微細気泡発生装置
【課題】供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】液体との界面をなす気泡放出面８ｂに、気泡を放出する複数の気泡放出孔を規則的もしくは不規則的に配置した多孔質体８と、多孔質体８を保持する本体ケーシング９および羽根部１０と、気泡放出孔に連通する気体室１１と、気体室１１に気体を供給する気体供給管路７と、多孔質体８を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面８ｂの面上に液体の相対流を生じさせる水中モータ装置４とを備える。
【解決手段】液体との界面をなす気泡放出面８ｂに、気泡を放出する複数の気泡放出孔を規則的もしくは不規則的に配置した多孔質体８と、多孔質体８を保持する本体ケーシング９および羽根部１０と、気泡放出孔に連通する気体室１１と、気体室１１に気体を供給する気体供給管路７と、多孔質体８を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面８ｂの面上に液体の相対流を生じさせる水中モータ装置４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微細気泡発生装置に関し、液体中に微細気泡を混気する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体中に微細気泡を混気するものとしては、例えば特許文献１に記載するように、セラミック円筒内部にオゾン等の気体を高い圧力で送り込み、セラミックの孔から気泡として、外部の水等の液体に送り出して溶け込ませるものがある。しかし、気泡径を小さくすることを目的としてセラミックの孔径を小さくするほどに、気体圧力を大きくせねばならない問題がある。
【０００３】
このため、特許文献１では、気体圧力に依存せず、液体の渦の力に依存する構成が開示されている。すなわち、セラミック円筒の外側に外側円筒を同心状に配置し、セラミック円筒と外側円筒の間に狭い流路を形成し、この流路に臨界レイノルズ数を超えるように速い速度で液体を流し、液体の乱流により生じる細かい渦で気泡の表面張力を打ち破り、気体の細かい泡を液体に連続的に溶け込ませている。また、液体の渦をさらに強くするための構成として、セラミック円筒の外側に配置する外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸を形成している。
【０００４】
また、特許文献２には微細気泡発生装置および汚濁水浄化装置並びに汚濁水の浄化方法が記載されている。この気泡発生装置は液中に設けられるものであって、攪拌フィンと空気を供給する供給管を備えており、供給管の一端が供給口として攪拌フィンの中心に開口し、供給管の他端が吸気孔として気体の供給源に開口している。そして、攪拌フィンの回転により周囲の液体を攪拌しつつ攪拌フィンの周囲に負圧を発生させ、この負圧により供給管から気体を吸引して気泡を発生させる。
【０００５】
回転する攪拌フィンの外側には板状体からなる邪魔板が設けてあり、邪魔板は攪拌フィンによる液体の攪拌を邪魔するよう複数立設し、邪魔板の相互を固定板で連結固定して攪拌フィンを内包し、攪拌フィンの放射方向の外側には多孔板を設けており、供給口から吸引した気体を攪拌フィン、多孔板、邪魔板によって微細に分割されて液中に供給される。
【特許文献１】ＷＯ２００２／０３６２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−８２０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１においては、セラミック円筒の外側に外側円筒を同心状に配置し、セラミック円筒と外側円筒の間に狭い流路を形成し、この流路に速い速度で液体を流しているが、セラミック円筒と外側円筒の間が狭い流路である場合には、この流路を通して供給できる液体の流量が限られたものとなる。大量の液体を供給可能なようにセラミック円筒と外側円筒の流路を大きくする場合には、大量の液体を渦の発生に必要な流速で供給するためにポンプ動力を大きくする必要がある。
【０００７】
また、外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸部を形成した場合でも、凹凸部と気泡を放出するセラミック円筒の距離が離れていると渦作用が気泡を放出する面に及び難くなる。 また、特許文献２に記載するように、供給口から吸引した気体を攪拌フィン、多孔板、邪魔板によって微細に分割して液中に供給する場合には、供給口から吸引した気体の元々の気泡径が大きいので、攪拌フィン、多孔板、邪魔板による一過的な衝突によって達成できる気泡の微細化には限界がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するものであり、供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる微細気泡発生装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の微細気泡発生装置は、液体との界面をなす気泡放出面に、気泡を放出する複数の気泡放出孔を配置した気泡放出体と、気泡放出体を保持する放出体保持手段と、気泡放出孔に連通する気体室と、気体室に気体を供給する気体供給手段と、気泡放出体を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、液体の相対流に乱流を生じさせる乱流促進手段を気泡放出面上に配設したことを特徴とする。
【００１０】
また、乱流促進手段が気泡放出面上に周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域を形成することを特徴とする。
また、乱流促進手段が放出体保持手段もしくは気泡放出体から液体の相対流中に突出する突起状体からなることを特徴とする。
【００１１】
また、相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなることを特徴とする。
また、気泡放出体が筒状もしくは板状をなし、乱流促進手段の突起状体が気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に配置した羽根からなることを特徴とする。
【００１２】
また、相対駆動手段が気泡放出面に沿って液体を供給するポンプ装置からなることを特徴とする。
また、気泡放出体が筒状をなし、乱流促進手段が螺旋状の突起状体もしくは複数の環状突起体であることを特徴とする。
【００１３】
また、気泡放出体が炭素材またはセラミックの多孔質体もしくは焼結金属からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、相対駆動手段により気泡放出体を液体に対して移動させて気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる。気体供給手段により気体室に供給した気体は気泡放出孔を通って液体との界面をなす気泡放出面から液体中に噴出する。このとき、気泡放出面が液体に対して相対的に移動することで、気泡放出面から液体中に噴出する気体が微細な気泡となって噴出し、気泡放出面上に配設した乱流促進手段により、気泡放出孔から噴出する気体に対して確実に乱流を作用させることができる。
【００１５】
本発明においては、気泡放出孔から噴出した時点で気泡は既に微細な気泡径をなしており、乱流促進手段は気泡放出面に確実に乱流を作用させ、噴出した微細な気泡を気泡放出孔付近から速やかに離散させ、気泡同士の合体を抑制するものである。よって、供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施の形態の微細気泡発生装置１は水槽、水路等の水中に配置する場合のものであり、底壁面２に載置した脚部３に相対駆動手段としての回転駆動装置をなす水中モータ装置４を備えている。なお、回転駆動装置としては水中モータ装置４に限らず、エンジン装置などを適宜に用いることができる。水中モータ装置４の駆動軸５には気泡放出部６を連結しており、気泡放出部６は気体供給手段としての空気供給管路７に回転自在に連結している。空気供給管路７は空気供給源に接続している。本実施の形態では液体を水、気体を空気として説明するが、本発明の適応は水、空気に限るものではない。
【００１７】
また、微細気泡発生装置１は、図９に示すように、水槽の外へ設置することも可能であるし、図１０に示すように、水槽の中へ設置する場合にあって、空気供給管路７が水中モータ装置４を貫通して気泡放出部６に連結される構造も可能である。
【００１８】
図２〜図６に示すように、気泡放出部６は、気泡放出体をなす多孔質体８と、放出体保持手段をなす本体ケーシング９および羽根部１０を備えている。本実施の形態の多孔質体８は炭素材からなるが、気泡放出体にはセラミックや焼結金属を使用することも可能であるし、多孔質膜を用いても良い。
【００１９】
図５に示すように、多孔質体８は板状であり、ここでは円板状をなして中央に通気孔８ａが形成してあり、水との界面をなす気泡放出面８ｂに、気泡を放出する複数の気泡放出孔を規則的もしくは不規則的に配置してある。この気泡放出孔は水中へ放出する空気の気泡径に応じた微小な所定口径とすることで、微細な気泡を噴出できるように構成している。本実施の形態では、気泡径が数十μｍ、気泡放出孔の口径が０．４〜５μｍであり、多孔質体８は気孔率１２〜３５％で、その使用最高圧力が０．６ＭＰａである。
【００２０】
本体ケーシング９は、図４に示すように、水中モータ装置４の駆動軸５に連結するための結合孔９ａおよびキー溝９ｂを有し、内側に形成した凹部が気体室１１をなし、気体室１１の開口側に多孔質体８を羽根部１０との間に保持している。本体ケーシング９の内側には多孔質体８との間隙を維持するためのスペーサ１２を結合孔９ａの周囲に放射状に形成している。気体室１１は多孔質体８の気泡放出孔に連通し、かつ空気供給管路７が羽根部１０を介して気体室１１に連通している。
【００２１】
羽根部１０は、図６に示すように、本体ケーシング９にボルト１３で固定するためのフランジ１４と、空気供給管路７に接続するためのハブ１５と、ハブ１５の周囲に放射状に配置した乱流促進手段をなす複数の羽根１６とからなる。
【００２２】
各羽根１６は多孔質体８の気泡放出面８ｂの面上に位置し、気泡放出面８ｂから水中の相対流中に突出する突起状体をなし、各羽根１６の相互間の開口１０ａにおいて多孔質体８の気泡放出面８ｂが露出している。このとき、羽根１６と気泡放出面８ｂとは必ずしも密着している必要はなく、小さな隙間があっても所定の作用効果を得ることができる。
【００２３】
ハブ１５は連結孔１５ａが軸封体１７を介して空気供給管路７に回転自在に連結している。
この構成により、相対駆動手段をなす水中モータ装置４は駆動軸５の回転により気泡放出部６を駆動軸５の軸心廻りに回転駆動し、多孔質体８を水中で水に対して相対的に移動させ、気泡放出面８ｂの面上に水の相対流を生じさせる。
【００２４】
空気供給管路７から気体室１１に流入した空気は、多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂが水中を移動することで気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させ、気泡同士の合体を抑制する。
【００２５】
相対駆動手段としては、後述するように、気泡放出面８ｂに沿って水を供給するポンプ装置を採用することも可能であるが、相対駆動手段としてモータ装置を採用し、気泡放出体をなす多孔質体８を回転駆動する場合には、対象液体が大量である場合にもポンプ装置を採用する場合に比べて少ない動力で微細な気泡を発生させることができる。
【００２６】
多孔質体８と一体に回転する羽根部１０は羽根１６による水理作用により下方の水を吸い上げるとともに、気泡を周囲に拡散させる。そして、図７に示すように、羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせることにより、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させることができる。また、羽根部１０の回転方向において羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から空気が噴出し易くなり、より細やかな気泡となる。
【００２７】
本実施の形態では、多孔質体８を円板状に形成し、羽根１６の相互間において多孔質体８の気泡放出面８ｂを露出させたが、本発明の他の実施の形態としては、図８に示すように、水の相対流の流れ方向において突起状体である羽根１６の下流側面に多孔質体８の気泡放出面８ｂを配設しても良い。この場合に、羽根部１０は羽根１６の下流側領域に細い開口１０ａを有し、この開口１０ａに羽根１６と平行に板状の多孔質体８を配置して保持する。
【００２８】
この構成により、羽根部１０の回転方向において羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成され、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流が生じ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流が作用し、気泡放出孔から空気が微細な気泡として噴出する。
【００２９】
本発明の他の実施の形態としては、図１１に示すように、本体ケーシング９および多孔質体８を円筒状に形成し、多孔質体８を保持する別途の手段（図示省略）を介して両者を同心状に配置し、本体ケーシング９と多孔質体８の間に水路１８を形成し、多孔質体８の内部に気体室１１を形成することも可能である。多孔質体８はスプライン状をなし、その外周面には水中に突出する突起状体をなす羽根１６が多孔質体８の軸心廻りに放射状に形成してあり、各羽根１６が多孔質体８の軸心方向に直線状に延びている。
【００３０】
この場合には、多孔質体８を軸心廻りに回転駆動する状態で水路１８に水を通水し、気体室１１に空気を供給する。気体室１１の空気は多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂが水中を移動することで気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００３１】
多孔質体８と一体に回転する羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００３２】
羽根１６の回転方向において羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【００３３】
本発明の他の実施の形態としては、図１２に示すように、本体ケーシング９および多孔質体８を円筒状に形成し、多孔質体８を保持する別途の手段（図示省略）を介して両者を同心状に配置し、本体ケーシング９と多孔質体８の間に気体室１１を形成し、多孔質体８の内部に水路１８を形成することも可能である。多孔質体８はスプライン状をなし、その内周面には水中に突出する突起状体をなす羽根１６が多孔質体８の軸心廻りに放射状に形成してあり、各羽根１６が多孔質体８の軸心方向に直線状に延びている。
【００３４】
この場合には、多孔質体８を軸心廻りに回転駆動する状態で水路１８に水を通水し、気体室１１に空気を供給する。気体室１１の空気は多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂが水中を移動することで気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００３５】
多孔質体８と一体に回転する羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００３６】
羽根１６の回転方向において羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【００３７】
本発明の他の実施の形態としては、図１３に示すように、放出体保持手段をなす本体ケーシング９および多孔質体８を円筒状に形成し、両者を同心状に固定的に配置し、本体ケーシング９と多孔質体８の間に水路１８を形成し、多孔質体８の内部に気体室１１を形成することも可能である。多孔質体８は外周面に水中に突出する複数の突起状体１９が多孔質体８の軸心廻りに環状に形成してあり、突起状体１９は多孔質体８の軸心方向に沿って所定ピッチで配列してある。突起状体１９は螺旋状に形成することも可能である。
【００３８】
この構成においては、多孔質体８の気泡放出面８ｂの面上に相対流を生じさせる相対駆動手段とポンプ装置を採用する。ポンプ装置により水路１８に水を供給し、気泡放出面８ｂに沿って水が流れる状態において、気体室１１に空気を供給する。気体室１１の空気は多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００３９】
多孔質体８の突起状体１９が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００４０】
突起状体１９の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【００４１】
本発明の他の実施の形態としては、図１４に示すように、放出体保持手段をなす本体ケーシング９および多孔質体８を円筒状に形成し、両者を同心状に固定的に配置し、本体ケーシング９と多孔質体８の間に気体室１１を形成し、多孔質体８の内部に水路１８を形成することも可能である。多孔質体８は内周面に水中に突出する複数の突起状体１９が多孔質体８の軸心廻りに環状に形成してあり、突起状体１９は多孔質体８の軸心方向に沿って所定ピッチで配列してある。突起状体１９は螺旋状に形成することも可能である。また、図１５に示すように、環状の突起状体１９は棒状部材２０で相互に結合したものを本体ケーシング９に取り付けてもよい。このとき、環状の突起状体と気泡放出面とは必ずしも密着する必要はなく、微小な間隙があっても所定の作用効果を得ることができる。
【００４２】
上述した構成においては、多孔質体８の気泡放出面８ｂの面上に相対流を生じさせる相対駆動手段とポンプ装置を採用する。ポンプ装置により水路１８に水を供給し、気泡放出面８ｂに沿って水が流れる状態において、気体室１１に空気を供給する。気体室１１の空気は多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００４３】
多孔質体８の突起状体１９が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００４４】
突起状体１９の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態では、乱流促進手段として突起状体を用いた例を説明したが突起状体に限定されるものでなく、気泡放出面に溝を設けたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図２】同実施の形態における気泡放出部を示す断面図
【図３】同実施の形態における気泡放出部を示す平面図
【図４】（ａ）は同実施の形態における本体ケーシングを示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ｂ矢視断面図
【図５】（ａ）は同実施の形態における多孔体質を示す断面図、（ｂ）は同実施の形態における多孔体質を示す平面図
【図６】（ａ）は同実施の形態における羽根部を示す断面図、（ｂ）は同実施の形態における羽根部を示す平面図
【図７】同実施の形態における作用を示す模式図
【図８】他の実施の形態における作用を示す模式図
【図９】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図１０】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図１１】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１２】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１３】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１４】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１５】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【符号の説明】
【００４７】
１ 微細気泡発生装置
２ 底壁面
３ 脚部
４ 水中モータ装置
５ 駆動軸
６ 気泡放出部
７ 空気供給管路
８ 多孔質体
８ａ 通気孔
８ｂ 気泡放出面
９ 本体ケーシング
９ａ 結合孔
９ｂ キー溝
１０ 羽根部
１０ａ 開口
１１ 気体室
１２ スペーサ
１３ ボルト
１４ フランジ
１５ ハブ
１５ａ 連結孔
１６ 羽根
１７ 軸封体
１８ 水路
１９ 突起状体
２０ 棒状部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は微細気泡発生装置に関し、液体中に微細気泡を混気する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体中に微細気泡を混気するものとしては、例えば特許文献１に記載するように、セラミック円筒内部にオゾン等の気体を高い圧力で送り込み、セラミックの孔から気泡として、外部の水等の液体に送り出して溶け込ませるものがある。しかし、気泡径を小さくすることを目的としてセラミックの孔径を小さくするほどに、気体圧力を大きくせねばならない問題がある。
【０００３】
このため、特許文献１では、気体圧力に依存せず、液体の渦の力に依存する構成が開示されている。すなわち、セラミック円筒の外側に外側円筒を同心状に配置し、セラミック円筒と外側円筒の間に狭い流路を形成し、この流路に臨界レイノルズ数を超えるように速い速度で液体を流し、液体の乱流により生じる細かい渦で気泡の表面張力を打ち破り、気体の細かい泡を液体に連続的に溶け込ませている。また、液体の渦をさらに強くするための構成として、セラミック円筒の外側に配置する外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸を形成している。
【０００４】
また、特許文献２には微細気泡発生装置および汚濁水浄化装置並びに汚濁水の浄化方法が記載されている。この気泡発生装置は液中に設けられるものであって、攪拌フィンと空気を供給する供給管を備えており、供給管の一端が供給口として攪拌フィンの中心に開口し、供給管の他端が吸気孔として気体の供給源に開口している。そして、攪拌フィンの回転により周囲の液体を攪拌しつつ攪拌フィンの周囲に負圧を発生させ、この負圧により供給管から気体を吸引して気泡を発生させる。
【０００５】
回転する攪拌フィンの外側には板状体からなる邪魔板が設けてあり、邪魔板は攪拌フィンによる液体の攪拌を邪魔するよう複数立設し、邪魔板の相互を固定板で連結固定して攪拌フィンを内包し、攪拌フィンの放射方向の外側には多孔板を設けており、供給口から吸引した気体を攪拌フィン、多孔板、邪魔板によって微細に分割されて液中に供給される。
【特許文献１】ＷＯ２００２／０３６２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−８２０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１においては、セラミック円筒の外側に外側円筒を同心状に配置し、セラミック円筒と外側円筒の間に狭い流路を形成し、この流路に速い速度で液体を流しているが、セラミック円筒と外側円筒の間が狭い流路である場合には、この流路を通して供給できる液体の流量が限られたものとなる。大量の液体を供給可能なようにセラミック円筒と外側円筒の流路を大きくする場合には、大量の液体を渦の発生に必要な流速で供給するためにポンプ動力を大きくする必要がある。
【０００７】
また、外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸部を形成した場合でも、凹凸部と気泡を放出するセラミック円筒の距離が離れていると渦作用が気泡を放出する面に及び難くなる。 また、特許文献２に記載するように、供給口から吸引した気体を攪拌フィン、多孔板、邪魔板によって微細に分割して液中に供給する場合には、供給口から吸引した気体の元々の気泡径が大きいので、攪拌フィン、多孔板、邪魔板による一過的な衝突によって達成できる気泡の微細化には限界がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するものであり、供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる微細気泡発生装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の微細気泡発生装置は、液体との界面をなす気泡放出面に、気泡を放出する複数の気泡放出孔を配置した気泡放出体と、気泡放出体を保持する放出体保持手段と、気泡放出孔に連通する気体室と、気体室に気体を供給する気体供給手段と、気泡放出体を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、液体の相対流に乱流を生じさせる乱流促進手段を気泡放出面上に配設したことを特徴とする。
【００１０】
また、乱流促進手段が気泡放出面上に周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域を形成することを特徴とする。
また、乱流促進手段が放出体保持手段もしくは気泡放出体から液体の相対流中に突出する突起状体からなることを特徴とする。
【００１１】
また、相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなることを特徴とする。
また、気泡放出体が筒状もしくは板状をなし、乱流促進手段の突起状体が気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に配置した羽根からなることを特徴とする。
【００１２】
また、相対駆動手段が気泡放出面に沿って液体を供給するポンプ装置からなることを特徴とする。
また、気泡放出体が筒状をなし、乱流促進手段が螺旋状の突起状体もしくは複数の環状突起体であることを特徴とする。
【００１３】
また、気泡放出体が炭素材またはセラミックの多孔質体もしくは焼結金属からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、相対駆動手段により気泡放出体を液体に対して移動させて気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる。気体供給手段により気体室に供給した気体は気泡放出孔を通って液体との界面をなす気泡放出面から液体中に噴出する。このとき、気泡放出面が液体に対して相対的に移動することで、気泡放出面から液体中に噴出する気体が微細な気泡となって噴出し、気泡放出面上に配設した乱流促進手段により、気泡放出孔から噴出する気体に対して確実に乱流を作用させることができる。
【００１５】
本発明においては、気泡放出孔から噴出した時点で気泡は既に微細な気泡径をなしており、乱流促進手段は気泡放出面に確実に乱流を作用させ、噴出した微細な気泡を気泡放出孔付近から速やかに離散させ、気泡同士の合体を抑制するものである。よって、供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施の形態の微細気泡発生装置１は水槽、水路等の水中に配置する場合のものであり、底壁面２に載置した脚部３に相対駆動手段としての回転駆動装置をなす水中モータ装置４を備えている。なお、回転駆動装置としては水中モータ装置４に限らず、エンジン装置などを適宜に用いることができる。水中モータ装置４の駆動軸５には気泡放出部６を連結しており、気泡放出部６は気体供給手段としての空気供給管路７に回転自在に連結している。空気供給管路７は空気供給源に接続している。本実施の形態では液体を水、気体を空気として説明するが、本発明の適応は水、空気に限るものではない。
【００１７】
また、微細気泡発生装置１は、図９に示すように、水槽の外へ設置することも可能であるし、図１０に示すように、水槽の中へ設置する場合にあって、空気供給管路７が水中モータ装置４を貫通して気泡放出部６に連結される構造も可能である。
【００１８】
図２〜図６に示すように、気泡放出部６は、気泡放出体をなす多孔質体８と、放出体保持手段をなす本体ケーシング９および羽根部１０を備えている。本実施の形態の多孔質体８は炭素材からなるが、気泡放出体にはセラミックや焼結金属を使用することも可能であるし、多孔質膜を用いても良い。
【００１９】
図５に示すように、多孔質体８は板状であり、ここでは円板状をなして中央に通気孔８ａが形成してあり、水との界面をなす気泡放出面８ｂに、気泡を放出する複数の気泡放出孔を規則的もしくは不規則的に配置してある。この気泡放出孔は水中へ放出する空気の気泡径に応じた微小な所定口径とすることで、微細な気泡を噴出できるように構成している。本実施の形態では、気泡径が数十μｍ、気泡放出孔の口径が０．４〜５μｍであり、多孔質体８は気孔率１２〜３５％で、その使用最高圧力が０．６ＭＰａである。
【００２０】
本体ケーシング９は、図４に示すように、水中モータ装置４の駆動軸５に連結するための結合孔９ａおよびキー溝９ｂを有し、内側に形成した凹部が気体室１１をなし、気体室１１の開口側に多孔質体８を羽根部１０との間に保持している。本体ケーシング９の内側には多孔質体８との間隙を維持するためのスペーサ１２を結合孔９ａの周囲に放射状に形成している。気体室１１は多孔質体８の気泡放出孔に連通し、かつ空気供給管路７が羽根部１０を介して気体室１１に連通している。
【００２１】
羽根部１０は、図６に示すように、本体ケーシング９にボルト１３で固定するためのフランジ１４と、空気供給管路７に接続するためのハブ１５と、ハブ１５の周囲に放射状に配置した乱流促進手段をなす複数の羽根１６とからなる。
【００２２】
各羽根１６は多孔質体８の気泡放出面８ｂの面上に位置し、気泡放出面８ｂから水中の相対流中に突出する突起状体をなし、各羽根１６の相互間の開口１０ａにおいて多孔質体８の気泡放出面８ｂが露出している。このとき、羽根１６と気泡放出面８ｂとは必ずしも密着している必要はなく、小さな隙間があっても所定の作用効果を得ることができる。
【００２３】
ハブ１５は連結孔１５ａが軸封体１７を介して空気供給管路７に回転自在に連結している。
この構成により、相対駆動手段をなす水中モータ装置４は駆動軸５の回転により気泡放出部６を駆動軸５の軸心廻りに回転駆動し、多孔質体８を水中で水に対して相対的に移動させ、気泡放出面８ｂの面上に水の相対流を生じさせる。
【００２４】
空気供給管路７から気体室１１に流入した空気は、多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂが水中を移動することで気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させ、気泡同士の合体を抑制する。
【００２５】
相対駆動手段としては、後述するように、気泡放出面８ｂに沿って水を供給するポンプ装置を採用することも可能であるが、相対駆動手段としてモータ装置を採用し、気泡放出体をなす多孔質体８を回転駆動する場合には、対象液体が大量である場合にもポンプ装置を採用する場合に比べて少ない動力で微細な気泡を発生させることができる。
【００２６】
多孔質体８と一体に回転する羽根部１０は羽根１６による水理作用により下方の水を吸い上げるとともに、気泡を周囲に拡散させる。そして、図７に示すように、羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせることにより、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させることができる。また、羽根部１０の回転方向において羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から空気が噴出し易くなり、より細やかな気泡となる。
【００２７】
本実施の形態では、多孔質体８を円板状に形成し、羽根１６の相互間において多孔質体８の気泡放出面８ｂを露出させたが、本発明の他の実施の形態としては、図８に示すように、水の相対流の流れ方向において突起状体である羽根１６の下流側面に多孔質体８の気泡放出面８ｂを配設しても良い。この場合に、羽根部１０は羽根１６の下流側領域に細い開口１０ａを有し、この開口１０ａに羽根１６と平行に板状の多孔質体８を配置して保持する。
【００２８】
この構成により、羽根部１０の回転方向において羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成され、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流が生じ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流が作用し、気泡放出孔から空気が微細な気泡として噴出する。
【００２９】
本発明の他の実施の形態としては、図１１に示すように、本体ケーシング９および多孔質体８を円筒状に形成し、多孔質体８を保持する別途の手段（図示省略）を介して両者を同心状に配置し、本体ケーシング９と多孔質体８の間に水路１８を形成し、多孔質体８の内部に気体室１１を形成することも可能である。多孔質体８はスプライン状をなし、その外周面には水中に突出する突起状体をなす羽根１６が多孔質体８の軸心廻りに放射状に形成してあり、各羽根１６が多孔質体８の軸心方向に直線状に延びている。
【００３０】
この場合には、多孔質体８を軸心廻りに回転駆動する状態で水路１８に水を通水し、気体室１１に空気を供給する。気体室１１の空気は多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂが水中を移動することで気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００３１】
多孔質体８と一体に回転する羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００３２】
羽根１６の回転方向において羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【００３３】
本発明の他の実施の形態としては、図１２に示すように、本体ケーシング９および多孔質体８を円筒状に形成し、多孔質体８を保持する別途の手段（図示省略）を介して両者を同心状に配置し、本体ケーシング９と多孔質体８の間に気体室１１を形成し、多孔質体８の内部に水路１８を形成することも可能である。多孔質体８はスプライン状をなし、その内周面には水中に突出する突起状体をなす羽根１６が多孔質体８の軸心廻りに放射状に形成してあり、各羽根１６が多孔質体８の軸心方向に直線状に延びている。
【００３４】
この場合には、多孔質体８を軸心廻りに回転駆動する状態で水路１８に水を通水し、気体室１１に空気を供給する。気体室１１の空気は多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂが水中を移動することで気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００３５】
多孔質体８と一体に回転する羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００３６】
羽根１６の回転方向において羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【００３７】
本発明の他の実施の形態としては、図１３に示すように、放出体保持手段をなす本体ケーシング９および多孔質体８を円筒状に形成し、両者を同心状に固定的に配置し、本体ケーシング９と多孔質体８の間に水路１８を形成し、多孔質体８の内部に気体室１１を形成することも可能である。多孔質体８は外周面に水中に突出する複数の突起状体１９が多孔質体８の軸心廻りに環状に形成してあり、突起状体１９は多孔質体８の軸心方向に沿って所定ピッチで配列してある。突起状体１９は螺旋状に形成することも可能である。
【００３８】
この構成においては、多孔質体８の気泡放出面８ｂの面上に相対流を生じさせる相対駆動手段とポンプ装置を採用する。ポンプ装置により水路１８に水を供給し、気泡放出面８ｂに沿って水が流れる状態において、気体室１１に空気を供給する。気体室１１の空気は多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００３９】
多孔質体８の突起状体１９が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００４０】
突起状体１９の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【００４１】
本発明の他の実施の形態としては、図１４に示すように、放出体保持手段をなす本体ケーシング９および多孔質体８を円筒状に形成し、両者を同心状に固定的に配置し、本体ケーシング９と多孔質体８の間に気体室１１を形成し、多孔質体８の内部に水路１８を形成することも可能である。多孔質体８は内周面に水中に突出する複数の突起状体１９が多孔質体８の軸心廻りに環状に形成してあり、突起状体１９は多孔質体８の軸心方向に沿って所定ピッチで配列してある。突起状体１９は螺旋状に形成することも可能である。また、図１５に示すように、環状の突起状体１９は棒状部材２０で相互に結合したものを本体ケーシング９に取り付けてもよい。このとき、環状の突起状体と気泡放出面とは必ずしも密着する必要はなく、微小な間隙があっても所定の作用効果を得ることができる。
【００４２】
上述した構成においては、多孔質体８の気泡放出面８ｂの面上に相対流を生じさせる相対駆動手段とポンプ装置を採用する。ポンプ装置により水路１８に水を供給し、気泡放出面８ｂに沿って水が流れる状態において、気体室１１に空気を供給する。気体室１１の空気は多孔質体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００４３】
多孔質体８の突起状体１９が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００４４】
突起状体１９の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態では、乱流促進手段として突起状体を用いた例を説明したが突起状体に限定されるものでなく、気泡放出面に溝を設けたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図２】同実施の形態における気泡放出部を示す断面図
【図３】同実施の形態における気泡放出部を示す平面図
【図４】（ａ）は同実施の形態における本体ケーシングを示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ｂ矢視断面図
【図５】（ａ）は同実施の形態における多孔体質を示す断面図、（ｂ）は同実施の形態における多孔体質を示す平面図
【図６】（ａ）は同実施の形態における羽根部を示す断面図、（ｂ）は同実施の形態における羽根部を示す平面図
【図７】同実施の形態における作用を示す模式図
【図８】他の実施の形態における作用を示す模式図
【図９】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図１０】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図１１】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１２】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１３】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１４】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１５】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【符号の説明】
【００４７】
１ 微細気泡発生装置
２ 底壁面
３ 脚部
４ 水中モータ装置
５ 駆動軸
６ 気泡放出部
７ 空気供給管路
８ 多孔質体
８ａ 通気孔
８ｂ 気泡放出面
９ 本体ケーシング
９ａ 結合孔
９ｂ キー溝
１０ 羽根部
１０ａ 開口
１１ 気体室
１２ スペーサ
１３ ボルト
１４ フランジ
１５ ハブ
１５ａ 連結孔
１６ 羽根
１７ 軸封体
１８ 水路
１９ 突起状体
２０ 棒状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体との界面をなす気泡放出面に、気泡を放出する複数の気泡放出孔を配置した気泡放出体と、気泡放出体を保持する放出体保持手段と、気泡放出孔に連通する気体室と、気体室に気体を供給する気体供給手段と、気泡放出体を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、液体の相対流に乱流を生じさせる乱流促進手段を気泡放出面上に配設したことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
乱流促進手段が気泡放出面上に周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
乱流促進手段が放出体保持手段もしくは気泡放出体から液体の相対流中に突出する突起状体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなることを特徴とする請求項３に記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
気泡放出体が筒状もしくは板状をなし、乱流促進手段の突起状体が気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に配置した羽根からなることを特徴とする請求項４に記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
相対駆動手段が気泡放出面に沿って液体を供給するポンプ装置からなることを特徴とする請求項３に記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
気泡放出体が筒状をなし、乱流促進手段が螺旋状の突起状体もしくは複数の環状突起体であることを特徴とする請求項６に記載の微細気泡発生装置。
【請求項８】
気泡放出体が炭素材またはセラミックの多孔質体もしくは焼結金属からなることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項１】
液体との界面をなす気泡放出面に、気泡を放出する複数の気泡放出孔を配置した気泡放出体と、気泡放出体を保持する放出体保持手段と、気泡放出孔に連通する気体室と、気体室に気体を供給する気体供給手段と、気泡放出体を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、液体の相対流に乱流を生じさせる乱流促進手段を気泡放出面上に配設したことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
乱流促進手段が気泡放出面上に周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
乱流促進手段が放出体保持手段もしくは気泡放出体から液体の相対流中に突出する突起状体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなることを特徴とする請求項３に記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
気泡放出体が筒状もしくは板状をなし、乱流促進手段の突起状体が気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に配置した羽根からなることを特徴とする請求項４に記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
相対駆動手段が気泡放出面に沿って液体を供給するポンプ装置からなることを特徴とする請求項３に記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
気泡放出体が筒状をなし、乱流促進手段が螺旋状の突起状体もしくは複数の環状突起体であることを特徴とする請求項６に記載の微細気泡発生装置。
【請求項８】
気泡放出体が炭素材またはセラミックの多孔質体もしくは焼結金属からなることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の微細気泡発生装置。
【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】
【公開番号】特開２００８−１３２４３７（Ｐ２００８−１３２４３７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２０９４３（Ｐ２００６−３２０９４３）
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
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