(57)【要約】【課題】  エネルギー（電力）の消費を少なくし、効率良く溶存酸素を増加させる水中への酸素供給方法およびその装置を提供する。【解決手段】  任意の水深層における水をポンプにより吸引し、この吸引した水に酸素を含む気体を注入するとともに、この気体を注入した水を水中に設置された溶解タンクに流入させ、気体が溶解した水を再び任意の水深層に送出するようにした水中への酸素供給方法において、前記溶解タンクを円筒形状に形成し、前記気体を注入した水をこの溶解タンクの下部側からタンク内に渦を巻くように流入させて、発生する渦を利用して気体の溶解を促進させ、気体の溶解した水を前記溶解タンクの上部から排出することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の水深層における水をポンプにより吸引し、この吸引した水に酸素を含む気体を注入するとともに、この気体を注入した水を水中に設置された溶解タンクに流入させ、気体が溶解した水を再び任意の水深層に送出するようにした水中への酸素供給方法において、前記溶解タンクを円筒形状に形成し、前記気体を注入した水をこの溶解タンクの下部側からタンク内に渦を巻くように流入させて、発生する渦を利用して気体の溶解を促進させ、気体の溶解した水を前記溶解タンクの上部から排出することを特徴とする水中への酸素供給方法。
【請求項２】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記タンク外に放出することにより、前記気体溜まりの酸素濃度の低下を防ぐとともに、前記タンク内の水位を調節することを特徴とする請求項１に記載の水中への酸素供給方法。
【請求項３】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を導管により水上へ放出することを特徴とする請求項２に記載の水中への酸素供給方法。
【請求項４】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記ポンプにより吸引された水に注入される気体に還流することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
【請求項５】
前記ポンプにより吸引する水深層の水の密度と前記気体が溶解した水を送出する水深層の水の密度との差が10kg/m3以内の範囲であるように、前記水を吸引および送出する水深層を選択することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
【請求項６】
任意の水深層における水をポンプにより吸引し、この吸引した水に酸素を含む気体を注入するとともに、この気体を注入した水を水中に設置された溶解タンクに流入させ、気体が溶解した水を再び任意の水深層に送出するようにした水中への酸素供給方法において、前記溶解タンクを上部で連通した二重円筒形状のタンクとするとともに、前記気体を注入した水をこの溶解タンクにおける内側円筒の下部にしかもこの内側円筒内に渦を巻くように流入させて、発生する渦を利用して気体の溶解を促進させ、気体の溶解した水を前記溶解タンクにおける外側円筒の下部から排出することを特徴とする水中への酸素供給方法。
【請求項７】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記タンク外に放出することにより、前記気体溜まりの酸素濃度の低下を防ぐとともに、前記タンク内の水位を調節することを特徴とする請求項６に記載の水中への酸素供給方法。
【請求項８】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を導管により水上へ放出することを特徴とする請求項７に記載の水中への酸素供給方法。
【請求項９】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記ポンプにより吸引された水に注入される気体に還流することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
【請求項１０】
前記溶解タンクにおける外側円筒の下部を開放し、水が水底に向かって排出されるように構成したことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
【請求項１１】
前記溶解タンクにおける外側円筒の下部から排出される水が水平方向に流出するように構成したことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
【請求項１２】
前記ポンプにより吸引する水深層の水の密度と前記気体が溶解した水を送出する水深層の水の密度との差が10kg/m3以内の範囲であるように、前記水を吸引および送出する水深層を選択することを特徴とする請求項６乃至１１のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
【請求項１３】
任意の水深層における水を吸引するポンプと、このポンプの吸引側及び／又は吐出側において前記吸引した水に酸素を含む気体を注入する気体注入手段と、水中に設置され前記気体の水への溶解を促進する円筒形状の溶解タンクと、前記ポンプより吐出された水を前記溶解タンクに流入させる導入管と、前記溶解タンク内で気体が溶解した水を排出し再び任意の水深層に送出する排出管とを備えた水中への酸素供給装置であって、前記導入管を前記溶解タンクの下部にしかも流入する水がこのタンク内で渦を巻くように配設するとともに、前記排出管を前記溶解タンクの上部に配設したことを特徴とする水中への酸素供給装置。
【請求項１４】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記タンク外に放出することにより、前記気体溜まりの酸素濃度の低下を防ぐとともに、前記タンク内の水位を調節することを特徴とする請求項１３に記載の水中への酸素供給装置。
【請求項１５】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を導管により水上へ放出することを特徴とする請求項１４に記載の水中への酸素供給装置。
【請求項１６】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記ポンプにより吸引された水に注入される気体に還流することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
【請求項１７】
前記ポンプにより吸引する水深層の水の密度と前記気体が溶解した水を送出する水深層の水の密度との差が10kg/m3以内の範囲であるように、前記水を吸引および送出する水深層を選択することを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
【請求項１８】
任意の水深層における水を吸引するポンプと、このポンプの吸引側及び／又は吐出側において前記吸引した水に酸素を含む気体を注入する気体注入手段と、水中に設置され前記気体の水への溶解を促進する上部で連通した二重円筒形状の溶解タンクと、前記ポンプより吐出された水を前記溶解タンクに流入させる導入管と、前記溶解タンク内で気体が溶解した水を排出し再び任意の水深層に送出する排出管とを備えた水中への酸素供給装置であって、前記導入管を前記溶解タンクにおける内側円筒の下部にしかも流入する水がこのタンク内で渦を巻くように配設するとともに、前記排出管を前記溶解タンクにおける外側円筒の下部に配設したことを特徴とする水中への酸素供給装置。
【請求項１９】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記タンク外に放出することにより、前記気体溜まりの酸素濃度の低下を防ぐとともに、前記タンク内の水位を調節することを特徴とする請求項１８に記載の水中への酸素供給装置。
【請求項２０】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を導管により水上へ放出することを特徴とする請求項１９に記載の水中への酸素供給装置。
【請求項２１】
前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記ポンプにより吸引された水に注入される気体に還流することを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
【請求項２２】
前記溶解タンクにおける外側円筒の下部を開放し、水が水底に向かって排出されるように構成したことを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
【請求項２３】
前記溶解タンクにおける外側円筒の下部から排出される水が水平方向に流出するように構成したことを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
【請求項２４】
前記ポンプにより吸引する水深層の水の密度と前記気体が溶解した水を送出する水深層の水の密度との差が10kg/m3以内の範囲であるように、前記水を吸引および送出する水深層を選択することを特徴とする請求項１８乃至２３のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等の貧酸素水域に酸素を供給することにより、水質の改善を図る水中への酸素供給方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等には生活排水や産業排水等が流入しており、こうした排水中には有機物、栄養塩類が含まれている。これらの一部は水底に沈降して有機汚泥となる。
水中の微生物はこれらを分解するために溶存酸素を消費するので、底層の水への酸素供給が消費量より少ないと、貧酸素状態となってしまう。
【０００３】
底層水が貧酸素状態に陥ると、底泥中の有機物は嫌気分解され、硫化物やメタンガス等の、生物にとって有害な物質が生成される。
また、底泥が酸素不足になると、底泥中の栄養塩が溶出し易くなり、水中の栄養塩濃度を高め、アオコの発生や赤潮を引き起こすなど、環境悪化の原因となる。
【０００４】
図６は、港湾、湖沼、ダム湖等（以下総称して湖沼1という）における水温の分布状態の一例を示すもので、夏季は水面付近は温度Ｔが高く、水深が下がると急に温度が低下する温度躍層Ａが形成された状態を模式的に示している。実線Ｃは温度分布曲線を示しており、水底は温度が一番低くなっている。
【０００５】
こうした状態では、下層の温度が低く密度が大きい水は水塊を形成しており、表層付近の水温が高く密度が小さい水との混ざり合いはほとんどない。
従って、表層付近の溶存酸素濃度の高い水は、底層へ供給されることはなく、底層の貧酸素状態は解消されない状態となっている。
【０００６】
このような現象は、水温の差（温度躍層Ａ）による場合だけでなく、汽水域のように塩分濃度の急激な変化が起こる塩分躍層の形成によっても生ずる。
【０００７】
図７は、このように貧酸素状態となった底層の水に酸素を供給する、従来の装置の例を示すもので、散気装置によるものと、水流発生装置によるものとを例示している。図７では、湖沼１の左側に散気装置による酸素供給技術を、右側に水流発生装置による酸素供給技術を示している。
【０００８】
まず、散気装置による酸素供給技術について説明する。散気装置は、エア・コンプレッサ２により水底まで空気を送り、この圧縮空気を散気板３から水底に放出するもので、底層の溶存酸素増加、及び連行水による温度躍層の破壊によって、上層からの溶存酸素を水底に供給することを狙ったものである。
【０００９】
しかしながら、こうした方法では、連行水による底泥の巻き上げが起こり、下層部から上層部へ栄養塩を供給してしまい、水域全体の水質を悪化させてしまうという問題がある。また、半無限大に近い港湾、湖沼、大型ダムにおける温度躍層を破壊するには多大な動力を必要とし、現実的ではない。
【００１０】
次に、水流発生装置による酸素供給技術について説明する。図７の右側に示すように、この酸素供給技術においては、水流発生装置を構成するポンプ４によって溶存酸素の豊富な表層の水を吸い、水底に放出することにより、周囲の水を連行水として、下層水と混合させ、底層へ溶存酸素供給を行うものである。
【００１１】
しかしながら、表層水は温度が高く密度が小さいため、底層の温度が低く密度の高い水とは混ざることがないうえ、前述の場合と同様に、底泥の巻き上げが起こり、水域全体の水質を悪化させてしまうという欠点がある。
【００１２】
図８は、貧酸素状態になっている底層の水を汲み上げ、その水に酸素溶解手段５により酸素を溶かし込んで、溶存酸素濃度を上昇させた後に、元の底層に戻すように構成したものである。
この様に、温度の低い水を、元の温度の低い水域に戻す構成にすれば、密度の違いにより混ざり合わないと云うこともなく、また、温度が高いことによる上昇流の発生もないため、底泥を巻き上げてしまうこともない。
【００１３】
しかしながら、図８に示す装置では、水底から水上まで水を吸い上げ、更に水上から水底まで送水するためのエネルギーが必要になることや、送水距離が長い場合には、酸素溶解のために用いているタンクの圧力が上昇してしまい、多大なエネルギーを必要とするという問題がある。
【００１４】
図９は、水頭圧を利用して底層への送水を行うようにしたものである。ポンプ４により、取水管６を介して汲み上げられた水に、酸素溶解手段５によって酸素を溶かし込み、送水管７を介して底層まで送水する。
しかしながら、このような送水方式では、酸素溶解手段５からの放出位置が、ほぼ大気圧となるために、高濃度の溶存酸素は期待できない。
【００１５】
図１０は、散気方式に工夫を加えたもので、底層部に水の出入口を有する散気筒８内で散気することにより、低層の水を連行水として、散気筒８内で上昇させ、水上で気泡を解放しながら隔壁８ａを越流させる。越流した水は、下降流となり、底層の出口より放出される。
しかしながら、このような装置では、水深が浅い場合には、あまり高い酸素溶解度を得ることができないとともに、越流した水にも気泡が含まれるために、底層で放出される水にも気泡が含まれ、放出水に上昇流が発生してしまう。また、水深が深い場合には、高い酸素溶解度を得ることができるが、散気筒８の長さも大きくなり、設備費用が高価となってしまう。
【００１６】
図１１は、図１０に示した散気筒８を溶解タンク９として、水中に設置したものである。溶解タンク９を水中に設置することにより、水圧を利用して、比較的高濃度の酸素を溶解させることができる。なお、タンク上部における気体溜まり９ａの気体を排気することにより、タンク内の水位を調節することができる。
しかしながら、このような装置では、気泡と水とが接触する時間に相当する、溶解タンク９の高さをあまり高くすることができないので、全体としての酸素溶解量はあまり大きくはならない。
【００１７】
【特許文献１】特開平９−１６８７７７号公報
【特許文献２】特開平１１−２０７１６２号公報
【特許文献３】特開２００２−３４６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記したように、従来の連行水を伴う酸素供給方法では、連行水による底泥の巻き上げが起こり、水域全体の水質を悪化させてしまうという問題があり、また、貧酸素状態になっている底層の水を汲み上げ、その水に酸素溶解手段により酸素を溶かし込んだ後、元の底層に戻すようにした酸素供給方法では、送水や酸素の溶解のために多大なエネルギーを必要とするという問題がある。
【００１９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、所望の水深に効率良く酸素を供給することのできる酸素供給方法およびその装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するために、本発明の水中への酸素供給方法およびその装置は、次に示す構成を有するものである。
【００２１】
（１）水中への酸素供給方法は、任意の水深層における水をポンプにより吸引し、この吸引した水に酸素を含む気体を注入するとともに、この気体を注入した水を水中に設置された溶解タンクに流入させ、気体が溶解した水を再び任意の水深層に送出するようにした水中への酸素供給方法において、前記溶解タンクを円筒形状に形成し、前記気体を注入した水をこの溶解タンクの下部側からタンク内に渦を巻くように流入させて、発生する渦を利用して気体の溶解を促進させ、気体の溶解した水を前記溶解タンクの上部から排出することを特徴とする。
【００２２】
（２）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記タンク外に放出することにより、前記気体溜まりの酸素濃度の低下を防ぐとともに、前記タンク内の水位を調節することを特徴とする（１）に記載の水中への酸素供給方法。
（３）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を導管により水上へ放出することを特徴とする（２）に記載の水中への酸素供給方法。
（４）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記ポンプにより吸引された水に注入される気体に還流することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
（５）前記ポンプにより吸引する水深層の水の密度と前記気体が溶解した水を送出する水深層の水の密度との差が10kg/m3以内の範囲であるように、前記水を吸引および送出する水深層を選択することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
【００２３】
（６）水中への酸素供給方法は、任意の水深層における水をポンプにより吸引し、この吸引した水に酸素を含む気体を注入するとともに、この気体を注入した水を水中に設置された溶解タンクに流入させ、気体が溶解した水を再び任意の水深層に送出するようにした水中への酸素供給方法において、前記溶解タンクを上部で連通した二重円筒形状のタンクとするとともに、前記気体を注入した水をこの溶解タンクにおける内側円筒の下部にしかもこの内側円筒内に渦を巻くように流入させて、発生する渦を利用して気体の溶解を促進させ、気体の溶解した水を前記溶解タンクにおける外側円筒の下部から排出することを特徴とする。
【００２４】
（７）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記タンク外に放出することにより、前記気体溜まりの酸素濃度の低下を防ぐとともに、前記タンク内の水位を調節することを特徴とする（６）に記載の水中への酸素供給方法。
（８）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を導管により水上へ放出することを特徴とする（７）に記載の水中への酸素供給方法。
（９）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記ポンプにより吸引された水に注入される気体に還流することを特徴とする（６）乃至（８）のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
（１０）前記溶解タンクにおける外側円筒の下部を開放し、水が水底に向かって排出されるように構成したことを特徴とする（６）乃至（９）のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
（１１）前記溶解タンクにおける外側円筒の下部から排出される水が水平方向に流出するように構成したことを特徴とする（６）乃至（９）のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
（１２）前記ポンプにより吸引する水深層の水の密度と前記気体が溶解した水を送出する水深層の水の密度との差が10kg/m3以内の範囲であるように、前記水を吸引および送出する水深層を選択することを特徴とする（６）乃至（１１）のいずれかに記載の水中への酸素供給方法。
【００２５】
（１３）水中への酸素供給装置は、任意の水深層における水を吸引するポンプと、このポンプの吸引側及び／又は吐出側において前記吸引した水に酸素を含む気体を注入する気体注入手段と、水中に設置され前記気体の水への溶解を促進する円筒形状の溶解タンクと、前記ポンプより吐出された水を前記溶解タンクに流入させる導入管と、前記溶解タンク内で気体が溶解した水を排出し再び任意の水深層に送出する排出管とを備えた水中への酸素供給装置であって、前記導入管を前記溶解タンクの下部にしかも流入する水がこのタンク内で渦を巻くように配設するとともに、前記排出管を前記溶解タンクの上部に配設したことを特徴とする。
【００２６】
（１４）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記タンク外に放出することにより、前記気体溜まりの酸素濃度の低下を防ぐとともに、前記タンク内の水位を調節することを特徴とする（１３）に記載の水中への酸素供給装置。
（１５）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を導管により水上へ放出することを特徴とする（１４）に記載の水中への酸素供給装置。
（１６）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記ポンプにより吸引された水に注入される気体に還流することを特徴とする（１３）乃至（１５）のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
（１７）前記ポンプにより吸引する水深層の水の密度と前記気体が溶解した水を送出する水深層の水の密度との差が10kg/m3以内の範囲であるように、前記水を吸引および送出する水深層を選択することを特徴とする（１３）乃至（１６）のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
【００２７】
（１８）水中への酸素供給装置は、任意の水深層における水を吸引するポンプと、このポンプの吸引側及び／又は吐出側において前記吸引した水に酸素を含む気体を注入する気体注入手段と、水中に設置され前記気体の水への溶解を促進する上部で連通した二重円筒形状の溶解タンクと、前記ポンプより吐出された水を前記溶解タンクに流入させる導入管と、前記溶解タンク内で気体が溶解した水を排出し再び任意の水深層に送出する排出管とを備えた水中への酸素供給装置であって、前記導入管を前記溶解タンクにおける内側円筒の下部にしかも流入する水がこのタンク内で渦を巻くように配設するとともに、前記排出管を前記溶解タンクにおける外側円筒の下部に配設したことを特徴とする。
【００２８】
（１９）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記タンク外に放出することにより、前記気体溜まりの酸素濃度の低下を防ぐとともに、前記タンク内の水位を調節することを特徴とする（１８）に記載の水中への酸素供給装置。
（２０）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を導管により水上へ放出することを特徴とする（１９）に記載の水中への酸素供給装置。
（２１）前記溶解タンクの内部上方に形成された気体溜まりの気体を前記ポンプにより吸引された水に注入される気体に還流することを特徴とする（１８）乃至（２０）のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
（２２）前記溶解タンクにおける外側円筒の下部を開放し、水が水底に向かって排出されるように構成したことを特徴とする（１８）乃至（２１）のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
（２３）前記溶解タンクにおける外側円筒の下部から排出される水が水平方向に流出するように構成したことを特徴とする（１８）乃至（２１）のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
（２４）前記ポンプにより吸引する水深層の水の密度と前記気体が溶解した水を送出する水深層の水の密度との差が10kg/m3以内の範囲であるように、前記水を吸引および送出する水深層を選択することを特徴とする（１８）乃至（２３）のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、任意の水深層における水をポンプにより吸引し、この吸引した水に酸素を含む気体を注入するとともに、この気体を注入した水を水中に設置された溶解タンクに流入させ、気体が溶解した水を再び任意の水深層に送出するようにした水中への酸素供給方法において、前記溶解タンクを円筒形状または上部で連通した２重円筒形状に形成し、前記気体を注入した水をこの溶解タンクの下部側からタンク内に渦を巻くように流入させて、発生する渦を利用して気体の溶解を促進させ、気体の溶解した水を前記溶解タンクの上部または外側円筒の下部から排出するようにしているので、従来のように、酸素を溶解させる際に連行水を伴うことがなく、連行水により底泥を巻き上げ、水域全体の水質を悪化させてしまうことがない。
また、従来のように水を汲み上げた後、元の水深まで水を戻す必要がないうえに、溶解タンクを水中に配設していることから、水圧を利用でき、エネルギーを節約することができる。
さらに、渦の圧力（遠心力）によって、高いエネルギー効率で気体の溶解を促進することができるとともに、未溶解の気体を気体注入手段に還流させることにより、気体の有効利用を進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に係る水中への酸素供給方法およびその装置の様々な実施形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は本発明の水中への酸素供給方法およびその装置の一実施例を示す構成図である。図において、図６〜図１１と同様のものは、同一符号を付して示す。ポンプ４は水中の温度躍層（図６〜図８参照）以下の水域に設置され、任意の水深層における水を吸引する。１０はポンプ４の吐出側に挿入され、水に気体を注入するとともに、乱流を発生して、水と気体とを撹拌するエジェクタおよびラインミキサである。１１はポンプ４の吸引側および／または吐出側において、水に酸素を含んだ気体を注入する気体注入手段である。前記したように、ポンプ４の吐出側における気体の注入は、エジェクタ／ラインミキサ１０を介して行われる。１２は水中に設置され、気体の水への溶解を促進する円筒形状の溶解タンクであり、１２１はポンプ４より吐出された水を溶解タンク１２に流入させる導入管、１２２は溶解タンク１２内において気体が溶解した水を排出し、再び任意の水深層に送出する排出管である。ここで、導入管１２１は、溶解タンク１２の下部で、しかも溶解タンク１２における径の接線方向に沿った位置に配設されており、これによりポンプ４から吐出された水は、溶解タンク１２内で渦を巻きながら上方向に巻き上がるようになる。また、排出管１２２は、溶解タンク１２の上部に配設されている。
【００３２】
１３〜１６は調節弁であり、流れる水または気体の流量を最適の値に調節する。特に、調節弁１４においては、気体注入手段１１からポンプ４の吸引側に送り込む気体の量を制御し、所謂、泡噛み（キャビテーション）が起きないように制御している。また、調節弁１７は、溶解タンク１２上部の気体溜まり１２ａにおける気体（未溶解気体）を放出し、気体溜まり１２ａにおける酸素濃度の低下を防ぐとともに、タンク内の水位を調節する。
【００３３】
このように構成された水中への気体供給装置においては、気体が注入され、導入管１２１を介して溶解タンク１２に流入した水は、タンク内で渦を巻いて上昇する。このため、
溶解タンク１２内では、渦の圧力を利用して、気体の溶解が促進される。
溶解タンク１２内では渦を巻いているため、気泡として残っている未溶解の気体は、水より軽いことから、渦の中心部に集まり、未溶解気体の分離が行われ、上部には気体溜まり１２ａが形成される。
溶解タンク１２内では、上部へ行くほど気体の溶解が進むので、上部に設けられた排出管１２２からは、溶解の進んだ水（酸素溶解水）が排出される。
【００３４】
未溶解気体は徐々に増えるので、密閉された溶解タンク１２内においては、その水位は低下する。水位が低下し続け、排出管１２２の位置まで達すると、未溶解気体も水と一緒に放出されてしまうので、調節弁１７を介して、気体溜まり１２ａの未溶解気体を大気に放出して、水位を一定以上に調節する。また、後述するが、気体溜まり１２ａの気体を気体注入手段１１に還流させて再利用する場合には、気体溜まり１２ａにおける気体の酸素濃度が徐々に低下してくるので、酸素濃度がある程度低下した場合には、気体注入手段１１への還流を止め、大気に放出して、それ以上の酸素濃度の低下を防止する。
なお、気体溜まり１２ａの未溶解気体を大気に放出する方式としては、気体溜まり１２ａの酸素濃度がある濃度以下になった時に放出する方式、時間を決めて定期的に放出する方式、あるいは、水位が所定のレベル以下に下がった時に放出する方式などがある。
【００３５】
また、溶解タンク１２から酸素溶解水を放出する水域の水深は、ポンプ４により水を吸引した水域と同じ水深とすることが望ましいが、これが不可能な場合には、水の吸引口と放出口における水の密度差が10kg/m3以内の範囲となるように、それぞれの水深を設定すれば、放出された水が水塊を形成してしまうことがない。例えば、酸素を供給する水域が海水であった場合、塩分濃度はおよそ3.5wt.%程であるために、この程度の密度差であれば水の上昇がなく、効率良く水底層の溶存酸素を増加させることができる。
【００３６】
上記の構成によれば、水底から水上まで水を吸い上げ、更に水上から水底まで送水するためのエネルギーを節約することができる。また、溶解タンク１２が水中に配設されていることから、水圧を利用して溶解タンク１２内の圧力を上昇させることができ、ポンプ４の送水圧力により圧力上昇させる必要がないため、エネルギーの節約が可能である。更に、渦の圧力（遠心力）によって、気体の溶解を促進しているので、高いエネルギー効率で酸素溶解水を得ることができる。
なお、上記の説明において、エジェクタ／ラインミキサ１０は、ポンプ４の吐出側における気体の注入を助けるために設けられるもので、気体注入手段１１の圧力により注入を行う場合には、省略することも可能である。
【実施例２】
【００３７】
図２に示す例は、溶解タンク１２を二重円筒構造として、気体の溶解をさらに促進させるようにしたものである。図において、前記図１と同様のものは、同一符号を付して示す。溶解タンク１２は、内側円筒１２ｂと外側円筒１２ｃとにより構成されており、これらの円筒は上部で連通している。導入管１２１は、溶解タンク１２における内側円筒１２ｂの下部に、しかも流入する水がこのタンク内で渦を巻くように配設され、排出管１２２は溶解タンク１２における外側円筒１２ｃの下部に配設されている。
【００３８】
このように構成すると、内側円筒１２ｂから越流した水が、外側円筒１２ｃを下降した後に、外側円筒１２ｃの下部から、酸素溶解水として外部に排出されるようになり、気体が溶解する流路をより長くして、気体の溶解をさらに促進することができる。
【実施例３】
【００３９】
図３に示す例は、図２の装置において、外側円筒１２ｃの下部を開放とし、酸素溶解水を外側円筒１２ｃの下部から直接水底に排出するとともに、水圧を直接利用して、気体の溶解をさらに促進させるようにしたものである。図において、前記図２と同様のものは、同一符号を付して示す。溶解タンク１２における外側円筒１２ｃの下部（底部）は、水底に向かって開放されており、酸素溶解水は水底に向かって排出される。
【００４０】
このように構成すると、溶解タンク１２の内部には、水底の水圧が直接かかることになり、排出管に配設された調節弁による圧力損失がなくなり、エネルギー効率が上昇する。
【実施例４】
【００４１】
図４に示す例は、図３の装置において、外側円筒１２ｃの下部から排出される酸素溶解水を、水底と水平な方向に流出させるようにしたものである。また、ポンプ４およびエジェクタ／ラインミキサ１０を水面の近くに配設して、保守点検を容易にしたものである。図において、前記図３と同様のものは、同一符号を付して示す。１８はポンプ４等をつり下げて、水面の近くに配設するためのフロート体である。また、溶解タンク１２における外側円筒１２ｃの下部は、水底と水平な方向に向かって開口されており、酸素溶解水は水底と水平な方向に向かって排出される。
【００４２】
このように構成すると、溶解タンク１２の内部には、水底の水圧が直接かかることになり、排出管に配設された調節弁による圧力損失がなくなり、エネルギー効率を上昇させることができるとともに、溶解タンク１２から排出された酸素溶解水により水底の泥を巻き上げてしまうことがない。
また、フロート体１８によりポンプ４等をつり下げているので、いつでもポンプ４等を引き上げ、保守点検を実施することができる。なお、ポンプ４等を配設する水深は、任意に設定することができる。
【実施例５】
【００４３】
図５に示す例は、図４の装置において、ポンプ４およびエジェクタ／ラインミキサ１０を水上に配設して、保守点検をより容易にしたものである。また、溶解タンク１２上部における気体溜まり１２ａの気体を気体注入手段１１に還流させ、未溶解気体の有効利用を図ったものである。図において、前記図４と同様のものは、同一符号を付して示す。ポンプ４等はフロート体１８に乗せられ、水上に配設されている。また、気体溜まり１２ａの気体は、調節弁１７，１９を介して、大気に放出されるとともに、一部は気体注入手段１１に還流されている。
【００４４】
ここで、気体溜まり１２ａに溜まる未溶解の気体は、気体注入手段１１に還流され、再利用されるが、気体溜まり１２ａにおける酸素濃度がある程度低下すると、気体溜まり１２ａの気体を大気に放出して、気体溜まり１２ａにおける酸素濃度の低下を防止する。
【００４５】
このように構成すると、溶解タンク１２上部に溜まる未溶解の気体を再利用して、水に溶解させる気体（酸素）を有効利用することができるとともに、水位の調節と同時に、気体溜まり１２ａにおける酸素濃度を一定レベル以上に制御することができ、気体（酸素）の溶解をより促進することができる。また、ポンプ４等が水上に配設されているので、保守点検を容易に実施することができる。
【００４６】
以上、本発明の水中への酸素供給方法およびその装置について、様々な実施形態をもとに説明をしたが、これらの実施例は、例示の内容にのみ限られるものではなく、変更、変形および組み合わせて実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の水中への酸素供給方法およびその装置の一実施例（実施例１）を示す構成図。
【図２】本発明の水中への酸素供給方法およびその装置の他の実施例（実施例２）を示す構成図。
【図３】本発明の水中への酸素供給方法およびその装置の他の実施例（実施例３）を示す構成図。
【図４】本発明の水中への酸素供給方法およびその装置の他の実施例（実施例４）を示す構成図。
【図５】本発明の水中への酸素供給方法およびその装置の他の実施例（実施例５）を示す構成図。
【図６】湖沼などに形成される温度躍層の説明図。
【図７】従来の水中への酸素供給装置の一例を示す構成図。
【図８】従来の水中への酸素供給装置の他の例を示す構成図。
【図９】従来の水中への酸素供給装置の他の例を示す構成図。
【図１０】従来の水中への酸素供給装置の他の例を示す構成図。
【図１１】従来の水中への酸素供給装置の他の例を示す構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１      湖沼
２      エア・コンプレッサ
３      散気板
４      ポンプ
５      酸素溶解手段
６      取水管
７      送水管
８      散気筒
９      溶解タンク
９ａ    気体溜まり
１０    エジェクタ・ラインミキサ
１１    気体注入手段
１２    溶解タンク
１２ａ  気体溜まり
１２ｂ  内側円筒
１２ｃ  外側円筒
１２１  導入管
１２２  排出管
１３〜１７，１９  調節弁
１８    フロート体
【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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