专利名称：通气管和气泡塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及通气管和气泡塔。
背景技术：
现有技术中，通气搅拌槽或设有通气管的气泡塔，用于气体吸收、微生物的培养等。
但是，已往的通气搅拌槽，在槽上部设有搅拌用马达(图未示)，在槽内设有搅拌机，所以，收容溶液的塔(罐体)的壁面需要加厚，以保持强度。还需要有搅拌机的轴承，另外，用于微生物培养时，还需要有保持搅拌轴部分的无菌性的设备等，因此设备费用高。
已往的气泡塔，例如有图21所示的类型。
气泡塔与通气搅拌槽的不同点是，它是用通气产生液流，用该液流使收容在收容溶液的塔(罐体)内的溶液搅拌混合。
例如，图21所示的气泡塔301，备有收容溶液的塔(罐体)302、设在塔(罐体)302内的通气管303、设在塔(罐体)302的通气管303下方位置的分布器304。从设在分布器304上的若干贯通孔304h…，把气泡送入收容在塔(罐体)302内的溶液中，将收容在塔(罐体)302内的溶液搅拌混合。
但是，通常在气泡塔中，随着通气产生蒸发、或者运转中的溶液添加操作等，使运转中塔(罐体)内的液面高度(level)产生变动。
如图21所示的气泡塔301，在收容溶液的塔(罐体)302内设置通气管303的情况下，当塔(罐体)302内的溶液量减少，液面高度低于通气管303的上端时，通气管303的内侧与外侧的液体循环受到阻碍，所以不利于液体的混合。
为了解决该问题，提出了图22所示的气泡塔401。
该气泡塔401中，在收容溶液的塔(罐体)302内，设有通气管403，在该通气管403的上方位置，形成了贯通孔403h。
但是，为了保持混合性能，即使是该气泡塔401，也必须使液面高度位于贯通孔403h以上。
另外，图23所示的气泡塔501中，用若干板503A…构成通气管503，即使收容在塔(罐体)502内的溶液的液面高度产生变化，也能利用若干板503A…之间的空隙，使液体循环而将溶液混合搅拌。但是，该通气管503，实际上需要多个焊接部分，构造复杂，所以，制作费用高。另外，用于微生物的培养时，不容易保持无菌性。并且维修也麻烦。
通常，使用气泡塔时，常常产生散热反应和吸热反应，通过在气泡塔的塔(罐体)内或塔(罐体)外，设置冷却装置或加热装置，来进行热交换，并控制温度。
但是，通常，当气泡塔本身的体积大时，用于温度控制的热交换装置的、每单位容积的传热面积不容易得到。
因此，在大型气泡塔中，是在进行产生大的散热和大的吸热的发酵反应或化学反应时，不能确保传热面积，这是制约气泡塔大型化的原因之一。
基于上述原因，要在气泡塔的塔(罐体)外部设置冷却水套，该方法中，气泡塔的塔(罐体)的大小，被限定在数立方米左右容量的程度。
为此，设计了如图24所示的气泡塔601的方案，在塔(罐体)302的外部设置热交换装置602，使塔(罐体)302内的溶液在热交换装置602内循环流通，使收容在塔(罐体)302内的溶液温度保持为一定。但是，该气泡塔601中，存在着塔(罐体)302内的温度不均匀的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的是提供采用了通气管和采用该种通气管的气泡塔。该气泡塔能够与气泡塔内收容的溶液的液面高度无关地运行气泡塔，塔内收容的溶液的混合性或气体吸收性优良，容易确保传热面积，并且，容易维修和按比例扩大。
方案1记载的通气管，设置在气泡塔的收容溶液的塔内，该通气管是由中空管形成，并且在其侧周面的整面上具有空隙。
该通气管由于在整个侧周面有空隙，所以，若把该通气管安装在气泡塔的塔内，则无论收容在塔内的溶液的量有多少，通气管内的溶液和存在于通气管外侧的溶液，都能通过设在通气管侧面全周的空隙而流通循环。
因此，备有该通气管的气泡塔，可以与收容在塔内的溶液液面高度无关地、进行气泡塔的运转。
另外，该通气管由于是用中空管形成的，所以，通过向中空管内流通热交换媒体，就可以有效地将收容在塔内的溶液控制为预定的温度。
方案2记载的通气管，根据方案1记载的通气管的横断面形状为圆形、椭圆形或多边形。
在此，本发明书中所述的“横断面形状”，是指相对于通气管的中心轴，沿与该中心轴正交的方向，剖切该通气管的断面形状。
横断面形状可以是任何形状，只要能起到通气管作用的形状均可。
横断面形状，例如可以是圆形、椭圆形、或者是包括三角形、四边形、或其它多边形的各种多变形形状。
方案3记载的通气管，在方案1或2记载的通气管中，上述通气管是把中空管卷绕成螺旋状而形成的通气管。
由于该通气管是把中空管卷绕成螺旋状而形成的，所以，若在气泡塔的塔内采用该通气管，则无论收容在塔内的培养液或气体吸收溶液的液面高度为何高度，都能使收容在塔内的上述培养液或气体吸收液，通过形成在通气管侧面上的空隙，在通气管的内外流通循环。
因此，备有该通气管的气泡塔，可以与收容在塔内的溶液液面高度无关地、进行气泡塔的运转。
另外，由于该通气管是把中空管卷绕成螺旋状而形成的，所以，可以根据单位长度的中空管的卷绕数，把通气管侧面的开口率容易设计或调节为希望的开口率。
另外，把该通气管收容在气泡塔的塔内，若从中空管的下端朝着上端，流通热交换媒体，则可以把收容在气泡塔的塔内的溶液高效地控制在所需的温度。
方案4记载的通气管，在方案1或2所述的通气管中，上述通气管是把中空管弯折成锯齿状而形成的通气管。
该通气管，由于是把中空管弯折成折曲状而形成的，所以，若在气泡塔的塔内采用该通气管，则无论收容在塔内的培养液或气体吸收溶液的液面高度在何高度，能够使上述收容在塔内的培养液或气体吸收液，通过形成在通气管侧面上的空隙，在通气管的内外流通循环。
另外，该通气管由于是把中空管弯折成锯齿状而形成的，所以，可以根据单位长度的中空管的折曲数，把通气管的侧面开口率，容易地设计或调节为希望的开口率。
另外，若把该通气管设置在气泡塔的塔内，并向中空管内流通热交换媒体，则可以把收容在气泡塔的塔内的溶液控制在所需的温度。
方案5记载的通气管，设置在气泡塔的塔内，该通气管是由多个将中空管卷绕成螺旋状而形成通气管单元，叠置而构成的。
该通气管中，对若干个通气管单元分别流通热交换媒体，可将收容在气泡塔的塔内的溶液有效地控制在所需的温度。这时，考虑到热交换效率，热交换媒体最好从形成多个通气管单元的每个单元的中空管的下端朝上端流通。
该通气管中，由于可分别地对若干个通气管单元的每一个流通热交换媒体，所以，若使在对若干个通气管单元的每个单元中流通的热交换媒体的供给条件相同，则可以使若干个通气管单元的每个单元的热交换效率相同。
因此，若把该通气管单元叠置，则可将热交换管在塔内沿纵方向同样配置，因此，可以使塔内的溶液中不产生温度不均匀。另外，由于采用若干个通气管单元，所以，可增加热交换媒体的量，提高热交换能力。
方案6记载的通气管，设置在气泡塔的塔内，该通气管是由多个将中空管弯折成锯齿状而形成通气管单元，叠置而构成的。
该通气管中，是由弯折成锯齿状的中空管形成通气管单元，再把若干个通气管单元叠置，可对若干个通气管单元的每一个流通热交换媒体，所以，若使在若干个通气管单元的每一个中流通的热交换媒体的供给条件相同，则可以使若干个通气管单元每一个的热交换效率相同。
因此，若把该通气管单元叠置，则可将热交换管在塔内沿纵方向同样配置，因此，可以使塔内的溶液中不产生温度不均匀。另外，由于采用若干个通气管单元，所以，可增加热交换媒体的量，提高热交换能力。
方案7记载的通气管，在方案1至6中任一项所述的通气管中，上述通气管的侧周面的空隙率，相对于通气管的整个侧周面，在1％至99％的范围内。
通气管侧周面的空隙率，相对于通气管的整个侧周面，最好在10％至90％的范围内。在25％至50％的范围内则更好。
空隙率可用下面的公式求出。
空隙率(％)＝在通气管侧周面中，构成通气管的中空管与中空管的间隙形成的空隙所占的面积/通气管侧周面面积×100。
另外，空隙率，可根据气泡塔的大小、塔内收容的溶液量、溶液的流通循环方法等，设定为各种值。
但是，如果空隙率极端小、例如为0％时，经过通气管侧周面的、溶液在通气管内外的流通循环完全被阻碍，所以是不可取的。
另一方面，在将空隙率设定为极大时，通气管的存在密度很稀小，只能得到与在塔内不设置通气管的气泡塔具有同样的效果，也是不可取的。
考虑到上述因素，通气管侧周面的空隙率，最好在上述的范围内。
该通气管中，通气管侧周面的空隙率，设定在能得到双重效果的范围内，一个效果是，塔内收容的溶液利用通气管侧周面，在通气管内外流通循环；另一个效果是，塔内收容的溶液通过设在通气管侧周面的空隙，在通气管内外的流通循环；所以，备有该通气管的气泡塔，无论塔内收容的溶液的液面高度如何变动，也能使塔内溶液进行流通循环。
此外，上述方案1至7中记载的通气管，其构造简单，因此，在将它用于作业人员能进入的大型气泡塔时，构成通气管的所有中空管，可配置在作业人员的手能够得着的范围内，所以，其维修作业比已往气泡塔中的通气管容易进行。
这里所说的维修作业，是指当中空管上产生气孔时，进行气孔的焊接修补作业，或者，将盘管拆开，从设在气泡塔上部的人孔中取出，插入新的盘管，再焊接连接起来，这样进行螺旋更新作业。
考虑到维修作业的容易性，构成通气管的中空管的间隙间隔，至少是使作业人员的手指能插入通气管间隙的间隔。
具体地说，是作业人员等(通常是成人)手指厚度以上的间隔(具体为不小于2cm)，最好是不小于手掌厚度的间隔(具体为不小于4cm)。
但是，对于作业人员不易进入里面进行作业的大小的气泡塔中，采用本发明的通气管时，空隙的间隔不受上述范围的限定。
方案8记载的气泡塔，在收容溶液的塔内，设有方案1至7中任一项所述的通气管。
该气泡塔中，由于在塔内设有方案1至7中任一项记载的通气管，所以，可以与溶液液面高度无关地进行气泡塔的运转。
此外，将该气泡塔用于微生物的培养时，通过在通气管内流通热交换媒体，来可将塔内收容的培养液控制到最适合于微生物培养的温度。另外，将该气泡塔用于气体吸收操作中时，使气体吸收液吸收气体时产生的反应热无论是散热还是吸热的情况下，都能把塔内收容的气体吸收液温度控制在所需的温度。
再者，上面已经说明了把方案1至7所述的通气管用作气泡塔的通气管时的作用效果，所以，对于基于第一至第七方案中所述的各通气管固有效果的气泡塔的作用效果，不再进行说明。
方案9记载的气泡塔中，呈同心圆状或大致同心圆状地配置若干个上述方案1至7中任一项所述的通气管。
本说明书中所说的“大致同心圆”，是指不必是完全的同心圆，即圆的中心不必完全一致。
在该气泡塔中，由于呈同心圆状或大致同心圆状地配置有若干个上述方案1至7中任一项所述的通气管，所以，可以获得与溶液液面高度无关地高效进行气泡塔的运转的效果；并且，可通过分别向所配置的若干个通气管内流通热交换媒体，来将塔内收容的溶液高效控制在所需温度，并且，还有可确保单位容积的传热面积较大的优点。
方案10记载的气泡塔，在方案8或9所述的气泡塔中，方案1至7中任一项所述的通气管，其横断面积占气泡塔的塔横断面积的10％至90％。
另外，呈同心圆状或大致同心圆状地配置若干个通气管时，“通气管的横断面积”是指最外层位置的通气管的横断面积。
该气泡塔中，塔内收容的溶液在塔内设置的通气管内外高效地流通循环，在热交换媒体在通气管中流通，可以将塔内收容的溶液高效控制在所需的温度。因此，把该装置用于微生物的培养时，可以用最适当的条件高效进行培养。另外，把该装置用于气体吸收操作中时，可以有效地进行气体交换操作。
方案11记载的气泡塔，在方案8至10中任一项所述的气泡塔中，在通气管的下方位置，备有分布器。
该气泡塔中，由于在方案1至7中任一项记载的通气管的下方位置，设有分布器，所以，例如把分布器设置在通气管的区域内时，可往通气管内侧存在的溶液中供给的气泡，比往通气管外侧与塔之间的溶液供给的多，所以，在通气管内侧存在的溶液中，产生从下方往上方的液流；在通气管外侧与塔之间存在的溶液中，产生从上方往下方的液流。因此，在塔内的溶液中，能够产生利用通气管侧周面的、通气管内外的流通循环。不仅如此，还可产生通过设在通气管侧周面的空隙的、通气管内外的流通循环。
反之，如果把分布器设置在通气管的区域外时，往通气管外侧与塔之间的溶液供给气泡的，比往通气管内侧的溶液中供给的多，因此，在通气管外侧与塔之间存在的溶液中，产生从下方往上方的液流；在通气管内侧存在的溶液中，产生从上方往下方的液流。因此，在塔内收容的溶液中，产生利用通气管侧周面的、通气管内外的流通循环。不仅如此，还可产生通过设在通气管侧周面上的空隙的、通气管内外的流通循环。
该气泡塔中，塔内收容的溶液中，能够产生2个流通循环，即，如上所述，利用通气管侧周面的流通循环，和利用设在通气管侧周面上的空隙的流通循环，所以，无论塔内收容的溶液的液面高度如何变化，都可以搅拌塔内收容的溶液。
另外，也可以配置能同时向通气管内侧和外侧供给气泡的分布器。这时，气泡塔内的循环流虽然不规则，但能提高气液的接触效率。
方案12记载的气泡塔，在方案11中所述的气泡塔中，俯视收容溶液的塔时，上述分布器设置在方案1至7中任一项所述的通气管的区域内。
这里所说的“俯视收容溶液的塔时，分布器设置在通气管的区域内”，是指本发明的通气管，设置为若干个同心圆或大致同心圆时，俯视收容溶液的塔时，分布器的设置位置，只要是在最外层通气管的区域内，则可以是在最内层通气管的区域内，也可以是在最内层通气管区域到最外层通气管区域之间的位置。
设置分布器的垂直方向的位置(高度)，可以是任何高度，只要是低于通气管上端的位置即可。
该气泡塔中，从分布器向塔内溶液中供给气泡，由于往通气管内侧的溶液中供给的气泡，比往通气管外侧与塔之间的溶液供给的多，所以，在通气管内侧存在的溶液中，产生在塔内从下方往上方的液流；在通气管外侧与塔之间存在的溶液中，产生在塔内从上方往下方的液流。因此，在塔内收容的溶液中，能够产生利用通气管侧周面的、通气管内外的流通循环。
不仅如此，还可产生通过设在通气管侧周面上的空隙的、通气管内外的流通循环。
因此，该气泡塔中，塔内的溶液中，能够产生上述的2个流通循环，所以，无论塔内收容的溶液的液面高度如何变化，都可以搅拌塔内收容的溶液。
方案13记载的气泡塔，在方案11中所述的气泡塔中，俯视收容溶液的塔时，气泡塔的分布器设置在方案1至7中任一项所述的通气管的区域外。
这里所说的“俯视收容溶液的塔时，分布器设置在通气管的区域外”，是指本发明的通气管，设置为若干个同心圆或大致同心圆时，俯视收容溶液的塔时，分布器的设置位置，在最外层通气管的区域外。
设置分布器的垂直方向的位置(高度)，可以是任何高度，只要是低于通气管上端即可。
该气泡塔中，从分布器向塔内溶液供给气泡，由于往通气管内侧的溶液中供给的气泡，比往通气管外侧与塔之间的溶液供给的少，所以，在通气管内侧的溶液中，产生从上方往下方的液流；在通气管外侧与塔之间的溶液中，产生从下方往上方的液流。
因此，在塔内的溶液中，能够产生利用通气管侧周面的、通气管内外的流通循环。
不仅如此，还可产生通过设在通气管侧周面上的空隙的、通气管内外的流通循环。
因此，该气泡塔中，塔内收容的溶液中，能够产生上述的2个流通循环，所以，无论塔内收容的溶液的液面高度如何变化，都可以搅拌塔内的溶液。
图1是本发明之一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图2是概略表示图1所示气泡塔的断面图。
图3是沿图1中的III-III线剖切的、从上方往下看的横断面图。
图4是把图1所示气泡塔中采用的通气管局部放大的模式图；图4(a)是斜视图，模式地表示在组装通气管的工序中，把构成通气管3的某中空管与其它中空管连接前的状态；图4(b)是斜视图，模式地表示在组装通气管的工序中，把构成通气管的某中空管与其它中空管连接后的状态。
图5是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图6是概略表示图5所示气泡塔的断面图。
图7是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图8是把图7所示气泡塔中采用的通气管局部放大的模式图；图8(a)是斜视图，模式地表示在组装通气管的工序中，把构成通气管的某中空管与其它中空管连接前的状态；图8(b)是斜视图，模式地表示在组装通气管的工序中，把构成通气管的某中空管与其它中空管连接后的状态。
图9是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图10是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图11是图10所示气泡塔的断面图。
图12是沿图10中的XVII-XVII线剖切的、从上方往下看的横断面图。
图13是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图14是图13所示气泡塔的断面图。
图15是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图16是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图17是用于确认本发明气泡塔功能的实验数据，表示塔内收容的溶液的单位容积的氧气吸收速度、与塔内收容的溶液量变化的相关关系，横轴表示通气线速度Ug(m/秒)，纵轴表示含有硫酸铜的亚疏酸钠溶液中的单位容积的氧气吸收速度(kgmol-O2/m3/时间)，曲折杆、黑方块、黑三角、黑圆点等记号，分别表示液量为0.6KL、0.7KL、1.0KL和1.2KL时的结果。
图18是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图19是图18所示气泡塔的断面图。
图20是概略地表示将图18所示的气泡塔沿图18中的XX-XX线剖切的、从上方往下看时的横断面图。
图21是概略表示已往的一例气泡塔的斜视图。
图22是概略表示已往的另一例气泡塔的斜视图。
图23是概略表示已往的另一例气泡塔的斜视图。
图24是概略表示已往的另一例气泡塔的斜视图。
具体实施例方式
下面，参照
本发明的通气管、分布器及备有它们的气泡塔的较佳方式。
(发明的实施方式1～4)本发明的实施方式1～4中，说明在塔内设有1根通气管的例子。
(发明的实施方式1)图1是本发明之一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图2是概略表示图1所示气泡塔的断面图。
图3是概略表示沿着图1中的III-III线剖切图1中所示气泡塔的、从上方往下看的横断面图。
该气泡塔1，如图1所示，备有收容培养液或气体吸收搭液的培2、设在塔2内的通气管3、分布器4。分布器4设置在塔(罐体)2内的通气管3的下方。
图1中，2a表示塔(罐体)2的盖体。2h表示根据需要设在盖体2a上的抽气孔。6所示部件表示排水管。此外，5所示部件表示支柱，该支柱5用于将通气管3安装在塔2内。
该气泡塔1中，通气管3使用由中空管形成且在其整个侧周面上具有空隙S3的通气管。
更确定地说，作为通气管3，使用把中空管卷绕成螺旋状而形成的通气管。
构成通气管3的中空管的材质，无特别限远，只要是用于安装在通常气泡塔中的通气管的材质都可以，例如可采用金属、树脂等。
将该气泡塔1用于微生物的培养操作中时，在进行培养操作之前，为了对塔2内进行杀菌，要对塔2内进行蒸煮。
所以，考虑到要蒸煮时，构成通气管3的中空管的材质，最好是能经得住蒸煮的材质，所以，这种情况下最好采用金属。
金属可采用不锈钢、铝、铁等，通常使用的金属均可，但最好是不锈钢。
另外，把该气泡塔1例如用于气体交换操作时，不必将塔2内曝露在蒸煮等的高温条件下的情况下，构成通气管3的中空管的材质，也可以是树脂。
形成通气管3的中空管的直径，可根据气抱塔1的使用目的、气泡塔1的大小等自由选择，但是，通常是5mm至200mm的范围内，最好在50mm至100mm的范围内。
通气管3横断面形状，只要是能起到通气管作用的形状即可，通常是圆形，但并不限定于圆形，也可以是椭圆形、三角形或四边形等的多边形。
通气管3形成为在中空管与中空管之间有空隙。
该中空管与中空管之间的空隙的间隔，无需在通气管整体上一定，只要在作为通气管使用时，能使通气管内侧与外侧的溶液相互往来即可。
中空管与中空管之间的空隙的间隔，虽然并无特别限定，但是，对于制造设备高度的气泡塔来说，若留有可进行维修的间隔，则较方便。除了实验室研究用的5～1000L容量的气泡塔外，该间隔通常是作业者的手指能进入的间隔，即不小于2cm。
如果通气管3侧周面的空隙率过大，虽然通气管内外的溶液往来自由度提高，但是，作为通气管3，其混合性能等的效果降低，或者如后所述，也作为热交换装置的、构成通气管3的中壁管的表面积(传热面积)减少。
反之，在通气管3侧周面的空隙率过小时，虽然中空管的表面积(传热面积)增加，但是，溶液往来的自由度降低。
考虑到这些因素，通气管3的空隙率，相对于通气管侧周面若在1％至99％的范围内则较好，最好在10％至90％的范围内，在25％至50％的范围内则更好。
该通气管3，由于侧周面空隙的存在，在把该通气管3安装到2内的情况下，无论塔2内收容的溶液的液面高度处于什么高度，溶液也能在通气管3的内外流动。
把中空管卷绕成螺旋状，构成通气管3，由于能够将热交接媒体流通到该中空管内，所以，通气管3也可起到热交换装置的作用。
该例中，表示使热交换媒体从通气管3的一端3a流向另一端3b，但是，也可以使热交换媒体从另一端3b流向一端3a。
在使用气泡塔1时，气泡塔1内的溶液散热的情况下，把制冷剂通过通气管3内；塔2内的溶液吸热的情况下，将热媒体通过即可。热交换媒体最好是水，但是也可以是水以外的物质，只要是作为热交换媒体遥常使用的物质均可。
下面，更详细地说明该气泡塔1中使用的通气管3的构造。
图4是把该气泡塔1中采用的通气管3局部放大的模式图；图4(a)是斜视图，模式地表示在组装通气管3的工序中，把构成通气管3的某中空管与其它中空管连接前的状态；图4(b)是斜视图，模式地表示在组装通气管3的工序中，把构成通气管3的某中空管与其它中空管连接后的状态。
该气泡塔1中使用的、构成通气管3的中空管，可以是整体成形品，但是，当通气管3的尺寸大时，作为整体成形品的通气管3的制作就比较困难。
该气泡塔1中，如图4所示，用焊接方式，把构成通气管3的中空管P3…相互连接起来。
另外，该气泡塔1的、构成通气管3的中空管的间隔，至少是手指能插入的间隔(相当于作业者(通常是成人)手指厚度的间隙(具体地说是不小于2cm的间隔))，最好是相当于手掌厚度的间隔(具体地说是4cm以上的间隔)，这样，当构成通气管3的若干中空管中的任何一个产生气孔时，可以容易地修复该气孔部分。
下面，说明分布器4的构造。
该气泡塔1中，分布器4备有干管4a和从干管4a分支出的若干个支管4b...。
图1中，4c表示气体供给口。
在干管4a和若干个支管4b…的各管上面，形成若干个贯通孔。
该气泡塔1中，俯视收容溶液的塔2时，构成分布器4的干管4a和若干个支管4b，设在通气管3的区域内。
下面，说明该气泡塔1的使用方法及动作。
用该气泡塔1进行微生物的培养时，在塔2内收容所培养的微生物和培养液，把空气等的气体从分布器4送入塔2内。
在塔2内培养微生物时，当发酵热把塔2内收容的溶液过度加热到适合于微生物培养的温度以上时，在构成通气管3的卷绕成螺旋状的中空管内，流过冷却水等的冷媒体，把塔2内收容的溶液的温度，调节到适合于该微生物培养的温度。
此外，在塔2内培养微生物时，当塔2内收容的溶液温度远低于微生物培养所需温度时，在构成通气管3的卷绕成螺旋状的中空管内，流过温水等的热媒体，把塔2内收容的溶液的温度，调节到适合于该微生物培养的温度。
另外，用该气温塔1进行气体吸收作业时，在塔2内收容用于吸收目标气体的气体吸收用溶液，从分布器4供给气体，该气体含有被塔2内收容的气体吸收用溶液吸收的气体。
在使从分布器4向塔2内收容的气体吸收用溶液供给的气体中的某成分，被该气体吸收用溶液吸收时，在吸热的情形下，往构成通气管3的卷绕成螺旋状的中空管内，流通热水等的热媒体，反之，在散热的情形下，为了将塔2内收容的气体吸收用溶液冷却，往构成通气管3的卷绕成螺旋状的中空管内，流通冷却水等的冷媒体，将塔2内收容的潜液的温度降低。
在该气泡塔1中，作为设在塔2内的通气管3，使用把中空管卷绕成螺旋收的通气管，所以，在把溶被收容到塔2内时，塔2内收容的溶液，通过卷绕成螺旋状的中空管的间隙，可在通气管的内外流通循环。
这样，若采用该气泡塔1，无论塔2内收容的溶被液面高度是何种状态，都可以进行微生物的培养或气体的吸收等。
如上所述，在该气泡塔1内，在塔2内设有把中空管卷绕成螺旋状的通气管3，所以，通过把热交换媒体(冷媒体或热媒体)流通构成通气管3的中空管内，可以把收容在塔内的溶液，高效地保持在最适当的温度。
不仅如此，由于在该通气管3内，构成通气管3的中空管的全部或约全部外周侧面与塔2内收容的溶液相接触，所以，传热面积大。因此，在通气管3中流通热交换媒体(冷媒体或热媒体)时，在热交换媒体与塔内溶液之间的热交换能力优良。
另外，在该例中，俯视通气管3时，分布器4的喷嘴配置在通气管3的区域内(见图3)，所以，当从分布器4把空气等的气体送入塔2内时，俯视通气管3的情况下，往通气管3内侧存在的溶液供给的气泡，比往通气管3外倒与塔2之间的溶液供给的多，并且能均匀地供给。
这样，在通气管3内侧存在的溶液的表现比重，比在通气管3外侧与塔2之间存在的溶液的表现比重小，在通气管3内侧存在的溶液中，产生在塔2内从下方朝上方的液流，在通气管3外侧与塔2之间的溶液中，产生在塔2内从上方朝下方的液流。
另外，在该气泡塔1中，除了上述在塔内沿垂直方向的被流外，通过构成通气管3的中空管的间隙，从通气管3的内侧朝通气管3外侧流动含有气泡的溶液，从而产生水平方向的液流。由于产生该垂直方向的液流和水平方向的液流成浑然一体的溶液的流，所以，例如与图21所示的已往气泡塔301相比，可以使收容的搭液充分混合。该已往气泡塔301的塔202中，设置了圆筒形状的通气管303。
该结果，若采用该气地塔1，与采用已往的在塔202内设置圆筒状通气管303的气泡塔301的情况相比，可且高效地进行微生物的培养，并且，提高塔2内溶液供给氧气等的供给能力。
这样，能够使该气泡塔1构造简单，作为热交换装置的通气管的传热面积大，所以，特别适合作为其规模按比例扩大的大型的、即高度大的气泡塔。
(本发明的实施方式2)图5是本发明之另一例气温塔的局部剖切立体图。
图6是图5所示气泡搭的断面图。
该气泡塔21，除了下述构造外，其余构造与图1所示的气泡塔1相同，在气泡塔21中，对构成气泡塔1的部件装置相同的部件装置注以相同标记，其说明从略。
该气泡塔21，除了通气管的构造与气泡塔1不同外，其余构造与气泡塔1相同，所以，在下面的说明中，主要说明气泡塔21中采用的通气管的构造。
该气泡塔21中，作为通气管23，使用将卷绕成螺旋状若干个通气管单元23U1、23U2、23U3沿纵向叠置在塔2内而形成的通气管。
各个螺旋状通气管单元23U1、23U2、23U3的构造，与图1所示气泡塔1中采用的通气管3相同。
该气泡塔21中，可以分别往各个卷绕成螺旋状的通气管单元23U1、23U2、23U3内流通热交换媒体。
即，通气管单元23U1、23U2、23U3中，热交换媒体从各个通气管单元23U1、23U2、23U3下方的热交换媒体供给口3a供给，从各通气管单元23U1、23U2、23U3上方的热交换媒体排出口3b排出。
这样，在气泡塔21中，把卷绕成螺旋状的通气管单元23U1、23U2、23U3沿纵向叠置在塔2内，并可分别往各个通气管单元23U1、23U2、23U3的每一个流通热交换媒体，所以，与气泡塔1相比，具有塔内溶液中不容易产生温度不均匀的优点。在气泡塔1中，在塔2内只设置了一个通气管3，把热交换媒体从通气管3下方的热交换媒体供给口3a供给，从通气管3上方的热交换媒体排出口3b排出。
另外，该气泡塔21，如上所述，除了通气管23的构造与气泡塔1中采用的通气管3的构造不同外，其余构造都相同，除了上述以外，具有与气泡塔1同样的作用效果，因此，在此，为易于说明，在气泡塔21的作用效果中，对于与气泡塔1相同的作用效果，省去其说明。
该气泡塔21与气泡塔1同样，特别适合用于其规模按比例扩大的大型、即具有一定高度的气泡塔。
(本发明的实施方式3)图7是概略表示本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
该气泡塔41，除了通气管43的构造与图1所示气泡塔中采用的通气管3不同外，其余构造与图1所示的气炮塔1中使用的通气管3的构造相同，因此，在构成气泡塔41的构件装置中，对于构成图1所示的气泡塔1的部件装置相同的部件装置注以相同标记，其说明从略。
在该气泡塔41中，作为通气管43，采用上下交替地弯折成由锯齿状的中空管，根据需要可往其中流通热交换媒体。
该气泡塔41中，作为设在塔2内的通气管43，使用将中空管上下交替地弯折成锯齿状的通气管，所以，在把溶液收容到塔2内情况下，塔2内收容的溶液通过上下交替地弯折成锯齿状的中空管的间隙，可在通气管43的内外流通循环。
由此，若采用该气也塔41，则无论塔2内收容的溶液液面高度为何种状态，也能用气泡塔41进行微生物的培养、气体吸收。
另外，与上述气泡塔1及21同样，将中空管上下交替弯折成锯齿状的通气管43的空隙率，相对于通气管3侧周面的整面最好占1％至99％，更好为10％至90％，为20％至50％以下则特别好。
此外，关于气泡塔41的作用效果，与本发明的实施方式1中所述的气泡塔1的效果相同，因此从略说明。
图8是把气泡塔41中采用的通气管43局部放大的模式图；图8(a)是斜视图，模式地表示在组装通气管43的工序中，把构成通气管43的某中空管与其它某中空管连接前的状态；此外，图8(b)是斜视图，模式地表示在组装通气管43的工序中，把构成通气管43的某中空管与其它某中空管连接后的状态。
该气泡塔41中使用的、构成通气管43的中空管，可以是整体成形品，但是，当通气管43的尺寸大时，作为整体成形品的通气管43的制作就比较困难。
这时，最好用焊接方式，把若干个中空管P43连接起来。
另外，若各中空管P43用焊接等方式固定在任何一个支柱5的至少一个部位上，则当要更换构成通气管43的任何一个中空管P43时，把需要更换的中空管从构成通气管43的中空管P43中取出，通气管43的其余部分仍牢固地固定在支柱5上，所以，通气管43的其余部分不会被破坏。这样，能够只把需要更换的中空管从通气管43中取出，而把新的中空管安装在该部分，因此，具有在该气泡塔41中，可以很容易地进行维修作业的优点。
另外，该气泡塔41的、构成通气管43的中空管的间隙，若至少设定为手指能插入的间隙(更确切地说，相当于作业者(通常是成人)手指厚度的间隔，为不小于2cmde间隔)，最好是相当于手掌厚度的间隔(更具体来说是不小于4cm)，则当构成通气营43的多个中空管中任一个上产生气孔时，也容易修复。
(本发明的实施方式4)图9是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
该气泡塔61，除了下述构造外，其余构造与图5所示的气炮塔21相同，因此，在气泡塔61中，对于与构成气泡塔21的部件装置相同的部件装置注以相同标记，其说明从略。
该气泡塔61中，不采用气泡塔21中采用的通气管23，替之采用通气管63，该通气管63是把国7所示气泡塔41中采用的通气管43作为若干个单元63U1、63U2、63U3，沿纵向叠置形成的。
在各通气管单元中可根据需要流通热交换媒体。
该气泡塔61与气泡塔1及气泡塔41具有同样的效果，但是，该气泡塔61中，由于把若干个单元63U1、63U2、63U3沿纵向叠置，并能分别对各通气管单元63U1、63U2、63U3流通热交换媒体，所以，与气泡塔1或气泡塔41相比，具有塔2内溶液的温度不容易产生不均匀的优点。气泡塔1和气泡塔41中，在塔2内只设有一个通气管3或43，热交换媒体从通气管3或43下方的热交换媒体供给口3a供给，从通气管上方的热交换媒体排出口3b排出。
该气泡塔61，特别适合作为其规模按比例扩大的大型的、即具有一定高度的气泡塔。
(本发明的实施方式5～8)本发明的实施方式5～8中，在塔内设有2个通气管。
(本发明的实施方式5)图10是概略表示本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图11是概略表示图10所示气泡塔的断面图。
图12是沿图10中的XVII-XVII线剖切图10所示气泡塔的、从上方往下看的横断面图。
该气泡塔71，除了下述构造外，其余构造与图1所示的气泡塔1相同，因此，该气泡塔71的构成部件中，对与气泡塔1的构成部件相当的构成部件注以相同标记，其说明从略。
该气泡塔71，与气泡塔1的不同点是，备有2个将中空管卷绕成螺旋状而形成的通气管3A、3B。
2个通气管3A、3B配置成同心圆或大致同心圆状。
此外，根据需要可分别向通气管3A、3B流通冷媒体或热媒体等的热交换媒体。
分布器4往2个通气管3A、3B中、内侧的通气管3B的内侧供给气泡。
气泡塔71的使用方法及动作，与气泡塔1大致相同，因此其说明从略。但是，气泡塔71中，由于采用2个通气管3A、3B，所以，在流通了热交换媒体时，与气泡塔1相比，更加能准确地将塔2内收容的溶液温度控制在所需的温度。
另外，通气管3A、3B的卷绕方向，从上方往下方看时，通气管3A、3B可以是朝同一方向卷绕，也可以是朝相反方向卷绕。
(本发明的实施方式6)图13是本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
图14是概略表示图13所示的气泡塔的断面图。
该气泡塔81，除了下述构造外，其余构造与图5所示的气泡塔21相同，因此，在该气泡塔81的构成部件中，与气泡塔1的构成部件相同的部件注以对气泡塔21的构成部件标注的标记相同的标记，其说明从略。
该气泡塔81与气泡塔21的不同点是，备有6个将中空管卷绕成螺旋状而形成的通气管单元23AU1、23AU2、23AU3、23BU1、23BU2、23BU3。
该6个通气管单元23AU1、23AU2、23AU3、23BU1、23BU2、23BU3中，通气管单元23AU1、23AU2、23AU3沿纵向叠置，形成通气管23A；通气管单元23BU1、23BU2、23BU3沿纵向叠置，形成通气管23B。
通气管23A、23B配置成同心圆或大致同心圆状。
另外，与气泡塔21同样地，根据需要可分别向通气管23A、23B流通热交换媒体。
分布器4往2个通气管23A、23B中、内侧的通气管23B的内侧供给气泡。
气泡塔81的使用方法及动作与气泡塔21相同，因此其说明从略。但是，气泡塔81中，由于采用了2个呈同心圆或大致同心圆状配置的通气管23A、23B，所以，流通热交换媒体时，与气泡塔21相比，更加能准确地将塔2内收容的溶液温度控制在所需的温度。
另外，通气管23A、23B的卷绕方向，从上方往下方看时，可以将通气管23A、23B朝同一方向卷绕，也可以朝相反方向卷绕。
(本发明的实施方式7)图15是概略表示本发明之另一例气泡塔的局部剖切斜视图。
该气泡塔91，除了下述构造外，其余构造与图7所示的气泡塔41相同，因此，在构成该气泡塔91的构成部件中，对与气泡塔41的构成部件相同的构成部件，注以对气泡塔41的构成部件标注的标记相同的标记，其说明从略。
该气泡塔91与气泡塔41的不同点为，具备两个由上下交错弯折成锯齿状的中空管形成的通气管43A、43B。
两个通气管43A、43B配置成同心圆或大致同心圆状。对各通气管可根据需要流通热交换媒体。
此外，分布器4对在两个通气管43A、43B中内侧的通气管43B的内侧，供给气泡。
气泡塔91的使用方法和动作与气泡塔41的使用方法和动作相同，因此，省略其说明，但由于在气泡塔91中，使用配置成同心圆或大致同心圆状的两个通气管43A、43B，因此，与气泡塔41相比，能够将收容在塔2内的溶液的温度更准确地控制在所需温度上。
(本发明的实施方式8)图16是概略表示本发明气泡塔一例的部分剖切斜视图。
该气泡塔101中除以下结构与图9中所示的气泡塔61相同，因此，在构成该气泡塔101的构成部件中，对于相当于气泡塔61的构成部件的构成部件上，标注在气泡塔61的构成部件上标注的标记相当的标记，省略其说明。
该气泡塔101与气泡塔61不同点为，具备将中空管上下交替弯折成锯齿状的通气管单元63AU1、63AU2、63AU1、63AU3、63BU1、63BU2、63BU3。
在六个通气管单元63AU1、63AU2、63AU3、63BU1、63BU2、63BU3中，通气管单元63AU1、63AU2、63AU3沿纵向层叠，来形成通气管61A；通气管单元63BU1、63BU2、63BU3在通气管61A的内侧，沿纵向层叠形成通气管63B。
2个通气管63A、63B配置成同心圆或大致同心圆状。根据需要可分别向各通气管流通热交换媒体。
分布器4往2个通气管63A、63B中内侧的通气管63B的内侧，供给气泡。
气泡塔101的使用方法及动作，与气泡塔61相同，因此，其说明从略。但是，气泡塔101中，由于采用了2个呈同心圆或大致同心圆状配置的通气管63A、63B，所以，在流通热交换媒体的情况下，与气泡塔61相比，更加能准确地将塔2内溶收容的液温度控制在所需的温度上。
下面，根据实验例，说明本发明。
(实验例1)采用图1所示的气泡塔1，在塔2内收容含硫酸铜的亚硫酸钠溶液(Na2SO3)，从分布器4向塔2内收容的含硫酸铜的亚硫酸钠溶液中，供给具有预定氧气浓度的气体，测定从塔2中排出的气体中所含的氧气浓度，测定含硫酸铜的亚硫酸钠溶液的每单位容积吸收的氧气浓度。
该实验中采用的塔2的内径为1000mm，其高度为2395mm的圆筒状。
此外，作为构成通气管3的中空管，采用管3/8(外形＝17.3mm)的中空管。
该实验中采用的通气管3，是把上述中空管(管3/8)(外形＝17.3mm)卷绕成螺旋状来制造的。
该通气管3的内径是715mm，高度是1430mm。
形成该通气管3的中空管之间的间隔(间隙)是10.2mm。该通气管3的侧周面空隙率是37％。
把该通气管3安装在塔2内，通气管3的下端距塔2底面205mm。
收容在塔2内的溶液(含硫酸铜的亚硫酸钠溶液)，是含有0.0001莫尔(mol)/升的硫酸铜、0.4莫尔(mol)/升的亚硫酸内的水溶液。
首先，在气泡塔1的塔2内，收容一定量的上述含硫酸铜的亚硫酸钠溶液。
接着，从分布器4，往塔2内收容的含硫酸铜的亚硫酸苏打溶液中，供给具有预定氧气浓度的气体。
供给的气体的氧浓度是一定的，使气体的通气量变化。分别对溶液量为0.6KL、0.7KL、1.0KL、1.2KL的场合进行测定。从塔底到液面的距离(液深)是溶液量为0.6KL时为760mm，溶液量为0.7KL时为1020mm，溶液量为1.0KL时为1280mm，溶液量为1.2KL时为1550mm。无论哪种情形，液面都在通气管的上端与下端之间。
对各种情形测定从塔2排出的气体中含的氧气浓度，求出供给的氧气浓度与排出氧气浓度的差，根据该差计算出溶液每单位容积的氧气吸收速度。
图17表示各通气速度和各溶液量下的氧气吸收速度。
图17中，横轴表示通气线速度Ug(m/秒)，纵轴表示含有硫酸铜的亚硫酸钠溶液的单位容积氧气吸收速度(kgmol-O2/m3/时间)。
另外，图17中锯齿条、黑方块、黑三角、黑圆点等记号，分别表示液量为0.6KL、0.7KL、1.0KL和1.2KL时的结果。另外，通气中液量为1.2KL时，液面全部超过通气管上端，液量为1.0KL时，如果通气线速度为0.08m/秒和0.10m/秒，则同样地液面超过通气管的上端。
从图17的结果可知，本发明的气泡塔1中，如果从分布器4供给到塔2内溶液的气体供给量一定，则即使在塔2内收容的溶液的量在大范围内变动，对塔2内收容的溶液供给的单位容积氧气吸收速度也能保持一定。即，可以与溶液液面高度无关地使用气泡塔。
上述本发明的实施方式1～8中，说明了备有分布器4的气泡塔1、21、41、61、71、81、91、101，该分布器4备有主干管4a和从主干管4a分支出的若干支管4b…。但是，这只是作为一个例子而已。分布器还可以是图18、19、20所示气泡塔111中采用的分布器24，该分布器24，是在中空环状体24a的预定位置，设置气泡啧雾嘴24b…，这些喷雾嘴24b…朝向通气管3A、3B的中心方向。另外，分布器也可以采用图21所示的已知的型式，即，在中空环状体304的上面，设有若干个贯通孔304h…。
此外，上述发明的实施方式1～8中，主要说明了从分布器4往通气管3、23、43、63、3B、23B、43B、63B的内侧供给气泡，但这只是一个例子而已。本发明的气泡塔中，作为分布器，也可以采用比塔2的内径小、比通气管3、3、23、43、63、3A、23A、43A、63A的外径大的、环形分布器(例如图23中所示的分布器304)，从该分布器往塔2内收容的溶液送入气泡；在塔2内收容的溶液中，在通气管3、23、43、63、3A、23A、43A、63A外侧及塔2内之间存在的溶液中，产生从塔2的下方往上方的液流，在通气管3、23、43、63、3B、23B、43B、63B内侧存在的溶液中，产生从塔2的上方朝下方的液流；并且，通过构成通气管3、23、43、63、(3A、3B)、(23A、23B)、(43A、43B)、(63A、63B)的中空管的间隙，在通气管3、23、43、63、3A、23A、43A、63A外侧与塔2内之间存在的溶液中，形成从通气管3、23、43、63、3A、23A、43A、63A外侧流向内侧的液流。
工业实用性如上详细说明，方案1至7中任一项记载的通气管，可以与气泡塔的塔内收容的溶液的液面高度无关地运转气泡塔，塔内收容的溶液的混合性和气体吸收优良，容易确保传热面积，并且能够便于维修和按比例扩大。
另外，方案8至13项记载的气泡塔中，采用了方案1至7中任一项记载的通气管，所以，可以与气泡塔的塔内收容的溶液液面无关地运转气泡塔，塔内收容的溶液的混合性和气体吸收性优良，容易确保传热面积，并且便于维修和按比例扩大。
权利要求
1.通气管，设置在气泡塔的收容溶液的塔内，其特征在于，该通气管由中空管形成，并且在其侧周面的整面上具有空隙。
2.如权利要求1所述的通气管，其特征在于，上述通气管的横断面形状为圆形、椭圆形或多边形。
3.如权利要求1或2所述的通气管，其特征在于，上述通气管是把中空管卷绕成螺旋状而形成的通气管。
4.如权利要求1或2所述的通气管，其特征在于，上述通气管是把中空管弯折成锯齿状而形成的通气管。
5.通气管，设置在气泡塔的收容溶液的塔内，其特征在于，该通气管是由多个将中空管卷绕成螺旋状而形成的通气管单元，叠置而构成的。
6.通气管，设置在气泡塔的收容溶液的塔内，其特征在于，该通气管是由多个将中空管弯折成锯齿状而形成的通气管单元，叠置而构成的。
7.如权利要求1至6中任一项所述的通气管，其特征在于，上述通气管的侧周面的空隙率，相对于通气管侧周面的整面，在1％至99％的范围内。
8.气泡塔，其特征在于，在收容溶液的塔内，设有权利要求1至7中任一项所述的通气管。
9.气泡塔，其特征在于，呈同心圆状或大致同心圆状地配置若干个上述权利要求1至7中任一项所述的通气管。
10.如权利要求8或9所述的气泡塔，其特征在于，权利要求1至7中任一项所述的通气管，其横断面积占气泡塔的上述收容溶液的塔的横断面积的10％至90％。
11.如权利要求8至10中任一项所述的气泡塔，其特征在于，在收容溶液的塔内，在权利要求1至7中任一项所述的通气管的下方位置，备有分布器。
12.如权利要求8至11中任一项所述的气泡塔，其特征在于，俯视上述收容溶液的塔时，上述分布器设置在权利要求1至7中任一项所述的通气管的区域内。
13.如权利要求8至11中任一项所述的气泡塔，其特征在于，俯视上述收容溶液的塔时，上述分布器设置在权利要求1至7中任一项所述的通气管的区域外。
全文摘要
本发明提供的通气管，设置在气泡塔的收容溶液的塔内，由中空管形成，并且在侧周面全面上具有空隙。
文档编号F28D7/02GK1551970SQ02817490
公开日2004年12月1日 申请日期2002年8月30日 优先权日2001年9月6日
发明者田中久雄, 日高宽真, 阿座上德行, 高桥勇一, 福田秀树, 一, 德行, 树, 真 申请人:协和酦酵工业株式会社, 协和 酵工业株式会社