(57)【要約】【課題】攪拌装置において、渦の発生をより効果的に防止する。【解決手段】処理槽ＴＫに収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブ４０と、該ドラフトチューブ４０内に設けられ、回転駆動部８２の駆動により回転する軸流インペラ８５とを備えた攪拌装置１００において、軸流インペラ８５よりも該軸流インペラ８５の回転中心軸方向上方に、軸流インペラ８５の回転中心軸方向下方に向かって該軸流インペラ８５の回転中心軸に直交する断面の径が徐々に小さくなる形状の水面整流体９７を備える。【選択図】図１
2013013861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽に収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブと、該ドラフトチューブ内に設けられ、回転駆動部の駆動により回転する軸流インペラとを備えた攪拌装置において、
前記軸流インペラよりも該軸流インペラの回転中心軸方向上方に、前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって前記軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の径が徐々に小さくなる形状の水面整流体を備えたことを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記水面整流体が、前記断面の径が小さくなる程度が前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって徐々に小さくなるものであることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【請求項３】
前記ドラフトチューブを保持する保持部と、
前記軸流インペラおよび前記水面整流体を有し、前記保持部により形成される空間に該保持部の上方から前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向けて挿入され、該保持部に着脱可能に保持される攪拌部とを備え、
さらに該攪拌部が、前記水面整流体の前記軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の最大外径を有する部分に連続して前記軸流インペラの回転中心軸上方に同一外形で延びる延長部を有するものであることを特徴とする請求項１または２記載の攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下廃水、し尿，工場廃水などの汚水や汚泥等の被処理液を浄化処理する攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、処理槽に収容された汚水などの被処理液内に筒状のドラフトチューブを設け、そのドラフトチューブ内に配設された軸流インペラを回転させて攪拌水流を形成することにより、被処理液を流動循環させて浄化する攪拌装置が知られている。
【０００３】
このような攪拌装置には、特許文献１〜４に記載されているように、軸流インペラの下流側に散気管などの空気供給機構を設け、軸流インペラの回転により形成された循環流に空気を吹き込んで被処理液を好気的に浄化する攪拌装置（曝気攪拌装置）や、特許文献５に記載されているように空気供給機構を設けず、あるいは設けられている空気供給機構を使用しないで、攪拌のみにより浄化処理を行う攪拌装置などがある。
【０００４】
ここで、図２４に従来の攪拌装置の一例を示す。図２４に示す撹拌装置１は、保持部１Ａと、処理槽ＴＫ内において保持部１Ａに保持されている円筒状のハウジングであるドラフトチューブ１０と、ドラフトチューブ１０内の被処理液に下降流を形成する攪拌部１Ｂを備えている。保持部１Ａは架台７、支柱８で構成されており、各支柱８の被処理液の水位よりも下方に位置する部分の側面には整流板９が配置されている。攪拌部１Ｂは、モータ２と、モータ２および減速機３により回転する駆動軸５と、駆動軸５の先端に取り付けられた軸流インペラ６とを具備している。ドラフトチューブ１０は軸流インペラ６の下に同軸上に配置された案内羽根１１および固定部１２を備えている。そして、軸流インペラ６が回転することによりドラフトチューブ１０内に下降流が形成され、処理槽内に大きな循環流が形成される。
【０００５】
ところで、図１に示すように、循環流によって表層に移送された被処理液は、軸流インペラ６の駆動軸５に向かって速度を増しながら集約され、駆動軸５の近傍で下向きにその流れの向きを変えてドラフトチューブ１０の呑口に吸込まれていく。このとき、表層の駆動軸５の近傍にはよどみ域が生じ、被処理液の流れが不安定となるため、駆動軸５を回り込む被処理液の流れによって自由表面から渦Ｗが生じる場合がある。この渦Ｗが成長してドラフトチューブ１０の呑口から連続的に空気を吸込むようになると、音響や圧力変動を伴い撹拌性能が低下するとともに、攪拌装置の運転状態が不安定になる。
【０００６】
このような渦の発生を防止する方法としては、被処理液の水面からドラフトチューブ１０の呑口までの距離を充分大きくすること、たとえば１．０〜１．５Ｄ（Ｄ：軸流インペラの径）以上にすることが考えられる。特に、軸流インペラの回転数が増加し、送水流量が大きくなるほど、ドラフトチューブ１０の呑口近傍の流速が大きくなるので、この距離をよりいっそう深くする必要がある。しかし、ドラフトチューブ１０の潜没深さが深くなるほど、駆動軸５や支柱８の長さが長くなり、軸流インペラ６やドラフトチューブ１０に振動が発生しやすくなるという問題がある。
【０００７】
これに対し、特許文献６〜１０では、図２５に示すように、ドラフトチューブ１０上方に被処理液の自由表面を覆う平板１４を設置することにより、被処理液の自由表面の面積を小さくして渦の発生を抑制するようにした攪拌装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３１６００５７号公報
【特許文献２】特許第３６４９０８０号公報
【特許文献３】特許第４２０４０２０号公報
【特許文献４】特開２００２-３５７８４号公報
【特許文献５】特許第４２００１８３号
【特許文献６】特開２００４-３３９１６号公報
【特許文献７】特開平１１-１８８３８４号公報
【特許文献８】特開平９-２９９９８１号公報
【特許文献９】特開平９-２９９９８０号公報
【特許文献１０】特開平１１-３４２４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献６〜１０の攪拌装置では、図２５に示すように、平板１４の下において、異なる方向から駆動軸に向かって直進してきた流れ同士が交わることによりよどみ域が生じ、そのよどみ域から渦Ｗが生じる場合があり、問題となる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、渦の発生をより確実に防止することができる攪拌装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の攪拌装置は、処理槽に収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブと、該ドラフトチューブ内に設けられ、回転駆動部の駆動により回転する軸流インペラとを備えた攪拌装置において、軸流インペラよりも該軸流インペラの回転中心軸方向上方に、軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の径が徐々に小さくなる形状の水面整流体を備えたことを特徴とするものである。ここで、軸流インペラの回転中心軸方向とは、軸流インペラの回転中心軸が延びる方向をいう。
【００１２】
上記攪拌装置において、水面整流体は、前記断面の径が小さくなる程度が軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって徐々に小さくなるものであってもよいし、軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かう方向において一定であるものであってもよい。
【００１３】
この水面整流体の前記断面は、円形、楕円形のような形であってもよいし、多角形であってもよい。なお、多角形の場合には、円形に近い多角形であるほど好ましく、少なくとも四角形、好ましくは六角形以上の多角形であればよい。
【００１４】
また、本発明の攪拌装置は、ドラフトチューブを保持する保持部と、軸流インペラおよび水面整流体を有し、保持部により形成される空間に該保持部の上方から軸流インペラの回転中心軸方向下方に向けて挿入され、該保持部に着脱可能に保持される攪拌部とを備えたものであり、該攪拌部が、水面整流体の軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の最大外径を有する部分に連続して軸流インペラの回転中心軸上方に同一外形で延びる延長部を有するものであってもよい。ここで、軸流インペラの回転中心軸方向とは、軸流インペラが保持部に保持された状態における軸流インペラの回転中心軸方向、すなわち、請求項１でいう軸流インペラの回転中心軸方向と同じ方向を意味する。
【００１５】
また、ここで、攪拌部が保持部により形成される空間に挿入され、保持部に着脱可能に保持されるというのは、攪拌部が、その空間に挿入されたりその空間から抜き出されたりすることが可能な形状および大きさを有していることを意味する。
【００１６】
また、上記「同一外形で」ということには、水面整流体の軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の最大外径を有する部分と外形が完全に一致している場合に限らず、実質的に同一といえるような場合も含まれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の攪拌装置によれば、処理槽に収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブと、該ドラフトチューブ内に設けられ、回転駆動部の駆動により回転する軸流インペラとを備えた攪拌装置において、軸流インペラよりも該軸流インペラの回転中心軸方向上方に、軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の径が徐々に小さくなる形状の水面整流体を備えているので、軸流インペラの回転中心軸に向かって直進してきた流れを、他の方向から直進してきた流れと交わることなく、水面整流体の傾斜面に沿って水平方向から下向き方向に滑らかに偏向させ、ドラフトチューブの呑口へ導くことができ、これにより、上述のように渦発生の原因となるよどみ域が形成されないようにすることができ、渦の発生をより確実に防止することができる。
【００１８】
上記攪拌装置において、水面整流体が、前記断面の径が小さくなる程度が軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって徐々に小さくなるものである場合には、軸流インペラの回転中心軸に向かって直進してきた流れをより滑らかに偏向させてドラフトチューブの呑口へと導くことができ、上記渦防止の効果をより向上させることができる。
【００１９】
さらに、ドラフトチューブを保持する保持部と、軸流インペラおよび水面整流体を有し、保持部により形成される空間に該保持部の上方から軸流インペラの回転中心軸方向下方に向けて挿入され、該保持部に着脱可能に保持される攪拌部とを備え、該攪拌部が、水面整流体の軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の最大外径を有する部分に連続して軸流インペラの回転中心軸上方に同一外形で延びる延長部を有するものである場合には、被処理液の水位が水面整流体の上端位置よりも多少上方に設定された場合であっても、延長部により被処理液の表層の流れを下方の水面整流体側へ誘導でき、上記渦防止の機能を果たせるようにすることができる。また、攪拌部が保持部に対し着脱可能に取り付けられるものであることにより、攪拌部のメンテナンスを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の曝気攪拌装置が処理槽に設置された状態を示す模式図
【図２】攪拌部が支持構造部から着脱される様子を示す模式図
【図３】支持構造部の構成を示す模式図
【図４】保持部における架台の構成を示す上面図
【図５】保持部における軸受け保持部の構造を示す上面図
【図６】支持構造部の部分拡大図
【図７】図６におけるエアチャンバーのＤ-Ｄ断面図
【図８】図６における空気整流室のＥ-Ｅ断面図
【図９】空気吐出部の水平断面図
【図１０】図６における空気吐出部のＦ-Ｆ断面図
【図１１】空気排出部を示す斜視図
【図１２】図１１を矢印Ａ方向から見た図
【図１３】攪拌部の構成を示す模式図
【図１４】図１３の撹拌部における支持筒内に駆動軸が収容された様子を示すＧ-Ｇ断面図
【図１５】図１３の撹拌部における第２軸受けの構造を示すＨ-Ｈ断面図
【図１６】図１３の撹拌部における水面整流体の構造を示すＩ-Ｉ断面図
【図１７】撹拌部が支持構造部に装着された様子を示す模式図
【図１８】撹拌部の基台が架台に設置された様子を示す模式図
【図１９】軸受け保持部に第２軸受けが支持される様子を示す模式図
【図２０】軸受け保持部に第２軸受けが支持される様子を示す断面図
【図２１】本発明の攪拌装置の第２の実施形態を示す模式図
【図２２】図２１の攪拌部の構成を示す模式図
【図２３】本発明の攪拌装置の第３の実施形態における攪拌部の構成を示す模式図
【図２４】従来の撹拌装置の一例を示す模式図
【図２５】従来の撹拌装置における渦防止機構を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の攪拌装置の実施の形態について説明する。図１に示すように、本発明の攪拌装置１００は、処理槽ＴＫ上に配置され、処理槽ＴＫ内に収容された被処理液を曝気攪拌するものであって、図２に示すように、処理槽ＴＫに固定して設けられる支持構造部２０と、支持構造部２０に対し着脱可能に取り付けられる攪拌部８０とを備えている。
【００２２】
支持構造部２０は、図３に示すように、保持部３０、ドラフトチューブ４０、空気供給部５０、空気排出部６０を有している。
【００２３】
保持部３０は、架台３１、支持部材３２等を備えている。架台３１は処理槽ＴＫ上に固定されており、図４の上面図に示すように攪拌部８０が挿入される開口部３１ａを有している。この架台３１にはドラフトチューブ４０を保持するための支持部材が固定されている。支持部材は４本の支柱３２からなり、４本の支柱３２は正方形平面の四つ角にそれぞれ配置されるようになっている。この４本の支柱３２のうち１本の支柱３２は空気供給部５０の一部を形成し、残り３本の支柱３２は空気排出部６０の一部を形成している。
【００２４】
また、各部材３２は、図３に示すように、上部支柱３２ａと下部支柱３２ｂとからなり、上部支柱３２ａと下部支柱３２ｂは被処理液の水位よりも上方においてフランジ継ぎ手等を用いてそれらの内部空間同士が連通するように接続されている。したがって、上部支柱３２ａは処理槽ＴＫの大気中に位置し、下部支柱３２ｂは上部が大気中に下部が被処理液内に位置することになる。また、各上部支柱３２ａ間は筋かい等の補強材３２Ｘにより接続されており、この補強材３２Ｘにより支持部材３２全体の剛性が高まり制振性能の向上を図ることができる。一方、下部支柱３２ｂにはドラフトチューブ４０上端の呑み口周辺の吸い込み流れを妨げないように筋かいによる補強は行わない。
【００２５】
上部支柱３２ａには、図５に示すように、後述する攪拌部８０の第２軸受け９２を支持するための軸受け支持部３５が取り付けられている。軸受け保持部３５は、第２軸受け９２を水平方向（矢印ＸＹ方向）に対し支持するものであって、上部支柱３２ａの下方に取り付けられている。軸受け保持部３５は、環状枠体３５ａおよび突出部材３５ｂを備えている。環状枠体３５ａは、軸流インペラ８５がその内側を通過するために、直径を軸流インペラ８５の直径よりも若干大きく形成されており、上部支柱３２ａの各支柱から張り出した部材３２Ｙで支持している。突出部材３５ｂは、環状枠体３５ａの内面にはリング中心に向かって３〜４枚取り付けられている。突出部材３５ｂは鉛直下方（矢印Ｚ１方向）に行くにしたがい、張り出し長が長くなるような環状部材９３の側面に当接する傾斜が形成されている。なお、軸受け保持部３５は、浸水しない上部支柱３２ａ側に取り付けられているため、軸受け保持部３５にはめ込み固定される第２軸受け９２も浸水しないことになる。
【００２６】
また、下部支柱３２ｂの側面には、図３に示すように、ドラフトチューブ４０上端の呑み口周辺の吸い込み流れを整流するための整流板３３が配置されている。整流板３３は、鉛直方向（矢印Ｚ方向）に延びているとともに、４本の支柱３２の対角線上に向かって放射状に形成されている。整流板３３は、ドラフトチューブ４０が水平平面上に振動したときに流動抵抗体としても作用し、支柱部材３２の振動を減衰させることができる。
【００２７】
ドラフトチューブ４０は、被処理液に下向き（矢印Ｚ１方向）の流れを形成するものであって、支柱３２により保持されている。なお、ドラフトチューブ４０が処理槽ＴＫの中央に配置されるように、上述した保持部３０が処理槽ＴＫの中央に位置決めされる。
【００２８】
ドラフトチューブ４０は、図６に示すように、流入部４０ａ、処理部４０ｂ、流出部４０ｃを有しており、このうち処理部４０ｂ内に軸流インペラ８５が位置する。そして、軸流インペラ８５の回転により、被処理液は流入部４０ａの上端からドラフトチューブ４０内に流入し流出部４０ｃの下端から排出される。
【００２９】
流入部４０ａは上端に向かってたとえば曲率半径が約０．５Ｄ１（Ｄ１＝軸流インペラ直径）で径が漸次大きくなるようなベルマウス形状となっている。これにより、流入部４０ａの上部からドラフトチューブ４０内に被処理液が流入する際、入口損失を小さくして吸い込み流れを効率良く軸流インペラ８５に導くことができる。
【００３０】
処理部４０ｂは略一定の直径を有するものであって、内部に軸流インペラ８５が収容されている。なお、処理部４０ｂの側壁と軸流インペラ８５の隙間は、片側０．０１５Ｄ１程度（Ｄ１：インペラ直径）とし、ドラフトチューブ４０側に接触防止の為の環状溝は設けない。
【００３１】
流出部４０ｃは上端が空気吐出部５９に連設されてなるものであって、上端部の直径は処理部４０ｂの直径より若干大きい大きさとなるように、下端部の直径は処理部４０ｂの直径と略同じ大きさとなるように形成されている。これにより、流出部４０ｃと処理部４０ｂが接続する位置に周方向に延びるスリット状の切れ目（空気吐出口５９ａ）が形成され、この切れ目からドラフトチューブ４０内に空気が吐出されることとなる。また、ドラフトチューブ４０は、処理槽ＴＫの底部と流出部４０ｃの下端との距離が２．５Ｄ１〜５Ｄ１程度（Ｄ１：インペラ直径）になるように配置されている。
【００３２】
さらに、ドラフトチューブ４０は、処理部４０ｂ内において、固定部４１と複数の案内羽根４２とを有している。固定部４１は、先端が砲弾状に尖った中空体であり、軸流インペラ８５のボス径とほぼ同じ直径を有している。そして、固定部４１は案内羽根４２をドラフトチューブ４０内に固定する。
【００３３】
複数の案内羽根４２はドラフトチューブ４０内に周方向約９０°間隔で取り付けられている。この案内羽根４２は、流れ方向（矢印Ｚ方向）の長さが約０．４Ｄ１（Ｄ１：軸流インペラ８５の直径）であって、上流側４０％程度の長さの範囲が軸流インペラ８５の傾きとは逆向き方向に円弧状に傾斜している。円弧は半径がたとえば０．１４Ｄ１程度（Ｄ１：軸流インペラ８５の直径）に形成されており、この円弧の半径はドラフトチューブ４０の径方向に対し略一定になるように形成されている。
【００３４】
軸流インペラ８５と案内羽根４２との隙間はインペラ先端部でたとえば０．０５Ｄ１程度（Ｄ１：インペラ８５の直径）になるように、ドラフトチューブ４０および攪拌部８０が位置決めされる。これらの隙間は小さいほど流体損失を小さくできるため、製作上また実用上可能な範囲で極力小さくすることが好ましい。
【００３５】
空気供給部５０は、ドラフトチューブ４０内へ空気を供給するものであって、図３および図６に示すように、送風機５１、空気供給管５２〜５４、エアチャンバー５６、空気整流室５８、空気吐出部５９を備えている。
【００３６】
空気供給管５２は、一端が送風機５１に接続され、他端が空気供給管５３に接続されたものである。空気供給管５３は、上部側面に開口を有する１本の支柱３２（上部支柱３２ａおよび下部支柱３２ｂ）により形成され、その開口を介して空気供給管５２と接続されているとともに、下端の開口を介して空気供給管５４と接続されている。空気供給管５４は、一端が空気供給管５３の下端に接続され、他端がエアチャンバー５６に接続されたものである。
【００３７】
エアチャンバー５６は、ドラフトチューブ４０の外周に設けられた中空環状の空気室であって、図６および図７に示すように、側壁に形成されている開口を介して空気供給管５４に接続されているとともに、圧力調整隔壁５７（底壁）に略等間隔で形成された小孔５７ａを介して空気整流室５８に接続されている。これにより、空気供給管５４から流入した空気を、エアチャンバー５６に一旦充填させてから空気整流室５８へ送り込むことができ、空気整流室５８へ流入する空気の圧力をドラフトチューブの周方向において均一化させることができる。ここで、図７は図６におけるエアチャンバー５６のＤ-Ｄ断面図である。
【００３８】
空気整流室５８には、図６および図８に示すように、側壁からその空間内部へ突出した空気整流板５８ａが形成されており、エアチャンバー５６から流入した空気の流れを規制して空気吐出部５９に導くようになっている。ここで、図８は図６における空気整流室５８のＥ-Ｅ断面図である。
【００３９】
空気吐出部５９は、図６に示すように、上端が空気整流室５８に接続し、下端が前述したドラフトチューブ４０の流出部４０ｃと処理部４０ｂとが接続する位置において形成されているスリット状の切れ目に接続された空気通路である。空気吐出部５９は、円周状に連続して延びたスリット状の空気吐出口５９を形成し、この空気吐出口５９ａからドラフトチューブ４０内へ空気が吐出されることとなる。ここで、空気吐出部５９の水平断面図を図９に示す。
【００４０】
このように、空気吐出口５９ａをドラフトチューブ４０の内面に形成し、ドラフトチューブ４０内へ空気を供給するための構造物をドラフトチューブ４０の内面より内側には設けないようにすれば、軸流インペラの直下空間に散気管等の構造物を設置した場合に比べて、空気を供給するための機構によるドラフトチューブ内の流路抵抗を低減させることができ、その結果同程度の曝気攪拌の処理能力を得るために必要となる動力を低減することができる。
【００４１】
なお、ここでは、空気吐出口５９ａがドラフトチューブ４０の内面に接するように形成されている場合について例示しているが、空気吐出口５９ａは、ドラフトチューブ４０の内面に直接形成するようにしてもよいし、内面近傍に形成するようにしてもよい。ここで、空気吐出口を内面近傍に形成するとは、ドラフトチューブ４０の内面より多少内側に突出した位置に形成する場合であって、その突出の程度が空気吐出口を内面に直接あるいは内面に接するように形成した場合と同視できる程度に小さいことを意味する。具体的には、空気吐出口の位置が、空気吐出口を形成する空気吐出部が空気吐出口よりもドラフトチューブ４０の内側へ突出した部分を有する場合に、その最も突出した位置が、空気吐出口（若しくは空気吐出部）が形成されている場所の直前（上流側）でのドラフトチューブ４０の内径に対して内側に向けて１０％以内の範囲にあることを意味する。
【００４２】
また、空気吐出部５９は、図６および図１０に示すように、空気の出口付近に、空気吐出口５９ａの内側略半分を塞ぐ邪魔板５９ｂを有している。邪魔板５９ｂは、周端面に多数の凹凸が設けられている板状体である。邪魔板５９ｂにより、空気吐出口５９ａの流路幅が出口付近で絞られ、空気吐出口５９ａから吐出される空気の流れが乱される。その結果、乱流による被処理液と気泡の混合を促進して、被処理液中に酸素を効率よく溶解させることができる。ここで、図１０は空気吐出部５９の邪魔板５９ｂが形成されている部分における水平断面図である。
【００４３】
なお、ここでは、邪魔板５９ｂが周端面に凹凸が設けられている板状体である場合について例示しているが、邪魔板５９ｂは、少なくとも空気吐出口５９ａの一部を塞ぐことによって空気吐出口５９ａから吐出される空気の流れを乱さす機能を発揮できるようなものであれば足りる。
【００４４】
また、空気吐出口５９ａからドラフトチューブ４０内へ空気が供給されると、図６に示すように、ドラフトチューブ４０の下部内面に下流方向に向かって厚さが大きくなる空気の層が形成される。この空気の層と被処理液の境界面Ｓでは、空気の噴出速度と軸流インペラ８５による下降流の速度差によって発生する強い剪断力によって連続的且つ広範囲で微細な空気泡が生成され、被処理液中に酸素を効率よく溶解させることができる。
【００４５】
また、この空気の層が軸流インペラによる下向流の通路をノズル状に絞るため、下向流の流速が軸流インペラ８５直下から下流方向に向かって増速され、それによって剪断力が増加し、空気泡の微細化を促進して酸素の溶解効率を向上させることができる。また、下向流の増速に伴い軸流インペラ８５のスラスト力が増加するので、それによって、ドラフトチューブ４０の下部内の圧力が増加し、酸素の溶解効率をさらに向上させることができる。
【００４６】
空気排出部６０は、図３、図６および図１１に示すように、カバー６１と、空気排出路６３を備えている。カバー６１は、ドラフトチューブ４０の外周において、上面（空気排出路６３に接続する一部の領域を除く）および周面が閉塞され、下面が開放された空間６２を形成するものであって、下面の開放口からドラフトチューブ４０の外面に沿って浮上した空気泡を受け入れ、空間６２内に一時的に溜めておくことができる。また、この空間６２は、カバー６１の上面に形成されている開口６１ｂを介して空気排出路６３に接続されている。
【００４７】
空気排出路６３は、前記４本の支柱３２のうち空気供給管５３として使用されている１本の支柱３２を除く残り３本の支柱３２の下部支柱３２ｂにより形成されている。それらの各下部支柱３２ｂは、下端（一端）が開口６１ｂに取り付けられ、その開口６１ｂを介して空間６２の上部に接続されている。これにより、空間６２内に溜められた空気泡は、浮力により、開口６１ｂから空気排出路６３に流入し、空気排出路６３の中を上昇する。また、各下部支柱３２ｂは、上端（他端）に被処理液の水面近傍に位置する開口６１ａを有しており、この開口６１ａから、下部支柱３２ｂの中を上昇した空気泡が排出される。
【００４８】
図１２に図１１を矢印Ａ方向から見た図である。図１２に示すように、カバー６１の内部には、ドーナッツ状の空間６２を周方向に３分割する３枚の仕切板６１ｃが形成されており、それらの仕切板６１ｃにより分割されてなる各々の部分空間に前記下部支柱３２ｂが１本ずつ接続されている。これにより、３本の下部支柱３２ｂを介して排出される空気の量を互いに略同じにできる。その結果、空気の排出が一部の下部支柱３２ｂに集中することによって支持構造部２０に振動が発生することを回避することができる。
【００４９】
空気吐出部５９からの供給空気量の増加に伴って、ドラフトチューブ４０の下部に形成される空気層が厚くなりドラフトチューブ４０の下部内面付近の下降流速が低下し、ドラフトチューブ４０の下端外周付近から下降流に乗って流出した空気泡が反転してドラフトチューブ４０の外面に沿って浮上する量が増加するが、上述のようなカバー６１および空気排出路６３を備えることにより、ドラフトチューブの外面に沿って浮上した空気泡（被処理液と接触済みの空気泡）を捕集して、ドラフトチューブ上部の吸込口に流入しないように、被処理液の水面近傍にまで案内して排出することができ、これにより、ドラフトチューブ上部の吸込口から流入する被処理液と接触済みの空気泡の量を低減させ、所定レベルの曝気攪拌の処理能力を得るために必要となる動力を低減させることができる。
【００５０】
また、カバー６１を設けることによって、ドラフトチューブ４０の下部で一度曝気され、溶存酸素量が増加した被処理液が、処理槽内に広がることなくそのまま上昇し、ドラフトチューブ４０内へ再び流入するのを抑制することができ、その結果、溶存酸素含量の低い被処理液に優先的に気液接触を促し、酸素溶解効率を向上させることもできる。
【００５１】
また、空気排出路６３中を上昇する空気泡の上昇力によって揚水する、いわゆるエアリフト効果により被処理水を揚水して開口６１ａから排出することにより、気泡を含んだ被処理水を水面よりもやや高い位置から外部の空気を巻き込みながら被処理水面に流入させ、表面曝気をすることにより酸素溶解効率をさらに向上させることもできる。
【００５２】
攪拌部８０は、図１３に示すように、基台８１、回転駆動部８２、駆動軸８４、軸流インペラ８５を備えている。基台８１は、架台３１の開口部３１ａよりも大きい略矩形状の平坦面を有しており、この基台８１により攪拌部８０が保持部３０に保持される。回転駆動部８２は、基台８１に固定されたモータ８２ａと減速機８２ｂとを備えており、モータ８２ａおよび減速機８２ｂにおいて回転の開始・停止および回転数が制御される。駆動軸８４は、回転駆動部８２から処理槽ＴＫ内へ向かって延びており回転駆動部８２の駆動により回転する。
【００５３】
軸流インペラ８５は駆動軸８４の先端に取り付けられており、ドラフトチューブ４０内に配置される。軸流インペラ８５は、駆動軸８４と一体的に回転することによりドラフトチューブ４０内の被処理液に対し下向き（矢印Ｚ１方向）の流れを形成する。軸流インペラ８５は複数の羽根を有しており、複数の羽根はたとえばピッチ比が０．９で形成されている。ここで、ピッチとは軸流インペラ８５が幾何学的な羽根角度のまま延長した螺旋面が１回転３６０°した時に進む距離を意味し、ピッチ比とはピッチをインペラの直径Ｄ１で割ったものを意味する。この軸流インペラ８５としてたとえば特許第３２３９１７０号、特許第３２３９１７１号、特許第３２３９１７２号に開示されたインペラやその他公知の軸流インペラを用いることができる。
【００５４】
さらに、攪拌部８０は、支持筒９０、第１軸受け９１、第２軸受け９２、渦防止部８３を備えている。支持筒９０は一端側が基台８１に固定されており、図１４に示すように、内部に駆動軸８４が貫通しており支持筒９０の先端から突出している。第１軸受け９１は、駆動軸９４の回転駆動部８２側を回転可能に保持するものであって、支持筒９０の内部の基台８１側に収容されている。第２軸受け９２は支持筒９０の先端に取り付けられており、駆動軸８４の中間を回転可能に保持する。
【００５５】
この第２軸受け９２は、処理槽ＴＫ内において保持部３０により水平方向に対し支持されている。具体的には、図１５に示すように、第２軸受け９２は、支持筒９０の先端外側に固定された環状部材９３内に収容されている。この環状部材９３は下方に向かって径が小さくなるような円錐形状を有するものであって、側面に傾斜面が形成されている（図１３参照）。
【００５６】
渦防止部８３は、図１３に示すように、水面整流体９７と延長部９８から構成され、環状部材９３に着脱可能に固定された支持部材９６により保持されている。渦防止部８３は、軸流インペラ８５よりも該軸流インペラ８５の回転中心軸Ａｘ方向上方の、攪拌装置１００を稼動させたときに被処理液の水面の位置が水面整流体９７の斜面の上端部に来るように位置決めされている。
【００５７】
水面整流体９７は、図１１に示すように、軸流インペラの回転中心軸Ａｘ方向下方に向かって回転中心軸Ａｘに直交する断面の径が徐々に小さくなる中空の円錐状体であり、延長部９８は、水面整流体９７の回転中心軸Ａｘに直交する断面の最大外径を有する部分、すなわち上端部に連続して軸流インペラの回転中心軸Ａｘ上方に、水面整流体９７の上端部と同一外形で延びる中空の円柱状体である。
【００５８】
また、水面整流体９７および延長部９８からなる渦防止部８３は、攪拌部８０を保持部３０により形成される空間に挿入して取り付けたり、保持部３０から取り外してその空間から引き出したりすることが可能な形状および大きさを有している。なお、この形状および大きさの条件は、水面整流体９７および延長部９８の回転中心軸Ａｘに直交する断面の形状や保持部３０構造によって定められる。
【００５９】
本実施の形態では、水面整流体９７および延長部９８の回転中心軸Ａｘに直交する断面が円形であるので、水面整流体９７および延長部９８が架台３１および軸受け支持部３５の内側を通過可能にするために、水面整流体９７および延長部９８はそれぞれ、その回転中心軸Ａｘに直交する断面の最大外径が架台３１および軸受け支持部３５の最小内径よりも若干小さくなるように形成されている。
【００６０】
また、渦防止部８３は、図１１および図１６に示すように、駆動軸８４を挟んで外周面同士が連続するように設けられた２つの分割体８３ａ、８３ｂから形成され、各分離体８３ａ、８３ｂは、水面整流体９７の駆動軸８４を挟んで２つに分割された片方半分とその上端部に連続する延長部９８（片方半分）で形成されている。各分割体８３ａ、８３ｂはそれぞれ独立して取り外し可能に構成されている。これにより、渦防止部８３を軸流インペラ８５を駆動軸８４から取り外すことなく撹拌部８０から着脱可能となり、保守・点検を効率的に行うことができる。
【００６１】
攪拌部８０は、保持部３０へ設置される際、軸流インペラ８５を下向きにして鉛直上方から架台３１の開口部３１ａに挿入され、図１７に示すように、攪拌部の基台８１が架台３１の開口部３１ａ周囲の座面に設置されるとともに、攪拌部８０側の環状部材９３が保持部３０側の環状枠体３５ａにはめ込み固定される。このとき、環状部材９３の側面と突出部材３５ｂの傾斜とにおいてくさび作用が働き、第２軸受け９２は軸受け保持部３５に対し強固に固定される。ここで、図１８は撹拌部の基台が架台に設置された様子を示す模式図、図１９と図２０は軸受け保持部に第２軸受けが支持された状態を示す水平断面図および垂直断面図をそれぞれ示している。そして、基台８１と架台３１とがボルト等の固定部材を用いて固定される。
【００６２】
次に、図２１及び図２２を参照して、本発明の攪拌装置の第２の実施形態について説明する。図２１は、第２の実施形態に係る攪拌装置２００の模式図であり、図２２は図２１の攪拌部の構成を示す模式図である。攪拌装置２００は、撹拌部２８０の駆動軸８４が架台３１上の軸受けのみで片持ち支持され、渦防止部２８３が基台８１に固定されて延びた支持部材２９６により保持されている点で、攪拌装置１００と異なる。
【００６３】
また、攪拌装置２００は、ドラフトチューブ２４０の流入部が上端から下端に向かって径が直線的に小さくなるように形成されている点、送風機５１から送られてきた空気が空気供給管２５２を介して軸流インペラ８５の下部に設けられている散気管２５７に導かれ、散気管２５７の散気孔２５７ａからドラフトチューブ４０内へ供給されるように構成されている点、空気排出部６０を備えていない点等で、攪拌装置１００と異なる。
【００６４】
次に、本発明の攪拌装置の第３の実施形態について説明する。図２３は、本発明の攪拌装置の第３の実施形態における攪拌部３８０の構成を示す模式図である。なお、ここでは、攪拌部３８０を除く全ての構成が第１の実施形態と同一であるため、その図示や説明を省略している。また、図２３の撹拌部３８０において図１３の撹拌部８０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
図２３の撹拌部３８０が図１３の撹拌部８０と異なる点は、水面整流体３９７が、軸流インペラの回転中心軸Ａｘ方向下方に向かって回転中心軸Ａｘに直交する断面の径が小さくなる程度が、軸流インペラの回転中心軸Ａｘ方向下方に向かって徐々に小さくなるものである点、すなわち、斜面が滑らかな凹状曲線を形成している点である。
【００６６】
上記各実施の形態によれば、処理槽ＴＫに収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブ４０と、該ドラフトチューブ４０内に設けられ、回転駆動部８２の駆動により回転する軸流インペラ８５とを備えた攪拌装置１００；２００；３００において、軸流インペラ８５よりも該軸流インペラ８５の回転中心軸Ａｘ方向上方に、軸流インペラ８５の回転中心軸Ａｘ方向下方に向かって回転中心軸Ａｘに直交する断面の径が徐々に小さくなる形状の水面整流体９７；２９７；３９７を備えているので、軸流インペラ８５の回転中心軸Ａｘに向かって直進してきた流れを、他の方向から直進してきた流れと交わることなく、水面整流体９７；２９７；３９７の傾斜面に沿って水平方向から下向き方向に滑らかに偏向させ，ドラフトチューブ４０の呑口へ導くことができ、これにより、渦発生の原因となるよどみ域が形成されないようにすることができ、渦の発生をより確実に防止することができる。その結果、渦の発生よって生じる騒音・振動も抑制され、軸流インペラの広範囲の回転数において安定した運転が可能となる。
【００６７】
また、特許文献６〜１０に記載されているような、ドラフトチューブ１０上方に被処理液の自由表面を覆う平板１４を設置することによって渦の発生を抑制する方法では、実用上の効果を得るために平板の面積をある程度大きくする必要があり、特許文献６によれば軸流インペラの直径の３〜８倍としている。しかし、攪拌装置では、保守点検の為に攪拌部（基台、回転駆動部、軸流インペラ、主軸等）を保持部から分離して着脱可能にする必要がある為、渦の発生を防止するための平板を設置する場合には、平板は攪拌部に取り付け又は固定し、攪拌部と伴に保持部から分離し着脱可能としなければならない。
【００６８】
この時、架台に設置する開口部は、渦防止用の平板を設置した攪拌部が通過可能な大きさとする必要があり、平板の大きさが大きくなるほど架台の開口部も大きくする必要がある。全体構造のバランスを考えた場合、平板の大きさを特許文献６で示されている直径の３〜８倍とする事は不可能であり、ドラフトチューブを槽上の架台から支柱を介して片持ち支持する攪拌装置では、渦防止用の平板による対策は採用できないという現状がある。
【００６９】
これに対し、本発明の攪拌装置によれば、表層流れの下方向への潜込みが起こるよどみ域自体を無くすことができるため、水面整流体の面積が小さくても渦の発生を効果的に防止することが可能であり、攪拌部を保持部に着脱可能に取り付けられるような攪拌装置においても容易に採用することができる。
【００７０】
また、本発明の攪拌装置によれば、渦の発生を効果的に防止することが可能であるため、ドラフトチューブ４０の上端と処理槽内における被処理液の最大水位位置との距離を従来の１．０〜１．５Ｄ１程度よりも小さい０．３〜０．８Ｄ１程度とすることが可能であり、空気吐出口５９ａの水深を浅くできる。これにより送風機１５の必要風圧が低下する為、送風機１５の所要動力を低減できる。
【００７１】
また、水面整流体として上記第３の実施形態において説明したような形状のものを使用した場合には、軸流インペラの回転中心軸Ａｘに向かって直進してきた流れをより滑らかに偏向させてドラフトチューブの呑口へと導くことができ、渦防止の効果をより向上させることができる。
【００７２】
なお、上記各実施の形態では、攪拌装置１００が空気供給部５０；２５０を備えたものである場合について例示しているが、この構成は必ずしも必要ではなく、必要に応じて設置すればよい。
【００７３】
また、水面整流体は、上下位置固定で設けられたものであってもよいが、上下位置調整用の機構をさらに備え、被処理液の水位に対応して上下位置を調整可能にしてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
ＴＫ   処理槽
２０   支持構造部
３０   保持部
３１   架台
３２   支柱
３５   軸受け保持部
４０、２４０   ドラフトチューブ
５０、２５０   空気供給部
５１   送風機
５２、２５２   空気供給管
５６、２５６   エアチャンバー
５７   圧力調整隔壁
５８   空気整流室
５９ａ 空気吐出口
５９ｂ 邪魔板
６０   空気排出部
６１   カバー
６１ａ 開口
６３   空気排出路
８０   攪拌部
８２   回転駆動部
８３   渦防止部
８４   駆動軸
８５   軸流インペラ
９０   支持筒
９１   第１軸受け
９２   第２軸受け
９６、２９６、３９６  支持部材
９７、２９７、３９７  水面整流体
９８、２９８、３９８  延長部
１００、２００、３００        攪拌装置
２５７ 散気管
【図１】
2013013861.tif 000003
【図２】
2013013861.tif 000004
【図３】
2013013861.tif 000005
【図４】
2013013861.tif 000006
【図５】
2013013861.tif 000007
【図６】
2013013861.tif 000008
【図７】
2013013861.tif 000009
【図８】
2013013861.tif 000010
【図９】
2013013861.tif 000011
【図１０】
2013013861.tif 000012
【図１１】
2013013861.tif 000013
【図１２】
2013013861.tif 000014
【図１３】
2013013861.tif 000015
【図１４】
2013013861.tif 000016
【図１５】
2013013861.tif 000017
【図１６】
2013013861.tif 000018
【図１７】
2013013861.tif 000019
【図１８】
2013013861.tif 000020
【図１９】
2013013861.tif 000021
【図２０】
2013013861.tif 000022
【図２１】
2013013861.tif 000023
【図２２】
2013013861.tif 000024
【図２３】
2013013861.tif 000025
【図２４】
2013013861.tif 000026
【図２５】
2013013861.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月28日(2011.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽に収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブを保持する保持部と、
前記ドラフトチューブ内に設けられ、回転駆動部の駆動により回転する軸流インペラ、および軸流インペラよりも該軸流インペラの回転中心軸方向上方に、前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって前記軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の径が徐々に小さくなる形状の水面整流体を有し、前記保持部により形成される空間に該保持部の上方から前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向けて挿入され、該保持部に着脱可能に保持される攪拌部とを備え、
さらに該攪拌部が、前記水面整流体の前記軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の最大外径を有する部分に連続して前記軸流インペラの回転中心軸上方に同一外形および同一大きさで延び、かつ、その上端が被処理液の水位よりも上方に位置する延長部を有するものであることを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記水面整流体が、前記断面の径が小さくなる程度が前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって徐々に小さくなるものであることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月26日(2012.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽に収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブと、
該ドラフトチューブを保持する保持部と、
前記ドラフトチューブ内に設けられ、回転駆動部の駆動により回転する軸流インペラ、および軸流インペラよりも該軸流インペラの回転中心軸方向上方に、前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって前記軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の径が徐々に小さくなる形状の水面整流体を有し、前記保持部により形成される空間に該保持部の上方から前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向けて挿入され、該保持部に着脱可能に保持される攪拌部とを備え、
さらに該攪拌部が、前記水面整流体の前記軸流インペラの回転中心軸に直交する断面の最大外径を有する部分に連続して前記軸流インペラの回転中心軸上方に同一外形および同一大きさで延び、かつ、その上端が被処理液の水位よりも上方に位置する延長部を有するものであり、
前記軸流インペラの回転により、前記被処理液を前記ドラフトチューブの上方から吸い込んで前記ドラフトチューブの下方へ吐き出すように構成されていることを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記水面整流体が、前記断面の径が小さくなる程度が前記軸流インペラの回転中心軸方向下方に向かって徐々に小さくなるものであることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。