JP2014097449A

JP2014097449A - 貫流ポンプ極微細気泡流供給装置

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Publication number: JP2014097449A
Application number: JP2012249933A
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Inventors: Masa Tagome; 雅田篭
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Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-29
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: JP6103517B2

Abstract

【課題】
下水処理場における曝気による水質浄化、魚介類全般の水槽内流れの改善、植物栽培および船体摩擦抵抗低減などに関係するエアレーション技術を提供する。
【解決手段】
羽根車形状が多翼の貫流ポンプにおいて、反駆動側の羽根車側板に取り付けた羽根車中空回転軸１６の内径側に隙間をあけて、小径のパイプ状のノズル４５を差し込んで、ノズルパイプの後端部を保持する軸受２５の後端に接続した密閉ブラケット１９から外につきだして、パイプ１３に接続し、加圧ポンプ４６から吐出された微細気泡含有加圧液をノズルパイプ内に供給し、羽根車内に突き出したノズル先端よりジェット状の噴流を回転する羽根車７内に噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合することによって極微細化した大量の気泡の吐出し流れを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は下水処理場における曝気による水質浄化、魚介類全般の養殖用の水槽内流れの改善、植物栽培などに関係するエアレ−ション技術、および船体外板をマイクロバブルで覆うことによる摩擦抵抗低減技術などに関する。

曝気、養殖および植物栽培における従来の技術は以下のようである。
曝気に関する従来技術では、下水処理などで必要な工程の一つであるエアレ−ションによる処理方法として、散気式、気泡噴射式、水中攪拌式などがあるが（例えば特許文献１に開示されたもの）、いずれも気泡径は微小とは言いがたく、浮上速度が速いため短時間に大気に放出される傾向にある。また、エアレ−ションの槽内での一様性に問題がある。また、特許文献２に開示されているように、プロペラタイプの旋回翼の吐出し側の流れに微小気泡を混入させる方法もあるが、均一な微細気泡が得られにくいなどの問題がる。

養殖に関する従来技術の微細気泡発生装置と水流供給装置は以下のようなものがある。微細気泡発生装置として、例えば特許文献３、特許文献４および特許文献５に開示されているようにセラミックス材料などを利用した多孔質のエア分散発生器を水槽底面に設置した例もあるが、実際には気泡径は微小とは言いがたく、浮上速度が早く、短時間に大気に放出され、効率が悪い。また、水流供給装置としては、例えば特許文献６に開示されているように送水ポンプに接続された複数のノズル孔を設けたパイプを水面下に設置し、ノズルからの噴流によって流れを供給するものもあるが、噴流後の拡散、乱れのため、水流が遠くまで達せず、安定した自然な流れが得られない。

従って、養殖に関する従来技術では河川と同様の良好な流れが得られず、また微細気泡を効率よく水槽内に供給できないため、水中への酸素溶存性を高める効果が小さいなど、水環境の改善が不十分である。

植物栽培に関する従来技術の気泡発生装置としては、培養槽内にブロワにより圧力をかけてノズルより噴射するもの（特許文献７）やセラミックスなどを利用した分散発生器を使用したもの、空洞にした水中翼の内部に二酸化炭素ガスを供給し、翼後端より二酸化炭素ガスを微細化して噴出する方法（特許文献８）などがあるが、均一な微細気泡は得られ難く、乱れも大きいため、一様な気泡を伴う水流が遠くまで達しないという問題がる。また、撹拌機による流動（特許文献９）では槽内全体に一様に供給するのが難しい。

マイクロバブルによる摩擦低減船に関しては、船首側に設けた細いスリットや多数の噴出口およびノズルにより微細気泡を吹き出させる方法などがある。例えば、吹き出し口がスリット形状では特許文献１０、多数の噴出口形状では特許文献１１や特許文献１２、ノズル形状では特許文献１３などが開示されている。

気体吹き出し口の形状は種々あるが、いずれも吐き出される気泡径は微小とは言い難く、浮上速度の影響が大きいこと、また吹出しによる流れは乱れが大きく、剥離などを起こし、船体に沿って流れ難いなどの問題がある。特に船の側面に噴出口がある場合、吹き出される気泡は、浮力の影響や乱れの影響もあり、安定して船尾まで船の側面を気泡流で覆うことは困難である。従ってマイクロバブルによる顕著な省エネ効果は得られ難い。

多用途に利用可能なエアレーション技術としての特許文献１４は、貫流ポンプの円筒状羽根車の中空回転軸に穿孔した散気孔から回転を伴いながら微小気泡を発生するものであるが、気体を散気孔から水中に噴出しても、十分な微小気泡を得られ難い。

実開平６−４８８９８号広報特開２００５−５９００２号広報特開平７−３１３２７号広報特開平５−１６８９８１号公報特開２００３−１２５６７１号広報特開平６‐１８１６５７号広報特公開平８−３２２５５３号広報特公開平６−７８７４５号広報特公開平５−２８４９６２号広報特開平９−１５６５７６号公報特開平９−２０７８７３号公報特開平１１−４９０８０号公報特開２００８−１８７８１号公報特開２０１２−５９４７号公報

従来の技術では気泡の微細化が不十分であり、浮上速度が早く効率が悪い。従来より微細化した気泡流を槽内全体に渡って一様で大量に供給できる気泡の極微細化技術が必要である。

請求項１に記載の発明は曝気槽や養殖槽および培養槽などの槽内に極微細気泡を一様な流れとともに供給すること、および船舶の摩擦抵抗低減のための極微細気泡（マイクロバブル）の発生技術を提供することにある。図１は貫流ポンプ（クロスフローポンプ）を基本として、新規のエアレーション技術を備えた貫流ポンプ極微細気泡流発生装置８０の全体構成を示す。（ａ）は平面断面図（ｂ）は側断面図である。図２には羽根車部の断面における気泡を含むジェット状の墳流と流れの状態を示す。（a）は平面断面図、（ｂ）は側断面図である。貫流ポンプ本体部は図１および図２に示すように基本的には円筒状の多翼羽根車７を収容したポンプケ−シング３０と流れを制御する舌部８および羽根車内に突き出したノズル４５からなる。

本発明の羽根車部の構造は、図１（a）の断面図に示すようにポンプ駆動用モータ１２の駆動軸２は羽根車７を貫通せず、駆動側の羽根車側板の羽根車ボス２３に駆動軸２の軸端を嵌め込んだ構成にしている。反駆動側の羽根車側板に取り付けた羽根車回転軸１６は図１（a）、図２（a）に示すように中空にして、ポンプケーシングの側面に設置した軸受２５に嵌め込まれている。図２（a）に示すように中空回転軸１６の内径側に隙間をあけて内径よりも小径のパイプ状のノズル４５を差しこんで、ノズル後端部を軸受後端部で保持すると共に軸受け後端の密閉ブラケット１９の外に突き出して軸受に嵌め込んだ構造にし、逆方向のノズルパイプ４５の先端部は羽根車中空回転軸１６の中を通って、羽根車７の内部に突き出した構成にしている。パイプ状のノズル４５の代わりに後述の図４（a）に示す散気孔パイプ４を使用しても良い。図１に示すようにノズル４５の先端部が回転する羽根車内に突き出した構成の方式をタイプAとする。

この装置構成により、図１（a）に示すように、気液混合チャンバー３４（詳細は後述）で気体と液体を合流させて生成された微小気泡混合液は加圧ポンプ４６に取り込まれて羽根により回転撹拌されながら加圧され、気泡は微細化され、微細気泡含有加圧液となってポンプから吐出され、密閉ブラケット１９に接続したパイプ１３を通ってノズル４５内に供給される。供給された微細気泡含有加圧液は羽根車７内に挿入したノズル先端よりジェット状の墳流Jとなって回転する羽根車内に噴出、減圧拡散され、羽根車内の流れとも混合することにより、気泡は極微細化した気泡となって流れと共にポンプ吐出口から水槽内に流出する。

流れは図２（ｂ）の羽根車部の断面図に示すように吸込み側９から吐出し側１０に向って２回羽根６を通過する。即ち流れは吸込み側９では、羽根車７の外側から内側へ、吐出し側１０では内側から外側へ流出して羽根車７を横断する。羽根車７は幅方向に長くとれること、また、流れが羽根車に接線方向に吐出されることから、吐出し流れは幅広のシート状で乱れも少なく、拡散せずに遠くまで達することができるので、羽根車内に大量に発生した極微細気泡は吐出し流れと共に槽内などに幅広で一様に供給される。貫流ポンプの流れは２次元的であるから、流量を増やすためには、単純に羽根車７の幅方向の長さを増やせばよい。あるいは貫流ポンプ本体を数個幅方向につないでもよい。また、舌部８を含む吸込み口から吐出し口までの形状を使用用途に合わせて柔軟に変えることが出来るので、多用途の使用に適応できる。

図３と図４は請求項２の発明に関する。図３（a）は全体構成を示す平面図、（ｂ）は側断面図、図４の（a）は羽根車部の平面断面図、（ｂ）は側断面図である。図３（a）および図４（a）に示すように微細気泡発生機構は、羽根車回転軸用の軸受２６に挿入した羽根車中空回転軸１６ｂの中に散気孔パイプ４を嵌め込んで、散気孔を有する先端部を羽根車７内に突き出した構造にし、羽根車７と散気孔パイプ４が一体となって回転する構成にしている。他の構成は図１に示すタイプAと同様である。図３に示すように散気孔パイプ４が羽根車中空回転軸に嵌め込まれ、羽根車７と散気孔パイプ４が一体化した方式をタイプBとする。

この構成により軸受２６の後端の密閉ブラケット１９に接続したパイプ１３から、軸受内に圧入した微細気泡含有加圧液を散気孔パイプ４の小穴５より羽根車内に回転を伴いながら噴出させた墳流Sを減圧拡散させ、また羽根車７内の流れとも混合することによって気泡が極微細化し、流れと共にポンプ吐出口から水槽内に供給できるようにしている。

図５は請求項３の発明に関する。図（a）は全体構成を示す平面図、（ｂ）は羽根車部の平面断面図である。図５（ｂ）に示すように散気孔パイプ４の回転を羽根車７の回転に関係なく独立して自在に回転できるようにポンプケーシングの側面に設置した軸受を外輪用軸受２８と内輪用軸受２９の２種の軸受を備えたユニット構造の軸受２７にし、外輪用の軸受２８に嵌め込んだ羽根車中空回転軸１６ｂの内径側に隙間を開けて小径の散気孔パイプ４を内輪用の軸受２９に嵌め込んで通し、その散気孔を有する先端部を羽根車内に突き出し、一方散気孔パイプ４の逆方向端を内輪用の軸受２９から突き出して軸受後部に連結したシャフトが中空のサブモータ２０に嵌め込んで接続することにより散気孔パイプ４をサブモータにより羽根車７の回転に関係なく単独で回転できるように構成している。他の構成は図３に示すタイプBの構成と同様である。図５に示すように散気孔パイプ４が羽根車７の回転に関係なく自在に回転できるようにした方式をタイプCとする。

この構成では散気孔パイプ４の回転は、専用のサブモータ２０を駆動源としているので、前述のように羽根車の回転に関係なく回転速度や回転方向を調節できるという特徴がある。散気孔パイプ４の回転速度は大きいほど回転を伴う効果と羽根車内の流れとの混合により散気孔の小穴５より噴出する気泡は微細化される。また散気孔パイプ４の回転方向を羽根車と逆回転にすれば、羽根車中心部の流れの局部的乱れが大きくなり、さらに微細化される。

請求項４に記載の発明は図１（a）に示す気液混合チャンバー３４に関するものである。図６は気液混合チャンバー３４の構造を詳細に示したもので、所定の長さの二重管構造のユニット３５において内管３６には流体、外管３７と内管３６の隙間には気体を供給する構造である。内管３６の入口側は上流からユニット３５の入口に向かって管路断面積を小さくして縮流になるようにしてユニット内の内管３６の管内流速を高速にし、ユニット出口部では、後流に向かって急拡大して管路流速を低速にする構造において、二重管ユニット３５内の内管３６を多孔質管にしたり、内管の壁面に多数の小穴３８をあけた多孔管にすることにより、外管３７の内部に供給した気体を内管３６の小穴３８を通して内管内の高速の流体中に吹き出すことにより微小気泡混合液を得られるようにしている。

気液混合チャンバー３４で生成された微小気泡混合液は図１（a）に示すように加圧ポンプ４６に取り込まれる。加圧ポンプとしては比速度の小さい遠心ポンプや渦流ポンプが適している。加圧ポンプ４６に取り込まれた微小気泡混合液は前述のようにポンプにより加圧されると共に羽根により回転撹拌されるため、気泡はさらに微細化されて微細気泡含有加圧液としてポンプから吐出され、羽根車内に突き出したノズル４５や散気孔パイプ４に供給され、ノズルや散気孔パイプより羽根車内へ噴出する形態となる。

気液混合チャンバーの機構としては、種々の方法が考えられるが、図７は別の気液混合装置を示したもので、図６に示す内管３６の上下流を含めた構造を基本とし、上流側縮流部の管中央に挿入したノズル３９より気体を噴き出すことにより気液混合液が得られる。ノズル上流側の近寄り流れは旋回を持たせた方が気泡はより微細化される。

本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置による気泡の極微細化技術と貫流ポンプ特有の流れの特性を活かすことにより、従来より微細化した大量の気泡を幅広で一様な流れと共に槽内などに供給できる。曝気槽ではエアレ−ション技術による水質改善、養殖槽では魚類の飼育と水環境の改善、培養槽では、微粒化した培養液も同時に供給できることによる植物栽培などの成長促進、船舶に対しては、マイクロバブルによる船体摩擦抵抗の低減技術などに貢献できる。

図１は本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプAの基本的構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。図２の（a）は羽根車軸受部の平面断面図、（ｂ）は羽根車近傍の墳流と気泡流を示す側断面図である。図３は本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプBの基本的構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。図４の（a）は羽根車部の平面断面図、（ｂ）は羽根車近傍の墳流と気泡流を示す側断面図である。図５（ａ）は本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプCの基本的構成を示す。（ｂ）は羽根車部の平面断面図である。図６は気液混合チャンバーの構成を示す断面図である。図７は図６とは異なる別タイプの気液混合チャンバーの構成を示す断面図である。図８は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプAを循環型曝気槽の外に据付けたときの装置構成を示す。（a）は平面断面図、（ｂ）は曝気槽の外に設置したポンプと曝気槽内の循環気泡流れの状態を示す側断面図である。（実施例１）図９は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置のポンプケーシング形状をインライン型にアレンジして配管途中に据付けたときの形態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）はライン内の気泡流れの状態を示す断面図である。（実施例２）図１０は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプBを循環型養殖槽の側面に取り付けたときのポンプと養殖槽内の循環気泡流れの状態を示す断面図である。（実施例３）図１１は縦置きの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプAを養殖槽の上部に据付けたときの気泡流れの状態を示す。（ａ）は平面断面図、（ｂ）は側面図でる。（実施例４）図１２は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプAを水耕栽培用の回流培養槽の外に設置し、槽内を循環させる場合の構成を示す。（ａ）は全体構成を示す平面図、（ｂ）はポンプと培養槽内の気泡流れの状態を示す断面図である（実施例５）図１３は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置を船首部の船の側面と底面に設置した場合の構成と気泡流れの状態を示す。（実施例６）図１４は図１３の摩擦低減船を船底側から見た場合の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置の据付け状態と気泡流れの状態を示す。（実施例６）

以下に本発明の実施の形態を利用分野ごとに図８〜図１４を参照して説明する。図８、図９は曝気関連、図１０、図１１は養殖関連、図１２は培養槽、図１３、図１４は摩擦低減船関連を示すが、使用用途が重複するケースもある。本実施例では、前述のように微細気泡発生技術の手法によってタイプ分けする。極微細気泡の噴出方法がノズルの場合はタイプA、散気孔の場合は、散気孔パイプが羽根車と一体となって回転する場合はタイプB、羽根車の回転に関係なく自在に回転可能な場合はタイプCとする。

図８は本発明の第１実施例で、矩形型の曝気槽４１の外にタイプAの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８１を設置した場合の循環型曝気槽の形態を示す。（a）は平面断面図、（ｂ）は装置内の循環気泡流れの状態を示す側断面図である。本装置はポンプを曝気槽の外に設置して、ポンプの吐出し口と吸込み口を曝気槽４１に接続して循環するようにしたものである。気液混合チャンバー３４で気体と液体を合流させて生成された微小気泡含有液は加圧ポンプ４６に取り込まれて羽根により回転撹拌されながら加圧され、気泡は微細化され、微細気泡含有加圧液となってポンプから吐出され、パイプ１３を通ってノズル４５内に送られる。

この実施の形態によれば、微細気泡含有加圧液がノズル４５の先端から回転する羽根車７内にジェット状の墳流Jを噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合する効果により、気泡は極微細化した気泡となってポンプ吐出し流れ共に水槽内に流出する。貫流ポンプの流れの特性で極微細気泡を含む吐出し流れは、幅広の安定した水流で、遠くまで達することができるため、曝気槽内全体に渡って、吐出し流れから吸込み側へ回り込む大きな循環流れが形成される。また、良好な極微細気泡流を曝気槽４１の全体に渡って供給できることからエアレーションの効率が良い。従って処理時間を短縮できる。本実施例での微細気泡含有加圧液の噴出方法としてはタイプAを使用したが、タイプBでもタイプCでも同様の効果が得られる。

図９は本発明の第２実施例で、ポンプケーシング形状をインライン型にした貫流ポンプ極微細気泡流供給装置９１と８２を配管途中に組み込んだときの形態を示すものである。（ａ）は平面図、（ｂ）はポンプを配管の途中に接続した形態と気泡流れの状態を示す断面図である。ポンプのケーシング形状は図９に示すようにインライン型にアレンジしたケーシング形状３２を使用している。本装置では、上流側のポンプ９１はタイプB、下流側ポンプ８２はタイプAを使用した例を示す。いずれのタイプも微細気泡含有加圧液の生成方法は同じだが、タイプBの装置９１では、羽根車７内に突き出した散気孔パイプ４が羽根車と一体になって回転しながら散気孔の小穴から微細気泡含有加圧液を墳流Sとなって噴出し、減圧拡散しながら羽根車内の流れとも混合することにより、気泡は極微細化した気泡流となってパイプラインに吐出される。

本装置のインライン型の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置を数台配管の途中に連結して接続すれば、流れが２台目、３台目と後方に行くほど、極微細気泡の放出量が加算され、エアレーション効果が後方に行くほど増大する。従って流れを止めることなく連続的に処理水のエアレーションを十分に行うことができるので、エアレーション用タンクを不要とすることが可能となる。また、タイプBの代わりにタイプCを使用すれば、散気孔パイプの回転数を自在に変更可能なので、噴出される気泡は使用に合った理想的な微細気泡に調整できる。また、加圧液の中に処理液を加えれば、浄化をさらに促進できる。

図１０は本発明の第３実施例で、矩形型の養殖槽５０の外にタイプBの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置９２を設置した場合の循環型養殖槽の形態を示す断面図である。基本的な装置構成や微細気泡含有加圧液の生成方法および羽根車内での気液噴出による極微細気泡流の生成形態等は前実施例と同様である。貫流ポンプにおける流れの特性から極微細気泡を含む吐出し流れは乱れも少なく、拡散することなく、遠くまで達することができる。従って、水槽内で河川と同様の水流の中で魚類を育てられることから、従来の養殖魚より身の締まった魚が得られる。また、安定した一定方向の流れが得られることから、魚同士が衝突して傷つくこともない。

図１１は本発明の第４実施例で、養殖槽５１の上部に縦型でタイプAの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８３を据え付けた場合の形態を示す。（a）は平面断面図、（b）は側面図である。本実施例では貫流ポンプの据付けが縦置きになっていて、ポンプ部本体は水槽内の水面下に設置されているが、駆動用のモータ１２は水面より上に設置できることから、据付およびメンテナンスが容易である。本装置ではポンプが縦型で噴出部がノズル以外の他の構成は図１０の実施例３と同様である。

図１２は本発明の第４実施例で、回流型の培養槽６０の外にタイプＡの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８０を設置した場合の形態を示す。（a）は平面図、（ｂ）は装置内の気泡流れの状態を示す側断面図である。本装置は培養槽の外に設置したポンプの吐出口と吸込口を培養槽６０に接続して流れが循環するようにしたもので、Ｕ字型の培養槽６０の水面側に植物６３を育成する水耕栽培用フロート６４を浮かせ、水面下を極微細気泡流が循環するように構成されている。前述のように気液混合チャンバー３４で生成された微小気泡混合液は加圧ポンプ４６を経て微細気泡含有加圧液となってパイプ１３によりノズル４５内に供給される。微細気泡含有加圧液がノズル先端から回転する羽根車内にジェット状に噴出されて、減圧拡散し、羽根車内の流れとも混合することによって、大量の極微細気泡流が生成される。培養液も加圧液に加えることによって植物栽培に適した環境にすることができる。

この実施の形態によれば、貫流ポンプ極微細気泡流供給装置によって培養槽６０の水面に浮かべた水耕栽培用フロ−ト６４の下を回流する幅広の一様な流れが得られ、ポンプの吐出し流れと共に極微細気泡や培養液を槽内全体に供給することができる。また、貫流ポンプの流れの特性により、流れは乱れも少なく拡散せず遠くまで達することから、従来のように撹拌機がなくても槽内に安定した回流が得られる。

実施例５の別形態の使用例として、図示はしていないが、海洋バイオマスとして注目される藻類の増殖培養に本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置を同様に利用できる。図１２において、水耕栽培用フロ−ト６４を外し、替わりに藻類育成用の網状のものを取付け、他は略同様の構成とした藻類培養槽において、気液混合チャンバー３４において、二酸化炭素含有ガスを吹き込んで得られた二酸化炭素含有ガスの極微細気泡含有加圧液をノズルから噴出することによって、ポンプ吐出口から槽内に二酸化炭素含有ガスの極微細気泡流を供給する。その二酸化炭素含有ガスの極微細気泡を含む流れは前記水耕栽培の時と同様に槽内全体に行き渡り、藻類増殖に適した環境を作る。

図１３は本発明の第６実施例で、貫流ポンプ極微細気泡流供給装置を船体の外板にセットしたときの形態を示す。本実施例では同装置８４のタイプAは船首部の水面下の左舷に、同装置９３のタイプBは船底外板７０ｂにセットしたときの極微細気泡（マイクロバブル）の流れの状態を示す。いずれも船体表面に沿って極微細気泡が流れるようにポンプの吸込口と吐出口の方向を船体外板に沿うようにケーシング形状をアレンジしている。図１４は船底側から見た対称図面の半分を描いた平面図である。同装置９３は船底外板に水中モータ１２ｂの両端軸にポンプを接続した構成である。

この実施の形態によれば、図１３と図１４に示すように船首部の左舷の外板に設置した貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８４の羽根車内で発生した極微細気泡の吐出し流れは一様で安定した流れなので、コアンダ効果（流れが物体表面に沿って流れる）によって曲率のある船体表面に沿って流れる。極微細気泡を含む吐出し流れＤは、貫流ポンプの流れの特性により、幅広のシ−ト状で乱れも少なく、また拡散することなく、一様な流れとなって遠くまで達するので広範囲に渡って船体を極微細気泡で覆うことが出来るので摩擦抵抗を効率よく低減できる。船底の外板に設置した同装置９３のポンプから吐き出される極微細気泡の流れも同様の手法で船体表面を極微細気泡で覆うことができる。

摩擦抵抗低減のためには、基本的には船体表面が水と接する薄い境界層を気泡で覆えばよく、厚い層で覆う必要はない。ポンプ吐出し口からの流れＤの流出速度は外流Ｆ（船体近傍を通り過ぎる流れで、船の速度や海流に関係）との速度関係において、吐出し流れＤが最も拡散し難い速度に選定すれば良い。吐出し口からの流出速度は羽根車の回転数によって容易に変えることが出来る。いずれにしても、吐出し流れＤの流速は外流Ｆの速度よりも速くする必要がある。また、極微細気泡を含む吐出し流れＤは、船体の摩擦低減だけでなく船の推進にも若干寄与する。

前述のように貫流ポンプの流れは２次元的であるから、単純に羽根車７の幅方向の長さを増やしたり貫流ポンプ本体を数個幅方向につなぐことによって、船体の大きさに柔軟に対応できる。本実施例での貫流ポンプ極微細気泡流供給装置はタイプAとタイプBを使用しているが、タイプCの方が散気孔パイプの回転数を高速にできるため、気泡をより微細化できる。ただ、構造が複雑になるのが難点である。

以上、全体をまとめると、本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置は曝気、養殖、培養槽など広い分野のエアレ−ション技術と船舶の摩擦低減に関係するマイクロバブル発生技術として貢献できる。

本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置による気泡の極微細化技術と貫流ポンプ特有の流れの特性を活かすことにより、極微細化した大量の気泡を幅広で一様な流れと共に槽内などに供給できること、およびポンプケーシング形状を使用用途ごとに変形して柔軟に適応できることから、曝気、養殖、植物・藻類栽培などに関連したエアレ−ション技術や摩擦低減船に関するマイクロバブル発生技術など、多用途の分野で利用できる。

２モータ駆動軸
４散気孔パイプ
５散気孔
６羽根
７羽根車
８ケーシング舌部
９ポンプ吸込側
１０ポンプ吐出側
１２駆動用モータ（羽根車駆動用）
１２ｂ駆動用モ−タ（羽根車駆動用、水中使用）
１３パイプ
１４水面
１６、１６ｂ羽根車中空回転軸
１７羽根車側板
１９、１９ｂモータ後端密閉ブラケット
２０サブモータ（シャフトが中空）
２３羽根車ボス
２５、２６羽根車軸受
２７軸受ユニット
２８羽根車軸受（外輪用）
２９散気孔パイプ軸受（内輪用）
３０，３１，３２，３３ポンプケ−シング
３４気液混合チャンバー
３５二重管ユニット
３６二重管ユニット内管
３７二重管ユニット外管
３８小穴（気体吹き込み孔）
３９ノズル（気体噴出用）
４０水槽
４１曝気槽
５０、５１養殖槽
６０培養槽
６３植物
６４水耕栽培用フロ−ト
７０船
７０ｂ船底外板
７５スクリュー
８０，８１，８２，８３、８４貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプA
９０，９１，９２，９３貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプB
１００貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプC
Ｂ微細気泡
Ｄポンプ吐出し口から船体表面に沿って流出する極微細気泡の流れ
Ｆ外流（船の速度や海流に関係する船体近傍を通り過ぎる流れ）
J ノズルから噴出するジェット状の墳流
Ｓ散気孔の小穴から噴出する墳流

この装置構成により、図１（a）に示すように、気液混合チャンバー３４（詳細は後述）で気体と液体を合流させて生成された微小気泡混合液は加圧ポンプ４６に取り込まれて羽根により回転撹拌されながら加圧され、気泡は微細化され、微細気泡含有加圧液となってポンプから吐出され、密閉ブラケット１９に接続したパイプ１３を通ってノズル４５内に供給される。供給された微細気泡含有加圧液は羽根車７内に挿入したノズル先端よりジェット状の墳流Jとなって回転する羽根車内に噴出、減圧拡散され、羽根車内の流れとも混合することにより、気泡は極微細化した気泡となって流れと共にポンプ吐出口から水槽内に流出する。なお、気泡の微細化機能は少し劣るが、気液混合チャンバー３４の上流側に設置したポンプおよび水道水により、水流を該チャンバー内に供給して気泡と混合し、生成された加圧微小気泡混合液を加圧ポンプ４５を介せず直接ノズル４５内に供給してもよい。

２モータ駆動軸
４散気孔パイプ
５散気孔
６羽根
７羽根車
８ケーシング舌部
９ポンプ吸込側
１０ポンプ吐出側
１２駆動用モータ（羽根車駆動用）
１２ｂ駆動用モ−タ（羽根車駆動用、水中使用）
１３パイプ
１４水面
１６、１６ｂ羽根車中空回転軸
１７羽根車側板
１９、１９ｂモータ後端密閉ブラケット
２０サブモータ（シャフトが中空）
２３羽根車ボス
２５、２６羽根車軸受
２７軸受ユニット
２８羽根車軸受（外輪用）
２９散気孔パイプ軸受（内輪用）
３０，３１，３２，３３ポンプケ−シング
３４気液混合チャンバー
３５二重管ユニット
３６二重管ユニット内管
３７二重管ユニット外管
３８気体吹き込み孔
３９気体噴出ノズル
４０水槽
４１曝気槽
４５ノズル
４６加圧ポンプ
５０、５１養殖槽
６０培養槽
６３植物
６４水耕栽培用フロ−ト
７０船
７０ｂ船底外板
７５スクリュー
８０，８１，８２，８３、８４貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプA
９０，９１，９２，９３貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプB
１００貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプC
Ｂ微細気泡
Ｄポンプ吐出し口から船体表面に沿って流出する極微細気泡の流れ
Ｆ外流（船の速度や海流に関係する船体近傍を通り過ぎる流れ）
J ノズルから噴出するジェット状の墳流
Ｓ散気孔の小穴から噴出する墳流

Claims

羽根車形状が円筒状で多翼の貫流ポンプ（クロスフロ−ポンプ）において、モータ駆動軸は羽根車を貫通せず、駆動側の羽根車側板の羽根車ボスにモータの軸端を嵌め込んだ構造にし、反駆動側の羽根車側板に取り付けた羽根車中空回転軸をポンプケーシングの側面に設置した羽根車回転用軸受に嵌め込み、その中空回転軸の内径側に隙間をあけて小径のパイプ状のノズルを差しこんで、ノズル後端部を軸受後端部で保持すると共に軸受後端の密閉ブラケットの外に突き出して軸受に嵌め込んだ構造にし、逆方向のノズルパイプの先端部は該羽根車中空回転軸の中を通って、羽根車内部に突き出し、ノズルパイプの後端に接続したパイプを通して外部のポンプにより加圧した微細気泡含有加圧液を該ノズルパイプ内に供給し、ノズル先端よりジェット状の墳流を回転する羽根車内に噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合することによって、極微細化した大量の気泡を流れと共にポンプ吐出部に供給できるようにしたことを特徴とする貫流ポンプ極微細気泡流供給装置
請求項１に記載の羽根車回転用軸受に挿入した羽根車中空回転軸の中に散気孔パイプを嵌め込んで、散気孔パイプの散気孔を有する先端部を羽根車７内に突き出し、羽根車と散気孔パイプが一体となって回転する構成にし、該羽根車回転用軸受の後端に取付けた密閉ブラケットに接続したパイプを通して、外部より軸受内に圧入して散気孔パイプに供給した微細気泡含有加圧液を散気孔パイプの小穴より回転を伴いながら根車内に噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合することによって、極微細化した大量の気泡を流れと共にポンプ吐出部に供給できるようにしたことを特徴とする貫流ポンプ極微細気泡流供給装置
請求項２に記載の散気孔パイプを羽根車の回転に関係なく自在に回転可能にするため、ポンプケーシングの側面に設置した羽根車軸受部を外輪用と内輪用の２種の回転軸受を備えたユニット構造にし、外輪用の軸受に嵌め込んだ前記羽根車中空回転軸の内径側に隙間をあけて小径の散気孔パイプを該内輪用の軸受に嵌め込んで通し、その散気孔を有する先端部を羽根車内に突き出し、一方散気孔パイプの逆方向端を内輪用の軸受から突き出して軸受後部に連結したシャフトが中空のサブモータに嵌め込んで接続して散気孔パイプをサブモータにより単独で回転可能にした構成において、サブモータ後端の密閉ブラケットに接続したパイプからサブモータの中空シャフトを通して、外部から軸受内に圧入して散気孔パイプに供給した微細気泡含有加圧液を散気孔パイプの小穴より回転を伴いながら根車内に噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合することによって、極微細化した大量の気泡を流れと共にポンプ吐出部に供給できるようにしたことを特徴とする貫流ポンプ極微細気泡流供給装置
請求項１に記載のノズル及び請求項２，３に記載の散気孔パイプに供給する微小気泡を含有する液体を得るための技術として、所定の長さの二重管構造のユニットにおいて内管には流体、外管と内管の隙間には気体を供給する構造において、内管の入口側は上流からユニット入口に向かって管路断面積を小さくして縮流になるようにしてユニットの内管に流入する管内流速を高速にし、ユニット出口部では、後流に向かって急拡大して管路流速を低速にする構造において、ユニット内の内管を多孔質管にしたり、内管の壁面に多数の小穴をあけた多孔管にすることにより、ユニット外管の内部に供給した気体を内管の小穴を通して内管内の高速の流体中に吹き出すことにより微小気泡混合液を生成供給できるようにしたことを特徴とする気液混合チャンバー装置