JP2002200415A - 空気を水に溶解する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中ポンプと気水混合機とを一体化し、養殖
池の水、特に残餌や排泄物等の有機物が堆積する底土付
近の水中溶存酸素量を効率よく高めるのに使用可能な空
気を水に溶解する装置を提供する。 【解決手段】 モータ１１及びこれに駆動されるポンプ
部１２を有する水中ポンプ１３と、水中ポンプ１３から
の高圧水に外部から導入された空気を微細粒状態で混合
する気水混合機１５と、水中ポンプ１３と気水混合機１
５とをコンパクトに収納し、少なくとも水中ポンプ回り
の下部位置には、多数の通水小孔が形成され、気水混合
機１５の下部位置に対応する部分に気水放出部２７が形
成され、上部には吊り金具２８、２９が設けられたケー
シング１６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中に細かい粒状
の空気を混入する装置に係り、養殖池の水、特に残餌や
排泄物等の有機物が堆積する底土付近の水中溶存酸素量
を効率よく高める装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、養殖池では飼育効率を高めるため
に狭い空間に多量の魚介類を飼育しており、その過密度
は増加傾向にある。そのため、溶存酸素濃度（水中の酸
素濃度）は低下すると共に発育速度も遅くなっている。
また、残餌や排泄物が底土に有機物として堆積し、堆積
物中で発生するビブリオ菌、ＰＡＶウィルス等の病原菌
感染により多量死が発生して生産効率が急激に落ち込む
現象が起こっている。特に餌として与えられる魚粉等の
配合飼料（国内で年間４０万トン生産）は、僅か２０％
しか魚介類に消費されず、残り８０％は底土に堆積する
ことになる。また、病原菌対策として餌中に抗生物質等
の化学農薬が使用されているが、その有効性は、飼育す
る魚介類に十分な抵抗（免疫）力が備わっている場合の
みであり、酸素不足の状況では抵抗力は弱く効果が上が
っていない。このため、堆積物を分解浄化するには好気
性水中微生物による浄化作用が必要となり、微生物の活
動についても十分な酸素が不可欠となっている。最近、
病理学的な立場で生物農薬と呼ばれるウィルス性細菌剤
の研究開発が進められているが、一方で、養殖業界から
は水中酸素濃度を高める観点で堆積物処理技術の確立も
急務であると要望されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
養殖池など酸素が必要となる場所で酸素を供給する手法
である、水車方式、散気管（多孔質の板や筒に高圧空気
を注入する）方式、ジェット水流方式等では、どの方式
においても、酸素溶解効率が２０％以上のものはなく、
気泡の発生よりも池全体の水循環作用を重要視した設計
になっている。これでは、池底の溶存酸素量を高めるこ
とはできなく、そのため堆積有機物を分解浄化する微生
物の活動は活性化されず、病害による多量死が発生す
る。その結果、養殖池の水は、一度に入れ換えざるを得
なくなる。なお、このように養殖池の水を一度に入れ換
えることで、堆積物を含んだ酸素不足の水を河川や海へ
流出するため、環境汚染の発生についても懸念されてい
る。以上の理由から、新規装置の開発の要請が多くなっ
てきている。本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、水中ポンプと気水混合機とを一体化し、養殖池の
水、特に残餌や排泄物等の有機物が堆積する底土付近の
水中溶存酸素量を効率よく高めるのに使用可能な空気を
水に溶解する装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う第１の発
明に係る空気を水に溶解する装置は、モータ及びこれに
駆動されるポンプ部を有する水中ポンプと、前記水中ポ
ンプからの高圧水に外部から導入された空気を微細粒状
態で混合する気水混合機と、前記水中ポンプと前記気水
混合機とをコンパクトに収納し、少なくとも前記水中ポ
ンプ回りの下部位置には、多数の通水小孔が形成され、
前記気水混合機の下部位置に対応する部分に気水放出部
が形成され、上部には吊り金具が設けられたケーシング
とを有する。

【０００５】また、第２の発明に係る空気を水に溶解す
る装置は、第１の発明に係る空気を水に溶解する装置に
おいて、前記気水混合機は、高圧水受水口から導入され
た前記高圧水を吐出口から放出する導水部、該導水部に
空気導入口が設けられてエジェクター作用によって前記
高圧水に空気を混入する空気配管、及び前記導水部に基
側が一体的に連結され、先側に向けて拡径し、前記吐出
口から放出される高圧水流によって積極的にキャビテー
ションを発生させる拡径ノズル部を有するノズル本体
と、前記ノズル本体の更に先側に隙間を有して配置さ
れ、前記拡径ノズル部から放出される微泡混じりの水を
周囲に放散する衝突部材とを有している。ここで、第２
の発明に係る空気を水に溶解する装置において、前記拡
径ノズル部の拡径した先側は円滑に丸くなっているのが
好ましい。この場合の曲率半径は、例えば１０〜５０ｍ
ｍとすることができる。これにより、拡径ノズル部の内
部空間に存在する微細化された空気の気泡が、空気を水
に溶解する装置の周囲に、スムーズに移動できる。

【０００６】そして、第３の発明に係る空気を水に溶解
する装置は、第２の発明に係る空気を水に溶解する装置
において、前記拡径ノズル部は、円錐台状となって、そ
の開き角が４０〜９０度の範囲にある。また、第１〜第
３の発明に係る空気を水に溶解する装置において、前記
衝突部材は、中心から半径方向に向けて下り傾斜になっ
ているのが好ましいが、平面部材によって構成してもよ
い。更に、第１〜第３の発明に係る空気を水に溶解する
装置において、前記導水部には下流側に絞り部が設けら
れ、該絞り部に前記空気導入口を設けることも可能であ
る。これにより、ノズル本体の導水部を通過し、絞り部
の先端に形成される吐出口から放出される高圧水の中央
部とその周囲の速度分布を一様にすることができ、ま
た、水への空気の混入割合が多い高圧水を放出すること
ができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の一実施の形態に係る
空気を水に溶解する装置の説明図、図２は同装置に使用
する気水混合機の原理図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞ
れ同装置の平面図及び側面図である。

【０００８】図１〜図３に示すように、本発明の一実施
の形態に係る空気を水に溶解する装置１０は、モータ１
１とポンプ部１２が一体となった水中ポンプ１３と、水
中ポンプ１３からの高圧水が連結管１４を介して導かれ
る気水混合機１５と、これらを収納するケーシング１６
とを有している。以下、これらについて詳しく説明す
る。

【０００９】前記水中ポンプ１３は市販のものが使用さ
れ、底部には多数の小孔１７（直径が５〜１２ｍｍ）が
その周囲に設けられた吸い込み部１８を有し、この吸い
込み部１８がケーシング１６の底板部材１９にねじによ
って固定されている。前記ケーシング１６は、図３
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中央の直線部（実質的に
直方体）２０とその両側に一体として設けられている円
弧部２１、２２とを有している。直線部２０及び円弧部
２１、２２の側面を形成する側板２３及び天井板２４は
鋼板又はステンレス板からなって、水中ポンプ１３が形
成された側の円弧部２１及びこれに連通する直線部２０
の側板２３の上部及び下部にはそれぞれ多数の通水小孔
（直径が５〜１２ｍｍ程度）からなる吸い込み口２５、
２６が形成されている。

【００１０】円弧部２２の下部は開放となって、気水混
合機１５から排出される気泡混じりの水が矢印Ｆのよう
に放出される気水放出部２７が形成されている。ケーシ
ング１６の天井板２４の両側には吊り金具の一例である
アイボルト２８、２９が取付けられ、適当なワイヤロー
プ３０を用いて、クレーン等によってこの空気を水に溶
解する装置１０を吊り上げ搬送できる構造となってい
る。なお、この実施の形態においては、ケーシング１６
の側板２３及び天井板２４を構成する部材は十分な厚み
を有する板材を使用し、内部に骨組は備えていないが、
荷重がかかる部分には適当に吊り金具の一例であるアン
グルやチャンネル等の補強部材で補強することもでき
る。また、ケーシング１６の側板２３の下部と底板部材
１９とはねじによって固定され、必要な場合には側板２
３及び天井板２４からなるカバーを外して、水中ポンプ
１３及び気水混合機１５の保守点検が可能となってい
る。そして、ケーシング１６の底板部材１９の底面に
は、複数の短脚１９ａがバランス良く設けられて、全体
の座りを良くしている。更に、ケーシング１６の天井板
２４には、水中ポンプ１３のモータ１１へ電力を供給す
る電線ケーブル３１の取り出し口３２と、気水混合機１
５へ外部から空気を供給する空気配管の一例であるホー
ス３３が挿通するホース口３４が設けられている。

【００１１】気水混合機１５は、円弧部２２に配置さ
れ、底部が底板部材１９にねじ固定されている。なお、
気水混合機１５の底部周囲には気水混合水の放水部３５
が設けられているが、この放水部３５から排出された気
泡混じりの水が、再度ケーシング１６内に入り込まない
ように、気水混合機１５の下部周囲には水平仕切り板３
６と、これに接して配置される垂直仕切り板３７が設け
られている。垂直仕切り板３７は十分な高さを有し、水
中ポンプ１３によって発生する負圧によって、気水混合
機１５から発生する水が水中ポンプ１３に引き込まれな
いようになっている。

【００１２】続いて、前記気水混合機１５について、図
１及び図２を参照しながら詳細に説明する。気水混合機
１５は、図２に示すように、ノズル本体３９と、ノズル
本体３９の先側に隙間を有して配置された、衝突部材の
一例である衝突板４０とを有している。ノズル本体３９
は、水中ポンプ１３を介して送水される２０〜５０ｍ／
ｓｅｃに加速された高圧水を、連結管１４を介して高圧
水受水口４１から導入して吐出口４３ａから放出する導
水部４３を有している。更に、この導水部４３の下流側
に設けられた絞り部４４の一側部には空気導入口４２が
設けられている。この空気導入口４２には、前記したホ
ース３３の下端部が連結されて、導水部４３を通過する
高圧水に空気を混入している。すなわち、高圧水が絞り
部４４で急激に流速上昇することに伴い負圧現象が生
じ、ホース３３から高圧水の放出方向に自然に吸引（エ
ジェクター作用）された空気は、高圧水と混合される。

【００１３】導水部４３には、先側に向けて拡径（開き
角度が４０〜９０度）している円錐台状の拡径ノズル部
４５の基側が一体的に連結されている。ノズル本体３９
の絞り部４４の先部の吐出口４３ａから放出された空気
を混入した高圧水流は、この拡径ノズル部４５の内部空
間で積極的にキャビテーションを発生する。すなわち、
高圧水流（ジェット）の流速が増すと逆に水の静圧が減
り、その水が飽和蒸気圧より下がる（負圧領域）こと
で、キャビテーションが生じるのである。拡径ノズル部
４５の内部空間は末広がり形状であるので、従来のジェ
ットのせん断作用に加え、更に強いせん断力（空気を引
きちぎる力）が生じる。また、負圧領域で生じたキャビ
テーションが、正圧領域（拡径ノズル部４５の壁面側の
澱み流れで水の圧力が正圧に回復する領域）で崩壊する
際に局所衝撃圧が加わって気泡を更に細かくすることに
なる。このように、拡径ノズル部４５の内部空間には常
にキャビテーションが定在し、このキャビテーションの
生成と崩壊とが繰り返えされ、効率よく局所的に強いせ
ん断力と衝撃力が働く。これによって空気を微細化し、
水に接する空気の表面積を拡大し、より大量の空気（酸
素）を、水に溶かすことができる。

【００１４】衝突板４０は、中心から半径方向に向けて
徐々に緩い下り傾斜になっている。この傾斜により、拡
径ノズル部４５の内部空間で生成した微泡混じりの水
を、効果的に放水部３５から外側に放散することが可能
となり、環状斜め下方向に噴出した微泡混じりの水は底
土の酸素濃度を高める。なお、衝突板４０は平面板であ
ってもよい。衝突板４０の上端とノズル本体３９の下端
との隙間によって形成される放水部３５の上下方向の高
さは、３〜１５ｍｍ程度となっているが、調整可能なよ
うに構成することもできる。

【００１５】また、拡径ノズル部４５は、その開き角度
を４０〜９０度の範囲としたが、これは、開き角度が４
０度未満では、ノズル本体３９の絞り部４４から放出さ
れた高圧水流に、拡径ノズル部４５内の最も流速が速い
中央部と、最も遅い壁部とで、顕著な速度の分布がなく
なり、流体のせん断力が顕著に発生しなくなるため、空
気の気泡を微細化することができないからである。一
方、開き角度が９０度を超えると、放水部３５の周囲か
ら、拡径ノズル部４５の内部への水の巻き込みが発生
し、拡径ノズル部４５内の中央部と壁部との間で、良好
なせん断力を発生することができず、キャビテーション
を微細化することができなくなるためである。以上のこ
とにより、拡径ノズル部４５の開き角度は、更には５０
〜７０度、より好ましくは６０度にするとよい。

【００１６】また、拡径ノズル部４５の拡径した先側部
４７の断面は、その曲率半径を１０〜５０ｍｍにするこ
とで円滑に丸くしている。これにより、拡径ノズル部４
５の内部空間に存在する微細化された空気の気泡を、放
水部３５の周囲に、拡径ノズル部４５に沿って均一に、
かつスムーズに放散できる。なお、この拡径ノズル部の
拡径した先側は丸くしてもよい。また、拡径ノズル部の
拡径した先側を角張った形状としてもよい。

【００１７】従って、この空気を水に溶解する装置１０
においては、水中ポンプ１３を駆動すると、高速の水流
が気水混合機１５の高圧水受水口４１に加わり、導水部
４３、特に絞り部４４を通過することによって、空気導
入口４２から空気を巻き込み、拡径ノズル部４５で発生
するキャビテーションによって、混入した空気が微細な
粒状の泡となって、水に混ざり込み、下部の放水部３５
を通り、気水放出部２７から周囲に放出される。水中ポ
ンプ１３への水は、下部の吸い込み口２６を通じてケー
シング１６内に侵入するが、吸い込み口２６がゴミ等で
詰まった場合には、上部の吸い込み口２５から周囲の水
を吸い込み運転を継続する。搬送にあっては、アイボル
ト２８、２９を利用して搬送し、使用にあっては、ケー
シング１６が浸かる程度の水深のある場所で使用するこ
とになる。

【００１８】

【発明の効果】請求項１〜３記載の空気を水に溶解する
装置は、モータ及びこれに駆動されるポンプ部を有する
水中ポンプと、水中ポンプからの高圧水に外部から導入
された空気を微細粒状態で混合する気水混合機と、水中
ポンプと気水混合機とをコンパクトに収納し、少なくと
も水中ポンプ回りの下部位置には、多数の通水小孔が形
成され、気水混合機の下部位置に対応する部分に気水放
出部が形成され、上部には吊り金具が設けられたケーシ
ングとを有して、これらが一体となっているので、水中
に漬けて運転することによって、水中に多数の細かい気
泡を含ませることができ、これによって溶酸を増加させ
ることができる。特に、請求項２記載の空気を水に溶解
する装置において、気水混合機は、高圧水受水口から導
入された高圧水を吐出口から放出する導水部、該導水部
に空気導入口が設けられてエジェクター作用によって高
圧水に空気を混入する空気配管、及び導水部に基側が一
体的に連結され、先側に向けて拡径し、吐出口から放出
される高圧水流によって積極的にキャビテーションを発
生させる拡径ノズル部を有するノズル本体と、ノズル本
体の更に先側に隙間を有して配置され、拡径ノズル部か
ら放出される微泡混じりの水を周囲に放散する衝突部材
とを有している。これにより、流体のせん断力、及びキ
ャビテーションが壊れる際に発生する局所衝撃圧が加わ
って、気泡を微細化できるため、水中への供給空気量に
対する空気の溶解量の割合を高めることができ、養殖池
等、例えばエビやうなぎ等の養殖池のように、狭い空間
での飼育効率を高める装置として有望であり、その効果
も多大なものになる。そして、請求項３記載の空気を水
に溶解する装置においては、拡径ノズル部は、円錐台状
となって、その開き角を４０〜９０度の範囲にしている
ので、キャビテーションは、拡径ノズル部の内部空間か
ら外へ出ることなく、拡径ノズル部の内部に常に定在さ
せることができるため、キャビテーションが壊れる際に
発生する局所衝撃圧が他の気泡に加わって、気泡を微細
化し、水中への供給空気量に対する空気の溶解量の割合
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る空気を水に溶解す
る装置の説明図である。

【図２】同装置に使用する気水混合機の原理図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同装置の平面図及び
側面図である。

【符号の説明】

１０：空気を水に溶解する装置、１１：モータ、１２：
ポンプ部、１３：水中ポンプ、１４：連結管、１５：気
水混合機、１６：ケーシング、１７：小孔、１８：吸い
込み部、１９：底板部材、１９ａ：短脚、２０：直線
部、２１、２２：円弧部、２３：側板、２４：天井板、
２５、２６：吸い込み口、２７：気水放出部、２８、２
９：アイボルト、３０：ワイヤロープ、３１：電線ケー
ブル、３２：取り出し口、３３：ホース、３４：ホース
口、３５：放水部、３６：水平仕切り板、３７：垂直仕
切り板、３９：ノズル本体、４０：衝突板、４１：高圧
水受水口、４２：空気導入口、４３：導水部、４３ａ：
吐出口、４４：絞り部、４５：拡径ノズル部、４７：先
側部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 博美 福岡県北九州市八幡西区則松３丁目６−１ 福岡県工業技術センター 機械電子研究 所内 (72)発明者 田口 研治 福岡県北九州市八幡東区神山町２番10号 株式会社理研内 (72)発明者 中村 弘志 福岡県遠賀郡水巻町猪熊10丁目２番16号 アイム電機工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2B104 CA01 EB01 EB05 EB20 4F033 QB02Y QB03X QB12Y QB15X QD04 QD16 QE14 QF08X 4G035 AA02 AB20 AC22 AE13 AE19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ及びこれに駆動されるポンプ部を
   有する水中ポンプと、前記水中ポンプからの高圧水に外
   部から導入された空気を微細粒状態で混合する気水混合
   機と、前記水中ポンプと前記気水混合機とをコンパクト
   に収納し、少なくとも前記水中ポンプ回りの下部位置に
   は、多数の通水小孔が形成され、前記気水混合機の下部
   位置に対応する部分に気水放出部が形成され、上部には
   吊り金具が設けられたケーシングとを有することを特徴
   とする空気を水に溶解する装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の空気を水に溶解する装置
   において、前記気水混合機は、高圧水受水口から導入さ
   れた前記高圧水を吐出口から放出する導水部、該導水部
   に空気導入口が設けられてエジェクター作用によって前
   記高圧水に空気を混入する空気配管、及び前記導水部に
   基側が一体的に連結され、先側に向けて拡径し、前記吐
   出口から放出される高圧水流によって積極的にキャビテ
   ーションを発生させる拡径ノズル部を有するノズル本体
   と、前記ノズル本体の更に先側に隙間を有して配置さ
   れ、前記拡径ノズル部から放出される微泡混じりの水を
   周囲に放散する衝突部材とを有していることを特徴とす
   る空気を水に溶解する装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の空気を水に溶解する装置
   において、前記拡径ノズル部は、円錐台状となって、そ
   の開き角が４０〜９０度の範囲にあることを特徴とする
   空気を水に溶解する装置。