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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023065117
(43)【公開日】2023-05-12
(54)【発明の名称】酸素溶解装置およびこれを用いた酸素溶解方法
(51)【国際特許分類】
B01F 21/00 20220101AFI20230502BHJP
B01F 23/232 20220101ALI20230502BHJP
B01F 25/40 20220101ALI20230502BHJP
B01F 35/71 20220101ALI20230502BHJP
【ＦＩ】
B01F1/00 A
B01F3/04 C
B01F5/00 D
B01F15/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021175739
(22)【出願日】2021-10-27
(71)【出願人】
【識別番号】515288203
【氏名又は名称】安原環境テクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000280
【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】安原 隆浩
(72)【発明者】
【氏名】大内 光徳
【テーマコード（参考）】
4G035
4G037
【Ｆターム（参考）】
4G035AA01
4G035AB16
4G035AC01
4G035AE13
4G037AA02
4G037EA01
(57)【要約】
【課題】簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる技術を提供する。
【解決手段】酸素溶解装置１は、液体が注入される上面４ｃ、及び空気を巻き込みながら前記液体が落下する落下孔９が設けられた底部４ｂを有する上部タンク４と、底部４から下方に延び落下孔９に連通する円筒管８と、を備える。円筒管８は、筒本体１０と、筒本体１０の内周面１０ａに設けられ、筒本体１０内を通過する液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起１２と、を有する。
【選択図】 図３
【解決手段】酸素溶解装置１は、液体が注入される上面４ｃ、及び空気を巻き込みながら前記液体が落下する落下孔９が設けられた底部４ｂを有する上部タンク４と、底部４から下方に延び落下孔９に連通する円筒管８と、を備える。円筒管８は、筒本体１０と、筒本体１０の内周面１０ａに設けられ、筒本体１０内を通過する液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起１２と、を有する。
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体が注入される開口部、及び空気を巻き込みながら前記液体が落下する落下孔が設けられた底部を有する上部タンクと、
前記底部から下方に延び前記落下孔に連通する円筒管と、を備え、
前記円筒管は、
筒本体と、
前記筒本体の内周面に設けられ、前記筒本体内を通過する前記液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起と、を有する
酸素溶解装置。
前記底部から下方に延び前記落下孔に連通する円筒管と、を備え、
前記円筒管は、
筒本体と、
前記筒本体の内周面に設けられ、前記筒本体内を通過する前記液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起と、を有する
酸素溶解装置。
【請求項2】
前記複数の円筒突起の直径は、前記筒本体の内周直径の１／４以下である
請求項１に記載の酸素溶解装置。
請求項１に記載の酸素溶解装置。
【請求項3】
前記複数の円筒突起の直径をｄとすると、
前記複数の円筒突起の高さは、（１／２）ｄ以上、ｄ以下である
請求項１又は請求項２に記載の酸素溶解装置。
前記複数の円筒突起の高さは、（１／２）ｄ以上、ｄ以下である
請求項１又は請求項２に記載の酸素溶解装置。
【請求項4】
前記複数の円筒突起は、
上下方向における第１高さ位置において周方向に沿って配置された複数の第１円筒突起と、
前記第１高さ位置よりも下方の第２高さ位置において周方向に沿って配置された複数の第２円筒突起と、を含み、
前記複数の第１円筒突起の周方向位置と、前記複数の第２円筒突起の周方向位置とは、互いに異なっている
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸素溶解装置。
上下方向における第１高さ位置において周方向に沿って配置された複数の第１円筒突起と、
前記第１高さ位置よりも下方の第２高さ位置において周方向に沿って配置された複数の第２円筒突起と、を含み、
前記複数の第１円筒突起の周方向位置と、前記複数の第２円筒突起の周方向位置とは、互いに異なっている
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸素溶解装置。
【請求項5】
前記複数の円筒突起の直径をｄとすると、
前記複数の第２円筒突起のうちの互いに隣り合う一対の第２円筒突起同士の前記内周面における周方向の間隔は、６．２ｄ以上であり、
前記複数の第１円筒突起のうちの１つである基準第１円筒突起と、前記複数の第２円筒突起のうちの周方向において前記基準第１円筒突起の隣に位置する対象第２円筒突起と、の前記内周面における周方向の間隔は、３．１ｄ以上である
請求項４に記載の酸素溶解装置。
前記複数の第２円筒突起のうちの互いに隣り合う一対の第２円筒突起同士の前記内周面における周方向の間隔は、６．２ｄ以上であり、
前記複数の第１円筒突起のうちの１つである基準第１円筒突起と、前記複数の第２円筒突起のうちの周方向において前記基準第１円筒突起の隣に位置する対象第２円筒突起と、の前記内周面における周方向の間隔は、３．１ｄ以上である
請求項４に記載の酸素溶解装置。
【請求項6】
液体が注入される開口部及び空気を巻き込みながら前記液体が落下する落下孔が設けられた底部を有する上部タンクへ前記液体を注入し、前記底部から下方に延び前記落下孔に連通する円筒管の内部に前記液体を導入するステップを含み、
前記円筒管は、筒本体と、前記筒本体の内周面に設けられ、前記筒本体内を通過する前記液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起と、を有する
酸素溶解方法。
前記円筒管は、筒本体と、前記筒本体の内周面に設けられ、前記筒本体内を通過する前記液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起と、を有する
酸素溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸素溶解装置およびこれを用いた酸素溶解方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、浄化設備や湖沼、ため池、ダム等における水質改善を目的に、水の溶存酸素量を増加させる技術が利用されている。
このような技術としては、例えば、水中に投入された多孔質の散気管に圧縮空気を送気する方法や、水中に投入された回転羽根等によってせん断流を形成しその中に圧縮空気を送気する方法、マイクロバブルやナノバブルを水中内で発生させる方法等が挙げられる。
しかし、上記従来の方法では、気体圧縮用のコンプレッサ等が必要となり、装置が大掛かりとなるという課題を有していた。
このような技術としては、例えば、水中に投入された多孔質の散気管に圧縮空気を送気する方法や、水中に投入された回転羽根等によってせん断流を形成しその中に圧縮空気を送気する方法、マイクロバブルやナノバブルを水中内で発生させる方法等が挙げられる。
しかし、上記従来の方法では、気体圧縮用のコンプレッサ等が必要となり、装置が大掛かりとなるという課題を有していた。
【0003】
そこで、本願出願人は、簡易な構成で、液体に対する酸素の溶解を促進し、液体の溶存酸素量を増加させる装置について提案を行っている（特許文献１参照）。
本願出願人によって出願された特許文献１には、液体に対する酸素の溶解を促進し、液体の溶存酸素量を増加させる装置が開示されている。
この装置は、図９に示すように、上下方向に延びる円筒管１００と、円筒管１００の外方に配置された外管１０２とを備える。円筒管１００の側面には複数の吸気孔１０４が設けられている。
本願出願人によって出願された特許文献１には、液体に対する酸素の溶解を促進し、液体の溶存酸素量を増加させる装置が開示されている。
この装置は、図９に示すように、上下方向に延びる円筒管１００と、円筒管１００の外方に配置された外管１０２とを備える。円筒管１００の側面には複数の吸気孔１０４が設けられている。
【0004】
円筒管１００内には、水等の液体が供給される。円筒管１００内に供給された液体は、円筒管１００内を上方から下方へ向かって通過する。このとき、流体として円筒管１００内を通過する液体と、円筒管１００の内周面１００ａとの間で生じる負圧によって、円筒管１００の外部の空気が吸気孔１０４を通過して円筒管１００内へ導入される。円筒管１００内へ導入された空気は、液体内に気泡として取り込まれる。
上記特許文献１の装置では、空気を気泡として液体内に取り込ませることで、空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができ、簡易な構成で、液体の溶存酸素量を増加させることができる。
上記特許文献１の装置では、空気を気泡として液体内に取り込ませることで、空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができ、簡易な構成で、液体の溶存酸素量を増加させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６２８１９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本願発明者は、簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させる装置について、鋭意研究を行った、その結果、空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる、上記特許文献１に記載の装置とは異なる新たな構成を発明するに至った。
【0007】
すなわち、本発明は、簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる新たな技術の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
（１）本発明に係る酸素溶解装置は、液体が注入される開口部、及び空気を巻き込みながら前記液体が落下する落下孔が設けられた底部を有する上部タンクと、前記底部から下方に延び前記落下孔に連通する円筒管と、を備え、前記円筒管は、筒本体と、前記筒本体の内周面に設けられ、前記筒本体内を通過する前記液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起と、を有する。
【0009】
上記構成によれば、空気を巻き込んだ液体が落下孔から円筒管内に導入されると、液体とともに落下する空気は当該液体に気泡として取り込こまれる。液体は気泡を取り込んだ状態で円筒管内を通過する。気泡を取り込んだ液体は、円筒管内の円筒突起の周囲を通過する。このとき、円筒突起の周囲を通過した液体には、カルマン渦が生じる。このカルマン渦によって、液体に取り込まれた気泡は、液体と攪拌、混合され、液体に対する酸素溶解が促進される。この結果、液体に対して空気中の酸素を効率よく溶解させることができる。
このように、上記構成によれば、筒本体の内周面に複数の円筒突起を設けるという簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる。
このように、上記構成によれば、筒本体の内周面に複数の円筒突起を設けるという簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる。
【0010】
（２）上記酸素溶解装置において、前記複数の円筒突起の直径は、前記筒本体の内周直径の１／４以下であることが好ましい。
複数の円筒突起の直径が筒本体の内周直径の１／４よりも大きいと、筒本体内の流路断面が必要以上に小さくなり、液体が筒本体内に導入されたときに、液体の流れを阻害してしまい、必要な流速が得られないおそれがある。
複数の円筒突起の直径を筒本体の内周直径の１／４以下とすることで、筒本体内の液体を必要な流速で通過させることができる。
複数の円筒突起の直径が筒本体の内周直径の１／４よりも大きいと、筒本体内の流路断面が必要以上に小さくなり、液体が筒本体内に導入されたときに、液体の流れを阻害してしまい、必要な流速が得られないおそれがある。
複数の円筒突起の直径を筒本体の内周直径の１／４以下とすることで、筒本体内の液体を必要な流速で通過させることができる。
【0011】
（３）上記酸素溶解装置において、前記複数の円筒突起の高さは、前記複数の円筒突起の直径をｄとすると、（１／２）ｄ以上、ｄ以下であることが好ましい。
複数の円筒突起の高さを（２／３）ｄより小さくすると、カルマン渦による攪拌効果が十分に得られないおそれがある。
複数の円筒突起の高さが円筒突起の直径ｄよりも大きいと、筒本体内の流路断面が必要以上に小さくなり、液体が筒本体内に導入されたときに、液体の流れを阻害してしまい、必要な流速が得られないおそれがある。さらに、複数の円筒突起に異物が引っかかるおそれも生じる。
複数の円筒突起の高さを（２／３）ｄより小さくし、かつｄ以下とすることで、カルマン渦による撹拌効果を得つつ、複数の円筒突起に、液体に混入した異物が引っかかるのを抑制することができる。
複数の円筒突起の高さを（２／３）ｄより小さくすると、カルマン渦による攪拌効果が十分に得られないおそれがある。
複数の円筒突起の高さが円筒突起の直径ｄよりも大きいと、筒本体内の流路断面が必要以上に小さくなり、液体が筒本体内に導入されたときに、液体の流れを阻害してしまい、必要な流速が得られないおそれがある。さらに、複数の円筒突起に異物が引っかかるおそれも生じる。
複数の円筒突起の高さを（２／３）ｄより小さくし、かつｄ以下とすることで、カルマン渦による撹拌効果を得つつ、複数の円筒突起に、液体に混入した異物が引っかかるのを抑制することができる。
【0012】
（４）上記酸素溶解装置において、前記複数の円筒突起は、上下方向における第１高さ位置において周方向に沿って配置された複数の第１円筒突起と、前記第１高さ位置よりも下方の第２高さ位置において周方向に沿って配置された複数の第２円筒突起と、を含み、前記複数の第１円筒突起の周方向位置と、前記複数の第２円筒突起の周方向位置とは、互いに異なっていることが好ましい。
この場合、複数の第１円筒突起の下流側で生じるカルマン渦が複数の第２円筒突起に干渉し、撹拌効果が低下するのを抑制することができる。
さらに、同じ高さ位置に多数の円筒突起を設けることで円筒管内の流路断面を狭めてしまうことがなく、同じ高さ位置の円筒突起の数を抑制しつつ、全体としてより多くの円筒突起を円筒管内に設けることができる。
この場合、複数の第１円筒突起の下流側で生じるカルマン渦が複数の第２円筒突起に干渉し、撹拌効果が低下するのを抑制することができる。
さらに、同じ高さ位置に多数の円筒突起を設けることで円筒管内の流路断面を狭めてしまうことがなく、同じ高さ位置の円筒突起の数を抑制しつつ、全体としてより多くの円筒突起を円筒管内に設けることができる。
【0013】
（５）上記酸素溶解装置において、前記複数の円筒突起の直径をｄとすると、前記複数の第２円筒突起のうちの互いに隣り合う一対の第２円筒突起同士の前記内周面における周方向の間隔は、６．２ｄ以上であり、前記複数の第１円筒突起のうちの１つである基準第１円筒突起と、前記複数の第２円筒突起のうちの周方向において前記基準第１円筒突起の隣に位置する対象第２円筒突起と、の前記内周面における周方向の間隔は、３．１ｄ以上であることが好ましい。
この場合、基準第１円筒突起の下流側で生じるカルマン渦と、対象第２円筒突起の下流側で生じるカルマン流とが互いに干渉するのを抑制することができる。
この場合、基準第１円筒突起の下流側で生じるカルマン渦と、対象第２円筒突起の下流側で生じるカルマン流とが互いに干渉するのを抑制することができる。
【0014】
（６）他の観点から見た本開示に係る酸素溶解方法は、液体が注入される開口部及び空気を巻き込みながら前記液体が落下する落下孔が設けられた底部を有する上部タンクへ前記液体を注入し、前記底部から下方に延び前記落下孔に連通する円筒管の内部に前記液体を導入するステップを含む。
前記円筒管は、筒本体と、前記筒本体の内周面に設けられ、前記筒本体内を通過する前記液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起と、を有する。
本方法によれば、簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる。
前記円筒管は、筒本体と、前記筒本体の内周面に設けられ、前記筒本体内を通過する前記液体にカルマン渦を生じさせる複数の円筒突起と、を有する。
本方法によれば、簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる。
【発明の効果】
【0015】
本開示によれば、液体に対して空気中の酸素を効率よく溶解させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔実施形態について〕
図１は、本実施形態に係る酸素溶解装置の構成図である。
図１中、酸素溶解装置１は、注入機構２と、上部タンク４と、下部タンク６と、円筒管８とを備えている。
酸素溶解装置１は、注入機構２によって上部タンク４に注入される液体に対して空気中の酸素の溶解を促進させ、溶存酸素量を増加させるための装置である。
液体は、水道水や、湖沼、ため池、ダム等に貯留された水や、廃水処理施設において処理される廃水であるが、これら以外の液体であってもよい。
廃水処理施設において処理される廃水には、異物が含まれることがある。異物には、繊維くず、紙繊維くず、小麦粉粒子、米粉粒子、豆皮くず、ピーナッツ殻くず、金属粉、微生物の死骸等の微粒子や、比較的大きなゴミ等が含まれる。前記微粒子を含む廃水は、前記微粒子を含まない水と比較して粘性が大きい。
〔実施形態について〕
図１は、本実施形態に係る酸素溶解装置の構成図である。
図１中、酸素溶解装置１は、注入機構２と、上部タンク４と、下部タンク６と、円筒管８とを備えている。
酸素溶解装置１は、注入機構２によって上部タンク４に注入される液体に対して空気中の酸素の溶解を促進させ、溶存酸素量を増加させるための装置である。
液体は、水道水や、湖沼、ため池、ダム等に貯留された水や、廃水処理施設において処理される廃水であるが、これら以外の液体であってもよい。
廃水処理施設において処理される廃水には、異物が含まれることがある。異物には、繊維くず、紙繊維くず、小麦粉粒子、米粉粒子、豆皮くず、ピーナッツ殻くず、金属粉、微生物の死骸等の微粒子や、比較的大きなゴミ等が含まれる。前記微粒子を含む廃水は、前記微粒子を含まない水と比較して粘性が大きい。
【0018】
上部タンク４は、注入機構２から注入される液体を貯留する。
図２（ａ）は、上部タンク４の断面図、図２（ｂ）は、上部タンク４の平面図である。
図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）に示すように、上部タンク４は、円筒状の周壁４ａと、底部４ｂとを備える。底部４ｂは、ステンレス鋼等からなる円板状の部材である。周壁４ａは、ステンレス鋼等からなる円筒状の部材であり、底部４ｂの周縁に立設されている。
上部タンク４の上面４ｃは開口している。注入機構２からの液体は上面４ｃの開口から注入される。つまり、上面４ｃは、液体が注入される開口部を構成する。
図２（ａ）は、上部タンク４の断面図、図２（ｂ）は、上部タンク４の平面図である。
図１、図２（ａ）、及び図２（ｂ）に示すように、上部タンク４は、円筒状の周壁４ａと、底部４ｂとを備える。底部４ｂは、ステンレス鋼等からなる円板状の部材である。周壁４ａは、ステンレス鋼等からなる円筒状の部材であり、底部４ｂの周縁に立設されている。
上部タンク４の上面４ｃは開口している。注入機構２からの液体は上面４ｃの開口から注入される。つまり、上面４ｃは、液体が注入される開口部を構成する。
【0019】
底部４ｂには、落下孔９が設けられている。落下孔９は、上部タンク４の内部に貯留される液体を下方へ落下させるための円形の孔である。落下孔９の中心は、周壁４ａ及び底部４ｂの中心軸Ｃに一致している。
【0020】
円筒管８は、底部４ｂの下面４ｂ１に設けられている。円筒管８は、円筒管状の部材であり、下面４ｂ１から下方に延びている。円筒管８は、下面４ｂ１における落下孔９の端縁に沿って設けられている。これにより、円筒管８は、落下孔９に連通している。
また、円筒管８の長手方向の中心軸は、中心軸Ｃに一致している。
また、円筒管８の長手方向の中心軸は、中心軸Ｃに一致している。
【0021】
注入機構２は、図１に示すように、第１注入管２ａと、第２注入管２ｂとを有する。第１注入管２ａ及び第２注入管２ｂは、図示しない液体貯留タンクに接続される。第１注入管２ａ及び第２注入管２ｂには、液体貯留タンクから液体が供給される。液体は、第１注入管２ａ及び第２注入管２ｂの管内を通過して上部タンク４に注入される。
【0022】
第１注入管２ａは、管本体２ａ１と、流量調節器２ａ２とを有する。管本体２ａ１は、上部タンク４の上方に設けられ、上部タンク４へ液体を注入する。流量調節器２ａ２は、管本体２ａ１を通過する液体の流量を調節する機能を有する。
図２（ｂ）中、底部４ｂ上の点ｘ１を通過する上下方向に平行な直線は、管本体２ａ１の中心軸を通過する。つまり、第１注入管２ａは、底部４ｂ上の点ｘ１の直上に設けられている。よって、第１注入管２ａから注入される液体は、底部４ｂ上の点ｘ１付近に衝突する。
図２（ｂ）中、底部４ｂ上の点ｘ１を通過する上下方向に平行な直線は、管本体２ａ１の中心軸を通過する。つまり、第１注入管２ａは、底部４ｂ上の点ｘ１の直上に設けられている。よって、第１注入管２ａから注入される液体は、底部４ｂ上の点ｘ１付近に衝突する。
【0023】
第２注入管２ｂは、図１に示すように、管本体２ｂ１と、流量調節器２ｂ２とを有する。管本体２ｂ１は、上部タンク４の上方に設けられ、上部タンク４へ液体を注入する。流量調節器２ｂ２は、管本体２ｂ１を通過する液体の流量を調節する機能を有する。
図２（ｂ）中、底部４ｂの落下孔９の端縁上の点ｘ２を通過する上下方向に平行な直線は、管本体２ｂ１の中心軸を通過する。つまり、第２注入管２ｂは、底部４ｂ上の点ｘ２の直上に設けられている。よって、第２注入管２ｂから注入される液体は、底部４ｂ上の点ｘ２付近に衝突する。
なお、点ｘ１と、点ｘ２とは、中心軸Ｃを通過する直線Ｈ（図２（ｂ））上に位置する。
図２（ｂ）中、底部４ｂの落下孔９の端縁上の点ｘ２を通過する上下方向に平行な直線は、管本体２ｂ１の中心軸を通過する。つまり、第２注入管２ｂは、底部４ｂ上の点ｘ２の直上に設けられている。よって、第２注入管２ｂから注入される液体は、底部４ｂ上の点ｘ２付近に衝突する。
なお、点ｘ１と、点ｘ２とは、中心軸Ｃを通過する直線Ｈ（図２（ｂ））上に位置する。
【0024】
点ｘ２は、落下孔９の端縁上であるため、第２注入管２ｂから注入される液体は、その大部分が落下孔９へ直接的に導入される。
一方、第１注入管２ａから注入される液体は、直接的に落下孔９へ導入されず、底部４ｂ上に広がるように流れた後、落下孔９の周囲から落下孔９へ向けて落下する。
このため、第２注入管２ｂから直接的に落下孔９へ導入される液体と、第１注入管２ａによって注入され落下孔９の周囲から落下する液体との間には、落下速度（流速）に差が生じる。この結果、第２注入管２ｂから直接的に落下孔９へ導入される液体の周囲には負圧が生じ、周囲の空気が落下孔９へ吸引される。
これにより、落下孔９へ導入される液体は、周囲の空気を巻き込みながら下方に落下する。
落下孔９へ導入され周囲の空気を巻き込みながら下方に落下する液体は、円筒管８内に導入される。
なお、第１注入管２ａの流量及び第２注入管２ｂの流量は、落下孔９へ導入される液体は、周囲の空気を巻き込みながら下方に落下するように、適宜調整される。
一方、第１注入管２ａから注入される液体は、直接的に落下孔９へ導入されず、底部４ｂ上に広がるように流れた後、落下孔９の周囲から落下孔９へ向けて落下する。
このため、第２注入管２ｂから直接的に落下孔９へ導入される液体と、第１注入管２ａによって注入され落下孔９の周囲から落下する液体との間には、落下速度（流速）に差が生じる。この結果、第２注入管２ｂから直接的に落下孔９へ導入される液体の周囲には負圧が生じ、周囲の空気が落下孔９へ吸引される。
これにより、落下孔９へ導入される液体は、周囲の空気を巻き込みながら下方に落下する。
落下孔９へ導入され周囲の空気を巻き込みながら下方に落下する液体は、円筒管８内に導入される。
なお、第１注入管２ａの流量及び第２注入管２ｂの流量は、落下孔９へ導入される液体は、周囲の空気を巻き込みながら下方に落下するように、適宜調整される。
【0025】
図３（ａ）は、円筒管８の中心軸を含む断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＢ－Ｂ線矢視断面図である。
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、円筒管８は、筒本体１０と、複数の円筒突起１２とを有する。
筒本体１０は、ステンレス鋼等からなる円筒状の部材である。筒本体１０の上端は、底部４ｂの下面４ｂ１に接続されている。筒本体１０は、落下孔９に連通している。よって、落下孔９から下方に落下する液体は、筒本体１０内に導入される。
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、円筒管８は、筒本体１０と、複数の円筒突起１２とを有する。
筒本体１０は、ステンレス鋼等からなる円筒状の部材である。筒本体１０の上端は、底部４ｂの下面４ｂ１に接続されている。筒本体１０は、落下孔９に連通している。よって、落下孔９から下方に落下する液体は、筒本体１０内に導入される。
【0026】
複数の円筒突起１２は、ステンレス鋼等からなる円筒状の部材であり、筒本体１０の内周面１０ａに設けられている。複数の円筒突起１２は、それぞれ同じ形状を有する。
複数の円筒突起１２は、内周面１０ａから径方向内方へ突出している。
複数の円筒突起１２は、円筒状の部材を溶接や接着層によって内周面１０ａに固定することで設けられている。
複数の円筒突起１２は、内周面１０ａから径方向内方へ突出している。
複数の円筒突起１２は、円筒状の部材を溶接や接着層によって内周面１０ａに固定することで設けられている。
【0027】
本実施形態において、空気を巻き込んだ液体が落下孔９から円筒管８内に導入されると、液体とともに落下する空気は当該液体に気泡として取り込こまれる。液体は気泡を取り込んだ状態で円筒管８内を通過する。気泡を取り込んだ液体は、円筒管８内の円筒突起１２の周囲を通過する。このとき、円筒突起１２の周囲を通過した液体には、カルマン渦が生じる。このカルマン渦によって、液体に取り込まれた気泡は、液体と攪拌、混合され、液体に対する酸素溶解が促進される。この結果、液体に対して空気中の酸素を効率よく溶解させることができる。
このように、本実施形態によれば、筒本体１０の内周面１０ａに複数の円筒突起１２を設けるという簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる。
このように、本実施形態によれば、筒本体１０の内周面１０ａに複数の円筒突起１２を設けるという簡易な構成で空気中の酸素を効率よく液体に溶解させることができる。
【0028】
ところで、上記従来の装置を廃水処理施設に設置し、廃水に対して酸素を溶解させるために用いた場合、廃水を円筒管内へ導入することとなる。
廃水には、水分だけではなく、様々な微粒子やごみ等の異物が含まれることがある。このような異物を含む液体を円筒管内へ導入した場合、異物の付着等によって円筒管の吸気孔が塞がれ、吸気孔に目詰まりが生じる。吸気孔に目詰まりが生じると、吸気孔から円筒管内へ導入される空気の量が減少し、液体内に空気（気泡）を十分に取り込ませることができず、酸素を液体に溶解する際の効率が低下するおそれがある。
廃水には、水分だけではなく、様々な微粒子やごみ等の異物が含まれることがある。このような異物を含む液体を円筒管内へ導入した場合、異物の付着等によって円筒管の吸気孔が塞がれ、吸気孔に目詰まりが生じる。吸気孔に目詰まりが生じると、吸気孔から円筒管内へ導入される空気の量が減少し、液体内に空気（気泡）を十分に取り込ませることができず、酸素を液体に溶解する際の効率が低下するおそれがある。
【0029】
この点、本実施形態では、上記従来の装置のような吸気孔を持たないので、液体に異物が含まれていたとしても、酸素を液体に溶解する際の効率が低下するのを抑制することができ、空気中の酸素を効率よく溶解させることができる。
【0030】
円筒管８を通過した液体は、下部タンク６（図１）に落下し、下部タンク６に貯留される。
下部タンク６に貯留された液体は、当該下部タンク６の下方に配置された排水タンク（図示省略）に排水され、排水タンクに貯留される。
排水タンクにはポンプが設置されている。
排水タンクに貯留された液体は、このポンプによって前記液体貯留タンクに還流される。よって、液体は、円筒管８を繰り返し通過する。
これにより、酸素溶解装置１は、液体に対して空気中の酸素を効率よく溶解させることができる。
下部タンク６に貯留された液体は、当該下部タンク６の下方に配置された排水タンク（図示省略）に排水され、排水タンクに貯留される。
排水タンクにはポンプが設置されている。
排水タンクに貯留された液体は、このポンプによって前記液体貯留タンクに還流される。よって、液体は、円筒管８を繰り返し通過する。
これにより、酸素溶解装置１は、液体に対して空気中の酸素を効率よく溶解させることができる。
【0031】
図３（ａ）に示すように、複数の円筒突起１２は、円筒管８上下方向における４つの高さ位置（高さ位置Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）のそれぞれに３個ずつ設けられている。
各高さ位置の３個の円筒突起１２は、周方向に等間隔に配置されている。
各高さ位置の３個の円筒突起１２は、周方向に等間隔に配置されている。
【0032】
以下、複数の円筒突起１２のうち、高さ位置Ｔ１に配置された３つの円筒突起１２を第１円筒突起１２Ａとも呼び、高さ位置Ｔ２に配置された３つの円筒突起１２を第２円筒突起１２Ｂとも呼び、高さ位置Ｔ３に配置された３つの円筒突起１２を第３円筒突起１２Ｃとも呼び、高さ位置Ｔ４に配置された３つの円筒突起１２を第４円筒突起１２Ｄとも呼ぶ。
【0033】
高さ位置Ｔ１と高さ位置Ｔ２との間隔、高さ位置Ｔ２と高さ位置Ｔ３との間隔、及び、高さ位置Ｔ３と高さ位置Ｔ４との間隔は、互いに同じである。
第１円筒突起１２Ａの周方向位置と、第３円筒突起１２Ｃの周方向位置とは、互いに同じである。
また、第２円筒突起１２Ｂの周方向位置と、第４円筒突起１２Ｄの周方向位置とは、互いに同じである。
第１円筒突起１２Ａの周方向位置と、第３円筒突起１２Ｃの周方向位置とは、互いに同じである。
また、第２円筒突起１２Ｂの周方向位置と、第４円筒突起１２Ｄの周方向位置とは、互いに同じである。
【0034】
また、第１円筒突起１２Ａ（第３円筒突起１２Ｃ）の周方向位置と、第２円筒突起１２Ｂ（第４円筒突起１２Ｄ）の周方向位置とは、互いに異なっている。より具体的に、第１円筒突起１２Ａ（第３円筒突起１２Ｃ）のうちの周方向に互いに隣り合う一対の第１円筒突起１２Ａ（第３円筒突起１２Ｃ）同士の間の周方向中央の位置に、第２円筒突起１２Ｂ（第４円筒突起１２Ｄ）が設けられている。
これにより、第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦が第２円筒突起１２Ｂに干渉し、撹拌効果が低下するのを抑制することができる。
さらに、同じ高さ位置に多数の円筒突起１２を設けることで筒本体１０内の流路断面を狭めてしまうことがなく、同じ高さ位置の円筒突起１２の数を抑制しつつ、全体としてより多くの円筒突起１２を筒本体１０内に設けることができる。
これにより、第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦が第２円筒突起１２Ｂに干渉し、撹拌効果が低下するのを抑制することができる。
さらに、同じ高さ位置に多数の円筒突起１２を設けることで筒本体１０内の流路断面を狭めてしまうことがなく、同じ高さ位置の円筒突起１２の数を抑制しつつ、全体としてより多くの円筒突起１２を筒本体１０内に設けることができる。
【0035】
複数の円筒突起１２の直径ｄ（図３（ａ））は、筒本体１０の内周直径Ｄ（図３（ａ））の１／４以下であることが好ましい。
複数の円筒突起１２の直径ｄが内周直径Ｄの１／４よりも大きいと、筒本体１０内の流路断面が必要以上に小さくなり、液体が筒本体１０内に導入されたときに、液体の流れを阻害してしまい、必要な流速が得られないおそれがある。
複数の円筒突起１２の直径ｄを筒本体１０の内周直径Ｄの１／４以下とすることで、筒本体１０内の液体を必要な流速で通過させることができる。
複数の円筒突起１２の直径ｄが内周直径Ｄの１／４よりも大きいと、筒本体１０内の流路断面が必要以上に小さくなり、液体が筒本体１０内に導入されたときに、液体の流れを阻害してしまい、必要な流速が得られないおそれがある。
複数の円筒突起１２の直径ｄを筒本体１０の内周直径Ｄの１／４以下とすることで、筒本体１０内の液体を必要な流速で通過させることができる。
【0036】
また、複数の円筒突起１２の高さｔ（図３（ｂ））は、（１／２）ｄ以上、ｄ以下であることが好ましい。
複数の円筒突起１２の高さｔを（１／２）ｄより小さくすると、カルマン渦による攪拌効果が十分に得られないおそれがある。
複数の円筒突起１２の高さｔが円筒突起１２の直径ｄよりも大きいと、筒本体１０内の流路断面が必要以上に小さくなり、液体が筒本体１０内に導入されたときに、液体の流れを阻害してしまい、必要な流速が得られないおそれがある。さらに、複数の円筒突起１２に異物が引っかかるおそれも生じる。
複数の円筒突起１２の高さｔを（１／２）ｄより小さくし、かつｄ以下とすることで、カルマン渦による撹拌効果を得つつ、複数の円筒突起１２に、液体に混入した異物が引っかかるのを抑制することができる。
複数の円筒突起１２の高さｔを（１／２）ｄより小さくすると、カルマン渦による攪拌効果が十分に得られないおそれがある。
複数の円筒突起１２の高さｔが円筒突起１２の直径ｄよりも大きいと、筒本体１０内の流路断面が必要以上に小さくなり、液体が筒本体１０内に導入されたときに、液体の流れを阻害してしまい、必要な流速が得られないおそれがある。さらに、複数の円筒突起１２に異物が引っかかるおそれも生じる。
複数の円筒突起１２の高さｔを（１／２）ｄより小さくし、かつｄ以下とすることで、カルマン渦による撹拌効果を得つつ、複数の円筒突起１２に、液体に混入した異物が引っかかるのを抑制することができる。
【0037】
図４は、筒本体１０の内周面１０ａを展開したときの平面図である。図４中、紙面左右方向が周方向である。
図４中、各円筒突起１２Ａ～１２Ｄにおいて互いに隣り合う一対の円筒突起１２同士の内周面１０ａにおける周方向の間隔Ｓ１は、内周面１０ａの周方向の長さを３等分した値であり、６．２ｄ以上とされている。なお、間隔Ｓ１は、互いに隣り合う一対の円筒突起１２Ａ～１２Ｄの中心軸が内周面１０ａに交差する交差点同士の間隔である。
図４中、各円筒突起１２Ａ～１２Ｄにおいて互いに隣り合う一対の円筒突起１２同士の内周面１０ａにおける周方向の間隔Ｓ１は、内周面１０ａの周方向の長さを３等分した値であり、６．２ｄ以上とされている。なお、間隔Ｓ１は、互いに隣り合う一対の円筒突起１２Ａ～１２Ｄの中心軸が内周面１０ａに交差する交差点同士の間隔である。
【0038】
さらに、図４中、間隔Ｓ２は、第１円筒突起１２Ａ（基準第１円筒突起）と、第２円筒突起１２Ｂのうちの周方向において基準第１円筒突起である第１円筒突起１２Ａの隣に位置する第２円筒突起１２Ｂ（対象第２円筒突起）と、の内周面１０ａにおける周方向の間隔である。間隔Ｓ２は、間隔Ｓ１の１／２とされている。つまり、間隔Ｓ２は、３．１ｄ以上とされている。
【0039】
間隔Ｓ１が、６．２ｄより小さいと、第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦が、第２円筒突起１２Ｂ（隣接突起）に干渉するおそれがある。また、間隔Ｓ２が３．１ｄより小さい場合も、第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦が、第２円筒突起１２Ｂに干渉するおそれがある。
間隔Ｓ１を６．２ｄ以上とし、間隔Ｓ２を３．１ｄ以上とすることで、基準第１円筒突起である第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦と、対象第２円筒突起である第２円筒突起１２Ｂの下流側で生じるカルマン流とが互いに干渉するのを抑制することができる。
間隔Ｓ１を６．２ｄ以上とし、間隔Ｓ２を３．１ｄ以上とすることで、基準第１円筒突起である第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦と、対象第２円筒突起である第２円筒突起１２Ｂの下流側で生じるカルマン流とが互いに干渉するのを抑制することができる。
【0040】
また、各円筒突起１２Ａ～１２Ｄ同士の上下方向の間隔ｈは、１１．２ｄ以上とされている。これにより、第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦が第３円筒突起１２Ｃに干渉する場合においても、渦が弱まった状態で干渉し、撹拌効果が低下するのを抑制することができる。
【0041】
〔変形例について〕
図５（ａ）は、変形例に係る円筒管８の部分断面図である。
上記実施形態では、円筒状の部材を溶接等によって内周面１０ａに固定することで円筒突起１２を設けた場合を例示したが、筒本体１０に貫通孔１０ｃを設け、貫通孔１０ｃに突起部材２０を差し込むことで、円筒突起１２を設けてもよい。
突起部材２０は、筒本体１０の外周面１０ｂに当接する鍔部２０ａと、鍔部２０ａから延びる円筒部２０ｂとを有する。
突起部材２０の円筒部２０ｂは、筒本体１０の外周面１０ｂ側から貫通孔１０ｃに差し込まれる。突起部材２０は、鍔部２０ａが外周面１０ｂに当接した状態で固定される。
このとき、円筒部２０ｂは、内周面１０ａから径方向内方へ突出し、円筒突起１２を構成する。
この変形例によれば、筒本体１０内に円筒突起１２を容易に設けることができる。また、突起部材２０を筒本体１０に対して着脱可能とすることで、突起部材２０を容易に交換することができる。さらに、円筒部２０ｂの長さや直径が異なる突起部材２０を用意することで、円筒突起１２の高さｔや、円筒突起１２の直径ｄを変更することができ、内部を通過する液体に応じて、適切な高さｔや、直径ｄとすることができる。
図５（ａ）は、変形例に係る円筒管８の部分断面図である。
上記実施形態では、円筒状の部材を溶接等によって内周面１０ａに固定することで円筒突起１２を設けた場合を例示したが、筒本体１０に貫通孔１０ｃを設け、貫通孔１０ｃに突起部材２０を差し込むことで、円筒突起１２を設けてもよい。
突起部材２０は、筒本体１０の外周面１０ｂに当接する鍔部２０ａと、鍔部２０ａから延びる円筒部２０ｂとを有する。
突起部材２０の円筒部２０ｂは、筒本体１０の外周面１０ｂ側から貫通孔１０ｃに差し込まれる。突起部材２０は、鍔部２０ａが外周面１０ｂに当接した状態で固定される。
このとき、円筒部２０ｂは、内周面１０ａから径方向内方へ突出し、円筒突起１２を構成する。
この変形例によれば、筒本体１０内に円筒突起１２を容易に設けることができる。また、突起部材２０を筒本体１０に対して着脱可能とすることで、突起部材２０を容易に交換することができる。さらに、円筒部２０ｂの長さや直径が異なる突起部材２０を用意することで、円筒突起１２の高さｔや、円筒突起１２の直径ｄを変更することができ、内部を通過する液体に応じて、適切な高さｔや、直径ｄとすることができる。
【0042】
図５（ｂ）は、他の変形例に係る円筒管８の部分断面図である。
他の変形例では、突起部材２０に筒本体１０の内外を連通する貫通孔２０ｃが設けられている点において、上記変形例と相違する。
他の変形例において、突起部材２０に貫通孔２０ｃが設けられているので、筒本体１０を液体が通過すると、その負圧によって、筒本体１０の外部の空気が貫通孔２０ｃを通過して筒本体１０内へ導入される。筒本体１０内で導入された空気は、液体内に気泡として取り込まれる。
他の変形例では、突起部材２０に筒本体１０の内外を連通する貫通孔２０ｃが設けられている点において、上記変形例と相違する。
他の変形例において、突起部材２０に貫通孔２０ｃが設けられているので、筒本体１０を液体が通過すると、その負圧によって、筒本体１０の外部の空気が貫通孔２０ｃを通過して筒本体１０内へ導入される。筒本体１０内で導入された空気は、液体内に気泡として取り込まれる。
【0043】
本変形例では、廃水等の異物を含む液体を通過させる場合、貫通孔２０ｃが塞がれるため、貫通孔２０ｃから筒本体１０内へ導入される空気の量は減少する。このため、貫通孔２０ｃによる、液体に対する酸素の溶解の促進効果は低下する。
しかし、異物を含まない水を液体として通過させる場合、円筒突起１２による撹拌効果と、貫通孔２０ｃによる空気の導入とにより、液体に対する酸素の溶解の促進効果をより効果的に高めることができる。
しかし、異物を含まない水を液体として通過させる場合、円筒突起１２による撹拌効果と、貫通孔２０ｃによる空気の導入とにより、液体に対する酸素の溶解の促進効果をより効果的に高めることができる。
【0044】
また、上記実施形態では、第１注入管２ａと、第２注入管２ｂとを有する注入機構２を用いた場合を例示したが、空気を巻き込みながら落下孔９に液体を落下させることができれば、１つの注入管によって液体を注入する注入機構２としてもよいし、より多数の注入管を有する注入機構２としてもよい。
【実施例0045】
以下、実施例によって本発明についてさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例）
内周直径Ｄが３０ｍｍ、長さ２１０ｍｍの筒本体１０を用意し、直径ｄが５ｍｍ、高さｔが３ｍｍの円筒突起１２を図４に示す配置で内周面１０ａに設け、円筒管８を得た。
図４中の間隔Ｓ１は３１．４ｍｍ、間隔Ｓ２は１５．７ｍｍ、間隔ｈは５６ｍｍとした。
上記円筒管８を用いて酸素溶解装置１を構成した。
（実施例）
内周直径Ｄが３０ｍｍ、長さ２１０ｍｍの筒本体１０を用意し、直径ｄが５ｍｍ、高さｔが３ｍｍの円筒突起１２を図４に示す配置で内周面１０ａに設け、円筒管８を得た。
図４中の間隔Ｓ１は３１．４ｍｍ、間隔Ｓ２は１５．７ｍｍ、間隔ｈは５６ｍｍとした。
上記円筒管８を用いて酸素溶解装置１を構成した。
【0046】
（比較例）
内周直径Ｄが３０ｍｍ、長さ２１０ｍｍの筒本体を用意し、実施例における円筒突起１２の配置位置に筒本体１０の内外を連通する吸気孔（内径２～３ｍｍ）を設けることで円筒管を得た。この吸気孔は、管本体内を通過する水と円筒管の内周面との間で生じる負圧によって、円筒管外の空気を円筒管内へ導くための孔である。
吸気孔を有する円筒管を用いて酸素溶解装置を構成した。この比較例は、上記従来技術に基づいた酸素溶解装置である。
内周直径Ｄが３０ｍｍ、長さ２１０ｍｍの筒本体を用意し、実施例における円筒突起１２の配置位置に筒本体１０の内外を連通する吸気孔（内径２～３ｍｍ）を設けることで円筒管を得た。この吸気孔は、管本体内を通過する水と円筒管の内周面との間で生じる負圧によって、円筒管外の空気を円筒管内へ導くための孔である。
吸気孔を有する円筒管を用いて酸素溶解装置を構成した。この比較例は、上記従来技術に基づいた酸素溶解装置である。
【0047】
（実施例の円筒突起１２によるカルマン渦について）
図６は、円筒突起１２によってカルマン渦が発生する際の態様を説明するためのモデル図である。図６中、下段には円筒突起１２によってカルマン渦が発生する際のモデルを示しており、円筒突起１２の周囲の流体（液体）の流れを模式的に示している。上段には、モデルにおける所定位置の圧力を示している。
図６は、円筒突起１２によってカルマン渦が発生する際の態様を説明するためのモデル図である。図６中、下段には円筒突起１２によってカルマン渦が発生する際のモデルを示しており、円筒突起１２の周囲の流体（液体）の流れを模式的に示している。上段には、モデルにおける所定位置の圧力を示している。
【0048】
図６中、液体は紙面左から右へ向かって流れている。
液体の流れである層流は、剥離点Ｐ１で剥離する。剥離点Ｐ１よりも下流側においては、多数の渦が生じて圧力が低下する。
液体の流れである層流は、剥離点Ｐ１で剥離する。剥離点Ｐ１よりも下流側においては、多数の渦が生じて圧力が低下する。
【0049】
図６中の上段のグラフは、剥離点Ｐ１よりも僅かに上流側の位置Ｎ１における層流の圧力と、円筒突起１２の下流側の位置Ｎ２における層流の圧力とを示している。
このグラフに示すように、位置Ｎ２における層流の圧力は、位置Ｎ１における層流の圧力に対して大きく低下する。このため、位置Ｎ２において負圧が生じ、円筒突起１２の下流側に多数の渦が生じる。
また、位置Ｎ１の圧力と、位置Ｎ２の圧力との差を大きく生じさせるためには、円筒突起１２の外周面が凹凸のない滑らかな表面であることが好ましい。
その理由は、円筒突起１２の外周面に凹凸がある場合、円筒突起１２の外周面に沿って通過する流体の流れを阻害する要因となり、位置Ｎ１の圧力と、位置Ｎ２の圧力との差が小さくなるおそれがあるからである。
このグラフに示すように、位置Ｎ２における層流の圧力は、位置Ｎ１における層流の圧力に対して大きく低下する。このため、位置Ｎ２において負圧が生じ、円筒突起１２の下流側に多数の渦が生じる。
また、位置Ｎ１の圧力と、位置Ｎ２の圧力との差を大きく生じさせるためには、円筒突起１２の外周面が凹凸のない滑らかな表面であることが好ましい。
その理由は、円筒突起１２の外周面に凹凸がある場合、円筒突起１２の外周面に沿って通過する流体の流れを阻害する要因となり、位置Ｎ１の圧力と、位置Ｎ２の圧力との差が小さくなるおそれがあるからである。
【0050】
後に説明するレイノルズ数Ｒｅが所定の条件を満たす場合、円筒突起１２の下流側の多数の渦がカルマン渦となる。
【0051】
【0052】
図７中、液体は、矢印のように紙面上方から下方へ向かって流体として移動する。
図７中、第１円筒突起１２Ａの下流側には、流体としての液体が通過することで第１円筒突起１２Ａが生じさせるカルマン渦列Ｋ１が示されている。カルマン渦列Ｋ１は、流体の流れる方向に平行な方向に沿って２列で千鳥状に現れる。カルマン渦列Ｋ１は、少なくともカルマン渦Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１３を含む。
また、図７中、第２円筒突起１２Ｂの下流側には、液体が通過することで第２円筒突起１２Ｂが生じさせるカルマン渦列Ｋ２が示されている。カルマン渦列Ｋ２も、カルマン渦列Ｋ１と同様、流体の流れる方向に平行な方向に沿って２列で千鳥状に現れる。カルマン渦列Ｋ２は、少なくともカルマン渦Ｋ２１、Ｋ２２、Ｋ２３を含む。
図７中、第１円筒突起１２Ａの下流側には、流体としての液体が通過することで第１円筒突起１２Ａが生じさせるカルマン渦列Ｋ１が示されている。カルマン渦列Ｋ１は、流体の流れる方向に平行な方向に沿って２列で千鳥状に現れる。カルマン渦列Ｋ１は、少なくともカルマン渦Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１３を含む。
また、図７中、第２円筒突起１２Ｂの下流側には、液体が通過することで第２円筒突起１２Ｂが生じさせるカルマン渦列Ｋ２が示されている。カルマン渦列Ｋ２も、カルマン渦列Ｋ１と同様、流体の流れる方向に平行な方向に沿って２列で千鳥状に現れる。カルマン渦列Ｋ２は、少なくともカルマン渦Ｋ２１、Ｋ２２、Ｋ２３を含む。
【0053】
この円筒管８において、上部タンク４から水を筒本体１０内に導入したときの最大流量は、１０５０ｃｍ３／ｓであり、流速は、１４８．５ｃｍ／ｓとなる。
円筒突起１２の周辺を流れる水のレイノルズ数Ｒｅは、下記式（１）で示される。
Ｒｅ ＝ Ｖｄ／ν ・・・（１）
なお、式（１）中、Ｖは流速（ｃｍ／ｓ）、ｄは円筒突起１２の直径（ｃｍ）、νは水の２０℃での動粘性係数（ｃｍ２／ｓ）である。
円筒突起１２の周辺を流れる水のレイノルズ数Ｒｅは、下記式（１）で示される。
Ｒｅ ＝ Ｖｄ／ν ・・・（１）
なお、式（１）中、Ｖは流速（ｃｍ／ｓ）、ｄは円筒突起１２の直径（ｃｍ）、νは水の２０℃での動粘性係数（ｃｍ２／ｓ）である。
【0054】
水の２０℃での動粘性係数を０．０１ｃｍ２／ｓとすると、円筒突起１２の周辺を流れる水のレイノルズ数Ｒｅは、上記式（１）より、７４２５となる。
一般にレイノルズ数Ｒｅが、５００＜Ｒｅ＜２×１０５の範囲にある場合、円筒突起１２の下流側にはカルマン渦が発生する。よって、本例における円筒管８の円筒突起１２は、下流側にカルマン渦を生じさせる。
一般にレイノルズ数Ｒｅが、５００＜Ｒｅ＜２×１０５の範囲にある場合、円筒突起１２の下流側にはカルマン渦が発生する。よって、本例における円筒管８の円筒突起１２は、下流側にカルマン渦を生じさせる。
【0055】
次に、本例において生じるカルマン渦の発生周期ｆと、生じたカルマン渦同士の間隔を求める。
カルマン渦の発生周期ｆは、下記式（２）に示すストローハル数Ｓｔから求める。
Ｓｔ ＝ ｆｄ／Ｖ ・・・（２）
カルマン渦の発生周期ｆは、下記式（２）に示すストローハル数Ｓｔから求める。
Ｓｔ ＝ ｆｄ／Ｖ ・・・（２）
【0056】
レイノルズ数Ｒｅが５００＜Ｒｅ＜２×１０５の範囲にある場合、ストローハル数Ｓｔはほぼ一定の値となる。円筒形の場合、ストローハル数Ｓｔは、約０．１８となる。
よって、上記式（２）より、発生周期ｆは、５３．５Ｈｚとなる。
発生周期ｆと流速Ｖとから、カルマン渦列に含まれるカルマン渦の上下方向（水の流れ方向）の間隔ａ（図５参照）は、２８ｍｍとなる。
また、カルマン渦列に含まれるカルマン渦の上下方向の間隔ａと、上下方向に直交する方向（周方向）の間隔ｂ（図５参照）と、の間には、ｂ／ａ＝０．２８１の関係がある。
よって、間隔ｂは、８ｍｍとなる。
カルマン渦列Ｋ１と、カルマン渦列Ｋ２との間の上下方向に直交する方向（周方向）の間隔ｃは、７．７ｍｍである。
なお、間隔ａ、間隔ｂ、及び間隔ｃは、カルマン渦の中心を基準としたときのカルマン渦同士の間隔である。
よって、上記式（２）より、発生周期ｆは、５３．５Ｈｚとなる。
発生周期ｆと流速Ｖとから、カルマン渦列に含まれるカルマン渦の上下方向（水の流れ方向）の間隔ａ（図５参照）は、２８ｍｍとなる。
また、カルマン渦列に含まれるカルマン渦の上下方向の間隔ａと、上下方向に直交する方向（周方向）の間隔ｂ（図５参照）と、の間には、ｂ／ａ＝０．２８１の関係がある。
よって、間隔ｂは、８ｍｍとなる。
カルマン渦列Ｋ１と、カルマン渦列Ｋ２との間の上下方向に直交する方向（周方向）の間隔ｃは、７．７ｍｍである。
なお、間隔ａ、間隔ｂ、及び間隔ｃは、カルマン渦の中心を基準としたときのカルマン渦同士の間隔である。
【0057】
本実施例のように、間隔Ｓ１を３１．４ｍｍ（６．２ｄ以上）とし、間隔Ｓ２を１５．７ｍｍ（３．１ｄ以上）とすることで、カルマン渦列Ｋ１と、カルマン渦列Ｋ２とが互いに干渉するのを抑制することができる。
また、間隔Ｓ１、Ｓ２を上記のように設定することで、第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦が第２円筒突起１２Ｂに干渉し、撹拌効果が低下するのを抑制することができる。
また、間隔Ｓ１、Ｓ２を上記のように設定することで、第１円筒突起１２Ａの下流側で生じるカルマン渦が第２円筒突起１２Ｂに干渉し、撹拌効果が低下するのを抑制することができる。
【0058】
（評価試験）
実施例に係る酸素溶解装置、及び比較例に係る酸素溶解装置を用いて、水（水道水）に対する酸素溶解を行い、酸素濃度の変化を比較した。
実施例及び比較例それぞれに水２０Ｌ（リットル）を投入し、投入した水を上部タンク下部タンクとの間で循環させた。
水の循環を開始してから所定の経過時間毎に水の酸素濃度を測定し、水の酸素飽和度（％）を求めた。なお、水の酸素飽和度は、下記式（３）のようにして求めた。
酸素飽和度（％）＝溶存酸素量の計測値（ｍｇ／Ｌ）／飽和酸素量（ｍｇ／Ｌ）
・・・（３）
上記酸素飽和度を求める際、計測値及び飽和酸素量について水温に応じた補正を行った値を用いた。
実施例に係る酸素溶解装置、及び比較例に係る酸素溶解装置を用いて、水（水道水）に対する酸素溶解を行い、酸素濃度の変化を比較した。
実施例及び比較例それぞれに水２０Ｌ（リットル）を投入し、投入した水を上部タンク下部タンクとの間で循環させた。
水の循環を開始してから所定の経過時間毎に水の酸素濃度を測定し、水の酸素飽和度（％）を求めた。なお、水の酸素飽和度は、下記式（３）のようにして求めた。
酸素飽和度（％）＝溶存酸素量の計測値（ｍｇ／Ｌ）／飽和酸素量（ｍｇ／Ｌ）
・・・（３）
上記酸素飽和度を求める際、計測値及び飽和酸素量について水温に応じた補正を行った値を用いた。
【0059】
図８は、酸素飽和度の経時変化を示したグラフである。
図８において、縦軸は酸素飽和度を示しており、横軸は水の循環を開始してからの経過時間を示している。
また、図８中、四角印は実施例に係る酸素飽和度を示しており、丸印は比較例に係る酸素飽和度を示している。
図８に示すように、実施例に係る酸素飽和度の経時変化と、比較例における酸素飽和度の経時変化とは、ほぼ同様であり、大きな差異は見られない。
この結果から、実施例の酸素溶解装置と、比較例の酸素溶解装置との間で水に対する酸素の溶解については同様の性能を有することが判る。
図８において、縦軸は酸素飽和度を示しており、横軸は水の循環を開始してからの経過時間を示している。
また、図８中、四角印は実施例に係る酸素飽和度を示しており、丸印は比較例に係る酸素飽和度を示している。
図８に示すように、実施例に係る酸素飽和度の経時変化と、比較例における酸素飽和度の経時変化とは、ほぼ同様であり、大きな差異は見られない。
この結果から、実施例の酸素溶解装置と、比較例の酸素溶解装置との間で水に対する酸素の溶解については同様の性能を有することが判る。
【0060】
〔その他〕
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【0061】
１ 酸素溶解装置
２ 注入機構
２ａ 第１注入管
２ａ１ 管本体
２ａ２ 流量調節器
２ｂ 第２注入管
２ｂ１ 管本体
２ｂ２ 流量調節器
４ 上部タンク
４ａ 周壁
４ｂ 底部
４ｂ１ 下面
４ｃ 上面
６ 下部タンク
８ 円筒管
９ 落下孔
１０ 筒本体
１０ａ 内周面
１０ｂ 外周面
１０ｃ 貫通孔
１２ 円筒突起
１２Ａ 第１円筒突起
１２Ｂ 第２円筒突起
１２Ｃ 第３円筒突起
１２Ｄ 第４円筒突起
２０ 突起部材
２０ａ 鍔部
２０ｂ 円筒部
２０ｃ 貫通孔
１００ 円筒管
１００ａ 内周面
１０２ 外管
１０４ 吸気孔
Ｃ 中心軸
Ｄ 内周直径
Ｈ 直線
Ｋ１ カルマン渦列
Ｋ１１ カルマン渦
Ｋ１２ カルマン渦
Ｋ１３ カルマン渦
Ｋ２ カルマン渦列
Ｋ２１ カルマン渦
Ｋ２２ カルマン渦
Ｋ２３ カルマン渦
Ｎ１ 位置
Ｎ２ 位置
Ｐ１ 剥離点
Ｔ１ 高さ位置
Ｔ２ 高さ位置
Ｔ３ 高さ位置
Ｔ４ 高さ位置
２ 注入機構
２ａ 第１注入管
２ａ１ 管本体
２ａ２ 流量調節器
２ｂ 第２注入管
２ｂ１ 管本体
２ｂ２ 流量調節器
４ 上部タンク
４ａ 周壁
４ｂ 底部
４ｂ１ 下面
４ｃ 上面
６ 下部タンク
８ 円筒管
９ 落下孔
１０ 筒本体
１０ａ 内周面
１０ｂ 外周面
１０ｃ 貫通孔
１２ 円筒突起
１２Ａ 第１円筒突起
１２Ｂ 第２円筒突起
１２Ｃ 第３円筒突起
１２Ｄ 第４円筒突起
２０ 突起部材
２０ａ 鍔部
２０ｂ 円筒部
２０ｃ 貫通孔
１００ 円筒管
１００ａ 内周面
１０２ 外管
１０４ 吸気孔
Ｃ 中心軸
Ｄ 内周直径
Ｈ 直線
Ｋ１ カルマン渦列
Ｋ１１ カルマン渦
Ｋ１２ カルマン渦
Ｋ１３ カルマン渦
Ｋ２ カルマン渦列
Ｋ２１ カルマン渦
Ｋ２２ カルマン渦
Ｋ２３ カルマン渦
Ｎ１ 位置
Ｎ２ 位置
Ｐ１ 剥離点
Ｔ１ 高さ位置
Ｔ２ 高さ位置
Ｔ３ 高さ位置
Ｔ４ 高さ位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】