(57)【要約】【課題】  差圧を用いて浮遊物や沈澱物のある湖水等の浄化及び浄質を行うコンパクト構造の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置を提供する。【解決手段】  ストレーナ２内で吸引用インペラ６を回転させることにより渦流が生じ、浮遊物がストレーナ２によって捕獲されると共に隔壁４が真空になる。これにより、不浄浮遊物１９は上昇し、ストレーナ２により浄化される。吸引用インペラ６を停めて引き抜きポンプ７を回転させると、堆積していた浮遊物等が吸引されて排出される。この排出された不純物は浄化用水産植物育成槽８や接触濾材９側に導入され更に浄水，浄質される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置全体を水面上に浮上させ、差圧を利用して水中浮遊物及び水底の沈澱物を除去して水中及び水底の浄化，浄質を行うための装置であって、該装置は、装置全体を水面上に浮上させる浮上機構部と、該浮上機構部の下面に配設されるストレーナと、該ストレーナを囲み前記浮上機構部の下面に固設され前記ストレーナ側に連通する孔及び水出入口を形成し下部に不浄浮遊物を溜める不浄物堆積部を形成するストレーナケースと、ストレーナケースを囲み下部に向かって拡径し下端側を開口し前記ストレーナとほぼ同一高さ寸法の隔壁と、前記ストレーナ内に配置される吸引用インペラと、前記不浄物堆積部にその下出口を連通し、その上出口を前記浮上機構部の上方側に形成する引き抜きポンプと、該引き抜きポンプと前記浮上機構部との間に配設される浄化用水生植物育成槽及び接触濾材とを有し、前記水出入口が前記隔壁を貫通して配置されることを特徴とする差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置。
【請求項２】
前記装置には電力源が付設されることを特徴とする請求項１に記載の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置。
【請求項３】
前記浮上機構部が、浮上用空気室と、該浮上用空気室を囲み該空気室外面に基端側を連結し、先端側に浮上用ブイ及び姿勢安定支持用ブイを有するブイ本体とからなることを特徴とする請求項１に記載の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置。
【請求項４】
前記ストレーナが網やパンチングメタルからなる前記ストレーナケースの内部に配設される複数枚の繊維布とからなり、前記繊維布は互いに重なり合って配設されると共に上部及び側面の１つを前記ストレーナケース及び相互に連結するものからなることを特徴とする請求項１に記載の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置。
【請求項５】
前記浮上機構部には、浄化用水生植物育成槽が設けられることを特徴とする請求項１に記載の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は差圧により浮上対流を生じさせ、例えば、湖の湖水の浄化や湖底の沈澱スカムを浮上させて除去して湖の浄化，浄質を図ると共に湖面に浮遊可能なコンパクト構造からなり、省電力ができ、かつ接触濾材や水生植物等により水質の浄化を図ることができる差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、湖水等の浄化を行うには大掛りな装置が一般に必要であり、労力や消費電力も膨大なものとなる。また、メンテナンスフリーで湖水浄化を行うことが望ましいが従来のものは定期的なメンテナンスが必要となり、浄化管理に大きなコストがかかる問題点がある。
一方、比較的簡便な水中浮遊物除去装置として例えば「特許文献１」が挙げられる。
【特許文献１】特開２０００−８４５８６号（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
「特許文献１」の「特開２０００−８４５８６号」の「水中浮遊物除去方法および装置」は捕食生物を用いて水中浮遊物を除去するものであり、捕食物封込手段と捕食生物から排泄される凝集体を捕集する凝縮体捕集手段とから構成されており、コンパクトの構造のものからなる。しかしながら、この装置は湖水等に対してどのように設置するものであるかについては何等の開示もなく、前記の各手段については高頻度のメンテナンスが必要であると思われる。
【０００４】
本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、差圧によって浮上対流を生じさせ、湖面上に浮遊しているだけで湖水の浄化や浄質ができ、原則的にメンテナンスフリーであり、コンパクトの構造からなり、省電力化も可能な差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去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】
【０００５】
本発明は、以上の目的を達成するために請求項１の発明は、装置全体を水面上に浮上させ、差圧を利用して水中浮遊物及び水底の沈澱物を除去して水中及び水底の浄化，浄質を行うための装置であって、該装置は、装置全体を水面上に浮上させる浮上機構部と、該浮上機構部の下面に配設されるストレーナと、該ストレーナを囲み前記浮上機構部の下面に固設され前記ストレーナ側に連通する孔及び水出入口を形成し下部に不浄浮遊物を溜める不浄物堆積部を形成するストレーナケースと、ストレーナケースを囲み下部に向かって拡径し下端側を開口し前記ストレーナとほぼ同一高さ寸法の隔壁と、前記ストレーナ内に配置される吸引用インペラと、前記不浄物堆積部にその下出口を連通し、その上出口を前記浮上機構部の上方側に形成する引き抜きポンプと、該引き抜きポンプと前記浮上機構部との間に配設される浄化用水生植物育成槽及び接触濾材とを有し、前記水出入口が前記隔壁を貫通して配置されることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の発明は、前記装置には電力源が付設されることを特徴とする。  
【０００７】
また、請求項３の発明は、前記浮上機構部が、浮上用空気室と、該浮上用空気室を囲み該空気室外面に基端側を連結し、先端側に浮上用ブイ及び姿勢安定支持用ブイを有するブイ本体とからなることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４の発明は、前記ストレーナが網やパンチングメタルからなる前記ストレーナケースの内部に配設される複数枚の繊維布とからなり、前記繊維布は互いに重なり合って配設されると共に上部及び側面の１つを前記ストレーナケース及び相互に連結するものからなることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５の発明は、前記浮上機構部には、浄化用水生植物育成槽が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置によれば、吸引用インペラの回転によりストレーナ内への吸水浄化及びと排出が行われ、これにより隔壁内が真空状態となり、吸引用インペラの回転停止により、隔壁内の真空と湖面上の大気圧の作用により浮遊物がストレーナケース側に吸引され浄化されると共に湖底の沈澱スカムもストレーナケース側に吸引されて浄化堆積される。不浄物堆積部に溜った堆積物は引き抜きポンプにより吸引され、浄化用水生植物育成槽や接触濾材によって浄化されて、水生殖物を育成し、再び湖水側に排出される。以上の作用により浮遊物や沈澱物の除去や湖水の浄化浄質が行われる。なお、この装置は湖面に浮遊上するものであり、特別なメンテナンスを行うことなく浄水，浄質が行われる。また、吸引用インペラの必要とする電力は小さく省電力化が図れ、かつ全体がコンパクトにまとめられ、取扱性の向上も図れる。
【００１１】
また、請求項２の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置によれば、装置に電力源が付設されることにより、例えばコード等を用いることなく電力の供給ができる。
【００１２】
また、請求項３の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置によれば、浮上機構部としては、浮上用空気室とブイ本体からなり、装置を水平に安定浮上保持することができる。
【００１３】
また、請求項４の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置によれば、ストレーナとして複数枚の繊維布を用いたものからなり、この繊維布が上部及び側面の１つをケース側に固定する形式のものからなるため浮遊物の捕獲とその脱落除去が確実に行われる。
【００１４】
また、請求項５の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置によれば、浮水用水生植物育成槽を浮上機構部にも設けることにより、一層の浄質が行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置１００の全体構造の概要を示す縦断面図である。
差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置１００は大別して次の構成要素からなる。即ち、装置全体を水面上に浮上させる浮上機構部１と、この下面に配置されるストレーナ２と、これを囲み不浄浮遊物の溜る不浄物堆積部１１を形成するストレーナケース３と、これを囲みストレーナ２とほぼ同じ高さ寸法のテーパ状の隔壁４と、ストレーナケース３に連結され、隔壁４を貫通して配置される水出入口５と、ストレーナ２内に配置される吸引用インペラ６と、不浄物堆積部１１に溜っている不浄浮遊物１９を吸い上げて排出する引き抜きポンプ７と、浮上機構部１上に配置されて引き抜きポンプ６から排出される不浄浮遊物１９を栄養源として成長し、水質の浄化を行う浄化用水生植物育成槽８及び接触濾材９と、電力発生源１０等とからなる。なお、図示のように、この差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置１００は例えば湖面１２に浮上して使用されるものであり、湖水内の各種の浮遊物１４と湖底１３の沈澱スカム１５を浮上吸引して除去するものである。
【００１６】
浮上機構部１は、図１及び図２に示すように装置の中央部に配置される浮上用空気室１６と、これから水平リガー１７を介して外方側に配置されるブイ本体１８とからなり、ブイ本体は浮上用ブイ１８ａと姿勢安定支持用ブイ１８ｂとからなる。なお、図２に示すように、浮上用ブイ１８ａは湖面１２に沿って配設され、本発明では８個設けられている。また、姿勢安定支持用ブイ１８ｂは浮上用ブイ１８ａと交差して配設され、湖面下に設けられる。なお、姿勢安定用ブイ１８ｂは本発明では４個設けられているがこれ等の各ブイの数は勿論これに限定するものではない。また、ブイ本体は、その中心と装置の高さを結んでなる三角形が正三角形以上になることが転倒防止上望ましい。
【００１７】
ストレーナ２はストレーナケース３と共に浮上用空気室１６の下方に配置される。ストレーナ２は炭素繊維布やナイロン繊維布等の布からなり、例えば、図３に示すように数枚（図示では４枚）のストレーナエレメント２ａを円筒状に連設したものからなる。これ等の分割されているストレーナエレメント２ａは図示のようにその上部をストレーナケース３側に固定すると共に連接するストレーナエレメント２ａ同士の一側面を互いに重合連結するものからなる。このようにするのは吸引用インペラ６の回転時にはストレーナ２がストレーナケース３側に接触し、濾過作用が円滑に行われると共に吸引用インペラ６が停止した場合にはストレーナエレメントは相互に揺れ動き分離してストレーナ２に付着している不浄浮遊物を落下除去し、かつその目詰りを解消する。
また、ストレーナケース３はストレーナ２を囲む筒体からなり、網状のものやパンチングメタル状のものからなり、その一部には図１に示すように水出入口５を形成するものからなる。また、ストレーナケース３の下方にはストレーナ２により捕獲されて落下除去された不浄浮遊物１９の堆積する不浄浮遊物堆積部１１が形成される。また、本実施例では水出入口５は水平に四方向に配置されるがこれに限定するものではない。
【００１８】
隔壁４は、図１に示すように底広からの円錐筒体からなり、その上方側は浮上用空気室１６の下面に固定される。また、下面は開放される。なお、その高さ寸法はストレーナ２とほぼ等しいことが望ましく開口角度も４５°以上が望ましい差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置１００の使用時には隔壁４内は真空となり、湖面上の大気圧の影響により隔壁４内には湖水が流れ込み、不浄浮遊物１９（浮遊物１４や沈澱スカム１５）を浮上させてストレーナ２側に送る。
【００１９】
吸引用インペラ６は図１に示すようにストレーナ２内に配設され、装置の固定側に配置されるＤＣモータ２０により回転制御される。また、ＤＣモータ２０は電力発生源１０やバッテリ２１に連結される。なお、この吸引用インペラ６は隔壁４内を真空にさせる作用をするために使用され、真空が生じたら作動を停止し、隔壁４内の真空と湖面上の大気圧の作用により浮上対流が生じ浄化が促進される。以上により、吸引用インペラ６の必要とする動力は小さく、省電力化が図れる。
【００２０】
引き抜きポンプ７は垂直方向に沿って配置され、その下出口７ａは不浄浮遊物堆積部１１に連通し、上出口７ｂは浮上用空気室１６の上方の頂部に近い位置に開口形成される。また、引き抜きポンプ７のポンプ本体７ｃは図示のように最頂部にあり、そのＤＣモータ（図示せず）は電力発生源１０やバッテリ２１に連結されている。
【００２１】
浄化用水産植物育成槽８及び接触濾材９は図１に示すように引き抜きポンプ７の上出口７ｂの下方で浄上用空気室１６の上方側に配置され、上出口７ｂのすぐ下方には浄化用水産植物育成槽８が配置され、やや距離をおいて接触濾材９が配置される。浄化用水産植物育成槽８内には水産植物が植設され、この水産植物は上出口７ｂからの不浄浮遊物１９を栄養源として育成され、根の発育を増進する。成長した微細の根が濾材の働きをして水質の浄化を行う。一方、接触濾材９は例えば、バクテリア接触濾材からなり、水分中の有機物質，窒素，燐イオン等が捕捉，分解，浄化する機能を有する。また、浄化された水は図４に示すように浮上機構部１側に浄化用水産植物育成槽８ａが設けられている場合は、それに投入されその水産植物根が浮遊物，燐，窒素イオン等を捕捉，分解して水質の浄化を行う。
【００２２】
浄化用水産植物育成槽８ａは例えば、プランタンボックスの底に多数の孔を開け、常に水面に接するように配置し、簡単に取外し脱着を可能にするものからなる。水産植物は春先から秋口までは活発に成長を繰り返し、根の部分も成長発達し、養分として燐，窒素イオン等を吸い上げ吸収分解を続けると共に蔓延した根が濾材の役割を果す。一方、晩秋より冬季にかけては枯れ果て、残骸が有機物として水質を悪化するため晩秋時には水産植物槽ごと陸地に上げて堆肥処理することが必要になり、植物連鎖にも成る。また、冬季は、プランクトン，アオス等の発生も少なく、水の汚れも少なくなるため浄化用水産植物育成槽８，８ａには接触濾材９や砂利等を入れてバクテリアによる浄化作用に切り替えて水の浄化を行う。
【００２３】
電力発生源１０は本発明では装置は最上部に配置されるが、差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置１００が前記のように湖面上に浮上して配置するものからなるため、電力コードを必要とするものでない方が望ましい。よって、例えば、太陽エネルギを利用するものや風力を利用するものが挙げられるが、勿論、これ等に限定するものではない。また、前記のように、省電力のため発生電源部１０は高出力のものでなくてもよい。なお、余分な電力はバッテリ２１に蓄電される。
【００２４】
次に、差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置１００の作用について主に図４等を用いて説明する。前記のように差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置１００は湖面１２上に浮上した状態で配置される。ストレーナ２の上部吸込み位置で吸引用インペラ６を回転させて渦巻き水流を起しストレーナ２により浄化を行うと共に隔壁４内を真空にする。密閉されて負圧となっている隔壁４内の上部より急速に水が下がり、隔壁４外に吐出される際、隔壁内部に真空状態の現象が発生し浮上体底部の気圧が低下する。周りの水面には大気圧が働き隔壁４内とに差圧が生じ、不浄浮遊物１９は上昇しストレーナ２側に送られる。
隔壁４の大きさにもよるが、大気圧が平均的に働いている湖面１２に一点気圧の低い点が発生すると、気圧の差により浮上対流が発生し、深層部の浮遊物と底部に堆積する沈澱物１５を浮上させる。この現象は、夏水面温度が上昇し浮上対流が発生し湖底等の沈澱物が浮上し浮遊する状態と似ており、気圧現象と温度現象の違いのみで浮上現象を起す要因となる。
浮遊物１４，沈澱スカム１５を含んだ対流水はストレーナ２の上部の吸込み口よりストレーナ２の内部に吸引され渦巻き流になり降下し、ストレーナ２を通過することにより水と浮遊物１４が分離される。浮遊物１４が取り除かれた水が水出入口５に導かれ隔壁出口４の外部に吐出される。分離捕捉された浮遊物１４や沈澱スカム１５はストレーナ２の底部の不浄浮遊物堆積部１１に停留し、ストレーナ２の底部より外部に取り付けてある引き抜きポンプ７により上出口７ｂから浄化用水産植物育成槽８側に吐出され、水産植物の栄養源に成り、根の発育を増進させ、成長した微細の根が濾材の働きを兼て水質の浄化作用を行い、その下側にある接触濾材９等により有機物質，窒素，燐，イオン等が捕捉，分解，浄化され浄化用水産植物槽８ａに流れ込む。下側の浄化用水産植物育成槽８ａは常に水面に接しており、水産植物根が浮遊物，燐，窒素イオン等を捕捉，分解作用を行い周囲の水質を浄化する。
ストレーナ２は前記のように下の炭素繊維布，ナイロン繊維布等の布を何分割かにして上部，縦方向一箇所を網，パンチングに固定し他の縦一方向及び下側はフリーにし流れに逆らわないようにしたものからなるため、ストレーナ２の上部の吸引用インペラ６の回転により撹拌渦巻流に成り、流れは下側の濾過エレメントに沿って流れパンチング，網に繊維布を押し付ける形で水が通過する。このため、取り付ける繊維布のメッシュ次第で最小の浮遊物も捕捉することが可能になる。また、繊維布の二方が固定されていますので水の流れによりズレルことがなく、一定時間濾過しますと繊維布に目詰まりが生じ吸引用インペラ６の回転を止めてストレーナ２外側に取り付けてある引き抜きポンプ６を稼動させると、流れによる押し付け力が無くなり、吐出口からの逆流現象が起き繊維布が揺れ動き、下側の不浄浮遊物堆積部１１の方向に内水が流れ、これにより濾過工程により捕捉され繊維布に目詰まりを起していた浮遊物質が遊距離反し洗浄され、濾布目が正常に戻り正常運転が繰り返し行われる。
【００２５】
差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置１００の特徴は、自然の摂理に基づき小さなエネルギーで大きな対流を起させる処にある。庭園等の小さな池等においての使用であれば電力結線方法でよいが、大きな沼，湖，河，海等で使用する場合、電力供給，美観，自然環境問題も発生する。
電気配線工事付いても供給源の確保，美観的，安全対策上の問題も有り、経済的にも危険的にも多くの問題が発生する。本装置の場合小さい吸引用インペラと小さな引き抜きポンプ６を交互に駆動すればよく、消費電力は非常に少なく、動力源として装置の上部に風力発電及び太陽熱発電パネルを組み合わせて搭載すれば充分に機能を発揮することができ、自然任せの運転でよく、メンテナンスフリーであり設置的にも費用を要せず、エコロジー的にも優れている。
また、本装置の安定を図るために本体より四方向に水平リガー１７を出し、その先端にブイ本体１８を取り付け水平の安定を取り、下側に本体の喫水位置を決めるブイを四方向に沈下させ取り付ける。このブイには空気の出し入れ、水の出し入れ口を設け、水，空気の量により本体の喫水位置を決定すると共に波による浮上沈下の上下波動運動を防ぎ装置の水平安定を図る。張り出し幅に付いては本体高さとブイ中心位置が正三角以上が望ましく安定角度になる。本体とブイの間の水面を利用して下側の浄化用水産植物育成槽を全面に設置し、成長発達根から水中の燐，窒素イオン等を養分として吸上げ吸収し水の浄化を図る。
【産業上の利用分野】
【００２６】
本発明の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置は池や大きな湖や沼等において採用されるのみならず、室内の天井部に取り付け差圧を利用して空気中のダストを吸上げ浄化することも考える。また、沈澱凝縮槽等の底部ホッパー型の容器に吸上げ筒を下げ、筒上部の気圧を下げることにより、底部に溜るダスト，凝集物を吸上げ浄化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置の全体構造を示す縦断面図。
【図２】図１の上面図。
【図３】ストレーナ及びその取り付け構造を示す模式的斜視図。
【図４】本発明の差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置の作用を示すための模式図。
【符号の説明】
【００２８】
１      浮上機構部
２      ストレーナ
３      ストレーナケース
４      隔壁
５      水出入口
６      吸引用インペラ
７      引き抜きポンプ
７ａ    下出口
７ｂ    上出口
７ｃ    ポンプ本体
８      浄化用水産植物育成槽
８ａ    浄化用水産植物育成槽
９      接触濾材
１０    電力発生源
１１    不浄浮遊物堆積部
１２    湖面
１３    湖底
１４    浮遊物
１５    沈澱スカム
１６    浮上用空気室
１７    水平リガー
１８    ブイ本体
１８ａ  浮上用ブイ
１８ｂ  姿勢安定支持用ブイ
１９    不浄浮遊物
２０    ＤＣモータ
２１    バッテリ
１００  差圧による浮上対流を用いた水中浮遊物及び沈澱物除去装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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