(57)【要約】【課題】水域の上下層水を吸い込んで吐出口が位置する水の密度と等しい密度（密度流）になるように混合して吐出することで水質を浄化するに、上下層水の混合割合を任意に変えられるようにして密度流を確保する。【解決手段】上部に上部取水口を有する上部導管と、下部に下部取水口を有する下部導管を、間に外周に吐出口を形成したケーシングを介して接続するとともに、上下部導管を水面に浮かせた浮体からワイヤ等で水面下に垂直姿勢で吊り下げ、ケーシング内に強制駆動されるインペラを収容してそれぞれの取水口から上層水と下層水を吸い込んで吐出口から吐出する上下層水混合型水質浄化装置において、ケーシングを上下に分割し、それぞれのケーシングに別々の駆動原によって駆動される二つのインペラを収容したことを特徴とする上下層水混合型水質浄化装置。【選択図】　　　　図１
2004082032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に上部取水口を有する上部導管と、下部に下部取水口を有する下部導管を、間に外周に吐出口を形成したケーシングを介して接続するとともに、上下部導管を水面に浮かせた浮体からワイヤ等で水面下に垂直姿勢で吊り下げ、ケーシング内に強制駆動されるインペラを収容してそれぞれの取水口から上層水と下層水を吸い込んで吐出口から吐出する上下層水混合型水質浄化装置において、ケーシングを上下に分割し、それぞれのケーシングに別々の駆動原によって駆動される二つのインペラを収容したことを特徴とする上下層水混合型水質浄化装置。
【請求項２】
上部導管と下部導管にそれぞれ水中電動機を取り付け、各々の電動機に駆動軸を連結して各駆動軸でそれぞれのインペラを駆動する請求項１の上下層水混合型水質浄化装置。
【請求項３】
上部導管の上端に設置した架台に上下タンデム型電動機を備え、上下の電動機に内外二重の駆動軸を連結して各駆動軸でそれぞれのインペラを駆動する請求項１の上下層水混合型水質浄化装置。
【請求項４】
上部導管の上端に設置した架台に固定子回転型電動機を備え、回転子と固定子に内外二重の駆動軸を連結して各駆動軸でそれぞれのインペラを駆動する請求項１の上下層水混合型水質浄化装置。
【請求項５】
上下のインペラの回転方向を互いに逆方向にした請求項１〜４いずれかの上下層水混合型水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水域、特にダム湖、湖沼、内湾といった閉鎖された水域（閉鎖性水域）の水を浄化する上下層水混合型水質浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
閉鎖性水域では、特に夏場には、上層水は太陽光によって温められて密度（比重）が低くなるが、ある水深より深くなると、温められる度合いが低く、密度が高いままに保たれ、上下層水は自然には混合しない。このような上下層水が混合しない状態を成層状態と呼ぶが、水域の水が成層状態になると、水の対流は起こらず、又、閉鎖性水域では他からの水の流入や他への水の流出も少ないことから、上層から中層ではアオコや赤潮が発生し、下層では沈澱した有機物を分解するために酸素が消費されて貧酸素状態を呈してヘドロや硫化水素が発生する。
【０００３】
これを解決するには、下層水と上層水とを強制的に混合してやればよいのであり、この目的の下に、上部に上部取水口を有する上部導管と、下部に下部取水口を有する下部導管を、間に外周に吐出口を形成したケーシングを介して接続するとともに、上下部導管を水面に浮かせた浮体で水面下に立てらせて吊り下げ、ケーシング内に強制駆動されるインペラを収容してそれぞれの取水口から上層水と下層水を吸い込んでこれを混合して吐出口から吐出する上下層水混合型水質浄化装置が提案されている（例えば、特開平１１−１６９０１３号公報及び特開２０００−０２７７４８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、吐出口から吐出される上下層水の一定割合の混合水は、水中で上昇や下降することなく、水平方向に長く拡散して行くことが望まれる。このため、混合水の密度を吐出口が存在する水位の水の密度に合わせる（これを密度流という）ことが行なわれている。水の密度に関係するのは、主として水温であるから、吐出口の位置（水深）は、当該水域の夏場の平均水温の下で、これから吐出される混合水の密度と同程度になるように設定してある。
【０００５】
ところが、水温は季節によって変動するから、吐出口の水深を一定にしていたのでは、これに対応できない。そこで、従来のこの種水質浄化装置では、上下層水の混合割合を一定にする代わりに、上部又は／及び下部導管を伸縮式にして吐出口の水深を相対的に変更できるようにしている。しかし、このような構成によると、構造が複雑になるとともに、伸縮部の塗装が剥がれたり、生物が付着したりして円滑な作動ができなくなることもある。但し、吐出水は密度流であることが求められるのは変わらないから、本発明は、上下層水の混合割合を任意に変更できるようにしてこれに対処させたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、上部に上部取水口を有する上部導管と、下部に下部取水口を有する下部導管を、間に外周に吐出口を形成したケーシングを介して接続するとともに、上下部導管を水面に浮かせた浮体からワイヤ等で水面下に垂直姿勢で吊り下げ、ケーシング内に強制駆動されるインペラを収容してそれぞれの取水口から上層水と下層水を吸い込んで吐出口から吐出する上下層水混合型水質浄化装置において、ケーシングを上下に分割し、それぞれのケーシングに別々の駆動原によって駆動される二つのインペラを収容したことを特徴とする上下層水混合型水質浄化装置を提供したものである。
【０００７】
本発明は、要するに、ケーシングを上下に分割し、それぞれのケーシングに別々の駆動原によって駆動される二つのインペラを収容したものであるから、各々のインペラの能力（回転数）を調整することで、上下層水の混合割合を変えることができる。従って、吐出口の水深を一定にしておいても、吐出水を密度流として放出できるから、導管を複雑で高コストな伸縮式にする必要がない。更に、上層水又は下層水のみを取水することもできるから、何からの原因で一方の取水口に支障が生じても、装置を作動させることができる。
【０００８】
この場合、分割された上部と下部のケーシングのそれぞれにインペラを収容するには種々の構造が考えられるが、例えば、請求項２に記載した、上部導管と下部導管にそれぞれ水中電動機を取り付け、各々の電動機に駆動軸を連結して各駆動軸でそれぞれのインペラを駆動する手段、請求項３に記載した、上部導管の上端に設置した架台に上下タンデム型電動機を備え、上下の電動機に内外二重の駆動軸を連結して各駆動軸でそれぞれのインペラを駆動する手段、請求項４に記載した、上部導管の上端に設置した架台に固定子回転型電動機を備え、回転子と固定子に内外二重の駆動軸を連結して各駆動軸でそれぞれのインペラを駆動する手段が考えられる。
【０００９】
更に、以上の手段において、請求項５に記載した、上下のインペラの回転方向を互いに逆方向にするのが好ましい。インペラは、一種の回転型遠心ポンプであるから、これによって吐出される水は、導管に反力として捩じり（回転力）を与える。このため、導管にはこの捩じりを抑制する手段が必要となるが、上下のインペラの回転方向を反対方向にしておくと、この捩じりが打ち消し合って抑制力が不要又は僅かなものでよくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の第一例を示す上下層水混合型水質浄化装置（以下、水質浄化装置）の断面側面図であるが、この水質浄化装置は、水中にあって上方に位置する上部導管１と、下方に位置する下部導管２と、水面上に浮いて上下部導管１、２を水中に吊り下げる浮体３とからなる。このうち、上部導管１は、上部に上部取水口４、下部に上部ケーシング５を有するパイプであり、下部導管２は、下部に下部取水口６、上部に上部ケーシング７を有するパイプである。
【００１１】
これにおいて、上部取水口４と下部取水口６共に取水効率を高めるためにベルマウス形状に形成している。又、上部取水口４の上方には、取水通路を放射状に形成した渦消体８を取り付け、取水する水をこれに通して空気の吸込みを防止するとともに、大きな渦を消している。更に、上部ケーシング５と下部ケーシング７共にベルマウス形状をしており、その端面同士を一定の空間を確保して接合している。本例の接合は、スペーサピン９等によっており、この空間が吐出口１０を形成することになる。
【００１２】
図２はこれら上部及び下部ケーシング５、７の断面図、図３は図２のＡーＡ断面図であるが、上部ケーシング５と下部ケーシング７の中には、それぞれ上部インペラ１２と下部インペラ１３が収容されている。この場合の上部及び下部インペラ１２、１３は、回転型遠心ポンプであり、中心のインペラボス１４、１５から羽根１６、１７を放射状に延出させたものである。この羽根１６、１７は、ポンプ性能を高めるために平面視で外周が回転方向後側に後退した形状をしており、側面視で上部ケーシング５と下部ケーシング７のそれぞれのベルマウス形状に沿った特定の漸低曲線からなる円錐マウンド１６ａ、１７ａを有している。尚、本例では、四枚の羽根１６、１７を設けたものを示しているが、これに限定されない。
【００１３】
上部及び下部インペラ１１、１２は電動機で駆動されるが、本例では、水中でも作動できる水中電動機１８、１９をそれぞれ上部導管１と下部導管２の内部に取り付け（放射状ステー２０、２１等によって水の流れが許容できるようにしている）、それぞれの駆動軸２２、２３を各々のインペラボス１４、１５に連結している。加えて、本例では、これら上部及び下部インペラ１１、１２は、互いに逆方向に回転するようにしており、それぞれの導管１、２に付与される水の反力を相殺を図っている。
【００１４】
浮体３は、フロート２４で水面上に浮かせたものであり、フレーム２５を組んでこれからワイヤ等２６で上部導管１（渦消体８）を吊り下げている。この場合、上部及び下部導管１、２は垂直姿勢で吊り下げられており、これにおいて、上部取水口４（渦消体８）は水面下に没しており、下部取水口６は水域の下層に位置させられている。
【００１５】
以上により、電動機１８、１９を駆動すると、それぞれのインペラ１１、１２が回転するから、上部取水口４からは上層水を、下部取水口６からは下層水をそれぞれ吸い込み、吐出口１０から吐出させる。このとき、吐出口１０は、少なくとも、その一部が上下のケーシング５、７で共有されており、上下層水は混合されて放出されるようになっている。従って、上下のインペラ１１、１２の回転数を調整することで、上下層水の混合割合を任意に変更できることになる。
【００１６】
一般的な場合、吐出水の密度は、吐出口１０の水深の水の密度と同じになるようにしておく。こうすると、吐出水はそのままで密度流となるから、水平方向に長く拡散し、攪拌範囲を拡大させる。一方、吐出水の密度が吐出口１０の水位の水の密度と異なる場合、当該拡散流は、一旦、自己の密度と等しい密度の水位まで上昇又は下降し、その後、その水位の密度流となって水平方向に拡散する。
【００１７】
従って、上下層水の混合割合、即ち、吐出流の密度を変更できるということは、拡散流が進行して行く水位（吐出口）を任意に設定し、吐出水の混合割合を当該水位における密度流にできることも意味する。拡散流が進行する水位の水は攪拌効果が高いことから、任意の水位の水の攪拌を図ることが可能になる。更に、流木やゴミが流れ着いて一方の取水口、特に、上部取水口４を詰まらせることがある。しかし、このようなときでも、上部のインペラ１２を停止させて下方のインペラ１３を作動させることもできる。
【００１８】
図４は本発明の第二例を示す水質浄化装置の断面側面図であるが、この例のものは、電動機を上下に電動機２７ａ、２７ｂが二個並んだタンデム型電動機２７とし、これを渦消体８の上方に架設した架台１１に設置したものである。これによると、電動機２７ａ、２７ｂは水上に設置することになるから、取付けが容易であるとともに、水密性もそれほど要求されない。そして、それぞれの電動機２７ａ、２７ｂを駆動原とする駆動軸２８、２９を内外二重式にして各々のインペラボス１４、１５に連結したものである。電動機を上部及び下部導管１、２内に設けないのであるから、この中の水の通りを良くするとともに、電動機の取り付けが容易になる利点がある。
【００１９】
図５は本発明の第三例を示す水質浄化装置の断面側面図であるが、本例のものは、電動機として固定子回転型電動機３０を採用し、これを架台１１に設置したものである。この場合も、回転子３０ａと固定子３０ｂを動力源とする駆動軸３１、３２を内外二重式にしてそれぞれのインペラボス１４、１５に連結している。固定子回転型電動機３０は、本来的に回転子３０ａと固定子３０ｂとが逆回転するものであるから、この構造が簡単になる利点がある。
【００２０】
【発明の効果】
以上、本発明は、インペラを二つ設け、それぞれ別の駆動原で各インペラを駆動するようにしたものであるから、各インペラの回転数を調整することで、上下層水の混合割合を変えることができる。従って、吐出口を固定した水深に設けていても、吐出水の密度を吐出口が存在する水位の水の密度と等しい密度流として放出できる。又、拡散流が進行して行く水位を任意に変更することもできるから、上下層水の攪拌効果が高く、優れた水質浄化機能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一例を示す上下層水混合型水質浄化装置の断面側面図である。
【図２】上部及び下部ケーシングの断面側面図である。
【図３】図２のＡーＡ断面図である。
【図４】本発明の第二例を示す上下層水混合型水質浄化装置の断面側面図である。
【図５】本発明の第三例を示す上下層水混合型水質浄化装置の断面側面図である。
【符号の説明】
１　　　上部導管
２　　　下部導管
３　　　架台
４　　　上部取水口
５　　　上部ケーシング
６　　　下部取水口
７　　　下部ケーシング
１０　　吐出口
１１　　架台
１２　　上部インペラ
１３　　下部インペラ
１８　　水中電動機
１９　　水中電動機
２２　　駆動軸
２３　　駆動軸
２６　　ワイヤ等
２７　　タンデム型電動機
２７ａ　上電動機
２７ｂ　下電動機
２８　　駆動軸
２９　　駆動軸
３０　　固定子回転型電動機
３０ａ　回転子
３０ｂ　固定子
３１　　駆動軸
３２　　駆動軸
【図１】
2004082032.tif 000003
【図２】
2004082032.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004082032.tif 000006
【図５】
2004082032.tif 000007