JP2017029930A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２段階で気泡を微細化することで、効率よく微細気泡を発生させるとともに、設置場所の自由度を向上させることができる。【解決手段】筐体の外面に設けられ、気液混合液を流入させる筐体流入口と、筐体の外面に設けられ、微細化された気泡を含む気液混合液を流出させる筐体流出口と、筐体の内部に設けられる分配器と、複数の旋回器と、集合路と、を備え、分配器が、その軸方向の片側端部に筐体流入口が接続される分配筒部と、気液混合液を流出させる複数の分配流出口と、を備え、旋回器が、両端が端壁で閉じられ内面が円筒形に構成されるとともに、その内周壁に接線方向から気液混合液が流入するよう分配流出口が接続される旋回筒部と、端壁の略中央に設けられ気液混合液を流出させる旋回流出口と、を備え、集合路が、複数の旋回流出口と連通するとともに、筐体流出口に接続される、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、微細気泡のうち、特に、ウルトラファインバブルと呼ばれるナノサイズの微細気泡を発生させるための装置に関する。

従来、気液混合液から微細気泡を発生させる際に、微細気泡の発生効率を向上させる目的で、特開２００５-１６９２６９号公報に、気体と液体とを混合するポンプから送られてきた気液混合液を、分配器（配管継手）によって十字形に４分配し、分配した気液混合液を複数の旋回器（器体）内で旋回させる気泡発生装置が開示されている。

特開２００５−１６９２６９号公報

しかし、特許文献１に開示されている気泡発生装置では、気液混合液を分配するのに配管継手を使用しているため、当該配管継手部分は気液混合液の分配機能しか有さず、そこでの気泡の発生効率を向上させることはできなかった。また、配管継手と旋回器とが独立した構成となっており、設置スペースの増大を招いてしまうという課題があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、気体と液体とを混合するポンプから送られてきた気液混合液を分配器の内部で撹拌させることで気泡を細分化し、さらに旋回器内で気液混合液を旋回させ気泡を剪断するという２段階で気泡を微細化することで、効率よく微細気泡を発生させるとともに、分配器及び旋回器を筐体の内部に設けることで小型化を図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。

また、本発明の別の課題は旋回器を水中に配置する必要をなくすため、旋回器から流出した気液混合液を集合路で集め、筐体流出口より流出させることで、微細気泡を含む気液混合液を配管等に送出することができ、設置場所の自由度を向上させることを目的とする。

本発明の微細気泡発生装置は、
気体と液体とを混合するポンプから送られてくる気液混合液に含まれる気泡を微細化する微細気泡発生装置において、
筐体と、複数の旋回器とを備え、
前記筐体が、
気液混合液を流入させる筐体流入口と、
その径が前記筐体流入口の径より大きくかつ内面が円筒形に構成されるとともに軸方向の片側端部と前記筐体流入口が連通する分配筒部、及び前記分配筒部の円周壁から気液混合液を流出させる複数の分配流出口を備える分配器と、
前記分配流出口に連通して前記旋回器が着脱可能な複数の空間、及び前記旋回器より流出する気液混合液を前記空間から流出させる挿着流出口を備える挿着部と、を備え、
前記旋回器が、
両端が端壁で閉じられ内面が円筒形に構成される旋回筒部と、
前記分配流出口が接続されるとともに前記旋回筒部の内周壁に接線方向から気液混合液が流入するよう設けられる旋回流入口と、
前記端壁の中央に設けられ気液混合液を流出させる旋回流出口と、を備える、
ことを特徴とする。

本発明の微細気泡発生装置によれば、分配筒部が、筐体流入口の径より大きくかつ内面が円筒形に構成されているため、筐体流入口から流入した気液混合液が分配筒部の内部で撹拌される。この撹拌により、気液混合液に含まれる気泡が、後段の旋回器に入る前に細分化され、効率よく微細気泡を発生させることができる。また、旋回器内で気液混合液が高速で旋回されるため、その内部で気泡が剪断され、微細気泡が生成される。さらに、分配器と旋回器とが筐体の中に設けられているため、装置全体を小型化することが容易となる。またさらに、挿着部に旋回器が着脱可能に構成されているため、旋回器を異なる仕様のものに交換することが容易となり、様々な条件に対応させることができる。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例は、
前記筐体が、
微細化された気泡を含む気液混合液を流出させる筐体流出口と、
前記挿着流出口から前記筐体流出口に連通する集合路と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例によれば、筐体に筐体流出口と集合路とを備え、集合路が挿着流出口から筐体流出口に連通するため、旋回器から流出した気液混合液が集合路で集められ、筐体流出口からまとまって流出する。これにより、筐体流出口に配管を接続することで、旋回器を水槽等に沈める必要がなくなり、微細気泡発生装置の設置の自由度を増すことができる。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例は、
前記分配筒部が、その軸寸法が径寸法より小さく構成されていることを特徴とする。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例によれば、分配筒部の軸寸法が、径寸法より小さく構成されているため、筐体流入口より流入した気液混合液が、分配筒部の対向する面に強く衝突し、気泡の細分化がより効率的に行なわれる。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例は、
前記筐体が、所定の形状に加工された複数の板材を積層して構成されていることを特徴とする。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例によれば、筐体が、所定の形状に加工された複数の板材を積層して構成されているため、製造が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例は、
前記分配器の前記筐体流入口が接続される側と対向する面に、流入した気液混合液に旋回流を起こさせる固定羽根が設けられていることを特徴とする。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例によれば、分配器の筐体流入口と対向する面に、流入した気液混合液に旋回流を起こさせる固定羽根が設けられているため、分配器内で気液混合液がより強く撹拌され、気泡の細分化がなされる。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例は、
前記筐体流入口と前記ポンプの吐出口とが直結されていることを特徴とする。

本発明の微細気泡発生装置の好ましい例によれば、ポンプと筐体流入口とが直結されているため、装置の小型化を図ることができる。なお、直結とは、ポンプの吐出口と筐体流入口との間に一般的な配管が接続されないことを意図する。

以上説明したように、本発明の微細気泡発生装置によれば、気体と液体とを混合するポンプから送られてきた気液混合液を分配器の内部で撹拌させることで気泡を細分化し、さらに旋回器内で気液混合液を旋回させ気泡を剪断するという２段階で気泡を微細化することで、効率よく微細気泡を発生させるとともに、分配器及び旋回器を筐体の内部に設けることで小型化を図ることができる。

また、本発明の微細気泡発生装置によれば、旋回器から流出した気液混合液を集合路で集め、筐体流出口より流出させることで、微細気泡を含む気液混合液を配管等に送出することができ、旋回器を水中に配置する必要がなくなり、設置場所の自由度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る微細気泡発生装置を説明する図である。 筐体を説明する図である。 筐体本体部を説明する図である。 筐体蓋部を説明する図である。 旋回器を説明する図である。 固定羽根が設けられた分配筒部を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る微細気泡発生装置を説明する図である。

以下、本発明の微細気泡発生装置の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る微細気泡発生装置１を説明するために、微細気泡発生装置１をポンプ１０と筐体２０とに分解した図である。また、図２は筐体２０を説明するための分解図、図３は筐体本体部３０の平面図、図４（Ａ）は筐体蓋部２１の平面図、図４（Ｂ）は筐体蓋部２１の側面図、図５（Ａ）は旋回器３５の平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図６（Ａ）は分解筒部に固定羽根４２が設けられた筐体本体部３０の平面図、図６（Ｂ）は固定羽根４２の正面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の微細気泡発生装置１は、ポンプ１０と、筐体２０と、旋回器３５とを備える。ポンプ１０は気体と液体とを吸引した後、内部で高速回転する図示しないインペラによって内部に渦流を発生させ、気体と液体とを混合する渦流ポンプ１０が用いられ、図示しないモーターが内蔵された駆動部１１と、ヘッド部１２とを備える。ヘッド部１２は、気体と液体とを吸引する吸引口１３と、その内部に図示しないインペラと、気液混合液を吐出する吐出口１４とを備える。なお、吸引口１３には、水槽等に接続されかつその途中に空気等を取り込む気体吸引弁が設けられた図示しない配管が接続される。

筐体２０は、図３及び図４にも示すように、筐体蓋部２１と、筐体本体部３０とを備える。筐体蓋部２１は、筐体流入口２２と、ヘッド嵌合部２３と、旋回器押え２４とを備える。筐体流入口２２は、筐体蓋部２１の広い面に設けられるとともに、渦流ポンプ１０のヘッド部１２に設けられた吐出口１４に直結されており、そこから気液混合液が流入する。ヘッド嵌合部２３は、筐体流入口２２の下方に設けられた正面視略Ｕ字状の突起で、その窪みに渦流ポンプ１０のヘッド部１２の先端が嵌まり、筐体蓋部２１とヘッド部１２とが接続される。なお、ヘッド部１２と筐体蓋部２１との接続の固定には、図示しないボルト等が用いられる。旋回器押え２４は、筐体蓋部２１の裏側に突出されたもので、後述する旋回器３５を押え、固定するものである。なお、筐体流入口２２は吐出口１４に直結されているが、この直結とはパイプ等からなる一般的な配管を用いることなく接続されていることを意図しており、接続の態様によっては継手等が用いられることがある。

筐体本体部３０は、略直方体をなすもので、分配器３１と、複数の挿着部４４と、集合路３８と、筐体流出口４０とを備える。分配器３１は、分配筒部３２と、複数の分配流出口３３とを備える。分配筒部３２は、その径が筐体蓋部２１に設けられた筐体流入口２２の径より大きく、かつ、筐体本体部３０の厚さ方向が軸となる内面が円筒形に構成されたものである。そして、筐体蓋部２１が被せられることにより、軸方向の片側端部に筐体流入口２２が連通される形となる。また、分配筒部３２は、その軸寸法が径寸法より小さく構成されることが好ましい。これは、筐体流入口２２から流入した気液混合液を、分配筒部３２の対向する面に勢いよく衝突させるためである。そして、衝突した気液混合液は、円筒形の分配筒部３２内で撹拌される。なお、気液混合液を分配器３１の中でより勢いよく撹拌させる目的で、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、分配器３１の、筐体流入口２２が接続される側と対向する面に、流入した気液混合液に旋回流を起こさせる固定羽根４２を設けることもできる。

分配流出口３３は、分配筒部３２の円周壁から、分配筒部３２の軸と直交する方向に延びており、ここから気液混合液を流出させる。本実施形態では、この分配流出口３３は、旋回器３５の数に応じて２つ設けられている。

挿着部４４は、上記の分配流出口３３に連通するもので、空間３４と、挿着流出口４５とを備える。空間３４は、分配流出口３３と集合路３８との間に設けられた直方形のもので、当該箇所に旋回器３５が着脱可能に挿着される。挿着流出口４５は、空間３４の長手方向の両端に設けられる孔で、旋回器３５から流出した気液混合液を集合路３８に導くものである。本実施形態では、この挿着部４４は、旋回器３５の数に応じて２つ設けられている。

集合路３８は、複数の挿着流出口４５と連通するとともに、筐体流出口４０にも連通するもので、筐体本体部３０の内縁に沿って設けられ、屈曲部３９が曲線に構成されている。そして、複数の挿着流出口４５から流出した微細気泡を含む気液混合液を、集めてまとめるとともに筐体流出口４０に導く。

筐体流出口４０は、筐体本体部３０の側面かつ集合路３８の末端に設けられており、集合路３８でまとめられ導かれた気液混合液を流出させる。また、筐体流出口４０には、図示しない配管が接続可能である。なお、筐体流出口４０の設けられる場所は、集合路３８に連通する場所であればどこでもよい。

また、本実施形態の微細気泡発生装置１では、複数の板材を所定の形状に加工して筐体本体部３０と筐体蓋部２１を製作し、これらを積層させて筐体２０を構成しているが、例えば、筐体本体部３０を、その最も広い面に沿った方向でさらに複数枚に分割した薄い板材とし、これらを積層して構成することもできる。また、筐体本体部３０に設けられた溝２５には図示しないＯリングが嵌められ、筐体蓋部２１と組み合わせたときの気密を保っている。

旋回器３５は、図５にも示すように、旋回筒部３６と、旋回流入口４１と、旋回流出口３７とを備えるもので、上記の空間３４に着脱可能に嵌められる構成となっている。旋回筒部３６は、両端が端壁で閉じられ、内面が円筒形に構成される。旋回流入口４１は、上記の分配流出口３３が接続されるとともに、旋回筒部３６の内周壁に接線方向から気液混合液が流入するように設けられている。旋回流出口３７は、旋回筒部３６の長手方向の両端に設けられた端壁の略中央に設けられた孔で、ここから微細気泡を含む気液混合液を流出させる。

なお、旋回器３５の数は、本実施形態の微細気泡発生装置１では２つとしているが、この数に限られない。この旋回器３５を複数設けるのは、大きな旋回器を一つ設けるより、小さな旋回器３５を複数設けた方が、旋回筒部３６の容積に対して、旋回筒部３６の円周壁の面積が大きくなり、気泡の剪断に有利となるからである。

次に、以上説明した各構成要素の構成と作用を踏まえて、本実施形態の微細気泡発生装置１の動作を説明する。

先ず、図示しない水槽に接続された配管と、その配管の途中に設けられた気体吸引弁から、気体と液体とが、渦流ポンプ１０のヘッド部１２の吸引口１３から吸い込まれる。そして、ヘッド部１２の内部のインペラによって気体と液体とが混合され、気液混合液として吐出口１４から吐出される。

次に、上記吐出口１４に直結された、筐体蓋部２１に設けられた筐体流入口２２から気液混合液が分配器３１に流入する。すると、気液混合液は、分配器３１の対向する面に衝突するとともに撹拌され、気液混合液に含まれる気泡が細分化される。また、このとき分配筒部３２が円筒形をなしているため、衝突した後の気液混合液に旋回流が発生しやすくなり、気液混合液が停滞することがなくなる。これは、分配器３１の対向する面に固定羽根４２を設けることでその効果をより発揮することができる。

次に、気液混合液は、分配流出口３３を流通し、旋回器３５に流入する。このとき、旋回流入口４１によって、旋回筒部３６の内周壁に接線方向から気液混合液が流入するため、旋回筒部３６の内部で気液混合液が高速で旋回する（図５（Ｂ）矢印）。これにより、遠心力と比重の差によって最外周に液体層が生成されるとともに、液体層の内周に気液混合層が生成され複数層に分かれる。そして、液体層は旋回筒部３６の内周壁に接触しているため、摩擦によって旋回の速度が弱められ、気液混合層と旋回の速度差が生じる。この速度差によって液体層と気液混合層との境界において気泡が剪断され、微細気泡が発生する。そして、微細気泡を含む気液混合液が、旋回流出口３７から流出する。

次に、旋回流出口３７から流出した気液混合液は、挿着流出口４５を通り集合路３８でまとめられる。このとき、集合路３８の屈曲部３９の外縁が曲線で構成されているため、気液混合液は滑らかに流通し、停滞することがない。そして、気液混合液は、筐体流出口４０から図示しない配管を通り、水槽に戻される。

次に、本発明の他の実施形態に係る微細気泡発生装置を、図７を参照して説明する。図７（Ａ）は微細気泡発生装置の筐体蓋部１２１の平面図、図７（Ｂ）は筐体本体部１３０の平面図である。なお、筐体は、筐体本体部１３０の上に筐体蓋部１２１を被せ、公知のボルト等で固定することで組み立てられる。

図７に示すように、本実施形態に係る微細気泡発生装置に用いられる筐体蓋部１２１と、筐体本体部１３０とは平面視略十字状をなし、これらを組み合わせた筐体も同様に平面視略十字状となる。また、筐体の厚さは上述の筐体２０と同様である。

筐体蓋部１２１は、筐体流入口１２２と、旋回器押え１２４とを備える。これら筐体流入口１２２と旋回器押え１２４は、上述の筐体流入口２２及び旋回器押え２４とその構成が同様のため説明を省略する。なお、本実施形態では、ポンプの吐出口と筐体流入口１２２とは直結されず、ポンプから吐出された気液混合液は図示しない配管を通って筐体流入口１２２に供給される。

筐体本体部１３０は、分配器１３１と、複数の分配流出口１３３と、複数の挿着部１４４と、複数の挿着流出口１４５と、溝１２５とを備える。これらの構成要素は、上述の分配器３１、分配流出口３３、挿着部４４、挿着流出口４５、及び溝２５とその構成が同様のため説明を省略する。なお、本実施形態の筐体本体部１３０は、上述の実施形態のように、集合路３８及び筐体流出口４０（図２、図３参照）を備えない。これにより、旋回器３５から挿着流出口１４５を通る気液混合液は、そのまま流出される。このため、本実施形態の微細気泡発生装置に用いられる筐体は、水槽等の水中に入れて使用することが好ましい。

また、本実施形態の微細気泡発生装置の動作は、上述の微細気泡発生装置１が気液混合液を筐体流出口４０からまとめて流出させるのに対し、気液混合液を複数の挿着流出口１４５からそのまま流出させるだけの違いである。このため、本実施形態の微細気泡発生装置の動作は、上述の微細気泡発生装置１の動作を参照すれば理解できるため、その説明を省略する。

以上説明したように、これら本実施形態の微細気泡発生装置によれば、渦流ポンプから送られてきた気液混合液を分配筒部の対向する面に衝突させ、さらに撹拌させることで気泡を先に細分化させることができる。このとき、分配筒部は円筒形をなしているため、その内部で気液混合液に旋回流が発生しやすくなるとともに、気液混合液の停滞が発生せず、効率よく気泡を細分化させることができる。さらに、分配筒部の対向する面に固定羽根を設けることで、より強い旋回流を発生させることができるようになる。また、気泡を細分化させた後で、気液混合液を旋回器に流入させ剪断するため、気泡が２段階で微細化され、微細気泡の発生の効率を向上させることができる。

また、筐体の内部に、分配器、旋回器を備えることで装置の小型化を図ることができる。さらに、筐体の内部に集合路を備え、筐体流入口を備える構成では、渦流ポンプのヘッド部を筐体に直接に接続しているため、装置の小型化を図ることができる。また、微細気泡を含む気液混合液は、筐体流出口から流出させることが可能なため、筐体流出口に配管を接続し当該配管を通じて気液混合液を供給することができる。これにより、筐体を水中に設ける必要がなくなり、微細気泡発生装置を比較的自由な場所に設置することができる。

また、旋回器が着脱可能に構成されているため、旋回器の仕様変更が容易にでき、装置の設置場所等による条件の変更に容易に対応することができるとともに、異なる仕様の旋回器を同時に挿着することで、広範囲にわたる様々な大きさの微細気泡を発生させることもできる。

また、複数の板材を所定の形状に加工し積層させることで筐体を構成しているため、製造が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。

なお、上述した微細気泡発生装置は、本発明の例示であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、その構成を適宜変更することができる。

１・・微細気泡発生装置、
１０・・ポンプ（渦流ポンプ）、１１・・駆動部、１２・・ヘッド部、１３・・吸引口、１４・・吐出口、
２０・・筐体、２１，１２１・・筐体蓋部、２２，１２２・・筐体流入口、２３・・ヘッド嵌合部、２４，１２４・・旋回器押え、２５，１２５・・溝
３０，１３０・・筐体本体部、３１，１３１・・分配器、３２・・分配筒部、３３，１３３・・分配流出口、３４・・空間、３５・・旋回器、３６・・旋回筒部、３７・・旋回流出口、３８・・集合路、３９・・屈曲部、４０・・筐体流出口、４１・・旋回流入口、４２・・固定羽根、４３・・旋回流入口、４４，１４４・・挿着部、４５，１４５・・挿着流出口

Claims (6)

1. 気体と液体とを混合するポンプから送られてくる気液混合液に含まれる気泡を微細化する微細気泡発生装置において、
   筐体と、複数の旋回器とを備え、
   前記筐体が、
   気液混合液を流入させる筐体流入口と、
   その径が前記筐体流入口の径より大きくかつ内面が円筒形に構成されるとともに軸方向の片側端部と前記筐体流入口が連通する分配筒部、及び前記分配筒部の円周壁から気液混合液を流出させる複数の分配流出口を備える分配器と、
   前記分配流出口に連通して前記旋回器が着脱可能な複数の空間、及び前記旋回器より流出する気液混合液を前記空間から流出させる挿着流出口を備える挿着部と、を備え、
   前記旋回器が、
   両端が端壁で閉じられ内面が円筒形に構成される旋回筒部と、
   前記分配流出口が接続されるとともに前記旋回筒部の内周壁に接線方向から気液混合液が流入するよう設けられる旋回流入口と、
   前記端壁の中央に設けられ気液混合液を流出させる旋回流出口と、を備える、
   ことを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 前記筐体が、
   微細化された気泡を含む気液混合液を流出させる筐体流出口と、
   前記挿着流出口から前記筐体流出口に連通する集合路と、をさらに備え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. 前記分配筒部が、その軸寸法が径寸法より小さく構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
4. 前記筐体が、所定の形状に加工された複数の板材を積層して構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
5. 前記分配器の前記筐体流入口が連通する側と対向する面に、流入した気液混合液に旋回流を起こさせる固定羽根が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
6. 前記筐体流入口と前記ポンプの吐出口とが直結されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。

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