JPH05240154A - 気泡ノズル付き水中ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ため池などで行なわれるいわゆる水耕栽培に
おける生活排水の水質改善のために用いられ、電動モー
タなどの人工的な動力を用いることなく生活排水の水流
を水車により回転力に変換した自然力により常に一定の
動力で十分な圧力と流量をポンプにより発生させ、その
加圧水によって所望の微細な気泡を含む水流を生活排水
に与えて溶存酸素量を増大させる。 【構成】 水中ポンプ１は、シリンダ２内に摺動自在に
ピストン３が挿入され、その一端に連結ロッド４が設け
られている。シリンダ２の下端には気泡ノズル５が設け
られると共に固定手段６によってシリンダ２を所定角度
揺動自在に固定座に対して固定され、これによって連結
ロッド４を回転軸に直接連結自在に構成している。シリ
ンダ２の上端には上部排出孔７とピストン２の上死点よ
り下方の位置に給水孔８が設けられている。給水孔８か
らの水をピストン２により圧送して気泡ノズル５から気
泡を含む加圧水を送り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、生活排水等の水質浄
化に用いられる気泡ノズルを備えた水中ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】水中で植物を栽培するいわゆる水耕栽培
をため池で行なう方法が一般に行なわれている。このた
め池への水の供給は生活排水が利用される。生活排水は
各種の汚濁物質や窒素、燐などを含んでいるため水質が
悪く、溶存酸素は１．５p.p.m以下の極めて低い濃度で
ある。しかし、水耕栽培では、一部の特殊な水生植物を
除き水中の溶存酸素は植物の根や茎、葉などの生育を促
進する上で極めて重要なものである。

【０００３】水質を浄化する方法としては、接触酸化
法、植物栽培、養魚等各種の方法が研究されているが、
生活排水が大量に流入するため池においてはこのような
方法は積極的には採用できない。そこで、従来は主とし
て水車などを利用した曝気法が行なわれている。曝気法
には、水を攪拌して水面から酸素を取り込む方法と、送
気の２つの方法があり、例えば水車により水面を叩いて
気泡を生じさせ酸素を溶解させたり、ポンプで揚水して
落下させる循環式落下法やジェットポンプ、曝気筒を用
いる方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの方法も酸素の溶存量が十分でなく大量に流れ
込む生活排水の水質を改善するには満足できるものでは
ない。いずれの方法も気泡を水中に長時間滞留させるこ
とができないため酸素を水に十分溶存させることができ
ないからである。

【０００５】又、上述した曝気法ではいずれもポンプ等
の動力装置を電力で作動させる必要があり、装置の駆動
・維持にコストがかかり過ぎるという問題がある。

【０００６】この発明は、上述した従来の生活排水を利
用したため池等における水質浄化の技術的な問題に留意
して、電動モータなどの人工的な動力を用いることなく
生活排水の水流を水車により回転力に変換した自然力に
より直接回転駆動し得るポンプとしかつバルブを一切使
用せずシリンダに設けた上部排水孔と給水孔によりポン
プを構成しその下端には気泡ノズルを設けて気泡ノズル
により気泡を含む水流を生活排水に供給するようにして
水質の改善を図り得る気泡ノズル付き水中ポンプを提供
することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明は、一端に連結ロッドを連結したピストンをシ
リンダ内に摺動自在に挿入し、シリンダにはその上端付
近に上部排出孔とピストンが上死点に位置したときその
やや下方となる位置に給水孔とを設けると共に、他端に
は空気を吸入して気泡を発生する気泡ノズルとシリンダ
を固定座に対して所定角度揺動自在に固定する固定手段
とを備えて成る気泡ノズル付き水中ポンプの構成とした
のである。

【０００８】上記解決手段において、前記気泡ノズル
を、加圧水が流通する本体管内に管流通路を絞る絞り部
材を設け、その直後の急拡大部に開口する内孔をその外
周部に設けた連通路と空気取入口により外部へ接続する
ように構成するのが好ましい。

【０００９】あるいは、前記気泡ノズルを、一端を閉塞
し他端を開放状とした円筒体内にその内周接線方向に加
圧液体を導入する開口を設け、上記閉塞端に円筒体の中
心位置で外気を導入する開口を設けたものとして構成し
てもよい。

【００１０】

【作用】上記のように構成したこの発明の水中ポンプ
は、固定手段によりシリンダを固定座に対して所定角度
揺動自在に固定したから、連結ロッドを回転軸に直接連
結することができる。従って、例えば生活排水を利用し
た水車の回転軸に直接連結することができるのである。

【００１１】かかる自然力を用いた回転力で上下動され
るピストンによって加圧水はポンプから送り出される
が、このポンプにはバルブ類を一切備えておらず、シリ
ンダの上端に設けた上部排出孔とピストンの上死点より
やや下方の給水孔のみが設けられた極めてシンプルな構
成のポンプである。ピストンが上昇すると給水孔から水
を排出し、さらに上昇して上死点まで移動する間にピス
トン上方の水や空気は上部排出孔から排出される。

【００１２】ピストンが上死点へ上昇する間に給水孔か
らはそれより下方のシリンダ内に周囲の水が流入してシ
リンダ内に充満され、これをピストンが下降する際に排
出する。給水孔を通過してピストンがさらに下方に下降
する間にシリンダ内の水は圧送され、気泡ノズルへと送
られる。

【００１３】気泡ノズルでは負圧を利用して大気中の空
気が加圧水に混入され、所望の微細な気泡を含む加圧水
としてノズル先端から放出される。かかる微細な気泡を
含む加圧水は、大気中に上昇することなく水中に長く浮
遊し、その間に水に溶け込んでため池の水に多量の溶存
酸素を含ませ水質の改善を行なう。

【００１４】

【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１５】図１は実施例のポンプ外観の概略斜視図で
ある。このポンプ１は、シリンダ２内にピストン３を摺
動自在に設け、ピストン３の一端には連結ロッド４を連
結し、シリンダ２の他端には空気を吸入して気泡を発生
する気泡ノズル５と、シリンダ２を固定するための固定
手段６を設けたものから成る。

【００１６】シリンダ２にはその上端付近に上部排出孔
７とピストン３がシリンダ内でストロークの上死点に位
置したときそのやや下方に位置する部位に給水孔８が設
けられている。連結ロッド４の上端は回転軸Ｗに直接連
結されている。シリンダ２の下端はヒンジ式の固定手段
６により固定座Ｘに対して所定角度揺動自在に固定され
ている。図２に上記ポンプ１の断面とこのポンプを水中
に設置した状態を示す。

【００１７】図３に気泡ノズル５の詳細な断面を示す。
この気泡ノズル５は、実願平３−４１２０２号により本
発明者によって提案されたものであり、詳細は上記出願
の明細書によるも、これを本発明のポンプに利用するに
際して以下簡単に説明する。

【００１８】気泡ノズル５は、本体管５１が上流側管体
５２とこれに螺合固定される下流側管５３とから成る。
両管体５２、５３の接合部にはテーパ面５４ａを有する
絞り部材５４が設けられている。絞り部材５４の上流側
内径は上流側及び下流側管体５２、５３の内径と同じと
している。絞り部材５４の終端の下流側は下流側管体５
３の内径で急拡大し、この急拡大部５３Ｘ付近には下流
側管体５３の周壁を貫通する複数の小貫通孔５５……５
５が設けられ、その外周部は空気導入用の環状部５６で
囲まれ、この環状部５６に空気取入口５７が設けられて
いる。絞り部材５４は、螺合部５８で下流側管体５３
に、上流側管体５２と下流側管体５３は螺合部５９でそ
れぞれ螺合されている。

【００１９】上記実施例の気泡ノズル５にポンプ本体か
らの水流が圧送されると、絞り部材５４で水流は絞られ
流速が増大し動圧が増加する。そして、絞り部材５４を
通過した直後に内径が急拡大するため動圧が減少し、こ
れにより急拡大部に負圧が発生する。このとき、急拡大
部５３Ｘ付近には複数の小貫通孔５５……５５が設けら
れているため、空気取入口５７から環状部５６を通り空
気が吸入され、この吸入される空気は水流に対して吸入
される際に無数の気泡を混入させる。

【００２０】こうして気泡を混入した水流はポンプから
の水流の圧力で外部へと押し出される。

【００２１】図４は、他の実施例の気泡ノズル５’の概
略断面図である。この実施例の気泡ノズル５’も本発明
者によって開発され、特願平２−２４８４８５号により
提案されたものである。この気泡ノズル５’は、前述し
たものより気泡の粒径がさらに微細であり、目で見分け
ることができない程超極微細な気泡を混入することがで
きる。

【００２２】気泡ノズル５’は、図示のように円筒体５
１’から成り、その一端は閉じられ他端は開放されてい
る。円筒体５１’の外側には外筒５２’が同心円状に形
成され、円筒体５１’と外筒５２’との間の導入路５
３’に加圧液を送り込むように構成されている。

【００２３】さらに、この加圧液は円筒体５１’の内部
の混合室５４’に対して流路５５’の先端の開口５６’
から送り込まれる。この場合、流路５５’は、図５の断
面図に示すように、加圧液が円筒体５１’の内部の混合
室５４’の内周に対してその接線方向から送り込まれる
ように設けられている。流路５５’の数は、図示の例で
は２ケ所としているが、その数は任意である。

【００２４】混合室５４’に流入した加圧液は開放端の
開口５７’から流出する。円筒体５１’の閉塞端には外
気を導入する小孔５８’が設けられ、この小孔５８’に
接続した空気導入管５９’が外筒５２’の外部まで設け
てある。

【００２５】上記構成の気泡ノズル５’は、加圧水を送
られると次のようにして気泡を生じさせる。

【００２６】ポンプ本体からの加圧水が流入すると、導
入路５３’から流路５５’を通って混合室５４’に加圧
水が流れ込む。この時、加圧水は混合室５４’内にその
接線方向から流入するため、加圧水の持つ運動エネルギ
は流れを激しく旋回させながら開口５７’側へ送る。混
合室５４’内の旋回流は遠心力により旋回流の外周付近
の圧力が高く、中心線付近では圧力が低下して負圧とな
る圧力分布を示す。

【００２７】上記中心線付近には空気導入管５９’の接
続された小孔５８’が開口しているため、外気が導入さ
れこの外気を激して吸入して負圧空気路が中心線上に発
生し、激しく旋回する水流との間で微小な気泡を発生さ
せつつ水流が開口５９’へと流れる。従って外周の水流
が少しずつ低下した圧力環境内で出口へ向う。

【００２８】この実施例の気泡ノズルでは、旋回流の外
周圧力で囲まれた状態で発生する気泡は、外気の混入割
合によって極めて微小な気泡を混入でき、ミクロン粒径
の極微小な気泡は目視ではじっと凝視してわずかに液全
体が白くにごるように見えることが確認できる程の微小
なものである。

【００２９】上記いずれかの実施例の気泡ノズル５、
５’を備えた本発明による水中ポンプ１は、例えば図７
に示す例では、ため池Ｐに生活排水路Ｖからの引込路
Ｖ’により生活排水を導き、このため池Ｐでいわゆる植
物の水耕栽培に使用される。引込路Ｖ’には汚濁物を取
除くためのフィルタＦと、水流に落差を与えるせきＫに
水車への放水管Ｎを設けたものが備えられている。例え
ばある都市の生活排水路では１本の排水路に２０００Ｔ
ＯＮ／日の流量があり、これを引込路Ｖ’に引込むよう
にすれば十分な水量が得られる。

【００３０】上記水量の生活排水を水車Ｓに与え、これ
によって回転駆動される水車Ｓの回転トルクを、図７に
示すように水中ポンプ１に直接伝達できるように、水車
Ｓの回転軸に取付けた回転アームＬに水中ポンプ１の連
結ロッド４の上端が回転自在に取付けられている。

【００３１】なお、水車Ｓに直接水中ポンプ１を連結し
て使用する場合、気泡ノズル５、５’の空気取入口５７
又は空気導入管５９’にはエアパイプＭが接続され、そ
の上端を適当な位置に固定して空気を導入できるように
する。

【００３２】ため池Ｐ内に設置された水中ポンプ１は、
生活排水という自然力を用いて回転駆動される水車Ｓに
より直接回転駆動され、その際ピストン３が上下動する
とシリンダ２が固定手段６のピンを軸として左右に揺動
しながら加圧水を気泡ノズル５、５’へと送る。ピスト
ン３が給水孔８より上方に上昇すると、給水孔８から周
囲の水がシリンダ２内に流れ込み、その水をピストン３
の下降により押下げて加圧水を作り出す。ピストン３が
上昇するときはピストン３より上にある水を給水孔８よ
り排出すると共に、ピストン３がさらに上死点まで上昇
する間に上部排出孔７からその上方の水や空気を排出
し、上死点から下降するときは給水孔８より下方の水が
加圧されることになる。

【００３３】こうして水中ポンプ１により送り出される
加圧水は充分な圧力と流量を有するものが得られ、ため
池Ｐ中の汚濁水に対して気泡を含む水流を気泡ノズル
５、５’から与え、その流水の届く範囲内の水に十分な
酸素を溶存させる。生活排水は一日中間断なく流れ込む
ため、水中ポンプは常に一定の状態で運転される。この
ため、日中の酸素溶解作用が減少する夜間においてもこ
の水中ポンプは作動し続け、従って従来のどの方法より
も実用的に有利な条件で作動し得る。

【００３４】なお、図６に示すように、実際にため池中
にこの実施例の水中ポンプ１を使用する際は、シリンダ
２の給水孔８には適宜メッシュのフィルタＦを連結パイ
プＧを介して接続してシリンダ２内への汚物の流入を防
止するのが好ましい。又、上部排出孔７に対しても図示
省略しているがフィルタを接続しておくのが好ましい。

【００３５】

【効果】以上詳細に説明したように、この発明の水中ポ
ンプはシリンダ内を摺動自在に移動するピストンの上死
点よりやや下方に給水孔とその上方に上部排出孔を設
け、下端には気泡ノズルとシリンダを揺動自在とする固
定手段とを設けてピストンの連結ロッドに回転軸の回転
を直接伝達できるものとしたから、水中ポンプを水車の
ように回転軸に直接連結して電動モータなどの人工的な
力でなく自然力を利用して駆動し、しかも気泡ノズルか
ら所望の微細な気泡を含む水流を噴射して水中に供給す
ることによって、水耕栽培等に必要な酸素を十分に溶存
させることができ、水中の溶存酸素量を直接的に増加さ
せて水質の改善を図ると共に、水中のバクテリア等に酸
素を補給することによって微生物を活性化して間接的に
も水質改善を図ることができるなどの顕著な効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の気泡ノズル付き水中ポンプの全体概略
斜視図

【図２】同上の水中ポンプの断面及び水中の設置状況を
説明する図

【図３】気泡ノズルの一例の断面図

【図４】他の例の気泡ノズルの断面図

【図５】同上の気泡ノズルの線Ｖ−Ｖからの断面図

【図６】水中ポンプへフィルタを設けた断面図

【図７】水中ポンプの取付及び使用方法を説明する図

【符号の説明】

１ 水中ポンプ ２ シリンダ ３ ピストン ４ 連結ロッド ５、５’ 気泡ノズル ６ 固定手段 ７ 上部排出孔 ８ 給水孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に連結ロッドを連結したピストンを
   シリンダ内に摺動自在に挿入し、シリンダにはその上端
   付近に上部排出孔とピストンが上死点に位置したときそ
   のやや下方となる位置に給水孔とを設けると共に、他端
   には空気を吸入して気泡を発生する気泡ノズルとシリン
   ダを固定座に対して所定角度揺動自在に固定する固定手
   段とを備えて成る気泡ノズル付き水中ポンプ。
2. 【請求項２】 前記気泡ノズルを、加圧水が流通する本
   体管内に管流通路を絞る絞り部材を設け、その直後の急
   拡大部に開口する内孔をその外周部に設けた連通路と空
   気取入口により外部へ接続するように構成したことを特
   徴とする請求項１に記載の気泡ノズル付き水中ポンプ。
3. 【請求項３】 前記気泡ノズルを、一端を閉塞し他端を
   開放状とした円筒体内にその内周接線方向に加圧液体を
   導入する開口を設け、上記閉塞端に円筒体の中心位置で
   外気を導入する開口を設けたものとして構成したことを
   特徴とする請求項１に記載の気泡ノズル付き水中ポン
   プ。