(57)【要約】【課題】気泡が液体に溶解する速度を増して気体の溶解濃度を増大させるとともに、ある一定の質量の気体を単位質量の液体に溶解させるのに必要なエネルギーを大きく減少させながら、散気槽への設置を容易にし、しかも、漏電の恐れをなくし、かつ維持管理の手間を少なくした、安全な気泡散気装置を提供する。【解決手段】散気槽内の液体中に浸漬させて配置され、内部に導入した気体を表面に設けた散気孔を通して気泡として液体中に散気させる散気部４４と、散気部４４に一体に設けられた羽根４６に向け液体の噴流を噴射して該散気部４４を同一水平面内で回転させる固定液体噴射部４８と、固定液体噴射部４８に向けて液体を供給するポンプ２６を有する液体供給部３０と、散気部４４の内部に気体を導入する気体導入部２４とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
散気槽内の液体中に浸漬させて配置され、内部に導入した気体を表面に設けた散気孔を通して気泡として液体中に散気させる散気部と、
前記散気部に一体に設けられた羽根に向け液体の噴流を噴射して該散気部を同一水平面内で回転させる固定液体噴射部と、
前記固定液体噴射部に向けて液体を供給するポンプを有する液体供給部と、
前記散気部の内部に気体を導入する気体導入部と、を備えたことを特徴とする気泡散気装置。
【請求項２】
散気槽内の液体中に浸漬させて配置され、内部に導入した気体を表面に設けた散気孔を通して気泡として液体中に散気させる散気部と、
液体の噴流を噴射しながら一定の回転中心の周りを回転して前記散気部を同一水平面内で回転させる回転液体噴射部と、
前記回転液体噴射部に液体を供給するポンプを有する液体供給部と、
前記散気部の内部に気体を導入する気体導入部と、を備えたことを特徴とする気泡散気装置。
【請求項３】
散気槽内の液体中に浸漬させて配置され、内部に導入した気体を表面に設けた散気孔を通して気泡として液体中に散気させる散気部と、
前記散気部を同一水平面内で回転させる水車と、
前記水車に該水車を駆動するための液体を供給するポンプを有する液体供給部と、
前記散気部の内部に気体を導入する気体導入部と、を備えたことを特徴とする気泡散気装置。
【請求項４】
前記水車は、減速伝達機構を介して前記散気部を回転させることを特徴とする請求項３に記載の気泡散気装置。
【請求項５】
前記水車を駆動するための液体は、前記散気槽内の液体と分離されて前記ポンプと前記水車の間を循環することを特徴とする請求項３または４に記載の気泡散気装置。
【請求項６】
前記ポンプは、大気中に設置された電動機によって駆動されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の気泡散気装置。
【請求項７】
前記散気部は、その横断面が翼形形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気泡散気装置。
【請求項８】
前記散気部は、その横断面が矩形形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気泡散気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水等の液体中に空気等の気体を微細な数多くの気泡にして散気させる気泡散気装置に係り、特に、微細な数多くの気泡を液体中に散気させて液体単位質量当りにおける所望の気体の溶解濃度を得ることができるようにした気泡散気装置に関する。本発明の気泡散気装置は、例えば水処理槽、河川、湖沼または養殖用水槽等で使用することにより、水中の溶存酸素量を高めて水質を改善し、種々の有用な生物が繁殖しやすくしたり、有益な気体を溶解させた液体を製造したりするのに用いられる。
【０００２】
なお、本発明で「溶解濃度」とは、ある物質（溶質）が他の物質（溶媒）に実際に溶解している溶液中における溶質の濃度のことを言う。これは、溶解度と言う用語の意味が“溶質が溶媒に溶解する限度を言い、飽和溶液中における溶質の濃度で表わされる”ことと区別しつつ、類似する概念を表わすためである。
【背景技術】
【０００３】
液体中に気泡を分散させ、液体中の酸素等の気体溶解濃度を増加させるための気泡散気装置としては、中空で、少なくとも一面に微細な散気孔を有する多孔質散気板または微細な孔の開いた散気膜等を取付けた散気部を備え、この散気部を散気槽（処理槽）内の液体中へ浸漬させ、散気部の内部に導入した気体を微細な散気孔から散気槽内の液体に気泡として散気させるようにしたものが一般に知られている。
【０００４】
また、いわゆるエアレータ式の気泡散気装置として、回転して散気槽内の液体を旋回させる羽根車を有するポンプの吐出し口の近傍に気体注入口を設け、この気体注入口から注入される気体を散気槽内の液体中に散気させるようにしたもの（特許文献１参照）や、回転して散気槽内の液体を旋回させるプロペラ翼の翼面に散気孔を設け、この散気孔を通して気体を散気槽内の液体中に散気させるようにしたもの（特許文献２，特許文献３参照）が知られている。また、気泡径を小さくして、気体の液体中への溶解速度を速くするため、多孔質散気板を取付けた円盤状の散気部（円盤散気部）を液体中で回転させて気体を散気槽内の液体中に散気させることも行われている。
【０００５】
これらの装置の内、例えば空気を水中に散気させて水を浄化する装置においては、現在では、微細な散気孔を有する、静止させた多孔質散気板や散気膜の該散気孔から気泡を水中に散気させる装置（以下、静置式散気装置ともいう）が、単位エネルギー（ｋＷｈ）当りの液体に溶解させることができる酸素質量（ｋｇ）（酸素移動動力効率）を一番大きくできる。
【０００６】
エアレータ式の気泡散気装置やスクリュープロペラ式の気泡散気装置において、散気部を水処理槽、河川、湖沼または養殖用水槽等の底部近傍で使用する場合、電動機等の回転駆動部を水中に設置する方法が多く使用されている（特許文献１〜３参照）。回転駆動部と被回転部の間を電磁カップリングで繋いで動力を伝達することも可能である。
【０００７】
また、回転駆動部を水面より上の大気中に、散気部を水槽等の散気槽の底部近傍にそれぞれ設置し、散気部と該回転駆動部との間を回転軸で繋いで、回転駆動部の回転に伴って散気部を回転させることも行われている。
【特許文献１】特開２００１−２３４８８２号公報
【特許文献２】特開平１０−２１６７９４号公報
【特許文献３】特開昭６３−１７８８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エアレータ式の気泡散気装置やスクリュープロペラ式の気泡散気装置において、散気部を水処理槽、河川、湖沼または養殖用水槽等の底部近傍で使用する場合、電動機等の回転駆動部を水中に設置する方法が多く使用されているが、この場合には、回転駆動部の周囲にある水等の液体が回転駆動部内に入って漏電する恐れがある。そのため、短期間で定期的に検査を行う必要がある。回転駆動部と被回転部の間を電磁カップリングで繋いで動力を伝達することにより、回転駆動部の周囲にある水等の液体が回転駆動部に入る恐れを大幅に低減することは可能であるが、この場合にあっても、電線が水等の液体中を通過して回転駆動部に繋がっているため、漏電の恐れは残る。
【０００９】
回転駆動部を水面より上の大気中に、散気部を水槽等の底部近傍にそれぞれ設置し、散気部と回転駆動部との間を回転軸で繋いで散気部を回転させるようにした散気装置にあっては、これを、例えば下水処理用の水槽に設置しようとすると、下水処理用の水槽は、水深が通常５ｍ程度以上になるため、かなり長い回転軸が必要になる。このため、構造が大きくなって、散気装置の設置が困難になるばかりでなく、回転軸が長いため振動等の問題も起こりやすくなる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、散気部を散気槽内の液体中に浸漬させて配置し、散気部の内部に導入した気体を表面に設けた散気孔を通して気泡として液体中に散気させる気泡散気装置において、従来の静置式散気装置より気泡の径を小さくし、かつ気泡が発生する場所を広くすることによって、気泡が液体に溶解する速度を増して気体の溶解濃度を増大させるとともに、ある一定の質量の気体を単位質量の液体に溶解させるのに必要なエネルギーを減少させながら、散気槽への設置を容易にし、しかも、漏電の恐れをなくし、振動の発生を抑制し、かつ維持管理の手間を少なくした、安全な気泡散気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、散気槽内の液体中に浸漬させて配置され、内部に導入した気体を表面に設けた散気孔を通して気泡として液体中に散気させる散気部と、前記散気部に一体に設けられた羽根に向け液体の噴流を噴射して該散気部を同一水平面内で回転させる固定液体噴射部と、前記固定液体噴射部に向けて液体を供給するポンプを有する液体供給部と、前記散気部の内部に気体を導入する気体導入部と、を備えたことを特徴とする気泡散気装置である。
【００１２】
これにより、散気部に一体に設けられた羽根に向け液体の噴流を噴射して該散気部を同一水平面内で回転させることができる。したがって、散気部を散気槽の底近傍に配置し、しかも、回転駆動部と散気部とを回転軸で繋ぐことなく、かつポンプを電動機によって駆動する場合には当該電動機を大気中に設置した状態で、散気部を回転させることが可能となる。このため、長い回転軸が不要になり、振動の問題が発生しにくく、かつ装置がコンパクトになる。したがって、散気槽への設置を容易にし、漏電の恐れをなくし、かつ維持管理の手間を少なくした、安全な気泡散気装置を提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、散気槽内の液体中に浸漬させて配置され、内部に導入した気体を表面に設けた散気孔を通して気泡として液体中に散気させる散気部と、液体の噴流を噴射しながら一定の回転中心の周りを回転して前記散気部を同一水平面内で回転させる回転液体噴射部と、前記回転液体噴射部に液体を供給するポンプを有する液体供給部と、前記散気部の内部に気体を導入する気体導入部と、を備えたことを特徴とする気泡散気装置である。
【００１４】
これにより、回転液体噴射部から液体の噴流を噴射する時の反作用を利用して散気部を同一水平面内で回転させることができる。したがって、散気部を散気槽の底近傍に配置し、しかも、回転駆動部と散気部とを回転軸で繋ぐことなく、かつポンプを電動機によって駆動する場合には当該電動機を大気中に設置した状態で、散気部を回転させることが可能となる。このため、長い回転軸が不要になり、振動の問題が発生しにくく、かつ装置がコンパクトになる。したがって、散気槽への設置を容易にし、漏電の恐れをなくし、かつ維持管理の手間を少なくした、安全な気泡散気装置を提供することが可能になる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、散気槽内の液体中に浸漬させて配置され、内部に導入した気体を表面に設けた散気孔を通して気泡として液体中に散気させる散気部と、前記散気部を同一水平面内で回転させる水車と、前記水車に該水車を駆動するための液体を供給するポンプを有する液体供給部と、前記散気部の内部に気体を導入する気体導入部と、を備えたことを特徴とする気泡散気装置である。
【００１６】
これにより、ポンプから水車に液体を供給することによって水車を駆動し、散気部を回転させることができる。したがって、散気部を散気槽の底近傍に配置し、しかも、回転駆動部と散気部とを回転軸で繋ぐことなく、かつポンプを電動機によって駆動する場合には当該電動機を大気中に設置した状態で、散気部を回転させることが可能となる。このため、長い回転軸が不要になり、振動の問題が発生しにくく、かつ装置がコンパクトになる。したがって、散気槽への設置を容易にし、漏電の恐れをなくし、かつ維持管理の手間を少なくした、安全な気泡散気装置を提供することが可能になる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記水車は、減速伝達機構を介して前記散気部を回転させることを特徴とする請求項３に記載の気泡散気装置である。
これにより、水車を通過する液体の流量を適正な量に抑えながら、減速伝達機構を介して、散気部の回転速度を適正に減速させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記水車を駆動するための液体は、前記散気槽内の液体と分離されて前記ポンプと前記水車の間を循環することを特徴とする請求項３または４に記載の気泡散気装置である。
これにより、例えば散気槽内の液体がポンプ及び水車にとって有害なものであっても、ポンプ及び水車を通過する液体を、ポンプ及び水車にとって無害な液体にすることにより、散気部４４を回転させることが可能になる。また、散気槽内の液体が例えば人間や生物等にとって有害な場合は、ポンプ及び水車を通過する液体を人間や生物等にとって無害な液体にすることによって、人間や生物等に対する危険を低減することも可能になる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、前記ポンプは、大気中に設置された電動機によって駆動されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の気泡散気装置である。
このように、ポンプを駆動する電動機を大気中に設置することによって、漏電のような危険を排除することが可能になる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、前記散気部は、その横断面が翼形形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気泡散気装置である。
これにより、散気部の抗力係数を小さくして、散気部の回転のための動力を低減できるので、ある一定の質量の気体を単位質量の液体に溶解させるのに必要なエネルギーを減少させることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記散気部は、その横断面が矩形形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気泡散気装置である。
これにより、散気部の製作を容易となすとともに、散気部の角に丸みを付けることによって、散気部の抗力係数を小さくすることができるので、ある一定の質量の気体を単位質量の液体に溶解させるのに必要なエネルギーを減少させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、長い回転軸を用いて散気部を回転させる必要がないため、コンパクトで、回転軸に関係した振動等による問題を防ぐことが可能な気泡散気装置を提供できる。さらに、ポンプを電動機で駆動する場合には、電気の流れる所を大気中に設けて漏電等による危険を排除するように構成できるから、維持管理の手間を省くことが出来る。また、散気装置を散気槽の底部に設置でき、散気部を回転させることができるから、酸素移動動力効率を大きくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の各例において、同一または相当する部材には、同一符号を付して、重複した説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態の気泡散気装置１０を水処理槽や沼等に設置された散気槽１２（以下、一般の水処理槽や、河川、湖沼の水を対象とする散気槽、または養殖用水槽などを含めた意味で散気槽という）に設置した時の概要を示す。この例において、気泡散気装置１０は、散気槽１２内の液体（例えば水）１４中に気体（例えば空気）を気泡として散気させるのに使用される。
【００２５】
気泡散気装置１０は、散気槽１２の底面に設けたベース１６上に設置される散気装置本体１８と、散気装置本体１８の下記の散気部４４の内部にブロア２０と気体配管２２を介して気体を導入する気体導入部２４と、ポンプ２６と該ポンプ２６に連結された液体配管２８を有し散気槽１２内の液体を散気装置本体１８の下記の液体噴射ノズル（固定流体噴出部）４８に供給する液体供給部３０とを有している。ポンプ２６は、大気中に配置され、同じく大気中に設置された電動機３２にカップリング３４を介して連結されており、これによって、電動機３２の駆動に伴って運転される。
【００２６】
散気装置本体１８は、図２に詳細に示すように、ベース１６に固定された円筒状のハウジング３６と、このハウジング３６の内部に一対のラジアル軸受３８とスラスト軸受３９を介して回転自在に支承されて配置された主回転軸４０とを有しており、この主回転軸４０の上端に回転円板４２が連結され、この回転円板４２の外周端部に、この例では２つの散気部４４が連結されている。
【００２７】
回転円板４２の下面における同一半径の円周方向に沿った位置には、図４に示すように、多数の羽根４６が所定のピッチで取付けられ、更に、この羽根４６に対応する位置には、羽根４６に向けて液体の噴流を噴射する、固定液体噴射部としての液体噴射ノズル４８がハウジング３６に固定して配置されている。この液体噴射ノズル（固定液体噴射部）４８は、液体供給部３０の液体配管２８に連通しており、これによって、ポンプ２６の駆動に伴って散気槽１２から汲み上げられた液体（水）１４は、液体噴射ノズル４８から羽根４６に向けて噴射され、噴射された液体１４は、周期的に羽根４６に衝突する。これによって、羽根４６は、噴射された液体の力を受け、回転円板４２を介して羽根４６と一体になっている散気部４４が同一水平面内で回転運動する。
【００２８】
液体噴射ノズル４８から噴射された液体１４は、羽根４６に衝突してその流れの方向が変化する。その際に羽根４６に作用する力Ｆ[Ｎ]は、噴射される液体の質量流量をＱ[ｋｇ/ｓ]、羽根４６に対して直角方向の液体の速度変化量をＶｄ[ｍ/ｓ]とすると、Ｆ＝ＱＶｄ[Ｎ]となる。散気部４４の回転に作用する動力Ｌ[Ｗ]は、羽根４６の回転半径をＲ[ｍ]、羽根４６の回転角速度をω[１/ｓ]とすると、Ｌ＝ＦＲω[Ｗ]となる。なお噴流が羽根４６に衝突した後の液体の絶対速度をＶｅ[ｍ/ｓ]とすると、この速度が持つ単位時間あたりの運動エネルギーＥ（＝０．５Ｑ（Ｖｅ）２）は、全て損失になる。このため、噴流が羽根４６に衝突した後の液体の絶対速度Ｖｅを０[ｍ/ｓ]にすることが望ましい。このため、噴流が羽根４６に衝突する前の液体の絶対速度Ｖｆ[ｍ/ｓ]を、回転する羽根４６の周方向速度Ｖｖ[ｍ/ｓ]の２倍程度にする（Ｖｆ≒２Ｖｖ）ことが望ましい。
【００２９】
即ち、上記で示したような固定液体噴射部から羽根に向けて噴射された液体の噴流が羽根に衝突して当該羽根に力を与えその羽根を運動させる場合について概説すると、液体の噴流は、羽根に衝突したのち流れの向きを反転して羽根から離れる向きに流出する程度の絶対速度を、羽根に衝突する前の段階で持っていることが好ましい。また運動している羽根に対する液体の噴流の相対速度は、羽根に衝突する前後においてその絶対値が等しいときに羽根に最大の力を作用させることができる。従って、上記のように、衝突前の液体の絶対速度Ｖｆの値を、周方向速度Ｖｖ[ｍ/ｓ]の大略２倍程度にする（Ｖｆ≒２Ｖｖ）のが好ましい。また、衝突前の液体の絶対速度Ｖｆの値を大略上記の値に設定したときに羽根に衝突した後の液体の噴流の絶対速度の値は大略“零”となるので、液体の噴流が羽根に衝突する前に持っていた運動エネルギーを効率的に羽根に与えたことになって、液体の噴流の効果的な利用ができる。
【００３０】
散気部４４は、図５（ａ）に詳細に示すように、平板状の素材を移動方向に平行な断面において断面形状が翼形形状となるように折り曲げて形成された外殻５０で囲まれた中空部５２を有しており、この外殻５０の上部には開口部５０ａが設けられ、この開口部５０ａに、多数の微細な散気孔５４ａを有する、例えば多孔質体からなる散気板（多孔質散気板）５４が、該散気板５４の表面が外殻５０の表面と面一となるように取付けられている。これにより、散気部４４の中空部５２内に導入された気体は、散気板５４の散気孔５４ａを通して、気泡となって散気槽１２内の液体１４中に散気される。この散気板５４の代わりに、多数の微細な散気孔を有する散気膜や散気板などを使用しても良い。
【００３１】
また、図５（ｂ）に示すように、散気部４４の幅方向に沿った一部に、翼弦と平行な平坦部Ａを設けて、散気部４４の製作の便を図るようにしてもよい。このことは、以下の例においても同様である。この例においては、散気部４４の上面のみに散気板５４を備えた例を示したが、散気部の下面、または上下両面に散気板を備えてもよいことは勿論である。
【００３２】
この散気部４４の横断面は、円弧状の前縁５６を有し、この前縁５６から後縁５８に向けて肉厚が徐々に減少する翼形形状に形成されている。散気部４４は、前縁５６と後縁５８とを結ぶ翼弦が略水平となるように回転円板４２に取付けられて、同一水平面内を回転移動する。これにより、散気部４４の回転に伴って、散気槽１２内の液体１４に上下方向の旋回流が極力生じないようになっている。翼形としては、例えば航空機等に用いられる一般的な翼形を採用できるが、散気部４４の横断面が、中心面に対して上下対称である翼形形状、つまり翼弦を中心に上下対称となるように形成することで、散気槽１２内の液体１４に上下方向に向かう旋回流が一層生じにくくすることができる。
【００３３】
図２に示すように、主回転軸４０及び回転円板４２の内部には、気体導入部２４の気体配管２２に連通して、散気部４４の中空部５２に通じる気体通路６０ａ，６０ｂが設けられている。更に、ハウジング３６と主回転軸４０との間には、気体通路６０ａに沿って流れる気体が外部に漏れるのを防止するシールリング６２が介装されている。これにより、ブロア２０の運転に伴って順次送られる、例えば空気等の散気槽１２内の液体１４に散気する気体は、気体配管２２及び気体通路６０ａ，６０ｂを通過して、散気部４４の中空部５２内に導入される。
【００３４】
なお、この例では、気体配管２２及び液体配管２８をそれぞれ使用しているが、これらの配管の代わりにチューブ等を使用してもよいことは勿論である。
【００３５】
この例の気泡散気装置１０にあっては、ポンプ２６を運転して、液体噴射ノズル４８から液体１４を羽根４６に向けて噴射させ、これによって、回転円板４２を介して、散気部４４を羽根４６と一体に回転させる。この状態で、ブロア２０を運転して、空気等の散気する気体を散気部４４の中空部５２内に導入する。すると、散気部４４の中空部５２内に導入された気体は、散気部４４の散気板５４に設けられた微細な散気孔５４ａを通過して散気槽１２内の液体１４中に散気される。
【００３６】
散気部４４を散気槽１２の底近傍で回転させると、散気部４４の表面に形成される液体１４の境界層が薄くなるため、気泡が微細化されて、散気槽１２内の気泡を含む液体１４の単位体積当りにおける気体の気液界面の面積が広くなり、かつ気泡が上昇する速度が下がることと、散気槽１２内の気泡の分散性が良くなるため、気体の利用率（液体１４中に溶解された気体質量の供給された質量に対する比率）が上がる。また、気泡を散気する散気部４４を翼形形状またはそれに近い形状にすることで、散気部４４の抗力係数を小さくして、散気部４４の回転のための動力を低減できる。これにより、単位エネルギー（ｋＷｈ）当りについて液体に溶解させることができる酸素質量（ｋｇ）（酸素移動動力効率）を従来一番大きくできるといわれている、微細な散気孔を有する多孔質散気板や散気膜を取付けた散気部を散気槽の底近傍に静止して設置する方法より、単位エネルギー当りについて液体に溶解させることができる酸素質量を大きくすることができる。そのため、散気部４４を散気槽１２の底近傍で回転させることが望ましい。
【００３７】
しかも、液体噴射ノズル４８から噴射する液体を供給するポンプ３０、更には該ポンプ３０を駆動する電動機３２を大気中に設置することで、電動機３２のような電気的な配線のある部分を散気槽１２の液体１４中に浸漬させる必要をなくして、漏電のような危険を排除することができる。
【００３８】
一般の水処理槽における散気槽１２の水深は５ｍ程度以上である。このため、従来例のように、散気部を散気槽の底近傍に、電動機や配線のような電気関連部分を大気中にそれぞれ設置して、電動機で散気部を回転させようとすると、電動機と散気部を繋ぐ長い回転軸が必要になって振動の問題が発生しやすかった。しかしこの例によれば、長い回転軸が不要になるため、振動の問題が発生しにくく、かつ装置がコンパクトになる。したがって、ある一定の質量の気体を単位質量の液体に溶解させるのに必要なエネルギーを減少させながら、散気槽１２への設置を容易にし、漏電の恐れをなくし、振動の発生を抑制し、かつ維持管理の手間を少なくした、安全な気泡散気装置を提供することが可能になる。
【００３９】
また、散気部４４を同一水平内で回転させることにより、散気部４４の散気板５４に設けられた多数の散気孔５４ａにおいて印加される液圧がどこでもほぼ同一の値となるから、散気孔５４ａの大きさを均一に成形しておくことにより、多数の散気孔５４ａから均一に気泡を散気でき、気泡の大きさもほぼ均一となるので（即ち、溶解しにくい大きい気泡が発生しにくいので)気泡が液体に溶解する速度を増して気体の溶解濃度を増大させることができる。
【００４０】
図６は、本発明の他の実施の形態における気泡散気装置の散気装置本体１８ａを示す縦断面図、図７は、図６の平面図、図８は、回転部の斜視図である。この例にあっては、図８に示すように、主回転軸４０の上部に水平方向に直線状に延びるアーム７０の基端を連結し、このアーム７０の自由端に散気部４４を取付けている。そして、この散気部４４の外周端部に、アーム７０と互い直交し、かつ散気部４４の回転方向と逆方向に向けて液体を水平方向に噴射する回転液体噴射部としての液体噴射ノズル７２が取付けられている。
【００４１】
主回転軸４０、アーム７０及び散気部４４の内部には、主回転軸４０の下端において、液体供給部３０の液体配管２８に連通して、液体噴射ノズル（回転液体噴射部）７２に通じる液体通路７４ａ，７４ｂ，７４ｃが設けられている。これによって、ポンプ２６の運転に伴って、例えば散気槽１２内の液体（水）１４を、液体配管２８及び液体通路７４ａ，７４ｂ，７４ｃを通じて液体噴射ノズル７２に供給して該液体噴射ノズル７２から噴射させる。すると、その反作用で散気部４４と一体となった構造物に力が作用して、散気部４４が同一平面内で回転するようになっている。なお、この例において、シールリング６２は、液体の漏れを防止するために使用され、更に、主回転軸４０とベース１６との間も軸受７６が介装されている。
【００４２】
また、主回転軸４０及びアーム７０の内部には、主回転軸４０の上端において、気体導入部２４の気体配管２２に連通して、散気部４４の中空部５２に通じる気体通路７８ａ，７８ｂが設けられている。更に、気体通路７８ａの外周部におけるハウジング３６と主回転軸４０との間には、気体通路７８ａに沿って流れる気体の漏れを防止するシールリング８０が介装されている。これによって、ブロア２０の運転に伴って、空気等の気体が気体配管２２及び気体通路７８ａ，７８ｂを通じて散気部４４の中空部５２内に導入され、散気部４４の中空部５２内に導入された気体は、散気部４４の散気板５４に設けられた微細な散気孔５４ａを通過して散気槽１２内の液体１４中に散気される。なお、図示の例では、多数の散気孔５４ａを有する散気板５４を散気部４４の上面側に設けているが、前述のように、散気板を散気部の下面側または双方に設けてもよい。
【００４３】
この例にあっては、散気部４４として、図５（ａ）に示すように、横断面が翼形形状のものを使用している。これは、例えば２次元柱状物体が流れの中にある場合、横断面の形状を翼形にすれば、抗力係数を矩形形状の物体の場合の１０分の１以下に低減できる可能性があるため、散気部４４の横断面の形状を翼形にすることが望ましいからである。なお、このような形状の散気部４４の製作は一般に困難である。
【００４４】
このため、図９及び図１０に示すように、横断面が矩形形状の散気部４４ａを使用してもよい。このような形状の散気部４４ａの場合、製作が容易になるばかりでなく、角に丸みを付けることによって、散気部４４ａの抗力係数をある程度改善することができる。更に、散気部４４ａの回転速度を遅くすることによって、散気部４４ａを回転させるための動力を低減できる。例えば、流れ方向の長さＬが流れ方向に垂直な方向の長さＨの２倍の矩形の柱状物体の場合、矩形の角の丸みの半径を上記長さＨの値に対して０．０４２倍、０．１６７倍、０．５倍と大きくすると、抗力係数は、約１．４、０．７、０．４と小さくなって、動力を低減できる。なお、図９及び図１０に示す散気部４４ａを先の実施の形態における気泡散気装置に適用してもよいことは勿論である。
【００４５】
なお、図６乃至図８に示す例では、散気部４４の外周端に液体噴射ノズル（回転液体噴射部）７２を設け、回転中心と液体噴射ノズル７２との距離をより長くして、より大きなトルクが発生するようにしているが、液体噴射ノズル７２を設ける位置は、散気部４４と共に回転する構造体に固定されていればいかなる位置でも良い。
【００４６】
例えば、図１１に示すように、主回転軸４０に、散気部４４を取付けるアーム７０の他に、液体噴射ノズル（回転液体噴射部）７２を先端に支持するためのノズル支持アーム８２を取付け、このノズル支持アーム８２の内部に設けた液体通路８４を通して液体噴射ノズル７２に液体を供給し、該液体噴射ノズル７２から液体を噴射させるようにして、主回転軸４０及びアーム７０に取付けた散気部４４を一体に回転させるようにしてもよい。
【００４７】
更に、散気部４４の回転中心と液体噴射ノズル７２を設けた構造物の回転中心を別にして、両者の回転軸の回転動力をベルトのような回転動力伝達機構を用いて伝達するようにしてもよい。
【００４８】
例えば、図１２に示すように、ベース１６（図１参照）上に、別の駆動用回転軸８６を回転自在に支承して配置し、この駆動用回転軸８６に水平方向に延びるノズル支持アーム８８の基端を取付け、このノズル支持アーム８８の先端に液体噴射ノズル（回転液体噴射部）７２を支持する。そして、この駆動用回転軸８６及びノズル支持アーム８８の内部に設けた液体通路９０ａ，９０ｂを通して液体噴射ノズル７２に液体を供給し、該液体噴射ノズル７２から液体を噴射させて駆動用回転軸８６を回転させる。そして、更に駆動用回転軸８６と散気部４４を取付けた主回転軸４０との間に、ベルト９２のような回転動力伝達機構を掛け渡して、駆動用回転軸８６の回転を主回転軸４０に伝達して、散気部４４を回転させるようにしてもよい。
【００４９】
なお上記で示した考え方、即ち図１２を参照して言えば、散気部４４（被動側）の回転中心と液体噴射ノズル（回転液体噴射部）７２を設けた構造物（駆動側）の回転中心を別にして、両者の回転軸の間に、例えばベルト９２のような回転動力伝達機構を掛け渡して駆動用回転軸８６の回転を主回転軸４０に伝達して散気部４４を回転させるという技術思想は、固定液体噴射部と、回転軸であって上記固定液体噴射部から噴射される液体の噴流を受ける羽根を有した回転円板に固着された回転軸とを備えて駆動側構造物とする気泡散気装置に応用することができ、図示しない気泡散気装置を構成することが出来る。
【００５０】
即ち、図１２に示す駆動用回転軸８６、ノズル支持アーム８８、液体噴射ノズル７２などから構成される駆動側構造物に代えて、回転自在に支承された駆動用回転軸に複数の羽根を備えた回転円板を該回転軸の軸心に対し垂直に取付けて（例えば、図２において主回転軸４０に対し羽根４６を備えた回転円板４２が取付けられている態様と類似する形態となる）、上記羽根に向けて固定液体噴射部から液体の噴流を噴射して、上記駆動用回転軸を回転させることで駆動側構造物を構成し、この駆動用回転軸と被動側である散気部を取付けた主回転軸との間に、例えばベルトのような回転動力伝達機構を掛け渡して駆動用回転軸の回転を主回転軸に伝達して散気部を回転させることができる。このような駆動側構造物と散気部を備えた被動側構造物との態様は、例えば図１２に類似する形態となる。
【００５１】
図１３は、本発明の更に他の実施の形態における気泡散気装置の散気装置本体１８ｂを示す縦断面図で、図１４は、図１３の平面図である。この例の図６乃至図８に示す例と異なる点は、以下の通りである。つまり、この例にあっては、気体導入部２４の気体配管２２をベース１６のやや上方に位置してハウジング３６に連結し、主回転軸４０及びアーム７０の内部に液体通路７４ａ，７４ｂと平行に設けた気体通路９４ａ，９４ｂを通して、散気部４４の中空部５２に気体を下方から導入するようにしている。
【００５２】
図１５は、本発明の更に他の実施の形態における気泡散気装置の散気装置本体１８ｃを示す縦断面図である。この例の図２乃至図５（ａ）に示す例と異なる点は、以下の通りである。つまり、この例は、水車回転軸１０２を鉛直方向に向けて水車１００をハウジング３６に取付け、この水車１００の吸込口に液体供給部３０の液体配管２８を連結している。これにより、ポンプ２６の運転に伴って、水車１００の内部に液体が導入されて水車１００が駆動し、水車回転軸１０２が回転するようになっている。更に、水車回転軸１０２と散気部４４を取付けた主回転軸４０との間に、この例では、小径の駆動歯車１０４と該駆動歯車１０４に噛合う大径の被動歯車１０６からなる減速伝達機構１０８が設けられている。これによって、水車１００の駆動に伴って、主回転軸４０が減速されて回転し、主回転軸４０に回転円板４２を介して取付けられた散気部４４が同一平面内で回転する。
【００５３】
散気部４４を回転させると、前記のように散気部４４の表面に形成される液体の境界層が薄くなるため、気泡が微細化されて、散気槽１２の気泡を含む液体の単位体積あたりにおける気体の気液界面の面積が広くなるので、気体が液体に溶解する速度が速くなる。また気泡が上昇する速度が下がることと、散気槽１２内の気泡の分散性が良くなるため、気体の利用率が上がる。このため、供給する気体の量が少しで済む。そのため、気体を供給するブロワ２０（図１参照）の動力を減少させることができる。散気部４４は、上記の理由で散気槽１２の底部近傍に設置するのが好ましい。しかし一方で、散気部４４を回転させる必要があるため、散気部４４を回転させるための動力が必要となる。散気部４４を回転させるために必要な動力は、散気部４４の回転速度の約３乗に比例するため、散気部４４の回転速度が速くなると急速に動力が増加する。そのため、散気部４４の平均的な周方向速度は、実用的には２ｍ／ｓ程度以下にすることが望ましい。
【００５４】
液体配管２８から導入される液体の流速を低くして、即ち水車回転軸１０２の回転速度を遅くして、散気部４４を回転させるために必要な動力を得ようとすると、水車１００を通過する液体の流量を多くすることが必要になる。そこで水車１００を通過する液体の流量を多すぎることなくある適正な量に抑えるためには、液体の流速を高くして、水車回転軸１０２の回転速度を速くすることが必要になる。そこで、この例では、主回転軸４０の回転速度は、水車回転軸１０２の回転速度より一般に遅くなるため、水車回転軸１０２と主回転軸４０との間に減速伝達機構１０８を設けている。なお、この減速伝達機構は、例えば、プーリー等の任意のものが使用される。
【００５５】
図１６は、本発明の更に他の実施の形態における気泡散気装置の散気装置本体１８ｄを示す縦断面図である。この例の図１５に示す例と異なる点は、以下の通りである。つまり、この例は、水車回転軸１０２を水平方向に向け水車１００を回転円板４２に近づけた状態でハウジング３６に取付け、この水車１００の回転軸１０２に取付けた摩擦車１１０の上端を回転円板４２に接触させて減速伝達機構１０８が構成されている。更に、水車１００の吐出し口に液体循環配管１１２の一端を接続し、この液体循環配管１１２の他端は、ポンプ２６の吸込口に接続されている。これによって、ポンプ２６及び水車１００を通過する液体と散気槽１２内の液体１４とが互いに分離されるようになっている。
【００５６】
このように、ポンプ２６及び水車１００を通過する液体と散気槽１２内の液体１４とを互いに分離させることで、例えば散気槽１２内の液体１４がポンプ２６及び水車１００にとって有害なものであっても、ポンプ２６及び水車１００を通過する液体を、ポンプ２６及び水車１００にとって無害な液体にすることにより、散気部４４を回転させることが可能になる。また、散気槽１２内の液体１４が例えば人間や生物等にとって有害な場合は、ポンプ２６及び水車１００を通過する液体を人間や生物等にとって無害な液体にすることによって、人間や生物等に対する危険を低減することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態の気泡散気装置を散気槽に設置した時の概要図である。
【図２】図１に示す気泡散気装置における散気装置本体の縦断面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（ａ）は、図２のＰ−Ｐ線断面図で、（ｂ）は、他の一例の散気部を用いた場合のＰ−Ｐ線断面に相当する断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の気泡散気装置の装置本体を示す縦断面図である。
【図７】図６の平面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の気泡散気装置の装置本体における回転部を示す斜視図である。
【図９】気泡散気装置の装置本体における回転部の他の例を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す回転部における散気部の断面図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態の気泡散気装置における変形例の要部を示す平面図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態の気泡散気装置における他の変形例の要部を示す平面図である。
【図１３】本発明の更に他の実施の形態の気泡散気装置の装置本体を示す縦断面図である。
【図１４】図１３の平面図である。
【図１５】本発明の更に他の実施の形態の気泡散気装置の装置本体を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の更に他の実施の形態の気泡散気装置の装置本体を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  気泡散気装置
１２  散気槽
１４  液体（水）
１６  ベース
１８，１８ａ，１８ｂ,１８ｃ，１８ｄ  散気装置本体
２０  ブロア
２２  気体配管
２４  気体導入部
２６  ポンプ
２８  液体配管
３０  液体供給部
３２  電動機
３６  ハウジング
３８  ラジアル軸受
３９  スラスト軸受
４０  主回転軸
４２  回転円板
４４，４４ａ  散気部
４６  羽根
４８  液体噴射ノズル（固定液体噴射部）
５０  外殻
５２  中空部
５４  散気板
５４ａ  散気孔
５６  前縁
５８  後縁
６０ａ，６０ｂ，７８ａ，７８ｂ，９４ａ，９４ｂ  気体通路
６２  シールリング
７０  アーム
７２  液体噴射ノズル（回転液体噴射部）
７４ａ，７４ｂ，７４ｃ、８４，９０ａ，９０ｂ  液体通路
７６  軸受
８０  シールリング
８２  ノズル支持アーム
８６  駆動用回転軸
８８  ノズル支持アーム
９２  ベルト
１００  水車
１０２  水車回転軸
１０４  駆動歯車
１０６  被動歯車
１０８  減速伝達機構
１１０  摩擦車
１１２  液体循環配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008302285.tif 000008
【図７】
2008302285.tif 000009
【図８】
2008302285.tif 000010
【図９】
2008302285.tif 000011
【図１０】
2008302285.tif 000012
【図１１】
2008302285.tif 000013
【図１２】
2008302285.tif 000014
【図１３】
2008302285.tif 000015
【図１４】
2008302285.tif 000016
【図１５】
2008302285.tif 000017
【図１６】
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