2024-161874 水質浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024161874

(43)【公開日】2024-11-20

(54)【発明の名称】水質浄化装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/20 20230101AFI20241113BHJP

   C02F 7/00 20060101ALI20241113BHJP

   C02F 3/22 20230101ALI20241113BHJP

【ＦＩ】

C02F3/20 C

C02F7/00

C02F3/22 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023160136

(22)【出願日】2023-09-25

(31)【優先権主張番号】P 2023076505

(32)【優先日】2023-05-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000183233

【氏名又は名称】住友ゴム工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504160781

【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学

(71)【出願人】

【識別番号】501482938

【氏名又は名称】株式会社マリンフロート

(71)【出願人】

【識別番号】593011036

【氏名又は名称】海和工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121186

【弁理士】

【氏名又は名称】山根 広昭

(74)【代理人】

【識別番号】100121500

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 高志

(74)【代理人】

【識別番号】100130605

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 浩治

(72)【発明者】

【氏名】越智 淳

(72)【発明者】

【氏名】松本 達治

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 靖時

(72)【発明者】

【氏名】木綿 隆弘

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】山田 克彦

【テーマコード（参考）】

4D029

【Ｆターム（参考）】

4D029AA01

4D029AB07

4D029BB11

4D029CC06

(57)【要約】

【課題】水質を効率よく改善させること
【解決手段】
水質浄化装置１０は、下方に向けて錐状に突出した中心部１１ａを有する浮体１１と、浮体１１の中心部から間隔を開けて、下方に延びた外筒１３と、外筒１３の下部にエアを供給するエア供給装置２０とを備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下方に向けて錐状に突出した中心部を有する浮体と、
前記浮体の中心部から間隔を開けて、下方に延びた外筒と、
前記外筒の下部にエアを供給するエア供給装置と
を備えた
水質浄化装置。

【請求項2】

前記エア供給装置は、
前記浮体の中心部から下方に延びたエア供給管と、
前記エア供給管の先端に取り付けられたエアレーションノズルと
を備えた、
請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項3】

下方に向けて錐状に突出した中心部を有する浮体と、
前記浮体の中心部から下方に延びたエア供給管と、
前記エア供給管の回りを囲うように設けられた外筒と、
前記エア供給管の先端に取り付けられたエアレーションノズルと
を備えた、
水質浄化装置。

【請求項4】

前記浮体は、
前記中心部の周りに径方向に中心部よりも緩やかに広がった拡径部を
さらに有する、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項5】

前記浮体の中心部は、垂直方向に貫通した貫通孔を有し、
前記エア供給管は、前記貫通孔に挿通された所要の剛性を有する管体を有する、
請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項6】

前記浮体は、
前記エア供給管に接続されたエアポンプと、
前記エアポンプに接続された蓄電池と、
前記蓄電池に接続された太陽光パネルと
を備えた、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項7】

前記外筒の外側に配置された第２エアレーションノズルを、さらに備えた請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項8】

水位測定センサをさらに備えた、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項9】

アンカーケーブルと、
前記アンカーケーブルに取り付けられたアンカーと
を備えた、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項10】

前記外筒の下方に、前記外筒の開口に対向するように間隔を開けて配置されたカバーをさらに備えた、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項11】

前記エアレーションノズルを覆うフィルタをさらに備えた、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項12】

前記外筒は、
端部が閉塞された二重パイプ構造で構成されており、
下部の内周面にエアの吹き出し口を有し、
前記エア供給装置は、前記外筒の壁面の間隙を通じて、エアを供給するように構成された、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項13】

前記外筒は、外側面または上部に、前記外筒の壁面の間隙空間に、前記エア供給装置に接続されてエアが供給されるエア供給口を有する、請求項１２に記載された水質浄化装置。

【請求項14】

前記外筒を浮体に対して固定する部材は、前記外筒の外周面に取り付けられている、請求項１２に記載された水質浄化装置。

【請求項15】

前記外筒の上部は、上方ほど内径が大きくなったテーパー状の内径を有している、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項16】

前記外筒の外周を囲う管材をさらに備えた、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項17】

浮体の下面が中心から外縁に向けて延びた突条または溝からなる整流部が形成されている、請求項１に記載された水質浄化装置。

【請求項18】

前記整流部は、前記浮体の下面に螺旋状に形成されている、請求項１に記載された水質浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水質浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許３８１５６５５号公報には、農業用ため池、湖沼、貯水池等の閉鎖性水域の水質浄化装置に関する発明が開示されている。同公報に開示された水質浄化装置は、太陽電池を利用して汚水を循環流動させながら汚水中に空気を溶解させる曝気装置である。太陽電池と深夜電力受電設備が、チャージコントローラーを介してブロワーと蓄電池に接続されている。チャージコントローラーには、マスターコントローラーが併設されており、マスターコントローラーの設定時間に応じて太陽電池と深夜電力受電設備からの給電が切換えられる。これと共に、ブロワーに供給する定格電力の過不足に応じて、蓄電池の充電とブロワーへの放電がチャージコントローラーによって制御されて、汚水中に空気を供給して汚水を循環流動させる。

【0003】

特許４００６０６３号公報には、浮遊式流水発生装置に関する発明が開示されている。同公報に記載された発明では、水面に浮遊して水中に延設されたシャフト先端に取付けられたプロペラを回転させて上向き又は下向きの循環水流を発生させて、水中又は海水中に空気を供給して、例えば、湖水、湾内、河口域、ダム、貯水池、溜池、養殖場などの閉鎖性水域の淡水又は海水の浄化が図られるとされている。同公報で開示されている浮遊式流水発生装置は、水面上に浮遊し上部側が拡がった漏斗状の浮体が設けられている。そして、該浮体には、水面を貫通して下方にシャフトが延設されており、駆動装置に連結されたシャフトの下端に軸芯回りに回転するプロペラが取付けられている。漏斗状の浮体の周囲には、上部がラッパ状に拡がったダクトが設けられている。ダクトの下端側は、プロペラの下方まで延設されており、漏斗状の浮体の外周側面とダクトの内周側面との間に環状の昇降流水路が形成されている。この装置では、回転するプロペラによって昇降流水路内に昇降流水が起こされ、ダクトの内外の水中に昇降循環流水を生じさせる。これと共に、浮遊式流水発生装置の取付孔具に係留ロープの一端が連結され、係留ロープの他端が水底のアンカーに連結され、プロペラが回転して循環流水を生じさせるときの反作用によって、浮遊式流水発生装置が、水底のアンカーを中心としてその周囲を旋回し、アンカーを中心としてその周囲を浄化する。また、浮体には、シャフトの駆動装置に電力を供給する太陽電池が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許３８１５６５５号公報

【特許文献2】特許４００６０６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、本発明者は、水質を効率よく改善させたい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ここで開示される水質浄化装置は、下方に向けて錐状に突出した中心部を有する浮体と、浮体の中心部から間隔を開けて、下方に延びた外筒と、外筒の下部にエアを供給するエア供給装置とを備えている。かかる水質浄化装置によれば、水質を効率よく改善させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、水質浄化装置１０を模式的に示す側面図である。

【図2】図２は、浮体１１の平面図である。

【図3】図３は、外筒１３およびエア供給管１２の横断平面図である。

【図4】図４は、外筒１３の下端を拡大した縦断側面図である。

【図5】図５は、他の形態に係る水質浄化装置１０Ａの側面図である。

【図6】図６は、水質浄化装置１０の変形例を示す側面図である。

【図7】図７は、浮体１１の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、ここで開示される水質浄化装置を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本明細書において数値範囲を示す「Ｘ～Ｙ」などの表記は、特に言及されない限りにおいて「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。

【0009】

〈水質浄化装置１０〉
図１は、水質浄化装置１０を模式的に示す側面図である。水質浄化装置１０は、浮体１１と、エア供給管１２と、外筒１３と、エアレーションノズル１４と、第２エアレーションノズル１５と、アンカー１６とを備えている。また、図２は、浮体１１の平面図である。この実施形態では、図１および図２に示されているように、浮体１１の上に、エアポンプ２１と、蓄電池２２と、太陽光パネル２３とが設けられている。図２では、浮体１１の上に取り付けられた、エアポンプ２１およびエアポンプ２１に接続された配管が模式的に図示されている。

【0010】

〈浮体１１〉
浮体１１は、浮力によって水面に浮かんだ構造物である。浮体１１は、例えば、発泡樹脂製でありうる。浮体１１は、例えば、発泡スチロールなどの発泡プラスチック成形品で構成されているとよい。浮体１１の表面は、耐候性を有するウレタン樹脂及びウレア樹脂などの樹脂で被覆されているとよい。この実施形態では、浮体１１は、エアポンプ２１や、蓄電池２２や、太陽光パネル２３などを設置するのに要する所要の浮力が得られるように、所要の大きさを有している。

【0011】

浮体１１は、図１に示されているように、下方に向けて錐状に突出した中心部１１ａを有している。図１に示された形態では、浮体１１の中心部１１ａは、下方に向けて円錐状に突出している。この実施形態では、中心部１１ａは、上方に向かうにつれて徐々に外側に広がっている。中心部１１ａの外側面１１ａ１の水平面に対する角度αは、大凡４５度の角度で傾くように形成されている。浮体１１の下部は、中心部１１ａの周りに拡径部１１ｂを有している。拡径部１１ｂでは、浮体１１の下部は、中心部１１ａよりも緩やかな角度で外側に広がっている。

【0012】

なお、中心部１１ａの外側面１１ａ１の水平面に対する角度αは、上記に特に限定されない。中心部１１ａの外側面１１ａ１の水平面に対する角度αは、例えば、水平面に対して大凡６０度の角度で傾くように形成されていてもよい。また、この実施形態では、中心部１１ａは、円錐状である。特に言及されないか限りにおいて、中心部１１ａは、円錐状に限定されない。中心部１１ａは、下方に向けて錐状に突出していればよく、例えば、三角錐や四角錐や五角錐や六角錐など多角錐の形状でもよい。また、図１に示された形態では、中心部１１ａの周りに、中心部１１ａよりも緩やかな角度で外側に広がった拡径部１１ｂを有しているが、これに限定されない。例えば、浮体１１の下部は、一様に錘状に単純な錐状の部材であってもよく、拡径部１１ｂがなくてもよい。図１に示された形態では、浮体１１の中心部には、エア供給管１２を挿通させるための貫通孔１１ｃが形成されている。図１に示された形態では、浮体１１の最下端１１ｄは、平坦に形成されており、その中心に貫通孔１１ｃが開口している。また、貫通孔１１ｃは、浮体１１の中心部１１ａを垂直方向に貫通している。なお、ここでは、浮体１１について、発泡プラスチック成形品が例示されているが、浮体１１は、発泡プラスチック成形品に限定されない。浮体１１は、例えば、鉄板を所要のブロック状に接合して形成してもよい。また、ガラス繊維強化プラスチックのような所要の剛性を有する樹脂板を所要の形状に成形した成形品でもよい。この場合も浮体１１の下部が錘状になるように成形されるとよい。

【0013】

浮体１１には、エアポンプ２１、蓄電池２２、太陽光パネル２３などが設けられる。エアポンプ２１、蓄電池２２、太陽光パネル２３など、浮体１１の上部構造については、後で述べる。

【0014】

〈エア供給管１２〉
エア供給管１２は、エアを供給する配管である。図１では、浮体１１の中央部、エア供給管１２および外筒１３が、部分的な断面図で描かれている。エア供給管１２は、浮体１１の中心部１１ａから下方に延びている。この実施形態では、エア供給管１２は、浮体１１の中心部１１ａに形成された貫通孔１１ｃを通して、浮体１１に取り付けられており、浮体１１の中心部１１ａから下方に延びている。エア供給管１２は、浮体１１の中心部１１ａから予め定められた長さ下方に延びているとよい。

【0015】

図１に示された形態では、エア供給管１２は、貫通孔１１ｃに挿通された所要の剛性を有する管体で構成されている。具体的には、エア供給管１２は、ステンレス製の内管１２ａの内側にチューブ１２ｂが挿通されている。チューブ１２ｂは、可撓性を有する管体であり、例えば、シリコンゴム製のチューブでありうる。内管１２ａは、浮体１１の中心部１１ａに形成された貫通孔１１ｃに挿入されている。かかる構成によって、エア供給管１２は、浮体１１の中心部１１ａからまっすぐに下方に延びた状態で維持されている。チューブ１２ｂの上端は、内管１２ａの上端からはみ出て、浮体１１の上部に沿って延びており、エアポンプ２１に接続されている。また、チューブ１２ｂの下端は、内管１２ａの下端からはみ出て予め定められた長さ延びている。エア供給管１２は、所要の剛性を有する管体であり、垂直方向に貫通した貫通孔１１ｃに挿通されている。このため、エア供給管１２は、浮体１１から垂直方向に沿って下方に延びた状態で維持される。

【0016】

〈外筒１３〉
外筒１３は、エア供給管１２の回りを囲うように設けられた筒体である。この実施形態では、外筒１３の内径は、エア供給管１２の外径よりも大きい。エア供給管１２は、外筒１３の中心に配置されており、外筒１３の両端にエア供給管１２を支持する支持部材が取り付けられている。外筒１３は、所要の剛性を有する配管であるとよく、例えば、耐衝撃製硬質ポリ塩化ビニル管（ＨＩＶＰ管）などが用いられうる。外筒１３の最下端１３ａは、外側に広がっており、いわゆる鍔返しが設けられている。これにより、外筒１３の最下端１３ａに所要の剛性が確保されている。さらに、外筒１３の最下端１３ａが外側に広がっていることによって、下端から外筒１３に水が流入する際に、水の流れが外筒１３の表面から剥離しにくく、水が滑らかに外筒１３に吸い込まれるようになる。このため、外筒１３の下端から水が流入する際の流入損失が低減する。

【0017】

図３は、外筒１３およびエア供給管１２の横断平面図である。発明者が試験を行なった試験モデルでは、例えば、外筒１３は、外径（直径）を２６ｍｍとし、内径（直径）を２０ｍｍとした。外筒１３の中心部に挿入されるエア供給管１２の内筒１２ａは、外径（直径）を９ｍｍとし、内径（直径）を７．４ｍｍとした。エア供給管１２の内筒１２ａに挿入されるチューブ１２ｂは、外径（直径）を７ｍｍとし、内径（直径）を５ｍｍとした。図３は、外筒１３およびエア供給管１２の横断平面図であり、エア供給管１２の回りにエアレーションノズル１４が見えている。ここで例示される試験モデルは、５分の１モデルを想定している。水質浄化装置１０は、例えば、上記の５倍の寸法で作製されうる。なお、水質浄化装置１０の実際の大きさは、これに限定されない。また、各部材の材質も、上記は、一例を例示するものであり、特段の言及がない限りにおいて、これに限定されない。

【0018】

エア供給管１２は、外筒１３に対して中心に位置するように固定されている。図１に示された形態では、外筒１３の上端と下端に固定部品３１，３２が設けられており、エア供給管１２が外筒１３の中心になるように固定されている。エア供給管１２が外筒１３の中心に固定されていることによって、エア供給管１２と外筒１３との間に所要の間隙３３が形成されている。外筒１３とエア供給管１２との間隙３３は、図３に示されているように、エア供給管１２の内部空間よりも十分に広いとよい。このようにエア供給管１２が外筒１３に対して中心に位置するように固定されることによって、エア供給管１２を構造的に安定させることができる。エア供給管１２は、外筒１３の外側を回して外筒１３の下端に連結されるように設けられてもよい。外筒１３の上端は、浮体１１との間に間隙３４がある。

【0019】

この実施形態では、エア供給管１２の内筒１２ａは、所要の剛性を有するステンレス製の配管であり、浮体１１の貫通孔１１ｃに通されて浮体１１の中心部１１ａから下方に延びている。外筒１３は、浮体１１の中心部１１ａの下方において、浮体１１のエア供給管１２の内筒１２ａを囲うように内筒１２ａに固定されている。このため、外筒１３は、浮体１１の中心部１１ａの下方において安定している。また、外筒１３の上端は、浮体１１の中心部１１ａから下方に少し離れた位置に配置されている。外筒１３の上端と浮体１１の中心部１１ａとの間には、所要の間隙３４が形成されている。

【0020】

エア供給管１２および外筒１３の長さは、光が届かない所要の深さに届くような長さに設定されているとよい。エア供給管１２および外筒１３の長さは、例えば、水質浄化装置１０が設置される水域の水深に合わせて定められているとよい。例えば、水質浄化装置１０が海上の水域に設置される場合には、潮の満ち引きに応じて調整されるとよい。また、ダム湖などの貯水池では、渇水時などに水位が大きく減少しうるが、その際は、メンテナンスなどにより、エア供給管１２および外筒１３の長さが適宜に変更されるとよい。このため、エア供給管１２および外筒１３は、浮体１１に対して適宜に交換可能な構成であってもよい。固定部品３１，３２は、ネジなどの取り外し可能な締結部材で、エア供給管１２の内筒１２ａおよび外筒１３に留められているとよい。

【0021】

〈エアレーションノズル１４〉
エアレーションノズル１４は、エア供給管１２の先端に取り付けられている。この実施形態では、エアレーションノズル１４は、エア供給管１２の内筒１２ａから下側にはみ出たチューブ１２ｂの下端に取り付けられている。ここで、エア供給管１２の下端（チューブ１２ｂの下端は、外筒１３からはみ出ず、チューブ１２ｂの下端に取り付けられたエアレーションノズル１４は、外筒１３で囲われているとよい。エアレーションノズル１４は、例えば、多孔質のセラミックス材で構成されているとよい。エアレーションノズル１４は、微細な気泡として、いわゆるマイクロバブルやナノバブルと称される気泡を発生させるノズルであってもよい。

【0022】

エアレーションノズル１４によって、チューブ１２ｂを通って供給されるエアが微細な気泡となって噴出する。かかる水質浄化装置１０は、図１に示されているように、浮体１１を水面に浮上させつつ、水中に浮体１１の下部、エア供給管１２および外筒１３が延びている。エア供給管１２および外筒１３は、下方に向けて錐状に突出した浮体１１の中心部１１ａか下方に延びている。そして、エア供給管１２の先端に取り付けられたエアレーションノズル１４から、微細な気泡が噴出する。エアレーションノズル１４から噴出する微細な気泡は、外筒１３内を上昇し、外筒１３の上端から吹き出る。外筒１３の上端から吹き出た気泡は、浮体１１の下部の中心部１１ａの下面に沿って中心部１１ａから外側に広がっていく。ここで、外筒１３とエア供給管１２との間隙３３は、図３に示されているように、エア供給管１２の内部空間よりも十分に広い。さらに、外筒１３の上端は、図１に示されているように、浮体１１の中心部１１ａの下面に対向しているが、中心部１１ａの下面との間に十分に広い間隙３４がある。このため、エアレーションノズル１４から噴出する微細な気泡は、外筒１３内をスムーズに上昇し、外筒１３の上端から浮体１１の下部の中心部１１ａの下面に沿ってスムーズに外側に広がっていき、浮体１１の側方から水面に出ていく。

【0023】

このように水質浄化装置１０は、浮体１１の中心部１１ａは、下方に向けて錐状に突出しており、浮体１１の中心部１１ａから下方に延びたエア供給管１２と、エア供給管１２の回りを囲うように設けられた外筒１３とを備えている。そして、エア供給管１２の先端に取り付けられたエアレーションノズル１４から微細な気泡が吹き出すように構成されている。

【0024】

かかる水質浄化装置１０によれば、図１に示されているように、外筒１３内を上昇する気泡とともに、外筒１３内に上昇する水流が生じる（ａ１）。外筒１３内に上昇した水流は、浮体１１の下面に沿って上昇しつつ外側に広がっていく（ａ２）。他方で、外筒１３の下端からは、上昇する水流を補うように、周囲の水が吸い込まれる（ａ３）。これにより、外筒１３の下端から吸い込まれ、外筒１３を通じて上昇し、外筒１３の上端から浮体１１の下面に沿って浮体１１の径方向に広がる水の流れが生じる。この水質浄化装置１０では、外筒１３の内側において、水中でエアレーションノズル１４から微細な気泡が吹き出す。かかる外筒１３の閉じられた水中空間での曝気により、気泡が勢いよく上昇する。そして、外筒１３の閉じられた水中空間では、気泡とともに上昇する水流が生じる。気泡および水流は、浮体１１の下部の錐面に沿って勢いよく上昇しつつ外側に広がっていく。これにより、水域に広く気泡を含む水流が行き渡る。

【0025】

また、外筒１３内に上昇する水流が生じることにより、外筒１３の下部から周囲の水が吸い込まれるため、外筒１３の内側と外側とで外筒１３の周りを直方向に水が循環する環流が生じる（ａ４）。なお、図１は、環流について、模式的に示しているが、より広範に循環する環流が生じる。かかる水質浄化装置１０が置かれる水域は、水が留まりやすい湖水、湾内、河口域、ダム、貯水池、溜池、養殖場などの閉鎖水域が想定される。閉鎖水域であれば、何処かで上層から下層に水が動き、水域内で水が外筒１３の回りで鉛直方向に循環する。水質浄化装置１０を通じて循環する水には、エアレーションノズル１４から供給される空気が溶け込む。このため、水質浄化装置１０は、設置された水域全体の酸素濃度を上昇させることができる。また、浮体１１から下方に延びた外筒１３の下端から水を吸い込むので、水域の底の方の水を水域の上部に吸い上げて循環させることができ、閉鎖水域の水質を効率よく改善させることができる。

【0026】

この実施形態では、浮体１１の中心部１１ａは、下方に向けて錐状に突出している。浮体１１の中心部１１ａの外周面に沿って、上昇する水流を生じさせるとともに、浮体１１の径方向に広がる水の流れが生じる上で、当該中心部１１ａは適当な傾斜面を有しているとよい。例えば、かかる観点において、中心部を垂直に通る断面における母線の角度β（図１参照）が適切な角度に設定されているとよい。本発明者の知見では、かかる角度βが小さいほど、例えば、上昇する水の流れをスムーズに生じさせやすく、かかる角度βが適度に大きくなると、上昇する水の流れをスムーズに径方向に広げやすくなる。かかる観点において、本発明者の知見では、角度βは、１５度以上、より好ましくは、３０度以上、また、角度βは、１００度以下、好ましくは９０度であるとよい。

【0027】

上記のように、外筒１３内に上昇する水流が生じさせるとの観点において、外筒１３とエア供給管１２との間隙３３は、図３に示されているように、エア供給管１２の内部空間よりも十分に広いとよい。例えば、外筒１３の内径と、エア供給管１２の外径との直径差は、１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であるとよい。外筒１３の内径と、エア供給管１２の外径との直径差は、好ましくは２０ｍｍ以上であるとよく、また、好ましくは１００ｍｍ以下であってもよい。

【0028】

この実施形態では、浮体１１は、中心部１１ａの周りに拡径部１１ｂを有している。拡径部１１ｂでは、径方向に中心部よりも緩やかに広がっている。上述のように、外筒１３内を上昇する気泡とともに、外筒１３内に上昇する水流が、外筒１３の上端から浮体１１の中心部１１ａの下面に沿って外側に広がっていく。外筒１３内に上昇する水流は、かかる拡径部１１ｂに沿って径方向に広がっていく。このため、気泡を含む水流が、水質浄化装置１０が設置された水域に広く広がりやすい。これにより、水域全体の水質を改善させる機能が向上する。また、上昇する水流が浮体１１から径方向に広がっていくので、水質浄化装置１０が設置された水域において垂直方向に水を循環させる環流を生じさせやすい。

【0029】

また、この水質浄化装置１０では、図１に示されているように、浮体１１の中心部１１ａは、垂直方向に貫通した貫通孔１１ｃを有し、エア供給管１２は、貫通孔１１ｃに挿通された所要の剛性を有する管体１２ａを有している。かかる構成によって、浮体１１から下方に向けて深い水域にエア供給管１２を安定して延ばすことができる。この水質浄化装置１０では、平面視において、浮体１１が十分に大きく、浮体１１から垂直方向に下方に向けて深い水域にエア供給管１２が安定して延びている。さらに、エア供給管１２の周りを外筒１３が囲っている。このように浮体１１から垂直方向に下方に向けて深い水域にエア供給管１２や外筒１３が延びているので、浮体１１が傾きにくく、浮体１１の姿勢が安定している。

【0030】

さらに、エア供給管１２の周りを囲う外筒１３内に上昇する水流が、外筒１３の上端から浮体１１の中心部１１ａの下面に沿ってスムーズに外側に広がっていく。かかる水流によっても浮体１１のバランスが保たれやすい。浮体１１の下面に、溝や突条が設けられていてもよい。浮体１１の下面に設けられる溝や突条は、例えば、浮体１１の中心部１１ａから放射状に複数設けられていてもよい。また、浮体１１の下面に設けられる溝や突条は、気泡や気泡に伴って生じる水流を案内できる程度に適当な高さや深さ（例えば、１～３ｃｍ程度）を有しているとよい。

【0031】

〈第２エアレーションノズル１５〉
さらに、この実施形態では、水質浄化装置１０は、図１に示されているように、第２エアレーションノズル１５を備えている。第２エアレーションノズル１５は、外筒１３の外側に配置されている。第２エアレーションノズル１５は、多孔質のセラミックス材で構成されているとよい。また、第２エアレーションノズル１５は、微細な気泡として、いわゆるマイクロバブル（ナノバブル）を発生させるノズルであってもよい。第２エアレーションノズル１５は、外筒１３の外側に配置されており、微細な気泡を生じさせる、このように、外筒１３の外側に第２エアレーションノズル１５が配置されていることによって、さらに、水質を浄化させることができる。第２エアレーションノズル１５の設置位置は、特に限定されず、外筒１３の外側で、かつ、浮体１１の下部の任意の位置に設けられうる。外筒１３の外側では、環流が生じており、第２エアレーションノズル１５で生じさせた微細な気泡が、水域に広がりやすい。なお、エアレーションノズル１４，第２エアレーションノズル１５は、チューブタイプエアレーター、ディスクタイプエアレーター、マイクロポーラスセラミックエアレーターなどでもよい。

【0032】

〈エアポンプ２１，蓄電池２２，太陽光パネル２３〉
浮体１１の上部には、図２に示されているように、エアポンプ２１が設けられている。エアポンプ２１は、エア供給管１２に接続されているとよい。この実施形態では、エアポンプ２１は、コンプレッサが搭載されており、空気を圧縮させた圧縮空気を出力する装置である。エアポンプ２１は、図２に示されているように、逆流防止バルブ２６に接続された上で、分岐管２７が取り付けられている。分岐管２７には、エアレーションノズル１４が取り付けられたエア供給管１２が取り付けられている。また、この実施形態では、分岐管２７には、第２エアレーションノズル１５に空気を送る第２供給管２８が取り付けられている。また、分岐管２７には、圧力計２９が取り付けられている。これにより、エアポンプ２１からエアレーションノズル１４および第２エアレーションノズル１５に圧縮空気が送られる。また、エアポンプ２１からエアレーションノズル１４および第２エアレーションノズル１５に送られる圧縮空気の圧力が圧力計２９で測定されるように構成されている。このように、エアレーションノズル１４や第２エアレーションノズル１５へのエアの供給は、エアポンプ２１を通じて行なわれる。

【0033】

図１および図２に示された形態では、エアポンプ２１は、蓄電池２２に接続されている。さらに、蓄電池２２は、太陽光パネル２３に接続されている。エアポンプ２１を駆動させるための電力は、浮体１１に取り付けられた太陽光パネル２３を通じて得られるように構成されている。この実施形態では、図１および２に示されているように、浮体１１の上部には、周縁部に沿って立ち上がった壁１１ｅが設けられている。ここで、壁１１ｅは、浮体１１の上部に水が浸入するのを防ぐ役目があり、適当な高さが設定されるとよい。壁１１ｅの高さは、浮体１１が設置される水域の風の影響や、波の影響などが考慮されて適当な高さが設定されるとよい。また、壁１１ｅには、ドレン（図示省略）が設けられて、浮体１１の上部に侵入した水が適切に排出されるように構成されているとよい。

【0034】

また、図１に示されているように、浮体１１の上には、蓄電池２２と、太陽光パネル２３が設けられているとよい。図１に示されているように、太陽光パネル２３は、浮体１１の上面を覆うように浮体１１に取り付けられているとよい。太陽光パネル２３は、例えば、浮体１１に取り付けられた支持フレーム２３ａに設置されているとよい。支持フレーム２３ａは、例えば、壁１１ｅに取り付けられているとよい。蓄電池２２は、太陽光パネル２３の下に配置されており、太陽光パネル２３で発電された電力が蓄えられるように構成されているとよい。エアポンプ２１は、蓄電池２２に接続され、昼夜を問わず、蓄電池２２から電力を得て駆動しうるように構成されているとよい。

【0035】

〈アンカー１６〉
水質浄化装置１０は、水底に沈められたアンカー１６によって、水域の一定の場所に設置されるとよい。ここで、水質浄化装置１０は、アンカーケーブル１７と、アンカーケーブル１７に取り付けられたアンカー１６とを備えているとよい。アンカーケーブル１７は、例えば、浮体１１、内筒１２ａおよび外筒１３のうちいずれか１つに取り付けられるとよい。水域の一定の場所に水質浄化装置１０が留まることによって、安定した水質浄化効果が得られる。なお、ここでは、アンカー１６およびアンカーケーブル１７で固定されることを例示しているが、水質浄化装置１０の設置方法は、かかる方法に限定されない。例えば、ロープなどで、護岸などの構造物に固定してもよい。

【0036】

〈水位測定センサ〉
水質浄化装置１０には、水位測定センサ３０が取り付けられてもよい。水位測定センサ３０は、例えば、ＧＰＳを通じて水位が測定されるものでもよいし、アンカー１６のように水底に沈めてその水圧からの水位が測定されるものでもよい。水質浄化装置１０は、さらに通信装置によって、水位測定センサ３０で測定される水位についてのデータが送信され、水位測定センサ３０で測定される水位が遠隔で検知できるように構成されていてもよい。これにより、水質浄化装置１０が設置された水域の水位が遠隔で監視されうる。例えば、住宅地に近接した溜池などでは、雨で水位が上昇したことが溜池を見に行かずとも把握され、水門の開閉などのタイミングを確認しうる。また、天候に寄らず、水位が異常に低下する場合には漏水が疑われる。このような異常も、水位が常時監視されることによって、流入水量との差分から早期に検知されうる。水質浄化装置１０は、例えば、浮体１１に太陽光パネル２３や蓄電池２２を取り付けることができ、電源を得ることができる。水質改善に加えて、水位測定センサ３０など簡易な構成を付加することによって、常時水位を検知する手段として多機能化が図られうる。

【0037】

このように水質浄化装置１０は、下方に向けて錐状に突出した中心部を有する浮体１１と、浮体１１の中心部から間隔を開けて、下方に延びた外筒１３と、外筒１３の下部にエアを供給するエア供給装置２０とを備えているとよい。かかる水質浄化装置１０によれば、エア供給装置２０によって外筒１３の下部にエアが供給されることによって、外筒１３内に上昇する水流が生じる。このことによって、外筒１３の下部から周囲の水が吸い込まれる。そして、水域の底の方の水を水域の上部に吸い上げて循環させることができ、閉鎖水域の水質を効率よく改善させることができる。エア供給装置２０は、例えば、図１に示されているように、浮体１１の中心部から下方に延びたエア供給管１２と、エア供給管１２の先端に取り付けられたエアレーションノズル１４とを備えているとよい。

【0038】

《変形例》
以下、水質浄化装置１０の変形例をさらに説明する。図４は、外筒１３の下端を拡大した縦断側面図である。図４に示された形態では、カバー３６と、フィルタ３８をさらに備えている。

【0039】

カバー３６は、外筒１３の下方に、外筒１３の最下端１３ａの開口１３ｂに対向するように間隔を開けて配置されている。カバー３６は、例えば、開口１３ｂよりも少し広い板状の部材であり、外筒１３の最下端１３ａに取り付けられる支持部３７を介して、最下端１３ａの開口１３ｂに対向するように所要の間隔を開けて配置されている。ここで、カバー３６と、最下端１３ａの開口１３ｂとの間隔は、当該間隙から水がスムーズに入り込む程度の隙間が形成されているとよい。カバー３６は、外筒１３の下端が、直接、水底に当たるのを抑止できる。また、カバー３６が着底しても、外筒１３の下端の開口１３ｂと、カバー３６との間に間隙があるので、外筒１３への水の吸い込みが阻害されない。外筒１３の下端の開口から水底の泥などが吸い込まれにくくなる。カバー３６は、適宜に「端板」とも称される。外筒１３の下端の開口１３ｂと、カバー３６との間に、所要の間隙を形成するため、また、外筒１３を上昇する水流が形成される際に、水底の泥が巻き上がるのを抑止するため、カバー３６を支持する支持部３７は、軸状の部位とし、所要の長さを有しているとよい。カバー３６は、安定して外筒１３に取り付けられているとよい。例えば、支持部３７は、外筒１３に、ボルトによって固定されていたり、溶接されていたりするとよい。

【0040】

フィルタ３８は、エアレーションノズル１４を覆う部材である。例えば、エアポンプ２１をオフにした際にサイフォン効果で水がエア供給管１２に逆流する場合がある。フィルタ３８は、このような逆流する対するエアレーションノズル１４の目詰まりを防止する部材であるとよい。フィルタ３８は、例えば、合成繊維からなる網材であり、エアレーションノズル１４を覆うように構成さているとよい。フィルタ３８の目の細かさは、エアレーションノズル１４からのエアがスムーズに抜け、かつ、エアレーションノズルの目詰まりを防止させるものであるとよい。上記観点において、フィルタ３８は、例えば、エアレーションノズル１４を覆う袋状の部材であってもよい。かかる観点において、フィルタ３８の材質は問わない。

【0041】

〈水質浄化装置１０Ａ〉
図５は、他の形態に係る水質浄化装置１０Ａの側面図である。水質浄化装置１０Ａでは、外筒１３Ａは、端部が閉塞された二重パイプ構造で構成されている。また、外筒１３Ａは、下部の内周面に、エアの吹き出し口４１を有している。吹き出し口４１は、二重パイプ構造の外筒１３Ａの内周面（内壁）において、二重パイプ構造の外筒１３Ａの壁面内の間隙４２に貫通しているとよい。エア供給装置２０Ａは、外筒１３Ａの壁面の間隙４２を通じて、エアを供給するように構成されているとよい。例えば、外筒１３Ａの壁面の間隙４２にエアを送る配管４３が設けられているとよい。この場合、外筒１３Ａは、外側面の上部に、エア供給口４４を有しているとよい。配管４３は、かかるエア供給口４４に接続されている。また、図５に示された形態では、外筒１３Ａの壁面の間隙４２にエアを送る配管４３が、所要の剛性を有する配管で構成されている。外筒１３Ａは、配管４３によって、浮体１１に対して固定されている。

【0042】

かかるエア供給装置２０Ａによれば、エア供給装置２０Ａおよび配管４３を通じて、外筒１３Ａの壁面の間隙４２にエアが供給される。外筒１３Ａの壁面の間隙４２に供給されたエアは、外筒１３Ａを通じて、下部の内周面の吹き出し口４１から吹き出し、外筒１３Ａの内側に上昇する水流が形成される。また、図１に示された形態で存在していたエア供給管１２を省略でき、外筒１３を固定していた固定部品３１，３２も省略できる。外筒１３内には、エア供給管１２や固定部品３１，３２のような部材がないので、ゴミが絡まりにくい。このように、図５に示された水質浄化装置１０Ａによれば、外筒１３内には、エア供給管１２や固定部品３１，３２のようなエアの上昇を阻害する部品がなく、外筒１３Ａの内側に、スムーズに上昇する水流を形成することができる。かかる水質浄化装置１０Ａでは、二重パイプ構造のエア供給装置２０Ａを通じて、外筒１３Ａの下部にエアを供給することができ、外筒１３Ａがエア供給管１２の役割を担っている。

【0043】

なお、水質浄化装置１０Ａでは、外筒１３Ａの壁面の間隙４２にエアを送る配管４３によって、外筒１３Ａが浮体１１に固定されているが、かかる形態に限定されない。例えば、外筒１３Ａを浮体１１に対して固定する部材は、配管４３とは、別の部材で、構成されていてもよい。この場合でも、外筒１３Ａを浮体１１に対して固定する部材は、外筒１３Ａの外周面に取り付けられているとよい。この場合、外筒１３Ａを浮体１１に対して固定する部材が、外筒１３Ａの内周面に設けられていない。この場合、固定部材にゴミなどが絡むことなどのトラブルが生じにくくなり、かつ、外筒１３Ａに沿って水を上昇させる機能が向上することが期待できる。

【0044】

なお、図５に示された形態では、外筒１３Ａは、ストレートな直管である。外筒１３Ａは、かかる形態に限定されない。例えば、図示は省略するが、外筒１３Ａの上部１３Ａ１は、上方ほど内径が大きくなったテーパー状の内径を有していてもよい。この場合、水面に向かう程、泡が大きくなることと相まって、外筒１３Ａ内の水がエアによってスムーズに押し上げられる。このため、外筒１３Ａに沿って水を上昇させる機能が向上することが期待できる。外筒１３Ａの上部１３Ａ１を、上方ほど内径が大きくなったテーパー状の内径とする構成は、例えば、図１に示された形態にも採用されうる。

【0045】

図６は、水質浄化装置１０の変形例を示す側面図である。図６に示されているように、水質浄化装置１０は、外筒１３の外側に、外筒１３の外周を囲う管材５０をさらに備えていてもよい。なお、図６では、管材５０を固定する部材は、省略されている。管材５０は、例えば、外筒１３、エア供給管１２、浮体１１などに、固定部材（図示省略）によって固定されているとよい。外筒１３の外周を囲う管材５０をさらに備えていることによって、外筒１３を上昇するエアおよび水流の流れが安定しやすい。なお、図６に示す例では、エア供給管１２は、外筒１３の下端よりも下方に延びている。この場合、エアレーションノズル１４から噴出するエアは、外筒１３だけでなく、外筒１３の外周を囲う管材５０にも漏れる。このため、管材５０にも上昇流を生じうる。このように、外筒１３の外周を囲う管材５０の下端にもエアが供給されるように構成されていてもよい。このように、外筒１３は、外筒１３の外周を囲う管材５０をさらに設けるなど、多重管で構成されていてもよい。

【0046】

図７は、浮体１１の側面図である。浮体１１の下面には、図７に示されているように、中心から外縁に向けて延びた突条１１ｆ（または溝）からなる整流部１１ｇが形成されていてもよい。この場合、突条１１ｆ（または溝）からなる整流部１１ｇが形成されていることによって、浮体１１の下面に形成された突条１１ｆ（または溝）に沿ってエアが上昇しやすくなり、浮体１１の周りのエアや水の流れに回転が与えられ、渦を発生させることができる。かかる整流部１１ｇは、図７に示されているように、浮体１１の下面に螺旋状に形成されていてもよい。突条１１ｆ（または溝）からなる整流部１１ｇの具体的な形状は、浮体１１の周りの流れを整えるとの観点において適宜に適当な形状が採用されうる。

【0047】

ここで説明した水質浄化装置は、例えば、海洋養殖にも適用可能である。ここで説明した水質浄化装置は、植物プラクトンやリンなどの栄養に富む海底付近の海水を、外筒１３内の曝気を通じて上昇させ、浮体１１の下面を通じて広いエリアに拡散させることができる。このため、水質浄化装置が、海洋養殖が行われているエリアに設置されることによって、植物プラクトンやリンなどの栄養に富む海底付近の海水を、海洋養殖が行われているエリアに行き渡らせることができる。また、ポンプで海水を汲み上げる場合に比べて、外筒１３への曝気を通じて、海水を上昇させるので、汲み上げられる海水の水質を改善させることができ、外筒１３のつまりなども発生しにくい。

【0048】

以上、ここでの開示について、種々説明したが、ここでの開示は、特に言及されない限りにおいて、上述した実施形態や変形例に限定されない。また、種々言及した実施形態や変形例の各構成は、互いに阻害しない関係であれば、適宜に組み合わせることができる。

【0049】

本発明（１）は、水質浄化装置に関する。ここで、本発明（１）における水質浄化装置は、
下方に向けて錐状に突出した中心部を有する浮体と、
前記浮体の中心部から間隔を開けて、下方に延びた外筒と、
前記外筒の下部にエアを供給するエア供給装置と
を備えている。

【0050】

本発明（２）は、（１）の水質浄化装置であって、
前記エア供給装置は、
前記浮体の中心部から下方に延びたエア供給管と、
前記エア供給管の先端に取り付けられたエアレーションノズルと
を備えている。

【0051】

本発明（３）は、水質浄化装置に関する。ここで、本発明（３）における水質浄化装置は、
下方に向けて錐状に突出した中心部を有する浮体と、
前記浮体の中心部から下方に延びたエア供給管と、
前記エア供給管の回りを囲うように設けられた外筒と、
前記エア供給管の先端に取り付けられたエアレーションノズルと
を備えている。

【0052】

本発明（４）は、（１）から（３）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記浮体は、
前記中心部の周りに径方向に中心部よりも緩やかに広がった拡径部を
さらに有する。

【0053】

本発明（５）は、（１）から（４）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記浮体の中心部は、垂直方向に貫通した貫通孔を有し、
前記エア供給管は、前記貫通孔に挿通された所要の剛性を有する管体を有する。

【0054】

本発明（６）は、（１）から（５）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記浮体は、
前記エア供給管に接続されたエアポンプと、
前記エアポンプに接続された蓄電池と、
前記蓄電池に接続された太陽光パネルと
を備えている。

【0055】

本発明（７）は、（１）から（６）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記外筒の外側に配置された第２エアレーションノズルを、さらに備えている。

【0056】

本発明（８）は、（１）から（７）までの何れかの水質浄化装置であって、
水位測定センサをさらに備えている。

【0057】

本発明（９）は、（１）から（８）までの何れかの水質浄化装置であって、
アンカーケーブルと、前記アンカーケーブルに取り付けられたアンカーと
を備えている。

【0058】

本発明（１０）は、（１）から（９）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記外筒の下方に、前記外筒の開口に対向するように間隔を開けて配置されたカバーをさらに備えている。

【0059】

本発明（１１）は、（１）から（１０）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記エアレーションノズルを覆うフィルタをさらに備えている。

【0060】

本発明（１２）は、（１）から（１１）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記外筒は、
端部が閉塞された二重パイプ構造で構成されており、
下部の内周面にエアの吹き出し口を有し、
前記エア供給装置は、前記外筒の壁面の間隙を通じて、エアを供給するように構成されている。

【0061】

本発明（１３）は、（１２）の水質浄化装置であって、
前記外筒は、外側面または上部に、前記外筒の壁面の間隙空間に、前記エア供給装置に接続されてエアが供給されるエア供給口を有する。

【0062】

本発明（１４）は、（１２）または（１３）の水質浄化装置であって、
前記外筒を浮体に対して固定する部材は、前記外筒の外周面に取り付けられている。

【0063】

本発明（１５）は、（１）から（１４）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記外筒の上部は、上方ほど内径が大きくなったテーパー状の内径を有している。

【0064】

本発明（１６）は、（１）から（１５）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記外筒の外周を囲う管材をさらに備えている。

【0065】

本発明（１７）は、（１）から（１６）までの何れかの水質浄化装置であって、
浮体の下面が中心から外縁に向けて延びた突条または溝からなる整流部が形成されている。

【0066】

本発明（１８）は、（１）から（１７）までの何れかの水質浄化装置であって、
前記整流部は、前記浮体の下面に螺旋状に形成されている。

【符号の説明】

【0067】

１０，１０Ａ 水質浄化装置
１１ 浮体
１１ａ 中心部
１１ａ１ 中心部１１ａの外側面
１１ｂ 拡径部
１１ｃ 貫通孔
１１ｄ 最下端
１１ｅ 壁
１１ｆ 突条（または溝）
１１ｇ 整流部
１２ エア供給管
１２ａ 内管
１２ａ 管体
１２ｂ チューブ
１３ 外筒
１３Ａ 外筒（二重パイプ構造）
１３Ａ１ 外筒１３Ａの上部
１３ａ 最下端
１３ｂ 開口
１４ エアレーションノズル
１６ アンカー
１７ アンカーケーブル
２０，２０Ａ エア供給装置
２１ エアポンプ
２２ 蓄電池
２３ 太陽光パネル
２３ａ 支持フレーム
２６ 逆流防止バルブ
２７ 分岐管
２９ 圧力計
３０ 水位測定センサ
３１，３２ 固定部品
３３ 外筒１３内部の間隙
３４ 外筒１３上部の間隙
３６ カバー
３７ 支持部
３８ フィルタ
４１ 吹き出し口
４２ 間隙
４３ 配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】