(57)【要約】【課題】動力を要することなく、また簡単かつコンパクトな機器構成で、効率よく気液を混合し、液体中の溶存酸素濃度を高めることができ、更にスラリー液や自然水界、廃水の液体等、清水以外の液体も処理できる、小型で省エネルギータイプの気液混合装置を提供する。【解決手段】円筒形の密閉容器２４と、密閉容器２４内に気液を導入する流体導入管２５が設けられ、流体導入管２５の先端部は、流体導入口２８として、密閉容器２４の内底面に近接して開口する。これにより、流体導入口２８を介して密閉容器２４内に導入された気液が、密閉容器２４の内面に沿って左右へ扇状に薄層拡散し、密閉容器２４内に高速渦流を形成し、この高速渦流によって効率よく気液が混合され、液体中の溶存酸素濃度が高められるようにする。【選択図】図５
2008100134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の密閉容器と、
上記密閉容器内に気液を導入する流体導入管と、
上記密閉容器内から気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、
上記流体導入管は、上記密閉容器の内外周壁を貫通して該密閉容器内に入り込み、この入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口するように設けられていること
を特徴とする気液混合装置。
【請求項２】
上記流体吐出口は、その中央に設けた吸込孔と、この吸込孔の周囲に設けた複数の噴出孔とを有するノズル構造からなること
を特徴とする請求項１に記載の気液混合装置。
【請求項３】
上記吸込孔の口径は上記噴出孔の口径より大きく設けたことを特徴とする請求項２に記載の気液混合装置。
【請求項４】
上記流体吐出口の流体吐出側に吐出筒が取り付けられていることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の気液混合装置。
【請求項５】
上記吐出筒の外側から上記流体吐出口の流体吐出側陰圧部に連通する気体導入管を備えることを特徴とする請求項４に記載の気液混合装置。
【請求項６】
直列に接続された２段の回転流形成部と、
上記前段の回転流形成部へ気液を導入する流体導入路とを備え、
上記前段の回転流形成部は、
底面に円錐状突起を有する円環状の気液混合室と、上記流体導入路の下流端に一端を開口し、他端を上記円錐状突起の底部周囲に開口した左右のノズル流路とを有し、左右のノズル流路を介して上記円錐状突起の左右両側に気液を噴射することにより、上記円錐状突起を中心として上記気液混合室内で気液を回転させ、その回転流による乱流状態によって気液を混合し、
上記後段の回転流形成部は、
気液の流れ方向に沿って流路径が徐々に拡がる形状のテーパ流路からなり、上記気液混合室で回転させられた気液を上記テーパ流路へ導くことにより、テーパ流路内で当該気液を更に回転させ、その回転流によって気液を混合すること
を特徴とする気液混合装置。
【請求項７】
上記テーパ流路の下流端に、気液の流れ方向に沿って流路径が徐々に狭くなる形状の別のテーパ流路が接続されていること
を特徴とする請求項６に記載の気液混合装置。
【請求項８】
上記別のテーパ流路の下流端に、微細気泡を形成するためのオリフィス流路が接続されていること
を特徴とする請求項７に記載の気液混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素を含む空気等の気体と液体を混合し、液体中の溶存酸素濃度を高める気液混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の気液混合技術としては、例えば、渦流ポンプ内に気体と液体を吸引して気液を混合する方式が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。しかしながら、この方式は、回転する羽根車とこれを収容する容器との隙間を極力狭めて気液中の気体を破断し撹拌するものであるため、少なくとも羽根車とその回転支持機構が必要となり、機器構成が複雑である。また、羽根車を回転させるための動力も必要となる。さらに、この方式では、上記のような極狭い隙間に液中の混在物が挟まれ、羽根車がロックし回転できなくなったり、混在物による羽根車やその回転支持機構の磨耗等が生じたりするため、気液混合の処理対象となる液体は主に混在物の無い清水に限られ、スラリー液や自然水界、廃水等の液体を処理することはできない。
【０００３】
また、この種の気液混合技術として、特許文献３には、長楕円球体状の器体（２１）の周囲壁に気液導入孔（２２ａ）を形成し、気液導入孔（２２ａ）から器体（２１）内に向けて混気水を導入することにより、器体（２１）内で混気水を旋回させて気液を混合する方式が記載されている（同文献３の段落００１７参照）。しかしながら、この方式によると、器体（２１）内に導入された混気水は薄層拡散せず、高速の渦を形成しないため、効率よく十分に気液を混合することはできない。さらに、その渦の中心では水流噴出孔（２３、２４）からの気液の排出を阻害する引き込み渦が発生し、気液を効率よく大量に排出することができず、引き込み渦の旋回運動によって装置の振動やそれに伴う騒音が発生するといった問題もある。尚、この段落においてカッコ内の符号は同文献３で用いられている符合である。
【０００４】
その他、この種の気液混合技術としては、圧力流体を小孔から開放し急激に減圧して噴射する方式、ノズルから壁に向って圧力流体を噴射し壁に衝突させる方式、対向するノズルから流体を噴射して流体どうしを対向衝突させる方式も知られている。しかし、これらの方式でスラリー液や自然水界、廃水等の液体を処理すると、その液中の混在物が小孔やノズルに詰まってしまうため、この方式もまた処理できる液体は主に清水に限られ、スラリー液や自然水界、廃水等の液体を処理することはできない。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６１２７８号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００２−２７３１８３号公報
【０００７】
【特許文献３】特開２００３−１０２３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、液体の移送に関わる動力以外の動力を要することなく、また簡単かつコンパクトな機器構成で、効率よく気液を混合し、液体中の溶存酸素濃度を高めることができ、更にスラリー液や自然水界（陸水、海水、汽水）、人工水界（ダム等の貯水池、水産動物の飼育・養殖水域、風呂等）、家庭雑排水、工場排水の液体等、清水以外の液体も処理できる、小型で省エネルギータイプの気液混合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、第１の本発明の気液混合装置は、円筒形の密閉容器と、上記密閉容器内に気液を導入する流体導入管と、上記密閉容器内から気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、上記流体導入管は、上記密閉容器の内外周壁を貫通して該密閉容器内に入り込み、この入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口するように設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
以上の構成からなる第１の本発明では、流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口する構成を採用したため、流体導入口を介して密閉容器内に導入された気液が、密閉容器の内面に沿って左右へ扇状に薄層拡散し、密閉容器内に高速渦流を形成する。このような高速渦流によって効率よく気液が混合され、液体中の溶存酸素濃度が高められる。
【００１１】
上記第１の本発明の気液混合装置において、上記流体吐出口は、その中央に設けた吸込孔と、この吸込孔の周囲に設けた複数の噴出孔とを有するノズル構造からなるものとしてよい。
【００１２】
上記ノズル構造によると、中央の吸込孔を通じて密閉容器内から外部に延びる気体柱を伴った引き込み渦が形成され、この気体柱を通じて密閉容器外の気体が密閉容器内へ入り易くなり、その結果、周囲の噴出孔から密閉容器内の気液が排出し易くなり、気液の排出効率が向上する。また、吸込孔と噴出孔とを介して行われる気液の吐出と吸込みの動作により、それらの孔の近くにおいて複雑な乱流が生じ、このような乱流によって気液の混合がより一層促進され、液中の溶存酸素量を増加させることができるという作用効果も得られる。
【００１３】
上記ノズル構造において、吸込孔と噴出孔の口径は比較的大きく、それらの孔に液中の混在物が詰まることはない。但し、自然水界、廃水等の液中に存在する水以外の混在物のうち、落ち葉やその他の排水に混入した大きな異物の類は少なくとも本気液混合装置への導入前に市販の金網などで除去しておくことが望ましい。市販の金網などを通過する砂粒は例えば長径５ｍｍ以下程度のものであれば容易に吸込孔や噴出孔を通過でき、比較的大口径の吸込孔と噴出孔を用いて前述のように効率的に気液の排出が行われるようにするとよい。
【００１４】
上記ノズル構造において、中央の吸込孔の口径は、その周囲に開けた噴出孔の口径より大きく設けるとよい。このように構成すれば、噴出孔から排出された気液の一部を吸込孔が吸い込む際に、噴出孔から排出された混在物を吸い込んだとしても、吸込孔の目詰まりは生じない。
【００１５】
また、上記ノズル構造を採用した構成においては、更に、上記流体吐出口の流体吐出側に吐出筒が取り付けられる構成を採用してもよい。
【００１６】
上記のような吐出筒を取り付けた構成によると、吸込孔から吸込まれるのは噴出孔から排出された気液中の気体のみとなり、吐出筒の出口付近は噴出孔から排出された気液で占有されることから、吸込孔の目詰まりが生じなくなるという作用効果が得られる。もし仮に、この吐出筒を排除すると、噴出孔から排出された気液以外の液体も吸込孔が吸い込んでしまうおそれがあり、大型の液中混在物が吸込孔に詰まる可能性があるため、上記のように流体吐出口の流体吐出側には吐出筒を取り付けるのが好ましい。
【００１７】
さらに、上記吐出筒を採用した構成においては、更に、上記吐出筒の外側から上記流体吐出口の流体吐出側陰圧部に連通する気体導入管を備える構成を採用してもよい。
【００１８】
上記のような気体導入管を備える構成によると、流体吐出口の出入口付近では、吸込孔と噴出孔とを介して行われる気液の吐出と吸込み動作に、さらに気体導入管を介する気体の吸込み動作が加わって、より一層複雑な乱流が発生し、気液の混合が更に促進され、流体中の溶存酸素量の更なる増加を図れる。
【００１９】
また、第２の本発明は、直列に接続された２段の回転流形成部と、上記前段の回転流形成部へ気液を導入する流体導入路とを備え、前段の回転流形成部は、底面に円錐状突起を有する円環状の気液混合室と、上記流体導入路の下流端に一端を開口し、他端を上記円錐状突起の底部周囲に開口した左右のノズル流路とを有し、左右のノズル流路を介して上記円錐状突起の左右両側に気液を噴射することにより、上記円錐状突起を中心として上記気液混合室内で気液を回転させ、その回転流による乱流状態によって気液を混合し、上記後段の回転流形成部は、気液の流れ方向に沿って流路径が徐々に拡がる形状のテーパ流路からなり、上記気液混合室で回転させられた気液を上記テーパ流路へ導くことにより、テーパ流路内で当該気液を更に回転させ、その回転流によって気液を混合することを特徴とする。
【００２０】
以上の構成からなる第２の本発明によると、前段の円環状の気液混合室内で気液が回転し、この回転する気液が更に後段のテーパ流路内で回転し、その２段階の気液の回転による渦流で気液が効率よく混合され、液体中の溶存酸素濃度が高められる。
【００２１】
上記第２の本発明においては、上記テーパ流路の下流端に、気液の流れ方向に沿って流路径が徐々に拡くなる形状の別のテーパ流路が接続される構成や、更にその別のテーパ流路の下流端に、オリフィス流路を接続する構成を採用することにより、これらを介して気液混合、溶解、微細気泡を形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
第１の本発明にあっては、上記の如く、流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口する構成を採用した。このため、流体導入口を介して密閉容器内に導入された気液が、密閉容器の内面に沿って左右へ扇状に薄層拡散し、密閉容器内に高速渦流を形成するから、この高速渦流によって効率よく気液を混合し、液体中の溶存酸素濃度を高めることができる。
【００２３】
また、第１の本発明によると、密閉容器内に羽根車等はなく、密閉容器と流体導入管という簡単かつコンパクトな機器構成で上述のように効率よく気液を混合することができるとともに、導入された気液によって形成される高速渦流で気液を混合するから、気液の混合に動力は不要で、しかも、気液の混合に羽根車やノズル、小孔を利用しないから、狭窄部がなく、清水以外の液体も処理できる等の作用効果が得られる。
【００２４】
さらに、上記第１の本発明にあっては、上記の通り気液の薄層拡散による高速の渦流で気液を効率よく混合する方式であり、気液の混合にあたり、旋回翼やノズル、小穴等を利用するものとは異なり、液体中の混在物が詰まったり、噛みこんだりする狭窄部が存在しないから、スラリー液や自然水界、廃水等の液体であっても、液中の大型混在物の挟み込み等、装置の正常な動作を妨げる現象が生ずることもなく、またスラリー等によって磨耗する部品もなく、信頼性、耐久性にも優れた気液混合装置を提供しうる。
【００２５】
上記第２の本発明によると、前段の円環状の気液混合室内で気液が回転し、この回転する気液が更に後段のテーパ流路内で回転し、その２段階の回転による渦流で気液を混合する方式であるから、気液を圧送する以外の動力を要することなく、上記のような２段の渦流によって気液を効率よく混合し、液体中の溶存酸素濃度を高めることができ、また、円環状の気液混合室やテーパ流路に羽根車等はないから、機器構成も小型かつコンパクトなものとなり、さらに、気液の混合に羽根車やノズル、小孔を利用しないから、液体中の混在物が詰まったり、噛みこんだりする狭窄部がなく、清水以外の液体も処理できる等の作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の気液混合装置を適用した排水処理設備の概略構成図であり、この排水処理設備Ｓは、上流に調整槽１、その下流に曝気槽２、更にその下流に沈殿槽３を備える構成になっている。
【００２８】
調整槽１は、その下流に位置する曝気槽２の水位を調整するための水位調整手段として機能するだけでなく、後述する気液混合装置１０Ａを含む調整槽１の水処理システムＳ１又はＳ２（図２、図７参照）若しくは気液混合装置１０Ｂを含む調整槽１の水処理システムＳ３（図９参照）によって調整槽１内に微細気泡を生成し、調整槽１内の溶存酸素量を増加させる機能も有する。
【００２９】
曝気槽２は、調整槽１内で溶存酸素量を高めた気液がポンプ４を介して供給されるとともに、後述する気液混合装置１０Ｃを含む水処理システムＳ４又はＳ５（図１０、図１２参照）のいずれか一方又は双方を介して沈殿槽３から活性汚泥（酸素の存在下で微生物を含んだ泥）が供給され、有用微生物による汚れ物質の消化活動が行われる。
【００３０】
沈殿槽３は、曝気槽２から供給された汚泥混合液を活性汚泥と上澄み液に分離し、分離された活性汚泥は、上記水処理システムＳ４又はＳ５のいずれか一方又は双方を介して曝気槽２へ返送され、あるいは余剰汚泥として抜き取られる。上澄み液は、処理流体として自然水界、下水道へ放流される、あるいは中水として再利用される。
【００３１】
図２は、調整槽１の水処理システム（以下「調整槽水処理システムＳ１」という）のシステム構成図である。この調整槽水処理システムＳ１は、調整槽１内の液体を吸込み加圧して吐出するポンプとして、第１と第２のポンプ６、８を備えるとともに、エジェクタ装置７、ミキサ装置９、第１の本発明に係る気液混合装置１０Ａを備えて構成される。
【００３２】
第１のポンプ６は、図示しない駆動モータにより駆動され、調整槽１内の液体を吸い込み、取水管路１１を介してエジェクタ装置７へ圧送する。
【００３３】
エジェクタ装置７は第２のポンプ８の吸込側８Ａ前段で自然吸気によって酸素を含む空気等の気体（本実施形態では空気）を液体に混入させる手段である。この種のエジェクタ装置７の構成例として、本水処理システムＳ１においては図３に示す構造のエジェクタ装置７を採用した。吸気機能を満たせば本エジェクタ装置７に限らない。同図のエジェクタ装置７は、管継ぎ手１２Ａ、１２Ｂを介して取水管路１１の途中（本実施形態では第２のポンプ８の吸込側８Ａの直前）に組み込まれる管体１３と、管体１３の内部に設けた絞り部１４と、管体１３の外周面から上記絞り部１４の下流に一端を開口し、かつ他端を大気側に開口した気体導入管１５とを備えて構成される。尚、気体導入管１５の他端を高濃度酸素の供給源に接続することで、このエジェクタ装置７を介して液体に高濃度酸素を混入させるように構成してもよい。
【００３４】
上記構造のエジェクタ装置７は、取水管路１１から管体１３内に液体を導き絞り部１４で絞ることにより、絞り部１４下流に高速の流れを形成し、この高速流によって気体導入管１５から空気を自然吸気し液体中に混入させる（自然吸気式）。従って、コンプレッサ等を用いた強制給気方式のような動力系は不要である。
【００３５】
第２のポンプ８は、第１のポンプ６とは別のモータ１６により駆動され、エジェクタ装置７から供給される気液を吸い込み、給水管路１７を介してミキサ装置９へ当該気液を圧送する。
【００３６】
ミキサ装置９は第２のポンプ８から供給された気液を攪拌する。このミキサ装置９の構成例として、本水処理システムＳ１では図４に示す構造のミキサ装置９を採用した。ミキサ装置９は本構造のものでなくともよい。同図のミキサ装置９は、給水管路１７の下流端に管継ぎ手１８Ａを介して連結された管体１９と、管体１９の内側に設けた攪拌手段２０とから構成されており、撹拌手段２０は、図４（ｃ）〜（ｇ）のように液体を通過させる貫通孔２１の開いた撹拌板２２と、環状のスペーサ２３とを、気液の流れ方向に沿って交互に複数設置し、その固定された複数の撹拌板２２で気液を撹拌させることにより、管体１９内に乱流を生じさせて、気液を混合する。
【００３７】
第１の本発明に係る気液混合装置１０Ａは、図２のように調整槽１の底部に設置されるとともに、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように（１）円筒形の密閉容器２４と、（２）ミキサ装置９の下流端（具体的には管体１９の下流端）に管継ぎ手１８Ｂを介して連結され、ミキサ装置９で攪拌された気液を密閉容器２４内に導入する流体導入管２５と、（３）密閉容器２４内から気液を吐出させる流体吐出口２６と、（４）流体吐出口２６に取り付けた吐出筒２７とを備えて構成され、ミキサ装置９で撹拌された気液を混合する。
【００３８】
流体導入管２５は、図５（ｃ）のように密閉容器２４の内外周壁を貫通して該密閉容器２４内に入り込み、この入り込んだ流体導入管２５の先端部が、流体導入口２８として密閉容器２４の内底面に近接して開口するように構成した。このため、流体導入口２８から密閉容器２４内へ導入された気液は、密閉容器２４の内側円弧面に沿って左右方向（密閉容器２４の左右内端面方向）へ扇状に薄層拡散し、密閉容器２４内で高速の渦流を形成する。また、その高速渦流は密閉容器２４の内端面方向（図５（ａ）参照）へ向かうので、上記流体吐出口２６は密閉容器２４の端面に開口した。
【００３９】
上記流体吐出口２６には図６（ａ）（ｂ）に示すノズル構造３０が採用されている。このノズル構造３０は、流体吐出口２６の中心部に、オリフィスからなる吸込み用の孔（以下「吸込孔３１」という）を１つ設けるとともに、この吸込孔３１の周囲に、微細気泡を形成するための少なくとも２以上の噴出し用の孔（以下「噴出孔３２」という）を設けたものである。このような孔構成からなるノズル構造３０によると、中央の吸込孔３１を通じて密閉容器２４内から外部に延びる気体柱を伴った引き込み渦が作られ、この気体柱を通じて密閉容器２４外の気体が密閉容器２４内へ入り易くなり、その結果、噴出孔３２から効率よく密閉容器２４内の気液を排出させることが可能となる。
【００４０】
上記吐出筒２７は、その一端が流体吐出口２６の流体吐出側陰圧部に開口し、他端が調整槽１内に開口している。このような吐出筒２７が流体吐出口２６に設けられていない場合は、噴出孔３２から排出された気液以外の液体も吸込孔３１が吸い込んでしまい、大型の液中混在物が吸込孔３１に詰まる可能性がある。一方、吐出筒２７を流体吐出口２６に設けた場合は、吸込孔３１から吸込まれるのは噴出孔３２から排出された流体中の気体のみとなり、吐出筒２７内は噴出孔３２から排出された気液で占有されるから、大型の液中混在物の吸込みによる吸込孔３１の目詰まりは生じない。
【００４１】
以上の構成からなる調整槽水処理システムＳ１において、第２のポンプ８は、システム起動時から停止時までの全範囲で継続的に使用されるが、第１のポンプ６は、システム起動時等のように取水管路１１内が空であって第２のポンプ８だけで調整槽１内の液体を吸い上げることが困難な時にのみ使用される。このような第１および第２のポンプ６、８の動作制御は、調整槽水処理システムＳ１の起動や停止等の動作を統括的に制御する制御盤１００（図２参照）により行われる。
【００４２】
また、本実施形態では、図２のように気体導入管１５の途中にセンサ付き流量計１０１を組み込み、流量計１０１のセンサ（図示省略）で気体導入管１５による気体の吸込み量を検出して制御盤１００へ送出することにより、液体中に混入させる空気量を制御盤１００や流量計１０１で監視できるようにしている。
【００４３】
上記の如く構成された調整槽水処理システムＳ１全体の処理動作、作用について図２と図５を基に説明する。
【００４４】
本調整槽水処理システムＳ１によると、調整槽１内の液体は、エジェクタ装置７を通過して第２のポンプ８の吸込側８Ａに吸い込まれる。吸い込まれる液体中にはエジェクタ装置７を通過するときに自然吸気によって取り込まれた空気が含まれており、この空気を含んだ液体（気液）が、第２のポンプ８内で加圧され、同ポンプ８の吐出側８Ｂからミキサ装置９へ圧送され、更に同ミキサ装置９内で撹拌された後、気液混合装置１０Ａへ供給される。
【００４５】
以上のようにミキサ装置９から気液混合装置１０Ａへ供給される気液は、図５のように流体導入管２５を介して密閉容器２４内に導入され、密閉容器２４の内側円弧面に沿って左右方向へ扇状に薄層拡散し、高速の渦流となって流体吐出口２６の噴出孔３２から吐出筒２７を介して調整層１内へ吐出する。この際、その高速の渦流によって密閉容器２４内で気液が効率よく混合される。また、流体吐出口２６付近では、吸込孔３１と噴出孔３２とを介する気液の吐出と吸込みの動作により、複雑な乱流が生じ、この乱流によって気液の混合がより一層促進される。このように効率よく十分に混合された気液が噴出孔３２から高速流となって吐出されることにより多量の微細気泡を形成する。このため、調整槽１内の溶存酸素量が増大し、有用微生物の繁殖、育成などに好適な環境が調整槽１内に作られる。
【００４６】
図７は別の調整槽水処理システムＳ２のシステム構成図である。同図の調整槽水処理システムＳ２は、給水管路１７から取水管路１１に戻る戻り管路３３を設けることで、第２のポンプ８の吐出側８Ｂから吐出した気液の一部を同ポンプ８の吸込側８Ａへ戻す流路を形成するとともに、更に、その戻り管路３３の途中に前述した自然吸気方式のエジェクタ装置７を組み込むことにより、エジェクタ装置７での自然吸気により空気を混入させた液体（気液）が第２のポンプ８内に吸い込まれ同ポンプ８内で加圧された後、ミキサ装置９を介して気液混合装置１０Ａ側へ供給されるように構成したものであり、これ以外の構成については図２の調整槽水処理システムＳ１と同様であるため、同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。なお、エジェクタ装置７による気体供給量の上限は、ポンプの空運転等の支障が生じない量とする。
【００４７】
上記のような構成からなる図７の調整槽水処理システムＳ２によると、第２のポンプ８の吸込側８Ａへ気体を直接送り込むのではなく、気体と液体の混合体を第２のポンプ８の吸込側８Ａへ送り込むから、第２のポンプ８の具体例として、例えば現在最も一般的に多く使用されている非容積式タイプの遠心ポンプ（渦巻ポンプ）を採用しても、遠心ポンプの空転や、遠心ポンプから気液混合装置１０Ａへの気液の供給不足による気液混合の効率低下を効果的に防止することができ、気液混合装置１０Ａで効率よく気液の混合を行える。更に、第２のポンプ８内でも気液の撹拌が行われることから、より一層気液の混合度合いが増す等の利点がある。
【００４８】
図８は第２の本発明に係る気液混合装置１０Ｂの断面図であり、図９は図８の気液混合装置１０Ｂを含む調整槽水処理システムＳ３のシステム構成図である。尚、図９の調整槽水処理システムＳ３において、気液混合装置１０Ｂ以外の他のシステム構成要素については図７のものと同様であるため、同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略し、構成の異なる図８の気液混合装置１０Ｂについて詳細に説明する。
【００４９】
この図８の気液混合装置１０Ｂは、直列に接続された２段の回転流形成部４１Ａ、４１Ｂと、２段の回転流形成部４１Ａ、４１Ｂのうち前段の回転流形成部４１Ａへ気液を導入するための流体導入路４２とを有し、上記２段の回転流形成部４１Ａ、４１Ｂで連続的に気液を回転させ、このような２段階の気液の回転による渦流で気液を混合する。
【００５０】
流体導入路４２は、その上端が管継ぎ手４３Ａを介して給水管路１７に連結される。
【００５１】
前段の回転流形成部４１Ａは、底面中央部に円錐状突起４４を有する円環状の気液混合室４５と、流体導入路４２の下流端に一端を開口し、他端を上記円錐状突起４４の底部周囲に開口した左右のノズル流路４６とを有し、左右のノズル流路４６を介して上記円錐状突起４４の左右両側に気液を噴射することにより、円錐状突起４４を中心として気液混合室４５内で気液を回転させ混合する。
【００５２】
上記のように気液混合室４５内で回転する気液は、円錐状突起４４の先端部とこれと同様に傾斜したテーパ孔４７とで形成される円環状の隙間傾斜流路４８、並びに、その隙間傾斜流路４８に連通する回転流通過流路４９を通じて、更に後段の回転流形成部４１Ｂへ供給される。
【００５３】
後段の回転流形成部４１Ｂは、気液の流れ方向に沿って流路径が徐々に拡がる形状の第１のテーパ流路５０からなり、上記円環状の隙間傾斜流路４８と回転流通過流路４９を介して供給された気液、すなわち気液混合室４５で回転し混合した気液を第１のテーパ流路５０へ導くことにより、第１のテーパ流路５０内で気液を更に回転させ混合する。
【００５４】
上記第１のテーパ流路５０の下流端には第２のテーパ流路５１が接続されており、更に第２のテーパ流路５１の下流端には微細気泡を形成するためのオリフィス流路５２が接続されている。第２のテーパ流路５１は気液の流れ方向に沿って流路径が徐々に狭くなる形状になっているため、第２のテーパ流路５１を通過する気液は、加速し高速の渦流となってオリフィス流路５２に導入され、オリフィス流路５２で減圧されて吐出し、多量の微細気泡を形成する。
【００５５】
上記気液混合装置１０Ｂはその流体通路の形状と構成に特徴がある。その具体的な部品構成は一つの実施例であり各種考えられる。本実施形態では、その部品構成として、気液混合装置１０Ｂを複数のパーツ部品に分けて組み立てる方式を採用した。この方式は、具体的には、図８のように、連結筒５３で直列に連結された上段、中段および下段ブロック５４、５５、５６と、オリフィス板５７と、下段ブロック５６に装着されるキャップ５８とを用意し、上記流体導入路４２と上記左右のノズル流路４６については上段ブロック５４に形成した。
【００５６】
また、上記円環状の気液混合室４５については、中段ブロック５５が接合される上段ブロック５４の接合面に凹部５９を形成するとともに、この凹部５９の底面中央部に上記円錐状突起４４を形成することで、上段ブロック５４と中段ブロック５５との接合部に上記円環状の気液混合室４５が形成される構成を採用した。
【００５７】
さらに、上記回転流通過流路４９と第１のテーパ流路５０については中段ブロック５５に形成し、第２のテーパ流路５１は下段ブロック５６に形成した。また、上記オリフィス流路５２については、下段ブロック５６とキャップ５８との間に上記オリフィス板５７を配置し、オリフィス板５７に形成されているオリフィス流路５２の上流端が上記第２のテーパ流路５１の下流端に連通するように構成した。また、オリフィス流路５２の下流端から本装置１０Ｂ外部へ気液と微細気泡を吐出させるため、キャップ５８にはオリフィス流路５２の下流端と外部とに連通する吐出孔６０を形成した。
【００５８】
以上説明した図８の気液混合装置１０Ｂによると、前段の気液混合室４５内で気液を回転させ、これを更に後段の第１のテーパ流路５０内で回転させることにより、連続する２段の回転で気液を混合するため、効率よく気液を混合、溶解、更に微細気泡を発生することができ、液体中の溶存酸素濃度を高めることができる。
【００５９】
図１０は、沈殿槽３から曝気槽２へ返送する汚泥を活性化させる水処理システム（以下「返送汚泥活性化水処理システム」という）のシステム構成図であり、本返送汚泥活性化水処理システムＳ４は第１のポンプ６、第２のポンプ８、気液混合装置１０Ｃを備えて構成される。
【００６０】
本返送汚泥活性化水処理システムＳ４において、第１のポンプ６と第２のポンプ８は別々のモータ１６で駆動され、取水管路１１を介して沈殿槽３内の汚泥を吸込み、気液混合装置１０Ｃへ圧送する。なお、ポンプ６のモータはポンプに内蔵されているため図示は省略されている。
【００６１】
本返送汚泥活性化水処理システムＳ４においても、第２のポンプ８は、システム起動時から停止時までの全範囲で継続的に使用されるが、第１のポンプ６は、システム起動時などのように取水管路１１内が空であって第２のポンプ８だけでは沈殿槽３内の気液を吸い上げることが困難な時にのみ使用される。
【００６２】
気液混合装置１０Ｃは、図１０のように曝気槽２の上流付近水面の上部に設置されるとともに、図１１に示したように、（１）円筒形の密閉容器２４と、（２）第２のポンプ８の吐出側８Ｂに管継ぎ手１８Ｂを介して連結され、第２のポンプ８の吐出側８Ｂから吐出した液体を密閉容器２４内に導入する流体導入管２５と、（３）密閉容器２４内から外部へ気液を吐出させる流体吐出口２６と、（４）流体吐出口２６に取り付けられた吐出筒２７と、（５）吐出筒２７に取り付けられた気体導入管１５とを備えて構成される。
【００６３】
本気液混合装置１０Ｃにおいても、流体導入管２５は、密閉容器２４の内外周壁を貫通して該密閉容器２４内に入り込み、この入り込んだ流体導入管２５の先端部が、流体導入口２８として密閉容器２４の内底面に近接して開口するように構成した。このため、流体導入口２８から密閉容器２４内へ導入された気液は、密閉容器２４の内側円弧面に沿って左右方向（密閉容器２４の左右内端面方向）へ扇状に薄層拡散し、密閉容器２４内で高速の渦流を形成する。また、その高速渦流は密閉容器２４の内端面方向へ向うため、上記流体吐出口２６は密閉容器２４の端面に開口した。
【００６４】
また、本気液混合装置１０Ｃにおいても、気液の排出効率を高めることと、気液の混合程度をより一層向上させる観点より、上記流体吐出口２６には前述した図６に示すノズル構造３０を採用した。ノズル構造３０の具体的な構成は前述の通り、その詳細説明は省略する。
【００６５】
以上の構成からなる気液混合装置１０Ｃでは、ノズル構造３０の噴出孔３２から気液が噴出し、流体吐出口２６の下流、具体的には噴出孔３２の流体吐出側付近が陰圧となる。この陰圧を利用して気体導入管１５から自然に空気を吸い込ませるようにするため、気体導入管１５の一端は流体吐出口２６の流体吐出側陰圧部に開口し、同気体導入管１５の他端は大気側に開口した。本気液混合装置１０Ｃも自然吸気式であるから、コンプレッサ等を用いた強制給気式のような動力系は不要である。
【００６６】
また、本気液混合装置１０Ｃの流体吐出口２６付近では、吸込孔３１と噴出孔３２とを介して行われる流体の吐出と吸込み動作に、気体導入管１５を介する気体の吸込み動作が加わり、吐出筒２７内で複雑な乱流が発生し、気液の混合が行われ、流体中の溶存酸素量の更なる増加を図れる。
【００６７】
図１０の本返送汚泥活性化水処理システムＳ４は、ポンプ８、６、取水管路１１および給水管路１７により、沈殿槽３から曝気槽２へ汚泥を返送するルート（汚泥返送ルート７０）を形成するとともに、その曝気槽２への返送汚泥の吐出口１７Ａに気液混合装置１０Ｃを接続し、この気液混合装置１０Ｃから曝気槽２へ溶存酸素濃度を高めて活性化した返送汚泥が吐出供給されるように構成したものである。
【００６８】
上記のような構成の本返送汚泥活性化水処理システムＳ４によると、気液混合装置１０Ｃから曝気槽２へ溶存酸素濃度を高めて活性化した返送汚泥が吐出供給されるので、低溶存酸素濃度の返送汚泥が曝気槽２に返送されることによる低溶存酸素濃度水域の発生を効果的に防止することができ、曝気槽２全体が微生物活性の高い高濃度の溶存酸素水域となり、水処理施設における浄化能力の向上を図れる。
【００６９】
図１２は、別の返送汚泥活性化水処理システムＳ５のシステム構成図である。本返送汚泥活性化水処理システムＳ５は、既設の返送汚泥・返送用のポンプ７１により沈殿槽３から汚泥返送管路７２を通じて曝気槽２へ汚泥を返送するルート（汚泥返送ルート７３）を有するとともに、その曝気槽２への返送汚泥の吐出口７２Ａに前述した図１１の気液混合装置１０Ｃを接続したものである。この接続構造は、気液混合装置１０Ｃの流体導入管２５が返送汚泥の吐出口７２Ａに接続されるものとする。
【００７０】
以上の構成からなる図１２の返送汚泥活性化水処理システムＳ５もまた、図１０のシステムＳ４と同様に、気液混合装置１０Ｃから曝気槽２へ溶存酸素濃度を高めて活性化した返送汚泥を吐出供給する。この際、返送汚泥の吐出口７２Ａは図１２のように曝気槽２前段の水面上部に設けられるため、その吐出口７２Ａに接続された図１１の気液混合装置１０Ｃは、曝気槽２前段に溶存酸素濃度を高めて活性化した返送汚泥を吐出供給する。従って、図１２の本返送汚泥活性化水処理システムＳ５によると、従来より曝気槽２の処理能力低下の要因となっていた曝気槽２前段の低溶存酸素濃度水域を高溶存酸素濃度水域に改善することができ、曝気槽２全体が微生物活性の高い高濃度の溶存酸素水域となり、水処理施設における浄化能力の向上を図れる。
【００７１】
特に、この図１２の返送汚泥活性化水処理システムＳ５は、返送汚泥・返送用のポンプ７１が０．２〜０．６ＭＰａの圧力を常時吐出する能力を有する場合には、曝気槽２への返送汚泥の吐出口７２Ａに図１１の気液混合装置１０Ｃを接続するだけで構成することができ、既設の返送汚泥・返送用のポンプ７１を制御する制御系以外に、他に特別な制御系を必要とせず、シンプルな機器構成で水処理施設における浄化能力の向上を図れるという利点もある。
【００７２】
＜実験サンプルの説明＞
図１３は図６に示す本ノズル構造３０の効果実験を行ったときの実験サンプルの説明図であり、（ａ）は本ノズル構造３０、（ｂ）は本ノズル構造３０との比較に用いたノズル構造（以下「比較ノズル構造９０」という）を示したものである。比較ノズル構造９０は本ノズル構造３０のような吸込孔３１や噴出孔３２の区別がなく、そのノズル構造中央部に１つの孔９１を設けたものとした。
【００７３】
本ノズル構造３０および比較ノズル構造９０とも、そのノズルの厚さ（それぞれの孔３１、３２、９１の長さ）は３ｍｍとし、これら２種のノズル構造以外は全て同じ装置条件で実験を行った。すなわち、本ノズル構造３０を採用した図５の装置１０Ａについて実験を行うとともに、その装置１０Ａから本ノズル構造３０を取り外して代わりに比較ノズル構造９０を取り付けて実験を行った。尚、本ノズル構造３０と比較ノズル構造９０の各孔３１、３２、９１の面積は以下の通りである。
(ｉ)  本ノズル構造
吸込孔の面積：19.165ｍｍ２、
噴出孔の面積：28.26ｍｍ２（7.065ｍｍ２（１孔）×４の合計面積） 
(ii)  比較ノズル構造
１つの孔の面積：45.3416ｍｍ２
【００７４】
＜実験（１）の条件＞
本実験（１）においては、本ノズル構造３０と比較ノズル構造９０から噴出させる流体については水道水とし、水道水を水槽に溜め、圧力ポンプを介して0.1ＭＰａ〜0.6ＭＰａの範囲で0.1ＭＰａ刻みで段階的に装置１０Ａの流体導入管２５（図５参照）に水道水を導入した。排水量はポリバケツに排水した水の重量を計量し、比重1.0として容量を算出した。
【００７５】
＜実験（１）における本ノズル構造の排出状況の観察結果＞
0.1ＭＰａの水道水を導入した場合には、４つの噴出孔３２全てから水道水が排出されたが、ノズル構造中央の吸込孔３１からも僅かに水道水が排出されていることを確認した。導入する水道水の圧力が0.2ＭＰａ以上になると、４個の噴出孔３２のみから水道水が排出され、吸込孔３１からの排水はまったくなかった。この状況は、４個の噴出孔３２のうち１つの噴出孔を指で塞ぎ、側面から観察し、吸込孔３１からの噴出しの有無を確認するものとした。
【００７６】
＜実験（１）における排出量の比較＞
図１４の表１に示したように、各圧力時の排水量の計量は６回繰り返し、平均排水量と標準偏差を算出した。0.1ＭＰａ〜0.6ＭＰａまで、各圧力時における本ノズル構造３０と比較ノズル構造９０の排水量は、比較ノズル構造と比べて本ノズル構造の方が、平均排水量で1.5割から2.5割の増量となった。この差を比較すると、図１５の表２から、スチューデントｔ検定により、各圧力時のすべてにおいて有意な差が認められた（α＜0.05；両側検定）。この試験では、前述の如く、本ノズル構造３０と比較ノズル構造９０とにおける各噴出し用の孔（本ノズル構造３０では４つの噴出孔３２のみ、比較ノズル構造９０では１つの孔９１である）の単純な面積の比較では、比較ノズル構造９０の方が本ノズル構造３０よりも、約1.6倍の面積を有するが、排水量は逆転し、本ノズル構造３０の方が排水量が多くなっている。厳密に考えると、本ノズル構造中央の１つの吸込孔３１で生じている筈の吸込みと排出の量を計測できればよいが、この計測は不可能である。従って、噴出孔３２の面積比から確実に広い面積の孔を有するノズル構造でも単一孔であれば排出の効率が抑制されることが分る。
【００７７】
＜実験（２）の条件＞
本実験（２）では、2ｔ容量の大型水槽を用い、1ｔの水道水を溜め、圧力ポンプを介して0.3〜0.4ＭＰａの圧力で、本ノズル構造３０を採用した装置１０Ａ（図５参照）と、比較ノズル構造９０を採用した装置１０Ａから、それぞれ同じ水槽内へ水道水を排出させるものとした。これと同時に100g（乾燥重量）の砂（粒径；0.2〜1.7ｍｍ）を圧力ポンプの取水口から１分間吸わせた。時間の経過に伴う溶存酸素濃度の上昇を溶存酸素測定器で計測した。
【００７８】
＜実験（２）の結果＞
本ノズル構造を採用した気液混合装置１０Ａ（以下「本装置」という）では、圧力ポンプの取水口から吸わせた砂100ｇ（乾燥重量）のうち、17ｇ（乾燥重量）の砂が排出された。本装置１０Ａを分解したところ、密閉容器２４の内部から28g（乾燥重量）の砂を回収したが、吸込孔３１や噴出孔３２等に砂の詰まりは生じていなかった。砂は、密閉容器２４内で発生する渦による遠心分離が作用し、密閉容器２４内に残存していたものと考えられる。残りの55ｇの砂は、おそらく圧力ポンプと配管内に存在していると推測する。
【００７９】
本装置の排水量は約30〜40Ｌ／ｍｉｎであったが、1ｔの水に対して約５分で本装置から排出され、水槽内に微細気泡が充満した。時間の経過に伴う溶存酸素濃度の変化は図１６の表３に示した通りである。表３から、本装置によると、水槽内に溜められた水道水の全部を本装置内で処理しないうちに、水槽内の溶存酸素濃度が上昇していることから、本装置からの排水吐出力による水の流動が水槽内で作用し、本装置稼動初期から溶存酸素濃度が上がったものと考えられる。また、本実験時の水温は25.7℃で、このときの溶存酸素飽和量は8.02ｍｇ／Ｌであるから、本装置によると、本装置稼動開始直後から水槽内の溶存酸素が飽和状態となり、最高で約120％の飽和量を示し、十分な気液混合が行われたことが示された。
【００８０】
図１７〜図２２は、図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データである。図１７〜図２２から分るように、図９の調整槽水処理システムの方が、第２のポンプの加圧力（供給圧力）が高まるほど、平均気泡径のピークが最小気泡径の方向へ移行し、より多くの微細気泡が形成されるという結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の気液混合装置を適用した排水処理設備の概略構成図。
【図２】調整槽水処理システムのシステム構成図。
【図３】エジェクタ装置の断面図。
【図４】ミキサ装置の断面図。
【図５】図５は第１の本発明に係る気液混合装置の一実施形態の説明図であり、（ａ）は気液混合装置の断面図、（ｂ）はＢ矢視図、（ｃ）はｃ−ｃ線断面図である。
【図６】ノズル構造の説明図であり、（ａ）はノズル構造の正面図、（ｂ）はノズル構造の断面図である。
【図７】別の調整槽水処理システムのシステム構成図。
【図８】第２の本発明に係る気液混合装置の他の実施形態の断面図である。
【図９】図８の気液混合装置を含む調整槽水処理システムのシステム構成図。
【図１０】返送汚泥活性化水処理システムのシステム構成図。
【図１１】図１０の返送汚泥活性化水処理システムを構成する本発明に係る気液混合装置の説明図。
【図１２】別の返送汚泥活性化水処理システムのシステム構成図。
【図１３】図１３は図６に示す本ノズル構造の効果実験を行ったときの実験サンプルの説明図であり、（ａ）は本ノズル構造の正面図とその側面図、（ｂ）は比較ノズル構造の正面図とその側面図である。
【図１４】本ノズル構造と比較ノズル構造の排出量（実験データ）の比較図。
【図１５】スチューデントｔ検定による本ノズル構造と比較ノズル構造の排出量の比較図。
【図１６】本ノズル構造を採用した気液混合装置を使用した場合における、装置稼動開始からの時間経過に伴う溶存酸素濃度の変化を示した実験データの説明図。
【図１７】図１７は図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、気泡の発生分布を示したグラフ図（スライドグラス採取による圧力条件0.3ＭＰａ時のもの）である。
【図１８】図１８は図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、気泡の発生分布を示したグラフ図（スライドグラス採取による圧力条件0.35ＭＰａ時のもの）である。
【図１９】図１９は図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、気泡の発生分布を示したグラフ図（スライドグラス採取による圧力条件0.4ＭＰａ時のもの）である。
【図２０】図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの気泡の発生分布を示したグラフ図（スライドグラス採取による圧力条件0.45ＭＰａ時のもの）である。
【図２１】図２１は、図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、ポンプの加圧力（供給圧力）の変化に伴う１ｍｌ中における微細気泡の発生量の比較図である。
【図２２】図２２は、図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、ポンプの加圧力（供給圧力）の変化に伴う平均気泡径の比較図である。
【符号の説明】
【００８２】
Ｓ  排水処理設備
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４  水処理システム
１  調整槽
２  曝気槽
３  沈殿槽
４  ポンプ
６  第１のポンプ
６Ａ  ポンプ吸込口
６Ｂ  ポンプ吐出口
７  エジェクタ装置
８  第２のポンプ
８Ａ  ポンプ吸込口
８Ｂ  ポンプ吐出口
９  ミキサ装置
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  気液混合装置
１１  取水管路
１２Ａ、１２Ｂ  継ぎ手
１３  管体
１４  絞り部
１５  気体導入管
１６  モータ
１７  給水管路
１７Ａ  返送汚泥の吐出口
１８Ａ  管継ぎ手
１８Ｂ  管継ぎ手
１９  管体
２０  攪拌手段
２１  貫通孔
２２  攪拌板
２３  スペーサ
２４  密閉容器
２５  流体導入管
２６  流体吐出口
２７  吐出筒
２８  流体導入口
３０  流体吐出口のノズル構造
３１  吸込み用の孔（吸込孔）
３２  噴出し用の孔（噴出孔）
３３  戻り管路
４１Ａ、４１Ｂ  回転流形成部
４２  流体導入路
４３Ａ  管継ぎ手
４４  円錐状突起
４５  気液混合室
４６  ノズル流路
４７  テーパ孔
４８  隙間傾斜流路
４９  回転流通過流路
５０  第１のテーパ流路
５１  第２のテーパ流路
５２  オリフィス流路
５３  連結筒
５４  上段ブロック
５５  中段ブロック
５６  下段ブロック
５７  オリフィス板
５８  キャップ
５９  凹部
６０  吐出孔
７０  汚泥返送ルート
７１  返送汚泥・返送用のポンプ
７２  汚泥返送管路
７２Ａ  返送汚泥の吐出口
７３  汚泥返送ルート
１００  制御盤
１０１  流量計
９０  比較ノズル構造
９１  孔
【図１】
2008100134.tif 000003
【図２】
2008100134.tif 000004
【図３】
2008100134.tif 000005
【図４】
2008100134.tif 000006
【図５】
2008100134.tif 000007
【図６】
2008100134.tif 000008
【図７】
2008100134.tif 000009
【図８】
2008100134.tif 000010
【図９】
2008100134.tif 000011
【図１０】
2008100134.tif 000012
【図１１】
2008100134.tif 000013
【図１２】
2008100134.tif 000014
【図１３】
2008100134.tif 000015
【図１４】
2008100134.tif 000016
【図１５】
2008100134.tif 000017
【図１６】
2008100134.tif 000018
【図１７】
2008100134.tif 000019
【図１８】
2008100134.tif 000020
【図１９】
2008100134.tif 000021
【図２０】
2008100134.tif 000022
【図２１】
2008100134.tif 000023
【図２２】
2008100134.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月2日(2007.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の密閉容器と、
上記密閉容器内に気液を導入する流体導入管と、
上記密閉容器内から気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、
上記円筒形の密閉容器を横向きに置いた状態において、上記流体導入管は、上記密閉容器の円筒軸方向中央部に設けられるとともに、その先端部が上記円筒形の密閉容器における側面を貫通して該密閉容器内の奥まで入り込み、この奥まで入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記円筒形の密閉容器における内底面に近接して開口するように設けられていること
を特徴とする気液混合装置。
【請求項２】
上記流体吐出口は板状の部材を貫通する吸込孔と複数の噴出孔とからなり、前記吸込孔は前記板状の部材の中央に位置し、前記複数の噴出孔は吸込孔の周囲に位置すること
を特徴とする請求項１に記載の気液混合装置。
【請求項３】
上記吸込孔の口径は上記噴出孔の口径より大きく設けたことを特徴とする請求項２に記載の気液混合装置。
【請求項４】
上記流体吐出口の流体吐出側に吐出筒が取り付けられていることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の気液混合装置。
【請求項５】
上記吐出筒の外側から上記流体吐出口の流体吐出側陰圧部に連通する気体導入管を備えることを特徴とする請求項４に記載の気液混合装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、円筒形の密閉容器と、上記密閉容器内に気液を導入する流体導入管と、上記密閉容器内から気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、上記円筒形の密閉容器を横向きに置いた状態において、上記流体導入管は、上記密閉容器の円筒軸方向中央部に設けられるとともに、その先端部が上記円筒形の密閉容器における側面を貫通して該密閉容器内の奥まで入り込み、この奥まで入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記円筒形の密閉容器における内底面に近接して開口するように設けられていることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
以上の構成からなる本発明では、流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口する構成を採用したため、流体導入口を介して密閉容器内に導入された気液が、密閉容器の内面に沿って左右へ扇状に薄層拡散し、密閉容器内に高速渦流を形成する。このような高速渦流によって効率よく気液が混合され、液体中の溶存酸素濃度が高められる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記本発明において、上記流体吐出口は板状の部材を貫通する吸込孔と複数の噴出孔とからなり、前記吸込孔は前記板状の部材の中央に位置し、前記複数の噴出孔は吸込孔の周囲に位置するようにしてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明にあっては、上記の如く、流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記密閉容器の内底面に近接して開口する構成を採用した。このため、流体導入口を介して密閉容器内に導入された気液が、密閉容器の内面に沿って左右へ扇状に薄層拡散し、密閉容器内に高速渦流を形成するから、この高速渦流によって効率よく気液を混合し、液体中の溶存酸素濃度を高めることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、本発明によると、密閉容器内に羽根車等はなく、密閉容器と流体導入管という簡単かつコンパクトな機器構成で上述のように効率よく気液を混合することができるとともに、導入された気液によって形成される高速渦流で気液を混合するから、気液の混合に動力は不要で、しかも、気液の混合に羽根車やノズル、小孔を利用しないから、狭窄部がなく、清水以外の液体も処理できる等の作用効果が得られる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
さらに、本発明にあっては、上記の通り気液の薄層拡散による高速の渦流で気液を効率よく混合する方式であり、気液の混合にあたり、旋回翼やノズル、小穴等を利用するものとは異なり、液体中の混在物が詰まったり、噛みこんだりする狭窄部が存在しないから、スラリー液や自然水界、廃水等の液体であっても、液中の大型混在物の挟み込み等、装置の正常な動作を妨げる現象が生ずることもなく、またスラリー等によって磨耗する部品もなく、信頼性、耐久性にも優れた気液混合装置を提供しうる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図８は気液混合装置１０Ｂ（本発明に含まれない）の断面図であり、図９は図８の気液混合装置１０Ｂを含む調整槽水処理システムＳ３のシステム構成図である。尚、図９の調整槽水処理システムＳ３において、気液混合装置１０Ｂ以外の他のシステム構成要素については図７のものと同様であるため、同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略し、構成の異なる図８の気液混合装置１０Ｂについて詳細に説明する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
【図１】本発明の気液混合装置を適用した排水処理設備の概略構成図。
【図２】調整槽水処理システムのシステム構成図。
【図３】エジェクタ装置の断面図。
【図４】ミキサ装置の断面図。
【図５】図５は本発明に係る気液混合装置の一実施形態の説明図であり、（ａ）は気液混合装置の断面図、（ｂ）はＢ矢視図、（ｃ）はｃ−ｃ線断面図である。
【図６】ノズル構造の説明図であり、（ａ）はノズル構造の正面図、（ｂ）はノズル構造の断面図である。
【図７】別の調整槽水処理システムのシステム構成図。
【図８】気液混合装置（本発明に含まれない）の断面図である。
【図９】図８の気液混合装置を含む調整槽水処理システムのシステム構成図。
【図１０】返送汚泥活性化水処理システムのシステム構成図。
【図１１】図１０の返送汚泥活性化水処理システムを構成する本発明に係る気液混合装置の説明図。
【図１２】別の返送汚泥活性化水処理システムのシステム構成図。
【図１３】図１３は図６に示す本ノズル構造の効果実験を行ったときの実験サンプルの説明図であり、（ａ）は本ノズル構造の正面図とその側面図、（ｂ）は比較ノズル構造の正面図とその側面図である。
【図１４】本ノズル構造と比較ノズル構造の排出量（実験データ）の比較図。
【図１５】スチューデントｔ検定による本ノズル構造と比較ノズル構造の排出量の比較図。
【図１６】本ノズル構造を採用した気液混合装置を使用した場合における、装置稼動開始からの時間経過に伴う溶存酸素濃度の変化を示した実験データの説明図。
【図１７】図１７は図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、気泡の発生分布を示したグラフ図（スライドグラス採取による圧力条件0.3ＭＰａ時のもの）である。
【図１８】図１８は図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、気泡の発生分布を示したグラフ図（スライドグラス採取による圧力条件0.35ＭＰａ時のもの）である。
【図１９】図１９は図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、気泡の発生分布を示したグラフ図（スライドグラス採取による圧力条件0.4ＭＰａ時のもの）である。
【図２０】図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの気泡の発生分布を示したグラフ図（スライドグラス採取による圧力条件0.45ＭＰａ時のもの）である。
【図２１】図２１は、図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、ポンプの加圧力（供給圧力）の変化に伴う１ｍｌ中における微細気泡の発生量の比較図である。
【図２２】図２２は、図９の調整槽水処理システムと特許文献１の水処理システムとについて、比較実験を行ったときの実験データであり、ポンプの加圧力（供給圧力）の変化に伴う平均気泡径の比較図である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2008100134.tif 000025
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2008100134.tif 000026
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2008100134.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月21日(2008.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形の密閉容器と、
上記密閉容器内に気液を導入する流体導入管と、
上記密閉容器内から外部へ気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、
上記流体導入管は、上記円筒形の密閉容器を横向きに置いた状態において上記密閉容器の円筒軸方向中央部に設けられるとともに、その先端部が上記円筒形の密閉容器における側面を貫通して該密閉容器内の奥まで入り込み、この奥まで入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記円筒形の密閉容器における内底面に近接して開口するように設けられ、
上記流体吐出口は板状の部材を貫通する吸込孔と複数の噴出孔とからなり、
上記吸込孔は上記板状の部材の中央に位置し、
上記複数の噴出孔は上記吸込孔の周囲に位置しており、
上記流体導入管の流体導入口から上記密閉容器内に導入された気液が、その密閉容器の内側円弧面に沿って同密閉容器の左右内端面方向へ扇状に薄層拡散することで、密閉容器の円筒軸を中心とした薄層の渦流が形成され、
上記薄層の渦流によって、上記中央の吸込孔を通じて上記密閉容器内から外部の気液中に延びる気体柱を伴った引き込み渦が形成され、
上記気体柱を通じて上記密閉容器外部の気液中の気体が該密閉容器内へ導かれることによって、上記周囲の複数の噴出孔から密閉容器内の気液が外部へ排出され易くなること
を特徴とする気液混合装置。
【請求項２】
上記吸込孔の口径は上記噴出孔の口径より大きく設けたことを特徴とする請求項１に記載の気液混合装置。
【請求項３】
上記流体吐出口の流体吐出側に吐出筒が取り付けられていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の気液混合装置。
【請求項４】
上記吐出筒の外側から上記流体吐出口の流体吐出側陰圧部に連通する気体導入管を備えることを特徴とする請求項３に記載の気液混合装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、円筒形の密閉容器と、上記密閉容器内に気液を導入する流体導入管と、上記密閉容器内から外部へ気液を吐出させる流体吐出口とを具備し、上記流体導入管は、上記円筒形の密閉容器を横向きに置いた状態において上記密閉容器の円筒軸方向中央部に設けられるとともに、その先端部が上記円筒形の密閉容器における側面を貫通して該密閉容器内の奥まで入り込み、この奥まで入り込んだ流体導入管の先端部が、流体導入口として、上記円筒形の密閉容器における内底面に近接して開口するように設けられ、上記流体吐出口は板状の部材を貫通する吸込孔と複数の噴出孔とからなり、上記吸込孔は上記板状の部材の中央に位置し、上記複数の噴出孔は上記吸込孔の周囲に位置しており、上記流体導入管の流体導入口から上記密閉容器内に導入された気液が、その密閉容器の内側円弧面に沿って同密閉容器の左右内端面方向へ扇状に薄層拡散することで、密閉容器の円筒軸を中心とした薄層の渦流が形成され、上記薄層の渦流によって、上記中央の吸込孔を通じて上記密閉容器内から外部の気液中に延びる気体柱を伴った引き込み渦が形成され、上記気体柱を通じて上記密閉容器外部の気液中の気体が該密閉容器内へ導かれることによって、上記周囲の複数の噴出孔から密閉容器内の気液が外部へ排出され易くなることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】