JPS6322168B2

JPS6322168B2 -

Info

Publication number: JPS6322168B2
Application number: JP59155574A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Aoki; Shikazo Nakagawa
Original assignee: NIPPON SANGYO GIJUTSU KK
Current assignee: NIPPON SANGYO GIJUTSU KK
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1988-05-11
Also published as: JPS6135832A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は深い養魚池の循環水の溶存酸素の増大
に資すること、半導体ガスの如き毒性著しく、ま
たは爆発性のある気体を送風機のような危険を伴
い、多量のエネルギーを消費する輸送機関の助け
なしに発生源から直接吸収塔に吸気し、同時に微
細気泡化して、気液の反応を促進し除害の目的を
達成すること、あるいは醗酵槽からの炭酸ガスを
直接吸気して微細気泡化し、溶存量を高める清涼
飲料の製造装置に適用すること、さらに池、湖、
海の赤潮等の発生時に、水中の適所に水中モータ
ーの軸を上に向け上下両端有蓋中空円筒体よりな
るロータを取付け、カバーと連結した吸気管を水
面上に開口し、大気から無限に酸素を吸気し、且
つ微細気泡化し、汚染環境の急速な回復を計るこ
とが出来る等応用範囲広く、且つ経済的貢献度の
大きな自吸式微細気泡発生装置に関するものであ
る。（従来技術）近年工鉱業廃水の処理、下水処理、河川、湖
沼、および沿岸海水の汚染浄化等が重大な社会問
題となつて来たが、これらは何れも、大気下操業
する作業であり、施設の性格上省エネルギー、低
設備費であることが要求される。従来、吸気管の下部にタービン翼、乃至ポンプ
のランナーを設けて、これ等を高速回転せしめる
ことにより液面上の気体を吸引し、これを液体中
で気泡化する吸引式気泡発生装置が使用されてい
る。然し、これ等従来の気泡発生装置は、吸引さ
れた気体がタービン翼乃至ポンプのランナー間を
流動する液流に随伴し、分割されて気泡化するも
のであるから、本発明とは気泡発生の機構を異に
し、気泡の微細化度と気泡径の均一性に乏しい欠
陥があつた。また、本発明と同じ趣旨で、円筒体とその外周
側面に凹凸を施して荒粗化した回転子を液中に浸
漬し、高速回転して気体の吸引と微細化とを計つ
た吸気回転式微細気泡発生装置（特開昭53−
42176号公報）はあるが、この装置は回転子の上
面と液面までの距離、すなわち沈潜度が小さく
（０〜20mm）、逆に沈潜度を大きくするとその性能
が低下することを表示している。気泡の微細化度
の目安として、亜硫酸ソーダ溶液の空気による酸
化速度を用いているが、同一運転条件で沈潜度を
大きくすると酸化速度は低下している。これは吸
引空気量が少なくなつたことを示すものである。一般的に気液の接触反応においては、気泡径が
同一で、気体量が同一なら、気液が接触する時間
が長い程、すなわち液深が大きい程、その反応量
は増大する。前記従来の吸気回転式微細気泡発生
装置は、回転子の液中での沈潜度が小さいため、
気液の接触する時間が短い。そこで気液の接触時
間を長くするために液深を大きくすれば、沈潜度
が大きくなり、逆に性能が低下する欠点があつ
た。本発明者等は、さきに「液体中に超微細気泡を
発生せしめる装置」（特許第1195153号）を開発
し、超微細気泡発生装置の実用化に成功し、既に
多方面に採用されている。然しこの発明では気体
を供給する送気設備が必要であつた。例えば、有毒、あるいは爆発性のため危険な半
導体用ガスの処理に該特許の装置は数多く利用さ
れているが、この場合送気設備を省略出来ること
は経済性の改善に資すると共に、送気設備とその
接続部分における気体漏洩等による危険性の軽減
にも貢献できることになる。（発明が解決しようとする問題点）本発明は前記従来の問題点であつた送気設備の
必要性を無くして経済性の改善に資すると共に、
接続部分における気体漏洩等による危険性を排除
しようとするものである。（問題点を解決するための手段）このため本発明は、上端有蓋または上下両端有
蓋の中空の円筒体の上面に放射状の羽根翼、その
外周側面には中心線に平行な縦縞状の畝を植設す
ると共に、該中心線を軸として高速回転するよう
液中に沈設された回転子と、上端が液面上に開口
し、下部に形成された開放端を前記回転子の上方
に位置させ、前記開口部より気体を吸引して前記
回転子に供給する吸気管とを備え、吸引した気体
を液中で微細気泡となすようにした点を問題点を
解決するための手段とするものである。また本発明は、上下両端有蓋の中空円筒体の下
面に放射状の羽根翼、その外周側面には中心線に
平行な縦縞状の畝を植設すると共に、中心線を軸
として高速回転するよう液中に沈設された回転子
と、上端が液面上に開口し、下部は前記回転子の
下方に位置する上向開放のＵ字形部に形成され、
前記開口部より気体を吸引して前記回転子に供給
する吸気管とを備え、吸引した気体を液中で微細
気泡となすようにした点を問題点を解決するため
の手段とするものである。（作用）回転子をその中心線を軸として高速回転させる
と、放射状の羽根翼と外周側面の縦縞状の畝との
作用によつて周囲の液体中に旋回渦流が生ずる。
この旋回渦流の作用で、この部分に開放端が位置
する吸気管の上端開口部から気体が吸引され、該
気体は液中で微細気泡化される。（実施例）以下本発明の実施例を図面について説明する
と、第１図〜第４図は本発明の実施例を示し、第
１図〜第３図は第１実施例、第４図は第２実施例
を示す。さて本発明者等は、液中深く、沈潜度の
大きい状態で、吸気量が大きく、且つこの吸引気
体を液中に微細気泡化する装置の開発を目指して
種々の試験装置を試作し、検討を重ね、実験を経
て以下の現象を見出し得た。すなわち、液中深
く、上端有蓋の円筒体よりなる回転子を浸漬し、
この回転子の円筒外周側面高さの上部1/10〜1/2
を占める区域に縦縞状に畝を等間隔（10mm〜50
mm）に配分し、畝の高さは円筒体直径の0.15％〜
10％の素片を植設乃至刻設し、なお、蓋の上面の
周縁に放射状に、かつ蓋の上面に垂直に、高さ、
および幅はそれぞれ円筒体直径の0.5％〜30％お
よび10％〜20％で、厚さ２mm〜６mmの薄板の羽根
翼を植設し、さらに該羽根翼の外周径の1.1倍〜
1.5倍の内径で、高さは回転子を形成する円筒体
の高さの少くとも３倍の寸法を有するカバー（吸
気管の液中における拡大開放端）を設け、かつ該
カバーの頂部は液面上の気体、あるいは別の場所
で発生する気体との連絡支管に連結し、回転子の
軸はこの場合、この連絡管で包囲しており、さら
に吸引量を測定する流量計を備えている。次に本発明者等が実験を行なつた装置の１例を
第１図によつて説明すると、図において液槽１
（200mmφ×772mmｈ）の底面から250mm上方の水平
面と回転子の蓋の面とが、所謂面一になるように
回転子を設置し、この面を計測の基準零点にして
上方に450mmまで液面を変化させ、液面から回転
子の蓋面までの距離（吸込高さ）に応じて回転子
の周速と吸気量との関係を観測し、同じ周速であ
つても液面からの距離が大きくなるに従つて吸気
量は少なくなり、同じ吸気量を得るためには該距
離が大きくなる程大きな周速が必要である。ここで吸気に至るまでの状況を順を追つて概説
すると、回転子の周速が大きくなるにつれて吸気
管内の液面は次第に降下するが、液槽を貫通する
吸気管の外側にある周囲の液面には殆ど変化が見
られず、吸気管内の液面のみが降下して遂には回
転子の上面、すなわち基準面に達すると、やがて
気体は回転子とカバーとの間隙を通り、水圧によ
つてカバー内に向つて押し揚げて来る液体と一緒
に羽根翼の遠心作用によつて当該間隙を液体の進
行方向に対して逆進し、ここに始めて回転子の外
周側壁の上部に配設された畝と畝との間の溝を通
り下方に向つて直進し、大部分は回転子の裾の区
域に巻きつき、液流によつて引きちぎられて微細
気泡化して旋回するが、一部は槽底にまで到達す
る。因にカバーを特に長大に拡げた理由は、回転子
上面とカバーとの間隙における気液の激しい陣取
りの葛藤が、流量計の指標を上下に動揺させるの
で、これを緩和し、指標の指示を静止させるため
である。さらに周速を増せば吸気量は次第に大き
くなり、液槽全体が微細気泡を含む気液混相の様
相を呈し、液槽の蓋から溢れるようになる。次に図面について説明すると、第１図〜第３図
の２は回転子で、上端有蓋または上下両端有蓋中
空の円筒体である。３は回転軸、４は畝、５は回
転子の蓋面に垂直に植設した羽根翼、６は吸気連
絡管、７は液槽壁面に回転子２の軸線に平行に設
けた邪魔板、８は軸承、９はボールベアリング、
１０は流量計、１１は電動機、１２は気体排出
口、１３は回転子２のカバーで、吸気管の液中に
おける開放端、１４は回転子２上面の小円輪で、
その側面に放射状に羽根翼を植設する。１５は液
槽の液面、１６は吸気連絡支管である。第２図はロータの詳細図、第３図は第２図蓋面
の正面図で、符号は第１図と同じである。また第
４図は第２実施例を示し、吸気管の液中開放端を
平板１７にし、直下に回転子２を配設した図であ
る。第５図は第３実施例を示し、上下両端有蓋中空
円筒体２ａの下面に放射状羽根翼５ａと外周側面
下部に縦縞状畝４ａとを配設し、回転子下面の直
下に吸気管１８の液中における開放端をＵ字にし
て上に向け平板にした場合の図である。また第６
図は第５図の平板を拡大管にした場合の断面図で
ある。以下更に本発明を下記具体例により詳述す
る。具体例１直径200mm高さ772mmの水槽に直径50mmφ高さ85
mmの上端有蓋円筒体よりなる回転子（以下ロータ
という）を、その蓋の面が槽底から250mmの高さ
になるように槽の中心線上に設置し、ロータ外周
側面上部に高さ３mm、幅３mm、長さ30mmの畝素片
10本を縦縞状、等間隔に、また蓋の中心に合せて
外径28mm、高さ15mmの円輪とその外周側面並びに
蓋の上面に接し、高さ15mm、厚さ２mm、幅11mmの
羽根翼８枚を等間隔、放射状に植設し、カバーの
内径を75mm、65mm、57mmの３種類とし、回転子の
蓋面から水面までの距離（吸込高さ）が400mm、
450mmの場合に吸気量を比較し第１表を得た。

【表】Ｖは回転子の外周側壁に植設してある畝の高さ
の２倍を回転子の直径に加算した外径で計算した
周速度である。カバーとロータの外壁との間隙は
小さい程吸気量が大きい。具体例２水槽は前記具体例１と同じもので、ロータは直
径60mm、高さ90mm、の上端有蓋円筒体の外周側面
上部に、高さ４mm、幅４mm、長さ25mmの畝素片を
縦縞状、等間隔に12本と、また蓋の中心に外径35
mm、高さ15mmの円輪の外周側面と蓋面とに接し、
高さ15mm、厚さ２mm、幅12.5mmの羽根翼８枚とを
植設し、カバーの内径75mm、ロータの蓋面から水
面までの距離（吸込高さ）450mmの場合における
吸気量と、第１表のロータ直径50mm、カバー内径
65mmの場合における吸気量とを対比して第２表に
掲げた。

【表】

【表】第２表からロータの直径が大きい方が同じ周速
で比較すると吸気量は大きい。具体例３水槽は具体例１および２と同じものを使用し、
ロータは50mmφ×85mmｈで畝および羽根翼も前記
50mmφロータと同じとし、カバー内径57mmφ、高
さを75mmと小さくしたが、吸気管と流量計との間
に容積20のガス溜めをおいて流量計指標脈動防
止用緩衝器とした。Na₂SO₃428.4grを17に溶解
し、液槽に入れ、液温22.5℃、0.53KW、周速
13.8ｍ／secで20／min吸気し、20分間で液温39
℃まで上昇し、酸化完了した。mol／／hrは0.6で酸素利用効率は45.33％であつた。具体例４水槽は具体例１，２および３と同じものを用
い、ロータも、カバーも、ガス溜も具体例３と同
じものを使用し、Na₂SO₃28.35grを15の水に溶
解し、よく撹拌して水槽に移し、試料を採取して
分析すると、0.015mol／を示したので、水槽
に戻しDOメータのセンサを液中に吊し、DO指
示を零に合せ、22.5℃から液面上の空気を30／
min吸引、0.53KW、周速13.8ｍ／secで30分間微
細気泡化してDOの増加状況を観測すると、５分
後にDO9を示し、時間と共に少しづつ増し、30
分後に9.75を示し、液温31℃に上昇した。ここで
吸気と空気中酸素の溶解作業を停止し、この時点
からDOの推移を記録した。第３表は過飽和DO
が自然減少する状況を示す。

【表】具体例５第４図の装置において、直径166mmφの水槽の
中心線をロータの回転軸の位置とし、中心から
120mm離れた円周上に12mmφの邪魔棒３本をロー
タの軸に平行に配設し、ロータの上面から水面ま
での距離200mm（吸込高さ）のとき、ロータの周
速と吸気量との関係は第４表に示す通りである。

【表】ロータの蓋面および外周側面に植設した羽根、
および畝の高さと、長さが大きい方が多く吸気
し、周速に比例して吸気量は増す。具体例６第５図の装置において具体例５と同じ水槽中
に、同じロータを天地逆にして配設し、ロータの
下面から水面までの距離Ｈmmに吸気管のＵ字彎曲
部位から上向開放端に至る高さを加えた実吸込高
さにおける周速と吸気量との関係を示すと第５表
の通りになつた。

【表】周速は同じでも、実吸込み高さが大きくなるに
従つて、吸気量は少なくなる。（発明の効果）以上詳細に説明した如く本発明は、高速回転さ
せて旋回渦流を生ずる回転子を設けた自吸式微細
気泡発生装置であるので、従来のような送気設備
は不要である。従つて経済性に富むと共に、送気
設備との接続部分における気体漏洩等による危険
性を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す自吸式微細気泡
発生装置の縦断面図、第２図は第１図における要
部の詳細図、第３図は半分のみ示す第２図の平面
図、第４図は他の実施例を示す第１図に対応した
断面図、第５図は更に他の実施例における吸気部
のみ示す断面図、第６図は第５図と異なる実施例
の断面図である。図の主要部分の説明、１……液槽、２……回転
子、３……回転軸、４……畝、５……羽根翼、６
……吸気管、１３……開放端。

Claims

【特許請求の範囲】１上端有蓋または上下両端有蓋の中空の円筒体
の上面に放射状の羽根翼、その外周側面には中心
線に平行な縦縞状の畝を植設すると共に、該中心
線を軸として高速回転するよう液中に沈設された
回転子と、上端が液面上に開口し、下部に形成さ
れた開放端を前記回転子の上方に位置させ、前記
開口部より気体を吸引して前記回転子に供給する
吸気管とを備え、吸引した気体を液中で微細気泡
となすことを特徴とする自吸式微細気泡発生装
置。２自吸式微細気泡発生装置の吸気管の液中にお
ける開放端は回転子の直径の1.1〜1.5倍の外径を
有する平板、または拡大管を設けた特許請求範囲
第１項記載の自吸式微細気泡発生装置。３自吸式微細気泡発生装置を液中に設置する場
合には回転子の周囲に邪魔棒、または邪魔板を回
転子の軸線に平行して配設した特許請求範囲第１
項、または第２項記載の自吸式微細気泡発生装
置。４上下両端有蓋の中空円筒体の下面に放射状の
羽根翼、その外周側面には中心線に平行な縦縞状
の畝を植設すると共に、中心線を軸として高速回
転するよう液中に沈設された回転子と、上端が液
面上に開口し、下部は前記回転子の下方に位置す
る上向開放のＵ字形部に形成され、前記開口部よ
り気体を吸引して前記回転子に供給する吸気管と
を備え、吸引した気体を液中で微細気泡となすこ
とを特徴とする自吸式微細気泡発生装置。５自吸式微細気泡発生装置の吸気管の液中にお
けるＵ字形部の開放端には回転子の直径の1.1〜
1.5倍の外径を有する平板又は拡大管を設けた特
許請求の範囲第４項記載の自吸式微細気泡発生装
置。６自吸式微細気泡発生装置を液中に設置する場
合には回転子の周囲に邪魔棒、または邪魔板を回
転子の軸線に平行して配設した特許請求範囲の第
４項または第５項記載の自吸式微細気泡発生装
置。