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JP7663195B2 - Water purification device and water purification method - Google Patents
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Description

本開示は、水質浄化装置及び水質浄化方法に関する。 This disclosure relates to a water purification device and a water purification method.

海洋、河川、ダム湖、湖沼等の水域に、生活排水、工場排水等に含まれる窒素、リン等の栄養塩が流れ込むと、植物プランクトンが大量に発生し、水域の底層では堆積する死骸の分解のため大量の酸素が消費され、貧酸素状態となる。この状態になると、無酸素でも分解可能な嫌気性細菌が支配的となり、分解時に発生する毒性をもった硫化水素又は硫化物により水域の生物が死滅することとなる。 When nutrients such as nitrogen and phosphorus contained in domestic and industrial wastewater flow into oceans, rivers, reservoirs, lakes, and other bodies of water, a large amount of phytoplankton is produced, and a large amount of oxygen is consumed to decompose the dead bodies that accumulate at the bottom of the body of water, resulting in an oxygen-deficient state. In this state, anaerobic bacteria that can decompose in the absence of oxygen become dominant, and the toxic hydrogen sulfide or sulfides produced during decomposition kill the organisms in the body of water.

一方、表層は光合成により酸素が豊富な状態であり、鉛直混合が適切に行われれば底層の貧酸素状態は発生しないが、実際の水域では、表層と底層間の温度差による密度の違いで発生する層(密度成層)が形成されることにより、鉛直混合が起こりにくい状態となっている。 On the other hand, the surface layer is oxygen-rich due to photosynthesis, and if vertical mixing is performed properly, oxygen deficiency in the bottom layer will not occur. However, in actual water bodies, layers (density stratification) are formed due to differences in density caused by temperature differences between the surface and bottom layers, making it difficult for vertical mixing to occur.

そのため、ポンプ機構を用いて強制的に水域に鉛直混合を生じさせる水質浄化装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。 For this reason, a water purification device has been proposed that uses a pump mechanism to forcibly cause vertical mixing in a water body (see, for example, Patent Document 1).

特許第4076824号公報Patent No. 4076824

特許文献1に記載されるような従来の水質浄化装置では、ポンプ機構によりパイプを通して表層の水と底層の水を中間層内に位置する吐水口まで送り、混合して吐出するようにしているので、吐水口から吐出される水の酸素濃度が薄まってしまい、底層に供給できる酸素量が不十分であった。 In conventional water purification devices such as that described in Patent Document 1, a pump mechanism sends the surface water and bottom water through a pipe to a water outlet located in the middle layer, where they are mixed and discharged. This means that the oxygen concentration in the water discharged from the water outlet is low, and the amount of oxygen that can be supplied to the bottom layer is insufficient.

本開示の目的は、水域の底層に効率的に酸素を供給することができる水質浄化装置及び水質浄化方法を提供することにある。 The objective of this disclosure is to provide a water purification device and a water purification method that can efficiently supply oxygen to the bottom layer of a water body.

幾つかの実施形態に係る水質浄化装置は、水域の表層内に配置される上部開口、及び前記水域の底層内に配置される下部開口を備えるパイプと、前記パイプ内に設けられ、前記上部開口と前記下部開口との一方を取水口とし、前記上部開口と前記下部開口との他方を吐水口とするように水を送るポンプ機構と、を有する。このような構成によれば、表層の水を上部開口からパイプ内に取り入れ、底層内で下部開口から吐出することで表層の水を直接底層に供給し、或いは、底層の水を下部開口からパイプ内に取り入れ、表層内で上部開口から吐出することで表層の水を対流により徐々に底層に供給することができるので、底層に効率的に酸素を供給することができる。 A water purification device according to some embodiments includes a pipe having an upper opening located in the surface layer of a water body and a lower opening located in the bottom layer of the water body, and a pump mechanism provided in the pipe for pumping water so that one of the upper opening and the lower opening serves as a water intake and the other serves as a water discharge. With this configuration, the water from the surface layer can be taken into the pipe from the upper opening and discharged from the lower opening in the bottom layer, thereby directly supplying the water from the surface layer to the bottom layer, or the water from the bottom layer can be taken into the pipe from the lower opening and discharged from the upper opening in the surface layer, thereby gradually supplying the water from the surface layer to the bottom layer by convection, thereby efficiently supplying oxygen to the bottom layer.

一実施形態において、前記水質浄化装置は、所定の水深における前記パイプ内の水の温度を測定する内部温度センサと、前記所定の水深における前記パイプ外の水の温度を測定する外部温度センサと、前記内部温度センサによる測定値と前記外部温度センサによる測定値との差分が所定の範囲に収まるように前記ポンプ機構の流量を制御する制御部と、を有する。このような構成によれば、前記内部温度センサによる測定値と前記外部温度センサによる測定値との差分が所定の範囲(例えば、±5℃以内、±4℃以内又は±3℃以内)に収まるように、ポンプ機構の流量を制限する、すなわち水をゆっくり送る(例えば、パイプ内を1~10mm/s、1~30mm/s又は1~100mm/sの速度で流れる流量で)ことにより、パイプを介したパイプ内外間の熱伝達によってパイプ内外間の水の温度差、したがって密度差をしっかりと低減しながら水を送ることができる。したがって、水を送る際の負荷つまり抵抗力となる、密度差に起因して生じる送られる水に働く浮力又は沈降力をしっかりと低減することができるので、ポンプ機構を低負荷で効率的に運転することができる。 In one embodiment, the water purification device has an internal temperature sensor that measures the temperature of the water inside the pipe at a predetermined depth, an external temperature sensor that measures the temperature of the water outside the pipe at the predetermined depth, and a control unit that controls the flow rate of the pump mechanism so that the difference between the measurement value by the internal temperature sensor and the measurement value by the external temperature sensor falls within a predetermined range. With this configuration, the flow rate of the pump mechanism is limited, i.e., the water is sent slowly (for example, at a flow rate that flows through the pipe at a speed of 1 to 10 mm/s, 1 to 30 mm/s, or 1 to 100 mm/s) so that the difference between the measurement value by the internal temperature sensor and the measurement value by the external temperature sensor falls within a predetermined range (for example, within ±5°C, within ±4°C, or within ±3°C), so that the water can be sent while firmly reducing the temperature difference of the water between the inside and outside of the pipe, and therefore the density difference, due to heat transfer between the inside and outside of the pipe through the pipe. Therefore, the buoyancy or sinking force acting on the sent water caused by the density difference, which becomes the load, i.e. the resistance force, when sending water can be firmly reduced, so that the pump mechanism can be operated efficiently with a low load.

一実施形態において、前記内部温度センサ及び前記外部温度センサは、前記吐水口における水の温度を測定する。このような構成によれば、ポンプ機構の負荷を簡単に効率的に低減することができる。また、吐出した水の再浮上又は再沈降をより確実に低減し、吐出した水を滞留させることができる。 In one embodiment, the internal temperature sensor and the external temperature sensor measure the temperature of the water at the water outlet. With this configuration, the load on the pump mechanism can be reduced simply and efficiently. In addition, the re-surfacing or re-sinking of the discharged water can be more reliably reduced, allowing the discharged water to remain.

一実施形態において、前記ポンプ機構は、前記パイプ内の流路断面積を低減させる絞り部と、前記絞り部内に配置されるインペラと、前記インペラを回転させる電動モータと、を有する。このような構成によれば、絞り部を設けたことにより、パイプ内の流路断面積が大きすぎる場合でも、大きすぎない適度な大きさのインペラを用いることができるので、電動モータを低すぎないエネルギー効率の良い適度な回転域で運転することができる。したがって、ポンプ機構のエネルギー効率を高めることができる。 In one embodiment, the pump mechanism has a throttling section that reduces the cross-sectional area of the flow passage in the pipe, an impeller disposed in the throttling section, and an electric motor that rotates the impeller. With this configuration, by providing the throttling section, even if the cross-sectional area of the flow passage in the pipe is too large, an impeller of a suitable size that is not too large can be used, and the electric motor can be operated at a suitable rotation range that is not too low and has good energy efficiency. Therefore, the energy efficiency of the pump mechanism can be improved.

一実施形態において、前記制御部は、前記内部温度センサ及び前記外部温度センサによらずに設定された大きめの流量となるように前記ポンプ機構の流量を制御した後に、前記内部温度センサによる測定値と前記外部温度センサによる測定値との前記差分が前記所定の範囲に収まるように前記ポンプ機構の流量を低減させる。このような構成によれば、ポンプ機構の流量を速やかに効率的に制御することができる。 In one embodiment, the control unit controls the flow rate of the pump mechanism to a larger flow rate set without using the internal temperature sensor and the external temperature sensor, and then reduces the flow rate of the pump mechanism so that the difference between the measurement value by the internal temperature sensor and the measurement value by the external temperature sensor falls within the predetermined range. With this configuration, the flow rate of the pump mechanism can be controlled quickly and efficiently.

幾つかの実施形態に係る水質浄化方法は、上部開口及び下部開口を備え、内部にポンプ機構が設けられるパイプを、水域の表層内に前記上部開口が位置し、前記水域の底層内に前記下部開口が位置するように配置する配置ステップと、前記上部開口と前記下部開口との一方を取水口とし、前記上部開口と前記下部開口との他方を吐水口とするように、前記ポンプ機構によって水を送る送水ステップと、を有する。このような構成によれば、表層の水を上部開口からパイプ内に取り入れ、底層内で下部開口から吐出することで表層の水を直接底層に供給し、或いは、底層の水を下部開口からパイプ内に取り入れ、表層内で上部開口から吐出することで表層の水を対流により徐々に底層に供給することができるので、底層に効率的に酸素を供給することができる。 In some embodiments, the water purification method includes an arrangement step of arranging a pipe having an upper opening and a lower opening and a pump mechanism inside so that the upper opening is located in the surface layer of a water area and the lower opening is located in the bottom layer of the water area, and a water supply step of supplying water by the pump mechanism so that one of the upper opening and the lower opening is a water intake port and the other of the upper opening and the lower opening is a water discharge port. With this configuration, the water from the surface layer can be directly supplied to the bottom layer by taking in the water from the upper opening into the pipe and discharging it from the lower opening in the bottom layer, or the water from the bottom layer can be taken in the pipe from the lower opening and discharging it from the upper opening in the surface layer, so that the water from the surface layer can be gradually supplied to the bottom layer by convection, thereby efficiently supplying oxygen to the bottom layer.

一実施形態において、前記送水ステップは、所定の水深における前記パイプ内の水の温度を測定する内部温度測定ステップと、前記所定の水深における前記パイプ外の水の温度を測定する外部温度測定ステップと、前記内部温度測定ステップによる測定値と前記外部温度測定ステップによる測定値との差分が所定の範囲に収まるように前記ポンプ機構の流量を制御する制御ステップと、を有する。このような構成によれば、前記内部温度測定ステップによる測定値と前記外部温度測定ステップによる測定値との差分が所定の範囲(例えば、±5℃以内、±4℃以内又は±3℃以内)に収まるように、ポンプ機構の流量を制限する、すなわち水をゆっくり送る(例えば、パイプ内を1~10mm/s、1~30mm/s又は1~100mm/sの速度で流れる流量で)ことにより、パイプを介したパイプ内外間の熱伝達によってパイプ内外間の水の温度差、したがって密度差をしっかりと低減しながら水を送ることができる。したがって、水を送る際の負荷つまり抵抗力となる、密度差に起因して生じる送られる水に働く浮力又は沈降力をしっかりと低減することができるので、ポンプ機構を低負荷で効率的に運転することができる。なお、前記内部温度測定ステップ及び前記外部温度測定ステップを行うタイミングは、どちらが先でもよいし、同時でも構わない。 In one embodiment, the water conveying step includes an internal temperature measuring step of measuring the temperature of the water inside the pipe at a predetermined depth, an external temperature measuring step of measuring the temperature of the water outside the pipe at the predetermined depth, and a control step of controlling the flow rate of the pump mechanism so that the difference between the measurement value obtained by the internal temperature measuring step and the measurement value obtained by the external temperature measuring step falls within a predetermined range. According to this configuration, the flow rate of the pump mechanism is limited, i.e., the water is conveyed slowly (for example, at a flow rate flowing through the pipe at a speed of 1 to 10 mm/s, 1 to 30 mm/s, or 1 to 100 mm/s) so that the difference between the measurement value obtained by the internal temperature measuring step and the measurement value obtained by the external temperature measuring step falls within a predetermined range (for example, within ±5°C, ±4°C, or ±3°C), thereby making it possible to convey water while firmly reducing the temperature difference, and therefore the density difference, between the water inside and outside the pipe due to heat transfer between the inside and outside of the pipe through the pipe. Therefore, the buoyancy or sinking force acting on the water being pumped due to density differences, which acts as a load or resistance when pumping water, can be effectively reduced, allowing the pump mechanism to operate efficiently with low load. Note that the timing of performing the internal temperature measurement step and the external temperature measurement step does not matter, and they can be performed either first or simultaneously.

一実施形態において、前記内部温度測定ステップ及び前記外部温度測定ステップでは、前記吐水口における水の温度を測定する。このような構成によれば、ポンプ機構の負荷を簡単に効率的に低減することができる。また、吐出した水の再浮上又は再沈降をより確実に低減し、吐出した水を滞留させることができる。 In one embodiment, the internal temperature measurement step and the external temperature measurement step measure the temperature of the water at the water outlet. With this configuration, the load on the pump mechanism can be reduced simply and efficiently. In addition, the re-surfacing or re-sinking of the discharged water can be more reliably reduced, allowing the discharged water to remain.

一実施形態において、前記制御ステップでは、前記内部温度測定ステップ及び前記外部温度測定ステップによらずに設定された大きめの流量となるように前記ポンプ機構の流量を制御した後に、前記内部温度測定ステップによる測定値と前記外部温度測定ステップによる測定値との前記差分が前記所定の範囲に収まるように前記ポンプ機構の流量を低減させる。このような構成によれば、ポンプ機構の流量を速やかに効率的に制御することができる。 In one embodiment, in the control step, the flow rate of the pump mechanism is controlled to a larger flow rate that is set independently of the internal temperature measurement step and the external temperature measurement step, and then the flow rate of the pump mechanism is reduced so that the difference between the measurement value in the internal temperature measurement step and the measurement value in the external temperature measurement step falls within the predetermined range. With this configuration, the flow rate of the pump mechanism can be controlled quickly and efficiently.

本開示によれば、水域の底層に効率的に酸素を供給することができる水質浄化装置及び水質浄化方法を提供することができる。 The present disclosure provides a water purification device and a water purification method that can efficiently supply oxygen to the bottom layer of a water body.

第1実施形態に係る水質浄化装置の配置図である。FIG. 1 is a layout diagram of a water purification device according to a first embodiment. 図1に示す水質浄化装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the water purification device shown in FIG. 1 . 第2実施形態に係る水質浄化装置の配置図である。FIG. 7 is a layout diagram of a water purification device according to a second embodiment.

以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態について詳細に例示説明する。 The following provides a detailed explanation of the embodiments of the present disclosure with reference to the drawings.

図1に示す第1実施形態に係る水質浄化装置1は、パイプ2、ポンプ機構3、内部温度センサ4、外部温度センサ5、制御部6、電源7、フロート8及びアンカー9を有しており、海洋、河川、ダム湖、湖沼等の水域10に配置されている。 The water purification device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 has a pipe 2, a pump mechanism 3, an internal temperature sensor 4, an external temperature sensor 5, a control unit 6, a power source 7, a float 8, and an anchor 9, and is placed in a body of water 10 such as the ocean, a river, a reservoir, or a lake.

水域10では、表層10aと底層10bの温度差による密度の違いにより層が形成されることにより、鉛直混合が起こりにくく、そのため、底層10bが汚染を生じるおそれのある貧酸素状態に陥りやすい状態となっている。水質浄化装置1は、ポンプ機構3を用いて強制的に水域10に鉛直混合を生じさせることで、底層10bに表層10aの酸素を供給し、それにより水質を浄化する装置である。なお、表層10aは、水域10の水面10cを形成する水の層であり、底層10bは、水域10の底面10dに接する水の層である。 In the water area 10, the difference in density between the surface layer 10a and the bottom layer 10b due to the temperature difference causes layers to form, making vertical mixing difficult, and therefore the bottom layer 10b is prone to becoming hypoxic, which may lead to contamination. The water purification device 1 is a device that uses a pump mechanism 3 to forcibly cause vertical mixing in the water area 10, supplying oxygen from the surface layer 10a to the bottom layer 10b, thereby purifying the water. The surface layer 10a is the layer of water that forms the water surface 10c of the water area 10, and the bottom layer 10b is the layer of water that contacts the bottom surface 10d of the water area 10.

パイプ2は、水域10内で鉛直方向に延びるように配置された筒状をなしている。また、パイプ2は、表層10a内に配置される上部開口2a、及び底層10b内に配置される下部開口2bを有しており、パイプ2の内部には、上部開口2aと下部開口2bとを連通させる流路が形成されている。上部開口2aは、パイプ2を径方向に貫通する複数の開口で構成されている。なお、上部開口2aは、単数の開口で構成してもよい。下部開口2bは、パイプ2の下端縁で形成される開口で構成されている。パイプ2は、厚みが例えば数mmのプラスチックフィルムで形成されている。したがって、パイプ2は、良好な熱伝導性を有しており、また、低コストである。また、パイプ2は、柔軟性を有しているので設置までの取り扱いが容易である。なお、パイプ2は、プラスチックフィルム以外の素材で形成してもよい。しかし、パイプ2は、熱伝導性を有する素材で形成することが好ましい。また、パイプ2は、柔軟な素材で形成することが好ましい。 The pipe 2 is cylindrical and extends vertically in the water area 10. The pipe 2 has an upper opening 2a disposed in the surface layer 10a and a lower opening 2b disposed in the bottom layer 10b, and a flow path is formed inside the pipe 2 to connect the upper opening 2a and the lower opening 2b. The upper opening 2a is composed of a plurality of openings that penetrate the pipe 2 in the radial direction. The upper opening 2a may be composed of a single opening. The lower opening 2b is composed of an opening formed at the lower end edge of the pipe 2. The pipe 2 is formed of a plastic film having a thickness of, for example, several mm. Therefore, the pipe 2 has good thermal conductivity and is low-cost. The pipe 2 is flexible and easy to handle until installation. The pipe 2 may be formed of a material other than the plastic film. However, it is preferable that the pipe 2 is formed of a material having thermal conductivity. It is also preferable that the pipe 2 is formed of a flexible material.

パイプ2は、下端部2cがアンカー9によって底面10dに接続されて保持されている。アンカー9は、複数の線状部材9aで構成されており、各々の線状部材9aの下端部には、底面10dに突き刺さって係止される係止部が設けられている。なお、アンカー9は、パイプ2の下端部2cを底面10dに接続して保持させることができる限り、任意の構成を有していてよい。 The lower end 2c of the pipe 2 is connected and held by the anchor 9 to the bottom surface 10d. The anchor 9 is composed of multiple linear members 9a, and the lower end of each linear member 9a is provided with a locking portion that is inserted into and locked into the bottom surface 10d. The anchor 9 may have any configuration as long as it can connect and hold the lower end 2c of the pipe 2 to the bottom surface 10d.

パイプ2は、上端部2dがフロート8に接続されて、フロート8の浮力により鉛直方向に引き伸ばされており、それにより、上部開口2aが表層10a内に配置されている。フロート8は、水に対する浮力を生じさせるものであればその構成は特に限定されない。なお、フロート8を用いずに、例えば、他の構造体等に機械的にパイプ2を接続することにより、上部開口2aを表層10a内に配置してもよい。 The upper end 2d of the pipe 2 is connected to the float 8 and is stretched vertically by the buoyancy of the float 8, so that the upper opening 2a is located within the surface layer 10a. There are no particular limitations on the configuration of the float 8, as long as it generates buoyancy in water. Note that, without using the float 8, the upper opening 2a may be located within the surface layer 10a, for example, by mechanically connecting the pipe 2 to another structure.

なお、アンカー9に代えて錘をパイプ2の下端部2cに設けることにより、パイプ2を鉛直方向に引き延ばす構成としてもよい。 In addition, a weight may be attached to the lower end 2c of the pipe 2 instead of the anchor 9, so that the pipe 2 can be stretched vertically.

パイプ2の上端面2eは水面10c上に飛び出しており、上端面2e上には、電源7と制御部6が配置されている。なお、電源7と制御部6を水中に配置するようにしても構わない。本実施形態ではポンプ機構3が低電力で駆動されるので、電源7は、例えば、太陽電池等の自然エネルギー発電装置と、当該装置で発電した電気を蓄える二次電池とで構成することができる。 The upper end surface 2e of the pipe 2 protrudes above the water surface 10c, and the power source 7 and the control unit 6 are disposed on the upper end surface 2e. The power source 7 and the control unit 6 may also be disposed underwater. In this embodiment, the pump mechanism 3 is driven by low power, so the power source 7 can be composed of, for example, a natural energy power generation device such as a solar cell and a secondary battery that stores the electricity generated by the device.

ポンプ機構3は、パイプ2内に設けられており、上部開口2aを取水口2fとし、下部開口2bを吐水口2gとするように水を送るように構成されている。また、ポンプ機構3は、パイプ2内の流路断面積を低減させる絞り部3aと、絞り部3a内に配置されるインペラ3bと、インペラ3bを回転させる電動モータ3cとで構成されている。電動モータ3cは、電源7及び制御部6に配線11を介して接続されている。ポンプ機構3は、絞り部3a内でインペラ3bが回転することにより、取水口2fから吐水口2gまで水を送ることができる。絞り部3aは段差状に流路を絞っているが、テーパ状に流路を絞る構成としてもよい。 The pump mechanism 3 is provided in the pipe 2 and is configured to send water so that the upper opening 2a serves as the water intake 2f and the lower opening 2b serves as the water discharge port 2g. The pump mechanism 3 is also configured with a throttle section 3a that reduces the cross-sectional area of the flow path in the pipe 2, an impeller 3b placed in the throttle section 3a, and an electric motor 3c that rotates the impeller 3b. The electric motor 3c is connected to the power source 7 and the control section 6 via wiring 11. The pump mechanism 3 can send water from the water intake 2f to the water discharge port 2g by rotating the impeller 3b in the throttle section 3a. The throttle section 3a narrows the flow path in a stepped manner, but may be configured to narrow the flow path in a tapered manner.

なお、ポンプ機構3はパイプ2の上部に配置されているが、例えば、パイプ2の下部又は上下方向中間部に配置しても構わない。しかし、パイプ2の上部に配置する方が、配線11が短くて済むので好ましい。 The pump mechanism 3 is disposed at the top of the pipe 2, but it may be disposed at the bottom of the pipe 2 or at the middle in the vertical direction. However, disposing it at the top of the pipe 2 is preferable because it requires a shorter wiring 11.

内部温度センサ4は、吐水口2gにおいてパイプ2内に配置されており、吐水口2gにおけるパイプ2内の水の温度を測定するように構成されている。外部温度センサ5は、吐水口2gにおいてパイプ2外に配置されており、吐水口2gにおけるパイプ2外の水の温度を測定するように構成されている。 The internal temperature sensor 4 is disposed inside the pipe 2 at the water outlet 2g and is configured to measure the temperature of the water inside the pipe 2 at the water outlet 2g. The external temperature sensor 5 is disposed outside the pipe 2 at the water outlet 2g and is configured to measure the temperature of the water outside the pipe 2 at the water outlet 2g.

制御部6は、内部温度センサ4による測定値と外部温度センサ5による測定値との差分が所定の範囲(例えば、±5℃以内、±4℃以内又は±3℃以内)に収まるようにポンプ機構3の流量を制御するように構成されている。 The control unit 6 is configured to control the flow rate of the pump mechanism 3 so that the difference between the measurement value from the internal temperature sensor 4 and the measurement value from the external temperature sensor 5 falls within a predetermined range (e.g., within ±5°C, within ±4°C, or within ±3°C).

図2に示すように、制御部6は、コンピュータ6aとドライバ6bとで構成されている。コンピュータ6aは、内部温度センサ4、外部温度センサ5及びドライバ6bと通信可能であり、内部温度センサ4による測定値と外部温度センサ5による測定値との差分を算出し、この差分に基いて電動モータ3cの目標回転数をドライバ6bに指示するように構成されている。ドライバ6bは、電源7及び電動モータ3cと電気的に接続されており、電動モータ3cの回転数が目標回転数になるように、電源7から電動モータ3cに供給する電圧又は電流を制御するように構成されている。 As shown in FIG. 2, the control unit 6 is composed of a computer 6a and a driver 6b. The computer 6a is capable of communicating with the internal temperature sensor 4, the external temperature sensor 5, and the driver 6b, and is configured to calculate the difference between the measurement value obtained by the internal temperature sensor 4 and the measurement value obtained by the external temperature sensor 5, and to instruct the driver 6b on the target rotation speed of the electric motor 3c based on this difference. The driver 6b is electrically connected to the power source 7 and the electric motor 3c, and is configured to control the voltage or current supplied from the power source 7 to the electric motor 3c so that the rotation speed of the electric motor 3c becomes the target rotation speed.

このような水質浄化装置1を用いる水質浄化方法は、配置ステップ及び送水ステップを有している。送水ステップは、内部温度測定ステップ、外部温度測定ステップ及び制御ステップを有している。 The water purification method using such a water purification device 1 has a placement step and a water supply step. The water supply step has an internal temperature measurement step, an external temperature measurement step, and a control step.

配置ステップは、パイプ2を、表層10a内に上部開口2aが位置し、底層10b内に下部開口2bが位置するように配置するステップである。送水ステップは、上部開口2aを取水口2fとし、下部開口2bを吐水口2gとするように、ポンプ機構3によって水を送るステップである。 The placement step is a step of placing the pipe 2 so that the upper opening 2a is located in the surface layer 10a and the lower opening 2b is located in the bottom layer 10b. The water supply step is a step of supplying water by the pump mechanism 3 so that the upper opening 2a becomes the water intake 2f and the lower opening 2b becomes the water discharge 2g.

このような送水ステップによれば、表層10aの水を上部開口2aからパイプ2内に取り入れ、底層10b内で下部開口2bから吐出することで、酸素が豊富な表層10aの水を直接底層10bに供給することができるので、底層10bに効率的に酸素を供給することができる。 According to this water supply step, the water from the surface layer 10a is taken into the pipe 2 from the upper opening 2a and discharged from the lower opening 2b in the bottom layer 10b, so that the oxygen-rich water from the surface layer 10a can be directly supplied to the bottom layer 10b, and oxygen can be efficiently supplied to the bottom layer 10b.

内部温度測定ステップは、吐水口2gにおけるパイプ2内の水の温度を内部温度センサ4によって測定するステップである。外部温度測定ステップは、吐水口2gにおけるパイプ2外の水の温度を外部温度センサ5によって測定するステップである。制御ステップは、制御部6により、内部温度測定ステップによる測定値と外部温度測定ステップによる測定値との差分が前記所定の範囲に収まるようにポンプ機構3の流量を制御するステップである。なお、内部温度測定ステップ及び外部温度測定ステップを行うタイミングは、どちらが先でもよいし、同時でも構わない。 The internal temperature measurement step is a step in which the temperature of the water inside the pipe 2 at the water outlet 2g is measured by the internal temperature sensor 4. The external temperature measurement step is a step in which the temperature of the water outside the pipe 2 at the water outlet 2g is measured by the external temperature sensor 5. The control step is a step in which the control unit 6 controls the flow rate of the pump mechanism 3 so that the difference between the measurement value in the internal temperature measurement step and the measurement value in the external temperature measurement step falls within the predetermined range. Note that the timing of performing the internal temperature measurement step and the external temperature measurement step does not matter, and they may be performed either first or simultaneously.

このような制御ステップによれば、内部温度測定ステップによる測定値と外部温度測定ステップによる測定値との差分が前記所定の範囲に収まるように、ポンプ機構3の流量を制限する、すなわち水をゆっくり送る(例えば、パイプ2内を1~10mm/s、1~30mm/s又は1~100mm/sの速度で流れる流量で)ことにより、パイプ2を介したパイプ2内からパイプ2外への熱伝達によってパイプ2内外間の水の温度差、したがって密度差をしっかりと低減しながら水を送ることができる。したがって、水を送る際の負荷つまり抵抗力となる、密度差に起因して生じる送られる水に働く浮力をしっかりと低減することができるので、ポンプ機構3を低負荷で効率的に、且つ低電力で運転することができる。また、ゆっくりと水を流すことでパイプ2内外間の圧力差が殆ど発生しないため、パイプ2を柔軟な素材で構成可能である。また、吐水口2gから出てくる水と吐水口2g周辺の水との温度差(密度差)が小さければ、吐水口2gから出てくる水が再上昇しにくく底層10bに滞留しやすい。 According to such a control step, the flow rate of the pump mechanism 3 is limited so that the difference between the measured value in the internal temperature measurement step and the measured value in the external temperature measurement step falls within the predetermined range, i.e., the water is sent slowly (for example, at a flow rate flowing through the pipe 2 at a speed of 1 to 10 mm/s, 1 to 30 mm/s, or 1 to 100 mm/s), and the temperature difference, and therefore the density difference, between the inside and outside of the pipe 2 can be reduced by heat transfer from the inside of the pipe 2 to the outside of the pipe 2 through the pipe 2. Therefore, the buoyancy acting on the water being sent due to the density difference, which becomes the load, or resistance, when sending water, can be reduced, so the pump mechanism 3 can be operated efficiently with low load and low power. In addition, since there is almost no pressure difference between the inside and outside of the pipe 2 by flowing water slowly, the pipe 2 can be made of a flexible material. In addition, if the temperature difference (density difference) between the water coming out of the water outlet 2g and the water around the water outlet 2g is small, the water coming out of the water outlet 2g is less likely to rise again and is more likely to remain in the bottom layer 10b.

また、本実施形態では、ポンプ機構3に絞り部3aを設けているので、パイプ2内の流路断面積が大きすぎる場合でも、大きすぎない適度な大きさのインペラ3bを用いることができるので、電動モータ3cを低すぎないエネルギー効率の良い適度な回転域で運転することができる。したがって、ポンプ機構3のエネルギー効率を高めることができる。 In addition, in this embodiment, the pump mechanism 3 is provided with a throttle section 3a, so that even if the flow passage cross-sectional area in the pipe 2 is too large, an impeller 3b of an appropriate size that is not too large can be used, and the electric motor 3c can be operated at an appropriate rotation range that is not too low and has good energy efficiency. Therefore, the energy efficiency of the pump mechanism 3 can be improved.

また、制御ステップでは、制御部6により、内部温度測定ステップ及び外部温度測定ステップによらずに、例えば、予め調査した水域10の温度分布、パイプ2の径寸法、及びパイプ2の軸長に基いて設定された大きめの流量となるようにポンプ機構3の流量(つまり電動モータ3cの回転数)を制御した後に、内部温度測定ステップによる測定値と外部温度測定ステップによる測定値との差分が前記所定の範囲に収まるようにポンプ機構3の流量を低減させてもよい。このような構成によれば、予め設定された「大きめの流量」により、取水口から吐水口への水の流れを速やか且つ確実に形成し、次いで流量を調整することができるので、ポンプ機構3の流量を速やかに効率的に制御することができる。 In the control step, the control unit 6 may control the flow rate of the pump mechanism 3 (i.e., the number of revolutions of the electric motor 3c) to a larger flow rate set based on the temperature distribution of the water area 10, the diameter dimension of the pipe 2, and the axial length of the pipe 2, which have been previously investigated, without relying on the internal temperature measurement step and the external temperature measurement step, and then reduce the flow rate of the pump mechanism 3 so that the difference between the measured value in the internal temperature measurement step and the measured value in the external temperature measurement step falls within the predetermined range. With this configuration, the previously set "larger flow rate" can quickly and reliably form a water flow from the water intake to the water discharge, and then the flow rate can be adjusted, so that the flow rate of the pump mechanism 3 can be quickly and efficiently controlled.

第1実施形態に係る水質浄化装置1では、ポンプ機構3が、上部開口2aを取水口2fとし、下部開口2bを吐水口2gとするように水を送るように構成されているが、図3に示す第2実施形態のように、ポンプ機構3を、下部開口2bを取水口2fとし、上部開口2aを吐水口2gとするように水を送るように構成してもよい。なお、図3において、図1に示す要素に対応する要素に同一の符号を付している。 In the water purification device 1 according to the first embodiment, the pump mechanism 3 is configured to send water so that the upper opening 2a serves as the water intake 2f and the lower opening 2b serves as the water discharge 2g. However, as in the second embodiment shown in FIG. 3, the pump mechanism 3 may be configured to send water so that the lower opening 2b serves as the water intake 2f and the upper opening 2a serves as the water discharge 2g. In FIG. 3, elements corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.

第2実施形態に係る水質浄化装置1を用いる水質浄化方法は、送水ステップが、下部開口2bを取水口2fとし、上部開口2aを吐水口2gとするように、ポンプ機構3によって水を送るステップとなる。このような送水ステップによれば、底層10bの水を下部開口2bからパイプ2内に取り入れ、表層10a内で上部開口2aから吐出することで、酸素が豊富な表層10aの水を対流により徐々に底層10bに供給することができるので、底層10bに効率的に酸素を供給することができる。 In the water purification method using the water purification device 1 according to the second embodiment, the water supply step is a step of supplying water by the pump mechanism 3 so that the lower opening 2b serves as the water intake 2f and the upper opening 2a serves as the water discharge 2g. According to this water supply step, water from the bottom layer 10b is taken into the pipe 2 from the lower opening 2b and discharged from the upper opening 2a in the surface layer 10a, so that the oxygen-rich water from the surface layer 10a can be gradually supplied to the bottom layer 10b by convection, and oxygen can be efficiently supplied to the bottom layer 10b.

また、制御ステップによれば、内部温度測定ステップによる測定値と外部温度測定ステップによる測定値との差分が前記所定の範囲に収まるように、ポンプ機構3の流量を制限することにより、パイプ2を介したパイプ2外からパイプ2内への熱伝達によってパイプ2内外間の水の温度差、したがって密度差をしっかりと低減しながら水を送ることができる。したがって、水を送る際の負荷となる、密度差に起因して生じる送られる水に働く沈降力をしっかりと低減することができるので、ポンプ機構3を低負荷で効率的に、且つ低電力で運転することができる。また、ゆっくりと水を流すことでパイプ2内外間の圧力差が殆ど発生しないため、パイプ2を柔軟な素材で構成可能である。また、吐水口2gから出てくる水と吐水口2g周辺の水との温度差(密度差)が小さければ、吐水口2gから出てくる水が再下降しにくく表層10aに滞留しやすい。 In addition, according to the control step, the flow rate of the pump mechanism 3 is limited so that the difference between the measured value in the internal temperature measurement step and the measured value in the external temperature measurement step falls within the predetermined range. This allows water to be pumped while thoroughly reducing the temperature difference between the inside and outside of the pipe 2, and therefore the density difference, due to heat transfer from the outside of the pipe 2 to the inside of the pipe 2 through the pipe 2. Therefore, the sinking force acting on the water being pumped due to the density difference, which is a load when pumping water, can be thoroughly reduced, so that the pump mechanism 3 can be operated efficiently with low load and low power. In addition, since there is almost no pressure difference between the inside and outside of the pipe 2 by flowing water slowly, the pipe 2 can be made of a flexible material. In addition, if the temperature difference (density difference) between the water coming out of the water outlet 2g and the water around the water outlet 2g is small, the water coming out of the water outlet 2g is less likely to fall again and is more likely to remain on the surface layer 10a.

その他の点は、第1実施形態に係る水質浄化装置1を用いる水質浄化方法の場合と同様である。 Other aspects are the same as in the water purification method using the water purification device 1 of the first embodiment.

前述した実施形態は本開示の一例であり、種々変更可能であることはいうまでもない。 The above-described embodiment is an example of the present disclosure, and it goes without saying that various modifications are possible.

例えば、前述した実施形態に係る水質浄化装置1及び水質浄化方法は、以下に述べるような種々の変更が可能である。 For example, the water purification device 1 and water purification method according to the above-described embodiment can be modified in various ways, as described below.

前述した実施形態に係る水質浄化装置1は、水域10の表層10a内に配置される上部開口2a、及び水域10の底層10b内に配置される下部開口2bを備えるパイプ2と、パイプ2内に設けられ、上部開口2aと下部開口2bとの一方を取水口2fとし、上部開口2aと下部開口2bとの他方を吐水口2gとするように水を送るポンプ機構3と、を有する限り、種々の変更が可能である。 The water purification device 1 according to the embodiment described above can be modified in various ways as long as it has a pipe 2 with an upper opening 2a located in the surface layer 10a of the water area 10 and a lower opening 2b located in the bottom layer 10b of the water area 10, and a pump mechanism 3 provided in the pipe 2 for sending water so that one of the upper opening 2a and the lower opening 2b serves as a water intake 2f and the other of the upper opening 2a and the lower opening 2b serves as a water discharge 2g.

しかし、水質浄化装置1は、所定の水深におけるパイプ2内の水の温度を測定する内部温度センサ4と、前記所定の水深におけるパイプ2外の水の温度を測定する外部温度センサ5と、内部温度センサ4による測定値と外部温度センサ5による測定値との差分が所定の範囲に収まるようにポンプ機構3の流量を制御する制御部6と、を有することが好ましい。 However, it is preferable that the water purification device 1 has an internal temperature sensor 4 that measures the temperature of the water inside the pipe 2 at a predetermined depth, an external temperature sensor 5 that measures the temperature of the water outside the pipe 2 at the predetermined depth, and a control unit 6 that controls the flow rate of the pump mechanism 3 so that the difference between the measurements by the internal temperature sensor 4 and the external temperature sensor 5 falls within a predetermined range.

また、内部温度センサ4及び外部温度センサ5は、吐水口2gにおける水の温度を測定することが好ましい。 It is also preferable that the internal temperature sensor 4 and the external temperature sensor 5 measure the temperature of the water at the water outlet 2g.

また、ポンプ機構3は、パイプ2内の流路断面積を低減させる絞り部3aと、絞り部3a内に配置されるインペラ3bと、インペラ3bを回転させる電動モータ3cと、を有することが好ましい。 The pump mechanism 3 preferably has a throttling section 3a that reduces the cross-sectional area of the flow path in the pipe 2, an impeller 3b that is disposed in the throttling section 3a, and an electric motor 3c that rotates the impeller 3b.

また、制御部6は、内部温度センサ4及び外部温度センサ5によらずに設定された大きめの流量となるようにポンプ機構3の流量を制御した後に、内部温度センサ4による測定値と外部温度センサ5による測定値との差分が前記所定の範囲に収まるようにポンプ機構3の流量を低減させることが好ましい。 In addition, it is preferable that the control unit 6 controls the flow rate of the pump mechanism 3 to a larger flow rate set without relying on the internal temperature sensor 4 and the external temperature sensor 5, and then reduces the flow rate of the pump mechanism 3 so that the difference between the measurement value obtained by the internal temperature sensor 4 and the measurement value obtained by the external temperature sensor 5 falls within the predetermined range.

また、前述した実施形態に係る水質浄化方法は、上部開口2a及び下部開口2bを備え、内部にポンプ機構3が設けられるパイプ2を、水域10の表層10a内に上部開口2aが位置し、水域10の底層10b内に下部開口2bが位置するように配置する配置ステップと、上部開口2aと下部開口2bとの一方を取水口2fとし、上部開口2aと下部開口2bとの他方を吐水口2gとするように、ポンプ機構3によって水を送る送水ステップと、を有する限り、種々の変更が可能である。 The water purification method according to the embodiment described above can be modified in various ways, so long as it includes an arrangement step of arranging a pipe 2 having an upper opening 2a and a lower opening 2b and a pump mechanism 3 installed therein so that the upper opening 2a is located within the surface layer 10a of the water area 10 and the lower opening 2b is located within the bottom layer 10b of the water area 10, and a water supply step of supplying water by the pump mechanism 3 so that one of the upper opening 2a and the lower opening 2b is a water intake 2f and the other of the upper opening 2a and the lower opening 2b is a water discharge 2g.

しかし、送水ステップは、所定の水深におけるパイプ2内の水の温度を測定する内部温度測定ステップと、前記所定の水深におけるパイプ2外の水の温度を測定する外部温度測定ステップと、内部温度測定ステップによる測定値と外部温度測定ステップによる測定値との差分が所定の範囲に収まるようにポンプ機構3の流量を制御する制御ステップと、を有することが好ましい。 However, it is preferable that the water supply step includes an internal temperature measurement step for measuring the temperature of the water inside the pipe 2 at a predetermined depth, an external temperature measurement step for measuring the temperature of the water outside the pipe 2 at the predetermined depth, and a control step for controlling the flow rate of the pump mechanism 3 so that the difference between the measurement value obtained by the internal temperature measurement step and the measurement value obtained by the external temperature measurement step falls within a predetermined range.

また、内部温度測定ステップ及び外部温度測定ステップでは、吐水口2gにおける水の温度を測定することが好ましい。 In addition, in the internal temperature measurement step and the external temperature measurement step, it is preferable to measure the temperature of the water at the water outlet 2g.

また、制御ステップでは、内部温度測定ステップ及び外部温度測定ステップによらずに設定された大きめの流量となるようにポンプ機構3の流量を制御した後に、内部温度測定ステップによる測定値と外部温度測定ステップによる測定値との差分が前記所定の範囲に収まるようにポンプ機構3の流量を低減させることが好ましい。 In addition, in the control step, it is preferable to control the flow rate of the pump mechanism 3 to a larger flow rate that is set regardless of the internal temperature measurement step and the external temperature measurement step, and then reduce the flow rate of the pump mechanism 3 so that the difference between the measurement value in the internal temperature measurement step and the measurement value in the external temperature measurement step falls within the predetermined range.

1 水質浄化装置
2 パイプ
2a 上部開口
2b 下部開口
2c 下端部
2d 上端部
2e 上端面
2f 取水口
2g 吐水口
3 ポンプ機構
3a 絞り部
3b インペラ
3c 電動モータ
4 内部温度センサ
5 外部温度センサ
6 制御部
6a コンピュータ
6b ドライバ
7 電源
8 フロート
9 アンカー
9a 線状部材
10 水域
10a 表層
10b 底層
10c 水面
10d 底面
11 配線
REFERENCE SIGNS LIST 1 Water purification device 2 Pipe 2a Upper opening 2b Lower opening 2c Lower end 2d Upper end 2e Upper end surface 2f Water intake 2g Water discharge 3 Pump mechanism 3a Throttle section 3b Impeller 3c Electric motor 4 Internal temperature sensor 5 External temperature sensor 6 Control section 6a Computer 6b Driver 7 Power supply 8 Float 9 Anchor 9a Linear member 10 Water area 10a Surface layer 10b Bottom layer 10c Water surface 10d Bottom surface 11 Wiring

Claims (5)

水域の表層内に配置される上部開口、及び前記水域の底層内に配置される下部開口を備えるパイプと、
前記パイプ内に設けられ、前記上部開口と前記下部開口との一方を取水口とし、前記上部開口と前記下部開口との他方を吐水口とするように水を送るポンプ機構と
所定の水深における前記パイプ内の水の温度を測定する内部温度センサと、
前記所定の水深における前記パイプ外の水の温度を測定する外部温度センサと、
前記内部温度センサによる測定値と前記外部温度センサによる測定値との差分が所定の範囲である±5℃以内に収まるように、前記ポンプ機構の流量を制御する制御部と、を有する、水質浄化装置。
a pipe having an upper opening disposed within a surface layer of a body of water and a lower opening disposed within a bottom layer of said body of water;
a pump mechanism provided in the pipe for pumping water so that one of the upper opening and the lower opening serves as a water intake and the other of the upper opening and the lower opening serves as a water discharge ;
an internal temperature sensor for measuring the temperature of the water in the pipe at a predetermined depth;
an external temperature sensor for measuring the temperature of the water outside the pipe at the predetermined water depth;
a control unit that controls the flow rate of the pump mechanism so that the difference between the measurement value obtained by the internal temperature sensor and the measurement value obtained by the external temperature sensor falls within a predetermined range of ±5°C .
前記制御部は、前記内部温度センサ及び前記外部温度センサによらずに設定された流量となるように前記ポンプ機構の流量を制御した後に、前記内部温度センサによる測定値と前記外部温度センサによる測定値との前記差分が前記所定の範囲に収まるように、前記ポンプ機構の流量を低減させるように制御する、請求項1に記載の水質浄化装置。The water purification device according to claim 1, wherein the control unit controls the flow rate of the pump mechanism to a set flow rate without relying on the internal temperature sensor and the external temperature sensor, and then controls the flow rate of the pump mechanism to be reduced so that the difference between the measurement value by the internal temperature sensor and the measurement value by the external temperature sensor falls within the specified range. 前記内部温度センサ及び前記外部温度センサは、前記吐水口における水の温度を測定する、請求項1又は2に記載の水質浄化装置。 The water purification device according to claim 1 or 2 , wherein the internal temperature sensor and the external temperature sensor measure the temperature of the water at the water outlet. 前記ポンプ機構は、前記パイプ内の流路断面積を低減させる絞り部と、前記絞り部内に配置されるインペラと、前記インペラを回転させる電動モータと、を有する、請求項1~3の何れか1項に記載の水質浄化装置。 The water purification device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pump mechanism includes a throttle section that reduces the cross-sectional area of the flow path in the pipe, an impeller disposed in the throttle section, and an electric motor that rotates the impeller. 上部開口及び下部開口を備え、内部にポンプ機構が設けられるパイプを、水域の表層内に前記上部開口が位置し、前記水域の底層内に前記下部開口が位置するように配置する配置ステップと、
前記上部開口と前記下部開口との一方を取水口とし、前記上部開口と前記下部開口との他方を吐水口とするように、前記ポンプ機構によって水を送る送水ステップと、を有し、
前記送水ステップは、所定の水深における前記パイプ内の水の温度を測定する内部温度測定ステップと、前記所定の水深における前記パイプ外の水の温度を測定する外部温度測定ステップと、前記内部温度測定ステップによる測定値と前記外部温度測定ステップによる測定値との差分が所定の範囲である±5℃以内に収まるように前記ポンプ機構の流量を制御する制御ステップと、を有する、水質浄化方法。
a placement step of placing a pipe having an upper opening and a lower opening, the pipe having a pump mechanism therein, such that the upper opening is located within a surface layer of the water body and the lower opening is located within a bottom layer of the water body;
a water supply step of supplying water by the pump mechanism so that one of the upper opening and the lower opening serves as a water intake port and the other of the upper opening and the lower opening serves as a water discharge port;
The water purification method includes an internal temperature measurement step of measuring the temperature of water inside the pipe at a predetermined depth, an external temperature measurement step of measuring the temperature of water outside the pipe at the predetermined depth, and a control step of controlling the flow rate of the pump mechanism so that the difference between the measurement value obtained by the internal temperature measurement step and the measurement value obtained by the external temperature measurement step falls within a predetermined range of ±5°C .
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