JP2008246361A - Microbubble generation apparatus - Google Patents

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雅史 井上
Hironori Hara
裕紀 原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microbubble generation apparatus capable of generating very fine bubbles independently of the pressure of a gas to be supplied or the flow rate of a liquid. <P>SOLUTION: The microbubble generation apparatus comprises a bubble releasing body 8 with bubble releasing holes on a bubble releasing surface, a main body casing 9 for holding the bubble releasing body 8, a gas chamber 11 communicated with the bubble releasing holes, an air supply pipeline 7 for supplying the gas to the gas chamber 11, and an underwater motor device 4 for moving the bubble releasing body 8 relatively to the liquid. The coating layer 10 of the bubble releasing surface 8b of the bubble releasing body 8 comprises a blade part 10a projected from the bubble releasing surface 8b into the relative flow of the liquid and a releasing hole closing part 10b including a prescribed radius area from the rotation center of the bubble releasing body. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to a microbubble generator, and relates to a technique for mixing microbubbles in a liquid.

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。   Conventionally, as a method of mixing fine bubbles in a liquid, for example, as described in Patent Document 1, a gas such as ozone is sent into a ceramic cylinder at a high pressure, and bubbles are formed from the ceramic holes as external water. There is something that is sent to the liquid and dissolved. However, there is a problem that the gas pressure has to be increased as the pore diameter of the ceramic is reduced for the purpose of reducing the bubble diameter.

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。   For this reason, Patent Document 1 discloses a configuration that does not depend on the gas pressure but depends on the force of the liquid vortex. That is, an outer cylinder is concentrically arranged outside the ceramic cylinder, a narrow flow path is formed between the ceramic cylinder and the outer cylinder, and a liquid is allowed to flow through the flow path at a high speed so as to exceed the critical Reynolds number. The surface tension of bubbles is broken by fine vortices generated by the turbulent flow of gas, and fine bubbles of gas are continuously dissolved in the liquid. Further, as a configuration for further strengthening the vortex of the liquid, spiral fine irregularities are formed on the inner surface of the outer cylinder arranged outside the ceramic cylinder.

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。   Patent Document 2 describes a microbubble generator, a polluted water purifier, and a polluted water purifying method. This bubble generating device is provided in a liquid and includes a stirring fin and a supply pipe for supplying air. One end of the supply pipe opens as a supply port at the center of the stirring fin, and the other end of the supply pipe Is opened to the gas supply source as an intake hole. Then, a negative pressure is generated around the stirring fin while the surrounding liquid is stirred by the rotation of the stirring fin, and a gas is sucked from the supply pipe by this negative pressure to generate bubbles.

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。   A baffle plate made of a plate-like body is provided on the outside of the rotating stirring fin, and a plurality of baffle plates are erected so as to disturb the stirring of the liquid by the stirring fin, and the baffle plates are connected and fixed with a fixed plate. The stirring fin is included, and a perforated plate is provided outside the stirring fin in the radial direction. The gas sucked from the supply port is finely divided by the stirring fin, the perforated plate, and the baffle plate and supplied to the liquid.

また、特許文献3には泡径調節型水中気泡発生装置が記載されている。これは、給水ポンプ及び排出ポンプを有する気密水槽と、気密水槽を減圧する減圧ポンプと、減圧された気密水槽中に気泡を発生させる気泡放出装置と、気密水槽の外部に配置され排出ポンプを介して気密水槽と接続され、減圧された気密水槽内で発生させた気泡を大気圧下で微小化させる水槽とからなり、気泡放出装置が回転板の外周部に微小孔材を配置してなる。
WO2002/036252号公報 特開2006−82072号公報 特開平9−5204号公報
Patent Document 3 describes a bubble diameter control type underwater bubble generator. This includes an airtight water tank having a water supply pump and a discharge pump, a decompression pump for decompressing the airtight water tank, a bubble discharge device for generating bubbles in the decompressed airtight water tank, and a discharge pump disposed outside the airtight water tank. And a water tank that is connected to the airtight water tank and micronizes the bubbles generated in the decompressed airtight water tank under atmospheric pressure, and the bubble discharge device has a microporous material disposed on the outer peripheral portion of the rotating plate.
WO2002 / 036252 JP 2006-82072 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-5204

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。   By the way, in Patent Document 1, an outer cylinder is arranged concentrically outside the ceramic cylinder, a narrow flow path is formed between the ceramic cylinder and the outer cylinder, and a liquid is allowed to flow through the flow path at a high speed. In the case where there is a narrow channel between the ceramic cylinder and the outer cylinder, the flow rate of the liquid that can be supplied through this channel is limited. When the flow paths of the ceramic cylinder and the outer cylinder are enlarged so that a large amount of liquid can be supplied, it is necessary to increase the pump power in order to supply a large amount of liquid at a flow rate necessary for generating vortices.

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。   Moreover, even when a spiral fine uneven portion is formed on the inner surface of the outer cylinder, if the distance between the uneven portion and the ceramic cylinder that discharges the bubbles is increased, the vortex action hardly reaches the surface from which the bubbles are discharged. In addition, as described in Patent Document 2, when the gas sucked from the supply port is finely divided by the stirring fin, the perforated plate and the baffle plate and supplied into the liquid, the original gas sucked from the supply port is supplied. Since the bubble diameter is large, there is a limit to the refinement of bubbles that can be achieved by transient collisions with stirring fins, perforated plates, and baffle plates.

また、特許文献3に記載するように、気泡放出装置が回転板の外周部に微小孔材を配置したものである場合には、平坦な微小孔材の表面に沿って水流が流れるので、微小孔材から噴出する気泡が微小孔材の表面から確実に離散する保証はなく、気泡の合体が生じることがある。   Further, as described in Patent Document 3, when the bubble releasing device has a microporous material arranged on the outer peripheral portion of the rotating plate, a water flow flows along the surface of the flat microporous material. There is no guarantee that the bubbles ejected from the pore material will be surely separated from the surface of the microporous material, and the coalescence of the bubbles may occur.

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。   The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fine bubble generating device that can generate fine bubbles without depending on the pressure of a supplied gas and the flow rate of a liquid.

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上に気泡の放出を阻止するコーティング層を有し、コーティング層が、気泡放出面から液体の相対流中に突出して気泡放出面上で所定の形態の突起状部をなすことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a microbubble generator of the present invention includes a bubble emitter having a plurality of bubble discharge holes on a bubble discharge surface that forms an interface with a liquid, and an emitter holding means for holding the bubble emitter. A gas chamber communicating with the bubble discharge hole, a gas supply means for supplying gas to the gas chamber, and a relative movement for moving the bubble discharger relative to the liquid and generating a relative flow of the liquid on the bubble discharge surface The bubble emitting body has a coating layer on the bubble emitting surface for preventing the release of bubbles, and the coating layer protrudes from the bubble emitting surface into the relative flow of the liquid and has a predetermined surface on the bubble emitting surface. It is characterized by forming a protruding portion of the form.

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、気泡放出体の回転中心から所定半径内の領域は、気泡放出孔を有しない無放出孔領域をなすことを特徴とする。   Further, the relative driving means comprises a rotation driving device that rotationally drives the bubble emitter around the axis of the drive shaft, and a region within a predetermined radius from the rotation center of the bubble emitter is a non-discharge hole region that does not have a bubble discharge hole. It is characterized by making.

また、前記無放出孔領域よりも外側域の気泡放出面上において、気泡放出体の回転により生じる相対流の表面流速が、気泡放出面から噴出する気泡の合体を抑制する所定流速となることを特徴とする。   Further, on the bubble discharge surface outside the non-release hole region, the surface flow velocity of the relative flow generated by the rotation of the bubble discharge member is a predetermined flow velocity that suppresses the coalescence of bubbles ejected from the bubble discharge surface. Features.

また、気泡放出体は、前記無放出孔領域が気泡放出体の回転軸心を通る直径D1の内側領域を占め、前記無放出孔領域よりも外側域の気泡放出面が気泡放出体の回転軸心を通る直系D2の外側領域を占め、内側領域の直径D1と外側領域の直径D2との直径比D1/D2が0.7以上であることを特徴とする。   In the bubble emitter, the non-discharge hole region occupies an inner region of a diameter D1 passing through the rotation axis of the bubble emitter, and the bubble discharge surface outside the non-release hole region is the rotation axis of the bubble emitter. It occupies the outer region of the direct line D2 passing through the heart, and the diameter ratio D1 / D2 between the diameter D1 of the inner region and the diameter D2 of the outer region is 0.7 or more.

また、前記無放出孔領域が気泡放出面上に形成された気泡の放出を阻止するコーティング層で形成されてなることを特徴とする。
また、気泡放出面上に形成する突起状部は、気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に形成する羽根形態、もしくは複数の凸状体で形成する形態をなすことを特徴とする。
In addition, the non-release hole region is formed of a coating layer that prevents the release of bubbles formed on the bubble release surface.
Further, the protruding portion formed on the bubble discharge surface is characterized in that it has a blade shape formed radially around the rotation axis of the bubble emitter or a form formed by a plurality of convex bodies.

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。   Further, the bubble emitting body is made of a carbon material, a ceramic porous body, or a sintered metal.

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、コーティング層の突起状体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。   As described above, according to the present invention, the bubble emitter is moved with respect to the liquid by the relative driving means to generate a relative flow of the liquid on the bubble discharge surface. The gas supplied to the gas chamber by the gas supply means is ejected into the liquid from the bubble discharge surface that forms an interface with the liquid through the bubble discharge hole. At this time, the bubble discharge surface moves relative to the liquid, so that the gas ejected from the bubble discharge surface into the liquid is ejected as fine bubbles, and the protrusions of the coating layer are on the bubble discharge surface. A turbulent flow is generated in the relative flow, and the turbulent flow is surely applied to the gas ejected from the bubble discharge hole.

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。   In the present invention, when the bubbles are ejected from the bubble discharge holes, the bubbles already have a fine bubble diameter, and the turbulent flow acting on the bubble discharge surface causes the fine bubbles ejected from the bubble discharge holes to be near the bubble discharge holes. From quickly. For this reason, coalescence of bubbles can be suppressed, and fine bubbles can be generated without depending on the pressure of the supplied gas and the flow rate of the liquid.

また、突起状体がコーティング層によって形成されているので、突起状体を気泡放出体と一体形成したり、別部材として形成して取り付ける必要がなく、簡便に形成することができる。また、用途や使用条件に応じて突起状体の形状を容易に変更することもできる。   Further, since the protruding body is formed by the coating layer, it is not necessary to form the protruding body integrally with the bubble emitting body or to be formed and attached as a separate member, and can be easily formed. In addition, the shape of the protrusion can be easily changed according to the application and use conditions.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the fine bubble generating device 1 of the present embodiment is a case where it is placed in water such as a water tank or a water channel, and rotates as a relative driving means on a leg 3 placed on a bottom wall surface 2. An underwater motor device 4 is provided as a driving device. The rotation drive device is not limited to the submersible motor device 4, and an engine device or the like can be used as appropriate.

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。   A bubble discharge unit 6 is connected to the drive shaft 5 of the submersible motor device 4, and the bubble discharge unit 6 is rotatably connected to an air supply line 7 as a gas supply means. The air supply line 7 is supplied with air. Connected to the source. In the present embodiment, the liquid is water and the gas is air. However, the present invention is not limited to water and air.

また、微細気泡発生装置1は、図7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8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。   Further, the fine bubble generating device 1 can be installed outside the water tank as shown in FIG. 7, and when installed in the water tank as shown in FIG. A structure in which the path 7 penetrates the underwater motor device 4 and is connected to the bubble discharge unit 6 is also possible. Further, the bubble discharge surface is not limited to the downward direction, and may be disposed upward or inclined.

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にコーティング層10を形成している。
本体ケーシング9は、図3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。
As shown in FIGS. 2 to 5, the bubble discharger 6 includes a bubble discharger 8 and a main body casing 9 that forms discharger holding means, and a coating layer 10 is formed on the bubble discharger 8.
As shown in FIG. 3, the main casing 9 has a coupling hole 9 a and a key groove 9 b for connecting to the drive shaft 5 of the submersible motor device 4, and a recess formed inside forms a gas chamber 11, The bubble emitting body 8 is fixedly held on the opening side of 11. Spacers 12 for maintaining a gap with the bubble emitter 8 are formed radially around the coupling hole 9 a inside the main body casing 9. The gas chamber 11 communicates with the bubble discharge hole of the bubble emitter 8, and the air supply line 7 communicates with the gas chamber 11.

図4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の上に、気泡の放出を阻止するエポキシ樹脂等からなるコーティング層10を有している。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。   As shown in FIG. 4, the bubble emitter 8 has a disk-like shape made of a porous body, has a vent hole 8 a in the center, and is formed on the bubble discharge surface 8 b that forms an interface with water. The coating layer 10 is made of an epoxy resin or the like that prevents the release of water. The bubble emitter 8 of the present embodiment is a porous body made of a carbon material, but ceramic or sintered metal can be used for the bubble emitter 8. The sintered metal may be a powder metal sintered body or a metal mesh sintered body.

コーティング層10は、気泡放出面8bから水の相対流中に突出する突起状体をなす羽根部10aが気泡放出面8bの面上に所定形態に形成してあり、気泡放出体8の回転中心から所定半径領域において気泡放出面8bを覆って無放出孔領域10bを形成している。   In the coating layer 10, a blade portion 10 a that forms a protrusion that protrudes from the bubble discharge surface 8 b into the relative flow of water is formed on the surface of the bubble discharge surface 8 b in a predetermined shape. In the predetermined radius region, the non-discharge hole region 10b is formed so as to cover the bubble discharge surface 8b.

コーティング層10は、無放出孔領域10bが気泡放出体8の回転軸心を通る直径D1の内側領域を占め、無放出孔領域10bよりも外側域の気泡放出面8bが気泡放出体8の回転軸心を通る直系D2の外側領域を占め、内側領域の直径D1と外側領域の直径D2との直径比D1/D2を0.7以上とすることができる。この値に関しては後に詳述する。   In the coating layer 10, the non-discharge hole region 10 b occupies the inner region of the diameter D <b> 1 passing through the rotational axis of the bubble emitter 8, and the bubble discharge surface 8 b outside the non-release hole region 10 b is the rotation of the bubble emitter 8. It occupies the outer region of the direct system D2 passing through the axis, and the diameter ratio D1 / D2 between the diameter D1 of the inner region and the diameter D2 of the outer region can be 0.7 or more. This value will be described in detail later.

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。   A plurality of bubble discharge holes for discharging bubbles are regularly or irregularly arranged on the bubble discharge surface 8b. This bubble discharge hole is configured so that fine bubbles can be ejected by setting it to a minute predetermined diameter corresponding to the bubble diameter of the air discharged into the water. In the present embodiment, the bubble diameter is several tens of μm, the diameter of the bubble discharge hole is 0.4 to 5 μm, the porous body has a porosity of 12 to 35%, and the maximum use pressure is 0.6 MPa.

気泡放出体8は、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、ハブ15は貫通孔8aに連通する連結孔15aを有し、コーティング層10の羽根部10aがハブ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からなり、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。   The bubble emitter 8 includes a disk portion 14 that is fixed to the main body casing 9 with bolts 13 (see FIG. 2), and a hub 15 that is connected to the air supply pipe 7. The hub 15 communicates with the through hole 8a. The blade portion 10a of the coating layer 10 includes a plurality of blades 16 that form a turbulent flow promoting means having a connecting hole 15a and are arranged radially around the hub 15, and air is supplied through the shaft seal 17 in the connecting hole 15a. The pipe 7 is rotatably connected.

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。   With this configuration, the submersible motor device 4 serving as a relative drive means rotates the bubble discharger 6 around the axis of the drive shaft 5 by the rotation of the drive shaft 5, and the bubble emitter 8 is relative to water in water. And a relative flow of water is generated on the surface of the bubble discharge surface 8b.

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。   The air that has flowed into the gas chamber 11 from the air supply pipe 7 passes through the bubble discharge holes of the bubble discharger 8 and is ejected as microbubbles onto the surface of the bubble discharge surface 8b that forms an interface with water, and the bubble discharge surface 8b. As the water moves in the water, the relative flow flowing along with the vortex on the surface of the bubble discharge surface 8b entrains and separates the microbubbles and suppresses the coalescence of the bubbles.

図5に示すように、気泡放出体8の羽根部10aは羽根16による水理作用により気泡を周囲に拡散させる。つまり、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。   As shown in FIG. 5, the blade portion 10 a of the bubble emitter 8 diffuses the bubbles around by the hydraulic action of the blade 16. That is, the blade 16 disturbs the flow of the relative flow on the surface of the bubble discharge surface 8b, and the turbulent flow with the vortex flow is surely generated on the surface of the bubble discharge surface 8b. On the other hand, turbulent flow can be reliably applied.

ところで、気泡放出体8は気泡放出面8bの面上での各位置における周速(線速度)が回転中心側であるほどに遅くなる。このため、気泡放出体8の回転により気泡放出面8bの面上に生じる水の相対流の表面流速は、気泡放出体8の回転軸心に近づくほどに遅くなり、気泡放出体8の回転軸心から離れるほどに速くなる。   By the way, the bubble emitting body 8 becomes so slow that the peripheral speed (linear velocity) in each position on the surface of the bubble discharge | release surface 8b is a rotation center side. For this reason, the surface flow velocity of the relative flow of water generated on the surface of the bubble discharge surface 8b by the rotation of the bubble discharger 8 becomes slower as it approaches the rotation axis of the bubble discharger 8, and the rotation axis of the bubble discharger 8 The faster you get away from your heart, the faster it gets.

このため、気泡放出体8の回転中心に近い領域であるほどに、気泡放出体8の気泡放出孔から噴出する微小気泡に与える離散、拡散の作用が弱くなり、微細気泡の合体により粗大な気泡となる傾向がある。   For this reason, the closer to the center of rotation of the bubble emitter 8, the weaker the discrete and diffusing action exerted on the microbubbles ejected from the bubble emitter hole of the bubble emitter 8, and the coarser bubbles due to the coalescence of the microbubbles Tend to be.

その結果、微細気泡発生装置1として水中に供給する気泡は、その気泡径が不揃いとなり、気泡径の均一化が阻害され、例えば水処理プロセスに求められる気泡径の気泡を安定供給できない。   As a result, the bubbles supplied to the water as the fine bubble generating device 1 have irregular bubble diameters, the uniformity of the bubble diameters is hindered, and for example, the bubbles having the bubble diameters required for the water treatment process cannot be stably supplied.

このために、本実施の形態では、無放出孔領域10bを形成するコーティング層10によって気泡放出体8の回転中心から所定半径領域において気泡放出面8bを覆っており、気泡放出体8の回転中心側の領域から微小気泡は噴出せず、微小気泡の合体を抑制できる。   For this reason, in the present embodiment, the coating layer 10 that forms the non-emission hole region 10 b covers the bubble emission surface 8 b in a predetermined radius region from the rotation center of the bubble emitter 8. Microbubbles are not ejected from the side region, and coalescence of the microbubbles can be suppressed.

また、気泡放出体8は所定回転数で回転することにより、無放出孔領域10bよりも外側域の気泡放出面8bの面上に生じる水の相対流の表面流速を所定流速となし、この所定流速の下で気泡放出面8bから噴出する気泡の合体を抑制する。   Further, by rotating the bubble emitter 8 at a predetermined rotational speed, the surface flow velocity of the relative flow of water generated on the surface of the bubble discharge surface 8b outside the non-release hole region 10b is made a predetermined flow velocity. The coalescence of bubbles ejected from the bubble discharge surface 8b under the flow velocity is suppressed.

さらに、上述したように、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、その離散、拡散を促進する。また、突起状体がコーディング層によって形成されているので、突起状体を気泡放出体と一体形成したり、別部材として形成して取り付ける必要がなく、簡便に形成することができる。また、用途や使用条件に応じて突起状体の形状を容易に変更することもできる。さらに、コーティング層で突起状体が形成されているので、別体の突起状体を取り付けた場合に生じる突起状部材と気泡放出体との隙間から大きな気泡を生じるといった問題も発生しない。   Further, as described above, the blade 16 disturbs the flow of the relative flow on the surface of the bubble discharge surface 8b, and the turbulent flow with the vortex flow is surely generated on the surface of the bubble discharge surface 8b. It is possible to cause turbulent flow to act on the air ejected from the air and to promote the discrete and diffusion. Further, since the protruding body is formed of the coding layer, it is not necessary to form the protruding body integrally with the bubble emitting body or to be formed and attached as a separate member, and can be easily formed. In addition, the shape of the protrusion can be easily changed according to the application and use conditions. Furthermore, since the protrusion is formed by the coating layer, there is no problem that large bubbles are generated from the gap between the protrusion member and the bubble emitter, which is generated when a separate protrusion is attached.

ところで、図6の度数分布に示すように、微細気泡発生装置1から水中に供給する空気に含まれる各気泡径の気泡の度数は、内側領域の直径D1と外側領域の直径D2との直径比D1/D2によって異なる分布となる。直径比D1/D2が小さくなるほどに、つまり内側領域の直径D1が小さくなるほどに気泡の度数分布が広い範囲に拡大し、直径比D1/D2が大きくなるほどに、つまり内側領域の直径D1が大きくなるほどに気泡の度数分布が狭い範囲に縮小する。   By the way, as shown in the frequency distribution of FIG. 6, the frequency of the bubbles of each bubble diameter contained in the air supplied from the fine bubble generator 1 to the water is the diameter ratio between the diameter D1 of the inner region and the diameter D2 of the outer region. The distribution varies depending on D1 / D2. The smaller the diameter ratio D1 / D2, that is, the smaller the inner region diameter D1, the wider the frequency distribution of the bubbles. The larger the diameter ratio D1 / D2, the greater the inner region diameter D1. The bubble frequency distribution is reduced to a narrow range.

よって、本実施の形態では、直径比D1/D2=0.7以上、望ましくは0.8以上とすることで、気泡の度数分布の範囲を狭めて所定範囲aの気泡径へ均一化する。
また、本実施の形態において、気泡放出面8bの面上に形成するコーティング層10の突起状部の形態は、気泡放出体8の回転軸心廻りに放射状に形成する羽根形態として説明したが、この形態に限るものではない。例えばコーティング層10の突起状部を気泡放出面8bの面上に複数の凸状体として形成してもよい。また、複数の凸状体を所定間隔で反復形成する反復模様形態とすることも可能である。この凸状体の形は丸型、角型等の何れの形でもよい。
Therefore, in the present embodiment, by setting the diameter ratio D1 / D2 = 0.7 or more, preferably 0.8 or more, the range of the bubble frequency distribution is narrowed to uniform the bubble diameter within a predetermined range a.
Further, in the present embodiment, the form of the protruding portion of the coating layer 10 formed on the surface of the bubble emitting surface 8b has been described as a blade form formed radially around the rotation axis of the bubble emitting body 8, It is not restricted to this form. For example, the protruding portions of the coating layer 10 may be formed as a plurality of convex bodies on the surface of the bubble discharge surface 8b. Further, it is possible to adopt a repeated pattern form in which a plurality of convex bodies are repeatedly formed at predetermined intervals. The shape of the convex body may be any shape such as a round shape and a square shape.

また、図9に示すように、無放出孔領域は、コーティング層10により形成するのではなく、ドーナツ状の気泡放出体8により形成したり、あるいは図10に示すように板状体20で覆うことで形成してもよい。このとき、気泡放出体8と板状体20との隙間は、円環状のコーティング層21などで気密シールすることが望ましい。こうすることで、気泡放出体8と板状体20との隙間から気体が漏れ出て合体するおそれがなくなる。   Further, as shown in FIG. 9, the non-release hole region is not formed by the coating layer 10 but is formed by the doughnut-shaped bubble emitter 8 or covered by the plate-like body 20 as shown in FIG. You may form by. At this time, it is desirable that the gap between the bubble emitter 8 and the plate-like body 20 be hermetically sealed with an annular coating layer 21 or the like. By doing so, there is no possibility that the gas leaks from the gap between the bubble emitter 8 and the plate-like body 20 and coalesces.

また、本実施の形態では、気泡放出体8の気泡放出面8bが平坦面である構成を示したが、本発明の他の実施の形態としては、図11に示す構成とすることも可能である。
図11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。
Further, in the present embodiment, the configuration in which the bubble emitting surface 8b of the bubble emitting body 8 is a flat surface is shown, but as another embodiment of the present invention, the configuration shown in FIG. is there.
In FIG. 11, a main body casing 101 serving as an emitter holding means and a porous body 102 serving as a bubble emitter are formed in a cylindrical shape, and both of them are fixedly arranged concentrically. A water channel 103 is formed therebetween, and a gas chamber 104 is formed inside the porous body 102.

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形成してあり、コーティング層による突起状体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は螺旋状に形成することも可能である。また、内面にコーティング層による突起状体106を形成してもよい。   In the porous body 102, a plurality of protrusions 106 projecting into water on the outer peripheral surface are formed in an annular shape around the axis of the porous body 102, and the protrusion 106 formed by the coating layer is the axis of the porous body 102. They are arranged at a predetermined pitch along the direction. The protruding body 106 can also be formed in a spiral shape. Moreover, you may form the protruding body 106 by a coating layer in an inner surface.

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。   In this configuration, a relative driving unit and a pump device that generate a relative flow on the bubble discharge surface 105 of the porous body 102 are employed. Water is supplied to the water channel 103 by the pump device, and air is supplied to the gas chamber 104 in a state where the water flows along the bubble discharge surface 105. The air in the gas chamber 104 is ejected as microbubbles through the bubble discharge hole of the porous body 102 onto the surface of the bubble discharge surface 105 that forms an interface with water, and flows on the surface of the bubble discharge surface 105 with a vortex. The relative flow entrains and separates microbubbles.

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。   The protrusion 106 of the porous body 102 disturbs the flow of the relative flow on the surface of the bubble discharge surface 105, and reliably generates a turbulent flow with a vortex on the surface of the bubble discharge surface 105, and is ejected from the bubble discharge hole. The turbulent flow is surely applied to the air.

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。   A low pressure region having a pressure lower than the surrounding average fluid pressure is formed on the bubble discharge surface 105 on the downstream side of the protrusion 106. The air ejected from the bubble discharge hole under this low pressure action becomes finer bubbles.

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The front view which shows the microbubble generator in embodiment of this invention 同実施の形態における気泡放出部を示す断面図Sectional drawing which shows the bubble discharge | release part in the same embodiment (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) is a top view which shows the main body casing in the embodiment, (b) is AB sectional view taken on the line in (a). (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) is sectional drawing which shows the bubble emitter in the embodiment, (b) is a top view which shows the bubble emitter in the embodiment 同実施の形態における気泡放出体を示す断面図Sectional drawing which shows the bubble discharge body in the embodiment 同実施の形態における各気泡径の気泡の度数分布を示す図表The chart which shows the frequency distribution of the bubble of each bubble diameter in the same execution form 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The front view which shows the microbubble generator in other embodiment 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The front view which shows the microbubble generator in other embodiment 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Sectional drawing which shows the microbubble generator in other embodiment 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Sectional drawing which shows the microbubble generator in other embodiment 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Sectional drawing which shows the microbubble generator in other embodiment

符号の説明Explanation of symbols

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 コーティング層
10a 羽根部
10b 無放出孔領域
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 板状体
21 コーティング層
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fine bubble generator 2 Bottom wall surface 3 Leg part 4 Submersible motor device 5 Drive shaft 6 Bubble discharge part 7 Air supply pipe 8 Bubble discharger 8a Vent hole 8b Bubble discharge surface 9 Main body casing 9a Bonding hole 9b Keyway 10 Coating layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 10a blade | wing part 10b no discharge | emission hole area | region 11 gas chamber 12 spacer 13 bolt 14 disc part 15 hub 15a connection hole 16 blade | wing 17 shaft sealing part 20 plate-like body 21 coating layer 101 main body casing 102 porous body 103 water channel 104 gas chamber 105 Bubble releasing surface 106

Claims (7)

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上に気泡の放出を阻止するコーティング層を有し、コーティング層が、気泡放出面から液体の相対流中に突出して気泡放出面上で所定の形態の突起状部をなすことを特徴とする微細気泡発生装置。 A bubble emitter having a plurality of bubble emission holes on the bubble emission surface forming an interface with the liquid, an emitter holding means for holding the bubble emitter, a gas chamber communicating with the bubble emission hole, and supplying gas to the gas chamber Gas supply means for moving the bubble emitter relative to the liquid, and relative driving means for generating a relative flow of the liquid on the bubble discharge surface. An apparatus for generating fine bubbles, comprising a coating layer for preventing discharge, wherein the coating layer protrudes into a relative flow of liquid from the bubble discharge surface to form a protrusion having a predetermined shape on the bubble discharge surface. 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、気泡放出体の回転中心から所定半径内の領域は、気泡放出孔を有しない無放出孔領域をなすことを特徴とする請求項1に記載の微細気泡発生装置。 The relative drive means comprises a rotational drive device that rotationally drives the bubble emitter around the axis of the drive shaft, and a region within a predetermined radius from the center of rotation of the bubble emitter forms a non-discharge hole region that does not have a bubble discharge hole. The fine bubble generating apparatus according to claim 1. 前記無放出孔領域よりも外側域の気泡放出面上において、気泡放出体の回転により生じる相対流の表面流速が、気泡放出面から噴出する気泡の合体を抑制する所定流速と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。 The surface flow velocity of the relative flow generated by the rotation of the bubble emitter on the bubble discharge surface outside the non-discharge hole region is a predetermined flow velocity that suppresses the coalescence of bubbles ejected from the bubble discharge surface. The fine bubble generator according to claim 2. 気泡放出体は、前記無放出孔領域が気泡放出体の回転軸心を通る直径D1の内側領域を占め、前記無放出孔領域よりも外側域の気泡放出面が気泡放出体の回転軸心を通る直系D2の外側領域を占め、内側領域の直径D1と外側領域の直径D2との直径比D1/D2が0.7以上であ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。 In the bubble emitter, the non-discharge hole region occupies an inner region of a diameter D1 passing through the rotation axis of the bubble emitter, and the bubble discharge surface outside the non-release hole region has the rotation axis of the bubble emitter. 4. The fine bubble generating device according to claim 3, which occupies an outer region of the direct system D2 that passes through, and a diameter ratio D1 / D2 between the diameter D1 of the inner region and the diameter D2 of the outer region is 0.7 or more. 前記無放出孔領域が気泡放出面上に形成された気泡の放出を阻止するコーティング層で形成されてなることを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の微細気泡発生装置。 The fine bubble generating device according to any one of claims 2 to 4, wherein the non-release hole region is formed of a coating layer that prevents release of bubbles formed on a bubble discharge surface. 気泡放出面上に形成する突起状部は、気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に形成する羽根形態、もしくは複数の凸状体で形成する形態をなすことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の微細気泡発生装置。 6. The protruding portion formed on the bubble discharge surface has a blade shape formed radially around the rotation axis of the bubble emitter or a form formed by a plurality of convex bodies. The fine bubble generator according to any one of the above. 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。 The microbubble generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the bubble emitter is made of a carbon material, a ceramic porous body, or a sintered metal.
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