JP2009095756A - 水中曝気装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】曝気作用の向上と起動時の負荷を低減させると共に異物閉塞を防止し、メンテナンス作業の軽減と製造およびランニングコストを低減し得る水中曝気装置を提供する。
【解決手段】通液路４ｗと通気路４ａを区画する隔壁がブレード４ｃに形成した羽根車４を吸気口５ｓを穿設した中間プレート下面５ｄと吸液口７ｓを穿設したサクションカバー上面７ｕ間に回転自在に介装させガイドケーシング６内に収容し、ブレード背面４ｒ側隔壁外周先端部分の通液路４ｗと通気路４ａを連通４ｈし、通液路４ｗ外周部に中間羽根４ｍを設け、ブレード下端面４ｄとサクションカバー上面７ｕとの隙間を吸液口７ｓ部で大きくガイドベーン舌部を含め外周に向けて狭く擂鉢状に形成し、ガイドケーシングの下壁６ｄ外周下端面にスタンド凸子８およびストレーナ突起９を一体的に複数凸設し、気液吐出路間の上壁上面６ｏ形状を外周に向けて末広がり状の下り勾配傾斜面に凹設した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工場廃水や都市下水道の廃水処理において曝気槽内に設置して使用される水中曝気装置に関するものである。
液槽内で回転する羽根車の負圧自吸作用により大気中の空気を通気導管を経由し吸気すると共に槽内に流入する廃水（以下、「処理液」という。）を吸液し上記吸気と気液混合し槽内に噴流させて曝気作用を生じさせるため、羽根車は空気を吸気する吸気路と処理液を吸液する吸液路を具備させた特殊構造に形成され、該羽根車を用いて着脱機構（例えば、特許文献１参照）或は夾雑物の切断機構（例えば、特許文献２参照）を備えた水中曝気装置は公知である。そして従来の水中曝気装置では、上記特殊構造の羽根車を用いて、液槽内流入の上流側に設けられたスクリーン設備により廃水中の夾雑物が除去されることを期待して、水中曝気装置自体には上記スクリーン設備で除去出来なかった夾雑物(以下、「異物」という。)の吸込除去機能を司る例えばストレーナ等は設けられておらず、異物の吸込みに起因する水中曝気装置への問題対応として、上記の着脱機構或は切断機構を具備させることで対処しようとしている。
特開昭５４−０６３５４２号公報 （第１−５図） 実公昭６１−００４７２０号公報 （第１−４図）
ところが、特許文献１および２には共に前記特殊構造の羽根車が用いられており、特許文献1の第１と２図および特許文献２の第１ないし４図に示されるよう、通気路と通液路を区画する隔壁は羽根車の外周縁まで伸延され、羽根車外周縁で通気路と通液路の両通路の吐出口が開口し連通されているので、起動時には処理液面下に浸漬された吸気経路の通気導管と空気室および羽根車の通気路内に溜まっている処理液は、羽根車の回転による遠心力と羽根車の通液路の外周縁の吐出口からの吐出噴流によるジェット吸引力の両作用が相俟ることにより、上記吸気経路内に滞留した処理液が排出されるため、完全な浸漬状態での羽根車の旋回には大きな負荷動力が費やされ、起動時の高負荷対応のため、例えば極数や出力の大きな電動機を使用するか、若しくはインバータ等の回転数制御によるスロースタートをするか、或は通気導管先端部から強制送気により上記吸気経路内に滞留する処理液を強制排出した後に起動しなければならず、何れの場合も設備の大型化やコストが嵩んでしまうという問題を有していると共に、通気路巾や高さは内周から外周開口縁まで同一であることから通気路断面積が外周開口縁まで同一状態に形成されているため、上記起動時とは逆に停止時にはそれまで吸気された吸気経路内の空間部には設置水深圧により処理液が逆流されるため、通気路内に複数の異物が滞留し、再起動時に通気路内の上記滞留の処理液を完全に排出するのに時間が掛かり複数の滞留異物が重なり合い異物をスムーズに排出できず、通気路内が閉塞される危険性が高いという問題も有している。
そして、着脱機構を具備した場合は、吸引された異物が羽根車に絡み付くことにより羽根車の拘束或は羽根車の通液路や通気路の閉塞等のトラブルの発生都度、着脱機構により水中曝気装置を引き上げて羽根車に絡み付いた異物を取り除かなければならないという煩わしい作業が必要とされるという問題を有している。また、切断機構を具備した場合は、上記のような羽根車への異物の絡み付きはないが、その代りに切断機構により水中曝気装置の吸液口の吸水面積が極端に少なく制約されてしまうので少量の処理液しか吸液することができないため、羽根車からの処理液の吐出量が少く制限されることから、空気の吸気量も減少するので必然的に気液混合作用および槽内への噴流攪拌作用が低下されてしまうと共に、切断作用を補うためにトルクの大きな、例えば極数や出力の大きな電動機を使用しなければならないという問題を有している。
更に、水中曝気装置の点検・保守等のメンテナンスにおいて、該装置の外周に大きく張設された例えば特許文献１の場合は、第１および２図に示されるよう外周に突出した係合子１２，１２‘や空気室に相当する通気路１３の上壁上端面等に異物が絡み付き、また特許文献２の場合は、第１図に示されるよう空気室およびオイル室の上壁上面の凹設部に処理液が残留したり異物が絡み付いた状態で水中曝気装置が引き上げられてくるため、作業場所を汚損しないよう残留処理液や絡み付いた異物を取り除かなければならないという煩わしい作業が必要とされるという問題を有している。
本発明は前述の課題を解消して、起動時に吸気経路の通気導管と空気室および羽根車の通気路内に溜まっている処理液を速やかに排出することで起動時の負荷を低減させると共に通気路内の異物閉塞を防止する。また、曝気作用を低下させることなく運転時に大きな異物が吸液口に吸込まれないようにすると共に、処理液と一緒に吸液口から吸込まれた異物を切断することなく羽根車に絡み付かないようにスムーズに通過排出させる。更に、メンテナンスの引き上げ点検時においても、水中曝気装置表面付着の異物は引き上げによる該装置表面の処理液の流下と共に極めて容易に滑落され、従来装置に比べて曝気作用をより一層向上されることにより、メンテナンス作業の軽減と製造コストおよびランニングコストを低減し得る水中曝気装置の提供を目的とする。
本発明に係る水中曝気装置では、モータから空気室を貫通して導下されたモータ軸先端に羽根車のボス部を嵌着し、該羽根車のボス部から外周に向けて円板状に張設された主板外周上端面と対向し中央に吸気口が穿設された中間プレートをガイドケーシングの上壁に装着し、該羽根車のブレード下端面と対向し中央に吸液口が穿設されたサクションカバーがガイドケーシングの下壁に装着され、上記羽根車外周縁と隙間を隔てて該サクションカバー上面に複数縦設されたガイドベーン間に形成された誘導路により、羽根車から吐出される気液混合体を上記ガイドケーシングの気液吐出路へ誘導し、該気液混合体は気液吐出路を流通し外方へ噴出されると共に、ガイドケーシングを液中に浸漬させているので、液面上の大気中より導下された通気導管と導通する空気室を上記ガイドケーシング上に設け、モータにより回転する羽根車が上記中間プレート下面とサクションカバー上面間に回転自在に介装されるようガイドケーシング内に収容され、モータ軸先端に嵌着された該羽根車のボス部から外周に向けて円板状に張設された主板より上記サクションカバー上面と隙間を隔てて凸設させた複数のブレードの内周が上記吸液口と対向するように設けられ、該ブレード間が吸液口と導通して周方向へ導延される通液路に形成され、上記ブレード内が羽根車のボス部外周から羽根車の外周に向けて外周縁が開放された溝状に凹設され空気室と導通して周方向へ導延される通気路に形成させ、上記通液路と通気路を区画する隔壁がブレードに形成されており、モータの回転方向に対して非受圧側であるブレード背面側隔壁の外周先端部分において通液路と通気路を連通させた。また、上記羽根車のブレード背面側隔壁の外周先端部分における通液路と通気路の連通において、該通液路を二分するよう外周から内周に向けて中間羽根がブレード高より低く且つ中間羽根下端面内周径が上記ブレード背面側隔壁の外周先端部分の連通部の内径と同径以下となるよう主板より凸設され、該中間羽根の内周縁の内径は下端から主板下面に向けて次第に小さくなるよう緩やかに傾斜され、該中間羽根の付設角度はモータの回転方向に対して次の受圧面となるブレード表面側隔壁と略平行になるように構成した。更に、上記羽根車のブレード下端面と対向するサクションカバー上面との隙間において、吸液口入口部の間隙を大きく外周に向けてガイドベーンの内周先端部分を含ませる範囲まで外周に向けて次第に狭くなるよう滑らかな擂鉢状の隙間に形成したことを最も主要な特徴とする。
本発明に係る水中曝気装置では、ガイドケーシングの下壁外周下端面に水中曝気装置の自重を支え座りを安定させるスタンド凸子が複数凸設されると共に前記吸液口に夾雑物が吸引されないよう除去する下方端に向けて末広がりのテーパ状のストレーナ溝を形成するストレーナ突起が複数凸設され、設置時に該ストレーナ突起下端面が設置面に接触しないよう上記スタンド凸子下端面より上方に位置させたことにより設置面との隙間を形成し、ガイドケーシングの下壁外周下端面に上記スタンド凸子およびストレーナ突起が一体に構成し、上記ガイドケーシングの気液吐出路間の上壁上面形状において、その形状を内周から外周に向けて末広がり状の下り勾配の傾斜面に凹設形成したことを最も主要な特徴とする。
本発明に係る水中曝気装置によれば、最も周速の速い最大負圧が作用する羽根車のブレード背面側隔壁の外周先端部分において通液路と通気路を連通させたことにより、通気路からの排出力は従来の羽根車の回転による遠心力と羽根車の通液路の外周縁の吐出口からの吐出噴流によるジェット吸引力の両作用に更に従来にはなかった上記最大負圧による吸引力の作用が加えられたことにより、通気路の吸引・排出作用が飛躍的に向上されると共に、通気路からの排出面積は通気路外周縁の吐出口面積に上記ブレード背面側外周先端連通部の開口面積が加えられることで通気路内の断面積よりも飛躍的に大きく確保されると共に排出開始位置が従来よりも内方位置から排出が開始されるため、起動時に通気路内に滞留する処理液および異物が極めて迅速かつ円滑に吸引排出されることにより、起動時の負荷低減および異物閉塞防止が瞬時に行われるだけでなく、起動後の通常運転状態においても吸気性能が向上されるので、大量に空気供給された気液混合体により効率のよい曝気作用を行うことができる。また、上記羽根車のブレード背面側隔壁の外周先端部分の通液路と通気路を連通させ吸気量を多量に増大させようとする場合、吸気過多の密度が小さく不安定な気液混合体（以下、「不安定気液混合体」という）が次のブレード外周表面に衝突することにより、羽根車の旋回によりブレード表面では不安定気液混合体に速度エネルギーを与えるため、当然の如く通液路外周縁の吐出口からの噴流状態が不安定となり、それに伴って吸気性能も大きく脈動されることになり、このような不安定要因を回避する工夫とし、不安定気液混合体が中間羽根表面の遮蔽誘導作用により次のブレード表面に作用されることのないように通液路内に中間羽根を設けたことにより、中間羽根背面と次のブレード表面間に形成された通液路内では該ブレード表面により密度の安定した吸液に対して本来の適正な速度エネルギーが与えられ、安定した通液路外周縁の吐出口からの吐出噴流により本来のジェット吸引力が作用されると共に、正常に吸液口から通液路に吸液された処理液に羽根車の旋回による遠心力の作用が中間羽根により二分される両通液路に作用するため、中間羽根の表面と前のブレード背面間に形成された通液路内の不安定気液混合体にも上記遠心力の作用が加えられことで、その通液路外周縁の吐出口より外方へ押し出すように噴流されるため、羽根車のブレード背面側隔壁の外周先端部分の連通から最大負圧による吸引力の作用が適正に継続される。そして、中間羽根を設けた第二の効果として、羽根車の旋回により羽根車外周縁とガイドベーン内周縁間の隙間において、ガイドベーン舌に対向する羽根車外周縁の受液圧面側であるブレード表面外周端に中間羽根表面外周端が加えられることにより、羽根車外周縁の隙間では上記ガイドベーン舌に対して一回転当りの気液混合体の擦過回数が増大されることで、せん断力破砕が促進され該気液合体内の気泡がより一層微細化されるため、従来装置に比べて極めて酸素溶解効率の高い曝気処理が行われる。更に、上記羽根車のブレード下端面と対向するサクションカバー上面との隙間において、吸液口入口部の間隙を大きく外周に向けてガイドベーンの内周先端部分を含ませる範囲まで外周に向けて次第に狭くなるよう滑らかな擂鉢状の隙間に形成したことにより、流体損失の少ない誘導作用により吸液性能をそれ程低下させることなく、吸込み異物によりブレード下端面の間隙が閉塞されることなく、ガイドベーン舌間の誘導路内周開口面積が大きく確保されるため、吸込み異物により誘導路および気液吐出路内が閉塞されることなく気液混合体と共に円滑に気液吐出路外周の開口から排出され、上述の如く有効な曝気作用が行われ、製造コストおよびランニングコストを低減し得るという効果を有している。
また、ガイドケーシングの下壁外周下端面に自重を支え座りを安定させる複数のスタンド凸子と吸液口に夾雑物が吸引されないよう除去する下方に向けて末広がりのテーパ状のストレーナ溝を形成するストレーナ突起が一体に凸設構成されているため、組立工数および締結部品が削減され製造コストが低減されることは当然であり、スタンド凸子下端の限られた接触面による点接触設置のため設置面に多少の凹凸が存在しても最低３点が接触設置することで装置の座りを安定させることができると共に大きな異物が吸液口に吸引されることがないので異物閉塞等のトラブルのない安定した運転ができるという利点を有している。また、上記スタンド凸子およびストレーナ突起は上から下に向けて先細のテーパ状で且つ下端部が開放状態に形成されると共にガイドケーシングの気液吐出路間の上壁上面形状を内周から外周に向けて末広がり状の下り勾配の傾斜面に凹設形成しているため、メンテナンスの引き上げ点検時には、水中曝気装置表面付着の異物は引き上げによる該装置表面の処理液の流下作用により絡み付くことなく極めて容易に滑落されるので、作業場所を汚損することなくメンテナンス作業を軽減し得るという利点も有している。
本発明の水中曝気装置の実施の形態を実施例に基づき、添付図面の図１ないし図５を参照して詳細に説明する。
図１ないし３において、１は水中曝気装置を駆動するモータ、２はモータ１から空気室３を貫通して導下されたモータ軸であり、モータ軸２先端に羽根車４のボス部４ｂを嵌着し、該ボス部４ｂから外周に向けて円板状に張設された主板４ｐ外周上端面と対向し中央に吸気口５ｓが穿設された中間プレート５をガイドケーシング６の上壁６ｕに装着し、該羽根車４のブレード下端面４ｄと対向し中央に吸液口７ｓが穿設されたサクションカバー７がガイドケーシング６の下壁６ｄに装着され、上記羽根車外周縁４ｏと隙間を隔てて該サクションカバー上面７ｕに望ましくは内周端をガイドベーン舌７ｉとしてサクションカバー７外周に向けてＶ字状にガイドベーン７ｇを複数縦設し、該ガイドベーン７ｇ・・７ｇ間に形成された誘導路７ｒにより、羽根車４から吐出される気液混合体を上記ガイドケーシング６の気液吐出路６rへ誘導し該気液混合体が気液吐出路６rを流通し外方へ噴出されると共に、ガイドケーシング６を液中に浸漬させているので、液面上の大気中より導下された通気導管１１と導通する空気室３を上記ガイドケーシング６上に設け、モータ１により回転する羽根車４が上記中間プレート下面５ｄとサクションカバー上面７ｕ間に回転自在に介装されるようガイドケーシング６内に収容され、モータ軸２先端に嵌着された該羽根車４のボス部４ｂから外周に向けて円板状に張設された主板４ｐより上記サクションカバー上面７ｕと隙間を隔てて凸設させた複数のブレード４ｃの内周が上記吸液口７ｓと対向するように設けられ、該ブレード４ｃ間が吸液口７ｓと導通して周方向へ導延される通液路４ｗに形成され、上記ブレード４ｃ内が羽根車４のボス部４ｂ外周から羽根車４の外周に向けて外周縁が開放された溝状に凹設され空気室３と導通して周方向へ導延される通気路４ａに形成させ、上記通液路４ｗと通気路４ａを区画する隔壁がブレード４ｃに形成されており、最も周速の速い最大負圧が作用するモータ１の回転方向に対して非受圧側であるブレード背面４ｒ側隔壁の外周先端部分において通液路４ｗと通気路４ａを連通４ｈさせ、該連通４ｈは通孔としてもよいが切欠状に形成することが望ましい。また、図４および５に示すように上記羽根車４のブレード背面４ｒ側隔壁の外周先端部分における通液路４ｗと通気路４ａの連通４ｈにおいて、該通液路４ｗを二分するよう外周から内周に向けて中間羽根４ｍがブレード高Ｔより中間羽根高ｔを低くしその高さはブレード高Ｔの半分程度とすることが望ましく且つ中間羽根下端面内周径φＢが上記ブレード背面４ｒ側隔壁の外周先端部分の連通部内径φＡと同径以下となるよう主板４ｐより凸設され、該中間羽根の内周縁の内径は下端から主板４ｐ下面に向けて次第に小さくなるよう緩やかに傾斜させ、該中間羽根４ｍの付設角度θはモータの回転方向に対して次の受圧面となるブレード表面４ｆ側隔壁と略平行になるように構成する。更に、図１ないし３に示されるように上記羽根車４のブレード下端面４ｄと対向するサクションカバー上面７ｕとの隙間において、吸液口7ｓ入口部の間隙を大きく外周に向けてガイドベーン７ｇの内周先端部分を含ませる範囲まで外周に向けて次第に狭くなるよう滑らかな擂鉢状の隙間に形成する。
そして、図１ないし３に示すようにガイドケーシングの下壁６ｄ外周下端面に水中曝気装置の自重を支え座りを安定させるスタンド凸子８・・８が複数凸設されると共に前記吸液口７ｓに夾雑物が吸引されないよう除去する下方に向けて末広がりのテーパ状のストレーナ溝１０・・１０を形成するストレーナ突起９・・９を複数凸設させ、設置時に該ストレーナ突起９・・９下端面が設置面に接触しないよう上記スタンド凸子８・・８下端面より上方に位置させたことにより設置面との隙間Ｍを形成し、ガイドケーシングの下壁６ｄ外周下端面に上記スタンド凸子８・・８およびストレーナ突起９・・９を一体に構成し、上記ガイドケーシング６の気液吐出路６ｒ間の上壁上面６ｏ形状において、その形状を内周から外周に向けて末広がり状の下り勾配の傾斜面に凹設形成する。
本発明水中曝気装置の構成を示した縦断側面図である。 図１のＳ−Ｓ線における横断平面図である。 本発明水中曝気装置のガイドケーシングの気液吐出路間の上壁上面形状を示す要部拡大縦断側面図である。 本発明水中曝気装置の羽根車における通液路と通気路および中間羽根の構成を示した羽根車平面の説明図である。 本発明水中曝気装置の羽根車における通気路の断面形状を示した羽根車の要部縦断側面図である。
符号の説明
１ モータ
２ モータ軸
３ 空気室
４ 羽根車
４ａ 通気路
４ｂ ボス部
４ｃ ブレード
４ｄ ブレード下端面
４ｆ ブレード表面
４ｈ 連通
４ｍ 中間羽根
４ｏ 羽根車外周縁
４ｐ 主板
４ｒ ブレード背面
４ｗ 通液路
５ 中間プレート
５ｄ 中間プレート下面
５ｓ 吸気口
６ ガイドケーシング
６ｄ ガイドケーシングの下壁
６ｏ ガイドケーシングの気液吐出路間の上壁上面
６ｒ 気液吐出路
６ｕ ガイドケーシングの上壁
７ サクションカバー
７ｇ ガイドベーン
７ｒ 誘導路
７ｓ 吸液口
７ｕ サクションカバー上面
８ スタンド凸子
９ ストレーナ突起
１０ ストレーナ溝
Ｍ 設置面とストレーナ突起下端面間の間隙
θ 中間羽根の付設角度
φＡ 連通部内径
φＢ 中間羽根下端面内周径

Claims (5)

  1. モータにより回転され吸気と吸液を同時にそれぞれ別箇所から自吸する羽根車を具備し、上記吸気と吸液とが上記羽根車外周縁にて気液混合される水中曝気装置において、上記モータから空気室を貫通して導下されたモータ軸先端に羽根車のボス部を嵌着し、該羽根車のボス部から外周に向けて円板状に張設された主板外周上端面と対向し中央に吸気口が穿設された中間プレートをガイドケーシングの上壁に装着し、該羽根車のブレード下端面と対向し中央に吸液口が穿設されたサクションカバーがガイドケーシングの下壁に装着され、上記羽根車外周縁と隙間を隔てて該サクションカバー上面に複数縦設されたガイドベーン間に形成された誘導路により、羽根車から吐出される気液混合体を上記ガイドケーシングの気液吐出路へ誘導し、該気液混合体は気液吐出路を流通し外方へ噴出されると共に、ガイドケーシングを液中に浸漬させているので、液面上の大気中より導下された通気導管と導通する空気室を上記ガイドケーシング上に設け、モータにより回転する羽根車が上記中間プレート下面とサクションカバー上面間に回転自在に介装されるようガイドケーシング内に収容され、モータ軸先端に嵌着された該羽根車のボス部から外周に向けて円板状に張設された主板より上記サクションカバー上面と隙間を隔てて凸設させた複数のブレードの内周が上記吸液口と対向するように設けられ、該ブレード間が吸液口と導通して周方向へ導延される通液路に形成され、上記ブレード内が羽根車のボス部外周から羽根車の外周に向けて外周縁が開放された溝状に凹設され空気室と導通して周方向へ導延される通気路に形成させ、上記通液路と通気路を区画する隔壁がブレードに形成されており、モータの回転方向に対して非受圧側であるブレード背面側隔壁の外周先端部分において通液路と通気路を連通させたことを特徴とする水中曝気装置。
  2. 請求項１に記載の水中曝気装置であって、前記羽根車のブレード背面側隔壁の外周先端部分における通液路と通気路の連通において、該通液路を二分するよう外周から内周に向けて中間羽根がブレード高より低く且つ中間羽根下端面内周径が上記ブレード背面側隔壁の外周先端部分の連通部内径と同径以下となるよう主板より凸設され、該中間羽根の内周縁の内径は下端から主板下面に向けて次第に小さくなるよう緩やかに傾斜され、該中間羽根の付設角度はモータの回転方向に対して次の受圧面となるブレード表面側隔壁と略平行になるように構成されたことを特徴とする水中曝気装置。
  3. 請求項１および２に記載の水中曝気装置であって、前記羽根車のブレード下端面と対向するサクションカバー上面との隙間において、吸液口入口部の間隙を大きく外周に向けてガイドベーンの内周先端部分を含ませる範囲まで外周に向けて次第に狭くなるよう滑らかな擂鉢状の隙間に形成されたことを特徴とする水中曝気装置。
  4. 請求項１ないし３に記載の水中曝気装置であって、前記ガイドケーシングの下壁外周下端面に水中曝気装置の自重を支え座りを安定させるスタンド凸子が複数凸設されると共に前記吸液口に夾雑物が吸引されないよう除去する下方に向けて末広がりのテーパ状のストレーナ溝を形成するストレーナ突起が複数凸設され、設置時に該ストレーナ突起下端面が設置面に接触しないよう上記スタンド凸子下端面より上方に位置させたことにより設置面との隙間を形成し、ガイドケーシングの下壁外周下端面に上記スタンド凸子およびストレーナ突起が一体に構成されていることを特徴とする水中曝気装置。
  5. 請求項１ないし４に記載の水中曝気装置であって、該水中曝気装置の外周に張設される前記ガイドケーシングの気液吐出路間の上壁上面形状において、その形状を内周から外周に向けて末広がり状の下り勾配の傾斜面に凹設形成したことを特徴とする水中曝気装置。
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