(57)【要約】【課題】世界中の閉鎖性水域や魚介類の養殖では赤潮、アオコ、スカムが頻繁に起きている、原因は底層水のＤＯ不足で、従来技術は表層水や中送水への動力浪費が多く、折角生産したＤＯ水も水中の気泡と共に上昇移動して大部分は無駄水となり、非効率で高コスト化するため、低コストで底層を好気性化する技術の開発が課題であった。【解決手段】従来のポンプ類や薬品類や工業製品を使わずに、空気と水の操作のみで、無駄水を殆ど作らず直接底層を好気性化する装置を提供する。低温の底層水を引揚げ気液ポンプから気液を気液分離装置へ送り、無気泡の高濃度ＤＯ水のみを分離して再度底層へ放流する手法で、一連作業を動力一つで達成するもので、上昇無駄水を作らず、高濃度ＤＯ水のほぼ全量を底層好気性化に役立てて、太陽光発電をも使用可能な範囲にして、赤潮、アオコ、スカムの原因である底層の酸素不足解消を図り魚介類の生育にも貢献するもの。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液ポンプ１を容器２内に置いて水面付近に設ける、容器２内に外部から水が流入する流入口３を設ける、気液ポンプ１から気液圧送管４を気液分離装置５へ接続する、気液分離装置５に放流管６を接続して水中または水底へ延伸する、以上の構成として、気液ポンプ１の回転で容器２内の水を気液混合しながら気液圧送管４を経て気液分離装置５へ圧送する、容器２内の水位は低下して自動的に流入口３から外部の水が容器２内に流入して気液ポンプ１の連続稼動が可能となる、気液分離装置５へ圧送した空気と水は自動的に分離して空気は空気移動管９から外部へ放出して水のみが放流管６を経て水中や水底の必要な場所へ圧送する気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【請求項２】
流入口３から吸引管７を水深部へ延伸することで水中や底層の水を吸引口１０から容器２内へ自動流入させる請求項１記載の気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【請求項３】
放流管６の一部または全体を水中や水底層や底泥付近に敷設して、放流管６の一部または全体に単数または複数の湧出孔８を設けて水中や底層へ湧出させる請求項１または請求項２記載の気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【請求項４】
気液分離装置５の空気移動管９を延伸して吸引管７の途中へ接続することで空気を外部へ放出しないで吸引管７の途中へ送気する、気液分離装置５で分離した空気は空気移動管９から流入管７の途中へ送気して吸引管７（エアリフト管７とも言う）をエアリフトとして稼動させることで吸引管７内の上昇力を強める請求項１または請求項２または請求項３記載の気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【請求項５】
気液分離装置５に替えて、水中・気液分離装置１１を使用する請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【請求項６】
太陽光発電装置を動力源として気液ポンプ１とセットとして設置して気液ポンプを稼働させる請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５記載の気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【請求項７】
太陽光発電装置の発電パネル２１を水平または傾斜に設置して、上部に鳥獣の侵入排除装置２３を設ける請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６記載の気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【請求項８】
本発明の「気液ポンプ１による水中・水底の好気性化装置」に、単数または複数の繋留装置を付設して固定位置で稼働する請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７記載の気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【請求項９】
気液分離装置５および水中・気液分離装置１１に替えて、筒型・気液分離装置３０を使用する請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７または請求項８記載の気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、気液ポンプを使用して閉鎖性水域の底層水の溶存酸素（以下「ＤＯと言う」）不足の解消と、魚介類の養殖でのＤＯ水の増強・供給の一環で、赤潮、アオコ、スカム、悪臭の発生を防ぐとともに、魚介類の生育促進のため、また、ＣＯ２削減とともに水面での動力設備の複雑さと高コストを排除するため太陽光発電とセットで効果的に水質改善するための、気液ポンプによる水中・水底の水質改善の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  世界的に湾、湖沼、ダム、大小の池、水槽等の閉鎖性水域で、赤潮、アオコ、青潮、スカム、悪臭が発生して環境被害が起きている。この原因は水中・水底の酸素不足で嫌気性化による窒素、リン、鉄、マンガン、銅等多くの物質の溶出によると言われおり、メタンガス、硫化水素等の危険性ガスが発生している、対処法として底層の好気性化が言われている、この好気性化手法は多数あるが、多くは表層水、中層水にエネルギーを浪費して無駄や非効率手法が多く、抜本的効果手法が見られない。魚介類養殖では水車や水中送気式のＤＯ供給装置やＤＯ増強装置があるが、閉鎖性水域の水質改善と同様の状況にある。【０００３】  水中・水底の水質改善手法の多くは、気泡（マイクロバブル等の微細気泡を含む）の水中送気の曝気式や、表面水の撹拌式、噴水式、薬品の注入式、菌類の混入育成式、酸素等の工業製品の溶解投入方式があるが、いずれも無駄が多く取扱いが複雑で、非効率が重なって結果的にコスト高である。【０００４】  従来の空気中の酸素を水中に溶解させる手法、すなわち曝気はコンプレッサーやブロワによる水中送気式、微細気泡を水中で放出する方式があるが折角底層で生産した有用な高濃度ＤＯ水も「気泡上昇流に伴って上昇移動」するため、水底層に留まって底層の好気性化に有効な高濃度ＤＯ水は極めて少なくなり、折角生んだＤＯ水も大部分は無駄水となって上昇するという致命的な欠陥が殆どである。底層に留まって好気性化に実質役立つ高濃度ＤＯ水は１〜２割程度と言われている。すなわち、実質は８〜９割が無駄水となるのが現状の技術である。この致命的な欠陥は、莫大な設備費、動力費となって跳ね返るため環境改善での最大の障壁となっている。【０００５】  さらに従来式の水車による表面水の撹拌式や噴水式は「対流を期待する方式」もあるが表層水の溶存酸素の増強には有効ではあるが底層へ届く水量は全体の一部である、水槽や小池等の数トン〜百トン級の小水量では有効な場合もあるが、通常の池、湖沼、ダム、大海では対流による高濃度ＤＯ水の底層への循環は期待できない、この場合も大部分の溶存酸素水は無駄水が多く改善気配は見えない。魚介類養殖でのＤＯ増強も同様である。【０００６】  さらに、閉鎖性水域での水質改善機器の設置は、水域内に動力を配置する必要が多く、海、ダム、湖沼、ため池では動力（電力）確保に不便かつコスト高になっている。【０００７】  また、閉鎖性水域での水質改善の動力源として通常の電力を広い水面で引込む作業は高価かつ困難を極めている、一方、従来手法は動力コスト高から太陽光発電の導入にはさらに困難性があり汎用化していない。ＣＯ２削減の観点からも多少コスト高になっても太陽光発電システムを使用できる新技術の出現があれば国家的に得策である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】  本発明の基幹である『気液ポンプ』関連の文献は以下の通り。
【特許文献１】特許３１５８３５８号『気液巻体ポンプ装置』
【特許文献２】特許３１８４９６０号『気液ポンプ装置』
【特許文献３】特許３２５４６２８号『パイプ内曝気装置』
【特許文献４】特許３３４１１１１号『深底資源吸引揚装置』
【特許文献５】特許３４６００５３号『水底気泡掘削装置』
【特許文献６】商標登録第４３２５１５０号  標準文字商標『気液ポンプ』
【特許文献７】特開２００２−０８９４９７号  『気液混相流による気体圧縮装置』
【特許文献８】特開２００２−２３９５８７号  『深水の溶存酸素増強装置』
【特許文献９】特開２００２−２０５０８８号  『富溶存酸素水を深水部へ移動する装置』
【特許文献７】特開２００４−１０５９３５号  『水中外気液分離装置』
【特許文献８】特開２００８−１２６２２５号  『水陸自在気液分離装置』
【特許文献９】特開２００２−２０５０８８号  『水陸自在気液分離装置』
【特許文献１０】特願２０１０−１５４３０２号  『水中・水底の好気性化装置』
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】《技術士（社）日本技術士会誌》  ２０００年８月号『もう一つのポンプ技術』吉岡健・論文発表
【非特許文献２】《混相流・日本混相流学会誌》２００２年３月号  『新機種・混相流ポンプの紹介』吉岡健・論文発表
【非特許文献３】《日本機械学会２００３年度年次大会》２００３年８月  『巻体式ポンプによるＣＯ２ガスの溶解液化と深海放流』  吉岡健・講演及び論文発表
【非特許文献４】《農業土木学会誌・（社）農業土木学会》  ２００５年３月号『新・無動力ポンプの紹介』  吉岡健・論文発表
【非特許文献４】《養殖・（つくる漁業の総合情報誌）  ２００８年新年号『高濃度のＤＯ水を送る新原理のポンプ』  吉岡健・論文発表
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  従来、閉鎖性水域の底層の水質改善技術は水中送気式、撹拌式、噴水式、薬品投入式が多く低効率、高コストになる課題があった、いずれも溶存酸素を高めて底層を好気性化を図るのが目的であるが、現実は非効率、高コストのオンパレードである。例えば水中送気式では「気泡上昇流に伴うＤＯ水の上昇移動」、もう一つは「対流を期待する方式」にある、前者はは高濃度ＤＯ水が底層離れして折角のＤＯ水も無駄水となる、後者は何百トン級の小水量では有効であるが、海、ダム、湖沼、池等の水量では通用しない技術である、ブロワ、コンプレッサー、微細な気泡式、水車式、噴水式等の従来手法は、折角生んだＤＯ水も底離れして上昇するため底層の好気性化に役立たず無駄水、無駄エネルギーに終わる例が余りにも多い、このことが低効率とコスト高をもたらしていた。閉鎖性水域の水質改善が進まない理由がここにある。
さらに広大な水面での動力源確保の設備は困難性と高コスト化を増加させている。本発明はこれらの課題を解決する技術の開発にある。【００１１】  さらに本発明は、閉鎖性水域の水質改善、魚介類の養殖でのＤＯ水の供給で、従来式の最大の欠点であった高濃度のＤＯ水の上昇移動をなくし、折角生んだ高濃度のＤＯ水のほぼ１００％を底層の好気性化に有効活用させる装置の開発にある。【００１２】  さらに本発明は、低温の底層水を吸引して高濃度ＤＯ水にして再度、底層へ直接湧出させる一連の作業を一動力で可能な装置の開発にある。すなわち表層水や中間深さの水は操作しないで、直接、底層水を高濃度ＤＯ水化する技術の開発にある。【００１３】  さらに従来式の一つに、酸素等の工業製品の溶解方式があるが、この手法は濃度の調整や取扱いに困難性や危険性が危惧され専門知識が必要で汎用化には十分ではない欠点があり、工業製品の溶解方式を採用しない技術の開発にある。【００１４】  さらに従来式は、表層水や、中深水の撹拌に動力を費やし、底層水への動力集中は見られなかった。底層水を中心として取扱い、底層に留まって底層の好気性化に無駄水のでない手法で、中小池、ダム、湖沼、大海に適応する新技術手法の開発にある。【００１５】  さらに従来の手法は、数量的な把握が不十分な状態のまま管理されている、本発明は、数量把握のできる管理手法、すなわち、送水量、溶解濃度、放流水深、必要動力、放流時間が常に把握できる状態で管理する手法の開発にある。【００１６】  また、従来太陽光発電システムの使用例は多い中、水質改善への使用は殆ど見えない、当然、気液ポンプに使用した前例はない。
本発明は気液ポンプと太陽光発電システムと組み合わせる技術は、閉鎖性水域の動力確保を容易にするとともに、閉鎖性水域で太陽光発電装置が小動力でも底層改善に有効かつ採算の範囲内に入り国家のＣＯ２削減方向に貢献する技術の確立にある。【００１７】  さらに、従来太陽光発電システムで起きていた、鳥獣による損傷や糞害、黄砂を含む飛来砂塵で発電パネルが汚染されて発電効率が低下することの少ない装置の開発にある。
最後に本発明は、従来に比べて無騒音、無振動的に作業させる技術の開発にある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】  本発明は、前述した従来の水中送気式、水車式、微細気泡式、噴水式、工業製品の使用等の諸課題を解決するとともに、水面での電力設備の困難さ高価化を解消する手段として、まず、請求項１に記載の通り、気液ポンプ１を容器２内に置いて水面付近に設ける、容器２内に外部から水が流入する流入口３を設ける、気液ポンプ１から気液圧送管４を気液分離装置５へ接続する、気液分離装置５に放流管６を接続して水中・水底へ延伸する、以上の構成であって、気液ポンプ１の稼動で容器２内の水を気液混合しながら気液圧送管４を経て気液分離装置５へ圧送する、容器２内の水位は低下して自動的に流入口３から外部の水が容器２内に流入して気液ポンプ１の連続稼動を可能にする、気液分離装置５へ圧送した空気と水は自動的に分離して、空気は空気移動管９から外部へ放出して水のみを放流管６を経て水中や水底の必要な場所へ圧送することを特徴とするものである。【００１９】  さらに本発明の請求項２は、流入口３に吸引管７（エアリフト管７とも言う）を接続して水中へ延伸することで水中や底層の水を吸引口１０から容器２内へ自動流入させることを特徴とするものである。【００２０】  さらに本発明の請求項３は、放流管６の一部または全体を水底層や底泥層に敷設して、多数の湧出孔８を設けて湧出させることを特徴とするものであり、放流水を上昇させることなく底層の広い範囲に好気性化させることで底層を底棲生物の棲家として提供して底層水を底棲生物により浄化を促進させる特徴とするものである。【００２１】  さらに本発明の請求項４は、気液分離装置５に空気移動管９を延伸して吸引管７の途中へ接続することで空気を外部へ放出しないで吸引管７（エアリフト管７とも言う）の途中へ送気することで吸引管７をエアリフトポンプとして稼働することを特徴とするものである。【００２２】  さらに本発明の請求項５は、気液分離を確実かつ効果的に行うため、浅い水深を主体とする気液分離装置５に替えて、大水深でより効果的に稼働する水中・気液分離装置１１を使用することを特徴とするものである。【００２３】  さらに本発明の請求項６は、太陽光発電装置を動力源として気液ポンプ１とセットとして設置して気液ポンプを稼働させることを特徴とするものである。
気液ポンプと太陽光発電システムを組み合わせることで、閉鎖性水域での動力確保を容易にするとともに、電線、電柱、キャップタイヤ、ボックス設備を省略させることで、設置、移動、撤去の作業を容易にして、世界的方向でＣＯ２削減に寄与することを特徴とするものである。【００２４】  本発明の請求項７は、太陽光発電装置の発電パネル２１を水平または傾斜に設置して、上部に鳥獣の侵入排除装置２３を設けるもので、太陽光発電パネル２１の発電効率を高めるため太陽光発電パネル２１を太陽光源に直角に近い方向にして光を受けるように傾斜させて設置するとともに、黄砂を含む飛来砂塵からの汚染が多少付着しても降雨時には自動洗浄の機能を発揮して発電効率低下を防止するもの、また、必要に応じて鳥獣の侵入防止装置をも設置することで鳥獣侵入による損傷や糞害を防止するものである。【００２５】  最後に本発明は、気液ポンプ１による水中・水底の好気性化装置に、単数または複数の繋留装置を付設することで広い水面内でも決められた定位置で稼働を継続するために繋留装置を設けることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】  本発明は、気泡のないＤＯ水のみの水底漂流式で「気泡上昇流に伴うＤＯ水の上昇移動」が殆どなくなった。気泡のない底層水の底層への広がりは実験でも無駄水が殆どない状態が明確に確認でき、従来の底層へのＤＯ水の効果と格段に向上するものである。これにより、ほぼ１００％近い高濃度ＤＯ水を水底層の好気性化に役立つ手法を可能にして、従来手法の致命的欠陥であった２大課題の「気泡上昇流に伴うＤＯ水の上昇移動」と「対流を期待する方式」はほぼ完全に払拭できた。【００２７】  さらに本発明は、ブロワ、コンプレッサー、水車、微細な気泡装置法、噴水式、酸素等の工業製品の手法を一切使う必要がなく、空気と水のみの操作で、薬品類も一切必要とせず、ほぼ無駄ゼロの高効率の水中・水底の好気性化が実現した。【００２８】  さらに本発明は、従来の設備費、動力費を格段に低減して、従来式は８〜９割の無駄があったとすると、本発明では無駄がほぼゼロと考えられ、従来の必要コストを数分の一にする効果が期待できる。【００２９】  さらに本発明は、海、湖沼、ダム等の大きい閉鎖性水域だけでなく、学校、公園、神社、仏閣、ゴルフ場、のアオコやスカム、悪臭の被害で困っている中小池でも容易に利用できる技術を確立した。【００３０】  さらに本発明は、気液ポンプと気液分離装置の併設で、低温の底層水を吸引して高濃度ＤＯ水にして低温のまま再度、底層へ直接湧出させる一連の作業を、一動力で可能となる技術を開発した。従来はこの作業に２〜３台の動力源を必要としていた。【００３１】  さらに本発明は、無駄的な作業、すなわち表層水や中層水の撹拌や曝気に動力を費やすことなく、底層水の好気性化のみにエネルギーを集中して無駄水を殆ど作らないため、通常の従来技術の１／数の動力で従来同様の効果が達成できることとなった。【００３２】  さらに本発明は、従来のコンプレッサー、ブロワ、微細気泡等では困難または不可能であった数量表示に関して、数量把握を明確化することで管理が容易になった。
例えば「２００ワットの動力で、水温１８℃の底層水を、ＤＯ濃度９．２ｍｇ／リットルにして、毎日５０ｍ３を、水深２ｍの底層へ漂流させる」と記載管理の明確化が可能になった。【００３３】  さらに本発明は、気液ポンプ１を使用するため無騒音、無振動的に稼動することが可能となり民家の隣接する中小池でも騒音による近隣公害は殆ど起きないと考えられる。このことは陸上養殖においても同様である。【００３４】  さらに本発明の気液ポンプと太陽光発電システムのセットは小動力でも効果が大きいため、太陽光発電パネルの面積規模もさほど大きくしなくてもよく、妥当な範囲となり設置、移動、撤去の作業を容易にして、世界的なＣＯ２削減方向に寄与することとなった。従来、広い水面内での動力確保に困難さと高コストが大きい壁であったが気液ポンプ式の高効率化から太陽光発電システムを組み合わせた小動力でも十分稼働できる範囲に至った。【００３５】  さらに本発明は、太陽光発電システムの発電パネルを効果的に傾斜させることで発電効率アップと、黄砂を含む飛来砂塵で発電効率の低下を防止するとともに、多少汚染しても雨水時に降雨による自動清掃機能を発揮して発電機能を長期持続するものとなった、さらに鳥獣飛来防止装置により鳥獣による糞害を防止を可能にした。【００３６】  さらに本発明は、気液ポンプと太陽光発電システムをセットとした装置で、水面浮上させて繋留することで、閉鎖性水域内のどこでも必要な位置で固定的に稼働を継続させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の請求項１に対応、気液分離装置５を水面付近に設置したイメージ図。
【図２】本発明の請求項２〜３に対応、気液分離装置５を水面付近に設置したイメージ図
【図３】本発明の請求項３〜４に対応、気液分離装置５を水面付近に設置して底層水を自動吸引するイメージ図
【図４】本発明の筒型・気液分離装置３０を使用した一例図
【図５】本発明の水中・気液分離装置１１を使用した一例図
【図６】本発明のなかで水中・気液分離装置１１を使用して太陽光発電装置をセットとしたイメージ図。
【図７】本発明の水中・気液分離装置１１の構成と流れの主旨を図示したもの。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】  発明を実施するための最良の形態は、請求項８に記載の通りで、図６に示すとおりである。  すなわち、気液ポンプを太陽光発電で稼働させて水中・気液分離装置を併用して、一つの動力源で、低温の底層水を吸引して気泡のない高濃度ＤＯ水のみにした後、低温のまま再度、底層へ直接送り底層を好気性化する装置で、気泡は一切水中へ放出しない手法で、これらの作業を無騒音、無振動的に稼動を可能にするとともに、鳥獣飛来を防止して、発電パネルを傾斜させることで黄砂を含む砂塵を降雨により自動洗浄をさせるものである。この方式は水深１．５メートル〜３０ｍで活用ができる装置である。気液ポンプの使用で、太陽光発電を水質改善に汎用的に使用できるものとした。
【実施例】
【００３９】  本発明で特徴や手法の実施説明を以下に示す。
気液ポンプ１と気液分離装置５を併用する最大の理由は、薬品や工業製品を使わずに、空気と水の操作のみで全てが一つの動力でも可能となるためである。  その主要な技術骨子は以下の通り、
▲１▼気液ポンプ使用で送水は全て高濃度ＤＯ水を自動的に生む。
▲２▼底層の、低温で貧酸素の水をエアリフト管７から気液ポンプ１の容器２内への自動引上げする。
▲３▼気液分離装置５（または水中・気液分離装置１１）で、空気と水（高濃度ＤＯ水）を自動分離する。
▲４▼水中に気泡を放出することなく高濃度ＤＯ水のみを水底層へ送り放流管６の多数の放流孔８から湧出させる。
▲５▼分離した空気は空気移動管９から流入管７へ注入して流入管７を気泡ポンプとして稼動させて底層水の容器２への流入を促進させる。
▲６▼一連の作業を、無騒音、無振動的に稼動する。
▲７▼本発明において、「空気」「水」と記載しているが「気体」「液体」と理解してよい。
▲８▼本発明の図示で、動力設備は図示していないが全てに動力設備が必要なことは言うまでもない。【００４０】  さらに本発明は、従来手法の致命的欠陥を解決する手段として請求項１記載の通り、気液ポンプ１の他に、水中に気泡放出させないための気液分離装置５を使用することに特徴があり、気液分離装置５は空気と水を混合状態で気液分離装置５内に入って後、高濃度ＤＯ水のみを放流管６へ圧送して、放流管６に設けた多数の湧出孔８から水底（又は底泥中）へ湧出させるものである。気液分離装置５で分離する理由は、水中に気泡を一切放出さないことと、分離した気泡を貧酸素水の引き揚げにエアリフトとして利用するためである。
図１、図２、図３に示す気液を分離する装置は『気液分離装置５』であり水陸両用式であるが水深が１ｍを超えると図５、図６、図７に示す『水中・気液分離装置１１』が便利である。『気液分離装置５』は気液ポンプ１の近辺に設置することがよく、水中、水面、または水面より上でもよいが、操作やメンテナンスに便利であれば特に限定しない。『水中・気液分離装置１１』は図示では底層に設置しているが水中に吊下げ式にしてもよい。
図４に示す『筒型・気液分離装置』は構造が単純で比較的故障の少ない装置で、分離した圧力空気を利用しないで大気中へ自然放気する構成である。【００４１】  本発明で、空気、水と表現しているが、空気は気体を、水は液体を意味しており必ずしも空気と水に限定した意味ではない。【００４２】  さらに本発明で、流入口３について図面にも文章にも目詰まり防止装置に関して記載していないが、これは図面と説明が複雑になるためであり、状況に応じて汚泥や水中物質で目詰りを防止する装置を設けるのは言うまでもない。
同様に、湧出孔８に関しても図面にも記載していないが口径が大きく煮ると汚泥や水中物質で目詰まり防止装置を設けるのは言うまでもない。【００４３】  さらに本発明は、従来の不確実の数量表現を改善して、明確な数量表現で作業管理できることに特徴がある。すなわち「いくらの動力で、水温何度のとき、溶解濃度いくらで、何ｍ３の溶解水を、何時間で、水深何ｍの位置に放出する」この表現方法は、現存する他の方法には見られないものである。【００４４】  さらに本発明は、気液ポンプを使用するため、気液混合、送水、気液分離、湧出の一連作業を、気液ポンプの動力一つで達成するものである。【００４５】  さらに本発明は、従来に比べて無騒音・無振動的に作業するため、防音設備、防振設備は必要としないことに特徴がある。【００４６】  さらに本発明の『気液ポンプ』の要点事項は以下の通りである。
▲１▼気液ポンプ２は平成１３年５月１１日特許登録済みで、工学図書にない新原理のポンプで、平成１４年日本混相流学会で発表済みであるが、標準名も分類上の位置もまだ決まっていない、本発明の出願書類には、やむなく『気液ポンプ』名で記載するが、気液ポンプ名は発明者の商標で標準名ではない。すなわち、従来の羽根、歯車、ピストン、スクリューを一切使わずに従来ポンプの１／１００程度の回転数で無騒音・無振動的に稼働するポンプで、従来とは全く異なる原理のポンプである。
▲２▼気液ポンプは、一本の長いホース（又はパイプ）を多数リングに巻いた巻体を水面付近に設置して、ホースの一端を流入口とし、他方を回転軸の内部に接続して通過させた後、外部の圧送管へ接続するもので、巻体の回転で流入口から気体と液体を交互に汲み込んで各巻リング内を通過して順次圧力を高めて最終のリングで最大圧力になって外部へ圧送する気液二相流のポンプである。
（従来のポンプに必要とした羽根、歯車、ピストン、スクリュー等の内部機器は一切必要とせず、呑口から吐口まで空洞でよいポンプである）
▲３▼従来のポンプに比べて極端な低速回転（２〜６０ｒｐｍ）のため無騒音、無振動的である。
▲４▼ポンプの呑口（汲み込み口）から気液が入り、内部で圧送圧力が順次高まり最終の巻リングで最高圧となる。圧送圧力（揚程）は巻きホースの延長に比例して大きくなる。また、圧送量はホースの口径を大小に調節することで送る量の調節は可能である。揚程は巻きホース延長の２５％〜２８％で回転数にも関係する。
空気と水を混合状態（気液二相流）で送るため、圧送途上で自動的に高濃度ＤＯ水が生まれる、これは従来のポンプ類を使わない理由の一つである。【００４７】  本発明に記載の、気液分離装置５、水中・気液分離装置１１、および筒型・気液分離装置３０は、いずれも、気液を効果的に分離して気泡のない高濃度ＤＯ水のみを水中や水底へ圧送する装置で、従来の致命的欠陥であった『水中の気泡上昇流』を根絶するための役割を果たし、しかも気液ポンプの動力一つで同時稼働する利点がある。
気液ポンプに使用する通常の気液分離装置は各種の形式があるが、いずれの形式も圧力ある気液二相流の連続圧送を受け入れて即時、圧力ある気体と、圧力ある液体に分離して必要な場所へ圧力を残しながら転送するもので、気液分離装置そのものは動力源を必要とするものではない。気液分離後、同時に生まれる圧力気体と圧力液体を如何に有効に活用するかが技術のポイントである。本発明で使用する気液分離装置は気液ポンプ用であり、前期の機能を果たす限りにおいては特に種類を限定するものではない。本発明では気液分離後の液体は底層放流へ、気体はエアリフトで底層水の引揚げに活用する場合と大気中へ放出する場合がある。【００４８】  本発明で記載する気液を分離する装置は３種類あり、一つ目は「気液分離装置５」で水陸両用に使用てき比較的浅い水深１ｍ以内で使用が便利である、二つ目は「水中・気液分離装置１１」は深い水深での使用が効果的、すなわち、１．５ｍ〜３０ｍの使用が効果的である。三つ目は「筒型・気液分離装置３０」で、筒型水槽３１が主体の構成で、図４に示す通りである、これは気液ポンプ１から気液圧送管４を筒型水槽３１に接続して筒型水槽３１の下部に放流管６を接続する構成で、気液ポンプ１から圧送した気液は気液圧送管４を通過して筒型水槽３１に入り気体は大気中へ自然放気されると同時に水（液体）は筒型水槽３１に貯留されて水位Ｈを形成する、この水位Ｈの圧力で自然に放流管６を通過して必要な場所へ送られる。  筒型水槽３１の形状は縦長の場合が多いが、横長の場合もあり縦長に限定しない、また、上部は密閉しないため空気（気体）は自然に大気中に放出される構成である。筒型水槽３１の上部は空気の出入り可能の構成であるが図４に示す通り鳥獣除けの蓋をするのもよい。
すなわち、本発明の気液分離の装置は、気液分離装置５、水中・気液分離装置１１、筒型・気液分離装置３０の３種類がある。いずれも、気液二相流（空気と水の混合流）を分離して溶存酸素濃度（ＤＯ濃度）の高い水を水中、水底層へ放流するという共通機能を持っている。  この３種類の気液分離装置は場所や使用方法や水深によって選択すべきもので使用範囲限定するものではない。【００４９】  湧出孔８とは、単にホースの放流口のように勢いよく放出するものでなく、放流管６から高濃度ＤＯ水が静かに外部の水中へ多数の場所から放出するためのもので、周辺の汚泥を舞い上げずに湧き出させる構成がベターである。湧出孔８の口径は１〜２０ｍｍの範囲が多いが限定するものではない。「湧出孔８を多数設けて」とは、多数設けることで放出力を弱めとともに底層に広く拡散させることにある。本件のモデル実験では底層を這うように楕円形的に横方面へ漂流する状況が観察された。実験では放流ＤＯ水の上昇現象は見られなかった。【００５０】  さらに放流管６の一部または全体を水底層や底泥層に敷設して、多数の湧出孔８を設けて湧出させるとは、底層水だけでなく底泥層も好気性化させるものである。この底泥層も好気性化により底泥の有機物は微生物により分解されて減容化も進む場合がある。  湧出させるとは、送水管６から高濃度ＤＯ水が比較的静かに外部の水中へ放出させて底層付近に停滞させて、周辺の汚泥の舞い上げを防ぐ放出法を言う。【００５１】  約２０００トンの池水を、動力２００ワットで、８．０ｍｇ／ｌ程度の高濃度ＤＯ水、一日５０トンを、水深約１．２メートルの、底層１００余箇所から湧出させたテストの一例で、昨年まで見られたアオコ、スカム浮上が一切なくなったことが確認できた。
従来の気泡放出式や水車式での多い例として、アオコ発生の池水１２００トン程度の底層を改善する場合、通常は１キロワット〜２キロワットの動力が必要で、今回はその１／５〜１・１０の動力でアオコ、スカム、悪臭の根絶が観察できた。【００５２】  請求項１で「気液ポンプ１を容器２内に置いて水面付近に設ける」と記載しているが、これは水面浮上式の場合、水面浮上繋留式、水面付近に固定設置する場合、のいずれかで、どちらに決めるかは現状により判断する。請求項１は比較的浅水深の場合に便利である。本発明では、気液ポンプは全て水面浮上式に設置するように図示されているが必要に応じて水面固定式、水面繋留浮上式のいずれに設置してもよい。水位変化の小さい水面では水面固定式が便利である。【００５１】  請求項２および請求項３の流入管７は、気液分離装置５からの圧力空気を送気管９を経て流入管７へ送り、流入管７をエアリフトポンプとして稼働させて底層水を容器２内へ引き揚げるもので通常は比較的深い水深１．５ｍ以上の場合に便利である。【００５２】  本発明で利用する水深は、水深は０．５ｍ〜３０ｍで閉鎖性水域の海、湖沼、ダムの他、中小の池（公園、学校、自社仏閣、ホテル、ゴルフ場等の池）が汎用範囲と考えられる、大規模の場合、水深は３０ｍ〜５０ｍでも理論上は可能の範囲である。【００５３】  請求項１は、流入管７を使用しない方法であり、表面に近い水を気液ポンプ１から水中の必要な場所へ圧送する方式である。
請求項２は、流入管７を使う方式で、底層の水を引き揚げて送る方式である。
請求項３は、湧出孔８を設けて水中の必要な場所へ高濃度ＤＯ水を湧出させる方式である。
請求項４は、気液分離装置５で分離した圧力空気に関して、空気移動管９を延伸して吸引管７（エアリフト管７とも言う）へ接続して、底層水の引揚げにエアリフト効果を加えるものである。このエアリフトは底層水の引き揚げとともに曝気効果ももたらす。
請求項５は、気液分離装置５に替えて水中・気液分離装置１１を使用するもので空気は装置内部でエアリフト管７に移動してエアリフト効果で底層水を引揚げるとともに曝気効果ももたらすものである。【００５４】  容器２の水面浮上に関して、気液ポンプの入っている容器２は、図示では水面浮上式となっているが、限定するものではない、水面浮上係留式でも水面浮上固定式でも水面上固定式でもよい。【００５５】  請求項８は図示していないが繋留することを明確にしている、太陽光発電装置を含む気液ポンプ全体の装置、すなわち水中・水底の好気性化装置をロープやワイヤーやチェーンで水底や岸辺の複数方向から繋留して定位置で稼働する構成とすることを示している。【００５６】  吸引管７から容器２へ底層水を引揚げる場合、エアリフト管７からの引上げ水量が過大の場合と、逆に引き揚げ水量が過小の場合があるが、容器２内の水位で多少の過大、過小は吸収できるが対応できない場合は容器２から水量調整管を接続する（図面が複雑となるため図示していない）ことで対応可能となる。またエアリフト管７の口径を大小いずれかへ調整することで対応可能となる。【００５７】  気液分離装置５に関して、空気移動管９と放流管６には図示していないが脈動が大きくなる傾向があるため、気体、液体ともに外部へ転送量の調整装置を必要とする場合がある、図面が詳細複雑化するため図示は省略した。
水中・気液分離装置１１に関して、空気移動管９は内部に設置されており圧力気体は自動的にエアリフト管７へ移動してエアリフト効果を発揮する。この場合、脈動は小さく実稼働に大きい影響はみられない。【００５８】  請求項９に関して気液分離装置５、水中・気液分離装置１１のどちらも使わず、筒型・気液分離装置３０を使うもので、この場合、気液ポンプから圧送する気液のうち、空気は上部から自動的に大気中へ拡散するためエアリフトに使用はできないが、故障が少なく圧送状況が容易に把握できもし故障が起きても対応が容易であり、ＤＯ水のみ確保するのに効果的手法である。【００５９】  小水深ではエアリフトを使用しても気泡の上昇力が小さいため揚水量も少なくなり容器２内の水量不足が起きる場合がある、この場合、図示していないがエアリフト管７の口径を大きくするか、または過不足調整管を付設する場合がある。【００６０】  湧出孔８に関して横向きに作られているが限定したものではない、横向き、斜め横向き、下向きでもよい。底層水や底泥の好気性化に効果があればどの方向でもよい。【００６１】  流入管７（エアリフト管１１）の吸引口１０は汚泥や不純物の吸引を避けるため、網等でカバーすることは図示していないが通常は必要である。【００６２】  流入管７（エアリフト管１１）および気液圧送管４は潮位を含む水位変動に対応する必要があり、必要に応じて途中で伸縮可能の状態に構成する場合もある。図示していないがホースまたはパイプのいずれの材質でも対応可能である。【００６３】  気液ポンプ１による高濃度ＤＯ水は、通常、気液ポンプ１の巻ホースの総延長が２０ｍを超えるど飽和濃度に近づく。巻きホースの延長が２０ｍ以上になるとＤＯ濃度は飽濃度を超えるが経済的ではない。【００６４】  気液ポンプ１からの圧送気液の体積比率は通常は気体６０％、液体４０％が多い、理由として、この比率が構成上便利であることと気体は圧力増加で体積縮小するが液体はない、このため予め気体量を多くしておくことが効果的である。本発明では体積比率は限定しない。【００６５】  本発明に使用する「気液分離装置」は特許文献７〜９に記載した通り気液ポンプ用を採用する必要がある、気液分離装置５内のフロートの上下により、気体と液体の圧送量を自動制御されて内部水位が、稼働中のフロートは常に上下しながら中間位置を保つ構成となっている。【００６６】  特許文献７〜９に記載した「気液分離装置」に関して、気体と液体の圧送量を自動調整して気液を分離する機能があるが現状は不十分である、気体に液体が混入、または液体に気体が混入する欠点があった、本発明に使用する「気液分離装置５」は圧送量を確実に自動制御可能にした改善型の使用が無難である、ただし、この改善型「気液分離装置」の詳細説明は本発明の説明と主旨が違うため構成詳細図の図示を省略した。【００６７】  本発明で図６は太陽光発電を動力源としているが、図６以外は、図示していないが太陽光発電以外を動力源とするものである。【００６８】  特許文献７〜９の他に「気液分離器」として多数開発されているが気液ポンプ用には適切か否かは明確ではない、本発明では特許文献７〜９の改善型の使用が無難であるが、気液分離機能が確実であれば��の開発製品を使用してもよい。【００６９】  底層水の好気性化に、気液ポンプは小電力で稼働して比較的効果が大きい、例えば、発電パネル３ｍ２程度で２００ワットを確保して２０００トンの池水の底層の好気性化が可能の実績がある、これは従来の数分の一の動力である。このことは太陽光発電装置の汎用性が近づいたことを示している。【００７０】  鳥獣排除極細線とは、太陽光発電パネル２１の効率を低下させない程度の極細いさびにくい鋼線がよいが必ずしも鋼線の必要はない。鳥獣が止まるのか困難な極く細いものがよい。【００７１】  本発明の図面で、図１〜図５にはフロート１２が示されているが、これは気液ポンプを水面浮上式に設置する場合に付設するものである、図示していないが水面固定式に設置する場合はフロートは不要である。【００７２】  本発明を実施するための最良の形態は、請求項８に記載して図６に示す通りであるが、請求項１〜請求項５は、通常の電力でも可能で気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置であり、表層水、中層水を撹拌も曝気もしない、すなわち底層水を好気性化するのに、表層水の曝気や中層水の撹拌等の余分エネルギーを殆ど使わずに底層水のみを曝気する装置である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】  本発明の『気液ポンプによる水中・水底の好気性化装置』は、世界的に閉鎖性水域の汚染、とりわけ、底層水の嫌気性化によって赤潮、アオコ、スカム浮上、悪臭の発生で困っている箇所はあまりにも多い、今後これら大小水域の水底環境の改善法として利用の可能性は無限台的である。現況いずれの技術も表層水や中層水へ使う無駄エネルギーが多く動力費、設備費が甚大化するためで閉鎖性水域内での電力確保の工事は高価と困難を極めている、気液ポンプ式は小動力でも効果大で無駄が僅かなため太陽光発電の使用も届く範囲になった、場合によっては従来の電力設備より安価の場合もありＣＯ２の削減効果からも今後の利用性の期待は高い。
本発明では閉鎖性水域分野を主体に説明してきたが、魚介類の養殖でのＤＯ増強も同様に水中・水底の好気性化装置として利用するものである。
【符号の説明】
【００７４】１    気液ポンプ
２    容器
３    流入口
４    気液圧送管
５    気液分離装置
６    放流管
７    吸引管（エアリフト管）
８    湧出孔
９    空気移動管
１０    吸引口
１１    水中・気液分離装置
１２    フロート
１３    富酸素水域
１４    貧酸素水域
２１    発電パネル
２２    太陽光線の来る方向
２３    鳥獣排除極細線
３０    筒型・気液分離装置
３１    筒型水槽
Ｈ      送水圧力を示す水位高さ
【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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