(57)【要約】【目的】流体圧に応じて大きく弾性変形するウイング３７を流体配管１０に配置し、流体Ｗの流量に応じた攪拌，曝気，放流等を可能にする。【構成】弾性変形能の大きな炭素長繊維成形体でできた複数のウイング３７を流体配管１０を直交する方向に沿って複数配置し、隣接するウイング３７の間に流体Ｗを流下させる隙間Ｇを設ける。流体Ｗの流量が少ないとき、ウイング３７はほぼ起立し、流体Ｗを堰き止め攪拌する。流量が多くなるとウイング３７が曲げ振動，曲げ捩れ振動し、流体Ｗの攪拌を促進させる。流量が閾値を超えるとウイング３７が倒伏し、流体Ｗを放流する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤で一体硬化した炭素長繊維成形体から作製された弾性変形能の大きなウイングを流体配管を直交する方向に沿って流体配管の内部に複数配置し、流体流下用の隙間が隣接するウイングの間に形成されていることを特徴とする渦発生機構を備えた流体管路。
【請求項２】
複数の繊維を平行に束ねて張力を付与した状態で接着剤で一体硬化させた炭素長繊維成形体から作製された支柱，ビームで構成されたフレームに同じ炭素長繊維成形体で作製されたシートを嵌め込み又は取り付けたウイングを使用する請求項１記載の渦発生機構を備えた流体管路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、下水道，廃水浄化設備，汚水処理設備等に敷設され、流体を攪拌する渦発生機構を備えた流体管路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水，廃水，汚水等の流体を浄化する際、流体に懸濁している微粒子を沈降させるため、凝集剤添加後に流体を攪拌している。流体の攪拌は、水質浄化用の好気性菌を活性化させる上でも有効である。好気性菌を用いた下水の一次処理では処理後の水を攪拌して空気を巻き込ませることにより好気性菌の活動を活性化させた後、嫌気性菌を用いた二次処理で好気性菌の活動を停止させている。工業用プラントでも、薬剤を添加した流体の輸送中に流体を攪拌して薬剤の均一分散を図る場合もある。
【０００３】
管路を流れる流体の攪拌には、動力を用いて流体を機械的に攪拌する方法，流路中に配置した邪魔板や乱流発生棒等で乱流を発生させる方法（特開昭４８−７２９５６号公報，特開昭５３−２８９５１号公報）等が採用されている。機械的攪拌方法が動力を別途必要とするのに対し、乱流発生方法は流体自体のエネルギーを利用していることから省エネルギー的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
邪魔板や乱流発生棒は、通常、最大水量に耐え得る設計で流路内に固定配置されている。固定配置のため、管路を流れる流体の流量に拘らず一定の乱流が発生する。そのため、大量の流体が流れる場合に乱流発生による攪拌が不足する。また、邪魔板や乱流発生棒で流れが阻害される結果、事故につながる虞もある。他方、少量の流体が流れる場合に過攪拌になりがちである。状況によっては攪拌することなく流体を流す必要（放流）も生じるが、固定配置した邪魔板や乱流発生棒では対処できない。
【０００５】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、管路に配置される渦発生機構に弾性変形能の大きなウイングを使用し、流体の流量に応じて流路断面積の拡大，適度の乱流発生，堰止め等の働きに切替え可能な流体管路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体管路は、その目的を達成するため、接着剤で一体硬化した炭素長繊維成形体から作製された弾性変形能の大きなウイングを流体配管を直交する方向に沿って流体配管の内部に複数配置し、流体流下用の隙間が隣接するウイングの間に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
弾性変形能の大きなウイングは、複数の炭素長繊維を平行に束ねて張力を付与した状態で接着剤で一体的に硬化させた炭素繊維強化合成樹脂から作製された支柱，ビームで構成されたフレームに同じ炭素繊維強化合成樹脂で作製されたシートを嵌め込み又は貼り付けることにより作製される。
【０００８】
【実施の形態】
本発明に従った流体管路は、流体配管１０の途中に渦発生機構２０を組み込んでいる（図１）。渦発生機構２０は、流体配管１０の長手方向に沿って所定間隔で複数個配置される。渦発生機構２０は、一対の支持具２１Ｒ，２１Ｌを流体配管１０の幅方向内側壁１１Ｒ，１１Ｌにボルト２２Ｒ，２２Ｌで固着し、支持具２１Ｒ，２１Ｌの間に支持軸２３を差し渡している（図２）。
【０００９】
支持軸２３には、翼ユニット３０の基管３１が嵌挿されている。基管３１から複数の支柱３２が起立し、支柱３２の上端及び下端近傍をビーム３３，３４で連結している。支柱３２，ビーム３３，３４で複数のフレームが構成される。上下方向に長いフレームでは、支柱３２の途中に補強ビーム３５を差し渡す。
【００１０】
支柱３２，ビーム３３〜３５で構成された複数のフレームそれぞれにシート３６を嵌め込み、或いは貼り付けると、流体配管１０を横切って垂直上方に伸びる複数のウイング３７が片持ち梁支持される。ウイング３７の頂辺及び上部近傍の側辺には、後述の曲げ振動，曲げ捩れ振動を促進させるため流動抵抗となる突起３８，３９を設けても良い。
【００１１】
ウイング３７は、好ましくは上すぼまりの形状をもっており、流体配管１０を横切る方向に沿って複数配置された状態で隣り合うウイング３７の間に流体Ｗ流下用の隙間Ｇ（図３ａ）が形成される。隙間Ｇは、ウイング３７の上方に向かって広がっており、上部ほど流体Ｗが通過しやすい。
支持軸２３に基管３１を嵌挿することに代え、流体配管１０の底面にウイング３７を直接固定することも可能である。
【００１２】
ウイング３７の主要部材である支柱３２，ビーム３３〜３５，シート３６は、接着剤で一体硬化した炭素長繊維成形体で作られている。炭素長繊維成形体は、本発明者が特願２００１−３６７６９３号で提案した材料であり、多数の炭素長繊維を平行に束ねて張力を付与し、接着剤で一体硬化させることにより製造された耐疲労特性に優れた複合材である。炭素長繊維に直交する方向に沿った層間辷りが一体硬化した炭素長繊維で拘束されるため、曲げ，捩り，両者の合力等の繰返し外力に抗する性能が従来のＦＲＰ材に比較して優れており、弾性変形能が大きい。
【００１３】
ウイング３７は、炭素長繊維成形体の材質的な特性から、静的，動的な曲げ，捩れ等の外力を弾性変形で吸収する。大量の流体が流れる場合に生じる流体圧も、大きな弾性変形で吸収し、流体圧によるウイング３７の破壊，損傷がない。しかも、炭素繊維製のため、鉄製に比較すると約１／２以下の弾性率，約１／４以下の軽量性をもち、腐食環境の苛酷な流体中でも腐食疲労による性能劣化がない。
【００１４】
次いで、ウイング３７による流体Ｗの流動状態制御を説明する。
少量の流体Ｗが流体配管１０を流れる場合、ウイング３７は、流体配管１０の流体圧によって下流側に若干撓むが、ほぼ起立した姿勢を維持する（図３ａ）。流体Ｗの流量が少ないため、ウイング３７に加わる流体圧が小さく、ウイング３７の弾性変形も僅かである。流体配管１０に沿って流れる流体Ｗが翼ユニット３０に達すると、ウイング３７で流体Ｗの一部が堰き止められ、翼ユニット３０の上流側と下流側との間に水位差が生じる（図３ｂ）。
【００１５】
隣接するウイング３７間の隙間Ｇを通過した流体Ｗは、水位の低い下流側に流れ込み、カルマン効果によって渦Ｖが発生する。渦Ｖの発生により、流体Ｗが攪拌されると共に気泡Ｂが流体Ｗに巻き込まれる。気泡Ｂの巻込みにより、好気性の汚水処理では好気性菌を活性化し、嫌気性の汚水処理では嫌気性菌の活動を停止させ、或いは流体Ｗに添加した薬剤の均一分配が図られる。
【００１６】
流体Ｗの流量が増加すると、ウイング３７に加わる流体圧が大きくなり、ウイング３７が大きく撓む（図４ａ）。ウイング３７の撓み変形で流体圧が解放されると、弾性力で元の姿勢にウイング３７が復元する（図４ｂ）。撓み変形，弾性復元の繰返しにより、独立した片持ち梁系である個々のウイング３７に曲げ振動（ギャロッピング），曲げ捩れ振動（捩りフラッタリング）が生じる。曲げ振動，曲げ捩れ振動は、ウイング３７の自由端に設けた突起３８，３９（図２）で促進される。
【００１７】
このときに発生する渦Ｖは、ウイング３７の曲げ振動，曲げ捩れ振動がカルマン効果に加わるため垂直方向成分をもち、極めて複雑な動きをする。したがって、流量増加に見合った攪拌作用を流体Ｗに及ぼし、流体Ｗに巻き込まれる気泡Ｂも増加するため、効果的な曝気処理が可能となる。
【００１８】
流体Ｗの流量が更に増加して閾値を超えると、ウイング３７に大きな流体圧が加わり、流体配管１０の底面１２にウイング３７が押し付けられる（図５ａ）。ウイング３７の倒伏により流体配管１０の流路抵抗が最小となり、最大流量に対する流体配管１０の安全性が維持され、流体配管１０に沿って流体Ｗを円滑に放流できる。
【００１９】
流体配管１０の流量が少なくなると、弾性力でウイング３７が流体配管１０の底面１２から立ち上がり、流量減少に応じて図４又は図３の状態に自動的に復元する。その結果、流量に応じた渦Ｖで流体Ｗが適度に攪拌され、効果的な水質浄化，薬剤分散等が可能となる。たとえば、翼ユニット３０を備えた渦発生機構２０を下水道に組み込むと、渦Ｖの発生によって下水が曝気処理されるので、端末の下水処理設備の負荷が大幅に軽減され、設備自体の小型化，能率化，低コスト化も図られる。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の流体管路は、複数の炭素長繊維を平行に束ねて張力を付与した状態で接着剤で一体硬化させた炭素長繊維成形体から作製された複数のウイングを流体配管に直交する方向に沿って配置している。炭素長繊維成形体製のウイングは、流体配管を流れる流体の流体圧に応じ広範囲にわたって形状を弾性的に変化させる。少ない流量では、流体の一部がウイングで堰き止められると共に、カルマン効果によって流体が攪拌される。流量が増加すると、ウイングの曲げ振動，曲げ捩れ振動がカルマン効果に加わり、複雑な動きをする渦が発生し、流量増加に見合った攪拌モードになる。更に流量が増加して閾値を超えると、ウイングが倒伏して流体配管の流路抵抗が最小となり、最大流量に対する流体配管の安全性が維持され、流体が放流される。
【００２１】
このように、ウイングの形状変化が流体の流量に応じて自動的に再現され、流体自体のエネルギーを利用して攪拌，曝気，薬剤分散等の処理が最適化される。しかも、腐食疲労に起因する性能劣化がない炭素長繊維成形体製のため、軽量で取扱い，施工が容易であり、メンテナンスフリーの攪拌機能を備えた流体管路が構築される。
【図面の簡単な説明】
【図１】渦発生機能が付与された流体管路を示す斜視図
【図２】流体管路に組み込まれた渦発生機構
【図３】少量の流体が流体配管を流れるときのウイングの働きを説明する図
【図４】中量の流体が流体配管を流れるときのウイングの働きを説明する図
【図５】大量の流体が流体配管を流れるときのウイングの働きを説明する図
【符号の説明】
１０：流体配管　　１１Ｒ，１１Ｌ：内側壁　　１２：底面
２０：渦発生機構　　２１Ｒ，２１Ｌ：支持具　　２３：支持軸
３０：翼ユニット　　３１：基管　　３２：支柱　　３３〜３５：ビーム　　３６：シート　　３７：ウイング　　３８，３９：突起
Ｗ：流体　　Ｖ：渦　　Ｂ：気泡　　Ｇ：隣接するウイングの隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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