JP7307915B2

JP7307915B2 - 攪拌装置

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Publication number: JP7307915B2
Application number: JP2019023482A
Authority: JP
Inventors: 祐資久本; 太秀山口; 好一加藤; 孝宏根本; 尚文後藤
Original assignee: SATAKE MULTIMIX CORPORATION; Metawater Co Ltd
Current assignee: SATAKE MULTIMIX CORPORATION; Metawater Co Ltd
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2023-07-13
Anticipated expiration: 2039-02-13
Also published as: JP2020131058A

Description

本発明は、例えば河川等から採取した水に凝集剤などの処理剤を混合させる、いわゆる水処理のための攪拌装置に関する。

例えば、浄水場においては、河川等から採取した水に凝集剤などの処理剤を混合することにより、水に含まれている浮遊物を凝集させて沈殿除去する処理が行われている。水と処理剤との混合には、攪拌装置が用いられている。このような攪拌装置としては、例えば、円筒形状の容器と、容器の天井の近傍に配され、かつ鉛直方向に延びる回転軸の回りを回転自在な回転翼と、容器の内底に放射状に配置されている複数のバッフルと、を備える攪拌装置が特許文献１に開示されている。

特開２０１７-０２９８７０号公報

かかる攪拌装置において、回転翼の回転軸に対して垂直方向から容器に水を流入させる場合がある。このような態様で容器に水を流入させた場合、容器に流入した水の流れが回転翼の回転によって生じた水の流れを阻害し、攪拌の効率が低下することが課題の一例として挙げられる。

また、回転翼の回転軸に対して垂直方向から容器の水を外部に流出させる場合がある。このような態様で容器に水を流出させた場合、容器から流出する水の流れが回転翼の回転によって生じた水の流れを阻害し、攪拌の効率が低下することが課題の一例として挙げられる。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、効率良く攪拌することが可能な攪拌装置を提供することを課題の１つとする。

上記目的を達成するため、本発明の攪拌装置は、水の流入口及び流出口を備えた攪拌槽と、前記攪拌槽内において鉛直方向における異なる高さ位置のいずれか一方に配置された回転翼と、前記攪拌槽内において鉛直方向における異なる高さ位置のいずれか他方に配置された静止翼と、とを備えた攪拌装置であって、前記回転翼は、前記流入口又は前記流出口のいずれか一方の近傍に設けられ、前記静止翼は、前記流入口又は前記流出口の他方の近傍に設けられ、前記回転翼の回転により、前記攪拌槽の内周に沿って流れる旋回流、及び前記静止翼を起点とし、かつ、前記攪拌槽の中心部を通って上昇又は下降する上昇流又は下降流が発生するように構成されており、前記静止翼側に配置された前記流入口又は前記流出口において、前記流入口から流入される水又は前記流出口から流出される水の流れる方向を、前記旋回流の流れに沿うように制御する流れ方向制御手段を有していることを特徴とする。

本発明の攪拌装置によれば、静止翼側に配置された流入口又は流出口は、流入口から流入される水又は流出口から流出される水の流れる方向を、前記旋回流の流れに沿って制御する流れ方向制御手段を有しているので、旋回流の乱れを抑制して、攪拌効果を高めることができる。

本発明の攪拌装置においては、前記攪拌槽が水平面において矩形状をなしており、前記流れ方向制御手段は、前記静止翼側に配置された前記流入口又は前記流出口を、前記旋回流の流れに沿って水が流入又は流出するように、前記矩形状の一辺の隅部に形成された開口部で構成されていることが好ましい。

上記態様によれば、流れ方向制御手段が、静止翼側に配置された流入口又は流出口の開口部によって、旋回流の流れに沿って水が流入又は流出するように、矩形状の一辺の隅部に設けることにより、旋回流を乱さないように水を流入又は流出させることができる。

本発明の攪拌装置においては、前記攪拌槽が水平面において円形状をなしており、前記流れ方向制御手段は、前記静止翼側に配置された前記流入口又は前記流出口を、前記旋回流の流れに沿って水が流入又は流出するように、前記円形状の接線方向に形成した開口部で構成されていることが好ましい。

上記態様によれば、静止翼側に配置された流入口又は流出口の開口部を、旋回流の流れに沿って水が流入又は流出するように、円形状の接線方向に形成することにより、旋回流を乱さないように水を流入又は流出させることができる。

本発明の攪拌装置においては、前記静止翼側に配置された前記流入口又は前記流出口の開口部が、前記旋回流と交差する方向に開口しており、前記開口部が流入口である場合には、前記流れ方向制御手段は、前記開口部の内側に設けられ、かつ流入した水を前記旋回流の旋回方向に変換せしめる邪魔板を有し、前記開口部が流出口である場合には、前記流れ方向制御手段は、前記開口部の内側に設けられ、かつ前記旋回流の一部を前記開口部に向かうように変換せしめる邪魔板を有していることが好ましい。

上記態様によれば、静止翼側に配置された流入口又は流出口の開口部の内側に、上記邪魔板を設けることにより、旋回流を乱さないように水を流入又は流出させることができる。

本発明の攪拌装置においては、前記邪魔板は、前記水の流れを方向変換させる第１の邪魔板と、該第１の邪魔板の上方又は下方に配置されて、前記水の流れが上方又は下方に広がるのを抑制する第２の邪魔板とを有していることが好ましい。

上記態様によれば、第１の邪魔板によって水の流れが方向変換されると共に、第２の邪魔板によって水の流れが上方又は下方に広がるのを抑制されるので、旋回流の乱れをより効果的に抑制することができる。

本発明の攪拌装置においては、浄水システムにおける混和池に適用されることが好ましい。

上記態様によれば、浄水システムにおける、凝集剤を混合分散させるための混和池に用いることによって、凝集剤を効率よく混合分散させることができる。

本発明によれば、流れ方向制御手段は、流入口から流入される水又は流出口から流出される水の流れる方向を、前記旋回流の流れに沿って制御する。それ故、攪拌装置は、回転翼の回転によって生じた旋回流の流れを阻害することなく攪拌することが可能となる。従って、攪拌装置の攪拌効率を高めることが可能となる。

浄水システムの断面図である。図１の薬品混和池の斜視図である。図１の薬品混和池の断面図である。図１の薬品混和池の平面図である。実施例２である薬品混和池の平面図である。実施例３である薬品混和池の平面図である。実施例４である薬品混和池の斜視図である。実施例５である薬品混和池の平面図である。実施例６である薬品混和池の平面図である。静止翼の配置のバリエーションを示す薬品混和池の平面図である。静止翼の形状のバリエーションを示す薬品混和池の平面図である。図１の薬品混和池の水の流れをシミュレーションした流線図である。従来の薬品混和池の水の流れをシミュレーションした流線図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る攪拌装置を含む浄水システムの一実施形態について説明する。

図１は、浄水システム１００の断面図である。図１に示すように、薬品混和池１０は、取水塔（図示せず）及び着水井（図示せず）を経た水が流入される。薬品混和池１０は、流入された水を収容可能に形成されている攪拌槽１１を有する。攪拌槽１１は、収容した水を攪拌する回転翼１２を有する。

攪拌槽１１では、流入した水に浮遊している細かい土砂等を凝集させる凝集剤が回転翼１２によって水に急速に混合される。すなわち、薬品混和池１０は、攪拌装置をなしている。尚、凝集剤には、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）等を用いることができる。

フロック形成池２０は、薬品混和池１０を経た水が流入される。フロック形成池２０は、薬品混和池１０を経た水を収容可能に形成されている３つの緩速攪拌槽２１ａ～２１ｃを有する。緩速攪拌槽２１ａ～２１ｃの各々には、フロキュレータ２２ａ～２２ｃが配されている。

フロック形成池２０では、各々のフロキュレータ２１ａ～２１ｃによって水が緩速攪拌される。緩速攪拌が行われることにより、凝集剤が水に一様に混合される。その結果、水に浮遊している細かい土砂等が凝集した固まり、すなわち、フロックが形成され、かつ形成されたフロックの成長が行われる。

沈殿池３０は、フロック形成池２０を経た水が流入される。沈殿池３０は、フロック形成池２０を経た水を収容可能に形成されている沈殿槽３１を有する。沈殿池３０では、フロック形成池２０で形成されたフロックが沈殿される。沈殿槽３１で沈殿されたフロックは、回収設備（図示せず）によって回収される。

濾過池４０には、沈殿池３０を経た水が流入される。濾過池４０は、沈殿池３０を経た水を収容可能に形成されている濾過槽４１を有する。濾過槽４１は、沈殿池３０において沈殿しきらなかった粒子やフロックを除去する濾過層４２を有する。濾過層４２で濾過された水は、塩素注入設備（図示せず）を経て浄水池（図示せず）に流入される。

図２は、薬品混和池１０の斜視図である。尚、図中の白抜き矢印は、薬品混和池１０に流入する水が流れる方向を示している。また、図中の実線矢印は、薬品混和池１０の上下方向を示している。

図２に示すように、攪拌槽１１は、矩形板状に形成されている底部１１ａを有する。攪拌槽１１は、底部１１ａ上において、底部１１ａの一の面である底面の中心ＣＲを囲むように形成されている４つの壁部１１ｂを有する。したがって、攪拌槽１１は、角柱状に形成されている。尚、攪拌槽１１には、凝集剤を流入口１４から攪拌槽１１に導入する導入路（図示せず）が設けられている。

回転翼１２は、攪拌槽１１内において鉛直方向における異なる高さ位置のいずれか一方に配置されている。本実施例において、回転翼１２は、攪拌層１１の上部に配置されている。回転翼１２は、鉛直方向に延びる回転軸１２ａに装着されている。回転軸１２ａは、攪拌槽１１の底部１１ａの底面の中心ＣＲから垂直方向に離れた位置に配されている。回転軸１２ａは、図示しないモータの駆動によって軸周りに回転可能である。

回転翼１２は、回転軸１２ａに取り付けられている一組のフラットパドル１２ｂを有する。図２においては、回転翼１２は、４枚のフラットパドル１２ｂを有する。

４枚のフラットパドル１２ｂは、回転軸１２ａの軸周りに互いに９０度ずつ離間して配されている。従って、フラットパドル１２ｂは、回転軸１２ａの回転に伴って回転軸１２ａの軸周りに回転する。

静止翼１３は、攪拌槽１１内において鉛直方向における異なる高さ位置のいずれか他方に配置されている。本実施例において、静止翼１３は、攪拌槽１１の下部、すなわち、攪拌槽１１の底部１１ａに配置されている。静止翼１３は、４枚の固定されたブレード１３ａを有する。４枚のブレード１３ａは、攪拌槽１１の底面の中心ＣＲを囲うように互いに９０度ずつ離間して配されている。

流入口１４は、攪拌槽１１の下部、すなわち一の壁部１１ｂの底部１１ａの近傍に設けられている。すなわち、静止翼１３は、流入口１４の近傍に設けられている。

流入口１４は、壁部１１ｂの壁面を垂直方向に貫通して形成されている開口部である。流入口１４の攪拌槽１１の上下方向の長さ、すなわち高さＨは、特に限定されないが、例えば、水深に対して２０～２５％に形成されている。

邪魔板としてのバッフル１５は、流入口１４に設けられている。バッフル１５は、流入口１４に対向して設けられている第１の邪魔板としての立設部１５ａを有する。

立設部１５ａは、底部１１ａから上方に向かって立設されると共に、壁部１１ｂの内面に対して斜めに配置された板状部材からなる。立設部１５ａは、例えば、流入口１４の高さＨに対して１．１倍の高さを有するとよい。また、立設部１５ａが壁部１１ｂに対して成す角度は、例えば、３０度とするとよい。立設部１５ａは、流入口１４から流入した水の流れの方向を変換させる。言い換えれば、流入口１４から流入した水は、立設部１５ａに衝突することにより進行方向が変更される。

バッフル１５は、底部１１ａに対向して設けられている第２の邪魔板としての被覆部１５ｂを有する。被覆部１５ｂは、立設部１５ａの上方の端部から流入口１４の上端にかけて底部１１ａを覆うように形成されている板状部材である。被覆部１５ｂは、立設部１５ａの鉛直方向の上端に配置されて、水の流れが上方に向かうことを抑制する。言い換えれば、流入口１４から流入した水は、被覆部１５ｂに衝突することにより攪拌槽１１の上方に拡がることを抑制される。

バッフル１５は、流入口１４から攪拌槽１１の壁部１１ｂによって囲まれた空間を臨む視野において、静止翼１３が含まれないように設けられている。言い換えれば、流入口１４から流入した水が直接的に静止翼１３に当たらないようにバッフル１５が設けられている。

流出口１６は、攪拌槽１１の流入口１４が設けられている壁部１１ｂと対向する壁部１１ｂに設けられている。また、流出口１６は、攪拌層１１の上部であって、かつ回転翼１２のフラットパドル１２ａが配されている位置よりも上方に設けられている。流出口１６は、一の壁部１１ｂの幅方向に亘って切り欠いて堰状に形成されている。すなわち回転翼１２は、流出口１６の近傍に設けられている。

したがって、流入口１４から流入した水は、回転翼１２によって攪拌されて後述する態様で循環した後に流出口１６から沈殿池３０に向かって越流する。尚、攪拌槽１１において水が攪拌されつつ通過する時間は、１～５分程度である。

図３は、図２に示される薬品混和池１０のＡ－Ａ線断面を示している。尚、図中の破線矢印は、回転翼１２の回転によって生じた水の旋回流及び水の旋回流によって生じる上昇流を示している。

図３に示すように、回転翼１２のフラットパドル１２ｂが回転軸１２ａの軸周りに回転すると、その回転方向に応じた旋回流が生じる。この実施例の場合、旋回流は、攪拌槽１１の内壁に沿って、回転軸１２ａの回転方向と同方向に旋回し、かつ、上方から下方に移動する下降流となる。

本図において、回転翼１２の回転軸１２ａは、平面視において右回りに回転する。回転軸１２ａの回転により、フラットパドル１２ｂは、平面視において右回りに回転する。したがって旋回流は、平面視において右回りに旋回する。

攪拌槽１１の底面側の旋回流は、静止翼１３に当たる。静止翼１３に当たった旋回流は、攪拌槽１１の底面の中心ＣＲに向かって進行する。攪拌槽１１の底部１１ａの底面の中心ＣＲで合流した旋回流は、攪拌槽１１の上側に向かって進行する上昇流となる。

上昇流は、底部１１ａから回転翼１２に向かって攪拌槽１１の中心部を通って旋回しながら上昇する。上昇流は、回転翼１２に達すると回転翼１２の回転軸１２ａの回転に沿って旋回し、かつ、上方から下方に移動する下降流となる。

すなわち、薬品混和池１０は、回転翼１２の回転により、攪拌槽１１の内周に沿って流れる旋回流、及び攪拌槽１１の中心部を通って上昇する上昇流が発生するように構成されている。

図４は、薬品混和池１０の平面図である。尚、図中において、攪拌翼１２は説明のため省略して記載している。また、図中の実線矢印は、旋回流の旋回方向を示している。二点鎖線の白抜き矢印は、水の流入方向を示している。実線の白抜き矢印は、水の流出方向を示している。

図４において、攪拌槽１１は、平面的に見て、すなわち水平面において矩形状、この実施例では正方形状をなしている。上述のように本実施例においては、回転翼１２の回転軸１２ａが平面視において時計回りに回転している。従って、旋回流は、平面視において右回り、すなわち時計回りに進行する。

図４に示すように、流入口１４は、旋回流と交差する方向に開口している開口部を有する。バッフル１５は、流入口１４の内側、すなわち、攪拌槽１１の壁部１１ｂに囲まれた空間内に設けられている。

流入口１４から流入した水は、立設部１５ａと接触すると旋回流の流れる方向に沿って進行方向が変更される。言い換えれば、立設部１５ａは流入口１４から流入される水の流れる方向を変換させる。

また、流入口１４から流入した水は、被覆部１５ｂに接触すると底部１１ａに向かうように進行方向が変更される。言い換えれば、被覆部１５ｂは、流入口１４から流入される水を鉛直方向の上側に流れることを抑制する。その結果、流入口１４から流入した水は、バッフル１５の攪拌槽１１内に開口する開口端に向かって進行する。

流入口１４からバッフル１５を経て攪拌槽１１に流入した水は、壁部１１ｂに接触しつつ、旋回流に合流する。この流入口１４から流入した水は、旋回流の流れを妨げないように旋回流と同一の方向に沿って流入される。

このように、バッフル１５は、流入口から流入される水の流れる方向を、旋回流の流れに沿って制御する流れ方向制御手段として機能する。すなわち、バッフル１５は、流入した水を旋回流の旋回方向に変換せしめる。

以上のように、本実施例に係る薬品混和池１０によれば、バッフル１５は、回転翼１２の回転によって発生する旋回流の流れに沿って水を流入させるように構成されている。

すなわち、静止翼１３側に配置された流入口１４の開口部の内側に、バッフル１５を設けることにより、旋回流を乱さないように水を流入させることができる。

具体的には、第１の邪魔板である立設部１５ａによって水の流れが方向変換されると共に、第２の邪魔板である被覆部１５ｂによって水の流れが上方に広がるのを抑制されるので、旋回流の乱れをより効果的に抑制することができる。

旋回流の乱れが抑制されることにより、静止翼１３によって、底部１１ａから攪拌槽１１の中心部を通って旋回しながら上昇する上昇流を効率よく発生させることができる。したがって、上昇流による攪拌効果、すなわち、攪拌槽１１の上下方向の攪拌効果を高めることができる。

攪拌槽１１においては、流入水による水圧が攪拌層内の水に対してその重力中心を外れた方向に加わって液体に対して回転モーメントが付与されることになり、当該水が攪拌槽１１内で旋回することになる。その結果、旋回流の流れが促進され、上昇流を効果的に発生させることが可能となり、高い攪拌作用が得られると考えられる。

さらにまた、浄水システム１００における、凝集剤を混合分散させるための薬品混和池１０に用いることによって、凝集剤を効率よく混合分散させることができる。

特に、バッフル１５は、既設の薬品混和池１０に設置することが可能である。従って、本実施例に係る薬品混和池１０の導入コストの低減を図ることが可能となる。

尚、回転翼１２は、一組のフラットパドル１２ｂによって構成するようにした。しかし、回転翼１２は、一組のフラットパドル１２ｂが回転軸１２ａの軸方向にずらして複数設けられているようにしてもよい。また、回転翼１２は、フラットパドル１２ｂに限られず、実施する液体の粘度等に応じて適宜変更することが可能である。

また、本実施例においては、凝集剤を導入する導入路が攪拌槽１１に設けられているように構成した。しかし、凝集剤を導入する導入路は、着水井と薬品混和池１０との間の水路に接続されているようにしてもよい。

図５を参照して、実施例２に係る薬品混和池１０について説明する。実施例２に係る薬品混和池１０は、流入口１４が攪拌槽１１の上部に設けられ、かつ流出口１６が攪拌槽１１の下部に設けられている点で実施例１に係る薬品混和池１０とは異なる。

図５は、実施例２にかかる薬品混和池１０の平面図である。図中において、攪拌翼１２は説明のため省略して記載している。また、図中の実線矢印は、旋回流の旋回方向を示している。白抜き矢印は、水の流入方向を示している。二点鎖線の白抜き矢印は、水の流出方向を示している。

図５に示すように、流入口１４は、攪拌槽１１の上部に設けられている。流入口１４は、攪拌槽１１の壁部１１ｂにおいて幅方向に亘って切り欠いて堰状に形成されている。従って、着水井を経た水は、流入口１４から壁部１１ｂを越流して攪拌槽１１に流入する。

流出口１６は、攪拌槽１１の下部、すなわち一の壁部１１ｂの底部１１ａの近傍に設けられている。流出口１６は、壁部１１ｂの壁面を垂直方向に貫通して形成されている開口部である。流出口１６の攪拌槽１１の上下方向の長さ、すなわち高さＨは、特に限定されないが、例えば、水深に対して２０～２５％に形成されている。

バッフル１５は、流出口１６に設けられている。バッフル１５は、流出口１６の内側、すなわち、攪拌槽１１の壁部１１ｂに囲まれた空間内に設けられている。

バッフル１５は、流出口１６に対向して設けられている第１の邪魔板としての立設部１５ａを有する。立設部１５ａは、底部１１ａに対して垂直にかつ壁部１１ｂの内面に対して斜めになるように攪拌槽１１の上方に向かって形成された板状部材からなる。

バッフル１５は、底部１１ａに対向して設けられている被覆部１５ｂを有する。被覆部１５ｂは、立設部１５ａの鉛直方向の上端から流出口１６の上端にかけて底部１１ａを覆うように形成されている板状部材である。すなわち、被覆部１５ｂは、立設部１５ａの上部に配置されている。

バッフル１５は、流出口１６から攪拌槽１１の壁部１１ｂによって囲まれた空間を臨む視野において、静止翼１３が含まれないように設けられていることが好ましい。

バッフル１５は、旋回流の一部が流出口１６に向かうように変換する。具体的には、攪拌槽１１の下方の旋回流の径方向の外側の一部は、バッフル１５に進入する。バッフル１５に進入した旋回流は、立設部１５ａに当たると進行方向が変更される。立設部１５ａに当たった旋回流は、流出口１６に向かうように進行する。

また、バッフル１５に進入した旋回流は、被覆部１５ｂに当たると攪拌槽１１の底部１１ａに向かって進行する。その結果、バッフル１５に進入した旋回流は、全体として流出口１６に向かうように進行する。

このようにバッフル１５の立設部１５ａは、旋回流の一部を流出口１６に向かうように変換せしめる。言い換えれば、旋回流の一部は、立設部１５ａに衝突することにより進行方向が変更される。また、バッフル１５の被覆部１５ｂは、バッフル１５に進入した旋回流が攪拌槽１１の上方に進行することを抑制する。

以上のように、本実施例に係る薬品混和池１０によれば、静止翼１３側に配置された流出口１６は、回転翼１２の回転によって発生する旋回流の流れに沿って水を流出させるように構成されている。

すなわち、静止翼１３側に配置された流出口１６の開口部の内側に、バッフル１５を設けることにより、旋回流を乱さないように水を流出させることができる。

旋回流の乱れが抑制されることにより、底部１１ａから攪拌槽１１の中心部を通って旋回しながら上昇する上昇流を効率よく発生させることができる。したがって、上昇流による攪拌効果、すなわち、攪拌槽１１の上下方向の攪拌効果を高めることができる。

尚、上記の実施例１及び実施例２の説明においては、静止翼１３の近傍に設けられている流入口１４又は流出口１６にバッフル１５が設けられているように説明した。しかし、バッフル１５は、回転翼１２の近傍に設けられている流入口１４又は流出口１６の両方に設けられていてもよい。

図６を参照して、実施例３に係る薬品混和池１０について説明する。実施例３係る薬品混和池１０は、回転翼１２が攪拌槽１１の底部１１ａに配置され、かつ静止翼１３が攪拌槽１１の上部に配置されている点で実施例１及び実施例２に係る薬品混和池１０とは異なる。

図６は、実施例３に係る薬品混和池１０の平面図である。図中において、静止翼１３は説明のため省略して記載している。また、図中の実線矢印は、旋回流の旋回方向を示している。二点鎖線の白抜き矢印は、水の流入方向を示している。実線の白抜き矢印は、水の流出方向を示している。

図６に示すように、流入口１４は、攪拌槽１１の下部、すなわち一の壁部１１ｂの底部１１ａの近傍に設けられている。流入口１４は、壁部１１ｂの壁面を垂直方向に貫通して形成されている開口部である。流入口１４は、攪拌槽１１の壁部１１ｂにおいて幅方向に亘って形成されている。流入口１４の攪拌槽１１の上下方向の長さ、すなわち高さＨは、特に限定されないが、例えば、水深に対して２０～２５％に形成されている。

流出口１６は、攪拌槽１１の上部に設けられている。流出口１６は、壁部１１ｂの壁面を垂直方向に貫通して形成されている開口部である。流出口１６の攪拌槽１１の上下方向の長さ、すなわち高さＨは、特に限定されないが、例えば、水深に対して２０～２５％に形成されている。

回転翼１２は、攪拌槽１１の底部１１ａに設けられている。すなわち、回転翼１２は、流入口１４の近傍に設けられている。尚、静止翼１３は、図には示されていないが攪拌槽１１の上部であって、かつ流出口１６が配されている位置よりも下方に設けられている。すなわち、静止翼１３は、流出口１６の近傍に設けられている。

バッフル１５は、流出口１６に対向して設けられている第１の邪魔板としての立設部１５ａを有する。立設部１５ａは、底部１１ａに対して垂直方向でかつ壁部１１ｂの内面に対して斜めになるように配置された板状部材からなる。

バッフル１５は、更に底部１１ａに対向して設けられた被覆部１５ｂを有する。被覆部１５ｂは、立設部１５ａの鉛直方向の下端から流入口１４の下端にかけて底部１１ａと平行に形成された板状部材からなる。すなわち、被覆部１５ｂは、立設部１５ａの下部に配置されている。

バッフル１５は、旋回流の一部が流出口１６に向かうように変換する。具体的には、攪拌槽１１の上方の旋回流の径方向の外側の一部は、バッフル１５に進入する。バッフル１５に進入した旋回流は、立設部１５ａに当たると進行方向が変更される。立設部１５ａに当たった旋回流は、流出口１６に向かうように進行する。

また、バッフル１５に進入した旋回流は、被覆部１５ｂに当たると攪拌槽１１の底部１１ａに対して離れる方向に向かって進行する。その結果、バッフル１５に進入した旋回流は、全体として流出口１６に向かうように進行する。

このようにバッフル１５の立設部１５ａは、旋回流の一部を流出口１６に向かうように変換せしめる。言い換えれば、旋回流の一部は、立設部１５ａに衝突することにより進行方向が変更される。また、バッフル１５の被覆部１５ｂは、バッフル１５に進入した旋回流が攪拌槽１１の下方に進行することを抑制する。

本図において、回転翼１２の回転軸１２ａが平面視において時計回りに回転しているものとする。従って、旋回流は、平面視において右回り、すなわち時計回りに進行する。

攪拌槽１１の上方の旋回流は、静止翼１３に当たる。静止翼１３に当たった旋回流は、攪拌槽１１の下側に向かって進行する下降流となる。

下降流は、静止翼１３から回転翼１２に向かって攪拌槽１１の中心部を通って蛇行しながら下降する。下降流は、回転翼１２に達すると回転翼１２の回転により、攪拌槽１１の壁部１１ｂの内周に沿って旋回しながら上昇する上昇流となる。

具体的には、第１の邪魔板である立設部１５ａによって水の流れが方向変換されると共に、第２の邪魔板である被覆部１５ｂによって水の流れが下方に広がるのを抑制されるので、旋回流の乱れをより効果的に抑制することができる。

旋回流の乱れが抑制されることにより、攪拌槽１１の中心を通る下降流を効率よく発生させることができる。したがって、上昇流と下降流による攪拌効果、すなわち、攪拌槽１１の上下方向の攪拌効果を高めることができる。

図７，８を参照して、実施例４に係る薬品混和池１０について説明する。実施例４に係る薬品混和池１０は、バッフル１５を有しない点で実施例１乃至３に係る薬品混和池１０とは異なる。その余の構成については、実施例１乃至３に係る薬品混和池１０と同一であるので、説明を省略する。

図７は、実施例４に係る薬品混和池１０の斜視図である。尚、図中の白抜き矢印は、薬品混和池１０に流入する水が流れる方向を示している。また、図中の実線矢印は、薬品混和池１０の前後方向、左右方向及び上下方向を示している。

図７に示すように、流入口１４は、攪拌槽１１の互いに隣接する一対の壁部１１ｂが角度を成す位置、すなわち攪拌槽１１の隅部に設けられている。

流入口１４は、流入口１４から攪拌槽１１に流入した水が直接的に静止翼１３に接触しないように配置されている。すなわち、静止翼１３は、流入口１４から攪拌槽１１の後方に向かう延長上を避けるように設けられている。言い換えれば、静止翼１３は、流入口１４から当該流入口１４が形成されている一の壁部１１ｂと対向する他の壁部１１ｂに向かう延長上を避けるように設けられている。

流入口１４の攪拌槽１１の左右方向の長さ、すなわち幅Ｗは、静止翼１３の大きさに応じて決定される。例えば、攪拌槽１１の壁部１１ｂの左右方向の長さを基準にした際の静止翼１３の同方向の長さが４０％である場合、流入口１４の幅Ｗは、同基準の３０％以下とするとよい。

本実施例においては、静止翼１３の壁部１１ｂの左右方向の長さを４０％とし、流入口１４の幅Ｗを幅Ｗ２の２５％としている。流入口１４の攪拌槽１１の上下方向の長さ、すなわち高さＨは、特に限定されないが、例えば、水深に対して２０～２５％に形成されている。

図８は、実施例４に係る薬品混和池１０の平面図である。図中において、回転翼１２は説明のため省略して記載している。尚、図中の実線矢印は、旋回流の旋回方向を示している。二点鎖線の白抜き矢印は、水の流入方向を示している。実線の白抜き矢印は、水の流出方向を示している。

図８において、攪拌槽１１は、平面的に見て、すなわち水平面において矩形状をなしている。上述のように本実施例においては、回転翼１２の回転軸１２ａが平面視において時計回りに回転しているものとする。従って、旋回流は、平面視において右回り、すなわち時計回りに進行する。

図８に示すように、流入口１４から流入した水は、旋回流の流れ方向に沿って攪拌槽１１に流入される。すなわち、流入口１４から流入した水は、旋回流の接線となる方向であり、かつ旋回流の旋回方向に対して順方向に流入される。

例えば、破線矢印で示される、（１）乃至（４）は、攪拌槽１１の平面視の形状である矩形状の一辺の隅部に位置する。これらの（１）～（４）の位置から水が流入される場合、流入する水は、平面視において時計回りの方向に向かって進行するため、旋回流の流れに沿って進行する。流入口１４は、これらの（１）～（４）の位置に設けられるとよい。

また、破線矢印で示される、（５）乃至（８）は、攪拌槽１１の平面視の形状である矩形状の一辺の隅部に位置する。これらの（５）乃至（８）の位置から水が流入される場合、流入する水は、平面視において反時計回りの方向に向かって進行するため、旋回流の流れとは衝突する方向に進行する。このため、旋回流は、流入口１４から流入する水によって弱められる。従って、流入口１４は、これらの（５）～（８）の位置を避けた位置に設けられるとよい。

このように、流入口１４は、静止翼１３側に配置された流入口１４を、旋回流の流れに沿って水が流入するように、攪拌槽１１の平面視の形状である矩形状の一辺の隅部に形成されている。従って、流入口１４は、攪拌槽１１に流入する水の流れ方向を制御する流れ方向制御手段として機能する。

言い換えれば、流れ方向制御手段は、静止翼１３側に配置された流入口１４を、旋回流の流れに沿って水が流入するように、矩形状の一辺の隅部に形成された開口部で構成されている。

以上のように、本実施例に係る薬品混和池１０によれば、静止翼１３側に配置された流入口１４は、回転翼１２の回転によって発生する旋回流の流れに沿って水を流入させるように構成されている。

すなわち、静止翼１３側に配置された流入口１４の開口部を、旋回流の流れに沿って水が流入するように、矩形状の一辺の隅部に設けることにより、旋回流を乱さないように水を流入させることができる。したがって、旋回流の乱れを抑制することが可能となり、旋回流による攪拌効果を高めることが可能となる。

また、旋回流の乱れが抑制されることにより、上昇流を効率よく発生させることができる。したがって、上昇流による攪拌効果、すなわち、攪拌槽１１の上下方向の攪拌効果を高めることができる。

尚、本実施例においては、流入口１４が攪拌槽１１の下部に設けられ、かつ流出口１６が攪拌槽１１の上部に設けられているように説明した。しかし、流入口１４が攪拌槽１１の上部に設けられ、かつ流出口１６が攪拌槽１１の下部に設けられているようにしてもよい。

このように薬品混和池１０を構成しても、旋回流の乱れが抑制されることにより、攪拌槽１１の中心を通る上昇流を効率よく発生させることができる。したがって、上昇流と下降流による攪拌効果、すなわち、攪拌槽１１の上下方向の攪拌効果を高めることができる。

図９を参照して、実施例５に係る薬品混和池１０について説明する。実施例５に係る薬品混和池１０は、攪拌槽１１の形状が実施例４に係る薬品混和池１０と異なる。その余の点は実施例４に係る薬品混和池１０と同一であるので説明を省略する。

図９は、実施例５に係る薬品混和池１０の平面図である。図中において、回転翼１２は説明のため省略して記載している。尚、図中の実線矢印は、旋回流の旋回方向を示している。二点鎖線の白抜き矢印は、水の流入方向を示している。実線の白抜き矢印は、水の流出方向を示している。

図９に示すように、攪拌槽１１は、平面的に見て、すなわち水平面において円形状をなしている。攪拌層１１は、円形状に形成されている板状の底部１１ａ及び底部１１ａを囲むように筒状に形成されている壁部１１ｂを有する。すなわち、攪拌槽１１は、円筒状に形成されている。尚、静止翼１３は、攪拌槽１１の底部１１ａに配置されている。

流入口１４は、攪拌槽１１の下部、すなわち壁部１１ｂの底部１１ａの近傍に設けられている。流入口１４は、壁部１１ｂの壁面の一部を貫通して形成されている開口部である。

流入口１４は、攪拌槽１１の円形状の接線方向に形成されている。流入口１４は、流入口１４から流入した水が旋回流の流れに沿って水が流入するように形成されている。

流入口１４は、流入口１４から攪拌槽１１に流入した水が直接的に静止翼１３に接触しないように配置されている。静止翼１３は、流入口１４から当該流入口１４が形成されている一の壁部１１ｂと対向する他の壁部１１ｂに向かう延長上を避けるように設けられている。

流入口１４は、例えば、回転軸１２ａが平面視において時計回りに回転する場合、攪拌槽１１に流入した水が平面視において時計回りに進行するように設けられている。

言い換えれば、流れ方向制御手段としての流入口１４は、静止翼１３側に配置され、旋回流の流れに沿って水が流入するように、攪拌槽１１の円形状の接線方向に形成されている。

流出口１６は、攪拌槽１１の上部、すなわち壁部１１ｂの上側に設けられている。流出口１６は、壁部１１ｂの一部を切り欠いて堰状に形成されている。流出口１６は、攪拌槽１１の円形状の接線方向に延びて形成されている。流出口１６は、旋回流の流れに沿って水が流出するように形成されている。

流れ方向制御手段としての流出口１６は、回転翼１２側に配置され、旋回流の流れに沿って水が流出するように、攪拌槽１１の円形状の接線方向に形成されている。すなわち、流れ方向制御手段は、回転翼１２側に配置された流出口１６を、旋回流の流れに沿って水が流出するように形成された開口部で構成されている。

以上のように、本実施例に係る薬品混和池１０によれば、静止翼１３側に配置された流入口１４は、回転翼１２によって形成される旋回流の流れに沿って水を流入させるように構成されているので、旋回流の乱れを抑制して、攪拌効果を高めることができる。

さらに、流出口１６は、旋回流の流れに沿って水が流出するように、円形状の接線方向に形成されていることにより、旋回流を乱さないように水を流出させることができる。

尚、上述の実施例において、静止翼１３の４枚のブレード１３ａは、攪拌槽１１の底面の中心ＣＲを囲うように互いに９０度ずつ離間して配されている旨を説明した。

静止翼１３のラジアルブレード１３ａの枚数や配置は、適宜変更して実施することができる。例えば、図１０に示されるように、攪拌槽１１の中心軸を中心として放射状に配置された４枚の平板から構成されるブレード１３ｂを用いることができる。ブレード１３ｂの放射状配置の中心ＣＲは、ブレード１３ｂによって整流された水流が合流する合流点になっている。

また、図１１に示されるように、湾曲した板状のブレード１３ｃを用いて、水流をスムーズに導くこともできる。合流点に集められた水流は、流れ方向を変えて上昇流となる。

尚、本実施例においては、流れ制御手段を流入口１４及び流出口１６の両方に設けた。しかし、流れ制御手段は、流入口１４及び流出口１６のうち静止翼１３からみて近位側に設けられているいずれか一方に設けられていればよい。

また、上述の実施例においては、薬品混和池１０に適用される例を説明したが、これには限られず、例えば、下水処理システムに用いられるようにしてもよい。
［薬品混和池における旋回流及び上昇流のシミュレーション］
以上で説明した薬品混和池１０をモデル１とし、従来の薬品混和池をモデル２として、それぞれの水の旋回流及び上昇流についてシミュレーションを行った。すなわち、モデル１の薬品混和池は、実施例１の薬品混和池１０と同一の構成を有するものとした。また、モデル２の薬品混和池は、実施例１の薬品混和池１０とはバッフル１５を有していない点で異なる。また、モデル２の薬品混和池は、モデル１の薬品混和池と攪拌槽１１の容量が異なるが、その他の構成はモデル１と同一である。

シミュレーションの条件は、以下のように設定した。

共通条件：
ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）条件
定常解析
乱流モデル：Realizable k-ε
ソフト：Ansys Fluent（ver.19）

モデル１：
攪拌槽１１のサイズ：３５００ｍｍ×３５００ｍｍ×４５００ｍｍ
攪拌槽１１の容量：５５．１ｍ^３
液物性
密度（ρ）＝９９９．９６ｋｇ/ｍ³
粘度（μ）＝０．００１５２Ｐａ・ｓ

モデル２：
攪拌槽１１のサイズ：３５００ｍｍ×３５００ｍｍ×６５００ｍｍ
攪拌槽１１の容量：７６．３ｍ^３
液物性
密度（ρ）＝９９９．９６ｋｇ/ｍ³
粘度（μ）＝０．００１５２Ｐａ・ｓ

図１２は、モデル１の薬品混和池に係る上記のシミュレーション結果を示す流線図である。図１２に示すように、攪拌槽１１に流入した水は、旋回流と合流する。その結果、図１２においては、旋回流が色濃く表れている。

さらに、旋回流は、静止翼１３に当たることで、静止翼１３から回転翼１２に向かう上昇流となる。図１２においては、上昇流も色濃くなっており、攪拌槽１１の攪拌が良好に行われていることが示されている。

図１３は、モデル２の薬品混和池に係る上記のシミュレーション結果を示す流線図である。図１３の旋回流は、図１２と比較すると明確な流れとなっていない。これは、流入口１４から流入した水が旋回流の流れの妨げとなっていると考えられる。

また、上昇流も一部で確認することができるが図５の上昇流と比べると狭い範囲となっている。これは、旋回流の流れが乱されることにより上昇流の範囲が狭くなったと考えられる。さらに、図１３の右上から流出口１６から多くの水が流出していることが確認できる。

このように、図１３に示される流線図は、図１２の流線図と比べて、旋回流及び上昇流が減少し、かつ攪拌槽１１から流出する水の量が多くなっている。以上により、モデル１の薬品混和池は、モデル２の薬品混和池よりも攪拌効率が高いことが言える。

１００浄水システム
１０薬品混和池
１１攪拌槽
１２回転翼
１３静止翼
１４流入口
１５バッフル
１６流出口

Claims

水の流入口及び流出口を備え、水平面において矩形状をなす攪拌槽と、
前記攪拌槽内において鉛直方向における異なる高さ位置のいずれか一方に配置され、底面の中心を通る鉛直線に沿って鉛直方向に伸びる回転軸に装着された回転翼と、
前記攪拌槽内において鉛直方向における異なる高さ位置のいずれか他方に配置され、底面の中心部を通る鉛直線から外方に伸びる静止翼と、を備えた攪拌装置であって、
前記回転翼は、前記流出口の近傍に設けられ、
前記静止翼は、前記流入口の近傍に設けられ、
前記回転翼の回転により、前記攪拌槽の底面を囲むように立設された壁部の内周に沿って流れる旋回流、及び前記静止翼の中心を起点とし、かつ、前記攪拌槽の中心部を通って上昇又は下降する上昇流又は下降流が発生するように構成されており、
前記静止翼側に配置された前記流入口において、前記流入口から流入される水の流れる方向を、前記旋回流の流れに沿うように制御する、流入口側の流れ方向制御手段と、
前記回転翼側に配置された前記流出口において、前記流出口から流出される水の流れる方向を、前記旋回流の流れに沿うように制御する、流出口側の流れ方向制御手段を有しており、
前記流入口側の流れ方向制御手段は、前記攪拌槽の前記水平面における矩形状の一辺の隅部に形成された開口部で構成され、
前記流出口の開口部が、前記旋回流と交差する方向に開口しており、
前記流出口側の流れ方向制御手段は、前記流出口の開口部の内側に設けられ、かつ前記旋回流の一部を該開口部に向かうように変換せしめる邪魔板を有していることを特徴とする撹拌装置。
前記邪魔板は、前記流出口から流出される水の流れる方向を変換させる第１の邪魔板と、該第１の邪魔板の鉛直方向のいずれかの端部に配置されて、前記流出口から流出される水を鉛直方向のいずれかに流れることを抑制する第２の邪魔板とを有している、請求項１記載の攪拌装置。
浄水システムにおける混和池に適用される、請求項１又は２に記載の攪拌装置。