(57)【要約】【課題】  水質環境改善のため、  微小気泡発生装置を水深１０ｍ以上の深度に設置し、安定な微小気泡供給する低コストなシステムを開発する。【解決手段】  少量の空気で作動し、空気と水との混合物を供給することでも操業可能な微小気泡発生装置を使用し、小容量のコンプレッサを使用して空気を供給するか、若しくは水面近傍で簡易な装置で作った空気泡を含む水を供給する。【選択図】図１
2007130616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水深１０ｍ以上の水中に微小気泡を発生させる装置を設置し、容易に浮上しない安定な微小気泡を水中に供給するシステムにおいて、目的深度に、以下に述べるような形式の微小気泡発生装置、即ち、固定円筒内に該固定円筒と軸を同じくする回転円筒を設置し、該固定円筒の内面及び該回転円筒の外面に、軸と平行の方向にそれぞれ複数個の突条を設け、該固定円筒と該回転円筒との間隙に、固定円筒下部に設けられた液体排出装置によって、気体と液体とを同時に吸入するか、若しくは気体を含む液体を吸入し、吸入された気体を含む液体を下方に誘引しつつ回転円筒を高速回転させることによって注入された液体及び気体を高速で流動させ、突条によって形成される流動経路の広狭の繰り返しに対応して生ずる液体内の圧力変動等を利用して、該液体中に該気体の微小気泡（直径１０μｍ〜０．１μｍのものを含む）を生成させ、該液体排出装置によって安定な微小気泡を水中に供給する形式の微小気泡発生装置を設置し、これに水面上から管路を通じて加圧空気を導入・処理して、容易に浮上しない安定な微小空気泡を水中に供給することを特徴とする気体供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載された気体供給システムにおいて、加圧空気導入管路の全部又は一部が金属製のパイプ若しくは金属製の可撓管により構成されることを特徴とする気体供給システム。
【請求項３】
請求項２に記載された金属製のパイプ若しくは金属製の可撓管の一部がスパイラル状であることを特徴とする気体供給システム。
【請求項４】
水深１０ｍ以上の水中に微小気泡を発生させる装置を設置し、容易に浮上しない安定な微小気泡を水中に供給するシステムにおいて、目的深度に、以下に述べるような形式の微小気泡発生装置、即ち、固定円筒内に該固定円筒と軸を同じくする回転円筒を設置し、該固定円筒の内面及び該回転円筒の外面に、軸と平行の方向にそれぞれ複数個の突条を設け、該固定円筒と該回転円筒との間隙に、固定円筒下部に設けられた液体排出装置によって、気体と液体とを同時に吸入するか、若しくは気体を含む液体を吸入し、吸入された気体を含む液体を下方に誘引しつつ回転円筒を高速回転させることによって注入された液体及び気体を高速で流動させ、突条によって形成される流動経路の広狭の繰り返しに対応して生ずる液体内の圧力変動等を利用して、該液体中に該気体の微小気泡（直径１０μｍ〜０．１μｍのものを含む）を生成させ、該液体排出装置によって安定な微小気泡を水中に供給する形式の微小気泡発生装置を設置し、これに水面近傍において別に適宜の装置によって発生させた空気泡を含む水を、管路を通じて、該空気泡若しくは該空気泡の一部の上昇速度を上回る吸引速度を有する液体排出装置によって該微小気泡発生装置中に導入・処理して、容易に浮上しない安定な微小空気泡を水中に供給することを特徴とする気体供給システム。
【請求項５】
請求項４に記載された気体供給システムにおいて、空気泡を含む水の導入管路の全部又は一部が金属製のパイプ若しくは金属製の可撓管により構成されることを特徴とする空気供給システム。
【請求項６】
請求項５に記載された金属製のパイプ若しくは金属製の可撓管の一部がスパイラル状であることを特徴とする空気供給システム。
【請求項７】
請求項４に記載された気体供給システムにおいて、微小気泡発生装置として、請求項４記載以外の、気泡を含む水を処理して容易に浮上しない安定な微小空気泡を水中に供給することが可能な装置を使用することを特徴とする気体供給システム。
【請求項８】
請求項１若しくは請求項４に記載された気体供給システムにおいて、空気の一部若しくは全部を他の気体で置換することを特徴とする気体供給システム。
【請求項９】
請求項８記載の空気以外の気体が、酸素又は／及びオゾンであることを特徴とする気体供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、環境改善の目的で、深度１０ｍ以上の水中若しくは水底近傍に空気等の気体を供給するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】近年、水質環境改善のため、水中に気泡を供給する試みが多く行われ、一定の成果が示されつつある。特に最近では、マイクロ〜ナノオーダーの微小気泡について、その水中での安定性（長い存在時間と小さな浮上速度）により、水底を覆う気泡層が形成される効果が注目され、実用への取り組みが進んでいる。また、ナノ微小気泡特有の生体作用も有効に作用すると言われている。（特許文献１〜４）【０００３】しかしながら、これらの実用例の多くは深度数メートルまでの、微小気泡発生装置の設置或は気体の供給に特段の工夫を必要としない浅い水域に限られ、最近深刻な問題となっている深海水域の貧酸素環境に対しての提案は未だ限られたものとなっている（特許文献３、４）。特許文献３の方法は、一定の微小気泡発生装置、即ち、圧力水と気体とによる気液２層の高速旋回流を作り、旋回軸中心付近に生ずる高いせん断力によって微小気泡を形成させる方式の微小気泡発生装置を所定深度に適宜の方法により設置し、水面から水圧に対応した圧を加えた気体を供給するものであり、特許文献４の方法は、水面近傍で作られた微小気泡を所定の深度に搬送・放出するものである。
【特許文献１】特開２００３−５３３７３
【特許文献２】特開２００４−７４１３１
【特許文献３】特開２００４−２９０８９３
【特許文献４】特開２００４−１７４２８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】水深が浅く、水圧があまり大きくない場所において微小気泡発生装置を使用する場合には、気体の供給については特に考慮する必要は少なく、多くの場合では装置に設備された水流発生装置の作動に伴う吸気によって必要量が供給され、加圧によって水中に気体を放出する形式においても、必要な圧力はさして大きなものではない。しかしながら、水深が１０ｍを越える付近から、気体の供給は吸気だけでは不十分となり、上記特許文献３における如く、コンプレッサ等による加圧が必要となる。この場合、気体の圧送に伴う設備費等のコスト要因が発生するため、使用される微小気泡発生装置としては、なるべく少量の気体で作動が可能な形式であることが望ましい。特許文献４の方法は、水面近傍で作られた微小気泡を含む水を所定の深度まで搬送する方式により水圧の問題をクリヤーし、コンプレッサを不要としたものである。しかしながら、微小気泡発生装置によって作られる気泡径は通常かなり広い分布を持つものであるが、この方式ではそのうちの安定した気泡のみが搬送されることとなり、多少安定性に乏しくても目的水域に放出されれば有効である準安定気泡の利用が失われる可能性が考えられる。【０００５】本発明においては、これらの問題を解決するため、微小気泡発生装置を所定深度に設置し、気体供給に要するコストを抑制するシステムを開発する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】本発明者らは、上記の問題点を解決するため、微小気泡発生装置の開発と応用の経験に基づき、以下のような発明を行った。
（１）水深１０ｍ以上の水中に微小気泡を発生させる装置を設置し、容易に浮上しない安定な微小気泡を水中に供給するシステムにおいて、目的深度に、以下に述べるような形式の微小気泡発生装置、即ち、固定円筒内に該固定円筒と軸を同じくする回転円筒を設置し、該固定円筒の内面及び該回転円筒の外面に、軸と平行の方向にそれぞれ複数個の突条を設け、該固定円筒と該回転円筒との間隙に、固定円筒下部に設けられた液体排出装置によって、気体と液体とを同時に吸入するか、若しくは気体を含む液体を吸入し、吸入された気体を含む液体を下方に誘引しつつ回転円筒を高速回転させることによって注入された液体及び気体を高速で流動させ、突条によって形成される流動経路の広狭の繰り返しに対応して生ずる液体内の圧力変動等を利用して、該液体中に該気体の微小気泡（直径１０μｍ〜０．１μｍのものを含む）を生成させ、該液体排出装置によって安定な微小気泡を水中に供給する形式の微小気泡発生装置（以下ナノマイザ方式装置と言う）を設置し、これに水面上から管路を通じて加圧空気を導入・処理して、容易に浮上しない安定な微小空気泡を水中に供給することを特徴とする気体供給システム。
（２）（１）に記載された気体供給システムにおいて、加圧空気導入管路の全部又は一部が金属製のパイプ若しくは金属製の可撓管により構成されることを特徴とする気体供給システム。
（３）（２）に記載された金属製のパイプ若しくは金属製の可撓管の一部がスパイラル状であることを特徴とする気体供給システム。
（４）水深１０ｍ以上の水中に微小気泡を発生させる装置を設置し、容易に浮上しない安定な微小気泡を水中に供給するシステムにおいて、目的深度に、ナノマイザ方式装置を設置し、これに水面近傍において別に適宜の装置によって発生させた空気泡を含む水を、管路を通じて、該空気泡若しくは該空気泡の一部の上昇速度を上回る吸引速度を有する液体排出装置によって該微小気泡発生装置中に導入・処理して、容易に浮上しない安定な微小空気泡を水中に供給することを特徴とする気体供給システム。
（５）（４）に記載された気体供給システムにおいて、気泡を含む水の導入管路の全部又は一部が金属製のパイプ若しくは金属製の可撓管により構成されることを特徴とする空気供給システム。
（６）（５）に記載された金属製のパイプ若しくは金属製の可撓管の一部がスパイラル状であることを特徴とする空気供給システム。
（７）（４）に記載された気体供給システムにおいて、微小気泡発生装置として、請求項４記載以外の、気泡を含む水を処理して容易に浮上しない安定な微小空気泡を水中に供給することが可能な装置を使用することを特徴とする気体供給システム。
（８）（１）若しくは（４）に記載された気体供給システムにおいて、空気の一部若しくは全部を他の気体で置換することを特徴とする気体供給システム。
（９）（８）記載の空気以外の気体が、酸素又は／及びオゾンであることを特徴とする気体供給システム。
【発明の効果】
【０００７】本発明により、深水部に対する安定な微小気泡気体供給の効率の良い手段が提供され、貧酸素水域の水質改善が進むことが期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】第１の実施形態：第１の実施形態の概念図を図１に示す。本実施形態は（１）〜（３）に述べた如く、目的深度の水中にナノマイザ方式装置６を設置し、水面上からコンプレッサ１により気体導入管路３を介して空気或は所要の気体を供給するものである。ナノマイザ方式装置は、特許文献１，２に記載される如く、装置下部に設置された排液装置により液体を液供給孔７から装置本体に取り込むと同時に気体導入管路３から供給された気体を液中に吸い込み、該液体及び該気体の混合物を図２に示した如き断面形状を有する固定円筒１３と回転円筒１４の間隙に導いて下方に誘導し、その際回転円筒の高速回転に伴う突条１３ａおよび突条１４ａによって形成される間隙（気液混合物の経路）の広さの急速な変動が、気液混合物内部にベルヌイの定理に従う圧力の高周波変動を引き起こし、気泡を微小化すること及び気泡が突条等との衝突により破砕されることによって気泡を安定領域まで微細化し、安定な微小気泡を含む液体を排液装置を介して吐出口１０から水中に供給する作用を持ち、既に池・貯水池等の環境改善に多くの実績を有する。本方式において吸気する気体の容量は、１ＨＰモーターを備えた標準的装置において１０１／ｍｉｎ以下で実用されており、従って、水深１０ｍ〜１００ｍの個所にこの量を供給するのに必要なコンプレッサは０．７５ｋｗ程度の軽便なものでよく、大きな設備費・動力費を必要としない。【０００９】気体導入管路３の構成材料としては、通常ビニル管等の軟質材が使用されて来たが、深度１０ｍ以上の個所では強度上の問題から全部或は必要部分には金属管を用いることが妥当であり、設置時の作業性からは、屈曲性のある金属コルゲート管等の可撓管であることが望ましい。更に、使用時の振動或は外力の作用を吸収・緩和するため、必要個所をスパイラル状にしておくことが望ましい。【００１０】第２の実施形態：第２の実施形態の概念図を図３に示す。本実施形態は、（４）〜（６）に述べた如く、目的深度の水中にナノマイザ方式装置６を設置し、別に水面近傍で空気泡を含む水を作り、これを排液装置によって該ナノマイザ方式装置に導入・処理して、安定な微小空気泡を吐出口１０から目的深度の水中に供給するものである。本実施形態は上述の特許文献４の提案と同様、水圧に打ち勝つためのエネルギーを必要とせず、且つ該提案と異なり、微小気泡製造装置を所定深度に設置し、準安定的なサイズの気泡をも利用可能としている。ナノマイザ方式は、気体が直接注入されなくても、液体に含まれた気泡の形で供給されれば微小気泡を製造することが出来、本実施形態はこの特性を利用したものである。【００１１】本実施形態において、ナノマイザ方式装置に供給されるために水面近傍で作られる空気泡は特に微小気泡である必要はなく、その多くの部分の水中上昇速度が排液装置による送液速度以下であればよい。従って該空気泡の製造装置は適宜の簡略なものでよく、図３においては、一例としてノズル１５から空気を供給し、適宜な方式のスタチックミキサ１７を通して気泡をある程度微細化するものを示した。微細化の度合いは排液装置の送液速度に対応して選択すればよい。【００１２】本実施形態における排液装置は、ナノマイザ方式装置に内臓されたものを用いるか、または必要に応じ別途該ナノマイザ方式装置に付加されたものを使用する。【００１３】空気を含む水の導入管路１８の構成材料としては、深度１０ｍ以上の個所では強度上の問題から全部或は必要部分には金属管を用いることが妥当であり、設置時の作業性からは、屈曲性のある金属コルゲート管等の可撓管であることが望ましい。更に、使用時の振動或は外力の作用を吸収・緩和するため、必要個所をスパイラル状にしておくことが望ましい【００１４】図１及び図３においては、ナノマイザ方式装置が水底に架台１２によって設置される例を示したが、設置方法はこれに限定されることなく、通常水中設置物の保持に使用される方式、例えば水面の一定位置に何らかの方法で固定された筏から吊り下げる方式等の使用が可能である。同様に、図１にはコンプレッサが地上に設置される例を示したが、コンプレサを該筏上に設置することも可能である。【００１５】第３の実施形態：第３の実施形態は、第２の実施形態において、ナノマイズ以外の方式の装置を使用するものである。第２の実施形態における微小気泡製造装置は、ナノマイザ方式の装置に限定されず、水に含まれた気泡の形で供給された気体を処理できるものであれば使用が可能である。【００１６】第４の実施形態：第４の実施形態は、（８）及び（９）に述べた如く、水質改善のため空気より更に有効な気体を使用するもので、具体例としては空気の一部若しくは全部を酸素又は／及びオゾンで置き換えるものである。
【産業上の利用可能性】
【００１７】本発明により、深部水域の貧酸素環境の改善が低コストで可能となり、生活環境・水産環境の改善に広範囲な利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態の１例を示す概念図である。
【図２】微小気泡発生装置（ナノマイザ方式の装置）の固定円筒と回転円筒との断面図の例である。
【図３】第２の実施形態の１例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００１９】  １    コンプレッサ
２    電源
３    気体導入管路
４    水面
５    空気の流れ方向
６    微小気泡発生装置
７    液供給孔
８    水の流れ方向
９    配電線
１０    吐出口
１１    微小気泡の流れ方向
１２    架台
１３    固定円筒
１３ａ  固定円筒内面の突条
１４    回転円筒
１４ａ  回転円筒外面の突条
１５    ノズル
１６    気泡を含む水の流れ方向
１７    スタチックミキサ
１８    空気泡を含む水の導入管路
【図１】
2007130616.tif 000003
【図２】
2007130616.tif 000004
【図３】
2007130616.tif 000005