(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部（２ｂ）に落下孔（２ａ）が設けられることで、その内部に自然落下によって注入される流体（１０）が、前記落下孔（２ａ）の上方で周回しつつこの落下孔（２ａ）に流入し、渦（１１）となって形成される円筒タンク（２）と、
その上端（３ａ）が前記落下孔（２ａ）に連通するとともにその側壁（３ｂ）に複数の吸気孔（６）が穿設される直管型の内管（３）と、この内管（３）の周囲に設けられ前記内管（３）との間で閉鎖空間（１３）を形成するとともにこの閉鎖空間（１３）へ空気を流入する空気流入手段（７）が設けられる外管（４）と、からなり、前記内管（３）を通過する際に前記空気流入手段（７）及び前記複数の吸気孔（６）を介し、空気が前記渦（１１）の周囲から前記流体（１０）へ吸引され、この流体（１０）に気泡（１２）が形成される円筒型の下降管（５）と、
この下降管（５）の鉛直下方に配置され、前記気泡（１２）が形成された前記流体（１０）が落下し貯留される箱型の貯留槽（８）と、
前記貯留槽（８）の内部に浸漬され、前記貯留槽（８）に貯留された前記流体（１０）へ向かって前記超音波を発射することで前記気泡（１２）が圧壊される超音波発振器（９）と、を備え、
前記複数の吸気孔（６）は、前記円筒タンク（２）と前記下降管（５）の中心を中心として、第１の間隔を空けて穿設されるとともに、前記内管（３）の長手方向に沿って、第２の間隔を空けながら複数段設けられ、
前記貯留槽（８）に落下した前記流体（１０）は、その水面（１０ｂ）が、前記下降管（５）から鉛直下方に第３の間隔を空けるように前記貯留槽（８）に貯留されることで、前記水面（１０ｂ）に前記流体（１０）の落下によって乱れが発生し、前記貯留槽（８）に貯留された前記流体（１０）中にその周囲の前記空気から酸素が溶解されることを特徴とする水中酸素溶解装置（１）。
【請求項２】
前記超音波発振器（９）は、その長軸が水平方向に沿って配置され、
前記貯留槽（８）は、その壁面（８ｂ）又はその内部に、前記超音波発振器（９）の第１の発射面（１５）から発射される第１の超音波（以下、第１の入射波という。）を反射して第１の反射波を形成する反射体（１６）が備えられ、
この反射体（１６）は、前記第１の入射波と前記第１の反射波が合成されて第１の定在波（１７）が形成されるように、前記第１の発射面（１５）との間隔を空けて配置されることを特徴とする請求項１記載の水中酸素溶解装置（１ａ）。
【請求項３】
前記超音波発振器（１９）は、その第２の発射面（２４）が鉛直上方に向かって配置され、
前記貯留槽（８）は、前記第２の発射面（２４）から発射される第２の超音波（以下、第２の入射波という。）を反射して第２の反射波を形成する反射面が形成され、
前記第２の発射面（２４）は、前記第２の入射波と前記第２の反射波が合成されて第２の定在波（２５）が形成されるように、前記反射面との間隔を空けて配置されることを特徴とする請求項１記載の水中酸素溶解装置（２２）。
【請求項４】
前記超音波発振器（９，２３）は、少なくとも一端面に開口部を備える収容体（２０，２７）に収容されることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のいずれか１項に記載の水中酸素溶解装置（１ｄ，２２ａ）。
【請求項５】
前記超音波発振器（９，２３）は、その発射面に振動体（２６）が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のいずれか１項に記載の水中酸素溶解装置（１，２２）。
【請求項６】
円筒タンクの底部に落下孔が設けられることで、その内部に自然落下によって注入される流体が、前記落下孔の上方で周回しつつこの落下孔に流入し、渦となって形成される渦形成工程（Ｓ１）と、
その上端が前記落下孔に連通するとともにその側壁に複数の吸気孔が穿設される直管型の内管と、この内管の周囲に設けられ前記内管との間で閉鎖空間を形成するとともにこの閉鎖空間へ空気を流入する空気流入手段が設けられる外管と、からなる円筒型の下降管において、前記内管を通過する際に前記空気流入手段及び前記複数の吸気孔を介し、空気が前記渦の周囲から前記流体へ吸引され、この流体に気泡が形成される気泡形成工程（Ｓ２）と、
前記気泡が形成された前記流体が落下し貯留槽に貯留される貯留工程（Ｓ３）と、
前記貯留槽の内部に浸漬される超音波発振器から、前記貯留槽に貯留された前記気泡が形成された前記流体へ向かって前記超音波が発射されることで、前記気泡が圧壊される気泡圧壊工程（Ｓ４）と、を備え、
前記複数の吸気孔は、前記円筒タンクと前記下降管の中心を中心として、第１の間隔を空けて穿設されるとともに、前記内管の長手方向に沿って、第２の間隔を空けながら複数段設けられ、
前記貯留槽に落下した前記流体は、その水面が、前記下降管から鉛直下方に第３の間隔を空けるように前記貯留槽に貯留されることで、前記水面に前記流体の落下によって乱れが発生し、前記貯留槽に貯留された前記流体中にその周囲の前記空気から酸素が溶解されることを特徴とする水中酸素溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水質改善のための水中酸素溶解装置およびこれを用いた水中酸素溶解方法に係り、特に、自然流下によって形成される渦に空気が吸引されて気泡が発生し、超音波発振器でこの気泡を圧壊させることにより、水中に溶解する酸素濃度を増大させる水中酸素溶解装置およびこれを用いた水中酸素溶解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浄化設備や湖沼、ため池、ダム等の閉塞域における水質改善を目的に、水中に溶解する酸素の濃度を増加させる技術が利用されている。このような技術としては、「気泡」を利用したものが代表的である。これは、気体と液体の接触面積を増加させることで気体側から液体側への酸素移動量を増加させるという作用を有し、例えば、多孔質の散気管に圧縮空気を送気する方法や、回転羽根や気体噴流の回転によるせん断流を形成しその中に空気を送気する方法、あるいはマイクロバブルやナノバブルを発生させる方法が実施されている。
しかし、上記のような技術では、例えば、気体圧縮用の大型コンプレッサー等を必要とするため、装置が大掛かりになる。その結果、消費電力量やメンテナンスの手間が膨大なものになるという課題があった。
また、特に多孔質の散気管を利用する場合では、その細孔が水中の微粒子や不純物によって閉塞され気泡の発生効率が低下するという課題もあった。
さらに、回転羽根を利用する場合では、回転羽根を高速回転させるための消費電力の増大や、このときに起こるキャビテーションにより回転羽根の損傷と腐食が発生するという課題もあった。
そこで、このような課題を解決する目的で、近年、簡易な構成でありながら消費電力量等を抑制でき、気泡を効率良く発生させることが可能な気泡発生装置に関する技術が開発されており、それに関して既にいくつかの発明が開示されている。【０００３】
まず、特許文献１には、「排水処理装置」という名称で、気泡を効率良く発生可能な排水処理装置に関する発明が開示されている。
以下、特許文献１に開示された発明について説明する。特許文献１に開示された排水処理装置に関する発明は、多孔質の流動排水移送管を大気内に露出して設けてなる吸込式エアレータを備えたことを特徴とする。
このような特徴を有する排水処理装置によれば、発生する気泡の平均径を数１００μｍないし数１０μｍに微細化することができる。よって、排水と酸化ガス気泡との接触面積を従来方式の１０〜１００倍程度に高めることができ、さらに気泡の滞留時間を１０〜１００倍に増長することができる。したがって、溶解酸素量を飛躍的に増量することができる。【０００４】
次に、特許文献２には、「微小気泡発生装置」という名称で、簡便な構造の微小気泡発生装置に関する発明が開示されている。  特許文献２に開示された発明は、液体中に気体を導入し液体中に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置であって、液体を収容するための液体収容部と、液体収容部の液体中に配置され、液体出口部を有する液体噴出ノズルと、液体出口部の外縁部に配置され、気体出口部を有する気体吸引ノズルと、気体出口部から流出する気体の流量を制御する流量制御装置と、を備え、気体出口部を液体出口部より噴出される液体の流路内に配置し、気体出口部の下流縁部に負圧発生部を生じさせ、液体中に気体を自動吸引することを特徴とする。  このような特徴を有する微小気泡発生装置によれば、液体流路中に配置される物体の下流縁部にて生じる負圧発生現象を利用することによって、液体中に気体を自動吸引させ、コンプレッサーや圧縮ボンベなどの送気装置を設置する必要がなく、液体中に気体を導入することができる。すなわち、より簡便な装置構造で液体中に微小気泡を効率よく発生させることができる。【０００５】
次に、特許文献３には、「廃水処理装置」という名称で、下水や工場排水等の、活性汚泥を用いた生物学的処理を行う廃水処理装置に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明は、活性汚泥を用いた廃水処理装置において、散気装置を備えた反応タンク内に超音波発生手段を設置し、この超音波発生手段が、超音波振動体と超音波振動子ユニットを有し、かつ超音波振動体が気泡存在部に設置されていることを特徴とする。
このような特徴を有する廃水処理装置によれば、発生汚泥量の低減効果と、酸素溶解効率の向上を、反応タンク外部に大きな設備設置スペースを設けることなく同時に達成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−６４７９５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２０９８８号公報
【特許文献３】特開２００７−１１１５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された発明においては、極めて微小直径の気泡を発生させるために、多孔質管内部を流れる水の速度を速くすると同時に水量を多くする必要がある。また、多孔質管内部を流れる水に微粒子等が含まれていると、平均径が数１００μｍないし数１０μｍの気泡を発生させる場合、やはり細孔の閉塞が生じるものと考えられる。したがって、特許文献１に開示された発明では、装置が大掛かりになるという課題や気泡の発生効率が低下するという課題を十分に解決できていないおそれがある。【０００８】
次に、特許文献２に開示された発明においては、液体噴出ノズルから液体が噴出される際に形成される負圧発生部により、微細気泡（マイクロバブル）が形成される。しかし、液体収容部には初期状態として静止状態の液体が満たされており、このような液体と形成された微細気泡を混合するには、液体噴出ノズルからの噴出速度の大きい、例えば高圧水を使用する必要がある。したがって、この場合には、高圧水生成装置が必要となることから、装置が大掛かりになるという課題や消費電力量の増大という課題を十分に解決できていないおそれがある。【０００９】
さらに、特許文献３に開示された発明においては、超音波発生手段が備えられるが、微細気泡を発生させる散気装置は従来技術がそのまま利用されている。このため、水質によっては微細気泡の発生効率が低下するという課題を解決できていないおそれがある。【００１０】
本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、簡易な構成であるために消費電力量等を抑制可能でありながら、気泡を効率良く発生させるとともにこの気泡に含まれる酸素の流体中への移動を促進させることが可能な水中酸素溶解装置およびこれを用いた水中酸素溶解方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る水中酸素溶解装置は、底部に落下孔が設けられることで、その内部に自然落下によって注入される流体が、落下孔の上方で周回しつつこの落下孔に流入し、渦となって形成される円筒タンクと、その上端が落下孔に連通するとともにその側壁に複数の吸気孔が穿設される直管型の内管と、この内管の周囲に設けられ内管との間で閉鎖空間を形成するとともにこの閉鎖空間へ空気を流入する空気流入手段が設けられる外管と、からなり、内管を通過する際に空気流入手段及び複数の吸気孔を介し、空気が渦の周囲から流体へ吸引され、この流体に気泡が形成される円筒型の下降管と、この下降管の鉛直下方に配置され、気泡が形成された流体が落下し貯留される箱型の貯留槽と、貯留槽の内部に浸漬され、貯留槽に貯留された流体へ向かって超音波を発射することで気泡が圧壊される超音波発振器と、を備え、複数の吸気孔は、円筒タンクと下降管の中心を中心として、第１の間隔を空けて穿設されるとともに、内管の長手方向に沿って、第２の間隔を空けながら複数段設けられ、貯留槽に落下した流体は、その水面が、下降管から鉛直下方に第３の間隔を空けるように貯留槽に貯留されることで、水面に流体の落下によって乱れが発生し、貯留槽に貯留された流体中にその周囲の空気から酸素が溶解されることを特徴とする。
【００１２】
このような構成の発明においては、例えば、円筒タンクは上部開口部を備え、この上部開口部から流体が自然落下によって注入される。円筒タンクの底部に落下孔が設けられることから、注入された流体は、落下孔の上方で周回しつつ落下孔に流入し、渦が形成される。この渦のくぼんだ内表面から流体中へ空気が取り込まれる。【００１３】
次に、落下孔に流入した流体は、下降管を構成する内管を通過する。この場合、渦の内表面から取り込まれた空気が、渦の先端から離脱することで流体中に気泡が形成される。また、下降管は、空気流入手段及び複数の吸気孔を介し、空気を外管から内管内へ導入可能に構成されている。一方、渦はその半径方向に沿って中心部に近づくほど負圧が増大する。そのため、流体が内管を下方へ向かって通過する際に、渦の内部へ空気が吸引されてさらに気泡が形成される。【００１４】
そして、気泡が形成された流体は、内管を通過した後、貯留槽に落下し貯留される。このとき、気泡は、貯留槽の内部へ拡散するように移動する。【００１５】
続いて、貯留槽に拡散する途中の気泡に対し、超音波発振器の発射面から発射された超音波が照射されると、キャビテーションが発生する。このキャビテーションにおいては、発射された超音波の音圧（振幅）が周期的に変化する場合に、流体中において気泡の発生と消滅が繰り返される。したがって、キャビテーションによって発生した気泡と、内管を通過した流体中に形成された気泡と、のいずれもが圧壊されるため、貯留槽に貯留された流体に酸素が溶解する。【００１６】
次に、第２の発明は、第１の発明において、超音波発振器は、その長軸が水平方向に沿って配置され、貯留槽は、その壁面又はその内部に、超音波発振器の第１の発射面から発射される第１の超音波（以下、第１の入射波という。）を反射して第１の反射波を形成する反射体が備えられ、この反射体は、第１の入射波と第１の反射波が合成されて第１の定在波が形成されるように、第１の発射面との間隔を空けて配置されることを特徴とする。
このような構成の発明においては、反射体は、平面を有する構造である。超音波発振器の長軸が水平方向に沿って配置されるため、反射体の平面は水平方向に直交する鉛直方向に沿って設置される。
また、第１の定在波に形成される「節」と「腹」は、それぞれ超音波の音圧が最大と最小となることから、この「節」と流体が落下する位置が一致するように、下降管と反射体と超音波発振器を水平方向において配置することで、最も効率的に気泡が圧壊される。【００１７】
さらに、第３の発明は、第１の発明において、超音波発振器は、その第２の発射面が鉛直上方に向かって配置され、貯留槽は、第２の発射面から発射される第２の超音波（以下、第２の入射波という。）を反射して第２の反射波を形成する反射面が形成され、第２の発射面は、第２の入射波と第２の反射波が合成されて第２の定在波が形成されるように、反射面との間隔を空けて配置されることを特徴とする。
このような構成の発明においては、反射面とは、例えば貯留槽に貯留された流体の水面が考えられる。水面では、第２の入射波が反射して第２の定在波が形成されるからである。なお、反射面の貯留槽の底部からの高さ位置は、超音波の波長と、貯留槽に貯留される流体の水位と、を調整することで決定される。
上記構成の発明においては、第２の定在波においても、「節」と「腹」形成されるため、気泡が含まれる流体が「節」に到達するとき、最も効率的に気泡が圧壊される。【００１８】
そして、第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、超音波発振器は、少なくとも一端面に開口部を備える収容体に収容されることを特徴とする。
このような構成の発明においては、第１乃至第３のいずれかの発明の作用に加えて、超音波発振器の前方に集中して伝播する以外の超音波が、収容体によって球面波として流体中に伝播することが抑制される。すなわち、伝播を抑制された超音波は、収容体や水面によって反射し、収容体内で水流を発生させる。この水流は開口部を介して貯留槽内に緩やかに拡散する。【００１９】
そして、第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、超音波発振器は、その発射面に振動体が設けられることを特徴とする。
このような構成の発明においては、超音波発振器の発射面から発射された超音波の周波数に振動体が共振する場合に、超音波の振幅が増大してその圧力が増大する。したがって、少ない投入エネルギーで、より多くの気泡を確実に圧壊する。【００２０】
そして、第６の発明に係る水中酸素溶解方法は、円筒タンクの底部に落下孔が設けられることで、その内部に自然落下によって注入される流体が、落下孔の上方で周回しつつこの落下孔に流入し、渦となって形成される渦形成工程（Ｓ１）と、その上端が落下孔に連通するとともにその側壁に複数の吸気孔が穿設される直管型の内管と、この内管の周囲に設けられ内管との間で閉鎖空間を形成するとともにこの閉鎖空間へ空気を流入する空気流入手段が設けられる外管と、からなる円筒型の下降管において、内管を通過する際に空気流入手段及び複数の吸気孔を介し、空気が渦の周囲から流体へ吸引され、この流体に気泡が形成される気泡形成工程（Ｓ２）と、気泡が形成された流体が落下し貯留槽に貯留される貯留工程（Ｓ３）と、貯留槽の内部に浸漬される超音波発振器から、貯留槽に貯留された気泡が形成された流体へ向かって超音波が発射されることで、気泡が圧壊される気泡圧壊工程（Ｓ４）と、を備え、複数の吸気孔は、円筒タンクと下降管の中心を中心として、第１の間隔を空けて穿設されるとともに、内管の長手方向に沿って、第２の間隔を空けながら複数段設けられ、貯留槽に落下した流体は、その水面が、下降管から鉛直下方に第３の間隔を空けるように貯留槽に貯留されることで、水面に流体の落下によって乱れが発生し、貯留槽に貯留された流体中にその周囲の空気から酸素が溶解されることを特徴とする。
このような構成の発明においては、第１の発明と同様の作用を有する。  
【発明の効果】
【００２１】
第１の発明によれば、円筒タンクと下降管により、流体の自然流下によって、流体の内部に多くの気泡を形成することができる。すなわち、従来技術のような多孔質管やコンプレッサー等が不要であることから、簡易な構成を実現しており、装置が大掛かりになることを防止可能である。そのため、安価に製造可能であるとともに、消費電力量等を抑制可能である。
また、多孔質管が不要であることは、細孔の目詰まりによって気泡の発生効率が低下することを防止可能である。したがって、気泡を効率良く発生させることが可能となる。
さらに、貯留槽に貯留された流体中の気泡を、超音波発振器によって圧壊することにより、この気泡に含まれる酸素の流体中への移動を促進させることが可能となる。なお、貯留槽に貯留された流体中の気泡には、キャビテーションによって発生した気泡と、内管を通過した流体中に形成された気泡と、が含まれることから、超音波発振器と、円筒タンクと、下降管と、が備えられることにより、酸素の溶解効率を増大させることができる。【００２２】
第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、第１の定在波に形成される「節」と流体が落下する位置を一致させることで、最も効率的に気泡が圧壊されるため、流体への酸素の溶解濃度をより一層高めることができる。【００２３】
第３の発明によれば、第２の発明の効果と同様の効果を発揮できる。【００２４】
第４の発明によれば、第１乃至第３のいずれかの発明の効果に加えて、収容体内で発生した水流が開口部を介して貯留槽内に拡散するため、貯留槽に貯留された流体が撹拌されて、貯留槽の内部における酸素の溶解濃度を均一にすることが可能である。【００２５】
第５の発明によれば、第１乃至第４のいずれかの発明の効果に加えて、超音波発振器の消費電力量を軽減できるとともに、流体中への酸素の溶解濃度をより向上させることができる。【００２６】
第６の発明によれば、第１の発明と同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１に係る水中酸素溶解装置の構成図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図及びＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】実施例１に係る水中酸素溶解装置を構成する円筒タンクと下降管の縦断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１に係る水中酸素溶解装置の溶解酸素濃度及び消費電力量を従来技術と比較した結果である。
【図５】（ａ）は実施例１の第１の変形例に係る水中酸素溶解装置の構成図であり、（ｂ）はこれを構成する超音波発振器の作用を説明するための説明図である。
【図６】実施例１の第２の変形例に係る水中酸素溶解装置を構成する円筒タンクと下降管の縦断面図である。
【図７】（ａ）は実施例１の第３の変形例に係る水中酸素溶解装置の構成図であり、（ｂ）はこれを構成する超音波発振器の作用を説明するための説明図である。
【図８】実施例１の第４の変形例に係る水中酸素溶解装置を構成する超音波発振器を上方から視た場合の側面図である。
【図９】（ａ）は実施例２に係る水中酸素溶解装置の構成図であり、（ｂ）はこれを構成する超音波発振器の作用を説明するための説明図である。
【図１０】実施例２の変形例に係る水中酸素溶解装置を構成する超音波発振器の側面図である。
【図１１】実施例３に係る水中酸素溶解方法の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２８】
本発明の実施の形態に係る実施例１の水中酸素溶解装置について、図１乃至図８を用いて詳細に説明する。図１は、実施例１に係る水中酸素溶解装置の構成図である。
図１に示すように、本実施例に係る水中酸素溶解装置１は、底部２ｂに落下孔２ａが設けられることで、その内部に注入される流体１０が渦１１（図３を参照）となって形成される円筒タンク２と、その上端３ａが落下孔２ａに連通するとともにその側壁３ｂに複数の吸気孔６（図３を参照）が穿設される内管３と、この内管３の周囲に設けられ内管３との間で閉鎖空間１３を形成するとともにこの閉鎖空間１３へ空気を流入する空気流入手段７が設けられる外管４と、からなり、内管３を通過する際に空気流入手段７及び複数の吸気孔６を介し、空気が渦１１の周囲から流体１０へ吸引され、この流体１０に気泡１２が形成される円筒型の下降管５と、この下降管５の鉛直下方に配置され、気泡１２が形成された流体１０が落下し貯留される箱型の貯留槽８と、貯留槽８の内部に浸漬され、貯留槽８に貯留された流体１０へ向かって超音波を発射することで気泡１２が圧壊される（図中星印、以下本願において同じ）超音波発振器９と、を備える。
このうち、底部２ｂの反対側（図１における上方）の端面は、上方開口部２ｄを形成する。また、貯留槽８は、その面が鉛直方向Ｖに沿って配置される側壁８ａ，８ｂを備える。そして、超音波発振器９は、超音波振動子９ａと、ホーン９ｂと、からなり、フランジ１４ａを備える格納容器１４に格納された状態で、その長軸Ｘが水平方向Ｈに沿って、側壁８ｂと間隔Ｌを空けて配置される。より詳細には、ホーン９ｂとフランジ１４ａは互いに固定されているため、超音波発振器９は、フランジ１４ａを介して貯留槽８の側壁８ａによって支持される構造となっている。
また、空気流入手段７としては、例えば、空気流入量調整バルブが用いられ、閉鎖空間１３への空気の流入量を自在に調節可能である。【００２９】
次に、実施例１に係る水中酸素溶解装置を構成する円筒タンクと下降管について、図２を用いてさらに説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図及びＢ−Ｂ線矢視断面図である。なお、図１で示した構成要素については、図２においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図２（ａ）に示すように、本実施例に係る水中酸素溶解装置１を構成する円筒タンク２は、底部２ｂと、その周縁に設けられる側壁２ｃと、底部２ｂの略中央に開口する落下孔２ａと、からなる。なお、落下孔２ａは、底部２ｂの略中央以外にも、底部２ｂのいずれの位置に設けられても良い。
また、図２（ｂ）に示すように、本実施例に係る水中酸素溶解装置１を構成する下降管５は、内管３と外管４の間に閉鎖空間１３が形成される。そして、内管３には、円筒タンク２（図２（ａ）を参照）と下降管５の中心Ｃを中心として９０度の間隔を空けて複数の吸気孔６が穿設される。なお、複数の吸気孔６は、マイクロバブルやナノバブルを発生させるような微細孔ではなく、例えば、直径１ｍｍ程度の気泡を発生可能なサイズを有していれば良い。また、複数の吸気孔６は、内管３の長手方向に沿って、一定間隔を空けながら複数段設けられる。ただし、この段数については、特に具体的な制限はない。【００３０】
続いて、実施例１に係る水中酸素溶解装置を構成する円筒タンクと下降管の作用について、図３を用いながら詳細に説明する。図３は、実施例に係る水中酸素溶解装置を構成する円筒タンクと下降管の縦断面図である。なお、図１及び図２で示した構成要素については、図３においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図３に示すように、円筒タンク２の上方開口部２ｄから流体１０が自然落下によって注入されると、底部２ｂに落下孔２ａが設けられることから、注入された流体１０は、落下孔２ａの上方で周回しつつ落下孔２ａに流入し始め、この落下孔２ａ付近で下降流１１ａが発生する。さらに、流体１０の落下孔２ａへの流入が進むと周回する流体１０の中心にくぼみ１０ａができて回転流１１ｂが形成され、この下降流１１ａと回転流１１ｂの相互作用による渦１１が形成される。このように、流体１０が円筒タンク２に注水されることによって形成される渦１１は、流体１０が高所から低所へ自然流下することで形成されるいわゆるバスタブ渦である。なお、くぼみ１０ａからは流体１０中へ空気が取り込まれる。【００３１】
次に、落下孔２ａに流入した流体１０は、下降管５を構成する内管３を通過する。この場合、くぼみ１０ａから取り込まれた空気が、渦１１の先端から離脱することで流体１０中に気泡１２ａが形成される。
また、下降管５は、空気流入手段７及び複数の吸気孔６を介し、空気を外管４から内管３内へ導入可能に構成されている。一方、渦１１はその半径方向に沿って中心部に近づくほど負圧が増大する。そのため、流体１０が内管３を下方へ向かって通過する際に、渦１１の回転流１１ｂと前述した負圧によって、渦１１の内部へ空気が吸引され気泡１２ｂが形成される。より詳細には、渦１１の底部において直径が１（ｍｍ）程度の気泡１２ｂが形成される。なお、気泡１２ｂの直径は、空気流入手段７の空気流入量や複数の吸気孔６のサイズ等に依存するものである。また、渦１１の内表面が回転することと、この内表面の気層と液層の境界において乱れが生じることにより、この液層において気層の酸素が渦１１に溶解される。
さらに、気泡１２ａ，１２ｂが形成された流体１０は、内管３を通過した後、貯留槽８（図１参照）に落下し貯留される。なお、図１における気泡１２は、図２における気泡１２ａと、気泡１２ｂと、からなるものである。流体１０が落下すると、気泡１２ａ，１２ｂは、貯留槽８の内部へ拡散するように移動する。さらに、貯留された流体１０の水面１０ｂに流体１０の落下によって乱れが発生することで、流体１０中に周囲の空気から酸素が溶解される。【００３２】
続いて、貯留槽８に貯留された流体１０に対し、超音波発振器９（図１参照）から発射された超音波が照射されると、キャビテーションが発生する。このキャビテーションにおいては、発射された超音波の音圧（振幅）が周期的に変化する場合に、流体１０中において気泡の発生と消滅が繰り返される。したがって、キャビテーションによって発生した気泡（図示せず）と、内管３を通過した流体１０中に形成された気泡１２ａ，１２ｂと、のいずれもが圧壊される。したがって、貯留槽８に貯留された流体１０に、キャビテーションによって発生した気泡から供給される酸素と、気泡１２ａ，１２ｂから供給された酸素と、が溶解する。すなわち、気泡１２ａ，１２ｂから供給された分だけ、より多くの酸素が流体１０中へ溶解することになる。
なお、貯留槽８の側壁８ｂ（図１参照）は、超音波発振器９から発射された第１の入射波と側壁８ｂによって反射される第１の反射波が合成されて第１の定在波が形成されるように、超音波発振器９との間隔Ｌ（図１参照）を空けて配置される。そのため、この定在波の「節」に下降管５の中心Ｃを一致させることで気泡１２ａ，１２ｂ等の圧壊の効率を最大とすることができる。ただし、第１の定在波が形成されなければ、気泡１２ａ，１２ｂ等を圧壊できないということではなく、第１の定在波の形成によって圧壊の効率を向上させることが可能となるということである。そのため、間隔Ｌによっては、第１の定在波が形成されなくても、気泡１２ａ，１２ｂ等が十分に圧壊される。このような圧壊の効率を最大とする効果については、後述する。【００３３】
次に、実施例１に係る水中酸素溶解装置と従来技術との効果を比較した実験結果について、図４を用いて詳細に説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ実施例１に係る水中酸素溶解装置の溶解酸素濃度及び消費電力量を従来技術と比較した結果である。
図４（ａ）は、水中に溶解する酸素の増加量（溶存酸素増加量Δ）をプロットしたグラフであって、横軸が経過時間（分）、縦軸が溶存酸素増加量（ｍｇ／Ｌ）である。グラフ中の白黒丸印が実施例１に係る水中酸素溶解装置１、四角印が従来技術に係るばっき装置（以下、装置αという。）、白丸印が従来技術に係るばっきと超音波照射を組み合わせた装置（以下、装置βという。）、の結果をそれぞれ示している。なお、このとき使用された水の量は、いずれも４（Ｌ）である。
図４（ａ）において、経過時間３０（分）における溶存酸素増加量Δ（ｍｇ／Ｌ）に注目すると、実施例１に係る水中酸素溶解装置１は、装置α，βと比較して、それぞれ２．４倍（≒５．３／２．２）、１．８倍（≒５．３／３．０）となった。
さらに、経過時間３０（分）における装置αの溶存酸素増加量Δである２．２（ｍｇ／Ｌ）と等しい溶存酸素増加量Δとなるために必要な経過時間（分）は、装置βではおよそ１６．４（分）、実施例１に係る水中酸素溶解装置１ではおよそ３．１（分）であった。すなわち、実施例１に係る水中酸素溶解装置１では、装置α，βと比較して、それぞれ１／１０（≒３．１／３０）、１／５倍（≒３．１／１６．４）に経過時間が短縮された。【００３４】
また、図４（ｂ）は、実施例１に係る水中酸素溶解装置１、装置α、装置βについて、溶存酸素増加量Δが２．２（ｍｇ／Ｌ）となるまでに必要な経過時間（分）と、消費電力量（Ｗｈ）と、消費電力量比を示した表である。
図４（ｂ）の消費電力量比に示すように、実施例１に係る水中酸素溶解装置１では、装置αと比較して、約０．２６倍に消費電力量が軽減された。
このように、実施例１に係る水中酸素溶解装置１によれば、従来技術と比較して溶存酸素増加量Δの増加と消費電力量の軽減という点において、顕著な優位性を発揮する結果となった。【００３５】
以上説明したように、本実施例の水中酸素溶解装置１によれば、円筒タンク２と下降管５により、流体１０の自然流下によって、流体１０の内部に多くの気泡１２ａ，１２ｂを形成することができる。すなわち、気泡を形成するために、従来技術で必要とされたコンプレッサーや散気管、あるいは回転羽根といった動的機器が不要である。また、このとき、空気流入手段７の空気流入量の調節や複数の吸気孔６のサイズによって、閉鎖空間１３への空気の流入量を自在に調節可能であることから、気泡１２ｂのサイズを増減させることができる。また、円筒タンク２に注入する流体１０の速度や、複数の吸気孔６の個数を増加させることによって、気泡１２ａ，１２ｂの数をそれぞれ増加させることができる。なお、複数の吸気孔６は、マイクロバブル等を発生させる微細孔ではないことから、流体１０中の微粒子や不純物が複数の吸気孔６に詰まって、気泡１２ｂの発生効率が低下するおそれがない。
また、水中酸素溶解装置１によれば、キャビテーションによって発生した気泡と、気泡１２ａ，１２ｂを、超音波発振器９によって圧壊することにより、多くの酸素を流体１０中へ溶解させることが可能となる。そして、流体１０へ移動した酸素は、流体１０中に含まれる有害物質や細菌を分解し、水質浄化が可能となる。
このように、水中酸素溶解装置１によれば、簡易な構成でありながら、図４に示したように、従来技術と比較して、酸素の溶解効率を顕著に向上させると同時に消費電力量を著しく軽減することが可能である。そのため、容易な導入が可能であり、水中における酸素の溶解量が増大することで、好気性微生物による汚染物質の生分解作用が促進される等して、水環境の水質改善に大きく寄与し得るものである。【００３６】
次に、実施例１の第１の変形例に係る水中酸素溶解装置について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は実施例１の第１の変形例に係る水中酸素溶解装置の構成図であり、図５（ｂ）はこれを構成する超音波発振器の作用を説明するための説明図である。なお、図１乃至図３で示した構成要素については、図５においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図５（ａ）に示すように、実施例１の第１の変形例に係る水中酸素溶解装置１ａにおいては、超音波発振器９は、その長軸Ｘが水平方向Ｈに沿って配置され、貯留槽８（図１を参照）は、その内部に、超音波発振器９の第１の発射面１５から発射される第１の入射波を反射して第１の反射波を形成する反射体１６を備えている。なお、第１の発射面１５とは、ホーン９ｂの先端面である。
図５（ｂ）に示すように、反射体１６は、第１の入射波と第１の反射波が合成されて第１の定在波１７が形成されるように、第１の発射面１５との間隔Ｌ１を空けて配置される。なお、反射体１６は、平面を有する剛壁であって、図示しない支持部材によって貯留槽８（図１を参照）に固定される。また、超音波発振器９の長軸Ｘが水平方向Ｈに沿って配置されるため、反射体１６の平面は鉛直方向Ｖに沿って設置される。
水中酸素溶解装置１ａにおけるこの他の構成は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。【００３７】
このような構成の水中酸素溶解装置１ａにおいては、第１の定在波１７は、λ１／４（λ１は超音波発振器９から発射される超音波が貯留槽８内部に貯留された流体１０中を伝播する場合の波長である。）ごとに、振幅がゼロとなる節１７ａと、振幅が最大となる腹１７ｂが繰り返して形成される。この節１７ａと腹１７ｂでは、それぞれ超音波の音圧が最大と最小となることから、節１７ａと下降管５から流体１０が落下する位置が一致するように、水平方向Ｈにおいて、下降管５と反射体１６と超音波発振器９を配置することで、最も効率的に気泡１２ａ，１２ｂ等を圧壊することができる。なお、貯留槽８に貯留された流体１０の深さ方向（鉛直方向Ｖ）については、超音波発振器９の高さ位置が、落下した流体１０が到達可能な最大深度と水面１０ｂの間であれば、特に制限されない。
水中酸素溶解装置１ａにおけるこの他の作用及び効果は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。【００３８】
さらに、実施例１の第２の変形例に係る水中酸素溶解装置について、図６を用いて説明する。図６は、実施例１の第２の変形例に係る水中酸素溶解装置を構成する円筒タンクと下降管の縦断面図である。なお、図１乃至図５で示した構成要素については、図６においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図６に示すように、実施例１の第２の変形例に係る水中酸素溶解装置１ｂでは、水中酸素溶解装置１において、円筒タンク２の落下孔２ａに沿って環状の突起１８が周設される。突起１８は、縦断面が略三角形状をなし、中心Ｃへ向かって突出して設けられる。
水中酸素溶解装置１ｂにおけるこの他の作用及び効果は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。【００３９】
このような構成の水中酸素溶解装置１ｂにおいては、突起１８が設けられることで落下孔２ａの直径が狭められるため、突起１８の直下で小渦１１ｃが発生する。この小渦１１ｃによって、気泡１２ａのうち、一部の気泡１２ｃ（黒丸印）が撹拌されて消滅し、その際に気泡１２ｃに含まれる酸素が流体１０に溶解する。したがって、水中酸素溶解装置１ｂによれば、水中酸素溶解装置１よりも酸素の溶解効率を向上させることができる。
水中酸素溶解装置１ｂにおけるこの他の作用及び効果は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。【００４０】
次に、実施例１の第３の変形例に係る水中酸素溶解装置について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、実施例１の第３の変形例に係る水中酸素溶解装置の構成図であり、図７（ｂ）はこれを構成する超音波発振器の作用を説明するための説明図である。なお、図１乃至図６で示した構成要素については、図７においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図７（ａ）に示すように、実施例１の第３の変形例に係る水中酸素溶解装置１ｃは、実施例１に係る水中酸素溶解装置１に対して円筒タンク２と下降管５等を増設するとともに、超音波発振器９の代わりに超音波発振器１９を備える。超音波発振器１９は、超音波発振器９のホーン９ｂよりも長いホーン１９ａを備えるが、これ以外は超音波発振器９と同様の構造である。
図７（ｂ）に示すように、節１７ａを少なくとも２個備える第１の定在波１７が形成されるように、反射体１６は第１の発射面１５（ホーン１９ａの先端面）との間隔Ｌ２を空けて配置される。そして、２個の節１７ａの直上には、それぞれ円筒タンク２と下降管５等が配置される。なお、λ１は超音波発振器９から発射される超音波が貯留槽８内部に貯留された流体１０中を伝播する場合の波長であり、λ２は上記超音波がホーン１９ａを伝播する場合の波長である。
水中酸素溶解装置１ｃにおけるこの他の構成は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。  
【００４１】
このような構成の水中酸素溶解装置１ｃにおいては、円筒タンク２と下降管５等を増設されるとともに、これらが２個の節１７ａの直上に配置されるため、実施例１に係る水中酸素溶解装置１と比較して、円筒タンク２に注入される流体１０の量が増加し気泡１２の発生量も増加する。したがって、水中酸素溶解装置１ｃによれば、単位時間当たりの酸素の溶解濃度を増加させることができる。
水中酸素溶解装置１ｃにおけるこの他の作用及び効果は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。  
【００４２】
次に、実施例１の第４の変形例に係る水中酸素溶解装置について、図８を用いて説明する。図８は、実施例１の第４の変形例に係る水中酸素溶解装置を構成する超音波発振器を上方から視た場合の側面図である。なお、図１乃至図７で示した構成要素については、図８においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図８に示すように、実施例１の第４の変形例に係る水中酸素溶解装置１ｄにおいては、その長軸Ｘが水平方向Ｈに沿って配置される超音波発振器９は、一端面に開口部２０ａを備える収容体２０に収容される。この収容体２０は、開口部２０ａ以外は、閉鎖面からなる箱状体であって、図示しない支持部材によって貯留槽８（図１参照）に固定される。
水中酸素溶解装置１ｄにおけるこの他の構成は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。【００４３】
このような構成の水中酸素溶解装置１ｄにおいては、超音波発振器９の前方に集中して伝播する以外の超音波が、球面波として流体１０（図１を参照）中に伝播することが抑制される。すなわち、超音波発振器９の前方に伝播する超音波は収容体２０内で直進する水流２１ａを発生させるとともに気泡１２ａ，１２ｂ（図３を参照）等を圧壊し、これにより酸素が流体１０に溶解する。
一方、伝播を抑制された超音波は、球面波として伝播した後収容体２０や水面１０ｂ（図中手前側に存在する）によって反射し、収容体２０内で水流２１ｂを発生させる。次に、水流２１ｂと、水流２１ａが収容体２０等によって反射した水流（図示せず）が合流した水流２１ｃが、開口部２０ａを介して貯留槽８内に緩やかに拡散する。そのため、専ら前方に伝播する超音波に起因して形成された溶解酸素を含む流体１０が超音波発振器９の周辺に留まることが防止される。
したがって、水中酸素溶解装置１ｄによれば、収容体２０内で発生した水流２１ｃが開口部２０ａを介して貯留槽８内に拡散するため、貯留槽８に貯留された流体１０が撹拌されて、貯留槽８の内部における酸素の溶解濃度を均一にすることが可能である。
水中酸素溶解装置１ｄにおけるこの他の作用及び効果は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。
【実施例２】
【００４４】
本発明の実施の形態に係る実施例２の水中酸素溶解装置について、図９及び図１０を用いて詳細に説明する。図９（ａ）は実施例２に係る水中酸素溶解装置の構成図であり、図９（ｂ）はこれを構成する超音波発振器の作用を説明するための説明図である。なお、図１乃至図８で示した構成要素については、図９においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図９（ａ）に示すように、実施例２に係る水中酸素溶解装置２２は、実施例１に係る水中酸素溶解装置１において、超音波発振器９の代わりに超音波発振器２３を備える。超音波発振器２３は、超音波振動子２３ａと、ホーン２３ｂと、からなり、その第２の発射面２４（ホーン２３ａの先端面）が鉛直上方に向かって配置される。また、貯留槽８は、第２の発射面２４から発射される第２の入射波を反射して第２の反射波を形成する反射面が形成される。なお、この反射面とは、水面１０ｂである。
また、図９（ｂ）に示すとおり、第２の発射面２４は、第２の入射波と第２の反射波が合成されて第２の定在波２５が形成されるように、水面１０ｂとの間隔Ｌ３を空けて配置される。この第２の定在波２５も、第１の定在波１７と同様に、λ１／４（λ１は超音波発振器２３から発射される超音波が貯留槽８内部に貯留された流体中を伝播する場合の波長である。）ごとに、節２５ａと腹２５ｂが繰り返して形成される。ただし、水中酸素溶解装置１と同様に、間隔Ｌ３によっては、第２の定在波が形成されなくても、気泡１２ａ，１２ｂ等が十分に圧壊される。
さらに、超音波発振器２３は、格納容器１４ｂに収容され、その第２の発射面２４に板状の振動体２６が覆設される。振動体２６は、格納容器１４ｂの上面を形成するものであって、第２の発射面２４に対して平行に設置される。
振動体２６を効率良く共振させるために、第２の発射面２４と板状の振動体２６とは面接触していることが望ましい。
水中酸素溶解装置２２におけるこの他の構成は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。【００４５】
このような構成の水中酸素溶解装置２２においては、下降管５から落下した流体１０を、節２５ａの位置に投入すると、キャビテーションによって発生した気泡と気泡１２ａ，１２ｂが効率良く圧壊される。さらに、超音波発振器２３の第２の発射面２４から発射された超音波の周波数に振動体２６が共振する場合に、超音波の振幅が増大してその圧力が増大する。
したがって、水中酸素溶解装置２２によれば、少ない投入エネルギーで、より多くの気泡１２ａ，１２ｂ等を確実に圧壊することが可能となる。すなわち、超音波発振器２３の消費電力量を軽減できるとともに、流体１０中への酸素の溶解濃度をより向上させることができる。
水中酸素溶解装置２２におけるこの他の作用及び効果は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。【００４６】
続いて、実施例２の変形例に係る水中酸素溶解装置について、図１０を用いて詳細に説明する。図１０は、実施例２の変形例に係る水中酸素溶解装置を構成する超音波発振器の側面図である。なお、図１乃至図９で示した構成要素については、図１０においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１０に示すように、実施例２の変形例に係る水中酸素溶解装置２２ａは、実施例２の水中酸素溶解装置２２において、振動体２６が省略されるとともに、超音波発振器２３は、両端面にそれぞれ開口部２７ａ，２７ｂを備える筒状の収容体２７に収容される。この収容体２７は、図示しない支持部材によって貯留槽８（図１参照）に固定される。
水中酸素溶解装置２２ａにおけるこの他の構成は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。【００４７】
このような構成の水中酸素溶解装置２２ａにおいては、水流２１ｂと、水流２１ａが収容体２７と水面１０ｂによって反射した水流（図示せず）が合流した水流２１ｃが、開口部２７ｂを介して貯留槽８内に緩やかに拡散する。
したがって、水中酸素溶解装置２２ａによれば、貯留槽８に貯留された流体１０が撹拌されて、貯留槽８の内部における酸素の溶解濃度を均一にすることが可能である。
水中酸素溶解装置２２ａにおけるこの他の作用及び効果は、実施例１の水中酸素溶解装置１と同様である。
【実施例３】
【００４８】
続いて、本発明の実施の形態に係る実施例３の水中酸素溶解方法について、図１１を用いて詳細に説明する。図１１は、実施例３に係る水中酸素溶解方法の工程図である。なお、図１乃至図１０で示した構成要素については、図１１においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１１に示すように、実施例３に係る水中酸素溶解方法２８は、ステップＳ１の渦形成工程、ステップＳ２の気泡形成工程、ステップＳ３の貯留工程、ステップＳ４の気泡圧壊工程、から構成される。なお、本実施例中で示される符号は、それぞれ図１乃至図１０で示した符号を意味するものである。
ステップＳ１の渦形成工程は、円筒タンク２の底部２ｂに落下孔２ａが設けられることで、その内部に注入される流体１０が渦１１となって形成される工程である。
本工程では、円筒タンク２の内部において渦１１が形成されることにより、気泡１２ａが形成される。さらに、本工程は、ステップＳ２の気泡形成工程において流体１０に空気を吸引するための準備工程として作用する。
したがって、本工程によれば、回転羽根等の動力機器を用いることなく、気泡１２ａを形成できるため、省力化が可能である。【００４９】
ステップＳ２の気泡形成工程は、その上端３ａが落下孔２ａに連通するとともにその側壁２ｃに複数の吸気孔６が穿設される内管３と、この内管３の周囲に設けられ内管３との間で閉鎖空間１３を形成するとともにこの閉鎖空間１３へ空気を流入する空気流入手段７が設けられる外管４と、からなる円筒型の下降管５において、内管３を通過する際に空気流入手段７及び複数の吸気孔６を介し、空気が渦１１の周囲から流体１０へ吸引され、この流体１０に気泡１２ｂが形成される工程である。
本工程では、流体１０が内管３を下方へ向かって通過する際に、渦１１の内部へ空気が吸引され気泡１２ｂが形成されるとともに、酸素が渦１１の内表面に溶解される。
したがって、本工程によれば、流体１０中に効率良く気泡１２ｂを形成することができる。【００５０】
ステップＳ３の貯留工程は、気泡１２ａ，１２ｂが形成された流体１０が落下し貯留槽８に貯留される工程である。
本工程では、気泡１２ａ，１２ｂは、貯留槽８の内部へ移動するとともに、貯留された流体１０の水面１０ｂが乱れることで、流体１０に酸素が溶解される。
したがって、本工程によれば、流体１０中でキャビテーションによって形成された気泡や気泡１２ａ，１２ｂに超音波発振器９からの超音波を照射可能となるとともに、超音波発振器９から超音波を照射する前においても酸素の溶解濃度を増加させることができる。
【００５１】
ステップＳ４の気泡圧壊工程は、貯留槽８の内部に浸漬される超音波発振器９から、貯留槽８に貯留され気泡１２ａ，１２ｂ等が形成された流体１０へ向かって超音波が発射されることで、気泡１２ａ，１２ｂ等が圧壊される工程である。
本工程では、超音波によるキャビテーションによって、気泡１２ａ，１２ｂ等が効率的に圧壊されるため、貯留槽８に貯留された流体１０に酸素が溶解する。
したがって、本工程によれば、酸素の溶解濃度を飛躍的に増加させることができることから、流体１０中の有害物質等を確実に分解できる。【００５２】
以上説明したように、実施例３に係る水中酸素溶解方法２８によれば、実施例１に係る水中酸素溶解装置１と同様の効果を発揮できる。【００５３】
なお、本発明の水中酸素溶解装置１〜１ｄの構造は実施例に示すものに限定されない。例えば、水中酸素溶解装置１において、第１の定在波１７が発生しないように、超音波発振器９と貯留槽８の側壁８ｂが配置されても良い。また、水中酸素溶解装置１ｃにおいて、さらに円筒タンク２と下降管５等が増設されても良い。さらに、超音波発振器９，１９の第１の発射面１５に振動体２６が設けられても良い。
また、水中酸素溶解装置２２において、超音波発振器２３が増設され、また振動体２６が省略されても良い。さらに、第２の定在波２５が発生しないように、超音波発振器２３と水面１０ｂとの間隔Ｌ３が調整されても良い。そして、水中酸素溶解方法２８のステップＳ４の気泡圧壊工程において、超音波発振器９から発射される超音波は、連続的に発射又は所望のタイミングでパルス状に発射されても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、観賞用水中生物の飼育や研究・商業用生物の養殖を目的に、又は浄化設備や湖沼等の閉塞域における水質改善を目的に、水中に溶解する酸素の濃度を増加させるための水中酸素溶解装置およびこれに用いる水中酸素溶解方法としても利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１ａ〜１ｄ…水中酸素溶解装置
２…円筒タンク
２ａ…落下孔
２ｂ…底部
２ｃ…側壁
２ｄ…上方開口部
３…内管
３ａ…上端
３ｂ…側壁
４…外管
５…下降管
６…吸気孔
７…空気流入手段
８…貯留槽
８ａ，８ｂ…側壁
９…超音波発振器
９ａ…超音波振動子
９ｂ…ホーン
１０…流体
１０ａ…くぼみ
１０ｂ…水面
１１…渦
１１ａ…下降流
１１ｂ…回転流
１１ｃ…小渦
１２〜１２ｃ…気泡
１３…閉鎖空間
１４，１４ｂ…格納容器
１４ａ…フランジ
１５…第１の発射面
１６…反射体
１７…第１の定在波
１７ａ…節
１７ｂ…腹
１８…突起
１９…超音波発振器
１９ａ…ホーン
２０…収容体
２０ａ…開口部
２１ａ〜２１ｃ…水流
２２，２２ａ…水中酸素溶解装置
２３…超音波発振器
２３ａ…超音波振動子
２３ｂ…ホーン
２４…第２の発射面
２５…第２の定在波
２５ａ…節
２５ｂ…腹
２６…振動体
２７…収容体
２７ａ，２７ｂ…開口部
２８…水中酸素溶解方法
【要約】
簡易な構成で消費電力量等を抑制可能でありながら、気泡を効率良く発生させるとともにこの気泡に含まれる酸素の流体中への移動を促進させることが可能な水中酸素溶解装置およびこれを用いた水中酸素溶解方法を提供する。
内部に注入される流体が渦となって形成される円筒タンクと、側壁に複数の吸気孔が穿設される内管と、この内管の周囲に設けられ内管との間で閉鎖空間を形成するとともにこの閉鎖空間へ空気を流入する空気流入手段が設けられる外管と、からなる円筒型の下降管と、気泡が形成された流体が落下し貯留される箱型の貯留槽と、貯留槽に貯留された流体へ向かって超音波を発射することで気泡が圧壊される超音波発振器と、を備える。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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