JP6661150B2 - 多段気泡ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、水中に立設した大略垂直な揚水管の下辺に、圧縮空気やガスを注入して揚水するようにした気泡ポンプに関するものであり、化学工業における腐蝕性の強い液や、下水道設備の詰まりを嫌い大きな物までを流送したい揚水設備、浚渫土木における土砂に対する耐摩耗性を必要とする用途、或いは、簡易に揚水又は揚液手段を得たい場合に使用される気泡ポンプに関するものである。

気泡ポンプは、１７９７年にドイツで考案された古いポンプであるが、その揚程は、設置する水域の水深に制限されるところが大きく、効率も良くないことから一般的なポンプではない。

しかし、気泡ポンプは、回動部品がまったくなく非常にシンプルな構造であることから耐薬品性ポンプを作りやすいこと、大きな物、布状物、ヒモ等を支障なく流送できること、揚水管がほぼ垂直であることもあり、土砂等の固形物流送による摺動摩耗が少なく、遠心力ポンプや容積形ポンプのような消耗品が無い、等の大きな特徴があり用途によっては大きな経済性を発揮するポンプとして重宝されている。

特開平７−１５０３１７ 特開平７−３１０６９８ 特願平９−１７４０８１ 特開２００４−１０５９３５

気泡ポンプは、揚水の進行に伴い吸水面が低下する吸水槽においては、揚水の進行に伴い揚水量が低減し、吸水槽水深と同高さ以上の揚程ではほとんど揚水できない。
一般的な気泡ポンプが実用的な水量を揚水できる高さは、吸水面から気泡ポンプの圧縮空気を注入する位置までの水深（以降“浸水深さ”と称呼）の５０％以下程度の高さに揚程が制限され、残留水量も多くなり非常に使い勝手が悪い課題が有る。

又、揚砂や揚泥に使用する場合においては、揚液比重が大きくなることと、固形物の吸入や流送のためには一定の流速が必要であることから、これに要する水頭を得にくい問題が有る。

本発明では、複数の気泡ポンプを併設し、水域内に吸水口を開口し、下辺に圧縮空気注入口を備えた最初気泡ポンプの揚水管上方端部に、上部に排気筒を備えた気液分離箱を載置接続して連通させ、該気液分離箱の下辺の一端には、該気液分離箱で分離された揚水を次段気泡ポンプに導入するために、下方に延伸した加圧水管を立設し、該下方端を吸水槽内又は吸水槽外のなるべく低い位置に延伸した後、１８０°エルボを接続する等して、上方向に転向させ、圧縮空気の注入口を設けた次段気泡ポンプの揚水管下方端に接続して連通させ、該加圧水管内水の水柱圧を加える状態で吸水させ、該揚水管を上方向に延伸して最初気泡ポンプよりも高い揚水高さを得られるようにする。

更に、必要に応じて、該次段気泡ポンプ揚水管の上方端部に前段同様の気液分離箱を載置連通させて、前段同様に気液分離した揚水を加圧水管に導入流下させて、次の気泡ポンプ揚水管吸水口に供給して、更に高い揚程を得るようにして必要な揚程を満たすまで繰り返す。

分離した揚水を流下させる加圧水管は、水域内に開口して吸水する最初気泡ポンプが受ける水深圧に替る水圧を次段気泡ポンプに与えるものであり、加圧水管の下方端はなるべく低い位置にまで降下させて、次段気泡ポンプの圧縮空気注入口を低く設け、高い水柱圧を与えるようにすることで高い揚程が得られるようにする。

吸水槽内では槽底に制限される気泡ポンプの設置高さも、吸水槽外に連設して連通させることで、更に、低い位置に気泡ポンプが設置でき易くなり、地下室や空井戸を掘削利用して下方に延伸して、少ない段数で高い揚程が得られるようにすることもできる。

前述するような本発明では、複数の気泡ポンプを吸水域内に設置することで、低下した吸水面水位からも揚水ができやすくなり、吸水面水位変化の影響を軽減し、揚水量を安定させること、或いは、残水量を少なくすることができる。

複数の気泡ポンプを吸水槽の内外に連置できる場合では、吸水槽外気泡ポンプの加圧水管及び揚水管は比較的自由に上下方向に延伸できやすいために、少ない気泡ポンプの設置数で高い揚程の揚水をほぼ無限に達成できる。

気泡ポンプの揚水管自体は、よこ引き配管には適さないものであるけれども、本発明の多段気泡ポンプによって一旦高い揚程を得た後の揚水は、配管で降下させて自由に縦横な配管が行えるばかりでなく、圧力水としても使用でき、化学工業等においては、有害、危険、或いは、腐食性の高い液体の揚送、加圧、防爆性向上に貢献できる。

浚渫や沈砂池等の揚砂揚泥においては、堆積物を高濃度で回収、除去したい場合が多く、揚液比重が大きくなり大きな揚程を必要とするために、吸水面内に複数の連通させた気泡ポンプを設置して、大きな吸引力や高い揚程が得られることは、吸入口での大きな固形物の吸引や高濃度吸引、流送が可能となるばかりでなく、作業船上や陸上部分の揚送や揚砂処理作業が行い易くなり、気泡ポンプによる吸砂作業の安全性が著しく改善できる。

下水道施設においては、大きな揚程を必要とする設備も多く、大きな夾雑物や布状、紐状物を揚送するために、従来は気泡ポンプと液体ジェットポンプを組合せ使用する方法を採用していたけれども、本発明多段気泡ポンプの使用により、液体ジェットポンプに使用する圧力水による下水の希釈や揚水量（処理量）増加が無くなるばかりでなく、動力源が圧縮空気のみのシンプルな構成と成り、設備費の低減、大きな省エネルギー効果を発揮できる。

第１実施例装置を示す図であり、図中（イ）図は正面図、（ロ）図は側面図を示す。 第１実施例装置の吸水槽１の下方部分を示す図であり、槽内部分は断面図で示す。 第１実施例装置及び他の実施例装置にも共通する図であり、（ハ）図は高架水槽１５への投入樋１４を示し、（二）図は気液分離箱５の正面図、（ホ）図は気液分離箱５の側面図を示す。 図中（へ）図は第２実施例装置の側面図を示し、（ト）図は第３実施例装置の側面図を示す。 第４実施例装置の側面図を示す。

以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。

本発明の第１実施例を示す第１図から第３図の装置は、吸水槽１内水を、高架水槽１５に本発明多段気泡ポンプを用いて揚水する装置であり、吸水口２の直下部に設けたノズル４から、空気圧縮機１７の圧縮空気を空気配管１３、給気管１１を介して注入し、揚水管３で揚水する。

揚水管３の上方端には、揚水に使用した空気を分離し器外に放出する排気筒ａと、気水分離した揚水を次段の気泡ポンプに導入する樋を備えてケース状に囲った気液分離箱５を設けて、下辺の一端に加圧水管６を接続連通して揚水を流下させる。
該加圧水管６は槽底近くまで延伸し、１８０°エルボ８に接続して上方向に転向させて揚水管７の下方端に接続連通させ、該揚水管７の下辺には、給気ケース１０を備えて給気管１２の圧縮空気を揚水管７管壁に窄穴した給気ノズルｂから揚水管７内に注入して次段の気泡ポンプを構成する。

更に、該揚水管７の前段気液分離箱５よりも高い位置の上方端には、前段同様の気液分離箱５を設けて更に次段の加圧水管、気泡ポンプへと接続連通して高架水槽１５に到達する高さまで繰り返し揚水を行い、投入樋１４から高架水槽１５に揚水を投入する。

各段気泡ポンプの気液分離箱５間の高低差は、気泡ポンプの性能を大きく左右する浸水深さ係数を”σ＝浸水深さ÷（浸水深さ＋揚程）”とする時、実用的な浸水深さ係数はσ＝０．７程度であり、吸水口２を備えた吸水管３の気泡ポンプでは、吸水口２から吸水槽１の水面高さ迄の１．４２倍高さ位置程度に最初の気液分離箱５を設置し、次段の気液分離箱の設置高さは、前段気液分離箱５から次段気泡ポンプの給気ケース１０間の高低差よりも１．４２倍高く、順次各段の気液分離箱５を高くして設置したものである。

図３の（二）図に示す気液分離箱５の揚水管６と加圧水管７間距離は、一般水では気水の分離性は比較的に良いけれども、特殊液や粘性液に使用する気泡ポンプの場合では、空気以外の気体を使用して揚液を行なう場合もあるので、揚液の性状と使用気体の分離特性を把握して、必要な分離距離を確保する必要がある。

実施例２は図４（へ）図に示すように、吸水槽１内設備は第１実施例装置と同一であり、槽外に出た加圧水管６を、吸水槽１近くに掘削した配管井１８の底まで下降させ、配管井１８底に気泡ポンプを構成して、上方の高架水槽１５に揚水するようにしたものである。

この実施例２の装置は、工場ビル２階に吸水槽１があり、揚水を３階に送るような場合に、一旦１階まで降下させた後、１階に設置した気泡ポンプで３階に揚水するようにすることで使用空気量を低減でき好都合である。

又、この場合では、槽内から槽外にうつる間の気液分離箱５部分において、前段揚水管７と次段への加圧水管６間距離を樋状に大きく延ばし流下させた後、加圧水管６を設けることや、加圧水管６を一端床まで降下させた後横引きし、離れた位置の都合の良い所で階下まで更に降下させ、１階に設けた次段気泡ポンプで３階に揚水するような応用も考えられる。

実施例３は図４（ト）図に示すように、吸水槽１の槽底に吸水口２Ａを開口し、吸水管３Ａが槽壁を貫通して、該吸水槽１近くに開窄した配管井１９内を槽底まで降下延伸させて、該配管井１９底に設置した気泡ポンプの１８０°エルボ８に接続連通し、２基の気泡ポンプで高架水槽１５に揚水するようにしたものであり、大きな揚程を達成しやすく、残水量、吸水面変化による揚水量変化、使用空気量を低減できる特徴がある。

実施例４は、図５に図示すように、ダムの堆砂防止や、沈砂池の沈澱物排除に使用する装置であり、陸地から桟橋１６を吸水域に突出させ、先端部水中に多段気泡ポンプを設置し、最終段気泡ポンプの気液分離箱５の加圧水管６Ｅを送泥管９に接続連通して、陸地に設置した水処理装置２０に揚水を投入処理するものであり、ダム等の吸水面水位の大きな変化に対しても揚水、吸砂ができるようにした揚砂装置であり、吸砂する吸水口２の礫石の吸砂能力も確保しやすい。

実施例４や、実施例１，実施例２を低水位まで揚水するようにした場合では、気液分離箱５は冠水状態で使用されることになるけれども、図３（二）図に示す気液分離箱５の排気筒ａの高さｇや、気液分離箱５自体の高さｆを高くして冠水時の水面上に突出させるようにすることもできる。

又、全気液分離箱５に共通して、気液分離箱５自体の高さｆを高くすることは、気液分離箱５自体の内面水位の変化量を大きくすることができ、前段後段気泡ポンプに加わる水柱圧の変動幅を大きくすることができ、前段気泡ポンプの揚水量が多い場合は、内面水位が上昇し、前段気泡ポンプの揚水量を抑え、後段気泡ポンプの揚水量を増加させる作用が生じ、前段後段気泡ポンプの揚水量バランスを保ち易くすることができる。

本発明の多段気泡ポンプは、従来から気泡ポンプが使用されてきた、発電所、上水道、農業用水等の取水口沈砂池排砂、ダム湖堆砂の浚渫排砂、下水道施設の揚砂揚泥及び下水の揚送、産業プラントにおける汚濁水の移送及び沈澱物の回収除去、化学工業プラントでの特殊液輸送と沈澱物の回収除去、等の分野において用途揚程範囲を甚だしく拡大させ、設備や装置の省エネルギーと、簡素化改善が期待でき大きな経済効果を発揮する。

１ 吸水槽
２、２Ａ 吸水口
３、３Ａ 吸水管
４ ノズル
５ 気液分離箱
６、６Ａ 加圧水管
６Ｅ 最終段加圧水管
７ 揚水管
７Ｅ 最終段揚水管
８ １８０°エルボ
９ 送泥管
１０ 給気ケース
１１、１２ 給気管
１３ 給気配管
１４ 投入樋
１５ 高架水槽
１６ 桟橋
１７ 空気圧縮機
１８、１９ 配管井
２０ 水処理装置
ａ 排気筒
ｂ ノズル
ｆ 気液分離箱５の高さ寸法
ｇ 排気筒ａの高さ寸法

Claims (2)

1. 立設した揚水管に気体を注入して揚水する気泡ポンプを複数配設して揚水する多段気泡ポンプにおいて、前段気泡ポンプの吸水管又は揚水管と、並立する次段加圧水管の上方端間に、上方に排気筒を備えた気液分離箱を載置連通して気液を分離し、該分離揚水を、該気液分離箱の下辺に接続した次段加圧水管に導入して流下させ、下方端を前段の吸水管又は揚水管の下方端と同等高さまで延伸降下させた後、反転上昇させて次段気泡ポンプの吸水口に接続連通して、前段揚水管高さの水柱圧が次段気泡ポンプの吸水口に加わるようにして揚水し、各段共に前段気泡ポンプよりも大きな揚程を得るようにすると共に、前段側気泡ポンプの気液分離箱高さを上方に伸ばし、吸水位及び吸入力の変化に依る揚水量変化を緩和吸収しやすくした多段気泡ポンプ。
2. 吸水域内に設置した前段気泡ポンプの気液分離箱に接続連通した加圧水管を、吸水域外の建物の階下、或いは、空井戸内等の前記吸水域内底面より低い位置に設けた、次段気泡ポンプの揚水管底に接続連通し、大きな揚程が得られるようにした請求項１の多段気泡ポンプ。