JP4964967B2 - 水平攪拌機およびこの水平攪拌機を用いて浄化槽内に流れを産生する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに定義されている水平攪拌機に関する。

水平攪拌機はＤＥ ４０ １５ ４７８ Ｃ１に公知である。ここでは、プロペラが駆動装置に接続されている。駆動装置は、ギア装置を介してプロペラを常時駆動する水中モータを備える。ここでは、水中モータはプロペラの軸方向に配置され、すなわち、水中モータの駆動軸がプロペラの回転軸と実質的に平行に走っている。

また、水中モータがプロペラに対して軸方向に変位しているが、プロペラの回転軸を通る水平面内には配置されていない、すなわち、この場合、水中モータが、プロペラの回転軸を通る水平面の上または下に配置されている水平攪拌機も公知である。

従来の水平攪拌機は、浄化槽の側壁近傍またはブリッジ上に据え付けられたフレームに取り付けられている。水中モータまたはフレームからプロペラに向かう水平流は、プロペラの動作によって産生されている。

独国特許出願公開第４０１５４７８号明細書

公知の水平攪拌機の効率はあまり高くない。それは別として、従来の水平攪拌機はあまり万能向きではない。可能な限り高い効率を得るため、従来技術によると、浄化槽の大きさに適したプロペラを選択し、このプロペラを、この目的に適した特定の速度で運転しなければならない。このように、各水平攪拌機は個々の用途別に設計されなければならない。つまり、費用と時間を要する。

本発明は、従来技術による欠点の解消を目的とする。特に、向上した効率で浄化槽内に水平流を産生することができる水平攪拌機が以下に特定される。さらに本発明の目標は、できるだけ万能向きに使用できる水平攪拌機を提供することにある。

この目的は請求項１の特徴によって解決される。請求項２乃至２１の特徴によって、好適な実施例がもたらされる。

本発明によれば、少なくとも１つの軸平面に伸びる、板状の流れ誘導エレメントが、少なくとも１つのプロペラの下流に設けられている。「軸平面」という用語は、プロペラの回転軸に平行な平面、または回転軸を含む平面を意味すると理解されている。板状の流れ誘導エレメントを設けることによって、網状流（ｂｒａｉｄｅｄ ｆｌｏｗ）の形成が防止される。攪拌機の効率を下げるので、網状流は望ましくない。

好適には、流れ誘導エレメントは、板金または繊維強化プラスチックから作られている。流れ誘導エレメントは、垂直面および／または水平面に伸長していてもよい。流れ誘導エレメントは、水中モータを保持するフレームに取り付けられていてもよいし、または浄化槽の底面に取り付けられていてもよい。そうではなく、流れ誘導エレメントは、水中モータ、または水中モータを備える駆動装置に取り付けられていてもよい。駆動装置は、水中モータに加えて、例えばギア装置を備えていてもよい。

水中モータまたは駆動装置は、フレームに設けられた昇降ユニットに固定されていてもよい。これにより、水平攪拌機を浄化槽内で上昇または下降させることができる。

さらに他の実施例によれば、半径方向距離が遠くなるにつれ、流れ誘導エレメントの前縁が、主流方向に向いた傾斜、またはカーブを有する。これにより、ブレイド発生不純物（ｂｒａｉｄ−ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ）が流れ誘導エレメントにたまらないようにすることができる。逆に、これらが誘導エレメントによって押し流されるまで、流れは、傾斜または湾曲している前縁に沿ってこれらを移動させる。

好適な一実施例によれば、弾性変形可能な素材から作られている羽根の弾性変形は、少なくとも、径方向外側部の領域で、その側面ピッチ角（α１、α２、α３）が、所定の方法で、回転速度の上昇に伴って大きくなるように定められる。「側面ピッチ角」という用語は、プロペラの回転軸に垂直に通るラジアル平面に対して、羽根が取り付けられる、または傾けられる角度を意味すると理解されている。羽根の特定の弾性変形を、定義された設定にすることで、プロペラをある回転速度でだけでなく、回転速度のある範囲内または回転数のある範囲内でも高効率で運転することができる。羽根への液圧は、回転速度の上昇に伴って増加する。定義された方法で設定された弾性により、羽根の側面ピッチ角は径方向外側の領域で大きくなる。これによって、羽根の側面は特定の条件に適応し、広範囲の回転数にわたって流れが産生され得る。これは、他のプロペラを設けることなく、提案された水平攪拌機をいろいろな大きさの浄化槽において万能向きに運転することを可能にする。これは製造コストを抑制する。

プロペラは、２枚、３枚、４枚、５枚またはそれ以上の羽根を有していてもよい。プロペラは反時計回りに回転するものであっても、または時計回りに回転するものであってもよい。好適には、羽根は繊維強化複合材料から作られている。好適には、複合材料の母材はプラスチックで作られている。これは、複合材料の製造に適した公知の合成樹脂、例えば、エポキシ樹脂などであってもよい。繊維として、炭素繊維および／またはアラミド繊維および／または高度に延伸されたポリエチレン繊維を含んでもよい。羽根の弾性変形の設定は繊維の選択、量および配置により定められてもよい。さらに、弾性変形、特にピッチ角の弾性変形は側面の厚さによって定められてもよい。羽根の所望の弾性変形を設定するために、羽根の表面が複数の表面材に分離され、各表面材の弾性係数が指定されてもよい。製造過程において、その結果、繊維の種類、量および配置とともに側面の厚さを変化させることにより、特定の弾性係数が設定され得る。

好適には、プロペラの密度は、０．９乃至１．１ｇ／ｃｍ³の範囲である。これによって、密度は、プロペラの周りの液体、具体的には浄化すべき廃水の濃度に実質的に対応する。プロペラの密度の、周りの液体への提案された適合は、濃度差に起因する半径方向力がプロペラの軸に加わることを防止する。これは、プロペラの軸を保持するベアリングの寿命を延ばす。

さらに好適な実施例の特徴によれば、羽根の径方向外側の末端部は、プロペラによって軸方向に産生される主流の方向と反対方向に湾曲している。これによって、羽根の末端の領域において、径方向、および主流方向と反対の軸方向の、好ましくない側方流の発生を防ぐことができる。このような側方流はプロペラの効率を低下させる。提案された、羽根末端の湾曲は、特に、側面ピッチ角が、実質的に回転速度の上昇に伴って変化しない硬質の羽根に用いられる。

「末端部」という用語は、羽根先端を含む、羽根の径方向外側の領域を意味すると理解されている。「末端部」の径方向の長さは、普通、「径方向外側部」より短い。しかし、「径方向外側部」は「末端部」と同じ長さであっても良い。羽根の弾性変形と末端部の湾曲との組み合わせによって、たとえ羽根の最大の弾性変形においても、軸方向の、主流方向と反対への末端部の湾曲が残っているように羽根は設計されている。

さらに好適な実施例によると、湾曲した末端部は、ラジアル平面において、プロペラの回転方向と反対に向いたカーブを有する。これにより、糸、紐、髪の毛などの、いわゆる「ブレイド発生不純物」が羽根末端部に引っかかることを防ぐ簡単な手段を提供する。

末端部の最大長は、羽根の半径の５分の１であることが好適だと判明している。末端部のこのような長さは、望ましくない側方流を効果的に妨げるのに十分であると既に判明している。

水中モータはプロペラの軸方向に取り付けられている、すなわち、水中モータがプロペラの下流、そのハブの周辺に位置することが好適である。水中モータの駆動軸とプロペラの回転軸は平行、または同一軸上に位置する。

本発明によると、水中モータの運転中、プロペラから水中モータに向けて流れを産生するようにプロペラおよび水中モータが構成されている。これによって、水平攪拌機の効率を大幅に向上させることが驚くほど容易である。本発明の主題によれば、効率向上の理由は、実質的に流れが妨害されないことにあり、具体的には、水中モータおよび水中モータ保持用のフレームがプロペラの吸込み側に位置していることにある。その結果、より大量の液体を単位時間当たりに吸い込み、また水平方向に加速することができる。

さらに他の実施例によれば、水中モータに向けた流れを産生するために、同一の回転軸の周りを反対方向に回転する２台のプロペラが設けられている。本発明の意味では、両方のプロペラが水中モータに向けた流れを産生するように、１つのプロペラは時計周りに回転され、他方のプロペラは反時計周りに回転される。提案されている「二重プロペラ」は、螺旋状、または、いわゆる「網状流」の形成を効率的に、また容易に防止する。

さらに本発明によれば、浄化槽を備え、浄化槽に、本発明に係る水平攪拌機が少なくとも１つ収容されている廃水浄化用の設備が提供される。

以下、本発明の実施例を図面に基づいてより詳細に説明する：

第１水平攪拌機の正面図である。 図１の側面図である。 図１の平面図である。 図１の第１水平攪拌機の斜視図である。 第２水平攪拌機の正面図である。 図５の側面図である。 図５の平面図である。 図５の第２水平攪拌機の斜視図である。 第３水平攪拌機の正面図である。 図９の側面図である。 図９の平面図である。 図９の第３水平攪拌機の斜視図である。 第４水平攪拌機の正面図である。 図１３の側面図である。 図１３の平面図である。 図１３の第４水平攪拌機の斜視図である。 図１６の詳細図である。

図１乃至４に示す第１水平攪拌機は、水中モータ１が、駆動装置としてプロペラ２に軸方向に接続されている。プロペラ２は、ハブ３から径方向に伸長する２枚の羽根４を有する。水中モータ１は、昇降ユニット（図示せず）によって、柱状のフレーム６上を垂直方向に移動可能なキャリッジ５に搭載されている。昇降ユニットに適した例としては、例えば、ここに包含されているＤＥ ４０ １５ ４７８ Ｃ１に記載されたものが考えられる。

図３に示すように、ラジアル平面Ｒに対する羽根４の第１側面ピッチ角α１、および矢印Ｐ１で示され、水中モータ１によって引き起こされるプロペラ２の回転方向は、第２矢印Ｐ２で示される水中モータ１に向けた水平方向の主流がプロペラ２によって産生さるように選択されている。図１乃至４から明らかなように、プロペラ２の吸込み側の流れに障害はなく、このように、液体は第２矢印Ｐ２で示される水平方向に効率的に加速され得る。

図５乃至８に示される第２水平攪拌機は、羽根４の径方向外側の末端部７が、第２矢印Ｐ２で示される主流方向と反対方向に湾曲している。前述の水平の主流方向Ｐ２は、同様に水平方向に走るプロペラ２の回転軸と実質的に平行である。図６に詳細に示すように、曲げ角度βは、ここではラジアル面Ｒに対して約５５°に位置決めされている。曲げ角度βは、これより大きくても、またはこれより小さくてもよいが、３０°と９０°の間が好適である。図５に詳細に示すように、末端部７の長さは、最大で羽根４の径の五分の一に相当する。本実施例では、末端部７は羽根４の径長の十分の一伸長しているだけである。

さらに、末端部７は、矢印Ｐ１で示されるロータ２の回転方向と反対に向いたカーブを有する。提案されたカーブはブレイド発生不純物の引っかかりを防ぐ。

図９乃至１２は第３水平攪拌機を示しており、プロペラ２は第２水平攪拌機と同じ形状に形成されている。同様に、プロペラ２は湾曲した末端部７を有する。第３水平攪拌機は、プロペラ２の下流に、プロペラ２の回転軸を通る軸平面に沿って伸長する板状の流れ誘導エレメント８が設けられている。流れ誘導エレメント８は、実施例に例示される柱状のフレーム６に取り付けられている。もちろん、流れ誘導エレメント８は水中モータ１またはキャリッジ５に取り付けてもよい。流れ誘導エレメント８は、プロペラ２の第２半径Ｒ２以上である第１半径Ｒ１の長さだけ、水中モータ１から径方向に伸長している。第１半径Ｒ１は、第２半径Ｒ２の１．０乃至１．３倍が好適である。

図１０に詳細に示すように、前縁９はラジアル面Ｒに対して傾斜して位置決めされている。傾斜角γは径方向の外方に向けて５乃至２５°の開きが好適である。傾斜した一直線の前縁９の代わりに、主流方向Ｐ２に向かってカーブしたカーブ付きの前縁９が設けられてもよい。

水中モータ１の代わりに、水中モータ１に加えてギア装置を備えた駆動装置を設けてもよい。

図１３乃至１７は第４水平攪拌機を示す図である。ここでは、プロペラ２の羽根４は、プラスチック母材に繊維を含む複合材料から作られている。羽根４の弾性は、特に外側部Ａが液体圧によって弾性変形するように、複合材料中の繊維の適切な選択、組み合わせおよび配列によって定められる。適切な材料設計が利用された場合、回転軸を通る垂直ラジアル平面Ｒに対する外側部Ａの側面ピッチ角が、液体圧の増加に伴って大きくなるような弾性変形が生じる。図１７に詳細に示すように、液体の圧力または速度の増加に伴って、特に羽根４の外側部Ａが変形する。第１ピッチ角α１は低速における羽根の形状を特定する。第２ピッチ角α２は中速における羽根の形状を特定する。そして第３ピッチ角α３は高速における羽根の形状を特定する。ラジアル面Ｒに対する羽根４のピッチ角は、速度または液体圧の増加に伴って大きくなる。

液体圧による羽根４への作用に応じた、所望の羽根４の弾性変形とするために、種々の繊維、例えば、炭素繊維および／またはアラミド繊維および／または高度に延伸されたポリエチレン繊維を組み合わせてもよい。さらに、所望の弾性特性は、繊維層の方向および数のほかに、側面の厚さに左右される。

特に好適な一実施例によれば、全プロペラは、その体積により排水される水または廃水の量に相当する重量、すなわち、プロペラが廃水に沈められた場合に浮き上がらないほどの重さである。このために、複合材料は、例えば鉛製の金属粒子または金属インサートを備えていてもよい。

１ 水中モータ
２ プロペラ
３ ハブ
４ 羽根
５ キャリッジ
６ フレーム
７ 末端部
８ 流れ誘導エレメント
９ 前縁

Ｒ ラジアル平面
Ｒ１ 第１半径
Ｒ２ 第２半径
Ａ 外側部
Ｐ１ プロペラの回転方向
Ｐ２ 軸方向の主流方向
α１ 第１ピッチ角
α２ 第２ピッチ角
α３ 第３ピッチ角
β 曲げ角度
γ 前縁の傾斜角

Claims (20)

1. 複数枚の羽根を有するプロペラが、その軸方向にずらして配置された水中モータに接続されている、浄化槽内に流れを産生する水平攪拌機において、
   前記水中モータの運転中、前記プロペラから前記水中モータに向けて流れが産生するように前記プロペラおよび前記水中モータが構成されており、
   少なくとも１つの軸平面に伸びる、板状の流れ誘導エレメントが、前記プロペラの下流に設けられていることを特徴とする水平攪拌機。
2. 前記流れ誘導エレメントは、板金または繊維強化プラスチックで作られていることを特徴とする、請求項１に記載の水平攪拌機。
3. 前記流れ誘導エレメントは、垂直面および／または水平面に伸長していることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
4. 前記流れ誘導エレメントは、水中モータを保持するフレームに取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
5. 前記流れ誘導エレメントは、前記水中モータ、または前記水中モータを備える駆動装置に取り付けられていることを特徴とする、請求項４に記載の水平攪拌機。
6. 前記水中モータまたは前記駆動装置は、前記フレームに設けられた、前記水平攪拌機を浄化槽内で上昇または下降させるための昇降ユニットに固定されていることを特徴とする、請求項５に記載の水平攪拌機。
7. 半径方向距離が遠くなるにつれ、前記流れ誘導エレメントの前縁が、主流方向に向いた傾斜またはカーブを有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
8. 弾性変形可能な素材から作られている前記羽根の弾性変形は、少なくとも、径方向外側部の周辺で、その側面ピッチ角が、所定の方法で、回転速度の上昇に伴って大きくなるように定められることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
9. 前記羽根は繊維強化複合材料から作られていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
10. 前記複合材料の母材はプラスチックで作られていることを特徴とする、請求項９に記載の水平攪拌機。
11. 前記複合材料は、繊維として、炭素繊維および／またはアラミド繊維および／または高度に延伸されたポリエチレン繊維を含むことを特徴とする、請求項９乃至１０のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
12. 前記羽根の前記弾性変形は、前記繊維の選択、量および配置により定められることを特徴とする、請求項８に記載の水平攪拌機。
13. 前記弾性変形は側面の厚さによって定められることを特徴とする、請求項８に記載の水平攪拌機。
14. 前記プロペラの密度は、０．９乃至１．１ｇ／ｃｍ³の範囲であることを特徴とする、
    請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
15. 前記羽根の径方向外側の末端部は、プロペラによって軸方向に産生される主流の方向と反対方向に湾曲していることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
16. 湾曲した前記末端部は、ラジアル平面において、前記プロペラの回転方向と反対に向いたカーブを有することを特徴とする、請求項１５に記載の水平攪拌機。
17. 前記末端部の最大長は、前記羽根の半径の５分の１であることを特徴とする、請求項１５乃至１６のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
18. 前記水中モータは前記プロペラの軸方向に取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
19. 前記水中モータに向けた流れを産生するために、同一の回転軸の周りを反対方向に回転する２台のプロペラが設けられていることを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれか１つに記載の水平攪拌機。
20. 浄化槽を備え、浄化槽に、請求項１乃至１９のいずれか１つに記載の水平攪拌機が少なくとも１つ収容されていることを特徴とする、廃水浄化用の設備。

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