太陽光を用いた緑藻防止水循環装置
水循環装置が提供される。本発明は、中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、胴体の下端部に設けられ、水域の底層に停滞した水の流入を受けるメイン流入口と、胴体の側壁に設けられ、側壁に隣接した水域の水の流入を受ける多数のサブ流入口と、胴体の上端部に設けられ、流入した水を胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなる波形ドラフトチューブを有する。ドラフトチューブに流入した水は、駆動モーターで所定の方向に回転するインペラーによって拡散部を介して隣接水域の上層へ排出される。これにより、水域の水を効率よく循環させ、デッドゾーンの形成を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水循環装置および該装置に対する浮力調節方法に係り、さらに詳しくは、水域の下部に溜まっている水を循環させることが可能な水循環装置および該装置に対する浮力調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川、湖、大河または海に、有機物を含有した生活下水と糞尿が過量流れ込むと、微生物が有機物を過量に分解するので、水域に栄養が多くなる富栄養化現象が発生する。
【０００３】
すなわち、自浄能力を超える大量の有機物または塩類が河川や海などに流入すると、水域は分解産物または二次生成物などの栄養塩類が豊富になる現象が起こり、これにより水草および緑藻類の増殖が盛んになり、生物学的酸素要求量（Biochemical Oxygen Demand、ＢＯＤ）が増加し、水中の酸素不足により魚類などの水中生物が生きられなくなる。
【０００４】
特に、気温が上昇すると、成層化現象が激しくなり、酸素が湖の表層から湖の底層へ伝達され難くなる。これにより、湖の底層における溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌ以下に低下し、その結果、生態系の破壊がさらに悪化してしまう。よって、富栄養化した水域の水質を改善させるための装置が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、水域の水を効率よく循環させて水域の水質を改善することが可能な水循環装置を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、水循環装置の浮力を調節する浮力調節方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る水循環装置は、中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、前記胴体の下端部に設けられ、前記水域の底層に停滞した水の流入を受けるメイン流入口と、前記胴体の側壁に設けられ、側壁に隣接した水域の水の流入を受ける多数のサブ流入口と、前記胴体の上端部に設けられ、前記流入した水を前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなる波形ドラフトチューブ；前記波形ドラフトチューブ内に設けられ、前記メイン流入口と前記サブ流入口を介して流入した水が前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出されるように回転するインペラー；前記インペラーを回転させる駆動モーター；および前記波形ドラフトチューブの胴体の側壁に沿って設けられ、前記ドラフトチューブの内部へ空気を供給する散気管；を含んでなる。
【０００８】
一方、前記多数のサブ流入口は前記波形ドラフトチューブの胴体の側壁に沿って設けられ、前記多数のサブ流入口の直径は水域の上層から水域の底層に行くほど増加してもよい。
【０００９】
また、前記胴体は円筒状をし、前記多数のサブ流入口は前記胴体の円周方向に沿って配置されてもよい。
【００１０】
一方、前記波形ドラフトチューブは、前記拡散部の上面に設けられ、前記拡散部を介して排出される水の回転方向にガイドするように構成された案内突条をさらに含んでもよい。
【００１１】
また、前記空気を排出する前記散気管の排出口は前記ドラフトチューブの前記メイン流入口側に位置してもよい。
【００１２】
一方、本水循環装置は、前記散気管の排出口から排出される空気の流入を受け、空気バブルを生成する空気バブル生成部をさらに含んでもよい。
【００１３】
また、本水循環装置は、前記水循環装置に浮力を提供する浮遊部をさらに含んでもよく、前記浮遊部には浮力を調節するための水注入口が配置されてもよい。
【００１４】
一方、本水循環装置は、前記水注入口に注入される水の量によって浮力を調節することができる。
【００１５】
また、前記散気管は、前記波形ドラフトチューブの胴体の外壁または内壁に沿って配置されてもよい。
【００１６】
上記目的を達成するための水循環装置における浮力調節方法において、前記水循環装置は、中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、前記胴体の下端部に設けられ、前記水域の底層に停滞した水の流入を受ける少なくとも一つのメイン流入口と、前記胴体の上端部に設けられ、前記流入した水を前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなるドラフトチューブ；前記波形ドラフトチューブ内に設けられ、前記メイン流入口と前記サブ流入口を介して流入した水が前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出されるように回転するインペラー；および浮力を提供する浮遊部；を備え、前記浮遊部に注入される水の量を調節することにより浮力を調節することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明の水循環装置によれば、波形ドラフトチューブの側壁に設けられ、水域の水が循環しないデッドゾーンの水を胴体の内部に流入させる多数のサブ流入口を備えることにより、水域におけるデッドゾーンの形成を防止して水域の水質を効率よく改善することができる。
【００１８】
また、酸素が足りない底層の水と、側面から流入する水とを混合させることにより、酸素不足水による水域への悪影響を最小化させることができ、底層と側面から流入した水を隣接水域の上層へ広く拡散させることができる。
【００１９】
また、水域底層の無酸素層に直接空気を供給することにより、底層の溶存酸素量を大きく増加させ、ひいてはバブルの形で空気を波形ドラフトチューブ内へ供給することにより、ドラフトチューブ内の水の上層速度が遅くなり、ドラフトチューブを介して流入した水が十分な時間酸素の供給を受けることができる。すなわち、単純に水を循環させるのではなく、水域の底層から上層まで移動させながら持続的に空気を水に供給することにより、必要な溶存酸素量を短時間内に水域へ供給することができる。
【００２０】
また、本発明の水循環装置の浮力を調節する方法によれば、本水循環装置の水に対する高さ調節を容易にセットし維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る水循環装置を示す図である。
【図２】図１に示した波形ドラフトチューブの側面図である。
【図３】図１に示した拡散部の平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る水循環装置を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る散気管の構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る散気管の構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る空気バブル生成部の断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る水循環装置を示す図である。
【図９】図８の実施形態を説明するために提供される図である。
【図１０】図８の実施形態を説明するために提供される図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る拡散部を説明するために提供される図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る水循環装置に使用される機械的および／または電気・電子的機能ブロックを説明するために提供される図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００２３】
下記の特定実施形態を記述するに当たり、種々の特徴的内容は発明をさらに具体的に説明し、当業者に理解させるために作成された。本発明を理解することができる程度に当該分野の知識を有する者は、このような種々の特徴的内容と均等なものを認知することができる。ある場合には、発明を記述するに際して、発明と大きな関連のない公知の部分は発明の要旨を無駄に乱すことを防ぐために記述しないことを予め言及しておく。
【００２４】
本明細書において、「水域」とは湖沼、湖、海、大河または河川などを意味する。
【００２５】
また、本明細書において、「波形ドラフトチューブ」とは、その側面に水の流入するサブ流入口を有し、皺状の胴体を持つドラフトチューブを意味する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態に係る水循環装置を概略的に示す図、図２は図１に示した波形ドラフトチューブの側面図である。
【００２７】
図１および図２を参照すると、水循環装置１００は、波形ドラフトチューブ１１０、インペラー１２０、駆動モーター１３０および多数のソーラーセル１４０を含む。波形ドラフトチューブ１１０は、胴体１１１、メイン流入口１１２、多数のサブ流入口１１３、および拡散部１４０を含む。
【００２８】
胴体１１１は、円筒状をし、水域１０の水中に設置される。胴体１１１の下端部にはメイン流入口１１２が設けられ、駆動モーター１３０によってインペラー１２０が回転するにつれて、水域１０の底層に溜まっている水がメイン流入口１１２を介して波形ドラフトチューブ１１０内に流入され、水域１０の中層にある水がサブ流入口１１３を介して流入される。ここで、胴体１１１の形状は例示的なものであって、胴体は、必ずしも円筒状である必要はなく、四角形の筒状、五角形の筒状、または六角形の筒状といった多様な形状であってもよい。また、胴体１１１は皺を持つ形状であってもよい。
【００２９】
図１に示すように、水域１０の底層には水域１０の上層より酸素の少ない低酸素領域が存在しうる。また、水温躍層(thermocline)１０ａを基準に、水域１０の上層は温度が相対的に高く、水域の底層は相対的に温度が低いので、底層に行くほど水圧が強くなる。したがって、インペラー１２０の回転によって、波形ドラフトチューブ１１０の上層に存在する水が波形ドラフトチューブ１１０の外（すなわち、ドラフトに隣接した水域の上層）へ移動すると、メイン流入口１１２またはサブ流入口１１３を介して、水域１０の底層または中層に存在する低酸素水および低温水が流入される。
【００３０】
好ましくは、水域１０の底層に停滞している低酸素水および低温水を波形ドラフトチューブ１１０内に流入させるために、胴体１１１の下端部を水域１０の底層に位置させる。水域１０の底層は水域毎に異なってもよく、一つの水域１０においても底層の深さは位置によって異なってもよい。よって、胴体１１１の長さを水域１０の水深によって調節できることが好ましい。本発明の一実施形態によれば、胴体１１１の長さが、水域の水深が深いところでは長くなり、水深が浅いところでは短くなるように、胴体１１１を皺管として形成する。胴体１１１の長さは遠隔コントローラによって自動的に調節されるようにしてもよい。
【００３１】
胴体１１１の側壁には、胴体１１１の長さ方向によって多数のサブ流入口１１３が設けられる。水域１０の水深は通常深いため、水をメイン流入口１１２を介してのみ循環させると、水深の中間地点における波形ドラフトチューブ１１０の周囲領域、それに隣接した領域または拡散部１１４の下部領域（以下、「デッドゾーン(dead zone)」という）では水が循環しないおそれがあるが、本発明の一実施例に係るサブ流入口１１３が胴体１１１の側壁に設けられることにより、そのような問題点を解決できる。
【００３２】
すなわち、デッドゾーンで循環しない水が多数のサブ流入口１１３を介して波形ドラフトチューブ１１０内に流入することにより、デッドゾーンで停滞した水が循環される。よって、水域１０に循環のなされないデッドゾーンが形成されることを防止することができる。このように、メイン流入口１１３を介して水を循環させるとともに、サブ流入口１１３によって、酸素が足りない底層の水と側面から流入する水とを混合させることにより、酸素不足水による水域の悪影響を最小化させることができる。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、多数のサブ流入口１１３の直径を水深の深さによって変化させてもよい。好ましくは、水域１０の上層に対応して設けられる多数のサブ流入口１１３は、水の上昇力を低下させることなく、デッドゾーンの水が流入しうる程度の直径を持たせる。
【００３４】
例えば、多数のサブ流入口１１３の直径は水域１０の上層から底層へ行くほど増加させる。このように底層に設けられた多数のサブ流入口１１３の直径を増加させると、水域１０の底層に存在する低温水および低酸素水が波形ドラフトチューブ１１０内に流入する速度を向上させることができる。勿論、多数のサブ流入口１１３は位置を問わずに同一の直径を持つように構成することも可能である。
【００３５】
図２に示すように、多数のサブ流入口１１３は波形円筒胴体１１１の円周方向に沿って設けられる。この際、同一の高さに位置する多数のサブ流入口１１３は互いに同一の直径を持ってもよく、これとは異なり、互いに異なる直径を持ってもよい。
【００３６】
拡散部１１４は、胴体１１１の上端部に設けられ、波形ドラフトチューブ１１０内に流入した水を隣接水域１０の上層へ排出する。流入した水は波形ドラフトチューブ１１０の自体の圧力によって波形ドラフトチューブ１１０の上端部に移動して拡散部１１４を介して隣接水域１０の上層へ排出される。
【００３７】
インペラー１２０は、波形ドラフトチューブ１１０の上側内部に設けられ、所定の方向に回転して波形ドラフトチューブ１１０の上側に移動した水が拡散部１１４を介して容易に排出されるようにする。インペラー１２０は、回転軸１２１、および回転軸１２１に結合した多数の羽根１２２からなる。回転軸１２１は、駆動モーター１３０に連結され、駆動モーター１３０から動力の供給を受けて所定の方向に回転する。回転軸１２１に連結された多数の羽根１２２は回転軸１２１の回転によって回転する。よって、波形ドラフトチューブ１１０の上側内部に移動した水は多数の羽根１２２が回転する方向に回転しながら拡散部１１４を介して排出される。
【００３８】
本発明の好適な実施形態によれば、メイン流入口とサブ流入口の面積は、メイン流入口を介して流入する水：サブ流入口を介して流入する水が７：３となるようにする。これは、サブ流入口を介して水があまり流入すると、メイン流入口を介して流入する水が少なくなって水域の底層の低酸素水が円滑に循環しないおそれがあり、逆に、サブ流入口を介しての水の流入量が少なければ、デッドゾーンが形成されるおそれがあるためである。
【００３９】
図３は図１に示した拡散部の平面図である。
【００４０】
図３を参照すると、拡散部１１４の上面には多数の案内突条１１４ａが設けられる。多数の案内突条１１４ａは、波形ドラフトチューブ１１０内で回転しながら上昇する水の回転方向に曲がった螺旋状構造を持つ。よって、回転しながら上昇する水が多数の案内突条１１４ａによって拡散部１１４の外側にガイドされ、その結果として、拡散部１１４は、前記水を隣接水域１０の上層へ容易に排出することができる。案内突条は、水が広く拡散するように案内する機能を備え、水の隣接水域へ円滑に排出されるように水が互いに干渉しないようにする。
【００４１】
再び図１を参照すると、多数のソーラーセル１４０は、駆動モーター１３０に隣接して設けられ、太陽光を用いて電源を蓄電する。蓄電された電源は、駆動モーター１３０へ供給され、駆動モーター１３０を稼動させる。駆動モーター１３０が太陽光によって蓄電された電源の供給を受けて稼動される構造を示したが、これは本発明の一実施形態に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、風力によって発電する装置を用いることも可能であり、取替可能な蓄電池を用いることも可能である。
【００４２】
このように、水循環装置１００を介して水域１０の底層に停滞していた水を循環させることにより、底層の低酸素水は上層の酸素水と混合されて底層における緑藻現象を防止することができる。また、底層の低温水が上層の高温水と混合されることにより、水域１０の温度成層化現象を防止することができる。その結果、水域１０の水質を改善することができる。
【００４３】
図４は本発明の他の実施形態に係る水循環装置を示す図である。但し、図４に示した構成要素のうち、図１に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、それに対する具体的な説明は省略する。
【００４４】
図４に示した水循環装置１００は、波形ドラフトチューブ１１０の側壁に沿って設けられた散気管１５０をさらに備えるという点で、図１に示した水循環装置とは異なる。
【００４５】
散気管１５０は、コンプレッサー（図示せず）から外部空気の供給を受け、波形ドラフトチューブ１１０の内部へ空気を供給する。図４に示すように、散気管１５０の排出口１５１は、波形ドラフトチューブ１１０のメイン流入口１１２側に設けられてもよい。
【００４６】
このように、空気が波形ドラフトチューブ１１０の内部へ供給されると、水域１０の底層の無酸素層に直接空気が供給され、これにより底層の溶存酸素量を増加することができる。
【００４７】
より好ましくは、散気管１５０が空気バルブを波形ドラフトチューブ１１０へ供給されるようにする。このために、散気管１５０の構成を、空気バブルが供給できるようにする。空気バブルが波形ドラフトチューブ１１０内に供給されると、水の上昇速度が遅くなり、これにより波形ドラフトチューブを介して流入した水が十分な時間酸素の供給を受けることができる。本発明の一実施形態によれば、空気バブルは波形ドラフトチューブ１１０の下端から供給されるか、或いはインペラー１２０の下部領域へ供給される。以下、図５〜図７を参照して、空気バブルを供給する散気管の構成について説明する。
【００４８】
図５は本発明の一実施形態に係る散気管の構成を示す。図５を参照すると、散気管１５０の排出口１５１には空気バブルを生成するためのバブル生成部１６０が連結され、排出口１５１を介して排出される空気はバブル生成部１６０を介してバブルとして供給される。
【００４９】
空気バブル生成部１６０は、図７で後述するように、数多くの空気バブルを生成し、排出口１５１から供給された空気は微細孔１６３を介して排出される。
【００５０】
一方、微細孔１６３を介して排出される空気は、排出される瞬間、周囲の水の流れによって泡状となるが、微細孔１６３の直径が小さければ小さいほど微細なサイズの気泡が生成される。好ましくは、微細孔１６３の構造は、空気が水中へ放出されるときに周囲の水の流れによってうまく泡状となるように構成するとよい。
【００５１】
図５を再度参照すると、インペラー１２０の回転によって、インペラー１２０の周囲には急激な水の流れが存在し、そのような水の流れによって、微細孔１６３を介して排出される空気が微細に泡立てられる。
【００５２】
本発明の一実施形態に係る空気バブル生成部１６０は、円筒状をしており、適切な連結手段によって波形ドラフトチューブ１１０に取り付けられてもよい。一方、本空気バブル生成部１６０の円筒状と位置は例示的なものであって、その形状または位置が変更されてもよい。
【００５３】
また、図５には、散気管１５０が波形ドラフトチューブ１１０の側面を貫通して空気バブル生成部１６０へ空気を供給するものと示されている。これとは異なり、散気管１５０が波形ドラフトチューブ１１０の側面を貫通せず、波形ドラフトチューブ１１０の下部を介して（例えば、図４に示したように）上部へ延長されて空気バブル生成部１６０と連結されるようにする構成も可能である。
【００５４】
図６は本発明の他の実施形態に係る散気管の構成を示す。図６を参照すると、空気バブル生成部１６０が波形ドラフトチューブ１１０の下端に位置したという点で、図５の実施形態とは異なる。空気バブル生成部１６０が波形ドラフトチューブ１１０の下端に位置することがより空気バブルの効果を極大化することができるので、さらに好ましい。
【００５５】
図６に示した空気バブル生成部１６０は、適切な連結手段（図示せず）によって波形ドラフトチューブ１１０の下端に取り付けられてもよい。例えば、波形ドラフトチューブ１１０の端部１５７に輪またはリブを用いて空気バブル生成部１６０を取り付けてもよい。
【００５６】
図７は本発明の一実施形態に係る空気バブル生成部の断面図である。
【００５７】
図７を参照すると、本空気バブル生成部１６０は数多い微細孔１６３を含み、微細孔１６３は散気管１５０から空気の供給を受けた管路１６１に連結されている。上述したように、管路１６１を介して移動する空気は、微細孔１６３を介して排出され、排出の際に微細孔１６３の周囲の水流れによって泡立てられることにより空気バブルが生成される。一方、図７の空気バブル生成部は、図６の実施形態とは異なり、波形ドラフトチューブの上部方向と下部方向の両方ともに空気バブルを排出できるようになっている。
【００５８】
図８は本発明の他の実施形態に係る水循環装置を示す図、図９および図１０は図８の実施形態を説明するために提供される図である。
【００５９】
図８および図９を参照すると、本実施形態に係る水循環装置は、ドラフトチューブ８１０、拡散部８１４、インペラー８２０、ソーラーセル８４０、ブレード８４２、浮遊部８８０、微細気泡発生部８６０、脚部８６５、第１ベース８６７、第２ベース８６９、充電部８７１、コンプレッサー８７５、コントロール部８７７、浮遊部８８０、支持台８８１、および水注入口８８５を含む。
【００６０】
ここで、ドラフトチューブ８１０、拡散部８１４、インペラー８２０、ソーラーセル８４０、微細気泡発生部８６０などは、前の実施形態で詳細に説明しているので、ここでは別途説明しないことにする。但し、他の構成要素を説明するにおいて必要な程度において説明する。
【００６１】
ブレード８４２は、風力発電のためのものであって、外部からの風によって回転できる。ブレード８４２は風によって回転し、その回転力は増速器（図示せず）とカプラー（必要な場合にのみ）を介して発電器（図示せず）の回転子（図示せず）に連結される。回転子が回転することにより励起される起電力は、後述する充電部８７１に充電（または蓄電）される。風力発電のための技術的要素、例えばブレード、増速器、カプラー、および／または発電器自体に関する技術は本発明の要旨ではないので、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
浮遊部８８０は、ソーラーセル８４０、ブレード８４２、コンプレッサー８７５、コントロール部８７７、充電部８７１などの構成要素を水上に浮遊させることができる。本実施形態に係る浮遊部８８０は、中空の筒状をして、水に浮遊可能な材質から構成できる。
【００６３】
本発明の好適な実施形態によれば、浮遊部８８０は、支持台８８１を介して前記ソーラーセル８４０、ブレード８４２、コンプレッサー８７５、コントロール部８７７、充電部８７１などの構成要素と直接または／および間接に連結され、本水循環装置を水上に浮遊させる機能を有する。
【００６４】
また、本発明の好適な実施形態によれば、浮遊部８８０は水注入口８８５（図９および図１０に示す）を含む。水注入口８８５を介して浮遊部８８０の内部へ水が注入できる。図９を参照して後述するが、本水循環装置は水面との高さ調節（以下、「高さ調節」）が非常に重要である。
【００６５】
従来の技術の場合、機械的装置を用いて高さ調節を試みたが、高さ調節をセットし維持させることが難しい。これは水上で行う作業のためでもあるが、装置全体の重さが完全な均衡を持っていないためでもある。また、時間が経過するにつれて、装置の磨耗により、高さ調節をさらに行う必要性が発生するが、そのとき、新しく高さ調節を行うことも容易ではない。
【００６６】
本発明では、別途の複雑な装置を導入することなく、高さ調節を容易にセットすることが可能であり、それを維持させることも便利である。本発明は、浮遊部８８０に水注入口８８５が設けられており、浮遊部８８０に水を投入して浮力を調節することができる。２つの浮遊部８８０それぞれに水注入口８８５が設けられているので、本水循環装置の重さ均衡が完全でない場合でも、水注入口８８５に注入される水の量によってほぼ完全な均衡を維持させながら高さ調節をセットすることができる。多量の水が浮遊部８８０に入った場合には、ポンプなどを活用して水を排出するようにすることもでき、或いは、浮遊部８８０に水排出口（図示せず）をさらに設け、水排出口（図示せず）を介して排出するようにすることもできる。
【００６７】
このように、浮遊部８８０に投入される水によって高さ調節をセットすることができるので、上述したように、高さ調節のセットまたは管理を非常に容易に行うことができる。また、複雑な機械的装置を使用しないので、製造が便利で費用の面でも効率的である。
【００６８】
図８に示した浮遊部８８０は合計３つから構成されているが、これは例示的な個数に過ぎず、これより多く或いはさらに少なく構成することが可能である。また、水注入口８８５の位置または個数も変形可能である。
【００６９】
脚部８６５はドラフトチューブ８１０を第１ベース８６７に固定させ、第１ベース８６７には微細気泡発生部８６０がのせられる。微細気泡発生部８６０が第１ベース８６７にのせられることにより、水中に含まれた汚染物が微細気泡発生部８６０に堆積しなくなる。第２ベース８６９は、充電部８７１、コンプレッサー８７５およびコントロール部８７７を支持する。
【００７０】
充電部８７１は、ソーラーセル８４０またはブレード８４２を介して発電した電力を蓄えることができる。充電部８７１によって充電された電力は、コントロール部８７７の制御下にインペラー８２０を回転させるモーター（図示せず）に提供される。モーターは、図８には示されていないが、本発明の技術分野に属する当業者であれば、インペラー８２０を回転させることが可能な位置に適切に配置することができる。本発明の一実施形態によれば、第２ベース８６９の上面には充電部８７１、コンプレッサー８７５、およびコントロール部８７７が位置し、第２ベース８６９の下面にはモーター（図示せず）が位置する。
【００７１】
コンプレッサー８７５は微細気泡発生部８６０に空気を提供する。散気管（図示せず）を介して、コンプレッサー８２５は微細気泡発生部８６０に空気を提供する。散気管をドラフトチューブ８１０の内部または外部に沿って配置させることができる。散気管をドラフトチューブ８１０の外部に沿って配置させた例は図４にも図示されており、散気管をドラフトチューブの内部に配置させる構成も当業者が適切に行うことができる。
【００７２】
コントロール部８７７は、本水循環装置の機械的および／または電気・電子的装置を制御する。例えば、コントロール部８７７はソーラーセル８４０またはブレード８４２を介して発電した電気をインペラーへ供給することができる。コントロール部８７７がインペラー８２０へ電力を供給する方法について図１２を参照して詳細に説明する。
【００７３】
図９をさらに参照すると、水注入口８８５が浮遊部８８０に設けられたことが分かる。図示されてはいないが、水注入口８８５を塞ぐ栓がさらに設けられてもよい。
【００７４】
本発明の一実施形態によれば、ドラフトチューブには多数のサブ流入口８１３が設けられている。サブ流入口８１３の構造および機能は図１および図２の説明部分を参照されたい。例えば、サブ流入口８１３は図２に例示されたように水域の上層から下層へ行くほどその直径が可変する。一実施例によれば、下層に行くほどサブ流入口８１３の直径が大きくなりうる。
【００７５】
図１１は本発明の一実施形態に係る拡散部を説明するために提供される図である。
【００７６】
図１１に示すように、拡散部８１４が螺旋状構造をもって案内突条を備えることにより、水が回転しながら上昇し、上昇する水が案内突条によって拡散部８１４の外側へガイドされる。これによって、拡散部８１４は、案内突条によってガイドされた水を隣接水域の上層へ容易に排出できる。より詳細な説明は図３の説明部分を参照されたい。
【００７７】
図１２は本発明の一実施形態に係る水循環装置に使用される機械的および／または電気・電子的機能ブロックを説明するために提供される図である。
【００７８】
図１２を参照すると、本発明の一実施形態に係る水循環装置は、電力を獲得してインペラーを駆動させるために、ソーラーセル８４０、ブレード８８１、充電部８７１、コンプレッサー８７５、コントロール部８７７、およびモーター部８９１を含む。
【００７９】
本実施形態によれば、コントロール部８７７は、ソーラーセル８４０を介して発電した電力をモーター部８９１および／またはコンプレッサー８７５へ供給することができ、ソーラーセル８４０によって発電した電力のうち、残った電力は充電部８７１に蓄える。
【００８０】
一方、コントロール部８７７は、ソーラーセル８４０によって発電する電力がない場合、充電部８９３に蓄えられた電力をモーター部８９１へ供給する。
【００８１】
充電部８７１は、ソーラーセル８４０とブレード８４２を介して発電した電力を蓄える。
【００８２】
図１２の実施形態では、ブレードによって発電する電力を充電部８９３に蓄えるものと説明したが、これとは異なる構成にしてもよい。例えば、風が多い地域であれば、ブレードによって発電する電力を直ちにモーター部８９１へ供給し、残った電力を充電部８９３に蓄えることが可能である。
【００８３】
本発明の技術分野に属する者であれば、ソーラーセル８４０および／またはブレード８４２によって発電した電力を直ちにモーター部８９１またはコンプレッサー８７５へ供給するようにし、或いは充電部８９３に蓄えた後、必要に応じて使用するように構成することができる。
【００８４】
上述した図面に示された例の大きさおよび縮尺比率は、本発明を容易に説明するために縮小および／または拡大して表示されているので、実際ではこれと異なる大きさまたは縮尺比率でも具現できることを言及しておく。例えば、上述した図６に示した空気バブル生成部の微細孔の大きさは空気バブルの大きさより多少大きく示されているが、これは説明を容易にするためのもので、微細孔の実際直径は空気バブルの大きさに準じて或いはそれより小さく構成されていてもよい。
【００８５】
図１に示したインペラー１２０の形状は、あくまでも例示的なものであって、波形ドラフトチューブ１１０の上層にある水を隣接水域へ移動させることが可能な機能を持つものであれば、いずれの形状のインペラーでも使用可能である。
【００８６】
以上、本発明の好適な実施形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能なのはもとより、これらの変形実施は本発明の技術的思想または展望と区別して理解されてはならない。
【符号の説明】
【００８７】
１００ 水循環装置
１１０ ドラフトチューブ
１１１ 胴体
１１２ メイン流入口
１１３ サブ流入口
１１４ 拡散部
１１４ａ 案内突条
１２０ インペラー
１３０ 駆動モーター
１４０ ソーラーセル
１５０ 散気管
８４２ ブレード
８８０ 浮遊部
８６５ 脚部
８６７ 第１ベース
８６９ 第２ベース
８７１ 充電部
８７５ コンプレッサー
８７７ コントロール部
８８１ 支持台
８８５ 水注入口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水循環装置および該装置に対する浮力調節方法に係り、さらに詳しくは、水域の下部に溜まっている水を循環させることが可能な水循環装置および該装置に対する浮力調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川、湖、大河または海に、有機物を含有した生活下水と糞尿が過量流れ込むと、微生物が有機物を過量に分解するので、水域に栄養が多くなる富栄養化現象が発生する。
【０００３】
すなわち、自浄能力を超える大量の有機物または塩類が河川や海などに流入すると、水域は分解産物または二次生成物などの栄養塩類が豊富になる現象が起こり、これにより水草および緑藻類の増殖が盛んになり、生物学的酸素要求量（Biochemical Oxygen Demand、ＢＯＤ）が増加し、水中の酸素不足により魚類などの水中生物が生きられなくなる。
【０００４】
特に、気温が上昇すると、成層化現象が激しくなり、酸素が湖の表層から湖の底層へ伝達され難くなる。これにより、湖の底層における溶存酸素量が１ｍｇ／Ｌ以下に低下し、その結果、生態系の破壊がさらに悪化してしまう。よって、富栄養化した水域の水質を改善させるための装置が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、水域の水を効率よく循環させて水域の水質を改善することが可能な水循環装置を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、水循環装置の浮力を調節する浮力調節方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る水循環装置は、中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、前記胴体の下端部に設けられ、前記水域の底層に停滞した水の流入を受けるメイン流入口と、前記胴体の側壁に設けられ、側壁に隣接した水域の水の流入を受ける多数のサブ流入口と、前記胴体の上端部に設けられ、前記流入した水を前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなる波形ドラフトチューブ；前記波形ドラフトチューブ内に設けられ、前記メイン流入口と前記サブ流入口を介して流入した水が前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出されるように回転するインペラー；前記インペラーを回転させる駆動モーター；および前記波形ドラフトチューブの胴体の側壁に沿って設けられ、前記ドラフトチューブの内部へ空気を供給する散気管；を含んでなる。
【０００８】
一方、前記多数のサブ流入口は前記波形ドラフトチューブの胴体の側壁に沿って設けられ、前記多数のサブ流入口の直径は水域の上層から水域の底層に行くほど増加してもよい。
【０００９】
また、前記胴体は円筒状をし、前記多数のサブ流入口は前記胴体の円周方向に沿って配置されてもよい。
【００１０】
一方、前記波形ドラフトチューブは、前記拡散部の上面に設けられ、前記拡散部を介して排出される水の回転方向にガイドするように構成された案内突条をさらに含んでもよい。
【００１１】
また、前記空気を排出する前記散気管の排出口は前記ドラフトチューブの前記メイン流入口側に位置してもよい。
【００１２】
一方、本水循環装置は、前記散気管の排出口から排出される空気の流入を受け、空気バブルを生成する空気バブル生成部をさらに含んでもよい。
【００１３】
また、本水循環装置は、前記水循環装置に浮力を提供する浮遊部をさらに含んでもよく、前記浮遊部には浮力を調節するための水注入口が配置されてもよい。
【００１４】
一方、本水循環装置は、前記水注入口に注入される水の量によって浮力を調節することができる。
【００１５】
また、前記散気管は、前記波形ドラフトチューブの胴体の外壁または内壁に沿って配置されてもよい。
【００１６】
上記目的を達成するための水循環装置における浮力調節方法において、前記水循環装置は、中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、前記胴体の下端部に設けられ、前記水域の底層に停滞した水の流入を受ける少なくとも一つのメイン流入口と、前記胴体の上端部に設けられ、前記流入した水を前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなるドラフトチューブ；前記波形ドラフトチューブ内に設けられ、前記メイン流入口と前記サブ流入口を介して流入した水が前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出されるように回転するインペラー；および浮力を提供する浮遊部；を備え、前記浮遊部に注入される水の量を調節することにより浮力を調節することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明の水循環装置によれば、波形ドラフトチューブの側壁に設けられ、水域の水が循環しないデッドゾーンの水を胴体の内部に流入させる多数のサブ流入口を備えることにより、水域におけるデッドゾーンの形成を防止して水域の水質を効率よく改善することができる。
【００１８】
また、酸素が足りない底層の水と、側面から流入する水とを混合させることにより、酸素不足水による水域への悪影響を最小化させることができ、底層と側面から流入した水を隣接水域の上層へ広く拡散させることができる。
【００１９】
また、水域底層の無酸素層に直接空気を供給することにより、底層の溶存酸素量を大きく増加させ、ひいてはバブルの形で空気を波形ドラフトチューブ内へ供給することにより、ドラフトチューブ内の水の上層速度が遅くなり、ドラフトチューブを介して流入した水が十分な時間酸素の供給を受けることができる。すなわち、単純に水を循環させるのではなく、水域の底層から上層まで移動させながら持続的に空気を水に供給することにより、必要な溶存酸素量を短時間内に水域へ供給することができる。
【００２０】
また、本発明の水循環装置の浮力を調節する方法によれば、本水循環装置の水に対する高さ調節を容易にセットし維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る水循環装置を示す図である。
【図２】図１に示した波形ドラフトチューブの側面図である。
【図３】図１に示した拡散部の平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る水循環装置を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る散気管の構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る散気管の構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る空気バブル生成部の断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る水循環装置を示す図である。
【図９】図８の実施形態を説明するために提供される図である。
【図１０】図８の実施形態を説明するために提供される図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る拡散部を説明するために提供される図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る水循環装置に使用される機械的および／または電気・電子的機能ブロックを説明するために提供される図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００２３】
下記の特定実施形態を記述するに当たり、種々の特徴的内容は発明をさらに具体的に説明し、当業者に理解させるために作成された。本発明を理解することができる程度に当該分野の知識を有する者は、このような種々の特徴的内容と均等なものを認知することができる。ある場合には、発明を記述するに際して、発明と大きな関連のない公知の部分は発明の要旨を無駄に乱すことを防ぐために記述しないことを予め言及しておく。
【００２４】
本明細書において、「水域」とは湖沼、湖、海、大河または河川などを意味する。
【００２５】
また、本明細書において、「波形ドラフトチューブ」とは、その側面に水の流入するサブ流入口を有し、皺状の胴体を持つドラフトチューブを意味する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態に係る水循環装置を概略的に示す図、図２は図１に示した波形ドラフトチューブの側面図である。
【００２７】
図１および図２を参照すると、水循環装置１００は、波形ドラフトチューブ１１０、インペラー１２０、駆動モーター１３０および多数のソーラーセル１４０を含む。波形ドラフトチューブ１１０は、胴体１１１、メイン流入口１１２、多数のサブ流入口１１３、および拡散部１４０を含む。
【００２８】
胴体１１１は、円筒状をし、水域１０の水中に設置される。胴体１１１の下端部にはメイン流入口１１２が設けられ、駆動モーター１３０によってインペラー１２０が回転するにつれて、水域１０の底層に溜まっている水がメイン流入口１１２を介して波形ドラフトチューブ１１０内に流入され、水域１０の中層にある水がサブ流入口１１３を介して流入される。ここで、胴体１１１の形状は例示的なものであって、胴体は、必ずしも円筒状である必要はなく、四角形の筒状、五角形の筒状、または六角形の筒状といった多様な形状であってもよい。また、胴体１１１は皺を持つ形状であってもよい。
【００２９】
図１に示すように、水域１０の底層には水域１０の上層より酸素の少ない低酸素領域が存在しうる。また、水温躍層(thermocline)１０ａを基準に、水域１０の上層は温度が相対的に高く、水域の底層は相対的に温度が低いので、底層に行くほど水圧が強くなる。したがって、インペラー１２０の回転によって、波形ドラフトチューブ１１０の上層に存在する水が波形ドラフトチューブ１１０の外（すなわち、ドラフトに隣接した水域の上層）へ移動すると、メイン流入口１１２またはサブ流入口１１３を介して、水域１０の底層または中層に存在する低酸素水および低温水が流入される。
【００３０】
好ましくは、水域１０の底層に停滞している低酸素水および低温水を波形ドラフトチューブ１１０内に流入させるために、胴体１１１の下端部を水域１０の底層に位置させる。水域１０の底層は水域毎に異なってもよく、一つの水域１０においても底層の深さは位置によって異なってもよい。よって、胴体１１１の長さを水域１０の水深によって調節できることが好ましい。本発明の一実施形態によれば、胴体１１１の長さが、水域の水深が深いところでは長くなり、水深が浅いところでは短くなるように、胴体１１１を皺管として形成する。胴体１１１の長さは遠隔コントローラによって自動的に調節されるようにしてもよい。
【００３１】
胴体１１１の側壁には、胴体１１１の長さ方向によって多数のサブ流入口１１３が設けられる。水域１０の水深は通常深いため、水をメイン流入口１１２を介してのみ循環させると、水深の中間地点における波形ドラフトチューブ１１０の周囲領域、それに隣接した領域または拡散部１１４の下部領域（以下、「デッドゾーン(dead zone)」という）では水が循環しないおそれがあるが、本発明の一実施例に係るサブ流入口１１３が胴体１１１の側壁に設けられることにより、そのような問題点を解決できる。
【００３２】
すなわち、デッドゾーンで循環しない水が多数のサブ流入口１１３を介して波形ドラフトチューブ１１０内に流入することにより、デッドゾーンで停滞した水が循環される。よって、水域１０に循環のなされないデッドゾーンが形成されることを防止することができる。このように、メイン流入口１１３を介して水を循環させるとともに、サブ流入口１１３によって、酸素が足りない底層の水と側面から流入する水とを混合させることにより、酸素不足水による水域の悪影響を最小化させることができる。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、多数のサブ流入口１１３の直径を水深の深さによって変化させてもよい。好ましくは、水域１０の上層に対応して設けられる多数のサブ流入口１１３は、水の上昇力を低下させることなく、デッドゾーンの水が流入しうる程度の直径を持たせる。
【００３４】
例えば、多数のサブ流入口１１３の直径は水域１０の上層から底層へ行くほど増加させる。このように底層に設けられた多数のサブ流入口１１３の直径を増加させると、水域１０の底層に存在する低温水および低酸素水が波形ドラフトチューブ１１０内に流入する速度を向上させることができる。勿論、多数のサブ流入口１１３は位置を問わずに同一の直径を持つように構成することも可能である。
【００３５】
図２に示すように、多数のサブ流入口１１３は波形円筒胴体１１１の円周方向に沿って設けられる。この際、同一の高さに位置する多数のサブ流入口１１３は互いに同一の直径を持ってもよく、これとは異なり、互いに異なる直径を持ってもよい。
【００３６】
拡散部１１４は、胴体１１１の上端部に設けられ、波形ドラフトチューブ１１０内に流入した水を隣接水域１０の上層へ排出する。流入した水は波形ドラフトチューブ１１０の自体の圧力によって波形ドラフトチューブ１１０の上端部に移動して拡散部１１４を介して隣接水域１０の上層へ排出される。
【００３７】
インペラー１２０は、波形ドラフトチューブ１１０の上側内部に設けられ、所定の方向に回転して波形ドラフトチューブ１１０の上側に移動した水が拡散部１１４を介して容易に排出されるようにする。インペラー１２０は、回転軸１２１、および回転軸１２１に結合した多数の羽根１２２からなる。回転軸１２１は、駆動モーター１３０に連結され、駆動モーター１３０から動力の供給を受けて所定の方向に回転する。回転軸１２１に連結された多数の羽根１２２は回転軸１２１の回転によって回転する。よって、波形ドラフトチューブ１１０の上側内部に移動した水は多数の羽根１２２が回転する方向に回転しながら拡散部１１４を介して排出される。
【００３８】
本発明の好適な実施形態によれば、メイン流入口とサブ流入口の面積は、メイン流入口を介して流入する水：サブ流入口を介して流入する水が７：３となるようにする。これは、サブ流入口を介して水があまり流入すると、メイン流入口を介して流入する水が少なくなって水域の底層の低酸素水が円滑に循環しないおそれがあり、逆に、サブ流入口を介しての水の流入量が少なければ、デッドゾーンが形成されるおそれがあるためである。
【００３９】
図３は図１に示した拡散部の平面図である。
【００４０】
図３を参照すると、拡散部１１４の上面には多数の案内突条１１４ａが設けられる。多数の案内突条１１４ａは、波形ドラフトチューブ１１０内で回転しながら上昇する水の回転方向に曲がった螺旋状構造を持つ。よって、回転しながら上昇する水が多数の案内突条１１４ａによって拡散部１１４の外側にガイドされ、その結果として、拡散部１１４は、前記水を隣接水域１０の上層へ容易に排出することができる。案内突条は、水が広く拡散するように案内する機能を備え、水の隣接水域へ円滑に排出されるように水が互いに干渉しないようにする。
【００４１】
再び図１を参照すると、多数のソーラーセル１４０は、駆動モーター１３０に隣接して設けられ、太陽光を用いて電源を蓄電する。蓄電された電源は、駆動モーター１３０へ供給され、駆動モーター１３０を稼動させる。駆動モーター１３０が太陽光によって蓄電された電源の供給を受けて稼動される構造を示したが、これは本発明の一実施形態に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、風力によって発電する装置を用いることも可能であり、取替可能な蓄電池を用いることも可能である。
【００４２】
このように、水循環装置１００を介して水域１０の底層に停滞していた水を循環させることにより、底層の低酸素水は上層の酸素水と混合されて底層における緑藻現象を防止することができる。また、底層の低温水が上層の高温水と混合されることにより、水域１０の温度成層化現象を防止することができる。その結果、水域１０の水質を改善することができる。
【００４３】
図４は本発明の他の実施形態に係る水循環装置を示す図である。但し、図４に示した構成要素のうち、図１に示した構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付し、それに対する具体的な説明は省略する。
【００４４】
図４に示した水循環装置１００は、波形ドラフトチューブ１１０の側壁に沿って設けられた散気管１５０をさらに備えるという点で、図１に示した水循環装置とは異なる。
【００４５】
散気管１５０は、コンプレッサー（図示せず）から外部空気の供給を受け、波形ドラフトチューブ１１０の内部へ空気を供給する。図４に示すように、散気管１５０の排出口１５１は、波形ドラフトチューブ１１０のメイン流入口１１２側に設けられてもよい。
【００４６】
このように、空気が波形ドラフトチューブ１１０の内部へ供給されると、水域１０の底層の無酸素層に直接空気が供給され、これにより底層の溶存酸素量を増加することができる。
【００４７】
より好ましくは、散気管１５０が空気バルブを波形ドラフトチューブ１１０へ供給されるようにする。このために、散気管１５０の構成を、空気バブルが供給できるようにする。空気バブルが波形ドラフトチューブ１１０内に供給されると、水の上昇速度が遅くなり、これにより波形ドラフトチューブを介して流入した水が十分な時間酸素の供給を受けることができる。本発明の一実施形態によれば、空気バブルは波形ドラフトチューブ１１０の下端から供給されるか、或いはインペラー１２０の下部領域へ供給される。以下、図５〜図７を参照して、空気バブルを供給する散気管の構成について説明する。
【００４８】
図５は本発明の一実施形態に係る散気管の構成を示す。図５を参照すると、散気管１５０の排出口１５１には空気バブルを生成するためのバブル生成部１６０が連結され、排出口１５１を介して排出される空気はバブル生成部１６０を介してバブルとして供給される。
【００４９】
空気バブル生成部１６０は、図７で後述するように、数多くの空気バブルを生成し、排出口１５１から供給された空気は微細孔１６３を介して排出される。
【００５０】
一方、微細孔１６３を介して排出される空気は、排出される瞬間、周囲の水の流れによって泡状となるが、微細孔１６３の直径が小さければ小さいほど微細なサイズの気泡が生成される。好ましくは、微細孔１６３の構造は、空気が水中へ放出されるときに周囲の水の流れによってうまく泡状となるように構成するとよい。
【００５１】
図５を再度参照すると、インペラー１２０の回転によって、インペラー１２０の周囲には急激な水の流れが存在し、そのような水の流れによって、微細孔１６３を介して排出される空気が微細に泡立てられる。
【００５２】
本発明の一実施形態に係る空気バブル生成部１６０は、円筒状をしており、適切な連結手段によって波形ドラフトチューブ１１０に取り付けられてもよい。一方、本空気バブル生成部１６０の円筒状と位置は例示的なものであって、その形状または位置が変更されてもよい。
【００５３】
また、図５には、散気管１５０が波形ドラフトチューブ１１０の側面を貫通して空気バブル生成部１６０へ空気を供給するものと示されている。これとは異なり、散気管１５０が波形ドラフトチューブ１１０の側面を貫通せず、波形ドラフトチューブ１１０の下部を介して（例えば、図４に示したように）上部へ延長されて空気バブル生成部１６０と連結されるようにする構成も可能である。
【００５４】
図６は本発明の他の実施形態に係る散気管の構成を示す。図６を参照すると、空気バブル生成部１６０が波形ドラフトチューブ１１０の下端に位置したという点で、図５の実施形態とは異なる。空気バブル生成部１６０が波形ドラフトチューブ１１０の下端に位置することがより空気バブルの効果を極大化することができるので、さらに好ましい。
【００５５】
図６に示した空気バブル生成部１６０は、適切な連結手段（図示せず）によって波形ドラフトチューブ１１０の下端に取り付けられてもよい。例えば、波形ドラフトチューブ１１０の端部１５７に輪またはリブを用いて空気バブル生成部１６０を取り付けてもよい。
【００５６】
図７は本発明の一実施形態に係る空気バブル生成部の断面図である。
【００５７】
図７を参照すると、本空気バブル生成部１６０は数多い微細孔１６３を含み、微細孔１６３は散気管１５０から空気の供給を受けた管路１６１に連結されている。上述したように、管路１６１を介して移動する空気は、微細孔１６３を介して排出され、排出の際に微細孔１６３の周囲の水流れによって泡立てられることにより空気バブルが生成される。一方、図７の空気バブル生成部は、図６の実施形態とは異なり、波形ドラフトチューブの上部方向と下部方向の両方ともに空気バブルを排出できるようになっている。
【００５８】
図８は本発明の他の実施形態に係る水循環装置を示す図、図９および図１０は図８の実施形態を説明するために提供される図である。
【００５９】
図８および図９を参照すると、本実施形態に係る水循環装置は、ドラフトチューブ８１０、拡散部８１４、インペラー８２０、ソーラーセル８４０、ブレード８４２、浮遊部８８０、微細気泡発生部８６０、脚部８６５、第１ベース８６７、第２ベース８６９、充電部８７１、コンプレッサー８７５、コントロール部８７７、浮遊部８８０、支持台８８１、および水注入口８８５を含む。
【００６０】
ここで、ドラフトチューブ８１０、拡散部８１４、インペラー８２０、ソーラーセル８４０、微細気泡発生部８６０などは、前の実施形態で詳細に説明しているので、ここでは別途説明しないことにする。但し、他の構成要素を説明するにおいて必要な程度において説明する。
【００６１】
ブレード８４２は、風力発電のためのものであって、外部からの風によって回転できる。ブレード８４２は風によって回転し、その回転力は増速器（図示せず）とカプラー（必要な場合にのみ）を介して発電器（図示せず）の回転子（図示せず）に連結される。回転子が回転することにより励起される起電力は、後述する充電部８７１に充電（または蓄電）される。風力発電のための技術的要素、例えばブレード、増速器、カプラー、および／または発電器自体に関する技術は本発明の要旨ではないので、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
浮遊部８８０は、ソーラーセル８４０、ブレード８４２、コンプレッサー８７５、コントロール部８７７、充電部８７１などの構成要素を水上に浮遊させることができる。本実施形態に係る浮遊部８８０は、中空の筒状をして、水に浮遊可能な材質から構成できる。
【００６３】
本発明の好適な実施形態によれば、浮遊部８８０は、支持台８８１を介して前記ソーラーセル８４０、ブレード８４２、コンプレッサー８７５、コントロール部８７７、充電部８７１などの構成要素と直接または／および間接に連結され、本水循環装置を水上に浮遊させる機能を有する。
【００６４】
また、本発明の好適な実施形態によれば、浮遊部８８０は水注入口８８５（図９および図１０に示す）を含む。水注入口８８５を介して浮遊部８８０の内部へ水が注入できる。図９を参照して後述するが、本水循環装置は水面との高さ調節（以下、「高さ調節」）が非常に重要である。
【００６５】
従来の技術の場合、機械的装置を用いて高さ調節を試みたが、高さ調節をセットし維持させることが難しい。これは水上で行う作業のためでもあるが、装置全体の重さが完全な均衡を持っていないためでもある。また、時間が経過するにつれて、装置の磨耗により、高さ調節をさらに行う必要性が発生するが、そのとき、新しく高さ調節を行うことも容易ではない。
【００６６】
本発明では、別途の複雑な装置を導入することなく、高さ調節を容易にセットすることが可能であり、それを維持させることも便利である。本発明は、浮遊部８８０に水注入口８８５が設けられており、浮遊部８８０に水を投入して浮力を調節することができる。２つの浮遊部８８０それぞれに水注入口８８５が設けられているので、本水循環装置の重さ均衡が完全でない場合でも、水注入口８８５に注入される水の量によってほぼ完全な均衡を維持させながら高さ調節をセットすることができる。多量の水が浮遊部８８０に入った場合には、ポンプなどを活用して水を排出するようにすることもでき、或いは、浮遊部８８０に水排出口（図示せず）をさらに設け、水排出口（図示せず）を介して排出するようにすることもできる。
【００６７】
このように、浮遊部８８０に投入される水によって高さ調節をセットすることができるので、上述したように、高さ調節のセットまたは管理を非常に容易に行うことができる。また、複雑な機械的装置を使用しないので、製造が便利で費用の面でも効率的である。
【００６８】
図８に示した浮遊部８８０は合計３つから構成されているが、これは例示的な個数に過ぎず、これより多く或いはさらに少なく構成することが可能である。また、水注入口８８５の位置または個数も変形可能である。
【００６９】
脚部８６５はドラフトチューブ８１０を第１ベース８６７に固定させ、第１ベース８６７には微細気泡発生部８６０がのせられる。微細気泡発生部８６０が第１ベース８６７にのせられることにより、水中に含まれた汚染物が微細気泡発生部８６０に堆積しなくなる。第２ベース８６９は、充電部８７１、コンプレッサー８７５およびコントロール部８７７を支持する。
【００７０】
充電部８７１は、ソーラーセル８４０またはブレード８４２を介して発電した電力を蓄えることができる。充電部８７１によって充電された電力は、コントロール部８７７の制御下にインペラー８２０を回転させるモーター（図示せず）に提供される。モーターは、図８には示されていないが、本発明の技術分野に属する当業者であれば、インペラー８２０を回転させることが可能な位置に適切に配置することができる。本発明の一実施形態によれば、第２ベース８６９の上面には充電部８７１、コンプレッサー８７５、およびコントロール部８７７が位置し、第２ベース８６９の下面にはモーター（図示せず）が位置する。
【００７１】
コンプレッサー８７５は微細気泡発生部８６０に空気を提供する。散気管（図示せず）を介して、コンプレッサー８２５は微細気泡発生部８６０に空気を提供する。散気管をドラフトチューブ８１０の内部または外部に沿って配置させることができる。散気管をドラフトチューブ８１０の外部に沿って配置させた例は図４にも図示されており、散気管をドラフトチューブの内部に配置させる構成も当業者が適切に行うことができる。
【００７２】
コントロール部８７７は、本水循環装置の機械的および／または電気・電子的装置を制御する。例えば、コントロール部８７７はソーラーセル８４０またはブレード８４２を介して発電した電気をインペラーへ供給することができる。コントロール部８７７がインペラー８２０へ電力を供給する方法について図１２を参照して詳細に説明する。
【００７３】
図９をさらに参照すると、水注入口８８５が浮遊部８８０に設けられたことが分かる。図示されてはいないが、水注入口８８５を塞ぐ栓がさらに設けられてもよい。
【００７４】
本発明の一実施形態によれば、ドラフトチューブには多数のサブ流入口８１３が設けられている。サブ流入口８１３の構造および機能は図１および図２の説明部分を参照されたい。例えば、サブ流入口８１３は図２に例示されたように水域の上層から下層へ行くほどその直径が可変する。一実施例によれば、下層に行くほどサブ流入口８１３の直径が大きくなりうる。
【００７５】
図１１は本発明の一実施形態に係る拡散部を説明するために提供される図である。
【００７６】
図１１に示すように、拡散部８１４が螺旋状構造をもって案内突条を備えることにより、水が回転しながら上昇し、上昇する水が案内突条によって拡散部８１４の外側へガイドされる。これによって、拡散部８１４は、案内突条によってガイドされた水を隣接水域の上層へ容易に排出できる。より詳細な説明は図３の説明部分を参照されたい。
【００７７】
図１２は本発明の一実施形態に係る水循環装置に使用される機械的および／または電気・電子的機能ブロックを説明するために提供される図である。
【００７８】
図１２を参照すると、本発明の一実施形態に係る水循環装置は、電力を獲得してインペラーを駆動させるために、ソーラーセル８４０、ブレード８８１、充電部８７１、コンプレッサー８７５、コントロール部８７７、およびモーター部８９１を含む。
【００７９】
本実施形態によれば、コントロール部８７７は、ソーラーセル８４０を介して発電した電力をモーター部８９１および／またはコンプレッサー８７５へ供給することができ、ソーラーセル８４０によって発電した電力のうち、残った電力は充電部８７１に蓄える。
【００８０】
一方、コントロール部８７７は、ソーラーセル８４０によって発電する電力がない場合、充電部８９３に蓄えられた電力をモーター部８９１へ供給する。
【００８１】
充電部８７１は、ソーラーセル８４０とブレード８４２を介して発電した電力を蓄える。
【００８２】
図１２の実施形態では、ブレードによって発電する電力を充電部８９３に蓄えるものと説明したが、これとは異なる構成にしてもよい。例えば、風が多い地域であれば、ブレードによって発電する電力を直ちにモーター部８９１へ供給し、残った電力を充電部８９３に蓄えることが可能である。
【００８３】
本発明の技術分野に属する者であれば、ソーラーセル８４０および／またはブレード８４２によって発電した電力を直ちにモーター部８９１またはコンプレッサー８７５へ供給するようにし、或いは充電部８９３に蓄えた後、必要に応じて使用するように構成することができる。
【００８４】
上述した図面に示された例の大きさおよび縮尺比率は、本発明を容易に説明するために縮小および／または拡大して表示されているので、実際ではこれと異なる大きさまたは縮尺比率でも具現できることを言及しておく。例えば、上述した図６に示した空気バブル生成部の微細孔の大きさは空気バブルの大きさより多少大きく示されているが、これは説明を容易にするためのもので、微細孔の実際直径は空気バブルの大きさに準じて或いはそれより小さく構成されていてもよい。
【００８５】
図１に示したインペラー１２０の形状は、あくまでも例示的なものであって、波形ドラフトチューブ１１０の上層にある水を隣接水域へ移動させることが可能な機能を持つものであれば、いずれの形状のインペラーでも使用可能である。
【００８６】
以上、本発明の好適な実施形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能なのはもとより、これらの変形実施は本発明の技術的思想または展望と区別して理解されてはならない。
【符号の説明】
【００８７】
１００ 水循環装置
１１０ ドラフトチューブ
１１１ 胴体
１１２ メイン流入口
１１３ サブ流入口
１１４ 拡散部
１１４ａ 案内突条
１２０ インペラー
１３０ 駆動モーター
１４０ ソーラーセル
１５０ 散気管
８４２ ブレード
８８０ 浮遊部
８６５ 脚部
８６７ 第１ベース
８６９ 第２ベース
８７１ 充電部
８７５ コンプレッサー
８７７ コントロール部
８８１ 支持台
８８５ 水注入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、前記胴体の下端部に設けられ、前記水域の底層に停滞した水の流入を受けるメイン流入口と、前記胴体の側壁に設けられ、側壁に隣接した水域の水の流入を受ける多数のサブ流入口と、前記胴体の上端部に設けられ、前記流入した水を前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなる波形ドラフトチューブと；
前記波形ドラフトチューブ内に設けられ、前記メイン流入口と前記サブ流入口を介して流入した水が前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出されるように回転するインペラーと；
前記インペラーを回転させる駆動モーターと；
前記波形ドラフトチューブの胴体の側壁に沿って設けられ、前記波形ドラフトチューブの内部へ空気を供給する散気管と；を含む、水循環装置。
【請求項２】
前記多数のサブ流入口は前記波形ドラフトチューブの胴体の側壁に沿って設けられ、前記多数のサブ流入口の直径は水域の上層から水域の底層に行くほど増加することを特徴とする、請求項１に記載の水循環装置。
【請求項３】
前記胴体は円筒状をし、前記多数のサブ流入口は前記胴体の円周方向に沿って配置されることを特徴とする、請求項２に記載の水循環装置。
【請求項４】
前記ドラフトチューブは、前記拡散部の上面に設けられ、前記拡散部を介して排出される水の回転方向にガイドするように構成された案内突条をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の水循環装置。
【請求項５】
前記空気を排出する前記散気管の排出口は前記波形ドラフトチューブの前記メイン流入口側に位置することを特徴とする、請求項４に記載の水循環装置。
【請求項６】
前記散気管の排出口から排出される空気の流入を受け、空気バブルを生成する空気バブル生成部をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の水循環装置。
【請求項７】
前記水循環装置に浮力を提供する浮遊部をさらに含み、前記浮遊部には浮力を調節するための水注入口が配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の水循環装置。
【請求項８】
前記水注入口に注入される水の量によって浮力を調節することを特徴とする、請求項７に記載の水循環装置。
【請求項９】
前記散気管は前記波形ドラフトチューブの胴体の外壁または内壁に沿って配置されることを特徴とする、請求項１に記載の水循環装置。
【請求項１０】
水循環装置における浮力調節方法において、
前記水循環装置は、中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、前記胴体の下端部に設けられ、前記水域の底層に停滞した水の流入を受ける一つのメイン流入口と、前記胴体の側壁に設けられ、側壁に隣接した水域の水の流入を受ける少なくとも一つのサブ流入口と、前記胴体の上端部に設けられ、前記流入した水を前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなるドラフトチューブと；
前記波形ドラフトチューブ内に設けられ、前記メイン流入口と前記サブ流入口を介して流入した水が前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出されるように回転するインペラーと；
浮力を提供する浮遊部と；を備え、
前記浮遊部に注入される水の量を調節することにより浮力を調節することを特徴とする、水循環装置における浮力調節方法。
【請求項１】
中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、前記胴体の下端部に設けられ、前記水域の底層に停滞した水の流入を受けるメイン流入口と、前記胴体の側壁に設けられ、側壁に隣接した水域の水の流入を受ける多数のサブ流入口と、前記胴体の上端部に設けられ、前記流入した水を前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなる波形ドラフトチューブと；
前記波形ドラフトチューブ内に設けられ、前記メイン流入口と前記サブ流入口を介して流入した水が前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出されるように回転するインペラーと；
前記インペラーを回転させる駆動モーターと；
前記波形ドラフトチューブの胴体の側壁に沿って設けられ、前記波形ドラフトチューブの内部へ空気を供給する散気管と；を含む、水循環装置。
【請求項２】
前記多数のサブ流入口は前記波形ドラフトチューブの胴体の側壁に沿って設けられ、前記多数のサブ流入口の直径は水域の上層から水域の底層に行くほど増加することを特徴とする、請求項１に記載の水循環装置。
【請求項３】
前記胴体は円筒状をし、前記多数のサブ流入口は前記胴体の円周方向に沿って配置されることを特徴とする、請求項２に記載の水循環装置。
【請求項４】
前記ドラフトチューブは、前記拡散部の上面に設けられ、前記拡散部を介して排出される水の回転方向にガイドするように構成された案内突条をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の水循環装置。
【請求項５】
前記空気を排出する前記散気管の排出口は前記波形ドラフトチューブの前記メイン流入口側に位置することを特徴とする、請求項４に記載の水循環装置。
【請求項６】
前記散気管の排出口から排出される空気の流入を受け、空気バブルを生成する空気バブル生成部をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の水循環装置。
【請求項７】
前記水循環装置に浮力を提供する浮遊部をさらに含み、前記浮遊部には浮力を調節するための水注入口が配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の水循環装置。
【請求項８】
前記水注入口に注入される水の量によって浮力を調節することを特徴とする、請求項７に記載の水循環装置。
【請求項９】
前記散気管は前記波形ドラフトチューブの胴体の外壁または内壁に沿って配置されることを特徴とする、請求項１に記載の水循環装置。
【請求項１０】
水循環装置における浮力調節方法において、
前記水循環装置は、中空の筒状をし、水域に位置する胴体と、前記胴体の下端部に設けられ、前記水域の底層に停滞した水の流入を受ける一つのメイン流入口と、前記胴体の側壁に設けられ、側壁に隣接した水域の水の流入を受ける少なくとも一つのサブ流入口と、前記胴体の上端部に設けられ、前記流入した水を前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出する拡散部とを含んでなるドラフトチューブと；
前記波形ドラフトチューブ内に設けられ、前記メイン流入口と前記サブ流入口を介して流入した水が前記胴体の上端部の隣接水域の上層へ排出されるように回転するインペラーと；
浮力を提供する浮遊部と；を備え、
前記浮遊部に注入される水の量を調節することにより浮力を調節することを特徴とする、水循環装置における浮力調節方法。
【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】
【公表番号】特表２０１２−５２８７１４（Ｐ２０１２−５２８７１４Ａ）
【公表日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１３８９０（Ｐ２０１２−５１３８９０）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００５１９６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３４２８２
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５１１２９５６１２）エココ カンパニー リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１０／００５１９６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３４２８２
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５１１２９５６１２）エココ カンパニー リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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