JP6600779B1 - 水中攪拌曝気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吹き出す多数の気泡の、水槽内の水に対する接触面積を増加させるために、従来より多量の送気を可能にし個々の気泡直径をより小さくすることが実現できる水中攪拌曝気装置を提供することを課題とする。【解決手段】開口部を下にした、下方に末広がり状のお碗型の回転コーンを備えた水中攪拌曝気装置であって、前記回転コーンの開口部の周縁部に細幅状スリットを前記周縁部全周にわたって多数形成した水中攪拌曝気装置により課題解決できた。【選択図】 図２

Description

本発明は、排水処理施設等の水槽内に設置して水槽内を撹拌曝気させる水中撹拌曝気装置に関する。

特許文献１には、シャフトがモータケーシングから下方に突出するように該モータケーシングに収納されたモータと、該モータケーシングの下側に設けられて該モータケーシングを固定支持するとともに該モータのシャフトを回転自在に支持する支持部材と、該支持部材の下方において該シャフトに固定され、被処理液を上方から吸引する駆動力を発生させる羽根車とを備える本体部と、所定の気体を供給する給気管と、該羽根車を収納するとともに、吸引した被処理液を該給気管からの該気体と攪拌混合させて吐出する流路を区画形成するケーシング部とを備えた曝気装置が開示されている。

一般的な形状の回転コーン（特許文献１では空気室ケーシングに相当する。）は、特許文献１や図９（ｂ）に示すように、前記回転コーンの構造が開口部を下にした下方に末広がり状のお碗型の回転コーンである。そして前記回転コーンを備えた水中攪拌曝気装置は、例えば特許文献１や図３に示すように、前記回転コーンはプロペラ（特許文献１では羽根車に相当する。）の回転ベースに取り付けられ、前記回転コーンの内部に空気を送り込み、前記回転コーンの下部に位置する底部整流板（特許文献１では平坦部に相当する。）との間にできる４〜９ｍｍの隙間（特許文献１では供給路に相当する。）からプロペラによって作り出された水流の中に空気を送り込む構造で、水流と前記隙間から吹き出される空気とを混合させて水槽内に攪拌流とともに気泡を吹き出して気泡の中の空気に含まれる酸素を水に溶解させ水槽内好気性微生物に酸素を効率よく供給するシステムである。

特開平１１−２２１５９２号公報

特許文献１のような一般的な形状を有する回転コーンを備えた水中攪拌曝気装置は、そのシステムの能力を向上させる目的でより多くの空気を送り込むと、回転コーンの下部の開口部の周縁に下端部と底部整流板との隙間の幅が狭いため、圧力損失が生じ、動力ロスが発生し、吹き出された空気はプロペラによって発生した水流速度に対して空気の吹き出し速度が速くなり、回転コーンの内外において空気の渋滞が発生して回転コーンの外側に吹き出された気泡の直径が大きくなることで、圧縮空気供給機からの送気量に対して水中での気泡直径が大きくなることで気泡表面積が減少して、それにより水に対する接触面積が減少し、酸素の水に対する溶解効率の低下を招くという問題があった。また、プロペラによって発生した水流に向けて、より多くの空気を送り込む目的で前記隙間の幅を広げれば気泡も大きくなり効率低下を招き、回転コーンを大きくして空気の排出量を増やせば装置自体が大きくなり制作コストを増加させるという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、吹き出す多数の微細の気泡の、水槽内の水に対する接触面積を増加させるために、個々の気泡直径をより小さくすることが実現できるとともに大量の空気を供給できる水中攪拌曝気装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の水中攪拌曝気装置は、開口部を下にした、下方に末広がり状のお碗型の回転コーンを備えた水中攪拌曝気装置であって、前記回転コーンの内部に形成した圧縮空気室に貯留されている圧縮空気の吹き出し口を、前記回転コーンの開口部の周縁部の下端部と、前記回転コーンの下方に配設した上面が平面状で円板状の底部整流板の上面との上下方向の隙間と、前記回転コーンの開口部の周縁部全周にわたって多数形成した細幅状スリットとすることを特徴とする。

請求項２に記載の水中攪拌曝気装置は、請求項１において、前記細幅状スリットが前記開口部の周縁部に対して直交方向又は斜め方向に形成した縦型の細幅状スリットであることを特徴とする。

本発明の水中攪拌曝気装置は、回転コーンと底部整流板との上下方向の隙間から吹き出す気泡の直径を小さくする目的でより前記隙間を狭くし、回転コーン自体を小型化して、それに伴い減少した空気吹き出し用開口路の開口面積を補う目的で回転コーンの開口部の周縁部に多数の縦型の細幅のスリットを増設して減少した空気吹き出し用の開口面積を補い、なおかつ、回転する回転コーンの開口部の周縁部より空気を吹き出すことで回転コーンの回転力によりせん断された微細気泡が大量に発生し、その微細気泡は水中での上昇速度の低下に伴い水流抵抗を減少させ、圧縮空気供給機からの送気量に対して微細化した気泡は表面積の増加により水との接触面積が増加し、酸素溶解効率が向上し、水槽内での水流による気泡の拡散も促進され、拡散した気泡は水槽内での上昇速度も減少し、滞留時間も長くなり、より酸素溶解効率の向上が図れた。

また、開口部を下にした、下方に末広がり状のお碗型で開口部の周縁部にスリットを形成していない、図９（ｂ）に示すような従来型の一般的形状の回転コーンを備えた水中攪拌曝気装置より多量の空気を前記水中攪拌曝気装置に供給しても能力の低下を招くことがなくなり、本体の小型化と少ない動力でも大量の微細気泡を水中に供給することが可能になり、大幅な省エネルギー化と低コスト化を実現できた。

本発明の水中攪拌曝気装置の外観概要説明図である。 本発明の水中攪拌曝気装置の内部構造概要説明図である。 一般的な形状の回転コーンを備えた水中攪拌曝気装置の内部構造概要説明図である。 本発明の水中攪拌曝気装置の圧縮空気送給管の先端部が圧縮空気室内に突出させている状態をします内部構造概要説明図である。 図２におけるＡ部拡大図である。 図３におけるＢ部拡大図である。 図２におけるＡ部拡大図で本発明の回転コーン使用時の気泡吹き出し状況の説明図である。 図３におけるＢ部拡大図で一般的な回転コーン使用時の気泡吹き出し状況の説明図である。 回転コーンの形状の説明図で、（ａ）が本発明の回転コーンの形状説明図で、（ｂ）が一般的な回転コーンの形状説明図である。 本発明の水中攪拌曝気装置を水中に設置した状態を示す設置状況説明図である。

本発明の水中撹拌曝気装置１は、図１０に示すように、排水が流れ込む排水処理施設等の水４１を貯留した水槽４０内の底面に設置され、図２、図４又は図７に示すように、回転するプロペラ５により上方から下方に向けて発生させる水流２０と、コンプレッサー等の圧縮空気供給機１５により回転コーン２の内部の圧縮空気室７に送り込まれた圧縮空気１１とを合流させて水槽４０内に気泡１２を発生させる装置である。

本発明の水中攪拌曝気装置１の構造は、図１、図２又は図４に示すように、回転軸を上下方向に設けた減速機付水中電動機６と、前記減速機付水中電動機６の回転軸に取り付けられ、水４１を上方から吸い込み下方に吐出するように配設されたプロペラ５と、前記プロペラ５の下方であって前記減速機付水中電動機６の回転軸の下端部に取り付けられ内部に圧縮空気室７を有する、開口部を下にした下方に末広がり状のお碗型の回転コーン２と、前記プロペラ５及び前記回転コーン２の左右方向の外周を囲繞するように配設された、上下方向に貫通路を形成するケーシング８と、前記回転コーン２の圧縮空気室７内に圧縮空気１１を流入させる圧縮空気流出口１６を配設するように設けた圧縮空気送給管４と、を備えている。

そして、前記圧縮空気室７内に圧縮空気１１を貯留可能とし、前記ケーシング８の内周面と前記回転コーン２の外周面との隙間で水流２０が流動可能な水流路を形成し、前記回転コーン２の下方に、中央部に前記圧縮空気送給管４用の挿通穴を形成した、上面が円板状で側面を斜めに傾斜させた底部整流板３の側面の外周面とケーシング８の内壁との隙間で混合水流２１が流動可能な水流路を形成させている。

前記回転コーン２の開口部の周縁部の下端部と前記底部整流板３の上面との上下方向の隙間ｈを設けている。前記隙間ｈから前記圧縮空気室７内に貯留中の圧縮空気１１が圧出により吹き出し可能になっている。

そして、水中攪拌曝気装置１は、図１又は２に示すように、開口部を下にした、下方に末広がり状のお碗型の回転コーン２を備えた水中攪拌曝気装置１であって、図９（ａ）に示すように、前記回転コーン２の開口部の周縁部に細幅状スリット１０を前記周縁部全周にわたって多数形成している。そして、多数の前記細幅状スリット１０から前記圧縮空気室７内に貯留中の圧縮空気１１が吹き出し可能になっている。

前記細幅状スリット１０は，図９（ａ）に示すように、前記開口部の周縁部に対して直交方向又は斜め方向に形成した縦型の細幅状スリット１０である。開口部の周縁部の全周にわたって細幅状スリット１０が多数形成されている。

よって、本発明の水中攪拌曝気装置１の前記回転コーン２の内部に形成した圧縮空気室７に貯留されている圧縮空気１１の吹き出し口は、図５に示すように、前記回転コーン２の開口部の周縁部の下端部と、前記回転コーン２の下方に配設した上面が平面状で円板状の底部整流板３の上面との上下方向の隙間ｈと、前記回転コーン２の開口部の周縁部に多数形成した細幅状スリット１０の２か所ある。空気吹き出し用の開口面積は、前記隙間ｈの開口面積と前記スリット１０の開口面積の合計となる。

一方、従来の一般的な回転コーン３２は、図３や図９（ｂ）に示すように、開口部を下にした、下方に末広がり状のお碗型であり、開口部の周縁部は底面視で円形の線状である。一般的な回転コーン３２を有する水中攪拌曝気装置３０の場合の前記回転コーン３２の内部に形成した圧縮空気室７に貯留されている圧縮空気１１の吹き出し口は、図６に示すように、前記回転コーン３２の開口部の周縁部の下端部と、前記回転コーン３２の下方に配設した上面が平面状で円板状の底部整流板３の上面との上下方向の隙間Ｈの１か所のみである。前記隙間Ｈは一般的に４〜９ｍｍである。空気吹き出し用の開口面積は、前記隙間Ｈの開口面積のみである。

よって、本発明の水中攪拌曝気装置１は、前記圧縮空気室７に貯留されている圧縮空気１１の吹き出し口が２か所あるので、前記回転コーン２の下方に配設した上面が平面状で円板状の底部整流板３の上面との上下方向の隙間ｈを、前記圧縮空気室７に貯留されている圧縮空気１１の吹き出し口が１か所のみの一般的な回転コーン３２を備えた水中攪拌曝気装置３０の前記隙間Ｈより狭くすることができる。前記隙間ｈは１ｍｍ〜３ｍｍである。

本発明の水中攪拌曝気装置１は、前記プロペラ５が減速機付水中電動機６の駆動により回転すると、図２や図７に示すように上方から下方に向けて流動する水流２０が発生する。そして、圧縮空気供給機１５により送給されてきた圧縮空気１１は圧縮空気室７に貯留され、圧縮空気供給機１５の圧力によって貯留されている圧縮空気１１が、前記回転コーン２の開口部の周縁部の下端部と、前記回転コーン２の下方に配設した上面が平面状で円板状の底部整流板３の上面との上下方向の隙間ｈと、前記回転コーン２の開口部の周縁部に多数形成した細幅状スリット１０の２か所から吹き出される。

お椀型の開口部の周縁部に細幅状スリット１０を多数形成した前記回転コーン２が減速機付水中電動機６の駆動により回転するので、前記圧縮空気室７から圧縮空気１１が圧出され吹き出されるときに、回転する細幅のスリット１０で圧縮空気１１をせん断することにより微細気泡１２が大量に発生する。これにより、図７に示すように、吹き出される気泡１２の直径は微細な直径である。そして、前記微細直径の気泡１２は水流と混合されて混合水流２１となって水槽４０内の水４１中に噴出される。この回転する細幅のスリット１０で圧縮空気１１をせん断することにより微細気泡１２を大量に発生させるところに本発明の顕著な効果が顕れている。

直径が微細な気泡１２は、圧縮空気供給機１５からの送気量に対して水中での気泡表面積が増加して、それにより水４１に対する接触面積が増加し、酸素の水に対する溶解効率を高める。

一方、従来の一般的な回転コーン３２を備えた水中攪拌曝気装置３０の場合は、前記隙間Ｈを狭くしようとすると回転コーン３２の内外において空気の渋滞が発生して回転コーン３２の外側に吹き出された気泡１３の直径が大きくなることから、図８に示すように、隙間Ｈを狭くすることができないため、直径が大きい気泡１３が水流と混合されて混合水流３４となって水槽４０内の水４１中に噴出される。

直径が大きい気泡１３は、送気量に対して水中での気泡表面積が減少して、それにより水４１に対する接触面積が減少し、また、水中における気泡１３の上昇速度が速くなって水中における滞留時間が短くなって、酸素の水に対する溶解効率の低下を招くという問題が生じる。

１ 水中攪拌曝気装置
２ 回転コーン
３ 底部整流板
４ 圧縮空気送給管
５ プロペラ
６ 減速機付水中電動機
７ 圧縮空気室
８ ケーシング
１０ スリット
１１ 圧縮空気
１２ 気泡
１３ 気泡
１５ 圧縮空気供給機
１６ 圧縮空気流出口
２０ 水流
２１ 混合水流
３０ 水中攪拌曝気装置
３２ 回転コーン
３４ 混合水流
４０ 水槽
４１ 水
ｈ 隙間
Ｈ 隙間

Claims (2)

1. 開口部を下にした、下方に末広がり状のお碗型の回転コーンを備えた水中攪拌曝気装置であって、
   前記回転コーンの内部に形成した圧縮空気室に貯留されている圧縮空気の吹き出し口を、前記回転コーンの開口部の周縁部の下端部と、前記回転コーンの下方に配設した上面が平面状で円板状の底部整流板の上面との上下方向の隙間と、前記回転コーンの開口部の周縁部全周にわたって多数形成した細幅状スリットとすることを特徴とする水中攪拌曝気装置。
2. 前記細幅状スリットが前記開口部の周縁部に対して直交方向又は斜め方向に形成した縦型の細幅状スリットであることを特徴とする請求項１に記載の水中攪拌曝気装置。

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