JP2008246360A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】液体との界面をなす気泡放出面に複数の気泡放出孔を有する気泡放出体８と、気泡放出体８を保持する本体ケーシング９と、気泡放出孔に連通する気体室１１と、気体室１１に気体を供給する空気供給管路７と、気泡放出体８を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、気泡放出体８は気泡放出面に液体の相対流中に突出する羽根部１０を一体に形成した板状をなす。
【選択図】図２

Description

本発明は微細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、液体中に微細気泡を混気するものとしては、例えば特許文献１に記載するように、セラミック円筒内部にオゾン等の気体を高い圧力で送り込み、セラミックの孔から気泡として、外部の水等の液体に送り出して溶け込ませるものがある。しかし、気泡径を小さくすることを目的としてセラミックの孔径を小さくするほどに、気体圧力を大きくせねばならない問題がある。

このため、特許文献１では、気体圧力に依存せず、液体の渦の力に依存する構成が開示されている。すなわち、セラミック円筒の外側に外側円筒を同心状に配置し、セラミック円筒と外側円筒の間に狭い流路を形成し、この流路に臨界レイノルズ数を超えるように速い速度で液体を流し、液体の乱流により生じる細かい渦で気泡の表面張力を打ち破り、気体の細かい泡を液体に連続的に溶け込ませている。また、液体の渦をさらに強くするための構成として、セラミック円筒の外側に配置する外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸を形成している。

また、特許文献２には微細気泡発生装置および汚濁水浄化装置並びに汚濁水の浄化方法が記載されている。この気泡発生装置は液中に設けられるものであって、攪拌フィンと空気を供給する供給管を備えており、供給管の一端が供給口として攪拌フィンの中心に開口し、供給管の他端が吸気孔として気体の供給源に開口している。そして、攪拌フィンの回転により周囲の液体を攪拌しつつ攪拌フィンの周囲に負圧を発生させ、この負圧により供給管から気体を吸引して気泡を発生させる。

回転する攪拌フィンの外側には板状体からなる邪魔板が設けてあり、邪魔板は攪拌フィンによる液体の攪拌を邪魔するよう複数立設し、邪魔板の相互を固定板で連結固定して攪拌フィンを内包し、攪拌フィンの放射方向の外側には多孔板を設けており、供給口から吸引した気体を攪拌フィン、多孔板、邪魔板によって微細に分割されて液中に供給される。
ＷＯ２００２／０３６２５２号公報 特開２００６−８２０７２号公報

ところで、特許文献１においては、セラミック円筒の外側に外側円筒を同心状に配置し、セラミック円筒と外側円筒の間に狭い流路を形成し、この流路に速い速度で液体を流しているが、セラミック円筒と外側円筒の間が狭い流路である場合には、この流路を通して供給できる液体の流量が限られたものとなる。大量の液体を供給可能なようにセラミック円筒と外側円筒の流路を大きくする場合には、大量の液体を渦の発生に必要な流速で供給するためにポンプ動力を大きくする必要がある。

また、外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸部を形成した場合でも、凹凸部と気泡を放出するセラミック円筒の距離が離れていると渦作用が気泡を放出する面に及び難くなる。 また、特許文献２に記載するように、供給口から吸引した気体を攪拌フィン、多孔板、邪魔板によって微細に分割して液中に供給する場合には、供給口から吸引した気体の元々の気泡径が大きいので、攪拌フィン、多孔板、邪魔板による一過的な衝突によって達成できる気泡の微細化には限界がある。

本発明は上記の課題を解決するものであり、供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる微細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、本発明の微細気泡発生装置は、液体との界面をなす気泡放出面に複数の気泡放出孔を有する気泡放出体と、気泡放出体を保持する放出体保持手段と、気泡放出孔に連通する気体室と、気体室に気体を供給する気体供給手段と、気泡放出体を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、気泡放出体は気泡放出面に液体の相対流中に乱流を生じさせる乱流促進手段を一体に形成したことを特徴とする。

また、気泡放出体の気泡放出面上の所定領域に気泡の放出を阻止するコーティングを施してなることを特徴とする。
また、乱流促進手段が気泡放出面上に突出する突起状体からなり、相対流中で突起状体の背後面となる領域を除いた領域に前記コーティングを施してなることを特徴とする。

また、乱流促進手段が気泡放出面から窪んだ凹状部からなり、凹状部領域に前記コーティングを施してなることを特徴とする。
また、相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなり、突起状体が気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に配置した羽根もしくは複数の凸状体からなることを特徴とする。

また、相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなり、凹状部が気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に配置した溝または複数の有底孔からなることを特徴とする。

また、気泡放出体が炭素材またはセラミックの多孔質体もしくは焼結金属からなることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、相対駆動手段により気泡放出体を液体に対して移動させて気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる。気体供給手段により気体室に供給した気体は気泡放出孔を通って液体との界面をなす気泡放出面から液体中に噴出する。このとき、気泡放出面が液体に対して相対的に移動することで、気泡放出面から液体中に噴出する気体が微細な気泡となって噴出し、乱流促進手段が気泡放出面上の相対流中に乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する気体に対して確実に乱流を作用させる。

本発明においては、気泡放出孔から噴出した時点で気泡は既に微細な気泡径をなしており、気泡放出面上に作用する乱流が、気泡放出孔から噴出した微細な気泡を気泡放出孔付近から速やかに離散させる。このため、気泡同士の合体を抑制することができ、供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる。

また、気泡放出体と乱流促進手段が一体に形成されているので、乱流促進手段の取付が不要となる他、複雑な形状であっても容易に形成できるようになる。

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に示すように、本実施の形態の微細気泡発生装置１は水槽、水路等の水中に配置する場合のものであり、底壁面２に載置した脚部３に相対駆動手段としての回転駆動装置をなす水中モータ装置４を備えている。なお、回転駆動装置としては水中モータ装置４に限らず、エンジン装置などを適宜に用いることができる。

水中モータ装置４の駆動軸５には気泡放出部６を連結しており、気泡放出部６は気体供給手段としての空気供給管路７に回転自在に連結し、空気供給管路７は空気供給源に接続している。本実施の形態では液体を水、気体を空気として説明するが、本発明の適応は水、空気に限るものではない。

また、微細気泡発生装置１は、図８に示すように、水槽の外へ設置することも可能であるし、図９に示すように、水槽の中へ設置する場合にあって、空気供給管路７が水中モータ装置４を貫通して気泡放出部６に連結される構造も可能である。また、気泡放出面は下向きに限定されるものではなく、上向きであっても、傾けて配置しても良い。

図２〜図５に示すように、気泡放出部６は、気泡放出体８と、放出体保持手段をなす本体ケーシング９を備え、気泡放出体８に乱流促進手段をなす羽根部１０を一体に形成している。

本体ケーシング９は、図４に示すように、水中モータ装置４の駆動軸５に連結するための結合孔９ａおよびキー溝９ｂを有し、内側に形成した凹部が気体室１１をなし、気体室１１の開口側に気泡放出体８を固定保持している。本体ケーシング９の内側には気泡放出体８との間隙を維持するためのスペーサ１２を結合孔９ａの周囲に放射状に形成している。気体室１１は気泡放出体８の気泡放出孔に連通し、気体室１１に空気供給管路７が連通している。

図５に示すように、気泡放出体８は、ここでは多孔質体からなる円板状をなして中央に通気孔８ａを有し、水との界面をなす気泡放出面８ｂに水中に突出する突起状体をなす羽根部１０が一体に形成してある。

また、一体成形することで別の羽根部材の取付が不要となる。さらに、別体の羽根部材を取付けた場合には、気泡放出面と羽根部材の表面を完全にシールしないとその隙間から気泡がしみ出て結合し、大きな気泡となることがあるが、一体であればそのような問題は生じない。
本実施の形態の気泡放出体８は炭素材からなる多孔質体であるが、気泡放出体８にはセラミックや焼結金属を使用することも可能である。また、焼結金属としては粉末状の金属の焼結体や、金網状の金属を焼結させたものでもよい。

羽根部１０は気泡放出体８の気泡放出面８ｂの一部をなし、気泡放出面８ｂには気泡を放出する複数の気泡放出孔を規則的もしくは不規則的に配置してある。この気泡放出孔は水中へ放出する空気の気泡径に応じた微小な所定口径とすることで、微細な気泡を噴出できるように構成している。本実施の形態では、気泡径が数十μｍ、気泡放出孔の口径が０．４〜５μｍであり、多孔質体は気孔率１２〜３５％で、その使用最高圧力が０．６ＭＰａである。

気泡放出体８は、羽根部１０と一体をなして本体ケーシング９にボルト１３（図２参照）で固定する円板部１４と、空気供給管路７に接続するためのハブ１５を備え、羽根部１０はハブ１５の周囲に放射状に配置した乱流促進手段をなす複数の羽根１６とからなる。ハブ１５は貫通孔８ａに連通する連結孔１５ａを有し、連結孔１５ａにおいて軸封体１７を介して空気供給管路７に回転自在に連結している。

この構成により、相対駆動手段をなす水中モータ装置４は駆動軸５の回転により気泡放出部６を駆動軸５の軸心廻りに回転駆動し、気泡放出体８を水中で水に対して相対的に移動させ、気泡放出面８ｂの面上に水の相対流を生じさせる。

空気供給管路７から気体室１１に流入した空気は、気泡放出体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂが水中を移動することで気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させ、気泡同士の合体を抑制する。

気泡放出体８の羽根部１０は羽根１６による水理作用により下方の水を吸い上げるとともに、気泡を周囲に拡散させる。そして、図６（ａ）に示すように、羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせることにより、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させることができる。また、羽根部１０の回転方向において相対流中で羽根１６の背後面となる下流側の気泡放出面８ｂの面上には、周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から空気が噴出し易くなり、より細やかな気泡となる。

本実施の形態では、気泡放出体８の気泡放出面８ｂの全面を露出させたが、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、気泡放出体８の気泡放出面８ｂのうちで気泡の合体が生じ易い所定領域にコーティング２０を施すことも可能である。つまり、水の相対流中で羽根１６の背後面となる領域を除いて気泡放出体８の外側表面にコーティング２０を施し、羽根部１０の回転方向における各羽根１６の下流側面をコーティング２０から露出させて気泡放出面８ｂとする。コーティング２０はエポキシ樹脂等からなり、気泡放出体８の外側表面上に配置してもよく、気泡放出体８に層状に含浸させても良い。

この構成により、羽根部１０の回転方向において各羽根１６の下流側の気泡放出面８ｂの面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成され、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流が生じ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流が作用し、気泡放出孔から空気が微細な気泡として噴出する。このように低圧領域を生じる部分を除いて気泡の放出を阻止するコーティングを行なってもよい。

なお、上記の実施の形態では、突起状体としてハブ１５の周囲に放射状に配置した複数の羽根１６からなる羽根部１０を用いた例を示したが、図７（ａ）に示すように、突起状体は複数の凸状体２１を列状に、あるいは任意の位置に配置するものであっても良い。また、図７（ｂ）に示すように、ハブ１５の周囲に乱流促進手段として凹状部をなす複数の溝２２を放射状に配置してもよく、図７（ｃ）に示すように、ハブ１５の周囲に乱流促進手段として凹状部をなす複数の有底孔２３を放射状に配置してもよい。この様な形態の場合には、凹状部が比較的小さいので、この部分で流れが滞留し、気泡が合体し易くなるので、図７（ｄ）に示すように、凹状部内をコーティングしている。

また、本発明の他の実施の形態としては、図１０（ａ）、（ｂ）に示す構成とすることも可能である。
図１０（ａ）、（ｂ）において、放出体保持手段をなす本体ケーシング１０１および気泡放出体をなす多孔質体１０２は円筒状に形成し、両者を同心状に固定的に配置し、本体ケーシング１０１と多孔質体１０２の間に水路１０３を形成し、多孔質体１０２の内部に気体室１０４を形成している。

多孔質体１０２は外周面に水中に突出する複数の突起状体１０６が多孔質体１０２の軸心廻りに環状に一体形成してあり、突起状体１０６は多孔質体１０２の軸心方向に沿って所定ピッチで配列してある。突起状体１０６は螺旋状に一体形成することも可能である。また、内面に突起状体１０６を一体形成してもよい。

この構成においては、多孔質体１０２の気泡放出面１０５の面上に相対流を生じさせる相対駆動手段とポンプ装置を採用する。ポンプ装置により水路１０３に水を供給し、気泡放出面１０５に沿って水が流れる状態において、気体室１０４に空気を供給する。気体室１０４の空気は多孔質体１０２の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面１０５の面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面１０５の面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。

多孔質体１０２の突起状体１０６が気泡放出面１０５の面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面１０５の面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。

突起状体１０６の下流側の気泡放出面１０５の面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
また、この低圧領域を除いた部分に気泡の放出を阻止するコーティング２０を施してもよい。

本発明の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図 同実施の形態における気泡放出部を示す断面図 同実施の形態における気泡放出部を示す平面図 （ａ）は同実施の形態における本体ケーシングを示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ｂ矢視断面図 （ａ）は同実施の形態における気泡放出体を示す断面図、（ｂ）は同実施の形態における気泡放出体を示す平面図 （ａ）は同実施の形態における気泡放出体を示す断面図、（ｂ）は他の実施の形態における気泡放出体を示す断面図、（ｃ）は他の実施の形態における気泡放出体を示す断面図 （ａ）は他の同実施の形態における気泡放出体を示す平面図、（ｂ）は他の同実施の形態における気泡放出体を示す平面図、（ｃ）は他の同実施の形態における気泡放出体を示す平面図、（ｄ）は気泡放出体の要部を示す断面図 他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図 他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図 他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図

符号の説明

１ 微細気泡発生装置
２ 底壁面
３ 脚部
４ 水中モータ装置
５ 駆動軸
６ 気泡放出部
７ 空気供給管路
８ 気泡放出体
８ａ 通気孔
８ｂ 気泡放出面
９ 本体ケーシング
９ａ 結合孔
９ｂ キー溝
１０ 羽根部
１１ 気体室
１２ スペーサ
１３ ボルト
１４ 円板部
１５ ハブ
１５ａ 連結孔
１６ 羽根
１７ 軸封部
２０ コーティング
２１ 凸状体
２２ 溝
２３ 有底孔
１０１ 本体ケーシング
１０２ 多孔質体
１０３ 水路
１０４ 気体室
１０５ 気泡放出面
１０６ 突起状体

Claims (7)

1. 液体との界面をなす気泡放出面に複数の気泡放出孔を有する気泡放出体と、気泡放出体を保持する放出体保持手段と、気泡放出孔に連通する気体室と、気体室に気体を供給する気体供給手段と、気泡放出体を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、気泡放出体は気泡放出面に液体の相対流中に乱流を生じさせる乱流促進手段を一体に形成したことを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 気泡放出体の気泡放出面上の所定領域に気泡の放出を阻止するコーティングを施してなることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
3. 乱流促進手段が気泡放出面上に突出する突起状体からなり、相対流中で突起状体の背後面となる領域を除いた領域に前記コーティングを施してなることを特徴とする請求項２に記載の微細気泡発生装置。
4. 乱流促進手段が気泡放出面から窪んだ凹状部からなり、凹状部領域に前記コーティングを施してなることを特徴とする請求項２に記載の微細気泡発生装置。
5. 相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなり、突起状体が気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に配置した羽根もしくは複数の凸状体からなることを特徴とする請求項３に記載の微細気泡発生装置。
6. 相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなり、凹状部が気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に配置した溝または複数の有底孔からなることを特徴とする請求項４に記載の微細気泡発生装置。
7. 気泡放出体が炭素材またはセラミックの多孔質体もしくは焼結金属からなることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の微細気泡発生装置。

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