JP7233124B1

JP7233124B1 - 深層曝気装置

Info

Publication number: JP7233124B1
Application number: JP2021158038A
Authority: JP
Inventors: 康秀田尻; 秀紀西田; 修堤
Original assignee: ゼニヤ海洋サービス株式会社
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-03-06
Anticipated expiration: 2041-09-28
Also published as: JP2023048616A

Abstract

【課題】上昇流から下降流への転換をする内筒の開口部周囲及び吐出部の渦の発生を抑制して、流速を減少させずに循環を促すことで、深層の曝気を効率よく行うことが可能な深層曝気装置を提供する。【解決手段】上に設置されたコンプレッサー３０と、コンプレッサー３０から送気ホース３１を介して圧縮空気が送気される水底に係留された散気管２０と、散気管２０から放出された圧縮空気の気泡によって生じた上昇流を深層で循環させる装置本体１０と、を備えてなり、装置本体１０の整流板１３は、上向き凸状に湾曲形成されたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ダムや河川、湖沼、海などの水域における水質保全設備であり、とりわけ、閉鎖水域における深層水の溶存酸素量を増加させて水質を改善する深層曝気装置に関する。

従来、水底に沈設されたアンカーに係留された散気管を介して圧縮空気を上方に散気して上昇流を起こし、散気管上方に係留された装置本体の二重管によって上昇流を下降流に転じさせ、深層水の循環を行うことで深層水の溶存酸素量を増加させる水没式の深層曝気装置が提案されている（例えば特許文献１－３参照）。

特開平７－１６５９２号公報特開平８－３９０９４号公報特開２００５－５８９５４号公報

しかしながら、上述した深層曝気装置は、装置本体内において上昇流から下降流に転換を促す整流板などによって渦が発生して、上昇流及び下降流の流速が減少してしまい、深層水の循環する効率が低下してしまうおそれがあった。

また、装置本体の上部の排気管にフロート弁を設け、空気のみ排気する構造であり、弁の可動部が異物の影響で動作不良を生じた場合、水没式の曝気装置であるため、水深深くに設置された装置本体の内部にそのバルブが設けられることから、外部から目視確認出来ずメンテナンスも非常に困難であるものであった。

したがって、本発明は、上昇流から下降流への転換をする内筒の開口部周囲及び吐出部の渦の発生を抑制して、流速を減少させずに循環を促すことで、深層の曝気を効率よく行うこと、及び、空気抜き管のメンテナンスを容易に行うことが可能な深層曝気装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題に鑑み、コンプレッサーから送気ホースを介して圧縮空気が送気される水底に係留された散気管と、前記散気管から放出された圧縮空気の気泡によって生じた上昇流を深層で循環させる装置本体と、を備えた深層曝気装置であって、
前記装置本体は、前記散気管の上方に配置された二重管構造であり、上昇流が流れる内筒と、上昇流の一部から気泡を分離するとともに下降流にする外筒と、上昇流から下降流への転換を整流する整流板と、前記外筒内の空気溜まりから空気を放出する空気抜き管と、を有し、
前記整流板は、前記内筒の上部に固定された脚部と、前記脚部間によって前記内筒の上下方向の両端が開口する開口部に対向する位置に固定された板状部と、を有し、
前記板状部は、上向き凸状に湾曲形成され、前記内筒は、前記開口部の周囲に流路を狭めるように形成された膨出部を有し、
前記膨出部は、前記内筒の上端の前記開口部を狭める内側膨出部と、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との間の流路を狭める外側膨出部とを有し、
前記内側膨出部は断面略半円形状に膨出して形成され、前記外側膨出部は整流板の板状部と対向する角部を前記板状部と同程度に丸みを帯びて形成されることを特徴とするものである。

また、上述した構成に加え、外筒は、有頂円筒体であり、下部に下降流を深層に吐出する吐出部を有し、前記吐出部は、下降流を深層に吐出する吐出口に向かって徐々に狭まるように形成されることが好ましい。

また、上述した構成に加え、空気抜き管は、略Ｕ字形状の管体であり、外筒の上部の内側において上昇流の一部から分離した気泡が蓄積した空気溜まりに位置する空気入り口と、他方が外筒の上部の外側に位置する空気放出口と、外筒の上部に対して着脱自在となるように空気抜き管の周囲に設けられた取付部と、を有することが好ましい。

また、上述した構成に加え、空気抜き管は、外筒の上部の中央に配置された第１の空気抜き管と、前記第１の空気抜き管に隣接した位置に配置された第２の空気抜き管と、からなり、前記第１の空気抜き管の空気入り口よりも低い位置に前記第２の空気抜き管の空気入り口が配置されることが好ましい。

本発明によれば、上昇流から下降流への転換をする内筒の開口部周囲及び吐出部の渦の発生を抑制して、流速を減少させずに効率よく循環させることで、深層の曝気を行うことが可能である。

また、本発明は、空気抜き管の取付部によって取り外し自在とすることで、装置本体を深層に係留した状態でもメンテナンスを容易に行うことが可能である。

本発明の深層曝気装置の一例を示す概略図である。図１の装置本体における外筒の上部及び下部付近の構造を示す概略断面図である。本発明の深層曝気装置内における上昇流及び下降流の流速方向を示す模式図である。

本発明の実施形態に係る深層曝気装置の一例について図１－３に基づいて詳細に説明する。

（実施形態）
深層曝気装置は、図１に示すように、地上に設置されたコンプレッサー３０と、コンプレッサー３０から送気ホース３１を介して圧縮空気が送気される水底に係留された散気管２０と、散気管２０から放出された圧縮空気の気泡によって生じた上昇流を深層で循環させる装置本体１０と、を主要部として構成される。

散気管２０は、水底に沈設されたシンカー２１に係留索２１ａを介して係留され、コンプレッサー３０から配設された送気ホース３１を接続する空気配管２０ａを有する。

装置本体１０は、図１、２に示すように、散気管２０の上方に配置された二重管構造であり、散気管２０から深層水に放出された圧縮空気の気泡によって生じた上昇流が流れる内筒１１と、上昇流の一部から気泡を分離するとともに下降流にする外筒１２と、上昇流から下降流への転換を整流する整流板１３と、外筒１２の上部内の空気溜まりから空気を放出する空気抜き管１４と、を有する。

内筒１１は、繊維強化プラスチック素材から形成された円筒状体であり、上下方向の両端が開口する開口部１１ａと、整流板１３に対向する開口部１１ａの周囲に流路を狭めるように形成された膨出部１１ｂを有する。

この膨出部１１ｂは、内筒１１の上端の開口部１１ａを狭める内側膨出部１１ｃと、内筒１１の外周面と外筒１２の内周面との間の流路を狭める外側膨出部１１ｄと、からなり、この内側膨出部１１ｃは、上昇流の流速密度を開口部１１ａの中央付近に集中させるため、断面略半円形状に膨出して形成される。また、外側膨出部１１ｄは、後述する整流板１３の板状部１３ａと対向する角部を板状部１３ａと同程度に丸みを帯びて形成される。

外筒１２は、繊維強化プラスチック素材から形成された有頂円筒体であり、下部に下降流を深層に吐出する吐出部１２ａを有する。この吐出部１２ａは、下降流を深層に吐出する吐出口１２ｂに向かって徐々に狭まるように、吐出部１２ａの上部が斜め下方に傾斜して形成され、吐出部１２ａ下部と内筒１１の外周面に隣接する湾曲した隅部１２ｃと、を有する。

吐出部１２ａは、吐出口１２ｂを徐々に狭まるように形成したことで、吐出口１２ｂにおける逆流の発生を防止するとともに、内筒１１近傍の隅部１２ｃを湾曲形状とすることで、下降流を深層に吐出する際に渦の発生を抑制し、下降流の流速の減少を低減させて効率よく深層に吐出することが可能である。

また、この外筒１２の外周面には、装置本体１０の浮力を調整するフロート１２ｄと、水面上に浮遊する表示ブイ１２ｅを係留する索体と、が固定される。また、この外筒１２の上部の内周面には、外筒１２の上部に空気抜き管１４が複数設けられている場合、空気抜き管１４間に仕切板１２ｆを設けることが好ましい。

整流板１３は、内筒１１の上部に固定された脚部１３ｂ、１３ｂと、脚部１３ｂ、１３ｂ間に内筒１１の上方の開口部１１ａに対向する位置に固定された板状部１３ａと、板状部１３ａの中央に形成された空気抜き穴１３ｃを有する。この板状部１３ａは、内筒１１の膨出部１１ｂまでの同程度までの横幅を有し、上向き凸状に湾曲形成されたものである。

空気抜き管１４は、略Ｕ字形状の管体であり、外筒１２の上部の内側において上昇流の一部から分離した気泡が蓄積した空気溜まりに位置する空気入り口１４ｄと、外筒１２の上部の水層に位置する空気放出口１４ｅと、外筒１２の上部に対して着脱自在となるように空気抜き管１４の周囲に設けられたフランジ形状の取付部１４ｆと、を有する。この空気抜き管１４は、外筒１２の上部中央に配置され、空気溜まりから排気される空気量を調整する流量調整用バルブ１４ｃを有し、この空気抜き管１４の下部の湾曲部分はなるべく短くなるようにして、水が溜まりにくい形状にすることが好ましい。

また、空気抜き管１４は、外筒１２の上部に対して複数設けてもよく、具体的には、外筒１２の上部中央に配置された第１の空気抜き管１４ａと、第１の空気抜き管１４ａに隣接した位置に配置された第２の空気抜き管１４ｂと、からなり、第１の空気抜き管１４ａの空気入り口１４ｄよりも低い位置に第２の空気抜き管１４ｂの空気入り口１４ｄが配置される。

この空気抜き管１４は、上述のように、第１の空気抜き管１４ａの空気入り口１４ｄが内部水面以上の高さに位置し、第２の空気抜き管１４ｂの空気入り口１４ｄが内部水面以下に位置するようにすれば、通常使用時においての第１の空気抜き管１４ａのみによって空気溜まりから排気を行う。そして、通常使用時において空気溜まりから排気を行っている第１の空気抜き管１４ａが水中に含まれる異物などによって閉塞され、空気溜まり内の空気量が増加して内部水面が下がった場合、第２の空気抜き管１４ｂの空気入り口１４ｄが、内部水面よりも高い位置となって空気溜まりから緊急的に空気を排気するものである。また、通常使用時に排気する第１の空気抜き管１４ａの閉塞が解消した場合、第２の空気抜き管１４ｂによって、空気を一定量排気することで内部水面が上昇し、再び第１の空気抜き管１４ａによって排気を行うものである。

次に、上述した深層曝気装置における上昇流及び下降流の流速方向について図３に基づいて説明する。図３は、上述した深層曝気装置の装置本体１０内の上昇流及び下降流の流速方向を矢印で示すものである。

従来の深層曝気装置は、図示しないが、平板状の整流板によって、上昇流から下降流に転換する内筒近傍で下降流が剥離して渦が発生してしまい、内筒の外周面近傍には流速が減少してしまう状態となっている。また、吐出部の吐出口上部近傍では、下降流を深層に吐出させる際に、逆流が発生して、流速が減少してしまう状態となっている。

そこで、本発明の深層曝気装置は、図３に示すように、装置本体１０内に配置された湾曲した整流板１３、及び、内筒１１の開口部１１ａに設けた膨出部１１ｂによって、内筒１１の開口部１１ａ近傍で下降流を剥離させずに渦の発生を抑制することで、上昇流から下降流に転換する際の流速が減少するのを低減することができる。

したがって、上述した構成に基づく深層曝気装置によって、上昇流から下降流への転換をする内筒１１の開口部１１ａ周囲及び吐出部の渦の発生を抑制して、流速を減少させずに深層水を循環させることで、深層の曝気をして溶存酸素量の増加を効率よく行うことが可能である。

また、空気抜き管１４の取付部１４ｆによって外筒１２の上部に対して取り外し自在とすることで、装置本体１０を深層に水没した状態のままでもメンテナンスを容易に行うことが可能である。

上記の実施形態では本発明の好ましい実施形態を例示したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で改善や変更が可能である。例えば、空気抜き管１４に、流量調整用バルブ１４ｃ以外に開閉弁などを設けてもよい。

１０…装置本体、
１１…内筒、１１ａ…開口部、１１ｂ…膨出部、１１ｃ…内側膨出部、
１１ｄ…外側膨出部、
１２…外筒、１２ａ…吐出部、１２ｂ…吐出口、１２ｃ…隅部、１２ｄ…フロート、
１２ｅ…表示ブイ、１２ｆ…仕切板、
１３…整流板、１３ａ…板状部、１３ｂ…脚部、１３ｃ…空気抜き穴、
１４…空気抜き管、１４ａ…第１の空気抜き管、１４ｂ…第２の空気抜き管、
１４ｃ…流量調整用バルブ、１４ｄ…空気入り口、１４ｅ…空気放出口、
１４ｆ…取付部、
２０…散気管、２０ａ…空気配管、
２１…シンカー、２１ａ…係留索、
３０…コンプレッサー、３１…送気ホース。

Claims

コンプレッサーから送気ホースを介して圧縮空気が送気される水底に係留された散気管と、前記散気管から放出された圧縮空気の気泡によって生じた上昇流を深層で循環させる装置本体と、を備えた深層曝気装置であって、
前記装置本体は、前記散気管の上方に配置された二重管構造であり、上昇流が流れる内筒と、上昇流の一部から気泡を分離するとともに下降流にする外筒と、上昇流から下降流への転換を整流する整流板と、前記外筒内の空気溜まりから空気を放出する空気抜き管と、を有し、
前記整流板は、前記内筒の上部に固定された脚部と、前記脚部間によって前記内筒の上下方向の両端が開口する開口部に対向する位置に固定された板状部と、を有し、
前記板状部は、上向き凸状に湾曲形成され、
前記内筒は、前記開口部の周囲に流路を狭めるように形成された膨出部を有し、
前記膨出部は、前記内筒の上端の前記開口部を狭める内側膨出部と、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との間の流路を狭める外側膨出部とを有し、
前記内側膨出部は断面略半円形状に膨出して形成され、前記外側膨出部は整流板の板状部と対向する角部を前記板状部と同程度に丸みを帯びて形成されることを特徴とする深層曝気装置。
外筒は、有頂円筒体であり、下部に下降流を深層に吐出する吐出部を有し、
前記吐出部は、下降流を深層に吐出する吐出口に向かって徐々に狭まるように形成されることを特徴とする請求項１記載の深層曝気装置。
空気抜き管は、略Ｕ字形状の管体であり、外筒の上部の内側において上昇流の一部から分離した気泡が蓄積した空気溜まりに位置する空気入り口と、他方が外筒の上部の外側に位置する空気放出口と、外筒の上部に対して着脱自在となるように空気抜き管の周囲に設けられた取付部と、を有することを特徴とする請求項１記載の深層曝気装置。
空気抜き管は、外筒の上部の中央に配置された第１の空気抜き管と、前記第１の空気抜き管に隣接した位置に配置された第２の空気抜き管と、からなり、前記第１の空気抜き管の空気入り口よりも低い位置に前記第２の空気抜き管の空気入り口が配置されることを特徴とする請求項１又は３のいずれか一項に記載の深層曝気装置。