JP2023061104A - エアリフト装置の空気供給システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気の供給に係る動力を節減し得るエアリフト装置の空気供給システムおよび方法を提供する。【解決手段】粒状の固体と液体の混合物に対し空気を供給し、液体内で固体を搬送するエアリフトを行うエアリフト装置１と、エアリフト装置１に対しエアリフトのための空気を高圧で供給する高圧空気源８と、エアリフト装置１に対しエアリフトのための空気を低圧で供給する低圧空気源９とを備え、エアリフト装置１に対する空気の供給源を高圧空気源８と低圧空気源９との間で切替え可能に構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、粒状の固体と液体の混合物に対し空気を供給して固体を搬送するエアリフト装置に、搬送用の空気を供給するシステム、および方法に関する。

従来、排水等の浄化施設において、砂等の濾材を収容した濾過槽に対し浄化対象の原水を導入し、濾材によって原水を濾過して浄化すると共に、濾材を槽内で移動させながら洗浄する型式の濾過装置が用いられる場合がある。このような濾過装置の型式は移動床式と称され、図５はそうした移動床式の濾過装置の一例を示している。図５は、移動床式の濾過装置のうちでも、特に上向流連続式と称される型式の装置を示している。

濾過装置１は、濾過槽２の内部に砂等の粒状の固体である濾材３を収容して構成されている。濾過槽２は、胴部２ａと、該胴部２ａの下部に接続された縮径部２ｂによって構成された空間を有する槽である。胴部２ａは、全体として円筒状をなしており、縮径部２ｂは、円筒状の胴部２ａの下端から下方に向かって径が小さくなる逆円錐状をなしている。濾材３は、胴部２ａ内の中間部から下方にかけて堆積し、原水を通過させて濾過する層（濾過層）をなすほか、縮径部２ｂ内にも分布する。

濾過槽２の内部には、胴部２ａと縮径部２ｂを縦に貫くように、中心軸に沿ってエアリフト管４が設置されている。エアリフト管４は、濾材３を空気によって搬送し洗浄するための管であり、内側にあたる空気供給管４ａと、外側にあたる外鞘管４ｂを備えた二重管として構成されている。エアリフト管４は、中間部から下部にかけてが濾材３の層に埋まるように配置されており、下端は濾材３の層の内部に開口している。

空気供給管４ａの下端は、外鞘管４ｂの下端よりやや上方に位置しており、空気供給管４ａの下端が外鞘管４ｂの内部の空間において開口している。

一方、空気供給管４ａの上端は、濾過槽２内における水面の設定高さよりも上方へ突出しており、外鞘管４ｂの上端は、濾過槽２内における水面の設定高さよりも下方に位置している。外鞘管４ｂの上端部の周囲には、該外鞘管４ｂの上端を取り囲むようにカップ状の排水受け４ｃが取り付けられている。排水受け４ｃの底部には、外鞘管４ｂの上端部の外壁を取り囲み且つ下方へ伸びるように振分部４ｄが接続されている。振分部４ｄの内壁と、外鞘管４ｂの外壁の間には凹凸を備えたラビリンス構造が形成されており、後述するように、このラビリンス構造を通って排水受け４ｃ内の濾材３が濾過槽２内の空間に排出される一方、濾過槽２内の水は前記ラビリンス構造を通って排水受け４ｃ内へ上昇するようになっている。また、排水受け４ｃには、貯留した排水を濾過槽２の外部へ導くための排水管４ｅが接続されている。

濾過槽２内には、原水導入ライン５を通じて原水が導入されるようになっている。原水導入ライン５は、導入管５ａと、分配部５ｂとを備えて構成されている。

導入管５ａは、濾過槽２の外部から内部へ原水を導入する配管であり、出口端を分配部５ｂのセンターパイプ５ｃに接続されている。

分配部５ｂは、センターパイプ５ｃと、放出部５ｄを備えている。センターパイプ５ｃは、エアリフト管４の中間部の周囲を取り巻くように、エアリフト管４と同軸に備えられたパイプであり、上端部に導入管５ａの出口端が接続されている。センターパイプ５ｃの下端部からは、放出部５ｄが傘の骨の如く周囲へ放射状に伸びている。放出部５ｄは、濾過槽２内における胴部２ａの下端付近の高さにおいて水平方向に沿って配置されており、放出部５ｄの下面には、原水の放出口（図示せず）が設けられている。

濾過槽２上部の水面の設定高さには、濾過水回収部６が設けられている。濾過水回収部６は、カップ状の濾過水受け６ａと、該濾過水受け６ａの下部に接続されて濾過槽２の外部へ伸びる回収管６ｂを備えており、濾過水受け６ａの側壁を越流して濾過水受け６ａ内に侵入してきた濾過水が回収管６ｂを通じて回収されるようになっている。

さらに、濾過槽２内における縮径部２ｂの上部にあたる位置には、濾材案内部７が設けられている。濾材案内部７は、縮径部２ｂと同軸に配置された略円錐面状の板状の部材である。濾材案内部７のなす円錐面の頂点にあたる上端部は胴部２ａの下端付近の高さに位置し、そこから濾材案内部７の円錐面が下方へ拡径しつつ伸び、下端は縮径部２ｂの中間部に達する。濾材案内部７のなす円錐面の底辺にあたる下端部と、縮径部２ｂの内壁との間には隙間があり、該隙間を通じて濾材３が濾材案内部７よりも下方へ自重によって移動できるようになっている。

濾過装置１の運転時には、原水導入ライン５を通じて濾過槽２内に原水が導入される（尚、図５中では、原水やそれを浄化した後の濾過水、濾材３の洗浄後の排水といった水の流れを、Ｗの符号を付した矢印にて表している）。原水は、原水導入ライン５の分配部５ｂの放出部５ｄから放出され、ここから濾材３の層内を上方へ移動していく。この間に原水に含まれる汚濁物質が濾材３の間に捕捉され、原水が浄化される。浄化後の濾過水は、濾過槽２上部の水面高さにおいて濾過水回収部６から回収される。

このように濾材３による原水の浄化を行う場合、浄化能力を保つために、濾材３の間に捕捉された物質を洗い落とす必要がある。濾過装置１では、濾過槽２内へ空気を送り込む操作（エアリフトと称される）により、濾材３の洗浄を行うことができる。

エアリフト管４の空気供給管４ａに対し上端部から空気を送り込むと、濾材３の層内に位置する下端部から空気が吐出される。吐出された空気は、空気供給管４ａと外鞘管４ｂとの間の空間を上昇し、これに伴い濾材３の粒子が同じ空間内を上昇する（濾材粒子の動きは、図５中にＭの符号を付した矢印にて表している）。この過程で、濾材３の粒子が空気と共に水中で撹拌され、捕捉された汚濁物質が擦り落とされる。剥がれ落ちた汚濁物質は、周囲の水中に浮遊した状態で、水と共に前記空間内を上昇する。

汚濁物質を含む水は、外鞘管４ｂの上端に達すると排水受け４ｃに貯留され、排水管４ｅから排出される。ここで、排水管４ｅの入側端は排水受け４ｃ内の底部より上方に設けられており、排水受け４ｃ内において濾材３は自重によって下方へ沈むので、排水管４ｅから排水と共に濾材３が排出されてしまうことはほぼ防がれる。

排水受け４ｃの底部に溜まった濾材３は、振分部４ｄと外鞘管４ｂの間のラビリンス構造を通じて自重により下降し、濾過槽２内の濾材３の層へ戻る。ここで、排水受け４ｃ内の排水に含まれる汚濁物質は、濾材３と比較して比重が小さく、排水中を浮遊しているため、濾材３のように前記ラビリンス構造を容易に通り抜けることはない。さらに、排水受け４ｃ内の水面高さは、排水受け４ｃの外の濾過槽２内における水面高さよりは低くなるよう調整されており、この高低差により、前記ラビリンス構造には下方から上方へ向かう水の流れが形成されている。比重の小さい汚濁物質は、この水流によって排水受け４ｃ内に留められるが、比重の大きい濾材３は、水流にかかわらず自重によって前記ラビリンス構造を下方へ通り抜けることができる（尚、上に述べた空気供給管４ａと外鞘管４ｂの間の空間における水の上昇も、この高低差によって駆動される）。

振分部４ｄから下降した濾材３の粒子は、濾過槽２内における濾材３の層の上部へ堆積する。濾材３の層は、自重によって濾過槽２内を徐々に下降していく。縮径部２ｂの底部に達した濾材３の粒子は、エアリフト運転に伴い空気によってエアリフト管４内に巻き上げられ、洗浄されて再び層の上部へ戻る。

ここで、振分部４ｄから下降した濾材３の粒子は、濾過槽２内における中心軸付近にまず堆積するが、それより下方には円錐面状の濾材案内部７が設けられているため、該濾材案内部７の上側に堆積した濾材３の粒子は、濾材案内部７によって一旦外周部へ案内されてから、縮径部２ｂの内壁と濾材案内部７の下端の間を通過する量の粒子だけが、都度縮径部２ｂの下方へ移動していく。これにより、中心軸付近に高く堆積した濾材３の粒子の荷重がエアリフト管４の下端部に過剰に集中することは避けられる。

このようにして、濾過装置１では、エアリフトにより濾材３を洗浄しながら循環させることで浄化能力を保ちつつ、原水を濾材３によって連続的に浄化することができる。

尚、こうした移動床式の濾過装置に関する技術を記載した文献としては、例えば、下記特許文献１、２等がある。

特開２０１３－０９４７６９号公報 特開２００５－２６２０４５号公報

ところで、上述の如き移動床式の濾過装置では、エアリフトを長時間停止した後に開始する際、エアリフトを連続的に実行している間と比較して空気の供給に高い圧力が必要である。空気による濾材３の巻き上げを行わないと、エアリフト管４の下端部近傍の濾材３が、上方に積み重なった濾材３の荷重によって徐々に押し固められていき、そうして固められた濾材３を撹拌するにはより高い圧力の空気が必要となるものと考えられる。ただし、高い空気圧が必要となるのはエアリフトの起動直後の短い時間のみであり、その後の連続運転には低い空気圧で十分である。しかしながら、圧縮機やエアタンクを用いた一般的な仕組みの場合、供給する空気の圧力を要求圧力に応じて自在に変更することは困難である。結局、低い空気圧で十分な連続運転中においても、高い空気圧による運転を行わざるを得ず、動力の浪費が生じてしまっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、空気の供給に係る動力を節減し得るエアリフト装置の空気供給システムおよび方法を提供しようとするものである。

本発明は、粒状の固体と液体の混合物に対し空気を供給し、液体内で固体を搬送するエアリフトを行うエアリフト装置と、前記エアリフト装置に対しエアリフトのための空気を高圧で供給する高圧空気源と、前記エアリフト装置に対しエアリフトのための空気を低圧で供給する低圧空気源とを備え、前記エアリフト装置に対する空気の供給源を前記高圧空気源と前記低圧空気源との間で切替え可能に構成されていることを特徴とするエアリフト装置の空気供給システムにかかるものである。

本発明のエアリフト装置の空気供給システムは、前記エアリフト装置におけるエアリフトの運転状況を監視する運転監視部を備え、前記運転監視部から取得されるデータに基づき、前記エアリフト装置に対する空気の供給源を前記高圧空気源から前記低圧空気源へ切替え可能に構成することができる。

本発明のエアリフト装置の空気供給システムにおいて、前記運転監視部は、前記エアリフト装置に供給される空気の圧力を測定する圧力計、前記エアリフト装置の運転音を検出するマイク、前記エアリフト装置の運転状況を光学的に把握するカメラ、の少なくともいずれかとすることができる。

本発明のエアリフト装置の空気供給システムは、前記エアリフト装置においてエアリフトの運転が起動されてからの時間に基づき、前記エアリフト装置に対する空気の供給源を前記高圧空気源から前記低圧空気源へ切替え可能に構成することもできる。

本発明のエアリフト装置の空気供給システムにおいて、前記高圧空気源はボンベとすることができる。

本発明のエアリフト装置の空気供給システムにおいて、前記低圧空気源はブロワとすることができる。

本発明のエアリフト装置の空気供給システムにおいて、前記エアリフト装置は移動床式の濾過装置とすることができる。

また、本発明は、粒状の固体と液体の混合物に対し空気を供給し、液体内で固体を搬送するエアリフトを行うエアリフト装置に対し、エアリフトの運転の際、エアリフトの起動時に高圧により空気を供給した後、低圧による空気の供給に切り替えることを特徴とするエアリフト装置の空気供給方法にかかるものである。

本発明のエアリフト装置の空気供給方法においては、前記エアリフト装置におけるエアリフトの運転状況に基づき、前記エアリフト装置に対する空気の供給を高圧から低圧に切り替えるようにすることができる。

本発明のエアリフト装置の空気供給方法においては、前記エアリフト装置においてエアリフトの運転が起動されてからの時間に基づき、前記エアリフト装置に対する空気の供給を高圧から低圧に切り替えるようにすることもできる。

本発明のエアリフト装置の空気供給方法は、移動床式の濾過装置に適用することができる。

本発明のエアリフト装置の空気供給システムおよび方法によれば、空気の供給に係る動力を節減するという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施によるエアリフト装置の空気供給システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の参考例として、従来のエアリフト装置の空気供給システムの構成の一例を示すブロック図である。 エアリフトの起動時における空気圧の変動の一例を示すグラフである。 本発明の実施によるエアリフト装置の空気供給方法の手順の一例を示すフローチャートである。 エアリフト装置としての移動床式の濾過装置の形態の一例を示す正断面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施によるエアリフト装置の空気供給システムの構成の一例を示している。尚、ここに示した実施例では、エアリフト装置として図５に示した例と同様の濾過装置１を想定しているので、以下では必要に応じて図５およびその図中に表した符号をも参照して説明する。

本実施例の空気供給システムは、エアリフト装置（濾過装置）１に対する空気の供給源として、高圧の空気を供給する高圧空気源８と、低圧の空気を供給する低圧空気源９を備え、エアリフトの運転時、空気の供給源を高圧空気源８と低圧空気源９との間で切替え可能に構成したことを最大の特徴としている。ここで、本明細書において、空気の圧力に関し「高圧」とは、停止していたエアリフトの起動が可能な程度の圧力であり、「低圧」より高い圧力を意味する。「低圧」とは、エアリフトの連続運転が可能な程度の圧力で、「高圧」より低い圧力を意味する。尚、高圧空気源８および低圧空気源９の具体的な構成については後述する。

高圧空気源８および低圧空気源９から送り出される空気は、それぞれ空気供給ライン１０を通じて濾過装置１に供給される。空気供給ライン１０は、高圧空気源８および低圧空気源９における空気の出側からそれぞれ伸び、途中で一本に合流し、さらに下流側において濾過装置１に設けられたエアリフト管４の空気供給管４ａ（図５参照）に接続される。濾過装置１は、図５に示した濾過装置１と同様の装置であり、エアリフト管４、原水導入ライン５、濾過水回収部６および濾材案内部７を備えた濾過槽２の内部に濾材３を収容して構成されている。

空気供給ライン１０の合流点より上流側には、それぞれ高圧空気源８および低圧空気源９の下流にあたる位置に、空気の流路を開閉するための開閉弁１１，１２が設けられている。

開閉弁１１，１２の開閉は、制御部１３によって制御される。制御部１３は、濾過装置１や高圧空気源８、低圧空気源９等を含むシステム各所の動作を監視し、制御する制御装置であり、後述するように、エアリフトのオンオフや運転監視部１４から入力される信号に応じ、開閉弁１１，１２の開閉を行うようになっている。

運転監視部１４は、エアリフト装置１におけるエアリフトの運転状態を監視する装置である。運転監視部１４としては、例えばエアリフト装置１に供給される空気の圧力を測定する圧力計や、エアリフト装置１の運転音を検出するマイク、エアリフト装置１の運転状態を光学的に把握するカメラ等を使用することができる。尚、図１では、運転監視部１４を圧力計として図示している。運転監視部１４により取得された測定データ（該測定データの内容は、圧力値、音声データ、画像データ等、運転監視部１４の構成によって異なる）は、制御部１３にデータ信号として入力される。制御部１３では、運転監視部１４から入力された信号に基づき、エアリフト装置１が現在、エアリフトの連続運転中か否かを判定するようになっている。尚、ここで、エアリフトの「連続運転」とは、エアリフトが起動後、ある程度の時間が経過し、エアリフトに必要な空気の供給圧が低圧となった状態で運転を継続している状態を指すものとする。上に述べたように、エアリフトを長時間停止した後に起動した場合、エアリフトの運転に必要な圧力は起動直後に大きく上昇し、それから短時間の経過後は低圧で安定するためである（これについては、後に改めて説明する）。

運転監視部１４が圧力計である場合、例えば図１に示す如く、空気供給ライン１０におけるエアリフト装置１の直前の位置に圧力計である運転監視部１４を設置し、エアリフト装置１に供給される空気の圧力を測定する。この位置における空気の圧力は、エアリフトの停止中はゼロ、エアリフトを起動すると短時間でゼロから高圧値まで上昇し、その後は低圧でほぼ安定するので、例えば圧力値が一定時間以上継続してある一定の範囲内にあることをもって、エアリフトが連続運転中であると判定することができる。

例えば本願発明者らの実施した運転試験においては、ある濾過装置でのエアリフトの連続運転中において、圧力値は０．１ＭＰａ程度でほぼ安定していた。よって、当該濾過装置に関しては、例えば連続運転の判定に係る圧力値の範囲を０．０４ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下に定めておき、エアリフト運転の開始後、圧力値を１０秒おきに測定し、前記数値範囲内の圧力値が２回連続で測定された場合に、連続運転が成立していると判定することができる。

尚、当該試験の際の濾過装置の仕様と濾材の性状は以下の通りである。
（濾過装置の仕様）
・濾過面積（濾過槽２の胴部２ａの断面積）：１ｍ^２
・空気供給管４ａの内径：３２ｍｍ（断面積約８．０４ｃｍ^２）
・吹込み深さ（水面（濾過槽２における排水受け４ｃおよび濾過水回収部６以外の部分の水面）から空気供給管４ａの下端までの距離）：約３，４２９ｍｍ
・濾過層の高さ（濾材３の層の表面から空気供給管４ａの下端までの距離の平均値）：約２，５００ｍｍ
（濾材の性状）
・粒子の有効径：１．４８ｍｍ
・均等係数：１．３５
・空隙率：０．４

尚、連続運転が成立していると見なせる具体的な圧力値やその範囲は、エアリフト装置の仕様や濾材の性状等の条件によって種々に変動し得る。すなわち、上に説明した数値はあくまで一例であって、実際に判定に用いる圧力値は、対象のエアリフト装置に合わせて個別に設定すべきである。また、圧力値を測定する時間間隔や、一定範囲の圧力値が継続していると判断する条件等も適宜変更してよい。例えば、圧力を１０秒おきに測定するのではなく、圧力値の変動を時々刻々測定し、一定範囲の圧力値が連続して１０秒間継続した場合に、連続運転が成立していると判定するようにしてもよい。

運転監視部１４がマイクである場合、例えばマイクである運転監視部１４をエアリフト装置１の近傍に設置し、エアリフト装置１から発生する運転音を検出する。エアリフトを行っている間は、運転状態に応じた騒音が発生するので、例えば特定の周波数の音が一定以上の音量で一定時間以上継続して発生していることをもって、エアリフトが連続運転中であると判定することができる。

運転監視部１４がカメラである場合、例えば濾過槽２の内部の様子が光学的に観察できる位置（濾過槽２の内部や、濾過槽２に設けられた窓の外側など）にカメラである運転監視部１４を設置し、濾過槽２の内部の画像をデータ信号として制御部１３に入力する。エアリフト運転を行っている間は、エアリフトによって濾材３が循環する動きが生じるので、これを画像認識等の機能によって検出すれば、これをもってエアリフトが連続運転中であると判定することができる。

この他、エアリフト装置１におけるエアリフトの運転状態を適切に監視し得る限りにおいて、運転監視部１４としては適宜の装置やセンサ類を採用し得る。尚、運転監視部１４として複数の種類の機構を併用してもよい。

空気供給ライン１０における高圧空気源８の下流側且つ開閉弁１１より上流側の位置には、空気の逆流を防止するためのレギュレータ１５が設けられている。レギュレータ１５は、例えば一般的な構造の逆止弁であり、上流側から設定圧力値以上の空気圧が加わった場合にのみ、空気の流路を開放するようになっている。尚、このような逆流防止のためのレギュレータは、特に高圧の空気が流通する高圧空気源８側の流路において必要であると考えられ、ここに示した例では高圧空気源８側にのみレギュレータ１５を設置している。ただし、低圧空気源９側にも、実際にシステムの運転において生じ得る圧力値によっては、同様のレギュレータを設置してもよい。

尚、実際のシステムにおいては、供給される空気から塵埃を除去するためのフィルタや、風量を調整するための調整弁、空気の流量を測定するための流量計等が設置されるが、そうした本発明の要旨と直接関係しない構成要素については、図示や説明を適宜省略している。

図２は、本発明の参考例として、従来の空気供給システムの一例を示している。ここに示した参考例の場合、上記実施例（図１参照）と異なり、エアリフト装置（濾過装置）１に対し空気源を１系統のみ備えている。本参考例における空気源は、高圧の空気を長時間連続して供給するため、エアタンク１６と圧縮機１７を備えて構成されている。圧縮機１７は、外気を取り込んで圧縮し、エアタンク１６内に送り込む。エアタンク１６では、圧縮空気を貯留すると共に、空気供給ライン１０を通じてエアリフト装置１に送り出すようになっている。エアタンク１６の出側の位置には、圧力スイッチ１８が設けられている。圧力スイッチ１８は、エアタンク１６の出側における空気圧に応じて圧縮機１７のモータのオンオフを切り替えるようになっており、上流側から一定の範囲の空気圧が加えられた場合に限り、圧縮機１７のモータを作動させるようになっている。すなわち、例えばエアタンク１６から送り出される空気の圧力がある閾値未満である場合には圧縮機１７のモータをオンにしてエアタンク１６への圧縮空気の供給を開始してエアタンク１６内に圧縮空気を貯留させ、エアタンク１６から送り出される空気の圧力が別の閾値（前記閾値よりは高い値）以上に達した時には圧縮機１７のモータを停止して圧縮空気の貯留を停止する。これにより、エアタンク１６では、常に一定の範囲の量の圧縮空気を貯留するようになっている。

図３は、図２に示す如き供給システムにおいて、エアリフトを起動した際における空気の圧力値（エアリフト装置１の直前の位置における圧力値）の変動の一例を示している。エアリフトの運転を長時間（例えば、１時間以上）停止した後、時刻ｔ_０に空気の供給を開始すると、そこから時刻ｔ_１まで圧力値が急激に上昇する。圧力値は、時刻ｔ_１に最大値に達した後は下降に転じ、時刻ｔ_２以降は多少の変動をしつつも概ね一定の低圧で安定する。

このような圧力値の変動は、上述したように、空気による濾材３の撹拌・巻き上げが行われない状態で長い時間が経過する間にエアリフト管４の下端部近傍の濾材３が荷重によって押し固められ、そうして固められた濾材３の撹拌に高い圧力の空気が必要となるためであり、また、一旦高圧の空気によって濾材３が撹拌されれば、以後は濾材３の押し固めが解除されてスムーズに濾材３を搬送できるためと考えられる。

本願発明者らの実施した運転試験によれば、エアリフト運転の開始（時刻ｔ_０）後、安定した連続運転が開始されるまで（時刻ｔ_２）の間の時間は、概ね数秒～１０秒前後程度である。また、ある濾過装置の運転試験では、エアリフトの起動後、検出される圧力の最高値（時刻ｔ_１における圧力値）は０．４３ＭＰａ程度であり、連続運転が開始した後の安定した圧力値（時刻ｔ_２以降における圧力値）は０．１ＭＰａ前後であった。ただし、エアリフトの起動から安定した連続運転が開始されるまでにかかる時間や、各時点における具体的な圧力値については、エアリフト装置の使用等の条件によって種々に異なるであろうことは勿論である。

図２に示した参考例の如きシステムの場合、エアリフトの運転に伴うこのような圧力値の変動を前提とし、空気源（エアタンク１６および圧縮機１７）の能力は、エアリフトの起動直後に生じる最大圧力値を基準に設定される。すなわち、時刻ｔ_１における圧力値が例えば０．４３ＭＰａである場合には、やや余裕をとって０．６ＭＰａ以上程度の圧力で空気が供給されるように空気源の能力を設定する。より具体的には、圧力スイッチ１８による圧縮機１７のオンオフに係る閾値を、例えば０．６５ＭＰａ（オン時）および０．８ＭＰａ（オフ時）に設定しておけば、理論上、常に０．６５ＭＰａ以上の圧力でエアリフト装置１に空気を供給することができ、エアリフトの起動直後の高圧力に対応できる。

一方、エアリフトの連続運転が開始して以後（時刻ｔ_２以降）は、エアリフトは０．１ＭＰａ程度の圧力で継続することができる。余裕を取るとしても、空気圧は０．２ＭＰａ程度で十分である。しかしながら、図２に示すような従来の空気供給システムを採用する場合、空気源から供給される空気の圧力をこれに合わせて下げるようなことはできず、時刻ｔ_２以降の連続運転も、結局、０．６ＭＰａ程度以上の高圧で実行せざるを得ない。一般に、圧縮機の消費電力は吐出圧力が高いほど大きく、例えば吐出圧力が０．２ＭＰａの場合と、０．６ＭＰａの場合とでは、消費電力が倍ほども異なる。図２に示す如き従来のシステムでは、時刻ｔ_２以降の連続運転において、この差分が余剰のエネルギーとして浪費されてしまっていた。

そこで、図１に示す本実施例の空気供給システムでは、エアリフト装置（濾過装置）１においてエアリフトを行う際、高圧の空気の供給が要求される起動後の短時間にのみ高圧空気源８から濾過装置１へ空気を高圧で供給し、起動完了後の連続運転時には空気の供給源を切り替え、低圧空気源９から濾過装置１へ空気を低圧で供給するようになっている。空気の供給源の切替えは、開閉弁１１，１２の開閉によって行うことができる。すなわち、エアリフトの停止時には開閉弁１１，１２の両方を閉弁しておき、エアリフトの起動後はまず高圧空気源８側の開閉弁１１を開弁して高圧空気源８から高圧の空気をエアリフト装置１に供給し、低圧によるエアリフトの連続運転が開始した後は高圧空気源８側の開閉弁１１を閉弁して低圧空気源９側の開閉弁１２を開弁するのである。

このようなエアリフトの運転は、例えばエアリフト装置１に対するエアリフト運転の指令の入力、および運転監視部１４から取得されるデータ（エアリフト装置１におけるエアリフトの運転状況に関するデータ）に基づき、図４に示す如きフローチャートに沿って自動的に実行することができる。

エアリフト運転の停止中、制御部１３は、エアリフト運転の指令の有無をモニタしつつ待機する（ステップＳ１）。エアリフト運転の指令が入力されていない場合は、空気供給ライン１０に設けられた高圧空気源８側および低圧空気源９側の開閉弁１１，１２をいずれも閉弁する（ステップＳ２）。エアリフト運転の停止中は、開閉弁１１，１２はいずれも閉弁しているので、ステップＳ２では閉弁状態が維持される。

エアリフト運転の指令が入力されると、ステップＳ１からステップＳ３へ移る。ステップＳ３では、運転監視部１４から入力される信号を参照し、現在、エアリフト装置においてエアリフトの連続運転が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３）。連続運転が成立しているか否かは、上に述べたように、圧力値や運転音、画像データ等に基づき判定することができる。

エアリフト運転の指令が入力された直後の時点では連続運転が成立していないので、ステップＳ３からステップＳ４に移り、高圧の空気によるエアリフトを開始する。すなわち、高圧空気源８側の開閉弁１１を開弁する。低圧空気源９側の開閉弁１２は閉弁したままとする。

続いて、再びステップＳ１に戻る。この時点ではエアリフト運転の指令が入力されているのでステップＳ３に進み、ここで連続運転の成立について再度判定を行う。エアリフト運転が起動してからしばらくの間（図３における時刻ｔ_０～時刻ｔ_２の間）は、未だ連続運転が成立しないので、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ４を繰り返しながら、高圧の空気によるエアリフト（高圧側の開閉弁１１を開弁し、低圧側の開閉弁１２を閉弁した状態）が継続される。

エアリフト運転の起動から十分な時間が経過すると、連続運転が成立し、ステップＳ３においてその旨の判定が行われる。連続運転が成立したら、ステップＳ５に移り、低圧の空気によるエアリフトを開始する。すなわち、高圧空気源８側の開閉弁１１を閉弁し、低圧空気源９側の開閉弁１２を開弁する。このように開閉弁１１，１２を切り替えたら、ステップＳ１に戻る。

以降、エアリフトの運転指令がオンである間は、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ５が繰り返されながら、低圧の空気による連続運転が継続される。エアリフト運転の指令がオフにされると、ステップＳ１からステップＳ２に移り、開閉弁１２がいずれも閉弁されてエアリフトが停止される。そして、エアリフトの運転指令が再びオンになるまで、ステップＳ１～Ｓ２を繰り返しつつ待機する。

このように、空気源を高圧と低圧とで切り替えてエアリフトを実行すれば、エアリフトの運転に際し、高圧の空気が必要な間（図３における時刻ｔ_０～時刻ｔ_２）のみ高圧空気源８から高圧の空気を供給し、低圧の空気による連続運転が可能となった後（時刻ｔ_２以降）は低圧空気源９から低圧の空気を供給することにより、時刻ｔ_２以降の運転に係るエネルギーを大幅に節減することができる。

また、空気の供給源を高圧から低圧へ切り替えるにあたっては、運転監視部１４によって把握されたエアリフトの運転状況に基づいて行うことで、これを自動で好適に実行することができる。

また、エアリフト装置１におけるエアリフトの運転状態の監視によらず、時間の経過によって空気源を切り替える方式を採用してもよい。例えば、図４のフローチャートに示した上記手順のうち、ステップＳ３（運転状態の判定）の代わりに時間経過に関する判定を行うのである。この判定ステップにおいて、今回の運転でエアリフトの運転指令がオンと判定されてからある設定時間（図３における時刻ｔ_０～時刻ｔ_２に相当する時間、あるいはそれ以上の十分な時間）が経過したか否かを判定し、前記設定時間が経過するまでは高圧空気によるエアリフトを継続し（ステップＳ４）、経過後は低圧空気によるエアリフトに切り替えればよい（ステップＳ５）。このように、エアリフト装置１においてエアリフトの運転が起動されてからの時間に基づいて空気の供給源を切り替えるようにしても、運転監視部１４を用いる場合とほぼ同様の運転が可能である。その他、高圧または低圧の空気によるエアリフトを適切に切り替え得る限りにおいて、空気供給のためのシステムや方法としてはここに説明した以外にも種々の構成や手順を採用し得る。

空気の供給源の構成について説明する。高圧空気源８としては、図２に示した空気源と同様のエアタンクと圧縮機による機構を備えてもよいが、上に述べたように空気源を切り替えてエアリフトの運転を行う場合、高圧の空気の供給が必要とされる時間は短く、一回の運転あたり数秒～１０秒前後に過ぎない。つまり、高圧の空気を長時間供給し続けるような能力は必ずしも必要ない。そこで、高圧空気源８としては、例えば交換式のボンベ等を用いてもよい。小型のボンベを、エアリフトの運転を規定の回数以上実行する毎に取り替えるようにすれば、高圧空気源としてエアタンクや圧縮機のような大掛かりな装置は必要なく、機械の設置スペースや設備にかかる費用を抑えることができる。

また、低圧空気源９としても、図２に示した空気源と同様のエアタンクと圧縮機による機構を備えてもよいが、低圧空気源９に関しては、要求される空気圧が図２のシステムにおける空気源よりは小さい。そこで、実際のシステムにおいて要求される圧力値によっては、低圧空気源９としてエアタンクや圧縮機を用いず、低圧で空気を送り出すブロワのような簡単な機構を用いてもよい。ブロワであれば、圧縮機やエアタンクを設置する場合と比較して、やはり設備にかかる費用を抑えることができる。

尚、ここではエアリフト装置として、図５に示す如き移動床式の濾過装置１を例に挙げて説明したが、その他にもエアリフトを実行するような装置であれば、本発明のシステムおよび方法の適用対象であるエアリフト装置として各種の装置を想定することができる。尚、ここでいうエアリフトとは、粒状の固体と液体の混合物に対し空気を供給し、液体内で固体を搬送することを指す。

尚、本願出願人らの試験によれば、上述の如き圧力切替式のエアリフト運転は、少なくとも下記の仕様の移動床式の濾過装置において有効であると考えられる。尤も、下記仕様はあくまで目安であって、下記仕様外の濾過装置、あるいはその他各種のエアリフト装置に対しても、本発明の方式は適用し得る。
・空気供給管の内径：２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下
・エアリフト管の長さ：２，５００ｍｍ以上５，０００ｍｍ以下
・濾過層の高さ（濾材の層の表面から空気供給管の下端までの距離の平均値）：１，０００ｍｍ以上４，０００ｍｍ以下
・吹込み深さ（水面から空気供給管の下端までの距離）：２，３００ｍｍ以上４，８００ｍｍ以下
・風量（エアリフトの運転時、エアリフト管に送り込まれる空気の速度）：０．３ｍ／ｓ以上１．５ｍ／ｓ以下

以上のように、上記本実施例のエアリフト装置の空気供給システムは、粒状の固体（濾材３）と液体（水Ｗ）の混合物に対し空気を供給し、液体（水）Ｗ内で固体（濾材）３を搬送するエアリフトを行うエアリフト装置（濾過装置）１と、エアリフト装置１に対しエアリフトのための空気を高圧で供給する高圧空気源８と、エアリフト装置１に対しエアリフトのための空気を低圧で供給する低圧空気源９とを備え、エアリフト装置１に対する空気の供給源を高圧空気源８と低圧空気源９との間で切替え可能に構成されていることを特徴とするエアリフト装置の空気供給システムにかかるものである。

また、上記本実施例のエアリフト装置の空気供給方法においては、粒状の固体（濾材３）と液体（水Ｗ）の混合物に対し空気を供給し、液体（水）Ｗ内で固体（濾材）３を搬送するエアリフトを行うエアリフト装置１に対し、エアリフトの運転の際、エアリフトの起動時に高圧により空気を供給した後、低圧による空気の供給に切り替えるようにしている。

このようにすれば、エアリフトを行うにあたり、低圧の空気による連続運転が可能となって以降の運転に係るエネルギーを大幅に節減することができる。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給システムは、エアリフト装置１におけるエアリフトの運転状況を監視する運転監視部１４を備え、運転監視部１４から取得されるデータに基づき、エアリフト装置１に対する空気の供給源を高圧空気源８から低圧空気源９へ切替え可能に構成されている。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給方法においては、エアリフト装置１におけるエアリフトの運転状況に基づき、エアリフト装置１に対する空気の供給を高圧から低圧に切り替えるようにしている。

このようにすれば、エアリフトの運転時における空気の供給源の切替えを自動で好適に行うことができる。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給システムにおいて、運転監視部１４は、エアリフト装置１に供給される空気の圧力を測定する圧力計、エアリフト装置１の運転音を検出するマイク、エアリフト装置１の運転状況を光学的に把握するカメラ、の少なくともいずれかとすることができる。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給システムは、エアリフト装置１においてエアリフトの運転が起動されてからの時間に基づき、エアリフト装置１に対する空気の供給源を高圧空気源８から低圧空気源９へ切替え可能に構成することもできる。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給方法においては、エアリフト装置１においてエアリフトの運転が起動されてからの時間に基づき、エアリフト装置１に対する空気の供給を高圧から低圧に切り替えるようにすることもできる。

このようにしても、エアリフトの運転時における空気の供給源の切替えを自動で好適に行うことができる。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給システムにおいて、高圧空気源８はボンベとすることができる。このようにすれば、高圧空気源８としての機械の設置スペースや設備にかかる費用を抑えることができる。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給システムにおいて、低圧空気源９はブロワとすることができる。このようにすれば、低圧空気源９としての設備にかかる費用を抑えることができる。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給システムにおいて、エアリフト装置１は移動床式の濾過装置である。

また、本実施例のエアリフト装置の空気供給方法は、移動床式の濾過装置１に適用することができる。

このようにすれば、移動床式の濾過装置において、上記と同様の作用効果を奏することができる。

したがって、上記本実施例によれば、空気の供給に係る動力を節減し得る。

尚、本発明のエアリフト装置の空気供給システムおよび方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ エアリフト装置（濾過装置）
３ 固体（濾材）
８ 高圧空気源
９ 低圧空気源
１４ 運転監視部
Ｗ 液体（水）

Claims (11)

1. 粒状の固体と液体の混合物に対し空気を供給し、液体内で固体を搬送するエアリフトを行うエアリフト装置と、
   前記エアリフト装置に対しエアリフトのための空気を高圧で供給する高圧空気源と、
   前記エアリフト装置に対しエアリフトのための空気を低圧で供給する低圧空気源とを備え、
   前記エアリフト装置に対する空気の供給源を前記高圧空気源と前記低圧空気源との間で切替え可能に構成されていること
   を特徴とするエアリフト装置の空気供給システム。
2. 前記エアリフト装置におけるエアリフトの運転状況を監視する運転監視部を備え、
   前記運転監視部から取得されるデータに基づき、前記エアリフト装置に対する空気の供給源を前記高圧空気源から前記低圧空気源へ切替え可能に構成されていること
   を特徴とする請求項１に記載のエアリフト装置の空気供給システム。
3. 前記運転監視部は、
   前記エアリフト装置に供給される空気の圧力を測定する圧力計、
   前記エアリフト装置の運転音を検出するマイク、
   前記エアリフト装置の運転状況を光学的に把握するカメラ、
   の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２に記載のエアリフト装置の空気供給システム。
4. 前記エアリフト装置においてエアリフトの運転が起動されてからの時間に基づき、前記エアリフト装置に対する空気の供給源を前記高圧空気源から前記低圧空気源へ切替え可能に構成されていること
   を特徴とする請求項１に記載のエアリフト装置の空気供給システム。
5. 前記高圧空気源はボンベであることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のエアリフト装置の空気供給システム。
6. 前記低圧空気源はブロワであることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のエアリフト装置の空気供給システム。
7. 前記エアリフト装置は移動床式の濾過装置であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のエアリフト装置の空気供給システム。
8. 粒状の固体と液体の混合物に対し空気を供給し、液体内で固体を搬送するエアリフトを行うエアリフト装置に対し、
   エアリフトの運転の際、エアリフトの起動時に高圧により空気を供給した後、低圧による空気の供給に切り替えること
   を特徴とするエアリフト装置の空気供給方法。
9. 前記エアリフト装置におけるエアリフトの運転状況に基づき、前記エアリフト装置に対する空気の供給を高圧から低圧に切り替えること
   を特徴とする請求項８に記載のエアリフト装置の空気供給方法。
10. 前記エアリフト装置においてエアリフトの運転が起動されてからの時間に基づき、前記エアリフト装置に対する空気の供給を高圧から低圧に切り替えること
    を特徴とする請求項８に記載のエアリフト装置の空気供給方法。
11. 移動床式の濾過装置に適用したことを特徴とする請求項８～１０のいずれか一項に記載のエアリフト装置の空気供給方法。

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