JP4621796B1 - 旋回式微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水等の液体に空気等の気体を導入・溶解させて浄化等するための旋回式微細気泡発生装置であって、液体中へ微細気泡を拡散する形状と微細気泡の発生量を任意に制御可能な旋回式微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】円筒容器本体と、該円筒容器本体の一端側を円筒軸に沿って移動可能な湾曲円錐形状の内面を有する第一壁体で、他端側を微細気泡を含む噴出口を有する第二壁体で閉口し、第一壁体を貫通する形で円筒軸に沿って移動可能な気体導入管と、円筒容器本体の他端側寄り筒体円周面の一部に該円周の接線方向に開設された加圧液導入口と、該加圧液導入口を通じて加圧液を導入する加圧液導入管とを有し、該加圧液導入管は前記他端部に向けて傾斜を付けて取り付けてなる旋回式微細気泡発生装置であって、第一壁体の移動により微細気泡の液体中への拡散形態を制御し、気体導入管の移動により微細気泡の発生量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気、ガス等の気体を水、その他の液体等に効率的に溶解して、たとえば水質を浄化して水環境を蘇生するための微細気泡発生装置に関する。

液体中に放出された気体は気泡を形成するが、空気、酸素ガス等の気体を水等の液体に効率的に溶解させるためには、気泡を微細化することが有効であることが知られている。直径が極めて小さい、いわゆる微細気泡は、液体中での上昇速度が遅くなるため気体が液体と接触する時間が長くなり、また、気泡の微細化により単位気体量当たりの液体との接触面積が増大するため、気体の液中への溶解に有利となる。また、気相と液相の界面における界面張力により生じる加圧効果は、いわゆる「ヘンリーの法則」により気泡の大きさに反比例して高まるため、気泡が小さいほどかかる加圧効果による気体の液体中への溶解が促進されるからである。

液体中に微細気泡を発生させる技術としては、気体を多孔物質製のフィルターを通過させて微細気泡を発生させる細孔方式、加圧した液体中に気体を過飽和状態で溶解させた後に減圧して微細気泡を発生させる加圧減圧方式、超音波により液体中に圧力変動を生じさせることにより微細気泡を発生させる超音波方式、気液二相の流体中に渦流を発生させて気泡をせん断することにより微細気泡を発生させる気液せん断方式などが知られている。

上記の様々な微細気泡発生技術の中でも、気液せん断方式は、比較的簡易かつ小規模な装置により大量の微細気泡を安定的に生成可能であるため、たとえば特許第３３９７１５４号公報（特許文献１）や特開２００６−１１６３６５号公報（特許文献２）に記載の旋回式微細気泡発生装置が提案あるいは実用化されている。これらは、液体中に設置した円形（円筒形）の開放容器内において液体の高速渦流を発生させて、液流の遠心分離作用により渦流中心部に負圧の旋回空洞部を形成し、かかる旋回空洞部に外部から自吸された気体の気泡を旋回の位相による旋回速度差によってせん断（切断・粉砕）して微細化するものである。また、前記液体の高速渦流は、容器内に内周面に対して接線方向に設けた開口部から加圧液体を圧送して導入することにより発生させる。
特許第３３９７１５４号公報 特開２００６−１１６３６５号公報

ところで、旋回式微細気泡発生装置の代表的な用途として、水槽や池、湖沼、海洋などでの水中への酸素供給による水質改善が挙げられる。酸素溶存量の向上による水質改善のためには、水中への空気の微細気泡の拡散だけでなく、水底の泥や砂利に微細気泡を積極的に接触させて強制的に酸素を浸透させることがより有効であり、また、水底に沈滞し泥や砂利と混合しているゴミ等の汚染物質を微細気泡を含む水流の力によって巻き上げ、かつ微細気泡を付着させて浮力を与えることにより水面へと掬い上げたのちに回収除去することができればさらに抜本的な水質・水環境の改善効果が期待できる。ここで、装置の使用環境や設置条件に応じて微細気泡の拡散形状を制御できれば、作業効率を大幅に向上させることが可能となる。具体的には、たとえば、微細気泡を装置の導出口を中心として円盤状に拡散することができれば、装置を垂直にして導出口を水底に向けて設置した場合、一つの装置で微細気泡を送りこむことのできる水底の面積が著しく拡大し、少ない装置数で広範な面積を処理することが可能となって作業効率が大幅に向上する。また、装置から導出される微細気泡を特定の方向に偏向した形状に拡散できれば、装置を水底近くに水平に把持して移動させることにより、ホウキで水底を掃くが如く前記の汚染物質の掬い上げ作用を及ぼすことが可能となり、やはり作業効率を大幅に向上させることができる。これらは代表例であり、微細気泡の拡散形状の制御は、上記以外にも工業・農漁業をはじめとする様々な分野における旋回式微細気泡発生装置の応用において、その有効性を向上させ得るものである。また、装置による微細気泡の単位時間当たり発生量についても、装置設置の目的や設置環境、作業条件等に応じて自在に制御できることが好ましい。

しかしながら、従来の旋回式微細気泡発生装置は、導出される微細気泡、厳密には微細気泡を含む旋回気液混合液が装置外の液中へ拡散する際の形状が、原則として装置の導出口の形状により制約を受ける。すなわち、たとえば装置の導出口が開放形状である場合は、導出口付近の一点を頂点とする円錐形状又は漏斗状に拡散する形状となり、導出口が管状である場合は、旋回気液混合液の導出流速に応じて線状から円錐形状又は漏斗状に遷移して拡散する形状となる。装置内への液体の圧送導入の圧力を変化させることにより一定範囲で微細気泡の拡散形状をある程度制御することも可能ではあるが、前記圧力の変化は、装置内における液体の高速渦流の回転速度を変化させ、必然的に渦流内の負圧も変化させるため、必然的に装置が外部から自吸する気体量をも変動させることとなり、単位時間当たりの微細気泡発生量を一定に保ちつつその拡散形状を変化させることは困難であった。

また、従来の旋回式微細気泡発生装置においては、微細気泡の単位時間当たり発生量は装置が自吸する気体量によって定まり、当該気体量は装置に導入する単位時間当たりの加圧液体量により定まる。従って、微細気泡の発生量を制御するためには、加圧液体を圧送するポンプ等を駆動する動力の出力制御を必要となるが、発生させる微細気泡の適正量が小さい場合に動力の出力を下げ過ぎると装置内液体の渦流の回転速度が低下して適切な微細気泡が発生しにくくなるなど、自在に微細気泡の発生量を制御することは困難であった。

また、従来の旋回式微細気泡発生装置のうち、装置本体が液体中に広く開口し、微細気泡の発生点が装置を沈設した液体中に露出しているものについては、液体中の異物等が装置内に侵入し易く、侵入した異物が装置内部、とりわけ液体の高速渦流の衝突圧力が高くなる装置奥部の壁体周辺部分と摩擦を起こして部材の損耗を進めるため、装置の性能低下や故障の原因となるだけでなく、装置内における高速渦流で生じる負圧部分の圧力変動が生じさせる音響や、気液二相流体のせん断による微細気泡発生時のいわゆるキャビテーションノイズなどが装置外の液体中に直接的に伝播するため、少なからざる騒音を発生させるという問題もあった。長時間の連続運転に耐える耐久性を要求され、かつ、夜間も含めて生活環境内での使用も想定される旋回式微細気泡発生装置においては、かかる異物侵入や騒音の防止も問題であった。

さらに、従来の旋回式微細気泡発生装置には、装置内における液体渦流の回転を高速化するために、装置の内部空間の形状自体を円錐形あるいは漏斗状ないし徳利形状、ワインボトル形状としたものもあるが、装置の内部空間の形状を単純な円筒形とした場合に比べて、いずれも加工製作工程が煩雑となり、装置全体の製作コストが高くなるという問題もあった。旋回式微細気泡発生装置においては装置内の液体における高速渦流発生の円滑性と精度が重要となるため、特に小規模な水槽等で使用する小型の微細気泡発生装置を製作する場合には、部材加工の難易度も高くなり、これもコスト高の要因となっていた。

本願発明は、気体を自吸させるための気体導入口と加圧液体を圧送導入するための加圧液導入口を有する内面が円筒形の容器本体という、従来の旋回式微細気泡発生装置のうち最も単純かつ基本的な構成に、新たに独自の工夫や構成要素を付加すること等により、上記問題を解決可能な新たな旋回式微細気泡発生装置を提供するとともに、併せて、該新たな旋回式微細気泡発生装置を用いて、従来にはなかった新たな旋回式微細気泡発生方法を提供するものである。

すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
（１）一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、前記円筒形容器の他端側開口部から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
ここで、前記一端側の壁体の形状である湾曲円錐台形状とは、円錐台の側面が湾曲しつつ反転して円錐台の上面よりも低い位置まで立ち上がる形をなしているため、その断面は壁体の中心軸の両側になめらかな略Ｕ字状の溝を形成する形状をなすことをいう。なお、第一壁体（本体）３ａと第一壁体（湾曲ブロック部材）３ｂは図示説明の便宜上別々の部材として表示しているが、必ずしも独立した別個の部材である必要はなく、両者を一体化した単一の部材としてもよい。本願発明における「湾曲円錐台形状」の語の意は、上記説明によるものとする。
（２）一端側が壁体で閉口され、他端側が開口部全面を覆う壁体の中央部に円筒形の噴出口を設けた構成とした円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、さらに、前記噴出口から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
（３）前記気体導入口は、前記一端側の壁体の中心部を貫通し、かつ前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能な気体導入管から構成されることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の旋回式微細気泡発生装置。
（４）前記加圧液導入管は、前記加圧液導入口に、その軸線を前記円筒形容器本体の軸線に対し前記他端側方向に傾ける傾斜を付けて取り付けてなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の旋回式微細気泡発生装置。
（５）前記加圧液導入管を取り付ける傾斜角度は、前記円筒形容器本体の軸線に対し９０度未満４５度以上としたことを特徴とする前記（４）に記載の旋回式微細気泡発生装置。

（６）一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、前記円筒形容器の他端側開口部から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置を液体内に沈設し、
前記円筒形容器本体内を満たす液体中に前記加圧液導入管により前記加圧液導入口から加圧液を圧送導入することにより該液体中に前記円筒形容器本体の軸線を回転軸とする高速渦流を発生させる第１工程と、
前記回転軸沿いに生じる液体負圧によって前記気体導入口より自吸された気体により前記円筒形容器本体内の液体中の前記回転軸沿いに前記他端側に向かって先細り形状となる渦管状の気体部を形成する第２工程と、
前記渦管状の気体部の先端において生じる液体との旋回速度差により、渦管状の気体部をその先端部の一点に形成される微細気泡発生点において強制的かつ連続的に切断して細かく粉砕することにより微細気泡を発生させて前記他端開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出する第３工程とからなり、
前記一端側の壁体を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記旋回気液混合液の拡散形状を制御することを特徴とする旋回式微細気泡発生方法。
（７）一端側が壁体で閉口され、他端側が開口部全面を覆う壁体の中央部に円筒形の噴出口を設けた構成とした円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、さらに、前記噴出口から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置を液体内に沈設し、
前記円筒形容器本体内を満たす液体中に前記加圧液導入管により前記加圧液導入口から加圧液を圧送導入することにより該液体中に前記円筒形容器本体の軸線を回転軸とする高速渦流を発生させる第１工程と、
前記回転軸沿いに生じる液体負圧によって前記気体導入口より自吸された気体により前記円筒形容器本体内の液体中の前記回転軸沿いに前記他端側に向かって先細り形状となる渦管状の気体部を形成する第２工程と、
前記渦管状の気体部の先端において生じる液体との旋回速度差により、渦管状の気体部をその先端部の一点に形成される微細気泡発生点において強制的かつ連続的に切断して細かく粉砕することにより微細気泡を発生させて前記他端開口部から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出する第３工程とからなり、
前記一端側の壁体を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記旋回気液混合液の拡散形状を制御することを特徴とする旋回式微細気泡発生方法。
（８）前記気体導入口は、前記一端側の壁体の中心部を貫通し、かつ前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能な気体導入管から構成され、該気体導入管を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記微細気泡発生点における微細気泡の発生量を制御することを特徴とする前記（７）又は（８）に記載の旋回式微細気泡発生方法。
（９）前記加圧液導入管は、前記加圧液導入口に、その軸線を前記円筒形容器本体の軸線に対し前記他端側方向に傾ける傾斜を付けて取り付けてなることを特徴とする前記（６）〜（８）のいずれかに記載の旋回式微細気泡発生方法。
（１０）前記加圧液導入管を取り付ける傾斜角度は、前記円筒形容器本体の軸線に対し９０度未満４５度以上としたことを特徴とする前記（９）に記載の旋回式微細気泡発生方法。

前記（１）の旋回式微細気泡発生装置によれば、円筒形容器本体の一端側を閉口する壁体が他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であるから、円筒形容器本体の一端側の筒体内壁面と前記壁体の表面の接合部分が滑らかに連続湾曲面を形成する。これにより、前記接合部分が鋭角の不連続面を形成する従来の旋回式微細気泡発生装置に比べて、該接合部分における流体抵抗が減じる効果が得られ、かつ、液体の流れも円滑化するため、円筒形容器本体内に発生させた液体渦流の回転をより高速化でき、装置のエネルギー効率向上の効果を奏する。逆に言えば、円筒形容器本体内に外部から液体を加圧導入するに当り、より小さい圧力でも同等の液体過流の回転数を得られることとなり、結果的に加圧ポンプの小型化や消費電力の低減といった効果を奏する。一方、壁体自体を円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能としたことで、円筒形容器本体内における壁体の位置を適宜に変更することにより、外部から加圧導入する単位時間当たり液体量を固定したままで、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液が装置外の液中に拡散する際の形状を円錐形状又は漏斗状から円盤状へと任意に遷移させたり、特定の方向に偏向した形状に拡散させる等の制御が可能となり、単一の装置を用いてその用途や設置環境・設置条件に応じた複数の活用方法を可能とする効果を奏する。さらに、前後移動可能な壁体を円筒形容器本体から取り外せば、円筒形容器の内壁や壁体の湾曲円錐台表面を容易に清掃することも可能である。

前記（２）の旋回式微細気泡発生装置によれば、円筒形容器本端の他端側が、開口部全面を覆う液体の中央部に円筒形の噴出口を設けた構成とされるため、開口部が液体中に開放露出されない。そのため、装置が沈設された液体中の異物等が装置内に進入しにくくなり、該異物等が装置内部、とりわけ液体の高速過流の衝突圧力が高くなる装置奥部の壁体周辺部分と摩擦を起こして部材の損耗を進めることを防ぐことができる。結果的に、装置の性能低下や故障の発生を抑制することができ、装置の寿命を延長する効果を奏する。さらに、運転中の装置内における高速過流で生じる負圧部分の圧力変動が生じさせる音響や、気液二相流体のせん断による微細気泡発生時のいわゆるキャビテーションノイズなどを装置外の液体中に直接伝播させないため、それらの騒音を軽減できるという効果を奏し、装置を夜間を含めた生活環境内での使用に適したものとすることができる。

前記（３）の旋回式微細気泡発生装置によれば、前記気体導入口は、前記一端側の壁体の中心部を貫通し、かつ前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能な気体導入管から構成したことで、前記壁体に開設された気体導入口は該気体導入管の先端となり、該気体導入管を適宜前後移動させることにより、気体導入口の位置を前記円筒形容器内において任意の位置に移動させることが可能となる。発明者による前記（３）の旋回式微細気泡発生装置の試作機を用いた実験では、前記壁体の位置を固定させ、かつ、装置内への液体の圧送導入の圧力を固定して装置内の液体の高速過流の回転速度も固定して、前記気体導入管の位置、すなわち気体導入口の前記円筒形容器本体内での位置のみを前後させた場合、前記気体導入管の前記円筒形容器本体内への突出長さを増やすほど、すなわち、気体導入口の位置を前記他端側に移動させるほど、微細気泡の発生点における気泡発生量が減少し、逆に、前記気体導入管の突出長さを最少とした場合、すなわち、気体導入口の位置を前記壁体の湾曲円錐台形状の頂点部表面と一致させた場合に、微細気泡の発生点における気泡発生量が最大となることが観測された。すなわち、前記（３）の旋回式微細気泡発生装置によれば、他の可動部分を固定し、装置内への液体の圧送導入の圧力も一定に保ったままで、前記気体導入管のみを適宜に前後移動させることにより、装置が生成する微細気泡の発生量を自在に制御することができるという効果を奏する。これにより、前記（３）の旋回式微細気泡発生装置は、微細気泡の発生量を制御するために、加圧液体を圧送するポンプ等を駆動する動力の出力を制御する必要がなくなり、装置の運転制御をより容易とならしめることができる。さらに、前記壁体の位置を移動可能としたことと相まって、壁体の位置を任意に移動させて使用者の希望する拡散形状で微細気泡を発生させたまま微細気泡の発生量のみを自在に変化させたり、逆に、単に時間当たりの微細気泡発生量を一定に保ちつつ、その拡散形状のみを自在に変化させることも可能となるため、装置の使用目的や装置の設置条件、設置環境に応じて柔軟かつ多様な装置の運用形態を実現することができるという効果を奏する。

前記（４）の旋回式微細気泡発生装置によれば、前記加圧液導入管は、前記加圧液導入口に、その軸線を前記円筒形容器本体の軸線に対し前記他端側方向に傾ける傾斜を付けて取り付けてなるため、前記円筒形容器本体の前記他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口を通じて容器本体内に加圧液を圧送導入する際に、圧送導入された加圧液流は容器本体内の前記一端側の壁体方向に偏向して圧送導入される。前記加圧液導入口の開設位置から見て容器本体内の奥部である一端側は前記壁体により閉口されて行き止まりになっているため、かかる加圧液流の偏向により、加圧液が容器本体の軸線に対して垂直（９０度）の方向に圧送導入される従来の旋回式微細気泡発生装置に比べて、容器本体内奥部における液体の衝突圧力がさらに増加する。そのため、容器本体内に発生する液体の高速過流の回転数もさらに増加し、高速過流で生じる負圧部分の負圧もさらに増加する。結果的に、前記加圧液導入管の取り付け角度を傾斜させることにより、従来の旋回式微細気泡発生装置に比べて、同じ加圧液の圧送導入の圧力でもより高回転数の高速過流を得られることになり、言い換えれば、所定の高速過流の回転数を得るために必要な圧送導入の圧力はより小さくできる。これにより、装置自体のエネルギー効率を向上させ、あるいは単位投入エネルギー当りの微細気泡発生効率を向上させることができるという効果を奏する。

また、発明者の実験結果によれば、前記加圧液導入管の取り付け角度は、容器本体の軸線に対して垂直すなわち９０度から４５度までの幅で傾斜を減らすほど高速過流の回転数をより高めることができるが、傾斜が４５度を下回ると、逆に高速過流の回転数が低下し、さらには適切な高速過流を発生できなくなることが確認されている。そのため、（５）の旋回式微細気泡発生装置は、前記取り付け角度を、容器本体の軸線に対し９０度未満４５度以上の範囲に限定したものであり、特に７０度から５５度程度の範囲が望ましい。

一方、前記（６）乃至（１０）の旋回式微細気泡発生方法は、前記（１）乃至（５）の旋回式微細気泡発生装置のそれぞれの構成要件の可動部分を、装置の使用目的、設置条件、設置環境に応じて適切な位置に設定することにより、前記使用目的に適った効果を奏するための方法である。

前記（６）の旋回式微細気泡発生方法は、前記（１）の旋回式微細気泡発生装置を液体内に沈設し、前記円筒形容器本体内を満たす液体中に前記加圧液導入管により前記加圧液導入口から加圧液を圧送導入することにより該液体中に前記円筒形容器本体の軸線を回転軸とする高速渦流を発生させる第１工程と、
前記回転軸沿いに生じる液体負圧によって前記気体導入口より自吸された気体により前記円筒形容器本体内の液体中の前記回転軸沿いに前記他端側に向かって先細り形状となる渦管状の気体部を形成する第２工程と、
前記渦管状の気体部の先端において生じる液体との旋回速度差により、強制的に渦管状の気体部をその先端部の一点に形成される微細気泡発生点において強制的かつ連続的に切断して細かく粉砕することにより微細気泡を発生させて前記他端開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出する第３工程によって、
前記一端側の壁体を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記旋回気液混合液の拡散形状を制御するものである。

発明者による前記（１）の旋回式微細気泡発生装置を用いた実験によれば、前記壁体を容器本体の前記一端側（容器の奥部側）に最も近づけた位置に固定して装置を運転した場合、前記負圧空洞部は容器本体の軸線に沿って高さの高い（細長い）円錐形状に発生し、該円錐形の先端に位置する前記微細気泡発生点は、容器本体の前記他端側を超えて装置外部の液体中に発生することが確認されている。また、この場合、装置外の微細気泡発生点を起点として発生する微細気泡を含む旋回気液混合液の拡散形状は、単なる円錐形状又は漏斗状ではなく、前記軸線上の前記微細気泡発生点から一定距離離れた地点に第二の焦点を形成したのちに該第二焦点を起点として円錐形状又は漏斗状に拡散する二重旋回過流を形成し、単純な円錐形状又は漏斗状の拡散形状に比べて、微細気泡の拡散が収束されて特定方向へ指向性が高まることが確認された。

次に、前記実験によれば、前記壁体を、逆に容器本体の前記他端側（容器の開放部側）に近づけた位置に固定して装置を運転した場合、前記負圧空洞部は容器本体の軸線に沿って高さの低い（扁平状の）円錐形状に発生し、該円錐形の先端に位置する前記微細気泡発生点は、容器本体の他端側中央部付近に発生することが確認されている。また、この場合、該微細気泡発生点を起点として発生する微細気泡の形状は、円錐形状又は漏斗状ではなく、前記微細気泡発生点を中心に高さの極端に低い円錐形状に拡散する円盤形状を形成することが確認された。

さらに、前記実験によれば、前記壁体を、容器本体の中間地点において固定した場合、前記負圧空洞部は容器本体の軸線に沿って円錐形状に発生し、該円錐形の先端に位置する前記微細気泡発生点は、容器本体の他端側中央部付近に発生するが、前記中間地点の所定の位置において固定した場合のみ、前記微細気泡発生点から拡散して導出される微細気泡が、容器に前記加圧液導入口を開設した側（たとえば容器上面）とは反対側（たとえば容器下面）に向けて偏向し、かつ上下方向に扁平した円錐形状又は漏斗状に拡散することが確認された。

なお、前記のような、微細気泡の拡散形状の変化は、壁体の容器本体内における固定位置を変えることにより連続的に遷移して発生するが、該固定位置と拡散形状変化の遷移点との関係は、旋回式微細気泡発生装置自体の大きさ、及び装置へ加圧液体を圧送導入する際の圧力により変化する。

上記の通り、前記（６）の旋回式微細気泡発生方法によれば、旋回式微細気泡発生装置を構成する前記壁体の位置を連続的に変化させることにより、装置への加圧液体の圧送導入の圧力を一定に保ったままで、装置が発生する微細気泡の拡散形状を、従来の円錐形状又は漏斗状だけでなく、二重旋回過流形状、円盤形状、上下方向に扁平した円錐形状又は漏斗状へと異なる形状に自在に遷移させることが可能となる。これにより、たとえば、単に装置を設置した液体中に微細気泡を拡散させたい場合には、単純な円錐形又は漏斗状の拡散形状の微細気泡を発生させれば良いし、装置の設置場所の形状や障害物の存在等の制約により、装置から導出する微細気泡の拡散を抑制して指向性を高めたい場合には、二重旋回過流形状の微細気泡を発生させれば良い。

具体的には、水槽や池、湖沼、海洋などの水質改善のために広範囲の水底の泥や砂利になるべく均等に微細気泡を積極的に接触させて強制的に酸素を浸透させたい場合には、装置自体を前記他端部（微細気泡導出側）を水底に向けた垂直方向に向けて水底に近接させて設置し、円盤形状の拡散形状に微細気泡を発生させれば作業効率が大幅に向上する。さらに、水底に沈滞した泥や砂利と混合しているゴミ等の汚染物質を微細気泡を含む水流の力によって巻き上げ、かつ微細気泡を付着させて浮力を与えることにより水面への掬い上げたのちに回収除去したい場合には、装置を水平方向に把持して水底に近接した位置を保ちつつ移動させ、上下方向に扁平した円錐形状又は漏斗状の拡散形状に微細気泡を発生させれば、ホウキで水底を掃くが如く前記の汚染物質の掬い上げ作用を及ぼすことができ、やはり作業効率が大幅に向上する。

さらに、前記の二重旋回過流形状の微細気泡を発生させた場合は、次のような効果も奏する。すなわち、本発明に係る旋回式微細気泡発生装置は、必ずしも液体中に沈設せず空気中においても運転可能であるが、装置を下方に向け液面直上の空中に垂直方向に把持し、微細気泡を含む旋回気液混合液の導出口を液面に近接させて設置した場合において、導出口と液面の距離を適切に設定することにより、導出口から空気中に噴射された旋回気液混合液は、一旦空気中で円錐形状又は漏斗状に拡散して液面に衝突したのち、液面直下に生じる前記第二焦点に向けて収束しつつ、再び液体中を下方に向けて円錐形状又は漏斗状に拡散する。もちろん、液面への衝突の際に旋回気液混合液の回転エネルギーは減衰されるが、二重旋回過流形状の旋回気液混合液は単なる円錐形状又は漏斗状に拡散する旋回気液混合液よりも指向性が高いため、なお液面下において垂直下方向（水底方向）への運動量をある程度維持したまま微細気泡を液体中に拡散させる効果を有することを確認している。

かかる効果により、装置から噴射されて拡散しつつ液面に衝突した旋回気液混合液は、液面上に浮遊するゴミ等の不純物をその衝突時の衝撃力により衝突円周面の外側へと放射状に拡散させつつ、液面化においては水底方向へと微細気泡を拡散させる。このため、液面上に浮遊する不純物を拡散させて除去し易くすると同時に、液体中深くに微細気泡を拡散させて気体の液体中への溶解を促進させるという二つの効果を奏する。

以上の通り、前記（６）の旋回式微細気泡発生方法によれば、旋回式微細気泡発生装置を構成する前記壁体の位置を連続的に変化させることにより、単一の装置を用いて、装置の使用目的、設置条件、設置環境に応じた使用方法を実現できるという効果を奏する。

次に、前記（７）の旋回式微細気泡発生方法は、一端側が壁体で閉口され、他端側が開口部全面を覆う壁体の中央部に円筒形の噴出口を設けた構成とした円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、さらに、前記噴出口から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置を液体内に沈設し、
前記円筒形容器本体内を満たす液体中に前記加圧液導入管により前記加圧液導入口から加圧液を圧送導入することにより該液体中に前記円筒形容器本体の軸線を回転軸とする高速渦流を発生させる第１工程と、
前記回転軸沿いに生じる液体負圧によって前記気体導入口より自吸された気体により前記円筒形容器本体内の液体中の前記回転軸沿いに前記他端側に向かって先細り形状となる渦管状の気体部を形成する第２工程と、
前記渦管状の気体部の先端において生じる液体との旋回速度差により、渦管状の気体部をその先端部の一点に形成される微細気泡発生点において強制的かつ連続的に切断して細かく粉砕することにより微細気泡を発生させて前記他端開口部から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出する第３工程とからなり、
前記一端側の壁体を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記旋回気液混合液の拡散形状を制御するものである。

前記（７）の旋回式微細気泡発生方法によれば、前記円筒形容器本体の他端側が開口部全面を覆う壁体の中央部に円筒形の噴出口を設けた構成としてなり、装置本体が設置場所の液体中に広く開口していない。そのため、液体中の異物等が装置内に進入しにくく、侵入した異物等が装置内部の部材と摩擦を起こしてその損耗を進めて装置の性能低下や故障を引き起こす可能性を抑制できる。また、装置内における液体の高速過流に伴い発生する音響やいわゆるキャビテーションノイズが直接装置外の液体中に伝播することも抑制できる。そのため、結果的に装置の寿命を延長し、騒音を抑制するという効果を奏する。

次に、前記（８）の旋回式微細気泡発生方法は、前記気体導入口は、前記一端側の壁体の中心部を貫通し、かつ前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能な気体導入管から構成され、該気体導入管を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記微細気泡発生点における微細気泡の発生量を制御するものである。

前記（８）の旋回式微細気泡発生方法によれば、前記気体導入管以外の装置の可動部分を固定し、装置内への液体の圧送導入の圧力も一定に保ったままで、前記気体導入管のみを適宜に前後移動させることにより、装置が生成する微細気泡の発生量を自在に制御することができるという効果を奏する。これにより、微細気泡の発生量を制御するために、加圧液体を圧送するポンプ等を駆動する動力の出力を制御する必要がなく、装置の運転制御をより容易とならしめることができる。さらに、前記壁体の位置を移動可能としたことと相まって、壁体の位置を任意に移動させて使用者の希望する拡散形状で微細気泡を発生させたまま微細気泡の発生量のみを自在に変化させたり、逆に、単に時間当たりの微細気泡発生量を一定に保ちつつ、その拡散形状のみを自在に変化させることも可能となるため、装置の使用目的や装置の設置条件、設置環境に応じて柔軟かつ多様な装置の運用形態を実現することができるという効果を奏する。

次に、前記（９）の旋回式微細気泡発生方法は、前記加圧液導入口に、その軸線を前記円筒形容器本体の軸線に対し前記他端側方向に傾ける傾斜を付けて取り付けてなるため、前記円筒形容器本体の前記他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口を通じて容器本体内に加圧液を圧送導入する際に、圧送導入された加圧液流は容器本体内の前記一端側の壁体方向に偏向して圧送導入される。前記加圧液導入口の開設位置から見て容器本体内の奥部である一端側は前記壁体により閉口されて行き止まりになっているため、かかる加圧液流の偏向により、加圧液が容器本体の軸線に対して垂直（９０度）の方向に圧送導入される従来の旋回式微細気泡発生装置に比べて、容器本体内奥部における液体の衝突圧力がさらに増加する。そのため、容器本体内に発生する液体の高速過流の回転数もさらに増加し、高速過流で生じる負圧部分の負圧もさらに増加する。

結果的に、前記（９）の旋回式微細気泡発生方法によれば、前記加圧液導入管の取り付け角度を傾斜させることにより、従来の旋回式微細気泡発生装置に比べて、同じ加圧液の圧送導入の圧力でもより高回転数の高速過流を得られることになり、言い換えれば、所定の高速過流の回転数を得るために必要な圧送導入の圧力はより小さくできる。これにより、装置自体のエネルギー効率を向上させ、あるいは単位投入エネルギー当りの微細気泡発生効率を向上させることができるという効果を奏する。

最後に、前記（１０）の旋回式微細気泡発生方法は、前記加圧液導入管の取り付け角度を、容器本体の軸線に対し９０度未満４５度以上の範囲に限定して傾斜を減らすほど高速過流の回転数をより高めることができるため、装置自体のエネルギー効率を向上させ、あるいは単位投入エネルギー当りの微細気泡発生効率を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は、本発明の一つの実施形態に係る旋回式微細気泡発生装置１（以下、「本装置」と記す。）の基本構成を示すものである。本装置は、円筒形容器本体２の一端側（図面左側）が第一壁体３で閉口され、他端側（図面右側）は中央部に微細気泡を含む旋回気液混合液が導出される円筒形の噴出口８を有する第二壁体７により閉口されている。前記円筒形容器本体２の上部他端側寄りの筒体円周面の一部にはその円周の接線方向に加圧液導入口５が穿たれ、筒体外面には該加圧液導入口５を通じて加圧液を円筒形容器本体２の内部に導入する加圧液導入管６が前記他端側に向けて傾斜Ｒを付けて取り付けられている。前記第一壁体３は中央部に前記一端側に向けて突出する円筒状の気体導入口３ｃを有する円盤状部材３ａと前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状の湾曲ブロック部材３ｂが接合されて構成され、さらに、先端がノズル形状に形成された気体導入管４が前記両部材３ａ、３ｂ及び前記気体導入口３ｃを貫通し、前記先端が前記円筒形容器本体２の内部に突出している。

なお、前記加圧液導入管６を前記円筒形容器本体２に取り付ける傾斜Ｒは９０度未満、４５度以上でることが望ましく、特に７０〜５５度が望ましい。また、前記第一壁体３は前記円筒形容器本体２の内面に密着した状態で円筒形容器本体２の中心軸線に沿って前後移動可能とし、かつ、前記気体導入管４もまた、前記第一壁体３に設けた貫通孔の内面に密着した状態で前記軸線に沿って前後移動可能な構成としている。前記第一壁体３を移動させる機構としては、たとえば前記円筒形容器本体２の内面と前記第一壁体３の円筒状側面の双方に対応するネジ山を設けて両部材を螺合させ、前記円筒形容器本体２を固定して前記第一壁体３を回転させることにより位置決めを行う。また、前記気体導入管４を移動させる機構も同様とする。ただし、ネジ山を設けて螺合させる移動機構は一例であり、前記円筒形容器本体２内の高圧の液体が各部材の隙間から漏出することを防ぎつつ、容易に各部材の微細な位置決めが可能な機構であれば良く、これに限定されるものではない。

本装置には、前記加圧液導入管６と液体を加圧して装置へと圧送導入するための加圧ポンプ（図示せず）とを加圧液の圧力に耐え得る強度を有する加圧液用ホースで接続する。また、加圧ポンプの給水口には当然該加圧ポンプへの給水用ホースを取り付け、該ホースの他端は、通常は本装置を沈設する液体中に開口させて、液体中→加圧ポンプ→本装置→液体中と液体を循環させる。また、前記気体導入管４には本装置が外気を自吸するための気体用ホース（図示せず）を接続し、前記気体用ホースの他端は、本装置の運転中は常に外気中に開放されるように設置する。前記加圧ポンプは本装置の大きさや用途、本装置の使用目的に応じて適切な圧送能力を有するものを使用する。たとえば、観賞魚用の水槽内で使用する程度の超小型の装置の場合は通常の水槽用電動ポンプでよく、一方、池や湖沼あるいは海洋の水質改善用の大型の装置の場合は原動機で駆動する高圧ポンプを使用するのが適切である。

次に、本装置の運転時における微細気泡発成のプロセスについて、前記第一壁体３及び前記気体導入管４の位置による微細気泡発生の変化と合わせて説明する。図２では、本装置の前記第一壁体３を前記円筒形容器２の最も一端寄りに固定した場合を示している。本装置は、原則として装置全体を液体中に沈めて固定し装置内を液体で満たして運転する。まず、前記加圧ポンプから圧送された加圧液は、前記加圧液導入管６を通じて加圧液導入口５から本装置内に導入され、これによりその内部に旋回流１０が生成され、円筒形容器本体２の軸線上に負圧部分が形成される。この負圧によって前記気体導入口３ｃから気体が吸い込まれ、圧力が最も低い管軸上を気体が通過することによって、細長い糸状の旋回気体渦管部１１が形成される。この際、円筒形容器本体２の内部では、この旋回に伴って液体と気体の比重差から、液体には遠心力、気体には向心力が同時に働くので、気体は液体から分離されて気体導入管４の先端から前記噴出口８まで糸状の旋回気体渦管部１１となって伸び、その後旋回液とともに装置外の液体中に噴出される。その際、装置外の静液によりその旋回が急激に弱められるため、その前後で急激な旋回速度差が発生する。この旋回速度差により前記旋回気体渦管部１１は微細気泡発生点１２において連続的に安定して切断され、その結果として大量の微細気泡が発生して、装置外の液体中に拡散放出される。

ここで、本装置では、円筒形容器本体２の一端側を閉口する第一壁体３が他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であるから、円筒容器本体２の一端側の筒体内壁面と前記第一壁体の表面が構成する接合部分が滑らかな連続湾曲面を形成しており、これにより、該接合部分における流体抵抗を減じる効果が得られ、かつ、旋回する液体の流れも円滑化するため、液体を圧送導入する圧力が同じであれば、液体過流の回転がより高速化される。

また、本装置では、前記加圧液導入管が傾斜Rを付けて取り付けられているため、本装置に圧送導入された加圧液流は容器本体内の前記第一壁体３の方向に向けて偏向して圧送導入される。かかる加圧液流の偏向により、容器本体内奥部における液体の衝突圧力がさらに増加するため、装置内に発生する液体の高速過流の回転数はさらに増加し、高速過流で生じる前記負圧部分の負圧もさらに増加して、装置が単位時間内に自吸する気体量も増加する。これにより、結果的に装置が単位時間内に発生する微細気泡の総量も増大するのである。

図２は、前記第一壁体３を、前記円筒形容器本体２の最も一端側（左側）に寄せて固定した状態で本装置を運転した場合の状況を示すが、この場合は、前記噴出口８の出口付近において微細気泡発生点１２が発生し、これを起点として本装置外の液体中に向けて円錐形状又は漏斗状に微細気泡を含む旋回気液混合液が噴出し、微細気泡も同形状に液体中に拡散する。

また、図２の状態において前記気体導入管４のみを移動させた場合、気体導入管４を前記円筒形容器本体２内に突出させる長さを長くするほど、気体導入管４の先端から噴出した気体が容器内の旋回流１０によって回転加速される距離が短くなり、容器内に生成される前記旋回気体渦管部の長さも短くなる。そのため、そこで生じる負圧が小さくなり、結果的に装置が自吸する気体量が減少するので、発生する微細気泡の量は減少する。逆に気体導入管４の突出長さを最少にした場合には、発生する微細気泡の量は最大となる。すなわち、本装置では、気体導入管４を前後移動させるだけで、他の運転条件を一定に保ったまま、任意に微細気泡の発生量を制御できるのである。

図３は、同じ実施形態の本装置の前記第一壁体３を他端側の前記第二壁体７の方向に前進させて固定した状態で運転した場合の状況を示す。（なお、前記気体導入管４は微細気泡の発生量が最大となる位置に固定している。）この場合、前記円筒容器本体２内に発生する加圧液の旋回流１０は図２の状態に比べて筒体軸方向に圧縮されるとともに、前記加圧液導入口５から圧送導入された加圧液の筒体内における下向きの運動エネルギーが図２の状態に比べてより強く前記旋回流１０に及ぼされるため、前記加圧液導入口５直下で下方向への圧力が強い液体の乱流が生じ、装置から噴出する旋回気液混合液１３は前記噴出口８を起点に装置下方（液体底面方向）に偏向し、かつ上下方向に扁平した円錐形状又は漏斗状に拡散する。なお、発明者が、円筒形容器本体２の内径が７ｍｍ、第一壁体３を最も後退させた場合（図２の場合）の湾曲円錐台の最奥部表面から前記噴出口８の先端までの長さ（以下、「Ｌ」と記す。）が５０ｍｍ、前記加圧液導入管６の傾斜角６０度の小型装置を用いた実験を行ったところ、第一壁体３を徐々に前進させてＬが３０ｍｍ前後となった時点で、それまで単純な円錐形状又は漏斗状に拡散していた旋回気液混合液の拡散形状１３が上述の通り装置下方に向けて偏向したものへと遷移した。

図４は、同じ条件で、前記第一壁体３をさらに前進させ、前記Ｌが２５ｍｍ前後となった時点での本装置の状態を示す図である。この場合、前記円筒容器本体２内に発生する加圧液の旋回流１０は図３の状態に比べてさらに筒体軸方向に圧縮され、装置内の加圧液の旋回流１０の回転速度もさらに加速される。しかし、前記第二壁体７の位置及び噴出口８の口径は固定されているため、装置内の液体の圧力が上昇し、図３の場合に働いた圧送導入されたばかりの加圧液の下方向への運動エネルギーの影響が相対的に低下する。そのため、噴出口８から噴出する旋回気液混合液の拡散における下方向への偏向は打ち消されるとともに、旋回流１０の回転速度がより高速化して遠心力が高まるため、噴出した旋回気液混合液は噴出口８を通過してすぐに上下方向に急速に拡散し、結果的に噴出した旋回気液混合液は円盤形状に拡散するようになる。前記の条件による発明者の実験では、前述の通り第一壁体３を図３の状態からさらに前進させてＬが２５ｍｍ前後となった時点で、旋回気液混合液の拡散形状１３が円盤形状へと遷移した。

図５は、同じ条件で、前記第一壁体３をさらに前進させ、前記Ｌが１５ｍｍ前後となった時点での本装置の状態を示す図である。この場合、前記加圧液導入口５と前記壁体３とが極めて近接した状態となり、前記円筒容器本体２内で加圧液が旋回流１０を生じる空間も最小となる。そのため、前述の旋回流１０の回転速度も最大となる一方、前記加圧液導入口５から傾斜角を与えられて圧送導入された加圧液は直ちに壁体３に衝突し、旋回しつつその湾曲面に沿って反転して噴出口８に向かう。そのため、旋回気液混合液は噴出口８から装置外の液体中に出た段階で静液の抵抗により回転速度を減殺されても、なお大きな旋回力を有するから、液体中で再度焦点を結び、その拡散形状は二重旋回過流形状を呈する。前記の条件による発明者の実験では、前述の通り第一壁体３を図４の状態からさらに前進させてＬが１５ｍｍ前後となった時点で、旋回気液混合液の拡散形状１３が二十旋回過流形状へと遷移した。

以上の通り、本装置は、第一壁体３を筒体軸線に沿って移動させることにより、他の条件を固定したままで、噴出する旋回気液混合液の拡散形状１３を漸次遷移させることが可能であるが、上記に示す第一壁体３の位置を示す長さＬの値は、上記の条件を有する発明者の試作品による実験値であり、本装置の大きさや全体又は部分の形状、加圧ポンプによる加圧液の圧送導入量、その他の条件により変化するのであり、必ずしも上記の値に限定されるものではない。

図６乃至９は、本装置を用いて第一壁体３の位置を適宜変更することにより、様々な目的・用途に使用する方法を示すものである。図６は、本装置の基本的な使用方法を示すもので、第一壁体３を最も後退させた（すなわち、Ｌの値を最大値とした）設定とした場合を示している。この場合、液体中には単純な円錐形状又は漏斗状の拡散形状の微細気泡が発生し、気体を効率良く液体中に溶解させることができる。

図７は、第一壁体３を図６の場合よりも前進させて（すなわち、Ｌの値を減少させて）微細気泡を装置下方に向けて偏向し、かつ扁平状の円錐形状又は漏斗状に噴出させる設定とした場合を示している。この場合、本装置を液底面に近い位置に把持しながら徐々に水平方向に移動させることにより、微細気泡を含む旋回気液混合液が液底の泥・砂利等、汚染物質が混在した堆積物をその拡散圧力により掘り返して、微細気泡の付着による浮力と相まって液面へと掬い上げ、かつ、液底の堆積物や液体中に気体の溶解を促進させることができる。

図８は、第一壁体３を図７の場合よりもさらに前進させて（すなわち、Ｌの値をさらに減少させて）微細気泡を円盤形状に拡散しつつ噴出させる設定とした場合を示している。この場合、本装置を噴出口８を下方に向けて垂直に把持し、噴出口８を液底面に近接させて運転することにより、液底面の広い範囲に微細気泡を含む旋回気液混合液を拡散しつつ噴射することができ、たとえば、貧酸素状態の泥・砂利等が堆積して水質も不良な水槽や池、湖沼、海洋において、広い範囲の水底に酸素を強制的に供給しつつ、水中にも酸素の溶解を促進させることができる。

図９は、第一壁体３を最も前進させて（すなわち、Ｌの値を極小化して）微細気泡を含む気液混合液を二重旋回過流形状に拡散噴射させる設定とした場合を示している。この場合、やはり本装置を噴出口８を下方に向けて液面直上の空中に垂直に把持し、二重旋回過流形状の一重目の拡散面が液面に衝突する状態で運転することにより、液面上に浮遊する汚染物質等を液面上で拡散させつつ、同時に液体中にも円錐形状又は漏斗状の微細気泡を効率よく拡散させることができる。たとえば、ゴミ等が大量に浮遊する貯水池等の水面直上に本装置をかかる状態で把持して運転することにより、ゴミ等を池岸に吹き寄せて回収し易くすると同時に、水中にも酸素の溶解を促進させることができる。なお、図９に示す通り、Lの値を極小化して液体を空気中に二重旋回過流形状に拡散噴射させる場合、微細気泡発生点は噴出口を出た直後の空気中に発生するため、前記気体導入管を閉鎖して装置内への外気の自吸を止めても、液体自体が空気中で旋回過流を開始する際に空気を過流内に巻き込み、微細気泡を発生させることが確認されている。

以上、本発明に係る旋回式微細気泡発生装置及び該装置を用いた微細気泡発生方法について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の技術的思想の範囲内において改良又は変更が可能であり、それらは本発明の技術的範囲に属する。

従来の旋回式微細気泡発生装置の構造を示す装置軸線に沿った縦断面図及び装置の横断面図である。 本発明の一実施例に係る旋回式微細気泡発生装置の縦断面図であり、円錐形状又は漏斗状の拡散形状の微細気泡を発生させる設定とした場合を示す図である。 本発明の一実施例に係る旋回式微細気泡発生装置の縦断面図であり、装置下方へ偏向した拡散形状の微細気泡を発生させる設定とした場合を示す図である。 本発明の一実施例に係る旋回式微細気泡発生装置の縦断面図であり、円盤状の拡散形状の微細気泡を発生させる設定とした場合を示す図である。 本発明の一実施例に係る旋回式微細気泡発生装置の縦断面図であり、二重旋回過流状の拡散形状の微細気泡を発生させる設定とした場合を示す図である。 本発明の一実施例に係る旋回式微細気泡発生装置を用いて、液体中に円錐形状又は漏斗状の拡散形状の微細気泡を発生させた状況を示す図である。 本発明の一実施例に係る旋回式微細気泡発生装置を用いて、下方に偏向させた微細気泡により液体底面に沈殿した汚染物質を掬い上げる状況を示す図である。 本発明の一実施例に係る旋回式微細気泡発生装置を用いて、円盤状に拡散させた微細気泡により、汚染物質が沈殿した液体底面に気体を強制的に供給する状況を示す図である。 本発明の一実施例に係る旋回式微細気泡発生装置を用いて、二重旋回過流状に拡散させた微細気泡により、液面上に浮遊する汚染物質を移動させつつ液体中に気体を供給する状況を示す図である。

１ 旋回式微細気泡発生装置
２ 円筒形容器本体
３ａ 第一壁体（本体）
３ｂ 第一壁体（湾曲ブロック部材）
３ｃ 気体導入口
４ 気体導入管
５ 加圧液導入口
６ 加圧液導入管
７ 第二壁体
８ 噴出口
９ 加圧液
１０ 旋回流（液体）
１１ 渦管状の気体部
１２ 微細気泡発生点
１３ 微細気泡を含む旋回気液混合液の拡散形状
Ｒ 加圧液導入管の取付傾斜角度

Claims (10)

1. 一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、前記円筒形容器の他端側開口部から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
2. 一端側が壁体で閉口され、他端側が開口部全面を覆う壁体の中央部に円筒形の噴出口を設けた構成とした円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、さらに、前記噴出口から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになしたことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
3. 前記気体導入口は、前記一端側の壁体の中心部を貫通し、かつ前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能な気体導入管から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回式微細気泡発生装置。
4. 前記加圧液導入管は、前記加圧液導入口に、その軸線を前記円筒形容器本体の軸線に対し前記他端側方向に傾ける傾斜を付けて取り付けてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の旋回式微細気泡発生装置。
5. 前記加圧液導入管を取り付ける傾斜角度は、前記円筒形容器本体の軸線に対し９０度未満４５度以上としたことを特徴とする請求項４に記載の旋回式微細気泡発生装置。
6. 一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、前記円筒形容器の他端側開口部から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置を液体内に沈設し、
   前記円筒形容器本体内を満たす液体中に前記加圧液導入管により前記加圧液導入口から加圧液を圧送導入することにより該液体中に前記円筒形容器本体の軸線を回転軸とする高速過流を発生させる第１工程と、
   前記回転軸沿いに生じる液体負圧によって前記気体導入口より自吸された気体により前記円筒形容器本体内の液体中の前記回転軸沿いに前記他端側に向かって先細り形状となる渦管状の気体部を形成する第２工程と、
   前記渦管状の気体部の先端において生じる液体との旋回速度差により、渦管状の気体部をその先端部の一点に形成される微細気泡発生点において強制的かつ連続的に切断して細かく粉砕することにより微細気泡を発生させて前記他端開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出する第３工程とからなり、
   前記一端側の壁体を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記旋回気液混合液の拡散形状を制御することを特徴とする旋回式微細気泡発生方法。
7. 一端側が壁体で閉口され、他端側が開口部全面を覆う壁体の中央部に円筒形の噴出口を設けた構成とした円筒形容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入口と、前記円筒形容器本体の他端側寄りの筒体円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液導入口と、前記加圧液導入口を通じて加圧液を円筒形容器本体に導入する加圧液導入管とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体は前記他端側に向けて突出する湾曲円錐台形状であって、かつ、前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能とし、さらに、前記噴出口から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置を液体内に沈設し、
   前記円筒形容器本体内を満たす液体中に前記加圧液導入管により前記加圧液導入口から加圧液を圧送導入することにより該液体中に前記円筒形容器本体の軸線を回転軸とする高速過流を発生させる第１工程と、
   前記回転軸沿いに生じる液体負圧によって前記気体導入口より自吸された気体により前記円筒形容器本体内の液体中の前記回転軸沿いに前記他端側に向かって先細り形状となる渦管状の気体部を形成する第２工程と、
   前記渦管状の気体部の先端において生じる液体との旋回速度差により、渦管状の気体部をその先端部の一点に形成される微細気泡発生点において強制的かつ連続的に切断して細かく粉砕することにより微細気泡を発生させて前記他端開口部から、微細気泡を含む、旋回流によって生じた旋回気液混合液を導出する第３工程とからなり、
   前記一端側の壁体を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記旋回気液混合液の拡散形状を制御することを特徴とする旋回式微細気泡発生方法。
8. 前記気体導入口は、前記一端側の壁体の中心部を貫通し、かつ前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動可能な気体導入管から構成され、該気体導入管を前記円筒形容器本体の軸線方向に沿って前後移動させることにより前記微細気泡発生点における微細気泡の発生量を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の旋回式微細気泡発生方法。
9. 前記加圧液導入管は、前記加圧液導入口に、その軸線を前記円筒形容器本体の軸線に対し前記他端側方向に傾ける傾斜を付けて取り付けてなることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の旋回式微細気泡発生方法。
10. 前記加圧液導入管を取り付ける傾斜角度は、前記円筒形容器本体の軸線に対し９０度未満４５度以上としたことを特徴とする請求項９に記載の旋回式微細気泡発生方法。