(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡塔の溶液を収容する塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプにより形成され、且つ、隣り合う中空パイプと中空パイプとの間には、当該ドラフトチューブ内外の溶液が流通循環可能な４ｃｍ以上の空隙が、当該ドラフトチューブの側周面の全面に亘って、形成されているドラフトチューブ。
【請求項２】
前記ドラフトチューブの横断面形状が、円形形状、楕円形形状または角形形状である、請求の範囲第１項に記載のドラフトチューブ。
【請求項３】
ドラフトチューブが、中空パイプをコイル状に巻周りして形成されるドラフトチューブである、請求の範囲第１項又は第２項に記載のドラフトチューブ。
【請求項４】
ドラフトチューブが、中空パイプをジグザグに折り曲げて形成されるドラフトチューブである、請求の範囲第１項又は第２項に記載のドラフトチューブ。
【請求項５】
気泡塔の溶液を収容する塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをコイル状に巻周りして形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成され、且つ、隣り合う中空パイプと中空パイプとの間には、当該ドラフトチューブ内外の溶液が流通循環可能な４ｃｍ以上の空隙が、当該ドラフトチューブの側周面の全面に亘って、形成されているドラフトチューブ。
【請求項６】
気泡塔の溶液を収容する塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをジグザグに折り曲げて形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成され、且つ、隣り合う中空パイプと中空パイプとの間には、当該ドラフトチューブ内外の溶液が流通循環可能な４ｃｍ以上の空隙が、当該ドラフトチューブの側周面の全面に亘って、形成されているドラフトチューブ。
【請求項７】
前記ドラフトチューブの側周面の空隙率が、その側周面の全面に対して、１％以上９９％以下の範囲内にある、請求の範囲第項１項〜第６項のいずれか１項に記載のドラフトチューブ。
【請求項８】
前記ドラフトチューブの側周面の空隙率が、その側周面の全面に対して、２５％以上５０％以下である、請求の範囲第項１項〜第６項のいずれか１項に記載のドラフトチューブ。
【請求項９】
請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載のドラフトチューブを、溶液を収容する塔内に設けた気泡塔。
【請求項１０】
請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載のドラフトチューブが、同心円又は概ね同心円状に複数個配置されている気泡塔。
【請求項１１】
上記ドラフトチューブが、前記溶液を収容する塔の横断面積に対して１０％〜９０％の横断面積を有する、請求の範囲第９項または第１０項に記載の気泡塔。
【請求項１２】
前記溶液を収容する塔内に設けた上記ドラフトチューブよりも下方位置にスパージャーを備える、請求の範囲第９項〜第１１項のいずれかに記載の気泡塔。
【請求項１３】
前記スパージャーが、前記溶液を収容する塔を平面視した場合、上記ドラフトチューブの領域内に設けられている、請求の範囲第９項〜第１２項のいずれかに記載の気泡塔。
【請求項１４】
前記スパージャーが、前記溶液を収容する塔を平面視した場合、上記ドラフトチューブの領域外に設けられている、請求の範囲第９項〜第１２項のいずれかに記載の気泡塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ドラフトチューブ及び気泡塔に関する。
【従来の技術】
【０００３】
従来、通気攪拌槽やドラフトチューブを設けた気泡塔が、ガス吸収、微生物の培養等に利用されている。
【０００４】
しかし、従来の通気攪拌槽は、槽上部に攪拌用のモーター（図示せず）を設置し、槽内に攪拌機を設置しているために、溶液を収容する塔（缶体）の壁面を厚くして強度を持たせる必要があり、攪拌機の軸受けが必要であり、また、微生物の培養に使用する場合は攪拌軸部分の無菌性を維持する設備が必要であるなど、設備費用が高くなるという問題がある。
【０００５】
気泡塔としては、例えば、図２１に示すようなタイプのものが既に提案されている。
【０００６】
気泡塔が、通気攪拌槽と大きく異なる点は、溶液を収容する塔（缶体）内に収容した溶液の攪拌混合を通気によって生じる液流れに依存している点にある。
【０００７】
例えば、図２１に示す気泡塔３０１は、溶液を収容する塔（缶体）３０２と、塔（缶体）３０２内に設けられたドラフトチューブ３０３と、塔（缶体）３０２のドラフトチューブ３０３の下方位置に設けられたスパージャー３０４とを備え、スパージャー３０４に設けられた複数の貫通孔３０４ｈ・・・から塔（缶体）３０２内に収容された溶液に気泡を送り込んで、塔（缶体）３０２内に収容した溶液を攪拌混合している。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、一般に、気泡塔では、通気に伴う蒸発や、運転中の溶液の添加等の操作によって、運転中に塔（缶体）内の液面の高さ（液面レベル）が変動することがある。
【０００９】
図２１に示す気泡塔３０１のように、溶液を収容する塔（缶体）３０２内にドラフトチューブ３０３を設けたものの場合には、塔（缶体）３０２内の溶液量が減少して液面レベルがドラフトチューブ３０３の上端より下になると、ドラフトチューブ３０３の内側と外側との液の循環が阻害されるので、液の混合が悪化するという問題がある。
【００１０】
この問題を解決する気泡塔としては、図２２に示す気泡塔４０１のようなものが存在する。
【００１１】
この気泡塔４０１では、溶液を収容する塔（缶体）３０２内に設けたドラフトチューブ４０３の上方位置に貫通孔４０３ｈを形成している。
【００１２】
しかしながら、この気泡塔４０１の場合も、混合性を保つためには、液レベルを貫通孔４０３ｈより上にする必要がある。
【００１３】
また、図２３の気泡塔５０１では、ドラフトチューブ５０３を複数の板５０３Ａ・・・を用いて構成しており、複数の板５０３Ａ・・・の各々の間の空隙により、塔（缶体）３０２内に収容した溶液の液面レベルに変化が生じても液の循環による混合攪拌が可能である。しかしながら、このドラフトチューブ５０３は、実際には、溶接部分を多数必要とし、構造が複雑であるので、製作費用が高くなるといった問題や、微生物の培養に使用する場合には、無菌性の保持が困難になるといった問題や、メンテナンスに手間を要する等の問題がある。
【００１４】
また、一般に、気泡塔を使用する場合は、発熱反応や吸熱反応を伴うことが多く、冷却装置もしくは加熱装置を気泡塔の塔（缶体）内もしくは、気泡塔の塔（缶体）外に設けることで熱交換を行い、温度コントロールを行なっている。
【００１５】
しかしながら、一般に、気泡塔自体が大きくなると、温度コントロールのための熱交換装置の単位容積あたりの伝熱面積が取りにくくなる。
【００１６】
このため、大型の気泡塔では、大きな発熱や大きな吸熱を伴う発酵や化学反応を行う場合に伝熱面積が確保できなくなるという問題があり、気泡塔を大型化する場合の制約原因の一つとなっている。
【００１７】
このような理由から、気泡塔の塔（缶体）外部に冷却用ジャケットを設置する方法では、気泡塔の塔（缶体）の大きさは数ｍ３程度の容量が限界であった。
【００１８】
そこで、図２４に示す気泡塔６０１のように、塔（缶体）３０２の外部に熱交換装置６０２を設け、塔（缶体）３０２内の溶液を熱交換装置６０２に流通循環し、塔（缶体）３０２に収容されている溶液の温度を一定に保つ工夫がなされているが、このような気泡塔６０１のような気泡塔では、塔（缶体）３０２内の温度が不均一になるといった問題がある。
【００１９】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップを容易に行なえるドラフトチューブ及びそのようなドラフトチューブを用いた気泡塔を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求の範囲第１項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプにより形成され、側周面全面に空隙を有するドラフトチューブである。
【００２１】
このドラフトチューブは、側周全面に空隙を有するので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に取り付ければ、塔内に収容される溶液の量がどのような量であっても、ドラフトチューブの側面全面に設けられている空隙を通じて、ドラフトチューブ内の溶液と、ドラフトチューブの外側に存在する溶液とを流通循環させることができる。
【００２２】
したがって、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を運転することができる。
【００２３】
また、このドラフトチューブは、中空パイプにより形成されているので、中空パイプ内に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した溶液を所定の温度に効率良く制御することができる。
【００２４】
請求の範囲第２項に記載のドラフトチューブは、横断面形状が、円形形状、楕円形形状または角形形状である、請求の範囲第１項に記載のドラフトチューブである。
【００２５】
ここに、本明細書で用いる用語、「横断面形状」は、ドラフトチューブの中心軸に対し、ドラフトチューブをその中心軸に対して直交する方向に切断したドラフトチューブの切断面の形状を意味する。
【００２６】
横断面形状としては、ドラフトチューブとして機能する形状であればいかなる形状でもよい。
【００２７】
横断面形状としては、例えば、円形形状、楕円形形状、または、三角形状、四角角形その他の多角形状を含む種々の角形形状をあげることができる。
【００２８】
請求の範囲第３項に記載のドラフトチューブは、中空パイプを、コイル状に巻周りして形成される、請求の範囲第１項又は第２項に記載のドラフトチューブである。
【００２９】
このドラフトチューブは、コイル状に巻回りされた中空パイプにより形成されているので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に用いれば、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブの側面に形成される空隙を通じ、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液をドラフトチューブの内外で流通循環させることができる。
【００３０】
したがって、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を運転することができる。
【００３１】
更に、このドラフトチューブは、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成されているので、単位長さ当たりの中空パイプの巻き線数に基づいて、ドラフトチューブの側面の開口率を希望する開口率に設計したり調整したりし易い、という特徴を有する。
【００３２】
また、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に収容し、中空パイプの下端から上端に向けて、熱交換媒体を流通すれば、気泡塔の塔内に収容した溶液を効率良く所望の温度に制御することができる。
【００３３】
請求の範囲第４項に記載のドラフトチューブは、中空パイプを、ジグザグに折り曲げられて形成される、請求の範囲第１項又は第２項に記載のドラフトチューブである。
【００３４】
このドラフトチューブは、ジグザグに折り曲げられた中空パイプにより形成されているので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に用いれば、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブの側面に形成される空隙を通じ、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液をドラフトチューブの内外で流通循環させることができる。
【００３５】
更に、このドラフトチューブは、ジグザグに折り曲げられた中空パイプにより形成されているので、単位長さ当たりの中空パイプの折れ曲がり数に基づいて、ドラフトチューブの側面の開口率を希望する開口率に設計したり調整したりし易い、という特徴を有する。
【００３６】
また、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に収容し、中空パイプ内に熱交換媒体を流通すれば、気泡塔の塔内に収容した溶液を所望の温度に制御することができる。
【００３７】
請求の範囲第５項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをコイル状に巻周りして形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成されるドラフトチューブである。
【００３８】
このドラフトチューブでは、複数個のドラフトチューブユニットの各々に、熱交換媒体を流通して、気泡塔の塔内に収容した溶液を効率よく所望の温度に制御することができる。この場合、熱交換効率を考慮して、熱交換媒体は、複数個のドラフトチューブユニットの各々を形成する中空パイプの下端から上端に向けて流通することが好ましい。
【００３９】
このドラフトチューブでは、複数個のドラフトチューブユニット毎に熱交換媒体を流通することができるので、複数個のドラフトチューブユニットの各々に流通する熱交換媒体の供給条件を同じにすれば、複数個のドラフトチューブユニットの各々の熱交換効率を同じ条件とすることができる。
【００４０】
したがって、該ドラフトチューブユニットを積層すれば、熱交換チューブを塔内の縦方向に一様に配置できるので、塔内の溶液に温度むらが生じにくくなる。また、複数個のドラフトチューブを用いることで、熱交換媒体の量を増やすことができるので熱交換能力を上げることができる。
【００４１】
請求の範囲第６項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをジグザグに折り曲げて形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成されているドラフトチューブである。
【００４２】
このドラフトチューブでは、ジグザグに折り曲げられた形状の中空パイプにより形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層され、複数個のドラフトチューブユニット毎に熱交換媒体を流通することができるので、複数個のドラフトチューブユニットの各々に流通する熱交換媒体の供給条件を同じにすれば、複数個のドラフトチューブユニットの各々の熱交換効率を同じ条件とすることができる。
【００４３】
したがって、該ドラフトチューブユニットを積層すれば、熱交換チューブを塔内の縦方向に一様に配置できるので、塔内の溶液に温度むらが生じにくくなる。また、複数個のドラフトチューブを用いることで、熱交換媒体の量を増やすことができるので熱交換能力を上げることができる。
【００４４】
請求の範囲第７項に記載のドラフトチューブは、ドラフトチューブの側周面の空隙率が、ドラフトチューブの側周面の全面に対して、１％以上９９％以下の範囲内にある、請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載のドラフトチューブである。
【００４５】
ドラフトチューブの側周面の空隙率は、ドラフトチューブの側周面の全面に対して、１０％以上９０％以下の範囲内にあることが、より好ましく、２５％以上５０％以下であることがさらに好ましい。
【００４６】
尚、空隙率は以下の式で求めることができる。
【００４７】
空隙率（％）＝ドラフトチューブの側周面において、ドラフトチューブを構成する中空パイプと中空パイプの隙間により形成される空隙が占める面積／ドラフトチューブの側周面の面積×１００
また、空隙率は、気泡塔の塔の大きさ、塔内に収容する溶液の量、溶液の流通循環方法等によって、種々の値に設定することができる。
【００４８】
しかしながら、空隙率を、極端に低くする、例えば、０％とすると、ドラフトチューブの側周面を介した、溶液のドラフトチューブ内外の流通循環が完全に損なわれてしまうので好ましくない。
【００４９】
一方、空隙率を、極端に大きくすると、ドラフトチューブの存在が希薄となり、ドラフトチューブを塔内に設けていない気泡塔と同様の効果しか奏し得なくなるため、好ましくない。
【００５０】
このようなことを考慮すると、ドラフトチューブの側周面の空隙率は、上記の範囲内にあることが好ましい。
【００５１】
このドラフトチューブでは、ドラフトチューブの側周面の空隙率を、塔内に収容した溶液のドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環と、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を通じてのドラフトチューブ内外の流通循環との双方の効果が得られる範囲にしているので、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルにいかなる変動があっても、塔内に収容した溶液の流通循環を行なわせることができる。
【００５２】
また、上記した請求の範囲第１項〜第７項に記載のドラフトチューブは、構造が簡単であることから、該ドラフトチューブを作業員が入ることのできる大型の気泡塔に用いる場合には、ドラフトチューブを構成している中空パイプの全てが作業員の手の届く範囲に配置することができるので、従来の気泡塔におけるドラフトチューブよりもより容易にメンテナンス作業を行うことができる。
【００５３】
ここでいうメンテナンス作業とは、中空パイプにピンホールが生じた場合のピンホールの溶接補修や、コイルを解体して、気泡塔上部に設けられているマンホールから取り出し、新しいコイルを挿入し、溶接して接続するといったコイルの更新作業をいう。
メンテナンスの容易性を考慮した場合、ドラフトチューブを構成する中空パイプの隙間の間隔は、少なくとも、作業者の指手をドラフトチューブの隙間に差し入れることができる程度の間隔にすることが好ましい。
【００５４】
具体的には、作業者等（通常は、成人）の指の厚さ以上の間隔（具体的には２ｃｍ以上）、より好ましくは手の甲の厚さ以上の間隔（具体的には、４ｃｍ以上）であることが好ましい。
【００５５】
ただし、気泡塔の塔内に作業員が入り、作業を行うことが困難な大きさの気泡塔に本発明のドラフトチューブを用いる場合は、空隙の間隔はこの限りではない。
【００５６】
請求の範囲第８項に記載の気泡塔は、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブを、溶液を収容する塔内に設けた気泡塔である。
【００５７】
この気泡塔では、塔内に、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブを設けているので、溶液の液面レベルに関係なく効率のよい気泡塔の運転が可能となる。
【００５８】
また、この気泡塔を微生物の培養に用いる場合にあっては、ドラフトチューブ内に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した培養液を微生物を培養するための最適な温度に制御することができ、また、この気泡塔をガス吸収操作に用いる場合には、ガスをガス吸収液に吸収させる際に発生する反応熱が発熱の場合であっても吸熱の場合であっても、塔内に収容したガス吸収液の温度を所望の温度に制御することができる。
【００５９】
なお、請求の範囲第１項〜第７項に記載のドラフトチューブの各々の固有の効果に基づく気泡塔の作用効果については、請求の範囲第１項〜第７項に記載のドラフトチューブを気泡塔のドラフトチューブとして用いた場合の作用効果を既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【００６０】
請求の範囲第９項に記載の気泡塔は、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブが、同心円又は概ね同心円状に複数個配置されているドラフトチューブである。
【００６１】
なお、本明細書中で用いる用語、「概ね同心円状」とは、完全な同心円である必要はなく、円の中心は一致している必要はない、の意味で用いている。
【００６２】
この気泡塔では、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブが、同心円又は概ね同心円状に複数個配置されているので、溶液の液面レベルに関係なく効率のよい気泡塔の運転が可能となるという効果を奏しつつ、複数個配置しているドラフトチューブの各々に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した溶液を効率良く所望の温度に制御することができ、かつ単位容積あたりの伝熱面積を大きく保つことができるという利点がある。
【００６３】
請求の範囲第１０項に記載の気泡塔は、請求の範囲第８項または請求の範囲第９項に記載の気泡塔において、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブが、気泡塔の塔の横断面積に対して１０％以上９０％以下の横断面積を有するドラフトチューブである、気泡塔である。
【００６４】
なお、ドラフトチューブを同心円又は概ね同心円状に複数個配置するに場合にあっては、「ドラフトチューブの横断面積」は、最外殻の位置にあるドラフトチューブの横断面積を意味する。
【００６５】
この気泡塔では、塔内に設置するドラフトチューブの内外を、塔内に収容した溶液が効率良く流通循環し、ドラフトチューブに熱交換媒体を流通した場合には、塔内に収容した溶液が効率良く所望の温度に制御できる。したがって、この装置を微生物の培養に用いる場合、最適条件で効率の良い培養を行なうことができ、また、この装置をガス吸収操作に用いる場合には、効率の良いガス交換操作を行なうことができる。
【００６６】
請求の範囲第１１項に記載の気泡塔は、請求の範囲第８項〜第１０項のいずれか１項に記載の気泡塔の、ドラフトチューブよりも下方位置に、スパージャーを備える。
【００６７】
この気泡塔では、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブよりも下方位置に、スパージャーを設けているので、例えば、スパージャーをドラフトチューブの領域内に設けた場合には、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給できるので、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができ、これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【００６８】
これに対し、例えば、スパージャーを、塔内のドラフトチューブの領域外に設けた場合には、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に、ドラフトチューブの領域内に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給できるので、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができ、これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【００６９】
この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、２つの流通循環、即ち、上記したように、ドラフトチューブの側周面を利用した流通循環と、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を利用した流通循環とを生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
【００７０】
また、ドラフトチューブの内側と外側に同時に気泡を供給できるようにスパージャーを配置することもできる。この場合、気泡塔内の循環流は不規則になるが、気液の接触効率を向上させることができる。
【００７１】
請求の範囲第１２項に記載の気泡塔は、請求の範囲第１１項に記載の気泡塔のスパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブの領域内に設けられている気泡塔である。
【００７２】
ここで、「スパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、ドラフトチューブの領域内に設けられている」とは、本発明に係るドラフトチューブが、複数個同心円又は概ね同心円状に設けられている場合にあっては、溶液を収容する塔を平面視した場合、スパージャーの設けられる位置は、最外郭に位置するドラフトチューブの領域内であればいずれでもよく、最内郭に位置するドラフトチューブの領域内であっても、最内郭に位置するドラフトチューブの領域から最外郭に位置するドラフトチューブの領域に至るまでの位置であってもよい、の意味である。
【００７３】
スパージャーを設ける垂直方向の位置（高さ）は、設けられるドラフトチューブの上端より低い位置であればどのような高さであってもよい。
【００７４】
この気泡塔では、スパージャーから、塔内に収容した溶液中、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給するようにしているので、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができる。これにより、塔内に収容した溶液にドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【００７５】
のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【００７６】
したがって、この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、上記の２つの流通循環を生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
【００７７】
請求の範囲第１３項に記載の気泡塔は、請求の範囲第１１項に記載の気泡塔のスパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブの領域外に設けられている気泡塔である。
【００７８】
ここで、「スパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、ドラフトチューブの領域外に設けられている。」とは、本発明に係るドラフトチューブが複数個同心円又は概ね同心円状に設けられている場合にあっては、溶液を収容する塔を平面視した場合、最外郭に位置するドラフトチューブの領域外に設けられていることを意味する。
【００７９】
スパージャーを設ける垂直方向の位置（高さ）は、設けられるドラフトチューブの上端より低い位置であればどのようなの高さであってもよい。
【００８０】
この気泡塔では、スパージャーによって、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給するようにできるので、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができる。
【００８１】
これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【００８２】
のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【００８３】
したがって、この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、上記した２つの流通循環を生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
【発明の実施の形態】
【００８４】
以下、本発明に係るドラフトチューブ、スパージャー及びこれらを備える気泡塔の好ましい形態を、図面を参照しながら説明する。
（発明の実施の形態１〜４）
発明の実施の形態１〜４では、塔内に、１本のドラフトチューブを設けた例を説明する。
（発明の実施の形態１）
図１は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【００８５】
また、図２は、図１に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【００８６】
また、図３は、図１に示す気泡塔を、図１中、III-III線にしたがって切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【００８７】
この気泡塔１は、図１に示すように、培養液やガス吸収溶液を収容する塔２と、塔２内に設けられたドラフトチューブ３と、スパージャー４とを備える。スパージャー４は、塔（缶体）２内のドラフトチューブ３の下方に設置される。
【００８８】
尚、図１中、２ａは、塔（缶体）２の蓋体を示しており、２ｈは、蓋体２に必要により設けられるガス抜き孔を示している。また、６で示す部材は、排水管を示している。また、５で示す部材は、ドラフトチューブ３を塔２内に取り付けるための支柱を示している。
【００８９】
この気泡塔１では、ドラフトチューブ３として、中空パイプにより形成されかつ側周面全面に空隙Ｓ３を有するドラフトチューブを用いている。
【００９０】
より特定的に説明すると、ドラフトチューブ３として、中空パイプを、コイル状に巻周りして形成したものを用いている。
【００９１】
ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの材質は、通常の気泡塔に取り付けられているドラフトチューブに使用されている材質であれば、特に限定されることはなく、例えば、金属、樹脂等をあげることができる。
【００９２】
この気泡塔１を、微生物の培養操作に用いる場合には、培養操作を行う前に、塔２内を殺菌するために、塔２内を蒸煮する。
【００９３】
したがって、蒸煮することを考慮した場合には、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの材質は、蒸煮に耐えうる材質であることが好ましく、このようなことを考慮した場合は、特に金属が好ましい。
【００９４】
金属としては、ステンレス、アルミニウム、チタン等、通常用いられる金属であればいずれのものでもよいが、ステンレスが好ましく用いられる。
【００９５】
また、この気泡塔１を、例えば、ガス交換操作に用いる場合のように、塔２内を蒸煮などの高温条件下に晒す必要が無い場合は、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの材質は樹脂であってもよい。
【００９６】
ドラフトチューブ３を形成している中空パイプの直径は、気泡塔１の使用目的、気泡塔１の大きさ等により自由に選択することができるが、通常、５ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００９７】
ドラフトチューブ３の横断面の形状は、ドラフトチューブとして機能する限り、通常は、円形形状であるが、円形形状に限定されることはなく、楕円形状であっても、三角形形状であっても、四角形等の多角形形状であってもよい。
【００９８】
ドラフトチューブ３は、中空パイプと中空パイプとの間に空隙を有するように形成されている。
【００９９】
この中空パイプと中空パイプとの間の空隙の間隔は、ドラフトチューブとして使用した際に、ドラフトチューブの内側と外側の溶液が互いに往来できれば、ドラフトチューブ全体で一定である必要はない。
【０１００】
中空パイプと中空パイプとの間の空隙の間隔は特に制限されるものではないが、製造設備レベルの気泡塔では、メンテナンスを行える程度の間隔をあけておくと便利である。実験室レベルで研究用途に使用される５〜１０００Ｌ容量程度のものを除き、通常は作業者の手指が入る程度の間隔、即ち２ｃｍ以上あることが好ましい。
【０１０１】
ドラフトチューブ３の側周面の空隙率は、大きすぎると、ドラフトチューブの内外の溶液の往来の自由度は向上するが、混合性能などのドラフトチューブ３としての効果が低減したり、後に述べるように熱交換装置としても機能するドラフトチューブ３を構成する中空パイプの表面積（伝熱面積）が低下したりする。
【０１０２】
逆に、ドラフトチューブ３の側周面の空隙率が小さすぎる場合は、中空パイプの表面積（伝熱面積）は増加するが、溶液の往来の自由度が低下する。
【０１０３】
このようなことを考慮すると、ドラフトチューブ３の空隙率は、ドラフトチューブの側周面に対して１％以上９９％以下の範囲にあればよく、１０％以上９０％以下が好ましく、２５％以上５０％以下であることがさらに好ましい。
【０１０４】
このドラフトチューブ３は、側周面の空隙の存在により、このドラフトチューブ３を塔２内に取り付けた場合、塔２内に収容する溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブ３の内外で溶液の往来を図ることができる。
【０１０５】
ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りしている中空パイプ内には、熱交換媒体を流通させることができるので、ドラフトチューブ３は、熱交換装置としても機能することができる。
【０１０６】
この例では、ドラフトチューブ３の一端３ａから他端３ｂ方向へ、熱交換媒体を流通させる例を示しているが、熱交換媒体は、他端３ｂから一端３ａ方向へ流通させてもよい。
【０１０７】
気泡塔１内に収容した溶液が、気泡塔１を使用した際に発熱するような場合には、ドラフトチューブ３内に冷媒体を通じ、塔２内に収容した溶液が、気泡塔１を使用した際に、吸熱する場合には、熱媒体を通じればよい。熱交換媒体は水が好ましいが、熱交換媒体として通常使用されるものであれば水以外のものであってもよい。
【０１０８】
次に、この気泡塔１で用いているドラフトチューブ３の構造を更に詳しく説明する。
【０１０９】
図４は、この気泡塔１で用いているドラフトチューブ３の一部を拡大して模式的に示す図であり、図４（ａ）は、ドラフトチューブ３を組み立てる工程において、ドラフトチューブ３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図４（ｂ）は、ドラフトチューブ３を組み立てる工程において、ドラフトチューブ３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
【０１１０】
この気泡塔１で用いる、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプは、一体成形品であってもよいが、ドラフトチューブ３の大きさが、大きい場合には、一体成形品としてのドラフトチューブ３の作製は、困難なものとなる。
【０１１１】
この気泡塔１では、図４に示すように、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプｐ３・・・同士を互いに溶接により接続している。
【０１１２】
更に、この気泡塔１の、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの隙間を、少なくとも指手が差し入れられるような隙間（より特定的に説明すると、作業者等（通常は、成人）の手指の厚さ程度の間隔（より具体的には、２ｃｍ以上の間隔）さらに好ましくは手の甲の厚さ程度の間隔（より具体的には、４ｃｍ以上の間隔）に設定すれば、ドラフトチューブ３を構成する複数の中空パイプのいずれかにピンホールが発生した場合、ピンホール部分の修復を容易に行うことができる。
【０１１３】
次に、スパージャー４の構成について説明する。
【０１１４】
この気泡塔１では、スパージャー４として、幹管４ａと幹管４ａから枝分かれするように設けられた複数の枝管４ｂ・・・とを備えるものを用いている。
【０１１５】
尚、図１中、４ｃは、ガス供給口を示している。
【０１１６】
幹管４ａ及び複数の枝管４ｂ・・・の各々の上面には、複数の貫通孔が形成されている。
【０１１７】
この気泡塔１では、溶液を収容する塔２を平面視した場合、スパージャー４を構成する幹管４ａ及び複数の枝管４ｂ・・・を、ドラフトチューブ３の領域内に設けている。
【０１１８】
次に、この気泡塔１の使用方法及び動作について説明する。
【０１１９】
この気泡塔１を用いて、微生物の培養を行う際には、塔２内に、培養する微生物と培養液とを収容し、スパージャー４から空気等のガスを塔２内に送り込む。
【０１２０】
塔２内において、微生物を培養している際に、醗酵熱により、塔２内に収容した溶液が微生物の培養に適した温度以上に過度に加熱されるような場合にあっては、ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、冷却水等の冷媒体を流通し、塔２内に収容されている溶液の温度を、該微生物の培養に適した温度に調整する。
【０１２１】
また、塔２内において、微生物を培養する際に、塔２内に収容した溶液の温度が、該微生物を培養するためには低すぎるような場合には、ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、温水等の熱媒体を流通し、塔２内に収容した溶液の温度を塔２内に収容する微生物の培養に適した温度に調整する。
【０１２２】
また、この気泡塔１を用いて、ガス吸収作業を行う際には、塔２内に、目的とするガスを吸収するためガス吸収用の溶液を収容し、スパージャー４から、塔２内に収容したガス吸収用の溶液に吸収されるガスを含んだガスを供給する。
【０１２３】
スパージャー４から塔２内に収容したガス吸収用の溶液に供給するガス中のある成分を該ガス吸収用の溶液に吸収させる際に、吸熱する場合には、ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、温水等の熱媒体を流通し、これとは逆に、発熱するような場合にあっては、塔２内に収容したガス吸収用の溶液を冷却するために、ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に冷却水等の冷媒体を流通し、塔２内に収容されている溶液の温度を冷却する。
【０１２４】
この気泡塔１では、塔２内に設けるドラフトチューブ３として、中空パイプをコイル状に巻周りしたものを用いているので、塔２内に溶液を収容した場合、コイル状に巻周りされた中空パイプの隙間を介して、塔２内に収容した溶液が、ドラフトチューブの内外で流通循環できる。
【０１２５】
これにより、この気泡塔１を用いれば、塔２内に収容する溶液の液面レベルがどのような状態であっても、微生物の培養や、ガス吸収を行うことができる。
【０１２６】
このように、この気泡塔１では、塔２内に、中空パイプをコイル状に巻周りしたドラフトチューブ３を設けているので、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプ内に熱交換媒体（冷媒体又は熱媒体）を流通することで、塔内に収容した溶液を、効率良く、最適な温度に維持することができる。
【０１２７】
のみならず、このドラフトチューブ３では、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの全て又は概ね全ての外周側面が、塔２内に収容した溶液に接するようになるため、伝熱面積を大きくとることができる。したがって、ドラフトチューブ３は、熱交換媒体（冷媒体又は熱媒体）を流通した場合、熱交換媒体と、塔内に収容した溶液との間の熱交換能力に優れている。
【０１２８】
更に、この例では、スパージャー４の噴出ノズルをドラフトチューブ３を平面視した場合に、ドラフトチューブ３の領域内に配設しているので（図３を参照）、スパージャー４から空気等のガスを塔２内に送り込むと、ドラフトチューブ３の内側に存在する溶液に対し、ドラフトチューブ３を平面視した場合に、ドラフトチューブ３の外側と塔２との間に存在する溶液に比べ、沢山の気泡が一様に供給される。
【０１２９】
これにより、ドラフトチューブ３の内側に存在する溶液の見かけの比重が、ドラフトチューブ３の外側と塔２との間に存在する溶液の見かけの比重に比べて小さくなり、ドラフトチューブ３の内側に存在する溶液には、塔２内を下方から上方に向かう液の流れが形成され、ドラフトチューブ３の外側と塔２との間に存在する溶液については、塔２内を上方から下方に向かう液の流れが形成される。
【０１３０】
また、この気泡塔１では、上述した塔に対して垂直方向の流れの他に、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの隙間を通じて、気泡を含んだ溶液が、ドラフトチューブ３の内側からドラフトチューブ３の外側へ移動するという水平方向の溶液の流れが発生する。この垂直方向の流れと水平方向の流れが渾然一体となった溶液の流れが発生するため、例えば、図２１に示す、円筒形状のドラフトチューブ３０３を塔３０２内に設けた従来の気泡塔３０１に比べ、収容した溶液を十分に混合することができる。
【０１３１】
この結果、この気泡塔１を用いれば、従来の円筒形状のドラフトチューブ３０３を塔３０２内に設けた気泡塔３０１を用いた場合に比べ、微生物の培養を効率良く行うことができ、また、塔２内に収容した溶液への酸素等の供給能力も向上する。
このように、この気泡塔１は、構造が簡単であること、熱交換装置としてのドラフトチューブの伝熱面積を大きくとることができるので、特に、その規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
（発明の実施の形態２）
図５は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【０１３２】
また、図６は、図７に示す気泡塔の動作を模式的に示す説明図である。
【０１３３】
この気泡塔２１は、以下の構成を除けば、図１に示した気泡塔１と同様であるので、気泡塔２１中、気泡塔１を構成する部材装置と同一部材装置については、図１に示した気泡塔１の部材装置と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１３４】
この気泡塔２１は、気泡塔１とは、ドラフトチューブの構成が異なる以外は、気泡塔１と同様の構成を備えているので、以下の説明は、この気泡塔２１で採用しているドラフトチューブの構成を中心に説明する。
【０１３５】
この気泡塔２１では、ドラフトチューブ２３として、コイル状に巻周りした、複数個のドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３を、塔２内に、縦方向に積層したものを用いている。
【０１３６】
コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の各々の構成は、図１に示す気泡塔１で用いているドラフトチューブ３と同様の構成を備える。
この気泡塔２１では、コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができる。
【０１３７】
即ち、ドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３は、熱交換媒体が、ドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の下方の熱交換媒体供給口３ａから供給され、ドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の上方の熱交換媒体排出口３ｂから排出されるようになっている。
【０１３８】
このように、この気泡塔２１では、コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３を、塔２内に、縦方向に積層し、ドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができるので、塔２内に１台のドラフトチューブ３のみを設け、熱交換媒体を、ドラフトチューブ３の下方の熱交換媒体供給口３ａから供給し、ドラフトチューブ３の上方の熱交換媒体排出口３ｂから排出されるようにしている気泡塔１に比べて、塔内の溶液に温度ムラが生じにくいメリットがある。
【０１３９】
なお、この気泡塔２１は、上述したように、ドラフトチューブ２３の構成が、気泡塔１で用いているドラフトチューブ３の構成と異なっている以外は、同様であり、上記以外は、気泡塔１と同様の作用効果を有しているので、ここでは、説明を容易とするため、気泡塔２１の作用効果であって気泡塔１と同様の作用効果についての説明は省略する。
【０１４０】
この気泡塔２１は、気泡塔１と同様に、特にその規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
（発明の実施の形態３）
図７は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【０１４１】
この気泡塔４１は、ドラフトチューブ４３の構成が、図１に示す気泡塔で用いているドラフトチューブ３の構成と異なる以外は、図１に示す気泡塔１で用いているドラフトチューブ３の構成と同様であるので、この気泡塔４１を構成する部材装置中、図１に示す気泡塔１を構成する部材装置と同様の部材装置については、相当する参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１４２】
この気泡塔４１では、ドラフトチューブ４３として、塔２に対して、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状の中空パイプを用いており、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
【０１４３】
この気泡塔４１では、塔２内に設けるドラフトチューブ４３として、中空パイプを上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にしたものを用いているので、塔２内に溶液を収容した場合、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にされた中空パイプの隙間を介して、塔２内に収容した溶液が、ドラフトチューブ４３の内外で流通循環できる。
【０１４４】
これにより、この気泡塔４１を用いれば、塔２内に収容する溶液の液面レベルがどのような状態であっても、気泡塔４１を用いて、微生物の培養や、ガス吸収を行うことができる。
【０１４５】
なお、上記気泡塔１および２１と同様に、中空パイプを上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にしたドラフトチューブ４３の空隙率は、ドラフトチューブ３の側周面の全面に対して、１％以上９９％であることが好ましく、１０％以上９０％以下であることがさらに好ましく、２０％以上５０％以下であることがとくに好ましい。
【０１４６】
その他、気泡塔４１の作用効果は、発明の実施の形態１で述べた気泡塔１の効果と同様であるので説明は省略する。
【０１４７】
図８は、この気泡塔４１で用いているドラフトチューブ４３の一部を拡大して模式的に示す図であり、図８（ａ）は、ドラフトチューブ４３を組み立てる工程において、ドラフトチューブ４３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図８（ｂ）は、ドラフトチューブ４３を組み立てる工程において、ドラフトチューブ４３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
【０１４８】
この気泡塔４１で用いる、ドラフトチューブ４３を構成する中空パイプは、一体成形品であってもよいが、ドラフトチューブ４３の大きさが、大きい場合には、一体成形品としてのドラフトチューブ４３の作製は、困難なものとなる。
【０１４９】
このような場合には、複数の中空パイプｐ４３を溶接により接続するのが好ましい。
更に、中空パイプｐ４３の各々が、複数のいずれかの支柱５に、少なくとも、一箇所において、溶接等の手段により固定されるようにすれば、ドラフトチューブ４３を構成する中空パイプｐ４３のいずれかを交換する際に、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプｐ４３の中から、交換する必要がある中空パイプを取り出しても、ドラフトチューブ４３の残りの部分が支柱５にしっかりと固定されているために、ドラフトチューブ４３の残りの部分が崩れることがない。これにより、交換作業が必要な中空パイプのみを簡単にドラフトチューブ４３から取り出して、新たな中空パイプをその部分に容易に取り付けることができるので、この気泡塔４１には、メンテナンスを極めて簡単な作業で完了することができる、という長所がある。
【０１５０】
更に、この気泡塔４１の、ドラフトチューブ４３を構成する中空パイプの隙間を、少なくとも指手が差し入れられるような隙間（より特定的に説明すると、作業者等（通常は、成人）の手指の厚さ程度の間隔（より具体的には、２ｃｍ以上の間隔）、好ましくは手の甲の厚さ程度の間隔（より具体的には、４ｃｍ以上の間隔）に設定すれば、ドラフトチューブ４３を構成する複数の中空パイプのいずれかにピンホールが発生した場合の修復も容易である。
（発明の実施の形態４）
図９は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【０１５１】
この気泡塔６１は、以下の構成を除けば、図５に示した気泡塔２１と同様であるので、気泡塔６１中、気泡塔２１を構成する部材装置と同一部材装置については、図６に示した気泡塔２１の部材装置と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１５２】
この気泡塔６１では、気泡塔２１で用いているドラフトチューブ２３の代わりに、図７に示した気泡塔４１で用いているドラフトチューブ４３を、複数個のユニット６３Ｕ１、６３Ｕ２、６３Ｕ３として、塔に対して縦方向に積層したもの６３を用いている。
【０１５３】
各ドラフトチューブユニットには、必要に応じて、熱交換媒体を通じることができる。
【０１５４】
この気泡塔６１も気泡塔１や気泡塔４１と同様の効果を奏するが、この気泡塔６１では、複数個のユニット６３Ｕ１、６３Ｕ２、６３Ｕ３を塔２内に、縦方向に積層し、ドラフトチューブユニット６３Ｕ１、６３Ｕ２、６３Ｕ３の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができるので、塔２内に１台のドラフトチューブ３または４３のみを設け、熱交換媒体を、ドラフトチューブ３または４３の下方の熱交換媒体供給口３ａから供給し、ドラフトチューブ３の上方の熱交換媒体排出口３ｂから排出されるようにしている気泡塔１または気泡塔４１に比べて、塔２内の溶液に温度ムラが生じにくいというメリットがある。
【０１５５】
この気泡塔６１は、特に、その規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
（発明の実施の形態５〜８）
発明の実施の形態５〜８では、塔内に、２本のドラフトチューブを設けた例を説明する。
（発明の実施の形態５）
図１０は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【０１５６】
また、図１１は、図１０に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【０１５７】
また、図１２は、図１０に示す気泡塔を、図１０中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【０１５８】
この気泡塔７１は、以下の構成を除けば、図１に示す気泡塔１と同様であるので、この気泡塔７１の構成部材中、気泡塔１の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔１の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
【０１５９】
この気泡塔７１は、２本の、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成したドラフトチューブ３Ａ、３Ｂを備える点で、気泡塔１と異なっている。
【０１６０】
２本のドラフトチューブ３Ａ、３Ｂは、同心円又は概ね同心円状に配置される。
【０１６１】
また、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの各々には必要に応じて冷媒体や熱媒体等の熱交換媒体を通じることができる。
【０１６２】
スパージャー４は、２本のドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの中、内側のドラフトチューブ３Ｂの内側に、気泡を供給するようになっている。
【０１６３】
気泡塔７１の使用方法及び動作は、気泡塔１とほぼ同様であるので説明は省略するが、気泡塔７１では、２本のドラフトチューブ３Ａ、３Ｂが用いられているので、熱交換媒体を通じた場合、気泡塔１に比較して、塔２内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
【０１６４】
なお、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの巻き線方向は、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの各々を、上方から下方に見た場合、双方が同一方向に巻かれていても、一方が他方と逆の方向に巻かれていてもいずれでもよい。
（発明の実施の形態６）
図１３は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【０１６５】
また、図１４は、図１３に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【０１６６】
この気泡塔８１は、以下の構成を除けば、図５に示す気泡塔２１と同様であるので、この気泡塔８１の構成部材中、気泡塔１の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔２１の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
【０１６７】
この気泡塔８１は、６本の、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成したドラフトチューブユニット２３ＡＵ１、２３ＡＵ２、２３ＡＵ３、２３ＢＵ１、２３ＢＵ２、２３ＢＵ３を備える点で、気泡塔２１と異なっている。
【０１６８】
６本のドラフトチューブユニット２３ＡＵ１、２３ＡＵ２、２３ＡＵ３、２３ＢＵ１、２３ＢＵ２、２３ＢＵ３中、ドラフトチューブユニット２３ＡＵ１、２３ＡＵ２、２３ＡＵ３は、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ２３Ａを形成しており、ドラフトチューブユニット２３ＢＵ１、２３ＢＵ２、２３ＢＵ３は、ドラフトチューブ２３Ａの内側で、縦方向に積層されてドラフトチューブ２３Ｂを形成している。
【０１６９】
ドラフトチューブ２３Ａ、２３Ｂは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。
【０１７０】
尚、ドラフトチューブユニット２３Ａ、２３Ｂの各々には、気泡塔２１と同様に、必要に応じて熱交換媒体を流通することができる。
【０１７１】
また、スパージャー４は、２本のドラフトチューブ２３Ａ、２３Ｂの中、内側のドラフトチューブ２３Ｂの内側に、気泡を供給することができる。
【０１７２】
気泡塔８１の使用方法及び動作は気泡塔２１とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔８１では、同心円又は概ね同心円状に配置された２本のドラフトチューブ２３Ａ、２３Ｂが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔２１に比較して、塔２内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
【０１７３】
なお、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの巻き線方向は、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの各々を、上方から下方に見た場合、双方が同一方向に巻かれていても、一方が他方と逆の方向に巻かれていてもいずれでもよい。
（発明の実施の形態７）
図１５は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【０１７４】
この気泡塔９１は、以下の構成を除けば、図７に示す気泡塔４１と同様であるので、この気泡塔９１を構成部材中、気泡塔４１の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔４１の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
【０１７５】
この気泡塔９１は、２本の、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状の中空パイプにより形成されたドラフトチューブ４３Ａ、４３Ｂを備える点で、気泡塔４１と異なっている。
２本のドラフトチューブ４３Ａ、４３Ｂは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。各ドラフトチューブには各々、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
【０１７６】
また、スパージャー４は、２本のドラフトチューブ４３Ａ、４３Ｂの中、内側のドラフトチューブ４３Ｂの内側に、気泡を供給することができる。
【０１７７】
気泡塔９１の使用方法及び動作は気泡塔４１とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔９１では、同心円又は概ね同心円状に配置された２本のドラフトチューブ４３Ａ、４３Ｂが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔４１に比較して、塔２内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
（発明の実施の形態８）
図１６は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【０１７８】
この気泡塔１０１は、以下の構成を除けば、図９に示す気泡塔６１と同様であるので、この気泡塔１０１を構成部材中、気泡塔６１の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔６１の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
【０１７９】
この気泡塔１０１は、６本の、中空パイプを上下に交互にジグザグに折り曲げて形成したドラフトチューブユニット６３ＡＵ１、６３ＡＵ２、６３ＡＵ３、６３ＢＵ１、６３ＢＵ２、６３ＢＵ３を備える点で、気泡塔６１と異なっている。
【０１８０】
６本のドラフトチューブユニット６３ＡＵ１、６３ＡＵ２、６３ＡＵ３、６３ＢＵ１、６３ＢＵ２、６３ＢＵ３中、ドラフトチューブユニット６３ＡＵ１、６３ＡＵ２、６３ＡＵ３は、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ６３Ａを形成しており、ドラフトチューブユニット６３ＢＵ１、６３ＢＵ２、６３ＢＵ３は、ドラフトチューブ６３Ａの内側で、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ６３Ｂを形成している。
２本のドラフトチューブ６３Ａ、６３Ｂは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。各ドラフトチューブには各々、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
【０１８１】
また、スパージャー４は、２本のドラフトチューブ６３Ａ、６３Ｂの中、内側のドラフトチューブ６３Ｂの内側に、気泡を供給することができる。
【０１８２】
気泡塔１０１の使用方法及び動作は、気泡塔６１とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔１０１では、同心円又は概ね同心円状に配置された２本のドラフトチューブ６３Ａ、６３Ｂが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔６１に比較して、塔２内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
【０１８３】
次に、実験例に基づいて、本発明について説明する。
【０１８４】
（実験例１）
図１に示した気泡塔１を用い、塔２内に、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）溶液を収容し、スパージャー４から塔２内に収容した、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中に、所定の酸素濃度を有するガスを供給し、塔２から排出されるガス中に含まれる酸素濃度を測定し、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液の単位容積当たりに吸収された酸素濃度を測定するという実験を行った。
【０１８５】
この実験では、塔２として、その内径が、１０００ｍｍで、その高さが、２３９５ｍｍの円筒形状のものを用いた。
【０１８６】
また、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプとして、管３／８Ｂ（外形＝１７．３ｍｍ）のものを用いた。
【０１８７】
この実験では、上記した中空パイプ（管３／８Ｂ）（外形＝１７．３ｍｍ）をコイル状に巻き上げて作製したドラフトチューブ３を用いた。
【０１８８】
このドラフトチューブ３の内径は、７１５ｍｍであり、高さは、１４３０ｍｍであった。
【０１８９】
また、該ドラフトチューブ３を形成する中空パイプ同士の間隔（隙間）は、１０．２ｍｍとした。このドラフトチューブ３の側周面の空隙率は、３７％であった。
【０１９０】
このドラフトチューブ３を、塔２内に、塔２の底面から、ドラフトチューブ３の下端が、２０５ｍｍになる位置に取り付けた。
【０１９１】
塔２内に収容する溶液（硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液）としては、０．０００１モル（ｍｏｌ）／リットルの硫酸銅を含む、０．４モル（ｍｏｌ）／リットルの亜硫酸ナトリウムの水溶液を用いた。
【０１９２】
まず、気泡塔１の塔２内に、上記した硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液を所定量収容した。
【０１９３】
次に、塔２内に収容した硫酸銅を含む亜硫酸ソーダ溶液中に、スパージャー４から所定の酸素濃度を有するガスを供給した。
【０１９４】
供給するガスの酸素濃度は一定とし、ガスの通気量を変化させた。測定は、溶液量０．６ＫＬ、０．７ＫＬ、１．０ＫＬおよび１．２ＫＬの場合についてそれぞれ行った。塔底から液面までの距離（液深）は溶液量が０．６ＫＬの場合は７６０ｍｍ、０．７ＫＬの場合は１，０２０ｍｍ、１．０ＫＬの場合は１，２８０ｍｍ、１．２ＫＬの場合は１，５５０ｍｍであり、いずれの場合もドラフトチューブの上端と下端の間に液面があった。
それぞれの場合について、塔２から排出されるガス中に含まれる酸素濃度を測定し、供給した酸素濃度と排出された酸素濃度の差を求め、この差から溶液の単位容積当たりの酸素吸収速度を算出した。
各通気速度および溶液量での酸素吸収速度を調べた結果を、図１７に示す。
【０１９５】
図１７中、横軸は、通気線速Ｕｇ［ｍ／秒］を示しており、縦軸は、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中への単位容積当たりの酸素吸収速度［ｋｇｍｏｌ−Ｏ２／ｍ３／時間］を示している。
【０１９６】
また、図１７中、ジグザグ棒、黒塗りの四角、黒塗りの三角、黒塗りの丸の各記号は、それぞれ、液量が０．６ＫＬ、０．７ＫＬ、１．０ＫＬおよび１．２ＫＬの場合の結果を示している。なお、通気中液量が１．２ＫＬの場合は液面はすべてドラフトチューブの上端を超えており、液量が１．０ＫＬの場合でも通気線束が０．０８ｍ／秒および０．１０ｍ／秒の場合には同様にドラフトチューブの上端を越えていた。
【０１９７】
図１７の結果から明らかなように、本発明に係る気泡塔１では、スパージャー４から塔２内に収容する溶液へのガス供給量が一定であれば、塔２内に収容する溶液への単位容積当たりの酸素吸収速度は、塔２内に収容する溶液の量が、広範囲に変動しても、ほぼ一定に保たれる。すなわち、溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を使用することができる。
なお、上記した発明の実施の形態１〜８では、幹管４ａと幹管４ａから枝分かれするように設けられた複数の枝管４ｂ・・・とを備えるスパージャー４を備える気泡塔１、２１、４１、６１、７１、８１、９１、１０１について説明したが、これは、単に好ましい例を説明したに過ぎず、スパージャーとしては、例えば、図１８、図１９及び図２０に示す気泡塔１１１に用いられているスパージャ２４のように、中空リング体２４ａの所定の位置に、気泡噴霧ノズル２４ｂ・・・をドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの中心方向に向けて設けたものの他、図２１に示す従来公知の中空リング体３０４の上面に複数の貫通孔３０４ｈ・・・を有するものも用いることができる。
また、上記した発明の実施の形態１〜８では、スパージャー４から気泡を、主として、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ｂ、２３Ｂ、４３Ｂおよび６３Ｂの内側に供給するようにした気泡塔について説明したが、これは、単に好ましい例を説明したに過ぎず、本発明に係る気泡塔には、スパージャーとして、塔２の内径よりも小さくかつドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ａ、２３Ａ、４３Ａおよび６３Ａの外径よりも大きい、リング形状のスパージャー（例えば、図２３中に示すスパージャ３０４を参照）を用い、このスパージャーから塔２内に収容した溶液に気泡を送り込み、塔２内に収容した溶液中、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ａ、２３Ａ、４３Ａおよび６３Ａの外側と塔２内との間に存在する溶液については、塔２の下方から上方に向かう流れを形成し、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ｂ、２３Ｂ、４３Ｂおよび６３Ｂの内側に存在する溶液については、塔２の上方から下方に向かう流れを形成するとともに、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、（３Ａ、３Ｂ）、（２３Ａ、２３Ｂ）、（４３Ａ、４３Ｂ）、（６３Ａ、６３Ｂ）を構成する中空パイプの隙間を介して、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ａ、２３Ａ、４３Ａおよび６３Ａの外側と塔２内との間に存在する溶液については、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ａ、２３Ａ、４３Ａおよび６３Ａの外側から内側に向かう流れを形成するように構成したものも含まれることを付記しておく。
【発明の効果】
【０１９８】
以上、詳細に説明したように、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップを容易に行なうことができる。
【０１９９】
また、請求の範囲第８項〜第１３項に係る気泡塔では、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブを用いているので、気泡塔の塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップの容易な気泡塔を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図２】  図１に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図３】  図１に示す気泡塔を、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線にしたがって切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【図４】  図１に示す気泡塔で用いているドラフトチューブの一部を拡大して模式的に示す図であり、図４（ａ）は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブ３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図４（ｂ）は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
【図５】  本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図６】  図５に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図７】  本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図８】  図７に示す気泡塔で用いているドラフトチューブの一部を拡大して模式的に示す図であり、図８（ａ）は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図８（ｂ）は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
【図９】  発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図１０】  本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図１１】  図１０に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図１２】  図１０に示す気泡塔を、図１０中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【図１３】  本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図１４】  図１３に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図１５】  本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図１６】  本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図１７】  本発明に係る気泡塔の機能を確認するための実験データであって、塔内に収容した溶液への単位容積当たりの酸素吸収速度と、塔内に収容する溶液の量の変化との相関関係を示している。
横軸は、通気線速Ｕｇ［ｍ／秒］を示しており、縦軸は、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中への単位容積当たりの酸素吸収速度［ｋｇｍｏｌ−Ｏ２／ｍ３／時間］を示している
ジグザグ棒、黒塗りの四角、黒塗りの三角、黒塗りの丸の各記号は、それぞれ、液量が０．６ＫＬ、０．７ＫＬ、１．０ＫＬおよび１．２ＫＬの場合の結果を示している。
【図１８】  本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図１９】  図１８に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図２０】  図１８に示す気泡塔を、図１８中、ＸＸ−ＸＸ線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【図２１】  従来の気泡塔の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２２】  従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２３】  従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２４】  従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１  気泡塔
２  塔（缶体）
３、２３、４３、６３  ドラフトチューブ
４、２４  スパージャ
４ｈ  貫通孔
５  支柱
４ａ  幹管
４ｂ  枝管
【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】
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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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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