JP5252409B2 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

この発明は、液体中に微細気泡を発生させる装置に関するものである。

下水処理・水産養殖などにおいて、水処理用のバクテリアを活性化したり、水棲生物を育成・活性化するために、水中に気泡を拡散させて酸素を溶存させること（エアレーション）が有効であることが知られている。又、工業分野などにおいても、気液反応を促進するために、液中に気泡を拡散させることが有効であることが広く知られている。
これらの目的のためには、気泡の浮力を小さくして液中により長く滞留させ、かつ液体と接触する表面積をより大きくして反応効率を上げるように、気泡のサイズはできるだけ微細にすることが望ましい。

水中に気泡を拡散させるための方法として、従来は、例えばコンプレッサーからの圧縮空気を水中の散気管などの細孔から放出する方法や、水中で羽根車を回転させて混合撹拌する方法が最も一般的であった。
しかし、これらの方法においては、設備のコストが嵩みメンテナンスも面倒であるのみならず、単に細孔から放出したり水中で混合撹拌した程度では、微細化作用が不十分で発生気泡は比較的大きいままであり、微細気泡の発生は困難であるという欠点があった。

そこで微細気泡の発生を目的として、近年、下記のような各種の提案がなされている。
（１）液体と気体を混合して加圧し、液体中に気体を溶解させたのち、その気液混合体を減圧することにより微細気泡を発生させる。（例えば特許文献１参照）
（２）ノズルから液体を急速に噴出させつつ気体を混入することにより微細気泡を発生させる。（例えば特許文献２参照）
（３）容器内で液体の旋回流を発生させて、混入気体を撹拌・剪断することにより微細気泡を発生させる。（例えば特許文献３参照）
（４）静止型ミキサーを設置して、その邪魔板や衝突突起に気液混合体を衝突させ撹拌することにより微細気泡を発生させる。（例えば特許文献４参照）

特開平１１−２０７１６２号公報 特開２００１−５８１４２号公報 特開平１０−２３０１５０号公報 特開２００２−８５９４９号公報

しかし、これら従来技術（１）〜（４）には次のような問題がある。
（１）は、加圧タンクなどの設備そのものが大規模になってコスト高となる上、加圧に時間もかかり不経済である。
（２）は、液体と気体をノズルから噴出させているだけなので、微妙な調節を要し、微細気泡を短時間に大量に発生させることは難しい。
（３）は、微細気泡の安定的発生のためには微妙な調節を要し、無人の長時間運転は難しい。又、渦巻き状の流入路を備えたサイクロン式の旋回機構が用いられており、液体自身の運動エネルギーによる旋回力に頼ったものであるために、エネルギー不足により十分な旋回力が得られない場合があり、微細気泡を短時間に大量に発生させることは難しい。
（４）は、単純な衝突に頼るので微細化作用が十分でない。又、静止型ミキサーの抵抗によるエネルギーロスが大きく、それだけ気液混合体を送り込むための動力を必要とする。

又、（１）〜（４）のいずれにおいても、液中に気体を混合して気液混合体を生成したり、その液体や気液混合体を気泡発生装置に押し込むという役割は、別途に設置した加圧ポンプに担わせているため、気泡発生装置とポンプなどの二重の設備が必要であり、コストが嵩む問題もあるし、気泡発生装置の性能がポンプの方の性能に相当依存せざるを得ないという問題もある。
更には、食品や高純度液を取り扱うプロセスに適用する場合に、洗浄が容易でないという問題がある。通常このような目的に使用される装置は、「サニタリー仕様」として、接液表面が平滑に仕上げされるのみならず、定置洗浄（分解しないまま内部洗浄）、分解洗浄及び再組立が簡単に行える構造となっていることが必須であるが、従来技術の装置では、複雑な構造であったり流路中に隘路があったりするため、分解作業は煩雑であり、定置洗浄により接液部を影なく洗浄することも困難である。又、目詰まりも起こりやすい。
このように、上記の従来技術のいずれも、コストと性能という両面での限界があるという課題があった。

そこで本発明は、簡潔な構成により液中に微細気泡を短時間で大量にかつ安定的・効率的に発生させることができ、又、構造が簡単で、装置が小型でも大型でも安価に製造でき、サニタリー仕様を満足できる定置洗浄や分解洗浄が容易に行えて、多様な用途や液質にも適用できる、高性能で取扱い容易な微細気泡発生装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明に係る装置は、
流体入口と流体出口を備えたケーシング内に、回転する羽根車を備え、該羽根車は、流体の撹拌を行う撹拌羽根部と、流体に吐出圧力を与えるよう拡径された吐出羽根部とが一体的に形成されており、この吐出羽根部に相対するケーシング部位に流体出口が配置され、撹拌羽根部に相対するケーシング部位に流体入口が配置され、かつ、該羽根車の羽根形状は、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなるよう形成されていることを主な特徴としている。
又、この発明に係る装置は、
流体入口と流体出口を備えたケーシング内に、回転する羽根車を備え、該羽根車は、流体の撹拌を行う撹拌羽根部と、流体に吐出圧力を与えるよう拡径された吐出羽根部とが一体的に形成されており、この吐出羽根部に相対するケーシング部位に流体出口が配置され、撹拌羽根部に相対するケーシング部位に流体入口が配置され、かつ、該羽根車の羽根形状は、撹拌羽根部については、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなる一方、吐出羽根部については、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも外向きとなるよう形成されていることを主な特徴としている。
又、この発明に係る装置は、
流体入口と流体出口を備えたケーシング内に、回転する羽根車を備え、該羽根車は、流体の撹拌を行う撹拌羽根部と、流体に吐出圧力を与えるよう拡径された吐出羽根部とが一体的に形成されており、この吐出羽根部に相対するケーシング部位に流体出口が配置され、撹拌羽根部に相対するケーシング部位に流体入口が配置され、かつ、該羽根車の羽根形状は、撹拌羽根部については、放射羽根形状となる一方、吐出羽根部については、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなるよう形成されていることを主な特徴としている。
又、この発明に係る装置は、
流体入口と流体出口を備えたケーシング内に、回転する羽根車を備え、該羽根車は、流体の撹拌を行う撹拌羽根部と、流体に吐出圧力を与えるよう拡径された吐出羽根部とが一体的に形成されており、この吐出羽根部に相対するケーシング部位に流体出口が配置され、撹拌羽根部に相対するケーシング部位に流体入口が配置され、かつ、該羽根車の羽根形状は、吐出羽根部において、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなる羽根と、反射方向が回転接線方向よりも外向きとなる羽根とが、交互に配置され併存していることを主な特徴としている。

本発明においては、前記ケーシングの内壁部には、凹凸部もしくは凹凸部材を備え、該凹凸部もしくは凹凸部材と前記羽根車との間隙が小さく設定されてもよい。
又、前記羽根車の回転中心線の近傍に通気口が設けられ、該通気口は、真空装置、気体注入装置、大気開放口のいずれかに連通されてもよい。

この構成によって、本発明の装置においては、内蔵の羽根車が流体に強力な旋回エネルギーを与え、渦流・乱流を発生させ、気液の撹拌・剪断を促進して、微細気泡を短時間で大量にかつ安定的・効率的に発生させることができる。
内蔵の羽根車は、気液混合・気泡の微細化を併せて行い、微細気泡を発生させるのみならず、ポンプ作用により流体に吐出圧力を与えることも、自吸することもできる。
又、構造が簡単で、装置が小型でも大型でも安価に製造でき、サニタリー仕様を満足できる定置洗浄や分解洗浄が容易に行えて、多様な用途や液質にも適用できる。

以下、各図にわたって共通の部分には同じ符号を付すものとし、本発明の各実施例について詳細を説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示したものであり、図２は、図１におけるＩ−Ｉ断面を示す。
送液用のポンプ１２の吸込側の流路中に微細気泡発生装置が介設されており、流体入口ａと流体出口ｂとを備えた容器１の中には、適宜の枚数の羽根を備えた羽根車２が設けられ、該羽根車２は、容器１を密封的に貫通する回転軸３を介して原動機６によって回転駆動される。
又、流体入口ａの側には、入口弁８と、ポンプ１２のポンプ作用による揚液の流れに伴って混入される気体の量を調節するための気体注入弁７が設けられている。

羽根車２は、その回転により乱流を発生させる羽根形状に形成されている。この乱流を発生させるための羽根形状の具体的な例として、本実施例においては、羽根に衝突する流体粒子の反射方向Ａが回転接線方向Ｂよりも回転中心寄りとなるよう形成されている。このため、羽根車２から運動エネルギーを与えられる流体には、回転の外側に向って流れようとする遠心力Ｃが働く一方では、回転の内側に向って流れようとする回転中心寄りの作用力も働く。又、流体そのものの比重によっても、重い液体は外側に向かおうとする一方、軽い気体は内側に向かおうとする。これらの相反する方向の動きが強烈な渦流や乱流を生み出し、それによって気泡を撹拌・剪断するものである。

羽根車２は、流体を撹拌するための凹凸部もしくは凹凸部材を備えることが好ましく、本実施例においては、その一例として、適宜個数の孔を設けた多孔形状の凹凸部２ｕを備えている。このように孔を設けたりするほかにも、櫛歯状の切り欠きを設けたり、網目状にしたり、表面に凹凸を設けたりしてもよい。
又、容器１の内壁部についても、流体を撹拌するための凹凸部もしくは凹凸部材を備えることが好ましく、本実施例においては、その一例として、板状の凹凸部材１ｕを容器１の内壁に沿って配置してあるが、このほかにも、各種の凹凸部を形成したり凹凸部材を装着してもよい。
そして、羽根車２と凹凸部材１ｕとの間隙は小さく設定されている。従って、凹凸部２ｕ及び凹凸部材１ｕによる撹拌・剪断効果に加え、羽根車２と凹凸部材１ｕとの間隙が小さいことによる両部材間での剪断も強力に働くこととなり、これらが相まって、気泡の微細化が極めて強力に行われるものである。

羽根車２の中央部近傍に臨んだ箇所、即ち羽根車２の回転中心線の近傍には通気口ｅが設けられ、該通気口ｅは、通気路ｆによって真空装置９、気体注入装置１０、大気開放口ｇのいずれかに連通されている。本実施例においては、説明の簡易のため、その全てを図示してあるが、現地の仕様に応じていずれかを選択すればよいことは勿論である。

万一、気泡の中に微細化しきれなかった大きめなものがある場合には、羽根車２の回転により羽根車２の中央部近傍に集積して竜巻状空洞を形成するが、その空洞気体を本装置の系外に排出するためには通気口ｅを真空装置９に連絡させればよい。又、自吸ポンプ作用をさせたい場合にもこの真空装置９への連絡が有効である。一方、流体入口ａより以前の段階で気体を導入する代わりにここで気体を導入したい場合には、通気口ｅを気体注入装置１０に連絡させればよい。運転状況によっては、通気口ｅを大気開放口ｇに連絡させるのみで気体の排出・導入ができる場合もある。
なお、空洞受け１５は、気泡が羽根車２の中央部近傍に集積し竜巻状空洞を形成した場合に、その竜巻状空洞の尾底部を受け止めて効率よく通気口ｅに導くためのものである。

図中の１１は、通気路ｆを通過する気体中に揚液が混入した場合に、その揚液の通過を阻止して気体のみを通過させる保護手段で、これによって真空装置９や気体注入装置１０への揚液の侵入を防いで、装置の安全を期すことができる。この保護手段１１は例えば、容器の上部に入口と出口とを備え、通気路ｆ経由で侵入した揚液が容器底部に滞留し気体分のみが通過できるよう形成された液溜槽形式のものや、通気路ｆ中の液面が上昇した場合に通気路ｆを強制的に閉鎖するフロート弁形式のものなど、周知の形式のものでよい。
真空装置９は、液封式真空ポンプでもよいし、その他の形式の真空ポンプでも負圧発生装置でもよく、気体注入装置１０は、コンプレッサーでもよいし、その他の形式の圧力発生装置でもよい。

この第１実施例の装置を作動させると、ポンプ１２のポンプ作用によって揚液は流体入口ａから流体出口ｂへと導かれ、又、気体が気体注入弁７経由で吸い込まれて来る。
その際に、揚液及び気泡は羽根車２によって強制的に旋回させられ、しかも羽根車２から旋回エネルギーを与えられ続けるので旋回エネルギー不足となることもなく、単なるサイクロン式等に比べるとはるかに強力な旋回力が発生する。
又、本実施例の羽根車２の形状は、一般のポンプ羽根車のようなポンプ効率を考慮した抵抗・損失の少ない流線型の遠心羽根と比較すれば、正反対とも言うべき性質を備えている。即ち、意図的に効率を下げ、抵抗を増やし、乱流を生むように形成されたものであり、従って極めて強力な渦流・乱流が得られる。

この強烈な渦流・乱流そのものだけでも気泡の撹拌・剪断を引き起こすのであるが、それに加えて、羽根車２の凹凸部２ｕ及び容器１内壁の凹凸部材１ｕによる撹拌・剪断があり、又、羽根車２と凹凸部材１ｕとの間隙を小さくしてあるので、これら部材間での剪断も強力に働く。
更には、渦流・乱流はキャビテーションをも発生させ、それによって更なる気泡の破壊と微細気泡の発生が促進される。これらが相まって、気泡の微細化が極めて強力に行われるのである。

本装置は、サニタリー仕様を満足できる定置洗浄や分解洗浄が容易に行える構造も備えており、多様な用途や液質にも適用できる。
即ち、本装置を定置洗浄する場合には、容器１が一体的で仕切り壁や狭隘部のないわずか１つの室空間を形成しているため、本装置を運転しながら流体入口ａから洗浄液を注入して、流体出口ｂ及び通気口ｅ（大気開放口ｇに連絡）から排出させることにより、簡単にしかも隅々までくまなく洗浄することができる。
又、本装置を分解洗浄する場合には、容器１を例えば図示のように胴体部と蓋部とに分割可能にしておくことにより、簡単にしかも中の部材が引っ掛かることなく分割でき、分割時には羽根車２が全て露出するので、接液部を影なく洗浄することができ、再組立も容易である。

本装置の用途は、気泡の微細化により、水、食品、油、化学品等の液体中に、空気、酸素、オゾン等の気体を効率よく溶解させるなどの一般的用途のほかにも、気体を溶解させぬまま微粒化しておく用途、例えば泡状クリームの製造など、広い分野にわたる。

なお、本図においては、微細気泡発生装置はポンプ１２の吸込側の流路中に介設されているが、吐出側の流路中に介設してもよい。
又、揚液は羽根車２によって強制的に旋回させられるので、流体入口ａについては、その流路形状や流入角度は適宜に選択して差し支えなく、本図中には、流体入口ａの流路が羽根車２の回転方向に沿って巻き込まれる形状に形成されたものが例示されている。

又、本発明においては、羽根車２自体が乱流によるキャビテーションを発生しやすいように形成されているのであるが、その発生を更に促進するために、揚液流路中の適宜の箇所にキャビテーション発生手段を追加設置してもよい（図示は省略）。キャビテーションを発生させることによって、揚液中の溶存気体の析出・気泡化・微細化を促進して微細気泡の発生効率を上げ得るほか、そのキャビテーションの崩壊時の衝撃を利用することによって、装置内部にこびり付いた異物の除去、滅菌、脱臭、含有粒子の微粒化、混入不純物の組成破壊、水クラスター分解などの作用効果が期待できる。キャビテーションを発生させる方法としては、超音波発振式や回転プロペラ式などがあり、適宜に選択してよい。

図３は第２実施例を示したものであり、図４は図３におけるＩ−Ｉ断面、図５は図３におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す。本実施例は、第１実施例のものを横置きにすると共に、遠心ポンプに近い構造を採用してポンプ作用を持たせ、よりコンパクトな装置としたものである。
流体入口ａと流体出口ｂを備えた容器（ケーシング）は、１ａと１ｂとに分割可能で、且つそれらが接合されたときには略円筒状の１つの室を構成するように形成され、このケーシング１ａ；１ｂの中には、適宜の枚数の羽根を備えた羽根車２が設けられている。羽根車２は、ねじ込み式あるいは図示のような羽根車ナット２ｎにより回転軸３に装着される。回転軸３は、軸受部５に支持され、軸封部４によりケーシング１ｂを密封的に貫通しており、図示しない原動機によって回転駆動される。
又、流体入口ａの側には、入口弁８と、本装置のポンプ作用による揚液の流れに伴って混入される気体の量を調節するための気体注入弁７が設けられている。

羽根車２は、その回転周辺部全域にわたって撹拌作用を行う撹拌羽根部２ｍが形成されているが、特に片方の軸方向端部（図３中の左側の端面）２ｒの近傍の部位は揚液に吐出力（吐出圧力）を与えるよう拡径されて吐出羽根部２ｄが形成されている。又、この吐出羽根部２ｄに相対するケーシング１ａ部位には流体出口ｂが配置され、撹拌羽根部２ｍに相対するケーシング１ａ部位には流体入口ａが配置されている。

気泡の微細化のための基本的構成は第１実施例と同様である。即ち、まず羽根車２は、乱流を発生させる羽根形状の一例として、羽根に衝突する流体粒子の反射方向Ａが回転接線方向Ｂよりも回転中心寄りとなるよう形成されている。又、羽根車２は、流体を撹拌するための多孔形状の凹凸部２ｕを備え、ケーシング１ａの内壁部についても、流体を撹拌するための茸状の凹凸部材１ｕが該内壁に沿って配置してあり、そして、羽根車２と凹凸部材１ｕとの間隙は小さく設定されている。

一方、羽根車２の他方の軸方向端部（図３中の右側の端面）２ｆはケーシング１ａの内壁に対してなるべく小さい所定間隙を保ちつつ滑動するよう形成されている。又、この滑動する羽根車２部位に相対するケーシング１ａ部位の中央部近傍、即ち羽根車２の回転中心線の近傍には、羽根車２の回転により発生する空洞気体を排出したり逆に気体を導入したりするための通気口ｅが設けられ、該通気口ｅは、第１実施例と同様に、通気路ｆによって真空装置、気体注入装置、大気開放口（図示は省略）のいずれかに連通されている。

この第２実施例の装置を作動させると、吐出羽根部２ｄのポンプ作用によって揚液は流体入口ａから流体出口ｂへと導かれ、又、気体が気体注入弁７経由で吸い込まれて来るが、その際に、揚液及び気泡は撹拌羽根部２mの回転によって強制的かつ持続的に旋回力を与えられる。そして、羽根車２の形状により発生する強烈な渦流や乱流による撹拌・剪断、羽根車２の凹凸部２ｕ及びケーシング１ａ内壁の凹凸部材１ｕによる撹拌・剪断、そして、羽根車２と凹凸部材１ｕとの間隙を小さくしていることによる部材間での強力な剪断、更には、渦流・乱流によるキャビテーションの発生も相まって、気泡の微細化が極めて強力に行われる。

ここで微細化しきれなかった気体分がある場合には、羽根車２の回転により羽根車２の中央部近傍に集積して竜巻状空洞を形成するが、その空洞気体を本装置の系外に排出するためには通気口ｅを真空装置に連絡させればよい。又、自吸ポンプ作用をさせたい場合にもこの真空装置への連絡が有効である。一方、流体入口ａより以前の段階で気体を導入する代わりにここで気体を導入したい場合には、通気口ｅを気体注入装置に連絡させればよい。運転状況によっては、通気口ｅを大気開放口に連絡させるのみで気体の排出・導入ができる場合もある。

この第２実施例においては、第１実施例における保護手段１１に代わるものとして、通気口ｅの周辺において、羽根車端部２ｆがケーシング１ａの内壁に対してなるべく小さい所定間隙を保ちつつ滑動するという構成となっており、この構成によって、気体の通過は許容し揚液の通過は阻止して、真空装置や気体注入装置への揚液の侵入を防ぐ役割を果たしている。即ち、通気口ｅに揚液が侵入しようとしても、気体より質量の大きい液分は撹拌羽根部２mの遠心力によって周辺に振り飛ばされ、又、羽根車端部２ｆのケーシング１ａとの滑動間隙が小さいので、ここから液分が侵入することもできず、従って、この運転中は通気路ｆ側には揚液が行かないので、真空装置や気体注入装置は安全である。

本装置を定置洗浄する場合には、ケーシング１ａ；１ｂが、一体的で仕切り壁や狭隘部のないわずか１つの室空間を形成しているため、簡単にしかも隅々までくまなく洗浄することができる。具体的には、ケーシング１ａ側の内部の洗浄は、本装置を運転しながら流体入口ａから洗浄液を注入して流体出口ｂ；通気口ｅ；ドレン口ｄから排出させればよく、ケーシング１ｂ側の内部の洗浄は、軸封部４近傍の空洞部に設けられた洗浄液注入口ｃから洗浄液を注入して、流体出口ｂ；ドレン口ｄから排出させればよい。このようにして接液部を影なく洗浄することができる。なお、洗浄液注入口ｃ及びドレン口ｄには弁１３；１４を付設して、洗浄時以外は閉めておくようにすれば操作上便利である。

又、本装置を分解洗浄する場合には、ケーシングが１ａと１ｂに簡単にしかも引っ掛かりなく分割でき、分割時には羽根車２が全て露出するので、ケーシング１ａ側の接液部を影なく洗浄することができ、更に、一体的に形成された羽根車２は何ら他の部材に邪魔されることなく簡単に回転軸３から引き抜くことができるので、ケーシング１ｂ側の接液部を洗浄することも容易であり、再組立も容易である。このケーシングの設置方法については、１ｂ側を固定して１ａ側を取り外し可能としてもよいし、逆に１ａ側を固定して回転体部分を含めた１ｂ側を取り外し可能（いわゆるバックプルアウト方式）としてもよい。

ケーシング内に流体が流入する箇所、すなわち流体入口ａや洗浄液注入口ｃについては、その流路形状や流入角度は適宜に選択して差し支えなく、本図中には、流体入口ａや洗浄液注入口ｃがケーシング１ａ；１ｂ内に接線方向から巻き込まれる流路形状に形成されたものが例示されている。
回転軸３の軸封部４及び軸受部５はケーシング１ｂの側に付設したものを図示したが、逆にケーシング１ａの側に付設してもよく、この場合は回転軸３が通気口ｅ部分を貫通するよう設計すればよい。

なお、本実施例の装置は、装置自体でポンプ作用も発揮するが、このようなポンプ作用に留まらず、流体を吸上げる自吸ポンプ作用をも付与したい場合には、前述のように通気口ｅを真空装置に連絡させる方法があるほか、羽根車２の吐出羽根部およびこれに対応するケーシング部（渦室）の構造について、特公昭５０−２１６８２号公報などの自吸式ポンプの技術を適用する方法もある。
その他の構成及び作用は第１実施例と同様である。

図６は第３実施例を示したものであり、図７は図６におけるＩ−Ｉ断面、図８は図６におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す。
本実施例は、第２実施例の装置における羽根車２について、乱流を発生させる羽根形状の他の一例として、撹拌羽根部２ｍについては、第２実施例と同様に、羽根に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなるよう形成する一方、吐出羽根部２ｄについては、通常のポンプ羽根車と同様に、羽根に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも外向きとなるよう形成することによって、流体中に相反する方向の動きをあえて生み出すようにしたものである。

又、撹拌羽根部２ｍの凹凸部２ｕの形状を櫛歯状の切り欠きにした例を示した。
そして、ケーシング内に流体が流入する箇所、すなわち流体入口ａや洗浄液注入口ｃについては、その流路形状や流入角度は適宜に選択してよく、例えば流体入口ａがケーシング１ａ内に接線方向から巻き込まれる流路形状に形成されることなく単純に開口したものでもよいことが例示されている。
その他の構成及び作用は第２実施例と同様である。

図９は第４実施例を示したものであり、図１０は図９におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す。
本実施例は、第２実施例の装置における撹拌羽根部２ｍについて、流体入口ａの延長線上の部分をほぼ取り去ったものである。この場合も、依然として羽根車２としては共通ボス部を有する一体構造のままで回転軸３からの引き抜き分解は簡単なので、洗浄効率は高い上、揚液が流体入口ａから抵抗なくケーシング１ａ内に流入できるようになるので、処理流量等の性能の向上が図れる。

又、乱流を発生させる羽根形状の一例として、吐出羽根部２ｄについては、第２実施例と同様に、羽根に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなるよう形成する一方、撹拌羽根部２ｍについては単純な放射羽根の形状としたものである。
その吐出羽根部２ｄについては、吐出圧力の得やすい側板（シュラウド）付きとし、又、側板付きの場合でも、その側板の周縁部に適宜の形状、個数の切り欠きを形成し、側板前後を連通させることによって、定置洗浄の際に洗浄液注入口ｃから注入される洗浄液が滞留することなくスムーズにドレン口ｄに向かって流れて行けるよう配慮したものを例示した。

そして、回転軸３近傍の流体が通気口ｅに直進的に侵入することを妨げる邪魔部材２ｐを、羽根車２中の通気口ｅ寄りの部位に付設したものを例示した。この邪魔部材２ｐについては、板状、塊状などの適宜の形状が可能であるが、本実施例においては板状部材を採用し、前面側と背面側とを連通する適宜の個数の孔やスリット付きの側板（シュラウド）の形状にしたものを例示した。これによって、液分が通気口ｅに向かって侵入しようとすると邪魔部材２ｐによって振り切られて通過を阻止され、孔やスリットを通してのみ気体が通過できるので、より確実に保護手段としての役割を果たせる。

なお、洗浄液注入口ｃが開口する軸封部４近傍の空洞部の形状については、要するに洗浄液が滞留しにくい形状であればよいのであるが、本実施例においてはその一例として、コーン状にしたものが例示されている。この空洞の縮径部近辺に洗浄液注入口ｃを設ければ、注入洗浄液は縮径部から拡径部を経てドレン口ｄに液切れよく排出される。又、この洗浄液注入口ｃを該空洞に接線方向から巻き込まれる流路形状に形成しておけば、注入洗浄液が該空洞内を舐めるようにくまなく洗浄した上で排出されるので、洗浄効果を更に向上させることができる。
その他の構成及び作用は第２実施例と同様である。

図１１は第５実施例を示したものであり、図１２は図１１におけるＩ−Ｉ断面を示す。 本実施例は、第４実施例の装置における羽根車２について、撹拌羽根部２ｍに相当するものとして、吐出羽根部２ｄと同芯の円筒状部材２ｃを装着したものである。この構成によって、流体入口ａから流入した揚液は、回転する円筒状部材２ｃから粘性による連れ回りの旋回力を与えられ、気泡は、羽根車２の多孔形状の凹凸部２ｕやケーシング１ａの内周の凹凸部１ｕとの摩擦などによって撹拌、破砕、剪断されて微細化され、そして吐出羽根部２ｄによって流体出口ｂから押し出されることとなる。
円筒状部材２ｃの内側には、揚液の連れ回り促進のための凸状部、リブ、羽根などを配設してもよい。

又、本実施例においては、乱流を発生させる羽根形状の一例として、吐出羽根部２ｄについて、羽根に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなる羽根と、反射方向が回転接線方向よりも外向きとなる羽根とを、交互に配置して併存させたものを例示した。
その他の構成及び作用は第４実施例と同様である。

次に、各実施例に共通の技術事項について説明する。
容器（ケーシング）の分割箇所については、各図に図示した箇所に限らず、設計上適宜の箇所を選択してよい。分割数についても、２分割に限らず、分解及び洗浄の上で問題がなければ３分割以上にしてもよい。

回転軸３の方向については、適宜に横軸型、立軸型や斜軸型を選択してよい。勿論それに伴って流体入口ａ、流体出口ｂ、洗浄液注入口ｃ、ドレン口ｄなどを洗浄液が滞留しないような適宜の位置に配設するものとする。
又、回転軸３を回転させる原動機については、使用条件に応じて適宜選択してよい。例えば、本装置を水中モーターと一体構造にしてそのモーターの回転軸を本装置の回転軸３としてそのまま用いる方法をとれば、コンパクトになる上、洗浄時のモーター防水対策も不要となり、更には、本装置をモーターと共に液中に沈めて設置することも可能となる。

羽根車２については、第２実施例〜第５実施例において吐出羽根部２ｄと撹拌羽根部２ｍを一体的に形成したものを例示したが、吐出羽根部２ｄと撹拌羽根部２ｍを分離して形成してもよい。この吐出羽根部２ｄの形式については、ノンクロッグ型、オープン型、セミオープン型、クローズド型など、種々公知の形式が適用でき、又、側板（シュラウド）付きの場合でも、適宜に前後面を連通させる連通路や切り欠きを設けるなどしてよい。又、この吐出羽根部２ｄのポンプ作用を、揚液流路中の適宜の箇所にポンプを介設することによって代用させてもよく、その場合のポンプの形式は、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦流ポンプ、ダイヤフラムポンプ、ギヤーポンプなど種々公知の形式を適宜に選択してよい。

羽根車や容器（ケーシング）内壁上の凹凸部（凹凸部材）２ｕ；１ｕの形状については、各実施例においては多孔形状、櫛歯状切り欠き、板状突起、茸状突起を例示したが、これらに限ることなく、例えば網目状切り抜き、鋲頭状突起など、適用流体の性質に適合する形状を適宜に選択してよい。
本装置の性能を更に向上させるために、羽根車２を多段としてもよいし、本装置を複数台連結配管して直列運転あるいは並列運転してもよい。又、真空装置や気体注入装置は、各種公知のものが適用でき、個数も１つに限らず任意の真空装置や気体注入装置を追加してもよい。

なお、本発明においては、乱流を発生させる形状に形成された羽根車２が生み出す強力な渦流・乱流による撹拌・剪断によって、気泡の微細化が極めて強力に行われるのであるが、同時にこの渦流・乱流はキャビテーションをも発生させ、それによって更なる微細気泡の生成が促進されるようになっている。又、通気口ｅを真空装置に連絡させることによって、適宜に余剰気体分を排気できるようにもなっている。
そこで、この渦流・乱流によるキャビテーションの発生と真空装置による排気に主眼をおいた運転方法（例えば、気体注入弁７などの気体注入経路は完全に閉鎖し、入口弁８は絞り気味としておく、など）を選択すれば、揚液中の溶存気体を析出させて気泡化し、その気泡を遠心分離して収集・排出することも可能である。このことは即ち、本発明の微細気泡発生装置が「微細気泡の発生」という目的のほかに、運転方法の変更によって「脱気・脱泡」の目的に使用することも可能であることを示唆している。

その他、本発明の趣旨の範囲内で、その構成要素の個数、配置、組合わせを変更したり、従来技術手段を追加するなど、種々設計変更可能であり、更に素材材質も適宜選択可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。

本発明は、簡潔な構成により液中に微細気泡を短時間で大量にかつ安定的・効率的に発生させることができる、高性能で取扱い容易な微細気泡発生装置を得たものである。
内蔵の羽根車は、気液混合・気泡の微細化を併せて行い、微細気泡を発生させるのみならず、ポンプ作用により流体に吐出圧力を与えることも、自吸することもできる。又、サニタリー仕様を満足できる定置洗浄や分解洗浄が容易に行える構造も備えて、多様な用途や液質にも適用できる。
本装置の用途は、気泡の微細化により液体中に気体を効率よく溶解させるなどの一般的用途のほかにも、気体を溶解させぬまま微粒化しておく用途、例えば泡状クリームの製造など、広い分野にわたる。
本装置は、構造が簡単で、故障が少なく耐久力があり、完全自動運転ができて管理上の手が掛からず、小型化も大型化も容易に且つ安価に実施でき、設備及び管理コストも極めて経済的であり、その実施効果は極めて大きい。

本発明の第１実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。 図１におけるＩ−Ｉ断面図である。 本発明の第２実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。 図３におけるＩ−Ｉ断面図である。 図３におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の第３実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。 図６におけるＩ−Ｉ断面図である。 図６におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の第４実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。 図９におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の第５実施例を示す縦断面図（一部側面図）である。 図１１におけるＩ−Ｉ断面図である。

符号の説明

１；１ａ；１ｂ…容器（ケーシング） １ｕ…凹凸部（凹凸部材）
２…羽根車
２ｆ…羽根車端部 ２ｒ…羽根車端部
２ｄ…吐出羽根部 ２ｍ…撹拌羽根部 ２ｕ…凹凸部（凹凸部材）
２ｃ…円筒状部材 ２ｐ…邪魔部材 ２ｎ…羽根車ナット
３…回転軸 ４…軸封部 ５…軸受部 ６…原動機
７…気体注入弁 ８…入口弁
９…真空装置 １０…気体注入装置
１１…保護手段 １２…ポンプ
１３；１４…弁 １５…空洞受け
ａ…流体入口 ｂ…流体出口
ｃ…洗浄液注入口 ｄ…ドレン口
ｅ…通気口 ｆ…通気路 ｇ…大気開放口
Ａ…流体粒子の反射方向 Ｂ…回転接線方向 Ｃ…遠心力方向

Claims (6)

1. 流体入口と流体出口を備えたケーシング内に、回転する羽根車を備え、該羽根車は、流体の撹拌を行う撹拌羽根部と、流体に吐出圧力を与えるよう拡径された吐出羽根部とが一体的に形成されており、この吐出羽根部に相対するケーシング部位に流体出口が配置され、撹拌羽根部に相対するケーシング部位に流体入口が配置され、かつ、該羽根車の羽根形状は、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなるよう形成されていることを特徴とする、微細気泡発生装置。
2. 流体入口と流体出口を備えたケーシング内に、回転する羽根車を備え、該羽根車は、流体の撹拌を行う撹拌羽根部と、流体に吐出圧力を与えるよう拡径された吐出羽根部とが一体的に形成されており、この吐出羽根部に相対するケーシング部位に流体出口が配置され、撹拌羽根部に相対するケーシング部位に流体入口が配置され、かつ、該羽根車の羽根形状は、撹拌羽根部については、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなる一方、吐出羽根部については、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも外向きとなるよう形成されていることを特徴とする、微細気泡発生装置。
3. 流体入口と流体出口を備えたケーシング内に、回転する羽根車を備え、該羽根車は、流体の撹拌を行う撹拌羽根部と、流体に吐出圧力を与えるよう拡径された吐出羽根部とが一体的に形成されており、この吐出羽根部に相対するケーシング部位に流体出口が配置され、撹拌羽根部に相対するケーシング部位に流体入口が配置され、かつ、該羽根車の羽根形状は、撹拌羽根部については、放射羽根形状となる一方、吐出羽根部については、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなるよう形成されていることを特徴とする、微細気泡発生装置。
4. 流体入口と流体出口を備えたケーシング内に、回転する羽根車を備え、該羽根車は、流体の撹拌を行う撹拌羽根部と、流体に吐出圧力を与えるよう拡径された吐出羽根部とが一体的に形成されており、この吐出羽根部に相対するケーシング部位に流体出口が配置され、撹拌羽根部に相対するケーシング部位に流体入口が配置され、かつ、該羽根車の羽根形状は、吐出羽根部において、回転中に衝突する流体粒子の反射方向が回転接線方向よりも回転中心寄りとなる羽根と、反射方向が回転接線方向よりも外向きとなる羽根とが、交互に配置され併存していることを特徴とする、微細気泡発生装置。
5. 前記ケーシングの内壁部には、凹凸部もしくは凹凸部材を備え、該凹凸部もしくは凹凸部材と前記羽根車との間隙が小さく設定されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
6. 前記羽根車の回転中心線の近傍に通気口が設けられ、該通気口は、真空装置、気体注入装置、大気開放口のいずれかに連通されたことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の微細気泡発生装置。

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