(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部より加圧水を供給するようにした導水管と、該導水管に接続した複数段のノズル部材と、最終段ノズル部材に接続した整流管と、これら導水管、ノズル部材、整流管の外周を覆うようにして配設した外管とより構成した曝気装置において、導水管とノズル部材との接合部の流水流路内周面にリングスリット状に開口し、流水流路内を流下する加圧水の一部を導入し、流水流路内の負圧にて吸気した空気と混合した混気を流水流路内に吐出するようにした混気ノズルと、導水管とノズル部材間の接合部の流水流路内周面にリングスリット状に開口し、流水流路内の負圧にて吸気するようにした吸気ノズルとを形成するとともに、混気ノズルを吸気ノズルより上流側に配設したことを特徴とする曝気装置。
【請求項２】
混気ノズルを、導水管とノズル部材間の接合部の段差を有する位置に形成したことを特徴とする請求項１記載の曝気装置。
【請求項３】
吸気ノズルを、ノズル部材間の接合部の段差を有する位置に形成したことを特徴とする請求項１記載の曝気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曝気装置、特に汚水中に導入する気泡を、流体の持つ流下エネルギーを用いて効率的に超微細化して酸素の溶存性を高めるようにした曝気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、池、湖沼等の閉鎖された水域、或いは河川等の解放された水域等において、水域内の水又は汚水を浄化するために曝気を行っている。
この曝気方法としては、
▲１▼撹拌曝気機にて汚水を撹拌して強制的に空気との接触を行う方法、
▲２▼水を空気中に噴射することにより空気との接触を強制的に行う噴水方法
等が一般的に採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水の撹拌曝気としては、気泡を微細化すればするほど汚水中の滞留時間が長くなって酸素の溶存性が向上することは周知であるが、従来の
▲１▼攪拌曝気方式においては、一般的に水面または水中にスクリューを配置し、これを動力機にて強制的に回動させて汚水を撹拌し、汚水中に大気を供給混合するようにしているため、機械的駆動部分が水または汚水中に含む不純物の侵入により磨耗したり、又はスクリュー軸に紐等の長い不純物が絡みついて故障したりすることがあり、定期的な点検保守を欠かすことができず、さらには導入する空気の気泡の微細化にもスクリューによる破砕力だけでは限度があり、かつ大きな動力を要するという問題点があった。
▲２▼噴水方式においては、水面又は水面に近い表層部の水のみ攪拌曝気されるだけで、水深の深い池、又は槽においては槽内全体の攪拌曝気は行えないという問題点もあった。
【０００４】
本発明は、従来の曝気装置の有する問題点に鑑み、水中での機械的駆動部をなくし、流水のもつ流速エネルギーを利用して水中に吸入する空気を可及的に微小な気泡とし、汚水をはじめとして畜類の排泄物等の粘性の高い汚物水をも効率的に曝気できるようにした曝気装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の曝気装置は、端部より加圧水を供給するようにした導水管と、該導水管に接続した複数段のノズル部材と、最終段ノズル部材に接続した整流管と、これら導水管、ノズル部材、整流管の外周を覆うようにして配設した外管とより構成した曝気装置において、導水管とノズル部材との接合部の流水流路内周面にリングスリット状に開口し、流水流路内を流下する加圧水の一部を導入し、流水流路内の負圧にて吸気した空気と混合した混気を流水流路内に吐出するようにした混気ノズルと、導水管とノズル部材間の接合部の流水流路内周面にリングスリット状に開口し、流水流路内の負圧にて吸気するようにした吸気ノズルとを形成するとともに、混気ノズルを吸気ノズルより上流側に配設したことを特徴とする。
【０００６】
この発明の曝気装置は、流水路の上流側に混気ノズルを、下流側に吸気ノズルを配設しているので、圧力水の流下行程においてまず導入した加圧水の一部と吸入した空気とを予め混合した後、混気ノズルより流水流路を流下する加圧水中に吐出するようにしているので、加圧水との混合が効率的に行えるとともに、流下水流内に供給される空気の気泡と共に、水の粒子にて流水中に乱流を発生させ、この乱流にて流水中に吸引される気泡が高速で流下する流速と乱流との相乗効果にて微細に破砕され、よりよく混合されるものとなる。
【０００７】
この場合、混気ノズルを、導水管とノズル部材間の接合部の段差を有する位置に形成することができる。
【０００８】
これにより、混気ノズル位置にその上流側と下流側に段差が形成されているので、下流側で流水流路内での負圧の発生が生じやすく、これにより加圧水と空気との混合が確実に行われる。
【０００９】
また、この場合、吸気ノズルを、ノズル部材間の接合部の段差を有する位置に形成することができる。
【００１０】
これにより、吸気ノズル位置に、その上流側と下流側に段差が形成されているので、下流側で流水流路内での負圧の発生が生じやすく、これにより加圧水中に空気の吸引をより確実に行えるとともに、この吸入吸引した空気が下流側の流水流路内周面に沿って流下し、加圧水の流下抵抗を低減し加圧水は高速で流下できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の曝気装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の曝気装置Ａは、池、湖沼等の閉鎖された水域内、或いは河川、港湾等の解放水域内、汚水貯留槽内、畜類の排泄物等粘性の高い汚物の貯留槽内等に配設するもので、図１、図２に詳示するように曝気装置Ａの一端側にはポンプ等から所要の圧力水を供給するとともに、大気中からの空気または加圧空気を吸気し、微細化して混合するように構成する。
【００１２】
この曝気装置Ａの吸気及び気泡の微細化は、図１に示すように筒状体の外管２の一端側に導水管１を、他端側にメガホン形等をした整流管６をそれぞれ接続すると共に、該外管内で導水管１と整流管６との間に筒状をした複数段のノズル部材３、４、５（図示の実施例では３段）を同心直列的に配列配置し、この導水管１に接続した給水管を経てポンプ等から所要の圧力水を供給するように給水し、また、外管２には大気中に開口した吸気管８を接続し、曝気装置内で発生する負圧により空気を自吸し、導水管、ノズル部材間を流通する圧力水のもつ流速エネルギーにて大気からの吸気を破砕し、微細化するとともに、該圧力水と混合して槽内へ吐出して攪拌曝気するものである。
なお、ここで用いる圧力水は、清浄水、その他汚水を濾過した濾過水、浄化水等、導水管、ノズル部材の流水流路を詰まらせないものであれば任意に使用することができる。
【００１３】
前記導水管１は、端部に加圧給水管（図示省略）を接続可能とし、内部には外端側即ち、加圧給水管の接続側の内径を大に、内端側の内径を小とするテーパ面を有するメガホン形の導水ガイド孔１１を形成し、かつ該導水ガイド孔１１の下流端側には一定の長さを有するストレート径の筒状をした導水流路１４を、該導水ガイド孔１１に連続して形成し、このテーパ形の導水ガイド孔１１と、導水流路１４との接続部位置にくびれ１２を形成し、このくびれ位置の近傍で、かつ導水流路１４側に空気導入孔１３を穿設する。
この空気導入孔１３は導水管１の導水流路側に１又は２以上穿孔するものとし、これは第１段ノズル部材３より上流側で、導水流路内で発生する負圧により吸気可能とするように、外管２の内周面部にそって形成した空気通路２１内に開口し、該空気導入孔１３を介して外周部の空気通路２１と導水流路１４とを導通する。
【００１４】
また、導水管１の後端側外周部の周面部を、その全周に亘って予め定めた深さとなるように切削して、この切削くぼみ部の外周に第１のノズル部材３を嵌合し、この第１のノズル部材３にて覆われた切削くぼみ部を、気液混合室１５として形成するとともに、該導水管の下流側外周部には、内周面に形成した導水流路１４と、外周面側に形成した気液混合室１５との内外間を導通するようにして吸水孔１６を穿設し、これにより導水流路１４内を高速で流下する圧力水の一部を気液混合室１５内に取り入れるようにする。
【００１５】
前記、第１のノズル部材３は、中央部が穿孔された扁平な切頭円錐形（皿形、椀形等）で、その外周縁部３１を導水管１の下流側端面と第２ノズル部材４の上流側端面との間にて挟持するようにし、かつ導水管１、第２ノズル部材４と同心となるようにして固定し、中央部に穿孔した通水孔３２の内径は前記導水管１の導水流路１４の内径より少し大径となるストレート状の孔とし、かつ中央のテーパ面部には前記気液混合室１５に開口するようにして吸気孔３３を穿設して構成する。この吸気孔３３により第１のノズル部材３の下流側面にて第２ノズル部材との間に形成する空気室４２と気液混合室１５とを導通し、空気室４２内に供給される空気の一部を該吸気孔３３を経て気液混合室１５へ導入できるようにする。
【００１６】
第１のノズル部材３の下流側端部に接続する第２ノズル部材４は、内部にストレート径とした流水流路４４を形成し、かつその上流側の先端部４１が拡大された筒形に形成し、この先端部４１の内周面のくぼみ部に空気室４２を形成するとともに、さらに先端部４１に空気孔４３を穿孔して構成する。そして、この空気室４２は外管２の内周面と導水管１、ノズル部材４，５の外周面との間に形成された空気通路２１と空気孔４３を介して導通する。
この空気孔４３は先端部内周に形成された空気室内に接線方向に開口するようにして１又は２以上穿孔して空気通路２１内の空気の一部を空気室４２内へ旋回流となって導入するように形成する。
【００１７】
また、導水管１の下流側端面と、第１ノズル部材３の上流側端面との間にリングスリット状の混気ノズル９１を形成する。これは第１のノズル部材３を導水管１と、第２ノズル部材４間にて挟持固定する際、予め定めた隙間を形成するようにしておくものとし、かつ導水流路１４と第１のノズル部材３の通水孔３２との段差が生じる位置に形成されるものとする。
また、第１ノズル部材３の下流側端面と第２ノズル部材４の上流側端面との間の段差が生じる位置にも同様にしてリングスリット状の吸気ノズル９２を形成する。これは混気ノズル９１の径より吸気ノズル９２の径を少し大となるようにして各導水流路１４の内径ａ、第１ノズル中央部の通水孔３２の内径ｂ、流水流路４４の内径ｃを、ａ＜ｂ＜ｃの関係となるようにしてそれぞれの内径を定める。
【００１８】
また、第２ノズル部材４の下流側端部に、第３ノズル部材５の上流側端部を嵌合式にして接続する。この第３ノズル部材５は、第２ノズル部材４と同様に内部に第２ノズル部材４の流水流路４４の内径ｃよりも少し大径とした内径ｄを有するストレート径とした流水流路５４を形成し、かつ第２ノズル部材４の下流側端部と接続する上流側端部５１の外周面に空気孔５３を穿設して構成する。
この空気孔５３は、第２ノズル部材４と第３ノズル部材５との接続部で、該両部材間にリング状に形成した空気室５２内と、空気通路２１とにそれぞれ開口するようにして穿孔するとともに、この空気孔５３は空気室５２に対し接線方向となるようにして穿孔する。
これにより空気通路２１から空気孔５３を経て空気室５２内に流入する空気は旋回流となり、さらにこの空気室５２は第２ノズル部材４の下流側端面と段差を有する位置の第３ノズル部材５の上流側端面間に形成したリングスリット状の吸気ノズル９３と導通させる。
この吸気ノズル９３の径は前段、即ち上流側に配設した吸気ノズル９２の径よりも大となるようにして、第２ノズル部材４、及び第３ノズル部材５の内径ｃ及びｄを定めるものとする。
【００１９】
また、第３ノズル部材５の下流側端部には整流管６を接続する。この整流管６の上流側端部と、第３ノズル部材５の下流側端部とには段差を有し、この接続部には、前記第２ノズル部材４と第３ノズル部材５との接続部と同様にして、該両部材接続部間にリング状の空気室６２を形成し、この空気室６２と空気通路２１とに開口するようにして空気孔６３を穿設する。
また、第３ノズル部材５の後端面と段差を有する整流管６の先端面との間にリングスリット状の吸気ノズル９４を形成する。
この空気孔６３は空気室６２に対し接線方向となるように穿孔し、これにより空気通路２１から空気孔６３を経て空気室６２内に流入する空気は旋回流となり、この空気室６２を経て吸気ノズル９４へと流入する。
【００２０】
なお、外管２の一端部に導水管１をボルト止めにして固定すると共に、外管の他端を整流管６に螺合にて固定するが、これは外管端部にボルトにて固定した取付板７の内周面に刻設したねじを整流管６の外周面に形成した雄ねじに螺合して固定するものである。
この外管２と導水管１、整流管６の固定方法は、図示以外の方法でも行える。
【００２１】
次に、上述の如く構成した本発明実施例の曝気装置において、その作用を説明する。
曝気装置Ａを所定の池、又は槽内に設置し、給気管８の開口先端を大気中に開口するようにして配設し、ポンプ又は水中ポンプを稼働し給水管を介して加圧水を導水管１に供給する。加圧水は導水管内のテーパ状となった導水ガイド孔１１内を流下する際、導水ガイド孔の形状によりさらに加圧され、高速で流下する。
導水ガイド孔１１の終端部は細径となったくびれ位置１２を介して導水流路１４に連接されているので、高速で流下する流体にて導水流路内に発生する負圧にて大気と絵気管を介して導通している空気通路２１内の空気を、該空気導入孔１３より吸気される。この吸気は気泡となって導水流路内を流下するとともに吸気にて乱流も生じて吸入され破砕された気泡は流下する圧力水と混合される。
また、導水流路内を流下する圧力水にて段差がある混気ノズル９１を通過する際、その下流側に負圧が発生し、該負圧にて混気ノズル９１より空気と圧力水の混合流体を吸引するものとなる。
【００２２】
この混気ノズル９１より噴出される流体は、導水流路内を流下する圧力水の一部が吸水孔１６を経て気液混合室１５内へ、また吸気孔３３を経て空気室４２内の空気を気液混合室１５内へ導入され空気と圧力水の混合されたものとなっている。
これにより、第１ノズル部材３を通過する高速の圧力水に、空気の気泡と圧力水との混合流体が加えられるようになって気泡だけでは得られない衝撃力が発生して導入された気泡は、この衝撃力にて破砕され微細化される。
さらに、混気圧力水が吸気ノズル９２を通過する際、該吸気ノズル９２の上流側と下流側の流路径の段差により下流側の流水流路４４内に負圧が発生して該負圧にて空気通路２１、吸気孔４３、空気室４２を経て吸気ノズル９２からも空気を気泡として吸入される。
【００２３】
この場合、吸気ノズル９２から吸入された空気は圧力水にて破砕されその気泡の一部は流水流路内周面に沿って圧力水と共に流下する。この流水流路内周面に沿う気泡は潤滑剤の役目をして圧力水の流下抵抗を小なるものとして混気された圧力水は高速で流下する。
同様にノズル部材５，調整管６内を順次流下する際、吸気ノズル９３、９４からも流水流路５４、６４内に発生する負圧により順次空気を吸入し、かつ破砕混合され、整流管６の下流側端部より水域内へ高速で吐出されるものである。
【００２４】
【発明の効果】
本第１発明の曝気装置によれば、流水路の上流側に混気ノズルを、下流側に吸気ノズルを配設しているので、圧力水の流下行程においてまず導入した加圧水の一部と吸入した空気とを予め混合した後、混気ノズルより流水流路を流下する加圧水中に吐出するようにしているので、加圧水との混合が効率的に行えるとともに、流下水流内に供給される空気の気泡と共に、水の粒子にて流水中に乱流を発生させ、この乱流にて流水中に吸引される気泡が高速で流下する流速と乱流との相乗効果にて微細に破砕され、よりよく混合されるものとなる。
【００２５】
本第２発明の曝気装置によれば、混気ノズル位置にその上流側と下流側に段差が形成されているので、下流側で流水流路内での負圧の発生が生じやすく、これにより加圧水と空気との混合が確実に行われる。
【００２６】
本第３発明の曝気装置によれば、吸気ノズル位置に、その上流側と下流側に段差が形成されているので、下流側で流水流路内での負圧の発生が生じやすく、これにより加圧水中に空気の吸引をより確実に行えるとともに、この吸入吸引した空気が下流側の流水流路内周面に沿って流下し、加圧水の流下抵抗を低減し加圧水は高速で流下できる。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明曝気装置の実施例の要部を示す断面図である。
【図２】  本発明曝気装置の実施例の全体を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ    曝気装置
１    導水管
２    外管
３    第１ノズル部材
４    第２ノズル部材
５    第３ノズル部材
６    整流管
７    取付板
８    吸気管
１１  導水ガイド孔
１３  空気導入孔
１４  導水流路
１５  気液混合室
１６  吸水孔
２１  空気通路
４２、５２、６２  空気室
４４、５４、６４  流水流路
４３、５３、６３  空気孔
９１  混気ノズル
９２  吸気ノズル
９３  吸気ノズル
９４  吸気ノズル
【図１】
0003968737.tif 000002
【図２】
0003968737.tif 000003