(57)【要約】ガイドパイプ内で機能性粒子を浮上、沈降させ、流れを引き起こして、流体を循環させるシステムであって、港湾等の水質改善に有効な、周囲環境の影響を受けることなく継続的に安定した動作が可能な流体循環システムとする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のガイドパイプの少なくとも一端が流体中で開放されるように鉛直方向に配置され、前記ガイドパイプ内で１以上の機能性粒子が作動している流体循環システムであって、機能性粒子はガイドパイプの軸線方向に沈降または浮上を繰返して作動し、この機能性粒子の作動で引き起こされる流れによって、流体を循環させることを特徴とする流体循環システム。
【請求項２】
ガイドパイプ側面部には、スリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体循環システム。
【請求項３】
スリットはガイドパイプの両端部あるいは中央部に長軸方向に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の流体循環システム。
【請求項４】
複数個の機能性粒子が連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体循環システム。
【請求項５】
機能性粒子は、ガイドレールで保持されて沈降または浮上を繰返して作動することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の流体循環システム。
【請求項６】
開口端を有する誘導パイプがガイドパイプ端部外方に配設され、機能性粒子の作動で引き起こされるガイドパイプ内外の流れをこの誘導パイプに誘導して流体を循環させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の流体循環システム。
【請求項７】
Ｃ面加工された機能性粒子端部に、下端部が上端部より大きく開口してなる筒状の流体攪拌翼が配設されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流体循環システム。
【請求項８】
機能性粒子は、機能性粒子内に流体を吸入、もしくは機能性粒子外に流体を排出して、機能性粒子の重量を調節し、この機能性粒子の流体中での浮力と重力との釣り合いにより沈降、または浮上することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の流体循環システム。
【請求項９】
機能性粒子は、流体の吸入排出の制御が可能なポンプユニットと、流体を溜めるタンク部を有するセルとで形成され、前記ポンプユニットはセル内に配置されてセル外の流体をタンク部に吸入、もしくはタンク部の流体をセル外に排出して、機能性粒子の重量を調節することを特徴とする請求項８に記載の流体循環システム。
【請求項１０】
ポンプユニットは、セル内部に設けられた台座に固定配置されていることを特徴とする請求項９に記載の流体循環システム。
【請求項１１】
機能性粒子に圧力センサが設け、この圧力センサで水深を検知してタンク部への流体の吸入排出の制御することを特徴とする請求項９または１０に記載の流体循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この出願の発明は、流体循環システムに関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、ガイドパイプ内で機能性粒子を浮上、沈降させ、流れを引き起こして、流体を循環させるシステムに関するものである。
【背景技術】  近年、浅い海や港湾，湖沼などの閉鎖性水域において，水の不循環による水質汚濁が問題となっている。水の不循環は、たとえば、夏場の港湾などで太陽の熱により湾内全体が一種の上面加熱系になることに起因している。このような系において、港湾内底部の海水は、加熱による熱膨張で密度が小さくなることがないため、浮力が発生せず、自然対流が起こらない。したがって、港湾内では温度成層が形成され、低部と上部の間では水の循環が失われ、港湾底部に有機物が堆積される。この堆積した有機物の分解に大量の酸素が消費されるため、低層水が貧酸素あるいは無酸素状態となって停滞性の貧酸素水塊を形成する。これが長期化すると海底は嫌気性（酸素のない）環境となって底泥が還元性分解を伴うようになり、硫化物を生じて黒色化し、硫化水素の悪臭を放ったりするようになるという問題があった。
そこで、上記のような上面加熱系においては、対流を発生させて、水の循環により水質を改善することが望まれている。これまで、上面加熱系で対流を発生させることができる流体としては、たとえば浮力可変固体粒子群を用いた流体（特許文献１）が提案されている。また、形状記憶合金ばねと一方向にのみ伸縮する密閉容器からなる装置であって、温度変化に伴う形状記憶合金ばねの作用の変化で、体積が変化する装置（特許文献２）や、高温で蒸発し低温で凝縮する物質を内部に封入した一方向にのみ伸縮可能な密閉容器からなる装置（特許文献３）などにより、これら装置が流体中で浮上、沈降を繰返して対流を発生させる方法も提案されている。また、ポンプやエアーレーション装置などを用いて、水を循環させて、水質の改善する方法もある。
【特許文献１】特開２００１−２６２１３３号公報
【特許文献２】特開２０００−３０８８１８号公報
【特許文献３】特開２００１−３３６４７４号公報
【発明の開示】
しかしながら、上記の浮力可変固体粒子群や装置は、温度に大きく依存して作動するため、これらの浮力可変固体粒子群や装置が混入される流体が、温度差の小さい温度成層であると動作が鈍くなるかもしくは停止することがあった。また、これら装置による対流の発生によって温度成層が消滅した場合には、装置の動作が停止してしまい、絶えず対流を発生させることができず、流体を循環させることができないという問題があった。
さらに、形状記憶合金は、変態温度に達すると即座に変態する特徴があるため、形状記憶合金ばねを用いた場合では、温度成層の温度境界層を越えるとすぐに反応してしまう。このため、温度境界層から系上面または底面までの距離が大きい系ではその最上部または最底部まで装置が到達しないという危険性があり、効率良く対流を発生させることができず、流体を循環させることができないという問題があった。また、装置にゴムベローズなど柔軟な部材を使用している場合には、水圧が高くなる系の深底部ではその影響を受けることにより動作が制限されるか，または動作しなくなるという問題があった。
ポンプやエアーレーション装置などを用いた場合では、装置が大規模となり、設置が容易ではなく、また、消費電力も大きいという問題があった。
この出願は、上記の課題を解決するものとして、以下の発明を提供する。
［１］筒状のガイドパイプの少なくとも一端が流体中で開放されるように鉛直方向に配置され、前記ガイドパイプ内で１以上の機能性粒子が作動している流体循環システムであって、機能性粒子はガイドパイプの軸線方向に沈降または浮上を繰返して作動し、この機能性粒子の作動で引き起こされる流れによって、流体を循環させることを特徴とする流体循環システム。
［２］上記のガイドパイプ側面部には、スリットが設けられていることを特徴とする流体循環システム。
［３］上記スリットは、ガイドパイプの両端部あるいは中央部に長軸方向に設けられていることを特徴とする流体循環システム。
［４］複数個の機能性粒子が連結されていることを特徴とする流体循環システム。
［５］上記の機能性粒子は、ガイドレールで保持されて沈降または浮上を繰返して作動することを特徴とする流体循環システム。
［６］上記の流体循環システムにおいて、開口端を有する誘導パイプがガイドパイプ端部外方に配設され、機能性粒子の作動で引き起こされるガイドパイプ内外の流れをこの誘導パイプに誘導して流体を循環させることを特徴とする流体循環システム。
［７］上記の流体循環システムにおいて、Ｃ面加工された機能性粒子端部に、下端部が上端部より大きく開口してなる筒状の流体攪拌翼が配設されていることを特徴とする流体循環システム。
［８］上記の機能性粒子は、機能性粒子内に流体を吸入、もしくは機能性粒子外に流体を排出して、機能性粒子の重量を調節し、この機能性粒子の流体中での浮力と重力との釣り合いにより沈降、または浮上することを特徴とする流体循環システム。
［９］上記の機能性粒子は、流体の吸入排出の制御が可能なポンプユニットと、流体を溜めるタンク部を有するセルとで形成され、前記ポンプユニットはセル内に配置されてセル外の流体をタンク部に吸入、もしくはタンク部の流体をセル外に排出して、機能性粒子の重量を調節することを特徴とする流体循環システム。
［１０］上記のポンプユニットは、セル内部に設けられた台座に固定配置されていることを特徴とする流体循環システム。
［１１］上記の機能性粒子に圧力センサが設け、この圧力センサで水深を検知してタンク部への流体の吸入排出の制御することを特徴とする流体循環システム。
【図面の簡単な説明】  図１は、この発明の流体循環システムの概念を示した断面図である。
図２は、誘導パイプを配設した流体循環システムの模式図である。
図３は、流体攪拌翼およびこの流体攪拌翼を配設した機能性粒子の作動を説明するための模式図である。
図４は、機能性粒子の一実施形態を模式的に例示した断面図である。
図５は、実施例３で用いたスリットを設けたガイドパイプの概略を示した平面図および正面図である。
図６は、実施例４における機能性粒子およびガイドレールの断面図を模式的に示した図である。
図７は、実施例５で用いたサイドスリットガイドパイプとセンタースリットガイドパイプを模式的に示した正面図である。
図８は、実施例５において、実験番号１の条件での水温と時間の関係を示す図である。
図９は、実施例５において、実験番号２の条件での水温と時間の関係を示す図である。
図１０は、実施例５において、実験番号３の条件での水温と時間の関係を示す図である。
図１１は、実施例５において、実験番号４の条件での水温と時間の関係を示す図である。
図１２は、実施例５において、実験番号５の条件での水温と時間の関係を示す図である。
図１３は、サイドスリットガイドパイプまたはセンタースリットガイドパイプを用いたときの攪拌のメカニズムを説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】  この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下、さらに詳しく発明の実施の形態について説明する。
この出願の発明の流体循環システムを図１に沿って説明すると、筒状のガイドパイプ（１）の少なくとも一端が流体（３）中で開放されるようにして、鉛直方向に配置する。ガイドパイプ（１）内には、機能性粒子（２）が設置されており、この機能性粒子（２）がガイドパイプ（１）の軸線方向に沈降または浮上を繰返す。機能性粒子（２）は複数であってもよい。この場合、個々の機能性粒子（２）を独立に作動させるようにしてもよいし、複数個の機能性粒子（２）を連結させるようにしてもよい。
ガイドパイプの長さは、使用する環境の深度や、循環させたい流域などの条件によって適宜設定される。ガイドパイプの断面形状は、特に限定されることはないが、たとえば、円形、多角形のものが考慮される。ガイドパイプの材質は、耐候性や耐食性が優れていれば、特に限定されることはない。
機能性粒子の動作は、ガイドパイプによって鉛直方向に制御されている。機能性粒子が沈降する際には、機能性粒子の上面部に流体が引きずられて下降流が発生し、機能性粒子が浮上する際には、機能性粒子の下端部に流体が引きずられて上昇流が発生する。ガイドパイプは、これらの流れの方向も制御している。このように、機能性粒子の鉛直方向の動作で、ガイドパイプ内で効果的に流体を流動させることができる。
また、機能性粒子はガイドレールで保持されて作動するようにしてもよい。たとえば、ガイドレールをガイドパイプ内に鉛直方向に設け、機能性粒子をこのガイドレールに沿って上下に作動させるようにすることが考慮される。機能性粒子はガイドレールで保持されているため、機能性粒子の上下作動時の横方向のブレは生じなくなる。このため、機能性粒子を安定して作動させることができ、流れを効率良く引き起こすことができる。このようなガイドレールとしては、たとえばガイドレールの断面を凸形状にし、この形状に沿うような凹状溝を機能性粒子に設ける。これによって、機能性粒子はその凹状溝が凸形状のガイドレールに沿うようにして上下に作動するようになる。機能性粒子の形状が後述する円筒形状の場合、機能性粒子の外周部あるいは中心部に凹状溝を設けるようにしてもよい。また、ガイドレールは複数あってもよい。
図１のようにガイドパイプ（１）の両端が流体（３）中で開放されるように配置した場合、機能性粒子（２）が沈降する際には、ガイドパイプ（１）内の下降流で、ガイドパイプ（１）外の流体（３）がガイドパイプ（１）上端部からガイドパイプ（１）内に引きずられるように流れ込み、ガイドパイプ（１）下端部からは、この下降流が放出される。このため、ガイドパイプ（１）外での流体（３）は、下方から上方に向かう流れを発生させることができる。また、機能性粒子（２）が浮上する際には、ガイドパイプ（１）内の上昇流で、ガイドパイプ（１）外の流体（３）がガイドパイプ（１）下端部からガイドパイプ（１）内に引きずられるように流れ込み、ガイドパイプ（１）上端部から、この上昇流が放出される。このため、ガイドパイプ（１）外での流体（３）は、上方から下方に向かう流れを発生させることができる。これらの動作によって、ガイドパイプ（１）外の流体（３）を効率的に循環させることができる。
ガイドパイプは、少なくとも一端が流体中で開放されるように配置してもよい。たとえば、ガイドパイプの下端部が港湾などの底部に接触させて、下端部が流体中で閉じるように配置された時には、ガイドパイプの上端部を水面より低くして、流体中で開放されるようにすることが考慮される。また、ガイドパイプの下端部が流体中で開放するように、港湾の底部に接触しないように設置した場合には、ガイドパイプの上端部が流体中、もしくは水面よりも上方に突出させたり、水面に浮かぶブイの下部にガイドパイプを取り付けるように設置してもよい。
また、ガイドパイプ側面にはスリットを設けてもよい。ガイドパイプ内での機能性粒子の沈降、浮上によって引き起こされる上昇流や下降流が、随時、スリットを通じて、ガイドパイプ外に放出されるため、ガイドパイプ外の流体に流れを誘起することができる。このスリットの大きさや位置や数は適宜設定されるが、特に、ガイドパイプの両端部あるいは中央部に、ガイドパイプの長軸方向にスリットを設けることが好適である。
本願発明は、ガイドパイプ端部外方に開口端を有する誘導パイプが配設されていてもよい。図２は、誘導パイプを配設した流体循環システムの模式図である。この図によれば、誘導パイプ（１２）はガイドパイプ（１）端部を覆うように配設される。誘導パイプ（１２）の形状としては、誘導パイプ（１２）の両端部のうちガイドパイプ（１）側の端部がより大きな開口端となるような形状、たとえばラッパ状にすることが好ましい。たとえば、機能性粒子（２）が浮上する際には、ガイドパイプ（１）上端部から、この上昇流が放出される。このとき、ガイドパイプ（１）外の流体はこの上昇流に引きずられ、誘導パイプ（１２）の開口下端部から上方へ向かう流れが発生する。そして、上昇流とガイドパイプ（１）外の流体の流れが誘導パイプ（１２）の開口上端部より放出され、効率良く流体を循環させることができる。
また、本願発明は、Ｃ面加工された機能性粒子端部に、下端部が上端部より大きく開口してなる筒状の流体攪拌翼が配設されていてもよい。図３（ａ）は、この流体攪拌翼（１３）の平面図および正面図であり、図３（ｂ）は、流体攪拌翼（１３）を配設した機能性粒子（２）の断面図である。この図３（ｂ）によれば、円筒形状の機能性粒子（２）の端部がＣ面加工されており、そして、この機能性粒子（２）の両端部に流体攪拌翼（１３）が配設されている。ここで、流体攪拌翼（１３）は、たとえば機能性粒子（２）のＣ面部に爪形状の取付け脚（１４）を複数個設けて、この取付け脚（１４）の上に配設させるようにしてもよい。図３（ｃ）は、流体攪拌翼（１３）を配設した機能性粒子（２）の流体攪拌効果を説明するための図である。この図３（ｃ）によれば、機能性粒子（２）の作動方向側のＣ面加工および流体攪拌翼（１３）によって、機能性粒子（２）の流体に対する抵抗を弱めることができ、機能性粒子（２）後方に向けて流体を効率よく流すことがきる。そして、機能性粒子（２）の作動方向と反対側に配設された流体攪拌翼（１３）が流体の抵抗となって、機能性粒子（１３）後方に発生する渦の量を増加させることになり、攪拌能力を増大させることができる。
次に、ガイドパイプ内で作動する機能性粒子について説明する。この機能性粒子は、機能性粒子内に流体を吸入、もしくは機能性粒子外に流体を排出して、機能性粒子の重量を調節し、この機能性粒子の流体中での浮力と機能性粒子の重力との釣り合いにより、沈降、または浮上するものである。図４（ａ）は、この機能性粒子の一実施形態を模式的に例示した断面図である。図４（ａ）に沿って説明すると、この機能性粒子（２）は、流体（３）の吸入排出の逆転制御が可能なポンプユニット（４）と、流体（３）を溜めるタンク部（５）を有するセル（６）より構成されている。ポンプユニット（４）は、セル（６）内に配置されており、流体（３）を吸入排出するための第１の吸入排出管（７）と第２の吸入排出管（８）が設けられている。第１の吸入排出管（７）はポンプユニット（４）から、セル（６）に設けられた挿通孔（１０）を介してセル（６）外へと引き出されている。第２の吸入排出管（８）はポンプユニット（４）からタンク部（５）に延びて配設される。これら吸入排出管（７）（８）は、各種のゴム、樹脂系のホースなどが考慮されるが、好ましくはポリ塩化ビニル製のホースが使用される。
タンク部（５）は、図４（ａ）のようにセル（６）の下部に設けていてもよいが、特にこの位置に限定されることはない。このタンク部（５）は、ポンプユニット（４）によってセル（６）外の流体（３）が導入される。
ポンプユニット（４）は、流体（３）の吸入排出ができ、逆転制御可能であれば限定されることはないが、特に高能率で流体（３）を輸送できる回転ポンプが好ましく、その中でもギヤポンプが好ましい。このポンプユニット（４）は防水のために、モーター部あるいはポンプユニット（４）全体を、たとえばゴム布やカバーで覆ったり、密閉容器内に配置してもよい。また、セル（６）内に中ぐらいに台座（９）を設けて、その台座（９）にポンプユニット（４）を固定配置してもよい。これによって、ポンプユニット（４）の動作が安定し、確実に流体（３）の吸入排出が行われることになる。台座（９）の位置は、ポンプユニット（４）のモーター部が流体（３）に直接触れないようにタンク部（５）より上方に設けられることが好ましい。
機能性粒子（２）を形成するセル（６）の形状は、球形、円筒形、多角形、カプセル型、各種の形状のものが考慮され、特に限定されることはない。図４（ａ）は、円筒形状の機能性粒子（２）を例示している。セル（６）の材質としては、耐候性に優れ、流体（３）中でも密封性が保たれ、容易に変形しなければ特に限定されることはない。また、この機能性粒子（２）は、機能性粒子（２）の重量を流体（３）の吸入排出で調節して、機能性粒子（２）の流体（３）中での浮力と機能性粒子（２）の重力との釣り合いにより、浮上沈降するものであるので、機能性粒子（２）内に流体（３）を吸入していない時にかかる重力が、浮力よりも小さくなるように、セル（６）の材質やセル（６）の大きさが考慮される。
ポンプユニット（４）の電源としては、外部電源や内部電源にすることが考慮される。外部電源とした場合には、機能性粒子（２）が複雑な構造になることなく、長時間安定して、容易に電源を供給することができる。また、機能性粒子に充電池を内蔵するなどの内部電源とした場合には、機能性粒子（２）個々に電源が備えられることになるため、流体循環システムにおける機能性粒子（２）の設置が容易である。さらに、電源起因の故障が発生した場合でも、流体循環システム中の機能性粒子（２）全体が影響を受けることはない。
機能性粒子（２）の制御方法として、たとえば、タイマーの作動によってポンプユニット（４）のスイッチを切換えて、ポンプユニット（４）の正転駆動、逆転駆動、停止により、流体（３）の吸入、排出、停止の制御を行なってもよい。タイマーを予め任意の時間に設定しておくことで流体（３）の吸入排出が制御でき、機能性粒子（２）を任意の時間に浮上沈降させることができる。これは、機能性粒子（２）の沈降距離（浮上距離）を調節することにもなり、たとえば使用する環境において、流体（３）のが深度の異なっていても、容易に適用させることができる。機能性粒子（２）の別の制御方法としては、たとえば、図４（ｂ）のように、機能性粒子（２）内に圧力センサ（１１）を設けて水深を検知するようにし、この圧力センサ（１１）によってタンク部（５）への流体（３）の吸入排出を制御するようにしてもよい。また、ガイドパイプ（１）端部に組み込まれた磁性物質（たとえば永久磁石）を機能性粒子（２）側に組み込まれた磁気センサにより検知して機能性粒子（２）の位置を認識させたり、あるいは機能性粒子（２）に押し込みスイッチを設けてガイドパイプ（１）端部で接触させて機能性粒子（２）の位置を認識させるなどして、機能性粒子（２）を制御することも考慮される。もちろん、上記の方法を組み合わせて使用してもよい。
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【実施例】＜実施例１＞
円筒形実験用水槽（内径９００ｍｍ、高さ１２００ｍｍ、水量約７００Ｌ）において、ガイドパイプを吊り下げた状態で、機能性粒子に水上から電線（被覆線）により電力（直流１２Ｖ）を供給して行った。
ガイドパイプと機能性粒子の仕様は以下の通りである。
ガイドパイプ寸法：パイプ内径１９０ｍｍ外径２００ｍｍ、パイプ全長１０００ｍｍ
機能性粒子寸法：外径１７０ｍｍ、高さ１６０ｍｍ
機能性粒子体積：３６３２ｃｃ
機能性粒子乾燥重量：３１３０ｇ
機能性粒子中立点重量：３６５０ｇ
ギヤポンプ形式：ツカサ電工株式会社製ＴＧ−４７Ｃ−ＰＵ−ＣＢ−ＫＡ
ギヤポンプ注排水能力：４ｃｃ／ｓ
ギヤポンプ定格出力：２．４ｗ以下
ガイドパイプ及び機能性粒子本体材料：アクリル樹脂
上記の装置による流量の確認は、実験水槽中にプラスチック製可視化粒子を浮遊させ、目視により行った。この結果、粒子移動速度は、８〜１０ｃｍ／ｓで、水の移動量は、１サイクル（３０秒で１往復）あたり４０Ｌの押し出し量（１時間あたり４．８ｔ）であることが確認された。
＜実施例２＞
実施例１の機能性粒子に圧力センサ（横河Ｍ＆Ｃ株式会社製、形式：ＦＰ−１０１−Ｌ１１−Ｌ２０Ａ＊Ｂ）を設置して、水深を検知できる構造とした。この機能性粒子を実施例１の実験水槽中に浮遊させたところ、水深に応じてギヤポンプが正転・反転し、機能性粒子内に水を吸入・排出して浮沈することが確認された。
＜実施例３＞
円筒形実験用水槽（内径９００ｍｍ、高さ１２００ｍｍ、水量約７００Ｌ）において、スリットを設けたガイドパイプを吊り下げた状態で、機能性粒子に水上から電線（被覆線）により電力（直流１２Ｖ）を供給して行った。実施例１で用いたガイドパイプに、側面円周部１２０℃位相の３箇所に幅５０ｍｍで長さ９００ｍｍのスリットを設けた。このガイドパイプの概略を示した平面図および正面図を図５に示す。機能性粒子は実施例１と同じものを用いた。
実験水槽中にプラスチック製可視化粒子を浮遊させ、機能性粒子を作動させた時の水槽内の水の流れを観察した。
機能性粒子の沈降によってガイドパイプ内に発生した流体の下降流は、随時スリットからガイドパイプ外に流出して、水槽の側壁面に沿って鉛直方向に柱状の渦流が発生していることが確認でき、ガイドパイプ外領域での流動の停滞現象は認められなかった。機能性粒子の浮上によってガイドパイプ内に発生した流体の上昇流も、機能性粒子の沈降時と同様の現象が確認された。さらに、機能性粒子を１０往復させた後のガイドパイプ外の水の流動の持続性は、スリットを設けていないガイドパイプよりも持続性があることが確認された。また、機能性粒子の沈降速度、浮上速度は、スリットを設けていないガイドパイプよりも若干速くなることが確認された。
＜実施例４＞
実施例１において、ガイドパイプ内にガイドレールを配設して機能性粒子を作動させた。ガイドレールは、断面形状が凸形状のものを使用し、機能性粒子に凹状溝を設けた。凹状溝は機能性粒子の外周部３箇所に設けられ、この凹状溝に沿うようにガイドレールを３本配設した。図６は、この機能性粒子とガイドレールの断面図を模式的に示した図である。
上記の機能性粒子は、上下作動時の横方向のブレは生じることなく安定して作動し、効率良く流れが引き起こされていることが確認された。
＜実施例５＞
＜各種ガイドパイプを用いたときの攪拌効果＞
ポリカーボネート製の水槽（寸法：横８００ｍｍ、高さ６００ｍｍ、奥行き８００ｍｍ）内で実験を行った。この水槽底部から４５０ｍｍのところまで水を張り温度を１５℃に固定してから、シースヒーターを水槽底部から約２２５ｍｍのところまで沈めて加熱し、水槽内の下部分が低温部（約１５℃）、上部部分が高温部（約３０℃）の温度成層を作った。
ガイドパイプは以下の３種を用いた。
（１）ノーマルガイドタイプ
内径４７．５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、全長３３０ｍｍのアクリル樹脂製円筒状のガイドパイプ
（２）サイドスリットガイドパイプ
内径４７．５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、全長３３０ｍｍのアクリル樹脂製円筒状のガイドパイプの両端の円周部１２０℃位相の３箇所に幅１２．５ｍｍで長さ８０ｍｍのスリットを長軸方向に設けた。
（３）センタースリットガイドパイプ
内径４７．５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、全長３３０ｍｍのアクリル樹脂製円筒状のガイドパイプの中央の円周部１２０℃位相の３箇所に幅１２．５ｍｍで長さ１７０ｍｍのスリットを長軸方向に設けた。
図７はサイドスリットガイドパイプとセンタースリットガイドパイプを模式的に示した正面図である。
機能性粒子は、外径３７．５ｍｍ、高さ４０ｍｍのアクリル樹脂製円柱状の粒子を使用した。この機能性粒子の中心部にポリウレタン製の中空ロープを挿通させ、かつ機能性粒子と中空ロープとを固定した。中空ロープを上下に作動させることにより機能性粒子をガイドパイプ内で上下に往復運動させるようにした。
上記のガイドパイプをその両端が開放されるように水槽内に配設し、下記に示す表１の条件で機能性粒子をガイドパイプ内で往復運動させた。
【表１】
2005108312.tif 000002
攪拌効果をみるために、水温変化を測定した。水温の測定は、水面からの距離５ｃｍ、３５ｃｍの位置にて行った。この結果を図８〜１２に示す。
これらの図から、実験番号１の条件では、水槽内の水が攪拌されるまでの所要時間は約７０分であった。また、実験番号２から実験番号５までの各々の所要時間は、それぞれ約６５分、約９５分、約２２分、約３５分であった。これらの結果から、ノーマルガイドパイプに比べてサイドスリットガイドパイプ、センタースリットガイドパイプを用いたときの攪拌効果が高く、特にセンタースリットガイドパイプを用いたときの攪拌効果が高いことが確認された。
サイドスリットガイドパイプやセンタースリットガイドパイプを用いたときの攪拌効果が高い理由としては、以下のことが考えられる。
まず、サイドスリットガイドパイプについて図１３に沿って説明する。
（ａ）機能性粒子が上昇して水面付近で停止した後に、この機能性粒子によってガイドパイプ内に引き込まれ水が機能性粒子と衝突し、サイドスリットから流出する。（ｂ）ある程度水が流出したら、機能性粒子下降開始直後に、機能性粒子が押し出した水がサイドスリットから水平方向に噴出す。（ｃ）この対流は撹拌を広範囲に行き渡らせる効果がある。そしてこの対流は、低温で密度が大きいため半径方向に拡散しながら沈降を始める。サイドスリットガイドパイプはこのような対流を誘発して撹拌効果を向上させている。
次に、センタースリットガイドパイプについて説明する。
（ｄ）機能性粒子が上昇して水面付近で停止した後に、この機能性粒子によってガイドパイプ内に引き込まれ水が機能性粒子と衝突し、センタースリットから流出する。（ｅ）機能性粒子が下降すると、機能性粒子によってこれまで引き込まれた水と現在押し出している水とが衝突してセンタースリットから水平方向に噴出する。（ｆ）機能性粒子がセンタースリットを通過した後、水平方向に噴出した対流が、ガイドパイプ下部から噴出した対流と水槽の壁面付近で衝突する。このため、撹拌が広範囲で早期に行われる。
＜実施例６＞
実施例５の装置において、ノーマルガイドパイプ上端部外方にラッパ形状のアクリル樹脂製誘導パイプを配設し、機能性粒子を作動させて水温変化を測定したところ、誘導パイプを配設することで攪拌効果が向上することが確認された。
＜実施例７＞
実施例５の装置において、機能性粒子端部をＣ面加工して、図３に記載された形状のアクリル樹脂製流体攪拌翼を前記機能性粒子端部に配設した。この機能性粒子を作動させて水温変化を測定したところ、攪拌効果が向上することが確認された。
【産業上の利用可能性】  この出願の［１］の発明によれば、港湾等の水質改善に有効であって、周囲環境の影響を受けることなく継続的に安定した動作が可能であり、また、設置が容易で、大量の消費電力を必要とすることなく流体を循環させることができる。
また、この出願の［２］の発明によれば、上記［１］の発明の効果とともに、ガイドパイプにスリットを設けることで、効果的に流体を循環させることができる。
この出願の［３］の発明によれば、より一層効果的に流体を循環させることができる。
この出願の［４］の発明によれば、複数個の機能性粒子が連結されていることにより、機能性粒子を大型化することができ、流体循環システムの大型化が可能となる。
また、この出願の［５］の発明によれば、機能性粒子を安定して作動させることができ、流れを効率良く引き起こすことができる。
この出願の［６］の発明によれば、ガイドパイプ内外の流れが誘導パイプに誘導されて効率良く流体を循環させることができる。
この出願の［７］の発明によれば、流体攪拌翼が配設された機能性粒子の作動方向の後方部において、機能性粒子の作動に伴う渦の発生量を増加させ、攪拌能力を増大させることができる。
さらに、この出願の［８］の発明によれば、機能性粒子の重量が調節され、浮沈機能をもつことができる。
また、この出願の［９］の発明によれば、周囲環境の影響を受けることなく継続的に安定した動作が可能な機能性粒子とすることができる。
この出願の［１０］の発明によれば、上記［９］の発明の効果とともに、ポンプユニットがセル内部に設けられた台座に固定配置されることで、ポンプユニットの動作が安定し、流体の吸入、排出が確実に行われるようになる。
この出願の［１１］の発明によれば、より一層周囲環境の影響を受けることなく機能性粒子を作動させることができ、さらに精度高く作動させることができる。
以上のように、この出願の発明の流体循環システムによれば、港湾等の水質改善に有効であって、周囲環境の影響を受けることなく継続的に安定した動作が可能であり、また、設置が容易で、大量の消費電力を必要とすることはない。さらに、この流体循環システムによれば流体中に配置されるため、たとえば公園等の池に設置した場合でも美観を損ねることはない。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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