(57)【要約】少ないエネルギー消費量により波動と流動を同時に発生させ、この波動と流動エネルギーにより液体を遠い所に連続的に送ることのできる液流発生装置を提供する。互いに反対側となる両面が外側に対称的に膨出し、周縁部にいく程厚みを減じる細長い翼であって、中央部で回転軸に対し、長軸、短軸共に直角となるように固定される第１の翼と、中央部で前記回転軸に対して、少なくとも長軸が斜めに交差するように固定される第２の翼とを有する。前記回転軸が回転することにより、前記第１の翼が周期的に液体を切ることにより液体に波動を生じさせると共に、前記第２の翼により液体を流動させることを特徴とする。
2003026783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに反対側となる両面が外側に対称的に膨出し、周縁部にいく程厚みを減じる細長い翼であって、中央部で回転軸に対し、長軸、短軸共に直角となるように固定される第１の翼と、中央部で前記回転軸に対して、少なくとも長軸が斜めに交差するように固定される第２の翼とを具備し、
前記回転軸が回転することにより、前記第１の翼が周期的に液体を切ることによって液体に波動を生じさせると共に、前記第２の翼により液体を流動させることを特徴とする液流発生装置。
【請求項２】
前記翼の外周縁の形状が長楕円状もしくは長円状をなすことを特徴とする請求の範囲１記載の液流発生装置。
【請求項３】
前記第１の翼と第２の翼とが正面からみて、直交する十字状をなすように配置されていることを特徴とする請求の範囲１または２記載の液流発生装置。
【請求項４】
前記回転軸を回転させる駆動部を有することを特徴とする請求の範囲１、２または３記載の液流発生装置。
【請求項５】
前記駆動部が電動モータを含み、該電動モータの駆動源が太陽電池であることを特徴とする請求の範囲１、２、３または４記載の液流発生装置。
【請求項６】
前記回転軸が中空に形成され、前記第１の翼および第２の翼が該回転軸に連通する中空に形成され、前記第１の翼および第２の翼の回転後方側となる面に多数の小孔が形成され、前記回転軸内に高圧流体を送り込む高圧流体送出装置を備え、
前記高圧流体送出装置から供給される高圧流体が前記小孔から噴出される反力により前記第１の翼および第２の翼が回転軸を中心に回転することを特徴とする請求の範囲１、２または３記載の液流発生装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は液流発生装置に関し、液体に波動と流動を同時発生させ、この波動エネルギーと流動エネルギーの相乗効果により遠くの位置まで液体を流動させる液流発生装置に関する。
従来技術
従来、液体に流動を発生させる手段としては、プロペラ、スクリュー、タービン等の回転力を利用して流動（水流）を主体的に発生させる方法、また噴射流体のエネルギーを外部から液体に与えて流動（水流）を起こす方法等がある。いずれの方法も発生した水流を遠くの領域まで到達させる事は困難である。その原因はプロペラ等を高速回転して発生させる水流は瞬間的流速（加速度）を発生させることはできるが、水の抵抗により直ぐに失速するためであり、水を流動、循環、瀑気、攪拌、混合等を行う装置としてはエネルギー効率が悪く、構造が大きく経済的にも問題点があった。また特殊な方法として１９４０年代に開発されたオロイド形状の回転体による水流発生方法もあるが、複雑な動力伝達により回転させるため構造上の無理が欠点となり耐久性に乏しく実用性に適さないのが現状である。
従って、大きい湖沼、池などの水を循環流動させる装置としては経済的に適応するものがなく実施例は皆無に等しい、また農産物加工、食品、各種工場等から出る多量の排水処理装置、また気体の瀑気、異物の攪拌、混合などは基本的に上記方法により行われているが、水流が遠くまで均一に行き届かない欠点があり効果的な処理ができないのが現状である。これを補うために大きな装置を大きな動力で運転しているためエネルギー効率が悪いという課題があった。
発明の開示
この発明における課題は、少ないエネルギー消費量により波動と水流を同時に発生させ、この波動と流動エネルギーにより液体を遠い所に連続的に送る事であり、且つ装置構造が簡単で耐久性と経済性の高いものを提供する。
本発明に係る液流発生装置は、互いに反対側となる両面が外側に対称的に膨出し、周縁部にいく程厚みを減じる細長い翼であって、中央部で回転軸に対し、長軸、短軸共に直角となるように固定される第１の翼と、中央部で前記回転軸に対して、少なくとも長軸が斜めに交差するように固定される第２の翼とを具備し、前記回転軸が回転することにより、前記第１の翼が周期的に液体を切ることによって液体に波動を生じさせると共に、前記第２の翼により液体を流動させることを特徴とする。
前記翼の外周縁の形状を長楕円状もしくは長円状とすることができる。
前記第１の翼と第２の翼とが正面からみて、直交する十字状をなすように配置するようにすると好適である。
前記回転軸を強制回転させる駆動部を設けることができる。
この駆動部を、電動モータで構成し、該電動モータの駆動源を太陽電池とすることができる。
あるいは、前記回転軸を中空に形成し、前記第１の翼および第２の翼を該回転軸に連通する中空に形成し、前記第１の翼および第２の翼の回転後方側となる面に多数の小孔を形成し、前記回転軸内に高圧流体を送り込む高圧流体送出装置を設けて、該高圧流体送出装置から高圧流体を回転軸内に供給し、前記小孔から噴出される高圧流体の反力により前記第１の翼および第２の翼を回転軸を中心に回転させるようにしてもよい。
発明を実施するための最良の形態
以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は液流発生装置１０の正面図を示す。
取付台１１に、液流を発生させる翼装置１２が回転自在に取り付けられている。
翼装置１２は、第１の翼１３と第２の翼１４とが、正面から見て十字状をなすように一体的に組み付けられて回転軸１５に取り付けられてなる。１６は軸受である。
１７は駆動部である。１８はその電動モータであり、この電動モータ１８の回転軸（図示せず）に取り付けられたスプロケット（図示せず）と回転軸１５に取り付けられたスプロケット（図示せず）とにチエーン１９が掛け渡され、翼装置１２が駆動されるようになっている。
なお、後記するように、翼装置１２は比較的小さな駆動力で駆動可能であり、したがって、電動モータ１８の電源に太陽電池（図示せず）を好適に用いることもできる。
翼装置１２の第１の翼１３と第２の翼１４とは、図６に示すように正面から見た場合にほぼ十字状をなすように一体的に組み付けられているものであるが、説明の便宜上、図２、図３に第１の翼１３を、図４に第２の翼１４を個別に示した。
第１の翼１３および第２の翼１４は、互いに反対側となる両面１３ａ、１３ｂ，１４ａ、１４ｂが外側に対称的に膨出し、周縁部にいく程厚みを減じる細長い翼をなす。このような翼は、細長い椀状の半体を互いに凹部を対向させて周縁部を溶接等することによって構成される。これら翼の正面形状は図３に示すように、その外形が長楕円状あるいは図１に示されるように長円状をなす。また側面形状は、図２に示すように、その外形が、２つの扁平な円弧を付き合わせたような形状をなしている。角αは特に限定されないが、２０°〜６０°位が適当である。
第１の翼１３は、図２に明確なように、中央部で回転軸１５に対し、長軸、短軸共に直角となるように固定される。一方、第２の翼１４は、図４に示されるように、中央部で回転軸１５に対して、少なくとも長軸が斜めに交差するように固定される。この第２の翼１４の長軸の回転軸１５に対する交差角βは、液体からの抵抗をあまり大きなものにしないように、あまり小さな角度にしないのが良い。例えば交差角βは、６０°〜８０°位が好適である。
上記の例では、翼装置１２を電動モータ１８により回転駆動するようにしたが、駆動部はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、回転軸１５を中空に形成し、また第１の翼１３および第２の翼１４を回転軸１５に連通する中空状に形成し、第１の翼１３および第２の翼１４の回転後方側となる面に多数の小孔２１を形成し、高圧流体送出装置（図示せず）から回転軸１５内に高圧流体を送り込むようにしてもよい。すなわち、高圧流体送出装置から供給される高圧流体が小孔２１から噴出される反力により翼装置１２を回転軸１５を中心に回転させるようにするのである。例えば、高圧流体送出装置から圧縮空気を、ホースおよび図示しないロータリージョイントを介して中空の回転軸１５内に送り込むようにすることができる。
液流発生装置１０は上記のように構成されている。
続いて動作について説明する。
まず、波動発生の基木原理を概念図に基ずいて説明する。図２、図３に示すように、第１の翼１３を、その回転方向前端側および後端側の淵１３ｃを鋭角に、かつ中央部分を外方に膨らませ流線形状に構成し、回転軸１５にほぼ直角に固定しているので、回転軸１５を水中で矢印方向に回転すると、第１の翼１３は、回転前方側では図２のＸ方向に水（液体）を押し、一方、回転後方側では図２のＹ方向に水が戻る（復元）。この押出しと復元により、平面視、４方向（Ｘ方向）に波動が発生するのである。
このとき第１の翼１３の翼数と毎分の回転数の積が振動数になり、波動の振幅は第１の翼１３の厚みにほぼ依存することになる。
この構成による第１の翼１３のエネルギー損失は主に翼面の抵抗損失であるが、上記のように断面形状を流線形にし、かつ回転軸１５に対し直角に取り付けているので、抵抗損失は少なく、少ない消費電力で、最大限に効率よく波動を発生しうる。翼装置１２をあまりに高速で回転すると、いたずらに水を撹拌することになって、波動を遠方に伝達できない。波動を消失させないためには、翼の形状にもよるが、回転数は毎分５０〜１５０回転程度の低速回転にする必要がある。これにより消費電力も少なくて済み、１００Ｗ〜５００Ｗ程度の低消費電力でも十分に駆動でき、したがって、前記したように太陽電池を電源とすることもできる。
次に、第２の翼１４は、少なくともその長軸が回転軸１５に対して交差するように回転軸１５に斜めに固定されているので、回転軸１５が回転することにより、プロペラと同様に水に流動を与える。この場合に、第２の翼１４は、その両面１４ａ、１４ｂが外側に膨出する形状に形成されているので、回転軸１５が矢印方向に回転することによって、その回転前方側のふくらみ面のスクリュー流機能（推進力）によって水が押され、放射状の水流が発生する。なお、第２の翼１４もふくらみをもっていることから、この第２の翼１４によっても若干水に波動も与える。
上記の例では、第２の翼１４をその長軸が回転軸１５に対して斜めに交差するようにしたが、その短軸も回転軸１５に対して斜めに交差するように回転軸１５に取り付けることによって、より水流を発生させやすくなる。これらの交差角は、翼のふくらみの程度などに応じて適宜設定するとよい。また回転軸１５の回転速度も、第１の翼１３による波動の発生、第２の翼１４による水流の発生具合により、適宜選択するとよい。
第１の翼１３と第２の翼１４とが同時に回転されることにより、水の動きは、第１の翼１３による波動と、第２の翼１４による水流とが合成された動きとなる。
図７に示すように、液流発生装置１０を大きな水槽（例えば５０ｍの水泳用プール）２５の中央に配置して翼装置１２を駆動したとき、水流に乗りつつ四方に波動が伝わり、速度は緩いが水槽２５一杯に広がる水流が定常状態で得られた。
すなわち、第１の翼１３による波動によっては水の流れは生じないが、逆にこの波動は遠方にまで伝わる。そして、緩い回転速度により第２の翼１４が回転され、これにより放射状に広がる水流が発生するが、回転速度が緩やかなので、この水流によって上記波動が破壊されるものではなく、むしろ、水流に波動が乗ることによって、水流自体遠方にまで伝わるのである。また、水流自体緩やかなものであるので、急激な水流が却って周りの水の抵抗によって急激に減殺されるのと相違し、定常状態になるまである程度の時間は要するが、やがて水槽２５一杯に広がる緩やかな水流が得られたものである。因みに、水槽２５を５０ｍプールとし、翼装置１２の大きさを翼の長軸が５０ｃｍのものとし、回転速度を毎分１５０回とした場合に、水槽２５の隅々にまで届く緩やかな水流と波動が生じた。
このように、本発明の液流発生装置１０は、到達距離の大きい波動と、水に動きを生じさせる水流との相乗現象を究明した結果得られたものである。波動を壊さないために、また水流のエネルギーが減殺されないように、翼装置１２を緩やかに回転させる必要があり、そして、小さな駆動エネルギーにもかかわらず、水に強い波動エネルギーと流動エネルギーを同時に与える事を可能にしたともいえる。
また、図５に示すように、第１の翼１３および第２の翼１４の内部を中空にし、回転方向の後方位置に気体、液体、または微小固体を含む高圧流体を噴出する小孔２１を開け、この内部空間部と中空にした回転軸１５とを連通し、回転軸１５を通して高圧流体を第１の翼１３、第２の翼１４内に送り込み、小孔２１から噴出させ、噴出時の反動力を利用し、翼装置１２を回転させると共に、湯気、攪拌、混合などを行うようにすることができる。
瀑気を目的としたときの小孔２１の径はなるべく小さくして噴出空気の表面積を大きくする。噴出された空気は回転している翼１３、１４と水流により再撹拌されるため空気粒が非常に微細化される利点がある。噴出孔径、噴出圧力、回転数などを調節することにより、パイプの小孔からただ単に空気を噴出する場合に比して、酸素溶解効率を６０％以上増大させることができた。また撹拌、混合に於ても従来の方法に比較して数分の１の時間により目的が達せられた。
また、波動と水流との相乗効果により、緩やかであるが、広い範囲に、かつ遠方にまで水流が達することから、図７に示すように、水槽２５の隅々まで水流が行き渡り、コーナー部に異物が堆積することがなくなる。この点、図８に示すように、例えば強力ポンプ２６により強力な水流を水槽２５内に発生させ、循環させる場合には、水流が却って減殺され、隅々にまで水流が行き渡らず、コーナー部に堆積物２７が積層する傾向があるが、本実施例の場合には、逆に堆積物が剥離、除去される傾向が見られた。
本発明の液流発生装置１０は、前記したように、図７に示す水槽２５を例としたとき水槽２５の中央の位置に配置できる。これにより水流と波動が四方に同時に発生する。従って、水槽２５の壁面と短い間隔が確保でき、水流の水速を落とさないで容易に循環流を発生させることができる。この点図８の従来方法では、液流発生装置（強力ポンプなど）の構造上、水槽２５の壁面近くに液流発生装置を配置して、反対側の壁面に向けて水流を起し循環流を作るため、壁面との距離が本発明の液流発生装置の約２倍相当になる。従って流動水の流速は距離に対し等比級数的に急速に落ちるため、必要な流速を維持し循環流を継続させるためには、非常に大きなエネルギーを必要としていた。本発明の液流発生装置は、その水槽内等での上記配置位置にも関係し、エネルギー効率よく、流動、循環、瀑気、撹拌、混合などを可能にした。
発明の効果
本発明による液流発生装置は、流動、循環、瀑気、撹拌、混合など応用範囲が広く、湖沼の浄化、各種工場から排出される汚濁水の浄化、また各種物質の生産過程における複数の材料物質の混合、撹拌など多くの分野に於て、液流を発生させる装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明装置の一例を示す正面図であり、図２は、第１の翼の側面図であり、図３は第１の翼の正面図であり、図４は、第２の翼の側面図であり、図５は、翼装置の一部切り欠き正面図であり、図６は、翼装置の側面図であり、図７は、水槽内での液流発生の状況を示す説明図であり、図８は、従来装置における液流発生状況を示す説明図である。
【図１】
2003026783.tif 000003
【図２】
2003026783.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2003026783.tif 000009
【図８】
2003026783.tif 000010
【国際調査報告】
2003026783.tif 000011
2003026783.tif 000012