JP3131007U - 曝気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風車が回転しても装置全体が同風車のシャフトと同方向に連れ回りすることなく、装置全体の回転を抑制することができる曝気装置を提供する。
【解決手段】曝気装置の各風車は第１支持部１１，第２支持部１２，及び第３支持部１３に支持されている。各サボニウス風車２０，３０、２０Ａ，３０Ａにはシャフト２１，３１を介して連結されて水中及び水面をそれぞれ攪拌するスクリュウ２９，３９を備える。サボニウス風車２０，３０同士、及びサボニウス風車２０Ａ，３０Ａ同士の回転方向を反対にすることによりスクリュウ２９，３９が互いに反対方向に回転される。
【選択図】図１

Description

本考案は、風車の出力を利用して水を曝気することにより水中の溶存酸素量を向上させる曝気装置に関する。

従来、池、湖沼等の閉鎖系水域に風車を浮かべて同風車の出力を利用して水を曝気し水中の溶存酸素量を向上させて閉鎖系水域の栄養塩類を良好な状態に調整する曝気装置としては、特許文献１や特許文献２が公知である。これらの曝気装置は、サボニウス風車を風力により回転させて、同サボニウス風車のシャフトに設けられた攪拌部材により水中を攪拌して曝気するようにしている。このため、これらの曝気装置は電動モータでスクリュウを回転させて水中を攪拌して曝気する場合と異なり、商用電力を使用することがなく、又、周辺機器も含めたメンテナンスが楽になり、維持管理に多大な経費が必要としない利点がある。
特開昭６０−１２９１９２号公報 実開平５−８０５９９号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２の構成では、サボニウス風車のシャフトを介して連結されたスクリュウ等の攪拌部材が回転されると、同シャフトを回転自在に支持している装置本体は水に浮かんでいるため、前記シャフトの回転方向と同方向に連れ回りしてしまう問題がある。装置本体の連れ回りは、攪拌効率を低下させ、曝気装置に取り付けられるロープ等の繋留索を絡ませ、曝気装置のメンテナンス等を行う場合の作業に支障をきたすため好ましくない。

本考案の目的は、風車が回転しても装置全体が同風車のシャフトと同方向に連れ回りすることなく、装置全体の回転を抑制することができる曝気装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の考案は、一対を一組とした風車を支持するとともに水上に浮く手段を有するベース部を備え、前記各風車にはシャフトを介して連結されるとともに水中又は水面を攪拌する攪拌部材を備え、前記組を構成する風車同士を互いに回転方向を反対にすることにより前記シャフトを介して連結された攪拌部材が互いに反対方向に回転することにより水上に浮かんだ装置本体の回転を抑制することを特徴とする曝気装置を要旨とするものである。

請求項２に記載の考案は、一対を一組とした風車を複数組支持するとともに水上に浮く手段を有するベース部を備え、前記各風車にはシャフトを介して連結されるとともに水中及び水面のうち少なくともいずれか一方を攪拌する攪拌部材を備え、前記組を構成する風車同士を互いに回転方向を反対にすることにより前記シャフトを介して連結された攪拌部材が互いに反対方向に回転することにより水上に浮かんだ装置本体の回転を抑制することを特徴とする曝気装置を要旨とするものである。

請求項３の考案は、請求項１又は請求項２において、前記風車がサボニウス風車であることを特徴とする。
請求項４の考案は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項において、前記ベース部には水中に差し込まれる中心軸体が設けられ、該中心軸体に前記水上に浮く手段が設けられ、該中心軸体において、前記水上に浮く手段の配置位置よりも下方に位置する部位に重りが設けられていることを特徴とする。

請求項５の考案は、請求項２乃至請求項４のうちいずれか１項において、前記風車は、水面を攪拌するように設けられた攪拌部材を回転する風車、又は、水中を攪拌するように設けられた攪拌部材を回転する風車を含むことを特徴とする。

請求項６の考案は、請求項４又は請求項５において、前記ベース部又は中心軸体に繋留索が連結されていることを特徴とする。
請求項７の考案は、請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項において、前記水面を攪拌する攪拌部材が、シャフトに対して同シャフトの軸心方向に沿って摺動自在に貫通されるとともに前記シャフトと共に一体回動可能に嵌合されており、かつ水面に浮かぶ手段で構成されていることを特徴とする。

以上詳述したように、請求項１及び請求項２の曝気装置によれば、組を構成する風車同士を互いに回転方向を反対にすることによりシャフトを介して連結された攪拌部材が互いに反対方向に回転する。この結果、浮く手段を含む装置全体が回転することがなく、装置全体の回転を抑制することができる効果を奏する。

さらに、攪拌で生じた水流は回転方向が逆のためにお互いに干渉することなく、無駄にない流れを作り出すことができる。
請求項３の曝気装置によれば、サボニウス風車により、低風速でも回転トルクが大きいため、効率的に攪拌部材を回転させることができる。

請求項４の発明によれば、中心軸体において、水上に浮く手段の配置位置よりも下方に位置する部位に重りが設けられていることにより装置全体が水に安定して浮かぶことができる。

請求項５の曝気装置によれば、水面を攪拌する攪拌部材により、空気中の酸素が水中に溶け込みやすくなり、一方水中を攪拌する攪拌部材により、水中が攪拌されて水中の特に下の方にある水を上に移動させることにより、酸素が溶存する機会を増加させ、空気中の酸素が水中に溶け込みやすくすることができる。

請求項６の曝気装置によれば、繋留索が連結されていることにより、風や波の影響で装置全体の傾きを最小限にとどめることができるとともに水上の移動を防止することができる効果を奏する。

請求項７の曝気装置によれば、水面が風等により揺れたときでも、水面を攪拌する攪拌部材は水面に常時浮かんだ状態で、曝気することができる。

以下、本考案を、具体化した一実施形態を図１〜４を参照して説明する。
曝気装置の支柱１０は中心軸体として上下方向に延出されて棒状に形成されており、その下端部に重りとしてのバラストウエイト１４が一体に固定されている。支柱１０の上端部、中間部、及び前記中間部寄りも若干上方に位置する部位には、ベース部としての第１支持部１１、第２支持部１２、第３支持部１３がそれぞれ設けられている。第１支持部１１は、中央部において十字状に配置された細長い支持板１１Ａ，１１Ｂから構成され、その交差部（すなわち、各支持板中央部）が支柱１０に連結固定されている。第２支持部１２は中央部において十字状に配置された細長い支持板１２Ａ，１２Ｂとから構成され、その交差部（すなわち、各支持板中央部）が支柱１０に連結固定されている。又、第３支持部１３は、第１支持部１１及び第２支持部１２と同様に中央部において十字状に配置された細長い支持板１３Ａ，１３Ｂとから構成され、その交差部（すなわち、各支持板中央部）が支柱１０に連結固定されている。又、各支持部の支持板１１Ａ，１２Ａ，１３Ａは、互いに平行に配置されている。又、支持板１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂは、互いに平行に配置されている。

又、支柱１０の中間部よりも下部寄り側の部位には、複数のフロート４０がブラケット４２を介して取付けされている。本実施形態では、フロート４０は４個であるが、数は限定されるものではない。フロート４０は、支柱１０、バラストウエイト１４、後述するサボニウス風車２０，３０，２０Ａ，３０Ａ等の曝気装置を構成する各部材の合計重量がかかった場合においても、支持板１３Ｂよりも上方に位置する各部材（図２参照）が水面Ｗから上方に位置するように浮力を生ずる大きさに形成されている。本実施形態では、各フロート４０は円筒形に形成され、上部側部位の２０〜３０％が水面から露出し、残りの部位が水没するように設定されている。フロート４０が、上部側部位の２０〜３０％が露出されていることにより、曝気装置が安定して水に浮かぶことができるようにされている。

図２に示すように支持板１１Ａ，１２Ａの一端間には、１つのサボニウス風車２０が回転自在に取付けされている。又、曝気装置の周方向において隣接する支持板１１Ｂ，１２Ｂの一端間には、１つのサボニウス風車３０が回転自在に取付けされている。

サボニウス風車２０，３０は、支持板１１Ａ，１２Ａ，及び支持板１１Ｂ，１１Ｂに対してその中央部から等距離離間して回動自在に支持されるとともに上下方向に延出されたシャフト２１，３１を備えている。そして、同シャフト２１，３１に対して直角な面を有する円板状の上端板２２，３２，中間板２３，３３，及び下端板２４，３４とが、同シャフト２１，３１に対して同軸となるように固定されている。

サボニウス風車２０とサボニウス風車３０とは、その回転方向が逆となるように、同形同寸のブレード２５〜２８，３５〜３８が配置されている。詳説すると、サボニウス風車２０においては、上端板２２と中間板２３、及び中間板２３と下端板２４には、円弧面を有する同形等寸の略半円筒状をなす一対のブレード２５，２６、２７，２８の一端がそれぞれ固定されている。そして、ブレード２５とブレード２６及びブレード２７とブレード２８とは、図４（ａ）に示すように、シャフト２１に対して点対称となるようにずらして配置され、ブレード２５とブレード２６間及びブレード２７とブレード２８間には風が吹き抜ける通路Ｓ１が介在配置されている。又、ブレード２５〜２８の円弧面において、凸面２５ａ，２６ａ，２７ａ，２８ａ側は回転方向に向いて配置されている。

又、サボニウス風車３０においては、上端板３２と中間板３３、及び中間板３３と下端板３４には、円弧面を有する同形等寸の略半円筒状をなす一対のブレード３５，３６、３７，３８の一端がそれぞれ固定されている。そして、ブレード３５とブレード３６及びブレード３７とブレード３８とは、図４（ｂ）に示すように、シャフト３１に対して点対称となるように、かつ、前記サボニウス風車２０のブレードのずらした方向とは１８０度反対方向にずらして配置されている。そして、ブレード３５とブレード３６間及びブレード３７とブレード３８間には風が吹き抜ける通路Ｓ２が介在配置されている。又、ブレード３５〜３８の円弧面において、凸面３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ側は回転方向に向いて配置されている。

又、サボニウス風車２０のシャフト２１及びサボニウス風車３０のシャフト３１は、支持板１３Ａ，１３Ｂに対してその中央部から等距離離間して回動自在に貫通され、その下端には攪拌部材としてのスクリュウ２９，３９が取付けされている。

スクリュウ２９は水面Ｗに浮かぶように比重が１未満の材質（例えば、木、合成樹脂）で形成されている。なお、スクリュウ２９は、水面に浮かぶように中空状に形成されていても良く、この場合は、材質として金属製も使用できる。そして、スクリュウ２９はその長手方向の中央部に形成された嵌合孔（図示しない）にて、シャフト２１の下端部に対して軸心方向に沿って摺動自在にかつ、シャフト２１と一体回動可能に嵌合されている。

スクリュウ２９が、シャフト２１の下端部に対して軸心方向に沿って摺動自在にかつ、シャフト２１と一体回動可能に嵌合される構造としは、前記嵌合孔（図示しない）を多角形とし、シャフト２１のスクリュウ取付部位２１ｍの断面形状を同じ多角形形状とする。なお、スクリュウ２９がシャフト２１の下端部からは脱落しないように、シャフト２１の下端面には、嵌合孔（図示しない）の最大径よりも大きなナット等の脱落防止部材２１ｒが取付されている。なお、スクリュウ２９のシャフト２１に対する回り止め構造は、前記多角形に限定されるものではない。このようにして、スクリュウ２９は、水面Ｗに常時位置してサボニウス風車２０が回転した際、水面Ｗを攪拌するようにされている。

一方、スクリュウ３９は、スクリュウ２９よりも低く配置され、水中を攪拌する位置に配置されている。そして、サボニウス風車２０，３０に当たる風力（風速）が同じ場合、両風車が同速度で回転するように、スクリュウ２９、３０の翼面積等の仕様が設定されている。

又、支持板１１Ａ，１２Ａの他端間には、１つのサボニウス風車２０Ａが回転自在に取付けされている。又、曝気装置の周方向において隣接する支持板１１Ｂ，１２Ｂの他端間には、１つのサボニウス風車３０Ａが回転自在に取付けされている。サボニウス風車２０Ａ，３０Ａを構成する部材はサボニウス風車２０，３０を構成する部材とは同じ構成である。このため、図３に示すようにサボニウス風車２０Ａ，３０Ａにおいて、サボニウス風車２０，３０を構成する各部材と同一の構成部材には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態の曝気装置では、サボニウス風車２０，３０が一対の風車として組を構成するとともに、サボニウス風車２０Ａ，３０Ａが一対の風車として組を構成し、２組の風車を備えている。

ブラケット４２には複数の繋留索５０（図２では、１つのみ図示）を介して、水底に設置されるアンカー６０に連結されている。繋留索５０のブラケット４２に対する取付位置は、装置を水に浮かべた際に、曝気装置に働く浮力の中心となる部位になることが好ましい。このようにすると、風や波により曝気装置が動いたときに繋留索５０により曝気装置の傾きを防止することができる。繋留索５０は、ワイヤ、ロープ、チェーン等からなる。なお、アンカー６０を３つとした場合は曝気装置の周囲１２０°毎に設けて、繋留索５０を介して連結すると、装置全体を安定させることができる。なお、アンカー６０の数は、３つに限定するものではなく、必要に応じて、その数を決定すればよい。

さて、上記のように構成された曝気装置の作用を説明する。
上記のように構成された曝気装置は、図２，３に示すように水面Ｗに浮かべられた状態で、風が吹くと、サボニウス風車２０及びサボニウス風車３０は互いに反対方向に回転してスクリュウ２９，３９によりそれぞれ水面Ｗ及び水中を攪拌する。この結果、水面Ｗがかき回されて空気中の酸素が水中に溶け込みやすくなる。又、水中がかき回されることにより、水中の特に下の方にある水を上に移動させ、酸素が溶存する機会を増加させることができ、すなわち、水中に酸素が供給される。このため、この曝気装置により、閉鎖系水域の未時の浄化を高めることができる。

そして、サボニウス風車２０及びサボニウス風車３０、並びにサボニウス風車２０Ａ及びサボニウス風車３０Ａは、同じ風速の場合、互いに反対方向に同速度で回転するため、装置自体が、シャフト２１，３１を中心にして、連れ回りすることはない。

さて、上記のように構成された曝気装置によれば、下記の特徴がある。
（１） 本実施形態の曝気装置は、一対のサボニウス風車２０，３０を一組とし、一対のサボニウス風車２０Ａ，３０Ａをもう一組として二組の風車を支持するベース部としての第１支持部１１，第２支持部１２，及び第３支持部１３を備える。そして、第１支持部１１，第２支持部１２，及び第３支持部１３は水上に浮く手段としてフロート４０を有する。さらに、各サボニウス風車２０，３０、２０Ａ，３０Ａにはシャフト２１，３１，シャフト２１Ａ，３１Ａを介して連結されて水中及び水面Ｗをそれぞれ攪拌する攪拌部材としてのスクリュウ２９，３９を備える。さらに、組を構成するサボニウス風車２０，３０同士、及びサボニウス風車２０Ａ，３０Ａ同士を互いに回転方向を反対にすることによりスクリュウ２９，３９が互いに反対方向に回転する。

この結果、本実施形態の曝気装置によれば、フロート４０を含む装置全体が回転することがなく、装置全体の回転を抑制することができる。
（２） 本実施形態の曝気装置は、風車をサボニウス風車とした。サボニウス風車は、垂直に配置されたシャフトの回りを回転するため、低風速でもトルクが大きい。この結果、本実施形態の曝気装置によれば、サボニウス風車により、低風速でも回転トルクが大きいため、効率的にスクリュウ部材を回転させることができる。

（３） 本実施形態の曝気装置は、ベース部には水中に差し込まれる中心軸体としての支柱１０が設けられ、支柱１０にフロート４０が設けられている。そして、支柱１０において、フロート４０の配置位置よりも下方に位置する部位に重りとしてのバラストウエイト１４が設けられている。この結果、支柱１０において、フロート４０の配置位置よりも下方に位置する部位にバラストウエイト１４が設けられていることにより曝気装置全体が水に安定して浮かぶことができる。

（４） 本実施形態の曝気装置において、風車の組は２組を有するようにされ、１組のサボニウス風車２０，２０Ａに連結されたスクリュウ２９が水面Ｗを攪拌するように設けられている。又、１組のサボニウス風車３０，３０Ａに連結されたスクリュウ３９は水中を攪拌するように設けられている。

この結果、本実施形態の曝気装置によれば、水面Ｗを攪拌するスクリュウ２９により、空気中の酸素が水中に溶け込みやすくなり、一方水中を攪拌するスクリュウ３９により、水中が攪拌されて水中の特に下の方にある水を上に移動させることにより、酸素が溶存する機会を増加させ、空気中の酸素が水中に溶け込みやすくすることができる。

（５） 本実施形態の曝気装置では、支柱１０に繋留索５０を連結するようにした。この結果、本実施形態の曝気装置では、繋留索５０が連結されていることにより、風や波の影響で装置全体の傾きを最小限にとどめることができるとともに水上の移動を防止することができる効果を奏する。

（６） 本実施形態の曝気装置では、水面Ｗを攪拌するスクリュウ２９が、シャフト２１に対して同シャフト２１の軸心方向に沿って摺動自在に貫通されるとともにシャフト２１と共に一体回動可能に嵌合されており、かつ水面に浮かぶ材質で形成されている。この結果、水面Ｗが風等により揺れたときでも、水面Ｗを攪拌するスクリュウ２９は水面Ｗに常時浮かんだ状態で、曝気することができる。

なお、本考案の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 前記実施形態の構成中、サボニウス風車３０，３０Ａ、支持板１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂを省略し、支持板１１Ａ、１２Ａの他端にサボニウス風車２０Ａの代わりにサボニウス風車３０を設けてもよい。すなわち、サボニウス風車２０の回転方向とは、逆回転するサボニウス風車３０を設けて、両風車を一対を一組とする曝気装置として構成してもよい。この場合、サボニウス風車３０にはシャフト２１とスクリュウ２９を設け、水面Ｗを攪拌するようにする。

このように曝気装置を構成すると、各風車にはシャフト２１を介して連結されるとともに水面Ｗを攪拌するスクリュウ２９を備えることになる。そして、組を構成する風車同士が互いに回転方向を反対にされているため、同組を構成する風車にシャフト２１を介して連結されたスクリュウ２９が互いに反対方向に回転することになる。この結果、フロート４０を含む装置全体が回転することがなく、装置全体の回転を抑制することができる。

○ 或いは、前記実施形態の構成中、サボニウス風車２０，２０Ａ、支持板１１Ａ，１２Ａ，１３Ａを省略し、支持板１１Ｂ、１２Ｂの他端にサボニウス風車３０Ａの代わりにサボニウス風車２０を設けてもよい。すなわち、サボニウス風車３０の回転方向とは、逆回転するサボニウス風車２０を設けて、両風車を一対を一組とする曝気装置として構成してもよい。この場合、サボニウス風車２０にはシャフト３１とスクリュウ３９を設け、水中を攪拌するようにする。

このように曝気装置を構成すると、各風車にはシャフト３１を介して連結されるとともに水中を攪拌するスクリュウ３９を備えることになる。そして、組を構成する風車同士が互いに回転方向を反対にされているため、同組を構成する風車にシャフト３１を介して連結されたスクリュウ３９が互いに反対方向に回転することになる。

この結果、フロート４０を含む装置全体が回転することがなく、装置全体の回転を抑制することができる。
○ 前記実施形態において、各サボニウス風車のブレードは、一対のブレード２５，２６（２７，２８）或いはブレード３５，３６（３７，３８）として組み合わせたが、３枚又はそれ以上の枚数を点対称にして配置してもよい。

○ 前記実施形態では、１つの曝気装置を設けたが、この装置を複数個並設してもよい。
○ フロート４０は、前記実施形態では、水面に一部を露出するようにして浮くようにしたが、全部を水中で浮くようにしてもよい。

○ 前記実施形態では、風車はサボニウス風車のみで構成したが、ダリウス・サボニウス併結形の風車としてもよい。このようにすると、ダリウス翼を有することになるため、ダリウス翼に作用する揚力により翼の周速度は風速の数倍にも達し得ることができるとともに風向きの影響を受けない垂直軸型となるため、効率的な曝気装置にすることができる。

○ 前記実施形態では、ブラケット４２に繋留索５０を取付たが、ベース部である第３支持部１３に繋留索５０を取付けしてもよい。
○ 前記実施形態では、２組の風車をそれぞれ設けたが、風車を３組以上設けても良い。この場合、増加した風車のシャフトに設けられるスクリュウは前記実施形態と同様に、水面Ｗを攪拌するスクリュウとしたり、或いは、水中を攪拌するスクリュウとする。

○ 前記実施形態では、ベース部を第１支持部１１，第２支持部１２，第３支持部１３により構成し、それぞれの支持部は十字状に配置された細長い支持板により構成したが、第１支持部１１，第２支持部１２，第３支持部を円板状に構成してもよい。

○ 前記実施形態の構成において、スクリュウは、全て水中又は水面のいずれか一方を攪拌するように構成してもよい。
○ 攪拌部材は、スクリュウに限定されるものではなく、板状に形成された攪拌板で形成されていてもよい。

本考案を具体化した実施形態の曝気装置の斜視図。 同じく曝気装置の使用状態を示す正面図。 同じく曝気装置の使用状態を示す正面図。 （ａ）、（ｂ）はサボニウス風車の断面図。

符号の説明

１０…支柱（中心軸体）、１１…第１支持部（ベース部）、
１２…第２支持部（ベース部）、１３…第３支持部（ベース部）、
１４…バラストウエイト（重り）、２９，３９…スクリュウ（攪拌部材）、
４０…フロート（浮く手段）、５０…繋留索。

Claims (7)

1. 一対を一組とした風車を支持するとともに水上に浮く手段を有するベース部を備え、
   前記各風車にはシャフトを介して連結されるとともに水中又は水面を攪拌する攪拌部材を備え、
   前記組を構成する風車同士を互いに回転方向を反対にすることにより前記シャフトを介して連結された攪拌部材が互いに反対方向に回転することにより水上に浮かんだ装置本体の回転を抑制することを特徴とする曝気装置。
2. 一対を一組とした風車を複数組支持するとともに水上に浮く手段を有するベース部を備え、
   前記各風車にはシャフトを介して連結されるとともに水中及び水面のうち少なくともいずれか一方を攪拌する攪拌部材を備え、
   前記組を構成する風車同士を互いに回転方向を反対にすることにより前記シャフトを介して連結された攪拌部材が互いに反対方向に回転することにより水上に浮かんだ装置本体の回転を抑制することを特徴とする曝気装置。
3. 前記風車がサボニウス風車であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の曝気装置。
4. 前記ベース部には水中に差し込まれる中心軸体が設けられ、該中心軸体に前記水上に浮く手段が設けられ、該中心軸体において、前記水上に浮く手段の配置位置よりも下方に位置する部位に重りが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の曝気装置。
5. 前記風車は、水面を攪拌するように設けられた攪拌部材を回転する風車、又は水中を攪拌するように設けられた攪拌部材を回転する風車を含むことを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の曝気装置。
6. 前記ベース部又は中心軸体に繋留索が連結されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の曝気装置。
7. 前記水面を攪拌する攪拌部材が、シャフトに対して同シャフトの軸心方向に沿って摺動自在に貫通されるとともに前記シャフトと共に一体回動可能に嵌合されており、かつ水面に浮かぶ手段で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の曝気装置。

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