JP2000170649A - 気液巻体ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低速回転で、高圧力を有し、騒音振動の小さ
い、エネルギーロスの少ない、構造も操作も簡単で、環
境破壊のない、省力化を図る、各種用途に使用できる気
体と液体を共に圧送する気液巻体ポンプ装置を提供す
る。 【手段】 内部が空洞状の回転軸または固定軸の周り
に、パイプを巻き連通リング状流路を構成したパイプ巻
体を、水面近くに設置し、パイプ巻体の一端を流入口、
他端を回転圧送管として接続機器に接続後は圧送パイプ
へ繋ぎ、パイプ巻体を回転させ、回転毎に気液を流入口
から流入させ、リング状流路内に気液が上下に分離した
封水状態を維持させて、回転と共に抵抗を与えて封水状
態に水位差を起こさせ、次第に圧力を累加して最終のリ
ングから封水状態を解消して、回転軸の内部を潜って回
転圧送管から接続機器を経て、圧送パイプから外部の各
種の装置や場所へ圧送して各種の用途に使用する『気液
巻体ポンプ装置』を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸４に付設したパ
イプ巻体３を用いて気体と液体（以下『気液』と言う）
を加圧し、この加圧気液を圧送して各種の用途に利用す
る気液巻体ポンプ装置に関するもので、揚水、混相流に
よる物質の圧送、コンプレッサー等の圧縮気体の創出、
圧気シールドや圧気ケーソン工事の圧気内への物資の出
し入れ、水中に注入して水質浄化のための曝気、水中動
植物や微生物への酸素供給、水中の溶存酸素等の増強、
スポーツや娯楽健康増進に等の装置として利用するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、パイプを巻いた巻体を回転させて
気液を交互に汲み込んで、低所から高所へと液体を揚上
するのに所謂ループ式ポンプないしスパイラル式ポンプ
（これらのポンプを総称して以下『パイプ巻式ポンプ』
と言う）を利用することは、以前より知られているとこ
ろであるが、スウェーデン国の出願者による特公平７−
６５５８９号のように、接続機器９（回動自在の金具と
も言う）はあるが回転軸４の構成がなく、接続機器また
はそれ以降の圧送部で回転軸４の役目を受け持たせる必
要があった。このため、設置、係留、稼働、操作に困難
な点が多く、実用的、汎用的に利用されない欠陥があっ
た。

【０００３】また、『パイプ巻式ポンプ』は知られてい
る限りでは、回転軸４はあるが接続機器９（回動自在の
金具）のないポンプとして、アルキメデス式や、レオナ
ルド・ダ・ビンチ式として現在も汎用的に利用されてい
る。しかし、この種のポンプは接続機器がないため『移
送』はできても『圧送』の機能はなく、揚程はポンプの
高さ程度は可能であるが、ポンプから、はるかに離れた
高所へ圧送する機能はないと言う欠陥があった。

【０００４】前述の通り『パイプ巻式ポンプ』は知られ
ている限りでは、回転軸４と接続機器９（回動自在の金
具とも言う）とが、機能を発揮しながら共存できる技術
が、まだ開発されていないため、両者の機能を共に発揮
できる『パイプ巻式ポンプ』の出現が期待されていた。

【０００５】また、従来の『パイプ巻式ポンプ』は前述
の通り、パイプ巻体に『回転軸』がないため、支持（設
置）、係留、稼働、操作の上では不便なものであった。
すなわち、従来、固定式と水面係留式があったが、固定
式では、回転軸がないため、接続機器９またはそれ以遠
の圧送部等で軸受けの役目を受け持たせる必要があっ
た。また、水面係留式では、接続機器またはそれ以遠の
圧送部等に取付部を設けて係留させる必要があった。こ
れらは接続機器に過大の機能を負担させるもので、現在
の技術では困難な点が多く実用化、汎用化の障壁となっ
ていた。

【０００６】従来の『パイプ巻式ポンプ』に回転軸４が
設けられない理由の１つは、パイプ巻体からのパイプを
接続機器９に接続する必要があり、これに回転軸を取付
けてもパイプが回転軸と共に回転するため、回転軸に軸
受けや係留のための取付けができない事情があった。す
なわち、回転軸があっても固定や係留の役割が果たせな
いことにあり、パイプ巻式ポンプは、通常の回転体の回
転軸のように、回転軸と接続機器が機能を発揮しながら
共存させる技術が未開発の状況であった。

【０００７】接続機器の本来の役目は、気密、水密性を
保ち回転自在の機能を保って連通し、回転するパイプと
回転しないパイプを接続することにある。この役目に加
えて、従来の『パイプ巻式ポンプ』は、パイプ巻体の荷
重、軸受の役目、ねじり力、偏心力、係留の引張り力を
受け持つことになる。これらは現在の技術では困難で無
理に近く、このことが、特徴の多い巻式ポンプの実用化
を困難にしている最大の理由でもあった。

【０００８】更に、従来の『パイプ巻式ポンプ』は知ら
れている限り、回転軸がないため、駆動源から回転のエ
ネルギーを取入れる箇所は、パイプ巻体の外周側、また
は接続機器とパイプ巻体の間のアーム等となり、これら
の全ての力は接続機器または圧送管部で受け持つことに
なり、前述同様に現在技術では無理の部分があり、現実
化には甚だ困難な構成となっていた。

【０００９】また、『パイプ巻式ポンプ』は知られてい
る限りでは、固定式と、水流の水面浮上式があったが、
いずれも、パイプ巻体の下部を水中に浸漬さる方法で、
回転中にパイプ巻体と水との摩擦抵抗が大きく、常時の
浸漬は水による汚染が進み老朽化を早め、維持管理等に
手間が掛かる等の欠点があった。

【００１０】また、『パイプ巻式ポンプ』は知られてい
る限りでは、固定式と、水流の水面浮上式があったが、
いずれも、電動モーター、燃焼機関、水流力を駆動源と
していた、他の動力源の活用は開発されていない欠点が
あった。

【００１１】更に、従来の『パイプ巻式ポンプ』は知ら
れている限り、パイプ巻体のパイプの巻数が単層であ
り、複数層の巻構成は見られなかった。このことは、設
置場所を広く必要とする欠点があった。

【００１２】更に、従来の『パイプ巻式ポンプ』は知ら
れている限り、気液流入口６がパイプ巻体３に近接して
付設されており、浸漬させて回転毎の水没で流入させる
方式であった、この流入方式ではパイプ巻体全体を浸漬
させる必要があり

【０００９】で既述の通の欠点があり、浸漬させない技
術の開発が望まれていた。

【００１３】更に、従来の『パイプ巻式ポンプ』は知ら
れている限り、パイプ巻体３の形式が螺旋形または円錐
形でドラムに巻付ける方式で、他の形式は開発されて
ず、一般のポンプに比べて、前述に加えて更に広い設置
場所を必要とし、小さい場所でも効果が発揮できる技術
の開発が遅れていた。

【００１４】更に、従米の『パイプ巻式ポンプ』は大気
下で使用されており、圧気下での使用や、大気下と圧気
下をどちらにも圧送できる技術は未開発であった。

【００１５】更に、従来の『パイプ巻式ポンプ』は使用
目的が揚水のみで、揚水以外に利用した技術は見られ
ず、水質改善等のための水中への送気送水、圧気界への
気液や物質の出し入れ、気体の高圧化や減圧化の手段、
物質の運搬手段等について多くの機能を潜在しながらも
未開発のままとなっていた。

【００１６】更に、従来の『パイプ巻式ポンプ』は使用
目的が揚水のみで、気体を圧縮（コンプレッサー）する
技術の開発は見られなかった。

【００１７】更に、従来の『パイプ巻式ポンプ』は知ら
れている限り、取扱い物質の状態として気体と液体のみ
であり、気体、液体、固体の３相の混相流を本格的に利
用する技術は見られなかった。

【００１８】更に、従来の『パイプ巻式ポンプ』は知ら
れている限り、水流に直角方向、平行方向の両方が考案
されいてたが、回転軸がないため、既述の通り固定や係
留に技術的に困難な諸点があり、実用的、汎用的には至
らなかった。回転軸４を構成した『パイプ巻式ポンプ』
は水流に直角方向、平行方向の両方共に開発された例は
なかった。

【００１９】また、従来、大粒（口径の１／２以下程度
の固体）の固体を、気体と液体の流れに混入して高所へ
『圧送』する３相の混相流の技術の開発は、偶然に混入
して圧送する場合を除いて、機能的に必要として気体、
液体、固体の３相を混入して圧送する混相流の技術は見
られず、未開発分野の技術として残されていた。すなわ
ち、土砂、砂利、汚泥等を水流に混入して輸送する方法
はあったが、これは水輸送であって気体、液体、固体の
３相の混相流ではない、また、粉体流やごみ等の輸送も
あったが、これも空気輸送であって３相の混相流ではな
い、大粒（口径の１／２以下程度の固体）の固体を、気
体と液体の流れに混入して高所へ『圧送』する３相の混
相流は、未開発の技術であった。

【００２０】更に、従米の『パイプ巻式ポンプ』は駆動
源として、電力、燃焼機関や水流力によるものであり、
これ以外の駆動源の利用は未開発分野の技術として残さ
れていた。『パイプ巻式ポンプ』の利点である低密度の
自然エネルギーの利用について十分とは言えない状況で
あった。

【００２１】さらに、従来の『パイプ巻式ポンプ』は駆
動源として、電力、燃焼機関や水流力によるものであっ
た。すなわち、１つのポンプに１つの駆動源を付設する
方法であり、駆動源の有効活用技術の開発は見られなか
った。

【００２２】気液巻体ポンプの低速回転の特徴を利用し
て、１つのポンプに他の駆動源を簡単に流用する有効活
用の方法はみらけれなかった。人力や自転車や自動車等
の既存の動力源を、既存状態のままでパイプ巻体の回転
の駆動源に容易に回転させる技術が見られなかった。

【００２３】気泡効果は従来から知られていたが、『パ
イプ巻式ポンプ』による揚水や水中への圧送で、気泡効
果を利用する技術は見られなかった。『パイプ巻式ポン
プ』の原理を活用して気泡効果の利用は、従来と同じ圧
送圧力でも、揚程、水中注入深度を従来以上に大きくす
る技術に関しては未開発であった。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
した従来の『パイプ巻式ポンプ』のもっとも大きい欠陥
とされた、回転軸４のない構成を改めて、支持（設
置）、係留、稼働、操作の中心的な役割を受け持つ、回
転軸４を設置する技術の開発にある。

【００２５】本発明の更なる目的は、固定設置、係留設
置のいずれの場合にも、接続機器や圧送部で、パイプ巻
体からの荷重や引張力を負担させず、回転軸４で受持た
せる方式の開発にある。

【００２６】本発明の更なる目的は、前述した従来の
『パイプ巻式ポンプ』では開発できなかった、パイプ、
接続機器、回転軸の３者を共に取付けても機能に不都合
の起きない技術の開発にあり、従来のように接続機器や
圧送部に無理な役割を課すことなく、回転軸の役割、接
続機器の機能、パイプの接続の各役割に、現在の技術で
無理のない技術構成で、一般に普及できるポンプへ開発
することにある。

【００２７】本発明の他の目的は、前述した従来の『パ
イプ巻式ポンプ』の多くの欠陥を解決することにあっ
て、従来、パイプ巻体の下部を浸漬することで起きる摩
擦抵抗や老朽化や維持管理費の掛かる方法を改善して、
パイプ巻体の下部を浸漬させないで稼働させて、パイプ
巻体の機能を発揮させる気液巻体ポンプ装置の開発にあ
る。

【００２８】本発明の更なる目的は、前述した従来の
『パイプ巻式ポンプ』の、流入口がパイプ巻体に近接し
て付設する方法を改善して、近接させなくても流入口か
ら気液を流入させる技術の開発にある。

【００２９】本発明の更なる目的は、前述した従来の
『パイプ巻式ポンプ』の、パイプ巻体の巻数に関して単
層だけでなく、複数層の巻構成でもパイプ巻体の機能が
発揮できる技術の開発にある。

【００３０】本発明の更なる目的は、前述した従来の
『パイプ巻式ポンプ』の巻体形式の螺旋形と円錐形に留
まることなく、設置場所を小さくとも、機能を発揮でき
る他の巻形式でも利用できる技術の開発にある。

【００３１】本発明の更なる目的は、駆動源として、電
力、燃焼機関や水流力によるものだけでなく、低速回転
の特徴を利用して風力、人力や自転車や自動車等により
パイプ巻体や回転軸を容易に回転させる技術の開発にあ
る。

【００３２】本発明の更なる目的は、駆動源の取入れ箇
所を、従来のパイプ巻体の外側や接続機器の固定アーム
だけでなく、回転軸に直接取り入れる方法の開発にあ
る。

【００３３】本発明の更なる目的は、従来、回転軸のな
い状態で、パイプ巻体のドラムの方向を水流に直角、ま
たは平行に設置していた設置方法を改善して、回転軸を
設けて、回転軸の方向を水流に直角、または平行に設置
して接続機器に荷重や張力等を負担させない技術の開発
にある。

【００３４】本発明の更なる目的は、従来の大気下での
利用だけでなく、圧気下での利用や大気側と圧気側との
出し入れにも利用できる技術の開発にある。

【００３５】本発明の更なる目的は、気液混合のポンプ
としての特徴を発揮させるため、気液流入口６からの気
液の体積比を調整する技術の開発にある。

【００３６】本発明の更なる目的は、前述した従来の
『パイプ巻式ポンプ』の用途は揚水のみであったが、気
液混合のポンプとしての特徴を発揮させるため、気液が
同時に、または各々単独でも揚水以外の多くの新機能を
果たす技術の開発にある。

【００３７】本発明の更なる目的は、遠心力や高速回転
を使用する従来のコンプレッサーを使用しないで、低速
回転で静かな、気液漏れのない体積効率１００％の空気
圧縮機の開発にある。

【００３８】本発明の更なる目的は、前述した従来の
『パイプ巻式ポンプ』の、取扱う物質の状態は気体と液
体の２態の混相流であったが、固体を加えた３態の物質
を、パイプ巻体よりもはるかに高所へ圧送できる混相流
技術の開発にある。

【００３９】本発明の更なる目的は、従来の『パイプ巻
式ポンプ』では見られなかった大粒の固体（パイプ口径
の１／２以下程度）であっても圧送を可能にする技術の
開発にある。

【００４０】本発明の更なる目的は、従来の『パイプ巻
式ポンプ』では見られなかった、従来と同じ圧送圧力で
も、気泡効果の原理を利用して、従来以上の揚程や水中
注入深度を可能にする技術の開発にある。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の『パイ
プ巻式ポンプ』の欠点を解決するため、内部が空洞の回
転軸４をほぼ水平に設け、周りにパイプ１を巻いてリン
グ状流路２を形成したパイプ巻体３を、回転軸４と一体
に回転可能に構成し、水面近くに設けた軸受１８に回転
軸４を取付け、パイプ巻体３のパイプの一端の開口を気
液流入口６としてパイプ巻体３の最終リングから流出管
７を経て、回転軸４の空洞部内に入り、回転軸４と一体
に回転する回転圧送管８として通過し、気密水密性があ
り回転自在で連通する接続機器９の一端に、回転軸４と
共に接続し、接続機器９の他端は回転しない圧送管１０
に接続し必要な箇所に延伸して気液流出口１１とする、
パイプ巻体３を駆動源１５により回転させ、気液流入口
６を回転毎に水没させて気体と液体を交互に、パイプ巻
体３の気液流入口６より連通したリング状流路２に流入
させ、各リング状流路２内の気体と液体を重力の作用で
上下に分離し前後に水位を形成した封水状態を、維持す
る回転速度の０．０１〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻
体３を回転させ、各リング状流路２内を順次移動させて
最終リングを通過後、封水状態を解消して流出管７から
回転軸内の回転圧送管８に入り接続機器９を経て圧送パ
イプ１０に至り、圧送パイプ１０以降で気液の流れに抵
抗を与えることで、パイプ巻体３のリング状流路２内の
封水状態の前後の水位に自動的に水位差を起こさせ、パ
イプ巻体３に圧送力を生起こさせ目的場所へ圧送するこ
とに特徴がある。

【００４２】また、本発明は、前述の、パイプ巻体３の
下部の一部を水中に浸漬させて回転毎に気液を流入させ
ることに特徴がある。

【００４３】さらに、本発明は、気液巻体ポンプ装置の
パイプ巻体３の外周の１／５〜４／５の範囲の下部を浸
漬して回転させることに特徴がある。

【００４４】さらに、本発明は、回転軸４の外側に取付
けたパイプ巻体３を、浸漬させないでパイプ巻体３の気
液流入口６を、パイプ巻体３の外周よりも更に外側の離
れた位置に伸展させて設置して気液を流入させることに
特徴がある。

【００４５】さらに、本発明は、回転軸４の外側に取付
けたパイプ巻体３の気液流入口６を、パイプ巻体３の伸
展流入部１７のパイプで、内部が空洞の回転軸４の内部
の一部に潜らせて、パイプ巻体３から間隔をあけて回転
軸４内から再度外部に伸展させて気液流入口６とし、パ
イプ巻体３と共に回転させて回転毎に気液流入口６のみ
を水没させて気体と液体を流入させることに特徴があ
る。

【００４６】さらに、本発明は、回転軸の外側に取付け
たパイプ巻体３の巻形式を、円筒型、又は円錐台型、又
はドーナツ型、又はたいこ型、又は鼓型、円盤型に製作
することに特徴がある。

【００４７】更に、本発明は、回転軸の外側に取付けた
パイプ巻体３の、パイプ１の巻層を単層または複層とす
ることに特徴がある。

【００４８】さらに、本発明は、回転軸の外側に取付け
たパイプ巻体３を、大気界に設置して、パイプ巻体３か
ら隔壁先の圧気界に圧送パイプ１０を貫通させて、大気
界から圧気界へ気体と液体または気体と液体に固形物を
混入して、出し入れすることに特徴がある。

【００４９】さらに、本発明は、回転軸の外側に取付け
たパイプ巻体３を、圧気界に設置して、パイプ巻体３か
ら隔壁先の大気界に圧送パイプ１０を貫通させて、大気
界から圧気界へ気体と液体または気体と液体に固形物を
混入して、出し入れすることに特徴がある。

【００５０】さらに、本発明は、パイプ巻体３を取付け
た回転軸４の方向を、水流方向に直角に設置し、回転軸
４またはパイプ巻体の外周側に羽根を付設して、回転軸
４を水流と平行の方向に回転させて、水流のエネルギー
を回転の駆動源として利用することに特徴がある。

【００５１】パイプ巻体３を取付けた回転軸４の方向
を、水流方向に平行に設置し、回転軸４またはパイプ巻
体の外周側に羽根を付設して、回転軸４を水流と平行の
方向に回転させて、水流のエネルギーを回転の駆動源と
して利用することに特徴がある。

【００５２】さらに、本発明は、回転軸の外側に取付け
たパイプ巻体３を回転させる駆動力として、水流力また
は風力またはモーターまたはエンジンのエネルギーを使
用し、回転軸４または回転軸に付設したパイプ巻体に作
用させて回転することに特徴がある。

【００５３】さらに、本発明は、回転軸４と一体に取付
けたパイプ巻体３の駆動源として、モーターやエンジン
や水流力によるものだけでなく、低速回転の機能を発揮
する特徴を利用して、人力足踏みや自転車漕ぎ等により
回転軸４を容易に回転させることに特徴がある。

【００５４】さらに、本発明は、低速回転で機能を発揮
する特徴を利用して、既設の他の目的の駆動源である、
自動車、農業用機械等をそのままパイプ巻体の駆動源と
して回転軸やパイプ巻体に作用させて有効利用して、エ
ンジンやモーターの設備を省略することに特徴がある。

【００５５】さらに、本発明は、気液巻体ポンプ装置の
圧送パイプ１０に気液分離機器１３を付設して、加圧気
体と加圧液体を分離させて加圧気体貯留装置１４に貯留
して、気液巻体ポンプ装置をコンプレッサーとして使用
し、各種の用途に使用することに特徴がある。

【００５６】さらに、本発明は、パイプ巻体の気液流入
口へ気液の流入に、気体と液体の体積比を調節すること
で、気泡効果を発揮させて、揚程または水中注入深度を
調節することに特徴がある。

【００５７】さらに、本発明は、気液巻体ポンプ装置の
圧送パイプ１０によって圧送する物質を、気体と液体、
または気体と液体と固体とし、パイプの口径の１／２以
下程度の大粒の固形物でも圧送できることに特徴があ
る。

【００５８】さらに、本発明は、パイプ巻体３の圧送管
１０によって、加圧された気液を同時または別々に圧送
して、圧送途上で自動的に混合させて溶存酸素の増加を
図るとともに、水中に導入して注入し、更に水中の溶存
酸素の増強や、活性汚泥、接触曝気、回転盤等の各浄化
方式の曝気や撹拌手段に使用する、また、水中の微生物
や動植物への酸素、養分、施肥、撒餌の供給手段、水底
部分の汚泥等への酸素供給でリンの吸着に、プール、風
呂等入浴部へ気泡を放出してスポーツや娯楽健康増進に
使用することに特徴がある。

【００５９】

【実施の態様】本発明は、従来の『パイプ巻式ポンプ』
の欠陥を解決するため、図１及び図３に示すように、内
部が空洞の回転軸４をほぼ水平に設け、周りにパイプ１
を巻いてリング状流路２を形成したパイプ巻体３を、回
転軸４と一体に回転可能に構成し、水面近くに設けた軸
受１８に回転軸４を取付け、パイプ巻体３のパイプの一
端の開口を気液流入口６としてパイプ巻体３の最終リン
グから流出管７を経て、回転軸４の空洞部内に入り、回
転軸４と一体に回転する回転圧送管８として通過し、気
密水密性があり回転自在で連通する接続機器９の一端
に、回転軸４と共に接続し、接続機器９の他端は回転し
ない圧送管１０に接続し必要な箇所に延伸して気液流出
口１１とする、パイプ巻体３を駆動源１５により回転さ
せ、気液流入口６を回転毎に水没させて気体と液体を交
互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連通したリング
状流路２に流入させ、各リング状流路２内の気体と液体
を重力の作用で上下に分離し前後に水位を形成した封水
状態を、維持する回転速度の０．０１〜３．０回／秒の
範囲でパイプ巻体３を回転させ、各リング状流路２内を
順次移動させて最終リングを通過後、封水状態を解消し
て流出管７から回転軸内の回転圧送管８に入り接続機器
９を経て圧送パイプ１０に至り、圧送パイプ１０以降で
気液の流れに抵抗を与えることで、パイプ巻体３のリン
グ状流路２内の封水状態の前後の水位に自動的に水位差
を起こさせ、パイプ巻体３に圧送力を生起こさせ目的場
所へ圧送する

【００６０】回転軸４の断面は、図１および図２（ハ）
に示すように、内部を回転圧送管８が通過する必要があ
り、接続機器への接続は、回転軸４と回転圧送管８が共
に接続して連通を保つ必要がある。また、回転軸４に流
出管７を接続して、回転軸４の一部に回転圧送管８の役
目を兼務させる方法もあるが、この場合、回転軸内から
漏気、漏水が起きないように接続機器とは反対側の空洞
部を閉塞する必要がある。回転軸４は、内部を回転圧送
管８または気液が通過するため、気液の圧送量が十分通
過可能の内径を確保する必要がある。

【００６１】回転軸４が取付けが困難な理由は、従来の
スエーデンの出願の『パイプ巻式ポンプ』のように、パ
イプと接続機器（回動自在の金具）を取付けた場合、こ
れに回転軸を設けると、回転軸とパイプが一緒に回転す
ることになり、パイプが回転軸の周りを回転するため、
パイプが支障となって回転軸には軸受等の支持する機器
の取付けは不可能になるためである。この状態では回転
軸を設けても、回転軸は全体の荷重や外力を支持、固定
する役目が果たせないのである。スエーデンの出願の構
成に回転軸のないのは、回転軸を設けても一般の回転体
のような回転軸の役目が果たせないためである。

【００６２】内部が空洞の回転軸４を採用し、空洞部を
回転圧送管８（パイプ）を通過させる理由は、前述の難
問を解決するためにあり、パイプ、すなわち回転圧送管
８を回転軸４の空洞の内部に配置することで、回転によ
るパイプの障害を完全に排除でき、回転軸に軸受を取り
付けても何等支障が起きず、従来の一般の回転体のよう
に回転体の固定や取り付けが可能となるためである。こ
の構成によって、従来の最大の欠点であった、役目を果
たせる回転軸の取り付けが可能となり、実用化の出発点
となる。

【００６３】『水面近くに設けた軸受１８に・・・』と
は、パイプ巻体を浸漬、または非浸漬のいずれの場合に
も対応できる水面に近い場所を意味し、パイプ巻体が回
転でき軸受が支承の役目もできるように準備された状態
で、固定設置だけでなく浮揚体に取り付けられた支承を
も含む。

【００６４】回転圧送管８は接続機器に接続するが、こ
の場合、回転軸も一体に接続機器に接続するのが機能的
安定的によい、回転圧送管８と接続機器９のみを接続す
る方法もあるが、特殊な場合を除いて有利な方法ではな
い。

【００６５】『封水状態』とは、図１図２に示す通り、
気液巻体ポンプ装置の圧送力を生む原理の、根元的要素
である。封水状態の形成する水位の水位差の合計はポン
プの圧送力として作用するものである。封水状態は、凹
曲部を形成するパイプ等に注水して前後の通気を遮断す
る施設の名称であり、本発明ではリング状流路に気体と
液体を流入させ、液体がリング状流路内の前後に水位を
形成した状態を言う。回転を速めると粘性抵抗、摩擦抵
抗、遠心力が大きくなり、リング内の水位形成の確保が
できなくなる。

【００６６】『圧送パイプ１０・・に抵抗を与え・・自
動的に水位差をおこさせ・・』とは、圧送パイプ１０を
高所に配置して揚程を与えること、または水中に配置し
て水圧を与えてること、または圧送管内の流れになんら
かの阻止力を与えることによって、模型実験によって抵
抗を与えることで、封水状態の前後の水位に自動的に水
位差が起きることを確認したことによっている。すなわ
ち、何等抵抗を与えない場合、封水状態の前後の水位差
には何等水位差は発生しないことも確認した。

【００６７】パイプ巻体の役目は、封水状態の形成し、
回転毎に封水状態を次のリングに前進（圧送）させ、最
終リングの封水状態を消滅させることにある。すなわ
ち、パイプ巻体の回転で、気体と液体を交互にリング状
流路２内に汲み込んで、自動的に前後にほぼ同一水位の
封水状態を形成させる。また、パイプ巻体の回転で、回
転毎に封水状態を１リングづつ前進させ、最終リング以
降は封水状態を消滅して気液として圧送される。

【００６８】パイプ巻体の回転と封水状態は、ボールト
とナットとの関係に似ている。ボールトの回転により共
廻りしないナットがリングを前進するように、パイプ巻
体の回転によって共廻りしない封水状態も前進する。封
水状態が共廻りすると、封水状態は前進せず移送も圧送
もなくなる。

【００６９】回転が速すぎたり、圧送途上から大きい圧
力（水圧等）を受けると、封水状態を維持できず前進も
できず押し戻されて、パイプ巻体と共廻りを始める、こ
の現象が『封水崩れ』である。実験の結果、『封水崩
れ』は最終のリング状流路から始まり、一旦、封水崩れ
が始まると次々と順次の最初のリングまで連続的に波及
し、圧送力（揚程等）は急激かつ極端に低下する。

【００７０】パイプ巻体は圧力に応じた巻数と直径が十
分にあることと、封水状態を維持できる回転数で回転操
作する必要がある。封水状態の水位に水位差が起きると
大きい回転力が必要になる、これは、水位差によって左
右対称でなくなり全ての封水状態が片方に偏り、回転力
には常にこの状態を保つための力として加わるためであ
る。すなわち、揚程や水量に比例して大きい回転力が必
要となる。また、パイプ巻体の構成要素の決定には、揚
程や水量に余裕をもって対応できる水位差、巻数、巻体
の直径、パイプの口径、液体の体積比、回転速度を決め
る必要がある。

【００７１】封水状態に水位差（液位差）が起きる理由
を説明するため、パイプ巻体の連通リング状流路を、展
開図として図２２に示す。パイプ巻体の回転で、封水状
態が無加圧の場合は、（イ）に示す通り全ての封水状態
の水位Ｐ_１Ｐ_２、Ｑ_１Ｑ_２‥はほぼ水平の状態で移送さ
れる、この状態に圧送パイプ１０に圧力Ｈ（揚程等〉が
加わると（ロ）に示す通り、自動的に最終リングＲ_１の
封水状態の水位Ｐ_１を押し上げ、同時に圧力Ｈを受けた
気体は圧縮しながら連鎖的に水位Ｑ_１を押し下げ次の水
位Ｐ_２を押し上げて、Ｑ_１とＰ_２の間に水位差ｈ_１を形
成する。この現象は同様に、以降に隣接する封水状態に
順次波及し、各々の封水状態の水位に水位差ｈ_２‥ｈｎ
を形成し、Σｈｉが水圧Ｈを吸収して均衡する。もし水
圧Ｈと均衡しない場合は封水状態が、水圧Ｈに押し戻さ
れて『封水崩れ』となる。

【００７２】実験の結果も同様に、圧力（揚程等）を取
り去ると、封水状態の全ての水位は瞬時に元の水平に戻
ることが判明した。従って封水状態を加圧すると自動的
に水位差が起きることが解る。

【００７３】図２２（ロ）の図に示す通り、圧力Ｈ（揚
程等）は、まず最終リングＲ_１の封水状態に圧力Ｈで作
用し、気体は縮小しながら水位Ｐ_１及びＱ_１とＰ_２と水
位差ｈ_１を形成する、次のリングの封水状態の受ける圧
力はＨ−ｈ_１となり水位差ｈ_２を形成する。さらに次の
リングの受ける圧力はＨ−ｈ_１−ｈ_２となり水位差ｈ_３
を形成する、順次受ける圧力は漸減し、気体の体積縮小
も漸減し、最初のリングＲ_ｎで水位差ｈ_ｎを形成し圧力
は最小で、気体の体積減も最小となる。すなわちｈ_１を
最高に以下順次ｈ_２・・・ｈ_ｎまで（ロ）に示す通り漸
減し水位を形成する位置も低くなる。 圧送可能の条件は Ｈ＜Σｈｉ＝ｈ_１＋ｈ_２＋・・・＋ｈｎであり、 封水崩れ Ｈ＞Σｈｉ＝ｈ_１＋ｈ_２＋・・・＋ｈｎである。

【００７４】封水崩れは、既述のように、封水状態の水
位差の合計Σｈｉが、圧力Ｈに届かずＨ＞Σｈｉの時
や、回転数が早すぎて遠心力が作用したり、粘性度が大
きいため封水状態がパイプ巻体の回転に追従できず、共
廻りする場合に起きる現象である。上述のように、パイ
プ巻体は回転毎に１つの新しい封水状態を形成し、各々
の封水状態を１リングづつ前進させ、最終の封水状態を
１リングづつ消滅させ、このパターンを回転毎に繰り返
えす。

【００７５】この状態で、圧送途上に圧力Ｈ（揚程等）
が起きると、全ての封水状態は自動的に水位差Σｈｉを
形成し圧力Ｈを吸収して均衡した状態を保つ。回転によ
って新しい封水状態が発生、前進、消滅を繰り返しても
全体の均衡した状態の水位差Σｈｉの形成状況に変化は
ない。すなわち、常に水位差Σｈｉを形成し圧力Ｈを吸
収して均衡しながら、気液はパイプ内を前進（圧送）す
る。圧送途上に圧力（揚程等）が起きると、封水状態が
自動的に水位差ｈｉを形成するのは、水力学的、空気力
学的に気体と液体が交互に１本のリング状のパイプで連
通しているためで、気液巻体ポンプ装置の最も特徴とす
る現象である。 展開説明図

【００７６】基本的には揚程Ｈは、（Ｄ−ｄ）×ｎで決
まる、ただし、気体容積比ｅ値を０．５として、エアリ
フト効果、気体の体積縮小を考慮せず揚程のみを検討す
る。送気量、揚水量は省略する。気液ポンプの揚程は、
エアリフト効果、気液の流量、流速、管延長等によって
も影響されるが、これらの詳細は今回の目的ではないた
め省略し、主旨のみの記述に留める。 定数……………………………Ｋ（エアリフト効果、その他の要素による） （定数Ｋは、ｅ＝０．５の場合の最大計算揚程に対する乗数とする） 巻体の平均直径 ……………Ｄ（ｍ） 巻体パイプの口径……………ｄ（ｍ） 巻数（リング数）……………ｎ 巻体パイプ総延長……………ｌ＝πＤｎ 気体容積比ｅ値を……………ｅ＝Ｇ／（Ｇ＋Ｌ）＝０．５ 気体容積…… Ｇ 液体容積 ……………Ｌ 全体容積……Ｖ＝Ｇ＋Ｌ 気体容積比……………ｅ＝Ｇ／Ｖ 最大計算揚程 Ｈｍａｘ＝Ｋ（Ｄ−ｄ）×ｎ ここで、Ｋ＝０．７と仮定すると ＝０．７×（Ｄ−ｄ）×ｎ＝ｈｍａｘ×ｎ 最大封水位差 ｈｍａｘ＝（Ｄ−ｄ） 実験の結果では、巻数が少なく小揚程の場合は、最大計算揚程の７０％前後が多 いため、定数Ｋ＝０．７を仮定する。 計算例１（φ１５ｍｍ） 巻体の平均直径 ……………Ｄ＝０．２００（ｍ） 巻体パイプの口径……………ｄ＝０．０１５（ｍ） 巻数（リング数）……………ｎ＝５ 最大計算揚程 Ｈｍａｘ＝Ｋ×（０．２００−０．０１５）×５ ここで、Ｋ＝０．７とすると ＝０．７×（０．２００−０．０１５）× ５＝０．６４ｍ 計算例２（φ５ｍｍ） 巻体の平均直径 ……………Ｄ＝０．１８０（ｍ） 巻体パイプの口径……………ｄ＝０．００５（ｍ） 巻数（リング数）……………ｎ＝３０ 最大計算揚程 Ｈｍａｘ＝Ｋ×（０．１８０−０．００５）×３０ ここで、Ｋ＝０．７とすると ＝０．７×（０．１８０−０．００５）× ３０＝３．６７５ｍ 上記の２例は、計算値と模型実験値がほぼ一致したもの
である。（注意点として、エアリフト効果が起きると、
揚程、水中への注入深度共に上記計算の倍以上になる場
合もある） 揚程概要として、らせん形浸漬式例の圧送状況を図−１
に示す。 説明図１

【００７７】請求項１〜請求項１７に至る全てに共通す
るものとして、図１に示すように、パイプ巻体３を固定
体、浮上体のいずれに設置する場合にも、パイプ巻体３
の回転軸４を軸受１８に取り付けて支承とし、軸受１８
で支承した後に固定体または浮揚体に取り付けるもの
で、従来のように接続機器９にパイプ巻体３の荷重を掛
ける方法を改善することにある。接続機器９は、気密、
水密性を確保しながら、回転する回転圧送管８と回転し
ない圧送パイプ１０を回転自在に接続して連通させる役
目があるため、接続機器にはパイプ巻体３の重力、回転
力、外力等の荷重を負担させないことにあり、これらは
回転軸４で受持ち、回転軸は軸受１８で支承させること
で、接続機器への荷重負担を掛けない構成とする。

【００７８】回転軸４をほぼ水平の状態に設置するの
は、気液を流入と封水状態の確保ができればよく、多少
（通常では１５度前後）の傾斜の場合、圧送力の機能を
保っているためである。傾斜を大きくすると圧送機能は
低下する。

【００７９】気液流入口６の流入口を拡大または縮小ま
たは形状変更をするのは、適量の液体を早急に効果的に
流入させ、場合によっては流入液量を少なくする場合に
も利用する、また、流入液量の調節でｅ値を変化させて
同一圧力でも高所へ揚水できるためにも利用する。

【００８０】図３、図４（Ｂ）（Ｃ）、図５、図２３に
示すように、パイプ巻体４はやむを得ない場合を除い
て、できるだけ水中に浸漬させない方法がよく、請求項
３および請求項４は、気液の流入口６のみを回転毎に水
没させて必要量の気液を流入を流入させて、液体とパイ
プ巻体３との摩擦抵抗を小さくすることと、維持管理の
上で容易にする必要がある、この意味で、気液流入口６
のみをパイプ巻体３から離して設けるものである。

【００８１】パイプの太さは、適宣変更してよい。パイ
プ巻体の内部でパイプの口径を変更してもよい、また、
パイプ巻体のパイプの口径と圧送パイプの口径は同一の
必要はない。圧送パイプの速度を速める場合は、圧送パ
イプの口径をパイプ巻体の口径よりも小さくすると圧送
パイプ内の流速は早くなる。

【００８２】請求項４の、『パイプ巻体のパイプを伸展
させて・・回転軸４の空洞部から再度回転軸外に伸展さ
せて・・』とは、回転圧送管８を回転軸４の空洞部に配
置したのと同様に配置するもので、本発明では『軸外伸
展式』と表現し、このように配置する理由の、１つは、
気液の流入はパイプ巻体の下部の水面下からだけでな
く、パイプ巻体の横方向側からも可能にするためであ
り、もう１つは、気液をパイプ巻体の横方向側から流入
させても回転軸４に軸受１８の取り付けを可能にするた
めである。

【００８３】パイプ巻体３への気液の流入方式には４方
式があるが、本発明では、請求項２のパイプ巻体３の下
部を浸漬させる方法を『浸漬式』とし、請求項３の、巻
体の外周側に伸展する方法を『伸展流入式』とし、伸展
流入部１７を回転軸の内部に潜らせる方法を『軸内伸展
式』として請求項４の中に含めるものとし、伸展流入部
１７を回転軸の内部から再度回転軸外へ伸展させて流入
させる方法を前述の通り『軸外伸展式』と呼ぶ。流入形
式の４種は図６に示した、この場合、軸内伸展式はパイ
プ巻体の両側の２箇所に接続機器が必要となる。図６に
示す気液流入口６からの気液流入（汲込み）の方式は以
下の通り、（イ）は、浸漬式で、請求項２の場合を示
し、気液パイプ巻体３の回転軸の下部の一部を液中に浸
漬するとともに、気液パイプ巻体３と同時に巻体のまま
回転しながら吸気汲水させる方式で、人力回転や小揚程
の気液巻体パイプ３に適しているが、一方、気液巻体パ
イプ３と液路の液体との摩擦面積が大きく、抵抗が大き
く動力や騒音が大きくなるのが欠点である。（ロ）は、
請求項３の場合を示し、伸展流入式で、気液パイプ巻体
３の一端を気液パイプ巻体３よりも外側へ伸展させて流
入口を設けるもので、気液流入口６のみを回転ごとに水
没させて吸気汲水させる方式で、気液パイプ巻体３と液
体との摩擦損失を低減させることが主目的である。この
場合、外側へ伸展させて設けた気液流入口６は、添板や
枠等を付設して安定を図ってよい。この方法は、小規模
から大規模、小揚程から大揚程まで巾広く適している。
（ハ）は、請求項４の場合を示し、軸内伸展式で気液パ
イプ巻体３の一端を伸展流入部１７から回転圧送管８と
して回転軸内を潜らせて、回転軸内のパイプに流入させ
る方式で、接続機器を設ける場合もある。流入水位を適
切に保つ必要がある。気液パイプ巻体３を浸漬させずに
側方の液路が設置できる場合に適しており、液体との摩
擦抵抗が小さく、メンテナンスが容易な方式である。
（ニ）も、請求項４の場合を示し、軸内伸展式で気液パ
イプ巻体３の一端を伸展流入部１７から回転圧送管８と
して回転軸内を潜らせて、再度回転軸４内から外部に伸
展させて、気液流入口６を設けて近くの液路から気液を
吸気汲水する方式。目的は（ハ）と同様であり、水位が
低い場合等に採用される構成で気液流入口６は、添板や
枠等を付設して安定を図ってよい。

【００８４】請求項４の『軸内伸展式』『軸外伸展式』
は前述の通り、空洞状の回転軸４の内部を通過させるた
め、パイプ巻体が回転してもパイプが回転軸の周囲を回
転することがなく、回転軸に軸受１８を設けても何等不
都合はなくなった。

【００８５】請求項１について、図１に示すように、回
転圧送管８を回転軸の空洞内を潜らせること、請求項４
について、図４、図５に示すように、伸展流入部１７を
回転軸の空洞内を潜らせる、このように、気液の流入す
る気液流入パイプと、圧送するパイプの回転圧送管８の
両方が回転軸の内部に潜ること、この２つの構成で、回
転軸の固定に支障となるものは全て解消し、回転軸のい
ずれの箇所にも軸受１８が取付け可能となった。

【００８６】接続機器９は、回転圧送管８と回転しない
圧送パイプ１０を接続して、気密、水密、回動自在の機
能を保つことにある。低圧から高圧まであり、ゴム、プ
ラスチック、金属製品等の材質で圧力に対応して製作す
る必要がある。国内では、（新潟鉄工製品）が使用可能
であるが、これに限定するものでなく、今回の発明に対
応する接続機器を製作することがよく、ゴム、プラスチ
ック、金属製を開発するのが効果的である。接続機器９
は、気密、水密、回動自在の機能を保つ役目があるた
め、従来の例に見られるように、回転力、外力、ポンプ
巻体の荷重等の負担させないことが大切である。

【００８７】請求項５は、気泡効果の利用について述べ
ている。エアリフト効果は気体容積比ｅによって大きく
影響する。気体容積比ｅ＝気体体積／（気体体積＋液体
体積）、気体容積比ｅは、エアリフト効果を決める要素
で、エアリフト効果は揚程を決める要素でもある。ｅ値
を変化させて、同じ圧送力でも高所へ揚水が可能とな
る。水中への注入深度も同様の効果がある。また、ｅ値
は０．５が最も効果的な比率とされ、０．５以下でも以
上でも揚程効果は小さくなる。

【００８８】気体容積比ｅと揚程、水中注入深度の特性
は、 ・ｅ値が大きい場合、揚程は大きくなり、水中注入深度
は小さくなる。 ・ｅ値が小さい場合、揚程は小さくなり、水中注入深度
は大きくなる。 ・ｅ値は圧力によって変化し、０．３〜０．７の範囲を
超えると非効率となる。 すなわち、ｅ値の操作によって ・従来と同一圧力でも従来よりもはるかに大きい揚程が
可能となる。 ・従来と同一圧力でも従来よりもはるかに深い水中注入
深度が可能となる。 この特性は、気液巻体ポンプ装置の利用価値を大きく開
拓すると予想される。また、従来は非効率の代表とされ
た『気泡ポンプ』（エアリフトポンプ）は、気液巻体ポ
ンプ装置の出現で、他に見られない機能、大深度の水中
から大規模に固形物を吸引し引揚げる機能が確実に予想
される。

【００８９】請求項６のとおり、パイプ巻体３のパイプ
の巻数は、従来は螺旋状等で１層巻のみの開発であった
が、実験の結果、３重、４重以上の多数層巻数でも効果
を発揮することが確認できた、また請求項６のとおり、
巻形式も多くの形式が可能であることが確認できた。こ
の場合、気体の体積が圧力によって変化するため、気液
流入口からのパイプはパイプ巻体３の外側へ、流出パイ
プ７側のパイプは内側に配置することが、気液比の変化
に対応し易いためポンプとしての機能性からよい構成で
ある。各種の多層巻にする理由は、パイプ巻体の設置場
所を小さくし、摩擦抵抗を少なくし、各種の形式は状況
に応じて適宣決める。

【００９０】請求項７の気液パイプ巻体の巻形式は、前
述の通り単層、多層の方式があり、連通するリングの間
隔は近接する場合と、多少間隔を開ける場合がある、ま
た、形式は図６に示す通りで、いずれも回転軸を側方か
らの断面図で、回転軸の正面からは円形である。しか
し、気液パイプ巻体の巻形式は、三角形、四角形、五角
形でも一応の機能は発揮する、これらを円形に含めるも
のとして以下説明する。（イ）は円筒形（螺旋形）方式
で、故障の発見や維持管理が容易である。巻数が多い場
合で高揚程に適しており、摩擦抵抗が大きくなるため浸
漬させない流入方式がよい。単層巻では場所を広く必要
とするため不経済的な構成となる。（ロ）は円錐台形
で、気体部分の体積の圧縮に対応できる形式で、故障の
発見や維持管理が容易である。（イ）と同様に高揚程に
適しており、単層巻では不経済的である。（ハ）はドー
ナツ形（タイヤ形）で、ドーナツ形の断面は丸形の場合
は機能的である。大小いずれの場合にも採用でき適用性
が高い。小型は浸漬式に適している。（ニ）はドーナツ
形の変形で（ハ）に属し、断面が角形になっているもの
で、機能的には（ハ）と同様で、製作方法も比較的簡単
で、汎用的に利用されると予想される、これらに似た形
を使用してもよい。（ホ）はタイコ形で（中太り形）
で、円筒形の変形でもあり、機能的には（イ）（ロ〉と
同様であり、揚程を増強する場合（巻数を増やす等）に
採用する巻方である。（ヘ）は鼓形（中細り形）で、特
殊な場合に利用する形。（ト）は円盤形（蚊取り線香
巻）で、浸漬式として使用する場合が多く、小規模から
大規模まで利用範囲は広い、人力や自然力で回転させる
場合に便利な方法である。浸漬する巾が小さくても利用
できる利点がある。（チ）は、以上いずれにも属しない
形で、タコ糸巻、どくろ巻、乱巻等の不規則の巻き方
で、緊急や仮設の場合に使用される。

【００９１】請求項８について、駆動源を人力としてパ
イプ巻体を回転させる方法は、現在も今後も利用範囲の
大きい分野である。電力やエンジンの確保が困難な山間
僻地、発展途上国での利用に効果的であるが、現在まだ
使用されていない。図８は、自転車の後輪を一部改造し
て簡単に製作可能の人力式の気液巻体ポンプである。図
９は、足踏みによって揚水する説明図である。図１０
は、自転車を何等改造することなくそのまま利用してパ
イプ巻体を回転させる装置の説明図である。

【００９２】請求項９について、パイプ巻体３の駆動力
として、既存の他目的の駆動装置を組合わせて流用する
のは、気液巻体ポンプ装置に駆動源を設けない方法で、
モーターやエンジンは高価、嵩高、重い、維持管理が大
きいとともに、パイプ巻体３の設置、撤去、動力伝達が
容易に可能になるためである。

【００９３】請求項１０について、他目的の駆動装置と
は、オートーバイ、自動車、耕運機等の農業、漁業、建
設業の機械のエンジン等の駆動力を、既設の状況をその
まま何等構成を改造することなく流用し、ベルト、自在
シャフト、歯車、プーリー等を介して駆動力をパイプ巻
体３または回転軸に伝達して回転させるものである。図
１１は、自動車の後輪を駆動力伝達部１９を介して回転
させた説明例図である。

【００９４】気液巻体ポンプ装置の特徴として、遠心力
や高速回転が不要であるため、低密度の自然エネルギー
の利用が容易である、このことから、パイプ巻体の駆動
力をパイプ巻体または回転軸に作用させて、例えば、水
流力や風力のエネルギーや太陽光発電システムを組合わ
せて、直接または間接的方法で、回転させてもよい。

【００９５】請求項１１、請求項１２について、大気下
から圧気下への、気液と固形物の輸送に利用するもの
で、図１２は、大気側から圧気側への輸送状況の概念説
明図であり、図１３は、圧気側から大気側への輸送状況
の概念説明図である。

【００９６】請求項１３について、図１４〜１７に示す
ように、パイプ巻体３の回転軸４の方向を水流方向に直
角にして、回転軸を軸受けに設置して、水流エネルギー
を回転の駆動力に利用する。回転軸またはパイプ巻体３
に羽根を取り付けて水流力で羽根を回転させて水流のエ
ネルギーを確保する。この場合もパイプ巻体３はできる
だけ浸漬を避け羽根のみの浸漬がベターである。特に図
１７は、従来の河川の取水堰として堤防を貫通させた方
法を、堤防を堀割ることなく河川の自然力で取水を可能
にする方法である。

【００９７】請求項１４について、図１８〜２０に示す
ように、パイプ巻体３の回転軸４の方向を、水流方向に
平行に設置して水流エネルギーを回転の駆動力に利用す
る。回転力の確保はプロペラやスクリューの方式とな
る、この場合も前述と同様、パイプ巻体３はできるだけ
浸漬を避けプロペラやスクリューのみの浸漬とするのが
ベターである。

【００９８】請求項１５は、気液圧送管１０の加圧気体
と加圧液体は、気液圧送管１０に付設した既存周知の気
液分離装置１３と組合わせることで、加圧気体と加圧液
体とに分離し、加圧気体のみを利用し、ブロワーやコン
プレッサーの気体圧縮機として利用する。図２３は、円
筒形、１層巻、軸外伸展式、循環水式の説明図である
が、実用的には、円筒形でなく多層巻で場所を小さくす
る方法が効果的である。

【００９９】請求項１６は、回転軸を構成したパイプ巻
体の回転によって気体、液体、固体の本格的な３相の混
相流を対象とするもので、従来のサンドポンプ等の砂
利、土砂等の小粒の固形物や汚泥等の輸送のみでなく、
圧送パイプの口径の１／２以下程度の大粒の固形物の輸
送、圧送を主目的とするものである。また、アルキメデ
スやレオナルド・ダ・ビンチ式でのように、単にポンプ
の高さ程度の揚程ではなく、ポンプよりもはるかに高所
へ圧送ができる機能を持ったものである。図３４は、３
相の混相流の説明図である。

【０１００】請求項１７について、図１４、図１５、図
１６に示すように、パイプ巻体４の下部を水中に浸漬さ
せ、回転軸４またはパイプ巻体３に羽根やプロペラを付
設して、水面に浮上させて水流力で回転させる場合は、
回転軸４をフロートに設けた軸受１８に取付けた後、フ
ロート構成の一部等からワイヤー、チェーン、ロープ、
伸展腕等で係留するもので、従来の『パイプ巻式ポン
プ』の係留のように接続機器９や圧送部に、巻体重量や
水流力等の外力の負担を掛ける方法を避ける必要があ
り、接続機器９や圧送パイプ１０からの繋ぎの取付けは
行わない。

【０１０１】請求項１７の、パイプ巻体３の気液圧送管
１０の加圧気体、加圧液体を同時又は別々にまたは単独
で水中に放出し、気体の放出で溶存酸素の増強や、液体
の放出で富溶存酸素水を貧富溶存酸素水との入れ替え
や、従来の活性汚泥、接触曝気、回転円盤の各方式等の
曝気手段に使用して、容易にかつ底からの曝気をも可能
にする。また、水中の微生物や動植物への酸素や肥料や
栄養の供給手段、水底部分の汚泥等の改良としての酸素
供給、プールや浴室等の入浴部や風呂等への気泡の放射
等に使用するものである。使用例の説明図面は以下の通
り。 ・ 図２４は、水槽での水質浄化の曝気の標準的図面で
ある。この場合、気液の混合が目的であるため、浸漬式
の採用が効果的である。 ・ 図２５は、ダム、池、堀、湖沼等の曝気の標準説明
図で、図示はモーター駆動であるが、自然力として風力
の採用も効果的である。 ・ 図２６は水槽における動物への酸素供給手段として
水槽動物への酸素供給、水中への溶存酸素の増強に利用
する一例である。この場合、気液分離装置は必要に応じ
て省略してもよい。 ・ 図２７は水耕栽培の養分及び酸素供給手段として利
用した一例であり、浮上式水耕栽培畑の、（イ）は横側
からの断面図で、水耕ベットの液底の下部から気体（酸
素）または養分を供給している状態を示す。（ロ）
（ハ）は気液パイプ巻体３の使用の一例図を示す。この
場合底下部からでなく、液流の上流から又は、横側から
気液（酸素）または養分を供給してもよい。また、対象
物に応じてゆるやか、または急速に流してもよい。 ・ 図２８は浴槽への気泡の放出の一例図である。この
場合、気液分離装置を付設しないで気液同時の放出方式
としてもよいし、この両方式を設置して、必要に応じて
切り替える方式にしてもよいし、高圧にして噴射させて
もよい。加圧気体、加圧液体を同時又は単独で、一般の
水及び温水等、人間生活の健康、スポーツ、休息のため
に利用する。図１８（イ）はジャグジープールでの気泡
放出の説明図の一例であり、（ロ）は泡渦潮の放出例の
平面説明図の一例である。 ・ 図２９は回転円板方式への使用例である。（イ）は
回転円板の回転軸に気液パイプ巻体３を付設して、両者
同軸で回転させる例図である。この場合回転軸は必ずし
も同一にしないで別途としてもかまわない。（ロ）
（ハ）（ニ）は各断面図である。配管の本数は複数でも
かまわない。パイプ巻体は浸漬式にすると撹拌効果は高
くなる。 ・ 図３０は接触曝気方式への使用例であり、接触材の
洗浄の逆洗浄の装置を付設した例図であるが、必ずしも
付設する必要はない。（イ）は側面曝気式であり、
（ロ）は中央曝気式、（ハ）は槽外曝気式である。これ
以外に全面曝気（図示していない）でもよい。いずれも
気液分離装置を設けて散気管と逆洗管を配置した例図で
あるが、状況に応じて気液分離装置と散気管は省略して
もよい。（ニ）（ホ）は気液パイプ巻体３の主旨詳細
図、（ヘ）は気液分離装置１３（実施図ではない）の主
旨説明図である。 ・ 図３１は活性汚泥方式への使用例であり、一般的に
は配管深さは１０ｍ以内が多いため簡単な気液ポンプ装
置でも可能である。また、必要に応じて気液分離装置１
３を付設して気体のみの配管としてもよい。

【０１０２】パイプ巻体を構成するパイプの口径は、
０．５〜１００ｃｍが汎用的な範囲であるが、これより
上下の、範囲でもよい。パイプ巻体の直径は汎用的には
１０〜１０００ｃｍであるが、これより上下の範囲でも
よい。また、パイプ巻体の巻数は１〜１０００回でもよ
いが、汎用的には１〜１００回程度の範囲である。これ
らの数値より以上又は以下の場合は、圧力が上昇するに
つれて気体は圧縮されるが、液体は殆ど圧縮されないた
め、封水状態の形成上の気体と液体の体積比率が適切で
なくなるためである。これらの数値よりも上下でも製作
は可能であるが、技術的、経済的からみて効果的ではな
い。

【０１０３】図示はしていないが、パイプ巻体３または
回転軸には、通常はドラム、カバー、枠体、フレーム、
を一体に付設するものとし、状況に応じて適宣決める。
パイプ巻体３は、図１に示すように、必ずしもドラム等
の収納体に納めなくてもよい。

【０１０４】パイプ巻体３の回転軸４は、必ずしもパイ
プ巻体内の回転軸４全体を空洞に貫通している必要はな
く、回転圧送管８や気液流入口６のパイプが回転軸内部
の空洞部を潜る部分だけで他の部分は閉塞してもよい。
また、パイプ巻体の回転軸４はほぼ水平に設けるが、封
水状態が十分に維持できる場合は、必要に応じて多少傾
斜して設置してもかまわないし、回転作業中に前後左右
上下に多少揺れても構わない。

【０１０５】パイプ巻体３には、図示していないが、固
定や移動や水面浮上とし、スムーズに稼働させるため、
回転軸、回転枠、巻体カバー、回転ドラム等にプーリー
等を付設して、歯車、ベルト、ローラー、チェーン等を
取り付けてよく、これらを回転の媒体として回転力を確
保して回転させてもよく、その他周知の付属機器は必要
に応じて適宣付設してよい。パイプ巻体４を回転させる
ためのハンドル１９又は、プーリーの取り付け場所は、
回転軸４だけでなくパイプ巻体３のどの位置でもよく、
巻体の外側をプーリーとして利用してもよいし、または
横側等に付設しでもよく、図示した例だけでなく、必要
に応じて適宣選定して設けてよい。

【０１０６】実験例（１）加圧された混合気液圧送例 図１に示すように、気液巻体ポンプ装置の気液流入口を
回転毎に水中に水没させて揚水し圧送管に貯液槽を接続
し、パイプ巻体を回転させて、以下に述べる条件で気液
圧送を行い、混合された加圧気液の圧送力を揚程高と揚
液量として測定した場合の計算値を示した。揚程高の計
算値は、圧送パイプを水中に注入した場合の注入深度と
置換えてもよい。すなわち、揚水と同様に水中に気液を
注入場合にも使用する。

【０１０７】実験例（１）の結果 上表中で揚程高は、水中に注入する場合は水中注入深度
と理解すること。

【０１０８】実験例（２）加圧気体圧送例 気液巻体ポンプ装置の圧送管に気液分離機器を付設し、
パイプ巻体を回転させて、以下に述べる条件で気液圧送
を行い、加圧気体を気液分離機器で分離して外部の圧気
貯留装置に圧送し（加圧液体は外部に排出し）加圧気体
の圧力を液柱相当高と加圧量とした場合での測定値に示
した。

【０１０９】

【０１１０】気液巻対ポンプ装置の特徴として、気体は
圧力の増加で体積減少が起き、液体は体積変化しない、
気液の体積比が過大になると揚程にも影響し、１：４〜
４：１の範囲を大きく越えると効果的でなくなる、すな
わち、巻数や巻体の径を過大に大きくする必要があり不
経済となる。前期の実施例は計算によるものであるが、
実施の場合は気液比を効果的範囲に保つ必要がある。

【０１１１】

【発明の効果】本発明によると、従来、パイプ巻式ポン
プに実現できなかった『回転軸』と『接続機器』と『回
転圧送するパイプ』の３者の機能が共存できる構成が実
現したため、回転軸の固定設置、係留設置のいずれも安
定的、機能的で、実用化が容易となった。

【０１１２】また、本発明によると、パイプ巻式ポンプ
として、スエーデン国の出願者による特公平７−６５５
８９号にない回転軸の構成ができたことにより、設置、
係留、稼働、操作が容易となった。

【０１１３】さらに、本発明によると、従来回転軸の固
定に障害となった圧送パイプを、回転軸の空洞内に配置
したため、回転軸の固定できるようになった。

【０１１４】さらに、本発明によると、アルキメデス式
やレオナルド・ダ・ビンチ式のように、ポンプの高さ程
度の揚程機能ではなく、はるかに離れた高所への圧送が
可能となった。

【０１１５】さらに、本発明によると従来開発のなかっ
た、回転軸と接続機器（回動自在の金具とも言う）の両
者が別々の役目を受持ち、各々が無理なく機能を発揮す
る装置が開発され、実用化が可能となった。

【０１１６】さらに、本発明によると、パイプ巻式ポン
プを固定する場合に、接続機器以遠の部分で取り付ける
必要があったが、回転軸に軸受で固定てきるため接続機
器に過大な機能を負担させる構成が必要となった。

【０１１７】さらに、本発明によると、回転軸の設置で
従来エネルギーの取込む位置が、パイプ巻体の外側また
はアームであったが、回転軸のどの場所でもエネルギー
の取込みのための機器の取付けが可能となった。

【０１１８】さらに、本発明によると、従来のパイプ巻
体の胴体浸漬式だけでなく、浸漬させない方式の開発に
より、摩擦抵抗、汚染を少なくし、操作、維持管理を容
易にし、送気老朽化を防止することが可能となった。

【０１１９】さらに、本発明によると、請求項８につい
て回転軸の構成で、駆動源としてモーター、エンジン、
を使用せず、どこにでも、軽量で簡単で、運搬、設置が
容易で、人力による回転ができるため、未開発国、発展
途上国、山間僻地等での活躍の場所が広くなった、ま
た、地球環境汚染防止の見地から無公害機器として実用
化の大きい気液巻体ポンプ装置となった。

【０１２０】さらに、本発明によると、回転軸の構成
で、駆動源としてモーター、エンジン、水流力だけでな
く、低密度の自然エネルギーを利用する、風力、既存他
目的の駆動源をそのまま駆動源として、すなわち、自動
車や農業用機械、建設用機械等を利用することが可能と
なり、従来のようにパイプ巻体に駆動源を付設しなくて
も利用できる技術も開発された。

【０１２１】さらに、本発明は、風力を回転軸の回転に
利用して、気液を水中に圧送して自然力による水質浄
化、高所やの送気、送水を容易にする利点がある。

【０１２２】さらに、本発明は、従米、パイプ巻体の巻
数は単層のみであったが、多層の巻数で、小さい場所で
より大きな揚程等の機能を発揮することが可能となっ
た。

【０１２３】さらに、本発明は、従来流入口が、パイプ
巻体に近接して付設されていたが、パイプ巻体から外側
へ伸展して設置することで、パイプ巻体の下部を浸漬さ
せずに気液を流入させる技術が開発されたため、前述の
通りの利点がある。

【０１２４】さらに、本発明は、水面浮上式で使用する
場合に、回転軸を浮揚体に取り付けて水流に直角方向ま
たは水流に平行方向に設置が可能となったため、水流を
回転羽根式の利用だけでなく、プロペラ式、スクリュー
式にも使用が可能となった。

【０１２５】さらに、本発明は、パイプ巻体の巻形式
が、従来は螺旋形、円錐形の２方式であったが、回転軸
の使用で、円盤形、円筒形、タイヤ形、太鼓形等の技術
が開発され、場所が小さくても機能が発揮できるように
なった。

【０１２６】さらに、本発明は、従来大気下のみで使用
してきたが、圧気内での使用、大気界と圧気界との相互
の気液の圧送だけでなく、固体を含めた３相流の圧送も
可能となった。

【０１２７】さらに、本発明は、従来、揚水のみの利用
であったが、気体、液体、固体を単独または組み合わせ
で、パイプ巻体からの気液を水中へ圧送して、水中動植
物や微生物への酸素を供給して溶存酸素の増強に使用す
ることが可能となった。

【０１２８】さらに、本発明において、回転軸の構成す
る気液巻体ポンプの使用によって容易に回転体の設置が
可能となり、従来の水質浄化の、活性汚泥法、接触曝気
法、回転板法に使用して、給気用コンプレッサーが不要
となるため、曝気装置や撹拌装置を簡単にし、操作が容
易になるとともに、従来問題化していた給気用コンプレ
ッサー、給水用のポンプの騒音、振動は、大きく低減で
きる利点がある。特に本気液巻体ポンプ装置の稼働音
は、ほぼ無騒音に近いため、都市及び近郊での池、沼、
堀の水質浄化には騒音、振動の低減化の利点は大きい。

【０１２９】さらに、本発明において、回転軸の構成で
設置が容易となったため、動物の育成のための液中への
酸素供給（容存酸素の増強）手段として、家庭用の液槽
から水族館、あるいは、閉塞性水域の池沼等の溶存酸素
の少ない箇所に至るまで容易に設置ができ、危険性の少
ない装置として使用できる利点がある。またこの閉塞性
水域の池、沼、堀、や悪臭を放つ水域等に使用して溶存
酸素を増加させて、嫌気性から解放して好気性として消
臭の役目を果たす利点がある。

【０１３０】さらに、本発明において、植物の育成のた
めの水耕栽培の水耕ベッドの下部又は側方から酸素供給
（溶存酸素の増強）、養分供給手段及び水質浄化の手段
として、機器装置の数を少なくし、液槽から池、沼、
堀、に至るまで容易に設置ができ、危険性の少ない装置
として使用できる利点がある。

【０１３１】さらに、本発明は、大粒（パイプ口径の１
／２以下程度）の固体でも本格的に輸送ができる装置、
すなわち、砂利や汚泥に留まらず、気体、液体、固体の
混相流の輸送を可能とした。

【０１３２】さらに、本発明は、従来未開発であった気
液巻体ポンプ装置の気液による気泡効果を利用して、気
体と液体の体積比を適切に調整して、従来と同一の高圧
でも高揚程が確保でき、また、同様に水中深度も大きく
なる利点がある。

【０１３３】さらに、本発明によると、駆動源の有無い
ずれも、回転軸４を構成した気液巻体ポンプ装置は構造
や機構が簡単なため運搬、設置、維持管理が容易とな
る、また、操作も簡単となりより安全側となる、したが
ってこれらに要する費用も低減できるので、発展途上国
や山間僻地においても各種の気液巻体ポンプ装置として
使用し易い利点がある。

【０１３４】さらに、本発明において、回転軸の採用に
より、気液を同時に圧送できるため、従来必要としてい
た揚水ポンプ（遠心力方式）とコンプレッサー（遠心力
又は往復式）の二つの装置を同時に兼用できる装置が容
易に設置でき、簡単な装置であるため、装置、操作、維
持管理の費用が低減できる利点がある。

【０１３５】さらに、本発明において、回転軸の採用に
より容易に設置できるため、エンジンやモーターの使用
を少なくできる機会が多くなる、特に全世界に無数に存
在する河川、水路等の流力や風力を利用して揚水や曝気
等を簡単に活用できる利点を生み、省力化とＮＯ_ｘ、Ｓ
Ｏ_ｘ、ＣＯ_２の発生の低減化でき、環境破壊防止の要請
に適応できる長所がある。

【０１３６】さらに、本発明において、植物の育成のた
めの水耕栽培の水耕ベッドの下部又は側方から酸素供給
（溶存酸素の増強）、養分供給手段及び水質浄化の手段
として、機器装置の数を少なくし、液槽から池、沼、
堀、に至るまで容易に設置ができ、危険性の少ない装置
として使用できる利点がある。

【０１３７】さらに、本発明において、風呂、プール、
水槽等での入浴時等の気泡放出手段として利用でき、簡
単な装置、操作で安全の確保が容易になる利点がある。
また、本気液巻体ポンプ装置の稼働音は特に小さいた
め、都市及び近郊でのプールやスポーツクラブでの水質
浄化には騒音、振動の低減化の利点がある。

【０１３８】以上、本発明において、空洞状の回転軸の
構成で、パイプを空洞内部に配置することで、回転、流
入、圧送の過程で、従来の『パイプ巻式ポンプ』で実現
困難な利用の世界が前述の通り大きく前進することとな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、回転軸を液路に固定して、パイプの
単層巻、モーター駆動で揚水に使用し、パイプ巻体の下
部を水中に浸漬させて圧送する『浸漬式』の側面例図を
示す。

【図２】本発明の、請求項３の場合を示し、パイプ巻体
の下部を浸漬させないで、伸展流入部として伸展させて
気液流入口とした、『伸展流入式』の例図。（Ａ）は圧
送の側面図、（Ｂ）はパイプ巻体の断面説明図。

【図３】本発明の、気液流入口６の代表形式の３例を図
示したもので、（Ａ）は浸漬式、（Ｂ）は伸展流入式、
（Ｃ）は軸外伸展式とした例図。

【図４】本発明の、請求項４の場合の、軸外への伸展部
分を最小にした１例を示し、多層巻のパイプ巻体を浸漬
させないで、伸展流入部を回転軸内に留めて気液流入口
とした、『軸内伸展式』の例図。

【図５】本発明の、請求項４の場合の１例を示し、多層
巻のパイプ巻体の外周をを、モーターで駆動し、揚水に
使用し軸外に伸展させた流入方式で、液路に固定式に設
置した『軸外伸展式』の側面例図。

【図６】本発明の、請求項２、３、４の場合を示し、回
転軸を使用した気液流入口６のみの代表形式の４例を図
示したもので、（イ）は胴体浸漬式、（ロ）は伸展流入
式、（ハ）は軸内伸展式、（ニ）は軸外伸展式とした例
図。

【図７】本発明の、請求項７の場合を示し、回転軸を使
用した軸受の設置例と、請求項７の場合を示し、パイプ
巻体の巻形式を示したもので、（イ）は円筒形、（ロ）
は円錐台形、（ハ）はタイヤ形（またはドーナツ形）、
（ニ）はタイヤ形の変形、（ホ）は太鼓形、（ヘ）は鼓
形、（ト）は円盤形。

【図８】本発明の、請求項８の場合を示し、自転車の後
輪にパイプ巻体を設けて、回転軸を回転させてパイプ巻
体を、人力で稼働させる気液巻体ポンプ装置の例図。

【図９】本発明の、請求項８の場合を示し、人力で足踏
みでパイプ巻体を回転させて稼働させる気液巻体ポンプ
装置の例図。

【図１０】本発明の、請求項９の場合を示し、既存の他
の目的の駆動力を駆動源に利用した例図、ここでは自転
車をパイプ巻体の回転力に転用した例図。

【図１１】本発明の、請求項９の場合を示し、既存の他
の目的の駆動力を駆動力に利用した例図、ここでは自動
車をパイプ巻体の回転力に転用した例図。

【図１２】本発明の、請求項１１の場合を示し、大気側
から隔壁先の圧気側へ、気体、液体、固体等を混相流で
圧送する説明例図。

【図１３】本発明の、請求項１２の場合を示し、圧気側
から隔壁先の大気側へ、気体、液体、固体等を混相流で
圧送する説明例図。

【図１４】本発明の、請求項１３の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸をフロートに取付けた軸受に固定した水流
浮上式の気液巻体ポンプ装置の遠景説明例図。

【図１５】本発明の、請求項１３の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸をフロートに取付けた軸受に固定した水流
浮上式の気液巻体ポンプ装置。（イ）は水流により回転
する気液巻体ポンプ装置の斜視例図。（ロ）側面の構成
例図。

【図１６】本発明の、請求項１３の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸をフロートに設けた軸受に固定した水流浮
上式の気液巻体ポンプ装置の、（イ）は側面構成例図、
（ロ）は構成断面例図。

【図１７】本発明の、パイプ巻体の回転軸を河川、液路
の上または液槽に設けた軸受に固定し、堤防越えに水流
力で圧送する気液巻体ポンプ装置の１例図。

【図１８】本発明の、請求項１３、１４の場合を示し、
（イ）は、パイプ巻体の回転軸を水流に平行に設置し
て、水流力をプロペラで回転力に取入れる説明例図で、
（ロ）は、スクリュー式羽根をパイプ巻体の外側に配置
して、水流力を回転力に取入れる説明例図、（ハ）は、
パイプ巻体の回転軸を水流に直角に設置して、羽根をパ
イプ巻体の外側に配置して、水流力を回転力に取入れる
説明例図。

【図１９】本発明の、請求項１４の場合を示し、（Ａ）
は、パイプ巻体の下部を浸漬流入式として、回転軸を水
流に平行に設置して、プロペラで回転力に取入れ複層の
巻体の構成例図、（Ｂ）は、（Ａ）の場合の伸展流入式
とした、プロペラで回転力に取入れ複層の巻体の構成例
図。

【図２０】本発明の、請求項１４の場合を示し、パイプ
巻体の下部を浸漬流入式として、回転軸を水流に平行に
設置して、パイプ巻体の外側にスクリュー式羽根配置し
て、回転力に取入れ単層の巻体の構成例図

【図２１】本発明の、請求項１０の場合を示し、水面上
のフロートに設置したパイプ巻体を、風力で回転させ
て、気液を水中に圧送して、曝気や溶存酸素の増強等の
水質浄化への利用例図。

【図２２】本発明の、請求項１０の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸を水面上に固定設置して、風力で回転させ
て、気液を水中に圧送して、曝気や溶存酸素の増強等の
水質浄化への利用例図。

【図２３】本発明の、請求項１５の場合を示し、気液分
離機器１３を分離して、加圧気体貯留装置に圧送する例
図。

【図２４】本発明の、請求項１７の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸を水槽等の水面上に固定設置して、水質浄
化の曝気への利用例図。

【図２５】本発明の、請求項１７の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸を池、湖、堀等の水面上に固定設置して、
溶存酸素の増強等の水質浄化のための曝気への利用例
図。

【図２６】本発明の、請求項１７の場合を示し、気液巻
体ポンプ装置から水槽等に圧送して、水質浄化と水槽内
の動植物のための溶存酸素の増強等への利用例図。

【図２７】本発明の、請求項１７の場合を示し、気液巻
体ポンプ装置から気液を水中に圧送して、水耕栽培の植
物や微生物のための溶存酸素の増強や施肥等への利用例
図。

【図２８】本発明の、請求項１７の場合を示し、入浴や
スポーツ施設等の水槽に気液を供給して、健康、娯楽、
休養に利用し、水質改善や新鮮水の入れ替え等への利用
例図。

【図２９】本発明の、請求項１７の場合を示し、気液巻
体ポンプ装置の気液を水中に圧送して、水質浄化の回転
板曝気方式の回転板と併用して使用した例図。

【図３０】本発明の、請求項１７の場合を示し、気液巻
体ポンプ装置の気液を水中に圧送して、水質浄化の接触
曝気方式に使用した例図。

【図３１】本発明の、請求項１７の場合を示し、気液巻
体ポンプ装置の気液を水中に圧送して、水質浄化の活性
汚泥方式に使用した例図。

【図３２】本発明の、気液巻体ポンプ装置の気液の流入
に浸漬流入式を使用した、気液を水中に圧送した斜視の
例図。

【図３３】本発明の、気液巻体ポンプ装置の気液の流入
に軸外伸展式を使用した、気液を水中に圧送した斜視の
例図。

【図３４】本発明の、気体、液体、固体の混相流（３相
流）の１例を図示したもの。

【符号の説明】

１ パイプ ２ リング状流路 ３ パイプ巻体 ４ 回転軸 ５ 液路 ６ 気液流入口 ７ 気液流出管 ８ 回転圧送管 ９ 接続機器 １０ 圧送パイプ １１ 気液の流出口 １２ 液槽、液路 １３ 気液分離機器 １４ 加圧気体貯留装置 １５ 駆動源 １６ 羽根（プロペラ、スクリュー共を含む） １７ 伸展流入部 １８ 軸受 １９ 駆動力伝達部 ２０ フロート ２１ 隔壁 ２２ 踏み台 ２３ 接触材（接触ろ床） ２４ 散気管 ２５ 逆洗管 ２６ 回転板 ２７ 水耕植物 ２８ 水耕ベット

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月７日（１９９９．６．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、『回転軸４』又は『固
定軸４−１』（以下長文字を避けるため『回転軸４』の
みの表現とするが『固定軸４−１』をも含むものとす
る）と共に構成した『パイプ巻体３』を回転させて気体
と液体（以下『気液』と言う）を加圧力を発生させて、
この加圧気液を圧送して各種の用途に利用する気液巻体
ポンプ装置に関するもので、揚水、混相流による気液と
物質の圧送、コンプレッサーや真空ポンプ等の圧縮や真
空の気体の創出、圧気シールドや圧気ケーソン工事の圧
気内への物資の出し入れ、水中に注入して水質浄化のた
めの曝気、水中動植物や微生物への酸素供給、水中の溶
存酸素等の増強、スポーツや娯楽健康増進に等の装置と
して利用するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】従来、パイプを巻いた巻体を回転させて
気液を交互に汲み込んで、低所から高所へと液体を揚上
するのに所謂ループ式ポンプないしスパイラル式ポンプ
（これらのポンプを総称して以下『パイプ巻式ポンプ』
と言う）を利用することは、周知とされていたが、スウ
ェーデン国の出願者による特公平７−６５５８９号のよ
うに回転軸の構成がないため、回動自在連結具（本発明
の『接続機器９』に該当）で回転軸の役目を兼務させて
おり、機能的だけでなく設置が困難であった。また係留
装置はパイプライン（本発明の圧送パイプ１０）に連結
しており、不安定的な構成であった。このため、実用
的、汎用的に利用されない欠陥があった。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】また、従来の『パイプ巻式ポンプ』は前述
の通り、パイプ巻体に回転軸４がないため、支持（設
置）、係留、稼働、操作の上では不便なものであった。
すなわち、従来、固定設置式と水面係留式があったが、
両方式とも、回転軸４がないため取付けや設置が困難
で、接続機器９に軸受１８の役目を負担させる構成であ
った、これは実用的に困難な技術構成であった。また、
水面係留式の係留装置はパイプライン（本発明の圧送パ
イプ１０）に連結せざるを得ない構成であり、これは、
装置全体の荷重、外力の殆どをパイプラインで受け持つ
こととなり、前述と同様にパイプラインに過大の荷重等
の機能負担となり、現在の技術では困難な点が多く、水
面係留式も実用化、汎用化が困難であった。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】従来の『パイプ巻式ポンプ』に回転軸４が
設けられない理由の１つは、パイプ巻体３からの圧送パ
イプを接続機器９に接続する必要があり、これに回転軸
４を取付けると圧送パイプが回転軸４の周囲を回転する
ため、回転軸４があっても回転軸４への軸受１８等の取
付けや固定、また係留等ができない事情があった。従来
のパイプ巻式ポンプは、通常の回転体の回転軸４のよう
に、回転軸４と接続機器９が機能を発揮しながら共存さ
せる技術が未開発の状況であった。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
した従来の『パイプ巻式ポンプ』の欠陥とされた、回転
軸４のない構成を改めて、支持（設置）、係留、稼働、
操作の中心的な役割を受け持つ、回転軸４を設置する技
術の開発にある。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】本発明の更なる目的は、固定設置、移動設
置、係留設置のいずれの場合にも、接続機器や圧送部
で、パイプ巻体からの荷重や外力を負担させず、回転軸
４と軸受１８で受持たせる方式の開発にある。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】本発明の更なる目的は、パイプ巻体３の回
転する軸として、『回転する回転軸４』又は『回転しな
い固定軸４−１』のいずれかを使用する技術の開発にあ
る。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】本発明の更なる目的は、駆動源の取入れ箇
所を、従来のパイプ巻体の外側や接続機器の固定アーム
だけでなく、回転軸に回転力を伝える方法の開発にあ
る。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の『パイ
プ巻式ポンプ』の欠点を解決するため、内部が空洞状の
回転軸４の軸心をほぼ水平に設け、軸心の周りにパイプ
１を巻いて連通したリング状流路２を形成したパイプ巻
体３を、回転軸４と一体に回転可能に構成し、水面近く
に設けた軸受１８に回転軸４を取付け、パイプ巻体３の
パイプの一端の開口を気液流入口６として他端をパイプ
巻体３の最終リングから流出管７を経て、回転軸４の空
洞部内に入り、回転軸４と一体に回転する回転圧送管８
として通過し、気密水密性があり回転自在で連通する接
続機器９の一端に、に接続し、接続機器９の他端は回転
しない圧送管１０に接続し必要な箇所に延伸して気液流
出口１１とする、パイプ巻体３を駆動源１５により回転
させ、気液流入口６を回転毎に水没させて気体と液体を
交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連通したリン
グ状流路２に流入させ、各リング状流路２内の気体と液
体を重力の作用で上下に分離し前後に水位を形成した封
水状態を、維持する回転速度の０．０１〜３．０回／秒
の範囲でパイプ巻体３を回転させ、各リング状流路２内
の気体と液体を順次移動させて最終リングを通過後、封
水状態を解消して流出管７から回転軸内の回転圧送管８
に入り接続機器９を経て圧送パイプ１０に至り、圧送パ
イプ１０以降で気液の流れに抵抗を与えることで、パイ
プ巻体３のリング状流路２内の封水状態の前後の水位に
自動的に水位差を起こさせ、パイプ巻体３に圧送力を起
こさせ目的場所へ圧送することに特徴がある。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】また、本発明は、内部が空洞状の固定軸４
−１の軸心線をほぼ水平に設け、軸心の周りにパイプ１
を巻いて連通したリング状流路２を形成したパイプ巻体
３を、回転取付部１８−１を付設して固定軸４−１の周
りを回転可能に構成し、水面近くに設け、パイプ巻体３
のパイプの一端の開口を気液流入口６とし、他端をパイ
プ巻体３の最終リングから流出管７に続き、気密水密性
があり回転自在で連通し固定軸４−１と軸線を同一にす
る接続機器９の一端に接続し、接続機器の他端は固定軸
４−１に接続し、固定軸４−１の他端は回転しない圧送
管１０に接続し圧送管１０は目的箇所に延伸して気液流
出口１１とする、パイプ巻体３を駆動源１５により回転
させ、気液流入口６を回転毎に水没させて気体と液体を
交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連通したリン
グ状流路２に流入させ、各リング状流路２内の気体と液
体を重力の作用で上下に分離し前後に水位を形成した封
水状態を、維持する回転速度の０．０１〜３．０回／秒
の範囲でパイプ巻体３を回転させ、各リング状流路２内
の気体と液体を順次移動させて最終リングを通過後、封
水状態を解消して流出管７から接続機器９を経て圧送パ
イプ１０に至り、圧送パイプ１０以降で気液の流れに抵
抗を与えることで、パイプ巻体３のリング状流路２内の
封水状態の前後の水位に自動的に水位差を起こさせ、パ
イプ巻体３に圧送力を起こさせ目的箇所へ圧送すること
に特徴がある。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】パイプ巻体３を回転させる軸（『回転する
回転軸４』又は『回転しない固定軸４−１』）の本数
を、単数または複数に構成することに特徴がある。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】

【実施の態様】本発明の請求項１は、回転軸の周りを回
転させる方法であり、、従来の『パイプ巻式ポンプ』の
欠陥を解決するため、図１及び図３に示すように、内部
が空洞状の回転軸４の軸心をほぼ水平に設け、軸心の周
りにパイプ１を巻いて連通したリング状流路２を形成し
たパイプ巻体３を、回転軸４と一体に回転可能に構成
し、水面近くに設けた軸受１８に回転軸４を取付け、パ
イプ巻体３のパイプの一端の開口を気液流入口６として
他端をパイプ巻体３の最終リングから流出管７を経て、
回転軸４の空洞部内に入り、回転軸４と一体に回転する
回転圧送管８として通過し、気密水密性があり回転自在
で連通する接続機器９の一端に、に接続し、接続機器９
の他端は回転しない圧送管１０に接続し必要な箇所に延
伸して気液流出口１１とする、パイプ巻体３を駆動源１
５により回転させ、気液流入口６を回転毎に水没させて
気体と液体を交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より
連通したリング状流路２に流入させ、各リング状流路２
内の気体と液体を重力の作用で上下に分離し前後に水位
を形成した封水状態を、維持する回転速度の０．０１〜
３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回転させ、各リン
グ状流路２内の気体と液体を順次移動させて最終リング
を通過後、封水状態を解消して流出管７から回転軸内の
回転圧送管８に入り接続機器９を経て圧送パイプ１０に
至り、圧送パイプ１０以降で気液の流れに抵抗を与える
ことで、パイプ巻体３のリング状流路２内の封水状態の
前後の水位に自動的に水位差を起こさせ、パイプ巻体３
に圧送力を起こさせ目的場所へ圧送するものである。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６０】また、本発明の請求項２は、固定軸の周り
を回転させる方法であり、従来の『パイプ巻式ポンプ』
の欠陥を解決するため、図３２及び図３３に示すよう
に、内部が空洞状の固定軸４−１の軸心線をほぼ水平に
設け、軸心の周りにパイプ１を巻いて連通したリング状
流路２を形成したパイプ巻体３を、回転取付部１８−１
を付設して固定軸４−１の周りを回転可能に構成し、水
面近くに設け、パイプ巻体３のパイプの一端の開口を気
液流入口６とし、他端をパイプ巻体３の最終リングから
流出管７に続き、気密水密性があり回転自在で連通し固
定軸４−１と軸線を同一にする接続機器９の一端に接続
し、接続機器の他端は固定軸４−１に接続し、固定軸４
−１の他端は回転しない圧送管１０に接続し圧送管１０
は目的箇所に延伸して気液流出口１１とする、パイプ巻
体３を駆動源１５により回転させ、気液流入口６を回転
毎に水没させて気体と液体を交互に、パイプ巻体３の気
液流入口６より連通したリング状流路２に流入させ、各
リング状流路２内の気体と液体を重力の作用で上下に分
離し前後に水位を形成した封水状態を、維持する回転速
度の０．０１〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回
転させ、各リング状流路２内の気体と液体を順次移動さ
せて最終リングを通過後、封水状態を解消して流出管７
から接続機器９を経て圧送パイプ１０に至り、圧送パイ
プ１０以降で気液の流れに抵抗を与えることで、パイプ
巻体３のリング状流路２内の封水状態の前後の水位に自
動的に水位差を起こさせ、パイプ巻体３に圧送力を起こ
させ目的箇所へ圧送するものである。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】回転軸４の断面は、図１および図５等に示
すように、内部を伸展流入用のパイプ又は圧送用のパイ
プが通過できる内径を保つ必要があり、通常の回転軸よ
り大きくなる。また、回転軸４に伸展流入パイプ１７や
流出管７を接続して、回転軸４の一部にパイプの役目を
兼務させる方法もある、この場合、回転軸内から漏気、
漏水が起きないように接続機器とは反対側の空洞部を閉
塞する必要がある。回転軸４を受ける軸受は大きくなる
ため、本発明の『軸受』とは、通常の軸受だけでなくロ
ーラー等で受けて軸受の役目ををする回転伝達方法も含
めるものとする。従来の『パイプ巻式ポンプ』のよう
に、回転軸４の取付けが困難な理由は、スエーデンから
の出願の特許のように、パイプと接続機器（回動自在連
結具）を取付けた場合、これに回転軸を設けると、回転
軸とパイプが一緒に回転することになり、パイプが回転
軸の周りを回転するため、パイプが支障となって回転軸
には軸受等の支持する機器の取付けは不可能になるため
である。この状態では回転軸を設けても、回転軸は全体
の荷重や外力を支持、固定する役目が果たせないのであ
る。スエーデンの出願特許の構成に回転軸のないのは、
回転軸を設けても一般の回転体のような回転軸の役目が
果たせないためである。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】内部が空洞の回転軸４を使用し、空洞部を
伸展流入パイプ１７又は回転圧送管８又は圧送パイプ１
０を通過させる理由は、前述の従来の欠陥を解決するた
めにあり、パイプ、すなわち、伸展流入パイプ１７や回
転圧送管８や圧送パイプ１０を回転軸４の空洞の内部に
配置することで、回転によるパイプの障害を完全に排除
でき、回転軸４に軸受１８を取り付けても何等支障が起
きず、従来の一般の回転体のように回転体の固定や取り
付けが可能となるためである。この構成によって、従来
の最大の欠点であった回転軸４の取り付けが可能とな
り、パイプ巻体等の荷重や外力を回転軸４と軸受１８で
受け持つことが可能となり実用化が容易となった。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】請求項１の『・・水面近くに設けた軸受１
８に・・』及び、請求項２の『・・回転取付部１８−１
を付設して固定軸４−１の周りを回転可能に構成し、水
面近くに設け・・』とは、パイプ巻体３を浸漬、または
非浸漬のいずれの場合にも対応できる水面に近い場所を
意味し、パイプ巻体３が回転できるよう固定、移動、係
留の準備された状態で、固定設置だけでなく浮揚体にも
取付けられた支承をも含む構成ができた状態を意味す
る。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６４】気液流出管７又は回転圧送管８は接続機器
に接続するが、この場合、回転軸４も一体に接続機器９
に接続するのが機能的安定的に好ましい、回転圧送管８
と接続機器９のみを接続する方法もあり、必要に応じて
使用してよい。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】請求項１〜請求項１７に至る全てに共通す
るものとして、パイプ巻体３を固定体、移動体、浮上体
のいずれに設置する場合にも、パイプ巻体３の回転軸４
を軸受１８等に取り付けて支承とし、軸受１８等で支承
した後に固定体または浮揚体に取付けや係留するもの
で、従来のように接続機器９にパイプ巻体３の荷重を掛
ける方法を改善することにある。接続機器９は、気密、
水密性を確保しながら、回転するパイプと回転しないパ
イプを回転自在に接続して連通させる役目があるため、
接続機器９にはパイプ巻体３の重力、回転力、外力等の
荷重を負担させないことにあり、これらは回転軸４で受
持ち、回転軸４は軸受１８等で支承させることで、接続
機器９への荷重負担を掛けない構成とする。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７８】本発明の、気液巻体ポンプ装置のパイプ巻
体は、『回転軸４』または『固定軸４−１』のいずれか
の周囲を回転してポンプの機能を発揮するもので、請求
項１はパイプ巻体と回転軸を一体に回転させる場合を記
載しており。請求項２はパイプ巻体が固定軸４−１と一
体でなく固定軸４−１に回転取付部１８−１を取付けて
固定軸４−１の周囲を回転させる場合を記載している。
どちらの軸の形式を採用するかは気液巻体ポンプ装置の
規模、場所、状況に応じて適宣選定するものとする。回
転軸４も固定軸４−１も、軸の内部をパイプを通過させ
る場合は内部を空洞にするひつようがある。『回転軸４
または固定軸４−１』の空洞内を通過させる技術的理由
は、回転するパイプ巻体３の固定（支承）に障害となる
原因を排除することにあり、１つは、気液の流入過程の
流入パイプ（伸展流入部１７）を軸内に潜らせること、
２つ目は、気液の圧送過程の圧送パイプ（回転圧送管７
または圧送パイプ１０）を軸内に潜らせることにあり、
このように、軸内を通過させることで軸受１８の取付け
や軸の固定が可能となる。

【手続補正２１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８３】本発明の請求項３は、パイプ巻体３への気
液の流入方式の技術的内容を記載しており、その流入技
術には気液流入口６の設置位置から４方式があり、本発
明では、パイプ巻体３の下部の一部を浸漬させる方法を
『浸漬式』とし、気液流入口６の流入パイプ（伸展流入
部１７）を巻体の外周側に伸展する方式を『伸展流入
式』とし、流入パイプを軸の内部に潜らせる方法を『軸
内伸展式』とし、流入パイプを回転軸の内部から再度回
転軸外へ伸展させて流入させる方法を『軸外伸展式』と
仮称する。図６は、気液流入口６からの気液流入（汲込
み）の方式の詳細を記載する。（イ）は『浸漬式』で、
パイプ巻体の下側に水源がある場合の方式で、気液パイ
プ巻体３の下部の一部を液中に浸漬するとともに、気液
パイプ巻体３と同時に巻体のまま回転しながら吸気汲水
させる方式で、人力回転や小揚程の気液巻体パイプ３に
適しているが、一方、気液巻体パイプ３と液路の液体と
の摩擦面積が大きく、抵抗が大きく動力や騒音が大きく
なるのが欠点である。（ロ）は『伸展流入式』で、
（イ）と同様にパイプ巻体の下側に水源がある場合の方
式で、気液パイプ巻体３の流入パイプの一端を気液パイ
プ巻体３よりも外周側へ伸展させて気液流入口６を設け
るもので、パイプ巻体３の回転で液体との摩擦損失を低
減させることが主目的である。この場合、外周側へ伸展
させて設けた気液流入口６は、添板や枠等を付設して安
定を図ってよい。この方法は、小規模から大規模、小揚
程から大揚程まで巾広く適している。（ハ）は『軸内伸
展式』で、気液パイプ巻体３を浸漬させずにパイプ巻体
の側方の水源から汲水させる方式で、気液パイプ巻体３
の流入パイプの一端を伸展させて、回転軸又は固定軸の
内部に潜らせて液体を汲水するもので流入水位を適切に
保つ必要がある。液体との摩擦抵抗が小さく、メンテナ
ンスが容易な方式である。また、固定軸を使用する場合
はパイプ巻体の両側から固定軸を設置し、汲水には接続
機器を接続することが適している。この場合、図３２、
図３３に示すように両側方向からパイプ巻体に向かって
複数の固定軸を設けて、接続機器も両側に設けてもよ
い。（ニ）は『軸外伸展式』で、（ハ）と同様に気液パ
イプ巻体３を浸漬させずにパイプ巻体の側方の水源から
汲水させる方式で、気液パイプ巻体３の流入パイプの一
端を伸展させて回転軸又は固定軸の内部に潜らせてのち
再度外部に伸展させて気液流入口６を設けて近くの液路
から気液を吸気汲水する方式。水位が低い場合等に採用
される構成で気液流入口６は、添板や枠等を付設して安
定を図ってよい。この場合も、固定軸を使用する場合は
パイプ巻体の両側から固定軸を設置し、汲水には接続機
器を接続することが適している。

【手続補正２２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８４】本発明の、請求項４に記載する、パイプ巻
体３を回転させる軸の構成を『回転する回転軸４』又は
『回転しない固定軸４−１』として、単数または複数に
構成するものである。回転軸の構成方式には、『回転さ
せる回転軸４』と、『回転させない固定軸４−１』とが
あり、いずれも内部をパイプを通過させる場合は空洞状
に構成する必要があり、回転軸の本数構成は単数だけで
なく複数の構成でもよい。『回転させる回転軸４』を使
用する場合はパイプ巻体と一体に回転させるもので、小
規模の場合、通常は回転軸は単数でパイプ巻体を貫通さ
せる構成（図面の多くはこの方法を示す）が便利であ
る。一方、『回転させない固定軸４−１』を使用する場
合は、固定軸は回転せずパイプ巻体を回転させながら支
えるもので、大規模の場合には固定軸を両側からパイプ
巻体側へ延伸させてパイプ巻体を貫通させない構成（図
３２、図３３に例図を示す）が便利である。ただし、い
ずれも限定するものではなく規模、場所、状況に応じて
適宣選定してよい。

【手続補正２３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８５】本発明の、請求項３について、図６（ハ）
（ニ）、図３２、図３３に示すように、気液の流入する
気液流入パイプ（伸展流入部１７）を回転軸の空洞内を
潜らせ、また、請求項１及び請求項２について、図１等
に示すように、圧送パイプ（回転圧送管８又は圧送パイ
プ１０）を回転軸の空洞内を潜らせ、空洞内を通過する
部分に軸の固定又は軸受１８の取付けを行うものであ
る。このように、流入工程と、圧送工程で、パイプを空
洞内に通過させることで、安定的な設置を可能にしたこ
とが特徴である。

【手続補正２４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８６】本発明の、接続機器９は回動自在連結具と
も言われ、気液流出管７又は回転圧送管８と回転しない
圧送パイプ１０を接続して、気密、水密、回動自在の機
能を保つことにある。低圧から高圧まであり、ゴム、プ
ラスチック、金属製品等の材質で圧力に対応して製作す
る必要がある。国内では、（新潟鉄工製品）が使用可能
であるが、これに限定するものでなく、今回の発明に対
応する接続機器を製作することがよく、ゴム、プラスチ
ック、金属製を開発するのが効果的である。接続機器９
は、気密、水密、回動自在の機能を保つ役目があるた
め、従来の例に見られるように、回転力、外力、ポンプ
巻体の荷重等の負担させないことが本発明の主眼であ
る。

【手続補正２５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９５】本発明の、請求項１１、請求項１２につい
て、大気下と圧気下との隔壁間を、気液と固形物の相互
への輸送だけでなく、気液分離室を設けて圧気内へ気体
を供給してコンプレッサーの役目ををもさせるもので、
図１２は、大気側から圧気側への輸送状況の概念説明図
であり、図１３は、圧気側から大気側への輸送状況の概
念説明図である。

【手続補正２６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９６】本発明の、請求項１３について、図１４〜
１７に示すように、パイプ巻体３の回転軸４の方向を水
流方向に直角にして、回転軸４を軸受１８に設置して、
水流エネルギーを回転の駆動力に利用する。回転軸４ま
たはパイプ巻体３に羽根を取り付けて水流力で羽根を回
転させて水流のエネルギーを確保する。この場合もパイ
プ巻体３はできるだけ浸漬を避け羽根のみの浸漬がベタ
ーである。特に図１７は、従来の河川の取水堰として堤
防を越えて送水させた方法を、堤防を堀割ることなく河
川の自然力で取水を可能にする方法である。

【手続補正２７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０６】本発明の、実験計算例（１）加圧された混
合気液圧送例 図１に示すように、気液巻体ポンプ装置の気液流入口を
回転毎に水中に水没させて揚水し圧送管に貯液槽を接続
し、パイプ巻体を回転させて、以下に述べる条件で気液
圧送を行い、混合された加圧気液の圧送力を揚程高と揚
液量とした場合の計算値を示した。揚程高の計算値は、
圧送パイプを水中に注入した場合の注入深度と置換えて
もよい。すなわち、揚水と同様に水中に気液を注入場合
にも使用する。この計算には高圧化後の気液量の高圧に
よる調整を考慮していない。

【手続補正２８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０８】実験計算例（２）加圧気体圧送例 気液巻体ポンプ装置の圧送管に気液分離機器を付設し、
パイプ巻体を回転させて、以下に述べる条件で気液圧送
を行い、加圧気体を気液分離機器で分離して外部の圧気
貯留装置に圧送し（加圧液体は外部に排出し）加圧気体
の圧力を液柱相当高と加圧量とした場合での計算値に示
した。この計算には高圧化後の気液量の高圧による調整
を考慮していない。

【手続補正２９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１１】

【発明の効果】本発明によると、従来、パイプ巻式ポン
プに実現できなかった『回転軸又は固定軸』と『接続機
器』と『回転圧送するパイプ』の３者の機能が共存でき
る構成が実現したため、回転軸の固定設置、係留設置の
いずれも安定的、機能的で、実用化が容易となった。

【手続補正３０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１３】さらに、本発明によると、従来回転軸の固
定に障害となった圧送パイプを、回転軸の空洞内に配置
したため、回転軸を軸受等によって安定して固定できる
ようになった。

【手続補正３１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、請求項１の場合を示し、回転軸４又
は固定軸４−１を液路に固定して、パイプの単層巻式の
モーター駆動で揚水に使用し、パイプ巻体の下部を水中
に浸漬させて圧送する『浸漬式』の側面例図を示す。

【図２】本発明の、請求項３の場合を示し、パイプ巻体
の下部を浸漬させないで、伸展流入部１７として伸展さ
せて気液流入口６とした、『伸展流入式』の例図。
（Ａ）は圧送の側面図、（Ｂ）はパイプ巻体の断面説明
図である。

【図３】本発明の、タイヤ形のパイプ巻体３の気液流入
口６の代表形式の３例を図示したもので、（Ａ）は浸漬
式、（Ｂ）は伸展流入式、（Ｃ）は軸外伸展式とした例
図である。

【図４】本発明の、請求項３の『軸内伸展式』を示し、
多層巻のパイプ巻体３を浸漬させないで、伸展流入部１
７を軸内に配置して、接続機器をパイプ巻体の両側に設
けて側方の水源から気液を流入させて気液流入口６とし
た例図である。

【図５】本発明の、請求項３の『軸外伸展式』を示し、
多層巻のパイプ巻体３を浸漬させないで、伸展流入部１
７を軸内に配置したのち再度外部に伸展させて側方の水
源から気液を流入させて気液流入口６とした例図であ
る。

【図６】本発明の、請求項３の場合を示し、回転軸を使
用した気液流入口６の設置位置の代表形式の４例を図示
したもので、（イ）は胴体浸漬式、（ロ）は伸展流入
式、（ハ）は軸内伸展式、（ニ）は軸外伸展式とした例
図である。

【図７】本発明の、請求項７の場合を示し、回転軸４を
使用した軸受の設置位置例と、パイプ巻体の巻形式を示
したもので、（イ）は円筒形、（ロ）は円錐台形、
（ハ）はタイヤ形（またはドーナツ形）、（ニ）はタイ
ヤ形の変形、（ホ）は太鼓形、（ヘ）は鼓形、（ト）は
円盤形（又は蚊取り線香形）を示す。

【図８】本発明の、請求項８の場合を示し、自転車の後
輪にパイプ巻体を設けて、回転軸を回転させてパイプ巻
体３を、人力で稼働させる気液巻体ポンプ装置の例図で
ある。

【図９】本発明の、請求項８の場合を示し、人力で足踏
みでパイプ巻体を回転させて稼働させる気液巻体ポンプ
装置の例図である。

【図１０】本発明の、請求項９の場合を示し、既存の他
の目的の駆動力を駆動源に利用した例図、ここでは自転
車をパイプ巻体の回転力に転用した例図である。

【図１１】本発明の、請求項９の場合を示し、既存の他
の目的の駆動力を駆動力に利用した例図、ここでは自動
車をパイプ巻体の回転力に転用した例図である。

【図１２】本発明の、請求項１１の場合を示し、大気側
から隔壁先の圧気側へ、気体、液体、固体等を混相流で
圧送する説明例図である。

【図１３】本発明の、請求項１２の場合を示し、圧気側
から隔壁先の大気側へ、気体、液体、固体等を混相流で
圧送する説明例図である。

【図１４】本発明の、請求項１３の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸をフロートに取付けた軸受に固定した水流
浮上式の気液巻体ポンプ装置の遠景説明例図である。

【図１５】本発明の、請求項１３の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸をフロートに取付けた軸受に固定した水流
係留式の気液巻体ポンプ装置。（イ）は水流により回転
する気液巻体ポンプ装置の斜視例図。（ロ）側面の構成
例図である。

【図１６】本発明の、請求項１３の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸をフロートに設けた軸受に固定した水流係
留式の気液巻体ポンプ装置の、（イ）は側面構成例図、
（ロ）は構成断面例図である。

【図１７】本発明の、パイプ巻体の回転軸を河川、液路
の水流の上に設けた軸受に固定し、堤防を越えて水流力
で圧送させる気液巻体ポンプ装置の１例図である。

【図１８】本発明の、請求項１３、１４の場合を示し、
（イ）は、パイプ巻体の回転軸を水流に平行に設置し
て、水流力をプロペラで回転力に取入れる説明例図で、
（ロ）は、スクリュー式羽根をパイプ巻体の外側に配置
して、水流力を回転力に取入れる説明例図、（ハ）は、
パイプ巻体の回転軸を水流に直角に設置して、羽根をパ
イプ巻体の外側に配置して、水流力を回転力に取入れる
説明例図である。

【図１９】本発明の、請求項１４の場合を示し、（Ａ）
は、パイプ巻体の下部を浸漬流入式として、回転軸を水
流に平行に設置して、プロペラで回転力に取入れ複層の
巻体の構成例図、（Ｂ）は（Ａ）の場合の伸展流入式と
した、プロペラで回転力に取入れ複層の巻体の構成例図
である。

【図２０】本発明の、請求項１４の場合を示し、パイプ
巻体の下部を浸漬流入式として、回転軸を水流に平行に
設置して、パイプ巻体の外側にスクリュー式羽根配置し
て、回転力に取入れ単層の巻体の構成例図である。

【図２１】本発明の、請求項１０の場合を示し、水面上
のフロートに回転軸と軸受を設置して、パイプ巻体を、
風力で回転させて、気液を水中に圧送して、曝気や溶存
酸素の増強等の水質浄化への利用例図である。

【図２２】本発明の、請求項１０の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸を水面上に固定設置して、風力で回転させ
て、気液を水中に圧送して、曝気や溶存酸素の増強等の
水質浄化への利用例図である。

【図２３】本発明の、請求項１５の場合を示し、気液分
離機器１３を分離して、加圧気体のみを加圧気体貯留装
置１４に圧送する例図である。

【図２４】本発明の、請求項１７の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸を水槽等の水面上に浸漬式に固定設置し、
水質浄化の曝気への利用例図である。

【図２５】本発明の、請求項１７の場合を示し、パイプ
巻体の回転軸を池、湖、堀等の水面上に固定設置して、
溶存酸素の増強等の水質浄化のための曝気への利用例図
である。

【図２６】本発明の、請求項１７の場合を示し、気液巻
体ポンプ装置から水槽等に圧送して、水質浄化と水槽内
の動植物のための溶存酸素の供給等への利用例図であ
る。

【図２７】本発明の、請求項１７の場合を示し、気液巻
体ポンプ装置から気液を水中に圧送して、水耕栽培の植
物や微生物のための溶存酸素の増強や施肥等への利用例
図である。

【図２８】本発明の、請求項１７の場合を示し、入浴や
スポーツ施設等の水槽に気液を供給し、健康、娯楽、休
養に利用し、水質改善や新鮮水の入れ替え等への利用例
図である。

【図２９】本発明の、請求項１７の場合を示し、パイプ
巻体を水質浄化の回転板曝気方式の回転板と併設して気
液を水中に圧送し、水質浄化の回転板曝気方式として使
用した例図である。

【図３０】本発明の、請求項１７の場合を示し、パイプ
巻体を水質浄化の接触曝気方式に併設して気液を水中に
圧送して、水質浄化に使用した例図である。

【図３１】本発明の、請求項１７の場合を示し、パイプ
巻体を水質浄化の活性汚泥方式に使用した例図である。

【図３２】本発明の、回転軸４と固定軸４−１の断面例
図の対比を示し、（イ）は回転する回転軸４の側断面説
明例図、（ロ）はパイプ巻体の両側に固定軸４−１を設
けて回転取付部１８−１によって固定軸４−１を軸に回
転する例図である。

【図３３】本発明の、固定軸４−１をパイプ巻体の両側
に固定設置し、２個の回転取付部１８−１と接続機器９
で、パイプ巻体３を回転取付部１８−１の周囲に回転さ
せ、汲水と圧送をする例図で、（イ）（ロ）は側断面図
で（ハ）は回転取付部１８−１と接続機器９の構成詳細
図である。

【図３４】本発明の、気体、液体、固体の混相流（３相
流）の圧送例を図示したもの。

【符号の説明】 １ パイプ ２ リング状流路 ３ パイプ巻体 ４ 回転軸 ４−１ 固定軸 ５ 液路 ６ 気液流入口 ７ 気液流出管 ８ 回転圧送管 ９ 接続機器 １０ 圧送パイプ １１ 気液の流出口 １２ 液槽、液路 １３ 気液分離機器 １４ 加圧気体貯留装置 １５ 駆動源 １６ 羽根（プロペラ、スクリュー共を含む） １７ 伸展流入部 １８ 軸受 １８−１ 回転軸取付部 １９ 駆動力伝達部 ２０ フロート ２１ 隔壁 ２２ 踏み台 ２３ 接触材（接触ろ床） ２４ 散気管 ２５ 逆洗管 ２６ 回転板 ２７ 水耕植物 ２８ 水耕ベット

【手続補正３２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３２】

【手続補正３３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３３】

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部が空洞状の回転軸４をほぼ水平に設
   け、周りにパイプ１を巻いて連通したリング状流路２を
   形成したパイプ巻体３を、回転軸４と一体に回転可能に
   構成し、水面近くに設けた軸受１８に回転軸４を取付
   け、パイプ巻体３のパイプの一端の開口を気液流入口６
   としてパイプ巻体３の最終リングから流出管７を経て、
   回転軸４の空洞部内に入り、回転軸４と一体に回転する
   回転圧送管８として通過し、気密水密性があり回転自在
   で連通する接続機器９の一端に、回転軸４と共に接続
   し、接続機器９の他端は回転しない圧送管１０に接続し
   必要な箇所に延伸して気液流出口１１とする、パイプ巻
   体３を駆動源１５により回転させ、気液流入口６を回転
   毎に水没させて気体と液体を交互に、パイプ巻体３の気
   液流入口６より連通したリング状流路２に流入させ、各
   リング状流路２内の気体と液体を重力の作用で上下に分
   離し前後に水位を形成した封水状態を、維持する回転速
   度の０．０１〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回
   転させ、各リング状流路２内を順次移動させて最終リン
   グを通過後、封水状態を解消して流出管７から回転軸内
   の回転圧送管８に入り接続機器９を経て圧送パイプ１０
   に至り、圧送パイプ１０以降で気液の流れに抵抗を与え
   ることで、パイプ巻体３のリング状流路２内の封水状態
   の前後の水位に自動的に水位差を起こさせ、パイプ巻体
   ３に圧送力を生起こさせ目的場所へ圧送する気液巻体ポ
   ンプ装置。
2. 【請求項２】パイプ巻体３の下部の一部を水中に浸漬さ
   せて回転毎に気液を流入させる請求項１記載の気液巻体
   ポンプ装置。
3. 【請求項３】パイプ巻体３を浸漬させないで、パイプ巻
   体３のパイプを伸展させて伸展流入部１７とし、気液流
   入口６をパイプ巻体３の外周よりも更に外側の離れた位
   置に設置する請求項１記載の気液巻体ポンプ装置。
4. 【請求項４】パイプ巻体３のパイプ１を伸展させて伸展
   流入部１７とし、パイプ巻体３から回転軸４の空洞部内
   の一部を経て、パイプ巻体３から間隔をあけて回転軸４
   の空洞部から再度回転軸外に伸展させて気液流入口６と
   し、パイプ巻体３の回転軸と共に回転させて、回転毎に
   気液流入口６のみを水没させて気体と液体を流入させる
   請求項１記載の気液巻体ポンプ装置。
5. 【請求項５】気液流入口６から流入する気体と液体の体
   積比を調節して、気泡効果を発揮させ揚程または水中注
   入深度の大小を操作する請求項２または請求項３または
   請求項４記載の気液巻体ポンプ装置。
6. 【請求項６】パイプ巻体３の、パイプ１の巻層を単層ま
   たは多層とする請求項２または請求項３または請求項４
   または請求項５記載の気液巻体ポンプ装置。
7. 【請求項７】パイプ巻体３の巻形式を、円筒型、又は円
   錐台型、又はドーナツ型、又はたいこ型、又は鼓型、円
   盤型に製作する請求項２または請求項３または請求項４
   または請求項５記載の気液巻体ポンプ装置。
8. 【請求項８】パイプ巻体３を回転させるため、パイプ巻
   体３または回転軸４に駆動力伝達部１９を設けて、足踏
   みまたは、自転車漕ぎにより、人力でパイプ巻体３を回
   転させる請求項２または請求項３または請求項４記載ま
   たは請求項５の気液巻体ポンプ装置。
9. 【請求項９】パイプ巻体３または回転軸４に駆動力伝達
   部１９を設け、既存の他目的の駆動源を利用して、パイ
   プ巻体３を回転させる請求痕２または請求項３または請
   求項４または請求項５記載の気液巻体ポンプ装置。
10. 【請求項１０】パイプ巻体３の回転の駆動力として、水
    流力、モーター、エンジンだけでなく、風力のエネルギ
    ーをも使用し、回転軸４またはパイプ巻体に付設した駆
    動力伝達部１９に作用させて回転する請求項２または請
    求項３または請求項４または請求項５記載の気液巻体ポ
    ンプ装置。
11. 【請求項１１】パイプ巻体３を、大気界に設置して、パ
    イプ巻体３の圧送パイプ１０を隔壁先の圧気界に貫通さ
    せて、大気界から圧気界へ気体と液体または気体と液体
    に固形物を混入して、出し入れする請求項２または請求
    項３または請求項４または請求項５記載の気液巻体ポン
    プ装置。
12. 【請求項１２】パイプ巻体３を、圧気界に設置して、パ
    イプ巻体３の圧送パイプ１０を隔壁先の大気界に貫通さ
    せて、圧気界から大気界へ気体と液体または気体と液体
    に固形物を混入して、出し入れする請求項２または請求
    項３または請求項４または請求項５記載の気液巻体ポン
    プ装置。
13. 【請求項１３】パイプ巻体３の回転軸４の方向を、水流
    方向に直角に設置し、回転軸４をフロート２０に設けた
    軸受けに取り付けて、回転軸４または回転軸４に取付け
    たパイプ巻体３の外側に羽根１６を付設して、接続機器
    ９に気液巻体の荷重や水流力の力を掛けないで、パイプ
    巻体３を水流と平行の方向に、水流のエネルギーで回転
    させる請求項２または請求項３または請求項４または請
    求項５記載の気液巻体ポンプ装置。
14. 【請求項１４】パイプ巻体３の回転軸４の方向を、水流
    方向に平行に設置し、回転軸４をフロート２０に設けた
    軸受けに取り付けて、回転軸４または回転軸４に取付け
    たパイプ巻体３の外側に羽根１６を付設して、接続機器
    ９に気液巻体の荷重や水流力の力を掛けないで、パイプ
    巻体３を水流と直角の方向に、水流のエネルギーで回転
    させる請求項２または請求項３または請求項４または請
    求項５記載の気液巻体ポンプ装置。
15. 【請求項１５】圧送パイプ１０に気液分離機器１３を付
    設して、加圧気体と加圧液体を分離させて加圧気体貯留
    装置１４に貯留して加圧気体を各種の用途に使用する請
    求項２または請求項３または請求項４または請求項５記
    載の気液巻体ポンプ装置。
16. 【請求項１６】圧送パイプ１０によって圧送する物質
    を、気体と液体、または気体と液体と固体とする請求項
    ２または請求項３または請求項４または請求項５記載の
    気液巻体ポンプ装置。
17. 【請求項１７】パイプ巻体３の圧送パイプ１０の、加圧
    気体と加圧液体を同時または別々に水中へ注入し、溶存
    酸素の増強、活性汚泥、接触曝気、回転盤等の各浄化方
    式の曝気手段に使用し、水中の微生物や動植物への酸素
    や養分の供給手段、水底部分の汚泥等への酸素供給、プ
    ール、風呂等入浴部へ気液を放出し、スポーツや娯楽健
    康増進に使用する請求項２または請求項３または請求項
    ４または請求項５記載の気液巻体ポンプ装置。