(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性流体の内部を移動してその粘性流体を混合する装置であって、
その終端部において機械的に枢支する第１手段を提供する構造的ミキサ支持体と、
その中心点において前記第１機械的枢支手段に枢支接合されることにより、枢動によって、その両端部を交互に上昇位置および下降位置に向かって反対方向に移動させることが可能となり、該両端部の各々が第２機械的枢支手段を提供する、構造的な線形に細長いバランス棒と、
該バランス棒の該両端部が前記上昇位置と前記下降位置との間で移動する際に、垂直方向を維持するように、各々が前記第２機械的枢支手段の１つに枢支係合される、垂直方向の一対の構造的な線形に細長いミキサ管と、
各々が該ミキサ管の１つの底終端部に隣接して接合され、下で上方向に移動する気泡を捕えることができるように下方向に向いた凹面を提供する、一対の剛性キャップ手段と、を具備し、
前記粘性流体の底と表面との間で該剛性キャップ手段が移動することを前記バランス棒が可能にすることによって前記上昇位置および下降位置が確立され、
前記ミキサ管の内部に、前記第２機械的枢支手段に隣接する気体入口ポートからの気体を前記凹面に隣接する気体排出ポートへ導くことにより、気体が前記凹面の下に噴出されることが可能となると共に、前記凹面の下の気体がそこから排出されることが可能になる、管路が設けられている装置。
【請求項２】
前記剛性キャップの各々に対し逆さになる力を打消すことができるように、前記凹面の各々の下の中心に配置されるカウンタウェイト手段を更に具備する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記剛性キャップの各々の周縁部を支持する構造的スポーク手段を更に具備し、該構造的スポーク手段が、前記ミキサ管と前記剛性キャップの各々の前記周縁部との間に放射状に延在する請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記ミキサ管の各々の前記気体入口ポートにおいてバルブ手段を具備し、該バルブ手段が、前記剛性キャップが前記粘性流体内に沈んでいない時は該バルブ手段を正常に開くバイアス手段と、前記剛性キャップが該粘性流体内に沈んでいる時は該バイアス手段の力に対して前記バルブ手段を閉じる浮動制御手段と、を有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
気体で貯蔵タンクを加圧する圧縮機モータポンプコンビネーションを更に具備し、該貯蔵タンクが、交互に前記剛性キャップに該気体を提供し該剛性キャップから該気体を排出するようにクロック手段によって作動されるソレノイドバルブ手段に、圧力により該気体を運ぶ請求項１に記載の装置。
【請求項６】
粘性流体の内部を移動してその粘性流体を混合する装置であって、
係合されている構造的ケーブルが前方および逆方向に移動することを可能にするプーリ構成を提供する構造的ミキサ支持体と、
上昇位置と下降位置との間で移動するために前記構造的ケーブルの一方の端部に係合される、垂直方向の構造的な線形に細長いミキサ管と、
該ミキサ管の底終端部に隣接して接合され、下の上方向に移動する気泡を捕えることができるように下方向に向いた凹面を提供する、剛性キャップ手段と、
を具備し、
前記粘性流体の底と表面との間で前記剛性キャップ手段が移動することを前記構造的ケーブルが可能にすることによって前記上昇位置および下降位置が確立され、
前記ミキサ管の内部に、前記粘性流体の前記表面の上の気体入口ポートからの気体を前記凹面に隣接する気体排出ポートへ導くことにより、気体が前記凹面の下に噴出されることが可能となると共に、前記凹面の下の気体がそこから排出されることが可能になる、管路が設けられており、
移動中の前記剛性キャップ手段を平衡するように前記構造的ケーブルの他方の端部に係合されるカウンタウェイト手段を具備する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して混合装置に関し、特に、液体またはスラリを曝気および攪拌する目的で使用される気体誘引型およびカウンタバランス型デュアル混合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ますます人口が増加するに従い、水、汚水および産業廃棄物処理が非常に重要になってきている。また、それらは、より多くの処理が要求されればされるほど非常に高価なプロセスとなってきている。従って、この業界では、効率および経済性を改善するために、新たな処理手段が常に捜し求められている。曝気および攪拌は、これら処理プロセスの不可欠な部分である。
【０００３】
以下の技術は、この分野の現在の状態を明確にする。
Clough，Jr.による米国特許第３，７８８，６１６号は、次のように教示する。「大量の液体を同時に曝気し攪拌するシステムである。本システムは、液体内において枢着されその枢支点がその端部の中間に位置する本体と、本体の下側に空気を送る手段と、を備える。本体は、各端部において交互に十分な空気を捕えることにより、その端部を液体内で上昇させるように適応され、本体の端部が所定の量上昇した時その端部で捕えられた空気を解放する手段が提供され、その結果本体がシーソーのようにその枢支軸を中心に振動する。」
【０００４】
Everettによる米国特許第４，３６３，２１２号は、次のように教示する。「液体内の浮揚気体の潜在エネルギを回転する機械的エネルギに変換する浮力原動機は、連続的なループを形成するよう回転可能なスプロケットおよびシャフトを有する１つまたは複数の鎖によって接合された複数の剛性または折畳み式バケットを備え、それによって、浮揚気体がパケット内で捕えられると、バケットが液体を上昇し鎖およびスプロケットを回転させることにより、動力を発生させるようになる。」
【０００５】
Parksによる米国特許第４，５９５，２９６号は、次の発明を教示する。「所定の可変サイズおよび周波数の脈動空気または気泡が、混合または混和のために攪拌される材料を格納しているタンクに注入される混合および混和システムに関する。空気は、タンクの底部において空気取入口開口を通って導入される。２つ以上の空気取入口があってよく、取入ロには、混合および混和が行われているタンクの直径および高さによりアキュムレ一夕プレートが設けられてよい。取入口は、略垂直平面に流体の環状トロイダル流を生成するように配置される。アキュムレータプレートは、空気取入口に対して圧縮空気が加えられることから本質的に１つの気泡を形成することを助け、その気泡がより迅速にかつタンクの底部のより近くに形成きれるようにすることによって、その気泡が液体内を上昇するために必要な時間を増大させる、という目的を有する。このように、アキュムレータプレートは、水等の低粘度液体で利用される。」
【０００６】
Hjort等による米国特許第４，７７９，９９０号は、次のように教示する。「容器内の液体に気体を分散する羽根車装置は、羽根が、後端部に鋭い背骨状突起が設けられた実質的に流線形の後面を有するように形成された、遠心流タービンを含む。羽根は、プレート状の最初の空間が対称の中心線を有する形状に切断され、その空間が対称の直線に沿って折畳まれることによって形成される。」
【０００７】
Litz等による米国特許第４，９１９，８４９号は、次のように教示する。「ドラフト管に軸流下向き送り用インペラを備えた容器を有する気液混合プロセスおよび装置は、インペラシャフトの中空部分から液体内に延在する気体吸引管を有する。インペラによる渦流発生を妨げる液体レベルで気液混合する際、気体は、オーバヘッドから吸引管を通って液体内に引込まれる。」
【０００８】
Smallによる米国特許第５，１５６，７８８号は、次のように教示する。「流体、例えば液体の気化の混合において使用される装置は、内部流路を有する細長部材と、ラジアルアームを介して長手部材に取付けられ、各々、軸が長手部材に対して実質的に接している中細ダクトを有する１つまたは複数のベンチュリ部材と、を備え、ダクトのネックが、ラジアルの流路を介して内部流路と通じる開口を有する。装置の回転時、ダクトネックの圧力が低下することにより、流体が細長部材のシャフトを下って流れる。」
【０００９】
Middleton等による米国特許第５，１９８，１５６号は、次のように教示する。「液体用の貯水槽と、貯水槽内に取付けられ複数の放射状に延在する羽根を備えたロータと、流体を貯水槽の液体内に導入するスパージャ手段と、を含むタービン携拝機アセンブリ。流体スパージャ手段とロータとは、使用時に、ロータ羽根（液体内に沈められる）および／またはそれらが発生させる液体流が散布された流体を分散させるように、構成され配置される。羽根の各々は、中空であり、不連続の前縁を有し、鋭角に沿った唯一の後縁を有し、外部に凹面を有しておらず、開いた放射状の外端を有する。」
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、気体誘引混合と共に、タービン、羽根を備えたロータおよび他のあらゆる機械的装置等の液体を混合するあらゆる手段を教示している。しかしながら、従来技術は、液体内で自然に発生する気泡を捕える軽量の混合装置も、この気体または誘引される気体流を使用して必要な混合を提供するかかる装置も教示していない。従来技術は、気泡が液体を曝気し攪拌するために使用される電動化されていない気体誘引型混合装置を教示しており、液体をさらに攪拌するために構成要素を液体内で移動させる起動力として気泡を使用する、電動化されていない気体誘引型混合装置を教示している。本発明は、効率、制御および効果において利点を提供する、これら装置に対する改良である。それは、これら要求を満たし、以下の要約で述べるような更に関連する利点を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下に述べる目的を達成する構成および使用においていくつかの利益を教示する。
【００１２】
本発明、すなわちカウンタバランス型デュアル潜水式液体ミキサは、混合される液体の表面上に懸吊されたバランス棒の両端部で移動する一対のカウンタバランス型混合装置を提供する。棒は、混合装置の一方が液体内の上昇位置にある時、混合装置の他方が下降位置にあって、２つの混合装置の各々が他方と平衡するように、その端部を上昇位置と下降位置との間で交互に垂直に移動させるように、枢動することができる。各混合装置は、混合装置の凹面の下で捕えられる気体の浮力により、また他方の混合装置がその浮揚気体を排出する時はその他方の混合装置の負の浮力により、液体内を上方に浮揚する。代替的に、混合装置の各々は、その下向きのストローク時に、それ自体の重さ（負の浮力）により、および同時にその上向きのストロークで移動する他方の混合装置の浮揚作用により、下方に移動する。浮揚気体は、バランス棒から延在する支持ロッドと一体の気体導管により、混合装置の凹面の下から噴出され排出される。
【００１３】
本発明の主な目的は、従来技術によって教示されていない利点を有する、５５ガロン以上の大型容器で使用されるためであると共に、処理を必要とする水に対する液流内（in-stream）の曝気のための、潜水式液体ミキサを提供することである。
【００１４】
他の目的は、各ミキサが他方を移動させるための力を提供する、一対の交互のミキサとして平衡する垂直移動を行うミキサを提供することである。
【００１５】
更なる目的は、一対のミキサキャップの一方の重みおよび負の浮力と、キャップの他方の下の捕えられた気体の正の浮力と、を使用して、両ミキサキャップを移動させる能力を有するミキサを提供することである。
【００１６】
そして、本発明は、汚水および廃棄物タンク等、バクテリアを含む水のタンクおよび水自体と、化学薬品、油およびすべての種類の水溶液等の他の物質を含む水のタンクおよび水自体と、の両方に対する曝気および攪拌において適用される。
【００１７】
本発明の他の特徴および利点は、例として本発明の原理を例示する添付図面に関連して、以下のより詳細な説明から明らかとなろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
上述した図面は、本発明、すなわち気体を用いて粘性流体１０を混合する装置を例示している。流体１０は、水または他の液体でよいが、この明細書では、典型的なものとして水を使用する。図１に示すような装置は、垂直方向を向いた、構造的な中心ミキサ支持体３０を備え、それは、その上部終端部３４において単純な回転軸受け等の機械的枢支のための第１手段３２を提供する。構造的な線形に細長いバランス棒４０が、その中心点４２において、中心ミキサ支持体３０の第１機械的枢支手段３２に枢支接合され、それによりバランス棒４０は、枢動することによって、バランス棒４０の両端部４４、４６を図１に示すように垂直に反対方向に、交互に上昇した位置５０および下降した位置６０に移動させることが可能である。バランス棒４０の両端部４４、４６は、各々、同様に単純な回転軸受けであってよい第２機械的枢支手段４８を提供する。
【００１９】
垂直方向の、一対の構造的な線形の細長いミキサ管７０は、各々、バランス棒４０の両端部が上昇位置５０と下降位置６０との間を移動する際にミキサ管７０の垂直方向を維持するように、第２機械的枢支手段４８の一方に枢支係合されている。
【００２０】
一対の剛性キャップ８０は、各々、ミキサ管７０の一方の底終端部近くに接合され、剛性キャップは、下方を向いた凹面８２を提供し、凹面は、その下の上方に移動する気泡を捕えることができるように配置されている。バランス棒４０によって確立される上昇および下降位置５０、６０により、剛性キャップ８０は、その剛性キャップ８０が沈む粘性流体１０の底１２と表面１４との間を移動することができる。ここで図２を参照すると、ミキサ管７０は、その内部に、第２機械的枢支手段４８に隣接する気体入口ポート７６からの気体を、凹面８２の下の気体排出ポート７８まで導く管路７４を提供し、それによって、気体が凹面８２の下に噴出されキャップ手段８０に揚力または浮力を与えることが可能になり、また、凹面８２の下の気体が、かかる浮力を除去するためにそこから排出されることが可能になる。工夫に富むように、バルブ手段１１０が、ミキサ管７０の各々の気体入口ポート７６近くに配置され、バルブ手段１１０は、剛性キャップ８０が粘性流体１０内に沈んでいない時にバルブ手段１１０を正常に開くばね等のバイアス手段１１５と、剛性キャップ８０が粘性流体１０内に沈んでいる時にバイアス手段１１５の力に対してバルブ手段１１０を閉じる浮動制御手段１２０と、を含む。これは、図２において明療に示されており、そこでは、浮動制御手段１２０がバルブ手段１１０を強制的に閉じることを可能にするために、プッシュロッド１１２が使用されている。本発明のいくつかの移動要素の機械的動きを明瞭に例示するために、図１および図２において矢印が描かれている。
【００２１】
カウンタウェイト手段９０が、工夫に富むように、剛性キャップ８０の各々に対し逆さになる力を打消すことができるように、凹面８２の各々の下の中心に固定して配置される。すなわち、剛性キャップ８０が傾く傾向にあり、それにより面８２の下で捕えられキャップ８０に浮力を与える気体の一部を漏らす場合、カウンタウェイト手段９０が、かかる傾きを抑制する役割を果たす。
【００２２】
剛性キャップ８０をミキサ管７０に取付ける際の強度を追加するために、少なくとも３つまたは４つの放射状脚１０５を備えた構造的スポーク手段１００が、図２に示すように、剛性キャップ８０の各々において剛性キャップ８０の各々の周縁部８４を支持するために、溶接されるかまたは他の方法で永久的に適所に取付けられ、それにより、薄板金属材料のキャップ８０の各々が締結されることができ、なお剛性構造を提供することができる。スポーク手段１００は、好ましくは、混合管７０と剛性キャップ８０の各々の周縁部８４との間に放射状に建在する。
【００２３】
図３は、本発明の一対のミキサの略平面図であり、かかるミキサが矩形タンク１２０にいかに配置されるかを概略的に示す。ミキサの対は各々独立して動作する。図４は、図３のミキサの側立面図であり、固定されているタンクまたは池がミキサ構成と共にどのように構成され得るか、およびそれがどのように覆われるか（参照符号１３０）を概略的に示す。
【００２４】
図５は、本発明のミキサ構成に対し気体を供給する１つの手法を示す制御概略図である。かかる配管構成は、本発明のミキサの対に対し空気またはあらゆる気体がどのように供給され得るかを示す。圧縮機モータポンプコンビネーション１４０は、貯蔵タンク１５０を加圧する。そして、空気が、圧力によりソレノイドバルブ１６０に運ばれる。ミキサペアの剛性キャップ８０の下に交互に空気を噴出するように、空気を、気体ライン７７を通って適当な気体入口ポート７６に運ぶよう、バルブ１６０を交互に作動するために、クロック１７０が使用される。この場合も、代替的に、各キャップ８０が浮上する時にバルブ１１０を通って気体が自動的に排出され、それにより、浮動１２０が落ちることによってばね１１５が各バルブ１１０を開くことができるようになる。
【００２５】
本発明の図６に示す代替的な実施形態では、上述したように、剛性キャップ８０の１つまたは複数が、プーリ構成２１０を提供する構造的ミキサ支持体２００に係合され、プーリ構成２１０は、矢印「Ｆ」および「Ｒ」によって示すような前方および逆方向に移動するようにプーリ構成と係合された構造的ケーブル２２０の移動を可能にする。上述したミキサ管７０は、上端でケーブルと、下端で剛性キャップ８０と、接合する。ケーブル２２０は、ミキサ管７０を上述したような上昇位置５０と下降位置６０との問で移動させる。移動中の剛性キャップ８０と平衡するために、ケーブル２２０の他端にはカウンタウェイト２３０が係合されている。この場合も、図６に示すように、タンク、潟、池等において流体を混合するために、上述した一対またはそれより多くのミキサが配置されてよい。図６には示されていないが、気体をミキサに運ぶために可撓性気体ライン７７が採用されてよく、第１実施形態に対して述べたように、上述した排出バルブが採用されてよい。
【００２６】
本発明を少なくとも１つの好ましい実施形態に関して説明したが、当業者には、本発明がそれに限定されない、ということが明白に理解されるはずである。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に関連してのみ解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
添付図面は、本発明を例証する。かかる図面において、
【図１】  図１は、本発明の好ましい実施形態の側立面図を示す機械的概略的概念図である。
【図２】  図２は、以下に構造的詳細を明らかにするキャップの部分的切取り部分を含むその混合アームの拡大図である。
【図３】  図３は、本発明の一対のカウンタバランス型デュアルミキサの平面図である。
【図４】  図４は、その側面図である。
【図５】  図５は、本発明と共に使用される気体送り方式を示す略図である。
【図６】  図６は、本発明の代替的な実施形態の側立面図を示す機械的概略的概念図である。
【図１】
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【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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