(57)【要約】【課題】従来の静置式散気装置よりも気泡の径を小さくして気泡が液体に溶解する速度を増し、液体中に滞留する時間を長くすることにより気体の溶解濃度を増大すると共に、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る。【解決手段】気泡を液体中に散気させる気泡散気装置において、散気槽内の液体中に浸漬させ、内部に導入した気体を表面に設けた散気孔３８ａを通して気泡として液体中に散気させる横断面が翼形形状の散気部２８と、散気部２８へ気体を供給する気体通路２０ａ，２４ａと、散気部２８を、その翼弦を略水平にして略同一水平面内を回転移動または往復移動させる駆動部１８を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡を液体中に散気させる気泡散気装置において、
散気槽内の液体中に浸漬させ、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横断面が翼形形状の散気部と、
前記散気部へ気体を供給する気体通路と、
前記散気部を、その翼弦を略水平にして略同一水平面内を回転移動または往復移動させる駆動部を有することを特徴とする気泡散気装置。
【請求項２】
前記散気部は、横断面が中心面に対して略上下対称の翼形形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の気泡散気装置。
【請求項３】
前記散気部の表面に設けた散気孔の実効直径は、５μｍ以上、３５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の気泡散気装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の気泡散気装置を一つの散気槽内に複数台備えていることを特徴とする気泡散気装置。
【請求項５】
前記散気部の近傍に、略鉛直方向に延びる整流板を配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気泡散気装置。
【請求項６】
前記散気部が、散気槽の底面近くに配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気泡散気装置。
【請求項７】
前記散気部の周囲を防護部で覆ったことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか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１参照）や、回転して散気槽内の液体を旋回させ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ることも行われている。
【０００５】
液体中に散気させる気泡の径を小さくするために、上記以外に、円筒状の容器内に液体の旋回流を起こし、この液体の旋回流の中心に気体を入れ、気体を剪断することによって微細な気泡にして散気槽内に散気させるようにしたものが知られている。
【０００６】
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。
【０００７】
微細な散気孔を有する多孔質散気板や散気膜の該散気孔から気泡を液体中に散気させる散気部を備えた装置として、散気槽の底面近傍において、粗大な気泡を液体中に散気させて散気槽内に旋回流を起こし、更に液体の上方界面付近で微細な気泡を発生させて旋回流に乗せるようにしたものが開発されている（特許文献２参照）。また、スクリュープロペラ（翼本体）を散気槽の中に該スクリュープロペラの回転軸が略水平方向に向くように設置し、スクリュープロペラを回転させて水平方向の液体の流れを起こしながら、スクリュープロペラに取付けた散気部の散気孔から気体を液体中に散気させて、この水平方向の流れで気泡を搬送させるようにしたものが開発されている（特許文献３及び４参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１０７７９２号公報
【特許文献２】特開平８−２４３５８２号公報
【特許文献３】特開昭６３−１７８８９９号公報
【特許文献４】特開平１０−２１６７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
液体中に気体を気泡にして散気させる気泡散気装置には、例えば下記のようなものがある。
（１）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体を微細な気泡にして液体中に散気させる装置（静置式散気装置）。
（２）微細な散気孔を有する多孔質散気板を取付けた円盤状の散気部（円盤散気部）を回転させながら該散気孔から気体を出すことにより、気体を微細な気泡にして液体中に散気させる装置。
（３）気泡を含む液体を剪断しながら撹拌することによって、気体を微細な気泡にして液体中に散気させる装置。
（４）散気槽の中にスクリュープロペラを、その回転軸が略水平方向に向くように設置し、スクリュープロペラを回転させて水平方向の液体の流れを起こしながらスクリュープロペラに取付けた散気部の散気孔から気体を液体中に散気させる装置。
【００１０】
なお、一般に気泡散気装置において、散気槽内の液体中に気泡を散気するために必要となる動力としては、（ａ）気体を液体中に供給するための動力、（ｂ）気泡として散気槽内に散布するための動力、（ｃ）気泡を散気槽内に万遍なく行き渡らせるために液体旋回流を形成するための動力などがある。
【００１１】
液体中に散気させる気泡の径を小さくすると、ある一定量の気体に対して気液界面の面積（比表面積）が増加して気泡中の気体が液体に溶解する速度が速くなり、また液体中を浮力により浮上する気泡の場合には、気泡が液体中を上昇する速度が遅くなって気泡が液体中に滞留する時間が長くなる。このため、径が小さい気泡ほど、気泡を液体中に溶解させ易く気体を有効に利用することができる。
【００１２】
そのため、微細な散気孔を有する多孔質散気板や散気膜の該散気孔から気体を微細な気泡にして液体中に散気させるようにした装置でも、気泡を散気させる散気孔の径を小さくして発生する気泡の径が小さくなるようにしている。しかし、散気孔の径を小さくして発生する気泡の径が小さくなるようにすると、気体を液体中に散気させるための圧力損失が大きくなる。このため、例えば液体が水であり気体が空気である場合には、従来の静置式散気装置では、気泡径が１ｍｍ程度になっているのが実情であるが、一方でその程度の微細化であるため、水に溶解される空気中の酸素の割合は、例えばごく一般的な水深５ｍの水槽の場合で、およそ３割程度に止まっている。
【００１３】
また、エアレータ式の気泡散気装置では、エアレータ内部で局所的に気泡を発生させながら、エアレータで散気槽内に上下方向に循環する旋回流を起こして、気泡の入った液体を散気槽内に分散させている。しかし、エアレータ式の気泡散気装置では、散気槽内に上下方向に循環する旋回流を起こすために多くの動力が必要になる。このため、従来の一般的な静置式散気装置より水中に空気泡を散気する場合には空気中の酸素の酸素移動動力効率が一般に悪くなる。
【００１４】
そこで、微細な散気孔を有する多孔質散気板を取付けた円盤状の散気部（円盤散気部）を回転させながら該散気孔から気体を出すことで、気体を微細な気泡にして液体中に散気させたり、気泡を含む液体を剪断しながら撹拌することによって、気体を微細な気泡にして液体中に散気させたりすることで、気泡を小さくし溶解速度を速くする試みがなされている。
【００１５】
しかし、これらの従来の装置では、気泡を微細化するために非常に多くのエネルギーを使用している。このため、例えば空気を水中に散気して水を浄化する装置にこれらの従来の装置を適用すると、酸素移動動力効率は、従来のごく一般的な気泡散気装置である静置式散気装置の１０分の１以下になる。したがって、現在では、最も初歩的な構成を持つとも言える静置式散気装置が最も効率が良く、ある一定の質量の気体を単位質量の液体中に溶解させるのに必要なエネルギーが少なくて済む。
【００１６】
特許文献２に記載のように、散気槽の底面近傍に位置する液体中に粗大な気泡を散気させて散気槽内に旋回流を起こし、更に液体上方界面付近で液体中に微細な気泡を発生させて旋回流に乗せ、微細な気泡を散気槽内に分散散気する方式によると、多くの粗大な気泡を散気槽底部から液体中に散気させて散気槽内に旋回流を起こすためにかなり大きな動力が必要となる。しかも、前記、液体上方界面付近での微細気泡発生のために消費する動力も大きいので、特許文献２に記載の気泡散気装置は、従来の一般的な静置式散気装置に比べ、かなり大きな動力を必要とする。
【００１７】
また、特許文献３及び４に記載のように、スクリュープロペラ（翼本体）を散気槽の中に該スクリュープロペラの回転軸が略水平方向を向くように設置し、スクリュープロペラを回転させながら、該スクリューポンプに取付けた散気部の散気孔から気泡を液体中に散気させるようにすると、スクリュープロペラに取付けた散気部に作用する水圧の値は鉛直方向に大きく変化するので、下方にある散気部より上方にある散気部の方から気泡が発生しやすくなり、鉛直方向の上下で気泡の発生が不均一になる。この気泡発生の不均一を是正するためには、上方にある散気部の流動抵抗、すなわち圧力損失を増やす必要がある。しかし、散気部の圧力損失を増やすと、気泡発生に必要な動力が多くなり、この結果、従来の一般的な静置式散気装置に比べ、かなり多くの動力を必要とする。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、従来の静置式散気装置よりも気泡の径を小さくして気泡が液体に溶解する速度を増し、液体中に滞留する時間を長くすることにより気体の溶解濃度を増大すると共に、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ることが可能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】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、気泡を液体中に散気させる気泡散気装置において、散気槽内の液体中に浸漬させ、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横断面が翼形形状の散気部と、前記散気部へ気体を供給する気体通路と、前記散気部を、その翼弦を略水平にして略同一水平面内を回転移動または往復移動させる駆動部を有することを特徴とする気泡散気装置である。
【００２０】
このように、横断面が翼形形状の散気部を液体中で回転移動または往復移動させることで、散気部と液体との間の境界層厚さを薄くし、同時に少ない動力で気泡を微細化して気体の液体中の溶解率を上げ、気体の供給量を少なくして、気体供給のための動力を大幅に少なくすることができる。
【００２１】
即ち、散気部の横断面形状を翼形とすることにより、散気部表面における液体の境界層を薄く形成できるから、境界層内部において境界層厚さ方向に対する液体の剪断力勾配が大きくなるので微細な散気孔から吐出された気体流が細かく剪断されることとなり、微細気泡を生成できる。また散気部の翼形形状は、液体中を移動するときの抗力を低く抑える効果をもたらす。こうして微細気泡を少ない動力で発生させ広い面積に散気することが出来る。また微細気泡であることにより、液体中への溶解速度も速く液体中に滞留する時間も長いために溶解率が向上し、その結果、溶解濃度の増加が図れる。換言すれば、ある値の溶解濃度を得るために必要となる液体中への気体供給量を減じることが出来る。このようにして、気体供給動力についても低減できる。
【００２２】
更に、エアレータ式の気泡散気装置では、気泡が散気槽内に万遍なく行き渡るようにするため液体を攪拌する。そのために、液体に散気槽内を特に上下方向に循環する旋回流を発生させているが、本発明では、例えば散気槽内の適切な場所に散気装置を設置することなどにより、旋回流を発生させる必要をなくしたり、水平方向のわずかな旋回流の発生だけで済ますことが出来る。これによって、液体に特に上下方向の旋回流を発生させるための動力を減少乃至不要とすることができる。これらにより、液体に気体を溶解させるために必要な動力を大幅に減少させることが可能となる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、前記散気部は、横断面が中心面に対して略上下対称の翼形形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の気泡散気装置である。
散気部の移動は略同一水平面内で行われるので、散気部を上記のように形成することにより、散気部の回転移動等に伴って、液体中に旋回流が生じることを抑止できる。このため、旋回流は事実上発生せず、従って、そのための動力は事実上不要となる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、前記散気部の表面に設けた散気孔の実効直径は、５μｍ以上、３５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の気泡散気装置である。
散気孔の実効直径（散気孔を通して液体中に気泡を実際に散気させている時の散気孔の直径）は、気泡径を考慮すると小さい程好ましいが、気泡径を小さくすると必要となる動力が増大することや、直径の小さい散気孔は製作しにくいこと、また溶解濃度向上のためには過度に小さい直径の気泡は必要としないことなどから、一般には５μｍ以上、３５０μｍ以下程度であれば良く、１０μｍ以上、２５０μｍ以下程度であることが好ましい。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の気泡散気装置を一つの散気槽内に複数台備えていることを特徴とする気泡散気装置である。
このように、回転移動または往復移動する散気部を備えた気泡散気装置を一つの散気槽内に複数台設置することで、液体中に散気した気泡の散気槽の全域における分散を更に良くして、気体の利用率を更に高め気体溶解濃度を上げることができる。また大きさの異なる複数の気泡散気装置を作製し、これらを組合せて、散気槽底面の全面積に対する散気部が移動する移動領域の面積の比を大きくすることで、液体中に散気した気泡の散気槽の全域における分散を良くしてもよい。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、前記散気部の近傍に、略鉛直方向に延びる整流板を配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気泡散気装置である。
これにより、散気部の移動に同伴して散気部の移動方向に沿った水平方向の液体の流れが生じることを抑制出来るから、散気部の翼形の表面に形成される液体の境界層厚さを薄く維持することが出来るので、微細気泡の発生状態を良好に維持できる。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、前記散気部が、散気槽の底面近くに配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気泡散気装置である。
このように、散気部を散気槽の底面近くに設置することで、散気槽の底面における液体の流速を、例えば０．１ｍ／ｓ程度以上にして、水中の浮遊物が散気槽の底面に沈殿しないようにすることができるから、例えば沈殿物の腐敗等による不具合の発生を防止できる。散気部は、散気槽の底面から０．５ｍ程度以内に設置することが望ましい。また本請求項の発明によれば、一般に大きな動力を要する散気槽内での液体の旋回流の形成を必要としないから、微細気泡を発生するための動力は、液体中への気体供給動力と散気部を移動するための駆動動力だけで済み、且つ散気槽内全体に気泡を散気できるから、省エネルギーで気体溶解濃度を高く出来る。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、前記散気部の周囲を防護部で覆ったことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の気泡散気装置である。
このように、少なくとも散気部の周囲を、好ましくは散気部も含め散気装置構成部材が散気槽内を移動する範囲を内包するように、例えば金網や格子からなる防護部で覆うことにより、移動している散気部等により魚や生物等を傷付けたり、あるいは人に危険を及ぼしたりすることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の気泡散気装置によれば、径の小さな気泡を少ない動力で液体中に散気させることが出来るから、気泡が液体に溶解する速度が大きくなり、また気泡の液体中での滞留時間が長くなるので、気体の溶解濃度が高い有用な液体を得ることが出来る。また従来の気泡散気装置よりも大幅に省エネルギー化された気泡散気装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４は、本発明の実施の形態の気泡散気装置１０を示す。この気泡散気装置１０は、図１及び図２に示すように、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）の底面に設けたベース１４上に設置され、散気槽１２内の液体（例えば水）１６中に浸漬させて該液体１６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。
【００３１】
この気泡散気装置１０は、駆動部としてのモータ１８と、鉛直方向に延び、モータ（駆動部）１８の駆動に伴って回転する回転軸２０を有しており、回転軸２０とモータ１８との間、及び回転軸２０とベース１４との間は、シールリング２２でシールされている。回転軸２０には、この例では、互いに直交する方向に水平に延びる４本のアーム２４が取付けられ、この各アーム２４の先端に、横断面が翼形形状で、内部に中空部２６を有し、散気槽１２の底面への投影形状が矩形状の散気部２８がそれぞれ取付けられている。
【００３２】
ベース１４には、シールリング２２でシールされた空隙部１４ａが設けられ、この空隙部１４ａは、外部から延びる気体配管３０に連通している。更に、回転軸２０の内部に前記空隙部１４ａに開口する気体通路２０ａが、各アーム２４の内部に回転軸２０の気体通路２０ａと散気部２８の中空部２６とを繋ぐ気体通路２４ａがそれぞれ設けられている。これにより、ブロアー等によって送り込まれた空気等の気体は、気体配管３０を通ってベース１４の空隙部１４ａに達し、更に回転軸２０の気体通路２０ａ、アーム２４の気体通路２４ａを通って散気部２８の中空部２６内に導入される。
【００３３】
散気部２８およびアーム２４は、それらが移動（この例では回転軸２０のまわりに回転）する移動範囲（移動領域）の周囲を、例えば金網または格子からなるボックス状の防護部３２で覆われている。これにより、回転している翼形形状の散気部２８やアーム２４などで魚や生物等を傷付けたり、あるいは人に危険を及ぼしたりすることを防止することができる。更に、散気部２８の上方には、防護部３２に近接して、鉛直方向に延びる整流板３４が、互いに直交する方向に配置されている。
【００３４】
これにより、散気部２８の上方に該散気部２８の回転に同伴されてその回転方向に沿った液体の水平方向の流れが生じることを抑制して、液体１６に対する散気部２８の相対速度を維持し、散気部２８の表面に形成される液体の境界層厚さを薄く維持することにより、微細気泡の発生状態を良好に継続することが可能になる。
【００３５】
この例では、散気槽１２の底面近傍に散気部２８が位置するように、気泡散気装置１０が散気槽１２内に設置されている。このように、散気部２８を散気槽１２の底面近くに設置することで、散気部２８の回転移動に伴って生じる散気槽１２の底面における液体の流速を、例えば０．１ｍ／ｓ程度以上にして、水中の浮遊物が散気槽１２の底面に沈殿しないようにすることができる。これにより、例えば沈殿物の腐敗などの不具合を予防出来る。特に、散気部２８が散気槽１２の底面から０．５ｍ以内に位置するように、気泡散気装置１０を散気槽１２内に設置することが好ましい。
【００３６】
また、このように散気部２８を散気槽１２の底面近傍に設置することで、散気部２８から発生させた微細気泡は、浮力によって散気部２８の移動範囲の上方に万遍なく分散されるから、大きな動力を必要とする散気槽１２内での液体１６の上下方向の旋回流を発生させる必要が無く、動力の大幅低減が可能となる。
【００３７】
散気部２８は、図３及び図４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が翼形形状となるように折り曲げて形成された外殻３６で囲まれた中空部２６を有しており、この外殻３６の上部には開口部３６ａが設けられ、この開口部３６ａに、多数の微細な散気孔３８ａを有する、例えば多孔質体からなる散気板（多孔質散気板）３８が、該散気板３８の表面が外殻３６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２８の中空部２６内に導入された気体は、散気板３８の散気孔３８ａを通して、気泡となって散気槽１２内の液体１６中に散気される。この散気板３８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。
【００３８】
この散気部２８の横断面は、円弧状の前縁４０を有し、この前縁４０から後縁４２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２８は、前縁４０と後縁４２とを結ぶ翼弦４４が略水平となるようにアーム２４に取付けられ、モータ１８の駆動に伴う回転軸２０の回転によって、略同一水平面内を回転移動する。これにより、散気部２８の回転に伴って、散気槽１２内の液体１６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、図３および図４の例では、散気部２８の横断面が、中心面に対して、つまり翼弦４４を中心に上下対称となるように形成されて、散気部２８の回転移動に伴って、散気槽１２内の液体１６に上下方向に向かう旋回流が一層生じにくくしている。
【００３９】
散気板３８に設けられる散気孔３８ａの大きさは、実効直径で５μｍ以上、３５０μｍ以下となるように設定されている。散気孔３８ａの実効直径は、散気孔３８ａから液体１６中に散気される気泡の径を考慮すると小さい程好ましいが、散気孔３８ａを小さくするほど、気体の単位質量当たりの液体中への気体供給動力が増加すること、過度に小さい径の散気孔は、一般に製造が難しいこと、さらには気体の溶解濃度増大については気泡径の実質的な下限値がある（即ち、気泡径を大略ある一定の下限値以下にしても溶解率向上の効果はほとんど無い）ことなどがある。
【００４０】
一方、散気孔径が大きくなれば気泡径も大きくなるが、図９の散気孔径と気泡径の関係で示すように、孔径を３５０μｍ程度にすると、気泡径は５００μｍ程度となり、図８の気泡径と酸素溶解率の関係で示すように、気泡径が５００μｍ程度では酸素溶解率は０．７程度になるため、後述するように、現在通常使われている装置の酸素溶解率０．３程度の２倍以上の酸素溶解率になるため、この程度（５００μｍ程度）まで気泡径を微細化すれば十分に動力を低減できる。
【００４１】
従って、散気孔３８ａの実効直径は、５μｍ以上３５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上２５０μｍ以下が更に好ましい。このことは、以下の各実施の形態においても同様である。
【００４２】
この例によれば、ブロアー等によって、気体を気体通路２０ａおよび２４ａを経由して散気部２８の中空部２６内に送込み、同時にモータ１８を駆動して、横断面が翼形形状の散気部２８を略水平方向に回転移動させる。これにより、散気部２８の中空部２６内に導入した気体を、散気板３８の散気孔３８ａを通して、気泡として散気槽１２内の液体１６内に散気させる。
【００４３】
このように、横断面が翼形形状の散気部２８を使用することで、散気部２８と液体１６との間の境界層厚さを薄くし、少ない動力で気泡を微細化して気体の液体１６中の溶解率を上げ、気体の供給量を少なくして、気体供給のための動力を大幅に少なくすることができる。
【００４４】
即ち、散気部２８の横断面形状を翼形とすることにより、散気部２８表面における液体１６の境界層を薄く形成できるから、境界層内部において境界層厚さ方向に対する液体１６の剪断力勾配が大きくなるので、微細な散気孔３８ａから吐出された気体流が細かく剪断されることとなり、微細気泡を生成できる。また散気部２８の翼形形状は、液体１６中を移動するときの抗力を低く抑える効果をもたらす。こうして、微細気泡を少ない動力で発生させ広い面積に散気することが出来る。また微細気泡であることにより、液体１６中への溶解速度も速く、液体１６中に滞留する時間も長いために溶解率が向上し、その結果、溶解濃度の増加が図れる。換言すれば、ある値の溶解濃度を得るために必要となる液体１６中への気体供給量を減じることが出来る。このようにして、気体供給動力についても低減できる。
【００４５】
更に、発生した気泡を散気槽１２内に万遍なく散気させるために液体１６の旋回流を生起させ、この流れに気泡を乗せて運搬する方式においては、上下方向の旋回流が効果的であるが、この旋回流を発生させるには大きな動力を必要とする。しかし、図１及び図２に示した気泡散気槽置１０を用いれば、散気部２８が散気槽１２の底部に配置されているので、散気部２８が略水平方向に回転移動する領域では、散気槽１２内でのその領域の上部全てにわたって微細気泡が浮力により万遍なく散気されるので、前記のような旋回流を発生する必要が無く、消費動力を大きく削減できる。
【００４６】
即ち、この例では、微細気泡を散気槽１２内で散気させ、所望の気体溶解濃度の高い液体を得るために必要とする動力は、気体を液体中に供給するためのブロアー動力と散気部２８やアーム２４を移動させるための駆動動力だけである。なお、この例では、散気部２８の下面からは散気しておらず、下面側には整流板３４も無いので、散気部２８の下面の移動に同伴されて流動する液体１６の流れが生じ、これにより散気槽１２の底部に浮遊物が沈積することを防止できる。
【００４７】
図５（ａ）に示すように、外殻３６の下部に開口部３６ｂを設け、この開口部３６ｂに、多数の散気孔３８ａを有する散気板３８を、該散気板３８の表面が外殻３６の表面と面一となるように取付けるようにしてもよい。この散気板３８の代わりに、多数の散気孔を有する散気膜や散気板などを使用してもよい。また、図５（ｂ）に示すように、散気部２８の幅方向に沿った一部に、翼弦４４（図４参照）と平行な平坦部２８ａを設けて、散気部２８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。なお図３乃至図５においては、散気部２８の上面または下面のみに散気板３８を備えた例を示したが、上下両面にこれを備えることも勿論可能である。
【００４８】
次に、この例の気泡散気装置１０によって、従来例と比較して、どの程度動力を低減できるかを説明する。以下の説明は、液体として水を、気体として空気をそれぞれ用いた場合である。
先ず、液体中の気泡の上昇速度について説明する。液体中の気泡の上昇速度は浮力と抗力の釣合いで略決まる。気泡を略球形とし、気泡の半径をＲｂ（ｍ）、気泡の液体に対する上昇速度をＵｂｒ（ｍ／ｓ）、液体の密度をρＷ（ｋｇ／ｍ３）、気泡が液体中を上昇する際の抗力係数をＣｄ、重力加速度をｇ（ｍ／ｓ２）とし、液体の密度に対して気体の密度は非常に小さいため、気体の密度を無視すれば、一つの気泡による浮力及び抗力ｆｂ１に関して式（１）が成り立つ。式（１）の中央の項は浮力であり、右側の項が抗力である。
【数１】
2007216104.tif 000003
【００４９】
したがって、抗力係数Ｃｄは、式（２）となる。
【数２】
2007216104.tif 000004
一方、水中空気泡の場合、気液界面は、気泡に対してほぼ静止した状態になるとみなせるため、気泡が小さい場合には、抗力係数Ｃｄは、式（３）となる。
【数３】
2007216104.tif 000005
【００５０】
ここに、Ｒｅｂは気泡レイノルズ数で、液体の動粘度をν（ｍ２／ｓ）とすると、気泡レイノルズ数Ｒｅｂは、式（４）で表される。
【数４】
2007216104.tif 000006
したがって、式（１）〜（４）より、式（５）が得られる。
【数５】
2007216104.tif 000007
【００５１】
直径は半径の２倍であるから、式（５）から気泡径（直径）ｄと気泡の液体に対する上昇速度Ｕｂｒの関係が求まる。しかし、気泡径が大きい場合に気泡は変形し、気泡の抗力ｆｂ１が式（１）で与えられる値より大きくなり、気泡の液体に対する上昇速度Ｕｂｒは略一定になる。例えば、通常の水中の気泡においては、気泡径ｄと気泡の液体に対する上昇速度Ｕｂｒの関係は、図６に示すようになる。
【００５２】
次に、気泡が散気槽内の液体中に滞留する滞留時間について説明する。
通常の下水処理場において、散気槽の底面近傍で散気槽の全面（底面全体）に亘って散気する場合は、気泡によって水中に局部的に旋回流が発生し、この場合の旋回流速は、０．２ｍ／ｓ程度になっている。
【００５３】
いま、散気槽内の液体の旋回流速をＵｃｉｒ（ｍ／ｓ）、気泡の液体に対する上昇速度をＵｂｒ（ｍ／ｓ）とし、散気槽内の液体の旋回流に乗って気泡が上昇する距離をＨｕｐ（ｍ）とすると、気泡が移動して散気槽内に滞留する時間ｔｕｐ（ｓ）の最小値は、式（６）となる。
【数６】
2007216104.tif 000008
一例として、通常の水深５ｍの散気槽における気泡の滞留時間を求める。散気槽底面から０．２（ｍ）の位置に一定の場所に固定された（即ち、移動しない）散気部を散気槽の全面に設けて、局所的な旋回流が０．２（ｍ／ｓ）になった場合について、気泡径と気泡の滞留時間の関係を求めた結果を図７に示す。
【００５４】
次に、液体中に気泡がある場合の溶解速度について説明する。
液体中における気体の拡散係数をＤ（ｍ２／ｓ）とし、気泡中の純度１００％の気体が液体に溶解する際の液相基準の総括物質移動係数をα（ｍ／ｓ）とすると、シャーウッド数Ｓｈ（＝２Ｒｂ・α／Ｄ）とペクレ数Ｐｅ（＝２Ｒｂ・Ｕｂｒ／Ｄの関係は、式（７）となる。
【数７】
2007216104.tif 000009
【００５５】
気泡径ｄから、気泡の液体に対する上昇速度Ｕｂｒ、ペクレ数Ｐｅ、気泡レイノルズ数Ｒｅｂ、シャーウッド数Ｓｈが決まり、気泡中の純度１００％の気体が液体に溶解する際の液相基準の総括物質移動係数αが式（８）で求まる。
【数８】
2007216104.tif 000010
【００５６】
一例として、水に空気の気泡を入れて気泡中の酸素を水に溶解させる場合について説明する。単純化して、気泡は、窒素と酸素のみから構成されており、水に気泡を注入する際の初期の体積割合は、酸素０．２０９、窒素０．７９１とする。また、水中の窒素は飽和しており、気泡と水の間で窒素の出入りがなく、そのため気泡径の変化は小さく無視でき、気体の密度も近似的に一定と見なせると仮定する。なお窒素と酸素の水に対する溶解濃度は、互いに独立である。即ち、窒素の溶解濃度の大小は、酸素の溶解に対して影響しない。大気圧で２０℃の環境において、水の密度ρｗ＝998.3（ｋｇ／ｍ３）、水の粘度ηｗ＝0.001011（Ｐａ・ｓ）、水の動粘度ν＝1.013×10-6（ｍ２／ｓ）、水中の酸素の拡散係数Ｄ＝2.065×10-6（ｍ２／ｓ）、１００％酸素の密度ρ０＝1.330（ｋｇ／ｍ３）、１００％酸素の水中飽和溶解度Ｃ0,100＝0.04434（ｋｇ／ｍ３）である。
【００５７】
いま、一つの気泡に注目すると、気泡の表面積Ａｂ（ｍ２）は、式（９）となり、気泡の体積Ｖｂ（ｍ２）は、式（１０）となる。
【数９】
2007216104.tif 000011
【数１０】
2007216104.tif 000012
気泡の体積Ｖｂは、窒素の体積ＶｂＮと酸素の体積ＶｂＯの和であるから、式（１１）となる。
【数１１】
2007216104.tif 000013
【００５８】
水の初期の状態として、水中に酸素が溶解しておらず、これから初めて溶解を始めるものとし、窒素については、前述のように、既に溶解可能な限度まで溶解し飽和している場合を想定すると、水中にある気泡の体積変化は、式（１２）となる。
【数１２】
2007216104.tif 000014
【００５９】
式（１２）を時間で積分し、水中へ注入時における気泡内の酸素の体積をＶｂＯｆ（ｍ３）、水面から空中へ出て行く時の気泡内の酸素の体積をＶｂｏｅ（ｍ３）、気泡が注入されてから水面から空中へ出るまでの時間をｔｅ（ｓ）とすると、式（１３）が成立し、更に変形すると式（１４）となる。
【数１３】
2007216104.tif 000015
【数１４】
2007216104.tif 000016
【００６０】
ここで、ある一つの気泡について、それぞれの時点で微小時間中に気泡内の酸素が水中へ溶解する量、すなわち、微小時間中に気泡内の酸素の体積が減る量を対応する微小時間で除した商が、その気泡における溶解−速度で、水中への注入時と空気中へ出て行くときのそれぞれの時点での気泡内の酸素の体積差（Ｖｂｏｆ−Ｖｂｏｅ）を水中滞留時間（ｔｅ）で除した商が、水中滞留時間中の平均溶解速度である。
【００６１】
式（１４）において、Ｖｂｏｅ／Ｖｂｏｆ＝１−ηＧと置き、実際の値を代入すると式（１５）となる。ここにηＧは酸素溶解率である。
【数１５】
2007216104.tif 000017
【００６２】
前記のように、水深５ｍの散気槽と該散気槽底面から０．２ｍの位置に固定された散気部とを一例として仮定し、空気の組成、その他の計算条件についても前記の仮定に基づいた場合に、散気槽において、式（１５）から気泡が散気槽内に注入された場合の気泡径と酸素溶解率の関係を求めた結果を図８に示す。
【００６３】
次に、散気槽内を散気するために必要なブロアーの動力について説明する。
必要な供給空気体積流量ＱＳ（ｍ３／min）は、必要な酸素質量流量をＱＷＯ（kg-O2/h）、空気中の酸素密度をρａｉｒ
（kg-O2/m3）、酸素溶解率をηＧとすると、式（１６）で表せる。
【数１６】
2007216104.tif 000018
【００６４】
この時、ブロワーが必要な動力ＬＢ（ｋＷ）は、必要な供給空気体積流量をＱＳ（ｍ３／min）、ブロワーの吸込口絶対圧力をＰＳＡ（ｋＰａ）、ブロワーの吐出し絶対圧力をＰＤＡ（ｋＰａ）、比熱比をκ、ブロワー効率をηＢとすると、式（１７）で表せる。
【数１７】
2007216104.tif 000019
【００６５】
次に、散気槽内に気泡を散気させるため、従来の円盤状の散気部（円盤散気部）を回転させるようにした場合における、該円盤散気部を回転させるのに必要な動力について説明する。
気泡を微細にして液体中に散気させる装置として、散気槽内で円盤散気部を回転させて気泡を微細化する装置がある。静止した液体中で円盤散気部を回転させる際、円盤散気部の半径をＲｄ、円盤散気部の片面で必要なトルクをＭｄ（Ｎｍ）、水の密度をρｗ（ｋｇ／ｍ３）、円盤散気部の角速度をω（１／ｓ）とし、トルク係数ＣＭを式（１８）で定義する。
【数１８】
2007216104.tif 000020
【００６６】
静止した液体中で円盤散気部を回転させる際に円盤散気部の両面で発生するトルクのトルク係数ＣＭは、式（１９）で表される。
【数１９】
2007216104.tif 000021
したがって、静止した液体中で円盤散気部を回転させる際に円盤散気部の両面で必要な動力Ｌｄは、式（２０）で表される。
【数２０】
2007216104.tif 000022
【００６７】
次に、図１乃至図３に示す本発明の気泡散気装置１０で、散気部２８を回転移動させるのに必要な動力について説明する。
横断面が翼形形状の散気部２８の翼弦長をｃ、最大厚さをｈ、（翼）幅をｂ、（翼）枚数をＮｉｍｐ、全散気部２８の抗力による動力をＬｉｍｐ，d（ｋＷ）、水の密度をρｗ（ｋｇ／ｍ３）、散気部（翼）２８の速度をＵｉｍｐ（ｍ／ｓ）とし、散気部（翼）２８の抗力係数をＣｉｍｐとすると、全散気部２８の抗力による動力Ｌｉｍｐ，d（ｋＷ）は、式（２１）で表せる。
【数２１】
2007216104.tif 000023
【００６８】
以下に、一例として、水深Ｈｔが５（ｍ）、平面積が９０（ｍ２）、容積が４５０（ｍ３）の散気槽内を散気する際に必要な動力について説明する。必要な酸素質量流量をＱＷＯ＝１１．１ (kg-O2/h）と仮定する。
【００６９】
ここで、従来の静置式散気装置を用いて散気槽底面の全域から気泡を液体中に散気する方法では、気泡径は１ｍｍ程度である。図８から、気泡径が１ｍｍの時、酸素溶解率ηＧ＝０．３程度になる。酸素溶解率ηＧ＝０．３を用いると、必要な供給空気体積流量ＱＳ（ｍ３／min）は、式（１６）を用いて、２．２３（ｍ３/min）となる。
【００７０】
また、空気中（２０℃，１ａｔｍ）の酸素密度ρａｉｒ＝０．２７６（kg-O2/m3)、ブロワーの吸込絶対圧力ＰＳＡ＝101.33（ｋＰａ）、比熱比κ＝１．４、ブロワー効率ηＢ＝０．５５と仮定する。散気部の設置位置を散気槽底面から０．２（ｍ）、したがって、水深を４．８（ｍ）とし、ブロワーの吸込口から散気部の吐出し点までの圧力損失を１（ｍＡｑ）とすると、ブロワーの吐出し絶対圧力ＰＤＡ＝158.20（ｋＰａ）となる。このため、式（１７）から、ブロワーの動力ＬＢは、３．２５（ｋＷ）となる。
【００７１】
次に、散気槽の底面に気泡を微細にする装置を設けて、気泡径を４００（μｍ）程度にできたとすると、図８から、酸素溶解率ηＧ＝０．７７程度になる。酸素溶解率ηＧ＝０．７７を用いると、必要な供給空気体積流量ＱＳは、0.871（ｍ３／min）となる。上記と同様に、ブロワーの吐出し絶対圧力ＰＤＡ＝158.20（ｋＰａ）となる。このため、式（１７） を用いると、ブロワーの動力ＬＢは、１．２７（ｋＷ）となる。
【００７２】
従来の円盤散気部の場合において、円盤散気部の半径Ｒｄ＝１．０５（ｍ）、回転速度を８５ｒｐｍとすると、角速度ω＝8.901（１／ｓ）となる。水の動粘度ν＝1.013×10−６（ｍ２／ｓ）とすると、円盤回転部に関するレイノルズ数Ｒｅｄは、式（２２）で得られる。
【数２２】
2007216104.tif 000024
【００７３】
水の密度ρＷ＝998.3（ｋｇ／ｍ３）とすると、上記の一つの円盤散気部の両面に必要な動力Ｌｄ（ｋＷ）は式（２０）で求まり、２．６２８（ｋＷ）となる。上記で示した平面積が９０（ｍ２）、水深Ｈｔが５（ｍ）、容積が４５０（ｍ３）の散気槽では、上記の円盤散気部を２台程度用いているため、円盤散気部を回転させるために必要な動力２Ｌｄ（ｋＷ）は、５．２６（ｋＷ）となる。全動力は、ブロワーの所要動力ＬＢと円盤散気部を回転させるために必要な動力２Ｌｄの和で、１．２７＋５．２６＝６．５３（ｋＷ）となる。したがって、従来よく使われている、静置式散気装置で必要な動力である３．２５（ｋＷ）より遥かに大きな値となる。
【００７４】
次に、従来のエアレータ方式の散気装置で気泡を液体中に散気する場合について説明する。
上記のように、気泡径が１（ｍｍ）程度になる場合、ブロワーの動力は、３．２５（ｋＷ）となる。また、散気槽の底面近傍に気泡を微細にする装置を設けて、気泡径を４００（μｍ）程度にできた場合のブロワーの動力は、１．２７（ｋＷ）となる。しかし、容積が４５０（ｍ３）の散気槽内の液体に上下方向の旋回流を起こすためには、エアレータの動力として、一般的には、１．８（ｋＷ）程度が必要になると見込まれる。したがって、上記の容積の散気槽で気泡を液体中に散気させる場合、気体を液体に溶解するために必要な動力は、気泡径が１（ｍｍ）程度になる場合は５．０５（ｋＷ）程度、気泡径が４００（μｍ）程度となる場合は３．０７（ｋＷ）程度となる。このため、従来よく使われている、静置式散気装置で必要な動力より大幅な改善にはならない。
【００７５】
次に、図１乃至図５に示す本発明の気泡散気装置１０の場合について説明する。
前述のように、気泡を発生させて液体中に散気させる散気孔３８ａは、翼形形状の散気部２８の表面（翼面上）に設けられている。散気部（翼）２８の移動速度Ｖを１．５、３．０、４．５及び６．０（ｍ／ｓ）として、一つの散気孔３８ａから水中に空気を吐出したときの、散気孔３８ａの孔径（μｍ）と気泡径（μｍ）との関係の解析結果を図９に示す。散気孔３８ａの孔径Ｄｈをｈ２０、５０、１００、２００及び３００（μｍ）として、散気部（翼）２８の移動速度（主流速度）（ｍ／ｓ）と気泡径（μｍ）の関係を解析した結果を図１０に示す。図９及び図１０に示すように、散気孔３８ａの孔径Ｄｈが２００（μｍ）以下で散気部（翼）２８の移動速度が１．５（ｍ／ｓ）以上の場合、気泡径は４００（μｍ）以下になる。
【００７６】
このように、散気槽底面に気泡を微細にする装置を設けて気泡径が４００（μｍ）以下となるようすると、図８から酸素溶解率ηＧ＝０．７７以上になる。いま、前記の従来型散気装置について説明した場合と同じ散気槽を仮定し、散気部の設置位置も散気槽底面から０．２ｍ（水深４．８ｍ）として、酸素溶解率ηＧ＝０．７７を用いると、必要な供給空気体積流量ＱＳは0.871（ｍ３／min）となる。また、上記と同様に、ブロワーの吐出し絶対圧力ＰＤＡ＝158.20 （ｋＰａ）となる。このため、式（１７） を用いると、ブロワーの動力ＬＢは１．２７（ｋＷ）となる。
【００７７】
翼形形状の散気部２８の翼弦長ｃ＝０．１５（ｍ）、最大（翼）厚さｈ＝０．０３（ｍ）、（翼）幅ｂ＝２（ｍ）、必要な散気部（翼）の数Ｎｉｍｐ＝５、散気部（翼）２８の移動速度３（ｍ／ｓ）とする。散気部２８を翼形形状にすることによって、散気部（翼）２８の抗力係数Ｃｉｍｐ＝０．１程度に小さくすることができる。このため、散気部（翼）２８の抗力係数Ｃｉｍｐ＝０．１とした場合、散気部（翼）２８の抗力に対して必要な動力Ｌｉｍｐ，d（ｋＷ）は式（２１）で求まり、０．４０（ｋＷ）となる。
【００７８】
したがって、全動力は、ブロワーの所要動力ＬＢと散気部（翼）２８の抗力に必要な動力Ｌｉｍｐ，dの和であるから、１．２７＋０．４０＝１．６７（ｋＷ）である。即ち、この全動力により、空気の水中への供給や気泡の微細化、散気槽内への分散散気を行うことが出来、散気槽内での水の上下方向などの旋回流発生用動力を必要としない。従来よく使われている静置式散気装置で必要な動力は、３．２５（ｋＷ）であるから、この例の気泡散気装置１０では、散気に必要な動力を従来の静置式散気装置の略約５１％に減少できることが判る。
【００７９】
上記のように、本発明による気泡散気装置１０によれば、散気部２８を翼形形状にして液体１６中で回転移動させ、散気部２８の表面に設けた、例えば実効直径が５〜３５０μｍ、好ましくは１０〜２５０μｍの散気孔３８ａから気泡を液体１６中に散気することにより、従来の静置式散気装置より気泡を微細化して気体の溶解率を上げ、気体の供給量を少なくして、気体供給のための動力を少なくすることができる。また、従来は、気泡を微細化する際に多くの動力を必要としていたが、本発明の気泡散気装置１０によれば、散気部２８を翼形形状にすることにより、散気部２８表面に形成される液体１６の境界層厚さを薄くできる結果、境界層内部において境界層厚さ方向（散気部２８表面に垂直方向）についての液体の剪断力の大きさの勾配が大きくなるので、微細な散気孔３８aから流出した気体流が細かく剪断されて微細気泡が形成される。従って、微細気泡を発生するための動力を大幅に削減することが出来る。
【００８０】
従来よく使われている静置式散気装置では、通常、散気槽底面全面に対する散気部の鉛直方向投影面積は、散気槽底面面積の４％程度になっている。また、エアレータ方式の散気装置の場合、通常、散気槽底面全面に対する散気部の鉛直方向投影面積は、散気槽底面面積の０．５％程度と非常に少なくなっており、散気部で液体中に散気した気泡を散気槽内の広範囲に分散させるためには、散気槽内の液体を特に上下方向に旋回させて攪拌させる必要があり、旋回流発生のために大変大きい動力を必要としていた。
【００８１】
これに対して、本発明の気泡散気装置１０では、散気部２８を散気槽１２内で回転移動させることで、散気槽１２内で散気部２８の回転により描かれる軌跡の面積がカバーできる散気槽１２の底面全面に対する鉛直方向投影面積を散気槽１２の底面面積の２０％以上にすることが容易となる。そのため、水中に散気させた気泡の散気槽１２内における分散がよくなり、即ち散気槽１２内の一層広い領域に気泡が分散でき、しかも、エアレータ方式の散気装置のように、散気槽内の液体を上下方向に強制的に旋回させる必要が無いので、そのための動力も必要なくなる。
【００８２】
例えば、散気部２８の長さを２ｍ、アーム２４の長さを２ｍとして、散気部２８を回転させた場合、散気部２８を回転させることによって、散気槽１２内の散気部２８でカバーできる散気槽１２の底面に対する鉛直方向投影面積（即ち、散気部２８の回転により形成される軌跡の面積）は、３７．７ｍ２となる。したがって、上述の平面積が９０（ｍ２）の散気槽１２内にこの気泡散気装置１０を用いれば、散気槽１２の底面面積に対する散気部２８でカバーできる面積の割合は約４２％になる。更に、エアレータ方式の散気装置の場合、散気槽内の液体を上下方向に旋回させる速度が一般に速くなり、エアレータから出た液体中の気泡が上昇流に乗って液体の上の表面に上昇しやすくなり、気泡が液体中に滞留する時間が短くなって、気体の利用率が小さくなる。即ち、気体が液体に十分に溶解されないまま液体の外部に脱出してしまうので、エアレータ駆動動力に大きい無駄が内在する。
【００８３】
本発明の気泡散気装置１０は、散気部２８の表面と液体１６との間に形成されるの境界層の厚さを薄くすることによって微細な気泡を発生させており、以下により、散気槽１２内の液体１６に必要な気体を供給するための動力を大幅に減少させることができる。
【００８４】
（１）気泡を微細化することにより、単位体積当たりの気体の気液界面の面積を多くし、かつ気泡が上昇する速度が下がることによって気体の利用率を上げる。即ち、利用対象気体を十分に液体中に溶解させることで動力の有効利用を図る。
（２）気泡を散気する散気部２８を翼形形状にすることで抗力係数を小さく出来るから、散気部２８の回転移動のための動力を低減できる。また、このとき、前記のように散気部２８表面に形成される液体１６の境界層が薄くなるから、微細な散気孔３８ａから吐出される気体は微細気泡になるので、結果として、低い動力で微細な気泡を発生できる。
（３）散気部２８を散気槽１２内で回転移動させ、散気槽１２の底面面積に対して散気部２８で実質的にカバーする散気面積を大きくすることによって、散気槽内の液体の一層広範囲、広領域に対して気泡を分散して散気することによっても、気体の利用率を上げることができるから、動力を有効利用できる。
【００８５】
本発明の気泡散気装置１０のように、翼形形状の散気部２８を散気槽１２の底面近傍に置く場合、散気部２８は、微細な気泡を発生させると同時に、散気槽１２の底面における液体の水平方向の流速を、例えば０．１ｍ／ｓ程度以上にして、水中の浮遊物が散気槽１２の底面に沈殿しないようにする機能を兼ねている。そのため、散気部２８を散気槽１２の底面に近づけて、特に、散気部２８を散気槽１２の底面から０．５ｍ以内に設置することで、散気部２８の回転移動によって生じる液体の流れで、散気槽１２の底面における液体の流速を０．１ｍ／ｓ程度以上にすることができる。
【００８６】
翼形形状の散気部を鉛直方向に沿った位置に配置すると、散気部には、水圧が作用するので鉛直方向に大きな圧力差を生じ、下方に位置する散気孔より上方に位置する散気孔から気泡が発生しやすくなる。この結果、鉛直方向の上下で気泡の発生が不均一になりやすくなる。翼形形状の散気部を鉛直方向に沿った位置に配置したまま、気泡を均一に発生させるためには、散気孔を有する散気部の圧力損失を上方に位置する散気部において増やす必要がある。
【００８７】
本発明の気泡散気装置１０によれば、翼形形状の散気部２８を水平方向に沿った位置に配置することで、翼形形状の散気部２８に作用する水圧は、散気部２８の全面においてほぼ等しくなるので、散気部２８（散気板３８）の圧力損失を散気板３８の全ての場所で同じにしても、気泡を均一に発生させることが可能になり、気泡発生の動力が少なくて済む。
【００８８】
ここで、散気槽１２内で翼形形状の散気部２８を水平方向に回転移動させると、散気槽１２内の液体１６は、散気部２８が回転移動する方向に引きずられて移動し、散気槽１２内に水平方向の旋回流が発生する。このように、水平方向の旋回流が発生するということは、散気部２８の液体１６に対する相対速度が減少することであるから、散気部２８と液体との間の境界層厚さが厚くなり、散気部２８から発生する気泡が大きくなって微細化され難くなる。本発明の気泡散気装置１０によれば、翼形形状の散気部２８の上方に散気板３８があるので散気部２８の上方近傍に、鉛直方向に延びる整流板３４を設けることにより、散気部２８の上方において該散気部２８の移動方向と同じ方向に同伴して移動する液体の流れが生じることを抑制して、境界層厚さを薄く維持できるから、発生する気泡を微細気泡にすることができる。
【００８９】
図１１及び図１２は、本発明の他の実施の形態の気泡散気装置を示す。図１１及び図１２に示すように、この気泡散気装置は、モータ１８の駆動に伴って水平方向に回転移動する散気部２８を直線方向に２つ有する（全部で４つ有する）他は、図１乃至図５に示す気泡散気装置１０と同じ構成の気泡散気ユニット１０ａを、散気槽１２の底面付近に、散気槽１２の全面に亘って、並列的に配置している。
【００９０】
この例のように、回転移動する散気部２８を有する気泡散気ユニット１０ａを一つの散気槽１２内に複数台設置することにより、散気部２８で液体中に散気させた気泡の散気槽１２内における分散を更に良くして、即ち、液体中の更に広い範囲、広い領域に散気させて、気泡の利用率を更に高めることができる。ここで、例えば、上述の気泡散気装置１０と同等な構成の装置を気泡散気ユニット１０ａと称し、複数台の該気泡散気ユニット１０ａを備えて成る一組の該気泡散気ユニット群を改めて気泡散気装置と称するものとすると、大きさの異なる散気部２８を有する前記気泡散気ユニットを複数作成して、大きな散気部を有する気泡散気ユニットと小さな散気部を有する気泡散気ユニットを組合せて、散気槽底面の面積に対する散気部が移動する範囲（散気部の軌跡）の鉛直方向の投影面積の比を大きくすることが可能であり、このように気泡散気装置を構成することは、気泡の散気槽内における分散を良くすることができるので特に有効である。
【００９１】
なお、図１１、図１２では、気泡散気装置を同じ大きさの気泡散気ユニット４台を用いて構成した例を示し、散気槽の全面に亘って並列的に配置する状態を示している。なお、図示はしないが、前述のように、大きさの異なる気泡散気ユニットを製造し、例えば１つの大きい気泡散気ユニットを散気槽底部の中央に配置し、４つの小さい気泡散気ユニットを散気槽底部の四隅に配置するなど、この意味での（即ち、複数の気泡散気ユニットを備えて成る）気泡散気装置としては、各種の構成が可能である。
【００９２】
図１３及び図１４は、本発明の更に他の実施の形態の気泡散気装置５０を示す。この例における散気部５２の構成は、横断面が翼形の外殻に散気板を備えるという意味においては、図３乃至図５に示す散気部２８と同等である。しかし、後述するように、図１３及び図１４に示す例では、散気部５２は、回転運動ではなく往復運動を行うので、散気部５２の翼形形状としては、図１３に示すように、翼弦方向において、翼の中央部から両端部に向けて翼の厚みが徐々に減少する翼形を用いるのが好ましい。この散気部５２は、図１３及び図１４に示す例では、散気槽５４の幅方向のほぼ全長にわたって直線的に複数個（図示では４個）が互いに平行に且つその翼弦が略水平になるように配設された例であり、散気槽５４の底面近傍に配置された状態を示している。
【００９３】
各散気部５２の両端部には、車輪５６が設けられ、散気槽５４の底面の該車輪５６と対応する位置には、車輪５６を載せる一対のレール５８が敷設されている。そして、駆動部６０からレール５８と平行に延び該駆動部６０の駆動に伴ってレール５８と平行に水平方向に伸縮する駆動軸６２に各散気部５２が連結されている。これによって、駆動部６０の駆動に伴う駆動軸６２の伸縮によって、散気部５２が、レール５８にそって、水平方向に一体となって往復移動するように構成されている。
【００９４】
このように、翼形形状の散気部５２に車輪５６を設け、散気部５２がレール５８上を移動するようにすることで、散気部５２の重量をレール５８で支え、かつ散気部５２の安定した動きを維持させることができる。
なお、ロープまたはチェーン等を介して、各散気部５２が水平方向に一体となって往復移動するようにしてもよく、また、散気部５２の重量を駆動軸６２で支える構造にして、車輪５６及びレール５８を省略するようにしてもよい。
【００９５】
各散気部５２には、中空部６４が設けられ、更に、外部から延び、垂直に屈曲して、各散気部５２の中空部６４にそれぞれ連通する気体配管６６が備えられている。この気体配管６６の水平部には、例えば蛇腹からなる伸縮部６６ａが設けられて、各散気部５２の往復運動が気体配管６６で阻害されないようになっている。なお、伸縮部６６ａを設ける代わりに、スライド式の配管を使用しても良い。
【００９６】
なお、図１３及び図１４には図示されていないが、散気部５２には、図４に示す散気部２８と同様に、実効直径で５μｍ以上、３５０μｍ以下の多数の散気孔３８ａを有する散気板３８が取付けられている。これにより、ブロアー等により送込まれた空気等の気体は、気体配管６６を通して各散気部５２の中空部６４内にそれぞれ達し、散気板３８の散気孔３８ａ（図４参照）を通して、気泡となって散気槽５４内の液体１６中に散気される。
なお、駆動軸６２の内部を通して、外部から気体を散気部５２の中空部６４内に導入するようにしてもよい。
【００９７】
この例によれば、ブロアー等によって、気体を散気部５２の中空部６４内に送込み、同時に駆動部６０を駆動して、翼形形状の散気部５２を略水平方向に往復移動させる。これにより、散気部５２の中空部６４内に導入した気体を、散気板３８の散気孔３８ａ（図４参照）を通して、気泡として散気槽５４内の液体１６内に散気させるのであり、この例の気泡散気装置５０のように、散気部５２を往復移動させることによっても、図１乃至図４に示す例と同様な作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態の気泡散気装置が散気槽内に設置された状態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】図１の散気部及びその周辺を拡大して示す斜視図である。
【図４】図１に示す散気部の横断面図である。
【図５】本発明の散気部の他の例を示す断面図である。
【図６】水中における空気の気泡の気泡径と気泡上昇速度の関係を示すグラフである。
【図７】水中における空気の気泡径と気泡滞留時間の関係を示すグラフである。
【図８】水中における空気の気泡径と酸素溶解率の関係を示すグラフである。
【図９】散気部を異なる速度で移動させて水中に空気の気泡を発生させた時の散気孔径と気泡径の関係を示すグラフである。
【図１０】異なる孔径の散気孔を有する散気部を異なる速度で移動させて水中に空気の気泡を発生させた時の散気部の速度（主流速度）と気泡径の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の他の実施の形態の気泡散気装置が、散気槽内に設置された状態を示す縦断面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１３】本発明の更に他の実施の形態の気泡散気装置を示す縦断面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ線矢視図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０，５０  気泡散気装置
１０ａ  気泡散気ユニット
１２，５４  散気槽
１４  ベース
１４ａ  空隙部
１６  液体
１８  モータ（駆動部）
２０  回転軸
２０ａ，２４ａ  気体通路
２２  シールリング
２４  アーム
２６  中空部
２８  散気部
２８ａ  平坦部
３０，６６  気体配管
３２  防護部
３４  整流板
３６  外殻
３６ａ、３６ｂ  開口部
３８  散気板
３８ａ  散気孔
４０  前縁
４２  後縁
４４  翼弦
５２  散気部
６０  駆動部
６４  中空部 
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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