TW202102114A

TW202102114A - 微細氣泡產生構件及使用該構件的水中曝氣攪拌裝置

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Publication number: TW202102114A
Application number: TW109100400A
Authority: TW
Inventors: 尊田育馬
Original assignee: 日商阪神動力機械股份有限公司
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-01-16
Also published as: WO2021009822A1; JP6651094B1; JPWO2021009822A1; CN111344259A; MY191107A; TWI714422B

Abstract

於水中曝氣攪拌裝置之攪拌翼的翼轂的空洞內所具備的微細氣泡產生構件，該微細氣泡產生構件，是使其橫斷面為4個短邊及4個長邊交互配置而構成非正八角形狀，並形成由上表面被閉塞且下表面呈開放而構成的筒狀，並且於上述4個短邊分別形成有在上述上表面與下表面之間延伸的狹縫，且於上述翼轂的空洞內使兩者的軸心以一致的方式設置而可與上述攪拌翼一同旋轉。

Description

微細氣泡產生構件及使用該構件的水中曝氣攪拌裝置

本發明，是有關設置在排水處理施設等之水槽內，對水槽內的排水進行曝氣攪拌之水中曝氣攪拌裝置領域，特別是關於微細氣泡產生構件及使用該構件的水中曝氣攪拌裝置。

為了改善排水處理施設等之水槽內的排水或是改善河川之水的水質，會使用一面對低層水供給氧氣，一面在與表層水之間強制性地使對流產生的水中曝氣攪拌裝置。作為該水中曝氣攪拌裝置者，被要求要能夠極力地減少水流的能量衰減並可及於大範圍地將水攪拌的性能。作為應答此種性能者，本願申請人對於水的吐出，曾提案有凝集了創意的裝置(請參照專利文獻1)。

於專利文獻1所揭示的水中曝氣攪拌裝置，是採用短圓筒狀的吐出外殼，該吐出外殼，是於周方向上隔以適當間隔地設置有使水朝向輻射方向吐出的複數個吐出口，上述吐出口是分別藉由大致沿著輻射方向延伸之具有一對區隔壁部的區隔壁構件而被各別分割於周方向上。又，於吐出外殼中，藉由使各區隔壁構件之各別的區隔壁部之間朝向上側及外側開放，而形成有延伸於輻射方向的導引槽。

在上述的水中曝氣攪拌裝置，由於吐出外殼藉由區隔壁構件而成為被複數個吐出口所分割的狀態，所以來自各吐出口的水成水流束地吐出。藉此，得以抑制從各吐出口所吐出之水流的能量衰減。其結果，各水流可以及於大範圍地將水攪拌。並且，藉由從各吐出口所吐出的水流，在該各水流產生流通過導引槽的尾流(wake)。藉此，不會有由於卡門渦流(Karman vortex)所導致之來自各吐出口之水流的能量衰減，而使攪拌力進一步提升。

然而，近來對於水中曝氣攪拌裝置，除了要有優良的攪拌力之外，亦被要求要有更高的曝氣性能之傾向。為了因應如此的要求，可舉出採取儘可能將混在所吐出之水流中的氣泡予以微細化的手段。

在此，被微細化後的氣泡，即所謂微細氣泡，是微米氣泡(micro bubble)、微米-奈米氣泡(micro nano bubble)、以及奈米氣泡(nano bubble)的總稱。所謂微米氣泡，一般是指氣泡的直徑為10μm～數十μm以下的微細氣泡。所謂微米-奈米氣泡，是指直徑為數百nm～10μm的氣泡。所謂奈米氣泡，是指氣泡的直徑為數百nm以下的氣泡。微米氣泡會隨著時間的經過而成微奈米氣泡化，當變成此尺寸時，收縮速度會變快而急劇地變小。奈米氣泡較多是在此過程所產生。微米氣泡，可提高水中氧氣濃度，藉此而使水中的需氧性微生物活性化之結果，可促進水的淨化。

作為使上述的微細氣泡產生之手段者，以往周知有：將氣體加壓使氣體大量溶存於水中後，藉由減壓使之再氣泡化的加壓減壓法(例如，請參照專利文獻2)、或是將氣體導入於液體中，藉由使葉片在液體中每秒旋轉數百次來將氣體剪斷使之產生的氣液剪斷法(例如，請參照專利文獻3)、或是藉由高壓空氣通過具有微細孔之薄膜等使微細氣泡產生的微細氣孔加壓法(例如，請參照專利文獻4)等。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本發明專利第3203336號公報 [專利文獻2]日本特開2014-69160號公報 [專利文獻3]日本特開2012-228644號公報 [專利文獻4]日本特開2009-119400號公報

[發明所欲解決的問題]

然而，使微細氣泡產生之上述以往的手段，由於無論何者都必須要龐大的裝置，所以並無法期望可將之組裝進專利文獻1所記載的水中曝氣攪拌裝置內。因此，必須在水中曝氣攪拌裝置的前段設置另外的微細氣泡產生裝置。如此一來的話，對水進行曝氣攪拌就變成必須要2種類的裝置，所以不僅由於該原因會導致裝置的設置作業或者維修作業變得煩瑣之外，也會有增加用以水處理的設備費或者維持費的問題。

本發明，是為了改善此等問題而研創，在於提供一種微細氣泡產生構件，不僅其構成極為簡單之外，同時對於具備有攪拌翼之以往的水中曝氣攪拌裝置，可容易賦予優良的攪拌力與高曝氣性能之雙方。又，在於提供一種水中曝氣攪拌裝置，以此1台就可以應付要有優秀攪拌力與高曝氣性能之兩方面的需求，而且經濟性亦優秀。 [用以解決問題的手段]

為了解決上述課題，本發明，是以水中曝氣攪拌裝置作為前提，該水中曝氣攪拌裝置，是具備有：攪拌翼，其係在空洞的上述翼轂之周面設有葉片，且上述翼轂是在上部周面具有空氣吐出口並且在下表面具有空氣取入口；及馬達，其係使該攪拌翼旋轉；及空氣供給管，其係在上述攪拌翼的翼轂內經由上述空氣取入口供給空氣；以及吐出口，其係使從上述翼轂的空氣吐出口所吐出的空氣，混合於藉由上述攪拌翼的旋轉所產生的水流中，並使混合後的氣液混合水流朝向輻射方向吐出。在此基礎上，本發明是以具備有：在上述翼轂的空洞內所具備的微細氣泡產生構件作為發明特定事項。亦即，微細氣泡產生構件，是使其橫斷面為4個短邊及4個長邊交互配置而構成非正八角形狀，並形成上表面被閉塞且下表面呈開放而構成的筒狀，並且於上述4個短邊分別形成有在上述上表面與下表面之間延伸的狹縫，且於上述翼轂的空洞內使兩者的軸心以一致的方式設置而可與上述攪拌翼一同旋轉，來作為其特徵者。

依據本發明的發明特定事項，於攪拌翼之翼轂的空洞內具備有上述構成的微細氣泡產生構件，藉由使該微細氣泡產生構件與攪拌翼一同旋轉，利用如下之原理由於可以進行流體內之氣泡的微細化，所以不需要以往所必須另外設置的微細氣泡產生裝置。

微細氣泡產生構件70，如第5圖所示，是使其橫斷面設成4個短邊A及4個長邊B交互配置而構成非正八角形狀，並形成其上表面U被閉塞而其下表面L呈開放而構成的筒狀，並且於4個短邊A，由於分別形成有：在上表面U與下表面L之間延伸的狹縫S，所以當如此所構成之微細氣泡產生構件70與攪拌翼一同旋轉時，由於2種類的邊A、B的長度不同而產生壓力差，藉由該壓力差使流體膨脹，伴隨此作用使流體內的氣泡被微細化。以下，對於此點詳述之。

微細氣泡產生構件70由於為如上所述的非正八角形，如第6圖所示，從微細氣泡產生構件70的中心O到短邊A的寬度方向中心A_O 為止的半徑r_A ，與從中心O到長邊B的寬度方向中心B_O 為止的半徑r_B 為不同，成為r_A ＞r_B 。以短邊A之點A_O 的速度為v_A ，以長邊B之點B_O 的速度為v_B ，將此等各點A_O 、B_O 的壓力分別設為P_A 、P_B 時，速度v(m/s)=r×ω，由於ω於兩點A_O 、B_O 同為一定，所以成為v_A ＞v_B 。上述點A_O 與B_O 所帶有之能量的總和為Z_A ＋v_A ² /2g＋P_A /γ=Z_B ＋v_B ² /2g＋P_B /γ，由於雙方的位能相等，所以成為(v_A ² -v_B ² )/2g=(P_B -P_A )/γ。該速度差v_A ² -v_B ² 會在微細氣泡產生構件70的內部使壓力差P_B -P_A 產生。將流入至微細氣泡產生構件70之內部的空氣與水的混合體看成是理想氣體的一種時，流體的壓力與容積可以以PV=RT來表示，不過微細氣泡產生構件70內部的壓力差P_B -P_A ，在通過短邊A的狹縫S後便減少，其減少的部分有多少便使容積膨脹多少。藉由如此之流體進行膨脹的氣勢對水中的空氣(氣泡)施加打擊，結果使氣泡的微細化進行。

如上述般進行，含有由微細氣泡產生構件所產生之微細氣泡的流體，是從設置在翼轂之上部周面的空氣吐出口吐出，並與由攪拌翼之旋轉所產生的水流混合，然後從吐出口朝向輻射方向吐出。

在此，狹縫S，雖然也可以是其長邊為沿著微細氣泡產生構件70的軸心的長方形，不過狹縫S的兩端緣，是以具有與該狹縫S的寬度尺寸相等之直徑的半圓狀為理想。以下，對於此點詳述說明。

藉由從微細氣泡產生構件70之下表面開口供給空氣，水與空氣的混合流體，如第7圖所示，係通過寬度d的狹縫S，如上所述之方式在微細氣泡產生構件70的外部促進空氣的微細化。此時，狹縫S的兩端緣若不是矩形，而是具有與狹縫S的寬度d相等之直徑的半圓狀(寬度為d時，R=1/2d)的話，則藉由以下所述的理由可促進空氣的微細化。 (1)藉由減輕通過狹縫的流速來使吐出壓力上昇對於圍繞微細氣泡產生構件70的流體，原則上作用有位能Z、速度能v² /2g、壓力能P/γ，該等能量的總合恆定成立Z＋v² /2g＋P/γ=一定的關係。

在此，為了促進空氣的微細化，必須實施成：於微細氣泡產生構件70的狹縫S所產生的壓力不易減少的形狀。 (2)防止纖維殘渣纏住在污水中使用微細氣泡產生構件70之情形時，會擔心於狹縫S的兩端纏住纖維殘渣，依狹縫的形狀恐有堵塞住狹縫整體之虞。在此，狹縫S的兩端緣為半圓狀(圓弧狀)，比起矩形之情形時，在纖維殘渣纏住於狹縫S時可以容易從狹縫S剝離，由於在狹縫S所產生的壓力不易減少，所以容易將纖維殘渣朝向吐出方向(從微細氣泡產生構件70的內部朝外側)推壓出。 (3)結論微細氣泡產生構件70之狹縫S的兩端緣的形狀不設為矩形(狹縫S整體為長方形)而設為如上所述之圓弧狀的情形時，由於在狹縫S的流速被減輕，所以可以減輕從微細氣泡產生構件70的入口往出口(狹縫S)之壓力的減少。其結果，不僅促進空氣的微細化，藉由以較高壓力將纖維殘渣從微細氣泡產生構件70的內部往外側推壓出，可以防止狹縫S受到纖維殘渣所堵塞。因此，狹縫S的兩端緣，是設為以狹縫S的寬度d作為直徑的半圓狀。以下，對於將狹縫S之兩端緣的形狀設為矩形的情形與設為半圓狀的情形時之壓力差的原理進行詳述。

-關於將狹縫S之兩端緣的形狀設為矩形之情形與設為半圓狀之情形的壓力差- 對於流動方向之形狀的流速，是藉由曼寧(Manning)公式，由以下式子所定義。

v：流速[m/s] n：粗糙係數 R：水力半徑 [m] I：斜率 A：截面積[m² ] P：流水的濕周長度[m]

在此，n、I為恆定時，流速v是依水力半徑R(m)而變動。

R若較小時v也變得較小而成為可以保持較高壓力的傾向(不過在此位能Z為恆定：請參照下式)。又，對於截面積A及流水的濕周長度P請參照第8圖。

Z：位置 v：速度 P：壓力 γ：比重

因此，於以下計算出將狹縫S之兩端緣的形狀設為半圓狀之情形與設為矩形狀之情形時的差，狹縫S之兩端緣的形狀為半圓狀時，水力半徑R較小，以下證明如上述地在水理學上其較有利。 (1)狹縫之兩端緣的形狀為半圓狀之情形時如第9圖所示，狹縫S之兩端緣的形狀為半圓狀而設為R=1/2d時，流水的截面積A與形成該截面積之圓的中心所成的角度θ的關係，是藉由下式所定義。不過在此，θ的範圍是設為0°＜θ≦180°。

在此，sin2α=2sinαcosα(α為任意的角度) sinαcosα=1/2．sin2α 若將之代入，則成為下式(1)。

其次，流水的濕周長度P成為下式(2)。

藉由上述的式(1)、(2)，若計算水力半徑R時則成為如下。

因此，狹縫S之兩端緣的形狀為半圓狀而設為R=1/2d時之水力半徑R可以以上述的式(3)表示。 (2)狹縫之兩端緣的形狀為矩形之情形時狹縫S之兩端緣的形狀為矩形之情形時，流水的截面積A與形成該截面積之中心的角度的關係，是藉由以下所定義。不過在此，θ的範圍是設為90°＜θ≦180°。

帶有中心角θ之流水的截面積A，如第10圖所示，可以以四角形abcd表示。

因此，成為如下。

其次，流水的潤邊長P成為如下。

若藉由上述式4、5計算水力半徑R’時成為如下。

(3)比較檢討狹縫S之兩端緣的形狀為半圓狀之情形時的水力半徑R，藉由上述式(3)在0°＜θ≦180°的範圍中成為R＜d/4。

另一方面，狹縫S之兩端緣的形狀為矩形之情形時的水力半徑R’，藉由上述式(6)在90°＜θ≦180°的範圍中必定成為R’≧d/4。

亦即，水力半徑，在狹縫S之兩端緣的形狀為半圓狀之情形時，是比為矩形之情形時還小，中心角度θ為相同時恆常成立R’-R＞0的關係。

因此，對於流動方向之形狀的流速，藉由曼寧的公式由於成為如下式所示：

水力半徑R較小者流速較小，流體在通過狹縫S時可以保持較高壓力。

狹縫S之兩端緣的形狀為矩形之情形時與為半圓狀之情形時的流速差成為：

將狹縫S之兩端緣的形狀設為半圓狀之情形時，該速度差異程度，可以比兩端緣的形狀設為矩形之情形時的狹縫S取得較高的壓力。

由以上所述，本發明之微細氣泡產生構件70之狹縫S的形狀，是以設為：使其兩端緣以狹縫S的寬度d為直徑的半圓狀(R=1/2d)為佳。

再者，一面參照第11圖一面補充說明，狹縫S之兩端緣的形狀為矩形之情形時的流速v與為半圓狀之情形時的流速v’的速度差，成為：

該速度差異程度的多寡，對於分別所產生的壓力亦會產生落差。

上述P-P’，成為用以對微細氣泡產生構件70供給較高壓力的落格，並成為促進空氣的微細化以及對於防止纖維殘渣纏住為有利的要素。

不過，本發明的微細氣泡產生構件，亦可設成攪拌翼相對於翼轂能夠裝卸。

根據本發明特定事項，由於對於既有之水中曝氣攪拌裝置的攪拌翼亦可以裝設微細氣泡產生構件，所以可以轉用在既有的水中曝氣攪拌裝置。

本發明的水中曝氣攪拌裝置，由於是具備有上述的微細氣泡產生構件者，所以不僅構成上極為簡單，同時可以以此1台便可因應要有優秀攪拌力與高曝氣性能之雙方面的需求。 [發明效果]

如以上所說明，依據本發明，可以提供一種水中曝氣攪拌裝置，不僅其構成極為簡單之外，同時以此1台就可以因應要有優秀攪拌力與高曝氣性能之雙方面的需求，而且經濟性亦優秀。

以下，對於本發明的實施形態，一面參照添附圖面一面進行說明。不過，本發明並不限定於以下的實施形態。又，於以下說明中，是先對水中曝氣攪拌裝置進行說明，然後再對微細氣泡產生構件進行說明。

第1圖，是顯示本發明之一實施形態中的水中曝氣攪拌裝置1的立體圖；第2圖，是水中曝氣攪拌裝置1的部分剖斷的正面圖；第3圖，是水中曝氣攪拌裝置1的部分剖斷的立體圖；第4圖，是顯示微細氣泡產生構件之裝著狀態的攪拌翼的斷面圖；第5圖，是微細氣泡產生構件的立體圖。

水中曝氣攪拌裝置1，如第1圖及第2圖所示，係具備：軸心成為鉛垂狀態地配置在上部的旋轉動力機構10、以及藉由該旋轉動力機構10而旋轉地安裝在其下側的攪拌翼20。攪拌翼20，是配置在形成圓筒狀的泵外殼30內，於泵外殼30的上側安裝有吐出外殼40，該吐出外殼40設置有沿著輻射方向延伸的複數個吐出口411。以下，對於上述的各構成要素，從旋轉動力機構10開始詳述之。

-旋轉驅動機構- 旋轉動力機構10，如第2圖所示，係具有軸心呈鉛垂狀態的馬達11以及減速機12，該減速機12是安裝在從馬達11的下側延伸出的輸出軸。

馬達11，是配置在吐出外殼40的上方。於馬達11的上方，連結有對旋轉動力機構10供給電力的橡膠絕緣電纜13。

減速機12，是被吐出外殼40所支撐地配置在吐出外殼40內。減速機12的輸出軸，是貫穿過吐出外殼40的中心部而到達泵外殼30內。位在泵外殼30內之減速機12的輸出軸安裝有攪拌翼20。

-攪拌翼- 攪拌翼20，係具有：被泵外殼30所圍繞，減速機12的輸出軸上側於插通以的方式安裝有圓筒狀的翼轂21、以及等間隔地配置在翼轂21之周方向上的複數片翼片22。由馬達11所驅動的動力經由馬達11的輸出軸、減速機12以及減速機12的輸出軸而傳達至翼轂21，藉此使攪拌翼20旋轉。攪拌翼20，其作用是藉由其旋轉動作，將水從泵外殼30的下方吸取上來並送入吐出外殼40內。

翼轂21及翼片22，雖皆是由沃斯田鐵系的不鏽鋼所構成，不過只要耐久性優秀者，並不限於此。

翼轂21，於底部具有開口部23，於該開口部23，插通有用以將空氣供給至水中曝氣攪拌裝置1內之空氣供給管50的前端部。於翼轂21的上部周面，於周方向上隔以等間隔地配置有複數個空氣吐出口21a。從空氣供給管50被供給至翼轂21內的空氣，是通過各空氣吐出口21a被吐出至泵外殼30內。

各翼片22，係以藉由攪拌翼20的旋轉而能夠產生朝向上方的強勁水流之方式，具有大的螺距角度(pitch angle)，並從翼轂21的周面朝向輻射方向延伸出的方式所形成。

-泵外殼- 泵外殼30，係具有：隨著越往下側而逐漸擴徑之圓筒狀的泵外殼本體31、以及以朝向泵外殼本體31的下方延伸出之方式所形成的複數個腳部32。

泵外殼本體31，是以使上表面及下表面呈開放之方式所形成。泵外殼本體31的外周面，是藉由於周方向上隔以相等間隔地配置並朝向上下方向延伸的複數個補強肋31a所補強。泵外殼本體31，雖是由加工性優秀的鑄鐵材所構成，不過，當然並不限於此。

腳部32，是於周方向上隔以相等間隔地配置。水中曝氣攪拌裝置1，是藉由腳部32而在水槽內以直立的方式被支撐。例如，水中曝氣攪拌裝置1，是由3根的腳部32所支撐，但腳部32的根數並不限於此。又，腳部32的長度，是以將空氣供給管50配管在：從泵外殼本體31的下方到用以設置水中曝氣攪拌裝置1的底面為止之間，能夠確保有充分的空隙之方式所設定。

-吐出外殼- 吐出外殼40，係具有：吐出外殼本體41、複數個冷卻噴嘴42、凸緣43、以及鎖繫有吊具60的吊鉤構件44；該吐出外殼本體41，是安裝於泵外殼30的上側並設有沿著輻射方向延伸的複數個吐出口411；該複數個冷卻噴嘴42，是於周方向上隔以相等間隔地配置在吐出外殼本體41的基端部；該凸緣43是與泵外殼30鎖固。

吐出外殼本體41，是以使其上表面及下表面呈開放之方式所形成。吐出外殼本體41，是與泵外殼本體31同樣地，雖是由加工性優秀的鑄鐵材所構成，不過，當然並不限於此。

各吐出口411，是設置用來將從攪拌翼20送進吐出外殼40內的水予以吐出，是由：圓環狀的下導引板413、及相對於下導引板413隔以適當間隔配置於上方之圓環狀的上導引板412、以及連結上導引板412與下導引板413之複數個區隔壁414所形成的開口部。

下導引板413，係於軸心部具有開口部，並以5～40度左右的角度，隨著越往外側逐漸向下方傾斜的方式所形成。

上導引板412，係於中心部具有貫穿孔，並於下導引板413的上方，隔以一定的間隔大致與下導引板413平行地配置。上導引板412的內周側部分，是以朝向下方之方式呈圓弧狀和緩地彎曲，該內周緣，是以同心狀態位在下導引板413的開口部內。

上導引板412，如第3圖所示，是在周方向的六等分位置處，藉由朝向輻射方向延伸的6個一對的區隔壁414，分成六等分。該分割數亦可以因應機種等作適當變更。

各區隔壁414，是與上導引板412成為一體，藉由向下方曲折所構成，其下側緣是以抵接於下導引板413的上表面之方式所形成。於區隔壁414的內周側部分，設有將各區隔壁414的內周側部分彼此予以連結的連結部415。該連結部415，是以朝向內周側突出之方式，以比較大的曲率呈圓弧狀彎曲，且以隨著越往內周側越位在上方之方式傾斜成30～60度左右而形成。

各區隔壁414之間，形成為：朝上方及徑向方向呈開放，並朝向輻射方向延伸的導引槽416。

在上導引板412中之內周側的彎曲部分，是被梯形圓錐狀之支撐部417的下端緣所支撐。支撐部417，是與上導引板412的貫穿孔成為同心狀態，並且，其周面是與區隔壁414的連結部415以呈連續之方式傾斜45度左右而形成。支撐部417的上表面及下表面呈開放，減速機12是內置在上導引板412的內周側部分與支撐部417之間。

在吐出外殼本體41之下表面開放部的內周緣部，及於全周地設置有凸緣43。凸緣43，為於全周地被載置在泵外殼本體31的上表面，並藉由螺栓等固定在泵外殼本體31上表面。

在所有的導引槽416中之位在每間隔一個所配置的導引槽416之一方的側方位置上的上導引板412的上表面，分別安裝有吊鉤構件44。於各吊鉤構件44，如第1圖及第2圖所示，鎖繫有吊具60的下端部。使鋼索等鎖繫於該吊具60，使水中曝氣攪拌裝置整體下降在水處理反應槽等之內部並設置在該底面。

-微細氣泡產生構件- 於翼轂21的空洞21b內，設有容積比該空洞21b還小的微細氣泡產生構件70。該微細氣泡產生構件70，是藉由攪拌翼20的旋轉來對被吸引至空洞21b內之水與從空氣供給管50所供給之空氣的混合流體，藉由前述的原理，將混合流體中的氣泡化為微細氣泡者。

微細氣泡產生構件70，如第5圖所示，是使其橫斷面設成4個短邊A及4個長邊B交互配置而構成非正八角形狀，並形成其上表面U被閉塞而其下表面L呈開放而構成的筒狀。於4個短邊A，分別形成有：在上表面U與下表面L之間延伸的狹縫S。狹縫S雖是使其上下兩端設成圓弧狀，不過整體形狀並不侷限於此，亦可以只是長方形。又，微細氣泡產生構件70，係於下表面L的外周緣設有凸緣71，透過該凸緣71並藉由螺栓(圖示省略)可裝卸地安裝於攪拌翼20的翼轂21。詳細而言，如第4圖所示，在翼轂21的下表面所設置之空氣取入口21c的內周緣，設有內凸緣21d，並於該內凸緣21d上，4個螺絲孔21e以90度間隔設置。另一方面，於微細氣泡產生構件70的凸緣71，設有與上述螺絲孔21e相對應的4個螺栓插通孔72。微細氣泡產生構件70之安裝，是夾介空氣取入口21c而將微細氣泡產生構件70的頭部插入於翼轂21的空洞21b內，以使螺絲孔21e與螺栓插通孔72吻合一致之方式，使翼轂21之內凸緣21d的下表面與微細氣泡產生構件70之凸緣71的上表面抵接，然後藉由從凸緣71的下表面側將螺栓經由螺栓插通孔72螺鎖進螺絲孔21e而將上述凸緣21d、71彼此鎖固。藉此，使兩者的軸心以一致之方式能夠裝卸地將微細氣泡產生構件70安裝於翼轂21的空洞21b內。

在此，微細氣泡產生構件70的容積，是設定為比翼轂21之空洞21b的容積還小。亦即，如第4圖所示，於空洞21b內中，是於微細氣泡產生構件70的周圍，設有：用以使微細氣泡產生構件70內的流體在穿過短邊A的狹縫S後進行膨脹，並藉由該膨脹的氣勢對水中的空氣(氣泡)施加打擊來使氣泡的微細化可圓滑地進行之程度的空間。又，於微細氣泡產生構件70之上表面U的上方，設有：使在上述空間已產生有微細氣泡的氣液混合水流可朝向翼轂21的空氣吐出口21a圓滑地流動之程度的空間。上述之微細氣泡產生構件70的周圍及上方之空間的大小，是因應攪拌翼21的大小而適切地決定。又，對於短邊A與長邊B之寬度尺寸的差異、狹縫S的寬度尺寸及長度尺寸，亦與上述空間同樣地，是因應攪拌翼21的大小而適切地決定。

-實施例- 以下，對於本發明的實施例進行說明。

使用送氣性能不同之2種類的水中曝氣攪拌裝置A、B，對於在分別裝設有微細氣泡產生構件之情形下在水槽內的氧氣移動速度進行了測量，並與在沒有裝設微細氣泡產生構件之情形下的氧氣移動速度進行了比較。

＜水中曝氣攪拌裝置A＞馬達輸出：5.5kW 送氣量範圍：最小：Q=2.1m³ /min 最大：Q=9.7m³ /min 於水中曝氣攪拌裝置A裝設有微細氣泡產生構件之各部分的尺寸全高：178mm 短邊的寬度尺寸：45.1mm(外部尺寸)、41.7mm(內部尺寸) 長邊之間的尺寸：145mm(外部尺寸)、137mm(內部尺寸) 狹縫的寬度尺寸：26mm 狹縫的長度尺寸：146mm 狹縫的上端側及下端側之各半圓狀部的半徑：13mm ＜水中曝氣攪拌裝置B＞馬達輸出：7.5kW 送氣量範圍：最小：Q=3.2m³ /min 最大：Q=12.9m³ /min 於水中曝氣攪拌裝置B裝設有微細氣泡產生構件之各部的尺寸全高：207mm 短邊的寬度尺寸：57.4mm(外部尺寸)、54.1mm(內部尺寸) 長邊之間的尺寸：182mm(外部尺寸)、174mm(內部尺寸) 狹縫的寬度尺寸：34mm 狹縫的長度尺寸：169mm 狹縫的上端側及下端側之各半圓狀部的半徑：17mm ＜試驗條件＞水中曝氣攪拌裝置A的送氣量：6.0m³ /min 水中曝氣攪拌裝置B的送氣量：8.0m³ /min 水槽容量：180m³ (長度6m、寬度6m、水深5m) 水槽內的水：清水水中曝氣攪拌裝置的設置位置：水槽的底面中心＜氧氣移動性能的評估＞在對氧氣移動性能進行評估上，每單位容積之水中曝氣攪拌裝置的基準曝氣性能(氧氣移動性能)，是以水溫為20℃對清水的溶存氧氣=0之條件下的下式(1-1)來表示。

在此， N(20)：在水溫20℃的氧氣移動速度(kg．O₂ /h) V：反應容器(水槽)容積(m³ ) KLa(20)：20℃時的總括氧氣移動容量係數(l/h) Cs(20)：設定水深及在水溫20℃之液體中的飽和溶存氧氣濃度(mg/l) 水溫t℃時之每單位容積的氧氣移動速度N(t)是以下式(1-2)來表示。

在此， N：t℃時的氧氣移動速度(kg．O₂ /h) V：反應容器(水槽)容積(m³ ) KLa(t)：t℃時的總括氧氣移動容量係數(l/h) Cst：t℃時，於大氣壓下之清水的飽和溶存氧氣濃度(mg/l) C：液體中的溶存氧氣濃度(mg/l) 若將式(1-2)積分後進行整理可得式(1-3)。

在此，C1：T1時間後的溶存氧氣濃度(mg/l) C2：T2時間後的溶存氧氣濃度(mg/l) 藉由式(1-3)將DO濃度的時間變化繪製成對數曲線時，藉由其直線斜率可以取得KLa(t)得(非定常狀態試驗)。又，將在t℃所測量的KLa(t)使用下式換算成20℃並作為基準值。

在此，KLa(20)：20℃時的總括氧氣移動容量係數(l/h) θ：溫度係數(1.024) 在設定水深及20℃中之液中的飽和溶存氧氣濃度Cs(20)是藉由下式進行水深修正而算出。

在此，Cs(20)’：20℃時，於大氣壓下之清水的飽和溶存氧氣濃度(=8.84mg/l) H：水深(m) 使用此等之上述式子，為了與不具備有微細氣泡產生構件之水中曝氣攪拌裝置的性能進行比較，算出於各實驗條件中的N(20)：於水溫20℃的氧氣移動速度(kg．O₂ /h)，並進行了微細氣泡產生構件的性能檢驗。＜試驗方法＞試驗是依照「下水道試驗法第2章反應容器特性試驗第1節總括氧氣移動量係數」，進行了性能確認試驗。 (1)脫氧試驗的脫氧，是使用工業用等級98%的亞硫酸鈉 (Na₂ SO₃ )作為溶存氧的還元物質，與氯化鈷水和物(CoCl₂ ．6H₂ O)作為亞硫酸鈉之脫氧反應的觸媒，進行了脫氧。在此，由於是將溶存在水中的所有溶存氧予以去除，考慮到溶解注入時之損失等，故以大於化學理論量，以亞硫酸鈉的濃度=100mg/l、氯化鈷水和物=0.5mg/l實施。各脫氧溶液是預先個別地調整添加，並在試驗中，使用水中曝氣裝置的攪拌功能，以槽內完全混合方式進行反應，來進行了脫氧。 (2)溶存氧氣濃度的測量溶存氧氣濃度(DO)的測量，是藉由在距離水槽之一邊的中央1m之水深0.5m的位置所設置的第1感測器、以及在距離水槽之另一邊的中央1m之水深2.5m的位置所設置的第2感測器來進行。對於感測器是使用美國YSI(Yellow Springs Instrument)公司製的YSI58。 (3)送風量的測量從作為試驗測量值之送風機的送風量(從流量計讀取)、送氣壓力、送氣溫度，藉由式(1-6)進行空氣流量計換算來計算出實值送風量。

在此，Q：實值送風量(m³ /min 20℃、101.3kPa、65%RH) Q0：送風量(流量計讀取值)(m³ /min 0℃、101.3kPa、0%RH) P1：測量壓力(kPa) P0：流量計設定壓力(kPa) T1：測量溫度(℃) T0：流量計設定溫度(℃) ＜實驗結果＞將實驗結果顯示於第1表。可以得知氧氣移動速度N(20)，在水中曝氣攪拌裝置A平均為27.7(kg．O₂ /h)，在水中曝氣攪拌裝置B平均為35.2(kg．O₂ /h)，相較於沒有裝設微細氣泡產生構件之情形，在水中曝氣攪拌裝置A提升了19%，在水中曝氣攪拌裝置B提升了17%。

第12圖，是對於水中曝氣攪拌裝置A，顯示藉由上述實驗的氧氣移動速度曲線的曲線圖；第13圖，是對於水中曝氣攪拌裝置B，顯示藉由上述實驗的氧氣移動速度曲線的曲線圖。於各曲線圖中，上側的曲線是顯示裝設有微細氣泡產生構件之情形，下側的曲線是顯示沒有裝設微細氣泡產生構件之情形。由此亦可以得知，在裝設有微細氣泡產生構件之情形時，可使氧氣移動速度提升，亦即可增加溶存氧氣量。又，上述的實施形態及實施例在所有的說明皆為例示，並非作為侷限解釋的根據。因此，本發明的技術性範圍，並不是僅由上述的實施形態所解釋，而是依據申請專利範圍的記載所界定。並且，包含與申請專利範圍均等的含意以及在範圍內之所有的變更。 [產業上的可利用性]

本發明，可以極適合使用在排水處理施設等的水槽內或是於河川之水的水質改善。

1:水中曝氣攪拌裝置 10:旋轉動力機構 11:馬達 13:橡膠絕緣電纜 20:攪拌翼 21:翼轂 21a:空氣吐出口 21b:空洞 21c:空氣取入口 22:翼片 23:開口部 30:泵外殼 31:泵外殼本體 31a:補強肋 40:吐出外殼 41:吐出外殼本體 42:冷卻噴嘴 44:吊鉤構件 411:吐出口 50:空氣供給管 60:吊具 70:微細氣泡產生構件 A:長邊 B:短邊 L:下表面 S:狹縫 U:上表面

[第1圖]，是顯示水中曝氣攪拌裝置的立體圖。 [第2圖]，是水中曝氣攪拌裝置之部分剖斷的正面圖。 [第3圖]，是水中曝氣攪拌裝置之部分剖斷的立體圖。 [第4圖]，是顯示微細氣泡產生構件之裝著狀態的攪拌翼的斷面圖。 [第5圖]，是微細氣泡產生構件的立體圖。 [第6圖]，是說明由微細氣泡產生構件形成微細化氣泡之原理的圖面。 [第7圖]，是說明微細氣泡產生構件之狹縫的兩端緣形狀的圖面。 [第8圖]，是說明微細氣泡產生構件之狹縫的兩端緣形狀的圖面。 [第9圖]，是說明微細氣泡產生構件之狹縫的兩端緣形狀為半圓狀之情形時的圖面。 [第10圖]，是說明微細氣泡產生構件之狹縫的兩端緣形狀為矩形之情形時的圖面。 [第11圖]，是對於微細氣泡產生構件之狹縫的兩端緣形狀相異，進行說明的圖面。 [第12圖]，是顯示具備有微細氣泡產生構件之水中曝氣攪拌裝置A與不具備有微細氣泡產生構件之水中曝氣攪拌裝置的性能差異的曲線圖。 [第13圖]，是顯示具備有微細氣泡產生構件之水中曝氣攪拌裝置B與不具備有微細氣泡產生構件之水中曝氣攪拌裝置的性能差異的曲線圖。

1:水中曝氣攪拌裝置

10:旋轉動力機構

11:馬達

13:橡膠絕緣電纜

20:攪拌翼

21b:空洞

22:翼片

30:泵外殼

31:泵外殼本體

31a:補強肋

41:吐出外殼本體

42:冷卻噴嘴

44:吊鉤構件

411:吐出口

50:空氣供給管

60:吊具

70:微細氣泡產生構件

S:狹縫

Claims

一種微細氣泡產生構件，是設置在水中曝氣攪拌裝置之翼轂的空洞內的微細氣泡產生構件，該水中曝氣攪拌裝置，是具備有：攪拌翼，其係在空洞的上述翼轂之周面設有葉片，且上述翼轂是在上部周面具有空氣吐出口並且在下表面具有空氣取入口；及馬達，其係使該攪拌翼旋轉；及空氣供給管，其係在上述攪拌翼的翼轂內經由上述空氣取入口供給空氣；以及吐出口，其係使從上述翼轂的空氣吐出口所吐出的空氣，混合於藉由上述攪拌翼的旋轉所產生的水流中，並使混合後的氣液混合水流朝向輻射方向吐出，其特徵為：該微細氣泡產生構件，是使其橫斷面為4個短邊及4個長邊交互配置而構成非正八角形狀，並形成上表面被閉塞且下表面呈開放而構成的筒狀，並且於上述4個短邊分別形成有在上述上表面與下表面之間延伸的狹縫，且於上述翼轂的空洞內使兩者的軸心以一致的方式設置而可與上述攪拌翼一同旋轉。
如請求項1所述的微細氣泡產生構件，其中，上述狹縫，是其兩端緣具有與該狹縫之寬度尺寸相等之直徑的半圓狀。
如請求項1或請求項2所述的微細氣泡產生構件，其中，上述攪拌翼設成相對於翼轂能夠裝卸。
一種水中曝氣攪拌裝置，是具備有：攪拌翼，其係在空洞的上述翼轂之周面設有葉片，且上述翼轂是在上部周面具有空氣吐出口並且在下表面具有空氣取入口；及馬達，其係使該攪拌翼旋轉；及空氣供給管，其係在上述攪拌翼的翼轂內經由上述空氣取入口供給空氣；以及吐出口，其係使從上述翼轂的空氣吐出口所吐出的空氣，混合於藉由上述攪拌翼的旋轉所產生的水流中，並使混合後的氣液混合水流朝向輻射方向吐出，其特徵為：更進一步地，於上述翼轂的空洞內具備有請求項1或請求項2所述的微細氣泡產生構件。