JPH115631A - 流体移送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 流体移送装置のエネルギーの利用効率の向上
をはかる。 【解決手段】 外筒10ａと内筒13とで駆動筒部10を形成
し、駆動ポンプ15から供給された駆動流体を隙間４から
噴出させることで、外筒部分１の内壁面に沿った膜状の
壁面流３を発生させ、この壁面流３で被駆動流体７を包
み込んだ流れを発生させ、これに周辺水８ａを連行させ
ることで、水域に大幅な流動を発生させることにより、
流体移送装置のエネルギー利用効率の向上を可能にし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体移送装置に関
し、特に駆動流体により大量の流体を移送できるように
した、流体移送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、閉鎖性水域における水質浄化のた
めの水塊交換用に、図８に示すような流体移送装置が提
案されている。すなわち、図８において符号02は流体移
送装置の外筒を示しており、この外筒02の内部に、筒体
（ナセル）018が同芯に設置され、筒体018の内部にエゼ
クタ019が設置されている。

【０００３】エゼクタ019に駆動流体が供給管03から供
給されると、エゼクタ019で水を入口021から吸入し出口
020から吐出して外筒02内の水を下流端012に加速するよ
うになっている。図８中の符号08は係留索、09は水底に
埋設したシンカー、符号010は浮力材、符号011は外筒02
の上流端をそれぞれ示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなエゼクタ
式の流体移送装置は、エゼクタ019で高速流を発生さ
せ、吸引側（後方）の流体を負圧により大量に吸引する
ものであり、エゼクタで高速流を発生させるため、狭い
隙間（スリット）を流体が高速で通過する構造となって
いる。したがって、上述のようなエゼクタ式の流体移送
装置では、流体抵抗が大きく、エネルギーの利用効率が
悪いという問題点がある。

【０００５】さらに、一般に、駆動用ポンプ装置では低
圧で流量が多いほうが流体の移送効率が高いが、従来の
エゼクタ式の装置では「駆動用ポンプ装置」は高圧発生
が必要であるため、効率の低い状態で運転せざるを得な
いという問題点もある。

【０００６】このほか、筒体の周辺部の細いスリットよ
り高速駆動流体を発生させるようにしたコアンダー式の
水流発生装置，特殊な傾斜形状のリップ（流れの偏向
板）を有し、傾斜した吸引壁に沿った流れを起こすよう
にしたトランスベクター式の水流発生装置およびベンチ
ュリー式の水流発生装置なども従来提案されているが、
これらの装置はいずれも後方の被駆動流体の吸引力を大
きくすることにより、前方での流動力を大きくしようと
するもので、そのため、すなわち後方の被駆動流体の吸
引力を高めるため、高速駆動流の発生を必要としてお
り、そのためエネルギー消耗が著しいとい問題点があ
る。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決しよう
とするものである。すなわち、水流発生装置において、
噴射後の流動の成長のシミュレーション計算によると、
後方の流体が前方に大量に流れていくのではなく、噴射
前方の水域の横方向から大量の連行流入量があることが
判明した。本発明は、この現象に基づいてなされたもの
で、後方の流体の吸引エネルギーを浪費せずに、流体の
もつエネルギーの大部分を噴射前方で流動力に変換して
前方での流動発生量を大きくできるようにして、上述の
問題点の解決をはかろうとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、流体移送装置
において、流体移送管の内壁面に沿った膜状の壁面流を
発生可能な駆動筒部をそなえ、同駆動筒部を駆動流体の
注入部を設けられた外筒と、同外筒と同芯状に設けられ
た内筒とで形成する一方、上記の外筒と内筒との間の隙
間の一端を周方向に閉じるとともに他端に環状の上記駆
動流体の噴射部を形成し、上記内筒の内部に、上記駆動
流体を周方向に均等に分配する駆動流体分配チャンバー
を設け、上記隙間の構造部分の長さを上記隙間の寸法よ
りも長い寸法に形成して課題解決の手段としている。

【０００９】また、上記内筒の先端を上記外筒の方向に
対し傾斜させて課題解決の手段としている。

【００１０】さらに、上記内筒の中心部に、流体噴射ノ
ズルを設けて課題解決の手段としている。

【００１１】さらにまた、上記駆動筒部の端部に、上記
流体移送管の接続用フランジを突設して課題解決の手段
としている。

【００１２】また、上記流体移送管に複数台の上記駆動
筒部を直列状に設けて課題解決の手段としている。

【００１３】本発明では、外筒の内面を噴射ノズル面に
利用する構成としたことにより、ノズル断面積を大きく
でき、噴射流量を増大して流速を低くすることができ、
被駆動流体への駆動エネルギーの伝播面積を大とするこ
とを可能にした。

【００１４】この結果次の作用が生じる。 (1) 壁面に沿う平行膜流を発生させることができ、被駆
動流体を包み込むようにして吸引，吐出することが可能
となり、外筒内部や外筒前方で急速な流体撹拌混合によ
るエネルギーロスを小さくできる。 (2) 流体と被駆動流体との速度差を大きくする必要がな
いため、噴射流体と被駆動流体との撹拌が少なくなり、
エネルギーの消耗を抑制できる。 (3) 伝播面積が大きいため、駆動流体は高速を必要とせ
ず、高速性により失うエネルギーを少なくできる。（消
耗エネルギーは速度の二乗に比例するため、駆動流を中
低速の壁面流とし、衝突する形状もない構造としたた
め、衝突エネルギー消耗の低減効果は大きい。） (4) 狭いスリット構造が不要であるため、スリット通過
の流体抵抗ロスがなくなる。

【００１５】このほか、駆動筒部中に機械部分がないた
め、流体中の異物による目詰まりを防げ、メンテナンス
面で有利である。なお、駆動筒部と駆動ポンプとを一体
化するものについては、ポンプ吸引部分を駆動筒部と独
立させ、目詰まり時のメンテナンスが容易な構造とす
る。

【００１６】さらに、従来方式では狭いスリットの製作
に高精度の加工が必要であったが、本発明によればその
必要がない。

【００１７】さらにまた、複数台の駆動筒部を流体移送
管に適宜間隔で直列状に設置することにより、遠距離の
流体移送が可能となる。駆動筒部は、同駆動筒部に突設
されたフランジにより、流体移送管に簡単に接続でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施形
態について説明すると、図１はその第１実施形態として
の流体移送装置を示すもので、(ａ)図はその側断面図
図、(ｂ)図はその要部の斜視図、(ｃ)図はその換気装置
に用いる場合の部分斜視図である。図２は図１の流体移
送装置の変形例を示すもので(ａ)図はその側断面図、
(ｂ), (ｃ)図は(ａ)図のＢ矢視部の拡大図、(ｄ)図は
(ａ)図のＡ矢部拡大図である。図３はその水中での使用
状態を示す模式側面図であり、図４はその第２実施形態
としての流体移送装置を示す模式側断面図であり、図５
はその第３実施形態としての流体移送装置を示す模式側
断面図であり、図６はその第４実施形態としての流体移
送装置を示す模式側断面図であり、図７はその第５実施
形態としての流体移送装置を示す模式側断面図である。

【００１９】まず、図１により第１実施形態について説
明する。図１(ａ),(ｂ)において、符号10は駆動筒部を
示しており、この駆動筒部10は円筒状の外筒10ａと、外
筒10ａに同芯状に設けられた円筒状の内筒13とによりな
り、外筒10ａの前方に、別構造の外筒部分１を接続する
フランジ12が突設されていて、ボルト・ナットにより結
合されている。なお内筒13は外筒部分１まで延設されて
いる。

【００２０】外筒部分１と内筒13との間の隙間の一端
（図１(ａ)では左端）は閉じられ、他端は環状の駆動流
体の噴射部としての隙間４を形成している。なお、駆動
筒部10と外筒部分１とは一体構造としてもよいが、別構
造の組立式のほうが、外筒部分を使用状況に応じて長さ
を簡単に変更できるため有利である。

【００２１】この実施形態は水域での使用を例としてい
るため、外筒部分１を脚状構造物14により水底等に支持
するようになっている。駆動筒部10に、駆動ポンプ15に
より吐出された駆動水を送水管（流体移送管）11により
導入される注水部９が形成されており、注水部９に導か
れた駆動水を周方向に均一に配分するための駆動流体分
配チャンバー２が外筒10ａと内筒13との間に設けられて
いる。

【００２２】駆動流体分配チャンバー２には、駆動流体
が内筒13と外筒部分１との間の隙間４から不均一に流出
するのを防ぐために、駆動流体分配チャンバー２はその
断面積を隙間４の断面積よりも大きく設定されている。
なお駆動ポンプ15の設置位置は水面上でもよく、また水
中でもよい。また駆動筒部10に取り付けてもよい。

【００２３】上述の構成において、駆動水は内筒13と外
筒部分１との間に形成された隙間４から外筒部分１と平
行に膜状となって壁面流（整流）３として噴射される。
隙間４で平行流を成長させるため、隙間４の構造部分の
長さは外筒部分１と内筒13との間の隙間距離の１倍以上
に設定されている。

【００２４】噴射された駆動流体は外筒部分１の内面に
沿った壁面流３となり、被駆動流体７を包み込むような
流れを発生し、外筒部分１内での連行流６を発生する。
このようにして増幅された流れは、外筒部分１から吐出
された後は、周辺水８ａを呼び込み、筒外での運行流８
を成長させながら水域に大幅な流動を発生させる。

【００２５】駆動筒部10の端部は、一般に外筒形状のま
までもよいが、他のパイプや装置と連結する必要がある
場合を考慮して、図１(ａ),(ｂ)に示すようにフランジ1
2を突設されて、接続に便利な構造となっている。

【００２６】図１(ｃ)は、駆動筒部10を偏平形状とし室
内や構造物等の天井下に設置して換気装置に用いる場合
の例として、陸上トンネル５の天井部に設置し換気装置
に用いた例を示している。この例では、駆動ポンプ15が
駆動筒部10に隣接して設けられている。

【００２７】次に図２により第１実施形態のものの変形
例について説明する。この変形例のものでは、駆動筒部
10の外筒10ａと外筒部分１とが一体構成に形成されると
ともに、内筒13の先端部37を図２(ｂ)に示すように外筒
部分１方向に対し傾斜させて外筒部分１との隙間を狭め
吐出流速を高めるようになっている。また、図２(ｃ)に
示すように、内筒13の先端部37を中心側に傾斜させて吸
引力を高めることもできる。図２(ｄ)に示したもので
は、駆動流体分配チャンバー２の内部に、さらに一気に
流れが隙間４に流入するのを抑制する分配ガイド筒35を
設け、駆動水が外筒部分１に均一に噴出するようになっ
ている。

【００２８】図３は、水域での使用例を示すもので、外
筒部分１および駆動筒部10が水中に設置される一方、駆
動ポンプ15は水面上の浮体16に設けられている。駆動ポ
ンプ15は水面で吸引した水を管路24を介して駆動筒部10
に供給される。符号25は水域内に発生した流動水を示し
ている。

【００２９】次に、図４により第２実施形態について説
明する。この第２実施形態では、第１実施形態における
駆動筒部10の寸法を短く形成されている（この駆動筒部
に符号18を付し、第１実施形態の駆動筒部10と区別す
る）。この駆動筒部18にも、駆動ポンプ（図示せず）か
ら注入された駆動流体を均等に配分する駆動流体分配チ
ャンバー２が設けられている。

【００３０】さらに、内筒13の外側にガイド筒29が設け
られて駆動流体の噴出部としての隙間４が形成されてい
る。この構成により、第１実施形態における外筒部分１
を省略し駆動筒部18のみで、駆動筒部18に接続した流体
移送管（送水管）24に壁面流を発生させることができ
る。図４に示した例では、駆動筒部18の前方の連結部26
に送水管24が、また後方の連結部26ａに吸入管30が、そ
れぞれボルト・ナットで連結されている。

【００３１】さらに、図５により第３実施形態について
説明する。この第３実施形態では、図４に示した第２実
施形態の駆動筒部18の中心部に気泡噴出ノズル（流体噴
射ノズル）31が付設されている。気泡噴出ノズル31に空
気圧縮機32からホース33を介して圧縮空気が供給されて
微細気泡34が発生し、上昇流動を起こさせてエアーリフ
ト効果が生じる。

【００３２】この装置（噴出ノズル31，空気圧縮機32，
ホース33からなる装置）を駆動ポンプ15，駆動水パイプ
ライン17，駆動筒部18により駆動される流体移送装置と
併用することにより、水位の低い輸送元の水域21より送
水管24を介して水位の高い輸送先の水域23に送水する効
果を大きくできる。

【００３３】この第３実施形態のものは図５に示すよう
に、垂直方向に設置し、液位差がある流体移送に好適で
ある。噴出ノズル31から噴出させる駆動流体としては、
圧縮空気のほか被駆動流体の一部を分岐したり、別の駆
動ポンプを利用するなどの使用も可能である。この第３
実施形態は、被駆動流体の比重が大きいときなどに有効
である。

【００３４】図６に示した第４実施形態では、複数台の
駆動筒部18, 18および中継駆動筒部28を適宜間隔をあけ
て直列状にメインパイプ（流体移送管）20に取り付け
て、遠距離の排水移送を行なうものである。すなわち、
輸送元の水域21の水22を駆動ポンプ15および駆動水パイ
プライン17を介して駆動流体として各所に設けられた複
数台の駆動筒部18, 18に供給して各駆動筒部18で移送効
果を発生させ、水（排水）22を輸送先の水域23に向かっ
て移送する一方、中継位置に中継駆動ポンプ27を追設
し、メインパイプ20中の水を吸引し駆動水として加圧し
た後中継駆動筒部28を駆動するようになっている。

【００３５】この実施形態では、メインパイプ20中の圧
力が低くてもよく、閉塞しそうな箇所に適宜中継駆動ポ
ンプを設置するとき、メインパイプ20の元圧を過度に高
くする必要はない。

【００３６】さらに、図７に示した第５実施形態は、駆
動筒部10が水中の底層近くに設置されるとともにその吐
出側を垂直上方に向かわせて、底層水の汲み上げを行な
うものである。すなわちこの第５実施形態も、図３に示
したものと同様に駆動ポンプ15は水面上の浮体16に設け
られていて、水面で吸引した水を駆動ポンプ15で加圧し
管路24を介して駆動筒部10に供給し、水域内の水を吐出
側から垂直上方へ向かって吐出させることができるよう
になっている。その結果、この第５実施形態によれば底
層の滞留水を表層へ積極的に汲み上げることができる。
符号25Ａは垂直上方へ向かう吐出水（流動水）を示して
いる。

【００３７】上述の各実施形態のものは、駆動筒部10の
外筒の内面を噴射ノズル面に利用しているため、ノズル
断面積を大きく設定でき、噴射流量を増大して流速を低
くすることができる。これにより被駆動流体への駆動エ
ネルギーの伝播面積を大きくすることが可能となる。

【００３８】その結果、外筒10ａおよび外筒に連設され
る、外筒部分１（第１，５実施形態）および送水管24
（第２，第３実施形態）ならびにメインパイプ20（第４
実施形態）などの壁面に沿う平行膜流を発生させること
ができ、被駆動流体を包み込むようにして吸引，吐出さ
せることが可能であるため、外筒部分や送水管，メイン
パイプなどのパイプラインの内部や、それらの前方で急
速な流体撹拌混合によるエネルギーロスを小さくでき
る。

【００３９】また、流体と被駆動流体との速度差を大き
くする必要がないため、噴射流体と被駆動流体との撹拌
が少なくなり、エネルギーの消耗を抑制できる。

【００４０】さらに伝播面積が大きいため、駆動流体は
高速を必要とせず、高速性により失うエネルギーを少な
くできる。（消耗エネルギーは速度の二乗に比例するた
め、駆動流を中低速の壁面流とし、衝突する形状もない
構造としたため、衝突エネルギー消耗の低減効果は大き
い）。

【００４１】また狭いスリット構造が不要であるため、
スリット通過の流体抵抗ロスがなくなる。

【００４２】さらに、上記の各実施形態のものでは、駆
動筒部10中に機械部分がないため、流体中の異物による
目詰まりを防げ、メンテナンス面で有利である。なお、
駆動筒部と駆動ポンプとを一体化したものについては、
ポンプの吸引部分を駆動筒部と独立させ、目詰まり時の
メンテナンスが容易な構造とする。

【００４３】このほか、駆動筒部10の端部にフランジ12
が突設されているため、パイプラインとの接合が容易で
あり、既存のパイプラインを外筒部分として利用でき、
また第４実施形態のように、複数台の駆動筒部10をパイ
プラインに設けることにより、遠距離輸送装置を簡単に
形成できる。

【００４４】なお外筒および内筒の断面は円筒状に限ら
ず、楕円や矩形断面のものでもよく、また被駆動流体は
水に限定されるものではない。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の流体移送
装置によれば次のような効果が得られる。 (1) 外筒の壁面に沿った壁面流を発生させ、後方の被駆
動流体に対する吸引力を過度に期待しない構造としたた
め、装置の中心方向に向かう噴射流体の流れが不要とな
り、被駆動流体との混合・撹拌にエネルギーを消耗する
ことがない。その結果、駆動筒部の前方で大量の連行流
入量を得ることが可能となった。 (2) 高速流が不要なため、ノズル部での流体抵抗により
エネルギー消耗が少ない。 (3) 高速流が不要なため、駆動ポンプの効率が高くな
る。 (4) 流体中では回転部分がないため、メンテナンスの点
で有利である。 (5) 駆動筒部とパイプライン（流体移送管）との接合が
容易であるため、既存のパイプを外筒として利用できる
ほか、複数台の駆動筒部を間隔をあけて設置して遠距離
輸送装置を簡単に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(ａ) 本発明の第１実施形態としての流体移送
装置の側断面図。 (ｂ) 同要部の斜視図。 (ｃ) 同換気装置に用いる場合の部分斜視図。

【図２】(ａ) 同変形例の側断面図。 (ｂ) 図２(ａ)のＢ矢視部の拡大図。 (ｃ) 図２(ａ)のＢ矢視部の拡大図。 (ｄ) 図２(ａ)のＡ矢視部の拡大図。

【図３】同水中での使用状態の模式側面図。

【図４】同第２実施形態としての流体移送装置の模式側
断面図。

【図５】同第３実施形態としての流体移送装置の模式側
断面図。

【図６】同第４実施形態としての流体移送装置の模式側
断面図。

【図７】同第５実施形態としての流体移送装置の模式側
断面図。

【図８】従来のエゼクタ式流体移送装置の側断面図。

【符号の説明】

１ 外筒部分 ２ 駆動流体分配チャンバー ３ 壁面流 ４ 隙間 ５ 陸上トンネル ６ 連行流 ７ 被駆動流体 ８ 運行流 ８ａ 周辺水 ９ 注入部 10 駆動筒部 10ａ 外筒 11 送水管（流体移送管） 12 フランジ 13 内筒 14 脚状構造物 15 駆動ポンプ 16 浮体 17 駆動水パイプライン 18 駆動筒部 20 メインパイプ（流体移送管） 21 輸送元の水域 22 排水 23 輸送先の水域 24 流体移送管（送水管） 25 水域内に発生した流動水 26，26ａ 連結部 27 駆動ポンプ 28 中継駆動筒部 29 ガイド筒 30 吸入管 31 気泡噴出ノズル（流体噴射ノズル） 32 空気圧縮機 33 ホース 34 微細気泡 35 分配ガイド筒 37 内筒の先端部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体移送装置において、流体移送管の内
   壁面に沿った膜状の壁面流を発生可能な駆動筒部をそな
   え、 同駆動筒部が、駆動流体の注入部を設けられた外筒と、
   同外筒と同芯状に設けられた内筒とをそなえる一方、上
   記の外筒と内筒との間の隙間の一端を周方向に閉じられ
   るとともに他端に環状の上記駆動流体の噴射部を形成さ
   れ、 上記内筒の内部に、上記駆動流体を周方向に均等に分配
   する駆動流体分配チャンバーが設けられ、 上記隙間の構造部分の長さが上記隙間の寸法よりも長い
   寸法に形成されていることを特徴とする、流体移送装
   置。
2. 【請求項２】 上記内筒の先端を上記外筒の方向に対し
   傾斜させたことを特徴とする、請求項１に記載の流体移
   送装置。
3. 【請求項３】 上記内筒の中心部に、流体噴射ノズルが
   設けられていることを特徴とする、請求項１または２に
   記載の流体移送装置。
4. 【請求項４】 上記駆動筒部の端部に、上記流体移送管
   の接続用フランジが突設されていることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の流体移送装置。
5. 【請求項５】 上記流体移送管に複数台の上記駆動筒部
   が直列状に設けられていることを特徴とする、請求項１
   乃至４のいずれかに記載の流体移送装置。