JP2008194664A - 水陸自在気液分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、気液ポンプ等の気液混合流を気液分離する装置はあったが水位の自動調整機能がないため、装置内の水位形成が上端、下端に片寄る場合が多く、一旦分離後、気体に液体が、液体に気体が再度混入したり、脈動を起こす等の現象が頻繁に起きた、また、水中と陸上では機種が異なり、不便で実用性に乏しく普及も十分でなかった、従って気液ポンプの用途は狭いものであった。
【手段】 密閉容器内のフロートに自動的に連動する液体開閉装置と気体開閉装置を設けて気体と液体の流量を自動的に制御する装置を付設することで、フロートの上下変動は上端、下端に片寄った水位形成ができない装置となり、かつ、吸い付き力、吸引力、摩擦力の影響のない、一旦分離後も気液の再度の混合がなく、脈動の起きない、水中、水面、陸上のいずれにも使用でき、気液分離の機能を確実化して、気液ポンプの用途を拡大させた水陸自在気液分離装置。
【選択図】図４

Description

気液混相流を、気体と液体に分離して圧力気体と圧力液体を作り、各々用途分野へ圧送するものである。特に気液ポンプの気液混合流を圧力気体と圧力液体に完全に分離することで、従来のブロワやコンプレッサーを必要とした分野で、簡単に圧力気体を得る新規の利用分野が開拓ができる。

量を越える場合が多く、これを気液分離することで多数の用途が生まれる、本発明はこの分離作業をするもので、本発明の水陸自在気液分離装置を通過後、液体は気泡のない高濃度の溶存酸素水となるため、水質浄化、魚介類の養殖、水耕栽培の分野へ利用できる。

さらに、気泡のない高濃度の溶存酸素水として利用して、河海底、池沼底、ダム底等の閉鎖性海域の底層の水質の改善（酸素不足の解消）に利用できる。

さらに、気液ポンプの気液分離で、気体は圧縮気体として従来のコンプレッサー、ブロワの分野の一部に参入するものである、例えば気泡ポンプの気体供給源として気泡掘削により、ダム底、池底の水中無汚濁掘削、魚養殖や釣り堀の魚糞等の汚泥除去、の各分野に容易に利用できる。

気液ポンプからの気液二相流の気液を分離する装置として、従来、水中での気液分離装置として、特許３３４１１１１号（深底資源吸引揚装置）の中に記載がある。 さらに、気液ポンプからの気液二相流の気液を分離する装置として、特許３４６００５３号（水底気泡掘削装置）の中に記載があり水中での気液分離装置がある。

数年以前まで、気体圧送管の中に水抜き、また送水管の中の空気抜き、水タンクや空気タンクの水抜き、空気抜きがあったが、本格的な気液混合流を気液分離装置として活躍している装置は見当たらない。
近年出現した気液ポンプから圧送する本格的な気液混合流（気液二相流）があるがそのままでは用途は小さい、気液の完全分離で用途は格段に拡大する、そのため、本発明は確実な水陸自在気液分離装置の開発にある。

気液ポンプの出現以来、気液分離装置の必要性が増大してきた、水中で気液分離装置は特許３３４１１１１号及び特許３４６００５３号内の一部に記載があるが、水中に限定されているため不便であった、本発明は、簡単で確実な水陸自在の気液分離装置の開発にある。

従来の気液ポンプからの気体液混合流（気液二相流）を気液分離する装置はあったが、その機能は十分でなく、実用化は遅れており、ままの状態では利用価値は小さいものであった、気液を完全に分離することでその用途は格段に拡大するもので、本発明は、簡単で確実な実用的な水陸自在気液分離装置の開発にある。

さらに本発明は、従来の気液分離装置は内部の水位が自動調整できず、水位は上端、下端に容易に到達して、送気管や送水管内に気体や液体の再度混入が頻繁におき、気液分離の役目を果たせない場合が頻繁に起きた、本発明はこの問題を解決する装置の開発にある。

従来の気液分離装置は水中に設置する必要があったが、本発明は陸上設置でも、水中設置でも分離機能が発揮できるる装置の開発にある。

さらに本発明は、浅水深中、深水深中に設置しても気液分離機能が発揮できる装置の開発にある。

さらに本発明は、一旦気液を分離後も内部の水位が自動上下変動して、送液管中に気体が、又は送気管の中に液体が再度混入することのない気液分離機能がある装置の開発にある。

従来の気液分離装置は、送気管の長さ、送液管の長さに大差がある場合、又は送気管の放出位置、送液管の放流位置によっては内部の水位１３の変動がスムーズに対応ができずに、水位１３が上下の一方的な場所に片寄って、脈流（間欠的に一方的に片寄った流れ）の発生が頻繁に起き、折角分離した液体に気体が、又は気体に液体が再度混合する事態が起きた、本発明は、これらの脈流の起きない装置の開発にある。

さらに本発明は、簡単なパイプ主体の部品構成とすることで、調整や故障が多発しにくい装置の開発にある。

さらに本発明は、送液口開閉装置９と送気口開閉装置１０が自動開閉する場合でも、吸い付き力、吸引力、摩擦力がフロート８の上下自動変位に影響することなく、常にスムーズに自動開閉可能な装置の開発にある。

本発明は、前述した従来の気液分離装置の課題を解決するため、請求項１に記載の通り、密閉容器１に外部から気体と液体の混合流を注入するための注入管２に注入口３を設ける、密閉容器１内の下部から液体を外部へ自動圧送するための送液管４に送液口５を設ける、密閉容器１内の上部から気体を外部へ自動圧送するための送気管６に送気口７を設ける、密閉容器１内に水位１３の変動に伴って上下自動的に変位１３するフロート８を設ける、フロート８に送液口開閉装置９と送気口開閉装置１０を付設してフロート８と連動させる、以上の構成として、外部から気液混合流を密閉容器１内へ注入すると、気体は上部に液体は下部に分離して一時貯留する、液体は下部の送液口５から送液管４を経て外部へ自動的に圧送され、気体は上部の送気口７から送気管６を経て外部へ自動的に圧送する、フロート８が水位１３の低下で下部へ下がると送液口５が自動的に縮小して閉鎖し、送液量が減少して自動制御する、フロート８が水位に伴って上部へ変位すると送気口７が自動的に縮小して閉鎖し、送気量が減少して自動制御する、送液口５と送気口７はフロート８の上下変位に伴って常に自動開閉するため、水位１３は極端な上端下端に達することなく常に中間付近に保ちながら、気体と液体は完全に分離して外部へ圧送することに特徴がある。

さらに本発明は、請求項２に記載の通り、送液口開閉装置９と送気口開閉装置１０のどちらか一方を設置することに特徴がある。

さらに本発明は、請求項３に記載の通り、送液口開閉装置９、送気口開閉装置１０の片方または両方共、円筒型として、送液口５又は送気口７を上下移動するシャッター式に開閉させることに特徴がある。

請求項３に記載する円筒シャッターとは、図１、図４、図７、に示す通り、送液管４、送気管６の側面に設けた送液口５、送気口７を開閉する場合、送液管４、送気管６の外径に極めて近い内径の液体開閉装置９（パイプ構成）、気体開閉装置１０（パイプ構成）を設けて、フロートに連動して上下させることで送液口５、送気口７を開閉する装置を言う。この場合、外径と内径を極めて近くすることでシャッター効果（開閉効果）を高めるもので、図３は内側に設けた例で、図２、図５、図６、図８、図９は外側に設けた例である。

本発明の中で最良の構成例は、図４に示す構成であり、図５、図６にその重要部分の詳細を示す、すなわち
図５に示す、送液口５は同じ高さの位置に複数を同間隔に設けるもので、パイプ断面の周辺からの圧力が常に釣れ合う構成となるため、送液口５での吸い付き力、吸引力は相互に消去されてなくなる、したがって圧力が増減しても摩擦力は増減しない、水中、空気中、高圧下、低圧下でも送液管４と液体開閉装置９と間に摩擦力は何ら影響なくフロートは上下変動が可能となる、図６に示す、送気口７も同様の構成とするため気体開閉装置１０との間に吸い付き力、吸引力は起きず、摩擦力の増加はなくなる。ただし、気液分離装置を水中で使用する場合は浮力が起きるので重りを設ける場合がある。
以上によって、送液口と送気口の影響なくフロートは上下変動が可能となり、密閉容器１内の水位は極端な上端、下端に至らない、気液は完全に分離され脈動（間欠的に一方的な流れを生む）のない常に自動水位形成が可能な水陸自在な気液分離装置となる。

通常、フロートによる気液分離装置の考案は容易であるが、
▲１▼機械類を設けず、
▲２▼単なるパイプ構成主体で、
▲３▼高圧下でも、低圧下でも、
▲４▼水中でも、陸上でも、
▲５▼送液管、送気管の延長差があっても脈動の起きない、
▲６▼吸い付き力、吸引力、摩擦力の影響のない、
フロート８の上下自動変動をスムーズに可能にしたのが本発明の特徴である。

気液ポンプを使用して本発明の水陸自在気液分離装置の試作機による実験結果ではフロート８の上下変動に「吸い付き力」「吸引力」「摩擦力」は全く影響がなく、完全に気液が分離され脈動の起きない流れを作り、フロート８が上下に容易に自動変動している様子が確認できた。この技術は、本発明の最も強調する点であり、機械類を一切使わず、単なるパイプ構成主体で自動調整しながら気液の分離機能を可能にしたものである。

さらに本発明は、請求項４に記載の通り、フロート８を、注入管２、送液管４、送気管６のいずれか一つ、または複数共に添わして設置して、送液管４と送気管６はフロート８の上下変位のレール役となってスムーズに上下連動ができ、送液口５と送気口７が容易に自動開閉する装置とすることに特徴がある。
〔図１〕はフロート８を、送液管４と送気管６に添わして設置した例図
〔図４〕はフロート８を、送液管４と送気管６に添わして設置した例図
〔図７〕はフロート８を、注入管２と送気管６に添わして設置した例図

さらに本発明は、水陸自在気液分離装置は通常、密閉容器１を縦長の円筒型に構成するのがよく、フロート８の縦の変動巾に余裕をもたせると共に、気液の交互注入に対しても気体と液体の貯留容量に余裕のある構成として密閉容器１内で気液を完全に分離した状態で外部へ圧送を継続させるものである。
通常は内径１に対して縦長を２．５程度以上が効果的であるが限定したものではない。
また、密閉容器１の内径は、注入管２の内径の３倍以上とするのが送液管４内に気泡の混入、送気管６内に液体の混入が少なくなるため気液分離に効果的であるが、これも限定したものではない。

さらに本発明は、気液ポンプから圧送する気体液混合流（気液二相流）を簡単で確実な装置としてパイプや容器のみの機械類を使わない構成を可能にして、現在の実用性に欠ける気液分離を改善することに特徴がある。

さらに、本発明は、従来の気液分離装置ではできない機能、すなわち密閉容器１内の水位が上端、下端に容易に到達できない装置としたことに特徴がある。

さらに、本発明は、気液分離装置の設置を必要に応じて、水中だけでなく水面又は陸上のいずれの場所でも気液分離機能が発揮できることに特徴がある。

さらに、本発明は、浅水深、深水深でも気液分離機能に影響のないことに特徴がある。

さらに本発明は、送気管６の長さ、送液管４の長さを変えても内部水位が一方的な場所に片寄らず、脈流の発生が緩和されることに特徴がある。

さらに本発明は、気液の両方共どのような場所で放出、放流しても気液分離装置内の水位は自動的に開閉できることに特徴がある。

さらに本発明は、自動水位調整装置として簡単構成として故障発生を最小にすることに特徴がある。

本発明の水陸自在気液分離装置は、気液ポンプから圧送する気体液混合流（気液二相流）を簡単で確実に気液分離ができ、気液ポンプの用途を格段に大きくした。

さらに本発明は、気液分離装置の水中、水面、陸上の設置場所に関係なく気液分離機能が十分に発揮できる装置となった。

さらに本発明は、気液分離装置を水中に設置することで、気泡の到達水深を従来の倍にできる装置となった。

さらに本発明は、気液ポンプによる水中の無汚濁掘削を可能とした。

さらに本発明は、気液ポンプと併用して水中に気泡を放出することなく、底層水の溶存酸素の増強が可能となった。

気液分離装置からの送気ホース、送水ホースの延長の長短や、設置場所の上下位置によっても気液の再度の混入や脈動が起きず、気液分離機能に障害が起きない効果がある。

気液混合流を気液分離することで、従来のコンプレッサーやブロワを使わずに無振動、無騒音的に高圧気体、高圧液体の確保ができ、騒音、振動公害を極端に小さくした効果がある。

本発明の水陸自在気液分離装置で、発明を実施するための最良の形態は請求項５記載の通りであり図４に示す通りである。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置図１を本発明に使用する最良の形態とする理由は、液体開閉装置９と気体開閉装置１０の送液口５、送気口７の開閉が送液管４と送気管６に添って自動的に大小に変化できると共に、円筒シャッターを採用して吸い付き現象を殆ど除外でき、フロート８と共に送液口５、送気口７の開閉が自動的に容易にできるためである。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置図４を本発明に使用する最良の形態とする理由は、設置環境、操作の如何に拘わらず気液分離機能に影響が殆どないことにある。

本発明の水陸自在気液分離装置は図４に示す通りで、水中でも陸上でも両方に利用でき、従来の水中気液分離装置とは原理・機能が異なり用途を拡大したもので、
注入口３は密閉容器１の上部、側側、下部のいずれに設置してもよい。
送液口５は密閉容器１内の下部に設けて、密閉容器１内を上部へ貫通させる設置がよい。
送気口７の設置位置は密閉容器１内の上部から送気管６を経て外部へ連通させる設置がよい。
フロート８は独立設置してもよいが、送液管４、送気管６に添わして送液管４、送気管６をレールの役目として利用することでスムーズに上下変位が可能となる。
送液口５は密閉容器１内の下部に設けるが、送液管４は下部から密閉容器１内を下部から上部へ貫通させてもよい。

本発明の水陸自在気液分離装置の密閉容器１の断面は、円形が適切と考えるが限定したものでなく、他の断面形でもよい。

本発明の図４、図５、図６に示す送液管４の端栓１１、送気管６の端栓１２は、管端からの力の遮断が目的で、吸引力、吸い付き力をなくしてフロート８の上下変動に外力の影響をなくするためで、管端の遮断ができれば他の方法でもよい。

本発明の図１、図４は、どちらかと言えば陸上又は水面設置に便利である。
図７は、どちらかと言えば水中設置に便利である、この場合、気液分離装置の水面浮上を防止するため重りを付設する場合がある。
水底設置した場合は、陸上や水面設置に比べて同一圧力でも気泡をより深い場所まで到達できるため、水底からの気泡掘削する場合に効果的である。

本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設することで、相乗効果を生み従来のポンプにない機能を発揮する。 例えば、気液ポンプ内を通過した液体は全て高濃度の溶存酸素水となる特徴があるため、水陸自在気液分離装置によって『気泡のない高濃度の溶存酸素水』を海、湖沼、ダム、池等の底層へ容易に漂流させて夏季に酸素不足解消手段として底層水の改善ができる。

『気泡のない高濃度の溶存酸素水』は水底改善の最重要な要素で、現在の主な曝気は気泡方式（水車式、水中送気方式、微細気泡方式）のため折角の『高濃度の溶存酸素水』は気泡と共に上昇して底層に停滞して役立つ有用水は極めて僅かとなり動力費の割りに効果は小さい、これに比べて、本発明の水陸自在気液分離装置は『気泡のない高濃度の溶存酸素水』を底層へ放流でき、ほぼ１００％が底層に停滞して役立つ有用水となることが模型実験で確認できた、すなわち従来の底層曝気手法を原理的に改善できるものである。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置と気液ポンプと併用することで底層曝気方式は曝気水に関して『溶存酸素濃度』『水量』『放流時間』『放流場所』が全て数量的に確定して表示が可能で改善計画が明確となる。（従来式は気泡量は確定できても曝気水量は推定のみで確定できなかった）

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設して、ブロワもコンプレッサーも使わずに容易に圧力気体が確保できるため、動力費が嵩む従来の曝気分野に参入できる部分も多いと確信します。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設して、気体を分離後、気泡ポンプの給気に使用して海、湖沼、ダム、池等の底層の水中無汚濁掘削機として利用できる。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設することで、気液を分離して、液体は魚介類養殖の溶存酸素水を供給しながら、気体は気泡ポンプとして活用して魚糞の除去に利用でき、一つのポンプで二役を並行実施できる。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設することで、水耕栽培での高濃度酸素溶解水の確保に使用して、栽培農園の収穫向上に貢献できる。
以上の分野は、他のポンプでは見られない産業上の利用の可能性がある。

さらに本発明の水陸自在気液分離装置は気液ポンプに併設することで、空気圧縮、冷凍の分野にも参入するものである。

水底設置の場合、従来、空気のみを１気圧下で水中送気した場合は約１０ｍの水深まで送気できるが、気液半々の二相流で圧送した場合は、ほぼ倍の水深まで送気できる（ただし送気量は半分になる）。この現象は、水底環境の改善、水底掘削に従来にない用途を生むものである。

本発明の水陸自在気液分離装置の特徴的表現は、〔図１〕〔図４〕〔図７〕に主旨のみを示すが、これ以外にも多くの図例は可能であるが表示していない。

本発明の水陸自在気液分離装置の注入、放出を上部にした例図 吸い付き力、吸引力の影響はあるが、摩擦力の影響はない 〔図１〕の液体開閉装置９付近の拡大説明図 〔図１〕の気体開閉装置１０付近の拡大説明図 本発明の水陸自在気液分離装置の注入、放出を上部に集中例図 吸い付き力、吸引力の影響なく、摩擦力の影響もない 〔図４〕の液体開閉装置９付近の拡大説明図 〔図４〕の気体開閉装置１０付近の拡大説明図 本発明の水陸自在気液分離装置の送液口を下部にした一例図 水中・吸引掘削への応用一例図をも示す 〔図７〕の液体開閉装置９付近の拡大説明図 〔図７〕の気体開閉装置１０付近の拡大説明図 本発明の水陸自在気液分離装置を養殖生け簀に応用の一例 本発明の水陸自在気液分離装置を陸上設置一例図 水槽汚泥の吸引引き揚げの応用の一例 本発明の水陸自在気液分離装置を水中設置一例図 ダム底層の水質改善への応用の一例 〔図１２〕の気液分離装置付近の拡大説明図

符号の説明

１ 密閉容器
２ 注入管
３ 注入口
４ 送液管
５ 送液口
６ 送気管
７ 送気口
８ フロート
９ 液体開閉装置
１０ 気体開閉装置
１１ 送液管下端栓
１２ 送気管下端栓
３ 水位
１４ 水陸自在気液分離装置
１５ 気液ポンプ

Claims (4)

1. 密閉容器１に外部から気体と液体の混合流を注入するための注入管２に注入口３を設ける、密閉容器１内の下部から液体を外部へ自動圧送するための送液管４に送液口５を設ける、密閉容器１内の上部から気体を外部へ自動圧送するための送気管６に送気口７を設ける、密閉容器１内に水位１３の変動に伴って上下自動的に変位するフロート８を設ける、フロート８に送液口開閉装置９と送気口開閉装置１０を付設してフロート８と連動させる、以上の構成として、外部から気液混合流を密閉容器１内へ注入すると、気体は上部に液体は下部に分離して一時貯留する、液体は下部の送液口５から送液管４を経て外部へ自動的に圧送され、気体は上部の送気口７から送気管６を経て外部へ自動的に圧送する、フロート８が水位１３の低下で下部へ下がると送液口５が自動的に縮小して閉鎖し、送液量が減少して自動制御する、フロート８が水位１３に伴って上部へ変位すると送気口７が自動的に縮小して閉鎖し、送気量が減少して自動制御する、送液口５と送気口７はフロート８の上下変位に伴って常に自動開閉するため、水位１３は極端な上端下端に達することなく常に中間付近に保ちながら、気体と液体は完全に分離して外部へ圧送する水陸自在気液分離装置。
2. 送液口開閉装置９と送気口開閉装置１０のどちらか一方を設置する請求項１記載の水陸自在気液分離装置。
3. 送液口開閉装置９、送気口開閉装置１０の片方または両方共、円筒型として上下変動させて、送液口５又は送気口７をシャッター式に開閉させる請求項１または請求項２記載の水陸自在気液分離装置。
4. フロート８を、注入管２、送液管４又は送気管６のいずれか一つ、または複数管に添わせて設置する請求項１または請求項２または請求項３記載の水陸自在気液分離装置。

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