JP4039430B2

JP4039430B2 - 羽根車

Info

Publication number: JP4039430B2
Application number: JP2005058656A
Authority: JP
Inventors: 篤志市来
Original assignee: 篤志市来
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: JP2006239567A

Description

本発明はビルの排水槽、工場の排水処理施設等における曝気攪拌装置の羽根車に関する。

液槽内で回転する羽根車の負圧部へ外部から気体を吸引して曝気し攪拌する自吸吸気式の曝気攪拌装置の羽根車は公知である。
従来、液槽内でケーシング等の容器の中で羽根車を回転し、負圧部へ外部より気体を吸引して曝気し攪拌する自吸吸気式の曝気攪拌装置の羽根車はあった。（例えば特許文献１、２参照、以下前者という）
また、液槽内で露出した羽根車を回転し、負圧部へ外部より気体を吸引して曝気し攪拌する自吸吸気式の曝気攪拌装置の羽根車はあった。（例えば特許文献３、４参照、以下後者という）

特許第３１６１２７４号公報特開２００４−１８８２５９号公報特開２００４−８９７号公報特許第２６６５６２９号公報

従来技術のうち前者に属する曝気攪拌装置の羽根車は、容器の中に収められており覆われた空間の中で速い水の流速を得ることができ、効率良く負圧が得られるので、曝気量が多く攪拌力が強い。
特許文献１は軸流羽根車を使用しており設置水深が深くなれば羽根車の吸気した気体の送気圧が外水圧に負けて自吸吸気の機能が喪失するが、特許文献２の攪拌用羽根車では高速回転駆動を行い設置水深が深い場合でも曝気作用は行われる。

しかし、従来技術のうち前者に属する曝気攪拌装置の羽根車はケーシング等の容器の中に羽根車が収められているので、ビルの排水槽等では水中にストッキングや下着の一部等の粗大な夾雑物が混入していることがあり、ケーシング内の羽根車に夾雑物が噛み込んだり絡み易く、曝気攪拌装置の周囲に金網等を設けて夾雑物がケーシング等の容器に侵入しないような対策が必要となり、メンテナンスにも多くの労力を費やしている。

従来技術のうち後者に属する特許文献３の曝気攪拌装置の羽根車は、高速回転すると外部から吸引した気体が中空円盤内部を占有し、円盤内部にある内部ブレードの水の圧出量が減り、曝気量は少ない。
しかし、羽根車が液槽内に露出しており、中空円盤の表面に取り付けた表面ブレードの高さを中空円盤の中心から外側に向けて次第に高くしているので羽根車に水中の夾雑物が噛み込んだり絡まることはない。

従来技術のうち後者に属する特許文献４の曝気装置の羽根車は、羽根板を用いており曝気が目的で攪拌力は弱く、夾雑物を含む水中で使用すれば主羽根とは別に設けられた気泡破砕羽根や整流板に夾雑物が絡みつくことが考えられる。
本発明は、従来技術のうち後者に属する曝気攪拌装置の羽根車を特殊な形状にすることにより、曝気攪拌力を増大し、夾雑物が羽根車に噛み込んだり絡まることのない、そして水深が深くなっても曝気攪拌作用を維持し、安価でメンテナンスの容易な自吸吸気式の曝気攪拌装置の羽根車を提供することを目的とする。

本発明の第１の発明となる羽根車は、縦向きに置かれた回転可能な中空軸に連通してその下端に取り付けられた扁平状の中空羽根車に、外部から前記中空軸を経て気体を吸引し前記中空羽根車から曝気し攪拌する羽根車であって、前記中空羽根車の中空軸と平行な側面には、それぞれが前記中空軸からの異なった放射面上にある複数の気体吐出口と前記それぞれの気体吐出口の中空軸に近い端を始点として前記中空羽根車の回転方向に逆向きの隣にある気体吐出口の中空軸に遠い端を通ってさらに延長する外側に膨らんだ曲面である渦巻羽根とが形成されるとともに、前記中空羽根車の上下は前記気体吐出口と前記渦巻羽根とに囲まれる部位が前記中空軸に垂直な２枚の平板で覆われたものである羽根車のみを曝気攪拌部に備えた中空羽根車である。

本発明の第２の発明となる羽根車は、縦向きに置かれた回転可能な中空軸の下端に、一定の間隙を保持するように２枚の平板を介して上下に複数の渦巻羽根が取り付けられ、前記中空軸を経て外部から気体を吸引し前記間隙より曝気し攪拌する羽根車であって、前記複数の渦巻羽根は前記間隙の内外側の表面を覆った平板の間に設けられ、前記平板のうち外側の平板は中央部がくり抜かれた開口部を有し、内側の平板は前記複数の渦巻羽根の出口側の先端を残すように取り付けられ、内側の上部の平板は前記中空軸と連通し、内側の下部の平板は一定の間隙を保持するように前記中空軸の下端部に前記上部の平板を挟んで取り付けられた羽根車である。

なお、第２発明の羽根車に、前記外側の平板の前記開口部の端部に先端が尖った突起片を前記中空軸側に傾斜させて複数片立設してもよい。
本発明の第１の発明となる羽根車の課題解決手段による作用は次の通りである。
中空羽根車が高速回転すると、水は渦巻羽根の基部より中空軸から離れるに従い外側に膨らんだ曲面である渦巻羽根の表面に沿って流速が加速され、渦巻羽根の先端から水の遠心力により外周に向かって流出する。

ここで、気体吐出口は回転軸から放射面上に渦巻羽根一枚につき一個ずつ設けられ、渦巻羽根の先端の方向と気体吐出口の開口部が略同一方向を向き、さらに水の流速が最大になる渦巻羽根の先端を残した位置に取り付けられている。
よって、渦巻羽根の先端からの水の速い流速により、羽根の回転方向の後方にある気体吐出口は大気圧に対して著しく負圧になり、気体が外部から中空軸を経て吸引され、気体吐出口から水の流出方向に曝気され、中空羽根車の周囲は気液混合の渦流となって攪拌される。

ちなみに、文献３の羽根車は前述のように回転中に外部より吸引した気体が中空円盤内部を占有し、円盤内部にある内部ブレードの水の圧出量が減り曝気量が少なくなるが、本発明の第１の発明である羽根車は、渦巻羽根がすべて水中に露出しているので渦巻羽根の周囲を気体に占有されることなく強い曝気攪拌力が得られる。

本発明の第２の発明となる羽根車の課題解決手段による作用は、次の通りである。
羽根車が高速回転すると、水は回転軸の上方からと下方から開口部に流入して、平板で覆われた渦巻羽根の基部より先部に向けて水の流速が加速され、渦巻羽根の先端から水の遠心力により外周に向かって流出する。

ここで、間隙は回転軸の上下方向にある複数の渦巻羽根の真中にあり、かつ間隙の内側の平板は回転軸に直角な回転面では水の流速が最大になる直前の位置まで設けられ外周側は開放されている。
よって、渦巻羽根の先端からの水の速い流速により、間隙は大気圧に対して著しく負圧になり、気体は外部から中空軸を経て吸引され、間隙より曝気され、羽根車の周囲は気液混合の渦流となって攪拌される。
ちなみに、本発明の第２発明である羽根車は渦巻羽根が平板に覆われた形状であるので、従来技術では前者に属しているケーシング等で覆われた羽根車と同じように水が渦巻羽根に流入して外周に流出するまでの間周囲に拡散せず、水の早い流速が効率良く得られ、強い曝気攪拌力が得られる。

なお、第２の発明の羽根車に設けられる突起片の課題解決手段による作用は、次の通りである。
平板の開口部の端部に取り付けられた突起片は、中空軸側に傾斜し、基部より先端にかけて回転方向の幅が狭くなり、また回転方向に対して先端が尖った刃状になっており、羽根車と共に高速回転し、水の中に含まれている夾雑物が開口部に近ずき突起片に触れると夾雑物を切断、粉砕、払い除ける。

本発明の第１の発明である羽根車の効果は次の通りである。
水中に露出した中空軸から離れるに従い外側に膨らんだ曲面である渦巻羽根を高速回転することにより水の速い流速を作り、気体吐出口を回転軸から放射面上に渦巻羽根一枚につき一個ずつ設け、渦巻羽根の先端の方向と気体吐出口の開口部は略同一方向に向け、そして水の流速が最大になる渦巻羽根の先端を残した位置に取り付けているので気体を効率良く吸引し曝気量が多い。

水は渦巻羽根の高速回転により上方と下方から渦巻羽根の基部に向かって流入し羽根の外周に向けて流出し、羽根車を中心にして回転軸の上方と下方に二つの水の循環流ができるので攪拌が立体的かつ広範囲に行われる。
また、羽根車は水中に露出し、羽根車の上方と下方の表面は平板であり、渦巻羽根は曲面になって流れに向かって突起状のものがないので、水中に粗大な夾雑物が混入していても羽根車に夾雑物が噛み込んだり絡むことはない。

本発明の第２発明である羽根車の効果は次の通りである。
平板で覆われた渦巻羽根を高速回転することにより水の速い流速を作り、間隙を回転軸の上下方向にある複数の渦巻羽根の真中に設け、間隙の内側の平板は回転軸に直角な回転面では水の流速が最大になる直前の位置まで設けられ外周側は開放されているので気体を効率よく吸引し曝気量が多い。
水は渦巻羽根の高速回転により回転軸方向では羽根車の上方と下方から開口部に向かって流入し、渦巻羽根の外周に向けて流出し、羽根車を中心にして回転軸の上方と下方に二つの水の循環流ができるので攪拌が立体的かつ広範囲に行われる。

第２の発明の羽根車に設けられた前記突起片の効果は、夾雑物が開口部に近ずき高速回転している突起片に触れると夾雑物を切断、粉砕、払い除けるので、羽根車が夾雑物を噛み込んだり絡むことを防ぐ。
また、汚水の場合浅い水深に設置すると、スカムが破砕攪拌され有機物の好気性生物処理に有効である。

次に、本発明の第１および第２の発明である羽根車に共通した効果は次の通りである。
曝気攪拌部が羽根車だけでケーシング等の容器が不要になるので、製作が容易で製造費が安価になり、設置後のメンテナンスにも手間がかからず、液槽内の限られたスペースでも容易に置くことができる。

さらに、羽根車を高速回転しているため水深が深くなっても自吸吸気による曝気攪拌が可能である。
従って、本発明の第１および第２の発明である羽根車は水中に夾雑物の含まれている液槽はもとより夾雑物の含まれていない液槽等においても有用である。

本発明の第１の発明である羽根車の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の第１の発明である羽根車の実施例として図１に概略の平面図を示し、図２に概略のＡ−Ａ断面図を示す。

中空羽根車は、回転軸の上下方向の表面が平板２で覆われ中空になっており、中空軸１の下端に連通して取り付けられ、中空軸１と平行な側面には中空軸１から放射面上にある気体吐出口４と気体吐出口４の中空軸１に近い端を始点として回転方向逆向きの隣にある気体吐出口４の中空軸１に遠い端を通ってさらに延長する外側に膨らんだ曲面である渦巻羽根３を設けている。

水中において中空羽根車が高速回転すると、水は渦巻羽根３の基部から羽根の表面に沿って加速し、渦巻羽根３の先端から水の遠心力により外周に向けて流出する。
渦巻羽根３の先端に水の速い流速が作られると、気体吐出口４が回転軸から放射面上に渦巻羽根３の回転方向に対して後方に１個ずつ、渦巻羽根３の先端の方向と気体吐出口４の開口部が略同一方向に向いて設けられ、水の流速が最大となる渦巻羽根３の先端を残して取り付けられており、気体吐出口４は著しく負圧になり、外部より中空軸１を経て吸引された気体は気体吐出口４より曝気され、気液混合の渦流となって周囲を攪拌する。

次に、本発明の第１の発明である羽根車を曝気攪拌装置に使用した実施例を図３の斜視説明図に示す。
縦向きに中空回転軸を有する水中モータ５を設け、電力ケーブル７により外部より電気を供給し、水中モータ５の下部の中空軸１の下端に羽根車９を取り付け、外部の気体を導管６、水中モータの中空回転軸さらに中空軸１より吸引して羽根車９から曝気し攪拌を行うものである。

本発明の第１の発明である羽根車の概略の製作実施例としては、モータの出力が１．５ｋＷ、回転数が１８００ｒｐｍの場合、渦巻羽根の枚数は６枚、渦巻羽根の外径は１８ｃｍ、回転軸から渦巻羽根付根（回転軸側付根）の長さは６ｃｍ、渦巻羽根の高さ（回転軸方向の長さ）は１．６ｃｍ、気体吐出口の長さ（回転軸に直角方向の長さ）は２．５ｃｍ、中空軸の内径（中空部の直径）は２ｃｍである。

また、本発明の第１の発明である羽根車の概略の形状寸法は、ビルの排水槽から工場の排水処理施設等まで大きさは様々であり設置される水深によって変わるが、モータ出力が２０Ｗ〜５０ｋＷ、回転数は６００〜３６００ｒｐｍにおいては、渦巻羽根は４枚〜１６枚、渦巻羽根の外径は１０ｃｍ〜１ｍ、回転軸から渦巻羽根付根の長さは３ｃｍ〜３０ｃｍ、渦巻羽根の高さは１ｃｍ〜３０ｃｍ、空気吐出口の長さは１ｃｍ〜３０ｃｍ、中空軸の内径は１ｃｍ〜１０ｃｍである。

本発明の第２発明である羽根車の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の第２発明である羽根車に突起片を取り付けた実施例として図４に概略の平面図を示し、図５に概略のＢ−Ｂ断面図、図６に概略のＣ−Ｃ断面図および図７に概略のＤ−Ｄ断面図を示す。

渦巻羽根１５は間隙１６の内外側の表面を覆った平板の間に設けられ、外側の平板１２は中央部がくり抜かれた開口部１１を有し、内側の平板１３，１４は渦巻羽根１５の出口側の先端を残すように取り付けられ、内側の上部の平板１３は前記中空軸１０と連通し、内側の下部の平板１４は中空軸１０の下端部に平板１３を挟んで一定の間隔を保持するように取り付けられる。

水中において渦巻羽根１５が高速で回転すると、水は開口部１１から流入し、渦巻羽根１５により加速され、渦巻羽根１５の先端から水の遠心力により外周方向に向けて流出する。
渦巻羽根１５の先端より水が高速で流出されると、間隙１６は回転軸の上下方向にある渦巻羽根１５の真中に位置し、かつ回転軸と直角な回転面では水の流速が最大になる直前の位置まで平板１３、１４が設けられているので、間隙１６は著しく負圧になり、外部より中空軸１０を経て吸引された気体が間隙１６から曝気され、気液混合の渦流となって周囲が攪拌される。

本発明の第２の発明である羽根車に突起片を取り付けた実施例として図４に概略の平面図、図５に概略のＢ−Ｂ断面図および図８に概略のＥ−Ｅ断面図を示す。
突起片１７は平板１２の開口部１１の端部に回転軸側に傾斜し取り付けられ、図８のＥ−Ｅ断面に示すように回転方向に先端を刃状に尖らせている。
突起片１７は、羽根車と共に回転し、水の中に含まれている夾雑物が開口部１１に近ずき突起片１７に接触すると夾雑物を切断、粉砕、払い除ける。

次に、本発明の第２発明である羽根車を曝気攪拌装置に使用した実施例を図９の斜視説明図に示す。
モータ２０と中空軸１０をＶベルト２２により回転を伝達できるようにし、中空軸１０の下端に羽根車２３を取り付けて曝気攪拌を行うものである。

本発明の第２発明である羽根車の概略の製作実施例としては、モータの出力が２ｋＷ、回転数が１８００ｒｐｍの場合、上下の渦巻羽根の枚数は各々４枚、外部平板の外径（渦巻羽根の外径）は１８ｃｍ、内部平板の外径は１７ｃｍ、開口部の直径（渦巻羽根の内径）は１２ｃｍ、渦巻羽根の高さ（回転軸方向の長さ）は１．８ｃｍ、間隙の間隔（回転軸方向の長さ）は３ｍｍ、中空軸の内径（中空部の直径）は２ｃｍ、突起片の開口部上の長さは３．５ｃｍである。

また、本発明の第２の発明である羽根車の概略の形状寸法は、例えばビルの排水槽等から工場の排水処理施設等まで大きさは様々であり設置される水深によって変わるが、モータ出力が２０Ｗ〜５０ｋＷ、回転数は６００〜３６００ｒｐｍにおいては、上下の渦巻羽根の枚数は各々４枚〜１６枚、外側平板の外径（渦巻羽根の外径）は１０ｃｍ〜８０ｃｍ、内側平板の外径は外側平板の直径より５ｍｍ〜５ｃｍ小さく、開口部の直径（渦巻羽根の内径）は４ｃｍ〜３０ｃｍ、渦巻羽根の高さは１ｃｍ〜１５ｃｍ、間隙の間隔は２ｍｍ〜２ｃｍ、中空軸の内径（中空部の直径）は１ｃｍ〜１０ｃｍ、突起片の開口部上の長さは１ｃｍ〜２０ｃｍである。

なお、第１発明および第２発明である羽根車は、外部より気体を吸引可能な中空軸と連通し、中空軸を回転することで曝気攪拌装置となり得るもので、図３および図９の斜視説明図は実施例であり固定もしくは限定したものでなく、また外部から吸気可能で回転可能な中空軸を羽根車と連通できれば他の方法でもよい。

第１発明および第２の発明である羽根車は、ステンレスや鋳鉄等の金属を用いるが、小型機の場合は合成樹脂でもよい。
また、外部より中空軸に導き羽根車より曝気される気体は空気以外に酸素、窒素等でもよく、途中に流量調整弁を設けて気体の流量の調整や曝気の気泡の大きさを変えることも可能である。

本発明の第１の発明である羽根車の一実施例を示す概略平面図である。本発明の第１の発明である羽根車の一実施例を示す概略Ａ−Ａ断面図である。本発明の第１の発明である羽根車を曝気攪拌装置に使用した一実施例を示す斜視説明図である。本発明の第２の発明である羽根車に突起片を取り付けた一実施例を示す概略平面図である。本発明の第２の発明である羽根車に突起片を取り付けた一実施例を示す概略Ｂ−Ｂ断面図である。本発明の第２の発明である羽根車に突起片を取り付けた一実施例を示す概略Ｃ−Ｃ断面図である。本発明の第２の発明である羽根車に突起片を取り付けた一実施例を示す概略Ｄ−Ｄ断面図である。本発明の第２の発明の羽根車に取り付けた突起片の一実施例を示す概略Ｅ−Ｅ断面図である。本発明の第２の発明である羽根車に突起片を取り付けた実施例を曝気攪拌装置に使用した一実施例を示す斜視説明図である。

符号の説明

１中空軸
２平板
３渦巻羽根
４気体吐出口
10 中空軸
11 開口部
12 外側の平板
13 内側の上部の平板
14 内側の下部の平板
15 渦巻羽根
16 間隙
17 突起片

Claims

縦向きに置かれた回転可能な中空軸に連通してその下端に取り付けられた扁平状の中空羽根車に、外部から前記中空軸を経て気体を吸引し前記中空羽根車から曝気し攪拌する羽根車であって、前記中空羽根車の中空軸と平行な側面には、それぞれが前記中空軸からの異なった放射面上にある複数の気体吐出口と前記それぞれの気体吐出口の中空軸に近い端を始点として前記中空羽根車の回転方向に逆向きの隣にある気体吐出口の中空軸に遠い端を通ってさらに延長する外側に膨らんだ曲面である渦巻羽根とが形成されるとともに、前記中空羽根車の上下は前記気体吐出口と前記渦巻羽根とに囲まれる部位が前記中空軸に垂直な２枚の平板で覆われたものである羽根車のみを曝気攪拌部に備えたことを特徴とする中空羽根車。