JP2006142131A - 気体溶解水供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水中で長期に亘り無保守で稼働する吸込口および／または吐出口を提供し、施工費用の縮減が図れる気体溶解水供給装置を実現する。
【解決手段】 吸込口および／または吐出口が設けられた気体溶解水供給装置において、
前記吸込口および／または吐出口に取り付けられた浮子に空気が加圧されるあるいは減圧されることにより前記吸込口および／または吐出口が鉛直方向に移動する移動手段を具備したことを特徴とする気体溶解水供給装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、安価な気体溶解水供給装置に関するものである。
更に詳述すれば、例えば、近年、湖沼、ダム、濠、内湾などの閉鎖性水域は、生活排水、農業排水、工場排水などにより汚染が進み、水中に酸素が欠乏する貧酸素水となり、環境へ悪影響を及ぼしている。

こうした貧酸素水に酸素を溶かし込み、溶存酸素濃度を上昇させ、悪影響の軽減を図ることが行われている。
この様な水域に効率良く酸素を供給する（溶存酸素濃度を増加させる）気体溶解水供給装置に関するものである。

気体溶解水供給装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

横河電機株式会社発行、横河技報、２００３年４月２１日発行、Vol.４７ Ｎｏ.２、Ｐ４７、図４。

図７は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
図において、酸素溶解装置１には、ホース２を介して吸込口３から浄化対象の水域から水が吸引される。

酸素溶解装置１には酸素供給装置４、例えば酸素ボンベから酸素ガスが供給されるようになっている。
また、酸素溶解装置１には、ホース５を介して、酸素溶解水が吐出される吐出口６が接続されている。

以上の構成において、吸込口３から浄化対象の水域から水が吸引される。
酸素溶解装置１に吸引された水は酸素ガスと接触し、酸素ガスを溶解する。
酸素ガスが溶解された溶解水は、吐出口６から浄化対象の水域に戻される。

なお、図では省略するが酸素溶解装置１にはタンク内に吸引された水を所定の位置に制御するための水位制御手段や、供給される酸素ガスの圧力を制御する圧力制御手段などが取付けられている。

図８は酸素溶解装置１の一例の要部詳細構成説明図である。
図において、密閉タンク１１は気密に加工されたタンクであり、気体を溶解すべき水が例えば８分目程度注入されている。

ノズル１２は密閉タンク１１の天井付近に水面に対して直角方向に設けられ、このノズル出射方向の真下に、略水平に邪魔板１３が配置されている。
ポンプ１４は液体供給手段として機能し、例えば、ストップ弁１５を介して湖水や河川Ａ等から水を汲み上げて、ノズル１２から密閉タンク１１内に水を供給する。

調節弁１６は通常は開とされて、密閉タンク１１内で気体が溶解された水を浄化すべき場所に放出するが、密閉タンク１１内の水が所定レベル位置以下になった場合は開閉度を調節して水位を調整したり、気体調節弁１７を閉として気体（酸素）αの供給を停止させることによって水位調整を行なう。

ストップ弁１５は水の供給を停止するための弁である。
エジェクタ１８は、ノズル１２とポンプ１４とを連結するパイプの途中に設けられている。
また、この場合は、ポンプ（給水手段）１４の前段と後段にも気体（酸素）αの注入手段が設けられている。
なお、図では省略するが密閉タンク１１には、密閉タンク１１内の水量を測定するためのレベル計や密閉タンク１１内の圧力を測定するための圧力計が取付けられている。

上記の構成において密閉タンク１１の上方に所定の圧力に加圧された気体（例えば酸素，オゾン）が導入される。
気体の圧力が高いと水位が下降し、水は予め設定した水位以下になるが、その場合は所定の圧力レベルになるように気体調節弁１７で気体の圧力を調節したり、液体調節弁１６を調節して水位を制御する。

また、ノズル１２から出射した水が邪魔板１３に衝突して水と固体の衝突圧力と水の飛沫が大量発生することにより密閉タンク１１内に充満する気体（例えば酸素，空気，オゾン等）を溶解して水面に落下する。
この過程で水は気体を取り込んで密閉タンク１１に蓄積されることとなる。

この場合は、邪魔板１３が水面より下方に設けられた一例を示すもので、ノズル１２から噴き出す水の勢いにもよるが噴き出す水が表面の水を押しのけて邪魔板１３に直接衝突する程度の深さとなるように、また、水の飛沫や泡が大量に発生するように制御する。
なお、図８に示すように、ポンプ１４の前段に気体を注入したり。後段にエジェクタ１８を取付けて予め酸素を注入しておけば、より効率的に気体を取り込むことが可能な酸素溶解装置が得られる。

次に、密閉タンク１１の内部構成の他の実施例について説明する。
図９は密閉タンク１１を二重管にして、タンクの上部で発生するすり鉢状の液面が乱されないようにして渦の効果を十分に発揮させる構造にしたものである。

密閉タンク１１は、中央に設けた円筒形状の内側有底筒体２１と、この内側有底筒体２１の外側に所定の間隔を持って配置された外側有底筒体２２とからなる二重管で形成され、内側有底筒体２１から溢れた液体を外側有底筒体２２で受け入れるようにしたタンクである。

密閉タンク１１における内側有底筒体２１の下部側には、ポンプ１４からの注入管２３が配設され、外側有底筒体３２の下部側には、液体を排出するための放出管２４が配設されている。

このような構成からなる酸素溶解装置１においては、ポンプ１４から吐出された水は注入管２３を介して、密閉タンク１１の内側有底筒体２１内に噴出され、渦を巻きながら上部方向に移動する。また、内側有底筒体２１から溢れた水は外側有底筒体２２に流れ込み、外側有底筒体２２の下部位置に設けられた放出管２４を通して、気体溶解水として外部に排出される。

ここで、密閉タンク１１の内側有底筒体２１内では、渦の圧力を利用して、酸素の溶解を進めるので、渦を巻く速度は速い必要がある。
従って、ポンプ１４から吐出される水の流速から比べて内側有底筒体２１の径は小さい必要があるため、細長い形状となる。

内側有底筒体２１内では渦を巻いているため、気泡として残っている未溶解の酸素ガスは水より重さが軽いことから渦の中心部に集まり、未溶解ガスの分離が行われる。
なお、図９に示すように、密閉タンク１１の上部には未溶解ガスの気体溜まり２５ができる。

このように、密閉タンク１１を二重管とし、内側有底筒体２１の下部から水を噴出させ、外側有底筒体２２の下部から気体溶解水を排出するように構成すると、水の流路が延長出来、気体の溶解をさらに促進させることができる酸素溶解装置１が得られると共に、気体溜まり２５の液面位置に関係なく、安定した排出量の気体溶解水を得ることができる酸素溶解装置１が得られる。

なお、未溶解ガスの増加により気体溜まり２５の液面が低下しても、内側有底筒体２１内の液面は変化しないので、気体溜まり２５における液面の調整は、外側有底筒体２２における液面を監視することにより行なうことが出来る。
また、内側有底筒体２１内の液面が変化しないので、内側有底筒体２１内で発生する渦を利用して、安定に気体の溶解を行うことができる。

所で、今日、海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等には生活排水や産業排水が流入しており、こうした排水中には有機物、栄養塩類が含まれている。これらの一部は水底に沈降して有機汚泥となる。
水中の微生物はこれらを分解するため溶存酸素を消費するので、底層の水への酸素供給が消費量より少ないと貧酸素状態となってしまう。

底層水が貧酸素状態に陥ると、底泥中の有機物は嫌気分解され、硫化物やメタンガス等の生物にとって有害な物質が生成される。
また、底泥が酸素不足になると底泥中の栄養塩が溶出し易くなり、水中の栄養塩濃度を高め、赤潮を引き起こすなど環境悪化の原因となる。

図７に示す如く、港湾、湖沼、ダム湖等比較的水深の深い水域において夏季は水面付近は温度が高く、水深が下がると急に温度が低下する温度躍層Ｃが形成され、水底は温度が一番低くなっている。
こうした状態では下層の水温が低く密度が大きい水は水塊を形成しており、表層付近の水温が高く密度が小さい水と混ざり合うことはない。

従って、表層付近の溶存酸素濃度の高い水は、底層へ供給されることはなく、底層の貧酸素状態は解消されない状態になる。
なお、汽水湖などでは、塩分濃度の違いにより、塩分躍層が形成されることにより、同様に底層が貧酸素状態に陥ることがある。

このように劣化した底質を改善する従来の方法として、図７に示した酸素溶解水拡散方式では、貧酸素状態になっている底層の水を汲み上げ、その水に酸素を溶かし込んで溶存酸素濃度を上昇させた後、元の底層に戻す。
この様に水温の同じ底層に溶存酸素濃度を上昇させた水を返送することから、上昇流が発生せず効率良く底層に酸素を供給することができる。

所で、１台の酸素溶解供給装置で、吸込口や吐出口を位置・高さが変えられた複数箇所に配置したいという要望に応える場合、図１０に示す如く、水中で１本の配管を２本に分岐し、２個の弁７ａ，７ｂと２個の吐出口６ａ，６ｂを設ける。

ここで使用される弁は完全に閉塞状態にならなくとも良く、図１１に示す如きバタフライ・バルブ７ａ程度のもので良い。
ここで、（ａ）はバタフライ・バルブ７ａの要部構成説明図、（ｂ）は動作説明図である。
図１３（ｂ）において、隙間Ｂはバタフライ・バルブ７ａは全閉にならず、隙間が空いている状態を示す。

しかし、例えば海水中では電蝕の影響もあり、水中で保守なしに長期に亘り動作すると言う条件に合致する弁が現状ではなかなか存在しない。
従って、通常．図１２に示す如く、水上に弁７ａ，７ｂを配置し、配水管（ホース）５ａ，５ｂを数１００ｍに亘り複数本設置しなくてはならない。

しかしながら、このような装置においては、使用される配水管は延長が数１００ｍに及ぶこともあり、圧損を抑える為に直径の大きなものを使用し、耐候性・耐久性・可撓性が求められる為、高価なものとなる。
こうした配水管を吸込口・吐出口を複数箇所設けるとその分だけの配水管を設置する必要があり、施工費用が嵩むと言う問題がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、港湾、湖沼、河川、ダム、濠などの環境水に効率良く、酸素を供給する気体溶解水供給装置において、水中で長期に亘り無保守で稼働する吸込口および／または吐出口を提供し、施工費用の縮減が図れる気体溶解水供給装置を提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の気体溶解水供給装置においては、
吸込口および／または吐出口が設けられた気体溶解水供給装置において、
前記吸込口および／または吐出口に取り付けられた浮子に空気が加圧されるあるいは減圧されることにより前記吸込口および／または吐出口が鉛直方向に移動する移動手段を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項２においては、請求項１記載の気体溶解装置において、
前記吸込口および／または吐出口を鉛直方向にガイドするガイド手段とを具備したことをを特徴とする。

本発明の請求項３においては、請求項２記載の気体溶解装置において、
前記ガイド手段は内部に前記吸込口および／または吐出口が設けられた筒状の網状体が使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項４においては、請求項１記載の気体溶解装置において、
前記移動手段は、前記吸込口および／または吐出口に取り付けられた浮子と、前記吸込口および／または吐出口に取り付けられたカウンターウェイトと、前記吸込口および／または吐出口に一端が取り付けられ他端にヒンジが取り付けられた回動管とを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項５においては、請求項４記載の気体溶解装置において、
前記回動管の外周に設けられたリング状の浮力体を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項６においては請求項１記載の気体溶解装置において、
前記移動手段は、鉛直方向に配置され上下の両端に吸込口および／または吐出口が設けられた連結管と、この連結管内に設けられ浮子に空気が加圧されるあるいは減圧されることにより前記吸込口および／または吐出口の一方を開とし他方を閉とする浮子とを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項７においては、請求項１記載の気体溶解装置において、
前記移動手段は、鉛直方向に配置され上下の両端に吸込口および／または吐出口が設けられた連結管と、この連結管の外周に設けられこの連結管をスライドして上側の吸込口および／または吐出口あるいは下側の吸込口および／または吐出口を開閉するスライド管と、このスライド管に取り付けられ空気が加圧されるあるいは減圧されるリング状の浮子とを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
水中で長期に亘り無保守で吸込口および／または吐出口が鉛直方向に移動して稼働する移動手段を有するので、ホースの長さを節約でき、施工費用の縮減が図れる気体溶解水供給装置が得られる。

本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
前記吸込口および／または吐出口を鉛直方向にガイドするガイド手段が設けられたので、吸込口および／または吐出口の移動が正確に出来る気体溶解水供給装置が得られる。

本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
ガイド手段は内部に、吸込口および／または吐出口が設けられた筒状の網状体であるので、水中での吸込口および／または吐出口の位置の設定が任意に容易に出来、吸込口および／または吐出口の移動がスムーズに出来る気体溶解水供給装置が得られる。

本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
移動手段は、吸込口および／または吐出口に取り付けられた浮子と、吸込口および／または吐出口に取り付けられたカウンターウェイトと、吸込口および／または吐出口に一端が取り付けられ他端にヒンジが取り付けられた回動管とが設けられたので、ヒンジを中心に吸込口および／または吐出口が回動出来、吸込口および／または吐出口の位置移動が連続的に出来る気体溶解水供給装置が得られる。

本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
浮力体が回動管に設けられたので、浮子が小さく出来、回動管の回動をスムースに出来る気体溶解水供給装置が得られる。

本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
移動手段は、上下の両端に２個の吸込口および／または吐出口が設けられた第２の連結管と、連結管内に設けられ吸込口および／または吐出口を浮子に空気が加圧されるあるいは減圧されることにより開閉する浮子が設けられたので、開閉が確実に出来る気体溶解水供給装置が得られる。

本発明の請求項７によれば、次のような効果がある。
移動手段は、上下の両端に２個の吸込口および／または吐出口が設けられた第２の連結管と、この連結管の外側に設けられこの連結管をスライドして上側の吸込口および／または吐出口あるいは下側の吸込口および／または吐出口を開閉するスライド管と、このスライド管に取り付けられ空気が加圧されるあるいは減圧されるリング状の浮子とが設けられたので、吸込口および／または吐出口の外側に移動手段が設けられ、移動手段の保守が容易な気体溶解水供給装置が得られる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図である。
図において、移動手段３１は、吐出口３２に取り付けられた浮子３３に空気が加圧されるあるいは減圧されることにより、吐出口３２が鉛直方向に移動する。

この場合は、吸込口および／または吐出口を鉛直方向にガイドするガイド手段３４が設けられている。
この場合は、ガイド手段３４は内部に、吸込口および／または吐出口が設けられた筒状の網状体３４が使用されている。

以上の構成において、浮子３３に空気が加圧されと、吸込口および／または吐出口が鉛直方向に上方に移動する。
また、浮子３３に空気が減圧されることにより、吸込口および／または吐出口が鉛直方向に下方に移動する。
そして、吸込口および／または吐出口が、内部に設けられた筒状の網状体のガイド手段３４が使用されているので、吸込口および／または吐出口は，上下の任意の高さの所定位置に容易に移動できる。

この結果、水中で長期に亘り無保守で吸込口および／または吐出口３２が鉛直方向に移動して稼働する移動手段３１を有するので、ホースの長さを節約でき、施工費用の縮減が図れる気体溶解水供給装置が得られる。

但し、浮子３３の駆動の為の送気ホース（図示せず。）は浮子３３までの、例えば３００ｍのものが２本必要となるが、この送気ホースに流れる空気の流れは殆どない為、直径が小さなもので良く、全体の設置コストが安価に出来る。

吸込口および／または吐出口３２を鉛直方向にガイドするガイド手段３４が設けられたので、吸込口および／または吐出口３２の移動が正確に出来る気体溶解水供給装置が得られる。

ガイド手段３４は内部に、吸込口および／または吐出口３２が設けられた筒状の網状体３４であるので、水中での吸込口および／または吐出口の位置の設定が任意に容易に出来、吸込口および／または吐出口３２の移動がスムーズに出来る気体溶解水供給装置が得られる。

図２は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、移動手段４１は、吸込口および／または吐出口４２に取り付けられた浮子４３と、吸込口および／または吐出口４２に取り付けられたカウンターウェイト４４と、吸込口および／または吐出口４２に一端が取り付けられ、他端にヒンジ４５が取り付けられた回動管４６とを有する。

リング状の浮力体４７は、回動管４６の外周に設けられている。
リング状の浮力体４７は、移動手段４１全体の重量を軽減するもので、特に、回動管４６の回動をスムースにするためのものである。

以上の構成において、浮子３３に空気が加圧されと、回動管４６が回動して、吸込口および／または吐出口４２が鉛直方向に上方に移動する。
また、浮子３３に空気が減圧されることにより、回動管４６が回動して、吸込口および／または吐出口４２が鉛直方向に下方に移動する。

この結果、ヒンジ４５を中心に吸込口および／または吐出口４２が回動出来、吸込口および／または吐出口４２の位置移動が連続的に出来る気体溶解水供給装置が得られる。
浮力体４７が回動管４６に設けられたので、浮子４３が小さく出来、回動管４６の回動をスムースに出来る気体溶解水供給装置が得られる。

図３は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、移動手段５１は、鉛直方向に配置され上下の両端に吸込口および／または吐出口５２が設けられた連結管５３と、連結管５３内に設けられ、浮子５４に空気が加圧されるあるいは減圧されることにより吸込口および／または吐出口５２の一方を開とし他方を閉とする浮子とを有する。

以上の構成において、浮子５４に空気が加圧されと、連結管５３内を浮子５４が上方向に移動して、上側の吸込口および／または吐出口５２を閉とし、下側の吸込口および／または吐出口５２を開とする。

浮子５４の空気が減圧されると、連結管５３内を浮子５４が下方向に移動して、下側の吸込口および／または吐出口５２を閉とし、上側の吸込口および／または吐出口５２を開とする。
この結果、開閉が確実に出来る気体溶解水供給装置が得られる。

図４は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、移動手段６１は、鉛直方向に配置され上下の両端に吸込口および／または吐出口６２が設けられた連結管６３と、連結管６３の外周に設けられ、連結管６３をスライドして上側の吸込口および／または吐出口６２あるいは下側の吸込口および／または吐出口６２を開閉するスライド管６４と、スライド管６４に取り付けられ空気が加圧されるあるいは減圧されるリング状の浮子６５とを有する。

以上の構成において、浮子６５に空気が加圧されと、連結管５３の外周を浮子６５が上方向に移動して、スライド管６４が上側の吸込口および／または吐出口６２を閉とし、下側の吸込口および／または吐出口６２を開とする。

浮子６５の空気が減圧されると、連結管６３内を浮子６５が下方向に移動して、下側の吸込口および／または吐出口６２を閉とし、上側の吸込口および／または吐出口６２を開とする。
この結果、吸込口および／または吐出口６２の外側に移動手段６１が設けられたので、移動手段６１の保守が容易な気体溶解水供給装置が得られる。

なお、前述の実施例においては、酸素溶解装置１と酸素供給装置４とを陸上に設置した場合について説明したが、これに限ることはなく、たとえば、図５に示す如く、酸素溶解装置１と酸素供給装置４とを水上に設置した場合、あるいは、図６に示す如く、酸素溶解装置１を水中に設置した場合であっても良い。

また、前述の実施例においては、酸素溶解水供給装置に付いて説明したが、酸素に限ることはなく、要するに、気体であれば良い。
なお、前述の実施例においては、吐出管の例について説明したが、これに限ることはなく、吸込管であっても良いことは勿論である。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明の一実施例の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。 図７の要部構成説明図である。 図７の要部構成説明図である。 図７の動作説明図である。 図７の動作説明図である。 図７の動作説明図である。

符号の説明

１ 酸素溶解装置
２ ホース
３ 吸込口
４ 酸素供給装置
５ ホース
５ａ ホース
５ｂ ホース
６ 吐出口
６ａ 吐出口
６ｂ 吐出口
７ａ 弁
７ｂ 弁
１１ 密閉タンク
１２ ノズル
１３ 邪魔板
１４ ポンプ
１５ ストップ弁
１６ 調節弁
１７ 気体調節弁
１８ エジェクタ
２１ 内側有底筒体
２２ 外側有底筒体
２３ 注入管
２４ 放出管
２５ 気体溜まり
３１ 移動手段
３２ 吐出口
３３ 浮子
３４ ガイド手段
４１ 移動手段
４２ 吐出口
４３ 浮子
４４ カウンターウェイト
４５ ヒンジ
４６ 回動管
４７ 浮力体
５１ 移動手段
５２ 吐出口
５３ 連結管
５４ 浮子
６１ 移動手段
６２ 吐出口
６３ 連結管
６４ スライド管
６５ 浮子
Ａ 湖水や河川
Ｂ 隙間
Ｃ 温度躍層
α 供給気体

Claims (7)

1. 吸込口および／または吐出口が設けられた気体溶解水供給装置において、
   前記吸込口および／または吐出口に取り付けられた浮子に空気が加圧されるあるいは減圧されることにより前記吸込口および／または吐出口が鉛直方向に移動する移動手段
   を具備したことを特徴とする気体溶解水供給装置。
2. 前記吸込口および／または吐出口を鉛直方向にガイドするガイド手段と
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の気体溶解水供給装置。
3. 前記ガイド手段は内部に前記吸込口および／または吐出口が設けられた筒状の網状体が使用されたこと
   を特徴とする請求項２記載の気体溶解水供給装置。
4. 前記移動手段は、前記吸込口および／または吐出口に取り付けられた浮子と、
   前記吸込口および／または吐出口に一端が取り付けられ他端にヒンジが取り付けられた回動管と
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の気体溶解水供給装置。
5. 前記回動管の外周に設けられたリング状の浮力体
   を具備したことを特徴とする請求項４記載の気体溶解水供給装置。
6. 前記移動手段は、鉛直方向に配置され上下の両端に吸込口および／または吐出口が設けられた連結管と、
   この連結管内に設けられ浮子に空気が加圧されるあるいは減圧されることにより前記吸込口および／または吐出口の一方を開とし他方を閉とする浮子と
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の気体溶解水供給装置。
7. 前記移動手段は、鉛直方向に配置され上下の両端に吸込口および／または吐出口が設けられた連結管と、
   この連結管の外周に設けられこの連結管をスライドして上側の吸込口および／または吐出口あるいは下側の吸込口および／または吐出口を開閉するスライド管と、
   このスライド管に取り付けられ空気が加圧されるあるいは減圧される浮子と
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の気体溶解水供給装置。
   
   
   

Images