JP2522499B2 - 複数の間けつ空気揚水筒への給気方法および装置 - Google Patents

複数の間けつ空気揚水筒への給気方法および装置

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JP2522499B2 JP26883787A JP26883787A JP2522499B2 JP 2522499 B2 JP2522499 B2 JP 2522499B2 JP 26883787 A JP26883787 A JP 26883787A JP 26883787 A JP26883787 A JP 26883787A JP 2522499 B2 JP2522499 B2 JP 2522499B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はダム等の大量の水が停滞気味に貯留されてい
る貯水池の水域の水質の改善のための循環および酸素供
給を図る施設の改良システム技術に関する。
(従来の技術) 貯水池の水域の水に酸素を供給するとともに、その上
層下層の水を強制的に循環混合して水質改善を図るため
の装置として、逆サイフォン作用を利用した間けつ空気
揚水筒が用いられている。
この間けつ空気揚水筒は、下部の空気溜にその水位下
に連続供給される空気が蓄積され水位レベルがある高さ
より下がると逆サイフォン作用が働いて蓄積空気が一挙
に連通管を通じて揚水筒内に放出され気泡塊となって上
昇するもので、この作動を間けつ的に繰返す。上昇する
気泡塊はピストン作用によって相当量の水を強制的に揚
水筒内に吸引する。間けつ空気揚水筒では、揚水筒内を
上昇する気泡塊のピストン作用による揚水流(I)、気
泡塊が揚水筒上端を離れた後の揚水筒内の水の慣性によ
る慣性流(II)、気泡塊が水域中をドーナツ状に、さら
に微細気泡群に分かれて浮上する過程でその周囲の水を
同伴する連行流(III)が発生し、連行流(III)は筒内
流(I)(II)の2〜3倍の流量になり、これら水流に
よって揚水筒から相当広い半径範囲の水が循環混合され
る。
しかし単一の間けつ空気揚水筒では、その能力拡大に
は限界があり、例えば給気量を多くして空気溜から揚水
筒に間けつ的に放出される空気の放出頻度を増加させる
と、それだけ揚水量が増加するが、先の気泡塊が揚水筒
内にある間あるいはその直後に次の気泡塊が揚水筒内に
送り込まれることになり、慣性流(II)が充分に利用さ
れないので、空気量当りの揚水量は増加しない。また大
形化を図り揚水筒の直径を大にすると、揚水筒内で単一
大気泡塊を形成させる必要があるため、複数の小径の揚
水筒を集合したバンドル型に較べて、同じ揚水量を得る
のに直径Dの3垂比例の多量の空気が消費されるし、さ
らに揚水筒径が40〜50cmを越えると気泡塊が1塊になら
ないようになって、ピストン作用が充分に発揮されず、
揚水能力が低下する。
1単位の間けつ空気揚水筒の揚水能力を大容量とし所
要空気量を少なくする対策の1つとして、実開昭60−17
6300号には、複数本の小径揚水筒を一単位に集束して併
設しそれらの下方に共通の空気溜を連接したバンドル型
間けつ空気揚水筒装置が提案されているが、この揚水筒
では、多数の気泡塊が1つの位置からほぼ集中的に同時
に放出されるため連行流(III)を増加させる効果が相
互に減殺されて単一揚水筒の装置と同様に循環混合域は
充分に拡がらない。
(発明が解決しようとする課題) 従来技術の間けつ揚水筒にはその能力拡大および影響
域の拡張に関し上記の諸制約があるため、広大な水域の
莫大な水量の揚水循環混合を図るには、水域の各所に関
けつ空気揚水筒を設置してシステムを構成し、各揚水筒
から放出され上昇する気泡群の周囲に発生する連行流を
利用し、その波及域を広範囲に拡がらせ循環混合効果が
広い水域に行き届くようにするのが有利である。この場
合に問題となることは距離が離れ設置条件の異なる各間
けつ空気揚水筒への空気量の分配バランスを保つことで
ある。
例えば、第6図に示すように、水域(a)の各所の水
底に複数の間けつ空気揚水筒(b)を分散設置し、陸上
のコンプレツサー等の圧力空気源(c)から圧力空気を
ヘツダ(d)に送って分配し、ヘツダ(d)から各揚水
筒(b)に個別に空気ホース(e)を導いて給気するの
がシステムとして最も簡単であるが、この場合、ヘツダ
から各揚水筒までの距離が大きいと、沈降性の必要な長
いホースの費用が揚水筒自体を上回ることもあって、不
経済なものとなる。そして貯水池の水底は急勾配のある
複雑な形状となっていることが多く、揚水筒毎に設置水
深の異なる可能性があり、必要給気圧力に下があるため
に、ヘツダの元弁(f)の操作によって各ホース経由の
空気量がバランスするよう調整する必要があり、これが
水位の昇降に伴って変化し、調整操作が面倒である。
空気ホース費用の節減を図るため、第7図のように、
1本の空気ホース(e)の先端に分岐配管具(g)を接
続しこれから分岐ホース(e′)を各揚水筒(b)に導
く給気システムも考えられるが、各揚水筒の設置水深に
図中記入のように1mの差があっても給気量の優劣差が生
じ、一部の揚水筒が充分に作動しなくなり、特に揚水筒
の空気溜が分岐配管具(g)より低い位置にあるとその
揚水筒への給気量は極度に低下する。
(課題を解決するための手段) 本発明は、水域中の水底上に設置する間けつ空気揚水
筒に関し、気泡塊が間けつ的に上昇する揚水筒を複数と
する場合に、各揚水筒の連行流の誘発作用が相殺され
ず、かつ流動波及水域全体の循環フローパターンに撹乱
が起こらないようにするため、複数の妥当径の個別の間
けつ空気揚水筒を適正な相互距離、例えば数mから十数
m、あるいはそれ以上の距離を隔てて一定の水域範囲に
わたり分散設置するとともに、各間けつ空気揚水筒への
空気量配分は池上の圧力空気源から1本の空気ホースを
経由して送られ来た圧力空気を受容する1つの統合給気
器を設け、この給気器内では1つの受気室から上下多段
のオリフィス孔を通じて各間けつ空気揚水筒に分岐ホー
スを通じて連通する複数の各給気室に空気を平均化して
分配し、かくして配置水深の異なる各間けつ空気揚水筒
に圧差を補償して圧力空気を均等に配分し、多数の間け
つ空気揚水筒を相互間連を保って適正作動させるように
したものである。
すなわち本発明の複数の間けつ空気揚水筒への給気方
法は、具体的には、貯水池の水域中の水底上に相互距離
を隔てて分散設置した複数の間けつ空気揚水筒から等距
離の位置に1つの統合給気器を設け、統合給気器には密
閉した1つの受気室と複数の給気室とを設け、池上から
受気室に集中供給される圧力空気を上下多段且つ等間隔
の位置に設けたオリフィス孔を通じて各給気室に分配
し、各給気室を経由してそれに連結した各間けつ空気揚
水筒の空気溜に向かって給送するよう構成したことを特
徴とする。
また本発明には、上記方法に対応する特定構成の装置
が含まれる。その構成としては、貯水池の水域を水底上
に相互距離を隔てて分散設置した複数の間けつ空気揚水
筒および該複数の間けつ空気揚水筒から等距離の位置に
設けた1つの統合給気器からなり、統合給気器を密閉型
としてその内部を、外部の圧力空気源に空気ホースを介
して連通する1つの受気室と、間けつ空気揚水筒と同数
の給気室とに区劃壁により仕切り、該給気室を各間けつ
空気揚水筒の空気溜水位下に分岐ホースを介してそれぞ
れ連通させ、区劃壁の低位置に受気室から各給気室に通
ずる上下多段のオリフィス孔を開設したことを特徴とす
る。
(作 用) 複数の間けつ空気揚水筒により貯水池の水を循環混合
する場合に、従来技術のバンドル型のように揚水筒を1
個所に集束し複数の気泡塊を同時放出するよりも、本発
明のように複数の間けつ空気揚水筒を数ないし十数m以
上の相当距離を隔てて分散設置したほうが各揚水筒から
上昇する気泡群の周囲に生ずる連行流が相互干渉されず
に有効利用される。
そして、このように複数の間けつ空気揚水筒を分散設
置する場合の設置水深の差等に由来する送給空気配分の
困難さは本発明では認められず、後記の最も簡単な実施
例で数値を以て具体的に示すように圧力空気は統合給気
器により実質的に均等に配分されて各間けつ空気揚水筒
に送給されるので、低位置にある揚水筒にも充分に空気
を供給することが可能となる。そして複数の間けつ空気
揚水筒は空気配分量の差により気泡塊を時間差を以て放
出するようになり間けつ上昇流が連続化するので、従来
技術の同時放出作動のものに較べて、揚水循環量が多く
なる。
そして本発明では統合給気器まで1本のホースで圧力
空気を送付できるので、ホース費用が嵩むことはない。
(実施例) 以下、本発明を第1〜5図を参照し、実施例に即して
具体的に説明する。第1図は、理解を容易にするため、
最も簡単化して間けつ空気揚水筒を最小数の2とした場
合の実施例システムの装置部分の縦断側面図、第2図は
その統合給気器の横断平面図である。
この例では2の間けつ空気揚水筒(1A)(1B)が貯水
池の水域中の水底上に数〜十数mの相互距離を隔てて分
散設置され、それぞれ水底アンカに係留しフロートの浮
力により水中直立姿勢に保持される。水底形状により設
置水深には差が生じ得る。
各揚水筒設置位置から等距離の位置に1つの統合給気
器(2)を設ける。同様にして水中の適宜の水深に配置
することができる。
統合給気器(2)は密閉型でその内部空間は円筒形の
区劃壁(3)により中心の1つの受気室(4)が区劃さ
れ、その周囲は仕切壁(5)(5)によりこの例では2
つの給気室(6A)(6B)に仕切られる。各室は相互独立
に隔離されるが、区劃壁(3)の低位置には受気室
(4)から各給気室(6A)および(6B)にそれぞれ通ず
る上下多段且つ等間隔の位置にオリフィス孔(7A)(7
A′)(7A″)および(7B)(7B′)(7B″)が開設さ
れる。そして受気室(4)はその高位置から池上外部の
圧力空気源(c)に1本の空気ホース(8)を介して連
通し、各給気室(6A)および(6B)はそれぞれその高位
置から間けつ空気揚水筒(1A)および(1B)の空気集溜
部分に分岐ホース(9A)および(9B)を介して連通す
る。
各給気室(6A)(6B)は分岐ホース(9A)(9B)を通
じて間けつ空気揚水筒(1A)(1B)の空気溜下方の水位
下の接続部分と自由連通状態にあるので、それぞれの揚
水筒の設置水深に対応する圧力に保持される。運転開始
前の無圧力の状態では統合給気器(2)には水が間けつ
空気揚水筒(1A)(1B)の接続部分から分岐ホース(9
A)(9B)を経て自由に流入し、ほぼ満水状態にある。
運転が開始され、受気室(4)内に圧力空気が導入され
ると給気室(6A)(6B)と圧力差により受気室(4)内
の水位は下り、水はオリフィス孔、給気室、分岐ホース
を経由して間けつ空気揚水筒の部分に押出される。この
過程の途中で受気室(4)内の水位が降下するのに伴っ
て、その上部の圧力空気は水上に露出したオリフィス孔
を経由して前記圧力差により各給気室(6A)(6B)に分
配されて流入し、分岐ホース(9A)(9B)を通じて間け
つ空気揚水筒(1A)(1B)に送出され間けつ揚水作動を
行わせる。
複数のオリフィス孔を上下多段に設けてあるため、外
部から送給される空気量の増加に応じて受気室(4)内
の空気内が増加しその水位が降下して各給気室(6A)
(6B)に空気を分配供給するオリフィス孔数が増加し少
ない抵抗で空気の均等分配が図れるようになる。
貯水池の水底形状により一部の間けつ空気揚水筒が統
合給気器(2)よりも低い位置に設置されることもあり
得るが、本発明ではオリフィス抵抗によって受気室
(4)から各給気室(6A)(6B)に空気がほぼ均等に分
配されて流入するため、統合給気器(2)より低位置の
間けつ空気揚水筒にも空気が充分に供給されて揚水作動
が可能となる。
空気の分配に関し、数値例によりその関係を明らかす
ると、次のとおりである。2つの間けつ空気揚水筒(1
A)(1B)が第3図に示すように水深20mと21mとに設置
されている場合を例とする。比較的短い分岐ホースの抵
抗損失を無視すると、給気室(6A)の圧力は前記水深に
対応する2.0kg/cm2G、給気室(6B)の圧力は2.1kg/cm2G
となる。これに対し受気室(4)に3kg/cm2Gの圧力空気
を供給した場合、絶対圧力において、 揚水筒(1A)への給気量∝(4−3.0)0.5=1.0 揚水筒(1B)への給気量∝(4−3.1)0.5=0.95 (∝:比例記号)となり、設置水深に1mの差があって
も、両者の給気量比率は1:0.95であり、その差は5%で
あり、実質的に分配上の支障は生じない。
尚、上例では給気室を2分割した実施例につき詳しく
説明したが、第2図と対比される第4図および第5図に
示すように間けつ空気揚水筒数に応じて給気室仕切数を
多くすればよいことは勿論である。
(発明の効果) 前記のように本発明によると、複数の間けつ空気揚水
筒を相当距離を隔てて分散設置することにより、少ない
空気消費量を以て大きな揚水循環能力が発揮され、統合
給気器まで圧力空気を1本の空気ホースで送給でき、各
揚水筒の設置水深に差があってもほぼ均等に空気を分配
供給することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の給気方法を示すその装置の
部分縦断側面図、第2図はその統合給気器部分の横断平
面図、第3図はその各部配置関係の説明図、第4図は他
の実施例の統合給気器の平面分割図、第5図はさらに他
の実施例の平面分割図、第6図は本発明と対比される複
数間けつ空気揚水筒システムの1例の略図、第7図はそ
の他例の略図である。 (1A)(1B)……間けつ空気揚水筒、(2)……統合給
気器、(3)……区劃壁、(4)……受気室、(5)…
…仕切壁、(6A)(7B)……給気室、(7A)(7A′)
(7A″)(7B)(7B′)(7B″)……オリフィス孔、
(8)……空気ホース、(9A)(9B)……分岐ホース、
(a)……水域、(b)……間けつ空気揚水筒、(c)
……圧力空気源、(d)……ヘツダ、(e)……空気ホ
ース、(e′)……分岐ホース、(f)……元弁、
(g)……分岐配管具。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】貯水池の水域中の水底上に相互距離を隔て
    て分散設置した複数の間けつ空気揚水筒から等距離の位
    置に1つの統合給気器を設け、統合給気器には密閉した
    1つの受気室と複数の給気室とを設け、池上から受気室
    に集中供給される圧力空気を上下多段且つ等間隔の位置
    に設けたオリフィス孔を通じて各給気室に分配し、各給
    気室を経由してそれに連結した各間けつ空気揚水筒の空
    気溜に向かって給送するようにしたことを特徴とする複
    数の間けつ空気揚水筒への給気方法。
  2. 【請求項2】貯水池の水域の水底上に相互距離を隔てて
    分散設置した複数の間けつ空気揚水筒および該複数の間
    けつ空気揚水筒から等距離の位置に設けた1つの統合給
    気器からなり、統合給気器を密閉型としてその内部を、
    外部の圧力空気源に空気ホースを介して連通する1つの
    受気室と、間けつ空気揚水筒と同数の給気室とに区劃壁
    により仕切り、該給気室を各間けつ空気揚水筒の空気溜
    水位下に分岐ホースを介してそれぞれ連通させ、区劃壁
    の低位置に受気室から各給気室に通ずる上下多段のオリ
    フィス孔を開設したことを特徴とする複数の間けつ空気
    揚水筒への給気装置。
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