JP2010279943A - 散気管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、好気性微生物を培養し、水系の自浄能力を増大させ、魚介類を高密度で養殖するために、下廃水処理施設の反応槽、湖沼、河川及び養殖場などに溶存酸素を供給する装置に係り、送風機から供給される空気を水中で微細な気泡として分散させて溶存酸素を増大させる散気管及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明の散気管１は、水中で微細な気泡を発生する複数個の微細散気口２１を有し、送風機から空気が供給される一つ以上の空気供給口３０を有し、熱可塑性合成樹脂で成形された２個以上の小ボディー１１，１２を強固に一体として融着してなるため、結合部位１４のシール性に優れ、酸素移転率を安定的に維持することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、好気性微生物を培養し、水系の自浄能力を増大させ、魚介類を高密度で養殖するために、下廃水処理施設の反応槽、湖沼、河川及び養殖場などに酸素を供給する装置に係り、特に、送風機から供給される空気を水中で微細な気泡として分散させて溶存酸素を増大させる散気管及びその製造方法に関するものである。

従来の散気管（Diffuser）は、様々な形態、構造及び材質で製作された様々な種類のものが供給されており、特に、軟質の膜に微細散気口を穿孔したメンブレーン（Membrane）散気管が最も高い酸素移転率を示すものとして知られている。

しかしながら、メンブレーン散気管は、伸縮性の膜が膨脹及び収縮を反復する構造であるため、疲労荷重によって耐久期限が縮減する他、耐衝撃性及び耐摩耗性が低い軟質のＥＰＤＭ膜は、流動床担体などを充填する場合に、流動する担体と衝突して摩耗したり破損したりする問題点がある。

また、棒形のメンブレーン散気管は、棒の下部からも棒の表面に沿って気泡が浮き上がるため、気泡が衝突する頻度が増加し、気泡が互いに衝突して大きい気泡として合体し、酸素伝達効率が低下することがある。

また、ディスク形のメンブレーン散気管は、気泡が合体せず、相対的に酸素移転率に優れているが、これは、ＥＰＤＭ円板をディスク形の基板上に載置して外周枠で固定するもので、外周枠と下部基板とをねじ式で固定したりボルト及びナットを使って組み立てるため、ねじ結合部位が緩まったり、ボルト及びナットが外れたりして、強固に固定し難いという問題がある。

また、メンブレーン散気管も、生物膜の付着により散気口が塞がることがあり、散気口が塞がる場合はギ酸等で周期的に脱膜する必要があり、管理が面度になる。

本発明は、上記従来技術の問題点を克服するためのもので、耐久性に優れた材質を用いて散気口を微細に成形して強固に組み立てることによって、寿命が延び、側面から空気が漏れることなく散気口のみから空気が噴き出され、安定的で且つ高い酸素移転率を有する散気管を提供することをその技術的課題とする。

また、本発明が達成しようとする技術的課題は上記の技術的課題に制限されず、未記載の別の技術的課題は、以下の記載から、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者には明らかになる。

上記目的を達成するための本発明による散気管は、水中で気泡を発生させる複数個の散気口を有し、送風機から空気が供給される一つ以上の空気供給口を有し、熱可塑性合成樹脂で成形された２個以上の小ボディーを接着したり、ねじ方式で組み立てたり、ボルト及びナットで結合したりする等の様々な方式で組み立てることができる。特に、前記小ボディーを融着によって強固に一体として結合させてなる散気管とすることによって、耐久性及びシール性を改善することができる。

前記小ボディーは、空気供給口が形成された下部ボディーと、散気口が形成された上部ボディーと、からなることができ、前記上部ボディーと下部ボディーを耐久性に優れた熱可塑性合成樹脂で成形し、熱を用いて前記上部ボディーと下部ボディーとを融着結合することによって空気供給口、散気口及びその内部に空気の流通する空間が形成された散気管とすることができる。

そして、本発明による散気管の前記散気口は、内部空間から外側表面に向かって部材の断面を貫通しながら開口部が漸次縮小する漸縮管形とすることができる。

したがって、散気口の断面が鋭角で突出した形状となるので、生物膜が付着増殖する面積が最小化し、空気噴出による剪断力によって、鋭角で突出した部分に付着した微生物は容易に脱離するため、微細物の付着増殖をほとんど防ぐことができ、漸縮管形の散気口の外部側噴出口からは異物が内部に逆流し難いので、散気口が塞がることなく散気能力を均一に維持することができる。

また、断面積の漸縮している散気口を圧縮空気が通過すると、この圧縮空気の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されて風速が増大するので、たとえ逆流して散気口に異物が付着したとしても、その異物を前記散気口から除去することができる。

このような本発明による散気管を構成するボディーをＡＢＳ樹脂で成形することによって、耐摩耗性及び耐衝撃性を向上させることができるが、これに限定されず、硬質のＰＥ、ＨＤＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＶＣ、ポリウレタン樹脂などの様々な合成樹脂材質で成形することもできる。

上記のように、合成樹脂成形物を融着結合してなる散気管は、耐久性及びシール性が高い。しかし、散気管を射出成形するための射出成形用金型を製作するにあたり、散気口を成形するためのホールとピンを微細に加工することは非常に難しい工程である。さらに、前記ホールとピンを微細に加工した場合であっても、部材の断面積が小さすぎるため破損及び摩耗し易く、射出金型の安定したメンテナンスが難しいという問題点がある。

そこで、本発明では、射出金型の製作にあたり、散気口の開口部幅が０．５〜２．０ｍｍの範囲と比較的大きく成形されるようにピンとホールを製作し、射出成形された前記散気口及び該散気口が形成されている小ボディーの表面に塗膜を形成し、塗膜の厚さを調節することによって散気口の気孔サイズを縮小調整することができる気孔縮小手段をさらに適用することによって、散気口の開口部幅が０．２〜１．０ｍｍ範囲に縮小した微細散気口とした。

このように、０．５〜２．０ｍｍの範囲に成形された散気口側にポリウレタン、エポキシまたは各種の塗料から選択されたいずれかを塗布する塗膜形成工程をさらに行うと、塗膜の厚さによって、成形された散気口よりに比べて開口部の大きさが０．２〜１．０ｍｍの範囲と縮小した微細散気口が得られる。散気口が微細に縮小した分だけ、噴出される気泡の大きさも小さくなり、気泡の比表面積が増加するため、その分酸素移転率の増大した改善された散気管を実現することができる。

このような塗膜による気孔縮小工程は、熱可塑性合成樹脂で成形された散気管に限定されず、金属材質、セラミック材質などで成形された散気口側にも適用して微細散気口を形成し、酸素移転率を増大させることができる。

ここで、前記気孔縮小手段は、前記散気口及び該散気口が形成されている部材の表面に形成された塗膜に限定されず、微細気孔が形成されているフィルムを接着することも可能である。

気孔が形成されているフィルムを、熱可塑性合成樹脂で成形された散気管、金属板を打孔してなる散気管、合成樹脂糸または金属糸で織られた網体などに接着することで、微細散気口の形成された散気管を実現することもできる。

上記の構成を持つ本発明による散気管及びその製造方法によると、下廃水処理施設の反応槽、湖沼、河川及び養殖場などに設置し、送風機から圧送される空気を微細な気泡として分散させて水中の溶存酸素を増大させることによって、好気性微生物を培養し、水系の自浄能力を増大させ、且つ、魚介類を高密度で養殖することが可能になる。

また、本発明による散気管によると、構造的に堅固で且つ耐久性が高く、微細散気口によって高い酸素移転率を維持できる、耐久性、シール性及び通気性に優れた散気管を提供することが可能になる。

本発明の一実施例による散気管の上部ボディーを示す断面図である。 本発明の一実施例による散気管の下部ボディーを示す断面図である。 図１ａに示す複数個の散気口が形成されている上部ボディーを示す平面図である。 図１ｂに示す空気供給口が形成されている下部ボディーを示す底面図である。 本発明の一実施例による散気管を示す断面図である。 本発明の一実施例による散気管の上部を示す上部斜視図である。 本発明の一実施例による散気管の下部を示す斜視図である。 本発明の一実施例による散気管を示す側面図である。

以下、本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ａは、複数個の散気口２０が形成されている上部ボディー（小ボディー）１１の縦断面図であり、図１ｂは、空気供給口３０が形成されている下部ボディー（小ボディー）１２の縦断面図である。

上部ボディー１１及び下部ボディー１２として例示された小ボディー１１，１２が結合部位１４で当接し互いに融着することによって一つのボディーとして結合すると、図３に示すように、その内部には空気が流通できる空間１３が形成された散気管１となる。

ここで、散気管１は、熱可塑性合成樹脂で成形された小ボディー１１，１２の結合部位１４を電熱板で加温して表面が溶融された状態で互いに圧着した後に冷却することによって一体として結合する熱融着方法によって結合可能である。

また、散気管１は、熱可塑性合成樹脂で成形された小ボディー１１，１２の結合部位１４を互いに当接させ、高速で回転させることから発生する摩擦熱を用いて接着部位の表面を溶融させ、この状態で回転を中止させ、圧着及び冷却して一体として結合させる回転融着方法によって結合させることもできる。

また、散気管１は、熱可塑性樹脂で成形された小ボディー１１，１２の結合部位１４に超音波を照射し、分子振動による発熱を用いて接着部位の表面を溶融した状態で、圧着及び冷却して一体として結合させる超音波融着方法によって結合することもできる。

このように、結合部位１４の融着は、熱融着、回転融着、超音波融着方法の中から選択されたいずれかの方法とすればよく、この実施例におけるディスク形の散気管１は、エネルギー消費が少なく、且つ所要の融着時間が短縮される点で回転融着方法とすることが好ましい。

本実施例は散気管１をディスク形としたもので、図２ａは、複数個の散気口２０が形成された上部ボディー１１の平面図であり、図２ｂは、空気供給口３０が形成された下部ボディーの底面図である。

これらの上部及び下部の小ボディー１１，１２が融着して一体として結合することで散気管１が構成される。

図３は、本発明によって耐久性及びシール性が改善された散気管１を示す垂直断面図である。

本発明による散気管１は、熱可塑性合成樹脂で成形された２つ以上の小ボディー１１，１２が結合部位１４で互いに融着結合してなるもので、送風機から空気が圧送される送気管４０と連通するように一つ以上の空気供給口３０が設けられ、その内部には空気が流通できる空間１３が形成され、その表面には内部空間と連通する複数個の微細散気口２１が形成されている。

ここで、散気口２０は、内部空間から外側表面に向かって部材の断面を貫通しながら開口部が漸次縮小する漸縮管形に形成されている。すなわち、開口部の断面積が漸次減少する形状にした散気口２０であり、散気管１の外部形状はディスク形状である。

ここで、熱可塑性樹脂で成形された散気管１の散気口２０は、気孔縮小手段、例えば、塗膜２２が付着されることによって開口部の幅がより微細に調整された微細散気口２１となる。このように、穴径が０．５〜２．０ｍｍの範囲に成形された散気口２０側に、ポリウレタン、エポキシまたは各種の塗料から選択されたいずれかを塗布する塗膜形成工程をさらに行うと、散気口２０の内周面に塗布された塗膜２２の厚みによって、成形された散気口に比べて開口部の大きさが０．２〜１．０ｍｍの範囲と縮小した微細散気口２１が形成される。

このような気孔縮小手段は塗膜２２に限定されず、微細気孔の形成されたフィルム（図示せず）を散気口２０側に接着して微細散気口とすることもできる。

図４ａは、本発明による散気口が形成されている散気管１の上部斜視図であり、図４ｂは、本発明による空気供給口３０が形成されている散気管１の下部斜視図であり、図４ｃは、本発明による散気管１の外形を示す側面図である。

また、本発明による散気管１の外形はディスク形に限定されず、管形、円板形、板状形、円錐形、球形、半球形等にすることもできる。

したがって、本発明は、下廃水処理施設の反応槽と湖沼及び河川などの汚染水系に適用されて水質を浄化及び改善することができ、養殖場に適用されて魚介類の高密度養殖を可能にする。

以上で図面に基づいて説明された本発明の実施例は、本発明の技術的思想を限定するためのものではなく、よって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載された事項によって定められるべきである。なお、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば本発明の技術的思想の範囲内で本発明を様々な形態に改変することができ、それらの改変はいずれも本発明の保護範囲に含まれる。

１ 散気菅
１１ 上部ボディー
１２ 下部ボディー
１３ 空間
１４ 結合部位
２０ 散気口
２１ 微細散気口
２２ 塗膜
３０ 空気供給口
４０ 送気菅

Claims (13)

1. 複数個の散気口と一つ以上の空気供給口が設けられ、
   熱可塑性合成樹脂で成形された２個以上の小ボディーが結合されてなることを特徴とする散気管。
2. 前記結合は、融着結合であることを特徴とする請求項１に記載の散気管。
3. 前記散気口は、空気の噴出方向に沿って開口部が漸次縮小している漸縮管形であることを特徴とする請求項１に記載の散気管。
4. 前記散気口に気孔縮小手段をさらに適用することによって、前記散気口の開口部がより微細に調整された微細散気口を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の散気管。
5. 前記気孔縮小手段は、前記散気口側に塗布された塗膜であることを特徴とする請求項４に記載の散気管。
6. 前記気孔縮小手段は、前記散気口側に接着された、微細気孔の形成されたフィルムであることを特徴とする請求項４に記載の散気管。
7. 前記散気口の開口部幅は、０．５〜２．０ｍｍの範囲であり、前記微細散気口の開口部幅は、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項４に記載の散気管。
8. 複数個の散気口と一つ以上の空気供給口を形成し、
   熱可塑性合成樹脂で成形された２個以上の小ボディーを融着方法によって結合させることを特徴とする散気管の製造方法。
9. 前記融着方法は、熱融着方法であることを特徴とする請求項８に記載の散気管の製造方法。
10. 前記融着方法は、回転融着方法であることを特徴とする請求項８に記載の散気管の製造方法。
11. 前記融着方法は、超音波融着方法であることを特徴とする請求項８に記載の散気管の製造方法。
12. 複数個の散気口と一つ以上の空気供給口を成形し、
    前記散気口側には塗膜を塗布する気孔縮小方法によって前記散気口の開口部を縮小調整することを特徴とする散気管の製造方法。
13. 前記気孔縮小方法は、微細気孔の形成されたフィルムを前記散気口側に接着する気孔縮小方法であることを特徴とする請求項１２に記載の散気管の製造方法。

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