JP2006043636A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液中の溶存酸素濃度を高めるとともに、高めた溶存酸素濃度を比較的長時間維持することのできる微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】微細気泡発生装置１１は、貯留槽１２の水Ｗ中に浸漬された微細気泡発生器１０と、微細気泡発生器１０へ水を供給するポンプＰと、酸素富化器９０を通過して酸素濃度を高めた空気を微細気泡発生器１０へ供給する空気ポンプＡＰと、ポンプＰと微細気泡発生器１０とを備えている。微細気泡発生器１０とポンプＰとの間には送水管１３ａが配管され、微細気泡発生器１０と貯留槽１２の水Ｗとの間には吸水管１３ａが配管され、吸水管１３ａの先端部にフィルタ１３ｃが取り付けられている。ポンプＰは、吸水管１３ａを経由して吸い込んだ貯留槽１２内の水Ｗを、送水管１３ｂを経由して微細気泡発生器１０へ送り込むとともに、空気ポンプＡＰは酸素富化器９０を通過して酸素濃度を高めた空気を微細気泡発生器１０へ供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、淡水あるいは海水などのその他の液体中へ微細気泡混じりの液体を供給するための微細気泡発生装置に関する。

淡水中あるいは海水中へ気泡（空気）を供給して溶存酸素量を高めると、様々な優れた効能が生じることは広く知られており、このような気泡供給技術は、植物栽培、魚介類の養殖あるいは排水処理など様々な産業分野で利用されている。酸素などの気体を水中へ大量に溶解させるには、気泡外径をなるべく小さくして、気泡体積に対する気泡表面積を増大させ、気体と水との接触面積を増大させることが有効であることが分かっている。このため、外径の小さな気泡を供給することのできる様々な方式の微細気泡発生器が開発されている。

一方、酸素を水中へ大量に溶解させるには、大気中の空気をそのまま水中へ供給するよりも、酸素濃度を高めた空気を水中へ供給することが望ましいので、酸素濃度を高めた空気によるエアレーションを行うことのできる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、水が収容された攪拌槽に有機肥料を投入した後、酸素富化膜で酸素濃度が高められた空気によるエアレーションを行い、攪拌槽内に空気を供給しつつ撹拌を行うことによって有機液肥を作る技術が記載されている。

特開２００４−１８９５５４号公報（第４−１０頁）

特許文献１に記載された有機液肥の製造方法においては、エアレーション手段として、ブロア、酸素富化膜装置、ホースおよび排出部から成る装置が用いられている。この装置においては、空気の排出部が形成された排出部にブロアから空気を圧送することによって気泡を発生させるようになっている。しかしながら、このような方式で発生させる気泡の外径は比較的大きいので、液中で発生した気泡は液中を急速に浮上した後、液面付近で弾けて消失してしまうことが多く、酸素富化膜装置によって酸素濃度を高めた空気を気泡化して液中に供給しても、液中の溶存酸素を高める効果は低い。

また、特許文献１に記載された気泡発生装置の場合、ブロアから空気を圧送している間は液中の溶存酸素濃度も高まっているが、空気の圧送を停止した後は比較的短時間のうちに溶存酸素濃度が低下してしまうのが実状である。

本発明が解決しようとする課題は、液中の溶存酸素濃度を高めるとともに、高めた溶存酸素濃度を比較的長時間維持することのできる微細気泡発生装置を提供することにある。

本発明の微細気泡発生装置は、気液が旋回可能な気液旋回室内へ液体を圧送するとともに前記気液旋回室内へ空気を流入させることにより前記気液旋回室内に気液旋回流を発生させて前記気液旋回室の軸心方向の端部に形成された吐出口から気液混じりの流体を吐出する微細気泡発生器と、前記気液旋回室内への空気流入経路に設けられた酸素富化器と、を備えたことを特徴とする。

このような構成とすれば、酸素富化器によって酸素濃度が高められた空気を気液旋回室へ供給するとともに、気液旋回室内に発生する気液旋回流によって形成された大量の微細気泡を吐出口から吐出させることが可能となり、これらの微細気泡中の空気の酸素濃度は、大気中の空気の酸素濃度より高くなっているため、酸素濃度の高い微細気泡が拡散していくことによって液中の溶存酸素濃度を高めることができる。また、従来のエアレーション手段で発生させた気泡に比べ、微細気泡発生器で形成された微細気泡は外径が極めて小さいので、液中での浮上速度が小さく、長期間にわたって液中に存在し続ける結果、高まった溶存酸素濃度を長時間維持することができる。

この場合、酸素富化器としては、空気中の酸素を選択的若しくは優先的に通過させることによって酸素濃度を高めるもの、あるいは、空気中の酸素以外の気体を捕捉することによって酸素濃度を高めるものなどを用いることができる。

ここで、前記酸素富化器として、有機高分子化合物で形成された酸素富化膜を内蔵したものを用いることが望ましい。このような酸素富化膜は、この膜を通過する分子の速度差を利用するものであり、空気中の窒素に比べて酸素の通過速度の方が大であるため、大気中の空気が当該酸素富化膜を通過することにより、比較的酸素濃度の高い空気を得ることができる。大気中の空気の酸素と窒素の存在比率は、酸素約２１％、窒素約７９％であるが、前記酸素富化膜を通過後の空気においては、酸素約３０％、窒素約７０％となる。このような酸素富化膜を内蔵した酸素富化器を用いることにより、酸素濃度の高い微細気泡を供給することが可能となるため、液中の溶存酸素濃度を高めることができる。

一方、前記空気流入経路に、前記気液旋回室内へ空気を圧送するための空気ポンプを設けることもできる。このような構成とすれば、微細気泡発生器を液圧の高い領域に配置した場合や、空気が酸素富化器を通過する際の抵抗が比較的大である場合でも、気液旋回室へ確実に空気を供給することができるようになるため、微細気泡を安定供給することができる。

本発明により、以下の効果を奏する。

（１）気液が旋回可能な気液旋回室内へ液体を圧送するとともに前記気液旋回室内へ空気を流入させることにより前記気液旋回室内に気液旋回流を発生させて前記気液旋回室の軸心方向の端部に形成された吐出口から気液混じりの流体を吐出する微細気泡発生器と、前記気液旋回室内への空気流入経路に設けられた酸素富化器と、を備えたことにより、液中の溶存酸素濃度を高めることができる。

（２）前記酸素富化器として、有機高分子化合物で形成された酸素富化膜を内蔵したものを用いれば、酸素濃度の高い微細気泡を供給することが可能となるため、液中の溶存酸素濃度を高めることができる。

（３）前記空気流入経路に、前記気液旋回室内へ空気を圧送するための空気ポンプを設ければ、微細気泡発生器を液圧の高い領域に配置した場合や、空気が酸素富化器を通過する際の抵抗が比較的大である場合でも、気液旋回室へ確実に空気を供給することができるようになるため、微細気泡を安定供給することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態である微細気泡発生装置を示す構成図、図２は図１に示す微細気泡発生装置を構成する微細気泡発生器の斜視図、図３は図２におけるＡ−Ａ線断面図、図４は図２に示す微細気泡発生器の稼働状態を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態の微細気泡発生装置１１は、微細気泡発生器１０と、微細気泡発生器１０へ水を供給するためのポンプＰと、微細気泡発生器１０へ酸素富化器９０を経由して空気を供給するための空気ポンプＡＰと、ポンプＰと微細気泡発生器１０との間の配管などを備えている。微細気泡発生器１０は、貯留槽１２に収容された水Ｗ中に浸漬され、この微細気泡発生器１０とポンプＰと間には送水管１３ｂが配管され、貯留槽１２内の水ＷとポンプＰとの間には吸水管１３ａが配管され、吸水管１３ａの先端部にはフィルタ１３ｃが取り付けられている。ポンプＰは、吸水管１３ａを経由して吸い込んだ貯留槽１２内の水Ｗを、送水管１３ｂを経由して微細気泡発生器１０へ送り込むようになっている。

一方、空気ポンプＡＰを用いて微細気泡発生器１０に空気を送り込むための空気流入経路として送気管１４が配管され、地上（大気中）に配置された空気ポンプＡＰの上流側に酸素富化器９０およびエアクリーナ９２が接続されている。空気ポンプＡＰの作動によりエアクリーナ９２を経由して大気中から吸い込んだ空気を、酸素富化器９０を通過させることによって酸素濃度を高めた後、微細気泡発生器１０に送り込むようになっている。酸素富化器９０の内部には酸素富化膜９０ａが配置されており、これらの酸素富化膜９０ａを通過することによって酸素濃度を高めた空気を微細気泡発生器１０に送り込むことができる。

ここで、図２〜図４を参照して、微細気泡発生器１０の構造および機能について説明する。図２〜図４に示すように、微細気泡発生器１０は、略直方体形状のケーシング１内に気液が旋回可能な円筒状の気液旋回室２が設けられ、気液旋回室２の軸心Ｓ方向の中央部分の内周面には、その法線方向に気体を導入可能な１つの気体導入口４が開設され、この気体導入口４を挟む両端寄り部分には、気液旋回室２の内周面の接線方向に液体を導入可能な２つの液体導入口３が開設されている。

これらの液体導入口３および気体導入口４は、それぞれケーシング１を貫通して形成され、ケーシング１外面のそれぞれの開口部分に液体導入管３ａ、気体導入管４ａが接続されている。２本の液体導入管３ａはその上流側で一本化された状態で送水管１３ｂに連結され、気体導入管４ａはその上流側で送気管１４に連結されている。

また、気液旋回室２の軸心Ｓ方向の両端部の隔壁１ａには、それぞれ円形の気液吐出口５が開設され、２つの気液吐出口５にそれぞれ気液誘導管２１が連結されている。気液誘導管２１は、後述するように、気液吐出口５から吐出される微細気泡ＮＢ混じりの水（以下、「ＮＢ流体」という。）の吐出方向に沿って直線状に突出するように連通され、この気液誘導管２１によって、ＮＢ流体の吐出方向を規定している。

図１，図４に示すように、微細気泡を供給すべき処理対象である水Ｗの中へ微細気泡発生器１０を浸漬し、送水管１３ｂおよび液体導入管３ａを経由して水を圧送し、液体導入口３から気液旋回室２内へ水を圧送するとともに、送気管１４および気体導入管４ａを経由して空気を気体導入口４から気液旋回室２内へ流入させると、気液旋回室２内に軸心Ｓ周りの気液旋回流Ｒが発生するとともに、軸心Ｓ付近には負圧空洞部Ｖが形成される。

気体導入口４から気液旋回室２内に流入する空気は、気液旋回流Ｒの剪断作用によって細かく砕かれ、負圧空洞部Ｖの周りを回転しながら微細気泡ＮＢとなっていき、やがて気液吐出口５から微細気泡ＮＢ混じりの水となって吐出される。気液吐出口５から吐出されたＮＢ流体は、気液誘導管２１によって誘導されながら貯留槽１２の水Ｗの中へ吐出される。

このように、酸素富化器９０によって酸素濃度が高められた空気を気液旋回室２へ供給するとともに、気液旋回室２内に発生する気液旋回流Ｒによって形成された大量の微細気泡ＮＢを気液吐出口５に連通する気液誘導管２１から吐出させることができる。このとき、微細気泡ＮＢ中の空気の酸素濃度は、大気中の空気の酸素濃度より高くなっているため、酸素濃度の高い微細気泡ＮＢが水Ｗ中を拡散していくことによって水Ｗ中の溶存酸素濃度を高めることができる。

本実施形態では、酸素富化器９０として、有機高分子化合物で形成された酸素富化膜９０ａを内蔵したものを用いている。酸素富化膜９０ａを通過する窒素分子の通過速度より酸素の通過速度の方が大であるため、大気中の空気が酸素富化膜９０ａを通過することにより、大気よりも酸素濃度の高い空気を得ることができる。大気中の空気の酸素と窒素の存在比率は、酸素約２１％、窒素約７９％であるが、酸素富化膜９０ａを通過後の空気においては、酸素約３０％、窒素約７０％となる。

このような酸素富化膜９０ａを内蔵した酸素富化器９０を送気管１４の途中に設け、酸素濃度を高めた空気を微細気泡発生器１０の気液旋回室２に送り込むことにより、酸素濃度の高い微細気泡ＮＢを水Ｗ中供給することができるため、水Ｗ中の溶存酸素濃度を大幅に高めることができる。また、微細気泡発生器１０で形成された微細気泡ＮＢは外径が極めて小さい（外径が１０μｍ〜３０μｍ程度から１００ｎｍ程度と推測される）ので、水Ｗ中での浮上速度が小さく、長期間にわたって微細気泡ＮＢが水Ｗ中に存在し続ける結果、高められた溶存酸素濃度を長時間にわたって維持することができる。この場合、微細気泡発生器１０を通過することによって細分化された水のクラスターの間に微細気泡ＮＢが分散した状態となるため、クラスター同士の再結合による肥大化が抑制され、細かいクラスターが維持される結果、水Ｗの表面張力が低下して浸透性が高まるという効果も得ることができる。

また、本実施形態では、気液旋回室２内へ空気を圧送するため、空気流入経路である送気管１４に空気ポンプＡＰを連結している。従って、微細気泡発生器１０を水圧の高い領域に配置した場合や、空気が酸素富化器９０を通過する際の抵抗が比較的大である場合でも、気液旋回室２へ確実に空気を供給することが可能であり、これによって微細気泡ＮＢを水Ｗ中へ安定供給することができる。また、空気ポンプＡＰで空気を圧送することにより、微細気泡ＮＢと共に、微細気泡ＮＢよりも外径が大きな気泡（外径が数ｍｍ程度と推測される）を発生させることもできるので、これらの気泡によって水Ｗを撹拌する作用も得ることができる。

さらに、本実施形態では、微細気泡発生器１０の気液吐出口５に気液誘導管２１を設けているため、気液吐出口５から吐出されるＮＢ流体は、周囲の水Ｗに邪魔されることなく、速やかに一定方向へ吐出される。これにより、周囲の水Ｗが気液吐出口５へ誘引されることもなく、気液旋回室２内への液体の逆流入も生じなくなるため、気液旋回室２内に発生している負圧レベルが大幅に高まり、大量のＮＢ流体を安定供給することができる。

また、ＮＢ流体が気液誘導管２１を通過して水Ｗ中へ放出されることにより、流動方向が収束され、その直進性が向上するため、貯留槽１２内のより遠い領域へ微細気泡ＮＢを供給することが可能であり、周囲の水Ｗに対する撹拌作用も発揮する。

次に、図５〜図８を参照して、微細気泡発生装置１１を構成する微細気泡発生器１０と代替して使用することのできる、その他の実施形態である微細気泡発生器３０，５０について説明する。図５はその他の実施形態である微細気泡発生器３０を示す斜視図、図６は図５におけるＢ−Ｂ線断面図、図７はその他の実施形態である微細気泡発生器５０を示す斜視図、図８は図７におけるＣ−Ｃ線断面図である。なお、図５〜図８に示す微細気泡発生器３０，５０において、前述した微細気泡発生器１０の構成部分と同じ機能、効果を発揮する部分については、図１〜図４と同じ符号を付して説明を省略する。

図５，図６に示すように、微細気泡発生器３０においては、略円筒形状のケーシング３１内に気液が旋回可能な円筒状の気液旋回室３２が設けられ、気液旋回室３２の軸心Ｓ方向の一方の端部の隔壁３１ｂには、軸心Ｓ方向に気体を導入可能な気体導入口３４が開設され、他方の端部の隔壁３１ａには、気液旋回室３２の内周面の接線方向に液体を導入可能な液体導入口３３が開設されている。これらの液体導入口３３および気体導入口３４はそれぞれケーシング３１を貫通して形成され、ケーシング３１の外面のそれぞれの開口部分に液体導入管３３ａ、気体導入管３４ａが接続されている。図１に示す送水管１３ｂ，送気管１４が、それぞれ液体導入管３３ａ、気体導入管３４ａに接続される。

隔壁３１ｂの内側は、気体導入口３４が軸心Ｓ方向に富士山形状に突出した滑らかな凹曲面をなすように形成され、気液旋回室２の内周面の液体導入口３３が開設された部分には前記内周面の他の部分よりも内径の大きな予備旋回室３２ａが形成されている。

一方、隔壁３１ａの軸心Ｓ部分には、円形の気液吐出口３５が開設され、この気液吐出口３５に円筒形の気液誘導管４１が連結されている。気液誘導管４１は、気液吐出口３５から吐出されるＮＢ流体の吐出方向へ直線状に突出するように連通され、この気液誘導管４１が、ＮＢ流体の吐出方向を規定する。

図１に示す微細気泡発生器１０と同様に、貯留槽１２内の水Ｗの中へ微細気泡発生器３０を浸漬し、液体導入管３３ａを経由して水Ｗを圧送することによって、液体導入口３３から気液旋回室３２内へ水Ｗを圧送すると、気体導入管３４ａを経由して供給された空気が気体導入口３４から気液旋回室３２内へ流入し、気液旋回室３２内に軸心Ｓ周りの気液旋回流Ｒが発生するとともに、軸心Ｓ付近には負圧空洞部Ｖが形成される。

気体導入口３４から気液旋回室３２内に流入する空気は、気液旋回流Ｒの絞り作用によって細かく砕かれ、負圧空洞部Ｖの周りを回転しながら微細気泡ＮＢとなり、やがて気液吐出口３５からＮＢ流体となって吐出される。気液吐出口３５から吐出されたＮＢ流体は気液誘導管４１を経由して水Ｗの中へ放出される。このときの気液誘導管４１の機能は、前述した気液誘導管２１と同じである。

図７，図８に示すように、微細気泡発生器５０においては、略円筒形状のケーシング５１内に気液が旋回可能な円筒状の気液旋回室５２が設けられ、気液旋回室５２の軸心Ｓ方向の一方の端部の隔壁５１ｂには液体導入管５３ａが貫通状に配置され、気液旋回室５２内に位置する液体導入管５３ａの外周面に気液旋回室５２内へ気体を導入可能な２つの気体導入口５３が９０度間隔で開設されている。気体導入管５４ａは、液体導入管５３ａの側面部を貫通して、その内部に進入し、軸心Ｓ方向へ曲がった後、その先端の気体導入口５４が液体導入管５３ａの先端閉塞板５３ｂの軸心Ｓ部分に開口している。

気液旋回室５２の軸心Ｓ方向の他方の端部の隔壁５１ａの軸心Ｓ部分には、円形の気液吐出口５５が開設され、この気液吐出口５５に気液誘導管６１が連結されている。図１で示した送水管１３ｂを液体導入管５３ａに連結し、送気管１４を気体導入管５４ａに連結して使用する。

図１で示したように、貯留槽１２の水Ｗの中へ微細気泡発生器５０を浸漬し、液体導入管５３ａを経由して水Ｗを圧送することによって、液体導入口５３から気液旋回室５２内へ水を圧送すると、気体導入管５４ａを経由して供給された空気が気体導入口５４から気液旋回室５２内へ流入し、気液旋回室５２内に軸心Ｓ周りの気液旋回流Ｒが発生するとともに、軸心Ｓ付近には負圧空洞部Ｖが形成される。

気体導入口５４から気液旋回室５２内に流入する空気は、気液旋回流Ｒの絞り作用によって細かく砕かれ、負圧空洞部Ｖの周りを回転しながら微細気泡ＮＢとなり、やがて気液吐出口５５からＮＢ流体となって吐出される。気液吐出口５５から吐出されたＮＢ流体は、気液誘導管２１を経由して、水Ｗ中へ放出される。このときの気液誘導管６１の機能は、前述した気液誘導管２１と同じである。

これまで説明した微細気泡発生器１０，３０，５０においては、気液旋回室２，３２，５２の形状を円筒形状としているが、本発明は円筒形状に限定するものではないので、気液旋回流が発生可能な形状であればよく、例えば、五角筒形状、六角筒形状などの多角筒形状としてもよい。

また、前述した微細気泡発生器３０，５０の場合、気液旋回室３２，５２内には、ＮＢ流体の吐出方向に向かって左回り（反時計回り）の気液旋回流Ｒを発生させているが、本発明はこれに限定するものではないので、右回り（時計回り）、左回り（反時計回り）のいずれの方向の気液旋回流であってもよい。

次に、図９，図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図９は本発明の第２実施形態である微細気泡発生装置を示す構成図、図１０は図９に示す微細気泡発生装置を構成する微細気泡発生器の断面図である。

図９，図１０に示すように、本実施形態の微細気泡発生装置７０は、防水性のポンプ７２と、ポンプ７２を作動させる防水性の電動機７３と、微細気泡発生器７４とを一体的に連結した構造を備えている。電動機７３は電源コード７５を介して電源（図示せず）に接続され、電源コード７５の途中に設けられたスイッチ７６によってＯＮ−ＯＦＦすることができる。ポンプ７２は電動機７３の回転軸（図示せず）と同軸上に連結され、吸引口７２ａから吸い込んだ水Ｗを吐水部７８を経由して微細気泡発生器７４の液体導入経路８５へ供給する。

微細気泡発生器７４は概形が円筒形であり、その下部には大気中の空気を導入するための吸気管７９の基端部が接続されている。この吸気管７９の上端部は、地上に配置されたエアクリーナ８２、開閉弁８１、圧力計８０、酸素富化器９０および空気ポンプ９１Ｐを経由して大気中と連通している。吸気管７９の途中には、水Ｗが地上に逆流するのを防ぐための逆止弁８３が設けられている。酸素富化器９０は、第１実施形態の微細気泡発生装置１１を構成する酸素富化器９０と同じものである。

図１０に示すように、微細気泡発生器７４は、水Ｗが軸心Ｓの周りを旋回可能な円筒ケーシング７４ａ内に設けられた気液旋回室８４と、気液旋回室８４内へ水Ｗを導入して気液旋回流Ｒを発生させるため気液旋回室８４内へ水Ｗを噴出する機能を有する液体導入経路８５と、気体旋回室８４内へ空気を導入するため気体旋回室８４と連通して形成され外部に向かって開口した気体導入経路８６と、気液旋回室８４の軸心Ｓ方向の端部に形成された気液吐出口８７とを備えている。

液体導入経路８５は円筒形であり、その基端にはポンプ７２の吐水部７８との連結部８５ｃが設けられ、その先端は、気液旋回室８４の気液吐出口８７と反対側の端部において気液旋回室８４内へ突出するように配置され、その先端部分は閉塞板８５ａによって閉塞されている。気液旋回室８４内に位置する液体導入経路８５の外周には、気液旋回室８４の軸心Ｓとねじれの位置をなす方向へ液体を噴出するための複数の噴出口８５ｂが設けられている。本実施形態では、噴出口８５ｂは軸心Ｓを中心に等角度間隔で６個配置するとともに、これらの６個の噴出口８５ｂを同じ位相で軸心Ｓ方向に２段配置することによって合計１２個設けているが、これらの個数に限定するものではない。

気体導入経路８６は、液体導入経路８５の側面部を貫通してその内部へ進入し、軸心Ｓ方向へ曲がった後、その先端開口部８６ａが閉塞板８５ａの表面側（気液旋回室８４側）に開口している。液体導入経路８５の側面に突出した気体導入経路８６に吸気管７９の基端部が着脱可能に連結されている。

気液旋回室８４を内蔵する円筒ケーシング７４ａの気液吐出口８７の外側において、この気液吐出口８７と対向する位置に、軸心Ｓと交差する平面８８ａを有する円板状の気液誘導部材８８が配置されている。気液誘導部材８８は、円弧状をした３つの連結部材８８ｂを介して円筒ケーシング７４ａの先端部分に接合されており、これらの連結部材８８ｂの間に形成された３つの吹き出し口８９から、後述する、微細気泡ＮＢ混じりの水を水Ｗ中へ吹き出す。なお、これら３つの吹き出し口８９は、平面視状態において、電動機７３の配置方向を除く３方向へ９０度間隔で配置されている。

図９に示すように、微細気泡発生装置７０を水Ｗ中に投入し、底部Ｚに起立状態に載置し、スイッチ７６を操作して電動機７３を作動させると、ポンプ７２の吸引口７２ａから吸い込まれた水Ｗが吐水部７８から液体導入経路８５へ流れ込む。そして、液体導入経路８５へ流れ込んだ水は、図１０に示すように、噴出口８５ｂを経由して気液旋回室８４内へ噴出されるが、その噴出方向は気液旋回室８４の軸心Ｓとねじれの位置をなす方向となっているため、気液旋回室８４内には軸心Ｓ周りの旋回流が発生するとともに、この旋回流の一部は気液吐出口８７から水Ｗ中へ排出される。

このとき、気液旋回室８４内の軸心Ｓ付近には負圧空洞部Ｖが発生し、この負圧空洞部Ｖの存在によって気液旋回室８４内が負圧となるため、気液旋回室８４と連通する気体導入経路８６および吸気管７９を経由して、酸素富化器９０によって酸素濃度が高められた空気が吸い込まれ、気体導入経路８６の先端開口部８６ａから気液旋回室８４内へ導入される。なお、気液旋回室８４内の負圧のみでは吸気管７９を通して空気を吸い込むことができない場合は、空気ポンプ９１Ｐを作動させ、酸素富化器９０によって酸素濃度が高められた空気を吸気管７９を通して気液旋回室８４内へ送り込むことができる。

気体導入経路８６の先端開口部８６ａを経由して気液旋回室８４内へ導入された気体は前述した旋回流の剪断作用によって微細化され、気液旋回流Ｒとなって気液旋回室８４内を旋回しながら、やがて気液吐出口８７から微細気泡ＮＢ混じりの水となって水Ｗ中へ吐出される。すなわち、大気中から吸い込んだ空気を、酸素富化器９０によって酸素濃度を高めるとともに微細気泡ＮＢに変化させて水Ｗ中へ供給することができる。

微細気泡発生装置７０は、ポンプ７２、電動機７３および微細気泡発生器７４が一体化されているため、自由に移動させることが可能であり、この微細気泡発生装置７０全体を水Ｗ中に浸漬させた状態で電動機７３を作動させるだけで、水Ｗ中に微細気泡ＮＢ混じりの水を供給することができるため、使い方も容易である。また、電動機７３により連続的に作動させることができるため、水Ｗ中へ大量の微細気泡ＮＢを安定的に供給することができる。

微細気泡発生装置７０では、液体導入経路８５の液体噴出口８５ｂを、気液旋回室８４の内周面８４ａから離れた位置に設けているため、噴出口８５ｂから噴き出す水によって負圧空洞部Ｖに水圧が加わることがない。したがって、負圧空洞部Ｖは気液旋回室８４の軸心Ｓ上にほぼ直線状に形成され、その位置および形状も安定した状態が保たれることとなり、キャビテーションエロージョンの発生が防止されるため、微細気泡発生器７４は優れた耐久性を発揮する。

また、気体導入経路８６の先端開口部８６ａを、気液旋回室８４の軸心Ｓ上に配置しているため、気液旋回室８４内の気液旋回流Ｒによって軸心Ｓ付近に発生する負圧空洞部Ｖに生じる大きな負圧を利用して、大気中の空気を効率良く気液旋回室８４内へ導入して微細気泡ＮＢを形成することができる。したがって、気液旋回室８４内へ外気を導入するためのエアポンプは不要である。

一方、気液吐出口８７と対向する位置に、軸心Ｓ方向と交差する平面８８ａを有する気液誘導部材８８を配置しているため、気液吐出口８７から旋回しながら吐出された微細気泡ＮＢ混じりの液体を気液誘導部材８８の平面８８ａに沿って周辺へ拡がるように誘導した後、３つの吹き出し口８９から互いに異なる３つの方向へすることが可能であり、微細気泡ＮＢの拡散性も良好である。

また、これによって気液旋回室８４内の負圧レベルが高まり、大量の空気が気液旋回室８４内へ導入されるようになるため、微細気泡ＮＢの発生量も増大する。さらに、気液旋回室８４内に生じている負圧空洞部Ｖの負圧により、微細気泡発生器７４外部の気液吐出口８７付近の水Ｗが、気液吐出口８７へ誘引されるのを当該気液誘導部材８８が阻止するので、気液旋回室８４内への水Ｗの逆流入を防止することができる。

微細気泡発生装置７０の用途は特に限定するものではないので、様々な技術分野において広く使用することができるが、例えば、農業用水中の溶存酸素量の増大手段、水溶性肥料の溶解および微細化手段として好適に使用することができる。また、微細気泡発生装置７０は、比較的小型であるため、容積の小さな水槽や水タンクに投入して使用する場合にも好適である。

本発明の微細気泡発生器は、農作物などの植物類の栽培用水、魚介類の養殖用水並びに蓄養用水への酸素供給のほか、河川、湖沼、海洋あるいは貯水池などの水質浄化などの様々な産業分野において広く利用することができる。

本発明の第１実施形態である微細気泡発生装置を示す構成図である。 図１に示す微細気泡発生装置を構成する微細気泡発生器の斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２に示す微細気泡発生器の稼働状態を示す模式図である。 その他の実施形態である微細気泡発生器を示す斜視図である。 図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。 その他の実施形態である微細気泡発生器を示す斜視図である。 図７におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第２実施形態である微細気泡発生装置を示す構成図である。 図９に示す微細気泡発生装置を構成する微細気泡発生器の軸心方向における断面図である。

符号の説明

１，３１，５１ ケーシング
１ａ，３１ａ，３１ｂ，５１ａ，５１ｂ 隔壁
２，３２，５２ 気液旋回室
３，３３，５３ 液体導入口
３ａ，３３ａ，５３ａ 液体導入管
４，３４，５４ 気体導入口
４ａ，３４ａ，５４ａ 気体導入管
５，３５，５５，８７ 気液吐出口
１０，３０，５０，７４ 微細気泡発生器
１１，７０ 微細気泡発生装置
１２ 貯留槽
１３ａ 吸水管
１３ｂ 送水管
１３ｃ フィルタ
１４ 送気管
２１，４１，６１ 気液誘導管
３２ａ 予備旋回室
５３ｂ 先端閉塞板
７２ ポンプ
７２ａ 吸引口
７３ 電動機
７４ａ 円筒ケーシング
７５ 電源コード
７６ スイッチ
７８ 吐水部
７９ 吸気管
８０ 圧力計
８１ 開閉弁
８２，９２ エアクリーナ
８３ 逆止弁
８４ 気液旋回室
８４ａ 内周面
８５ 液体導入経路
８５ａ 閉塞板
８５ｂ 噴出口
８５ｃ 連結部
８６ 気体導入経路
８６ａ 先端開口部
８８ 気液誘導部材
８８ａ 平面
８８ｂ 連結部材
８９ 吹き出し口
９０ 酸素富化器
９０ａ 酸素富化膜
ＡＰ 空気ポンプ
Ｐ，９１Ｐ ポンプ
ＮＢ 微細気泡
Ｓ 軸心
Ｒ 気液旋回流
Ｖ 負圧空洞部
Ｚ 底部

Claims (3)

1. 気液が旋回可能な気液旋回室内へ液体を圧送するとともに前記気液旋回室内へ空気を流入させることにより前記気液旋回室内に気液旋回流を発生させて前記気液旋回室の軸心方向の端部に形成された吐出口から気液混じりの流体を吐出する微細気泡発生器と、
   前記気液旋回室内への空気流入経路に設けられた酸素富化器と、を備えたことを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 前記酸素富化器が、有機高分子化合物で形成された酸素富化膜を内蔵したものである請求項１記載の微細気泡発生装置。
3. 前記空気流入経路に、前記気液旋回室内へ空気を圧送するための空気ポンプを設けた請求項１記載の微細気泡発生装置。

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