(57)【要約】【課題】安価で消費エネルギーが小さく、コンパクトで維持管理が容易な水質改善装置を提供する。【解決手段】回動するフロートアーム２と、該フロートアーム２に付帯する羽根３と、駆動装置１とからなる浄水機において、駆動装置１は、太陽光発電装置を備える。あるいは、図示しないが、駆動装置１は風力用の翼を備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動するフロートアームと、前記フロートアームに付帯する羽根と、駆動装置とからなる浄水機において、前記駆動装置は、太陽光発電装置を備えたことを特徴とする浄水機。
【請求項２】
回動するフロートアームと、前記フロートアームに付帯する羽根と、駆動装置とからなる浄水機において、前記駆動装置は、風力用の翼を備えたことを特徴とする浄水機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に流れを起こすことにより、水質を改善する浄水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダム、湖沼、池等の停滞水域では、栄養塩類の過度の流入や温度成層の形成などの原因により、藻類の異常発生、臭気の発生等の様々な問題が発生しており、水質の改善、及び水質悪化の防止が必要とされている。
【０００３】
このような問題を解決する技術として、従来では、例えば、ブロワーやコンプレッサーにより水中に空気を吹き込む方法、気泡の上昇やポンプ、スクリューを用いて、水の循環を促す方法、陸上に設置したろ過装置などを用いる方法などが知られている。水の循環に関しては、例えば、浮遊式流水発生装置（特開平１１−４７７９４号公報）や、間欠式空気揚水筒（海洋工業株式会社製）のように、水中に垂直方向の昇流を生じさせる方式が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の技術は、装置や運転にかかる費用が高額であるという問題、装置が大きく複雑であるという問題、水中に設置されるために維持管理が困難であるという問題などがあった。
【０００５】
・例えば、特開平８−３０９３３６号公報に開示の装置は、微細気泡の吸着浮上により夾雑物を分離するが、さらに凝集剤を添加したり、オゾン処理をしたりと、複雑な装置で管理、操作が複雑であった。
【０００６】
・例えば、特開平６−２２６２９３号公報に開示の装置は、水の改質浄化構造体と噴水を発生させることで水の改質を行うので、電力の設備などに費用がかかるうえに、設置場所の条件が重要であった。
【０００７】
・例えば、特開２０００−３０３４３８号公報に開示の装置は、吸水ポンプで水を引き上げ浄化するので、多くのエネルギーを要した。
【０００８】
・例えば、特開２００２−２８６９０号公報に開示の装置は、浮き植生床を用いての浄化法で、デッドスペースがあり、水底の腐敗を解消することができなかった。
【０００９】
・例えば、特開２００１−１０４９９０号公報に開示の装置は、捕食分解を利用しており、殺菌や凝集の効果はなかった。
【００１０】
・例えば、特開平６−２６９７６７号公報に開示の装置は、噴水で水を跳ね上げ、ポンプの羽根で水を切ったり、強い衝撃を加え、さらに凝集剤を加えており、生態系が破壊されていた。
【００１１】
・例えば、特開平８−２９８８９４号公報に開示の養殖では、固形塩素錠剤を養殖池に投入して、水質の悪化を引き起こす汚泥を浄化し、さらに、汚泥を中央に集積するために水流装置を設けるので、大きな電力を要していた。
【００１２】
・例えば、特開平８−１５１８０５号公報に開示の装置では、自家発電装置は、処理対象水、すなわち井戸水、噴水池、湖沼、或いは河川からの水を浄化するとしており、離れた場所に設置され、なおかつ陸上に設けられており、設置条件が重要であった。これは、装置を動かすのに電力が多く要することによっていた。
【００１３】
本発明は、これらの問題を解決するため、安価で消費エネルギーが小さく、コンパクトで維持管理が容易な水質改善装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本装置の浄水機は、回動するフロートアームと、前記フロートアームに付帯する羽根と、駆動装置とからなる浄水機において、前記駆動装置は、太陽光発電装置を備える。風力を利用する場合は、前記駆動装置は、風力用の翼を備える。
【００１５】
より具体的には、本発明の浄水機は、放射状に伸びたフロートアームが水面に位置し、該フロートアームにより駆動装置の動力を羽根に伝達する。羽根の動きにより水流が発生する。これにより、水中に循環流が生じる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明を、図面に従って説明する。
【００１７】
図１は、本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。図２は、図１の実施例の駆動装置およびフロートアームを示す平面図である。
【００１８】
本装置の浄水機は、回動するフロートアーム２と、前記フロートアーム２に付帯する羽根３と、駆動装置とからなる。前記駆動装置は、太陽光発電装置１’を備える。
【００１９】
固定部材４は、駆動装置１の下側に連結されている。固定部材４は、例えば合成樹脂製で、中空であることが好ましい。固定部材４は、羽根３が水から受ける抵抗力の反作用として、駆動装置１が回転することを防止するためのものである。
【００２０】
フロート５と、水底に配置されるアンカー６と、該アンカー６に一端を係止したワイヤー７とで、該ワイヤー７の他端に接続した固定部材４を水中に揺動可能に保持する。フロート５は、例えば中空の合成樹脂製やその他の浮力と強度のある材質なら何れでもよい。フロート５は、ワイヤー７の途中を係止し、固定部材４とアンカー６とを、直接、結んだ場合に生じる下方向への力により、装置が水没することを防止する。アンカー６は、全体が移動しないような質量の物質、例えば金属塊であればよく、防錆処理される。ワイヤー７は、耐荷重設計がされたロープ、例えば鋼線を使用する。図示した以外に、固定のためにアームを延長して、陸上、池壁、水底等に直接固定してもよい。
【００２１】
駆動装置１は、固定部材４に固定され、例えばモーターと、減速ギアと、回転力をフロートアーム２へ伝達する回転軸と、筐体と太陽光発電装置１’とから構成される。モーターは、羽根３およびフロートアーム２の回動により、所定の水流が得られるように選定する。該モーターの回転軸に、フロートアーム２を取り付けてもよいが、減速ギアや、プーリー等、他の減速機構を用いて、モーターの回転速度を適切な回転速度へ変換してから、フロートアーム２に回転力を伝達してもよい。風力で直接にフロートアーム２を駆動する場合には、モーター等は不要である。筐体は、内部への水の進入により、モーター等の内部機構へのダメージを防ぐため、密閉されることが望ましく、フロートアーム２と共に、装置を浮上させる役割を担うことも可能である。
【００２２】
駆動装置１は、１０〜８０Ｗの太陽光発電装置１を安定化電源にしている。すなわち、太陽光電池を安定化電源に、駆動装置１が駆動している。
【００２３】
太陽光発電装置１’は、１ｍ２の大きさで最大出力６０〜８０Ｗが得られ、その質量は１０〜２０ｋｇである。また、駆動装置１、フロートアーム２、羽根３などの総質量は、フロートアーム１ｍで約２５ｋｇである。従って、これらの質量に見合う浮力を筐体あるいはフロートアームで得ることになる。浮力が不足する場合は、外部に浮体を取り付けることが可能である。なお、太陽電池としては、多結晶モジュール、単結晶モジュール、薄膜モジュール、フレキシブルモジュールなど、装置の状況に応じて選択して用いる。
【００２４】
図３の駆動装置１は風力用の翼１”と、その力を羽根３に伝える軸１０と、筐体１１と、その筐体１１には継手および／または減速ギアを備えている。さらに、翼は直接フロートアームに接続してもよい。図示の場合、フロートアームは３本で、各々に羽根３が取り付けられている。翼１”は３枚で風を受ける構造になっている。
【００２５】
翼１”は、図４に平面図を示したように、該翼１”は風を捕らえ、強風では継手が空回りすることにより、羽根への力の伝達を避けたり、さらに必要なら減速ギアを組み込むようにして力を逃がす。風が無い場合に備えて、あえて商用電源を用いるように装置を複雑にせず、本発明の浄水機は無風の場合には動かさない。これは、ダム湖や、湖沼などを対象としており、強く汚染された水を対象としていないこともあり、水底の腐敗が即日に始まるわけでなく、さらには無風の日が幾日も続かないことから、常に稼働させる必要はないからである。
【００２６】
このような構造とすることにより、どの方向から吹く風に対しても、翼１”で受けた力が、直接、フロートアーム２を回転するように働き、駆動のための電力を必要としないので、メンテナンスが容易となるという効果を得ることができる。
【００２７】
フロートアーム２、羽根３、翼１”は、例えば合成樹脂製で、所定の水流が得られるように構造および材質を決定する。回転数は、１．６×１０−３〜５．２×１０−１（ｓ−１）が望ましい。
【００２８】
フロートアーム２は、装置を浮かせ、バランスをとる役割を担う。フロートアーム２が水面に位置するのが好ましい。フロートアーム２が２本以下では、装置のバランスをとることが難しく不適切であり、１３本以上では、構造が複雑となり製造コストが増加するために不適切であるから、３本以上１２本以下が望ましい。
【００２９】
さらに、フロートアーム２は、装置に浮力を与える役割を担うことから、中空であることが望ましい。この場合、水の侵入を防ぐ措置が必要である。あるいは、発泡スチロールを充填するなど、水より比重の軽い材質が、内部に充填されているか、全体が水より比重の軽い材質により構成され、水面に浮くことができる構造とする。また、剛性確保のためにハニカム構造を採用することが好ましい。
【００３０】
例えば、フロートアーム２の長さを１ｍとし、３本のフロートアームで、翼１”は長さ３０ｃｍ、幅５ｃｍで３枚とし、縦に設けたが、プロペラ型やサボニウス型など効率よく風を捕らえることができるものなら良い。
【００３１】
羽根３は、フロートアーム２に取り付けられ、フロートアーム２と共に旋回する。この動作により、羽根３の旋回軌道の法線方向に、水流が生じる。すなわち、羽根３は回転軸に対し、半径方向に水流を生じさせるものであり、直下の水は、羽根３の作用により外周部へ移動し、移動した水の体積を補うために、装置直下には上昇流が生じる。このようにして、池や湖沼などの内に上下方向の循環流を生じる。羽根３の長さは、浄水機半径９に対して、０．４倍であることが最も望ましいが、０．３〜０．９倍の範囲であることが望ましく、さらに望ましくは０．３〜０．６倍の範囲である。
【００３２】
羽根３の形状は、平板、円弧、波状などが用いられ、これに合わせてフロートアーム２を形成するのが好ましい。円弧、波状の羽根３は、回転時に水の抵抗を抑えることができ、効率が５％程度上昇する。平板の羽根３は、加工が容易で、製作や補修等が容易となり、コスト低下に効果がある。具体的には、攪拌装置の輻流型として周知のフラットブレード、湾曲ブレード、Ｈ型フラットブレード、ブルーマージングブレード、ゲートブレード、ラストン型ブレード、カーブドブレードの形態を利用できる。
【００３３】
本発明の浄水機は、構造的には水流発生機で、停滞水域に対して１Ｗの電力あるいはこれに相当する風力や太陽光発電で、０．２ｍ３／ｍｉｎ以上の循環水量を生むものであり、水流が発生する結果として、停滞水域の水を空気や太陽光に曝して浄水する。
【００３４】
以上のように構成された浄水機により、以下のような効果を得ることができる。
【００３５】
・フロートアーム２とフロートアーム２に固定された羽根３が、駆動装置１によって回転することで、池内に循環流を発生させる。このとき、小さな動力で大量の水を循環することができる。太陽光発電装置を用いるということは、太陽光線で装置を運転するということで、二酸化炭素の排出がないので地球温暖化防止に役立ち、さらに太陽光が届く所ならどこにでも浄水機を設置することが可能となる。これは、ダム湖、湖沼など広い場所に浮かべて浄水機を稼働させるのに最適である。
【００３６】
風力を利用するということは、風で装置を運転するということで、やはり二酸化炭素の排出がないので、地球温暖化防止に役立ち、さらに、風の吹く所ならどこにでも浄水機を設置することが可能となる。これは、ダム湖、湖沼など広い場所に浮かべて浄水機を稼働させるのに最適である。
【００３７】
・発生した循環流によって、水底付近で溶存酸素の欠乏した水を、水面へ導き、空気と接触させることにより、水中に酸素を供給する。
【００３８】
・発生した循環流によって、溶存酸素を多く含んだ水が水底へ供給されることにより、水底が好気的な環境に変化するため、メタンや硫化水素等のような臭気を発する還元性ガスの生成が防止できる。さらに、好気性微生物の活動が活発となり、水中の有機物質や栄養塩類を消費して、水質が改善される。
【００３９】
・発生した循環流によって、臭気物質を含んだ水が空気と接触し、臭気物質が大気中に放出されることにより、水の臭気が減少する。
【００４０】
・発生した循環流によって、温度成層が破壊され、池内の水温が一様化する。
【００４１】
・発生した循環流によって、水面付近に繁殖しているアオコ等の藻類は、定期的に水深の深いところへ送られて遮光されるため、光合成が抑制されて、異常発生を防止または抑制することができる。
【００４２】
・発生した循環流によって、水中に存在する細菌類は、順次、太陽光にさらされ、太陽光に含まれる紫外線により滅菌され、もしくは紫外線を嫌って池壁、水底に付着したり、互いに凝集してフロックを形成した後、魚類等に捕食されて水中から除去される。なお、本発明の浄水機を運転しても、フロックを破壊することが無いので、フロックの持つ浄化作用に影響しない。
【００４３】
装置上部に装飾を施した覆蓋を搭載することにより、周囲の景観と調和のとれた外観とすることができる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
図１および２に示した構造（３枚羽根）の本発明の浄水機（浄水機半径１．１ｍ）を製作した。該浄水機の機能確認を行うために、面積２０００ｍ２、水深３ｍの池で運転を行った。アンカーを池の中央に配置し、浄水機を回動させた。
【００４５】
平板（フラット）型の場合、羽根の高さは２００ｍｍ以下、好ましくは１５０ｍｍ以下である。２００ｍｍを超えると、水流の勢いが強すぎることになる。一方、あまり小さくては、水流を生じることができないので、実用的ではない。
【００４６】
そこで、この実施例では、羽根の高さ１６０ｍｍ、長さ５００ｍｍで行った。
【００４７】
フロートアームに、太陽電池モジュール（三洋電機（株）製、型式ＨＩＰ−５６１８）を電気的に接続した。セルの種類は、単結晶モジュールと薄膜モジュールを組み合わせたものを使用した。
【００４８】
水質の改善経過を、表１に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
水質分析結果
水質分析結果より、ＢＯＤ、ＣＯＤ、総窒素、全リンおよび溶存酸素については、浄水機運転の効果が顕著に現れていることが分かる。また、臭気も、約１ヶ月で消滅した。また、ｐＨが上昇しているのは、池で藻類が増殖し、光合成が活発に行われたことと、池の水循環により汚泥中の硫化水素が放出されたことによるものと考えられる。
【００５１】
（実施例２）
図３および図４に示した構造（３枚羽根）で、本発明の浄水機を製作した。フロートアームの長さ１ｍ、翼１”が長さ３０ｃｍで、幅が５ｃｍの寸法で製作した。
【００５２】
該浄水機の機能確認を行うために、実施例１と同じ池で、前記浄水機の運転を行った。
【００５３】
アンカーを池の中央に配置し、浄水機を回動させたところ、風力に応じて、回転が行われることを確認した。
【００５４】
水質の改善結果を表２に示す。
【００５５】
【表２】
2004057967.tif 000004
【００５６】
水質分析結果より、ＢＯＤ、ＣＯＤ、総窒素、全リンおよび溶存酸素については、浄水機運転の効果が顕著に表れていることが分かる。
【００５７】
臭気、ｐＨ、透視度についても改善された。
【００５８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、フロートアームと羽根と駆動装置とからなる浄水機を水面に設置し、駆動装置によりフロートアームと、フロートアームに固定された羽根を回転させることで、池内に循環流を発生させ、これにより、水底付近の水を水面に導き、空気と接触させて水中に酸素を供給することができ、或いは水面近傍の酸素を豊富に含む水を水底へ送ることができ、閉鎖性水域における水の浄化を効率的に達成することができる。
【００５９】
太陽光発電装置を用いるということは、太陽光線で装置を運転するということで、二酸化炭素の排出がないので地球温暖化防止に役立ち、さらに太陽が届く所ならどこにでも浄水機を設置することが可能となる。これは、ダム湖、湖沼など広い場所に浮かべて浄水機を稼働させるのに最適である。
【００６０】
風力を利用するということは、風で装置を運転するということで、やはり二酸化炭素の排出がないので、地球温暖化防止に役立ち、さらに、風の吹く所ならどこにでも浄水機を設置することが可能となる。これは、ダム湖、湖沼など広い場所に浮かべて浄水機を稼働させるのに最適である。
【００６１】
これらのことから、安価で消費エネルギーが小さく、コンパクトで維持管理が容易で、水質改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。
【図２】図１の実施例の一部を示す平面図である。
【図３】本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。
【図４】図３の実施例の一部を示す平面図である。
【符号の説明】
１　駆動装置
１’　太陽光発電装置
１”　翼
２　フロートアーム
３　羽根
４　固定部材
５　フロート
６　アンカー
７　ワイヤー
８　止具
９　浄水機半径
１０　軸
１１　筐体
【図１】
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【図２】
2004057967.tif 000006
【図３】
2004057967.tif 000007
【図４】
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