撹拌装置
【課題】攪拌動力を従来と同程度に抑えながら、従来よりも小型の攪拌装置で処理槽を効率よく攪拌し、さらに、製造コストを抑えながら、従来と同じく連続運転が可能で維持管理性の高い構造とする撹拌装置を提供する。
【解決手段】撹拌ユニット４０は、保持ユニット２０に保持された回転駆動部４２と、回転駆動部４２から処理槽ＴＫ内へ延びる回転駆動部４２の駆動により回転する駆動軸４４と、駆動軸の先端に取り付けられたドラフトチューブ３０内に位置する軸流インペラ４５と、駆動軸４４が貫通された支持筒５０を有している。ここで、支持筒５０の基台４１側および先端側にはそれぞれ駆動軸４４を回転可能に保持する第１軸受け５１および第２軸受け５２が取り付けられており、このうち第２軸受け５２は処理槽内において保持ユニット２０により水平方向に対し保持されている。
【解決手段】撹拌ユニット４０は、保持ユニット２０に保持された回転駆動部４２と、回転駆動部４２から処理槽ＴＫ内へ延びる回転駆動部４２の駆動により回転する駆動軸４４と、駆動軸の先端に取り付けられたドラフトチューブ３０内に位置する軸流インペラ４５と、駆動軸４４が貫通された支持筒５０を有している。ここで、支持筒５０の基台４１側および先端側にはそれぞれ駆動軸４４を回転可能に保持する第１軸受け５１および第２軸受け５２が取り付けられており、このうち第２軸受け５２は処理槽内において保持ユニット２０により水平方向に対し保持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下廃水、し尿などの汚水や汚泥等の被処理液の浄化処理に使用する撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理槽内に収容された汚水などの被処理液を撹拌する方式として、ポンプを用いて撹拌を行う方式とインペラを回転させて撹拌を行う機械による撹拌方式とが知られている。ここで、図１７にはたとえば特許文献１−４に示す従来の機械式撹拌装置の一例を示す。図１７において、機械式撹拌装置１は、保持ユニット１Ａと、処理槽ＴＫ内において保持ユニット１Ａに保持されている円筒状のハウジングであるドラフトチューブ１０と、ドラフトチューブ１０内の被処理液に下向流を形成する保持ユニット１Ａに着脱可能に保持された撹拌ユニット１Ｂとを備えている。
【０００３】
保持ユニット１Ａは架台７、支柱８で構成されており、撹拌ユニット１Ｂは、モータ２と、モータ２により回転する駆動軸５と、駆動軸５の先端に取り付けられたドラフトチューブ１０内に同軸上に配置される軸流インペラ６とを具備している。さらに、ドラフトチューブ１０は軸流インペラ６の下に同軸上に配置された案内羽根１１を備えている。そして、軸流インペラ６が回転することによりドラフトチューブ１０内に下向流が形成されたとき、被処理液が表層から底部に移送し、処理槽ＴＫ内に大きな循環流を形成して槽内の被処理液全体を撹拌する。
【０００４】
ここで、撹拌ユニット１Ｂの駆動軸５は架台７上の軸受け４のみで片持ち支持されている。このため、軸流インペラ６の回転に伴いドラフトチューブ１０の呑み口部において乱流が発生し、軸流インペラ６が被処理液から受ける荷重変動が大きくなり、軸流インペラ６が半径方向に振動し易くなる。
【０００５】
そこで、特許文献１においては、図１８に示すように、軸流インペラ６の周りに環状の溝３２が設け、軸流インペラ６が横方向に振動したときにドラフトチューブ１０に接触するのを防止している。この環状の溝３２の半径方向の奥行きは、通常０．０５Ｄ程度（Ｄ：インペラ直径）に形成されている。さらに、環状の溝３２は、軸反り偏心による軸流インペラ６の振れ回りや回転体軸流インペラ６と駆動軸の固有振動による横振れや、保持ユニット１Ａの固有振動に伴う横揺れによる軸流インペラ６とドラフトチューブ１０との接触を回避する役割も有している。また、上述の撹拌方式に用いられる軸流インペラ６には、特許文献２−４に開示されている汚水などを活性汚泥で好気的に処理する撹拌曝気装置の軸流インペラが用いられる。
【特許文献１】特公昭５３−１０２８１号
【特許文献２】特許第３２３９１７０号
【特許文献３】特許第３２３９１７１号
【特許文献４】特許第３２３９１７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した機械式による撹拌装置１において、製造コストの低減や振動・騒音を低減するために軸流インペラ６の小型化が求められている。適正な撹拌をするための送水量を維持しながら軸流インペラ６の小型化を図るためには、軸流インペラ６の回転数を高くして送水流速を大きくする必要がある。
【０００７】
しかし、特許文献１−４に示すような駆動軸５を片持ち保持する撹拌装置の場合、軸反り偏心や回転中の遠心力による軸曲げに伴い、インペラ６の振れ回りやインペラ６−駆動軸の固有振動と支柱８−ドラフトチューブ１０の固有振動との共振、吸込み流れの乱流に起因する振動を回避する必要がある。このため、特定の回転数以下で運転する必要があり、小型化に必要な回転数での運転が難しいという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、軸流インペラの振動を低減させ装置の小型化を図ることができる撹拌装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撹拌装置は、被処理液を収容した処理槽の上部に取り付けられた保持ユニットと、該保持ユニットに保持された処理槽内の被処理液を撹拌する撹拌ユニットと、被処理液内に位置するように保持ユニットに保持されたドラフトチューブとを備えた撹拌装置において、撹拌ユニットが、保持ユニットに保持される基台と、基台上に設けられた回転駆動部と、回転駆動部から処理槽内へ延びる回転駆動部の駆動により回転する駆動軸と、基台に固定され内部に駆動軸が貫通されている支持筒と、支持筒から突出した駆動軸の先端に取り付けられたドラフトチューブ内に位置する軸流インペラと、支持筒の基台側に取り付けられた駆動軸を回転可能に保持する第１軸受けと、支持筒の先端側に取り付けられた駆動軸を回転可能に保持する、処理槽内において保持ユニットにより水平方向に対し支持された第２軸受けとを有するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
なお、撹拌ユニットは、保持ユニットにより保持されるものであればよく、保持ユニットに対し固定されたものであってもよいが、着脱可能に取り付けられることが好ましい。
【００１１】
また、保持ユニットは撹拌ユニットおよびドラフトチューブを保持するものであればその構成を問わず、たとえば処理槽の上部に取り付けられた、撹拌ユニットが挿入される開口部を有する架台と、架台から処理槽内へ向かって延びた先端においてドラフトチューブを支持する支持部材と、支持部材に固定された第２軸受けを水平方向に対し支持する軸受け支持部とを備えたものであってもよい。
【００１２】
さらに、第２軸受けは保持ユニットにより水平方向に対し支持されたものであればその支持方法を問わず、たとえば第２軸受けが支持筒の先端に取り付けられた環状部材内に収容されたものであり、軸受け支持部が環状部材が嵌め込まれる環状枠体を有するものであってもよいし、第２軸受けが支持筒内に収容されている場合には支持筒を保持することにより第２軸受けを間接的に保持するものであってもよい。
【００１３】
特に、環状部材が上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有するものであり、軸受け支持部が環状枠体から環状枠体の中心に向かって突出した、環状部材の側面に当接する傾斜面が形成された突出部材を有するものであってもよい。
【００１４】
また、支持部材は、水面付近に軸受け支持部が設けられた被処理液内において浸水しない上部支柱と、上部支柱に接続された被処理液内に浸水する下部支柱とを備えたものであってもよい。このとき、上部支柱は、棒状の支柱からなるものであってもよいし筒状に形成された支柱筒からなるものであってもよい。
【００１５】
さらに、ドラフトチューブの処理槽内での配置高さは適宜設定されるものであるが、ドラフトチューブの上端と処理槽内における被処理液の最大水位位置との距離が軸流インペラの運転回転数が高いほど距離を大きくなるように、ドラフトチューブが被処理液内に配置されることが好ましい。なお、ドラフトチューブの位置に合わせて、駆動軸および支持筒の長さ・第２軸受けの位置が適宜設定されることになる。
【００１６】
また、ドラフトチューブは、内部に軸流インペラを収容するものであればその構成を問わず、たとえば上端から下端に向かって径が小さくなる第１円錐部と、第１円錐部の下端に連通した軸流インペラを収容する略円筒状に形成された第１円筒部と、第１円筒部の下端に連通した上端から下端に向かって径が大きくなる第２円錐部と、第２円錐部の下端に連通した略円筒状に形成された第２円筒部とを有するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の撹拌装置によれば、被処理液を収容した処理槽の上部に取り付けられた保持ユニットと、保持ユニットに保持された処理槽内の被処理液を撹拌する撹拌ユニットと、被処理液内に位置するように保持ユニットに保持されたドラフトチューブとを備えた撹拌装置において、撹拌ユニットが、保持ユニットに保持される基台と、基台上に設けられた回転駆動部と、回転駆動部から処理槽内へ延びる回転駆動部の駆動により回転する駆動軸と、基台に固定され内部に駆動軸が貫通されている支持筒と、支持筒から突出した駆動軸の先端に取り付けられたドラフトチューブ内に位置する軸流インペラと、支持筒の基台側に取り付けられた駆動軸を回転可能に保持する第１軸受けと、支持筒の先端側に取り付けられた駆動軸を回転可能に保持する、処理槽内において保持ユニットにより水平方向に対し支持された第２軸受けとを有することにより、軸流インペラの回転数を高めた場合であっても保持ユニットが第１軸受けおよび第２軸受けを介して駆動軸を保持し、第２軸受けが支持筒および保持ユニットにより鉛直方向および水平方向において支持されているため、回転する軸流インペラの横揺れを抑制することができ、従来よりも高い回転数での運転が可能となるため、撹拌装置および軸流インペラの小型化を図ることができる。
【００１８】
なお、撹拌ユニットが保持ユニットに対し着脱可能に取り付けられるものであるとき、撹拌ユニットのメンテナンスを容易に行うことができる。
【００１９】
また、保持ユニットが、処理槽の上部に取り付けられた、撹拌ユニットが挿入される開口部を有する架台と、架台から処理槽内へ向かって延びた先端においてドラフトチューブを支持する支持部材と、支持部材に固定された第２軸受けの水平方向に対し支持する軸受け支持部とを備えたものであれば、保持ユニットが第２軸受けの水平方向の移動を規制し、軸流インペラの振動を確実に抑えることができる。
【００２０】
さらに、第２軸受けが支持筒の先端に取り付けられた環状部材内に配置されたものであり、軸受け支持部が環状部材が嵌め込まれる環状枠体を有するものであり、特に、環状部材が上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有するものであり、軸受け支持部が環状枠体から環状枠体の中心に向かって突出した、環状部材の側面に当接する傾斜面が形成された突出部材を有するものであるとき、撹拌ユニットが架台の開口部から挿入されたときに、環状部材と突出部材とをくさび作用により強固に固定することができる。
【００２１】
また、支持部材が、水面付近に軸受け支持部が設けられた被処理液内において浸水しない上部支柱と、上部支柱に接続された被処理液内に浸水する下部支柱とを備えたものであれば、第２軸受けが被処理液内に浸水して腐食するのを防止することができる。
【００２２】
特に、上部支柱が筒状に形成された支柱筒からなるものであるとき、保持ユニットの製作性を向上させることができる。
【００２３】
さらに、ドラフトチューブの上端と処理槽内における被処理液の最大水位位置との距離が軸流インペラの運転回転数が高いほど距離を大きくなるように、ドラフトチューブが被処理液内に配置されるものであれば、ドラフトチューブの上端において渦の発生を最小限に抑え、効率的な撹拌を行うことができる。
【００２４】
また、ドラフトチューブが、上端から下端に向かって径が小さくなる第１円錐部と、第１円錐部の下端に連通した軸流インペラを収容する略円筒状に形成された第１円筒部と、第１円筒部の下端に連通した上端から下端に向かって径が大きくなる第２円錐部と、第２円錐部の下端に連通した略円筒状に形成された第２円筒部とを有するとき、従来のように軸流インペラの振動による接触防止のための溝をドラフトチューブに設ける必要がなく溝による流体損失を防止することができる。
【００２５】
さらに、駆動軸が、回転駆動部から第２軸受けまで延びる第１軸部材と、第１駆動軸に着脱可能に接続された先端に軸流インペラを有する第２軸部材とを有するものであるとき、第１軸受け、第２軸受けおよび軸流インペラの補修・交換が容易で、維持管理性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は本発明の撹拌装置の好ましい実施形態を示す模式図である。図１の撹拌装置１００は、いわゆる処理槽ＴＫ上に配置され処理槽ＴＫ内に収容された被処理液を撹拌するものであって、保持ユニット２０、撹拌ユニット４０、ドラフトチューブ３０を有している。保持ユニット２０は撹拌ユニット４０およびドラフトチューブ３０を保持しており、撹拌ユニット４０が作動することによりドラフトチューブ３０内の下向きの流れが形成され処理槽ＴＫ内の被処理液が循環する。
【００２７】
図２は保持ユニット２０の一例を示す模式図である。保持ユニット２０は、架台２１、支持部材２２等を備えている。架台２１は処理槽ＴＫ上に固定されており、図３に示すように撹拌ユニット４０が挿入される開口部２１ａを有している。この架台２１にはドラフトチューブ３０を保持するための支持部材２２が固定されている。支持部材２２は、断面略正方形に配置された４本の支柱からなり、４本の支柱は断面略正方形になるように処理槽ＴＫ内に配置されている。
【００２８】
また、支持部材２２は、上部支柱２２ａと下部支柱２２ｂとからなり、上部支柱２２ａと下部支柱２２ｂとは被処理液の水位Ｗｍａｘよりも上方においてフランジ継ぎ手等を用いて接続されている。したがって、上部支柱２２ａは処理槽ＴＫの大気中に位置し、下部支柱２２ｂは被処理液内に位置することになる。また、各上部支柱２２ａ間は筋かい等の補強材２２Ｘにより接続されており、この補強材２２Ｘにより支持部材２２全体の剛性が高まり制振性能の向上を図ることができる。一方、下部支柱２２ｂにはドラフトチューブ３０上端の呑み口周辺の吸い込み流れを妨げないように筋かいによる補強は行わない。
【００２９】
上部支柱２２ａには、後述するように第２軸受け５３を支持するための軸受け支持部２５が取り付けられている（図１０参照）。また、下部支柱２２ｂの側面にはドラフトチューブ３０上端の呑み口周辺の吸い込み流れを整流するための整流板２３が配置されている。整流板２３は、鉛直方向（矢印Ｚ方向）に延びているとともに、４本の支柱２２の対角線上に向かって放射状に形成されている。整流板２３は、ドラフトチューブ３０が水平平面上に振動したときに流動抵抗体としても作用し、支柱部材２２の振動を減衰させることができる。
【００３０】
図４はドラフトチューブ３０を上部から見た模式図、図５はドラフトチューブ３０の呑み口周辺部位を示す模式図であり、図１から図５を参照してドラフトチューブ３０について説明する。ドラフトチューブ３０は被処理液に下向き（矢印Ｚ１方向）の流れを形成するものであって、下部支柱２２ｂに取り付けられている。なお、ドラフトチューブ３０が処理槽ＴＫの中央に配置されるように、上述した保持ユニット２０が処理槽ＴＫの中央に位置決めされる。
【００３１】
ドラフトチューブ３０は、第１円錐部３０ａ、第１円筒部３０ｂ、第２円錐部３０ｃ、第２円筒部３０ｄを有しており、このうち第１円筒部３０ｂ内に軸流インペラ４５が位置する。そして、軸流インペラ４５の回転により、被処理液は第１円錐部３０ａの上端からドラフトチューブ３０内に流入し円筒部３０ｂの下端から排出される。
【００３２】
第１円錐部３０ａは上端から下端に向かってたとえば漸拡角度が約６０°で径が小さくなるような略円錐形状を有している。これにより、第１円錐部３０ａの上部からドラフトチューブ３０内に被処理液が流入する際、入口損失を小さくして吸い込み流れを効率良く軸流インペラ４５に導くことができる。第１円筒部３０ｂは略一定の直径を有するものであって、内部に軸流インペラ４５が収容されている。なお、第１円筒部３０ｂの側壁と軸流インペラ４５の隙間は、片側０．０１２５Ｄ程度（Ｄ：インペラ直径）とし、ドラフトチューブ３０側に接触防止の為の環状溝（図１７、図１８参照）は設けない。
【００３３】
第２円錐部３０ｃは第１円筒部３０ｂに連通しており、たとえば上端から下端に向かってたとえば漸拡角度が約１０°で径が大きくなるような略円錐形状を有している。この第２円錐部３０ｃはディフューザ部として機能するものであり、下向流の流速エネルギーの一部を圧力エネルギーに変換して送水流速を大きくすることにより摩擦損失の増加を緩和し、流れの剥離を抑制して拡大損失を小さくすることができる。第２円筒部３０ｄは、略一定の直径を有するものであって、ドラフトチューブ３０内の被処理液を処理槽ＴＫの底部に向けて排出する開口が形成されている。
【００３４】
ここで、ドラフトチューブ３０は、第１円錐部３０ａの上端から最大水位位置Ｗｍａｘまでの距離（水かぶりと呼ぶ）がたとえば１．０Ｄ〜１．５Ｄの範囲（Ｄ：インペラ直径）になるように、保持ユニット２０により位置決めされる。なお、上記１．０Ｄ〜１．５Ｄの範囲に限られるものではなく、運転回転数が高いほど距離を大きくするようにしてもよい。これにより、ドラフトチューブ３０の吸い込み部に発生する渦の発生を少なくすることができ、この距離はドラフトチューブ３０の吸い込み部における渦の発生、動力の増加、表層水の吸い込みが弱くなること、運転回転数等を考慮して適宜設定される。また、ドラフトチューブ３０は、処理槽ＴＫの底部と円筒部３０ｃの下端との距離が５Ｄ〜７Ｄ程度（Ｄ：インペラ直径）になるように配置されている。
【００３５】
さらに、ドラフトチューブ３０は、第１円筒部３０ｂ内において、駆動軸４４の先端が挿入される挿入穴３１と複数の案内羽根３２とを有している。挿入穴３１は、先端が砲弾状に形成されており、軸流インペラ４５のボス径とほぼ同じ直径を有している。そして、軸流インペラ４５のボスが挿入穴３１に挿入される。
【００３６】
複数の案内羽根３２はドラフトチューブ３０内に周方向約９０°間隔で取り付けられている。この案内羽根３２は、流れ方向（矢印Ｚ方向）の長さが約０．４Ｄ（Ｄ：軸流インペラ４５の直径）であって、上流側４０％程度の長さの範囲が軸流インペラ４５の傾きとは逆向き方向に円弧状に傾斜している。円弧は半径がたとえば０．２５Ｄ程度（Ｄ：軸流インペラ４５の直径）に形成されており、この円弧の半径はドラフトチューブ３０の径方向に対し略一定になるように形成されている。なお、たとえば軸流インペラ４５と案内羽根３２との隙間は０．０４Ｄ程度（Ｄ：インペラ直径）になるように、ドラフトチューブ３０および撹拌ユニット４０が位置決めされる。これらの隙間は小さいほど流体損失を小さくできるため、製作上また実用上可能な範囲で極力小さくすることが好ましい。
【００３７】
図５は撹拌ユニット４０の一例を示す模式図であり、図５を参照して撹拌ユニット４０について説明する。撹拌ユニット４０は、基台４１、回転駆動部４２、駆動軸４４、軸流インペラ４５を備えている。基台４１は、架台２１の開口部２１ａよりも大きい略矩形状の平坦面を有しており、この基台４１により図７に示すように撹拌ユニット４０が保持ユニット２０に保持される。回転駆動部４２は、基台４１に固定されたモータ４２ａと減速機４２ｂとを備えており、モータ４２ａおよび減速機４２ｂにおいて回転の開始・停止および回転数が制御される。駆動軸４４は、回転駆動部４２から処理槽ＴＫ内へ向かって延びており回転駆動部４２の駆動により回転する。
【００３８】
軸流インペラ４５は駆動軸４４の先端に取り付けられており、ドラフトチューブ３０内に配置される。軸流インペラ４５は、駆動軸４４と一体的に回転することによりドラフトチューブ３０内の被処理液に対し下向き（矢印Ｚ１方向）の流れを形成する。軸流インペラ４５は複数の羽根を有しており、複数の羽根はたとえばピッチ比が１．４または１．２で形成されている。ここで、ピッチとは軸流インペラ４５が幾何学的な羽根角度のまま延長した螺旋面が１回転３６０°した時に進む距離を意味し、ピッチ比とはピッチをインペラの直径Ｄで割ったものを意味する。この軸流インペラ４５としてたとえば特許第３２３９１７０号、特許第３２３９１７１号、特許第３２３９１７２号に開示されたインペラやその他公知の軸流インペラを用いることができる。
【００３９】
さらに、撹拌ユニット４０は、支持筒５０、第１軸受け５１、第２軸受け５２を備えている。支持筒５０は一端側が基台４１に固定されており、図８に示すように内部に駆動軸４４が貫通しており支持筒５０の先端から突出している。第１軸受け５１は、駆動軸４４の回転駆動部４２側を回転可能に保持するものであって、支持筒５０の内部であって基台４１側に収容されている。第２軸受け５２は支持筒５０の先端に取り付けられており、駆動軸４４の中間を回転可能に保持する。
【００４０】
この第２軸受け５２は、処理槽ＴＫ内において保持ユニット２０により水平方向に対し支持されている。具体的には、図９に示すように、第２軸受け５２は、支持筒５０の先端外側に固定された環状部材５３内に収容されている。この環状部材５３は下方に向かって径が小さくなるような円錐形状を有するものであって、側面に傾斜面が形成されている（図６参照）。
【００４１】
一方、図１０に示す軸受け保持部２５は、第２軸受け５３を水平方向（矢印ＸＹ方向）に対し支持するものであって、上部支柱２２ａの下方に取り付けられている。軸受け保持部２５は、環状枠体２５ａおよび突出部材２５ｂを備えている。環状枠体２５ａは、軸流インペラ４５がその内側を通過するために、直径を軸流インペラ４５の直径よりも若干大きく形成されており、上部支柱２２ａの各支柱から張り出した部材２２Ｙで支持している。突出部材２５ｂは、環状枠体２５ａの内面にはリング中心に向かって３〜４枚取り付けられている。突出部材２５ｂは鉛直下方（矢印Ｚ１方向）に行くにしたがい、張り出し長が長くなるような環状部材５３の側面に当接する傾斜が形成されている。
【００４２】
ここで、図１１Ａは軸受け保持部に第２軸受けが支持された状態を示す上面図および断面図をそれぞれ示している。撹拌ユニット４０が保持ユニット２０に挿入された際、環状部材５３が環状枠体２５ａに対しはめ込み固定される。このとき、環状部材５３の側面と突出部材２５ｂの傾斜とにおいてくさび作用が働き、第２軸受け５２は軸受け保持部２５に対し強固に固定される。
【００４３】
ここで、上述した軸受け保持部２５は、浸水しない上部支柱２２ａ側に取り付けられているため、第２軸受け５２も浸水しないことになる。したがって、第２軸受け５２として潤滑も容易で市販の転がり標準軸受けを採用でき、複雑な機構を用いずに連続運転が可能となる。すなわち、軸流インペラ４５近傍の被処理液内に軸受けを設け、駆動軸を両端支持する構造を採用することにより振動を抑制することも考えられる。しかし、軸受けを被処理液内に浸水させたときには軸受潤滑装置が必要になり構造が複雑となり製造コストが高くなる。さらに、撹拌ユニット４０を保持ユニット２０から着脱することができなくなり、容易に陸上へ引き上げることができず保守が不便となるなどの欠点がある。一方、上述した撹拌装置１００においては、第２軸受け５２は浸水しない上部支柱２２ａ側に取り付けられているため、複雑な機構を用いずに連続運転が可能となる。
【００４４】
なお、第２軸受け５２はできるだけ下方に設置する方が振動の抑制効果は高いため、飛散した被処理液で濡れず、かつ最大水位位置Ｗｍａｘ付近の位置するように配置されており、たとえば液面より１０ｃｍ程度上方になるように軸受け支持部２５の高さおよび軸受け保持部２５の高さを調節し設置される。
【００４５】
図１２は撹拌ユニット４０が保持ユニット２０へ設置される様子を示す模式図であり、図１２を参照して撹拌ユニット４０の設置方法について説明する。まず撹拌ユニット４０が軸流インペラ４５を下向きにして鉛直上方から架台２１の開口部２１ａに挿入される。その後、撹拌ユニット４０が鉛直下方（矢印Ｚ１方向）に移動していき、図１３に示すように、架台２１の開口部２１ａ周囲の座面と、撹拌ユニット４０の架台２１の底面とが接触する（図７参照）。同時に、撹拌ユニット４０側の環状部材５３が保持ユニット２０側の環状枠体２５ａにはめ込まれる（図１１参照）。そして、架台２１と架台２１とがボルト等の固定部材を用いて固定される。
【００４６】
このように、駆動軸４４が第１軸受け５１とともに保持ユニット２０により水平方向に対し第２軸受け５３が保持されていることにより、軸流インペラ４５の横揺れを効果的に抑制し、従来よりも高い回転数での運転を行うことができる。さらに、運転回転数を高めることにより送水流速を大きくでき，場合であっても従来と同程度の撹拌能力を従来と比べて小型の軸流インペラを用いて得ることができる。
【００４７】
すなわち、図１７、図１８に示す従来例のように、軸流インペラ６の横揺れを抑制を抑えるのではなくドラフトチューブに溝３２を設けることにより、軸流インペラ６とドラフトチューブとの接触を防止する場合、溝３２における流体損失が大きくなり、効率的な撹拌を行うことができないとともに、横揺れが大きくなるのを防止するために回転速度を上げることもできないという問題がある。
【００４８】
さらに、ドラフトチューブ１０に溝３２を設けた場合、溝３２での流体損失は送水流速の２乗に比例して大きくなる。このため、装置を小型化して送水流速を大きくする場合には、流体損失を小さくするために溝３２の軸方向幅とインペラ半径方向奥行きを小さくする必要がある。しかしながら、従来の溶接構造での製作では加工部位が小さくなるため製造が困難になる問題がある。
【００４９】
またこの形式の撹拌装置を使用する処理槽は、駆動機を設置する上部からインペラを配置する液面までの距離が１．７ｍにも及ぶ場合がある。その際、駆動軸４４の長さは２ｍ以上となり非常に長いものとなる。装置を小型化した場合でも駆動軸４４の必要長さはほぼ同じとなるが，流体損失を考慮して適正な駆動軸径を選択した場合，軸流インペラ４５の小型化に伴って従来サイズの駆動軸径に比べて細い駆動軸となる．そのため駆動軸の剛性が低下して振動が発生しやすくなるといった問題がある。
【００５０】
一方、駆動軸４４が第１軸受け５１とともに保持ユニット２０により水平方向に対し第２軸受け５３が保持されていることにより、軸流インペラ４５の横揺れを効果的に抑制し、従来よりも高い回転数での運転を行うことができる。さらに、撹拌装置１００全体を小型化することができるため、撹拌装置１００を設置するため処理槽ＴＫに設ける開口の寸法を小さくできるとともに、機器重量が軽量化するため処理槽ＴＫの上壁への荷重負担も軽減することができる。
【００５１】
図１４は本発明の撹拌装置の第２の実施形態を示す模式図であり、図１４を参照して撹拌ユニット２４０について説明する。なお、図１４の撹拌ユニット２４０において図６の撹拌ユニット４０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４の撹拌ユニット２４０が図６の撹拌ユニット４０と異なる点は、駆動軸の構造である。
【００５２】
図１４においては、駆動軸２４４は、第１軸部材２４４ａと第２軸部材２４４ｂとを備えており、第１軸部材２４４ａと第２軸部材２４４ｂとは第２軸受け５３の若干下方においてフランジ２４１により接続されている。これにより、保守・点検時には第２軸部材２４４ｂを第１軸部材２４４ａから外すことにより、撹拌ユニット４０の全長を短くすることができる。つまり、処理槽ＴＫの上面から処理液面までの距離が大きい場合には、駆動軸４４が非常に長くなり、撹拌ユニット４０の全長が３ｍを超える場合も考えられる。処理槽ＴＫが一般的な天井高の屋内にある場合、保守・点検時に撹拌ユニット４０をクレーン等で鉛直方向（矢印Ｚ方向）に引き上げることができない可能性がある。このとき、図１４に示すように、第２軸部材２４４ｂが第１軸部材２４４ａに対し着脱可能な構成を有するものであれば、第１軸部材２４４ａの高さまで引き上げれば撹拌ユニット４０のメンテナンスを行うことができるため、特殊な処理槽ＴＫであっても保守・点検を効率的に行うことができる。
【００５３】
図１５および図１６は本発明の撹拌装置の第２の実施形態を示す模式図であり、図１５および図１６を参照して撹拌装置３００について説明する。なお、図１５、図１６の撹拌装置３００において図１の撹拌装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１５、図１６の撹拌装置２００が図１の撹拌装置１００と異なる点は上部支柱の形状および構造である。
【００５４】
図１５および図１６の上部支柱３２２ａは円筒状の支柱筒からなっており、架台２１に対しフランジ接合されている。上部支柱３２２ａは、軸流インペラ４５の直径よりもやや大きい直径の直管部３２２Ｘと、その下方に位置する、下向きに直径が漸次拡大する円錐部３２２Ｙとで構成されている。円錐部３２２Ｙの下端には下部支柱２２ｂを固定するためのフランジが設けられている。また円錐部３２２Ｙの外面には補強用のリブ３２２Ｚが数カ所に取り付けられており、内面には軸受け保持部２５が設けられている。
【００５５】
このように、上部支柱３２２ａを円筒形状にすることにより、保持ユニット２０の部品点数を減らし組み立てを容易にすることができるとともに、製作性を向上させることができる。
【実施例】
【００５６】
清水中での水槽試験において確認した撹拌処理の要求性能を満足する最小動力の例を実施例１および実施例２として示す。撹拌処理における要求性能とは、汚泥が沈降・腐敗しないために処理槽底部の時間平均流速を０．１ｍ／ｓ以上に維持することを意味する。なお、下記実施例１、２において比較のために従来型インペラ径φ８００ｍｍのデータも併せて示す。なお、撹拌動力投入密度は、撹拌特性を表す指標の１つで、所要動力を撹拌容積で除したものである。
【００５７】
＜実施例１＞
７ｍ×７ｍ×６ｍの試験水槽（処理槽ＴＫ）を用い５．９ｍまで清水（被処理液）を満たし（撹拌容積：２８９ｍ３）、図１の撹拌装置１００の軸流インペラ径Ｄ、回転数、送水流量を下記表１のように設定したときの撹拌結果（撹拌動力投入密度）を示す。なお、下記表１において実施例１ではピッチ比１．４、従来型ではピッチ比０．９の軸流インペラを使用しており、従来のものに比べてピッチ比を大きくし、同一回転数での発生差圧揚程が大きく、より大きな送水量において最高効率を得られるようにした。また、底部平均流速は槽底面から１０ｃｍ上方の槽中心（撹拌装置の中心）から括弧内の距離離れた位置での値を示す。
【表１】
【００５８】
表１において、実施例１は従来型に比べて軸流インペラ径を半分に小型化する一方、回転数を略３倍に高め、撹拌動力投入密度をほぼ同一の値にする。つまり、装置を小型化し回転数を高めた場合であっても駆動軸および軸流インペラの振動を従来例に対し抑え、ドラフトチューブに環状溝を形成する必要がなくなったため、被処理液の流量損失が低減したことを意味する。
【００５９】
＜実施例２＞
８ｍ×８ｍ×１０ｍの試験水槽（処理槽ＴＫ）に１０ｍまで清水（被処理液）を満たし（撹拌容積：６４０ｍ３）、図１の撹拌装置１００の軸流インペラ径Ｄ、回転数、送水流量を下記表２のように設定したときの撹拌結果（撹拌動力投入密度）を示す。なお、下記表２において実施例２ではピッチ比１．４であるのに対し従来型ではピッチ比０．９の軸流インペラを使用し、同一回転数での発生差圧揚程が大きく、より大きな送水量において最高効率を得られるようにした。底部平均流速は槽底面から１０ｃｍ上方の槽中心（撹拌装置の中心）から括弧内の距離離れた位置での値を示す。
【表２】
【００６０】
表２において、実施例２は従来型に比べて軸流インペラ径を半分の大きさに小型化するとともに回転数を略３倍に高めた場合であっても、撹拌動力投入密度はほぼ同一の値になる。これは、軸流インペラを小型化し回転数を高めた場合であっても駆動軸および軸流インペラの振動を抑えドラフトチューブに環状溝が不要になったことにより、被処理液の流量損失が低減したことを意味する。
【００６１】
上記各実施の形態によれば、被処理液を収容した処理槽ＴＫの上部に取り付けられた保持ユニット２０と、保持ユニット２０に保持された処理槽ＴＫ内の被処理液を撹拌する撹拌ユニット４０と、被処理液内に位置するように保持ユニット２０に保持されたドラフトチューブ３０とを備えた撹拌装置１００において、撹拌ユニット４０が、保持ユニット２０に保持される基台４１と、基台４１上に設けられた回転駆動部４２と、回転駆動部４２から処理槽ＴＫ内へ延びる回転駆動部４２の駆動により回転する駆動軸４４と、基台４１に固定され内部に駆動軸４４が貫通されている支持筒５０と、支持筒５０から突出した駆動軸４４の先端に取り付けられたドラフトチューブ３０内に位置する軸流インペラ４５と、支持筒５０の基台４１側に取り付けられた駆動軸４４を回転可能に保持する第１軸受け５１と、支持筒５０の先端側に取り付けられた駆動軸４４を回転可能に保持する、処理槽ＴＫ内において保持ユニット２０により水平方向に対し支持された第２軸受け５２とを有することにより、軸流インペラ４５の回転数を高めた場合であっても保持ユニット２０が第１軸受け５１および第２軸受け５２を介して駆動軸を保持し、さらに第２軸受け５２が支持筒５０および保持ユニット２０により鉛直方向および水平方向において支持されているため、回転する軸流インペラの横揺れを抑制することができ、従来よりも高い回転数での運転が可能となるため、撹拌装置および軸流インペラの小型化を図ることができる。
【００６２】
なお、図１２に示すように、撹拌ユニット４０が保持ユニット２０に対し着脱可能に取り付けられるものであるとき、撹拌ユニット４０のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００６３】
また、図２に示すように、保持ユニット２０が、処理槽ＴＫの上部に取り付けられた、撹拌ユニット４０が挿入される開口部２１ａを有する架台１２と、架台２１から処理槽ＴＫ内へ向かって延びた先端においてドラフトチューブ３０を支持する支持部材２２と、支持部材２２に固定された第２軸受け５２の水平方向に対し支持する軸受け支持部２５とを備えたものであれば、保持ユニット２０が第２軸受け５２の水平方向の移動を規制し、軸流インペラ４５の振動を確実に抑えることができる。
【００６４】
さらに、図１１に示すように、第２軸受け５２が支持筒５０の先端に取り付けられた環状部材５３内に配置されたものであり、軸受け支持部２５が環状部材５３が嵌め込まれる環状枠体２５ａを有するものであり、特に、環状部材５３が上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有するものであり、軸受け支持部２５が環状枠体２５ａから環状枠体２５ａの中心に向かって突出した、環状部材５３の側面に当接する傾斜面が形成された突出部材２５ｂを有するものであるとき、撹拌ユニット４０が架台２１の開口部２１ａから挿入されたときに、環状部材５３と突出部材２５ｂとがくさび作用により強固に固定することができる。
【００６５】
また、図２に示すように、支持部材２２が、水面付近に軸受け支持部２５が設けられた被処理液内において浸水しない上部支柱２２ａと、上部支柱２２ａに接続された被処理液内に浸水する下部支柱２２ｂとを備えたものであれば、第２軸受け５２が被処理液内に浸水して腐食するのを防止することができる。
【００６６】
特に、図１５、図１６に示すように、上部支柱３２２ａが筒状に形成された支柱筒からなるものであるとき、保持ユニット２０の製作性を向上させることができる。
【００６７】
さらに、ドラフトチューブ３０の上端と処理槽内における被処理液の最大水位位置との距離が軸流インペラの運転回転数が高いほど距離を大きくなるように、ドラフトチューブが被処理液内に配置されるものであれば、ドラフトチューブ３０の上端において渦の発生を最小限に抑え、効率的な撹拌を行うことができる。
【００６８】
また、図４に示すように、ドラフトチューブ３０が、上端から下端に向かって径が小さくなる第１円錐部３０ａと、第１円錐部３０ａの下端に連通した軸流インペラ４５を収容する略円筒状に形成された第１円筒部３０ｂと、第１円筒部３０ｂの下端に連通した上端から下端に向かって径が大きくなる第２円錐部３０ｃと、第２円錐部３０ｃの下端に連通した略円筒状に形成された第２円筒部３０ｄとを有するとき、従来のように軸流インペラの振動による接触防止のための溝をドラフトチューブ３０に設ける必要がなく溝による流体損失を防止することができる。
【００６９】
さらに、図１４に示すように、駆動軸４４が、回転駆動部から第２軸受けまで延びる第１軸部材２４４ａと、第１軸部材２４４ａに着脱可能に接続された先端に軸流インペラ４５を有する第２軸部材２４４ｂとを有するものであるとき、第１軸受け５１、第２軸受け５２および軸流インペラ４５の補修・交換が容易で、維持管理性を高くすることができる。
【００７０】
なお、本発明の実施形態は上記実施の形態に限定されない。たとえば図１の保持ユニット２０の支持部材として４本の支柱を用いた場合（図１参照）および支柱筒を用いた場合（図１５参照）について例示しているが、２本以上の複数本の支柱を矢印Ｚ方向に対し対称に配置するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記各実施の形態において、第２軸受け５２が支持筒５０の先端に取り付けられている場合について例示しているが、支持筒５０内に先端付近において収容された構造を有するものであってもよい。このとき、保持ユニット２０は支持筒５０を保持することにより、第２軸受け５３を間接的に保持し軸流インペラ４５の横揺れを抑制することができる。このとき、支持筒５０の側面に傾斜面を形成するようにすれば、上述したようなくさび作用を得ることができる。
【００７２】
さらに、上記各実施形態において、ドラフトチューブ３０は、第１円錐部３０ａ、第１円筒部３０ｂ、第２円錐部３０ｃ、第２円筒部３０ｄを有する場合について例示しているが、第２円錐部３０ｃに代えて第１円筒部３０ｂを下端まで延ばすような構成を有するものであってもよい。この場合であっても、従来のようにドラフトチューブ３０に溝を設ける必要がなく（図５参照）、溝３２による流量抵抗の増加を防止することができる。
【００７３】
また、ドラフトチューブ３０において、第１円錐部３０ａに代えてベルマウスの様な曲線形状を有するようにしてもよい。これにより、ドラフトチューブ３０の上部から被処理液が流入する際の入口損失をさらに小さくすることができる。
【００７４】
さらに、上記各実施形態において、第１軸受け５１と第２軸受け５３とにより駆動軸を回転保持している場合について例示しているが、支持筒５０内において第１軸受け５１と第２軸受け５３の間にさらに軸受けを配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の撹拌装置の好ましい実施形態を示す縦断面図
【図２】図１の撹拌装置における保持ユニットの一例を示す模式図
【図３】図１の保持ユニットにおける架台の一例を示す上メンズ
【図４】図１のドラフトチューブの一例を示す模式図
【図５】図１のドラフトチューブの第１円錐部周辺を示す模式図
【図６】図１の撹拌装置における撹拌ユニットの一例を示す模式図
【図７】図６の撹拌ユニットの基台が架台に設置された様子を示す模式図
【図８】図６の撹拌ユニットの支持筒内に駆動軸が収容された様子を示す断面図
【図９】図６の撹拌ユニットにおける第２軸受けの構造を示す断面図
【図１０】図２の保持ユニットにおける軸受け保持部の構造を示す模式図
【図１１Ａ】軸受け保持部に第２軸受けが支持される様子を示す模式図
【図１１Ｂ】軸受け保持部に第２軸受けが支持される様子を示す断面図
【図１２】撹拌ユニットが保持ユニットから着脱される様子を示す模式図
【図１３】撹拌ユニットが保持ユニットに装着された様子を示す模式図
【図１４】本発明の撹拌装置における撹拌ユニットの第２の実施形態を示す断面図
【図１５】本発明の撹拌装置における保持ユニットの第３の実施形態を示す断面図
【図１６】図１５における上部支柱の一例を示す上面図
【図１７】従来の撹拌装置の一例を示す縦断面図
【図１８】図１５の撹拌装置の軸流インペラとドラフトチューブの溝の一例を示す縦断面図
【符号の説明】
【００７６】
２０ 保持ユニット
２１ 架台
２１ａ 開口部
２２ 支持部材
２２ａ、３２２ａ 上部支柱
２２ｂ 下部支柱
２３ 整流板
２５ 軸受け支持部
２５ａ 環状枠体
２５ｂ 突出部材
３０ ドラフトチューブ
３０ａ 第１円錐部
３０ｂ 第１円筒部
３０ｃ 第２円錐部
３０ｄ 第２円筒部
３２ 案内羽根
４０ 撹拌ユニット
４１ 基台
４２ 回転駆動部
４４、２４４ 駆動軸
４５ 軸流インペラ
５０ 支持筒
５３ 環状部材
１００、２００、３００ 撹拌装置
２４４ａ 第１軸部材
２４４ｂ 第２軸部材
ＴＫ 処理槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下廃水、し尿などの汚水や汚泥等の被処理液の浄化処理に使用する撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理槽内に収容された汚水などの被処理液を撹拌する方式として、ポンプを用いて撹拌を行う方式とインペラを回転させて撹拌を行う機械による撹拌方式とが知られている。ここで、図１７にはたとえば特許文献１−４に示す従来の機械式撹拌装置の一例を示す。図１７において、機械式撹拌装置１は、保持ユニット１Ａと、処理槽ＴＫ内において保持ユニット１Ａに保持されている円筒状のハウジングであるドラフトチューブ１０と、ドラフトチューブ１０内の被処理液に下向流を形成する保持ユニット１Ａに着脱可能に保持された撹拌ユニット１Ｂとを備えている。
【０００３】
保持ユニット１Ａは架台７、支柱８で構成されており、撹拌ユニット１Ｂは、モータ２と、モータ２により回転する駆動軸５と、駆動軸５の先端に取り付けられたドラフトチューブ１０内に同軸上に配置される軸流インペラ６とを具備している。さらに、ドラフトチューブ１０は軸流インペラ６の下に同軸上に配置された案内羽根１１を備えている。そして、軸流インペラ６が回転することによりドラフトチューブ１０内に下向流が形成されたとき、被処理液が表層から底部に移送し、処理槽ＴＫ内に大きな循環流を形成して槽内の被処理液全体を撹拌する。
【０００４】
ここで、撹拌ユニット１Ｂの駆動軸５は架台７上の軸受け４のみで片持ち支持されている。このため、軸流インペラ６の回転に伴いドラフトチューブ１０の呑み口部において乱流が発生し、軸流インペラ６が被処理液から受ける荷重変動が大きくなり、軸流インペラ６が半径方向に振動し易くなる。
【０００５】
そこで、特許文献１においては、図１８に示すように、軸流インペラ６の周りに環状の溝３２が設け、軸流インペラ６が横方向に振動したときにドラフトチューブ１０に接触するのを防止している。この環状の溝３２の半径方向の奥行きは、通常０．０５Ｄ程度（Ｄ：インペラ直径）に形成されている。さらに、環状の溝３２は、軸反り偏心による軸流インペラ６の振れ回りや回転体軸流インペラ６と駆動軸の固有振動による横振れや、保持ユニット１Ａの固有振動に伴う横揺れによる軸流インペラ６とドラフトチューブ１０との接触を回避する役割も有している。また、上述の撹拌方式に用いられる軸流インペラ６には、特許文献２−４に開示されている汚水などを活性汚泥で好気的に処理する撹拌曝気装置の軸流インペラが用いられる。
【特許文献１】特公昭５３−１０２８１号
【特許文献２】特許第３２３９１７０号
【特許文献３】特許第３２３９１７１号
【特許文献４】特許第３２３９１７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した機械式による撹拌装置１において、製造コストの低減や振動・騒音を低減するために軸流インペラ６の小型化が求められている。適正な撹拌をするための送水量を維持しながら軸流インペラ６の小型化を図るためには、軸流インペラ６の回転数を高くして送水流速を大きくする必要がある。
【０００７】
しかし、特許文献１−４に示すような駆動軸５を片持ち保持する撹拌装置の場合、軸反り偏心や回転中の遠心力による軸曲げに伴い、インペラ６の振れ回りやインペラ６−駆動軸の固有振動と支柱８−ドラフトチューブ１０の固有振動との共振、吸込み流れの乱流に起因する振動を回避する必要がある。このため、特定の回転数以下で運転する必要があり、小型化に必要な回転数での運転が難しいという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、軸流インペラの振動を低減させ装置の小型化を図ることができる撹拌装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撹拌装置は、被処理液を収容した処理槽の上部に取り付けられた保持ユニットと、該保持ユニットに保持された処理槽内の被処理液を撹拌する撹拌ユニットと、被処理液内に位置するように保持ユニットに保持されたドラフトチューブとを備えた撹拌装置において、撹拌ユニットが、保持ユニットに保持される基台と、基台上に設けられた回転駆動部と、回転駆動部から処理槽内へ延びる回転駆動部の駆動により回転する駆動軸と、基台に固定され内部に駆動軸が貫通されている支持筒と、支持筒から突出した駆動軸の先端に取り付けられたドラフトチューブ内に位置する軸流インペラと、支持筒の基台側に取り付けられた駆動軸を回転可能に保持する第１軸受けと、支持筒の先端側に取り付けられた駆動軸を回転可能に保持する、処理槽内において保持ユニットにより水平方向に対し支持された第２軸受けとを有するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
なお、撹拌ユニットは、保持ユニットにより保持されるものであればよく、保持ユニットに対し固定されたものであってもよいが、着脱可能に取り付けられることが好ましい。
【００１１】
また、保持ユニットは撹拌ユニットおよびドラフトチューブを保持するものであればその構成を問わず、たとえば処理槽の上部に取り付けられた、撹拌ユニットが挿入される開口部を有する架台と、架台から処理槽内へ向かって延びた先端においてドラフトチューブを支持する支持部材と、支持部材に固定された第２軸受けを水平方向に対し支持する軸受け支持部とを備えたものであってもよい。
【００１２】
さらに、第２軸受けは保持ユニットにより水平方向に対し支持されたものであればその支持方法を問わず、たとえば第２軸受けが支持筒の先端に取り付けられた環状部材内に収容されたものであり、軸受け支持部が環状部材が嵌め込まれる環状枠体を有するものであってもよいし、第２軸受けが支持筒内に収容されている場合には支持筒を保持することにより第２軸受けを間接的に保持するものであってもよい。
【００１３】
特に、環状部材が上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有するものであり、軸受け支持部が環状枠体から環状枠体の中心に向かって突出した、環状部材の側面に当接する傾斜面が形成された突出部材を有するものであってもよい。
【００１４】
また、支持部材は、水面付近に軸受け支持部が設けられた被処理液内において浸水しない上部支柱と、上部支柱に接続された被処理液内に浸水する下部支柱とを備えたものであってもよい。このとき、上部支柱は、棒状の支柱からなるものであってもよいし筒状に形成された支柱筒からなるものであってもよい。
【００１５】
さらに、ドラフトチューブの処理槽内での配置高さは適宜設定されるものであるが、ドラフトチューブの上端と処理槽内における被処理液の最大水位位置との距離が軸流インペラの運転回転数が高いほど距離を大きくなるように、ドラフトチューブが被処理液内に配置されることが好ましい。なお、ドラフトチューブの位置に合わせて、駆動軸および支持筒の長さ・第２軸受けの位置が適宜設定されることになる。
【００１６】
また、ドラフトチューブは、内部に軸流インペラを収容するものであればその構成を問わず、たとえば上端から下端に向かって径が小さくなる第１円錐部と、第１円錐部の下端に連通した軸流インペラを収容する略円筒状に形成された第１円筒部と、第１円筒部の下端に連通した上端から下端に向かって径が大きくなる第２円錐部と、第２円錐部の下端に連通した略円筒状に形成された第２円筒部とを有するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の撹拌装置によれば、被処理液を収容した処理槽の上部に取り付けられた保持ユニットと、保持ユニットに保持された処理槽内の被処理液を撹拌する撹拌ユニットと、被処理液内に位置するように保持ユニットに保持されたドラフトチューブとを備えた撹拌装置において、撹拌ユニットが、保持ユニットに保持される基台と、基台上に設けられた回転駆動部と、回転駆動部から処理槽内へ延びる回転駆動部の駆動により回転する駆動軸と、基台に固定され内部に駆動軸が貫通されている支持筒と、支持筒から突出した駆動軸の先端に取り付けられたドラフトチューブ内に位置する軸流インペラと、支持筒の基台側に取り付けられた駆動軸を回転可能に保持する第１軸受けと、支持筒の先端側に取り付けられた駆動軸を回転可能に保持する、処理槽内において保持ユニットにより水平方向に対し支持された第２軸受けとを有することにより、軸流インペラの回転数を高めた場合であっても保持ユニットが第１軸受けおよび第２軸受けを介して駆動軸を保持し、第２軸受けが支持筒および保持ユニットにより鉛直方向および水平方向において支持されているため、回転する軸流インペラの横揺れを抑制することができ、従来よりも高い回転数での運転が可能となるため、撹拌装置および軸流インペラの小型化を図ることができる。
【００１８】
なお、撹拌ユニットが保持ユニットに対し着脱可能に取り付けられるものであるとき、撹拌ユニットのメンテナンスを容易に行うことができる。
【００１９】
また、保持ユニットが、処理槽の上部に取り付けられた、撹拌ユニットが挿入される開口部を有する架台と、架台から処理槽内へ向かって延びた先端においてドラフトチューブを支持する支持部材と、支持部材に固定された第２軸受けの水平方向に対し支持する軸受け支持部とを備えたものであれば、保持ユニットが第２軸受けの水平方向の移動を規制し、軸流インペラの振動を確実に抑えることができる。
【００２０】
さらに、第２軸受けが支持筒の先端に取り付けられた環状部材内に配置されたものであり、軸受け支持部が環状部材が嵌め込まれる環状枠体を有するものであり、特に、環状部材が上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有するものであり、軸受け支持部が環状枠体から環状枠体の中心に向かって突出した、環状部材の側面に当接する傾斜面が形成された突出部材を有するものであるとき、撹拌ユニットが架台の開口部から挿入されたときに、環状部材と突出部材とをくさび作用により強固に固定することができる。
【００２１】
また、支持部材が、水面付近に軸受け支持部が設けられた被処理液内において浸水しない上部支柱と、上部支柱に接続された被処理液内に浸水する下部支柱とを備えたものであれば、第２軸受けが被処理液内に浸水して腐食するのを防止することができる。
【００２２】
特に、上部支柱が筒状に形成された支柱筒からなるものであるとき、保持ユニットの製作性を向上させることができる。
【００２３】
さらに、ドラフトチューブの上端と処理槽内における被処理液の最大水位位置との距離が軸流インペラの運転回転数が高いほど距離を大きくなるように、ドラフトチューブが被処理液内に配置されるものであれば、ドラフトチューブの上端において渦の発生を最小限に抑え、効率的な撹拌を行うことができる。
【００２４】
また、ドラフトチューブが、上端から下端に向かって径が小さくなる第１円錐部と、第１円錐部の下端に連通した軸流インペラを収容する略円筒状に形成された第１円筒部と、第１円筒部の下端に連通した上端から下端に向かって径が大きくなる第２円錐部と、第２円錐部の下端に連通した略円筒状に形成された第２円筒部とを有するとき、従来のように軸流インペラの振動による接触防止のための溝をドラフトチューブに設ける必要がなく溝による流体損失を防止することができる。
【００２５】
さらに、駆動軸が、回転駆動部から第２軸受けまで延びる第１軸部材と、第１駆動軸に着脱可能に接続された先端に軸流インペラを有する第２軸部材とを有するものであるとき、第１軸受け、第２軸受けおよび軸流インペラの補修・交換が容易で、維持管理性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は本発明の撹拌装置の好ましい実施形態を示す模式図である。図１の撹拌装置１００は、いわゆる処理槽ＴＫ上に配置され処理槽ＴＫ内に収容された被処理液を撹拌するものであって、保持ユニット２０、撹拌ユニット４０、ドラフトチューブ３０を有している。保持ユニット２０は撹拌ユニット４０およびドラフトチューブ３０を保持しており、撹拌ユニット４０が作動することによりドラフトチューブ３０内の下向きの流れが形成され処理槽ＴＫ内の被処理液が循環する。
【００２７】
図２は保持ユニット２０の一例を示す模式図である。保持ユニット２０は、架台２１、支持部材２２等を備えている。架台２１は処理槽ＴＫ上に固定されており、図３に示すように撹拌ユニット４０が挿入される開口部２１ａを有している。この架台２１にはドラフトチューブ３０を保持するための支持部材２２が固定されている。支持部材２２は、断面略正方形に配置された４本の支柱からなり、４本の支柱は断面略正方形になるように処理槽ＴＫ内に配置されている。
【００２８】
また、支持部材２２は、上部支柱２２ａと下部支柱２２ｂとからなり、上部支柱２２ａと下部支柱２２ｂとは被処理液の水位Ｗｍａｘよりも上方においてフランジ継ぎ手等を用いて接続されている。したがって、上部支柱２２ａは処理槽ＴＫの大気中に位置し、下部支柱２２ｂは被処理液内に位置することになる。また、各上部支柱２２ａ間は筋かい等の補強材２２Ｘにより接続されており、この補強材２２Ｘにより支持部材２２全体の剛性が高まり制振性能の向上を図ることができる。一方、下部支柱２２ｂにはドラフトチューブ３０上端の呑み口周辺の吸い込み流れを妨げないように筋かいによる補強は行わない。
【００２９】
上部支柱２２ａには、後述するように第２軸受け５３を支持するための軸受け支持部２５が取り付けられている（図１０参照）。また、下部支柱２２ｂの側面にはドラフトチューブ３０上端の呑み口周辺の吸い込み流れを整流するための整流板２３が配置されている。整流板２３は、鉛直方向（矢印Ｚ方向）に延びているとともに、４本の支柱２２の対角線上に向かって放射状に形成されている。整流板２３は、ドラフトチューブ３０が水平平面上に振動したときに流動抵抗体としても作用し、支柱部材２２の振動を減衰させることができる。
【００３０】
図４はドラフトチューブ３０を上部から見た模式図、図５はドラフトチューブ３０の呑み口周辺部位を示す模式図であり、図１から図５を参照してドラフトチューブ３０について説明する。ドラフトチューブ３０は被処理液に下向き（矢印Ｚ１方向）の流れを形成するものであって、下部支柱２２ｂに取り付けられている。なお、ドラフトチューブ３０が処理槽ＴＫの中央に配置されるように、上述した保持ユニット２０が処理槽ＴＫの中央に位置決めされる。
【００３１】
ドラフトチューブ３０は、第１円錐部３０ａ、第１円筒部３０ｂ、第２円錐部３０ｃ、第２円筒部３０ｄを有しており、このうち第１円筒部３０ｂ内に軸流インペラ４５が位置する。そして、軸流インペラ４５の回転により、被処理液は第１円錐部３０ａの上端からドラフトチューブ３０内に流入し円筒部３０ｂの下端から排出される。
【００３２】
第１円錐部３０ａは上端から下端に向かってたとえば漸拡角度が約６０°で径が小さくなるような略円錐形状を有している。これにより、第１円錐部３０ａの上部からドラフトチューブ３０内に被処理液が流入する際、入口損失を小さくして吸い込み流れを効率良く軸流インペラ４５に導くことができる。第１円筒部３０ｂは略一定の直径を有するものであって、内部に軸流インペラ４５が収容されている。なお、第１円筒部３０ｂの側壁と軸流インペラ４５の隙間は、片側０．０１２５Ｄ程度（Ｄ：インペラ直径）とし、ドラフトチューブ３０側に接触防止の為の環状溝（図１７、図１８参照）は設けない。
【００３３】
第２円錐部３０ｃは第１円筒部３０ｂに連通しており、たとえば上端から下端に向かってたとえば漸拡角度が約１０°で径が大きくなるような略円錐形状を有している。この第２円錐部３０ｃはディフューザ部として機能するものであり、下向流の流速エネルギーの一部を圧力エネルギーに変換して送水流速を大きくすることにより摩擦損失の増加を緩和し、流れの剥離を抑制して拡大損失を小さくすることができる。第２円筒部３０ｄは、略一定の直径を有するものであって、ドラフトチューブ３０内の被処理液を処理槽ＴＫの底部に向けて排出する開口が形成されている。
【００３４】
ここで、ドラフトチューブ３０は、第１円錐部３０ａの上端から最大水位位置Ｗｍａｘまでの距離（水かぶりと呼ぶ）がたとえば１．０Ｄ〜１．５Ｄの範囲（Ｄ：インペラ直径）になるように、保持ユニット２０により位置決めされる。なお、上記１．０Ｄ〜１．５Ｄの範囲に限られるものではなく、運転回転数が高いほど距離を大きくするようにしてもよい。これにより、ドラフトチューブ３０の吸い込み部に発生する渦の発生を少なくすることができ、この距離はドラフトチューブ３０の吸い込み部における渦の発生、動力の増加、表層水の吸い込みが弱くなること、運転回転数等を考慮して適宜設定される。また、ドラフトチューブ３０は、処理槽ＴＫの底部と円筒部３０ｃの下端との距離が５Ｄ〜７Ｄ程度（Ｄ：インペラ直径）になるように配置されている。
【００３５】
さらに、ドラフトチューブ３０は、第１円筒部３０ｂ内において、駆動軸４４の先端が挿入される挿入穴３１と複数の案内羽根３２とを有している。挿入穴３１は、先端が砲弾状に形成されており、軸流インペラ４５のボス径とほぼ同じ直径を有している。そして、軸流インペラ４５のボスが挿入穴３１に挿入される。
【００３６】
複数の案内羽根３２はドラフトチューブ３０内に周方向約９０°間隔で取り付けられている。この案内羽根３２は、流れ方向（矢印Ｚ方向）の長さが約０．４Ｄ（Ｄ：軸流インペラ４５の直径）であって、上流側４０％程度の長さの範囲が軸流インペラ４５の傾きとは逆向き方向に円弧状に傾斜している。円弧は半径がたとえば０．２５Ｄ程度（Ｄ：軸流インペラ４５の直径）に形成されており、この円弧の半径はドラフトチューブ３０の径方向に対し略一定になるように形成されている。なお、たとえば軸流インペラ４５と案内羽根３２との隙間は０．０４Ｄ程度（Ｄ：インペラ直径）になるように、ドラフトチューブ３０および撹拌ユニット４０が位置決めされる。これらの隙間は小さいほど流体損失を小さくできるため、製作上また実用上可能な範囲で極力小さくすることが好ましい。
【００３７】
図５は撹拌ユニット４０の一例を示す模式図であり、図５を参照して撹拌ユニット４０について説明する。撹拌ユニット４０は、基台４１、回転駆動部４２、駆動軸４４、軸流インペラ４５を備えている。基台４１は、架台２１の開口部２１ａよりも大きい略矩形状の平坦面を有しており、この基台４１により図７に示すように撹拌ユニット４０が保持ユニット２０に保持される。回転駆動部４２は、基台４１に固定されたモータ４２ａと減速機４２ｂとを備えており、モータ４２ａおよび減速機４２ｂにおいて回転の開始・停止および回転数が制御される。駆動軸４４は、回転駆動部４２から処理槽ＴＫ内へ向かって延びており回転駆動部４２の駆動により回転する。
【００３８】
軸流インペラ４５は駆動軸４４の先端に取り付けられており、ドラフトチューブ３０内に配置される。軸流インペラ４５は、駆動軸４４と一体的に回転することによりドラフトチューブ３０内の被処理液に対し下向き（矢印Ｚ１方向）の流れを形成する。軸流インペラ４５は複数の羽根を有しており、複数の羽根はたとえばピッチ比が１．４または１．２で形成されている。ここで、ピッチとは軸流インペラ４５が幾何学的な羽根角度のまま延長した螺旋面が１回転３６０°した時に進む距離を意味し、ピッチ比とはピッチをインペラの直径Ｄで割ったものを意味する。この軸流インペラ４５としてたとえば特許第３２３９１７０号、特許第３２３９１７１号、特許第３２３９１７２号に開示されたインペラやその他公知の軸流インペラを用いることができる。
【００３９】
さらに、撹拌ユニット４０は、支持筒５０、第１軸受け５１、第２軸受け５２を備えている。支持筒５０は一端側が基台４１に固定されており、図８に示すように内部に駆動軸４４が貫通しており支持筒５０の先端から突出している。第１軸受け５１は、駆動軸４４の回転駆動部４２側を回転可能に保持するものであって、支持筒５０の内部であって基台４１側に収容されている。第２軸受け５２は支持筒５０の先端に取り付けられており、駆動軸４４の中間を回転可能に保持する。
【００４０】
この第２軸受け５２は、処理槽ＴＫ内において保持ユニット２０により水平方向に対し支持されている。具体的には、図９に示すように、第２軸受け５２は、支持筒５０の先端外側に固定された環状部材５３内に収容されている。この環状部材５３は下方に向かって径が小さくなるような円錐形状を有するものであって、側面に傾斜面が形成されている（図６参照）。
【００４１】
一方、図１０に示す軸受け保持部２５は、第２軸受け５３を水平方向（矢印ＸＹ方向）に対し支持するものであって、上部支柱２２ａの下方に取り付けられている。軸受け保持部２５は、環状枠体２５ａおよび突出部材２５ｂを備えている。環状枠体２５ａは、軸流インペラ４５がその内側を通過するために、直径を軸流インペラ４５の直径よりも若干大きく形成されており、上部支柱２２ａの各支柱から張り出した部材２２Ｙで支持している。突出部材２５ｂは、環状枠体２５ａの内面にはリング中心に向かって３〜４枚取り付けられている。突出部材２５ｂは鉛直下方（矢印Ｚ１方向）に行くにしたがい、張り出し長が長くなるような環状部材５３の側面に当接する傾斜が形成されている。
【００４２】
ここで、図１１Ａは軸受け保持部に第２軸受けが支持された状態を示す上面図および断面図をそれぞれ示している。撹拌ユニット４０が保持ユニット２０に挿入された際、環状部材５３が環状枠体２５ａに対しはめ込み固定される。このとき、環状部材５３の側面と突出部材２５ｂの傾斜とにおいてくさび作用が働き、第２軸受け５２は軸受け保持部２５に対し強固に固定される。
【００４３】
ここで、上述した軸受け保持部２５は、浸水しない上部支柱２２ａ側に取り付けられているため、第２軸受け５２も浸水しないことになる。したがって、第２軸受け５２として潤滑も容易で市販の転がり標準軸受けを採用でき、複雑な機構を用いずに連続運転が可能となる。すなわち、軸流インペラ４５近傍の被処理液内に軸受けを設け、駆動軸を両端支持する構造を採用することにより振動を抑制することも考えられる。しかし、軸受けを被処理液内に浸水させたときには軸受潤滑装置が必要になり構造が複雑となり製造コストが高くなる。さらに、撹拌ユニット４０を保持ユニット２０から着脱することができなくなり、容易に陸上へ引き上げることができず保守が不便となるなどの欠点がある。一方、上述した撹拌装置１００においては、第２軸受け５２は浸水しない上部支柱２２ａ側に取り付けられているため、複雑な機構を用いずに連続運転が可能となる。
【００４４】
なお、第２軸受け５２はできるだけ下方に設置する方が振動の抑制効果は高いため、飛散した被処理液で濡れず、かつ最大水位位置Ｗｍａｘ付近の位置するように配置されており、たとえば液面より１０ｃｍ程度上方になるように軸受け支持部２５の高さおよび軸受け保持部２５の高さを調節し設置される。
【００４５】
図１２は撹拌ユニット４０が保持ユニット２０へ設置される様子を示す模式図であり、図１２を参照して撹拌ユニット４０の設置方法について説明する。まず撹拌ユニット４０が軸流インペラ４５を下向きにして鉛直上方から架台２１の開口部２１ａに挿入される。その後、撹拌ユニット４０が鉛直下方（矢印Ｚ１方向）に移動していき、図１３に示すように、架台２１の開口部２１ａ周囲の座面と、撹拌ユニット４０の架台２１の底面とが接触する（図７参照）。同時に、撹拌ユニット４０側の環状部材５３が保持ユニット２０側の環状枠体２５ａにはめ込まれる（図１１参照）。そして、架台２１と架台２１とがボルト等の固定部材を用いて固定される。
【００４６】
このように、駆動軸４４が第１軸受け５１とともに保持ユニット２０により水平方向に対し第２軸受け５３が保持されていることにより、軸流インペラ４５の横揺れを効果的に抑制し、従来よりも高い回転数での運転を行うことができる。さらに、運転回転数を高めることにより送水流速を大きくでき，場合であっても従来と同程度の撹拌能力を従来と比べて小型の軸流インペラを用いて得ることができる。
【００４７】
すなわち、図１７、図１８に示す従来例のように、軸流インペラ６の横揺れを抑制を抑えるのではなくドラフトチューブに溝３２を設けることにより、軸流インペラ６とドラフトチューブとの接触を防止する場合、溝３２における流体損失が大きくなり、効率的な撹拌を行うことができないとともに、横揺れが大きくなるのを防止するために回転速度を上げることもできないという問題がある。
【００４８】
さらに、ドラフトチューブ１０に溝３２を設けた場合、溝３２での流体損失は送水流速の２乗に比例して大きくなる。このため、装置を小型化して送水流速を大きくする場合には、流体損失を小さくするために溝３２の軸方向幅とインペラ半径方向奥行きを小さくする必要がある。しかしながら、従来の溶接構造での製作では加工部位が小さくなるため製造が困難になる問題がある。
【００４９】
またこの形式の撹拌装置を使用する処理槽は、駆動機を設置する上部からインペラを配置する液面までの距離が１．７ｍにも及ぶ場合がある。その際、駆動軸４４の長さは２ｍ以上となり非常に長いものとなる。装置を小型化した場合でも駆動軸４４の必要長さはほぼ同じとなるが，流体損失を考慮して適正な駆動軸径を選択した場合，軸流インペラ４５の小型化に伴って従来サイズの駆動軸径に比べて細い駆動軸となる．そのため駆動軸の剛性が低下して振動が発生しやすくなるといった問題がある。
【００５０】
一方、駆動軸４４が第１軸受け５１とともに保持ユニット２０により水平方向に対し第２軸受け５３が保持されていることにより、軸流インペラ４５の横揺れを効果的に抑制し、従来よりも高い回転数での運転を行うことができる。さらに、撹拌装置１００全体を小型化することができるため、撹拌装置１００を設置するため処理槽ＴＫに設ける開口の寸法を小さくできるとともに、機器重量が軽量化するため処理槽ＴＫの上壁への荷重負担も軽減することができる。
【００５１】
図１４は本発明の撹拌装置の第２の実施形態を示す模式図であり、図１４を参照して撹拌ユニット２４０について説明する。なお、図１４の撹拌ユニット２４０において図６の撹拌ユニット４０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４の撹拌ユニット２４０が図６の撹拌ユニット４０と異なる点は、駆動軸の構造である。
【００５２】
図１４においては、駆動軸２４４は、第１軸部材２４４ａと第２軸部材２４４ｂとを備えており、第１軸部材２４４ａと第２軸部材２４４ｂとは第２軸受け５３の若干下方においてフランジ２４１により接続されている。これにより、保守・点検時には第２軸部材２４４ｂを第１軸部材２４４ａから外すことにより、撹拌ユニット４０の全長を短くすることができる。つまり、処理槽ＴＫの上面から処理液面までの距離が大きい場合には、駆動軸４４が非常に長くなり、撹拌ユニット４０の全長が３ｍを超える場合も考えられる。処理槽ＴＫが一般的な天井高の屋内にある場合、保守・点検時に撹拌ユニット４０をクレーン等で鉛直方向（矢印Ｚ方向）に引き上げることができない可能性がある。このとき、図１４に示すように、第２軸部材２４４ｂが第１軸部材２４４ａに対し着脱可能な構成を有するものであれば、第１軸部材２４４ａの高さまで引き上げれば撹拌ユニット４０のメンテナンスを行うことができるため、特殊な処理槽ＴＫであっても保守・点検を効率的に行うことができる。
【００５３】
図１５および図１６は本発明の撹拌装置の第２の実施形態を示す模式図であり、図１５および図１６を参照して撹拌装置３００について説明する。なお、図１５、図１６の撹拌装置３００において図１の撹拌装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１５、図１６の撹拌装置２００が図１の撹拌装置１００と異なる点は上部支柱の形状および構造である。
【００５４】
図１５および図１６の上部支柱３２２ａは円筒状の支柱筒からなっており、架台２１に対しフランジ接合されている。上部支柱３２２ａは、軸流インペラ４５の直径よりもやや大きい直径の直管部３２２Ｘと、その下方に位置する、下向きに直径が漸次拡大する円錐部３２２Ｙとで構成されている。円錐部３２２Ｙの下端には下部支柱２２ｂを固定するためのフランジが設けられている。また円錐部３２２Ｙの外面には補強用のリブ３２２Ｚが数カ所に取り付けられており、内面には軸受け保持部２５が設けられている。
【００５５】
このように、上部支柱３２２ａを円筒形状にすることにより、保持ユニット２０の部品点数を減らし組み立てを容易にすることができるとともに、製作性を向上させることができる。
【実施例】
【００５６】
清水中での水槽試験において確認した撹拌処理の要求性能を満足する最小動力の例を実施例１および実施例２として示す。撹拌処理における要求性能とは、汚泥が沈降・腐敗しないために処理槽底部の時間平均流速を０．１ｍ／ｓ以上に維持することを意味する。なお、下記実施例１、２において比較のために従来型インペラ径φ８００ｍｍのデータも併せて示す。なお、撹拌動力投入密度は、撹拌特性を表す指標の１つで、所要動力を撹拌容積で除したものである。
【００５７】
＜実施例１＞
７ｍ×７ｍ×６ｍの試験水槽（処理槽ＴＫ）を用い５．９ｍまで清水（被処理液）を満たし（撹拌容積：２８９ｍ３）、図１の撹拌装置１００の軸流インペラ径Ｄ、回転数、送水流量を下記表１のように設定したときの撹拌結果（撹拌動力投入密度）を示す。なお、下記表１において実施例１ではピッチ比１．４、従来型ではピッチ比０．９の軸流インペラを使用しており、従来のものに比べてピッチ比を大きくし、同一回転数での発生差圧揚程が大きく、より大きな送水量において最高効率を得られるようにした。また、底部平均流速は槽底面から１０ｃｍ上方の槽中心（撹拌装置の中心）から括弧内の距離離れた位置での値を示す。
【表１】
【００５８】
表１において、実施例１は従来型に比べて軸流インペラ径を半分に小型化する一方、回転数を略３倍に高め、撹拌動力投入密度をほぼ同一の値にする。つまり、装置を小型化し回転数を高めた場合であっても駆動軸および軸流インペラの振動を従来例に対し抑え、ドラフトチューブに環状溝を形成する必要がなくなったため、被処理液の流量損失が低減したことを意味する。
【００５９】
＜実施例２＞
８ｍ×８ｍ×１０ｍの試験水槽（処理槽ＴＫ）に１０ｍまで清水（被処理液）を満たし（撹拌容積：６４０ｍ３）、図１の撹拌装置１００の軸流インペラ径Ｄ、回転数、送水流量を下記表２のように設定したときの撹拌結果（撹拌動力投入密度）を示す。なお、下記表２において実施例２ではピッチ比１．４であるのに対し従来型ではピッチ比０．９の軸流インペラを使用し、同一回転数での発生差圧揚程が大きく、より大きな送水量において最高効率を得られるようにした。底部平均流速は槽底面から１０ｃｍ上方の槽中心（撹拌装置の中心）から括弧内の距離離れた位置での値を示す。
【表２】
【００６０】
表２において、実施例２は従来型に比べて軸流インペラ径を半分の大きさに小型化するとともに回転数を略３倍に高めた場合であっても、撹拌動力投入密度はほぼ同一の値になる。これは、軸流インペラを小型化し回転数を高めた場合であっても駆動軸および軸流インペラの振動を抑えドラフトチューブに環状溝が不要になったことにより、被処理液の流量損失が低減したことを意味する。
【００６１】
上記各実施の形態によれば、被処理液を収容した処理槽ＴＫの上部に取り付けられた保持ユニット２０と、保持ユニット２０に保持された処理槽ＴＫ内の被処理液を撹拌する撹拌ユニット４０と、被処理液内に位置するように保持ユニット２０に保持されたドラフトチューブ３０とを備えた撹拌装置１００において、撹拌ユニット４０が、保持ユニット２０に保持される基台４１と、基台４１上に設けられた回転駆動部４２と、回転駆動部４２から処理槽ＴＫ内へ延びる回転駆動部４２の駆動により回転する駆動軸４４と、基台４１に固定され内部に駆動軸４４が貫通されている支持筒５０と、支持筒５０から突出した駆動軸４４の先端に取り付けられたドラフトチューブ３０内に位置する軸流インペラ４５と、支持筒５０の基台４１側に取り付けられた駆動軸４４を回転可能に保持する第１軸受け５１と、支持筒５０の先端側に取り付けられた駆動軸４４を回転可能に保持する、処理槽ＴＫ内において保持ユニット２０により水平方向に対し支持された第２軸受け５２とを有することにより、軸流インペラ４５の回転数を高めた場合であっても保持ユニット２０が第１軸受け５１および第２軸受け５２を介して駆動軸を保持し、さらに第２軸受け５２が支持筒５０および保持ユニット２０により鉛直方向および水平方向において支持されているため、回転する軸流インペラの横揺れを抑制することができ、従来よりも高い回転数での運転が可能となるため、撹拌装置および軸流インペラの小型化を図ることができる。
【００６２】
なお、図１２に示すように、撹拌ユニット４０が保持ユニット２０に対し着脱可能に取り付けられるものであるとき、撹拌ユニット４０のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００６３】
また、図２に示すように、保持ユニット２０が、処理槽ＴＫの上部に取り付けられた、撹拌ユニット４０が挿入される開口部２１ａを有する架台１２と、架台２１から処理槽ＴＫ内へ向かって延びた先端においてドラフトチューブ３０を支持する支持部材２２と、支持部材２２に固定された第２軸受け５２の水平方向に対し支持する軸受け支持部２５とを備えたものであれば、保持ユニット２０が第２軸受け５２の水平方向の移動を規制し、軸流インペラ４５の振動を確実に抑えることができる。
【００６４】
さらに、図１１に示すように、第２軸受け５２が支持筒５０の先端に取り付けられた環状部材５３内に配置されたものであり、軸受け支持部２５が環状部材５３が嵌め込まれる環状枠体２５ａを有するものであり、特に、環状部材５３が上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有するものであり、軸受け支持部２５が環状枠体２５ａから環状枠体２５ａの中心に向かって突出した、環状部材５３の側面に当接する傾斜面が形成された突出部材２５ｂを有するものであるとき、撹拌ユニット４０が架台２１の開口部２１ａから挿入されたときに、環状部材５３と突出部材２５ｂとがくさび作用により強固に固定することができる。
【００６５】
また、図２に示すように、支持部材２２が、水面付近に軸受け支持部２５が設けられた被処理液内において浸水しない上部支柱２２ａと、上部支柱２２ａに接続された被処理液内に浸水する下部支柱２２ｂとを備えたものであれば、第２軸受け５２が被処理液内に浸水して腐食するのを防止することができる。
【００６６】
特に、図１５、図１６に示すように、上部支柱３２２ａが筒状に形成された支柱筒からなるものであるとき、保持ユニット２０の製作性を向上させることができる。
【００６７】
さらに、ドラフトチューブ３０の上端と処理槽内における被処理液の最大水位位置との距離が軸流インペラの運転回転数が高いほど距離を大きくなるように、ドラフトチューブが被処理液内に配置されるものであれば、ドラフトチューブ３０の上端において渦の発生を最小限に抑え、効率的な撹拌を行うことができる。
【００６８】
また、図４に示すように、ドラフトチューブ３０が、上端から下端に向かって径が小さくなる第１円錐部３０ａと、第１円錐部３０ａの下端に連通した軸流インペラ４５を収容する略円筒状に形成された第１円筒部３０ｂと、第１円筒部３０ｂの下端に連通した上端から下端に向かって径が大きくなる第２円錐部３０ｃと、第２円錐部３０ｃの下端に連通した略円筒状に形成された第２円筒部３０ｄとを有するとき、従来のように軸流インペラの振動による接触防止のための溝をドラフトチューブ３０に設ける必要がなく溝による流体損失を防止することができる。
【００６９】
さらに、図１４に示すように、駆動軸４４が、回転駆動部から第２軸受けまで延びる第１軸部材２４４ａと、第１軸部材２４４ａに着脱可能に接続された先端に軸流インペラ４５を有する第２軸部材２４４ｂとを有するものであるとき、第１軸受け５１、第２軸受け５２および軸流インペラ４５の補修・交換が容易で、維持管理性を高くすることができる。
【００７０】
なお、本発明の実施形態は上記実施の形態に限定されない。たとえば図１の保持ユニット２０の支持部材として４本の支柱を用いた場合（図１参照）および支柱筒を用いた場合（図１５参照）について例示しているが、２本以上の複数本の支柱を矢印Ｚ方向に対し対称に配置するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記各実施の形態において、第２軸受け５２が支持筒５０の先端に取り付けられている場合について例示しているが、支持筒５０内に先端付近において収容された構造を有するものであってもよい。このとき、保持ユニット２０は支持筒５０を保持することにより、第２軸受け５３を間接的に保持し軸流インペラ４５の横揺れを抑制することができる。このとき、支持筒５０の側面に傾斜面を形成するようにすれば、上述したようなくさび作用を得ることができる。
【００７２】
さらに、上記各実施形態において、ドラフトチューブ３０は、第１円錐部３０ａ、第１円筒部３０ｂ、第２円錐部３０ｃ、第２円筒部３０ｄを有する場合について例示しているが、第２円錐部３０ｃに代えて第１円筒部３０ｂを下端まで延ばすような構成を有するものであってもよい。この場合であっても、従来のようにドラフトチューブ３０に溝を設ける必要がなく（図５参照）、溝３２による流量抵抗の増加を防止することができる。
【００７３】
また、ドラフトチューブ３０において、第１円錐部３０ａに代えてベルマウスの様な曲線形状を有するようにしてもよい。これにより、ドラフトチューブ３０の上部から被処理液が流入する際の入口損失をさらに小さくすることができる。
【００７４】
さらに、上記各実施形態において、第１軸受け５１と第２軸受け５３とにより駆動軸を回転保持している場合について例示しているが、支持筒５０内において第１軸受け５１と第２軸受け５３の間にさらに軸受けを配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の撹拌装置の好ましい実施形態を示す縦断面図
【図２】図１の撹拌装置における保持ユニットの一例を示す模式図
【図３】図１の保持ユニットにおける架台の一例を示す上メンズ
【図４】図１のドラフトチューブの一例を示す模式図
【図５】図１のドラフトチューブの第１円錐部周辺を示す模式図
【図６】図１の撹拌装置における撹拌ユニットの一例を示す模式図
【図７】図６の撹拌ユニットの基台が架台に設置された様子を示す模式図
【図８】図６の撹拌ユニットの支持筒内に駆動軸が収容された様子を示す断面図
【図９】図６の撹拌ユニットにおける第２軸受けの構造を示す断面図
【図１０】図２の保持ユニットにおける軸受け保持部の構造を示す模式図
【図１１Ａ】軸受け保持部に第２軸受けが支持される様子を示す模式図
【図１１Ｂ】軸受け保持部に第２軸受けが支持される様子を示す断面図
【図１２】撹拌ユニットが保持ユニットから着脱される様子を示す模式図
【図１３】撹拌ユニットが保持ユニットに装着された様子を示す模式図
【図１４】本発明の撹拌装置における撹拌ユニットの第２の実施形態を示す断面図
【図１５】本発明の撹拌装置における保持ユニットの第３の実施形態を示す断面図
【図１６】図１５における上部支柱の一例を示す上面図
【図１７】従来の撹拌装置の一例を示す縦断面図
【図１８】図１５の撹拌装置の軸流インペラとドラフトチューブの溝の一例を示す縦断面図
【符号の説明】
【００７６】
２０ 保持ユニット
２１ 架台
２１ａ 開口部
２２ 支持部材
２２ａ、３２２ａ 上部支柱
２２ｂ 下部支柱
２３ 整流板
２５ 軸受け支持部
２５ａ 環状枠体
２５ｂ 突出部材
３０ ドラフトチューブ
３０ａ 第１円錐部
３０ｂ 第１円筒部
３０ｃ 第２円錐部
３０ｄ 第２円筒部
３２ 案内羽根
４０ 撹拌ユニット
４１ 基台
４２ 回転駆動部
４４、２４４ 駆動軸
４５ 軸流インペラ
５０ 支持筒
５３ 環状部材
１００、２００、３００ 撹拌装置
２４４ａ 第１軸部材
２４４ｂ 第２軸部材
ＴＫ 処理槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を収容した処理槽の上部に取り付けられた保持ユニットと、該保持ユニットに保持された前記処理槽内の前記被処理液を撹拌する撹拌ユニットと、前記被処理液内に位置するように前記保持ユニットに保持されたドラフトチューブとを備えた撹拌装置において、
前記撹拌ユニットが、
前記保持ユニットに保持される基台と、
該基台上に設けられた回転駆動部と、
該回転駆動部から前記処理槽内へ延びる該回転駆動部の駆動により回転する駆動軸と、
前記基台に固定され内部に前記駆動軸が貫通されている支持筒と、
該支持筒から突出した前記駆動軸の先端に取り付けられた前記ドラフトチューブ内に位置する軸流インペラと、
該支持筒の前記基台側に取り付けられた前記駆動軸を回転可能に保持する第１軸受けと、
前記支持筒の先端側に取り付けられた前記駆動軸を回転可能に保持する、前記処理槽内において前記保持ユニットにより水平方向に対し支持された第２軸受けと
を有するものであることを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】
前記撹拌ユニットが前記保持ユニットに対し着脱可能に取り付けられるものであることを特徴とする請求項１記載の撹拌装置。
【請求項３】
前記保持ユニットが、前記処理槽の上部に取り付けられた、前記撹拌ユニットが挿入される開口部を有する架台と、該架台から前記処理槽内へ向かって延びた先端において前記ドラフトチューブを支持する支持部材と、該支持部材に固定された前記第２軸受けを水平方向に対し支持する軸受け支持部とを備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の撹拌装置。
【請求項４】
前記第２軸受けが前記支持筒の先端に取り付けられた環状部材内に収容されたものであり、前記軸受け支持部が前記環状部材を嵌め込むための環状枠体を有するものであることを特徴とする請求項３記載の撹拌装置。
【請求項５】
前記環状部材が上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有するものであり、前記軸受け支持部が前記環状枠体から該環状枠体の中心に向かって突出した、前記環状部材の側面に当接する傾斜面が形成された突出部材を有するものであることを特徴とする請求項４記載の撹拌装置。
【請求項６】
前記支持部材が、水面付近に前記軸受け支持部が設けられた前記被処理液内において浸水しない上部支柱と、該上部支柱に接続された前記被処理液内に浸水する下部支柱とを備えたものであることを特徴とする請求項４または５記載の撹拌装置。
【請求項７】
前記上部支柱が筒状に形成された支柱筒からなるものであることを特徴とする請求項６記載の撹拌装置。
【請求項８】
前記ドラフトチューブの上端と前記処理槽内における前記被処理液の最大水位位置との距離が前記軸流インペラの運転回転数が高いほど距離を大きくなるように、前記ドラフトチューブが前記被処理液内に配置されるものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の撹拌装置。
【請求項９】
前記ドラフトチューブが、上端から下端に向かって径が小さくなる第１円錐部と、該第１円錐部の下端に連通した前記軸流インペラを収容する略円筒状に形成された第１円筒部と、該第１円筒部の下端に連通した上端から下端に向かって径が大きくなる第２円錐部と、該第２円錐部の下端に連通した略円筒状に形成された第２円筒部とを有するものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の撹拌装置。
【請求項１０】
前記駆動軸が、前記回転駆動部から前記第２軸受けまで延びる第１軸部材と、該第１軸部材に着脱可能に接続された先端に前記軸流インペラを有する第２軸部材とを有するものであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の撹拌装置。
【請求項１】
被処理液を収容した処理槽の上部に取り付けられた保持ユニットと、該保持ユニットに保持された前記処理槽内の前記被処理液を撹拌する撹拌ユニットと、前記被処理液内に位置するように前記保持ユニットに保持されたドラフトチューブとを備えた撹拌装置において、
前記撹拌ユニットが、
前記保持ユニットに保持される基台と、
該基台上に設けられた回転駆動部と、
該回転駆動部から前記処理槽内へ延びる該回転駆動部の駆動により回転する駆動軸と、
前記基台に固定され内部に前記駆動軸が貫通されている支持筒と、
該支持筒から突出した前記駆動軸の先端に取り付けられた前記ドラフトチューブ内に位置する軸流インペラと、
該支持筒の前記基台側に取り付けられた前記駆動軸を回転可能に保持する第１軸受けと、
前記支持筒の先端側に取り付けられた前記駆動軸を回転可能に保持する、前記処理槽内において前記保持ユニットにより水平方向に対し支持された第２軸受けと
を有するものであることを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】
前記撹拌ユニットが前記保持ユニットに対し着脱可能に取り付けられるものであることを特徴とする請求項１記載の撹拌装置。
【請求項３】
前記保持ユニットが、前記処理槽の上部に取り付けられた、前記撹拌ユニットが挿入される開口部を有する架台と、該架台から前記処理槽内へ向かって延びた先端において前記ドラフトチューブを支持する支持部材と、該支持部材に固定された前記第２軸受けを水平方向に対し支持する軸受け支持部とを備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の撹拌装置。
【請求項４】
前記第２軸受けが前記支持筒の先端に取り付けられた環状部材内に収容されたものであり、前記軸受け支持部が前記環状部材を嵌め込むための環状枠体を有するものであることを特徴とする請求項３記載の撹拌装置。
【請求項５】
前記環状部材が上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有するものであり、前記軸受け支持部が前記環状枠体から該環状枠体の中心に向かって突出した、前記環状部材の側面に当接する傾斜面が形成された突出部材を有するものであることを特徴とする請求項４記載の撹拌装置。
【請求項６】
前記支持部材が、水面付近に前記軸受け支持部が設けられた前記被処理液内において浸水しない上部支柱と、該上部支柱に接続された前記被処理液内に浸水する下部支柱とを備えたものであることを特徴とする請求項４または５記載の撹拌装置。
【請求項７】
前記上部支柱が筒状に形成された支柱筒からなるものであることを特徴とする請求項６記載の撹拌装置。
【請求項８】
前記ドラフトチューブの上端と前記処理槽内における前記被処理液の最大水位位置との距離が前記軸流インペラの運転回転数が高いほど距離を大きくなるように、前記ドラフトチューブが前記被処理液内に配置されるものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の撹拌装置。
【請求項９】
前記ドラフトチューブが、上端から下端に向かって径が小さくなる第１円錐部と、該第１円錐部の下端に連通した前記軸流インペラを収容する略円筒状に形成された第１円筒部と、該第１円筒部の下端に連通した上端から下端に向かって径が大きくなる第２円錐部と、該第２円錐部の下端に連通した略円筒状に形成された第２円筒部とを有するものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の撹拌装置。
【請求項１０】
前記駆動軸が、前記回転駆動部から前記第２軸受けまで延びる第１軸部材と、該第１軸部材に着脱可能に接続された先端に前記軸流インペラを有する第２軸部材とを有するものであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の撹拌装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２７９５２９（Ｐ２００９−２７９５２９Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３５０７２（Ｐ２００８−１３５０７２）
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【特許番号】特許第４２００１８３号（Ｐ４２００１８３）
【特許公報発行日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００１０１３７４）アタカ大機株式会社 (55)
【復代理人】
【識別番号】１００１３４２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】本澤 大樹
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【特許番号】特許第４２００１８３号（Ｐ４２００１８３）
【特許公報発行日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００１０１３７４）アタカ大機株式会社 (55)
【復代理人】
【識別番号】１００１３４２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】本澤 大樹
【Ｆターム（参考）】
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