JP2001514957A - 改良された混合及び曝気装置 - Google Patents

改良された混合及び曝気装置

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JP2001514957A JP2000509512A JP2000509512A JP2001514957A JP 2001514957 A JP2001514957 A JP 2001514957A JP 2000509512 A JP2000509512 A JP 2000509512A JP 2000509512 A JP2000509512 A JP 2000509512A JP 2001514957 A JP2001514957 A JP 2001514957A
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Abstract

(57)【要約】 回転シャフトにより駆動される中央ディスクからなる混合装置。多数の混合板が中央ディスクの上方及び/ 又は下方に積層されてなる。混合板は中央ディスクとは平行に相隔たってなる。各混合板は中央穴を有し、中央穴の直径は中央ディスクから離れるにつれて漸増して、回転シャフトと同心の空間を規定してなる。作動時、流体は前記空間に引き込まれ、板間から流出するよう誘導される。流体の表面近傍に設置される場合、空気が引き込まれ、流体は混合と同時に曝気される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、混合及び曝気分野に関する。とりわけ、曝気も可能な改良された混
合装置を開示するものである。
【０００２】 発明の背景 化学的なプロセス、下水処理、廃水曝気等を含む多くの状況において、異なる
流体同士、あるいは流体と固体とを効率的に混合することが必要とされている。
典型的に、混合は、物理的に流体を移動させ、そのことにより攪拌を生じさせて
混合を行う回転式ブレード又はインペラーによりなされる。このプロセスの効率
は、混合ブレードの設計及び被混合成分の性質に大きく依存する。
【０００３】 ジェネラル・シグナル・コーポレーション（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｓｉｇｎａｌ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡された米国特許第５３４４２３５号には、エー
ロフォイル形状を持つ改良されたインペラーブレードが記載されている。このブ
レードは、使用時における被混合固体との衝突による劣化問題を改善するために
耐食材料により被覆されている。このジェネラル・シグナル・コーポレーション
の特許には、インペラー型混合装置及び曝気装置分野の大まかな状況が示されて
いる。
【０００４】 従来技術の評価において、株式会社中央理化（Ｃｈｕｏｒｉｋａ Ｃｏ Ｌｔ
ｄ．）に譲渡された米国特許第４８６５４５９号が参考になると思われる。該特
許には、固定ディスクから若干離れた位置でシャフト上に取り付けられた回転デ
ィスクからなる混合装置が記載されている。シャフト端部には液体を引き込むた
めのプロペラが取り付けられ、該液体は、固定ディスクと回転ディスクとの間の
剪断力によって、回転ディスクの開口部を通して引き込まれる。ディスク間の剪
断力は、効果的且つ均一な混合を生ずると言われている。
【０００５】 また、ラインテック・ヴァイラント（Ｒｈｅｉｎｔｅｃｈ Ｗｅｉｌａｎｄ）
に譲渡された米国特許第４２６７０５１号も参考になると思われる。該特許には
、水平シャフトにより液体表面近傍で回転してなる一群の平行板からなる曝気装
置が記載されている。各ディスク周縁の矩形キャビティで空気を捕捉し、ディス
クの回転と同時に液面下まで空気を送るものである。空気の捕捉及び液面下での
放出は、液体中の酸素含有量をほどほどの効率で増加させることが知られている
。この装置は、液体中で単に気泡を発生させるよりも効率的であるように思われ
るが、その改善率は僅かであるように見受けられる。
【０００６】 更に効率的な曝気装置が、ソシエテ・パリジェンヌ（Ｓｏｃｉｅｔｅ Ｐａｒ
ｉｓｉｅｎｎｅ）に譲渡された仏国特許第１５８０３８９号に記載されている。
該特許には、４枚の板で分割された二つの平行なディスクからなる空気分配装置
を一端に取着してなる中空スピンドルが記載されている。空気分配装置上方にお
いてスピンドルにはつる巻線が取着され、装置内に空気が引き込まれ液体中に分
散される。この装置は液体内に空気を何とか導入すると思われるが、気泡が発生
しては、直ちに表面へ移動することにより、得られる効果は小さなものとなると
思われる。
【０００７】 広範な混合装置設計並びに曝気装置及び混合装置の改良を目的とする広範な活
動にも拘らず、未だ相当の改善を行う余地がある。 発明の目的 本発明の目的は、改良された混合装置を提供することにある。本発明の別の目
的は、改良された曝気装置を提供することにある。更なる目的は、以下の説明に
より明らかにする。
【０００８】 発明の開示 一形態において、この場合唯一の形態である必要はなく、実際、最も広範な形
態を意味するものであるが、本発明は改良された混合装置であり、該装置は、回
転シャフトと、該シャフトの下側部分に同軸装着されてなる中央ディスクと、該
シャフトに同軸装着されてなる複数の混合板とからなり、前記混合板が該中央デ
ィスクと平行に相隔たってなり、前記混合板の各々が中央穴を有してなり、複数
の混合板の中央穴が共に一又は複数の空間を規定するものであり、該空間が中央
ディスクに頂点を有し、中央ディスクから最も離れた最も外側の混合板に底を有
してなるものである。
【０００９】 混合板は中央ディスクの上側、下側又は両側に装着されてなる。 複数の混合板を相互に、また中央ディスクから隔てるように、複数のスペーサ
ーが、混合板に隣接して好適に配置されてなる。 好ましくは、各中央穴は所定の直径を有してなり、これら直径は、円錐形の空
間を規定するように、中央ディスクに近い混合板から最も外側の混合板に向かっ
て漸増するものである。
【００１０】 中央ディスクの上側には２乃至１０枚の混合板、中央ディスクの下側には２乃
至１０枚の混合板があることが好ましい。最も好ましくは、中央ディスクの上側
に６枚の混合板、中央ディスクの下側には４枚の混合板が配されてなる。
【００１１】 好ましくは、円錐は、シャフト軸に対して２０度乃至８０度の角度で形成され
る。最も好ましくは、円錐は、シャフト軸に対して３０度の角度で形成される。
一形態において、シャフトは中空であり、中央ディスク内に形成されてなる流
路と連通している。該流路は、中空の中央シャフトと中央ディスクの外周とを連
通させてなる。
【００１２】 本発明の理解を助けるために、ここで好適な態様を、図面を参照して説明する
。 図面の詳細な説明 図１は、混合装置の第一態様を示すものであり、該装置は総括的に符号１で示
されている。混合装置１は、回転シャフト３の下端と結合してなる中央ディスク
２からなる。回転シャフト３は上端のモーター（非図示）により駆動される。
【００１３】 符号４で示されるような複数の混合板がシャフト３と同心、且つ、中央ディス
ク２と平行に装着されてなる。中央ディスク２及び混合板４は、ロッド５で組み
立てられてなる。各ロッドは、中央ディスク２内に螺挿可能に一端が螺刻されて
なり、他端に混合板を押さえる螺頭を有してなる。中央ディスクを押さえる螺頭
を有し、最上部の混合板に向かって螺挿されるような逆向きのロッドも可能であ
ることは自明である。
【００１４】 混合板４は、ロッド上に配されたスペーサー４ａ（図４に図示）によってロッ
ド上に等間隔に並んでなる。好適な態様において、該スペーサーは全て同一寸法
であり、そのことにより、混合板が等間隔で配置される。等間隔での配置は本発
明実施の本質ではない。本発明者の考察によれば、ある用途においては、混合板
同士の間隔が漸増又は漸減していく構成が有利である場合もある。
【００１５】 各混合板４は中央穴６を有してなる。各混合板４における該中央穴６の直径は
異なる。混合板４は、該中央穴６が、中央ディスクにおいて閉じ、最上板に向か
って開く上側円錐を形成するような配置に配されてなる。シャフト３の中央軸に
対する前記上側円錐の角度は、２０度乃至８０度の範囲内とすることができるが
、本発明者は３０度の角度が最も好適であることを確認している。作動時には、
該混合装置の回転により、流体は前記上側円錐内を下降し、板と板との間から流
出する。操作に関しては図５を参照してより詳しく説明する。
【００１６】 混同装置の第二態様が図２に示されている。この第二態様は、構成要素が逆向
きになっている以外は、第一態様と同様である。第一態様の場合と同様に、中央
ディスク２がシャフト３の下端に装着されてなる。複数の混合板７が、ロッド８
により中央ディスクの下に取着されており、該ロッドに装着されたスペーサー７
ａ（図４に図示）により相隔たっている。
【００１７】 スペーサー４ａ、７ａは、混合板４、７とは別個のものとして図示されている
が、該混合板と一体に形成可能であることは自明のことと思われる。 混合板7 における中央穴9 は、中央ディスクにおいて閉じ、最下混合板に向か
って開いてなる下側円錐を形成してなる。該混合装置の回転により、流体は最下
混合板を通って上昇し、板と板との間から流出する。
【００１８】 本発明者は、図３に示す第三態様において、最良の混合結果が得られることを
見出した。この第三態様は、図１に係る前記第一態様と図２に係る前記第二態様
とを組み合わせたものである。既に記載の通り、中央ディスク２がシャフト３の
下端に固定されてなる。該第三態様において、６枚の混合板４が、中央ディスク
上側に積層され、４枚の混合板７が中央ディスク下側に積層されてなる。各混合
板は中央穴を有してなり、中央ディスクの上下にそれぞれ円錐が形成するように
、前記中央穴の直径は中央ディスクに向かって小さくなっている。
【００１９】 前記第三態様の混合装置の構造は、図４で最も明瞭に示されている。図面から
分かるように、ロッド５及び８が中央ディスク２内に螺入し、混合板４、７を中
央ディスクに対して平行に相隔てて保持してなる。中央穴６、９の直径は、中央
ディスクに向かって上側円錐及び下側円錐を形成するように漸減してなる。中央
ディスク２の螺子穴１２は、シャフトの螺刻されてなる端部を受け入れるもので
ある。
【００２０】 装置作動中、流体は、上側円錐１０及び下側円錐１１内に引き込まれ、混合板
と混合板との間から分散せしめられる。混合装置作動時の流体の流れは、図５に
図式的に示されている。図５において、混合装置１は、流体１４で満たされたタ
ンク１３内に吊り下げられた状態で示されている。混合装置１はモーター１５に
より駆動され、該モーターはフレーム１６で支持されてなる。典型的なモーター
として、回転数１４４０ｒｐｍの２馬力（約１．５ｋＷ）電気モーターを挙げる
ことができる。
【００２１】 流動線１７が示すように、流体は各円錐内部に引き込まれ、混合板と混合板と
の間から該混合装置外へ分散する。混合装置が流体表面近傍に吊り下げられてい
るとき、渦が形成し、上側円錐内に空気が引き込まれ、上側混合板の間を通り分
散する。本発明者は、この態様で操作する場合、該混合装置は非常に効率的な曝
気装置となることを発見した。１５０ｍｍの板を、中央ディスク上側に６枚、下
側に４枚配して、各々３０度の円錐を形成してなる混合装置は、２馬力（約１．
５ｋＷ）電気モーターにより１４４０ｒｐｍで駆動されるとき、小さなダムにお
ける藻類の水中曝気駆除に有効である。
【００２２】 混合装置操作の別態様において、２５０ｍｍの板を、中央ディスク上側に６枚
、下側に４枚配して、各々３０度の円錐を形成してなり、１０馬力（約７．５ｋ
Ｗ）電気モーターにより１４４０ｒｐｍで駆動され、３５００リットルのタンク
の表面下４００ｍｍに吊り下げられてなる混合装置は、約２０秒でタンクの内容
物を混合するに効果的である。この態様における混合装置操作は、図６に示され
る。
【００２３】 本発明者の推察によれば、混合装置の効果は、少なくとも一部においては、円
錐内に形成された渦の作用に帰すものである。渦入口の流体は、混合装置の回転
速度近傍で回転する。しかしながら、流体が円錐内へ引き込まれると、円錐幅の
狭まりにより加速度を付与され、速度が著しく増加する。加速された流体は、周
囲の流体中に放出され、その結果、大規模な攪拌が発生し、効果的な混合が得ら
れる。
【００２４】 同様に、混合装置が液体表面に近接して位置してなるとき、空気が円錐内を下
降するように引き込まれ加速される。加速された空気は、周囲の液体中に放出さ
れ、その結果、大規模な攪拌及び乱流が発生する。
【００２５】 本発明者は、回転中の混合装置周囲に流体境界層が形成することを発見した。
このことは、作動中の混合装置における接触安全性を完全にする予想外の効果を
有してなる。境界層は、混合装置とその周囲との間で効果的な保護層となる。実
際、何らの負傷を負うことなく、作動中の混合装置を手探りすることが可能であ
る。
【００２６】 被混合流体の曝気を増進するために、本発明者は、図７に示される第四態様を
考案した。前出の態様の場合と同様に、混合装置は、中央ディスクの上下に間隔
をおいて配置された複数の板からなる。複数の板に、直径を順次漸減させた穴を
形成することにより、積層された板内に円錐が形成される。しかしながら、第四
態様において、シャフト２０は中空であり、中央ディスク２２内で複数の流路２
１と連通してなる。シャフト２０は、該中空シャフト上部に一又は複数の開口部
２３を有してなる。作動中、空気がシャフト内を下降するように引き込まれ、流
路２１を介して強制的に流出せしめられる。
【００２７】 第四態様における空気の流れは、図８に示される。本発明者の考察によれば、
第四態様は、湖又は他の貯水池のように深層曝気が必要とされる用途に特に好適
である。深層混合を行うために、混合装置が湖中深くに設置される場合、空気を
上部の渦内に引き込むことはできないが、代わりに中空シャフトを介して下方に
引き込むことができる。
【００２８】 第四態様の中央ディスク２２に係る好適な一構造が図９に示されている。中央
ディスク２２は、三つの分割部材から構成される。中央板２４は、シャフト２０
と螺合してなり、内部に複数の流路２１を設けてなる。上板２５は、中央板２４
に締め付けられてなり、混合装置始動時に発生する応力を分散させる結合を、シ
ャフトと中央ディスクとの間に形成するものである。強化板２６は、上板及び中
央板の下方に位置してなる。ロッド５、８が、強化板の螺子穴２７内に螺挿され
て、混合装置の第四態様の組み立てが完了する。
【００２９】 本発明の第五態様が図１０に示されている。図１０においては、一つの共通シ
ャフトに二つの混合装置が接続されている。上端には、図１の第一態様に係る混
合装置が取着されている。シャフト下方には、図２の第二態様に係る混合装置が
取着されている。図１０の態様は、深層混合（下側の混合装置でなされる）と同
様、曝気が必要とされる（上側の混合装置によりなされる）比較的深度のある流
体に有用である。
【００３０】 図１１に示される第六態様において、図３に係る二つの混合装置が、一つの共
通シャフトに取着されてなる。二つの混合装置の間隔は、被混合流体の深さに見
合うように選択される。本発明者の考察によれば、第六態様は、集中的な混合が
必要とされる深さのある流体への適用に特に好適である。
【００３１】 これまで説明してきた用途の他に、本発明混合装置は、懸濁液を調製するため
に、流体中に粉体を分散させる用途にも好適である。例えば、水中に混合又は懸
濁してなる材料としては、従来より、石灰、界面活性剤、血液及び油がある。予
備試験において、本発明混合装置は、従来の混合装置よりも更に効果的であるこ
とが判明している。また、ある種の混合過程において発生する煙霧も、本発明混
合装置の使用により減少することが確認されている。煙霧は酸化又は溶解される
と考えられる。
【００３２】 他の用途に関し、廃水は、汚染物質を好気性分解することにより処理されてき
た。汚染物質の好気性分解の効率は、被分解材料と表面接触することが可能な微
生物に依存する。従来の混合装置において、重い粒子は処理槽の底部に沈降し、
嫌気性となる。本発明混合装置は、廃水内に大量の空気を送り込むだけではなく
、処理槽底部から前記粒子を引き上げるものでもある。この用途においては、混
合板同士の間隔が、最大粒子の最大径よりも大きいことが肝要である。
【００３３】 本発明者は、プラスチック材料を金属シャフトに取着することにより本発明混
合装置を好適に製造しうることを見出した。しかしながら、構成はプラスチック
材料に限定されず、その他の材料、例えばステンレス鋼等も好適である。実際、
厳しい環境下においては、プラスチック材料は不適である。
【００３４】 上記の説明から、本発明混合装置は、従来のインペラー及びブレード型混合装
置が提供する方法による流体との表面接触に依存するものではないことは自明と
思われる。むしろ、回転中の混合板内の円錐によって発生させた渦作用により、
実質的に均一な混合をもたらす広範な流体の流れを発生させるものである。嫌気
性混合に対しても有用であるが、本発明混合装置は、被混合流体の表面近傍に配
置された状態での利用が最善である。上側円錐は渦を形成し、この渦が流体内に
空気を引き込み、好気性混合が実施される。
【００３５】 本明細書は、その全体を通じて、本発明を説明することが目的であり、本発明
をその特徴又は構成要素の特定の組み合わせに限定することを目的とするもので
はない。本発明の精神から逸脱しない色々な態様は、当業者にとっては自明と思
われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 混合装置の第一態様の概略図。
【図２】 混合装置の第二態様の概略図。
【図３】 混合装置の第三態様を下から見た透視図。
【図４】 第三態様の側断面図。
【図５】 装置作動中の流体の流れを示す図。
【図６】 作動中の第三態様を示す図。
【図７】 混合装置の第四態様を示す図。
【図８】 第四態様の側断面図。
【図９】 中央ディスクの一態様を示す図。
【図１０】 混合装置の第五態様の概略図。
【図１１】 混合装置の第六態様の概略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ルイス、マイケル アンソニー オーストラリア国 4051 クイーンズラン ド州 エノッジェラ ブラウンズ ディッ プ ロード 19 Ｆターム(参考） 4D029 AA09 AB01 AB03 CC05 4G035 AB17 4G078 AA01 AB20 BA05 CA12 DA23 DB10 DC10

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転シャフトと、 該シャフトの下側部分に同軸装着されてなる中央ディスクと、 該シャフトに同軸装着されてなる複数の混合板とからなり、 前記混合板が該中央ディスクと平行に相隔たってなり、 前記混合板の各々が中央穴を有してなり、 複数の混合板の中央穴が共に一又は複数の空間を規定するものであり、該空間が
    中央ディスクに頂点を有し、中央ディスクから最も離れた最も外側の混合板に底
    を有してなる改良された混合装置。
  2. 【請求項２】 前記混合板を相互に、また中央ディスクから隔てるために、
    該中央板に隣接配置されてなる複数のスペーサーを更に含んでなる請求項１に記
    載の混合装置。
  3. 【請求項３】 各中央穴が所定の直径を有してなり、前記一又は複数の空間
    を円錐形に規定するように、該直径が、中央ディスクに最も近い混合板から最も
    外側の混合板に向かって漸増する請求項１に記載の混合装置。
  4. 【請求項４】 該円錐が、シャフト軸に対して２０度乃至８０度の角度で形
    成されてなる請求項３に記載の混合装置。
  5. 【請求項５】 該円錐が、シャフト軸に対して３０度の角度で形成されてな
    る請求項３に記載の混合装置。
  6. 【請求項６】 中央ディスクの上側に、２乃至１０の混合板を有してなる請
    求項１に記載の混合装置。
  7. 【請求項７】 中央ディスクの下側に、２乃至１０の混合板を有してなる請
    求項１に記載の混合装置。
  8. 【請求項８】 中央ディスクの上側に、２乃至１０の混合板を有し、中央デ
    ィスクの下側に、２乃至１０の混合板を有してなる請求項１に記載の混合装置。
  9. 【請求項９】 シャフトが中空であり、中央ディスク内に形成されてなる流
    路と連通してなり、前記流路が、前記中空の中央シャフトと、中央ディスクの外
    周とを連通してなる請求項１に記載の混合装置。
  10. 【請求項１０】 回転シャフトと、 該シャフトの下側部分に同軸装着されてなる中央ディスクと、 該中央ディスクの上側に該シャフトと同軸に装着されてなる複数の上側混合板で
    あって、前記上側混合板が中央ディスクと平行に隔たってなり、前記上側混合板
    の各々が中央穴を有してなり、複数の上側混合板の中央穴が共に上側空間を規定
    するものであり、該空間が中央ディスクにおいて頂点、中央ディスクから最も離
    れた上側混合板に底を有してなる複数の上側混合板と、 該中央ディスクの下側に該シャフトと同軸に装着されてなる複数の下側混合板で
    あって、前記下側混合板が中央ディスクと平行に隔たってなり、前記下側混合板
    の各々が中央穴を有してなり、複数の下側混合板の中央穴が共に下側空間を規定
    するものであり、該空間が中央ディスクにおいて頂点、中央ディスクから最も離
    れた下側混合板に底を有してなる複数の下側混合板とからなる改良された混合装
    置。
  11. 【請求項１１】 ２乃至１０の上側混合板、中央ディスクの下側に２乃至１
    ０の下側混合板を有してなる請求項１０に記載の混合装置。
  12. 【請求項１２】 各中央穴が所定の直径を有してなり、該直径が、下側空間
    及び上側空間を各々円錐形に規定するように、中央ディスクに最も近い混合板か
    ら最も外側の混合板に向かって漸増してなる請求項１０に記載の混合装置。
  13. 【請求項１３】 該円錐が、シャフト軸に対して３０度の角度で形成されて
    なる請求項１２に記載の混合装置。
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