散気板

【課題】微細な気泡を効率よく発生させることができる散気板を提供する。
【解決手段】薄板に複数の長孔状の開孔２が設けられており、各開孔２を通して液中に気体を分散させる散気板１において、該開孔２に近接して、開孔２の両側に、開孔２の長手方向と平行に延在する凹条又は凸条よりなる条部３が設けられている散気板１。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理システム等で使用する散気板に関する。
【背景技術】
【０００２】
気液接触により気相から液相へ物質を移動する技術、特に、好気性生物反応を利用した水処理槽へ酸素を移動するにあたって、散気板が用いられている。酸素移動の効率を高めるために、種々の散気板および散気装置が提案されている。
【０００３】
例えば、多数の孔またはスリットを有する金属薄板よりなる散気板が特許文献１に示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、気体放出孔の短辺の最大幅が３０μｍ以下の非円形のスリット状であることを特徴とするガス分散器が記載されている。スリットの形成法としては、枠体の中央空間から枠体の外側に通ずる溝が形成された中間枠体あるいはガス分散器の両端面に配置した平面板体を積層することにより形成する方法が示されている。
【０００５】
特許文献３には、複数の開孔を有する薄板からなり、開孔は向かい合う短辺と長辺により構成された四角形形状を有し、短辺方向の間隔のうち最もひろい部分の長さが０．０３ｍｍ−０．１５ｍｍであることを特徴とする散気板が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、散気膜の裏面に凹凸加工を行い、散気膜と天井面部の間に空気が容易に侵入させるようにする方法が記載されている。
【０００７】
一般に、散気板の孔に空気が供給されると、孔から気液界面が成長し、気液界面が散気膜面と接触している接触線における下向きの界面張力よりも気泡の浮力が優った時点で離脱して気泡が形成される。
【０００８】
気泡表面は界面張力が働いており気泡断面を円形に維持しようとする力が働いている。孔の形状を矩形などの非円形とすることで、孔と接触している気液界面の形状が円形から乖離した形状となるために、界面が不安定となり、より早い段階でちぎれて小さな気泡として浮上を始める。このため、孔の形状を矩形などの非円形とすることが小さな気泡を形成して溶解性能を高めるために有効であると言われており（特許文献２）、特許文献１〜３では孔形状をスリット（特許文献１）、矩形（特許文献２）又は四角形（特許文献３）とすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−６１８１７
【特許文献２】特開２００８−１８３４７５
【特許文献３】特開２００８−２０７１６５
【特許文献４】特開２００７−１４８９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
完全な親水性ではない一般の金属薄板材料よりなり、図３のように長方形状の開孔２を設けた散気板４では、開孔２と接触している気泡の断面が、長方形の長辺よりも外側に広がるために、開孔２を長方形にしても、界面と膜面との接触形状が円に近い形状となり、不安定さが増加せず、大きな気泡となってからちぎれて上昇することになる。また、気液界面と膜面との接触線が長くなるために、気泡が大きくならないと離脱せず、気泡が粗大となるため、溶解性能が高くならない。
【００１１】
特許文献４のように、散気膜の裏面に凹凸加工を行った場合には、散気膜と天井面部の間に空気が容易に侵入させるようにするのには効果があるが、気泡を小さくするには効果が無い。
【００１２】
本発明は、微細な気泡を効率よく発生させることができる散気板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】
【００１３】
本発明（請求項１）の散気板は、薄板に複数の長孔状の開孔が設けられており、各開孔を通して液中に気体を分散させる散気板において、該薄板の表面に、該開孔に近接して、開孔長手方向と平行に延在する凹条又は凸条よりなる条部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の散気板は、請求項１において、開孔の形状が長方形であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３の散気板は、請求項１又は２において、前記開孔の両側に前記条部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４の散気板は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記開孔の長手方向の長さと前記条部の長さとが略等しいことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
長孔状の開孔を有する散気板において、開孔長手方向と平行方向に延在する条部を設けることにより、後述の図２のように、開孔のすぐ近くで気液界面を堰き止めることができる。これにより、気液界面と膜面との接触部が円とかけ離れた形状となり、また、気液界面と膜面の接触線が短くなるために、小さな気泡の状態で気泡を離脱させることができ、微細な気泡を効率よく発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）図は実施の形態に係る散気板の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図１の散気板の作用説明図である。
【図３】（ａ）図は従来の散気板の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】（ａ）図は実施例に係る散気板の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】（ａ）図は実施例に係る散気板の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】（ａ）図は比較例の散気板の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）図は（ａ）図のＤ−Ｄ線断面図、（ｅ）図は（ａ）図のＥ−Ｅ線断面図、（ｆ）図は（ａ）図のＦ−Ｆ線断面図である。
【図７】（ａ）図は比較例の散気板の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）図は（ａ）図のＤ−Ｄ線断面図、（ｅ）図は（ａ）図のＥ−Ｅ線断面図である。
【図８】（ａ）図は比較例の散気板の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１，２，５及び図４はそれぞれ実施の形態に係る散気板を示している。
【００２０】
図１，２，５に示す散気板１は、長孔状の開孔２と、該開孔２の両サイドに設けられた、開孔２の長手方向と平行方向に延在する凹条（溝）よりなる条部３とを有する。この散気板１では、１本の開孔２の両側にそれぞれ２本ずつ、合計４本の凹条３が設けられている。図４の散気板５では、長孔状の開孔２の両側にそれぞれ１本ずつ、合計２本の条部３が開孔２と平行に設けられている。なお、図示は省略するが、凹条に代わりに凸条（凸堤）を設けてもよく、凹条と凸条の両方を設けてもよい。
【００２１】
開孔１本当りの条部３の数は２〜８個特に４〜６個程度が好ましい。条部３の長手方向の長さは開孔２の長手方向の長さの５０〜２００％特に８０〜１２０％程度と、略等しいことが望ましい。
【００２２】
散気板の材質は、金属、特にステンレス、ニッケル、鉄、銅、銅合金、黄銅、真鍮、燐青銅、ベリリウム銅、パーマロイなどが好ましい。散気板の厚さは１０〜２００μｍ特に２０〜１００μｍ程度が好ましい。
【００２３】
水に散気する場合、開孔２の幅Ｗは１０〜２００μｍ特に２０〜１００μｍ程度が好適であり、長手方向の長さＬは２０〜２０００μｍ特に５０〜５００μｍ程度が好適である。Ｌ／Ｗ比は２〜１０特に３〜５程度が好ましい。
【００２４】
開孔２から直近の条部３までの距離ａは１０〜６０μｍ程度が好適であり、それらの中心間距離は３０〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００２５】
条部３の幅ｂは１０〜１００μｍ特に２０〜６０μｍ程度が好適である。
【００２６】
条部３同士の中心間距離は２０〜１００μｍ程度が好ましい。条部３の深さ（凹条の場合）又は高さ（凸条の場合）は２〜１００μｍ特に５〜４０μｍ程度が好ましい。
【００２７】
開孔は、開口率すなわち散気板の板面の面積に対する全開孔の面積の比が０．００５〜２％特に０．０１〜０．５％となるように設けられるのが好ましい。
【００２８】
条部３は、フォトエッチング法におけるハーフエッチング手法で生成することができる。例えば、薄板にレジストをコーティングした後、凹条形成予定部分を露光し、化学切削する。凸条を形成する場合には、凸条以外の部分を露光し、化学切削する。
【００２９】
この散気板１，５にあっては、開孔２に隣接して開孔２と平行な条部３を設けたことにより、図２に示されるように、開孔２のすぐ近くにて気液界面を堰き止めることができ、小さな気泡の状態で気泡を離脱させることができる。開孔２の形状を長方形とすることにより、気泡の離脱がさらに起こりやすくなり、小さな気泡が発生して溶解性能が高くなる。
【００３０】
条部３が、長方形状の開孔２の長辺に平行であるため、気液界面の堰き止め効果が高い。また、開孔２の両側にそれぞれ複数本の条部を設置することでより高い堰き止め効果が得られる。
【００３１】
上記実施の形態では、条部３は角形断面形状となっているが、半円形、半楕円形、三角形、五角形などの断面形状とされてもよい。
【実施例】
【００３２】
以下実施例及び比較例について説明する。
【００３３】
［実施例１，２、比較例１〜３］
直径４７ｍｍのＳＵＳ薄板（厚さ０．０３ｍｍ）の中央に幅５０μｍ、長さ２００μｍの一つの開孔２を設けた。各実施例及び比較例の条部３，９又は凹穴の形状及び寸法をそれぞれ図４〜８に示す。条部３の長さは開孔２と同じ２００μｍとし、深さｄは１０μｍとした。
【００３４】
実施例１（図４）の散気板５では、開孔２の両側に１本ずつ条部３を設けた。実施例２（図５）の散気板１では、開孔２の両側に２本ずつ条部３を設けた。
【００３５】
比較例１（図６）の散気板７では、開孔２の両側に２５×２５μｍの正方形の凹穴８を図示のように市松模様状に設けた。比較例２（図７）の散気板６では、開孔２の両側に、開孔２の長辺方向と直交方向に延在する溝９を４本ずつ設けた。
【００３６】
比較例３（図８）の散気板１０では、開孔２のみを設け、条部や凹穴は設けなかった。
【００３７】
各散気板に対し、空気量２０ｍＬ／ｍｉｎで通気した。発生した気泡をハイスピードカメラで撮影し、１００個の気泡について、球相当気泡径を測定した。気泡径の測定結果を表１に示す。凹凸無しで長方形の開孔２が空いているだけの比較例３に比べて、開孔２と垂直な溝のある比較例２はかえって気泡径が大きくなった。市松模様の比較例１は比較例３に比べて僅かに気泡径が小さくなった。開孔２に対して平行な条部３が一組ある実施例１は、比較例に比べて明らかに気泡径が小さくなった。開孔２に対して平行な条部３が二組ある実施例２は、実施例１よりもさらに気泡径が小さくなった。
【００３８】
この結果より、微細な気泡の作成のためには、凹凸の有無よりも、凹凸の形状が重要であり、開孔に対して平行に条部を形成することが効果が高いことが認められた。
【００３９】
【表１】

【００４０】
［実施例３〜５］
実施例２において、凹条の深さ（溝）を表２の通り、２μｍ（実施例３）、５μｍ（実施例４）、又は２０μｍ（実施例５）としたこと以外は同様にして散気板を製作し、散気を行った。気泡径の測定結果を表２に示す。表２の通り、溝深さを５μｍ以上とすることにより、気泡径が小さくなる効果が高くなる。
【００４１】
【表２】

【００４２】
［考察］
上記実施例の通り、本発明によると微細は気泡を発生させることができ、溶解性能の高い散気板が提供される。
【符号の説明】
【００４３】
１，４，５，６、７，１０散気板
２開孔
３条部
８凹穴
９溝

【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板に複数の長孔状の開孔が設けられており、各開孔を通して液中に気体を分散させる散気板において、該薄板の表面に、該開孔に近接して、開孔長手方向と平行に延在する凹条又は凸条よりなる条部が設けられていることを特徴とする散気板。
【請求項２】
請求項１において、開孔の形状が長方形であることを特徴とする散気装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記開孔の両側に前記条部が設けられていることを特徴とする散気板。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記開孔の長手方向の長さと前記条部の長さとが略等しいことを特徴とする散気板。

【図１】