JP2006320259A - 自然エネルギー駆動環境改善装置、環境改善方法および養殖方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、海上、湖沼、河川、汽水域等の一般水域あるいは養殖場の水質浄化用として使用し、自然エネルギによって駆動する環境改善装置及び環境改善方法に関するもので、特に水域の溶存酸素量を増大させる方法と装置に関するものである。
【解決手段】 変動する自然エネルギーを圧縮空気の形で貯蔵し空気を高分子樹脂フィルムに生成されたクレーズに強制的に透過させることにより自然に近い状態で溶存酸素量を増加させる環境改善方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、海上、湖沼、河川、汽水域等の一般水域あるいは養殖場の水質浄化用として使用し、自然エネルギによって駆動する環境改善装置及び環境改善方法に関するものである。

従来、魚介類の養殖は汽水域および海水域に養殖筏を設置し、貝幼生を付着させたホタテ貝や牡蠣の貝殻等を水中に垂下げるとか網で囲って生簀とし魚を肥育する等、自然環境の中での生育が図られてきた。

しかし、近年、溶存酸素量等の低下と、赤潮とそれに付随して発生する酸欠現象等が問題となり、その対策の一つとして曝気による酸素供給が試みられ、水底にエアホースを設置し空気を送り込む、水底からの曝気も試みられている（特許文献１参照）。

また都市河川では水量不足と生活排水流入から水質悪化が進み、浄化のために水底からの曝気も試みられている。

一方曝気のためには空気を圧縮する必要がある。従来は、養殖場が海上や山中等の電力などの設備を可動させるエネルギーの供給が困難な場合は、ガソリンなどの燃料での発電機を使用している。しかしながら、燃料の供給に労力とコストを要する。

こうした中で、筏に搭載され、風力により発電するための風力発電機と太陽電池で発電された電力を貯蔵するためのバッテリーからの電力で加圧ポンプを所定時間帯のみの制御運転することを特徴としている、太陽電池と風力発電を同時に使用して、設備を稼動させる事を提案している。（特許文献２、３参照）。

特開２００４‐４９９６０号公報 特開２００２‐１４２６０６号公報 特開２００４‐１９４５２８号公報 特許第３１５６０５８号公報 特開２００３‐１０２３２５号公報

しかしながら自然エネルギーは変動が大きい。太陽光も晴れた日もあれば雨の日もあるし、風の吹く日も吹かない日もある。バッテリーで電力を貯蔵するためには過大な容量のバッテリーを積み込まないといけない。また、海上でバッテリーを使用することは塩分による漏電防止シール等電気系統の信頼性をあげるために多くのコストがかかる。

一方、曝気による酸素供給は、水中に混入される気泡が大きく、したがって浮力も大きくなり短時間で空気中に放出され、効果的な酸素供給方法とは言えない。多量の空気ひいては多くの電力を消費しバッテリ容量の増大につながる。

また、曝気による気泡を底部より放出した場合、垂直方向の流動を生じさせるが、この泡は不自然な上昇流あるいは過流域等の発生に繋がることからも自然体系に適したものとはなっていない。底層のヘドロを巻き上げたり、魚の稚魚などに余分なストレスを与えることになってしまう。

本発明は前記の課題を解決するために、変動する自然エネルギーを圧縮空気の形で貯蔵し空気を通気性フィルムに強制的に透過させることにより自然に近い状態で気泡を発生させる環境改善装置を提供する。

請求項１の発明は、自然エネルギによって駆動される空気圧縮手段と、圧縮された空気を蓄積する蓄圧手段と、空気を通気性フィルムに強制的に透過させることによる微細泡発生手段よりなることを特徴とする環境改善装置である。

請求項２の発明は、請求項１において自然エネルギーによって駆動される空気圧縮手段が、風車によって駆動される空気圧縮手段であることを特徴とする環境改善装置である。

請求項３の発明は、自然エネルギーによって空気圧縮手段を駆動し、圧縮された空気を蓄圧手段に蓄積するとともに、空気を通気性フィルムに強制的に透過させることによって微細泡を発生させることを特徴とする環境改善方法である。

さらに、発生させる泡に特定の気体を富化することで環境中の生物を活性化させることから、請求項４の発明は、自然エネルギーによって駆動される空気圧縮手段と、特定気体を富化する気体富化手段と、圧縮された空気を蓄積する蓄圧手段と、空気を通気性フィルムに強制的に透過させることによる微細泡発生手段よりなることを特徴とする環境改善装置である。

請求項５の発明は、請求項４において特定気体が二酸化炭素であることを特徴とする環境改善装置である。

請求項６の発明は、水中植物の生育する水域において、自然エネルギーによって駆動される空気圧縮手段で空気を圧縮し、気体富化手段により二酸化炭素を富化し、二酸化炭素を富化、圧縮された空気を蓄圧手段で蓄積し、この空気を通気性フィルムに強制的に透過させることによる微細泡発生手段により水中植物周辺に二酸化炭素含有空気泡を発生させることを特徴とする環境改善方法である。

水中で空気を高分子樹脂フィルムに生成されたクレーズに強制的に透過させることにより微細な泡が発生し余分な泡は発生しない。効率的に溶存酸素に転換していくため自然エネルギーが変動しても蓄圧タンクの空気だけで酸素を溶解し続けることができる。そして、泡が微細なためヘドロを巻き上げることも無く長時間水中に滞留し、稚魚にストレスを与えることも無い。

また、風車で直接ポンプを駆動すれば電気系統を使うことも無く空圧系のみでシンプルなシステムとすることができ、自然環境の中で自律して溶存酸素量を増加させ、また周辺の植物を活性化して水中環境を改善できる。

本発明は、自然エネルギーで空気を圧縮し、圧縮空気の状態で変動エネルギーを貯蔵し、空気を通気性フィルム、特に好ましくは高分子樹脂フィルムに生成されたクレーズに強制的に透過させることにより微細な泡を発生させて効率的に酸素を溶解させる方法であり、それにより水中環境を改善する。

この溶存酸素増加方法は魚介類の養殖に好適に用いられるが、それに限られることは無く、ヘドロを巻き上げないこと、長期気泡が滞留することで、河川、湖沼、汽水域の底層水質改善にも好適に用いることができる。

さらに、空気に特定の気体、たとえば二酸化炭素を富化し水草、藻等水中植物の周辺で施用することで水中植物を活性化し植物と協働して環境改善に資することができる。

自然エネルギーとして、風力、波力、そして河川では水力等が利用できる。これらのエネルギーから常法により発電し、コンプレッサーを駆動して圧縮空気を作ってもよいが、風車、水車から機械的に連結したポンプで空気を圧縮し空気タンクから泡発生手段までを空圧系で連結したほうが水上で電気系統を使わないだけより安定して利用できる。

空気圧縮手段および蓄圧手段は常法の手段を用いてかまわないが、水上で使う場合空気タンクを浮体として利用すればシンプルな構成で装置を形成することができる。

本発明に用いられる微細な気泡は、泡噴出口６に気体透過材として装着された高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フイルムの面を０．３Ｍｐａ程度に圧縮されたエアーを用いて加圧することにより、クレーズを構成するボイド(微細な空孔)が拡張され、強制的に水中に噴出されたものである。

泡噴出口より噴出された気泡は気泡径が５〜５０μm程度に微細なため、気泡同士の合体や吸収が少なく、したがって、気泡としての存在が長く、分散性にも優れていることから、その多くが単一気泡の状態で水中に滞留することとなる。この微細な気泡は発生して１０分以内では比重が増大し、時間の経過にしたがって比重が減少することが知られている。

前記、高分子樹脂フィルムの素材として使用される高分子樹脂としては、フィルム或いはシートの成形が可能な熱可塑性樹脂であれば特別に制限されるものではない。その様な熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、スチレン系樹脂、ポリカーボネート、ハロゲン含有熱可塑性樹脂、ニトリル樹脂等を挙げることができる。

これらの熱可塑性樹脂の中でも、フィルムやシートヘの成形性や経済性の観点から、ポリオレフィン、ポリエステル、スチレン系樹脂、ハロゲン含有熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いても、複合して組成物として用いても、或いは、別の高分子樹脂をブレンドしたりしても良く、更には二種以上の樹脂を多層化して用いても良い。

また、クレーズの形成の容易さから、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度が−４５℃以上、好ましくは−３０℃以上、特に好ましくは−１５℃以上の樹脂を使用することが望ましい。組成物として使用するときや多層化して使用するときは、主な構成成分である熱可塑性樹脂のガラス転移温度が上記範囲内にあることが好ましい。これより低いガラス転移温度を示す熱可塑性樹脂の場合は、柔軟過ぎるためにクレーズの効率的な形成が難しい。

高分子樹脂フィルムにクレージング処理を施すことにより発生されたクレーズは、基本的に、特許第３１５６０５８号公報に開示されているものと同様なものであり、高分子樹脂フィルムの分子配向の方向と略平行に、幅が一般に０．５〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍのものである。

このクレーズが、フイルムの厚み方向に貫通しているクレーズの数の割合が全クレーズの数に対して１０％以上、好ましくは２０％以上、特に好ましくは４０％以上必要であり、貫通している割合が上記範囲未満であると十分な通気性が得られ難くなる。

該クレーズを分子配向の方向と略平行の方向に形成するのは、分子鎖の配向の方向と直角の方向に引っ張ることによってクレーズが形成され、分子鎖の配向の方向と直角の方向にクレーズを形成することが難しいからである。

ここで言うクレーズとは、高分子樹脂フィルムの表面に現れる表面クレーズと内部に発生する内部クレーズを含むものであって、微細なひび状の模様を有する領域を言う。このクレーズは分子束〈フィブリル〉とボイドから構成されており、この部分で各種気体の通気性が生じることになる。

クレーズの気体透過性能は、用いる樹脂の種類により異なるが、例えばポリ弗化ビニリデンのホモ重合体を用いると、酸素及び窒素ガスのガス透過度で一般に０．３〜１００，０００×１０^４ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈｒ・ａｔｍの範囲内のものに、透湿度で一般に１０〜１００，０００×１０^４ｇ／ｍ^２・２４ｈｒの範囲内のものに、引張強度で一般に５〜５０ＭＰａ、好ましくは６〜５０ＭＰａ、特に好ましくは７．５〜５０ＭＰａの範囲内のものにすることができる。

この水中への泡放出部に通気性フィルムを用いることにより、通気抵抗から空気タンクを含め内部圧力は高くなる。通常の曝気では水中への空気の出口は開放されているため自然エネルギーの変動、たとえば風の吹いたときはポンプが働いて曝気をするが、風が吹かないとそのまま止まっている。通気性フィルムで通気量を制限し、内部圧力を高めることでタンクにより多くの空気をためることができ、自然の変動を吸収して長期にわたり泡を出すことができる。

請求項４の発明は特定の気体を富化することで泡放出部周辺の環境を活性化して全体環境を改善するものである。特定気体、たとえば二酸化炭素は光があたるとともに植物の生育を活性化し光合成により酸素を発生する。

水中の藻、こけ、水草、海草、植物プランクトン等の水中植物の生育する水域で、二酸化炭素を含む空気の泡を水中植物の周辺に放出すれば二酸化炭素により植物は活性化し、光があたれば植物が酸素を発生するほか、植物自身の環境浄化作用が期待できる。

特定気体を濃縮する気体富化手段としては、たとえば二酸化炭素の場合、二酸化炭素を含む空気を二酸化炭素富化膜を通して二酸化炭素の多くなった空気を得ることができるし、圧縮二酸化炭素ボンベから減圧弁を介して少量ずつタンクに追加してもよい。

本発明の実施例を以下に図示しながらさらに詳しく説明するが、これは代表的なものを示したものであり、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、風車によりポンプを駆動する環境改善装置を例示した概略図である。自然の風で回転する風車１はその回転を機械的手段で制御してポンプ２に伝え、ポンプ２で圧縮された空気は逆止弁４を経て空気タンク３に送られる。この空気タンク３は浮体を兼ねることもこうｒている。風車、ポンプ、タンク自体の重量を支える容積を持てばよいが、もし、筏、船等の別の浮体の上に設置するならば、この空気タンク３は小さくてもかまわない。

空気タンク３に貯蔵された空気は調圧弁５から０．２ＭＰａ程度に減圧された後圧縮空気搬送チューブを介して水中の泡発生装置１０に送られ、クレーズによる通気性フィルムを透過して微細な泡が発生し溶存酸素を増加させる。

設置に当たり、陸上であらかじめ空気タンクに注入弁（図示せず）から空気を充填しておいて設置場所に運べば、自然の風で蓄圧されるのを待つことも無く即使用可能となるし、水圧の逆圧による障害を予防することになる。

この環境改善装置を都市河川、湖沼海岸等の浄化水域底層に用いれば曝気によりヘドロをかき回すことなく水質浄化ができるし、魚介類の養殖場で用いれば余分な泡による生物へのストレスを与えない。

図２は泡発生装置の概略図である。泡発生装置１０の開口部１４にパッキング１８、クレーズ生成通気性フィルム１６とを重ね合わせ、その上面に加圧による気体透過材の変形を防ぐ目的の補強材１７が載置されて、気体透過材固定枠２０により開口部１４に固着される。通気性フィルム１６の内側には水圧に対してフィルムを支える支圧板１５を載置する。空気タンクの空気を使い切った時水圧により逆に変形するのを防ぐためである。

空気タンクに圧縮して貯蔵された空気は調圧弁を介して、所望の対応圧に減圧され、圧縮空気搬送チューブ６を通して泡発生装置に送気される。開口部１４に装着された通気性フィルム１６の微細な空孔(ボイド)を拡張してフィルムを透過する。一方その透過はボイドに透過量を制限され、加圧された微細な気泡の形態で徐々に水中に放出される。

図３は水車を用いる別の実施例の概略図である。河川に設置された水車３１によってポンプ３２を駆動し圧縮された空気は空気タンク３３に貯蔵し泡放出装置１０から河川中に放出する。発生する微細な泡３８は長時間水中に滞留するためそのまま川の流れに乗って下流に到達し、下流の河川、池沼、湖中、海域の水質を改善できる。

図４は藻場等の水中植物生育水域で二酸化炭素を富化して環境を改善する模式図である。風車４１による回転はポンプ４２に伝えられて空気を圧縮する。圧縮された空気は二酸化炭素富化膜を通じて二酸化炭素の多い空気となり空気タンク４３に蓄えられる。風が止んでも蓄えられた空気は泡発生装置１０から常時微細な泡を放出する。

藻場等の水草の周辺で泡発生装置を施用すると発生した微細な泡は長時間滞留して水中を漂い水草に供給される。空気泡に含まれている二酸化炭素は水草の生育を促進し、光合成により発生する酸素により供給した空気以上に溶存酸素を供給することができるし、水草は水中のリン、窒素分も吸収することから水域全体の環境を大幅に改善することができる。これらの過程は風車等の自然エネルギーで自律して作動するため、外部から電力、燃料等を供給することなく環境を改善できる。

本発明は、自然エネルギーで空気を圧縮し、圧縮空気の状態で変動する自然エネルギーを貯蔵し、空気を高分子樹脂フィルムに生成されたクレーズに強制的に透過させることにより微細な泡を発生させて効率的に酸素を溶解させる方法であり、設置すればメンテナンスフリーで環境を改善し続ける。発生する泡は微小なため生物環境をかき乱すことなく、魚介類の養殖場、さらにはヘドロのたまった河川、湖沼の水質改善に資することができる。

本発明の概略図 泡発生装置図 水車を用いる別の実施例の概略図 水中植物生育水域で二酸化炭素を富化して環境を改善する模式図

符号の説明

１ 風車
２ ポンプ
３ 空気タンク
４ 逆止弁
５ 調圧弁
６ 圧縮空気搬送チューブ
１０ 泡発生装置
１１ 嵌合部
１２ 圧縮空気注入部
１４ 開口部
１５ 支圧板
１６ クレーズ入り通気フィルム
１７ 補強材
１８ パッキング
２０ 固定枠・泡放出部
３１ 水車
３２ ポンプ
３３ 空気タンク
３７ 川
３８ 微細泡
３９ 池、沼、湖
４１ 風車
４２ ポンプ
４３ 空気タンク
４４ 気体富化装置
４５ 予備ボンベ
４６ 水草
４８ 泡

Claims (6)

1. 自然エネルギによって駆動される空気圧縮手段と、圧縮された空気を蓄積する蓄圧手段と、空気を通気性フィルムに強制的に透過させることによる微細泡発生手段よりなることを特徴とする環境改善装置。
2. 請求項1において自然エネルギによって駆動される空気圧縮手段が、風車によって駆動される空気圧縮手段であることを特徴とする環境改善装置。
3. 自然エネルギによって空気圧縮手段を駆動し、圧縮された空気を蓄圧手段に蓄積するとともに、空気を通気性フィルムに強制的に透過させることによって微細泡を発生させることを特徴とする環境改善方法。
4. 自然エネルギによって駆動される空気圧縮手段と、特定気体を富化する気体富化手段と、圧縮された空気を蓄積する蓄圧手段と、空気を通気性フィルムに強制的に透過させることによる微細泡発生手段よりなることを特徴とする環境改善装置。
5. 請求項４において特定気体が二酸化炭素であることを特徴とする環境改善装置。
6. 水中植物の生育する水域において、自然エネルギによって駆動される空気圧縮手段で空気を圧縮し、気体富化手段により二酸化炭素を富化し、二酸化炭素を富化、圧縮された空気を蓄圧手段で蓄積し、この空気を通気性フィルムに強制的に透過させることによる微細泡発生手段により水中植物周辺に二酸化炭素含有空気泡を発生させることを特徴とする環境改善方法。
   

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