JP2019147086A - 微細気泡発生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間継続的に微細気泡を供給できるエジェクタ式の微細気泡発生方法及び装置を提供する。【解決手段】所定内径Ｒ１の内周面１５ａの所定深さ部位Ｌ１に縮径部１４が形成された中空外管１０の出口側周壁１５に通気孔１６を穿ち，所定内径Ｒ１より小さい外径Ｒ３及び縮径部１４と同じ内径Ｒ２で所定深さ部位Ｌ２の外周面２５ｂにフランジ２４が形成された中空内管２０の一端２２を中空外管１０の出口１３に芯合わせして差し込み，中空外管１０の出口１３の周囲に中空内管２０のフランジ２４を固定すると共に中空内管２０の差し込み端２２を中空外管１０の縮径部１４と微小間隙Ｅで対向させる。中空外管１０の通気孔１６を気相Ｐａに連通させつつ入口１２から加圧液Ｑを導入し，通気孔１６及び微小間隙Ｅを介して気相Ｐａから中空内管２０に気体Ｇを吸引し，吸引した気体Ｇを中空内管２０の他端２３から破砕しながら放出する。【選択図】 図１

Description

本発明は微細気泡発生方法及び装置に関し，とくにエジェクタを利用して微細気泡を発生させる方法及び装置に関する。

魚介類の養殖池や湖沼・河川・湖水等の閉鎖水域，排水処理場，汚水処理場等において，水質の改善・改良等を目的として，水中（液体中）に微細気泡を供給することがある（特許文献１及び２参照）。微細気泡は，ファインバブル，マイクロバブル又はナノバブルとも呼ばれる粒径が１００μｍ以下（例えば数１０μｍ〜数μｍ）の微細な気泡であり，通常の気泡（例えば粒径１ｍｍ以上の気泡）には見られない特徴，例えば浮力が小さく水中に長時間浮遊して様々な部位に到達する，水中で浮遊しながら縮小して消滅（完全溶解）する等の特徴を有している。

微細気泡は，例えば水中に供給して完全溶解させることにより，水中の様々な部位の溶存酸素濃度を効率的に向上させて水質を改善・改良することが期待できる。また，微細気泡を含む水は微生物，植物，動物に対する活性効果があることも報告されており，例えばナスやトマト等の収穫量を高めるために利用できる（非特許文献１参照）。更に，医薬品や食品等の分野においても様々なガス（酸素，オゾン，窒素等）を閉じ込めた微細気泡が利用されており，例えばオゾンガスを閉じ込めた微細気泡は強力な殺菌効果を有することが認められている。

水中（液体中）に微細気泡を供給する従来方法の一例は，エジェクタの小径管路に液体を高速で通過させ，その液流によって生じる負圧を利用して気相Ｐａから液相Ｐｂ中に気体を吸引（自吸）し，その下流の管路拡大で生じるキャビテーションによって吸引した気体を微細に破砕して微細気泡を発生させるものである（非特許文献２参照）。例えば図６（Ａ）に示すように，エジェクタ６２を利用した微細気泡発生装置６０（以下，エジェクタ式微細気泡発生装置ということがある）は，液体貯留槽６１内の液相Ｐｂ中にポンプ６３及びエジェクタ６２を配置し，ポンプ６３で吸引した加圧液Ｑを液体流路６４及び流量調整バルブ６５を介してエジェクタ６２に循環させる。また，エジェクタ６２に気体供給路６６の一端を接続し，気体供給路６６の他端の開閉コック６７を気相Ｐａに連通させて配置する（特許文献１参照）。

図６（Ｂ）は，エジェクタ６２の一例の断面図を示す。図示例のエジェクタ６２は，液体流路６４から加圧液Ｑを取り入れる中空部６２ａを有し，その上流側に拡径された入口（管路 入口）６２ｂを設けることにより断面を略Ｔ字形状とし，入口に比して縮径された管路中間部分（小径管路）に微細吸気孔６２ｅを設けて気体供給路６６の一端を接続する。管路入口６２ｂから流入した加圧液Ｑは小径管路を通過する際に負圧を生じ，気体供給路６６から微細吸気孔６２ｅを介して気体Ｇが吸引されて液体に混合される。混合された気体Ｇは加圧液Ｑと共に管路出口６２ｃへ送られ，出口の管路拡大で生じるキャビテーションによって微細に破砕され，微細気泡Ｓとなって放出される。

図６（Ｃ）は，中空管路６２ａの中間部分に縮径部（小径管路）６２ｄを設けたエジェクタ（ベンチュリー）６２の他の一例の断面図を示す。図示例のエジェクタ６２は，縮径部６２ｄに気体供給路６６の一端を接続する微細吸気孔６２ｅを設けており，管路入口６２ｂから流入した加圧液Ｑは縮径部６２ｄを通過する際に負圧を生じ，気体供給路６６から微細吸気孔６２ｅを介して気体Ｇが吸引されて液体に混合される。加圧液Ｑに混合した気体Ｇは，その下流側の管路拡大で生じるキャビテーションによって破砕され，微細気泡Ｓとなって管路出口６２ｃから放出される。

特開２００５−３３４８６９号公報 特開２００６−１６７６１２号公報

氷室昭三「ファインバブルの基礎とその応用について」理科資料８０号，実教出版，２０１６年９月２６日，インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｉｋｋｙｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｄｅｔａｉｌ／４５／９９９２６５７５９２＞ ファインバブル学会連合編，寺坂宏一ほか著「ファインバブル入門 第６章 ファインバブル発生技術」日刊工業新聞社，２０１６年１１月２８日発行，１６７〜１９２頁

しかし，図６に示す従来のエジェクタ式微細気泡発生装置６０は，例えば加圧液Ｑに含まれる浮遊物等によってエジェクタ６２の微細吸気孔６２ｅに閉塞が生じうる問題点がある。微細吸気孔６２ｅの閉塞は，加圧液Ｑ中の浮遊物だけでなく金属腐食（例えばステンレス鋼の局部腐食）等によっても発生しうる。例えば養魚場や閉鎖水域等では微細気泡の供給を長期間継続しなければならないことも多いが，微細吸気孔６２が閉塞すると気体Ｇの吸引が止まって微細気泡Ｓの発生が停止するので，無人の養魚場や海洋等でエジェクタ式微細気泡発生装置６０を利用する場合は，微細気泡Ｓの発生停止を防止する対策が別途必要となる。無人の海洋上や養魚場等における微細気泡Ｓの利用を図るため，気体Ｇの吸引が止まりにくく長期間継続的に使用しても微細気泡Ｓを安定的に供給できるエジェクタ式微細気泡発生装置の開発が望まれている。

そこで本発明の目的は，長期間継続的に微細気泡を供給できるエジェクタ式の微細気泡発生方法及び装置を提供することにある。

図１の実施例を参照するに，本発明による微細気泡発生方法は，入口１２及び出口１３が所定内径Ｒ１で所定深さ部位Ｌ１の内周面１５ａに縮径部１４が形成された中空外管１０の出口側周壁１５に通気孔１６を穿ち，中空外管１０の所定内径Ｒ１より小さい外径Ｒ３及び縮径部１４と同じ内径Ｒ２で所定深さ部位Ｌ２の外周面２５ｂに所定内径Ｒ１より大きい外径Ｒ０のフランジ２４が形成された中空内管２０の一端２２を中空外管１０の出口１３に芯合わせして差し込み（図１（Ａ）の矢印Ｂ参照），中空外管１０の出口１３の周囲に中空内管２０のフランジ２４を固定すると共に中空内管２０の差し込み端２２を中空外管１０の縮径部１４と微小間隙Ｅ（＝Ｌ１−Ｌ２）で対向させ（図１（Ｂ）参照），中空外管１０の通気孔１６を気相Ｐａ（図６参照）に連通させつつ入口１２から加圧液Ｑを導入し，通気孔１６及び微小間隙Ｅを介して気相Ｐａから中空内管２０に気体Ｇを吸引し且つ吸引した気体Ｇを中空内管２０の他端２３から破砕しながら放出してなるものである。

また図１の実施例を参照するに，本発明による微細気泡発生装置は，入口１２及び出口１３が所定内径Ｒ１で所定深さ部位Ｌ１の内周面１５ａに縮径部１４が形成され且つ出口側周壁１５に通気孔１６が穿たれた中空外管１０，中空外管１０の所定内径Ｒ１より小さい外径Ｒ３及び縮径部１４と同じ内径Ｒ２で所定深さ部位Ｌ２の外周面２５ｂに所定内径Ｒ１より大きい外径Ｒ０のフランジ２４が形成され且つ中空外管１０の出口１３に一端２２を芯合わせして差し込む中空内管２０，並びに中空外管１０の出口１３の周囲に中空内管２０のフランジ２４を固定する固定部材３０を備え，中空内管２０のフランジ２４の形成部位Ｌ２をその中空内管２０の差し込み端２２が中空外管１０の縮径部１４と微小間隙Ｅ（＝Ｌ１−Ｌ２）で対向するように設定してなるものである（図１（Ｂ）参照）。

好ましい実施例では，図１（Ｄ）に示すように，中空外管１０の通気孔１６の中心軸線Ｉを出口側周壁１５の内周面１５ａの接線方向に揃え，通気孔１６を介して吸引した気体Ｇを中空外管１０の内周壁に沿って旋回させる。更に好ましい実施例では，図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように，中空外管１０の通気孔１６に連なる出口側周壁１５の内周面１５ａを凹凸のない曲面とし，内周面１５ａに沿った気体流路の摩擦損失を抑える。

望ましい実施例では，図２（Ｃ）に示すように，中空内管２０の内径Ｒ２を一端２２側から他端２３側へ向けて徐々に拡大させ，中空内管２０に吸引した気体Ｇを内径Ｒ２の拡大により粉砕する。更に望ましい実施例では，図４（Ｅ）に示すように，中空内管２０の差し込み端２２に内周方向に沿った凹凸２２ｃを設け，微小間隙Ｅの外周縁に凹凸を形成する。

本発明による微細気泡発生方法及び装置は，所定深さ部位Ｌ１の内周面１５ａに縮径部１４が形成された中空外管１０の所定内径Ｒ１の出口側周壁１５に通気孔１６を穿ち，その所定内径Ｒ１より小さい外径Ｒ３及び縮径部１４と同じ内径Ｒ２で所定深さ部位Ｌ２の外周面２５ｂに所定内径Ｒ１より大きい外径Ｒ０のフランジ２４が形成された中空内管２０の一端２２を中空外管１０の出口１３に芯合わせして差し込み，中空外管１０の出口１３の周囲に中空内管２０のフランジ２４を固定すると共に中空内管２０の差し込み端２２を中空外管１０の縮径部１４と微小間隙Ｅ（＝Ｌ１−Ｌ２）で対向させ，中空外管１０の通気孔１６を気相Ｐａに連通させつつ入口１２から加圧液Ｑを導入し，通気孔１６及び微小間隙Ｅを介して気相Ｐａから中空内管２０に気体Ｇを吸引し且つ吸引した気体Ｇを中空内管２０の他端２３から破砕しながら放出するので，次の有利な効果を奏する。

（イ）内周面１５ａに縮径部１４が形成された中空外管１０の内径Ｒ１の出口１３に，内径Ｒ１より小さい外径Ｒ３の中空内管２０ａを差し込み，中空外管１０の出口側周壁１５に通気孔１６を穿つことにより，加圧液Ｑを導入する中空内管２０の周囲に中空内管２０の外周面２５ｂと中空外管１０の内周面１５ａとで囲まれた筒状に延びる環状の気体チャンバー２８を形成することができる。
（ロ）また，中空内管２０の差し込み端２２を中空外管１０の縮径部１４と微小間隙Ｅで対向させることにより，加圧液Ｑを導入する中空内管２０の断面全周（３６０度）にわたり気体チャンバー２８と接する環状スリットを形成することができる。

（ハ）全周にわたる微小間隙Ｅの環状スリットを介して気体チャンバー２８の気体Ｇを加圧液Ｑに吸引することにより，従来のポイント的な微細吸気孔６２ｅ（図６参照）に比して，目詰まり等による気体Ｇの吸引停止が起こりにくく，長期間継続的に使用しても微細気泡Ｓを安定的に発生させることができる。
（ニ）環状の気体チャンバー内の気体Ｇを中空外管１０の内周壁に沿って旋回させることにより，気体チャンバー２８内の気体Ｇのバラツキを避け，全周にわたる環状スリットから加圧液Ｑに吸引される気体（気泡）Ｇの混合を均一化することができる。

（ホ）また，通気孔１６に連なる中空外管１０の内周面１５ａを凹凸のない曲面とし，内周面１５ａに沿った気体流路の摩擦損失を抑えることにより，加圧液Ｑに吸引される気体Ｇの混合の更なる均一化を図り，ひいては発生させる微細気泡Ｓの均一化を図ることが期待できる。
（ヘ）更に，中空内管２０の差し込み端２２に内周方向に沿った凹凸２２ｃを設け，環状スリットの外周縁に凹凸を形成することにより，環状スリットから気体Ｇを粉砕しながら加圧液Ｑに吸引することができ，ひいては発生させる微細気泡Ｓの小径化を図ることが期待できる。

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明による微細気泡発生装置の一実施例の説明図である。 本発明による微細気泡発生装置の他の実施例の説明図である。 本発明の微細気泡発生装置を構成する中空外管の説明図である。 本発明の微細気泡発生装置を構成する中空内管の説明図である。 本発明の微細気泡発生装置を構成する接続導管の説明図である。 従来の微細気泡発生装置の一例の説明図である。

図１は，例えば養魚場や閉鎖水域等の対象水域に微細気泡Ｓを供給する本発明の微細気泡発生装置１の実施例を示す。図１（Ａ）に示す発生装置１は，所定内径Ｒ１の中空部１１の周壁１５に通気孔１６が穿たれた中空外管１０ａと，その中空外管１０ａの出口１３に一端２２を芯合わせして差し込む中空内管２０ａと，中空外管１０ａの入口１２に芯合わせして押し当てる接続導管４０ａとを有している。図１（Ｂ）に示すように，中空外管１０ａと中空内管２０ａと接続導管４０ａとを組み合わせ，固定手段３０によって一体化することによりエジェクタを構成する。各管１０ａ，２０ａ，４０ａの材質は任意に選択できるが，例えばステンレス鋼製又は合成樹脂製とすることができる。ただし，接続導管４０ａは後述するように本発明に必須のものではなく，省略可能である。

図１（Ｂ）において，中空外管１０ａの通気孔１６は，例えば気体供給路６６（図６参照）と接続することにより気相Ｐａと連通させる。そのうえで，例えば液体流路６４（図６参照）を接続導管４０ａに接続し，接続導管４０ａを介して中空外管１０ａの入口１２に加圧液Ｑを導入し，通気孔１６から加圧液Ｑ中に気体Ｇを吸引（自吸）して混合する。気体Ｇの混合した加圧液Ｑは，中空外管１０ａの出口１３から中空内管２０ａの一端２２に導入され，中空内管２０ａの他端２３から放出されるが，その放出時の急激な管路拡大で生じるキャビテーションによって混合した気体（気泡）Ｇが破砕されて微細気泡Ｓを生成する。

図示例の中空外管１０ａは，入口１２及び出口１３が所定内径Ｒ１の中空部１１を有し，中空部１１の出口１３から所定深さ部位Ｌ１の内周面１５ａに縮径部１４が形成され，その縮径部１４よりも出口側の周壁１５に通気孔１６を穿ったものである。所定内径Ｒ１の入口１２と出口１３との間に小さい内径Ｒ２の縮径部（小径管路）１４を設けることにより，入口１２から導入された加圧液Ｑが縮径部１４を通過する際に負圧を生じ，通気孔１６から気体Ｇを吸引することができる。

図示例では中空外管１０ａの入口１２と出口１３とを同じ内径Ｒ１としているが，所定深さ部位Ｌ１に縮径部１４を形成することができれば，入口１２及び出口１３の内径は異なる大きさとしてもよい。通気孔１６からの吸気量は，例えば通気孔１６に接続する気体供給路６６にバルブを設けて調節することができる。従って，通気孔１６の口径は任意に設定可能であり，目詰まり等を防ぐために通気孔１６を比較的大径とすることも有効である（図３（Ａ）参照）。

図３（Ａ）は中空外管１０ａの他の実施例を示し，その入口側の側面図を図３（Ｂ）に示す。中空外管１０ａの入口１２の周囲端面には後述する接続導管４０ａのフランジ４４を押し当てて固定するが，図３（Ｂ）に示すように，入口周囲面１２ａに接続導管４０ａを固定するための固定手段３０（ボルト穴等）を設けることができる。また，中空外管１０ａの入口１２には，接続導管４０ａのフランジ４４の押し当て面に設けた嵌め込み突起４３ｂ（図５（Ａ）参照）を嵌め合わせる嵌合部（拡径部）１２ｂを設けることができる。

また，図３（Ａ）の中空外管１０ａの出口側の側面図を図３（Ｄ）に示す。中空外管１０ａの出口１３の周囲端面には後述する中空内管２０ａのフランジ２４を押し当てて固定するが，図３（Ｄ）に示すように，出口周囲面１３ａに中空内管２０ａを固定するための固定手段３０（ボルト穴等）を設けることができる。また，中空外管１０ａの出口１３には，中空内管２０ａのフランジ２４の押し当て面に設けた嵌め込み突起２２ｂ（図４（Ａ）参照）を嵌め合わせる嵌合部（拡径部）１３ｂを設けることができる。

図１の実施例に戻り，図示例の中空内管２０ａは，中空外管１０ａの出口１３の所定内径Ｒ１より小さい外径Ｒ３の中空部２１を有し，その中空部２１を縮径部１４と同じ内径Ｒ２とし，その中空部２１の一端（差し込み端）２２から所定深さ部位Ｌ２の外周面２５ｂに所定内径Ｒ１より大きい外径Ｒ０のフランジ２４を形成したものである。図示例では中空内管２０ａのフランジ２４を中空外管１０ａの出口と同じ外径Ｒ０としているが，フランジ２４は中空外管１０ａの出口内径Ｒ１より大きいものであれば足り，必ずしも出口外径Ｒ０と同じ大きさでなくてもよい。また，図示例ではフランジ２４を中空内管２０ａの他端２３から深さＬ３の部位としているが，フランジ２４と他端２３との距離は図示例に限定されず，例えばフランジ２４と他端２３との距離Ｌ３をゼロとし，中空内管２０ａの他端２３の外周面にフランジ２４を形成してもよい。

図１（Ａ）の矢印Ｂで示すように，中空内管２０ａの一端２２を中空外管１０ａの出口１３に芯合わせしながら差し込み，中空内管２０ａのフランジ２４を中空内管２０ａの出口周囲面１３ａに押し当て，中空内管２０ａの差し込み端２２を中空外管１０ａの縮径部１４と対向させる。中空内管２０ａのフランジ２４を形成する部位（一端２２からの所定深さ部位）Ｌ２は，図１（Ｂ）に示すように，中空内管２０ａの差し込み端２２が中空外管１０ａの縮径部１４と微小間隙Ｅ（＝Ｌ１−Ｌ２）で対向するように，すなわち中空外管１０ａの縮径部１４の所定深さＬ１より若干小さくなるように設定する。例えば，中空内管２０ａの差し込み端２２と中空外管１０ａの縮径部１４とが０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度，好ましくは０．５ｍｍ〜６ｍｍ程度の微小間隙Ｅを介して対向するように設定する。

中空内管２０ａを中空外管１０ａの出口１３に差し込んだのち，中空内管２０ａのフランジ２４を中空外管１０ａの出口周囲面１３ａに固定する。例えば接着剤・溶接等の固定手段３０を用いて強固に固定することも可能であるが，望ましくはボルト等の固定手段３０を用いて中空内管２０ａと中空外管１０ａとを分離可能に固定する。ボルト等の固定手段３０を用いることにより，必要に応じて中空内管２０ａと中空外管１０ａとを分離して保守・修理等を行うことができる。また，必要に応じてボルト等の締め付け強度を調節し又はガスケット等を挟み込むことにより，中空内管２０ａの差し込み端２２と中空外管１０ａの縮径部１４との微小間隙Ｅを調整することも可能である。

図１（Ｂ）に示すように，中空内管２０ａの外径Ｒ３を中空外管１０ａの出口内径Ｒ１より小さくしているので，中空外管１０ａに嵌合した中空内管２０ａの外周面２５ｂと中空外管１０ａの内周面１５ａとの間に筒状に延びる環状の気体チャンバー２８を形成することができる（図１（Ｄ）も参照）。また，中空外管１０ａの出口側周壁１５には通気孔１６が穿たれているので，通気孔１６を気相Ｐａに連通させることにより，環状の気体チャンバー２８に気相Ｐａから気体Ｇを取り入れることができる。

更に，中空内管２０ａの中空部２１を中空外管１０ａの縮径部１４と同じ内径Ｒ２にすると共に，中空内管２０ａの差し込み端２２を中空外管１０ａの縮径部１４と微小間隙Ｅで対向させることにより，縮径部１４と中空内管２０ａの中空部２１とが連なる小径管路に，３６０度の全周にわたって気体チャンバー２８と接する微小間隙Ｅの環状スリットを形成することができる（図１（Ｃ）も参照）。すなわち，後述するように中空外管１０ａの縮径部１４と中空内管２０ａの中空部２１とが連なる小径管路に加圧液Ｑを導入した際に，その小径管路の全周から微小間隙Ｅの環状スリットを介して気体チャンバー２８の気体Ｇを吸引（自吸）することができる。

図４（Ａ）は中空内管２０ａの他の実施例を示し，その差し込み端側の側面図を図４（Ｂ）に示す。同図に示すように，中空内管２０ａのフランジ２４には，中空外管１０ａの出口周囲面１３ａに固定するための固定手段３０（ボルト穴等）を設けることができる。また，中空内管２０ａのフランジ２４の押し当て面には，中空外管１０ａの出口１３の嵌合部（拡径部）１３ｂに嵌め合わせる嵌め込み突起２２ｂを設けることができる。

再び図１の実施例に戻り，図示例の接続導管４０ａは，中空外管１０ａの入口１２と同じ所定内径Ｒ１の中空部４１を有し，その一端４３の外周面に所定内径Ｒ１より大きい外径Ｒ０のフランジ４４を形成したものである。図示例では接続導管４０ａのフランジ４４を中空外管１０ａの出口と同じ外径Ｒ０としているが，フランジ４４は中空外管１０ａの入口内径Ｒ１より大きいものであれば足りる。

図１（Ａ）の矢印Ｂで示すように，接続導管４０ａの一端４３のフランジ４４を中空外管１０ａの入口１２に芯合わせしながら押し当て，入口周囲面１２ａに固定する。例えば接着剤・溶接等の固定手段３０を用いて強固に固定することも可能であるが，中空内管２０ａの場合と同様に，接続導管４０ａもボルト等の固定手段３０を用いて分離可能に中空外管１０ａと固定することが望ましい。ボルト等の固定手段３０を用いることにより，必要に応じて接続導管４０ａと中空外管１０ａとを分離して保守・修理等を行うことができる。

図５（Ａ）は接続導管４０ａの他の実施例を示し，その押し当て端側の側面図を図５（Ｂ）に示す。同図に示すように，接続導管４０ａのフランジ４４には，中空外管１０ａの入口周囲面１２ａに固定するための固定手段３０（ボルト穴等）を設けることができる。また，接続導管４０ａのフランジ４４の押し当て面には，中空外管１０ａの入口１２の嵌合部（拡径部）１２ｂに嵌め合わせる嵌め込み突起４３ｂを設けることができる。

本発明において接続導管４０ａは，中空外管１０ａの入口１２に液体流路６４（図６参照）を接続する機能を果たす。すなわち，接続導管４０ａの一端４３を中空外管１０ａの入口１２に固定し，他端４２に液体流路６４を接続する。図５（Ｃ）の接続導管４０ｂに示すように，必要に応じて接続導管４０ａの外周面に液体流路６４の取付け部（例えば螺合部）４５を設けることができる。接続導管４０ａを介して液体流路６４から中空外管１０ａの入口１２に導入された加圧液Ｑは，中空外管１０ａの縮径部１４と中空内管２０ａの中空部２１とが連なる小径管路を通過する際に負圧を生じ，図１（Ｃ）に示すように，その小径管路の全周にわたって形成された微小間隙Ｅの環状スリットから気体チャンバー２８の気体Ｇが吸引（自吸）されて混合される。

ただし，接続導管４０ａは本発明に必須のものではなく，中空外管１０ａの入口１２に液体流路６４を直接接続できる場合は，接続導管４０ａを省略することができる。すなわち，中空外管１０ａ及び中空内管２０ａのみによりエジェクタを構成し，その中空外管１０ａの入口１２に液体流路６４（図６参照）を直接接続する。中空外管１０ａの入口１２の外周面に液体流路６４の取付け部（例えば螺合部）を設けることも有効である。この場合も，中空外管１０ａの縮径部１４と中空内管２０の中空部２１とが連なる小径管路を通過する際に，微小間隙Ｅの環状スリットから気体チャンバー２８の気体Ｇを吸引（自吸）されて加圧液Ｑに混合される。

本発明の微細気泡発生装置１は，加圧液Ｑの小径管路に全周にわたる微小間隙Ｅの環状スリットを形成し，その環状スリットを介して加圧液Ｑに気体Ｇを吸引するので，図６を参照して上述した従来のポイント的な微細吸気孔６２ｅによる気体Ｇの吸引に比して，目詰まり等による気体Ｇの吸引停止のおそれをなくすことができる。金属腐食等によってスリットの一部分が閉塞した場合でも，全周にわたる環状スリットとすることにより，スリット全体の閉塞を避け，気体Ｇの吸引を継続することができる。また，全周にわたる環状スリットから気体Ｇを吸引することにより，従来のポイント的な吸引に比して気体Ｇの吸引力を高め，加圧液Ｑに混合する気体Ｇの量，ひいては中空外管１０ａの出口１３から中空内管２０ａを介して放出される微細気泡Ｓの量を増やすことができる。

また，本発明の微細気泡発生装置１は，環状スリットの微小間隙Ｅの大きさを調整することにより，放出される微細気泡Ｓの粒径を調整することもできる。すなわち，微小間隙Ｅを小さく又は大きくすることにより，微小間隙Ｅから加圧液Ｑに吸引されて混合される気体（気泡）Ｇの粒径を小さく又は大きくすることができる。本発明において加圧液Ｑに混合された気体Ｇは，加圧液Ｑの放出時に破砕されて微細気泡Ｓとなるが，加圧水Ｑに混合する段階において気体Ｇの粒径を小さく又は大きくすることにより，放出される微細気泡Ｓの粒径を調整できる。

こうして本発明の目的である「長期間継続的に微細気泡を供給できるエジェクタ式の微細気泡発生方法及び装置」の提供を達成することができる。

なお，全周にわたる微小間隙Ｅの環状スリットは，小径管路の周囲全体を気体Ｇと接触させるので，気体Ｇと接する部分ごとに加圧液Ｑと気体Ｇとの混合が不均一になることも考えられる。部分ごとの混合の不均一は，発生させる微細気泡Ｓの粒径の不均一につながる原因となり得る。本発明の微細気泡発生装置１は，小径管路の周囲に筒状に延びる環状の気体チャンバー２８を形成し，環状スリットを介して気体チャンバー２８と加圧液Ｑとを接触させているので，気体チャンバー２８内の気体Ｇのバラツキを避けることにより，加圧液Ｇと気体Ｇとの混合が部分ごとの不均一になることを抑制できる。

具体的には，図１（Ｄ）に示すように，環状の気体チャンバー２８内の気体Ｇを中空外管１０ａの内周壁に沿って旋回させることが望ましい。同図は，図１（Ｂ）に示すエジェクタの線Ｄ−Ｄにおける断面図を示し，中空外管１０ａの通気孔１６の中心軸線Ｉを中心からずらして中空外管１０ａの内周面１５ａの接線方向に沿って揃えることを示している。このような通気孔１６の配置により，内周面１５ａの接線方向に沿って気相Ｐａから気体Ｇを吸引し，吸引した気体Ｇを中空外管１０ａの内周壁に沿って旋回させることができる。気体チャンバー２８内の気体Ｇを旋回させることにより，全周にわたる加圧液Ｇと気体Ｇとの混合のバラツキをなくし，ひいては発生させる微細気泡Ｓの粒径を均一化することが期待できる。

図２（Ａ）は，中空外管１０ａの通気孔１６に連なる出口側周壁１５の内周面１５ａを凹凸のない曲面とした本発明の微細気泡発生装置１の他の実施例を示す。上述したように，本発明の微細気泡発生装置１は，小径管路の周囲に筒状に延びる環状の気体チャンバー２８を形成し，全周にわたる微小間隙Ｅの環状スリットを介して気体チャンバー２の気体Ｇと加圧液Ｑとを接触させるので，部分ごとに加圧液Ｑと気体Ｇとの混合が不均一になりうる。気体チャンバー２８内の気体Ｇを旋回させることにより混合のバラツキを一定程度抑制できるが，均一な粒径の微細気泡Ｓを発生させるためには，混合のバラツキをできる限り小さくすることが望ましい。

図２（Ａ）に示す微細気泡発生装置１は，出口側周壁１５の内周面１５ａを凹凸のない曲面とした中空外管１０ｂを用い，内周面１５ａに沿った気体流路の摩擦損失を小さく抑えたものである。内周面１５ａを凹凸のない曲面とした中空外管１０ｂの他の一例を図３（Ｃ）に示す。図示例の中空外管１０ｂは，図３（Ｂ）及び（Ｄ）に示す入口側及び出口側の側面図は上述した中空外管１０ａと同様であるが，気体チャンバー２８内の気体Ｇが流れる中空外管１０ａの内周面１５ａを凹凸のない曲面とすることにより，気体チャンバー２８内の乱流の発生を防止してスムーズな流れを確保したものである。

好ましくは，図２（Ａ）に示すように，差し込み端２２側の外周面２５ｂを凹凸のない曲面とした中空内管２０ｂと組み合わせる。外周面２５ｂを凹凸のない曲面とした中空外管１０ｂの他の一例を図４（Ｃ）に示す。すなわち，中空外管１０ｂの内周面１５ａを凹凸のない曲面にすると共に，その中空外管１０ａの出口１３に芯合わせして差し込む中空内管２０ａの外周面２５ｂを凹凸のない曲面とし，小径管路の周囲の気体チャンバー２８の内面全体を凹凸のない曲面として気体Ｇの乱流の発生を防止する。図２（Ｂ）に示すように，気体チャンバー２８の内面全体を曲面構造とすることにより，微小間隙Ｅの環状スリットを介して気体チャンバー２の気体Ｇを滑らかに流動させることができ，加圧液Ｑと気体Ｇとの混合のバラツキを小さく抑えることが期待できる。

図２（Ｃ）は，中空内管２０の内径Ｒ２を一端２２側から他端２３側へ向けて徐々に拡大させた本発明の微細気泡発生装置１の他の実施例を示す。上述したように，本発明の微細気泡発生装置１は，加圧液Ｑの放出時の管路拡大で生じるキャビテーションによって気体（気泡）Ｇを破砕して微細気泡Ｓを発生させるが，放出前の中空内管２０の内径Ｒ２を徐々に拡大させることにより，図６（Ｃ）を参照して上述したエジェクタ（ベンチュリー）６２と同様に中空内管２０を機能させ，中空内管２０の内側において圧力変化により気体（気泡）Ｇを崩壊させることができ，放出する微細気泡Ｓの小径化を図ることができる。

図２（Ｃ）に示す微細気泡発生装置１は，フランジ２４と他端２３との距離を長くすると共に内径Ｒ２を他端２３側へ向けて徐々に拡大させた中空内管２０ｃを用いている。内径Ｒ２を徐々に拡大させた中空内管２０ｃの他の一例を図４（Ｄ）に示す。図示例の中空内管２０ｃは，図４（Ｂ）に示す差し込み端側の側面図は上述した中空内管２０ａ，２０ｃと同様であるが，一端２２側から他端２３側へ向けて内径Ｒ２が徐々に拡大するようにフランジ２４と他端２３との距離Ｌ４を長くしたものである。

好ましくは，図４（Ｅ）に示すように，中空内管２０の差し込み端２２に内周方向に沿った凹凸２２ｃを設け，加圧液Ｑと気体Ｇとを混合させる微小間隙Ｅの環状スリットの外周縁に凹凸を形成する。環状スリットを介して加圧液Ｑに吸引される気体Ｇは，環状スリットの外周に形成される渦巻状せん断流によって分解された気泡となって混合されるが，環状スリットの外周縁を長く且つ複雑な形状とすることにより，混合させる気泡を分解させ，粒径を小さくすることが期待できる。図４（Ｄ）のように中空内管２０ｂの内径Ｒ２を他端２３側へ向けて徐々に拡大することで放出前の加圧水Ｑ中の微細気泡Ｓを細かくできるが，加圧水Ｑに混合する段階で気体（気泡）Ｇの粒径を小さくすることにより，放出する微細気泡Ｓの更なる小径化を図ることが期待できる。

１…微細気泡発生装置
１０（１０ａ，１０ｂ）…中空外管
１１…中空部 １２…中空部入口
１２ａ…入口周囲面（外管端面） １２ｂ…嵌合部
１３…中空部出口 １３ａ…出口周囲面（外管端面）
１３ｂ…嵌合部 １４…縮径部
１５…周壁 １５ａ…内周面
１５ｂ…外周面 １６…通気孔
２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）…中空内管
２１…中空部 ２２…差し込み端（一端）
２２ａ…一端開口 ２２ｂ…嵌め込み突起
２２ｃ…凹凸 ２３…他端
２３ａ…他端開口 ２４…フランジ
２５…周壁 ２５ａ…内周面
２５ｂ…外周面 ２８…気体チャンバー
３０…固定部材
４０（４０ａ，４０ｂ）…接続導管
４１…中空部 ４２…押し当て端（一端）
４２ａ…一端開口 ４３…他端
４３ａ…他端開口 ４３ｂ…嵌め込み突起
４４…フランジ ４５…取付け部
６０…エジェクタ式微細気泡発生装置
６１…液体貯留槽 ６２…エジェクタ
６２ａ…中空部 ６２ｂ…管路入口
６２ｃ…管路出口 ６２ｄ…縮径部
６２ｅ…微細吸気孔 ６３…ポンプ
６４…液体流路 ６５…流量調整バルブ
６６…気体供給路 ６７…開閉コック
Ｅ…（中空外管と中空外管との間の）微小間隙
Ｇ…気体
Ｉ…（通気孔の）中心軸線
Ｌ１…（中空外管の）所定深さ部位
Ｌ２…（中空内管の）所定深さ部位
Ｐａ…気相
Ｐｂ…液相
Ｑ…液体
Ｒ０…中空外管の出口（入口）外径（中空内管のフランジ外径）
Ｒ１…中空外管の出口（入口）内径
Ｒ２…中空外管の縮径部内径
Ｒ３…中空内管の（差し込み側）外径
Ｒ４…中空内管の（放出側）外径
Ｒ５…中空内管の（放出側）内径
Ｒ７…接続導管の（導入側）外径
Ｓ…微細気泡

Claims (10)

1. 入口及び出口が所定内径で所定深さ部位の内周面に縮径部が形成された中空外管の出口側周壁に通気孔を穿ち，前記中空外管の所定内径より小さい外径及び縮径部と同じ内径で所定深さ部位の外周面に所定内径より大きい外径のフランジが形成された中空内管の一端を中空外管の出口に芯合わせして差し込み，前記中空外管の出口周囲に中空内管のフランジを固定すると共に中空内管の差し込み端を中空外管の縮径部と微小間隙で対向させ，前記中空外管の通気孔を気相に連通させつつ入口から加圧液を導入し，前記通気孔及び微小間隙を介して気相から中空内管に気体を吸引し且つ吸引した気体を中空内管の他端から破砕しながら放出してなる微細気泡発生方法。
2. 請求項１の方法において，前記中空外管の通気孔の中心軸線を出口側周壁の内周面の接線方向に揃え，前記通気孔を介して吸引した気体を中空外管の内周壁に沿って旋回させてなる微細気泡発生方法。
3. 請求項１又は２の方法において，前記中空外管の通気孔に連なる出口側周壁の内周面を凹凸のない曲面とし，前記内周面に沿った気体流路の摩擦損失を抑えてなる微細気泡発生方法。
4. 請求項１から３の何れかの方法において，前記中空内管の内径を一端側から他端側へ向けて徐々に拡大させ，前記中空内管に吸引した気体を内径の拡大により粉砕してなる微細気泡発生方法。
5. 請求項１から４の何れかの方法において，前記中空内管の差し込み端に内周方向に沿った凹凸を設け，前記微小間隙の外縁に凹凸を形成してなる微細気泡発生方法。
6. 入口及び出口が所定内径で所定深さ部位の内周面に縮径部が形成され且つ出口側周壁に通気孔が穿たれた中空外管，前記中空外管の所定内径より小さい外径及び縮径部と同じ内径で所定深さ部位の外周面に所定内径より大きい外径のフランジが形成され且つ中空外管の出口に一端を芯合わせして差し込む中空内管，並びに前記中空外管の出口周囲に中空内管のフランジを固定する固定部材を備え，前記中空内管のフランジの形成部位を当該中空内管の差し込み端が中空外管の縮径部と微小間隙で対向するように設定してなる微細気泡発生装置。
7. 請求項６の装置において，前記中空外管の通気孔の中心軸線を出口側周壁の内周面の接線方向に揃えてなる微細気泡発生装置。
8. 請求項６又は７の装置において，前記中空外管の通気孔に連なる出口側周壁の内周面を凹凸のない曲面としてなる微細気泡発生装置。
9. 請求項６から８の何れかの装置において，前記中空内管の内径を一端側から他端側へ向けて徐々に拡大させてなる微細気泡発生装置。
10. 請求項６から９の何れかの装置において，前記中空内管の差し込み端に内周方向に沿った凹凸を設けてなる微細気泡発生装置。