JP6211915B2 - 水流発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、湖沼や貯水池、調整池や養殖場などの閉鎖性水域の水質改善に用いられる水流発生装置に関する。

従来、湖沼や貯水池、調整池や養殖場などの閉鎖性水域においては、富栄養化や無酸素状態などによって発生する水質汚染が問題となっている。そして、従来、その水質を改善するために、閉鎖性水域での成層発生に伴う無酸素状態を改善し、富栄養化による藻の発生などを防止するのに好適な水流発生装置が用いられている。水流発生装置の種類は数多く、養殖場などで一般的に使用されている水車式水流発生装置や、広範囲において水流を発生させることが可能で、主に湖沼や貯水池、養殖場などで使用されている湖底設置型の噴流式水流発生装置等が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

しかし、これら従来の水流発生装置は、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給が必要であり、その供給が不可能な立地条件下にあっては設置することができないという問題点を有している。また、養殖場などで使用される水車式水流発生装置や噴流式水流発生装置等は、養魚の育成中において連続稼働しているため、供給する駆動エネルギー量も膨大で、ランニングコストが莫大なものになってしまうという問題点を有している。

そこで、従来、かかる問題点を解消するために、電力源として太陽電池パネルを用いた水流発生装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特許第２９１１０７８号公報 特許第３２９００８５号公報 特許第４６８７９９９号公報

しかし、特許文献３に開示された水流発生装置では、供給する駆動エネルギー量が天候の変化の影響を受けやすく、養殖場での養魚の育成中における連続稼働には対応することができないという問題点がある。また、太陽電池パネルを用いた水流発生装置は、太陽電池パネルが高額であったり、電力制御用の付帯装置が必要であったりして、導入コストが嵩むといった問題点も有している。さらに、市販されている太陽電池パネルの発電効率は２０％弱であり、太陽エネルギーの有効利用が図られていないのが現状である。

本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を必要とせず、しかも、天候の変化の影響を受けにくい安価な水流発生装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る水流発生装置の構成は、
（１）気液混合状態の液化高圧ガスが充填された少なくとも２個の密封容器と、前記密封容器をそれぞれ加熱又は冷却する熱源部と、前記加熱される一方の密封容器に連結された第１の熱交換器と、前記冷却される他方の密封容器に連結された第２の熱交換器と、前記加熱される一方の密封容器と連通し、当該一方の密封容器に流路変更手段を介して接続された往復駆動手段と、前記流路変更手段を介して前記往復駆動手段と前記第２の熱交換器とを接続する気相流路と、前記冷却される他方の密封容器と前記第１の熱交換器とを接続する液相流路と、を含み、前記第１の熱交換器、流路変更手段及び往復駆動手段は、前記加熱される一方の密封容器と同等の温度で加熱される、動力発生部と、
前記往復駆動手段の往復運動に連動して往復運動する駆動軸と、水中に収容され、前記駆動軸に傾動自在に軸支された水流発生板と、を含む水流発生部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明においては、気液混合状態で充填される液化高圧ガスとして、ブタン、フルオロカーボン、エーテルなどの沸点の低い媒体が用いられ、中でもフルオロカーボンは、非引火性であるため、特に望ましい。

本発明の水流発生装置の上記（１）の構成によれば、動力発生部内で液化高圧ガスを循環させて往復駆動手段を往復運動させ、これにより発生する動力によって水流発生部を駆動することができる。すなわち、本発明の水流発生装置は、液化高圧ガスを循環させるだけで駆動エネルギー（動力）を供給できる動力発生部を内蔵している。従って、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を必要とせず、しかも、天候の変化の影響を受けにくい水流発生装置を提供することができる。そして、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を必要としないため、設置場所が限定されることはないと共に、ランニングコストの劇的な低減をも図ることもできる。また、本発明の水流発生装置の上記（１）の構成によれば、電力源として太陽電池パネルを用いた水流発生装置と異なり、動力発生部を安価に作製することができ、かつ、電力制御用の付帯装置も必要としないため、導入コストが嵩むことはない。また、本発明の水流発生装置の上記（１）の構成によれば、第１の熱交換器、流路変更手段及び往復駆動手段は、加熱される一方の密封容器と同等の温度で加熱されるため、前記第１の熱交換器、流路変更手段及び往復駆動手段内での圧力低下に伴う飽和蒸気の液化を防止することができ、その結果、前記往復駆動手段を安定して往復運動させることができる。そして、前記往復駆動手段の往復運動に連動して駆動軸を往復運動させることにより、水流発生板を傾動させて、水中に水流を発生させることができる。この水流は、水流発生板が傾動することによって連続して作り出されるので、狭い空間を利用して水中に大量の水流を発生させることができる。これにより、水質向上の要である成層破壊を行ない、対流攪拌を促進することができる。そして、この対流攪拌により、湖沼や養殖場などの底部から上昇してきた低酸素状態の水は、水面近くで空気中から酸素を取り込んで循環する。その結果、酸素を好む微生物が活性化され、各種の汚泥原因物質を分解することができる。

本発明の水流発生装置の上記（１）の構成においては、以下の（２）〜（５）のような構成にすることが好ましい。

（２）前記駆動軸の往復運動を前記水流発生板の傾動に変換するカム機構をさらに備えている。

上記（２）の好ましい構成によれば、駆動軸の往復運動を効率的に水流に変換することができる。

（３）前記液相流路に設けられた液送ポンプをさらに備え、前記液送ポンプは、前記駆動軸の往復運動によって駆動される。すなわち、動力発生部内で液化高圧ガスを循環させて往復駆動手段を往復運動させ、これにより発生する動力によって液送ポンプを駆動させることができる。

上記（３）の好ましい構成によれば、冷却される他方の密封容器内の液化高圧ガスを、加熱される一方の密封容器に連結された第１の熱交換器に圧送することができる。これにより、動力発生部内で液化高圧ガスを効率良く循環させることができる。そして、この場合、動力発生部内で液化高圧ガスを循環させるだけで液送ポンプを駆動させることができるので、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を一切必要としない。

（４）空気を取り込み、前記水中に気泡を発生させる曝気ポンプをさらに備え、前記曝気ポンプは、前記駆動軸の往復運動によって駆動される。すなわち、動力発生部内で液化高圧ガスを循環させて往復駆動手段を往復運動させ、これにより発生する動力によって曝気ポンプを駆動させることができる。

上記（４）の好ましい構成によれば、水中に気泡を発生させ、発生した気泡を、水流発生板の傾動により作り出される水流によって攪拌することができる。これにより、水中の酸素濃度を向上させて、水質を改善することができる。そして、この場合、動力発生部内で液化高圧ガスを循環させるだけで曝気ポンプを駆動させることができるので、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を一切必要としない。

（５）前記加熱される一方の密封容器の加熱温度は２００℃未満であり、かつ、前記加熱される一方の密封容器の加熱温度と前記冷却される他方の密封容器の冷却温度との温度差は、２０℃〜１８０℃である。そして、前記第１の熱交換器、流路変更手段及び往復駆動手段も、前記熱源部によって２００℃未満の温度で加熱される。

上記（５）の好ましい構成によれば、従来の外燃機関と異なり、非常に低い温度によって容易に往復駆動手段を駆動させることができる。その結果、加熱される一方の密封容器を加熱する熱源部として、例えば、太陽熱温水器などの自然熱源からの温水を利用することが可能となる。そして、加熱される一方の密封容器を加熱する熱源部として、太陽熱温水器などの自然熱源からの温水を利用することにより、電力源として太陽電池パネルを用いた場合に比べて、太陽エネルギーの有効利用を図ることができるので、天候の変化の影響を受けにくい水流発生装置を提供することが可能となる。

本発明によれば、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を必要とせず、しかも、天候の変化の影響を受けにくい水流発生装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態における水流発生装置の構成を示す断面図である。 図２は、図１に示す水流発生装置の加熱側の構成を示す断面図である。 図３は、図１に示す水流発生装置の冷却側の構成を示す断面図である。 図４は、本発明の一実施の形態における水流発生装置を構成する流路変更手段の動作説明図である。 図５は、本発明の一実施の形態における水流発生装置を構成する水流発生フィンの動作説明図である。

以下、好適な実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施の形態は本発明を具現化した例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

［水流発生装置の構成］
まず、本発明の一実施の形態における水流発生装置の構成について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態における水流発生装置の構成を示す断面図、図２は、図１に示す水流発生装置の加熱側の構成を示す断面図、図３は、図１に示す水流発生装置の冷却側の構成を示す断面図、図４は、当該水流発生装置を構成する流路変更手段の動作説明図、図５は、当該水流発生装置を構成する水流発生フィンの動作説明図である。

図１に示すように、本実施の形態の水流発生装置１は、動力発生部２と、動力発生部２によって駆動される水流発生部３と、を備えている。

（動力発生部）
図１〜図３に示すように、動力発生部２は、気液混合状態の液化高圧ガスが充填された２個の密封容器４、５と、密封容器４、５にそれぞれ連結された熱交換器６、７と、加熱によって生じた液化高圧ガスの飽和蒸気を流入して流路を変更させる流路変更手段８と、流路変更手段８から供給される飽和蒸気によって上下に往復運動する往復駆動手段９と、を備えており、これらは、後述する気相流路１２、１３、２０〜２３、液相流路１４、１６及び液送ポンプ１５を介して循環サイクルを形成している。密封容器４、熱交換器６、流路変更手段８及び往復駆動手段９は加熱手段（熱源部）１０によって加熱され、密封容器５及び熱交換器７は冷却手段（熱源部）１１によって冷却される。そして、加熱手段１０による加熱によって生じた液化高圧ガスの飽和蒸気は、密封容器４から流路変更手段８を介して往復駆動手段９に供給され、当該往復駆動手段９を駆動させた後、再び流路変更手段８を介して密封容器５に流入し滞留する。その際、飽和蒸気は、熱交換器（凝縮器）７によって液化される。以下、加熱手段１０によって加熱される密封容器４を「加熱側密封容器４」といい、冷却手段１１によって冷却される密封容器５を「冷却側密封容器５」という。

加熱側密封容器４、冷却側密封容器５及び熱交換器６、７は、熱伝導性に優れる金属からなる。加熱側密封容器４の上部には流路連結口４ａが形成されており、当該流路連結口４ａは、気相流路１２を介して流路変更手段８と連通している。また、加熱側密封容器４の下部には熱交換器（蒸発器）６が連結され、冷却側密封容器５の上部には熱交換器（凝縮器）７が連結されている。熱交換器（凝縮器）７の上部には流路連結口７ａが形成されており、当該流路連結口７ａは、気相流路１３を介して流路変更手段８と連通している。また、冷却側密封容器５の下部には流路連結口５ａが形成されており、当該流路連結口５ａは、液相流路１４を介して液送ポンプ１５と連通している。また、液送ポンプ１５は、液相流路１６を介して熱交換器（蒸発器）６と連通している。

往復駆動手段９は、パワーシリンダ１７からなり、当該パワーシリンダ１７の内部にはピストン１８が上下往復自在に配置されている。パワーシリンダ１７の上端部の側面には２つの気相流路２０、２１の一端が連結されており、パワーシリンダ１７の下端部の側面には２つの気相流路２２、２３の一端が連結されている。また、パワーシリンダ１７の底面から延出するピストン軸１８ａの下端には、液送ポンプ１５並びに後述する第１のカム機構２７、水流発生フィン３１、３２、３３及び曝気ポンプ３５を駆動するための駆動軸１９が連結されており、当該駆動軸１９は、パワーシリンダ１７内のピストン１８の上下往復運動と連動して上下に往復運動する。ここで、液送ポンプ１５は、後述する水槽２８の底面に固定されたシリンダ１５ａと、駆動軸１９に固定された状態でシリンダ１５ａの内部に配置されたピストン１５ｂと、を備えている。このため、液送ポンプ１５は、駆動軸１９の上下往復運動によって駆動させることができ、これにより、液相流路１４、１６を介して、冷却側密封容器５内の液化高圧ガスを、加熱側密封容器４の下部に連結された熱交換器（蒸発器）６に圧送することができる。そして、熱交換器（蒸発器）６に圧送された液化高圧ガスは、当該熱交換器（蒸発器）６によって気化された後、加熱側密封容器４に流入する。これにより、動力発生部２内で液化高圧ガスを効率良く循環させることができる。

図１、図２、図４に示すように、流路変更手段８は、並行して水平に配置された２つのスイッチング素子２４、２５を備えている。一方のスイッチング素子２４の上面には、パワーシリンダ１７の上端部の側面及び下端部の側面にそれぞれ連結された気相流路２０、２２の他端が連結されており、当該一方のスイッチング素子２４の後端面には、加熱側密封容器４の上部に連結された気相流路１２の他端が連結されている。また、他方のスイッチング素子２５の上面には、パワーシリンダ１７の上端部の側面及び下端部の側面にそれぞれ連結された気相流路２１、２３の他端が連結されており、当該他方のスイッチング素子２５の後端面には、熱交換器（凝縮器）７の上部に連結された気相流路１３の他端が連結されている。一方のスイッチング素子２４には、当該一方のスイッチング素子２４の上面に連結された気相流路２０、２２を交互に開閉する流路変更部材２４ａが内装されており、当該流路変更部材２４ａは突出方向に付勢されている。また、他方のスイッチング素子２５には、当該他方のスイッチング素子２５の上面に連結された気相流路２１、２３を交互に開閉する流路変更部材２５ａが内装されており、当該流路変更部材２５ａは突出方向に付勢されている。２つの流路変更部材２４ａ、２５ａは、中央部が軸支された揺動部材２６の揺動によって交互に押し込むことができるようにされている。また、揺動部材２６の軸支部には、当該揺動部材２６と直交して作動部材２６ａが固定されている。また、駆動軸１９には、作動部材２６ａを上下から挟む断面逆コの字状の第１のカム機構２７が固定されている。

ここで、揺動部材２６は、一方のスイッチング素子２４の流路変更部材２４ａを押し込む方向に付勢されており（図４（ａ）の状態）、パワーシリンダ１７内のピストン１８が上方に位置している場合には、常に、一方のスイッチング素子２４の流路変更部材２４ａが押し込まれた状態にある（図１、図２参照）。そして、このように、パワーシリンダ１７内のピストン１８が上方に位置し、一方のスイッチング素子２４の流路変更部材２４ａが押し込まれた状態にある場合には、パワーシリンダ１７の上端部の側面に連結された気相流路２０と加熱側密封容器４の上部に連結された気相流路１２とが連通して（図１、図２、図４（ａ）参照）、飽和蒸気をパワーシリンダ１７の上端部から当該パワーシリンダ１７内に送気することが可能な状態となっている。このとき、他方のスイッチング素子２５の流路変更部材２５ａは突出した状態にあり、パワーシリンダ１７の下端部の側面に連結された気相流路２３と冷却側密封容器５の上部に熱交換器（凝縮器）７を介して連結された気相流路１３とが連通して、飽和蒸気をパワーシリンダ１７の下端部から排気することが可能な状態となっている。

一方、飽和蒸気がパワーシリンダ１７の上端部から当該パワーシリンダ１７内に送気されて、パワーシリンダ１７内のピストン１８が下方に移動すると、駆動軸１９に固定された第１のカム機構２７が下動して作動部材２６ａを回転させる。これにより、揺動部材２６が揺動して、一方のスイッチング素子２４の流路変更部材２４ａが突出した状態となる（図４（ｂ）参照）。そして、このように、パワーシリンダ１７内のピストン１８が下方に位置し、一方のスイッチング素子２４の流路変更部材２４ａが突出した状態になると、パワーシリンダ１７の下端部の側面に連結された気相流路２２と加熱側密封容器４の上部に連結された気相流路１２とが連通して（図１、図２、図４（ｂ）参照）、飽和蒸気をパワーシリンダ１７の下端部から当該パワーシリンダ１７内に送気することが可能な状態となる。このとき、他方のスイッチング素子２５の流路変更部材２５ａは押し込まれた状態にあり、パワーシリンダ１７の上端部の側面に連結された気相流路２１と冷却側密封容器５の上部に熱交換器（凝縮器）７を介して連結された気相流路１３とが連通して、飽和蒸気をパワーシリンダ１７の上端部から排気することが可能な状態となる。

以上のようにして、飽和蒸気の流路が変更される。そして、流路を変更された飽和蒸気は、パワーシリンダ１７の上端部の側面及び下端部の側面にそれぞれ連結された気相流路２０、２２を通してパワーシリンダ１７内に交互に送気され、同じくパワーシリンダ１７の上端部の側面及び下端部の側面にそれぞれ連結された気相流路２１、２３を通してパワーシリンダ１７から交互に排気される。すなわち、パワーシリンダ１７の上端部の側面に連結された気相流路２０を通して当該パワーシリンダ１７内に飽和蒸気が送気される場合には、パワーシリンダ１７の下端部の側面に連結された気相流路２３を通して当該パワーシリンダ１７内の飽和蒸気が排気される。また、パワーシリンダ１７の下端部の側面に連結された気相流路２２を通して当該パワーシリンダ１７内に飽和蒸気が送気される場合には、パワーシリンダ１７の上端部の側面に連結された気相流路２１を通して当該パワーシリンダ１７内の飽和蒸気が排気される。これにより、パワーシリンダ１７の内部に上下往復自在に配置されたピストン１８が上下に往復駆動される。そして、パワーシリンダ１７から排気された飽和蒸気は、気相流路１３を介して冷却側密封容器５に送られ、その際、飽和蒸気は、熱交換器（凝縮器）７によって液化される。

加熱手段１０は、加熱側密封容器４、熱交換器（蒸発器）６、流路変更手段８及びパワーシリンダ１７を収容可能な水槽２８を備え、当該水槽２８内には熱源２９と同温の２００℃未満の温水が投入されている。そして、この温水により、加熱側密封容器４内の液化高圧ガスを飽和蒸気にすることができると共に、熱交換器（蒸発器）６、流路変更手段８及びパワーシリンダ１７内での圧力低下に伴う飽和蒸気の液化を防止することができ、その結果、パワーシリンダ１７内のピストン１８を安定して往復運動させることができる。

冷却手段１１は、冷却側密封容器５及び熱交換器（凝縮器）７を収容可能な水槽３０を備え、当該水槽３０内には常温（２０℃）の水が投入されている。このように、冷却側密封容器５及び熱交換器（凝縮器）７は、常に冷却されている。そして、気相流路１３を介して冷却側密封容器５に送られる飽和蒸気は、冷却された熱交換器（凝縮器）７によって液化され、冷却側密封容器５内に貯められる。

このように、水流発生装置１は、気液混合状態の液化高圧ガスが充填された加熱側密封容器４を２００℃未満の温度で加熱し、冷却側密封容器５を前記加熱温度との温度差が２０℃〜１８０℃の常温で冷却するものであるため、従来の外燃機関と異なり、非常に低い温度によって容易にパワーシリンダ１７内のピストン１８を上下に往復運動させることができる。その結果、加熱側密封容器４を加熱する加熱手段１０として、例えば、太陽熱温水器などの自然熱源からの温水を利用することが可能となる。そして、加熱側密封容器４を加熱する加熱手段１０として、太陽熱温水器などの自然熱源からの温水を利用することにより、電力源として太陽電池パネルを用いた場合に比べて、太陽エネルギーの有効利用を図ることができるので、天候の変化の影響を受けにくい水流発生装置を提供することが可能となる。

（水流発生部）
図１、図３に示すように、水流発生部３は、パワーシリンダ１７内のピストン１８の上下往復運動と連動して上下に往復運動する駆動軸１９と、水槽３０内の水中に収容され、駆動軸１９に傾動自在に軸支された３枚の水流発生フィン３１、３２、３３と、を備えている。水流発生フィン３１、３２、３３の基端部側には第２のカム機構３４が固定されており、当該第２のカム機構３４は、水流発生フィン３１、３２、３３の基端部をそれぞれ上下から挟む断面コの字状のカム部材３４ａ、３４ｂ、３４ｃからなっている。そして、パワーシリンダ１７内のピストン１８が下方に位置して、駆動軸１９が下動している場合には、図５（ａ）に示すように、水流発生フィン３１、３２、３３の基端部がカム部材３４ａ、３４ｂ、３４ｃとは係合しない状態となり、水流発生フィン３１、３２、３３は、その自重によって下向きに傾いた状態にある。一方、パワーシリンダ１７内のピストン１８が上方に移動して、駆動軸１９が上動すると（図１、図２参照）、図５（ｂ）に示すように、水流発生フィン３１、３２、３３の基端部がそれぞれカム部材３４ａ、３４ｂ、３４ｃと係合して、水流発生フィン３１、３２、３３が上向きに傾いた状態となる。このように、パワーシリンダ１７の内部に上下往復自在に配置されたピストン１８の往復運動に連動して駆動軸１９を上下に往復運動させることにより、水流発生フィン３１、３２、３３を上下に交互に傾動させて、水槽３０内の水中に水流を発生させることができる。この水流は、水流発生フィン３１、３２、３３が上下に交互に傾動することによって連続して作り出されるので、狭い空間を利用して水槽３０内の水中に大量の水流を発生させることができる。これにより、水質向上の要である成層破壊を行ない、対流攪拌を促進することができる。そして、この対流攪拌により、水槽３０の底部から上昇してきた低酸素状態の水は、水面近くで空気中から酸素を取り込んで循環する。その結果、酸素を好む微生物が活性化され、各種の汚泥原因物質を分解することができる。

駆動軸１９の下端部には、曝気ポンプ３５が設けられている。ここで、曝気ポンプ３５は、水槽３０の底面に固定されたシリンダ３５ａと、駆動軸１９の下端に固定された状態でシリンダ３５ａの内部に配置されたピストン３５ｂと、を備えている。このため、曝気ポンプ３５は、駆動軸１９の上下往復運動によって駆動させることができる。また、シリンダ３５ａの上端部の右側面には、上端を水面から突出させたシュノーケル３６の下端が連結されている。さらに、シリンダ３５ａの上端部の左側面には、パイプ３７の一端が連結され、当該パイプ３７の他端には気泡発生網３８が連結されている。ここで、気泡発生網３８は、水槽３０の底面に水流発生フィン３１、３２、３３の前方に位置して配置されている。このため、駆動軸１９の上下往復運動によって曝気ポンプ３５を駆動させることにより、シュノーケル３６を介して空気を取り込み、この空気を、パイプ３７を介して気泡発生網３８に送って、水槽３０内の水中に気泡を発生させることができる。そして、このようにして発生した気泡は、水流発生フィン３１、３２、３３の傾動により作り出される水流によって攪拌される。これにより、水中の酸素濃度を向上させて、水質を改善することができる。

以上のように、本実施の形態の水流発生装置１によれば、動力発生部２内で液化高圧ガスを循環させてパワーシリンダ１７内のピストン１８を上下に往復運動させ、これにより発生する動力によって水流発生部３を駆動させることができる。すなわち、本実施の形態の水流発生装置１は、液化高圧ガスを循環させるだけで駆動エネルギー（動力）を供給できる動力発生部２を内蔵している。従って、本実施の形態の水流発生装置１によれば、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を必要とせず、しかも、天候の変化の影響を受けにくい水流発生装置を提供することができる。そして、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を必要としないため、設置場所が限定されることがないと共に、ランニングコストの劇的な低減を図ることもできる。また、液送ポンプ１５及び曝気ポンプ３５も、上記動力によって駆動させることができるので、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を一切必要としない。

［水流発生装置の動作］
次に、本発明の一実施の形態における水流発生装置の動作について簡単に説明する。

まず、液化高圧ガスであるフルオロカーボンを、加熱側密封容器４と冷却側密封容器５に気液混合の状態で適量注入する。次に、加熱側密封容器４、熱交換器（蒸発器）６、流路変更手段８及びパワーシリンダ１７が収容された水槽２８に、熱源２９から供給される６０℃の温水を投入する。また、冷却側密封容器５及び熱交換器（凝縮器）７が収容された水槽３０に、常温（２０℃）の水を投入する。

この状態で、加熱側密封容器４内で飽和蒸気となった液化高圧ガス（フルオロカーボン）が気相流路１２を介して流路変更手段８に送られ、気相流路２０、２１、２２、２３を通してパワーシリンダ１７を駆動させる。パワーシリンダ１７内のピストン１８の上下往復運動は、駆動軸１９を介して第１のカム機構２７を作動させ、流路変更手段８が駆動軸１９と同期して制御される。

パワーシリンダ１７から排出された飽和蒸気は、流路変更手段８から気相流路１３を介して熱交換器（凝縮器）７に送られる。そして、この飽和蒸気は、熱交換器（凝縮器）７において冷却されて液化し、冷却側密封容器５に流入する。

液化された液化高圧ガス（フルオロカーボン）は、駆動軸１９の上下往復運動によって駆動される液送ポンプ１５により、液相流路１４、１６を介して熱交換器（蒸発器）６に圧送される。そして、この液化された液化高圧ガス（フルオロカーボン）は、熱交換器（蒸発器）６において加熱されて気化し、加熱側密封容器４に流入する。

以上の行程が繰り返され、パワーシリンダ１７内のピストン１８が上下往復運動を続ける。

パワーシリンダ１７内のピストン１８の上下往復運動は、駆動軸１９を介して曝気ポンプ３５を駆動させる。曝気ポンプ３５は、シュノーケル３６を介して空気を取り込み、この空気を、パイプ３７を介して気泡発生網３８に送って、水槽３０内の水中に気泡を発生させる。また、パワーシリンダ１７内のピストン１８の上下往復運動は、駆動軸１９を介して水流発生フィン３１、３２、３３を上下に交互に傾動させ、水槽３０内の水中に大量の水流を発生させる。そして、この水流によって上記気泡が攪拌される。これにより、水質向上の要である成層破壊が行なわれて、対流攪拌が促進されると共に、水中の酸素濃度が向上し、水槽３０内の水質が改善される。

上記の動作において、加熱側水槽２８と冷却側水槽３０の温度差は２０℃〜１８０℃であればよく、加熱側密封容器４と熱交換器（蒸発器）６を加熱する温度は、使用する液化高圧ガスの気化に必要な温度に応じて適宜選択される。尚、加熱側密封容器４及び冷却側密封容器５に充填される液化高圧ガスの要量は固定されており、駆動軸１９の上下往復運動によって液送ポンプ１５を駆動させることにより、一行程の作動に必要な量の液化高圧ガスが循環される。

尚、上記実施の形態においては、密封容器として、加熱側密封容器４と冷却側密封容器５の２個を使用する場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。例えば、３個以上の密封容器を連結して使用することも可能である。

また、上記実施の形態においては、駆動軸１９の下端部に曝気ポンプ３５が設けられている場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。少なくとも駆動軸１９に傾動自在に軸支された水流発生フィン（水流発生板）３１、３２、３３を備えていれば、所期の目的を達成することができる。そして、かかる構成の水流発生装置１は、船舶に搭載して、船舶推進装置として利用することもできる。

また、上記実施の形態においては、パワーシリンダ１７内のピストン１８のピストン軸１８ａと駆動軸１９とが一直線上に配置されている場合を例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。駆動軸１９がパワーシリンダ１７内のピストン１８の往復運動に連動して往復運動することが可能であれば、ピストン軸１８ａの軸線と駆動軸１９の軸線とが離間していてもよい。

本発明によれば、外部からの電力等の駆動エネルギーの供給を必要とせず、しかも、天候の変化の影響を受けにくい水流発生装置を提供することができる。従って、本発明の水流発生装置は、特に養殖場などで使用する場合のランニングコストの劇的な低減を図る上で有用である。

１ 水流発生装置
２ 動力発生部
３ 水流発生部
４ 加熱側密封容器
４ａ、５ａ、７ａ 流路連結口
５ 冷却側密封容器
６ 熱交換器（蒸発器）
７ 熱交換器（凝縮器）
８ 流路変更手段
９ 往復駆動手段
１０ 加熱手段
１１ 冷却手段
１２、１３、２０、２１、２２、２３ 気相流路
１４、１６ 液相流路
１５ 液送ポンプ
１５ａ、３５ａ シリンダ
１５ｂ、１８、３５ｂ ピストン
１７ パワーシリンダ
１８ａ ピストン軸
１９ 駆動軸
２４、２５ スイッチング素子
２４ａ、２５ａ 流路変更部材
２６ 揺動部材
２６ａ 作動部材
２７ 第１のカム機構
２８、３０ 水槽
３１、３２、３３ 水流発生フィン
３４ 第２のカム機構
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ カム部材
３５ 曝気ポンプ
３６ シュノーケル
３７ パイプ
３８ 気泡発生網

Claims (6)

1. 気液混合状態の液化高圧ガスが充填された少なくとも２個の密封容器と、前記密封容器をそれぞれ加熱又は冷却する熱源部と、前記加熱される一方の密封容器に連結された第１の熱交換器と、前記冷却される他方の密封容器に連結された第２の熱交換器と、前記加熱される一方の密封容器と連通し、当該一方の密封容器に流路変更手段を介して接続された往復駆動手段と、前記流路変更手段を介して前記往復駆動手段と前記第２の熱交換器とを接続する気相流路と、前記冷却される他方の密封容器と前記第１の熱交換器とを接続する液相流路と、を含み、前記第１の熱交換器、流路変更手段及び往復駆動手段は、前記加熱される一方の密封容器と同等の温度で加熱される、動力発生部と、
   前記往復駆動手段の往復運動に連動して往復運動する駆動軸と、水中に収容され、前記駆動軸に傾動自在に軸支された水流発生板と、を含む水流発生部と、
   を備えた水流発生装置。
2. 前記駆動軸の往復運動を前記水流発生板の傾動に変換するカム機構をさらに備えた、請求項１に記載の水流発生装置。
3. 前記液相流路に設けられた液送ポンプをさらに備え、前記液送ポンプは、前記駆動軸の往復運動によって駆動される、請求項１又は２に記載の水流発生装置。
4. 空気を取り込み、前記水中に気泡を発生させる曝気ポンプをさらに備え、前記曝気ポンプは、前記駆動軸の往復運動によって駆動される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水流発生装置。
5. 前記加熱される一方の密封容器の加熱温度は２００℃未満であり、かつ、前記加熱される一方の密封容器の加熱温度と前記冷却される他方の密封容器の冷却温度との温度差は、２０℃〜１８０℃である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水流発生装置。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の水流発生装置を搭載した船舶。