JPS63190626A - スクリユ−型エア吸引器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、浄化槽内ブロワーに代わって、消費電力が少
なくても水中に送気できて、且つ、気泡の微細なスクリ
ュー型エア吸引器に係るものであるが、液中にエアを送
気かく拌する技術全般に応用できるものでもある。

〔従来の技術及び考案が解決しようと する問題点〕

従来の浄化槽用ばつ気室へエアを送気する方法はブロワ
ーで圧搾送気するものであった。しかしエアを強制的に
圧搾する方法では、エアを効率的に送気するという点で
問題も多く、例えば、圧搾をピストンによるものであれ
、ローターによるものであれ、運動部分であるローター
やピストンがシリンダーと摩擦することによって発熱し
、その分だけエネルギーロスとなっていた。また、一般
的に普及しているピストン方式は、圧縮・吸気・圧縮・
吸気と順序良く運動をするが、吸気の際には全くエアを
圧搾せずに、ただピストンを移動させるためだけにモー
ターの電気エネルギーを無駄に使用するという構造的な
効率の悪さがあり、これがロータリー方式であっても、
圧搾しない部分のロータリーを圧搾している部分のロー
タリーが回転しながら次に圧搾できる状態まで移動させ
てエネルギーを負担しているという点ではピストン方式
と全く同一な効率の悪さがあった。これらは伸縮性の大
きいエアを強制的に圧縮するがゆえに生ずるエネルギー
ロスの宿命であった。

そこで、エアを吸引する方法にして、エネルギー効率を
高くした製品があった。これは北欧（ノルウェーかスウ
ェーデンのいずれか）の国際特許で、構造は図面の従来
図のように、回転軸（１）の中心にエア通路（２）を有
して、回転軸（１）より突設した翼（３）を設けて、該
翼（３）の同軸部に孔（６）を形成してエア通路（２）
に連通せしめた特徴があり、スクリュー翼（３）で水流
を生成して、その水流の流速でエアを吸引、送気するも
のであるが、この特許の基本的な構造は、船舶用のスク
リューのトリム・タブ即ち排気口部を有する如き推進装
置の分野では従来から既知である。しかし、翼（３）の
力で水流を生成するというのは容易でなく、特にエアが
吸引されるだけの流速は翼（３）の水切り効率をいくら
上げても起こしにくく、そのため従来のものは水中に翼
（３）をすっぽりと沈めては使用できず、必ず水面より
翼（３）が見えるようにして回転させて、水面にだけ一
時的にエアの吸引に必要な最低の流速を生成していた。

また出来れば流速のある川などで使用すれば一層効果が
見込めた。しかし、エアを吸引する方法にすれば、前述
の摩擦熱が発生せず、しかも複雑な圧搾装置を必要とし
ないぶん効率良く小型モータでもエアを送気できる長所
をもつ。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、流体中の推進原理を直接エアの吸引力に応用
することによって、従来のスクリュー型エア吸引器のエ
ア吸引効率を更に高めながら、前述のような欠点を解決
するもので、添付図面を参照しながら実施例を詳述すれ
ば、 回転軸（１）の中心にエア通路（２）を有して、該回転
軸（１）の一部に同軸状態で突設させた翼（３）を設け
て、該翼（３）の背面部（５）にエアが出る孔（６）を
設けながら、該回転軸（１）内のエア通路（２）まで連
通せしめた。

また、エアが出る孔（６）の形状を細長く形成しても良
い。

また、エアが出る孔（６）の位置を翼（３）の先端の背
面部（５）に形成しても良い。

また、翼（３）先端への流れを加速均一化する整流環を
本発明のスクリュー型エア吸引器と組み合せても良い。

また、回転軸（１）の一部に同軸状態で突設させた翼（
３）を複数層に設けたものでも良い。

〔作用〕

従来図のものは、翼により回転軸方向に水流を生成させ
て、その生成した水流の流速によってエアを吸引するも
のであったのに対して、 本案のものは、翼が流れの中で運動するときの、水流が
翼に及ぼす抵抗の相対的流れ方向成分より相対流れに垂
直な方向成分である揚力をベクトル計算し、該揚力を利
用して直接エアを吸引するものである。

またベクトル計算で揚力を計測する際に、流体の粘性に
よって物体（質）表面に働く摩擦抵抗を踏まえた上で、
翼の形状に対して働く形状抵抗または翼表面に働く流体
圧力による圧力抵抗も考慮しておかねばならず、この意
味から翼によって水流に圧力差を生ぜしめ、圧力差のう
ちの圧力が低下する現象を利用してエアを液体中に送気
吸引するとも言える。また圧力差は翼の背面部と腹面部
を流れる流体の流量や流速を変えることによって生ずる
ものである。したがって、圧力差を利用するということ
は、流量の差も利用することでもあり、また流速の差を
利用するということでもある。さらに、圧力低下現象を
利用するということはキャビテーション発生現象による
圧力差をも積極的に利用できるということでもある。

〔実施例〕

第１図の（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ本発明の第１実施例
を示す（Ａ）と第２実施例を示す（Ｂ）の断面斜視図を
様々な仕様として示した断面図。（ｇ）と（ｃ）と（ａ
）と（ｂ）の順番で孔（６）を形成している位置が次第
に翼（３）の前縁から後縁へ移っている特徴がある。ま
た（ｄ）のように孔（６）の形状が流れ方向と平行して
細長く形成したものでも良い。また（ｅ）のように孔（
６）の形成位置を複数箇所にしても良いし、（ｆ）のよ
うに翼（３）の背面部（５）一面に微細な孔（６）を形
成するものでも良い。さらに（ｈ）のように翼（３）に
そり角を大きく与えて、腹面部（４）が引っ込んだ形状
をしている翼（３）に対しても、様々な位置に孔（６）
を形成できるが、丁度図面では、（ａ）と同じ位置に孔
（６）を形成してある。一般に、静止流体中を物体が進
行する時、流れの方向に流体抵抗、流れに垂直な方向に
揚力を生ずるが、流体抵抗に対して揚力が大きくなるよ
うにつくられた流線形断面の物体を翼（３）というが、
翼（３）型の形状については、Ｇ■ｔｔｉｎｇｅｎ系統
、Ｃｌａｒｋ系統、ＲＡＦ系統、ＮＡＣＡ系統等、各研
究機関より発表されており、そり線、厚み分布、前縁曲
率半径等で形が決まるが、最大そりおよび厚み、迎え角
が翼型性能に大きく影響するが、本発明は全ての翼（３
）が他の形状に適応するものである。また翼（３）型が
上下対称の形をしていても、迎え角（α）がつけば、圧
力分布は翼（３）の上側である背面部（５）で流れの圧
力より低く、翼（３）の下側である腹面部（４）で流れ
の圧力より高くなり、本発明の適応する翼（３）となる
。また本発明は（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）
（ｇ）（ｈ）の断面状態であっても孔（６）の形状が、
流れ方向に対して垂直な翼幅方向に複数または単数の孔
（６）を設けた（Ａ）の仕様と、翼幅方向に細長く複数
または単数の孔（６）を設けた（Ｂ）の仕様などが考え
られる。また翼（３）に形成する孔（６）の形状がどの
ような形であってもエアを吸引するためのものであれば
本発明となる。ところで（Ａ）（Ｂ）に設けた孔（６）
の位置は丁度（ａ）の断面図の一例にあたる穴（６）を
斜視図としてある。

第２図は翼（３）の背面部（５）に生ずる圧力状態を示
す分布図。翼（３）は背面部（５）で負圧、腹面部（４
）で正圧となり、この圧力を翼全面について合成した力
が翼（３）に働く形状抵抗となり、これを流れの方向と
流れに垂直な方向に分解した分力によって揚力や抗力が
求まる。さらに溶液中の翼（３）を高速回転させると、
液体の絶対圧力がその温度における液体の飽和蒸気圧よ
り低くなり液体中より蒸発が盛んにおこり、飽和蒸気泡
の小さな空洞を生じてキャビテーションとなる。そして
図面のような破線で示す圧力分布状態でキャビテーショ
ンが負圧とともに発生して、キャビテーション発生後に
はもう片方の線のように片力分布状態がほぼ一定になる
が、Δで示す区間で急激に上昇し、気泡がつぶされてキ
ャビテーションに伴う衝撃および浸食の現象を翼（３）
の背面部（５）におこすことになる 第３図は本発明の第２実施例を示すスクリューの断面斜
視図。スクリューが白矢印の方向に回転すると、それぞ
れの翼（３）の先端部が翼端渦（７）を放出するが、こ
の翼端渦（７）は翼（３）の腹面部（４）から翼（３）
の先端を越えて背面部（５）へ回り込み、背面部（５）
側で渦巻くものであり、この翼端渦（７）の中心では圧
力がが低下してキャビテーションが発生する。このキャ
ビテーションは翼（３）の先端の背面部（５）上で発生
し、丁度図面の翼端渦（７）を破線で示したような圧力
分布状態で観察される。そこで、翼端渦（７）が発生す
る翼（３）の先端の背面部（５）に孔（６）を形成させ
ることによって、翼端渦（７）で圧力が低下したぶんだ
けエア通路（２）よりエアを吸引することが出来る。ま
たここで、翼端渦（７）で圧力が低下するということは
、翼（３）の回転による相対的流れ方向成分が翼（３）
の先端では変形される為、流体方向も変形されるが、圧
力低下した分だけ翼（３）先端の変形流れに垂直な方向
に揚力が部分的に生じているとも言える。

第４回は本発明の第３実施例を示す断面斜視図。

特徴は、回転軸（１）に同軸状態で突設させた翼（３）
を複数層に設けたもので、図面での翼（３）は本発明の
孔（６）をもち、エア通路（２）と連通されている。溶
液中に能率良くエアを送気するだけでなくエアの気泡を
かく拌して微細化する効果もある。また本図のように本
発明の翼（３）を複数層に重ね合わせてタービン状にし
て原動機とすることもできる。また回転軸（１）に同軸
状態で突設させる翼（３）を回転軸（１）のまわりにラ
セン状に形成しても良い。また、全ての図面の本発明の
翼（３）に、角度を可変化して迎え角αを自由に調節で
きるものであっても良い。

第５図は本発明の第４実施例を示す断面図。特徴は、同
軸上に翼（３）を形成しながら２層としており、互いの
層の翼（３）の回転方向が相反する。しかし、本発明の
権利請求範囲のとおり、相反する回転軸（１）であるが
、外観上、回転軸（１）のなかにエア通路（２）を共有
して（それぞれの回転軸のなかに独立して別個にエア通
路をもっても良い）おり、相反する回転方向の翼（３）
の背面部（５）に形成した孔（６）まで連通していると
いう点でも本発明の権利範囲に含まれるものである。

ところで、本文で述べてきたスクリューとはプロペラの
ことでもある。

また、本発明は液中に送気する様々な産業分野の応用が
可能である。また第１図の（ｄ）のように流れ方向に平
行して細長い孔を設けたものを他の（ａ）〜（ｈ）のよ
うに様々な箇所に設けても良い。

〔発明の効果〕

本発明は、伸縮性の大きいエアを従来のように圧縮させ
て送気するのでなく、吸引することによってエアを溶液
中に送気するものであり、エアの圧搾装置より発生する
発熱エネルギーや摩擦エネルギーに消費電力を消費する
ことが無いぶん、小型モーターで済むだけでなく、エア
を吸引する方式にした分だけでも送気効率が高まる。ま
た、翼に流れる水流の作用によって溶液中に吸引された
気泡は、回転する翼によって破壊されて微細化されなが
らかく拌される。したがって本発明を浄化槽のブロワー
に代わって用いた場合、エアが微細化されるため好気性
微生物の活動を促す。また回転軸に形成した翼のとりつ
け迎え角度によって、生成する水流の速度を調節するこ
ともできる。さらに、本発明はエアだけでなく、使用す
る用途によって様々な気体や、場合によっては液体も送
気吸引させることができる。以上の事から本発明は液体
、気体を問わず何かを液中に運搬するという特徴をもち
、その方法は圧縮による液体、気体の運搬方法でなく、
溶液中の翼の吸引による運搬方法で、吸引される運搬方
法から様々な効果が生まれる。さらにエアを吸引する働
きから、本発明をこのまま翼を利用した真空製造機器と
することもできる。さいごに、小型モーターで済むとい
うことは、モーター以外のどのような駆動機関を用いた
場合でもエネルギーが小さい割に効率の高い効果が得ら
れるということである。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ本発明の第１実施例
を示す（Ａ）と第２実施例を示す（Ｂ）の断面斜視図を
様々な仕様として示した断面図。第２図は翼の背面部に
生ずる圧力状態を示す分布図。第３図は本発明の第２実
施例を示す断面斜視図。第４図は本発明の第３実施例を
示す断面斜視図。第５図は本発明の第４実施例を示す断
面図。 １…回転軸 ２…エア通気 ３…翼 ４…腹面部 ５…背面部 ６…孔 ７…翼端渦 α…迎え角

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、回転軸の中心にエア通路を有して、該回転軸の一
   部に同軸状態で突設させた翼を設けて、該翼の背面部に
   エアが出る孔を設けながら、該回転軸内のエア通路まで
   連通せしめたことを特徴とするスクリュー型エア吸引器
   。 ２）、エアが出る前記孔の形状を細長く形成した特許請
   求の範囲第１項記載のスクリュー型エア吸引器。 ３）、エアが出る前記孔の位置を翼の先端の背面部に形
   成した特許請求の範囲第１項及び第２項記載のスクリュ
   ー型エア吸引器。 ４）、前記翼先端への流れを加速均一化する整流環を本
   発明のスクリュー型エア吸引器と組み合わせた特許請求
   の範囲第１項及び第２項及び第３項記載のスクリュー型
   エア吸引器。 ５）、回転軸の一部に同軸状態で突設させた前記翼を複
   数層に設けた特許請求の範囲第１項及び第２項及び第３
   項記載のスクリュー型エア吸引器。