JP2014018750A

JP2014018750A - 溜水浄化装置

Info

Publication number: JP2014018750A
Application number: JP2012160752A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Suzuki; 政彦鈴木
Original assignee: Bellsion KK
Current assignee: Bellsion KK
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: JP5977108B2

Abstract

【課題】本発明は、湖、沼、溜池、ダム、浄化槽その他の流動の小さな溜水の底層水が、酸素不足でヘドロ化することに対し、底層水を上昇流動させて溜水を攪拌し、酸素を供給させる溜水浄化装置を提供する。
【解決手段】吊基体２の上面に風車４を配設し、吊基体２に吊設した吊杆６の下端部に設けた軸受７を介して縦軸ロータ８を配設し、風車４の縦主軸４Ａと縦軸ロータ８のロータ軸８Ａとを伝動軸10で連結し、風車４、11の回転力で縦軸ロータ８を回転させて、溜水における底層水を渦流状に上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、湖沼等の溜り水における底層水を渦流状に上昇させ、溜水の淀みを攪拌して酸素を供給し、微生物を活性化することにより、ヘドロの堆積とアオコの繁殖を抑制し、水質の活性化を促進させるようにした溜水浄化装置に関する。

湖沼の水底に羽根車を配設し、これをモータで回転させて、水を攪拌する装置は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００７−２５３０８３号公報

湖沼等の水質汚濁の主原因は、河川から流入する富栄養化現象、すなわち窒素やリン等の流入により、植物プランクトンが異常増殖することにあり、アオコはよく知られている。
植物プランクトン増殖の要因としては、水が循環されず停滞していること、窒素やリン等が河川から流入し、また底泥からの溶出により増加すること、太陽光により光合成が活発化していること、植物プランクトンの胞子が存在していること等があげられており、これの大増殖により、水面が覆われると、遮光により他の水草の生育が損なわれ、溶存酸素不足で魚類や水中生物が死滅する。また底層に有機物の量が過多となり、嫌気的になるとヘドロが生じ悪臭を発する。
これらの解決には、水の溶存酸素量を増加させて、底泥からリンやＨ₂Ｓ等の溶出を抑え、Ｈ₂Ｓ臭の発生防止や藻類の増殖を抑制すること、また溜水を循環させることにより、藻類を光の届かない底層に移送することにより、増殖を抑制することが行われている。
これら溜水の循環をさせるためには、攪拌や曝気の方法においても、通常、モータが使用されている。
大きな湖や沼では、送電設備にコストがかかり、また水を循環させるために、モータによってロータを回転させるため、大きな消費電力を要する。
前記、特許文献１に記載の装置は、モータで回転させる垂直軸の下端に設けた羽根車を、水底で回転させて、水を水平方向へ拡散させるものであり、深い水深の底層の水が上昇することはなく、また、外部からの電力を必要としている。
本発明は、電力を全く使用することなく、自然エネルギーによって湖沼等の底層水を渦流状として上昇させ、溜水を効率良く攪拌させるとともに、循環させる溜水浄化装置を提供することを目的としている。

本発明の具体的な内容は、次の通りである。

（１）吊基体の上面に風車を配設し、吊基体に吊設した吊杆の下端部に設けた軸受を介して縦軸ロータを配設し、風車の主軸と縦軸ロータのロータ軸とを伝動軸で連結し、風車の回転力で縦軸ロータを回転させて、溜水における底層水を渦流状に上昇させるようにした溜水浄化装置。

（２）前記吊基体は、平面視で中心部から放射方向へ複数の中空腕を伸延した浮体とした前記（1）に記載の溜水浄化装置。

（３）前記伝動軸は、フレキシブルである前記（1）または（2）に記載の溜水浄化装置。

（４）前記縦軸ロータにおける各揚力型ブレードは、前縁が水平で、後縁が翼根から先端にかけて、次第に上向きに傾斜している前記（1）〜（3）のいずれかに記載の溜水浄化装置。

（５）前記縦軸ロータにおける各揚力型ブレードは、各先端部が上向きに傾斜する傾斜部とされ、回転により上向きの円錐状に水流が生じるようにされている前記（1）〜（4）のいずれかに記載の溜水浄化装置。

（６）前記縦軸ロータの回転半径を、縦軸風車の回転半径よりも小径としてある前記（1）〜（5）のいずれかに記載の溜水浄化装置。

（７）前記縦軸風車の回転直径を、吊基体の直径よりも小径としてある前記（1）〜（6）のいずれかに記載の溜水浄化装置。

（８）前記吊杆の下部には、重錘が装着されている前記（1）〜（7）のいずれかに記載の溜水浄化装置。

（９）前記風車の主軸の回転力で発電するように発電機を配設した前記（1）〜（8）のいずれかに記載の溜水浄化装置。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の溜水浄化装置は、吊基体の上面に、縦軸または横軸の風車を配設し、風力による回転力によって、水底の縦軸ロータを回転させるので、外部から電線を敷設する工事作業、並びに費用を必要とせず、自然エネルギーで、自然を回復するように、汚濁水を浄化することができる。
吊基体に吊設された、吊杆の下部に設けられている縦軸ロータの揚力型ブレードが、上向きに渦流を生じさせるので、冷たく重い底層水が、水面に容易に達し、遠心方向へ拡散し、この繰返しによって、溜水が広い範囲で攪拌され、万遍なく空気と触れ合うこととなり、溜り水の溶存酸素が十分供給される。このため、微生物が活動して、水に含まれている蛋白質などが分解され、ヘドロの発生が抑制され、溜り水が浄化される。
また、植物プランクトンの胞子が、攪拌によって水底に移動して、太陽光を受けにくくなり増殖が抑制される。

前記（2）に記載の溜水浄化装置は、吊基体を、平面視で中心部から放射方向へ複数の中空腕を伸延した浮体としたので、底層水が上昇して生じる波を、水平放射方向へ拡散することができる。また湖沼等の広い水面に複数を定間隔で浮設して、湖沼の濁水を効率良く浄化させることができる。

前記（3）に記載の溜水浄化装置は、風車と水中の縦軸ロータとを連結する伝動軸がフレキシブルなので、伝動軸の捻れや屈曲等の発生によって回転が停止する等のトラブルが予防される。

前記（4）に記載の溜水浄化装置は、縦軸ロータにおける各揚力型ブレードは、前縁は水平で、後縁が翼根から先端にかけて次第に上向きに傾斜しているので、回転に伴い後縁から押上げられる水流は、中央方向に向かって、円錐状に集まり、強い渦流となって上昇する。

前記（5）に記載の溜水浄化装置は、揚力型ブレードの先端が、上向きに傾斜する傾斜部とされているので、風車の回転力によって水中の縦軸ロータが回転すると、揚力型ブレードの上面で押上げられる水は、上方の軸方向に向かって円錐状に集中して上昇し、水面において波紋となって遠心方向へ広がり、この繰返しによって湖沼等における溜水は、間断なく攪拌され、溶存酸素を増加させる。

前記（6）に記載の溜水浄化装置における縦軸ロータの回転半径は、風車の回転半径よりも小径としてあるので、風車の回転トルクの方が大であり、小径の縦軸ロータは、容易に高速回転をして、溜水の底層水を効率良く上昇させて、攪拌させる。

前記（7）に記載の溜水浄化装置における風車の直径は、吊基体の直径よりも小径としてあるので、風車に強い風圧を受けても、吊基体が揺れにくい。

前記（8）に記載の溜水浄化装置においては、吊杆の下部に、重錘が装着されているので、波浪によって吊基体が大きく揺れにくく、かつ、揺れても復元性に優れている。

前記（9）に記載の溜水浄化装置では、風車の主軸の回転力で発電するように発電機を配設したので、警告灯や誘蛾灯等の照明灯の電力を得ることができる。

本発明の溜水浄化装置の実施例１の縦断正面図である。同じく平面図である。同じく底面図である。風車の揚力型ブレードの正面図である。図４の平面図である。図５におけるVI−VI矢示図である。縦軸ロータにおける揚力型ブレードの平面図である。揚力型ブレードの正面図である。図８おけるIXーIX線拡大縦断面図である。本発明の溜水浄化装置の実施例２の縦断側面図である。

以下本発明を、図面を参照して説明する。

本発明の溜水浄化装置１は、図１に示すように、円盤状の中空浮体からなる吊基体２と、その上面に、垂直の軸受３を介して、縦主軸４Ａが支持されている縦軸風車４と、吊基体２から吊支された複数の吊杆６の下端部に、垂直の軸受７を介して垂直のロータ軸８Ａが支持されている縦軸ロータ８とを、主要部材として構成されている。

吊基体２は、中空環２Ａの上部に上板２Ｂを、下部に下板２Ｃを張設して、中空の浮体とされている。中空環２Ａの上面に突設されている留環２Ｄに、係留索２Ｅを介してアンカ２Ｆが固定されており、アンカ２Ｆを水底に投入固定することによって、吊基体２の流動が防止される。吊基体２の下面には、下向き円錐形の整流板２Ｇが装着されている。

吊基体２の上板２Ｂの上面中央に、垂直の軸受３を介して縦軸風車４の縦主軸４Ａが支持されている。縦主軸４Ａの上端部に固定されているハブ４Ｂに、複数の水平の支持腕４Ｃが固定され、その先端部に、上下端部に縦主軸４Ａ方向に傾斜させた傾斜部５Ａを備える、垂直の揚力型ブレード５が装着されている。
縦軸風車４の回転半径は、吊基体２の半径よりも小とされており、縦軸風車４に強風が当って、吊基体２が揺れても、装置全体が転覆しないようにしてある。

吊基体２における軸受３の外側方から、複数、例えば４本の吊杆６が、貫挿して吊設されている。吊杆６の長さは、吊基体２を配設する湖沼等の水深に合わせて選択され、図１に示すように、短寸の吊杆６を、継手６Ａを介して接続して、長さを調節するようにすることが好ましい。

各吊杆６の下端部には、重錘６Ｂが装着されている。波浪によって吊基体２が揺れても、この重錘６Ｂによって、バランスが回復され、縦軸風車４の転覆は防止される。

吊杆６の下端部には、吊基体２の中央になるように、水平の支持腕７Ａが設けられ、支持腕７Ａの中心における軸受７に、縦軸ロータ８における垂直のロータ軸８Ａが支持されている。

縦軸ロータ８は、ハブ８Ｂの周面に、平面視逆テーパ状の上面９Ｄを有する複数の揚力型ブレード９が、定間隔で水平に配設されている。
揚力型ブレード９の後縁９Ｃは、図８に示すように、翼根から先端へかけて次第に上方へ緩く傾斜し、最大弦長部９Ｅから先を、急激に上向きに傾斜する傾斜部９Ａとされている。

また、前縁９Ｂは、翼根から最大弦長部９Ｅに向けて、次第に下向きに緩く傾斜し、最大弦長部９Ｅから先を、上向きに大きく傾斜する傾斜部９Ａとされている。従って、上面９Ｄは、後縁９Ｃから前縁９Ｂへかけて傾斜面としてある。

縦軸ロータ８の下面は、図９に示すように、前縁９Ｂは、最大弦長部９Ｅまで水平とされ、後縁９Ｃは、翼根から最大弦長部９Ｅまで次第に上向きの傾斜とされている。

縦軸風車４の縦主軸４Ａと、縦軸ロータ８のロータ軸８Ａとは、フレキシブルの伝動軸10で連結されている。
伝動軸が鉄管のような硬質の場合、捻れや屈曲が生じると、回転しにくくなるが、フレキシブルの伝動軸10では、その虞れは解消される。
縦軸ロータ８の回転半径は、縦軸風車４の回転半径よりも小とされている。

図４〜図６に示すように、縦主軸４Ａに固定したハブ４Ｂに、複数の水平の支持腕４Ｃが装着され、その先端に垂直の揚力型ブレード５が装着されている。揚力型ブレード５は、厚肉の前縁５Ｂから、後縁５Ｃにかけて次第に薄肉とされ、かつ上下端部は、縦主軸４Ａへ向かって傾斜する傾斜部５Ａとしてある。

揚力型ブレード５の側面形状は、ほぼ正方形であり、弦長を大とすることによって、翼長を小寸として、湖沼等における強風でも、安定した回転をするようにしてある。揚力型ブレード５は、１枚〜６枚の範囲で使用されるが、その弦長が大であるので、２枚の時が、回転時の気流の干渉もなく、安定した回転をすることができる。

図５において、後縁５Ｃの後方向から風を受けると、揚力型ブレード５は押されて、前縁５Ｂ方向へ回転する。前縁５Ｂの前方向から風を受けると、揚力型ブレード５は、内側面５Ｄよりも、外側面５Ｅを通過する風速の方が早くなり、気圧の差を生じさせ、気圧の差によって、揚力型ブレード５は、後縁５Ｃ方向から前縁５Ｂ方向へ押出される。

揚力型ブレード５の内側面５Ｄに当って拡散する気流は、傾斜部５Ａに当り、図５におけるＰ矢示方向へ流れて、その反動で揚力型ブレード５は、前縁５Ｂ方向へ押出されて回転する。

上記のように構成された溜水浄化装置１は、例えば湖に浮設して使用される。複数のアンカ２Ｆをなるべく遠くに投入することにより、吊基体２の流動は防止される。
縦軸ロータ８は、例えば湖底から１ｍ前後の高さになるように、吊杆６の長さを設定しておく。

この状態で風が吹けば、縦軸風車４が回転し、その回転力は、伝動軸10によって縦軸ロータ８に伝達される。縦軸風車４の回転半径が、縦軸ロータ８のそれよりも大であると、揚力型ブレード５に当る風力は、梃子の原理で強い回転トルクを生じさせる。

従って、空気よりも水の質量は大であるにも拘わらず、水中にある縦軸ロータ８は、容易に高速回転をし、底層水を渦流として上昇させ、水面で水平方向へ拡散させて、全体として攪拌させることになる。なお、縦軸ロータ８の径が大である時には、減速手段を用いて、容易に低速回転させることができる。

図７から図９において、縦軸ロータ８が回転すると、揚力型ブレード９の前縁９Ｂで掬った水は、上面９Ｄを滑って、後縁９Ｃで押上げられるが、後縁９Ｃは水平でなく、翼根から先端方向へ上向きの傾斜となっているので、図８におけるＸ矢示方向へ押上げられ、水流は軸心方向へ円錐状に寄せられるので、強い上昇渦流が生じる。

また、縦軸ロータ８の回転に伴い、傾斜部９Ａにおいて押上げられる水は、図８におけるＹ矢示方向へ押上げられ、これはＸ矢示流よりも、更に軸心方向へ傾いて押上げられる。
このように、軸心方向へ向いて押上げられた渦流は、図１における整流板２Ｇに当って、Ｚ矢示の遠心方向へ波紋が生じ、遠心方向へ拡散される。

縦軸ロータ８が連続回転すると、湖沼などの底層水は、揚力型ブレード９によって押上げられ、これによって、縦軸ロータ８の周囲から水が集まり、上昇した水流は、整流板２Ｇに当って、波紋を生じて遠心方向へ拡散され、湖沼などの全体が攪拌されることとなる。

そのため、湖沼等の底層水に酸素が供給されて、溶存酸素量が高まり、微生物の活性化に伴ない、水溶有機物の分解が効率よく行われ、ヘドロの堆積が抑制される。
また水を攪拌することによって、表層における植物プランクトンの胞子は、陽光の薄い底層に移動させられ、その増殖は抑制される。

面積の広い湖沼においては、一定間隔置きに、この溜水浄化装置１を設置することによって、ヘドロが発生しないようにすることができる。
また、停滞する水が攪拌され、流動することによって、アオコや赤潮の発生が抑制され、水の浄化が促進される。

例えば、生活汚水浄化槽においては、浄化槽の上に、中空の吊基体に代わる横桁を架設し、これに風車４を配置し、縦軸ロータ８を吊設することにより、槽底に敷設したパイプから気泡を噴出する一般的な曝気装置よりも、確実な攪拌によって、溶存酸素は増加し、細菌が好ましく繁殖して有機物を分解し、浄化槽の溜水は浄化される。

吊基体２は、浮体に限らず、湖岸、桟橋等から水面上に図示しない支持体を突出させて、これに代えることもできる。

図10は、風車として横軸風車11を選択した、実施例２を示す側面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
吊基体２の上面に設けた軸受３に支持された縦主軸４Ａの上端に、筐体11Ａ下部の回転部11Ｂを係合させて、横軸風車11が配設されている。

筐体11Ａの内部には、前後に長いロータ軸11Ｃが、軸受11Ｄを介して配設され、筐体11Ａから後方へ突出する後端部に、横軸ロータ12が装着されている。
横軸ロータ12のハブ12Ａの周面に、複数の揚力型ブレード13が固定され、各揚力型ブレード13の先端部は、ロータ軸11Ｃの方向へ傾斜する傾斜部13Ａとされている。

筐体11Ａの内部において、ロータ軸11Ｃの先端と縦主軸４Ａの上端に、それぞれ傘歯車11Ｅ、11Ｆからなる伝動手段が装着されている。
これによって、横軸ロータ12が回転すると、その回転力は、伝動手段11Ｅ、11Ｆを介して縦主軸４Ａに伝達され、縦軸ロータ８を回転させる。

筐体11Ａの後部に、方向舵11Ｈが配設されており、この側面に風を受けると、回転部11Ｂを中心に筐体11Ａは旋回し、縦軸ロータ12の揚力型ブレード13の前面を、自動的に風上に向けさせる。

伝動軸10には、微生物の繁茂による生物膜、水草や貝類の付着から保護するための被覆管10Ｂを被着してある。その材質は、例えばＦＲＰとし、割竹状の２片合わせとすると装着が容易である。

筐体11Ａの内部に配設した発電機14が、ロータ軸11Ｃに伝動手段11Ｇを介して連係されており、発電された電気は、図示しない蓄電池に蓄電され、照明灯15の電源とされる。

なお、本発明は、実施例に限定されるものではなく、実施例中の１部分をそれぞれ組合わせることができる。
図１において、吊基体２に図示しない発電機を配設して、照明灯を配設することもできる。照明灯は、夜間の船舶用の警告灯や、誘蛾灯としても使用し得る。

縦軸風車４における支持腕４Ｃは、クロス状に上下に重ねて配設することによって、揚力型ブレード５の全受風面積は同じであっても、揚力型ブレード５を小型に設定し、全体の高さを低くすることができる。

吊基体２の形状は、任意であり、例えば、平面視十字クロス形状のように、中心から放射方向へ向いて、複数の中空腕を長く伸ばす態様とすると、底層から上昇した水流の波が放射方向へ流れる。

本発明の溜水浄化装置は、湖沼などに設置して、風車の回転力を利用して水底の縦軸ロータを回転させ、底層水を渦流として上昇させるので、外部電力を使用することなく、容易に湖沼の水を攪拌させて、酸素を供給することができ、ヘドロやアオコ等の発生を抑制し、溜水や排水の浄化に利用することができる。

１．溜水浄化装置
２．吊基体
２Ａ．中空環
２Ｂ．上板
２Ｃ．下板
２Ｄ．留環
２Ｅ．係留索
２Ｆ．アンカ
２Ｇ．整流板
３．軸受
４．縦軸風車
４Ａ．縦主軸
４Ｂ．ハブ
４Ｃ．支持腕
５．揚力型ブレード
５Ａ．傾斜部
５Ｂ．前縁
５Ｃ．後縁
５Ｄ．内側面
５Ｅ．外側面
６．吊杆
６Ａ．継手
６Ｂ．重錘
７．軸受
７Ａ．支持腕
８．縦軸ロータ
８Ａ．ロータ軸
８Ｂ．ハブ
９．揚力型ブレード
９Ａ．傾斜部
９Ｂ．前縁
９Ｃ．後縁
９Ｄ．上面
９Ｅ．最大弦長部
10.伝動軸
10Ａ．継手
10Ｂ．被覆管
11．横軸風車
11Ａ．筐体
11Ｂ．回転部
11Ｃ．ロータ軸
11Ｄ．軸受
11Ｅ．11Ｆ．11Ｇ．伝動手段
11Ｈ．方向舵
12．横軸ロータ
12Ａ．ハブ
13．揚力型ブレード
13Ａ．傾斜部
14．発電機
15．照明灯

Claims

吊基体の上面に風車を配設し、吊基体に吊設した吊杆の下端部に設けた軸受を介して縦軸ロータを配設し、風車の縦主軸と縦軸ロータのロータ軸とを伝動軸で連結し、風車の回転力で縦軸ロータを回転させて、溜水における底層水を渦流状に上昇させるようにしたことを特徴とする溜水浄化装置。
前記吊基体は、平面視で中心部から放射方向へ複数の中空腕を伸延した浮体としたことを特徴とする請求項１に記載の溜水浄化装置。
前記伝動軸は、フレキシブルであることを特徴とする請求項１または２に記載の溜水浄化装置。
前記縦軸ロータにおける各揚力型ブレードは、後縁が翼根から先端にかけて、次第に上向きに傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溜水浄化装置。
前記縦軸ロータにおける各揚力型ブレードは、各先端部が上向きに傾斜する傾斜部とされ、回転により上向きの円錐状に水流が生じるようにされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溜水浄化装置。
前記縦軸ロータの回転半径を、縦軸風車の回転半径よりも小径としてあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溜水浄化装置。
前記縦軸風車の回転直径を、吊基体の直径よりも小径としてあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溜水浄化装置。
前記吊杆の下部には、重錘が装着されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溜水浄化装置。
前記風車の回転力で発電するように、発電機を配設したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の溜水浄化装置。