JP4570050B2 - 水槽内対流惹起装置 - Google Patents

Description

本発明は、水（液体）を溜め込んだ大型の水槽等に設置され、水槽内の中位層から水を吸い込んで上層と下層に分けて吐出することで、水槽の底面に沿う高速水流と水面に沿う高速水流を起こさせる水槽内対流惹起装置に関するものである。

上記した水槽として、例えば、下水を溜めておく下水タンクがある。このような下水タンクでは、底層には汚泥のような固形物が沈澱し、上層には懸濁物のようなものが浮遊していることがある。したがって、下水（以下、水）を攪拌して上下混合すれば、固形物、浮遊物とも拡散する。ところで、本出願人は、先に、上部に吸込口を有する上部パイプと下部に吸込口を有する下部パイプの間に外周に吐出口を形成したケーシングを接続するとともに、上部及び下部パイプにそれぞれ捩じり方向を相反させたブレードを有するインペラを組み込んだ上下水攪拌混合装置を提案している（特許文献１）。

これによると、インペラを回転させることで、上層と下層の水を吸い込んで中位層から吐き出すから、上下水が混合され、固形物、懸濁物ともに拡散することになる。したがって、水槽内の攪拌にも、この装置を適用すればよいのであるが、装置の中段にある吐出口から高速水流を吐出したのでは、固形物、懸濁物とも、特に，底層の固形物の拡散は十分でないことが判明した。底層に沈澱している固形物を効果的に拡散するには、底層に底面に沿う高速水流を発生させる必要があり、これには、中位層から高速水流を吐出させたのでは不十分である。
特開２００５−１２５２２３号公報

本発明は、以上の課題を解決したものであり、要するに、中位層に存在するケーシングから水を吸い込んで、上部及び下部パイプから吐出させることで、底層と上層に横方向の流れの高速水流を発生させるようにしたものであり、これにおいて、ケーシングに形成される吸込口や上部及び下部パイプに形成される吐出口を効率的に構成したものである。

以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、上端に吐出口を形成した上部パイプと下端に吐出口を形成した下部パイプを外周に吸込口を形成したケーシングを間に設けて水槽内に立てらせるとともに、上部及び下部パイプ内に捩じり方向を相反させたブレードを有するインペラを配置し、インペラを回転させてケーシングの吸込口から吸い込んだ水を上部及び下部パイプの吐出口から吐出させる水槽内対流惹起装置において、上部パイプの吐出口を水面に平行な方向に誘導し、かつ、上記したケーシングを、中央に仕切板を設けてその上下に隔絶された二つの吸込口を確保して吸込口の上下を上方及び下方に径が漸細してそれぞれ上部及び下部パイプに接続される外郭板を設け、外郭板の最大径を仕切板の径よりも小さくしたことを特徴とする水槽内対流惹起装置を提供したものである。

また、本発明は、以上の対流惹起装置において、請求項２に記載した、上部パイプに取り付けられた正逆回転可能な電動機で駆動される駆動軸がケーシングを通過して上部及び下部パイプを挿通しており、この駆動軸に各々のインペラが取り付けられる手段、請求項３に記載した、仕切板は円形をしており、かつ、外郭板が上部及び下部パイプに向かって径が漸細するベルマウス形状をしているとともに、仕切板の中央上下に外周に向かって高さが漸低する誘導マウンドを形成し、外郭板と誘導マウンドの間を複数の独立したスペーサで隔てて吸込口につながる流路とした手段を提供する。

さらに、本発明は、以上の対流惹起装置において、請求項４に記載した、スペーサが平面視で所定の方向に湾曲している手段、請求項５に記載した、上部パイプの上方に一定の間隔をあけて上部パイプよりも径の大きな消波兼渦消板が複数の独立したステーで接続されており、ステーの間を上部パイプの吐出口とするとともに、消波兼渦消板の下面に外周に向かうほど高さが漸低する円形の整流マウンドを形成した手段、請求項６に記載した、ステーが平面視で所定の方向に湾曲している手段を提供したものである。

本発明が請求項１の手段をとることにより、装置中段の吸込口から吸い込んだ水を上方と下方に分けて吐出するものであるから、下方の吐出流は水槽の底面に当たって底面に沿う高速水流となり、底層にある固形物を拡散する。同様に、上方の吐出流は横方向に誘導されて水面近くを高速水流となって流れ、浮遊物を拡散する。加えて、ケーシングに形成される二つの吸込口は、中央の仕切板とその上下に設けられる外郭板との間に形設されるので、これにおいて、外郭板の外径を仕切板の外縁よりも小さくすることで、二つの吸込口は隔絶され、仕切板を挟んだ上下の水が混合することはない。したがって、吸込み時にケーシング内では、渦流、乱流を発生せず、流れが滑らかである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一例を示す水槽内対流惹起装置の斜視図、図２は一部断面正面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図であるが、この対流惹起装置は、水面に浮く消波兼渦消板（以下、消波板）１の下面から一定の間隔２をあけて複数の独立したステー３によって上部パイプ４を懸架したものである。そして、上部パイプ４の下端にケーシング５を接続するとともに、ケーシング５の下端に下部パイプ６を接続して下方に延ばし、下部パイプ６の下端を水槽の底面から一定高さに設定して水槽内に立てらせたものである。これにより、上部パイプ４の上方の間隔２におけるステー３の間を上部側の吐出口７とし、下部パイプ６の下端を下部側の吐出口８とする一方、ケーシング５の中央外周を吸込口９、１０としたものである。

この場合、消波板１は、上部パイプ４の径よりも大きく設定されており、消波板１と上部パイプ４を接続するステー３は、円周上、等分に配置され、薄い板を放射状に延ばしたもので構成されている。これにより、ステー３は、この間（吐出口７となる）を流通する水を整流する効果を呈するものになる。また、このステー３を特定の方向に湾曲させたりすると、吐出流が後述するインペラの回転に基づく旋回流の程度を強めたり、緩めたりする効果がある。加えて、吐出流は、消波板１に衝突して略９０°向きを変えられるから、消波板１の下面に外周に向かうほど高さが漸低する円形の整流マウンド３１を設けておけば、この曲がりがスムーズになる。さらに、下部パイプ６の下端（吐出口８となる）は、本例では継手フランジ６ａを形成しているが、これは、別のパイプを継ぎ足すためのもので、パイプを継ぎ足せば、吐出口８を更に深い位置にできる。

ケーシング５は、二つのベルマウス体を上下に合わせたような形状をしており、それぞれ上下端の径細部を上部及び下部パイプ４、６の径と合わせてフランジ結合している。ケーシング５の中央最大径の部分には仕切板１１が設けられており、その上下にスペーサ１２、１３を介在させて上下端に向かって径が漸細する平面視円形の外郭板１４、１５を張設してベルマウス形状としている。したがって、スペーサ１２、１３の高さ、すなわち、外郭板１４、１５と仕切板１１との間隙が二つの吸込・吐出口９、１０となる。この場合の外郭板１４、１５は、その最大径が仕切板１１の径よりも小さいことが条件であり、これにより、吸込口９、１０は隔絶されることになり、各々から流入する水は、相互に干渉することはなく、吸込み効率が高い。

さらに、外郭板１４、１５の内部で、仕切板１１の中央上下には、外周に向かって高さが漸低する誘導マウンド１６、１７を設けており、外郭板１４、１５と誘導マウンド１６、１７とがスペーサ１２、１３によって隔成される略９０°の曲空間が吸込口９、１０から続く流路１８、１９となるものである。流路１８、１９を流通する水の方向転換がスムーズになるようにしたものである。そして、この流路１８、１９は、外周側（吸込口９、１０）に行くほど、その容積を狭める形状にしてある。なお、このスペーサ１２、１３は、複数個のものが放射状に設けられるものであるが、直線に限らず、湾曲させたものもあり、後者によれば、流入する水のインペラによる旋回流の程度を強めたり、緩めたりすることができる。

消波板１の上端には電動機２０が設けられており、その出力軸にカップリング２１を介して駆動軸２２が連結され、駆動軸２２は、上部軸受２３で軸支されて上部パイプ４を挿通し、さらに、ケーシング５内でも水中軸受２４で軸支されてこれを挿通して下部パイプ６の一部まで挿通している。そして、ケーシング５に近い側の上部及び下部パイプ４、６の内部の駆動軸２２には、それぞれインペラ２５、２６が取り付けられている。このインペラ２５、２６は、ボス２７、２８の外周にブレード（羽根）２９、３０が所定の角度（ピッチ）捩じられて突出しているものである。なお、消波板１は、その一部が水中に没しているが、装置全体は、消波板１或いは別の浮力体で浮力を受けるか、陸上の施設から吊り下げられるかして水槽内に直立にしている。

そして、下方のインペラ２６のブレード（羽根）３０の捩じり方向は、上方のインペラ２５のブレード２９の捩じり方向と逆にしてある。したがって、電動機２０を駆動してインペラ２５、２６を回転させると、中段にあるケーシング５の吸込口９、１０から水を吸込み、上位及び下位にある上部及び下部パイプ４、６の吐出口７、８から吐出する。この場合、ケーシング５の二つの吸込口９、１０は、仕切板１１で隔絶されており、各々の吸込流は相互に干渉することはないから、吸込み効率が高いのは上述したとおりである。

以上の対流惹起装置を水槽内で作動させると、ケーシング５の吸込口９、１０から中位層の水を吸い込んで、上部パイプ４と下部パイプ６の上位と下位にある吐出口７、８から吐出する。このとき、下位の吐出口８から吐出された水流は、水槽の底面に衝突して３６０°全方位に向きを変えられ、底面に沿った高速水流となって流れる。したがって、底層近くに固形物が沈澱していても、これを破砕して拡散する。なお、このためには、下部パイプ６の吐出口８から吐出された水流の流速が水槽の底面まで所定に維持されている必要があり、水槽の深さに応じて下部パイプ６の長さが決定される。

同様に、上位で水平に向きを変えられた吐出口７から吐出された水流は、同じく３６０°全方位に向かって表面近くを高速水流となって水平に流れる。したがって、上層に懸濁物が浮遊していても、これを拡散する。同時に両方の高速水流は、水槽の対向した壁面に衝突して向きを変えられ、以後、水槽内を循環する流れとなる。すなわち、水槽内にこの装置を中心とする上下二つの循環する対流を惹起させるのであり、固形物や懸濁物の破砕や拡散及び上下水の攪拌混合を継続させる。

ところで、水槽内には固形物が固化したものが存在することもあり、これを吸い込むと、ケーシング５や上部及び下部パイプ４、６を詰まらせることがある。このような場合、電動機２０を逆転させると、インペラ２５、２６による水の流れが逆になるから、詰まったものを吐き出させる効果がある。電動機２０の逆転については、詰まった場合に限らず、この装置を閉鎖水域等における赤潮対策や成層による貧酸素状態改善のための上下水攪拌混合装置に使用した場合にも好適である。すなわち、吸込口９、１０と吐出口７、８を逆にする可逆運転をすることで、上下水を効果的に攪拌混合できる。逆の運転をする場合、下部パイプ６の先端をベルマウス形状にしたり（継手フランジ６ａにベルマウス体を接続する）、消波板１に空気を取り込む孔等を形成して曝気機能をもたせたりすることは効果的である。

以上は、本発明の基本的な形態であるが、本発明は、この他に種々改変された形態をとることがある。例えば、上部パイプ４と下部パイプ６を流通する水量を変えることも可能である。この場合は、インペラ２５、２６の直径やピッチ或いは上部及び下部パイプ４、６の直径を変えることで対処できる。なお、船舶のプロペラでは、そのブレードの角度（ピッチ）を遠隔的に変えられる可変ピッチプロペラがあることから、これをインペラ２５、２６に適用してもよい。また、ステー３やスペーサ１２、１３の開口を制限してそれぞれの吸込口９、１０、吐出口７、８からの吸込流、吐出流を特定の方向にのみ流動させることも可能である。

本発明の対流惹起装置の斜視図である。 本発明の対流惹起装置の一部断面正面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の対流惹起装置による対流惹起状態を示す説明図である。

１ 消波兼渦消板
２ 間隔
３ ステー
４ 上部パイプ
５ ケーシング
６ 下部パイプ
６ａ 〃 のフランジ
７ 上部パイプの吐出口
８ 下部パイプの吐出口
９ ケーシングの吸込口
１０ 〃
１１ 仕切板
１２ スペーサ
１３ 〃
１４ 外郭板
１５ 〃
１６ 誘導マウンド
１７ 〃
１８ 流路
１９ 〃
２０ 電動機
２１ カップリング
２２ 駆動軸
２３ 上部軸受
２４ 水中軸受
２５ インペラ
２６ 〃
２７ インペラのボス
２８ 〃
２９ インペラのブレード
３０ 〃
３１ 整流マウンド

Claims (6)

1. 上端に吐出口を形成した上部パイプと下端に吐出口を形成した下部パイプを外周に吸込口を形成したケーシングを間に設けて水槽内に立てらせるとともに、上部及び下部パイプ内に捩じり方向を相反させたブレードを有するインペラを配置し、インペラを回転させてケーシングの吸込口から吸い込んだ水を上部及び下部パイプの吐出口から吐出させる水槽内対流惹起装置において、上部パイプの吐出口を水面に平行な方向に誘導し、かつ、上記したケーシングを、中央に仕切板を設けてその上下に隔絶された二つの吸込口を確保して吸込口の上下を上方及び下方に径が漸細してそれぞれ上部及び下部パイプに接続される外郭板を設け、外郭板の最大径を仕切板の径よりも小さくしたことを特徴とする水槽内対流惹起装置。
2. 上部パイプに取り付けられた正逆回転可能な電動機で駆動される駆動軸がケーシングを通過して上部及び下部パイプを挿通しており、この駆動軸に各々のインペラが取り付けられる請求項１の水槽内対流惹起装置。
3. 仕切板は円形をしており、かつ、外郭板が上部及び下部パイプに向かって径が漸細するベルマウス形状をしているとともに、仕切板の中央上下に外周に向かって高さが漸低する誘導マウンドを形成し、外郭板と誘導マウンドの間を複数の独立したスペーサで隔てて吸込口につながる流路とした請求項１又は２の水槽内対流惹起装置。
4. スペーサが平面視で所定の方向に湾曲している請求項３の水槽内対流惹起装置。
5. 上部パイプの上方に一定の間隔をあけて上部パイプよりも径の大きな消波兼渦消板が複数の独立したステーで接続されており、ステーの間を上部パイプの吐出口とするとともに、消波兼渦消板の下面に外周に向かうほど高さが漸低する円形の整流マウンドを形成した請求項１〜４いずれかの水槽内対流惹起装置。
6. ステーが平面視で所定の方向に湾曲している請求項５の水槽内対流惹起装置。