(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に沈めて使用され、外部から取り込んだ空気を含んだ気液を崩壊およびせん断し、微細気泡を発生させて曝気を行うとともに、撹拌を行う曝気撹拌装置であって、
水中ポンプにより発生させた水流を取り込んで、内部に配置された渦流発生ブレードにより渦流を発生させる第１配管と、
前記第１配管に水密状態で連結され、前記第１配管の内径よりも小さい内径を有し、外部から空気を取り込む吸気管が接続された第２配管と、
前記第２配管に水密状態で連結され、前記第２配管の内径よりも大きい内径を有する第３配管と、
前記第３配管の内径よりも大きい内径を有する第４配管と、を備え、
前記第３配管と前記第４配管は、固定ピンを介して連結され、前記第４配管の内周と前記第３配管の外周との間は開口されていることを特徴とする曝気撹拌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の曝気撹拌装置において、
前記第１配管の内部には、渦流発生ブレードが、前記第１配管の長手方向に対して斜めに設けられ、
前記第２配管の外部には、吸気管が、前記第２配管の長手方向に対して斜めに前記第２配管を貫通して接続されていることを特徴とする曝気撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に沈めて使用され、外部から取り込んだ空気を含んだ気液を崩壊およびせん断し、微細気泡を発生させて曝気を行うとともに、撹拌を行う曝気撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水質の浄化処理を行うために、汚水に空気を送り込み、撹拌して処理を行っている。この場合に、空気供給手段としてブロワ等の装置を用い、撹拌する手段として撹拌羽根等を用いて動力により撹拌しているのが通常であった（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載されているような曝気撹拌装置は、ブロワや撹拌羽根を使用しているために、装置の部品数が多くなったり、装置が大掛かりなものになるといった問題があった。また、単に水中で撹拌羽根を回転させているだけであるため、効率的な曝気及び撹拌を行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み創案されたもので、簡易で小型の装置を用いて曝気および撹拌を効率的に行うことが可能な曝気撹拌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、水中に沈めて使用され、外部から取り込んだ空気を含んだ気液を崩壊およびせん断し、微細気泡を発生させて曝気を行うとともに、撹拌を行う曝気撹拌装置であって、水中ポンプにより発生させた水流を取り込んで、内部に配置された渦流発生ブレードにより渦流を発生させる第１配管と、前記第１配管に水密状態で連結され、前記第１配管の内径よりも小さい内径を有し、外部から空気を取り込む吸気管が接続された第２配管と、前記第２配管に水密状態で連結され、前記第２配管の内径よりも大きい内径を有する第３配管と、前記第３配管の内径よりも大きい内径を有する第４配管と、を備え、前記第３配管と前記第４配管は、固定ピンを介して連結され、前記第４配管の内周と前記第３配管の外周との間は開口されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、水中ポンプにより発生させた水流を取り込んで、内部に配置された渦流発生ブレードにより第１配管内に渦流を発生させることができる。
【００１４】
また、第１配管と第２配管とは水密状態で連結され、第２配管の内径が第１配管の内径よりも小さいので、第１配管内を通過する渦流の流速は、ベルヌーイの定理により第２配管内では増大することになる。これに加え、第１配管で発生させた渦流により、配管内壁に沿ってさらに加速する。その結果、第２配管内の圧力が低下し、第２配管には負圧が発生するので、第２配管に接続された吸気管から効率的に空気を取り込むことができる。
【００１５】
さらに、第２配管と第３配管とは水密状態で連結され、第３配管の内径が第２配管の内径よりも大きいので、第１配管、第２配管と第３配管により、ベンチュリー管を構成することになる。したがって、第２配管から取り込まれた空気を含んだ気液が第３配管内で効率的に崩壊およびせん断され、また、配管内の圧力によって気泡が崩壊されるため、微細気泡を発生させることができる。その結果、効率の高い曝気を行うことができる。
【００１６】
さらにまた、第３配管に連結され、第３配管の内径よりも大きい内径を有する第４配管を備え、第３配管と第４配管は、固定ピンを介して連結されており、第４配管の内周と第３配管の外周との間は開口されているので、第４配管の内周と第３配管の外周との間の開口から水流がコアンダ現象により勢い良く引き込まれることになる。
【００１７】
また、コアンダ現象によって、第４配管の外周に沿って水流が引き寄せられる。このように、第４配管から噴出する水流に加えて、第４配管の外周に沿って流れる水流によって、効率の高い撹拌を行うことができる。すなわち、この第４配管は、ベルヌーイの流速の低下をさせる役割と、コアンダ現象の役割を同時に果たすものである。
【００１８】
本発明は、上記構成の曝気撹拌装置において、前記第１配管の内部には、渦流発生ブレードが、前記第１配管の長手方向に対して斜めに設けられ、前記第２配管の外部には、吸気管が、前記第２配管の長手方向に対して斜めに前記第２配管を貫通して接続されていることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、第１配管の内部に渦流発生ブレードが前記第１配管の長手方向に対して斜めに設けられているので、水中ポンプにより発生させた水流が第１配管の内部に取り込まれる際に、この水流に対して効率的に渦流を発生させることができる。また、渦流発生ブレードにより渦流を発生させることから、渦流を発生させるための動力を別途設ける必要がなく、部品数が少なくて済む。
【００２０】
また、吸気管は第２配管の長手方向に対して斜めに第２配管を貫通して設けられているので、第２配管の長手方向に対して直角に接続するよりも水流の流路に対する接触断面積を広くすることができ、効率的に吸気することが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、簡易で小型の装置を用いて曝気および撹拌を効率的に行うことが可能な曝気撹拌装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の曝気撹拌装置の参考例を示す概略図である。
【図２】本発明の曝気撹拌装置の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明の曝気撹拌装置の使用例を示す概略図である。
【図４】本発明の曝気撹拌装置の他の使用例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る曝気撹拌装置の参考例及び実施の形態について説明する。
＜参考例＞
本参考例の曝気撹拌装置１Ａは、図１に示すように、水中ポンプにより発生させた水流を取り込んで、内部に配置された渦流発生ブレード５により渦流を発生させる第１配管１０と、第１配管１０に水密状態で連結され、第１配管１０の内径よりも小さい内径を有し、外部から空気を取り込む吸気管６が接続された第２配管２０と、第２配管２０に連結され、第２配管２０の内径よりも大きい内径を有する第３配管３０と、を備えている。
【００２４】
本参考例の曝気撹拌装置１Ａは、例えば水質浄化を必要とする流れの遅い川や閉鎖水域に沈めて使用されるものであって、第１配管１０に取り込まれる水流は、例えば図示しない水中ポンプ等の動力によって発生させた水流が好適である。
【００２５】
なお、曝気撹拌装置１Ａを使用する対象に応じて、水中ポンプの出力や、配管の寸法は設定されるが、一例として、水中ポンプの出力０．２５ＫＷ、第１配管１０の内径４０ｍｍ、第２配管２０の内径２５ｍｍ程度に設定することが挙げられる。
【００２６】
第１配管１０は、例えば塩化ビニル管で形成された円筒管である。
【００２７】
第１配管１０の内部には、渦流を発生させるための渦流発生ブレード５が第１配管１０の長手方向に対して斜めに設けられている。
【００２８】
渦流発生ブレード５は、金属板等から形成された板状体であって、本参考例では２枚の渦流発生ブレード５が形成されている。
【００２９】
この渦流発生ブレード５は、例えば、金属製平板に２か所の切り目を形成し、ブレード５を構成する部分を所望の角度にそれぞれ立ち上げることにより形成されている。その後、この板を丸めて円筒形状に形成したブレード付円筒管５０が、第１配管１０内の上流に配置され、異径ソケット７から一定の距離をあけることで、最適な渦流を発生させることができる。
【００３０】
なお、ブレード付円筒管５０を構成する金属製平板としては、加工の容易性から銅板やステンレス板が好適であるが、ブレード付円筒管５０全体を３Ｄプリンターを用いて合成樹脂で一体的に形成しても良い。
【００３１】
また、渦流発生ブレード５と第１配管の長手方向との傾斜角は、約３０度に設定するのが望ましい。さらに、図１に示された渦流発生ブレード５は、平板の板状体であるが、先端部が若干湾曲するような板状体が効率的な渦流を発生させるためには好適である。
【００３２】
第２配管２０は、例えば塩化ビニル管で形成された円筒管であって、異径ソケット７を介して第１配管１０に水密状態で連結されている。
【００３３】
第２配管２０の外部には、外部から空気を取り込む吸気管６が、第２配管２０の長手方向に対して斜めに第２配管２０を貫通して接続されている。
【００３４】
この吸気管６は、例えば合成樹脂で形成された円筒管であって、対向するように一対の吸気管６、６が設けられている。
【００３５】
なお、吸気管６の本数は、上記した２本に限定されるものではなく、２本以上であっても良い。
【００３６】
また、吸気管６と第２配管２０の長手方向との傾斜角は、約５０度から８０度の範囲に設定するのが望ましく、より望ましくは、約６０から７０度の範囲である。
【００３７】
このように、吸気管６は第２配管２０の長手方向に対して斜めに第２配管２０を貫通して接続されているので、第２配管２０の長手方向に対して直角に接続するよりも水流の流路に対する接触断面積を広くすることができ、効率的に吸気することが可能になる。
【００３８】
また、吸気管６は、取扱いの便宜を考慮して軟質の樹脂素材で形成するのが好適である。ところが軟質素材で形成すると、吸気管６の取り回しの自由度が高いため、引っ張り方によっては第２配管２０の長手方向に対して９０度を超えることが起こり得る。このように、９０度を超えてしまうと、吸気効率が極端に低下し、場合によっては水流が吸気管６に流入し、吸気が停止されるといった事態を引き起こすおそれがある。かかる問題点を考慮して、上記したような範囲の角度に設定するのが好適である。さらに、吸気管６の差し込み深さは、水中ポンプの出力０．２５ＫＷ、第１配管１０の内径が４０ｍｍ、第２配管２０の内径が２５ｍｍのとき、第２配管２０の内壁よりも１ｍｍから３ｍｍ突出した状態が好適であり、接続する位置は第２配管２０の長手方向に１２０ｍｍ程度の位置が好適である。
【００３９】
また、吸気管６の基端部には、バルブ６０が備えられており、吸気管６の開口を調整できるように図られている。
【００４０】
上記説明したように第１配管１０の内部に渦流発生ブレード５が第１配管１０の長手方向に対して斜めに設けられているので、第１配管１０の内部に取り込まれた水流に対して効率的に渦流を発生させることができる。また、渦流発生ブレード５により渦流を発生させることから、渦流を発生させるための動力を別途設ける必要がなく、部品数が少なくて済む。
【００４１】
また、第１配管１０と第２配管２０とは水密状態で連結され、第２配管２０の内径が第１配管１０の内径よりも小さいので、第１配管１０内を通過する渦流の流速は、ベルヌーイの定理により第２配管２０内では増大することになる。これに加え、第１配管１０で発生させた渦流により、配管内壁に沿ってさらに加速する。その結果、第２配管２０内の圧力が低下し、第２配管２０には負圧が発生するので、第２配管２０に斜めに接続された吸気管６から効率的に空気を取り込むことができる。
【００４２】
第３配管３０は、例えば塩化ビニル管で形成された円筒管であって、第２配管２０の内径よりも大きい内径を有し、固定ピン８を介して第２配管に連結され、第３配管３０の内周と第２配管２０の外周との間は開口されている。
【００４３】
なお、第２配管２０の第３配管３０中への進入量は、固定することが可能な最少距離に設定することが望ましい。このように設定することにより、好適なコアンダ効果を発生できることに加え、ベンチュリー効果を奏する上で重要だからである。
【００４４】
また、第３配管３０の内径は、第２配管２０の内径よりも大きく設定されているので、第１配管１０、第２配管２０、第３配管３０がベンチュリー管を構成することになり、ベンチュリー効果を奏する。したがって、第２配管２０には負圧が発生し、第２配管２０に斜めに接続された吸気管６から効率的に空気を取り込むことができる。
【００４５】
なお、第３配管３０の内径は、第１配管１０と等しいサイズに設定されることが望ましい。
【００４６】
固定ピン８は、例えば、２本のボルト等のネジが用いられており、噴出方向を調整可能になされている。
【００４７】
したがって、曝気撹拌装置１Ａを例えば閉鎖水域に沈めて使用した場合に、第３配管３０の内周と第２配管２０の外周との間の開口から水流がコアンダ現象により勢い良く引き込まれることになる。
【００４８】
したがって、第１配管１０、第２配管２０によって生じるベルヌーイ・ベンチュリー効果による早い流速と負圧発生による効率的な吸気という効果を損なうことなく、コアンダ現象により生じた第３配管３０を勢い良く流れる水流により、気液が効率的にせん断され、また、配管内の圧力によって気泡が崩壊されるため、微細気泡を発生させることができる。その結果、効率の高い曝気を行うことができる。
【００４９】
ここで生成される微細気泡は、径が１０〜数１０μｍ程度のマイクロバブル或いは、径が数１０μｍのマイクロバブル及び１〜３ｍｍ程度のミリバブルである。
【００５０】
ただし、発生させる微細気泡をマイクロバブルに限定する運転は、バルブ６０によって吸気量を調整することにより可能である。しかし、溶存酸素を高い効率で上昇させるためには、バルブ６０を全開にして、マイクロバブル及びミリバブルの両方を発生させ、吸気量を最大にする方がはるかに効率が高くなる。
【００５１】
さらに、上記したコアンダ現象によって、第３配管３０の外周に沿って水流が引き寄せられる。このように、第３配管３０から噴出する水流に加えて、第３配管３０の外周に沿って流れる水流によって、効率の高い撹拌を行うことができる。
＜実施形態＞
本実施形態の曝気撹拌装置１Ｂは、図２に示すように、水中ポンプにより発生させた水流を取り込んで、内部に配置された渦流発生ブレード５により渦流を発生させる第１配管１０と、第１配管１０に水密状態で連結され、第１配管１０の内径よりも小さい内径を有し、外部から空気を取り込む吸気管６が接続された第２配管２０と、第２配管２０に水密状態で連結され、第２配管２０の内径よりも大きい内径を有する第３配管３０と、第３配管３０の内径よりも大きい内径を有する第４配管４０と、を備えている。
【００５２】
第１配管１０、第２配管２０、吸気管６については上記した参考例と同様の構成であるため、同じ部分についての説明は省略し、異なる部分について詳細に説明する。
【００５３】
第３配管３０は、例えば塩化ビニル管で形成された円筒管であって、異径ソケット７１を介して第２配管２０に水密状態で連結されている。
【００５４】
第３配管３０の内径は、第２配管２０の内径よりも大きく設定されているので、第１配管１０、第２配管２０、第３配管３０がベンチュリー管を構成することになり、ベンチュリー効果を奏する。したがって、第２配管２０には負圧が発生し、第２配管２０に斜めに接続された吸気管６から効率的に空気を取り込むことができる。
【００５５】
なお、第３配管３０の内径は、第１配管１０と等しいサイズに設定されることが望ましい。
【００５６】
また、水中ポンプの出力が０．２５ＫＷの場合、第１配管１０の内径が４０ｍｍ、第２配管２０の内径が２５ｍｍのとき、第３配管３０の内径は４０ｍｍに設定するのが好適である。
【００５７】
そして、吸気管６から取り込まれた空気を含んだ気液が、第２配管２０及び第３配管３０内を流れる渦流によってその気泡が砕かれ、また、配管内の圧力によって気泡が崩壊されるため、微細気泡が生成される。このように生成された微細気泡を含んだ水流が第３配管３０から噴出し、第４配管４０内に流入する。
【００５８】
本実施形態における第４配管４０は、参考例におけるコアンダ効果とベンチュリー効果を奏するように配置した第３配管３０と異なり、コアンダ効果専用に配置されるものである。このため、コアンダ効果は、第４配管４０の配管径も大きくなることから、参考例よりも高い効率となる。
【００５９】
第４配管４０は、例えば塩化ビニル管で形成された円筒管であって、第３配管３０の内径よりも大きい内径を有し、固定ピン８１を介して第３配管３０に連結され、第４配管４０の内周と第３配管３０の外周との間は開口されている。
【００６０】
固定ピン８１は、例えば２本のボルト等のネジが用いられており、噴出方向を調整可能になされている。
【００６１】
したがって、曝気撹拌装置１Ｂを例えば閉鎖水域に沈めて使用した場合に、第４配管４０の内周と第３配管３０の外周との間の開口から水中の水がコアンダ現象により勢い良く引き込まれることになる。
【００６２】
また、コアンダ現象によって、第４配管４０の外周に沿って水流が引き寄せられる。このように、第４配管４０から噴出する水流に加えて、第４配管４０の外周に沿って流れる水流によって、効率の高い撹拌を行うことができる。
＜他の使用例＞
上記した曝気撹拌装置は、必要とされる撹拌能力等に応じて、適宜配管を組み替えて使用することが可能である。
【００６３】
例えば、図３に示す曝気撹拌装置１Ｃは、第１配管１０と第２配管２０と、第３配管３０とを使用し、第１配管１０と第２配管２０とは、異径ソケット７を介して水密状態で連結され、第２配管２０と第３配管３０とは、異径ソケット７１を介して水密状態で連結されている。
【００６４】
この曝気撹拌装置１Ｃは、通常のベンチュリー管を構成するので、上記した参考例や実施形態のようなコアンダ現象を奏することがないため、大きな撹拌能力を必要としない場合に好適に用いられる。
【００６５】
また、図４に示す曝気撹拌装置１Ｄでは、第１配管１０と第２配管２０を使用し、第１配管１０と第２配管２０とは、異径ソケット７を介して水密状態で連結されている。
【００６６】
この曝気撹拌装置１Ｄでは、通常のベンチュリー管を構成しないまま、第２配管２０内の吸気管６接続部の圧力を下げるために、第２配管２０の長さを延長して、通常のベンチュリー管と同様の現象を発生させるように図られている。
【００６７】
また、曝気撹拌装置１Ｄは、第２配管２０から水流が噴出するので、噴出ノズルの径を絞ったまま早い流速で微細気泡を含んだ水流を噴出させることができる。したがって、固形物の洗浄を行う場合に特に好適に使用されるほか、本願の発明者による特許第５１９２６０８号「水質浄化装置、およびこの水質浄化装置を用いた水質浄化方法」における噴出部５３及びノズル７０に置き換えることが可能である。
【００６８】
以上説明したように、本発明の曝気撹拌装置は、種々の実施形態を採用することができるので、利用環境や需要に合わせて配管を適宜組み替えることにより実施することが可能で利便性が高い。また、閉鎖水域の他、川や生活排水、食品工場等の排水を浄化する場合や水産養殖等のエアレーション、高圧洗浄ノズル等にも好適に使用される。
【符号の説明】
【００６９】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  曝気撹拌装置
１０  第１配管
２０  第２配管
３０  第３配管
４０  第４配管
５    渦流発生ブレード
６    吸気管
８    固定ピン
【要約】
【課題】簡易で小型の装置を用いて曝気および撹拌を効率的に行うことが可能な曝気撹拌装置を提供する。
【解決手段】水中ポンプにより発生させた水流を取り込んで、内部に配置された渦流発生ブレード５により渦流を発生させる第１配管１０と、第１配管１０に水密状態で連結され、第１配管１０の内径よりも小さい内径を有し、外部から空気を取り込む吸気管が接続された第２配管２０と、第２配管２０に連結され、第２配管２０の内径よりも大きい内径を有する第３配管３０と、を備え、第２配管２０と第３配管３０は、固定ピン８を介して連結され、第３配管３０の内周と第２配管２０の外周との間は開口されている。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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