ガス供給装置
【課題】発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで処理液中にガスを溶け込ませることを可能とするガス供給装置を提供する。
【解決手段】処理液Ｓ中にガスを溶存させるガス供給装置１Ａであって、処理液Ｓを貯留する貯留槽と、処理液Ｓの内部に内周面の一部が露出するように浸漬された第１撹拌器１２ａと、第１撹拌器１２ａの内周面側に挿入され、処理液Ｓの内部に外周面の一部を除いて浸漬された第２撹拌器１２ｂと、第１撹拌器１２ａおよび第２撹拌器１２ｂを、第１撹拌器１２ａの長手方向と平行な第１回転軸Ｆ、および第２撹拌器１２ｂの長手方向と平行な第２回転軸Ｆの周りに回転させる駆動装置１４と、を有する。
【解決手段】処理液Ｓ中にガスを溶存させるガス供給装置１Ａであって、処理液Ｓを貯留する貯留槽と、処理液Ｓの内部に内周面の一部が露出するように浸漬された第１撹拌器１２ａと、第１撹拌器１２ａの内周面側に挿入され、処理液Ｓの内部に外周面の一部を除いて浸漬された第２撹拌器１２ｂと、第１撹拌器１２ａおよび第２撹拌器１２ｂを、第１撹拌器１２ａの長手方向と平行な第１回転軸Ｆ、および第２撹拌器１２ｂの長手方向と平行な第２回転軸Ｆの周りに回転させる駆動装置１４と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡を抑制しつつ反応溶液中に気体（ガス成分）を溶け込ませるガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、酵素反応や微生物を用いた生物反応等を利用して、溶液状態の原料から物質の合成や分解を行う装置、所謂バイオリアクタに関する技術が盛んに開発されている。
【０００３】
一般に生物反応は、化学反応のように高温・高圧を必要としないため省エネルギー性に優れること、反応設備を耐熱・耐圧とする必要がないこと、反応に用いる生物種に応じて副反応が少ない反応系を構築できること、などの特長を備えており、工業的に有利な点が多く注目を浴びている。他にも、好気性微生物群を主成分とする活性汚泥を用い、排水中の有機性汚濁を浄化させる設備（活性汚泥槽）が知られており、生活排水や工業排水などを処理する設備として利用されている。
【０００４】
これらのバイオリアクタであって、用いる微生物が生物反応において特定の気体を必要とするものは、用いられる原料液や排水などの反応溶液に含まれる溶存ガス成分を生物反応により消費する。例えば、好気性反応では原料液や排水に含まれる溶存酸素を消費し、メタン発酵を行う嫌気性反応では溶存二酸化炭素を消費する。生物反応を継続するためには、このように消費されるガス成分を供給する必要があるため、通常、必要とするガス成分を反応溶液中に吹き込む曝気処理によって溶存ガス濃度を高めることとしている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平７−７７９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１４１７３０号公報
【特許文献３】特開２００２−５９１８９号公報
【特許文献４】特開平５−１７７１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記方法では反応溶液が発泡するおそれがある。このような泡は、反応に用いる微生物を巻き込んで液面に滞留し、反応溶液中での微生物の活動を阻害することがある。例えば、活性汚泥により生活排水の処理をする場面では、排水中に洗剤が含まれていることが多く、曝気処理によって液面に多量の泡が滞留する。屋外の活性汚泥施設では、液面の泡が風で飛ばされ、周囲を汚すおそれがある。このような発泡を抑制するために曝気量を少なくすると、ガス成分の供給速度が低下するため、バイオリアクタの運転条件を整えることが困難となる。
【０００７】
発泡を抑制するためには反応溶液に消泡剤を添加する対策も考えられるが、泡の発生を抑制することから曝気のための泡そのものの発生も同時に抑制され、曝気効率が低下しガス成分の供給速度が低下する。あるいは、消泡剤を用いることによりランニングコストが増加すること、医薬品のような有用物質生産のためのバイオリアクタでは消泡剤の使用ができないこと、など消泡剤によっては課題が解決できない、または新たな課題が生じる場合がある。
【０００８】
また、曝気によって反応溶液中に放たれた多量の気泡は、液体中を激しく流動させながら上昇するため、細胞培養に用いるバイオリアクタでは、培養している細胞が激しい液体の流動によって損傷するおそれがある。損傷した細胞は死滅することが多く、生産効率の低下につながる。
【０００９】
さらに、上記方法では、液面下にガスを供給するためにガスを加圧する必要があり、加圧のためのエネルギーが必要となる。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、バイオリアクタに用いられる装置であって、発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで処理液中に気体を効率的に溶け込ませることを可能とするガス供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明のガス供給装置は、液体中にガスを溶存させるガス供給装置であって、前記液体を貯留する貯留槽と、前記液体の内部に内周面の一部が露出するように浸漬された第１筒状部材と、前記第１筒状部材の内周面側に挿入され、前記液体の内部に外周面の一部を除いて浸漬された第２筒状部材と、前記第１筒状部材および前記第２筒状部材を、前記第１筒状部材の長手方向と平行な第１回転軸、および前記第２筒状部材の長手方向と平行な第２回転軸の周りに回転させる駆動装置と、を有することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、第１筒状部材および第２筒状部材が回転する際、各筒状部材の表面は、液面上方のガスとの摩擦により多くのガスを巻き込みながら液体内に浸入する。あるいは、液体との摩擦によって多くの液体を液面の上方へ引き上げながら、液面上方へ露出することとなる。
【００１３】
また、各筒状部材の回転により液面を波立たせると、液面では気液接触面が増えるため液体へのガス成分の溶け込みが促進される。さらに、各筒状部材は内部が中空であるため、各筒状部材を配設することによる貯留槽の貯留量の減少を極力抑えることができる。そして、複数の筒状部材を用いているため、処理液へのガスの溶け込みが更に促進される。
【００１４】
これらの作用が合わさることにより、液体にガスを供給する効率が高くなり、液面上方のガスを加圧することなく効率的に液体に溶け込ませることが可能となる。そのため、発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで液面上方のガスを液体中に溶け込ませることが可能なガス供給装置とすることができる。
【００１５】
本発明においては、前記第１筒状部材および前記第２筒状部材は、長手方向の両端が、前記貯留槽の前記長手方向において向かい合う両側壁から離間しており、前記貯留槽は、前記両側壁の少なくともいずれか一方から前記第１筒状部材と前記第２筒状部材との間に挿入するように延在して設けられ、延在方向と直交する幅方向の両端が前記液体の液面から露出する仕切り板と、底部に設けられた前記液体の排出口と、を有し、前記仕切り板は、該仕切り板の上面側と下面側とを接続する接続口を有することが望ましい。
この構成によれば、貯留槽内の液体は、仕切り板と各筒状部材との間の流路を流れながら排出口に達して排出されることとなる。このように処理液が流動する間、各筒状部材が処理液に液面上方のガスを供給し続けるため、効率的にガスの供給を行うことが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記仕切り板は、前記両側壁からそれぞれ延在して設けられた、互いに端部が向かい合う一対の板状部材で構成されており、前記一対の板状部材において、互いに向かいあう端部同士の間を前記接続口とすることが望ましい。
この構成によれば、装置の組み立てが容易となる。
【００１７】
本発明においては、複数の前記第２筒状部材を有することとすることもできる。
この構成によれば、第１筒状部材の内周面側において、処理液へのガスの溶け込みが更に促進される。
【００１８】
本発明においては、前記第１回転軸および前記第２回転軸が前記液体の液面と平行に設定されていることが望ましい。
この構成によれば、各筒状部材が液面から長手方向で露出するため、各筒状部材と液面上方のガスとが広い面積で接触する。そのため、各筒状部材の表面と液面上方のガスとの摩擦が増え、液体中に効率的にガスを供給することができる。
【００１９】
本発明においては、前記第１筒状部材の外周面には、前記第１筒状部材の回転方向に延在する凸条部が設けられていることが望ましい。
【００２０】
また本発明においては、前記第２筒状部材の外周面には、前記第２筒状部材の回転方向に延在する凸条部が設けられていることが望ましい。
【００２１】
これらの構成によれば、筒状部材の外側において表面積が増えるため、各筒状部材の表面と液面上方のガスとの摩擦が増え、効率的にガスを供給することができる。
【００２２】
本発明においては、前記第２筒状部材の内周面の一部が、前記液体の液面から露出していることが望ましい。
この構成によれば、第２筒状部材の内周面も液面上方のガスと接触するため、内周面が液体の液面を通過する際にも液体へのガス供給が行われ、効率的にガス供給を行うことができる。
【００２３】
本発明においては、前記第２筒状部材の内周面には、前記第２筒状部材の回転方向に延在する凸条部を有することが望ましい。
この構成によれば、第２筒状部材の内周面において表面積が増えるため、第２筒状部材の表面と液面上方のガスとの摩擦が増え、効率的にガスを供給することができる。
【００２４】
本発明においては、前記第１筒状部材および前記第２筒状部材は、前記回転軸に直交する平面による断面形状が円環であるであることが望ましい。
この構成によれば、各筒状部材の表面の液体への浸入、および液中からの露出が滑らかな動きとなり、発泡を抑制して液体中にガスを供給することができる。
【００２５】
本発明においては、前記駆動装置は、前記第１筒状部材に挿通され、前記第１筒状部材を内部から支えて吊り下げる第１軸部と、前記第２筒状部材に挿通され、前記第２筒状部材を内部から支えて吊り下げる第２軸部と、前記第１軸部および前記第２軸部を回転させるモーターと、を有することが望ましい。
この構成によれば、筒状部材の構成を簡略化し、簡単な構成の駆動装置とすることができる。
【００２６】
本発明においては、前記第１軸部および前記第２軸部は、前記液体の液面の上方に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、各軸部が液面よりも上方に配置されているため、連続運転を行ったとしても軸部が液体に浸漬することにより生じ得る錆などによる劣化が抑制され、信頼性の高いガス供給装置とすることができる。
【００２７】
本発明においては、前記第１筒状部材および前記第２筒状部材の運転を制御する制御部と、前記液体に溶存する前記ガスの濃度を測定する測定手段と、を有し、前記制御部は、前記測定手段により測定される前記ガスの濃度が所定の目標値に近づくように前記筒状部材の運転を制御することが望ましい。
この構成によれば、液体中のガス濃度を所望の濃度に維持することが容易となる。ここで、「運転を制御」とは、各筒状部材の回転速度または回転方向の少なくともいずれか一方を制御することを示す。
【００２８】
本発明においては、前記貯留槽の底部は、前記第１回転軸に交差する平面による断面形状が、半円筒形状であることが望ましい。
この構成によれば、各筒状部材の回転を阻害することなく、底部の端で処理液の対流が停滞したり、固形物が堆積したりする箇所を無くすことができる。そのため、処理液内へのガス供給を効果的に行うことができる。
【００２９】
本発明においては、前記貯留槽の上部は蓋で閉じられており、前記蓋と前記液体の液面との間の空間に、前記ガスを供給する供給手段を有することが望ましい。
この構成によれば、蓋と液体の液面との間の空間に供給されたガスの濃度を高く維持し、効率的に液体中にガスを供給することができる。例えば該空間に酸素を供給する場合、酸素濃度を大気中よりも高濃度に保つことができるため、効率良く液体に酸素を供給することができる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで、処理液中に気体を溶け込ませることを可能とするガス供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス供給装置の説明図である。
【図２】第１実施形態のガス供給装置の組立図である。
【図３】第１実施形態に係るガス供給装置内での処理液の流れを説明する説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るガス供給装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
［第１実施形態］
以下、図１〜図３を参照しながら、本発明の実施形態に係るガス供給装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００３３】
図１は、本実施形態のガス供給装置の説明図であり、図１（ａ）はガス供給装置１Ａについての断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の線分Ａ−Ａにおける矢視断面図である。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、本実施形態のガス供給装置１Ａは、ガスを供給処理する対象である処理液Ｓを貯留する貯留槽１０と、自身を貫通する回転軸Ｆ回りを回転することで貯留槽１０内の処理液Ｓを撹拌する撹拌器１２と、撹拌器１２を回転させる駆動装置１４と、を有している。
【００３５】
処理液Ｓは、生物反応によって消費される原料と、該原料を代謝する生物反応を起こす菌類などの生物や培養される動物細胞などが含まれるものである。
【００３６】
貯留槽１０は、上部１０ａに蓋がされ底部１０ｂが略半円筒形状を呈する平面視矩形の容器である。貯留槽１０の対向する側壁には貫通孔１０１が設けられており、貫通孔１０１には、処理液Ｓの原液を貯留槽１０内に供給する供給配管１６が設けられている。供給配管１６は、貯留槽１０の長手方向および短手方向の中央付近に端部が設置され、貯留槽１０の中央付近に処理液Ｓの原液を供給するように設けられている。
【００３７】
また、貫通孔１０１からは、処理液Ｓに供給するガスが貯留槽１０内の気相部Ｇに供給される。図では、ガスを供給する供給装置（供給手段）１５が貫通孔１０１を介してガスを供給することとしている。供給するガスの種類は、処理液Ｓの種類に応じて種々選択することができ、例えば処理液Ｓが好気性細菌の培養に用いる培養液である場合、空気や酸素を選択することができる。本実施形態では、供給装置１５から酸素を供給することとしている。
【００３８】
貯留槽１０は上部１０ａに蓋がされているため、気相部Ｇに供給されたガス濃度を高く維持することができる。例えば処理液Ｓが好気性細菌の培養に用いる培養液である場合、気相部Ｇに酸素を供給すると、気相部Ｇの酸素濃度を大気中よりも高濃度に保つことができるため、効率良く処理液Ｓに酸素を供給することができ、細菌の培養を効率的に行うことができる。その意味において、供給するガスが空気である場合、貯留槽１０の上部１０ａに蓋は不要である。もちろん、埃などの異物混入防止のため、貯留槽１０に蓋を設けることとしても構わない。
【００３９】
貯留槽１０の底部１０ｂは、半円筒形状に設計されており、撹拌器１２の回転軸Ｆの延在方向に直交する方向に端部が丸くなっている。このような底部形状とすることで、底部の端で対流が停滞したり、固形物が堆積したりすることを防いでいる。もちろん、底部の形状は丸くなくても良い。
【００４０】
さらに、貯留槽１０の底部１０ｂには、貯留槽１０から処理液Ｓを排出するための排出口１０９が設けられ、排出配管１９が接続されている。排出口１０９は、貯留槽１０の底部１０ｂにおいて長手方向および短手方向の中央付近に設けられている。貯留槽１０内でガスが供給された処理液Ｓは、排出配管１９を介して下流の設備へと排出される。
【００４１】
貯留槽内に浮遊する固形分により排出口１０９が閉塞しやすい場合など、必要に応じて排出配管１９側から処理液を逆方向に流す構成としても良い。この場合には、貯留槽から処理液を抜き取る別の設備を適宜設けると良い。
【００４２】
撹拌器１２は、回転軸Ｆと略重なる対称軸を有する筒状の軸対称回転体を複数有しており、本実施形態のガス供給装置１Ａは、大きさの異なる中空円筒状の第１撹拌器（第１筒状部材）１２ａ、第２撹拌器（第２筒状部材）１２ｂ、第３撹拌器（第３筒状部材）１２ｃを有している。それぞれ、第１撹拌器１２ａの内部の空間には、第２撹拌器１２ｂが配設され、第２撹拌器１２ｂの内部の空間には、第３撹拌器１２ｃが配設されており、各撹拌器の回転軸はいずれも共通する位置に設定されている。各撹拌器は、貯留槽１０内において処理液Ｓの液面から少なくとも一部が露出し、残る部分が処理液Ｓに浸漬する状態となるように配置されている。
【００４３】
第１撹拌器１２ａ、第２撹拌器１２ｂ、第３撹拌器１２ｃの回転軸Ｆは、略水平方向（貯留槽１０に貯留される処理液Ｓの液面と平行な方向）に設定されている。これらの各撹拌器は、回転軸Ｆまわりを円周方向に回転することで、処理液Ｓと貯留槽１０の気相部Ｇとの界面を撹拌し、気相部Ｇのガスを処理液Ｓに供給する。回転軸Ｆは、水平方向から傾いて設定されていても良い。
【００４４】
第１撹拌器１２ａと第２撹拌器１２ｂとの間、第２撹拌器１２ｂと第３撹拌器１２ｃとの間、および第３撹拌器１２ｃの内側には、貯留槽１０の側壁に設けられた仕切り板１０５（第１仕切り板１０５ａ、第２仕切り板１０５ｂ、第３仕切り板１０５ｃ）が挿入されている。各仕切り板１０５ａ〜１０５ｃはそれぞれ、向かい合う側壁にそれぞれ設けられて対を成す板状部材で構成されており、平面視中央付近において、向かい合う板状部材の間に生じる隙間は、仕切り板の上面側と下面側の空間を接続する接続口１０６を構成している。
【００４５】
また、図１（ｂ）に示すように、各仕切り板は下方に凸となるように湾曲して設けられており、撹拌器１２の回転軸Ｆの延在方向に直交する方向の両端は処理液Ｓの液面から露出している。このように、仕切り板１０５と各撹拌器との間には処理液Ｓの流路が形成される。
【００４６】
形成される流路の幅（仕切り板１０５と撹拌器との距離）は、処理液Ｓの内容によって適した幅を選択することとする。この流路が狭くなるほど、該流路では高い剪断力が生じ激しく処理液Ｓを撹拌する。そのため、処理液Ｓ内に動物細胞が含まれ、該動物細胞を培養して増やす場合、高い剪断力によって動物細胞が損傷するおそれが生じるため、流路を広く設定するほうが良い。逆に、剪断力によって処理液Ｓの内容物が損傷するおそれがない場合には、流路を狭くしておくと、高い剪断力によって多くのガス成分（例えば酸素）が処理液Ｓに供給されることが期待される。
【００４７】
図１（ａ）に戻って、駆動装置１４は、第１撹拌器１２ａ、第２撹拌器１２ｂ、第３撹拌器１２ｃの内側を各々貫通する３本のシャフト（軸部）１４１と、各シャフト１４１の複数箇所（図では２箇所）に設けられたローラー１４２と、３本のシャフト１４１の端部に設けられ、シャフト１４１を軸周りに回転させるモーター１４３と、を有している。シャフト１４１は、貯留槽１０の対向する側壁に設けられた貫通孔１０１〜１０６を貫通して配設されている。
【００４８】
複数のシャフト１４１は、それぞれ撹拌器の内壁にローラー１４２を介して接しており、撹拌器を内部から支えて吊り下げている。シャフト１４１が回転することにより、ローラー１４２と各撹拌器の内壁との間の摩擦を生じさせ、該摩擦力によってシャフト１４１の回転方向と同方向に各撹拌器を回転させるようになっている。
【００４９】
各シャフト１４１は液面と平行に配置されている。また、液面よりも上方に配置されているため、連続運転を行ったとしても処理液Ｓに浸漬することにより生じ得る錆などによる劣化が抑制される。
【００５０】
このような構成のガス供給装置１Ａでは、気相部Ｇに露出する第１撹拌器１２ａ、第２撹拌器１２ｂ、第３撹拌器１２ｃの表面が、回転により処理液Ｓに侵入する際、各撹拌器の表面は、気相部Ｇのガス成分との摩擦によって多くのガス成分を巻き込みながら処理液Ｓ内に浸入する。また、各撹拌器の表面が処理液Ｓ内から気相部Ｇへと出る際には、撹拌器の表面は、処理液Ｓとの摩擦によって多くの処理液Ｓを気相部Ｇへ引き上げながら気相部Ｇへと露出する。
【００５１】
さらに、第１撹拌器１２ａ、第２撹拌器１２ｂ、第３撹拌器１２ｃは軸対称回転体であり、対称軸と各撹拌器の回転軸とが一致しているため、各撹拌器の回転による撹拌器表面の処理液Ｓへの浸入、処理液Ｓからの露出は滑らかな動きとなり、発泡を起こさずに液面を波立たせる。そうすると、液面では気液接触面が増えることにより、処理液Ｓへのガス成分の溶け込みが促進される。また、複数の撹拌器を用いているため、処理液Ｓへのガス成分の溶け込みが更に促進される。
【００５２】
これらの作用が合わさることにより、撹拌器１２が処理液Ｓ内に浸入し処理液Ｓを撹拌すると、処理液Ｓにガス成分を供給する効率が高くなり、気相部Ｇのガス成分を加圧することなく効率的に処理液Ｓに溶け込ませることが可能となる。
【００５３】
ガス供給装置１Ａは、他にも、処理液Ｓの溶存ガス濃度を測定する測定装置（測定手段）１７を有している。このような測定装置１７としては、例えば処理液Ｓの溶存酸素濃度を測定するための溶存酸素計を例示することができる。このような測定装置１７の測定結果は、各撹拌器の回転を制御する制御部１８に伝えられ、制御部１８は溶存酸素濃度を所望の目標値とするために各撹拌器の回転を制御する。
【００５４】
例えば、溶存酸素濃度が目標値より低い場合、気相部Ｇの酸素をより多く処理液Ｓに供給するため、制御部１８は、各撹拌器の角速度を早めたり、互いに角速度を異ならせたり、更には各撹拌器の回転方向を互いに逆方向にしたりすることにより、処理液Ｓの液面をより波立たせ、酸素の溶解が促進されるように制御する。逆に、溶存酸素濃度が目標値より高い場合には、制御部１８は、各撹拌器の角速度を遅くし、互いに角速度を揃え、更には各撹拌器の回転方向を互いに同方向にしたりすることにより、処理液Ｓへの酸素の溶解を緩やかにするように制御する。
【００５５】
図２は、本実施形態のガス供給装置１Ａの組立例を示す組立図である。組立前の貯留槽１０は、撹拌器１２の回転軸の中央付近において回転軸方向に直交する面で分割され、槽部品１０Ａ，１０Ｂとなっている。各槽部品１０Ａ，１０Ｂの内壁には、それぞれ仕切り板１０５が設けられており、槽部品１０Ａ，１０Ｂで撹拌器１２を挟み込むようにして仕切り板の間の隙間に複数の撹拌器を挿入することで、貯留槽１０内に撹拌器１２を配設する（図２（ａ）（ｂ））。なお、ここに示す組み立て方は一例であり、他の組み立て方で組み立てることとしても良い。
【００５６】
図３は、本実施形態のガス供給装置１Ａにおける処理液Ｓの流れを示す説明図であり、図１（ａ）に対応する図である。ここでは、図を見やすくするために、図１に示す駆動装置１４を省略して図示している。
【００５７】
本実施形態のガス供給装置１Ａは、供給配管１６から貯留槽１０に供給された処理液Ｓの原液が、貯留槽１０内において生物反応を起こしながら流動し、排出口１０９から連続的に排出される連続式の運転方式を採用している。
【００５８】
第３仕切り板１０５ｃの内側の処理液Ｓは、第３仕切り板１０５ｃの接続口１０６ｃを介して、第３仕切り板１０５ｃと第３撹拌器１２ｃの内壁とに挟まれた流路を流動する。第３撹拌器１２ｃの端部にまで達すると、第３撹拌器１２ｃの外壁と第２仕切り板１０５ｂとに挟まれた流路を流動して第２仕切り板１０５ｂの接続口１０６ｂに達する。
【００５９】
以下同様に、接続口１０６ｂを介して第２仕切り板１０５ｂと第２撹拌器１２ｂの内壁とに挟まれた流路、および第２撹拌器１２ｂの外壁と第１仕切り板１０５ａとに挟まれた流路を流動して第１仕切り板１０５ａの接続口１０６ａに達し、さらに第１撹拌器１２ａの内壁外壁に沿って流動する処理液Ｓが排出口１０９に達して、排出配管１９を介して下流の設備へと排出される。
【００６０】
このように処理液Ｓが流動する間、撹拌器１２が処理液Ｓに気相部Ｇのガス成分を供給し続け、さらに撹拌器１２が処理液Ｓを撹拌することよって生物反応が促進されるため、連続式でありながら効率的に生物反応を起こさせることが可能となる。
【００６１】
以上のような構成のガス供給装置１Ａによれば、気相部Ｇに含まれるガス成分を、発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで効率的に反応溶液中に溶け込ませることが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態では、設けられる仕切り板が、向かい合う側壁にそれぞれ設けられて対を成していることとしたが、これに限らない。１枚の板状の部材が向かい合う側壁に渡されて仕切り板を構成し、該板状の部材に貫通孔を設けることで該貫通孔を排出口として用いることとしても良い。更には、仕切り板が向かい合う側壁の一方から延在し、且つ他方の側壁との間が離間した状態で設けられ、仕切り板と他方の側壁との隙間を排出口として用いることとしても構わない。
【００６３】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係るガス供給装置１Ｂの説明図であり、撹拌器の回転軸に直交する断面での断面図である。本実施形態のガス供給装置１Ｂは、第１実施形態のガス供給装置１Ａと一部共通しており、ガス供給装置の構成が異なっている。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６４】
ガス供給装置１Ｂが有する撹拌器１２は、貯留槽１０内に配設される第１撹拌器１２ｄと、第１撹拌器１２ｄ内に配設される２つの第２撹拌器１２ｅと、を有している。２つの第２撹拌器１２ｅは、第１撹拌器１２ｄ内の液面付近において、第１撹拌器１２ｄの対称軸の延在方向と交差する方向に配列され、各々の対称軸を第１撹拌器１２ｄの対称軸と同方向に設定している。第１撹拌器１２ｄと２つの第２撹拌器１２ｅとの回転軸は異なっており、それぞれ独立した回転軸（第１回転軸、第２回転軸）の周りを回転している。
【００６５】
このような構成のガス供給装置１Ｂを有するガス供給装置１Ｂであっても、複数の撹拌器を用いることによる気相部のガス成分の溶解を促進するという本願の効果を得ることができる。
【００６６】
なお、本実施形態においては、２つの第２撹拌器１２ｅは第１撹拌器１２ｄの回転軸の延在方向と交差する方向に配列するものとしたが、これに限らず、第１撹拌器１２ｄの回転軸の延在方向に並んで配列するものとしても良い。
【００６７】
また、本実施形態においては、第１実施形態で示した仕切り板を設けないものとして説明したが、もちろん第１撹拌器１２ｄと第２撹拌器１２ｅとの間に仕切り板を設けることとしても良い。その場合、仕切り板は、２つの第２撹拌器１２ｅのそれぞれに対応して設け、２つの第２撹拌器１２ｅと第１撹拌器１２ｄとの間を各々個別に仕切ることとしても良く、また、２つの第２撹拌器１２ｅをまとめて覆い、２つの第２撹拌器１２ｅと第１撹拌器１２ｄとの間をまとめて仕切ることとしても良い。
【００６８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６９】
例えば、上記実施形態においては、中空円筒状の撹拌器を用いることとしたが、撹拌器の外壁または内壁のいずれか一方または両方に、撹拌器の円周方向に沿って複数の凸条部を設け、表面に凹凸形状を設けることとしても良い。このようにすると、撹拌器表面と気相部でのガス成分との接触面積が広がる。そうすると、撹拌器の気相部に露出する面が、回転により処理液に侵入する際、撹拌器の表面は、ガス成分との摩擦によってより多くのガス成分を巻き込みながら処理液を撹拌する。そのため、ガス成分を供給する効率がさらに高くなり、効率良くガス成分を処理液に溶け込ませることが可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１Ａ，１Ｂ…ガス供給装置、１０…貯留槽、１０ａ…上部、１０ｂ…底部、１２…撹拌器、１２ａ，１２ｄ…第１撹拌部（第１筒状部材）、１２ｂ，１２ｅ…第２撹拌部（第２筒状部材）、１４…駆動装置、１５…供給装置（供給手段）、１６…供給配管（供給口）、１７…測定装置（測定手段）、１８…制御部、１９…排出口、１０５…仕切り板、１０６…接続口、１４１…シャフト（軸部）、１４３…モーター、Ｆ…回転軸、Ｓ…処理液、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡を抑制しつつ反応溶液中に気体（ガス成分）を溶け込ませるガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、酵素反応や微生物を用いた生物反応等を利用して、溶液状態の原料から物質の合成や分解を行う装置、所謂バイオリアクタに関する技術が盛んに開発されている。
【０００３】
一般に生物反応は、化学反応のように高温・高圧を必要としないため省エネルギー性に優れること、反応設備を耐熱・耐圧とする必要がないこと、反応に用いる生物種に応じて副反応が少ない反応系を構築できること、などの特長を備えており、工業的に有利な点が多く注目を浴びている。他にも、好気性微生物群を主成分とする活性汚泥を用い、排水中の有機性汚濁を浄化させる設備（活性汚泥槽）が知られており、生活排水や工業排水などを処理する設備として利用されている。
【０００４】
これらのバイオリアクタであって、用いる微生物が生物反応において特定の気体を必要とするものは、用いられる原料液や排水などの反応溶液に含まれる溶存ガス成分を生物反応により消費する。例えば、好気性反応では原料液や排水に含まれる溶存酸素を消費し、メタン発酵を行う嫌気性反応では溶存二酸化炭素を消費する。生物反応を継続するためには、このように消費されるガス成分を供給する必要があるため、通常、必要とするガス成分を反応溶液中に吹き込む曝気処理によって溶存ガス濃度を高めることとしている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平７−７７９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１４１７３０号公報
【特許文献３】特開２００２−５９１８９号公報
【特許文献４】特開平５−１７７１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記方法では反応溶液が発泡するおそれがある。このような泡は、反応に用いる微生物を巻き込んで液面に滞留し、反応溶液中での微生物の活動を阻害することがある。例えば、活性汚泥により生活排水の処理をする場面では、排水中に洗剤が含まれていることが多く、曝気処理によって液面に多量の泡が滞留する。屋外の活性汚泥施設では、液面の泡が風で飛ばされ、周囲を汚すおそれがある。このような発泡を抑制するために曝気量を少なくすると、ガス成分の供給速度が低下するため、バイオリアクタの運転条件を整えることが困難となる。
【０００７】
発泡を抑制するためには反応溶液に消泡剤を添加する対策も考えられるが、泡の発生を抑制することから曝気のための泡そのものの発生も同時に抑制され、曝気効率が低下しガス成分の供給速度が低下する。あるいは、消泡剤を用いることによりランニングコストが増加すること、医薬品のような有用物質生産のためのバイオリアクタでは消泡剤の使用ができないこと、など消泡剤によっては課題が解決できない、または新たな課題が生じる場合がある。
【０００８】
また、曝気によって反応溶液中に放たれた多量の気泡は、液体中を激しく流動させながら上昇するため、細胞培養に用いるバイオリアクタでは、培養している細胞が激しい液体の流動によって損傷するおそれがある。損傷した細胞は死滅することが多く、生産効率の低下につながる。
【０００９】
さらに、上記方法では、液面下にガスを供給するためにガスを加圧する必要があり、加圧のためのエネルギーが必要となる。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、バイオリアクタに用いられる装置であって、発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで処理液中に気体を効率的に溶け込ませることを可能とするガス供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明のガス供給装置は、液体中にガスを溶存させるガス供給装置であって、前記液体を貯留する貯留槽と、前記液体の内部に内周面の一部が露出するように浸漬された第１筒状部材と、前記第１筒状部材の内周面側に挿入され、前記液体の内部に外周面の一部を除いて浸漬された第２筒状部材と、前記第１筒状部材および前記第２筒状部材を、前記第１筒状部材の長手方向と平行な第１回転軸、および前記第２筒状部材の長手方向と平行な第２回転軸の周りに回転させる駆動装置と、を有することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、第１筒状部材および第２筒状部材が回転する際、各筒状部材の表面は、液面上方のガスとの摩擦により多くのガスを巻き込みながら液体内に浸入する。あるいは、液体との摩擦によって多くの液体を液面の上方へ引き上げながら、液面上方へ露出することとなる。
【００１３】
また、各筒状部材の回転により液面を波立たせると、液面では気液接触面が増えるため液体へのガス成分の溶け込みが促進される。さらに、各筒状部材は内部が中空であるため、各筒状部材を配設することによる貯留槽の貯留量の減少を極力抑えることができる。そして、複数の筒状部材を用いているため、処理液へのガスの溶け込みが更に促進される。
【００１４】
これらの作用が合わさることにより、液体にガスを供給する効率が高くなり、液面上方のガスを加圧することなく効率的に液体に溶け込ませることが可能となる。そのため、発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで液面上方のガスを液体中に溶け込ませることが可能なガス供給装置とすることができる。
【００１５】
本発明においては、前記第１筒状部材および前記第２筒状部材は、長手方向の両端が、前記貯留槽の前記長手方向において向かい合う両側壁から離間しており、前記貯留槽は、前記両側壁の少なくともいずれか一方から前記第１筒状部材と前記第２筒状部材との間に挿入するように延在して設けられ、延在方向と直交する幅方向の両端が前記液体の液面から露出する仕切り板と、底部に設けられた前記液体の排出口と、を有し、前記仕切り板は、該仕切り板の上面側と下面側とを接続する接続口を有することが望ましい。
この構成によれば、貯留槽内の液体は、仕切り板と各筒状部材との間の流路を流れながら排出口に達して排出されることとなる。このように処理液が流動する間、各筒状部材が処理液に液面上方のガスを供給し続けるため、効率的にガスの供給を行うことが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記仕切り板は、前記両側壁からそれぞれ延在して設けられた、互いに端部が向かい合う一対の板状部材で構成されており、前記一対の板状部材において、互いに向かいあう端部同士の間を前記接続口とすることが望ましい。
この構成によれば、装置の組み立てが容易となる。
【００１７】
本発明においては、複数の前記第２筒状部材を有することとすることもできる。
この構成によれば、第１筒状部材の内周面側において、処理液へのガスの溶け込みが更に促進される。
【００１８】
本発明においては、前記第１回転軸および前記第２回転軸が前記液体の液面と平行に設定されていることが望ましい。
この構成によれば、各筒状部材が液面から長手方向で露出するため、各筒状部材と液面上方のガスとが広い面積で接触する。そのため、各筒状部材の表面と液面上方のガスとの摩擦が増え、液体中に効率的にガスを供給することができる。
【００１９】
本発明においては、前記第１筒状部材の外周面には、前記第１筒状部材の回転方向に延在する凸条部が設けられていることが望ましい。
【００２０】
また本発明においては、前記第２筒状部材の外周面には、前記第２筒状部材の回転方向に延在する凸条部が設けられていることが望ましい。
【００２１】
これらの構成によれば、筒状部材の外側において表面積が増えるため、各筒状部材の表面と液面上方のガスとの摩擦が増え、効率的にガスを供給することができる。
【００２２】
本発明においては、前記第２筒状部材の内周面の一部が、前記液体の液面から露出していることが望ましい。
この構成によれば、第２筒状部材の内周面も液面上方のガスと接触するため、内周面が液体の液面を通過する際にも液体へのガス供給が行われ、効率的にガス供給を行うことができる。
【００２３】
本発明においては、前記第２筒状部材の内周面には、前記第２筒状部材の回転方向に延在する凸条部を有することが望ましい。
この構成によれば、第２筒状部材の内周面において表面積が増えるため、第２筒状部材の表面と液面上方のガスとの摩擦が増え、効率的にガスを供給することができる。
【００２４】
本発明においては、前記第１筒状部材および前記第２筒状部材は、前記回転軸に直交する平面による断面形状が円環であるであることが望ましい。
この構成によれば、各筒状部材の表面の液体への浸入、および液中からの露出が滑らかな動きとなり、発泡を抑制して液体中にガスを供給することができる。
【００２５】
本発明においては、前記駆動装置は、前記第１筒状部材に挿通され、前記第１筒状部材を内部から支えて吊り下げる第１軸部と、前記第２筒状部材に挿通され、前記第２筒状部材を内部から支えて吊り下げる第２軸部と、前記第１軸部および前記第２軸部を回転させるモーターと、を有することが望ましい。
この構成によれば、筒状部材の構成を簡略化し、簡単な構成の駆動装置とすることができる。
【００２６】
本発明においては、前記第１軸部および前記第２軸部は、前記液体の液面の上方に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、各軸部が液面よりも上方に配置されているため、連続運転を行ったとしても軸部が液体に浸漬することにより生じ得る錆などによる劣化が抑制され、信頼性の高いガス供給装置とすることができる。
【００２７】
本発明においては、前記第１筒状部材および前記第２筒状部材の運転を制御する制御部と、前記液体に溶存する前記ガスの濃度を測定する測定手段と、を有し、前記制御部は、前記測定手段により測定される前記ガスの濃度が所定の目標値に近づくように前記筒状部材の運転を制御することが望ましい。
この構成によれば、液体中のガス濃度を所望の濃度に維持することが容易となる。ここで、「運転を制御」とは、各筒状部材の回転速度または回転方向の少なくともいずれか一方を制御することを示す。
【００２８】
本発明においては、前記貯留槽の底部は、前記第１回転軸に交差する平面による断面形状が、半円筒形状であることが望ましい。
この構成によれば、各筒状部材の回転を阻害することなく、底部の端で処理液の対流が停滞したり、固形物が堆積したりする箇所を無くすことができる。そのため、処理液内へのガス供給を効果的に行うことができる。
【００２９】
本発明においては、前記貯留槽の上部は蓋で閉じられており、前記蓋と前記液体の液面との間の空間に、前記ガスを供給する供給手段を有することが望ましい。
この構成によれば、蓋と液体の液面との間の空間に供給されたガスの濃度を高く維持し、効率的に液体中にガスを供給することができる。例えば該空間に酸素を供給する場合、酸素濃度を大気中よりも高濃度に保つことができるため、効率良く液体に酸素を供給することができる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで、処理液中に気体を溶け込ませることを可能とするガス供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス供給装置の説明図である。
【図２】第１実施形態のガス供給装置の組立図である。
【図３】第１実施形態に係るガス供給装置内での処理液の流れを説明する説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るガス供給装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
［第１実施形態］
以下、図１〜図３を参照しながら、本発明の実施形態に係るガス供給装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００３３】
図１は、本実施形態のガス供給装置の説明図であり、図１（ａ）はガス供給装置１Ａについての断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の線分Ａ−Ａにおける矢視断面図である。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、本実施形態のガス供給装置１Ａは、ガスを供給処理する対象である処理液Ｓを貯留する貯留槽１０と、自身を貫通する回転軸Ｆ回りを回転することで貯留槽１０内の処理液Ｓを撹拌する撹拌器１２と、撹拌器１２を回転させる駆動装置１４と、を有している。
【００３５】
処理液Ｓは、生物反応によって消費される原料と、該原料を代謝する生物反応を起こす菌類などの生物や培養される動物細胞などが含まれるものである。
【００３６】
貯留槽１０は、上部１０ａに蓋がされ底部１０ｂが略半円筒形状を呈する平面視矩形の容器である。貯留槽１０の対向する側壁には貫通孔１０１が設けられており、貫通孔１０１には、処理液Ｓの原液を貯留槽１０内に供給する供給配管１６が設けられている。供給配管１６は、貯留槽１０の長手方向および短手方向の中央付近に端部が設置され、貯留槽１０の中央付近に処理液Ｓの原液を供給するように設けられている。
【００３７】
また、貫通孔１０１からは、処理液Ｓに供給するガスが貯留槽１０内の気相部Ｇに供給される。図では、ガスを供給する供給装置（供給手段）１５が貫通孔１０１を介してガスを供給することとしている。供給するガスの種類は、処理液Ｓの種類に応じて種々選択することができ、例えば処理液Ｓが好気性細菌の培養に用いる培養液である場合、空気や酸素を選択することができる。本実施形態では、供給装置１５から酸素を供給することとしている。
【００３８】
貯留槽１０は上部１０ａに蓋がされているため、気相部Ｇに供給されたガス濃度を高く維持することができる。例えば処理液Ｓが好気性細菌の培養に用いる培養液である場合、気相部Ｇに酸素を供給すると、気相部Ｇの酸素濃度を大気中よりも高濃度に保つことができるため、効率良く処理液Ｓに酸素を供給することができ、細菌の培養を効率的に行うことができる。その意味において、供給するガスが空気である場合、貯留槽１０の上部１０ａに蓋は不要である。もちろん、埃などの異物混入防止のため、貯留槽１０に蓋を設けることとしても構わない。
【００３９】
貯留槽１０の底部１０ｂは、半円筒形状に設計されており、撹拌器１２の回転軸Ｆの延在方向に直交する方向に端部が丸くなっている。このような底部形状とすることで、底部の端で対流が停滞したり、固形物が堆積したりすることを防いでいる。もちろん、底部の形状は丸くなくても良い。
【００４０】
さらに、貯留槽１０の底部１０ｂには、貯留槽１０から処理液Ｓを排出するための排出口１０９が設けられ、排出配管１９が接続されている。排出口１０９は、貯留槽１０の底部１０ｂにおいて長手方向および短手方向の中央付近に設けられている。貯留槽１０内でガスが供給された処理液Ｓは、排出配管１９を介して下流の設備へと排出される。
【００４１】
貯留槽内に浮遊する固形分により排出口１０９が閉塞しやすい場合など、必要に応じて排出配管１９側から処理液を逆方向に流す構成としても良い。この場合には、貯留槽から処理液を抜き取る別の設備を適宜設けると良い。
【００４２】
撹拌器１２は、回転軸Ｆと略重なる対称軸を有する筒状の軸対称回転体を複数有しており、本実施形態のガス供給装置１Ａは、大きさの異なる中空円筒状の第１撹拌器（第１筒状部材）１２ａ、第２撹拌器（第２筒状部材）１２ｂ、第３撹拌器（第３筒状部材）１２ｃを有している。それぞれ、第１撹拌器１２ａの内部の空間には、第２撹拌器１２ｂが配設され、第２撹拌器１２ｂの内部の空間には、第３撹拌器１２ｃが配設されており、各撹拌器の回転軸はいずれも共通する位置に設定されている。各撹拌器は、貯留槽１０内において処理液Ｓの液面から少なくとも一部が露出し、残る部分が処理液Ｓに浸漬する状態となるように配置されている。
【００４３】
第１撹拌器１２ａ、第２撹拌器１２ｂ、第３撹拌器１２ｃの回転軸Ｆは、略水平方向（貯留槽１０に貯留される処理液Ｓの液面と平行な方向）に設定されている。これらの各撹拌器は、回転軸Ｆまわりを円周方向に回転することで、処理液Ｓと貯留槽１０の気相部Ｇとの界面を撹拌し、気相部Ｇのガスを処理液Ｓに供給する。回転軸Ｆは、水平方向から傾いて設定されていても良い。
【００４４】
第１撹拌器１２ａと第２撹拌器１２ｂとの間、第２撹拌器１２ｂと第３撹拌器１２ｃとの間、および第３撹拌器１２ｃの内側には、貯留槽１０の側壁に設けられた仕切り板１０５（第１仕切り板１０５ａ、第２仕切り板１０５ｂ、第３仕切り板１０５ｃ）が挿入されている。各仕切り板１０５ａ〜１０５ｃはそれぞれ、向かい合う側壁にそれぞれ設けられて対を成す板状部材で構成されており、平面視中央付近において、向かい合う板状部材の間に生じる隙間は、仕切り板の上面側と下面側の空間を接続する接続口１０６を構成している。
【００４５】
また、図１（ｂ）に示すように、各仕切り板は下方に凸となるように湾曲して設けられており、撹拌器１２の回転軸Ｆの延在方向に直交する方向の両端は処理液Ｓの液面から露出している。このように、仕切り板１０５と各撹拌器との間には処理液Ｓの流路が形成される。
【００４６】
形成される流路の幅（仕切り板１０５と撹拌器との距離）は、処理液Ｓの内容によって適した幅を選択することとする。この流路が狭くなるほど、該流路では高い剪断力が生じ激しく処理液Ｓを撹拌する。そのため、処理液Ｓ内に動物細胞が含まれ、該動物細胞を培養して増やす場合、高い剪断力によって動物細胞が損傷するおそれが生じるため、流路を広く設定するほうが良い。逆に、剪断力によって処理液Ｓの内容物が損傷するおそれがない場合には、流路を狭くしておくと、高い剪断力によって多くのガス成分（例えば酸素）が処理液Ｓに供給されることが期待される。
【００４７】
図１（ａ）に戻って、駆動装置１４は、第１撹拌器１２ａ、第２撹拌器１２ｂ、第３撹拌器１２ｃの内側を各々貫通する３本のシャフト（軸部）１４１と、各シャフト１４１の複数箇所（図では２箇所）に設けられたローラー１４２と、３本のシャフト１４１の端部に設けられ、シャフト１４１を軸周りに回転させるモーター１４３と、を有している。シャフト１４１は、貯留槽１０の対向する側壁に設けられた貫通孔１０１〜１０６を貫通して配設されている。
【００４８】
複数のシャフト１４１は、それぞれ撹拌器の内壁にローラー１４２を介して接しており、撹拌器を内部から支えて吊り下げている。シャフト１４１が回転することにより、ローラー１４２と各撹拌器の内壁との間の摩擦を生じさせ、該摩擦力によってシャフト１４１の回転方向と同方向に各撹拌器を回転させるようになっている。
【００４９】
各シャフト１４１は液面と平行に配置されている。また、液面よりも上方に配置されているため、連続運転を行ったとしても処理液Ｓに浸漬することにより生じ得る錆などによる劣化が抑制される。
【００５０】
このような構成のガス供給装置１Ａでは、気相部Ｇに露出する第１撹拌器１２ａ、第２撹拌器１２ｂ、第３撹拌器１２ｃの表面が、回転により処理液Ｓに侵入する際、各撹拌器の表面は、気相部Ｇのガス成分との摩擦によって多くのガス成分を巻き込みながら処理液Ｓ内に浸入する。また、各撹拌器の表面が処理液Ｓ内から気相部Ｇへと出る際には、撹拌器の表面は、処理液Ｓとの摩擦によって多くの処理液Ｓを気相部Ｇへ引き上げながら気相部Ｇへと露出する。
【００５１】
さらに、第１撹拌器１２ａ、第２撹拌器１２ｂ、第３撹拌器１２ｃは軸対称回転体であり、対称軸と各撹拌器の回転軸とが一致しているため、各撹拌器の回転による撹拌器表面の処理液Ｓへの浸入、処理液Ｓからの露出は滑らかな動きとなり、発泡を起こさずに液面を波立たせる。そうすると、液面では気液接触面が増えることにより、処理液Ｓへのガス成分の溶け込みが促進される。また、複数の撹拌器を用いているため、処理液Ｓへのガス成分の溶け込みが更に促進される。
【００５２】
これらの作用が合わさることにより、撹拌器１２が処理液Ｓ内に浸入し処理液Ｓを撹拌すると、処理液Ｓにガス成分を供給する効率が高くなり、気相部Ｇのガス成分を加圧することなく効率的に処理液Ｓに溶け込ませることが可能となる。
【００５３】
ガス供給装置１Ａは、他にも、処理液Ｓの溶存ガス濃度を測定する測定装置（測定手段）１７を有している。このような測定装置１７としては、例えば処理液Ｓの溶存酸素濃度を測定するための溶存酸素計を例示することができる。このような測定装置１７の測定結果は、各撹拌器の回転を制御する制御部１８に伝えられ、制御部１８は溶存酸素濃度を所望の目標値とするために各撹拌器の回転を制御する。
【００５４】
例えば、溶存酸素濃度が目標値より低い場合、気相部Ｇの酸素をより多く処理液Ｓに供給するため、制御部１８は、各撹拌器の角速度を早めたり、互いに角速度を異ならせたり、更には各撹拌器の回転方向を互いに逆方向にしたりすることにより、処理液Ｓの液面をより波立たせ、酸素の溶解が促進されるように制御する。逆に、溶存酸素濃度が目標値より高い場合には、制御部１８は、各撹拌器の角速度を遅くし、互いに角速度を揃え、更には各撹拌器の回転方向を互いに同方向にしたりすることにより、処理液Ｓへの酸素の溶解を緩やかにするように制御する。
【００５５】
図２は、本実施形態のガス供給装置１Ａの組立例を示す組立図である。組立前の貯留槽１０は、撹拌器１２の回転軸の中央付近において回転軸方向に直交する面で分割され、槽部品１０Ａ，１０Ｂとなっている。各槽部品１０Ａ，１０Ｂの内壁には、それぞれ仕切り板１０５が設けられており、槽部品１０Ａ，１０Ｂで撹拌器１２を挟み込むようにして仕切り板の間の隙間に複数の撹拌器を挿入することで、貯留槽１０内に撹拌器１２を配設する（図２（ａ）（ｂ））。なお、ここに示す組み立て方は一例であり、他の組み立て方で組み立てることとしても良い。
【００５６】
図３は、本実施形態のガス供給装置１Ａにおける処理液Ｓの流れを示す説明図であり、図１（ａ）に対応する図である。ここでは、図を見やすくするために、図１に示す駆動装置１４を省略して図示している。
【００５７】
本実施形態のガス供給装置１Ａは、供給配管１６から貯留槽１０に供給された処理液Ｓの原液が、貯留槽１０内において生物反応を起こしながら流動し、排出口１０９から連続的に排出される連続式の運転方式を採用している。
【００５８】
第３仕切り板１０５ｃの内側の処理液Ｓは、第３仕切り板１０５ｃの接続口１０６ｃを介して、第３仕切り板１０５ｃと第３撹拌器１２ｃの内壁とに挟まれた流路を流動する。第３撹拌器１２ｃの端部にまで達すると、第３撹拌器１２ｃの外壁と第２仕切り板１０５ｂとに挟まれた流路を流動して第２仕切り板１０５ｂの接続口１０６ｂに達する。
【００５９】
以下同様に、接続口１０６ｂを介して第２仕切り板１０５ｂと第２撹拌器１２ｂの内壁とに挟まれた流路、および第２撹拌器１２ｂの外壁と第１仕切り板１０５ａとに挟まれた流路を流動して第１仕切り板１０５ａの接続口１０６ａに達し、さらに第１撹拌器１２ａの内壁外壁に沿って流動する処理液Ｓが排出口１０９に達して、排出配管１９を介して下流の設備へと排出される。
【００６０】
このように処理液Ｓが流動する間、撹拌器１２が処理液Ｓに気相部Ｇのガス成分を供給し続け、さらに撹拌器１２が処理液Ｓを撹拌することよって生物反応が促進されるため、連続式でありながら効率的に生物反応を起こさせることが可能となる。
【００６１】
以上のような構成のガス供給装置１Ａによれば、気相部Ｇに含まれるガス成分を、発泡を抑制しつつ少ないエネルギーで効率的に反応溶液中に溶け込ませることが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態では、設けられる仕切り板が、向かい合う側壁にそれぞれ設けられて対を成していることとしたが、これに限らない。１枚の板状の部材が向かい合う側壁に渡されて仕切り板を構成し、該板状の部材に貫通孔を設けることで該貫通孔を排出口として用いることとしても良い。更には、仕切り板が向かい合う側壁の一方から延在し、且つ他方の側壁との間が離間した状態で設けられ、仕切り板と他方の側壁との隙間を排出口として用いることとしても構わない。
【００６３】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係るガス供給装置１Ｂの説明図であり、撹拌器の回転軸に直交する断面での断面図である。本実施形態のガス供給装置１Ｂは、第１実施形態のガス供給装置１Ａと一部共通しており、ガス供給装置の構成が異なっている。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６４】
ガス供給装置１Ｂが有する撹拌器１２は、貯留槽１０内に配設される第１撹拌器１２ｄと、第１撹拌器１２ｄ内に配設される２つの第２撹拌器１２ｅと、を有している。２つの第２撹拌器１２ｅは、第１撹拌器１２ｄ内の液面付近において、第１撹拌器１２ｄの対称軸の延在方向と交差する方向に配列され、各々の対称軸を第１撹拌器１２ｄの対称軸と同方向に設定している。第１撹拌器１２ｄと２つの第２撹拌器１２ｅとの回転軸は異なっており、それぞれ独立した回転軸（第１回転軸、第２回転軸）の周りを回転している。
【００６５】
このような構成のガス供給装置１Ｂを有するガス供給装置１Ｂであっても、複数の撹拌器を用いることによる気相部のガス成分の溶解を促進するという本願の効果を得ることができる。
【００６６】
なお、本実施形態においては、２つの第２撹拌器１２ｅは第１撹拌器１２ｄの回転軸の延在方向と交差する方向に配列するものとしたが、これに限らず、第１撹拌器１２ｄの回転軸の延在方向に並んで配列するものとしても良い。
【００６７】
また、本実施形態においては、第１実施形態で示した仕切り板を設けないものとして説明したが、もちろん第１撹拌器１２ｄと第２撹拌器１２ｅとの間に仕切り板を設けることとしても良い。その場合、仕切り板は、２つの第２撹拌器１２ｅのそれぞれに対応して設け、２つの第２撹拌器１２ｅと第１撹拌器１２ｄとの間を各々個別に仕切ることとしても良く、また、２つの第２撹拌器１２ｅをまとめて覆い、２つの第２撹拌器１２ｅと第１撹拌器１２ｄとの間をまとめて仕切ることとしても良い。
【００６８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６９】
例えば、上記実施形態においては、中空円筒状の撹拌器を用いることとしたが、撹拌器の外壁または内壁のいずれか一方または両方に、撹拌器の円周方向に沿って複数の凸条部を設け、表面に凹凸形状を設けることとしても良い。このようにすると、撹拌器表面と気相部でのガス成分との接触面積が広がる。そうすると、撹拌器の気相部に露出する面が、回転により処理液に侵入する際、撹拌器の表面は、ガス成分との摩擦によってより多くのガス成分を巻き込みながら処理液を撹拌する。そのため、ガス成分を供給する効率がさらに高くなり、効率良くガス成分を処理液に溶け込ませることが可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１Ａ，１Ｂ…ガス供給装置、１０…貯留槽、１０ａ…上部、１０ｂ…底部、１２…撹拌器、１２ａ，１２ｄ…第１撹拌部（第１筒状部材）、１２ｂ，１２ｅ…第２撹拌部（第２筒状部材）、１４…駆動装置、１５…供給装置（供給手段）、１６…供給配管（供給口）、１７…測定装置（測定手段）、１８…制御部、１９…排出口、１０５…仕切り板、１０６…接続口、１４１…シャフト（軸部）、１４３…モーター、Ｆ…回転軸、Ｓ…処理液、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中にガスを溶存させるガス供給装置であって、
前記液体を貯留する貯留槽と、
前記液体の内部に内周面の一部が露出するように浸漬された第１筒状部材と、
前記第１筒状部材の内周面側に挿入され、前記液体の内部に外周面の一部を除いて浸漬された第２筒状部材と、
前記第１筒状部材および前記第２筒状部材を、前記第１筒状部材の長手方向と平行な第１回転軸、および前記第２筒状部材の長手方向と平行な第２回転軸の周りに回転させる駆動装置と、を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記第１筒状部材および前記第２筒状部材は、長手方向の両端が、前記貯留槽の前記長手方向において向かい合う両側壁から離間しており、
前記貯留槽は、前記両側壁の少なくともいずれか一方から前記第１筒状部材と前記第２筒状部材との間に挿入するように延在して設けられ、延在方向と直交する幅方向の両端が前記液体の液面から露出する仕切り板と、
底部に設けられた前記液体の排出口と、を有し、
前記仕切り板は、該仕切り板の上面側と下面側とを接続する接続口を有することを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記仕切り板は、前記両側壁からそれぞれ延在して設けられた、互いに端部が向かい合う一対の板状部材で構成されており、
前記一対の板状部材において、互いに向かいあう端部同士の間を前記接続口とすることを特徴とする請求項２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
複数の前記第２筒状部材を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記第１回転軸および前記第２回転軸が前記液体の液面と平行に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記第１筒状部材の外周面には、前記第１筒状部材の回転方向に延在する凸条部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項７】
前記第２筒状部材の外周面には、前記第２筒状部材の回転方向に延在する凸条部が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項８】
前記第２筒状部材の内周面の一部が、前記液体の液面から露出していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項９】
前記第２筒状部材の内周面には、前記第２筒状部材の回転方向に延在する凸条部を有することを特徴とする請求項８に記載のガス供給装置。
【請求項１０】
前記第１筒状部材および前記第２筒状部材は、前記回転軸に直交する平面による断面形状が円環であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１１】
前記駆動装置は、前記第１筒状部材に挿通され、前記第１筒状部材を内部から支えて吊り下げる第１軸部と、
前記第２筒状部材に挿通され、前記第２筒状部材を内部から支えて吊り下げる第２軸部と、
前記第１軸部および前記第２軸部を回転させるモーターと、を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１２】
前記第１軸部および前記第２軸部は、前記液体の液面の上方に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のガス供給装置。
【請求項１３】
前記第１筒状部材および前記第２筒状部材の運転を制御する制御部と、
前記液体に溶存する前記ガスの濃度を測定する測定手段と、を有し、
前記制御部は、前記測定手段により測定される前記ガスの濃度が所定の目標値に近づくように前記筒状部材の運転を制御することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１４】
前記貯留槽は、前記第１回転軸に交差する平面による断面形状が、半円筒形状であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１５】
前記貯留槽の上部は蓋で閉じられており、
前記蓋と前記液体の液面との間の空間に、前記ガスを供給する供給手段を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１】
液体中にガスを溶存させるガス供給装置であって、
前記液体を貯留する貯留槽と、
前記液体の内部に内周面の一部が露出するように浸漬された第１筒状部材と、
前記第１筒状部材の内周面側に挿入され、前記液体の内部に外周面の一部を除いて浸漬された第２筒状部材と、
前記第１筒状部材および前記第２筒状部材を、前記第１筒状部材の長手方向と平行な第１回転軸、および前記第２筒状部材の長手方向と平行な第２回転軸の周りに回転させる駆動装置と、を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記第１筒状部材および前記第２筒状部材は、長手方向の両端が、前記貯留槽の前記長手方向において向かい合う両側壁から離間しており、
前記貯留槽は、前記両側壁の少なくともいずれか一方から前記第１筒状部材と前記第２筒状部材との間に挿入するように延在して設けられ、延在方向と直交する幅方向の両端が前記液体の液面から露出する仕切り板と、
底部に設けられた前記液体の排出口と、を有し、
前記仕切り板は、該仕切り板の上面側と下面側とを接続する接続口を有することを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記仕切り板は、前記両側壁からそれぞれ延在して設けられた、互いに端部が向かい合う一対の板状部材で構成されており、
前記一対の板状部材において、互いに向かいあう端部同士の間を前記接続口とすることを特徴とする請求項２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
複数の前記第２筒状部材を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記第１回転軸および前記第２回転軸が前記液体の液面と平行に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記第１筒状部材の外周面には、前記第１筒状部材の回転方向に延在する凸条部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項７】
前記第２筒状部材の外周面には、前記第２筒状部材の回転方向に延在する凸条部が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項８】
前記第２筒状部材の内周面の一部が、前記液体の液面から露出していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項９】
前記第２筒状部材の内周面には、前記第２筒状部材の回転方向に延在する凸条部を有することを特徴とする請求項８に記載のガス供給装置。
【請求項１０】
前記第１筒状部材および前記第２筒状部材は、前記回転軸に直交する平面による断面形状が円環であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１１】
前記駆動装置は、前記第１筒状部材に挿通され、前記第１筒状部材を内部から支えて吊り下げる第１軸部と、
前記第２筒状部材に挿通され、前記第２筒状部材を内部から支えて吊り下げる第２軸部と、
前記第１軸部および前記第２軸部を回転させるモーターと、を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１２】
前記第１軸部および前記第２軸部は、前記液体の液面の上方に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のガス供給装置。
【請求項１３】
前記第１筒状部材および前記第２筒状部材の運転を制御する制御部と、
前記液体に溶存する前記ガスの濃度を測定する測定手段と、を有し、
前記制御部は、前記測定手段により測定される前記ガスの濃度が所定の目標値に近づくように前記筒状部材の運転を制御することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１４】
前記貯留槽は、前記第１回転軸に交差する平面による断面形状が、半円筒形状であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１５】
前記貯留槽の上部は蓋で閉じられており、
前記蓋と前記液体の液面との間の空間に、前記ガスを供給する供給手段を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１８３３４９（Ｐ２０１１−１８３３４９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３７３６（Ｐ２０１０−５３７３６）
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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