JP2676048B2 - 複合多段揚水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、湖、沼、又はダムなどの大容量水の水質
を改善することを目的とした空気揚水装置の製造、販売
又は使用の分野に属する。 （従来の技術） 従来直立した揚水筒内へ空気を間欠的に上昇させ、こ
れにより湖、沼、ダム（以下ダム等という）の水を対流
させて水質を改善する装置については、広く知られてお
り、幾多の改善案も提案されている。また水深の大きい
ダム等においては、水を上下数段に分けて水質を改善す
る提案もあり（特開昭58−70895号）、実用化が検討さ
れている。また水量の大きいダム等に対し、複合筒を用
いることも検討されている（特願昭59−59614号）。 （発明により解決すべき課題） 前記水深の大きいダム等において、多段揚水筒を用い
ることは、水深に比例して気泡彈の容積が変化するこ
と、および水深の大きい場合には、深水部と、浅水部と
において、水質改善の方法に差異を生じると共に、例え
ば温度差から水深10mの位置と、水深50mの位置とを、一
つの対流圏に入れない方が良い場合もあって、多段揚水
装置が研究されたのである。例えば直径50cmの揚水筒で
100万トンの水を改善するならば、1000万トン以上の大
容量のダム等においては、10基以上の揚水装置を必要と
するが、保守その他の理由によって、揚水装置の設置数
にも限度があり（例えば１億トンのダムに100基設ける
ことは実用的でない）、これを改善する為には、一基の
揚水筒有効断面積を増大しなければならない。そこで単
純に大口径の揚水筒を用いることが考えられるが、口径
も1mを越す程になると、上流気泡彈の形状が著しく変化
し、揚水効率を低下することが考えられる。また下段揚
水筒と上段揚水筒の水深差が著しい場合（例えば20m以
上）には、下段揚水筒に供給した空気の容積は上段揚水
筒に到る間に著しく膨脹することになるので、気泡彈の
形状を良好に保つ為には、揚水筒の断面積を変えなけれ
ばならないと考えられる。 然して揚水筒の断面積を単に増大するのみでは、前記
のように気泡彈による揚水効率を低下することになると
いう問題点があった。 （課題を解決する為の手段） 然るにこの発明によれば、大容量揚水筒を上下段に連
結し、少なくとも上段は複合筒を用いると共に、最下段
に給気装置を付設したので、水量の大きいダム等におい
ても、十分実用性のある揚水装置を得たのである。 即ちこの発明は大容量揚水筒を上下多段に連結し、少
なくとも上段には複合筒を連結すると共に、最下段に給
気装置を付設した揚水装置において、中間部に下方から
上昇する気泡と水との分離案内を設けその上方に分離気
泡を集めこれを間欠的に放出する空気室を介装したこと
を特徴とする複合多段揚水装置である。前記における複
合筒は、２本乃至20本位までは用いることができるが、
好通には３本乃至10本位であろう。また揚水筒の段数
は、２段が最も多いが、ダム等の水深によっては４段も
考えられ、各段毎に別作用を付与することもできる。例
えば下段揚水筒は、深水層内における撹拌と、酸素の供
給および微固形物の排除（例えば凝集剤を混入して固形
物を沈澱させる）。上段揚水筒は溶存酸素量の増大と、
温度調整および藻類の死滅促進などである。 また給気装置は、送水ホースと散気管を用いて下段揚
水筒内へ微小気泡を上昇させて、気泡中の酸素を溶解さ
せ、上段揚水筒の下端に設けた空気室へ前記散気管から
上昇した気泡を集めて間欠空気を送り、上段を間欠空気
揚水筒とするのである。また下段揚水筒による目的が、
溶存酸素の増大を主としない場合には、下段揚水筒の下
端に空気室を設けて、空気を間欠的に送るようにすれ
ば、揚水効率を高く保つことができる。 この揚水装置は、例えばダム等の水中へ直立設置する
ので、下端部に重錘又は錨を固定し、上端部又は上端部
と中間部へ空気室を設けるなどの手段を用いるが、定位
置設置で基礎が出来ている場合には、揚水装置の下端の
定置固着することもできる。 この発明は、複合筒を上下に用い、又は大口径筒と複
合筒を上下に連結する構成の複合揚水装置であるが、上
下段毎に揚水筒の断面積を変えることができる。また最
下段の揚水装置で用いた空気を上段揚水装置でも使用す
るので、送気装置は単揚水筒と同様であり、保守等も簡
便である。 前記における断面積の増加に関しては、各単位筒の断
面積を増大する方法と、単位筒の数を増大する方法と考
えられ、数の増加と、断面積の増加を共に行うことも考
えられる。また水深の大きい場合の多段式揚水装置で
は、中断付近において上昇空気量を調節し、上段揚水装
置に入る空気量を上段揚水筒の断面積に見合うような適
正量とすることもできる。 この発明は中間部へ気泡と水との分離案内を設けたの
で、気泡を効率よく再利用することができる。 （作用） 即ちこの発明によれば、複合揚水筒を多段に設置して
複合揚水装置としたので、大水量の深いダム等であって
も、比較的経済的に水質を改善することができる。特に
下段水域においては溶存酸素量を増加し、上段水域にお
いては溶存酸素量の増加と水温調整などができる。また
下段水域のみに凝集剤を散布して微小固形分を沈澱させ
ることもできる。 次にこの発明の実施例を図に基づいて説明する。 （実施例１） 第１図において、例えば直径1mの下段揚水筒１の下端
部へ底板２を設け、底板２上へ所定間隙（例えば30cm）
を保って散気板３を横設し、前記底板２と、散気板３と
の間の側壁の送気口４に送気ホース５の一端を連結す
る。前記散気板３の設置位置より若干上部の揚水筒側壁
へ、数個の給水口６、６を等間隔に穿設する。図中７は
給水口６の覆板である。前記下段揚水筒１の上部側壁へ
案内板８を同心状に設ける。この案内板８は例えば直径
3m位であって、下段揚水筒の上端から横方向に拡散する
水の方向を安定させる為と、筒上より排水直径にそのま
ま下方へ沈降するのを防止する為である。前記下段揚水
筒１の上方には支片９を介して逆円錐状の案内10を設置
し、前記案内板８と案内10との間には、逆漏斗状の分離
案内11、11a、11b、11cを小間隙を保ち、重ねて設置し
てあり、最外側の分離案内11の上端に空気室12の外筒14
の下端を直立固定する。前記案内10の上方には、四本の
筒よりなる内筒13、13a、13b、13cが並列設置され、前
記内筒13の外側には仕切筒15、15aが順次遊嵌されてい
る。前記内筒13の上部には集気筒16の下端が連結され、
集気筒16の上端には四本の揚水筒17、17a、17b、17cの
下端が連結され、該揚水筒の下部側壁には給水口18を等
間隔に穿設すると共に、前記揚水筒の上端には、集水筒
19の下端が連結されている。図中20は給水口の覆板であ
る。前記実施例において、ホース５から矢示21のように
加圧空気を送入すると、加圧空気は矢示22のように散気
板３を通気して微細化され、矢示23のように揚水筒内を
上昇する。そこで空気の上昇につれて給水口６から付近
の水が矢示24のように吸入され、前記微細空気粒に接触
しつつ、矢示23のように揚水筒１内を上昇する。この際
に、水と空気粒との接触によって空気粒の酸素の一部が
溶解し、水中の酸素量を増大することになる。このよう
にして揚水筒１の上端から排出された水は、案内10によ
り矢示25のように横方向へ拡散し、ついで矢示26のよう
に下方へ跳ね返されて、分離案内に沿って下降し、案内
板８に沿って矢示27のように水平方向へ拡散する。一方
揚水筒内の上昇水に含まれた空気は、案内10の下面に沿
って流動し、水が更に方向変換する間に水と分離し、外
筒14と仕切筒15との間から上昇し、空気室13の頂部側か
ら逐次留る。このようにして空気室内へ空気が留るにつ
れてその水位が下るが、水位が仕切筒15の下方に設けた
通気孔に達すると、空気室内の空気は一度に各内筒13、
13a、13b、13c内へ放出され、矢示27aのように上昇して
集気筒16に到り、一つの大きな気泡彈29となって、矢示
28のように上昇する。ついで気泡彈29は四つに分割され
て、揚水筒17内を気泡彈30、30aとなって、夫々矢示31
のように上昇する。この場合に気泡彈30、30aの上昇に
つれて、給水口18から矢示32のように外部の水を吸入す
るので、この水も矢示31のように上昇する。ついで各揚
水筒17、17a、17b、17cの上端から放出された水は、集
水筒19内で一体となり、整流された後矢示79のように外
界に放出される。前記のように、送気ホース21から供給
された空気は、揚水筒１内で一旦水と混合し、若干体積
を減少するが、再び分離されて空気室13内へ入り、サイ
フォン作用によって集気筒16内へ間欠的に放出され、つ
いで各揚水筒毎に17に分割して、気泡彈となって上昇
し、効率よく揚水する。前記実施例において、下段揚水
筒は、空気中の酸素を可及的に多く、水中へ溶解すべ
く、散気板により微細化するので、揚水力は若干低下す
るが、溶解率は向上することになる。一方揚水筒17は気
泡彈が間欠的に上昇するので、揚水効率は向上するが、
酸素溶解率は低下する。尤も揚水筒17内の気泡彈は、一
旦酸素を溶解した後の空気であるから、酸素の溶解につ
いて左程期待できない状況にはある。 （実施例２） 第２図の実施例は、第１図の実施例の揚水筒17に設け
た吸水口を、集気筒16の側壁に設けた吸水口33として等
間隔に穿設したもので、空気および水の流動と作用効果
は殆んど同様であるから、詳細な説明を省略した。図中
34は覆板である。 （実施例３） 第３図の実施例は、第１図の実施例１の内筒12に代え
て、揚水筒17を下方まで延長した形態になるように揚水
筒35を設けたもので、図中36は揚水筒35の下部側壁に設
けた吸水口、37は吸水口の覆板である。従って詳細は省
略する。 （実施例４） 第４図の実施例は、前記第１図の実施例の集気筒を下
方へ延長して、集気内筒38としたものである。然して集
気内筒38に吸水口39と覆板40を設けた。尚この実施例に
おいては送気口41を空気室の一側に設け、送気口41に送
気ホース42を連結したので、下段揚水筒に関係なく、上
段揚水筒のみを作動させることもできる。 （実施例５） 第５図の実施例は第４図の実施例において、吸水口43
を上段の揚水筒44に設けたものに相当する。従って詳細
な説明を省略した。図中45は覆板である。 （実施例６） 第６図の実施例は、第４図の実施例において、上段の
揚水筒46の数を増加した場合を示す。このように揚水筒
の数を増加して合計断面積を増大した例を示すものであ
る。 従って上段の揚水筒以外は第４図のものと同一であ
る。 （実施例７） 第７図の実施例は、上段揚水筒と下段揚水筒を共に複
合筒とすると共に、下段揚水筒にも、空気室を設けたも
のである。 即ち内筒47の外側に空気室48を嵌装設置し、内筒47の
上部に集気筒49の下部を連結し、集気筒49の上部に下段
の揚水筒50を連結し、揚水筒50の上部に集水筒51を介し
て案内52を連結し、案内52の上部へ内筒53と、空気室54
を連設し、内筒53へ集気筒55を連結し、集気筒55の上部
へ上段の揚水筒56を連結し、揚水筒56の上部へ集水筒57
を連結したものである。図中58、59は上下段の揚水筒に
設けた吸水口、60は案内板である。この実施例によれ
ば、上下段の揚水筒共に間欠空気揚水筒となって、効率
よく揚水することができる。このような装置においては
上段、下段共に撹拌又は対流効率がよいので、例えば、
下段揚水筒の中間部に、凝集剤供給パイプ70を設けて、
揚水の拡散に伴って凝集剤を散布すれば、深水層に浮遊
する微小固形物を団粒化して沈澱させることができる。 （実施例８） 第９図の実施例は、下部に空気室71を有する下段揚水
筒69の上部に空気室73を介して中段揚水筒72を連結し、
中段揚水筒72の上部へ空気室74を介して上段揚水筒75を
連結したもので、図中76、77は案内板、78は集水筒、8
0、81、82は集気筒、83、34は空気と水の分離案内板で
ある。この実施例は、揚水筒を上下三段に連結すると共
に、三つの空気室を設けたものである。 この実施例によれば、ダム等の水を三段にわけて処理
することができる。 （実施例９） 第10図の実施例は、この発明の揚水装置をダム61に設
置した場合を示す。この場合には下部空気室62に重錘63
を取付け、下段揚水筒64に浮室66を固定し、最上部の集
水筒室67に浮室68を固定したものである。この場合に
は、重錘と浮室で揚水筒の直立を保ったが、下段揚水筒
を水底に設置することも可能である。図中85は上部揚水
筒で６本の複合筒となっており、86、87は集気筒であ
る。 （発明の効果） 即ちこの発明によれば、揚水筒を多段かつ複合とした
ので、水深が大きく、かつ水量のきわめて大きいダム等
であっても、比較的少量の揚水筒で効率よく淨水処理し
得る効果がある。また一揚水筒の容量を大きくとって
も、複合筒を採用することによって、揚水を整流し揚水
効率を高く保持し得る効果がある。 また気泡と水との分離案内を設けると共に、その上部
に間欠的に気泡彈を放出する空気室を設けたので、空気
を再利用すると共に空気の膨張に対処する効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例の一部を省略した断面図、第
２図は同じく上段揚水筒に吸水口を設けない実施例の一
部を省略した断面図、第３図は同じく揚水筒と空気室の
内筒まで延長した実施例の一部を省略した断面図、第４
図は同じく上段複合筒の下部に空気室の内筒兼用の大径
筒を連結した実施例の一部を省略した断面図、第５図は
同じく第４図の一部を変更した一部を省略実施例の断面
図、第６図は第４図における複合筒の数を増加し一部を
省略した実施例の断面図、第７図は上下段共間欠空気室
を設けた実施例の一部を省略した断面図、第８図は同じ
く縮小正面図、第９図は同じく三段の実施例の正面図、
第10図は同じく設置状態を示す実施例の正面図、第11図
は同じく第１図中Ａ−Ａ線断面の端面拡大図、第12図は
同じく第１図中Ｂ−Ｂ線の断面の端面拡大図である。 １……揚水筒、３……散気板、５……送気ホース、７…
…覆板 ７……案内板、10……案内、11、11a、11b、11c……分
離案内 12……空気室、16……集気筒、17、17a、17b、17c……
揚水筒 18……吸水口、19……集水筒、20……覆板 29、30、30a……気泡彈

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．大容量揚水筒を上下多段に連結し、少なくとも上段
   には複合筒を連結すると共に、最下段に給気装置を付設
   した揚水装置において、中間部に下方から上昇する気泡
   と水との分離案内を設けその上方に分離気泡を集めこれ
   を間欠的に放出する空気室を介装したことを特徴とする
   複合多段揚水装置 ２．複合筒は３本乃至10本の筒体を並列固定した特許請
   求の範囲第１項記載の複合多段揚水装置 ３．揚水筒の段数は、２段乃至４段とした特許請求の範
   囲第１項記載の複合多段揚水装置 ４．複合筒の設置は全段、中段と上段又は上段に用いた
   特許請求の範囲第１項記載の複合多段揚水装置 ５．給気装置は加圧空気の送気ホースと散気管又は送気
   ホースと間欠給気装置とした特許請求の範囲第１項記載
   の複合多段揚水装置