(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-24
(45)【発行日】2024-02-01
(54)【発明の名称】インペラ
(51)【国際特許分類】
C02F 3/16 20230101AFI20240125BHJP
B01F 27/906 20220101ALI20240125BHJP
【ＦＩ】
C02F3/16
B01F27/906
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020059036
(22)【出願日】2020-03-27
(65)【公開番号】P2021154242
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-10-12
(73)【特許権者】
【識別番号】507036050
【氏名又は名称】住友重機械エンバイロメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002826
【氏名又は名称】弁理士法人雄渾
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 茂
【審査官】横山 敏志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２３３５０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２５２６８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５２－０４１４４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０１８２５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５８－００３９９７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１９－０８９０５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５６－０２８７９３（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ ３／１４－３／２６
Ｃ０２Ｆ ７／００
Ｂ０１Ｆ２７／００－２７／９６
Ｂ０１Ｆ２１／００－２５／９０
Ｊａｐｉｏ－ＧＰＧ／ＦＸ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被処理水に対して曝気及び／又は撹拌を行うインペラであって、軸と、
前記軸から径方向外側に延びる複数の羽根部と、
周方向において隣り合う二つの羽根部の間に配置され、前記二つの羽根部を連結する複数のつなぎ板と、を備え、
前記つなぎ板と前記軸との間には、隙間が形成されており、
前記つなぎ板の径方向外側の端部は、前記軸方向から見て、前記軸から前記羽根部の径方向外側の端部までを全長とする前記羽根部の長さの９０％よりも径方向外側の位置に設置され、
前記軸方向から見て、前記軸から前記つなぎ板までの隙間の長さは、前記軸から前記つなぎ板の径方向外側の端部までの長さの４０～７０％であることを特徴とする、インペラ。
【請求項2】
前記つなぎ板の前記軸から径方向外側の位置は、前記羽根部の前記軸から径方向外側の位置と一致することを特徴とする、請求項１に記載のインペラ。
【請求項3】
前記羽根部は前記つなぎ板の上表面側及び下表面側の両側に設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のインペラ。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生物学的水処理設備用の縦軸型曝気撹拌装置のインペラに関するものである。
【背景技術】
【0002】
下水や汚水等の被処理水を生物処理する生物処理設備として、無終端状の循環水路が形成されたオキシデーションディッチ槽を使用する方法が知られている。このオキシデーションディッチ槽における曝気撹拌装置としては、縦軸型、横軸型及び斜軸型の３種類が知られている。
特許文献１には、オキシデーションディッチ槽内に配置され、排水の液面に略垂直な方向、すなわち、液面に対して交差する方向を軸方向として回転して、排水の曝気撹拌を行うインペラが記載されている。
特許文献１には、オキシデーションディッチ槽内に配置され、排水の液面に略垂直な方向、すなわち、液面に対して交差する方向を軸方向として回転して、排水の曝気撹拌を行うインペラが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－００５７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
オキシデーションディッチ槽において被処理水を曝気撹拌するためには、曝気撹拌装置を長時間可動させ続ける必要がある。そのため、被処理水と常に接しているインペラは、曝気撹拌装置の動力を増加させることなく、被処理水に対する酸素の供給効率を向上させることが望まれている。
【0005】
そこで、本発明の課題は、被処理水に対する酸素の供給効率を向上させることにより、回転に必要な動力を低下させることができるインペラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者は上記課題について鋭意検討した結果、軸から径方向外側に延びる複数の羽根部と、複数の羽根部を連結するつなぎ板を備えるインペラにおいて、つなぎ板の径方向外側の端部の位置をインペラの径方向外側に設置することにより、被処理水に対する酸素の供給効率を向上させることができることを見出して本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下のインペラである。
【0007】
上記課題を解決するための本発明のインペラは、被処理水に対して曝気及び／又は撹拌を行うインペラであって、軸と、前記軸から径方向外側に延びる複数の羽根部と、周方向において隣り合う二つの羽根部の間に配置され、前記二つの羽根部を連結する複数のつなぎ板と、を備え、前記つなぎ板と前記軸との間には、隙間が形成されており、前記つなぎ板の径方向外側の端部は、前記軸方向から見て、前記軸から前記羽根部の径方向外側の端部までを全長とする前記羽根部の長さの９０％よりも径方向外側の位置に設置することを特徴とする。
【0008】
本発明のインペラよれば、つなぎ板の径方向外側の端部が羽根部の端部付近まで広がっていることから、インペラの回転によってつなぎ板の上表面を移動する被処理水に対して、強い遠心力が与えられる。よって、被処理水がつなぎ板の上表面でより加速されて、長い距離を飛散することができる。これにより、被処理水に多量の酸素が取り込まれて、効率よく被処理水に酸素を供給できるというものである。
また、換言すれば、酸素供給量を一定に保って縦軸型曝気撹拌装置の運転を行う場合には、インペラの回転数を抑えることができるため、インペラの回転に必要な動力供給を低く抑えることが可能となる。
よって、本発明のインペラによれば、酸素供給効率を効果的に増加させることが可能となる。
また、換言すれば、酸素供給量を一定に保って縦軸型曝気撹拌装置の運転を行う場合には、インペラの回転数を抑えることができるため、インペラの回転に必要な動力供給を低く抑えることが可能となる。
よって、本発明のインペラによれば、酸素供給効率を効果的に増加させることが可能となる。
【0009】
上記課題を解決するための本発明のインペラは、軸方向から見て、軸からつなぎ板までの隙間の長さは、軸からつなぎ板の径方向外側の端部までの長さの４０～７０％であることを特徴とする。
この特徴によれば、軸からつなぎ板までの隙間により形成された通水孔の大きさが、酸素供給効率を効果的に増加させるという観点で適切な大きさとなる。つまりは、軸からつなぎ板までの隙間の長さが、軸からつなぎ板の径方向外側の端部までの長さの４０％以上であることにより、十分な揚水量を確保できる通水孔を形成することができる。また、軸からつなぎ板までの隙間の長さが、軸からつなぎ板の径方向外側の端部までの長さの７０％以上であることにより、つなぎ板の径方向の長さが十分に確保されるため、つなぎ板の上表面で被処理水が加速されて、被処理水の飛沫が長い距離を飛散することができる。
よって、本発明のインペラによれば、酸素供給効率を効果的に増加させることが可能となる。
この特徴によれば、軸からつなぎ板までの隙間により形成された通水孔の大きさが、酸素供給効率を効果的に増加させるという観点で適切な大きさとなる。つまりは、軸からつなぎ板までの隙間の長さが、軸からつなぎ板の径方向外側の端部までの長さの４０％以上であることにより、十分な揚水量を確保できる通水孔を形成することができる。また、軸からつなぎ板までの隙間の長さが、軸からつなぎ板の径方向外側の端部までの長さの７０％以上であることにより、つなぎ板の径方向の長さが十分に確保されるため、つなぎ板の上表面で被処理水が加速されて、被処理水の飛沫が長い距離を飛散することができる。
よって、本発明のインペラによれば、酸素供給効率を効果的に増加させることが可能となる。
【0010】
また、本発明のインペラの一実施態様としては、羽根部はつなぎ板の上表面側及び下表面側の両側に設けられていることを特徴とする。
この特徴によれば、つなぎ板の上表面側及び下表面側の両側に設けられた各々の羽根部によって通水孔から揚水された被処理水をインペラの周囲に飛散するため、酸素供給効率を効果的に増加させることが可能となる。
また、つなぎ板の下表面側に設けられた羽根部によって被処理水が撹拌されるため、飛散により多量の酸素が供給された被処理水と、流路内を流れる被処理水と混合することができる。これにより、流路内の底部方向にも酸素を供給することができる。
この特徴によれば、つなぎ板の上表面側及び下表面側の両側に設けられた各々の羽根部によって通水孔から揚水された被処理水をインペラの周囲に飛散するため、酸素供給効率を効果的に増加させることが可能となる。
また、つなぎ板の下表面側に設けられた羽根部によって被処理水が撹拌されるため、飛散により多量の酸素が供給された被処理水と、流路内を流れる被処理水と混合することができる。これにより、流路内の底部方向にも酸素を供給することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、被処理水に対する酸素の供給効率を向上させることで、回転に必要な動力を低下させることができるインペラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】無終端水路を平面から見た場合における、本発明の生物処理設備の構成を示す概略説明図である。
【図2】無終端水路の断面における、本発明の縦軸型曝気撹拌装置の構造を示す概略説明図である。
【図3A】本発明の第一の実施態様におけるインペラを示す概略斜視図である。
【図3B】本発明の第一の実施態様におけるインペラを示す概略平面図である。
【図4A】本発明の第二の実施態様におけるインペラを示す概略斜視図である。
【図4B】本発明の第二の実施態様におけるインペラを示す概略平面図である。
【図5A】本発明の第三の実施態様におけるインペラを示す概略斜視図である。
【図5B】本発明の第三の実施態様におけるインペラを示す概略平面図である。
【図6A】既存のインペラを示す概略斜視図である。
【図6B】既存のインペラを示す概略平面図である。
【図7】本発明の実施例１のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図8】本発明の実施例２のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
［第一の実施態様］
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、第一の実施態様における無終端水路２を平面から見た場合における、生物処理設備１の構成を示す概略説明図である。なお、図中の矢印は、無終端水路２を流れる循環流を表したものである。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、第一の実施態様における無終端水路２を平面から見た場合における、生物処理設備１の構成を示す概略説明図である。なお、図中の矢印は、無終端水路２を流れる循環流を表したものである。
【0014】
（生物処理設備）
本発明における生物処理設備１は、無終端水路２内で被処理水を循環しながら生物処理を行うオキシデーションディッチ法に使用するものである。被処理水は、特に制限されないが、例えば、下水、畜産廃水、工場廃水等の有機性廃水が挙げられる。
生物処理設備１は、図１に示すように周囲壁２１及び区画壁２２により形成された無終端水路２、無終端水路２に設置された縦軸型曝気撹拌装置３及びガイド板７を備えている。
本発明における生物処理設備１は、無終端水路２内で被処理水を循環しながら生物処理を行うオキシデーションディッチ法に使用するものである。被処理水は、特に制限されないが、例えば、下水、畜産廃水、工場廃水等の有機性廃水が挙げられる。
生物処理設備１は、図１に示すように周囲壁２１及び区画壁２２により形成された無終端水路２、無終端水路２に設置された縦軸型曝気撹拌装置３及びガイド板７を備えている。
【0015】
無終端水路２は、平行に延びる直線状の２本の直線水路２ａと、２本の直線水路２ａの両端において直線水路２ａを連結して被処理の循環流を形成する循環水路２ｂからなる。
第一の実施態様の生物処理設備１では、直線水路２ａの区画壁２２の近傍に縦軸型曝気撹拌装置３が設置されている。なお、縦軸型曝気撹拌装置３は、循環流路２ｂに配置してもよい。
第一の実施態様の生物処理設備１では、直線水路２ａの区画壁２２の近傍に縦軸型曝気撹拌装置３が設置されている。なお、縦軸型曝気撹拌装置３は、循環流路２ｂに配置してもよい。
【0016】
縦軸型曝気撹拌装置３は、流路内の被処理水に対して表面曝気を行い、被処理水に酸素を供給するものである。また、縦軸型曝気撹拌装置３は、近傍に配置されたガイド板７と共に、無終端水路２に循環流を形成する。具体的には、縦軸型曝気撹拌装置３が被処理水内に撹拌流を発生し、この撹拌流の流れを、近傍に配置されたガイド板７が案内することにより無終端水路２に循環流を形成する。
【0017】
（縦軸型曝気撹拌装置）
図２は、本実施態様における縦軸型曝気撹拌装置３の構造を示す概略説明図である。図２に示すように、縦軸型曝気撹拌装置３は、被処理水を曝気撹拌するためのインペラ３１、インペラ３１を回転するための動力を供給する駆動部３３を備えている。
また、本実施態様におけるインペラ３１は、駆動部３３に連結された軸３１Ｃと、軸３１Ｃに放射状に取り付けられた複数の羽根部３１Ａと、複数の羽根部３１Ａを連結するつなぎ板３１Ｂを備える。
図２は、本実施態様における縦軸型曝気撹拌装置３の構造を示す概略説明図である。図２に示すように、縦軸型曝気撹拌装置３は、被処理水を曝気撹拌するためのインペラ３１、インペラ３１を回転するための動力を供給する駆動部３３を備えている。
また、本実施態様におけるインペラ３１は、駆動部３３に連結された軸３１Ｃと、軸３１Ｃに放射状に取り付けられた複数の羽根部３１Ａと、複数の羽根部３１Ａを連結するつなぎ板３１Ｂを備える。
【0018】
また、図３Ａには、本発明の第一の実施態様のインペラ３１の斜視図を示し、図３Ｂには、本発明の第一の実施態様のインペラ３１を軸方向から見た平面図を示す。図３Ａ、図３Ｂに示すように、つなぎ板３１Ｂは、軸３１Ｃとの間に、隙間を介して設置されており、この隙間は、被処理水を揚水するための通水孔３１Ｄを形成する。
【0019】
次に、縦軸型曝気撹拌装置３の動作について説明する。
図２に示すように、縦軸型曝気撹拌装置３は、通水孔３１Ｄを被処理水中に配置し、羽根部３１Ａの先端が水面上に出るように設置する。この位置でインペラ３１を回転すると、羽根部３１Ａにより掻き寄せられた被処理水は、遠心力により羽根部３１Ａの先端から飛沫として周囲に飛散する。縦軸型曝気撹拌装置３の近傍に配置されたガイド板７は、上端が水面付近に位置するように設置されており、被処理水の飛沫は、ガイド板７を越えて遠方まで飛散することができる。被処理水の飛沫は、大気中を飛散する間に空気を取り込み、空気を含む状態で被処理水に着水する。これにより、被処理水に酸素を供給することができる。
図２に示すように、縦軸型曝気撹拌装置３は、通水孔３１Ｄを被処理水中に配置し、羽根部３１Ａの先端が水面上に出るように設置する。この位置でインペラ３１を回転すると、羽根部３１Ａにより掻き寄せられた被処理水は、遠心力により羽根部３１Ａの先端から飛沫として周囲に飛散する。縦軸型曝気撹拌装置３の近傍に配置されたガイド板７は、上端が水面付近に位置するように設置されており、被処理水の飛沫は、ガイド板７を越えて遠方まで飛散することができる。被処理水の飛沫は、大気中を飛散する間に空気を取り込み、空気を含む状態で被処理水に着水する。これにより、被処理水に酸素を供給することができる。
【0020】
羽根部３１Ａから被処理水が飛散すると、つなぎ板３１Ｂと軸３１Ｃの間に形成された通水孔３１Ｄから被処理水が流れ込むため、連続して被処理水をインペラ３１の周囲に飛散することができる。
【0021】
また、被処理水中に位置する羽根部３１Ａは、被処理水中に撹拌流を形成する。撹拌流は、ガイド板７により下流側に向かって案内され、無終端水路２に循環流を形成する。
【0022】
次に、インペラ３１の各部について詳細に説明する。
＜軸＞
軸３１Ｃは、図２に示すように、駆動部３３に連結されており、駆動部３３からの動力によりインペラ３１を回転駆動させることを目的とするものである。
軸３１Ｃは、駆動部３３からの動力によりインペラ３１を回転駆動させることができれば、形状等は特に限定されるものではない。例えば、円柱状、多角柱状などの形状のものが挙げられる。また、軸３１Ｃは、内部が空洞である中空構造でもよい。この場合、軸３１Ｃの強度を保ちつつ、インペラ３１全体を軽量化できるため、低い動力で被処理水を曝気撹拌することができる。
＜軸＞
軸３１Ｃは、図２に示すように、駆動部３３に連結されており、駆動部３３からの動力によりインペラ３１を回転駆動させることを目的とするものである。
軸３１Ｃは、駆動部３３からの動力によりインペラ３１を回転駆動させることができれば、形状等は特に限定されるものではない。例えば、円柱状、多角柱状などの形状のものが挙げられる。また、軸３１Ｃは、内部が空洞である中空構造でもよい。この場合、軸３１Ｃの強度を保ちつつ、インペラ３１全体を軽量化できるため、低い動力で被処理水を曝気撹拌することができる。
【0023】
軸の材質は、特に制限されないが、例えば、鉄やステンレスなどの金属製、硬質プラスチックなどの樹脂製などが挙げられる。強度や耐腐食性の観点から、ステンレスなどの耐腐食性の金属が好ましい。
【0024】
図２に示すように、軸３１Ｃは、複数の軸からなり、複数の軸を連結する連結部３１Ｅを備える。軸３１Ｃを複数の軸に分割可能とすることにより、インペラ３１の被処理水の水深に対する位置を調整することができる。例えば、被処理水の底部付近にインペラ３１を設置する場合には、連結部３１Ｅを分割して、延伸のための軸（不図示）を追加して、軸３１Ｃの長さを延伸することができる。
【0025】
また、図２に示すように、昇降装置３１Ｆを備えてもよい。昇降装置３１Ｆは、インペラ３１を昇降させるための装置であり、昇降装置３１Ｆを備えることにより、インペラ３１の高さ位置を微調整することが可能となる。インペラ３１の高さを微調整することにより、インペラ３１により形成する飛沫の量や飛散距離を調整することができるため、被処理水に対する酸素の供給効率を向上させることで、回転に必要な動力を低下させるという本発明の効果をより発揮することができる。
【0026】
＜羽根部＞
図３Ａに示すように、羽根部３１Ａは、軸３１Ｃから径方向外側に延びるように形成されており、軸３１Ｃには、複数の羽根部３１Ａが取り付けられている。第一の実施態様のインペラ３１では、羽根部３１Ａは、羽根板３１０Ａ及び羽根板３１０Ｂの二枚の板部材からなり、羽根板３１０Ａは、板面が軸方向（略鉛直方向）と略平行に設置される。羽根板３１０Ｂは、羽根板３１０Ａの上端部と連続して形成され、羽根板３１０Ａからインペラ３１の回転方向前方に向けて傾斜して設置される。また、図３Ｂに示すように、羽根板３１０Ａ（破線まで）は、軸３１Ｃの軸心から放射状に固定されている。羽根板３１０Ａを軸心から放射状に固定することにより、インペラ３１の回転時のバランスが取り易い。
図３Ａに示すように、羽根部３１Ａは、軸３１Ｃから径方向外側に延びるように形成されており、軸３１Ｃには、複数の羽根部３１Ａが取り付けられている。第一の実施態様のインペラ３１では、羽根部３１Ａは、羽根板３１０Ａ及び羽根板３１０Ｂの二枚の板部材からなり、羽根板３１０Ａは、板面が軸方向（略鉛直方向）と略平行に設置される。羽根板３１０Ｂは、羽根板３１０Ａの上端部と連続して形成され、羽根板３１０Ａからインペラ３１の回転方向前方に向けて傾斜して設置される。また、図３Ｂに示すように、羽根板３１０Ａ（破線まで）は、軸３１Ｃの軸心から放射状に固定されている。羽根板３１０Ａを軸心から放射状に固定することにより、インペラ３１の回転時のバランスが取り易い。
【0027】
羽根板３１０Ａ及び羽根板３１０Ｂは、一枚の板部材を折り曲げることで、それぞれ形成されてもよいし、別々の板部材を組み合わせことで形成されてもよい。一枚の板部材を折り曲げて形成する場合には、羽根部３１Ａ全体の強度を高く保つことができる。また、別々の板部材を組み合わせて形成する場合には、各羽根板を取り換えることにより種々の形状に変更することができる。
【0028】
また、図３Ｃに示すように、羽根部３１Ａは、軸３１Ｃからインペラ径方向外側に向かって上向きに傾斜している。これにより、被処理水を遠方まで飛散させることができるため、酸素の供給率効率を高めることができる。なお、羽根部３１Ａと被処理水の水面とのなす角は、例えば、１０～８０°であり、好ましくは２０～６０°である。
【0029】
また、羽根板３１０Ａの下端の形状は、径方向外側先端から軸３１Ｃに向かって、羽根板３１０Ａの幅が拡大している。これにより、被処理水の内部に配置される軸３１Ｃ付近では、羽根板３１０Ａが大きくなるため、強い撹拌流を形成することができる。
【0030】
羽根部３１Ａの設置数は、特に限定されない。羽根３１Ａの設置数は、好ましくは、インペラ３１を平面視した場合において等間隔に２～１２枚程度であることが挙げられる。この場合、効果的に被処理水を撹拌及び大気中に飛散させることができる。さらに好ましくは、インペラ３１の設置数は、インペラ３１を平面視した場合において等間隔に６～８枚であることが挙げられる。この場合、発生する撹拌流の強さと大気中に飛散される被処理水の水量が最適となるため、効率よく被処理水を曝気撹拌することができる。
【0031】
また、図３Ａに示すように、周方向に隣り合う羽根板３１０Ａの間には、つなぎ板３１Ｂが連結する。つなぎ板３１Ｂは、羽根板３１０Ａの中腹に固定されており、羽根板３１０Ａは、つなぎ板３１Ｂの上表面側に位置する羽根板上部３１１と、つなぎ板３１Ｂの下表面側に位置する羽根板下部３１２に分割されている。羽根板上部３１１は、インペラ３１が回転により通水孔３１Ｄより揚水された被処理水を、インペラ３１の周囲に飛散させる機能を有する。羽根板下部３１２は、水中に配置され主として被処理水に撹拌流を形成するものである。また、羽根板下部３１２は、先端を被処理水面上に配置することにより、インペラの周囲に被処理水を飛散させることもできる。
【0032】
図３Ａに示すように、羽根板３１０Ｂは、回転方向前方に向かって傾斜しており、羽根板３１０Ａで掻き寄せた被処理水を羽根板３１０Ａに沿って径方向外側に案内する。羽根板３１０Ｂを設けることにより、被処理水の飛散量が増加して酸素供給効率を一層向上することができる。なお、羽根板３１０Ｂと羽根板３１０Ａのなす角は、例えば、好ましくは１００～１７０°であり、より好ましくは１１０～１６０°である。
【0033】
羽根板３１０Ａ及び羽根板３１０Ｂの材質は、特に制限されないが、例えば、鉄やステンレスなどの金属製、硬質プラスチックなどの樹脂製などが挙げられる。強度や耐腐食性の観点から、ステンレスなどの耐腐食性の金属が好ましい。
【0034】
なお、羽根部３１Ａの形状は、特に制限されず、例えば、第一の実施態様では、羽根板３１０Ａの板面が軸方向（略鉛直方向）と略平行に設置されるが、羽根板３１０Ａの板面を水面に対して傾斜して固定してもよい。また、羽根板３１０Ｂを設けずに、羽根部３１Ａを羽根板３１０Ａのみで形成してもよい。
【0035】
【0036】
つなぎ板３１Ｂは、板部材により形成され、その材質は、特に制限されないが、例えば、鉄やステンレスなどの金属製、硬質プラスチックなどの樹脂製などが挙げられる。強度や耐腐食性の観点から、ステンレスなどの耐腐食性の金属が好ましい。
【0037】
なお、軸３１Ｃ、羽根部３１Ａ、つなぎ板３１Ｂは、それぞれ別体として連結しても、一体として形成してもよい。
【0038】
第一の実施態様のインペラ３１は、図３Ｄに示すように、つなぎ板３１Ｂの径方向外側の端部３１３は、軸３１Ｃの方向から見て、軸３１Ｃから羽根部３１Ａの径方向外側の端部までを全長とする羽根部３１Ａの長さ（Ｘ）の９０％よりも径方向外側の位置（斜線部）に配置する。
なお、つなぎ板３１Ｂの端部３１３は、羽根部３１Ａの長さ（Ｘ）の１００％を超えてもよいが（つなぎ板の端部が、羽根部３１Ａの端部より外側に位置する形状）、好ましくは１００％以下である。
なお、つなぎ板３１Ｂの端部３１３は、羽根部３１Ａの長さ（Ｘ）の１００％を超えてもよいが（つなぎ板の端部が、羽根部３１Ａの端部より外側に位置する形状）、好ましくは１００％以下である。
【0039】
通水孔３１Ｄから流れ込む被処理水は、つなぎ板３１Ｂの上表面を流れる際に遠心力が与えられ加速する。つなぎ板３１Ｂの上表面で加速された被処理水の流れは、羽根部３１Ａから勢いよく飛散する。つなぎ板３１Ｂの端部３１３を羽根部３１Ａの長さ（Ｘ）の９０％よりも外側に配置すると、遠心力が強く与えられるため、飛沫の飛距離が大きくなる。よって、飛沫に取り込まれる酸素の量が多くなり、酸素の供給効率が向上するという効果を奏する。
つなぎ板３１Ｂの端部３１３の位置を最適化することで、従来のインペラと比較して、より遠くに被処理水を飛散させることができるため、効果的に被処理水を曝気することが可能となる。
つなぎ板３１Ｂの端部３１３の位置を最適化することで、従来のインペラと比較して、より遠くに被処理水を飛散させることができるため、効果的に被処理水を曝気することが可能となる。
【0040】
（ガイド板）
ガイド板７は、縦軸型曝気撹拌装置３のインペラ３１によって発生した撹拌流を整流することで、無終端水路２内の被処理水を撹拌及び循環させることを目的とするものである。
ガイド板７は、図１に示すように、縦軸型曝気撹拌装置３の上流側を覆うように区画壁２２に固定されている。
ガイド板の設置高さは、図２に示すように、上端は被処理水の略水面に位置し、下端は縦軸型曝気撹拌装置の下端と同等、もしくはやや上位に位置している。ガイド板の上端を略水面に位置することにより、インペラ３２の回転により飛散する飛沫が周囲に着水し、酸素供給効率を高めることができる。また、浮遊するスカムを消失させる作用に優れる。
また、ガイド板の下端を、縦軸型曝気撹拌装置の下端と同等に設置することにより、インペラ３２の回転により発生した撹拌流を所定の位置に誘導することができる。
ガイド板７は、縦軸型曝気撹拌装置３のインペラ３１によって発生した撹拌流を整流することで、無終端水路２内の被処理水を撹拌及び循環させることを目的とするものである。
ガイド板７は、図１に示すように、縦軸型曝気撹拌装置３の上流側を覆うように区画壁２２に固定されている。
ガイド板の設置高さは、図２に示すように、上端は被処理水の略水面に位置し、下端は縦軸型曝気撹拌装置の下端と同等、もしくはやや上位に位置している。ガイド板の上端を略水面に位置することにより、インペラ３２の回転により飛散する飛沫が周囲に着水し、酸素供給効率を高めることができる。また、浮遊するスカムを消失させる作用に優れる。
また、ガイド板の下端を、縦軸型曝気撹拌装置の下端と同等に設置することにより、インペラ３２の回転により発生した撹拌流を所定の位置に誘導することができる。
【0041】
［第二の実施態様］
図４Ａ～図４Ｃは、各々、第二の実施態様におけるインペラ４１の構造を表す斜視図、平面図、断面図である。
以下、図面を用いて詳細に解説していく。なお、羽根部４１Ａ、軸４１Ｃについては、第一の実施態様における羽根部３１Ａ、軸３１Ｃと同一の内容であるため説明を省略する。
図４Ａ～図４Ｃは、各々、第二の実施態様におけるインペラ４１の構造を表す斜視図、平面図、断面図である。
以下、図面を用いて詳細に解説していく。なお、羽根部４１Ａ、軸４１Ｃについては、第一の実施態様における羽根部３１Ａ、軸３１Ｃと同一の内容であるため説明を省略する。
【0042】
＜つなぎ板＞
第二の実施態様のインペラ４１は、図４Ｄに示すように、軸４１Ｃの方向から見て、軸４１Ｃからつなぎ板４１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）は、軸４１Ｃからつなぎ板４１Ｂの径方向外側の端部４１３までの長さ（Ｙ２）の４０～７０％である。
第二の実施態様のインペラ４１は、図４Ｄに示すように、軸４１Ｃの方向から見て、軸４１Ｃからつなぎ板４１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）は、軸４１Ｃからつなぎ板４１Ｂの径方向外側の端部４１３までの長さ（Ｙ２）の４０～７０％である。
【0043】
軸４１Ｃからつなぎ板４１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）を、軸４１Ｃからつなぎ板４１Ｂの径方向外側の端部４１３までの長さ（Ｙ２）の４０～７０％とすると、通水孔４１Ｄから流れ込む被処理水の水量を十分に確保することができる。よって、被処理水の飛散量が大きくなり、酸素の供給効率が向上するという効果を奏する。
つなぎ板４１Ｂと軸４１Ｃとの隙間を最適化することで、従来のインペラと比較して、より多くの被処理水を飛散させることができるため、効果的に被処理水を曝気することが可能となる。
つなぎ板４１Ｂと軸４１Ｃとの隙間を最適化することで、従来のインペラと比較して、より多くの被処理水を飛散させることができるため、効果的に被処理水を曝気することが可能となる。
【0044】
［第三の実施態様］
図５Ａ～図５Ｃは、各々、第三の実施態様におけるインペラ５１の構造を表す斜視図、平面図、断面図である。
以下、図面を用いて詳細に解説していく。なお、羽根部５１Ａ、軸５１Ｃについては、第一の実施態様における羽根部３１Ａ、軸３１Ｃ、及び、第二の実施態様における羽根部４１Ａ、軸４１Ｃと同一の内容であるため説明を省略する。
図５Ａ～図５Ｃは、各々、第三の実施態様におけるインペラ５１の構造を表す斜視図、平面図、断面図である。
以下、図面を用いて詳細に解説していく。なお、羽根部５１Ａ、軸５１Ｃについては、第一の実施態様における羽根部３１Ａ、軸３１Ｃ、及び、第二の実施態様における羽根部４１Ａ、軸４１Ｃと同一の内容であるため説明を省略する。
【0045】
＜つなぎ板＞
本実施態様におけるインペラ５１は、図５Ｄに示すように、つなぎ板５１Ｂの端部５１３は、羽根部５１Ａの長さ（Ｘ）の９０％よりも径方向外側の位置（斜線部）に配置する。さらに、軸５１Ｃからつなぎ板５１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）は、軸５１Ｃからつなぎ板５１Ｂの径方向外側の端部５１３までの長さ（Ｙ２）の４０～７０％である。これらの特徴によれば、インペラ５１の回転によって揚水される被処理水の水量を十分に確保しつつ、被処理水がつなぎ板５１Ｂの上表面を流れる際に遠心力が与えられて加速し、飛沫の飛距離を大きくするという作用がある。
つなぎ板５１Ｂと軸５１Ｃとの隙間、及び、つなぎ板５１Ｂの端部５１３の位置を最適化することで、従来のインペラ、第一の実施態様のインペラ３１、第二の実施態様のインペラ４１と比較して、効果的に被処理水を曝気することが可能となる。
また、これらの特徴によれば、さらに少ない動力で酸素供給効率を効果的に増加させることが可能となる。
本実施態様におけるインペラ５１は、図５Ｄに示すように、つなぎ板５１Ｂの端部５１３は、羽根部５１Ａの長さ（Ｘ）の９０％よりも径方向外側の位置（斜線部）に配置する。さらに、軸５１Ｃからつなぎ板５１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）は、軸５１Ｃからつなぎ板５１Ｂの径方向外側の端部５１３までの長さ（Ｙ２）の４０～７０％である。これらの特徴によれば、インペラ５１の回転によって揚水される被処理水の水量を十分に確保しつつ、被処理水がつなぎ板５１Ｂの上表面を流れる際に遠心力が与えられて加速し、飛沫の飛距離を大きくするという作用がある。
つなぎ板５１Ｂと軸５１Ｃとの隙間、及び、つなぎ板５１Ｂの端部５１３の位置を最適化することで、従来のインペラ、第一の実施態様のインペラ３１、第二の実施態様のインペラ４１と比較して、効果的に被処理水を曝気することが可能となる。
また、これらの特徴によれば、さらに少ない動力で酸素供給効率を効果的に増加させることが可能となる。
【0046】
［実施例１］
第一の実施態様のインペラ３１、第三の実施態様のインペラ５１及び既存のインペラ６１（図６Ａ～図６Ｂ）の動力と曝気量の関係について、シミュレーションにより比較した。
シミュレーションでは、第一の実施態様のインペラ３１、第三の実施態様のインペラ５１及び既存のインペラ６１の外径を同一とした。
既存のインペラ６１は、つなぎ板６１Ｂの端部の位置を羽根部６１Ａの長さ（Ｘ）の８５％とし、軸６１Ｃからつなぎ板６１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）を軸６１Ｃからつなぎ板６１Ｂの径方向外側の端部までの長さ（Ｙ２）の３５％と設定した。
第一の実施態様のインペラ３１は、つなぎ板３１Ｂの端部の位置を羽根部３１Ａの長さ（Ｘ）の１００％とし、軸３１Ｃからつなぎ板３１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）を軸３１Ｃからつなぎ板３１Ｂの径方向外側の端部までの長さ（Ｙ２）の３５％と設定した。
第三の実施態様のインペラ５１は、つなぎ板５１Ｂの端部の位置を羽根部５１Ａの長さ（Ｘ）の１００％とし、軸５１Ｃからつなぎ板５１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）を軸５１Ｃからつなぎ板５１Ｂの径方向外側の端部までの長さ（Ｙ２）の５５％と設定した。
第一の実施態様のインペラ３１、第三の実施態様のインペラ５１及び既存のインペラ６１（図６Ａ～図６Ｂ）の動力と曝気量の関係について、シミュレーションにより比較した。
シミュレーションでは、第一の実施態様のインペラ３１、第三の実施態様のインペラ５１及び既存のインペラ６１の外径を同一とした。
既存のインペラ６１は、つなぎ板６１Ｂの端部の位置を羽根部６１Ａの長さ（Ｘ）の８５％とし、軸６１Ｃからつなぎ板６１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）を軸６１Ｃからつなぎ板６１Ｂの径方向外側の端部までの長さ（Ｙ２）の３５％と設定した。
第一の実施態様のインペラ３１は、つなぎ板３１Ｂの端部の位置を羽根部３１Ａの長さ（Ｘ）の１００％とし、軸３１Ｃからつなぎ板３１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）を軸３１Ｃからつなぎ板３１Ｂの径方向外側の端部までの長さ（Ｙ２）の３５％と設定した。
第三の実施態様のインペラ５１は、つなぎ板５１Ｂの端部の位置を羽根部５１Ａの長さ（Ｘ）の１００％とし、軸５１Ｃからつなぎ板５１Ｂまでの隙間の長さ（Ｙ１）を軸５１Ｃからつなぎ板５１Ｂの径方向外側の端部までの長さ（Ｙ２）の５５％と設定した。
【0047】
シミュレーションの結果を図７のグラフに示す。グラフの横軸は動力、縦軸は曝気量である。なお、曝気量は、所定の領域の通過する被処理水の飛沫の量とした。
【0048】
図７に示すとおり、各インペラの回転に用いた動力が同じ場合、曝気量代替指標が第三の実施態様のインペラ５１が最も高く、次いで、第一の実施態様のインペラ３１が高かった。そして、既存のインペラ６１が最も低いという結果となった。
また、同じ曝気量で見れば、第三の実施態様のインペラ５１が最もエネルギー効率が高く、次いで、第一の実施態様のインペラ３１のエネルギー効率が高く、既存のインペラ６１が最も低いことが分かった。
また、同じ曝気量で見れば、第三の実施態様のインペラ５１が最もエネルギー効率が高く、次いで、第一の実施態様のインペラ３１のエネルギー効率が高く、既存のインペラ６１が最も低いことが分かった。
【0049】
［実施例２］
実施例２は、第三の実施態様のインペラ５１及び既存のインペラ６１のインペラの回転数と酸素供給効率の関係について、シミュレーションにより比較した。その他の条件は、実施例１と同様に行った。
実施例２は、第三の実施態様のインペラ５１及び既存のインペラ６１のインペラの回転数と酸素供給効率の関係について、シミュレーションにより比較した。その他の条件は、実施例１と同様に行った。
【0050】
シミュレーションの結果を図８のグラフに示す。グラフの横軸はインペラの回転数、縦軸は酸素供給効率である。酸素供給効率とは、被処理水に供給される酸素量を、単位時間当たりの動力量で除したものであり、高いほど少ない動力で効率よく酸素を供給できることを示している。
【0051】
図８に示すとおり、各インペラの回転数が同じである場合、第三の実施態様のインペラ５１が既存のインペラ６１よりも酸素供給効率が高いという結果となった。
【0052】
なお、上述した実施態様は曝気撹拌装置のインペラの一例を示すものである。本発明に係るインペラは、上述した実施態様に限られるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係るインペラを変形してもよい。
【0053】
例えば、羽根部及びつなぎ板を同軸上に縦に二つ設置してもよい。
これにより、下側に配置されたインペラを被処理水に完全に水没させることで被処理水を撹拌し、上側に配置されたインペラで被処理水を大気中に飛散させることができるため、曝気効率を維持しながら撹拌力を向上させることができる。
これにより、下側に配置されたインペラを被処理水に完全に水没させることで被処理水を撹拌し、上側に配置されたインペラで被処理水を大気中に飛散させることができるため、曝気効率を維持しながら撹拌力を向上させることができる。
【0054】
また、羽根板の軸に対する角度や、羽根板やつなぎ板の軸に対する角度を、インペラ設置後に容易に変更できるような構造としてもよい。この場合、被処理水の粘性等に対応して、容易に最適な曝気撹拌能力を発揮するように現場でインペラの形状を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明のインペラは、生物学的水処理設備用の縦軸型曝気撹拌装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【0056】
１ 生物処理設備、２ 無終端水路、２ａ 直線水路、２ｂ 循環水路、２１ 周囲壁、２２ 区画壁、３ 縦軸型曝気撹拌装置、３１，４１，５１，６１ インペラ、３１Ａ，４１Ａ，５１Ａ，６１Ａ 羽根部、３１Ｂ，４１Ｂ，５１Ｂ，６１Ｂ つなぎ板、３１Ｃ，４１Ｃ，５１Ｃ，６１Ｃ 軸、３１Ｄ，４１Ｄ，５１Ｄ，６１Ｄ 通水孔、３１０Ａ，３１０Ｂ 羽根板、３１１ 羽根板上部、３１２ 羽根板下部、３１３，４１３，５１３ つなぎ板の端部、３１Ｅ 連結部、３１Ｆ 昇降装置、３３ 駆動部、７ ガイド板、Ｘ 羽根部の長さ、Ｙ１ 隙間の長さ、Ｙ２ つなぎ板の端部までの長さ
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
