JP3184960B2

JP3184960B2 - 気液ポンプ装置

Info

Publication number: JP3184960B2
Application number: JP13414698A
Authority: JP
Inventors: 健吉岡
Original assignee: 健吉岡
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2001-07-09
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: JPH11336687A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気液パイプ巻体３を回
転させて気体と液体を加圧又は減圧し、この加圧気液を
圧送し、減圧空間を創出し各種の用途に利用する気液ポ
ンプ装置に関するもので、揚水ポンプ装置、固形物質の
輸送装置、液体中への酸素供給装置、気体供給装置、液
体供給装置、気液供給装置、圧搾ポンプ装置、真空ポン
プ装置等として利用するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の９０％以上のポンプは遠心力を主
体とするターボ型で占められていた、これらは高速回転
を必要とするため、モーターやエンジンを使用せざるを
得ない状況にあった。、自然力や人力では駆動すること
は困難であった。ターボ型以外のポンプで、歯車、ピス
トン、スクリュウやネジによる方式は、圧送力の確保、
圧送量の確保、あるいは操作や維持管理の点でいずれか
が不十分で、実用的でなく、自然力や人力では実用的な
域には至らない難点があった。効率のよい低速回転で能
力を発揮するポンプの出現が求められていた。

【０００３】吸込口から吐出口までの間に、内部の装置
として、ピストン、羽根、歯車、スクリュー、ネジ等の
いずれかを必要とするため、騒音や振動が大きく生活環
境からの対策が必要であった、また、気体や液体ととも
に物質（木材片、金属片、砂利、玉石、土石、岩塊、石
炭、スラッジ、魚介類、野菜、果物、パック等）を搬送
する際に、前述の内部の装置に物質が引っ掛かり、目詰
まりを起こして故障する場合が多く、流動性のよい一部
の汚泥の搬送以外に物質の移送は困難であった。目詰ま
りが起きないポンプが求められていた。

【０００４】機能的には、始動時に吸込工程でのキャビ
テーションや、圧送工程の停止時の水撃作用による被害
の発生が欠点として指摘されていた。この被害を防止す
るために種々の対策が必要となる不都合があった。

【０００５】モーターやエンジンは、装置の高性能化に
伴って、構造や機構が複雑多様化して、運搬、設置、維
持管理に多大の経費と、操作に高度の熟練技術が必要と
なり、発展途上国や山間僻地では使用し難く、危険性も
大きい欠点があった。維持管理や操作の簡単なポンプの
出現が求められていた。

【０００６】水流量が多く水流力のある豊水流の場所は
世界中に無数に存在するが、この豊水流を効果的に活用
できる方法が少なく、落差を利用した水力発電や、自然
流下方式以外の適切な利用方法が少ないため、十分な活
用ができない状況にあり、利用価値のある適切な方法が
求められていた。

【０００７】ＮＯ_Ｘ、ＳＯ_Ｘ、ＣＯ_２の低減は叫ばれな
がらも、基本的に技術の追従が困難であった。また、風
力、水力、ソーラーシステム等は低密度のエネルギーの
ため、効果的に工業的機器として直接実用化するのは困
難であった。世界に無数に存在する大小の水流力を効果
的に活用する方法（発電力、自然流下の利用を除く）が
なく、ＮＯ_Ｘ、ＳＯ_Ｘ、ＣＯ_２が発生しない方法を含め
て、自然力を効果的に利用できるポンプの開発が待たれ
ていた。

【０００８】曝気による液槽、湖沼、池、河川、海等の
液体中の動植物や微生物への酸素供給や撹拌や溶存酸素
の増強、スポーツや趣好のための水中への気液の供給に
は、強力なブロアーやエジェクター、あるいは高速回転
羽根を動かす方法があったが、いずれもモーターで遠心
力を使用するため曝気作業中は、複雑で、高度技術、騒
音振動、危険性が同居しており、簡単な効果的方法が求
められていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
した従来のポンプの欠陥を解決することにあって、遠心
力を用いず低速回転で、ピストン、羽根、歯車、スクリ
ュー等のいずれも使用せず騒音や振動の少ない、自然力
や人力でも容易に駆動できる、実用的に能力の発揮でき
るポンプの開発にある。

【００１０】本発明の他の目的は、圧送手段の内部装置
としてピストン、羽根、歯車、スクリュー等のいずれも
使用せず、目詰まりを起こさないで、気体や液体ととも
に物質（木材片、金属片、砂利、玉石、土石、岩塊、石
炭、スラッジ、魚介類、野菜、果物、パック等）の搬送
をもできるポンプの開発にある。

【００１１】本発明の他の目的は、ＮＯ_Ｘ、ＳＯ_Ｘ、Ｃ
Ｏ_２発生源であるモーターやエンジンの使用を極力押さ
えて、風力、水力、ソーラーシステム、人力等の活用を
促進可能なポンプの開発にある。

【００１２】本発明の他の目的は、従来のポンプの吸込
工程で起きたキャビテーションや圧送工程で起きたウォ
ーターハンマーの被害の起きないポンプの開発にある。

【００１３】本発明の他の目的は、ポンプの構造を簡単
にし、人力や自然力や現存する汎用機械（自転車等）を
流用して、運搬、設置、操作、維持管理を容易にし、発
展途上国や山間僻地でも容易に使用できるポンプの開発
にある。

【００１４】本発明の他の目的は、世界中でどこでも存
在している大小の水流を容易に活用し、産業に貢献でき
る簡単な機械の開発にある。

【００１５】本発明の他の目的は、気液を混合状態で同
時に水中へ、場合によっては高圧で放出し、水質浄化を
含む曝気や撹拌をして液中、液底の動植物や微生物の育
成のための酸素や水の供給手段、入浴時の湯船や、スポ
ーツを含むプール等への気液の供給手段として、簡単な
方法で効果的なポンプの開発にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】内部が空洞状の回転軸４
をほぼ水平にして、回転軸４の周りにパイプ１を巻いて
連通したリング状流路２を形成したパイプ巻体３を、回
転軸４と一体に回転可能にして、回転軸４に軸受１８を
取付けて気液流入口６をパイプ巻体３の回転毎に液体に
水没する位置に設置する、パイプ巻体３のパイプの一端
の開口を気液流入口６とし、他端はパイプ巻体の最終リ
ングから気液流出パイプ７を経て回転軸４の空洞内を潜
る回転圧送管８を、気密水密性の回転自在に連通する接
続機器９の一端に接続し、接続機器９の他端には圧送パ
イプ１０の一端を接続し他端は所要の場所に配置する、
駆動源１５によってパイプ巻体３を回転させ、気液流入
口６を回転毎に水没させて、気体と液体を交互に気液流
入口６より連通したリング状流路２に流入させ、パイプ
巻体３内の連通した各リング状流路２内の気体と液体
を、重力の作用で上下に分離した封水状態を維持する速
度の０．０１〜３回／秒でパイプ巻体３を回転させて、
気液流入口６側より気液流出パイプ７側にかけて次第に
移送させ、気液流出パイプ７以降は封水状態を解消し
て、気体と液体を混合状態にさせて回転圧送管８から接
続機器９を経て圧送パイプ１０に移送し、移送途上に抵
抗を与えて封水状態の水位に自動的に水位差を起こさ
せ、移送状態を圧送状態に変え、圧送パイプ１０から気
体と液体を共に目的場所へ圧送することに特徴がある。

【００１７】また、本発明は、パイプ巻体３の気液流入
口６から気体と液体を流入させる方法として、パイプ巻
体３の下部を水中に浸漬させる浸漬式、パイプ巻体３を
浸漬させないで気液流入口６を外周へ伸展して流入させ
る伸展流入式、気液流入口６を回転軸４内に潜らせて軸
内に流入させる軸内伸展式、気液流入口６を回転軸４内
に潜らせてのち更に回転軸の外部へ伸展して流入させる
軸外伸展式とすることに特徴がある。

【００１８】更に、本発明は、パイプ巻体３の巻形式
を、円盤型（蚊取り線香巻型）、又は円筒型、又は円錐
台型、又はドーナツ型（タイヤ型）、又はたいこ型、又
は鼓型、に構成することに特徴がある。

【００１９】更に、本発明は、圧送パイプ１０に気液分
離装置１３を付設して、加圧気体と加圧液体に分離し
て、加圧気体を加圧気体貯留装置１４に貯留してパイプ
巻体３を気体圧縮装置として利用することに特徴があ
る。

【００２０】更に、本発明は、パイプ巻体３の回転に人
力足踏み等による動力手段を使用することに特徴があ
る。

【００２１】更に、本発明は、圧送パイプ１０を液中に
延伸して、加圧気体と加圧液体を同時またはどちらか単
独で放出し、水中の溶存酸素の増強、又は液槽中の魚介
類や水耕栽培を含む水辺の動植物への酸素供給手段、又
はスポーツや健康用の入浴の気液放出手段、又は水質浄
化の活性汚泥、接触曝気、回転円盤の各方式のいずれか
の曝気手段、として使用することに特徴がある。

【００２２】

【実施の態様】本発明の、気液ポンプ装置を図１にした
がって説明すると、内部が空洞状の回転軸４をほぼ水平
にして、回転軸４の周りにパイプ１を巻いて連通したリ
ング状流路２を形成したパイプ巻体３を、回転軸４と一
体に回転可能にして、回転軸４に軸受１８を取付けて気
液流入口６をパイプ巻体３の回転毎に液体に水没する位
置に設置する、パイプ巻体３のパイプの一端の開口を気
液流入口６とし、他端はパイプ巻体の最終リングから気
液流出パイプ７を経て回転軸４の空洞内を潜る回転圧送
管８を、気密水密性の回転自在に連通する接続機器９の
一端に接続し、接続機器９の他端には圧送パイプ１０の
一端を接続し他端は所要の場所に配置する、駆動源１５
によってパイプ巻体３を回転させ、気液流入口６を回転
毎に水没させて、気体と液体を交互に気液流入口６より
連通したリング状流路２に流入させ、パイプ巻体３内の
連通した各リング状流路２内の気体と液体を、重力の作
用で上下に分離した封水状態を維持する速度の０．０１
〜３回／秒でパイプ巻体３を回転させて、気液流入口６
側より気液流出パイプ７側にかけて次第に移送させ、気
液流出パイプ７以降は封水状態を解消して、気体と液体
を混合状態にさせて回転圧送管８から接続機器９を経て
圧送パイプ１０に移送し、移送途上に抵抗を与えて封水
状態の水位に自動的に水位差を起こさせ、移送状態を圧
送状態に変え、圧送パイプ１０から気体と液体を共に目
的場所へ圧送するものである。

【００２３】また、本発明は、パイプ巻体３の気液流入
口６から気体と液体を流入させる方法として、パイプ巻
体３の下部を水中に浸漬させる浸漬式、パイプ巻体３を
浸漬させないで気液流入口６を外周へ伸展して流入させ
る伸展流入式、気液流入口６を回転軸４内に潜らせて軸
内に流入させる軸内伸展式、気液流入口６を回転軸４内
に潜らせてのち更に回転軸の外部へ伸展して流入させる
軸外伸展式とするものである。

【００２４】さらに、本発明は、パイプ巻体３の巻形式
を、円盤型（蚊取り線香巻型）、又は円筒型、又は円錐
台型、又はドーナツ型（タイヤ型）、又はたいこ型、又
は鼓型、に構成するものである。

【００２５】さらに、本発明は、パイプ巻体３の巻層
を、必要に応じて単数層、または複数層とするものであ
る。

【００２６】さらに、本発明は、圧送パイプ１０に気液
分離装置１３を付設して、加圧気体と加圧液体に分離し
て、加圧気体を加圧気体貯留装置１４に貯留してパイプ
巻体３を気体圧縮装置として利用するものである。

【００２７】さらに、本発明は、パイプ巻体３の回転に
人力足踏み等による動力手段を使用するものである。人
力足踏み等とは、人力または自転車または自動車（オー
トーバイ、耕運機、トレーラー等を含む）を流用して、
容易に気液パイプ巻体３を回転させることにわって、モ
ーターやエンジン等の特別の動力を使用しなくても利用
できることを意味している。

【００２８】さらに、本発明は、圧送パイプ１０を液中
に延伸して、加圧気体と加圧液体を同時またはどちらか
単独で放出し、水中の溶存酸素の増強、又は液槽中の魚
介類や水耕栽培を含む水辺の動植物への酸素供給手段、
又はスポーツや健康用の入浴の気液放出手段、又は水質
浄化の活性汚泥、接触曝気、回転円盤の各方式のいずれ
かの曝気手段、として使用するものである。

【００２９】さらに、本発明は、パイプ巻体３の回転に
人力足踏み等による動力手段を使用するものである。

【００３０】人力足踏み等とは、人力や自然力や現存す
る汎用機械（自転車等）を流用して、運搬、設置、操
作、維持管理を容易にし、発展途上国や山間僻地でも容
易に使用できるポンプを意味するものである。

【００３１】気液パイプ巻体３の回転を続行し、加圧気
体と加圧液体を各連通したリング状流路２内へ強制移動
させ続けて、加圧気体と加圧液体の圧力を順次高めて行
くことによって、各連通したリング状流路２内の両側２
箇所の液面に、液（気）位差ｈｉ、が生じる、図１（Ｂ
−Ｂ）に示すように、この液位差ｈｉは最終の連通した
リング状流路２において最高となり、各々のｈｉの蓄積
した合計Ｈが、液体の圧送力（揚液高）となる。

【００３２】そして、回転圧送管８で混合状態となった
気体と液体は、さらに気液パイプ巻体３の回転によって
回転軸の内部の回転圧送管８から、接続機器９を経て圧
送管１０に圧送して各種の用途に使用する。接続機器９
は回転する回転圧送管８と回転しない圧送管１０とをパ
イプの連通効果を保った状態で接続する装置で現存する
機器としてはスイベルジョイントはその１例である。こ
の加圧した混合気液を回転しない圧送管１０によって、
貯槽１２に圧送（揚水）したり、液体処理装置や気液供
給装置等の外部の装置（図示していない）として液中に
圧送して、曝気、酸素供給、撹拌、給気給水等に利用し
てもよい。圧送管１０の口径を大きくした場合は、圧送
速度が小さくなり気体と液体が分離し易くなる、圧送管
１０の口径を小さくした場合は、圧送速度が大きくなり
気体と液体の分離は少なくなる、すなわち、圧送管１０
の口径は用途に応じて大小の調整をすると効果的とな
る。

【００３３】気液パイプ巻体３の全体を液槽等の液路に
浸漬するのではなく、図７に示すように、ドラム１９に
収納した気液パイプ巻体３の一端を伸展させて設けた気
液流入口６のみを液路５に水没させ、回転軸４に設けた
プーリー１７をモーターその他の動力（図示せず）によ
って回転させることにより、気液パイプ巻体３を回転さ
せる、これによって、図７（Ａ−Ａ）（Ｂ−Ｂ）（Ｃ−
Ｃ）に示すように、気液パイプ巻体３の各連通したリン
グ状流路２内の気液を加圧状態にして、気液パイプ巻体
３の気液流出口７より混合状態で回転圧送管８に圧送し
て行き、接続機器９を経て圧送管１０に圧送する。

【００３４】圧送管１０に圧送した混合した加圧気体と
加圧液体は、圧送管１０に付設した気液分離装置１３に
よって加圧気体と加圧液体とに分離し、加圧気体として
利用する場合は加圧気体貯留装置１４に圧送して、例え
ばコンプレッサー等として圧縮気体として利用してもよ
く、また、パイプ巻体の回転を逆にして気液分離装置１
３を気液の合流装置として、気体の真空装置（減圧装
置）として利用してもよい。

【００３５】気液ポンプ装置の圧送力を高くする方法
は、気液パイプ巻体３の直径を大きくすると共にリング
状流路２の巻数を多くする必要があるが、高圧化が進む
につれて、気体の体積が縮小するため、液体に比べて気
体の体積が小さくなり、気体と液体の体積比に不都合が
起きる。通常は気体と液体の体積比は半々前後がよい
が、液体に比べて気体の体積が極端に小さくなるため高
圧化に限度がくる。この状態を解消する方法として必要
な時点で必要量の液体を放出して適切な気液体積比の状
態に調整する必要がある。すなわち、気液分離装置１３
は、液体を必要時に放出するための調整用として使用す
る。気液パイプ巻体３を複数個使用して、その中継場所
に必要に応じて気液分離装置１３を設置して気液量を調
整することによって、１０気圧以上の高圧化を図っても
よい。この場合、気液分離装置１３の設置位置は、先の
気液パイプ巻体３の圧送管１０と後の気液パイプ巻体３
の気液流入口６の接続する場所となる。

【００３６】気液パイプ巻体３を構成するパイプの口径
は、０．５〜１００ｃｍが汎用的な範囲であるが、これ
より上下の範囲でもよい。気液パイプ巻体３の直径は汎
用的には１０〜１０００ｃｍであるが、これより上下の
範囲でもよい。また、気液パイプ巻体３の巻数は１〜１
０００回でもよいが、汎用的には１〜１００回程度の範
囲である。これらの数値より以上又は以下の場合は、圧
力が上昇するにつれて気体は圧縮されるが、液体は殆ど
圧縮されないため、封水状態の形成上の気体と液体の体
積比率が適切でなくなるためである。これらの数値より
も上下でも製作は可能であるが、技術的、経済的からみ
て効果的ではない。

【００３７】気液パイプ巻体３は、ドラム１９に収納し
てもよいし、これ以外に枠体、フレーム、その他の収納
体に収めてもよいし、気液パイプ巻体３は、図１に示す
ように、必ずしもドラム１９等の収納体に納めなくても
よい。

【００３８】気液パイプ巻体３の回転軸４は、必ずしも
気液パイプ巻体３内の全体を貫通している必要はなく、
必要な部分だけでもよい、また、気液パイプ巻体３の回
転軸４は水平に設けるが、封水状態が維持できる場合
は、必要に応じて多少傾斜して設置してもかまわない
し、回転作業中に前後左右上下に多少揺れても構わな
い。

【００３９】気液パイプ巻体３の巻形式は、単層又は多
層方式があり、連通するリングの間隔は近接する場合
と、多少間隔を空ける場合がある、また、巻型式は図６
に示す通りである。いずれも回転軸を横から視た場合の
形の区別で、回転軸の正面又は背面側からの形の基本
は、円形である。しかし、気液パイプ巻体３は三角形、
四角形、五角形等の多角形でも一応の機能は発揮可能で
ある、本説明書の場合は、気液パイプ巻体３の正面又は
背面からの形は円形で説明するが、これには前述の多角
形をも含むものとする。（イ）は円盤型で巻体をそのまま浸漬する方法で、家庭
用等の小規模な比較的小揚程で人力や自然力で回転させ
る場合に便利な方法である。（ロ）はドーナツ型（タイヤ型）で、ドーナツ形の断面
が丸型で、機能的である。大小いずれの場合にも使用可
能で、適用性が高い。（ハ）は（ロ）に属し、その変形で、ドーナツ型（タイ
ヤ型）の断面が角形になっているもので機能的には
（ロ）と同様で、製作方法も比較的簡単なため、汎用的
に利用してもよい。（ロ）と（ハ）に類似した形、ある
いは、両者の折衷した形を製作してもよい。（ニ）は円筒型（螺旋巻方式）で、故障の発見や維持管
理が容易である。巻数が多い場合で、高揚程に適してい
る。（ホ）は円錐台型で、気体部分の体積の圧縮に対応でき
る型式で故障の発見や維持管理が容易である。（ニ）と
同様で高揚程に適している。（ヘ）はタイコ型（中太り型）で、円筒形の変形でもあ
り、機能的には（ホ）（ヘ）と同様であり、途中で揚程
を増大させるような場合（巻数を増やす）に採用される
巻方である。（ト）は鼓型（中細り型）で、特殊な場合に利用する
形。（チ）は以上いずれにも属しない型で乱巻き等の規則の
ない型で、緊急や仮設等の場合に使用してもよい。以上の気液パイプ巻体３の巻形式は、気液ポンプ装置の
設置する場所、圧送力、使用する液体の液位（水位）、
動力の種類、圧送する物質の種類等によって適宣選定し
てよい。

【００４０】図５に示すように、気液流入口６から気体
と液体を流入させる方式、すなわち汲水する方式は以下
の方式がある。（イ）は胴体式で、気液パイプ巻体３の回転軸の下部の
一部を液中に浸漬するとともに、気液パイプ巻体３と同
時に巻体のまま回転しながら吸気汲水させる方式で、人
力等や小揚程の気液ポンプに適している一方、気液パイ
プ巻体３と液路の液体との摩擦面積が大きく、抵抗が大
きく動力や騒音が大きくなるのが欠点である。（ロ）は伸展流入式で、気液パイプ巻体３の一端を気液
パイプ巻体３よりも外側へ伸展させて設けるもので、気
液流入口６のみを液路５に水没させて気液パイプ巻体３
とともに回転しながら吸気汲水させる方式で、気液パイ
プ巻体３と液体との摩擦を低減させることが主目的であ
る。この場合、外側へ伸展させて設けた気液流入口６
は、添板や枠等を設けて付設すると効果的で安定性が確
保できる。この方法は小規模から大規模の高揚程の気液
ポンプまで巾広く適している。（ハ）は軸内伸展式で、気液パイプ巻体３の一端を伸展
させた後、一旦、回転軸４の内部に挿入して、この回転
軸４内の気液流入口６へ、液路５から回転毎に流入させ
る方式で、流入水位を適切な位置に確保する必要があ
る。気液パイプ巻体３を浸漬せずに側方の液路が設置で
きる場合に適しており、液体との摩擦抵抗が小さく、メ
ンテナンスが容易な方式である。（ニ）は軸外伸展式で、気液パイプ巻体３の気液流入口
６の一端を伸展させて、（ハ）と同様に一旦、回転軸４
の内部に挿入した後、再度回転軸４の外部に伸展させ
て、気液パイプ巻体３とともに回転しながら吸気汲水さ
せる方式。（ハ）とほぼ同様であるが、側方の液路の水
位が多少上下に離れている場合に採用する方法で、吸
気、汲水を容易にする方式。この場合も外側へ伸展させ
て設けた気液流入口６は、添板や枠等を設けて付設する
と効果的で安定性が確保できる。

【００４１】気液パイプ巻体３には、図示していない
が、回転枠、回転ドラム、巻体カバー、ローラー、歯
車、ベルト、ローラー、チェーン等を取り付けて回転さ
せてもよく、その他周知の付属機器は必要に応じて適宣
付設してよい。気液パイプ巻体３を回転させるためのハ
ンドル１１又は、プーリーの取り付け場所は、回転軸４
のどの位置でもよく、巻体の外側をプーリーとして利用
してもよいし、または横側等に付設してもよく、図示し
た例だけでなく、必要に応じて適宣選定して設けてよ
い。

【００４２】図８は、人力による足踏み回転式のドーナ
ツ型の気液パイプ巻体３の気液ポンプ装置の一例であ
る。気液パイプ巻体３を回転させる動力として、前述し
た種々の手段以外に、通常一般の乗り物として使用して
いる自転車を利用する例（図面していない）がある。人
力や自転車等を利用する方法は、小規模の容量、揚程で
あるが簡便であり、エンジン、モーターが不要なため手
軽に利用される。また、自転車や自動車の回転力を利用
するため、フレキシブルシャフト（図示していない）を
気液パイプ巻体３の一部に取り付けて回転させてもよ
い。

【００４３】気液パイプ巻体３の圧送管１０を水中に水
没させて、加圧気体、加圧液体を同時又は単独で放出さ
せて、水質浄化や動植物の育成、風呂や入浴場所に使用
する。すなわち、水質浄化では、従来の、活性汚泥方
式、接触曝気方式、回転円盤方式等に採用し、容易にか
つ底からの曝気をも可能である。従来は加圧気体や加圧
液体の水中放出で、特に液底から放出する技術に、圧縮
装置、電力装置、騒音、振動の対策に多大の施設と費用
が伴ったが、本気液ポンプ装置では一つの施設で可能で
ある。気液ポンプ装置の液底への潜水可能深さは揚程計
算の高さとほぼ同様としてよい。この場合、パイプ内の
送気液の速度は気泡の浮上速度より早くする必要があ
り、パイプの口径を決める必要がある。・図示していないが活性汚泥方式への使用も容易であ
る、一般的には配管深さは１０ｍ以内が多いため簡単な
気液ポンプ装置で可能である。また、必要に応じて気液
分離装置１３を付設して気体のみの配管としてもよい。・図９は水槽における動物への酸素供給手段として水槽
動物への酸素供給、水中への溶存酸素の増強に利用する
一例である。この場合、気液分離装置は必要に応じて省
略してもよい。・図１０は水耕栽培の養分及び酸素供給手段として利用
した一例であり、浮上式水耕栽培畑の、（イ）は横側か
らの断面図で、水耕ベットの液底の下部から気体（酸
素）または養分を供給している状態を示す。（ロ）
（ハ）は気液パイプ巻体３の使用の一例図を示す。この
場合底下部からでなく、液流の上流から又は、横側から
気液（酸素）または養分を供給してもよい。また、対象
物に応じてゆるやか、または急速に流してもよい。・図１１は回転円板方式への使用例である。（イ）は回
転円板の回転軸に気液パイプ巻体３を付設して、両者同
軸で回転させる例図である。この場合回転軸は必ずしも
同一にしないで別途としてもかまわない。（ロ）（ハ）
（ニ）は各断面図である。配管の本数は複数でもかまわ
ない。・図１２は接触曝気方式への使用例であり、（イ）は側
面曝気式であり、（ロ）は中央曝気式、（ハ）は槽外曝
気式である。これ以外に全面曝気（図示していない）で
もよい。いずれも気液分離装置を設けて散気管と逆洗管
を配置した例図であるが、状況に応じて気液分離装置と
散気管は省略してもよい。（ニ）（ホ）は気液パイプ巻
体３の主旨詳細図、（ヘ）は気液分離装置１３（実施図
ではない）の主旨説明図である。・図１３は浴槽への気泡の放出の一例図である。この場
合、気液分離装置を付設しないで気液同時の放出方式と
してもよいし、この両方式を設置して、必要に応じて切
り替える方式にしてもよいし、高圧にして噴射させても
よい。

【００４４】加圧の気液を混合状態で同時に放出する場
合、放出場所の圧力よりも遥かに高圧力（２〜１０気
圧）にする場合がある。これは、気体中の酸素を液体中
又は液底に容易に溶出させ、溶存酸素量を多くするため
である。また、この溶存酸素量が多い気液を遥かに高圧
力で放出することによって、液中での気体が単なる気泡
ではなく、従来より遥かに細粒な粉状の気泡が多く発生
し、液中への酸素溶出効果が高くするためである。な
お、気液ポンプの気液パイプ巻体の、巻体直径を大きく
し、巻数を多くすることによって高圧の気液を得ること
ができる。

【００４５】加圧気体、加圧液体を同時又は単独で、一
般の水及び温水等、人間生活の健康、スポーツ、休息の
ために利用する。図１３（イ）はジャグジープールでの
気泡放出の説明図の一例であり、（ロ）は泡渦潮の放出
例の平面説明図の一例である。

【００４６】

【発明の効果】本発明は、従来のポンプのように圧送手
段としてピストン、羽根、歯車、スクリュー、ねじ等の
内部構造物が不要のため、全体の装置を簡単、小型、安
全、安価にできる利点がある。

【００４７】また、本発明は、遠心力が不要で、気液ポ
ンプ装置の回転は低速（従来の羽根等の回転数の１／１
００程度でも可）のため、液体を細かく切り刻む工程も
ないため、エネルギーのロスが少なく、騒音や振動が従
来より格段に小さくなる利点がある。

【００４８】さらに、本発明は、気液と共に固形物（野
菜、魚類、木片、土石、岩塊等）の搬送が可能となる利
点がある。

【００４９】さらに、本発明は、気液分離装置の付設に
より、液体のみの圧送（揚水ポンプ）及び気体のみの圧
送（気体圧縮機＝コンプレッサー）として利用できる利
点がある。

【００５０】さらに、本発明は、気液分離装置の付設に
より、気体と液体の体積比を適切に調整して高圧の圧送
力と高揚程を確保できるようになった。

【００５１】さらに、本発明は、風力、水力を回転に利
用して、高所や深水部に、送気、送水を容易にする利点
がある。

【００５２】さらに、本発明によると、気液ポンプ装置
の構造や機構が簡単なため運搬、設置、維持管理が容易
となる、また、操作も簡単となりより安全側となる、し
たがってこれらに要する費用も低減できるので、発展途
上国や山間僻地においても各種の気液ポンプ装置として
使用し易い利点がある。

【００５３】さらに、本発明において、図１に示すとお
り液体の揚程高は、Ｈ≦ｈ_１＋ｈ_２＋・・・＋ｈ_ｉであるが、気液を同時に圧送する場合は、気液の混合状
態の平均した比重となり、液体のみの比重よりも小さく
なるため、従来のポンプ等の場合に比較して高揚程の気
液の圧送が可能となる。気泡ポンプ（エアリフトポン
プ）の効果も同時に起きる。このことは水中の深部へ気
液混合で圧送する場合も同様の効果がある。すなわち、
この気液混合の場合の圧送管１０では、実験結果でもは
図１に示すＨは、Ｈ＞ｈ_１＋ｈ_２＋・・・＋ｈ_ｉとなる利点がある。

【００５４】さらに、本発明において、気液を同時に圧
送できるため、従来必要としていた揚水ポンプ（遠心力
方式）とコンプレッサー（遠心力又は往復式）の二つの
装置を同時に兼用でき、かつ、簡単な装置であるため、
装置、操作、維持管理の費用が大きく低減できる利点が
ある。

【００５５】さらに、本発明において、エンジンやモー
ターの使用を少なくできる機会が多くなる、特に全世界
に無数に存在する河川、水路等の水流力を利用して揚水
等を簡単に活用できる利点を生み、省力化とＮＯ_Ｘ、Ｓ
Ｏ_Ｘ、ＣＯ_２の発生の低減化ができ、環境破壊防止の要
請に適応できる長所がある。

【００５６】さらに、本発明において、従来の水質浄化
の、活性汚泥法、接触曝気法、回転円板法に使用して、
給気用コンプレッサーが不要となるため、曝気装置や撹
拌装置を簡単にし、操作が容易になるとともに、従来問
題化していた給気用コンプレッサー、給水用のポンプの
騒音、振動は、大きく低減できる利点がある。特に本気
液ポンプ装置の稼働音は、ほぼ無騒音に近いため、都市
及び近郊での池、沼、堀の水質浄化には騒音、振動の低
減化の利点は大きい。

【００５７】さらに、本発明において、従来の水質浄化
の、活性汚泥法、接触曝気法、回転円板法に使用して、
給気、撹拌、と同時に容存酸素液の給水を可能にし、水
質浄化の機能アップを図る利点がある。

【００５８】さらに、本発明において、従来の水質浄化
の、回転円板法に使用して、電源、動力、回転軸の共有
使用と維持管理の兼務ができ、回転円板の回転による生
物膜法に加えて曝気作用の併用ができるため、回転円板
の板数を少なくでき、機能の増強を図り、施設を小さく
できる利点がある。

【００５９】さらに、本発明において、動物の育成のた
めの液中への酸素供給（容存酸素の増強）手段として、
家庭用の液槽から水族館、あるいは、閉塞性水域の池沼
等の溶存酸素の少ない箇所に至るまで容易に設置がで
き、危険性の少ない装置として使用できる利点がある。
またこの閉塞性水域の池、沼、堀、や悪臭を放つ水域等
に使用して溶存酸素を増加させて、嫌気性から解放して
好気性として消臭の役目を果たす利点がある。また、気
液混合状態で液中への酸素供給において、放出地点より
も遥か高圧の気液を放出することによって、粉状の気泡
を多く発生させ、より早く多量に溶存酸素を確保させる
利点がある。

【００６０】さらに、本発明において、植物の育成のた
めの水耕栽培の水耕ベッドの下部又は側方から酸素供給
（溶存酸素の増強）、養分供給手段及び水質浄化の手段
として、機会装置の数を少なくし、液槽から池、沼、
堀、に至るまで容易に設置ができ、危険性の少ない装置
として使用できる利点がある。

【００６１】さらに、本発明において、風呂、プール、
水槽等での入浴時等の気泡放出手段として利用でき、簡
単な装置、操作で安全の確保が容易になる利点がある。
また、［００５６］と同様に、本気液ポンプ装置の稼働
音は特に小さいため、都市及び近郊でのプールやスポー
ツクラブでの水質浄化には騒音、振動の低減化の利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】パイプを巻いて連通リング状流路を形成した気
液パイプ巻体の下部を解放型の液路内に浸漬させた『胴
体浸漬式』（又は巻体浸漬式）の気液ポンプ装置の１例
図である、（Ａ−Ａ）（Ｂ−Ｂ）（Ｃ−Ｃ）は各リング
の水位形成状況を示し、封水状態を示す。

【図２】気液パイプ巻体の多層巻で、パイプ巻体の下部
を浸漬させないで、気液流入口６のみを外側へ伸展して
浸漬させて気液を流入させる『伸展流入式』の１例図を
示し、Ａ及びＢは断面図を示す。

【図３】『軸内伸展式』に設置した１例図で、気液パイ
プ巻体の回転軸の一端から気液流入口に接続し、パイプ
巻体の側方水源の解放型の液面から汲水させる設置方法
を示し、Ａ、Ｂ、Ｃは各断面図を示す。

【図４】『軸外伸展式』に設置した１例図で、パイプ巻
体の側方水源の解放型の液面から汲水させる設置方法を
示し、Ａ、Ｂ、Ｃは各断面図を示す。

【図５】気液ポンプ装置の設置方式及び流入方式（汲水
方法）の代表４方式の各１例図を示し、（イ）は胴体浸
漬式（又は巻体浸漬式）、（ロ）は伸展流入式、（ハ）
は軸内伸展式、（ニ）は軸外伸展式である。

【図６】気液ポンプ装置のパイプ巻体のパイプの巻形式
を示す。（イ）は円盤型（又は蚊取り線香型）、（ロ）
は角ドーナツ型、（ハ）は丸ドーナツ型（又はタイヤ
型）、（ニ）は円筒型（螺旋巻き方式）、（ホ）は円錐
台型、（ヘ）はタイコ型（中太り型）、（ト）は鼓型、
を示す。

【図７】気液ポンプ装置の圧送管に気液分離室１３を付
設して高圧気体（コンプレッサーの役目）を生む装置の
１例図を示し、この装置を逆回転して真空ポンプの機能
を果たす１例図をも示す。

【図８】足踏み回転式の例図で、（イ）は足踏側面図、
（ロ）は足踏正面図、（ハ）は足踏み気液ポンプの断面
図、（ニ）は側断面図例を示す。

【図９】水槽の水棲動物への気液供給の１例図を示す。

【図１０】水耕植物への酸素供給、養分供給の例図。
（イ）は全体説明図、（ロ）（ハ）は気液パイプ巻体の
横断面及び正面図を示す。

【図１１】回転円板方式の併設例で、（イ）は全体側方
断面図、（ロ）〜（ニ）は各断面図を示す。

【図１２】接触曝気方式での設置例で、（イ）は側面曝
気式、（ロ）は中心曝気式、（ハ）は槽外曝気式、
（ニ）（ホ）は気液パイプ巻体の横断面及び正面図を示
す。

【図１３】入浴時の気泡の放出への使用説明図。（イ）
はジャグジーの断面説明図、（ロ）は気泡渦潮の平面説
明図。

【符号の説明】１パイプ２リング状流路３パイプ巻体４回転軸５気液源（水源、液槽、液路とも言う）６気液流入口７気液流出パイプ８回転圧送管９接続機器１０圧送管１１気液流出口１２圧送液槽１３気液分離装置１４加圧気体貯留装置１５駆動源１７伸展流入パイプ１８軸受１９動力伝達部（歯車、プーリー、ベルト、チェーン
等）２２踏み台２３接触材２４散気栓２５逆洗管２６回転板２７水耕植物２８水耕ベット

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が空洞状の回転軸４をほぼ水平にし
て、回転軸４の周りにパイプ１を巻いて連通したリング
状流路２を形成したパイプ巻体３を、回転軸４と一体に
回転可能にして、回転軸４に軸受１８を取付けて気液流
入口６をパイプ巻体３の回転毎に液体に水没する位置に
設置する、パイプ巻体３のパイプの一端の開口を気液流
入口６とし、他端はパイプ巻体の最終リングから気液流
出パイプ７を経て回転軸４の空洞内を潜る回転圧送管８
を、気密水密性の回転自在に連通する接続機器９の一端
に接続し、接続機器９の他端には圧送パイプ１０の一端
を接続し他端は所要の場所に配置する、駆動源１５によ
ってパイプ巻体３を回転させ、気液流入口６を回転毎に
水没させて、気体と液体を交互に気液流入口６より連通
したリング状流路２に流入させ、パイプ巻体３内の連通
した各リング状流路２内の気体と液体を、重力の作用で
上下に分離した封水状態を維持する速度の０．０１〜３
回／秒でパイプ巻体３を回転させて、気液流入口６側よ
り気液流出パイプ７側にかけて次第に移送させ、気液流
出パイプ７以降は封水状態を解消して、気体と液体を混
合状態にさせて回転圧送管８から接続機器９を経て圧送
パイプ１０に移送し、移送途上に抵抗を与えて封水状態
の水位に自動的に水位差を起こさせ、移送状態を圧送状
態に変え、圧送パイプ１０から気体と液体を共に目的場
所へ圧送する気液ポンプ装置。
【請求項２】パイプ巻体３の気液流入口６から気体と液
体を流入させる方法として、パイプ巻体３の下部を水中
に浸漬させる浸漬式、パイプ巻体３を浸漬させないで気
液流入口６を外周へ伸展して流入させる伸展流入式、気
液流入口６を回転軸４内に潜らせて軸内に流入させる軸
内伸展式、気液流入口６を回転軸４内に潜らせてのち更
に回転軸の外部へ伸展して流入させる軸外伸展式とする
請求項１記載の気液ポンプ装置。
【請求項３】パイプ巻体３の巻形式を、円盤型（蚊取り
線香巻型）、又は円筒型、又は円錐台型、又はドーナツ
型（タイヤ型）、又はたいこ型、又は鼓型、に構成する
請求項１または請求項２記載の気液ポンプ装置。
【請求項４】圧送パイプ１０に気液分離装置１３を付設
して、加圧気体と加圧液体に分離して、加圧気体を加圧
気体貯留装置１４に貯留してパイプ巻体３を気体圧縮装
置として利用する請求項１または請求項２または請求項
３記載の気液ポンプ装置。
【請求項５】パイプ巻体３の回転に人力足踏み等による
動力手段を使用する請求項１または請求項２または請求
項３または請求項４または請求項５記載の気液ポンプ装
置。
【請求項６】圧送パイプ１０を液中に延伸して、加圧気
体と加圧液体を同時またはどちらか単独で放出し、水中
の溶存酸素の増強、又は液槽中の魚介類や水耕栽培を含
む水辺の動植物への酸素供給手段、又はスポーツや健康
用の入浴の気液放出手段、又は水質浄化の活性汚泥、接
触曝気、回転円盤の各方式のいずれかの曝気手段、とし
て使用する請求項１または請求項２または請求項３また
は請求項４または請求項５記載の気液ポンプ装置。