JP5951058B2 - タンク及びこのタンクを搭載した汚泥収集車 - Google Patents

Description

本発明は、気泡流を発生させて液状物を流動させるタンクに関し、特に汚泥分離を行う反応室を備えた汚泥収集車に関する。

従来一般家庭のふん尿等は、バキュームカーで収集されており、その後、浄化槽の普及によって、浄化槽汚泥を濃縮処理して運搬する浄化槽清掃車が実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
そして、特許文献１及び特許文献２では、汚泥分離を気泡流によって行うことが提案されている。
なお、バキュームカーに用いられるタンクは、断面が楕円形のものが一般的であり、断面が楕円形のタンクは、浄化槽清掃車にも多く利用されてきた。
また、内外で圧力差が生じることのあるタンクには、断面が円形のものも広く利用されてきている。

特開２００４−１００２２１号公報 特開２００４−２８３６４０号公報

しかし、従来の断面が楕円形のタンクでは、断面が円形のタンクに比べて気泡流の対流が十分に形成されず、汚泥分離に長時間を要してしまう。
また、本発明者らが解析した結果として、断面が円形のタンクにおいても、時間経過によって対流が安定していないことが判明した。

そこで本発明は、気泡流による安定した対流を維持することができるタンクを提供することを目的とする。
また本発明は、タンク内での安定した対流を維持することができ、攪拌による汚泥分離を短時間で行うことができる汚泥収集車を提供することを目的とする。

請求項１記載のタンクは、筒状に形成される胴部と、前記胴部の両端を閉塞する鏡板とによって形成され、前記胴部内の底部には前記胴部の長手方向に沿って散気管を配置し、前記散気管には複数の散気用開口を形成し液状物を収容するとともに内外で圧力差が生じることのあるタンクであって、前記胴部は、車両搭載時において、上方に位置する天面胴部と、下方に位置する底面胴部と、前記天面胴部と前記底面胴部とをつなぐ一対の側面胴部とを有し、前記天面胴部を天面曲率Ｒａ、前記底面胴部を底面曲率Ｒｂ、前記側面胴部を側面曲率Ｒｃで構成し、前記天面曲率Ｒａを前記底面曲率Ｒｂよりも大きな曲率で構成し、前記側面曲率Ｒｃを１つ又は複数の曲率で構成し、複数の前記散気用開口の配置によって、前記散気用開口から浮上する気泡流を発生させ、前記気泡流は、前記液状物の水面に浮上した後に、一方の前記側面胴部に向かう第１の前記気泡流と、他方の前記側面胴部に向かう第２の前記気泡流とに分離し、第１の前記気泡流は、一方の前記側面胴部において前記底面胴部に向かう流れとなり、第２の前記気泡流は、他方の前記側面胴部において前記底面胴部に向かう流れとなることを特徴とする。
請求項２記載の本発明の汚泥収集車は、請求項１に記載のタンクを搭載した汚泥収集車であって、前記液状物が、家庭用汚泥や産業廃棄物汚泥などの汚泥であることを特徴とする。

本発明のタンクによれば、安定した対流を維持することができ、攪拌を短時間で行うことができる。

本発明の第１の実施例によるタンクを搭載した汚泥収集車の側面図 本実施例による汚泥収集車に搭載するタンクの外形を示す正面図及び側面図 本実施例によるタンクを示す図 本発明の第２の実施例によるタンクを示す図 本発明の第３の実施例によるタンクを示す図 本発明の第４の実施例によるタンクを示す図 本発明の第１の実施例によるタンクを用いたシミュレーション結果を示す図 本発明の第２の実施例と比較例１によるタンクを用いたシミュレーション結果を示す図 本発明の第３の実施例と比較例２によるタンクを用いたシミュレーション結果を示す図 本発明の第４の実施例によるタンクを用いたシミュレーション結果を示す図 本発明の第１の実施例から第７の実施例、比較例１、及び比較例２のタンクを用いたシミュレーション結果を示すグラフ

本発明の第１の実施の形態によるタンクは、胴部は、車両搭載時において、上方に位置する天面胴部と、下方に位置する底面胴部と、天面胴部と底面胴部とをつなぐ一対の側面胴部とを有し、天面胴部を天面曲率Ｒａ、底面胴部を底面曲率Ｒｂ、側面胴部を側面曲率Ｒｃで構成し、天面曲率Ｒａを底面曲率Ｒｂよりも大きな曲率で構成し、側面曲率Ｒｃを１つ又は複数の曲率で構成し、複数の散気用開口の配置によって、散気用開口から浮上する気泡流を発生させ、複数の散気用開口の配置によって、散気用開口から浮上する気泡流を発生させ、気泡流は、液状物の水面に浮上した後に、一方の側面胴部に向かう第１の気泡流と、他方の側面胴部に向かう第２の気泡流とに分離し、第１の気泡流は、一方の側面胴部において底面胴部に向かう流れとなり、第２の気泡流は、他方の側面胴部において底面胴部に向かう流れとなるものである。本実施の形態によれば、筒状に形成されるタンク内での安定した対流を維持することができ、攪拌を短時間で行うことができる。また、断面が円形のタンクや断面が楕円形のタンクと比較して、対流の速度を大きくできるとともに、時間経過による対流速度の減少も少なく、攪拌効果が高い。
本発明の第２の実施の形態による汚泥収集車は、第１の実施の形態によるタンクを搭載した汚泥収集車において、液状物が、家庭用汚泥や産業廃棄物汚泥などの汚泥である。本実施の形態によれば、攪拌による汚泥分離を短時間で行うことができる。

以下本発明の第１の実施例によるタンクを搭載した汚泥収集車について説明する。
図１は本実施例によるタンクを搭載した汚泥収集車の側面図である。
本実施例によるタンクを搭載した汚泥収集車は、車両フレーム１０上に、乗車キャビン１１とタンク２０と汚泥分離機１２とを搭載し、タンク２０は乗車キャビン１１の後方に配置され、汚泥分離機１２はタンク２０の後方に配置される。
タンク２０は、隔壁２１によって、内部が反応室２０ａと汚泥室２０ｂに区分されている。反応室２０ａの上部には反応室用マンホール部２２が、汚泥室２０ｂの上部には汚泥室用マンホール部２３が設置されている。また、タンク２０の上部には、ホースリール１３が設置されている。

一般家庭などの浄化槽内の汚泥は、表面に浮かぶスカムと、大部分が水分である中間汚水と、底部に溜まった沈降汚泥とに分けられ、主として中間汚水が反応室２０ａに収容され、スカムと沈降汚泥が汚泥室２０ｂに収容される。
反応室２０ａに収集された中間汚水には、凝集液が添加され、エアー吹き込みによるバブリングで真空攪拌されてフロックが形成される。そして、フロックを有する固液混合の汚泥が汚泥分離機１２に移送されて、濃縮汚泥の固形分と水分に分離され、濃縮汚泥は汚泥室２０ｂに給送され、水分（分離水）は浄化槽に張水として給送される。
本実施例で示すタンク２０は、家庭用汚泥や産業廃棄物汚泥などの汚泥を収容し、又は反応処理するが、汚泥の収容時や反応処理時には、タンク内を負圧にするためタンク内外で圧力差が生じるものである。従って、タンク２０は、所定の圧力に耐えうる耐圧構造であることが必要である。

図２は本実施例による汚泥収集車に搭載するタンクの外形を示す正面図及び側面図である。
図２（ａ）は本実施例によるタンクの正面図、図２（ｂ）は同タンクの側面図である。
タンク２０は、筒状に形成される胴部３０と、胴部３０の両端を閉塞する鏡板４０とから構成される。
胴部３０は、車両搭載時において、上方に位置する天面胴部３１と、下方に位置する底面胴部３２と、天面胴部３１と底面胴部３２とをつなぐ一対の側面胴部３３とから構成される。

天面胴部３１を天面曲率Ｒａ、底面胴部３２を底面曲率Ｒｂ、側面胴部３３を側面曲率Ｒｃで構成する。
ここで、天面曲率Ｒａは、底面曲率Ｒｂよりも大きな曲率で構成し、側面曲率Ｒｃよりも大きな曲率で構成する。また、底面曲率Ｒｂは側面曲率Ｒｃよりも大きな曲率で構成する。
なお、本実施例では、側面胴部３３を一つの側面曲率Ｒｃとしたが、側面曲率Ｒｃを複数の曲率で構成してもよい。

図３は本実施例によるタンクを示す図であり、図３（ａ）は本実施例によるタンクの正面図、図３（ｂ）は同タンクの側面図である。なお、説明の都合上、タンク内に配置される散気管を図示している。
図３に示すように、タンク２０の反応室２０ａ内の底部には、胴部３０の長手方向に沿って散気管５１を配置している。散気管５１の下部には、複数のディフューザ５２が設けられ、これらのディフューザ５２の下部には、複数の散気用開口５３が形成されている。ここでディフューザ５２は、散気用開口５３に対して十分な大きさの空気室を形成しており、このディフューザ５２によって汚泥が散気管５１に流れ込むことを防止している。
散気管５１は、正面視でタンク中心を通る鉛直面Ｍに対して対称に２本設けている。この２本の散気管５１によって、２列の散気用開口５３が配置され、散気用開口５３から浮上する気泡流を２列発生させることができる。
一つの列を構成する第１の気泡流Ｘは、汚泥水面Ｌに浮上した後に一方の側面胴部３３Ｘに向かう流れを発生させることで、一方の側面胴部３３Ｘにおいて底面胴部３２に向かう流れを発生させ、一つの列を構成する第２の気泡流Ｙは、汚泥水面Ｌに浮上した後に他方の側面胴部３３Ｙに向かう流れを発生させることで、他方の側面胴部３３Ｙにおいて底面胴部３２に向かう流れを発生させる。

図４は第２の実施例によるタンクを示す図であり、図４（ａ）は本実施例によるタンクの正面図、図４（ｂ）は同タンクの側面図である。なお、説明の都合上、タンク内に配置される散気管を図示している。また、タンクの外形以外は、第１の実施例と同一構成であるため、図示を省略するとともに同一構成には同一符号を付している。
本実施例によるタンク１２０は、胴部１３０の曲率を全周において同じとしたもので、断面が円形である。なお、以下においては、便宜上胴部１３０を、４等分して、側面胴部１３３Ｘ、１３３Ｙ、底面胴部１３２として説明するが、いずれの曲率も同じである。
図４に示すように、タンク１２０の反応室２０ａ内の底部には、胴部１３０の長手方向に沿って散気管５１を配置している。散気管５１の下部には、複数のディフューザ５２が設けられ、これらのディフューザ５２の下部には、複数の散気用開口５３が形成されている。
散気管５１は、正面視でタンク中心を通る鉛直面Ｍに対して対称に２本設けている。この２本の散気管５１によって、２列の散気用開口５３が配置され、散気用開口５３から浮上する気泡流を２列発生させることができる。
一つの列を構成する第１の気泡流Ｘは、汚泥水面Ｌに浮上した後に一方の側面胴部１３３Ｘに向かう流れを発生させることで、一方の側面胴部１３３Ｘにおいて底面胴部１３２に向かう流れを発生させ、一つの列を構成する第２の気泡流Ｙは、汚泥水面Ｌに浮上した後に他方の側面胴部１３３Ｙに向かう流れを発生させることで、他方の側面胴部１３３Ｙにおいて底面胴部１３２に向かう流れを発生させる。

図５は第３の実施例によるタンクを示す図であり、図５（ａ）は本実施例によるタンクの正面図、図５（ｂ）は同タンクの側面図である。なお、説明の都合上、タンク内に配置される散気管を図示している。また、タンクの外形以外は、第１の実施例と同一構成であるため、図示を省略するとともに同一構成には同一符号を付している。
本実施例によるタンク２２０は、上方に位置する天面胴部２３１と、下方に位置する底面胴部２３２と、天面胴部２３１と底面胴部２３２とをつなぐ一対の側面胴部２３３Ｘ、２３３Ｙとを有し、天面胴部２３１の天面曲率と底面胴部２３２の底面曲率とを同じ曲率Ｒａで構成し、側面胴部２３３Ｘ、２３３Ｙの側面曲率を、曲率Ｒａと異なる曲率Ｒｃで構成している。
図５に示すように、タンク２２０の反応室２０ａ内の底部には、胴部２３０の長手方向に沿って散気管５１を配置している。散気管５１の下部には、複数のディフューザ５２が設けられ、これらのディフューザ５２の下部には、複数の散気用開口５３が形成されている。
散気管５１は、正面視でタンク中心を通る鉛直面Ｍに対して対称に２本設けている。この２本の散気管５１によって、２列の散気用開口５３が配置され、散気用開口５３から浮上する気泡流を２列発生させることができる。
一つの列を構成する第１の気泡流Ｘは、汚泥水面Ｌに浮上した後に一方の側面胴部２３３Ｘに向かう流れを発生させることで、一方の側面胴部２３３Ｘにおいて底面胴部２３２に向かう流れを発生させ、一つの列を構成する第２の気泡流Ｙは、汚泥水面Ｌに浮上した後に他方の側面胴部２３３Ｙに向かう流れを発生させることで、他方の側面胴部２３３Ｙにおいて底面胴部２３２に向かう流れを発生させる。
なお、本実施例では、側面胴部２３３X、Yを一つの側面曲率Ｒｃとしたが、側面曲率Ｒｃを複数の曲率で構成してもよい。

図６は第４の実施例によるタンクを示す図であり、図６（ａ）は本実施例によるタンクの正面図、図６（ｂ）は同タンクの側面図である。なお、説明の都合上、タンク内に配置される散気管を図示している。また、散気管を構成を変更した以外は、第１の実施例と同一構成であるため、図示を省略するとともに同一構成には同一符号を付している。
図６に示すように、タンク２０の反応室２０ａ内の底部には、胴部３０の長手方向に沿って散気管５１を配置している。散気管５１の下部には、複数のディフューザ５２が設けられ、これらのディフューザ５２の下部には、複数の散気用開口５３が形成されている。
散気管５１は、正面視でタンク中心を通る鉛直面Ｍ上に１本設けている。この１本の散気管５１によって、１列の散気用開口５３が配置され、散気用開口５３から浮上する気泡流を発生させることができる。
気泡流は、汚泥水面Ｌに浮上した後に、一方の側面胴部３３Ｘに向かう気泡流Ｘと、他方の側面胴部３３Ｙに向かう気泡流Ｙとに分離し、気泡流Ｘは、一方の側面胴部３３Ｘにおいて底面胴部３２に向かう流れを発生させ、気泡流Ｙは、浮上した後に他方の側面胴部３３Ｙに向かう流れを発生させることで、他方の側面胴部３３Ｙにおいて底面胴部３２に向かう流れを発生させる。

図７は、第１の実施例によるタンクを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図７（ａ）はバブリング開始０．５秒後の状態を、図７（ｂ）はバブリング開始１０秒後の状態を、図７（ｃ）はバブリング開始２０秒後の状態を示している。
このシミュレーションでは、反応室２０ａを２５００リットル相当の容量、２本の散気管に流す空気量を４０００リットル／分、２本の散気管の間隔を３６０ｍｍとしている。
図に示すように、正面視で対流を左右対称に発生させることができとともに、時間経過による対流速度の減少も少なく、攪拌効果が高いことがわかる。

図８は、第２の実施例と比較例１によるタンクを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図８（ａ）は第２の実施例によるタンクでのバブリング開始０．５秒後の状態を、図８（ｂ）は同タンクでのバブリング開始１０秒後の状態を、図８（ｃ）は同タンクでのバブリング開始２０秒後の状態を、図８（ｄ）は比較例１によるタンクでのバブリング開始０．５秒後の状態を、図８（ｅ）は同タンクでのバブリング開始１０秒後の状態を、図８（ｆ）は同タンクでのバブリング開始２０秒後の状態を示している。
このシミュレーションでは、反応室２０ａを２５００リットル相当の容量、２本の散気管に流す空気量を４０００リットル／分、２本の散気管の間隔を２４０ｍｍとしている。また、比較例における１本の散気管にも同じ空気量を流している。
図に示すように、正面視で対流を左右対称に発生させることができとともに、単一気泡流の場合と比較して時間経過による対流速度の減少が少なく、安定した攪拌効果を得ることができる。

図９は、第３の実施例と比較例２によるタンクを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図９（ａ）は第３の実施例によるタンクでのバブリング開始０．５秒後の状態を、図９（ｂ）は同タンクでのバブリング開始１０秒後の状態を、図９（ｃ）は同タンクでのバブリング開始２０秒後の状態を、図９（ｄ）は比較例２によるタンクでのバブリング開始０．５秒後の状態を、図９（ｅ）は同タンクでのバブリング開始１０秒後の状態を、図９（ｆ）は同タンクでのバブリング開始２０秒後の状態を示している。
このシミュレーションでは、反応室２０ａを２５００リットル相当の容量、２本の散気管に流す空気量を４０００リットル／分、２本の散気管の間隔を４００ｍｍとしている。また、比較例における１本の散気管にも同じ空気量を流している。
図に示すように、正面視で対流を左右対称に発生させることができとともに、単一気泡流の場合と比較して時間経過による対流速度の減少が少なく、安定した攪拌効果を得ることができる。

図１０は、第４の実施例によるタンクを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図１０（ａ）はバブリング開始０．５秒後の状態を、図１０（ｂ）はバブリング開始１０秒後の状態を、図１０（ｃ）はバブリング開始２０秒後の状態を示している。
このシミュレーションでは、反応室２０ａを２５００リットル相当の容量、散気管に流す空気量を４０００リットル／分としている。
図１０に示す第４の実施例によるタンクを、図８（ｄ）から（ｆ）に示す比較例１、図９（ｄ）から（ｆ）に示す比較例２と比較すると、図１０に示すように、正面視で対流を左右対称に発生させることができることがわかる。

図１１は、第１の実施例から第７の実施例、比較例１、及び比較例２のタンクを用いたシミュレーション結果を示すグラフであり、横軸はバブリング開始からの時間を、縦軸は対流速度である。
なお、第１の実施例は２本の散気管の間隔を３６０ｍｍとしたのに対し、第５の実施例では２本の散気管の間隔を５６０ｍｍ、第６の実施例では２本の散気管の間隔を２４０ｍｍとし、その他の条件は第１の実施例と同じとしたものである。
また、第１の実施例は散気管に流す空気量を４０００リットル／分としたのに対し、第７の実施例では散気管に流す空気量を２５００リットル／分とし、その他の条件は第１の実施例と同じとしたものである。
図１１に示すように、第１の実施例によるタンクは、他の実施例や比較例と比較して、対流速度も大きく時間経過による対流速度の減少も少ない。
第２の実施例によるタンクは、比較例１と比較して、対流速度も大きく時間経過による対流速度の減少も少ない。
第３の実施例によるタンクは、比較例２と比較して、時間経過による対流速度の減少が少ない。
第４の実施例によるタンクは、立ち上がりに対して時間経過による対流速度の減少が見られるが、比較例１や比較例２と比較して、対流速度が大きく時間経過による対流速度の減少が少ない。
また、第５の実施例及び第６の実施例より、少なくとも２本の散気管の間隔は２４０ｍｍ〜５６０ｍｍにおいて１本の散気管よりも良好な結果を得ることができ、散気管の間隔により特性が多少変動することがあっても１本の散気管よりも２本の散気管が優れていることがわかる。
また、第１の実施例及び第７の実施例より、散気管に流す空気量を変更しても、１本の散気管よりも良好な結果を得ることができ、少なくとも１本の散気管よりも２本の散気管が優れていることがわかる。
なお、上記実施例では、２本の散気管５１を用いて説明したが、１本の散気管５１の底部から、２列のディフューザ５２が形成されるように、複数のディフューザ５２を配置してもよく、又は複数のディフューザ５２は１列に形成し、散気用開口５３の配置によって散気用開口５３から浮上する気泡流を２列発生させるものでもよい。
また、散気用開口５３から浮上する気泡流を３列又はそれ以上発生させるものであってもよい。

本発明は、気泡流による対流や拡散を発生させるタンクであれば、汚泥以外の液状物を収容するタンクにも利用できる。

１０ 車両フレーム
２０ タンク
３０ 胴部
３１ 天面胴部
３２ 底面胴部
３３ 側面胴部
３３X 側面胴部
３３Y 側面胴部
４０ 鏡板
５１ 散気管
５２ ディフューザ
５３ 散気用開口
１２０ タンク
１３０ 胴部
１３２ 底面胴部
１３３X 側面胴部
１３３Y 側面胴部
２２０ タンク
２３０ 胴部
２３１ 天面胴部
２３２ 底面胴部
２３３X 側面胴部
２３３Y 側面胴部
Ｍ 鉛直面
Ｌ 汚泥水面
Ｘ 第１の気泡流
Ｙ 第２の気泡流

Claims (2)

1. 筒状に形成される胴部と、前記胴部の両端を閉塞する鏡板とによって形成され、
   前記胴部内の底部には前記胴部の長手方向に沿って散気管を配置し、
   前記散気管には複数の散気用開口を形成し、
   液状物を収容するとともに内外で圧力差が生じることのあるタンクであって、
   前記胴部は、車両搭載時において、上方に位置する天面胴部と、下方に位置する底面胴部と、前記天面胴部と前記底面胴部とをつなぐ一対の側面胴部とを有し、
   前記天面胴部を天面曲率Ｒａ、前記底面胴部を底面曲率Ｒｂ、前記側面胴部を側面曲率Ｒｃで構成し、
   前記天面曲率Ｒａを前記底面曲率Ｒｂよりも大きな曲率で構成し、
   前記側面曲率Ｒｃを１つ又は複数の曲率で構成し、
   複数の前記散気用開口の配置によって、前記散気用開口から浮上する気泡流を発生させ、
   前記気泡流は、前記液状物の水面に浮上した後に、一方の前記側面胴部に向かう第１の前記気泡流と、他方の前記側面胴部に向かう第２の前記気泡流とに分離し、
   第１の前記気泡流は、一方の前記側面胴部において前記底面胴部に向かう流れとなり、第２の前記気泡流は、他方の前記側面胴部において前記底面胴部に向かう流れとなることを特徴とするタンク。
2. 請求項１に記載のタンクを搭載した汚泥収集車であって、
   前記液状物が、家庭用汚泥や産業廃棄物汚泥などの汚泥であることを特徴とする汚泥収集車。