JP4459860B2 - 水中攪拌機 - Google Patents

Description

本発明は、水中攪拌機に関し、特に、水中攪拌機の攪拌体の体積を、浮上したその上方位置と沈降した下方位置において内部の流体の移動によって変化させて昇降させることで、高深度槽などにおいても小動力で、攪拌槽内の攪拌流体の均一攪拌を長時間に亘って行うことができるようにした水中攪拌機に関するものである。

従来、下水処理、工事用排水の処理等においては、土砂、汚泥などの不純物が含まれた汚水等の流体を処理する場合、例えば、汚泥水を処理する場合、この汚泥水に凝集剤、殺菌剤等の薬剤を、汚泥水を供給した攪拌槽内に投入するとともに、該攪拌槽内に同様に投入した水中攪拌機により攪拌して、所要の凝集、殺菌などの処理を行うようにしている。

ところで、水中攪拌機は、液体又は流体をモータなどの駆動体にて攪拌羽根を回転させ、これにより発生する水流を利用して槽内を循環するようにして槽内全体を強制的に攪拌するようにしているが、この方法では攪拌動力が大となるため外部から電力を取り入れているので、商用電力がない箇所では使用することができず、また、高深度槽においてはさらに攪拌動力が大となるため電力費が嵩み、ランニングコストが高くなるという問題があった。

このため、水中攪拌機内の重量を、水中攪拌機内に収容する汚泥水を、内部に設置したポンプの給排によって変動させて上下運動を行うとともに、この水中攪拌機の外周部に配設した攪拌羽根を、その上下動時に攪拌槽内の汚泥水の抵抗を受けて自転するように構成した水中攪拌機が提案されている。
しかし、この水中攪拌機は攪拌槽内の汚泥水の一部を直接給排水するようにしているから、汚泥水が下水のように夾雑物（異物）が多い場合は、フィルター或いは給排するポンプに目詰まりが発生して長期の連続運転が不可能となり、しばしばメンテナンスを行わなければならないという問題があった。

本発明は、上記従来の水中攪拌機の有する問題点に鑑み、槽内全体を小動力、かつ高い効率で、しかも均一な攪拌を長期の連続運転にて行えるようにした水中攪拌機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の水中攪拌機は、内部に流体を収容した密閉式の攪拌体の外周部に配設した攪拌羽根により、攪拌体がガイド機構に沿って上下動する時に攪拌槽内の攪拌流体の抵抗を受けて自転するようにした水中攪拌機であって、攪拌体の外部に可撓性のタンクを配設し、攪拌体と可撓性のタンクとの間での流体の移動にて可撓性のタンクを含めた攪拌体の体積を変化させることによって、可撓性のタンクを含めた攪拌体が攪拌流体から受ける浮力を変化させ、攪拌体が攪拌流体中を浮沈して上下動するように構成したことを特徴とする。

この場合において、浮沈する攪拌体の昇降位置を検知して攪拌体の内部に設けた駆動エネルギ源によりポンプを駆動して攪拌体の内部に収容した流体を移動させるように構成することができる。

また、攪拌体の昇降位置を、攪拌体に配設したセンサにて検知するように構成することができる。

また、駆動エネルギ源を蓄電池とし、攪拌体の上昇位置にて非接触にて給充電可能に構成することができる。

また、外部に配設した可撓性のタンクを、形状記憶合金にて体積変化するように製作し、攪拌体の昇降位置の攪拌体の外部温度変化を検知して体積変化させて攪拌体内の流体の給排を行うように構成することができる。

本発明の攪拌機によれば、内部に流体を収容した密閉式の攪拌体の外周部に配設した攪拌羽根により、攪拌体がガイド機構に沿って上下動する時に攪拌槽内の攪拌流体の抵抗を受けて自転するようにした水中攪拌機であって、攪拌体の外部に可撓性のタンクを配設し、攪拌体と可撓性のタンクとの間での流体の移動にて可撓性のタンクを含めた攪拌体の体積を変化させることによって、可撓性のタンクを含めた攪拌体が攪拌流体から受ける浮力を変化させ、攪拌体が攪拌流体中を浮沈して上下動するように構成することにより、構成が簡単で、攪拌体の浮沈が簡易に、確実に行え、攪拌流体の性状に関係なく攪拌を容易に行うことができる。
この場合、収容する流体を清浄水とすることで流体の給排を行うポンプ、配管などの目詰まりを未然に防止し、長期間の連続運転が可能となり、高深度槽などにおいても小動力で、攪拌槽内の攪拌流体の均一攪拌を簡易に行うことができる。

また、攪拌体の昇降位置を検知して攪拌体の内部に設けた駆動エネルギ源によりポンプを駆動して攪拌体の内部に収容した流体を移動させるように構成することにより、攪拌体が昇降するだけで自動的に浮沈を切り替えられ、攪拌流体の攪拌が容易に連続的に行うことができる。

また、攪拌体の昇降位置を、攪拌体に配設したセンサにて検知するように構成することにより、攪拌体の昇降位置の検知が簡易で、かつ流体の外部タンクへの給排出切り替えも確実に行うことができる。

また、駆動エネルギ源を蓄電池とし、攪拌体の上昇時に非接触にて給電可能に構成することにより、給電ケーブル等にて外部から電力を供給することなく、必要電力の供給が簡易に行うことができる。

また、外部に配設した可撓性のタンクを、形状記憶合金にて体積変化するように製作し、攪拌体の昇降位置の攪拌体の外部温度変化を検知して体積変化させて攪拌体内の流体の給排を行うように構成することにより、攪拌体の昇降位置の温度変化だけで、簡易にかつ確実に可撓性のタンクの体積を変化させて浮沈させることができ、構造が簡単となる。

以下、本発明の攪拌機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の攪拌機の一実施例を示す。
この水中攪拌機Ａは、汚水等の攪拌流体Ｗを導入した攪拌槽１内に、浮沈昇降する際、その攪拌流体Ｗの抵抗を受けて自転するように形成した攪拌羽根３を突設した攪拌体２を配設するとともに、該攪拌体２にはその浮力を変化させる機構、具体的には、攪拌体内に所定量の流体ｗを収容し、この流体ｗを攪拌体２の外部、例えば、外周部に配設した可撓性のタンク４内に給排することで、可撓性のタンク４を含めた攪拌体２の体積を変化させ、これによって、可撓性のタンク４を含めた攪拌体２が攪拌流体Ｗから受ける浮力を変化させ、浮沈させるように構成し、これにより、高深度槽においても小動力で、攪拌槽内の攪拌流体Ｗの均一攪拌を効率的に、確実に行えるようにする。

この攪拌槽１は、特に限定されるものではないが、所要の内容積を有する立方体、矩形等、攪拌流体Ｗの攪拌が行える形状を備え、攪拌槽１内に攪拌する攪拌流体Ｗを供給し、攪拌した後の処理水を排水できるように構成するとともに、攪拌槽上部に配設した攪拌体支持枠７にガイド機構としてのガイド棒５を直接鉛直に吊り下げるように取り付けるか、又は攪拌体支持枠７にガイド棒支持具６を取り付け、該ガイド棒支持具６にガイド棒５を取り付け、これにより規定の位置で攪拌槽１内を水中攪拌機Ａの攪拌体２が浮沈して昇降するようにする。
なお、この攪拌槽１の上面は開口しているが、密閉式とすることも可能である。

攪拌体２は、図１〜図２に示すように、攪拌体本体の中央部に上下に貫通するようにした透孔２１を形成した円筒タンク形に形成し、この攪拌体本体の外周面に複数、特に限定されるものではないが、図示の実施例では４枚の攪拌羽根３を、ほぼ等間隔で放射方向に突設するようにして設け、これにより攪拌体２が浮沈して昇降動作をする際、攪拌羽根３が液体の抵抗力により攪拌体２を自転させながら浮沈、即ち上昇又は下降するようにする。
なお、この攪拌羽根３の大きさ、形状及び個数は、特に限定されるものではなく、攪拌槽の大きさに対応したものとする。

また、この攪拌体２は、密閉式のタンク形とし、外部には可撓性のタンク４を配設し、攪拌体２の内部に所定量の清浄な流体ｗ、特に限定されるものではないが、例えば、水道水などの清浄水を収容し、この流体ｗを外部タンクへ流体給排手段により給排水することで可撓性のタンク４の体積を変化させ、攪拌体２の浮力を変化させて昇降させるようにする。
これにより、攪拌体２内に収容する清浄な流体ｗは、給排水の水路を目詰まりさせることがないので、目詰まり等のトラブルがなく長期の連続運転が可能となる。
さらにこのタンク形とした攪拌体２にはその中心に上下に貫通するように透孔２１を穿設し、該透孔２１内に前記ガイド棒５を貫通する。これにより、攪拌体２が攪拌槽１内で浮沈昇降する際、このガイド棒５にて攪拌体２の上下移動の際の平面位置範囲が拘束されつつガイドされ、円滑に昇降できるようにする。

外部タンク４への液体給排手段として、特に限定されるものではないが、例えば、給排可能なポンプＰと、該ポンプ駆動用電源としての非接触にて充電可能な蓄電池Ｂと、及び攪拌体２の昇降位置を検知するセンサＣ及びコントローラＣＴとより構成し、これを攪拌体２内に電気的に接続するようにして配設する。
なお、Ｄは槽外に配設された地上充電装置で、攪拌体２の浮上時非接触の電極間で蓄電池Ｂに充電できるようにする。
また、このセンサＣとしては、特に限定されるものではないが、例えば、圧力センサを採用し、攪拌体２の深度を検出してその浮上した上昇位置或いは沈降した下降位置を検知するようにする。

攪拌体２の外部に取り付ける可撓性のタンク４は、特に限定されるものではないが、例えば、図１、図２及び図４に示すように、ゴム、合成樹脂製で可撓性の蛇腹式とし、攪拌体２からの流体ｗのポンプＰによる給排にて、該タンク４が図２の右半に示すように膨張或いは図２の左半に示すように縮小することにより実質的にタンク４を含めた攪拌体２の体積を変化させるようにする。

このほか、図３に示すように、可撓性を有するタンク４を形状記憶合金にて体積変化するように製作し、攪拌体２の深度に応じた外部温度による温度差を利用してタンク形状を変化させ、このタンク形状の変化に伴って攪拌体２からの流体ｗの給排を行ってタンク４の体積を変化させるようにする。図３において、左半はタンク４が縮小した状態を、また右半はタンク４が膨張した状態を示す。
ここで、形状記憶合金にてタンク４を体積変化させる方法としては、例えば、蛇腹式等の可撓性を有するタンク４の内部に形状記憶合金で形成した付勢片を取り付け、この付勢片の全長を温度差によって変化させることにより、タンク４の体積を変化させるようにすることができる。
なお、タンク４を形状記憶合金にて体積変化するように製作するようにした場合、温度差にてタンク形状を変化させることができるので、このタンク４の形状変化に応じて流体ｗが自動的に給排されるため、液体給排手段としてのポンプＰ、蓄電池Ｂ、センサＣ、コントローラＣＴは不要とすることもできる。

次に、この攪拌機の作用について説明する。
水中攪拌機Ａを備えた攪拌槽１内に所定量の攪拌流体Ｗを供給し、攪拌体２内のポンプＰを駆動することで、このポンプＰの回転方向により、例えば、正回転することで外部の膨出した形状となって水面に浮上しているタンク４内の流体ｗを吸引し、このポンプに配管接続された攪拌体２内に戻すと、このタンク４の形状は流出する流体ｗの量に応じて膨出状態から縮小するようになる。
このように流体ｗを外部のタンク４内から攪拌体内へ戻すことで、攪拌体内の空気ａは圧縮され、かつタンク４の縮小量に応じて実質的にタンク４を含めた攪拌体２の体積が減少するよう変化する。このタンク４の縮小量にて攪拌体の全体が押しのける攪拌流体Ｗ量も減少することとなり、アルキメデスの原理から浮力減少して、水面位置に浮上していた攪拌体２は沈降するようになり、この攪拌体２が沈降時、攪拌羽根３に攪拌流体Ｗの抵抗を受けて自転するようになる。
なお、この場合、ポンプの駆動は設定時間によって、或いは所定量の流体ｗをタンク４内から排出した時点で停止するように設定する。

自転しつつ沈降してきた攪拌体２が、センサＣにて沈降位置を槽底部に達したと検知したとき、次にポンプＰの回転駆動方向を切り替えて逆回転（反時計方向）させると、流体ｗは攪拌体２内からタンク４内へ流出されるようになって攪拌体２内である程度圧縮されていた空気ａは膨張するようになるとともに、可撓性のタンク４は流入する流体ｗ量に応じて膨出するようになる。このとき、タンク４の膨出量に応じてタンク４を含めた攪拌体２の実質的体積が膨出して浮力が増大するようになり、攪拌体２は水面に向かって浮上するようになる。この場合も、攪拌羽根３に攪拌流体Ｗの抵抗を受けて自転するが、この時の回転方向は沈降時と反対方向の反時計方向になる。
また、この場合もポンプの駆動を設定時間、或いは所定量の流体ｗを攪拌体２内から排出した時点で停止するように設定する。

浮上して水面位置に達した攪拌体２は、センサＣにて浮上して上昇位置を水面位置に達したと検知すると、ポンプＰの回転方向を切り替えることにより、再び流体ｗの移動が生じてタンク４を含めた攪拌体２の体積が変化することで沈降を始める。この動作を順次繰り返すことで小電力にて攪拌槽１内の攪拌流体Ｗを攪拌することができる。

また、図３に示すように、タンク４を形状記憶合金にて体積変化するように製作するようにした場合、温度差にてタンク形状を自動的に変化させることができるので、ポンプを駆動することなく、このタンク４の形状変化に応じて流体ｗが自然とタンク４より給排され、攪拌体２は自動的に浮沈を繰り返すことができる。
この動作を繰り返すことにより、攪拌体２の上昇中と下降中とにおいて、攪拌体２の回転方向を切り替え、攪拌流体を攪拌することで、槽内全体を高い効率で均一攪拌することができる。

以上、本発明の水中攪拌機について、実施例に基づいて説明したが、本発明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。

本発明の水中攪拌機は、攪拌体内に収容している流体ｗを、攪拌体の外部に配設した可撓性のタンクとの間で給排することで攪拌体の実質的な体積変化に応じて浮力を調節して浮沈させつつ、自転させて槽内攪拌流体の攪拌を行うという特性を有していることから、下水処理場の反応槽（嫌気槽又は無酸素槽）の攪拌の用途に好適に用いることができるほか、例えば、ダム湖の攪拌、化学反応槽の攪拌、槽底部状況のセンシングマシン（槽底でセンシングしたデータを液上部で人が確認する）の用途にも用いることができる。

本発明の水中攪拌機の一実施例を示す一部破断した外観斜視図である。 水中攪拌機の構造を示す断面図である。 異なるタンクを配設した実施例の断面図である。 攪拌体の平面図である。

１ 攪拌槽
２ 攪拌体
３ 攪拌羽根
４ 可撓性の外部タンク
５ ガイド棒（ガイド機構）
６ ガイド棒支持具
７ ガイド棒支持用枠体
Ｐ ポンプ
Ｂ 蓄電池
Ｃ センサ
ＣＴ コントローラ
ａ 空気
Ｗ 攪拌流体
ｗ 攪拌体内の流体

Claims (5)

1. 内部に流体を収容した密閉式の攪拌体の外周部に配設した攪拌羽根により、攪拌体がガイド機構に沿って上下動する時に攪拌槽内の攪拌流体の抵抗を受けて自転するようにした水中攪拌機であって、攪拌体の外部に可撓性のタンクを配設し、攪拌体と可撓性のタンクとの間での流体の移動にて可撓性のタンクを含めた攪拌体の体積を変化させることによって、可撓性のタンクを含めた攪拌体が攪拌流体から受ける浮力を変化させ、攪拌体が攪拌流体中を浮沈して上下動するように構成したことを特徴とする水中攪拌機。
2. 浮沈する攪拌体の昇降位置を検知して攪拌体の内部に設けた駆動エネルギ源によりポンプを駆動して攪拌体の内部に収容した流体を移動させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の水中攪拌機。
3. 攪拌体の昇降位置を、攪拌体に配設したセンサにて検知するように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の水中攪拌機。
4. 駆動エネルギ源を蓄電池とし、攪拌体の上昇位置にて非接触にて給充電可能に構成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の水中攪拌機。
5. 外部に配設した可撓性のタンクを、形状記憶合金にて体積変化するように製作し、攪拌体の昇降位置の攪拌体の外部温度変化を検知して体積変化させて攪拌体内の流体の給排を行うように構成したことを特徴とする請求項１記載の水中攪拌機。

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