(57)【要約】【課題】消泡装置から回収した気体を効率よく再利用することができる気体置換ユニットを提供すること。【解決手段】返送管６０は、その一端が消泡装置５０の天井面５１に接続されると共に、その他端が取水管１０に接続される。この取水管１０は、ポンプ２０の吸引口２１に接続され、ポンプ２０の吐出口２２には、流入管３０が接続される。よって、消泡装置５０から回収された酸素がポンプ２０によって流入管３０に圧送される。即ち、消泡装置５０から回収された酸素は、返送管６０及び流入管３０を介して気体置換装置４０に直接返送される。よって、消泡装置５０から回収した酸素を効率よく再利用することができる。【選択図】図１
2018199092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水が貯留される領域に一端が接続される配管として形成される第１配管と、吸引口および吐出口を有すると共に、その吸引口に前記第１配管の他端が接続されるポンプと、そのポンプの吐出口に一端が接続される配管として形成される第２配管と、その第２配管の他端が接続されて前記原水が流入されると共に、前記原水に溶解される気体を置換して溶解水を生成するための気体置換装置と、その気体置換装置に接続されると共に、前記気体置換装置から送出される前記溶解水を消泡するための消泡装置と、その消泡装置に一端が接続される配管として形成されると共に、前記消泡装置から気体を回収して前記気体置換装置に返送するための第３配管と、を備える気体置換ユニットにおいて、
前記第３配管は、その他端が前記第１配管または前記第２配管に接続されることを特徴とする気体置換ユニット。
【請求項２】
前記第３配管は、前記第１配管に接続されることを特徴とする請求項１記載の気体置換ユニット。
【請求項３】
前記第３配管は、その他端が前記第１配管の外周面を貫通する態様で前記第１配管の内部に挿入されると共に、他端の開口が前記ポンプの吸引口側に向く姿勢で配設されることを特徴とする請求項２記載の気体置換ユニット。
【請求項４】
吸引口および吐出口を有すると共に、気体を圧縮するための圧縮機として形成されるコンプレッサと、
前記第２配管に接続されると共に、前記ポンプの脈動を緩衝する緩衝装置として形成されるエアチャンバーと、
一端が前記コンプレッサの吐出口に接続されると共に、他端が前記エアチャンバーに接続される第４配管と、を備え、
前記第３配管は、その他端が前記コンプレッサの吸引口に接続されることを特徴とする請求項１記載の気体置換ユニット。
【請求項５】
前記消泡装置は、その内部の天井面の断面形状が鉛直方向上側に突出する凸形状に形成され、
前記第３配管は、その一端が前記天井面の突出先端部に接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の気体置換ユニット。
【請求項６】
前記消泡装置の内部の水位を検知する水位センサと、
前記第３配管に配設されると共に、その第３配管の連通状態を開閉する弁として形成される開閉弁と、
前記水位センサで所定の閾値よりも高い水位が検知された場合に、前記開閉弁を閉じることで前記第３配管を閉塞状態にする閉塞手段と、を備えることを特徴とする請求項５記載の気体置換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体置換ユニットに関し、特に、消泡装置から回収した気体を効率よく再利用することができる気体置換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
原水（例えば、水や海水）に溶解される気体を置換（例えば、窒素から酸素に置換）することで溶解水を生成する気体置換装置と、その気体置換装置から送出される溶解水を消泡する（溶解水に含有される気泡を除去し、回収する）ための消泡装置とを備える気体置換ユニットが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、原水を蓄える原水タンクと、その原水タンクから原水が供給されると共に、その原水に溶解される気体を酸素に置換して溶解水（酸素が溶解された溶解水）を生成する酸素溶解装置と、その酸素溶解装置から送出される溶解水を消泡するためのサイクロン式消泡装置とを備え、サイクロン式消泡装置と原水タンクとがエアレーション配管によって接続される気体置換ユニットが開示される。
【０００４】
この気体置換ユニットによれば、サイクロン式消泡装置から回収された酸素がエアレーション配管を介して原水タンクに返送される。その原水タンクに返送された酸素がエアレーションによって原水に溶解されるので、サイクロン式消泡装置で回収した酸素を再利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１８８４５８号公報（例えば、段落００２８、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の技術では、消泡装置から回収された気体がエアレーションによって原水に溶解され、その原水が気体置換装置に供給される。即ち、原水に溶解されない気体は、原水タンクに留まるか、若しくは、原水タンクから外部へ排出されるので、気体置換装置には返送されない。よって、消泡装置から回収した気体を効率よく再利用することができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、消泡装置から回収した気体を効率よく再利用することができる気体置換ユニット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および発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の気体置換ユニットによれば、第３配管は、その他端が第１配管または第２配管に接続されるので、消泡装置から回収された気体がポンプによって第２配管に圧送されるか、若しくは、第２配管に直接供給される。即ち、消泡装置から回収された気体は、第３配管および第２配管を介して気体置換装置に直接返送されるので、消泡装置から回収した気体を効率よく再利用することができるという効果がある。
【０００９】
請求項２記載の気体置換ユニットによれば、請求項１記載の気体置換ユニットの奏する効果に加え、第３配管は、第１配管に接続されるので、消泡装置から回収した気体をポンプによって気体置換装置に返送することができる。よって、第３配管を第２配管に接続する場合に比べ、気体を加圧して第２配管に供給するための装置を省略できるので、気体置換ユニットの製品コストを低減できるという効果がある。
【００１０】
請求項３記載の気体置換ユニットによれば、請求項２記載の気体置換ユニットの奏する効果に加え、第３配管は、その他端が第１配管の外周面を貫通する態様で第１配管の内部に挿入されると共に、他端の開口がポンプの吸引口側に向く姿勢で配設されるので、第３配管の他端の開口から排出される気体がポンプに吸引されやすくなる。よって、消泡装置から回収した気体を確実に気体置換装置に圧送することができるという効果がある。
【００１１】
請求項４記載の気体置換ユニットによれば、請求項１記載の気体置換ユニットの奏する効果に加え、吸引口および吐出口を有すると共に、気体を圧縮するための圧縮機として形成されるコンプレッサと、第２配管に接続されると共に、ポンプの脈動を緩衝する緩衝装置として形成されるエアチャンバーと、一端がコンプレッサの吐出口に接続されると共に、他端がエアチャンバーに接続される第４配管と、を備え、第３配管は、その他端がコンプレッサの吸引口に接続されるので、消泡装置から回収された気体が第３配管、コンプレッサ及び第４配管を介してエアチャンバーに供給される。即ち、消泡装置から回収された気体がコンプレッサによってエアチャンバー内に加圧された状態で充填されるので、かかる気体はエアチャンバー内の原水（第２配管を流れる原水）に徐々に溶解する。よって、消泡装置で収集された気体をエアチャンバーにおける圧縮気体として利用しつつ、エアチャンバー内の原水に溶解させて気体置換装置に供給することができるという効果がある。
【００１２】
請求項５記載の気体置換ユニットによれば、請求項１から４のいずれかに記載の気体置換ユニットの奏する効果に加え、消泡装置は、その内部の天井面の断面形状が鉛直方向上側に突出する凸形状に形成され、第３配管は、その一端が天井面の突出先端部に接続されるので、消泡装置の内部に貯留される溶解水が第３配管を介してポンプに吸引されることを抑制できる。よって、気体置換装置によって生成された溶解水が再度気体置換装置に返送されることを抑制できるので、気体置換装置での溶解水の生成（原水に対する置換処理）を効率よく行うことができるという効果がある。
【００１３】
請求項６記載の気体置換ユニットによれば、請求項５記載の気体置換ユニットの奏する効果に加え、消泡装置の内部の水位を検知する水位センサと、第３配管に配設されると共に、その第３配管の連通状態を開閉する弁として形成される開閉弁と、水位センサで所定の閾値よりも高い水位が検知された場合に、開閉弁を閉じることで第３配管を閉塞状態にする閉塞手段と、を備えるので、消泡装置の内部に貯留される溶解水が第３配管を介してポンプに吸引されることをより確実に抑制できる。よって、気体置換装置によって生成された溶解水が再度気体置換装置に返送されることをより確実に抑制できるので、気体置換装置での溶解水の生成（原水に対する置換処理）をより効率よく行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施の形態における気体置換ユニットの正面図である。
【図２】（ａ）は、消泡装置の断面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線における消泡装置の断面図である。
【図３】気体置換ユニットの部分拡大断面図である。
【図４】電磁弁制御処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施の形態における気体置換ユニットの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、気体置換ユニット１の全体構成について説明する。図１は、本発明の第１実施の形態における気体置換ユニット１の正面図である。なお、図１では、図面を簡素化するために、気体置換ユニット１が模式的に図示される。
【００１６】
図１に示すように、気体置換ユニット１は、一端が被浄化水域（原水タンク）（図示せず）に接続されると共に、その被浄化水域から原水（汚濁水）を取水するための取水管１０と、その取水管１０の他端に接続されるポンプ２０と、そのポンプ２０に一端が接続される流入管３０と、その流入管３０の他端に接続されると共に、ポンプ２０によって取水された原水から溶解水を生成するための気体置換装置４０と、その気体置換装置４０に接続されると共に、気体置換装置４０から送出される溶解水を消泡するための消泡装置５０と、その消泡装置５０に一端が接続されると共に、他端が取水管１０に接続される返送管６０と、を備える。
【００１７】
取水管１０は、被浄化水域（原水タンク）とポンプ２０とを接続するための配管である。ポンプ２０は、原水を吸引するための吸引口２１と、その原水を吐出するための吐出口２２とを備え、圧力の作用によって液体（又は気体）を圧送するための揚水ポンプである。
【００１８】
流入管３０は、ポンプ２０によって圧送される原水を気体置換装置４０に流入させるための配管であり、その他端が気体置換装置４０の上部（図１の上側）に接続される。
【００１９】
気体置換装置４０は、ステンレス鋼材や硬質合成樹脂（例えば、ＦＲＰなど）などの耐腐食性を有する材料で形成され、且つ、その内部の圧力を大気圧以上に加圧しても破損することのない耐圧性を有する容器体を内部に備える。
【００２０】
気体置換装置４０の上部（図１の上側）には、酸素供給源から容器体の内部へ酸素を供給するための酸素供給管４１と、容器体の内部の気体を排気するための排気管４２とが接続される。
【００２１】
酸素供給管４１及び排気管４２には、電磁弁から構成される酸素供給弁４１ａ及び排気弁４２ａがそれぞれ設けられ、これら酸素供給弁４１ａ及び排気弁４２ａの開閉動作は、気体置換装置４０に配設される制御装置４３によって制御される。
【００２２】
排気弁４２ａを閉じた状態で酸素供給弁４１ａの開度を調整することで容器体内へ酸素が供給され、酸素供給弁４１ａを閉じた状態で排気弁４２ａを開放することで、気体置換装置４０による置換処理に伴って生じた気体（本実施の形態では、窒素）が外部へ排出される。
【００２３】
気体置換装置４０は、例えば、河川や湖沼などの被浄化水域から取水した原水に溶解される気体を置換（本実施の形態では、窒素から酸素に置換）して、得られた溶解水（酸素が溶解された酸素溶解水）を再び被浄化水域へ供給（流出、送水）するための装置である。この気体置換装置４０の容器体内には、酸素が加圧（本実施の形態では、０．０５ＭＰａ）された状態で充填され、容器体内に流入される原水が酸素に接触することで、原水に溶解される窒素が酸素に置換される。
【００２４】
気体置換装置４０によって処理された溶解水を被浄化水域へ供給した場合、該被浄化水域における溶存酸素（ＤＯ）量が増加し、該被浄化水域における微生物が活性化される。その結果、該被浄化水域における有機物の分解が促進されて、該被浄化水域の水質を向上させることができる。
【００２５】
気体置換装置４０の下部側面（図１の下側の側面）には、気体置換装置４０（容器体）の内部と外部とを連通する送出管４４の一端が接続される。この送出管４４は、気体置換装置４０と消泡装置５０とを接続するための配管であり、その他端が消泡装置５０の下部側面に接続される。
【００２６】
消泡装置５０は、気体置換装置４０で生成された溶解水の気泡（酸素）を除去するための装置であり、その内部の圧力が大気圧と同一に（気体置換装置４０の内部の圧力よりも低く）設定される。
【００２７】
ここで、気体置換装置４０では、酸素が加圧された状態で原水に溶解されることで溶解水が生成されるため、溶解水が大気圧の状態に戻されると、溶解水に溶解されていた酸素が気泡として放出される（例えば、３０ｐｐｍの濃度であった酸素が２０ｐｐｍに減少し、その差分の１０ｐｐｍの酸素が気泡として放出される）ことがある。特に、気体置換装置４０の処理能力（原水への酸素の溶解効率）が高い場合に、溶解水から気泡として放出される酸素の量が多くなる。この酸素の気泡が消泡装置５０によって収集される。
【００２８】
次いで、図２を参照して、消泡装置５０の詳細構成について説明する。図２（ａ）は、消泡装置５０の断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線における消泡装置５０の断面図である。なお、図２（ａ）の矢印Ａ〜Ｃは、消泡装置５０内における溶解水の移動経路をそれぞれ表している。また、図２（ｂ）では、制御装置５５の図示を省略している。
【００２９】
図２に示すように、消泡装置５０は、横断面が円形の筒状の容器であり、その容器内の天井を形成する天井面５１と、その天井面５１と鉛直方向（図２（ａ）の上下方向）で所定間隔を隔てて配設される隔壁５２と、その隔壁５２を挟んで送出管４４と対向配置され、消泡装置５０の下部側面に接続される配管として形成される流出管５３と、消泡装置５０の内部の水位を検知するための水位センサ５４と、その水位センサ５４の水位に基づいて電磁弁６１を制御するための制御装置５５とを備える。
【００３０】
消泡装置５０の内部空間の高さ寸法（消泡装置５０の内部の底面と天井面５１の頂点との離間寸法）は、１１００ｍｍに設定され、天井面５１と隔壁５２の上端との離間寸法は、２００ｍｍに設定される。
【００３１】
天井面５１は、その断面が消泡装置５０の鉛直方向上側に突出する湾曲形状に（即ち、半球状の天井面として）形成され、その頂点部分に返送管６０が接続される。この返送管６０は、天井面５１側に収集された酸素の気泡を回収するための配管である。
【００３２】
隔壁５２は、消泡装置５０の底面から天井面５１側に延設される平板状の壁であり、この隔壁５２によって、消泡装置５０の内部領域における送出管４４が配設される側の領域と、流出管５３が配設される側の領域とが分断される。
【００３３】
よって、送出管４４から消泡装置５０の内部に流入される溶解水は、消泡装置５０の内部領域における送出管４４側の領域を隔壁５２に沿って上昇し（移動経路Ａ）、その溶解水に混入される酸素の気泡も同様に（溶解水の流れに沿って）天井面５１側に上昇する。
【００３４】
天井面５１に接続される返送管６０の連通状態は、返送管６０に配設される電磁弁６１によって開放または閉塞され、この電磁弁６１の開閉動作は、消泡装置５０に配設される制御装置５５によって制御される。返送管６０の連通状態が開放されている場合に、返送管６０によって消泡装置５０の内部に収集された気泡が回収される。この場合、返送管６０の一端が消泡装置５０に接続されると共に、他端が取水管１０（ポンプ２０の吸引口２１側）に接続されるので（図１参照）、消泡装置５０で収集された酸素の気泡は、返送管６０を介してポンプ２０の吸引力によって吸引され、流入管３０に吐出（圧送）される。
【００３５】
即ち、消泡装置５０から返送管６０を介して回収される酸素の気泡は、ポンプ２０によって気体置換装置４０に直接返送されるので、消泡装置５０から回収した酸素の全てを気体置換装置４０に供給することができる。よって、消泡装置５０から回収した酸素を効率よく再利用することができる。
【００３６】
ここで、例えば、返送管６０を流入管３０に直接接続すると、ポンプ２０によって圧送される原水が返送管６０に流入し、消泡装置５０側に逆流する。即ち、返送管６０を流入管３０に直接接続して酸素を供給するためには、酸素を加圧して返送管６０から流入管３０に供給する必要があるので、酸素を加圧するための装置（例えば、コンプレッサ）が別途必要となる。
【００３７】
これに対して、本実施の形態の気体置換ユニット１によれば、返送管６０が取水管１０に接続されるので、消泡装置５０から回収した酸素をポンプ２０によって気体置換装置４０に返送することができる。よって、例えば、返送管６０を流入管３０に接続する場合に比べ、酸素を加圧して流入管３０に供給するための装置を省略できるので、気体置換ユニット１の製品コストを低減できる。
【００３８】
ここで、図３を参照して、取水管１０と返送管６０との接続部分について説明する。図３は、取水管１０と返送管６０との接続部分を示す気体置換ユニット１の部分拡大断面図である。なお、図３では、ポンプ２０の内部構造の図示を省略し、その断面がハッチングによって図示される。また、図３の矢印Ｄは、返送管６０から排出される酸素の移動経路を表している。
【００３９】
図３に示すように、返送管６０は、取水管１０の側面に貫通する態様で取水管１０の内部に挿入される。この取水管１０に挿入される返送管６０の端部（他端）は、ポンプ２０の圧送方向（図３の右側）に屈曲して形成され、その端部の開口６２がポンプ２０の吸引口２１側に向けられた姿勢で配設される。これにより、返送管６０の開口６２からポンプ２０の吸引口２１に向けて酸素が排出されるので（移動経路Ｄ）、返送管６０から排出される酸素をポンプ２０に吸引させやすくすることができる。
【００４０】
即ち、例えば、返送管６０の開口６２がポンプ２０の圧送方向とは逆向き（図３の左側）に向く姿勢で屈曲される構成や、返送管６０の開口６２がポンプ２０の圧送方向とは垂直な方向（図３の上側または下側）に向く姿勢で配設される構成（返送管６０が屈曲することなく、取水管１０の外周面を貫通する構成）の場合、取水管１０を流れる原水が返送管６０を逆流し、ポンプ２０による気体置換装置４０への酸素の圧送が阻害される恐れがある。
【００４１】
これに対して、本実施の形態の気体置換ユニット１によれば、返送管６０の開口６２がポンプ２０の圧送方向に向く姿勢で配設されるので、取水管１０を流れる原水が返送管６０を逆流することを抑制できる。よって、消泡装置５０から回収した酸素をポンプ２０によって確実に気体置換装置４０に圧送することができる。
【００４２】
ここで、請求項１における「第３配管（返送管６０）は、その他端が第１配管（取水管１０）に接続される」とは、少なくとも返送管６０（第３配管）から排出される酸素（気体）が直接ポンプ２０によって吸引されることを要件とするものであり、返送管６０から排出される酸素が直接ポンプ２０によって吸引される構成であれば、本実施の形態のように返送管６０がポンプ２０の吸引口２１から離間して配設される構成でも良いし、返送管６０がポンプ２０の吸引口２１に直接接続される構成でも良い。
【００４３】
図２に戻って説明する。上述した通り、消泡装置５０の内部領域は隔壁５２によって分断され、その送出管４４側の領域を溶解水が隔壁５２に沿って上昇し（移動経路Ａ）、酸素の気泡も同様に（溶解水の流れに沿って）天井面５１側に上昇する。よって、酸素の気泡を天井面５１側に移動させやすくすることができるので、天井面５１に接続される返送管６０から酸素の気泡を効率よく回収することができる。
【００４４】
この場合、消泡装置５０の内部空間の高さ寸法が１１００ｍｍに設定され、天井面５１と隔壁５２の上端との離間寸法が２００ｍｍに設定される。即ち、消泡装置５０の内部空間の鉛直方向における中心よりも上方に隔壁５２の上端が位置するので、消泡装置５０の内部を上昇する溶解水の流れを天井面５１に近接した位置まで形成することができる。よって、溶解水に混入される酸素の気泡をより確実に天井面５１側に案内することができるので、天井面５１に接続される返送管６０から酸素の気泡を効率よく回収することができる。
【００４５】
また、天井面５１の断面が消泡装置５０の鉛直方向上側に突出する湾曲形状に形成されるので、消泡装置５０の内部を上昇する酸素は、天井面５１の突出先端部分に溜まる。この場合、本実施の形態の気体置換ユニット１によれば、天井面５１の突出先端部分に返送管６０が接続されるので、天井面５１の突出先端部分に溜まった酸素を返送管６０から効率よく回収することができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、隔壁５２によって分断される送出管４４側の内部領域（送出管４４から消泡装置５０の内部を上昇する溶解水の流路）の断面積に比べ、送出管４４の断面積が小さく形成される。よって、送出管４４を流れる溶解水の流速に比べ、送出管４４から消泡装置５０の内部を上昇する溶解水の流速が減速される。これにより、溶解水に混入される気泡が溶解水の流れと共に隔壁５２を乗り越えて、流出管５３側の領域に流下すること（即ち、酸素が消泡装置５０の外部に流出すること）を抑制できる。よって、返送管６０によって酸素の気泡を効率よく回収することができる。
【００４７】
隔壁５２を乗り越えて流出管５３側の領域に流下する溶解水は（移動経路Ｂ）、流出管５３から消泡装置５０の外部へ流出されつつ（移動経路Ｃ）、溶解水が消泡装置５０の内部に貯留され、その水位が水位センサ５４によって検知される。
【００４８】
この場合、流出管５３のうちの消泡装置５０の内部側の端部（即ち、流出管５３の開口部）を下方に向けた姿勢で流出管５３が配設されるので、例えば、溶解水に混入される酸素の気泡が隔壁５２を乗り越えて流出管５３側に流下したとしても、かかる酸素の気泡が流出管５３に流れ込むことを抑制できる。即ち、酸素が消泡装置５０の外部に流出することを抑制できるので、返送管６０によって酸素の気泡を効率よく回収することができる。
【００４９】
水位センサ５４は、センサ部と、溶解水の水面を浮遊可能に形成されるフロート部とを備え、フロート部が上昇または下降することでセンサ部によって水位が検知される水位センサである。この水位センサ５４は、隔壁５２の上端よりも消泡装置５０の鉛直方向上側、且つ、天井面５１よりも下側に位置する高さに配設され、水位センサ５４の検知状態に基づいて電磁弁６１の開閉動作が制御される。
【００５０】
次いで、図４を参照して、消泡装置５０の制御装置５５で実行される処理について説明する。図４は、電磁弁制御処理を示すフローチャートである。この電磁弁制御処理は、制御装置５５によって定期的（例えば、１００ｍｓ毎）に実行される。なお、電磁弁制御処理では、水位の上限を規定するための第１の閾値と、水位の下限を規定するための第２の閾値とに基づいて電磁弁６１が制御される。
【００５１】
図４に示すように、制御装置５５は、水位センサ５４で検知される消泡装置５０内の水位が第１の閾値を上回っているか（天井面５１から水面までの距離が、例えば、５０ｍｍよりも短いか）否かを確認する（Ｓ１）。Ｓ１の処理において、水位が第１の閾値を上回っている場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、溶解水の水面が揺動することで天井面５１に接触する恐れがあるので、返送管６０の電磁弁６１を閉じて（Ｓ２）、一連の処理を終了する。このＳ２の処理により、消泡装置５０の内部に貯留される溶解水が返送管６０を介してポンプ２０に吸引されることを抑制できる。
【００５２】
この場合、天井面５１の断面が消泡装置５０の上下方向上側に突出する湾曲形状に形成され、その頂点部分に返送管６０が接続されるので、消泡装置５０の内部に貯留される溶解水が返送管６０を介してポンプ２０に吸引されることをより確実に抑制できる。このように、溶解水がポンプ２０に吸引されて気体置換装置４０に再度返送されることを抑制することにより、気体置換装置４０での溶解水の生成（原水に対する置換処理）を効率よく行うことができる（溶解水が気体置換装置４０に再度返送されると、その分、気体置換装置４０に供給される原水の量が減るので、原水に対する置換処理の処理量が減少する）。
【００５３】
一方、Ｓ１の処理において、水位が第１の閾値を上回っていない場合（Ｓ１：Ｎｏ）、水位センサ５４で検知される消泡装置５０内の水位が第２の閾値を下回っているか（天井面５１から水面までの距離が、例えば、１５０ｍｍよりも長いか）否かを確認する（Ｓ３）。Ｓ３の処理において、水位が第２の閾値を下回っている場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、返送管６０の電磁弁６１を開放して（Ｓ４）、一連の処理を終了する。一方、Ｓ３の処理において、水位が第２の閾値を下回っていない場合（Ｓ３：Ｎｏ）、一連の処理を終了する。このように、消泡装置５０の水位の上限および下限の閾値に幅を持たせることにより、電磁弁６１が過剰に開閉動作することを抑制できる。
【００５４】
次いで、図５を参照して、第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、返送管６０が取水管１０に接続される場合を説明したが、第２実施の形態では、第１返送管２６０及び第２返送管２８０が流入管３０（エアチャンバー２９０）に接続される場合について説明する。なお、上述した第１実施の形態と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
図５は、第２実施の形態における気体置換ユニット２０１の正面図である。なお、図５では、図面を簡素化するために、気体置換ユニット２０１が模式的に図示される。図５に示すように、気体置換ユニット２０１は、一端が消泡装置５０の上部（図５の上側）に接続される第１返送管２６０と、その第１返送管２６０の他端が接続されると共に、気体を圧縮する圧縮機として形成されるコンプレッサ２７０と、そのコンプレッサ２７０に一端が接続される第２返送管２８０と、その第２返送管２８０の他端に接続されると共に、ポンプ２０の脈動を緩衝するための緩衝装置として形成されるエアチャンバー２９０と、を備える。
【００５６】
第１返送管２６０は、消泡装置５０で収集された酸素を回収するための配管であり、その他端がコンプレッサ２７０の吸引口２７１に接続され、そのコンプレッサ２７０の吐出口２７２に第２返送管２８０が接続される。
【００５７】
第２返送管２８０は、コンプレッサ２７０によって圧縮された酸素をエアチャンバー２９０に返送するための配管である。エアチャンバー２９０は、その内部に酸素が充填される空間が形成され、その内部空間に酸素が加圧された状態で充填される。このエアチャンバー２９０の内部空間は、流入管３０の内部に連通されており、エアチャンバー２９０の内部空間に酸素が加圧された状態で充填されることにより、ポンプ２０の脈動が緩衝されるので、その脈動による取水管１０、ポンプ２０及び流入管３０の破損を抑制できる。よって、気体置換ユニット２０１の耐久性が向上する。
【００５８】
また、エアチャンバー２９０の内部に酸素が加圧された状態で充填されることにより、そのエアチャンバー２９０の内部の原水（流入管３０を流れる原水）には酸素が徐々に溶解され、その酸素が溶解された原水が気体置換装置４０に供給される。
【００５９】
即ち、消泡装置５０から回収された酸素をエアチャンバー２９０における圧縮気体として利用しつつ、エアチャンバー２９０の内部の原水（流入管３０を流れる原水）に溶解させて、気体置換装置４０に供給することができる。よって、消泡装置５０から回収した酸素を効率よく再利用することができる。
【００６０】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。
【００６１】
上記各実施の形態では、気体置換装置４０の容器体に充填される気体（即ち、消泡装置５０から回収される気体）が酸素である場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、気体置換装置４０の容器体に充填される気体は、オゾン、窒素、水素または二酸化炭素でも良い。
【００６２】
上記各実施の形態では、気体置換ユニット１，２０１で処理される原水が汚濁水である場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、気体置換装置４０で置換処理される液体が海水であっても良い。この場合、海水には元より塩が溶解されているので、水（塩分が溶解されない原水）に比べて溶解可能な酸素の量も減少する。即ち、気体置換装置４０によって海水から溶解水を生成した場合、溶解水が大気圧の状態に戻されると、溶解水から気泡として放出される酸素の量が増大する（気体置換装置４０によって水から溶解水を生成した場合に比べて増大する）。よって、例えば、魚介（例えば、海老）の養殖場に気体置換ユニット１，２０１の構成を適用すること（養殖場から海水を取水管１０から取水し、流出管５３から酸素が溶解された溶解水を養殖場に放出すること）が好ましい。これにより、酸素をより効率よく使用することができる。
【００６３】
上記各実施の形態では、天井面５１の断面が消泡装置５０の上下方向上側に突出する湾曲形状に形成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、天井面５１の断面が多角形状であっても良い。即ち、少なくとも天井面５１の断面形状が消泡装置５０の鉛直方向上側に突出する凸形状に形成され、その突出先端部分に返送管６０を接続すれば良い。これにより、消泡装置５０の内部に貯留される溶解水が返送管６０（第１返送管２６０）を介してポンプ２０（コンプレッサ２７０）に吸引されることを抑制できる。
【００６４】
上記各実施の形態では、返送管６０及び第１返送管２６０の連通状態を開閉する弁として電磁弁６１を例示したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、電磁弁６１を手動の弁、電動弁、又は、シリンダ弁から構成しても良い。
【００６５】
上記第１実施の形態では、返送管６０が取水管１０に接続され、第２実施の形態では、第１返送管２６０及び第２返送管２８０が流入管３０（エアチャンバー２９０）に接続される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、第２実施の形態の構成と、返送管６０が取水管１０に接続される構成（第１実施の形態の構成）とを組み合わせても良い。この場合には、消泡装置５０の天井面５１の２個所に返送管６０及び第１返送管２６０をそれぞれ接続させれば良い。
【００６６】
ここで、エアチャンバー２９０における所定時間内での原水への酸素の溶解量は、消泡装置５０から所定時間内に回収される酸素の量よりも少ないため、消泡装置５０から回収される酸素の量が過剰になる。これに対して、第２実施の形態の構成と、返送管６０が取水管１０に接続される構成とを組み合わせることにより、かかる過剰となった酸素を気体置換装置４０に直接返送することができる。よって、消泡装置５０から回収した酸素によってポンプ２０の脈動を抑制することができると共に、消泡装置５０から回収された酸素を効率よく再利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１，２０１                                      気体置換ユニット
１０                                            取水管（第１配管）
２０                                            ポンプ
２１                                            ポンプの吸引口
２２                                            ポンプの吐出口
３０                                            流入管（第２配管）
４０                                            気体置換装置
５０                                            消泡装置
５１                                            天井面
５４                                            水位センサ
６０                                            返送管（第３配管）
６１                                            電磁弁（開閉弁）
６２                                            開口
２６０                                          第１返送管（第３配管）
２７０                                          コンプレッサ
２７１                                          コンプレッサの吸引口
２７２                                          コンプレッサの吐出口
２８０                                          第２返送管（第４配管）
２９０                                          エアチャンバー
Ｓ２                                            閉塞手段
【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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