(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直立した円筒状のタンクにパイプを介して水を供給するポンプと、前記タンク内の空間に加圧したガスを供給するガス供給手段と、前記タンク内の水を所定の水位に維持する水位維持手段と、前記水をタンク外に放出するに際し所定の圧力に調節する圧力調節弁とからなり、前記水をタンク内に供給するに際しては少なくとも前記パイプを２方向に分岐し、分岐したそれぞれのパイプに調節弁を設け、一方のパイプの先端を前記空間に配置して水を上方から水面に対して垂直方向に落下させ、他方を前記所定の水位より下方でかつ、タンク内周の接線方向から噴出させるように構成したことを特徴とするガス溶解装置。
【請求項２】
直立した円筒状のタンクにパイプを介して水を供給するポンプと、前記タンク内の空間に加圧したガスを供給するガス供給手段と、前記タンク内の水を所定の水位に維持する水位維持手段と、前記水をタンク外に放出するに際し所定の圧力に調節する圧力調節弁とからなり、前記水をタンク内に供給するに際しては少なくとも前記パイプを２方向に分岐し、分岐したそれぞれのパイプに調節弁を設け、一方のパイプの先端を前記空間に配置して水を上方から水面に対して垂直方向に落下させ、他方を前記所定の水位より下方でかつ、タンク内周の接線方向から噴出させると共に、前記タンクを冷却する冷却手段を設けタンクの外周を断熱材で覆ったことを特徴とするガス溶解装置。
【請求項３】
前記ポンプおよびガスを加圧するための動力源として自然エネルギーを使用することを特徴とする請求項1又は２に記載のガス溶解装置。
【請求項４】
前記タンクの入口、出口の少なくとも一方に溶存ガス計を設け、この溶存ガス計の出力に基づいて前記タンク内の圧力を調節するように構成したことを特徴とする請求項1乃至３いずれかに記載のガス溶解装置。
【請求項５】
水は前記タンクの前段で気液混合された後タンクに供給されるように構成したことを特徴とする請求項1乃至４いずれかに記載のガス溶解装置。
【請求項６】
水は前記タンクの前段でクラスタ分解された後タンクに供給されるように構成したことを特徴とする請求項1乃至４いずれかに記載のガス溶解装置。
【請求項７】
直立した円筒状のタンクにパイプを介して水を供給するポンプと、前記タンク内の空間に加圧したガスを供給するガス供給手段と、前記タンク内の水を所定の水位に維持する水位維持手段と、前記水をタンク外に放出するに際し所定の圧力に調節する圧力調節弁とからなり、前記水をタンク内に供給するに際しては少なくとも前記パイプを２方向に分岐し、分岐したそれぞれのパイプに調節弁を設け、一方のパイプの先端を前記空間に配置して水を上方から水面に対して垂直方向に落下させ、他方を前記所定の水位より下方でかつ、タンク内周の接線方向から噴出させると共に、前記タンクの外側に循環ポンプを設け該タンクの下方からパイプを介してタンク上方に戻し、パイプの先端にノズルを設け所定の高さから水をシャワー状に落下させることを特徴とするガス溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス溶解装置に関し、タンクに連続的に水の供給・排水をしながら比較的に低い圧力で水にガスを溶解させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水処理施設や汚れた河川・湖沼等においては、空気や酸素を水中に吹き付けることにより水中の溶存酸素量を増大させて、微生物の活動を維持したり汚水の浄化を行う装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来装置を用いて空気や酸素を供給するに際しては、水底に沈めた吹出口から空気や酸素を気泡として放出し、この気泡を浮上させながら水中の溶存酸素を増加させているが、このような方法では、酸素の溶解効率が低いことから、高負荷時における高い酸素供給速度の要求に応じきれないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、予めタンク内で処理水と空気や酸素を加圧してこれらを処理水中に圧縮した状態で存在させ、その処理水を湖沼等の水中に開放することにより、溶存酸素量を大きく増大させることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決するために本発明は、請求項１においては、
直立した円筒状のタンクにパイプを介して水を供給するポンプと、前記タンク内の空間に加圧したガスを供給するガス供給手段と、前記タンク内の水を所定の水位に維持する水位維持手段と、前記水をタンク外に放出するに際し所定の圧力に調節する圧力調節弁とからなり、前記水をタンク内に供給するに際しては少なくとも前記パイプを２方向に分岐し、分岐したそれぞれのパイプに調節弁を設け、一方のパイプの先端を前記空間に配置して水を上方から水面に対して垂直方向に落下させ、他方を前記所定の水位より下方でかつ、タンク内周の接線方向から噴出させるように構成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載のガス溶解装置において、
直立した円筒状のタンクにパイプを介して水を供給するポンプと、前記タンク内の空間に加圧したガスを供給するガス供給手段と、前記タンク内の水を所定の水位に維持する水位維持手段と、前記水をタンク外に放出するに際し所定の圧力に調節する圧力調節弁とからなり、前記水をタンク内に供給するに際しては少なくとも前記パイプを２方向に分岐し、分岐したそれぞれのパイプに調節弁を設け、一方のパイプの先端を前記空間に配置して水を上方から水面に対して垂直方向に落下させ、他方を前記所定の水位より下方でかつ、タンク内周の接線方向から噴出させると共に、前記タンクを冷却する冷却手段を設けタンクの外周を断熱材で覆ったことを特徴とする。
請求項３においては、請求項１又は２に記載のガス溶解装置において、前記ポンプおよびガスを加圧するための動力源として自然エネルギーを使用することを特徴とする。
【０００７】
請求項４においては、請求項1乃至３いずれかに記載のガス溶解装置において、
前記タンクの入口、出口の少なくとも一方に溶存ガス計を設け、この溶存ガス計の出力に基づいて前記タンク内の圧力を調節するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項５においては、請求項1乃至４いずれかに記載のガス溶解装置において、
水は前記タンクの前段で気液混合された後タンクに供給されるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項６においては、請求項1乃至４いずれかに記載のガス溶解装置において、水は前記タンクの前段でクラスタ分解された後タンクに供給されるように構成したことを特徴とする。
請求項７においては、直立した円筒状のタンクにパイプを介して水を供給するポンプと、前記タンク内の空間に加圧したガスを供給するガス供給手段と、前記タンク内の水を所定の水位に維持する水位維持手段と、前記水をタンク外に放出するに際し所定の圧力に調節する圧力調節弁とからなり、前記水をタンク内に供給するに際しては少なくとも前記パイプを２方向に分岐し、分岐したそれぞれのパイプに調節弁を設け、一方のパイプの先端を前記空間に配置して水を上方から水面に対して垂直方向に落下させ、他方を前記所定の水位より下方でかつ、タンク内周の接線方向から噴出させると共に、前記タンクの外側に循環ポンプを設け該タンクの下方からパイプを介してタンク上方に戻し、パイプの先端にノズルを設け所定の高さから水をシャワー状に落下させることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の実施形態の一例を示す構成図、図１（ｂ）は図1（ａ）のＡ−Ａ断面図である。これらの図において、１はポンプ、２はタンク、３は空気を加圧するコンプレッサ、４は酸素ボンベ（または酸素発生装置）を夫々示している。３ａ，４ａはコンプレッサおよび酸素ボンベの出力圧を測定する圧力計である。
【００１１】
ポンプ１はパイプ１ａによって湖沼Ｐの水を直立した円筒タンク２に供給するようになっており、パイプ１ａの端部はタンク２の前段で２方向に分岐され、一方のパイプは調節弁５ａを介してタンク２内に導かれその吐出口が予め設定された所定のレベルＬより僅かに下方に位置するように配置されている。
また、他方のパイプは調節弁５ｂを介してタンク２内に導かれ、その吐出口が所定のレベルＬより高い位置に配置されている。
【００１２】
５ｃはタンク２の下方にパイプ１ｄを介して設けられた調節弁で一端はパイプ１ｄを介してタンク２内の水を湖沼Ｐの水中に放出する。６はタンク２の最下方にパイプ1ｂを介して設けられた電磁弁であり、レベルＬの調整やドレイン抜きとして機能する。
【００１３】
７は例えば超音波レベル計であり、水位の測定信号をポンプ１に出力してその回転数を制御することにより所定のレベルＬを維持するようになっている。
コンプレッサ３で圧縮された空気はパイプ１ｃおよび調節弁５ｄを介して一端がタンク２内の空間Ｓに導かれている。また、パイプ１ｃの途中には酸素ボンベ４から調節弁５ｅを介してパイプ１ｅが接続され、空気の酸素濃度が所望の値となるように混合されるようになっている。
【００１４】
８ａは圧力計であり、タンク２の空間Ｓ内の圧力を測定しその測定信号を調節弁５ｄに伝送して弁開度を調節し、タンク内の圧力が所定の圧力（例えば２〜３ｋｇｆ／ｃｍ2）になるように制御する。なお、調節弁５ａの一端に接続されたパイプ１ａの先端は図１（ｂ）に示すようにタンク２の内周から接線方向に水を噴射し、この噴射した水によりタンク２内の水に渦流を発生させている。この噴射される水は、ポンプ１によって２〜５ｋｇｆ／ｃｍ2 に加圧されている。
【００１５】
上記の構成において、先ずポンプ１によって汲み上げた水をタンク２に供給すると共に、コンプレッサー３によって空気と共に加圧した酸素をタンク２内に供給し加圧状態で酸素を水に溶解させる。このとき本発明ではパイプ１ａの先端付近が２方向に分岐されており、調節弁５ｂを通った水がタンクの空間Ｓから落下する。また、調節弁５ａを通った水は図1（ｂ）に示すようにタンク２の内周から接線方向に噴出する位置に配置されている。そして、タンク２内の水位が上昇し予め定めたレベルＬまで達した時点ではタンク内の水は接線方向に噴出する水により渦流となる。
【００１６】
一方タンクの空間Sにはコンプレッサ３と酸素ボンベ４からの圧縮空気と酸素が充満しているのでタンク２内の水にはこれら空気と酸素が圧縮された状態で溶け込むことになる。そして、上記タンク２の下方に取付けられた調整弁５ｃを開くことによってタンク２内の水を湖沼Ｐ内に放出する。このことにより上記加圧状態で水に溶存した酸素は水中で微細気泡となる。
【００１７】
なお、図１に示すように水をタンク内に落下させるに際してはパイプ１ａの先端にノズルを形成し、シャワー状にして落下させれば酸素の溶け込み量を増やすことができ、また、調節バルブ５ａ，５ｂの弁開度を調節することにより渦の強さと水の落下量を調整することができる。
【００１８】
このようにして発生した酸素（空気）の微細気泡は直径が５〜１０μｍと非常に小さいものであり、発生後から長時間にわたって水中を浮遊する。そして、この微細気泡の長時間の浮遊によって２次的な酸素移動が起こり、その過程で再び高い効率の酸素溶解が行われる。
【００１９】
また、上述の実施形態の装置では、レベルＬより下方に位置するパイプ１ａから水がタンク内周の接線方向から噴出してタンク２上部の酸素を巻き込みながらタンク２内に渦流を起こすので、タンク内の水への酸素の導入拡散効果を高めることができる。また、タンク内の圧力は比較的に低く２〜３ｋｇｆ／ｃｍ2程度なので水中へ放出されたときに微細気泡が急上昇することがなく酸素の湖沼水への溶解効率を大幅に向上させることができる。
【００２０】
図２は本発明の請求項２に関する実施例を示すもので、図１に示すガス溶解装置に冷却手段１０を付加したものであり、タンク２は断熱材１０ａで覆われている。このような冷却手段１０でタンク２内の水温を例えば５から１０℃程度に降下させることにより酸素が水に溶け込む度合いを向上させることができる。
【００２１】
図３は本発明の請求項３に関する実施例を示すもので、図１に示すガス溶解装置の駆動手段１４として自然エネルギー（例えば太陽電池や風力発電）を利用するものである。このように構成することにより駆動電源を得にくい箇所での運転が可能となる。また、発電した過剰電力の一部を充電器（図示せず）に充電しておくことにより、夜間若しくは風がないときも浄化作業を続けることができる。
【００２２】
図４は本発明の請求項４に関する実施例を示すもので、図１に示すガス溶解装置のポンプ１と調節弁５ａを結ぶパイプ１ａの途中に水質計（例えば溶存酸素計やｐＨ計等）１５ａを設けたもので、この水質計の出力に基づいて調節弁５ｅの弁開度を調節しタンク2内の酸素量の調整を行う。なお、タンク２の出口側のパイプ１ｄの途中にも同様の水質計１５ｂを設け、それら水質計の出力差に基づいて調節弁５ｅの弁開度を調節すればより木目細かな溶存酸素量の制御が可能となる。
【００２３】
図５は本発明の請求項５に関する実施例を示すもので、図１に示すガス溶解装置のポンプ１と調節弁５ａを結ぶパイプ１ａの途中に気液混合手段（ラインミキサー，気液混合ポンプ等）１６を設けたもので、このような構成によれば、予め水に空気が混入するので、酸素が水に溶け込む度合いを向上させることができる。
【００２４】
図６は本発明の請求項６に関する実施例を示すもので、図１に示すガス溶解装置のポンプ１と調節弁５ａを結ぶパイプ１ａの途中に超音波発生器１７を設け、その超音波を水中に発射して房（クラスタ）状に集まった水の分子を破壊する。このように、水の分子を破壊した状態でタンク内に送り込むことにより、酸素が水に溶け込む度合いを向上させることができる。
【００２５】
図７は本発明の請求項７に関する実施例を示すもので、図１に示すガス溶解装置に循環ポンプ１８を設けタンク２の下方からパイプ１ｆを介してタンク上方に戻し、そのパイプ１ｆの先端にノズルを設け所定の高さから水をシャワー状に落下させる。このように水を循環させることによりガス（酸素）との会合回数を増やし水に溶け込む酸素の度合いを向上させることができる。
【００２６】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。本実施例では溶解するガスを湖沼の浄化を目的とする酸素として説明したが、水に溶解させるガスは例えばＣＯ２ガスであってもよく、目的に応じて種々のガスを用いることができる。
【００２７】
したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、以上説明したように、本発明のガス溶解装置は、直立した円筒状のタンクにパイプを介して水を供給するポンプと、前記タンク内の空間に加圧したガスを供給するガス供給手段と、前記タンク内の水を所定の水位に維持する水位維持手段と、前記水をタンク外に放出するに際し所定の圧力に調節する圧力調節弁とからなり、前記水をタンク内に供給するに際しては少なくとも前記パイプを２方向に分岐し、分岐したそれぞれのパイプに調節弁を設け、一方のパイプの先端を前記空間に配置して水を上方から水面に対して垂直方向に落下させ、他方を前記所定の水位より下方でかつ、タンク内周の接線方向から噴出させるように構成したので、この水を湖沼に放出することにより溶存した酸素を微細気泡とすることができる。更にこの微細気泡を水中に長時間浮遊させることにより、２次的な酸素移動が起こるので高い効率での酸素溶解が可能となる。
また、タンクを冷却する冷却手段を設けタンクの外周を断熱材で覆ったので冷却効率を高めることができる。
また、タンクの外側に循環ポンプを設け該タンクの下方からパイプを介してタンク上方に戻し、パイプの先端にノズルを設け所定の高さから水をシャワー状に落下させるようにしたので、高い効率での酸素溶解が可能となる。
【００２９】
また、水をタンク内に落下させるに際してはパイプの先端にノズルを形成してシャワー状にして落下させ、また、調節バルブ５ａ，５ｄの弁開度を調節することにより渦の強さと水の落下量を調整することができる。
【００３０】
また、冷却手段を用いてタンク内の水温を冷却することにより酸素が水に溶け込む度合いを向上させることができる。
また、モータやコンプレッサの駆動源として自然エネルギーを用いることにより駆動電源を得にくい箇所での運転が可能となり、発電した過剰電力の一部を充電器に充電しておくことにより、夜間若しくは風がないときも浄化作業を続けることができる。
【００３１】
また、タンクの入口や出口に水質計を設けることにより木目細かな溶存酸素量の制御が可能となる。
また、タンクの前段で予め気液混合やクラスタ分解を行ったりタンク内の水を循環させることにより、酸素が水に溶け込む度合いを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス溶解装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】タンクに冷却手段を設けたガス溶解装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図３】動力源として自然エネルギーを利用したガス溶解装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図４】タンクの出入口に溶存ガス計を設けたガス溶解装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図５】タンクの前段に気液混合装置を設けたガス溶解装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図６】タンクの前段にクラスタ分解装置を設けたガス溶解装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図７】タンク内の水を循環させる循環手段を設けたガス溶解装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１      ポンプ
１ａ〜１ｆ  パイプ
２      タンク
３      コンプレッサ
３ａ，４ａ，８ａ  圧力計
４      酸素ボンベ
５      調節弁
６      電磁弁
７      レベル計
８      パイプ
１０    冷却手段
１４    駆動手段
１５    水質計
１６    気液混合手段
１７    超音波発生器
１８    循環ポンプ
【図１】
0003758471.tif 000002
【図２】
0003758471.tif 000003
【図３】
0003758471.tif 000004
【図４】
0003758471.tif 000005
【図５】
0003758471.tif 000006
【図６】
0003758471.tif 000007
【図７】
0003758471.tif 000008