JP3188601U

JP3188601U - 微細気泡発生装置

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Publication number: JP3188601U
Application number: JP2013006501U
Authority: JP
Inventors: 佐々木　昭; 昭佐々木
Original assignee: JAPAN ENVIRONMENTAL CONSULTANT CO., LTD.; KURASAWA, Soji
Current assignee: JAPAN ENVIRONMENTAL CONSULTANT CO., LTD.; KURASAWA, Soji
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: WO2015072142A1

Abstract

【課題】装置の規模をいたずらに大型化したり、複雑な加工を要したりすることなく、効率的に微細気泡を発生させることができる微細気泡発生装置を提供する。【解決手段】微細気泡発生装置１０は、内部に液体を流通させる流通管１２と、その内部に設置された噴流変換部材２０、整流部材２２及び分断部材２４を備える。このうち噴流変換部材２０は、微細気泡発生装置１０の入口となる上流位置に設置されており、ここで液体が小孔２０ａを通過する際、その流れが噴流に変換される。続いて下流の整流部材２２では、各整流路２２ａを通じて液体の流れが整流され、加圧溶解により微細気泡の発生が促進される。さらに下流位置の分断部材２４により液体の流れが複雑に分断され、気泡の微細化が促進される。【選択図】図１

Description

本考案は、液体中に微細な気泡を無数に発生させることで、液中に溶存する気体成分の濃度を調節することができる微細気泡発生装置に関するものである。

この種の微細気泡発生装置は、例えば浴槽水や洗濯水等の生活用水中に無数の気泡を発生させて水の浄化作用を改善したり、あるいは、海水や池水、湖水、河川水、地下水等の中に空気（特に酸素）を溶解させて水質を改善したりする用途に用いられており、一般に「マイクロバブル発生装置」等と称されるものが色々な分野で数多く知られている。

従来、液中に直径数十μｍ程度の微細気泡を発生させる主な手法（方式、原理）として、（１）旋回流剪断を利用するもの、（２）ジェット剪断を利用するもの、（３）加圧溶解を利用するもの等が広く知られている。またこの他にも、回転体による剪断を利用するものや、超音波を利用するもの、電気分解を利用するもの等がある。

上記（１）の旋回流剪断を利用した先行技術として、円錐形の空間を有する容器内に加圧液を導入してスパイラル状に旋回流を発生させつつ、そこに気体を導入して気体渦管を形成するとともに、この気体渦管を強制的に切断して微細気泡を発生させるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。気体渦管は旋回流の中心で伸長や先細りをしながら成長していき、これが容器外へ放出される際に強制的に切断されると、そこで気体が細かく剪断されて微細気泡を発生させる。

また上記（２）のジェット剪断を利用した先行技術としては、例えば円筒状の気泡発生空間内に開口する導入路を通じて加圧液体を流入させつつ、同じく気泡発生空間内に開口する導入路から気体を導入させて加圧液中に微細気泡を発生させる先行技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。ジェット剪断方式は、気泡発生空間内に導入された加圧液体が高圧の下で空間内に吐出される際、はがれ現象によって気体導入孔から導入された気体がマイクロバブル（微細気泡）として吐出水流中に分散されることを利用したものである。また、このとき発生するマイクロバブルの分散量と大きさは、気体導入路に設けた調整弁の開度を調節することによって任意に調整可能となっている。

上記（３）の加圧溶解を利用した先行技術としては、例えば内部を２分割したハウジング内にポンプで液体（浴槽水）を汲み上げながら空気を混入させて加圧する先行技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。この先行技術は、ハウジング内で加圧液を攪拌・混合して気体溶解液を形成し、この溶解液を吐出ノズルからハウジング外へ吐出・減圧して微細気泡を発生させるものである。この他にも、例えば圧力タンク内に加圧水を噴出させて微細気泡を発生させる先行技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。この先行技術は、給水ポンプから圧力タンク内へ加圧水を圧送する経路の途中にエジェクタを連結することにより、給水ポンプからの加圧水流によって空気を吸引して混合しながら直接噴き込み、そこで微細気泡を発生させている。またこの先行技術は、加圧水とは別に圧力タンク内へ加圧空気を噴き込むことで、さらに圧力を高めて空気溶解度を向上することも意図している。

特開２００３−１８１２５９号公報国際公開第ＷＯ０１／０３６１０５号パンフレット特開２００３−２６５９３８号公報特開２００１−７０７７３号公報

上記（１）の旋回流剪断を利用する手法は、加圧液を高速で旋回させつつ、その中心に気体渦管を発生させることから、ある程度の空間容積を有した容器が必要となり、それだけ装置の規模が大掛かりになるという問題がある。また、たとえ大容量の容器を使用しても、その液中で得られる微細気泡の容積比率が極端に小さく（気液比が約２％程度）、微細気泡の発生効率が劣るという欠点がある。

上記（２）のジェット剪断や（３）の加圧溶解を利用する手法には、いずれも気泡の発生効率が極端に低くなるという問題はない。しかしながら、（２）のジェット剪断を利用する先行技術（特許文献２）では、気泡発生空間の断面積（直径２０ｍｍ程度）に比較して加圧液の導入路の開口面積（直径７ｍｍ程度の開口×３個）が極端に小さく、それだけ加圧液に対する圧力損失が大きくなってしまう。この場合、使用するポンプにも相応の吐出能力が要求されるため、それだけ装置の規模が増大し、より多くの動力を消費すること（ＣＯ_２排出量の増大）は避けられない。また、導入路の形状が極めて複雑であり（特許文献２のＦｉｇ．１〜１７等を参照）、それだけ加工に膨大な手間がかかるという問題がある。

この点（３）の加圧溶解を利用した先行技術は、特段の複雑な加工を必要とするわけではない。しかしながら、微細気泡の発生を加圧溶解だけに依存する場合（特許文献３）、所望の微細気泡が得られるまで加圧液を繰り返し循環させながら攪拌・混合する必要があり、それだけ長時間を要するという問題がある。これに対し、エアコンプレッサを用いて加圧を補助すれば（特許文献４）、加圧溶解そのものの効率は向上するものの、やはり装置の規模が増大し、より多くの動力を消費する（ＣＯ_２排出量の増大）という問題がつきまとうことになる。

そこで本考案は、装置の規模をいたずらに大型化したり、複雑な加工を要したりすることなく、効率的に微細気泡を発生させることができる技術の提供を課題としている。

上記の課題を解決するため、本考案は以下の解決手段を採用する。

本考案は、気体が混入された状態で圧送される液体の内部に多数の微細気泡を発生させる微細気泡発生装置である。特に本考案は、流通路の内部で一方向に液体を流通させながら、その過程で液体の流通態様を各種に変化させながら液中に微細気泡を発生させることができる。

すなわち、流通路内の上流位置には噴流変換区間が形成されており、この噴流変換区間は、流通路への液体の流入に伴いその流れを噴流に変換するものである。また流通路内で上記の噴流変換区間に隣接した下流位置には整流区間が形成されている。この整流区間は、噴流変換区間を通過して噴流となった液体を一方向に案内してその流れを整流するものである。そして流通路内でさらに整流区間に隣接した下流位置には分断区間が形成されている。この分断区間は、整流区間を経て整流された液体の流れを流通路の断面に沿う方向及びその流通方向の双方について分断するものである。

本考案の微細気泡発生装置によれば、先ず液体が噴流変換区間で噴流に変換されることで、局所的に減圧が行われるが、続いて下流位置の整流区間で液体が整流されることにより、そこで液体は加圧されることになる。これにより、液中で気体の加圧溶解が進行し、液中で微細気泡の発生（成長）が促進されることになる。さらに液体が整流区間から分断区間へ流れると、今度は流通路内で液体の流れが複雑（立体的）に分断されることから、そこでは微細気泡の分断が進み、さらに気泡の微細化が促進されることになる。

このように、流通路内の全区間（噴流変換区間、整流区間、分断区間）を液体が流通すると、最終的に微細気泡発生装置から流出してくる液中には多数の微細気泡が発生した状態となり、液体の気体溶存量（気体が空気の場合は溶存酸素量、溶存酸素濃度）を大幅に向上することができる。

なお本考案において、上記の流通路は流通管で構成されていてもよい。この場合、流通管の入口には、流通管の断面積よりも面積が小さい複数の小孔が分布して形成された噴流変換部材を設置することができる。噴流変換部材は、複数の小孔を通じて液体が流入する際にその流れを噴流に変換することができる。なお、小孔の数を充分に多く設定すれば、液体が流入する際の流量を大幅に絞るようなことがないため、不所望な圧力損失の発生を確実に抑えることができる。

また流通管内の噴流変換部材に隣接した下流位置には、流通管の内部をその断面に沿う方向に区画しつつ流通方向に延びる複数の整流路が束状に形成された整流部材が設置されている。この整流部材は、噴流変換部材により噴流に変換された液体の流れを個々の整流路内で整流することができる。そして、流通管内のさらに整流部材に隣接した下流位置には、流通管の内部に多数のフィラメント状物を無作為の配列に充填して形成された分断部材が設置されている。この分断部材は、整流部材により整流された液体の流れを流通管の断面に沿う方向及びその流通方向の双方について分断することができる。

上記の態様であれば、流通管の上流位置に設置された噴流変換部材が上記の噴流変換区間を形成する。同様に、整流部材及び分断部材は、それぞれ上記の整流区間及び分断区端を形成する。これにより、液体が流通管内で全ての部材（噴流変換部材、整流部材、分断部材）を流通すると、やはり最終的に微細気泡発生装置から流出してくる液中には多数の微細気泡が発生した状態となる。

なお上記の噴流変換部材は、液体の流通方向に所定の厚みを有しており、そこに形成された小孔は、液体の流通方向でみて入口から出口に向かうほど開口面積が拡張されていることが好ましい。

このような形態であれば、圧送されてくる液体が各小孔を通過する際、その流通方向に通路断面積が次第に拡大していくので、液体の流れを良好な噴流（ジェット噴流）に変換することができる。これにより、その下流位置で液体の流れが整流されると、そこで一気に加圧溶解が進行し、微細気泡の発生を大いに促進することができる。

本考案の微細気泡発生装置は、圧送されてくる液体を流通路（流通管）内で一方向に流通させるだけで、容易に所望する量の微細気泡を発生させることができる。また本考案では、液体が流通路（流通管）内を一通りするだけでも充分な量の微細気泡が得られるため、微細気泡の発生効率が高い。

また本考案では、圧送されてくる液体の流量を極端に制限することがないため、使用するポンプに過度な能力が要求されることはない。また、流通路となる流通管の内部に各種の部材（噴流変換部材、整流部材、分断部材）を順に設置するだけの簡単な構成でよいため、装置の規模が不用意に大型化することがなく、軽量かつコンパクトな微細気泡発生装置を提供することができる。

一実施形態の微細気泡発生装置の全体的な構成を概略的に示す縦断面図である。液体の流通方向にみた噴流変換部材の正面図（図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う流通管の断面を含む図）である。液体の流通方向にみた整流部材の縦断面図（図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図）である。液体の流通方向にみた分断部材の縦断面図（図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図）である。微細気泡発生装置を用いた液体の流通態様の変化を部分的に示した図（１／２）である。微細気泡発生装置を用いた液体の流通態様の変化を部分的に示した図（２／２）である。噴流変換部材の他の構造例を示した正面図（図２に相当する図）である。整流部材の他の構造例を示した縦断面図（図３に相当する図）である。微細気泡発生装置を水産業に利用した一形態例を示す概要図である。

以下、本考案の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の微細気泡発生装置１０の全体的な構成を概略的に示す縦断面図である。この微細気泡発生装置１０は、例えば図示しない渦流ポンプにより吐出される液体（各種の工業用水、農業用水、水産業用水、生活用水等）の圧送経路上に設置した状態で、その液体中に無数の微細気泡（例えば直径５０μｍ以下）を発生させることができる。なお渦流ポンプから吐出された液中には、予め空気が混合されているものとする。このような液体を微細気泡発生装置１０に１回流通（いわゆるワンパス）させることで、所望の微細気泡を充分に得ることができる。以下、微細気泡発生装置１０の構成についてより詳細に説明する。

〔流通路〕
微細気泡発生装置１０は、例えば断面円形状のストレートパイプ（直管）からなる流通管１２を有している。流通管１２は、その内部に液体を流通させるための流通路を形成する。この場合、流通路の断面形状は円形である。なお流通管１２の呼び径（例えばＪＩＳＡ系列）は、微細気泡発生装置１０を使用する条件（ポンプ吐出圧、吐出流量等）に合わせて適宜に選択することができる。ここでは例えば、ＪＩＳ４０Ａ〜８０Ａ程度の呼び径を採用するものとする。また流通管１２の材質や肉厚についても、微細気泡発生装置１０の使用条件に応じて適宜に選択することができる。ここでは例えば、流通管１２の材料として塩ビ管（ＶＰ）、ガス管（ＳＧＰ）、各種の圧力配管用鋼管（ＳＴＰＧ，ＳＵＳ３０４ＴＰ）等を使用することができるものとする。

流通管１２は、例えばその呼び径に対して数倍（例えば１．５倍〜３倍）程度の全長を有しており、両端にはそれぞれ、例えばスリップオンタイプのフランジ１４が取り付けられている。微細気泡発生装置１０は、これらフランジ１４を介して上流配管１６及び下流配管１８の間に接続することができる。図示しない渦流ポンプから吐出される液体は、上流配管１６を通じて流通管１２に流入し、その内部を流通した後に下流配管１８へ送出される。なお、ここでは管継手としてフランジ１４を例に挙げているが、その他の管継手（例えばねじ継手、スナップオンタイプの継手等）を使用してもよい。

また微細気泡発生装置１０は、流通管１２とともに噴流変換部材２０、整流部材２２及び分断部材２４を有している。これら３つの部材２０，２２，２４はいずれも流通管１２の内部に設置されており、かつ、液体の流通方向でみて順に一列をなして配置されている。

〔噴流変換部材〕
このうち噴流変換部材２０は、液体の流通方向でみて流通管１２の入口となる上流位置に設けられている。この噴流変換部材２０は、例えば円盤状の板材に多数の小孔２０ａが分布して形成された多孔板の構造を有している。円盤状の板材は、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚みを有するものとし、具体的な厚みは微細気泡発生装置１０を使用する条件（ポンプの吐出圧、流量等）に応じて決定することができる。そして各小孔２０ａは、板材をその厚み方向に貫通しており、その開口面積は入口（上流側）から出口（下流側）に向かって次第に拡張されている（いわゆるテーパー状孔）。なお本実施形態では、小孔２０ａの数を例えば数十個程度としている。

〔整流部材〕
整流部材２２は、液体の流通方向でみて噴流変換部材２０に隣接する下流位置に設けられている。整流部材２２は、例えば多数の整流路２２ａを束状に密集させた多孔構造（あるいはハニカム構造）を有している。束状の整流路２２ａは、流通管１２の内部をその断面に沿う方向に区画しつつ、液体の流通方向に細長く延びている。すなわち流通管１２の内部（円柱形状の空間）は、その断面に沿う方向で多数の整流路２２ａに分割された状態にあり、整流部材２２が設置されている区間内では、液体は個々の整流路２２ａ内を流通することになる。なお本実施形態では、整流路２２ａの本数を例えば数十本としている。

〔分断部材〕
次に分断部材２４は、液体の流通方向でみて、さらに整流部材２２に隣接する下流位置に設けられている。分断部材２４は、流通管１２の内部に多数のフィラメント状物を無作為（ランダム）の配列に充填した構造を有している。フィラメント状物は、例えば金属製、樹脂製等の柔軟な極細（例えば、太さ０．１ｍｍ以下）の線材であり、このようなフィラメント状物をある程度の高密度で無作為に密集させることで分断部材２４が形成されている。

〔出口（最下流位置）〕
流通管１２の出口となる最下流位置には、上記の分断部材２４に隣接して噴流変換部材２０が入口と対をなして設けられている。なお噴流変換部材２０は、流通管１２の入口と出口とで共通のものを使用できるため、ここでは重複した説明を省略する。

図２は、液体の流通方向にみた噴流変換部材２０の正面図（図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う流通管１２の断面を含む図）である。なお図２では便宜上、フランジ１４の図示を省略している。上記のように噴流変換部材２０は、円盤状をなす板材（参照符号なし）に多数の小孔２０ａを分布して形成した多孔板構造を有するものである。なお、流通管１２の出口に位置するもう一方の噴流変換部材２０についても、その構造は同じである。

各小孔２０ａは、例えば円形状の開口を有している。ここでは、円形状の小孔２０ａが規則的に配列されている形態を例に挙げているが、これら小孔２０ａは不規則（無作為）に配列されていてもよい。また上述のとおり、各小孔２０ａの開口面積は図２に示される入口で小さく、出口に向かうほど拡張されている。

次に図３は、液体の流通方向にみた整流部材２２の縦断面図（図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図）である。上記のように整流部材２２は、多数の整流路２２ａを束状に密集させた構造を有している。整流路２２ａは、その一つ一つが例えば流通方向でみて多角形状（四角形状）の断面を有したトンネル状の通路であり、隣接する整流路２２ａ同士は、可能な限り薄い壁（参照符号なし）を隔てて互いに区画されている。ここでは各整流路２２ａの断面形状が一様である形態を例に挙げているが、複数の断面形状（例えば矩形断面と円形断面等）を有する整流路２２ａが混在していてもよい。

図４は、液体の流通方向にみた分断部材２４の縦断面図（図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図）である。上記のように分断部材２４は、流通管１２の内部に多数のフィラメント状物を無作為の配列で充填した構造を有している。このため図４に示される断面において、流通管１２の内部の空間は、その全域がフィラメント状物で埋めつくされていることがわかる。

〔流通の態様〕
図５及び図６は、微細気泡発生装置１０を用いた液体の流通態様の変化を部分的に示した図である。このうち図５中（Ａ）には、微細気泡発生装置１０に液体が流入する際の流通態様の変化が示されている。また図５中（Ｂ）には、微細気泡発生装置１０内での液体の流通態様の変化が示されている。そして図６には、微細気泡発生装置１０から液体が流出する際の流通態様の変化が示されている。以下、それぞれの流通態様について説明する。

〔流入前〕
図５中（Ａ）：上記のように、図示しない渦流ポンプから圧送されてくる液体には、その過程で気体が混合されている。ただし、この段階で微細気泡（直径数十μｍ程度の気泡）は発生しておらず、比較的大型の気泡（直径数ｍｍ程度の気泡）が液中に分散しているだけである。

〔噴流変換区間〕
液体が微細気泡発生装置１０に流入する際、その入口となる上流位置で液体が噴流変換部材２０の各小孔２０ａを通過することで、その流通態様は乱流から噴流に変換される。これにより、液体の流速が局所的に高まり、その静水圧（水頭）が低下する。なお噴流変換部材２０は、その外周縁が流通管１２の内周面に密着した状態で取り付けられているため、液体が微細気泡発生装置１０に流入する際、必ずいずれかの小孔２０ａを通過することになる。

〔整流区間〕
噴流変換部材２０の小孔２０ａを通じて噴流となった液体は、次に整流部材２２の各整流路２２ａ内に導入される。すなわち、各整流路２２ａの入口付近では液体が噴流のまま流入しているが、やがて液体は各整流路２２ａ内で一方向（流通管１２の軸線方向）に案内されて整流され、それまでの噴流が沈静化された態様に変換される。また、このとき整流作用により液体の圧力が上昇するため、液中での気体の加圧溶解が促進されることで、微細気泡の発生が促進される。なお本実施形態において、流通方向でみた全ての整流路２２ａの断面積（総和）は、全ての小孔２０ａの断面積（総和）より大きく設定されているものとする。また、液体の流通方向でみた小孔２０ａと整流路２２ａとの位置関係について、必ずしも両者が一致していなくてもよい。

〔分断区間〕
図５中（Ｂ）：整流部材２２の各整流路２２ａを通じて整流された液体は、次に分断部材２４が充填された区間に流れ込む。上記のように、分断部材２４が設けられている区間内は無数のフィラメント状物を無作為な配列で充填されているため、この区間を液体が流通する際、その流れは非常にきめ細かく分断されることになる。また、液中に発生していた微細気泡もまたきめ細かく分断されることで、さらに気泡の微細化（直径の縮小化）が促進される。なお、図には単に波線の矢印で示しているが、液体の流れは流通管１２の断面に沿う方向（流れに直交する方向）及びその流通方向の双方について複雑（立体的）に分断される。

〔出口区間〕
図６：分断部材２４により流れを分断された液体は、最終的に流通管１２の出口にて、もう一方の噴流変換部材２０を経て流出する。これにより、微細気泡発生装置１０の入口と出口とで液体の流れ（流量）に連続性が保たれる。

以上のように微細気泡発生装置１０は、渦流ポンプにより圧送される液体（用水中に空気を混合させたもの）を流通させる過程でその流通態様を多様に変換しつつ、液中に多数の微細気泡（直径数十μｍ程度の気泡）が発生させることができる。

本実施形態の微細気泡発生装置１０は、ストレート短管である流通管１２の内部に噴流変換部材２０や整流部材２２、分断部材２４を順に設置しただけの簡易な構成であるため、複雑な加工を要することなく低コストで製造することができる。また、微細気泡発生装置１０の規模が不用意に大型化することがなく、各種の産業分野（例えば水産業、農業、工業等）への適用が容易である。

また、噴流変換部材２０には充分な数の小孔２０ａが形成されていることから、微細気泡発生装置１０の入口で液体に大きな圧力損失が生じることがない。したがって、渦流ポンプに過度の性能が要求されることなく、比較的簡易な設備であっても、容易に微細気泡発生装置１０を使用することができる。

〔その他の構造〕
図７は、上述した噴流変換部材２０の他の構造例を示した正面図（図２に相当する図）である。図７に示されるように、各小孔２０ａは、例えば多角形状（四角形状）の開口を有していてもよい。なお、ここでは多角形状の小孔２０ａが一様の向きで規則的に配列されている形態を例に挙げているが、これら小孔２０ａは、個々の向きや相互の間隔が不規則に配列されていてもよい。また上述のとおり、各小孔２０ａの開口面積は図７に示される入口で小さく、出口に向かうほど拡張されているものとする。

また図８は、上述した整流部材２２の他の構造例を示した縦断面図（図３に相当する図）である。図８に示されているように、整流路２２ａは、その一つ一つが例えば円形状の断面を有したトンネル状の通路であってもよい。なお、ここでは各整流路２２ａの断面形状が一様である形態を例に挙げているが、上記のように複数の断面形状（例えば円形断面と矩形断面等）を有する整流路２２ａが混在していてもよい。

また特に図示していないが、整流部材２２は、流通管１２に比較して小径（例えば数十分の１の直径）の小管を束状に密集させた構造であってもよい。この場合、小管の内部に整流路２２ａが形成されることに加えて、束内で隣接する小管同士の間（隙間の部分）にも別の整流路を形成することができる。

一実施形態では流通管１２を円筒形状としているが、流通管１２は角筒形状としてもよい。この場合、噴流変換部材２０や整流部材２２、分断部材２４の形状も流通管１２の形状に合わせて適宜に変更することができる。

〔産業上の利用例〕
図９は、微細気泡発生装置１０を水産業に利用した一形態例を示す概要図である。微細気泡発生装置１０は、例えば海老や魚介類等の水生生物の養殖設備に利用することができる。以下、具体的に説明する。

この養殖設備は、例えば陸上の土地を窪地状に造成して養殖用地１００とし、その全面を覆うようにポリマーシート１２０を敷設して構成されている。なお養殖用地１００は、土地を掘削して窪地形状に造成したものでもよいし、地上に盛り土等で囲いを設置し、その内側を窪地形状に造成したものでもよい。養殖用地１００の大きさ（面積、養殖池容積）は、これを造成する土地の実情や周辺環境に合わせて適宜に調整することができる。ここでは標準的な大きさとして養殖用地１００の面積を１０００ｍ^２程度とし、その深さを例えば２ｍ程度としている。

ポリマーシート１１２は、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）製の樹脂シート材であり、上記のように養殖用地１００の全面（底面及び周囲の斜面）を覆うだけの面積を有するものを使用する。なおポリマーシート１１２は、図示のように養殖用地１００の周囲にまで余裕を持って広がる程度の大きさを有するものでもよい。

また養殖用地１００は、その全面を覆うように敷設されたポリマーシート１２の上から水を張り、内部に貯水することで養殖池１４０を構築している。ここでは、養殖池１４０の好適な水深として例えば１．２ｍ〜１．５ｍ程度を想定している。この程度の水深であれば、海老（ブラックタイガー海老、車海老）のような水生生物の生育環境として好適する。なおポリマーシート１１２は、養殖池１４０の水圧や貯水質量を全て支持する必要はないことから、その厚さは０．５ｍｍ程度であればよい。

特に図示していないが、養殖池１４０内には、例えばパドル式エアレータを設置することができる。パドル式エアレータは、公知のように水車（パドル）を回転させて水面を攪拌し、養殖池１４０の水を曝気させたり、養殖池１４０内に水流を発生させたりすることができる。

本実施形態の微細気泡発生装置１０は、養殖池１４０の用水中に微細気泡を発生させ、水中の溶存酸素濃度を向上する用途に適している。水中用存酸素濃度の向上により、水中の環境を良好に維持し、水生生物の健全な育成に寄与することができる。微細気泡発生装置１０は、養殖池１４０の用水を強制的に循環させる過程でその水中に微細気泡を発生させることができる。

このため養殖池１４０には、強制的な水循環系を構成するため、例えば２系統の配管１２０，１２２が設置されている。これら配管１２０，１２２は、いずれも一端が養殖池１４０の水中（底部中央）に没する状態で敷設されている。また配管１２０，１２２には、それぞれ水中の開口端部にメッシュカバー１２４が装着されている。これらメッシュカバー１２４は、配管１２０，１２２内への水生生物の進入を防止するとともに、比較的大型のゴミ類（例えば木片、木枝等）の進入を防止する。

また養殖池１４０の近傍の陸上において、配管１２０，１２２にはそれぞれ吸込経路１２６、環流経路１２８が接続されている。また、これら吸込経路１２６、環流経路１２８と配管１２０，１２２との間には、それぞれ三方弁１３０が介挿して設置されている。そしてこれら三方弁１３０には、それぞれ分岐管路１３２，１３４が接続されている。さらに養殖池１４０の近傍には、陸上にポンプ１５２や吸込フィルタ（濾過器）１５４の設備が設けられている。

〔水循環系の構成〕
２系統の配管１２０，１２４のうち、一方の配管１２０には三方弁１３０を介して吸込経路１２６が接続されており、この吸込経路１２６には上記の吸込フィルタ１５４が接続されている。ポンプ１５２は吸込フィルタ１５４の下流位置にあって、吸込フィルタ１５４とは接続配管１６２を介して接続されている。

なお、図９に示される養殖池１４０では、その水底がポリマーシート１１２で形成されており、吸い上げられる水に土壌成分が混入してこないことから、吸込フィルタ１５４には布メッシュを用いることができる。またポンプ１５２には、例えばカスケードタイプの渦流ポンプを使用し、その吸込圧力は４０．７９ＭＰａ（４ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度の能力を有するものとする。またポンプ１５２には、例えば連成計（圧力計）１５８及び吸気用ニードル弁１６０が付属しており、オペレータは連成計１５８の指針を視認しながらニードル弁１６０の開度を調節することができる。ニードル弁１６０の開度を大きくすれば、それだけ圧送（吸引）される水中に多量の空気が混入し、逆に開度を小さくすれば、混入する空気の量が減少する。

ポンプ１５２の吐出側には、別の接続配管１６４を介して本実施形態の微細気泡発生装置１０が接続されている。また接続配管１６４には、ポンプ１５２の吐出圧を計測するための連成計１５８が付属している。なお、図９では微細気泡発生装置１０がシンボル的に簡略化して示されているが、その内部構造は上述したものを適用することができる。

微細気泡発生装置１０の出口側には上記の環流経路１２８が接続されており、その途中に吐出制御弁１６６が設置されている。吐出制御弁１６６は例えばボール弁であり、その開度に応じてポンプ１５２の吐出流量を調節することができる。

上述した養殖設備における水循環経路の運転は、例えば以下の２通りの要領で実施することができる。

〔第１運転要領〕
先ず２つある三方弁１３０を、それぞれ分岐管路１３２，１３４へ向かう流れを閉塞させた状態で運転する。この場合、図９中に黒塗りの矢印で示されるように、養殖池１４０内の水は一方の配管１２０を通じて吸い上げられ、三方弁１３０を介して吸込経路１２６に流入する。そして、吸い上げられた水は吸込フィルタ１５４を経てポンプ１５２に至り、その吐出後は微細気泡発生装置１０を経て環流経路１２８に流れる。そして水は、環流経路１２８から三方弁１３０を介して他方の配管１２２に流れ、養殖池１４０内にて吐出される（図９中の黒塗り矢印）。

〔第２運転要領〕
次に、２つある三方弁１３０を、それぞれ分岐管路１３２，１３４へ向かう流れを開放させた状態で運転する場合を想定する。この場合、２系統の配管１２０，１２２の内部は、それぞれ分岐配管１３２，１３４に対して開通された状態となる。そしてこの場合、図９中に白抜きの矢印で示されるように、養殖池１４０内の水は他方の配管１２２を通じて吸い上げられ、三方弁１３０を介して分岐配管１３４に至り（図９中の白抜き矢印）、そこから吸込経路１２６内に流入する。そして、吸い上げられた水は吸込フィルタ１５４を経てポンプ１５２に至り、その吐出後は微細気泡発生装置１０を経て環流経路１２８に流れる。そして水は、今度は環流経路１２８から三方弁１３０を介して分岐配管１３４に流れ込むと、そこから一方の配管１２０を通じて養殖池１４０内にて吐出される（図９中の白抜き矢印）。

上記のように、２通りの運転要領を適宜に切り換えることで、養殖池１４０内での水流方向（吸込方向、吐出方向）が常に固定化されなくなる。このため、養殖池１４０内の水を多様に循環させることができるし、吸込時にメッシュカバー１２４に付着した沈殿物を吐出時に洗い流して目詰まりを防止することができる。また、水流方向を入れ替えることで配管１２０，１２２内での詰まりをも良好に防止することができる。

特に、本実施形態の微細気泡発生装置１０を用いて養殖池１４０の用水を循環させることにより、その溶存酸素（ＤＯ）量を高め、養殖池１４０の溶存酸素濃度を容易に維持することができる。これにより、水生生物の成長を促進するとともに、陰イオンによる水中の滅菌作用をも向上することができる。

１０微細気泡発生装置
１２流通管
２０噴流変換部材
２０ａ小孔
２２整流部材
２２ａ整流路
２４分断部材

Claims

気体が混入された状態で圧送される液体の内部に多数の微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、
前記液体を内部で一方向に流通させる流通路と、
前記流通路内の上流位置に形成され、前記液体の流入に伴いその流れを噴流に変換する噴流変換区間と、
前記流通路内で前記噴流変換区間に隣接した下流位置に形成され、前記噴流変換区間を通過して噴流となった前記液体を一方向に案内してその流れを整流する整流区間と、
前記流通路内でさらに前記整流区間に隣接した下流位置に形成され、前記整流区間を経て整流された前記液体の流れを前記流通路の断面に沿う方向及びその流通方向の双方について分断する分断区間と
を備えた微細気泡発生装置。
気体が混入された状態で圧送される液体の内部に多数の微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、
前記液体を内部で一方向に流通させる流通管と、
前記流通管の入口に設置され、前記流通管の断面積よりも面積が小さい複数の小孔が分布して形成されることで、これら小孔を通じて前記液体が流入する際にその流れを噴流に変換する噴流変換部材と、
前記流通管内の前記噴流変換部材に隣接した下流位置に設置され、前記流通管の内部をその断面に沿う方向に区画しつつ流通方向に延びる複数の整流路が束状に形成されることで、前記噴流変換部材により噴流に変換された前記液体の流れを個々の前記整流路内で整流する整流部材と、
前記流通管内のさらに前記整流部材に隣接した下流位置に設置され、前記整流部材により整流された前記液体の流れを前記流通管の断面に沿う方向及びその流通方向の双方について分断するべく前記流通管の内部に多数のフィラメント状物を無作為の配列に充填して形成された分断部材と
を備えた微細気泡発生装置。
請求項２に記載の微細気泡発生装置において、
前記噴流変換部材は、
前記液体の流通方向に所定の厚みを有しており、
前記噴流変換部材に形成された小孔は、前記液体の流通方向でみて入口から出口に向かうほど開口面積が拡張されていることを特徴とする微細気泡発生装置。