JP4076824B2 - 上下層水混合型水質浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水域、特にダム湖、湖沼、内湾といった閉鎖された水域(閉鎖性水域)の水を浄化する上下層水混合型水質浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
閉鎖性水域では、特に夏場には、上層水は太陽光によって温められて密度(比重)が低くなるが、ある水深より深くなると、温められる度合いが低く、密度が高いままに保たれ、上下層水は自然には混合しない。このような上下層水が混合しない状態を成層状態と呼ぶが、水域の水が成層状態になると、水の対流は起こらず、又、閉鎖性水域では他からの水の流入や他への水の流出も少ないことから、上層から中層ではアオコや赤潮が発生し、下層では沈澱した有機物を分解するために酸素が消費されて貧酸素状態を呈してヘドロや硫化水素が発生する。
【0003】
これを解決するには、下層水と上層水とを強制的に混合してやればよいのであり、この目的の下に、上部に上部取水口を有する上部導管と、下部に下部取水口を有する下部導管を、間に外周に吐出口を形成したケーシングを介して接続するとともに、上下部導管を水面に浮かせた浮体で水面下に立てらせて吊り下げ、ケーシング内に強制駆動されるインペラを収容してそれぞれの取水口から上層水と下層水を吸い込んでこれを混合して吐出口から吐出する上下層水混合型水質浄化装置が提案されている(例えば、特開平11−169013号公報及び特開2000−027748号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、吐出口から吐出される上下層水の一定割合の混合水は、水中で上昇や下降することなく、水平方向に長く拡散して行くことが望まれる。このため、混合水の密度を吐出口が存在する水位の水の密度に合わせる(これを密度流という)ことが行なわれている。水の密度に関係するのは、主として水温であるから、吐出口の位置(水深)は、当該水域の夏場の平均水温の下で、これから吐出される混合水の密度と同程度になるように設定してある。
【0005】
ところが、水温は季節によって変動するから、吐出口の水深を一定にしていたのでは、これに対応できない。そこで、従来のこの種水質浄化装置では、上下層水の混合割合を一定にする代わりに、上部又は/及び下部導管を伸縮式にして吐出口の水深を相対的に変更できるようにしている。しかし、このような構成によると、構造が複雑になるとともに、伸縮部の塗装が剥がれたり、生物が付着したりして円滑な作動ができなくなることもある。但し、吐出水は密度流であることが求められるのは変わらないから、本発明は、上下層水の混合割合を任意に変更できるようにしてこれに対処させたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以上の課題の下、本発明は、請求項1に記載した、上部に上部取水口を有する上部導管と、下部に下部取水口を有する下部導管を、間に端部をベルマウス形状にして上下に一定の空間を確保して突き合わせ、その空間を吐出口に形成した上部ケーシングと下部ケーシングを介して接続するとともに、上部及び下部導管を水面に浮かせた浮体からワイヤ等で水面下に垂直姿勢で吊り下げ、上部及び下部ケーシング内に、側面視でそれぞれのベルマウス形状に沿って外周ほど漸低させ、かつ、平面視で外周が回転方向後側に後退した円錐マウンドの羽根を有する上部及び下部インペラを収容し、上部導管の上端に設置した架台に上下タンデム型電動機を備え、上下の電動機に内外二重の駆動軸を連結し、各駆動軸で上部及び下部インペラを駆動し、それぞれの取水口から上層水と下層水を吸い込んで吐出口から吐出することを特徴とする上下層水混合型水質浄化装置を提供したものである。
【0007】
本発明は、要するに、ケーシングを上下に分割し、それぞれのケーシングに別々の駆動原によって駆動される二つのインペラを収容したものであるから、各々のインペラの能力(回転数)を調整することで、上下層水の混合割合を変えることができる。従って、吐出口の水深を一定にしておいても、吐出水を密度流として放出できるから、導管を複雑で高コストな伸縮式にする必要がない。更に、上層水又は下層水のみを取水することもできるから、何からの原因で一方の取水口に支障が生じても、装置を作動させることができる。
【0008】
この場合、請求項2に記載した、上下タンデム型電動機に代えて固定子回転型電動機にし、回転子と固定子に内外二重の駆動軸を連結して各駆動軸とした手段が考えられる。同じような機能を有するからである。更に、請求項3に記載した、上下のインペラの回転方向を互いに逆方向にした手段が考えられる。インペラは、一種の回転型遠心ポンプであるから、これによって吐出される水は、導管に反力として捩じり(回転力)を与える。このため、導管にはこの捩じりを抑制する手段が必要となるが、上下のインペラの回転方向を反対方向にしておくと、この捩じりが打ち消し合って抑制力が不要又は僅かなものでよくなる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の第一例を示す上下層水混合型水質浄化装置(以下、水質浄化装置)の断面側面図であるが、この水質浄化装置は、水中にあって上方に位置する上部導管1と、下方に位置する下部導管2と、水面上に浮いて上下部導管1、2を水中に吊り下げる浮体3とからなる。このうち、上部導管1は、上部に上部取水口4、下部に上部ケーシング5を有するパイプであり、下部導管2は、下部に下部取水口6、上部に上部ケーシング7を有するパイプである。
【0010】
これにおいて、上部取水口4と下部取水口6共に取水効率を高めるためにベルマウス形状に形成している。又、上部取水口4の上方には、取水通路を放射状に形成した渦消体8を取り付け、取水する水をこれに通して空気の吸込みを防止するとともに、大きな渦を消している。更に、上部ケーシング5と下部ケーシング7共にベルマウス形状をしており、その端面同士を一定の空間を確保して接合している。本例の接合は、スペーサピン9等によっており、この空間が吐出口10を形成することになる。
【0011】
図2はこれら上部及び下部ケーシング5、7の断面図、図3は図2のAーA断面図であるが、上部ケーシング5と下部ケーシング7の中には、それぞれ上部インペラ12と下部インペラ13が収容されている。この場合の上部及び下部インペラ12、13は、回転型遠心ポンプであり、中心のインペラボス14、15から羽根16、17を放射状に延出させたものである。この羽根16、17は、ポンプ性能を高めるために平面視で外周が回転方向後側に後退した形状をしており、側面視で上部ケーシング5と下部ケーシング7のそれぞれのベルマウス形状に沿った特定の漸低曲線からなる円錐マウンド16a、17aを有している。尚、本例では、四枚の羽根16、17を設けたものを示しているが、これに限定されない。
【0012】
上部及び下部インペラ11、12は電動機で駆動されるが、本例では、水中でも作動できる水中電動機18、19をそれぞれ上部導管1と下部導管2の内部に取り付け(放射状ステー20、21等によって水の流れが許容できるようにしている)、それぞれの駆動軸22、23を各々のインペラボス14、15に連結している。加えて、本例では、これら上部及び下部インペラ11、12は、互いに逆方向に回転するようにしており、それぞれの導管1、2に付与される水の反力を相殺を図っている。
【0013】
浮体3は、フロート24で水面上に浮かせたものであり、フレーム25を組んでこれからワイヤ等26で上部導管1(渦消体8)を吊り下げている。この場合、上部及び下部導管1、2は垂直姿勢で吊り下げられており、これにおいて、上部取水口4(渦消体8)は水面下に没しており、下部取水口6は水域の下層に位置させられている。
【0014】
以上により、電動機18、19を駆動すると、それぞれのインペラ11、12が回転するから、上部取水口4からは上層水を、下部取水口6からは下層水をそれぞれ吸い込み、吐出口10から吐出させる。このとき、吐出口10は、少なくとも、その一部が上下のケーシング5、7で共有されており、上下層水は混合されて放出されるようになっている。従って、上下のインペラ11、12の回転数を調整することで、上下層水の混合割合を任意に変更できることになる。
【0015】
一般的な場合、吐出水の密度は、吐出口10の水深の水の密度と同じになるようにしておく。こうすると、吐出水はそのままで密度流となるから、水平方向に長く拡散し、攪拌範囲を拡大させる。一方、吐出水の密度が吐出口10の水位の水の密度と異なる場合、当該拡散流は、一旦、自己の密度と等しい密度の水位まで上昇又は下降し、その後、その水位の密度流となって水平方向に拡散する。
【0016】
従って、上下層水の混合割合、即ち、吐出流の密度を変更できるということは、拡散流が進行して行く水位(吐出口)を任意に設定し、吐出水の混合割合を当該水位における密度流にできることも意味する。拡散流が進行する水位の水は攪拌効果が高いことから、任意の水位の水の攪拌を図ることが可能になる。更に、流木やゴミが流れ着いて一方の取水口、特に、上部取水口4を詰まらせることがある。しかし、このようなときでも、上部のインペラ12を停止させて下方のインペラ13を作動させることもできる。
【0017】
図4は本発明の第二例を示す水質浄化装置の断面側面図であるが、この例のものは、電動機を上下に電動機27a、27bが二個並んだタンデム型電動機27とし、これを渦消体8の上方に架設した架台11に設置したものである。これによると、電動機27a、27bは水上に設置することになるから、取付けが容易であるとともに、水密性もそれほど要求されない。そして、それぞれの電動機27a、27bを駆動原とする駆動軸28、29を内外二重式にして各々のインペラボス14、15に連結したものである。電動機を上部及び下部導管1、2内に設けないのであるから、この中の水の通りを良くするとともに、電動機の取り付けが容易になる利点がある。
【0018】
図5は本発明の第三例を示す水質浄化装置の断面側面図であるが、本例のものは、電動機として固定子回転型電動機30を採用し、これを架台11に設置したものである。この場合も、回転子30aと固定子30bを動力源とする駆動軸31、32を内外二重式にしてそれぞれのインペラボス14、15に連結している。固定子回転型電動機30は、本来的に回転子30aと固定子30bとが逆回転するものであるから、この構造が簡単になる利点がある。
【0019】
【発明の効果】
以上、本発明は、インペラを二つ設け、それぞれ別の駆動原で各インペラを駆動するようにしたものであるから、各インペラの回転数を調整することで、上下層水の混合割合を変えることができる。従って、吐出口を固定した水深に設けていても、吐出水の密度を吐出口が存在する水位の水の密度と等しい密度流として放出できる。又、拡散流が進行して行く水位を任意に変更することもできるから、上下層水の攪拌効果が高く、優れた水質浄化機能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一例を示す上下層水混合型水質浄化装置の断面側面図である。
【図2】上部及び下部ケーシングの断面側面図である。
【図3】図2のAーA断面図である。
【図4】本発明の第二例を示す上下層水混合型水質浄化装置の断面側面図である。
【図5】本発明の第三例を示す上下層水混合型水質浄化装置の断面側面図である。
【符号の説明】
1 上部導管
2 下部導管
3 架台
4 上部取水口
5 上部ケーシング
6 下部取水口
7 下部ケーシング
10 吐出口
11 架台
12 上部インペラ
13 下部インペラ
18 水中電動機
19 水中電動機
22 駆動軸
23 駆動軸
26 ワイヤ等
27 タンデム型電動機
27a 上電動機
27b 下電動機
28 駆動軸
29 駆動軸
30 固定子回転型電動機
30a 回転子
30b 固定子
31 駆動軸
32 駆動軸
Claims (3)
- 上部に上部取水口を有する上部導管と、下部に下部取水口を有する下部導管を、間に端部をベルマウス形状にして上下に一定の空間を確保して突き合わせ、その空間を吐出口に形成した上部ケーシングと下部ケーシングを介して接続するとともに、上部及び下部導管を水面に浮かせた浮体からワイヤ等で水面下に垂直姿勢で吊り下げ、上部及び下部ケーシング内に、側面視でそれぞれのベルマウス形状に沿って外周ほど漸低させ、かつ、平面視で外周が回転方向後側に後退した円錐マウンドの羽根を有する上部及び下部インペラを収容し、上部導管の上端に設置した架台に上下タンデム型電動機を備え、上下の電動機に内外二重の駆動軸を連結し、各駆動軸で上部及び下部インペラを駆動し、それぞれの取水口から上層水と下層水を吸い込んで吐出口から吐出することを特徴とする上下層水混合型水質浄化装置。
- 上下タンデム型電動機に代えて固定子回転型電動機にし、回転子と固定子に内外二重の駆動軸を連結して各駆動軸とした請求項1の上下層水混合型水質浄化装置。
- 上下のインペラの回転方向を互いに逆方向にした請求項1又は2の上下層水混合型水質浄化装置。
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