JP2022186540A - 加圧微細気泡含有水発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はマイクロバブルやナノバブル等の微細気泡を含む加圧水を生成する加圧微細気泡含有水発生装置に関する。【解決手段】 上記課題は本発明によれば、微細気泡含有水を生成する微細気泡含有水生成装置と、この微細気泡含有水生成部によって生成した微細気泡含有水を加圧する加圧ポンプと、を備えたことを特徴とする加圧微細気泡含有水発生装置を提供することによって達成できる。【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロバブルやナノバブル等の微細気泡を含有する加圧微細気泡含有水発生装置に関する。

今日、水等の液体を加圧し、低所から高所へ、低圧部から高圧部へ、又は遠方へ送る手段としてポンプが広く使用され、例えばターボポンプや、ピストンポンプ、渦流ポンプ等の各種ポンプが実用化されている。特に、渦流ポンプの中には、ポンプ内に気体を取り込み、微細気泡を含む加圧水を製造する加圧水製造装置が提案されている。

マイクロバブルやナノバブル等の微細気泡は、その物性や発生（気泡微細化）のメカニズム、具体的な用途、及びその実用化についての研究が急速に進み、例えば汚染水の浄化や殺菌等に使用され、また微細気泡含有水を用いた魚、ウナギ等の水性生物の育成や、水田に微細気泡含有水を供給して水質の向上を図ることも行われている。したがって、このように有用な微細気泡を含む水を効率良く加圧して利用することが期待されている。

例えば、特許文献１に係る発明は、微細気泡を含む加圧水製造装置の一例を示す発明である。この発明は、図４に示すように渦流ポンプ３０を備え、渦流ポンプ３０の液体吸込口３０ａに圧力計３１及び圧力調整弁３２を介して液体３３が供給されると共に、渦流ポンプ３０には空気などの気体を吸込むための気体吸込手段３４が設けられている。

図５はこの装置に使用されている渦流ポンプ３０の構造を示す図であり、ケーシング３５内に環状の昇圧通路３６が形成され、この昇圧通路３６の入口部３７に上記気体吸込手段３４の吸込口３４ａが連通形成され、昇圧通路３６の出口部３８に気液吐出口３０ｂが連通形成されている。

渦流ポンプ３０の本体内には羽根車４０が回転可能に嵌合されており、この羽根車４０の外周部には、複数の小羽根４１及び羽根溝４２が形成されており、羽根車４０の中心に嵌着された回転軸４３を不図示のモータによって回動することにより、供給される水の加圧を行う。

また、水等の液体が渦流ポンプ３０に供給される際、狭い流路によって形成された負圧領域に位置する吸込口３４ａから気体が吸引され、吸引された気体は昇圧通路３６を液体に混じって流れ、昇圧通路３６内で生じる渦流によって撹拌され、微細な気泡が作られ、昇圧された微細気泡含有水として、出力される。

特開２００２－２７３１８３号公報

しかしながら、上記従来の加圧水製造装置では、気体吸込手段３４の吸込口３４ａから渦流ポンプ３０内に直接気体を吸引するため、渦流ポンプ３０内で所謂エアーの噛み込みが起こり、ポンプの昇圧機能が低下する。
例えば、ポンプの稼働中に直接気体（空気）が入り込むため、途中でエアー溜まりが発生し、ポンプが空転し、所望の吐出圧や流量を得ることができない。また、最悪の場合にはポンプの破損や、ポンプに繋がる配管の破損の原因となる。

そこで、本発明は渦流ポンプに直接気体（空気）を吸引することによって生じるエアーの噛み込みを無くし、代わって予め生成された微細気泡含有水をポンプに供給することによって、所望の吐出圧や流量を出力することができ、ポンプの破損等を防止できる加圧微細気泡含有水発生装置を提供するものである。

上記課題は本発明によれば、微細気泡含有水を生成する微細気泡含有水生成部と、この微細気泡含有水生成部によって生成した微細気泡含有水を加圧する加圧ポンプと、を備えたことを特徴とする加圧微細気泡含有水発生装置を提供することによって達成できる。

また、上記微細気泡水生成装置は、例えば内周面の長手方向に溝が形成された吐出管を備え、高速の旋回流に吸引された気体を細かな微細気泡に生成し、渦流による低圧部を形成して多数の気泡核を生成し、微細気泡に生成することを特徴とする。

本実施形態の加圧微細気泡含有水発生装置の機能ブロック図である。 微細気泡含有水生成部の構成を説明する図である。 渦流ポンプの構成図である。 従来の加圧水製造装置を説明する図である。 従来の加圧水製造装置に使用されている渦流ポンプの構造を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施形態の加圧微細気泡含有水発生装置の機能ブロック図である。同図において、本例の加圧微細気泡含有水発生装置１は微細気泡含有水生成部２と渦流ポンプ３で構成され、微細気泡含有水生成部２によって生成した微細気泡含有水を渦流ポンプ３によって昇圧する。

図２は微細気泡含有水生成部２の一例を説明する図であり、液体入力管４、吐出管５、気体供給部６、及び液体入力管４と吐出管５を接合する接合部材７で構成されている。液体入力管３には不図示の液体（例えば、水）が供給され、旋回流を生成する旋回流生成部８、及び液体の流れを利用してベンチュリ効果によって減圧状態を作り出すアスピレーター９を備える。

液体入力管４に供給された水は旋回流生成部８に設けられた羽根１０によって旋回流となり、アスピレーター９に供給される。アスピレーター９の先端部の直径は小さく、供給される旋回流の流速を増加させる。

接合部材７には気体供給部６が取り付けられ、不図示のボンベから所望の気体が供給される。また、接合部材６には貫通孔１１が設けられ、この貫通孔１１の先端は吐出管５の先端部に設けられた給気口１２に通じており、この給気口１２の近傍を後述する液流によって負圧状態とすることによって、所望の気体を給気口１２から自動的に吐出管５に吸引する。

吐出管５は、例えばステンレスで構成され、内周面に多数の溝１３が形成されている。この溝１３は吐出管３の長手方向に沿って所定の間隔で形成されている。図２（ｂ）は、同図（ａ）のＡ－Ａ´断面図であり、吐出管５に設けられた溝１３の構成を説明する拡大図である。

同図（ｂ）に示すように、吐出管５の内周面には多数の溝１３が所定に間隔で形成され、溝１３の深さも、所定の深さに設定されている。そして、この吐出管５には、前述の旋回流生成部８によって旋回流となり、更にアスピレーター９によって高速になった水流が流れ込む。

この水流には前述の貫通孔１１を通して所望の気体が吸引され、吸引された気体は吐出管５を流れる旋回流によって砕け、細かい気泡となる。さらに、吐出管５の周面近傍の水流は高速で回転しており、旋回流によって砕けた気泡は更に溝１３に衝突して微細な気泡となり、渦流による低圧部を形成して多数の気泡核を生成し、微細気泡含有水となって、吐出管５から吐出される。

一方、図３は本例で使用する渦流ポンプ３の構成図である。渦流ポンプ３はケーシング１５に覆われ、本体内部に羽根車１６が設けられている。また、ケーシング１５には隔壁１７を介して吸込口１８と吐出口１９が設けられ、吸込口１８には上記微細気泡含有水生成部２によって生成された微細気泡含有水が供給される。

羽根車１６は外周に放射状の小羽根２０及び羽根溝２１が形成されており、羽根車１６は不図示のモータによって駆動する回転軸２２の回転に従って矢印方向に回転する。

羽根車１６が回転すると、羽根車１６の回転方向への搬送力と遠心力によって吸引された微細気泡含有水は昇圧通路２３を矢印方向Ｂに示すように渦を巻きながら流れ、この間羽根車１６の回転エネルギーが圧力エネルギーに効率良く変換され、吐出口１９から昇圧された微細気泡含有水が吐出される。

上記構成の本例の装置は、以下のようにして加圧微細気泡含有水の製造を行う。
先ず、不図示の水槽や水道等から微細気泡含有水生成部２に液体（例えば、水）が供給されると、旋回流生成部８に設けられた羽根１０によって旋回流を生成し、更にアスピレーター９によって流速を加速させ、高速の旋回流として吐出管５に送出する。

この時、気体供給部６に所望の気体が送られ、気体供給部６送られた気体は貫通孔１１を通して給気口１２に達し、給気口１２の近傍は前述のように負圧状態となっており、給気口１２に達した気体は自動的に吐出管５内に吸引される。

吐出管５に吸引された気体は、気液混合効果によって気泡となって流れに沿って流れ、高速の旋回流によって砕け、細かな気泡となって旋回流内を流れる。この時、水流の外側を流れる気泡は吐出管５の周面に形成された溝１３に衝突し、気泡が更に破砕される。すなわち、例えば旋回流に乗って高速に回転する気泡は、吐出管５の内周面に形成された溝１３に直角に衝突し、より細かい気泡となり、渦流による低圧部を形成して多数の気泡核を生成し、ナノレベルの微細気泡となる

このようにして、生成されたナノオーダの微細気泡を含む微細気泡含有水は、微細気泡含有水生成部２（吐出管５）から吐出され、渦流ポンプ３に供給される。

渦流ポンプ３に供給された微細気泡含有水は、渦流ポンプ３の吸込口１８から本体内に吸引され、渦流ポンプ３内には放射状の羽根溝２１が設けられた羽根車１６が回転しており、羽根車１６の回転によって放射状の羽根溝２１内に微細気泡含有水が吸引される。

そして、液体吸込口１８から吸込まれた微細気泡含有水は、昇圧通路２３をほぼ一周し、その間に昇圧されて気液吐出口１９から吐出される。すなわち、渦流ポンプ４内に吸引された微細気泡含有水は、羽根車１６の回転方向への搬送力と遠心力によって昇圧通路２３を矢印方向Ｂに示すように渦を巻きながら流れ、吐出口１９から昇圧された微細気泡含有水が吐出される。

また、羽根車１６と昇圧通路２３との間で生じる渦流によって撹拌され、更に微細な気泡が作られる。このようにして渦流ポンプ３によって昇圧された加圧微細気泡含有水は、以後各種用途に使用される。

上記のように本例の加圧微細気泡含有水発生装置１は、渦流ポンプ３において、直接気体を供給するのではなく、渦流ポンプ３に微細気泡含有水生成部２によって予め微細気泡含有水に生成された水を供給するので、従来のようなエアーの噛み込みが無く、所望の吐出圧や流量を出力することができる。また、途中でエアー溜まりが発生し、ポンプが空転し、ポンプの破損や、ポンプに繋がる配管の破損の原因となることがない。

尚、上記本実施例の説明では、微細気泡含有水生成部２として、内周面の長手方向に溝が形成された吐出管を備えた装置を使用したが、必ずしもこの構成の微細気泡含有水の生成装置を使用しなくてもよい。例えば、旋回液流方式や、加圧溶解方式、オリフィスやベンチュリ管方式、超音波振動の利用や、微細孔フィルタの使用等、他の方式の微細気泡含有水生成装置を使用しても良い。

また、渦流ポンプ３についても、渦流ポンプに限定される訳ではなく、他の構成のポンプ、例えばターボポンプや、遠心ポンプ、ピストンポンプ等の各種ポンプを使用しても良い。

１・・・加圧微細気泡含有水発生装置
２・・・微細気泡含有水生成部
３・・・渦流ポンプ
４・・・液体入力管
５・・・吐出管
６・・・気体供給部
７・・・接合部材
８・・・旋回流生成部
９・・・アスピレーター
１０・・羽根
１１・・貫通孔
１２・・給気口
１３・・溝
１５・・ケーシング
１６・・羽根車
１７・・隔壁
１８・・吸込口
１９・・吐出口
２０・・小羽根
２１・・羽根溝
２２・・回転軸
２３・・昇圧通路

Claims (3)

1. 微細気泡含有水を生成する微細気泡含有水生成部と、
   該微細気泡含有水生成部によって生成した微細気泡含有水を加圧する加圧ポンプと、
   を備えたことを特徴とする加圧微細気泡含有水発生装置。
2. 前記微細気泡水生成装置は、内周面の長手方向に溝が形成された吐出管を備え、高速の旋回流に吸引された気体を細かな微細気泡に生成し、渦流による低圧部を形成して多数の気泡核を生成し、微細気泡に生成することを特徴とする請求項１に記載の加圧微細気泡含有水発生装置。
3. 前記加圧ポンプは渦流ポンプであることを特徴とする請求項１、又は２に記載の加圧微細気泡含有水発生装置。

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