JPH01164497A - 大容量間欠空気揚水筒装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ダム貯水池等の水域で平均水深が深く貯留水
が中層の水温躍層を境に上層と下層とに分かれて混合し
ようとせず水質が悪化する傾向がある場合に、酸欠下層
水に酸素を供給するとともに、上層と下層の水を循環さ
せて水域の浄化を図る装置の改良に関する。

（従来の技術） 前記目的に対し、逆サイフオン作用を利用した間欠空気
揚水機構の循環装置（特公昭４２−５９７５号等参照）
が有利に用いられる。この装置は水底上に設置され、揚
水筒部下の逆サイフォン付空気溜室に地上から空気を連
続送給し貯留された空気が一定量に達すると逆サイフオ
ンが発起して一挙に揚水筒部内に放出し、こうして間欠
的に揚水筒部内を上昇する気泡塊のピストン作用により
外部から水を吸引して揚水するものである。この間欠空
気揚水作動の時間間隔は通常５〜ｌＯ秒とせられる。こ
の装置は広い水域にわたる循環流を１個所の揚水で誘起
しようとするものであるから、１基の揚水能力を可及的
に大にし、かつ消費空気置溝たりの揚水量の効率の高い
ことが要求される。

しかし単一揚水筒部の間欠空気揚水筒装置の揚水能力の
増大には限界がある。すなわち、揚水能力増大の１つの
手段として間欠揚水の時間間隔を短縮するため空気の供
給量を増加させると、揚水筒部では筒内を先行気泡塊の
上昇中か上端を離れた直後に次の気泡塊が進入するよう
になり、気泡塊が押出す揚水流は増すが気泡塊に続いて
筒内を上昇する水の慣性による慣性流が有効利用され難
くなり揚水効率が低下する。

また他の手段としてスケールアップを図り揚水筒部を大
径にすると、筒内で１つの気泡塊を安定に形成するため
の必要空気量が筒径の３乗の割合で増し、さらに筒径が
４０〜５０ｃｏ＋の程度を越えると、気泡塊が１塊とな
らずに分裂して揚水量の大幅な低下を来す。

この解決策として、多数の小径揚水筒部を一体化して１
筒で取扱う空気量は少なく合計空気量を多くして大容量
化を図った間欠空気揚水筒が提案されている（実開昭６
０−１７６３００号参照）。

（発明が解決しようとする問題点） 間欠空気揚水筒の揚水作用としては、前記筒内揚水流、
慣性流の他に、揚水筒部上端を離れた空気塊が小気泡群
に分裂して約１７°の角度範囲に拡がりながら水面に上
昇する過程で周囲の水を誘引上昇流させる連行流がある
。しかもこの連行流はその拡がりと水深に伴う行程によ
る影響領域が大きいため前者筒内流の数倍の水量になり
得る。長時間の運転継続により連行流の速度は遅くても
水域の広範囲に波及的に循環効果を及ぼすことができる
。

この知見に基づけば、前出実開昭６０−１７６３００号
の装置は、揚水筒部は複数でも隣接状態に近接してそれ
からの各気泡塊が同時に放出されるので、分裂小気泡群
が１かたまりとなって間欠的に上昇する。従って１つの
大気泡塊が間欠上昇する場合と同様となって連行流は増
加しない。

複数の揚水筒部毎に個別の逆サイフオン付空気溜室を設
けても、各空気溜室容積の僅かの差、空気分配量の差が
どうしてもあるため、各揚水筒部からの分割量気泡塊の
間欠放出が秩序なく不規則に行われるようになり、乱れ
を伴い干渉を生じて連行流の効果的な増加を殆ど期待す
ることができない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、従来技術の間欠空気揚水筒装置の前記問題点
を解決するためになされたものであって、揚水能力の大
容量化と同時に揚水効率の向上を実現することを目的と
する。

この目的を達成するため、本発明においては、複数の小
口径揚水筒部を一定の連動関係を保ち得る配列のもとに
一体的に併設し、各揚水筒部に対応して下方に設けた空
気溜室を、それからの逆サイフオン作用による間欠的空
気放出が一定の時間差を保って規則的に行われて一巡す
るよう構成する。こうして上部で各揚水筒部から発生す
る小気泡群の上昇流が断続的に発生しても一巡の間の小
時間差を以て規則的に続発するよう規制することより小
気泡群上昇流の相互連繋を図ってできるだけ連続流に近
くなるようにし、それにより一貫した連行流を発生させ
て連行流を増加し揚水能力を増大させる。

そのため、本発明の大容量間欠空気揚水筒装置は、具体
的構成としては、複数の揚水筒部を下方からの水の流入
自由で上部に空気を保有し得る短筒状保持体上に隣設状
態に立設して一体化し、これを水底アンカーに係留しフ
ロートにより各揚水筒部が水域内で直立姿勢に保持され
るよう設置し、保持体の内部を仕切壁により各揚水筒部
に対応する上方閉鎖の空気溜室に区分し、各区分空気溜
室に一定の貯留空気量でその貯留空気を各上位の揚水筒
部に放出する逆サイフオン発起部を組込み、その下方に
各区分空気溜室に空気を均等供給する散気器を配置する
とともに、散気器の上位に隣接する２区分空気溜室間の
仕切壁の下方にその一方の区分空気溜室側にのみ回動し
て傾斜姿勢となる偏流板を設けたことを特徴とする。

（作　用） １つの区分空気溜室で逆サイフオンが作動すると貯留空
気が瞬間に放出されるので、それに伴って下方から流入
する水流により隣接区分空気溜室との間の偏流板がその
区分空気溜室の側に回動して傾斜姿勢となり下方の散気
器から上昇する気泡の一部を隣接区分空気溜室に偏流さ
せる。これによって隣接区分空気溜室では、給気量が一
時的に急増して貯留空気量が増すため、次回の逆サイフ
オン作動が起こる。この作動を順次に繰返して最初の区
分空気溜室に戻り一巡する。このようにして各揚水筒部
内の気泡塊の上昇による揚水作動がほぼ等間隔の時間差
を以て行われるようになる。

複数の揚水筒部の上方では、各揚水筒部から一巡の間の
等時間差の小時間間隔を以て断続的に放出される放出量
空気に対応する小気泡群上昇流が続発する。この間にお
いて先行上昇小気泡群の小さな小気泡の上昇速度が遅く
、後続上昇小気泡群の大きい小気泡の上昇速度が速いの
で、続発両気泡群相互が連繋するようになり、断続流と
いうよりは連続的またはそれに近い連続脈流的な小気泡
群上昇流となり、周囲の水を一貫して上昇方向に誘引す
るので連行流による揚水量が効果的に増加する。

（実施例） 以下、本発明を添付図を参照し実施例に即して具体的に
説明する。第１図は本発明の１実施例の大容量間欠空気
揚水筒装置の縦断側面図、第２図はその横断平面図、第
３図はその水域中での設置状況および作動状況を示す図
、第４図は揚水筒部数および配列が異なり付加装備を含
む他の実施例の縦断側面図、第５図はその横断平面図で
ある。

第１および２図に示す間欠空気揚水筒装置（１）は複数
、この例では８本の揚水筒部（２）の持つものである。

揚水筒部（２ａ）　（２ｂ）　（２ｃ）　（２ｄ）を１
列、揚水筒部（２ｅ）　（２ｆ）　（２ｇ）　（２ｈ）
を１列の２列に隣接状態に配列して、下方から水の流入
自由で上部に空気を保有し得る共通の短筒状の保持体（
３）上に並列させて立設し、一体化させる。（以下、揚
水筒部その他の均等各部については説明に必要な場合に
限り同一符号に異なる英字小文字の添記号を付して区別
することとする。）そしてこの装置（１）は第３図のよ
うに、貯水池等の水域（ａ）の水底（ｂ）上のアンカー
（４）にワイヤー（５）で係留され、筒上部のフロート
（６）により浮力バランスを保って各揚水筒部が水域中
の深部の同一高さにあって直立姿勢に保持されるように
して設置される。

保持体（３）の内部は区分壁（７）によって各揚水筒部
（２）に対応する８つの区分空気溜室（８）にすなわち
（８ａ）〜（８ｈ）に区分されている。各区分空気溜室
（８）は供給された空気を貯留するため上方で閉鎖され
て互いに独立するが下方は開放されて水域に通ずる。

各区分空気溜室（８）には揚水筒部（２）に通ずる空気
放出管（９）、それを囲むコツプ状の内筒０θ）からな
る逆サイフオン発起部が組込まれている。この逆サイフ
オン機構は、各区分空気溜室（２）の貯留空気が一定量
に達し水位が空気放出管（９）の下端より下がると、そ
れを通じて貯留空気を一挙に揚水筒部（２）に放出する
ものである。

保持体（３）には各室の下方に散気器Ｑｌ）が設けられ
、これは地上の空気源（図示せず）から共通のホース叩
を経由して圧力空気の送給を受は散気孔から気泡を放出
して各区分空気溜室（２）に空気を均等に配分して供給
する。

こうして、何れかの区分空気溜室（８）において、空気
の貯留に伴って低下する内筒００）内水位が空気放出管
（９）の下端より下がると、それを通じて貯留空気が一
挙に対応する揚水筒部（２）内に放出され、筒内に拡が
った気泡塊（Ｃ）となって上昇しそのピストン作用によ
って外部の水を吸水口α１から吸引揚水する。気泡塊が
揚水筒部（２）上端から離れると、水域（８１中を次第
に小気泡に分裂しながら小気泡群が約１７＠の角度範囲
で水面に向かって上昇し、その過程で周囲の水を誘引し
て上向きに連行する。第３図の矢印！ｄ）はこの連行流
を示す。

隣接状態に連設された複数の揚水筒部（２）、区分空気
溜室（８）の組の前記間欠空気放出、揚水作動の順序を
規制するため、本発明では例えば、１つの区分空気溜室
（８ａ）とその隣の区分空気溜室（８ｂ）とを区分する
区分壁（７）の下縁に、散気器００の上位に、偏流板Ｑ
４１を水平のピン軸ａつにより枢支し、偏流板θ船が一
方の区分空気溜室（８ａ）の側にのみ回動して傾斜姿勢
となることが可能であるようにする。そしてこの実施例
では、偏流板Ｏａのピン軸αりまわりの重量モーメンイ
トバランスが、常態では偏流板面は垂直の姿勢であるが
、区分空気溜室（８ａ）での前記貯留空気の放出に伴っ
て流入する水流によってその側に回動傾斜し、散気器０
υから上昇する気泡がそれに沿って隣の区分空気溜室（
８ｂ）に向かって矢印（ｅ）のように偏流し、偏流板（
１４１がそれに当たると気泡の浮力により傾斜姿勢に短
時間保持されるようになっている。

こうして、例示区分空気溜室（８ａ）では貯留空気が最
少量となるとともに、隣の区分空気溜室（８ｂ）では多
くの空気が供給されるので次に空気放出作動を行う。こ
れが繰返され、一連の区分空気溜室（８ａ）〜（８ｈ）
の列設順序に従い、前記の間欠空気放出、揚水作動がほ
ぼ等間隔の時間差をおいて規則的に遂行され、−巡して
最初の区分空気溜室（８ａ）に戻る。

なお、この実施例では、運転開始当初は最初の間欠空気
放出は規制されないので、離れた２以上の区分空気溜室
で同時に逆サイフオンが起動することがあるが、区分空
気溜室の実際上の容積差、散気器の給気量の差により各
区分空気溜室の空気放出間隔に僅かの差があるにより、
はぼ同時に空気を放出する区分空気溜室が次第に接近し
、例えば隣接する区分空気溜室（８ｂ）　（８ｃ）で同
時に空気放出が行われると、次の空気放出は区分空気溜
室（８ｄ）でのみ行われるようになる。

このようにして１系列のみの巡回となり、空気の放出は
順序に等間隔で行われるようになる。

第４および５図は、他の実施例の本発明間欠空気揚水筒
袋ｆｆ（ＩＡ）を示す。前実施例と均等の各部は同一符
号または添記号Ａ付同−符号で指摘し説明の重複を省略
する。

この実施例では、４本の揚水筒部（４Ａ）が保持体（３
Ａ）上に円周列上に等角装置されている。そして偏流板
（１４４）は先行して空気を放出する区分空気溜室（８
Ａ）内に設けたフロートＯｆ９に連結され、その区分空
気溜室の空気の放出に伴い流入する水で水位が上昇する
ことにより上昇して偏流板（１４Ａ）を傾斜姿勢とする
ようになっている。

各揚水筒部、区分空気溜室の対がほぼ等しい時間間隔で
間欠空気放出、揚水作動を行って一巡することは前実施
例と同様である。

（発明の効果） 以上のように本発明によると、全断面積を分割した複数
の小径揚水筒を連接した装置の上方において、各揚水筒
部の上端から一巡周期の間のほぼ等間隔に分割された時
間差を保って分割量の気泡塊が継続して間欠放出される
で、各気泡塊が小気泡群に分裂して上昇する小気泡群の
上昇流が相互連繋して連続流に近くなり、その上昇過程
に相互干渉、乱れなく周囲の水を一貫して誘引して連行
流を有効に発生させることができる。その結果、間欠空
気揚水筒装置の揚水能力の大容量化と同時に揚水効率の
向上を実現し、水域の浄化を図る効果を促進させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の大容量間欠空気揚水筒装置
の縦断側面図、第２図はその横断平面図、第３図はその
水域中での設置状況および作動状況を示す図、第４図は
他の実施例の縦断側面図、第５図はその横断平面図であ
る。 （１）（１八）・・・間欠空気揚水筒装置、（２１（２
Ａ）　（２ａ）　〜（２ｈ）・・・揚水筒部、（３１（
３Ａ）・・・保持体、（４）・・・アンカー、（５）・
・・ワイヤー、（６）・・・フロート、（７）・・・区
分壁、（８）（８八）　（８ａ）　〜（８ｈ）−区分空
気溜室、（９）　・・・空気放出管、０の・・・内筒、
０υ・・・散気器、０乃・・・ホース、０３１・・・吸
水口、（１４）　（１４Ａ）・・・偏流板、（１５１・
・・ピン軸、０［９・・・フロート、（ａｌ・・・水域
、（ｂ）・・・水底、ｆｃ）・・・気泡塊、（ｄ）・・
・連行流、（ｅ）・・・偏流。 へ“３　翌 木八゛

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の揚水筒部を下方からの水の流入自由で上部
   に空気を保持し得る短筒状保持体上に隣設状態に立設し
   て一体化し、これを水底アンカーに係留しフロートによ
   り各揚水筒部が水域内で直立姿勢に保持されるよう設置
   し、保持体の内部を区分壁により各揚水筒部に対応する
   上方閉鎖の空気溜室に区分し、各区分空気溜室に一定の
   貯留空気量でその貯留空気を各上位の揚水筒部に放出す
   る逆サイフオン発起部を組込み、その下方に各区分空気
   溜室に空気を均等供給する散気器を配置するとともに、
   散気器の上位に隣接する２区分空気溜室間の区分壁の下
   方にその一方の区分空気溜室側にのみ回動して傾斜姿勢
   となる偏流板を設けたことを特徴とする大容量間欠空気
   揚水筒装置。
2. （２）偏流板が各区分空気溜室にその貯留空気の放出に
   伴って流入する水流により傾斜姿勢に回動するようにし
   た特許請求の範囲第１項に記載の大容量間欠空気揚水筒
   装置。
3. （３）偏流板が各区分空気溜室内の水位に応じて傾斜姿
   勢に回動するようにした特許請求の範囲第１項に記載の
   大容量間欠空気揚水筒装置。