JP5334741B2

JP5334741B2 - メンブレン式散気装置

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Publication number: JP5334741B2
Application number: JP2009186186A
Authority: JP
Inventors: 久人辻川; 克行保科; 北川　　義雄
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-08-11
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Description

本発明は、下水処理施設等の槽内に設置されるメンブレン式散気装置に関し、生物処理又は攪拌のために散気を行なう技術に係るものである。

従来、この種のメンブレン式散気装置には、例えば図１８〜図２０に示すものがある。これは長方形状のベースプレート５１の上面に長方形状の散気膜５２が装着され、所定位置に給気口５３が設けられたものであり、ベースプレート５１と散気膜５２との間に空気供給部５４が形成されている。給気口５３は空気供給部５４に連通している。

散気膜５２は合成樹脂膜または合成ゴム膜に多数のスリット５５（気孔部）を設けたものであり、散気膜５２の周囲が固定部５６によってベースプレート５１に固定されている。各スリット５５は、散気膜５２の長手方向Ａに細長いスリットであり、上記長手方向Ａに対して平行である。

図１９（ａ）に示すように、散気停止時には、散気膜５２が槽内の水圧を受けてベースプレート５１の上面に押し付けられた状態となる。この際、散気膜５２は膨張せず、スリット５５は閉じている。

また、散気時には、圧縮空気が給気口５３から空気供給部５４に供給され、図１９（ｂ）に示すように、散気膜５２が、圧縮空気の圧力を受けて、長手方向Ａから見て山形状に膨張する。このように散気膜５２が膨張した際、スリット５５が短手方向Ｂに開き、空気供給部５４内の空気は、スリット５５を通り、気泡５８となって、散気膜５２の内側から外側へ噴出する。

上記のように散気膜５２に多数のスリット５５を形成した散気装置については、例えば下記特許文献１に記載されている。

特開２００７−７７７

しかしながら上記の従来形式では、図２０に示すように、長手方向Ａにおける各スリット５５間の間隔Ｄを短く設定すると、空気供給部５４に供給される空気供給量が少ない小風量時において、スリット５５から発生した気泡とその隣のスリット５５から発生した気泡とが結合して粗大化し、酸素移動効率が低下するといった問題があった。

尚、気泡が粗大化すると、気泡の体積に対する表面積の比率が低下するため、気液接触面積が減少するとともに浮力が増大して浮上時間が短くなり、これにより、酸素が溶解し難くなって酸素移動効率が低下する。

この対策として、上記各スリット５５間の間隔Ｄを長く設定して、気泡同士の結合を抑制することが考えられるが、この場合、散気膜５２の単位面積当たりのスリット５５の個数が減少してしまう。したがって、風量を上記小風量から大風量に増やして散気を行う場合、スリット５５の個数が不足し、初期圧力損失および圧力損失の上昇が増大するといった問題があった。

また、散気時、図１９（ｂ）に示すように、散気膜５２が長手方向Ａから見て山形状に膨張した際、スリット５５に短手方向Ｂの引張力Ｆが作用してスリット５５が短手方向Ｂに開くが、図２０に示すように、この引張力Ｆによってスリット５５の端部に亀裂５７が発生し、この亀裂５７が長手方向Ａにおける隣のスリット５５まで伝播するといった問題がある。

本発明は、初期圧力損失および圧力損失の上昇を抑制することができ、小風量時において気泡を分散させて均一に発生させることにより、酸素移動効率の低下を防止することが可能であり、また、亀裂の伝播を防止することができるメンブレン式散気装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、散気膜に複数の気孔部が形成され、
散気時、散気膜に供給される空気の圧力によって散気膜が山形状に膨張して気孔部が開き、
散気停止時、散気膜が膨張していない状態で気孔部が閉じるメンブレン式散気装置であって、
散気膜には、第１気孔部と第１気孔部よりも開き難い第２気孔部とがそれぞれ複数配列されて形成され、
第１気孔部は散気膜の所定方向に長い孔であり、
第１気孔部が開く方向は、散気膜が山形状に膨張した際に散気膜に発生する引張力の方向と一致し、
第２気孔部は第１気孔部に対して傾斜した方向に長い孔であり、
隣り合う第１気孔部間に第２気孔部が位置しているものである。

これによると、散気運転時には、散気膜に供給される空気の圧力により散気膜が山形状に膨張し、散気膜に引張力が発生する。この引張力は第１気孔部および第２気孔部を開くための力となるのであるが、この際、第１気孔部が開く方向と引張力の方向とは一致するが、第２気孔部は第１気孔部に対して傾斜しているため、第２気孔部が開く方向と引張力の方向とは一致しない。これにより、第２気孔部は第１気孔部に比べて開き難くなる。
したがって、小風量で散気を行う場合、第２気孔部よりも先に第１気孔部が開き、散気膜に供給された空気の大部分は、開かれた第１気孔部を通り、気泡となって散気膜の内側から外側へ噴出されるのに対し、開き難い第２気孔部を通って外側へ噴出される気泡はほとんど無い。

これにより、第１気孔部から噴出した気泡がその隣の第２気孔部からの気泡に結合するのを防止することができる。さらに、隣り合う第１気孔部間に第２気孔部が位置しているため、第１気孔部同士の間隔が拡大され、第１気孔部から噴出した気泡とその近隣の第１気孔部から噴出した気泡とが結合するのを防止することができる。これにより、小風量時において、気泡を分散させて均一に発生させることができ、酸素移動効率の低下を防止することが可能である。

また、風量を上記小風量から大風量に増やして散気を行う場合、空気の供給量が多いほど第２気孔部が開き易くなり、気泡を噴出する第２気孔部の個数が増加する。このため、散気膜に供給された空気は、第１気孔部と第２気孔部とを通り、気泡となって散気膜の内側から外側へ噴出される。このように、小風量では、気泡が主に第１気孔部から噴出するが、風量が増えるのに従って、気泡を噴出する第２気孔部の個数が増加するため、初期圧力損失および圧力損失の上昇を抑制することができる。

本第２発明は、散気膜に複数の気孔部が形成され、
散気時、散気膜に供給される空気の圧力によって散気膜が長手方向から見て山形状に膨張して気孔部が開き、
散気停止時、散気膜が膨張していない状態で気孔部が閉じるメンブレン式散気装置であって、
散気膜の長手方向および短手方向において第１気孔部と第２気孔部とがそれぞれ複数配列されて形成され、
第１気孔部は散気膜の長手方向に長い孔であり、
第２気孔部は散気膜の長手方向に対して傾斜した方向に長い孔であり、
隣り合う第１気孔部間に第２気孔部が位置しているものである。

これによると、散気運転時には、散気膜に供給される空気の圧力により散気膜が長手方向から見て山形状に膨張し（すなわち散気膜の長手方向に直交する断面形状が山形状に膨張し）、散気膜に短手方向の引張力が発生する。この引張力は第１気孔部および第２気孔部を開くための力となるのであるが、この際、第１気孔部が開く方向と引張力の方向とは一致するが、第２気孔部は長手方向に対して傾斜しているため、第２気孔部が開く方向と引張力の方向とは一致しない。これにより、第２気孔部は第１気孔部に比べて開き難くなる。

したがって、小風量で散気を行う場合、第２気孔部よりも先に第１気孔部が開き、散気膜に供給された空気の大部分は、開かれた第１気孔部を通り、気泡となって散気膜の内側から外側へ噴出されるのに対し、開き難い第２気孔部を通って外側へ噴出される気泡はほとんど無い。

本第３発明は、散気膜に複数の気孔部が形成され、
散気時、散気膜に供給される空気の圧力によって散気膜が山形状に膨張すると気孔部が開き、
散気停止時、散気膜が膨張していない状態で気孔部が閉じるメンブレン式散気装置であって、
散気膜に、第１気孔部と第２気孔部とがそれぞれ同心円上に複数配列されて形成され、
第１気孔部は散気膜の周方向に長い孔であり、
第２気孔部は散気膜の周方向に対して傾斜した方向に長い孔であり、
隣り合う第１気孔部間に第２気孔部が位置しているものである。

これによると、散気運転時には、散気膜に供給される空気の圧力により散気膜が山形状に膨張し、散気膜に引張力が発生する。この引張力は第１気孔部および第２気孔部を開くための力となるのであるが、この際、第１気孔部が開く方向と引張力の方向とは一致するが、第２気孔部は第１気孔部に対して傾斜しているため、第２気孔部が開く方向と引張力の方向とは一致しない。これにより、第２気孔部は第１気孔部に比べて開き難くなる。

本第４発明におけるメンブレン式散気装置は、第２気孔部は第１気孔部に対して５°〜２５°の角度で傾斜した方向に長い孔であるものである。
本第５発明におけるメンブレン式散気装置は、第１気孔部又は第２気孔部の長手方向の少なくともいずれか片方に隣り合って第３気孔部が形成され、
第３気孔部は第１気孔部に対してほぼ直交する方向に長い孔であるものである。

これによると、散気時、散気膜が山形状に膨張した際、第１気孔部に引張力が作用して第１気孔部が開く。この引張力によって第１気孔部の端部に亀裂が発生しても、この亀裂は、第１気孔部の端部から第３気孔部まで到達すると、そこから先へ進行することはない。したがって、上記亀裂が第１気孔部から隣の第１気孔部まで伝播するのを防止することができる。

以上のように本発明によると、初期圧力損失および圧力損失の上昇を抑制することができ、小風量時において気泡を分散させて均一に発生させることにより、酸素移動効率の低下を防止することが可能である。また、亀裂の伝播を防止することができる。

本発明の第１の実施の形態におけるメンブレン式散気装置の斜視図である。図１におけるＳ−Ｓ矢視図であり、散気運転時の状態を示す。同、メンブレン式散気装置のスリットの配列パターンを示す平面図である。同、メンブレン式散気装置のスリットの拡大平面図であり、（ａ）は第１〜第３スリットが閉じている状態、（ｂ）は第１および第２スリットが開き、第３スリットが閉じている状態を示す。同、メンブレン式散気装置の第１および第２スリットの拡大断面図であり、（ａ）は第１および第２スリットが閉じている状態、（ｂ）は第１スリットが開き、第２スリットが閉じている状態、（ｃ）は第１および第２スリットが開いている状態を示す。切欠きの先端に発生する最大応力と切欠きの先端のアールとの一般的な関係式を説明するための図である。（ａ）のグラフは膜面通気量と発泡スリットの個数との関係を示すものであり、（ｂ）のグラフは、膜面通気量と全発泡スリットに占める第１〜第３スリットの割合との関係を示すものである。第２スリットの傾斜角度と、発泡する第１スリットの個数を１００としたときの発泡する第２スリットの個数の割合との関係を示すグラフである。第１の実施の形態に対する対比例であり、スリットの向きをランダムに配列した配列パターンを示す平面図である。本発明の第２の実施の形態におけるメンブレン式散気装置のスリットの配列パターンを示す平面図である。本発明の第３の実施の形態におけるメンブレン式散気装置のスリットの配列パターンを示す平面図である。本発明の第４の実施の形態におけるメンブレン式散気装置のスリットの配列パターンを示す平面図である。本発明の第５の実施の形態におけるメンブレン式散気装置の斜視図である。図１３におけるＳ−Ｓ矢視図である。同、メンブレン式散気装置のスリットの配列パターンを示す平面図である。本発明の第６の実施の形態におけるメンブレン式散気装置の平面図である。図１６におけるＳ−Ｓ矢視図である。従来のメンブレン式散気装置の斜視図である。同、メンブレン式散気装置のスリットの拡大断面図であり、（ａ）はスリットが閉じている状態、（ｂ）はスリットが開いている状態を示す。同、メンブレン式散気装置のスリットの配列パターンを示す平面図である。

以下、本発明における第１の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１，図２に示すように、１は下水処理施設等の曝気槽内に設置されるメンブレン式散気装置である。このメンブレン式散気装置１は、プラスチックや金属等で製作された長方形状のベースプレート２と、ベースプレート２の上面に装着された長方形状（一方向に長い形状の一例）の散気膜３とを有している。散気膜３は、弾性を有しており、例えば、ＥＰＤＭ、シリコン等のゴム、或いは、ポリウレタン等の樹脂からなる。

散気膜３の周囲は固定部６（例えばカシメ部材等）によってベースプレート２に固定されており、ベースプレート２と散気膜３との間には空気供給部４が形成されている。また、散気膜３の長手方向Ａ（所定方向の一例）における一端部には、短筒状の給気口５が設けられている。給気口５は、空気供給部４に連通するとともに、空気供給源（図示省略）に接続されている。

尚、散気膜３は例えば下記のような性状（１）〜（３）のものを使用することができる。
＊性状（１）
材質：ゴム（ＥＰＤＭ）、硬さ（Ａ）：５０〜７０、厚さ（ｍｍ）：１〜３
＊性状（２）
材質：ゴム（シリコン）、硬さ（Ａ）：３５〜５５、厚さ（ｍｍ）：１〜３
＊性状（３）
材質：樹脂（ポリウレタン）、硬さ（Ａ）：７０〜９８、厚さ（ｍｍ）：０．３〜１
尚、上記散気膜３の性状は一例であって、これらに限定されるものではなく、使用する条件に応じて、適宜変更し、最適化することができる。

散気時、図２の実線に示すように、散気膜３に供給される空気の圧力によって散気膜３が長手方向Ａから見て山形状に膨張する。尚、このとき、散気膜３の長手方向Ａにおける両端はベースプレート２に固定されているため、長手方向Ａから見て山形状にはならないが、散気膜３の両端を除いたほとんどの領域において散気膜３が長手方向Ａから見て山形状に膨張するので、ここでは散気膜３の両端を除外して考えるものとする。

散気膜３には複数の第１〜第３スリット８〜１０（第１〜第３気孔部の一例）が形成されている。図３，図４に示すように、第１スリット８は、長手方向Ａに細長い孔（スリット）であり、上記長手方向Ａに対して平行である。第２スリット９は、長手方向Ａ（すなわち第１スリット８）に対して所定の傾斜角度αで傾斜した方向に細長い孔（スリット）である。尚、本実施の形態では、所定の傾斜角度αは１３°（鋭角）に設定されている。第３スリット１０は、短手方向Ｂに細長い孔（スリット）であり、上記長手方向Ａ（すなわち第１スリット８）に対して直交している。

第１〜第３スリット８〜１０は長手方向Ａおよび短手方向Ｂにおいて所定の配列パターンで複数配列されている。すなわち、第１スリット８は長手方向Ａにおいて所定間隔おきに複数形成され、長手方向Ａにおいて隣り合う第１スリット８間に第２スリット９が位置している。さらに、第３スリット１０は、長手方向Ａにおいて隣り合う第１スリット８と第２スリット９との間に位置しているとともに、長手方向Ａにおいて隣り合う第１スリット８間に位置しており、これにより、第１スリット８と第２スリット９とに隣り合っている。また、第２スリット９は短手方向Ｂにおいて隣り合う第１スリット８間にも位置している。

以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転時には、空気供給源（図示省略）から給気口５を通じて所定圧力の空気をメンブレン式散気装置１に供給することにより、図２の実線に示すように、給気口５から空気供給部４に供給される空気の圧力で散気膜３が長手方向Ａから見て山形状に膨張し、散気膜３に短手方向Ｂの引張力Ｆが発生する。

図４に示すように、引張力Ｆは第１スリット８および第２スリット９を開くための力となるのであるが、この際、第１スリット８が開く方向と引張力Ｆの方向とは一致するが、これに対して、第２スリット９は傾斜角度αで傾斜しているため、第２スリット９が開く方向と引張力Ｆの方向とは一致しない。すなわち、第１スリット８は引張力Ｆで開かれるのに対して、第２スリット９は、引張力Ｆよりも小さな、Ｆｃｏｓαの力Ｆ´で開かれる。このため、傾斜角度αが増大するほど、第２スリット９は第１スリット８に比べて開き難くなる。

したがって、小風量で散気を行う場合、図５（ｂ）に示すように、第２スリット９よりも先に第１スリット８が開き、空気供給部４に供給された空気の大部分は、開かれた第１スリット８を通り、気泡１３となって散気膜３の内側から外側へ噴出されるのに対し、開き難い第２スリット９を通って外側へ噴出される気泡はほとんど無い。

これにより、第１スリット８から噴出した気泡がその隣の第２スリット９からの気泡に結合するのを防止することができる。さらに、図３に示すように、隣り合う第１スリット８間に第２スリット９が位置しているため、第１スリット８同士の間隔Ｄが拡大され、第１スリット８から噴出した気泡とその近隣の第１スリット８から噴出した気泡とが結合するのを防止することができる。これにより、小風量時において、気泡を分散させて均一に発生させることができ、酸素移動効率の低下を防止することが可能である。

また、風量を上記小風量から大風量に増やして散気を行う場合、空気供給部４に供給される空気の供給量が多いほど空気供給部４の空気圧が上昇して、第２スリット９が開き易くなり、気泡を噴出する第２スリット９の個数が増加する。このため、図５（ｃ）に示すように、空気供給部４の空気は、第１スリット８と第２スリット９とを通り、気泡１３となって散気膜３の内側から外側へ噴出される。このように、小風量では、気泡１３が主に第１スリット８から噴出するが、風量が増えるのに従って、気泡１３を噴出する第２スリット９の個数が増加するため、初期圧力損失および圧力損失の上昇を抑制することができる。

また、散気時、図４（ｂ）に示すように、第１スリット８に短手方向Ｂの引張力Ｆが作用して第１スリット８が開くが、この引張力Ｆによって第１スリット８の端部に亀裂１２が発生しても、この亀裂１２は、第１スリット８の端部から第３スリット１０まで到達すると、そこから先へ進行することはない。したがって、上記亀裂１２が第１スリット８から長手方向Ａにおける隣の第１スリット８まで伝播するのを防止することができる。

尚、上記のように亀裂１２の伝播が防止される理由を、参考として、以下に説明しておく。すなわち、図６に示すように、一般に、切欠き１５を形成した部材１６に平均応力σ_０がかかる場合、切欠き１５の先端に発生する最大応力σ_ｍａｘは以下の式で表される。

上記式によると、切欠き１５の先端のアールρが小さいほど最大応力σ_ｍａｘが増大する。亀裂１２の場合、上記先端のアールρは非常に小さいので、応力集中によって亀裂１２は次第に成長する。ここで、図４に示すように、上記第３スリット１０の長さ方向と引張力Ｆの方向とが一致するため、第３スリット１０は上記先端のアールρが非常に大きな切欠きであるとみなすことができる。このため、上記式で求められる最大応力σ_ｍａｘが非常に小さくなり、第３スリット１０において応力集中はほとんど発生せず、これにより、第３スリット１０において亀裂１２の伝播を防止することができる。

尚、散気時において、山形状に膨張した散気膜３には、主に短手方向Ｂの引張力Ｆが発生し、長手方向Ａの力はほとんど発生しないため、第３スリット１０は閉じたままとなり、空気供給部４から第３スリット１０を通って外部へ噴出される空気はほとんど無い。

また、散気停止時には、散気膜３への空気の供給が遮断されて、図２の仮想線および図５（ａ）に示すように、散気膜３が水圧を受けてベースプレート２の上面に押し付けられた状態となる。この際、散気膜３は膨張せず、第１〜第３スリット８〜１０は閉じている。

尚、図７のグラフは風量別の発泡スリット数の測定データの一例であり、このうち、図７（ａ）のグラフは、膜面通気量と発泡スリットの個数との関係を示すものであり、図７（ｂ）のグラフは、膜面通気量と全発泡スリットに占める第１〜第３スリット８〜１０の割合との関係を示すものである。

尚、図７（ａ）のグラフにおいて、膜面通気量とは、散気膜３を１時間当たり且つ１ｍ^２当たり通過する空気の通気量を示し、膜面通気量Ｍ１から膜面通気量Ｍ４になるほど増大している。尚、メンブレン式散気装置１に供給される風量が少ないほど膜面通気量も減少し、風量が多いほど膜面通気量も増大する。

また、発泡スリットの個数とは、１００個の第１スリット８のうちから気泡を噴出した第１スリット８の個数と、１００個の第２スリット９のうちから気泡を噴出した第２スリット９の個数と、１００個の第３スリット１０のうちから気泡を噴出した第３スリット１０の個数とを示したものである。

また、図７（ｂ）のグラフにおいて、全発泡スリット内に占める割合とは、図７（ａ）のグラフにおける各膜面通気量Ｍ１〜Ｍ４ごとの発泡スリットの総個数うち、第１〜第３スリット８〜１０が占める割合を示している。尚、このときの散気膜３はポリウレタン樹脂（硬度８５Ａ）製で厚さが０．６ｍｍであり、また、第１〜第３スリット８〜１０の長さは約０．４ｍｍである。

図７のグラフによると、小風量（例えば膜面通気量Ｍ１）で散気を行う場合、気泡のほとんどは第１スリット８から発生し、第２スリット９から発生する気泡はほとんど無い。また、小風量および大風量のいずれの場合においても、第３スリット１０から発生する気泡は無い。また、風量が増加するのに応じて、全発泡スリットに占める第２スリット９の割合が増加している。

また、図８は、メンブレン式散気装置１に供給される風量が２リットル／分である場合における第２スリット９の傾斜角度αと、発泡する第１スリット８の個数を１００としたときの発泡する第２スリット９の個数の割合との関係を示すグラフである。例えば、傾斜角度αが１３°の場合、発泡する第２スリット９の割合は約５８％である。この際、空気を噴出（発泡）している第１スリット８の個数が２４個とすると、空気を噴出（発泡）している第２スリット９の個数は１４個（＝２４×０．５８）となる。

尚、図８のグラフに示される関係に基づいて、第２スリット９の傾斜角度αを最適値の１３°に設定したが、１３°に限定されるものではなく、５°〜２５°の範囲内が好ましく、さらには１０°〜１５°の角度がより好ましい。

尚、対比例として、図９に、スリット１８の向きをランダムに配列した散気膜３の一例を示す。この場合、長手方向Ａに対する傾斜角度αが小さいほどスリット１５は開き易くなるのであるが、上記傾斜角度αの小さなスリット１５の割合が少なくなるため、圧力損失が高くなるという問題がある。また、散気時、汚泥が発泡しているスリット１５に詰まると、傾斜角度αのより大きなスリット１５から空気が発泡することになるため、圧力損失の上昇が大きくなるという問題もある。

上記第１の実施の形態では、図４に示すように、第３スリット１０を、長手方向Ａに対して、最も効果的な９０°の角度に形成しているが、約７０°〜１１０°の範囲内の角度に形成してもよい。

上記第１の実施の形態では、散気膜３に第３スリット１０を形成したが、第２の実施の形態として、図１０に示すように、第３スリット１０を形成していないものでもよい。
また、第３の実施の形態として、図１１に示すように、長手方向Ａにおいて隣り合う第１スリット８間に、異なる傾斜角度αを有する二種類の第２スリット９，１１（第２気孔部の一例）を形成してもよい。ここでは、一方の第２スリット９の傾斜角度αが１３°に設定され、他方の第２スリット１１の傾斜角度αが６°に設定されている。

これによると、一方の第２スリット９は他方の第２スリット１１に比べて開き難く、他方の第２スリット１１は第１スリット８に比べて開き難くなる。したがって、小風量で散気を行う場合、第２スリット９，１１よりも先に第１スリット８が開き、空気供給部４に供給された空気の大部分は、開かれた第１スリット８を通って噴出される。また、風量を上記小風量から大風量に増やして散気を行う場合、第１スリット８の次に他方の第２スリット１１が開き易くなって、気泡を噴出する他方の第２スリット１１の個数が増加し、その後、さらに風量が増加すると、一方の第２スリット９も開き易くなって、気泡を噴出する一方の第２スリット９の個数が増加する。

上記第３の実施の形態では、他方の第２スリット１１の傾斜角度αを６°に設定したが、６°に限定されるものではなく、５°〜２０°の範囲内の角度に設定してもよい。
上記第１の実施の形態では、長手方向Ａにおいて隣り合う第１スリット８間に第２スリット９を形成したが、第４の実施の形態として、図１２に示すように、短手方向Ｂにおいて隣り合う第１スリット８間に第２スリット９を形成し、長手方向Ａにおいて配列されているスリットを全て同じ種類に統一してもよい。

上記第１〜第４の実施の形態では、図１に示すように、ベースプレート２と散気膜３との形状を長方形にしたが、長方形に限定されるものではなく、第５の実施の形態として、図１３〜図１５に示すように、ベースプレート２と散気膜３との形状を円形にしてもよい。

すなわち、短管状の給気口５はベースプレート２の中心部に設けられ、給気口５の上端が空気供給部４に連通し、給気口５の下端が給気管２１に接続されて連通している。散気時、図１４の実線に示すように、散気膜３に供給される空気の圧力によって散気膜３は径方向Ｒから見て山形状に膨張する。

散気膜３には複数の第１〜第３スリット８〜１０（第１〜第３気孔部の一例）が形成されている。図１５に示すように、第１スリット８は、散気膜３の円周方向Ｃに細長い孔（スリット）である。第２スリット９は、円周方向Ｃ（すなわち第１スリット８）に対して所定の傾斜角度αで傾斜した方向に細長い孔（スリット）である。尚、所定の傾斜角度αは１３°（鋭角）に設定されている。第３スリット１０は、散気膜３の径方向Ｒに細長い孔（スリット）であり、上記円周方向Ｃに対して直交している。

第１〜第３スリット８〜１０は所定の配列パターンで同心円上に複数配列されている。すなわち、第１スリット８は円周方向Ｃにおいて所定間隔おきに複数形成され、円周方向Ｃにおいて隣り合う第１スリット８間に第２スリット９が位置している。さらに、第３スリット１０は、円周方向Ｃにおいて隣り合う第１スリット８と第２スリット９との間に位置しているとともに、円周方向Ｃにおいて隣り合う第１スリット８間に位置している。

以下、上記構成における作用を説明する。
散気運転時には、給気管２１から給気口５を通じて所定圧力の空気をメンブレン式散気装置１に供給することにより、図１４の実線で示すように、給気口５から空気供給部４に供給される空気の圧力で散気膜３が径方向Ｒから見て山形状に膨張し、散気膜３に径方向Ｒの引張力Ｆが発生する。

引張力Ｆは第１スリット８および第２スリット９を開くための力となるのであるが、この際、第１スリット８が開く方向と引張力Ｆの方向とは一致するが、これに対して、第２スリット９は傾斜角度αで傾斜しているため、第２スリット９が開く方向と引張力Ｆの方向とは一致しない。これにより、傾斜角度αが増大するほど、第２スリット９は第１スリット８に比べて開き難くなる。

したがって、小風量で散気を行う場合、第２スリット９よりも先に第１スリット８が開き、空気供給部４に供給された空気の大部分は、開かれた第１スリット８を通り、気泡となって散気膜３の内側から外側へ噴出されるのに対し、開き難い第２スリット９を通って外側へ噴出される気泡はほとんど無い。

また、風量を上記小風量から大風量に増やして散気を行う場合、空気供給部４に供給される空気の供給量が多いほど空気供給部４の空気圧が上昇して、第２スリット９が開き易くなり、気泡を噴出する第２スリット９の個数が増加する。このため、空気供給部４の空気は、第１スリット８と第２スリット９とを通り、気泡となって散気膜３の内側から外側へ噴出される。

また、散気時、第１スリット８に径方向Ｒの引張力Ｆが作用して第１スリット８が開くが、この引張力Ｆによって第１スリット８の端部に亀裂１２が発生しても、この亀裂１２は、第１スリット８の端部から第３スリット１０まで到達すると、そこから先へ進行することはない。したがって、上記亀裂１２が第１スリット８から円周方向Ｃにおける隣の第１スリット８まで伝播するのを防止することができる。

尚、散気時、山形状に膨張した散気膜３には、主に径方向Ｒの引張力Ｆが発生し、円周方向Ｃの力はほとんど発生しないため、第３スリット１０は閉じたままとなり、空気供給部４から第３スリット１０を通って外部へ噴出される空気はほとんど無い。

また、散気停止時には、図１４の仮想線で示すように、散気膜３が水圧を受けてベースプレート２の上面に押し付けられた状態となる。この際、散気膜３は膨張せず、第１〜第３スリット８〜１０は閉じている。

第５の実施の形態では、ベースプレート２と散気膜３との形状を円形にしているが正方形等の正多角形にしてもよい。
上記各実施の形態では、メンブレン式散気装置１はベースプレート２の上面に散気膜３を設けたものであるが、第６の実施の形態として、図１６，図１７に示すように、長方形状の袋状体２５の上面に長方形状の散気膜３を設けてもよい。袋状体２５は、不通気性のシート状部材からなり、内部に空気供給部４を有している。袋状体２５の一側の外縁には給気口５が設けられている。給気口５は、空気供給部４に連通するとともに、空気供給源（図示省略）に接続されている。

散気膜３は、袋状体２５の上面に形成された散気用開口部２６に装着されて、散気用開口部２６を覆っている。散気膜３には、上記第１の実施の形態と同様に、第１〜第３スリット８〜１０が多数形成されている。散気時、図１７の実線で示すように、給気口５から袋状体２５内の空気供給部４に供給される空気の圧力によって、散気膜３が長手方向Ａから見て山形状に膨張する。

これによると、上記第１の実施の形態と同様な作用効果が得られる。
上記第６の実施の形態では、袋状体２５と散気膜３とを長方形状にしているが、円形状であってもよい。

上記各実施の形態において、第１スリット８をＸ、一方の第２スリット９をＹ、他方の第２スリット１１をＹ´、第３スリット１０をＺと略記した場合、上記第１の実施の形態では、図３に示すように、長手方向Ａにおけるスリットの配列パターンを「Ｘ・Ｚ・Ｙ・Ｚ・Ｘ・Ｚ・Ｙ・Ｚ・Ｘ・・・」に設定し、また、上記第５の実施の形態では、図１５に示すように、円周方向Ｃにおけるスリットの配列パターンを「Ｘ・Ｚ・Ｙ・Ｚ・Ｘ・Ｚ・Ｙ・Ｚ・Ｘ・・・」に設定しているが、この配列パターンに限定されるものではなく、例えば下記のような配列パターン（１）〜（４）に設定してもよい。
パターン（１）：Ｘ・Ｙ・Ｘ・Ｙ・Ｘ・Ｙ・Ｘ・・・
パターン（２）：Ｘ・Ｘ・Ｙ・Ｘ・Ｘ・Ｙ・Ｘ・Ｘ・Ｙ・Ｘ・・・
パターン（３）：Ｘ・Ｙ・Ｙ´・Ｘ・Ｙ・Ｙ´・Ｘ・Ｙ・Ｙ´・Ｘ・・・
パターン（４）：Ｘ・Ｙ・Ｘ・Ｙ´・Ｘ・Ｙ・Ｘ・Ｙ´・Ｘ・・・
尚、各図面においては、理解し易いように、各スリット８〜１１を実際よりも誇張し拡大して描いているが、実際には、各スリット８〜１１は微小なサイズであり、例えば、各スリット８〜１１の長さは、好ましくは０．２ｍｍ〜１ｍｍの範囲、より好ましくは０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲に設定されている。

また、各スリット８〜１１の実際の個数は図面で描かれた個数よりも多い。さらに、第１スリット８と第２スリット９とは同じ長さであってもよく、或いは、異なった長さであってもよい。

上記各実施の形態では、第１スリット８を長手方向Ａに対して平行な方向にしたが、第１スリット８を長手方向Ａに対して僅かに傾斜させてもよい。この場合、第２スリット９の傾斜角度を第１スリット８の傾斜角度よりも大きく設定すれば、第２スリット９を第１スリット８よりも開き難く設定することができる。例えば、第１スリット８を長手方向Ａに対して３°傾斜させ、第２スリット９を長手方向Ａに対して１５°傾斜させるという実施形態等が考えられる。尚、これらは散気膜３の材質やスリットの長さに応じて適宜調節できる。

上記各実施の形態では、第１スリット８と第２スリット９との間に角度をつけることで、第２スリット９を第１スリット８よりも開き難くしたが、第２スリット９の長さを第１スリット８の長さより短くすることで、第２スリット９を第１スリット８よりも開き難く設定することもできる。例えば、第１スリット８の長さを０．６ｍｍ、第２スリット９の長さを０．４ｍｍに設定することにより、第２スリット９が第１スリット８よりも開き難く設定される。

上記各実施の形態では、散気膜３の形状を長方形状又は円形状にしたが、これら以外に、楕円形状、両端が円弧状に形成された長円形状、Ｌ形状、正方形状、菱形状等であってもよい。

１メンブレン式散気装置
３散気膜
８第１スリット（第１気孔部）
９，１１第２スリット（第２気孔部）
１０第３スリット（第３気孔部）
Ａ長手方向（所定方向）
Ｂ短手方向
Ｃ円周方向
Ｆ引張力

Claims

散気膜に複数の気孔部が形成され、
散気時、散気膜に供給される空気の圧力によって散気膜が山形状に膨張して気孔部が開き、
散気停止時、散気膜が膨張していない状態で気孔部が閉じるメンブレン式散気装置であって、
散気膜には、第１気孔部と第１気孔部よりも開き難い第２気孔部とがそれぞれ複数配列されて形成され、
第１気孔部は散気膜の所定方向に長い孔であり、
第１気孔部が開く方向は、散気膜が山形状に膨張した際に散気膜に発生する引張力の方向と一致し、
第２気孔部は第１気孔部に対して傾斜した方向に長い孔であり、
隣り合う第１気孔部間に第２気孔部が位置していることを特徴とするメンブレン式散気装置。
散気膜に複数の気孔部が形成され、
散気時、散気膜に供給される空気の圧力によって散気膜が長手方向から見て山形状に膨張して気孔部が開き、
散気停止時、散気膜が膨張していない状態で気孔部が閉じるメンブレン式散気装置であって、
散気膜の長手方向および短手方向において第１気孔部と第２気孔部とがそれぞれ複数配列されて形成され、
第１気孔部は散気膜の長手方向に長い孔であり、
第２気孔部は散気膜の長手方向に対して傾斜した方向に長い孔であり、
隣り合う第１気孔部間に第２気孔部が位置していることを特徴とするメンブレン式散気装置。
散気膜に複数の気孔部が形成され、
散気時、散気膜に供給される空気の圧力によって散気膜が山形状に膨張すると気孔部が開き、
散気停止時、散気膜が膨張していない状態で気孔部が閉じるメンブレン式散気装置であって、
散気膜に、第１気孔部と第２気孔部とがそれぞれ同心円上に複数配列されて形成され、
第１気孔部は散気膜の周方向に長い孔であり、
第２気孔部は散気膜の周方向に対して傾斜した方向に長い孔であり、
隣り合う第１気孔部間に第２気孔部が位置していることを特徴とするメンブレン式散気装置。
第２気孔部は第１気孔部に対して５°〜２５°の角度で傾斜した方向に長い孔であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のメンブレン式散気装置。
第１気孔部又は第２気孔部の長手方向の少なくともいずれか片方に隣り合って第３気孔部が形成され、
第３気孔部は第１気孔部に対してほぼ直交する方向に長い孔であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のメンブレン式散気装置。