JP2007111686A - 同軸円筒型マイクロナノバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の微細気泡発生装置は、気体と液体との混合、回転流への変換、渦流の強化、広大な面積への微細気泡水の供給等に問題があった。
【解決手段】 外部円筒の内部に同軸の円筒を内蔵することにより、高速の水流がスムースに回転流に変換されるため外部ポンプの水圧を効率よく伝達することができ、また内部円筒に設けた円柱突起物により空気と液体とを積極的に混合し、更に内部円筒のスロットにより効率よく微細気泡をつくる事ができるものである。且つ微細気泡出口を大きく採ることができ、全周方向に出力されるため、広範囲に微細気泡を含んだ水流を供給することができる。また外部円筒部の外周部分に磁石を複数個取り付けることにより、水がイオン化され、水の浸透力、溶解力、浄化能力を高め、より活性化された微細気泡を供給するものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、空気、酸素ガス等の気体を海水、湖水、河川、水道水等と混合して、汚染水の水質を浄化し、環境改善を図るために有効なマイクロナノバブル発生装置に関する。
なおマイクロナノバブルの径は約１０マイクロメータから数百ナノメータ前後の微細気泡をいう。

従来の微細気泡を発生させる方法には、圧力加減制御方式、細孔方式、超音波方式および超高速旋回方式等がある。

圧力加減制御方式は「ヘンリーの法則」を利用して加圧下で液体中に気体を効率よく溶解させた後に、減圧開放してマイクロバブルを発生させる方式である。この方式の場合、気体をいかに効率よく加圧溶解させるかが問題となり、また減圧開放時にもマイクロバブルの発生に工夫が必要となる。

細孔方式は、多孔質物体に気体を通過させることで気泡を発生させる方式である。この場合、細孔の目詰まりが問題となり、目詰まり防止機構、細孔の洗浄等の対策が必要となる。

超音波方式は液体中に超音波を発生させ、その圧力変動の発生による乱れの生成によって気泡を発生させる方式である。この方式の場合は液体中に溶存している気体を溶出させることで気泡を発生させている。しかし発生した気泡の径や量の問題等があり実用化の課題がある。

超高速旋回方式は両端が短絡された円筒管を用いて、気体と液体を混合して超高速旋回させることによって、装置内で液体と気体の遠心分離を実現させ、装置内中心部の渦流により気体を切断、破壊させることにより微細気泡を発生させるものである。（例えば特許文献１、非特許文献１参照）

超高速旋回方式は構造が簡単でありコスト的には有利であるが、気体と液体との混合、液体導入口からのスムースな回転流への変換に問題があり、且つ渦流強化の構造ではなかった。また湖水、河川、ダム等の広大な面積を有する水質改善に対してはその能力が十分発揮出来ない等の問題があった。
再公表特許００／０６９５５０ 「ＯＨＲラインミキサー カタログ」，西華産業株式会社

従来のものは、気体と液体との混合、回転流への変換、渦流強化、広大な面積への微細気泡水の供給等に問題があるため、新方式の提案をするものである。本発明は、このような従来の構造が有していた問題を解決しようとするものであり、外部円筒の内部に同軸の円筒を内蔵することにより、高速の水流を効率良く回転流に変換し、且つ空気と液体との混合についても積極的に円柱突起物により混合し、内部円筒のスロットにより効率よく微細気泡をつくり、広範囲に微細気泡を含んだ水流を供給することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は片側に短絡壁を有し、片側は開放端とする外部の円筒（以下外部円筒という）と、当該外部円筒内の短絡壁に中心軸をあわせて更に内部に円筒（以下内部円筒という）を取り付けた同軸構造とし、外部円筒には外部円筒と内部円筒との間の空洞部の中心円近傍の接線方向に複数個の液体導入口を開設し、外部円筒の開放端に、２ミリメートル以上の間隙を設けて短絡板を取り付け、その間隙を微細気泡出口とし、さらに内部円筒の内部の短絡壁に気体導入口を設け、内部円筒の短絡壁側の内周上に円柱状の突起物を複数個設け、内部円筒の開放側に中心軸方向と並行する先端が開放されたスロットを複数個設けて構成される円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置である。

第二の発明は、当該内部円筒にあるスロット周辺の残存部分を、当該内部円筒の中心軸方向かつ液体回転流を導入する方向に角度を持たせ、薄肉羽状にしたことを特徴とする第一の発明に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置である。

第三の発明は、前項第二の発明の当該内部円筒におけるスロット周辺の薄肉羽状部分を外部円筒の内周側に角度を持たせて広げたことを特徴とする第二の発明に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置である。

第四の発明は、前項第二の発明の当該内部円筒におけるスロット周辺の薄肉羽状部分を外部円筒の内周側に曲線状に広げたことを特徴とする第二の発明に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置である。

第五の発明は、当該内部円筒の外周に円柱状の突起物を複数個設けて構成される第一、第二、第三および第四の発明のいずれか１項に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置である。

第六の発明は、当該内部円筒の外周および内周に円柱状の突起物を複数個設けて構成される第一、第二、第三および第四の発明のいずれか１項に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置である。

第七の発明は、外部円筒の外周部分に磁石を複数個取り付け、複数個の磁石は極性をＳ局同士またはＮ局同士の同局対向にして構成される第一、第二、第三、第四、第五および第六のいずれか１項に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置である。

第八の発明は、片側に短絡壁を有し、片側は開放端とする外部の円筒（以下外部円筒という）と、当該外部円筒内の短絡壁に中心軸をあわせて更に内部に円筒（以下内部円筒という）を取り付けた同軸構造とし、外部円筒には外部円筒と内部円筒との間の空洞部の中心円近傍の接線方向に複数個の液体導入口を開設し、外部円筒の開放端に、２ミリメートル以上の間隙を設けて短絡板を取り付け、その間隙を微細気泡出口とし、さらに内部円筒の内部の短絡壁に気体導入口を設け、内部円筒の短絡壁側の内周上に円柱状の突起物を複数個設け、内部円筒の開放側に中心軸方向と並行する先端が開放されたスロットを複数個設けて構成し、内部円筒において気体導入口からの気体を内部円筒の円柱状の突起物で気体と液体の混合撹拌を行うことを第１過程とし、内部円筒のスロットにより強制的に渦流強化を図り、気泡を強制的に切断、破壊して微細気泡を発生させることを第２過程とすることを特徴とする円筒同軸型マイクロナノバブル発生方法である。

上述のように本発明のマイクロナノバブル発生装置は外部円筒と内部円筒の同軸構造とすることにより、高速の水流がスムースに回転流に変換されるため外部ポンプの水圧を効率よく伝達することができ、且つ空気と液体との混合についても積極的に内部円筒に設けた円柱突起物により混合し、また内部円筒のスロットにより効率よく微細気泡をつくる事ができ、微細気泡出口より全周方向に出力できるので広範囲に微細気泡を含んだ水流を供給することができる。

本発明の実施の形態を、以下に図面に基づいて説明する。
本発明の要点は、図１に本発明装置の代表例を示すごとく、片側に短絡壁１を有し片側に開放端７を有する円筒を用い、それを外部円筒部２とし、その内部に更に円筒形の内部円筒３を設けて同軸構造とする。外部円筒２と内部円筒３との間の空洞部４の中心円近傍の接線横方向の外部円筒２に開設された複数個の液体導入口５と、内部円筒３の短絡壁１側に設けられた気体導入口６と、気体導入口６と反対側の外部円筒の開放端７には、２ミリメートル以上の間隙を設けて短絡板８を取り付け、その間隙を微細気泡出口９とし、内部円筒の短絡壁側の内周に円柱状の突起物１０を複数個設け、また内部円筒部の開放側に中心軸方向と並行する先端開放のスロット１１を複数個設けて円筒同軸型マイクロバブル発生装置を構成する。

上記の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、外部円筒２と内部円筒３との間の空洞部４の中心円近傍の接線横方向に開設された液体導入口５ａ，５ｂから加圧液体を入れることにより外部円筒の内周と内部円筒の外周に沿って水流は変形されないで、方向を変えながら回転運動となってスムースに流れる。これは内部円筒が無い場合に比べはるかに回転流速は向上し、外部ポンプの水圧が効率よく伝達し、より高速の回転運動が発生する。ここに内部円筒を採用するメリットがある。

次に図１，５および６に示すように、内部円筒の外周または内周およびその両方に設けられた複数個の円柱状突起物１０，１２と高速水流の回転運動により円柱状突起物の後方に渦流が発生し、これらは液体と気体を混合し気泡を発生させる。なお円柱突起物１０，１２は、なべねじ、六角穴付ボルト、さらねじ等を用いる。

内部円筒の外周では遠心力により、重たい液体は外部円筒の内周へ、軽い気泡は向心力で内部円筒の外周へと集まる。

気泡を含む液体の多くは向心力により、内部円筒の下方の設けられたスロット１１に吸い込まれる。

また内部円筒の内壁に円柱突起物１０があるため、上記の吸い込まれた気泡群は再度混合され、より細かい気泡となり、また内部円筒の内部でも気体導入口６からの気体と混合され気泡が発生する。

内部円筒の内部の短絡壁側では水流は重力により下方に流れるため、内部円筒部の内部の短絡壁側では密閉状態の負圧となり気体は自然に気体導入口６から連続して導入される事となり、連続した気泡が発生することになる。従って気体加圧ポンプは不必要となる。

内部円筒の内部に吸い込まれた気泡群は、内部円筒の下方内周でも回転運動による渦流となり、激しく混合、分断され微細気泡となり、微細気泡出口９から外部に搬出される。

微細気泡出口９は外部円筒開放端７に、スペーサ１３を用いて短絡板８が取り付けられ、外部円筒開放端７と短絡板８との隙間から微細気泡が放出される。その間隙は水深と微細気泡の発生状況により決定される。一方、広範囲の水域をカバーするには間隙を広くし、ポンプ水圧を強くし水量を増加する必要があり、上記の条件との兼ね合いにより間隙が決定されることになる。

次に図２に示すように、スロット部１１での渦流を強化するために、内部円筒にあるスロット周辺の残存部分の片側を、内部円筒の中心軸方向に液体回転流を導入する方向に角度を持たせ、薄肉羽状２０にして内部円筒の外周での回転流を強制的に内部に巻き込むことにより、内部円筒の内部での渦流が強化され気泡は激しく混合、分断され更に微細な気泡が発生する。

また図３および図４に示すように、内部円筒におけるスロット周辺の残存部分の薄肉羽状部分２０を外部円筒の内周側に角度を持たせて広げる形状２１にすることにより、スムースな回転渦となり、微細気泡の発生に更に効果がある。この薄肉羽状部分の曲げ方は曲線状２２でもその効果は発揮される。

液体導入口を複数個用いる実施例では１箇所は内部円筒の円柱状突起物付近５ａとし、２箇所目は内部円筒のスロット付近５ｂとし、スロット付近の回転流を強化する目的で設置される。

図７には永久磁石２３を使用した実施例を示す。外部円筒の外周部分に永久磁石２３を複数個取り付け、複数個の永久磁石は極性をＳ極同士またはＮ極同士の同極対向にする。磁石の使用目的は高速流体水に磁界を加えることにより、液体をイオン化するためであり、イオン化することにより水の浸透力、溶解力、浄化能力が高まることが実証されている。イオン化する能力は水の流速方向と直交する磁界の強さで決まる。

永久磁石２３はＮ−Ｓの異極同士では磁界が集中するため分布は狭い範囲となり、Ｓ−ＳまたはＮ−Ｎの同極同士のほうが磁界は広範囲に作用し水に対してイオン化される効果が大きくなり、更に浸透力、溶解力、浄化能力が発揮され水の活性化が促進されることになる。

以上のように内部円筒を用いる効果は微細気泡の発生に非常に有効であり、更に永久磁石の相乗効果により、水の浸透力、溶解力、浄化能力を高めることが出来るものである。

本装置により発生される微細気泡は、酸素等の気体が多く含まれたものであり、浄化作用があることから化学工業、農業、水産養殖業、産業用排水、家庭用排水の浄化および河川、湖沼、閉鎖性海域の浄化等の用途に有効に使用される。

本発明の実施例説明図である。 内部円筒部の改善実施例である。 内部円筒部の羽状部分の改善実施例である。 内部円筒部の羽状部分の改善実施例である。 内部円筒部の突起物をその外周に設けた例である。 内部円筒部の突起物をその外周および内周に設けた例である。 磁石を取り付けた実施例である。

符号の説明

１ 短絡壁
２ 外部円筒
３ 内部円筒
４ 外部円筒部と内部円筒部との間の空洞部
５ａ、５ｂ 液体導入口
６ 気体導入口
７ 外部円筒開放端
８ 短絡板
９ 微細気泡出口
１０ 内周円柱突起物
１１ 先端開放スロット
１２ 外周円柱突起物
１３ スペーサ
２０ 内部円筒の中心軸内側に角度を持たせた薄肉羽状部
２１ 角度を持たせて広げた薄肉羽根状部
２２ 曲線を持たせて広げた薄肉羽根状部
２３ 永久磁石

Claims (8)

1. 片側に短絡壁を有し、片側は開放端とする外部の円筒（以下外部円筒という）と、当該外部円筒内の短絡壁に中心軸をあわせて更に内部に円筒（以下内部円筒という）を取り付けた同軸構造とし、外部円筒には外部円筒と内部円筒との間の空洞部の中心円近傍の接線方向に複数個の液体導入口を開設し、外部円筒の開放端に、２ミリメートル以上の間隙を設けて短絡板を取り付け、その間隙を微細気泡出口とし、さらに内部円筒の内部の短絡壁に気体導入口を設け、内部円筒の短絡壁側の内周上に円柱状の突起物を複数個設け、内部円筒の開放側に中心軸方向と並行する先端が開放されたスロットを複数個設けて構成される円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置。
2. 前項１の内部円筒にあるスロット周辺の残存部分を、内部円筒の中心軸方向かつ液体回転流を導入する方向に角度を持たせ、薄肉羽状にしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置。
3. 前項２の内部円筒におけるスロット周辺の薄肉羽状部分を外部円筒の内周側に角度を持たせて広げたことを特徴とする請求項２に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置。
4. 前項２の内部円筒におけるスロット周辺の薄肉羽状部分を外部円筒の内周側に曲線状に広げたことを特徴とする請求項２に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置。
5. 内部円筒の外周に円柱状の突起物を複数個設けて構成される請求項１，２，３および４のいずれか１項に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置。
6. 内部円筒の外周および内周に円柱状の突起物を複数個設けて構成される請求項１，２、３および４のいずれか１項目に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置。
7. 外部円筒の外周部分に磁石を複数個取り付け、複数個の磁石は極性をＳ極同士またはＮ極同士の同極対向にして構成される、請求項１，２，３、４、５、および６のいずれか１項に記載の円筒同軸型マイクロナノバブル発生装置。
8. 片側に短絡壁を有し、片側は開放端とする外部の円筒（以下外部円筒という）と、当該外部円筒内の短絡壁に中心軸をあわせて更に内部に円筒（以下内部円筒という）を取り付けた同軸構造とし、外部円筒には外部円筒と内部円筒との間の空洞部の中心円近傍の接線方向に複数個の液体導入口を開設し、外部円筒の開放端に、２ミリメートル以上の間隙を設けて短絡板を取り付け、その間隙を微細気泡出口とし、さらに内部円筒の内部の短絡壁に気体導入口を設け、内部円筒の短絡壁側の内周上に円柱状の突起物を複数個設け、内部円筒の開放側に中心軸方向と並行する先端が開放されたスロットを複数個設けて構成し、内部円筒において気体導入口からの気体を内部円筒の円柱状の突起物で気体と液体の混合撹拌を行うことを第１過程とし、内部円筒のスロットにより強制的に渦流強化を図り、気泡を強制的に切断、破壊して微細気泡を発生させることを第２過程とすることを特徴とする円筒同軸型マイクロナノバブル発生方法。

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