(57)【要約】本発明は、処理能力が高く、水に気体を効率的に溶解させることができる気体溶解装置に関する。気体溶解装置１は、密閉空間を有する容器体２と、容器体２内に接続した供給管３ｂを備え、供給管３ｂを介し容器体２内に気体を供給して、容器体２内部の気体圧力を大気圧以上に加圧する気体供給機構３と、容器体２内に接続した給水管４ａ，４ｂを備え、給水管４ａ，４ｂを介し容器体２内に水を供給する水供給機構４と、容器体２の底部に貯留された気体溶存水を外部へ排水する排水管５とを備え、容器体２内部で水と気体とを気液接触させることにより、水に気体を溶解させるように構成される。給水管４ａは、容器体２内で上下方向に配置されて、上端面に開口した吐出口４ｃを備え、吐出口４ｃから容器体２の天井方向に向けて水を吐出するように構成される。供給管３ｂは、給水管４ａに接続し、給水管４ａを介して気体を容器体２内に供給する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間を有する容器体と、前記容器体内に接続した供給管を備え、該供給管を介し前記容器体内に気体を供給して、該容器体内部の気体圧力を大気圧以上に加圧する気体供給手段と、前記容器体内に接続した給水管を備え、該給水管を介し前記容器体内に水を供給する水供給手段と、前記容器体内に接続して、該容器体の底部に貯留された気体溶存水を排水する排水管とを具備し、前記容器体内部で前記水と気体とを気液接触させることにより、該水に気体を溶解させるように構成された気体溶解装置において、
前記給水管は、その一端側が前記容器体内で上下方向に配置されて、上端面に開口した吐出口を備え、該吐出口から前記容器体の天井方向に向けて前記水を吐出するように構成されてなることを特徴とする気体溶解装置。
【請求項２】
前記容器体の内面から内側に突出した第１制流部材を更に備えてなり、前記吐出口から前記天井に向けて吐出され、前記容器体の内面を伝って流動する水を、該第１制流部材の突出端から前記容器体の内部空間中に流下させるように構成されてなることを特徴とする請求の範囲第１項記載の気体溶解装置。
【請求項３】
前記給水管の一端側外周面から外側に突出した板状の第２制流部材を更に備えてなり、前記吐出口から前記天井に向けて吐出され、前記給水管の外周面を伝って流動する水を、該第２制流部材の突出端から前記容器体の内部空間中に流下させるように構成されてなることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の気体溶解装置。
【請求項４】
前記第１制流部材は、前記容器体の内周面から内側に突出した板状の部材から構成されるとともに、その表裏に貫通した複数の貫通穴を備えてなることを特徴とする請求の範囲第２項記載の気体溶解装置。
【請求項５】
前記第２制流部材は、その表裏に貫通した複数の貫通穴を備えてなることを特徴とする請求の範囲第３項記載の気体溶解装置。
【請求項６】
前記第１制流部材は、その突出した端縁が平面視波状に形成されてなることを特徴とする請求の範囲第２項又は第４項記載の気体溶解装置。
【請求項７】
前記第２制流部材は、その突出した端縁が平面視波状に形成されてなることを特徴とする請求の範囲第３項又は第５項記載の気体溶解装置。
【請求項８】
前記容器体は、その前記天井部が外方又は内方に突出する球状の湾曲面に形成されてなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第７項記載のいずれかの気体溶解装置。
【請求項９】
前記排水管は、その内径が前記給水管の内径と同径若しくはそれ以下の小径に構成されてなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項記載のいずれかの気体溶解装置。
【請求項１０】
前記気体供給手段は、その前記供給管が前記給水管に接続されて、該給水管の吐出口から、前記気体を前記水とともに吐出させるように構成されてなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第９項記載のいずれかの気体溶解装置。
【請求項１１】
前記給水管は、その横断面積が前記吐出口によって縮小されてなることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１０項記載のいずれかの気体溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、水に気体を溶解させる気体溶解装置に関する。
【背景技術】  湖沼や河川の水域では、その周辺地域に建設された工場や事業所などの各種施設から排出される産業排水や一般家庭から排出される生活排水が流れ込み、この排水に含まれるリン化合物や窒素化合物などの有機物によって当該水域が汚染される水質汚染が問題となっている。
そこで、このように汚染された水の水質を改善する方法として、近年、有機物を分解する微生物を用いて、汚染された水（被浄化水）から過剰な有機物を除去又は低減する方法が提案されている。具体的には、被浄化水中の微生物（好気性微生物）に酸素を供給して微生物を活性化させ、このように微生物を活性化させることにより有機物の分解を促進して、被浄化水を浄化する。また、酸素の供給により微生物を増殖させ、その分解能力を高める。
かかる微生物への酸素の供給は、以下に説明する酸素溶解装置を用いて、処理対象の湖沼や河川などからの取水に酸素を溶解させ、この酸素が溶解した水を再び湖沼や河川などに戻すことによって行われる（特開平６−２３３８７号公報（図３，図５など）、特開平９−８９９号公報（図２，図３など）、特開２０００−３１７４７９号公報（段落【００６８】，図３など）参照）。
この酸素溶解装置１００は、第１２図に示すように、耐圧性及び気密性を備えた円筒状の部材からなり、下面が取付部材１０９上に載置，支持される容器体１０２と、容器体１０２内に酸素を供給する酸素供給機構１０３と、容器体１０２内に水（被浄化水）を供給する水供給機構１０４と、容器体１０２内の水を排水する排水管１０５と、容器体１０２内の上部に配設された拡散板１０６，１０７と、容器体１０２内の水位を検出する水位検出機構１０８とを備える。尚、第１２図は、従来例に係る酸素溶解装置の概略構成を示した断面図である。
前記酸素供給機構１０３は、酸素を供給する酸素供給源１０３ａと、一端側が酸素供給源１０３ａに接続し、他端側が容器体１０２の上部に接続した供給管１０３ｂと、供給管１０３ｂを介して酸素供給源１０３ａから容器体１０２内に供給される酸素流量を調整する供給弁１０３ｃとからなり、容器体１０２内に酸素を供給して、容器体１０２内部の酸素圧力を大気圧以上に加圧する。
前記水供給機構１０４は、水を供給するポンプ装置１０４ａと、一端側がポンプ装置１０４ａに接続し、他端側が容器体１０２の上部中央に接続した給水管１０４ｂとからなる。
前記排水管１０５は、給水管１０４ｂの内径と略同径の部材から構成され、容器体１０２にその上部側から接続して下端部が容器体１０２の底部に向けて延設されており、容器体１０２の底部に貯留した水を、当該容器体１０２内の酸素圧力により、容器体１０２外に排出する。
前記拡散板１０６，１０７は、所定間隔を隔てて上下に対向配置された平板状の部材からなり、表裏に貫通した小径且つ複数の貫通孔１０６ａ，１０７ａを備えている。尚、各貫通孔１０６ａと各貫通孔１０７ａとは、互いに水平方向に位置ずれした位置に形成されている。
前記水位検出機構１０８は、長手方向が上下方向に沿って容器体１０２の外周面に付設された導入管１０８ａと、導入管１０８ａ内に配置され、当該導入管１０８ａ内を昇降可能となったフロート（図示せず）と、導入管１０８ａの上部側近傍及び下部側近傍の容器体１０２外周面にそれぞれ付設され、フロート（図示せず）を検出する検出器１０８ｂ，１０８ｃとからなる。
前記導入管１０８ａは、ガラス管や塩ビ管から構成され、その上端部及び下端部が容器体１０２内と連通しており、前記フロート（図示せず）が、容器体１０２内の水位に応じて昇降するようになっている。
この酸素溶解装置１００によれば、まず、酸素供給機構１０３によって容器体１０２内に酸素が供給され、容器体１０２内の酸素圧力が大気圧以上に加圧される。
ついで、水供給機構１０４により、被浄化水（酸素溶解前の水）が給水管１０４ｂから容器体１０２内に供給され、供給された水は、拡散板１０６に衝突し、その各貫通孔１０６ａを通過して多数の水滴となって当該拡散板１０６から滴下する。この後、滴下した水は、拡散板１０７に衝突し、同様にその各貫通孔１０７ａを通過して更に細かな多数の水滴となって当該拡散板１０７から滴下する。
このように、水が細かな滴状とされることで、酸素との接触面積が大きくなり、当該水の落下過程において、酸素が効率的に溶解する。また、容器体１０２内部の酸素圧力が高められていることによっても、水に酸素が効率的に溶解する。
そして、酸素雰囲気中を落下した水は、容器体１０２の底部に貯留され、貯留された水（酸素溶解後の水）は、容器体１０２内の酸素圧力によって、排水管１０５から排出される。
尚、容器体１０２内に貯留された水の水位は、その上限又は下限を超えると、これが水位検出機構１０８によって検出される。具体的には、水位が上昇してフロート（図示せず）が上昇すると、これが上側の検出器１０８ｂによって検出され、水位が下降してフロート（図示せず）が下降すると、これが下側の検出器１０８ｃによって検出される。
このようにして、水位が一定限度を超えたことが検出器１０８ｂ，１０８ｃによって検出されると、供給弁１０３ｃの開度が調整されて酸素供給量が調整され、これにより、容器体１０２内部の酸素圧力が調整されて排水量が調整され、容器体１０２内部の酸素と水との割合が一定の範囲内に維持される。
ところが、上記従来の酸素溶解装置１００では、拡散板１０６，１０７の各貫通孔１０６ａ，１０７ａから水が滴化して（水滴となって）落下するように構成されているので、言い換えれば、拡散板１０６，１０７の各貫通孔１０６ａ，１０７ａによりその流量が極僅かに制限されているので、処理能力が低い（容器体１０２から排出される酸素溶解水の水量が少ない）という問題があった。
また、拡散板１０６，１０７によって制限された水が、当該拡散板１０６と拡散板１０７との間や、拡散板１０７と容器体１０２の天井面との間に充満すると、拡散板１０６，１０７より下方の空間に酸素を供給することができなくなるため、当該空間内の酸素濃度が低くなって、水の酸素溶解量が低下するという問題もある。特に、上述した産業排水や生活排水には、ゴミなどの異物が含まれているため、この異物によって拡散板１０６，１０７の各貫通孔１０６ａ，１０７ａが詰まり易く、上記のような問題を生じ易い。
また、貫通孔１０６ａ，１０７ａに異物が詰まると、容器体１０２を分解して詰まった異物を除去する作業が必要であり、このために装置の維持コストが高くなるという問題や、異物を除去できる程度に、容器体１０２を分解可能な構成にすると、その構造が複雑になって、製造コストが高くなったり、容器体１０２の気密性が不十分になるという問題もある。
また、給水管１０４ｂ及び排水管１０５の内径が略同径であるため、給水量と排水量とは略等しくなっているが、容器体１０２内の酸素圧力が何らかの理由によって上昇すると、給水量に比べて排水量の方が多くなり、容器体１０２内に貯留される水量が少なくなり易いという問題もある。
更に、容器体１０２内の水位が下降して下限を超え、これが水位検出機構１０８によって検出されると、供給弁１０３ｃの開度が調整されて、排水量が調整されるが、水位の回復には一定の時間を要するため、場合によっては、排水管１０５の開口部よりも水位が下降して容器体１０２内の酸素が排水管１０５から外部に漏れるという問題を生じる。
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、水に気体を溶解させるにあたり、従来に比べてその処理能力が高く、しかも溶解をより効率的に行うことができる気体溶解装置の提供をその目的とする。
【発明の開示】
上記目的を達成するための本発明は、
密閉空間を有する容器体と、前記容器体内に接続した供給管を備え、該供給管を介し前記容器体内に気体を供給して、該容器体内部の気体圧力を大気圧以上に加圧する気体供給手段と、前記容器体内に接続した給水管を備え、該給水管を介し前記容器体内に水を供給する水供給手段と、前記容器体内に接続して、該容器体の底部に貯留された気体溶存水を排水する排水管とを具備し、前記容器体内部で前記水と気体とを気液接触させることにより、該水に気体を溶解させるように構成された気体溶解装置において、
前記給水管は、その一端側が前記容器体内で上下方向に配置されて、上端面に開口した吐出口を備え、該吐出口から前記容器体の天井方向に向けて前記水を吐出するように構成されてなることを特徴とする気体溶解装置に係る。
この発明によれば、まず、気体供給手段により、供給管を介して容器体内に所定の気体（水に溶解させる気体）が供給され、当該容器体内部の気体圧力が大気圧以上に加圧される。
この後、水供給手段により、給水管内に水（気体溶解前の水）が供給され、供給された水は、当該給水管内を流通した後、その吐出口から容器体内に吐出される。
吐出された水は、天井方向に向けて噴水状（吐出口を中心として放射状）に噴き上げられ、天井面や内周面など容器体の内面に衝突して、当該内面に沿って流動したり、跳ね返って容器体の内部空間中を落下したり、給水管の外周面に沿って流動し、この後、容器体の底部に貯留されるが、この気体雰囲気中の流動過程において、当該水に接触した気体が溶解する。
尚、放射状に噴き上げられた水は、気体との接触面積が大きくなっていることから、当該水により多くの気体が効率的に溶解し、また、容器体内部の気体圧力が高められていることによっても、当該水に気体が効率的に溶解する。
そして、容器体に貯留された水（気体溶解後の水）は、容器体内部の気体圧力によって排水管から容器体外へ排水される。
斯くして、本発明に係る気体溶解装置によれば、水を吐出口から放射状に噴き上げて当該水の気体との接触面積を大きくすることができるので、当該水により多くの気体を効率的に溶解させることができる、即ち、気体が高濃度に溶解した水を生成することができる。
また、上記従来の酸素溶解装置のように、容器体内に拡散板を設けなくても、気体との接触面積を大きくすることができるので、当該拡散板によって水の落下流量が制限されることがなく、多量の水を効率的に処理することができ、更に、拡散板によって制限された水により気体の供給が阻害されることもない。
また、ゴミなどの異物が拡散板に詰まることがないので、異物を除去する作業を行う必要がなく、維持コストを低くすることができるとともに、拡散板を設けたり、異物除去のために容器体を分解可能に構成する必要がないことから、容器体の構成を簡素化して、製造コストを低くし、且つ容器体の気密性を高くすることができる。
尚、前記気体溶解装置は、前記容器体の内面から内側に突出した第１制流部材を更に備えてなり、前記吐出口から前記天井に向けて吐出され、前記容器体の内面を伝って流動する水を、該第１制流部材の突出端から前記容器体の内部空間中に流下させるように構成されていることが好ましい。
このようにすれば、容器体の内面に沿って流動する水の流れを、第１制流部材により制御して、当該第１制流部材の突出端から前記容器体の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させることができるので、水膜の両面側から気体と接触させて、当該水に更に多くの気体を効率的に溶解させることができる。
また、前記気体溶解装置は、前記給水管の一端側外周面から外側に突出した板状の第２制流部材を更に備えてなり、前記吐出口から前記天井に向けて吐出され、前記給水管の外周面を伝って流動する水を、該第２制流部材の突出端から前記容器体の内部空間中に流下させるように構成されていることが好ましい。
このようにすれば、給水管の外周面に沿って流動する水の流れを、上記と同様に、第２制流部材により制御して、当該第２制流部材の突出端から前記容器体の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させることができるので、水膜の両面側から気体と接触させて、当該水に更に多くの気体を効率的に溶解させることができる。
また、前記第１制流部材は、前記容器体の内周面から内側に突出した板状の部材から構成されるとともに、その表裏に貫通した複数の貫通穴を備えていることが好ましく、また、前記第２制流部材は、その表裏に貫通した複数の貫通穴を備えていることが好ましい。
このようにすれば、第１制流部材や第２制流部材によって制流される（流れが制御される）水を当該第１制流部材や第２制流部材の突出端からだけでなく、各貫通穴からも流下させることができるので、更に多量の水を効率的に処理することができる。尚、各貫通穴から流下する水は、当該貫通穴の大きさに応じて、多数の水滴状になって落下したり、薄膜状且つ滝状になって流下するので、気体との接触面積が大きくなっており、当該水により多くの気体が効率的に溶解する。
また、前記第１制流部材及び／又は第２制流部材は、その突出した端縁が平面視波状に形成されていることが好ましい。このようにすれば、当該端縁の周長さを長くすることができるので、当該第１制流部材及び／又は第２制流部材の突出端から薄膜状且つ滝状に流下する水の表面積を大きくして気体との接触面積を大きくすることができ、当該水に更に多くの気体を効率的に溶解させることができる。
また、前記容器体は、その前記天井部が外方又は内方に突出する球状の湾曲面に形成されていることが好ましい。このようにすれば、吐出口から吐出され、容器体の天井面に衝突した水を、当該天井面に沿って第１制流部材側に流動させ、第１制流部材により制流して容器体の内部空間中に流下させることができるので、水の気体溶解量を高めることができる。
また、前記排水管は、その内径が前記給水管の内径と同径若しくはそれ以下の小径に構成されていることが好ましい。このようにすれば、容器体内に貯留された水を排水し難くすることができるので、容器体内の気体圧力をより高圧にすることができ、当該気体雰囲気中を流動する水により多くの気体を効率的に溶解させることができる。
また、容器体内の気体圧力が何らかの理由により上昇しても、容器体内の水位が下降し難くなり、当該水位が排水管の開口部よりも下降して容器体内の気体が排水管から外部に漏れるといった不都合を効果的に防止することができる。
また、前記気体供給手段は、その前記供給管が前記給水管に接続されて、該給水管の吐出口から、前記気体を前記水とともに吐出させるように構成されていることが好ましい。
このようにすれば、水と気体とを混合して互いに接触させ、気体を水に溶解させながら、給水管内を吐出口側に向けて流動させることができるので、更に効率的且つ多量に気体を水に溶解させることができる。
また、前記給水管は、その横断面積が前記吐出口によって縮小されていることが好ましい。このようにすれば、吐出時の圧力を高めてその流速を速くすることができるので、吐出口から吐出される水をより広範囲の放射状に噴き上げて、より効率的且つ多量に気体を水に溶解させたり、給水管内で水と混合された気体を当該水に、更に効率的且つ多量に溶解させることができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の第１実施形態に係る酸素溶解装置の概略構成を示した断面図であり、第２図は、第１図における矢示Ａ−Ａ方向の断面図であり、第３図は、第１図における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図であり、第４図は、第１図における矢示Ｃ−Ｃ方向の断面図であり、第５図は、第１実施形態における水の流れを説明するための説明図である。また、第６図は、本発明の第２実施形態に係る酸素溶解装置の概略構成を示した断面図であり、第７図は、第１図における矢示Ｄ−Ｄ方向の断面図であり、第８図は、第２実施形態における水の流れを説明するための説明図である。また、第９図は、本発明の他の実施形態に係る第２制流板などの概略構成を示した平面図であり、第１０図は、本発明の他の実施形態に係る第２制流板などの概略構成を示した断面図であり、第１１図は、本発明の他の実施形態に係る制流部材などの概略構成を示した断面図である。また、第１２図は、従来例に係る酸素溶解装置の概略構成を示した断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明をより詳細に説明するために、添付図面に基づいてこれを説明する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について、第１図乃至第５図を基に説明する。尚、第１図は、本発明の第１実施形態に係る酸素溶解装置の概略構成を示した断面図であり、第２図は、第１図における矢示Ａ−Ａ方向の断面図であり、第３図は、第１図における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図であり、第４図は、第１図における矢示Ｃ−Ｃ方向の断面図であり、第５図は、第１実施形態における水の流れを説明するための説明図である。
第１図乃至第４図に示すように、本実施形態に係る酸素溶解装置１は、密閉空間を有する容器体２と、容器体２内に酸素を供給する酸素供給機構３と、容器体２内部の酸素圧力を検出する圧力検出器（図示せず）と、容器体２内に水を供給する水供給機構４と、容器体２内部の水を排水する排水管５と、容器体２内の上部位置に配置された第１，第２及び第３制流板６，７，８と、容器体２内の水位を検出する水位検出機構９とを備える。
前記容器体２は、ステンレス鋼材や硬質合成樹脂（例えば、ＦＲＰ）などの耐腐食性を備えた材料から円筒状に形成され、下面が取付部材９０上に載置，支持されており、内部圧力が大気圧以上に加圧されても破損しないように構成されている。
また、容器体２の天井部は、外方に突出した球状の湾曲面に形成され、当該天井部には、容器体２内部と外部とを連通させる排気管１０が接続しており、この排気管１０には、通常、閉じた状態に制御される排気弁１０ａが設けられている。
尚、容器体２の内面には、樹脂コーティングを施しても良く、このようにすれば、耐腐食性を向上させることができる。
前記酸素供給機構３は、酸素を供給する酸素供給源３ａと、一端側が酸素供給源３ａに接続し、他端側が後述の第１給水管４ａに接続した供給管３ｂと、供給管３ｂを介して酸素供給源３ａから容器体２内に供給される酸素流量を調整する供給弁３ｃとからなり、供給管３ｂ及び第１給水管４ａを介し容器体２内に酸素を供給して、容器体２内部の酸素圧力を大気圧以上に加圧する。
前記酸素供給源３ａは、例えば、酸素が充填された高圧酸素ボンベや、空気から酸素を抽出し、抽出した酸素を加圧して供給する酸素生成装置などから構成される。
前記供給弁３ｃは、その開度が、前記圧力検出器（図示せず）によって検出される圧力値や水位検出機構９によって検出される水位が略一定となるように調整される。
前記供給管３ｂは、ステンレス鋼材や硬質合成樹脂などから構成され、その外周面には、耐腐食性を向上させるために、樹脂コーティングが施されていることが好ましい。
前記水供給機構４は、軸線が上下方向に沿って設けられるとともに、容器体２と同軸位置に配置され、上端面が容器体２の天井面と所定間隔を隔てて容器体２の上部側に配置される第１給水管４ａと、一端側が容器体２の外周面から容器体２内に貫入されて、前記第１給水管４ａの上端部と下端部との間に接続した第２給水管４ｂと、第２給水管４ｂの他端側に接続し、各給水管４ｂ，４ａを介して容器体２内に、湖沼や河川などから取水された水（被浄化水）を供給するポンプ装置４ｅなどを備える。
前記第１給水管４ａは、その上端面に開口し、前記天井方向に向けて水を吐出する吐出口４ｃを備えており、この吐出口４ｃの内径は、第１給水管４ａの他の部分（内径Ｄ１）よりも小径に形成されている。また、第１給水管４ａの下端部には、前記供給管３ｂの他端側が接続され、当該第１給水管４ａの下端面は、封止部材４ｄによって適宜封止されている。
前記第２給水管４ｂには、図示しない逆止弁が設けられており、この逆止弁（図示せず）によって、容器体２内に供給される水が逆流したり、供給管３ｂから供給される酸素が外部に漏れるのが防止されている。
前記排水管５は、その一端側が容器体２の底部外周面からその内部に貫入されており、容器体２内部の底部に貯留した水（酸素が溶解した水）を、当該容器体２内部の酸素圧力により、容器体２の外（湖沼や河川など）に排水する。
また、排水管５は、その内径Ｄ２が各給水管４ａ，４ｂの内径Ｄ１と同径若しくはそれ以下の小径に構成されており、前記一端面に開口し、水を排水するための排水口５ａを備えている。
尚、前記各給水管４ａ，４ｂ及び排水管５は、ステンレス鋼材や硬質合成樹脂などの耐腐食性を有する材料から構成され、その内面には、樹脂コーティングが施されていることが好ましく、このようすれば、耐腐食性を向上させることができる。
前記第１，第２及び第３制流板６，７，８は、上下方向に所定間隔を隔てて配置された平板且つ環状の部材から構成されており、第１制流板６は、その外周面が容器体２の上部内周面に嵌挿，固定されるとともに、その内周面が第１給水管４ａの上端部に外嵌され、第２制流板７は、その内周面が第１給水管４ａの上端部に外嵌，固定されて、第１制流板６よりも下方に配置され、第３制流板８は、その外周面が容器体２の上部内周面に嵌挿，固定されて、第２制流板７よりも下方に配置されている。
また、各制流板６，７，８は、ステンレス鋼材や硬質合成樹脂などから構成され、その表面には、耐腐食性を向上させるために、樹脂コーティングが施されていることが好ましい。
前記第１制流板６は、その表裏に開口した扇状の４つの貫通穴６ａを備えており、容器体２の内周面や第１給水管４ａの外周面に沿って流動する水、容器体２の天井面に衝突して跳ね返ってきた水を制流して（水の流れを制御して）、当該第１制流板６の各貫通穴６ａから容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させる。
前記第２制流板７は、その外周面（端縁）がジグザグ状に形成されており、第１制流板６によって制流され流下した水や、第１制流板６の各貫通穴６ａを通過した水を制流して、当該第２制流板７の外周部（突出端）から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させる。
前記第３制流板８は、その内周面（端縁）がジグザグ状に形成されており、第１制流板６や第２制流板７によって制流され流下した水や、第１制流板６の各貫通穴６ａを通過した水を制流して、当該第３制流板８の内周部（突出端）から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させる。
前記水位検出機構９は、ガラスや樹脂などの光透過性材料からなり、長手方向が上下方向に沿って容器体２の外周面に付設された導入管９ａと、導入管９ａ近傍の容器体２外周面に上下に並設された２つの水位センサ９ｂ，９ｃとから構成される。
前記導入管９ａは、その上端部及び下端部が容器体２内と連通し、当該導入管９ａ内の液面位置が容器体２内の水位に応じて昇降するようになっており、前記水位センサ９ｂ，９ｃが前記液面位置を検出する。尚、導入管９ａは、その上端部が第１制流板６と第２制流板７との中間位置で容器体２に接続し、その下端部が排水管５の排水口５ａよりも上方位置で容器体２に接続している。
斯くして、この水位検出機構９によれば、容器体２内の水位が上昇して導入管９ａ内の液面位置が上昇し、これが上側の水位センサ９ｂによって検出されると、容器体２内の水位が上限を超えたと判断されて、供給弁３ｃの開度が調整され、酸素供給量が増やされる。これにより、容器体２内の酸素圧力が高くなって排水量が多くなり、容器体２内の水位が下降する。
一方、容器体２内の水位が下降して導入管９ａ内の液面位置が下降し、これが下側の水位センサ９ｃによって検出されると、容器体２内の水位が下限を超えたと判断されて、供給弁３ｃの開度が調整され、酸素供給量が減らされる。これにより、容器体２内の酸素圧力が低くなって排水量が少なくなり、容器体２内の水位が上昇する。
以上のように構成された本実施形態の酸素溶解装置１によれば、まず、酸素供給源３ａから供給管３ｂ及び第１給水管４ａを介して容器体２内に酸素が供給され、容器体２内の酸素圧力が大気圧以上に加圧される。
ついで、ポンプ装置４ｅにより、被浄化水（酸素溶解前の水）が第２給水管４ｂに供給されると、供給された水は、第２給水管４ｂ内を流通した後、第１給水管４ａ内で、供給管３ｂから供給される酸素と混合されて互いに接触しながら当該第１給水管４ａ内を流通し、その吐出口４ｃから酸素とともに吐出される。
吐出された水は、天井方向に向けて噴水状（吐出口４ｃを中心として放射状）に噴き上げられるが（第５図矢示Ｃ１参照）、噴き上げられる水は、吐出口４ｃの内径が第１給水管４ａの他の部分よりも小径に形成されていることから、吐出時の圧力が高められてその流速が速くなり、勢い良く且つより広範囲の放射状に噴き上げられる。
そして、吐出口４ｃから噴き上げられた水は、容器体２の天井面や内周面に衝突して、当該天井面や内周面に沿って下方に流動したり（矢示Ｃ２参照）、跳ね返ったり（図示せず）、第１給水管４ａの外周面に沿って下方に流動し（図示せず）、この後、第１制流板６により制流されて、当該第１制流板６の貫通穴６ａから容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下する（矢示Ｃ３及びＣ４参照）。
ついで、第１制流板６により制流され流下した水や、跳ね返って第１制流板６の各貫通穴６ａを通過した水は、第２制流板７により制流されて、当該第２制流板７の外周部から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下する（矢示Ｃ５参照）。
この後、第１制流板６や第２制流板７により制流され流下した水や、跳ね返って第１制流板６の各貫通穴６ａを通過した水は、第３制流板８により制流されて、第３制流板８の内周部から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下し（矢示Ｃ６参照）、容器体２の底部に貯留される。
そして、このような、水の第１給水管４ａ内及び容器体２内の流動過程において、当該水に接触した酸素が溶解する。このとき、容器体２内部の酸素圧力が高められていることから、当該水に酸素が効率的に溶解する。
この後、容器体２に貯留された水（酸素溶解後の水）は、容器体２内部の酸素圧力により、排水管５から排水される。
容器体２内に貯留された水の水位は、その上限又は下限を超えると、水位検出機構９によって検出されるようになっており、水位が上限を超えた場合には、導入管９ａ内の液面位置が上側の水位センサ９ｂによって検出され、水位が下限を超えた場合には、これが下側の水位センサ９ｃによって検出される。
このようにして、水位が一定限度を超えたことが水位センサ９ｂ，９ｃによって検出されると、供給弁３ｃの開度が調整されて、酸素供給量が調整され、これにより、容器体２内の酸素圧力が調整されて排水量が調整され、容器体２内の酸素と水との割合が一定の範囲内に維持される。
尚、各給水管４ａ，４ｂ及び排水管５は、排水管５の内径Ｄ２が各給水管４ａ，４ｂの内径Ｄ１と同径若しくはそれ以下の小径に形成されているので、容器体２内の水が排水され難くなっており（容器体２内に水が貯留され易くなっており）、容器体２の内部の酸素圧力が、より高圧に高められるようになっている。
また、水に酸素が溶解すると、もともと含まれていた（溶解していた）窒素などの気体が、ヘンリーの法則に従って当該水から放出されるので、容器体２内の酸素濃度が次第に低下して、水の酸素溶解量が低下する。このため、容器体２内の酸素濃度を一定値以上に維持すべく、容器体２内の窒素などの気体を定期的に排出する。
具体的には、まず、供給弁３ｃを閉じ、容器体２内への酸素供給を停止した後、排気管１０の排気弁１０ａを開いて、容器体２内部と外部とを連通させる。これにより、容器体２内部の気体圧力が大気圧と同等の圧力まで低下し、容器体２内に貯留された水が排水管５から排水されなくなる。
ついで、各給水管４ａ，４ｂから容器体２内に水を更に供給して、当該容器体２内の水位を上昇させ、容器体２内の気体を排気管１０から容器体２外部に排出する。
このように、本実施形態の酸素溶解装置１によれば、水を吐出口４ｃから放射状に噴き上げて当該水の酸素との接触面積を大きくすることができるので、当該水により多くの酸素を効率的に溶解させることができる、即ち、酸素が高濃度に溶解した水を生成することができる。
また、上記従来の酸素溶解装置１００のように、容器体１０２内に拡散板１０６，１０７を設けなくても、酸素との接触面積を大きくすることができるので、当該拡散板１０６，１０７によって水の落下流量が制限されることがなく、多量の水を効率的に処理することができるとともに、窒素などの気体排出時に、容器体２内の水位を迅速に上昇させて当該気体を迅速に排出することができる。更に、拡散板１０６，１０７によって制限された水により酸素の供給が阻害されることもない。
また、ゴミなどの異物が拡散板１０６，１０７に詰まることがないので、異物を除去する作業を行う必要がなく、維持コストを低くすることができるとともに、拡散板１０６，１０７を設けたり、異物除去のために容器体２を分解可能に構成する必要がないことから、容器体２の構成を簡素化して、製造コストを低くし、且つ容器体２の気密性を高くすることができる。
また、各制流板６，７，８により水を制流して、当該各制流板６，７，８から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させるようにしているので、水膜の両面側から酸素と接触させることができ、当該水に更に多くの酸素を効率的に溶解させることができる。
また、複数の制流板６，７，８を設けて、水の制流回数を多くすることにより、水の流動状態を変化させて当該水と酸素との接触回数を多くしているので、このことによっても、より効率的に酸素を溶解させることができる。
また、第２制流板７の外周面及び第３制流板８の内周面を、ジグザグ状に形成しているので、当該外周面及び内周面の周長さを長くして、第２制流板７及び第３制流板８から薄膜状且つ滝状に流下する水の表面積を大きくして酸素との接触面積を大きくすることができ、当該水に更に多くの酸素を効率的に溶解させることができる。
また、容器体２の上部を、外方に突出した球状の湾曲面に形成しているので、吐出口４ｃから吐出され、容器体２の天井面に衝突した水を、当該天井面に沿わせて第１制流板６側に流動させ、当該第１制流板６により制流して容器体２の内部空間中に流下させることができ、水の酸素溶解量を高めることができる。
また、第１給水管４ａの上端面を容器体２内の上部側に配置して、容器体２内の上部側で水を吐出口４ｃから吐出させるようにしているので、吐出口４ｃから吐出された後、容器体２の底部に貯留されるまでの水の流動距離を長くすることができ、当該水の酸素溶解量を更に高めることができる。
また、排水管５の内径Ｄ２を、各給水管４ａ，４ｂの内径Ｄ１と同径若しくはそれ以下の小径に構成しているので、容器体２内に貯留される水を排水し難くして、容器体２内の酸素圧力をより高圧にすることができ、当該酸素雰囲気中を流動する水により多くの酸素を効率的に溶解させることができる。
また、容器体２内の酸素圧力が何らかの理由により上昇しても、容器体２内の水位が下降し難くいので、当該水位が排水管５の排水口５ａよりも下降して容器体２内の酸素が排水管５から外部に漏れるといった不都合を効果的に防止することができる。
また、水と酸素とを混合して互いに接触させ、酸素を水に溶解させながら、第１給水管４ａ内を吐出口４ｃ側に向けて流動させているので、更に効率的且つ多量に酸素を水に溶解させることができる。
また、吐出口４ｃの内径を、第１給水管４ａの他の部分よりも小径に構成しているので、吐出時の圧力を高めてその流速を速くすることができ、吐出口４ｃから吐出される水をより広範囲の放射状に広げて、より効率的且つ多量に酸素を水に溶解させたり、第１給水管４ａ内で水と混合された酸素を当該水に、更に効率的且つ多量に溶解させることができる。
また、第１給水管４ａを容器体２と同軸位置に配置しているので、吐出口４ｃから吐出された水を、均等に分散させて容器体２内を流下させることができ、当該処理を効率的に行うことができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、第６図乃至第８図を基に説明する。尚、第６図は、本発明の第２実施形態に係る酸素溶解装置の概略構成を示した断面図であり、第７図は、第１図における矢示Ｄ−Ｄ方向の断面図であり、第８図は、第２実施形態における水の流れを説明するための説明図である。
第６図に示すように、本実施形態に係る酸素溶解装置２０は、上記第１実施形態の酸素溶解装置１における酸素供給機構３、水供給機構４、排水管５及び各制流板６，７，８が異なるものであり、酸素溶解装置１と同じ構成部分については同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。
第６図及び第７図に示すように、本実施形態に係る酸素溶解装置２０は、前記容器体２と、容器体２内に酸素を供給する酸素供給機構２１と、前記圧力検出器（図示せず）と、容器体２内に水を供給する水供給機構２２と、容器体２内の水を排水する排水管２３と、容器体２内の上部位置に配置された第１及び第２制流板２４，２５と、前記水位検出機構９とを備える。
前記酸素供給機構２１は、前記酸素供給源３ａと、一端側が酸素供給源３ａに接続し、他端側が容器体２の上部に接続した供給管２１ａと、前記供給弁３ｃと、容器体２内部と外部とを連通させる排気弁２１ｂとからなり、供給弁３ｃは所定の開度で開いた状態、排気弁２１ｂは閉じた状態に、通常制御されている。
前記水供給機構２２は、一端側が容器体２の底部外周面からその内部に貫入され、容器体２内の中央部でＬ字状に屈曲して当該容器体２の上部側に向けて延設された給水管２２ａと、給水管２２ａの他端側に接続した前記ポンプ装置４ｅなどを備える。
前記給水管２２ａは、その前記一端（上端）が容器体２内の天井面と所定間隔を隔てて配置され、当該上端面に開口した吐出口２２ｂを備えており、当該吐出口２２ｂは、容器体２内の天井方向を指向して開口し、当該天井方向に向けて水を吐出する。
尚、給水管２２ａには、図示しない逆止弁が設けられており、この逆止弁（図示せず）によって、容器体２内に供給される水が逆流するのが防止されている。
前記排水管２３は、その一端側が容器体２の底部外周面からその内部に貫入され、容器体２内でＬ字状に屈曲して当該容器体２の底面側に向けて延設されており、容器体２内の底部に貯留した水（酸素が溶解した水）を、当該容器体２内部の酸素圧力により、容器体２の外に排水する。
また、排水管２３は、その前記一端（下端）が容器体２の底面と所定間隔を隔てて配置されており、当該下端面に開口し、水を排水するための排水口２３ａを備えている。また、排水管２３は、その内径Ｄ２が給水管２２ａの内径Ｄ１と同径若しくはそれ以下の小径に構成されている。
前記第１制流板２４は、平板且つ環状の部材から構成され、その外周面が容器体２の上部内周面に嵌挿，固定されて、給水管２２ａの上端と略同じ高さ位置に配置されており、容器体２の内周面に沿って流動する水や、容器体２の天井面に衝突して跳ね返ってきた水を制流して、当該第１制流板２４の内周部から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させる。
前記第２制流板２５は、同じく平板且つ環状の部材から構成され、その内周面が給水管２２ａの上端側外周面に外嵌，固定されて、第１制流板２４よりも下方に配置されており、給水管２２ａの外周面に沿って流動する水や、容器体２の天井面に衝突して跳ね返ってきた水を制流して、当該第２制流板２５の外周部から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させる。
以上のように構成された本実施形態の酸素溶解装置２０によれば、まず、酸素供給機構２１によって容器体２内に酸素が供給され、容器体２内の圧力が大気圧以上に加圧される。
ついで、ポンプ装置４ｅにより被浄化水（酸素溶解前の水）が給水管２２ａに供給されると、供給された水は、当該給水管２２ａ内を流通した後、その吐出口２２ｂから容器体２内に吐出される。
吐出された水は、天井方向に向けて噴水状（吐出口２２ｂを中心として放射状）に噴き上げられ（第８図矢示Ｃ１１参照）、容器体２の天井面や内周面に衝突して、当該天井面や内周面に沿って下方に流動したり（矢示Ｃ１２参照）、跳ね返ったり（図示せず）、給水管２２ａの外周面に沿って下方に流動する（矢示Ｃ１３参照）。
容器体２の内周面に沿って流動する水は、この後、第１制流板２４により制流されて、当該第１制流板２４の内周部から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下し（矢示Ｃ１４参照）、給水管２２ａの外周面に沿って流動する水は、第２制流板２５により制流されて、当該第２制流板２５の外周部から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下する（矢示Ｃ１５参照）。
また、前記跳ね返った水の大部分は、各制流板２４，２５によって制流されることなく、容器体２の内部空間中を流下する。
そして、酸素雰囲気中を流下した水は、容器体２の底部に貯留され、貯留された水（酸素溶解後の水）は、容器体２内部の酸素圧力により、排水管２３から排水される。
このように、本実施形態の酸素溶解装置２０によっても、水を吐出口２２ｂから放射状に噴き上げることができるとともに、容器体２の内周面及び給水管２２ａの外周面に沿って流動する水を各制流板２４，２５から薄膜状且つ滝状に流下させることができるので、酸素が高濃度に溶解した水を生成することができるなど、上記酸素溶解装置１と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は何らこれに限定されるものではない。
例えば、上記第２実施形態において、前記第２制流板２５は、第９図及び第１０図に示すような第２制流板２６として構成されていても良い。
第９図及び第１０図に示すように、前記第２制流板２６は、平板且つ矩形状に形成されるとともに、その外周面がジグザグ状に形成され、その表裏に貫通した複数の貫通穴２６ａと、中央部に形成された嵌挿穴２６ｂとを備えており、外周部から水を薄膜状且つ滝状に流下させるとともに、貫通穴２６ａから水を多数の水滴状にして滴下させる。
前記貫通穴２６ａは、嵌挿穴２６ｂを中心とした同心円上に形成されており、内側に形成された貫通穴２６ａと、外側に形成された貫通穴２６ａとは、周方向に位置ずれしてそれぞれ穿設されている。
また、第２制流板２６は、嵌挿穴２６ｂの内周面が給水管２２ａの上端側外周面に外嵌，固定され、四隅部が容器体２の内周面に支持されて、第１制流板２４から所定間隔を隔てた上方位量に配置されており、外周面と容器体２内周面との間には隙間２６ｃが形成されている。
このように構成された第２制流板２６及び第１制流板２４を備えた酸素溶解装置では、次のようにして水が容器体２内を流動する。
即ち、放射状に噴き上げられた水（矢示Ｃ２１参照）は、この後、容器体２の天井面や内周面に衝突して、当該天井面や内周面に沿って下方に流動したり（矢示Ｃ２２参照）、跳ね返ったり（図示せず）、給水管２２ａの外周面に沿って下方に流動する（矢示Ｃ２３参照）。
そして、給水管２２ａの外周面に沿って流動する水や、跳ね返ってきた水は、この後、第２制流板２６により制流されて、当該第２制流板２６の外周部から薄膜状且つ滝状に流下したり、当該第２制流板２６の貫通穴２６ａから多数の水滴状になって滴下する（矢示Ｃ２４参照）。
一方、容器体２の内周面に沿って流動する水や、跳ね返って隙間２６ｃを通過した水、第２制流板２６により制流され流下した水は、第１制流板２４により制流されて、当該第１制流板２４の内周部から薄膜状且つ滝状に流下する（矢示Ｃ２５参照）。
このように各制流板２４，２６を構成，配置しても、吐出口２２ｂから吐出された水を、各制流板２４，２６の内周部や外周部から薄膜状且つ滝状に流下させることができるとともに、貫通穴２６ａから多数の水滴状にして滴下させることができるので、酸素が高濃度に溶解した水を生成することができるなど、上記と同様の効果を得ることができる。
尚、この場合において、前記隙間２６ｃの面積は、前記貫通穴２６ａの面積の２倍より大きいことが好ましい。また、隙間２６ｃの面積は、容器体２の横断面積の約５％以上に設定することがより好ましく、約１０％以上に設定すると、更に好ましい。このようにすれば、隙間２６ｃからゴミなどの異物を通過させて、異物が詰まるのを効果的に防止することができるとともに、当該隙間２６ｃから所定量の水を通過させることができるので、より多量の水を処理することが可能となる。
また、第５図，第８図及び第１０図を基に説明した水の流れ（Ｃ１〜Ｃ６，Ｃ１１〜Ｃ１５，Ｃ２１〜Ｃ２５）は、一例であり、かかる流れは、水の吐出量や吐出圧力などによって当然に変化する
また、第１１図に示すように、前記酸素溶解装置１において、両端面が開口した筒状の制流部材２８を、その軸線方向が上下方向に沿うように容器体２の天井面に配設しても、吐出口４ｃから吐出され、当該天井面に沿って流動する水を、制流部材２８により制流して、当該制流部材２８の下端部から容器体２の内部空間中に薄膜状且つ滝状に流下させることができる。尚、これは、図示はしないが、前記酸素溶解装置２０についても、同様に適用することができる。
また、この場合において、前記制流部材２８の内周面を平面視においてジグザグ状に形成すれば、上述のように、当該内周面の周長さを長くし、制流部材２８から流下する水の表面積を大きくして酸素との接触面積を大きくすることができ、当該水に更に多くの酸素を効率的に溶解させることができる。
また、上例において、各制流板６，７，８，２４，２５，２６の配置位置は、特に限定されるものではないが、容器体２内の上部位置に配置することが好ましい。例えば、制流板６，２５，２６を、第１給水管４ａや給水管２２ａの上端に配設したり、吐出口４ｃ，２２ｂの内径を約３倍した値よりも小さい範囲内で、当該上端から下方に下がった位置に配設すると良く、また、制流板８，２４を、吐出口４ｃ，２２ｂよりも上方位置に配設すると良い。
このようにすれば、各制流板６，７，８，２４，２５，２６から流下した後、容器体２に貯留された水の水面に到達するまでの落下距離を長くすることができるので、より多くの酸素を水と接触させて水に溶解させることができる。
また、各制流板６，７，８，２４，２５，２６同士の位置関係について、どちらを上方側や下方側に配置しても良く、また、略同じ高さ位置に設けることもできる。
更に、各制流板６，７，８，２４，２５，２６の形状、例えば、外周面や内周面の形状、貫通穴６ａ，２６ａの形状や形成位置などについても、特に限定されるものではない。ジグザグ状（鋸刃状）に形成された外周面や内周面の形状は、当該ジグザグ状に代えて、滑らかな曲線状であったり、矩形波状であったり、これら鋸刃状，曲線状及び矩形波状の組み合わせであっても良い。
また、制流板６，７，８，２４，２５，２６の配置数は、何ら限定されるものではなく、当該制流板６，７，８，２４，２５，２６の一部又は全部を設けずに構成したり、上例よりも多段に設けて構成することもできる。
また、給水管４ａ，２２ａの上端面は、容器体２内の上部側に設けられていることが好ましく、このようにすれば、容器体２内の上部側で水を吐出させることができるので、吐出口４ｃ，２２ｂから吐出された後、容器体２の底部に貯留されるまでの水の流動距離を長くして、当該水の気体溶解量を更に高めることができる。
また、上例では、容器体２内に１本の給水管４ａ，４ｂ，３２ａを設けたが、複数の給水管４ａ，４ｂ，２２ａを設けることもできる。また、給水管４ａ，４ｂ，２２ａの内径Ｄ１は、吐出口４ｃの部分を除いて一定に形成され、排水管５，２３の内径Ｄ２は一定に形成されていたが、これらが適宜変化するように形成されていても良い。
また、上例では、容器体２の上部を、外方に突出した球状の湾曲面に形成したが、これに限られるものではなく、図示はしないが、内方に突出した球状の湾曲面に形成しても良い。このようにしても、容器体２の天井面に衝突した水を、当該天井面に沿って容器体２の内周面側、即ち、第１制流板６，２４側に流動させ、当該第１制流部材６，２４により制流して流下させることができるので、水の気体溶解量を高めることができる。
また、上例では、水に酸素を溶解させるように構成したが、水に溶解させる気体は、窒素やアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスでも良く、特に限定されるものではない。そして、かかる不活性ガスを水に溶解させる場合には、水に溶解した酸素を除去（脱酸素）する不活性ガス溶解装置として気体溶解装置を構成することができる。
この他、酸素に代えて、水（産業排水）にオゾンを溶解させるようにしても良く、このようにすれば、当該産業排水を処理することにより、有害物質（例えば、ダイオキシンなど）を効率的に除去又は低減することができる。
また、上例では、河川や湖沼などの水質を浄化すべく、当該水に酸素を溶解させるように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、魚の養殖池や活魚を搬送するトラックに設置された養魚水槽内の水に酸素を溶解させるように構成しても良い。また、この他、当該酸素溶解装置１，２０は、産業排水処理、畜産汚水処理、水耕（溶液）栽培などにも使用することもできる。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明に係る気体溶解装置は、気体を水に溶解させる際に、好適に用いることができる。
【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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【国際調査報告】
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