(57)【要約】【課題】先に出願人の一人が出願した風力を利用した水環境改善を目指す循環ポンプシステムは、想定していた処理水量よりも桁違いに大量の水量仕様を産業界から求められ、一層の効率向上を図る必要が出てきた。更に、風力が期待できない高温の日が続いて赤潮発生が予想される場合でも、機動的且つ確実にその対策を講じることが可能な改良も求められていた。【解決手段】ポンプ撒水口が水面より高くなって、位置エネルギー相当の水頭損失が発生することを防いで常にポンプ効率の高い運転条件を維持するため、ポンプにフロートを設けると共に、水位変動距離相当を浮動可能な浮動軸を介してポンプを駆動し、ポンプを上方に押し上げるばねも併用する。これに加え風力停止時に小型電動機の補助動力で運転可能とするため、風車と電動機の動力伝達経路の自動切り換え可能な駆動機構を介した小型電動機を設けた。【選択図】　　図１
2004100671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中下方に開口した長めの垂直通路と、この垂直通路から屈曲もしくは枝別れした通路が水面下において垂直通路中心軸からロータ回転による遠心力により上昇水流を生じるだけの距離を有している斜め通路と、この斜め通路に接続し水面で斜め上方に開口した撒水口とを有し、水面から距離を置いた空中で前記垂直通路の中心軸を中心とする回転軸で支承されるロータ本体は、ロータ本体に固定されるフロートと、回転軸方向に十分な距離を浮動できる回転軸機構を内蔵した連結軸とを有してなるフロート付きケースレス循環ポンプ
【請求項２】
水上の構築物等に固定され水面上に垂直に突出する回転軸を軸止する脚部と、この脚部に固定された垂直柱と、垂直柱上部で垂直柱の周りを旋回自在に保持される水平回転軸と、この水平回転軸先端に固定された風車と、これら垂直および水平回転軸を連結する歯車機構とを備え、水中下方に開口した長めの垂直通路と、この垂直通路から屈曲もしくは枝別れした通路が水面下において垂直通路中心軸からロータ回転による遠心力により上昇水流を生じるだけの距離を有している斜め通路と、この斜め通路に接続し水面で斜め上方に開口した撒水口とを有し、水面から距離を置いた空中で前記垂直通路の中心軸を中心とする回転軸で支承されるロータ本体は、ロータ本体に固定されるフロートと、回転軸方向に十分な距離を浮動できる回転軸機構を内蔵した連結軸とを有してなるフロート付きケースレス循環ポンプ
【請求項３】
前記連結軸内部にはポンプを上方に引き上げる力を加えるばねが内蔵されていることを特徴とする請求項２に記載のフロート付きケースレス循環ポンプ
【請求項４】
前記水平回転軸にはワンウェイクラッチが取り付けられ、このワンウェイクラッチを介して風車が水平回転軸に連結される一方、非導通時には被駆動軸側から容易にアイドリング回転可能な減速機付き小型電動機が設けられ、水平回転軸にはこの小型電動機との連結機構が備えられていることを特徴とする請求項２に記載のフロート付きケースレス循環ポンプ
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、風力のような自然エネルギーの有効活用を図りながら、湖沼や池などの静水面に酸素含有濃度の高い水の循環流を生み出す、環境保全に適した循環ポンプに関するもので、本年６月に出願した特願２００２−１９７９１６号の改良技術である。加えて本発明は、単藻類の異常繁殖による淡水および海水中の酸素欠乏から養殖魚類を守るための、エアレーション装置としても機動的に利用可能な自然エネルギー活用型循環ポンプにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水に対する浄化設備としては、上水道向けの飲み水確保を目的とした浄水場施設や、人間の利用した水の後始末のための下水処理施設、工業用水の後処理施設等が稼動しているが、これらは全て大掛かりな巨大投資を必要とするシステムであり、飲料水浄水器以外では自然エネルギーを活用できる小型装置は実現されていない。別けても湖沼の浄化を目指すような、受益者が特定できない公的色彩の強い事業は、殆ど実現の見通しが着けられない現状である。環境の改善に寄与することを目的とするならば、地球温暖化ガスの排出を伴わず、可能な限り自然エネルギーを活用するシステムが望ましいが、自然エネルギー活用型の水処理技術は殆ど実用化されていない。従来の自然エネルギー利用上の課題は、コスト高の克服でもあったので、スケールメリット効果を狙う傾向があり、例えば風力発電でも単機容量の増大に向かっている。然し乍ら、地球規模での水環境改善を目指そうとすれば、著しいコスト削減を実現しなければならず、その要求に応えることのできるシステムは殆ど皆無に近い。低コスト小容量機の分散配置というような新しい観点からの問題解決が望まれる。
【０００３】
養殖業では小規模な装置が実用化されているが、それは鰻養殖池での小型電動機利用方式で、自然エネルギーの利用は行われていない。他方、海面を利用するハマチのような養殖業では、赤潮の被害に悩まされてきたが、狭い生け簀内での高密度な養殖方式は改善されつつあるものの、本質的な赤潮対策は殆ど実用化されていない現状である。
【０００４】
上記のような現状に鑑みて、本発明者の一人は本年６月にケースレス循環ポンプを考案して特願２００２−１９７９１６号の特許出願を行ってきた。しかし、このケースレス循環ポンプでは、水面が上下変動する場合をあまり想定していなかったが、比較的大容量の型式の実用化を図ろうとすると、可能な限りポンプの高効率維持が望ましく、水面変動によるポンプ効率低下が懸念されるようになってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする第一の課題は、小容量であって極端に簡素化されたケースレス構造でありながらも、高循環効率のポンプを実現することであり、これによって従来とは比較にならぬ低コストでのポンプ製造を可能とし、優れたコストパホーマンスによって湖沼浄化に向けた環境対策事業にも対応可能とすることである。第二の課題は、風車のような自然エネルギー利用が可能な循環ポンプを実現することであり、運転コストと温暖化ガスの排出とを零に抑制した循環ポンプシステムを提供することである。第三の課題は、水面の上下変動があってもポンプの循環水量があまり変化せず、高効率を維持できるような改良をこのケースレスポンプに施すことである。第四の課題は、風力が何日も続いて利用できず高温の穏やかな気象条件の長期化で赤潮被害が想定される場合であっても、船に積んだ発電機の電力を利用して、機動的に養殖場の水面のエアレーションを可能とするケースレス循環ポンプシステムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、前記特願２００２−１９７９１６号の発明者は、ケースを省いた回転するロータだけの単純なポンプ形式を新たに提案している。この新形式のポンプは、回転軸中心線の延長上にあって、中心線が同一である水中下向きに開口した垂直通路から水を取り入れ、水面下の途中で中心軸とある角度を持つ斜め通路に連なり、斜め通路は更に上方に延びて水面上に開口した撒水口に通ずるという基本構造で、ポンプ回転軸は水面上に保持されながら回転駆動されるので、水中のベアリングとケースとを不要にしている。更に、この回転軸を保持している垂直柱の周りを旋回できる水平回転軸を設け、この水平回転軸先端に風車を固定すると共に、水平回転軸と垂直柱内部のポンプ回転軸とを歯車機構により連結すれば、風車で回転駆動できるケースレス循環ポンプが構成できる。本発明ではこの上に更に、ポンプ本体にフロートを設けると共に、軸方向に十分な距離を浮動可能な軸構造を有し、ポンプを上方に持ち上げる方向に力を加えるばねを内蔵した連結軸を介してポンプロータと垂直回転軸とを連結している。
【０００７】
このようなケースレス循環ポンプの駆動源として、先の特許出願では直径６０ｃｍ余り、風速毎秒４ｍで出力数ワット程度の風車を最低限の規模と想定している。もう少し大きなモデルでは、直径１１０ｃｍの風車仕用例も例示しているが、本発明ではもっと出力の大きなモデルの要求が産業界からもあり、直径３ｍ程度の風車駆動を想定している。この風車による回転軸駆動を考えるには、風向きが変化する自然エネルギーに備えて、回転軸を軸支して支えている垂直柱の周りを旋回可能な水平軸を設け、この水平軸先端に風車を固定すると共に、これら両軸を歯車機構で連結する。
【０００８】
ケースレス循環ポンプにおいて、水を吐出す撒水口が水面よりも相当上方にあったとすると、ポンプ圧力の一部は水を撒水口まで押し上げるための位置エネルギー（水頭）に使われるので、ポンプ流量は減少する。そこで水を吐出す位置を水面に一致させると、撒水口は斜め上向きなのでポンプ流量減少を抑えて水は水面上に散布されることが期待できる。このためにポンプのロータにはフロートを固定すると共に、水位変動相当の距離を浮動できる回転軸と、ポンプに上向きの圧力を加えるばねとを内蔵した連結軸を設け、ポンプ回転軸とポンプとをこの連結軸を介して連結する構成とした。
【０００９】
風力が期待できず、養殖場で緊急に赤潮対策が必要となる場合に備え、本発明では、風車を水平軸に連結する基本機構にワンウェイクラッチを取り入れ、非導通時には被駆動軸側から容易に回転できる小型減速機付き電動機を設けて、この出力軸と水平軸とを常時連結しておく機構も選択的に採用可能な構成とした。
【００１０】
【作用】
本発明のケースレス循環ポンプは、水中で垂直下向きに開口した垂直通路と、水中の途中で斜め上向きに向かう斜め通路と、水面付近でこの斜め通路の出口を構成する撒水口とからポンプロータを構成し、水面上に軸支された回転軸でポンプロータが回転駆動される基本構造であった。このポンプの回転軸が回転されると、斜め通路内部の水には遠心力が作用することになり、斜め通路方向の分力が発生する。この遠心力と斜め通路方向の分力は、撒水口に近い上方の位置ほどより大きな力となり、撒水口から水を勢い良く吐出すことになる。撒水口が水面と同じ位置であっても、ある速度をもって吐出される水は慣性の法則から最初は斜め通路の軸方向に向かい、放物線を描いて水面に落下する。この時、細かく分化した水滴は周囲の空気を巻き込みながら、水面下に泡の発生を伴いつつ落下する。この際に極めて能率良く、空気中の酸素を水中に溶解させることができる。
【００１１】
一般に水分子は、酸素と水素の原子が結合した手が、酸素原子を中心として二個の水素原子が一直線状に並んでいるのではなく、或る角度を有することから、＋と−とに分極した構造であり、自然力の中では強力な作用力を有するクーロン力が作用している。この結果、水分子は相互作用力が働き、水の沸点を１００℃まで引き上げているばかりでなく、多数の分子が凝集したクラスターを形成したり、強力な表面張力を発生させたりしている。その結果、水と空気の接触面である水面では、酸素分子の自由運動による水中への溶け込みがブロックされてしまい、静水面での酸素溶解速度は極めて遅い。この結果しばしば湖沼のような内水面は、単藻類の異常繁殖を切っ掛けとして酸素欠乏状態に陥る場合がある。所が、泡の発生を伴うような無数の水滴の自然落下があると、これらの泡の表面では超音波の発生も考えられ、表面張力やクラスターの壁を破って泡内部の酸素分子が、格段の溶け込み速度で水中に溶解していくと考えられる。空中を飛散する無数の水滴も、その飛散速度で直接空気とぶつかっているので、最初の大きな塊から微小な水滴にまで分化する過程も含め、無数の水滴自身も空気中の酸素を取り込んでいると考えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のような、風車の自然エネルギーを利用する水面の浄化用循環水システムは、大別すると二つの実施形態が考えられる。その一つは主として人工の構築物に垂直柱を固定する実施形態であり、もう一つは広い湖沼での岸から離れた水面での利用や、湾内の海水面での利用のために大きな浮体に垂直柱を支持させる実施形態である。本発明では先の人工の構築物に垂直柱を固定する形態を図示しているが、当然ながら浮体支持形態も必要に応じて採用される。これに加えて、内水面の環境対策としての実施形態と、赤潮対策を兼ねた養殖場用の実施形態がある。後者の実施形態では、小型電動機と風車のワンウェイクラッチを介した連結機構が付け加えられている。
【００１３】
【実施例】
図１に示した実施例は、コンクリート製の構築物にフロート付きケースレス循環ポンプを設置した例であり、このポンプは風車によって回転駆動される。先の特願２００２−１９７９１６号の実施例との相違は、ケースレスポンプ自体にフロートが設けられると共に、ポンプ駆動軸とポンプのロータ回転軸との間に水位変動に対応する連結軸が設けられていることである。図１において、コンクリート製の構築物１５には、装置全体を支持する脚部５が固定されており、この脚部５は垂直柱４を水面に向かう先端部で固定し強固に支えている。垂直柱４の上端には旋回軸１３が旋回自在に取り付けられており、更に上方に設けられる水平軸３０が風向きに合わせて旋回可能としている。水平軸３０はギアケース３に回転自在に支持されており、その先端には風車の羽根１を固定している。ギアケース３の後端部にはパイプ３７が固定され、更にその先端は風向きで水平軸３０の方向を変えるための方向舵２が取り付けられている。ギアケース３の内部には、ピニオンとフェースギアとの組み合わせからなる歯車機構が内蔵されており、風車の回転力を垂直柱４内部のポンプ駆動軸６に伝えている。更に駆動軸６の回転力は浮動軸構造を有する連結軸７に伝えられ、浮動軸構造を経てポンプ軸８に伝わる。ポンプ軸８はフロート９を有するケースレスポンプのロータを回転駆動することになるが、その結果水中に延びて開口した垂直管１０から水を吸入して、水面１６と殆ど同じ高さに開口する撒水口１２より水を吹出し、回転しつつ撒水する。垂直管１０の先端には、メッシュ等のフィルター１１が取り付けられており、有害な水中浮遊物がポンプ内部に入り込むのを防いでいる。
【００１４】
図２に示すのは、本発明装置の心臓部たるフロート付きケースレス循環ポンプの断面図であり、図３にはその平面図を示している。図２において、上部にあるのはフロート９であり、その中心をポンプ回転駆動のためのポンプ軸８が貫いている構造である。ポンプ軸８は先端部でポンプのロータ１８に強固に固定されており、ロータ１８は水中に開口した垂直管１０に接続し、これを固定している。ロータ１８は垂直軸に対して２０°の傾きを持った８本の小さな口径の管路に分岐しており、夫々に斜め通路としての傾斜管１９に接続しこれを固定している。傾斜管１９は先端が撒水口１２を構成しており、フロート９と後述の連結管７内部のばねにより、撒水口１２の位置はほぼ水面と同一に保たれている。ポンプ軸８が回転されると、撒水口１２より水が撒かれるのであるが、この実施例では図３の平面図に示すように傾斜管１９と撒水口１２の数は８本であり、ロータ１８の回転によって水面付近でのロータ回転抵抗と損失の増大を抑えるために、８本の傾斜管１９の外面を薄い板で囲んでいる。
【００１５】
本発明では、できるだけポンプ性能を高め、処理水量が多くできるように目論んでいる。心臓部たるケースレス循環ポンプ本体の設計事項である材質の選択や処理方法にも、かかる観点から若干触れておく。一般に水処理装置において多用されている材質は、錆に強いステンレス材料であるが、本発明ではフロートを取り付けたりこれを補助する機能を持ったばねを使用している。軽量化を図ることが重要であるが、大量生産には程遠い実用化初期段階の本発明分野では、莫大な金型製造費投資が必要な樹脂類の採用も非現実的である。そこで好ましい選択は、Ａ−５０５６材を切削加工して、硬質酸化皮膜処理を行いＰＴＦＥ表面処理を併用することである。テフロン樹脂の化学的な性質を利用すれば、水分子に対する親和力が無く撥水性を利用でき、表面摩擦係数も最低値であるので、ポンプ内部の水の流動抵抗を最低レベルに抑制できるだけでなく、極めて安定な物質なので金属表面を保護する作用も強く、鉄系材料のおよそ１／３の重さであるから肝心のフロートとばねの負担を大幅に低減できる。加えて、難削材の代表でもあるステンレス材と比較すれば、著しい加工能率向上が期待でき、部品加工費低減に大きく寄与できる。この他にも本発明ではロータ１８の下方に設けられる長さ２ｍ程度の垂直管１０の材質選択も影響が大きいと考えられるが、水道工事等で利用されている硬質塩ビ管が最も適している。既製品利用であり、錆とは無縁で水より若干比重が大きいだけで、フロートやばねの負担を最低にできる。
【００１６】
図２に示したケースレス循環ポンプの性能に関する説明を行う。図２においてポンプ回転中の傾斜管１９内部の水は、遠心力場に置かれるから、遠心力の管路方向成分により、水が撒水口１２に向けて押出される。この時の圧力Ｐ１はポンプ回転速度ｎと、撒水口１２の中心半径Ｒ積の自乗に比例し、
【数１】で表される。
【００１７】
【数１】
2004100671.tif 000003
【００１８】
【数１】におけるｃは比例定数である。この式のｎＲが一定である場合に、静水面を基準としてポンプ取付位置を変化させた時の流量Ｑを検討する。この場合には
【数２】が成立する。
【００１９】
【数２】
2004100671.tif 000004
【００２０】
【数２】においてＮは傾斜管１９の本数であり、Ａは傾斜管１９の流路断面積であり、Ｖは傾斜管１９内部の流速である。
【００２１】
次いで
【数２】における流速Ｖが大きくなる場合を考えてみる。流速Ｖが大きくなると、動圧および流路抵抗損失の増大による圧力低下Ｐ２も増大する。また、撒水口１２が水面上に浮き上がっている時は、水面からの高さ相当の圧力Ｐ３が必要になってくる。従って次の
【数３】の平衡式が成立する条件の下で、傾斜管１９の流速Ｖの値、延いては流量Ｑの値が決まる。
【００２２】
【数３】
2004100671.tif 000005
【００２３】
よって、流速Ｖおよび撒水口１２の水面からの高さが小さい場合（即ちＰ２＋Ｐ３が小さい場合）には、ポンプ圧力Ｐ１の小さな領域でも十分な流量が得られる。水質浄化の目的のためには、処理水の流量ができるだけ大きいことと、水を水面上に撒き散らし、空気との接触をできるだけ大きくすることが重要である。この条件を満足するには、流速Ｖを適切な値に選定したポンプを、撒水口１２が静水面に一致する位置に設定して運転することである。この時はＰ３＝０の流量最大値であり、しかも水が水面に散布される。
【００２４】
図４に示すのは、水位変動に備えるための連結軸の一実施例の断面図である。連結軸７は主要部の外筒をシリンダ２４によって構成しており、その内面を摺動するピストン２５と、ピストン２５に固定された浮動軸２９、軸カバー２８等が主要な構成要素である。ピストン２５と軸カバー２８との間には、ピストン２５を上方向に押し上げるばね２６が配置されており、フロート９の役割を助けている。図４の上部に一部を示すポンプ駆動軸６は、風車の回転力をポンプに伝える役割を担うが、駆動軸６と連結軸７とはゴム継手２３で連結されている。シリンダ２４のヘッドカバー２９はゴム継手２３に固定されているが、反対側の軸カバー２８は浮動軸２９を浮動させるために、軸２９よりも僅かに大きな径の穴であると共に、軸２９にビス止めされた滑りキー２７の外径に合わせた切り込み形状を有するが、これらの隙間は、ゆっくりとした摺動を許容するものの、水分のシリンダ２４内部への侵入を殆ど阻止する精密な形状に仕上げられている。軸２９と軸カバー２８との好ましい摩擦条件を長期に亘って維持するには、潤滑油を使用せずに環境に配慮することも必要なので、異種金属の組み合わせを基本としている。例えば、好ましい実施例として、軸カバー２８は黄銅合金や青銅合金、滑りキー２７を含む浮動軸２９はクロム鍍金付きの鋼製材との組み合わせが妥当であろう。キーとの嵌合強度が許す限り、銅合金には黒鉛のような固体潤滑材が混和されているタイプであってもよい。また、多くの黒鉛を含んでいる鋳鉄も水に強い材料なので、十分な強度があればこれを軸カバーに採用することもできよう。この浮動軸２９はその下端で更にもう一つのゴム継手２２にしっかり固定されており、回転力をポンプロータ１８に直結しているポンプ軸８に伝えている。
【００２５】
図４におけるばね２６のばね常数と、図２で示したフロート１７の関係を詳述する。図２に示す平衡状態では、撒水口１２は基準となる水面の高さに一致している。ポンプも平衡状態にあり、水没した撒水口１２を水面まで引き上げる上向きの力が作用している。この状態から水位がＨ１低下した場合、この水位低下後の平衡状態におけるポンプと水位の関係位置を求めてみる。Ｈ１の水位低下による水面と撒水口１２との垂直距離をＺで表す。この時のばねの圧力の増加分ＦｓとＦｂとは等しいから、次の
【数４】、
【数５】、
【数６】、
【数７】が夫々成り立つ。
【００２６】
【数４】
2004100671.tif 000006
【００２７】
【数５】
2004100671.tif 000007
【００２８】
【数６】
2004100671.tif 000008
【００２９】
【数７】
2004100671.tif 000009
【００３０】
ここにおいて、ｋはばね２６のばね常数であり、γは水の比重量であり、Ａｂ
はフロート１７の喫水面における断面積である。
【数７】からは次のことが判る。即ち、ばね常数とフロート断面積の値を適当に選択し、例えば、γＡｂ／ｋ＝５にした場合、水位変化のポンプに対する影響は１／（５＋１）＝１／６に縮小される。このようにして、本発明のポンプは水位変化の影響を殆ど受けること無く、最適関係位置を保ちながら運転することが可能である。ばね２６によってポンプを吊り上げている理由は、必要なフロートが小さくできることと、ポンプに張力を作用させることで運転中の安定性を高めること等である。
【００３１】
最後の図５に示すのは、赤潮対策が機動的にできるように改善するために、風力が期待できない高温の穏やかな気象条件が続いた場合でも、緊急時の補助動力駆動を可能とした養殖場向けのケースレス循環ポンプシステムの改良に関し、補助動力の搭載を容易としたギアケース部分の断面図である。図５において、特に補助動力となる小型電動機は一般的な汎用機を想定しているので、図示を省いているが、この改良型に特有な、風車と電動機の動力伝達経路の自動切り換えが行われる水平軸３０の構造を示している。図５において、風車からの回転動力をポンプに伝える最初の駆動軸である水平軸３０は、上面が平らなギアケース３に回転自在に保持されている。先の図１で本発明装置全体を水上で支えている垂直柱４として説明した支持体は、図５において、固定スリーブ３４に相当し、固定スリーブ３４はその下部に長い円柱形状の垂直柱４に嵌合するＰＴねじ部分が設けられている。この固定スリーブ３４の周囲を旋回自在に設けられているのは、長いボルトでギアケース３に上方から固定される旋回軸１３と、この旋回軸１３の下部で固くねじ結合された旋回スリーブ３５である。これによってギアケース３自体が、固定スリーブ３４の周囲を自在に旋回できる構造である。固定スリーブ３４の内部には、更に水平軸３０より伝達された回転力をポンプ側に伝える垂直軸３１が回転自在に保持されている。軸３１には長いパイプ形状の回転軸３６が溶接され、前記のポンプ駆動軸６を形成している。これら水平、垂直の両軸３０、３１は、水平軸３０に設けられたピニオン３２と軸３１に固定されたフェースギア３３とが噛み合う歯車機構を介して、動力の伝達を容易に行う機構である。この他、風車を常に風の吹いてくる正面に向かわせるための、方向舵２をギアケース３に固定するために、パイプ３７がギアケース３にしっかりと固定されると共に、その先端に方向舵２が取り付けられる。風力が殆ど無い場合の、補助動力によるポンプ駆動を可能とするために、水平軸３０にはワンウェイクラッチ４０を介して風車（図示せず）がスリーブ３９に取り付けられるようになっており、風車を停止したままで水平軸を回転可能としている。一方で９０Ｗ程度の減速機付き小型電動機（図示せず）は平らなギアケース３の上面に取り付けられるが、この小型電動機と水平軸３０とはこれに固定された歯車３８を介し常時連結されている。ただし、本発明で採用可能な減速機の種類は、ウォーム減速機ではない、平行軸型減速機である。ウォーム減速機では風車がポンプ軸を回転させる運動を著しく阻害し、循環ポンプシステム自体が成り立たなくなるためである。その理由は、ウォーム軸からウォームホイールへの動力伝達は可能であるが、逆のウォームホイールからウォーム軸への動力伝達は出来ないという、動力伝達方向の非対称性があるためである。本発明の図示実施例では、１／５〜１／１０程度の減速比の減速機を使用し、風力が豊富な自然力が十分に利用可能な場合は電動機をアイドリングすることになるが、この程度の減速比では電動機容量が小さいことでもあり、風車に与える影響も少ないと考えられる。
【００３２】
補助動力の搭載を可能とする図５の機構を採用したケースレス循環ポンプでは、最大の特徴は、風車が停止していても補助動力で水平軸３０を回転駆動できることである。そのためにワンウェイクラッチ４０を介して風車と水平軸３０とを連結している。このワンウェイクラッチは一方向の回転駆動には、スプラグ（駒）を介してスプラグと軸とが噛み合う摩擦力で動力を伝えるが、逆方向ではスプラグと軸とがスリップし、動力の伝達はできない。図５に示した単純機構で、風力が無くなり風車が停止すると、他の動力で中心の水平軸をこれ迄同様の方向に回転させるのは、この水平軸に足場を固定して外周側の停止した風車を観察すれば、恰も外周のスリーブを逆回転させたかのように見えることになる。それはとりも直さずワンウェイクラッチを逆回転させているのと同じこととなり、スプラグはスリップを生じて、補助動力によるポンプシステム駆動を容易に可能とする。
【００３３】
最後に図示実施例の具体的な仕様について記載する。
風車直径：３ｍ、風速：４ｍ／ｓｅｃ　における回転数：１５０ｒｐｍ、出力：８１ｗ
ポンプ直径：０．４ｍ、回転数：６０ｒｐｍ、流量：２０００トン／日、理論動力：３７ｗ
ピニオン歯数：１２ｚ，フェースギア歯数：３０ｚ、
連結軸：γＡｂ／ｋ＝１０００×０．１２／２４＝５、Ｚ／Ｈ１＝１／６
γ＝１０００ｋｇｆ／ｍ３、Ａｂ：０．１２ｍ２、ｋ：２４ｋｇｆ／ｍ
【００３４】
【発明の効果】
上記の本発明によれば、自然エネルギーを有効に利用して、比較的大規模な水質改善事業にも安価な装置で実現できるシステムを容易に提供することができる。大きな浮体に取り付けられる場合であっても、水面の波の発生などで局所的にケースレス循環ポンプの撒水口水位が変化する恐れがある時にも、フロートやばねを内蔵した連結軸を有しているので、水位変化に追従でき、無駄なエネルギーを極力防ぐことにより、最大の処理水量を確保することが容易である。人工の構築物に取り付けられる場合には、より大きな水位変化が顕在化するが、十分な距離を浮動できる連結軸機構を有するので、撒水口を水面近くに保持でき、処理水量の低下が未然に防げる。養殖場における赤潮対策においても、普段の風力が豊富な時に養殖魚のための水質改善を積極的に進めておくことができるだけでなく、風力が期待できない高温の気象条件が続いて赤潮発生が懸念される時には、船に積んだ発電機からの補助動力を利用して、機動的に水質改善を図り、水中酸素の不足による養殖魚の全滅という甚大な被害を確実に防げる、唯一の解決手段を提供できる。而して本発明による水環境改善事業および水産物養殖業における経済的価値は著しく高いものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の一実施例のフロート付きケースレス循環ポンプの全体システムの側面図である。
【図２】は図１で示したフロート付きケースレス循環ポンプの本体部分の縦断面図である。
【図３】は図２のフロート付きケースレス循環ポンプの平面図である。
【図４】は、図１に示す連結軸部分の縦断面図である。
【図５】は、風力が期待できない場合に備え補助動力利用を行なえるようにしたフロート付きケースレス循環ポンプのギアケース付近の縦断面図である。
【符号の説明】
１　風車の羽根
２　方向舵
３　ギアケース
４　垂直柱
５　脚部
６　ポンプ駆動軸
７　連結軸
８　ポンプ軸
９　フロート
１０　垂直管
１１　フィルター
１２　撒水口
１３　旋回軸
１５　構築物
１６　水面
１８　ロータ
１９　傾斜管
２２、２３　ゴム継手
２４　シリンダ
２５　ピストン
２６　ばね
２７　滑りキー
２８　軸カバー
２９　ヘッドカバー
３０　水平軸
３１　垂直軸
３２　ピニオン
３３　フェースギア
３４　固定スリーブ
３５　旋回スリーブ
３６　回転軸
３７　パイプ
３８　歯車
３９　スリーブ
４０　ワンウェイクラッチ
【図１】
2004100671.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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