JP5028596B2 - Gas distributor - Google Patents
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Description
本発明は、水中など液体中に気体を泡状にして供給する気泡発生技術に関する。このような気泡発生装置は、廃水処理における曝気槽などに用いられる。 The present invention relates to a bubble generation technique for supplying gas in a bubble form into a liquid such as water. Such a bubble generator is used for an aeration tank or the like in wastewater treatment.
下水や産業排水等の有機性排水を活性汚泥処理する際、曝気槽内に空気を導入し酸素を供給する散気装置が使用される。散気装置では、セラミックやプラスチックの微粒子を高温で板状または円筒状に焼結した多孔質体が広く使用されている。
従来の廃水処理における曝気槽の性能は、液中への酸素溶解速度が高いほど活性汚泥への酸素供給律速を解消でき、向上することが知られている。そのため、ガス分散器としては、微細な円孔をもつ多孔板やランダムな形状の孔をもつ多孔質板などが用いられることが多く、それにより、より小さなサイズの気泡を発生させ、単位体積あたりの気液接触面積を大きくすることを試みている。実際に水-空気系において従来のガス分散器から発生する気泡の大きさは通常3〜10mm程度であることが知られている。
一方、ガス分散器付近に強制液対流を起こさせる改善や、強力な液のせん断力を利用したマイクロバブル発生器など利用して生成気泡サイズをより小さくする試みもされている。
When organic sludge treatment such as sewage and industrial wastewater is treated with activated sludge, an air diffuser that introduces air into the aeration tank and supplies oxygen is used. In a diffuser, a porous body in which ceramic or plastic fine particles are sintered at a high temperature into a plate shape or a cylindrical shape is widely used.
It is known that the performance of an aeration tank in conventional wastewater treatment can be improved by eliminating the rate of oxygen supply to activated sludge as the oxygen dissolution rate in the liquid is higher. For this reason, a porous plate with fine circular holes or a porous plate with randomly shaped holes is often used as a gas distributor, thereby generating bubbles of smaller size per unit volume. We are trying to increase the gas-liquid contact area. Actually, it is known that the size of bubbles generated from a conventional gas disperser in a water-air system is usually about 3 to 10 mm.
On the other hand, attempts have been made to make the generated bubble size smaller by improving the forced liquid convection in the vicinity of the gas disperser or by using a microbubble generator using the shear force of a strong liquid.
発生気泡をより小さくすれば気液の接触面積を増大でき、酸素溶解効率を向上させることができる。そのためには、散気面の開口直径をより小さくする必要性がある。
セラミックやプラスチックの微粒子の多孔質焼結体において、散気面の開口直径を小さくするためには、より小さい粒径を使用して焼結を行うことになる。セラミック焼結体は、曲げ強度が小さいので、外力や空気圧力によって割れないようにするためには、その厚さを10mm以上とする必要がある。また、セラミック焼結体は割れ易いので、1枚当たりの散気面積を小さくせざるを得ず、そのために設置枚数が多くなり、コストを押し上げる。
ゴム製のメンブレンを用いた散気装置が開発されている。ゴムの薄膜にスリットを切り込んだものを使用する装置で、曝気時にはゴムが膨らむことによりスリットが開いて気泡を発生させ、曝気停止時にはスリットが閉じて汚水の逆流を防止するものである。
いずれも散気板面上の孔径は不ぞろいになるため、通気ガス流量によっては気泡が出ない孔が生じたり、孔毎に生成気泡サイズが異なる。
If the generated bubbles are made smaller, the gas-liquid contact area can be increased, and the oxygen dissolution efficiency can be improved. For this purpose, it is necessary to make the opening diameter of the diffuser surface smaller.
In a porous sintered body of fine particles of ceramic or plastic, in order to reduce the opening diameter of the diffuser surface, sintering is performed using a smaller particle size. Since the ceramic sintered body has low bending strength, the thickness needs to be 10 mm or more in order to prevent cracking due to external force or air pressure. In addition, since the ceramic sintered body is easily broken, the diffusion area per sheet must be reduced, which increases the number of installations and increases the cost.
Air diffusers using rubber membranes have been developed. This is a device that uses a rubber thin film with slits. When aeration occurs, the rubber expands to open the slits and generate bubbles, and when aeration stops, the slits close to prevent the backflow of sewage.
In both cases, the hole diameters on the diffuser plate surface are uneven, so that depending on the flow rate of the aeration gas, holes that do not generate bubbles are generated, or the generated bubble sizes are different for each hole.
先行文献としては次のような例がある。
特許文献1(特開2005−177551号公報)には、散気面に使用されるメッシュクロス1は、線径が10〜100μmの糸を用いて、100〜1000メッシュで織り上げ、開口の寸法を5〜200μmとしたクロスにより構成することにより、径が1mm程度の気泡を発生させることができる散気装置が提案されている。
特許文献2(特開2001−259395号公報)には、液体中に気相を取り込んで形成した気液二相流を被処理液中に吐出することで該被処理液に微細気泡を供給するエアレータにおいて、底部に吐出口が開口して被処理液中に浸漬される吐出流形成槽と、該吐出流形成槽の周壁に沿って槽内を旋回する旋回流となる噴射方向で前記吐出流形成槽に液体を加圧供給する液体供給手段と、前記吐出流形成槽内で前記吐出口に対峙して設けた気体導入口から前記旋回流によって気体を自然吸引させることで前記吐出流形成槽に気体を供給する気体供給手段とを備え、前記吐出流形成槽に液体を加圧供給して形成した気液二相流を前記吐出口から被処理液中に拡散噴射することによって、数十μm程度のサイズの気泡を供給することができるエアレータが提案されている。
特許文献3(特開2005−74348号公報)には、ステンレス製の素線をコイル状に撚りあわせ且つ中空に作られた中空撚線を使用し、コンプレッサーから送られた空気を素線の隙間から気泡として放出し、また、中空撚線に円周方向に沿う捩じりを加える事により気泡量や気泡の微細さを調整することができる機構を備えた径0.5〜15mmで3〜5mm径を中心とする気泡を発生させるエアレーション装置が提案されている。
特許文献4(特開平10−235390号公報)には、下方を向いた直径4〜8mmの散気穴が複数形成された散気管と、この散気管の散気穴に装着されるゴム製逆止弁とを備え、このゴム製逆止弁のドーム部半球面上に、曝気時に開き、非曝気時には閉じるスリットを形成した散気装置が開示されている。
特許文献5(特開平10−180287号公報)には、中空体の器壁に穿設された内径3〜50mmのエア噴出孔を複数設け、エア噴出孔の軸方向に移動可能な振動子を嵌め込まれている散気装置が開示されている。
Examples of prior literature include the following.
In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-177551), the mesh cloth 1 used for the air diffusion surface is woven with 100 to 1000 mesh using yarn having a wire diameter of 10 to 100 μm, and the size of the opening is set. There has been proposed an air diffuser capable of generating bubbles having a diameter of about 1 mm by being constituted by a cloth having a diameter of 5 to 200 μm.
In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-259395), a gas-liquid two-phase flow formed by taking a gas phase into a liquid is discharged into the liquid to be processed, thereby supplying fine bubbles to the liquid to be processed. In the aerator, a discharge flow forming tank opened at the bottom and immersed in the liquid to be treated, and the discharge flow in a jet direction to be a swirl flow swirling in the tank along the peripheral wall of the discharge flow forming tank A liquid supply means for pressurizing and supplying a liquid to the forming tank; and the discharge flow forming tank by naturally sucking the gas by the swirling flow from a gas introduction port provided in the discharge flow forming tank so as to face the discharge port. Gas supply means for supplying a gas to the discharge flow forming tank, and a gas-liquid two-phase flow formed by pressurizing and supplying a liquid to the discharge flow forming tank is diffused and jetted into the liquid to be processed from the discharge port. Air that can supply air bubbles of about μm size Over data it has been proposed.
In Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-74348), a hollow strand made of a stainless steel strand is twisted into a coil shape and hollow, and air sent from a compressor is used as a gap between the strands. From 0.5 to 15 mm in diameter with a mechanism that can adjust the amount of bubbles and the fineness of the bubbles by adding twist along the circumferential direction to the hollow stranded wire. An aeration apparatus that generates bubbles centered on a diameter of 5 mm has been proposed.
Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-235390) discloses a diffuser tube having a plurality of diffused holes with a diameter of 4 to 8 mm facing downward, and a rubber reverse attached to the diffuser holes of the diffuser tube. There is disclosed an air diffuser that includes a stop valve and that has a slit formed on a hemispherical surface of the rubber check valve that opens when aerated and closes when not aerated.
In Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-180287), there are provided a plurality of air ejection holes having an inner diameter of 3 to 50 mm drilled in the wall of a hollow body, and a vibrator movable in the axial direction of the air ejection holes. A fitted air diffuser is disclosed.
従来主に使われている円形開口を設けたガス分散器では最少でも3mm程度までしか気泡サイズを微細化できない。また、より微細な円孔を多数開けたガス分散器を製作するには高いコストがかかる。一方、強制対流装置や液ポンプなどの付加的装置を用いたり、マイクロバブル発生器と呼ばれる最近注目されてきているガス分散器を用いればさらに小さな気泡を生成できるが、付随する動力コストが大きく、実用上問題がある。またガス分散器自体のサイズバリエーションは少なく、自由に大型化や小型化できない。本発明は、強制対流装置やマイクロバブル発生器を必要とせずに1mm以下の直径をもつ気泡を発生させることができる技術を提供することを目的とする。また、織布や中空撚糸と異なる構造を用いて1mm以下の直径をもつ気泡を発生させることができる技術を提供することを目的とする。 The gas disperser provided with a circular opening mainly used in the past can reduce the bubble size to at least about 3 mm. In addition, it is expensive to manufacture a gas disperser having many finer holes. On the other hand, if an additional device such as a forced convection device or a liquid pump is used, or a gas disperser recently attracting attention called a microbubble generator, even smaller bubbles can be generated, but the accompanying power cost is large, There are practical problems. In addition, there are few variations in the size of the gas disperser itself, and it cannot be increased in size or reduced freely. An object of this invention is to provide the technique which can generate the bubble which has a diameter of 1 mm or less, without requiring a forced convection apparatus and a microbubble generator. Moreover, it aims at providing the technique which can generate the bubble which has a diameter of 1 mm or less using the structure different from a woven fabric or a hollow twisted yarn.
本発明は、幅30μm以下の非円形である開口から、ガスを水などの液中に放出することにより、径1mm以下の泡を発生させることができることを知見して完成したものである。本願発明の主な構成は次のとおりである。 The present invention has been completed by discovering that bubbles having a diameter of 1 mm or less can be generated by discharging gas into a liquid such as water from a non-circular opening having a width of 30 μm or less. The main configuration of the present invention is as follows.
本発明の主な構成は次のとおりである。
(1)気体放出孔が短辺の最大幅が30μm以下、長辺の長さが1〜30mmの矩形のスリット状であり、隣接する気体放出孔の間隔が3mm以上である多数のスリット状の気体放出孔を備え、一つのスリット状の気体放出孔当たりのガス流量が50cc/min以下とすることにより、径1mm以下の泡を発生するガス分散器であって、
ガス分散器は、両端に配置した平面板体と両平面板の間に配置された複数の中間枠体から構成されており、
該中間枠体には、中央空間から外側に連通する溝が形成されており、該溝は前記気体放出孔を構成することを特徴とするガス分散器。
(2)中間枠体に形成される溝が、同一中間枠体上に複数形成されていることを特徴とする(1)記載のガス分散器。
(3)中間枠体が、スリットの長さと同長の切欠きが形成されたスリットの幅の厚みを有する枠体と、隣接する気体放出孔間隔と同厚であって切欠きを持たない平面枠体とを組み合わせて構成されていることを特徴とする(1)又は(2)記載のガス分散器。
(4)中間枠体に形成された溝が、隣接する気体放出孔間隔と同厚の枠体を基礎とし、溝部分を除く枠体の面部にスリットの幅に相当する厚みの塗膜が形成されていることを特徴とする(1)又は(2)記載のガス分散器。
The main configuration of the present invention is as follows.
(1) The gas discharge hole has a rectangular slit shape with a maximum short side of 30 μm or less and a long side length of 1 to 30 mm, and a plurality of slit-like shapes in which the interval between adjacent gas discharge holes is 3 mm or more. A gas disperser that includes a gas discharge hole and generates a bubble having a diameter of 1 mm or less by setting a gas flow rate per slit-like gas discharge hole to 50 cc / min or less,
The gas distributor is composed of a planar plate disposed at both ends and a plurality of intermediate frames disposed between both planar plates,
The intermediate frame is formed with a groove communicating from the central space to the outside, and the groove constitutes the gas discharge hole.
(2) The gas distributor according to (1) , wherein a plurality of grooves formed in the intermediate frame are formed on the same intermediate frame.
(3) The intermediate frame has a frame having a slit width thickness in which a notch having the same length as the slit is formed, and a plane having the same thickness as the interval between adjacent gas discharge holes and having no notch. The gas distributor according to (1) or (2) , wherein the gas distributor is configured by combining with a frame .
(4) The groove formed in the intermediate frame is based on a frame having the same thickness as the interval between adjacent gas discharge holes, and a coating film having a thickness corresponding to the width of the slit is formed on the surface of the frame excluding the groove. The gas disperser according to (1) or (2), wherein
本願発明では、スリット状の微細な孔をもつガス分散器とその簡便な設計方法を提供することができた。これを用いれば付加的な動力をほとんど使用することなく、1mm以下の直径をもつ気泡を発生させることができ、コスト面を考慮すると排水処理などの用途では100μm程度の気泡が分散できれば十分で、10μmまでは不要である。これにより従来よりも十分高い酸素溶解速度を得ることができる。
開口部となる切欠きを設けた中間枠を複数組み合わせることにより、単純で少ない種類の部品で大きさを自由に設計することができる。また、分解して再組立などのメンテナンスも容易である。
構造が簡単なため、スケールアップやスケールダウンやメンテナンスが容易である。またガスコンプレッサー以外の外部動力を必要としないので実用化も容易である。
また、生成気泡サイズが1mm以下となるのでガス吸収速度が増加し、ガス吸収が律速であるような化学反応や排水処理などで有利である。
In the present invention, a gas distributor having slit-like fine holes and a simple design method thereof can be provided. If this is used, it is possible to generate bubbles having a diameter of 1 mm or less without using any additional power, and considering the cost, it is sufficient that bubbles of about 100 μm can be dispersed in applications such as wastewater treatment. Up to 10 μm is not necessary. Thereby, a sufficiently high oxygen dissolution rate can be obtained.
By combining a plurality of intermediate frames provided with notches serving as openings, it is possible to freely design the size with simple and few types of parts. In addition, maintenance such as disassembly and reassembly is easy.
Since the structure is simple, scale-up, scale-down, and maintenance are easy. Moreover, since no external power other than the gas compressor is required, it is easy to put into practical use.
Further, since the generated bubble size is 1 mm or less, the gas absorption rate is increased, which is advantageous in a chemical reaction or wastewater treatment in which gas absorption is rate-limiting.
本提案でガス分散器上に開ける孔を、円孔ではなく、矩形(または三角形)など非円形に製作する。この孔から気泡を生成させることにより、ガス分散器表面からの気泡の離脱を促進し、より微細な気泡の生成に成功した。その原理は以下のとおりである。
気泡表面は、例えば、水-空気系であれば約70mN/mの界面張力が働いており、そのため気泡断面を円形に維持しようとする力が働いている。球形に成長すべく膨張を始める気泡の生成場所である孔の形が矩形などの非円形であると、孔と接触している気泡の断面形状と孔形との間に大きな無理が生じ、孔の辺の一部で不安定な点が発生する。それをきっかけとして気泡とガス分散器の孔とをつなぐ「気泡の首」部分の破壊が生じて、1個の気泡として浮上を始める。これは、円形の孔から安定に生成する気泡に比べて、より早い段階で生じるので気泡を微細化することができる。このメカニズムには、強制液流(ポンプ+電気エネルギー)や添加物(化学薬品+購入コスト)を用いず、自然現象(浮力、表面張力、濡れ性など)しか利用していないので非常に低エネルギーである。
In this proposal, the hole to be opened on the gas distributor is not a circular hole but a non-circular shape such as a rectangle (or a triangle). By generating bubbles from these holes, the separation of bubbles from the surface of the gas distributor was promoted, and finer bubbles were successfully generated. The principle is as follows.
For example, in the case of a water-air system, an interfacial tension of about 70 mN / m works on the bubble surface, and thus a force to keep the bubble cross section circular is working. If the shape of the hole, which is the place where bubbles start to expand to grow into a spherical shape, is a non-circular shape such as a rectangle, a large unreasonable effect occurs between the cross-sectional shape of the bubble in contact with the hole and the hole shape. An unstable point occurs in a part of the side. This triggers the destruction of the “bubble neck” that connects the bubbles and the holes of the gas disperser and begins to rise as a single bubble. This occurs at an earlier stage than bubbles that are stably generated from a circular hole, so that the bubbles can be miniaturized. This mechanism does not use forced liquid flow (pump + electrical energy) or additives (chemicals + purchase costs), and uses only natural phenomena (buoyancy, surface tension, wettability, etc.), so it has very low energy It is.
本発明は、非円形で短辺の幅を30μm以下のスリットをガス放出口として具現化したものである。スリットの形状は、長方形、三角形、台形などである。円形や正方形などよりも、幅よりも長さ方向が長いスリットが適している。製作上も、30μmの正方形や円孔は小さすぎて困難である。なお、短辺には、Rがついていても、短辺に比べて十分に長い長辺を有するスリットであれば、本発明の意味する非円形と見なすことができる。
スリットの長辺の長さは、短辺の10倍以上とする。製作容易性も考慮すると1mm以上あれば問題がない。本発明では、スリット長は気泡の大きさにさほど影響しないので、特に上限は無いが、実験上は30mmでも十分に小さな気泡が発生していることが確認されている。
気泡の発生状況を観察すると、気泡は安定した球形になろうとする形成力が働くので、幅を30μmとする長いスリットを想定した場合、スリットの全体の形状に沿った泡は発生せず、30μmの幅に制限を受けた状態で、スリットの一部から気泡が発生する様子が観察されている。即ち、長いスリットの場合は、一つのスリットから複数の気泡が同時併行に発生することとなり、幅以上の長さがあれば、長さの制限は原理上問題がない。ただし、実使用上は、製作容易性や送気圧力圧力損失を考慮すると1mm以上の長さを設けることが現実的である。スリット長を長くすると、一部に目詰まり生じても、他の部分から気泡が発生可能である。
気泡は小さいと泡同士が接触しても合体せずに独立性が高くなり、水中での浮遊時間が長くなって、水中へのガス供給能力を高めることができる。
The present invention embodies a non-circular slit having a short side width of 30 μm or less as a gas outlet. The shape of the slit is a rectangle, a triangle, a trapezoid, or the like. A slit having a longer length than a width is more suitable than a circle or square. In terms of production, a 30 μm square or a circular hole is too small and difficult. In addition, even if R is attached to the short side, a slit having a long side sufficiently longer than the short side can be regarded as a non-circular meaning in the present invention.
The length of the long side of the slit is at least 10 times the short side. Considering ease of manufacture, there is no problem if it is 1 mm or more. In the present invention, since the slit length does not significantly affect the size of the bubble, there is no particular upper limit. However, it has been experimentally confirmed that sufficiently small bubbles are generated even at 30 mm.
Observing the occurrence of bubbles, the formation force of bubbles to become stable spheres works, so when assuming a long slit with a width of 30 μm, bubbles along the entire shape of the slit do not occur, 30 μm It has been observed that bubbles are generated from a part of the slit in a state where the width is limited. That is, in the case of a long slit, a plurality of bubbles are generated simultaneously from one slit. If the length is longer than the width, there is no problem in principle on the restriction of the length. However, in practical use, it is practical to provide a length of 1 mm or more in consideration of manufacturability and air pressure loss. If the slit length is increased, even if clogging occurs in one part, bubbles can be generated from the other part.
If the bubbles are small, they will not merge even if they come into contact with each other, and the independence will be high, the floating time in water will be long, and the ability to supply gas to water can be enhanced.
本発明のガス分散器は、エアポンプ等から送気されるガス導入路の先端あるいは中間部に設けられるものであって、水などの液の中層部あるいは底面に配置され、ガス放出スリットから1mm以下の気泡を発生させるものである。本発明のガス分散器の全体概略は、気泡発生用のスリットを1〜多数設けた中空箱状であって、一方の端面にエアポンプなどの送気手段側のガスラインと接続するガス導入先端接続部を有し、他の壁面には必要に応じてガスを外へ送る送出口を有するものであって、気泡発生用のスリットは、周面に設けられる。設けられる面は、一面に限らず複数面に設けることが可能である。例えば、ガス分散器は、中空直方体とすると、前面にガス導入用の入気口を設け、上面に多数のスリットを設け、後面に送気口を設けることができる。なお、ガス放出スリットは、上面に限らず、側面、底面とすることもできる。気泡発生用のスリットを複数設ける場合は、前後左右のスリットの間隔を2mmより大きくするとガス流量を大きくしても安定した気泡を発生させることができる。 The gas disperser of the present invention is provided at the tip or middle part of a gas introduction path fed from an air pump or the like, and is disposed at the middle or bottom surface of a liquid such as water, and is 1 mm or less from the gas discharge slit. It generates bubbles. The general outline of the gas disperser of the present invention is a hollow box shape provided with one to many slits for generating bubbles, and one end face is connected to a gas line on the side of an air supply means such as an air pump. The other wall surface has a delivery port for sending gas to the outside as necessary, and a slit for generating bubbles is provided on the peripheral surface. The provided surface is not limited to one surface but can be provided on a plurality of surfaces. For example, when the gas distributor is a hollow rectangular parallelepiped, an inlet for introducing gas can be provided on the front surface, a large number of slits can be provided on the upper surface, and an air supply port can be provided on the rear surface. Note that the gas discharge slit is not limited to the upper surface, but may be a side surface or a bottom surface. When a plurality of slits for generating bubbles are provided, stable bubbles can be generated even if the gas flow rate is increased if the distance between the front, rear, left and right slits is greater than 2 mm.
ガス放出スリットは、ガス分散器体の壁面に直接幅30μm以下のスリットをレーザーなどにより穿孔形成することもできるが、加工時間や費用の面で実用的でない。 The gas discharge slit can be formed by directly drilling a slit having a width of 30 μm or less directly on the wall surface of the gas distributor body with a laser or the like, but is not practical in terms of processing time and cost.
他の手段として、厚みがスリット幅と同じ薄板を準備し、中央部に空間を設けた枠体とし、この枠体の一部を中央空間部から外面に通じる溝状に切除して、スリット幅の切欠き付きの枠体を作成する。切欠きの数は複数設けることも可能である。
一方、切欠きを設けない枠体を準備し、前記切欠き付き枠体と重ね合わせて積層一体化することにより、スリットの幅と同じ深さの溝付き中間枠体を製造する。切欠きを設けない枠体の厚さは、切欠き付き枠体と同厚あるいはもっと厚い枠体を使用することができる。切欠きを設けない枠体を複数使用して厚みを調整することもできる。前後するスリット間隔に適する厚さの枠体とすることが好ましい。
切欠き加工する枠体の材料として、金属箔を使用することができる。例えば、アルミニウム箔、銅箔、チタン、ステンレス、錫等及びこれらの合金を用いることができる。これらの金属は、厚さ1〜30μmの金属箔シートが他の用途では実用化されている。
この中間枠体を連続して積層することにより、ガス放出孔となるスリットを形成することができる。積層する方向は縦横に可能であり、個数を選択することによりスリットの数を柔軟に変更することができる。
これらの複数の中間枠の前後に入気口を形成した前面板体と後面板体とを配置して、枠部を貫通するボルトとナットなどによって一体化して、ガス分散器本体を形成することができる。ネジ止めは、分解などメンテナンスが容易である。
複数の中間枠を一体化する手段は、枠部に貫通孔を1〜複数設け、全体を通しボルトにより密着緊締する手段、あるいは、接着や溶接することもできる。
As another means, a thin plate having the same thickness as the slit width is prepared, and a frame having a space at the center is formed, and a part of the frame is cut into a groove shape that leads from the center space to the outer surface. Create a frame with a notch. A plurality of notches can be provided.
On the other hand, a frame body without a notch is prepared, and the intermediate frame body with a groove having the same depth as the width of the slit is manufactured by stacking and integrating with the notched frame body. As the thickness of the frame body not provided with the notch, a frame body having the same thickness as the notched frame body or a thicker frame body can be used. The thickness can also be adjusted by using a plurality of frames that are not provided with notches. It is preferable to use a frame having a thickness suitable for the slit interval.
A metal foil can be used as the material of the frame to be cut. For example, aluminum foil, copper foil, titanium, stainless steel, tin and the like and alloys thereof can be used. For these metals, a metal foil sheet having a thickness of 1 to 30 μm has been put to practical use in other applications.
By continuously laminating the intermediate frames, it is possible to form a slit that becomes a gas discharge hole. The direction of stacking can be vertical and horizontal, and the number of slits can be flexibly changed by selecting the number.
A front plate body and a rear plate body in which an air inlet is formed before and after these intermediate frames are arranged and integrated by bolts and nuts penetrating the frame portion to form a gas distributor body. Can do. Screwing is easy for maintenance such as disassembly.
As a means for integrating a plurality of intermediate frames, one or a plurality of through holes are provided in the frame portion, and the whole is tightly fastened with bolts, or can be bonded or welded.
また、他の方法は、スリット幅以上の厚みのある枠体を準備し、中央の空間部から外側に向けてスリット幅に相当する深さの溝を切削などの方法により削出することもできる。この溝付き枠体を中間枠とすることにより前述のように組み合わせて一体化して、ガス放出用スリット付きガス分散器とすることができる。 Another method is to prepare a frame having a thickness greater than or equal to the slit width, and to cut out a groove having a depth corresponding to the slit width from the central space portion toward the outside by a method such as cutting. . By using this grooved frame body as an intermediate frame, the gas distributor with a gas discharge slit can be obtained by combining and integrating as described above.
また、他の方法は、枠体と、スリット幅の厚みとスリット長の幅を有するテープ状のマスキング材を準備し、枠体の中央開口部から外側に向かって該マスキングテープを張り、マスキングした枠面全体に樹脂等を塗布して硬化させて樹脂皮膜を形成し、マスキングテープを除去することにより、スリットに相当する溝を備えた中間枠体を形成することができる。組み合わせ一体化は前述と同様にすることができる。
塗布する合成樹脂として接着性合成樹脂を利用すると、積層接着を同時に行うことができる。他の塗布剤としては、ガラス、メッキ、ほうろうなどを用いることができる。
Another method is to prepare a frame and a tape-shaped masking material having a slit width thickness and a slit length width, and masking by masking the masking tape from the central opening of the frame outward. By applying a resin or the like to the entire frame surface and curing it to form a resin film and removing the masking tape, an intermediate frame body having grooves corresponding to slits can be formed. Combination integration can be performed in the same manner as described above.
When an adhesive synthetic resin is used as the synthetic resin to be applied, lamination adhesion can be performed simultaneously. As other coating agents, glass, plating, enamel and the like can be used.
前記した各中間枠体の形状は、方形、円形、楕円形、三角形、異形など中央部にガスが通過できる空間が設けられていればよく、特に外形は問わない。 The shape of each intermediate frame described above is not particularly limited as long as a space through which gas can pass is provided at the center, such as a square, a circle, an ellipse, a triangle, and an irregular shape.
材質は、特に問わないが、薄い枠体を使用するので、金属性とすることが好ましく、マスキングをする場合はエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの合成樹脂を用いることができる。
金属は、水など使用環境に合わせて腐蝕耐性が高い材質を使用することが好ましい。例えば、ステンレス、銅、アルミニウム、鉄、チタニウム、ニッケル、クロム、錫など、及びこれらの合金を使用することができる。異種金属を使用する場合は、電蝕を考慮することが好ましい。また、食品関係に用いる場合は、人体に対する影響も考慮する必要がある。
The material is not particularly limited, but a thin frame is used, so that it is preferable to be metallic. When masking is performed, a synthetic resin such as an epoxy resin or a urethane resin can be used.
The metal is preferably made of a material having high corrosion resistance according to the usage environment such as water. For example, stainless steel, copper, aluminum, iron, titanium, nickel, chromium, tin, etc., and alloys thereof can be used. When using dissimilar metals, it is preferable to consider electric corrosion. Moreover, when using it for food-related, it is necessary to consider the influence on a human body.
本願発明のガス分散器は、液中に気泡を発生させる用途に使用することができる。例えば、廃水処理施設の曝気用、魚介類の養殖槽用、河川、湖沼、海洋などへの空気の供給、バイオリアクター、ガス成分混入用の飲食品製造などに使用することができる。 The gas disperser of the present invention can be used for the purpose of generating bubbles in the liquid. For example, it can be used for aeration in wastewater treatment facilities, fish and shellfish culture tanks, supply of air to rivers, lakes, oceans, etc., bioreactors, and food / beverage products mixed with gas components.
本願発明のガス分散器は、大きさの変更自由度が大きく、分解組立などのメンテナンスも容易であり、通常の送気手段を用いることができ、設置場所の制限も少なく、ランニングコストも小さいので、使用勝手に優れた発明である。 The gas disperser of the present invention has a large degree of freedom in changing the size, is easy to perform maintenance such as disassembly and assembly, can use normal air supply means, has few restrictions on installation locations, and has a low running cost. It is an invention that is excellent in use.
実施例1のガス分散器を、図1〜3を参照して説明する。図1は本実施例のガス分散器の構成要素の分解図であり、図2は組立模式図であり、図3は中間枠体の拡大図である。
本実施例のガス分散器1は、ガスラインと接続する板であるガスの入気口21を設けた前面板体2とメクラ板である後面板体6の間に多数のスリット板である中間枠体3が配置されて構成されている。中間枠体3には、ガス放出スリット7となる溝4が設けられ、中央空間部32に連通している。前面板体2から後面板体6まで中間枠体3の枠部34に設けられた通し穴33の位置に該当する穴が設けられ、図示を省略した通しボルトを刺し通してナットにて緊締し、一体化して本実施例のガス分散器1とする。
図3に示した中間枠体3は、中央部に中央空間部32を有する方形の枠体であって、中間枠厚31が3mmであり、深さ30μm、幅10mmの溝が設けられている。枠部34には、複数の通し穴33が形成されている。図示は11個の通し穴が設けられているが、前後の枠体を密着できれば十分であり、全ての通し穴にボルトを通す必要はなく、通し穴の数自体も必要な数とすれば十分である。この中間枠体3を溝4の方向を揃えて前面板体2と後面板体6にて挟み込み積層してガス放出スリット7が形成されたガス分散器1とする。
The gas distributor of Example 1 is demonstrated with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded view of components of the gas distributor of the present embodiment, FIG. 2 is an assembly schematic diagram, and FIG. 3 is an enlarged view of an intermediate frame.
The gas distributor 1 according to the present embodiment includes a plurality of slit plates between a front plate 2 provided with a gas inlet 21 which is a plate connected to a gas line and a rear plate 6 which is a mekura plate. The frame 3 is arranged and configured. The intermediate frame 3 is provided with a groove 4 serving as a gas discharge slit 7 and communicates with the central space portion 32. A hole corresponding to the position of the through hole 33 provided in the frame part 34 of the intermediate frame 3 is provided from the front plate 2 to the rear plate 6, and a through bolt (not shown) is inserted and tightened with a nut. And integrated into the gas distributor 1 of this embodiment.
The intermediate frame 3 shown in FIG. 3 is a rectangular frame having a central space 32 at the center, and has an intermediate frame thickness 31 of 3 mm, a groove having a depth of 30 μm and a width of 10 mm. . A plurality of through holes 33 are formed in the frame portion 34. In the figure, 11 through holes are provided, but it is sufficient if the front and rear frame bodies can be in close contact with each other. It is not necessary to pass bolts through all the through holes, and the number of through holes itself is sufficient. It is. The intermediate frame 3 is sandwiched and laminated between the front plate 2 and the rear plate 6 with the direction of the groove 4 aligned to form a gas distributor 1 in which a gas discharge slit 7 is formed.
このガス分散器1を水中に沈め、ガスラインから入気口21を通して空気などのガスを送り込むと、ガス放出スリット7から、径1mm以下の気泡を発生させることができる。
図示は1個の溝を形成した例を示しているが、下記実施例4に示すように複数設けることができる。
When the gas disperser 1 is submerged in water and a gas such as air is sent from the gas line through the inlet 21, bubbles having a diameter of 1 mm or less can be generated from the gas discharge slit 7.
The figure shows an example in which one groove is formed, but a plurality of grooves can be provided as shown in Example 4 below.
本実施例は、実施例1とは異なる製法による中間枠体を用いた例である。
本実施例は、厚さ30μm箔の方形枠を実施例1の溝幅と同じ長さに切除して切欠き53を設けた切欠き付き枠体51と切欠きを設けない厚さ3mmの枠体52とを組み合わせて溝54を形成して中間枠体3とするものである。本実施例では、厚さ30μm箔として、アルミニウム箔を使用したが、これに限られるものではない。
The present embodiment is an example using an intermediate frame made by a manufacturing method different from that of the first embodiment.
In this embodiment, a rectangular frame with a thickness of 30 μm is cut into the same length as the groove width of the first embodiment, and a frame 51 with a notch provided with a notch 53 and a frame with a thickness of 3 mm without a notch. The intermediate frame 3 is formed by forming the groove 54 by combining with the body 52. In this embodiment, an aluminum foil is used as the 30 μm thick foil, but the present invention is not limited to this.
本実施例は、中間枠体の溝を、マスキング法を用いて製造した例である。
厚さ3mmの枠体52の枠部を厚さ30μm、幅10mmのアルミニウム箔テープで中央空間部から外側まで覆い(a)、このマスキングした状態で、枠部全体をエポキシ樹脂製塗料で塗装して厚さ30μmの塗膜56を形成し(b)(c)、アルミニウム箔テープを除去し溝54を形成した中間枠体3(d)とするものである。
塗料として親水性剤や撥水性剤を添加することでさらに性能を変化させることが可能になる。親水性剤を添加することにより、水がガス放出スリットの塗料面に引きつけられるので発生する気泡は小さくなる傾向がある。撥水性剤を用いた場合は、気泡の離れが悪くなり、気泡が大きくなる傾向がある。撥水性剤や親水性剤は、他の実施例にも吹きつけなどの手法により用いることができる。
In this embodiment, the groove of the intermediate frame is manufactured by using a masking method.
Cover the frame part of the frame body 52 having a thickness of 3 mm from the central space part to the outside with an aluminum foil tape having a thickness of 30 μm and a width of 10 mm (a). In this masked state, the entire frame part is painted with an epoxy resin paint. Then, a coating film 56 having a thickness of 30 μm is formed (b) and (c), and the aluminum foil tape is removed to form an intermediate frame 3 (d) in which grooves 54 are formed.
It is possible to further change the performance by adding a hydrophilic agent or a water repellent as a paint. By adding the hydrophilic agent, water is attracted to the paint surface of the gas release slit, so that the generated bubbles tend to be small. When the water repellent is used, the separation of bubbles is worsened and the bubbles tend to be larger. The water repellent and the hydrophilic agent can be used in other examples by a technique such as spraying.
本実施例は、複数の溝4を設けた中間枠体3を使用したガス分散器1を使用した例である。複数のコ字状溝の形成法は実施例1〜3のいずれを用いることができる。
このように多数のスリット板を積層し、金具でとめ、両端面を閉じ、片端面よりガスを供給すればガス分散が可能となる。さらに孔数も積層枚数を変更するだけで自由に変えられる。スリットを設ける面は、上面以外に側面や底面あるいは複数の方向にもスリット設けることができ、レイアウトの自由度が高い。
In this embodiment, the gas distributor 1 using the intermediate frame 3 provided with a plurality of grooves 4 is used. Any of Examples 1 to 3 can be used as a method of forming the plurality of U-shaped grooves.
In this way, gas can be dispersed by stacking a large number of slit plates, fastening them with metal fittings, closing both end faces, and supplying gas from one end face. Furthermore, the number of holes can be changed freely by simply changing the number of stacked layers. The surface on which the slit is provided can be provided on the side surface, the bottom surface, or a plurality of directions in addition to the top surface, and the degree of freedom in layout is high.
[気泡発生評価試験]
ガス放出スリットのサイズや間隔、ガス流量を変えて気泡の発生を観察した。
基本的には、実施例1を用いたが、ガス放出スリットの形状や間隔を変更するには、実施例2の手法を用いると容易であるので、アルミニウム箔をカットして試験用ガス分散器を作成した。
ガス放出スリットの拡大図を図7に示す。前後に積層した中間枠体31a、31bを想定し、スリット幅SW、スリット長さSLの2つのガス放出スリット41、42が間隔xをおいて、設けられている。
[Bubble generation evaluation test]
The generation of bubbles was observed by changing the size and interval of the gas discharge slit and the gas flow rate.
Basically, Example 1 was used, but it is easy to use the method of Example 2 to change the shape and interval of the gas discharge slit. It was created.
An enlarged view of the gas discharge slit is shown in FIG. Assuming intermediate frame bodies 31a and 31b stacked in front and rear, two gas discharge slits 41 and 42 having a slit width SW and a slit length SL are provided at an interval x.
[気泡発生評価試験1 本願実施例1を用いた発生気泡例]
スリット幅30μm、スリット長さ10mm、ガス流量10cc/min、窒素ガスを用いて水道水を入れた水槽にガス分散器の上面にガス放出スリットを向けてセットして発生する気泡を観察した。ガス放出スリットに隣接してものさしを置き、そのスケールから発生している気泡は1mm以下であることがわかる。ガス放出スリットから同時併行して複数の気泡が発生している様子も観察され、スリット長ではなくスリット幅に規制されて気泡が発生していることとなる。気泡の大きさは、径1mm以下で揃っており、合体することなく独立して状態も観察される。
[Bubble generation evaluation test 1 Example of generated bubbles using Example 1 of the present application]
Bubbles generated by setting the gas discharge slit to the upper surface of the gas distributor in a water tank containing tap water with a slit width of 30 μm, a slit length of 10 mm, a gas flow rate of 10 cc / min, and nitrogen gas were observed. It is understood that the bubbles generated from the scale are 1 mm or less by placing a ruler adjacent to the gas discharge slit. It is also observed that a plurality of bubbles are generated concurrently from the gas discharge slit, and bubbles are generated by being regulated by the slit width rather than the slit length. The size of the bubbles is uniform with a diameter of 1 mm or less, and the state is also observed independently without coalescence.
[気泡発生評価試験2 スリット幅と気泡径の関係 ]
30μm厚のアルミニウム箔を1枚、2枚、3枚使用して、スリット幅を変更して、気泡の発生状況を観察した。その結果を図9に示す。
生成気泡は、スリット幅を30μmにおいて気泡径が1mm以下になることがわかる。また、スリット幅が60μmでは、気泡径が3mmとなり、急激に大きくなることもわかる。スリット幅が30μm以下で1mm以下の気泡が得れることが明らかである。
[Bubble generation evaluation test 2 Relationship between slit width and bubble diameter]
Using one, two, or three 30 μm thick aluminum foils, the slit width was changed, and the state of bubble generation was observed. The result is shown in FIG.
It can be seen that the generated bubbles have a bubble diameter of 1 mm or less at a slit width of 30 μm. It can also be seen that when the slit width is 60 μm, the bubble diameter is 3 mm, which increases rapidly. It is clear that bubbles with a slit width of 30 μm or less and 1 mm or less can be obtained.
[気泡発生評価試験3 スリット間隔と径1mm以下気泡の発生限界ガス流量との関係 ]
スリット間隔aを変えて、安定的に1mm以下の気泡径を発生させることができる限界のガス流量を測定した。ガス流量は、スリット1個当たりのcc/minである。ガス流量が増加すると気泡が大きくなるので、小さな気泡を安定的に発生できる条件を探った。その結果を図10に示す。
スリット相互の間隔が2mm以下では、安定的に小さな気泡を発生させることができるガス流量は6cc/min以下であって、3mmでは50cc/minまで安定して小さな気泡を発生させることができる。2mmより大きなスリット間隔で大きなガス流量を供給できることが明らかである。
[Bubble generation evaluation test 3 Relationship between slit interval and gas generation limit gas flow with a diameter of 1 mm or less]
The limit gas flow rate that can stably generate a bubble diameter of 1 mm or less was measured by changing the slit interval a. The gas flow rate is cc / min per slit. Since the bubbles become larger as the gas flow rate increases, the conditions under which small bubbles can be stably generated were sought. The result is shown in FIG.
When the distance between the slits is 2 mm or less, the gas flow rate capable of stably generating small bubbles is 6 cc / min or less, and when 3 mm, small bubbles can be stably generated up to 50 cc / min. It is clear that a large gas flow rate can be supplied with a slit spacing greater than 2 mm.
[気泡発生評価試験4 ガス流量によって発生するスリット幅と気泡の大きさの関係 ]
スリット幅30、60、90μmの3種類のガス分散器を用いて、供給ガス流量と発生する気泡の大きさを観察した。その結果を図11に示す。
スリット幅が60、90μm大きくなると多量のガスを供給できるが、気泡径は3mm前後である。スリット幅30μmでは、気泡が0.5mm前後の気泡径が得られる。スリット1個当たりのガス流量は少ないが、小さな気泡を長時間水中に浮遊させることができるので、水中へガスを溶解させる実能力は高い。また、スリット個数を増やすことにより容易にガスの放出量を増やすことが可能である。
[Bubble generation evaluation test 4 Relationship between slit width generated by gas flow rate and bubble size]
Using three types of gas dispersers with slit widths of 30, 60, and 90 μm, the supply gas flow rate and the size of the generated bubbles were observed. The result is shown in FIG.
When the slit width is increased by 60, 90 μm, a large amount of gas can be supplied, but the bubble diameter is around 3 mm. With a slit width of 30 μm, a bubble diameter of about 0.5 mm is obtained. Although the gas flow rate per slit is small, since small bubbles can be suspended in water for a long time, the actual ability to dissolve gas in water is high. Further, it is possible to easily increase the amount of gas released by increasing the number of slits.
[気泡発生評価試験5 スリット長と気泡の大きさの関係 ]
スリット幅30μmとして、スリット長10、20、30mmの3種類のガス分散器を用いて、ガス流量と発生する気泡の大きさの変化を観察した。
いずれの幅のスリットの場合も、ガス供給量を増やしても気泡径は1mm以下で安定しており、スリット長の影響が小さいことが確認できた。この点は、図8の気泡発生状況の写真でも観察されたことにも示されている。
[Bubble generation evaluation test 5 Relationship between slit length and bubble size]
Using three types of gas dispersers with a slit width of 30 μm and slit lengths of 10, 20, and 30 mm, changes in the gas flow rate and the size of the generated bubbles were observed.
In the case of slits of any width, even when the gas supply amount was increased, the bubble diameter was stable at 1 mm or less, and it was confirmed that the influence of the slit length was small. This point is also shown to be observed in the bubble generation situation photograph in FIG.
(結果の総括)
この結果、スリット幅30μm以下であれば、スリット長には影響を受けない径1mm以下の気泡を安定して発生させることができることが明らかとなった。
スリット状の微細な孔をもつガス分散器とその簡便な設計方法を提供することができた。これを用いれば付加的な動力をほとんど使用することなく、1mm以下の直径をもつ気泡を発生させることができ、コストパフォーマンスに優れた高い酸素溶解速度を実現できる。
開口部となる切欠きを設けた中間枠を複数組み合わせることにより、少ない部品で大きさを自由に設計することができる。また、分解して再組立などのメンテナンスも容易である。
構造が簡単なため、スケールアップやスケールダウンやメンテナンスが容易である。またガスコンプレッサー以外の外部動力を必要としないので実用化も容易である。
また、生成気泡サイズが1mm以下となるのでガス吸収速度が増加し、ガス吸収が律速であるような化学反応や排水処理などで有利である。
(Summary of results)
As a result, it was found that when the slit width is 30 μm or less, bubbles having a diameter of 1 mm or less that are not affected by the slit length can be stably generated.
A gas disperser with slit-like fine holes and its simple design method could be provided. If this is used, bubbles having a diameter of 1 mm or less can be generated with little additional power, and a high oxygen dissolution rate with excellent cost performance can be realized.
By combining a plurality of intermediate frames provided with notches serving as openings, the size can be freely designed with fewer parts. In addition, maintenance such as disassembly and reassembly is easy.
Since the structure is simple, scale-up, scale-down, and maintenance are easy. Moreover, since no external power other than the gas compressor is required, it is easy to put into practical use.
Further, since the generated bubble size is 1 mm or less, the gas absorption rate is increased, which is advantageous in a chemical reaction or wastewater treatment in which gas absorption is rate-limiting.
1 ガス分散器
2 前面板体
21入気口
3 中間枠体
31中間枠厚
31a、31b 中間枠体
32中央空間部
33通し穴
34枠部
4 溝
51切欠き付き枠体
52枠体
53切欠き
54溝
55マスキングテープ
56塗膜
6 後面板体
7 ガス放出スリット
41、42 ガス放出スリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas distributor 2 Front plate body 21 Inlet 3 Intermediate frame 31 Intermediate frame thickness 31a, 31b Intermediate frame 32 Central space part 33 Through-hole 34 Frame part 4 Groove 51 Notched frame 52 Frame 53 Notch 54 groove 55 masking tape 56 coating film 6 rear plate 7 gas release slit 41, 42 gas release slit
Claims (4)
ガス分散器は、両端に配置した平面板体と両平面板の間に配置された複数の中間枠体から構成されており、
該中間枠体には、中央空間から外側に連通する溝が形成されており、該溝は前記気体放出孔を構成することを特徴とするガス分散器。 The gas discharge holes are rectangular slits having a maximum short side of 30 μm or less and a long side of 1 to 30 mm, and a number of slit-like gas discharge holes having an interval between adjacent gas discharge holes of 3 mm or more. A gas distributor that generates bubbles with a diameter of 1 mm or less by setting the gas flow rate per slit-like gas discharge hole to 50 cc / min or less,
The gas distributor is composed of a planar plate disposed at both ends and a plurality of intermediate frames disposed between both planar plates,
The intermediate frame is formed with a groove communicating from the central space to the outside, and the groove constitutes the gas discharge hole.
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