JP6521459B2

JP6521459B2 - 気体溶解促進補助具

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Publication number: JP6521459B2
Application number: JP2016231532A
Authority: JP
Inventors: 藤里　哲彦; 哲彦藤里
Original assignee: BUBBLETANK CO.,LTD.
Current assignee: BUBBLETANK CO.,LTD.
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2036-11-29
Also published as: JP2018086631A

Description

本発明は、主に湖沼や魚介類の養殖場、あるいは汚水処理場等において、所望の気体が液中に溶存する濃度を高めるために設置される散気装置とともに用いられるものであり、特に、簡単な構造でありながら上述の気体が液中に溶存する濃度を飛躍的に高めることが可能な気体溶解促進補助具に関する。

従来、湖沼等においては、底部に設置した散気装置から空気を放出させるなどして、水中の溶存酸素濃度を高めることが行われていた。しかしながら、ただ単に空気を供給するだけでは、水中の溶存酸素濃度を十分に高めることができないという課題があった。
このような課題を解決するものとして、例えば、特許文献１には「汚水処理用散気装置」という名称で、汚水処理設備や浄化設備等において用いられるものであって、溶存酸素濃度を大幅に高めることが可能な散気装置に関する発明が開示されている。

特許文献１に開示された発明は、板幅方向に延びる複数の切込みが長手方向に任意の間隔で設けられるとともに、板幅方向中央部を軸として捩じるようにして形成された帯状の板材と、この板材が内部に組み込まれた混合パイプと、この混合パイプの下端部にエアを供給するエアパイプを備えたことを特徴としている。
このような構造の「汚水処理用散気装置」においては、エアパイプから混合パイプ内にエアが供給されると、周囲の汚水がエアに吸引されて混合パイプ内に流入し、板材によってエアと汚水が撹拌混合されるため、汚水中の溶存酸素量を高めることが可能である。

また、特許文献２には「気液接触装置」という名称で、簡単な構造でありながら、酸素溶解効率を向上させることができる装置に関する発明が開示されている。特許文献２に開示された発明は、下部に散気装置が設置された反応槽に対し、液中を上昇した空気の気泡が衝突するように、槽壁に対して隙間を設けた状態で槽内の液面近傍に邪魔板が設けられた構造となっている。
このような構造によれば、液中を上昇して邪魔板との衝突によって破裂した空気の気泡が邪魔板の下面に沿って側板へ分散した後、槽壁との隙間から大気中へ流出する。これにより、槽内の液体に空気の気泡が接触する時間と面積が増大するため、反応槽の液体に対する酸素溶解効率を向上させることができる。

特開平７−３９８９３号公報特開平１０−２６３５８２号公報

湖沼等の底部のように水深のある場所では、水生生物によって水中に溶存している酸素が消費されるため、酸素以外の気体が溶存する割合が高くなり、それらの気体の分圧も水深に応じて高くなっている。そのため、特許文献１及び特許文献２に記載された発明のように、水中に設置された散気装置によって、酸素を含む気泡を単に発生させるだけでは、上述したように水深のある場所において、水中に溶存している酸素以外の気体を酸素と置換して、水中の溶存酸素量を高めることは困難である。

本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、簡単な構造にも関わらず、湖沼等の底部のように水深のある場所においても水中に溶存する酸素の濃度を効率よく高めることが可能な気体溶解促進補助具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明は、散気装置の上部に設置された状態で使用される気体溶解促進補助具であって、開口部を下に向けた状態で設置されるとともに天板に貫通孔が設けられた箱状部材と、鉛直方向と平行をなすように設置された筒状部材と、を備え、この筒状部材は、天板から下方へ突出する長さが箱状部材の深さを超えないように貫通孔に挿設されたことを特徴とするものである。

上記構造の気体溶解促進補助具においては、散気装置によって生成され周囲の液体を伴って上昇する多数の微細な気泡が箱状部材によって捕捉され、その内部の最上域で集団となり、液泡化するという作用を有する。一方、筒状部材の下端に到達した気泡は、箱状部材によって捕捉されることなく、筒状部材の内部を集団となって上昇した後、その上端から溢出するという作用を有する。また、箱状部材の上部空間では、気泡として供給された気体によって気相が形成され、上記液泡が、この気層中で気体に曝されて破裂するという作用を有する。

箱状部材の内部に気相が形成される空間は、散気装置から気泡として気体が次々と供給されるため、徐々に広くなっていく。しかし、箱状部材の内部に形成される気相と液相との境界面が筒状部材の下端の位置に形成された時点で、箱状部材の内部に気体が貯留される量は限界に達する。そのため、それ以降に箱状部材の内部に気泡が供給されると、この気泡は液泡となって気相中で破裂するが、気相から溢れた気体は再び気泡となって筒状部材の下端から、その内部に流入する。

このようにして箱状部材の内部に貯留された気体は、液体の深さに応じた圧力を受けるため、それに含まれるガス成分が分圧に応じて液泡の液膜に含まれる気体と置換される。例えば、液膜中に酸素が不足している場合、液泡の内部や外部に存在する酸素が液膜に吸収され、その吸収された酸素と等しい量の他の気体が液膜から放出されることになる。すなわち、本発明においては、散気装置から供給される気体が箱状部材の内部で液膜に接することで、液膜を構成する液体に対する当該気体の溶解が促進されるという作用を有する。

また、第２の発明は、第１の発明において、箱状部材は、天板の貫通孔が設けられていない箇所に滑らかな山型状をなす突起部が内側へ向かって盛り上がるように、かつ、その高さが筒状部材の天板から下方へ突出する長さを超えないように形成されたことを特徴とするものである。
このような構造の気体溶解促進補助具においては、気泡から生成された液泡が突起部の先端に衝突して破裂する際に、液膜を形成していた液体が山型状の突起部の側面に沿って広がりながら上昇して薄い液膜を再び形成するという作用を有する。なお、この液膜に対しても、気相を形成する気体に含まれるガス成分が分圧に応じて吸収され、その液膜中に余分に溶解していたガス成分が外へ放出される。

第３の発明は、第２の発明において、上記箱状部材と同じ構造を有し、筒状部材と突起部がそれぞれ設けられた第１の箱状部材及び第２の箱状部材を備え、第２の箱状部材は、筒状部材の上端開口部が第１の箱状部材の突起部の先端の直下に配置されるように第１の箱状部材の下方に設置されたことを特徴とするものである。
上記構造によれば、第２の箱状部材に設置された筒状部材の内部を集団となって上昇した気泡が筒状部材の上端から勢い良く溢出し、周囲の多量の液体を連行しつつ第１の箱状部材に形成された突起部の先端に衝突して破裂することで薄い大きな液膜を再び形成する。このとき、第２の箱状部材に設置された筒状部材は、その下端に到達した気泡を集めて第１の箱状部材に形成された突起部の先端の直下に誘導するという作用を有する。
そして、本発明においては、第１の箱状部材の内部だけでなく第２の箱状部材の内部においても、気相に達した気泡によって液泡が生成されるとともに突起部の先端に衝突した液泡の破裂に伴って、その突起部の側面に沿って薄い液膜が形成される。加えて、第１の箱状部材に形成された突起部の先端に対して第２の発明の場合よりも多くの液泡が集中して衝突するため、その液泡の破裂に伴って形成される液膜は第２の発明の場合よりも大きなものになる。したがって、本発明によれば、散気装置から供給される気体の液膜への溶解が促進されるという第１の発明の作用がより一層発揮される。

第４の発明は、第３の発明において、第２の箱状部材の筒状部材は、その上端が天板の上方へ突出するように貫通孔に挿設されたことを特徴とするものである。
上記構造の気体溶解促進補助具では、第２の箱状部材に設置された筒状部材の上端が第１の箱状部材に形成された突起部の先端に対して第３の発明の場合よりもさらに近接して配置されることになるため、下端に到達した気泡を集めて第１の箱状部材に形成された突起部の先端の直下に誘導するという第２の箱状部材に設置された筒状部材の機能が一層確実に発揮される。

第５の発明は、第４の発明において、第２の箱状部材の筒状部材は、その上端が第１の箱状部材の筒状部材の下端よりも下方に配置されるように天板の貫通孔に挿設されたことを特徴とするものである。
第２の箱状部材に設置された筒状部材の上端が第１の箱状部材の内部の気相中に配置されている場合、筒状部材の上端から送出された気泡によって連行される液体の量が少ないため、その気泡から生成された液泡が突起部の先端に衝突して破裂しても大きな液膜は形成され難い。これに対し、上述の構造であれば、第２の箱状部材に設置された筒状部材の上端が、第１の箱状部材の内部に貯留され得る気体の量が限界に達したときに筒状部材の下端の位置に形成される「気相と液相との境界面」よりも下方に位置することになるため、第２の箱状部材に設置された筒状部材の上端は第１の箱状部材の液相中に配置される。
すなわち、本発明においては、第２の箱状部材に設置された筒状部材の上端から溢出した気泡が液相中を勢い良く上昇して周囲の多量の液体を連行した後、液泡化して第1の箱状部材に形成された突起部の先端に勢いよく衝突するため、山型状の突起部の側面に沿った薄い大きな液膜が形成されるという作用を有する。

第６の発明は、第３の発明乃至第５の発明のいずれかにおいて、棒状の連結具を備え、第１の箱状部材及び第２の箱状部材は、この連結具の上端及び下端をそれぞれ保持可能に形成される保持部が対向するように互いの側板にそれぞれ設けられたことを特徴とするものである。
このような構造の気体溶解促進補助具においては、第３の発明乃至第５の発明のいずれかの作用に加えて、上下に配置された第１の箱状部材及び第２の箱状部材が保持部に設置された連結具を介して互いに連結されるという作用を有する。

第７の発明は、第３の発明乃至第６の発明のいずれかにおいて、第２の箱状部材に設置された筒状部材は、側面に所望の幅のスリットが設けられるとともに、このスリットの最上部が第２の箱状部材に形成された突起部の先端よりも下方に配置されるように、天板の貫通孔に挿設されたことを特徴とするものである。
筒状部材への気泡の流入口が下端のみに限られている場合、散気装置から第２の箱状部材に供給される気泡の量が多いと、この気泡が第２の箱状部材によって捕捉された際に、第２の箱状部材の内部に形成される気相と液相の境界面が上下に激しく揺動する。そのため、筒状部材の内部への気泡の流入が円滑になされず、その結果、筒状部材の上端からの気泡の溢出が断続的になる。この場合、気泡から生成された液泡の突起部の先端への衝突が連続的には行われないため、薄い大きな液膜が生成されないおそれがある。

これに対し、本発明のように第２の箱状部材に設置された筒状部材の側面にスリットが設けられていれば、小さな気泡はスリットを通って筒状部材の内部へ流入し、スリットを通り抜けられない大きな気泡は筒状部材の下端から、その内部へ流入する。この場合、上述した気相と液相の境界面が上下に揺動し難いため、気泡が円滑に下端やスリットを通って筒状部材の中へ流入する。そして、筒状部材の上端から連続的に溢出した気泡は液泡となって第１の箱状部材に形成された突起部の先端に衝突する。
すなわち、本発明においては、第３の発明乃至第６の発明のいずれかの作用に加え、散気装置から第２の箱状部材に供給される気泡の量が多い場合でも第２の箱状部材の内部に形成される気相と液相の境界面の上下への激しい揺動が抑えられるため、気泡が筒状部材の内部へ円滑に流入し、筒状部材の上端から連続的に溢出した気泡が液泡となって第１の箱状部材に形成された突起部の先端に間断なく衝突するという作用を有する。

以上説明したように、第１の発明によれば、湖沼等の底部のように水深のある場所に散気装置が設置されている場合でも、この散気装置の上方に設置することにより、散気装置から供給される気体の溶解を促して、その気体が液中に溶存する濃度を効率よく高めることができる。

第２の発明によれば、箱状部材の気相中において液泡の破裂に伴って山型状の突起部の側面に沿って形成される薄い液膜に対しても液泡の液膜に対するのと同様に、気相を構成する気体に含まれるガス成分がその分圧に従って溶解する。そのため、散気装置から供給される気体が液中に溶存する濃度を効率よく高めることができるという第１の発明の効果がより一層発揮される。

第３の発明では、第２の箱状部材の内部においても第２の発明における第１の箱状部材の内部と同様に、気相に達した気泡が液泡化するとともに、突起部との衝突で液泡が破裂することによって液膜が形成されることに加え、第１の箱状部材の内部では突起部の先端に対して第２の箱状部材に設置された筒状部材の上端から溢出する気泡が集中的に衝突して破裂することで突起部の側面に沿った薄い大きな液膜が形成される。このように、本発明によれば、第１の箱状部材と第２の箱状部材の内部において、気相を構成する気体に含まれるガス成分がその分圧に応じて液中に溶解するため、散気装置から供給される気体の液中に溶存する濃度を高めることができるという第１の発明の効果がより一層発揮される。

第４の発明では、第２の箱状部材に設置された筒状部材によって、その下端に到達した気泡が正確に、第１の箱状部材に形成された突起部の先端の直下に誘導されるため、第１の箱状部材において、気相中の気体に含まれるガス成分が、突起部と液泡の衝突に伴って生成される液膜に溶解することで、そのガス成分が液中に溶存する濃度を効率よく高めることができるという第３の発明の効果がより一層発揮される。

第５の発明では、第２の箱状部材の気相中で筒状部材の上端から溢出した気泡が液泡化し、上昇時の速度が弱まることなく、第１の箱状部材に形成された突起部の先端に勢いよく衝突することで、薄い大きな液膜が山型状の突起部の側面に沿って形成される。そのため、当該液膜に気相中のガス成分が溶解して、そのガス成分の液中に溶存する濃度が効率よく高められるという第４の発明の効果がさらに確実に発揮される。

第６の発明では、第３の発明乃至第５の発明のいずれかの効果に加えて、第１の箱状部材と第２の箱状部材を安定した状態で設置できるという効果を奏する。

第７の発明では、第３の発明乃至第６の発明の効果に加え、散気装置から第２の箱状部材に供給される気泡の量が多い場合であっても、第２の箱状部材に設置された筒状部材の上端から溢出した気泡から生成された液泡が第１の箱状部材に形成された突起部と衝突して破裂した際に、突起部の側面に沿った薄い大きな液膜が形成され易いため、散気装置から供給される気体の液体への溶解を促して、その気体が液中に溶存する濃度を効率よく高めることができるという効果がより一層発揮される。

本発明の実施の形態に係る気体溶解促進補助具の実施例１の外観を示した斜視図である。（ａ）及び（ｃ）はそれぞれ図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図及びＢ−Ｂ線矢視断面図であり、（ｂ）は筒状部材の外観を拡大して示した斜視図であり。（ａ）は図２（ｂ）において気泡の挙動を説明するための図であり、（ｂ）は同図（ａ）において筒状部材を拡大して示した図である。（ａ）は本発明の実施の形態に係る気体溶解促進補助具の実施例２の外観を示した正面図であり、（ｂ）は同図（ａ）の縦断面図である。図４（ｂ）において気泡の挙動を説明するための図である。

本発明の気体溶解促進補助具について、図１乃至図５を参照しながら具体的に説明する。なお、本発明の気体溶解促進補助具は処理される液体の中において散気装置の上方に設置された状態で使用されるものである。したがって、以下の説明では、気体溶解促進補助具が実際に使用される際に、箱状部材が下方に開口した状態で設置されるとともに、筒状部材が鉛直方向と平行に設置されるものとして、「上端」や「下端」等の表現を用いている。また、処理する対象が単なる水とは限らないため、「水泡」や「水膜」等の代わりに、「液泡」や「液膜」などの表現を用いている。

図１は本発明の気体溶解促進補助具の外観の一例を示す斜視図であり、図２（ａ）及び図２（ｃ）はそれぞれ図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図及びＢ−Ｂ線矢視断面図である。そして、図２（ｂ）は筒状部材の外観を拡大して示した斜視図である。なお、図２（ｃ）は図２（ａ）における箱状部材が水中に設置された状態を想定した図である。ただし、図２（ａ）及び図２（ｃ）では散気装置と固定手段の図示を省略している。また、図２（ｃ）では箱状部材の側板に設けられた保持部の構造を説明するために連結具を破線で示している。
図３は散気装置から筒状部材の内部に供給された気泡の挙動を説明するための図である。なお、図３（ａ）は図２（ｂ）において箱状部材の下方に散気装置が設置された状態を表しており、図３（ｂ）は図３（ａ）において筒状部材を拡大した図である。また、図３（ａ）では固定手段の図示を省略している。

図１及び図２に示すように、気体溶解促進補助具１ａは、鉛直方向と平行をなすように設置される筒状部材２と、開口部を下に向けた状態で設置される箱状部材３と、箱状部材３を散気装置４に固定するための固定手段５を備えている。なお、本願発明及び実施の形態において「鉛直方向と平行」とは「鉛直方向と略平行」も含む概念を表している。

箱状部材３の天板６には、その内側へ向かって盛り上がるように滑らかな山型状をなす突起部６ａが形成されており、突起部６ａが形成されていない平坦な箇所には貫通孔６ｂ（図２（ａ）参照）が設けられている。そして、筒状部材２は貫通孔６ｂに挿通されており、天板６と直交した状態で箱状部材３に固定されている。また、箱状部材３には、平行に配置される一対の側板７，７に対して、棒状の連結具１１（図２（ｃ）参照）の上端及び下端を挿入可能に保持部７ａ，７ａが対向する位置にそれぞれ設けられている。
例えば、上下に２つの箱状部材３が配置されている場合、対向する位置にある上下の保持部７ａ，７ａに連結具１１の上端と下端をそれぞれ挿設することにより、２つの箱状部材３は互いに連結される。このように、気体溶解促進補助具１ａの箱状部材３には保持部７ａが設けられているため、複数個を上下方向に配置して使用する場合でも、連結具１１を用いることで、安定した状態で設置することが可能となっている。

散気装置４は、送風機などの気体供給源（図示せず）と、この気体供給源に一端が接続される送風管４ａと、この送風管４ａの他端に接続され、空気供給源から送風管４ａを介して空気が供給される多孔散気筒４ｂからなる。
固定手段５は、箱状部材３が上面８ａに設置される平板状の取付部材８と、送風管４ａを挟持するように設置される一対の半割状のバンド部材９，９と、バンド部材９，９と取付部材８を連結する棒状の連結部材１０からなる。

バンド部材９は、送風管４ａの外周に沿って湾曲した半円形状の挟持部と、この挟持部の両端から送風管４ａの半径方向の外側へ向かうようにそれぞれ延設される取付部からなり、この取付部にはボルト孔が設けられている。すなわち、バンド部材９，９は、取付部のボルト孔を利用して送風管４ａに対してボルト締めされる構造となっている。
また、箱状部材３は、側板７の縁部７ｂが外側へ向かって直角に曲折されており、縁部７ｂに設けられたネジ孔７ｃを利用して取付部材８にネジ止めされる構造となっている。

図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示すように、筒状部材２は、上端２ａが天板６から上方へ突出するとともに、天板６から下方へ突出する長さＬ_１が箱状部材３の深さＬ_２よりも短く、かつ、突起部６ａの高さＬ_３よりも長くなるように、天板６の貫通孔６ｂに挿設されている。すなわち、筒状部材２は天板６から下方へ突出する長さＬ_１が箱状部材３の深さＬ_２を超えないように貫通孔６ｂに挿設されており、突起部６ａは、その高さＬ_３が天板６から下方へ突出する筒状部材２の長さＬ_１を超えないように形成されている。

また、筒状部材２の側面２ｃには、下端２ｂからの長さをＬ_４とするスリット２ｄが所望の幅で円周方向へ等角度間隔に４か所設けられている。ただし、スリット２ｄの長さＬ_４と、筒状部材２が天板６から下方へ突出する長さＬ_１と、突起部６ａの高さＬ_３との関係は次の式（１）で表される。すなわち、筒状部材２は、スリット２ｄの最上部（下端２ｂからの距離がＬ_４となる箇所）が突起部６ａの先端よりも下方に配置されるように、天板６の貫通孔６ｂに挿設されている。なお、スリット２ｄを設ける数やその幅は、本実施例に示したものに限らず、適宜、変更可能である。

図１に示した気体溶解促進補助具１ａを箱状部材３の天板６が略水平となるように湖沼等の水中に設置し、送風機などを用いて酸素や空気などの気体を散気装置４に供給すると、多孔散気筒４ｂによって多数の気泡が発生する。
このようにして発生した気泡は、散気装置４の上方に設置された箱状部材３によって捕捉される。その結果、箱状部材３の内部にスリット２ｄの最上部を境として、その上側に気相１３が形成される。なお、箱状部材３の内部に形成される気相１３と液相との境界面を以下、単に界面１２というものとする。

図３（ａ）に示すように、散気装置４によって生成された多数の微細な気泡１４は、周囲の水を伴って上昇した後、箱状部材３によって捕捉される。ただし、筒状部材２の下端２ｂに到達した気泡１４は、箱状部材３によって捕捉されることなく、筒状部材２の内部を集団となって上昇した後、その上端２ａから溢出する。
一方、箱状部材３によって捕捉された気泡１４は、その内部の最上域で破裂して気相１３を形成する。また、集団化して気相１３に達した気泡１４は液泡１５となるが、この液泡１５は気相１３の中で気体に曝されて破裂する。

散気装置４から箱状部材３の内部に気泡１４が次々と供給されることによって、気相１３が形成される空間は、徐々に広くなり、界面１２の位置は下降していく。しかし、箱状部材３の内部に気体が貯留される量には限界があるため、界面１２が筒状部材２のスリット２ｄの最上部の位置に達すると、それ以降に箱状部材３の内部に供給された気泡１４は気相１３において液泡化して破裂するが、気相１３から溢れた気体は再び気泡１４となって筒状部材２の内部へ下端２ｂから流入する。

このようにして箱状部材３の内部に貯留された気体は、水深に応じた水圧を受けるため、それに含まれるガス成分が分圧に応じて液泡１５の液膜に吸収されるとともに、液膜内に余分に溶解していたガス成分が液膜の外に放出される。例えば、液膜中に酸素が不足している場合、液泡１５の内部や外部に存在する酸素が液膜に吸収され、その吸収された酸素と等しい量の他の気体が液膜から放出されることになる。

すなわち、湖沼等の底部のように水深のある場所に気体溶解促進補助具１ａを設置し、散気装置４から酸素や空気を箱状部材３に供給すると、箱状部材３の内部に貯留された気体は水深に応じた水圧を受けるため、その場所の水中の酸素が水生生物によって消費され、酸素以外の気体の濃度が高くなっていた場合でも、上述したように、液泡１５の液膜に溶存している他のガスが分圧に応じて酸素と置換される。したがって、気体溶解促進補助具１ａによれば、水深のある場所に散気装置４が設置されている場合でも、その散気装置４の上方に設置することにより、酸素の溶解を促して、水中の溶存酸素濃度を効率よく高めることができる。

周囲の水を連行しながら上昇した気泡１４は気相１３に達して液泡化した後、突起部６ａの先端に衝突して破裂するが、このとき、液泡１５の液膜を構成していた液体は、破線の矢印で示すように滑らかな山型状の突起部６ａの側面に沿って広がりながら上昇し、再び薄い大きな液膜を形成する。そして、この液膜に対しても液泡１５の液膜の場合と同様に、気相１３を形成する気体に含まれるガス成分が分圧に応じて吸収されるとともに、その液膜中に余分に溶解していたガス成分が外へ放出される。したがって、水中の溶存酸素濃度を高めるという効果をより一層発揮させることができる。

筒状部材２への気泡１４の流入口が下端２ｂのみに限られている場合、箱状部材３に気体が貯留され得る量に比べて、散気装置４から気泡１４として箱状部材３に供給される気体の量が多いと、気泡１４が箱状部材３に捕捉された際に、界面１２が上下に激しく揺動する。この場合、気泡１４の筒状部材２への流入が円滑になされず、その結果、筒状部材２の上端２ａからの気泡１４の溢出が断続的なものとなる。

これに対し、気体溶解促進補助具１ａにおいては、筒状部材２の側面にスリット２ｄが設けられているため、図３（ｂ）に実線の矢印で示すように、小さな気泡１４はスリット２ｄを通って筒状部材２の内部へ流入し、スリット２ｄを通り抜けられない大きな気泡１４は下端２ｂから筒状部材２の内部へ流入する。このように、気体溶解促進補助具１ａでは、気泡１４の筒状部材２への流入が円滑になされるため、筒状部材２の上端２ａから気泡１４が連続的に溢出する。

図４（ａ）は本発明の実施の形態に係る気体溶解促進補助具の実施例２の外観を示した正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）を幅方向の中央を通る鉛直平面で切断した状態を示す断面図である。また、図５は図４（ｂ）において気泡の挙動を説明するための図である。ただし、図５は図４（ｂ）における箱状部材が水中に設置された状態を表している。すなわち、図４（ｂ）及び図５はそれぞれ実施例１における図２（ｃ）及び図３（ａ）に相当する。
なお、図４（ｂ）では散気装置の図示を省略し、図４（ａ）及び図５では固定手段の図示を省略している。また、図１乃至図３に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、気体溶解促進補助具１ｂは、実施例１の気体溶解促進補助具１ａを構成する箱状部材３と同じ構造を有し、鉛直方向に所望の間隔をあけて設置された３つの箱状部材３ａ〜３ｃが連結具１１を介して互いに連結された構造となっている。そして、箱状部材３ｂは、その筒状部材２の上端２ａの開口部が箱状部材３ａの突起部６ａの先端の直下に配置されるように箱状部材３ａの下方に設置され、箱状部材３ｃは、その筒状部材２の上端２ａの開口部が箱状部材３ｂの突起部６ａの直下に配置されるように箱状部材３ｂの下方に設置されている。
なお、本実施例では３つの箱状部材３ａ〜３ｃが設置された構造となっているが、箱状部材の個数はこれに限定されるものではなく、適宜変更可能である。

このような構造の気体溶解促進補助具１ｂにおいては、図５に示すように、箱状部材３ｃに設置された筒状部材２の内部を集団となって上昇した気泡１４が筒状部材２の上端２ａから溢出し、箱状部材３ａの気相１３で気体に曝されて液泡１５となった後、箱状部材３ｂに形成された突起部６ａの先端に衝突して破裂する。また、箱状部材３ｂに設置された筒状部材２の内部を集団となって上昇した気泡１４は筒状部材２の上端２ａから溢出した後、箱状部材３ａの気相１３で気体に曝されて液泡化し、箱状部材３ａに形成された突起部６ａの先端に衝突して破裂する。

このとき、箱状部材３ｃに設置された筒状部材２は、その下端２ｂに到達した気泡１４を集めて箱状部材３ｂに形成された突起部６ａの先端の直下に誘導し、箱状部材３ｂに設置された筒状部材２は、その下端２ｂに到達した気泡１４を集めて箱状部材３ａに形成された突起部６ａの先端の直下に誘導するという機能を有する。
そして、気体溶解促進補助具１ｂでは、上述したように、箱状部材３ａの内部だけでなく、箱状部材３ｂ，３ｃの内部においても、気相１３に達した気泡１４によって液泡１５が生成されるとともに、突起部６ａの先端に衝突した液泡１５の破裂に伴って突起部６ａの側面に沿って液膜が形成される。ただし、箱状部材３ａ，３ｂにそれぞれ形成された突起部６ａの先端に対し、気体溶解促進補助具１ａの場合よりも多くの液泡１５が集中して衝突するため、液泡１５の破裂に伴って形成される液膜は気体溶解促進補助具１ａの場合よりも大きなものになる。すなわち、箱状部材３ｃの内部では、液泡１５が突起部６ａの先端に衝突して破裂することによって、破線の矢印で示すように山型状の突起部６ａの側面に沿って薄い液膜が形成されるが、箱状部材３ａ，３ｂでは、この液膜よりもさらに大きな液膜が実線の矢印で示すように、山型状の突起部６ａの側面に沿って形成されることになる。したがって、気体溶解促進補助具１ｂにおいては、液膜に溶存している他のガスが分圧に応じて酸素と置換されるという気体溶解促進補助具１ａにおける作用がより一層発揮される。

また、気体溶解促進補助具１ｂにおいては、少なくとも箱状部材３ｂ，３ｃにそれぞれ設置された筒状部材２がいずれも上端２ａを天板６の上方へ突出させた状態で貫通孔６ｂに挿設されていることから、箱状部材３ｃの筒状部材２の上端２ａは箱状部材３ｂに形成された突起部６ａの先端に対して近接して配置され、箱状部材３ｂの筒状部材２の上端２ａは箱状部材３ａに形成された突起部６ａの先端に対して近接して配置される。したがって、上端２ａを天板６の上方へ突出させていない場合と比較すると、下端２ｂに到達した気泡１４を集めて、その上方に配置された箱状部材の突起部６ａの先端の直下に誘導するという筒状部材２の作用が一層確実に発揮される。

なお、箱状部材３ｂ，３ｃにそれぞれ設置された筒状部材２の上端２ａがそれぞれ箱状部材３ａ，３ｂの内部の気相１３の中に配置されていた場合、箱状部材３ｂ，３ｃの各筒状部材２の上端２ａから送出された気泡１４によって連行される水の量が少なくなるため、気泡１４が液泡化して箱状部材３ａ，３ｂにそれぞれ形成された突起部６ａの先端に衝突して破裂したとしても大きな液膜は形成され難い。

しかしながら、気体溶解促進補助具１ｂでは、箱状部材３ｂ，３ｃの各筒状部材２の上端２ａがそれぞれ箱状部材３ａ，３ｂに設置された筒状部材２の下端２ｂよりも下方に配置される構造となっている（図４（ｂ）参照）。そのため、箱状部材３ａ，３ｂの内部に貯留され得る気体の量が限界に達した状態において、筒状部材２のスリット２ｄの位置に形成される界面１２よりも下方に、箱状部材３ｂ，３ｃにそれぞれ設置された筒状部材２の上端２ａが設置されることになる。
したがって、気体溶解促進補助具１ｂでは、図５に示すように箱状部材３ａ〜３ｃへ許容量を超える気体が散気装置４から供給されている状態において、箱状部材３ｂ，３ｃにそれぞれ設置された筒状部材２の上端２ａから溢出した気泡１４が液相中を勢い良く上昇して周囲の多量の水を連行し、気相１３の中で液泡化した後、箱状部材３ａ．３ｂにそれぞれ形成された突起部６ａの先端に勢いよく衝突する。その結果、箱状部材３ａ，３ｂの内部では山型状の突起部６ａの側面に沿った薄い大きな液膜が形成される。
なお、本実施例で示したように筒状部材２の側面にスリット２ｄを設ける場合には、箱状部材３ｂ，３ｃの各筒状部材２の上端２ａがそれぞれ箱状部材３ａ，３ｂに設置された筒状部材２のスリット２ｄの最上部よりも下方に配置される構造としても良い。

さらに、気体溶解促進補助具１ｂでは、箱状部材３ａ〜３ｃにそれぞれ設置された筒状部材２の側面にスリット２ｄが設けられているため、実施例１において図３（ｂ）を用いて説明したように、気体溶解促進補助具１ａの場合と同様の作用を有する。すなわち、気体溶解促進補助具１ｂにおいては、散気装置４から箱状部材３ａ〜３ｃに供給される気泡１４の量が多い場合でも、界面１２の上下への激しい揺動が抑えられるため、気泡１４が筒状部材２の内部へ円滑に流入し、箱状部材３ｂ，３ｃの各筒状部材２の上端２ａから連続的に溢出した気泡１４が液泡化して箱状部材３ａ，３ｂにそれぞれ形成された突起部６ａの先端に間断なく衝突する。したがって、気体溶解促進補助具１ｂにおいては、特に、箱状部材３ａ，３ｂの内部において、液泡１５が突起部６ａの先端に衝突して破裂する際に、突起部６ａの側面に沿った薄い液膜が形成され易いため、水中の溶存酸素濃度をさらに効率よく高めることできる。

本発明は、酸素に限らず、所望の気体を所望の液体の中に効率よく溶解させる必要がある場合に適用可能である。

１ａ，１ｂ…気体溶解促進補助具２…筒状部材２ａ…上端２ｂ…下端２ｃ…側面２ｄ…スリット３…箱状部材３ａ〜３ｃ…箱状部材４…散気装置４ａ…送風管４ｂ…多孔散気筒５…固定手段６…天板６ａ…突起部６ｂ…貫通孔７…側板７ａ…保持部７ｂ…縁部７ｃ…ネジ孔８…取付部材８ａ…上面９…バンド部材１０…連結部材１１…連結具１２…界面１３…気相１４…気泡１５…液泡

Claims

散気装置の上部に設置された状態で使用される気体溶解促進補助具であって、
開口部を下に向けた状態で設置されるとともに天板に貫通孔が設けられた箱状部材と、
鉛直方向と平行をなすように設置された筒状部材と、を備え、
この筒状部材は、前記天板から下方へ突出する長さが前記箱状部材の深さを超えないように前記貫通孔に挿設され、
前記箱状部材は、前記天板の前記貫通孔が設けられていない箇所に縦断面における幅が頂部に向かって漸次減少し凹状に湾曲する側面を有する円錐形状の突起部が下方へ向かって、その高さが前記筒状部材の前記天板から下方へ突出する長さを超えないように形成されたことを特徴とする気体溶解促進補助具。
散気装置の上部に設置された状態で使用される気体溶解促進補助具であって、
第１の開口部を下に向けた状態で設置されるとともに第１の天板に第１の貫通孔が設けられた第１の箱状部材と、
鉛直方向と平行をなすように設置された第１の筒状部材と、
第２の開口部を下に向けた状態で設置されるとともに第２の天板に第２の貫通孔が設けられた第２の箱状部材と、
鉛直方向と平行をなすように設置された第２の筒状部材と、を備え、
前記第１の筒状部材は、前記第１の天板から下方へ突出する長さが前記第１の箱状部材の深さを超えないように前記第１の貫通孔に挿設されるとともに、
前記第２の筒状部材は、前記第２の天板から下方へ突出する長さが前記第２の箱状部材の深さを超えないように前記第２の貫通孔に挿設されており、
前記第１の箱状部材は、前記第１の天板の前記第１の貫通孔が設けられていない箇所に縦断面における幅が頂部に向かって漸次減少し凹状に湾曲する側面を有する円錐形状の第１の突起部が下方へ向かって、その高さが前記第１の筒状部材の前記第１の天板から下方へ突出する長さを超えないように形成され、
前記第２の箱状部材は、前記第２の天板の前記第２の貫通孔が設けられていない箇所に縦断面における幅が頂部に向かって漸次減少し凹状に湾曲する側面を有する円錐形状の第２の突起部が下方へ向かって、その高さが前記第２の筒状部材の前記第２の天板から下方へ突出する長さを超えないように形成されるとともに、前記第２の筒状部材の上端開口部が前記第１の箱状部材の前記第１の突起部の先端の直下に配置されるように前記第１の箱状部材の下方に設置されたことを特徴とする気体溶解促進補助具。
前記第２の箱状部材の前記第２の筒状部材は、その上端が前記第２の天板の上方へ突出するように前記第２の貫通孔に挿設されたことを特徴とする請求項２に記載の気体溶解促進補助具。
前記第２の箱状部材の前記第２の筒状部材は、その上端が前記第１の箱状部材の前記第１の筒状部材の下端よりも下方に配置されるように前記第２の天板の前記第２の貫通孔に挿設されたことを特徴とする請求項３に記載の気体溶解促進補助具。
棒状の連結具を備え、
前記第１の箱状部材及び前記第２の箱状部材は、前記連結具の上端及び下端をそれぞれ挿入可能に形成される保持部が対向するように互いの側板にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の気体溶解促進補助具。
前記第２の箱状部材に設置された前記第２の筒状部材は、側面にスリットが設けられるとともに、このスリットの最上部が前記第２の箱状部材に形成された前記第２の突起部の先端よりも下方に配置されるように、前記第２の天板の前記第２の貫通孔に挿設されたことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の気体溶解促進補助具。