(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部側および下部側に開口を有する内筒と、該内筒が内部に設けられ、下部側に開口を有する外筒とを有し、水面下に設置される装置本体と、
前記装置本体上部に設けられ、前記装置本体から前記装置本体内の空気を排出する排気管とを備え、
前記内筒の下部側の開口から気泡が送り込まれることにより、前記気泡と共に深層水が前記内筒内を上昇し、
前記装置本体内において、前記気泡中の酸素が前記深層水中に溶解し、
前記装置本体内には、前記気泡のうち前記深層水に溶解されない余剰空気が留まるエアー層と、前記深層水が流れる水層とが形成され、
前記深層水が、前記内筒の上部側の開口から前記外筒内に流出して、前記外筒内を通って下降し、前記外筒の下部側の開口から前記外筒外に流出し、
前記余剰空気が、前記装置本体上部に設けられた前記排気管を通じて排出される深層曝気装置であって、
前記装置本体の上部と前記装置本体の外部とを連通し、前記エアー層の前記余剰空気を前記装置本体の外部に排出する１以上の流路を備え、
前記流路の一端が、前記装置本体の上部のエアー層に面し、前記流路の他端が、前記深層曝気装置の通常使用時における、前記エアー層と前記水層との境界面より低く、前記外筒の下部側の開口より高い位置に設けられ、
前記エアー層の前記余剰空気によって前記深層曝気装置が浮上しないように、前記余剰空気が前記装置本体の外部に排出されることを特徴とする深層曝気装置。
【請求項２】
前記流路は、装置本体に取り付けられている、あるいは装置本体の一部である、請求項１記載の深層曝気装置。
【請求項３】
前記流路は、装置本体内に設けられている、装置本体外に設けられている、あるいは装置本体内から装置本体外に渡って設けられている、請求項１または２記載の深層曝気装置。
【請求項４】
前記流路は、チャンバ箱を介して連結されている、請求項１〜３のいずれかに記載の深層曝気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湖沼やダムなどの水源貯水池、港湾などの水域における水層部の水質を改善するために用いる深層曝気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来の深層曝気装置１を示す概念図である（例えば、特許文献１参照）。深層曝気装置１は、ダム湖などの湖沼２に係留させて、湖沼付近の深層の水をエアーレーションにより循環（矢印ａ参照）させる装置である。
【０００３】
前記深層曝気装置１は、湖底１にシンカー１６で係留された状態で、フロート３の浮力により起立状態に保持される装置本体４を備えている。図８に示すように、深層曝気装置１では、コンプレッサーから送気ホース５を介して送り込まれた圧縮空気は、装置本体４底部に設けられた散気管６を経て細かい気泡となり、装置内筒７を上昇する。この気泡の上昇と共に、深層部の水も、上昇する（矢印ｂ）。この際に、気泡中の酸素が深層水に溶解する。酸素が溶解した深層水は、装置外筒８を下降して、内筒７と外筒８との間に設けられた出口９から深層部に戻る（矢印ｃ）。この操作を繰り返すことで、嫌気化している深層水を好気化し、底生生物（ベントス）の生育を促すと共に、深層水中の還元菌の活動を抑制し、硫化水素の発生を抑えることができる。
【０００４】
一方、送り込んだ空気のうち、溶解されない余剰空気は、装置本体４上部のエアー溜め室１０に溜まる。この余剰空気は、装置本体４上部に設けた排気装置１１により放出される。排気装置１１は、水面に浮上する排気フロート１２に排気ホース１３が繋がれているまた、排気ホース１３には、排気量を制限し、装置内の上部に水面を保つ必要から、排気弁１４が設けられている。
【０００５】
前記装置本体４内のエアー溜め室１０には、反転水面Ｌ２が設定される。反転水面Ｌ２が低すぎると、溶存酸素量を上げた水が反転できないので、深層に排水できなくなる恐れがある。一方、反転水面Ｌ２が高すぎると、溶存酸素量を上げた水が排気ホース１２から排気弁１４を介して水面Ｌ１に排水される恐れがある。この反転水面Ｌ２の設定は、圧縮空気の圧力と排気弁１４とを調整することによって行う。
【０００６】
しかし、排気弁１４に異物が詰まったり、排気ホース１２が絡まったり、キンク（kink）したりして、排気不能になった場合、余剰空気を排出できず、装置本体４内に余剰空気が蓄積され、装置本体４が突然浮き上がることになる。
【０００７】
これらの問題を解決するために、図８に示すように緊急排気ホース１５を設けることが行われている。緊急排気ホース１５は、通常状態では作動しない。装置１内の余剰空気が一定以上に蓄積されると、緊急排気ホース１５を介して排気される。緊急排気ホース１５は、出口端を大気面に露出させ、他端を装置１上部に接合させて、装置１本体を水面下に水没させる。このため、緊急装置１１が大掛かりになる、排気装置１１の排気ホース１３と緊急排気ホース１５とが絡み排気し難くなるという問題がある。また、貯水量が減少した場合に、ホースが水面に露出したり、浮遊したりする。この場合に、緊急排気ホース１５が水面の浮遊異物により損傷するという問題がある。
【０００８】
また、本発明者らは余剰空気を有効に利用するために、浅層散気装置を開発している（例えば、特許文献２参照）。しかし、この場合にも、緊急排気ホースには、上記と同じ問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−３１４１７３号公報
【特許文献２】特開２００７−２２９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、余剰空気の排気装置に不具合が生じた場合に、簡単な構成で、排気装置のホースと絡むことなく、ホースが水面に浮遊、露出するという問題を生じずに、緊急かつ確実に余剰空気を排気することができる、深層曝気装置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】
本発明者らは、上記課題を鋭意検討した結果、水中に浸漬して自立可能な装置本体と、この装置本体に設けられた装置本体内のエアーを排出する排気管とを備える、深層曝気装置であって、前記装置本体の上部と前記装置本体外部とを連通する１以上の流路を備え、この流路の一端は、前記装置本体の上部のエアー層に面し、他端は通常使用時における反転水面より低い位置に設けられているという簡単な構成で、排気装置のホースと絡むことなく、強制排気ホースが水面に露出しない深層曝気装置が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
上記流路は、装置本体に取り付けられていてもよく、あるいは装置本体の一部であってもよい。
【００１３】
前記流路は、装置本体内に設けられていてもよく、装置本体外に設けられていてもよく、あるいは装置本体内から装置本体外に渡って設けられていてもよい。
【００１４】
前記流路は、チャンバ箱を介して連結されていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の深層曝気装置では、前記装置本体の上部と前記装置本体外部とを連通する１以上の流路を備える。この流路の一端は、前記装置本体の上部のエアー層に面し、他端は通常使用時における反転水面より低い位置に設けられている。このように、本発明の排気路の構成は簡易である。また、この構成により、装置内で、排気路の出口より低い位置まで余剰空気が増加した場合に、余剰空気を効率よく排出することができる。また、ホースの出口を水面上まで設ける必要がないので、排気装置のホースと絡むという問題を生じない。
【００１６】
また、本発明の深層曝気装置において水面に通ずる排気ホースを有する構造のものでは、緊急排気時に排出された空気は、水泡となって水中を上昇する。このため、水面を観察し水泡が観察されれば、深層曝気装置内で余剰空気が多量に発生していることが容易に把握できる。これにより、装置に何らかの異常が生じていることが把握できる。すなわち、本発明の深層曝気装置では、特に検知手段を設けなくても、装置内に多量の余剰空気が発生したことを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、流路を設ける本発明の深層曝気装置の一例を示す要部断面図である。
【図２】図２は、本発明の流路の機能を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の深層曝気装置において流路の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の深層曝気装置において流路の別の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の深層曝気装置において流路の別の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の深層曝気装置において流路の別の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の深層曝気装置において装置の外筒が流路を構成する一例を示す図である。
【図８】図８は、従来の深層曝気装置１を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。図１は、流路を設ける本発明の深層曝気装置２１の一例を示す要部断面図である。この図の例では、水中に浸漬して自立可能な装置本体２４に、装置本体内のエアーを排出する排気管２３と、前記装置本体２４の上部と前記装置本体２４外部とを連通する１以上の流路２５とを備える。また、他の構成については、図７に記載のものと同一である。本発明では、この流路を用いて、排気管内で排気障害を生じた場合に、緊急排気を行う。
【００１９】
上記流路２４の一端２６は、前記装置本体２４の上部のエアー層３０に面して、他端２７は通常使用時における反転水面Ｌ２より低い位置に設けられている。多管構造の深層曝気装置２２では、装置の中心部の管または周縁部に導入された水は内筒２８から外筒２９あるいは外筒２９から内筒２８に反転しながら移動する。この図の例では、装置の中心部の管に導入された水は内筒２７から外筒２８に反転しながら移動する。
【００２０】
また、水と空気とを効率よく混合するために、装置下部から圧縮空気が導入される。混合水を効率よく反転させるため、装置本体２４の上部にエアー層３０を形成させる。上記流路２５の一端２６は、前記装置本体２４の上部のエアー層３０に面する。エアー層２４と水層との境目に反転水面Ｌ２が形成される。上記流路２５の他端２７は、通常使用時における反転水面Ｌ２より低い位置に設けられている。反転水面Ｌ２の位置は、装置本体２４内のエアーを排出する排気管２３の先端に設けたバルブ２２の調整により排気されるエアーの圧力と供給する圧縮空気の圧力とを調整して、装置本体２４内の適切な位置に決定する。例えば、反転水位Ｌ２の位置が高い場合、排気管２３から水が排出される、この場合、空気の供給量を増やして、反転水位Ｌ２の位置を下げる。一方、反転水位Ｌ２の位置が低い場合は、流路２５から空気が排出される。空気の排出は、水面から水泡が発生していることを観察する。この場合、空気の供給量を減らして、反転水位Ｌ２の位置を上げる。この反転水位Ｌ２の位置は、排気装置に設けられた制御バルブ２２により制御する。
【００２１】
本発明では、本発明の流路２５の他端２７から空気が流出しない限り、装置内部の反転水面Ｌ２の水位と流路２５の他端２７から流路２５に浸入した水の水位がほぼ同じであることを用いる。図２は、本発明の流路の機能を説明するための図である。図２（ａ）は、流路を設ける深層曝気装置において正常運転時の状態を示す図である。この図の例では、正常運転時における反転水面Ｌ２の水位と流路２５の他端２７から流路２５に浸入した水の水位Ｌ３は、ほぼ同じである。図２（ｂ）は、排出路がキンクなどして排気障害を起こし始めた状態を示す図である。図２（ｂ）に示すように、装置本体２４内のエアー層３０が増加し、反転水面Ｌ２の水位が下がると共に、流路他端２７から流路２５に浸入した水の水位Ｌ３も下がる。この図の例では、Ｌ２とＬ３の水位は、図２（ａ）の場合より低いが、ほぼ同じである。図２（ｃ）に示すように、排気障害がさらに進行し、装置内の余剰空気が更に増加して反転水面Ｌ２の水位が流路の他端２７の開口部より下まで下がると、流路の他端２７から余剰空気が排出される。流路の他端２７からの余剰空気は、反転水面Ｌ２の水位が少なくとも流路の他端２７の開口部まで上昇するまで排出される。その後、排出障害が解消され、正常運転されるようになると、反転水面Ｌ２の水位と流路の他端２７から流路２５に浸入した水の水位Ｌ３は図２（ａ）の状態に戻る。
【００２２】
本発明において、流路２５の一端２６は、装置本体２４の上面または上側部に設けられている。流路２５の一端２６は、初期設定時または正常運転時に、余剰空気が存在する部位に開口している。流路２５の他端２７は、初期設定時または正常運転時に、反転水面Ｌ２より下になる位置より下で、エアー層１０に余剰空気が溜まり過ぎて深層曝気装置２２が浮上などを起こさない部位に開口している。したがって、流路２５の他端２７は、装置本体２４で流路２５の一端２６が設けられる位置より、低い位置に設けられる。流路２５の一端２６および他端２７を設ける位置は、曝気装置の大きさ（容積、装置全体の高さ、内筒の高さ、内径など）や処理量に応じて、任意に設定することができる。
【００２３】
本発明において、流路２５が上記機能を奏するものであれば、流路の形状や構造、個数などに特に制限はない。流路２５は、装置本体２４の外側または内側に付設させてもよく、装置本体２４の一部が流路２５を構成するものであってもよい。
【００２４】
流路は、ホース状、パイプ状、ダクト状などの管状物を装置本体に設けてもよい。図３は、本発明の深層曝気装置において流路の一例を示す図である。この図の例では、ホース状、パイプ状、ダクト状などの管状物を装置本体の外側に設けるものである。図３（ａ）に示すように、ホース状のように可撓性の管状物を設ける場合は、装置本体の壁面に固定することとしてもよい。また、この図の例以外に、装置本体の上部または上側部に孔を開け、この孔にパイプなどを固定することとしてもよい。
【００２５】
図４は、本発明の深層曝気装置において流路の別の一例を示す図である。この図の例では、ホース状、パイプ状、ダクト状などの管状物を装置本体の内側に設けるものである。図４（ａ）の例に示すように、装置本体２４の上側部に孔を開け、屈曲した管状物を取り付けた形態にしてもよい。また、図４（ｂ）の例に示すように、装置本体２４の上側部に複数の孔を開け、分岐管を有する管状物で、孔間を連結する形態としてもよい。この場合、分岐管は、エアー層内に開口している。
【００２６】
図５は、本発明の深層曝気装置において流路の別の一例を示す図である。図５の例では、上記流路は、壁面に部材を固定して管状構造を形成させている。図５の例では、半円柱の部材を装置内壁に固定して流路を形成する。壁面に固定する部材としては、例えば、半円柱、半角柱（Ｖ字状、コの字状など）、Ｕ字状柱などの半管を用いる。
【００２７】
図６は、本発明の深層曝気装置において流路の別の一例を示す図である。上記流路は、連続した環状物や半管でなくてもよい。例えば、図６に示すように複数の管状物や半管をコネクタなどのチャンバ箱３１で連結してもよい。
【００２８】
図７は、装置の外筒が流路を構成する一例を示す図である。この図の例では、装置本体２４の外筒２８を上部２８ａとそれ以外の部材２８ｂで形成する。外筒２８の上部２８ａの内径は、それ以外の部材２８ｂの外径より大きく、外筒２８の上部２８ａとそれ以外の部材２８ｂとは、嵌合する。例えば、外筒２８の上部２８ａとそれ以外の部材２８ｂとの両者を嵌合する際に、１以上の流路が得られるように、外筒２８の上部２８ａの内面またはそれ以外の部材２８ｂの外面に溝部を形成しておく。接合の方法は、水底に設置し使用する場合に安全に使用することができる強度が得られるものであれば、公知の方法でよい。この例による流路は、装置本体の上部とそれ以外の部材との間の空間で形成される。
【００２９】
本発明において、装置本体２４の上部と前記装置本体外部とを連通する流路２５は、過剰空気を有効に排出することができるものであれば、１以上設ければよい。流路２５が管状構造の場合は、流路２５は複数で構成されていてもよい。流路が複数であると、１の流路が何らかの理由で閉塞しても、過剰空気を排出することができる。また、装置本体の周囲に複数の流路を均等に設置することで、バランスよく過剰空気を排出することができる。
【００３０】
本発明において、流路を設ける深層曝気装置は、図１に示す例に限られず、装置本体上部にエアー層が形成されるものに広く適用することができる。また、例えば、公知の緊急排気ホースを設けた深層曝気装置の緊急排気ホースを除去した後の孔に本発明にかかる流路を設けることもできる。また、公知の深層曝気装置に、本発明にかかる流路を設けることもできる。例えば、特開２００７−２２９６６２号公報や特開２０１１−９８２６５号公報に記載されている浅層曝気装置に、さらに本発明にかかる流路を設けてもよい。２重管構造に限らず、装置本体上部に余剰空気が溜まる構造の深層曝気装置であれば、その構造に関係なく適用することができる。例えば、特開２００３−２２０３９６号公報に記載される単管構造であってもよく、装置が多重管構造を有するものであってもよい。すなわち、本発明にかかる流路を設ける深層曝気装置は、装置内でエアー層を形成する方式のものであれば、全ての方式の深層曝気装置に適用することができる。
【００３１】
本発明の深層曝気装置を用いれば、簡単な構成で効率よく余剰空気を排出することができる。また、外部に設ける流路がないか、あっても極めて短い。この結果。従来の緊急排気ホースを用いる場合のように、緊急排気ホースが固着などにより機能しなくなるという問題を生じない。また、湖沼などの水位が下がった場合でも、調整の必要はない。
【符号の説明】
【００３２】
１  深層曝気装置
２  湖底
３  フロート
４  装置本体
５  送気ホース
６  散気管
７  内筒
８  外筒
９  出口
１０  エアー溜め室
１１  排気装置
１２  排気フロート
１３  排気ホース
１４  排気弁
１５  緊急排気ホース
１６  シンカー
２１  深層曝気装置
２３  排気管
２４  装置本体
２５  流路
２６  一端
２７  他端
２８  内筒
２９  外筒
３０  エアー層
３１  チャンバ箱
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005702260.tif 000004
【図４】
0005702260.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005702260.tif 000008
【図８】
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