JP2008023513A

JP2008023513A - 混気用ノズル

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Publication number: JP2008023513A
Application number: JP2006222777A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 孝山本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: JP4756368B2

Abstract

【課題】加圧水流の外周部より導入する空気量及び水流速を増すことなく、ノズル部材内を高速流通する加圧水流エネルギーを用いて導入気泡のより微細化を図って酸素溶存効率を高め、かつランニングコストの低減を図るようにした混気用ノズルを提供すること。
【解決手段】
内部に流水通路を形成した吸込ノズル部材１、中間ノズル部材２，３及び噴射ノズル部材４を、空気導入室５１を形成した外筺５内にて同一軸心上に配列接合し、このノズル部材に複数段に形成した空気導入ノズルより空気を流水通路内に吸引するようにした混気用ノズルにおいて、対設するノズル部材接続端面部に、ノズル部材の一方端及び／又は双方端に複数個の空気導入ノズル８１を、ノズル部材内の流水通路に対して接線方向で、かつ流水との接触面積を大きくなるよう浅く刻設して空気吸込用の溝８を形成して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、混気用ノズルに関し、特に、湖沼等の閉鎖された水域、或いは河川、港湾の解放された水域内の水質の浄化を図るために設置する混気用ノズルであって、ランニングコストを抑えるようにして、ノズル部材内を高速流通する加圧水流エネルギーを用いて吸引導入する空気をより効率的に微細化して導入空気の酸素溶存効率を高めるようにした混気用ノズルに関するものである。

従来、養殖池、溜池、庭園の池、湖沼等の閉鎖された水域、或いは河川、港湾の解放された水域内において、水質の浄化を図るため池水面上に設置する水車や噴水にて、水面の撹拌等により強制的に水と空気とを接触させたり、又は水底に設置した散気ノズルより空気を水中に強制的に気泡となるようにして吹き込んだりして、溶存酸素率の向上を図るようにしている。

しかし、水中に気泡として取り入れる空気は、微細化するほど酸素溶存性が向上することが知られているが、従来の撹拌機や曝気機においては、スクリューの回動による破砕では、スクリューの回動に大きな動力を要するも気泡の微細化にも限度があり、また散気ノズル方式では、水深が深くなればブロアーの動力がますとともにその限界もあり、充分なエアレーション効果が得られず、溶存酸素率を向上させることができないという問題があった。

そこで、本発明者は、特許文献１に示すように、内部に流水通路を形成した吸込ノズル部材、中間ノズル部材及び噴射ノズル部材を、空気導入室を形成した外筺内にて同一軸心上に配列接合し、このノズル部材に複数段に形成したリング形に形成した空気導入ノズル及び穿設した小穴より、流水通路内を流通する高速水により発生する負圧を利用して空気を流水通路内に吸引し、微細化するようにした混気用ノズルを発明し、この混気用ノズルにて流水通路内に吸引する空気を微細化することに成功した。

また、前記混気用ノズルを用いて水中に酸素を吹き込んで効率的に水質の浄化を図る場合、水質により混気用ノズル内を高速流通する高速水と導入空気との比率を変化させて水質にあった浄化を図るようにしている。例えば、水質が粘性の高い汚水などの場合は導入空気量が多くし、また反対に河川水などの場合は導入空気量を少なくしている。従って、この流通する高速水と導入空気との比は水質により変化するよう、例えば高速水１００に対して導入空気は１５以上となるよう設定するようにしている。

ところで、混気用ノズル内にて発生する負圧は、混気用ノズル内を高速流通する水流速度にて変化するが、該混気用ノズル内に吸引される空気を、自吸式、加圧式により異なるが、例えば３０ｍ／ｓｅｃ以上の高速で流通させることが導入空気を微細化するに適しており、さらに、導入空気量が少ないほど、さらにはノズル内を流通する水の速度が増すほど気泡が微細化される。
しかし、混気用ノズル内を流通する高速水の速度を増すようにすると、それだけポンプ能力を増す必要があり、必然的に動力費が増し、ランニングコストが増すという問題があった。
特許３７３３３７７号公報

本発明は、従来の混気用ノズルの有する問題点に鑑み、ノズル部材内を流通する高速水の速度及び導入（吸込）空気量を増すことなく、導入気泡のより微細化を図って酸素溶存効率を高め、かつランニングコストの低減を図るようにした混気用ノズルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の混気用ノズルは、内部に流水通路を形成した吸込ノズル部材、中間ノズル部材及び噴射ノズル部材を、空気導入室を形成した外筺内にて同一軸心上に配列接合し、このノズル部材に複数段に形成した空気導入ノズルより空気を流水通路内に吸引するようにした混気用ノズルにおいて、対設するノズル部材接続端面部に、ノズル部材の一方端及び／又は双方端に複数個の空気導入ノズルを、ノズル部材内の流水通路に対して接線方向で、かつ流水との接触面積を大きくなるよう浅く刻設して空気吸込用の溝を形成して構成したことを特徴とする。

この場合において、空気導入ノズルを、各ノズル部材接続位置に形成するとともに、第１段目の空気導入ノズルを、ノズル部材接続端面に浅く刻設する空気吸込用の溝と、この溝に接続するようにしてノズル部材内周の流水通路面に形成した導入空気破砕用の溝とより構成することができる。

また、この場合において、導入空気微破砕用の溝を、大きく浅い溝とこの溝内でさらに小さく深い溝を刻設して２段になるよう構成することができる。

また、この場合において、導入空気微破砕用の大きく浅い溝と小さく深い溝を異形とすることができる。

本発明の混気用ノズルは、内部に流水通路を形成した吸込ノズル部材、中間ノズル部材及び噴射ノズル部材を、空気導入室を形成した外筺内にて同一軸心上に配列接合し、このノズル部材に複数段に形成した空気導入ノズルより空気を流水通路内に吸引するようにした混気用ノズルにおいて、対設するノズル部材接続端面部に、ノズル部材の一方端及び／又は双方端に複数個の空気導入ノズルを、ノズル部材内の流水通路に対して接線方向で、かつ流水との接触面積を大きくなるよう浅く刻設して空気吸込用の溝を形成して構成しているから、導入空気量を増すことなく、かつ気泡が微細化されるので酸素の溶存効率及び動力効率を向上させることができるので、ランニングコストをも低減することができる。

また、空気導入ノズルを、各ノズル部材接続位置に形成するとともに、第１段目の空気導入ノズルを、ノズル部材接続端面に浅く刻設する空気吸込用の溝と、この溝に接続するようにしてノズル部材内周の流水通路面に形成した導入空気微破砕用の溝とより構成しているから、導入空気のより微細化が簡易に行うことができる。

また、導入空気微破砕用の溝を、大きく浅い溝とこの溝内でさらに小さく深い溝を刻設して２段になるよう構成しているから、短時間に効率的に導入空気を微細化することができる。

また、導入空気微破砕用の溝を形成する大きく浅い溝と小さく深い溝とを異形としているから、効率的にかつ使用目的に合わせた微細化とすることができる。

以下、本発明の混気用ノズルの実施の形態を、図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。

図１〜図６に、本発明の混気用ノズルの第１実施例を示す。
図においてＡは、本発明の混気用ノズルの全体を示し、池、湖沼等の閉鎖された水域内、或いは河川、港湾等の解放された水域内、さらには汚水貯留槽、又は家畜糞尿貯留池等において、汚水、家畜の屎尿等（以下、「汚水等」という。）を曝気処理する必要のある水域内の所定水位位置に配設するようにする。

この混気用ノズルＡは、図１〜図６に詳示するように、端部に加圧給水管Ｐ１を、外周面に給気管Ｐ２をそれぞれ接続した外筺５内に、筒状をした吸込ノズル部材１と、一段又は二段以上（図面に示す実施例では２段としたが、３段以上とすることもできる）の中間ノズル部材２、３と、噴射ノズル部材４とを、その各軸心を同一直線上に配置されるよう順次配列して一体に結合し、筒状に形成するとともに、これら吸込ノズル部材１、中間ノズル部材２、３及び噴射ノズル部材４の外周部に外筺５を外嵌し、該外筐５の内周面とこれら吸込ノズル部材の外周面との間に空気導入室５１を形成して構成されものである。

また、混気用ノズルＡの最先端に配置された吸込ノズル部材１の先端には、ノズルを詰まらせないようにした高圧の圧力水、例えばごみなどを予め除去した清浄水望ましくは水道水を供給する加圧給水管Ｐ１を接続し、該加圧給水管Ｐ１の先端にポンプ又は水中ポンプ（図示せず）を接続して、所要の高圧水を供給し、各ノズル部材内に形成する流水通路１１，２１，３１，４１内を高速で流通するようにする。
さらに、外筺５に接続された給気管Ｐ２の先端は、外筺５内の空気導入室５１に大気から空気を自吸できるように解放するか、加圧空気或いは酸素等の気体を吸気できるように圧力タンク、或いはブロアー（いずれも図示せず）に接続する。

また、各吸込ノズル部材の接続位置に、例えば吸込ノズル部材１と中間ノズル部材２との接続位置、中間ノズル部材２と中間ノズル部材３との接続位置及び中間ノズル部材３と噴射ノズル部材４との接続位置には、それぞれ空気導入ノズル８１，８２，８３を形成するが、この空気導入ノズル８１，８２，８３には、直接空気導入室５１を接続することも可能であるが、図１に示すように、空気導入室５１内で、かつノズル部材の接続位置外周部に空気溜め室７を形成し、空気導入室５１内の空気は空気吸込口６を経て空気溜め室７に一端導入された後、空気導入ノズル８１，８２，８３を経て流水通路内に導かれるようにする。
なお、図３に示す実施例では、この空気吸込口６、空気溜め室７を省略して空気導入室５１から直接空気を空気導入ノズル８１に導入するようにしている。
この空気導入ノズル８１は、図１〜図３に示すように、ノズル部材間の接続端面において溝８及び溝９を刻設することで形成するようにするが、２段目以降の空気導入ノズル８８２，８３も同様に形成することができる。
この空気吸込用の溝８の形状は、特に限定されるものではなく、例えば図５（ａ）に示すように扁平な円弧形溝８ａ、同図（ｂ）に示すように浅い角形溝８ｂ、同図（ｃ）に示すように扁平な三角形溝８ｃ等任意の形状とすることができるが、望ましくは溝の深さを浅く、流水通路内を流下する水流との接触面積を大きくなるよう開口面積を広くするするようにし、これにより少ない吸引空気量でもノズル部材の流水通路内に広く拡散されて導入されるようにすることができる。
なお、図示の実施例ではこの溝８の形成を、対接するいずれか一方のノズル部材端面、例えば図２に示すように、中間ノズル部材２の前端面に刻設して形成しているが、対接する双方のノズル部材端面に対向するようにして形成することもできる。
なお、この空気吸込用の溝８の形状は上述のように限定されるものではなく、各ノズル部材の流水通路内面に対して接線方向となるようにすることで、導入空気が流水通路内で旋回するようにする。
また、空気吸込用の溝８の形成数は、ノズル部材端面の周回方向に沿って等間隔に配設されるならば特に限定されることがなく、２本以上であれば良く、混気用ノズルＡの大きさに応じて定めるものとし、例えば図３に示すように４本、或いは６本とすることができる。

この空気吸込用の溝８のうち、吸込ノズル部材１と中間ノズル部材２との接続位置に形設される最前列（１段目）の空気導入ノズル８１は、図２，３に示すように、空気導入室５１から空気を吸い込むための前記ノズル部材端面に刻設する空気吸込用の溝８と、中間ノズル部材２の内周面で導入空気の流下方向に沿って刻設される導入空気微破砕用の溝９とよりなり、かつこの溝８と溝９とは接続されるようにし、これにより溝８より吸い込まれた空気は溝９内を経て流水通路内に吐出されるとき微少に破砕されるように形成する。
なお、この導入空気微破砕用の溝９は、その形状を図２に示すように、角溝形としているが、この溝９の形状はこれに限定されるものではなく、角溝形の他、図６（ｂ）に示すようにＶ字形、その他Ｕ字形とすることができ、任意に設定することができる。

また、中間ノズル部材２と中間ノズル部材３との接続位置に形成する２列目（２段目）の空気導入ノズル８２、及び中間ノズル部材３と噴射ノズル部材４との接続位置に形成する３列目（３段目）の空気導入ノズル８３も最前列（１段目）の空気導入ノズル８１と同じように形成することもできるが、例えば図４に示すように、ノズル部材の接続端面に、その周回方向に沿って複数個をほぼ等間隔になるように刻設する溝８のみにて形成することもできる。
なお、このいずれの段の空気導入ノズルの溝８は、内部の流水通路内を流下する水量、流速及び溶存酸素率などの条件により最も適したものとなるように設定する。

また、ノズル部材内周面で、導入空気の流下方向に沿って刻設される導入空気微破砕用の溝９は、図２，３に示す実施例においては所要深さの溝９を単独にて形成しているが、より微破砕化を図るため、図６（ａ），（ｂ）に示すように、大きく浅い溝９Ａとこの大きく浅い溝９Ａ内で小さく深い溝９Ｂを２段にして形成することもできる。この場合、大きく浅い溝９Ａと小さく深い溝９Ｂとを同じ形状とすることもできるが、図６（ｂ）に示すように、異形とすることも可能で、これら溝９Ａ，９Ｂの形状は限定されるものではない。
これにより、溝８より吸い込まれた空気は、まず大きく浅い溝９Ａにて破砕された後、さらに小さく深い溝９Ｂにてさらに破砕され、より微細化が促進されるものとなる。

本発明の混気用ノズルの作用は、次のようになる。
混気用ノズルＡの先端部に接続された加圧給水管Ｐ１を経て混気用ノズルＡ内に導入された加圧水は、同一軸心となるよう配列接続された各ノズル部材１，２，３，４の流水通路１１，２１，３１，４１内を高速流となって流通する。このとき、流水通路内周面、特に各ノズル部材間の接続位置が異径となっているので、その内周部に大きな負圧が発生するものとなる。

この発生負圧により、給気管Ｐ２を接続した外筺５内の空気導入室５１から吸込ノズル部材１と中間ノズル部材２との間に形成した空気吸込口６、空気溜め室７を経て、或いは空気導入室５１から直接第１段目の空気導入ノズル８１の溝８を経て空気が吸い込まれると同時に、中間ノズル部材２と３との間、中間ノズル部材３と噴射ノズル部材４との間にそれぞれ形成した２段目、３段目の空気導入ノズル８２，８３からも同時に空気が吸い込まれる。

この溝８から吸い込まれる空気は、各溝８がノズル部材の流水通路に対して接線方向に形成されているから、流水通路内に旋回流となるようにして吸入されるものとなり、かつ高圧、高速で流通する水流にて導入された各段ノズル８１，８２，８３の溝８は、浅く広い面積となるように刻設されているので、該溝８からの導入空気は、同じ断面積を有する小孔穿設式のノズルからの導入空気量と同じであっても高圧水流との接触面積を広くすることができ、かつ高圧水流にて打ち叩かれるように剪断、破砕されてより微細な気泡となり、高圧水と混合され、酸素がより溶解され易くなるものとなる。
また、小孔穿設式のノズルよりも導入空気量を増すこともないので、ノズル位置での負圧を損なうことがなく、さらには導入（吸込）空気量を少なくすることができるので、動力費を低減しても酸素溶存率を向上させることができる利点がある。

特に、第１段目の空気導入ノズル８１は、空気吸込用の溝８と導入空気微破砕用の溝９とより構成されているので、空気吸込用の溝８より導入された空気は、２段目、３段目の空気導入ノズルと同じように、高圧水流との接触面積を広くして、かつ高圧水流にて打ち叩かれるように剪断、破砕されて微細な気泡となり高圧水と混合されるとともに、さらにこの溝８に続く導入空気微破砕用の溝９内を流下するとき、及び該導入空気破砕用の溝９内を経て流水通路内に放出されるとき、溝８より導入され微細化された空気は、この導入空気微破砕用の溝９にてさらに破砕され、微細化されるものとなる。このため、導入空気量は少なくても酸素溶存率を向上させることができるものとなる。

また、この導入空気微破砕用の溝９を、図６に示すように、大きく浅い溝９Ａとこの溝内でさらに小さく深い溝９Ｂを刻設して２段になるよう構成することで、より一層の微細化が促進され、溶存酸素率を向上させることができる。
さらに、導入空気微破砕用の溝９の深さを、溝８に接続される側を深く、内端側を浅くなるよう、傾斜させることもできる。

このように、導入空気量を減らすようにすることで、本発明の混気用ノズルＡに供給する高圧水量を増すこともなく、また圧力を不必要に高めることもないので、高圧水を供給するポンプ能力を高める必要がなく、動力効率をも向上させることができる。

以上、本発明は図面に示した実施例に基づいて説明したが、本発明の混気用ノズルは、上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の混気用ノズルは、ノズル部材内を流通する高速水の速度及び導入（吸込）空気量を増すことなく、導入気泡のより微細化を図って酸素溶存効率を高め、かつランニングコストを低減するという特性を有していることから、河川水等浄化の用途に好適に用いることができるほか、例えば、焼却炉等の排ガス洗浄水の浄化、ダイオキシンの除去の用途にも用いることができる。

本発明の混気用ノズルの第１実施例を示す縦断正面図である。中間ノズル部材の拡大断面図である。図２の左端の端面図である。ノズル部材端面形状が異なる実施例の端面図である。空気導入用の溝形状が異なる実施例の説明図である。導入空気微破砕用の溝の異なる実施例の説明図である。

符号の説明

Ａ混気用ノズル
Ｐ１加圧給水管
Ｐ２給気管
１吸込ノズル部材
１１通水通路
２第１の中間ノズル部材
２１通水通路
２２気泡微破砕用の溝
３第２の中間ノズル部材
３１通水路
４噴射ノズル部材
４１通水通路
５外筺
５１空気導入室
６空気吸込口
７空気吸込口
８空気吸込用の溝
８１、８２、８３空気導入ノズル
９導入空気微破砕用の溝
９Ａ大きく浅い溝
９Ｂ小さく深い溝

Claims

内部に流水通路を形成した吸込ノズル部材、中間ノズル部材及び噴射ノズル部材を、空気導入室を形成した外筺内にて同一軸心上に配列接合し、このノズル部材に複数段に形成した空気導入ノズルより空気を流水通路内に吸引するようにした混気用ノズルにおいて、対設するノズル部材接続端面部に、ノズル部材の一方端及び／又は双方端に複数個の空気導入ノズルを、ノズル部材内の流水通路に対して接線方向で、かつ流水との接触面積を大きくなるよう浅く刻設して空気吸込用の溝を形成して構成したことを特徴とする混気用ノズル。
空気導入ノズルを、各ノズル部材接続位置に形成するとともに、第１段目の空気導入ノズルを、ノズル部材接続端面に浅く刻設する空気吸込用の溝と、この溝に接続するようにしてノズル部材内周の流水通路面に形成した導入空気微破砕用の溝とより構成したことを特徴とする請求項１記載の混気用ノズル。
導入空気微破砕用の溝を、大きく浅い溝とこの溝内でさらに小さく深い溝を刻設して２段になるよう構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の混気用ノズル。
導入空気微破砕用の溝を、大きく浅い溝とこの溝内でさらに小さく深い溝を刻設して２段になるよう構成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の混気用ノズル。