(57)【要約】【課題】空気供給口から吐出される空気の量を増大する。【解決手段】インペラユニット２は、中心軸Ｊ１を中心とするとともに一端に先端開口２２を有する中空軸２１と、中空軸の一端の外周面に設けられる複数のインペラ羽根２６とを有する。モータが中空軸を回転することにより、複数のインペラ羽根の周囲の被処理液が、中空軸の他端側から上記一端側へと向かう送液方向へと送られる。複数のインペラ羽根に対して送液方向の下流側近傍には、周方向に沿って広がる圧力差発生部４１が配置される。中心軸を含む面における圧力差発生部の断面形状は、中心軸に対向する第１面４１１と第１面とは反対側の第２面４１２とを含む翼型とされ、第１面および第２面に沿って流れる被処理液において、第１面側の圧力が、第２面側の圧力よりも小さくなる。これにより、空気供給口である先端開口から吐出される空気の量が増大される。【選択図】図４
2020179323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気攪拌装置であって、
所定の中心軸を中心とするとともに一端に先端開口を有する中空軸と、前記中空軸の前記一端の外周面に設けられる複数のインペラ羽根とを有するインペラユニットと、
前記中空軸の他端側に接続され、前記中空軸を回転することにより、前記複数のインペラ羽根の周囲の被処理液を前記他端側から前記一端側へと向かう送液方向へと送るモータと、
前記複数のインペラ羽根に対して前記送液方向の下流側近傍に配置され、前記中心軸を中心とする周方向に沿って広がるとともに、前記中心軸を含む面における断面形状が、前記中心軸に対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む翼型であり、前記第１面および前記第２面に沿って流れる前記被処理液において、前記第１面側の圧力が、前記第２面側の圧力よりも小さくなる圧力差発生部と、
を備えることを特徴とする曝気攪拌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の曝気攪拌装置であって、
前記圧力差発生部が、前記中心軸を中心とする環状部材であることを特徴とする曝気攪拌装置。
【請求項３】
請求項２に記載の曝気攪拌装置であって、
前記環状部材における前記送液方向の上流側の端部の直径が、前記送液方向の下流側の端部の直径よりも大きいことを特徴とする曝気攪拌装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の曝気攪拌装置であって、
前記中空軸の前記一端において、前記外周面の直径が前記送液方向の下流側に向かって漸次小さくなることを特徴とする曝気攪拌装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の曝気攪拌装置であって、
前記圧力差発生部が、前記インペラユニットに固定されることを特徴とする曝気攪拌装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の曝気攪拌装置であって、
前記被処理液を貯溜する処理槽に取り付けられた状態において、前記中空軸の前記中心軸が重力方向に略平行であることを特徴とする曝気攪拌装置。
【請求項７】
曝気攪拌装置であって、
所定の中心軸を中心とする軸と、前記軸の一端の外周面に設けられる複数のインペラ羽根とを有するインペラユニットと、
前記軸の他端側に接続され、前記軸を回転することにより、前記複数のインペラ羽根の周囲の被処理液を前記他端側から前記一端側へと向かう送液方向へと送るモータと、
前記複数のインペラ羽根に対して前記送液方向の下流側近傍に配置され、前記中心軸を中心とする周方向に沿って広がるとともに、前記中心軸を含む面における断面形状が、前記中心軸に対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む翼型であり、前記第１面および前記第２面に沿って流れる前記被処理液において、前記第１面側の圧力が、前記第２面側の圧力よりも小さくなる圧力差発生部と、
前記圧力差発生部の近傍、または、前記圧力差発生部に設けられ、前記第２面よりも前記第１面の近くに位置する空気供給口と、
を備えることを特徴とする曝気攪拌装置。
【請求項８】
曝気攪拌装置に取り付けられる圧力差発生ユニットであって、
前記曝気攪拌装置が、所定の中心軸を中心とする軸と、前記軸の一端の外周面に設けられる複数のインペラ羽根とを有するインペラユニットを備え、
前記曝気攪拌装置において、前記軸が回転することにより、前記複数のインペラ羽根の周囲の被処理液が前記軸の他端側から前記一端側へと向かう送液方向へと送られ、
前記圧力差発生ユニットが、
前記曝気攪拌装置に対して取付可能である取付部と、
連結部を介して前記取付部に接続され、前記取付部が前記曝気攪拌装置に取り付けられた状態において、前記複数のインペラ羽根に対して前記送液方向の下流側近傍に配置され、前記中心軸を中心とする周方向に沿って広がるとともに、前記中心軸を含む面における断面形状が、前記中心軸に対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む翼型であり、前記第１面および前記第２面に沿って流れる前記被処理液において、前記第１面側の圧力が、前記第２面側の圧力よりも小さくなる圧力差発生部と、
を備え、
前記曝気攪拌装置が有する空気供給口が、前記圧力差発生部の近傍において、前記第２面よりも前記第１面の近くに位置することを特徴とする圧力差発生ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曝気攪拌装置および圧力差発生ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理液に空気を供給して生物学的浄化を行う曝気攪拌装置が利用されている。曝気攪拌装置の一例は、被処理液を攪拌する攪拌装置と、被処理液に空気を供給するブロワとを有する。このような装置では、攪拌装置およびブロワの駆動により消費電力が高くなってしまう。一方、一端にインペラ羽根が取り付けられた中空軸を高速に回転させて攪拌流を生成することにより、その下流側にエジェクター作用による圧力低下を発生させ、中空軸を通して空気を吸引する空気自給式の曝気攪拌装置も知られている。このような曝気攪拌装置では、ブロワが不要であるため、装置の製造コストの削減、および、省エネルギー化を実現することが可能である。
【０００３】
例えば、特許文献１では、中空軸の先端に取り付けた攪拌羽根（インペラ羽根）を有する装置において、攪拌羽根の前方に近接かつ対向して設けた整流板により、中空軸の先端の吐出口を狭めることで、空気供給能力を向上する手法が開示されている。また、特許文献２では、スクリュー（インペラ羽根）の両側に対向して２枚の案内板を設けた構造が開示されている。さらに、特許文献３では、回転翼（インペラ羽根）の翼後部に、負圧が発生しやすい形状を設ける構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２０３０９９号公報
【特許文献２】特開平１０−２７２４８８号公報
【特許文献３】特開昭５３−４７１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、空気自給式の曝気攪拌装置では、中空軸の先端開口等の空気供給口から吐出される空気の量が十分ではない。したがって、空気供給口から吐出される空気の量を増大する新規な手法が求められている。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、空気供給口から吐出される空気の量を増大することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、曝気攪拌装置であって、所定の中心軸を中心とするとともに一端に先端開口を有する中空軸と、前記中空軸の前記一端の外周面に設けられる複数のインペラ羽根とを有するインペラユニットと、前記中空軸の他端側に接続され、前記中空軸を回転することにより、前記複数のインペラ羽根の周囲の被処理液を前記他端側から前記一端側へと向かう送液方向へと送るモータと、前記複数のインペラ羽根に対して前記送液方向の下流側近傍に配置され、前記中心軸を中心とする周方向に沿って広がるとともに、前記中心軸を含む面における断面形状が、前記中心軸に対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む翼型であり、前記第１面および前記第２面に沿って流れる前記被処理液において、前記第１面側の圧力が、前記第２面側の圧力よりも小さくなる圧力差発生部とを備える。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の曝気攪拌装置であって、前記圧力差発生部が、前記中心軸を中心とする環状部材である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の曝気攪拌装置であって、前記環状部材における前記送液方向の上流側の端部の直径が、前記送液方向の下流側の端部の直径よりも大きい。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の曝気攪拌装置であって、前記中空軸の前記一端において、前記外周面の直径が前記送液方向の下流側に向かって漸次小さくなる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の曝気攪拌装置であって、前記圧力差発生部が、前記インペラユニットに固定される。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の曝気攪拌装置であって、前記被処理液を貯溜する処理槽に取り付けられた状態において、前記中空軸の前記中心軸が重力方向に略平行である。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、曝気攪拌装置であって、所定の中心軸を中心とする軸と、前記軸の一端の外周面に設けられる複数のインペラ羽根とを有するインペラユニットと、前記軸の他端側に接続され、前記軸を回転することにより、前記複数のインペラ羽根の周囲の被処理液を前記他端側から前記一端側へと向かう送液方向へと送るモータと、前記複数のインペラ羽根に対して前記送液方向の下流側近傍に配置され、前記中心軸を中心とする周方向に沿って広がるとともに、前記中心軸を含む面における断面形状が、前記中心軸に対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む翼型であり、前記第１面および前記第２面に沿って流れる前記被処理液において、前記第１面側の圧力が、前記第２面側の圧力よりも小さくなる圧力差発生部と、前記圧力差発生部の近傍、または、前記圧力差発生部に設けられ、前記第２面よりも前記第１面の近くに位置する空気供給口とを備える。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、曝気攪拌装置に取り付けられる圧力差発生ユニットであって、前記曝気攪拌装置が、所定の中心軸を中心とする軸と、前記軸の一端の外周面に設けられる複数のインペラ羽根とを有するインペラユニットを備え、前記曝気攪拌装置において、前記軸が回転することにより、前記複数のインペラ羽根の周囲の被処理液が前記軸の他端側から前記一端側へと向かう送液方向へと送られ、前記圧力差発生ユニットが、前記曝気攪拌装置に対して取付可能である取付部と、連結部を介して前記取付部に接続され、前記取付部が前記曝気攪拌装置に取り付けられた状態において、前記複数のインペラ羽根に対して前記送液方向の下流側近傍に配置され、前記中心軸を中心とする周方向に沿って広がるとともに、前記中心軸を含む面における断面形状が、前記中心軸に対向する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む翼型であり、前記第１面および前記第２面に沿って流れる前記被処理液において、前記第１面側の圧力が、前記第２面側の圧力よりも小さくなる圧力差発生部とを備え、前記曝気攪拌装置が有する空気供給口が、前記圧力差発生部の近傍において、前記第２面よりも前記第１面の近くに位置する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、先端開口または空気供給口から吐出される空気の量を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】曝気攪拌装置の構成を示す図である。
【図２】インペラユニットおよび圧力差発生ユニットを示す斜め上方から見た斜視図である。
【図３】インペラユニットおよび圧力差発生ユニットを示す斜め下方から見た斜視図である。
【図４】インペラユニットおよび圧力差発生ユニットを示す側面から見た中心軸を通る断面図である。
【図５】インペラユニットおよび圧力差発生ユニットを示す斜め上方から見た部分切断斜視図である。
【図６】インペラユニットを示す斜め下方から見た斜視図である。
【図７】圧力差発生ユニットを示す斜め上方から見た斜視図である。
【図８】圧力差発生部の他の例を示す上方から見た断面図である。
【図９】圧力差発生ユニットの他の例を示す図である。
【図１０】インペラユニットの他の例を示す側面から見た中心軸を通る断面図である。
【図１１】インペラユニットの他の例を示す側面から見た中心軸を通る断面図である。
【図１２】曝気攪拌装置の他の例を示す側面から見た中心軸を通る断面図である。
【図１３】曝気攪拌装置の他の例を示す側面から見た中心軸を通る断面図である。
【図１４】曝気攪拌装置の他の例を示す上方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る曝気攪拌装置１の構成を示す図である。図１では、一部の構成について後述の中心軸Ｊ１を含む面における断面を示している。曝気攪拌装置１は、処理槽８内に貯溜された汚水等の被処理液を曝気および攪拌する装置である。曝気攪拌装置１は、空気自給式であり、例えば、好気性の生物処理に利用される。曝気攪拌装置１は、インペラユニット２と、モータ３と、圧力差発生ユニット４と、外筒５１と、送気管５２とを備える。
【００１８】
図２および図３は、インペラユニット２および圧力差発生ユニット４を示す斜視図である。インペラユニット２は、軸流式であり、中空軸２１と、複数のインペラ羽根２６とを備える。中空軸２１は、所定の中心軸Ｊ１を中心とする中空状の軸であり、中心軸Ｊ１に沿って延びる内部流路２１６を有する。また、中空軸２１の一端には、内部流路２１６の開口２２（以下、「先端開口２２」という。）が設けられる。典型的には、中心軸Ｊ１に平行な方向（以下、「軸方向」という。）の各位置において、中心軸Ｊ１に垂直な面における中空軸２１の外周面の断面形状は、円形である。
【００１９】
複数のインペラ羽根２６は、中空軸２１の当該一端の外周面に設けられる。例えば、複数のインペラ羽根２６は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に等角度間隔で配置される。インペラユニット２はプロペラ型である。また、タービン型、パドル型等、後述する圧力差発生ユニット４を設置可能なインペラ羽根であれば許容される。後述するように、曝気攪拌装置１が処理槽８に取り付けられた状態では、複数のインペラ羽根２６が設けられる中空軸２１の当該一端は下側に配置される。以下の説明では、中空軸２１の当該一端を「下端」という。本実施の形態では、インペラ羽根２６の枚数は４枚である。インペラ羽根２６の枚数は、２枚以上であればよい。
【００２０】
図１に示すように、外筒５１は、中心軸Ｊ１を中心とする筒状であり、中空軸２１の周囲を囲む。外筒５１の内部には、一対のベアリング５１１が軸方向に離間して設けられる。外筒５１は、一対のベアリング５１１を介して中空軸２１を回転可能に支持する。外筒５１において一対のベアリング５１１間の部分には、１つまたは複数の送気管５２が設けられる。外筒５１の内部における一対のベアリング５１１間の空間は、送気管５２を介して外気と連通する。中空軸２１において一対のベアリング５１１間の部分には、１つまたは複数の貫通孔２１９が設けられる。貫通孔２１９は、内部流路２１６に接続する。中空軸２１の先端開口２２は、送気管５２、貫通孔２１９および内部流路２１６を介して、外気と連通する。なお、外筒５１における送気管５２の接続位置、および、中空軸２１における貫通孔２１９の位置は、一対のベアリング５１１間には限定されない。また、先端開口２２が内部流路２１６を介して外気と連通するのであるならば、中空軸２１の一部が中実状であってもよい。
【００２１】
外筒５１の下端近傍における外周面には、全周に亘って外方へと突出する円環板５４が、水面よりやや下方に設けられる。円環板５４は、中心軸Ｊ１に垂直である。円環板５４の下面、および、外筒５１の外周面には、複数の整流板５３が固定される。各整流板５３は、中心軸Ｊ１に平行な薄板である。複数の整流板５３は、例えば周方向において等角度間隔、かつ、放射状に配置される。
【００２２】
外筒５１は、図１中に破線で示す支持部５１２を介して処理槽８に固定される。すなわち、支持部５１２を用いて曝気攪拌装置１が処理槽８に取り付けられる。曝気攪拌装置１が処理槽８に取り付けられた状態では、中空軸２１の中心軸Ｊ１は、重力方向に略平行である。例えば、中心軸Ｊ１と重力方向とがなす角度は、１５°以下であり、好ましくは１０°以下であり、より好ましくは５°以下である。中空軸２１の下端は、処理槽８内の被処理液に浸漬される。すなわち、先端開口２２（図３参照）および複数のインペラ羽根２６が、被処理液中に配置される。円環板５４および複数の整流板５３も、被処理液中に配置される。
【００２３】
下端とは反対側である中空軸２１の他端側、すなわち、中空軸２１の上端側にはモータ３が接続される。モータ３は、減速機を介して中空軸２１に接続されてもよい。モータ３が中空軸２１を、中心軸Ｊ１を中心として高速に回転することにより、複数のインペラ羽根２６の周囲の被処理液が、図１の下側に向かう送液方向へと送られる。送液方向は、中空軸２１の上端側から下端側へと向かう方向である（本記載は、方向を規定するものであり、被処理液が中空軸２１内を上端側から下端側へと流れる訳ではない。）。被処理液の送液方向への流れにより、先端開口２２においてエジェクター作用による圧力低下が発生する。その結果、送気管５２、貫通孔２１９および内部流路２１６を介して、外気が先端開口２２へと吸引され、送液方向の下流側に向かって吐出される。すなわち、処理槽８内の被処理液の曝気が行われる。実際には、上記送液は、処理槽８内に循環流を形成することになり、槽内の被処理液全体を攪拌するとともに吐出された気泡を槽内全域に拡散する。なお、先端開口２２は、被処理液に対する空気供給口である。
【００２４】
ところで、空気自給式の曝気攪拌装置１では、整流板５３の設置や円環板５４の設置によってインペラユニット２の設置水深をできるだけ浅くして静水圧を小さくし、吐出される空気量を増加させることが望ましい。具体的には、整流板５３は、インペラユニット２に流入する流れの旋回方向と直交する方向に板を配置することで、流れの旋回を低減して、送水効率の低下を防止する効果を有している。また、円環板５４は、渦（水面における空気吸込渦）がインペラ羽根２６に到達するまでの経路を迂回させて、水面からインペラ羽根２６までの距離を実質的に長くすることで、水面における空気吸込渦の発生を抑制し、送水効率の低下を防止する効果を有している。その結果、整流板５３と円環板５４の設置により、吐出される空気量を減少させることなく、インペラユニット２の設置水深を浅くすることができる。
【００２５】
図４は、インペラユニット２および圧力差発生ユニット４を示す断面図であり、中心軸Ｊ１を含む面における断面を示している。図４では、複数のインペラ羽根２６を破線で示している。図５は、インペラユニット２および圧力差発生ユニット４を示す斜視図であり、一部の断面も示している。
【００２６】
中空軸２１は、主軸２１１と、インペラボス２１２とを備える。主軸２１１は、中心軸Ｊ１を中心とする中空状であり、例えば、主軸２１１の直径は一定である。主軸２１１の下端には、筒状のインペラボス２１２が設けられる。既述の複数のインペラ羽根２６は、インペラボス２１２に取り付けられている。図４に示すように、インペラボス２１２は、中空状であり、固定部２１３と、先端部２１４とを備える。固定部２１３は、主軸２１１の下端に挿入されて固定される。先端部２１４は、固定部２１３から連続するとともに、主軸２１１よりも下方（送液方向の下流側）に位置する部位である。先端部２１４の外周面の直径は、固定部２１３の近傍では、主軸２１１の外周面の直径とほぼ同じであり、図４の下側に向かうに従って（先端開口２２に近づくに従って）漸次小さくなる。インペラボス２１２の外周面の形状は、いわゆる砲弾型である。
【００２７】
インペラボス２１２の下端には、圧力差発生ユニット４の取付部４６が取り付けられる。取付部４６は、中心軸Ｊ１を中心とする円環状の部材であり、先端開口２２を形成する。取付部４６がインペラボス２１２に取り付けられた状態では、取付部４６も中空軸２１の一部であるものとする。すなわち、取付部４６は、インペラユニット２および圧力差発生ユニット４により共有される。取付部４６の内周面の直径は、先端部２１４の内周面の直径と同じである。また、取付部４６の外周面は、先端部２１４の外周面から滑らかに連続し、取付部４６の外周面の直径は、先端開口２２に近づくに従って漸次小さくなる。なお、ここでの取付部４６は、曝気攪拌装置１に連結可能なものであれば、後述する圧力差発生部４１と複数の連結部４７によりどのように接続される形でもよい。
【００２８】
図２ないし図５に示すように、圧力差発生ユニット４は、圧力差発生部４１と、既述の取付部４６と、複数の連結部４７とを備える。圧力差発生部４１は、複数のインペラ羽根２６に対して送液方向の下流側近傍に配置される。圧力差発生部４１は、周方向に沿って広がる。本実施の形態では、圧力差発生部４１は、中心軸Ｊ１を中心とする環状部材である。典型的には、軸方向の各位置における圧力差発生部４１の断面形状は、円形である。圧力差発生部４１は、円筒部材と捉えることもできる。圧力差発生部４１の詳細については後述する。
【００２９】
図６は、圧力差発生ユニット４を取り外した状態におけるインペラユニット２を示す斜視図であり、図７は、インペラユニット２から取り外された圧力差発生ユニット４を示す斜視図である。図７に示す取付部４６は、既述のように、中心軸Ｊ１を中心とする円環状の部材であり、図６に示す中空軸２１の取付面２１５にボルト等を用いて取付可能である。取付面２１５は、インペラボス２１２の先端面である。取付部４６と中空軸２１との取付は、他の手法により行われてもよい。
【００３０】
図７に示す各連結部４７は、中心軸Ｊ１に平行な薄い板状であり、取付部４６と圧力差発生部４１（の後述する第１面４１１）とを接続する。すなわち、圧力差発生部４１は、連結部４７を介して取付部４６に接続される。連結部４７は、棒状のものであっても、湾曲した形状等であってもよい。また、連結部４７は、インペラ羽根２６の長手方向に沿うように傾斜してもよい。図７の例では、連結部４７において送液方向の上流側のエッジは、中心軸Ｊ１から離れるに従って送液方向の下流側へと向かうように傾斜する。連結部４７において繊維状の夾雑物が引っ掛かりにくくするという観点では、中心軸Ｊ１に垂直な方向に対する連結部４７の上流側エッジの傾斜角が、中心軸Ｊ１から離れるに従って漸次大きくなることが好ましい。
【００３１】
複数の連結部４７は、周方向に等角度間隔、かつ、放射状に設けられる。本実施の形態では、複数の連結部４７の個数は、図６に示す複数のインペラ羽根２６と同数であり、インペラボス２１２の外周面において、周方向に互いに隣接する２つのインペラ羽根２６の間に１つの連結部４７が配置される。もちろん、複数の連結部４７の個数が、複数のインペラ羽根２６の枚数と相違してもよく、例えば、インペラ羽根２６の枚数が４枚である場合に、３個の連結部４７が周方向に等角度間隔に配置されてもよい。また、複数の連結部４７の配置は、必ずしも等角度間隔である必要はなく、例えば、中心軸Ｊ１を含む面に対して対称となるように複数の連結部４７が配置されてもよい。
【００３２】
圧力差発生ユニット４では、取付部４６がインペラユニット２の取付面２１５に取り付けられた状態において、図４に示すように、圧力差発生部４１が、複数のインペラ羽根２６に対して送液方向の下流側近傍に配置される。圧力差発生部４１（環状部材）における送液方向の上流側の端部４２１（以下、「上流側端部４２１」という。）の直径Ｄ１は、中空軸２１の先端開口２２の直径よりも大きい。上流側端部４２１の直径Ｄ１は、インペラボス２１２の外周面の直径よりも大きく、中心軸Ｊ１に沿って見た場合に、上流側端部４２１は複数のインペラ羽根２６と重なる。したがって、複数のインペラ羽根２６により送液方向へと送られる被処理液の一部は、圧力差発生部４１の内部に流入する。図４の例では、中心軸Ｊ１に垂直な方向に沿って見た場合に、上流側端部４２１は中空軸２１の下端と重なる。
【００３３】
既述のように、中空軸２１の下端では、外周面の直径が送液方向の下流側に向かって漸次小さくなる。これにより、被処理液は、圧力差発生部４１の内部にスムーズに流入する。また、圧力差発生部４１における上流側端部４２１の直径Ｄ１は、送液方向の下流側の端部４２２（以下、「下流側端部４２２」という。）の直径Ｄ２よりも大きい。したがって、被処理液は、圧力差発生部４１の内周面（後述の第１面４１１）に沿ってスムーズに流れやすくなる。典型的には、下流側端部４２２の直径Ｄ２は、中空軸２１の先端開口２２の直径よりも大きい。圧力差発生ユニット４の設計によっては、上流側端部４２１の直径Ｄ１が下流側端部４２２の直径Ｄ２以下であってもよい。
【００３４】
図４に示すように、中心軸Ｊ１を含む面における圧力差発生部４１の断面形状は、中心軸Ｊ１に対向する第１面４１１と、第１面４１１とは反対側の第２面４１２とを含む翼型である。第１面４１１は、圧力差発生部４１の内周面である。第２面４１２は、圧力差発生部４１の外周面であり、中心軸Ｊ１とは反対側を向く。上流側端部４２１では、第１面４１１と第２面４１２とが直接的に連続する。下流側端部４２２でも、第１面４１１と第２面４１２とが直接的に連続する。
【００３５】
第１面４１１および第２面４１２のそれぞれにおける断面形状は、曲線状である。図４の例では、圧力差発生部４１の断面形状は、第１面４１１および第２面４１２が略円弧状である円弧翼型である。また、第１面４１１は中心軸Ｊ１側に向かって凸であり、第２面４１２も中心軸Ｊ１側に向かって凸である。第２面４１２が、中心軸Ｊ１とは反対側に向かって凸であっても、線状であってもよい。図４の例では、上流側端部４２１と下流側端部４２２との間の位置において、第１面４１１の直径が最小となる。第１面４１１の最小直径は、例えば中空軸２１の先端開口２２の直径よりも大きい。既述のように、上流側端部４２１の直径Ｄ１は先端開口２２の直径よりも大きいため、先端開口２２は、第２面４１２よりも第１面４１１の近くに位置する。
【００３６】
既述のように、圧力差発生部４１は、取付部４６および複数の連結部４７を介してインペラユニット２に固定される。したがって、モータ３が中空軸２１を回転することにより、圧力差発生部４１も中心軸Ｊ１を中心として回転する。複数のインペラ羽根２６により送液方向へと送られる被処理液は、第１面４１１および第２面４１２に沿って流れる。このとき、圧力差発生部４１の断面形状が翼型であるため、被処理液において、第１面４１１側の圧力が、第２面４１２側の圧力よりも小さくなる。実際には、第１面４１１側において、大気圧よりも小さい圧力が安定して発生する、すなわち、負圧状態が維持される。その結果、エジェクター作用により圧力低下が発生する先端開口２２において、圧力を安定してさらに低くすることが可能となり、外部から先端開口２２へと吸引される空気の量が安定して増大される。なお、第２面４１２側では、大気圧よりも大きい圧力（正圧）が発生する。
【００３７】
図４の例では、圧力差発生部４１は、第１面４１１および第２面４１２のみにより構成されるが、圧力差発生部４１は、第１面４１１および第２面４１２に加えて他の面を有してもよい。例えば、下流側端部４２２において、送液方向の下流側を向く環状面が設けられてもよい。第１面４１１および第２面４１２を含む翼型は、被処理液における第１面４１１側の圧力が、第２面４１２側の圧力よりも小さくなるのであるならば、一般的な翼型には限定されず、様々な形状が採用されてよい。
【００３８】
以上に説明したように、曝気攪拌装置１では、周方向に沿って広がる圧力差発生部４１が、複数のインペラ羽根２６に対して送液方向の下流側近傍に配置される。中心軸Ｊ１を含む面における圧力差発生部４１の断面形状は、中心軸Ｊ１に対向する第１面４１１と、第１面４１１とは反対側の第２面４１２とを含む翼型とされ、第１面４１１および第２面４１２に沿って流れる被処理液において、第１面４１１側の圧力が、第２面４１２側の圧力よりも小さくなる。これにより、先端開口２２近傍における圧力を低くする（すなわち、負圧を大きくする）ことができ、先端開口２２から吐出される空気の量を増大して曝気能力を向上することができる。
【００３９】
図４の例では、中心軸Ｊ１に垂直な方向に沿って見た場合に、圧力差発生部４１の上流側端部４２１が中空軸２１の下端と重なるが、圧力差発生部４１は中空軸２１の下端と重ならない位置に配置されてもよい。軸方向において中空軸２１の下端（の端面）の位置を０とし、中空軸２１の上端側を負とし、当該上端とは反対側を正とし、先端開口２２の直径をＤとして、上流側端部４２１（の先端）は、好ましくは−０．５Ｄ〜１．０Ｄの位置に配置され、より好ましくは−０．２５Ｄ〜０．５Ｄの位置に配置される。これにより、第１面４１１側に発生する負圧を利用して曝気能力をより確実に向上することが可能となる。なお、図４では、上流側端部４２１は、−０．０３Ｄの位置に配置されている。
【００４０】
上流側端部４２１の直径は、好ましくは１．５Ｄ〜４．０Ｄであり、より好ましくは１．７Ｄ〜３．０Ｄである。これにより、被処理液を第１面４１１および第２面４１２の双方に沿って流すことが、より確実に可能となる。下流側端部４２２（の先端）の直径は、好ましくは１．１５Ｄ〜３．６５Ｄであり、より好ましくは１．３５Ｄ〜２．６５Ｄである。また、圧力差発生部４１の軸方向の長さ（すなわち、上流側端部４２１と下流側端部４２２との間の距離）は、好ましくは０．５Ｄ〜２．０Ｄであり、より好ましくは０．８Ｄ〜１．５Ｄである。第１面４１１では、送液方向の下流側の領域において負圧が大きくなりやすく、圧力差発生部４１の長さが上記範囲である場合には、先端開口２２の圧力を低くすることがより確実に可能となる。
【００４１】
圧力差発生ユニット４では、圧力差発生部４１における上流側端部４２１の直径が、下流側端部４２２の直径よりも大きいことにより、圧力差発生部４１の第１面４１１に沿って被処理液をスムーズに流れやすくすることができ、第１面４１１側における圧力をより確実に小さくすることができる。また、中空軸２１の下端において、外周面の直径が送液方向の下流側に向かって漸次小さくなることにより、圧力差発生部４１の第１面４１１側に被処理液を流れやすくすることができ、第１面４１１側における圧力をより確実に小さくすることができる。
【００４２】
ところで、空気自給式曝気攪拌装置では、重力方向に対して中空軸を傾けることで、先端開口の水深を浅くし先端開口近傍における圧力（静水圧）を小さくするとともに、吐き出された気泡が先端開口を塞ぐことなく水面へと浮上することができるため、吐き出される空気量を増加させることが可能である。
【００４３】
しかしながら、この場合、被処理液の送液方向が処理槽８の底面に対して傾斜するため、処理槽８全体を攪拌できなくなるとともに、吐き出された気泡が処理槽８の底部まで到達しないため攪拌能力と曝気能力が低下してしまう。
【００４４】
これに対し、好ましい曝気攪拌装置１では、処理槽８に取り付けられた状態において、中空軸２１の中心軸Ｊ１が重力方向に略平行である。これにより、高い攪拌能力を確保することができる。換言すると、圧力差発生部４１を用いて曝気能力を向上した曝気攪拌装置１では、中空軸２１の中心軸Ｊ１を重力方向に略平行として高い攪拌能力を確保することが可能となる。処理槽８の設計等によっては、中空軸２１の中心軸Ｊ１が重力方向に対して大きく傾斜してもよく、水平方向に対して略平行であってもよい。
【００４５】
上記曝気攪拌装置１および圧力差発生ユニット４では様々な変形が可能である。
【００４６】
圧力差発生部４１は、周方向に沿って広がるものであるならば、必ずしも環状である必要はない。例えば、図８に示すように、中心軸Ｊ１に垂直な断面形状が円弧状である部材４１０を有する圧力差発生部４１が用いられてもよい。中心軸Ｊ１を含む面における各部材４１０の断面形状は、図４と同様である。各部材４１０では、第１面４１１および第２面４１２に沿って流れる被処理液において、第１面４１１側の圧力が、第２面４１２側の圧力よりも小さくなる。これにより、先端開口２２から吐出される空気の量を増大することができる。なお、圧力差発生部４１における部材４１０の個数は、１個でもよく、３個以上でもよい。一方、先端開口２２から吐出される空気の量をさらに増大するには、圧力差発生部４１が、中心軸Ｊ１を中心とする環状部材であることが好ましい。
【００４７】
圧力差発生部４１は、曝気攪拌装置１におけるインペラユニット２以外の構成に固定されてもよい。例えば、圧力差発生部４１が処理槽８に固定されていてもよい。また、図９の例では、複数の連結部４７ａの一端が圧力差発生部４１に接続され、他端が取付部４６ａに接続される。取付部４６ａが、ボルト等を用いて外筒５１に取り付けられることにより、圧力差発生ユニット４が曝気攪拌装置１に取り付けられる。なお、図９では、圧力差発生部４１は、回転しない固定体である。以上のように、圧力差発生ユニット４の取付部４６，４６ａは、曝気攪拌装置１のいずれかの構成に対して取付可能であればよい。一方、曝気攪拌装置１を小型化し、構造をシンプルにするという観点では、圧力差発生部４１が、インペラユニット２に固定されることが好ましい。
【００４８】
図４の例では、インペラボス２１２の一部（固定部２１３）が主軸２１１の下端に挿入されるが、図１０のように、主軸２１１がインペラボス２１２に挿入されてもよい。図１０の例では、主軸２１１の下端により、先端開口２２が形成される。
【００４９】
図１１に示すように、中心軸Ｊ１に沿って延びる筒状空間である内部流路２１６ａが中空軸２１に設けられてもよい。この場合、環状の先端開口２２ａが空気供給口として空気を吐出する。また、中空軸２１の内部に、中心軸Ｊ１に沿って延びる複数の内部流路が設けられてもよい。この場合、複数の内部流路の先端開口が空気供給口として空気を吐出する。いずれの中空軸２１も、中空状の軸であるといえる。
【００５０】
曝気攪拌装置１の設計によっては、空気供給口がインペラユニット２以外に設けられてもよい。図１２の曝気攪拌装置１ａでは、インペラユニット２において、中心軸Ｊ１を中心とする中実の（内部流路を有していない）軸２１ａが設けられ、当該軸２１ａの下端の外周面に複数のインペラ羽根２６が設けられる。圧力差発生ユニット４の構造は、上記実施の形態と同様であり、複数のインペラ羽根２６に対して送液方向の下流側近傍に圧力差発生部４１が配置される。
【００５１】
圧力差発生部４１に対して下流側近傍には、中心軸Ｊ１を中心とする環状管５６が設けられる。環状管５６の内部は、送気管５６２を介して外気と連通する。環状管５６には、環状のスリットである空気供給口５６１が設けられる。空気供給口５６１は、中心軸Ｊ１に向かって開口しており、圧力差発生部４１の近傍において第２面４１２よりも第１面４１１の近くに位置する。図１２の曝気攪拌装置１ａでは、第１面４１１および第２面４１２に沿って流れる被処理液において、第１面４１１側の圧力が、第２面４１２側の圧力よりも小さくなることにより、空気供給口５６１から吐出される空気の量を増大することができる。
【００５２】
また、空気供給口５６１を、圧力差発生部４１に設けることも可能である。図１３および図１４の例では、環状の圧力差発生部４１の周囲に環状管５６が設けられる。圧力差発生部４１と環状管５６との間には、１つまたは複数の連結管５６３が設けられる。各連結管５６３の一端は環状管５６に接続し、他端は圧力差発生部４１の第２面４１２に接続する。圧力差発生部４１において、連結管５６３の接続位置には貫通孔が形成されており、第１面４１１上における当該貫通孔の開口が、空気供給口５６１となる。空気供給口５６１は、第２面４１２よりも第１面４１１の近くに位置するといえる。図１３の例では、空気供給口５６１は、軸方向における圧力差発生部４１の中央近傍に配置される。環状管５６には、送気管５６２が接続される。空気供給口５６１は、圧力差発生部４１の貫通孔、連結管５６３、環状管５６および送気管５６２を介して外気と連通する。
【００５３】
図１３および図１４の曝気攪拌装置１ａにおいても、軸２１ａ（図１２参照）が回転することにより、複数のインペラ羽根２６の周囲の被処理液が送液方向へと送られる。このとき、第１面４１１および第２面４１２に沿って流れる被処理液において、第１面４１１側の圧力が、第２面４１２側の圧力よりも小さくなることにより、空気供給口５６１から吐出される空気の量を増大することができる。なお、図１３および図１４の圧力差発生部４１は、例えば、外筒５１に対して固定される（図９参照）。
【００５４】
曝気攪拌装置１は、下廃水、し尿等を含む被処理液の処理に特に適しているが、他の被処理液の曝気あるいは攪拌に利用されてもよい。
【００５５】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，１ａ    曝気攪拌装置
２    インペラユニット
３    モータ
４    圧力差発生ユニット
８    処理槽
２１    中空軸
２１ａ    軸
２２，２２ａ    先端開口
２６    インペラ羽根
４１    圧力差発生部
４６，４６ａ    取付部
４７，４７ａ    連結部
４１１    （圧力差発生部の）第１面
４１２    （圧力差発生部の）第２面
４２１    （圧力差発生部の）上流側端部
４２２    （圧力差発生部の）下流側端部
５６１    空気供給口
Ｄ１    （上流側端部の）直径
Ｄ２    （下流側端部の）直径
Ｊ１    中心軸
【図１】
2020179323.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020179323.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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