(57)【要約】【課題】非常に少ないエネルギー消費により、広範囲にわたり液体に波動と流動を起こし、同時に瀑気、攪伴、混合等を行い効率を著しく向上させる。【解決手段】回転軸に波動と流動を起こす立体的な流線形回転翼を任意の角度に固定し、この容積体の水中変動（回転）により波動と流動を発生させて断続的に継続して送り出し、流動を遠くの位置まで広範囲に起こす。またモーター駆動の外に回転翼から各種の高圧流体を噴出しその反動力により回転翼を自ら駆動する方法。【選択図】  図４
2004290712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転時に均衡を保つ回転翼の中央部分を相対的に膨らませ、立体的に流線形を形成した翼を形状的な要素とし、該翼を回転軸にほぼ直角に固定した構成を波動発生の要素とし、また該翼をプロペラ、スクリュー機能をするように斜めに傾けて任意な角度で回転軸に固定した翼を主に流動発生の要素とし、上記３要素を任意に組合わせて、液体に波動と流動を同時に発生させる事を特徴とした、容積体の変動による水流発生機の構造。
【請求項２】
請求項１の立体的に形成された回転翼の内部を中空にし、この内部と外部に通じる孔を翼の回転方向の後方部位置に開け、この中空部と中空にした回転軸の空間部を連通し、該中空軸を通して高圧流体を送り、上記翼の孔より噴出する反動力により回転翼を駆動する容積体の変動による水流発生機の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水流発生機であり、省エネルギーの形状をした流線形の立体回転翼の構造を特徴とし、回転軸に対して翼を固定する多様な角度の組合わせにより、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流動を伝達する回転翼の構造と、これを用いて瀑気、攪拌、混合をする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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を起こす方法等がある。いづれの方法も発生した流動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、この時に液体が回転運動し、また周辺に渦流を起こす抵抗により直ぐに失速するため，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、構造も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流動発生方法もあるが、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。
【０００３】
従って、大きい湖沼、池など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少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、流動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く、環境問題に関連する水処理技術は世界的な問題で現状以上の技術開発が待望されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
よって、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流動を同時に発生させ、この波動と流動エネルギーを遠い所に連続的に送る事にあり、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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
流体の流動を遠くまで伝達する課題は波動と密接な関係があり、二つの基本的現象を起こす構成により解決する。先づ波動を発生させる手段として回転翼の形状を立体的な流線形状にし回転軸に直角または準直角に付け、また主体的に流動を発生させる構造は前記回転翼をプロペラ、スクリューなどに準じた推進角を任意に付けて回転軸へ固定する。または前者波動と後者流動の両機能を一体とした回転翼により解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
波動を発生させる回転翼は従来のプロペラ、スクリュー形状とは異なり、先端から中央部分にかけて総体的に膨らませた立体的形状にし、かつ抵抗の小さい流線形にする。このような立体的形状体が水中において回転するとき先端の淵が水を左右にかき分け押し出し、また回転翼の通過と同時に翼の後方部に於て水の戻り現象が発生する。この水の周期的変動が波動エネルギーとなる。即ち、波動サイクルは翼数と回転数により、また振動幅は回転翼の厚みにより設定し任意の回転により発生させる。
【０００７】
また流動を主に発生させる方法として、前記立体形状の回転翼をプロペラまたはスクリュー機能（回転力を推進力に変える）として回転軸に斜めに固定し回転力を推進力に変換し液体に流動エネルギーを主体に発生させる。
【０００８】
この流動エネルギーと前記波動エネルギーを断続的に水に与え、押し出し現象として連続的に繰り返す事により流れができ遠くまで流動する。この様な現象は水中において抵抗の小さい流線形の立体翼が比較的低速回転の変動によって発生させる事ができる、容積体の変動による水流発生機である。
【０００９】
【実施例１】
先づ、波動発生の基本原理を概念図に基ずいて実施形態を説明する。第１図正面図、第２図側面図に示すように、回転翼３の外郭部分の淵２を鋭角に、中央部分を立体的に膨らませ流線形状に構成した左右対象の立体翼を、回転軸１にほぼ直角に固定し回転させ水中（液中）に容積体の変動による波動を起こす。即ち水中で矢印方向に回転１０するとき立体形状の翼３は水を矢印方向６の外側に水を押し分ける。同時に翼３の後方部において水は点線７に示すように復元流動を起こす、この押出しと復元流動により波動を発生させる。従って、回転翼３が回転し左右両面８，９は均衡に抵抗を受けながら波動を左右に発生する。このとき回転翼の数と毎分の回転数が波動数になり、波動振巾は回転翼の厚みにより任意に決める事ができる。この構成による回転翼３のエネルギー損失は主に翼面の抵抗損失であり、上記立体流線形の回転翼と取り付け角度は消費電力の少ない状態で回転し波動を発生する。この構成を波動発生の要素とする。
【０００１０】
次に、立体流線形の回転翼３により水に流動を与える実施例を第３図（平面図）に示す。回転翼の面をプロペラまたはスクリュー機能（回転動力を推進動力に変える）として斜めにして回転軸１に固定する。即ち回転翼３の左面、右面は回転により個々に抵抗を受けるよう軸に対して任意の一元的角度α１と任意の二元的角度α２を付けて固定する。このα１、α２の取り付け状態で回転すると翼の片面で水を前方に押し出すため左右の両方向に向かって二つの流動を同時に発生させる事ができる。この様な固定角α１とα２の構成を流動発生の要素とする。
【０００１１】
また、立体流線形の回転翼３を流動発生の要素の角度により、軸に傾けて固定し回転した場合、回転翼の厚みに応じた波動も同時に発生させることも可能であり、用途に応じシンプルな容積体の変動による水流発生機として利用できる。
【０００１２】
上記は、波動を発生させる方法と流動を発生させる方法を別々に説明したが、上記、波動発生の要素と流動発生の要素を組合わせ一体化した構成を第４図（正面図）第５図（側面図）に示す、軸１に対し垂直方向に固定した波動発生の要素の翼３の厚みを基準としたとき、水平方向の流動発生の翼３１を必要に応じ厚みを調節し回転時の抵抗を小さくする。この構成により回転時に発生する波動エネルギーは遠くの位置まで水中を伝達し、物体に衝突して力学的エネルギーに変換されるが、この波動は水に流動を与えない。また水の流動は回転翼３１を任意に設定する角度α１、α２によって主体的に発生され、厚みに応じて波動も同時発生する。従って回転エネルギーは波動エネルギーと流動エネルギーに変換され、図に於て水流は左側と右側に向かって反する流れ二つを同時につくる。また流動発生の回転翼をスクリュー状に固定すると一方向の流動を発生する。
【０００１３】
本発明は波動の到達距離の大きい現象と流動との相乗現象を究明した結果得られた立体的流線形の回転翼であり、このような回転翼の構造は少ないエネルギー消費量により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、この立体的形状の回転翼が断続的に水を送り出す方法により波動と流動が共存状態で連続的に回転翼から押し出される。この現象が遠くまで広範囲の流動を可能にした。
【０００１４】
【実施例２】
第４図に示すように、上記形状の回転翼３と３１の内部を中空５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孔１２を開け、この内部空間部と回転軸１を中空１１にした軸１と連通し、この軸を通して高圧流体１３を送り噴出時の反動力を利用し、瀑気、攪伴、混合などを行う。また回転翼本体に孔を開けず、用途に応じ各種の孔を開けた交換部品を回転翼の後方部に着装して高圧流体を噴出しても効果に於て同じである。
【０００１５】
瀑気を目的としたときの孔径１２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と水流により再攪伴されるため空気粒が非常に微細化される利点があり、噴出孔径、噴出圧力、回転数を調節して行った実施上の瀑気効果は、ほぼ回転数に比例し酸素溶解効率が７０％以上増大し、また攪伴、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。
【０００１６】
また、本発明による波動発生効果の証明として、従来方法に於ては汚水処理槽内面に付着する堆積物は時間と共に積層し厚くなる。特に第７図のコーナー付近において流動が減速するため堆積物２４が積層する方向に進むが、この付着していた槽内における実験において第６図に示すように、これらの堆積物は反対に徐々に剥離し除去された。この様な現象は波動エネルギーの特性、即ち水中を伝わり物体に衝突して力学的エネルギーに変換されている事を証明する。
【０００１７】
【実施例３】
上記機能の立体形状の回転翼を回転させる動力源はモーターの他に、目的に応じ高圧流体（気体、混合物液体）の噴出時の反動力を主体的に利用でき、水中モーター、また水中に設置する瀑気用の散気管、混合などの付属装置を必要としない、中空軸１１を通して行う高圧流体による駆動力伝達は、装置が簡単で場所を取らず瀑気、混合も容易になり、噴出圧力と噴出量により回転数を調整する。
容積体による水流発生機の水中での適応回転数は毎分１５０回転前後で、比較的低速回転で目的の流動を起こす事ができる大きな特徴があり流動効果としては、従来数キロワットの消費電力で稼働していた装置と比較して数１００ワットの低消費電力で対応できる。
【０００１８】
【実施例４】
本発明の水流発生機２３の設置は第６図に示す水槽を例としたとき中央の位置に設定する。立体的回転翼の特徴は図に示すように、水流を相反する方向に押し出し左側水流１５，右側水流１６の２つの水流を同時に発生する。従って槽の中央位置に水流発生機２３を設置する事ができるため、水流の流速が落ちない範囲で壁面との短い間隔が確保でき、容易に循環流１７、１８、１９、２０を発生させる事ができる。第７図の従来方法では、構造上槽の壁面近くに水流発生機を設置して反対側の壁に向けて水流を起し循環流２１、２２を作るため、壁面との距離が本発明の方法の約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。本発明の構造上の特徴は装置の設置位置にも関係しエネルギー効率のよい流動、循環、瀑気、攪伴、混合などを可能にした。
【０００１９】
【発明の効果】
本発明による水流発生機は流動、循環、瀑気、攪伴、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還元装置、また生産過程における複数物質の混合、攪伴など多くの分野に於て、省エネルギー化と設備費の削減、また設置後のメンテナンスの容易性を可能にし、環境問題を始め多様な分野において幅広く貢献できる経済性の高い容積体の変動による水流発生機である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の立体流線形の回転翼の正面概略図である。
【図２】本発明の立体流線形の回転翼の側面概略図である。
【図３】本発明の立体流線形の回転翼に任意の角度を付けた平面概略図である。
【図４】本発明の波動を発生させる回転翼と流動を発生させる回転翼を一体化した正面概略図である。
【図５】本発明の波動を発生させる回転翼と流動を発生させる回転翼を一体化した側面概略図である。
【図６】本発明の設置例略図である。
【図７】従来の設置例略図である。
【符号の説明】
１    軸
２    先端
３    回転翼  （波動発生の要素）
３１  回転翼  （流動発生の要素）
５    翼の中空部
６    水が押し出される方向
７    水が戻る方向
８    回転翼の左側面
９    回転翼の右側面
１０  回転方向
１１  軸の中空部
１２  流体の噴出孔
１３  高圧流体
１５  左側水流
１６  右側水流
１７  循還流
１８  循還流
１９  循還流
２０  循還流
２１  循還流
２２  循還流
２３  水流発生機
２４  堆積物
α１  回転翼を軸に対し斜めに固定する任意な一元的角度
α２  回転翼を軸に対し斜めに固定する任意な二元的角度
【図１】
2004290712.tif 000003
【図２】
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【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】
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