气体置换装置的制作方法

本发明涉及气体置换装置。

背景技术：

已知有一种气体置换装置，该气体置换装置向容器体的内部填充气体(例如氧)，对容器体内加压，使液体(例如水)在该容器体内流下，将原本溶解于液体中的气体(在大气压下原本溶解于液体中的气体，例如氮)置换为填充于容器体内的气体(例如氧)(即，例如将溶解于水中的气体由氮置换为氧)。

例如，在专利文献1中公开了一种气体置换装置，该气体置换装置向填充有气体(例如氧)的容器体内的上方喷出液体(例如水)，使液体向配置于容器体内的整流板流下。根据该气体置换装置，液体在整流板流下，从而将溶解于液体中的气体置换为向容器体内填充的气体(例如氧)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-086896号公报(例如图1)

技术实现要素：

发明要解决的课题

在此，通过将溶解于液体(例如水)中的气体置换为向容器体内填充的气体(例如氧)，原本溶解于液体中的气体(例如氮)从液体排出。

此时，在上述的现有技术中，由于是液体(例如水)在各整流板均匀流下的结构，通过置换从液体排出的气体(原本溶解于液体中的气体(例如氮))向顶棚侧的移动因流下的液体而受到限制。即，存在如下的问题：通过置换从液体(例如水)中排出的气体(例如氮)在容器体内滞留，由此由于填充于容器体内的气体(例如氧)的浓度(分压)降低，溶解于液体中的气体无法有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)。

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够将溶解于液体(例如水)中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的气体置换装置。

用于解决问题的手段

为了达到该目的，本发明的气体置换装置具备：容器体，气体被加压到大气压以上并填充于该容器体中；供给口，向所述容器体的内部供给所述气体；整流板，从所述容器体的内面壁突出形成，并且沿着所述内面壁延伸设置；流入口，配置在比所述整流板靠上方处，并且使液体从所述容器体的外部向内部流入；流出口，连接于所述内面壁的下端侧，并且使得向所述容器体的底部流下的液体朝向外部流出；以及排气口，配置在比所述整流板靠上方处，并且使得所述容器体的内部的气体向外部排出，其中，在配置所述整流板的区域具备在所述容器体的顶棚侧和底部侧具有开口的通气道，划分所述通气道和所述液体流下的流道。

发明效果

根据技术方案1所述的气体置换装置，在配置整流板的区域设置在容器体的顶棚侧和底部侧具有开口的通气道，因此，使得通过置换从液体(例如水)中排出的气体(例如氮)经由通气道，向容器体的顶棚侧移动，能够有效地从排气口排气。由此，具有如下效果：抑制向容器体内填充的气体(例如氧)的浓度(分压)降低，能够有效地将溶解于液体中的气体置换为向容器体内填充的气体(例如氧)。

另外，由于划分供液体(例如水)流下的流道和通气道，能够抑制通过置换从液体中排出的气体(例如氮)和液体的接触。因此，具有能够将溶解于液体中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的效果。

根据技术方案2所述的气体置换装置，除技术方案1所述的气体置换装置实现的效果之外，内面壁形成为截面圆形状，整流板沿着内面壁呈螺旋状延伸设置，因此，能够使得从流入口喷出的液体(例如水)沿内面壁的圆周方向旋转。

由此，在流下的液体的离心力作用下，在内面壁的轴附近形成不存在液体的空洞，并且通过置换从液体排出的气体(例如氮)和液体分离(质量比液体小的气体在离心力作用下集中于内面壁的轴附近)。因此，使得通过置换从液体排出的气体(例如氮)向顶棚侧移动，能够有效地从排气口排气。由此，具有如下效果：抑制向容器体内填充的气体(例如氧)的浓度(分压)降低，能够有效地将溶解于液体中的气体置换为向容器体内填充的气体(例如氧)。

另外，整流板呈螺旋状延伸设置，从流入口喷出的液体沿内面壁的圆周方向旋转，由此能够在整流板的表面形成薄的水膜。由此，具有如下效果：由于能够增大向容器体内填充的气体(例如氧)和液体的接触机会，能够有效地将溶解于液体中的气体置换为向容器体内填充的气体(例如氧)。

根据技术方案3所述的气体置换装置，除技术方案2所述的气体置换装置实现的效果之外，在内面壁的轴方向配置多个整流板，该多个整流板以切断螺旋的方式配置，并且在该切断各处沿内面壁的轴方向隔开配置，因此通过整流板整流而形成薄的水膜的液体(例如水)在多个整流板的切断各处的台阶流下(落下)，由此能够增大向容器体内填充的气体(例如氧)和液体的接触机会(在台阶落下的期间，能够使水膜的整个表面暴露于向容器体内填充的气体(例如氧))。因此，具有能够将溶解于液体中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的效果。

根据技术方案4所述的气体置换装置，除技术方案2或3所述的气体置换装置实现的效果之外，通气道配置在比整流板靠内面壁的轴侧处，因此能够将由边旋转边流下的液体(例如水)在内面壁的轴附近形成的空洞的一部分作为通气道，从而能够省略用于设置通气道的空间，具有能够抑制气体置换装置的制造成本的效果。

另外，在沿内面壁的轴方向观察时，排气口配置在至少与通气道的顶棚侧的开口重叠的位置，因此使得通过置换从液体排出的气体(例如氮)经由通气道向顶棚侧移动，能够有效地从排气口排气。由此，具有如下效果：抑制向容器体内填充的气体(例如氧)的浓度(分压)降低，能够有效地将溶解于液体中的气体置换为向容器体内填充的气体(例如氧)。

根据技术方案5所述的气体置换装置，除技术方案4所述的气体置换装置实现的效果之外，设置有配置在配置整流板的区域的下方并且形成为朝向容器体的底部侧变窄的圆锥形状的壁面的缩径部件，该缩径部件的上端的外周连接于内面壁并且下端设有开口部，因此，向缩径部件流下的液体(例如水)维持离心力，能够使积存于容器体的底部的液体产生旋涡。

由此，通过置换从液体排出的气体(例如氮)的气泡在离心力作用下集中于旋涡中心的同时浮出液面，因此通过置换从液体排出的气体(例如氮)经由通气道向顶棚侧移动，能够从排气口有效地排气。因此，具有如下效果：抑制向容器体内填充的气体(例如氧)的浓度(分压)降低，能够有效地将溶解于液体中的气体置换为向容器体内填充的气体(例如氧)。

根据技术方案6所述的气体置换装置，除技术方案5所述的气体置换装置实现的效果之外，缩径部件具有配置在其上端并且连通缩径部件的内周侧和外轴侧的连通口，因此，能够使得通过置换从液体(例如水)中排出的气体(例如氮)的气泡从缩径部件的外轴侧向内周侧移动。由此，能够抑制通过置换从液体排出的气体(例如氮)滞留在容器体的底部侧(缩径部件的外周侧)。因此，具有如下效果：能够抑制向容器体内填充的气体(例如氧)的浓度(分压)降低，能够有效地将溶解于液体中的气体置换为向容器体内填充的气体(例如氧)。

根据技术方案7所述的气体置换装置，除技术方案6所述的气体置换装置实现的效果之外，由于具备配置在开口部的下方的缓冲部件，抑制从缩径部件的下端的开口部流下的液体(例如水)与容器体的底面(积存在容器体的底部的液体)碰撞，能够抑制通过置换而溶解于液体的气体(例如氧)从液体排出。因此，具有能够将溶解于液体中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的效果。

另外，缓冲部件具备向容器体的底部侧凹陷设置的凹设面，因此，形成沿着缓冲部件的凹设面并朝向上方的流动，能够使得通过置换从液体排出的气体(例如氮)的气泡经由连通口向缩径部件的内周侧移动。由此，由于能够抑制通过置换从液体排出的气体(例如氮)滞留在容器体的底部侧(缩径部件的外周侧)，因此能够抑制向容器体内填充的气体(例如氧)的浓度(分压)降低。因此，具有能够将溶解于液体中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的效果。

根据技术方案8所述的气体置换装置，除技术方案4至7中任一项所述的气体置换装置实现的效果之外，由于通气道的下端位于比配置整流板的区域的下端靠上方处，即便是在容器体的底部积存的液体(例如水)的液位位于比通气道的下端靠下方处的情况，能够在通气道的下端和液面之间的空间周围形成旋转的液体的流道。由此，由于使得通过置换从液体排出的气体(例如氮)经由通气道向顶棚侧移动，能够从排气口有效地排气，因此能够抑制向容器体内填充的气体(例如氧)的浓度(分压)降低。因此，具有能够将溶解于液体中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的效果。

根据技术方案9所述的气体置换装置，除技术方案2至8的任一项所述的气体置换装置实现的效果之外，供给口及排气口配置在容器体的顶棚面，供给口的配置位置位于比排气口的配置位置靠向内面壁侧处，因此，能够增大向容器体内填充的气体(例如氧)和液体(例如水)的接触机会。因此，具有能够将溶解于液体中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的效果。

根据技术方案10所示的气体置换装置，除技术方案2至9中任一项所述的气体置换装置实现的效果之外，排气口配置在容器体的顶棚面，并且形成有从容器体的顶棚侧朝向底部侧扩径的扩径部，在沿内面壁的轴方向观察时，通气道的顶棚侧的开口配置在形成排气口的扩径部的区域内，因此能够在扩径部留住通过置换从液体(例如水)中排出的气体(例如氮)。由此，能够从排气口有效地排出通过置换从液体排出的气体(例如氮)，并且能够抑制通过置换从液体排出的气体(例如氮)和液体的接触。因此，具有能够将溶解于液体中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的效果。

根据技术方案11所述的气体置换装置，除技术方案2至10中任一项所述的气体置换装置实现的效果之外，以液体(例如水)的喷出方向朝向整流板的延伸设置方向的姿势配置流入口，因此，能够抑制从流入口流入的液体冲撞整流板或内面壁而减弱液体的推力。即，通过提高流下的液体的离心力而在整流板的表面形成薄的水膜，能够增大向容器体内填充的气体(例如氧)和液体的接触机会。另外，通过提高液体的离心力，能够提高通过置换从液体排出的气体(例如氮)和液体的分离效果。因此，具有能够将溶解于液体中的气体有效地置换为向容器体内填充的气体(例如氧)的效果。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的气体置换装置的截面图。

图2的(a)是图1的iia-iia线处的气体置换装置的截面图，(b)是图1的iib-iib线处的气体置换装置的截面图，(c)是图1的iic-iic线处的气体置换装置的截面图，(d)是图1的iid-iid线处的气体置换装置的截面图。

图3是气体置换装置的局部截面立体图。

图4是气体置换装置的局部放大截面图。

图5的(a)是第二实施方式的气体置换装置的局部放大截面图，(b)是第三实施方式的气体置换装置的局部放大截面图。

具体实施方式

以下，参考附图就本发明的优选实施方式进行说明。首先，参照图1及图2说明气体置换装置1的整体构成。图1是本发明的一实施方式的气体置换装置1的截面图。图2的(a)是图1的iia-iia线处的气体置换装置1的截面图，图2的(b)是图1的iib-iib线处的气体置换装置1的截面图，图2的(c)是图1的iic-iic线处的气体置换装置1的截面图，图2的(d)是图1的iid-iid线处的气体置换装置1的截面图。此外，为了容易理解，在图1中省略气体置换装置1的一部分而示出，并且省略一部分的阴影来示出，在图2中，省略气体置换装置1的一部分而示出。

气体置换装置1是用于例如将溶解于从河川、湖沼等被净化水域取水的水(污浊水)中的气体置换为氧并将得到的处理水再次供给(流出，送水)到被净化水域的装置。在将由该气体置换装置1所处理(溶解氧后)的水供给到被净化水域的情况下，该被净化水域中的溶解氧(do)量增加，使该被净化水域的微生物活性化。其结果，能够促进该被净化水域中的有机物的分解，提高该被净化水域的水质。

如图1及图2所示，气体置换装置1是设置在成为底座的基座b上的装置，由不锈钢钢材、硬质合成树脂(例如，frp等)等具有耐腐蚀性的材料形成，并且具备容器体10，该容器体10具有耐压性，即便将其内部的压力加压到大气压以上也不会破损。

容器体10包括呈球状弯曲的顶棚面11、从该顶棚面11的端部(周缘部)朝向容器体10的底部侧(基座b侧)延伸设置的横截面圆形状的内面壁12、以及连接于其内面壁12的下端设置的底面13，在容器体10内形成横截面圆形状的内部空间。

此外，在以下的说明中，将内面壁12的轴定义为轴o，将容器体10的顶棚面11侧定义为顶棚侧，将容器体10的底面13侧定义为底部侧。

容器体10的上表面(图1的上侧的面)连接有用于从氧供给源供给氧的氧供给管道20，在顶棚面11开口形成有作为该氧的供给口的供给口21。另外，在氧供给管道20设置有由电磁阀构成的氧供给阀22。

另外，在容器体10的上表面(图1的上侧的面)的中央连接有用于排出容器体10内的气体的排气管道30，在顶棚面11开口形成有排气口30a。在排气口30a形成有扩径部30a1，该扩径部30a1的开口从顶棚侧向底部侧去扩径，在沿轴o方向观察时，在比扩径部30a1的下端的外周靠向内面壁12侧处配置供给口21。另外，在排气管道30设置有由电磁阀构成的排气阀30b，通过后述的控制装置120控制其开闭。

通过在关闭排气阀30b的状态下调整氧供给阀22的开度，向容器体10内供给氧，通过在关闭氧供给阀22的状态下打开排气阀30b，伴随后述的由气体置换装置1进行的置换处理而产生的气体(在本实施方式中为氮)排出到容器体10的外部。

另外，在容器体10的上表面连接有用于手动排出容器体10内的气体的排气管道31，在顶棚面11开口形成有排气口31a。在该排气管道31设置有能够通过手动进行开闭的排气阀31b，能够适当地排出容器体10内的气体。

此外，作为氧供给源，例如例示出加压注入氧的高压氧气瓶。但是，并不是一定限定于此，作为氧供给源，例如也可以使用能够抽取大气中的氧(氧气)而加压并供给该氧的氧产生装置等。

另外，在容器体10的上表面连接有流入管40，在从顶棚面11向下方突出的位置开口形成流入口41，其中，所述流入管40用于使通过泵(未图示)从河川、湖沼等被净化水域取得的水(污浊水)流入容器体10内。即，流入管40以朝着后述的整流板50a的上表面(图1的上侧的面)的姿势配置(参照图2的(b))，从泵取得的水从流入口41向整流板50a的上表面流下。

在内面壁12沿轴o方向等间隔(从轴o方向上侧向整流板50a、50b、50c、50d、50e、50f的顺序)配置有呈螺旋状延伸设置的多个(本实施方式中为6个)整流板50a～50f，在整流板50a的上游侧的端部的上方配置有流入口41。

整流板50a～50f形成为从内面壁12朝向轴o突出的板状，分别延伸设置于内面壁12的半周。整流板50a～50f分别相互错开180°相位设置，以各整流板50a～50f的下游侧的端部和上游侧的端部轴o方向隔开的姿势配置(例如，整流板50a的下游侧的端部和整流板50b的上游侧的端部之间形成轴o方向的台阶，在各整流板50b～50f各自之间也同样形成轴o方向的台阶)。即，各整流板50a～50f以切断螺旋的方式配置，并且在其切断处沿轴o方向形成台阶(参照图3)。

在沿轴o方向观察的内面壁12的中心配置圆筒状的通气道60，该通气道60在顶棚侧和底部侧具备开口。通气道60的外径设定为比扩径部30a1的下端的内径小，在沿轴o方向观察下，通气道60配置在比扩径部30a1的下端的内周靠向轴o侧的位置(参照图2的(d))。即，排气口30a设置在沿轴o方向观察下与通气道60的顶棚侧的开口重合的位置。

另外，在通气道60的外周面连接整流板50a～50f的内周。由此，通气道60借助整流板50a～50f被内面壁12支承，因此，无需在内面壁12的中心另外设置用于支承通气道60的部件，从而能够抑制部件个数。

在通气道60的外周面的下端(图1的下侧的端部)连接整流板50f，通气道60的下端配置成位于比整流板50f的下游侧的端部靠上方处。在与该整流板50f的下游侧的端部大致相同高度位置配置有朝向容器体10的底部侧去变窄的圆锥形状的缩径部件70。

缩径部件70通过其上端的外周连接于内面壁12，形成为与内面壁12连接设置的壁面，并包括沿着其上端侧的圆周方向等间隔配置的多个(本实施方式中为6个)连通口71、配置在该连通口71的叶片部72、在下端开口形成的开口部73。通过该缩径部件70，划分容器体10的内部的顶棚侧和底部侧。

连通口71是连通缩径部件70的内周侧和外周侧的孔，通过在缩径部件70的壁面上施加切口，该切口部分通过向缩径部件70的内周侧弯曲而形成，该弯曲部分相当于叶片部72。即，叶片部72作为连接设置于缩径部件70的内周面的板形成，整流板50a～50f的螺旋的旋转方向(在螺旋流下的水的旋转方向)侧的端部向缩径部件70的内周侧伸出而形成(例如，图1的中央的叶片部72向右侧的端部向纸面跟前侧伸出而形成)。

叶片部72连接于连通口71中与水的旋转方向相反一侧的端部，连通口71以其开口朝向水的旋转方向侧的姿势形成(例如，图1的中央的连通口71以其开口朝向右侧的姿势形成)。

开口部73通过对缩径部件70的下端施加切口而形成圆形的开口，在开口部73的下部配置缓冲部件80。缓冲部件80具备向容器体10的底部侧呈球状凹陷设置的凹设面81，该凹设面81的外缘形成为比开口部73的直径大。另外，开口部73配置在比凹设面81的外缘靠下方处，并且配置成在沿轴o方向观察下位于比凹设面81的外缘靠内侧处。

在容器体10的比缓冲部件80靠底部侧的侧面(图1的右侧的面)配置有连通容器体10的内部和外部的圆筒状的流出管90，在容器体10的内部侧开口形成流出口91。流出口91通过倾斜切割流出管90的端部而形成椭圆形的开口，流出管90以其流出口91朝向顶棚侧的姿势配置。

另外，在容器体10的侧面配置有用于检测容器体10内的水的水位(水面s的高度位置)的检测器100、110、以及用于控制氧供给阀22及排气阀30b的控制装置120。

检测器100包括由玻璃、树脂等透光性材料构成的水位表101、以及检测该水位表101内的液面位置的水位传感器102。水位表101形成为圆筒状，并且其两端连通于容器体10的内部，其上方的一端连通于整流板50b的上方的内面壁12，下方的另一端连通于与开口部73大致同等高度位置的内面壁12。水位传感器102配置在与通气道60的下端相同高度的位置。

检测器110是具备传感器部111以及形成为能够在水面漂浮的浮子部112的水位传感器，配置在与通气道60的下端相同高度的位置。

水位表101内的液面因贮存在容器体10的底部侧的水的水位(水面s)上升或下降而上升或下降，通过水位传感器102检测该液面位置。另外，浮子部112因水位上升或下降而上升或下降，通过传感器部111根据该浮子部112的高度位置检测水位。

控制装置120根据检测器100、110检测的水位控制氧供给阀22的开闭，以使水位成为通气道60的下端的高度的方式调整氧的供给量(容器体10内的气压)。此外，氧供给阀22也可以是通过定时器控制开闭的结构。

在此，形成为相比于从水位传感器102(通气道60的下端)到顶棚面11的长度l1，从底面13到水位传感器102(通气道60的下端)的长度l2更长。即，通过控制装置120控制水位，以使相比于在容器体10的内部填充的氧的容量，贮存在容器体10的内部的水的容量变大。由此，贮存的水成为壁，能够抑制向容器体10内填充的氧和水一起从流出管90流出。

另外，控制装置120根据用于检测从流出管90流出的水的溶解氧量的传感器(未图示)及用于检测容器体10内的氧浓度的传感器(未图示)的检测结果，控制排气阀30b的开闭，在容器体10内的氧浓度、水的溶解氧量成为预定以下的情况下打开排气阀30b。此外，排气阀30b也可以是通过定时器断断续续地开闭的结构。另外，也可以是在容器体10的上表面(顶棚面11)适当设置手动的氧供给阀、安全阀或压力阀。

接下来，参照图3及图4，说明通过如上述那样构成的气体置换装置1将溶解于水的气体置换为氧的方式。图3是气体置换装置1的局部截面立体图。图4是气体置换装置1的局部放大截面图。此外，图3及图4中双点划线箭头分别表示容器体10中水的移动路径。

如图3及图4所示，通过未图示的泵取水，溶解有氮的水(污浊水)从流入口41向将氧加压到大气压以上并填充的容器体10内(移动路径c1)。容器体10内的氧的压力被加压到比大气压稍高的压力，在本实施方式中，加压到0.05mpa的压力。

在此，由于以水的喷出方向朝向整流板50a的上表面的姿势配置流入口41，因此从流入口41喷出的水沿着整流板50a的上表面呈螺旋状旋转并流下，得到整流(移动路径c2)。

由此，在整流板50a的上表面旋转并流下的水与氧接触，水中溶解氧，从水中排出原本溶解在水中的氮(在大气压下原本溶解于水中的气体)。即，相对于在大气压下溶解于水中的氮，以比其高的压力向容器体10内填充氧，因此通过该压力差将溶解于水中的气体由氮置换为氧(气体在水中的溶解度与气体的压力成比例，混合气体的情况下，与其分压成比例(亨利定律))。

由于从水中排出的氮比水的质量小，因此在水的离心力作用下被分离，集中于轴o(通气道60的外周面)附近。此时，水沿着内面壁12的圆周方向呈螺旋状旋转并流下，在通气道60的外周面和流下的水之间形成没有水的空洞，因此能够使氮经由该空洞朝向顶棚侧移动。

由此，由于能够使氮从排气口30a有效地排出，因此能够抑制氮在容器体10的内部滞留。因此，能抑制容器体10的内部的氧的浓度(分压)降低，能够使溶解于水中的氧量增大(即，如果容器体10内的氮的分压升高，则阻碍置换为氧)。

在此，由于水粘性高，通过使水在容器内自由落下，不能形成薄水膜，因此无法确保水和氧的接触面积。相对于此，根据本实施方式的气体置换装置1，由于多个整流板50a～50f呈螺旋状延伸设置在内面壁12，因此，水在呈螺旋状旋转的同时被整流板50a～50f整流，与水通过自由落下而流下的情况相比，能够在整流板50a～50f的表面形成更薄的水膜。

进一步，由于水从螺旋状的整流板50a～50f的上表面流下，与水自由落下的情况相比，能够拉长流下的距离。因此，能够增大水和氧的接触机会。另外，在沿轴o方向观察下，在比扩径部30a1的下端的外周靠内面壁12侧处配置供给口21，因此，能够增大沿着内面壁12的圆周方向旋转并流下的水和氧的接触机会。

在整流板50a的上表面旋转的水通过呈螺旋状下降倾斜的整流板50a，在保持离心力(旋转力)的状态下向整流板50b流下(移动路径c3)。从整流板50a向整流板50b流下的水在该离心力作用下，在整流板50b的上表面旋转并被整流(移动路径c4)，之后，绕过与移动路径c3、c4同样地移动路径，在各整流板50c～50f流下。

此时，由于配置为相对于整流板50a～50f的下游侧的端部，上游侧的端部在轴o方向上隔开更多(例如，配置为相对于整流板50a的下游侧的端部，整流板50b的上游侧的端部更向轴o方向下侧隔开)，因此当水在各整流板50a～50f彼此间的台阶流下(落下)时(参照移动路径c3)，能够增大水和氧的接触机会。即，由于能够使成为薄的水膜的水的整个面暴露于氧中(氧夹着水膜)，能够使水和氧的接触面积增大。

另外，以呈螺旋状下降倾斜的姿势配置整流板50a～50f，因此，能够抑制异物堆积在整流板50a～50f的上表面，提高水的离心力。

在此，从水中排出的氮在水的离心力作用下分离，集中于轴o附近，氮的一部分和流下的水一起向容器体10的底部侧(比整流板50f靠下方处)移动。此时，具备在顶棚侧和底部侧具有开口的通气道60，并且在通气道60的外周面和流下的水之间形成没有水的空洞，因此，使得经由这些通气道60及空洞而向容器体10的底部侧移动的的氮朝向顶棚侧移动，有效地从排气口30a排出。

此时，由于排气口30a配置于在沿轴o方向观察时与通气道60的顶棚侧的开口重合的位置，因此能够使得经过通气道60的外周面和旋转的水之间的空洞、通气道60向顶棚侧移动的氮容易排出。进一步，由于在排气口30a形成有其开口从容器体10的顶棚侧朝向底部侧去扩径的扩径部30a1，通气道60在沿轴o方向观察时配置于比扩径部30a1的下端的内周靠向轴o侧的位置，因此能够将移动到顶棚侧的氮积存在扩径部30a1。由此，能够抑制朝向顶棚侧移动的氮和水接触，并且能够易于使氮从排气口30a排出。

如此，使得移动到容器体10的底部侧的氮朝向顶棚侧移动并排出，从而能够抑制氮在容器体10内滞留。因此，能够抑制容器体10的内部的氧的浓度(分压)降低，能够使溶解于水中的氧量增大。

另外，由于通过通气道60划分朝向顶棚侧移动的氮和流下的水，能够抑制氮和水接触。另外，由于在比整流板50a～50f靠向轴o侧处配置通气道60，能够将利用旋转并流下的水在轴o附近形成的空洞的一部分作为通气道60。因此，能够省略用于设置通气道60的空间，能够抑制气体置换装置1的制造成本。

在整流板50a～50f流下的水从最下部的整流板50f向缩径部件70流下(移动路径c5，参照图4)。此时，由于缩径部件70形成为朝向底部侧去变窄的圆锥形状，从整流板50f旋转并向缩径部件70流下的水维持其离心力，在缩径部件70的内周侧流下的水(向缩径部件70的内周侧积存的水)产生旋涡(移动路径c6)。

此时，叶片部72形成为连接设置在缩径部件70的内周面的板，整流板50a～50f的螺旋的旋转方向侧的端部向缩径部件70的内周侧伸出形成，并且连接于连通口71的与水的旋转方向相反一侧的端部(以其开口朝向水的旋转方向侧的姿势形成连通口71)，因此，在连通口71的内周侧旋转的水沿着叶片部72旋转。即，即便是形成连通口71的情况，也能够抑制水的推力(离心力)减弱，易于在贮存的水中产生旋涡。

另外，形成为相比于从水位传感器102(通气道60的下端)到顶棚面11的长度l1，从底面13到水位传感器102(通气道60的下端)的长度l2更长(即，通过控制装置120控制水位，以使相比于向容器体10的内部填充的氧的容量，在容器体10的内部贮存的水的容量变大)，因此，能够增长在贮存的水中形成的旋涡的长度(上下方向的长度)。由此，通过水的离心力(旋涡)能够有效地分离氮(能够在旋涡的中心聚集氮)。

如此，在贮存于底部侧的水中产生旋涡，通过其离心力将氮聚集于旋涡的中心(轴o附近)，由此能够使氮从旋涡的中心浮出水面。即，能够使得从贮存的水中浮出的氮经过在通气道60的外周面和旋转并流下的水之间的空洞或通气道60，向顶棚侧移动。由此，由于能够使得混入贮存的水中的氮从排气口30a有效地排出，因此能够抑制容器体10的内部的氧的浓度(分压)降低。因此，能够增大向水中溶解的氧量。

从缩径部件70的开口部73流下的水向配置在该开口部73的下方的缓冲部件80流下(移动路径c7)。由此，抑制从开口部73流下的水和底面13(贮存水的水面)碰撞，能够抑制向水中溶解的氧因碰撞而从水中排出。

通过控制装置120进行控制，以使得从开口部73向底面13流下的水从流出口91向容器体10的外部流出，贮存于容器体10的内部，其水位位于通气道60的下端。

此时，如果向从开口部73流下的水中混入氮，则由于其气泡从开口部73上升，滞留在缩径部件70的外周和内面壁12之间，因此导致向水中溶解的氧的浓度降低。相对于此，根据本实施方式的气体置换装置1，在缩径部件70的上端配置连通口71，通过该连通口71连通缩径部件70的内周侧和外周侧，因此能够允许混入向容器体10的底部侧贮存的水中的氮的气泡从缩径部件70的外周侧向内周侧移动。

而且，配置在开口部73的下方的缓冲部件80具备向底部侧凹陷设置的凹设面81，因此，从开口部73流下的水沿着凹设面81流下，由此形成从开口部73朝向上方的水流(移动路径c7)。由此，由于能够将向水中混入的氮的气泡向连通口71引导，能够使氮不在底部侧(缩径部件70的外周和内面壁12之间)停留而向顶棚侧移动。

另外，即便是氮的气泡向比流出口91靠下方处流下的情况，由于以该流出口91朝向顶棚侧的姿势配置流出管90，能够抑制氮的气泡朝向容器体10的外部流出(能够抑制氮朝向被净化水域流出)。即，无需使氮的气泡朝向容器体10的外部流出，就能将其向连通口71引导，使其向缩径部件70的内周侧移动。

如此，通过连通口71使向缩径部件70的外周侧混入的氮向缩径部件70的内周侧移动，从而利用上述旋涡的作用，能够经过通气道60从排气口31a有效地排出。因此，能够抑制容器体10的内部的氧的浓度(分压)降低，能够使向水中溶解的氧量增大。

在此，将向底部侧贮存的水调整成其水位成为通气道60的下端附近的高度，但水位不是始终固定，相比于通气道60的下端，向上方或下方的高度推移。此时，由于通气道60的下端位于比整流板50f的下游侧的端部靠上方处，即便是贮存的水的水位位于比通气道60的下端靠下方处的情况，也能够在通气道60的下端和贮存的水之间的空间的周围(外周侧)形成旋转的水的流道。由此，能够使从贮存的水的旋涡的中心浮出的氮经过在通气道60的外周面和旋转并流下的水之间的空洞或通气道60，从排气口30a排出。

综上，根据本实施方式的气体置换装置1，能够将向水中溶解的气体有效地从氮置换为氧。另外，与通过曝气(aeration)使氧溶解于水的装置相比，能够提高水的溶解氧量，并且能够抑制氧的气泡朝向被净化水域流出。

接下来，参照图5说明第二实施方式及第三实施方式。在第一实施方式中，说明了在整流板50a的上表面以朝向流入口41的姿势配置流入管40的情况，但在第二实施方式及第三实施方式中，说明以流入口241、341朝向整流板50a的下游侧(螺旋状的整流板50a的延伸设置方向)的姿势配置流入管240、340的情况。此外，对与上述第一实施方式相同的部分，标记相同的附图标记，省略其说明。

图5的(a)是第二实施方式的气体置换装置1的局部放大截面图，图5的(b)是第三实施方式的气体置换装置1的局部放大截面图。此外，在图5中，为了容易理解，省略气体置换装置1的一部分来图示。

如图5的(a)所示，第二实施方式的流入管240形成为圆筒状，通过斜切其顶端(整流板50a侧的端部)，形成椭圆形的流入口241。以其流入口241朝向整流板50a的下游侧(螺旋状的整流板50a的延伸设置方向。图5的(a)的右侧)的姿势配置流入管240。

由此，从流入口241流入的水朝向整流板50a的下游侧喷出(移动路径c201)，因此与使水向整流板50a的上表面落下的情况相比，能够提高沿着整流板50a的旋转方向的水的推力(离心力)。因此，能够形成更薄的水膜，并且易于通过水的离心力使氮分离(易于集中到轴o附近)，因此，能够有效地将向水中溶解的气体由氮置换为氧。

如图5的(b)所示，第三实施方式的流入管340形成为圆筒状，其顶端(整流板50a侧的端部)呈l字形状弯曲而成，以朝向整流板50a的下游侧(螺旋状的整流板50a的延伸设置方向。图5的(b)的右侧)的姿势配置流入口341。

由此，从流入口341流入的水朝向整流板50a的下游侧并且沿着整流板50a的上表面喷出(移动路径c301)，因此抑制水碰撞整流板50a而减弱水的推力，能够进一步提高沿着整流板50a的旋转方向的水的推力(离心力)。因此，能够形成更薄的水膜，并且易于通过水的离心力使氮分离(易于集中到轴o附近)，因此，能够有效地将向水中溶解的气体由氮转换为氧。

以上，基于实施方式说明了本发明，但本发明不受上述实施方式的任何限定，能够容易地知道在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良变更。

在上述各实施方式中，说明了向容器体10内填充的气体为氧的情况，但不是一定限定于此。例如，可以为臭氧、氮、氢或二氧化碳，通过将溶解于水中的气体置换为臭氧、氮、氢或二氧化碳，能够得到各种功能水。此时，通过将溶解于水中的气体置换为臭氧、氢，能够将臭氧、氢和水一起安全地输送、利用，在置换为臭氧的情况下，能够得到具有脱臭、杀菌功能的水。

另外，通过将溶解于水中的气体置换为二氧化碳，能够得到适于养殖藻类的水，通过置换为氮，能够得到抑制氧化作用的水。

在上述各实施方式中，说明了被置换处理的液体为污浊水(即，原本溶解于液体中的气体为氮)的情况，但不是一定限定于此。例如，也可以为溶解有物质的水溶液，作为其一例，可举出海水(盐水)。溶解有盐的海水与水相比，氧的溶解度低，但根据本实施方式的气体置换装置1，对于海水，也能够使氧以高浓度溶解。由此，能够得到适于养殖海产物的海水。

在上述各实施方式中，说明了向容器体10内填充的气体仅为氧的情况，但不是一定限定于此。例如，也可以为混合气体，作为其一例，可以举出以沼气和二氧化碳为主成分的生物气体、火力发电厂的排气。在向容器体10内填充的气体为生物气体的情况下，根据本实施方式的气体置换装置1，使生物气体所包含的二氧化碳溶解于水，仅使沼气从排气口30a排出。即，在生物气体的成分中，能够仅排出沼气而用作燃料气体，仅使二氧化碳溶解于水而用作藻类的养殖用水。

另外，在将向容器体10内填充的气体作为火力发电厂的排气的情况下，由于能够使排气中所包含的二氧化碳溶解于水，能够将该水用于藻类的养殖。即，能够不将二氧化碳排放到大气中而有效利用。

在上述各实施方式中，说明了容器体10内的氧的压力为0.05mpa的情况，但不是一定限定于此。优选的是向容器体10中填充的气体的压力为0.01mpa以上且0.1mpa以下。

在气体的压力小于0.01mpa的情况下，将溶解于水中的气体从氮置换为氧的效率降低，大于0.1mpa的情况下，如果从容器体10流出水，则易于从水中排出氧(如果在容器体10内的压力大于0.1mpa的情况下，水从容器体10中流出，回到大气压，则因该压力差，氧成为气泡而易于从水中排出)。即，通过将向容器体10中填充的气体(氧)的压力设定为0.01mpa以上且0.1mpa以下，能够有效地置换溶解于水中的气体。

在上述各实施方式中，说明了在沿轴o方向观察时在内面壁12的中心配置通气道60的情况，但不是一定限定于此。例如，可以将通气道60设置在内面壁12和整流板50a～50f之间。即，至少通气道在顶棚侧和底部侧具备开口，形成气体不与水接触而朝向顶棚侧移动的区域即可。此时，即便是通气道未设置在容器体10的中心的情况，通过旋转的水在轴o附近形成空洞，因此，能够允许氮经过该空洞及通气道，朝向顶棚侧移动。

在上述各实施方式中，说明了通气道60为圆筒状(轴o方向上直线状)的情况，但不是一定限定于此。例如，也可以构成为通气道60弯曲。即，通气道60至少在顶棚侧和底部侧具备开口，形成气体能够朝向顶棚侧移动的区域即可。

在上述各实施方式中，说明了在通气道60的外周面连接有整流板50a～50f的内周的情况，但不是一定限定于此。例如，也可以为单独设置连接内面壁12或缩径部件70与通气道60的部件，支承通气道60的构成。

在上述各实施方式中，说明了以切断螺旋的状态配置整流板50a～50f，其切断处沿轴o方向形成台阶的情况，但不是一定限定于此，例如也可以为通过一个整流板连续形成螺旋的构成。

在上述第二实施方式及第三实施方式中，说明了以流入口241、341朝向整流板50a的下游侧的姿势配置流入管240、340的情况，但不是一定限定于此，例如，也可以为以其内周沿着内面壁12的接线的姿势配置圆筒状的流入管的构成(以水的喷出方向朝向沿着内面壁12的接线的方向的姿势配置流入口的构成)。

由此，与使水向整流板50a的上表面落下的情况相比，能够提高沿着整流板50a的圆周方向的水的推力(离心力)，因此能够在整流板50a～50f中形成更薄的水膜，并且能够抑制轴o附近集中的氮和水接触。

附图标记的说明

1、201、301气体置换装置；10容器体；11顶棚面；12内面壁；21供给口；30a排气口；30a1扩径部；41、241、341流入口；50a、50b、50c、50d、50e、50f整流板；60通气道；70缩径部件；71连通口；73开口部；80缓冲部件；81凹设面；91流出口；o轴(内面壁的轴)。