水没式複合型曝気装置
【課題】曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気が非圧縮空気であっても、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるように、表層の水を効果的に攪拌可能な水没式複合型曝気装置を提供する。
【解決手段】ダム湖等の湖底１に係留されて、湖底１付近の深層の水をエアレーションにより循環させる曝気本体２４の上部に、排気調整弁（フロート弁３３Ｃ）を有する散気管２７を設けている。この散気管２７で、曝気本体２４内の空気溜め室１０に溜まった余剰空気ｄを水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにした水没式複合型曝気装置２２である。散気管２７は、この散気管２７から水中に排出される非圧縮の余剰空気ｄの空気塊を細分させる細分部材３８Ａ〜３８Ｄを備えている。
【解決手段】ダム湖等の湖底１に係留されて、湖底１付近の深層の水をエアレーションにより循環させる曝気本体２４の上部に、排気調整弁（フロート弁３３Ｃ）を有する散気管２７を設けている。この散気管２７で、曝気本体２４内の空気溜め室１０に溜まった余剰空気ｄを水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにした水没式複合型曝気装置２２である。散気管２７は、この散気管２７から水中に排出される非圧縮の余剰空気ｄの空気塊を細分させる細分部材３８Ａ〜３８Ｄを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深層の嫌気化の予防と同時に、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できる水没式複合型曝気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１２に示すように、ダム湖等の湖底１に係留されて、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環（矢印ａ参照）させる曝気装置２がある（特許文献１参照）。
【０００３】
前記曝気装置２は、湖底１にシンカー１５で係留された状態でフロート３の浮力により起立状態に保持される曝気本体４を備えている。そして、送気管５から送られた圧縮空気による散気管６からのエアレーションの上昇流ｂで内筒７内に吸水して、溶存酸素量を上げた水ｃを上方から下方に反転させて、外筒８との間の出口９から外部（深層）に排水することで、深層の嫌気化を予防するものである。
【０００４】
前記曝気装置２では、曝気本体４内の空気溜め室１０と、水面Ｌ１上に浮上する排気フロート１１の排気調整弁１２とを排気用ホース１３で連結している。そして、曝気本体４内の余剰空気を排気用ホース１３から排気調整弁１２を介して大気中に排気することで、曝気本体４の表層の水を攪拌しないようにしている。前記曝気本体４は、例えば水深が５０ｍとすると、水深が２０ｍの付近に位置するように設定されている。なお、１４は、緊急排気ホースである。
【０００５】
前記曝気本体４内の空気溜め室１０には反転水面Ｌ２が設定され、反転水面Ｌ２が低すぎると、溶存酸素量を上げた水が反転できないので、深層に排水できなくなるおそれがある。逆に、反転水面Ｌ２が高すぎると、溶存酸素量を上げた水が排気用ホース１３から排気調整弁１２を介して水面Ｌ１に排水されるおそれがある。この反転水面Ｌ２の設定は、排気調整弁１２で排気量を微調整することで行っている。
【０００６】
しかしながら、曝気本体４内の余剰空気は、常に大気中に排気するようになっているので、余剰空気が全く無駄になるという問題があった。
【０００７】
また、排気用ホース１３は、数年毎に取り替える必要があるので、維持管理費が高くなるとともに、長さが長いことから（例えば約３０ｍ）、水面Ｌ１が下がったような場合、水面上に浮き上がるので、景観性が悪くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本出願人は、深層の嫌気化の予防と同時に、余剰空気を有効に利用することによって、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できる水没式複合型曝気装置を先に提案した（特許文献２参照）。
【０００９】
かかる水没式複合型曝気装置は、曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気を水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたものである。
【００１０】
そして、曝気本体によって、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環させると同時に、曝気本体の空気溜め室に溜まった余剰空気は、曝気本体の散気管から水中に散気するようになる。したがって、曝気本体の表層に散気による水流が生じるようになり（循環曝気攪拌）、余剰空気を有効に利用することによって、表層を攪拌して水温を均一化できるとともに、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるようになる。
【００１１】
ここで、通常の散気管は、圧縮空気を送り込むこと、この圧縮空気によって気泡を強制的に水中に散気するものであり、これによって、表層の水を攪拌させる作用が得られるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１−２８４３９７号公報
【特許文献２】特開２００８−２６４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気は、圧縮空気では無く、非圧縮空気である。
【００１４】
そのため、散気管として、単筒（ストレート筒）形を採用すれば、非圧縮空気である余剰空気が比較的大きな空気塊として水中に断続的に放出されるだけであるため、表層の水が攪拌されにくいという問題がある。
【００１５】
また、多数の微小な散気孔があけられた多孔形を採用することが考えられるが、余剰空気が非圧縮空気であり、各散気孔から強制的に微小な気泡が水中に散気されにくいので、表層の水が攪拌されにくいという問題がある。
【００１６】
本発明は、水没式複合型曝気装置の散気管の改善に係るものであって、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気が非圧縮空気であっても、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるように、表層の水を効果的に攪拌可能な水没式複合型曝気装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するために、本発明は、ダム湖等の湖底に係留されて、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環させる曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気を水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置であって、前記散気管は、この散気管から水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材を備えていることを特徴とする水没式複合型曝気装置を提供するものである。
【００１８】
請求項２のように、請求項１において、前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面に形成された水吸い込み開口と、この水吸い込み開口の上部位置で散気管に上端が固定され、周囲部が水吸い込み開口の周囲を覆うように、下向き錐形状に広がった水ガイド部とで構成されていることが好ましい。
【００１９】
請求項３のように、請求項１において、前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、周囲部が上向き錐形状に広がった空気細分部とで構成されていることが好ましい。
【００２０】
請求項４のように、請求項１において、前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面に形成された水吸い込み開口と、この水吸い込み開口の上部位置で散気管に上端が固定され、周囲部が貫通穴の周囲を覆うように、下向き錐形状に広がった水ガイド部と、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、周囲部が上向き錐形状に広がった空気細分部とで構成されていることが好ましい。
【００２１】
請求項５のように、請求項１において、前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、両辺部がＶ形状に立ち上がった空気細分部とで構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、散気管には非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材を備えているから、余剰空気が水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。したがって、余剰空気が非圧縮空気であっても、空気塊が細分化されることで、細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるので、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるようになる。
【００２３】
請求項２のエアリフト形式によれば、細分部材を水吸い込み開口と水ガイド部とで構成したから、散気管を通る余剰空気の空気流によって、散気管の内部が負圧になるので、曝気本体の周辺の水が水ガイド部でガイドされながら、水吸い込み開口から散気管の内部に吸い込まれるようになる。このように、散気管を通る余剰空気の空気流に、水吸い込み開口から散気管の内部に吸い込まれた水流が合流して、２層流になると、この２層流の流速が早くなる。この結果、水流で空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、散気管から水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。したがって、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気が非圧縮空気であっても、空気塊が細分化されることで、細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるので、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるようになる。また、細分部材を水吸い込み開口と水ガイド部とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、散気管を交換するだけで適用できるようになる。
【００２４】
請求項３の逆錐形式によれば、細分部材を空気排出開口と空気細分部とで構成したから、空気溜め室の余剰空気が散気管を通って、空気排出開口水中に散気される時に、上向き錐形状の空気細分部の下向き頂部に衝突する。これにより、空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、空気排出開口から水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００２５】
したがって、請求項２と同様に、空気塊が細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材を空気排出開口と空気細分部とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、散気管を交換するだけで適用できるようになる。
【００２６】
請求項４のハイブリッド形式は、請求項２のエアリフト形式と請求項３の逆錐形式との組み合わせであり、細分部材を水吸い込み開口と水ガイド部と空気排出開口と空気細分部とで構成したから、空気溜め室の余剰空気が散気管を通って水中に散気される時に、散気管を通る余剰空気の空気流によって、散気管の内部が負圧になるので、曝気本体の周辺の水が水ガイド部でガイドされながら、水吸い込み開口から散気管の内部に吸い込まれるようになる。このように、散気管を通る余剰空気の空気流に、水吸い込み開口から散気管の内部に吸い込まれた水流が合流して、２層流になると、この２層流の流速が早くなる。この結果、水流で空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、細分化された気泡となる。ついで、空気排出開口から水中に散気される時に、上向き円錐形状の空気細分部の下向き頂部に衝突する。これにより、空気排出開口から水中に散気される時には、さらに気泡が細分化され、微小な気泡として散気されるようになる。したがって、請求項２や請求項３よりも、さらに微小な気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水がより効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材を水吸い込み開口と水ガイド部と空気排出開口と空気細分部とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、散気管を交換するだけで適用できるようになる。
【００２７】
請求項５の逆三角形式によれば、細分部材を空気排出開口と空気細分部とで構成したから、空気溜め室の余剰空気が散気管を通って、空気排出開口から水中に散気される時に、Ｖ字状の空気細分部の下向き頂部に衝突する。これにより、空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、空気排出開口から水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００２８】
したがって、請求項２と同様に、空気塊が細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材を空気排出開口と空気細分部とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、散気管を交換するだけで適用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエアリフト形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る逆円錐形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るハイブリッド形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る逆三角形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図５】参考例の多孔形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面である。
【図６】参考例の単筒形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面である。
【図７】各形式の連行効率を測定したグラフである。
【図８】排気調整弁であるフロート弁を有する第２散気管を設けた水没式複合型曝気装置の曝気本体であり、（ａ）はフロート弁が上動した要部断面図、（ｂ）はフロート弁が下動した要部断面図である。
【図９】（ａ）は第２散気管の排気穴を閉じたフロート弁の側面図、（ｂ）は第２散気管の排気穴を開いたフロート弁の側面図、（ｃ）はフロート弁の平面図、（ｄ）は（ａ）の正面図である。
【図１０】排気調整弁であるフロート弁を有する第２散気管を設けた水没式複合型曝気装置の側面図である。
【図１１】濁水流入時に第２散気管からの散気を止められるように構成した水没式複合型曝気装置の側面図である。
【図１２】従来の曝気装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成・作用の箇所は、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
図１０に示すように、水没式複合型曝気装置２２は、ダム湖等の湖底１に係留されて、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環（矢印ａ参照）させるものである。
【００３２】
前記曝気装置２２は、湖底１にシンカー１５で係留された状態でフロート３の浮力により起立状態に保持される曝気本体２４を備えて、送気管５から送られた圧縮空気による第１散気管２６からのエアレーションの上昇流ｂで内筒７内に吸水して、溶存酸素量を上げた水ｃを上方から下方に反転させて、外筒８との間の出口９から外部（深層）に排水することで、深層の嫌気化を予防するものである。
【００３３】
図８（ａ）（ｂ）に詳細に示すように、前記外筒８の頂部は半球状に形成され、内筒７の上端部との間には、エアレーションの余剰空気ｄを溜める空気溜め室１０が形成されて、外筒８の頂部には、空気溜め室１０の余剰空気ｄを水中に散気するために、内外に貫通する第２散気管２７が設けられている。第２散気管２７の具体的な構成は、後で説明する。なお、２８は、空気溜め室１０内の空気圧が異常に上がった時に開いて、余剰空気ｄを水中に緊急排気するための緊急排気管である。
【００３４】
図９（ａ）に要部を拡大して示すように、排気調整弁であるフロート弁３３Ｃを有する第２散気管２７の外周には、縦長の排気穴２７ｃが形成されている。
【００３５】
第２散気管２７の排気穴２７ｃの上端位置には、上部ストッパー５０が固定されるとともに、第２散気管２７の下端部には、下部ストッパー５１が固定されている。この各ストッパー５０，５１は、後述するフロート弁３３Ｃの上下動位置を規制するものである。
【００３６】
第２散気管２７の外周には、所定の隙間を隔てて嵌合して、空気溜め室１０の反転水面Ｌ２（Ｕ，Ｄ）の変動に追従して上下動する円筒状のフロート弁３３Ｃが設けられている。このフロート弁３３Ｃは、ガラス繊維強化プラスチック製、木材製または合成樹脂製で、耐摩耗性、耐加水分解性に優れ、吸水性の少ない材質であって、水に浮く比重に設定されていて、空気溜め室１０の反転水面Ｌ２に浮かんで、反転水面Ｌ２の変動に追従して上下動するようになる。なお、フロート弁３３Ｃは、必ずしも円筒状である必要は無く、例えば四角筒状等の多角筒状であっても良い。
【００３７】
そして、図９（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がったときに〔Ｌ２（Ｕ）参照〕フロート弁３３Ｃが上動することで、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを閉じるようになる。逆に、図９（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がったときに〔Ｌ２（Ｄ）参照〕フロート弁３３Ｃが下動することで、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを開くようになる。
【００３８】
第２散気管２７の外周とフロート弁３３Ｃの内周との間の隙間は、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを閉じている時に、極少量の水を第２散気管２７内に流し込むバイパス部３４を形成する。この隙間は、第２散気管２７の外周径が４０ｍｍ程度である時は、０．５〜０．８ｍｍ程度のものである。
【００３９】
フロート弁３３Ｃの外周には、図９（ｃ）（ｄ）に詳細に示すように、上下動時にフロート弁３３Ｃを回転させるような水流抵抗を付与する水流抵抗付与部３３ｄが形成されている。この水流抵抗付与部３３ｄは、図では、３０度に傾斜させたスパイラル（ねじ）状の溝〔図９（ｄ）の点々参照〕であり、この溝内に水が入り込むことで、フロート弁３３Ｃが上下動する時の水流抵抗で、フロート弁３３Ｃが緩やかに回転させるようになる。なお、スパイラル状の溝に代えて、フィン（スクリュー）を形成しても良い。
【００４０】
前述したように、排気調整弁であるフロート弁３３Ｃを有する第２散気管２７を曝気本体２４に設ければ、図８（ａ）および図９（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がる〔Ｌ２（Ｕ）参照〕のに従って上動するフロート弁３３Ｃで第２散気管２７の排気穴２７ｃを閉じることにより、空気溜め室１０に余剰空気ｄが溜まることで空気圧が上がって反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕ようになる。
【００４１】
また、図８（ｂ）および図９（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕のに従って下動するフロート弁３３Ｃで第２散気管２７の排気穴２７ｃを開くことにより、空気溜め室１０の余剰空気ｄが第２散気管２７から水中に散気されることで空気圧が下がって反転水面Ｌ２が上がる〔Ｌ２（Ｕ）参照〕ようになる。
【００４２】
このように、反転水面Ｌ２の変動〔Ｌ２（Ｕ）、Ｌ２（Ｄ）参照〕に追従して上下動するフロート弁３３Ｃで空気溜め室１０の余剰空気量を制御することで、反転水面Ｌ２を自動的に適正範囲Ｈに設定できるようになる。
【００４３】
また、空気溜め室１０に溜まった余剰空気ｄは、曝気本体２４の第２散気管２７から水中に散気されるから、曝気本体２４の表層に散気による水流（図１０の矢印ｅ参照）が生じるようになり（循環曝気攪拌）、余剰空気ｄを有効に利用することによって、表層を攪拌して水温を均一化できるとともに、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるようになる。
【００４４】
さらに、従来技術のような排気用ホースが不要になるから、維持管理費が削減できるとともに、水面上に浮き上がるという問題も無くなるので、景観性を損なうおそれもなくなる。
【００４５】
また、第２散気管２７に排気穴２７ｃを開けるとともに、第２散気管２７に筒状のフロート弁３３Ｃを嵌合させるだけであるから、構造が極めて簡単で動作不良等が無く、コスト安に製造できるようになる。
【００４６】
さらに、フロート弁３３Ｃの外周に、上下動時にフロート弁３３Ｃを回転させるような水流抵抗を付与する水流抵抗付与部３３ｄを形成すれば、藻や水垢等が隙間に入り込んで固着しても、水流抵抗付与部３３ｄでフロート弁３３Ｃが上下動時に回転されるから、固着した藻や水垢等の生物膜が引き千切られるので、フロート弁３３Ｃが散気管の外周に固着するのを、セルフクリーニング作用でより有効に防止することができる。
【００４７】
次に、第２散気管２７の具体的な構成を説明する。図８（ａ）（ｂ）に示したように、第２散気管２７は、外筒８の頂部において内外に貫通する散気管本体２７Ｇと、この散気管本体２７Ｇの上端フランジ部２７ｄに下端フランジ部２７ｅがボルト等で連結された散気ノズル体２７Ａ〜２７Ｆとで構成されている。
【００４８】
図６には、参考例として、単筒（ストレート筒）形式の散気ノズル体２７Ｆを図示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面である。なお、散気ノズル体２７Ｆの上端フランジ部２７ｆは、他の部品を付加するためのものであり、この散気ノズル体２７Ｆでは、特に必要が無い。
【００４９】
図５には、参考例として、多数の微小な散気孔２７ｇがあけられた多孔形式の散気ノズル体２７Ｅを図示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面である。この散気ノズル体２７Ｅでは、散気孔２７ｇがあけられたプレート２７ｈを上端フランジ部２７ｆに固定している。なお、散気孔２７ｇの個数は、円周上略等角度間隔で８孔、１６孔、３２孔等がある。
【００５０】
図１は、第１実施形態のエアリフト形式の散気ノズル体２７Ａであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この散気ノズル体２７Ａ（以下での散気ノズル体２７Ｂ〜２７Ｄも同様。）は、散気ノズル体２７Ａから水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材３８Ａを備えている。
【００５１】
具体的には、散気ノズル体２７Ａは筒状に形成されている。そして、細分部材３８Ａは、散気ノズル体２７Ａの周面の上下方向のほぼ中間に円周上略等角度間隔（本例では９０度）で形成された水吸い込み開口２７ｊと、この水吸い込み開口２７ｊの上部位置で散気ノズル体２７Ａの外周面に上端３９ａが固定され、周囲部３９ｂが水吸い込み開口２７ｊの周囲を覆うように、下向き円錐形状に広がった水ガイド部３９とで構成されている。
【００５２】
第１実施形態の散気ノズル体２７Ａであれば、空気溜め室１０の余剰空気ｄが散気管本体２７Ｇから散気ノズル体２７Ａを通って水中に散気される時に、散気ノズル体２７Ａを通る余剰空気ｄの空気流（矢印参照）によって、散気ノズル体２７Ａの内部が負圧になる。そのため、曝気本体２４の周辺の水が水ガイド部３９でガイドされながら、水吸い込み開口２７ｊから散気ノズル体２７Ａの内部に吸い込まれるようになる（矢印ｆ参照）。なお、水吸い込み開口２７ｊの周囲は水ガイド部３９で覆われているから、散気ノズル体２７Ａを通る余剰空気ｄは、水吸い込み開口２７ｊから外部に漏れ出ることがない。
【００５３】
このように、散気ノズル体２７Ａを通る余剰空気ｄの空気流に、水吸い込み開口２７ｊから散気ノズル体２７Ａの内部に吸い込まれた水流が合流して、２層流になると、この２層流の流速が早くなる。この結果、水流で空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、散気ノズル体２７Ａから水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００５４】
したがって、曝気本体２４内の空気溜め室１０に溜まった余剰空気ｄが非圧縮空気であっても、空気塊が細分化されることで、細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるので、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるようになる。
【００５５】
また、細分部材３８Ａを水吸い込み開口２７ｊと水ガイド部３９とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、第２散気管２７の内、散気ノズル体２７Ｆを交換するだけで適用できるようになる。
【００５６】
図２は、第２実施形態の逆円錐形式の散気ノズル体２７Ｂであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この散気ノズル体２７Ｂは、散気ノズル体２７Ｂから水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材３８Ｂを備えている。
【００５７】
具体的には、散気ノズル体２７Ｂは筒状に形成されている。そして、細分部材３８Ｂは、散気ノズル体２７Ｂの周面の上端付近に円周上略等角度間隔（本例では９０度）で形成された空気排出開口２７ｋと、下向き頂部４０ａが散気ノズル体２７Ｂの中心付近に位置するように、散気ノズル体２７Ｂの周面上端に固定され、周囲部が上向き円錐形状に広がった空気細分部４０とで構成されている。
【００５８】
第２実施形態の散気ノズル体２７Ｂであれば、空気溜め室１０の余剰空気ｄが散気管本体２７Ｇから散気ノズル体２７Ｂを通って、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時に、上向き円錐形状の空気細分部４０の下向き頂部４０ａに衝突する。これにより、空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００５９】
したがって、第１実施形態と同様に、空気塊が細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材３８Ｂを空気排出開口２７ｋと空気細分部４０とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、第２散気管２７の内、散気ノズル体２７Ｆを交換するだけで適用できるようになる。
【００６０】
図３は、第３実施形態のハイブリッド形式（第１実施形態のエアリフト形式と第２実施形態の逆円錐形式の組み合わせ）の散気ノズル体２７Ｃであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この散気ノズル体２７Ｃは、散気ノズル体２７Ｃから水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材３８Ｃを備えている。
【００６１】
具体的には、散気ノズル体２７Ｃは筒状に形成されている。そして、細分部材３８Ｃは、散気ノズル体２７Ｃの周面の上下方向のほぼ中間から上端付近に円周上略等角度間隔（本例では９０度）で形成された水吸い込み兼空気排出開口２７ｊ，２７ｋと、この水吸い込み兼空気排出開口の水吸い込み開口２７ｊの上部位置で散気ノズル体２７Ｃの外周面に上端３９ａが固定され、周囲部３９ｂが水吸い込み開口２７ｊの周囲を覆うように、下向き円錐形状に広がった水ガイド部３９と、水吸い込み兼空気排出開口の空気排出開口２７ｋと、下向き頂部４０ａが散気ノズル体２７Ｃの中心付近に位置するように、散気ノズル体２７Ｃの周面上端に固定され、周囲部が上向き円錐形状に広がった空気細分部４０とで構成されている。
【００６２】
第３実施形態の散気ノズル体２７Ｃであれば、空気溜め室１０の余剰空気ｄが散気管本体２７Ｇから散気ノズル体２７Ｃを通って水中に散気される時に、散気ノズル体２７Ａを通る余剰空気ｄの空気流（矢印参照）によって、散気ノズル体２７Ｃの内部が負圧になる。そのため、曝気本体２４の周辺の水が水ガイド部３９でガイドされながら、水吸い込み開口２７ｊから散気ノズル体２７Ｃの内部に吸い込まれるようになる（矢印ｆ参照）。
【００６３】
このように、散気ノズル体２７Ｃを通る余剰空気ｄの空気流に、水吸い込み開口２７ｊから散気ノズル体２７Ｃの内部に吸い込まれた水流が合流して、２層流になると、この２層流の流速が早くなる。この結果、水流で空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、細分化された気泡となる。
【００６４】
ついで、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時に、上向き円錐形状の空気細分部４０の下向き頂部４０ａに衝突する。これにより、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時には、さらに気泡が細分化され、微小な気泡として散気されるようになる。
【００６５】
したがって、第１実施形態や第２実施形態よりも、さらに微小な気泡として散気されるため、表層の水がより効果的に攪拌されるようになる。
【００６６】
また、細分部材３８Ｃを水吸い込み開口２７ｊと水ガイド部３９と空気排出開口２７ｋと空気細分部４０とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、第２散気管２７の内、散気ノズル体２７Ｆを交換するだけで適用できるようになる。
【００６７】
図４は、第４実施形態の逆三角形式の散気ノズル体２７Ｄであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この散気ノズル体２７Ｄは、散気ノズル体２７Ｄから水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材３８Ｄを備えている。
【００６８】
具体的には、散気ノズル体２７Ｄは筒状に形成されている。そして、細分部材３８Ｄは、散気ノズル体２７Ｄの周面の上端付近に円周上略等角度間隔（本例では９０度）で形成された空気排出開口２７ｋと、下向き頂部４１ａが散気ノズル体２７Ｄの中心付近に位置するように、散気ノズル体２７Ｄの周面上端に固定され、両辺部がＶ形状に立ち上がった空気細分部４１とで構成されている。
【００６９】
第４実施形態の散気ノズル体２７Ｄであれば、空気溜め室１０の余剰空気ｄが散気管本体２７Ｇから散気ノズル体２７Ｄを通って、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時に、Ｖ字状の空気細分部４１の下向き頂部４１ａに衝突する。これにより、空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００７０】
したがって、第１，２実施形態と同様に、空気塊が細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材３８Ｄを空気排出開口２７ｋと空気細分部４１とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、第２散気管２７の内、散気ノズル体２７Ｆを交換するだけで適用できるようになる。
【００７１】
図７は、前記各形式の連行効率を測定したグラフである。図６の単筒形式、図１のエアリフト形式、図４の逆三角形式、図２の逆円錐形式、図５の多孔形式（８孔、１６孔、３２孔）、図３のハイブリッド形式の順に表示している。Ｑａは空気流量、Ｑｗは連行流量である。Ｑａ＝３．６Ｌ／ｍｉｎとした。
【００７２】
この結果、図３のハイブリッド形式の連行効率は、６４．９（１分間に６４．９Ｌの水を連行できること。以下同様。）、図２の逆円錐形式の連行効率は、６１．３、図４の逆三角形式の連行効率は、５８．８、図１のエアリフト形式の連行効率は、５４．４であった。
【００７３】
これに対して、図６の単筒形式の連行効率は、５１．７、図５の多孔形式（８孔、１６孔、３２孔）の連行効率は、それぞれ５０．９、４９．８、４８．８であった。
【００７４】
したがって、図６の単筒形式の連行効率（５１．７）と比較して、図３のハイブリッド形式の連行効率（６４．９）は、約２０％も向上していることが分かる。
【００７５】
前記実施形態の水没式複合型曝気装置２２においては、濁水流入時に第２散気管２７からの散気が継続していると、濁水の沈降が妨げられることがある。
【００７６】
そこで、図１１に示すように、曝気本体２４内の空気溜め室１０と、水面Ｌ１上に浮上する排気フロート４５の開閉弁４６とを排気用ホース４７で連結して、常時は開閉弁４６を閉じるとともに、濁水流入時に開閉弁４６を開いて、空気溜め室１０内の空気を大気に放出することで、第２散気管２７からの散気を止めるようにすることができる。なお、開閉弁４６の開閉操作は、作業員がボートを漕ぎ寄せて手動で操作することができる他、リモートコントロールにより自動で操作することもできる。
【００７７】
この構成であれば、濁水流入時に第２散気管２７からの散気を止めることができるので、濁水の沈降が妨げられなくなる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 湖底
１０ 空気溜め室
２２ 水没式複合型曝気装置
２４ 曝気本体
２７ 第２散気管（散気管）
２７Ａ〜２７Ｄ 散気ノズル体
２７ｊ 水吸い込み開口
２７ｋ 空気排出開口
３３Ｃ フロート弁（排気調整弁）
３８Ａ〜３８Ｄ 細分部材
３９ 水ガイド部
４０ 空気細分部
４１ 空気細分部
ｄ 余剰空気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深層の嫌気化の予防と同時に、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できる水没式複合型曝気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１２に示すように、ダム湖等の湖底１に係留されて、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環（矢印ａ参照）させる曝気装置２がある（特許文献１参照）。
【０００３】
前記曝気装置２は、湖底１にシンカー１５で係留された状態でフロート３の浮力により起立状態に保持される曝気本体４を備えている。そして、送気管５から送られた圧縮空気による散気管６からのエアレーションの上昇流ｂで内筒７内に吸水して、溶存酸素量を上げた水ｃを上方から下方に反転させて、外筒８との間の出口９から外部（深層）に排水することで、深層の嫌気化を予防するものである。
【０００４】
前記曝気装置２では、曝気本体４内の空気溜め室１０と、水面Ｌ１上に浮上する排気フロート１１の排気調整弁１２とを排気用ホース１３で連結している。そして、曝気本体４内の余剰空気を排気用ホース１３から排気調整弁１２を介して大気中に排気することで、曝気本体４の表層の水を攪拌しないようにしている。前記曝気本体４は、例えば水深が５０ｍとすると、水深が２０ｍの付近に位置するように設定されている。なお、１４は、緊急排気ホースである。
【０００５】
前記曝気本体４内の空気溜め室１０には反転水面Ｌ２が設定され、反転水面Ｌ２が低すぎると、溶存酸素量を上げた水が反転できないので、深層に排水できなくなるおそれがある。逆に、反転水面Ｌ２が高すぎると、溶存酸素量を上げた水が排気用ホース１３から排気調整弁１２を介して水面Ｌ１に排水されるおそれがある。この反転水面Ｌ２の設定は、排気調整弁１２で排気量を微調整することで行っている。
【０００６】
しかしながら、曝気本体４内の余剰空気は、常に大気中に排気するようになっているので、余剰空気が全く無駄になるという問題があった。
【０００７】
また、排気用ホース１３は、数年毎に取り替える必要があるので、維持管理費が高くなるとともに、長さが長いことから（例えば約３０ｍ）、水面Ｌ１が下がったような場合、水面上に浮き上がるので、景観性が悪くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本出願人は、深層の嫌気化の予防と同時に、余剰空気を有効に利用することによって、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できる水没式複合型曝気装置を先に提案した（特許文献２参照）。
【０００９】
かかる水没式複合型曝気装置は、曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気を水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたものである。
【００１０】
そして、曝気本体によって、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環させると同時に、曝気本体の空気溜め室に溜まった余剰空気は、曝気本体の散気管から水中に散気するようになる。したがって、曝気本体の表層に散気による水流が生じるようになり（循環曝気攪拌）、余剰空気を有効に利用することによって、表層を攪拌して水温を均一化できるとともに、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるようになる。
【００１１】
ここで、通常の散気管は、圧縮空気を送り込むこと、この圧縮空気によって気泡を強制的に水中に散気するものであり、これによって、表層の水を攪拌させる作用が得られるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１−２８４３９７号公報
【特許文献２】特開２００８−２６４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気は、圧縮空気では無く、非圧縮空気である。
【００１４】
そのため、散気管として、単筒（ストレート筒）形を採用すれば、非圧縮空気である余剰空気が比較的大きな空気塊として水中に断続的に放出されるだけであるため、表層の水が攪拌されにくいという問題がある。
【００１５】
また、多数の微小な散気孔があけられた多孔形を採用することが考えられるが、余剰空気が非圧縮空気であり、各散気孔から強制的に微小な気泡が水中に散気されにくいので、表層の水が攪拌されにくいという問題がある。
【００１６】
本発明は、水没式複合型曝気装置の散気管の改善に係るものであって、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気が非圧縮空気であっても、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるように、表層の水を効果的に攪拌可能な水没式複合型曝気装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するために、本発明は、ダム湖等の湖底に係留されて、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環させる曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気を水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置であって、前記散気管は、この散気管から水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材を備えていることを特徴とする水没式複合型曝気装置を提供するものである。
【００１８】
請求項２のように、請求項１において、前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面に形成された水吸い込み開口と、この水吸い込み開口の上部位置で散気管に上端が固定され、周囲部が水吸い込み開口の周囲を覆うように、下向き錐形状に広がった水ガイド部とで構成されていることが好ましい。
【００１９】
請求項３のように、請求項１において、前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、周囲部が上向き錐形状に広がった空気細分部とで構成されていることが好ましい。
【００２０】
請求項４のように、請求項１において、前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面に形成された水吸い込み開口と、この水吸い込み開口の上部位置で散気管に上端が固定され、周囲部が貫通穴の周囲を覆うように、下向き錐形状に広がった水ガイド部と、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、周囲部が上向き錐形状に広がった空気細分部とで構成されていることが好ましい。
【００２１】
請求項５のように、請求項１において、前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、両辺部がＶ形状に立ち上がった空気細分部とで構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、散気管には非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材を備えているから、余剰空気が水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。したがって、余剰空気が非圧縮空気であっても、空気塊が細分化されることで、細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるので、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるようになる。
【００２３】
請求項２のエアリフト形式によれば、細分部材を水吸い込み開口と水ガイド部とで構成したから、散気管を通る余剰空気の空気流によって、散気管の内部が負圧になるので、曝気本体の周辺の水が水ガイド部でガイドされながら、水吸い込み開口から散気管の内部に吸い込まれるようになる。このように、散気管を通る余剰空気の空気流に、水吸い込み開口から散気管の内部に吸い込まれた水流が合流して、２層流になると、この２層流の流速が早くなる。この結果、水流で空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、散気管から水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。したがって、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気が非圧縮空気であっても、空気塊が細分化されることで、細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるので、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるようになる。また、細分部材を水吸い込み開口と水ガイド部とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、散気管を交換するだけで適用できるようになる。
【００２４】
請求項３の逆錐形式によれば、細分部材を空気排出開口と空気細分部とで構成したから、空気溜め室の余剰空気が散気管を通って、空気排出開口水中に散気される時に、上向き錐形状の空気細分部の下向き頂部に衝突する。これにより、空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、空気排出開口から水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００２５】
したがって、請求項２と同様に、空気塊が細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材を空気排出開口と空気細分部とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、散気管を交換するだけで適用できるようになる。
【００２６】
請求項４のハイブリッド形式は、請求項２のエアリフト形式と請求項３の逆錐形式との組み合わせであり、細分部材を水吸い込み開口と水ガイド部と空気排出開口と空気細分部とで構成したから、空気溜め室の余剰空気が散気管を通って水中に散気される時に、散気管を通る余剰空気の空気流によって、散気管の内部が負圧になるので、曝気本体の周辺の水が水ガイド部でガイドされながら、水吸い込み開口から散気管の内部に吸い込まれるようになる。このように、散気管を通る余剰空気の空気流に、水吸い込み開口から散気管の内部に吸い込まれた水流が合流して、２層流になると、この２層流の流速が早くなる。この結果、水流で空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、細分化された気泡となる。ついで、空気排出開口から水中に散気される時に、上向き円錐形状の空気細分部の下向き頂部に衝突する。これにより、空気排出開口から水中に散気される時には、さらに気泡が細分化され、微小な気泡として散気されるようになる。したがって、請求項２や請求項３よりも、さらに微小な気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水がより効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材を水吸い込み開口と水ガイド部と空気排出開口と空気細分部とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、散気管を交換するだけで適用できるようになる。
【００２７】
請求項５の逆三角形式によれば、細分部材を空気排出開口と空気細分部とで構成したから、空気溜め室の余剰空気が散気管を通って、空気排出開口から水中に散気される時に、Ｖ字状の空気細分部の下向き頂部に衝突する。これにより、空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、空気排出開口から水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００２８】
したがって、請求項２と同様に、空気塊が細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材を空気排出開口と空気細分部とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、散気管を交換するだけで適用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエアリフト形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る逆円錐形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るハイブリッド形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る逆三角形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図５】参考例の多孔形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面である。
【図６】参考例の単筒形式の散気ノズル体であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面である。
【図７】各形式の連行効率を測定したグラフである。
【図８】排気調整弁であるフロート弁を有する第２散気管を設けた水没式複合型曝気装置の曝気本体であり、（ａ）はフロート弁が上動した要部断面図、（ｂ）はフロート弁が下動した要部断面図である。
【図９】（ａ）は第２散気管の排気穴を閉じたフロート弁の側面図、（ｂ）は第２散気管の排気穴を開いたフロート弁の側面図、（ｃ）はフロート弁の平面図、（ｄ）は（ａ）の正面図である。
【図１０】排気調整弁であるフロート弁を有する第２散気管を設けた水没式複合型曝気装置の側面図である。
【図１１】濁水流入時に第２散気管からの散気を止められるように構成した水没式複合型曝気装置の側面図である。
【図１２】従来の曝気装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成・作用の箇所は、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
図１０に示すように、水没式複合型曝気装置２２は、ダム湖等の湖底１に係留されて、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環（矢印ａ参照）させるものである。
【００３２】
前記曝気装置２２は、湖底１にシンカー１５で係留された状態でフロート３の浮力により起立状態に保持される曝気本体２４を備えて、送気管５から送られた圧縮空気による第１散気管２６からのエアレーションの上昇流ｂで内筒７内に吸水して、溶存酸素量を上げた水ｃを上方から下方に反転させて、外筒８との間の出口９から外部（深層）に排水することで、深層の嫌気化を予防するものである。
【００３３】
図８（ａ）（ｂ）に詳細に示すように、前記外筒８の頂部は半球状に形成され、内筒７の上端部との間には、エアレーションの余剰空気ｄを溜める空気溜め室１０が形成されて、外筒８の頂部には、空気溜め室１０の余剰空気ｄを水中に散気するために、内外に貫通する第２散気管２７が設けられている。第２散気管２７の具体的な構成は、後で説明する。なお、２８は、空気溜め室１０内の空気圧が異常に上がった時に開いて、余剰空気ｄを水中に緊急排気するための緊急排気管である。
【００３４】
図９（ａ）に要部を拡大して示すように、排気調整弁であるフロート弁３３Ｃを有する第２散気管２７の外周には、縦長の排気穴２７ｃが形成されている。
【００３５】
第２散気管２７の排気穴２７ｃの上端位置には、上部ストッパー５０が固定されるとともに、第２散気管２７の下端部には、下部ストッパー５１が固定されている。この各ストッパー５０，５１は、後述するフロート弁３３Ｃの上下動位置を規制するものである。
【００３６】
第２散気管２７の外周には、所定の隙間を隔てて嵌合して、空気溜め室１０の反転水面Ｌ２（Ｕ，Ｄ）の変動に追従して上下動する円筒状のフロート弁３３Ｃが設けられている。このフロート弁３３Ｃは、ガラス繊維強化プラスチック製、木材製または合成樹脂製で、耐摩耗性、耐加水分解性に優れ、吸水性の少ない材質であって、水に浮く比重に設定されていて、空気溜め室１０の反転水面Ｌ２に浮かんで、反転水面Ｌ２の変動に追従して上下動するようになる。なお、フロート弁３３Ｃは、必ずしも円筒状である必要は無く、例えば四角筒状等の多角筒状であっても良い。
【００３７】
そして、図９（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がったときに〔Ｌ２（Ｕ）参照〕フロート弁３３Ｃが上動することで、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを閉じるようになる。逆に、図９（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がったときに〔Ｌ２（Ｄ）参照〕フロート弁３３Ｃが下動することで、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを開くようになる。
【００３８】
第２散気管２７の外周とフロート弁３３Ｃの内周との間の隙間は、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを閉じている時に、極少量の水を第２散気管２７内に流し込むバイパス部３４を形成する。この隙間は、第２散気管２７の外周径が４０ｍｍ程度である時は、０．５〜０．８ｍｍ程度のものである。
【００３９】
フロート弁３３Ｃの外周には、図９（ｃ）（ｄ）に詳細に示すように、上下動時にフロート弁３３Ｃを回転させるような水流抵抗を付与する水流抵抗付与部３３ｄが形成されている。この水流抵抗付与部３３ｄは、図では、３０度に傾斜させたスパイラル（ねじ）状の溝〔図９（ｄ）の点々参照〕であり、この溝内に水が入り込むことで、フロート弁３３Ｃが上下動する時の水流抵抗で、フロート弁３３Ｃが緩やかに回転させるようになる。なお、スパイラル状の溝に代えて、フィン（スクリュー）を形成しても良い。
【００４０】
前述したように、排気調整弁であるフロート弁３３Ｃを有する第２散気管２７を曝気本体２４に設ければ、図８（ａ）および図９（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がる〔Ｌ２（Ｕ）参照〕のに従って上動するフロート弁３３Ｃで第２散気管２７の排気穴２７ｃを閉じることにより、空気溜め室１０に余剰空気ｄが溜まることで空気圧が上がって反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕ようになる。
【００４１】
また、図８（ｂ）および図９（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕のに従って下動するフロート弁３３Ｃで第２散気管２７の排気穴２７ｃを開くことにより、空気溜め室１０の余剰空気ｄが第２散気管２７から水中に散気されることで空気圧が下がって反転水面Ｌ２が上がる〔Ｌ２（Ｕ）参照〕ようになる。
【００４２】
このように、反転水面Ｌ２の変動〔Ｌ２（Ｕ）、Ｌ２（Ｄ）参照〕に追従して上下動するフロート弁３３Ｃで空気溜め室１０の余剰空気量を制御することで、反転水面Ｌ２を自動的に適正範囲Ｈに設定できるようになる。
【００４３】
また、空気溜め室１０に溜まった余剰空気ｄは、曝気本体２４の第２散気管２７から水中に散気されるから、曝気本体２４の表層に散気による水流（図１０の矢印ｅ参照）が生じるようになり（循環曝気攪拌）、余剰空気ｄを有効に利用することによって、表層を攪拌して水温を均一化できるとともに、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるようになる。
【００４４】
さらに、従来技術のような排気用ホースが不要になるから、維持管理費が削減できるとともに、水面上に浮き上がるという問題も無くなるので、景観性を損なうおそれもなくなる。
【００４５】
また、第２散気管２７に排気穴２７ｃを開けるとともに、第２散気管２７に筒状のフロート弁３３Ｃを嵌合させるだけであるから、構造が極めて簡単で動作不良等が無く、コスト安に製造できるようになる。
【００４６】
さらに、フロート弁３３Ｃの外周に、上下動時にフロート弁３３Ｃを回転させるような水流抵抗を付与する水流抵抗付与部３３ｄを形成すれば、藻や水垢等が隙間に入り込んで固着しても、水流抵抗付与部３３ｄでフロート弁３３Ｃが上下動時に回転されるから、固着した藻や水垢等の生物膜が引き千切られるので、フロート弁３３Ｃが散気管の外周に固着するのを、セルフクリーニング作用でより有効に防止することができる。
【００４７】
次に、第２散気管２７の具体的な構成を説明する。図８（ａ）（ｂ）に示したように、第２散気管２７は、外筒８の頂部において内外に貫通する散気管本体２７Ｇと、この散気管本体２７Ｇの上端フランジ部２７ｄに下端フランジ部２７ｅがボルト等で連結された散気ノズル体２７Ａ〜２７Ｆとで構成されている。
【００４８】
図６には、参考例として、単筒（ストレート筒）形式の散気ノズル体２７Ｆを図示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面である。なお、散気ノズル体２７Ｆの上端フランジ部２７ｆは、他の部品を付加するためのものであり、この散気ノズル体２７Ｆでは、特に必要が無い。
【００４９】
図５には、参考例として、多数の微小な散気孔２７ｇがあけられた多孔形式の散気ノズル体２７Ｅを図示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面である。この散気ノズル体２７Ｅでは、散気孔２７ｇがあけられたプレート２７ｈを上端フランジ部２７ｆに固定している。なお、散気孔２７ｇの個数は、円周上略等角度間隔で８孔、１６孔、３２孔等がある。
【００５０】
図１は、第１実施形態のエアリフト形式の散気ノズル体２７Ａであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この散気ノズル体２７Ａ（以下での散気ノズル体２７Ｂ〜２７Ｄも同様。）は、散気ノズル体２７Ａから水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材３８Ａを備えている。
【００５１】
具体的には、散気ノズル体２７Ａは筒状に形成されている。そして、細分部材３８Ａは、散気ノズル体２７Ａの周面の上下方向のほぼ中間に円周上略等角度間隔（本例では９０度）で形成された水吸い込み開口２７ｊと、この水吸い込み開口２７ｊの上部位置で散気ノズル体２７Ａの外周面に上端３９ａが固定され、周囲部３９ｂが水吸い込み開口２７ｊの周囲を覆うように、下向き円錐形状に広がった水ガイド部３９とで構成されている。
【００５２】
第１実施形態の散気ノズル体２７Ａであれば、空気溜め室１０の余剰空気ｄが散気管本体２７Ｇから散気ノズル体２７Ａを通って水中に散気される時に、散気ノズル体２７Ａを通る余剰空気ｄの空気流（矢印参照）によって、散気ノズル体２７Ａの内部が負圧になる。そのため、曝気本体２４の周辺の水が水ガイド部３９でガイドされながら、水吸い込み開口２７ｊから散気ノズル体２７Ａの内部に吸い込まれるようになる（矢印ｆ参照）。なお、水吸い込み開口２７ｊの周囲は水ガイド部３９で覆われているから、散気ノズル体２７Ａを通る余剰空気ｄは、水吸い込み開口２７ｊから外部に漏れ出ることがない。
【００５３】
このように、散気ノズル体２７Ａを通る余剰空気ｄの空気流に、水吸い込み開口２７ｊから散気ノズル体２７Ａの内部に吸い込まれた水流が合流して、２層流になると、この２層流の流速が早くなる。この結果、水流で空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、散気ノズル体２７Ａから水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００５４】
したがって、曝気本体２４内の空気溜め室１０に溜まった余剰空気ｄが非圧縮空気であっても、空気塊が細分化されることで、細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるので、水温の均一化や藻類の発生を抑制ができるようになる。
【００５５】
また、細分部材３８Ａを水吸い込み開口２７ｊと水ガイド部３９とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、第２散気管２７の内、散気ノズル体２７Ｆを交換するだけで適用できるようになる。
【００５６】
図２は、第２実施形態の逆円錐形式の散気ノズル体２７Ｂであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この散気ノズル体２７Ｂは、散気ノズル体２７Ｂから水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材３８Ｂを備えている。
【００５７】
具体的には、散気ノズル体２７Ｂは筒状に形成されている。そして、細分部材３８Ｂは、散気ノズル体２７Ｂの周面の上端付近に円周上略等角度間隔（本例では９０度）で形成された空気排出開口２７ｋと、下向き頂部４０ａが散気ノズル体２７Ｂの中心付近に位置するように、散気ノズル体２７Ｂの周面上端に固定され、周囲部が上向き円錐形状に広がった空気細分部４０とで構成されている。
【００５８】
第２実施形態の散気ノズル体２７Ｂであれば、空気溜め室１０の余剰空気ｄが散気管本体２７Ｇから散気ノズル体２７Ｂを通って、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時に、上向き円錐形状の空気細分部４０の下向き頂部４０ａに衝突する。これにより、空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００５９】
したがって、第１実施形態と同様に、空気塊が細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材３８Ｂを空気排出開口２７ｋと空気細分部４０とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、第２散気管２７の内、散気ノズル体２７Ｆを交換するだけで適用できるようになる。
【００６０】
図３は、第３実施形態のハイブリッド形式（第１実施形態のエアリフト形式と第２実施形態の逆円錐形式の組み合わせ）の散気ノズル体２７Ｃであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この散気ノズル体２７Ｃは、散気ノズル体２７Ｃから水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材３８Ｃを備えている。
【００６１】
具体的には、散気ノズル体２７Ｃは筒状に形成されている。そして、細分部材３８Ｃは、散気ノズル体２７Ｃの周面の上下方向のほぼ中間から上端付近に円周上略等角度間隔（本例では９０度）で形成された水吸い込み兼空気排出開口２７ｊ，２７ｋと、この水吸い込み兼空気排出開口の水吸い込み開口２７ｊの上部位置で散気ノズル体２７Ｃの外周面に上端３９ａが固定され、周囲部３９ｂが水吸い込み開口２７ｊの周囲を覆うように、下向き円錐形状に広がった水ガイド部３９と、水吸い込み兼空気排出開口の空気排出開口２７ｋと、下向き頂部４０ａが散気ノズル体２７Ｃの中心付近に位置するように、散気ノズル体２７Ｃの周面上端に固定され、周囲部が上向き円錐形状に広がった空気細分部４０とで構成されている。
【００６２】
第３実施形態の散気ノズル体２７Ｃであれば、空気溜め室１０の余剰空気ｄが散気管本体２７Ｇから散気ノズル体２７Ｃを通って水中に散気される時に、散気ノズル体２７Ａを通る余剰空気ｄの空気流（矢印参照）によって、散気ノズル体２７Ｃの内部が負圧になる。そのため、曝気本体２４の周辺の水が水ガイド部３９でガイドされながら、水吸い込み開口２７ｊから散気ノズル体２７Ｃの内部に吸い込まれるようになる（矢印ｆ参照）。
【００６３】
このように、散気ノズル体２７Ｃを通る余剰空気ｄの空気流に、水吸い込み開口２７ｊから散気ノズル体２７Ｃの内部に吸い込まれた水流が合流して、２層流になると、この２層流の流速が早くなる。この結果、水流で空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、細分化された気泡となる。
【００６４】
ついで、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時に、上向き円錐形状の空気細分部４０の下向き頂部４０ａに衝突する。これにより、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時には、さらに気泡が細分化され、微小な気泡として散気されるようになる。
【００６５】
したがって、第１実施形態や第２実施形態よりも、さらに微小な気泡として散気されるため、表層の水がより効果的に攪拌されるようになる。
【００６６】
また、細分部材３８Ｃを水吸い込み開口２７ｊと水ガイド部３９と空気排出開口２７ｋと空気細分部４０とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、第２散気管２７の内、散気ノズル体２７Ｆを交換するだけで適用できるようになる。
【００６７】
図４は、第４実施形態の逆三角形式の散気ノズル体２７Ｄであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。この散気ノズル体２７Ｄは、散気ノズル体２７Ｄから水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材３８Ｄを備えている。
【００６８】
具体的には、散気ノズル体２７Ｄは筒状に形成されている。そして、細分部材３８Ｄは、散気ノズル体２７Ｄの周面の上端付近に円周上略等角度間隔（本例では９０度）で形成された空気排出開口２７ｋと、下向き頂部４１ａが散気ノズル体２７Ｄの中心付近に位置するように、散気ノズル体２７Ｄの周面上端に固定され、両辺部がＶ形状に立ち上がった空気細分部４１とで構成されている。
【００６９】
第４実施形態の散気ノズル体２７Ｄであれば、空気溜め室１０の余剰空気ｄが散気管本体２７Ｇから散気ノズル体２７Ｄを通って、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時に、Ｖ字状の空気細分部４１の下向き頂部４１ａに衝突する。これにより、空気流（空気塊）が潰される（細分化される）ことで、空気排出開口２７ｋから水中に散気される時には空気塊が細分化され、細分化された気泡として散気されるようになる。
【００７０】
したがって、第１，２実施形態と同様に、空気塊が細分化された気泡として散気されるため、各気泡の表面積の増加で水の連行効率が向上して、表層の水が効果的に攪拌されるようになる。また、細分部材３８Ｄを空気排出開口２７ｋと空気細分部４１とで構成できるから、構造がきわめて簡単で堅牢であり、コスト安であるとともに、メンテナンスも不要になる。さらに、既存の水没式複合型曝気装置であっても、第２散気管２７の内、散気ノズル体２７Ｆを交換するだけで適用できるようになる。
【００７１】
図７は、前記各形式の連行効率を測定したグラフである。図６の単筒形式、図１のエアリフト形式、図４の逆三角形式、図２の逆円錐形式、図５の多孔形式（８孔、１６孔、３２孔）、図３のハイブリッド形式の順に表示している。Ｑａは空気流量、Ｑｗは連行流量である。Ｑａ＝３．６Ｌ／ｍｉｎとした。
【００７２】
この結果、図３のハイブリッド形式の連行効率は、６４．９（１分間に６４．９Ｌの水を連行できること。以下同様。）、図２の逆円錐形式の連行効率は、６１．３、図４の逆三角形式の連行効率は、５８．８、図１のエアリフト形式の連行効率は、５４．４であった。
【００７３】
これに対して、図６の単筒形式の連行効率は、５１．７、図５の多孔形式（８孔、１６孔、３２孔）の連行効率は、それぞれ５０．９、４９．８、４８．８であった。
【００７４】
したがって、図６の単筒形式の連行効率（５１．７）と比較して、図３のハイブリッド形式の連行効率（６４．９）は、約２０％も向上していることが分かる。
【００７５】
前記実施形態の水没式複合型曝気装置２２においては、濁水流入時に第２散気管２７からの散気が継続していると、濁水の沈降が妨げられることがある。
【００７６】
そこで、図１１に示すように、曝気本体２４内の空気溜め室１０と、水面Ｌ１上に浮上する排気フロート４５の開閉弁４６とを排気用ホース４７で連結して、常時は開閉弁４６を閉じるとともに、濁水流入時に開閉弁４６を開いて、空気溜め室１０内の空気を大気に放出することで、第２散気管２７からの散気を止めるようにすることができる。なお、開閉弁４６の開閉操作は、作業員がボートを漕ぎ寄せて手動で操作することができる他、リモートコントロールにより自動で操作することもできる。
【００７７】
この構成であれば、濁水流入時に第２散気管２７からの散気を止めることができるので、濁水の沈降が妨げられなくなる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 湖底
１０ 空気溜め室
２２ 水没式複合型曝気装置
２４ 曝気本体
２７ 第２散気管（散気管）
２７Ａ〜２７Ｄ 散気ノズル体
２７ｊ 水吸い込み開口
２７ｋ 空気排出開口
３３Ｃ フロート弁（排気調整弁）
３８Ａ〜３８Ｄ 細分部材
３９ 水ガイド部
４０ 空気細分部
４１ 空気細分部
ｄ 余剰空気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダム湖等の湖底に係留されて、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環させる曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気を水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置であって、
前記散気管は、この散気管から水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材を備えていることを特徴とする水没式複合型曝気装置。
【請求項２】
前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面に形成された水吸い込み開口と、この水吸い込み開口の上部位置で散気管に上端が固定され、周囲部が水吸い込み開口の周囲を覆うように、下向き錐形状に広がった水ガイド部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
【請求項３】
前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、周囲部が上向き錐形状に広がった空気細分部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
【請求項４】
前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面に形成された水吸い込み開口と、この水吸い込み開口の上部位置で散気管に上端が固定され、周囲部が貫通穴の周囲を覆うように、下向き錐形状に広がった水ガイド部と、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、周囲部が上向き錐形状に広がった空気細分部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
【請求項５】
前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、両辺部がＶ形状に立ち上がった空気細分部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
【請求項１】
ダム湖等の湖底に係留されて、湖底付近の深層の水をエアレーションにより循環させる曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内の空気溜め室に溜まった余剰空気を水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置であって、
前記散気管は、この散気管から水中に排出される非圧縮の余剰空気の空気塊を細分させる細分部材を備えていることを特徴とする水没式複合型曝気装置。
【請求項２】
前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面に形成された水吸い込み開口と、この水吸い込み開口の上部位置で散気管に上端が固定され、周囲部が水吸い込み開口の周囲を覆うように、下向き錐形状に広がった水ガイド部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
【請求項３】
前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、周囲部が上向き錐形状に広がった空気細分部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
【請求項４】
前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面に形成された水吸い込み開口と、この水吸い込み開口の上部位置で散気管に上端が固定され、周囲部が貫通穴の周囲を覆うように、下向き錐形状に広がった水ガイド部と、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、周囲部が上向き錐形状に広がった空気細分部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
【請求項５】
前記散気管は筒状に形成され、前記細分部材は、散気管の周面の上端付近に形成された空気排出開口と、下向き頂部が散気管の中心付近に位置するように、散気管の周面上端に固定され、両辺部がＶ形状に立ち上がった空気細分部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−９８２５６（Ｐ２０１１−９８２５６Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５２８５８（Ｐ２００９−２５２８５８）
【出願日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（５０４０２４５９７）独立行政法人水資源機構 (15)
【出願人】（５９１０７３３３７）株式会社丸島アクアシステム (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（５０４０２４５９７）独立行政法人水資源機構 (15)
【出願人】（５９１０７３３３７）株式会社丸島アクアシステム (58)
【Ｆターム（参考）】
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