JP5987919B2

JP5987919B2 - 揚液装置及び揚液方法

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Publication number: JP5987919B2
Application number: JP2014557362A
Authority: JP
Inventors: 伸拓田中; 栗原　潔; 潔栗原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2016-09-07
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Description

本発明は、低い位置にある液体をエアーポンプを使用して高い位置へ吸い上げるための揚液装置及び揚液方法に関する。

従来より、エアーポンプ（又は真空ポンプ）を用いた揚液装置が知られている。この揚液装置は、低い位置にある液体源に揚液管の一端を挿入し、揚液管の他端を高い位置に設けられた密閉構造のタンクに接続し、タンク内をエアーポンプで減圧することにより、液体源の液体を揚液管を介してタンクへと吸い上げるものである。しかし、この種の揚液装置の場合、エアーポンプが発生する負圧に応じた揚液可能高さ以上には揚液できない。

そこで、特許文献１では、真空ポンプによる揚液可能高さ以上に揚液が可能な揚液装置が提案されている。図１０はその一例であり、低い位置に設けられた液体源１００と、液体源１００に一端が挿入された揚液管１０１と、高い位置に設けられ、揚液管１０１の他端が接続されたタンク１０２と、タンク１０２に設けられた真空ポンプ１０３とを備えている。揚液管１０１の他端は、液体源１００の液面レベルに対して真空ポンプ１０３による揚液可能高さ以上の高さに設置されている。揚液管１０１の途中であって、真空ポンプ１０３による揚液可能高さより低い位置に給気管１０４が接続され、この給気管１０４に給気バルブ１０５が取り付けられている。

給気バルブ１０５を閉じた状態で真空ポンプ１０３を駆動すると、この真空ポンプ１０３に接続されたタンク１０２内と揚液管１０１内の空気が排気されて減圧される。揚液管１０１内が所定の負圧になると、給気管１０４が接続された分岐部よりも高い位置まで揚液管１０１内の液面が上昇する。ただし、液面はタンク１０２の高さまでは到達できない。ここで、給気バルブ１０５を短時間だけ開くと、空気が給気管１０４に導入され、揚液管１０１の分岐部に気泡１０６として溜まり、揚液管１０１内の液体が上下に分断される。揚液管１０１内の圧力と気泡１０５の圧力との差と、気泡１０５が受ける浮力とによって、気泡１０５が上昇するため、気泡１０５の上側に位置する液体柱は上方へ押し上げられ、タンク１０２に流入することになる。

ところが、上記構成の揚液装置の場合、短い給気管１０４が揚液管１０１の側部に接続され、その給気管１０４に給気バルブ１０５が取り付けられているため、給気バルブ１０５に液体が接触する。そのため、液体中の不純物がバルブ１０５に付着し、バルブ１０５の開閉動作に支障をきたす可能性があった。また、給気バルブ１０５を所定時間以上開くと、給気バルブ１０５を介して液体が流出する可能性もある。

特許文献１には、上述の揚液装置とは別の実施例も開示されている。図１１はその一例であり、揚液管１０１の中に送気管１０４を挿入し、その下端を真空ポンプ１０３による揚液可能高さより低い位置に開口させてある。送気管１０４の上端には、間欠的に開閉される開閉バルブ１０５が取り付けられている。この実施例では、開閉バルブ１０５が揚液管１０１より上方に突出した送気管１０４の上端に取り付けられているので、開閉バルブ０に液体が接触する恐れがなく、送気管１０４から液体が流出するという問題もない。

しかし、この揚液装置の場合、揚液管１０１の中に送気管１０４が挿入されているため、揚液管１０１の断面積が送気管１０４の断面積分だけ減少し、揚液管１０１と送気管１０４との間の環状の隙間が液体の流路となる。送気管１０４から導入された空気層は、送気管１０４の先端で気泡１０６になって溜まり、この気泡１０６が揚液管１０１と送気管１０４との間の環状の隙間に満たされた液体を上下に分割する必要がある。しかし、環状の隙間に満たされた液体を上下に分割するには、大きな気泡を作る必要がある。特許文献１では、開閉バルブ１０５を短時間ずつ開き、間欠的に吐出された複数の気泡が上昇するにしたがって集合することで、揚液管１０１の内径を占めるような砲弾型の気泡（スラグ流）を形成するとされている（段落００２２）。しかし、複数の気泡が環状の空間の中で１つに集合するとは限らず、環状の隙間に満たされた液体を上下に分割できず、所望の揚液効果が得られない可能性がある。さらに、揚液管１０１の直径が比較的小さな小型の揚液装置に適用した場合、液体の表面張力の影響により、気泡が送気管１０４の先端で溜まったまま揚液管１０１の環状隙間の中を浮上できなくなる可能性がある。

特開２０００−２４０６００号公報

本発明の目的は、エアーポンプを用いてこのポンプの揚液可能高さ以上の高さに揚液できる揚液装置及び揚液方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、液体を貯留した給液部と、前記給液部よりも高い位置に設けられているタンクと、一端が前記給液部の液体中に挿入され、他端が前記タンクに接続されている揚液管と、前記タンク内及び前記揚液管内を減圧するエアーポンプと、前記揚液管の途中に分岐部を介して一端部が接続され、他端部に一端部より上方へ起立した起立部を有する給気管と、前記給気管の他端部に設けられ、大気に対して開閉可能なエアーバルブと、を備え、前記給液部の液面から前記揚液管の他端までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも大きく、前記給液部の液面から前記分岐部までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも小さく、前記給気管は、その一端部と他端部とが上方へ起立し、全体として略Ｕ字形状に形成されており、前記給気管の一端部は、前記分岐部を介して前記揚液管のタンク側の部分と一直線状に接続されていることを特徴とする、揚液装置を提供する。

本発明は、特許文献１と同様に、エアーポンプの揚液可能高さより高い位置まで揚液するために、エアーバルブを間欠的に開き、給気管から空気を導入させ、導入された空気層によって揚液管内の液体を持ち上げてタンクへ揚液するものである。エアーバルブを閉じた状態でエアーポンプを駆動すると、タンク内及び揚液管内が減圧され、給液部の液体は揚液管へと吸い上げられ、エアーポンプの揚液可能高さまで上昇する。分岐部はエアーポンプの揚液可能高さより低い位置にあるので、分岐部は液体で満たされる。このとき、液体の一部は給気管の中にも入るが、エアーバルブが閉じられているため、エアーバルブの位置まで液面は上昇できない。つまり、エアーバルブが液体と接触することはない。次に、エアーポンプを駆動しながらエアーバルブを開くと、空気層が給気管を介して分岐部へ導入され、この空気層により揚液管内の液体が上下に分割される。空気層より上部に位置する液体は、エアーポンプの揚液可能な液体の質量より軽いので、その液体はエアーポンプによる負圧と空気層の圧力との差と、空気層の浮力とによって押し上げられ、タンク内に流入する。エアーバルブを間欠的に開くことにより、上記動作を繰り返し、タンク内に液体が溜められる。

本発明では、給気管の一端部が分岐部を介して揚液管に接続され、給気管の他端部にエアーバルブが取り付けられている。エアーバルブを開くと、給気管から導入された空気層は揚液管の中で１つの気泡となり、その気泡により揚液管内の液体を上下に分割できる。そのため、エアーポンプが発生する負圧により、気泡より上側の液体をスムーズに揚液できる。給気管が揚液管の断面積に影響を与えないので、揚液管が細い管であっても、給気管が揚液管内を上昇する気泡の浮上を邪魔せず、円滑に揚液できる。さらに、エアーバルブには液体が接触しないので、液体中の不純物がバルブに付着することがない。

給気管の起立部はエアーポンプの揚液可能高さよりも高い位置まで延びており、給気管の起立部のエアーポンプの揚液可能高さよりも高い位置に、エアーバルブが取り付けられているのが望ましい。この場合には、何らかの原因で給気管の中が負圧となり、給気管内に液体が流入した場合でも、エアーバルブがエアーポンプの揚液可能高さよりも高い位置に設けられているので、エアーバルブに液体が接触することがない。

なお、エアーバルブの取付位置は給気管の起立部に限るものではなく、例えば給気管の他端部に上向きの起立部と下向部とを連続して形成し、その下向部にエアーバルブを取り付けても良い。この場合、起立部の上端がエアーポンプの揚液可能高さより高い位置にあれば、液体が起立部を乗り越えることができないので、エアーバルブに液体が接触することがない。

給気管は、その一端部と他端部とが上方へ起立し、全体として略Ｕ字形状に形成されており、給気管の一端部は、分岐部を介して揚液管のタンク側の部分と一直線状に接続されているのが望ましい。この場合には、給気管内で形成された空気層が蛇行せずに揚液管に流入するため、空気層が崩れにくい。そのため、揚液管内の液体が上下に分割されやすく、揚液効果が高くなる。また、給気管がＵ字状に屈曲しているので、給気管内に液体を溜めることができ、エアーバルブを開いた時、流入した空気によって給気管内の液体が押されて一緒に揚液管を上昇するので、より多量の液体を揚液できる。

給気管の断面積を揚液管の断面積よりも大きくするのが望ましい。この場合には、給気管内の容積が大きくなるので、揚液管の分岐部に流入した空気層の塊を大きくできる。そのため、揚液管内の液体が上下に分割されやすく、揚液効果が高くなる。

エアーポンプを駆動しながらエアーバルブを開いて、給気管を介して分岐部へ空気層を流入させる際、エアーバルブを短時間で開閉してもよいし、連続的に開いても良い。特に、空気層よりも上部に位置する液体柱をタンクへ吸い上げるまでエアーバルブを連続的に開いた場合には、空気層が分散せずに１つの大きな空気溜まりになり、その空気層が大気圧に近くなるので、空気層よりも上部に位置する液体柱を速やかに揚液できる。

以上のように、本発明によれば、給気管の一端が分岐部を介して揚液管に接続され、給気管の他端部にエアーバルブが取り付けられているので、給気管から導入された空気層は揚液管の中で１つの気泡となる。そのため、エアーポンプが発生する負圧により気泡より上側の液体をスムーズに揚液できる。給気管が揚液管の断面積を減少させないので、給気管が揚液管内を上昇する気泡の浮上を邪魔せず、円滑に揚液できる。さらに、エアーバルブには液体が接触しないので、液体中の不純物がバルブに付着せず、長期間にわたってバルブの開閉性能を維持できる。

本発明に係る揚液装置の第１実施例の概略図である。エアーポンプの一例である圧電マイクロブロアの断面図である。第１実施例の揚液装置の揚液動作例を示す図である。第１実施例の揚液装置におけるエアーポンプＯＦＦ時の動作図である。第１実施例の揚液装置の他の揚液動作例を示す図である。本発明に係る揚液装置の第２実施例の概略図である。第２実施例の揚液装置の揚液動作を示す図である。本発明に係る揚液装置の第３実施例の概略図である。本発明に係る揚液装置の第４実施例の概略図である。従来の揚液装置の一例の概略図である。従来の揚液装置の他の例の概略図である。

−第１実施例−
図１は本発明に係る揚液装置の第１実施例を示す。この装置１は、低い位置に設けられた給液部２と、給液部２の液体中に一端が挿入された鉛直方向の揚液管３と、高い位置に設けられ、揚液管３の他端が接続された密閉構造のタンク４と、タンク４に設けられたエアーポンプ１０とを備えている。この実施例の給液部２は、上方が開口した貯液槽であるが、一部が大気に開放したタンクでもよい。エアーポンプ１０は、タンク４内に流入した液体に触れないように、タンク４の上壁部に設けられている。タンク４の側壁部には液位センサ８が設けられており、タンク４内の液面が液位センサ８の高さになった時点でエアーポンプ１０を停止するよう構成されている。揚液管３の他端部は、エアーポンプ１０による揚液可能高さより高い位置まで延び、タンク４の側壁部に接続されている。なお、揚液管３のタンク４との接続部は側壁部に限らないが、タンク４内の液体が液位センサ８の液面レベルに到達する前に揚液管３に逆流しないように、液位センサ８の液面レベルより高い位置に開口している。

揚液管３の途中にはＴ字形の分岐部５が設けられ、この分岐部５に給気管６の一端部が接続されている。給気管６の他端部は上方に起立しており、その起立部６ａの上端が大気に開放している。起立部６ａには、開閉可能なエアーバルブ７が取り付けられている。エアーバルブ７としては、気体を開閉できるバルブであればよく、好ましくは短時間で開閉できる電磁バルブがよい。エアーポンプ１０と液位センサ８とエアーバルブ７とは図示しない制御装置と接続され、後述するような作動順序にしたがって制御される。

例えば、液体の密度をρ、エアーポンプ１０が発生する最大負圧をＰ、重力加速度をｇとすると、エアーポンプ１０による揚液可能高さｈ０は次式で与えられる。
ｈ０＝Ｐ／ρｇ
したがって、例えば液体が水で、エアーポンプ１０が発生する最大負圧が２ｋＰａである場合には、エアーポンプ１０による揚液可能高さｈ０は約２０ｃｍとなる。

給液部２の液面と揚液管３の他端部との高低差をｈ１、給液部２の液面と分岐部５との高低差をｈ２とすると、ｈ１とｈ２は次式を満たすように設定されている。
ｈ１＞ｈ０かつｈ２＜ｈ０

さらに好ましくは、給気管６の起立部６ａはエアーポンプ１０の揚液可能高さｈ０よりも高い位置まで延びており、エアーバルブ７は給気管６の起立部６ａの揚液可能高さｈ０よりも高い位置に取り付けられている。そのため、給気管６内がいかに減圧されても、液体がエアーバルブ７に接触することがない。なお、エアーバルブ７の取付位置は、揚液可能高さｈ０よりも高い位置である必要はない。

エアーポンプ１０は、公知の如何なる真空ポンプを使用してもよいが、本実施例では、吸入口がタンク４に接続され、吐出口が大気に開放された圧電マイクロブロアを使用した。この圧電マイクロブロア１０は、例えば特開２０１１−２７０７９号公報に開示されたものと同じであり、その構造の一例を図２に示す。図２に示すように、ブロア本体１１は、内ケース１２と、内ケース１２の外側を所定の隙間をもって非接触で覆う外ケース１３とを備えている。外ケース１３の中に内ケース１２が所定の隙間をあけて収容され、内ケース１２は外ケース１３に対してばね連結部１４を介して弾性的に支持されている。そのため、後述する振動板１５の共振駆動に伴って内ケース１２が上下方向に振動したとき、その振動が外ケース１３に漏洩するのを抑制する働きを持つ。内ケース２と外ケース３との間には空気の流入通路１７が形成されている。

内ケース１２は下方が開口した断面コの字形に形成され、内ケース１２の開口を閉じるように振動板１５が固定されて、内ケース１２と振動板１５との間に第１ブロア室１６が形成されている。振動板１５は、例えば圧電セラミックよりなる圧電素子１５ａを薄肉な弾性金属板よりなるダイヤフラム１５ｂの中央部に貼り付けたユニモルフ構造であり、圧電素子１５ａに所定周波数の電圧を印加することにより、振動板１５全体がベンディングモードで共振駆動される。この例では圧電素子１５ａは、ダイヤフラム１５ｂの第１ブロア室側と逆側の面に固定されている。

第１ブロア室１６の一つの壁面を構成し、振動板１５と対向する内ケース１２の部位には、第１壁部１２ａが設けられている。この第１壁部１２ａを薄肉な弾性金属板で形成し、振動板１５を所定のモードで共振駆動したとき、それに伴って第１壁部１２ａを励振させるように構成することが好ましい。振動板１５の中心部と対向する第１壁部１２ａの部位には、第１ブロア室１６の内部と外部とを連通させる第１開口部１２ｂが形成されている。第１壁部１２ａと対向する外ケース１３の部位には第２壁部１３ｂが設けられ、第２壁部１３ｂの中心部、即ち第１開口部１２ｂと対向する部位には第２開口部１３ｃが形成されている。この第２開口部１３ｃが空気の吐出口となる。第１壁部１２ａと第２壁部１３ｂとの間には所定の流入空間１７ａが形成され、この空間１７ａは前述の流入通路１７の一部を構成している。流入空間１７ａは、流入通路１７から導入された空気を第１開口部１２ｂ及び第２開口部１３ｃの付近に導く役割を持つ。

外ケース１３の下面側、即ち振動板１５を間にして第１ブロア室１６と反対側には、振動板１５との間で第２ブロア室１８を形成するための第３壁部１９が設けられている。第３壁部１９の中央部には、外部と第２ブロア室１８とを連通させる第３開口部１９ａが形成されている。この第３開口部１９ａが空気の吸入口となる。第２ブロア室１８の容積及び第３開口部１９ａの開口面積は、振動板１５の振動に伴って疑似的な共鳴空間を形成できるように設定されている。第２ブロア室１８と流入通路１７とは相互に接続されている。そのため、第３開口部１９ａを介して第２ブロア室１８に流入した空気は、流入通路１７を通って流入空間１７ａへと供給される。

圧電素子１５ａに所定周波数の交流電圧を印加すると、振動板１５が１次共振モード又は３次共振モードで共振駆動され、それにより第１ブロア室１６の容積が周期的に変化する。第１ブロア室１６の容積が増大するとき、流入空間１７ａ内の空気が第１開口部１２ｂを通り第１ブロア室１６へと吸い込まれ、逆に第１ブロア室１６の容積が減少するとき、第１ブロア室１６内の空気が第１開口部１２ｂを通り流入空間１７ａへと排出される。振動板１５は高周波で駆動されるため、第１開口部１２ｂから流入空間１７ａへと排出された高速／高エネルギーの空気流は、流入空間１７ａを通過して第２開口部１３ｃから排出される。このとき、流入空間１７ａ内にある周囲の空気を巻き込みながら第２開口部１３ｃから排出するので、流入通路１７から流入空間１７ａへ向かう連続した空気の流れが生じ、第２開口部１３ｃから空気は噴流となって連続的に吐出される。空気の流れを図２に矢印で示す。特に、振動板１５の共振駆動に伴って第１壁部１２ａを励振させるようにすれば、吐出流量の飛躍的な増大を図ることができる。

上述のような構造のマイクロブロア（エアーポンプ）１０は、逆止弁を備えていないので、非駆動時において吸入口１９ａと吐出口１３ｃとが連通している。そのため、エアーポンプ１０の駆動を停止すると、タンク４内及び揚液管３内が瞬時に大気圧に戻り、揚液管３内に残っている液体が揚液されず、給液部２に戻すことができる。その結果、揚液量の制御が容易になる。

−作動の説明−
次に、上記構成からなる揚液装置１の作動の一例を図３を参照しながら説明する。まず、エアーバルブ７を閉じた状態でエアーポンプ１０を駆動すると、タンク４内が減圧され、タンク４と接続された揚液管３の内部も減圧される。そのため、給液部２の液体は揚液管３へ吸い上げられ、液面はエアーポンプ１０による揚液可能高さｈ０まで上昇する。つまり、液面は分岐部５より高い位置まで上昇するが、タンク４までは到達できない。このとき、液体の一部は分岐部５を通って給気管６の中にも入るが、エアーバルブ７が閉じているので、液面上昇によって給気管６内の気圧が上昇し、エアーバルブ７の位置まで液面は上昇できない。つまり、液体がエアーバルブ７と接触することはない。この状態が図３（ａ）である。

次に、エアーポンプ１０を駆動しながらエアーバルブ７を開くと、給気管６を通って外気が分岐部５へ流入し、揚液管３内の液体が上下に分割される。この状態が、図３（ｂ）である。

エアーバルブ７の開放時間の経過につれて、揚液管３に入った空気層Ａ１は拡大する（図３（ｃ）参照）。空気層Ａ１によって分割された上側の液体柱Ｌ１は、エアーポンプ１０の負圧によって吸い上げ可能な質量以下しかないので、揚液管３内の負圧と空気層Ａ１の内圧との差、及び空気層Ａ１の浮力とによって揚液される。なお、揚液管３の分岐部５より下方の液面は、給気管６から流入する空気の圧力によって徐々に降下する。

さらに、エアーバルブ７の開放時間が経過すると、図３（ｄ）のように液体柱Ｌ１は揚液管３内を上昇し、タンク４に流入する。そして、液体柱Ｌ１が完全にタンク４内に流入すると、タンク４と揚液管３と給気管６とが連通するので、揚液管３と給気管６の内部がほぼ大気圧となり、図３（ｅ）のように揚液管３の内部がほぼ空の状態になる。その後、エアーバルブ７を閉じると、タンク４及び揚液管３が再び負圧となり、図３（ａ）の状態に戻る。以後、同様の動作を繰り返す。

この作動例では、エアーバルブ７を短時間に開閉することなく、１回の揚液中、エアーバルブ７は開いた状態を維持するようにした。そのため、１つの大きな空気層Ａ１を揚液管３内に形成でき、揚液管３内の液体の分割が容易になると共に、空気層Ａ１の内圧が大気圧に近くなるので、揚液管３内の負圧と空気層Ａ１の内圧との差が大きくなり、空気層Ａ１より上側の液体柱Ｌ１を速やかに揚液できる。

上記説明では、液体柱Ｌ１が完全にタンク４内に流入するまでの間、エアーバルブ７を開いた状態で維持したが、液体柱Ｌ１がタンク４内に入ると同時又はその前（例えば図３（ｃ）又は図３（ｄ））の段階でエアーバルブ７を閉じてもよい。この場合は、揚液管３の内圧が大気圧まで上昇しないので、揚液管３内の液体が完全に給液部２に戻る前に次の揚液動作を開始することができ、効率がよい。

このように、エアーポンプ１０を駆動しながらエアーバルブ７を開閉することにより、揚液管３内の液体柱を分割し、空気層Ａ１の力を利用してエアーポンプ１０の揚液可能高さｈ０より高い位置にあるタンク４へ揚液することができる。エアーバルブ７の開閉方法は、特許文献１のような短時間の開閉を繰り返す必要はなく、ある時間インターバルをもって開閉すればよいので、揚液管３内に大きな空気層Ａ１を形成でき、空気層より上側の液体柱Ｌ１を確実に揚液できる。

図４は、エアーポンプ１０を停止した時の動作を示す。図４（ａ）のように、タンク４には液位センサ８が設けられており、タンク４内の液面が液位センサ８のレベルになった時点でエアーポンプ１０を停止する。このとき、揚液管４内に液体が残っていても、エアーポンプ１０を停止すると、タンク４内及び揚液管３内が瞬時に大気圧に戻るので、揚液管４内の残留液体がタンク４に流れ込まず、図４（ｂ）のように揚液管３内の液体がすべて給液部２へ戻る。したがって、タンク４内の液面レベルを精細に制御できる。

−他の作動の説明−
図５は、揚液装置１の他の作動例を示す。この作動例は、１回の揚液作動中にエアーバルブ７を複数回開閉する場合を示す。

まず、エアーバルブ７を閉じた状態でエアーポンプ１０を駆動すると、タンク４内が減圧され、タンク４と接続された揚液管３の内部も減圧される。そのため、給液部２の液体は揚液管３へ吸い上げられ、揚液管３内での液面の高さがｈ３に達する（図５（ａ）参照）。液面の高さｈ３は、繰り返し動作にて常に一定量の揚水をすることができるよう、次式を満たすように設定されている。
ｈ３＜（ｈ０＋ｈ２）/２
このとき、液体の一部は分岐部５を通って給気管６の中にも入るが、エアーバルブ７が閉じているので、液面上昇によって給気管６内の気圧が上昇し、エアーバルブ７の位置まで液面は上昇できない。つまり、液体がエアーバルブ７と接触することはない。図５（ａ）の瞬間にエアーバルブ７を開くと、給気管６を通って外気が分岐部５へ流入し、揚液管３内の液体が上下に分割される。この状態が、図５（ｂ）である。

エアーバルブ７の開放時間の経過につれて、揚液管３に入った空気層Ａ１は拡大する（図５（ｃ）参照）。空気層Ａ１によって分割された上側の液体柱Ｌ１は、エアーポンプ１０の負圧によって吸い上げ可能な質量以下しかないので、揚液管３内の負圧と空気層Ａ１の内圧との差、及び空気層Ａ１の浮力とによって揚液される。なお、揚液管３の分岐部５より下方の液面は、給気管６から流入する空気の圧力によって徐々に降下する。

図５（ｄ）で、エアーバルブ７を閉じると、揚液管３の最初の液体柱Ｌ１が上昇すると共に、空気層Ａ１の気圧も低下するため、液体が給液部２から揚液管３へ吸い上げられる。揚液管３内での液面の高さが再びｈ３に達した瞬間にエアーバルブ７を開くと、給気管６を介して空気が導入され、図５（ｅ）のように空気層が分岐部５に到達することで、揚液管３内の液体が上下に分割される。このとき、２番目の液体柱Ｌ２が形成される。

エアーバルブ７の開放時間の経過につれて空気層Ａ２が拡大し、１番目と２番目の液体柱Ｌ１，Ｌ２が揚液管３内を上昇する（図５（ｆ）参照）。やがて１番目の液体柱Ｌ１がタンク４内に入ると、２番目の液体柱Ｌ２より上部の空間にエアーポンプ１０による負圧が作用するので、２番目の液体柱Ｌ２が揚液管３内を上昇する（図５（ｇ）参照）。ここで、エアーバルブ７を閉じると、揚液管３及び給気管６の内部が負圧となり、図５（ｄ）の状態に戻る。以後、図５（ｄ）〜図５（ｇ）の動作を繰り返す。

このように、１回の揚液作動中にエアーバルブ７を間欠的に開閉することにより、揚液管３内に複数の液体柱を発生させ、液体を微量ずつタンク４へ注入することができる。よって、微細な揚液量制御を行うことができる。

−第２実施例−
図６は本発明に係る揚液装置の第２実施例を示す。この装置２０において、第１実施例の装置１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この実施例では、揚液管２１の下部２１ａと上部２１ｂとが分岐部２２で屈曲しており、その分岐部２２に給気管２３の一端部２３ａが接続されている。揚液管２１の上部２１ｂは鉛直方向に延びている。給気管２３は、その一端部２３ａと他端部２３ｂとが上方へ起立し、全体として略Ｕ字形状に形成されている。給気管２３の他端部（起立部）２３ｂは一端部２３ａより高い位置まで延びている。給気管２３の一端部２３ａは、分岐部２２を介して揚液管２１の上部（タンク側の部分）２１ｂと一直線状に接続されている。

第２実施例の揚液装置２０の作動を図７にしたがって説明する。エアーバルブ７を閉じた状態でエアーポンプ１０を駆動すると、タンク４内が減圧され、タンク４と接続された揚液管２０の内部も減圧される。そのため、給液部２の液体は揚液管２０へ吸い上げられ、液面はエアーポンプ１０による揚液可能高さｈ０まで上昇する。この状態が図７（ａ）である。液面は分岐部２２より高い位置まで上昇するため、液体の一部は分岐部２２を通って給気管２３の中にも入る。給気管２３が屈曲しているため、第１実施例に比べて多量の液体が給気管２３内に入る。なお、エアーバルブ７が閉じているので、液面はエアーバルブ７の位置まで上昇できない。

次に、エアーポンプ１０を駆動しながらエアーバルブ７を開くと、給気管２３に外気が流入し、流入した空気層Ａ１により給気管２３内の液体の一部を揚液管２１（特に上部２１ｂ）内の液体と一緒に上方に持ち上げる。この状態が、図７（ｂ）である。なお、給気管２３内の液体の残部は揚液管２１の下部２１ａを通って給液部２に戻る。

やがて、空気層Ａ１が分岐部２２に到達することで、揚液管２１内の液体が上下に分割される。この状態が、図７（ｃ）である。分岐部２２において、揚液管２１と給気管２３とが一直線状に接続されているので、空気層Ａ１が泡状に崩れることなく、給気管２３から揚液管２１へと上昇する。

さらに、エアーバルブ７の開放時間が経過すると、分割された上側の液体柱Ｌ１は揚液管２１内を通って押し上げられ、下側の液体柱は揚液管２０を通って降下する。この状態が図７（ｄ）である。

やがて、空気層Ａ１より上側の液体柱Ｌ１がタンク４に流入すると、揚液管２１及び給気管２３内が大気と連通するので、揚液管２１内の液体（下部２１ａの液体も含めて）はほぼ給液部２に戻る。この状態が図７（ｅ）である。

この状態から、再びエアーバルブ７を閉じると、揚液管２１及び給気管２３の内部が減圧され、図７（ａ）の状態に戻る。以後、図７（ａ）〜図７（ｅ）の動作を繰り返す。なお、この場合も、液体柱Ｌ１がタンク４に流入するまでエアーバルブ７を連続的に開くようにしたが、揚液管２１内の液体が上下に分割された後であれば、液体柱Ｌ１がタンク４に流入する前にエアーバルブ７を閉じても良い。

第２実施例では、給気管２３の一端部２３と揚液管２１の上部（タンク側の部分）２１ｂとが一直線状に接続されているので、給気管２３から導入された空気層Ａ１が崩れることなく揚液管２１の上部２１ｂに流入し、揚液管２１内の液体を確実に上下に分割できる。また、給気管２３が屈曲しているので、エアーバルブ７を開いた後、空気層Ａ１が分岐部２２に到達するまで、給気管２３の中の液体も一緒に揚液管２１を上昇する。そのため、１回の揚液動作によって、第１実施例に比べて多量の液体を揚液できる利点がある。

−第３実施例−
図８は本発明に係る揚液装置の第３実施例を示す。この装置３０は第２実施例の装置２０の変形例であり、第２実施例の装置２０と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この装置３０の特徴は、給気管３３の断面積を揚液管３１の断面積より大きくした点である。給気管３３内の容積が大きくなるので、揚液管３１内で大きな空気層を形成できる。そのため、揚液管３１内の液体が上下に分割されやすくなり、揚液効果が高くなる。なお、３２は分岐部である。給気管３３の断面積を揚液管３１の断面積より大きくする構造は、第１実施例（図１）の揚液装置にも適用できる。

−第４実施例−
図９は本発明に係る揚液装置の第４実施例を示す。この装置４０は第１実施例の装置１の変形例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この装置４０の特徴は、給気管６の他端側を上方へ起立させたあと下方を向くように屈曲させ、その下向部６ｂにエアーバルブ７を取り付けた点である。この場合、起立部６ａの上端がエアーポンプ１０による揚液可能高さｈ０より高い位置にあれば、液体が起立部６ａを乗り越えられないので、エアーバルブ７が揚液可能高さｈ０より低い位置に取り付けられていても液体と接触することがない。この装置４０の構造は、第２実施例や第３実施例にも適用できる。

１揚液装置
２給液部
３揚液管
４タンク
５分岐部
６給気管
６ａ起立部
７エアーバルブ
８液位センサ
１０エアーポンプ（マイクロブロア）
１３ｃ吐出口
１９ａ吸入口

Claims

液体を貯留した給液部と、
前記給液部よりも高い位置に設けられているタンクと、
一端が前記給液部の液体中に挿入され、他端が前記タンクに接続されている揚液管と、
前記タンク内及び前記揚液管内を減圧するエアーポンプと、
前記揚液管の途中に分岐部を介して一端部が接続され、他端部に一端部より上方へ起立した起立部を有する給気管と、
前記給気管の他端部に設けられ、大気に対して開閉可能なエアーバルブと、を備え、
前記給液部の液面から前記揚液管の他端までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも大きく、
前記給液部の液面から前記分岐部までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも小さく、
前記給気管は、その一端部と他端部とが上方へ起立し、全体として略Ｕ字形状に形成されており、
前記給気管の一端部は、前記分岐部を介して前記揚液管のタンク側の部分と一直線状に接続されていることを特徴とする、揚液装置。
液体を貯留した給液部と、
前記給液部よりも高い位置に設けられているタンクと、
一端が前記給液部の液体中に挿入され、他端が前記タンクに接続されている揚液管と、
前記タンク内及び前記揚液管内を減圧するエアーポンプと、
前記揚液管の途中に分岐部を介して一端部が接続され、他端部に一端部より上方へ起立した起立部を有する給気管と、
前記給気管の他端部に設けられ、大気に対して開閉可能なエアーバルブと、を備え、
前記給液部の液面から前記揚液管の他端までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも大きく、
前記給液部の液面から前記分岐部までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも小さく、
前記給気管の断面積は前記揚液管の断面積よりも大きいことを特徴とする、揚液装置。
前記給気管の起立部は前記エアーポンプの揚液可能高さよりも高い位置まで延びており、
前記給気管の起立部の前記エアーポンプの揚液可能高さよりも高い位置に、前記エアーバルブが取り付けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の揚液装置。
液体を貯留した給液部と、
前記給液部よりも高い位置に設けられているタンクと、
一端が前記給液部の液体中に挿入され、他端が前記タンクに接続されている揚液管と、
前記タンク内及び前記揚液管内を減圧するエアーポンプと、
前記揚液管の途中に分岐部を介して一端部が接続され、他端部に一端部より上方へ起立した起立部を有する給気管と、
前記給気管の他端部に設けられ、大気に対して開閉可能なエアーバルブと、を備え、
前記給液部の液面から前記揚液管の他端までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも大きく、
前記給液部の液面から前記分岐部までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも小さく、
前記給気管は、その一端部と他端部とが上方へ起立し、全体として略Ｕ字形状に形成されており、
前記給気管の一端部は、前記分岐部を介して前記揚液管のタンク側の部分と一直線状に接続されている、揚液装置を使用し、
前記エアーバルブを閉じた状態で前記エアーポンプを駆動して、前記給液部の液体を前記揚液管の分岐部より上方まで揚液する第１ステップと、
前記エアーポンプを駆動しながら前記エアーバルブを開いて、前記給気管を介して前記分岐部へ空気層を流入させ、その空気層により前記揚液管内の液体を上下に分割して、空気層よりも上部に位置する液体を前記タンクへ吸い上げる第２ステップと、を実行する揚液方法。
液体を貯留した給液部と、
前記給液部よりも高い位置に設けられているタンクと、
一端が前記給液部の液体中に挿入され、他端が前記タンクに接続されている揚液管と、
前記タンク内及び前記揚液管内を減圧するエアーポンプと、
前記揚液管の途中に分岐部を介して一端部が接続され、他端部に一端部より上方へ起立した起立部を有する給気管と、
前記給気管の他端部に設けられ、大気に対して開閉可能なエアーバルブと、を備え、
前記給液部の液面から前記揚液管の他端までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも大きく、
前記給液部の液面から前記分岐部までの高さは前記エアーポンプの揚液可能高さよりも小さく、
前記給気管の断面積は前記揚液管の断面積よりも大きい、揚液装置を使用し、
前記エアーバルブを閉じた状態で前記エアーポンプを駆動して、前記給液部の液体を前記揚液管の分岐部より上方まで揚液する第１ステップと、
前記エアーポンプを駆動しながら前記エアーバルブを開いて、前記給気管を介して前記分岐部へ空気層を流入させ、その空気層により前記揚液管内の液体を上下に分割して、空気層よりも上部に位置する液体を前記タンクへ吸い上げる第２ステップと、を実行する揚液方法。
前記第２ステップにおいて、前記エアーバルブは前記空気層よりも上部に位置する液体を前記タンクへ吸い上げるまで連続的に開かれることを特徴とする、請求項４又は５に記載の揚液方法。