JP2000005583A

JP2000005583A - ガス溶存装置及びガス溶存方法

Info

Publication number: JP2000005583A
Application number: JP10193626A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ishikawa; 陽一石川
Original assignee: Able Corp
Current assignee: Able Corp
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ポンプが不要で、且つ駆動音や振動を抑制し
たガス溶存装置及びガス溶存方法を提供すること。【解決手段】ガス溶存装置は、ハウジング１０と、こ
のハウジング１０内に設置された回転翼２０と、回転翼
２０が取り付けられている中空の回転軸３０とを備え、
この中空回転軸３０はモータ４０に連結されている。ハ
ウジング１０は、筒部１３を備えたほぼ円筒形をなし、
底面には液体導入口１２が穿設され、その側壁には気液
放出口１４が穿設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス溶存装置及び
ガス溶存方法に係り、更に詳細には、水や培養液などの
液体中に空気や酸素等のガスを、比較的静寂に且つ長期
に亘って安定的に溶存させ、又は液体中の溶存ガスを気
散させることができるガス溶存装置及びガス溶存方法に
関する。また、本発明のガス溶存装置及びガス溶存方法
は、微生物、水生動植物及び観賞魚等を育成する液体中
への各種ガスの散気に好適に利用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液体中にガスを溶存させる方
法としては、いわゆる曝気（エアレーション）が知られ
ており、観賞魚などの育成においては、多孔質のエアス
トーン等を介して、空気や酸素を水槽中に通気すること
が行われている。また、下水等を浄化する活性汚泥法な
どでも曝気が行われている。

【０００３】ここで、液体中への散気は、一般的にポン
プに代表される送気装置で通気することにより行われ
る。この際、通気効率を上げるために、通気と同時に液
体中で攪拌翼を回転させ、送られたガスを細泡化するこ
とも行われている。更に、攪拌翼を液体中で回転させる
と、攪拌翼の中心部が陰圧になって周囲ガスを吸い込
み、場合によってはそのガスを回転翼が叩いて破砕する
現象もよく知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の散気において、観賞魚の飼育分野では、ダイ
アフラム型ポンプが一般的に使用されているが、その駆
動音と振動が大きく、これを解消するには消音装置が大
きくならざるを得なかった。また、従来の散気では、専
用のポンプを必要とし、コスト高となっていた。

【０００５】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、ポンプが不要で、且つ駆動音や振動を抑制したガス
溶存装置及びガス溶存方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の回転起流体に
よって陰圧領域を形成し、この陰圧領域をガス吸引機構
として利用することにより、上記課題を解決できること
を見出し、本発明を完成するに至った。

【０００７】即ち、本発明のガス溶存装置は、液体中に
ガスを溶存させる装置であって、上記液体に浸漬され且
つ上記ガスと連通したハウジングと、このハウジング内
を減圧する回転起流体とを備え、上記ハウジングが、上
記液体を導入する液体導入口と、上記ガス及び上記液体
を放出する気液放出口とを有し、この気液放出口が上記
回転起流体による流れに抗する位置に穿設されているこ
とを特徴とする。

【０００８】また、本発明のガス溶存装置の好適形態
は、上記回転起流体が中空の回転軸に取り付けられ、こ
の中空回転軸を介して、上記ガスと上記ハウジングとが
連通していることを特徴とする。

【０００９】更に、本発明の他のガス溶存装置は、上記
回転起流体が中空円筒状をなし、その内部には、この中
空円筒状回転起流体の頂面と底面とに連結して設けら
れ、且つその半径方向に延在した壁部が形成され、この
壁部により規定される流路は、上記中空円筒状回転起流
体の周壁部に開口部を形成していることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の更に他のガス溶存装置は、
上記回転起流体が、筒本体と、この筒本体の軸方向に対
してほぼ垂直に突出した突出筒部とを備えることを特徴
とする。

【００１１】更に、本発明のガス溶存方法は、上述のガ
ス溶存装置を用いることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明においては、ガスを溶存させようとする
液体中にハウジングを浸漬し、このハウジング内で特定
の回転起流体を回転させることにした。この回転により
ハウジング内が減圧されて陰圧領域を形成するので、上
記ガス及び液体はハウジング内に吸入される。次いで、
吸入されたガスと液体は回転起流体により混合され、ハ
ウジングに設けられた気液放出口を介して溶液中に分散
・放出され、これによって、溶液中へのガスの溶存が行
われる。

【００１３】また、上記回転起流体の回転軸を中空と
し、この中空回転軸を介してハウジングとガスとを連通
することにすれば、特別なガス供給経路を形成する必要
がなくなり、部材数を減少できるとともに便利である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のガス溶存装置及び
ガス溶存方法について詳細に説明する。本発明のガス溶
存装置は、上述の如く、ガスを溶存させようとする液体
に浸漬されるハウジングと、このハウジング内を減圧す
る回転起流体とを備える。また、このハウジングには、
液体を導入する液体導入口と、ガス及び液体を放出する
気液放出口とが穿設されている。

【００１５】ここで、「回転起流体」は、回転すること
により、液体及び／又はガスの流れを発生する部材・要
素をいい、いわゆる回転翼がこれに該当する。この回転
翼は、上記液体及び／又はガスの流れの方向が、その回
転軸の方向とほぼ垂直になるものと、平行になるものと
に大別できるが、本発明ではいずれも使用できる。ま
た、各種形状の回転翼を用いることができ、これらは対
象とする液体やガスの特性、回転翼を配置する水深など
によって選択することができる。

【００１６】本発明者が、直径４０ｍｍで５ｍｍ離間し
て対向させた円板の縁部に、５ｍｍ角の正方形板から成
る翼をその辺が円板の半径方向に一致するように挾持し
て回転翼を形成し、当該翼の枚数を種々変更し、水中で
空気を通気する条件下、気体の細かさを目視測定したと
ころ、翼間の距離が１ｍｍ以上ある状態では、翼の距離
が小さいほど気体が細かくなることが分かった。即ち、
翼からの気液の噴き出し口が小さいと、気泡が噴き出し
口から放出される際に切られて小さくなり、気液交換率
が良好になることが分かった。一方、噴き出し口が小さ
すぎると、噴き出し口の圧力損失になるので、噴き出し
量が少なくなって好ましくないことも分かった。

【００１７】なお、回転起流体は、上述の回転翼に限定
されるものではなく、上記流れを発生できれば十分であ
り、回転翼以外のものとしては、回転軸の方向に対して
ほぼ垂直に延びる気液流路を有する回転体を挙げること
ができる。かかる形状の回転体は、上記回転翼が押し出
し乃至叩きの動作によって気液に流れを起こすのに対
し、気液流路に存在する気液を回転による遠心力によっ
て振り出すことにより、気液に流れを起こす。このよう
な回転体としては、筒本体と、筒本体の軸方向に対して
ほぼ垂直に突出した突出筒部とを有するもの、代表的に
は、Ｌ字管、Ｔ字管その他の多岐管を例示することがで
きる。

【００１８】本発明において、上述の回転起流体は、上
記ハウジング内に設置され、回転して気・液を混合し、
気液の流れを発生する。この気液流がハウジングに設け
た気液放出口を介して液体中に放出され、ガスの溶存が
実行される一方で、ハウジング内を減圧するため、ガス
及び液体がハウジング内に導入され、上記同様に気・液
の混合が行われるため、ガスの溶存が連続的に実行され
ることになる。

【００１９】上述の構成において、液体のハウジングへ
の導入は、ハウジングに設けた液体導入口を介して行わ
れるが、ガスのハウジングへの導入は、中空の回転軸を
介して行うことが好ましい。即ち、かかる中空回転軸に
回転起流体を装着することにすれば、回転軸とガス導入
経路とを兼用することができ、便利である。

【００２０】また、上述の気液放出口の設置位置は、回
転起流体による流れに抗する位置とすることを要する。
例えば、回転起流体による流れの方向がこの回転起流体
の回転軸の方向とほぼ垂直であり、ハウジングが円筒状
をなす場合、気液放出口はこの円筒状ハウジングの側壁
部に穿設されていることが好ましい。これに対し、液体
導入口の設置位置は、特に限定されるものではないが、
通常は、円筒状ハウジングの底面、側面及び頂面や、中
空回転軸の周壁部とすればよい。

【００２１】なお、本発明のガス溶存装置においては、
上述の回転起流体の全部又は一部を多孔質材料で形成す
ることにより、気液混合により生ずる気泡の細分化を促
進することができる。また、ハウジングの全部又は一部
を多孔質材料で形成することもでき、これにより、気泡
の細分化を更に促進することも可能である。

【００２２】かかる多孔質材料としては、連続気泡を有
する多孔質プラスチック、多孔質ガラス、パンチングメ
タル及び網などを挙げることができる。但し、多孔質材
料の孔が小さすぎると、液体中に粒子が存在する場合に
は、これらが目詰まりを起こしたり、その他、多孔質材
料に黴等の微生物が付着したり、増殖したりして目詰ま
りの原因になることがあるので、液体の成分を考慮して
適切な孔の大きさや形状を有する多孔質材料を選択する
ことが好ましい。

【００２３】また、気泡の細分化は、上記気液放出口に
細泡部材、例えば、各種多孔質材料や網などを装着する
ことによっても促進することができるが、この場合も、
液体の成分を考慮して部材選択を行うことが好ましい。

【００２４】本発明のガス溶存装置において、ハウジン
グは、上記回転起流体を収容でき、上記気液放出口及び
液体導入口を有すれば十分であり、代表的には円筒状を
なすが、液体中へのガスの溶存に際し、以下の機能も果
たしている。即ち、回転起流体が液体中で回転すると、
液体全体が回転する。このような液体全体の回転は、養
殖や観賞魚の飼育では、魚へのストレスの原因になるの
で望ましくない。また、魚が回転起流体に接触して傷つ
くことも予想される。これに対し、本ガス溶存装置によ
れば、回転起流体がハウジングに収納されているので、
魚が回転起流体に接する心配が無く、ハウジングが回転
することも無いので、ハウジングがじゃま板の役割を果
たし、液体の回転を抑制する役割を果たす。

【００２５】なお、上述の液体の回転抑制は、ハウジン
グの気液放出部にじゃま板を設けたり、気液放出口を包
囲する円筒のような流れガイドを配設することによって
も行うことができる。

【００２６】次に、本発明が対象とするガスや液体につ
いて説明する。まず、ガスとしては、空気、酸素、二酸
化炭素又は窒素及びこれらの任意の混合気体などを挙げ
ることができる。一方、液体としては、水、海水、汽水
又は培養液及びこれらの任意の混合液を挙げることがで
きる。このように、本発明は、主として動植物、特に水
生動植物の育成、培養や排水処理用曝気槽への利用を意
図しているものであり、動植物の生息域に存在する液体
なども、本発明の対象となる。

【００２７】なお、本発明のガス溶存装置によって、対
象とする液体に特定のガスを溶存させることができるの
は言うまでもないが、これ以外にも、当該液体に既に溶
存しているガスをこの液体から放出させることも可能で
あり、本発明に係るガス溶存は、双方の現象を含むもの
とする。一般的に、放出することが望ましい溶存ガス成
分には、必要以上の濃度の二酸化炭素、アンモニア及び
酸化窒素があり、酸素も必要以上の高濃度では阻害成分
になることがある。

【００２８】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明のガス溶存装置
の一実施例を示す断面図である。同図において、このガ
ス溶存装置は、ハウジング１０と、このハウジング１０
内に設置された回転起流体の一例である回転翼２０と、
この回転翼２０が取り付けられている中空の回転軸３０
とを備え、この中空回転軸３０はモータ４０に連結され
ている。また、ハウジング１０は、筒部１３を備えたほ
ぼ円筒形をなしており、その底面には液体導入口１２が
穿設されており、且つその側壁には気液放出口１４が穿
設されている。

【００２９】次に、このガス溶存装置の作動について説
明する。図１において、上記ガス溶存装置を対象液体の
一例である水５０に浸漬し、モータ４０を駆動させて中
空回転軸３０を矢印Ａの方向に回転させると、回転翼２
０が回転してハウジング１０内の水５０を気液放出口１
４から排出し、ハウジング１０内に陰圧領域を形成す
る。これとほぼ同時に、ガスの一例である空気６０は、
空気導入口１３ａを介して矢印Ｂで示すように中空回転
軸３０の内部を通ってハウジング１０に吸入され、水５
０も、矢印Ｃで示すように液体導入口１２を介してハウ
ジング１０に吸入される。

【００３０】次いで、上述のようにしてハウジング１０
に吸入された空気６０と水５０とは、回転翼２０によっ
て気液混合され、更に翼部分２２によって気液放出口１
４の方向へ叩き出される。この結果、気液混合物が水５
０中に放出され、水５０に対する空気６０の溶存が行わ
れることになる。なお、本実施例では、回転翼２０が形
成する空気及び／又は水の流れの方向は、回転軸３０の
延在方向とほぼ垂直である。

【００３１】上述のように、本実施例のガス溶存装置に
よれば、簡易な装置構成によって、比較的静寂で且つ振
動の極めて少ないガス溶存を実施することができる。ま
た、ハウジング１０の外部に流れガイド７０を設けるこ
とにより、回転翼２０による気液流の方向を上下方向に
制御することができ、水５０の全体としての回転を確実
に防止することが可能になる。なお、本実施例では、気
液放出口１４は液体導入口を兼ねることが可能であり、
液体は気液吐出口１４からも導入され得るので、液体導
入口１２は必須の要素ではない。更に、モータは水中に
配置することが可能であり、翼がハウジング内で回転す
る水中ポンプのような構造にし、当該ハウジングに空気
導入口を設ければ、モータの駆動音を更に低減すること
ができる。

【００３２】（実施例２）図２は、本発明のガス溶存装
置の他の実施例を示す断面図である。以下、上述の部材
・要素と実質的に同一の部材・要素には同一符号を付
し、その説明を省略する。図２において、このガス溶存
装置は、棒状回転軸３１の端部に固定されたディスクタ
ービン２３を有する。このディスクタービン２３は、複
数枚の矩形翼２３ａが円板２３ｂに対して垂直な状態で
円板２３ｂの周縁部に嵌め込まれて形成されており、矩
形翼２３ａの辺の延在方向は、円板２３ｂの半径方向と
一致している。本実施例の装置においては、空気６０は
中実の回転軸３１と筒部１３との空間を通して導入され
る。

【００３３】（実施例３）図３（Ａ）は、本発明のガス
溶存装置の更に他の実施例を示す部分断面図であり、回
転起流体の変形例を示している。また、図３（Ｂ）は、
図３（Ａ）の装置のＸ−Ｘ切断面における断面図であ
る。この回転起流体２７は、中空回転軸３０と連通して
おり、全体形状がほぼ中空の円筒状をなしている。この
回転起流体２７の内部には、複数の仕切り壁２７ａが上
円板１５と下円板１６とに挾持されて立設されており、
これら仕切り壁２７ａは、円筒状回転起流体の半径方向
に延在しており、回転起流体２７の側壁部に複数個の気
液放出口１４’（図３（Ｂ）参照）を形成している。ま
た、下円板１６には、液体導入口１７が穿設されてい
る。

【００３４】本実施例において、回転起流体２７が回転
すると、その内部に存在する気液は、仕切り壁２７ａに
よって叩かれ、仕切り壁２７ａの間の流路を介して遠心
力で外方へ振り出され、気液放出口１４’から放出され
るので、回転起流体２７の中央部に陰圧領域が形成さ
れ、実施例１と同様にガスの溶存が行われる。

【００３５】（実施例４）図４は、本発明のガス溶存装
置の他の実施例を示す断面図である。本装置において
は、中空回転軸３０と回転起流体の一例である回転筒２
０Ｂとは一体に形成されており、この回転筒２０Ｂは、
回転筒本体２４Ｂからその軸方向に対してほぼ垂直に突
出筒部２６Ｂが突出しており、全体としてはほぼＴ字管
の形状をなしている。また、回転筒本体２４Ｂには、液
体導入孔２５Ｂが穿設されている。更に、気液放出口１
４には、細泡化部材の一例である網１８が装着されてい
る。

【００３６】上述の構成のガス溶存装置において、中空
回転軸３０により回転筒２０Ｂを回転させると、突出筒
部２６Ｂ中に存在する水５０は、遠心力で外周方向へ振
り出され、回転筒２０Ｂ内に陰圧領域が形成される。そ
して、上記同様に、中空回転軸３０から空気が、液体導
入孔２５Ｂから水が導入され、形成された気液流は、突
出筒部２６Ｂの端部から吐出されることになる。なお、
水は突出筒部２６Ｂの端部からも導入される。上記吐出
の際、気液流は、気液放出口１４に装着された網１８に
よって切られて細分化され、細かい気泡になる。なお、
突出筒部２６Ｂの端部に網を装着しても細泡化を行うこ
とができる。

【００３７】上述のように、本実施例では、回転筒２０
Ｂによって気液を遠心力で外へ振り出すことにより陰圧
領域を形成するのであり、回転翼で押し出し又は叩くこ
とにより陰圧領域を形成する実施例１及び２とは、この
点で異なる。回転翼で気液を叩くと若干の音が発生する
が、遠心力で液体を振り出すことにより音の発生を更に
抑制でき、静寂化を促進することができる。更に、気液
は回転筒から遠心力で振り出した体積分だけ確実に吸い
込まれるので、強い陰圧を形成することができ、気液放
出口１４の設置位置の液深が深くても所期の効果を確実
に実現することができる。

【００３８】以上、本発明を好適実施例により更に詳細
に説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変
形が可能である。例えば、回転翼が起こす気液流の方向
は、回転軸３０の延在方向と平行であってもよい。ま
た、回転翼２０及び２０Ａ、回転筒２０Ｂは多孔質材料
で形成することも可能である。更に、網１８の代わりに
各種多孔質材料を用いることも可能である。

【００３９】また、中空回転軸３０を用いずに、独立し
た回転軸とガス供給管とを用いてもよい。更に、水と空
気を例に採って説明したが、本発明が対象とする液体及
びガスはこれらに限定されるものではないことは上述の
通りである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、特定の回転起流体によって陰圧領域を形成し、この
陰圧領域をガス吸引機構として利用することとしたた
め、ポンプが不要で、且つ駆動音や振動を抑制したガス
溶存装置及びガス溶存方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス溶存装置の一実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明のガス溶存装置の他の実施例を示す断面
図である。

【図３】本発明のガス溶存装置の更に他の実施例を示す
断面図である。

【図４】本発明のガス溶存装置の他の実施例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１０ハウジング１２液体導入口１３筒部１３ａ空気導入口１４気液放出口１４’ 気液放出口１５上円板１６下円板１７液体導入口１８網２０回転翼２０Ｂ回転筒２２翼２３ディスクタービン２３ａ矩形翼２３ｂ円板２４Ｂ回転筒本体２５Ｂ液体導入口２６Ｂ突出筒部２７回転起流体２７ａ仕切り壁３０中空回転軸３１棒状回転軸４０モータ５０水６０空気７０流れガイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体中にガスを溶存させる装置であっ
て、上記液体に浸漬され且つ上記ガスと連通したハウジング
と、このハウジング内を減圧する回転起流体とを備え、上記ハウジングが、上記液体を導入する液体導入口と、
上記ガス及び上記液体を放出する気液放出口とを有し、
この気液放出口が上記回転起流体による流れに抗する位
置に穿設されていることを特徴とするガス溶存装置。
【請求項２】上記回転起流体が中空の回転軸に取り付
けられ、この中空回転軸を介して、上記ガスと上記ハウ
ジングとが連通していることを特徴とする請求項１記載
のガス溶存装置。
【請求項３】上記回転起流体による流れの方向が当該
回転軸方向とほぼ垂直な方向であり、上記ハウジングが
円筒状をなし、この円筒状ハウジングの側壁部に、上記
気液放出口が穿設されていることを特徴とする請求項１
又は２記載のガス溶存装置。
【請求項４】上記回転起流体の全部又は一部が、上記
液体及び上記ガスを通過させ得る多孔質材料で形成され
ていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの
項に記載のガス溶存装置。
【請求項５】上記気液放出口に細泡化部材が装着され
ていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの
項に記載のガス溶存装置。
【請求項６】上記ハウジングの外部に流れガイドを付
加して成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
つの項に記載のガス溶存装置。
【請求項７】上記回転起流体が、攪拌羽根を有する回
転翼を構成することを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１つの項に記載のガス溶存装置。
【請求項８】上記回転起流体が中空筒状をなし、その
内部には、この中空筒状回転起流体の頂面と底面とに連
結して設けられ且つその中心方向に延在した壁部が形成
され、この壁部により規定される流路は、上記中空筒状
回転起流体の壁部に開口部を形成していることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか１つの項に記載のガス溶存
装置。
【請求項９】上記回転起流体が、筒本体と、この筒本
体の軸方向に対してほぼ垂直に突出した突出筒部とを備
えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項
に記載のガス溶存装置。
【請求項１０】上記ガスが、空気、酸素、二酸化炭素
及び窒素から成る群より選ばれた少なくとも１種のもの
であり、上記液体が、水、海水及び培養液から成る群よ
り選ばれた少なくとも１種のものであることを特徴とす
る請求項１〜９のいずれか１つの項に記載のガス溶存装
置。
【請求項１１】水生生物の培養又は育成に用いられる
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に
記載のガス溶存装置。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１つの項に
記載のガス溶存装置を用いることを特徴とするガス溶存
方法。