JP2004290804A - 微細気泡発生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】液体50の貯蔵部2に設けられる吸入口3及び吐出口4と、一端5aが吸入口3に接続されて他端5bが吐出口4に接続される循環流路5と、貯蔵部2内の液体50を循環流路5内にて吸入口3側から吐出口4側へと駆動させるポンプ6と、循環流路5途中に設けられて駆動中の液体50に気体51を混入させるエゼクタ部8と、循環流路5途中のエゼクタ部8よりも下流側に設けられて該エゼクタ部8で混入された気体51を駆動中の液体50に溶解させる気液溶解部13とを具備する微細気泡発生装置1において、気液溶解部13内で駆動中の液体50にエゼクタ部8とは別途に気体51を送り込む気体押込タンク30を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】液体50の貯蔵部2に設けられる吸入口3及び吐出口4と、一端5aが吸入口3に接続されて他端5bが吐出口4に接続される循環流路5と、貯蔵部2内の液体50を循環流路5内にて吸入口3側から吐出口4側へと駆動させるポンプ6と、循環流路5途中に設けられて駆動中の液体50に気体51を混入させるエゼクタ部8と、循環流路5途中のエゼクタ部8よりも下流側に設けられて該エゼクタ部8で混入された気体51を駆動中の液体50に溶解させる気液溶解部13とを具備する微細気泡発生装置1において、気液溶解部13内で駆動中の液体50にエゼクタ部8とは別途に気体51を送り込む気体押込タンク30を備える。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、養殖での酸素補給や、池や沼の水浄化(汚泥浮上)や、微細気泡バスに利用される微細気泡発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、微細気泡発生装置として、液体中にコンプレッサーで可圧気体を加えて溶解させ、その後に減圧開放させることにより気泡を発生させる加圧溶解方式のものが提案されている。しかし、上記の加圧溶解方式の微細気泡発生装置においては、気泡を細かく発生させることができるものの、コンプレッサーの使用により高価で耐久性に劣るとともに運転中の騒音も大きくなるという欠点がある。
【0003】
そこで、この欠点を解消するものとして、コンプレッサーを用いることなく流路中にエゼクタ部を設けて該エゼクタ部での負圧により気体を混入させるエゼクタ方式のもの(特許文献1参照)が提案されている。しかし、上記のエゼクタ方式の微細気泡発生装置において十分な量の気泡を発生させようとすれば、液体を駆動させるポンプとして高揚程のものが必要となり、ポンプ単体の価格が増大するばかりでなく消費電力も増大するといった欠点がある。また、電源容量や発熱対策に関する回路関係費のコストが増大するとともに発熱により耐久性が劣化するといった欠点がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−336668号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高揚程のポンプを用いる必要なく十分な量の気泡を発生させることのできる、経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置を提供することを課題とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明を、液体50の貯蔵部2に設けられる吸入口3及び吐出口4と、一端5aが吸入口3に接続されて他端5bが吐出口4に接続される循環流路5と、貯蔵部2内の液体50を循環流路5内にて吸入口3側から吐出口4側へと駆動させるポンプ6と、循環流路5途中に設けられて駆動中の液体50に気体51を混入させるエゼクタ部8と、循環流路5途中のエゼクタ部8よりも下流側に設けられて該エゼクタ部8で混入された気体51を駆動中の液体50に溶解させる気液溶解部13とを具備する微細気泡発生装置1において、気液溶解部13内で駆動中の液体50にエゼクタ部8とは別途に気体51を送り込む気体押込タンク30を備えたことを特徴としたものとする。
【0007】
このようにして、気液溶解部13内の液体50に、エゼクタ部8にて混入される気体51と気体押込タンク30から押込まれる気体51とが共に供給されるようにすれば、ポンプ6として安価で低揚程のものを用いても十分な量の微細気泡を発生させることができ、経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置1となるものである。
【0008】
また、気体押込タンク30から気液溶解部13への気体51の送り込み手段として、気体押込タンク30内への液体50注入により該気体押込タンク30内の気体51を気液溶解部13に押出す気体押出機構を備えることも好ましい。このように、循環流路5内で駆動される液体50を気体51を押込む駆動源として利用することで、微細気泡発生装置1の構造を簡素化することができるものである。
【0009】
また、上記気体押出機構として、循環流路5途中から分岐して気体押込タンク30内に液体50を供給する液体供給流路31と、気体押込タンク30内から気液溶解部13中に気体51を送り込む気体押込流路32と、気体押込タンク30内の液体50を排出する液体排出流路33と、気体押込タンク30内に気体51を吸入する気体吸入流路34とを備えることも好ましい。この場合、気体51が充填された状態の気体押込タンク30内に液体供給流路31を介して液体50を送り込むとともに、気体押込タンク30内の気体51を気体押込流路32を介して気液溶解部13内の液体50に押込む動作と、液体50が充填された状態の気体押込タンク30内から液体排出流路33を介して液体50を排出するとともに、気体吸入流路34を介して気体押込タンク30内に気体51を吸入する動作とを交互に行うことで、気液溶解部13内の液体50に定期的に気体51が押込まれることとなるものである。
【0010】
また、エゼクタ部8に混入用の気体51を供給する流路として、一端12aがエゼクタ部8に接続されて他端12bが気液溶解部13に接続され、気液溶解部13内の余剰の気体51を循環させてエゼクタ部8で混入させる気体混入流路12を備えることも好ましい。この場合、気液溶解部13内の余剰の気体51が大気圧よりも高圧に保持され、この高圧の気体51がエゼクタ部8で混入されることとなるので、気体51を高効率で液体50に混入させて十分な量の微細気泡を発生させることができるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施の形態に基づいて説明する。図1には、本発明の実施の形態における一例の微細気泡発生装置1を微細気泡発生バスシステムに用いた場合を示している。本例においては、入浴用の湯水を液体50とし、この湯水を貯めておく浴槽を液体50の貯蔵部2としており、貯蔵部2の液体50が貯められる部分には吸入口3及び吐出口4を設置している。吸入口3には循環流路5の一端5aを接続するとともに吐出口4には該循環流路5の他端5bを接続しており、貯蔵部2内に液体50を貯めると循環流路5内に液体50が満たされるようにしている。この循環流路5途中には、該循環流路5内の液体50に吸入口3側から吐出口4側への圧力を付与するポンプ6を設けており、上記圧力により貯蔵部2内に貯められた液体50が吸入口3から循環流路5内に吸入されるとともに、循環流路5内にて吸入口3側から吐出口4側へと駆動されて、吐出口4から再び貯蔵部2内に吐出されるようになっている。即ち、ポンプ6の作動により、貯蔵部2内の液体50が循環流路5を介して循環されるものである。
【0012】
循環流路5途中においてポンプ6の下流側にはエゼクタ部8を介在させており、このエゼクタ部8の下流側には気液溶解部13を介在させている。エゼクタ部8は、図2に示すように、その内部流路9中に上流側よりも下流側が小径となるノズル部10を有し、内部流路9中のノズル部10の下流側を負圧部11として該負圧部11に気体混入流路12の一端12aを接続させたものである。そして、エゼクタ部8の内部流路9内を液体50が駆動されるとノズル部10の下流にある負圧部11内に負圧が発生し、該負圧により気体混入流路12を通って負圧部11内に気体51(本例では空気)が供給され、エゼクタ部8内を駆動中の液体50と混合されるようになっている。この気体51は気液溶解部13内の気体層24から供給されるものであるが、詳しくは後述する。
【0013】
本例においては、ポンプ6としてエアロックの生じ易い遠心ポンプを用いているが、気体51の混入されるエゼクタ部8をポンプ6の下流側に配しているので支障がなく、また、ポンプ6内での部材の耐久性劣化や騒音増大を招くキャビテ―ションの発生も防止されている。
【0014】
上記気液溶解部13は、両端14a,14bに蓋18,19を設けた横向きの本体円筒部14を備え、この本体円筒部14の一端14a側の蓋18の中央部にエゼクタ部8を接続させる給水口15を設けるとともに、本体円筒部14内に、両端16a,16bの貫通した中心円筒部16をその一端16aが給水口15と接続するように蓋18に固定し、この中心円筒部16と同軸であり且つ該中心円筒部16よりも大径な中間円筒部17の一端17aを本体円筒部14の蓋18に固定させ、中心円筒部16と中間円筒部17と本体円筒部14とが径方向に間隔を隔てて層を成すようにして主体を構成したものである。中間円筒部17の自由端である他端17b側は中間蓋25により塞いでおり、この中間蓋25と中心円筒部16の自由端である他端16b側との間には液体50が通過する隙間を設けている。また、中間円筒部17の固定端である一端17a側の下部には連通穴20を形成し、本端部14の他端14b側の下部には本体部出口21を形成して、この本体部出口21にて気液溶解部13を循環流路5中に再接続させている。
【0015】
本体円筒部14の他端14b側の上部には、気体抜き弁23を有する気体抜き流路22を挿通させており、該本体円筒部14の一端14a側の上部には、エゼクタ部8に一端12aが接続された気体混入流路12の他端12b側を挿通させている。ここで、気体抜き流路22は本体円筒部14の直径の20%程度の深さまで該本体円筒部14内に挿通させているのに対して、気体混入流路12は気体抜き流路22よりも浅く本体円筒部14内に挿通させている。
【0016】
しかして、ポンプ6の作動によりエゼクタ部8にて気体51と混合された液体50は、気液溶解部13にて、本体円筒部14の給水口15から中心円筒部16内に勢い良く噴射され、中心円筒部16の一端16a側から他端16b側まで流れた後に、中心円筒部16と中間円筒部17との隙間を通って逆方向に流れ、中間円筒部17の連通穴20を通り中間円筒部17と本体円筒部14との隙間を通って更に逆方向に流れた後に、本体円筒部14の本体部出口21から吐出されて循環流路5内を戻されるものである。そして、このように気液溶解部13内にて蛇行する際に液体50と気体51は幾度も撹拌されて、気体51の一部が液体50中に溶解されることとなる。
【0017】
液体50の駆動される気液溶解部13内において、気体混入流路12の他端12bは、気体抜き流路22の下端22aよりも上側に形成される気体層24の内部に常に位置しており、エゼクタ部8で混入される気体51はこの気体層24から気体混入流路12を介して供給されるようになっている。気液溶解部13内での液体50の通過断面積は、中間円筒部17と本体円筒部14との隙間や、更にこれを抜けて本体円筒部14のみの空間となる部分において拡大するので、流速の減少により溶解されなかった余剰の気体51は上部の気体層24内にまで浮上した後に、気体混入流路12を介してエゼクタ部8にまで供給される。即ち、本例の気体混入流路12は、気液溶解部13内の余剰の気体51を循環させてエゼクタ部8で混入させるものである。
【0018】
ここで、エゼクタ部8内で液体50に混入された気体51のうち気液溶解部13内で実際に溶解される量は液体50の流量の3%程度なので、気体抜き弁23を閉じた場合であっても液体50の流量を毎分14リットルとすれば気体51は毎分0.42リットルが循環中に減少していくこととなるが、本例においては、気液溶解部13内で駆動中の液体50にエゼクタ部8とはまた別途に気体51を送り込む気体押込タンク30を備えていることで気体層24が無くなることはなく、更に、気体抜き流路22により外部に適宜排気されることから、気体層24は本体円筒部14の直径の20%程度の深さで維持されるものである。この気体押込タンク30からの気体51の押込み手段については後述する。
【0019】
循環流路5の流路途中の、気液溶解部13の下流側であり、且つ、吐出口4の近傍である部分には、微細気泡発生部としてベンチュリ部26を設けている。このベンチュリ部26の絞り径は通過する液体50が大気圧以下の圧力となるように設計されており、該ベンチュリ部26にて気液溶解部13内で溶解された気体51が微細気泡として発生し、この微細気泡を含む液体50が吐出口4から貯蔵部2内に吐出されるようになっている。
【0020】
次に、気体押込タンク30を用いた気体押込機構について詳述する。循環流路5途中のポンプ6とエゼクタ部8との間には三方継手7を設けており、この三方継手7を介して循環流路5途中から液体供給流路31を分岐させている。上記液体供給流路31は気体押込タンク30に接続されるものであり、その流路中には電磁弁である開閉弁27を介在させている。また、気体押込タンク30の下端部には、その流路中に電磁弁である開閉弁28を介在させている液体排出流路33の一端33aを接続させており、該液体排出流路33の他端33bは液体排出口29に接続させている。
【0021】
気体押込タンク30の上端部の所定箇所には、気体吸入流路34の一端34aを接続させており、該気体吸入流路34の他端34bは、貯蔵部2である浴槽のフランジ部に設けた気体吸入口35に接続させている。この気体吸入流路34の流路中には、気体押込タンク30側への流れのみを通過させる逆止弁36を設けている。また、気体押込タンク30の上端部の別の箇所には、気体押込流路32の一端32aを接続させており、該気体押込流路32の他端32bは気液溶解部13の流路途中に接続させている、この気体押込流路32の流路中には、気液溶解部13側にのみ流れを通過させる逆止弁37を設けている。
【0022】
しかして、気体押込タンク30中に気体51を充填した状態で、液体供給流路31中の開閉弁27を開いて液体排出流路33中の開閉弁28を閉じ、ポンプ6を作動させると、図3に示すように循環流路5中から三方継手7を介して分流された液体50が気体押込タンク30内に注入されるとともに、この気体押込タンク30内への液体50の注入によって該気体押込タンク30内の水面が底面から上昇して行き、気体押込タンク30内に充填されていた気体51が上方の気体押込流路32を通り気液溶解部13内に押出されるようになっている。このとき、逆止弁36により、気体吸入流路34を通って気体吸入口35から外部に気体51が流出することは防止される。
【0023】
また、気体押込タンク30中に液体50を充填した状態で、液体供給流路31中の開閉弁27を閉じて液体排出流路33中の開閉弁28を開くと、図4に示すように気体押込タンク30内の液体50は自重により液体排出流路33を通り液体排出口29から排出されるとともに、気体吸入口35を介して外部から吸い込まれた気体51は気体吸入流路34を通り気体押込タンク30内に供給されるようになっている。このとき、逆止弁37により、気液溶解部13内の液体50が気体押込流路32を通って気体押込タンク30内に流入することは防止される。なお、液体排出流路33の他端33bを液体排出口29に接続するのでなく循環流路5途中に接続して、気体押込タンク30内から排出される液体50を循環流路5内に戻すようにしてもよい。
【0024】
つまり本例においては、上記したように、一端31aが循環流路5中に接続されて他端31bが気体押込タンク30に接続される液体供給流路31と、一端33aが気体押込タンク30に接続されて他端33bが液体排出口29(又は循環流路5途中)に接続される液体排出流路33と、一端32aが気体押込タンク30に接続されて他端32bが気液溶解部13中に接続される気体押込流路32と、一端34aが気体押込タンク30に接続されて他端34bが気体吸入口35に接続される気体吸入流路34とを備え、液体供給流路31中及び液体排出流路33中にはそれぞれ開閉弁27,28を設け、気体押込流路32中には気液溶解部13側への流れのみを通過させる逆止弁37を設け、気体吸入流路34中には気体押込タンク30側への流れのみを通過させる逆止弁36を設けることで、気体押込タンク30内への液体50の注入によって該気体押込タンク30内の気体51を気液溶解部13に押出す気体押出機構を形成している。このように、気体押込タンク30から気液溶解部13への気体51の送り込み手段として上記構成の気体押出機構を備えていることで、電磁弁である開閉弁27,28の開閉を制御するだけで気体51の送り込みを自在に制御することができるものである。
【0025】
本例の微細気泡発生装置1を用いた微細気泡発生バスシステムの運転動作としては、以下の通りである。貯蔵部2である浴槽のフランジ部には操作スイッチ38を設けており、使用者がこの操作スイッチ38を操作して微細気泡発生開始の指示を与えると、制御部(図示せず)により、液体供給流路31中の開閉弁27を閉じて液体排出流路33中の開閉弁28を開いた状態を保持しながらポンプ6が動作を開始するように制御される。この状態でポンプ6が動作すると吸入口3から循環流路5内に吸入された液体50は三方継手7を介してエゼクタ部8側にのみ流れ、既述したようにエゼクタ部8にて駆動中の液体50に混入されて気液溶解部13で溶解された気体51が、吐出口4近傍のベンチュリ部26にて微細気泡として発生し、この微細気泡を含む液体50が吐出口4から貯蔵部2内に吐出されるものである。上記の通常運転動作は50秒間継続され、この間に気体押込タンク30内は、図4に基づき既述したように液体排出流路33を介して液体50が排出されるとともに気体吸入流路34を介して気体51が充填された状態となる。
【0026】
50秒の経過により通常運転が終了した後は、液体供給流路31中の開閉弁27を開いて液体排出流路33中の開閉弁28を閉じた状態に切り替えるとともに、この状態を保持しながらポンプ6を継続して動作させる。このとき、ポンプ6の動作により吸入口3から循環流路5内に吸入された液体50は三方継手7を介してエゼクタ部8側と気体押込タンク30側とに分岐して流入する。エゼクタ部8側に流入した液体50には、通常運転時と同様に気体51が混入されるとともに気液溶解部13中にて該気体51が溶解される。一方、気体押込タンク30側に流入した液体50は、図3に基づき既述したように、気体押込タンク30内に充填されていた気体51を、気体押込タンク30内を駆動中の液体50内に送り込むように作用する。気体押込タンク30から送り込まれた気体51の一部は気液溶解部13内にて駆動中の液体50内に溶解されるとともに、溶解されなかった余剰の気体51は気体層24内に供給されることとなる。上記の気体吸入動作は10秒間行われ、この間に気体押込タンク30内の気体51を全て送り出し、その後に通常運転動作に戻る。以後、50秒間の通常運転動作と10秒間の気体吸入動作とを繰り返すように制御され、このように通常運転動作と気体吸入動作とを繰り返すことで、通常運転動作だけを行なう場合よりも気液溶解部13内で溶解される気体51の量が増加し、貯蔵部2内に吐出される微細気泡の量も増大するものである。
【0027】
本例のポンプ6は遠心ポンプを利用して毎分14リットルの液体50を送り込むものであり、エゼクタ部8と気液溶解部13との間で気体混入流路12を介して循環される気体51は毎分0.42リットルの割合で溶解されて減少していくこととなるが、気体押込タンク30の容量が0.5リットルであるから該気体押込タンク30から気液溶解部13内には毎分0.5リットルの気体51が新たに押込まれ、且つ、気体抜き流路22から気体51が適宜排気されるので、気体押込タンク30内の気体層24は運転中も常に約0.8リットルに保持されることとなる。気体層24内の圧力は大気圧よりも高く例えば0.2Paに維持され、この高圧の気体層24から混入される気体51はエゼクタ部8内にて効率良く液体50内に混入され、多量の微細気泡として貯蔵部2内に吐出されるものである。
【0028】
なお、通常運転動作と気体吸入動作の周期は50秒と10秒の周期に限定されるものではなく、更に短い周期とした場合には、気体押込タンク30の容量が小さくて済むとともに、気液溶解部13内での気液撹拌力の変動が少なくなって性能が向上することとなる。但し、その場合は逆止弁36,37として作動圧の低いものを選定し、開閉弁27,28としては極力オリフィス径の大きな電磁弁を選定して、気体押込タンク30から液体50が全て抜けるのに要する時間、及び、気液溶解部13内に気体51が全て押込まれるのに要する時間を小さくする必要がある。
【0029】
以上のように、本例においては浴槽を貯蔵部2、湯水を液体50、空気を気体51として微細気泡発生装置1を微細気泡発生バスシステムに用いたものについて説明したが、これに限らず、例えば池や沼を貯蔵部2、池や沼内の水を液体50とすることでこの微細気泡発生装置1を汚泥浮上による池や沼の清浄化システムに用いることもできるし、養殖池を貯蔵部2、養殖池内の水を液体50、酸素を気体51とすることでこの微細気泡発生装置1を養殖での酸素補給システムに利用することもできる。そして、いずれの場合においても、ポンプ6として安価で低能力な遠心ポンプを用いて多量の微細気泡を発生させることができるので、経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置1となるものである。
【0030】
【発明の効果】
上記のように請求項1記載の発明にあっては、気液溶解部内の液体に、エゼクタ部にて混入される気体と気体押込タンクから押込まれる気体とが共に供給されるので、安価で低揚程のポンプを用いても十分な量の微細気泡を発生させることの可能な、経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置となるといった効果がある。
【0031】
また、請求項2記載の発明にあっては、請求項1記載の発明の効果に加えて、循環流路内で駆動される液体を気体押込みの駆動源として利用することで、微細気泡発生装置の構造を簡素化することができるといった効果がある。
【0032】
また、請求項3記載の発明にあっては、請求項2記載の発明の効果に加えて、気体が充填された状態の気体押込タンク内に液体供給流路を介して液体を送り込むとともに、気体押込タンク内の気体を気体押込流路を介して気液溶解部内の液体に押込む動作と、液体が充填された状態の気体押込タンク内から液体排出流路を介して液体を排出するとともに、気体吸入流路を介して気体押込タンク内に気体を吸入する動作とを交互に行うことで、気液溶解部内の液体に定期的に気体を押込むことができるといった効果がある。
【0033】
また、請求項4記載の発明にあっては、請求項1〜3のいずれか記載の発明の効果に加えて、気液溶解部内の余剰の気体が大気圧よりも高圧に保持されることから、外気から気体を吸入する場合に比して高効率で気体を混入させて十分な量の微細気泡を発生させることができるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における一例の微細気泡発生装置を用いた微細気泡発生バスシステムの説明図である。
【図2】同上の微細気泡発生装置の気液溶解部の構造を示す説明図である。
【図3】同上の微細気泡発生装置の気体吸入動作を示す説明図である。
【図4】同上の微細気泡発生装置の通常運転動作を示す説明図である。
【符号の説明】
1 微細気泡発生装置
2 貯蔵部
3 吸入口
4 吐出口
5 循環流路
6 ポンプ
8 エゼクタ部
12 気体混入流路
13 気液溶解部
30 気体押込タンク
31 液体供給流路
32 気体押込流路
33 液体排出流路
34 気体吸入流路
50 液体
51 気体
【発明の属する技術分野】
本発明は、養殖での酸素補給や、池や沼の水浄化(汚泥浮上)や、微細気泡バスに利用される微細気泡発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、微細気泡発生装置として、液体中にコンプレッサーで可圧気体を加えて溶解させ、その後に減圧開放させることにより気泡を発生させる加圧溶解方式のものが提案されている。しかし、上記の加圧溶解方式の微細気泡発生装置においては、気泡を細かく発生させることができるものの、コンプレッサーの使用により高価で耐久性に劣るとともに運転中の騒音も大きくなるという欠点がある。
【0003】
そこで、この欠点を解消するものとして、コンプレッサーを用いることなく流路中にエゼクタ部を設けて該エゼクタ部での負圧により気体を混入させるエゼクタ方式のもの(特許文献1参照)が提案されている。しかし、上記のエゼクタ方式の微細気泡発生装置において十分な量の気泡を発生させようとすれば、液体を駆動させるポンプとして高揚程のものが必要となり、ポンプ単体の価格が増大するばかりでなく消費電力も増大するといった欠点がある。また、電源容量や発熱対策に関する回路関係費のコストが増大するとともに発熱により耐久性が劣化するといった欠点がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−336668号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高揚程のポンプを用いる必要なく十分な量の気泡を発生させることのできる、経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置を提供することを課題とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明を、液体50の貯蔵部2に設けられる吸入口3及び吐出口4と、一端5aが吸入口3に接続されて他端5bが吐出口4に接続される循環流路5と、貯蔵部2内の液体50を循環流路5内にて吸入口3側から吐出口4側へと駆動させるポンプ6と、循環流路5途中に設けられて駆動中の液体50に気体51を混入させるエゼクタ部8と、循環流路5途中のエゼクタ部8よりも下流側に設けられて該エゼクタ部8で混入された気体51を駆動中の液体50に溶解させる気液溶解部13とを具備する微細気泡発生装置1において、気液溶解部13内で駆動中の液体50にエゼクタ部8とは別途に気体51を送り込む気体押込タンク30を備えたことを特徴としたものとする。
【0007】
このようにして、気液溶解部13内の液体50に、エゼクタ部8にて混入される気体51と気体押込タンク30から押込まれる気体51とが共に供給されるようにすれば、ポンプ6として安価で低揚程のものを用いても十分な量の微細気泡を発生させることができ、経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置1となるものである。
【0008】
また、気体押込タンク30から気液溶解部13への気体51の送り込み手段として、気体押込タンク30内への液体50注入により該気体押込タンク30内の気体51を気液溶解部13に押出す気体押出機構を備えることも好ましい。このように、循環流路5内で駆動される液体50を気体51を押込む駆動源として利用することで、微細気泡発生装置1の構造を簡素化することができるものである。
【0009】
また、上記気体押出機構として、循環流路5途中から分岐して気体押込タンク30内に液体50を供給する液体供給流路31と、気体押込タンク30内から気液溶解部13中に気体51を送り込む気体押込流路32と、気体押込タンク30内の液体50を排出する液体排出流路33と、気体押込タンク30内に気体51を吸入する気体吸入流路34とを備えることも好ましい。この場合、気体51が充填された状態の気体押込タンク30内に液体供給流路31を介して液体50を送り込むとともに、気体押込タンク30内の気体51を気体押込流路32を介して気液溶解部13内の液体50に押込む動作と、液体50が充填された状態の気体押込タンク30内から液体排出流路33を介して液体50を排出するとともに、気体吸入流路34を介して気体押込タンク30内に気体51を吸入する動作とを交互に行うことで、気液溶解部13内の液体50に定期的に気体51が押込まれることとなるものである。
【0010】
また、エゼクタ部8に混入用の気体51を供給する流路として、一端12aがエゼクタ部8に接続されて他端12bが気液溶解部13に接続され、気液溶解部13内の余剰の気体51を循環させてエゼクタ部8で混入させる気体混入流路12を備えることも好ましい。この場合、気液溶解部13内の余剰の気体51が大気圧よりも高圧に保持され、この高圧の気体51がエゼクタ部8で混入されることとなるので、気体51を高効率で液体50に混入させて十分な量の微細気泡を発生させることができるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施の形態に基づいて説明する。図1には、本発明の実施の形態における一例の微細気泡発生装置1を微細気泡発生バスシステムに用いた場合を示している。本例においては、入浴用の湯水を液体50とし、この湯水を貯めておく浴槽を液体50の貯蔵部2としており、貯蔵部2の液体50が貯められる部分には吸入口3及び吐出口4を設置している。吸入口3には循環流路5の一端5aを接続するとともに吐出口4には該循環流路5の他端5bを接続しており、貯蔵部2内に液体50を貯めると循環流路5内に液体50が満たされるようにしている。この循環流路5途中には、該循環流路5内の液体50に吸入口3側から吐出口4側への圧力を付与するポンプ6を設けており、上記圧力により貯蔵部2内に貯められた液体50が吸入口3から循環流路5内に吸入されるとともに、循環流路5内にて吸入口3側から吐出口4側へと駆動されて、吐出口4から再び貯蔵部2内に吐出されるようになっている。即ち、ポンプ6の作動により、貯蔵部2内の液体50が循環流路5を介して循環されるものである。
【0012】
循環流路5途中においてポンプ6の下流側にはエゼクタ部8を介在させており、このエゼクタ部8の下流側には気液溶解部13を介在させている。エゼクタ部8は、図2に示すように、その内部流路9中に上流側よりも下流側が小径となるノズル部10を有し、内部流路9中のノズル部10の下流側を負圧部11として該負圧部11に気体混入流路12の一端12aを接続させたものである。そして、エゼクタ部8の内部流路9内を液体50が駆動されるとノズル部10の下流にある負圧部11内に負圧が発生し、該負圧により気体混入流路12を通って負圧部11内に気体51(本例では空気)が供給され、エゼクタ部8内を駆動中の液体50と混合されるようになっている。この気体51は気液溶解部13内の気体層24から供給されるものであるが、詳しくは後述する。
【0013】
本例においては、ポンプ6としてエアロックの生じ易い遠心ポンプを用いているが、気体51の混入されるエゼクタ部8をポンプ6の下流側に配しているので支障がなく、また、ポンプ6内での部材の耐久性劣化や騒音増大を招くキャビテ―ションの発生も防止されている。
【0014】
上記気液溶解部13は、両端14a,14bに蓋18,19を設けた横向きの本体円筒部14を備え、この本体円筒部14の一端14a側の蓋18の中央部にエゼクタ部8を接続させる給水口15を設けるとともに、本体円筒部14内に、両端16a,16bの貫通した中心円筒部16をその一端16aが給水口15と接続するように蓋18に固定し、この中心円筒部16と同軸であり且つ該中心円筒部16よりも大径な中間円筒部17の一端17aを本体円筒部14の蓋18に固定させ、中心円筒部16と中間円筒部17と本体円筒部14とが径方向に間隔を隔てて層を成すようにして主体を構成したものである。中間円筒部17の自由端である他端17b側は中間蓋25により塞いでおり、この中間蓋25と中心円筒部16の自由端である他端16b側との間には液体50が通過する隙間を設けている。また、中間円筒部17の固定端である一端17a側の下部には連通穴20を形成し、本端部14の他端14b側の下部には本体部出口21を形成して、この本体部出口21にて気液溶解部13を循環流路5中に再接続させている。
【0015】
本体円筒部14の他端14b側の上部には、気体抜き弁23を有する気体抜き流路22を挿通させており、該本体円筒部14の一端14a側の上部には、エゼクタ部8に一端12aが接続された気体混入流路12の他端12b側を挿通させている。ここで、気体抜き流路22は本体円筒部14の直径の20%程度の深さまで該本体円筒部14内に挿通させているのに対して、気体混入流路12は気体抜き流路22よりも浅く本体円筒部14内に挿通させている。
【0016】
しかして、ポンプ6の作動によりエゼクタ部8にて気体51と混合された液体50は、気液溶解部13にて、本体円筒部14の給水口15から中心円筒部16内に勢い良く噴射され、中心円筒部16の一端16a側から他端16b側まで流れた後に、中心円筒部16と中間円筒部17との隙間を通って逆方向に流れ、中間円筒部17の連通穴20を通り中間円筒部17と本体円筒部14との隙間を通って更に逆方向に流れた後に、本体円筒部14の本体部出口21から吐出されて循環流路5内を戻されるものである。そして、このように気液溶解部13内にて蛇行する際に液体50と気体51は幾度も撹拌されて、気体51の一部が液体50中に溶解されることとなる。
【0017】
液体50の駆動される気液溶解部13内において、気体混入流路12の他端12bは、気体抜き流路22の下端22aよりも上側に形成される気体層24の内部に常に位置しており、エゼクタ部8で混入される気体51はこの気体層24から気体混入流路12を介して供給されるようになっている。気液溶解部13内での液体50の通過断面積は、中間円筒部17と本体円筒部14との隙間や、更にこれを抜けて本体円筒部14のみの空間となる部分において拡大するので、流速の減少により溶解されなかった余剰の気体51は上部の気体層24内にまで浮上した後に、気体混入流路12を介してエゼクタ部8にまで供給される。即ち、本例の気体混入流路12は、気液溶解部13内の余剰の気体51を循環させてエゼクタ部8で混入させるものである。
【0018】
ここで、エゼクタ部8内で液体50に混入された気体51のうち気液溶解部13内で実際に溶解される量は液体50の流量の3%程度なので、気体抜き弁23を閉じた場合であっても液体50の流量を毎分14リットルとすれば気体51は毎分0.42リットルが循環中に減少していくこととなるが、本例においては、気液溶解部13内で駆動中の液体50にエゼクタ部8とはまた別途に気体51を送り込む気体押込タンク30を備えていることで気体層24が無くなることはなく、更に、気体抜き流路22により外部に適宜排気されることから、気体層24は本体円筒部14の直径の20%程度の深さで維持されるものである。この気体押込タンク30からの気体51の押込み手段については後述する。
【0019】
循環流路5の流路途中の、気液溶解部13の下流側であり、且つ、吐出口4の近傍である部分には、微細気泡発生部としてベンチュリ部26を設けている。このベンチュリ部26の絞り径は通過する液体50が大気圧以下の圧力となるように設計されており、該ベンチュリ部26にて気液溶解部13内で溶解された気体51が微細気泡として発生し、この微細気泡を含む液体50が吐出口4から貯蔵部2内に吐出されるようになっている。
【0020】
次に、気体押込タンク30を用いた気体押込機構について詳述する。循環流路5途中のポンプ6とエゼクタ部8との間には三方継手7を設けており、この三方継手7を介して循環流路5途中から液体供給流路31を分岐させている。上記液体供給流路31は気体押込タンク30に接続されるものであり、その流路中には電磁弁である開閉弁27を介在させている。また、気体押込タンク30の下端部には、その流路中に電磁弁である開閉弁28を介在させている液体排出流路33の一端33aを接続させており、該液体排出流路33の他端33bは液体排出口29に接続させている。
【0021】
気体押込タンク30の上端部の所定箇所には、気体吸入流路34の一端34aを接続させており、該気体吸入流路34の他端34bは、貯蔵部2である浴槽のフランジ部に設けた気体吸入口35に接続させている。この気体吸入流路34の流路中には、気体押込タンク30側への流れのみを通過させる逆止弁36を設けている。また、気体押込タンク30の上端部の別の箇所には、気体押込流路32の一端32aを接続させており、該気体押込流路32の他端32bは気液溶解部13の流路途中に接続させている、この気体押込流路32の流路中には、気液溶解部13側にのみ流れを通過させる逆止弁37を設けている。
【0022】
しかして、気体押込タンク30中に気体51を充填した状態で、液体供給流路31中の開閉弁27を開いて液体排出流路33中の開閉弁28を閉じ、ポンプ6を作動させると、図3に示すように循環流路5中から三方継手7を介して分流された液体50が気体押込タンク30内に注入されるとともに、この気体押込タンク30内への液体50の注入によって該気体押込タンク30内の水面が底面から上昇して行き、気体押込タンク30内に充填されていた気体51が上方の気体押込流路32を通り気液溶解部13内に押出されるようになっている。このとき、逆止弁36により、気体吸入流路34を通って気体吸入口35から外部に気体51が流出することは防止される。
【0023】
また、気体押込タンク30中に液体50を充填した状態で、液体供給流路31中の開閉弁27を閉じて液体排出流路33中の開閉弁28を開くと、図4に示すように気体押込タンク30内の液体50は自重により液体排出流路33を通り液体排出口29から排出されるとともに、気体吸入口35を介して外部から吸い込まれた気体51は気体吸入流路34を通り気体押込タンク30内に供給されるようになっている。このとき、逆止弁37により、気液溶解部13内の液体50が気体押込流路32を通って気体押込タンク30内に流入することは防止される。なお、液体排出流路33の他端33bを液体排出口29に接続するのでなく循環流路5途中に接続して、気体押込タンク30内から排出される液体50を循環流路5内に戻すようにしてもよい。
【0024】
つまり本例においては、上記したように、一端31aが循環流路5中に接続されて他端31bが気体押込タンク30に接続される液体供給流路31と、一端33aが気体押込タンク30に接続されて他端33bが液体排出口29(又は循環流路5途中)に接続される液体排出流路33と、一端32aが気体押込タンク30に接続されて他端32bが気液溶解部13中に接続される気体押込流路32と、一端34aが気体押込タンク30に接続されて他端34bが気体吸入口35に接続される気体吸入流路34とを備え、液体供給流路31中及び液体排出流路33中にはそれぞれ開閉弁27,28を設け、気体押込流路32中には気液溶解部13側への流れのみを通過させる逆止弁37を設け、気体吸入流路34中には気体押込タンク30側への流れのみを通過させる逆止弁36を設けることで、気体押込タンク30内への液体50の注入によって該気体押込タンク30内の気体51を気液溶解部13に押出す気体押出機構を形成している。このように、気体押込タンク30から気液溶解部13への気体51の送り込み手段として上記構成の気体押出機構を備えていることで、電磁弁である開閉弁27,28の開閉を制御するだけで気体51の送り込みを自在に制御することができるものである。
【0025】
本例の微細気泡発生装置1を用いた微細気泡発生バスシステムの運転動作としては、以下の通りである。貯蔵部2である浴槽のフランジ部には操作スイッチ38を設けており、使用者がこの操作スイッチ38を操作して微細気泡発生開始の指示を与えると、制御部(図示せず)により、液体供給流路31中の開閉弁27を閉じて液体排出流路33中の開閉弁28を開いた状態を保持しながらポンプ6が動作を開始するように制御される。この状態でポンプ6が動作すると吸入口3から循環流路5内に吸入された液体50は三方継手7を介してエゼクタ部8側にのみ流れ、既述したようにエゼクタ部8にて駆動中の液体50に混入されて気液溶解部13で溶解された気体51が、吐出口4近傍のベンチュリ部26にて微細気泡として発生し、この微細気泡を含む液体50が吐出口4から貯蔵部2内に吐出されるものである。上記の通常運転動作は50秒間継続され、この間に気体押込タンク30内は、図4に基づき既述したように液体排出流路33を介して液体50が排出されるとともに気体吸入流路34を介して気体51が充填された状態となる。
【0026】
50秒の経過により通常運転が終了した後は、液体供給流路31中の開閉弁27を開いて液体排出流路33中の開閉弁28を閉じた状態に切り替えるとともに、この状態を保持しながらポンプ6を継続して動作させる。このとき、ポンプ6の動作により吸入口3から循環流路5内に吸入された液体50は三方継手7を介してエゼクタ部8側と気体押込タンク30側とに分岐して流入する。エゼクタ部8側に流入した液体50には、通常運転時と同様に気体51が混入されるとともに気液溶解部13中にて該気体51が溶解される。一方、気体押込タンク30側に流入した液体50は、図3に基づき既述したように、気体押込タンク30内に充填されていた気体51を、気体押込タンク30内を駆動中の液体50内に送り込むように作用する。気体押込タンク30から送り込まれた気体51の一部は気液溶解部13内にて駆動中の液体50内に溶解されるとともに、溶解されなかった余剰の気体51は気体層24内に供給されることとなる。上記の気体吸入動作は10秒間行われ、この間に気体押込タンク30内の気体51を全て送り出し、その後に通常運転動作に戻る。以後、50秒間の通常運転動作と10秒間の気体吸入動作とを繰り返すように制御され、このように通常運転動作と気体吸入動作とを繰り返すことで、通常運転動作だけを行なう場合よりも気液溶解部13内で溶解される気体51の量が増加し、貯蔵部2内に吐出される微細気泡の量も増大するものである。
【0027】
本例のポンプ6は遠心ポンプを利用して毎分14リットルの液体50を送り込むものであり、エゼクタ部8と気液溶解部13との間で気体混入流路12を介して循環される気体51は毎分0.42リットルの割合で溶解されて減少していくこととなるが、気体押込タンク30の容量が0.5リットルであるから該気体押込タンク30から気液溶解部13内には毎分0.5リットルの気体51が新たに押込まれ、且つ、気体抜き流路22から気体51が適宜排気されるので、気体押込タンク30内の気体層24は運転中も常に約0.8リットルに保持されることとなる。気体層24内の圧力は大気圧よりも高く例えば0.2Paに維持され、この高圧の気体層24から混入される気体51はエゼクタ部8内にて効率良く液体50内に混入され、多量の微細気泡として貯蔵部2内に吐出されるものである。
【0028】
なお、通常運転動作と気体吸入動作の周期は50秒と10秒の周期に限定されるものではなく、更に短い周期とした場合には、気体押込タンク30の容量が小さくて済むとともに、気液溶解部13内での気液撹拌力の変動が少なくなって性能が向上することとなる。但し、その場合は逆止弁36,37として作動圧の低いものを選定し、開閉弁27,28としては極力オリフィス径の大きな電磁弁を選定して、気体押込タンク30から液体50が全て抜けるのに要する時間、及び、気液溶解部13内に気体51が全て押込まれるのに要する時間を小さくする必要がある。
【0029】
以上のように、本例においては浴槽を貯蔵部2、湯水を液体50、空気を気体51として微細気泡発生装置1を微細気泡発生バスシステムに用いたものについて説明したが、これに限らず、例えば池や沼を貯蔵部2、池や沼内の水を液体50とすることでこの微細気泡発生装置1を汚泥浮上による池や沼の清浄化システムに用いることもできるし、養殖池を貯蔵部2、養殖池内の水を液体50、酸素を気体51とすることでこの微細気泡発生装置1を養殖での酸素補給システムに利用することもできる。そして、いずれの場合においても、ポンプ6として安価で低能力な遠心ポンプを用いて多量の微細気泡を発生させることができるので、経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置1となるものである。
【0030】
【発明の効果】
上記のように請求項1記載の発明にあっては、気液溶解部内の液体に、エゼクタ部にて混入される気体と気体押込タンクから押込まれる気体とが共に供給されるので、安価で低揚程のポンプを用いても十分な量の微細気泡を発生させることの可能な、経済性及び耐久性に優れ且つ騒音の小さな微細気泡発生装置となるといった効果がある。
【0031】
また、請求項2記載の発明にあっては、請求項1記載の発明の効果に加えて、循環流路内で駆動される液体を気体押込みの駆動源として利用することで、微細気泡発生装置の構造を簡素化することができるといった効果がある。
【0032】
また、請求項3記載の発明にあっては、請求項2記載の発明の効果に加えて、気体が充填された状態の気体押込タンク内に液体供給流路を介して液体を送り込むとともに、気体押込タンク内の気体を気体押込流路を介して気液溶解部内の液体に押込む動作と、液体が充填された状態の気体押込タンク内から液体排出流路を介して液体を排出するとともに、気体吸入流路を介して気体押込タンク内に気体を吸入する動作とを交互に行うことで、気液溶解部内の液体に定期的に気体を押込むことができるといった効果がある。
【0033】
また、請求項4記載の発明にあっては、請求項1〜3のいずれか記載の発明の効果に加えて、気液溶解部内の余剰の気体が大気圧よりも高圧に保持されることから、外気から気体を吸入する場合に比して高効率で気体を混入させて十分な量の微細気泡を発生させることができるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における一例の微細気泡発生装置を用いた微細気泡発生バスシステムの説明図である。
【図2】同上の微細気泡発生装置の気液溶解部の構造を示す説明図である。
【図3】同上の微細気泡発生装置の気体吸入動作を示す説明図である。
【図4】同上の微細気泡発生装置の通常運転動作を示す説明図である。
【符号の説明】
1 微細気泡発生装置
2 貯蔵部
3 吸入口
4 吐出口
5 循環流路
6 ポンプ
8 エゼクタ部
12 気体混入流路
13 気液溶解部
30 気体押込タンク
31 液体供給流路
32 気体押込流路
33 液体排出流路
34 気体吸入流路
50 液体
51 気体
Claims (4)
- 液体の貯蔵部に設けられる吸入口及び吐出口と、一端が吸入口に接続されて他端が吐出口に接続される循環流路と、貯蔵部内の液体を循環流路内にて吸入口側から吐出口側へと駆動させるポンプと、循環流路途中に設けられて駆動中の液体に気体を混入させるエゼクタ部と、循環流路途中のエゼクタ部よりも下流側に設けられて該エゼクタ部で混入された気体を駆動中の液体に溶解させる気液溶解部とを具備する微細気泡発生装置において、気液溶解部内で駆動中の液体にエゼクタ部とは別途に気体を送り込む気体押込タンクを備えたことを特徴とする微細気泡発生装置。
- 気体押込タンクから気液溶解部への気体の送り込み手段として、気体押込タンク内への液体注入により該気体押込タンク内の気体を気液溶解部に押出す気体押出機構を備えたことを特徴とする請求項1記載の微細気泡発生装置。
- 気体押出機構として、循環流路途中から分岐して気体押込タンク内に液体を供給する液体供給流路と、気体押込タンク内から気液溶解部中に気体を送り込む気体押込流路と、気体押込タンク内の液体を排出する液体排出流路と、気体押込タンク内に気体を吸入する気体吸入流路とを備えたことを特徴とする請求項2記載の微細気泡発生装置。
- エゼクタ部に混入用の気体を供給する流路として、一端がエゼクタ部に接続されて他端が気液溶解部に接続され、気液溶解部内の余剰の気体を循環させてエゼクタ部で混入させる気体混入流路を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の微細気泡発生装置。
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