JP2008126225A - 水陸自在気液分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、気液ポンプ等の気液混合流を気液分離する装置はあったが装置内の水位に自動調整装置がないため分離機能が十分でなく、装置内の水位形成が上端、下端に片寄る場合が多く、その場合は気体に液体が、液体に気体が混入する現象が頻繁に起きた、また水中と陸上では機種が異なり、不便で実用性に乏しく普及も十分でなかった、従って気液ポンプの用途は狭いものであった。
【手段】 密閉容器内のフロートに連動する液体自動開閉装置と気体自動開閉装置を設けて気体と液体の流量を自動的に調整する装置を付設することで、フロートの上下変動は上端、下端に片寄った水位形成ができない装置となり、折角分離した気体と液体が再度の混合がない、また、水中、水面、陸上のいずれにも使用でき、気液分離の機能を確実化するとともに、気液ポンプの用途を拡大させた水陸自在気液分離装置。
【選択図】図１

Description

気液混相流を、気体と液体に分離して圧力気体と圧力液体を作り、各々用途分野へ圧送するものである。特に気液ポンプの気液混合流を圧力気体と圧力液体に完全に分離することで新規の利用分野が開拓ができる。

気液ポンプからの気液混合流は、本発明の水陸自在気液分離装置を通過後、液体は、気泡のない高濃度の溶存酸素水となるため、水質浄化、魚介類の養殖、水耕栽培の溶液、の各分野へ利用できる。

さらに、気泡のない高濃度の溶存酸素水として利用して、河海底、池沼底、ダム底等の閉鎖性海域の底層の水質の改善（酸素不足の解消）に利用できる。

さらに、気液ポンプの気液流を分離して、気体は圧縮気体として従来のコンプレッサー、ブロワの分野に参入するものである、例えば気泡ポンプの気体供給源として気泡掘削により、ダム底、池底の水中無汚濁掘削、魚養殖や釣り堀の魚糞等の汚泥除去、の各分野に容易に利用できる。

気液ポンプからの気液二相流の気液を分離する装置として、従来、水中での気液分離装置として、特許３３４１１１１号（深底資源吸引揚装置）の中に記載がある。 さらに、気液ポンプからの気液二相流の気液を分離する装置として、特許３４６００５３号（水底気泡掘削装置）の中に記載があり水中での気液分離装置がある。 本発明の水陸自在気液分離装置に最も多く使用が予想される『気液ポンプ▲Ｒ▼』とは特許第３１５８３５８号及び特許第３１８４９６０号の総称で、日本混相流学会（平成１４年）で実演発表は終えているが、ポンプの標準名、ポンプの種類、分類上の位置もまだ決められていない。パイプの巻体の回転で気体と液体を混合で圧送するポンプの総称で国内の工学図書にない新原理のポンプである。本発明の水陸自在気液分離装置と併用使用すると相乗効果で用途が拡大する。 また『気液ポンプ』名は文字商標として登録番号第４３２５１５０号である。

数年以前まで、気体圧送管の中に水抜き、また送水管の中の空気抜き、水タンクや空気タンクの水抜き、空気抜きがあったが、本格的な気液混合流を気液分離装置として活躍している装置は見当たらない。
近年出現した気液ポンプから圧送する本格的な気液混合流（気液二相流）があるがそのままでは用途は小さい、気液の完全分離で用途は格段に拡大する、そのため、本発明は確実な水陸自在気液分離装置の開発にある。

気液ポンプの出現以来、気液分離装置の必要性が増大してきた、水中で気液分離装置は特許３３４１１１１号及び特許３４６００５３号があるが、水中に限定されているため、本発明は、簡単で確実な水陸自在の気液分離装置の開発にある。

従来の気液ポンプからの気体液混合流（気液二相流）を気液分離する装置はあったが、その機能は十分でなく、実用化は遅れており、ままの状態では利用価値は小さいものであった、気液を完全に分離することでその用途は格段に拡大するもので、本発明は、簡単で確実な実用的な水陸自在気液分離装置の開発にある。

さらに本発明は、従来の気液分離装置は内部の水位が自動開閉できず、水位は上端、下端に容易に到達して、気液の再度混入が頻繁におきる欠点を解決する装置の開発にある。

さらに本発明は、陸上に設置ができて汚水等の場合でも取り扱いに困難性がない装置の開発にある。

さらに本発明は、浅水深、深水深でも水位形成が上下のどちらか一方に片寄らない気液分離機能がある装置の開発にある。

さらに本発明は、一旦気液が分離しても内部の水位が自動上下して液管の中に気体が、又は送気管の中に液体が混入することのない気液分離機能がある装置の開発にある。

さらに本発明は、送気管の長さ、送液管の長さに大差がある場合でも、又は送気管の放出位置、送液管の放流位置によっては内部水位の変動がスムーズに対応ができで、水位が上下の一方的な場所に片寄らずに、脈流の発生しない装置の開発にある。

さらに本発明は、簡単な部品構成として調整や故障が多発しない装置の開発にある。

さらに本発明は、液体開閉装置６と気体開閉装置７が自動開閉する場合でも、スムーズ自動開閉する装置の開発にある。

本発明は、前述した従来の気液分離装置の課題を解決するため、請求項１に記載の通り、密閉容器１に外部から気体と液体の混合流を注入する注入管２の注入口３と、密閉容器１内の下部から液体を外部へ自動圧送する送液管４の送液口５と、密閉容器１内の上部から気体を外部へ自動圧送する送気管６の送気口７を設ける、密閉容器１内に水位の自動変動に伴って上下変位するフロート８を設ける、フロート８に液体開閉装置９と気体開閉装置１０を付設してフロート８と連動させる、以上の構成として、外部から気液混合流を密閉容器１内へ注入することで、気体は上部に液体は下部に分離して貯留する、液体は下部の送液口５から送液管４を経て外部へ自動的に圧送され、気体は上部の送気口７から送気管６を経て外部へ自動的に圧送する、フロート８が水位低下で下部へ下がると送液口５が縮小して液体の流出量が減少して自動制御する、フロート８が水位に伴って上部へ変位すると送気口７が縮小して気体流出量が減少して自動制御する、送液口５と送気口７はフロート８の上下変位に伴って常に自動開閉するため、水位は極端な上端下端に達することなく中間付近に保ちながら、気体と液体は完全に分離して再度混合することなく外部へ圧送することに特徴がある。

さらに本発明は、請求項２に記載の通り、液体開閉装置９と気体開閉装置１０のどちらか一方を設置することに特徴がある。

さらに本発明は、請求項３に記載の通り、液体開閉装置９、気体開閉装置１０の片方または両方共、摩擦抵抗を緩和しながら開閉が容易にでき、また、吸い付き現象をも小さくするため円筒シャッター型を使用することに特徴がある。

さらに本発明は、請求項４に記載の通り、フロート８を、送液管４と送気管６のどちらか一方、または両方共に添わして設置して、送液管４と送気管６はフロート８の上下変位のレール役となってスムーズに上下連動ができ、送液口５と送気口７が容易に自動開閉する装置とすることに特徴がある。

さらに本発明は、請求項５に記載の通り、密閉容器１を縦長の円筒型に構成するもので、フロート８の縦の変動巾に余裕をもたせると共に、気液の間欠注入に対して気体と液体の貯留容量に余裕のある構成として密閉容器１から外部への圧送が間欠を緩和させながらスムーズに継続させることに特徴がある。

さらに本発明は、気液ポンプから圧送する気体液混合流（気液二相流）を簡単で確実な装置としてパイプや容器のみの機械類を使わない構成を可能にして、現在の実用性に欠ける気液分離を改善することに特徴がある。

さらに、本発明は、従来の気液分離装置ではできない機能、すなわち密閉容器１内の水位が上端、下端に容易に到達できない装置としたことに特徴がある。

さらに、本発明は、気液分離装置の設置を必要に応じて、水中だけでなく水面又は陸上のいずれの場所でも気液分離機能が発揮できることに特徴がある。

さらに、本発明は、浅水深、深水深でも気液分離機能に影響のないことに特徴がある。

さらに本発明は、送液管に気体の混入、送気管に液体の混入のいずも起きないことに特徴がある。

さらに本発明は、送気管の長さ、送液管の長さを変えても内部水位が一方的な場所に片寄らず、脈流の発生が緩和されることに特徴がある。

さらに本発明は、気液の両方共どのような場所で放出、放流しても気液分離装置内の水位は自動的に開閉できることに特徴がある。

さらに本発明は、自動水位調整装置として簡単構成として故障発生を最小にすることに特徴がある。

液体開閉装置６と気体開閉装置７が自動開閉する場合、吸い付き現象が起きない自動開閉がスムーズに出来ることに特徴がある。

本発明の水陸自在気液分離装置は、気液ポンプから圧送する気体液混合流（気液二相流）を簡単で確実に気液分離ができ、気液ポンプの用途を格段に大きくした。

さらに本発明は、気液分離装置の水中、水面、陸上の設置場所に関係なく気液分離機能が十分に発揮できる装置となった。

さらに本発明は従来の動力のままで使用でき、動力費の増加はない。

気液分離装置からの送気ホース、送水ホースの延長の長短や、設置場所の上下位置によっても気液分離機能に障害が起きない効果がある。

気液がほぼ完全に分離でき、圧縮気体流、圧力液体流が同時に確保できるため再度の分離容器を必要としなくなった。

気液混合流を気液分離することで、従来のコンプレッサーやブロワを使わずに容易に高圧気体、高圧液体の確保が可能となった。

気液ポンプの気液混合流では、無振動、無騒音的に高圧気体、高圧液体の確保が可能となり、騒音、振動公害を極端に小さくできる効果がある。

本発明の水陸自在気液分離装置で、発明を実施するための最良の形態は請求項５記載の通りであり水陸自在気液分離装置図１に示す通りである。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置図１を本発明に使用する最良の形態とする理由は、液体開閉装置９と気体開閉装置１０の送液口５、送気口７の開閉が送液管４と送気管６に添って自動的に大小に変化できると共に、円筒シャッターを採用して吸い付き現象を殆ど除外でき、フロート８と共に送液口５、送気口７の開閉が自動的に容易にできるためである。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置図１を本発明に使用する最良の形態とする理由は、設置環境、操作の如何に拘わらず気液分離機能に影響が殆どないことにある。

本発明の水陸自在気液分離装置は図１に示す通りで、水中でも陸上でも両方に利用でき、従来の水中気液分離装置とは原理・機能が異なり用途を拡大したもので、
注入口３は密閉容器１の上部、側側、下部のいずれに設置してもよい。
送液口５は密閉容器１内の下部に設けて、密閉容器１内を上部へ貫通させる設置がよい。
送気口７の設置位置は密閉容器１内の上部から送気管６を経て外部へ連通させる設置がよい。
フロート８は独立設置してもよいが、送液管４、送気管６に添わして送液管４、送気管６をレールの役目として利用することでスムーズに上下変位が可能となる。
送液口５は密閉容器１内の下部に設けるが、送液管４は下部から密閉容器１内を下部から上部へ貫通させてもよい。

本発明の水陸自在気液分離装置の密閉容器１の断面は、円形が適切と考えるが限定したものでなく、四角形、三角形等円形以外でもよい。

本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設することで、相乗効果を生み従来のポンプにない機能を発揮する。
例えば、気液ポンプ内を通過した液体は全て高濃度の溶存酸素水となる特徴があるため、水陸自在気液分離装置によって『気泡のない高濃度の溶存酸素水』を海、湖沼、ダム、池等の底層へ容易に漂流させて夏季に酸素不足解消手段として底層の改善ができる。

『気泡のない高濃度の溶存酸素水』は水底改善の最重要な要素で、現在の主な曝気は気泡方式（水車式、水中送気方式、微細気泡方式）のため折角の『高濃度の溶存酸素水』は気泡と共に上昇して底層に停滞して役立つ有用水は極めて僅かとなり動力費の割りに効果は小さい、これに比べて、本発明の水陸自在気液分離装置は『気泡のない高濃度の溶存酸素水』を底層へ放流でき、ほぼ１００％が底層に停滞して役立つ有用水となることが模型実験で確認できた、すなわち従来の底層曝気手法を原理的に改善できるものである。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置と気液ポンプと併用することで底層曝気方式は曝気水に関して『溶存酸素濃度』『水量』『放流時間』『放流場所』が全て数量的に確定して表示が可能で改善計画が明確となる。（従来式は気泡量は確定できても曝気水量は推定のみで確定できなかった）

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設して、ブロワもコンプレッサーも使わずに容易に圧力気体が確保できるため、動力費が嵩む従来の曝気分野に参入できる部分も多いと確信します。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設して、気体を分離後、気泡ポンプの給気に使用して海、湖沼、ダム、池等の底層の水中無汚濁掘削機として利用できる。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設することで、気液を分離して、液体は魚介類養殖の溶存酸素水を供給しながら、気体は気泡ポンプとして活用して魚糞の除去に利用でき、一つのポンプで二役を並行実施できる。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設することで、水耕栽培での高濃度酸素溶解水の確保に使用して、栽培農園の収穫向上に貢献できる。
以上の分野は、他のポンプでは見られない産業上の利用の可能性がある。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設することで、空気圧縮、冷凍の分野にも参入するものである。

本発明の水陸自在気液分離装置の全体図 液体開閉装置部の拡大説明図 気体開閉装置部の拡大説明図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 注入管
３ 注入口
４ 送液管
５ 送液口
６ 送気管
７ 送気口
８ フロート
９ 液体開閉装置
１０ 気体開閉装置

Claims (5)

1. 密閉容器１に外部から気体と液体の混合流を注入する注入管２の注入口３と、密閉容器１内の下部から液体を外部へ自動圧送する送液管４の送液口５と、密閉容器１内の上部から気体を外部へ自動圧送する送気管６の送気口７を設ける、密閉容器１内に水位の自動変動に伴って上下変位するフロート８を設ける、フロート８に液体開閉装置９と気体開閉装置１０を付設してフロート８と連動させる、以上の構成として、外部から気液混合流を密閉容器１内へ注入することで、気体は上部に液体は下部に分離して貯留する、液体は下部の送液口５から送液管４を経て外部へ自動的に圧送され、気体は上部の送気口７から送気管６を経て外部へ自動的に圧送する、フロート８が水位低下で下部へ下がると送液口５が縮小して液体の流出量が減少して自動制御する、フロート８が水位に伴って上部へ変位すると送気口７が縮小して気体流出量が減少して自動制御する、送液口５と送気口７はフロート８の上下変位に伴って常に自動開閉するため、水位は極端な上端下端に達することなく中間付近に保ちながら、気体と液体は完全に分離して再度混合することなく外部へ圧送する水陸自在気液分離装置。
2. 液体開閉装置９と気体開閉装置１０のどちらか一方を設置する請求項１記載の水陸自在気液分離装置。
3. 液体開閉装置９、気体開閉装置１０の片方または両方共、円筒シャッターとして上下変動して送液口５と送気口７を開閉する装置を使用する請求項１または請求項２記載の水陸自在気液分離装置。
4. フロート８を、送液管４と送気管６のどちらか一方、または両方共に添わせて設置する請求項１または請求項２または請求項３記載の水陸自在気液分離装置。
5. 密閉容器１を縦長の円筒型に構成する請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の水陸自在気液分離装置。

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