JP2006272091A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の簡略化及び小型化が図れる微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】 液体が流れる流路１に、上流側から順に液体中に気体を取込んで気体を液体に混入するための気体気体取込み部２と、気体を混入した液体を加圧するためのポンプ３と、液体に混入された気体を液体に溶解させるための気体溶解管４と、液体に溶解した気体を分離析出させて微細気泡を発生させ液体と共に微細気泡を吐出する減圧ノズル５を設けて微細気泡発生装置６を構成する。ポンプ３と減圧ノズル５との間の流路１の一部に管体９内面に圧力及び流速を急変させるための連続した抵抗体７を設けて気体溶解管４を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関するものである。

従来から微細気泡発生装置として図９に示すようなものが知られている。（例えば、特許文献１参照）
この特許文献１に示された微細気泡発生装置は、図９に示すように、一端の吸込み口と他端の減圧ノズル５とがそれぞれ浴槽のような水槽２７に開口して連通した流路１に、上流側（吸込み口側）から下流側（減圧ノズル５側）にかけて、順に液体中に気体を取込んで気体を液体に混入するための気体取込み部２と、気体を混入した液体を加圧するためのポンプ３と、液体に混入された気体を液体に溶解させるための気液溶解タンク４０と、液体に溶解した気体を分離析出させて微細気泡を発生させ液体と共に微細気泡を吐出する減圧ノズル５を設けて微細気泡発生装置６を構成してある。

上記従来例は、流路１に設けたエゼクター機構を有する気体取込み部２において、流路１を流体が流れることによって生じる負圧を利用して、気体が液体中に取込まれて気体が液体中に混入し、この気体が混入した液体をポンプ３で加圧し、加圧された気体を混合した液体は気液溶解タンク４０に送られ、当該気液溶解タンク４０において気体を混合した液体が加圧混合作用を受けて気体が液体中に溶解して気液溶解液となり、この気液溶解液は減圧ノズル５において急激な減圧作用を受けて、液体中に溶解していた気体を分離して微細気泡として析出し水槽２７の水中に放出するようになっている。

上記図９に示す従来の微細気泡発生装置は、流路１の途中に気液溶解タンク４０を設けて、気液溶解タンク４０で気液を混合した液体を加圧混合して気体を液体に溶解させるようにしていた。しかしながらこのように気液溶解タンク４０を設けるため装置の簡略化の妨げとなると共に、大型化してコンパクト化できないという問題があった。
特開平２−２６６５８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、装置の簡略化及び小型化が図れる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。

上記課題を解決するために本発明に係る微細気泡発生装置は、液体が流れる流路１に、上流側から順に液体中に気体を取込んで気体を液体に混入するための気体取込み部２と、気体を混入した液体を加圧するためのポンプ３と、液体に混入された気体を液体に溶解させるための気体溶解管４と、液体に溶解した気体を分離析出させて微細気泡を発生させ液体と共に微細気泡を吐出する減圧ノズル５を設けて微細気泡発生装置６を構成し、ポンプ３と減圧ノズル５との間の流路１の一部に管体９内面に圧力及び流速を急変させるための連続した抵抗体７を設けて気体溶解管４を構成して成ることを特徴とするものである。

このように、気体溶解管４を管体内面に圧力及び流速を急変させるための連続した抵抗体７を設けることで構成してあるので、管体９内を気体が混入された液体（気液混合液体）が通過する際、連続した抵抗体７により気液混合液体が局所的に大きく乱され、これが連続することにより、流速と圧力との急変が連続的に繰り返されることになり、この結果ポンプ３通過後の加圧状態で管体９を通過するだけで効率よく攪拌混合されて気体が液体に効果的に溶解することになる。このように管体９を通過することで効果的に気体を液体に溶解できるので、従来のように流路の途中に気液溶解タンクを設けるものに比べて装置が簡略化し、小型化が図れる。

また、抵抗体７に未溶解の気体を収容するための気体溜まり８を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、抵抗体７により気液混合液体を攪拌混合して気体を液体に溶解する際に、抵抗体７に設けた気体溜まり８に未溶解の気体が収容され、未溶解の気体が大きな気泡となって水槽２７に吐出するのを防止でき、更に、この気体溜まり８に収容された未溶解の気体が抵抗体７部分で攪拌混合されて乱れている液体と接触して該接触界面において未溶解の気体が効果的に液体に溶解し、気体の液体への溶解を促進できる。

また、管体９を縦方向に配置して抵抗体７を縦方向に複数設けることが好ましい。

未溶解の気体が管体９内に溜まった場合、管体９が水平な場合は管体内の上部に気体が溜まり、水平な管体９内の上部における抵抗体７には気液混合液体が衝突せず、また、管体９内の上部を流れる気液混合液体は流速、圧力の急激な変化が生じにくく、攪拌混合効果が低下するおそれがあるが、上記のように管体９を縦方向に配置して抵抗体７を縦方向に複数設けることで、管体９内の周方向の各部において抵抗体７に気液混合液体を衝突させることができ、また、管体９内の周方向のどの部分を流れる気液混合流体も流速、圧力が急激に変化し、効果的に連続して気液混合液体を局部的に撹乱して気体を液体に溶解させることができる。

また、内面に連続した抵抗体７を有する気体溶解管４を構成する管体９が、蛇腹状をした凹凸管体９ａであることが好ましい。

蛇腹状の凹凸管体９ａという簡単な構成で、気体溶解管４を得ることができる。

また、気体溶解管４と減圧ノズル５との間の流路１に、液体と未溶解の余剰気体とを分離するための余剰気体分離部１０を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、気体溶解管４を通過した未溶解の余剰気体を減圧ノズル５の手前で気体を溶解した液体から分離することができ、未溶解の余剰気体が大径の気泡となって水槽に吐出するのを防止できる。

また、余剰気体分離部１０に余剰気体が溜まる余剰気体溜まり部１１を設け、該余剰気体溜まり部１１に溜まった余剰気体が一定圧力以上になると外部に排気するようにした定圧排気弁１２を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、減圧ノズル５の手前で分離された余剰気体が余剰気体溜まり部１１に溜まり、一定圧力以上になると外部に排出されるため、余剰気体を減圧ノズル５の手前で確実に分離して余剰気体溜まり部１１に溜めることができる。

本発明は、気液溶解管内を気体が混入された液体が通過するだけで気体を液体に効果的に溶解させることができ、従来のように流路の途中に気液溶解タンクを設けるものに比べて装置が簡略化し、小型化が図れるという利点がある。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

微細気泡発生装置６は、図１に示すように一端の吸込み口１３と他端の減圧ノズル５とがそれぞれ浴槽のような水槽２７に開口して連通した流路１に、上流側（吸込み口１３側）から下流側（減圧ノズル５側）にかけて、順に液体中に気体を取込んで気体を液体に混入するための気体取込み部２と、気体を混入した液体を加圧するためのポンプ３と、液体に混入された気体を液体に溶解させるための気体溶解管４と、液体に溶解した気体を液体から分離析出させて微細気泡を発生させ液体と共に微細気泡を吐出する減圧ノズル５を設けて構成してある。

気体取込み部２はエゼクタ機構を有する吸気弁を備え、ポンプ３を駆動することで液体が流路１を流れる際、気体をエゼクター効果により吸気弁を通じて液体に取込んで気体を混入するようになっている。

この気体が混入した液体（気液混合液体）はポンプ３を通過した後（これにより配管内は加圧（正圧）が生じる）下流側の気体溶解管４に送られる。

気体溶解管４はポンプ３と減圧ノズル５との間の流路１の一部に設けられており、本発明においては流路１の一部を構成する管体９により気体溶解管４を構成している。この気体溶解管４を構成する管体９は内面に圧力及び流速を急変させるための連続した抵抗体７を設けたものである。

この内面に抵抗体７を連続して設けた管体９として図に示す実施形態では図１（ｂ）に示すように蛇腹状をした凹凸管体９ａ、つまり蛇腹管が示してある。蛇腹状をした凹凸管体９ａは断面弧状をした環状凹部１４を管体９の軸方向に連続して形成したもので、隣合う環状凹部１４同士の連結部分が管体９内に突出した環状凸部１５となっている。つまり、管体９は環状凸部１５部分において最も径が小さく、環状凹部１４の底部分において最も径が大きく、その間は次第に径が変化していっている。

上記のようにポンプ３で加圧された気液混合液体が内面に連続して抵抗体７を設けた管体９に流入すると、気液混合液体は連続した抵抗体７によって次々と局所的に大きく撹乱され、ポンプ３通過後の加圧状態で攪拌混合される。この場合、蛇腹状をした凹凸管体９ａの場合には図２の矢印に示すように管体９の内面の連続する環状凸部１５に当たって環状凹部１４内面に沿って旋回流となって撹乱され、この撹乱が管体９の全内周にわたって次々と行われる。更に、図３に示すように、凹凸管体９ａ内は環状凸部１５部分が最も径が小さいので、この環状凸部１５部分を含む部分が流速が速く且つ圧力が小となり、また、環状凹部１４の底部分が最も径が大きいので、この環状凹部１４の底部分を含む部分が流速が遅く且つ圧力が大となり、これにより管体９内を通過する気液混合液体は流速、圧力の急変を連続的に繰り返す。これらの作用により気液混合液体が管体９を通過する際に連続して攪拌混合され、気液混合液体中の気体の液体への溶解が大きく促進されることになる。

また、凹凸管体９ａの環状凹部１４を気液混合液体が旋回して撹乱する際に上記のように気体の液体に溶解が促進されるのであるが、この場合、溶解されなかった未溶解の気体が環状凹部１４の底に溜まることになる。つまり、環状凹部１４の底が未溶解の気体が溜まる微小な気体溜まり８となる。そして、加圧状態で形成された気体溜まり８に環状凹部１４を旋回しながら流れる液体とが接触しその界面において未溶解の気体が液体に効果的に溶解する。これは、従来の気液溶解タンクの持つ機能と同様のものであり、管体９で気体溶解管４を構成したにもかかわらず、効果的に気体を液体に溶解した気液溶解液体を得ることができる。

ここで、図３に示すように内面に抵抗体７を連続して設けた管体９を縦方向（垂直又は略垂直）に配置して抵抗体７を縦方向に複数設けるのが好ましいものである。すなわち、未溶解の気体が抵抗体７を連続して設けた管体９内に溜まった場合、管体９が水平な場合は管体９内の上部に気体が溜まり、水平な管体９内の上部における抵抗体７には気液混合液体が衝突せず、また、管体９内の上部を流れる気液混合液体は流速、圧力の急激な変化が生じにくく、攪拌混合効果が低下するおそれがある。ところが、上記のように管体９を縦方向に配置して抵抗体７を縦方向に複数設けることで、各環状凹部１４の環状となった底の全周わたって未溶解の気体が溜まる微小な環状の気体溜まり８が形成されることになり、したがって、管体９の全周にわたて流速と圧力の急激な変化を生じ、また、管体９内の周方向のどの部分を流れる気液混合流体も流速、圧力が急激に変化し、これにより効果的に連続して気液混合液体を局部的に撹乱して気体を液体に溶解させることができる。

ところで、図４に示すように、管体９の径が最小となった部分、つまり、環状凸部１５部分に突起１６を設けてもよい。この突起１６は管体９の軸と略平行に設けるもので、図４に示す実施形態では環状凸部１５の先端からそれぞれ上流側、下流側の両方に向けて突出している。このように管体９の径が最小となった部分に突起１６を設けると、環状凹部１４に沿って旋回する気液混合液体が突起１６部分で撹乱され、気液混合液体の攪拌混合がより激しく行われ、気体が液体により効果的に溶解されることになる。

上記のように内面に抵抗体７を連続して設けた管体９内を気液混合液体が通過することで、気体を液体に溶解し、この気体が液体に溶解した気液溶解液体は減圧ノズル５において急激な減圧作用を受けて液体中に溶解していた気体が液体から分離（気化）析出されて大量の微細気泡が発生し、この大量の微細気泡が発生した液体が減圧ノズル５から水槽２７に吐出される。

このように本発明は従来のような気液溶解タンクを不要とする加圧溶解式の微細気泡発生装置が得られる。

以上述べたように当該発明を適用することで気液混合液体中の気体が液体に溶解することを促進することが可能となるが、すべての気体を液体中に溶解させるためには気体取込み量に対する抵抗体７の長さや径などの最適化が必要となる。一方、管体９の長さの制約などにより最適化ができないと、取込んだ気体の溶解が不充分となり、余剰気体が生じるが、この余剰気体は大きな気泡を形成し、水槽２７へ排出されるため微細気泡発生装置としては好ましくない。そこで、以下に、生じた余剰気体を水槽２７側に排出させない装置について説明を行う。

図５にはその一例が示してある。図５に示す実施形態では抵抗体７を連続して設けた管体９に垂直部１８を設けてあり、垂直部１８の上端部とポンプ３とを接続管１９で連結接続し、管体９の最小内径（環状凸部１５部分の内径）を接続管１９よりも大径とし、これにより垂直部１８内の上部において流れの急変部が生じ、更に、この流れの急変部と前述の抵抗体７の効果により、気体の液体への溶解が大きく促進される。そこで、図５のように垂直部１８内の水面より上部に接続管１９よりも大径となった空間部を形成することで、余剰気体と液体との分離を効果的に促進することが可能となり、余剰気体が上記空間部に溜まって余剰気体溜まり部２０が形成される。更に、この余剰気体溜まり部２０に溜まった余剰気体が一定圧力以上になると外部に排気するようにした定圧排気弁２１を設けると、気体の滞留量が増加することがない。これにより余剰気体が水槽２７に大きな気泡となって排出するのを防止することができ、安定した微細気泡の発生運転が可能となる。

ここで、図６のように気体溶解管４の垂直部１８を複数箇所に設けることで、つまり、管体９を上下に蛇行させて複数の垂直部１８を形成することで、気体溶解管４を更にコンパクト化することが可能となる。

更に、気体溶解管４と減圧ノズル５との間の流路１に、液体と未溶解の余剰気体とを分離するための余剰気体分離部１０を設けることで、余剰気体が水槽２７に吐出するのをより確実に防止できる。

図７には余剰気体分離部１０の一実施形態が示してある。気体溶解管４の下流側に余剰気体分離部１０を構成するＴ字管２２を接続してある。Ｔ字管２２の横管２４が気体溶解管４側に接続してあり、Ｔ字管２２の縦管２３の下部が減圧ノズル５側に接続してある。また、Ｔ字管２２の縦管２３の内面の横管２４との連通部分に対向する部分が気体溶解管４を通過した気液溶解液体が衝突する衝突部２５となっていて余剰気体分離部１０を構成してある。また、縦管２３の上部には余剰気体が溜まる余剰気体溜まり部１１が設けてあり、更に余剰気体溜まり部１１には溜まった余剰気体が一定圧力以上になると外部に排気するようにした定圧排気弁１２を設けてある。

そして、本実施形態においては、気体溶解管４を通過した気液溶解液体が衝突部２５に衝突することで、気体溶解管４を通過する際に溶解しきれずに未溶解となった余剰気体が混じっていると、気液溶解液体から分離され、分離された余剰気体は余剰気体溜まり部１１に溜まり、この溜まった余剰気体が一定圧力以上になると定圧排気弁１２から外部に排気される。

図８には余剰気体分離部１０の他の実施形態が示してある。図８においては、気体溶解管４の下流側に余剰気体分離部１０を構成するループ管２６を接続してある。ループ管２６の下部の一側部は気体溶解管４側に接続してあり、ループ管２６の下部の他側部は減圧ノズル５側に接続してある。ループ管２６の上部には余剰気体溜まり部１１が設けてあり、更に余剰気体溜まり部１１には溜まった余剰気体が一定圧力以上になると外部に排気するようにした定圧排気弁１２を設けてある。

この実施形態においては、気体溶解管４を通過した気液溶解液体がループ管２６を旋回するように流れることで、気体溶解管４を通過する際に溶解しきれずに未溶解となった余剰気体が混じっていると、遠心力により比重の大きい気液溶解液体と、比重の軽い未溶解の余剰気体とに効果的に分離され、分離された余剰気体は余剰気体溜まり部１１に溜まり、余剰気体が分離された気液溶解液体は減圧ノズル５側に流れる。また、余剰気体溜まり部１１に溜まった余剰気体が一定圧力以上になると定圧排気弁１２から外部に排気される。

このように、気体溶解管４で溶解しきれなかった余剰気体を減圧ノズル５の手前で分離して減圧ノズル５から水槽２７に微細気泡混合液体を吐出する際に、未溶解の余剰気体が大径の気泡となって水槽２７に吐出するのを防止でき、これにより気体溶解管４自体の制約が小さくなり、微細気泡発生装置の安定運転が可能となる。

なお、添付図面に示す実施形態では蛇腹状をした凹凸管体９ａにより内面に圧力及び流速を急変させるための連続した抵抗体７を設けて気体溶解管４を形成したが、これにのみ限定されず、管体９内に抵抗体７となる複数の環状突片を連続して突出したもの、あるいは管体９内に周方向に複数の突片を断続的に突設し、これを管体９の方向に複数組み突設したもの等種々採用することができる。

（ａ）は本発明の微細気泡発生装置の一実施形態の概略構成図であり、（ｂ）は同上の気体溶解管の断面図である。 同上の気体溶解管における気液混合液体の攪拌混合を示す説明図である。 同上の流速、圧力の急変と空気溜まりの形成を説明する説明図である。 気体溶解管の他の例を示す説明図である。 本発明の他の実施形態を示し、（ａ）は概略構成図であり、（ｂ）は縦管部の上部の断面図である。 本発明の更に他の実施形態の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態を示し、（ａ）は概略構成図であり、（ｂ）はＴ字管部分の上部の断面図である。 本発明の更に他の実施形態を示し、（ａ）は概略構成図であり、（ｂ）はループ管部分の断面図である。 従来例の概略構成図である。

符号の説明

１ 流路
２ 気体気体取込み部
３ ポンプ
４ 気体溶解管
５ 減圧ノズル
６ 微細気泡発生装置
７ 抵抗体
８ 気体溜まり
９ 管体
９ａ 凹凸管体
１０ 余剰気体分離部
１１ 余剰気体溜まり部
１２ 定圧排気弁

Claims (6)

1. 液体が流れる流路に、上流側から順に液体中に気体を取込んで気体を液体に混入するための気体取込み部と、気体を混入した液体を加圧するためのポンプと、液体に混入された気体を液体に溶解させるための気体溶解管と、液体に溶解した気体を分離析出させて微細気泡を発生させ液体と共に微細気泡を吐出する減圧ノズルを設けて微細気泡発生装置を構成し、ポンプと減圧ノズルとの間の流路の一部に管体内面に圧力及び流速を急変させるための連続した抵抗体を設けて気体溶解管を構成して成ることを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 抵抗体に未溶解の気体を収容するための気体溜まりを設けて成ることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。
3. 気体溶解管を縦方向に配置して抵抗体を縦方向に複数設けて成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の微細気泡発生装置。
4. 内面に連続した抵抗体を有する気体溶解管を構成する管体が、蛇腹状をした凹凸管であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
5. 気体溶解管と減圧ノズルとの間の流路に、液体と未溶解の余剰気体とを分離するための余剰気体分離部を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
6. 余剰気体分離部に余剰気体が溜まる余剰気体溜まり部を設け、該余剰気体溜まり部に溜まった余剰気体が一定圧力以上になると外部に排気するようにした定圧排気弁を設けて成ることを特徴とする請求項５記載の微細気泡発生装置。

Images