JP2001252546A - 微細気泡発生器及び該微細気泡発生器を用いた微細気泡発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 深層水や高粘度流体に対しても使
用できる上、簡素な構造でもって微細気泡を効率よく多
量に発生し液中に広く拡散でき、エネルギー消費も少な
い微細気泡発生器及び該微細気泡発生器を用いた微細気
泡発生方法を提供する。 【解決手段】 気体４２を充満可能な空間Ｓを形
成している気体室１０と、該気体室１０外で加圧された
液体４１を該気体室１０内で噴射する液体噴射ノズル２
０と、該気体室１０に気体４２を導入すべく該気体室１
０外と連通した気体導入管３０とを備え、前記気体室１
０の壁面には、前記液体噴射ノズル２０から噴射された
液体４１が該気体室１０内の気体４２を誘引して該気体
室１０外へ通過するように、液体噴射ノズル２０の噴射
方向に対応させて噴出孔１１ａが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海洋養殖施設の酸
素補給、深層水の浮上、大型ダムの浄化、高粘度液中へ
の酸素補給、気泡噴射による流動体の攪拌、家畜糞尿処
理の際の微生物分解作用の促進、微細気泡を利用した泡
沫分離装置、特定ガスと液体の混合、オゾンガスによる
海水や液体の殺菌等に用いられる微細気泡発生器及び該
微細気泡発生器を用いた微細気泡発生方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の気泡発生器には、図３に示すよう
に、インジェクション式減圧方式、攪拌方式、エジェク
ター方式、散気管方式等がある。インジェクション式減
圧方式の気泡発生器１００は、図３（ａ）に示すよう
に、ポンプ吸い込み側より液体１０２とガス１０３を同
時に吸引し、タービンポンプ１０１により混合と攪拌と
加圧とを行い、そのまま吐出側の加圧溶解槽１０４でガ
スを溶解し、解けないガスを放出バルブ１０５から抜
き、高濃度ガス溶解液を減圧ノズル１０６によって一気
に減圧し放出することで、過飽和となったガスを微細気
泡として水中に発生するものである。また、攪拌方式の
気泡発生器２００は、図３（ｂ）に示すように、モータ
ー２０１で水中の攪拌羽２０２を高速で回転すると、水
上の吸気穴２０３から吸引された空気が水面下の気泡放
出穴２０４より放出され、その放出された空気を攪拌羽
２０２で細かく分断して気泡を発生するものである。エ
ジェクター方式の気泡発生器３００は、図３（ｃ）に示
すように、水流３０１を縮流として噴出させる際に生じ
る負圧領域で外気３０２を吸入させ、水中に噴出させて
気泡を発生するものである。散気管方式の気泡発生器４
００は、図３（ｄ）に示すように、コンプレッサー４０
１により加圧された空気を水中で細かい穴を有する散気
管４０２から放出することで気泡を発生するものであ
る。

【０００３】しかしながら、上記インジェクション式減
圧方式の気泡発生器１００では、装置が複雑であること
や、深層水中では使用できないこと、気泡数が少ないこ
と、高濃度液中での使用ができないこと、エネルギー消
費が多い等の改善点を有する。また、上記攪拌方式の気
泡発生器２００では、深層水中では使用できないこと
や、比較的大きな気泡が多く発生すること、高濃度液等
の高粘度流体中での使用ができないこと等の改善点を有
する。また、エジェクター方式の気泡発生器３００で
は、発生する気泡が比較的大きいこと、深層水中では使
用できないこと、高濃度液等の高粘度流体中での使用が
できないこと、気体吸い込みのためのエネルギー消費が
大きいなどの改善点を有する。また、散気管方式の気泡
発生器４００では、気泡の広がりが少ないこと、深層水
中に用いるにはコンプレッサー圧力を高くする必要があ
り、それに伴うエネルギー消費が大きいこと等の改善点
を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の気
泡発生器における様々な改善点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とする処は、深層水や高粘度流体に対し
ても使用できる上、簡素な構造でもって微細気泡を効率
よく多量に発生し液中に広く拡散でき、エネルギー消費
も少ない微細気泡発生器及び該微細気泡発生器を用いた
微細気泡発生方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の技術的手段として、請求項１は、気体を充満
可能な空間を形成している気体室と、該気体室外で加圧
された液体を該気体室内で噴射する液体噴射ノズルと、
該気体室内に気体を導入すべく該気体室外と連通した気
体導入管とを備え、前記気体室の壁面には、前記液体噴
射ノズルから噴射された液体が該気体室内の気体を誘引
して該気体室外へ通過するように、液体噴射ノズルの噴
射方向に対応させて噴出孔が形成されていることを特徴
とする。ここで、上記気体室とは、上記液体噴射ノズル
と上記気体導入管と上記噴出孔以外の箇所で外部と連通
されていない空間を形成している構成を意味する。ま
た、上記液体噴射ノズルについて、より具体的に説明す
れば、気体室外に液体を加圧するためのポンプ等の液体
加圧手段が備えられ、該液体噴射ノズルは、その液体加
圧手段によって加圧された液体を先端から噴出するノズ
ルである。また、上記気体導入管とは、空気室内と空気
室外部の気体とを連通している管体であり、該管体の端
部が空気室内に導かれる位置は、空気室を構成する壁面
のどこであっても構わない。また、上記噴出孔の形状
は、限定されるものでなく、丸孔、三角孔、四角孔等何
れであっても構わないが、特に、液体噴出ノズルから噴
出される液体の縦断面直径の２〜３倍程度の丸孔であれ
ば、微細気泡発生に有効であり好ましい。また、上記液
体噴出ノズル先端から上記噴出孔までの距離は、限定さ
れるものでないが、微細気泡発生に特に有効な距離とし
ては、１〜２ｍｍ程度が好ましい。

【０００６】上記技術的手段によれば、液体噴射ノズル
から加圧された液体が噴射されると、その噴射された液
体は、気体室内に充満した気体を誘引するとともに、そ
の誘引された気体を混合させながら高速で噴出孔を通過
する。その際、気体の噴出により気体室内が負圧となる
ため、外部の気体が気体導入管によって気体室内に吸引
される。よって、噴出孔からの液体及び気体の噴出と、
気体導入管による気体の吸引導入とが継続的に行われ
る。上記過程において、気体室内の気体は、液体噴射ノ
ズルから噴射する液体に誘引されて急加速するととも
に、その気体の一部は噴射された液体内に混合されて気
液混合流となり、噴出孔内を高速で通過する。従って、
噴出孔の外部を液中に臨ませれば、噴出された気体と前
記液中の液粒子との衝突、及び、上記気液混合流と液粒
子との衝突等が噴出孔出口近傍で発生し、これらの衝突
作用によって、微細化された気泡が多量に発生するとと
もに、気泡の一部が液中に溶解される。

【０００７】請求項２は、上記気体導入管には、上記気
体室内に導入される気体の流量を調整する調整バルブが
設けられていることを特徴とする。上記技術的手段によ
れば、調整バルブによる導入気体流量の調整により、液
体噴出ノズルから噴出された液体に誘引される気体の流
量、即ち、噴出孔から外部に噴出される気体の流量を調
整でき、その調整により微細気泡の発生量や微細気泡の
大きさを可変できる。

【０００８】また、請求項３は、上記噴出孔は、上記気
体室の壁面に着脱可能に構成された噴出孔板に形成され
ていることを特徴とする。上記技術的手段によれば、気
体室の壁面の構成する噴出孔板が着脱可能であるため、
噴出孔板を交換することにより、噴出孔の孔径や孔形
状、噴出孔板の厚さ等を変更でき、それらの変更によ
り、微細気泡の発生量や微細気泡の大きさを可変でき
る。

【０００９】また、請求項４は、上記気体室内に気体が
充満された状態で同気体室の噴出孔を液中に臨ませ、液
体噴射ノズルから液体を噴射して前記噴出孔に通過させ
ることで、その噴射された液体により誘引された気体室
内の気体を液中に噴出し、液中に気泡を発生することを
特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】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は、本発明に係る微細気泡発
生器の一例を示し、図２は、本発明に係る微細気泡発生
器の他例を示す。

【００１１】微細気泡発生器Ａは、気体４２を充満可能
な気体室１０と、該気体室１０内に噴射先端部を位置さ
せている液体噴射ノズル２０と、該気体室１０内に連通
した気体導入管３０とを備え、液体噴射ノズル２０が噴
射する液体４１を前記気体室１０前面部の噴出孔１１ａ
に通過させて外部に噴出するように構成されている。

【００１２】気体室１０は、前後を開口した筒状本体１
２と、該筒状本体１２の前方側開口部を閉鎖するように
取り付けられた噴出孔板１１と、同筒状本体１２の後方
側開口部を閉鎖するように取り付けられるとともに、略
軸心状に液体噴射ノズル２０を固定したノズルアダプタ
ー１３とからなり、それら各部材によって周囲の壁面を
構成することで内部に空気を充満可能な空間Ｓを形成し
ている。

【００１３】噴出孔板１１は、外周面に雄ねじ部を有す
る円盤状部材で、液体噴射ノズル２０から噴射された液
体４１が気体室１０内の気体４２を誘引して気体室１０
外へ通過するように、液体噴射ノズル２０の噴射方向に
対応する略中心部に噴出孔１１ａを形成してなり、前記
外周雄ねじ部にシール剤等の気密手段を介して筒状本体
１２の前方側開口部に螺着されている。

【００１４】また、ノズルアダプター１３は、略円筒状
を呈し、その内部に噴出先端部を前方に向けた液体噴射
ノズル２０を略軸心上に固定した状態で、筒状本体１２
の後方側開口部を塞ぐようにして固定されている。

【００１５】尚、上記噴出孔板１１は、溶着や嵌合等の
手段により筒状本体１２に対し気密に固定しても構わな
いが、噴出孔１１ａの孔径の変更や、噴出孔板１１の厚
さの変更、筒状本体１２内のメンテナンス等を容易にす
るために、上記したような着脱可能な手段により固定さ
れているのが好ましい。また、ノズルアダプター１３内
に液体噴射ノズル２０を固定する手段及びノズルアダプ
ター１３を筒状本体１２に固定手段は、気体室１０内外
の気密性を確保できれば螺着、嵌合、溶着等何れの手段
を用いても構わない。

【００１６】液体噴射ノズル２０は、その内部に先端側
が縮径された噴射孔２０ａを有するノズルであり、後端
側の吸気開口部に連設された液体供給配管２１から加圧
された液体４１が供給され、噴射孔２０ａの先端から噴
出孔板１１の噴出孔１１ａ内に向かって液体４１を噴射
する。

【００１７】上記液体供給配管２１の後端にはポンプ２
２が設けられ、このポンプ２２は、水道や気泡４２ａを
発生させる液中等から液体を吸引し、その液体を、液体
供給配管２１を介して液体噴射ノズル２０に加圧送出す
る。

【００１８】気体導入管３０は、筒状本体１２の周壁に
貫通状に固定された導入部配管３１と、この導入部配管
３１の後端に接続された延長配管３２とからなり、気体
室１０内に気体を導入するように、気体室１０内と外気
とを連通させている。また、この気体導入管３０の延長
配管３２後端部には、調整バルブ３３が設けられる。こ
の調整バルブ３３は、気体室１０内に導入される気体４
２の流量を調整することで、発生する気泡４２ａの量や
大きさを調整可能にしている。

【００１９】而して、上記構成の微細気泡発生器Ａは、
気体室１０内に気体４２が充満された状態で噴出孔１１
ａを液中Ｌに臨ませ、液体噴射ノズル２０から液体４１
を噴射して噴出孔１１ａに通過させれば、液体噴射ノズ
ル２０から噴射された液体４１に気体室１０内の気体４
２が誘引され、誘引された気体４２、及び誘引された気
体４２と噴射された液体４１との混合流が噴出孔１１ａ
を通過して液中Ｌに噴出される。その際、気体室１０内
の空間Ｓは気体４２の噴出により負圧となるため、外部
の気体４２が気体導入管３０によって気体室１０内に吸
引される。よって、噴出孔１１ａからの気体４２及び液
体４１の噴出と、気体導入管３０による気体の吸引とが
継続される。

【００２０】そして、液中Ｌに噴出された気体４２及び
気体４２と液体４１の混合流は、液中Ｌの液粒子に衝突
することで微細化され、多量の微細な気泡４２ａを発生
する。また、気体４２及び気体４２と液体４１とが高速
で液中Ｌに放出されるため、多量の微細な気泡４２ａ
は、広く拡散されるとともに、該気泡４２ａの一部は液
中Ｌに溶解される。

【００２１】また、上記構成の微細気泡発生器Ａは、噴
出孔板１１が着脱可能な構造であるため、該噴出孔板１
１の変更により、噴出孔１１ａの孔径や孔形状を変更し
たり、噴出孔板１１の厚さ（即ち噴出孔１１ａの長さ）
を変更することが容易であり、これらの変更によって、
気泡４２ａの発生量や大きさを調整することができる。

【００２２】尚、上記微細気泡発生器Ａでは、水中に噴
出孔１１ａを臨ませて気泡４２ａを発生させる実験によ
り、下記の事項を確認している。 （１）液体噴射ノズル２０から噴出される液体４１の圧
力が高くなるほど、気泡４２ａは微細化し大量化する。 （２）気体導入管３０後端の調整バルブ３３により気体
室１０内に導入吸引される気体４２の流量を調整するこ
とで、発生する気泡４２ａの大きさを調整することがで
きる。即ち、調整バルブ３３により気体４２の流量を少
なくすれば気泡４２ａが微細化し、逆に気体４２の流量
を多くすれば気泡４２ａが大きくなる。 （３）噴出孔１１ａが大きくなると、気体導入管３０か
ら吸引導入される気体４２の流量が増えるとともに、発
生する気泡４２ａが大きくなる。 （４）液体噴射ノズル２０先端から噴出孔板１１内面ま
での距離、即ち、液体噴射ノズル２０先端から噴出孔１
１ａまでの距離が長くなるほど、気体導入管３０から吸
引導入される気体４２の流量が増えるとともに、気泡４
２ａが大きくなる。 （５）噴射先の水中が深層である場合等のように、噴射
先の水圧が高いほど、気泡４２ａは微細化される。

【００２３】また、上記微細気泡発生器Ａを従来の気泡
発生器と比較すれば、図４の比較表に示す通りであり、
上記実施の形態の微細気泡発生器Ａは、深層水に対して
や高濃度液等の高粘度流体に対しても使用できる上、簡
素な構造でもって多量の微細な気泡を発生し、その気泡
を液中に広く拡散して溶解させることができ、しかも、
動力側（ポンプ２２）の負担も少なくエネルギー消費も
少ないといえる。

【００２４】次に、図２に示す態様の微細気泡発生器Ｂ
について説明する。この微細気泡発生器Ｂは、上記微細
気泡発生器Ａの噴出孔板１１を噴出孔板１４に置換する
とともに、噴出孔板の筒状本体１２への取り付け構造を
代えたものであり、他の構成については、上記微細気泡
発生器Ａと同様であるため重複説明を省略する。

【００２５】噴出孔板１４は、筒状本体１２前端側の外
周面に螺着されるキャップ状の部材で、上述した噴出孔
板１１と同様に液体噴射ノズル２０の噴射方向に対応す
る略中心部に噴出孔１１ａを形成している。そして、こ
の微細気泡発生器Ｂでは、筒状本体１２外周の雄ネジ部
１２ａ、及び該雄ネジ部１２ａに螺着される噴出孔板１
４の雌ネジ部１４ｃの長さを長めに形成するとともに、
噴出孔板１４の外周壁には、噴出孔板１４を筒状本体１
２に固定する固定ネジ１４ｂを螺着している。

【００２６】従って、噴出孔板１４は、固定ネジ１４ｂ
を緩めた状態で回されることで前後に移動可能であり、
その前後移動により液体噴射ノズル２０先端から噴出孔
１４ａ（噴出孔板１４内面）までの距離Ｗを可変できる
ように構成されている。

【００２７】尚、筒状本体１２の雄ネジ部１２ａと噴出
孔板１４の雌ネジ部１４ｃとは、シール剤等の気密手段
を介して筒状本体１２の前方側開口部に螺着されてお
り、前記シール剤等に弾性材料を用いれば、噴出孔板１
４の若干の移動調整により気体室１０内外の気密性を損
ねることはないが、気密性がより確実に損なわれないよ
うにするためには、噴出孔板１４の雌ネジ部１４ｃを有
する面と筒状本体１２の先端側外周面との間にＯリング
を介する構造にすることで、気体室１０内外の気密性を
維持するようにしてもよい。

【００２８】而して、上記微細気泡発生器Ｂによれば、
液体噴射ノズル２０先端から噴出孔１４ａ（噴出孔板１
４内面）までの距離Ｗを容易に可変できる。よって、気
泡を発生させる目的や微細気泡発生器Ｂの用途に応じて
前記距離Ｗを調整することで、上記実験確認事項（４）
に記したように、発生する気泡４２ａの量や大きさを可
変することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。気
体及び気液混合流を高速で噴出する構造であるため、液
中での衝突作用によって微細気泡を効率良く多量に発生
できる上、その発生した微細気泡を噴出流によって液中
に広く拡散させるとともに、効率よく液中に溶解させる
ことができる。しかも、気体及び気液混合流の噴出力が
強いため、高濃度液等の高粘度な流体中に微細気泡を発
生したり、同流体を拡散させたりすることもできる。そ
の上、噴出される液体に気体を誘引させる構造であるた
め、例えば、水深が深く水圧の高い水中で用いたとして
も、エアーコンプレッサー等を要する従来機構と比較し
て液体を噴出させるポンプの動力が少なくて済み、エネ
ルギー効率が良い。更に、空気室及び液体噴射ノズル、
気体導入管等の簡素な構成からなるため、小型化し易い
上、比較的低コストな機構とすることができる。また、
本願の微細気泡発生器及び該微細気泡発生器を用いた微
細気泡発生方法は、液体噴射ノズルから噴射する液体と
気体導入管から導入される気体とを混合する気液混合器
として使用することもできる。更に、気体導入管に、気
体室内に導入される気体の流量を調整する調整バルブを
設ければ、微細気泡の発生量や、微細気泡の大きさを容
易に調整することができる。また、噴出孔を、気体室の
壁面に着脱可能に構成された噴出孔板に形成するように
すれば、噴出孔板の交換によって噴出孔の直径や噴出孔
板の厚さを容易に変更でき、それによっても、微細気泡
の発生量や微細気泡の大きさを調整できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る微細気泡発生器及び該微細気泡
発生器を用いた微細気泡発生方法の一例を示す要部切欠
側面図。

【図２】 本発明に係る微細気泡発生器の他例を示す要
部切欠側面図。

【図３】 （ａ）乃至（ｃ）の各々に従来の気泡発生器
の例を示す概略構造図。

【図４】 従来の気泡発生器と本発明に係る微細気泡発
生器の一例とを比較した比較表。

【符号の説明】

１０：気体室 １１，１４：噴出孔板 １１ａ，１４ａ：噴出孔 ２２：ポンプ ３０：気体導入管 ３３：調整バルブ ４１：液体 ４２：気体 ４２ａ：気泡 Ａ，Ｂ：微細気泡発生器 Ｓ：空間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体を充満可能な空間を形成している気
   体室と、該気体室外で加圧された液体を該気体室内で噴
   射する液体噴射ノズルと、該気体室内に気体を導入すべ
   く該気体室外と連通した気体導入管とを備え、 前記気体室の壁面には、前記液体噴射ノズルから噴射さ
   れた液体が該気体室内の気体を誘引して該気体室外へ通
   過するように、液体噴射ノズルの噴射方向に対応させて
   噴出孔が形成されていることを特徴とする微細気泡発生
   器。
2. 【請求項２】 上記気体導入管には、上記気体室内に導
   入される気体の流量を調整する調整バルブが設けられて
   いることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生器。
3. 【請求項３】 上記噴出孔は、上記気体室の壁面に着脱
   可能に構成された噴出孔板に形成されていることを特徴
   とする請求項１又は２記載の微細気泡発生器。
4. 【請求項４】 上記気体室内に気体が充満された状態で
   同気体室の噴出孔を液中に臨ませ、液体噴射ノズルから
   液体を噴射して前記噴出孔に通過させることで、その噴
   射された液体により誘引された気体室内の気体を液中に
   噴出し、液中に気泡を発生することを特徴とする請求項
   １乃至３何れか１項記載の微細気泡発生器を用いた微細
   気泡発生方法。