JP2735548B2 - 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、地下水，井水，温泉水，温泉湯，冷泉水
を含む鉱泉水（この明細書において、「水」とは、これ
らの水及び湯を含むものとする。）等を、深井戸によ
り、元素周期表の０族の希ガスあるいは窒素ガス（N₂）
等の不活性ガス及び空気から酸素を除去して不活性化し
たガス（この明細書において、「空気から酸素を除去し
たガス」を「脱酸素空気」と称する。）のいずれか一方
又は両者を混合したガス（この発明において、「不活性
ガス及び脱酸素空気のいずれか一方又は両者を混合した
ガス」を「揚水ガス」と称する。）を利用して揚水する
装置に関する。 〔従来の技術〕 従来、深井戸としての例えば温泉井からの揚水法の一
つとして、エアリフト法（空気揚水法）が知られてい
る。（例えば、室井渡、小幡利勝共著「温泉の開発と設
計」、昭和44年４月20日、地人書院発行、第193頁参
照。） この従来方法は、圧縮された高圧の空気を空気注入管
を経て温泉井中の温泉水内に注入し、その高圧空気は温
泉水中に気泡となって混在し、その気泡の浮力による上
昇力によって温泉水を揚水管を経て気水として揚水する
ものである。そして、それらの空気注入管及び揚水管と
しては、通常は亜鉛引き鋼管が使用され、その他、各種
炭素鋼あるいはステンレス鋼等の金属製の管が使用され
ている。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような従来方法にあっては、空気
を圧縮し高圧にするポンプ機構が簡単である反面、多量
に注入される空気中の多量の酸素と、温泉水に含まれる
Clイオン、SO₄イオン等の各種イオンと、温泉水中に多
量に混在する高圧の気泡の打撃力との相乗作用によっ
て、空気注入管あるいは揚水管の管材に孔食が生じ、こ
のため、それらの空気注入管や揚水管を修理したりある
いは取り替えているのが現状であり、このため、多大の
修理費あるいは維持管理費を必要とする場合が多いとい
う問題点があった。また、注入される空気中の酸素のた
め温泉水を酸化させて泉質が変化し、スケールが発生し
てしまうという問題点も生じている。 この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、空気注入管や揚水管の腐食を防止しあるい
はその進行を遅くし、それらの修理や取替を不要にしあ
るいはその頻度を減少させ、修理費あるいは維持管理費
を減少することができるとともに、酸素による泉質の変
化を防止することのできる不活性ガス等を利用した揚水
装置を提供することを目的とするものである。 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係わる揚水装置は、不活性ガス及び脱酸素
空気のいずれか一方又は両者を混合したガスからなる揚
水ガスを高圧にする圧縮機と、該圧縮機に接続されて前
記高圧の揚水ガスを深井戸の水中に注入させる金属製の
ガス注入管と、該ガス注入管に接続されて前記高圧の揚
水ガスの浮力により前記深井戸の前記水を気水として揚
水する金属製の揚水管と、該揚水管に接続されてこの揚
水管により揚水された前記気水から低圧の揚水ガスと水
とに分離する気水分離装置と、該気水分離装置に接続さ
れてこの気水分離装置により分離された揚水ガスを前記
圧縮機に吸入し且つ前記ガス注入管及び揚水管と協働し
て循環配管を形成するガス戻り管と、補給装置に連続さ
れて新たな揚水ガスを前記循環配管内に補給する補給管
と、該補給管の途中に設けられて前記揚水ガスの補給量
を調節する調節弁と、前記循環配管の酸素濃度を検出す
る酸素濃度検出手段と、該酸素濃度検出手段により検出
された酸素濃度が所定値よりも高いときに前記調節弁に
より前記揚水ガスを補給して前記循環配管内の酸素濃度
を低下させる補給量制御手段とからなる。 〔作用〕 深井戸の水中に、圧縮機によって高圧にされた揚水ガ
スを、ガス注入管を介して注入させて、水中において気
泡となった揚水ガスの浮力により深井戸の水を揚水管を
経て気水として揚水する。揚水ガスは、不活性ガス及び
脱酸素空気のいずれか一方又は両者を混合したガスから
なるため、ガス注入管や揚水管の腐食が防止されあるい
はその進行が遅くなり、それらの修理や取替が不要にな
りあるいはその頻度が減少し、修理費あるいは維持管理
費が減少するとともに、酸素による泉質の変化が防止さ
れる。 また、揚水された気水は気水分離装置において水と揚
水ガスとに分離されて、水は温泉等に利用され且つ揚水
ガスはガス戻り管を経由して前記圧縮機に吸入され再度
の揚水に使用される。ここで、ガス注入管と揚水管とガ
ス戻り管とからなる循環配管内の酸素濃度が所定値より
も高いときには、これを酸素濃度検出手段が検出して補
給量制御手段を作動させる。補給量制御手段は補給装置
に接続された補給管の調節弁を調節して補給装置からの
新たな揚水ガスを循環配管内に補給することにより循環
配管内の揚水ガスの酸素濃度を低下させる。このため、
ガス注入管や揚水管の腐食防止等の前記作用を確実にす
ることが可能となる。 〔実施例〕 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図において、まず構成を説明すると、地中に設け
られた深井戸としての温泉井１は井戸ケーシング２を有
し、この井戸ケーシング２内に、自然には噴き出てはこ
ない温泉水C₁が存在する。 この井戸ケーシング２内に例えば少なくとも内面が亜
鉛引きされた亜鉛引き鋼管製の揚水管３が挿入され、こ
の揚水管３の下端は井戸ケーシング２内の温泉水C₁内に
挿入されるとともに、その上端は井戸ケーシング２の上
端よりも上方に突出し、かつこの揚水管３は井戸ケーシ
ング２側に固定される。 また、この揚水管３の内部に、例えば少なくとも外面
が揚水管３と同様に亜鉛引きされた亜鉛引き鋼管製のガ
スリフト管４が挿入され、このガスリフト管４の下端は
井戸ケーシング２内の温泉水C₁の水位より低くかつ揚水
管３の下端よりも上方にあるように挿入されるととも
に、その上端は揚水管３の上端よりも上方に突出し、か
つこのガスリフト管４も揚水管３と同様に井戸ケーシン
グ２側に固定される。そして、このガスリフト管４の上
部から後述するように高圧に圧縮された不活性ガスであ
る窒素ガスA₃が注入される。 揚水管３の上端は、気水吐出管６により後述するよう
に窒素ガスと温泉水とを分離する気水分離槽である温泉
タンク７に接続され、この温泉タンク７の下部には温泉
水の送水管８の上流端が接続され、この送水管８の適宜
の位置に温泉ポンプ９が配置されて、送水管８の下流端
は温泉水の需要者側に接続される。 また、温泉タンク７の上部はガス排出管12により窒素
ガスに含まれる水分を除去するドレーン抜き13に接続さ
れ、このドレーン抜き13の上部はガス吸入管14により高
圧圧縮機15に接続される。 また、このガス吸入管14の途中には逃がし弁16及び逆
止弁17がドレーン抜き13側から高圧圧縮機15側に向けて
この順序で取り付けられ、逃がし弁16は、これを開くと
ガス吸入管14から管内の窒素ガスを外気に排出すること
ができ、また、逆止弁17はガス吸入管14内の窒素ガスA₆
を矢印の通りにドレーン抜き13側から高圧圧縮機15側に
通過させかつその逆流を防止する。 高圧圧縮機15はガス吸入管14から吸入された低圧の窒
素ガスを圧縮して高圧にし、高圧の窒素ガスA₁はガス吐
出管18を経てクッションタンク19に接続され、このクッ
ションタンク19はガス配管20を介して前述したガスリフ
ト管４の上部に接続され、かくして、窒素ガス配管系統
は循環する。ここで、前記ガス吐出管18とガス配管20と
ガスリフト管４とで、圧縮機により圧縮された高圧の揚
水ガスを深井戸の水中に注入させる金属製のガス注入管
を構成し、また、前記ガス排出管12とガス吸入管14と
で、前記気水分離装置たる温泉タンク７により分離され
た揚水ガスを前記圧縮機15に吸入させるガス戻り管を構
成し、以て、ガス注入管と揚水管３とガス戻り管とで循
環配管を形成している。 また、この窒素ガスの循環系統外に窒素ガスボンベ22
が設けられ、この窒素ガスボンベ22と、前述したガス吸
入管14における逆止弁17及び高圧圧縮機15との間に窒素
ガスの補給管23が接続され、この補給管23の途中には窒
素ガスボンベ22からガス吸入管14へすなわち窒素ガスの
循環系統内に補給される窒素ガスの補給を開閉しあるい
はその量を調節する調節弁24が設けられる。 さらに、ガス吸入管14の例えば逃がし弁16と逆止弁17
との間に、窒素ガスの循環系統内の酸素の濃度を検出す
る酸素濃度センサ26を設ける。前記酸素濃度センサ26に
は、その出力信号を入力端子から受信するガスコントロ
ーラ32を設け、このガスコントローラ32の出力端子に調
節弁24（又は／及び）後述の調節弁30を接続する。 また、温泉タンク７の上部に温泉タンク７内の揚水ガ
スの圧力を検出する圧力センサ34を取り付けるととも
に、温泉タンク７の上部に接続したガス排出管35に安全
弁36を取り付け、さらに、圧力コントローラ37を設け、
この圧力コントローラ37の入力端子に圧力センサ34を電
気配線により接続し、かつその出力端子に安全弁36及び
調節弁24（又は／及び）後述の30を接続する。 次に、この実施例の動作を説明する。 高圧圧縮機15を駆動すると、高圧圧縮機15により圧縮
されて高圧になった窒素ガスA₁がガス吐出管18を経てク
ッションタンク19に吐出され、このクッションタンク19
において安全のため一時貯蔵された後、ガス配管20を経
てガスリフト管４に送られ、この高圧の窒素ガスはガス
リフト管４を経てその下端から井戸ケーシング２内の揚
水管３の下部の温泉水C₁内に注入される。 注入された高圧の窒素ガスは高圧かつ多量の気泡とな
って温泉水C₁と混合され、この高圧かつ多量の気泡の浮
力により温泉水C₁がガスリフト管４の外面と揚水管３の
内面との間を上昇して、温泉水C₁が気水D₁として揚水さ
れる。 上昇した気水D₁は、気水吐出管６を経て温泉タンク７
に送られ、この温泉タンク７において下方の温泉水C₂と
上方の窒素ガスA₄とに分離され、分離された温泉水C₂は
温泉タンク７に溜められ、また温泉ポンプ９を駆動して
送水管８を介して需要者側に送水され、適宜使用され
る。 また、温泉タンク７において分離された窒素ガスはガ
ス排出管12を経てドレーン抜き13に送られ、ここで窒素
ガスA₅中に含まれる水分を除去し、次いでガス吸入管14
及び逆止弁17を経て高圧圧縮機15に吸入され、再び圧縮
されて、高圧になるとともに、逆止弁17により逆流ある
いは逆方向の循環が阻止される。 かくして、高圧圧縮機15を駆動している限りにおい
て、窒素ガスが循環し、温泉水を揚水し続けて、温泉タ
ンク７に溜められていき、需要者はこの温泉タンク７内
に溜められた温泉水を適宜使用することができる。 このとき、温泉水の揚水のために、従来の酸素を多量
に含む空気に代えて、不活性ガスである窒素ガスを使用
しているため、亜鉛引き鋼管である揚水管３の内面及び
ガスリフト管４の外面には、酸素に起因する腐食が生じ
なくなりあるいは腐食の進行が極めて遅くなり、それら
の揚水管３やガスリフト管４の修理や取替が不要になり
あるいはその頻度が減少し、修理費あるいは維持管理費
が減少する。また、酸素に起因する泉質の変化が防止さ
れる。また、窒素ガスは循環して使用しているので、窒
素ガスの消費量が極めて少ない。 不活性ガス等を利用した揚水装置内へ外部より空気が
混入した場合、温泉水に溶存酸素が含まれると、揚水を
長期間継続していくに従って窒素ガスの循環系統内の酸
素濃度が徐々に高くなってくるが、その濃度が所定値に
達すると酸素センサ26がこれを検出して、その信号をガ
スコントローラ32に出力する。このときガスコントロー
ラ32は弁16を開放しかつ調節弁24を開くとともに、高圧
圧縮機15を駆動することにより、循環系統内の窒素ガス
を全て窒素ガスボンベ22内の新しい窒素ガスで置換する
ことができる。 次に、窒素ガスの循環系統内に窒素ガスを補給する窒
素ガスボンベ22に代えて、第１図に二点鎖線で示すよう
に、空気B₁を取り込んで空気から酸素分を除去して空気
を不活性化する脱酸素材タンク28を設け、この脱酸素材
タンク28を補給管29により高圧圧縮機15の吸入口側に接
続し、この補給管29の途中に調節弁30を設けるようにし
てもよい。 この場合には、循環系統内には酸素分を除去した窒素
分の多い不活性化された脱酸素空気が循環することにな
るので、前述した窒素ガスが循環する場合と同様に、酸
素に起因する揚水管３及びガスリフト管４の腐食を防止
しあるいはその進行を遅くすることができる。このよう
に、揚水ガスを窒素ガスに代えて脱酸素空気とした場合
にも、圧力センサ34及び酸素濃度センサ26による圧力及
び酸素濃度の検出時には前記窒素ガスの場合に準じた作
用となる。 また、前述した窒素ガスボンベ22,補給管23及び調節
弁24による窒素ガスの補給経路と、上述した脱酸素材タ
ンク28,補給管29及び調節弁30による脱酸素空気の補給
経路とは、いずれか一方のみでよいが、両者を併設し
て、両ガスを混合して使用することも可能である。ここ
で、窒素ガス（又は／及び）脱酸素空気の循環系統の溶
存酸素（又は／及び）除去し切れない酸素の濃度が酸素
濃度センサ26により検出され、その濃度値がコントロー
ラ32において解析され、かつ所定の演算その他の処理が
行われ、その解析及び処理の結果として、ガスコントロ
ーラ32から制御信号が調節弁24（又は／及び）30に送ら
れ、かつその調節弁24（又は／及び）30の開閉あるいは
開度の調節が行われて、揚水ガス循環系統内の酸素濃度
の低減あるいは、揚水ガスの交換が自動的に行われるよ
うにしてもよいことは勿論である。 なお、温泉タンク７内の揚水ガスの圧力が圧力センサ
34により検出されて、その圧力値が圧力コントローラ37
において解析され、かつ所定の演算その他の処理が行わ
れ、その解析及び処理の結果として、圧力コントローラ
37から制御信号が安全弁36に送られ、温泉タンク７内の
圧力が異常に高くなると、安全弁36が開いて温泉タンク
７内の揚水ガスの圧力を低減する。 また、温泉タンク７内の揚水ガスの圧力が低くなった
場合には、圧力コントローラ37から調節弁24（又は／及
び）30に制御信号が送られかつその調節弁24（又は／及
び）30の開閉あるいは開度の調節が行われて、循環系統
内に揚水ガスが補給され、循環系統内の揚水ガスの圧力
が常時適正値あるいは適正範囲内にあるように、自動的
に制御される。 なお、この発明は温泉井１の少なくともガスリフト管
４の外面と揚水管３の内面の腐食の防止に効果があるも
のとして説明したが、ガスリフト管４の内面、揚水管３
の外面及び井戸ケーシング２の内面の腐食の防止あるい
はその進行の遅延にも効果が期待できるものであり、従
って温泉井全体の寿命を延ばすことができ、経済性を高
めるものである。 〔発明の効果〕 以上説明したように、この発明によれば、空気注入管
や揚水管の腐食を防止しあるいはその進行を遅くし、そ
れらの修理や取替を不要にしあるいはその頻度を減少さ
せ、修理費あるいは維持管理費を減少することができる
とともに、酸素に起因する泉質の変化を防止することが
できるという効果が得られる。また、循環配管内の酸素
濃度が所定値よりも高いときには、これを酸素濃度検出
手段が検出して補給量制御手段を作動させ、補給装置に
接続された補給管の調節弁を調節して補給装置からの新
たな揚水ガスを循環配管内に補給することにより循環配
管内の揚水ガスの酸素濃度を低下させるから、ガス注入
管や揚水管の腐食防止等の前記作用を確実にすることが
可能となるという効果もある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例を示す図である。 １……温泉井、２……井戸ケーシング、３……揚水管、
４……ガスリフト管、７……温泉タンク、９……温泉ポ
ンプ、13……ドレーン抜き、14……ガス吸入管、15……
高圧圧縮機、16……逃がし弁、17……逆止弁、19……ク
ッションタンク、22……窒素ガスボンベ、23,29……補
給管、24,30……調節弁、26……酸素濃度センサ、28…
…脱酸素材タンク、32……ガスコントローラ、34……圧
力センサ、36……安全弁、37……圧力コントローラ、Ａ
……揚水ガス系統、Ｂ……空気系統及び脱酸素空気、Ｃ
……温泉水系統、Ｄ……気水系統。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．不活性ガス及び脱酸素空気のいずれか一方又は両者
   を混合したガスからなる揚水ガスを高圧にする圧縮機
   と、該圧縮機に接続されて前記高圧の揚水ガスを深井戸
   の水中に注入させる金属製のガス注入管と、該ガス注入
   管に接続されて前記高圧の揚水ガスの浮力により前記深
   井戸の前記水を気水として揚水する金属製の揚水管と、
   該揚水管に接続されてこの揚水管により揚水された前記
   気水から低圧の揚水ガスと水とに分離する気水分離装置
   と、該気水分離装置に接続されてこの気水分離装置によ
   り分離された揚水ガスを前記圧縮機に吸入し且つ前記ガ
   ス注入管及び揚水管と協働して循環配管を形成するガス
   戻り管と、補給装置に連続されて新たな揚水ガスを前記
   循環配管内に補給する補給管と、該補給管の途中に設け
   られて前記揚水ガスの補給量を調節する調節弁と、前記
   循環配管の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該
   酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度が所定値よ
   りも高いときに前記調節弁により前記揚水ガスを補給し
   て前記循環配管内の酸素濃度を低下させる補給量制御手
   段とからなる揚水装置。