JP2002079290A - 水中曝気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 故障が少なく、軽量で維持管理が容易である
水中曝気装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の水中曝気装置１０は、被処理水
の流入口２０及び流出口１２が形成されると共に、内部
に被処理水の流路が画成されたケーシング１２と、ケー
シング内に回転可能に設けられた送水用のインペラー２
６と、気体をケーシング内に導入する給気管６６と、イ
ンペラーを回転駆動するための水中電動機２８と、水中
電動機内又は隣接して設けられた密閉空間４４に配置さ
れた、水中電動機の回転速度を制御するためのインバー
タ等の回転速度制御回路４２とを備えている。この構成
では、歯車式の減速機に代えて故障の少ない回転速度制
御回路により水中電動機の回転速度を制御することとし
たので、装置の軽量化を図ることができ、水質等の諸条
件に応じた制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水処理場、し尿
処理場、農村集落排水処理場、漁村集落排水処理場、産
業排水処理場等の液体処理設備で用いられる水中曝気装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水中曝気装置は、例えば好気性微生物に
よる生物反応槽のような水処理槽内で用いられ、ガイド
パイプに導かれて被処理水中に降ろされ槽底部に設置さ
れた後、運転に供される。運転時、水中曝気装置は、被
処理水を撹拌すると共に、気泡を被処理水の流れに随伴
させる。

【０００３】この種の水中曝気装置としては従来から多
々知られており、基本的には、被処理水の流入口及び流
出口を有すると共に内部に被処理水の流路が形成された
ケーシングと、その内部に配置された送水用のインペラ
ーと、インペラーを回転駆動する水中電動機と、空気等
の気体をケーシング内に供給する給気管とを備えてい
る。また、従来一般の水中曝気装置は、インペラーの回
転速度を適正なものとするため、水中電動機に直結され
た歯車式の減速機を備えている。このような構成では、
インペラーが水中電動機により回転駆動されると、被処
理水がケーシング内に取り込まれ、給気管から導入され
た空気の気泡と共に流出口からケーシングの外部に吐出
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
水中曝気装置は歯車式減速機を有しているため、減速機
を被処理水から隔離して歯車等の構成部品の保護を図る
必要があった。このため、従来においては、減速機を密
閉空間に収容し、その出力軸の回りにはオイルシールや
メカニカルシール等を施していた。

【０００５】しかしながら、このオイルシールやメカニ
カルシールが損傷した場合、減速機の構成部品が被処理
水に接し、腐食や摩耗が進んで故障するおそれがある。

【０００６】また、歯車式減速機は重量があるため、維
持管理のために水中曝気装置を処理槽上に引き上げ、そ
して再設置する際、多大な力を要し、維持管理に手間が
かかるという問題がある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、故障が少なく、軽量で維持管理が
容易である水中曝気装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による水中曝気装置は、被処理水の流入口及
び流出口が形成されると共に、内部に被処理水の流路が
画成されたケーシングと、ケーシング内に回転可能に設
けられ、流路内にて流入口から流出口への被処理水の流
れを形成するインペラーと、流路内を流れる被処理水に
気体を随伴させるべく気体をケーシング内に導入する給
気管と、インペラーを回転駆動すべくインペラーに接続
された出力軸を有する水中電動機と、水中電動機内又は
隣接して設けられた密閉空間内に配置された、水中電動
機の回転速度を制御するための制御回路とを備えること
を特徴としている。

【０００９】かかる構成においては、歯車式の減速機に
代えてインバータ等の回転速度制御回路により水中電動
機の回転速度を制御することとしたので、装置の軽量化
を図ることができ、水質等の諸条件に応じた制御が可能
となる。また、回転速度制御回路を水中曝気装置に内蔵
させたことにより、取扱いが容易となる。

【００１０】また、本発明では、水中電動機の出力軸
が、減速機を介さず、インペラーに直接接続されること
になるので、出力軸の負荷側（すなわち、インペラー
側）の軸受部をメカニカルシール及びオイルシールによ
り二重に水密にシールすることが好ましい。

【００１１】更に、前記密閉空間が水中電動機における
出力軸の反負荷側の軸受部に隣接して設けられている場
合において、この密閉空間を画成すると共に制御回路が
固定される壁体と、前記反負荷側の軸受部との間に所定
の間隙を形成することが好ましい。

【００１２】このような間隙を形成した場合、被処理水
がこの間隙を流通することとなり、軸受部及び制御回路
を水冷することが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って本発明の好適
な実施形態について詳細に説明する。

【００１４】図１に示すように、本発明による水中曝気
装置１０は上向流式のものであり、内部に被処理水の流
路が形成されたケーシング１２を有している。このケー
シング１２は、上部がフレア状に広がっている胴部ケー
シング１４と、この胴部ケーシング１４のフレア状上部
と協働して被処理水の流出口１６を形成するフレア状の
上部ケーシング１８とから構成されている。また、胴部
ケーシング１４の下端部は開放され、被処理水の流入口
２０となっている。

【００１５】フレア状の上部ケーシングの１８下端は胴
部ケーシング１４の上下方向の中間部にて終端してお
り、その下側の隣接位置には、カップ状部材２２が開放
端を下向きにしてケーシング１２と同軸に回動可能に配
置されている。このカップ状部材２２の外周面には複数
枚の羽根２４が取り付けられており、送水用のインペラ
ー２６を構成している。

【００１６】ケーシング１２の上部には、インペラー２
６の駆動手段としての交流型水中電動機２８がボルト等
により固定されている。水中電動機２８の出力軸３０は
ケーシング１２と同軸に配置され、下方に延び、カップ
状部材２２の閉鎖端を貫通してそこに固着されている。
水中電動機２８の出力軸３０は、水中電動機２８のハウ
ジング（以下「モータハウジング」という）３２の下部
に延設されたシールボックス３４により囲まれている。
このシールボックス３４内にはメカニカルシール部３６
とオイルシール部３８が設けられており、この二重のシ
ール部により出力軸３０の軸受部４０、ひいてはモータ
ハウジング３２内が水密にシールされている。

【００１７】本実施形態においては、水中電動機２８と
インペラー２６との間に機械的な減速機は設けられてい
ない。そして、減速機に代えて、インバータ回路４２が
用いられている。ここで、インバータ回路４２は、交流
電源からの交流を整流器等で直流に変換した後、半導体
デバイス等によるスイッチングで任意の周波数の交流に
戻し出力する回路をいい、出力周波数を任意に変化させ
ることができるので水中電動機２８の回転速度を自在に
制御することができる。

【００１８】インバータ回路４２は、水中電動機２８の
上側、すなわち出力軸３０とは反対側に隣接配置されて
いる。更に、インバータ回路４２はカバーボックス４４
により覆われている。カバーボックス４４の下端部には
外向きフランジ４６が設けられており、このフランジ４
６をモータハウジング３２の上端部の外向きフランジ４
８に合わせボルト等より結合することで、カバーボック
ス４４はモータハウジング３２に取り付けられる。図示
実施形態では、カバーボックス４４とモータハウジング
３２との間には円板状のプレート５０が配置されてい
る。このプレート５０は、モータハウジング３２の端板
及びカバーボックス４４の端板となるものであり、水中
電動機２８の内部及びカバーボックス４４の内部を仕切
り、両者を密閉空間にしている。

【００１９】なお、図示しないが、フランジ４６，４８
間、フランジ４８とプレート５０間、フランジ４６とプ
レート５０間のそれぞれにはパッキン又はガスケット状
シール部材が配置され、水中電動機２８の内部及びカバ
ーボックス４４の内部が水密に維持されている。

【００２０】インバータ回路４２には、外部の交流電源
（図示しない）から延びる動力用電源ケーブル５２と、
外部の製造装置から延びる周波数制御用のケーブル５４
とが接続される。このため、カバーボックス４４の適所
には貫通孔５６，５８が設けられているが、これらの貫
通孔５６，５８は適当なシール手段６０，６２により水
密にシールされている。なお、小型モータを使用する場
合には、動力用電源ケーブル５２と周波数制御用ケーブ
ル５４とを１本にまとめ、カバーボックス４４には貫通
孔をい１カ所のみ開けて、インバータ回路４２と接続す
ることもできる。

【００２１】また、円板状プレート５０には、インバー
タ回路４２の出力端子とモータハウジング３２内にある
水中電動機２８の入力端子とを接続するための配線６４
を通すための貫通孔６６が形成されているが、この貫通
孔６６も適当なシール手段（図示しない）によりシール
されている。

【００２２】更に、この水中曝気装置１０は、空気等の
気体をケーシング１２内に取り入れるための給気管６６
を有している。給気管６６の一端は図示しない外部のブ
ロアに接続されており、他端がケーシング１２の下方か
らカップ状部材２２内に挿入され配置されている。カッ
プ状部材２２の側壁の上部には、複数の散気孔６８が周
方向に等間隔に穿設されている。これらの散気孔６８に
より、給気管６６を通してカップ状部材２２内に導入さ
れた気体がケーシング１２内に分散される。

【００２３】なお、図中、符号７０は水中曝気装置１０
の上げ降ろしのためのチェーン７２が取り付けられるア
イリングである。また、符号７４はガイド部材であり、
水中曝気装置１０の上げ降ろしの際に当該水中曝気装置
１０を案内するためのガイドバイプ７６が通される貫通
孔７８を有している。

【００２４】次に、上記構成の水中曝気装置１０を、好
気性微生物による汚水処理を行う生物反応槽で用いた場
合を想定して説明する。

【００２５】生物反応槽には、好気性微生物からなる汚
泥を含む被処理水が入っており、この槽内に水中曝気装
置１０をチェーン７２で吊り下げ、ガイドパイプ７６の
案内により降ろし、槽底部に設置する。

【００２６】そして、インバータ回路４２に動力用電源
ケーブル５２を通して通電すると共に、周波数制御信号
を制御用ケーブル５４により送信する。これにより、制
御信号に対応した周波数の交流がインバータ回路４２か
ら水中電動機２８に出力され、水中電動機２８の出力軸
３０は所望の回転速度をもって回転する。

【００２７】水中電動機２８が駆動されると、出力軸３
０と共にインペラー２６が回転し、被処理水の上向きの
水流が生じる。すなわち、被処理水がケーシング１２の
下部の流入口２０から揚水され、ケーシング１２内の流
路を通って、上部の流出口１６から略水平外方に吐出さ
れる。

【００２８】一方、ブロアが駆動され、空気が給気管６
６から供給される。この空気は、カップ状部材２２内の
空間に一旦滞留し、空気溜りを形成する。そして、空気
塊として全ての散気孔６８から流路側に押し出される。
この空気塊は、回転しているカップ状部材２２の側壁の
散気孔６８の内縁部により剪断されて気泡となる。そし
て、この気泡は、流路を上昇する被処理水と混合されて
気水混相流となり、流出口１６から吐出される。その結
果、生物反応槽内に気水混相流の循環流が生じ、被処理
水全体に十分な酸素が供給され、好気性微生物による被
処理水の分解反応が促進されることになる。

【００２９】ところで、生物反応槽は流入推量や温度、
水質等の種々の条件により、被処理水中の溶存酸素値を
調整する必要が生じることがある。かかる場合でも、イ
ンバータ回路４２を用いているため、水中電動機２８の
回転速度を任意に調整することができるので、ケーシン
グ内の流路を流通する被処理水の流速を変化させ、溶存
酸素値を調整することが可能となる。これは、多用な運
転管理を可能とするものである。

【００３０】また、インバータ回路４２は歯車式減速機
に比して相当に軽いため、水中曝気装置１０自体の重量
は大幅に低減されている。従って、水中曝気装置１０の
設置や、維持管理のための引き上げ等が容易となる。更
に、インバータ回路４２が水中曝気装置１０と一体化さ
れているため、取扱いが容易であり、また、水中曝気装
置１０の密閉空間内に配置されているため、故障も極め
て少ないという利点がある。勿論、インバータ回路４２
は、歯車式減速機のような腐食や摩耗による不具合はな
い。更には、インバータ回路４２は加熱するので、一般
的にインバータ内蔵モータの場合は冷却ファンを設ける
ことが通常であるが、本発明では水中に設けるため、水
冷効果によりインバータ回路４２が冷却され、冷却ファ
ンを削除することができるという利点もある。

【００３１】上記実施形態の水中曝気装置１０は上向流
式であるが、その他の型式、例えば下向流式等にも本発
明は適用することができる。図２は、本発明が適用され
た下向流式水中曝気装置１００を示す断面図である。こ
の下向流式水中曝気装置１００では、ケーシング１１２
の上部開口が被処理水の流入口１２０となり、下部開口
が流出口１１６となっている。ケーシング１１２の中間
部には、下向き送水用のインペラー１２６が配設され、
そのインペラー１２６の下流側に回転コーン１８０が設
けられている。この回転コーン１８０とケーシング１１
２の底部との間には空気噴出間隙１８２が形成されてい
る。また、回転コーン１８０の下方には、空気を供給す
るための給気管１６６があり、回転コーン１８０とケー
シング１１２の底壁で囲まれた空間は空気室となってい
る。

【００３２】以上は周知の構成であるが、本発明によれ
ば、図１の構成と同様に、水中電動機１２８の出力軸１
３０はインペラー１２６に直接接続されている。また、
水中電動機１２８の上側の隣接位置にはカバーボックス
１４４により密閉空間が形成され、そこに回転速度制御
用のインバータ回路１４２が配置されている。なお、図
２において、図１と同一又は相当部分には同一符号を付
し、詳細な説明は省略する。

【００３３】このように構成された下向流式水中曝気装
置１００では、水中電動機１２８の出力軸１３０がイン
バータ回路１４２により所定の回転速度とされ、インペ
ラー１２６及び回転コーン１８０を回転する。被処理水
はインペラー１２６によりケーシング１１２内を下向き
に送水され、ケーシング１１２下部の流出口１１６から
吐出される。この時、空気は給気管１６６から回転コー
ン１８０内の空気室に噴き込まれ、空気噴出間隙１８２
から流路に噴出される際に、高速回転している回転コー
ン１８０の遠心力により薄い膜状とされ、かつ回転コー
ン１８０の周端によって剪断される。さらに、流路に噴
出された空気は、上方からの水流によって破砕されて微
細気泡となり、ケーシング１１２の流出口１１６方向に
移送されて処理槽内に吐出されるのである。勿論、この
図２の構成も図１の構成と同様、軽量となっており、維
持管理や設置の際の取扱い性が格段に向上している。

【００３４】図３は、本発明による水中曝気装置の更に
別の実施形態を示す縦断面図であり、図４は図３のIV−
IV線に沿っての断面図である。図３及び図４に示す水中
曝気装置２００は、インバータ回路４２等の制御回路を
収容する密閉空間部と水中電動機２８のモータハウジン
グ３２との間に間隙が形成されている点を除き、基本的
には図１に示す水中曝気装置１０と同様である。従っ
て、図３及び図４の構成において、図１のものと同一又
は相当部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略す
る。

【００３５】この実施形態における水中曝気装置２００
では、図３及び図４に示すように、インバータ回路４２
を収容している密閉空間とモータハウジング３２の内部
空間とを仕切るプレート２５０が、円板状の上部部分２
５１と、円板状の下部部分２５３と、両者を結合する１
対の縦リブ２５５とからなる金属製の一体成形品となっ
ている。また、縦リブ２５５の中央部から外方に延び且
つ上部部分２５１と下部部分２５３とを結合する補強リ
ブ２５７が一体的に設けられている。

【００３６】プレート２５０の上部部分２５１にはカバ
ーボックス４４が水密に固定され、内部にインバータ回
路４２が収容され密閉空間を形成している。インバータ
回路４２は、熱伝導性の良い材料、例えば銅やアルミニ
ウム等の金属板２６３を介して、上部部分（密閉空間を
画成する壁体）２５１に固定されることが好ましい。或
いはまた、熱伝導性に優れたシリコン樹脂からなる接着
剤により、プレート２５０の上部部分２５１に直接的に
接着固定されてもよい。

【００３７】プレート２５０の下部部分２５３は、モー
タハウジング３２の端板を構成するものであり、その下
面には、水中電動機２８における出力軸３０の反負荷側
の端部を回転可能に支承する軸受部２６１が設けられて
いる。

【００３８】１対の縦リブ２５５は、互いに所定の間隔
をもって平行に配置されている。これらの縦リブ２５５
の位置は、図４に示すように、インバータ回路４２の縁
部に沿う位置が好ましい。

【００３９】かかる構成の水中曝気装置２００を生物反
応槽等の貯槽に浸漬させ、水中電動機２８を駆動する
と、貯槽内の被処理水が循環を始める。これにより、プ
レート２５０の上部部分２５１、下部部分２５３及び１
対の縦リブ２５５により画成される間隙２５９を被処理
水が流通する。インバータ回路４２は高熱を発するが、
その熱は熱伝導性の良い金属板２６３及びプレート２５
０の上部部分２５１を介して、上部部分２５１の下面に
沿って流れる被処理水に吸収されるため、インバータ回
路４２は効率的に冷却される。その結果、インバータ回
路４２の性能が安定し、また消費電力の上昇を抑制する
ことが可能となる。

【００４０】また、プレート２５０の下部部分２５３に
沿って流れる被処理水は、下部部分２５３に設けられた
水中電動機２８の軸受部２６１が発生する熱も吸収す
る。従って、軸受部２６１の寿命、ひいては水中電動機
２８の寿命を延ばすことが可能となる。

【００４１】なお、インバータ回路４２等の制御回路を
収容する部分と水中電動機２８との間に形成される間隙
の形状は、図３及び図４に示すものに限定されず、被処
理水の流れの向きや速度等を考慮して適宜変更可能であ
る。

【００４２】以上、幾つかの本発明の好適な実施形態に
ついて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定
されないことは言うまでもない。

【００４３】例えば、上記実施形態では、インバータ回
路４２はモータハウジング３２内とは別個に形成された
密閉空間に配置することとしているが、モータハウジン
グ３２内の密閉度を維持することができ、また、インバ
ータ回路の発熱が問題とならないならば、当該モータハ
ウジング３２内に配置してもよい。また、空気等の気体
の供給系を廃することで、本発明による水中曝気装置は
水中撹拌装置としても機能させることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、機
械的な減速機に代えてインバータ回路等の制御回路を内
蔵配置したため、水中曝気装置の重量を低減させること
ができる。従って、水中曝気装置の設置や維持管理のた
めの上げ下ろしが容易となり、作業効率が格段に向上す
る。

【００４５】また、インバータ回路は、水中電動機の回
転速度を細かく制御することができるので、所望の運転
性能を容易に得ることができ、この装置の処理能力も向
上させるものである。

【００４６】更に、インバータ回路は、機械式の減速機
と異なり摩耗等の故障がなく、故障してもその交換が容
易であるので、長期にわたる使用が可能となる。

【００４７】また、インバータ回路等の制御回路が高熱
を発する場合には、制御回路を収容する密閉空間部と水
中電動機との間に間隙を設けることで、効率的に制御回
路、並びに水中電動機の軸受部を冷却することができ、
制御回路の性能の安定化や長寿命化、水中電動機の軸受
部の長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による上向流式水中曝気装置を示す縦断
面図である。

【図２】本発明による下向流式水中曝気装置を示す縦断
面図である。

【図３】本発明による上向流式水中曝気装置の別の実施
形態を示す縦断面図である。

【図４】図３のIV−IV線に沿っての断面図である。

【符号の説明】

１０，１００，２００…水中曝気装置、１２，１１２…
ケーシング、１６，１１６…流出口、２０，１２０…流
入口、２６，１２６…インペラー、２８，１２８…水中
電動機、３０，１３０…出力軸、３２…シールボック
ス、３６…メカニカルシール、３８…オイルシール、４
０…軸受部、４２，１４２…インバータ回路、４４，１
４４…カバーボックス（密閉空間）、６６，１６６…吸
気管，２５０…プレート，２５９…間隙。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｆ 7/22 Ｂ０１Ｆ 7/22 15/00 15/00 Ａ Ｃ０２Ｆ 3/20 Ｃ０２Ｆ 3/20 Ｚ (72)発明者 富田 欣 東京都品川区北品川五丁目９番11号 住友 重機械工業株式会社内 (72)発明者 安部 俊彦 東京都品川区北品川五丁目９番11号 住友 重機械工業株式会社内 (72)発明者 山口 則雄 東京都大田区下丸子二丁目36番40号 株式 会社宇野澤組鉄工所内 Ｆターム(参考） 4D029 AA09 AB05 CC06 CC07 4G035 AA01 AB14 AE02 4G037 AA01 DA01 EA04 4G078 AA13 AB20 BA05 CA15 CA19 CA20 CA23 DA19 DB08 EA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理水の流入口及び流出口が形成され
   ると共に、内部に被処理水の流路が画成されたケーシン
   グと、 前記ケーシング内に回転可能に設けられ、前記流路内に
   て前記流入口から前記流出口への被処理水の流れを形成
   するインペラーと、 前記流路内を流れる被処理水に気体を随伴させるべく該
   気体を前記ケーシング内に導入する給気管と、 前記インペラーを回転駆動すべく該インペラーに接続さ
   れた出力軸を有する水中電動機と、 前記水中電動機内又は隣接して設けられた密閉空間に配
   置された、前記水中電動機の回転速度を制御するための
   制御回路と、を備える水中曝気装置。
2. 【請求項２】 前記水中電動機における前記出力軸の負
   荷側の軸受部がメカニカルシール及びオイルシールによ
   り水密にシールされていることを特徴とする請求項１に
   記載の水中曝気装置。
3. 【請求項３】 前記密閉空間が前記水中電動機における
   前記出力軸の反負荷側の軸受部に隣接して設けられてい
   る場合において、該密閉空間を画成すると共に前記制御
   回路が固定される壁体と、前記出力軸の反負荷側の軸受
   部との間に所定の間隙を形成したことを特徴とする請求
   項１又は２に記載の水中曝気装置。