JP4687999B2 - 浮遊式水質改善装置 - Google Patents

Description

本発明は、水面に浮遊して水中に延設されたシャフト先端に取付けられたプロペラを回転させて上向き又は下向きの循環水流を発生させて、水中又は海水中に空気を供給して、例えば湖沼、湾内、河口域、ダム、貯水池、溜池、養殖場などの閉鎖性水域の淡水又は海水の浄化を図る浮遊式水質改善装置に関するものである。

例えば湖沼、湾内、河口域、ダム、貯水池、溜池、養殖場などの閉鎖性水域では、水の流れが殆どないため、酸素が十分に水面下方の水中及び水底側に供給されず、水が濁り易くなる。このため、例えば、曝気装置、攪拌装置、酸素供給ポンプなどを使用して、水中に酸素を供給して水の浄化を図る技術が知られており、一部実用化されている。

しかしながら、従来の曝気装置、攪拌装置、酸素供給ポンプなどの装置を用いて、閉鎖性水域の水中又は海水中に空気又は酸素を供給して水の浄化を図る技術においては、装置が大型となったり、構造が複雑で、消費エネルギーが大きく、又コストがかかり、効率の面で問題があった。

そこで、本出願人は先に特許文献１をもって、上記のような課題を解決すべく創案した装置を提案している。この装置は、ラッパ状のダクトと漏斗状の浮体との間に形成される昇降流水路を利用して発生した流水をガイドし上下方向の流水の循環効率を高めて、空気に触れて酸素を含んだ水面の水を放射線流として流水すると共に、水中に循環させて効率的に水質浄化を図ることできるようにされている。

特開平１１−４７７９４号公報

本発明もまた上記のような課題を解決するものであって、上記装置に更なる改良を施し、昇降流に半径方向への指向性を持たせ放射距離が大となるようにしたものである。

この目的を達成する本発明は、水面上に浮遊し上部側が拡がった漏斗状の浮体を設け、該浮体に水面を貫通して下方にシャフトを延設し、駆動装置に連結されたシャフトの下端に軸芯回りに回転するプロペラを取付け、漏斗状の浮体の周囲に上部がラッパ状に拡がったダクトを設け、ダクトの下端側をプロペラの下方まで延設し、漏斗状の浮体の外周側面とダクトの内周側面との間に環状の昇降流水路を形成し、回転するプロペラによって昇降流水路内に昇降流水を起こし、ダクトの内外の水中に昇降循環流水を生じさせる浮遊式水質改善装置において、前記ダクトの半径方向に複数の整流板を設けると共に、その一端をダクトの取付リングに連結し、他端を水底に沈降したアンカーに連結した係留ロープでダクトを水底の少なくとも二箇所に固定したことを特徴とする。

ここで、好ましい態様としてシャフトの駆動装置に電力を供給するために太陽電池パネルを浮体に設けるのがよい。

本発明に係る浮遊式水質浄化装置の斜視図である。 本発明に係る浮遊式水質浄化装置の浮体の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る浮遊式水質浄化装置のダクトの（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る浮遊式水質浄化装置のシャフト部分を示す要部拡大断面図である。 浮遊式水質改善装置を湖沼に設置した状態を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を以下に示す実施例に基づいて詳細に説明する。

図において、浮遊式水質改善装置１は、水面に浮かんで水中のプロペラ７が回転して上下方向に水流を発生してその周囲に上下方向に循環流を生じさせて、空気に触れて酸素を含んだ水面の水を水中に循環させて水中に酸素を供給して水の浄化を図るものである。

浮遊式水質改善装置１は、漏斗状の浮体２、浮体２に取付けられたシャフト６、シャフト６の下端に取付けられたプロペラ７、浮体２の周囲に設けられたダクト３から主に構成されている。

浮体２は、水面上に浮遊するもので、例えば内部が空洞になっていたり、内部に水より比重の小さい材料が充填されたものからなり、その外周側面が水中から水面に向かうに従って周囲に拡径する漏斗状の逆円錐曲面状の形状を有している。

このため、浮遊式水質改善装置１の周囲の水は、この漏斗状の側周面に沿って上昇し又は下降するようになっている。つまり、水中の水は上昇するに従い周囲に拡がるようになっており、又は下降する周囲の水面の水は下降するに従い中央部分の真下向きの流れになるようになっている。

浮体２には上下方向にシャフト６が取付けられている。シャフト６は漏斗状の浮体２の中心孔２ａを貫通して上下方向に延設されている。シャフト６は水面を貫通するように取付けられていて、すなわち、シャフト６の下端は漏斗状の浮体２の最も絞られて狭くなった浮体２の下端まで延設されており、シャフト６の下端にはプロペラ７が取付けられている。

プロペラ７はシャフト６を軸として水平回りに回転して、上下方向に流水を発生させる機能を有する。プロペラ７は正逆回転自在になっていて、例えばプロペラ７が正回転すると上向きの流水を発生させ、又プロペラ７が逆回転すると下向きの流水を発生させることができるようになっている。

浮体２の中心孔２ａを上下方向に貫通するシャフト６の上端は、浮体２内の上端中央板２ｃ上に設置された駆動装置（図示せず）に連結されている。すなわち、シャフト６の上端は駆動装置のブラシレスモーター（図示せず）に減速機を介して連動連結されていて、駆動装置からの駆動力によりシャフト６は軸転して、シャフト６の下端のプロペラ７を回転させて、上下方向の流水を生じさせる。

駆動装置は例えば防水された箱型の機枠８の内部に収容され、駆動装置が水や海水などによって故障することを防止する。また、駆動装置を収容した箱型の機枠８の上部で浮体２の上面平面部２ｂには駆動装置に電力を供給する電力源として太陽電池パネル４が設置されている。このため、陸上から電力を供給するケーブルをこの浮遊式水質改善装置１に接続させる必要がなく、邪魔なケーブルがないので、浮遊式水質改善装置１を陸上から離れた所望する位置の水面上に浮遊させて作動させることができる。

漏斗状の浮体２及びプロペラ７の外側周囲には一定の隙間を開けて上部がラッパ状に拡がったダクト３が取付けられている。そして、上部がラッパ状に拡がったダクト３の内周側面と、その内部に位置する漏斗状の浮体２の外周側面との間に、昇降流水路９が環状に形成されている。ここで、ダクト３の半径方向には複数の整流板５が設けられ、昇降流に半径方向への指向性を持たせ放水距離が大となるようにされている。この整流板５を設けない場合は昇降流はダクトの円周の接線方向への水流を発生させることになるが、放水距離が小さくなる。

上部がラッパ状に拡がったダクト３は、その下端側が漏斗状の浮体２の下端側に取付けられたプロペラ７の位置よりも下方側まで延設されていて、その中心孔３ａから深い位置の水中まで水面上の水を送り込んで循環させたり、深い位置の水中の水を水面上まで上昇循環させることができるようになっている。

特に、上部がラッパ状に拡がったダクト３の下端が、プロペラ７の位置よりも更により下方側まで延設されている場合には、ダクト３の上端と下端に形成される吸い込みと吐き出し場所を離して分離でき、吸い込みと吐き出しの干渉を抑えることができる。

ダクト３は、そのラッパ状に拡がった上端が水面より僅かに下側に沈む位置になるように、ダクト３は浮体２に複数の連結部材１０で連結されている。複数の連結部材１０は昇降流水路９の途中に等間隔で放射状に取付けられている。複数の連結部材１０は昇降流水路９を昇降する流水の抵抗にならないような形状の部材、例えばピン状のものが使用されている。

ダクト３、そのラッパ状に拡がった上端が水面より僅かに下側に沈む位置にあるので、プロペラ７を下向きの流水を生じるように回転させた場合には、水面付近の空気に触れて酸素を含んだ水のみを効率よく、ダクト３の内側の昇降流水路９内に吸引して深い水中に送り込むことができる。

ダクト３の外周側面には、係留ロープ１１を連結するための取付リング３ｂが取付けられている。係留ロープ１１は一端がこの取付リング３ｂに連結され、他端は水底に沈降したアンカー１２など連結されている。

次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。例えば、湖沼、湾内、河口域、ダム、貯水池、溜池、養殖場などの水が汚れた閉鎖性水域に運び、その水面上に浮遊式水質改善装置１を浮かべる。

そして、浮遊式水質改善装置１のダクト３の外周側面の取付孔具３ｂに係留ロープ１１の一端を連結し、係留ロープ１１の他端をアンカー１２に連結し、係留ロープ１１の他端が連結されたアンカー１２を水底に沈めて固定する。その後、浮遊式水質改善装置１を駆動させる。

浮遊式水質改善装置１に太陽電池４が取付けられている場合には、太陽電池４で得られた電力を駆動装置に供給する。この場合、陸上から電力を供給するケーブルをこの浮遊式水質改善装置１に接続させる必要がなく、邪魔なケーブルがないので、浮遊式水質改善装置を陸上から離れた任意位置の水面上に自由に浮遊させて作動させることができる。また、ケーブルが装置の一部に引っ掛かって作業の妨げとなるのを防ぐこともできる。無論、太陽電池４が取付けられていない場合や夜間には陸上の商用電源にケーブルで接続して電力を供給することもできる。、

電力の供給を受けた駆動装置では、駆動装置のモーターが駆動し、モーターの駆動力は減速機を介してシャフト６を一方向回りに軸転させる。シャフト６が軸転すると、シャフト６の下端に取付けられたプロペラ７は一方向回りに回転する。

プロペラ７の一方向回りの回転が水面上の水を水中に送り込む方向、つまり下降流水を生じさせるように回転した場合には、空気に触れて酸素を含んだ水面上の水は、水面近くにその上端が位置するダクト３の上端を越えて、ダクト３の内周側面と漏斗状の浮体２の外周側面との間に形成された環状の昇降流水路９内に流入する。

昇降流水路９内に流入した酸素を含んだ水面上の水は、プロペラ７の回転力によって生じた下降流水によって、昇降流水路９内を下降して、下方側に延設されたダクト３の下端から深い水中内に送り出される。この深い水中に送り出された水面上の水には多量の酸素が含まれているので、酸素が不足気味の深い水中内に多量の酸素を供給することができ、この酸素の働きによって深い水中の汚れを浄化させることが可能となる。

このようにして、プロペラ７の回転を続けると、酸素を含んだ水面上の水を水中に送り込む下降流水の循環が生じ、酸素を含んだ水面上の水が深い水中に供給され続けると、ダクト３の外側の周囲の水は次第に上昇して、ダクト３の内側では下降流水が生じ、又ダクト３の外側では上昇流水が生じる。

このようにして、ダクト３の内外では昇降循環流水が起こり、酸素を含んだ水面上の水を深い水中に供給する循環流水が浮遊式水質改善装置１の周囲で生じ、閉鎖性水域における水の浄化が効率的に達成される。

これに対して、プロペラ７の一方向回りの回転方向が前記と逆方向に回転して、水中の水を水面上に送り出す方向、つまり上昇流水を生じさせるように回転した場合には、酸素を殆ど含んでいない水中の汚れた水は、水中のダクト３の下端の中心孔３ａから、ダクト３の内周側面と漏斗状の浮体２の外周側面との間に形成された環状の昇降流水路９の下部に流入する。

昇降流水路９の下部に流入した酸素を殆ど含んでいない水中の汚れた水は、プロペラ７の回転力によって生じた上昇流水によって、昇降流水路９内を上昇して、上部のラッパ状に拡がったダクト３の上端から水面上に送り出される。この水面上に送り出された汚れた水は、そこで空気に触れて酸素が吸収される。このようにして、酸素を殆ど含んでいない汚れた水中の水は水面上に送り出されて酸素を吸収することによって浄化される。

このようにして、プロペラ７の回転を続けると、酸素を殆ど含んでいない汚れた水中の水を水面上に送り出す上昇流水の循環が生じ、酸素を殆ど含んでいない汚れた水中の水が水面上に送り出され続けると、ダクト３の外側の周囲の水は次第に下降して、ダクト３の内側では上昇流水が生じ、又ダクト３の外側では下降流水が生じる。

このようにして、ダクト３の内外では昇降循環流水が起こり、酸素を含んだ水面上の水を深い水中に供給する循環流水が浮遊式水質改善装置１の周囲で生じ、閉鎖性水域における水の浄化が効率的に達成される。

このようにして、ダクト３の内外では昇降循環流水が起こり、酸素を殆ど含んでいない汚れた水中の水を水面上に送り出す循環流水が浮遊式水質改善装置１の周囲で生じ、閉鎖性水域における水の浄化が効率的に達成される。

なお、この発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。

以上、本発明に係る浮遊式水質改善装置によれば、昇降流水路を通じて水面上の酸素を含んだ水を水中に送り込むことができ、或いは、昇降流水路を通じて酸素を殆ど含んでいない汚れた水中の水を水面上に送り出して空気中の酸素を吸収させることができ、これによって、閉鎖性水域における水の浄化を効率的に達成することができる。

本発明装置の対流攪拌により、水系の底部から上昇してきた低酸素状態の水は、水面近くで空気中から酸素を取り込み循環する。その結果、酸素を好む微生物が活性化され、各種の汚泥原因物質を分解する。また、その微生物の増加は原生動物の食物となり、さらにそれが小魚や水生昆虫の食物となるなど、湖沼の生態系全体が活性化・多様化する。すなわち、酸素による微生物の活性化と食物連鎖の好循環を図ることができる。

太陽光に含まれる紫外線は、水を腐敗させる微生物の繁殖を抑制する。本発明装置により対流攪拌すると、上昇してきた水は効果的に太陽光に晒され、紫外線による滅菌作用により水の腐敗が防止され、悪臭等の抑制に効果がある、すなわち、紫外線により水の腐敗の防止を図ることができる。

溶存酸素量が低下すると、水中に固定されていたリンがリン酸イオンとして溶出し、アオコ（クロロフィルａ）や緑藻類の栄養源となり増殖を助長する。しかしながら、本発明装置によれば湖底まで酸素が送り込まれるので、リン溶出を抑制し、アオコや緑藻等の発生及び増殖を抑制できる。すなわち、湖底まで酸素を供給することによりリン溶出を抑制することができる。

Claims (2)

1. 水面上に浮遊し上部側が拡がった漏斗状の浮体を設け、該浮体に水面を貫通して下方にシャフトを延設し、駆動装置に連結されたシャフトの下端に軸芯回りに回転するプロペラを取付け、漏斗状の浮体の周囲に上部がラッパ状に拡がったダクトを設け、ダクトの下端側をプロペラの下方まで延設し、漏斗状の浮体の外周側面とダクトの内周側面との間に環状の昇降流水路を形成し、回転するプロペラによって昇降流水路内に昇降流水を起こし、ダクトの内外の水中に昇降循環流水を生じさせる浮遊式水質改善装置において、前記ダクトの半径方向に複数の整流板を設けると共に、その一端をダクトの取付リングに連結し、他端を水底に沈降したアンカーに連結した係留ロープでダクトを水底の少なくとも二箇所に固定したことを特徴とする浮遊式水質改善装置。
2. シャフトの駆動装置に電力を供給する太陽電池が浮体の上面平面部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の浮遊式水質改善装置。

Images