JP2014079729A - 散気用弾性膜及び該散気用弾性膜を備えた散気体 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体中への気泡の供給の偏りを抑制できる散気用弾性膜などを提供することを課題としている。
【解決手段】 液体中に気泡を供給するために液体中にて用いられる散気用弾性膜であって、厚み方向に貫通する複数の切れ目が入れられ、散気時に一方の面側から供給される気体の圧力により弾性変形し、他方の面側に張り出すことにより切れ目が拡がり、切れ目を経た気体を他方の面側にある液体中に放出し、液体中に気泡を供給するように構成されており、円板状に形成されてなり、各切れ目が周方向に沿って延び、同心円状の仮想線によって中央側と外周側とに区画した際に、前記中央側における平均厚みが前記外周側における平均厚みより厚くなるように形成されていることを特徴とする散気用弾性膜などを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、散気用弾性膜、及び、該散気用弾性膜を備えた散気体に関する。

従来、散気用弾性膜としては、様々なものが知られており、例えば、液体中に気泡を供給するために液体中にて用いられ、厚み方向に貫通する複数の切れ目が形成されたものが知られている。

この種の散気用弾性膜は、散気時に一方の面側から供給される気体の圧力により弾性変形し、他方の面側に張り出すことにより切れ目が拡がり、切れ目を経た気体を他方の面側にある液体中に放出し、液体中に気泡を供給するように構成されている。

この種の散気用弾性膜としては、具体的には例えば、全ての切れ目の延在方向が同じ方向となるように多数の切れ目が入れられ全体が同じ厚みに形成された矩形板状のものが提案されている（特許文献１）。

斯かる散気用弾性膜は、上述のごとく散気時に張り出した状態においては、中央側ほど大きく張り出すこととなり、全ての部分が必ずしも同じ力によって均一に伸ばされない。即ち、伸び率が弾性膜の各部分において異なることから、切れ目の拡がりが各部分において異なり得る。従って、切れ目が様々な大きさに拡がり、弾性膜全体における切れ目から必ずしも同じように気泡が液体中に供給されず、弾性膜からの気泡の供給に偏りが生じ得るという問題がある。気泡の供給に偏りがあると、意図した大きさの気泡を供給する効率が悪くなる。
また、斯かる散気用弾性膜は、散気時に張り出した状態において、引き伸ばされる方向が弾性膜の中心部位から放射状に延びる方向である一方で、切れ目の延在方向が全て同じ一方向であることから、引き伸ばされる方向と切れ目の延在方向との角度が各切れ目によって異なることとなる。即ち、拡がり方がそれぞれの切れ目において大きく異なり得る。従って、弾性膜全体における切れ目から必ずしも同じように気泡が液体中に供給されない。従って、この理由からも、弾性膜から液体中への気泡の供給に偏りが生じ得るという問題がある。

特開２００５−３２９３２９号公報

本発明は、上記の問題点等に鑑み、液体中への気泡の供給の偏りを抑制できる散気用弾性膜、及び、液体中への気泡の供給の偏りを抑制できる散気体を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る散気用弾性膜は、液体中に気泡を供給するために液体中にて用いられる散気用弾性膜であって、
厚み方向に貫通する複数の切れ目が入れられ、散気時に一方の面側から供給される気体の圧力により弾性変形し、他方の面側に張り出すことにより切れ目が拡がり、切れ目を経た気体を他方の面側にある液体中に放出し、液体中に気泡を供給するように構成されており、
円板状に形成されてなり、各切れ目が周方向に沿って延び、同心円状の仮想線によって中央側と外周側とに区画した際に、前記中央側における平均厚みが前記外周側における平均厚みより厚くなるように形成されていることを特徴とする。

上記構成からなる散気用弾性膜は、散気時に弾性変形によって液体側に張り出すことにより、外周側よりも中央側の方が伸ばされやすく、中央側における切れ目の方が拡がりやすい状態になり得る。しかしながら、中央側における平均厚みが、外周側における平均厚みより厚いため、平均厚みが厚い分、中央側が伸びにくい。即ち、中央側における切れ目の拡がりが抑制されている。従って、前記散気用弾性膜は、散気時において、平均厚みが厚い分、外周側よりも中央側において気体の放出が抑えられる。これにより、中央側から気泡が過剰に供給されることが抑えられ、液体中への気泡の供給の偏りを抑制できる。
また、前記散気用弾性膜は、形状が円板状であるため、散気時に弾性変形によって液体側に張り出した状態において、伸ばされる方向が中心部位からの放射方向になる。しかも、各切れ目が周方向に沿って延びているため、切れ目の延在方向と、弾性膜の伸びる方向とが、いずれの切れ目においても直交することとなる。従って、所定の力で伸ばされている状態において、厚みが厚いほど切れ目の拡がりが小さくなり、気体の放出量が厚みによって比較的容易に制御される。
このように、前記散気用弾性膜は、厚みが確実に気体の放出量と相関する。従って、前記散気用弾性膜は、平均厚みを中央側と外周側とにおいて上記のごとく設定することにより、円板状の形状であり且つ各切れ目が周方向に沿って延びているからこそ、確実に中央側からの過剰な気体の放出を抑えることができる。即ち、前記散気用弾性膜は、液体中への気泡の供給の偏りを抑制することができる。

本発明の散気体は、前記散気用弾性膜を備えたことを特徴とする。

上述の通り、本発明の散気用弾性膜及び散気体は、液体中への気泡の供給の偏りを抑制できるという効果を奏する。

（ａ）散気用弾性膜を片面側から見たときの概略図。（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ断面における散気用弾性膜の断面の概略図。 （ａ）散気用弾性膜を片面側から見たときの概略図。（ｂ）（ａ）のＹ−Ｙ断面における散気用弾性膜の断面の概略図。 （ａ）散気用弾性膜が使用される様子を表した平面図。（ｂ）散気用弾性膜が使用される様子を（ａ）のＺ−Ｚ断面にて模式的に表した断面図。

以下、本発明に係る散気用弾性膜の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１及び図２は、本実施形態の散気用弾性膜の概略図であり、図３は、前記散気用弾性膜を備えた散気体が使用される様子を表した図である。

本実施形態の散気用弾性膜１は、液体中に気泡を供給するために液体中にて用いられる散気用弾性膜であって、
厚み方向に貫通する複数の切れ目が入れられ、散気時に一方の面側から供給される気体の圧力により弾性変形し、他方の面側に張り出すことにより切れ目が拡がり、切れ目を経た気体を他方の面側にある液体中に放出し、液体中に気泡を供給するように構成されており、
円板状に形成されてなり、各切れ目が周方向に沿って延び、同心円状の仮想線によって中央側と外周側とに区画した際に、前記中央側における平均厚みが前記外周側における平均厚みより厚くなるように形成されているものである。

前記散気用弾性膜１における仮想線Ｂとしては、前記散気用弾性膜１の中心部位に中心を有し散気用弾性膜１の中心と外周端との距離の半分長さを半径長さとする円の円周を採用することが好ましい。

前記散気用弾性膜１は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、円板状に形成されている。
前記散気用弾性膜１は、液体中に気泡を供給するために液体中にて用いられるものであり、通常、図３（ｂ）に示すように、厚み方向が上下方向となるように液体中に配されて用いられる。

前記散気用弾性膜１は、例えば図３（ａ）に示すように、周縁部が樹脂製固定器具３等によって固定されている。
また、前記散気用弾性膜１は、例えば図３（ｂ）に示すように、散気時に下側から供給される気体の圧力により弾性変形し、上側に張り出すように構成されている。また、前記散気用弾性膜１は、厚み方向に貫通する切れ目Ａが多数入れられており、上記のごとく上側に張り出すことにより切れ目Ａが拡がり、供給された気体が拡がった切れ目Ａを経て液体中に気泡となって放出されるように構成されている。

前記散気用弾性膜１においては、平均厚みが、外周側Ｑよりも中央側Ｐにて厚い。

前記中央側Ｐの平均厚みは、中央側Ｐの体積を、散気用弾性膜１の片面側から見たときの中央側Ｐの面積で除することにより求めたものである。
同様に、前記外周側Ｑの平均厚みは、外周側Ｑの体積を、散気用弾性膜１の片面側から見たときの外周側Ｑの面積で除することにより求めたものである。

前記中央側Ｐの体積及び前記外周側Ｑの体積は、原則、散気用弾性膜１の中央部位を通る厚み方向の断面における中央側Ｐ及び外周側Ｑそれぞれの寸法から計算によって求める。

具体的には、散気用弾性膜１の中央部位を通る厚み方向の断面が全て同じ形状であり且つ該断面における端縁が直線状であるならば、前記中央側Ｐの体積は、上述した仮想線の半径、散気用弾性膜１の中央部位を通る厚み方向の断面における中央側Ｐの最大厚み及び最小厚みなどから計算によって求める。
一方、散気用弾性膜１の厚み方向の断面における端縁が曲線状であるなど、散気用弾性膜１の形状が比較的複雑であるならば、レーザー光を利用した体積測定装置を用いた方法によって、中央側Ｐの体積を求める。

前記外周側Ｑの体積は、上記と同様な方法によって求めた散気用弾性膜１の体積から前記中央側Ｐの体積を引くことにより求める。

前記中央側Ｐの面積及び前記外周側Ｑの面積は、散気用弾性膜１を片面側から見たときの中央側Ｐ及び外周側Ｑそれぞれの寸法から計算によって求める。
具体的には、中央側Ｐの面積は、上述した仮想線の半径の二乗に円周率を乗じることにより計算によって求める。
また、外周側Ｑの面積は、散気用弾性膜１を片面側から見たときに散気用弾性膜１の外周縁が描く円の半径の二乗に円周率を乗じることにより求めた面積から、中央側Ｐの面積を引くことにより求める。

本実施形態の散気用弾性膜１は、散気時に弾性変形によって液体側に張り出すことにより、外周側Ｑよりも中央側Ｐの方が伸ばされ、中央側Ｐにおける切れ目Ａの方が拡がりやすい状態になる。しかしながら、中央側Ｐにおける平均厚みが、外周側Ｑにおける平均厚みより厚いため、平均厚みが厚い分、中央側Ｐが伸びにくい。即ち、中央側Ｐにおける切れ目Ａの拡がりが抑制されている。従って、散気時において、平均厚みが厚い分、外周側Ｑよりも中央側Ｐにおいて気体の放出が抑えられる。これにより、中央側Ｐから気泡が過剰に供給されることが抑えられ、液体中への気泡の供給の偏りが抑制される。

前記散気用弾性膜１の厚みは、特に限定されないが、通常、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである。

前記散気用弾性膜１は、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、気体供給側の面が平面状に形成されていることが好ましい。即ち、図１（ｂ）及び図２（ｂ）における下側の一方の面が平面状に形成されていることが好ましい。このように形成されていることにより、散気をしない時においてより確実に円板状の形状に戻すことができ、より確実に切れ目Ａを閉じさせることができるという利点がある。

前記散気用弾性膜１においては、最大厚みが、通常、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍである。最大厚みは、１．５ｍｍ以上であることが好ましく、２．０ｍｍ以上であることがより好ましい。
また、前記散気用弾性膜１においては、最小厚みが、通常、０．５ｍｍ〜２．５ｍｍである。最小厚みは、１．５ｍｍ以上であることが好ましい。

前記散気用弾性膜１においては、外周側Ｑにおける平均厚みが、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、２．５ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以上であることがより好ましい。
また、前記散気用弾性膜１においては、中央側Ｐにおける平均厚みが、１．０ｍｍ以上であることが好ましく、２．０ｍｍ以上であることがより好ましい。また、３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

前記散気用弾性膜１においては、外周側Ｑにおける平均厚みに対する中央側Ｐにおける平均厚みの比が１．１〜１．５であることが好ましい。
外周側Ｑにおける平均厚みに対する中央側Ｐにおける平均厚みの比が１．１以上であることにより、液体中への気泡の供給の偏りおよび気泡の大きさの偏りをより抑制できるという利点があり、１．５以下であることにより、散気時における弾性変形によってより確実に切れ目が開くという利点がある。

前記散気用弾性膜１は、例えば図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、周縁部が最小厚みとなり且つ中央部位が最大厚みとなるように形成されていることが好ましい。

前記散気用弾性膜１の直径は、特に限定されないが、通常、２０ｃｍ〜３０ｃｍである。

前記散気用弾性膜１を構成する材料は、弾性変形する材料であれば特に限定されず、該材料としては、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、ポリウレタン、熱可塑性エラストマーなどの高分子化合物等が挙げられる。

前記切れ目Ａは、散気時に散気用弾性膜１の一方の面側から他方の面側に気体を通すべく、散気用弾性膜１を厚み方向に貫通している。

前記切れ目Ａは、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、前記散気用弾性膜１の周方向に沿って延びるように、複数が前記散気用弾性膜１に入れられている。
詳しくは、前記切れ目Ａは、前記散気用弾性膜１の径方向に対して垂直な方向に延びるように入れられている。前記切れ目Ａは、直線状であってもよく、円周と同様に曲がった曲線状であってもよい。
前記切れ目Ａは、通常、散気用弾性膜１が液体中に気泡を供給する部分の全体にわたって多数入れられている。

各切れ目Ａの長さは、特に限定されるものでなく、該長さとしては、例えば、０．３ｍｍ〜１．２ｍｍが挙げられる。
前記切れ目Ａの平均長さは、液体中への気泡の供給がより優れたものになるという点で、０．６ｍｍ以上であることが好ましく、散気用弾性膜１の強度をより確実に保つことができるという点で、１．１ｍｍ以下であることが好ましい。

各切れ目Ａの長さは、液体中への気泡の供給の偏りをより抑制できるという点で、切れ目Ａの平均長さの０．８〜１．２倍であることが好ましい。

前記切れ目Ａは、散気用弾性膜１の径方向に１ｍｍ〜３ｍｍの間隔を空けて入れられていることが好ましい。

前記切れ目Ａは、散気用弾性膜１の周方向に１ｍｍ〜４ｍｍの間隔を空けて入れられていることが好ましい。

前記切れ目Ａの単位面積あたりの数は、液体中への気泡の供給がより優れたものになるという点で、６７，０００個／ｍ²以上であることが好ましく、１２５，０００個／ｍ²以上であることがより好ましい。また、弾性膜の強度をより確実に保てるという点で、５００，０００個／ｍ²以下であることが好ましく、２００，０００個／ｍ²以下であることがより好ましい。

前記散気用弾性膜１においては、中央側Ｐにおける切れ目Ａの単位面積あたりの数が、外周側Ｑにおける切れ目Ａの単位面積あたりの数に対して、０．８〜１．２倍であることが好ましい。斯かる範囲であることにより、液体中への気泡の供給の偏りをより抑制できるという利点がある。

前記散気用弾性膜１においては、片面側から見たときに扇形に６等分に区画した際に、最も少ない切れ目数の区画における切れ目Ａの数に対して、最も多い切れ目数の区画における切れ目Ａの数が、１．０〜１．２倍であることが好ましい。これにより、液体中への気泡の供給の偏りをより抑制できるという利点がある。
また、前記散気用弾性膜１においては、片面側から見たときに扇形に６等分に区画した際に、各区画における切れ目Ａの数が同じであることがより好ましい。これにより、液体中への気泡の供給の偏りをさらに抑制できるという利点がある。

前記散気用弾性膜１においては、例えば図２（ａ）に示すように、中央側Ｐにおける切れ目Ａの長さが全て同じであり、しかも外周側Ｑにおける切れ目Ａの長さが全て同じであり且つ中央側Ｐにおける長さより長くてもよい。

前記切れ目Ａは、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、散気用弾性膜１の片面側から見たときに、散気用弾性膜１の中心部位を中心とする径の異なる複数の同心円の各円に沿って複数が並ぶように、散気用弾性膜１に入れられていることが好ましい。
即ち、前記切れ目Ａは、散気用弾性膜１の片面側から見たときに、散気用弾性膜１の中心部位を中心とする径の異なる複数の同心円を破線によって描くように、散気用弾性膜１に入れられていることが好ましい。

各同心円に沿った各切れ目Ａの長さは、全て同じであってもよく、異なっていてもよい。
各同心円に沿った各切れ目Ａの長さは、液体中に供給される気泡の大きさがより均一になりやすい点、また、切れ目Ａを簡便に入れることができるという点で、同じであることが好ましい。

前記散気用弾性膜１においては、例えば図２（ａ）に示すように、長さの異なる２種の切れ目Ａが入れられており、しかも、より長い同じ長さの複数の切れ目Ａが外周側Ｑの複数の同心円の各円に沿って入れられ、且つ、より短い同じ長さの複数の切れ目Ａが中央側Ｐの複数の同心円の各円に沿って入れられていてもよい。

なお、前記散気用弾性膜１において想定する同心円の数は、特に限定されるものではない。

本実施形態の散気用弾性膜１は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、形状が円板状であるため、散気時に弾性変形によって液体側に張り出した状態において、伸ばされる方向が中心部位からの放射方向になる。また、形状が円板状であるため、どの放射方向においても伸ばされ方が同様なものとなる。しかも、各切れ目Ａが散気用弾性膜１の周方向に沿って延びているため、切れ目Ａの延在方向と、弾性膜の伸びる方向とが、いずれの切れ目Ａにおいても直交することとなる。従って、所定の力で伸ばされると、切れ目Ａの長さが長いほど切れ目Ａの拡がりが大きくなる。即ち、切れ目Ａの長さが確実に気体の放出量と相関する。そして、前記散気用弾性膜１は、散気用弾性膜１の中央側Ｐと外周側Ｑとにおいて平均厚みを上記のごとく設定することにより、形状が円板状であり且つ各切れ目Ａが散気用弾性膜１の周方向に沿って延びているからこそ、確実に中央側Ｐからの気体の過剰な放出を抑えることができる。即ち、前記散気用弾性膜１は、液体中への気泡の供給の偏りを抑制することができる。

本実施形態の散気用弾性膜１は、該散気用弾性膜の直径と同じ長さの辺を有する正四角形状の散気用弾性膜とを比較すると、気泡を供給できる見かけ上の面積が狭い。しかしながら、正四角形板状の散気用弾性膜と比べ、散気時に液体側に張り出した状態において、弾性膜の伸び率がより均一になる。
即ち、本実施形態の円板状の散気用弾性膜１であっても正四角形板状の散気用弾性膜であっても、散気時には中心部位からの放射方向に伸ばされることとなる。ところが、本実施形態の円板状の散気用弾性膜１においては、中心部位から周縁端までの距離が一定であることから、いずれの放射方向においても伸び率が同様なものとなる。
一方、正四角形板状の散気用弾性膜においては、中心部位から周縁端までの距離が一定でない。即ち、例えば、対角線に沿った放射方向の伸び率と、対角線から４５°回転した放射方向の伸び率とが異なる。従って、例えば図１のごとく、各同心円に沿った切れ目Ａの長さを全て等しくしたとしても、正四角形板状の散気用弾性膜においては、円板状の散気用弾性膜１におけるよりも、切れ目Ａの拡がり方がばらつきやすい。従って、正四角形板状の散気用弾性膜においては、気泡の大きさが不均一になりやすく、液体中への気泡の供給が偏りやすい。
このように、本実施形態の散気用弾性膜１は、正四角形板状の散気用弾性膜よりも、気泡を供給できる見かけ上の面積が小さいものの、気泡の供給の偏りが起きにくい。従って、本実施形態の散気用弾性膜１は、正四角形板状の散気用弾性膜よりも、気泡供給のための面積を有効に利用できる。

前記液体は、特に限定されるものでないが、通常、水である。該水としては、具体的には例えば、活性汚泥によって生物処理するための活性汚泥を含む下水や工場排水、又は、ろ過装置や接触酸化装置において散気が必要な下水、工場排水、上水などが挙げられる。

前記気体は、特に限定されるものでなく、該気体としては、例えば、窒素ガスを含む気体、酸素ガスを含む気体、又は炭酸ガスを含む気体などが挙げられる。前記気体としては、通常、空気を用いる。

なお、前記散気用弾性膜１は、例えば図２（ｂ）に示すように、中央部位から所定長さ半径の部分が同じ厚みの最大厚みとなり、該部分から外周縁に向かうほど厚みが薄くなるように形成されていてもよい。

続いて、本発明に係る散気体の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態の散気体１０は、前記散気用弾性膜１を備えたものである。詳しくは、前記散気用弾性膜１を備え、液体中に気泡を供給するために液体中にて用いられ、散気時に散気用弾性膜１の一方の面側から供給される気体の圧力により散気用弾性膜１が弾性変形し、他方の面側に散気用弾性膜１が張り出すことにより切れ目Ａが拡がり、切れ目Ａを経た気体を散気用弾性膜１の他方の面側にある液体中に放出し、液体中に気泡を供給するように構成されたものである。

具体的には、前記散気体１０は、例えば図３に示すように、厚み方向が上下方向となるように配された散気用弾性膜１と、該散気用弾性膜１を下側から支える支持部２と、散気用弾性膜１の周縁部を前記支持部２に気密に固定する固定部３と、散気用弾性膜１の下面側に気体を供給する気体供給管４とを備えている。
上記のごとき散気体１０は、支持部２の上側に配され周縁部が固定部３によって支持部２に固定された散気用弾性膜１に、気体供給管４を経た気体を下側から供給するように構成されている。また、前記散気体１０は、供給された気体の圧力によって、周縁部以外の散気用弾性膜１が弾性変形によって上側に張り出し、切れ目Ａが拡がるように構成されている。また、前記散気体１０は、拡がった切れ目Ａを通して気体を液体中に放出し、液体に気泡を供給するように構成されている。

前記支持部２は、散気用弾性膜１の直径以上の直径を有する円板状のものであり、曝気しない時に散気用弾性膜１を下側から支持するように構成されている。

前記固定部３は、前記支持部２と同じ直径を有する中空円板状に形成されている。即ち、外周直径が支持部２の直径と同じとなるように、リング状（円状の中空領域が形成されたリング状）に形成されている。
前記固定部３は、支持部２の周縁部との間にて散気用弾性膜１の周縁部を挟み込むことにより、散気用弾性膜１の周縁部を支持部２に気密に固定するように構成されている。
前記固定部３によって散気用弾性膜１の周縁部を支持部２の周縁部に固定しているため、散気時において気体の圧力が加えられると、散気用弾性膜１の周縁部が支持部２に固定されつつ、散気用弾性膜１が液体中へ向けて張り出すことができる。
前記固定部３としては、例えば、樹脂製固定器具、金属製固定器具などが採用される。

前記気体供給管４は、上下方向に延びるように配され、上端側が支持部２に取り付けられている。そして、前記気体供給管４は、下端側から供給された気体を散気用弾性膜１の下面側に供給するように構成されている。

本実施形態の散気用弾性膜及び散気体は、上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示の散気用弾性膜及び散気体に限定されるものではない。
また、一般の散気用弾性膜及び散気体において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。

１：散気用弾性膜、
２：支持部、 ３：固定部（樹脂製固定器具）、 ４：気体供給管、
１０：散気体、
Ａ：切れ目、 Ｂ：仮想線、 Ｐ：中央側、 Ｑ：外周側。

Claims (2)

1. 液体中に気泡を供給するために液体中にて用いられる散気用弾性膜であって、
   厚み方向に貫通する複数の切れ目が入れられ、散気時に一方の面側から供給される気体の圧力により弾性変形し、他方の面側に張り出すことにより切れ目が拡がり、切れ目を経た気体を他方の面側にある液体中に放出し、液体中に気泡を供給するように構成されており、
   円板状に形成されてなり、各切れ目が周方向に沿って延び、同心円状の仮想線によって中央側と外周側とに区画した際に、前記中央側における平均厚みが前記外周側における平均厚みより厚くなるように形成されていることを特徴とする散気用弾性膜。
2. 請求項１に記載の散気用弾性膜を備えたことを特徴とする散気体。

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