JP2008133819A - 発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】曝気槽、沈澱池など複数の経路から流出水のある処理池に、前記経路のうち複数の経路に対応して水車羽根を回転自在に装備し発電可能に構成した。
【選択図】図1
Description
上記に鑑み、本発明は、水処理設備内を流れる水のエネルギーをより有効な形で電力に換えて電力消費を削減するようにした発電装置を提供することにある。
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の発電装置において、水車羽根は、傾斜軸を含む縦軸状に支持されるとともに上下複数段に配備されてこれら上下の水車羽根へは複数の経路からそれぞれ流出水が誘導されるようになっている。
尚、以下の各実施形態で説明する個々の開示例は他の実施形態にも適用されるものとする。
図1(平面図)および図2(図1のII方向矢視図)は、本発明に係る好適な一実施形態で、同実施形態において1は曝気槽で図示では同曝気槽1の一コーナーを示す。この曝気槽1では、一般的に、前記一コーナー部分において隣合うような形で第1流出口2と第2流出口3が開口し、そのうち第1流出口2からは最初沈澱池からの汚水が流入し、ここでは樋状の第1ガイド4を突設して図1の矢印Xのように向きを調整して槽内に導くようにしてある。
また、第2流出口3からは、最終沈澱池のピット内に溜まる汚泥(活性汚泥)を含む混合水である汚水が第2ガイド5を通じて矢印Yのように向きを調整されて槽内に導かれるようにしてある。
尚、第1流出口2および第2流出口3は開口位置や開口寸法、高さなど構成は異なるが図面では略同じ構成であるとして示してあり、両者2,3の構成がかなり異なる態様であってもガイド4,5の形状を対応構成することで対処できるものとする。
同水車17は、ドラム18の外周に水車羽根19…を突設するとともに軸方向両端にフランジ20と回転軸21を備え付けたものである。前記両ガイド2,3はこの水車羽根19…に直交して対面するように設けられて各汚水をX,Y方向から流下させ流し当てることで図1の矢印A方向に強制回転させるようになっている。
そして、支持軸26回りの発電機30が駆動されて発電機能を発揮するようになっている。31はカバーで、発電機30などを覆うものであり、同カバー31は図1の全体を覆う程度の大きな屋根材で構成してもよい。この場合の屋根材はその上にあるいはそれ自体をソーラーパネルあるいはフィルムシートとしてもよい。32は分電盤である。
その発電電力は前記した、例えば、モノレール式汚泥かき寄せ装置やスカム除去装置などの運転電力として或いはその他の必要な電力として広く利用可能である。矢印X,Yのように流出する汚水は水車羽根19に流し当てられたあと、曝気水面に落下するがその間エアーが混合するので落下した後には曝気水中にエアーを供給するものとなり、微生物の活性化により浄化を助長するために寄与する。特に、Y流は、従来であれば曝気槽1内に単純に落下攪拌を受けるものであったが、最終沈澱池内からの活性汚泥を含むもので、本実施形態によれば
この固定軸42の下端には、固定フランジ43が止めピン44により固定されてその上面に固定側マグネット45…が多数配列される一方、固定軸42回りには、回転パイプ46が挿通されてその下端に設けた回転フランジ47には回転側マグネット48…が多数対向配備されている。固定側と回転側マグネット45,48は反発し合う関係にあることで回転フランジ47を介して回転パイプ46は常時浮上して軽快に自由回転可能になっている。
そして、上水車羽根50に一旦流し当たった汚水を直ぐに外部に排除するのでなく一定時間持ち回して羽根50に回転エネルギーを与えるように上段シュラウド58が略30度の周範囲を覆うべく円弧状に伸びている。この30度の角度は45度や90度、さらに大きい角度に設定してもよい。その途中で汚水を周孔から排出可能にしてもよい。
そして、下水車羽根51に一旦流し当たった汚水を直ぐに外部に排除するのでなく一定時間持ち回して羽根51に回転エネルギーを与えるように下段シュラウド59が略60度の周範囲を覆うべく円弧状に伸びている。この60度の角度は90度、さらに大きい角度に設定してもよい。その途中で汚水を周孔から排出可能にしてもよい。
尚、胴部55内には、図3に示すように、セラミック粒、炭化材、あるいは麦飯石などの浄化促進材60…を充填してメッシュなどで通気質にした胴部55を通じて汚水が接触し得るようにしてもよい。また、羽根50,51は、芯板表面にセラミックなどの浄化促進材を付したものにしてもよい。羽根50,51自体に通水***を多数開けることは自由である。
尚、図4の左欄に示すように、回転フランジ47側から垂直に下部軸66を伸ばしてその下端を軸受支持するとともに下部軸66回りにスクリュウ式攪拌手段(上昇あるいは下降流起生)67を設けたり左欄のようなフィン式の攪拌手段(上昇あるいは下降流起生)68を設けてもよい。これらの構成によれば水車羽根による発電と同時に曝気槽内の攪拌が可能になる。
また、前記実施形態のように、水車羽根50,51がマグネットの反発で常時浮上勝手になっているので軽快に回転し流入エネルギーがより効率的に回転エネルギーに変換されるようになる。
尚、図4に仮想練で示すように、落水音や臭い防止のため屋根カバー69を付してもよい。同カバー69をソーラー方式にしてもよい。
また、図示はしないが固定フランジ43と回転フランジ47との関係を利用して超伝導回転駆動装置を構成してもよい。
尚、図7に示すように、2つの流出口75,77からの汚水を合流させて側方開放状とした周羽根73に流し当てるようにしてもよい。
尚、図1から図10(図22から図28の実施形態も含む)に示す実施形態は、単一流(X、Yのうちの一つの流れ)が注がれる形式の処理池を対象にしても設置されることがある。
また、前記実施形態では主に曝気槽をその対象として設置したが、水処理設備内において汚水や浄化済みの水が流れ落ちる個所であればどこをも対象に設置することができるもので、例えば、沈砂池前の流入水路に流れ込む段階や塩素混和池から流れ出る段階などを対象に設置することができる。このことは以下の例えば、図22から図28に示す実施形態でも同様にいえる。
この水車98は図示よりも低く設定することがある。落差を大きくするため堰97を高くしたことに伴って水路96の側面には水が漏れ出すのを防止する側板99が立設されている。
尚、水位を一定化するため、上流には上下調節の可能な水位一定化装置100が設けられてその上端を高さ制御可能にするとともに誘引した水はバイパス101により下流に流すように構成してある。
これらポール128〜130には、それぞれの態様(「地球環境を守ろう!」や「美しい国日本」)などの標示がなされた旗131…が取り付けられる一方、図18の仮想線のように本体ケース123内に納まるようになっている。
尚、各旗131には下端縁に錘137…が入れられ風でポールにからまず収納が確実に行われるようにしてある。
これらの回転により図18の仮想線のように各ポール128〜130はケース123内に納まる。ポール128〜130は全て同じ方向に納まるようにしてもよい。一方夜が明けて一定の時間になると、制御回路付きタイマー(365日カレンダー式タイマー)140によりシリンダ132が引き方向に駆動されると同時に駆動モーター138と伝導手段139により前面蓋122が開かれ、ポール128〜130を介して旗131が突き出すようにされる。
尚、緊急地震警報あるいは内蔵式P波感知装置に連動して旗131…が激しくあるいは緩徐に上下に振れて地震の来ることを知らせるように構成してもよい。また、これらの電力はソーラー発電によるものでもよい。
本例は、ポール142に黄金玉148の挿し棒149を嵌め込む方式で第1リング143がポール142先端段差に引っ掛かるものであったが、上欄図のようにポール142の先端に直接黄金玉148が取り付けられている場合には、第1リング143を係止するストッパ147が必要となる。
尚、同ポール142のパイプ内にタイマー制御による風を通して噴気口150…より旗141を靡かせるようにしてもよい。この実施形態は、図18および図19のような自動式のもののほか、玄関先に固定設置するタイプのものにも適用があることは勿論である。
203は第1ガイド、204は第2ガイドであり、それぞれは後述する水車羽根の接線方向に流入水を投入するようにするもので、この実施形態では、特に、各ガイド203,204内に沿った形の複数条の整流化板205、206を配すことで変曲流により乱流化しがちな汚水をここで整流化して本来保有する流れエネルギーが対象である水車羽根に有効な形で作用するようにしてある。207は曝気水面である。
この固定軸209の下端には、受筒210が止めピン211により固定されている。固定軸209回りには、樹脂ライニングパイプ(図示省略)を介して回転パイプ212が挿通されて回転しながら上下に遊動可能に構成されている。
底板214は水平な平坦面とされているが、中央がコーン状に凹んだものあるいは凸状をなすものなどでもよい。また、底板214には、図21の左下欄に示すように複数の凹所218に常時エアーが確保されるようにして例え後述する水車浮上用のスカートが破損しても最低限度のエアーが浮上用として機能するようにしてもよい。
水車羽根215は、流出水を抱え持つように湾曲羽根とし、特に、同実施形態の羽根215は、外径端が内径端よりも大きく回転方向に先行するように斜め配置になっており、これにより、流出した汚水は外径方向に押しやられて第1ガイド203に続く第1シュラウド220および第2ガイド204に続く第2シュラウド221に沿った方向へ流される傾向となり、流出水が最も外周に作用することから大きな回転トルクを発生するようになる。
水車羽根215は平坦な斜め板でもよい。尚、水車213は、その直径が1mあるいは1.5mさらには2m、3m…等特に大きく設定してあるが、前記水車羽根215の径方向の寸法は、水車213の半径の約1/4ないし1/6で前記実施形態よりも小さく設定されている。汚水が水車羽根215の前後間で乱流を生じ難くしかもより外径寄りに汚水が集中して作用するようにしてある。
同スカート223は固定軸209に同心状であるので回転の抵抗とはなりにくい。スカート223と底板214とは密閉空間を形成するので、全くエアーが漏れない構造になっているが、一定圧以上になるとその一部をリリーフさせて水車高さを一定化するようにすることもできる。
一方、第2、第1ホイール226,224および回転パイプ213は高さ変動しないようにし、水車213およびスカート223側が上下するように構成してもよい。
また、第1、第2シュラウド220,221を省略し、水車羽根215…を備えた水車213の外周に水車213とともに回転する全周カバーを設けるとともにその下部にスカート223を備え付けたものとするとともに流出汚水を周部でなく上方から投入されるようにしてもよい(図23の実施形態参照)。
この場合、全周カバーの周位に排水穴を多数設けて回転とともに投入された汚水が排出されるようにする。
230は第1流出口、231は第2流出口で、それぞれ第1ガイド232と第2ガイド233を湾曲樋状に備える。各ガイド232,233の先端底面は円弧状の凹欠部aを備えて流出汚水流をより集束化して水車羽根に衝当させるようにしてある。ガイド232,233の底面はUあるいはV溝状に形成して流れをより集束化するようにしてもよい。
234は支持梁で、その長手方向中途には固定軸229が垂下して固定され、その外周には樹脂ブッシュ235を介して昇降運動可能な樹脂製回転パイプ236が設けられている。回転パイプ236の上端には駆動ギア237が取り付けられる一方、支持梁234上の発電機238から伸びた軸回りにはギア237に上下移動可能に噛み合う従動ギア239が設けられている。
この水車羽根247は、汚水が衝当する四角形の部分と衝当後の流れを受けながら前記排水口243へと導く三角形をした部分の1枚板からなる。尚、前記サポートアーム246の外径側に相当する部分の水車羽根247は四角形をした部分のみからなる。
また、図22に仮想線で示すように、水車羽根247はbあるいはcのように求心方向に対し傾斜してもよく、同図右欄にdあるいはeで示すように湾曲状をなすものにしてもよい。
これら水車羽根は底板242に対し垂直面状に立ち上がるが、右欄に示すように流入水を抱え込むように下端基部が上端よりも回転方向に先行して位置する傾斜面状fに配備してもよい。この傾斜面は湾曲するものf′にしてもよい。
固定軸229の下端には、図23の矢印のように流れ来る汚水を排水パイプ244内へ勢いを付けて流下させるようにラセンガイド250が取り付けられている。
尚、ラセンガイド250の有無に拘らず、固定軸229の下端あるいは水車241の下端には図23に仮想線で示すような反転ガイド251を付けておけば浮上空間内にエアーを導くことができるとともに活性汚泥を含む汚水を曝気槽内に誘導することができる。ラセンガイド250と反転ガイド251とを組み合わせることでエアーの発生量は増加し乱流化した汚水を曝気槽内に誘導できる。
底板263はその中央が膨らみ外周部分が平坦になっているので、ガイド264からの1種あるいは複数種の流出水は水車羽根260…に衝当しても中央へは逃げず、従って、トルクを大きく発生する外周に留まる傾向になる。外周に投入された汚水は、周板265の孔(メッシュでもよい)を通じて矢印のように一部ずつ回転により排出される。この孔は開口度の調節を可能にしてもよい。
尚、水車258の回転パイプ266と固定軸257との間にはエアーが入り込むようにしてもよい。また、右欄に示すように、周面を開放した底板268上に水車羽根269を斜め向きに配列した水車270に対しその上方を横切るガイド271を通じて流出汚水を噴射するようにしてもよい。272はスカートである。
前記のように固定側がパイプ280で回転側が軸283であることもあり、このことは他の実施形態でも同様に適用できる。
303は流出水のガイド、304はフロート、305はピボットであり、回転パイプ298の下端軸がピボット305を介してフロート304からの浮力を受けて水車302を常時浮上させる仕組みになっている
この実施形態によれば、水車羽根301が上がったところに流出水が投入されさらに同流出水の落差分のエネルギーを利用して水車302を回転作用させるので、流出水のもつ位置エネルギーをうまく利用して水車302を効果的に回転させることができる。
尚、同図右下欄に示すように、水車302の底板の底部に周方向に連続状をなす浮力発生体(発泡体や中空構造体)306を備え付けて水車302を常時浮上させるようにしてもよい。この場合、前記フロート304を組み合す場合と浮力発生体306単独で構成する場合とがある。
そこで、この提案例では、出したときも引っ込めたときもこれら装置が裏方から見えないように、主看板309の裏方に離間させた補助看板313を隠し役として平行に配したものである。主看板309はそのままとしこの補助看板313の方にポール312を出し入れ駆動させる機構や制御部などを内蔵するのが好ましい。
尚、図30に仮想線で示す314は弾性カバーで、主看板309と補助看板313の外周を含むそれらの間を覆うゴム膜めようなもので、両看板309,313間に相当する個所に切れ溝を有し、その溝を通じてポール312が出入りする一方ポール312が収納された状態では外部から保護されるようにしたものである。切り溝は、ポール312の通過に問題はないが旗311が通過して収納される場合に切り溝に挟まれて一部が外部にはみ出した不体裁な状況になるおそれがあるので、切り溝の幅を旗311が余裕をもって通過させ得る幅にしておく必要がある。
尚、線条材326の下端と収納ケース324との間には線条材326を過度の引っ張りなく緊張良く張るための弾性材329が設けられている。
線条材326それ自体を伸縮自在な素材で構成してもよい。
ハンドル320を逆回転させることで昇降ライナー322が下がり、それとともに線条材326が弛んで標識幕328とともに収納ケース324内に下がりその上からカバー325が被さって収納状態とされる。この収納状態を保持するためカバー325と収納ケース324間をマグネット(図示省略)で吸着するようにしてもよい。
尚、第1フロート335は高さ調節可能にすれば水車334を好適な高さで効率回転させることができる。
尚、取付枠343は、窓枠348を開閉案内する固定枠349の内高さにフィットさせるため高さ調節自在に上下2分割式に構成することができる。前記ケース345の内面底壁は水平でなく前傾状aに形成すれば雨水が自ずと外部に排除される。
ガイドハウジング352には、先側に4点配置をなして鼓形のゴム製などのガイドローラー353…がそれぞれ縦軸状に配備され、これらの間を介してポール351が進退自在に案内されるとともにガイドローラー353の中の1つが正逆回転制御される駆動源(減速機付きモーター)355により駆動ローラーとして機能するようになっている。旗342の吊持基部はガイドハウジング352の溝356内を通して前後するようになっている。
尚、同装置を複数基独立して設置する他、バランス保持板370などの安定化手段を隣同士で連結すれば安定化することができる。ケース371を図示よりも長い共用型にしてそこに複数基の幟367を揺れ動くように設けてもよい。
また、前記例ではポール375を往復駆動するようにしていたが、上からみて円を描くように回転させてもよい。
また、サークル型をしたガイドレール425上を走行するようなローラー426を主アーム407に備えて支持するようにすることもできる。この場合、サークル水路401の上縁に沿ってローラー426を走行支持させるようにしてもよい。
さらに、図38の右上欄に示すように、水車羽根411は球体(球殻も含む)427としてもよく、また、その右欄に示すように半球体428としたり判球殻型にしてもよい。
同装置は、河川430内に垂直な角型固定支柱431を介して水位追従式に設置されている。固定支柱431は、河川430の幅間中央に埋設固定された基礎ブロック432の杭433に差し込まれるとともに下フランジ434をアンカー435により止め付けることにより高く伸びて固定されている。固定支柱431は、図40に仮想線で示すように、一端が土手側に固定された牽きワイヤ436により四方から牽かれて保持されて振れなどしないようになっている。
中筒438の上下端外周には、フランジ438aが突設されているとともに、両フランジ438a間に相当する中筒438の外周には、内外周面が円筒面とされた外筒439が中筒438に対して回転自在に設けられている。
また、河川の水量が洪水などで激増する場合、図41に仮想線で示すように、ハンドル458により駆動される引き揚げ装置459により装置を持ち上げて退避させるようにしてもよい。
ここで、搬送する対象個所は、流入水路内や湖沼、海や河川などの全てを含み、対象物も浮上スカムのみでなくオイルなどの広範囲のものを含むものである。
486は第1管、487は第2管で、第1管486は先可撓管485に接続されているとともに、第1、第2両管486,487は止着具488により脱着自在に連結されている。
第2管487の基部には、吸引回収機489側に連通状に接続された可撓管でなる吸引管490が接続されている。
また、ボディ478内は渦流を起生する手段を設けてもよい。
前記実施形態では、スカム水の一部水を利用して送水パイプ526へ水送りをするようにしていたが、別途独自経路で送水するようにしてもよい。
りん除去については無機凝集剤等の添加による除去が可能であるが、窒素については生物学的除去法を採用する必要がある。生物学的窒素除去法とは、流入水中のアンモニア性窒素を好気槽で硝酸菌により硝酸性窒素に硝化させ、その後、窒素ガスにまで還元して脱窒させる方法である。第1段階の硝化反応を確実に進行させるためには、反応槽の活性汚泥を高濃度化してA−SRTを長く保ち、硝化反応を担う硝化菌の増殖・維持を図る必要がある。しかしながら、活性汚泥の高濃度化によるA−SRTの長期化を行うと放線菌の増殖を促すことになり、反応槽での放線菌スカムの発生に繋がる。この放線菌は最終沈澱池に大量に発生し放流水質の悪化を招くとともに、下水処理場見学者に対して悪印象を与えることになる。また、放線菌スカムは粘着性のある浮上スカムであるため、通常のポンプ等では除去が困難であり、その解決策として次の反応槽用スカム除去装置を開発した。
内散水パイプ620には、3個所の内向き散水ノズル624…と異なる位置に3個所の放射散水ノズル625…が配備されて、内向き散水ノズル624からは図47の装置中心Oc向きである矢印Y方向に、放射散水ノズル625からは矢印Z方向の放射流を放射するようになっている。
また、図47に仮想線で示すように、内散水パイプは620′のように三角形などの多角形にしてもよい。この場合、三角形の頂点個所には丸味Rをもたせて送水が滞りなく円滑に行えるようにするとともに三角形の中間位置に設けられる内向き散水ノズル624が呑込トラフ610のより外回りに位置してスカムの送り込みに適した位置を確保できるようにすることができる。同内散水パイプは、四角形を基本とするものでもよい。
さらに、内散水パイプは図47に仮想線で示すように、六角形(図では一部のみを示す)にすることもできる。その頂点位置に内散水ノズル624や放射散水ノズル625を配すことができる。この六角形の内散水パイプの場合も、頂点個所にR部分を形成する。
さらに、前記実施形態では、排出途上のスカム水の一部を散水用としたが、工業用水を専用水として供給するようにしてもよい。
また、図46の右上欄に示すように、メインフロート618の上部には径大段差部618aを設けて水面上下に対応させることにより装置のバウンド作用を抑制するブレーキング機能をもたせるようにしてもよい。
また、立ち上がり部分633の外周にはスカムが溜まり勝ちになることも想定され、その場合の対策として、流れa、aを起生するノズルを内散水ノズルに別途配備してもよい。
前記スカム微細化送りユニット640は、この実施形態ではスクリュウ刃643を備えてスカムを吸込んで送りながら刃で微細化して送り出すようにするとともにその出口644手前に超音波微細化装置645を内装して更にスカムを微細化するものである。このユニット640は他の個所に配備してもよい。また、超音波微細化装置645も他の個所に配備してもよい。
さらに、ガイド641は、1/4円形部分641aのみでなく斜め直線ガイド部分641bを組み合わせたもので、微細化されたスカムが流れやすいような形になっている。
また、スカム水呑込排出装置642からのスカム水はスカム・水分離装置646内に導かれて分離処理されたのち、バイオ分解処理装置647に導かれて分解処理される。
さらに、前記ワイヤ639の1本には水中ポンプ駆動のための配電コードを巻回伸縮式で装備することができる。また、図46に示すように、内側のノズル624は垂直線を基準にして内向きに30度前後傾斜して比較的近傍域のスカムを呑込トラフ610へ送るようにされ、外側のノズル630は垂直線を基準にして内向きに45前後傾斜して比較的広い水域のスカムを水平方向に誘導するようにされ、それぞれはY、Y′のように散水するものとされているが、この角度は限定されない。
Claims (2)
- 曝気槽、沈澱池など複数の経路から流出水のある処理池に、前記経路のうち複数の経路に対応して水車羽根を回転自在に装備し発電可能に構成した発電装置。
- 請求項1に記載の発電装置において、水車羽根は、傾斜軸を含む縦軸状に支持されるとともに上下複数段に配備されてこれら上下の水車羽根へは複数の経路からそれぞれ流出水が誘導されるようになっている発電装置。
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