JP2007181753A - 曝気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の曝気装置は、複雑な構成で高価な割には効率が悪く、また、稼働時間に制限が必要であった。
【解決手段】 曝気装置１ａは、支持台２の上に、風車３ａが載置されて構成されている。支持台２は、曝気対象水域の水面よりも上に位置するように、湖沼に設置されている。ウォーターポンプＷは、風車３ａの回転軸７に生じる回転力によって駆動され、パイプ４１の先端から水を吸い込み、吸い込んだ水を加圧してパイプ４２の先端の気泡発生器６の噴射口６３から噴射する。この際に空気吸入口６２の形成部分の気体室６４内に生じる背圧によって空気吸入パイプ５から外部の空気が気体室６４内に吸入され、気体室６４内に噴射された水と混ざり合って吐出口６１から吐出され、曝気対象水域の水中に空気の泡が水流により拡散されながら放出される。
【選択図】 図９

Description

本発明は、湖沼や河川および海などにおける曝気対象水域の水の中に空気の泡を送り込んで、溶存酸素の量を増加することで、水質の浄化を図る曝気装置に関するものである。

従来、このような曝気装置としては、図１，図２に示すように、支持板２１が複数の脚部２２によって立設されている支持台２の上に載置されて、曝気対象水域の水面上に設置される曝気装置１１ａ，１１ｂや、図３，図４に示すように、曝気対象水域に近接した陸地に設置される曝気装置１１ｃ，１１ｄがある。また、図５，図６に示すように、曝気対象水域の水面上に浮遊する支持板２１と水中に沈められたアンカー２３とをワイヤー２４で繋げて支持台２が構成され、この支持台２上に載置されて曝気対象水域の水面に浮かされて設置される曝気装置１１ｅ，１１ｆがある。なお、これら各図において同一または相当する部分には同一符号を付して説明する。いずれの曝気装置１１ａ〜１１ｆでも、そのエネルギー源を自然エネルギーである風力エネルギーとしている。図１，図３，図５に示す曝気装置１１ａ，１１ｃ，１１ｅでは、ダリウス型風車やサボニウス型風車に代表される垂直軸型風車３ａの回転力を伝達する回転軸７に、必要に応じて歯車の組合せなどで構成される加減速装置を介して発電機Ｇが接続され、また、図２，図４，図６に示す曝気装置１１ｂ，１１ｄ，１１ｆでは、プロペラ型風車に代表される水平軸型風車３ｂの回転軸７に、必要に応じて歯車の組合せなどで構成される加減速装置を介して発電機Ｇが接続されて、風力発電装置が構成されている。風力発電装置は、風力エネルギーを一旦電力エネルギーに変換する。

いずれの曝気装置１１ａ〜１１ｆにおいても、風力発電装置により発電された電力エネルギーは、電源装置Ｖにより、必要に応じて鉛蓄電池などの蓄電器Ｅなどに保存され、電動機Ｍに供給される。電動機Ｍは、この電力エネルギーの供給を受けてコンプレッサ（エアポンプ）Ｃを駆動させ、パイプ４２などに加圧空気を送出する。パイプ４２には、細孔が多数形成されたエアストーンなどの発泡体Ｄが接続されている。発泡体Ｄは、曝気対象水域の水中に設置されており、コンプレッサＣから送出されてくる加圧空気により水中に空気の泡を放出する。

また、従来、特許文献１に開示される微細気泡発生器を用いて、風力エネルギーを用いずに電力エネルギーを使って水質の浄化を図る図７に示す曝気装置１１ｇもある。この曝気装置１１ｇでは、電力エネルギーを使った電動機Ｍによる駆動力でウォーターポンプＷが駆動され、パイプ４１によって水がウォーターポンプＷに吸い込まれ、吸い込まれた水はウォーターポンプＷによって加圧されてパイプ４２に送出される。パイプ４２には、曝気対象水域の水中に設置された微細気泡発生器６が接続されている。微細気泡発生器６は、図８に拡大して示すように、パイプ４２から送られてくる加圧水を噴射させる噴射ノズル６３を気体室６４の内部に有している。噴射ノズル６３から加圧水が噴射される気体室６４の部分に、機械的に背圧部を作り、気体室６４の空気吸入口６２にパイプなどからなる気体導入管５で空気を呼び込み、噴射ノズル６３から噴射される水に空気を混ぜて気体室６４の吐出口６１から吐出させることで、曝気対象水域の水中に空気の泡が放出させられる。
特開２００１−２５２５４６号公報（段落［００１１］〜［００２０］）

しかしながら、上記従来の風車３ａ，３ｂを用いた曝気装置１１ａ〜１１ｆは、風車３ａ，３ｂの他に、発電機Ｇ，蓄電池Ｅ，電源装置Ｖ，電動機Ｍ，コンプレッサＣまたはウォーターポンプＷ，およびこれらの制御装置などを備える複雑な構成になっている。このため、上記従来の曝気装置１１ａ〜１１ｆでは、風車３ａ，３ｂの効率，発電機Ｇの効率，蓄電器Ｅの効率，およびコンプレッサＣまたはウォーターポンプＷの効率の乗算値で風力エネルギーの利用効率が落ちてしまい、風力エネルギーを小さな効率でしか有効利用できなくなっている。

さらに、風力は時々刻々変化するため、曝気装置１１ａ〜１１ｆにおける風力発電装置は風の強さにより発電電力量が時々刻々変化して大きく変動してしまう。一方、曝気装置１１ａ〜１１ｆのコンプレッサＣを駆動すためには、電動機Ｍに安定した電圧および十分な電流容量の電源供給が行われる必要がある。従って、風車３ａ，３ｂを用いた上記従来の曝気装置１１ａ〜１１ｆでは、強い風が吹いて十分に発電が行われているときの電力を鉛蓄電池などに代表される蓄電池Ｅに一旦保存するとか、あるいは、電動機Ｍに対して数倍の発電容量を持つ風力発電装置を設置するとか、電源容量が十分な状態のときにのみ電動機Ｍを駆動するための間欠運転制御を行うことなどが必要になる。しかし、風が吹かないときに蓄電池Ｅに充電した電力を使用したり、電動機Ｍを間欠運転制御したりして曝気を行うにしても、ソーラー発電による補助電源の設置といった、間欠時間での曝気対策が必要であった。この結果、上記従来の曝気装置１１ａ〜１１ｆは、複雑な構成で高価な割には曝気効率が悪く、また、稼働時間に制限が必要なものとなっていた。

また、特許文献１に開示される上記従来の曝気装置１１ｇは、間欠時間での曝気対策といったものは必要とされず、稼働時間に制限はないが、電動機Ｍを駆動するための電源装置を確保する必要があり、そのためにガソリンを用いる発電機を準備したり、あるいは湖沼などまで電力配電線を敷設したりする必要があり、簡便に曝気することができなかった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、風の力を受けて回転軸が回転駆動される風車と、この風車の回転軸に生じる回転力によって駆動されるウォーターポンプと、このウォーターポンプによって加圧されて送られて来る水を噴射させる噴射口を気体室内に備え、この噴射口から水が噴射される際に気体室内に生じる背圧によって空気吸入口から気体室内に空気を吸入し、この空気を噴射口から噴射される水と共に気体室の壁面に形成された吐出口から吐出する、曝気対象水域の水中に設置される気泡発生器とから、曝気装置を構成した。

この構成によれば、風車の回転軸に生じる回転力によってウォーターポンプが直接駆動され、ウォーターポンプによって送られて来る加圧水が噴射口から噴射される際に気体室内に生じる背圧により、空気吸入口から空気が気体室内に吸入され、この空気が混ぜ込まれた水が吐出口から曝気対象水域の水中に吐出される。このため、風力エネルギーを電力エネルギーに変換するのに必要とされる発電機，蓄電器，電源装置，およびこれらの制御装置などを持つことなく曝気装置が構成されるため、曝気装置をきわめて簡素な構成にして、安価にすることができる。また、風車により生じる回転力を直接ウォーターポンプに伝達してウォーターポンプが直接駆動されるので、エネルギーの損失要素を最小に抑えることが出来、従来の風力発電による曝気装置でのエネルギー利用効率よりも高いエネルギー利用効率を得ることが出来る。なお、風の強さに応じて吐出口から吐出される空気量が変動して曝気量も変動してしまうが、ある程度長い期間の累積で見れば、曝気対象水域の水中に送り込まれる空気の量は平均化されるので、溶存酸素の量を増やして水質の浄化を行うという目的は十分に達成することができる。

また、本発明は、風の力を受けて回転軸が回転駆動される風車と、この風車の回転軸に生じる回転力によって駆動される空気中に設置されるコンプレッサと、このコンプレッサによって圧縮された空気を細孔から吐出させる、曝気対象水域の水中に設置される発泡体とから、曝気装置を構成した。

この構成によれば、風車の回転軸に生じる回転力によってコンプレッサが直接駆動され、コンプレッサによって送られてくる圧縮空気が曝気対象水域の水中に設置された発泡体の細孔から吐出させられて、水中に混ぜ込まれる。このため、この構成によっても、風力エネルギーを電力エネルギーに変換するのに必要とされる発電機，蓄電器，電源装置，およびこれらの制御装置などを持つことなく曝気装置が構成されるため、曝気装置をきわめて簡素な構成にして、安価にすることができる。また、風車により生じる回転力を直接コンプレッサに伝達してコンプレッサが直接駆動されるので、この構成によっても、エネルギーの損失要素を最小に抑えることが出来、従来の風力発電による曝気装置でのエネルギー利用効率よりも高いエネルギー利用効率を得ることが出来る。

また、本発明は、風車が台の上に載置されて曝気対象水域の水面上に設置され、ウォーターポンプが曝気対象水域の水中に設置されることを特徴とする。また、風車およびコンプレッサが台の上に載置されて曝気対象水域の水面上に設置されることを特徴とする。

この構成によれば、曝気対象水域の水面上に曝気装置が設置されるので、曝気対象水域の近傍に陸地がない所にも、曝気装置を設置することが出来る。

また、本発明は、風車およびウォーターポンプが曝気対象水域に近接した陸地に設置されることを特徴とする。また、風車およびコンプレッサが曝気対象水域に近接した陸地に設置されることを特徴とする。

この構成によれば、曝気対象水域に近接した陸地に風車およびウォーターポンプまたはコンプレッサを設置するので、風車およびウォーターポンプまたはコンプレッサの設置作業や部品の交換作業を容易にすることが出来る。

また、本発明は、台が曝気対象水域の水面に浮かされて設置されることを特徴とする。

この構成によれば、台が水面に浮かされて設置されるので、水中の地形や水深に関わらず、曝気装置を容易に設置することが出来る。

また、本発明は、発泡体が、曝気対象水域の水深に応じて複数個設けられ、その大きさが水深に応じて設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、各発泡体の大きさが水深に応じて設定されているので、水深の浅い発泡体よりも水深の深い発泡体を大きくすることにより、弱い風の時には、コンプレッサによって送出される圧縮空気の送出量および送出圧力が小さいので、圧縮空気は深い水深の発泡体まで到達せず、水深の浅い発泡体から空気の泡が放出される。一方、風が強くなれば、コンプレッサによって送出される圧縮空気の送出量および送出圧力が大きくなるので、圧縮空気は、途中の浅い水深の小さな発泡体から放出されるのが抑制され、深い水深の発泡体まで送出圧力を保ちつつ到達し、深い水深の発泡体から多くの空気の泡が放出される。このため、風の強さに応じてより深い水深の発泡体から多くの空気の泡が放出されるので、曝気対象水域の水中により広範囲に空気の泡を及ぼすことが可能となり、風の強さに応じて効率的に曝気が行えるようになる。

また、本発明は、発泡体が、曝気対象水域の水深に応じて複数個設けられ、その水深に応じた絞り量のオリフィスを介してコンプレッサから圧縮空気が供給されることを特徴とする。

この構成によれば、発泡体が設けられた水深に応じた絞り量のオリフィスを介してコンプレッサから圧縮空気が発泡体に供給されるので、水深の深い発泡体よりも水深の浅い発泡体に対して、より大きな絞り量のオリフィスを介して圧縮空気が供給されることにより、弱い風の時には、コンプレッサによって送出される圧縮空気の送出量および送出圧力が小さいので、圧縮空気は深い水深の発泡体まで到達せず、水深の浅い発泡体から空気の泡が放出される。一方、風が強くなれば、コンプレッサによって送出される圧縮空気の送出量および送出圧力が大きくなるので、圧縮空気は、途中の浅い水深の発泡体に接続されたオリフィスによって途中の浅い水深で放出されるのが抑制され、深い水深の発泡体まで送出圧力を保ちつつ到達し、深い水深の発泡体から多くの泡が放出される。このため、この構成によっても、風の強さに応じてより深い水深の発泡体から多くの空気の泡が放出されるので、曝気対象水域の水中により広範囲に空気の泡を及ぼすことが可能となり、風の強さに応じて効率的に曝気が行えるようになる。

このような本発明によれば、上記のように、曝気装置をきわめて簡素な構成にして、安価にすることができる。また、従来の風力発電による曝気装置でのエネルギー利用効率よりも高いエネルギー利用効率を得ることが出来る。

次に、本発明の第１実施形態による曝気装置１ａについて説明する。

図９は本発明の第１実施形態による曝気装置１ａの構成の概略を説明する図である。

曝気装置１ａは、平板状の支持板２１が複数の脚部２２で支持れている支持台２の上に、風車３ａが載置されて構成されている。風車３ａは、ダリウス型風車であり、縄跳びの縄の曲線の形状を有する複数の羽根で風を受けて、回転軸７が回転駆動される。支持台２は、曝気対象水域である湖沼の底の地面に脚部２２が埋め込まれて、曝気対象水域の水面よりも上に支持台２が位置するように、湖沼に設置されている。風車３ａは、回転軸７が支持台２の支持板２１に対して垂直に配置され、支持板２１に回転自在に取り付けられている。回転軸７は、支持板２１の下方にまで延びて、その先端部が水中に設置されたウォーターポンプＷ内に侵入して、ウォーターポンプＷの駆動機構に接続されている。ウォーターポンプＷは、風車３ａの回転軸７に生じる回転力によって駆動され、水中に延びるパイプ４１の先端から水を吸い込み、吸い込んだ水を加圧してパイプ４２の先端の気泡発生器６の気体室６４内に設けられた噴射口６３から噴射する。気泡発生器６は、前述した図８に示される構成をしている。つまり、気体室６４の上部壁面には、空気吸入用パイプ５が接続されて空気吸入口６２が形成されており、また、気体室６４の噴射口６３に対向する壁面には、水中内に開口する吐出口６１が設けられている。空気吸入用パイプ５は、その先端が水上に開口している。噴射口６３から気体室６４内に水が噴射されると空気吸入口６２の形成部分の気体室６４内に背圧が生じ、この背圧によって空気吸入パイプ５から外部の空気が空気吸入口６２を介して気体室６４内に吸入される。気体室６４内に噴射された水と気体室６４内に吸入された空気とは、気体室６４内で混ざり合って吐出口６１から吐出され、曝気対象水域の水中に空気の泡が水流により拡散されながら放出される。

浅い水深の湖沼は、人間の生活活動によって排出される有機物質などによって汚染され、浄化しがたい状態になっている場所もある。こうした場所に本実施形態による曝気装置１ａを設置し、気泡発生器６の吐出口６１から水中に細かい泡を送り込むことで、水の中の溶存酸素を増加せしめ、水中の好気性細菌による有機物質の分解を促進することによって水質の浄化を行うことができる。

本実施形態によるこのような曝気装置１ａによれば、上記のように、風車３ａの回転軸７に生じる回転力によってウォーターポンプＷが直接駆動され、ウォーターポンプＷによって送られてくる加圧水が噴射口６３から噴射される際に気体室６４内に生じる背圧により、空気吸入口６２から空気が気体室６４内に吸入され、この空気が混ぜ込まれた水が、吐出口６１から曝気対象水域の水中に吐出される。このため、風力エネルギーを電力エネルギーに変換するのに必要とされる、図１〜図６に示される従来の発電機Ｇ，蓄電器Ｅ，電源装置Ｖ，およびこれらの制御装置などを持つことなく曝気装置１ａが構成されるため、曝気装置１ａをきわめて簡素な構成にして、安価にすることができる。また、風車３ａにより生じる回転力を直接ウォーターポンプＷに伝達してウォーターポンプＷが直接駆動されるので、エネルギーの損失要素を最小に抑えることが出来、従来の風力発電による曝気装置１１ａ〜１１ｆでのエネルギー利用効率よりも高いエネルギー利用効率を得ることが出来る。また、本実施形態では、曝気対象水域の水面上に曝気装置１ａが設置されるので、曝気対象水域の近傍に陸地がない所にも、曝気装置１ａを設置することが出来る。

なお、風の強さに応じて噴射口６３から噴射される水量が変動し、吐出口６１から吐出される空気量が変動して曝気量も変動してしまうが、ある程度長い期間の累積で見れば、曝気対象水域の水中に送り込まれる空気の量は平均化されるので、溶存酸素の量を増やして水質の浄化を行うという目的は十分に達成することができる。つまり、曝気装置は何も２４時間定常的に稼働されなくてもその効果を得ることが出来、本実施形態の曝気装置１ａが風任せの稼働であっても、風車３ａの総出力量から送り出される空気の総量で、浄化の効率は劣るとしても、水質浄化の効果を期待できる。すなわち、本実施形態の曝気装置１ａは、風が吹きさえすれば曝気が出来、電力を使用しないので炭酸ガスを増やして地球温暖化を助長することもなく、構造が簡単なためメンテナンスに要する時間や費用も小さく、さらには風車３ａの持つ環境に優しいイメージのモニュメントとしての価値をも生み出しながら、水質の浄化を実現することが出来る。

また、上記第１実施形態の説明では、風車としてダリウス型風車３ａを用いた場合について説明したが、風車の種類は任意であり、図１０に示すように、プロペラ型の風車３ｂを用いる曝気装置１ｂのような構成としてもよい。なお、同図において図９と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

この曝気装置１ｂは、図９に示す曝気装置１ａと比較すると、風車３ｂを除いて同一の構成を有している。プロペラ型の風車３ｂは、複数の羽根で風を受けて回転軸７を中心に回転する。風車３ｂの回転軸７は、羽根の付け根から支持板２１に対して水平に延びた後、笠歯歯車８を介してほぼ垂直に下方に延びて、ウォーターポンプＷを直接駆動する。このような構成によっても、図９に示す上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。また、図９および図１０に示す曝気装置１ａ，１ｂでは、回転軸７で風車３ａの回転をそのままウォーターポンプＷに伝達した場合について説明したが、回転軸７に加減速装置を設け、風車３ａの回転を加速または減速してウォーターポンプＷに伝えるように構成してもよい。

次に、本発明の第２実施形態による曝気装置１ｃについて説明する。

図１１は本発明の第２実施形態による曝気装置１ｃの構成の概略を説明する図である。なお、同図において図９と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

曝気装置１ｃは、第１実施形態の曝気装置１ａと同様に風車３ａが支持台２に載置されて構成されており、曝気装置１ａと同じように曝気対象水域である湖沼に設置されている。しかし、支持台２の支持板２１にはコンプレッサＣが載置されており、回転軸７の先端はコンプレッサＣ内に侵入して、コンプレッサＣの駆動機構に接続されている。回転軸７には加減速装置Ｐが設けられており、風車３ａの回転は加速または減速されてコンプレッサＣに伝えられる。コンプレッサＣは、回転軸７によって伝えられる風車３ａの回転力により駆動され、圧縮空気をパイプ４３内に送り込む。パイプ４３の先端にはエアーストーンといった発泡体Ｄが取り付けられて曝気対象水域の水中に沈められており、発泡体Ｄに多数設けられた細孔から水中に空気を吐出させる。

本実施形態による曝気装置１ｃによれば、このように、風車３ａの回転軸７に生じる回転力によってコンプレッサＣが直接駆動され、コンプレッサＣによって送られてくる圧縮空気が曝気対象水域の水中に設置された発泡体Ｄの細孔から吐出させられて、水中に混ぜ込まれる。このため、風力エネルギーを電力エネルギーに変換するのに必要とされる従来の発電機Ｇ，蓄電器Ｅ，電源装置Ｖ，およびこれらの制御装置などを持つことなく曝気装置１ｃが構成されるため、曝気装置１ｃをきわめて簡素な構成にして、安価にすることができる。また、風車３ａにより生じる回転力を直接コンプレッサＣに伝達してコンプレッサＣが直接駆動されるので、エネルギーの損失要素を最小に抑えることが出来、従来の風力発電による曝気装置１１ａ〜１１ｆでのエネルギー利用効率よりも高いエネルギー利用効率を得ることが出来る。また、曝気対象水域の水面上に曝気装置１ｃが設置されるので、曝気対象水域の近傍に陸地がない所にも、曝気装置１ｃを設置することが出来る。

また、上記第２実施形態の説明では、風車としてダリウス型風車３ａを用いた場合について説明したが、風車の種類は任意であり、図１２に示すように、プロペラ型の風車３ｂを用いる曝気装置１ｄのような構成としてもよい。なお、同図において図１１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

この曝気装置１ｄは、図１１に示す曝気装置１ｃと比較すると、風車３ｂを除いて同一の構成を有している。プロペラ型の風車３ｂは、複数の羽根で風を受けて回転軸７を中心に回転する。風車３ｂの回転軸７は、羽根の付け根から支持板２１に対して水平に延びた後、笠歯歯車８を介してほぼ垂直に下方に延びて、コンプレッサＣを直接駆動する。このような構成によっても、図１１に示す上記第２実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。また、図１１および図１２に示す曝気装置１ａ，１ｂでは、風車３ａの回転を加減速装置Ｐを介してウォーターポンプＷに伝達した場合について説明したが、回転軸７に加減速装置Ｐを設けずに、風車３ａの回転を直接ウォーターポンプＷに伝えるように構成してもよい。

次に、本発明の第３実施形態による曝気装置１ｅについて説明する。

図１３は本発明の第３実施形態による曝気装置１ｅの構成の概略を説明する図である。なお、同図において図９と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

曝気装置１ｅは、第１実施形態の曝気装置１ａと同様に風車３ａが支持台２に載置されて構成されている。しかし、支持台２は、曝気対象水域である湖沼に近接した陸地の地面に脚部２２が埋め込まれて、地面に支持台２が位置するように、曝気対象水域に近接した陸地に設置されている。また、ウォーターポンプＷは支持板２１の下方の地面に載置されており、回転軸７の先端は支持板２１の下まで延びてウォーターポンプＷ内に侵入している。また、回転軸７には加減速装置Ｐが設けられており、風車３ａの回転は加速または減速されてウォーターポンプＷに伝えられる。パイプ４２の先端は前述した気泡発生器６に接続されており、噴射口６３から気体室６４内にウォーターポンプＷによって水が噴射されると気体室６４内に背圧が生じ、この背圧によって気体室６４内に吸入された空気が噴射口６３から噴射された水と混ざり合って吐出口６１から吐出され、曝気対象水域の水中に空気の泡が放出される。

本実施形態によるこのような曝気装置１ｅによっても、上記第１実施形態の曝気装置１ａと同様の効果を得ることが出来る。しかも、湖沼に近接した陸地に風車３ａおよびウォーターポンプＷが設置されているので、風車３ａおよびウォーターポンプＷの設置作業や部品の交換作業を容易にすることが出来る。

また、上記第３実施形態の説明では、風車としてダリウス型風車３ａを用いた場合について説明したが、風車の種類は任意であり、図１４に示すように、プロペラ型の風車３ｂを用いる構成としてもよい。なお、同図において図１３と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

この曝気装置１ｆは、図１３に示す曝気装置１ｅと比較すると、風車３ｂを除いて同一の構成を有している。プロペラ型の風車３ｂは、複数の羽根で風を受けて回転軸７を中心に回転する。風車３ｂの回転軸７は、羽根の付け根から支持板２１に対して水平に延びた後、笠歯歯車８を介してほぼ垂直に下方に延びて、ウォーターポンプＷを直接駆動する。このような構成によっても、図１３に示す上記第３実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。

次に、本発明の第４実施形態による曝気装置１ｇについて説明する。

図１５は本発明の第４実施形態による曝気装置１ｇの構成の概略を説明する図である。

なお、同図において図１１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

曝気装置１ｇは、第２実施形態の曝気装置１ｃと同様に風車３ａが支持台２に載置されている。しかし、支持台２は、曝気対象水域である湖沼に近接した陸地の地面に脚部２２が埋め込まれて、地面に支持台２が位置するように、曝気対象水域に近接した陸地に設置されている。また、コンプレッサＣは支持板２１の下方の地面に載置されており、回転軸７の先端は支持板２１の下まで延びてコンプレッサＣ内に侵入して、コンプレッサＣの駆動機構に接続されている。回転軸７には加減速装置Ｐが設けられており、風車３ａの回転は加速または減速されてコンプレッサＣに伝えられる。コンプレッサＣは、回転軸７によって伝えられる風車３ａの回転力により駆動され、圧縮空気をパイプ４３内に送り込みむ。パイプ４３の先端にはエアーストーンといった発泡体Ｄが取り付けられて曝気対象水域の水中に沈められており、発泡体Ｄに多数設けられた細孔から水中に空気を吐出させる。

本実施形態によるこのような曝気装置１ｇによっても、上記第２実施形態の曝気装置１ｃと同様の効果を得ることが出来る。しかも、湖沼に近接した陸地に風車３ａおよびコンプレッサＣが設置されているので、風車３ａおよびコンプレッサＣの設置作業や部品の交換作業を容易にすることが出来る。

また、上記第４実施形態の説明では、風車としてダリウス型風車３ａを用いた場合について説明したが、風車の種類は任意であり、図１６に示すように、プロペラ型の風車３ｂを用いる曝気装置１ｈのような構成としてもよい。なお、同図において図１５と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

この曝気装置１ｈは、図１５に示す曝気装置１ｇと比較すると、風車３ｂを除いて同一の構成を有している。プロペラ型の風車３ｂは、複数の羽根で風を受けて回転軸７を中心に回転する。風車３ｂの回転軸７は、羽根の付け根から支持板２１に対して水平に延びた後、笠歯歯車８を介してほぼ垂直に下方に延びて、ウォーターポンプＷを直接駆動する。このような構成によっても、図１５に示す上記第４実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。

次に、本発明の第５実施形態による曝気装置１ｉについて説明する。

図１７は本発明の第５実施形態による曝気装置１ｉの構成の概略を説明する図である。

なお、同図において図１１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

曝気装置１ｉは、第２実施形態の曝気装置１ｃと同様に風車３ａが支持台２に載置されている。しかし、支持台２は、曝気対象水域の水面に支持板２１を浮かせ、この支持板２１と水中に沈めたアンカー２３とをワイヤー２４で繋いで構成されている。コンプレッサＣは、回転軸７によって伝えられる風車３ａの回転力により駆動され、圧縮空気をパイプ４３内に送り込む。パイプ４３の先端にはエアーストーンといった発泡体Ｄが取り付けられて曝気対象水域の水中に沈められており、発泡体Ｄに多数設けられた細孔から水中に空気を吐出させる。

本実施形態によるこのような曝気装置１ｉによっても、上記第２実施形態の曝気装置１ｃと同様の効果を得ることが出来る。しかも、湖沼の水面に支持板２１が浮かせられているので、湖沼の底の地面に脚部２２を埋め込む必要がなく、水中の地形や水深に関わらず、曝気装置１ｉを容易に設置することが出来る。

また、上記第５実施形態の説明では、風車としてダリウス型風車３ａを用いた場合について説明したが、風車の種類は任意であり、図１８に示すように、プロペラ型の風車３ｂを用いる曝気装置１ｊのような構成としてもよい。なお、同図において図１７と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。

この曝気装置１ｊは、図１７に示す曝気装置１ｉと比較すると、風車３ｂを除いて同一の構成を有している。プロペラ型の風車３ｂは、複数の羽根で風を受けて回転軸７を中心に回転する。風車３ｂの回転軸７は、羽根の付け根から支持板２１に対して水平に延びた後、笠歯歯車８を介してほぼ垂直に下方に延びて、ウォーターポンプＷを直接駆動する。このような構成によっても、図１７に示す上記第５実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。

また、上記第１実施形態による曝気装置１ａ，１ｂについても、上記第５実施形態による曝気装置１ｉと同様に、曝気対象水域の水面に支持板２１を浮かせ、この支持板２１と水中に沈めたアンカー２３とをワイヤー２４で繋いで支持台２を構成することができる。このような構成によっても、上記第５実施形態の曝気装置１ｉと同様に、水中の地形や水深に関わらずに曝気装置１ｉを容易に設置することが出来るという効果を得ることが出来る。

上記第２、第４、および第５実施形態では、水中に空気や水を排出する発泡体Ｄを１個だけ備える場合について説明した。しかし、発泡体Ｄの数は任意であり、例えば、図１９に示すように、複数の発泡体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を備える構成としてもよい。

図１９は、曝気装置１ｃ，１ｄ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊに設けられた複数の発泡体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の位置関係を説明する図である。

空気が通るパイプ４３は、曝気対象水域の湖沼の底に向けて延びている。パイプ４３には曝気対象水域の水深に応じて複数（図では３個）の発泡体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が設けられている。円柱状をした各発泡体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の径は、水深の浅い発泡体Ｄ１よりも水深の深い発泡体Ｄ２、また、水深の浅い発泡体Ｄ２よりも水深の深い発泡体Ｄ３がそれぞれ大きく設定されている。

この構成によれば、弱い風の時には、コンプレッサＣによって送出される圧縮空気の送出量および送出圧力が小さいので、圧縮空気は深い水深の発泡体Ｄ３まで到達せず、水深の浅い発泡体Ｄ１から空気の泡が放出される。一方、風が強くなれば、コンプレッサＣによって送出される圧縮空気の送出量および送出圧力が大きくなるので、圧縮空気は、途中の浅い水深の小さな発泡体Ｄ１や発泡体Ｄ２から放出されるのが抑制され、深い水深の発泡体Ｄ３まで送出圧力を保ちつつ到達し、深い水深の発泡体Ｄ３から多くの空気の泡が放出される。このため、風の強さに応じてより深い水深の発泡体Ｄ２や発泡体Ｄ３から多くの空気の泡が放出されるので、曝気対象水域の水中により広範囲に空気の泡を及ぼすことが可能となり、風の強さに応じて効率的に曝気が行えるようになる。

また、図２０に示すように、各発泡体Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を同じ大きさに設定し、発泡体Ｄ１，Ｄ２に対しては、その水深に応じた絞り量のオリフィス９ａ，９ｂを介してコンプレッサＣから圧縮空気が供給される構成としてもよい。水深の浅い発泡体Ｄ１への空気の供給路に設けられた空気のオリフィス９ａの絞り量は、水深の深い発泡体Ｄ２への空気の供給路に設けられたオリフィス９ｂの絞り量よりも大きくなっている。

この構成によれば、発泡体Ｄ１，Ｄ２が設けられた水深に応じた絞り量のオリフィス９ａ，９ｂを介してコンプレッサＣから圧縮空気が発泡体Ｄ１，Ｄ２に供給されるので、弱い風の時には、コンプレッサＣによって送出される圧縮空気の送出量および送出圧力が小さいので、圧縮空気は深い水深の発泡体Ｄ３まで到達せず、水深の浅い発泡体Ｄ１や発泡体Ｄ２から空気の泡が放出される。一方、風が強くなれば、コンプレッサＣによって送出される圧縮空気の送出量および送出圧力が大きくなるので、圧縮空気は、途中の浅い水深の発泡体Ｄ１，Ｄ２に接続されたオリフィス９ａ，９ｂによって途中の浅い水深で放出されるのが抑制され、深い水深の発泡体Ｄ３まで送出圧力を保ちつつ到達し、深い水深の発泡体Ｄ３から多くの泡が放出される。このため、この構成によっても、風の強さに応じてより深い水深の発泡体Ｄ３から多くの空気の泡が放出されるので、曝気対象水域の水中により広範囲に空気の泡を及ぼすことが可能となり、風の強さに応じて効率的に曝気が行えるようになる。

上記実施形態においては、本発明による曝気装置を湖沼で用いられる曝気装置に適用した場合について説明したが、湖沼以外の河川や海で用いられる他の曝気装置に本発明を適用することも可能である。このような曝気装置に本発明を適用した場合においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。

従来の曝気装置の構成の一例を示す図である。 従来の曝気装置の構成の他の例を示す第１の図である。 従来の曝気装置の構成の他の例を示す第２の図である。 従来の曝気装置の構成の他の例を示す第３の図である。 従来の曝気装置の構成の他の例を示す第４の図である。 従来の曝気装置の構成の他の例を示す第５の図である。 従来の曝気装置の構成の他の例を示す第６の図である。 図７に示す曝気装置を構成する気泡発生器の拡大図である。 本発明の第１実施形態による曝気装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態による曝気装置の構成の他の例を示す図である。 本発明の第２実施形態による曝気装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態による曝気装置の構成の他の例を示す図である。 本発明の第３実施形態による曝気装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第３実施形態による曝気装置の構成の他の例を示す図である。 本発明の第４実施形態による曝気装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第４実施形態による曝気装置の構成の他の例を示す図である。 本発明の第５実施形態による曝気装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第５実施形態による曝気装置の構成の他の例を示す図である。 本発明による曝気装置の構成の変形例を示す図である。 本発明による曝気装置の構成の他の変形例を示す図である。

符号の説明

１ａ〜１ｊ…曝気装置
２…支持台
２１…支持板
２２…脚部
３ａ…ダリウス型風車
３ｂ…プロペラ型風車
６…気体室
５，４１，４２，４３…パイプ
６１…吐出口
６２…空気吸入口
６３…噴射口
６４…気体室
Ｐ…加減速装置
Ｍ…電動機
Ｗ…ウォーターポンプ
Ｃ…コンプレッサ
Ｄ…発泡体

Claims (9)

1. 風の力を受けて回転軸が回転駆動される風車と、
   この風車の前記回転軸に生じる回転力によって駆動されるウォーターポンプと、
   このウォーターポンプによって加圧されて送られて来る水を噴射させる噴射口を気体室内に備え、この噴射口から水が噴射される際に前記気体室内に生じる背圧によって空気吸入口から前記気体室内に空気を吸入し、この空気を前記噴射口から噴射される水と共に前記気体室の壁面に形成された吐出口から吐出する、曝気対象水域の水中に設置される気泡発生器と
   から構成される曝気装置。
2. 風の力を受けて回転軸が回転駆動される風車と、
   この風車の前記回転軸に生じる回転力によって駆動される、空気中に設置されるコンプレッサと、
   このコンプレッサによって圧縮された空気を細孔から吐出させる、曝気対象水域の水中に設置される発泡体と
   から構成される曝気装置。
3. 前記風車は台の上に載置されて曝気対象水域の水面上に設置され、前記ウォーターポンプは曝気対象水域の水中に設置されることを特徴とする請求項１に記載の曝気装置。
4. 前記風車および前記ウォーターポンプは曝気対象水域に近接した陸地に設置されることを特徴とする請求項１に記載の曝気装置。
5. 前記風車および前記コンプレッサは台の上に載置されて曝気対象水域の水面上に設置されることを特徴とする請求項２に記載の曝気装置。
6. 前記風車および前記コンプレッサは曝気対象水域に近接した陸地に設置されることを特徴とする請求項２に記載の曝気装置。
7. 前記台は曝気対象水域の水面に浮かされて設置されることを特徴とする請求項３または請求項５に記載の曝気装置。
8. 前記発泡体は、曝気対象水域の水深に応じて複数個設けられ、その大きさは水深に応じて設定されていることを特徴とする請求項２または請求項５または請求項６に記載の曝気装置。
9. 前記発泡体は、曝気対象水域の水深に応じて複数個設けられ、その水深に応じた絞り量のオリフィスを介して前記コンプレッサから圧縮空気が供給されることを特徴とする請求項２または請求項５または請求項６に記載の曝気装置。

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