(57)【要約】【課題】微細な気泡を発生させるために必要なエネルギーを大きく減少させ、しかも、気泡をより微細にして気泡が液体に溶解する速度を増して溶解濃度を向上させたり、種々の化学反応する速度を増して十分な量の化学反応生成物を必要とする場所へ供給したりできるようにする。【解決手段】流体配管１２の途中または端部に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３８ａを通して気泡として液体中に散気させる散気部２８と、散気部２８を液体中で回転させる駆動部１６と、散気部２８へ気体を供給する気体通路を有し、散気部２８は、反回転方向に向けて厚みが減少する横断面が翼形形状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体配管経路の途中または端部に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、
前記散気部を液体中で回転させる駆動部と、
前記散気部へ気体を供給する気体通路を有し、
前記散気部は、反回転方向に向けて厚みが減少する横断面が翼形形状に形成されていることを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記散気孔は、前記横断面が翼形形状の散気部の上面または下面の面積の５０％以上の領域に設けられていることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
前記散気部は、該散気部が回転する平面に対して、その翼形形状の翼弦を傾斜させて配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
前記散気部は、該散気部が回転する平面に対して、その翼形形状の翼弦の傾き角を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記散気部が含まれる配管の外部または前記流体配管経路内の液体の液面上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
前記散気部は、前記流体配管経路内の液体の液面近傍に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
前記駆動部の駆動に伴って回転する回転軸を有し、該回転軸と前記散気部はアームを介して互いに連結されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
【請求項８】
前記回転軸は、前記駆動部によって直接に回転駆動されるか、または前記駆動部から回転伝達機構を介して伝達された回転トルクで回転駆動されることを特徴とする請求項７記載の微細気泡発生装置。
【請求項９】
前記流体配管経路には散気室が備えられ、前記散気部は該散気室の内部に収容されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
【請求項１０】
前記散気部の近傍に、該散気部が回転する平面に対して略垂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９のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
【請求項１１】
前記散気部は、前記流体配管経路の内部または端部の旋回流が生じる位置に配置され、該旋回流と反対の方向に向けて回転することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
【請求項１２】
前記散気部は、複数段に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気等の気体を微細な数多くの気泡にして水等の液体中に分散させて液体と共に吐出す微細気泡発生装置に係り、特に、水等の液体に微細な数多くの微細な気泡を分散させて所望の気体の溶解濃度を得ることができるようにした微細気泡発生装置に関する。本発明の微細気泡発生装置は、例えば水処理槽、化学反応槽、河川、湖沼または養殖用水槽等で使用することにより、（ａ）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、（ｂ）オゾンの溶解度を高めたオゾン水など、医療等に用いるために有益な気体を液体中に微細な気泡として分散させたり、（ｃ）有益な気体を溶解させた液体を製造したり、（ｄ）液体中の物質と気体とを短時間で化学反応させて有益な物質を製造したりするのに用いられる。また、微細な気泡は人体や生物の健康に良い影響を及ぼすと言われており、微細気泡発生装置は浴槽にも使用されている。
【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。これは溶解度という用語の意味が「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」ことと区別するためである。
【背景技術】
【０００３】
液体中に気泡を微細化して分散させ、液体中の酸素等の気体溶解濃度を増加させたり、化学反応を起させたりする微細気泡発生装置としては、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微細空気発生装置として、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。
【０００５】
また、液体中に散気する気泡の気泡径を小さくするため、例えば下記のような装置が提案されている。
（１）気体を含む液体を加圧して気体を液体中に溶解させた後に、気体を溶解させた液体を多孔質散気板あるいは散気孔を通過させて急激に減圧させることによって、微細な気泡を発生させる装置（特許文献２参照）。
（２）円筒状の容器（散気槽）内に液体で旋回流を起こしてその中心に気体を入れ、気体を剪断によって微細な気泡にして液体中に散気する装置（特許文献３参照）。
（３）円筒状の容器（散気槽）の内周面に突起を設けて、液体と気体の混合した流体を旋回させながら突起にぶつけて流体を撹拌して気泡を小さくする装置（特許文献４参照）。
（４）液体と気体の混合した流体を回転する物体で撹拌して気泡を小さくする装置（特許文献５参照）。
【０００６】
これらの装置の内、例えば水深が５ｍから１０ｍ程度の散気槽内に配置され、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板や多孔質膜の該散気孔から気泡を液体中に散気する別の装置として、スクリュープロペラを水槽の中にスクリュープロペラの軸がほぼ水平方向に向くように設置し、スクリュープロペラに取付けた多孔部材から気体を散気して水平方向の流れを起こし、その水平方向の流れに気泡を搬送させている装置（特許文献３および特許文献４参照）がある。しかし、この装置では、水中に気泡を散気するためのエネルギーの他に、水を水平方向に流動させるための大きなエネルギーが必要となるので、酸素移動動力効率は低くなってしまう。
【０００８】
一方、気体を含む液体を加圧して気体を液体に溶解させた後に、気体の溶解した液体を多数の散気孔を有する多孔質板や散気膜の該散気孔を通過させて急激に減圧させることによって、液体中に微細な気泡を発生させている方法は、非常に微細な気泡を多く発生させることができる利点を有するものの、酸素移動動力効率は非常に低い。
このように、有用な気体を微細気泡として液中に散気して気体の所望の溶解濃度を有する液を得るための従来の微細気泡発生装置にあっては、十分な省エネルギー化が図られていないのが現状であった。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０７７９２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６５９３８号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ００／６９５５０号
【特許文献４】特開２００１−６２２６９号公報
【特許文献５】特開平９−３１３９０８号公報
【特許文献６】特開昭６３−１７８８９９号公報
【特許文献７】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】
【００１０】
液体中に散気する気泡径を小さくすると気液界面が増加し、気泡中の気体が液体に溶解する速度が速くなるとともに、気泡が液体中を上昇する速度が遅くなり、気泡が液体中に滞留する時間が長くなる。このため、気泡径が小さいほど、気泡中の気体を液体に溶解させ易いので、液体中に散気した気体を有効に利用することができる。また気泡中の気体が液体に溶解する速度が速くなるため、種々の化学反応が促進される。そのため、従来から液体中に気体を微細な気泡にして分散させるための種々の装置および方法が提案されている。
【００１１】
静置式散気装置は、動力が他の方法と比較して少なくて済むため非常に多く使われているが、散気孔の径を小さくすると、気体を液体中に散気するための圧力損失が多くなるため、通常の散気槽の場合には、現状では気泡径は１ｍｍ程度になっている。
【００１２】
水深が５ｍから１０ｍ程度の通常の散気槽においては、散気槽内の流体を旋回させるポンプ内の翼面に散気孔を設けて散気するエアレータ（特許文献１参照）や、散気槽内の流体を旋回させるポンプ内の吐出し口近傍に気体注入口を設けて散気するエアレータ方式の例が知られている。しかし、水深５ｍ近傍で気泡の液体中への散気を行っているため、散気槽内の小さい領域で発生させた気泡を散気槽内の隅まで運ぶために散気槽内で流体を旋回させる必要があり、この流体旋回のために多くの動力を費やしている。
【００１３】
気体を含む液体を加圧して気体を液体に溶解させた後に、気体の溶解した液体を多数の散気孔を有する多孔質板や散気膜の該散気孔を通過させて急激に減圧させることによって、微細な気泡を発生させている装置（特許文献２参照）では、非常に微細な気泡が発生する。しかし、気体を含む液体を加圧するためと、液体と気体を混合して気体を液体に溶解させるために非常に大きな動力が必要である。更に、液体の吐出し部に設けたメッシュや多孔板等によって急激に減圧させるところで流体が持っている動力の殆ど全てを損失として捨てているため、微細な気泡を発生させるために、非常に大きな動力を用いている。
【００１４】
円筒状の容器（散気槽）内に液体で旋回流を起こしてその中心に気体を入れ、気体を剪断によって微細な気泡にして散気している装置（特許文献３参照）、円筒状の容器（散気槽）の内周面に突起を設けて、液体と気体の混合した流体を旋回させながら突起にぶつけて流体を撹拌して気泡を小さくする装置（特許文献４参照）、または液体と気体の混合した流体を回転する物体で撹拌して気泡を小さくする装置（特許文献５参照）では、流体の速度を速くしたり、流体を撹拌したりするために多くの動力が必要である。
【００１５】
水深が５ｍ程度の散気槽で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、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ため、酸素移動動力効率は、従来のごく一般的な気泡発生装置である静置式散気装置の１０分の１以下になる。また、エアレータ方式を採用した従来の装置の酸素移動動力効率は、従来のごく一般的な気泡発生装置である静置式散気装置と比べ、同程度から２分の１程度になる。したがって、現在では、従来のごく一般的な気泡発生装置である静置式散気装置が簡単でほぼ最も効率が良く、単位質量の気体を液体中に溶解するために必要なエネルギーが少なくて済む。
【００１６】
エアレータの羽根やスクリュープロペラに設けた微細な散気孔から気泡を液体中に散気する場合、駆動部を水中に設けると、電気のケーブルなどの電気系統が水中に浸かることになり、駆動部のシールが複雑になると共に、駆動部のメンテナンスが困難となる。
羽根の前縁近傍のみに散気孔を開けて該散気孔から液体中に気泡を発生させるようにすると、気泡を発生させる散気孔の総面積が少なくなり、微細な気泡を大量に発生させることができない。
【００１７】
また、特許文献６及び７に記載のように、スクリュープロペラを散気槽の中にスクリュープロペラの回転駆動軸がほぼ水平方向に向くように設置し、スクリュープロペラに取付けた多孔部材から液体中に気泡を散気して水平方向の流れを起し、その水平方向の流れに気泡を搬送させる装置では、スクリュープロペラがほぼ鉛直面内で回転している。そのため、スクリュープロペラに取付けた多孔部材にかかる水圧は、鉛直方向に大きな圧力差が生じることになり、下方にある多孔部材より上方にある多孔部材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。この気泡発生を均一にして、一層広範囲の水域に気泡を分散供給するためには、多孔部材の流動抵抗、すなわちスクリュープロペラが上方に移動したときに、例えば多孔部材などの圧力損失を増やすように構成して、スクリュープロペラ全体に渡って気泡発生のための抵抗を均一化する必要がある。しかし、多孔部材の圧力損失を増やすとそのために気泡発生の動力が多くなる。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、微細な気泡を発生させるために必要なエネルギーを大きく減少させ、しかも、気泡をより微細にして気泡が液体に溶解する速度を増して溶解濃度を向上させたり、種々の化学反応する速度を増して十分な量の化学反応生成物を必要とする場所へ供給したりすることが可能な微細気泡発生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、流体配管経路の途中または端部に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、前記散気部を液体中で回転させる駆動部と、前記散気部へ気体を供給する気体通路を有し、前記散気部は、反回転方向に向けて厚みが減少する横断面が翼形形状に形成されていることを特徴とする微細気泡発生装置である。
【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させることにより、散気部と液体との間の境界層の厚さを薄くし、境界層内の流体に作用する剪断力によって、散気部の表面に設けた散気孔から吐出される気体を、より少ない動力で微細気泡化することができる。しかも、散気部を流体配管経路の内部または端部に配置し、散気部を配置した場所の圧力を大気圧程度に下げることによって、供給される気体の吐出し圧力を下げ、気体供給のための動力を少なくすることができる。即ち、散気部を翼形形状とすることと、液体中に供給する気体が空気である場合には、散気部が設置された場所の液体圧力を大気圧程度の低い圧力とすることが動力低減のために重要である。
【００２１】
更に、散気部を流体配管経路の途中または配管経路の入口端部に配置することにより、配管中を流れる液体またはその液体中に含まれる物質と、気泡中の気体との化学反応を配管内で行うことが可能になり、化学反応生成物を必要とする場所に輸送できる。また、散気部を流体配管経路の途中などに設け、配管の吐出し口を微細な気泡が含まれた液体が必要な所や化学反応の生成物が必要な所に設ければ、配管で気泡や化学反応生成物を必要なところに運ぶことが可能になる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、前記散気孔は、前記横断面が翼形形状の散気部の上面または下面の面積の５０％以上の領域に設けられていることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置である。
これにより、散気部の上面または下面の面積に対する、散気部の表面で散気孔を設けた面積の割合を１００％の場合の１．４倍程度で抑えて、微細気泡発生装置の寸法をコンパクトにすることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、前記散気部は、該散気部が回転する平面に対して、その翼形形状の翼弦を傾斜させて配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の微細気泡発生装置である。
これによって、散気部の回転に伴って、流体配管経路内に流体の流れを起こすことができ、流体配管経路内の液体を流動させるためにポンプなどの構成要素を別途備えることなく、微細気泡発生装置自体を液体流動機構としても兼用できる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、前記散気部は、該散気部が回転する平面に対して、その翼形形状の翼弦の傾き角を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の微細気泡発生装置である。
これにより、散気部の回転運動方向に対する傾きを変えることによって、流体配管内の流量を変えることが可能になる。さらに、散気部に供給する空気量を変えることによって、配管内の液体の流量に対する気体の流量を変えることが可能になり、気体流量の変化は散気孔からの空気吐出速度の変化を意味するから、気泡径を制御することが可能になる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記駆動部は、前記散気部が含まれる配管の外部または前記流体配管経路内の液体の液面上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の微細気泡発生装置である。
これにより、駆動部の漏電等の危険を減少させると共に、メンテナンスを容易となすことができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、前記散気部は、前記流体配管経路内の液体の液面近傍に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の微細気泡発生装置である。
これにより、気体の吐出圧力を低くし、気体が空気であるときには、空気供給ブロワの動力を低く抑えることができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、前記駆動部の駆動に伴って回転する回転軸を有し、該回転軸と前記散気部はアームを介して互いに連結されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の微細気泡発生装置である。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、前記回転軸は、前記駆動部によって直接に回転駆動されるか、または前記駆動部から回転伝達機構を介して伝達された回転トルクで回転駆動されることを特徴とする請求項７記載の微細気泡発生装置である。
回転伝達機構として、例えば互いに噛合う傘歯車やチェーン等を使用し、傘歯車の歯数を変えたり、チェーンと噛合うスプロケットの歯数を変えたりすることで、散気部の移動速度、すなわち散気部の回転速度を気泡の発生のために最適な回転速度に設定することが可能になる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、前記流体配管経路には散気室が備えられ、前記散気部は該散気室の内部に収容されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の微細気泡発生装置である。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、前記散気部の近傍に、該散気部が回転する平面に対して略垂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９のいずれかに記載の微細気泡発生装置である。
これにより、散気部の周囲の液体が散気部と共に移動しないようにして、散気部と液体との間の境界層の厚さを適切な範囲内に抑え、横断面が翼形形状の散気部で安定した微細な気泡を発生させることができる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、前記散気部は、前記流体配管経路の内部または端部の旋回流が生じる位置に配置され、該旋回流と反対の方向に向けて回転することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の微細気泡発生装置である。
これにより、例えば散気部を上下方向に多段に設置した場合に、上下の散気部が同じ方向に回転することを防止し、上下に位置する散気部の間に整流板等を配置する必要をなくして、微細気泡発生装置の全長を短くコンパクトにすることができる。
【００３２】
請求項１２に記載の発明は、前記散気部は、複数段に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の微細気泡発生装置である。
１段の散気部で液体単位体積当りに必要な気泡の量が足りない場合に、流体配管経路の途中または端部に入れる散気部２８を複数段にすることによって、必要な気泡の量を確保することが可能になる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、大幅な省エネルギー化を図りつつ、微細な散気孔を有する散気部を液体中で回転させることによって、気体をより微細な気泡にして散気孔から液体中に散気し、気泡径を小さくして気泡が液体に溶解する速度を増して溶解濃度を増すと共に、液中に散気された微細気泡の一層の効果的活用が可能な微細気泡発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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微細気泡発生装置１０を示す。この微細気泡発生装置１０は、図１及び図２に示すように、流体配管１２の途中に設けられた円筒状の散気室１４内に配置され、流体配管１２に沿って流れる流体中に散気室１４で気体を微細気泡として散気させるように構成されている。これにより、流体配管１２に沿って流れる液体またはその液体中に含まれる物質と気泡中の気体との化学反応を流体配管１２内で行うことができる。また、流体配管１２の散気室１４の吐出し口から延びる吐出し部１２ａを、微細な気泡が含まれた液体、気泡中の気体が溶解した液体、または化学反応の生成物が必要な所まで延ばすことで、これらの有用な物質を流体配管１２の吐出し部１２ａを通して必要な所に運ぶことができる。
【００３５】
微細空気発生装置１０は、散気室１４の上部において、流体配管１２に固定された駆動部としてのモータ１６と、鉛直方向に下方に延び、モータ（駆動部）１６の回転に伴って回転する回転軸（駆動軸）１８を有しており、この回転軸１８の下端は、散気室１４の底部に設けた支持体２０に回転自在に支承されている。モータ１６と回転軸１８との間、及び回転軸１８と支持体２０の間は、一対のシールリング２２でそれぞれ気密的にシールされている。
【００３６】
回転軸１８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を有する散気部２８がそれぞれ取付けられている。この散気部２８は、回転軸１８の軸心に垂直な平面に対する投影形状および同じく平行な平面に対する投影形状は、共に矩形状を呈している。
【００３７】
支持体２０の内部には、シールリング２２でシールされた空気室２０ａが設けられ、この空気室２０ａ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１８の内部に前記空気室２０ａに開口する気体通路１８ａが、各アーム２４の内部に回転軸１８の気体通路１８ａ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、ブロワ等によって送り込まれた気体は、気体配管３０を通って支持体２０の空気室２０ａ内に達し、更に回転軸１８の気体通路１８ａ、アーム２４の気体通路２４ａをそれぞれ通って散気部２８の中空部２６内に導入される。
【００３８】
流体配管１２の散気室１４の吸込み口に接続される吸込み部１２ｂの該吸込み口付近から散気室１４の全域に亘って、流体配管１２の底部には、複数の整流板３２が流れ方向に沿って間隔が徐々に拡がるように配置されている。これにより、散気部２８の下方に該散気部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。
【００３９】
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、微細な気泡となって散気室１４内の液体中に散気される。この散気板３８の代わりに、多数の微細な散気孔が加工された散気膜や散気板などを使用しても良い。
【００４０】
この例では、散気板３８の面積は、散気部２８の上面の面積の５０％以上を占めている。これにより、散気部２８の上面の面積に対する、散気部２８の表面で散気孔３８ａを設けた散気板３８の面積の割合を１００％の場合の１．４倍程度で抑えて、微細気泡発生装置１０の寸法をコンパクトにすることができる。
【００４１】
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に向けて肉厚が一旦徐々に増加し、その後徐々に減少する横断面翼形形状に形成されている。この前縁４０は、回転方向の前方に位置し、後縁４２は回転方向の後方に位置し、これによって、反回転方向に向けて厚みが減少するように構成されている。散気部２８は、前縁４０と後縁４２とを結ぶ翼弦４４と水平面との間に傾き角として、所定の迎え角βが生じるようにアーム２４に取付けられている。これによって、モータ１６の駆動に伴う回転軸１８の回転運動によって散気部２８が略同一水平面内に沿って回転し、この散気部２８の回転運動に伴って、流体配管１２の散気室１４内の液体に鉛直下方に向かう速度成分を有する旋回流が生じるようになっている。
【００４２】
このように、散気部２８の回転に伴って、流体配管１２の散気室１４内に流体の流れを起こすことで、流体配管経路内の液体を流動させるためにポンプなどの構成要素を別途備えることなく、微細気泡発生装置自体を液体流動機構としても兼用できる。
【００４３】
この例にあっては、アーム２４の基端に円板状の支持板５０を取付け、この支持板５０に設けた円周方向に沿って延びる長孔５２内にボルト５４の軸部を挿通させて、散気部２８を有するアーム２４を回転軸１８に取付けるようにしている。これにより、散気部２８の前縁４０と後縁４２とを結ぶ翼弦４４と水平面との間の傾き角として迎え角βを、任意の角度に調整しつつ、散気部２８を有するアーム２４を回転軸１８に取付けることができる。
【００４４】
散気板３８に設けられる散気孔３８ａの大きさは、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）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、一方で、散気孔３８ａを小さくするほど気体の単位質量当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、実用上の散気槽と気泡散気装置とを前提とした場合、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。
【００４５】
このように、散気部２８を翼形形状にして液体中で回転させることにより、散気部２８と液体間の境界層厚さを薄くし、散気部２８の散気孔３８ａから吐出させた気体流を境界層内の液体により剪断することによって小さな気泡を発生させることができる。しかも、液体を流動させるための動力は気泡微細化のための動力より遥かに大きいため、流体の大部分の主流速度を必要最小限の低速に抑えることにより、発生させた微細気泡を運搬するための動力を大幅に少なくすることができる。
【００４６】
なお、横断面が翼形形状の散気部２８を水平断面内、すなわち回転軸１８を鉛直断面内に置くと、散気部２８に鉛直方向に大きな圧力差が生じにくくなる。このため、散気部２８の圧力損失を少なくし、しか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すむ。散気部２８の直径が小さい場合には、散気部２８の回転軸１８を水平に置いても、散気部２８に鉛直方向に大きな圧力差が生じにくくなるため、散気部２８の回転軸１８を水平においても良い。
【００４７】
このように、流体配管１２の途中に設けた散気室１４内に翼形形状の散気部２８を設けて該散気部２８を回転させることにより、流体配管１２中を流れる液体に気泡を分散させることができ、また流体配管１２中を流れる液体またはその液体中に含まれる物質と、気体配管３０を通して散気部２８内に供給され、気泡となって液体中に散気される該気泡中の気体との化学反応を流体配管１２内で行うことができる。
【００４８】
散気部２８をその翼弦４４が散気部２８の回転移動方向に対して傾斜させて配置することで、流体配管１２に流れを起こすことができる。このとき、翼形形状の散気部２８が通過する主流方向、すなわち鉛直方向の速度を必要最小限の低速に抑えることにより、微細の気泡を発生させるための動力が大幅に少なくなる。さらに、散気部２８の回転移動方向に対する傾きを変えることによって、流体配管１２内の液体の流量を変えることが可能になる。
【００４９】
散気部２８に供給する気体の量を変えることによって、流体配管１２内の液体の流量に対する気体の流量を変えることができ、図１０に示すように、気体の流量を変えて、散気孔３８ａを通過する気体の流速を変えることによって、気泡径を制御することができる。図９に示すように、散気部２８の回転速度を変えることによっても、気泡径を制御することができる。液体またはその液体中に含まれる物質と、気泡中の気体との化学反応を流体配管１２内で行う場合は、化学反応で必要な各物質の量に合わせて、液体の流量、気体の流量、および気泡径を変えて反応を行わせることができる。
【００５０】
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、例えば多孔質体からなる散気板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、多数の散気孔が加工された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を供えた例を示したが、上下両面にこれを備えることも勿論可能である。
【００５１】
次に、この例の微細気泡発生装置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。
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、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。
【００５２】
まず、液体中の気泡の上昇速度について説明する。
地球上の重力場中に静止した液体中の気泡の上昇速度は、浮力ｆｂｕと抗力ｆｄｒの釣合いでほぼ決まる。気泡をほぼ球形とし、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、液体に対して気体の密度は非常に小さいため無視すれば、一つの気泡による浮力ｆｂｕおよび抗力ｆｄｒに関して式（１）が成り立つ。
【数１】
2007268376.tif 000003
【００５３】
したがって、抗力係数Ｃｄは、式（２）となる。
【数２】
2007268376.tif 000004
一方、水中の空気泡の場合、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】
2007268376.tif 000005
【００５４】
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】
2007268376.tif 000006
したがって、式（１）〜（４）より、式（５）が得られる。
【数５】
2007268376.tif 000007
【００５５】
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。一例として、水中における空気の気泡径（直径）ｄと気泡上昇速度Ｕｂｒの関係を図６に示す。
【００５６】
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。
液体中の気体の拡散係数を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（＝２Ｒｂα／Ｄ）とペクレ数Ｐｅ＝（２ＲｂＵｂｒ／Ｄ）の関係は、式（６）となる。
【数６】
2007268376.tif 000008
【００５７】
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は、式（７）で求まる。
【数７】
2007268376.tif 000009
【００５８】
気体のボイド率がθで、気泡が全て同じ径である場合、単位体積当りの流体中に溶解する気体の量である液相基準の総括物質移動容量係数Ａは式（８）となる。なお、本発明で言う気体のボイド率とは、気体と液体とが均一に（それぞれ気相、液相のままで）混合した流体の、ある一定体積に占める気体（気泡）の体積のことを言い、気体が流体（液体と気体の混合物）に占める体積の割合のことである。
【数８】
2007268376.tif 000010
【００５９】
一例として、液体が水で気体が酸素の場合、水の動粘性係数ν＝１．０１×１０−６ｍ２／ｓ、重力加速度ｇ＝９．８０６ｍ２／ｓ、水中の酸素の拡散係数Ｄ＝２．０６×１０−９ｍ２／ｓであり、気体のボイド率θ＝０．０１とすると、気泡半径Ｒｂと液相基準の総括物質移動容量係数Ａの関係は、図７に示すようになる。したがって、気泡が小さくなれば急速に気泡中の気体が液体中に溶解しやすくなる。
【００６０】
液体中に気泡を発生させ、発生させた気泡を液体で搬送する形式の微細気泡発生装置に必要な動力は、気体を液体中に吹き込むためのブロワの動力と、気体を微細な気泡にするための動力と、発生させた気泡を液体で搬送するための動力の合計である。
【００６１】
液体流中に気泡を分散させて該液体を搬送する装置においては、通常、気体の流量が液体の流量の最大５％程度になっている。そのため、例えば、水中に空気を散気する場合で、液体の流量ＱＷ＝１（ｍ３／ｍｉｎ）とし、気体の流量が液体の流量の５％で、気体の流量ＱＷ＝０．０５（ｍ３／ｍｉｎ）として、本発明の微細気泡発生における動力と従来の微細気泡発生における動力の比較を行う。
まず気体を液体中に吹き込むためのブロワの動力について説明する。
【００６２】
ブロワが必要な動力ＬＢ（ｋＷ）は、必要な供給空気体積流量をＱＳ(ｍ３／ｍｉｎ)、ブロワの吸込口絶対圧力をＰＳＡ（ｋＰａ）、ブロワの吐出し絶対圧力をＰＤＡ（ｋＰａ）、比熱比をκ、ブロワ効率をηＢとすると、式（９）で表せる。
【数９】
2007268376.tif 000011
【００６３】
いま、散気槽水面近傍の水深Ｈｔが０．４(ｍ)の位置に散気部を設置した場合と、水深Ｈｔが５(ｍ)の位置に散気部の設置した場合を比較する。ブロワの吸込絶対圧力ＰＤＡ＝１０１．３３（ｋＰａ）、比熱比κ＝１．４、ブロワ効率ηＢ＝０．５５、散気板の微細な散気孔における絞りによる損失も含めたブロワ吸込口から散気板吐出し点までの圧力損失を１(ｍＨ２Ｏ)と仮定する。散気部の設置位置が水深０．４（ｍ）の場合、ブロワの吐出し絶対圧力ＰＤＡ＝１１５．０６（ｋＰａ）で、ブロワの所要動力ＬＢ（ｋＷ）は、式（９）で求まり、０．０１９９（ｋＷ）となる。水深５（ｍ）の場合、ブロワの吐出し絶対圧力ＰＤＡ＝１６０．１７（ｋＰａ）で、ブロワの所要動力ＬＢ（ｋＷ）は、０．０７５１（ｋＷ）となる。
【００６４】
後述で示すように、散気部の孔径が小さくなると散気孔における絞りによる圧力損失が増加する。図１１に示すように、散気部の孔径が２０（μｍ）程度に小さくなると、通常の散気槽で用いられる孔径が２００（μｍ）程度の散気部の場合より、散気部の散気孔前後で圧力損失が１２（ｋＰａ）程度増加することを考慮すると、散気部の設置位置を散気槽水面近傍の水深０．４（ｍ）としたの場合、ブロワの吐出し絶対圧力ＰＤＡ＝１２５．０６（ｋＰａ）となり、ブロワの所要動力ＬＢ（ｋＷ）は、式（９）で求まり、０．０３５９（ｋＷ）となる。水深５（ｍ）に散気部を設置した場合、ブロワの吐出し絶対圧力ＰＤＡ＝１７０．１７（ｋＰａ）となり、ブロワの所要動力ＬＢ（ｋＷ）は、０．０８７９（ｋＷ）となる。
【００６５】
したがって、散気部をできるだけ液体の液面の近傍に配置するか、配管内でできるだけ圧力の低い位置に設置することにより、気体を液体中に吐出するための動力を少なくすることができる。これに対して、例えば特許文献１、特許文献６及び特許文献７に記載されているように、微細気泡発生装置を散気槽の底面近傍に設置すると、気体を液体中に吹き込むためのブロワの動力が大きくなる。
【００６６】
次に本発明で示すように、回転する散気部２８に微細な散気孔３８ａを設けた場合における該散気部２８を回転させるため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（即ち、回転させるために必要な動力）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（翼）２８の抗力による動力Ｌｉｍｐ，ｄ（ｋＷ）は、式（１０）で表せる。
【数１０】
2007268376.tif 000012
【００６７】
散気部の気体吐出面（気体吹出し面）であって、多数の散気孔を有する多孔板または多孔膜（散気板）の単位面積当りの散気量は、通常３０（ｍ３／ｍ２ｈ）＝０．６（ｍ３／ｍ２ｍｉｎ）程度である。このため、一例として、散気部の翼弦長ｃ＝０．１５（ｍ）、最大（翼）厚さｈ＝０．０３（ｍ）、（翼）幅ｂ＝０．１５（ｍ）とすると、気体の流量ＱＷ＝０．０５（ｍ３／ｍ２ｍｉｎ）の場合、必要な散気部の数Ｎｉｍｐ＝４(=0.05/0.6/0.15/0.15)になる。
【００６８】
液体中で回転する翼形形状の散気部２８の平均移動速度（液体に対する散気部の相対速度）を３（ｍ／ｓ）、散気部（翼）２８の抗力係数Ｃｉｍｐ＝０．１、水の密度ρＷ＝998.3（kg/m３）とすると、散気部（翼）２８の抗力に対して必要な動力Ｌｉｍｐ,d（ｋＷ）は、式（１０）で求まり、０．０２４３（ｋＷ）となる。
上記の他に、微細気泡発生装置１０で発生させた気泡を含む液体を、流体配管１２内を搬送するためのポンプ動力が必要になる。
【００６９】
いま、ポンプの吸込み口に対する吐出し口の差圧をＰＰ（ｋＰａ）、ポンプの流量をＱＰ（ｍ３／ｍｉｎ）、ポンプの効率をηＰとすると、液体を搬送するための動力ＬＰ（ｋＷ）は、式（１１）で表される。
【数１１】
2007268376.tif 000013
【００７０】
次に本発明の微細気泡発生装置において、発生させた気泡を液体で搬送するために必要な動力について説明する。本発明の微細気泡発生装置の場合、流体と翼形の散気部の間の境界層を薄くして気泡を微細化しているため、流体と翼形の散気部との相対速度を速くしても、配管内および微細気泡発生装置内における大部分の液体の流速を３ｍ／ｓ程度、またはそれ以下に抑えることが可能である。いま、微細気泡発生装置内に大きな曲がりが２回あると仮定する。曲がりの曲率半径が管の相当直径程度とすると、一つの曲がりによる損失係数は、ξＥ＝０．５１程度である。また、微細気泡発生装置内の散気部以外の静止した構造物と液体間の摩擦や通路の拡大等による損失があるが、微細気泡発生装置内の流体が移動する距離が短いことと、流れを大きく妨げる形状の構造物がないことから、主流の速度を基準として、損失係数ξＦ＝１．０程度と予想される。さらに気泡を含む液体を排出する配管出口における動圧損失がある。
【００７１】
従って、微細気泡発生装置内の散気部以外の静止した構造物と液体間の摩擦や通路の拡大等による圧力損失、すなわち微細気泡発生装置に液体を流すポンプの吸込口に対する吐出し口の圧力差ＰＰ（ｋＰａ）は、微細気泡発生装置内の液体の主流流速をｖ（ｍ／ｓ）、液体の密度をρｆ（ｋｇ／ｍ３）とし、上記の損失を仮定すれば、式（１２）程度の値になる。
【数１２】
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【００７２】
いま、微細気泡発生装置内の液体の主流流速ｖ＝３．０（ｍ／ｓ）、液体の密度ρｆ＝９９８．３（ｋｇ／ｍ３）とすると、微細気泡発生装置に液体を流すポンプの吸込口に対する吐出し口の圧力差ＰＰ（ｋＰａ）は、式（１２）から、１４．３６（ｋＰａ）程度になる。
従って、本発明で示す微細気泡発生装置において発生させた気泡を液体で搬送するために必要な動力ＬＰは、ポンプの効率ηＰを０．７５とすると、式（１１）で求まり、０．３１９６（ｋＷ）程度となる。
【００７３】
液体中に気泡を発生させ、発生させた気泡を液体で搬送する形式の微細気泡発生装置の場合に必要な動力は、気体を液体中に吹き込むためのブロワの動力と、気体を微細な気泡にするための動力と、発生させた気泡を液体で搬送するための動力の合計である。従って、本発明で示す微細気泡発生装置において気泡を発生させて液体で搬送するために必要な動力は、ブロワの所要動力として、散気部の散気孔の孔径が２０（μｍ）程度に小さく、散気部の設置位置を散気槽水面近傍の水深Ｈｔ＝０．４（ｍ）の場合における値を用いると、0.0359＋0.0243＋0.3196＝0.3798（ｋＷ）である。
【００７４】
本発明における気泡を発生させて散気する散気孔３８ａは、図３に示すように、翼形形状の散気部２８の表面、つまり翼面上に設けている。
散気部２８の表面（翼面上）に設けた散気孔３８ａから水中に空気を吐出したとき、散気部（翼）２８の移動速度をパラメータとした場合の散気孔径と気泡径の関係の解析結果を図８に、散気孔径をパラメータとして、散気部（翼）２８の移動速度と気泡径の関係の解析結果を図９に、散気孔径をパラメータとし、散気孔３８ａを通過して水中に吐出される際の空気の散気孔３８ａ出口における吐出速度（水中への空気流入速度Ｖａ）と気泡径の関係の解析結果を図１０に示す。図８〜図１０に示すように、散気孔径、散気部（翼）の移動速度、または空気の散気孔出口における吐出速度を変えることによって、気泡径を変えることが可能である。
【００７５】
散気部２８の表面（翼面上）に設けた散気孔３８ａから水中に空気を吐出したとき、散気部（翼）２８の移動速度をパラメータとした場合の、散気部２８の散気孔３８ａの孔径と該散気孔３８ａにおける圧力損失の関係の解析結果を図１１に示す。図１１に示すように、散気孔３８ａが小さくなると、散気孔３８ａにおける圧力損失は大きくなる。散気部２８の散気孔３８ａの孔径が２０（μｍ）程度になると、散気部２８の散気孔３８ａにおける圧力損失Ｐｈは１４（ｋＰａ）程度になる。一方、通常の散気槽で用いられる、孔径が２００（μｍ）程度の散気部の場合は、散気部の散気孔における圧力損失Ｐｈは２（ｋＰａ）程度になる。従って、散気部の孔径が２０（μｍ）程度に小さくなると、通常の散気槽で用いられる孔径が２００（μｍ）程度の散気部の場合より、散気部の孔における圧力損失が１２（ｋＰａ）程度増加する。
【００７６】
次に従来例に対比させて、本発明で示す気泡を微細にして散気する装置の場合を説明する。
従来の微細気泡発生装置としては、例えば、例えば特許文献３、特許文献４及び特許文献５に記載のように、気泡を微細化するためと気泡を搬送するために液体に通常より速い速度を液体に与えている微細気泡発生装置がある。これらの内で、特許文献３に記載の形式の微細気泡発生装置では、微細気泡発生装置内に旋回流を発生させて気泡を微細化しており、微細気泡発生装置内に旋回流を発生させるために、ポンプの吸込口に対する吐出し口の圧力差ＰＰは、通常３００（ｋＰａ）程度になっている。
【００７７】
特許文献４及び特許文献５に記載の形式の微細気泡発生装置では、流体の通路中に突起や孔のような障害物を設けて流れに乱れを起して気泡を微細化しているため、乱れを発生するために多くの動力が必要で、ポンプの吸込口に対する吐出し口の差圧ＰＰは、通常６０（ｋＰａ）程度になっている。
【００７８】
従来の微細気泡発生装置の内、例えば特許文献２に記載のように、加圧して気体を一度液体に溶解させた後に、微細孔を通して気泡を発生させる溶解式の場合は、ポンプの吸込口に対する吐出し口の圧力差ＰＰは、通常３００（ｋＰａ）以上になっている。
【００７９】
従来の微細気泡発生装置の中で、発生させた気泡を液体で搬送するための動力が最も少ない、流体の通路中に突起や孔のような障害物を設けて流れに乱れを起して気泡を微細化している微細気泡発生装置の場合の、ポンプの吸込口に対する吐出し口の差圧ＰＰ（ｋＰａ）は、通常６０（ｋＰａ）程度である。このため、ポンプの効率ηＰを０．７５とすると、この場合のポンプの動力ＬＰは、式（１１）で求まり、１．３３３（ｋＷ）程度となる。
【００８０】
これらの従来の微細気泡発生装置において、散気部の設置位置を散気槽水面近傍の水深０．４（ｍ）で、ブロワの吸込絶対圧力ＰＳＡ＝１０１．３３（ｋＰａ）、比熱比κ＝１．４、ブロワ効率ηＰ＝１．５５、散気板の微細な散気孔における絞りによる損失も含めたブロワ吸込口から気体を液体中に注入するまでの圧力損失を１（ｍＨ２Ｏ）と仮定すると、ブロワの吐出し絶対圧力ＰＤＡ＝１１５．０６（ｋＰａ）となり、ブロワの所要動力ＬＢ（ｋＷ）は、式（９）で求まり、０．０１９９（ｋＷ）となる。
【００８１】
これらの従来の微細気泡発生装置の場合に必要な動力は、気体を液体中に吹き込むためのブロワの動力と、気泡を発生させて液体で搬送するための動力の合計であるため、１．３３３＋０．０１９９＝１．３６３（ｋＷ）程度である。
本発明で示す微細気泡発生装置において気泡を発生させて液体で搬送するために必要な動力は０．３７９８（ｋＷ）程度であるため、従来の微細気泡発生装置より大幅に必要な動力を低減することが可能になる。
【００８２】
本発明で示す微細気泡発生装置１０の散気部２８において、散気部２８の表面に設けられる多数の散気孔３８ａを互いに接近させると、多数の散気孔３８ａから吐出された気体が微細な気泡として液体中に分散される前に合体して大きな気泡になる。このため、多数の散気孔３８ａ間にはある程度の距離が必要になる。そのため、通常の水処理場の散気槽において用いられる散気部の場合、単位面積当りの散気量が０．６（ｍ３／ｍ２ｍｉｎ）程度になっており、単位面積当りに散気できる気泡の量が少ない。本発明で示す微細気泡発生装置では、微細気泡発生装置を通過する流体に微細な気泡を多く分散させるため、散気部２８の表面で散気孔３８ａを有している面積をできる限り大きくしている。つまり、翼形形状の散気部２８の液体と接する上面または下面の面積に対する、散気部２８の表面で散気孔３８ａを設けている面積の割合を、できる限り大きくして、微細気泡発生装置をコンパクトにしている。
【００８３】
翼形形状の散気部２８がある通路において、散気部２８の近傍の形状を相似形にした場合、発生させる気泡の量を同じにしようとすると、散気部２８の液体と接する上面または下面の面積に対する、散気部２８の表面で散気孔３８ａを設けている面積の割合と、翼形の散気部２８がある通路の断面積とは、反比例させる必要がある。すなわち、散気部２８の近傍の寸法は、散気部２８の液体と接する上面または下面の面積に対する、散気部２８の表面で散気孔３８ａが設けられている面積の割合の、逆数の平方根に比例することになる。
従って、散気部２８の近傍の寸法を、散気部２８の液体と接する上面または下面の面積に対する、散気部２８の表面で散気孔３８ａが設けられている面積の割合を５０％以上にすれば、散気部２８の液体と接する上面または下面の面積に対する、散気部２８の表面で散気孔３８ａが設けられている面積の割合が１００％の場合の１．４倍程度で抑えることができ、微細気泡発生装置の寸法をコンパクトにすることができる。このため、本発明の散気部２８では、散気部２８の液体と接する上面または下面の面積に対する、散気部２８の表面で散気孔３８ａが設けられている面積の割合を少なくとも５０％以上にしている。
【００８４】
本発明の微細気泡発生装置１０では、散気部２８を翼形形状にして液体中で回転させることにより、散気部２８と液体間の境界層厚さを薄くし、散気部２８の散気孔３８ａから吐出させた気体流を境界層内の液体により剪断することによって小さな気泡を発生させると共に、液体を流動させるための動力は、気泡微細化のための動力より遥かに大きいため、流体の大部分の主流速度を必要最小限の低速に抑えることにより、発生させた微細気泡を運搬するための動力を大幅に少なくしている。また、散気部２８を水平断面内、すなわち散気部２８の回転軸１８を鉛直断面内に置くことで、散気部２８に鉛直方向に大きな圧力差が生じにくくして、散気部２８の圧力損失を少なくし、しかも気泡を均一に発生させて、気泡発生の動力が少なくてすむようにしている。
【００８５】
図１２及び図１３は、本発明の他の実施の形態の微細気泡発生装置１０ａの概要を示す。この例の微細気泡発生装置１０ａは、図１乃至図４に示す微細気泡発生装置１０とほぼ同様の形状で、流体配管１２の途中の散気室１４中に設置されている。しかし、ほぼ水平断面内で回転させる横断面が翼形形状の散気部２８として、回転軸１８の方向に投影した形状が扇形となるようにしたものを使用し、この散気部２８を、アーム２４（図３参照）を介することなく、回転軸１８に、該散気部２８の中空部２６を回転軸１８の気体通路１８ａに連通させて、直接連結している。
この例では、このように、アームを設けないことによって、アームで発生する流体的な損失を減らすことができる。
【００８６】
図１４は、本発明の更に他の実施の形態の微細気泡発生装置１０ｂの概要を示す。この例の微細気泡発生装置１０ｂは、図１乃至図４に示す微細気泡発生装置１０ａとほぼ同様の形状で、流体配管１２の途中の散気室１４中に設置されている。しかし、流体配管１２として、滑らかに湾曲したものが使用されている。また、散気部２８は、回転軸１８にアーム２４を介して取付けられ、モータ１６から延びる駆動軸６０と回転軸１８との間に、互いに噛合う傘歯車６２ａ，６２ｂが設けられている。これによって、傘歯車６２ａ，６２ｂを介して、駆動軸６０から回転軸１８に動力が伝達される。
【００８７】
この例によれば、傘歯車６２ａ，６２ｂの歯数を変えることによって、回転軸１８に取付けた散気部２８の移動速度、すなわち散気部２８の回転速度を気泡の発生のために最適な回転速度に設定することが可能になる。
【００８８】
図１５は、本発明の更に他の実施の形態の微細気泡発生装置１０ｃの概要を示す。この例の微細気泡発生装置１０ｃは、図１乃至図４に示す微細気泡発生装置１０とほぼ同様な構成の微細気泡発生部６４を流体配管１２の途中に直列に二段に設置して構成されている。また、各微細気泡発生部６４の散気部２８は、それぞれ回転軸１８に取付けてあり、回転軸１８及びモータ１６の駆動軸６０には、それぞれスプロケット６６，６８が設けられている。そして、各スプロケット６６，６８間には、チェーン７０がそれぞれ介装され、これによって、チェーン７０を介して、駆動軸６０から各回転軸１８に動力が伝達される。
【００８９】
微細気泡発生装置が一段の場合は、微細気泡発生装置の散気部２８の外径が決まると散気部２８を囲む流体配管１２の断面積が決まるため、気体中における気泡の発生量に限界が生じる。この例のように、微細気泡発生部（微細空気発生装置）６４を流体配管１２内に直列に多段に設置することにより、単位液体中の気泡の数および気体の量を増やし、しかも、必要な気泡の量に合わせて、微細気泡発生部（微細空気発生装置）６４の段数を変えることができる。また、複数段の微細気泡発生部６４の各散気部２８の回転軸１８と、モータ１６（駆動源）の駆動軸６０との間を、スプロケット６６，６８およびチェーン７０で繋いで動力を伝達するようにすることで、一つのモータ１６で複数段の微細気泡発生部６４の散気部２８を回転させることができる。また、回転軸１８と駆動軸６０に取付けたスプロケット６６，６８の歯数を変えることによって、回転軸１８に取付けられた散気部２８の移動速度、すなわち散気部２８の回転速度を気泡の発生のために最適な回転速度に設定することができる。
【００９０】
この例にあっては、１段の散気部２８で液体単位体積当りに必要な気泡の量が足りない場合は、流体配管１２に途中または端部に入れる翼形形状の散気部２８を複数段にすることによって、必要な気泡の量を確保することができる。なお、散気部２８を複数段にする場合、複数段の散気部２８を一つの回転軸に設けることも、個々に回転軸を設けることも、さらに両者を併用することもできる。
【００９１】
図１６及び図１７は、本発明の更に他の実施の形態の微細気泡発生装置１０ｄの概要を示す。この例の微細気泡発生装置１０ｄは、図１乃至図４に示す微細気泡発生装置１０とほぼ同様な構成の微細気泡発生部６４を、流体配管１２の散気室１４内に、回転軸１８を共通にして、直列に上下二段に配置して構成されている。また、上方に位置する微細気泡発生部６４の翼形形状の散気部２８の周囲の液体が、下方に位置する微細気泡発生部６４の翼形形状の散気部２８の回転に伴って該散気部２８と同じ方向に旋回することを防止するために、上下に位置する散気部２８の間および近傍に第２の整流板７２を設けている。
【００９２】
この例では、図１５に示す例と同様に、散気部２８が一段の場合は、散気部２８の外径が決まると散気部２８を囲む流体配管１２の断面積が決まるため、気泡の発生量に限界が発生するが、散気部２８を直列に多段に設置することにより、単位液体中の気泡の数および気体の量を増やすことが可能になり、必要な気泡の量に合わせて散気部２８の段数を変えることができる。
【００９３】
図１８及び図１９は、本発明の更に他の実施の形態の微細気泡発生装置１０ｅの概要を示す。この例の微細気泡発生装置１０ｅは、図１乃至図４に示す微細気泡発生装置１０とほぼ同様な構成の微細気泡発生部６４を、流体配管１２の散気室１４内に、回転軸１８を共通にして、直列に上下二段に配置して構成されている。更に、この例では、回転軸１８にボス部７４を取付け、このボス部７４の内部に設けた気体通路７４ａと各散気部２８の中空部２６とを連通させて、アームを省略している。そして、流体配管１２の散気室１４の吸込み口に接続される吸込み部１２ｂを、回転する散気部２８の中心軸からずらした位置で散気室１４に接続して、流体配管１２の吸込み部１２ｂから散気室１４内に流入する液体によって、散気部２８を囲む散気室１４の上流に旋回流が発生するようになっている。
【００９４】
この例では、散気部２８の上流に発生する旋回流の回転方向と反対方向に散気部２８が回転するように設定すれば、散気部２８の上流に旋回流がない場合より散気部２８に対する流体の相対速度が大きくなるため、散気部２８で発生させる気泡の径が大きくなることを防ぐことができる。また、下方に位置する散気部２８の上流側における旋回流が強ければ、下方に位置する散気部２８を通過した後でも、上下に位置する微細気泡発生部６４の散気部２８の間にある流体が、下方に位置する散気部２８の上流側における旋回流と同じ方向に旋回することになり、上方に位置する散気部２８と同じ方向に回転する恐れがなくなるため、流体が上方に位置する散気部２８と同じ方向に回転することを抑える整流板７２（図１６及び図１７参照）を上下に位置する散気部２８の間に取付ける必要がなくなり、微細気泡発生装置の全長を短くしてコンパクトにすることができる。
【００９５】
図２０は、図１乃至図４に示す微細気泡発生装置１０の他の設置例を示す概要図である。この例は、図１乃至図４に示す微細気泡発生装置１０を、内部に液体（処理液）８０を溜める散気槽８２の上部と下部を繋ぐ流体配管１２の上部に設けた散気室１４内に、翼形形状の散気部２８が散気槽８２内の液体８０の液面８０ａの近傍に位置するように設置している。これにより、気体の吐出圧力を低くし、気体が空気であるときには、空気供給ブロワの動力を低く抑えてことができる。さらに、ほぼ散気部２８を水平断面内で回転させることによって、微細な気泡を散気室１４内に分散するようにしている。また、翼形形状の散気部２８によって流体配管１２内に流れを起し、流体配管１２で散気槽８２の底部へ流れを導くことによって、微細な気泡を散気槽８２の底部に吐出すことができるため、水等の流体を流動させるためのポンプなど別途の設備が不要になる。しかも、モータ（駆動部）１６を流体配管１２の外に設置しているため、モータ１６や電気系統が気体中にあり、漏電等の危険減少すると共にメンテナンスが容易になる。
【００９６】
図２１は、図１６及び図１７に示す微細気泡発生装置１０ｅの他の設置例を示す概要図である。なお、この図２１に示す例では、図１６及び図１７に示す微細気泡発生装置１０ｅにおけるアーム２４をボス部７４に置き換えている。そして、この例は、微細気泡発生装置１０ｅを散気槽８２内に設置している。図２０に示す例の場合、流体配管１２を散気槽４１の外部に設けているが、この例では、流体配管１２を散気槽８２の内部に入れている。
【００９７】
この例によれば、翼形形状の散気部２８を散気槽８２の液体８０の液面８０ａの近傍に設置することで、気体の吐出圧力を低くし、気体が空気であるときには、空気供給ブロワの動力を低く抑えている。更に、散気部２８をほぼ水平断面内で回転させることによって、微細な気泡を流体配管１２内に分散するようにしている。また翼形形状の散気部２８によって流れを起し、流体配管１２で散気槽８２の底部へ流れを導くことによって、微細な気泡を散気槽８２の底部に吐出すことができるから、水を流動させるためのポンプなど別途の設備が不要になる。しかも、モータ（駆動部）１６が流体配管１２の外に設置されているため、モータ１６や電気系統が気体中にあり、漏電等の危険減少すると共にメンテナンスが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態の微細気泡発生装置が流体配管内に設置された状態を示す断面図である。
【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】水中における空気泡の気泡径と上昇速度の関係を示すグラフである。
【図７】水槽中にボイド率が０．０１の酸素気泡がある場合の気泡径と液相基準の総括物質移動容量係数の関係を示すグラフである。
【図８】散気部の移動速度を固定し、水中で散気部を移動させて空気の気泡を発生させたときの散気孔径と気泡径の関係を示すグラフである。
【図９】散気孔径を固定し、水中で散気部を移動させて空気の気泡を発生させたときの散気部の移動速度と気泡径の関係を示すグラフである。
【図１０】水中で翼形形状の散気部を移動させて空気の気泡を発生させたときの散気孔径の空気流入速度と気泡径の関係を示すグラフである。
【図１１】水中で翼形形状の散気部を移動させて空気の気泡を発生させたときの散気孔径と散気孔における圧力損失の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の他の実施の形態の微細気泡発生装置が流体配管内に設置された状態を示す断面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１４】本発明の更に他の実施の形態の微細気泡発生装置が流体配管内に設置された状態を示す断面図である。
【図１５】本発明の更に他の実施の形態の微細気泡発生装置が流体配管内に設置された状態を示す断面図である。
【図１６】本発明の更に他の実施の形態の微細気泡発生装置が流体配管内に設置された状態を示す断面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１８】本発明の更に他の実施の形態の微細気泡発生装置が流体配管内に設置された状態を示す断面図である。
【図１９】図１８のＡ−Ａ線矢視図である。
【図２０】図１乃至図４に示す微細気泡発生装置の他の設置例を示す断面図である。
【図２１】図１６及び図１７に示す微細気泡発生装置の他の設置例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ  微細気泡発生装置
１２  流体配管
１４  散気室
１６  モータ（駆動部）
１８  回転軸
２０  支持体
２２  シールリング
２４  アーム
２６  中空部
２８  散気部
３０  気体配管
３２  整流板
３６  外殻
３８  散気板
３８ａ  散気孔
４０  前縁
４２  後縁
４４  翼弦
５０  支持板
５２  長孔
５４  ボルト
６０  駆動軸
６２ａ，６２ｂ  傘歯車
６４  微細気泡発生部
６６，６８  スプロケット
７０  チェーン
７２  整流板
８０  液体
８２  散気槽
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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