特開 2024-58740 散気体及びその製造方法

(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】P2024058740

(43)【公開日】2024-04-30

(54)【発明の名称】散気体及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 23/23 20220101AFI20240422BHJP

   C04B 38/00 20060101ALI20240422BHJP

   C04B 35/622 20060101ALI20240422BHJP

   C02F 3/20 20230101ALI20240422BHJP

   B01F 25/452 20220101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

B01F23/23

C04B38/00 303Z

C04B35/622 040

C02F3/20 D

B01F25/452

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022166021

(22)【出願日】2022-10-17

(71)【出願人】

【識別番号】000241957

【氏名又は名称】北海道電力株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100202913

【弁理士】

【氏名又は名称】武山 敦史

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(72)【発明者】

【氏名】辻野 二朗

(72)【発明者】

【氏名】橋田 修吉

(72)【発明者】

【氏名】奥田 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】吉田 有香

【テーマコード（参考）】

4D029

4G019

4G035

【Ｆターム（参考）】

4D029AA01

4D029AB07

4G019FA02

4G019FA11

4G035AB08

4G035AC26

(57)【要約】

【課題】安価な原料を用いて簡単に製造することが可能な散気体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】散気板２は、燃焼灰及びバインダーを含む多孔質体で構成され、互いに異なる位置にある一対の面を備え、液中において一方の面でガスを受け取って他方の面から微細気泡を放出する。バインダーは、粘土であってもよい。散気板２の原料における燃焼灰の比率は、５０ｗｔ％以上であり、粘土の比率は、５０ｗｔ％以下であってもよい。燃焼灰に含まれるカルシウム及び鉄は、それぞれ５％ｗｔ以下であってもよい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼灰及びバインダーを含む多孔質体で構成され、互いに異なる位置にある一対の面を備え、液中において一方の面でガスを受け取って他方の面から微細気泡を放出する散気体。

【請求項2】

前記バインダーは、粘土である、
請求項１に記載の散気体。

【請求項3】

前記散気体の原料における前記燃焼灰の比率は、５０ｗｔ％以上であり、前記バインダーの比率は、５０ｗｔ％以下である、
請求項１又は２に記載の散気体。

【請求項4】

前記燃焼灰に含まれるカルシウム及び鉄は、それぞれ５％ｗｔ以下である、
請求項１又は２に記載の散気体。

【請求項5】

燃焼灰、バインダー及び水を混合する混合工程と、
前記混合工程により混合された混合物を成型する成型工程と、
前記成型工程により成型された成型体を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記成型体を焼成する焼成工程と、
を含む散気体の製造方法。

【請求項6】

前記焼成工程では、乾燥させた前記成型体を１０００℃～１２００℃の範囲内で設定された一定温度で焼成する、
請求項５に記載の散気体の製造方法。

【請求項7】

前記混合工程では、前記燃焼灰、前記バインダー及び前記水を含むスラリーを生成し、
前記成型工程では、生成された前記スラリーを型枠に流し込む、
請求項５又は６に記載の散気体の製造方法。

【請求項8】

前記混合工程では、前記燃焼灰、前記バインダー及び前記水を含む混練物を生成し、
前記成型工程では、生成された前記混練物を型枠に押し込めて加圧する、
請求項５又は６に記載の散気体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、散気体及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

外部から気体を受け取って液体中に微細気泡を放出する散気板が知られている。散気板は、例えば、コンクリート排水の中和処理、養殖場でのエアレーションといった様々な分野で使用されている。散気板としては、セラミック製の散気板が広く用いられている。また、特許文献１には、金属の薄板に複数の散気孔が形成された散気板が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１５８６３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の散気板は、金属の薄板を加工して製造されるため、製造に手間を要すると共に製造コストが高いという問題があり、セラミック製の散気板についても同様の問題が存在している。散気板は消耗品であり、その性能を維持するには一定期間毎に交換する必要があるため、できるだけ低コストで入手可能であることが要望されている。そして、このような問題は、散気板に限られず、散気筒のような他の形状の散気体においても存在している。

【0005】

本発明は、このような背景に基づいてなされたものであり、安価な原料を用いて簡単に製造することが可能な散気体及びその製造方法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】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る散気体は、
燃焼灰及びバインダーを含む多孔質体で構成され、互いに異なる位置にある一対の面を備え、液中において一方の面でガスを受け取って他方の面から微細気泡を放出する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、安価な原料を用いて簡単に製造することが可能な散気体及びその製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態に係る散気板の構成を示す正面図である。

【図2】図１の散気板をＡ－Ａ線で切断した断面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る散気板の製造方法の流れを示すフローチャートである。

【図4】本発明の実施の形態に係る散気装置の組立方法の流れを示すフローチャートである。

【図5】実施例１における焼成温度１０００℃で焼成した試験体の外観を撮影した図である。

【図6】実施例１における焼成温度１１００℃で焼成した試験体の外観を撮影した図である。

【図7】実施例１における焼成温度１２００℃で焼成した試験体の外観を撮影した図である。

【図8】実施例２における試験体の原料の配合量を示す図である。

【図9】実施例２における焼成後の試験体の外観を撮影した図である。

【図10】実施例３における粘土、燃焼灰Ａ、Ｂの成分比を示す図である。

【図11】実施例３における焼成後の試験体の外観を撮影した図である。

【図12】実施例４におけるスラリー成型法により試験体を作成する様子を撮影した図である。

【図13】実施例５におけるスライス成型法により試験体を作成する様子を撮影した図である。

【図14】実施例６における散気板の性能試験の結果を示す図である。

【図15】実施例６におけるｐＨ測定の試験装置の構成を示す概略図である。

【図16】実施例７におけるｐＨ値の経時的な変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態に係る散気体及びその製造方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面では、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。実施の形態では、散気体の一例として散気板を用いる場合を例に説明する。

【0010】

散気装置１は、液体中に設置され、圧縮ガスを受け取って液体中に微細気泡を発生させる装置である。散気装置１が放出する微細気泡は、例えば、気泡径が２．５ｍｍ以下の微細な気泡であり、用途に応じて任意のガス、例えば、空気、酸素、二酸化炭素で形成されている。散気装置１が設置される液体は、任意の液体であり、例えば、水である。散気装置１は、例えば、コンクリート排水などのアルカリ性排液の中和処理、藻類などの水生植物の生育のための炭酸ガスの供給、並びに陸上養殖及び下水処理のための酸素又は空気の供給のために用いることができる。以下、ガスとして空気を、液体として水を用いる場合を例に説明する。

【0011】

図１に示すように、散気装置１は、圧縮空気を受け取って水中に放出する微細気泡を発生させる散気板２と、散気板２の一部を覆うように装着され、散気板２に圧縮空気を供給するケース３と、を備える。散気板２は、互いに対向する一対の面を備え、一方の面（裏面）で空気を受け取って他方の面（表面）から空気を含む微細気泡を放出する。散気板２は、内部に多数の空孔を備える多孔質体で形成され、一方の面から流入した圧縮空気を多数の空孔に通過させることで微細気泡に変化させ、他方の面から微細気泡を排出させる。

【0012】

散気板２は、例えば、円盤状である。円盤状の散気板は、他の形状、例えば、矩形状の散気板と比較すると、角部がないため破損の可能性が小さく、高圧の空気が局所的に集中しないため表面全体から均一な微細気泡を発生させやすい。散気板２は、任意の寸法で形成され得るが、設備への設置個数などの効率を考慮すると、散気板２の面積は、１００ｃｍ^２以上であることが好ましい。一例として円盤状である散気板２の寸法は、直径１６５ｍｍ、厚さ１５ｍｍである。

【0013】

ケース３は、散気板２の側面側及び裏面側を封止し、表面側を露出するように散気板２に装着されている。ケース３は、散気板２の裏面に向かって空気を供給する本体３ａと、本体３ａに空気を供給するホースが接続される接続部材３ｂと、を備える。本体３ａは、散気板２に対応する形状に形成され、散気板２を取り付ける開口を備える凹状の部材である。

【0014】

図２に示すように、本体３ａは、接続部材３ｂから供給された空気を空間３ｃで受け入れ、空間３ｃの上側に設置された散気板２に向かって供給する。本体３ａは、空間３ｃの上側に散気板２を設置するためのリング形状の段差３ｄを備える。散気板２は、ケース３の間の隙間から空気が漏れないようにケース３に封着されている。具体的に説明すると、散気板２は、接着剤を用いて段差３ｄに接着され、散気板２とケース３との間に生じる隙間は封止材を用いて封止されている。

【0015】

散気板２は、燃焼灰を含む混合物を焼成して得られた焼成体（セラミックス）である。具体的には、散気板２は、燃焼灰とバインダーとを混合し、これらの混合物に水を加えて所望の形状に成型した後に、得られた成型体を焼成することで得られる。発明者が鋭意検討した結果、原料の組成及び配合比率、燃焼灰の成分、並びに焼成条件を最適化することで、燃焼灰を含む原料であっても簡単な製造工程により気泡を表面全体から均一に噴出させることが可能な散気板２を製造できることが判明した。

【0016】

散気板２の原料には、燃焼灰及びバインダーが含まれる。散気板２の原料には、その他の添加物を添加してもよい。燃焼灰は、散気板２の原料の主成分であり、例えば、石炭灰、バイオマス燃焼灰である。石炭灰は、石炭を燃焼させて得られた灰であり、好ましくは、フライアッシュである。フライアッシュは、微粉炭を燃焼した際に発生する石炭灰のうち集塵器で採取されたものである。バイオマス燃焼灰は、動植物由来の生物資源、例えば、木質、家畜糞、下水汚泥、農業残渣を燃焼させて得られた灰である。燃焼灰は、火力発電所から継続的に排出されるため、安定的かつ安価に入手することができる。水分を除く散気板２の原料には、少なくとも燃焼灰を５０ｗｔ％以上含むことが好ましい。

【0017】

燃焼灰としては、カルシウム及び鉄の含有量ができるだけ少ないものを選択することが好ましい。カルシウム及び鉄は、焼成体の収縮及び割れの要因となるためである。燃焼灰に含まれるカルシウム及び鉄の含有量は、できれば一緒に混合する粘土よりも少ないことが好ましい。具体的には、例えば、燃焼灰に含まれるカルシウム及び鉄の含有量がいずれも５ｗｔ％以下であることが好ましい。

【0018】

バインダーは、結合材とも呼ばれ、燃焼灰の粒子同士を結合させる。バインダーは、例えば、粘土、セルロース系水溶性高分子である。このうち粘土は靭性に優れているため、バインダーとして特に好適である。セルロース系水溶性高分子は、例えば、カルボキシメチルセルロース（Carboxymethyl Cellulose：ＣＭＣ）である。バインダーは、複数種類を燃焼灰に混合してもよい。水分を除く散気板２の原料に含まれるバインダーの重量比は、５０ｗｔ％以下であるが、乾燥及び焼成時の割れ及び変形を防ぐためには、３０ｗｔ％以上かつ５０ｗｔ％以下であることが好ましい。
以上が、散気装置１及び散気板２の構成である。

【0019】

（製造方法）
次に、図３を参照して、実施の形態に係る散気板２の製造方法を説明する。散気板２の製造方法としては、鋳込み成型法及びプレス成型法のいずれかを用いればよい。鋳込み成型法及びプレス成型法のいずれも、型枠を変更することで散気板２を任意の形状に製造できる。以下、散気板２の原料として石炭灰及び粘土を用いる場合を例に説明する。

【0020】

まず、原料に水を加えて混合し、混合物を作成する（ステップＳ１１）。鋳込み成型法では、石炭灰及び粘土を混合し、水を加えて攪拌することで、スラリーを作成する。他方、プレス成型法では、石炭灰及び粘土を混合し、水を加えて練り上げることで、粘土状の混練物を作成する。

【0021】

次に、ステップＳ１１の工程で作成した混合物を成型する（ステップＳ１２）。鋳込み成型法では、スラリーを型枠に流し込み、スクレーパーを用いてスラリーの表面形状を整えればよい。鋳込み成型法で用いる型枠は、強度が不要であり、例えば、プラスチック製である。他方、プレス成型法では、粘土状の混練物を型枠に押し込め、型枠内の混練物をプレス機により加圧する。プレス成型法で用いる型枠は、強度が必要であるため、金型であることが好ましい。プレス成型法では、プレス機による加圧後に成型体から型枠を取り外せばよい。

【0022】

次に、ステップＳ１２の工程で作成した成型体を乾燥させる（ステップＳ１３）。成型体の乾燥は、自然乾燥であってもよく、乾燥機を用いた加熱乾燥又は送風乾燥であってもよい。加熱乾燥では、例えば、５０℃～１５０℃の範囲内、好ましくは１００℃～１１０℃の範囲内で乾燥機内の空気を加熱すればよい。なお、鋳込み成型法では、型枠を取り付けたまま成型体を乾燥させ、乾燥した時点で成型体を型枠から取り外せばよい。乾燥した成型体は、型枠の内面に対して僅かに収縮しているため、簡単に取り外すことができる。

【0023】

次に、ステップＳ１３の工程で乾燥させた成型体を焼成させる（ステップＳ１４）。具体的には、乾燥させた成型体を加熱炉内にセットし、一定時間（焼成時間）加熱炉内の温度を一定温度（焼成温度）に維持することで、成型体を焼成体に変化させる。焼成温度は、例えば、１０００℃～１２００℃の範囲内であり、１０５０℃～１１５０℃の範囲であることが好ましく、一例として１１００℃である。焼成時間は、成型体のサイズに応じて設定すればよく、例えば、１時間～３時間の範囲内であり、一例として２時間である。
以上が、散気板２の製造方法である。

【0024】

上記の条件で製造された散気板２は、水中で気体を噴出した際の平均気泡径が１ｍｍ以下であり、内圧０．２ＭＰａ以上の耐圧強度を備え、単位面積１ｍ^２当たり２００Ｌ／ｍｉｎ以上の流量で水中に微細気泡を噴出できる。また、焼成時の収縮率が乾燥前の成型体を基準にして５％以下に抑制されるため、散気板２における割れ及び変形の発生を防止できる。

【0025】

なお、散気板２の製造方法として鋳込み成型法及びプレス成型法のいずれを用いるかは、作業者の技量、要求される品質、及び大量生産の要否を考慮して総合的に判断すればよい。鋳込み成型法では、微細気泡を均一に放出させる散気板２が得られるが、プレス成型法と比較して製造に手間が掛かり、大量生産に不向きである。他方、プレス成型法では、鋳込み成型法と比較すると、微細気泡を均一に放出させる散気板２を得ることが難しく、成型用の金型も高価であるが、混練体はスラリーと比較して取り扱いが容易であり、どちらかと言えば大量生産に向いている。

【0026】

（組立方法）
以下、図４を参照して、実施の形態に係る散気装置１の組立方法を説明する。まず、接着剤を用いてケース３に対して散気板２を接着させる（ステップＳ２１）。具体的には、ケース３の段差３ｄに接着剤を塗布し、この段差３ｄに散気板２の底面部を押し付ける。接着剤としては、粘性が高い接着剤を用いることが好ましく、例えば、エポキシ系接着剤を用いる。

【0027】

次に、封止剤を用いて散気板２とケース３との隙間を封止する（ステップＳ２２）。具体的には、シリンジを用いて散気板２とケース３との隙間を封止剤で充填するように流し込む。封止剤としては、接着剤よりも粘性が低く流動性が高い硬化剤を用いることが好ましく、例えば、エポキシ樹脂を用いる。
以上が、散気装置１の組立方法である。

【0028】

以上説明したように、実施の形態に係る散気板２は、燃焼灰及びバインダーを含む多孔質体で構成され、互いに対向する一対の面を備え、液中において一方の面で空気を受け取って他方の面から微細気泡を放出する。このため、燃焼灰という安価に入手できる原料を用いて簡単な工程で製造できる。その結果、散気板２を低コストで製造できると共に、火力発電所、製鉄所といった燃焼設備を備える施設から大量に排出される燃焼灰を有効利用でき、燃焼灰の処分に要する費用や環境に対する負荷を低減できる。

【0029】

本発明は上記実施の形態に限られず、以下に述べる変形も可能である。

【0030】

（変形例）
上記実施の形態では、散気板２が円盤状に形成されていたが、本発明はこれに限られない。散気板２は任意の形状で形成でき、例えば、矩形状の板として形成されてもよい。また、散気板２は、互いに異なる位置にある一対の面を備え、液中において一方の面で空気を受け取って他方の面から微細気泡を放出する散気体の一例に過ぎず、散気体は、例えば、内面で空気を受け取って外面から微細気泡を放出する円筒状の散気筒として形成されてもよい。

【0031】

上記実施の形態では、焼成時の割れを防ぐため、水分を除く原料に含まれるバインダーの比率を５０ｗｔ％以下とし、燃焼灰に含まれるカルシウム及び鉄の成分比をそれぞれ５ｗｔ％以下としていたが、本発明はこれに限られない。焼成時の収縮の要因としては、原料の組成及び配合比率、燃焼灰の成分以外に、例えば、原料の粒子径など他の要因も考えられるため、焼成時の収縮率が５％以下の原料を使用するという条件設定を行ってもよい。

【0032】

上記実施の形態では、燃焼灰及び粘土を含む原料を混合し、水を加えた混合物を、枠体を用いて成型した後、成型体を乾燥させ、焼成することで散気板２を製造していたが、本発明はこれに限られない。例えば、レンガを作成する要領で成型から焼成までを行い、得られたブロック状の焼成体にスライス加工に施すスライス成型法を用いてもよい。

【0033】

スライス成型法の手順について具体的に説明すると、原料の混練、押し出し、カットを順次行うことで、ブロック状の成型体を作成し、続いて乾燥、焼成を行うことで、レンガと同等の形状を備えるブロック状の焼成体を作成する。押し出しが行われた混合物については、例えば、ピアノ線で個々のブロックにカットすることで、ブロック状の成型体を作成すればよい。次に、得られたブロック状の焼成体を、例えば、ダイヤモンドカッターのような切断手段を用いて所望の厚みにスライスする。スライス成型法は、散気板２を任意の形状に作成することが困難であるが、大量生産に好適であり、品質管理も容易である。

【0034】

上記実施の形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな実施の形態が可能である。実施の形態や変形例で記載した構成要素は自由に組み合わせることが可能である。また、特許請求の範囲に記載した発明と均等な発明も本発明に含まれる。

【0035】

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0036】

（実施例１）
実施例１では、石炭灰及び粘土を原料とし、石炭灰の元となる石炭の種別（炭種）、原料の混合比率、焼成条件を変化させて各種の試験体を作成した。試験体の作成では、プレス成型法を用いた。その後、水中においてケースにセットした状態で気泡を発生させ、試験体が散気板として機能するかどうかを検証した。

【0037】

石炭灰は、石炭火力発電所の排出物から分離されたフライアッシュ（ＦＡ）である。原料として用いたＦＡは、石炭灰Ａ１００％、石炭灰Ｂ７０％石炭灰Ｃ３０％、石炭灰Ｄ８０％石炭灰Ｅ２０％の３パターンとした。石炭灰Ａ～Ｅは、それぞれ互いに成分比が異なる炭種であり、例えば、石炭灰Ｂ７０％石炭灰Ｃ３０％は、重量比で石炭灰Ｂを７０％、石炭灰Ｃを３０％混合していることを意味する。原料の混合比率は、重量比でＦＡ：粘土＝８０％：２０％、ＦＡ：粘土＝７０％：３０％、ＦＡ：粘土＝５０％：５０％の３パターンである。作成した試験体の大きさは、いずれも１００ｍｍ角、厚さ１０ｍｍである。焼成温度は、１０００℃、１１００℃、１２００℃の３パターンであり、いずれも焼成時間を２時間とした。

【0038】

その結果、図５～７に示すように、焼成温度１０００℃、１１００℃、１２００℃で成型体を焼成させた場合のいずれにおいても焼成体が得られ、水中において散気板として機能することも確認できた。具体的に説明すると、焼成温度１１００℃の場合には、試験体の強度、形状、機能のいずれの点でも良好な試験体が得られたが、焼成温度が１２００℃になると、試験体が歪みやすく、炭種によっては一部が溶融して剥離していた。また、焼成温度が１０００℃未満になると、試験体の強度が不足するため、気泡発生時のガス圧に耐えられず、割れや剥離が発生した。以上から、焼成時の焼成温度は１１００℃であることが好ましいと理解できる。また、炭種及び原料の配合比率は、散気板の強度や性能にほとんど影響を与えないことも理解できる。

【0039】

（実施例２）
実施例２では、原料の組成及び配合比率と焼成体の割れとの関係について検証を行った。まず、原料を図８の試料１～４に示す条件で混合し、プレス成型法を用いて成型を行い、乾燥させ、焼成処理を施すことで条件毎に８枚の試験体を作成した。図８の燃焼灰Ａはフライアッシュである。水を除く原料の重量は、いずれの試験体でも５００ｇである。焼成前の試験体の直径は１６５ｍｍであり、厚さは約１５ｍｍである。焼成前の試験体に加えたプレス圧力は５トンである。乾燥条件は、自然乾燥又は温度１０５℃での加熱乾燥である。実施例１の結果を踏まえて、焼成温度を１１００℃、焼成時間を２時間とした。

【0040】

その結果、図９に示すように、試料１～４のいずれにおいても焼成体が得られた。試料１では、粘土を水で混練しただけであるため、収縮が大きく、細かなき裂が多数発生していた。試料２、３では、それぞれ８枚中７枚で割れが存在せず、残りの１枚も端部に小さな割れが存在するのみであった。試料４では、粘土を含まず、靱性が低いためと思われるが、焼成時に大きな割れが発生した。以上から、焼成時の収縮が大きいと、焼成体に割れや変形が発生し易いこと、散気板の原料としては石炭灰及び粘土の組み合わせが好適であることが理解できる。

【0041】

（実施例３）
実施例３では、石炭灰の成分比と焼成時の収縮率との関係について検証した。具体的には、図１０に示す成分比を有する燃焼灰Ａ、ＢのそれぞれにＣＭＣ１％を添加した後、水を加えて混練し、プレス成型法により試験体を作成し、焼成時の収縮率を測定した。図１０の燃焼灰Ａ、Ｂは、互いに異なる炭種に由来するフライアッシュである。その他の条件は実施例２と同一である。比較のため、図１０に示す成分比を有する粘土についても同様の実験を行った。粘土については水のみを加えて混練し、プレス成型法により試験体を作成した。

【0042】

その結果、燃焼灰Ａを用いた試験体の収縮率は１．８％であったのに対し、粘土及び燃焼灰Ｂをそれぞれ用いた試験体の収縮率は、６．１％、７．３％であった。燃焼灰Ａを用いた試験体では、ほとんど変形していなかったのに対し、粘土及び燃焼灰Ｂを用いた試験体では、収縮率が大きいため、図１１に示すように割れや反りが存在していた。以上から、散気板の原料としてはカルシウム及び鉄の成分比の小さな燃焼灰を用いることが好ましいと理解できる。

【0043】

（実施例４）
実施例４では、散気板の製造方法として鋳込み成型法を用いることができるかどうかを検証した。具体的には、まず、燃焼灰及び粘土を混合し、水を加えてスラリーを作成した。燃焼灰は、フライアッシュである。原料の配合比率は、実施例２の結果を考慮して燃焼灰８０％、粘土２０％とし、全体重量を１０００ｇとした。加水量は、外割で４０％とした。次に、図１２に示すようにスラリーを型枠に流し込み、表面形状を整えた後、乾燥機を用いて１０５℃で２４時間加熱乾燥を行った。型枠の形状は、直径１６５ｍｍ、厚さ約１５ｍｍ～３４ｍｍであった。次に、乾燥終了後に型枠を取り外し、実施例２と同様に焼成温度を１１００℃、焼成時間を２時間として焼成を行った。その結果、図１２に示すように鋳込み成型法を用いて燃焼灰及び粘土の焼成体が得られることが確認できた。

【0044】

（実施例５）
実施例５では、散気板の製造方法としてスライス加工法を用いることができるかどうかを検証した。具体的には、燃焼灰及び粘土を混合し、水を加えて混練物を作成し、レンガ工場の製造ラインを用いてレンガの場合と同様の手法で混練から焼成までを実施した。燃焼灰は、フライアッシュである。原料の配合比率は、燃焼灰５０％、粘土５０％である。その結果、図１３に示すように焼成体のブロックを得ることができた。このブロックの断面は、矩形状であり、その寸法は１００ｍｍ×１００ｍｍである。ダイヤモンドカッターを用いると、散気板の厚さとして好適な厚さ１５ｍｍの薄さにスライスできた。このスライスされた散気板についても水中で微細気泡を放出可能であることを確認できた。

【0045】

（実施例６）
実施例６では、散気板により発生した気泡の平均気泡径の測定を実施した。具体的には、ケースが取り付けられた散気板に空気を送り込んで気泡を発生させ、水中における気泡をバックライト法で可視化、高速度カメラで撮影し、撮影した画像に対して画像解析を施すことで、気泡径を算出した。算出した気泡径からザウター平均値を計算し、平均気泡径とした。試験体は、プレス成型法で作成された厚さ１５ｍｍの散気板、鋳込み成型法で作成された厚さ２７ｍｍ、３４ｍｍの散気板の３パターンである。いずれの散気板も円盤状である。

【0046】

その結果、図１４に示すように、いずれの試験体でも平均気泡径が１ｍｍ以下の微細気泡を発生させることができた。鋳込み成型法で作成された散気板は、プレス成型法で作成された散気板よりも平均気泡径が小さかった。また、鋳込み成型法で作成された散気板では、微細気泡が均一に発生していたのに対し、プレス成型法で作成された散気板では、中心部からの気泡が少ない面が存在するなど、気泡の発生にバラツキが見られた。これは、プレス成型法では、型枠内への原料の充填時やプレス圧力を印加する際にムラが生じやすいためであると考えられる。

【0047】

（実施例７）
実施例７では、コンクリート工場排液に対して散気板を用いて中和処理を行うことができるかどうかを検証した。実験装置では、図１５に示すようにｐＨ１２．４２のコンクリート工場排液２０Ｌを水槽に貯め、このコンクリート工場廃液に対して炭酸ガスを供給し、ＰＨ値の経時的な変化を測定した。炭酸ガスは、液化ガスボンベ（ＣＯ_２９９．５％）から供給され、そのガス流量は１．０Ｌ／ｍｉｎである。試験体は、鋳込み成型法で作成された厚さ３４ｍｍの散気板、市販散気板Ａ、Ｂである。いずれも面積を６０ｃｍ^２に統一した。なお、市販散気板Ａは、実際に中和処理装置で用いられている散気板であり、市販散気板Ｂは、魚類飼育用のエアストーンとして市販されている散気板である。

【0048】

その結果、図１６に示すように、鋳込み成型法で作成された散気板は、市販散気板Ａと同等程度の中和処理の効率を有しており、市販散気板Ｂよりも中和処理の効率が良好であった。なお、ＣＯ_２９９．５％の炭酸ガスを火力発電所で採取した排ガス（成分比：ＣＯ_２１０％、Ｏ_２１０％、Ｎ_２８０％）に置き換えて中和処理を行うことができるか検証したところ、同様にコンクリート廃液のｐＨを７まで下げることに成功した。

【符号の説明】

【0049】

１ 散気装置
２ 散気板
３ ケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【手続補正書】

【提出日】2023-10-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る散気体は、
燃焼灰及びバインダーを含む多孔質体で構成され、受け取ったガスを通過させることで微細気泡に変化させて液中に放出する散気体であって、
０．２ＭＰａ以上の耐圧強度を備え、外部から加圧されたガスを受け取ると、前記散気体の表面から単位面積１ｍ ^２ あたり２００Ｌ／ｍｉｎ以上の流量で液中に微細気泡を放出できるように構成されている。

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼灰及びバインダーを含む多孔質体で構成され、受け取ったガスを通過させることで微細気泡に変化させて液中に放出する散気体であって、
０．２ＭＰａ以上の耐圧強度を備え、外部から加圧されたガスを受け取ると、前記散気体の表面から単位面積１ｍ ^２ あたり２００Ｌ／ｍｉｎ以上の流量で液中に微細気泡を放出できるように構成されている、
散気体。

【請求項2】

燃焼灰及びバインダーを含む多孔質体で構成され、受け取ったガスを通過させることで微細気泡に変化させて液中に放出する散気体であって、
前記燃焼灰に含まれるカルシウム及び鉄は、それぞれ５％ｗｔ以下である、
散気体。

【請求項3】

前記バインダーは、粘土である、
請求項１又は２に記載の散気体。

【請求項4】

前記散気体の原料における前記燃焼灰の比率は、５０ｗｔ％以上であり、前記バインダーの比率は、５０ｗｔ％以下である、
請求項１又は２に記載の散気体。

【請求項5】

燃焼灰、バインダー及び水を混合する混合工程と、
前記混合工程により混合された混合物を成型する成型工程と、
前記成型工程により成型された成型体を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記成型体を焼成する焼成工程と、
を含む散気体の製造方法であって、
前記散気体は、０．２ＭＰａ以上の耐圧強度を備え、外部から加圧されたガスを受け取ると、前記散気体の表面から単位面積１ｍ ^２ あたり２００Ｌ／ｍｉｎ以上の流量で液中に微細気泡を放出できるように構成されている、
散気体の製造方法。

【請求項6】

燃焼灰、バインダー及び水を混合する混合工程と、
前記混合工程により混合された混合物を成型する成型工程と、
前記成型工程により成型された成型体を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記成型体を焼成する焼成工程と、
を含み、
前記燃焼灰に含まれるカルシウム及び鉄は、それぞれ５％ｗｔ以下である、
散気体の製造方法。

【請求項7】

前記焼成工程では、乾燥させた前記成型体を１０００℃～１２００℃の範囲内で設定された一定温度で焼成する、
請求項５又は６に記載の散気体の製造方法。

【請求項8】

前記混合工程では、前記燃焼灰、前記バインダー及び前記水を含むスラリーを生成し、
前記成型工程では、生成された前記スラリーを型枠に流し込む、
請求項５又は６に記載の散気体の製造方法。

【請求項9】

前記混合工程では、前記燃焼灰、前記バインダー及び前記水を含む混練物を生成し、
前記成型工程では、生成された前記混練物を型枠に押し込めて加圧する、
請求項５又は６に記載の散気体の製造方法。