(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に浮遊させる浮体群を備え、該浮体群に波が作用することにより、該浮体群を経由させて上下層の水の交換を行い、混合させて水の浄化を図る水質改善装置において、
港外側浮体と港内側浮体との間に遊水室を設け、
前記港外側浮体は、港外側水域と前記遊水室とを連通させる水平方向の港外側導水路を備え、該港外側導水路の天井壁であって前記遊水室側の端縁部を該遊水室側の吃水を浅くした傾斜面で形成し、該港外側導水路の底面壁の前記遊水室側の端部にフィンを突設させ、
前記港外側浮体の遊水室側壁の下端部を下方に伸長させて港外側水路壁を形成し、
前記港内側浮体の遊水室側壁の下端部を前記港外側水路壁の下端部よりも下位まで伸長させて港内側水路壁を形成してあることを特徴とする水質改善装置。
【請求項２】
前記港内側浮体の上面を、港内側の端部が水面上に、港外側の端部が水面下に、それぞれ位置する傾斜路に形成してあることを特徴とする請求項１に記載の水質改善装置。
【請求項３】
前記港内側浮体の上部に、港内側と前記遊水室とを連通させる港内側導水路を形成してあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水質改善装置。
【請求項４】
前記遊水室の中央部に該遊水室を港内外の部分に区画する上下方向に伸長させた隔壁体を設け、
前記隔壁体の下端部を、前記港外側水路壁の下端部と港内側水路壁の下端部の間の高さまで伸長させてあることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の水質改善装置。
【請求項５】
水面に浮遊させる浮体群を備え、該浮体群に波が作用することにより、該浮体群を経由させて上下層の水の交換を行い、混合させて水の浄化を図る水質改善装置において、
港外側浮体と港内側浮体との間に遊水室を設け、
前記港外側浮体と港内側浮体のそれぞれには、前記遊水室と装置外部とを連通させる水平方向の導水路を備え、それぞれの導水路の天井壁であって遊水室側の端縁部を該遊水室側の吃水を浅くした傾斜面で形成し、これら導水路のそれぞれの底面壁の遊水室側の端部にフィンを突設させてあることを特徴とする水質改善装置。
【請求項６】
前記遊水室の中央部に該遊水室を港内外の部分に区画する上下方向に伸長させた隔壁体を設け、
前記港外側浮体と港内側浮体のそれぞれの遊水室側壁の下端部を下方に伸長させて、港外側水路壁と港内側水路壁とをそれぞれ形成し、
前記隔壁体の下端部を前記港外側水路壁と港内側水路壁の下端部よりも下位まで伸長させてあることを特徴とする請求項５に記載の水質改善装置。
【請求項７】
前記フィンは、遊水室側の自由端部が浮体側の基端部よりも下位となる状態に傾斜させてあることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の水質改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水域に設置する構造物であって、波エネルギーを利用することにより鉛直方向に対する水の交換を促進して、水質の浄化を図る水質改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内湾域等の閉鎖性海域では波浪が静穏であるため、魚貝や海苔、真珠等の魚介類の養殖が盛んに行われているが、養殖施設の過剰な設置により、あるいはこの海域への富栄養化水の流入などにより、当該海域の水質悪化が著しい。特に、夏季には深浅における水温層や塩分層の成層化が進み、安定した鉛直構造が形成されることから、海水循環が行われにくくなる。鉛直方向における海水の循環が阻害されると、上下層間の熱交換や、下層に沈んだ栄養塩類が浮上し難くなって栄養塩の循環が行われにくくなる。このため、富栄養化が促進されプランクトンの大量発生による赤潮や、酸素欠乏による青潮の発生が助長されることになる。
【０００３】
このため、閉鎖性海域における海水循環を強制的に行うことが重要となる。この海水循環を行わせるものとして、海水交換型防波堤などのように波エネルギーを利用して水平方向の循環混合により水質浄化を図るものは実用化されている。しかし、鉛直方向の循環を行う鉛直混合により水質浄化を図る水質改善装置は、未だ実用化を見ていないが、鉛直混合による水質改善装置について、鋭意研究がなされている。
【０００４】
例えば、電気エネルギーを利用したものとして、表層水を機械的に直接底層に送り込み、密度流による鉛直循環を発生させることにより低層の溶存酸素濃度の回復を図るようにした鉛直混合促進装置や、底層水を直接ポンプによりくみ上げ、それらにマイクロバブルを添加後排水することにより、水塊の密度差により底層の酸素濃度の改善を図ろうとするマイクロバブル発生装置、コンプレッサにより水中に空気を送り込み、エアバルブカーテンにより発生した上昇気泡により、密度成層の破壊による鉛直混合を促進するようにしたエアバルブカーテン装置等が提案されている。しかし、これら電気エネルギーを利用した装置では、局所的な改善は期待できるか、広い範囲での水質改善を企図する場合には設備コストが膨大となってしまうおそれがある。また、装置の維持・運転費等のランニングコストも大きく、設備コストと相俟って、よりコストを膨大化してしまうおそれがある。しかも、装置の運転を停止すると、当初の水質の状態に復元されてしまうことにもなる。
【０００５】
電気エネルギーを利用した装置では、水質改善の持続性に欠けることから、自然エネルギー、特に波エネルギーを利用する鉛直混合促進設備が提案されている（特許文献１参照。）この鉛直混合促進設備は、垂下版と、垂下版に接する遊水室と、遊水室の底面を区切る没水平板と、遊水室の下方に形成される鉛直流水路とを有し、垂下版の下端と没水平板との間に間隙があり、垂下版の下端が板圧中央面に対して非対称な楔形に形成された構造とされたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、電気エネルギーを利用した装置では、効果が局所的であって、運転・維持管理コストが大きいことから、波エネルギーを利用した装置が実用的であって、実現性が高いと言える。特許文献１に開示された鉛直混合促進設備においては、鉛直混合を期待できるが、上下層の密度差等によっては十分な効果を期待できないおそれがある。
【０００８】
そこで、この発明は、波エネルギーを利用して鉛直混合を促進することより、水質改善を図る水質改善装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る水質改善装置は、水面に浮遊させる浮体群を備え、該浮体群に波が作用することにより、該浮体群を経由させて上下層の水の交換を行い、混合させて水の浄化を図る水質改善装置において、港外側浮体と港内側浮体との間に遊水室を設け、前記港外側浮体は、港外側水域と前記遊水室とを連通させる水平方向の港外側導水路を備え、該港外側導水路の天井壁であって前記遊水室側の端縁部を該遊水室側の吃水を浅くした傾斜面で形成し、該港外側導水路の底面壁の前記遊水室側の端部にフィンを突設させ、前記港外側浮体の遊水室側壁の下端部を下方に伸長させて港外側水路壁を形成し、前記港内側浮体の遊水室側壁の下端部を前記港外側水路壁の下端部よりも下位まで伸長させて港内側水路壁を形成してあることを特徴としている。
【００１０】
波が寄せる場合には、前記港外側導水路を通過した海水は遊水室に達し、前記港内側水路壁と港外側水路壁とに案内されて下方に向かって流れ、下層に送り込まれる。波が返す際には、遊水室から港外側導水路を通って港外側に流出するが、一部の水は前記フィンにより円滑な流出が妨げられて、遊水室内に滞留する。このため、波の寄せ返しでは港外側の海水から遊水室に対する流入量と流出量とが異なることにより、海水の交換が促進される。
【００１１】
また、請求項２の発明に係る水質改善装置は、前記港内側浮体の上面を、港内側の端部が水面上に、港外側の端部が水面下に、それぞれ位置する傾斜路に形成してあることを特徴としている。
【００１２】
波が寄せる際には、前記傾斜路を越えて港内側に流入することになるから、これにより海水の交換が促進される。
【００１３】
また、請求項３の発明に係る水質改善装置は、前記港内側浮体の上部に、港内側と前記遊水室とを連通させる港内側導水路を形成してあることを特徴としている。
【００１４】
前記傾斜路に代えて導水路を設けたものであり、波はこの導水路を通って港内側に流入する。
【００１５】
また、請求項４の発明に係る水質改善装置は、前記遊水室の中央部に該遊水室を港内外の部分に区画する上下方向に伸長させた隔壁体を設け、前記隔壁体の下端部を、前記港外側水路壁の下端部と港内側水路壁の下端部の間の高さまで伸長させてあることを特徴としている。
【００１６】
前記隔壁体を挟んで、港外側水路と港内側水路が形成される。波が寄せる時には、前記外側導水路を通った海水は港外側水路によって下方に向かって流れる。他方、波が返す時には前記港内側水路によって下方に向かって流れる。このため、上層の海水が下層へ給送されて海水の交換が促進される。
【００１７】
また、請求項５の発明に係る水質改善装置は、水面に浮遊させる浮体群を備え、該浮体群に波が作用することにより、該浮体群を経由させて上下層の水の交換を行い、混合させて水の浄化を図る水質改善装置において、港外側浮体と港内側浮体との間に遊水室を設け、前記港外側浮体と港内側浮体のそれぞれには、前記遊水室と装置外部とを連通させる水平方向の導水路を備え、それぞれの導水路の天井壁であって遊水室側の端縁部を該遊水室側の吃水を浅くした傾斜面で形成し、これら導水路のそれぞれの底面壁の遊水室側の端部にフィンを突設させてあることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項６の発明に係る水質改善装置は、前記遊水室の中央部に該遊水室を港内外の部分に区画する上下方向に伸長させた隔壁体を設け、前記港外側浮体と港内側浮体のそれぞれの遊水室側壁の下端部を下方に伸長させて、港外側水路壁と港内側水路壁とをそれぞれ形成し、前記隔壁体の下端部を前記港外側水路壁と港内側水路壁の下端部よりも下位まで伸長させてあることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項７の発明に係る水質改善装置は、前記フィンは、遊水室側の自由端部が浮体側の基端部よりも下位となる状態に傾斜させてあることを特徴としている。
【００２０】
前記フィンは遊水室内に水平方向に伸長させた形状でも、遊水室内側を上位にして傾斜させて伸長させた形状でも構わないが、遊水室内側を下位にして傾斜させて伸長させた形状としたものである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係る水質改善装置によれば、波が寄せた場合には、港外側導水路から遊水室に導入され、該遊水室から下方へ流される。これにより、上層の海水が下層へ給送され、海水の交換が行われ鉛直方向での混合が促進される。
【００２２】
また、請求項２の発明に係る水質改善装置によれば、波が寄せた際には、前記傾斜路を容易に越波して、この水質改善装置よりも港内側に流入させることができるから、海水の交換がより促進される。
【００２３】
また、請求項３の発明に係る水質改善装置は、波が寄せた際には、前記港内側導水を通って港内側に流れ、海水の交換が促進される。
【００２４】
また、請求項４の発明に係る水質改善装置は、前記隔壁体を配設することにより、遊水室内の波浪共振が強くなり、下方への流れが促進される。
【００２５】
また、請求項６の発明に係る水質改善装置によれば、前記フィンを遊水室側が下位となる状態に傾斜させた形状としたから、海水が下方に流れるよう案内する方向となり、上層の海水は下方へ効率的に流れ、海水の交換がより促進される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明に係る水質改善装置の第１実施形態を示す斜視図であり、想像線で図３に示す実施形態についての構造を想像線で併記してある。
【図２】第1実施形態に係る水質改善装置の鉛直面で切断した断面図であり、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の第２実施形態に係る水質改善装置を示しており、図２に相当する断面図である。
【図４】この発明の第３実施形態に係る水質改善装置を示しており、図２に相当する断面図である。
【図５】この発明の第４実施形態に係る水質改善装置を示しており、図２に相当する断面図である。
【図６】この発明の第５実施形態に係る水質改善装置を示しており、図２に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係る水質改善装置を具体的に説明する。
【００２８】
図１及び図２には、この発明の第１実施形態に係る水質改善装置１を示してある。この水質改善装置１は浮体群によって構成されており、港外側浮体２と港内側浮体３とにより構成されている。これら港外側浮体２と港内側浮体３との間に遊水室４が設けられている。港外側浮体２には、港外側水域Ｏと遊水室４とを連通させる水平方向に伸長した港外側導水路５が形成されている。この港外側導水路５の天井壁の遊水室４側の端部には、該遊水室４側の吃水が浅くなるように傾斜させた傾斜面5aが形成されている。また、港外側導水路５の底面壁の遊水室４側の端部には、フィン６が設けられている。このフィン６は基端部が底面壁の端部に固定され、自由端部が遊水室４に突出して設けられており、自由端部側が基端部側よりも下位となるように傾斜させて設けられている。
【００２９】
前記港外側浮体２の遊水室４側の壁の下端部には下方に伸長させた港外側水路壁７が設けられている。また、前記港内側浮体３の遊水室４側の壁の下端部には下方に伸長させた港内側水路壁８が設けられている。図２に示すように、前記港内側水路壁８の下端部を前記港外側水路壁７の下端部よりも下位に位置づけてある。そして、これら港外側浮体２と港内側浮体３のそれぞれの上面はほぼ水平面に形成されており、吃水線WLが前記傾斜面5aの遊水室４側の端部近傍を通るようにしてある。
【００３０】
この第１実施型に係る水質改善装置１の場合、港外側水域Ｏから波が寄せると、海水は前記港外側導水路５を通過して遊水室４に導かれる。遊水室４に流れ込んだ海水は、該遊水室４内を下方に向かって流れる。このとき、遊水室４に達する海水は、前記フィン６に案内されて効率的に下方への流れが生成される。遊水室４内で下方への流れが形成されるため、港外側導水路５を通った上層の海水が下層へ流れて上下層の間で海水の交換が行われることになる。すなわち、鉛直混合が行われ、海水の浄化を果たし、水質が改善される。
【００３１】
また、波が返す場合には、遊水室４から港外側導水路５を通って港外側水域Ｏに流出する。このとき、遊水室４を上昇しようとする海水の一部は前記フィン６によって遮られて港外側導水路５に流入することが阻止される。このため、一部の海水が遊水室４内に残留し、次の寄せ波で遊水室４内を下方に向かって流れ、より下層へ給送されることになる。
【００３２】
図３には、第２に実施形態に係る水質改善装置10を示してある。この実施形態では、第1実施形態に係る水質改善装置１の遊水室４に鉛直方向に伸長させて、遊水室４を港外側室4oと港内側室4iとに区画する隔壁体11を配した構造としたものである。なお、第１実施形態に係る水質改善装置１の構造と同一の部位については同一の符号を付してある。
【００３３】
この第２実施形態に係る水質改善装置10では、隔壁体11を設けたことにより遊水室４内の波浪共振が強くなるため、寄せ波の際に遊水室４内において下方を向いた流れが強くなって、遊水室４内に導入された海水をより下層まで給送することができることになる。
【００３４】
図４に示す第３実施形態に係る水質改善装置20では、図３に示した第２実施形態に係る水質改善装置10の港内側浮体３の上面に傾斜面21aが形成された、港内側浮体21としたものである。この傾斜面21aは図４に示すように、遊水室４側の端部を港内側水域Ｉ側の端部よりも下位に位置付かせてある。なお、第２実施形態に係る水質改善装置10の構造と同一の部位については同一の符号を付してある。
【００３５】
この水質改善装置20によれば、波が寄せた場合に、前記傾斜面21aを越波することにより、海水交換が促進されることになる。
【００３６】
また、図５には第４実施形態に係る水質改善装置30を示してあり、図３に示した第２実施形態に係る水質改善装置10の港内側浮体３の上部に港内側導水路31aが形成された港内側浮体31とされたものである。この港内側導水路31aは港内側水域Ｉと遊水室４の港内側室4iとを連通させてあり、吃水線WLが、図５に示すように、この港内側導水路31a内を縦断する位置とされている。なお、第２実施形態に係る水質改善装置10の構造と同一の部位については同一の符号を付してある。
【００３７】
この第４実施形態に係る水質改善装置30にあっても、寄せた波が前記港内側導水路31aを通って港内側水域Ｉに流出することにより海水の交換が促進されることになる。
【００３８】
図６には、この発明に係る第５実施形態に係る水質改善装置40を示している。この第５実施形態に係る水質改善装置40は、前述した第１〜第４実施形態に係る水質改善装置１、10、20、30の港外側浮体２と隔壁体11を対称線として線対称となる断面形状の港内側浮体41を設けたものである。すなわち、この港内側浮体41には港内側導水路42が設けられ、その天井壁の港内側室4i側には傾斜面42aが形成されている。また、港内側導水路41の底面壁の港内側室4i側にはフィン43が設けられている。また、港内側浮遊体41の遊水室４側の壁の下端部には下方に伸長させた港内側水路壁44が設けられている。図6に示すように、前記港外側水路壁７の下端部と港内側水路壁44の下端部とはほぼ等しい高さに位置させてあり、前記隔壁体11の下端部がこれら水路壁７、44の下端部よりも下位に位置付かせてある。
【００３９】
この第５実施形態に係る水質改善装置40では、波が返す際に、港内側導水路41を通って港内側室4iに流れた海水は、該港内側室4iを下方へ向かって流れることになるから、この流れによって上層の海水が下層へ給送されることになって、波が返す際にも鉛直混合が行われる。
【００４０】
以上説明した第２〜第５の実施形態10、20、30、40では、いずれも隔壁体11を備えた構造として説明したが、この隔壁体11を備えていない構造であっても鉛直混合を行わせることができる。このため、この隔壁体11を備えていない構造としても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明に係る水質改善装置によれば、波エネルギーを利用することによって上下層の海水の鉛直混合を促進して、海水の浄化を行い、水質を改善することに寄与する。
【符号の説明】
【００４２】
Ｏ  港外側水域
Ｉ  港内側水域
WL  吃水線(Water line)
１  水質改善装置
２  港外側浮体
３  港内側浮体
４  遊水室
4o  港外側室
4i  港内側室
５  港外側導水路
5a  傾斜面
６  フィン
７  港外側水路壁
８  港内側水路壁
10  水質改善装置
11  隔壁体
20  水質改善装置
21  港内側浮体
21a  傾斜面
30  水質改善装置
31  港内側浮体
31a  港内側導水路
40  水質改善装置
41  港内側浮体
42  港内側導水路
42a  傾斜面
43  フィン
【図１】
0005466085.tif 000002
【図２】
0005466085.tif 000003
【図３】
0005466085.tif 000004
【図４】
0005466085.tif 000005
【図５】
0005466085.tif 000006
【図６】
0005466085.tif 000007