JP2003094073A

JP2003094073A - 水の活性化装置

Info

Publication number: JP2003094073A
Application number: JP2001296542A
Authority: JP
Inventors: Teruji Sasaki; 輝司佐々木; Toyozo Yayama; 豊三矢山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-02

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクトな装置で効果良く気泡を微細化する
ことができ、気泡水の製造とセラミックス粒子との固液
接触とを一体の装置で同時に行うことができる手段を提
供する。【解決手段】流入水ノズルと気体吸引管とを有する混相
流形成器と、その内部にセラミックスの充填粒子が流動
化可能に充填された接触器とが一体に接続された構造を
有し、流入水ノズルから流入する水噴流で生じた負圧に
より気体を吸引して混相流形成器内に気液混相流を形成
させ、該混相流を接触器に導入してその慣性力により接
触器内の充填粒子を流動化させて固液の接触と気泡の分
散を促進し、接触器の側面及び／又は底面に設けた気泡
水流出孔から気泡水を放出する水の活性化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中に微細な気泡
が分散された気泡水を、セラミックスに接触させた後、
処理対象の水中に吹き込んで、その水質改善と活性化を
図る水の活性化装置に関し、養魚池等の浄化・水質改善
や浴用水としての健康増進等の目的に使用するのに好適
な水の活性化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の気泡水製造装置の多くは、図４に
示すように、空気圧縮機２１と送水ポンプ２２を用い
て、種々の構造の気泡水製造器２３に空気と水（補給水
２４又は循環水２５）を供給し、気泡水製造器２３内で
この２種の流体を撹拌混合して気泡水を製造し、これを
使用対象の水槽２６中に放出するという方式であった。
しかし、この方式では空気圧縮機と送水ポンプを必要と
し、消費電力、設備コスト、設置スペース等が大きくな
るという問題がある。

【０００３】また、送水ポンプで加圧された水をノズル
から噴出させ、水噴流の周囲を生じる負圧により空気を
吸引するエジェクター方式の気泡水製造装置も知られて
いるが、コンパクトな装置で効率良く気泡を微細化する
という点で未だ問題が残されていた。

【０００４】一方、水をセラミックスに接触させること
により、水質改善や活性化の効果があることが、近年広
く認識されるようになり、生活用水、魚類等の養殖用
水、農業用水等をセラミックスで改質、活性化する試み
が多数提案されている。

【０００５】水をセラミックスに接触させることによる
効果は未だ十分解明されていないが、セラミックス中の
ミネラル分の溶出、セラミックス成分と水中の溶解成分
とのイオン交換や、常温でもある程度の強度で放出され
る遠赤外線のエネルギーによる水分子の結合状態に対す
る何らかの影響（例えば、水分子のクラスターが細分化
されると云われている）等によるものと考えられる。

【０００６】従来、水をセラミックスに接触させる方法
としては、セラミックスの固定充填層を設けて、この中
を水を通過させる方法が一般的である。気泡水の製造に
これを適用する場合には、図４内に破線で示したよう
に、送水ポンプ２２の出口側（入口側でもよい）にセラ
ミックス充填層２７を配するという方法がとられる。

【０００７】しかし、循環水２５を主体にして気泡水を
製造する場合には、循環水中に含まれる懸濁物がセラミ
ックス粒子に付着し、或いはセラミックス粒子表面で微
生物が繁殖して、比較的短時間でその性能が劣化し、セ
ラミックス粒子の交換・再生に多大の費用と手間を要す
るという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術の課題を背景になされたものであって、気泡
水の製造に空気圧縮機を必要とせず、コンパクトな装置
で効果良く気泡を微細化することができ、気泡水の製造
とセラミックス粒子との固液接触とを一体の装置で同時
に行うことができ、かつ循環水中の懸濁物の付着や微生
物の繁殖によるセラミックス粒子の劣化が起こりにくい
水の活性化装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、上流側に流入水ノズルと気体吸引管とを有
する筒状の混相流形成器と、該混相流形成器の下流側に
隣接して配された又は該混相流形成器の下流側の一部が
その内部に突出するように配された、ドラム状又はボッ
クス状の接触器と、該接触器の内部に流動化可能に充填
された、セラミックスからなる又はセラミックスを含有
する充填粒子と、前記接触器の側壁面及び／又は下流側
の壁面の所定の位置に設けられた、多数の前記充填粒子
よりも径の小さい気泡水流出孔とを有し、前記流入水ノ
ズルから流入する水噴流で生じた負圧により前記気体吸
引管から気体を吸引して、前記混相流形成器内に気液混
相流を形成させ、該混相流を前記接触器内に導入してそ
の内部に循環流を形成させ、この循環流により前記充填
粒子を流動化させて固液の接触と気泡の分散を促進し、
前記気泡水流出孔から接触器内の気泡水を放出すること
を特徴とする水の活性化装置である。

【００１０】上記の水の活性化装置においては、前記混
相流形成器と前記接触器とを、その軸線が略一致するよ
うな円筒状に形成し、該接触器胴部の内径を混相流形成
器の下流側端部の内径の２〜２倍にし、かつ該接触器胴
部の長さをその内径の０．５〜５倍にすることが好まし
い。

【００１１】また、本発明に用いる充填粒子は、セラミ
ックス粉の焼結体又はプラスチックスをバインダーとし
てセラミックス粉を造粒した粒子からなるものであり、
その比重が１．０〜１．６であり、かつその粒径が１〜
１０ｍｍであることが好ましい。

【００１２】さらに、上記充填粒子は、複数種の天然又
は人造の鉱物の１０μｍ以下の微粉を混合し、造粒・焼
成して製造されたものであることがより好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、実施例の図面に基づいて、
本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第一
実施例である水の活性化装置の断面概要図である。この
装置は、混相流形成器１と接触器２が一体に接続された
構造のものである。混相流形成器１は円筒状で、上流側
の内径がやや大きくなっており、上流側に流入水ノズル
３と気体吸引管４が取り付けられている。

【００１４】流入水ノズル３は、混相流形成器１と同軸
に、その先端が混相流形成器内に突出するように取り付
けられている。また、混相流形成器１の内壁面には、流
入水ノズル３の先端付近の位置に絞り部５が設けられて
おり、この絞り部５より上流の側壁面に、気体吸引管４
が取り付けられている。

【００１５】接触器２はドラム状で、その軸線上に混相
流形成器１の下流側の一部が突出するように、両者はフ
ランジ６により締結されている。接触器２の内部にはセ
ラミックスの充填粒子７が、流動化が可能なような充填
率で充填されている（充填粒子７は接触器２の内部全体
に分散しているが、図１及び図２においては、その一部
のみ表示している）。

【００１６】また、接触器２の側面の上流側端部付近に
は、所定の間隔で多数の気泡水流出孔８が設けられてお
り、気泡水流出孔８の径が、充填粒子７の径より小さく
なるように形成されている。また、接触器２の底面は、
傾斜角の小さいロート状に形成され、その中央にはドレ
ーン抜き９が設けられている。

【００１７】上記構成の装置において、流入水ノズル３
には、送水ポンプ（図示していない）から流入水１０が
送給されて、ノズル先端の水噴流（矢印１１で示す）の
周囲に負圧が生じ、気体吸引管４から外部の空気（矢印
１２で示す）が吸引され、混相流形成器１内で気液混相
流が形成される。

【００１８】この混相流は全量接触器２内に流入し、そ
の慣性力により接触器２内には循環流が形成される。す
なわち、混相流形成器１の先端から流出した混相流は、
ロート状の底面にそって側壁方向に流動し、側壁付近に
上昇流が形成され、中央に突出した混相流形成器１の外
壁にそって下降流が形成され、混相流は接触器２内を循
環する。

【００１９】接触器２内の充填粒子７には、この循環流
によって流動化可能な粒径と比重のものが用いられ、か
つ十分流動化可能な充填率（例えば、静止時の充填層バ
ルク容積／接触器内容積の比が０．３〜０．７程度）で
充填されている。

【００２０】接触器２内には混相流が充満しており、混
相流は循環しつつ接触器内に所定時間滞留し、この間に
流動化状態のセラミックス粒子と十分に接触して、その
水質改善と活性化が図られる。また、同時に混相流中の
気泡が充填粒子により剪断力を受けて、気泡の分散・微
細化の効果も得られる。このようにして活性化され、気
泡が分散された気泡水は、逐次気泡水流出孔８から放出
される。したがって、この流出孔が水面下に位置するよ
うに接触器を浸漬しておけば、使用対象の水槽中に活性
化された気泡水を直接供給することができる。

【００２１】図２は、本発明の第二実施例である水の活
性化装置の断面概要図である。この装置も、混相流形成
器１が接触器２に直結して一体構造になっている点や、
混相流形成器１の構造・形状等は図１の装置と同様であ
るが、混相流形成器１の長さが短く、その下流側端部が
接触器２の内部に突出していない点が相違している。

【００２２】この形式のものは、図に見られるように横
型の装置として用いるのに適しており、使用対象の水槽
の側壁面に取り付けて、水平方向に気泡水を供給するこ
とができる。そのために、気泡水流出孔８は、接触器２
の下流側の面に所定の間隔で多数設けられている。接触
器２の胴部がドラム状で、その内部にセラミックスの充
填粒子７が流動化可能に充填されている点も、図１の装
置と同様であるが、接触器２の上流側に傾斜部１３が形
成されており、この部分に淀みが生じて、充填粒子が停
滞するのを防止するように構成されている。

【００２３】上記のような構成上の相違はあるが、流入
水ノズル３からの水噴流で生じた負圧により、気体吸引
管４から気体を吸引して気液混相流を形成し、この混相
流の慣性力によって接触器２内に循環流が形成され、こ
れによって充填粒子が流動化して、固液接触と気泡の分
散が図られる点は、図１の装置と同様である。

【００２４】なお、本発明において混相流形成器１の構
造・形状等は、図１又は図２の例に限定されるものでは
なく、例えば、その内径は全長に亘って一定であっても
よく、また絞り部５が形成されていなくてもよい。また
必ずしも円筒状でなく、角筒状であってもよい。気体吸
引管４の数や取り付け位置も上記の例に限定されるもの
ではなく、要は流入水ノズルからの水噴流によって生じ
る負圧によって、必要な量の気体が吸引されるように構
成されていれば良い。

【００２５】同様に接触器２の形状も上記に限定される
ものではなく、図１の例における底面の形状は平板状で
あってもよく、図２の例における傾斜部１３は必ずしも
これを設けなくてもよい。また、図１及び図２の例のい
ずれにおいても、混相流形成器１の先端が接触器２内に
突出していても、突出していなくともよい。さらに、気
泡水流出孔８の配置も図１又は図２の例に限る必要はな
く、例えば側壁面と下流側底面の両方に配置されていて
もよい。

【００２６】本発明において、接触器内に十分発達した
循環流を形成させ、かつ充填粒子の一様な流動化を図る
という観点からは、混相流形成器１と接触器２とが、そ
の軸線が略一致するような円筒状に形成されていること
が好ましい。ただし、両者の軸線は、厳密に一致してい
る必要はなく、接触器２内に形成される循環流に、周方
向で顕著な偏りが生じない程度に略一致していればよ
い。また同じ目的から、接触器２の胴部内径Ｄと混相流
形成器１の下端部の内径ｄの比Ｄ／ｄを２〜２０とし、
かつ接触器胴部の長さＬ／内径Ｄの比を０．５〜５とす
ることが好ましい。

【００２７】内径比Ｄ／ｄが２未満では、接触器下流面
付近での流速が過大になって、充填粒子の分布に偏りが
生じ易くなり、この比が２０を超えると、循環流が弱く
なって固液接触や気泡微細化の効果が不十分になるため
である。またＬ／Ｄの比が０．５未満又は５超の場合
は、いずれも発達した循環流が形成されにくく、充填粒
子が一様に流動化しにくくなるためである。さらに、発
達した循環流を得るという目的からは、混相流形成器１
の下端における混相流の流速は０．３ｍ／ｓ以上である
ことが好ましく、より好ましくは０．５ｍ／ｓ以上とす
る。

【００２８】上記第一、第二実施例のいずれにもおいて
も、流入水ノズル３を取替式にして、このノズルの口径
と混相流形成器１の内径の比を可変にすることができ
る。この径の比と、流入水の圧力および流量を調整する
ことで、ノズル周囲の真空度を変化させて、混相流の気
水比や気泡の形状寸法を自由に調節することができる。

【００２９】また、本発明のように空気を吸引する方式
においては、空気圧縮機を使用する場合よりも、吸引空
気中に第三の気体、液体又は固体（粉体）を添加するこ
とが容易であり、容易に気−液ー気、気−液−液又は気
−液−固の三相流を形成することができる。例えば、オ
ゾンや液状凝集剤、栄養剤等の第三流体又は固体を空気
とともに吸引させて、気泡水の高次な利用効果を与える
ことができる。

【００３０】次に、本発明に用いる充填粒子について説
明する。充填粒子としては、セラミックス粉末を造粒・
焼結した粒子、又はプラスチックスをバインダーとし
て、セラミックス粉末を造粒した粒子を用いることが好
ましい。粉末のセラミックスはミクロな表面積が大き
く、かつその造粒粒子は、比重や粒径の調節が容易なた
めである。

【００３１】なお、造粒の方法や粒子の形状はとくに限
定を要しないが、通常は転動造粒法又はプレス加圧造粒
法が用いられ、前者では球状又は顆粒状粒子、後者では
主にタブレット状粒子が得られるが、いずれも好適に使
用することができる。

【００３２】また、充填粒子の比重は１．０〜１．６で
あることが好ましい。比重が１．６を超えると接触器の
底部に沈積し易くなり、１．０未満では表面に浮き易く
なるためである。さらに充填粒子の粒径は１〜１０ｍｍ
であることが好ましい。これが１ｍｍ未満では、気泡水
流出孔８の径を充填粒子が流出しないように小さくする
必要があって、付着物等により閉塞するおそれがあるた
めである。また粒径が１０ｍｍをこえると、その比表面
積が小さくなるとともに、流動化しにくくなるためであ
る。なお、より好ましい充填粒子の径は２〜５ｍｍであ
る。

【００３３】気液混相流をセラミックスの粒子と接触さ
せることにより、ミネラル分の溶出、イオン交換、遠赤
外線エネルギーによる水分子の結合状態の変化など、種
々の効果が予想されるが、本発明者らの知見によれば、
できるだけ多種の元素を含むセラミックスを用い、かつ
できるだけ微粒のセラミックスを造粒して用いることが
好ましい。

【００３４】したがって、充填粒子は複数種（好ましく
は５〜１０種以上）の天然鉱物又は人造鉱物の１０μｍ
以下（より好ましくは、大部分が１μｍ以下）の微粉を
混合し、造粒・焼成した充填物粒子を用いることが好ま
しい。

【００３５】例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃を主体とし
て、少量のアルカリ金属元素（Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ等）、ア
ルカリ土類金属元素（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）、遷移
元素（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｕ等）、希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｓｍ等）などの酸化物や、Ｐ，Ｓ，Ｆ等の陰
イオン形成元素をなるべく多種類含むように、各種の鉱
物を配合して用いることが好ましい。

【００３６】かかる鉱物の混合物を微粉砕機で微粒化
し、造粒して低温焼結させれば、ミクロな表面気孔が多
く、表面活性のきわめて高い充填粒子を得ることができ
る。また、浴用水として用いる場合には、天然温泉と同
様に微量の放射性元素を含むものであってもよい。さら
に、水の活性化の効果をより高めるという目的から、充
填粒子として、磁性を有する成分やトルマリン鉱石など
を含有するものを用いることもきわめて有用である。

【００３７】本発明の水の活性化装置を、養魚池や庭園
の池の浄化・水質改善に適用した場合には、微細気泡に
よる溶解酸素の増加、有機物の酸化分解（ＣＯＤの低
減）、嫌気性微生物の低減、懸濁物の浮上分離等の効果
に加えて、セラミックスとの接触によるミネラル分の増
加や、重金属や有害有機物のイオン交換除去、水分子自
体の結合状態の変化による魚類への好影響等が期待でき
る。

【００３８】また、これを浴槽やシャワーなどの浴用水
に適用した場合には、気泡水による疲労回復効果に加え
て、セラミックスにより活性化された水による人体への
直接の影響、たとえば新陳代謝の活発化、天然温泉と同
様な免疫力の増大、慢性疾患や皮膚炎症の治療効果等が
期待できる。

【００３９】

【実施例】図１に示すような装置を用いて、貯水量約３
００ｍ³の庭園の池に数か月間継続して活性化された気
泡水を放出供給し、池の水質の変化を調査した。用いた
装置の混相流形成器の内径は、上流側で３０ｍｍ、下流
側で２０ｍｍで、長さは約１５０ｍｍであった。流入水
ノズルの内径は１２ｍｍ、気体吸引管の内径は５ｍｍと
した。接触器は内径２００ｍｍ、胴部長さ約４００ｍｍ
のものを用い、混相流形成器の下流側の１／２以上が、
接触器の内部に突出した状態で使用した。

【００４０】充填粒子には、５種以上の天然鉱物を混合
し、粉砕機でほぼ１μｍ以下に微粉砕した粉末に少量の
造粒剤を加え、転動造粒機で２〜４ｍｍの球状粒子に造
粒し、乾燥後焼成したものを用いた。充填粒子の比重は
約１．４で、接触器内の充填率が、静止時の充填層バル
ク容積／接触器内容積の比で０．５程度になるように充
填した。また、接触器上部側面の気泡水流出孔は、径１
ｍｍのものを、等間隔に３２個配列した。

【００４１】図３は、本実施例における活性気泡水製造
装置の使用方法の説明図である。図に見られるように、
装置本体は平均水深約０．５ｍの池の底に直立、固定さ
れ、側面の流出孔８から気泡水を放出する。補給水２４
又は循環水２５を仕切弁１４で切り替えて、送水ポンプ
２２により流入水ノズル３に供給しうるように構成され
ているが、本実施例においては、通常は循環水のみを供
給し、補給水は充填粒子をクリーニングするような場合
に限定して使用した。また、気体吸引管４に吸引される
空気量は、調節弁１５で調節しうるようにした。

【００４２】上記の構成で流入水ノズルを通過する水の
流量を約８０リットル／分にして、池の水中に気泡水を
吹き込んだ結果、目視では０．１ｍｍ以下と見られるき
わめて微細な気泡が一様に分散された気泡水を、長期間
安定して供給することが可能であった。

【００４３】また、池の水の平均のＣＯＤを測定した結
果、活性気泡水の吹き込み開始前で１１ｐｐｍ、吹き込
み開始後一か月で６ｐｐｍ、吹き込み開始後二か月で２
ｐｐｍとなり、きわめて小型の装置で大容量の池の水の
水質改善が可能なことが確かめられた。

【００４４】さらに、二か月経過後、接触器内の充填粒
子を取り出して目視観察した結果、若干の変色はあるも
のの、表面の付着物は全く認められなかった。これは、
充填粒子が激しく流動化して、粒子同士及び粒子が壁面
に衝突するため、循環水中の懸濁物の付着が防止される
ことによると考えられる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の水の活性化装置は上記のよう構
成されているため、以下の効果が得られる。 (１)混相流形成器と接触器を一体に接続し、混相流形成
器内の混相流の慣性力で接触器内の充填粒子を流動化さ
せているため、きわめてコンパクトな装置で、セラミッ
クスによる活性化と気泡の分散・微細化を同時に効率良
く行うことができ、これにより消費電力、設備コスト、
設置スペース等の大幅な低減を図ることができる。

【００４６】(２)接触器内に強い循環流が形成されるよ
うな装置構造にしているため、充填粒子が激しく流動化
し、粒子表面に水中の懸濁物が付着するのを防止してい
る。これにより充填粒子の性能劣化を防止することがで
き、充填粒子の交換・再生に要する費用と手間を大幅に
軽減することができる。

【００４７】(３)空気の供給に空気圧縮機を用いないた
め、動力エネルギーを低減しうるのみならず、空気を吸
引する方式なので、吸引気流中に第三の気体、液体又は
固体を添加することが容易で、高次な作用効果を与える
目的に利用し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例である水の活性化装置の断
面概要図である。

【図２】本発明の第二実施例である水の活性化装置の断
面概要図である。

【図３】本実施例における水の活性化装置の使用方法の
説明図である。

【図４】従来技術による気泡水製造装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１混相流形成器２接触器３流入水ノズル４気体吸引
管５絞り部６フランジ７充填粒子８気泡水流
出孔９ドレーン抜き１０流入水１１水噴流１２空気１３接触器の傾斜部１４仕切弁１５調節弁２１空気圧縮
機２２送水ポンプ２３気泡水製
造器２４補給水２５循環水２６水槽２７セラミッ
クス充填層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/68 Ｃ０２Ｆ 1/68 ５２０Ｖ５３０５３０Ａ５４０５４０Ｂ５４０ＣＢ０１Ｆ 3/04 Ｂ０１Ｆ 3/04 Ｆ 3/12 3/12 5/04 5/04 Ｂ０１Ｊ 2/28 Ｂ０１Ｊ 2/28 Ｃ０２Ｆ 3/20 Ｃ０２Ｆ 3/20 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上流側に流入水ノズルと気体吸引管とを
有する筒状の混相流形成器と、該混相流形成器の下流側
に隣接して配された又は該混相流形成器の下流側の一部
がその内部に突出するように配された、ドラム状又はボ
ックス状の接触器と、該接触器の内部に流動化可能に充
填された、セラミックスからなる又はセラミックスを含
有する充填粒子と、前記接触器の側壁面及び／又は下流
側の壁面の所定の位置に設けられた、多数の前記充填粒
子よりも径の小さい気泡水流出孔とを有し、前記流入水
ノズルから流入する水噴流で生じた負圧により前記気体
吸引管から気体を吸引して、前記混相流形成器内に気液
混相流を形成させ、該混相流を前記接触器内に導入して
その内部に循環流を形成させ、この循環流により前記充
填粒子を流動化させて固液の接触と気泡の分散を促進
し、前記気泡水流出孔から接触器内の気泡水を放出する
ことを特徴とする水の活性化装置。
【請求項２】前記混相流形成器と前記接触器とが、そ
の軸線が略一致するような円筒状であって、該接触器胴
部の内径を混相流形成器の下流側端部の内径の２〜２０
倍にし、かつ該接触器胴部の長さをその内径の０．５〜
５倍にしたことを特徴とする請求項１記載の水の活性化
装置。
【請求項３】前記充填粒子がセラミックス粉の焼結体
又はプラスチックスをバインダーとしてセラミックス粉
を造粒した粒子からなり、その比重が１．０〜１．６で
あり、かつその粒径が１〜１０ｍｍである請求項１又は
２記載の水の活性化装置。
【請求項４】前記充填粒子が、複数種の天然又は人造
の鉱物の１０μｍ以下の微粉を混合し、造粒・焼成して
製造されたものである請求項３記載の水の活性化装置。