JP2007051600A - 深井戸用ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 地下水が間歇的にしか溜まらない口径の小さい高深度、例えば地上から水面まで１０ｍ以上あるボーリング孔から揚水する際、渇水状態となり揚水が一旦途切れても再び水が溜まれば自吸できるポンプが必要である。
【解決手段】揚水管11の上端部に接続した水受けタンク12、該水受けタンクと該揚水管の間に設置した遮断弁7、該揚水管の下端部に接続した貯水ポット2、該貯水ポットの下端部に設置した逆止弁9、該貯水ポットの上端部に接続した空気導管3、該空気導管に圧縮空気を供給するコンプレッサー10、該空気導管と該コンプレッサーの間に設置した遮断弁6、該空気導管より空気を排気する排気ポンプ4、該排気ポンプと該空気導管の間に設置された遮断弁5、上記複数の遮断弁の開閉タイミングを自動制御する遮断弁制御ユニット8より構成される深井戸用ポンプ
【選択図】 図１

Description

本特許は主として、地下水が間歇的にしか溜まらない口径の小さい高深度ボーリング孔から地下水を揚水するポンプに関するものである。

地下水の揮発性有機化合物や重金属による汚染状況のモニタリングでは、口径50mm程度のボーリング孔から水を連続的に採取して分析したり、ボーリング孔から揚水した地下水の地上での浄化操作が行われる。ボーリング孔へ湧き出る地下水量が多い場合にはくみ出しには特段の問題がないが、地下水湧き出し量が少なく間歇的にしか溜まらない場合には、従来のポンプでは以下のとおり、多くの不都合が生じる。
実用新案登録第３１１０４２４号 化学工学便覧 改訂４版 化学工学協会編 ｐ２４１〜ｐ２５４（１９７８年発刊）

地下水湧き出し量の少ないボーリング孔からの揚水時には、揚水量が湧き出し量を超えないよう常時揚水用ポンプの水量を調節するか、渇水状態となり揚水が一旦途切れてても、地下水が再び溜まれば再度揚水が可能な自給式ポンプを設置する必要がある。
地下水の湧き出し量は降雨量等に支配されるため日変動や季節変動が大きく、揚水量をそのつど調節するのに多くの人手がかかっていた。また、揚水量の自動調節のためには例えば地下水面のレベルを検知して揚水量を自動調節する方法があるが、水面レベルが低い場合にはレベル検知計の設置が容易でない。

一方、渇水により揚水が一旦途切れても、地下水が溜まれば再度揚水が可能な地上設置の自給式ポンプとしては遠心ポンプやローラーポンプ等の適用が可能であるが、遠心ポンプでは一般に呼び水を必要とすることから、自動化が複雑になることや呼び水不要の遠心ポンプでは装置が大型となり高価となる難点があった。またローラーポンプでは、その原理上チューブを強く圧迫して負圧を発生させることから、チューブの耐久性に問題があり、連続使用には不向きであった。

上述の従来の地下水吸引ポンプでは、湧き出し水量が比較的少ないボーリング孔から揚水する場合、湧き出し量にあわせて揚水量を調節するために多くの人手を要し、また渇水状態になって揚水が途切れると再び水が溜まった時に自動的に復帰させるに複雑なシステムが必要であった。

これらの課題を解決するために本発明と同一のグループの発明者等は、先に地上設置のエゼクターを使用する地下水吸引装置の考案（実用新案 登録第３１１０４２４号）を行なった。本考案は、上記課題を解決するものであるが、エゼクターにより揚水管を減圧し、大気圧との差圧で地下水を吸引する方式であるため、原理上大気圧に相当する水柱高さ、すなわち約10ｍの揚程しかなく、地上から水面までの深さがこれ以上の深度のボーリング孔からは、地下水を吸引できない課題があった。

また、水中ポンプの適用も考えられるが、深度が深くなるほど大型のポンプを必要とするため、口径の小さいボーリング孔の場合、水中への投入が出来ない場合が多々あった。

本発明は上記の課題を解決しようとするものであり、渇水して揚水が途切れても地下水が再度溜まれば、特別な操作をすることなく復帰し連続運転ができる簡易な深井戸用ポンプを提供するものである。

上記目的を達するために、請求項１の発明は、地下水をくみあげるポンプにおいて、揚水管の上端部に接続した水受けタンク、該水受けタンクと該揚水管の間に設置した遮断弁、該揚水管の下端部に接続した貯水ポット、該貯水ポットの下端部に設置した該貯水ポット内が負圧時に開く逆止弁、該貯水ポットの上端部に接続した空気導管、該空気導管に圧縮空気を供給するコンプレッサー、該空気導管と該コンプレッサーの間に設置した遮断弁、該空気導管に接続し該空気導管より空気を排気する排気ポンプ、該排気ポンプと該空気導管の間に設置された遮断弁、上記複数の遮断弁の開閉タイミングを自動制御する遮断弁制御ユニットから構成されている。

上記構成において、上記３つの遮断弁の開閉を夫々制御することで、まず貯水ポット内の空気が排気ポンプにより排気され、貯水ポット内が負圧となり、地下水が逆止弁よりポット内に吸引される。次に一定時間後夫々の遮断弁の開閉を切り替えることにより、貯水ポット内にコンプレッサーから圧縮空気が供給され、逆止弁が閉じると共に、貯水ポット内に貯留された地下水は揚水管を通じて地上に押し出される。一定時間間隔で上記操作が繰り返される。遮断弁の開閉タイミングは遮断弁制御ユニットで自動制御される。

上記発明において、排気ポンプとしてはダイアフラムポンプ、油回転真空ポンプまたは水エゼクター等一般的な装置が使用できるが、この場合貯水ポットへ地下水を吸引するだけの負圧を達成する性能であれば十分である。すなわち、貯水ポットの長さとしてはボーリング口への設置の容易さを考慮して、１ｍ程度が適当であり、このポット内に地下水を吸引する最低水中１ｍ程の負圧が達成できる排気ポンプであれば良い。高度真空度を達成する排気ポンプは必要ないことから、安価で簡易な構造の排気ポンプが適用でき、本発明の構成にあたり、機器の選択は極めて容易である。

地下水が枯渇した場合には、水の代わりに空気を吸引するだけで、何ら装置的なトラブルを起こす要因はない。一般の水用ポンプを空回りさせれば、ポンプの形式によってはキャビテーションによるエロージョンや加熱により材料が変形する故障をひきおこすことがあるが、本発明では上記のような恐れは一切無い。再度地下水が溜まり揚水を開始する際にも、呼び水は必要ない。

またボーリング孔には下端部に逆止弁を設置した貯水ポットと揚水管および圧縮空気供給用の空気導管のみを設置すればよく、孔径の小さなボーリング口にも極めて容易に設置が可能である。
投げ込みポンプを地下水中に設置する際には高深度ほど大型となるため、口径の大きなボーリング孔を必要とし、掘削経費もかさむが、本発明によれば、圧縮空気圧の調整のみで任意の高深度地下水の揚水が可能であり、口径の大きなボーリング孔は必要としない。
よって本発明の深井戸用ポンプにより、簡便で信頼性が高い地下水揚水が可能となる。

本発明の実施形態を図面により説明する。
図１は本発明の請求項１に関わる第１実施形態例の説明図である。

間歇的に貯留される地下水溜まり１に浸漬された貯水ポット２内の空気が、まず空気導管３を通して排気ポンプ４により排気される。この際遮断弁５、遮断弁６、遮断弁７は夫々遮断弁制御ユニット８により、開、閉、閉の状態とされる。排気ポンプ４により排気が進行するに伴い、貯水ポット２内が負圧になり逆止弁９が開き、地下水が貯水ポット２内に吸い込まれる。排気ポンプ４としてはダイアフラムポンプ、油回転ポンプ、ルーツ型ポンプ等の機械的ポンプや水エゼクターに代表される液噴射ポンプ、スチームエゼクター等が使用可能であるが排気ポンプの機能をもつものであればこれらに限定されない。

次に一定時間経過後、遮断弁制御ユニット８により、遮断弁５、遮断弁６、遮断弁７が夫々閉、開、開の状態に切り替えられる。これにより、コンプレッサー１０より圧縮空気が空気導管３を通じて貯水ポット２内に送られる。貯水ポット２内の圧力が高まると、貯水されていた地下水は揚水管１１を通じて押し上げられ、水受けタンク１２に送水される。この際、貯水ポット２内には圧力がかかっているため、逆止弁９は閉状態となり、ここから貯留された地下水が漏れ出すことを防止している。
水受けタンク１２内の地下水は、排水管１３より適宜連続または間歇的に系外に抜き出される。

遮断弁制御ユニット８により一定時間間隔ごとに遮断弁５、遮断弁６、遮断弁７の開閉が自動的に繰り返され、揚水操作が継続される。遮断弁制御ユニット８としては、各種タイマー、シーケンサー等タイマー機能を持つものが使用可能である。

本実施形態例１では、貯水ポット２の数を１基とした場合を示したが、貯水ポット２の数は１基に限定されるものではなく、複数での構成が可能である。すなわち、空気導管３と揚水管１１を分岐して複数の貯水ポット２に接続することで、複数の地下水溜まり1から同時に揚水が可能となる。

なお、本発明は地下水面までの深さが１０ｍ以上の深井戸からの揚水に適用可能であることを特徴としているが、適用は深井戸に限定されるものでは無く、深さが１０ｍ以下の浅
井戸用にも適用可能である。浅井戸の場合には排気ポンプ４の吸引口側に地下水が到達しないよう、排気ポンプの到達真空度仕様を選定するか、吸引口の圧力が所定圧力以下になった場合には大気を吸い込むことで吸引圧力を調節する圧力調節弁（図示なし）を付設すれば良い。

以下実施例に基づき、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

前記図１の実施形態例に基づいた実施例１の結果を図２に示す。本実施例においては地下水面を模して容器を地上におき、高さ５〜１８ｍの位置から貯水ポット2をこの容器中に懸垂させた。排気ポンプ4、遮断弁５、遮断弁６、遮断弁７、遮断弁制御ユニット８、コンプレッサー1０、水受けタンク１２等は空気導管３および揚水管１１の長さ変化に応じて高さ５〜１８ｍの位置に設置した。排気ポンプ4としてはダイアフラムポンプを使用した。揚水流量は前記地下水面を模しておいた容器の水レベル変化から計測し、平均値として示した。

図２によれば、揚水高さが高くなると、揚水流量は少しずつ低下するものの、その低下程度は少なく１８ｍとなっても、十分な揚水流量があることがわかる。
本実施例１では圧縮空気圧は５ kg/cm² とし、弁の開閉は２０秒間隔でおこなった。
なお、本実施例において、容器中の水が完全に無くなり、揚水しない状況ののち、再び水を入れ再度揚水量の計測を行ったが、全く同様の揚水量となった。

本発明の請求項１にかかわる第１実施形態例の説明図である。 図1の実施形態例に基づいた実施例１の結果の説明図である。

符号の説明

１ 地下水溜まり
２ 貯水ポット
３ 空気導管
４ 排気ポンプ
５ 遮断弁
６ 遮断弁
７ 遮断弁
８ 遮断弁制御ユニット
９ 逆止弁
10 コンプレッサー
11 揚水管
12 水受けタンク
排水管

Claims (1)

1. 地下水をくみあげるポンプにおいて、揚水管の上端部に接続した水受けタンク、該水受けタンクと該揚水管の間に設置した遮断弁、該揚水管の下端部に接続した貯水ポット、該貯水ポットの下端部に設置した該貯水ポット内が負圧時に開く逆止弁、該貯水ポットの上端部に接続した空気導管、該空気導管に圧縮空気を供給するコンプレッサー、該空気導管と該コンプレッサーの間に設置した遮断弁、該空気導管に接続し該空気導管より空気を排気する排気ポンプ、該排気ポンプと該空気導管の間に設置された遮断弁、上記複数の遮断弁の開閉タイミングを自動制御する遮断弁制御ユニットを備えていることを特徴とする深井戸用ポンプ
   

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