JP2006116365A - 旋回式微細気泡発生装置及び同気泡発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微細気泡を簡潔な構造で効率よく多量に生成することができる耐久性の微細気泡発生装置の提供。
【解決手段】一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになす。前記円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度は、好ましくは１０°〜７０°、特に好ましくは３０°〜４５°である。
【選択図面】 図１

Description

本発明は、空気、酸素ガス等の気体を水道水、河川水、その他液体等に効率的に溶解して、例えば水質を浄化し、水環境を蘇生するための微細気泡発生装置の技術分野に属する。

従来のエアレーション、例えば水生生物成育装置に設置された微細気泡発生装置によるエアレーションのほとんどは、成育槽内に設置された管状や板状の微細気泡発生装置細孔から空気を成育用水中に加圧して噴き出すことによって気泡を細分化する方式であるか、又は回転羽根や気泡噴流などにより、せん断力が形成された成育用水流内に空気を入れて、それを細分化するかあるいは加圧された水の急減圧によって水中に溶解していた空気を気化させて気泡を発生させる方式である。
そして、それらの機能を有する微細気泡発生装置によるエアレーションでは、基本的には空気の送給量やそれぞれの微細気泡発生装置の設備個数等によって必要な調節が行われているが、空気、炭酸ガス等の気体を水中に高効率で溶解させ、さらには水の循環を促進する必要がある。

そこで本発明者は前に、一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなる微細気泡発生装置を開発し、汚染水の水質浄化し、汚染された自然水環境の蘇生等に貢献してきた。
特開２００３−２０５２２８号公報 特開２００３−１８１２５９号公報 特開２０００−０００４４７号公報

しかしながら、従来の微細気泡発生装置によるエアレーション方式は、例えば噴き出しによる散気方式では、そこにいかに微細な細孔を設けても、気泡が細孔から加圧状態で噴出されて体積膨張し、またその際の気泡の表面張力によって、結果的に数ｍｍ程度の径を有する大きな気泡が発生してしまい、それよりも小さな気泡を発生させることが困難であり、そして、その長時間運転に伴って発生する目詰まりと動力費の増大の問題が存在した。
また、回転羽根や気泡噴流などにより、せん断力が形成された水流内に、空気を入れてそれを細分化する方式では、キャビテーションを発生させるのに高速の回転数が要求され、その動力費の問題やキャビテーション発生に伴って急激に進行する羽根の腐食や振動問題があり、さらに、微細気泡の生成率が少ないという問題もあった。
そしてまた、その他の回転羽根や突起に気液二相流が衝突する方式においては、例えば湖沼、魚類水槽内等においては魚類や水生小生物が破壊されてしまい、水生生物の成育に必要な環境の形成、維持に支障を来した。
さらに、加圧方式では、装置が大型でかつ高価、さらには運転費も多額を必要としていた。そして、上記いずれの従来技術によっても、例えば直径２０μｍ以下といった微細気泡を工業規模で発生させることは不可能であった。

そしてさらに、前記特開２００３−２０５２２８号公報（特許文献１）、特開２００３−１８１２５９号公報（特許文献２）、特開２０００−０００４４７号公報（特許文献３）に記載の装置においても、下記のような問題が生じた。
（１）細砂など粒状物質を混入させると、気体導入部付近では１秒間に数百回転の高速回転をするために、その摩擦及び研磨作用で、その導入口付近が掘削され、気体導入が困難となり、微細気泡がまったく発生しなくなるという問題が生じた。
（２）上部の液体部によどみが発生し、液体及び導入気体の回転速度が小さくなり、その結果として、微細気泡の径をより小さくできず、量的にも大量に発生させることができないという欠点を有していた。
（３）気体導入部は、圧力がマイナスとなる部分に設置されていることから、ここから外部気体を吸い込み（導入）しやすくしているが、この導入量が従来の方式では充分ではなかった。
すなわち、気体導入部が堀削され、装置が故障・破壊する、さらには、回転速度が遅くなる、そして、気体の導入量が少ないという問題があった。

本発明者は鋭意研究の結果、下記構成の発明によって、微細気泡を多量にかつ装置を長寿命化して工業規模で発生させることを可能とした。
本発明の要点は、図１に本発明装置の原理説明図及び実施例装置の説明図に示すごとく、まず装置容器内に円筒形のスペース１００を設け、前記円筒形スペース１００は、一端側１００Ａが壁体で閉口され、他端側１００Ｂが開口して形成されてなり、前記一端側１００Ａの壁体に気体導入孔８０を開設し、前記他端側１００Ｂはその開口部を旋回気液導出口１０１を構成し、また同円筒形スペース１００の内壁円周面の一部にその接線方向に加圧液体導入口５００を開設し、さらに前記円筒形スペース１００の一端側１００Ａの壁体は、他端側１００Ｂに向けて突出する円錐形状又は円錐台形状１１０’で構成し、前記一端側１００Ａの縦断面のスペース形状をＭ字形状にして、前記他端側１００Ｂの旋回気液導出口１０１から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するよう旋回式微細気泡発生装置を構成する。

そこで、前記装置本体を又は少なくとも旋回気液導出口１０１を液体中に埋設させ、前記加圧液体導入口５００から円筒形スペース１００内に加圧液体を圧送することにより、その内部に旋回流が生成し、円筒管軸上に負圧部分が形成される。この負圧によって、前記気体導入孔８０から気体が吸い込まれ、圧力が最も低い管軸上を気体が通過することによって、細い旋回気体渦管部６０が形成される。
この円筒形スペース１００では旋回流が入り口（加圧液体導入口）５００から出口（旋回気液導出口）１０１へ向かって形成され、この旋回に伴って、液体と気体の比重差から、液体には遠心力、気体には向心力が同時に働き、そのために液体部と気体部の分離が可能となり、気体が糸状で出口１０１まで続き、そこから噴出されるが、その噴出と同時に周囲の静液（水）によって、その旋回が急激に弱められ、その前後で、急激な旋回速度差が発生する。この旋回速度差の発生によって、糸状の気体渦管部６０が連続的に安定して切断され、その結果として大量の微細気泡、例えば直径１０〜２０μｍの微細気泡が同旋回気液導出口１０１付近で発生し、円筒形スペースの他端側の開口部から前記微細気泡を含む旋回気液混同液が器外の液体中へ放出されるのである。

この際、本発明では、前記のように円筒形スペース１００の一端側１００Ａの壁体を、他端側１００Ｂに向けて突出する円錐形状又は円錐台形状１１０’で構成しているため、前記円錐形状又は円錐台形状１１０’の壁体表面付近で液体又は液体中に混有する砂やゴミなど固体粒子の混入物と壁体面との接触抵抗を低減し、かつ液体中への混入気泡量を増大させることができるように構成されている。

すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
（１）一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
（２）一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。

（３）前記一端側の円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度が１０°〜７０°であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（４）前記一端側の円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度が３０°〜４５°であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（５）容器本体の円筒形スペースが、下部に円筒部を有する逆円錐台形のスペースであることを特徴とする前記（１）、（３）〜（４）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（６）容器本体の円筒形スペースが、円錐台形のスペースであることを特徴とする前記（１）、（３）〜（４）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（７）容器本体の円筒形スペースが、徳利形状又はワインボトル形状のスペースであることを特徴とする前記（１）、（３）〜（４）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。

（８）容器本体の円筒形スペースが、下部に円筒部を有する底面が閉口している逆円錐台形のスペースであることを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（９）容器本体の円筒形スペースが、底面が閉口している円錐台形のスペースであることを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（１０）容器本体の円筒形スペースが、底面が閉口している徳利形状又はワインボトル形状のスペースであることを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。

（１１）スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口が、同一曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けられてなることを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（１２）スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口が、異なる曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けられてなることを特徴とする前記（１）〜（１１）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（１３）加圧液体導入口が、前記スペースの底部付近の内壁円周面の一部に開設されてなることを特徴とする前記（１）〜（１２）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（１４）加圧液体導入口が、前記スペースの中腹部付近の内壁円周面の一部に開設されてなることを特徴とする前記（１）〜（１３）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（１５）旋回気液導出口の直前部にバッフルを配設してなることを特徴とする前記（１）〜（１４）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。

（１６）一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなり、かつ前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置により、
前記円錐形状又は円錐台形状の壁体表面付近での液体又は液体中に混有する固体粒子との接触抵抗を低減し、かつ液体中への混入気泡量を増大せしめる第１過程と、
前記円筒形スペース内で前記他端側方向へ伸長、先細りさせながら旋回導出する気体渦管部を形成する第２過程と、
その気体渦管部の前後の間で旋回速度差を発生させ、強制的に気体渦管部を切断させることにより微細気泡を発生させて前記他端側の開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出する第３過程とからなることを特徴とする旋回式微細気泡発生方法。
（１７）一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなり、かつ前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置により、
前記円錐形状又は円錐台形状の壁体表面付近での液体又は液体中に混有する固体粒子との接触抵抗を低減し、かつ液体中への混入気泡量を増大せしめる第１過程と、
前記円筒形スペース内で前記他端側方向へ伸長、先細りさせながら旋回導出する気体渦管部を形成する第２過程と、
その気体渦管部の前後の間で旋回速度差を発生させ、強制的に気体渦管部を切断させることにより微細気泡を発生させて前記他端側の開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出する第３過程とからなることを特徴とする旋回式微細気泡発生方法。

（１８）前記一端側の円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度が１０°〜７０°であることを特徴とする前記（１６）又は（１７）に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（１９）前記一端側の円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度が３０°〜４５°であることを特徴とする前記（１６）又は（１７）に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（２０）容器本体の円筒形スペースが、下部に円筒部を有する逆円錐台形のスペースであることを特徴とする前記（１６）、（１８）〜（１９）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（２１）容器本体の円筒形スペースが、円錐台形のスペースであることを特徴とする前記（１６）、（１８）〜（１９）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（２２）容器本体の円筒形スペースが、徳利形状又はワインボトル形状のスペースであることを特徴とする前記（１６）、（１８）〜（１９）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。

（２３）容器本体の円筒形スペースが、下部に円筒部を有する底面が閉口している逆円錐台形のスペースであることを特徴とする前記（１７）〜（１９）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（２４）容器本体の円筒形スペースが、底面が閉口している円錐台形のスペースであることを特徴とする前記（１７）〜（１９）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（２５）容器本体の円筒形スペースが、底面が閉口している徳利形状又はワインボトル形状のスペースであることを特徴とする前記（１７）〜（１９）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。

（２６）スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口が、同一曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けられてなることを特徴とする前記（１６）〜（２５）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（２７）スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口が、異なる曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けられてなることを特徴とする前記（１６）〜（２６）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（２８）加圧液体導入口が、前記スペースの底部付近の内壁円周面の一部に開設されてなることを特徴とする前記（１６）〜（２７）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。

（２９）加圧液体導入口が、前記スペースの中腹部付近の内壁円周面の一部に開設されてなることを特徴とする前記（１６）〜（２８）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（３０）旋回気液導出口の直前部にバッフルを配設してなることを特徴とする前記（１６）〜（２９）のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。

本発明の旋回式微細気泡発生装置によれば、多量の微細気泡を工業規模で容易に生成することができ、かつ長い使用寿命の優れた耐久性の高い装置が提供できる。
そして、気体導入部付近の研削や堀削による破損を防止することができ、装置の長時間使用が可能となり、さらには、砂などの固体粒子が混在した液体においても微細気泡を発生させることができる。
また、スペースの一端側の壁体を、他端側に向けて突出する円錐形状としたことにより、装置内部の液体旋回部の容積を排除し、さらに装置内の液体の回転よどみ部も消去可能とすることで、装置内の旋回速度の向上によって、より小さい微細気泡の発生が可能となる。
すなわち、本発明の装置によれば、旋回速度は、同一圧力ポンプを用いた場合には、１〜２割の高速化ができる。
さらに、気体の導入が気体導入口付近から離れるため、周囲液体の旋回速度がより増すことになり、気体導入量が１〜２割増加する。結果として、微細気泡の発生量が２〜３割増加する。

本発明の実施の形態を、以下に図面に基づいて説明する。
図１は本発明装置の原理説明図及び実施例装置１の説明図、図２は本発明装置の実施例装置２の説明図、図３は本発明装置の実施例装置３の説明図、図４は本発明装置の実施例装置４の説明図、図５は本発明装置の実施例装置５の説明図、図６は本発明装置の実施例装置６の説明図である。
また、図７は本発明装置の他の実施例装置の説明図であり、図８は本発明装置における容器本体の一端側の壁体の作用説明図であり、図９は従来装置における容器本体の一端側の壁体の作用説明図、図１０は本発明装置の加圧液体導入口の詳細説明図であり、図１１は本発明装置のその他の実施例装置の説明図である。
図中、１、１ａ〜１ｆは旋回式微細気泡発生装置、１０は容器、６０は旋回気体渦管部、８０は気体導入孔、１００は円筒形スペース、１００Ａは円筒形スペースの一端側、１００Ｂは円筒形スペースの他端側、１００ａは下部に円筒部を有する逆円錐台形のスペース、１００ｂ、１００ｃは円錐台形のスペース、１００ｄは徳利形状又はワインボトル形状のスペース、１００ｅは円錐台形のスペース、１００ｆは下部に円筒部を有する底面が閉口している逆円錐台形のスペース、１０１は旋回気液導出口、１１０は（壁体の）円錐形状、１１０’は（壁体の）円錐台形状、５００は加圧液体導入口、θは傾斜角度である。

本発明の旋回式微細気泡発生装置は、図１（ａ）の本発明装置の原理説明図及び実施例装置の説明図に示すごとく、装置容器１０内に、一端側１００Ａが閉口され、他端側１００Ｂが開口している円筒形のスペース１００を設け、前記一端側１００Ａの壁体に気体導入孔８０を開設し、前記他端側１００Ｂはその開口部で旋回気液導出口１０１を構成し、また同円筒形スペース１００の内壁円周面の一部にその接線方向に加圧液体導入口５００を開設し、さらに前記円筒形スペース１００の一端側１００Ａの壁体は、他端側１００Ｂに向けて突出する円錐形状又は円錐台形状１１０’で構成し、前記一端側１００Ａの縦断面のスペース形状をＭ字形状にして、前記他端側１００Ｂの旋回気液導出口１０１から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するよう構成される。

そして、前記装置１本体を又は少なくとも旋回気液導出口１０１を液体中に埋設させ、前記加圧液体導入口５００から円筒形スペース１００内に加圧液体を圧送することにより、その内部に旋回流が生成し、円筒管軸上に負圧部分が形成される。この負圧によって、前記気体導入孔８０から気体が吸い込まれ、圧力が最も低い管軸上を気体が通過することによって、細い旋回気体渦管部６０が形成される。
この円筒形スペース１００では旋回流が入り口（加圧液体導入口）５００から出口（旋回気液導出口）１０１へ向かって形成され、この旋回に伴って、液体と気体の比重差から、図１（ｂ）に示すようのい液体には遠心力、気体には向心力が同時に働き、そのために液体部と気体部の分離が可能となり、気体が糸状で出口１０１まで続き、そこから噴出されるが、その噴出と同時に周囲の静液（水）によって、その旋回が急激に弱められ、その前後で、急激な旋回速度差が発生する。この旋回速度差の発生によって、糸状の気体渦管部６０が連続的に安定して切断され、その結果として大量の微細気泡、例えば直径１０〜２０μｍの微細気泡が同旋回気液導出口１０１付近で発生し、器外の液体中へ放出するものである。

また、図２の本発明装置の実施例装置２の説明図に示す本発明装置１ａにおいては、まず装置容器内に円筒部を有する逆円錐台形のスペース１００ａを設け、また同スペース１００ａの内壁円周面の一部にその接線方向に加圧液体導入口５００を開設し、また前記円筒部を有する逆円錐台形のスペース１００ａの一端部１００Ａの壁体に気体導入孔８０を開設し、前記一端側１００Ａの壁体を他端側１００Ｂに向けて突出する円錐形状又は円錐台形状１１０’のもので構成し、さらに前記同スペース１００ａの他端側には開口部を設け旋回気液導出口１０１を設けて微細気泡発生装置を構成する。
そこで、前記装置１ａ本体を又は少なくとも旋回気液導出口１０１を液体中に埋設させ、前記加圧液体導入口５００から円筒部を有する逆円錐台形スペース１００ａ内に加圧液体を圧送することにより、その内部に旋回流が生成し、逆円錐管軸上に負圧部分が形成される。この負圧によって、前記気体導入孔８０から気体が吸い込まれ、圧力が最も低い管軸上を気体が通過することによって、細い旋回気体渦管部６０が形成される。このスペース１００ａでは同スペース１００ａの断面縮小にしたがって、旋回気液導出口１０１に向かうほど、旋回流速と出口に向かう流速とが同時に増加する。また、この旋回に伴って、液体と気体の比重差から、液体には遠心力、気体には向心力が同時に働き、そのために液体部と気体部の分離が可能となり、気体が糸状で出口１０１まで続き、そこから噴出されるが、その噴出と同時に周囲の静液体（例えば水）によって、その旋回が急激に弱められ、その前後で、急激な旋回速度差が発生する。この旋回速度差の発生によって、糸状の気体渦管部６０が連続的に安定して切断され、その結果として大量の微細気泡、例えば直径１０〜２０μｍの微細気泡が同出口１０１付近で発生し、器外へ液体中へ放出されるのである。

一方、図３の本発明装置の実施例装置３の説明図に示す本発明装置１ｂにおいては、逆円錐台形状のスペース１００ｂの内部で、旋回上昇水液流と、その内側の部分に発生する旋回下降水液流と、その中心部分の負圧の旋回空洞部の三重の旋回流を形成し、その負圧の旋回空洞部には、自吸気体と溶出気体成分を集積させて、伸長、先細りさせながら旋回下降する気体渦管部６０を形成し、下方の中央還流口６を介して出口１０１から放出するとき、放出通路の抵抗を受け、旋回速度差を発生して気体渦管自体が強制的に切断され、微細気泡を発生する。

図４の本発明装置の実施例装置４の説明図に示す本発明装置１ｃは、図１に示す実施例装置１における円筒形スペース１００が、円錐形のスペース１００ｃで構成される装置である。
図４に示す本発明の旋回式微細気泡発生装置１ｃは、まず装置容器内に円錐形のスペース１００ｃを設け、また同円錐形スペース１００ｃの内壁円周面の一部にその接線方向に加圧液体導入口５００を開設し、また前記円錐形のスペース１００ｃの一端側１００Ａに気体導入孔８０を開設し、さらに前記円錐形スペース１００ｃの他端側１００Ｂには旋回気液導出口１０１を設けて微細気泡発生装置を構成している。

そこで、前記装置本体１ｃを又は少なくとも旋回気液導出口１０１を液体中に埋設させ、前記加圧液体導入口５００から円錐形スペース１００ｃ内に加圧液体を圧送することにより、その内部に旋回流が生成し、円錐管軸上に負圧部分が形成される。
この負圧によって、前記気体導入孔８０から気体が吸い込まれ、圧力が最も低い管軸上を気体が通過することによって、細い旋回気体渦管部６０が形成される。この円錐形スペース１００ｃでは旋回流が入り口（加圧液体導入口）５００から出口（旋回気液導出口）１０１へ向かって形成され、円錐形スペース１００ｃの断面拡大にしたがって、旋回気液導出口１０１に向かうほど、旋回流速と出口に向かう流速とが同時に増加する。
また、この旋回に伴って、液体と気体の比重差から、液体には遠心力、気体には向心力が同時に働き、そのために液体部と気体部の分離が可能となり、気体が糸状で旋回気液導出口１０１まで続き、そこから噴出されるが、その噴出と同時に周囲の静液体（例えば水）によって、その旋回が急激に弱められ、その前後で、急激な旋回速度差が発生する。この旋回速度差の発生によって、糸状の気体渦管部６０が連続的に安定して切断され、その結果として大量の微細気泡、例えば直径１０〜２０μｍの微細気泡が同出口１０１付近で発生し、器外へ液体中へ放出されるのである。

また、図５の本発明装置の実施例装置５の説明図に示す本発明装置１ｄは、図１に示す実施例装置１における円筒形スペース１００が、徳利形状又はワインボトル形状のスペース１００ｄで構成される装置であり、図６の本発明装置の実施例装置６の説明図に示す本発明装置１ｅは、円錐台形状のスペース１００ｅで構成される装置であり、前記実施例装置１〜４と同様に、一端側１００Ａが壁体で閉口され、他端側１００Ｂが開口しているスペースを有して容器本体が構成され、一端側１００Ａの壁体に気体導入孔８０が開設され、同一端側１００Ａの壁面が他端側に向けて突出する円錐形状１１０又は円錐台形状１１０’のもので構成され、加圧液体導入口５００が各スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された装置であり、旋回気液導出口１０１付近で微細気泡が発生し、器外へ放出される構成となっている。

なお、図７に示す本発明装置の他の実施例の説明図に示す本発明装置１ｆは、まず装置容器内に円筒部を有する逆円錐台形のスペース１００ｆを設け、また同スペース１００ｆの内壁円周面の一部にその接線方向に加圧液体導入口５００’を開設し、また前記円筒部を有する逆円錐台形のスペース１００ｆの一端部１００Ａの壁体を他端側１００Ｂに向けて突出する円錐形状又は円錐台形状１１０’のもので構成し、さらに前記同スペース１００ｆの他端側１００Ｂには開口部を設け旋回気液導出口１０１を設けて微細気泡発生装置を構成されている。

上記の実施例装置１〜６においては、壁体に気体導入孔８０を形成した装置で説明したが、前記実施例装置１〜６で採用されるスペース形状を、図７に示す本発明装置１ｆのように壁体に気体導入孔８０を形成せずに構成し、例えば、底面が閉口した円筒形スペース、底面が閉口した円錐台形スペース、底面が閉口した徳利形状又はワインボトル形状のスペース等を本発明装置に採用し、水中に溶けている気体成分を利用して気体渦管部６０を形成しても、同様の効果を得られる。
また、あらかじめ水中に微量の気体を添加混入させた加圧水を前記実施例と同様に気体混入加圧液体導入口５００’から連続的に導入することもできる。

その他、本発明装置１は、図１１の本発明のその他の実施例装置の説明図に示すような容器１０本体の旋回気液導出口１０１の直前部にバッフル２００を配設した装置とすることもできる。

すなわち、実施例装置１〜６、及び他の実施例装置等に示す本発明装置は、いずれも各スペース１００、１００ａ〜１００ｆの一端側１００Ａの壁体を、他端側１００Ｂに向けて突出する円錐形状１１０又は円錐台形状１１０’で構成してあるため、円錐形状１１０又は円錐台形状１１０’の壁体表面付近で液体又は液体中に混有する砂やゴミなど固体粒子の混入物と壁体面との接触抵抗を低減し、かつ液体中への混入気泡量を増大させることができるように構成されている。

また、本発明における各スペース１００、１００ａ〜１００ｆの内壁円周面の一部にその接線方向に開設される加圧液体導入口５００は、図１０の本発明装置の加圧液体導入口の詳細説明図に示すように、スペース１００における同一曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けること（図１０（ａ））、あるいは、加圧液体導入口５００を、スペース１００の異なる曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けること（図１０（Ｂ））もできる。
そして、前記加圧液体導入口５００は、図１においては、前記スペースの底部（他端側１００Ｂ）付近の内壁円周面の一部に開設されているが、前記スペースの中腹部付近の内壁円周面の一部に開設、あるいは、前記スペースの一端側１００Ａ付近の内壁円周面の一部に開設してもよい。

なお、通常、本発明装置本体又は少なくとも旋回気液導出口１０１は液体中に埋没して設置される。本発明は装置本体１（１ａ〜１ｆ）は、液体中に埋没して設置される場合と、水槽などに外接して設置される場合がある。本発明においては、通常、液体としては水が、気体としては空気が採用されるが、液体としてはその他トルエン，アセトン，アルコール等の溶剤、石油、ガソリン等の燃料、食用油脂，バター、アイスクリーム、ビール等の食品・飲料、ドリンク剤等の薬品、浴水等の健康用品、湖沼水、浄化槽汚染水等の環境水等が採用でき、気体としてはその他水素、アルゴン、ラドン等の不活性気体、酸素、オゾン等の酸化剤、炭酸ガス、塩化水素、亜硫酸ガス、酸化窒素、硫化水素ガス等の酸性ガス、アンモニア等アルカリ性ガス等が採用できる。
また、図１において、Ｐａは円錐スペース内の旋回液体部内の圧力、Ｐｂは旋回気体部内の圧力，Ｐｃは気体導入部付近の旋回気体部内の圧力，Ｐｄは出口付近の旋回気体部内の圧力、Ｐｅは出口部旋回液体部内の圧力である。

本発明装置における一端側の壁体の円錐形状又は円錐台形形状は、その傾斜角θが１０°〜７０°、好ましくは３０°〜４５°で構成される。
傾斜角度θは、以下のような効果が確認された。
θ＝０° 短時間でも、砂があると研削、堀削あり
θ＝１０〜２０° 長時間の運転でわずかに研削、掘削が発生
θ＝３０〜４０° 最適の角度 長時間使用でも研削なし
θ＝５０〜７０° 先端部が細くなりすぎて、長時間使用では先端が研削や 流体力学的な力によって破損する可能性あり

なお、図８は本発明装置における容器本体の一端側の壁体の作用説明図であり、図９は従来装置における容器本体の一端側の壁体の作用説明図である。
本発明装置においては、図１や図２に示すように加圧液体導入口５００から、スペース１００内に加圧液体が導入され、スペース１００内で同液体が超高速回転をしているところに気体が導入されると、スペース１００の中央付近で気体が回転して気体渦管部６０が形成される。その際、気体渦管部６０の周囲の液体も回転している。すなわち、このような気液二相における流体の遠心分離及び向心分離で、周囲に液体、中央部に気体が集まる。また、気体導入孔８０付近では、導入される気体と、回転する液体が衝突し、気体と液体が混合して回転する気体と液体の混在回転部６１を形成する。
従来は、容器１０本体の一端側の壁体は平坦に形成されており、本発明装置１の加圧液体導入口５００から加圧液体を導入し、気体導入孔８０から気体を導入すると、前記壁体に開設された気体導入孔８０の出口付近で、すなわち、気体がスペース内に導入された直後に、スペース内で超高速回転する液体と気体が混合され、気体導入孔８０の付近で気体と液体が混入して回転し、混在回転部６１が形成される。
このため、加圧液体が砂等の固体粒子混じりの液体である場合、混在回転部６１には、液体と気体と砂等の固体粒子の混入物が混在し、一緒に回転することになり、比重の重い砂等の固体粒子は遠心力で中央部から外側へ流され、スペース内壁面を這うように回転し、気体導入孔８０の入り口周辺に集中し、再び気体の流れに混入し、混在回転部６１に混在し、その後また、遠心力で中心部の外側へ流され、スペース内の壁体付近へ移動する。
これを繰り返すうちに、砂等の固体粒子は、液体と気体の界面でグラインダーの役割を果たし、気体導入孔８０の出口付近を掘削する。
一度できた堀削部は、流れを集中させやすいため、さらに大きな堀削部を形成することになり、気体導入孔８０の出口付近を破壊し、微細気泡の発生を妨げることとなる。

本発明装置１は、スペース１００の一端側１００Ａの壁体を、他端側１００Ｂに向けて突出する円錐形状１１０又は円錐台形状１１０’で構成しているので、砂等の固体粒子の混入物は、遠心力で中央部の外側へ流された後、スペース１００内の壁体付近へ移動し、円錐台形状１１０’の面上を回転しながら移動し、中央部の流れで、混在回転部６１に混在し、再び遠心力で中央部の外側へ流される。
しかし、砂等の固体粒子は、スペース１００の壁体付近に移動して壁体と衝突すると、円錐台形１１０’上を回転しながら移動し、円錐台形１１０’の先端で、同先端部で形成される流体に流されるため、気体導入孔８０と接触しない下方の部分で混在回転部６１が形成されるので、砂等の固体粒子等と気体導入孔８０の出口付近、すなわち壁体の円錐台形状１１０’の壁体表面付近との接触が少なく、気体導入孔８０及び壁体表面を破損を防止することができる。
前記、円錐形状１１０又は円錐台形１１０’の先端部には、図８に示すように、円錐形状又は円錐台形状の傾斜形状によって生じる回転によって、前記先端部の下部に流体が形成される。
そして、円錐形状１１０又は円錐台形１１０’の傾斜角度θによって形成される流体の回転によって混在回転部６１の位置が決まるので、円錐形状１１０又は円錐台形状１１０’の傾斜角度θは、装置１の大きさ等を考慮して決定する。
なお、前記傾斜角度としては、１０°〜７０°程度であり、３０°〜４０°が特に壁体面の破損がなく好ましい。

また、本発明装置１において、スペース１００の一端側１００Ａの壁体を、他端側１００Ｂに向けて突出する円錐形状１１０又は円錐台形状１１０’で構成することにより、壁体に傾斜が形成されたため、さらに回転速度が速まり、その負の圧力で気体導入部から、より気体を導入することが可能となり、より微細な気泡をさらに大量に発生させることができる。
例えば、通常のポンプ（圧力０．１５ＭＰ、流量２０リットル／分）を使用した場合、従来の壁体の装置では、毎秒２００回転以上の旋回速度で微細気泡が発生するが、本発明装置の場合は、同条件において、毎秒４００〜５００回転以上の旋回速度となるので、従来の装置と比べ、大量に微細気泡を発生させることができる。

また本発明装置の構成材料は、プラスチック、金属、ガラス、ポリ塩化ビニール、ステンレス等であってよく、各構成部品を接着や螺着等により一体化することが好ましい。本発明装置は、耐久性が高く、砂や細かい金属などの混入物が混在した液体でも破損しないので、本発明装置により発生される微細気泡の用途分野としては、以下のようなものが挙げられる。
・ダム湖、湖沼、池、河川、海等の水域の水質浄化と生息生物育成による自然環境浄化維持。
・ビオトープ等の人工自然水域における浄化と蛍や水草等の生物育成。
・工業的用途。
・製鉄の製鋼における高温拡散化、ステンレス板及びステンレス線の酸洗浄の促進超純水製造工場における有機物除去、オゾンの微細気泡化による汚染水中の有機物除去、溶存酸素量増加、殺菌，合成樹脂発泡体、例えばウレタン発泡体製造、各種廃液処理、エチレンオキサイドによる殺菌・滅菌装置におけるエチレンオキサイドの水への混合促進、消泡剤のエマルジョン化、活性汚泥処理法における汚染水へのエアレーション。
・農業分野水耕栽培に使用する酸素及び溶存酸素量の向上・収穫率向上。
・漁業分野鰻の養殖、イカ水槽生命維持、ブリの養殖、藻場の人工生成、魚介類の育成、赤潮発生防止。
・医療分野浴槽水に適用して微細泡風呂を構成、血流促進、浴槽水の保温。
・ガソリン・軽油など燃料の改質。
・水道水などの飲料用、食品製造用水における改質。
・レンズや機械・電子部品の洗浄。

本発明装置の原理説明図及び実施例装置１の説明図 本発明装置の実施例装置２の説明図 本発明装置の実施例装置３の説明図 本発明装置の実施例装置４の説明図 本発明装置の実施例装置５の説明図 本発明装置の実施例装置６の説明図 本発明装置の他の実施例装置の説明図 本発明装置における容器本体の一端側の壁体の作用説明図 従来装置における容器本体の一端側の壁体の作用説明図 本発明装置の加圧液体導入口の詳細説明図 本発明装置のその他の実施例装置の説明図

符号の説明

１、１ａ〜１ｆ 旋回式微細気泡発生装置
１０ 容器
６０ 旋回気体渦管部
８０ 気体導入孔
１００ 円筒形スペース
１００Ａ 円筒形スペースの一端側
１００Ｂ 円筒形スペースの他端側
１００ａ 下部に円筒部を有する逆円錐台形のスペース
１００ｂ、１００ｃ 円錐台形のスペース
１００ｄ 徳利形状又はワインボトル形状のスペース
１００ｅ 円錐台形のスペース
１００ｆ 下部に円筒部を有する底面が閉口している逆円錐台形のスペース １０１ 旋回気液導出口
１１０ （壁体の）円錐形状
１１０’ （壁体の）円錐台形状
５００ 加圧液体導入口
θ 傾斜角度

Claims (30)

1. 一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
2. 一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
3. 前記一端側の円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度が１０°〜７０°であることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回式微細気泡発生装置。
4. 前記一端側の円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度が３０°〜４５°であることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回式微細気泡発生装置。
5. 容器本体の円筒形スペースが、下部に円筒部を有する逆円錐台形のスペースであることを特徴とする請求項１、３〜４のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
6. 容器本体の円筒形スペースが、円錐台形のスペースであることを特徴とする請求項１、３〜４のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
7. 容器本体の円筒形スペースが、徳利形状又はワインボトル形状のスペースであることを特徴とする請求項１、３〜４のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
8. 容器本体の円筒形スペースが、下部に円筒部を有する底面が閉口している逆円錐台形のスペースであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
9. 容器本体の円筒形スペースが、底面が閉口している円錐台形のスペースであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
10. 容器本体の円筒形スペースが、底面が閉口している徳利形状又はワインボトル形状のスペースであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
11. スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口が、同一曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けられてなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
12. スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口が、異なる曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けられてなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
13. 加圧液体導入口が、前記スペースの底部付近の内壁円周面の一部に開設されてなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
14. 加圧液体導入口が、前記スペースの中腹部付近の内壁円周面の一部に開設されてなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
15. 旋回気液導出口の直前部にバッフルを配設してなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生装置。
16. 一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなり、かつ前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置により、
    前記円錐形状又は円錐台形状の壁体表面付近での液体又は液体中に混有する固体粒子との接触抵抗を低減し、かつ液体中への混入気泡量を増大せしめる第１過程と、
    前記円筒形スペース内で前記他端側方向へ伸長、先細りさせながら旋回導出する気体渦管部を形成する第２過程と、
    その気体渦管部の前後の間で旋回速度差を発生させ、強制的に気体渦管部を切断させることにより微細気泡を発生させて前記他端側の開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出する第３過程とからなることを特徴とする旋回式微細気泡発生方法。
17. 一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形スペースを有する容器本体と、前記円筒形スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口とからなり、かつ前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペースの開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置により、
    前記円錐形状又は円錐台形状の壁体表面付近での液体又は液体中に混有する固体粒子との接触抵抗を低減し、かつ液体中への混入気泡量を増大せしめる第１過程と、
    前記円筒形スペース内で前記他端側方向へ伸長、先細りさせながら旋回導出する気体渦管部を形成する第２過程と、
    その気体渦管部の前後の間で旋回速度差を発生させ、強制的に気体渦管部を切断させることにより微細気泡を発生させて前記他端側の開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出する第３過程とからなることを特徴とする旋回式微細気泡発生方法。
18. 前記一端側の円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度が１０°〜７０°であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の旋回式微細気泡発生方法。
19. 前記一端側の円錐形状又は円錐台形状の壁体の傾斜角度が３０°〜４５°であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の旋回式微細気泡発生方法。
20. 容器本体の円筒形スペースが、下部に円筒部を有する逆円錐台形のスペースであることを特徴とする請求項１６、１８〜１９のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
21. 容器本体の円筒形スペースが、円錐台形のスペースであることを特徴とする請求項１６、１８〜１９のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
22. 容器本体の円筒形スペースが、徳利形状又はワインボトル形状のスペースであることを特徴とする請求項１６、１８〜１９のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
23. 容器本体の円筒形スペースが、下部に円筒部を有する底面が閉口している逆円錐台形のスペースであることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
24. 容器本体の円筒形スペースが、底面が閉口している円錐台形のスペースであることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
25. 容器本体の円筒形スペースが、底面が閉口している徳利形状又はワインボトル形状のスペースであることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
26. スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口が、同一曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けられてなることを特徴とする請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
27. スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口が、異なる曲率の内壁円周上に間隔を置いて複数個設けられてなることを特徴とする請求項１６〜２６のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
28. 加圧液体導入口が、前記スペースの底部付近の内壁円周面の一部に開設されてなることを特徴とする請求項１６〜２７のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
29. 加圧液体導入口が、前記スペースの中腹部付近の内壁円周面の一部に開設されてなることを特徴とする請求項１６〜２８のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
30. 旋回気液導出口の直前部にバッフルを配設してなることを特徴とする請求項１６〜２９のいずれか１項に記載の旋回式微細気泡発生方法。
    

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