微細気泡発生装置及びそれを用いた復水器の防汚システム
【課題】例えば外洋から海水を取り込んでいる復水器のごとき開放流路においても、マイクロバブルを常に安定して発生させることのできる微細気泡発生装置及びそれを用いた復水器の防汚システムを提供する。
【解決手段】この試験装置１では、外洋から取水ポンプ３で取水した海水を、マイクロバブル発生装置５のエジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から空気を吸引して海水中にマイクロバブルを発生させるとともに、該マイクロバブルを発生させた海水を前記マイクロバブル発生装置５の加圧ポンプ５４でさらに加圧するようにしたものである。
【解決手段】この試験装置１では、外洋から取水ポンプ３で取水した海水を、マイクロバブル発生装置５のエジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から空気を吸引して海水中にマイクロバブルを発生させるとともに、該マイクロバブルを発生させた海水を前記マイクロバブル発生装置５の加圧ポンプ５４でさらに加圧するようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば海水中で微細気泡（マイクロバブル）を発生させる装置及びそれを用いた復水器の防汚システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所においては、発電用の蒸気タービンの復水器で、胴体内に収納した複数の冷却細管に海水を通し、胴体内に導入した蒸気と冷却細管内の海水とを熱交換させることで蒸気を冷却し復水するようになっている。その復水器運転中に、冷却細管内面にスライムや異物等が徐々に付着してくるため、熱交換効率が徐々に低下し、それに伴い真空度が低下し、さらには、冷却細管の閉塞や腐食に至ることもある。その結果、発電所の発電効率の低下をきたすおそれがあった。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１のように、復水器運転中の冷却細管に洗浄用ボール（スポンジボール）を循環流通させ、管内のスライムや異物等を除去する洗浄装置が開発された。
【０００４】
この洗浄装置では、冷却細管に冷却水を導入する冷却水入口管にボール注入管を介してスポンジボールを投入して冷却細管内を洗浄した後、冷却水出口管に設置したボール捕集網でボールの捕集を行っている。ボール捕集網で捕集されたボールは、ボール取り出し管を介して復水器から取り出され、循環ポンプによってボール注入管を介して冷却水入口に再度投入されて冷却細管の洗浄を繰り返すようになっている。
【０００５】
この洗浄装置では、冷却細管内面に付着したスライムや異物等をボールで直接そぎ落とすることができるものの、ボール捕集網に海藻やボール等が付着して、復水器の冷却細管前後での差圧が上昇することから、蒸気タービンの運転に支障をきたすおそれがあった。また、ボールが外洋に流出してしまうと、環境に影響するおそれがあった。
【０００６】
このため、近年、ボールを使わない洗浄方法が種々開発されている。例えば、特許文献２では、高圧ポンプとエジェクタとからなり、加圧液体に気体を包合させて気液混合流体とする起泡部と、その気液混合流体中の気泡をマイクロバブルに細分化するベンチュリ管を含むマイクロバブル供給部と、マイクロバブルを含む気液混合流体が通過する流路の一部を絞って、この絞りに突入することでマイクロバブルが微細化して、ナノバブルとして噴出するように形成したナノバブル発生部と、で構成するナノバブル発生装置が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３では、エジェクタにより気体を吸い込んだ原液を加圧ポンプにより加圧し、コンプレッサーにより発生させた圧縮気体とともに、気液混合装置の流入側に供給し、該気液混合装置内で気体を混合溶解した溶解液を作り、その流出口から流出する溶解液を該溶解液中に含まれる余剰気体を開放し得るタンクに導いて貯留し、該タンクに形成した供給口から溶解液を減圧弁で減圧して適宜取り出せるようになした微細気泡発生装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２では、入口から起泡部、マイクロバブル供給部、ナノバブル発生部を通過して出口にいたるまで外部から密閉された、いわゆる密閉流路としており、その上流側から液体を圧送することで、出口まで無動力で液体を送りだすこととしている。したがって、開放流路には適用困難である。
【０００９】
また、特許文献３では、開放流路に適用できるものの、入口での圧力変動がエジェクタ性能に大きく影響することがある。したがって、発電所における発電用の蒸気タービンの復水器のように、その冷却水として、外洋から海水を取り込んでいるような場合には、海面変動により入口での圧力が大きく変動するため、エジェクタ性能が確保できず、マイクロバブルを安定して発生させることが困難である。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、例えば外洋から海水を取り込んでいる復水器のごとき開放流路においても、マイクロバブルを常に安定して発生させることのできる微細気泡発生装置及びそれを用いた復水器の防汚システム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】
【００１１】
第一の発明は、液体中に気体を溶解させることにより、微細気泡を発生させる装置であって、第一のポンプで加圧した液体を、エジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から気体を吸引して液体中に微細気泡を発生させるとともに、該微細気泡を発生させた液体を第二のポンプでさらに加圧するようにしたことを特徴とするものである。なお、液体は海水、真水などであり、気体は空気、二酸化炭素、窒素、オゾンなどである。
【００１２】
第一の発明によれば、第一のポンプで加圧した液体を、エジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から気体を吸引して液体中に微細気泡を発生させるとともに、該微細気泡を発生させた液体を第二のポンプでさらに加圧するようにしているので、エジェクタ前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができる。これにより、かりに取水側の液面に大きな変動があったとしても、微細気泡の良好な発生状態を維持できるようになる。
【００１３】
また、前記エジェクタの液体入口と液体出口との間の差圧に基づいて、第一のポンプと第二のポンプとの制御を行うか、あるいは、両ポンプ出口に設けられた弁の開度調整を行う制御装置を備えることが好ましい。
【００１４】
この場合、前記エジェクタの液体入口と液体出口との間の差圧に基づいて、第一のポンプと第二のポンプとの制御を行うか、あるいは、両ポンプ出口に設けられた弁の開度調整を行う制御装置を備えたので、自動的にエジェクタ前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができる。
【００１５】
また、第二のポンプは、複数の翼を有することが好ましい。
【００１６】
この場合、第二のポンプは、複数の翼を有するので、エジェクタで発生した微細気泡が複数の翼でせん断されることにより、微細気泡と液体との接触面積が増大し、効率よく微細気泡を液体に溶解させることができる。
【００１７】
また、第二のポンプの下流側にタンクを設けることが好ましい。
【００１８】
この場合、第二のポンプの下流側にタンクを設けたので、せん断された状態の微細気泡にタンク内での滞留時間を与えることで、さらに効率よく微細気泡を液体に溶解させることができる。
【００１９】
また、タンクは、気体を排出する排出部を設けることが好ましい。
【００２０】
この場合、タンクは、気体を排出する排出部を設けたので、未溶解の気体を液体から排出することができる。
【００２１】
また、微細気泡の注入対象物の直前に絞り部を設けることが好ましい。
【００２２】
この場合、微細気泡の注入対象物の直前に絞り部を設けたので、その注入量を調整して、注入時点で減圧開放することで、適切な量の微細気泡を再発生させることができる。
【００２３】
また、第二の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備え、該微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を復水器に注入することを特徴とする復水器の防汚システムに係るものある。
【００２４】
第二の発明によれば、請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備え、該微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を復水器に注入するので、その復水器の防汚を図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
第一の発明によれば、第一のポンプで加圧した液体を、エジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から気体を吸引して液体中に微細気泡を発生させるとともに、該微細気泡を発生させた液体を第二のポンプでさらに加圧するようにしているので、エジェクタ前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができる。これにより、かりに取水側の液面に大きな変動があったとしても、微細気泡の良好な発生状態を維持できるようになる。
【００２６】
第二の発明によれば、請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備え、該微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を復水器に注入するので、その復水器の防汚を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の基本性能を調べるための試験装置の全体構成図である。
【図２】マイクロバブル発生装置の構成図である。
【図３】エジェクタの断面図である。
【図４】試験装置での成果を踏まえた復水器の防汚システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
マイクロバブルとは、直径が１０〜５０μｍ程度の微細な気泡をいう。通常の気泡は、急激に水液中を上昇し最終的に液面で破裂する。しかし、マイクロバブルは気泡体積が微細であるので、上昇速度が遅く長い間、水液中に滞在し続ける。また、マイクロバブルは加圧により一層小さくになり、効果的に気体が水中に溶解する。さらに、マイクロバブルは、負に帯電をしているので、マイクロバブル同士は反発し合う。このため、マイクロバブル同士の結合がなく、気泡濃度が減ることがないなどといった、通常の気泡とは異なる種々の性質を有している。
【００２９】
本発明者らは、かかるマイクロバブルの諸性質を利用して、発電所における蒸気タービンの復水器の防汚システムを構築するに当たり、その基本性能を調べるための試験装置を実際に製作した。図１はその試験装置１の全体構成図である。なお、図１中の各要素は実線で示す配管でそれぞれ連絡されており、それらの適宜位置に弁（Ｖ１〜Ｖ５，Ｖ７）が介装されている。また、破線で示す電線で各ポンプと、各センサとが配電盤にそれぞれ接続されている。
【００３０】
図１に示すように、この試験装置１は、主として、海水フィルタ２、取水ポンプ（第一のポンプに相当する。）３、ストレーナ４、マイクロバブル発生装置（微細気泡発生装置に相当する。）５、復水器の細管モデル（微細気泡の注入対象物に相当する。）６，７及び制御盤（制御装置に相当する。）８から構成されている。
【００３１】
海水フィルタ２は、外洋から海水を取水する、海面ＷＬ下の取水口に設けられており、取水される海水中のクラゲ、貝類などの比較的大きいゴミ類を補足して除去するためのものである。
【００３２】
取水ポンプ３は、例えば自吸式の陸上ポンプであって、海水フィルタ２を通して外洋から取水した海水を、詳しくは後述するマイクロバブル発生装置５を経由させて復水器の細管モデル６に移送するとともに、マイクロバブル発生装置５を経由させずに復水器の細管モデル７に直接移送するものである。
【００３３】
ストレーナ４は、取水ポンプ３の出口側に設けられており、取水ポンプ３で吐出される海水中の比較的小さいゴミ類等を補足して除去するためのものである。
【００３４】
復水器の細管モデル６，７は、実際の復水器の冷却側を模擬しており、その冷却水としての海水の出入口となる水室間を複数本の細管で連通させたものである。水室の容量と、細管の材質・内径・長さとは、実機のそれを忠実に再現するものとしている。
【００３５】
制御盤８は、各ポンプの発停と、圧力、流量、温度等の各センサ（圧力計Ｐ１〜Ｐ５、流量計Ｆ１〜Ｆ３、温度計は図示せず。）からの検出信号を取り込み、それらを連続記録できるものである。
【００３６】
図２はマイクロバブル発生装置５の構成図、図３はエジェクタ５３の断面図である。以下、説明する。
【００３７】
マイクロバブル発生装置５は、主として、海水入口５１、エアーフィルタ５２、エジェクタ５３、加圧ポンプ（第二のポンプに相当する。）５４、加圧容器（タンクに相当する。）５５及び海水出口５６から構成されている。そして、空気（大気）を使用することにより、排水時の除害などが不要で、環境負荷を考慮したエジェクタ方式＋加圧溶解方式とすることにより、バブル径及びバブル崩壊までの時間をコントロールできるようになっている。
【００３８】
海水入口５１は、取水ポンプ３でストレーナ４を介して移送されてきた海水を装置内に取り込む部位であって、例えばフランジなどの接続部が設けられている。
【００３９】
エアーフィルタ５２は、外部からの空気を装置内に取り込む部位に設けられ、ここで、取り込んだ空気中の塵埃を十分に除去するようになっている。
【００４０】
エジェクタ５３は、図３に示すように、入口５３１に接続されたノズル５３３より高速で噴射された海水Ｗが、ディフューザー５３４のスロート部に至る一方、入口５３２より吸引された空気Ａが流入し、噴射された海水Ｗに同伴されて出口５３５より吐出されるものである。これにより、マイクロバブルを発生して、それを海水Ｗ中に混入できるようになっている。
【００４１】
加圧ポンプ５４は、マイクロバブルを混入した海水を加圧することにより、マイクロバブルを海水中に溶解しやすくしたものである。具体的には、エジェクタ５３から吐出されたマイクロバブルを混入した海水を０．３９ＭＰａ（４Ｋｇ／ｃｍ２）程度に加圧して、マイクロバブルの溶解を促進するようにしている。また、加圧ポンプ５４として、複数の翼を内装した渦流式のものを用いている。これにより、複数の翼でマイクロバブルをせん断して、バブル径をより小さくすることで、マイクロバブルの溶解さらに促進するようにしている。
【００４２】
加圧容器５５は、加圧ポンプ５４で溶解を促進したマイクロバブルを含む海水を、本体上部の海水入口から流入し、そこで加圧状態で貯留させる間に、加圧時間を稼ぐとともに、海水中に溶解することができなかった余剰バブル（気体）を分離するようになっている。例えば、余剰バブルを頂部付近に集めて、そこに設けられたベント弁（排出部に相当する。）Ｖ６から外部に放出する一方、余剰バブルを分離した海水を本体下部の海水出口から排出するものである。
【００４３】
出口５６は、加圧容器５５から排出された、マイクロバブルを溶解した海水を装置外に放出する部位であって、例えばフランジなどの接続部が設けられている。
【００４４】
以下、本試験装置１の動作について説明する。
【００４５】
まず制御盤８から取水ポンプ３を起動し、海水フィルタ２を介して外洋の海水を取水する。そして、取水した海水の一部を、ストレーナ４を介してマイクロバブル発生装置５に移送する。
【００４６】
次いで、マイクロバブル発生装置５を起動して、エジェクタ入口５１から、取水ポンプ３でストレーナ４を介して移送されてきた海水を、装置内のエジェクタ５３に取り込む。
【００４７】
すると、図３に示すように、海水Ｗは、エジェクタ５３の海水入口５３１に接続されたノズル５３３より高速で噴射される。この高速で噴射された海水Ｗが、ディフューザー５３４のスロート部に至る。このとき、外部の空気Ａが、エアーフィルタ５２を介して、エジェクタ５３の空気入口５３２より吸引される。そして、吸引された空気Ａは、前記高速で噴射された海水Ｗの作用により微細化されて海水Ｗ中にマイクロバブルが発生する。このマイクロバブルが混入した海水Ｗは、海水出口５３５より吐出される。
【００４８】
次いで、加圧ポンプ５４は、マイクロバブルを混入した海水を加圧することにより、マイクロバブルを海水中に溶解しやすくする。具体的には、エジェクタ５３から吐出された、マイクロバブルを混入した海水を０．３９ＭＰａ（４Ｋｇ／ｃｍ２）程度に加圧して、マイクロバブルの溶解を促進する。また、加圧ポンプ５４の翼でマイクロバブルをせん断することにより、マイクロバブルの溶解をさらに促進する。
【００４９】
次いで、加圧ポンプ５４でマイクロバブルの溶解を促進した海水を、加圧容器５５の本体５５１の上部入口５５２から流入する。そこで加圧状態で貯留する間に、加圧時間を稼ぐとともに、海水中に溶解することができなかった余剰バブルを分離する。具体的には、余剰バブルを頂部付近に集めて、そこに設けられたベント弁５５３から外部に放出する一方、余剰バブルを分離し海水を下部出口５５４から排出する。
【００５０】
そして、加圧容器５５から排出された、余剰バブルを分離した海水を、海水出口５６から装置外に放出する。このときの海水は透明であり、マイクロバブルはあたかも消滅したかのように見える。
【００５１】
この放出された海水は、復水器の細管モデル６の直前に設けられた弁（絞り部に相当する。）Ｖ７を介して、その入口側水室に導入され、細管を通過して、出口側の水室にいたる。このときに、弁Ｖ７によりマイクロバブルの注入量を調整して、注入時点で減圧開放することで、適切な量のマイクロバブルを発生（再発生）させることができる。そして、この発生させたマイクロバブルが、細管を通過する間に、細管に付着したスラリ等を除去する。なお、両水室にはそれぞれ圧力センサＰ２，Ｐ３が取り付けられているので、制御盤８には該圧力センサＰ２，Ｐ３からの検出信号が取り込まれ、そこで連続的に記録される。出口側の水室を出た海水はもとの外洋の海面下に戻される。
【００５２】
本試験装置１によれば、いずれも手動操作で、各ポンプの容量（圧力・流量）調整と、各弁の開度調整とを行うことにより、エジェクタ前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができることがわかった。また、マイクロバブル発生装置５でのマイクロバブルの良好な発生状況を視認することもできた。すなわち、マイクロバブル発生装置５から出た時点での、マイクロバブルが溶解した海水はほとんど透明であり、その溶解が促進されている。そして、細管モデル６の海水入口側の水室における海水は乳白色であり、マイクロバブルの再発生が確認できた。ただし、現時点では試験時間が短いため、細管モデル６，７間での防汚効果の相違については、まだ十分に確認できておらず、今後の試験で明らかにすることとした。
【００５３】
図４は試験装置での成果を踏まえた復水器の防汚システム１ａの全体構成図である。なお、この復水器の防汚システム１ａでは、上記試験装置１と異なる要素はその符合に添え字「ａ」を付し、共通する要素はその符号を同一のものとして重複説明を省略した。
【００５４】
図４に示すように、この復水器の防汚システム１ａは、主として、海水フィルタ２、取水ポンプ（第一のポンプに相当する。）３、ストレーナ４、マイクロバブル発生装置（微細気泡発生装置に相当し、第二のポンプに相当する加圧ポンプ５４を含む。）５、復水器（注入対象物に相当する。）６ａ及び制御盤（制御装置に相当する。）８ａから構成されている。
【００５５】
復水器６ａは、実際の復水器である。ここでは、水室間を連通する細管内に流れる海水と、胴体内部に導入した高温蒸気との間で熱交換させるようになっている。
【００５６】
制御盤８ａは、マイクロバブル発生装置５のエジェクタ５３における、海水入口と海水出口との間に設けられたセンサＰｄで検出した差圧に基づいて、取水ポンプ３と加圧ポンプ５４との制御を行うか、あるいは、各ポンプ出口の弁の開度調整を自動的に行うようにしてもよい。なお、２個のセンサでそれぞれ検出した圧力から差分をとってもよいのはいうまでもない。
【００５７】
このため、制御盤８ａには、いずれも図示しないＣＰＵやメモリを設けている。そして、メモリに予め記憶されたプログラムとデータとをＣＰＵが読み込み、前記センサＰｄで検出した差圧を用いて所定の演算を行い、その演算結果に基づいて作成された制御信号を、取水ポンプ３と加圧ポンプ５４との各ドライバ（図示省略。）に発することで、前記制御を行うか、或いは、各ポンプ出口の図示しない弁の開度調整を自動的に行うようになっている。その他、各ポンプの発停と、圧力、流量、温度等の各センサ（圧力計Ｐ１〜Ｐ３、流量計Ｆ１〜Ｆ３、温度計は図示せず。）からの検出信号を取り込み、それらを連続記録できるものである点は前記と同様である。
【００５８】
本復水器の防汚システム１ａによれば、自動的にエジェクタ５３の前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができるようになる。これにより、海水を取水する海面ＷＬに大きな変動があったとしても、マイクロバブル発生装置５でのマイクロバブルの良好な発生状態を維持できるようになる。その結果、復水器６ａの良好な防汚効果が得られうるものとなる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、復水器６ａの冷却水は大量であることと、細管の腐食防止等を考慮して、液体は海水とし、気体は空気としているが、かかる問題がない場合には、液体は、真水などであってもよく、気体は、二酸化炭素、窒素、オゾンなどであってもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、マイクロバブル発生装置５を用いて復水器の防汚システム１ａを構成したが、このマイクロバブル発生装置５の適用先はこれに限定されない。例えば、マイクロバブルの生物への賦活作用などを用いて、カキの養殖、水質浄化に適用してもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、復水器の防汚システム１ａに単独で適用することとしたが、ボール式の従来システムと併用してもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 試験装置
１ａ 復水器の防汚システム
２ 海水フィルタ
３ 取水ポンプ（第一のポンプに相当する。）
４ ストレーナ
５ マイクロバブル発生装置（微細気泡発生装置に相当する。）
５１ 海水入口
５２ エアーフィルタ
５３ エジェクタ
５４ 加圧ポンプ（第二のポンプに相当する。）
５５ 加圧容器（タンクに相当する。）
５６ 海水出口
６，７ 復水器の細管モデル（注入対象物に相当する。）
６ａ 復水器（注入対象物に相当する。）
８，８ａ 制御盤（制御装置に相当する。）
Ｖ６ ベント弁（排出部に相当する。）
Ｖ７ 弁（絞り部に相当する。）
Ｐｄ センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特開２０１０−１６９３３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２１００２号公報
【特許文献３】実公平７−３７７０２号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば海水中で微細気泡（マイクロバブル）を発生させる装置及びそれを用いた復水器の防汚システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所においては、発電用の蒸気タービンの復水器で、胴体内に収納した複数の冷却細管に海水を通し、胴体内に導入した蒸気と冷却細管内の海水とを熱交換させることで蒸気を冷却し復水するようになっている。その復水器運転中に、冷却細管内面にスライムや異物等が徐々に付着してくるため、熱交換効率が徐々に低下し、それに伴い真空度が低下し、さらには、冷却細管の閉塞や腐食に至ることもある。その結果、発電所の発電効率の低下をきたすおそれがあった。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１のように、復水器運転中の冷却細管に洗浄用ボール（スポンジボール）を循環流通させ、管内のスライムや異物等を除去する洗浄装置が開発された。
【０００４】
この洗浄装置では、冷却細管に冷却水を導入する冷却水入口管にボール注入管を介してスポンジボールを投入して冷却細管内を洗浄した後、冷却水出口管に設置したボール捕集網でボールの捕集を行っている。ボール捕集網で捕集されたボールは、ボール取り出し管を介して復水器から取り出され、循環ポンプによってボール注入管を介して冷却水入口に再度投入されて冷却細管の洗浄を繰り返すようになっている。
【０００５】
この洗浄装置では、冷却細管内面に付着したスライムや異物等をボールで直接そぎ落とすることができるものの、ボール捕集網に海藻やボール等が付着して、復水器の冷却細管前後での差圧が上昇することから、蒸気タービンの運転に支障をきたすおそれがあった。また、ボールが外洋に流出してしまうと、環境に影響するおそれがあった。
【０００６】
このため、近年、ボールを使わない洗浄方法が種々開発されている。例えば、特許文献２では、高圧ポンプとエジェクタとからなり、加圧液体に気体を包合させて気液混合流体とする起泡部と、その気液混合流体中の気泡をマイクロバブルに細分化するベンチュリ管を含むマイクロバブル供給部と、マイクロバブルを含む気液混合流体が通過する流路の一部を絞って、この絞りに突入することでマイクロバブルが微細化して、ナノバブルとして噴出するように形成したナノバブル発生部と、で構成するナノバブル発生装置が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３では、エジェクタにより気体を吸い込んだ原液を加圧ポンプにより加圧し、コンプレッサーにより発生させた圧縮気体とともに、気液混合装置の流入側に供給し、該気液混合装置内で気体を混合溶解した溶解液を作り、その流出口から流出する溶解液を該溶解液中に含まれる余剰気体を開放し得るタンクに導いて貯留し、該タンクに形成した供給口から溶解液を減圧弁で減圧して適宜取り出せるようになした微細気泡発生装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２では、入口から起泡部、マイクロバブル供給部、ナノバブル発生部を通過して出口にいたるまで外部から密閉された、いわゆる密閉流路としており、その上流側から液体を圧送することで、出口まで無動力で液体を送りだすこととしている。したがって、開放流路には適用困難である。
【０００９】
また、特許文献３では、開放流路に適用できるものの、入口での圧力変動がエジェクタ性能に大きく影響することがある。したがって、発電所における発電用の蒸気タービンの復水器のように、その冷却水として、外洋から海水を取り込んでいるような場合には、海面変動により入口での圧力が大きく変動するため、エジェクタ性能が確保できず、マイクロバブルを安定して発生させることが困難である。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、例えば外洋から海水を取り込んでいる復水器のごとき開放流路においても、マイクロバブルを常に安定して発生させることのできる微細気泡発生装置及びそれを用いた復水器の防汚システム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】
【００１１】
第一の発明は、液体中に気体を溶解させることにより、微細気泡を発生させる装置であって、第一のポンプで加圧した液体を、エジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から気体を吸引して液体中に微細気泡を発生させるとともに、該微細気泡を発生させた液体を第二のポンプでさらに加圧するようにしたことを特徴とするものである。なお、液体は海水、真水などであり、気体は空気、二酸化炭素、窒素、オゾンなどである。
【００１２】
第一の発明によれば、第一のポンプで加圧した液体を、エジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から気体を吸引して液体中に微細気泡を発生させるとともに、該微細気泡を発生させた液体を第二のポンプでさらに加圧するようにしているので、エジェクタ前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができる。これにより、かりに取水側の液面に大きな変動があったとしても、微細気泡の良好な発生状態を維持できるようになる。
【００１３】
また、前記エジェクタの液体入口と液体出口との間の差圧に基づいて、第一のポンプと第二のポンプとの制御を行うか、あるいは、両ポンプ出口に設けられた弁の開度調整を行う制御装置を備えることが好ましい。
【００１４】
この場合、前記エジェクタの液体入口と液体出口との間の差圧に基づいて、第一のポンプと第二のポンプとの制御を行うか、あるいは、両ポンプ出口に設けられた弁の開度調整を行う制御装置を備えたので、自動的にエジェクタ前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができる。
【００１５】
また、第二のポンプは、複数の翼を有することが好ましい。
【００１６】
この場合、第二のポンプは、複数の翼を有するので、エジェクタで発生した微細気泡が複数の翼でせん断されることにより、微細気泡と液体との接触面積が増大し、効率よく微細気泡を液体に溶解させることができる。
【００１７】
また、第二のポンプの下流側にタンクを設けることが好ましい。
【００１８】
この場合、第二のポンプの下流側にタンクを設けたので、せん断された状態の微細気泡にタンク内での滞留時間を与えることで、さらに効率よく微細気泡を液体に溶解させることができる。
【００１９】
また、タンクは、気体を排出する排出部を設けることが好ましい。
【００２０】
この場合、タンクは、気体を排出する排出部を設けたので、未溶解の気体を液体から排出することができる。
【００２１】
また、微細気泡の注入対象物の直前に絞り部を設けることが好ましい。
【００２２】
この場合、微細気泡の注入対象物の直前に絞り部を設けたので、その注入量を調整して、注入時点で減圧開放することで、適切な量の微細気泡を再発生させることができる。
【００２３】
また、第二の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備え、該微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を復水器に注入することを特徴とする復水器の防汚システムに係るものある。
【００２４】
第二の発明によれば、請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備え、該微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を復水器に注入するので、その復水器の防汚を図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
第一の発明によれば、第一のポンプで加圧した液体を、エジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から気体を吸引して液体中に微細気泡を発生させるとともに、該微細気泡を発生させた液体を第二のポンプでさらに加圧するようにしているので、エジェクタ前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができる。これにより、かりに取水側の液面に大きな変動があったとしても、微細気泡の良好な発生状態を維持できるようになる。
【００２６】
第二の発明によれば、請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備え、該微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を復水器に注入するので、その復水器の防汚を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の基本性能を調べるための試験装置の全体構成図である。
【図２】マイクロバブル発生装置の構成図である。
【図３】エジェクタの断面図である。
【図４】試験装置での成果を踏まえた復水器の防汚システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
マイクロバブルとは、直径が１０〜５０μｍ程度の微細な気泡をいう。通常の気泡は、急激に水液中を上昇し最終的に液面で破裂する。しかし、マイクロバブルは気泡体積が微細であるので、上昇速度が遅く長い間、水液中に滞在し続ける。また、マイクロバブルは加圧により一層小さくになり、効果的に気体が水中に溶解する。さらに、マイクロバブルは、負に帯電をしているので、マイクロバブル同士は反発し合う。このため、マイクロバブル同士の結合がなく、気泡濃度が減ることがないなどといった、通常の気泡とは異なる種々の性質を有している。
【００２９】
本発明者らは、かかるマイクロバブルの諸性質を利用して、発電所における蒸気タービンの復水器の防汚システムを構築するに当たり、その基本性能を調べるための試験装置を実際に製作した。図１はその試験装置１の全体構成図である。なお、図１中の各要素は実線で示す配管でそれぞれ連絡されており、それらの適宜位置に弁（Ｖ１〜Ｖ５，Ｖ７）が介装されている。また、破線で示す電線で各ポンプと、各センサとが配電盤にそれぞれ接続されている。
【００３０】
図１に示すように、この試験装置１は、主として、海水フィルタ２、取水ポンプ（第一のポンプに相当する。）３、ストレーナ４、マイクロバブル発生装置（微細気泡発生装置に相当する。）５、復水器の細管モデル（微細気泡の注入対象物に相当する。）６，７及び制御盤（制御装置に相当する。）８から構成されている。
【００３１】
海水フィルタ２は、外洋から海水を取水する、海面ＷＬ下の取水口に設けられており、取水される海水中のクラゲ、貝類などの比較的大きいゴミ類を補足して除去するためのものである。
【００３２】
取水ポンプ３は、例えば自吸式の陸上ポンプであって、海水フィルタ２を通して外洋から取水した海水を、詳しくは後述するマイクロバブル発生装置５を経由させて復水器の細管モデル６に移送するとともに、マイクロバブル発生装置５を経由させずに復水器の細管モデル７に直接移送するものである。
【００３３】
ストレーナ４は、取水ポンプ３の出口側に設けられており、取水ポンプ３で吐出される海水中の比較的小さいゴミ類等を補足して除去するためのものである。
【００３４】
復水器の細管モデル６，７は、実際の復水器の冷却側を模擬しており、その冷却水としての海水の出入口となる水室間を複数本の細管で連通させたものである。水室の容量と、細管の材質・内径・長さとは、実機のそれを忠実に再現するものとしている。
【００３５】
制御盤８は、各ポンプの発停と、圧力、流量、温度等の各センサ（圧力計Ｐ１〜Ｐ５、流量計Ｆ１〜Ｆ３、温度計は図示せず。）からの検出信号を取り込み、それらを連続記録できるものである。
【００３６】
図２はマイクロバブル発生装置５の構成図、図３はエジェクタ５３の断面図である。以下、説明する。
【００３７】
マイクロバブル発生装置５は、主として、海水入口５１、エアーフィルタ５２、エジェクタ５３、加圧ポンプ（第二のポンプに相当する。）５４、加圧容器（タンクに相当する。）５５及び海水出口５６から構成されている。そして、空気（大気）を使用することにより、排水時の除害などが不要で、環境負荷を考慮したエジェクタ方式＋加圧溶解方式とすることにより、バブル径及びバブル崩壊までの時間をコントロールできるようになっている。
【００３８】
海水入口５１は、取水ポンプ３でストレーナ４を介して移送されてきた海水を装置内に取り込む部位であって、例えばフランジなどの接続部が設けられている。
【００３９】
エアーフィルタ５２は、外部からの空気を装置内に取り込む部位に設けられ、ここで、取り込んだ空気中の塵埃を十分に除去するようになっている。
【００４０】
エジェクタ５３は、図３に示すように、入口５３１に接続されたノズル５３３より高速で噴射された海水Ｗが、ディフューザー５３４のスロート部に至る一方、入口５３２より吸引された空気Ａが流入し、噴射された海水Ｗに同伴されて出口５３５より吐出されるものである。これにより、マイクロバブルを発生して、それを海水Ｗ中に混入できるようになっている。
【００４１】
加圧ポンプ５４は、マイクロバブルを混入した海水を加圧することにより、マイクロバブルを海水中に溶解しやすくしたものである。具体的には、エジェクタ５３から吐出されたマイクロバブルを混入した海水を０．３９ＭＰａ（４Ｋｇ／ｃｍ２）程度に加圧して、マイクロバブルの溶解を促進するようにしている。また、加圧ポンプ５４として、複数の翼を内装した渦流式のものを用いている。これにより、複数の翼でマイクロバブルをせん断して、バブル径をより小さくすることで、マイクロバブルの溶解さらに促進するようにしている。
【００４２】
加圧容器５５は、加圧ポンプ５４で溶解を促進したマイクロバブルを含む海水を、本体上部の海水入口から流入し、そこで加圧状態で貯留させる間に、加圧時間を稼ぐとともに、海水中に溶解することができなかった余剰バブル（気体）を分離するようになっている。例えば、余剰バブルを頂部付近に集めて、そこに設けられたベント弁（排出部に相当する。）Ｖ６から外部に放出する一方、余剰バブルを分離した海水を本体下部の海水出口から排出するものである。
【００４３】
出口５６は、加圧容器５５から排出された、マイクロバブルを溶解した海水を装置外に放出する部位であって、例えばフランジなどの接続部が設けられている。
【００４４】
以下、本試験装置１の動作について説明する。
【００４５】
まず制御盤８から取水ポンプ３を起動し、海水フィルタ２を介して外洋の海水を取水する。そして、取水した海水の一部を、ストレーナ４を介してマイクロバブル発生装置５に移送する。
【００４６】
次いで、マイクロバブル発生装置５を起動して、エジェクタ入口５１から、取水ポンプ３でストレーナ４を介して移送されてきた海水を、装置内のエジェクタ５３に取り込む。
【００４７】
すると、図３に示すように、海水Ｗは、エジェクタ５３の海水入口５３１に接続されたノズル５３３より高速で噴射される。この高速で噴射された海水Ｗが、ディフューザー５３４のスロート部に至る。このとき、外部の空気Ａが、エアーフィルタ５２を介して、エジェクタ５３の空気入口５３２より吸引される。そして、吸引された空気Ａは、前記高速で噴射された海水Ｗの作用により微細化されて海水Ｗ中にマイクロバブルが発生する。このマイクロバブルが混入した海水Ｗは、海水出口５３５より吐出される。
【００４８】
次いで、加圧ポンプ５４は、マイクロバブルを混入した海水を加圧することにより、マイクロバブルを海水中に溶解しやすくする。具体的には、エジェクタ５３から吐出された、マイクロバブルを混入した海水を０．３９ＭＰａ（４Ｋｇ／ｃｍ２）程度に加圧して、マイクロバブルの溶解を促進する。また、加圧ポンプ５４の翼でマイクロバブルをせん断することにより、マイクロバブルの溶解をさらに促進する。
【００４９】
次いで、加圧ポンプ５４でマイクロバブルの溶解を促進した海水を、加圧容器５５の本体５５１の上部入口５５２から流入する。そこで加圧状態で貯留する間に、加圧時間を稼ぐとともに、海水中に溶解することができなかった余剰バブルを分離する。具体的には、余剰バブルを頂部付近に集めて、そこに設けられたベント弁５５３から外部に放出する一方、余剰バブルを分離し海水を下部出口５５４から排出する。
【００５０】
そして、加圧容器５５から排出された、余剰バブルを分離した海水を、海水出口５６から装置外に放出する。このときの海水は透明であり、マイクロバブルはあたかも消滅したかのように見える。
【００５１】
この放出された海水は、復水器の細管モデル６の直前に設けられた弁（絞り部に相当する。）Ｖ７を介して、その入口側水室に導入され、細管を通過して、出口側の水室にいたる。このときに、弁Ｖ７によりマイクロバブルの注入量を調整して、注入時点で減圧開放することで、適切な量のマイクロバブルを発生（再発生）させることができる。そして、この発生させたマイクロバブルが、細管を通過する間に、細管に付着したスラリ等を除去する。なお、両水室にはそれぞれ圧力センサＰ２，Ｐ３が取り付けられているので、制御盤８には該圧力センサＰ２，Ｐ３からの検出信号が取り込まれ、そこで連続的に記録される。出口側の水室を出た海水はもとの外洋の海面下に戻される。
【００５２】
本試験装置１によれば、いずれも手動操作で、各ポンプの容量（圧力・流量）調整と、各弁の開度調整とを行うことにより、エジェクタ前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができることがわかった。また、マイクロバブル発生装置５でのマイクロバブルの良好な発生状況を視認することもできた。すなわち、マイクロバブル発生装置５から出た時点での、マイクロバブルが溶解した海水はほとんど透明であり、その溶解が促進されている。そして、細管モデル６の海水入口側の水室における海水は乳白色であり、マイクロバブルの再発生が確認できた。ただし、現時点では試験時間が短いため、細管モデル６，７間での防汚効果の相違については、まだ十分に確認できておらず、今後の試験で明らかにすることとした。
【００５３】
図４は試験装置での成果を踏まえた復水器の防汚システム１ａの全体構成図である。なお、この復水器の防汚システム１ａでは、上記試験装置１と異なる要素はその符合に添え字「ａ」を付し、共通する要素はその符号を同一のものとして重複説明を省略した。
【００５４】
図４に示すように、この復水器の防汚システム１ａは、主として、海水フィルタ２、取水ポンプ（第一のポンプに相当する。）３、ストレーナ４、マイクロバブル発生装置（微細気泡発生装置に相当し、第二のポンプに相当する加圧ポンプ５４を含む。）５、復水器（注入対象物に相当する。）６ａ及び制御盤（制御装置に相当する。）８ａから構成されている。
【００５５】
復水器６ａは、実際の復水器である。ここでは、水室間を連通する細管内に流れる海水と、胴体内部に導入した高温蒸気との間で熱交換させるようになっている。
【００５６】
制御盤８ａは、マイクロバブル発生装置５のエジェクタ５３における、海水入口と海水出口との間に設けられたセンサＰｄで検出した差圧に基づいて、取水ポンプ３と加圧ポンプ５４との制御を行うか、あるいは、各ポンプ出口の弁の開度調整を自動的に行うようにしてもよい。なお、２個のセンサでそれぞれ検出した圧力から差分をとってもよいのはいうまでもない。
【００５７】
このため、制御盤８ａには、いずれも図示しないＣＰＵやメモリを設けている。そして、メモリに予め記憶されたプログラムとデータとをＣＰＵが読み込み、前記センサＰｄで検出した差圧を用いて所定の演算を行い、その演算結果に基づいて作成された制御信号を、取水ポンプ３と加圧ポンプ５４との各ドライバ（図示省略。）に発することで、前記制御を行うか、或いは、各ポンプ出口の図示しない弁の開度調整を自動的に行うようになっている。その他、各ポンプの発停と、圧力、流量、温度等の各センサ（圧力計Ｐ１〜Ｐ３、流量計Ｆ１〜Ｆ３、温度計は図示せず。）からの検出信号を取り込み、それらを連続記録できるものである点は前記と同様である。
【００５８】
本復水器の防汚システム１ａによれば、自動的にエジェクタ５３の前後の差圧を確保し、十分な吸引力を得ることができるようになる。これにより、海水を取水する海面ＷＬに大きな変動があったとしても、マイクロバブル発生装置５でのマイクロバブルの良好な発生状態を維持できるようになる。その結果、復水器６ａの良好な防汚効果が得られうるものとなる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、復水器６ａの冷却水は大量であることと、細管の腐食防止等を考慮して、液体は海水とし、気体は空気としているが、かかる問題がない場合には、液体は、真水などであってもよく、気体は、二酸化炭素、窒素、オゾンなどであってもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、マイクロバブル発生装置５を用いて復水器の防汚システム１ａを構成したが、このマイクロバブル発生装置５の適用先はこれに限定されない。例えば、マイクロバブルの生物への賦活作用などを用いて、カキの養殖、水質浄化に適用してもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、復水器の防汚システム１ａに単独で適用することとしたが、ボール式の従来システムと併用してもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 試験装置
１ａ 復水器の防汚システム
２ 海水フィルタ
３ 取水ポンプ（第一のポンプに相当する。）
４ ストレーナ
５ マイクロバブル発生装置（微細気泡発生装置に相当する。）
５１ 海水入口
５２ エアーフィルタ
５３ エジェクタ
５４ 加圧ポンプ（第二のポンプに相当する。）
５５ 加圧容器（タンクに相当する。）
５６ 海水出口
６，７ 復水器の細管モデル（注入対象物に相当する。）
６ａ 復水器（注入対象物に相当する。）
８，８ａ 制御盤（制御装置に相当する。）
Ｖ６ ベント弁（排出部に相当する。）
Ｖ７ 弁（絞り部に相当する。）
Ｐｄ センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特開２０１０−１６９３３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２１００２号公報
【特許文献３】実公平７−３７７０２号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に気体を溶解させることにより、微細気泡を発生させる装置であって、
第一のポンプで加圧した液体を、エジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から気体を吸引して液体中に微細気泡を発生させるとともに、該微細気泡を発生させた液体を第二のポンプでさらに加圧するようにしたことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記エジェクタの液体入口と液体出口との間の差圧に基づいて、第一のポンプと第二のポンプとの制御を行うか、あるいは、両ポンプ出口に設けられた弁の開度調整を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
第二のポンプは、複数の翼を有することを特徴とする請求項１又は２記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
第二のポンプの下流側にタンクを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
タンクは、気体を排出する排出部を備えたことを特徴とする請求項４記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
微細気泡の注入対象物の直前に絞り部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備え、該微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を復水器に注入することを特徴とする復水器の防汚システム。
【請求項１】
液体中に気体を溶解させることにより、微細気泡を発生させる装置であって、
第一のポンプで加圧した液体を、エジェクタを通過させることにより、該エジェクタで外部から気体を吸引して液体中に微細気泡を発生させるとともに、該微細気泡を発生させた液体を第二のポンプでさらに加圧するようにしたことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記エジェクタの液体入口と液体出口との間の差圧に基づいて、第一のポンプと第二のポンプとの制御を行うか、あるいは、両ポンプ出口に設けられた弁の開度調整を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
第二のポンプは、複数の翼を有することを特徴とする請求項１又は２記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
第二のポンプの下流側にタンクを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
タンクは、気体を排出する排出部を備えたことを特徴とする請求項４記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
微細気泡の注入対象物の直前に絞り部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備え、該微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を復水器に注入することを特徴とする復水器の防汚システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７１０４７（Ｐ２０１３−７１０４７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１６９３（Ｐ２０１１−２１１６９３）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５９３１６６３４７）柳田産業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５９３１６６３４７）柳田産業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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