JP2017035676A - 微細気泡発生装置及び微細気泡発生システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で気体の吸い込み量を増加させることが可能な微細気泡発生装置及び微細気泡発生システムを提供すること。【解決手段】微細気泡発生システム１に用いられる微細気泡発生装置１１は、内径が漸次縮径するテーパ部３２、テーパ部３２の二次側に設けられ、内径が同一径で形成されたノズル部３３、テーパ部３２及びノズル部３３の間に設けられた水の流れ方向に対向する端面３５ａ及びノズル部３３の二次側に設けられ、ノズル部３３よりも内径が大径に形成された拡径部３４を有するボディ２１と、拡径部３４に接続された吸気管２４と、拡径部３４に設けられたディフューザー２２と、拡径部３４の端部に設けられ、吸気管２４から吸い込まれた気体を破砕する破砕手段６１を有する破砕部材２３と、を備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、水中で微細な気泡を発生させる微細気泡発生装置及び微細気泡発生システムに関する。

現在、養殖場や生け簀等で水中の溶存酸素濃度を上昇させるために、微細気泡発生装置により粒径が数十μｍ程度の気泡であるマイクロバブルを水中で発生させて、気泡を水に溶け込ませる技術が知られている。このような技術に用いられる微細気泡発生装置は、所謂、減圧析出方式、超音波方式及び二層旋回流方式等の方式を用いる技術が知られている。

しかし、これらの方式では、微細気泡発生装置の構成が複雑となり、微細気泡発生装置が大型化となるとともに、製造コストが増加するという問題がある。

そこで、簡単な構成で気泡粒径や気泡分布が安定する微細気泡発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この微細気泡発生装置は、ポンプにより圧送された水の水圧を本体内で負圧にすることで本体に接続された吸気管から気体を吸い込み、水と気体を混合させ、当該混合された水内の気泡を破砕することで微細気泡を発生させる。また、本体内で水圧を負圧とするために、微細気泡発生装置は、本体内に円錐台形状に縮径する流路の後に円筒状の流路を設け、その二次側に拡径する室を設け、当該室に吸気管を連結することで、吸気管が連結する室において負圧を発生させるエジェクターを構成する。

特開２００８−８６８６８号公報

上述した微細気泡発生装置では、以下の問題があった。即ち、微細気泡発生装置は、養殖場や生け簀等で用いられることから、気泡発生量のさらなる増加が求められている。特許文献１に開示された技術では、負圧とすることで気体を吸い込む構成であるため、気泡発生量を増加させるためには、気体の吸い込み量を増加させる必要がある。ここで、気体の吸い込み量は、ノズル部を通過する流量に比例して増加する。

このため、微細気泡の発生量を増加させるためには、ポンプの吐出流量を増加させる必要がある。しかし、微細気泡の発生量を増加させるためには、ポンプの出力を大型化することや、モータの回転数を増加させる必要がある。結果、気泡発生量を増加させるためには、ポンプの大型化や製造コストの増加となる虞や、微細気泡発生装置のランニングコストが増加する虞がある。

そこで本発明は、簡単な構成で気体の吸い込み量を増加させることが可能な微細気泡発生装置及び微細気泡発生システムを提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の微細気泡発生装置及び微細気泡発生システムは次のように構成されている。

本発明の一態様として、微細気泡発生装置は、内径が漸次縮径するテーパ部、前記テーパ部の二次側に設けられ、内径が同一径で形成されたノズル部、前記テーパ部及び前記ノズル部の間に設けられた水の流れ方向に対向する端面及び前記ノズル部の二次側に設けられ、前記ノズル部よりも内径が大径に形成された拡径部を有するボディと、前記拡径部に接続された吸気管と、前記拡径部に設けられたディフューザーと、前記拡径部の端部に設けられ、前記吸気管から吸い込まれた気体を破砕する破砕手段を有する破砕部材と、を備える。

本発明の一態様として、微細気泡発生システムは、内径が漸次縮径するテーパ部、前記テーパ部の二次側に設けられ、内径が同一径で形成されたノズル部、前記テーパ部及び前記ノズル部の間に設けられた水の流れ方向に対向する端面及び前記ノズル部の二次側に設けられ、前記ノズル部よりも内径が大径に形成された拡径部を有するボディ、前記拡径部に接続された吸気管、前記拡径部に設けられたディフューザー、並びに、前記拡径部の端部に設けられ、前記吸気管から吸い込まれた気体を破砕する破砕手段を有する破砕部材を備える微細気泡発生装置と、前記ボディの一次側に接続されたポンプ装置と、を備える。

本発明によれば、簡単な構成で気体の吸い込み量を増加させることが可能な微細気泡発生装置及び微細気泡発生システムを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る微細気泡発生システムの構成を示す説明図。 同微細気泡発生システムに用いられる微細気泡発生装置の構成を示す断面図。 同微細気泡発生装置の要部構成を拡大して示す断面図。 同微細気泡発生装置の吸気量の測定結果の一例を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を示す断面図。

以下、本発明の第１の実施形態に係る微細気泡発生装置１１を用いる微細気泡発生システム１を、図１乃至図４を用いて説明する。
図１に示すように、微細気泡発生システム１は、ポンプ装置１０と、ポンプ装置１０の二次側に接続された微細気泡発生装置１１と、ポンプ装置１０及び微細気泡発生装置１１を接続する吐出配管１２と、を備えている。微細気泡発生システム１は、微細気泡発生装置１１を養殖場の水中や生け簀等の水槽に微細気泡を供給する装置である。本実施形態においては、微細気泡発生システム１は、海水１０１を貯留する水槽１００中に微細気泡発生装置１１を用いる構成を説明する。

ポンプ装置１０は、例えば、モータ及びポンプが一体に接続され、水槽１００に隣接して配置されるポンプである。ポンプ装置１０の吐出口には、吐出配管１２が接続される。ポンプ装置１０は、吐出配管１２を介して微細気泡発生装置１１に接続される。

図１及び図２に示すように、微細気泡発生装置１１は、ボディ２１と、ボディ２１に取り付けられたディフューザー２２と、ボディ２１に取り付けられた破砕部材２３と、ボディ２１に接続された吸気管２４と、を備えている。

図２に示すように、ボディ２１は、異なる内径で形成された筒状に形成される。ボディ２１は、所謂ジェットボディと呼ばれ、エジェクターを構成する。ボディ２１は、ステンレス鋼材等の金属材料で形成される。

ボディ２１は、一端側から他端側に向かって、流入口３１と、テーパ部３２と、ノズル部３３と、拡径部３４と、を備えている。図２及び図３に示すように、ボディ２１は、テーパ部３２及びノズル部３３の間に、円筒状の段差部３５を有している。

ボディ２１は、拡径部３４側の端面に、破砕部材２３を取り付け可能に形成されている。例えば、ボディ２１は、破砕部材２３を取り付ける螺子等の締結部材９９と螺合する雌螺子部が複数箇所に形成される。また、ボディ２１は、その外面の一部であって、拡径部３４と対向する位置に吸気管２４を取り付ける取付部３６を有している。

流入口３１は、吐出配管１２と接続される。流入口３１は、例えば、その内周面に吐出配管１２と螺合する雌螺子部３１ａが形成されている。

テーパ部３２は、流入口３１から二次側に向かって漸次縮径する、断面が円形状の流路を形成する。換言すると、テーパ部３２は、流入口３１からノズル部３３に向かって漸次縮径する円錐台形状の開口である。

ノズル部３３は、内径が一定に形成された円柱状の開口である。ノズル部３３は、テーパ部３２の端部に接続され、その全長に渡って一定の内径で形成された断面が円形状の流路を形成する。

拡径部３４は、ノズル部３３の二次側に形成され、ノズル部３３よりも大径に形成された断面が円形状の室（空間）を構成する。換言すると、拡径部３４は、ノズル部３３よりも大径に形成された二つの異なる内径を有する円柱状の開口である。

具体的には、拡径部３４は、ノズル部３３と隣接して配置された第１拡径部３４ａと、第１拡径部３４ａの二次側に設けられた第２拡径部３４ｂと、を備えている。

第１拡径部３４ａは、ノズル部３３の内径よりも大径に形成された内径を有する。第１拡径部３４ａは、その内周面の一部に取付部３６と連通する連通孔３４ｃが形成されている。

第２拡径部３４ｂは、第１拡径部３４ａの内径よりも大径に形成された内径を有する。第２拡径部３４ｂは、その開口端がボディ２１の開口端を構成する。

段差部３５は、テーパ部３２及びノズル部３３の間に、流入口３１側と対向する端面３５ａ、換言すると、水の流れ方向と逆の方向に配置される端面３５ａを構成する。段差部３５は、例えば、テーパ部３２のノズル部３３側の端部を座繰り加工等によりテーパ部３２及びノズル部３３の間に設けられた円柱状の溝である。段差部３５は、その端面の外径が、換言するとその内径がノズル部３３の内径よりも大径に形成される。

取付部３６は、内周面に雌螺子部３６ａが設けられた開口である。取付部３６は、その端面に連通孔３４ｃが配置されることで、第１拡径部３４ａと連通する。

このようなボディ２１は、流入口３１、テーパ部３２、ノズル部３３及び拡径部３４により、水の流路を形成する。また、ボディ２１は、テーパ部３２及びノズル部３３で流速を高めることで、拡径部３４での水圧を大気圧よりも低い負圧とする、エジェクター機能を有する。

ディフューザー２２は、円筒状に形成された第１筒部４１と、第１筒部４１の一方の端部の外周面に形成された円環板状の第１フランジ部４２と、を有している。第１筒部４１は、その内径がノズル部３３の内径よりも大径に形成される。

第１筒部４１は、その外径が第１拡径部３４ａの内径よりも小径に形成される。なお、第１筒部４１の外径は、第１拡径部３４ａの内径と気体の流路を構成する所定の隙間を形成可能な径に形成されている。また、第１筒部４１は、第１フランジ部４２側の内周面と端面との稜部が例えば軸方向に対して４５°に傾斜する面取部４１ａを有する。

第１フランジ部４２は、その外径が第２拡径部３４ｂの内径と略同一径又は若干小径に形成されている。第１フランジ部４２は、第１筒部４１が第１拡径部３４ａに配置されたときに、第１筒部４１が第１拡径部３４ａの端面と所定の隙間を有して離間可能に、第２拡径部３４ｂの端面と当接可能な厚さに形成される。

換言すると、ディフューザー２２は、第１フランジ部４２が第２拡径部３４ｂの端面と当接したときに、第１筒部４１が第１拡径部３４ａと離間する形状に形成される。

破砕部材２３は、円筒状に形成された第２筒部５１と、第２筒部５１の一方の端部を覆う第２フランジ部５２と、を備えている。

第２筒部５１は、その外径が第２拡径部３４ｂの内径よりも大径に形成されるとともに、その内径が第１拡径部３４ａの内径よりも大径に形成されている。第２筒部５１の第２フランジ部５２から端部までの長さは、第２拡径部３４ｂの端面から拡径部３４内に設けられたディフューザー２２の端面までの長さと略同一長さに形成される。換言すると、第２筒部５１の端部は、破砕部材２３がボディ２１に固定されたときに、例えば、ディフューザー２２と当接することで、ディフューザー２２の軸方向の移動を規制する。

第２フランジ部５２は、締結部材９９によりボディ２１に固定される。第２フランジ部５２は、第２筒部５１の内部空間にその先端が配置される複数の螺子６１と、第２筒部５１の内部空間と連通する複数の開口部６２と、を備えている。なお、図２中、開口部６２は一つのみ示す。螺子６１は、先端が鋭角に形成されている。螺子６１は、その先端により気泡を破砕し微細気泡とする破砕手段である。開口部６２は、微細気泡発生装置１１の吐出口を構成する。

吸気管２４は、一方の端部に形成された接続部７１と、他方の端部に形成された吸気弁７２と、を備えている。吸気管２４は、例えば、可撓性を有するチューブである。

接続部７１は、その外周面に雄螺子部が形成され、取付部３６の雌螺子部３６ａと螺合することで、ボディ２１に固定される。接続部７１は、吸気管２４内の流路を、連通孔３４ｃを介して第１拡径部３４ａに連通させる。

吸気弁７２は、空気の吸入量を調整可能に形成されている。吸気弁７２は、少なくとも水面より上に配置される。

このように構成された微細気泡発生システム１によれば、ポンプ装置１０を駆動することで、水が微細気泡発生装置１１に供給されると、水はテーパ部３２及びノズル部３３を通過して、拡径部３４に移動する。

このとき、水はテーパ部３２からノズル部３３に移動することで、流速が増加する。これら流路径の変化及び流速の変化により、第１拡径部３４ａにおいて、水圧は大気圧より低い負圧となる。このため、吸気管２４を介して空気が第１拡径部３４ａ内に吸い込まれる。

その後、吸い込まれた空気の気泡が拡散しながら水と混合し、ディフューザー２２を通過して、破砕部材２３に移動する。破砕部材２３に移動した気泡を含む水は、気泡が螺子６１の先端に衝突することで、気泡が破砕され、微細化する。その後、開口部６２から微細化された気泡と水が吐出され、水槽１００内の海水１０１に気泡が供給される。

このように構成された微細気泡発生装置１１によれば、テーパ部３２及びノズル部３３の間に段差部３５を形成することにより水の流れを阻害する端面３５ａを設けることで、吸気量を増加させることが可能となる。

次に、実施例である端面３５ａを有する微細気泡発生装置１１、及び、図３中に二点鎖線で示すように、比較例である段差部３５を有さない微細気泡発生装置を用いて吸気量を測定したときの吸気量の測定結果について、図４を用いて説明する。

なお、比較例の微細気泡発生装置は、段差部３５を有さない構成を除き、微細気泡発生装置１１と寸法及び形状は同一とする。また、吸気量の測定方法としては、図１中に示すように、ポンプ装置１０及び微細気泡発生装置１１の間の吐出配管１２に、水の流量検出装置２００を配置し、所定の吸気量における流量を検出した。また、図１中に示す吸気弁７２を取り外して流量検出装置を配置し、吸気量を検出した。

このような条件で測定した実施例の微細気泡発生装置１１及び比較例の微細気泡発生装置の吸気量及び水の流量の関係は以下の通りとなった。

吸気量が０．５Ｌ／ｍｉｎのときの流量は、実施例の微細気泡発生装置１１においては、２５．３Ｌ／ｍｉｎであり、比較例の微細気泡発生装置おいては、３０．４Ｌ／ｍｉｎであった。

吸気量が０．８Ｌ／ｍｉｎの時の流量は、実施例の微細気泡発生装置１１においては、２６．１Ｌ／ｍｉｎであり、比較例の微細気泡発生装置おいては、３１．８Ｌ／ｍｉｎであった。

吸気量が１．０Ｌ／ｍｉｎの時の流量は、実施例の微細気泡発生装置１１においては、２６．７Ｌ／ｍｉｎであり、比較例の微細気泡発生装置おいては、３２．７Ｌ／ｍｉｎであった。

吸気量が３．０Ｌ／ｍｉｎの時の流量は、実施例の微細気泡発生装置１１においては、３２．４Ｌ／ｍｉｎであり、比較例の微細気泡発生装置おいては、４３．０Ｌ／ｍｉｎであった。

吸気量が５．０Ｌ／ｍｉｎの時の流量は、実施例の微細気泡発生装置１１においては、３６．２Ｌ／ｍｉｎであり、比較例の微細気泡発生装置おいては、５１．２Ｌ／ｍｉｎであった。

吸気量が７．０Ｌ／ｍｉｎの時の流量は、実施例の微細気泡発生装置１１においては、３９．８Ｌ／ｍｉｎであり、比較例の微細気泡発生装置おいては、５６．３Ｌ／ｍｉｎであった。

吸気量が９．０Ｌ／ｍｉｎの時の流量は、実施例の微細気泡発生装置１１においては、４３．２Ｌ／ｍｉｎであり、比較例の微細気泡発生装置おいては、６５．２Ｌ／ｍｉｎであった。

また、実施例の微細気泡発生装置１１においては、吸気量１１Ｌ／ｍｉｎのときの流量が４５．６Ｌ／ｍｉｎ、吸気量１３Ｌ／ｍｉｎのときの流量が４７．５Ｌ／ｍｉｎ、吸気量が１４．９Ｌ／ｍｉｎのときの流量が５８．３Ｌ／ｍｉｎであった。

これに対し、比較例の微細気泡発生装置においては、吸気量１１．２Ｌ／ｍｉｎが最大吸気量であり、そのときの流量は７２．３Ｌ／ｍｉｎであった。

これらの測定結果から明らかなように、段差部３５により端面３５ａを設けた微細気泡発生装置１１は、段差部３５を有さない微細気泡発生装置に比べ、吸気量が増加するとともに、最大吸気量が増加した。

このように構成された微細気泡発生装置１１を用いた微細気泡発生システム１によれば、段差部３５をテーパ部３２及びノズル部３３の間に設けることで、テーパ部３２及びノズル部３３の間に水の流れ方向に対向する端面３５ａが形成される。この端面３５ａにより、水の流れを阻害することで、吸気量、及び、最大吸気量を増加させることが可能となる。

結果、所定の吸気量を得るための流量を低減することが可能となることから、所定の吸気量を得るためのポンプ装置１０のモータの回転数が減少することから、ランニングコストを低下することが可能となる。

また、ノズル部３３の内径よりも大径の円環状の端面３５ａをテーパ部３２及びノズル部３３の間に設ける簡単な構成でよく微細気泡発生装置１１の製造コストを増加させることもない。

また、吸気量が増加することから、流量が少なくて良く、ポンプの出力を小さくすることが可能となり、ポンプ装置１０及び微細気泡発生システム１の製造コストの低減及び小型化が可能となる。

上述したように本発明の一実施形態に係る微細気泡発生システム１によれば、ボディ２１のテーパ部３２及びノズル部３３の間に段差部３５を形成することで水の流れに対向する端面３５ａを設ける簡単な構成で吸気量を増加させることが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、気泡を破砕するための破砕手段に螺子６１を用いる構成を説明したがこれに限定されない。即ち、先端が鋭角の針状部材であって気泡を破砕可能であれば、他の破砕手段を用いる構成でもよい。

また、微細気泡発生システム１は、海水に限らず、淡水に用いる構成であってもよく、また、生け簀や水槽１００以外に用いる構成であってもよい。

また、微細気泡発生装置１１は、端面３５ａを設ける構成に限定されず、水の流れに対向する面を形成可能な構成であれば適宜設定可能である。即ち、端面３５ａを設けるために、段差部３５を座繰り加工により形成する構成には限定されない。例えば、図５に示す他の実施形態の微細気泡発生装置１１に示すように、内径がテーパ部３２と同一径に形成された円柱状の開口を有する中空円錐台形状の部材３５Ａをテーパ部３２に挿入する構成であってもよい。この構成では、テーパ部３２に段差部３５を設けるための座繰り加工を行う必要がなく、上述した一実施形態の微細気泡発生装置１１と同様の効果を奏する。

また、端面３５ａは円環状の面である旨を説明したがこれに限定されず、吸気量が増加される構成であれば、他の形状の端面であってもよく、凹凸や突起により水の流れに対向する面が部分的に形成されていてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

１…微細気泡発生システム、１０…ポンプ装置、１１…微細気泡発生装置、１２…吐出配管、２１…ボディ、２２…ディフューザー、２３…破砕部材、２４…吸気管、３１…流入口、３１ａ…雌螺子部、３２…テーパ部、３３…ノズル部、３４…拡径部、３４ａ…第１拡径部、３４ｂ…第２拡径部、３４ｃ…連通孔、３５…段差部、３５ａ…端面、３５Ａ…部材、３６…取付部、３６ａ…雌螺子部、４１…第１筒部、４１ａ…面取部、４２…第１フランジ部、５１…第２筒部、５２…第２フランジ部、６１…螺子（破砕手段）、６２…開口部、７１…接続部、７２…吸気弁、９９…締結部材、１００…水槽、１０１…海水、２００…流量検出装置。

Claims (4)

1. 内径が漸次縮径するテーパ部、前記テーパ部の二次側に設けられ、内径が同一径で形成されたノズル部、前記テーパ部及び前記ノズル部の間に設けられた水の流れ方向に対向する端面及び前記ノズル部の二次側に設けられ、前記ノズル部よりも内径が大径に形成された拡径部を有するボディと、
   前記拡径部に接続された吸気管と、
   前記拡径部に設けられたディフューザーと、
   前記拡径部の端部に設けられ、前記吸気管から吸い込まれた気体を破砕する破砕手段を有する破砕部材と、
   を備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 前記端面は、前記テーパ部の前記ノズル部に連続する部位を前記ノズル部の内径よりも大径の円環状に座繰り加工することにより形成され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. 前記端面は、円錐台形状であって、前記ノズル部の内径と同一径の開口を有する部材により形成され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。
4. 内径が漸次縮径するテーパ部、前記テーパ部の二次側に設けられ、内径が同一径で形成されたノズル部、前記テーパ部及び前記ノズル部の間に設けられた水の流れ方向に対向する端面及び前記ノズル部の二次側に設けられ、前記ノズル部よりも内径が大径に形成された拡径部を有するボディ、前記拡径部に接続された吸気管、前記拡径部に設けられたディフューザー、並びに、前記拡径部の端部に設けられ、前記吸気管から吸い込まれた気体を破砕する破砕手段を有する破砕部材を備える微細気泡発生装置と、
   前記ボディの一次側に接続されたポンプ装置と、
   を備えることを特徴とする微細気泡発生システム。