(57)【要約】【課題】消費するエネルギが低く、騒音対策が不要でかつ不純物を同伴しない水や海水等の水性媒体に空気を導入するための空気供給装置を提供する。【解決手段】水性媒体と空気とを分離するための仕切り手段１を有する水等の水性媒体に空気を取り込む空気供給装置であって、前記仕切り手段１は、撥水性の樹脂で構成され、かつ通気性および遮水性を有するシール部３を有している。好ましくは空気供給装置は、水性媒体およびシール部の少なくとも一方を加熱するための加熱手段４を有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性媒体と空気とを分離するための仕切り手段を有する水性媒体に空気を取り込む空気供給装置であって、前記仕切り手段は、
撥水性の樹脂で構成され、かつ通気性および遮水性を有するシール部を有していることを特徴とする、空気供給装置。
【請求項２】
前記空気供給装置は、水性媒体およびシール部の少なくとも一方を加熱するための加熱手段を有することを特徴とする請求項１に記載の空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水、海水等の水性媒体に空気を取り込む空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水耕栽培、魚介類等の養殖等に溶存酸素量を増加させる目的として海水や淡水に空気を吹き込むエアレーションを行っている。また、嫌気性細菌による水の腐敗を防止するために、エアレーションを行う場合もある。
例えば、特許文献１には、所定のセラミックから構成されたセラミックストーンをパイプを介して空気圧縮機と接続して、前記セラミックストーンをエアレーションすべき液体中に投入し、そして空気圧縮機からの空気をセラミックストーンを介して液体中に加圧挿入するエアレーション法が記載されている。
このような、エアレーションは、通常ポンプにより空気を加圧挿入している。そのために、機械的動力が不可欠である。
【０００３】
そのため、新規動力源を導入しないでエアレーションを行う装置として、特許文献２にはエアレーションを行いたい貯水池等の閉鎖された液体系の近傍にある既存のエネルギを使用してエアレーションを行う装置が記載されている。
【特許文献１】
特開平５−１９４０５５号公報（第１頁、第３図）
【特許文献２】
特開平５−２７７４８３号公報（第１頁、第１〜３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−２７７４８３号公報に記載のエアレーション装置も、既存の動力源を使用することには変わりなく、そしてこの装置も動力源が消費するエネルギを節約するものではない。
このように従来では水中に空気を導入するためにポンプを動力によって駆動させ、気圧を水圧より高くして水中に空気を導入するが、そのためには機械的動力が不可欠であり、また、動力源の発する騒音に対して対策を講じる必要がある。更に、従来技術のエアレーションでは、空気とともに機械油やダスト等の不純物が水中に導入される可能性がある。
従って、本発明の課題は、消費するエネルギが低く、騒音対策が不要であり、かつ不純物を同伴しない水や海水等の水性媒体に空気を導入するための空気供給装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を鑑み鋭意検討した結果、驚くべきことに仕切り手段により水性媒体と空気とが隔離された系において前記仕切り手段に特定の性状を有するシール部を設けると、特別なエネルギを付与することなしに前記シール部を介して空気が水性媒体に取り込まれることを見出して本発明を創作するに至った。
【０００６】
すなわち、請求項１に記載の発明は、水性媒体と空気とを分離するための仕切り手段を有する水性媒体に空気を取り込む空気供給装置であって、前記仕切り手段は、撥水性の樹脂で構成され、かつ通気性および遮水性を有するシール部を有していることを特徴とするものである。
このように構成すると、特別なエネルギを付与することなしに水性媒体に空気を導入することが可能となる。
【０００７】
なお、本発明で使用する用語「水性媒体」とは、水に加えて少量の成分、例えば塩化ナトリウム等の塩類、水溶性の有機溶剤、例えば低級アルコール、肥料等を含んだ水溶液を含むことを意味する。本発明において使用できる水性媒体の代表例として、水道水、工業用水、農業用水、海水が挙げられる。
また、本発明で使用する用語「仕切り手段」とは、水性媒体と空気とを分離するための容器を包含することを意味し、好ましくは密閉系の容器である。本発明において、水性媒体は、この容器内に充填されていてもよく、逆に空気がこの容器内にあってもよい。
【０００８】
請求項２に記載の発明によると、水性媒体中への空気の供給速度（空気の導入量）を増加することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の空気供給装置について、図１から図３に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の空気供給装置の一例を示す断面図であり、図２は、本発明の空気供給装置におけるシール部を示す断面図であり、そして、図３は、本発明の空気供給機構を説明するための模式図である。
【００１０】
まず、図１（ａ）および図１（ｂ）に基づいて、本発明の空気供給装置の概略を説明する。
図１に示す通り、本発明の空気供給装置は、水性媒体である水道水と空気とを仕切る仕切り手段として、容器１と、前記容器１に設けられてシール部３を設けるためのシール部挿入口２、２と、前記シール部挿入口２、２に密着して設けられたシール部３とから主として構成されている。
容器１の材質は、使用環境で水性媒体と空気とを隔離可能な材質であれば特に制限されるものでなく、ガラス、プラスチック類、金属等であることができる。
【００１１】
また、本発明の空気供給装置の容器１に形成されるシール部挿入口２、２は、容器１にシール部３を設けるためのものであり、容器１に貫通して設けられている。このようなシール部挿入口２、２を容器の任意の箇所に複数箇所設けることも可能であり、また例えば容器１の外周面水平方向全体に設けることも可能である。換言すると、上下二個の別々の容器をシール部３を介して一体成形して本発明の空気供給装置を構成してもよい。
【００１２】
また、本発明の空気供給装置において使用されるシール部３は、撥水性の樹脂を、前記シール部挿入口２，２に通気性および遮水性を有する状態で挿入されている。通気性および遮水性を有する状態とは、容器１から外に水性媒体がリークせずなおかつ空気を容器１内に取り込むことが可能な通気孔を有する撥水性樹脂膜や繊維間に容器１から外に水性媒体がリークせずなおかつ空気を容器１内に取り込むことが可能な空間を有する撥水性繊維束であることができる。
代表的にはシール部３は、撥水性樹脂繊維、例えばフッ素樹脂繊維等の部材で構成されている。本発明においてシール部に使用できる代表的な撥水性樹脂繊維として、例えばニチアス株式会社からナフロンＳＰパッキングの商品名で販売されるものが挙げられる。
このような撥水性樹脂繊維で構成されたシール部材は、前記シール部３に水性媒体が容器１外に漏れないようにシール部挿入口２、２に挿入される。
【００１３】
このように構成することによって、容器内に水道水等の水性媒体を入れると、シール部３から水性媒体中に導入することが可能となる。
後述の実施例１に示す通り、本発明者の実験によると、水性媒体の液温を上昇させると水素の導入量が増加することが判った。従って、本発明の好ましい実施の形態において、本発明の空気供給装置は、水性媒体を加熱するための加熱手段４を設けることが可能である。
加熱手段４は、水性媒体を所定の温度に加熱することができれば特に限定されるものではなく例えば配管Ｐ３で容器１と接続された棒状ヒータを使用することができる。
【００１４】
一般の膜による流体の分離技術は、例えば、二つの流体系（気体／気体、気体／液体または液体／液体）の間に膜を挟み、第一の系から特定の物質を選択的に第二の系に透過させて分離する技術である。換言すると、特定の物質を第一の系から第二の系に選択的に移動させて、前記特定の物質を第二の系に選択的に取り込む技術である。
【００１５】
また、このように第一の系と第二の系との間で特定の物質を移動させるためには、第一の系の圧力等の負荷をかけて膜の前後で圧力差を発生させることが必要である。または、移動させるべき特定の物質の第一の系における濃度と第二の系における濃度の濃度差を利用することもできる。
【００１６】
しかしながら、本発明の空気供給装置は、従来の膜による物質移動技術とは異なり、水性媒体（液体）と空気（気体）の系との間で、所定のモル分率のＯ２とＮ４とから主として構成される空気全体を、Ｏ２とＮ２とを空気の組成比を変更することなしに水性媒体に移動する技術である。
すなわち、本発明の空気供給装置は、Ｏ２とＮ２とのいずれかを選択的に透過させることなく、あるいはいずれかを有意に移動させることなしに、空気の系から水性媒体の系に、空気の組成比を変えることなしにそのままの状態で空気を移動させる技術である。
【００１７】
しかも、本発明の空気供給装置は、従来の膜技術とは異なり、空気側に特別な圧力を加える必要なしに、空気を水等の水性媒体に移動させることが可能である。
【００１８】
本発明の別の好ましい実施の形態において、水性媒体の温度を上昇させる加熱手段に代えて、図２（ａ）に示すようにシール部３を直接加熱する加熱手段４を設ける構成とすることができる。
このように構成すると、水性媒体を加熱する場合と同様に空気の入口であるシール部３の加熱により効率的に空気を水性媒体中に導入することが可能となる。
【００１９】
以上説明した本発明の空気供給装置の動作を図３に基づいて説明する。
本発明の空気供給装置は、どのような原理で水性媒体中に空気を取り込むのか明らかでないが、所定の通気性および遮水性を有する樹脂製のシール部の水性媒体側と空気側の密度差に起因する拡散現象に基づくものであると考えられる。
すなわち、シール部３の空気側３ａｉｒにおいては、充分な空気の供給が継続しており、熱膨張によるシール内の空気の放出後の吸引は容易であり飽和する。一方、シール部３の水側３ｗａｔｅｒにおいては、シール３の内部が熱膨張で水中に押出され、押出された空気がシール表面により気泡として容器１の水性媒体内に離脱すると（図１も参照）、シール部３の水側３ｗａｔｅｒとは反対側の空気側３ａｉｒから新たな空気が補充される。これを繰り返すことによって、空気が容器１内の水性媒体中に継続的に導入されるものと考えられる。
【００２０】
このような構成を有する本発明の空気供給装置は、ポンプによる空気を水性媒体中に導入する空気供給装置に比べて使用するエネルギが少量ですみ、しかもシール部を介して水が導入されるので、水性媒体中にダスト等の不純物が同伴されることもない。しかも、例えばヒータだけを使用するので特別な騒音対策を講じる必要もない。
従って、本発明の空気供給装置は、水耕栽培、魚介類等の養殖等、嫌気性細菌に起因する水の腐敗防止用に有効に使用することができる。特に、オフィス等の静温環境が要求される箇所の水槽のエアレーション等に有効に使用可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を、実施例に基づいて説明する。
［実施例１］
図１（ａ）に示す本発明の空気供給装置（容量：２．５Ｌ，シール部３：フッ素繊維）の容器１を、水道水で満たした。次いで、容器の頂部に導管を介して水上置換により空気の発生量を確認した。
次いで、配管Ｐ３と接続されたヒータ４で液温を上昇し、液温と気体発生量との関係を調べた。結果を図４に示す。
図４に示す通り、本発明の空気供給装置は、所定量の空気を水中に導入することが可能であり、しかも水温が上昇するのにつれて空気の導入量も増加することが判る。
【００２２】
［実施例２］
使用する水性媒体を海水に代えて実施例１と同様の実験を行った結果、同様な結果が得られた。
【００２３】
［実施例３］
この実施例は、図１（ｂ）に示す本発明の空気供給装置（容量：２．５Ｌ，シール部３：フッ素繊維）を用いて水圧と空気の発生の関係を調べた所、配管Ｐ１の高さ約４５０ｃｍまでの水圧をかけても水中に空気が導入されていることを確認した。従って、本発明の空気供給装置は、ある程度の水圧を有する系（容器）においても充分に空気を系内に導入することができる。
【００２４】
［実施例４］
窒素／酸素組成比４／１の系内に図１（ｂ）に示す空気供給装置（容量：２．５Ｌ，シール部３：フッ素繊維）を用いて発生した気体およびその組成を分析した所、発生した気体は窒素および酸素であり、その組成比窒素／酸素は４／１であった。このことから、本発明の空気供給装置は、気体（空気）の所定の物質を選択的にあるいは有意に水中に移動させるのではなく、空気全体を水中に移動させて取り込むことができることが判った。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は次ぎの驚くべき効果を奏する。
請求項１に記載の発明によると、特別なエネルギを付与することなしに水性媒体に空気を導入することが可能となる。
請求項２に記載の発明によると、水性媒体中への空気の供給速度（空気の導入量）を増加することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の空気供給装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の空気供給装置におけるシール部を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の空気供給機構を説明するための模式図である。
【図４】本発明の空気供給装置における液温と気体発生量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１      容器
２      シール部挿入口
３      シール部
４      加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004154728.tif 000006