【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は水流発生機であり、省エネルギーの形状をした流線形の立体回転翼の構造を特徴とし、回転軸に対して翼を固定する多様な角度の組合わせにより、液体に波動と流動を同時発生させ、この波動エネルギーと流動エネルギーの相乗効果により遠くの位置まで流動を伝達する回転翼の構造と、これを用いて瀑気、攪拌、混合をする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液体に流動を発生させる手段としては、プロペラ、スクリュー、タービン等の回転力を利用して流動を主体的に発生させる方法、また噴射流体のエネルギーを外部から液体に与えて流動を起こす方法等がある。いづれの方法も発生した流動を遠くの領域まで到達させる事は困難である。その原因はプロペラ等を高速回転して発生させる水流は瞬間的流速(加速度)を発生させることはできるが、この時に液体が回転運動し、また周辺に渦流を起こす抵抗により直ぐに失速するため,水を流動、循環、瀑気、攪拌、混合等を行う装置としてはエネルギー効率が悪く、構造も大きく経済的にも問題点があった。また特殊な方法として1940年代に開発されたオロイド形状の回転体による流動発生方法もあるが、複雑な動力伝達により回転させるため構造上の無理が欠点となり耐久性に乏しく実用性に適さないのが現状である。
【0003】
従って、大きい湖沼、池などを循環流動させる装置としては経済的に適応するものが少なく実施例は皆無に等しい、また農産物加工、食品、各種工場等から出る多量の排水処理装置、また気体の瀑気、異物の攪拌、混合などは基本的に上記方法により行われているが、流動が遠くまで均一に行き届かない欠点があり効果的な処理ができないのが現状である。これを補うために大きな装置を大きな動力で運転しているためエネルギー効率が悪く、環境問題に関連する水処理技術は世界的な問題で現状以上の技術開発が待望されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
よって、この発明における課題は、少ないエネルギー消費量により波動と流動を同時に発生させ、この波動と流動エネルギーを遠い所に連続的に送る事にあり、且つ装置構造が簡単で耐久性と経済性の高いものを提供する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
流体の流動を遠くまで伝達する課題は波動と密接な関係があり、二つの基本的現象を起こす構成により解決する。先づ波動を発生させる手段として回転翼の形状を立体的な流線形状にし回転軸に直角または準直角に付け、また主体的に流動を発生させる構造は前記回転翼をプロペラ、スクリューなどに準じた推進角を任意に付けて回転軸へ固定する。または前者波動と後者流動の両機能を一体とした回転翼により解決される。
【0006】
【発明の実施の形態】
波動を発生させる回転翼は従来のプロペラ、スクリュー形状とは異なり、先端から中央部分にかけて総体的に膨らませた立体的形状にし、かつ抵抗の小さい流線形にする。このような立体的形状体が水中において回転するとき先端の淵が水を左右にかき分け押し出し、また回転翼の通過と同時に翼の後方部に於て水の戻り現象が発生する。この水の周期的変動が波動エネルギーとなる。即ち、波動サイクルは翼数と回転数により、また振動幅は回転翼の厚みにより設定し任意の回転により発生させる。
【0007】
また流動を主に発生させる方法として、前記立体形状の回転翼をプロペラまたはスクリュー機能(回転力を推進力に変える)として回転軸に斜めに固定し回転力を推進力に変換し液体に流動エネルギーを主体に発生させる。
【0008】
この流動エネルギーと前記波動エネルギーを断続的に水に与え、押し出し現象として連続的に繰り返す事により流れができ遠くまで流動する。この様な現象は水中において抵抗の小さい流線形の立体翼が比較的低速回転の変動によって発生させる事ができる、容積体の変動による水流発生機である。
【0009】
【実施例1】
先づ、波動発生の基本原理を概念図に基ずいて実施形態を説明する。第1図正面図、第2図側面図に示すように、回転翼3の外郭部分の淵2を鋭角に、中央部分を立体的に膨らませ流線形状に構成した左右対象の立体翼を、回転軸1にほぼ直角に固定し回転させ水中(液中)に容積体の変動による波動を起こす。即ち水中で矢印方向に回転10するとき立体形状の翼3は水を矢印方向6の外側に水を押し分ける。同時に翼3の後方部において水は点線7に示すように復元流動を起こす、この押出しと復元流動により波動を発生させる。従って、回転翼3が回転し左右両面8,9は均衡に抵抗を受けながら波動を左右に発生する。このとき回転翼の数と毎分の回転数が波動数になり、波動振巾は回転翼の厚みにより任意に決める事ができる。この構成による回転翼3のエネルギー損失は主に翼面の抵抗損失であり、上記立体流線形の回転翼と取り付け角度は消費電力の少ない状態で回転し波動を発生する。この構成を波動発生の要素とする。
【00010】
次に、立体流線形の回転翼3により水に流動を与える実施例を第3図(平面図)に示す。回転翼の面をプロペラまたはスクリュー機能(回転動力を推進動力に変える)として斜めにして回転軸1に固定する。即ち回転翼3の左面、右面は回転により個々に抵抗を受けるよう軸に対して任意の一元的角度α1と任意の二元的角度α2を付けて固定する。このα1、α2の取り付け状態で回転すると翼の片面で水を前方に押し出すため左右の両方向に向かって二つの流動を同時に発生させる事ができる。この様な固定角α1とα2の構成を流動発生の要素とする。
【00011】
また、立体流線形の回転翼3を流動発生の要素の角度により、軸に傾けて固定し回転した場合、回転翼の厚みに応じた波動も同時に発生させることも可能であり、用途に応じシンプルな容積体の変動による水流発生機として利用できる。
【00012】
上記は、波動を発生させる方法と流動を発生させる方法を別々に説明したが、上記、波動発生の要素と流動発生の要素を組合わせ一体化した構成を第4図(正面図)第5図(側面図)に示す、軸1に対し垂直方向に固定した波動発生の要素の翼3の厚みを基準としたとき、水平方向の流動発生の翼31を必要に応じ厚みを調節し回転時の抵抗を小さくする。この構成により回転時に発生する波動エネルギーは遠くの位置まで水中を伝達し、物体に衝突して力学的エネルギーに変換されるが、この波動は水に流動を与えない。また水の流動は回転翼31を任意に設定する角度α1、α2によって主体的に発生され、厚みに応じて波動も同時発生する。従って回転エネルギーは波動エネルギーと流動エネルギーに変換され、図に於て水流は左側と右側に向かって反する流れ二つを同時につくる。また流動発生の回転翼をスクリュー状に固定すると一方向の流動を発生する。
【00013】
本発明は波動の到達距離の大きい現象と流動との相乗現象を究明した結果得られた立体的流線形の回転翼であり、このような回転翼の構造は少ないエネルギー消費量により水に強い波動エネルギーと流動エネルギーを同時に与える事を可能にした、この立体的形状の回転翼が断続的に水を送り出す方法により波動と流動が共存状態で連続的に回転翼から押し出される。この現象が遠くまで広範囲の流動を可能にした。
【00014】
【実施例2】
第4図に示すように、上記形状の回転翼3と31の内部を中空5にし、回転方向の後方位置に気体、液体、または微小固体を含む高圧流体を噴出する孔12を開け、この内部空間部と回転軸1を中空11にした軸1と連通し、この軸を通して高圧流体13を送り噴出時の反動力を利用し、瀑気、攪伴、混合などを行う。また回転翼本体に孔を開けず、用途に応じ各種の孔を開けた交換部品を回転翼の後方部に着装して高圧流体を噴出しても効果に於て同じである。
【00015】
瀑気を目的としたときの孔径12はなるべく小さくして噴出空気の表面積を大きくする。噴出された空気は回転している翼と水流により再攪伴されるため空気粒が非常に微細化される利点があり、噴出孔径、噴出圧力、回転数を調節して行った実施上の瀑気効果は、ほぼ回転数に比例し酸素溶解効率が70%以上増大し、また攪伴、混合に於ても従来の方法に比較して数分の1の時間により目的が達せられた。
【00016】
また、本発明による波動発生効果の証明として、従来方法に於ては汚水処理槽内面に付着する堆積物は時間と共に積層し厚くなる。特に第7図のコーナー付近において流動が減速するため堆積物24が積層する方向に進むが、この付着していた槽内における実験において第6図に示すように、これらの堆積物は反対に徐々に剥離し除去された。この様な現象は波動エネルギーの特性、即ち水中を伝わり物体に衝突して力学的エネルギーに変換されている事を証明する。
【00017】
【実施例3】
上記機能の立体形状の回転翼を回転させる動力源はモーターの他に、目的に応じ高圧流体(気体、混合物液体)の噴出時の反動力を主体的に利用でき、水中モーター、また水中に設置する瀑気用の散気管、混合などの付属装置を必要としない、中空軸11を通して行う高圧流体による駆動力伝達は、装置が簡単で場所を取らず瀑気、混合も容易になり、噴出圧力と噴出量により回転数を調整する。
容積体による水流発生機の水中での適応回転数は毎分150回転前後で、比較的低速回転で目的の流動を起こす事ができる大きな特徴があり流動効果としては、従来数キロワットの消費電力で稼働していた装置と比較して数100ワットの低消費電力で対応できる。
【00018】
【実施例4】
本発明の水流発生機23の設置は第6図に示す水槽を例としたとき中央の位置に設定する。立体的回転翼の特徴は図に示すように、水流を相反する方向に押し出し左側水流15,右側水流16の2つの水流を同時に発生する。従って槽の中央位置に水流発生機23を設置する事ができるため、水流の流速が落ちない範囲で壁面との短い間隔が確保でき、容易に循環流17、18、19、20を発生させる事ができる。第7図の従来方法では、構造上槽の壁面近くに水流発生機を設置して反対側の壁に向けて水流を起し循環流21、22を作るため、壁面との距離が本発明の方法の約2倍相当になる。従って流動水の流速は距離に対し等比級数的に急速に落ちるため、必要な流速を維持し循環流を継続させるためには、非常に大きなエネルギーを必要としていた。本発明の構造上の特徴は装置の設置位置にも関係しエネルギー効率のよい流動、循環、瀑気、攪伴、混合などを可能にした。
【00019】
【発明の効果】
本発明による水流発生機は流動、循環、瀑気、攪伴、混合など応用範囲が広く湖沼の浄化、各種工場から排出される汚濁水の浄化還元装置、また生産過程における複数物質の混合、攪伴など多くの分野に於て、省エネルギー化と設備費の削減、また設置後のメンテナンスの容易性を可能にし、環境問題を始め多様な分野において幅広く貢献できる経済性の高い容積体の変動による水流発生機である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の立体流線形の回転翼の正面概略図である。
【図2】本発明の立体流線形の回転翼の側面概略図である。
【図3】本発明の立体流線形の回転翼に任意の角度を付けた平面概略図である。
【図4】本発明の波動を発生させる回転翼と流動を発生させる回転翼を一体化した正面概略図である。
【図5】本発明の波動を発生させる回転翼と流動を発生させる回転翼を一体化した側面概略図である。
【図6】本発明の設置例略図である。
【図7】従来の設置例略図である。
【符号の説明】
1 軸
2 先端
3 回転翼 (波動発生の要素)
31 回転翼 (流動発生の要素)
5 翼の中空部
6 水が押し出される方向
7 水が戻る方向
8 回転翼の左側面
9 回転翼の右側面
10 回転方向
11 軸の中空部
12 流体の噴出孔
13 高圧流体
15 左側水流
16 右側水流
17 循還流
18 循還流
19 循還流
20 循還流
21 循還流
22 循還流
23 水流発生機
24 堆積物
α1 回転翼を軸に対し斜めに固定する任意な一元的角度
α2 回転翼を軸に対し斜めに固定する任意な二元的角度[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is a water flow generator, characterized by a streamlined three-dimensional rotary blade structure having a shape of energy saving, and by combining various angles for fixing the blade with respect to the rotation axis, a wave and a flow can be simultaneously applied to the liquid. The present invention relates to a structure of a rotor blade that generates and transmits a flow to a distant position by a synergistic effect of the wave energy and the flow energy, and a method of performing a waterfall, agitation, and mixing using the rotor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a means for generating a flow in a liquid, a method in which a flow is mainly generated using a rotational force of a propeller, a screw, a turbine, or the like, or a method in which energy of a jet fluid is applied to a liquid from outside to cause a flow Etc. In any case, it is difficult to make the generated flow reach a distant region. The cause is that the water flow generated by rotating the propeller etc. at high speed can generate an instantaneous flow velocity (acceleration), but at this time, the liquid rotates and at the same time stalls due to the resistance that generates a vortex around it, As a device for performing flow, circulation, waterfall, stirring, mixing, and the like, the energy efficiency is poor, the structure is large, and there is a problem in terms of economy. As a special method, there is a flow generation method using an oroid-shaped rotating body developed in the 1940's. However, since it is rotated by complicated power transmission, it is disadvantageous in terms of structure, resulting in poor durability and poor practicality. It is the current situation.
[0003]
Therefore, there are few economically applicable devices for circulating and flowing large lakes, ponds, etc., and there are almost no examples. Also, a large amount of wastewater treatment devices from agricultural products processing, food, various factories, etc., and gas waterfalls Stirring, mixing, and the like of gas and foreign matter are basically performed by the above-described method, but at present, there is a drawback that the flow does not reach uniformly to a distant place, and effective treatment cannot be performed at present. In order to make up for this, energy efficiency is low because a large device is operated with large power, and water treatment technology related to environmental problems is a global problem, so that more technological development than the current situation has been anticipated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to simultaneously generate a wave and a flow with a small amount of energy consumption, and to continuously transmit the wave and the flow energy to a distant place, and have a simple and durable and economical device structure. Offer something high.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The problem of transmitting fluid flow far away is closely related to wave motion and is solved by a configuration that causes two basic phenomena. First, as a means for generating a wave motion, the shape of the rotor is made into a three-dimensional streamline shape and attached at a right angle or a quasi-perpendicular to the rotation axis, and the structure that mainly generates flow conforms the rotor to a propeller, a screw, or the like. And fix it to the rotating shaft. Alternatively, the problem is solved by a rotor blade that has both the former wave function and the latter flow function.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Unlike the conventional propeller and screw shapes, the rotor that generates the wave has a three-dimensional shape that is generally swollen from the tip to the center, and has a streamline shape with low resistance. When such a three-dimensionally shaped body rotates in water, the edge of the tip pushes the water to the right and left and pushes the water to the left and right. At the same time as the passage of the rotor, the water returns to the rear of the blade. This periodic fluctuation of water becomes wave energy. That is, the wave cycle is set by the number of blades and the number of rotations, and the vibration width is set by the thickness of the rotating blades, and is generated by arbitrary rotation.
[0007]
Also, as a method of mainly generating flow, the three-dimensional rotor is obliquely fixed to a rotating shaft as a propeller or screw function (converts rotational force to propulsive force) to convert rotational force into propulsive force and convert the fluid into fluid energy. Is mainly generated.
[0008]
The flow energy and the wave energy are intermittently applied to water, and the flow is repeated and continuously repeated as an extrusion phenomenon, whereby the water flows and flows far. Such a phenomenon is a water flow generator due to a fluctuation of a volume, which can be generated by a streamlined three-dimensional wing having a small resistance in water by a fluctuation of a relatively low speed rotation.
[0009]
Embodiment 1
First, an embodiment will be described based on the conceptual diagram of the basic principle of wave generation. As shown in the front view of FIG. 1 and the side view of FIG. 2, the left and right symmetrical three-dimensional wings which are formed in a streamline shape with the edge 2 of the outer part of the rotor 3 at an acute angle and the central part three-dimensionally expanded are rotated. It is fixed at a right angle to the shaft 1 and rotated to generate a wave in water (in liquid) due to the fluctuation of the volume. That is, when rotating 10 in water in the direction of the arrow, the three-dimensional wing 3 pushes the water outward in the direction of the arrow 6. At the same time, at the rear part of the wing 3, the water undergoes a restorative flow as shown by a dotted line 7, and the pushing and the restoring flow generate a wave. Therefore, the rotating wing 3 rotates, and the left and right sides 8 and 9 generate a wave motion to the left and right while receiving resistance in a balanced manner. At this time, the number of rotors and the number of revolutions per minute become the wave number, and the wave amplitude can be arbitrarily determined by the thickness of the rotor. The energy loss of the rotor 3 due to this configuration is mainly a resistance loss of the blade surface, and the three-dimensional streamline rotor and the mounting angle rotate with low power consumption and generate a wave. This configuration is used as a wave generation element.
[00010]
Next, FIG. 3 (plan view) shows an embodiment in which a flow is given to water by the three-dimensional streamlined rotor 3. The surface of the rotor is inclined and fixed to the rotary shaft 1 as a propeller or screw function (rotating power is changed to propulsion power). That left face of the rotor blades 3, right surface with the arbitrary unitary angle alpha 1 and any dual angle alpha 2 fixed to the axis to receive the individual resistor by rotation. When rotated with the α 1 and α 2 attached, water is pushed forward on one side of the wing, so that two flows can be simultaneously generated in both left and right directions. The construction of such a fixed angle alpha 1 and alpha 2 and the flow generator elements.
[00011]
In addition, when the three-dimensional streamlined rotor 3 is rotated while being tilted and fixed to an axis depending on the angle of the flow generating element, it is possible to simultaneously generate a wave motion in accordance with the thickness of the rotor, which is simple depending on the application. It can be used as a water flow generator due to the fluctuation of the volume.
[00012]
In the above description, the method of generating a wave and the method of generating a flow are separately described. FIG. 4 (a front view) and FIG. shown in (side view), when based on the thickness of the blade 3 of the wave generation element fixed in a direction perpendicular to the axis 1, when adjusting the thickness needed wings 3 1 horizontal flow generator rotation To reduce the resistance. With this configuration, the wave energy generated during rotation is transmitted to the water to a distant position, collides with an object and is converted into mechanical energy, but this wave does not give a flow to the water. The flow of water is proactively generated by the angle alpha 1, alpha 2 to arbitrarily set the rotor blades 3 1, the wave also simultaneously generated according to the thickness. Therefore, the rotational energy is converted into wave energy and flow energy, and in the figure, the water flow simultaneously creates two opposite flows toward the left and right sides. Further, when the rotor for generating the flow is fixed in a screw shape, a flow in one direction is generated.
[00013]
The present invention is a three-dimensional streamlined rotor obtained as a result of investigating a synergistic phenomenon between a large wave reach distance and a flow.The structure of such a rotor has a strong energy This three-dimensionally shaped rotor, which enables simultaneous application of energy and flow energy, allows waves and flows to be continuously extruded from the rotor in a coexisting state by a method of intermittently sending out water. This phenomenon has allowed a wide range of flow to a great extent.
[00014]
Embodiment 2
As shown in FIG. 4, the interior of the rotor blades 3 and 3 1 of the shape and the hollow 5, a hole 12 for ejecting a high pressure fluid containing a gas, a liquid, or a fine solid in the rear position in the rotational direction, the The internal space and the rotating shaft 1 are communicated with the shaft 1 having a hollow 11, and the high-pressure fluid 13 is sent through this shaft to perform a waterfall, agitation, mixing, etc. by using a reaction force at the time of jetting. In addition, the same effect can be obtained even if a high-pressure fluid is ejected by mounting a replacement part having various holes according to the application on the rear part of the rotor without making a hole in the rotor body.
[00015]
The hole diameter 12 for the purpose of a waterfall is made as small as possible to increase the surface area of the jet air. The ejected air is re-entrained by the rotating wings and the water flow, which has the advantage of making the air particles extremely fine. The gas effect is almost proportional to the rotation speed, and the oxygen dissolving efficiency is increased by 70% or more. Further, the stirring and mixing can be achieved in a fraction of the time compared with the conventional method.
[00016]
Further, as a proof of the wave generation effect according to the present invention, in the conventional method, the deposits adhering to the inner surface of the sewage treatment tank are laminated and become thicker with time. In particular, the flow slows down in the vicinity of the corner in FIG. 7, so that the sediment 24 proceeds in the laminating direction. However, in the experiment in the tank to which the sediment 24 adhered, as shown in FIG. And was removed. Such a phenomenon proves the characteristics of wave energy, that is, it is converted into mechanical energy by traveling underwater and colliding with an object.
[00017]
Embodiment 3
The power source for rotating the three-dimensional rotor of the above function can be used in addition to the motor as well as the reaction force at the time of jetting high-pressure fluid (gas, mixture liquid) according to the purpose. The transmission of driving force by high-pressure fluid through the hollow shaft 11, which does not require an auxiliary device such as a diffuser pipe for mixing and a waterfall, makes the device simple, takes up little space, facilitates waterfall and mixing, and provides a jet pressure. And the number of spouts to adjust the rotation speed.
The adaptive rotation speed of the water flow generator in water due to the volume is about 150 rotations per minute, and there is a big feature that the target flow can be generated at relatively low speed rotation.The flow effect is the conventional power consumption of several kilowatts Compatible with low power consumption of several hundred watts as compared to a device that was operating.
[00018]
Embodiment 4
The installation of the water flow generator 23 of the present invention is set at the center position when the water tank shown in FIG. 6 is taken as an example. As shown in the drawing, the three-dimensional rotor blades extrude the water flows in opposite directions and simultaneously generate two water flows, a left water flow 15 and a right water flow 16. Therefore, since the water flow generator 23 can be installed at the center position of the tank, a short distance from the wall surface can be secured within a range where the flow velocity of the water flow does not decrease, and the circulation flows 17, 18, 19, and 20 can be easily generated. Can be. In the conventional method shown in FIG. 7, a water flow generator is installed near the wall surface of the tank in the structure, and a water flow is generated toward the opposite wall to create circulation flows 21 and 22. It is about twice as large as the method. Therefore, since the flow velocity of the flowing water rapidly drops in a geometric progression with respect to the distance, a very large amount of energy is required to maintain the required flow velocity and continue the circulation flow. The structural features of the present invention are also related to the installation location of the device, enabling energy efficient flow, circulation, cascade, agitation, mixing, etc.
[00019]
【The invention's effect】
The water flow generator according to the present invention has a wide range of applications such as flow, circulation, waterfall, agitation, mixing, etc., purification of lakes and marshes, purification and reduction of polluted water discharged from various factories, and mixing and stirring of multiple substances in the production process. In many areas, such as energy savings, reduced equipment costs, and ease of maintenance after installation, water flow due to fluctuations in economical volume that can contribute widely to various fields including environmental issues Generator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view of a three-dimensional streamline rotor of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view of the three-dimensional streamline rotor of the present invention.
FIG. 3 is a schematic plan view of the three-dimensional streamline rotor of the present invention with an arbitrary angle.
FIG. 4 is a schematic front view in which a rotor for generating wave motion and a rotor for generating flow according to the present invention are integrated.
FIG. 5 is a schematic side view in which a rotor for generating a wave motion and a rotor for generating a flow according to the present invention are integrated.
FIG. 6 is a schematic view of an installation example of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view of a conventional installation example.
[Explanation of symbols]
1 axis 2 tip 3 rotor (element of wave generation)
3 1 rotor (element of flow generation)
5 hollow part of blade 6 direction in which water is pushed out 7 direction in which water returns 8 left side surface of rotating blade 9 right side surface of rotating blade 10 rotating part 11 hollow part of axis 12 fluid ejection hole 13 high-pressure fluid 15 left side water flow 16 right side water flow the axis 17 recycle stream 18 recycle stream 19 recycle stream 20 recycle stream 21 recycle stream 22 recycle stream 23 optionally, centralized angle alpha 2 rotor blades for fixing the water flow generator 24 deposits alpha 1 rotating blade obliquely relative to the axis Any dual angle fixed diagonally