岐ホースを介してそれぞれ連通す
   る対応数の給気室とに区割壁により仕切り、区割壁の低
   位置に受気室から各給気室に通ずる上下多段のオリフィ
   ス孔を開設したことを特徴とする複数の間けつ空気揚水
   筒への給気装置。