JP3616869B2 - 気泡励流式水中エヤーレイション装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は閉鎖性水域の貧酸素状態になっている底層水に、水面上の風波の影響を受けず、又船の航行等の障害にならない様に水中でエヤーレイションをする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のオリフィスパイプを使った省エネルギー型の底層水に直接酸素を供給するエヤーレイション装置は水面上の浮体に主だった機構が設置され、吸水ダクトだけを水底に伸ばして循環出来る様になっている。（例えば特出願平７−１３７３５１参照）例えば図２のようにエヤーレイションする部分の機構は浮体のブイ７によって水面上に浮かべた曝気槽１の中に収容されている。この機構は外部の空気ポンプ８から送られて来た圧縮空気がノズルヘッダー３に設けられたノズル６から気泡になって噴出され、オリフィスパイプ２の中を上昇する過程でエヤーレイションをおこない、同時に仕切り壁１ａにて仕切られた下の部屋から上の部屋えの水の流動を行い、それによって底層の貧酸素状態の水を吸水ダクト４から吸入し、排水ダクト５で外部に排出する機能を持っている。
この装置の特徴は気泡の上昇力を使ってエヤーレイションをするのと同時に上昇水流を発生させる省エネルギー作動にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図２の様な底水層エヤーレイション装置の方式では、装置の主要な機構が水面上に浮かせて作動させる為、港湾や内海の様な比較的広い水域では、風波に翻弄されたり、航行する船舶の障害になったりするので、装置を設置する場所に色々と制約を受ける問題があった。
本発明は従来の技術の特徴である省エネルギー原理を生かしながら、設置場所の制約を受けない装置を工夫することが目的である。
【０００４】
【手段】
上記の課題を解決するために本発明のとった手段は装置の主要部分の機構を全て水中に設置する事にした。
図３はその方式の作動原理をわかり易く説明する為、装置を水中に設置した場合の縦断面図である。装置の構成は曝気室１１の上部に空気ポンプ室１２を設けた一体型のシェルタ１０になっていて、重錘１９によって水中に沈設される。その時空気ポンプ室１２、及び曝気室１１の上部には空気の溜まった空間が出来る。その場合のシェルタ内の水面ａの高さはオリフィスパイプ１３が水没するレベルになるように外気吸入ポンプ２０で調節する。
曝気室１１の中は隔壁１４によって上下に仕切られ、それぞれに水が出入り出来る様に吸水口１７と吐出口１８が設けられている。その隔壁１４には空気噴出用のノズル１５が下部にセットされているオリフィスパイプ１３が複数取り付けられ、空気ポンプ室１２内に設置されている空気ポンプ１６とパイプでつながっている。又同じ空気ポンプ室１２には外気吸入ポンプ２０が用意され、水面上にある外気吸入口２１から大気をシェルタ１０内に取り入れられる構造になっている。空気ポンプ１６と外気吸入ポンプ２０はモーター駆動方式で、電源は水面Ａ上にある動力源から供給される。
【０００５】
【作用】
空気ポンプ１６が作動するとシェルタ１０内の空間に溜まっている空気を吸入して、空気噴出用のノズル１５からオリフィス１３の中に気泡を吹き出す。吹き出された気泡は気泡と接する周囲の水を引き連れてオリフィス１３内を上昇し、上昇水流を発生させ、水面ａから放散して再びシェルタ１０内の空間に戻る。曝気室１１内で上昇流が発生すると吸水口１７から貧酸素水が吸い込まれ、排水口１８からエヤーレイションされ、酸素が溶け込んだ水となって外部に吐出される。外気吸入ポンプ２０はシェルタ１０内の空気がエヤーレイションと共に水中に溶け込む分を、水面Ａ上にある外気吸入口２１より新鮮な空気をシェルタ１０内に送り込む。
【０００６】
シェルタ１０内の空間に溜まっている空気の圧力は、水面ａの深さｈ相当の水柱ヘッド圧力に相当する。空気ポンプ１６によってノズル１５から気泡を噴出させるには、ｈと内水面ａとノズル先端までの高さｈａを加えた水柱ヘッド圧力より、更に噴出に要する力の分だけ高い、水柱ヘッド圧力αを足した圧力の空気を供給する必要がある。
ただしこの場合空気ポンプ１６が吸入する空気の圧力は、空気ポンプ室１２内の圧力が深さｈの水柱ヘッドに相当する気圧になっているので、空気ポンプ１６が気泡噴出の為に使う正味の動力は水柱ｈａ＋αに相当する圧力の追加分だけである。
【０００７】
この事は気泡噴出の為に必要となる動力の大きさはｈの大きさ、即ち内水面ａの水面Ａからの深さｈとは関係無いことを意味している。従ってシェルタ１０が設置される深さがどの様に深くなっても、空気ポンプ１６を作動させる動力の大きさは設置深さに関係ないというのがこの装置の作動原理の特徴である。
【０００８】
【実施例】
図１が実施例の縦断面図である。シェルタ３１は空気ポンプ室３２と曝気室３３の２つの部屋に分かれ、双方の間で空気は自由に出入り出来る。シェルタ３１は内部に出来る空気溜まりのために浮力があるので重錘２２によって、貧酸素状態になっている水域の水底付近に浮遊した状態で設置される。その場合、シェルタ３１内の水面ａの位置は一定の位置でバランスする様にあらかじめ空気圧は調整しておく。内水面ａの高さは装置の作動中は一定に保たれる必要があるので、水面センサー２３によってその高さが検出され、水面上に浮いている外気吸入口３５とホース３５ａでつながっている外気吸入ポンプ３４の空気補給作動を制御する様になっている。
曝気室３３の中は多数のオリフィスパイプ３６がセットされた隔壁３３ａによって上下に仕切られ、上側の部屋には排水口２７が、下側の部屋には吸水口２８が設けられている。オリフィスパイプ３７にはそれぞれ気泡噴出用のノズルパイプ３６が入っていて、空気ポンプ３８の空気吐出管３９及び空気分配ヘッダー３９ａと連結している。
【０００９】
空気ポンプ３８が作動するとポンプ室３２内の空気はオリフィスパイプ３７の中にある気泡噴出用のノズルパイプ３６に送られ気泡となって噴出される。噴出された気泡は周囲にある水を引き連れてオリフィスパイプ３７内をエヤーレイションしながら上昇する。この時発生する上昇水流が全パイプまとまって吸水口２８から貧酸素状態の水が吸入し、エヤーレイションによって溶存酸素が付加されて排水口２７から外に送り出される。
噴出された気泡は内水面ａから曝気室３３内に放散されるが、ポンプ室３２に移動して再び空気ポンプ３８に再び吸入され、ノズルパイプ３６に送られてエヤーレイションに使われる。シェルタ３１内の空気はこの様に繰り返しエヤレーションに使われる事よって一部の空気が水中に溶け込み、その分シェルタ３１内の空気は減少し内水面ａの高さが上昇する。
水面センサー２３は変化する内水面ａの高さを検出し、外気吸入ポンプ３４を作動させて外気吸入口３５から新鮮な大気をシェルタ３１内に補給し、内水面ａの高さを一定に保つ。
【０００１０】
【効果】
この装置が機能するのに必要な動力は空気ポンプ３８と外気吸入ポンプ３４の作動動力である。両者の作動動力を比較すると、空気ポンプ３８の方が圧倒的に大きな動力を必要とする。しかしその大きさはシェルタ３１が水中に設置される深さに関係ないので、ノズルパイプ３６から気泡を噴出する為の動力はシェルタ３１内の気圧より僅かに高い圧力の空気を送り出す動力だけの小さい動力で済む。従って水深の深い低層の作動でも小動力で大容量のエヤーレイションを遂行出来る効果がある。
【０００１１】
例えばシェルタ３１内の水面ａが水深１０ｍになる位置に装置を設置すれば、シェルタ３１内の水柱ヘッド圧力は１気圧になる。内水面ａからノズルパイプ３６の先端までの深さを０．８ｍとすれば、空気ポンプ３８から送り出される空気圧力は１．１気圧あれば気泡の噴出が出来る。然るに空気ポンプ３８が吸入する空気の圧力は空気ポンプ室内の気圧が１気圧であるから、気泡を噴出するのに要する動力は、圧力を０．１気圧上げるだけの動力で済む。この増圧のために要する動力は内水面ａからノズルパイプ３６の先端までの深さで決まり、装置が設置される深さには関係ない。従って水深が深い位置にある貧酸素水塊のエヤーレイションでも小動力で遂行出来る効果がある。
【０００１２】
又、水深の深い場所でのエヤーレイションでもシェルタ３１内の空気圧は高くなり、空気の密度も高くなるが、空気ポンプ３８の吐出体積には変化がないので、エヤーレイションの処理能力が落ちない効果がある。更に空気の水中に溶け込む率が密度に比例して高くなる性質は、水深の深い空気密度が高い状態でのエヤーレイションに有利な条件になる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】水中に設置した装置が作動している状態の縦断面図である。
【図２】水面上で作動中の従来の装置の縦断面図
【図３】水中エヤーレイション装置の作動原理を説明するための縦断面図
【符号の説明】
１４，３３ａ 隔壁
１７，２８ 吸水口
１８，２７ 排水口
１９，２２ 重錘
２０，３４ 外気吸入ポンプ
２１，３５ 外気吸入口
２３ 水面センサー
３５ａ ホース
３６ ノズルパイプ
３８ 空気ポンプ
３９ 吐出管
３９ａ 空気分配ヘッダー
ｈ 内水面ａと水面Ａの間の水柱高さ
ｈａ 内水面ａとノズル６の間の水柱高さ
α 気泡の噴出圧力相当の水柱高さ
Ａ 水面
ａ 内水面

Claims (2)

1. 多数のオリフィスパイプ３７の中に気泡を噴出して、エヤーレイションと水流の発生を同時に行う方式の曝気室３３と、気泡発生用の空気ポンプ３８と空気補給用ポンプ３４が装備されているポンプ室３２とを１つのシェルタ３１の中に設けた装置を水底に近い位置に設置した時、ポンプ室３２及び曝気室３３の上部に空気が閉じ込められて空気室が出来るようにしたエヤーレイション装置に於いて、閉じ込めた空気をエヤーレイションに使う事で、気泡発生用の空気ポンプ３８の駆動動力の大きさが、装置の設置深さとは無関係になることが特徴の気泡励流式水中エヤーレイション装置。
2. シェルタ３１内に閉じ込められた空気によって出来る水面ａの高さを検出出来るように様に、曝気室３３内に水面検出センサー２３を設け、それが出す信号によつて空気補給用ポンプ３４の作動を制御し、エヤーレイションによって水中に溶け込んで行く空気と同量の空気を、大気中から補給して水面ａの高さが常に一定になる様に機能する機構が特徴の請求項１の気泡励流式水中エヤーレイション装置。

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