JP2007268390A

JP2007268390A - 気泡発生装置

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Publication number: JP2007268390A
Application number: JP2006096213A
Authority: JP
Inventors: Hironori Hara; 裕紀原; Masafumi Inoue; 雅史井上; Tokio Takahashi; 時生高橋
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】任意量の気体を微細気泡として液体中に混気することができる気泡発生装置を提供する。
【解決手段】内周面が円筒状をなすケーシング１の内部に、外周面が円筒状をなす気体供給部６を同心状に配置し、ケーシング１の内周面と気体供給部６の外周面の間に液体が旋回流で流れる混気流路７を形成してなり、混気流路７がケーシング１の軸心方向の一端で開口し、気体供給源に連通する気体供給部６が微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は気泡発生装置に関し、液体中に微細気泡を混気する技術に係るものである。

従来、水道水や河川水、湖沼水等に微細気泡を混気するものとしては、例えば特許文献１に記載するものがある。これは、池、湖沼、ダム、河川等の水質浄化、微生物による汚水処理、魚類、水棲動物等の養殖等において使用される旋回式微細気泡発生装置であり、容器本体に加圧液体導入口と気体導入孔と旋回気液混合体導出口とを設けたものである。

容器本体は、有底円筒形のスペース又は入口部が閉塞されたメガホン形状のスペースを有しており、加圧液体導入口が容器本体の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ている。気体導入孔が円筒形スペースの底部もしくはメガホン形状のスペースの入口部に開設されており、旋回気液混合体導出口が円筒形スペースの先部又はメガホン形状のスペースの先部に開設されている。

また、特許文献２には、閉鎖性水域などの水の浄化に使用するものとして、微細気泡排出装置が記載されている。これは、一端を閉塞した内筒に微細内径の噴出孔群を貫設し、内筒の外側に同心状に配置する外筒に排出口を設けてものであり、内筒の他端から加圧された気体溶解液を供給し、噴出孔群から噴出した気体溶解液を外筒に衝突させることにより、気体溶解液の流速を抑えて一気に圧力を開放し、多数の微細気泡を排出するものである。又、他の先行技術文献として、特許文献３および４がある。
ＷＯ００／０６９５５０号公報特開平８−１３２０９４号公報特開２００３−２０５２２８号公報特開２００３−１８１２５９号公報

特許文献１においては、旋回気液混合体導出口を液体中に埋設させ、加圧液体導入口から円筒形スペース内に加圧液体を圧送することにより、その内部に旋回流を生成させて円筒管軸上付近に負圧部分を形成し、この負圧によって気体導入孔から気体を吸い込むものであり、圧力が最も低い管軸上付近を気体が通過することによって、細い紐状の旋回気体空洞部が形成する。そして、大きな旋回速度差の発生によって、紐状の気体空洞部を連続的に安定して切断し、その結果として大量の微細気泡、例えば直径１０〜２０μｍの微細気泡を旋回気液混合体導出口付近で発生させて器外の液体中へ放出する。

しかし、微細気泡の大量発生を目的として、特許文献１の装置を大型化すると、旋回流の角速度が下がり、かえって微細気泡が発生し難くなる。また、供給する空気量が負圧によって気体導入孔から吸い込み可能な量に律速され、多量の空気を微細気泡として排出することができなかった。

さらに、供給する空気を加圧することで空気量を増加させても、気泡径が大きくなり、微細気泡が発生し難くなる。このように、特許文献１の装置では微細気泡を大量に効率良く発生できない問題があった。

また、特許文献２では、気体溶解液の流速を抑えて一気に圧力を開放し、多数の微細気泡を排出するものであるが、予め気体溶解液を形成するためにエゼクタ、加圧タンク等を必要とし、結果として気体溶解液に含まれる空気量はエゼクタの性能に律速され、多量の空気を微細気泡として排出することができなかった。

本発明は上記の課題を解決するものであり、任意量の気体を微細気泡として液体中に混気することができる気泡発生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の気泡発生装置は、内周面が筒状をなすケーシングの内部に、外周面が筒状をなす気体供給部を配置し、ケーシングの内周面と気体供給部の外周面の間に液体が流れる混気流路を形成してなり、混気流路がケーシングの軸心方向の一端で開口し、気体供給源に連通する気体供給部が微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなることを特徴とする。

また、混気流路において液体が旋回して流れることを特徴とする。
また、気体供給部は外周面が円筒状をなし、ケーシングは内周面が円筒状をなして液体供給源に連通する液体供給口を有し、液体供給口が混気流路へ接線方向に接続することを特徴とする。

また、液体供給口が混気流路との接続口に注水角度調整部を有することを特徴とする。
本発明の気泡発生装置は、気体供給源に連通するケーシングの内部に内周面が筒状をなす気体供給部を配置し、気体供給部の内部に液体が流れる混気流路を形成してなり、混気流路がケーシングの軸心方向の一端で開口し、気体供給部が微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなることを特徴とする。

また、混気流路において液体が旋回して流れることを特徴とする。
また、気体供給部は内周面が円筒状をなし、混気流路がケーシングの軸心方向の他端で液体供給部に接続し、液体供給部は液体供給源に連通する液体供給口と、内周面が円筒状をなして混気流路へ連通する液体流路とを有し、液体供給口が液体流路へ接線方向に接続することを特徴とする。

また、液体供給口が液体流路との接続口に注水角度調整部を有することを特徴とする。
また、混気流路の下流側開口がレヂューサに接続し、レヂューサは縮径後に拡径することを特徴とする。

本発明の気泡発生方法は、上述した気泡発生装置を用いて気泡を発生させることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、気体供給部から微小な半気泡状に噴出する気体を液体の流が気体供給部の表面に沿って剪断することで微小気泡を発生させるので、供給する液体の流速と供給する気体量を調整することにより、任意量の気体を微細気泡として液体中に混気することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４に示すように、気泡発生装置のケーシング１は、内周面が円筒状をなす外筒部２と、外筒部２の両端に配置するフランジ部３、４と、一方のフランジ部３に水密に接合し、ボルト等の締結部材（図示省略）によって取り付けた端板５とからなる。

ケーシング１の外筒部２の内部には内筒を形成する気体供給部６を同心状に配置しており、気体供給部６は外周面が円筒状をなし、微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなる。本実施の形態では、気体供給部６はセラミックス製の多孔壁体からなる。

ケーシング１の外筒部２の内周面と気体供給部６の外周面の間には液体が旋回流で流れる混気流路７を形成しており、混気流路７はケーシング１の軸心方向の一端で開口し、他端がゴムスカート８で水密に閉栓されている。ゴムスカート８は気体供給部６の端部に外嵌して一方のフランジ部３に保持されており、気体供給部６と端板５の間、気体供給部６と外筒部２の間に介装している。

端板５およびゴムスカート８には気体供給部６の内部流路に連通する貫通孔５ａ、８ａ
を形成しており、端板５の貫通孔５ａにはねじ込み管継手９を接続している。ねじ込み管継手９は端板５の貫通孔５ａに螺合するニップル９ａと空気供給源（図示省略）に接続するソケット９ｂからなる。

気体供給部６の一端には栓体１０を水密に接着固定しており、気体供給部６の内部に挿通したロッド１１の一端が栓体１０に連結されている。ロッド１１は他端がニップル９ａからソケット９ｂの内部に突出しており、この他端に螺合する蝶ナット１２を締め付けることで、ロッド１１を介して栓体１０を抜け止めしている。

ケーシング１の他方のフランジ部４には噴出部１３がボルト等の締結部材（図示省略）によって固定されており、噴出部１３はケーシング１のフランジ部４に水密に接合するフランジ部１４とレヂューサ１５からなり、レヂューサ１５は途中に縮径部１５ａを有し、先端開口１５ｂが拡径している。

尚、レヂューサ１５は空気の微細化を促進するものではあるが、本発明においてはレヂューサ１５がなくても十分な効果を得ることができ、レヂューサ１５は必須のものではない。

ケーシング１は液体供給源に連通する液体供給口１６を有しており、液体供給口１６は混気流路７へ接線方向に接続している。液体供給口１６は液体供給源を接続するための連結部１６ａと、混気流路７に接続する接続口１６ｂとを有し、接続口１６ｂに注水角度調整部１７を配置している。

注水角度調整部１７は液体供給口１６の接続口１６ｂに挿入する櫛歯状の二本のガイド部材１７ａと、ガイド部材１７ａを保持するフランジ部１７ｂからなり、フランジ部１７ｂを連結部１６ａおよび接続口１６ｂのフランジ部１６ｃ、１６ｄの間に介装し、ボルト等の締結部材（図示省略）で固定している。

注水角度調整部１７はガイド部材１７ａの傾斜角度が異なるものを複数用意し、それらを取り替えることで旋回流の旋回ピッチを設定変更することができる。
上記の構成において、気泡発生装置を液中に配置した状態で、ポンプ等の液体供給源から供給する水等の液体を、液体供給口１６を通して混気流路７へ供給する。注水角度調整部１７から混気流路７へ流入する液体は、ガイド部材１７ａに案内されて気体供給部６および混気流路７の軸心に対して傾斜するように混気流路７へ流入し、混気流路７を旋回流で流れる。

ここで、ガイド部材１７ａの傾斜角度が異なる注水角度調整部１７を使用すると、旋回流の旋回ピッチが変わり、旋回流が混気流路７を流れる間に気体供給部６の外周面に沿って流れる距離が変化する。

ガイド部材１７ａに案内されて混気流路７へ流入する際に、流入水が気体供給部６および混気流路７の軸心に対して傾斜する角度が９０°に近いほどに、気体供給部６の外周面に沿って流れる距離が長くなり、気体供給部６の外周面における旋回角速度が速くなる。

ガイド部材１７ａに案内されて混気流路７へ流入する際に、流入水が気体供給部６および混気流路７の軸心に対して傾斜する角度が０°に近いほどに、気体供給部６の外周面に沿って流れる距離が短くなり、気体供給部６の外周面における旋回角速度が遅くなる。

気体供給源、例えばコンプレッサー等から気体として加圧した空気を、ねじ込み管継手９を通して気体供給部６へ供給する。
液体が混気流路７を旋回流で流れる状態において、気体は気体供給部６の微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなる壁体を通して外周面から混気流路７へ噴出する。

このとき、旋回流が気体供給部６の外周面に沿って流れ、気体供給部６の外周面上に微小な半気泡状に噴出する気体を旋回流が気体供給部の外周面に沿って剪断することで微小気泡が発生し、発生した微小気泡を旋回流が気体供給部６の外周面から連行することで微小気泡が連続して発生する。

この際に、気体供給部６の外周面における旋回流の流速が速いほどに、また気体供給部６の微小孔の孔径が小さいほどに微小気泡の粒径が小さくなり、旋回流が気体供給部６の外周面に沿って流れる距離が長くなるほどに連行する気泡量が多くなる。

したがって、供給する液体の流速と供給する気体量を調整することにより、任意量の気体を微細気泡として液体中に混気することができる。また、気泡の大きさも調整することができる。

微小気泡を伴う気液混相の旋回流は混気流路７の一端の開口からケーシング１の外部へ流れ出て噴出部１３へ流入する。噴出部１３へ流入した気液混相の旋回流は縮径部１５ａを通り、レヂューサ１５において旋回半径を拡径しながら移動し、先端開口１５ｂから周囲の液中（水域）へ噴出する。

尚、本実施の形態では、効果をより高めるために旋回流を用いているが、図５に示す構成とすることも可能である。図５においては、液体が旋回せずに混気流路７を軸心方向に沿って流れる。

図６は本実施の形態と特許文献１の構成とにおける効果の違いを示すものであり、時間経過に伴う溶存酸素濃度の変化を示しており、図６より明らかなように、本実施の形態による溶存酸素濃度の変化Ａは、特許文献１による溶存酸素濃度の変化Ｂに比べて短時間に飽和濃度に達する。

ここで、運転条件として、水の流量１３０（ｌ／ｍｉｎ）、旋回流速２２（ｍ／ｓ）（１ｍ／ｓ以上、望ましくは２ｍ／ｓ以上）、空気流量１７（ｌ／ｍｉｎ）、多孔質の孔径４０μｍ（１００μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下）、水槽の水量２６０（ｌ）
図７は本発明に係る他の実施の形態を示すものである。図７において、気泡発生装置のケーシング３１は、気体供給口３２ａを備えた外套３２と、外套３２の両側の端部３３、３４のうちで一方の端部３３に水密に接合し、ボルト等の締結部材３１ａによって取り付けた端板３５とからなる。

ケーシング３１の外套３２の内部には気体供給部３６を配置しており、気体供給部３６は内周面が円筒状をなし、液体が旋回流で流れる混気流路３７を形成している。気体供給部３６は微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなり、本実施の形態ではセラミックス製の多孔壁体からなる。

混気流路３７はケーシング３１の軸心方向の一端で開口し、他端がゴムリング３８で水密に閉栓されている。ゴムリング３８は気体供給部３６の端部と端板３５との間に介装されている。

端板３５には気体供給部３６の混気流路３７に連通する貫通孔３５ａを形成しており、端板３５の貫通孔３５ａに液体供給部３９を接続している。
液体供給部３９は液体供給源に連通する液体供給口４０と、内周面が円筒状をなして混気流路３７へ連通する液体流路４１とを有している。

液体供給口４０は液体供給源を接続するための連結部４０ａと、液体流路４１へ接線方向に接続する接続口４０ｂとを有しており、接続口４０ｂに注水角度調整部４２を配置している。

注水角度調整部４２は液体供給口４０の接続口４０ｂに挿入する櫛歯状の二本のガイド部材４２ａと、ガイド部材４２ａを保持するフランジ部４２ｂからなり、フランジ部４２ｂを連結部４０ａおよび接続口４０ｂの間に介装し、ボルト等の締結部材（図示省略）で固定している。注水角度調整部４２はガイド部材４２ａの傾斜角度が異なるものを複数用意し、それらを取り替えることで旋回流の旋回ピッチを設定変更することができる。

ケーシング３１の他方の端部３４には噴出部４３がボルト等の締結部材３１ｂによって固定されており、噴出部４３はケーシング３１の端部３４に水密に接合するフランジ部４４とレヂューサ４５からなり、レヂューサ４５は小径部４５ａから先端開口４５ｂへ向けて拡径している。

尚、レヂューサ４５は空気の微細化を促進するものではあるが、本発明においてはレヂューサ４５がなくても十分な効果を得ることができ、レヂューサ４５は必須のものではない。

上記の構成において、気泡発生装置を液中に配置した状態で、ポンプ等の液体供給源から供給する水等の液体を、液体供給部３９の液体供給口４０を通して液体流路４１へ供給する。注水角度調整部４２から液体流路４１へ流入する液体は、ガイド部材４２ａに案内されて液体流路４１の軸心に対して傾斜するように液体流路４１へ流入し、液体流路４１および混気流路３７を旋回流で流れる。

ここで、ガイド部材４２ａの傾斜角度が異なる注水角度調整部４２を使用すると、旋回流の旋回ピッチが変わり、旋回流が混気流路３７を流れる間に気体供給部３６の内周面に沿って流れる距離が変化する。

ガイド部材４２ａに案内されて液体流路４１へ流入する際に、流入水が液体流路４１の軸心に対して傾斜する角度が９０°に近いほどに、気体供給部３６の内周面に沿って流れる距離が長くなり、気体供給部３６の内周面における旋回角速度が速くなる。

ガイド部材４２ａに案内されて液体流路４１へ流入する際に、流入水が液体流路４１の軸心に対して傾斜する角度が０°に近いほどに、気体供給部３６の内周面に沿って流れる距離が短くなり、気体供給部３６の外周面における旋回角速度が遅くなる。

気体供給源、例えばコンプレッサー等から気体として加圧した空気を、気体供給口３２ａを通して気体供給部３６へ供給する。
液体が混気流路３７を旋回流で流れる状態において、気体は気体供給部３６の微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなる壁体を通して内周面から混気流路３７へ噴出する。

このとき、旋回流が気体供給部３６の内周面に沿って流れ、気体供給部３６の内周面上に微小な半気泡状に噴出する気体を旋回流が気体供給部３６の内周面に沿って剪断することで微小気泡が発生し、発生した微小気泡を旋回流が気体供給部３６の内周面から連行することで微小気泡が連続して発生する。

この際に、気体供給部３６の内周面における旋回流の流速が速いほどに、気体供給部３６の微小孔の孔径が小さいほどに、微小気泡の粒径が小さくなり、旋回流が気体供給部３６の内周面に沿って流れる距離が長くなるほどに連行する気泡量が多くなる。

微小気泡を伴う気液混相の旋回流は混気流路３７の一端の開口からケーシング３１の外部へ流れ出て噴出部４３へ流入する。噴出部４３へ流入した気液混相の旋回流は縮径部４５ａを通り、レヂューサ４５において旋回半径を拡径しながら移動し、先端開口４５ｂから周囲の液中（水域）へ噴出する。

尚、本実施の形態では、効果をより高めるために旋回流を用いているが、図８に示す構成とすることも可能である。図８においては、液体が旋回せずに混気流路７を軸心方向に沿って流れる。

本発明の実施の形態における気泡発生装置を示す一部破断断面図同気泡発生装置の噴出部を示す断面図同気泡発生装置の要部を示す断面図同気泡発生装置の要部を示す断面図本発明の他の実施の形態における気泡発生装置を示す断面図本発明と特許文献１とにおける効果の違いを示すグラフ図本発明の他の実施の形態における気泡発生装置を示す一部破断断面図本発明の他の実施の形態における気泡発生装置を示す断面図

符号の説明

１ケーシング
２外筒部
３、４フランジ部
５端板
５ａ貫通孔、
６気体供給部
７混気流路
８ゴムスカート
８ａ貫通孔
９ねじ込み管継手
９ａニップル
９ｂソケット
１０栓体
１１ロッド
１２蝶ナット
１３噴出部
１４フランジ部
１５レヂューサ
１５ａ縮径部
１５ｂ先端開口
１６液体供給口
１６ａ連結部
１６ｂ接続口
１６ｃ、１６ｄフランジ部
１７注水角度調整部
１７ａガイド部材
１７ｂフランジ部
３１ケーシング
３２外套
３２ａ気体供給口
３３、３４端部
３５端板
３５ａ貫通孔
３６気体供給部
３７混気流路
３８ゴムリング
３９液体供給部
４０液体供給口
４１液体流路
４０ａ連結部
４０ｂ接続口
４２注水角度調整部
４２ａガイド部材
４２ｂフランジ部
４３噴出部
４４フランジ部
４５レヂューサ
４５ａ縮径部
４５ｂ先端開口

Claims

内周面が筒状をなすケーシングの内部に、外周面が筒状をなす気体供給部を配置し、ケーシングの内周面と気体供給部の外周面の間に液体が流れる混気流路を形成してなり、混気流路がケーシングの軸心方向の一端で開口し、気体供給源に連通する気体供給部が微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなることを特徴とする気泡発生装置。
混気流路において液体が旋回して流れることを特徴とする請求項１記載の気泡発生装置。
気体供給部は外周面が円筒状をなし、ケーシングは内周面が円筒状をなして液体供給源に連通する液体供給口を有し、液体供給口が混気流路へ接線方向に接続することを特徴とする請求項１又は２記載の気泡発生装置。
液体供給口が混気流路との接続口に注水角度調整部を有することを特徴とする請求項３記載の気泡発生装置。
気体供給源に連通するケーシングの内部に内周面が筒状をなす気体供給部を配置し、気体供給部の内部に液体が流れる混気流路を形成してなり、混気流路がケーシングの軸心方向の一端で開口し、気体供給部が微小孔を有する多孔体もしくは多孔質体からなることを特徴とする気泡発生装置。
混気流路において液体が旋回して流れることを特徴とする請求項５記載の気泡発生装置。
気体供給部は内周面が円筒状をなし、混気流路がケーシングの軸心方向の他端で液体供給部に接続し、液体供給部は液体供給源に連通する液体供給口と、内周面が円筒状をなして混気流路へ連通する液体流路とを有し、液体供給口が液体流路へ接線方向に接続することを特徴とする請求項５又は６記載の気泡発生装置。
液体供給口が液体流路との接続口に注水角度調整部を有することを特徴とする請求項７記載の気泡発生装置。
混気流路の下流側開口がレヂューサに接続し、レヂューサは縮径後に拡径することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項記載の気泡発生装置。
請求項１又は５に記載の気泡発生装置を用いて気泡を発生させることを特徴とする気泡発生方法。