JP5835776B2 - 散気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液体中に空気等の気泡を分散する散気装置に関する。
散気装置は、下水処理場、食品工場や畜産農場における排水処理場、その他工場の排水処理設備における排水中の溶存酸素量を高め、さらに、ため池や河川、養殖池等の液中の溶存酸素量を高めることによって液の不用意な腐敗を防止する等の用途に用いられる。従来の散気装置として、本発明者らの出願による特許文献１に開示された気液混合装置が知られている。この装置は、上下が開口する五角形の気液混合筒と、気液混合筒の内部に多段に配置された衝突翼と、気液混合筒の下部に配置された気体噴出ノズルとを備えており、気体噴出ノズルから噴出した気体が衝突翼に衝突しながら気液混合筒を旋回上昇することで微細化され、液中に溶け込むように構成されている。
特許第４９０７２５８号公報
上記の気液混合装置は、五角形の気液混合筒内に配置した衝突翼により、目詰まりの問題を生じさせることなく気泡を微細化することが可能であり、メンテナンスが容易であると共に、高い酸素溶解効率が得られる等のメリットを有する。但し、気体噴出ノズルからの気体の噴出により気液混合筒内でより効果的に旋回流を生じさせて、底部に滞留した汚泥等の引込力や撹拌力を高める点において、更に改良の余地があった。
そこで、本発明は、液中に放出した気体を微細化して均一な分散を図りつつ、液体を効率良く撹拌することができる散気装置の提供を目的とする。
本発明の前記目的は、両端が開口する筒状の本体と、前記本体の内部に複数設けられた翼ユニットと、前記本体の一方の開口端部に設けられた噴射ノズルとを備え、前記噴射ノズルが下側となるように前記本体を起立させた状態で液中に浸漬し、前記噴射ノズルから前記本体内に気体を噴射して散気する散気装置であって、前記翼ユニットは、正五角形状に形成された枠体と、前記枠体に支持される翼部材とを備え、前記枠体の内周面によって、断面正五角形状の流路内面が構成されており、複数の前記翼ユニットは、それぞれ前記翼部材の向きを変えて、前記本体内に多段に挿入され、前記本体内の前記噴射ノズルと最下段の前記翼ユニットとの間に設けられた正五角筒状のスペーサを更に備え、前記スペーサの内面が、前記翼ユニットの内面と面一になって前記流路内面の一部を構成することにより、前記噴射ノズルは、先端に形成された噴射口の中心線が、最下段に配置された前記翼部材よりも下方において前記流路内面と交差し、且つ、鉛直方向とのなす角度が４５度以下となるように配置されている散気装置により達成される。
この散気装置において、前記各翼部材は、平面視台形状に形成され、上底部が前記流路内面を構成する５つの平面部の１つに支持されることが好ましく、前記噴射ノズルは、最下段に配置された前記翼部材の上底部が支持された前記平面部に向けて平面視垂直方向に気体を噴射することが好ましい。前記各翼部材は、各段において上底部が支持される前記平面部の上下同士の反時計回りの周方向の間隔が、下段から上段に向けて段階的に拡がるように配置されていることがより好ましい。
また、床面に載置されて前記本体および噴射ノズルを支持する支持体を更に備えることが可能であり、前記支持体は、前記本体の下方に液体が通過可能な流通口を有することが好ましい。
本発明によれば、液中に放出した気体を微細化して均一な分散を図りつつ、液体を効率良く撹拌することができる散気装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る散気装置の正面図である。 前記散気装置の平面図である。 前記散気装置の側面図である。 前記散気装置が備える翼ユニットの斜視図である。 前記散気装置における翼ユニットの配置を説明するための要部平面図である。 前記散気装置の要部縦断面図である。 前記散気装置における噴射ノズルの配置を説明するための要部平面図である。 前記散気装置における噴射ノズルの配置を説明するための要部縦断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１から図３は、本発明の一実施形態に係る散気装置を示しており、図１は正面図、図２は平面図、図３は側面図である。図１から図３に示すように、散気装置１は、筒状の本体１０と、本体１０の内部に複数設けられた翼ユニット２０と、本体１０の下部に設けられた通気管３０と、本体１０および通気管３０を支持する支持体４０とを備えている。本体１０は、両端に開口を有し、平面視正五角形状に形成されており、例えばステンレス等の防錆効果を有する金属材料や、エンジニアリングプラスチックなどの耐水性や耐食性を有するプラスチック材料などから形成することができる。
翼ユニット２０は、図４に斜視図で示すように、枠体２２と、枠体２２に支持される翼部材２４とを備えている。枠体２２は、外周面全体が本体１０の内周面に密着するように正五角形状に形成されており、枠体２２の内周面は、５つの平面部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅを連設して構成されている。翼部材２４は、平面視台形状に形成されており、上底部２４１が枠体２２の１つの平面部２２ａに支持され、斜辺部２４２，２４３が平面部２２ａの両側に隣接する他の平面部２２ｂ，２２ｅにそれぞれ支持されている。翼部材２４の上面２４ａおよび下面２４ｂは、上底部２４１から先端側となる下底部２４４に向けて先細となるようにいずれも傾斜面とされており、下面２４ｂには複数の突起２４ｃが設けられている。水平面に対する上面２４ａおよび下面２４ｂの傾斜角度は特に限定されるものではないが、例えば、上面２４ａの傾斜角度を２０〜４０度、下面２４ｂの傾斜角度を１０〜３０度に設定することが好ましい。翼ユニット２０は、例えば樹脂材料により一体成形することが可能である。
上記の構成を備える複数の翼ユニット２０は、それぞれ翼部材２４の向きを変えて、図３に破線で示すように本体１０内に多段に挿入される。各翼ユニット２０の翼部材２４の向きを図５に平面図で示す。本実施形態においては、翼ユニット２０が５つ配置されており、図５（ａ）〜（ｅ）は、最上段から最下段までを上から順に示している。図５（ｅ）に示すように、翼ユニット２０は、枠体２２の内部に本体１０の流路Ｆを構成しており、枠体２２の内周面によって、５つの平面部Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５が反時計回りに順次連設されてなる断面正五角形状の流路内面が構成されている。最下段の翼ユニット２０は、図５（ｅ）に示すように、翼部材２４の上底部２４１を支持する平面部（以下、「支持平面部」という）が平面部Ｆ１となる向きで本体１０に挿入される。
これに対し、下から２段目の翼ユニット２０は、図５（ｄ）に示すように、最下段の翼ユニット２０の支持平面部Ｆ１に対して反時計回りに１つ隣りの平面部が支持平面部となる向き、すなわち支持平面部が平面部Ｆ２となる向きで、本体１０に挿入される。そして、下から３段目の翼ユニット２０は、図５（ｃ）に示すように、下から２段目の翼ユニット２０の支持平面部Ｆ２に対して反時計回りに２つ隣りの平面部が支持平面部となる向き、すなわち支持平面部が平面部Ｆ４となる向きで、本体１０に挿入される。このように、最下段以外の任意の段における翼ユニット２０の支持平面部と、その１つ下段の翼ユニット２０の支持平面部との周方向の間隔が、下段から上段に向けて段階的に拡がるように構成されている。すなわち、下から４段目の翼ユニット２０の支持平面部は、図５（ｂ）に示すように、平面部Ｆ４から反時計回りに３つ隣りの平面部Ｆ２であり、最上段の翼ユニット２０の支持平面部は、図５（ａ）に示すように、平面部Ｆ２から反時計回りに４つ隣りの平面部Ｆ１である。
図６に要部縦断面図で示すように、本体１０の下部内周面には内方に突出する係合部１２が設けられており、本体１０に対する翼ユニット２０の挿入は、正五角筒状のスペーサ１４を挿入して係合部１２に係止させた後に行われる。こうして、各翼ユニット２０は、本体１０内の所定の高さ位置に支持され、本体１０内に最後に挿入される固定リング１６により固定される。スペーサ１４の内面は、翼ユニット２０の内面と面一になって、本体１０の流路内面の一部を構成する。
通気管３０は、図１に破線で示すように、一方端部に噴射ノズル３２が形成されている。噴射ノズル３２は、本体１０の下側の開口端部に設けられており、先端に噴射口３２ａが形成されている。通気管３０の他方端部には、ホース（図示せず）等を装着可能な装着部３４が設けられており、コンプレッサ、ブロワ、ボンベ等の給気源（図示せず）に接続することで、噴射ノズル３２の噴射口３２ａから本体１０の流路内に空気等の気体を噴射することができる。
噴射ノズル３２は、図７に要部平面図で示すように、開口面の法線方向に延びる噴射口３２ａの中心線Ｃが、本体１０の流路内面を構成する１つの平面部Ｆ１と平面視で直交するように配置されており、平面部Ｆ１の中央に向けて平面視垂直方向に気体を噴射するように構成されている。この平面部Ｆ１は、図７に破線で示す最下段の翼ユニット２０の支持平面部である。また、噴射ノズル３２は、図８に要部縦断面図で示すように、噴射口３２ａの中心線Ｃが、最下段に配置された翼ユニット２０の翼部材２４よりも下方において本体１０の流路内面Ｓと交差するように、斜め上方に向けて配置されている。中心線Ｃと流路内面Ｓに沿った鉛直方向とのなす角度θは、４５度以下に設定される。
支持体４０は、ステンレス等の金属薄板を折り曲げて形成することができ、図１から図３に示すように、左右の下部を折曲状に形成した一対のベース部材４２，４２が設けられている。本体１０および通気管３０は、一対のベース部材４２，４２間に支持される。ベース部４２，４２には、ビスやアンカーボルト等を挿通可能な取付孔４２ａ，４２ａが形成されており、起立状態の本体１０の下端と床面Ｆとの間に適当な間隔（例えば、１０〜１５ｃｍ程度）をあけた状態で、ベース部４２，４２を床面Ｆに固定することができる。図１に示すように、支持体４０は、一対のベース部材４２，４２間において本体１０の下端よりも下方に、液体が通過可能な流通口４４が形成されている。
次に、上記構成を備える散気装置１の作動を説明する。まず、処理対象となる排水や汚水などの液体が貯留される貯留槽等に、噴射ノズル３２が下側となるように本体１０を鉛直方向に起立させて、散気装置１を設置する。散気装置１の設置は、上記のように支持体４０のベース部４２を床面Ｆに固定して行うことが可能であるが、支持体４０を用いずに本体１０を上方から吊り下げ支持することも可能である。貯留槽等には、活性汚泥などの好気性の微生物を混入するようにしてもよい。
そして、本体１０が液中に浸漬された状態で、通気管３０に接続された給気源（図示せず）から圧縮空気等を供給し、噴射ノズル３２から本体１０の流路内に気体を噴射して散気すると、エジェクタ効果によって本体１０の下端から液体が引き込まれ、噴射した気体と共に上昇する。床面Ｆに汚泥等が堆積している場合には、この汚泥等も撹拌により液体と混合されて、本体１０内に導入される。
噴射ノズル３２は、図８に示すように、噴射口３２ａの中心線Ｃが、最下段の翼部材２４よりも下方において流路内面Ｓと交差するように配置されており、更に、鉛直方向となす角度θが鉛直上方に近づくように４５度以下に設定されている。したがって、噴射した気体は、翼部材２４の下面２４ｂと衝突して下方に反射するおそれがなく、また、噴射方向が水平に近いことで十分な上昇力が得られないという問題も生じることがないので、最下段の翼部材２４まで流路内面Ｓに沿ってスムーズに上昇し、液体や汚泥等と共に翼部材２４の下面２４ｂに衝突して撹拌・混合される。この結果、噴射した気体による液体や汚泥等の引込力や撹拌力を向上させることができる。中心線Ｃと鉛直方向とのなす角度θの下限値は特に存在しないが、角度θが小さすぎるとスペーサ１４の高さが必要になり全体として嵩高になることから、例えば、１５度以上であることが好ましく、３０度以上であることがより好ましい。
また、噴射ノズル３２は、図７に示すように、流路内面の平面部Ｆ１に向けて平面視垂直方向に気体を噴射するため、この構成からも流路内面Ｓに沿った気体のスムーズな上昇を促すことができ、上記の効果を高めることができる。
本体１０内の流路においては、複数の翼部材２４がそれぞれ向きを変えて多段に設けられているため、気体や汚泥等が混合された液体が、各段における翼部材２４の間で水平方向および垂直方向に旋回しながら上昇し、本体１０の上端から噴出する。こうして、混合された気体や汚泥の撹拌、微細化が行われながら液体が貯留槽内を循環する。そして、貯留槽内の空気と液体が効果的に循環することによって水中の溶存酸素量が高まる。貯留槽内に活性汚泥などの好気性の微生物が混入されている場合、当該溶存酸素量の向上によって微生物が活性化し、微生物による液中の有機物などの分解が促進されることとなり、貯留槽内の浄化が行われる。
特に、本実施形態においては、各段において翼部材２４の上底部２４１が支持される平面部Ｆ１〜Ｆ５同士の周方向の間隔が、下段から上段に向けて段階的に拡がるように配置されているため（図５参照）、本体１０の下端から平面視で反時計回りに引き込まれた液体の旋回方向が、噴射ノズル３２の噴射により本体１０内を液体が勢いよく上昇する過程で反転され（本発明者らの実験によれば、翼部材２４を５段に配置した場合に、４段目と５段目との間で液体の旋回方向が反転する）、平面視時計回りとなって本体１０の上端から噴出する。このような反転作用によって気体や汚泥の微細化や撹拌が促されるので、浄化等を効率良く行うことができる。翼部材２４の下面２４ｂには、本実施形態のように複数の突起２４ｃが設けられていることが好ましく、これによって気液の乱流混合を生じ易くすることができる。
また、支持体４０は、本体１０の下方に液体が通過可能な流通口４４を有するため、一対のベース部材４２，４２間に体積した汚泥等が、液体と共に流通口４４を通過して本体１０に引き込まれる。上記のように、本実施形態の散気装置１は、液体の引込力の向上が図られているため、流通口４４を形成しても液体の引込力が不十分になるおそれがなく、より効果的な浄化が可能である。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、翼部材２４を備える翼ユニット２０を多段に設けることで、枠体２２の内周面により本体１０の流路内面を形成し、この流路内面に翼部材２４を設けた構成にしているが、各翼部材２４を本体１０の内周面に直接取り付けて、本体１０の内周面を流路内面にすることもできる。
１ 散気装置
１０ 本体
２０ 翼ユニット
２４ 翼部材
２４１ 上底部
３０ 通気管
３２ 噴射ノズル
３２ａ 噴射口
４０ 支持体
４４ 流通口
Ｃ 中心線
Ｆ１〜Ｆ５ 平面部

Claims (4)

  1. 両端が開口する筒状の本体と、
    前記本体の内部に複数設けられた翼ユニットと、
    前記本体の一方の開口端部に設けられた噴射ノズルとを備え、
    前記噴射ノズルが下側となるように前記本体を起立させた状態で液中に浸漬し、前記噴射ノズルから前記本体内に気体を噴射して散気する散気装置であって、
    前記翼ユニットは、正五角形状に形成された枠体と、前記枠体に支持される翼部材とを備え、前記枠体の内周面によって、断面正五角形状の流路内面が構成されており、
    複数の前記翼ユニットは、それぞれ前記翼部材の向きを変えて、前記本体内に多段に挿入され、
    前記本体内の前記噴射ノズルと最下段の前記翼ユニットとの間に設けられた正五角筒状のスペーサを更に備え、
    前記スペーサの内面が、前記翼ユニットの内面と面一になって前記流路内面の一部を構成することにより、前記噴射ノズルは、先端に形成された噴射口の中心線が、最下段に配置された前記翼部材よりも下方において前記流路内面と交差し、且つ、鉛直方向とのなす角度が４５度以下となるように配置されている散気装置。
  2. 前記各翼部材は、平面視台形状に形成され、上底部が前記流路内面を構成する５つの平面部の１つに支持されており、
    前記噴射ノズルは、最下段に配置された前記翼部材の上底部が支持された前記平面部に向けて平面視垂直方向に気体を噴射する請求項１に記載の散気装置。
  3. 前記各翼部材は、各段において上底部が支持される前記平面部の上下同士の反時計回りの周方向の間隔が、下段から上段に向けて段階的に拡がるように配置されている請求項２に記載の散気装置。
  4. 床面に載置されて前記本体および噴射ノズルを支持する支持体を更に備え、
    前記支持体は、前記本体の下方に液体が通過可能な流通口を有する請求項１から３のいずれかに記載の散気装置。
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