JP5269493B2 - マイクロバブル発生装置 - Google Patents

Description

本発明はマイクロバブル発生装置に関し、詳しくは濁水や生活排水等の浄化処理に好適に用いられるマイクロバブル発生装置に関する。

マイクロバブルと称される直径数十μｍ程度の微細気泡は、濁水や排水の浄化処理、生活用水の殺菌等に広く利用される。マイクロバブルを発生させる装置としては種々構成のものがあり、マイクロバブルを発生させる液体の種類や状態（例えば、濁度等）、マイクロバブル発生条件（気泡の直径や分量等）等に応じて適宜選択されて用いられる。

マイクロバブル発生装置の具体的な用途及び効果としては、例えば、水浄化処理施設等の濁水処理槽中でマイクロバブルを発生した場合には濁水中に浮遊している汚濁物に気泡を付着させて浮上分離させることができ、湖沼や養殖池等の閉鎖水域でマイクロバブルを発生した場合には水中への酸素の溶解を促すことができる、等を挙げることができる。

マイクロバブルの発生原理は次の通りである。即ち、被処理水である原水を激しく加速すると、原水中にその圧力が飽和蒸気圧より低くなる部分が無数に散在し、これらの部分で原水が気化してキャビティができる。このキャビティは原水の流速が減少すると消滅するが、予め原水に空気を直径が数ミリ程度の気泡として混入し、これらを一緒に加速した場合、原水に混入した空気がキャビティを満たし、マイクロバブルとして原水中に浮遊する。また、上記のように加速される原水と空気を混合攪拌すると、マイクロバブルの発生を助成できる。

一般的な構成を有するマイクロバブル発生装置（例えば、特許文献１参照）は、本体の通水路内に形成した羽根状突起によって旋回流を発生することで原水と空気とを混合撹拌し加速して吐出することでマイクロバブルを発生するものである。

特開２００７−０２１３４３号公報

特許文献１に記載の技術は、羽根状突起により旋回流を発生させる構成により、旋回流が複数同時に発生するため、旋回流断面が鋭利で且つ回転が安定し、旋回の高速化が可能であることから渦崩壊が安定し、かかる安定した渦崩壊によってマイクロバブルを効率的に安定して発生させることができる。

しかし、被処理水である原水中に含まれ、水中ポンプを通過した有機・無機等の浮遊物等が羽根状突起の表面に付着し易いため、処理を続けていく間に該羽根状突起の表面に浮遊物が堆積して通水路を徐々に閉塞してしまうという欠点を有している。かかる欠点は、浮遊物を多く含む濁水や食品排水等の浄化処理等に用いた場合に特に顕著であることから、短期間での清掃・除去が必要であるため、分解・清掃等のメンテナンスを頻繁に行わなければならないという不都合を有している。

そこで本発明の課題は、マイクロバブルを効率的に安定して発生させることができ、しかも濁水や生活排水等の浮遊物が多く含まれる水浄化処理に用いてもメンテナンスを頻繁に行う必要のない旋回流を発生させるための羽根状突起を有しないマイクロバブル発生装置を提供することにある。

上記課題を解決する本発明は、下記構成を有する。

１．本体の一端に設けられた導入口から導入した原水に本体通水路内で旋回流を付与し、該旋回流の中に空気を導入し、導入した空気を前記旋回流によって剪断破壊して微細化して本体の他端に設けられた吐出口からマイクロバブル（微細気泡）として原水と共に吐出する構成のマイクロバブル発生装置において、
前記導入口と吐出口との間の本体通水路に、原水の流れを旋回させる旋回水路と、原水の旋回流を整流する旋回流整流室と、該旋回整流流室内の原水中に空気を導入する空気導入管と、原水の旋回流を加速する旋回流加速室と、を有し、
前記旋回水路が、通水方向に対して螺旋状に旋回する少なくとも一条の螺旋状溝から形成され、
前記空気導入管が、前記旋回水路によって旋回流となる原水の旋回流の略中心部に空気を導入する空気導入口を有し、
前記旋回流整流室が、前記本体通水路の内面に複数の段差部を設けることで該本体通水路の通水方向に直交する方向での断面径が大部分と小部分との繰り返し構成となるように形成され、
前記旋回流加速室が、前記吐出口に向かって本体通水路の通水方向に直交する方向での断面径が絞り込まれるように形成され、
前記導入口に対する前記吐出口の開口比率が１０〜４０％の範囲に形成され、
前記吐出口の外側周囲に、複数段の段差を設けてなる渦崩壊促進面部が形成された構成であり、
前記渦崩壊促進面部が、前記吐出口を中心とする同心円状の複数段の段差で形成されると共に、前記吐出口から広角に拡開する構成であり、且つ前記渦崩壊促進面部の拡開角度が１２０度以上〜１８０度未満であること、
を特徴とするマイクロバブル発生装置。

２．前記導入口に対する前記吐出口の開口比率が２０〜４０％の範囲に形成された構成であることを特徴とする上記１に記載のマイクロバブル発生装置。

３．前記渦崩壊促進面部の拡開角度が、１５０度以上〜１８０度未満であることを特徴とする上記１又は２に記載のマイクロバブル発生装置。

請求項１に示す発明によれば、マイクロバブルを効率的に安定して発生させることができ、しかも濁水や生活排水等の浮遊物が多く含まれる水浄化処理に用いてもメンテナンスを頻繁に行う必要のない旋回流を発生させるための羽根状突起を有しないマイクロバブル発生装置を提供することができる。

特に、
螺旋状溝から形成された旋回水路としたことにより、被処理水である原水中に含まれ、水中ポンプを通過した浮遊物が付着し難いため通水路の閉塞が生じ難く、
原水の旋回流によって負圧となる該旋回流の略中心部から原水の中に空気を導入する空気導入管としたことにより、原水への空気の混入が速やかであり、
断面径が大部分と小部分との繰り返し構成である旋回流整流室としたことにより、剪断力が向上し気泡を微細化することができ、
吐出口に向かって断面径が絞り込まれる旋回流加速室としたことにより、旋回流を効果的に加速させるができ、
吐出口の外側周囲に渦崩壊促進面部を設けたことにより、渦崩壊と接触剪断との複合効果によって、より微細なマイクロバブルを効率的に発生させることができる、
という効果を有している。

更に、導入口に対する吐出口の開口比率が１０〜４０％であり、数％（概ね５％程度）であった従来品（図６参照。本発明と従来品との対比は図７参照）に比して吐出口が大きいので、原水中に含まれる塵埃等による吐出口の閉塞トラブルを減じることができるだけでなく、原水の導入速度を上げて該原水の旋回回転数を上げても、配管や通水部等での配管抵抗を著しく増加させることなく、渦崩壊回転数を上げて渦崩壊を効率的に増加させることができる。
更に、効率的且つ安定した渦崩壊を得ることができる。
更に、原水旋回流と共にマイクロバブルを吐出口から吐出方向に対して遠心力が作用し、広角に拡開状態で吐出するように誘導することができるので、原水が貯溜する槽内の広域にマイクロバブルを拡散状態で吐出することができる。
更にまた、発明によれば、原水旋回流と共にマイクロバブルを吐出口から吐出方向に対して１２０度以上〜１８０度未満の広角に拡開状態で吐出するように誘導することができるので、原水が貯溜する槽内の広域にマイクロバブルを拡散状態で吐出することができる。

請求項２に示す発明によれば、導入口に対する吐出口の開口比率が２０〜４０％であり、数％（概ね５％程度）であった従来品（図６参照。本発明の従来品との対比は図７参照）に比して著しく大きいので、原水中に含まれる塵埃等による吐出口の閉塞トラブルを著しく減じることができると共に、配管抵抗を増加させることなく、渦崩壊回転数を上げて渦崩壊を効率的に増加させることができる。

請求項３に示す発明によれば、原水旋回流と共にマイクロバブルを吐出口から吐出方向に対して１５０度以上〜１８０度未満の広角に拡開状態で吐出するように誘導することができるので、原水が貯溜する槽内の広域にマイクロバブルを拡散状態で吐出することができる。

以下、本発明に係るマイクロバブル発生装置について実施例に基づき詳細に説明する。

図１は本発明に係るマイクロバブル発生装置の一実施例を示す概略構成断面図、図２は旋回通路の螺旋状溝の一例を説明する要部概略構成図（要部正面図及び要部右側面図）、図３は旋回流整流室の断面径の大部分と小部分との繰り返し構成を説明する端面図（図１のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線端面図、ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線端面図、ＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線端面図、ＩＩＩＤ−ＩＩＩＤ線端面図及びＩＩＩＥ−ＩＩＩＥ線端面図）、図４は吐出口の外側周囲の渦崩壊促進面部を説明する要部右側面図（図１のＶ方向から見た要部右側面図）、図５は導入口に対する吐出口の開口比率を説明する端面図（図１のＩＶＡ−ＩＶＡ線端面図及びＩＶＢ−ＩＶＢ線端面図）、図６は従来品の導入口に対する吐出口の開口比率を説明する端面図、図７は本発明と従来品の導入口に対する吐出口の開口比率を比較説明する概略説明図である。

図１に示すように、本発明に係るマイクロバブル発生装置１は、本体の一端に設けられた導入口２から導入した原水に本体通水路内で旋回流を付与し、該旋回流の中に空気を自吸し、自吸した空気を前記旋回流によって剪断破壊して微細化して本体の他端に設けられた吐出口３からマイクロバブル（例えば、数１０μｍ程度の微細気泡）として原水と共に吐出するものである。

前記導入口２と吐出口３との間の本体通水路には、原水の流れを旋回させる旋回水路４と、原水の旋回流を整流する旋回流整流室５と、該旋回整流流室５内の原水中に空気を導入する空気導入管６と、原水の旋回流を加速する旋回流加速室７と、を有する。

前記導入口２には、原水貯溜槽（図示せず）内の原水をマイクロバブル装置１に送水する水中ポンプ等の送液手段（図示せず）からの配管が接続される。

前記旋回水路４は、通水方向に対して螺旋状に旋回する少なくとも一条の螺旋状溝から形成されるものであり、本実施例では図２に示すように三条の螺旋状溝が形成されている。前記導入口２から導入した原水は、旋回水路４部分の構成部材である旋回水路部材４０内から該旋回水路部材４０に形成された水路孔４１・４１・４１を通って三条の螺旋状溝からなる旋回水路４内に進入することで原水の流れが三つの旋回流へと変換される。螺旋状溝から形成された旋回水路４は、従来の羽根状突起に比して原水中に含まれる浮遊物が付着し難いため通水路の閉塞が生じ難い。水路孔４１・４１・４１の開口面積は、導入口２の開口面積と同等であることが好ましい。

前記空気導入管６は、前記旋回水路４によって旋回流となる原水の旋回流の略中心部に空気を導入する空気導入口６１を有するものであり、原水の旋回流によって負圧となる該旋回流の略中心部から原水の中に空気を導入することにより、原水への空気の混入が速やかとなる。空気の導入に際しては、旋回流の負圧によって空気が原水中に吸引される自吸構成が好ましいが、ポンプ等の送気手段によって加圧導入する構成であってもよい。尚、導入される空気は一般的な空気（外気）のみに限定せず、マイクロバブル発生を要求する処理の種類に応じた気体（例えば、純酸素、オゾン等）を用いることができる。

前記旋回流整流室５は、前記旋回水路４によって旋回流となった原水の旋回流が通水する際に整流される部分である。該旋回流整流室５には、本体通水路の内面に複数の段差部５１を設けることで該本体通水路の通水方向に直交する方向での断面径が図３に示すように大部分｛図３の（Ａ）と（Ｃ）を参照｝と小部分｛図３の（Ｂ）と（Ｄ）と（Ｅ）を参照｝との繰り返し構成（大→小→大→小→更に小）となるように形成されている。かかる断面径の大部分と小部分との繰り返し構成である旋回流整流室を原水の旋回流が通水・整流することで、剪断力が向上することになり、発生する気泡を微細化することができる。

前記旋回流加速室７は、前記吐出口３に向かって本体通水路の通水方向に直交する方向での断面径が絞り込まれるように形成されるものであり、原水の旋回流が吐出口３に向かうことで絞り込まれた断面径によって前記旋回流を効果的に加速することができる。

前記旋回流加速室７で加速された原水の旋回流は、前記吐出口３からマイクロバブルと共に吐出されることになる。

前記吐出口３の外側周囲には、複数段の段差を設けてなる渦崩壊促進面部８が形成されており、前記吐出口３から吐出されたマイクロバブルを含む原水の旋回流が該渦崩壊促進面部８に接触することで渦崩壊と接触剪断との複合効果が生じ、より微細なマイクロバブルを効率的に発生させることができる。

渦崩壊促進面部８は、図４に示すように吐出口３を中心とする同心円状の複数段の段差で形成された構成であることが好ましく、かかる構成によれば、効率的且つ安定した渦崩壊を得ることができる。

また、渦崩壊促進面部８は、図１に示すように吐出口３から広角に拡開する構成であることが好ましく、かかる構成によれば、原水旋回流と共にマイクロバブルを吐出口から吐出方向に対して広角に拡開状態で吐出するように誘導することができるので、原水が貯溜する槽内の広域にマイクロバブルを拡散状態で吐出することができる。拡開角度としては、好ましくは１２０度以上〜１８０度未満、より好ましくは１５０度以上〜１８０度未満である。

前記導入口２から吐出口３、及び吐出口３の外側周囲に至る構成が上記実施例に示すような構成を有するマイクロバブル発生装置１によれば、導入口２に対する吐出口３の開口比率を１０〜４０％の範囲、好ましくは２０〜４０％の範囲の大径とすることができる。かかる大径の吐出口３によれば、数％（概ね５％程度）であった従来品（図６参照。図６において符号２Ａは導入口、３Ａは吐出口を各々示す。）に比して著しく大径であるため、原水中に含まれる塵埃等による吐出口３の閉塞トラブルを減じることができるだけでなく、原水の導入速度を上げて該原水の旋回回転数を上げても、配管や通水部等での配管抵抗を著しく増加させることなく、渦崩壊回転数を上げて渦崩壊を効率的に増加させることができる。即ち、図７に示すように、導入口２（従来品は２Ａ）に対して、本発明では吐出口３を大径であり、従来品では吐出口３Ａは小径である。

以上、本発明に係るマイクロバブル発生装置の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されず本発明の範囲内において他の態様を採ることもでき、例えば、旋回水路４は上記実施例では三条の螺旋状溝から形成されていたが、本発明は三条に限定されず、一条又は二条でもよいし、四条以上であってもよい。但し、均等配置された三条以上であることが好ましい。

また、旋回流整流室５の断面径の大部分と小部分との繰り返し構成についても上記実施例の繰り返し構成（大→小→大→小→更に小）に限定されず、小径から始まる構成であってもよいし、大径と小径の中間の断面径を有する部分を含めてもよいし、大径部分と小径部分の段差を図１及び図３に示す実施例よりも大きくしてもよい。また、段差部５１についても図１では傾斜段差としているが、傾斜角度を緩やかにしてもよいし急傾斜としてもよいし、或いは垂直段差としてもよい。

本発明に係るマイクロバブル発生装置の一実施例を示す概略構成断面図 旋回通路の螺旋状溝の一例を説明する要部概略構成図（要部正面図及び要部右側面図） 旋回流整流室の断面径の大部分と小部分との繰り返し構成を説明する端面図（図１のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線端面図、ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線端面図、ＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線端面図、ＩＩＩＤ−ＩＩＩＤ線端面図及びＩＩＩＥ−ＩＩＩＥ線端面図） 吐出口の外側周囲の渦崩壊促進面部を説明する要部右側面図（図１のＶ方向から見た要部右側面図） 導入口に対する吐出口の開口比率を説明する端面図（図１のＩＶＡ−ＩＶＡ線端面図及びＩＶＢ−ＩＶＢ線端面図） 従来品の導入口に対する吐出口の開口比率を説明する端面図 本発明と従来品の導入口に対する吐出口の開口比率を比較説明する概略説明図

符号の説明

１ マイクロバブル発生装置
２ 導入口
２Ａ 従来品の導入口
３ 吐出口
３Ａ 従来品の吐出口
４ 旋回水路
４０ 旋回水路部材
４１ 水路孔
５ 旋回流整流室
５１ 段差部
６ 空気導入管
６１ 空気導入口
７ 旋回流加速室
８ 渦崩壊促進面部

Claims (3)

1. 本体の一端に設けられた導入口から導入した原水に本体通水路内で旋回流を付与し、該旋回流の中に空気を導入し、導入した空気を前記旋回流によって剪断破壊して微細化して本体の他端に設けられた吐出口からマイクロバブル（微細気泡）として原水と共に吐出する構成のマイクロバブル発生装置において、
   前記導入口と吐出口との間の本体通水路に、原水の流れを旋回させる旋回水路と、原水の旋回流を整流する旋回流整流室と、該旋回整流流室内の原水中に空気を導入する空気導入管と、原水の旋回流を加速する旋回流加速室と、を有し、
   前記旋回水路が、通水方向に対して螺旋状に旋回する少なくとも一条の螺旋状溝から形成され、
   前記空気導入管が、前記旋回水路によって旋回流となる原水の旋回流の略中心部に空気を導入する空気導入口を有し、
   前記旋回流整流室が、前記本体通水路の内面に複数の段差部を設けることで該本体通水路の通水方向に直交する方向での断面径が大部分と小部分との繰り返し構成となるように形成され、
   前記旋回流加速室が、前記吐出口に向かって本体通水路の通水方向に直交する方向での断面径が絞り込まれるように形成され、
   前記導入口に対する前記吐出口の開口比率が１０〜４０％の範囲に形成され、
   前記吐出口の外側周囲に、複数段の段差を設けてなる渦崩壊促進面部が形成された構成であり、
   前記渦崩壊促進面部が、前記吐出口を中心とする同心円状の複数段の段差で形成されると共に、前記吐出口から広角に拡開する構成であり、且つ前記渦崩壊促進面部の拡開角度が１２０度以上〜１８０度未満であること、
   を特徴とするマイクロバブル発生装置。
2. 前記導入口に対する前記吐出口の開口比率が２０〜４０％の範囲に形成された構成であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバブル発生装置。
3. 前記渦崩壊促進面部の拡開角度が、１５０度以上〜１８０度未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロバブル発生装置。

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