JPS63274496A - 曝気装置 - 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】 本発明は浄化槽用のプロワーに代わって、消費電力が少
なくても効率的にエアを溶液中に送気、かく拌されて且
つ、気泡の微細な曝気装置に係るものであるが、液体中
に運搬するのはエアだけでなく液体でも良く、運搬とか
く拌の技術分野全般に応用できるものである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題点） 従来、浄化槽へエアを送気する場合にブロワーなどで強
制的に圧搾する方法があるが、効率的な送気という点で
は問題も多く、そのためにエアを溶液中より吸引する曝
気装置があった。それは船舶用プロペラ羽根の軸芯に孔
を形成させる構造としたトリム・タブの如き曝気装置や
、特公開６０−１９０２９５または特公開５９−１５６
４２０などの構造のようにプロペラ羽根に代えて螺旋状
スクリュー羽根を連綿状に形成させた曝気装置が有る。

これらの羽根は回転軸の軸芯方向に水流を生成せしめて
、該水流の流速でエアを吸引、更には羽根と水流でかく
拌させるものであるが、実際上では、羽根の力で水流を
生成することは容易でなく、特に水深が深くなるほどエ
アを吸引するだけの流速は起こしにくく、従来装置では
水面付近で用いるか、特公開５９−１５６４１９のよう
にガイド円筒に該螺旋状スクリュー羽根を■通せしめ、
該ガイド円筒内での圧力降下によってエアを吸引させる
などの工夫が必要であった。

（問題点を解決するための手段及び作用９本発明は、特
出願６２−０１６６３４及び特出願６２−０３８９６８
など本出願人による装置の最良を多項に渡って記載した
ものであるが基本的には回転軸よりも羽根に孔を設けた
ほうが回転軌道の半径は長くなって高速回転となるぶん
高負圧が発生し易くなり、更に羽根に孔を形成すれば、
液体力学の負圧発生原理を直接吸引力に応用できたり、
更にはキャビテーションによるエア吸引をもおこなえる
など、従来と同一条件の装置でもエア吸引力を強力にで
きるものである。

（実施例） 本発明の実施例を添付図面を参照して詳述すると次の通
りになる。

第１図は本発明の羽根３を翼状にした曝気装置先端部の
断面斜視図。第２図の（ａ）〜（ｊ）図は羽根３を翼状
にした本発明の第１実施例から第１０実施例までのそれ
ぞれ羽根３の断面図を示す。特徴として（ｉ）図−（ｇ
）図−（ｃ）図−（ａ）図−（ｂ）図の順番で孔６を形
成している位置が次第に翼状羽根３の前縁から後縁へ移
っている。

また第２図の（ａ）〜（Ｊ）図は全て翼状羽根３の背面
部５へ孔６を形成している。しかし翼状羽根３の背面部
５に発生する貧圧の圧力分布状態は第３図のように孔６
を形成する位置によって異なる。また（ｄ）図のように
孔６の形状を流れ方向と平行して細長く形成しても良い
し、（ｅ）図のように孔６の形状位置を複数箇所にして
も良いし、（ｆ）図のように背面部５一面に細孔６を形
成しても良い。更に（ｈ）図のように翼状羽根３にそり
負を大きく与えて腹面部４が引っ込んだ形状をしている
羽根３に対しても、様々な位置に孔６を形成できるが、
丁度図面では（ａ）図と同位置に孔６を形成している。

（ｊ）図は背面図５を流れる液体が段差をつけたことで
吸引力が増すよう工夫したもので、丁度図面の孔６の位
置が（ｇ）図と同位置としている。

以上のような本発明の曝気装置に翼状羽根３を用いるこ
とで、静止流体中を物体が進行する時などで、流れの方
向に液体抵抗、流れに垂直な方向に揚力を生ずるが、該
揚力をエアの吸引力に直接利用することが可能となる。

なお翼とは、流体抵抗に対して揚力が大きくなるように
つくられた流線形断面の物体のことを言うが、翼型の形
状についてはＧｏｔｔｉｇｅｎ系統、Ｃｌａｒｋ系統、
ＲＡＦ系統、ＮＡＳＡ系統等、各研究機関より発表され
ており、そり線、厚み分布、前線曲率半径等で形状が決
まり、最大そり及び厚み、迎え角が翼型性能に大きく影
響するが、本発明中の翼状羽根３には全ての翼型の形状
が適応する。また翼型が上下対称の形の羽根３でも、迎
え角ａがつけば圧力分布は羽根３の上側である背面部５
で流れの圧力より低く、羽根３の下側の腹面部４で流れ
の圧力より高くなり揚力が発生する。

また第２図の（Ａ）（Ｂ）図は羽根３を翼状にした本発
明の第１１実施例と第１２実施例をそれぞれ示す断面斜
視図。図面（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ
）（ｈ）（ｉ）（ｊ）の断面状態であっても孔６の形状
が流れ方向に対して垂直な翼幅方向に枚数または単数の
孔６を設けた（Ａ）図の仕様と、翼幅方向に細長く複数
または単数の孔６を設けた（Ｂ）図の仕様などが考えら
れる。また全ての本実施例においても孔６の形状がどの
ような形であってもエアを吸引する為のものであれば本
発明のものとなる。

第３図は翼状羽根３の背面部５に生ずる圧力状態を示す
分布図。翼状羽根３は背面部５で負圧、腹面部４で正圧
となり、該翼状羽根３を液中で高速回転させると、液体
の絶対圧力がある温度における液体の飽和蒸気圧より低
下して液中より蒸発が盛んに起こり、飽和蒸気泡の小さ
な空洞を生じてキャビテーションとなり、図中の破線で
示す圧力分布状態でキャビテーションが負圧とともに発
生する。キャビテーション発生後にはもう片方の線のよ
うに圧力が急激に上昇し、気泡がつぶされてキャビテー
ションに伴う衝撃および侵食の現象が翼状羽根３の背面
部５に起こりだす。したがって特許請求の範囲第３項の
ように翼状羽根３の背面部５に孔６を形成することはキ
ャビテーションが発生しようとする負圧を貴極的に利用
することでもある。

第４図は本発明の第１３実施例を示す翼状羽根３の断面
斜視図。本図は特許請求の範囲第３項及び第４項の特徴
を兼ね備えて、翼状羽根３の背面部５の先端縁部７に孔
６を形成し、翼状羽根３が白矢印方向に回転すると各翼
状羽根３の先端縁部７付近より翼端渦１３から放出する
が、該翼端渦１３は該羽根３の腹面部４から先端縁部７
を越えて背面部５へ回り込み渦巻くもので、該翼端渦１
３の中心では圧力が低下してキャビテーションを発生す
る。該キャビテーションは図の如く背面部５側の破線で
示す圧力分布状態で観察される。よって本実施例では図
の位置に孔６を形成させることで、翼端渦１３によって
圧力が低下する分だけエア通路２よりエアを吸引するこ
とができる。また翼端渦１３の発生は、翼状羽根３の回
転する相対的流れ方向成分が先端縁部７では変えられる
ことになるが、前述のようにキャビテーション発生をエ
アの吸引力にも利用している。

第５図の（ｈ）（ｌ）（ｍ）図はそれぞれ本発明の翼状
羽根３にした第１４実施例、第１５実施例及び第１６実
施例を示す断面斜視図。本図は特許請求の範囲第４項の
特徴を備えて、翼状羽根３の先端縁部７に孔６を形成し
たもので、腹面部４より先端縁部７をとおって背面部５
先端へ流れる流体を吸引力とするようにした。

（ｈ）図は流体が回り込む時の流れ方向と同一方向にコ
ブをもたせて且つコブ間の谷間に孔６を設けた。これに
より流体は最短距離であるコブの谷間の流量と流速が増
して吸引力が強まる。また（ｌ）図は翼状羽根３の先端
縁部７に沿って孔６を設けただけのもの。

（ｍ）図は該先端縁部７を第１０実施例である第２図の
（ｊ）図のような段差を縁部７に沿って設けながら図の
ように孔６を形成して吸引力を強める。

第６図は本発明の第１７実施例を示す翼状羽根３の断面
図。本図は特許請求の範囲第５項の特徴を備えながら、
翼状羽根３の腹面部４表面部に段差を形成することで腹
面部４を流れる液体より負圧を発生させて且つ段差の変
わり目付近に孔６を形成させれば、エアは孔６より流中
へ吸引されてゆく。また腹面部４の表面部に凸部を形成
して、流体の流れより陰となる該凸部側面や該凸部の根
本に孔６を形成しても良い。

第７図は螺旋状のスクリュー羽根３とした本発明の第１
８実施例を示す断面斜視図。図面では回転軸１先端に螺
旋状スクリュー羽根３を２枚備えているが、本発明では
螺旋状スクリュー羽根３や翼状羽根３は何枚でも良い。

本実施例では螺旋状スクリュー羽根３の表面部のうち縁
部７に孔６を形成してあるが、作用的な記載は第５図又
は第４図に同じ。ところで螺旋状スクリュー羽根３の長
所は、液体中に混ざっている線状浮遊物や髪毛などが羽
根３に絡み付かない事である。また螺旋状好スクリュー
羽根３の回転が図の様になると腹面部４と背面部５は図
の様になる。

第８図、第９図及び第１０図はそれぞれ本発明の第１９
実施例　第２０実施例と第２１実施例を示す螺旋状スク
リュー羽根３の断面斜視図。３つの図面とも孔６の形成
している位置が背面部５となっているが、第８図は背面
部５の平面上に孔６を形成したのに対して、第９図は背
面部５に段差または突起を設けて液体が背面部５を流れ
る時に負圧が大きくなるように工夫してあり、作用的な
記載は第２図の（Ｊ）図や第６図に同じであるが、背面
部５に形成する段差を縁部７と平行に形成させれば第５
図の（ｍ）図と同様になる。

また第１０図のように背面部５に縁部７と平行して溝を
形成させて、腹面部４より回転運動で背面部５にまわっ
て流れる端渦を利用して負圧を高めようとするものでも
良い。また第９図の段差を形成することによって負圧を
発生させる方法は、このまま腹面部４に利用することも
出来、本発明の羽根３を翼状にした第６図の作用と同様
な動きをする。

第１１図は本発明の第２２実施例を示す羽根３の断面斜
視図。本実施例では孔６や羽根３表面部に形成する凹凸
や段差は省略してある。特徴は羽根３の形状を螺旋状ス
クリュー羽根３に翼状羽根３を併設させたことにあり、
翼状羽根３部の前後にあたる翼幅を曲線わん曲状にする
ことで曝気装置に用いる場合でも液体中の髪毛や線状浮
遊物が翼状羽根３に絡み付くことは無くなる。

第１２図は本発明の第２３実施例を示す羽根３の一部断
面をもつ正面図。本実施例では第１１図同様に孔６や羽
根３表面部に形成する凹凸や段差は省略してある。特徴
は回数軸１に螺旋状スクリュー羽根３を一枚形成しなが
ら且つ螺旋状スクリュー羽根３の縁部７に延長させて翼
状羽根３を併設させた。図面では丁度翼状羽根３は４枚
併設されている。

第１３図は本発明の第２４実施例を示す羽根３の一部断
面をもつ正面図。本実施例では第１１図、第１２図同様
に孔６や羽根３の表面部に形成する凹凸や段差は省略し
てある。特徴は第１２図と比べて回転軸Ｉに螺旋状スク
リュー羽根３を２枚形成していることにある。更に各螺
旋状スクリュー羽根３の縁部７に延長させて翼状羽根３
を併設させて、図面では翼状羽根３を各３枚づつ計４枚
を設けてある。

第１４図は本発明による第２５実施例を示す曝気装置の
構造略図。本装置は回転軸Ｉ内のエア通路２よりエアを
押し込むためにモータ１２の回転運動と連動させて働く
タービン羽根１４をハウジング１５内に形成して、羽根
３を深く沈めても充分曝気できるようにした特許請求の
範囲第６項記載の曝気装置である。

第１５図は本発明による第２６実施例を示す曝気装置の
構造略図。第１４図の曝気装置と比べるとエアの圧搾装
置の無いぶん本実施例では羽根３を深く沈めることはで
きないが、最も構造が簡単で製造コストが安くなる利点
もある。

第１６図は本発明による第２７実施例を示す曝気装置の
構造略図。本実施例ではモータ１２を水中モータ１２と
して用いるもので且つ回転軸Ｉ内のエア通路２は液面上
までつながっている。よってモータ１２の振動や騒音は
液体に遮断されるため液面上は静かである。

第１７図及び第１８図はそれぞれ本発明の第２８実施例
及び第２９実施例を示す断面図。これらの図は羽根３の
回転及び停止の際に回転軸Ｉ内のエア通路２を開閉させ
る機構をもつ特許請求の範囲第７項記載の曝気装置であ
るが、第１７図は駆動弁体８が液体よりも浮力のある材
料で構成されて、孔６より侵入した液体はエア通路２を
さかのぼるときに駆動弁体８が浮かんで弁受部１１に押
し付けられてエア通気２を塞ぐという浮力を応用して開
閉させるものである。また第１８図は重量のある駆動弁
体８と回転軸１内に末広がり状９のエア通路２をもち、
回転軸１が回転すると発生する遠心力によって駆動弁体
８は図面の末広がり状９の坂を登って丁度左半分の図の
様になりエア通路２を解放するし、回転が停止すると駆
動弁体８は落下して受動部１１に押し付けられてエア通
路２を塞ぐという遠心力を利用して開閉させるものであ
る。

第１９図は本発明の第３０実施例を示す断面斜視図。

特徴は回転軸１に突設させた翼状羽根３の方向を回転軸
１の軸芯方向に設けたもので、図面では翼状羽根３が回
転方向より迎え角αの角度で傾けて書いているが、迎え
角αの角度に翼状羽根３を傾けたものでも良い。また回
転軸１より突設させる翼状羽根３の角度は軸芯方向より
垂直であろうが、軸芯方向であろうが、どのような角度
であっても問題ない。

第２０図は本発明の第３１実施例を示す半断面図。回転
軸１方向を回軸としながら翼状羽根３を２層に形成させ
て互いの層の翼状羽根３の回転方向が相反する。

しかし本発明の特許請求の範囲どおり、外観上では回転
軸１のなかにエア通路２を共有して備え、相反する回転
方向の翼状羽根３に形成した孔６まで連通しているとい
う点でも何ら他の実施例のものと変わりがない。他にも
、回転方向が相反する回転軸１のうちの内側の回転軸１
のエア通路２と外側の回転軸１のエア通路２をそれぞれ
別個に備えるようにしても良い。

第２１図は本発明の第３２実施例を示す断面斜視図。

パイプ形状の回転軸１の軸芯に向かって翼状羽根３を回
転軸１より突設させて且つ、液体中に没しているパイプ
形状回転軸１内部に突設させた翼状羽根３との液体の流
動をおこなうためのスリット１６を形成させて、さらに
パイプ形状の回転軸１の断面形状のように内部にエア通
路２を形成してある特許請求の範囲第８項記載の特徴を
もつ。また他にパイプ形状回転軸１の内部に突設させる
羽根３を螺旋状スクリュー羽根３にしても良い。

（発明の効果） 本発明は伸縮性の小さい液体より発生する負圧を最大限
に高めてエアを吸引するものであり、エアの圧搾装置よ
り発生する発熱や摩擦にエネルギーを消耗することが無
いぶんだけ、消費電力の少ない小型モータで済むだけで
なく、エアを吸引する方式にした分だけでも送気効率が
高まる。また羽根に流れる水流の作用によって溶液中に
吸引された気泡は、回転する羽根によって破壊されて微
細化されながらかく拌される。したがって本発明を浄化
槽のブロワーに代わって用いた場合、エアが微細化され
るため好気性微生物の活動を促す。また回転軸に形成し
た羽根のとりつけ迎え角度によって、生成する水流の速
度を調節することもできる。さらに、本発明はエアだけ
でなく、使用する用途によって様々な気体や場合によっ
ては液体も送気、吸引させることができる。以上の事か
ら本発明は何かを溶液中に運搬するという特徴をももち
、その方法は圧縮によらず、吸引による運搬方法となる
。また羽根の回転によって液体中にかく拌し易いという
ことは、エアなどのかく拌材料が微細に混和することに
よって溶液をよくかく拌するということでもある。また
本発明はエア通路の開閉機能をもたせることによって羽
根の回転停止事にかく拌される材料と溶液とが回転軸内
で混和しないだけでなく、浄化槽に用いる場合には液面
より臭気がエア通路を昇ってこない。更に本発明の最大
の効果は、孔を羽根に形成することで、羽根の形状や特
性を最大限利用して発生する負圧を高めることができる
ことと、従来のような回転軸の一端に放射状に羽根を突
設または螺旋状スクリュー羽根を突設させて且つ、該回
転軸の一端に孔を形成した従来装置と比べて同一回転の
回転軸でも孔を羽根に形成させたぶんだけ回転軌道の半
径は長くなって、このぶん高速回転となり高負圧を得る
ことができ、結果的にエアの吸引力が強まったり、従来
と同一条件でもより深い液体中に羽根を潜めて作用させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の羽根を翼状にした曝気装置先端部の断
面斜視図。第２図の（ａ）〜（ｊ）図までは本発明の羽
根を翼状にした第１実施例から第１０実施例までを示す
断面図。第２図の（Ａ）（Ｂ）図は本発明の羽根を翼状
にした第１１実施例と第１２実施例を示す断面斜視図。 第３図は本発明の翼状羽根の圧力状態を示す分布図。第
４図は本発明の第１３実施例を示す翼状羽根の断面斜視
図。第５図の（ｈ）（ｌ）（ｍ）図はそれぞれ本発明の
第１４実施例、第１５実施例及び第１６実施例を示す翼
状羽根の断面斜視図。第６図は本発明の第１７実施例を
示す翼状羽根の断面図。第７図は本発明の第１８実施例
を示す螺旋状スクリュー羽根の断面斜視図。第８図、第
９図及び第１０図はそれぞれ本発明の第１９実施例、第
２０実施例及び第２１実施例を示す螺旋状スクリュー羽
根の断面斜視図。第１１図は本発明の第２２実施例を示
す羽根の断面斜視図。第１２図は本発明の第２３実施例
を示す羽根の一部断面をもつ正面図。第１３図は本発明
の第２４実施例と示す羽根の一部断面をもつ正面図。 第１４図、第１５図及び第１６図はそれぞれ本発明によ
る第２５実施例、第２６実施例及び第２７実施例を示す
曝気装置の構造略図。第１７図と第１８図はそれぞれ本
発明の第２８実施例と第２９実施例を示す断面図。第１
９図は本発明の第３０実施例を示す断面斜視図。第２０
図は本発明の第３１実施例を示す半断面図。第２１図は
本発明の第３２実施例を示す断面斜視図。 １…回転軸　　　１１…弁受部 ２…エア通路　　１２…モータ ３…羽根　　　　１３…翼端渦 ４…腹面部　　　１４…タービン羽根 ５…背面部　　　１５…ハウジング ６…孔　　　　　１６…スリット ７…縁部　　　　ｄ；ｄ´…迎え角 ８…駆動弁体 ９…末広がり状 １０…弾性材バ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、液体中に気体を供給しながらかく拌する装置に於
   て、回転軸のなかにエア通路を形成し、該回転軸の一部
   に同軸状態で突設させた一枚以上の羽根を設けて、該羽
   根の表面部にエアの出る孔を設けて、該孔と該エア通路
   とを連通せしめて、液体外より設けた吸入口を通じて該
   エア通路へエアを供給することを特徴とする曝気装置。 ２）、前記回転軸の一部に突設させる一枚以上の羽根を
   螺旋状スクリュー羽根とした特許請求の範囲第１項記載
   の曝気装置。 ３）、前記孔の形成位置を該羽根表面部のうちの背面部
   に形成した特許請求の範囲第１項及び第２項記載の曝気
   装置。 ４）、前記孔の形成位置を該羽根表面部のうちの先端縁
   部に形成した特許請求の範囲第１項及び第２項記載の曝
   気装置。 ５）、前記孔の形成位置を該羽根表面部のうちの腹面部
   に形成した特許請求の範囲第１項及び第２項記載の曝気
   装置。 ６）、前記回転軸の液体外に設けた吸入口より高圧な気
   体を強制供給するように該液体外の回転軸にタービン羽
   根を回動自在に設けて、該吸入口及び該タービン羽根を
   ハウジングで覆った特許請求の範囲第１項及び第２項、
   第３項、第４項、第５項記載の曝気装置。 ７）、前記羽根の回転及び停止の際に運動可能となる駆
   動弁体と弁受部を該回転軸の一部に備えて該エア通路の
   開閉機構とした特許請求の範囲第１項及び第２項、第３
   項、第４項、第５項、第６項記載の曝気装置。 ８）、前記エア通路をもつ回転軸をパイプ形状として、
   該回転軸の一部に同軸状態で且つパイプ形状内部の同軸
   軸芯へ突設させた羽根を設けて、液体中の該回転軸にス
   リットを形成してパイプ形状内部との液体の流動をおこ
   なう特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、
   第５項及び第６項記載の曝気装置。