JP7019181B2 - 水流発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴射流体により空気と水とを連行する水流発生装置に関するものである。

湖沼やダム湖、池などでは、水底付近の酸素が欠乏するため、水流発生装置による水域の撹拌が行われる。
水流発生装置としては様々なものが開発されている。例えば、水流発生装置を水底に設置して噴射水流を発生させ、噴射水流により周囲の水を連行して放出するもの、水流発生装置を水面付近に設置して噴射水流を発生させ、噴射水流により空気を連行して放出するものなどが知られている。

また、特許文献１に記載の浮遊式水質浄化装置は、喫水線より下の水取り入れ口、及び喫水線より上の空気取り入れ口が設置された紡錘形の形状の浮体と、防水密閉された浮体内部にエジェクターに高圧の水流を供給するポンプと、それに連結された吸引力を生じるエジェクターと、エジェクターの吸引部に空気取り入れ口を連結する配管と、さらにエジェクター吐出部に連結され、下方を向くシャフトとを備えた構造である。

特許文献１に記載の浮遊式水質浄化装置では、噴射水流により、水面付近の水だけでなく空気も取り入れ連行させて、下方へ向かって噴射水流を放出させているため、連行された空気と水とが混合しながら空気が水を押し出すようにして放出されるため、勢い良く放出させることができる。

特開２０１２－２４００４０号公報

しかし、特許文献１に記載の浮遊式水質浄化装置では、紡錘形の形状の浮体に設置された空気取り入れ口とエジェクターの吸引部とを配管により連結しているため、長い配管により連行する力が低下するおそれがある。
また、水は、空気とは別に、水取り入れ口から取り入れられており、シャフトから放出され、水中で拡がった状態の噴射水流によって連行されるため、エジェクター部を進行する噴射水流と比較して連行する力が低い。

そこで本発明は、噴射流体により空気と水とを連行することで、噴射流体を勢いよく放出することが可能な水流発生装置を提供することを目的とする。

本発明の水流発生装置は、噴射流体を吐出する第１筒部と、前記第１筒部が内部に配置され、前記第１筒部からの噴射流体を先端部から放出する第２筒部とを備えた装置本体を有し、前記第２筒部は、前記第１筒部の先端部の位置に、水上と水中とに跨る開口部が形成されたことを特徴とする。

本発明の水流発生装置によれば、第２筒部には、水上と水中とに跨る開口部が、第１筒部の先端部の位置に形成されているため、第２筒部内に開口部から水上の空気と水面の水とが自然と流入する。従って、第１筒部からの噴射水流により発生する負圧が減衰することなく空気と水とを連行させることができる。

前記装置本体を浮上させるフロート部を備えることにより、広い閉鎖水域の中央部で使用する際でも、フロート部により装置本体を浮上させ、第２筒部の開口部を水上と水中とに跨るように配置することが容易である。

前記フロート部は、前記第１筒部の吐出口を水上と水中とに跨る位置に、前記装置本体を浮上させれば、第１筒部からの噴射流体が、水面の水と水上の空気とを連行して混合させることができる。

前記第１筒部に、狭流路が形成されていると、第１筒部からの噴射水流を更に加速することができる。

前記第１筒部に噴射流体として水を圧送する送水装置を備え、前記送水装置は、前記第１筒部の基端部に一端部が接続された送水管と、前記送水管の他端部が接続されたポンプと、前記ポンプが収容され、上部に取水口が形成された収容部と、前記取水口を水面下に位置させるフロート部とを備えたものとすることができる。

送水装置のフロート部が収容部の取水口を水面下に位置させているため、水流発生装置に水を圧送するだけなく、浮遊微生物も一緒に送り込むことができる。従って、効率よく浮遊微生物を導流することができる。

前記第２筒部に、薬剤を投入するためのバルブを設ければ、浮遊微生物を効果的に集めるための凝集剤や、防藻剤などの薬剤をバルブから投入して、噴射流体と一緒に放出することができる。

本発明によれば、第１筒部からの噴射水流により発生する負圧が減衰することなく空気と水とを連行することで、噴射水流に空気と水とを混合しながら第２筒部から勢いよく噴射水流を放出することができる。

本発明の実施の形態に係る水流発生装置をフェンスに設置した状態を示す図である。 図１に示す水流発生装置の装置本体の平面図である。 図２に示す水流発生装置の装置本体の側面図である。 図２に示す水流発生装置の背面図である。 図１に示す水流発生装置の送水装置の平面図である。 図５に示す送水装置の正面図である。

本発明の実施の形態に係る水流発生装置を図面に基づいて説明する。なお、本明細書では、水流発生装置について、噴射流体を放出する側を先端側または前側、噴射流体が供給される側を基端側または後側として説明する。

図１に示す水流発生装置１は、湖沼やダム湖、池などの閉鎖性水域Ｓに大量に発生した浮遊微生物の一例であるアオコを、一部の水域を区画した回収用フェンスＮ内に導流する浮遊微生物導流装置として設置したものである。
水流発生装置１は、噴射流体の一例である噴射水流を放出する装置本体２と、装置本体２に向けて水を圧送する送水装置３とを備えている。
水流発生装置１は、装置本体２が、回収用フェンスＮの水面位置に設置されている。

（水流発生装置１の装置本体２の構成）
まず、図２から図４に基づいて水流発生装置１の装置本体２の構成を説明する。
装置本体２は、円筒状の筒状部２１と、筒状部２１を浮上させる一対のフロート部２２とを備えている。
筒状部２１は、噴射水流を吐出する第１筒部２１１と、第１筒部２１１が基端部に配置され、第１筒部２１１からの噴射水流を先端部から放出する第２筒部２１２とを備えている。第１筒部２１１は、第２筒部２１２に、軸線Ｌ１を合わせて配置されている。

第１筒部２１１は、第２筒部２１２の後端面を貫通するノズル部２１１１と、ノズル部２１１１の後端に連結された狭流路２１１２と、狭流路２１１２に設けられた第１バルブ２１１３とを備えている。狭流路２１１２には、送水装置３（図３参照）と接続する送水管３１が連結されている。

第２筒部２１２は、噴射水流を導水して放出する内筒部２１２１と、内筒部２１２１の狭流路２１２１ｎを覆う外筒部２１２２と、第１筒部２１１を後端面に貫通させ、内部の連行用空間に第１筒部２１１の先端部を位置させ固定する連行部２１２３とを備えている。

内筒部２１２１は、後端側から直径が外筒部２１２２の内径から徐々に縮小する縮径部２１２１ａと、縮径部２１２１ａの先端と同径に形成された円筒状の小径部２１２１ｂと、直径が徐々に拡大する拡径部２１２１ｃと、拡径部２１２１ｃの先端と同径に形成され、外筒部２１２２から露出した円筒状の大径部２１２１ｄとにより形成されている。
第２筒部２１２の外筒部２１２２には、内筒部２１２１の小径部２１２１ｂ内部と筒状部２１の外部とを連通させる第２バルブ２１２１ｅが取り付けられている。
また、外筒部２１２２および連行部２１２３の上部の外周面には、フロート部２２を取り付けるためのＬ字状の板材から形成された固定用部材２１２２ａ，２１２３ａが形成されている。

第２筒部２１２の連行部２１２３には、第１筒部２１１の先端部の位置に、水上と水中とに跨る開口部２１２３ｂが、両側部に形成されている。開口部２１２３ｂは、縮径部２１２１ａの後端の位置から、連行部２１２３の後端まで、側面視矩形状に切り欠かれると共に、連行部２１２３の後端面の一部も切り欠かれていることで形成されている。

フロート部２２は、筒状部２１の軸線Ｌ１を中心に両側対称に形成されたアウトリガー型の浮きである。フロート部２２は、連結部２２１と、腕部２２２と、第１浮き部２２３と、第２浮き部２２４とを備えている。
連結部２２１は、腕部２２２と、筒状部２１の固定用部材２１２２ａ，２１２３ａとを連結するものである。

連結部２２１は、外周面にねじ山が形成され、腕部２２２と固定用部材２１２２ａ，２１２３ａとを貫通するねじ部２２１ａと、ねじ部２２１ａに螺合して、腕部２２２と固定用部材２１２２ａ，２１２３ａとのそれぞれを挟み込むナット部２２１ｂとにより形成されている。ねじ部２２１ａは、全ねじまたは両ねじが使用できる。

腕部２２２は、Ｌ字状の板材を折り曲げて形成されている。腕部２２２は、筒状部２１上に位置し、左右方向に水平に延びる筒側取付部２２２１と、筒側取付部２２２１の両端から徐々に下降する傾斜部２２２２と、傾斜部２２２２から水平方向に延びる浮き側取付部２２２３とから形成されている。

第１浮き部２２３は、両端を閉鎖した、内部が中空の円筒管により形成されている。第１浮き部２２３には、上部外周面に浮き側取付部２２２３に連結するために、Ｌ字状の板材により形成された固定用部材２２３ａが設けられている。

第２浮き部２２４は、第１浮き部２２３の長手方向の両端面から突出した棒状部材２２３ｂを貫通させて、第１浮き部２２３に取り付けられている。本実施の形態では、第２浮き部２２４として、樹脂製のフロートを使用している。

（送水装置３の構成）
次に、図５および図６に基づいて送水装置３の構成を説明する。
送水装置３は、第１筒部２１１（図２参照）の基端部に、一端部が接続された送水管３１と、送水管３１の他端部が接続されたポンプ３２と、ポンプ３２が収容され、上部に取水口３３２が形成された収容部３３と、ポンプ３２を収容した取水口３３２を水面ＬＶ下に位置させるフロート部３４とを備えている。なお、図６においては、水面ＬＶを一点鎖線にて示す。

送水管３１は、全部が可撓性を有する樹脂製のホースとしてもよいし、第１筒部２１１（図２参照）との連結部分を金属製の配管とし、残りを樹脂製のホースとしてもよい。
ポンプ３２は、水に浸漬しても動作して送水管３１に水を圧送する水中ポンプである。
収容部３３は、有底の円筒形状に形成されている。収容部３３の上部には、周縁から内側に向かって、円環状の板材による補強部３３１が、周縁の全周に渡って張り出している。補強部３３１の開口部が取水口３３２となる。

収容部３３の内部には、ポンプ３２を保持し固定するための支持部３３３が配置されている。支持部３３３は、ポンプ３２の胴部の周囲面を包囲する環状部３３３１と、環状部３３３１から放射状に延びて収容部３３の内周面に接続する接続部３３３２とを備えている。
収容部３３の底面には、ポンプ３２を中心にして、円周方向に等間隔に並ぶ４箇所に、円形状の貫通孔が形成されており、それぞれの貫通孔には、開口を塞ぐ蓋部３３４が配置されている。
収容部３３の外周面には、円周方向に等間隔に並ぶ４箇所に、上下方向に沿ってフロート部３４を取り付けるための連結用部材３３５が形成されている。

フロート部３４は、取水口３３２を水面下に位置するように、ポンプ３２が収容された収容部３３を浮遊させる。
フロート部３４は、収容部３３を中心に円周方向に等間隔に並ぶ４つの第１浮き部３４１と、第１浮き部３４１と固定され、第１浮き部３４１から更に外方に位置する第２浮き部３４２とを備えている。

第１浮き部３４１は、両端を閉鎖した、内部が中空の円筒管により形成されている。第１浮き部３４１には、収容部３３の連結用部材３３５と、高さ位置が調整可能に取り付けられた固定用部材３４１ａとが設けられている。
第２浮き部３４２は、第１浮き部３４１の上端面から外方へ突出した板状部材３４１ｂと、板状部材３４１ｂの先端から下方に向かって垂下して貫通する棒状部材３４１ｃとにより、第１浮き部３４１に取り付けられている。本実施の形態では、第２浮き部３４２として、樹脂製のフロートを使用している。

（水流発生装置１の動作および使用状態）
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る水流発生装置１の動作および使用状態を図面に基づいて説明する。
まず、図２から図４に示す水流発生装置１の装置本体２は、第１筒部２１１のノズル部２１１１の先端である吐出口２１１１ａが水上と水中とに跨る位置となるように、フロート部２２の浮力が調整さている。本実施の形態では、第１筒部２１１および第２筒部２１２の軸線Ｌ１が水面ＬＶに位置するように浮力が調整される。

次に、図５および図６に示す送水装置３は、ポンプ３２を収容した収容部３３の取水口３３２を水面下、特に水面直下に位置させるように、フロート部３４の浮力、または収容部３３の連結用部材３３５と、フロート部３４の固定用部材３４１ａとの高さ位置が調整されている。

このようにして調整された水流発生装置１を、図１に示すように回収用フェンスＮに設置させ、図５および図６に示す送水装置３のポンプ３２を作動させる。
フロート部３４が収容部３３の取水口３３２を水面下の位置させているため、収容部３３内に水が流れ込むと共に、水面に浮遊する浮遊微生物の一例であるアオコも一緒に流れ込む。
ポンプ３２は、水と共にアオコも一緒に吸い込み、送水管３１へ圧送する。送水管３１を通じて圧送された水は、図２から図４に示す装置本体２の第１筒部２１１へ進入する。

送水装置３では、フロート部３４が収容部３３の取水口３３２を水面下の位置させているため、装置本体２に水を圧送するだけなく、アオコも一緒に送り込むことができるため、効率よくアオコを回収することができる。

第１筒部２１１では、狭流路２１１２を通過することで水は加速する。
このとき、狭流路２１１２に接続された第１バルブ２１１３から空気を入れれば、狭流路２１１２にて微細気泡を発生させることができる。微細気泡は、アオコを圧壊させることができるが、微細気泡は、噴流の速度を抑制するため、狭流路２１１２では空気を混合させず、微細気泡を発生させない方が望ましい。

狭流路２１１２を通過した水は、第１筒部２１１のノズル部２１１１から噴射水流となって、第２筒部２１２の縮径部２１２１ａへ向かって噴射される。
ノズル部２１１１からの噴射水流は、直径が外筒部２１２２の内径に拡がった縮径部２１２１ａへ突入する。

このとき、噴射水流により発生する負圧により第２筒部２１２の連行部２１２３に形成された開口部２１２３ｂから、自然と流入した水上の空気と水面の水とが連行され、引き込まれる。更に、水面の水が連行されることで、水面に浮遊するアオコも一緒に引き込まれる。
このように、連行部２１２３の内部空間が空気と水との混合室として機能するため、ノズル部２１１１からの噴射水流による連行する力を減衰させることなく、連行部２１２３の内部空間に自然と流入した空気と水とに作用させることができる。

また、第１筒部２１１（ノズル部２１１１）の吐出口２１１１ａが、水上と水中とに跨る位置にあるため、ノズル部２１１１からの噴射水流は、水面の水と水上の空気とを押し込みながら縮径部２１２１ａへ突入するため、水面の水が水上の空気を連行して混合させることができる。

開口部２１２３ｂから連行された空気と水、およびアオコは、混合しながら、ノズル部２１１１の噴射水流と一緒に縮径部２１２１ａへと突入する。
そして、噴射水流は、小径部２１２１ｂを通過する。このとき、第２バルブ２１２１ｅからアオコを凝集させる薬剤の一例である凝集剤を投入して噴射水流に混合させることができる。

次に、噴射水流は、拡径部２１２１ｃで拡がりながら大径部２１２１ｄを通過して、筒状部２１から勢いよく噴射範囲を拡げながら放出される。
このようにして、水流発生装置１は、第２筒部２１２の開口部２１２３ｂから水と共に吸い込んだアオコと一緒に、送水装置３から水と共に吸い込んだアオコも、先端から噴射することで、アオコを回収用フェンスＮにより区画した水域に移動させることができる。
従って、水流発生装置１は、回収用フェンスＮの外側の水域を大きく乱すことなく、アオコを回収用フェンスＮの内側の水域に効率よく集めることができる。

以上のように、水流発生装置１は、第１筒部２１１（ノズル部２１１１）からの噴射水流による連行する力を減衰させることなく、第２筒部２１２の基端部（連行部２１２３）に形成された開口部２１２３ｂに自然と流入した空気と水とに作用させることができる。そのため、噴射水流より空気と水とを混合させながら連行することで、噴射水流を勢い良く放出することができる。

本実施の形態に係る水流発生装置１では、筒状部２１がフロート部２２により浮上していたが、第２筒部２１２の開口部２１２３ｂが水上と水中とに跨るように配置できれば、筒状部２１を固定部材により固定するようにしてもよい。
しかし、湖、ダム湖など広い閉鎖水域の中央部で使用する際には、装置本体を水面に位置した状態で固定することが困難であるため、フロート部２２により浮上した状態とすることが望ましい。

本実施の形態では、浮遊微生物の一例であるアオコを回収するために装置本体２（図２～図４参照）と送水装置３（図５および図６参照）とを使用したため、送水装置３はフロート部３４により取水口３３２を水面下に位置させていたが、装置本体２および送水装置３を水域の撹拌、曝気に使用するときには、送水装置３の取水口３３２を水面より上に位置させ、収容部３３の底面の蓋部３３４を取り外し、貫通孔から取水してもよい。
また、本実施の形態に係る水流発生装置１ではアオコを回収するために用いているため、送水装置３にてアオコを吸い込んだ水を装置本体２に供給していたが、水域の撹拌、曝気などに装置本体２を用いる場合には、送水装置３のポンプ３２をコンプレッサーとし、第１筒部２１１から吐出する噴射流体を水ではなく、空気としてもよい。

本発明は、水と空気とを連行した噴射流体を勢いよく放出することができるため、水域の撹拌、曝気だけなく、水の富栄養化により発生するアオコや、赤潮を構成する微生物などの浮遊微生物の回収に適用できる。

１ 水流発生装置
２ 装置本体
２１ 筒状部
２１１ 第１筒部
２１１１ ノズル部
２１１１ａ 吐出口
２１１２ 狭流路
２１１３ 第１バルブ
２１２ 第２筒部、
２１２１ 内筒部
２１２１ａ 縮径部
２１２１ｂ 小径部
２１２１ｃ 拡径部
２１２１ｄ 大径部
２１２１ｅ 第２バルブ
２１２１ｎ 狭流路
２１２２ 外筒部
２１２２ａ 固定用部材
２１２３ 連行部
２１２３ａ 固定用部材
２１２３ｂ 開口部
２２ フロート部
２２１ 連結部
２２１ａ ねじ部
２２１ｂ ナット部
２２２ 腕部
２２２１ 筒側取付部
２２２２ 傾斜部
２２２３ 浮き側取付部
２２３ 第１浮き部
２２３ａ 固定用部材
２２３ｂ 棒状部材
２２４ 第２浮き部
３ 送水装置
３１ 送水管
３２ ポンプ
３３ 収容部
３３１ 補強部
３３２ 取水口
３３３ 支持部
３３３１ 環状部
３３３２ 接続部
３３４ 蓋部
３３５ 連結用部材
３４ フロート部
３４１ 第１浮き部
３４１ａ 固定用部材
３４１ｂ 板状部材
３４１ｃ 棒状部材
３４２ 第２浮き部
Ｎ 回収用フェンス
Ｓ 閉鎖性水域
Ｌ１ 軸線
ＬＶ 水面

Claims (6)

1. 噴射流体を吐出する第１筒部と、
   前記第１筒部が内部に配置され、前記第１筒部からの噴射流体を先端部から放出する第２筒部とを備えた装置本体を有し、
   前記第２筒部は、前記第１筒部の先端部の位置に、水上と水中とに跨る開口部が形成された水流発生装置。
2. 前記装置本体を浮上させるフロート部を備えた請求項１記載の水流発生装置。
3. 前記フロート部は、前記第１筒部の吐出口を水上と水中とに跨る位置に、前記装置本体を浮上させる請求項２記載の水流発生装置。
4. 前記第１筒部に、狭流路が形成された請求項１から３のいずれかの項に記載の水流発生装置。
5. 前記第１筒部に噴射流体として水を圧送する送水装置を備え、
   前記送水装置は、前記第１筒部の基端部に一端部が接続された送水管と、前記送水管の他端部が接続されたポンプと、前記ポンプが収容され、上部に取水口が形成された収容部と、前記取水口を水面下に位置させるフロート部とを備えた請求項１から４のいずれかの項に記載の水流発生装置。
6. 前記第２筒部に、薬剤を投入するためのバルブが設けられた請求項１から５のいずれかの項に記載の水流発生装置。

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