JPH01164495A - 大容量間欠空気揚水筒装置 - 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、港湾等のように水深が概して深
く、貯留水が水温躍層を境にして上層と下層とに分れ混
合しようとせず水質の悪化する傾向のある水域に対し、
水底に設置して水に酸素を供給すると同時に上層、下層
の水を循環して水質の浄化を図る装置の改良に関する。

（従来の技術） 前記目的に適する装置の１つとして、従来、特公昭４２
−５９７５号等のような逆ザイフオン作用を利用した間
欠空気揚水筒装置が用いられている。この装置は水中に
設置され、揚水筒部の下方の空気室部内に逆サイフオン
が組込まれており、外部空気源から連続的に受給する空
気が空気室部内に蓄積して一定量に達すると逆サイフオ
ンが作動して蓄積空気を一気に揚水筒部内に送り込み、
こうして間欠的に揚水筒部内を上昇する気泡塊のピスト
ン作用により外部の水を吸引して揚水するものである。

この間欠揚水の時間間隔は通常５〜ＩＯ秒程度にせられ
る。この装置は広い水域の水の循環流を強制的に起こさ
せる目的上、１個所の１基の装置にできるだけ大きい揚
水能力を持たせかつその揚水効率の高いことが要求され
る。

しかし、単一揚水筒部の間欠空気揚水筒装置では、揚水
能力増大の１つの手段として、給気量を増加させて逆サ
イフオンによる空気室部から揚水筒部への空気放出の時
間間隔を短くすると、１つの気泡塊が揚水筒部内を上昇
中かあるいはその上端から離れた直後に次の気泡塊が揚
水筒部内に放出されるようになり、気泡塊に後続する揚
水筒部内水流の慣性による慣性流の効果を阻害するよう
になって、消費空気量当たりの揚水量が低下する。

また他の手段として、スケールアップ効果に依存して揚
水筒部の直径を大きくすると、揚水筒部内で安定状態の
気泡塊を形成させるための必要空気量が直径の３乗の割
合で増加し、さらに筒径が４０乃至５０ｃｍの程度を越
えると揚水筒部内で一個の気泡塊が安定に形成されなく
なって割れたピストンと同様ピストン作用により揚水流
を発生する効果が顕著に低下する。

このように気泡塊の物理的挙動による限界があるため、
大容量の揚水循環を必要とする場合には、実開昭６０−
１７６３００号のように複数の小口径揚水筒の間欠空気
揚水筒を一体的に併設した装置とすることが提案されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 貯水池等の水域における間欠空気揚水筒装置の揚水循環
の水流の挙動は、揚水筒部内を通過する前記揚水流、慣
性流の量より揚水筒部の上端から放出された気泡塊が水
域中を小気泡群に分散して上昇する過程で周囲の水を誘
引する連行流のほうが多く、連行流の量は前記筒内流の
量の数倍にもなり得る。

ところが、実開昭６０−１７６３００号の装置では、複
数の揚水筒部から分割された気泡塊が同時に放出された
のちの水域内を上昇する空気の分散過程では、１個の大
気泡塊が放出された場合と同様に小気泡群が１個所に集
中した状態となって上昇し、これが長い時間間隔で間欠
的に行われるだけのため、連行流を増加させる効果は乏
しい。

複数の揚水筒部毎に逆サイフオン付空気室部を個別に設
けても、その作動は各空気室容量の差、給気量の配分の
差等によって逆サイフオン作動発起の時間間隔が個別に
相異し分割気泡塊の放出作動が相互に無関係に不規則に
行われるだけであって、構造が複雑化した割合にはさし
たる改善が認められない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、従来技術の間欠空気揚水筒装置の大容量化に
伴う前記諸問題に解決を与えるため、送給空気量の増加
に対応して揚水筒を複数の小径揚水筒部に分割する場合
に、空気量が同じであれば、１つの揚水筒から大きい気
泡塊を長い時間間隔で、あるいは分割気泡塊を不規則時
間間隔で放出するよりも、各分割揚水筒部からの間欠的
分割気泡塊の放出を短い時間間隔でなるべく規則的に放
出させて間欠放出の連続化を図るほうがより大きな連行
流が得られるとの知見に基づいてなされたものである。

本発明では、下部空気室部から各揚水筒部への空気放出
が規則的に行われるようにして、揚水筒の上部で発生す
る断続的な空気の上界流をできるだけ連続化して連行流
を増大させるようにする。そのため、複数の揚水筒部を
同一高さに配置して各揚水筒部の下方に逆サイフオン付
空気室部を上下動可能に設け、外部から連続的に供給さ
れる空気を集中的に受入れるヘッダーをその近傍に設け
、ヘッダーから各空気室部へ個別に給気ホースを接続し
て、空気室部の上下移動に伴って規則的に各空気室部に
空気が分配送給されるようにし、またこれが空気室部の
規則正しい順序の上下移動を確実に行わせるようにする
。

これらを総合して、本発明の大容量間欠空気揚水筒装置
は、構成上、複数の揚水筒部を共通の保持枠に間隔を隔
てて併設し、これを水底アンカーに係留しフロートによ
り各揚水筒部が水域内の同一高さにあって直立状態に保
持されるようにするとともに、保持枠に各揚水筒部に対
応して逆サイフオンを組込んだ空気室部を上下移動可能
に設け、外部空気源から空気を受給する共通のヘッダ一
部から可撓性の空気ホースを各空気室に個別接続して各
空気室部に空気を分配送給するようにしたことを特徴と
する。

（作　用） 各空気室部は貯留空気量が一定量を越えるとその浮力に
より上昇する。最も早く浮上した空気室部へは、接続し
た給気ホースの出口位置が高くなるので水位差によりヘ
ッダーからの空気の供給が他の空気室部よりも優先して
行われるようになり、速やかに逆サイフオン発起状態に
到達する。そして逆サイフオンの発起によりその空気室
部の空気が一挙に放出され、この空気室部は放出可能な
空気をすべて放出し最小の空気保有量となり浮力を失っ
て降下する。

その次には、空気貯留量の最も多い他の空気室部が浮上
して同様にして空気を放出する。このようにして連続的
に定量供給される空気が一定の順序で交互に上昇する空
気室部に順序に分配供給されるので、各空気室部への分
配空気量が均等量化され、各空気室部から揚水筒部への
空気放出がほぼ等間隔の時間差をもって行われるように
なる。

（実施例） 以下、本発明を添付図を参照し実施例に即して具体的に
説明する。第１図は本発明の原理的構成を示すために最
も単純化して揚水筒部の数を最小の２とした実施例を示
し、第２図はその水域中での設置状況および作動状況を
示す。

この大容量間欠空気揚水筒装置（１）は、この例では２
つの均等構成の揚水筒部（２ａ）　（２ｂ）が水の通過
の自由な共通の保持枠（３）上に間隔を隔てて併設され
ている。そしてこの揚水筒装置（１１は、第２図のよう
に、貯水池等の水域（ａ）の水底（ｂ目二のアンカー（
４）にワイヤー（５）で係留され、各筒上部のフロート
（６１（６１により浮力バランスを保って水底近くで一
定の姿勢をとる。この姿勢において両揚水筒部（２ａ）
　（２ｂ）は水域中の同一高さにあって直立状態に保持
される。

通水自由な保持枠（３）内には、各揚水筒部（２ａ）（
２ｂ）に対応してそれぞれ空気室部（７ａ）　（７ｂ）
を設ける。その１つ（７ａ）につき構造を説明すると、
外側の倒立カップ状で空気溜を形成する空気室部（７ａ
）はその上底中央に設けた空気放出管（８ａ）が揚水筒
部（２ａ）の底板の案内筒（９ａ）を貫通し、それをガ
イドとして摺動して保持枠（３）内で上下移動できるよ
うになっており、空気室部（７ａ）内の下端を閉鎖し上
端が空気溜の天井近くに位置する内筒（１０ａ）で空気
放出管（８ａ）の下端部を囲い逆サイフオンを形成して
いる。他方の空気室部（７ｂ）について、均等構造であ
る。（以下均等の各部は英字小文字製記号を変えて区別
するに留め、説明の重複を省略する。） 両空気室部（７ａ）　（７ｂ）の近傍には共通のヘッダ
一部（１１）を例えば保持枠（３）に取付けて設け、地
上外部の空気源（図示せず）から共通のホースα乃を経
由して圧力空気を受給するようにし、ヘッダ一部０υか
ら各空気室部（７ａ）　（７ｂ）に対し可撓性の給気ホ
ース（１３ａ）　（１３ｂ）を個別接続する。

この実施例において、空気室部（７ａ）　（７ｂ）がと
もに下降位置にあるときは、ヘッダ一部Ｑｌ）から両空
気室部（７ａ）　（７ｂ）に空気が均等に供給されるが
、何れかの空気室部、例えば（７ａ）が貯留空気ψが多
いために先に浮上すると、この空気室部への給気ホース
（１３ａ）の出口が他の空気室部（７ｂ）の給気ホース
（１３ｂ）出口より高位置となるので、ヘッダー００か
らの空気が浮上した空気室部（７ａ）に優先的に供給さ
れ、そのために他の空気室部（７ｂ）には殆ど空気が供
給されな（なる。こうして浮上空気室部（７ａ）内の水
位が空気放出管（８ａ）の下端まで降下すると逆サイフ
オン作用が発起し空気室部（７ａ）内に貯留された空気
が揚水筒部（２ａ）内に一挙に放出され、気泡塊（Ｃ）
となって揚水筒部（２ａ）内を上昇しそのピストン作用
により外部の水が吸水口（１４ａ）から吸引されて揚水
され、その後気泡塊（Ｃ）は揚水筒部（２ａ）の上端か
ら放出され、水域（ａ）中を次第にドーナツ形から大気
泡、小気泡に分割されながら水面に向かって約１７°の
角度範囲で上昇し、その間に周囲の水を連行する。矢印
（ｄ）は連行流を示す。

空気放出を行った空気室部（７ａ）は浮力を失って沈降
する。空気室部（７ａ）が上昇を開始し空気放出を行っ
て沈降を終わるまでの間、他の空気室部（７ｂ）には殆
ど空気が分配されなくなるので空気室部（７ｂ）の浮上
は抑制されている。その後空気室部（７ａ）の沈降によ
りヘッダー〇〇からの空気が再び両空気室部（７ａ）　
（７ｂ）に均等に供給されるようになるので、次に貯留
空気量の多い空気室部（７ｂ）が浮上して前記同様にし
て空気を放出する。この作動を交互に繰返す。前記のよ
うに１つの揚水筒部の空気放出、間欠揚水の時間間隔は
５〜１０秒程度の比較的短い時間間隔とするので、たと
え空気室部（３ａ）　（３ｂ）の容量、給気ホース（１
３ａ）　（１３ｂ）経由の常態の給気量に僅かな相互間
の差があっても、空気室部（２ａ）　（２ｂ）は一定の
時間を隔てて交互に上昇して、はぼ等間隔の時間差をお
いて逆サイフオンが作動するようになり、小気泡の上昇
に伴う連行流（ｄ）が時間的に短い時間間隔のうちに後
続するようにして行われるので、連行流（ｄ）による揚
水効果が揚水筒部相互間での干渉なく有効に発揮される
。

本発明においては、揚水筒部を３以上としても等間隔時
間差揚水が可能である。第３図は３つの揚水筒部を並列
に示した実施例である。

すなわち、３つの揚水筒部輯ａ）　（２ｂ）　（２ｃ）
に対応する各空気室部（７ａ）　（７ｂ）　（７ｃ）が
共通のヘッダー　（１１４）からそれぞれ個別の給気ホ
ース（１３ａ）（１３ｂ）　（１３ｃ）で接続されてい
る。まず空気室部（２ａ）が浮上すると、給気ホース（
１３ａ）の出口位置が高くなるために、空気室部（２ａ
）への給気量が増加して他の空気室部（２ｂ）　（２ｃ
）への給気量が減少する。空気室部（２ａ）が空気を放
出して沈降すると、空気室部（２ｂ）　（２ｃ）のうち
貯留空気量の多いうほうの空気室、例えば（２ｂ）が次
に浮上して空気を放出する。次いで空気室部（２ｃ）が
浮上して空気を放出する。以降は空気貯留量の多い空気
室部（２ａ）　（２ｂ）　（２ｃ）の順に浮上して空気
の間欠放出を繰返し、３本の揚水筒部（２ａ）　（２ｂ
）　（２ｃ）からはほぼ等間隔の時間差を置いて間欠揚
水を繰返すことになる。

多数の揚水筒部の配置は共通のヘッダーとの関係におい
て自由に選ぶことができる。例えば、第４図に示すよう
に、ヘッダー（ＩＩＢ）を中心に空気室部（７ａ）　（
７ｂ）　（７ｃ）　（７ｄ）を同一円周上に配置しても
よく、また揚水筒部の数が多い場合には、第５図に示す
ようにヘッダー（ＩＩＣ）の両側に複数の揚水筒部（２
）を２列に配置することができる。

揚水筒部数を多くすれば時間差揚水の時間間隔は一層均
等となるが、実際上あまり多数とする必要はないことは
容易に了解される。

（発明の効果） 本発明の間欠空気揚水筒装置によると、同一高さに設置
した複数の間欠空気揚水筒部の上端からほぼ等間隔の時
間差を置いて規則的に気泡塊が放出されるようになり、
揚水筒部から離れて上昇する小気泡群の流れがより連続
化してより多量の連行流を発生させるので間欠空気揚水
筒装置の揚水循環量が多くなり、水域における設置数を
少なく大容量化した場合にも安定に作動して高い揚水循
環効率が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の間欠空気揚水筒装置の原理的構成を示
すための最も単純化し２揚水筒部の実施例の縦断側面図
、第２図はその水域における設置状況、作動状況を示す
ための説明図、第３図は３つの揚水筒部を並べて示した
本発明の他の実施例の縦断側面図、第４図は多数揚水筒
部の他の実施例の配置の１例を示す平面図、第５図はそ
の配置の他側を示す平面図である。 （ｉ）・・・間欠空気揚水筒装置、（２ａ）　（２ｂ）
　（２ｃ）・・・揚水筒部、（３）・・・保持枠、（４
）・・・アンカー、（５）・・・ワイヤー、＋６１　・
・・フロート、（７）　（７ａ）　（７ｂ）　（７ｃ）
　（７ｄ）　−空気室部、（８ａ）　（８ｂ）　（８ｃ
）　＝空気放出管、（９ａ）　（９ｂ）（９ｃ）−案内
筒、（１０ａ）　（１０ｂ）　（１０ｃ）　・・・内筒
、αυ（１１八’）　（ＩＩＢ）　（ＩＩＣ）・・・ヘ
ッダー、（ロ）・・・共通ホース、Ｑ湯（１３ａ）　（
１３ｂ）　（１３ｃ）　（１３ｄ）−給気ホース、（１
４ａ）　（１４ｂ）　（１４Ｃ）−吸水口、（ａ）−・
・水域、（ｂ）　・・・水底、（Ｃ）・・・気泡塊、（
ｄｌ・・・連行流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数の揚水筒部を共通の保持枠に間隔を隔てて併設し
   、これを水底アンカーに係留しフロートにより各揚水筒
   部が水域内で同一高さにあって直立状態に保持されるよ
   うにするとともに、保持枠に各揚水筒部に対応して逆サ
   イフオン発起部を組込んだ空気室部を上下移動可能に設
   け、外部空気源から空気を受給する共通のヘッダー部か
   ら可撓性の給気ホースを各空気室部に個別接続して各空
   気室部に空気を分配送給するようにしたことを特徴とす
   る大容量間欠空気揚水筒装置。