JP2017018933A - 水質改善装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表層水域の波動エネルギーを利用して発生させた下降流を底層水域で放出させることにより、底層水域の酸欠状態を解消する水質改善装置の提供。【解決手段】溶存酸素濃度の高い表層水域２の海水を、底層水域４へと誘導するように構成された水質改善装置であって、表層波取込口１２が開けられるとともに、下部には下向きに連通状をなして伸びるタンクパイプ１８を備えた表層波取込タンク８と、表層波Ａの取込みを可能とすべく、表層波取込口１２の開口下縁の高さを調節可能とする高さ調節手段と、表層波取込口１２の開口下縁高さに基部を対応させるべく表層波取込タンク８外周に表層波Ａの押し寄せる方向に張り出して設けられた表層波掬いガイド２２と、上部がタンクパイプ１８に連通して接続される一方、下部が下向きに伸び、底層水域４に向けて表層波取込タンク内８からの取込水を放出すべく放流口３９を開口した下降流案内管３５を備える水質改善装置。【選択図】図２

Description

本発明は、水質改善装置に関する。

都市部の湖沼や河川などから流れ出る水を受け入れる内海の海底水域（深さ１５〜２０ｍ）では、気温が高くなる夏場において、貧酸素水塊が発生した酸欠状態となる。都市の生活排水は窒素やリンなどを含んだものとして河川を通じて内海へと流れ込んで富栄養化した状況を生み、さらにその状況下で水温上昇により大量に発生する植物プランクトンが死骸となって落ちた際それを細菌が分解するときに海底水域の酸素を消費することによって酸欠状態が起こるとされている。酸欠状態になれば、海底に住む貝などが呼吸できなくなって死に、藻類も消えて魚が居なくなり、さらに貧酸素水塊に含まれる硫化物によって青潮が発生し、海面に浮上した硫化物が沿岸の建造物の劣化を促進し、また海底に堆積したヘドロが有害物質の発生源になってしまうなど多くの被害例が挙げられる。夏場は太陽に温められた表層と冷たい底層の海水が混ざりにくくことも背景にあり、このような酸欠状態になりやすいとされる。
そうした酸欠状態を解消する一つの方法として、特許文献１に示されたものがある。

特許第４７６７７０４号

前記公報１に開示された発明は、フロートと、該フロートをテンドンを介して位置固定するアンカーと、該アンカーによって水中に位置固定されるとともに前記フロートのウインチで上下方向に移動自在にされる筒状の装置本体と、該装置本体内に設置されて該装置本体の上部の吸込口から水を吸い込むとともに、この吸い込んだ水を該装置本体の下部の放出口から窪地内の底層に若しくはフェンスで囲んだ閉鎖域内の底層に放出する吸引放出手段と、前記フロートに設けられて前記ウインチの上下動を制御する制御装置と、該制御装置に電気的に接続され前記フロート若しくは前記吸引口に設けられるとともに成層化された海域や閉鎖域における水の密度の鉛直分布を測定する超音波音速計とからなり、前記制御装置には海水の密度の鉛直分布に基づいて、［式１］より窪地内またはフェンスで囲んだ閉鎖域内において循環流が形成される最適深度−ｈ_Ｅを決定するアルゴリズムが組み込まれており、前記装置本体の吸込口の位置を上下方向に移動させて前記最適深度−ｈ_Ｅになるようにウインチを制御することを特徴とする水質改善装置である。
この水質改善装置は、吸込放出手段として水中モーターとインペラを装備して海水を循環させる方式であるため、遠隔からの給電設備を構成する必要があるだけでなく、駆動のための電力も必要とするため運転コストが多大に掛ってしまいこの種水質改善用の装置としては好ましくない。

本発明は、こうした問題を解決しようとするものであり、給電設備および電力を全く使うことなく自然に発生する波動エネルギーを利用して発生させた下降流を貧酸素塊を通じて放出させ上昇流とすることにより酸欠状態を解消するようにした水質改善装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、溶存酸素濃度が高い表層水域と溶存酸素濃度が低く酸欠状態の底層水域およびそれら水域間である中層水域とによって成層化された特定の海洋領域を対象にして装置上部が浮上設置される一方装置下部が表層から取り込まれた溶存酸素濃度の高い海水を放流のため底層水域へと誘導するように構成された水質改善装置であって、縦筒型でその外周に表層波取込口が開けられるとともに下部には下向きに連通状をなして伸びるタンクパイプを備えた装置上部の要部である表層波取込タンクと、前記表層波取込口の開口下縁の高さを表層波の取込みを可能とすべく調節可能とする高さ調節手段と、表層波取込口の開口下縁高さに基部を対応させるべく表層波取込タンク外周における表層波の押し寄せる方向である前向きに下がりスロープ状に張り出して設けられた表層波掬いガイドと、上部が前記タンクパイプ側に連通して接続される一方下部が下向きに長く伸びた管とされ管下端には底層域に向けて表層波取込タンク内からの取込水を放出すべく放流口を開口した装置下部である下降流案内管とを備えている。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のものにおいて、表層波取込口の内側には、表層波のタンク内への取込みを許す一方取り込まれた海水のタンク外への排出を規制する逆止弁が設けられている。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のものにおいて、表層波取込口および逆止弁は、上下に複数段に分かれて構成されている。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載のものにおいて、表層波取込タンクの外周面上に配置される表層波掬いガイド付き表層波取込口は、タンクの上からみて放射状をなす線上に対応して配置されている。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載のものにおいて、表層波掬いガイドは、基部に対する前方側が幅広状で基部側が幅狭状をしたスロープ板で形成されるとともに、その表層波掬いガイドの左右両側には該ガイド上に押し寄せる表層波を幅寄せしながら表層波取込口へと導く波寄せ板が立設されている。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載のものにおいて、表層波取込タンクには、表層波取込口の向きを表層波の進行してくる方向に向けさせるようにする方向規定手段が設けられている。
請求項７に記載の発明は、請求項１から６までのいずれかに記載のものにおいて、タンクパイプおよび下降流案内管の海中の中層水域レベルに対応する高さには、表層波取込タンクからの下降流をその途中において外径方向に放出する開口が形成されている。

上述したように請求項１に記載の発明は、溶存酸素濃度が高い表層水域と溶存酸素濃度が低く酸欠状態の底層水域およびそれら水域間である中層水域とによって成層化された特定の海洋領域を対象にして装置上部が浮上設置される一方装置下部が表層から取り込まれた溶存酸素濃度の高い海水を放流のため底層水域へと誘導するように構成された水質改善装置であって、縦筒型でその外周に表層波取込口が開けられるとともに下部には下向きに連通状をなして伸びるタンクパイプを備えた装置上部の要部である表層波取込タンクと、前記表層波取込口の開口下縁の高さを表層波の取込みを可能とすべく調節可能とする高さ調節手段と、表層波取込口の開口下縁高さに基部を対応させるべく表層波取込タンク外周における表層波の押し寄せる方向である前向きに下がりスロープ状に張り出して設けられた表層波掬いガイドと、上部が前記タンクパイプ側に連通して接続される一方下部が下向きに長く伸びた管とされ管下端には底層域に向けて表層波取込タンク内からの取込水を放出すべく放流口を開口した装置下部である下降流案内管とを備えているので、給電設備および電力を全く使うことなく自然に発生する波動エネルギーを利用して発生させた下降流を貧酸素塊を通じて放出させ上昇流とすることにより酸欠状態を解消するようにした水質改善装置を提供することができる。

本発明の一実施形態である水質改善装置の一部切欠平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線模式断面図。 水質改善装置の他の実施形態を示す模式断面図。 図１、図２の水質改善装置の要部を示す斜視図。 他の実施形態を示す正面図。 他の実施形態を示す平面図。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線模式断面図。 水質改善装置の他の実施形態を示す部分平面図。 水質改善装置の他の実施形態を図１０の上方からみて示す平面図。 図９のＸ−Ｘ線断面図。 図１０のＨ方向からみた矢視図。 図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図。 他の実施形態を示す模式断面図。 他の実施形態を示す部分正面図。 水質改善装置の他の実施形態を示す平面図。 図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線模式断面図。 図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図。 水質改善装置の他の実施形態を示す平面図。 水質改善装置の他の実施形態を示す平面図。 水質改善装置の他の実施形態を示す要部斜視図。

以下、本発明である水質改善装置の一実施形態を図１ないし図４に基づいて説明する。
図２において１…は海洋の一部である内海で、そこには都市部を経由してきた河川水が流れ込んで、上記のように表層水域２は溶存酸素濃度が高く底層水域４は溶存酸素濃度が低い酸欠状態とされて酸素の補給が必要な状況になっている。これら表層水域２・中層水域３・底層水域４は成層化されて中層水域３より下側の底層水域４を含む水域は窪地状をなしている。窪地状でない開放状水域であっても水質改善の対象に含まれる。５は窪地の海底である。表層水域２には沖合からの表層波７が矢印Ａ方向に進行してきている。海底５の水深はここでは２０ｍ前後とされており、酸欠状態は水深１５〜２０ｍの場合にその底層水域４において発生する。
水質改善装置は、金属や樹脂などを目的に応じて用いることで作製されるが、こうした海洋領域を対象として上部が浮上設置されて表層波を取り込むようにされる一方下部が底層水域４へと放流のため臨むようにして設置されている。

水質改善装置は、装置上部として表層波取込タンク８を備える。タンク８は、１２角形の角筒型をしてその筒中心軸を縦（垂直）向きにして設けられるとともに、その上面は作業台９とされてその周りには乗降可能な開口１０を残すようにして安全手摺１１が設けられている。
作業台９の上には吊掛け具１０が設けられていて、自力移動式などの海上クレーン（図示省略）からのワイヤーフックに吊り掛けられて装置全体を矢印方向に持ち上げて海上移送したり水質改善の目的海上において降ろしてまた図２のような浮上設置状態に戻すことができるようになっている。

表層波取込タンク８の本体部分は図示した１２角形やその他の８角形や１６角形などに形成したりあるいは簡単な円筒型に形成することができる。このタンク８の周面には、例えば、１２角形では１２か所の表層波取込口１２が図４のような矩形開口としてかつ上下略中段高さにあるようにして開けられており、この表層波取込口１２の内周側には、ヒンジ１３により上端が支持された逆止弁１４がぶら下げ式に取り付けられ、この逆止弁１４は、表層波１５により内向きには開かれるが取り込まれた水による外向きの力によっては開かないようになっている。従って、図１の矢印Ａに対応する３つの逆止弁１４は図２の左側に示すように表層波１５により内向きに開いて表層波取込口１２を通じて海水を取り込むようにするが、それ以外の逆止弁１４は図２の右側に示すように閉じたままになっているので、取り込まれた海水によっては開かず一旦取り込まれた海水を内部保留してゆくように機能するものである。尚、逆止弁１４は、樹脂のような軽量弁にして開閉しやすくする。

表層波取込タンク８の下部は円錐コーン状に形成されて取り込まれた海水１７が下部中央に下向きに突設した円筒状タンクパイプ１８の方向へ流れ出しやすくしてある。表層波取込タンク８の下部底面にはフロート（高さ調節手段の一つ）２０が脱着可能に取り付けられている。このフロート２０は、周方向に分割型で個別的に脱着可能とすることで浮力を段階的に増減調節できるようになっている。この増減調節作業は海上クレーンによる装置の吊上げにより行える。

表層波取込タンク８の外周１２か所には、表層波掬いガイド２２が設けられている。この表層波掬いガイド２２は、図４に示すように、表層波取込口１２と略同じ幅をもちやや湾曲したスロープ板でなってその基部が表層波取込口１２の下端縁に略対応する高さとされる一方表層波１５の進行してくる前方側は下がり傾斜して水中に位置するようにしてある。表層波掬いガイド２２は、その基部に垂下した案内板２３を備えていて、表層波取込タンク８の外周面に取り付けた左右一対のガイドレール２４に案内板２３を添わせて昇降できるようにしてあるとともに、作業台９上でネジ調整具２５を回し昇降ロッド２５を上下調節することにより表層波取込口１２の下端縁高さに表層波掬いガイド２２の基部高さを合致させるようになっている。場合によって、表層波掬いガイド２２を独自に表層波取込口１２の下端縁よりも下げたりあるいは引上げたりすることができることは勿論である。

２８は調整ウエイト（高さ調節手段の一つ）で、作業台９の中心点に対して同心状の配置となるようにして設けられた止着具２９に重ね止めできるようにしてある。このウエイト２８は、作業台９上の作業員による脱着作業によって装置としてのバランスを保ちながら大小に変更することができ、これにより、フロート２０による浮力が一定の元でウエイト２８の量を加減してゆくことで、あるいはフロート２０およびウエイト２８の双方の設置量を加減してゆくことで、表層波取込口１２の下端縁高さを表層波１５の呑み込み得る好適な高さ関係に調節して、図２に例示するように表層波１５が表層波掬いガイド２２上で次第に掬い上げられながらやや高めの波高に制御されて表層波取込口１２内から逆止弁１４を開けてタンク８内に取り込まれ得るようにすることができる。

尚、表層波掬いガイド２２は、図４に示すように、基部側から前方へと下がりながら上向きに凹状に多少湾曲していて表層波１５を滑らかに掬い上げるようにしてあるが、直板状のスロープ板にしてもよい。
表層波掬いガイド２２の左右両側にはガイド２２上の表層波１５が側方へ逃げず高い状態を維持させながら表層波取込口１２内へと誘引させるようにする規制板３２を一体立ち上げ状にして対向配置してもよい。
表層波掬いガイド２２は、図４に仮想線で示すように、基部側に対する前方側が幅広状で基部側が幅狭状をしたスロープ板で形成されるとともに、その表層波掬いガイド２２の左右両側にはガイド２２上にくる表層波１５を幅寄せしながら波高傾向にして表層波取込口１２へと確実に導く波寄せ板３３を立設してもよい。この図４の波寄せ板３３付き表層波掬いガイド２２の実施形態は、図６および図７に示すようになる。この場合、波寄せ板３３は左右に一対ずつあることで隣り合うもの同士は図６のように重複型となるが、それを省略型とするため、図８に示すように隣り合う間の波寄せ板３３は統合した１枚ものにしてもよい。
一方、前記逆止弁１４は、表層波取込口１２の開口下縁高さが取込水面よりも常に高くなるようにしてタンク外に排出されないように設定すれば、設ける必要がない。

表層波取込タンク８内には次第に表層波１５による海水が溜まってゆきその高さが海面よりも常に高く保たれることによりその水頭差により図２に示すような下降流Ｂが発生するようになる。
前記タンクパイプ１８には、装置下部としての下降流案内管３５が外嵌式でガイドパッキン３６を介して円滑に昇降し得るように設けられている。この下降流案内管３５は金属や樹脂管により長い円筒で形成され、タンクパイプ１８とは互いのストッパ３７を介して抜け落ちないようにしてあるとともに、下端には四方十字パイプ状をした放流管３８が設けられてその末端に放流口３９を開口してある。放流口３９は、下降流Ｂを海底５に平行な方向あるいはやや上向きに放流するようになっている。下降流案内管３５内から放流口３９に至る経路には作業台９上から制御操作できるような絞りバルブ４１を設けてタンク８内の海水１７高さが常に前記水頭差をもつように構成することができる。４２は下部ウエイトで、放流管３８の底面に取り付けられて下降流案内管３５の下端が海底まで届くようにする。

尚、４３は装置を係留するとともに表層波取込口１２の向きを表層波１５の進行してくる方向Ａに対向させるようにするアンカー（方向規定手段）であり、図示しないウインチで巻き上げ・繰出しが可能になっている。図２ではアンカー４３はリンクチェーンなどのアンカー線条のみが図示されているが、下端にはウエイトや錨などの定着体が設けられている。アンカー４３は下部ウエイト４２がある場合には省略することもできる。
前記水質改善装置は、表層波取込口１２の開口下縁が海面レベル（表層水域２の表面あるいは表層波１５の波谷間平均高さ）よりも例えば、１０〜５０ｃｍ高くなるようにして試験設定されたあと、海上クレーンによる移動後、閉鎖性水域へと持ち込まれ、そこで吊り降ろして浮上設置される。前記表層波取込口１２の高さ調節は、高さ調節手段２０，２８を調節することによりなされる。また、表層波掬いガイド２２の高さも昇降ロッド２６を調節することで上下でき表層波１５を掬い上げる好ましい高さまで調節される。

水質改善装置が閉鎖性水域上に持ち込まれて浮上設置されると、下降流案内管３５はそのものの重さや下部ウエイト４２の重さにより自動的に延びて、その下部の放流口３９は海底５上に対応するようにされる。下部ウエイト４２により表層波取込タンク８の向きは適当な方向に設定されるが、この実施形態では、逆止弁１４付き表層波取込口１２が周方向に多数開設されているので、そのままでそのうちの一つ１２が表層波１５の進行方向Ａに対向し得る便利なものとなっている。従って、表層波１５側の例えば、３つの表層波取込口１２がＡの方向に対応していたとすると、表層波１５は表層波掬いガイド２２に添って掬い上げられて波高状になって逆止弁１４を開きながら表層波取込口１２を通じてタンク８内に取り込まれることになる。

取り込まれた海水１７は、外部海面との水頭差が常に発生することにより矢印Ｂのように下降流案内管３５内を通じて流下し放流口３９を通じて海底５上を矢印Ｃのように放出されてゆく。その放出流Ｃは密度が小さいものであり、それらが密度が大きく酸欠状態の底層水域４に放出されると浮力を発生して周辺海水を巻き込み（連行し）ながら流量を増して上昇してゆき、密度が同程度となる中層水域３の層レベルまで達すると今度は横方向の強い流れとして流出してゆくことになる。これにより、第１上昇流Ｄが発生するとともに中層水域３から底層水域４への循環流により循環撹拌流が発生することで酸欠状態が解消される。そのとき、第１上昇流Ｄには中層放流口４５を通じて下降流の一部を矢印Ｅのように放出するようにしておけば、図２のように第２上昇流Ｆが発生し、この流れが前記第１上昇流Ｄを連行する流れとなって表層水域２へと誘導され、その結果、大きな循環流が発生して酸欠状態を解消することができるようになる。４６は分流ガイドである。図２の右側（手前および向う側も含む）の放流口３９からも同様の第１上昇流Ｄが発生して矢印Ｅの流れと合流化して第２上昇流Ｆを発生する。

尚、下降流案内管３５の下部３５ａは、図３に示すように、蛇腹などのフレキシブルタイプにして深さ追従性が高まるようにしてもよい。
また、表層波取込口１２は、同じ寸法形状をした矩形口のものがタンク周面に複数並べられているが、図５にその展開図を示すように、幅と下端高さは同じであるが高さの異なる３種の口、すなわち、低波口１２Ａ・中波口１２Ｂ・高波口１２Ｃを適宜に配列し低波弁１４Ａ・中波弁１４Ｂ・高波弁１４Ｃのようにそれぞれに配置したものを構成して低波のときには低波口１２Ａのみから、また中波のときには低波口１２Ａと中波口１２Ｂから、高波のときにはすべての口１２Ａ〜１２Ｃを通じて表層波が誘引されるように構成してもよい。これによれば、表層波がある程度高い波でないと逆止弁が重くて開かないという問題を大中小の段階的な逆止弁付き口の構成により低波の段階から中波の段階へと確実に作動し得る機構とすることができる。
下部ウエイト４２は、下降流案内管３５が自重でウエイトの役目を果たす場合には省略することができる。

図９および図１０は水質改善装置についての他の実施形態を示し、図１１および図１２はその一部取出説明図である。
図１０において１…は内海、２は表層水域、３は中層水域、４は底層水域で、これら水域２，３，４は成層化されるとともに中層水域３より下側の底層水域４を含む水域は窪地状をなしている。窪地状でない開放状水域であっても水質改善の対象に含まれる。５は窪地の海底である。表層水域２には沖合からの表層波７が矢印Ａ方向に進行してきている。海底５の水深は満潮状態の水深でここでは２０ｍ前後とされており、酸欠状態は水深１５〜２０ｍの場合にその底層水域４において発生する。
水質改善装置は、金属や樹脂などを目的に応じて用いることで作製されるが、こうした海洋領域を対象として上部が浮上設置されて表層波を取り込むようにされる一方下部が底層水域４へと放流のため臨むようにして設置されている。

水質改善装置は、装置上部として表層波取込タンク８を備える。タンク８は、１２角形の角筒型をしてその筒中心軸を縦（垂直）向きにして設けられるとともに、その上面は作業台９とされてその周りには乗降口を残すようにして安全手摺１１が設けられている。この手摺１１は強度のある周枠体で、自力移動式などの海上クレーン（図示省略）から降ろされるワイヤーフックに吊り掛けられて装置全体を吊り上げて海上移送したり水質改善の目的海上に移動後に降ろしてまた図１０のような浮上設置状態に戻すことができるようになっている。

表層波取込タンク８の１２角形の各面には、図１１のように、中段に横桟８ａを残した形で上下２段に分かれた矩形表層波取込口１２，１２が配置され、この表層波取込口１２，１２の内周側上下には、樹脂などによる軽量質の逆止弁１４，１４がヒンジ１３によりぶら下げ支持されている。図９の矢印Ａである表層波１５に対応する３つの逆止弁１４は図１０のように表層波１５により内向きに開いて海水を表層波取込口１２を通じて取り込むようにするが、それ以外の逆止弁１４は図１０の右部に示すように閉じたままになるので、取り込まれた海水を次々と内部貯留してゆくようになっている。尚、逆止弁１４は、上下１枚ものの背の高い板弁にしておくと波が低くても高くても重くて開閉作動しにくいものになるが、この実施形態のように上下に分けておくことで特に低い波のときも高い波のときも開閉作動が軽快に行われて確実に海水を取り込み得るようになる。９ａはタンク８内の空間を抜くための空気抜き孔である。

表層波取込タンク８の下部は円錐コーン状に形成されていて、タンク８内に取り込まれた海水１７がタンク下部中央に下向きに突設した円筒状タンクパイプ１８の方向へ流れ込みやすくしてある。表層波取込タンク８の下部底面にはフロート（高さ調節手段の一つ）２０が脱着可能に取り付けられている。このフロート２０は、周方向に分割型で個別的に脱着可能とすることで浮力を段階的に増減調節できるようになっている。この増減調節作業は海上クレーンによる装置の吊上げにより行える。フロート２０には、タンク８上から操作可能な開閉弁を備えておいてその操作により海水を取り入れて浮上高さを下げたりあるいは空気導入により浮上高さを上げたりすることができるようにしてもよい。

表層波取込タンク８の外周１２か所には、金属あるいは樹脂製の表層波掬いガイド２２が設けられている。この表層波掬いガイド２２は、図９に示すように、基部が表層波取込口１２と略同じ幅をもち前方が外方へ幅広状とされたやや湾曲状のスロープ板でなり、その基部が表層波取込口１２の下端縁に略対応して表層波１５の少し水中内に位置するような高さとされる一方前方側は表層波１５の進行してくる側に下がり傾斜して表層波１５の数１０ｃｍ〜１ｍ程度水中に深く位置するようにしてある。表層波掬いガイド２２は、その基部に垂下した案内板２３を備えていて、表層波取込タンク８の外周面に取り付けた左右一対のガイドレール２４（図４参照）に案内板２３を添わせて昇降できるようにしてあるとともに、作業台９上でネジ調整具２５を回し昇降ロッド２５を上下調節することにより表層波取込口１２の下端縁高さに表層波掬いガイド２２の基部高さを合致させ得るようになっている。場合によって、表層波掬いガイド２２を独自に表層波取込口１２の下端縁よりも下げたりあるいは引上げたりすることができることは勿論である。３３は波寄せ板で、タンク中心から放射状をなす線上に対応して表層波掬いガイド２２の両側に立ち上がるようにして設けられている。両波寄せ板３３は、表層波掬いガイド２２上に添ってせり上がってくる表層波１５をさらに横サイドから幅寄せしながら波高さ盛り上げるとともに速度も速くなるように制御する板である。

２８は調整ウエイト（高さ調節手段の一つ）で、作業台９の中心点に対してバランスの良い同心状となるようにして配置された止着具２９によって挿脱可能に重ね止めできるようにしてあり、各点で数量変更可能になっている。

タンクパイプ１８は、上部の１本ものの基部パイプ１８ａと複数本（４本）の分岐パイプ１８ｂとからなり、各分岐パイプ１８ｂには、海水と同程度の比重でフレキシブル樹脂タイプの下降流案内管３５がその上端で挿し込まれて締付具５０で固定されている。各下降流案内管３５は、その下端がタンク８の中心下方位置を中心に放射方向に広がるように弓なり状に形成されている。その形は、図１２にも示すように、直径が１〜３ｍの軽量樹脂パイプ製保持リング５２により規定され、このリング５２は、各下降流案内管３５の略中段高さ周りに装着された取付環５３の内側突片に通されて水平連結リングとされることで下降流案内管３５の下端をぶら下がった自然状態で３ないし５ｍの水平円軌道上にくるように規定する。下降流案内管３５の下端には放流管３８が装着され、その先端には放流口３９…が形成されて下降流案内管３５からの流れを海底５に対し大きな角度で放出するのでなくできるだけ小さく寝かせた角度をもって放出できるようにしてある。

４２は海底への定着体である中央ライン上の下部ウエイトで、装置中心を通るリンクチェーン等のアンカー線条４３の下端に取り付けられ、アンカー線条４３は、作業台９上のウインチ５４により巻き上げと繰り出しが可能になっている。アンカー線条４３の上部は、作業台９の空気抜き９ａからタンク８の下端に取り付けられた上部通しパイプ５５内を通り、中段やや下側は保持リング５２の十字受け５６に設けた下部通しパイプ５７に通されて上下動が安定して案内されるようになっている。下降流案内管３５の各下端には、リンク状の周位アンカー線条５８と周位ウエイト５９をそれぞれ配備することがある。

尚、分岐パイプ１８ｂは、図１３に示すように、短目で１〜３ｍあるいは長目で５ｍ〜１０ｍのように延長型にしてこのパイプ１８ｂに下降流案内管３５を上下調節可能なように締め付け固定するようにしておけば、下降流案内管３５の下端高さを海底深さに合わせたより広い対応が可能となる。
また、下降流案内管３５を弓なりに規定するには、図１０のように保持リング５２により可能であるが、それ以外の方法として、図１４に示すように、下降流案内管３５の長手方向に複数装着した掛け具６１にワイヤーやチェーンなどの牽張材６２を引張可能に装備して弓なりを得るようにしてもよい。この弓なりにする方法により共通の下降流案内管３５を使用して弓なりの程度を調節することによって水深が多少変わっても調節のみでそれに十分対応できる。６３は張緩ウインチである。図１４による方法と図１０の右側に示す方法および図１３による方法のいずれか２者あるいは３者を組み合わせて長さ調節可能に構成することもある。

図９および１０における６５は超音波水位計で計測値を陸上へ発信する機能をもつ。この水位計６５に付属する計測カバーパイプ６６は作業台９の略中央に通されて下端開口が取り込まれた海水１７内に臨んでその中の海水面レベルを標準水面との関係においてその増減を計測できるようになっているが、ここでは、海水１７内に没するようにパイプ６６が臨むことで乱れのない状態の介して海水面を捉えて計測することができるし、さらに、パイプ６６の下端内にメッシュなど波消制御材６７を１枚あるいは上下複数枚張っておくと波立ちが殆どなくなった静穩な海水面を対象にして一層精度良く取込水面を計測することができるようになっている。この取込水面の計測値は放流口３９からの放流量（循環水量）推測値として捉えられ、従って、取込水面の計測データと後日実施される当該海域での酸素濃度実測値とを関連データとして得ることによって、取込水量の制御を如何にすればより効果的な酸欠改善ができるかを決定することができるようになるかの基礎資料を得ることができる。６８はバッテリで、水位計６５の電源とされ、計測値を陸上へと発信したりするのに使用される。

水質改善装置を浮上設置する目的個所の最大水深（満潮時の水位）は海図に表示された最大干潮時の水深表示に干満差をプラスした値（変動性はある）かあるいは現地での超音波などによる実測値により決定される。水質改善装置が満潮時の海上に浮上設置された場合に、放流口３９が海底５の少し上方に対応位置するような関係となるような長さの下降流案内管３５を選択し装着するのが放流効率上好ましい。準備完了した水質改善装置は、安全手摺１１にフック掛けすることで海上クレーンで吊掛移動して目的とする海上まで運ばれ、降ろされて浮上設置される。海上に降ろされる途中の下降流案内管３５は保持リング５２によりたこ足のように広がった状態にあるが、只、下降流案内管３５は、図１０に示すような足が大きく拡がった状態でなくやや狭まった状態にあり、下降して４個の周ウエイト５９…が海底５に辿り着いてタンク８が完全に海上に浮上を終えた状態においては、先に海底５に着いた周ウエイト５９を固定体とし周アンカー線条５８が支えとなって下降流案内管３５を持ち上げる形になって放流口３９を図１０のように海底５の面にやや平行状に放出する向きに制御する。

海上クレーンによる移動後、閉鎖性水域へと持ち込まれてそこで吊り降ろされて浮上設置された水質改善装置は、表層波取込口１２の開口下縁が満潮時の海面レベル（表層水域２の表面あるいは表層波１５の波谷間平均高さ）２ａよりも例えば、１０〜５０ｃｍ程度高くなるように設定される。これはタンク８などの装置重量とフロート２０による主浮力（装置に発生する浮力も加味）および調整ウエイト２８の下げ力など装置すべてに働く上下作用力のバランスの上に計算される。そのうえで、図１０のような満潮時における装置では、表層波取込口１２が低い波である表層波１５を呑み込むに十分な高さに設定されるが、その高さが相互的に適切でない場合、高さ調節手段２０，２８が調節制御される。また、表層波掬いガイド２２の高さも昇降ロッド２６を調節することで上下でき表層波１５を掬い上げる好ましい高さまで調節される。

水質改善装置が閉鎖性水域上に持ち込まれて浮上設置されると、作業台９上に乗り込んだ作業員によるウインチ５４の操作によりアンカー線条４３が繰出されることにより下部ウエイト４２が海底５に達するようにされ、これにより、装置全体はアンカーを得て潮の干満に拘らず流されることなく略停止して表層波１５を受ける態勢となる。また、たこ足のように広がった下降流案内管３５…は、先に海底５上に到達してリンク状周アンカー線条５８により突き上げられることでさらに広がり状になってその先端の放流口３９…が図１０のように海底５に平行流を放出するような向きに制御される。これらにより自ずと表層波１５に対向する表層波取込口１２の位置関係が決まる。この実施形態では、逆止弁１４付き表層波取込口１２が周方向に多数開設されているので、図９のように表層波１５側に例えば、３つの表層波取込口１２が対向することになる。表層波１５は表層波掬いガイド２２に添って掬い上げられて低い波であっても波高状になって逆止弁１４を開きながら表層波取込口１２を通じてタンク８内に取り込まれることになる。ここで、表層波取込口１２は上下に分けられそれぞれに逆止弁１４を設けてなるので、低い波でも高い波であっても軽快に弁を開いて水の取り込みが行われるようになる。

取り込まれた海水１７は、外部海面との水頭差が常に発生することにより矢印Ｂのように複数本の下降流案内管３５内を通じて流下し放流口３９を通じて海底５上を矢印Ｃのように放出されてゆく。その放出流Ｃは密度が小さいものであり、それらが密度が大きく酸欠状態の底層水域４に放出されると浮力を発生して周辺海水を巻き込み（連行し）ながら流量を増して上昇してゆき、密度が同程度となる中層水域３の層レベルまで達すると今度は横方向の強い流れとして流出してゆくことになる。これにより、第１上昇流Ｄが発生するとともに中層水域３から底層水域４への循環流により循環撹拌流が発生することで酸欠状態が解消される。
下降流案内管３５の途中にＴ字形の中層放流具６９を接続して中層流Ｅを放出するようにしておけば、図１０のように第２上昇流Ｆが発生し、この流れが前記第１上昇流Ｄを連行する流れとなって表層水域２へと誘導され、その結果、大きな循環流が発生して酸欠状態を解消することができるようになる。下降流案内管３５はそれら複数本を捩ってその形を保持するようにして捩れたたこ足型を形成することもできる。
下降流案内管３５は、図１０の方式では海底深さに合わせて１本取り換え方式で対応するようにしてあるが、同図１０の右側に示すように、下降流案内管３５を上下に分けておきその間を接続パイプａにより長さ調節することにより海底深さに対応した長いあるいは短い下降流案内管３５を提供できるようにすることもできる。この場合、締付具５０を使用する。

図１５ないし図１７は水質改善装置についての他の実施形態を示している。７０は表層波取込タンクで八角形をした筒型でその上面が作業台７１で８面の周面のうちの１面にのみ矩形の表層波取込口７２を形成し左右２枚組の逆止弁７３を設けてある。この１面が波側に向くという意味でここで前面とされている。逆止弁７３は１枚にしたりもしくは省略してもよい。７４はフロート、７５は調整ウエイトで、これらは装置全体の高さ調節手段を構成する。７７は前面から前方へ張り出したスロープ状の表層波掬いガイドで、基部のヒンジ７８を前面に平行に介して上下動可能とされ、作業台７１からの延長台８０との間に設けた昇降具８１を介して角度調節可能とされている。

表層波掬いガイド７７は、タンク側となる基部側に対する波押し寄せ側である前方側が幅広状で基部側が幅狭状をしたスロープ板で形成されるとともに、その両側には表層波８２の誘引幅を狭めながら次第に高く制御するための波寄せ板８３が立設されている。８４は引掛け具で、前後に設けられており、その引掛け具８４に牽き船（図示省略）からのワイヤーフックが掛けられて自由な方向に曳航されるようになっている。延長台８０には、アンカーウインチ８６が設けられ、このウインチ８６に巻かれたアンカー（方向規定手段の一つ）８７は表層波掬いガイド７７に設けたガイドローラー８８を介して巻き上げ・操出可能になっている。９０はタンクパイプで、その下部にはフレキシブルな下降流案内管９１がフランジ接合されている。下降流案内管９１の下端には図１７のように上からみて二股型の放流管（方向規定手段の一つ）９２が接続されていてその末端の放流口９３が海底５上において２本の放流を行うようになっている。９５は引上げウインチで、作業台７１上に設けられ、そのウインチ９５から繰出された吊線材９６が放流管９２上に掛けられている。この吊線材９６は、タンク７０内を通る通しパイプ９７内を経由し、ウインチ９５が巻き上げ操作されると下降流案内管９１が海底５より持ち上がるので、牽き船による次の目的地への移動が可能になり、到着した目的地でウインチ９５を繰り出し操作することで放流管９２が海底５まで下げ降ろされて放流のための準備ができることになる。

水質改善装置が下降流案内管９１を持ち上げた状態で成層化水域まで移動されそのあと下降流案内管９１を図１６のように下げ降ろすとともに表層波８２の前方となる側にアンカー８７を投入して待機する。装置はアンカー８７と波寄せ力とによって表層波８２に対して前記前面（表層波取込口７２のある側）が対向する関係に制御される。その際、放流管９２が二股型で海底に載り掛る力が下降流案内管９１およびタンクパイプ９０の軸周りに作用することにより装置の前面が表層波８２の押し寄せてくる向きＡに対向するようにする。ここで、方向規定手段はアンカー８７と放流管９２の両方で構成されているが、いずれか一方のみで構成してもよい。このようにすれば前面にのみ表層波取込口７２および逆止弁７３を設ければ済むので装置が簡単になる。放流管９２にはウエイトを付して海底５に二股部分が平行に規定されるようにしてもよい。

表層波８２は、表層波掬いガイド７７に添って掬い上げられるとともに波寄せ板８３で窄められるので波高状になって逆止弁７３を開きながら表層波取込口７２を通じてタンク７０内へと確実に取り込まれることになる。取り込まれた海水９９は、外部海面との間で水頭差による圧力が常時発生することにより矢印Ｂのように下降流案内管９１内を通じて溶存酸素濃度が高く密度が低い海水が流下し放流口９３を通じて海底５上に矢印Ｃのように放出されてゆく。その放出流Ｃは密度が小さいものであり、それらが密度が大きく酸欠状態の底層水域４に放出されると浮力を発生して周辺海水を巻き込み（連行し）ながら流量を増して上昇してゆき、密度が同程度となる中層水域３の層レベルまで達すると今度は横方向の強い流れとして流出してゆくことになる。これにより、第１上昇流Ｄが発生するとともに中層水域３から底層水域４への循環流により循環撹拌流が発生することで酸欠状態が解消される。そのとき、第１上昇流Ｄには中層放流口１０１を通じて下降流の一部を矢印Ｅのように放出するようにしておけば、図１６のように第２上昇流Ｆが発生し、この流れが前記第１上昇流Ｄを連行する流れとなって表層水域２へと誘導され、その結果、大きな循環流が発生して酸欠状態を解消することができるようになる。
前記下降流案内管９１は下部が単一本状になっていたが、図１６に仮想線で示すように前後に二股状にあるいはさらに四方分岐状に併設してもよい。

図１８は四角形の筒型にした表層波取込口７０を示し、図１９は六角形の筒型にした表層波取込口７０を示す。図２０は、図１５ないし図１９に示す実施形態においてその波寄せ板８３を前方からみて逆ハの字状に配したもので、右欄のように各波寄せ板８３が外向きに湾曲して開くように形成してもよく、これらの場合、表層波８２の波寄せおよび高波化が円滑になされるようになる。

２…表層水域 ３…中層水域 ４…底層水域 ５…海底 ８，７０…表層波取込タンク １２，７２…表層波取込口 １５，８２…表層波 １８，９０…タンクパイプ ２０，２８，７４，７５…高さ調節手段 ２２，７７…表層波掬いガイド ３５，９１…下降流案内管 ３９，９３…放流口 ４５，１０１…中層放流口 ６９…中層放流具。

本発明は上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、溶存酸素濃度が高い表層水域と溶存酸素濃度が低く酸欠状態の底層水域およびそれら水域間である中層水域とによって成層化された特定の海洋領域を対象にして装置上部が浮上設置される一方装置下部が表層から取り込まれた溶存酸素濃度の高い海水を放流のため底層水域へと誘導するように構成された水質改善装置であって、縦筒型でその外周に矩形の表層波取込口が開けられるとともに下部には下向きに連通状をなして伸びるタンクパイプを備えた装置上部の要部である表層波取込タンクと、前記表層波取込口の開口下縁の高さを表層波の取込みを可能とすべく調節可能とする高さ調節手段と、前記表層波取込口の開口下縁高さに基部を対応させるべく表層波取込タンク外周における表層波の押し寄せる方向である前向きに幅広状をなすとともに下がりスロープ状をなして張り出しかつ左右両側には押し寄せる表層波を幅寄せしながら表層波取込口へと導く波寄せ板が立設されている表層波掬いガイドと、上部が前記タンクパイプ側に連通して接続される一方下部が下向きに長く伸びた管とされ管下端には底層域に向けて表層波取込タンク内からの取込水を放出すべく放流口を開口した装置下部である下降流案内管とを備え、前記表層波掬いガイドは、表層波取込口側である基部に設けられたヒンジを介して上下動可能に支持されるとともに、昇降具を介して角度調節可能に構成されていることを特徴とする。

上述したように請求項１に記載の発明は、溶存酸素濃度が高い表層水域と溶存酸素濃度が低く酸欠状態の底層水域およびそれら水域間である中層水域とによって成層化された特定の海洋領域を対象にして装置上部が浮上設置される一方装置下部が表層から取り込まれた溶存酸素濃度の高い海水を放流のため底層水域へと誘導するように構成された水質改善装置であって、縦筒型でその外周に矩形の表層波取込口が開けられるとともに下部には下向きに連通状をなして伸びるタンクパイプを備えた装置上部の要部である表層波取込タンクと、前記表層波取込口の開口下縁の高さを表層波の取込みを可能とすべく調節可能とする高さ調節手段と、前記表層波取込口の開口下縁高さに基部を対応させるべく表層波取込タンク外周における表層波の押し寄せる方向である前向きに幅広状をなすとともに下がりスロープ状をなして張り出しかつ左右両側には押し寄せる表層波を幅寄せしながら表層波取込口へと導く波寄せ板が立設されている表層波掬いガイドと、上部が前記タンクパイプ側に連通して接続される一方下部が下向きに長く伸びた管とされ 管下端には底層域に向けて表層波取込タンク内からの取込水を放出すべく放流口を開口した装置下部である下降流案内管とを備え、前記表層波掬いガイドは、表層波取込口側である基部に設けられたヒンジを介して上下動可能に支持されるとともに、昇降具を介して角度調節可能に構成されていることを特徴とするので、給電設備および電力を全く使うことなく自然に発生する波動エネルギーを利用して発生させた下降流を貧酸素塊を通じて放出させ上昇流とすることにより酸欠状態を解消するようにした水質改善装置を提供することができる。

以下、本発明である水質改善装置の一実施形態を図１ないし図４に基づいて説明する。
図２において１は海洋の一部である内海で、そこには都市部を経由してきた河川水が流れ込んで、上記のように表層水域２は溶存酸素濃度が高く底層水域４は溶存酸素濃度が低い酸欠状態とされて酸素の補給が必要な状況になっている。これら表層水域２・中層水域３・底層水域４は成層化されて中層水域３より下側の底層水域４を含む水域は窪地状をなしている。窪地状でない開放状水域であっても水質改善の対象に含まれる。５は窪地の海底である。表層水域２には沖合からの表層波１５が矢印Ａ方向に進行してきている。海底５の水深はここでは２０ｍ前後とされており、酸欠状態は水深１５〜２０ｍの場合にその底層水域４において発生する。
水質改善装置は、金属や樹脂などを目的に応じて用いることで作製されるが、こうした海洋領域を対象として上部が浮上設置されて表層波を取り込むようにされる一方下部が底層水域４へと放流のため臨むようにして設置されている。

水質改善装置は、装置上部として表層波取込タンク８を備える。表層波取込タンク８は、１２角形の角筒型をしてその筒中心軸を縦（垂直）向きにして設けられるとともに、その上面は作業台９とされてその周りには乗降可能な開口を残すようにして安全手摺１１が設けられている。
作業台９の上には吊掛け具１０が設けられていて、自力移動式などの海上クレーン（図示省略）からのワイヤーフックに吊り掛けられて装置全体を矢印方向に持ち上げて海上移送したり水質改善の目的海上において降ろしてまた図２のような浮上設置状態に戻すことができるようになっている。

表層波取込タンク８の本体部分は図示した１２角形やその他の８角形や１６角形などに形成したりあるいは簡単な円筒型に形成することができる。この表層波取込タンク８の周面には、例えば、１２角形では１２か所の表層波取込口１２が図４のような矩形開口としてかつ上下略中段高さにあるようにして開けられており、この表層波取込口１２の内周側には、ヒンジ１３により上端が支持された逆止弁１４がぶら下げ式に取り付けられ、この逆止弁１４は、表層波１５により内向きには開かれるが取り込まれた水による外向きの力によっては開かないようになっている。従って、図１の矢印Ａに対応する３つの逆止弁１４は図２の左側に示すように表層波１５により内向きに開いて表層波取込口１２を通じて海水を取り込むようにするが、それ以外の逆止弁１４は図２の右側に示すように閉じたままになっているので、取り込まれた海水によっては開かず一旦取り込まれた海水を内部保留してゆくように機能するものである。尚、逆止弁１４は、樹脂のような軽量弁にして開閉しやすくする。

尚、表層波掬いガイド２２は、図４に示すように、基部側から前方へと下がりながら上向きに凹状に多少湾曲していて表層波１５を滑らかに掬い上げるようにしてあるが、直板状のスロープ板にしてもよい。
表層波掬いガイド２２の左右両側にはガイド２２上の表層波１５が側方へ逃げず高い状態を維持させながら表層波取込口１２内へと誘引させるようにする規制板３２を一体立ち上げ状にして対向配置してもよい。
表層波掬いガイド２２は、図４に仮想線で示すように、基部側に対する前方側が幅広状で基部側が幅狭状をしたスロープ板で形成されるとともに、その表層波掬いガイド２２の左右両側にはガイド２２上にくる表層波１５を幅寄せしながら波高傾向にして表層波取込口１２へと確実に導く波寄せ板３３を立設してもよい。この図４の波寄せ板３３付き表層波掬いガイド２２の実施形態は、図６および図７に示すようになる。この場合、波寄せ板３３は左右に一対ずつあることで隣り合うもの同士は図６のように重複型となるが、それを省略型とするため、図８に示すように隣り合う間の波寄せ板３３は統合した１枚ものにしてもよい。
一方、前記逆止弁１４は、表層波取込口１２の開口下縁高さが取込水面よりも常に高くなるようにして表層波取込タンク外に排出されないように設定すれば、設ける必要がない。

表層波取込タンク８内には次第に表層波１５による海水が溜まってゆきその高さが海面よりも常に高く保たれることによりその水頭差により図２に示すような下降流Ｂが発生するようになる。
前記タンクパイプ１８には、装置下部としての下降流案内管３５が外嵌式でガイドパッキン３６を介して円滑に昇降し得るように設けられている。この下降流案内管３５は金属や樹脂管により長い円筒で形成され、タンクパイプ１８とは互いのストッパ３７を介して抜け落ちないようにしてあるとともに、下端には四方十字パイプ状をした放流管３８が設けられてその末端に放流口３９を開口してある。放流口３９は、下降流Ｂを海底５に平行な方向あるいはやや上向きに放流するようになっている。下降流案内管３５内から放流口３９に至る経路には作業台９上から制御操作できるような絞りバルブ４１を設けて表層波取込タンク８内の海水１７高さが常に前記水頭差をもつように構成することができる。４２は下部ウエイトで、放流管３８の底面に取り付けられて下降流案内管３５の下端が海底まで届くようにする。

尚、下降流案内管３５の下部３５ａは、図３に示すように、蛇腹などのフレキシブルタイプにして深さ追従性が高まるようにしてもよい。
また、表層波取込口１２は、同じ寸法形状をした矩形口のものが表層波取込タンク１２の周面に複数並べられているが、図５にその展開図を示すように、幅と下端高さは同じであるが高さの異なる３種の口、すなわち、低波口１２Ａ・中波口１２Ｂ・高波口１２Ｃを適宜に配列し低波弁１４Ａ・中波弁１４Ｂ・高波弁１４Ｃのようにそれぞれに配置したものを構成して低波のときには低波口１２Ａのみから、また中波のときには低波口１２Ａと中波口１２Ｂから、高波のときにはすべての口１２Ａ〜１２Ｃを通じて表層波が誘引されるように構成してもよい。これによれば、表層波がある程度高い波でないと逆止弁が重くて開かないという問題を大中小の段階的な逆止弁付き口の構成により低波の段階から中波の段階へと確実に作動し得る機構とすることができる。
下部ウエイト４２は、下降流案内管３５が自重でウエイトの役目を果たす場合には省略することができる。

図９および図１０は水質改善装置についての他の実施形態を示し、図１１および図１２はその一部取出説明図である。
図１０において１は内海、２は表層水域、３は中層水域、４は底層水域で、これら水域２，３，４は成層化されるとともに中層水域３より下側の底層水域４を含む水域は窪地状をなしている。窪地状でない開放状水域であっても水質改善の対象に含まれる。５は窪地の海底である。表層水域２には沖合からの表層波１５が矢印Ａ方向に進行してきている。海底５の水深は満潮状態の水深でここでは２０ｍ前後とされており、酸欠状態は水深１５〜２０ｍの場合にその底層水域４において発生する。
水質改善装置は、金属や樹脂などを目的に応じて用いることで作製されるが、こうした海洋領域を対象として上部が浮上設置されて表層波を取り込むようにされる一方下部が底層水域４へと放流のため臨むようにして設置されている。

水質改善装置は、装置上部として表層波取込タンク８を備える。表層波取込タンク８は、１２角形の角筒型をしてその筒中心軸を縦（垂直）向きにして設けられるとともに、その上面は作業台９とされてその周りには乗降口を残すようにして安全手摺１１が設けられている。この手摺１１は強度のある周枠体で、自力移動式などの海上クレーン（図示省略）から降ろされるワイヤーフックに吊り掛けられて装置全体を吊り上げて海上移送したり水質改善の目的海上に移動後に降ろしてまた図１０のような浮上設置状態に戻すことができるようになっている。

表層波取込タンク８の１２角形の各面には、図１１のように、中段に横桟を残した形で上下２段に分かれた矩形表層波取込口１２，１２が配置され、この表層波取込口１２，１２の内周側上下には、樹脂などによる軽量質の逆止弁１４，１４がヒンジ１３によりぶら下げ支持されている。図９の矢印Ａである表層波１５に対応する３つの逆止弁１４は図１０のように表層波１５により内向きに開いて海水を表層波取込口１２を通じて取り込むようにするが、それ以外の逆止弁１４は図１０の右部に示すように閉じたままになるので、取り込まれた海水を次々と内部貯留してゆくようになっている。尚、逆止弁１４は、上下１枚ものの背の高い板弁にしておくと波が低くても高くても重くて開閉作動しにくいものになるが、この実施形態のように上下に分けておくことで特に低い波のときも高い波のときも開閉作動が軽快に行われて確実に海水を取り込み得るようになる。９ａはタンク８内の空間を抜くための空気抜き孔である。

表層波取込タンク８の下部は円錐コーン状に形成されていて、表層波取込タンク８内に取り込まれた海水１７が表層波取込タンク８下部中央に下向きに突設した円筒状タンクパイプ１８の方向へ流れ込みやすくしてある。表層波取込タンク８の下部底面にはフロート（高さ調節手段の一つ）２０が脱着可能に取り付けられている。このフロート２０は、周方向に分割型で個別的に脱着可能とすることで浮力を段階的に増減調節できるようになっている。この増減調節作業は海上クレーンによる装置の吊上げにより行える。フロート２０には、表層波取込タンク８上から操作可能な開閉弁を備えておいてその操作により海水を取り入れて浮上高さを下げたりあるいは空気導入により浮上高さを上げたりすることができるようにしてもよい。

表層波取込タンク８の外周１２か所には、金属あるいは樹脂製の表層波掬いガイド２２が設けられている。この表層波掬いガイド２２は、図９に示すように、基部が表層波取込口１２と略同じ幅をもち前方が外方へ幅広状とされたやや湾曲状のスロープ板でなり、その基部が表層波取込口１２の下端縁に略対応して表層波１５の少し水中内に位置するような高さとされる一方前方側は表層波１５の進行してくる側に下がり傾斜して表層波１５の数１０ｃｍ〜１ｍ程度水中に深く位置するようにしてある。表層波掬いガイド２２は、その基部に垂下した案内板２３を備えていて、表層波取込タンク８の外周面に取り付けた左右一対のガイドレール２４（図４参照）に案内板２３を添わせて昇降できるようにしてあるとともに、作業台９上でネジ調整具２５を回し昇降ロッド２５を上下調節することにより表層波取込口１２の下端縁高さに表層波掬いガイド２２の基部高さを合致させ得るようになっている。場合によって、表層波掬いガイド２２を独自に表層波取込口１２の下端縁よりも下げたりあるいは引上げたりすることができることは勿論である。３３は波寄せ板で、表層波取込タンク８の中心から放射状をなす線上に対応して表層波掬いガイド２２の両側に立ち上がるようにして設けられている。両波寄せ板３３は、表層波掬いガイド２２上に添ってせり上がってくる表層波１５をさらに横サイドから幅寄せしながら波高さ盛り上げるとともに速度も速くなるように制御する板である。

タンクパイプ１８は、上部の１本ものの基部パイプ１８ａと複数本（４本）の分岐パイプ１８ｂとからなり、各分岐パイプ１８ｂには、海水と同程度の比重でフレキシブル樹脂タイプの下降流案内管３５がその上端で挿し込まれて締付具５０で固定されている。各下降流案内管３５は、その下端が表層波取込タンク８の中心下方位置を中心に放射方向に広がるように弓なり状に形成されている。その形は、図１２にも示すように、直径が１〜３ｍの軽量樹脂パイプ製保持リング５２により規定され、このリング５２は、各下降流案内管３５の略中段高さ周りに装着された取付環５３の内側突片に通されて水平連結リングとされることで下降流案内管３５の下端をぶら下がった自然状態で３ないし５ｍの水平円軌道上にくるように規定する。下降流案内管３５の下端には放流管３８が装着され、その先端には放流口３９…が形成されて下降流案内管３５からの流れを海底５に対し大きな角度で放出するのでなくできるだけ小さく寝かせた角度をもって放出できるようにしてある。

水質改善装置を浮上設置する目的個所の最大水深（満潮時の水位）は海図に表示された最大干潮時の水深表示に干満差をプラスした値（変動性はある）かあるいは現地での超音波などによる実測値により決定される。水質改善装置が満潮時の海上に浮上設置された場合に、放流口３９が海底５の少し上方に対応位置するような関係となるような長さの下降流案内管３５を選択し装着するのが放流効率上好ましい。準備完了した水質改善装置は、安全手摺１１にフック掛けすることで海上クレーンで吊掛移動して目的とする海上まで運ばれ、降ろされて浮上設置される。海上に降ろされる途中の下降流案内管３５は保持リング５２によりたこ足のように広がった状態にあるが、只、下降流案内管３５は、図１０に示すような足が大きく拡がった状態でなくやや狭まった状態にあり、下降して４個の周ウエイト５９…が海底５に辿り着いて表層波取込タンク８が完全に海上に浮上を終えた状態においては、先に海底５に着いた周ウエイト５９を固定体とし周アンカー線条５８が支えとなって下降流案内管３５を持ち上げる形になって放流口３９を図１０のように海底５の面にやや平行状に放出する向きに制御する。

海上クレーンによる移動後、閉鎖性水域へと持ち込まれてそこで吊り降ろされて浮上設置された水質改善装置は、表層波取込口１２の開口下縁が満潮時の海面レベル（表層水域２の表面あるいは表層波１５の波谷間平均高さ）２ａよりも例えば、１０〜５０ｃｍ程度高くなるように設定される。これは表層波取込タンク８などの装置重量とフロート２０による主浮力（装置に発生する浮力も加味）および調整ウエイト２８の下げ力など装置すべてに働く上下作用力のバランスの上に計算される。そのうえで、図１０のような満潮時における装置では、表層波取込口１２が低い波である表層波１５を呑み込むに十分な高さに設定されるが、その高さが相互的に適切でない場合、高さ調節手段２０，２８が調節制御される。また、表層波掬いガイド２２の高さも昇降ロッド２６を調節することで上下でき表層波１５を掬い上げる好ましい高さまで調節される。

水質改善装置が閉鎖性水域上に持ち込まれて浮上設置されると、作業台９上に乗り込んだ作業員によるウインチ５４の操作によりアンカー線条４３が繰出されることにより下部ウエイト４２が海底５に達するようにされ、これにより、装置全体はアンカーを得て潮の干満に拘らず流されることなく略停止して表層波１５を受ける態勢となる。また、たこ足のように広がった下降流案内管３５は、先に海底５上に到達してリンク状周アンカー線条５８により突き上げられることでさらに広がり状になってその先端の放流口３９が図１０のように海底５に平行流を放出するような向きに制御される。これらにより自ずと表層波１５に対向する表層波取込口１２の位置関係が決まる。この実施形態では、逆止弁１４付き表層波取込口１２が周方向に多数開設されているので、図９のように表層波１５側に例えば、３つの表層波取込口１２が対向することになる。表層波１５は表層波掬いガイド２２に添って掬い上げられて低い波であっても波高状になって逆止弁１４を開きながら表層波取込口１２を通じて表層波取込タンク８内に取り込まれることになる。ここで、表層波取込口１２は上下に分けられそれぞれに逆止弁１４を設けてなるので、低い波でも高い波であっても軽快に弁を開いて水の取り込みが行われるようになる。

表層波掬いガイド７７は、表層波取込タンク７０側となる基部側に対する波押し寄せ側である前方側が幅広状で基部側が幅狭状をしたスロープ板で形成されるとともに、その両側には表層波８２の誘引幅を狭めながら次第に高く制御するための波寄せ板８３が立設されている。８４は引掛け具で、前後に設けられており、その引掛け具８４に牽き船（図示省略）からのワイヤーフックが掛けられて自由な方向に曳航されるようになっている。延長台８０には、アンカーウインチ８６が設けられ、このアンカーウインチ８６に巻かれたアンカー（方向規定手段の一つ）８７は表層波掬いガイド７７に設けたガイドローラー８８を介して巻き上げ・繰出し可能になっている。９０はタンクパイプで、その下部にはフレキシブルな下降流案内管９１がフランジ接合されている。下降流案内管９１の下端には図１７のように上からみて二股型の放流管（方向規定手段の一つ）９２が接続されていてその末端の放流口９３が海底５上において２本の放流を行うようになっている。９５は引上げウインチで、作業台７１上に設けられ、その引上げウインチ９５から繰出された吊線材９６が放流管９２上に掛けられている。この吊線材９６は、表層波取込タンク７０内を通る通しパイプ９７内を経由し、引上げウインチ９５が巻き上げ操作されると下降流案内管９１が海底５より持ち上がるので、牽き船による次の目的地への移動が可能になり、到着した目的地で引上げウインチ９５を繰り出し操作することで放流管９２が海底５まで下げ降ろされて放流のための準備ができることになる。

表層波８２は、表層波掬いガイド７７に添って掬い上げられるとともに波寄せ板８３で窄められるので波高状になって逆止弁７３を開きながら表層波取込口７２を通じて表層波取込タンク７０内へと確実に取り込まれることになる。取り込まれた海水９９は、外部海面との間で水頭差による圧力が常時発生することにより矢印Ｂのように下降流案内管９１内を通じて溶存酸素濃度が高く密度が低い海水が流下し放流口９３を通じて海底５上に矢印Ｃのように放出されてゆく。その放出流Ｃは密度が小さいものであり、それらが密度が大きく酸欠状態の底層水域４に放出されると浮力を発生して周辺海水を巻き込み（連行し）ながら流量を増して上昇してゆき、密度が同程度となる中層水域３の層レベルまで達すると今度は横方向の強い流れとして流出してゆくことになる。これにより、第１上昇流Ｄが発生するとともに中層水域３から底層水域４への循環流により循環撹拌流が発生することで酸欠状態が解消される。そのとき、第１上昇流Ｄには中層放流口１０１を通じて下降流の一部を矢印Ｅのように放出するようにしておけば、図１６のように第２上昇流Ｆが発生し、この流れが前記第１上昇流Ｄを連行する流れとなって表層水域２へと誘導され、その結果、大きな循環流が発生して酸欠状態を解消することができるようになる。
前記下降流案内管９１は下部が単一本状になっていたが、図１６に仮想線で示すように前後に二股状にあるいはさらに四方分岐状に併設してもよい。

Claims (7)

1. 溶存酸素濃度が高い表層水域と溶存酸素濃度が低く酸欠状態の底層水域およびそれら水域間である中層水域とによって成層化された特定の海洋領域を対象にして装置上部が浮上設置される一方装置下部が表層から取り込まれた溶存酸素濃度の高い海水を放流のため底層水域へと誘導するように構成された水質改善装置であって、縦筒型でその外周に表層波取込口が開けられるとともに下部には下向きに連通状をなして伸びるタンクパイプを備えた装置上部の要部である表層波取込タンクと、前記表層波取込口の開口下縁の高さを表層波の取込みを可能とすべく調節可能とする高さ調節手段と、表層波取込口の開口下縁高さに基部を対応させるべく表層波取込タンク外周における表層波の押し寄せる方向である前向きに下がりスロープ状に張り出して設けられた表層波掬いガイドと、上部が前記タンクパイプ側に連通して接続される一方下部が下向きに長く伸びた管とされ管下端には底層域に向けて表層波取込タンク内からの取込水を放出すべく放流口を開口した装置下部である下降流案内管とを備えている水質改善装置。
2. 請求項１に記載のものにおいて、表層波取込口の内側には、表層波のタンク内への取込みを許す一方取り込まれた海水のタンク外への排出を規制する逆止弁が設けられている水質改善装置。
3. 請求項２に記載のものにおいて、表層波取込口および逆止弁は、上下に複数段に分かれて構成されている水質改善装置。
4. 請求項１から３までのいずれかに記載のものにおいて、表層波取込タンクの外周面上に配置される表層波掬いガイド付き表層波取込口は、タンクの上からみて放射状をなす線上に対応して配置されている水質改善装置。
5. 請求項１から４までのいずれかに記載のものにおいて、表層波掬いガイドは、基部に対する前方側が幅広状で基部側が幅狭状をしたスロープ板で形成されるとともに、その表層波掬いガイドの左右両側には該ガイド上に押し寄せる表層波を幅寄せしながら表層波取込口へと導く波寄せ板が立設されている水質改善装置。
6. 請求項１から５までのいずれかに記載のものにおいて、表層波取込タンクには、表層波取込口の向きを表層波の進行してくる方向に向けさせるようにする方向規定手段が設けられている水質改善装置。
7. 請求項１から６までのいずれかに記載のものにおいて、タンクパイプおよび下降流案内管の海中の中層水域レベルに対応する高さには、表層波取込タンクからの下降流をその途中において外径方向に放出する開口が形成されている水質改善装置。