JP2003210958A - 気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成を簡素化できる気泡発生装置を提供す
る。 【解決手段】 液体を収容する槽２５、槽２５内に液体
２７を吐出する液体流路３、液体流路３に設けられた液
体の送液手段１１、液体流路３に連通して液体２７中に
気体を供給する気体流路１９、気体流路１９に設けられ
て気体流路１９内の気体の通流を制御する弁２１、液体
流路３の送液手段１１よりも液体２７の流れに対して下
流側の部分内の圧力を検出する圧力検出手段１５、液体
流路３の出口側端部に設けられて液体２７中に気泡を発
生させる吐出部７とを備え、弁２１は、圧力検出手段１
５で検出した圧力が第１の設定圧力になると開き、圧力
検出手段１５で検出した圧力が第１の設定圧力よりも低
い第２の設定圧力になると閉じる構成とする。これによ
り、気体の供給に一定の圧力で気体を供給するためのコ
ンプレッサーや圧縮気体ボンベなどが必要なくなり、構
成を簡素化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気泡発生装置に係
り、特に、微細な気泡を発生する気泡発生装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】気泡発生装置では、一般に、加圧手段に
より高圧に加圧されて空気が溶解した液体をオリフィス
状に形成された流路を通過させた後、液体を収容した槽
などに吐出させるか、またはベンチュリ状の噴出口など
を有する吐出部から液体を収容した槽などに噴出させる
などの方法により、オリフィス状に形成された流路やベ
ンチュリ状の噴出口などを有する吐出部を通過すること
によって液体が急激に減圧されることで気泡を形成して
いる。

【０００３】ところで、気泡発生装置は、浴槽、曝気
槽、水処理装置など気泡の作用を利用する様々な装置類
に組み込まれて用いられるが、効率よく気泡の作用を得
るためには、気泡が槽内に収容された液体中に十分に行
き渡った状態になる必要がある。このため、液体中での
滞留時間を長くするのに、できるだけ微細な気泡を生成
したり、より多量の気泡を生成する必要などがある。し
かし、オリフィス状に形成された流路やベンチュリ状の
噴出口などを有する吐出部などの減圧作用だけでは、例
えば数μｍから数十μｍといったような微細な気泡を生
成することは難しく、また、気泡の生成量を増大させる
ことも難しい。したがって、より微細な気泡を発生さ
せ、また、気泡の生成量を増大させるために、従来は、
機械的な減圧手段を備える構成や複数の減圧室とオリフ
ィスを備える構成など複雑な気泡発生装置を形成して用
いている。したがって、簡単な構成で、気泡が槽内に収
容された液体中に十分に行き渡った状態にできる気泡発
生装置が望まれていた。

【０００４】これに対し、本願の発明者らは、特開２０
０１−１９０４３９号公報に記載のように、液体を収容
する槽、この槽内に液体を吐出する液体流路、この液体
流路に設けられた液体の送液手段、液体流路に設けられ
て液体中に気体を供給する気体供給手段と、液体流路の
出口側端部に設けられて液体中に気泡を発生させるライ
ンミキサー、そしてこのラインミキサーから槽中に吐出
する液体を衝突させる衝突手段などを備えた気泡発生装
置を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開２００１
−１９０４３９号公報に提案されているような気泡発生
装置でも、一定の圧力で気体を液体流路内の液体中に供
給するための気体供給手段として圧縮空気ボンベやコン
プレッサーなどが必要な場合があり、また、衝突手段な
ども必要であることから、気体発生装置の設置や設計に
制限が生じる場合があるため、圧縮空気ボンベやコンプ
レッサー、そして衝突手段などが必要ない、より構成を
簡素化した気泡発生装置が望まれている。

【０００６】本発明の課題は、気泡発生装置の構成を簡
素化することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の気泡発生装置
は、液体が通流する液体流路と、この液体流路に設けら
れた液体の送液手段と、液体流路に連通して液体中に気
体を供給する気体流路と、この気体流路に設けられてこ
の気体流路内の気体の通流を制御する弁と、液体流路の
送液手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧
力を検出する圧力検出手段と、液体流路の出口側端部に
設けられて液体中に気泡を発生させる吐出部とを備えて
なり、弁は、圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定
圧力になると開き、圧力検出手段で検出した圧力が第１
の設定圧力よりも低い第２の設定圧力になると閉じる構
成とすることにより上記課題を解決する。

【０００８】また、液体を収容する槽と、この槽内に液
体を吐出する液体流路と、この液体流路に設けられた液
体の送液手段と、液体流路に連通して液体中に気体を供
給する気体流路と、この気体流路に設けられてこの気体
流路内の気体の通流を制御する弁と、液体流路の送液手
段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力を検
出する圧力検出手段と、液体流路の出口側端部に設けら
れて液体中に気泡を発生させる吐出部とを備えてなり、
弁は、圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定圧力に
なると開き、圧力検出手段で検出した圧力が前記第１の
設定圧力よりも低い第２の設定圧力になると閉じる構成
とする。

【０００９】このような構成とすれば、液体流路の送液
手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力が
第１の設定圧力になると電磁弁が開いて気体を液体流路
内の液体に混入させることにより、液体流路の送液手段
よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力が低下
する。液体流路の送液手段よりも液体の流れに対して下
流側の部分内の圧力が低下して圧力検出手段で検出した
圧力が第２の設定圧力になると電磁弁を閉じ、液体流路
の送液手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の
圧力を上昇させる。このように気体を混入させた液体を
所定の圧力に上昇させることにより吐出部で微細気泡を
生成することができる。したがって、圧縮空気ボンベや
コンプレッサー、衝突手段などがなくても吐出部で発生
する気泡を微細化できるため、気泡発生装置の構成を簡
素化できる。

【００１０】また、圧力検出手段で検出した圧力が第１
の設定圧力になったときに弁が開くのを予め設定した時
間遅らせる遅延手段を備えた構成とすれば、気体を混入
させた液体を所定の圧力に保持することにより、微細気
泡の発生能力を向上できるので好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなる気泡
発生装置の一実施形態に関して図１乃至図３を参照して
説明する。図１は、本発明を適用してなる気泡発生装置
の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明を
適用してなる気泡発生装置を浴槽に取り付けた状態を示
す図である。図３は、本発明を適用してなる気泡発生装
置の動作及び液体管路のポンプよりも下流側の部分内の
圧力変動を示す図である。なお、本実施形態では気泡発
生装置を浴槽に取り付けた例で説明を行っているが、本
発明の気泡発生装置は、活魚槽や養殖場、水耕栽培、淡
水や海水の浄化処理、ヘドロの浮上処理や好気性菌によ
る処理、洗浄用途など微細気泡を利用する様々な用途に
用いることができ、また、既存の浴槽や処理槽、水槽な
どに取り付ける気泡発生装置、専用の槽を含む気泡発生
装置など様々な構成にできる。

【００１２】本実施形態の気泡発生装置１は、図１に示
すように、液体流路となる循環管路３、この循環管路３
の一端に設けられた流入部５と他端に設けられた吐出部
７、流入部５と吐出部７との間の循環管路３に循環管路
３内の湯の流れに対して上流側から順次設けられた、流
入流量調整弁９、送液手段となるポンプ１１、圧力計１
３、圧力検出手段となる圧力センサ１５、吐出流量調整
弁１７、循環管路３の流入流量調整弁９とポンプ１１と
の間の部分に連通する気体流路となる気体管路１９、気
体管路１９に設けられた電磁弁２１、そして気泡発生装
置１の操作と動作の制御を行う制御手段となる操作盤２
３などで構成されている。

【００１３】流入部５は、図２に示すように、例えば浴
槽２５の底に取り付けられ、循環管路３の吐出部７は、
浴槽２５内側側壁に浴槽２５内の底面に向けて湯を吐出
する状態で取り付けられる。したがって、循環管路３の
入口側端部に設けられた流入部５から流入した湯２７
は、循環流路３の出口側端部に設けられて吐出部７から
浴槽２５内に吐出し、このように循環管路３は、浴槽２
５内に収容された湯２７を循環させる流路となる。

【００１４】本実施形態の吐出部７は、例えば駆動手段
を有していないラインミキサーであるスタティックミキ
サーなどの気液混合器で形成されている。なお、本実施
形態の気泡発生装置１では、吐出部７をスタティックミ
キサーなどの気液混合器で形成したが、本発明を適用し
た気泡発生装置では、吐出部７に気液混合器を用いず、
オリフィス状に形成された流路やベンチュリ状の噴出口
などを有するノズルで形成しても微細気泡を生成でき
る。すなわち、本発明を適用した気泡発生装置では、気
泡発生のために気液混合器で形成した吐出部７を用いる
必要はなく、オリフィス状に形成された流路やベンチュ
リ状の噴出口などを有する吐出部を用いても、圧縮空気
ボンベやコンプレッサーなどを使用せずに気泡を発生さ
せることができる。

【００１５】流入流量調整弁９は、図１及び図２に示す
ように、ポンプ１１に流入する湯２７の流量を調整する
ための弁である。ポンプ１１は、必要とされる吐出流
量、圧力、そして揚程などが確保でき、気体が混入した
状態でも送液できるものであれば様々な構成のポンプを
用いることができる。なお、本実施形態のポンプ１１と
しては、循環管路３内に湯２７を所望の流量、例えば１
０Ｌ／ｍｉｎ．以上程度の流量で通流させることがで
き、また、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分
内を所望の圧力以上の圧力、例えば０.６ＭＰａ以上程
度に加圧できる能力を有するポンプを用いている。この
ようなポンプ１１は、配線５１を介して操作盤２３内の
制御手段となる回路などに電気的に接続されている。

【００１６】圧力計１３は、循環管路３のポンプ１１よ
りも下流側の部分内の圧力を目視確認するためのもので
ある。圧力センサ１５は、本実施形態では予め設定され
た２つの圧力で信号の発信及び停止を切り換える圧力ス
イッチからなり、配線５１を介して操作盤２３内の制御
手段となる回路などと電気的に接続されている。なお、
本実施形態の圧力センサ１５は、圧力が上昇して予め設
定された第１設定圧力Ｐ１、例えば約０.６ＭＰａにな
るとオンして信号を発信し、圧力が降下して予め設定さ
れた第２設定圧力Ｐ２、例えば約０.５ＭＰａになると
オフして信号の発信を停止するものである。

【００１７】吐出流量調整弁１７は、湯２７の吐出部７
からの吐出流量を調整するための弁であり、また、循環
管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の最大圧力を
調整するものであり、例えば最大圧力を約０.６ＭＰａ
に調整している。気体管路１９は、一端が空気中に開放
され、他端が循環管路３の流入流量調整弁９とポンプ１
１との間の部分に連結されている。気体管路１９に設け
られた電磁弁２１は、操作盤２３からの信号に応じて開
閉２動作を行うものであり、配線５１を介して操作盤２
３内の制御手段となる回路などに電気的に接続されてい
る。

【００１８】操作盤２３は、操作スイッチ類と共に制御
手段となる回路などが納められており、この制御手段と
なる回路は、圧力センサ１５からの信号に応じて気体管
路１９に設けられた電磁弁２１を開閉する。すなわち、
圧力センサ１５がオンして信号を発信すると、制御手段
は電磁弁２１に信号を発信して電磁弁２１を開き、圧力
センサ１５がオフして信号の発信を停止すると、制御手
段は電磁弁２１への信号の発信を停止して電磁弁２１を
閉じる。さらに、操作盤２３内の制御手段となる回路
は、遅延回路を含んでおり、圧力センサ１５がオンして
信号を発信すると、予め設定された時間電磁弁２１への
信号の発信を遅らせる。つまり、遅延回路により、圧力
センサ１５がオンして信号を発信してから設定時間だけ
遅れてから電磁弁２１が開く。

【００１９】このような構成の気泡発生装置の動作と本
発明の特徴部について説明する。本実施形態の気泡発生
装置１では、図１及び図２に示すように、操作盤２３内
の運転開始指令スイッチがオンされるとポンプ１１が駆
動を始め、浴槽２５内の湯２７が流入部５から循環管路
３に流入し、吐出部７から浴槽２５内に湯２７が吐出し
て湯２７の循環が始まる。このとき、電磁弁２１は閉じ
ているため、ポンプ１１から吐出する湯２７により循環
管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が吐出
流量調整弁１７で調整された最大圧力である第１設定圧
力Ｐ１に向けて上昇する。

【００２０】循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部
分内の圧力は、図３に示すように、運転開始から時間ｔ
１経過後、例えば数秒から数十秒程度経過して第１設定
圧力Ｐ１に達すると、圧力センサ１５がオンして信号を
発信する。信号を受信した操作盤２３内の制御手段は、
遅延回路により圧力センサ１５からの信号を受信開始し
たときから予め設定された時間ｔ２経過後、例えば数秒
から数十秒程度経過すると電磁弁２１に信号を発信し電
磁弁２１を開く。なお、この間、圧力はほぼ第１設定圧
力Ｐ１に保たれている。

【００２１】電磁弁２１が開くと、気体管路１９の開口
端から気体管路１９を介して循環管路３内に空気が吸引
され、循環管路３内を通流する湯２７に空気が混入され
る。循環管路３内を通流する湯２７に空気が混入される
と、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分の圧力
が低下する。循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部
分の圧力が低下して第２設定圧力になると圧力センサ１
５は、信号の発信を停止するため、操作盤２３内の制御
手段は、電磁弁２１への信号の発信を停止し、電磁弁２
１を閉じる。

【００２２】電磁弁２１が閉じると循環管路３内を通流
する湯２７への空気の混入が無くなるため、再び循環管
路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が上昇す
る。この圧力の上昇と第１設定圧力Ｐ１に保たれている
間における吐出部７からの湯２７の吐出によって微細気
泡が生成され、浴槽２５内に微細気泡が吐出される。再
び循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力
が上昇し、第１設定圧力Ｐ１になったのち設定時間ｔ２
が経過すると、電磁弁２１が開き循環管路３内を通流す
る湯２７への空気の混入が再び行われると共に、循環管
路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が低下す
る。この動作を繰り返すことにより、循環管路３内を通
流する湯２７への空気を混入する空気混入過程と微細気
泡を生成する微細気泡生成過程とが繰り返され、微細気
泡生成過程では、例えば数μｍから数十μｍといったよ
うな微細気泡を生成して浴槽２５内の湯２７中に放出す
ることができる。

【００２３】なお、第２設定圧力から第１設定圧力への
循環管路３のポンプ１１よりも下流側部分における圧力
の上昇に要する時間ｔ４と、第１設定圧力から第２設定
圧力への循環管路３のポンプ１１よりも下流側部分にお
ける圧力の低下に要する時間ｔ３とは、共に数秒から数
十秒程度である。したがって、数秒から数十秒程度の間
隔で浴槽２５内の湯２７中への微細気泡の放出が行われ
ることになる。しかし、湯２７中には、吐出部７から、
例えば数μｍから数十μｍといったような微細気泡が放
出され、このような微細気泡は、湯２７中の微細気泡の
浮上速度は遅く、例えば水深６００ｍｍ程度の浴槽では
３分から５分程度の間湯２７中に滞留する。このため、
１分以内程度の間隔で間欠的に気泡を吐出部７から湯２
７中に放出すれば、浴槽２５内の湯２７中に十分な量の
微細気泡が滞留している状態を維持できる。したがっ
て、浴槽２５内の湯２７のほぼ全体を微細気泡により乳
化したかのように白濁させた状態にできる。

【００２４】このように本実施形態の気泡発生装置１で
は、循環管路３のポンプ１１よりも湯２７の流れに対し
て下流側の部分内の圧力が第１の設定圧力Ｐ１になると
電磁弁２１が開いて空気を循環管路３内の湯２７に混入
させることにより循環管路３のポンプ１１よりも湯２７
の流れに対して下流側の部分内の圧力が低下する。圧力
が低下して圧力センサ１５で検出した圧力が第２設定圧
力Ｐ２になると電磁弁２１を閉じ、循環管路３内の湯２
７への空気の混入を止める。そして、循環管路３内の湯
２７への空気の混入を止めることで循環管路３のポンプ
１１よりも湯２７の流れに対して下流側の部分内の圧力
が上昇することにより、微細な気泡を生成することがで
きる。したがって、従来の気泡発生装置のように、圧縮
空気ボンベやコンプレッサー、衝突手段などがなくても
吐出部で微細気泡を生成できるため、気泡発生装置の構
成を簡素化できる。

【００２５】さらに、構成が簡素化されることにより、
気泡発生装置のコストの低減ができ、また、気泡発生装
置の設置に対する制限や設計に対する制限を低減するこ
とができる。

【００２６】加えて、本実施形態の気泡発生装置１で
は、従来の気泡発生装置に比べて微細気泡の濃度を高く
でき、微細気泡の生成能力を向上できることが、本願の
発明者らによって確認された。

【００２７】さらに、本実施形態の気泡発生装置１で
は、１台のポンプ１１に対して１つの吐出部７を接続し
た構成としたが、本発明を適用した気泡発生装置では、
１台のポンプ１１に対して複数の吐出部７を接続して用
いることができる。例えば、図４及び図５に示すよう
に、１台のポンプに対して２つのを接続した気泡発生装
置５３とすることができる。気泡発生装置５３は、図４
に示すように、２つの流入部５ａ、５ｂと２つの吐出部
７ａ、７ｂの間に連結された２本の循環管路３ａ、３ｂ
を有している。２本の循環管路３ａ、３ｂは、ポンプ１
１が設けられている部分で１本の循環管路３に合流して
おり、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分に
は、圧力計１３、圧力センサ１５が順次設けられてい
る。

【００２８】２本の循環管路３ａ、３ｂの各々のポンプ
１１よりも上流側の部分には流入流量調整弁９ａ、９ｂ
が、２本の循環管路３ａ、３ｂの各々のポンプ１１より
も下流側の部分には吐出量調整弁１７ａ、１７ｂが設け
られている。循環管路３のポンプ１１よりも上流側の部
分、例えば２本の循環管路３ａ、３ｂの合流部分には、
電磁弁２１が設けられた１本の気体管路１９が連結され
ている。例えば、２つの別の浴槽２５ａ、２５ｂ内の湯
２７などに微細気泡を発生させる場合、本発明を適用し
た気泡発生装置５３であれば、１台のポンプ１１で２つ
の別の浴槽２５ａ、２５ｂ内の湯２７などに微細気泡を
発生させることができる。

【００２９】さらに、本実施形態の気泡発生装置１で
は、図３に示すように、循環管路３のポンプ１１よりも
下流側の部分内の圧力が第１設定圧力に達してから所定
時間経過した後、気体管路１９に設けられた電磁弁２１
を開くことにより、循環管路３のポンプ１１よりも下流
側の部分内の圧力がほぼ第１設定圧力に保持された時間
を設けている。しかし、図６に示すように、循環管路３
のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力がほぼ第１設
定圧力に保持された時間を設けず、循環管路３のポンプ
１１よりも下流側の部分内の圧力が第１設定圧力に達し
た時点で電磁弁２１を開くこともできる。ただし、本実
施形態のように、循環管路３のポンプ１１よりも下流側
の部分内の圧力がほぼ第１設定圧力に保持された時間を
設け他方が、微細気泡の濃度を濃くでき、微細気泡の発
生能力を向上できる。

【００３０】また、本実施形態では、圧力検出手段とし
て、予め設定された２つの圧力で信号の発信及び停止を
切り換える圧力スイッチである圧力センサ１５を用いて
いるが、圧力検出手段としては、循環管路３内の圧力を
検出できれば様々な圧力検出手段を用いることができ
る。また、第１設定圧力Ｐ１で信号を発信する圧力スイ
ッチと第２設定圧力Ｐ２で信号を発信する別の圧力スイ
ッチとの２つの圧力スイッチを循環管路３に設けるなど
様々な構成にすることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、気泡発生装置の構成を
簡素化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなる気泡発生装置の一実施形
態の概略構成を示すブロック図である。

【図２】本発明を適用してなる気泡発生装置を浴槽に取
り付けた状態を示す図である。

【図３】本発明を適用してなる気泡発生装置の一実施形
態の動作、及び液体管路のポンプよりも下流側の部分内
の圧力変動を示す図である。

【図４】本発明を適用してなる気泡発生装置の変形例の
概略構成を示すブロック図である。

【図５】本発明を適用してなる気泡発生装置の変形例を
浴槽に取り付けた状態を示す図である。

【図６】本発明を適用してなる気泡発生装置の変形例の
動作、及び液体管路のポンプよりも下流側の部分内の圧
力変動を示す図である。

【符号の説明】

１ 気泡発生装置 ３ 循環流路 ５ 流入部 ７ 吐出部 １１ ポンプ １５ 圧力センサ ２１ 電磁弁 ２５ 浴槽 ２７ 湯

フロントページの続き (72)発明者 池田 理恵 宮城県仙台市宮城野区榴岡４丁目１番１号 株式会社ユアテック設備技術部環境技術 グループ (72)発明者 今井 淳 宮城県仙台市宮城野区榴岡４丁目１番１号 株式会社ユアテック設備技術部環境技術 グループ (72)発明者 鈴木 重則 静岡県浜松市葵西四丁目６番10号 フィン ランドサウナジャパン株式会社技術部内 (72)発明者 松井 正満 静岡県浜松市葵西四丁目６番10号 フィン ランドサウナジャパン株式会社技術部内 Ｆターム(参考） 4G035 AB15 AC23 AE02 AE13 4G037 AA01 AA18 BA03 BC03 BD01 EA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体が通流する液体流路と、該液体流路
   に設けられた前記液体の送液手段と、前記液体流路に連
   通して前記液体中に気体を供給する気体流路と、該気体
   流路に設けられて該気体流路内の気体の通流を制御する
   弁と、前記液体流路の前記送液手段よりも前記液体の流
   れに対して下流側の部分内の圧力を検出する圧力検出手
   段と、前記液体流路の出口側端部に設けられて前記液体
   中に気泡を発生させる吐出部とを備えてなり、 前記弁は、前記圧力検出手段で検出した圧力が第１の設
   定圧力になると開き、前記圧力検出手段で検出した圧力
   が前記第１の設定圧力よりも低い第２の設定圧力になる
   と閉じてなる気泡発生装置。
2. 【請求項２】 液体を収容する槽と、該槽内に前記液体
   を吐出する液体流路と、該液体流路に設けられた前記液
   体の送液手段と、前記液体流路に連通して前記液体中に
   気体を供給する気体流路と、該気体流路に設けられて該
   気体流路内の気体の通流を制御する弁と、前記液体流路
   の前記送液手段よりも前記液体の流れに対して下流側の
   部分内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記流路の出
   口側端部に設けられて前記液体中に気泡を発生させる吐
   出部とを備えてなり、 前記弁は、前記圧力検出手段で検出した圧力が第１の設
   定圧力になると開き、前記圧力検出手段で検出した圧力
   が前記第１の設定圧力よりも低い第２の設定圧力になる
   と閉じてなる気泡発生装置。
3. 【請求項３】 前記圧力検出手段で検出した圧力が第１
   の設定圧力になったとき、前記弁が開くのを予め設定し
   た時間遅らせる遅延手段を備えたことを特徴とする請求
   項１または２に記載の気泡発生装置。