JPS60227821A - 繊維を懸濁させた液体の撹拌及び循環方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は攪拌設備に関し、特に繊維を懸濁させた液体を
攪拌し且つ循環させるための方法及び装置に関する。

本発明は吸出管内の軸流インペラーを用いてタンク内の
汚水を循環させることによって汚水を処理するように設
計された攪拌設備への利用に特に適する。また、本発明
は液体を軸流インペラーで循環させるような他の撹拌用
途への利用に適する。

曝気等の汚水処理中に汚水をタンク内で攪拌したとき、
インペラーを駆動するのに必要な動力が増すことが分っ
た。１時間乃至４日の一定期間の後には、汚水を攪拌し
且つ曝気するのに十分、汚水を循環させるのに必要な動
力は５０％まで増す。

この問題は、定格出力の大きな駆動モーターを利用し、
かつ増加した動力のコストに耐えることによって解決す
ることができる。

この問題の原因は本発明の時点までは見過ごされていた
。本発明によれば、インペラーの先導縁に繊維が堆積し
た結果として時間とともにインペラーの抵抗が増加する
ことがわかった。処理のために下水設備から流れてくる
汚水では、繊維は毛髪、ぼろくおしめや生理用品）及び
プラスチック類のバッグである。循環され且つ攪拌され
る液体中に懸濁した他の繊維状物質もまた同様の悪影響
を伴なってインペラーの先導縁に堆積する。

本発明によればこの問題は、繊維を懸濁させた液体を吸
出管装置内の軸流インペラーで循環させ且つ攪拌したと
きに悪化することがわかった。そのとき液体中でのイン
ペラーの羽根の速度はインペラー及び吸出管の軸線方向
の液体の速度の数倍である。インペラーの羽根の先導縁
の両側にイ」着する繊維の端部の各々には抵抗の成分が
あり、そのために繊維をインペラーから引き離そうとす
る正味の力がないままである。これらの抵抗はインペラ
ーの羽根の先導縁に垂直であり、かつ繊維を先導縁に付
着したままにする成分を有する力を生じさせ、そのため
に繊維は先導縁にしっかりとくっつく。やがて繊維は先
導縁及び羽根の先導部分の廻りに堆積し目、つ粗い表面
を形成し、このため次第に抵抗が増加し、揚力及び流量
（吸入吐出）が減少し、十分な軸流及び液体の循環を達
成するのに必要なインペラー速度を維持するために更に
大きな駆動力が必要になる。そのために、攪拌装置の効
率及び性能が損なわれる。

従って、本発明の主な目的は、攪拌を、インペラーの抵
抗を小さくして行なうことができ、かつインペラーは、
液体中に懸濁した繊維が存在するにも拘わらず液体を循
環させ且つ攪拌する改良混合設備を提供するにある。

本発明の別の目的は、繊維が撹拌中の液体の中に懸濁し
ているときに性能及び効率か低下しない、液体を攪拌す
るための改良方法及び改良装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、攪拌中の液体の中に繊維が存
在するときでさえも低い抵抗特性を有するインペラーを
用いて吸出管内に軸流を生しさせる改ａ攪拌装置を提供
することである。

簡単に説明すると、本発明によれば、タンク内で液体を
攪拌するための設備はインペラーが回転した時にそれぞ
れ互いに先導したり後続する両縁を有するインペラーを
利用する。この設備は液体をインペラーの軸線方向に延
びた流路に沿ってタンク全体にわたって循環させるよう
に作動する。

液体中に懸濁した繊維の、インペラーの先導縁に沿った
付着を減少させ、それによってインペラーが回転してい
るときの先導縁への繊維の堆積によるインペラーの抵抗
の増大を阻止する。この付着を先導縁をインペラーの軸
線からの半径方向線に対してインペラーに堆積する繊維
の安息角よりも大きくなるほど傾斜させることによって
減少させる。安息角は、繊維に対し先導縁のところのイ
ンペラーの表面の摩擦係数を考慮して、先導縁に垂直な
力が繊維を先導縁に押しつ＆Ｊたままにするのに十分で
あるような角度である。機械的には、先導縁は安息角よ
りも大きな傾斜をもつ傾斜平面を有する。従って繊維は
、繊維を先導縁に付着させたままにするのに十分な力で
先導縁に保持されることばなく、液体と共に循環し続け
る。このため流れの有効な半径方向成分がないにも関わ
らず、流れは本質的に軸線方向であり特にこの場合、イ
ンペラーは吸出管内の軸流インペラーである。また、先
導縁に沿った繊維の付着を、先導縁に隣接したインペラ
ーの一部に摩擦係数の小さな材料の表面を設けることよ
って減少させ、かかる小さな摩擦係数を研磨によってつ
（ることかできる。摩擦係数の小さな材料は、繊維に対
して小さな摩擦係数を示すプラスチック材料を利用する
ものであるのが好ましい。

本発明の前述の目的、特徴及び利点並びに他の目的、特
徴及び利点は、現時点で好ましい実施例及び現在知られ
ている本発明を実施するための最良のモードと同様に添
付図面に関連して以下の説明を読むことによって更に明
らかになろう。

第１図を特に参照すると繊維を懸濁させた汚水等の液体
を攪拌するのに用いられるタンク１０が示されている。

円錐形上方部分１４及び円筒形下方部分１６を有する吸
出管１２は染１８から支柱２０で吊下げられている。ま
た、下方部分１６を末広がりのものにしてもよい。更に
、梁１８は電動モータ２４及び歯車装置２６を有する駆
動組立体２２を支持する。歯車装置２６の適当な軸受け
が駆動軸２Ｂを回転自在に支持する。複数枚の羽根３２
を有するインペラー３０がハブ３４に連結され９す、ハ
ブ３４は駆動軸２８に連結され且つ駆動軸２８によって
駆動される。吸出管部分１４及びＩ６はインペラー路３
Ｇを構成する。本装置を攪拌及び曝気に用いるとき、散
布リングをインペラー３０の下に、かつ下方部分Ｉ６に
取付けるのがよい。変形として、米国特許第４，２３１
，９７４号に記載されているように散布目的のために羽
根に設けられた孔から空気を引き入れてもよい。インペ
ラー路３６の作用及び利点は米国特許第ｓ、４７７．３
８２号に記載されている。また吸出管攪拌設備の設計を
考慮に入れた更に別の情報を米国特許第Ａ３８５２０６
号から得ることができる。

インペラー３４は軸流インペラーである。羽根の各々は
エアフォイル形状を有し、この羽根により本装置を攪拌
及び曝気に用いる時にはタンク内の液体を吸出管を介し
て下方に循環させるのが望ましいけれども上方循環を利
用することもできる。

例えば米国特許第４，２３１，９７４号に記載されてい
るようなベーン（図示せず）を用いて流れをインペラー
の軸線方向に更に差し向けることができる。インペラー
は複数枚の羽根を有し、第２図に示すように３枚の羽根
３２が用いられている。

羽根の各々は他の羽根と同一である。これらの羽根は１
２００離れてハブ３４に取付けられており、或いはそれ
らの基部３５のところでハブ３４に溶接されてもよい。

第３図及び第４図に示すように、各羽根３２はエアフォ
イル形状を有する。羽根の弦（ＣＬ）は羽根の先導縁３
８とその後続縁４０との間で測定される。羽根はその中
ｖＡ４２と弦との間で測定されるようなチャンバーを有
する。また、第３図に示すように羽根は、その下面と弦
とのなす角が先端４４のところよりも羽根の基部３５の
ところの方が大きく、この角度は１０°乃至１８°以上
であるという点で捩れを有している。軸流をもたらすた
めに、チャンバーは弦の長さの約４％から８％の最大長
さ或いは最大値を有するのがよい。チャンバーの最大長
さの位置は先導縁３８から後続縁４０に向かって弦の長
さの約２０％乃至約６０％離れている。また羽根はその
上面と下面との間に好ましくは弦の長さの約６％乃至１
４％の厚さを有する。ハブのところの羽根の幅は弦の長
さの２２％乃至２８％であるのがよい。先端のところの
羽根の幅は弦長の１４％乃至２０％であるのがよい。先
端のところの弦と水平線とのなす弦先端角は５°乃至２
５°であるのがよい。第４図に示すように羽根は一対の
板４６及び４８から構成され、これらの板は先導縁の近
く及び後続縁の近くで互いに溶接されるのがよい。イン
サート５０が各羽根３２の先導縁３８から後続縁４０ま
での上面及び下面の各々の長さのほぼ１０％に亘る部分
に設けられている。このインサートは摩擦係数の小さな
表面をもっているプラスチック材料の本体であるのが好
ましい。適当な材料は超高分子量ポリエチレンｒＵＨＭ
ＷＰＥＪである。この材料の分子量は約５００万である
。適当な材料はポリハイ／ノナシャ社（Ｐｏｌｙ−１１
ｉ／Ｍｅｎａｓｈａ　Ｃｏｒｐ、　）からチハール（Ｔ
Ｉ　ＶＡＲ”　）という商品名で入手し得る。例えばフ
ルオロポリマー（テフロンという商品名で知られている
ようなフルポロポリマ）のような摩擦係数の小さな他の
材料が通ずる。超高分子量ポリエチレンが好ましい。

また、羽根３２の先端４４は扇形形状を有し且つ吸出管
の円筒形の内周と一致し、下方部分１６の内周まで延び
且つ下方部分の内周から、製造公差を維持するのに必要
な公差だけ離れていることが観察されよう。また、先導
縁；（８は後続縁４０よりも長い。先導縁は、基部の端
３５に隣接し且つ直線部分５４まで延びる弓形部分５２
を有する。

後続縁４０は全体的に真直くである。弓形部分５２は、
先導縁を十分に傾斜させて先導縁に堆積しがちな繊維の
安息角に達しないようにするために設けられている。こ
の安息角はインペラーの軸線５６（軸２８及びハブ３４
の中心線）から延びる半径方向線と先導縁との間で測定
される。好ましい態様では第２図でθとして示し、かつ
軸線５６に垂直な平面内にあり、また点６２で先導縁３
８と交差する半径方向線６０と先導縁３８とのなす角度
は４０°であり、前記点６２では半径方向線は先端４４
から軸線５６までの羽根の半径の７０％に等しい長さく
ＲＬ）をもっている。この傾斜角θは攪拌される液体の
中に懸濁した繊維の性質及びインサート５０の提供する
表面の摩擦係数に応じて２０°乃至６０°の範囲内にあ
るのがよい。

ある場合には、小さな摩擦係数をもつかかるインサート
の代わりに傾斜角θを十分にすればよい。

また、インサートを設けて先導縁のところの表面の部分
に小さな摩擦係数をもたせる代わりにその部分を研磨し
てもよい。インサート５０の代わりに表面を摩擦係数の
小さな材料で被覆してもよく、或いは表面に摩擦係数の
小さな材料を接着してもよい。被覆技術に関する別の情
報については、１９７３年に発行された「応用工学（＾
ｐｐｌｉａｎｃｅＥｎｇｒ、）　Ｊの第７巻第１号に掲
載されたり、　Ｐ。

Ｗｉｌｌｉｓ、　Ｊｒ、の論文［フルオロポリマー被覆
による寿命の増加（Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　Ｌｉｆｅｔ
ｉｍｅ　ｗｉｔｈ　Ｆｌｕｏｒｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｃ
ｏａｔｉｎｇ）及び１９８０年４月１０日に発行された
り、　Ｐ、　Ｗｉｌｌｉｓ、　Ｊｒ、著「機械設計（Ｍ
ａｃｈｉｎｅｄｅｓｉｇｎ）　Ｊの第１２３頁乃至第１
２７頁を参照するのがよい。

例えば５０°或いはそれ以上の大きな傾斜角が望ましい
場合には、インペラー３０に第５図に示す設計の羽根６
４を設けるのがよい。これらの羽根はエアフォイル形状
のものであるのがよく、ごれらの羽根の先導縁６６は扇
形である。第５図に示す傾斜角θは羽根の先端７ｏまて
の半径の７０％の長さの半径方向！１ｉＩｊ！６０と先
導縁６６との交点６２で測定される。傾斜角は半径方向
線６ｏと先導縁の接線７２との間に構成される。扇形の
中心は接線７２に垂直な線に沿った点６８のところに示
されている。

羽根の後続縁７４は２つの円弧から成り、一方の円弧７
６は中心が点６８のとごイ）にある扇形であり、又他方
の円弧７８は羽根６４内の中心８゜を有する扇形である
。

先導縁６６に隣接した羽根の部分８１はインサート５０
と同様な摩擦係数の小さな材料のインサートによって形
成されるのがよい。部分８１の表面の摩擦係数を小さく
するために、変形として上述した別の技術を用いてもよ
い。

前述の説明から、循環及び攪拌中の液体の中に懸濁して
いる繊維による効率及び性能−の低下を被むることなく
液体の循環及び攪拌のための軸流を形成するような改良
攪拌装置が提供されたことば明らかである。

本明細書に記載された本発明の範囲内の装置の変形態様
は確実に当業者に理解されるであろう。

従って上述の説明は例示として理解されるへきてあって
、限定的な意味に理解されるべきごはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化する攪拌装置の断面立面図であ
り、 第２図は本発明の実施例に従って提供された抵抗の小さ
なインペラーを詳細に示す第１図の２−２線における断
面図であり、 第３図は第１図及び第２図に示すインペラーの羽根の１
枚を示す拡大立面図であり、 第４図はエアフォイル形状を示し且つ弦長、キャンバ−
及び羽根の厚さを指示する・インペラーの羽根の１枚の
第２図の４−４線におけろ断面図であり、 第５図は本発明の別の実施例に従って提供された抵抗の
小さなインペラーを示す第２図と同様の図である。 １０・・・タンク、１２・・・吸出管、２８・・・軸、
３０・・・インペラー、３２・・・羽根、３４・・・ハ
ブ、３８・・・先導縁、４０・・・後続縁、４４・・・
先端、５０・・・インサート。 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　５ 第１頁の続き ０発　明　者　ケニス　ティ　マクダ ーモット ０発　明　者　ロジャー　エヌ　ヴオ ス アメリカ合衆国　ニューヨーク州　１４６０５　ロチニ
スタークロムビー　ストリート　絽 アメリカ合衆国　ニューヨーク州　１４４３７　ダンズ
ヴイルロス　ロード　アールディ　ナンバー　１特許庁
長官　志　賀　学　殿 ■、事件の表示　昭和６０年特許願第８９２９号２、８
　明（１）））　名ｆｌＦ　彎３！　ＡＩ　’／Ａ　Ｆ
、　Ｋ　ｆｊ　Ｗ　ｇ　（７）　＊　’！’ｅ’３、補
正をする者 事件との関係　出願人 名　称　ゼネラル　シグナル　コーポレ−４、代理人 ５、補正命令の日付　昭和６０年４月３０日６、補正の
対象　願書・代理権を証明する書侑全図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、織繊維懸濁させた液体をタンク内で、インペラーが
   回転している時にそれぞれ互いに先導したり後続する反
   対側の縁を有するインペラーによって撹拌する方法であ
   って、前記液体を前記インペラーの軸線方向に延びる流
   路に沿って前記タンクの全体にわたって循環させる段階
   と、前記インペラーの先導縁に沿う前記繊維の付着を減
   少させる段階とを有し、それにより、前記インペラーが
   回転している時の前記先導縁への前記繊維の堆積による
   前記インペラーの抵抗の増大を阻止して前記インペラー
   の寿命の減少を阻止することを特徴とする方法。 ２、　前記先導縁を前記インペラーの軸線から直角に延
   びる半径方向線に対して、前記インペラーが回転してい
   るときに前記インペラーに堆積する前記繊維の安息角よ
   りも大きくなるほど傾斜させることによって前記付着を
   減少させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３、　前記インペラーの摩擦係数を、前記先導縁から前
   記後続縁までの前記インペラーの両面の各各の長さの少
   なくとも１０％にわたる一部に沿って、前記表面の残部
   の摩擦係数よりも小さくすることによって前記付着を減
   少させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ４、　前記先導縁を前記インペラーの軸線からの半径方
   向線に対して、前記インペラーに堆積する前記繊維の安
   息角よりも大きくなるほど傾斜させることにより、しか
   も前記インペラーの摩擦係数を、前記先導縁から前記後
   続縁まで延びる前記インペラーの両面の各々の長さの少
   なくとも１０％にわたる一部にわたって小さくすること
   によって前記付着を減少させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ５、　前記傾斜段階を、前記先導縁が前記半径方向線に
   沿い、かつインペラーの軸線と先端との間の前記インペ
   ラーの半径の７０％に等しい距離のところで前記先導縁
   と交わる前記半径方向線のうちの一本に対して２０°乃
   至６０°の角度傾斜するように行なうことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の方法。 ６、　前記角度は４０°であることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の方法。 ７、　前記先導縁の前記一部に、前記小さな摩擦係数を
   もつ材料の表面を設けることによって前記付着を減少さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の方法
   。 ８、　前記一部を、前記材料を前記インペラーの先導縁
   に差し込むことによってつくることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載の方法。 ９、　前記傾斜段階を、前記先導縁がインペラーの軸線
   とインペラーの先端との間の前記インペラーの半径の７
   ０％に等しい距離のところで前記先導縁と交わる、前記
   半径方向線のうちの一本に対して２０’乃至６０６の角
   度１頃斜するように行ない、さらに前記インペラーの両
   面に沿って前記先導縁から前記後続縁まで延びる前記イ
   ンペラーの一部を、前記インペラーの残部よりも小さな
   摩擦係数をもつ材料でつくることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の方法。 １０、前記一部を、前記小さな摩擦係数をもつ材料を前
   記インペラーに差し込んでインペラーの前記先導縁を形
   成することによってつくることを特徴とする特許請求の
   範囲第９項記載の方法。 １１、前記小さな摩擦係数の材料を超高分子量ポリエチ
   レン及びフルオロポリマーから成る群から選択すること
   を特徴とする特許請求の範囲第９項記載の方法。 １２、繊維を懸濁させた液体を、吸出管と、軸と、複数
   枚の羽根をもった軸流インペラーとを有するタンク内で
   循環させるための装置であって、前記インペラーは前記
   吸出管内に配置され、かつ前記軸に取付けられており、
   前記軸及び前記インペラーは前記吸出管と同軸であり、
   前記羽根は両縁を有し、これら両縁のうちの一方は前記
   インペラーが回転している時、他方を先導し、この先導
   縁は、前記インペラーの軸線と直角な平面内にある、前
   記インペラーの軸線からの半径方向線に対し、前記イン
   ペラーが前記液体の中で回転しているときに前記インペ
   ラーに堆積した前記繊維の安息角よりも大きな角度傾斜
   しており、前記液体は前記吸出管を通って前記インペラ
   ーの軸線方向に流れ、それムこより前記先導縁への前記
   繊維の堆積を阻止し、前記軸を回転させるためにかけら
   れる動力を増加させないで、前記液体を循環させるのに
   十分な速度の前記インペラーの回転を阻止するような前
   記インペラーの抵抗の増大を阻止することを特徴とする
   装置。 １３、前記インペラーの軸線から前記羽根の先端までの
   半径の７０％に等しい距離のところで前記先導縁と交わ
   る前記半径方向線のうちの１本と前記先導縁とのなす角
   度は２０°乃至６０６であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１２項記載の装置。 １４、前記軸に取付けられたハブをさらに有し、前記羽
   根は前記ハブに連結されており、前記ハブに隣接した前
   記羽根の前記先導縁の一部は弓形の曲線に沿っており、
   前記先端と前記一部との間の前記先導縁の残部は直線に
   沿っていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記
   載の方法。 １５、前記１本の半径方向線と前記羽根の前記直線部分
   とのなす前記角度は約４０°であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１４項記載の装置。 １６、前記羽根の前記後続縁は前記インペラーの軸線と
   直角な平面内にあり、前記インペラーの軸線から延び、
   かつ前記後続縁と交わる半径方向線と角度をなしており
   、これらの角度は前記先導縁と、該先導縁と交わる前記
   半径方向線とのなす前記角度よりも小さいことを特徴と
   する特許請求の範囲第１３項記載の装置。 １７、前記後続縁は直線に沿っているごとを特徴とする
   特許請求の範囲第１６項記載の装置。 １８、前記羽根はエアフォイル断面の輪郭を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の装置。 １９、前記羽根はチャンバ、厚み、分布及びねじれをも
   っことを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載の装置
   。 ２０、前記チャンバは羽根の前記先導縁と前記後続縁と
   の間の前記羽根の弦の長さの約４％乃至８％の長さを有
   し、前記最大厚さは前記弦の長さの６％乃至１２％であ
   り、前記弦と、前記軸線と直角な平面とのなす角度は前
   記羽根の前記先端に隣接したところよりも前記ハブに隣
   接したところの方が大きく、かつ、これらの間で異なる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１９項記載の装置。 ２１、前記羽根と前記軸とを連結したハブをさらに有し
   、前記先導縁は前記羽根の先端から前記ハブまで弓形で
   あり、前記先導縁と前記半径方向線とのなす角度は、前
   記先導縁の接線と前記半径方向線とのなす角度であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の装置。 ２２、前記先導縁番才扇形に沿っていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２１項記載の装置。 ２３、前記後続縁も弓形であることを特徴とする特許請
   求の範囲第２１項記載の装置。 ２４、前記先導縁の扇形はそれらの中心を、前記半径方
   向線が、前記インペラーの軸線から前記羽根の先端まで
   の前記羽根の半径の７０％に等しい距離のところで前記
   先導縁の接線と直角な線に沿って有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第２２項記載の装置。 ２５、前記羽根の各々の前記後続縁は扇形であり、これ
   らの扇形のうち前記ハブに隣接した一方の扇形は羽根の
   前記先導縁と同一の中心を有し、他方の扇形はその中心
   を、前記他方の扇形の中に有することを特徴とする特許
   請求の範囲第２４項記載の装置。 ２６６前記羽根は両面を有し、前記先導縁から前記後続
   縁まで延びるこれらの表面のうちの一部は前記羽根の表
   面の残部よりも小さな摩擦係数をもつ材料のものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の装置。 ２７、前記一部は前記羽根の前記先導縁から前記後続縁
   までの前記表面の長さの約１０％にわたっていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２６Ｍ記載の装置。 ２８、前記一部は、前記先導縁を形成しかつ前記表面を
   提供するインサートによってつくられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２７項記載の装置。 ２９、前記インサートの前記材料はプラスチックである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２８項記載の装置。 ３０、前記プラスチックの材料は超高分子量ポリエチレ
   ン及びフルオロポリマーから成る群から選択されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２９項記載の装置。