JP5665392B2 - 超微細気泡発生装置 - Google Patents
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Description
また、水中で露出した回転体を回転させて、回転体を支持する中空の回転軸の内部を通じて空気を送り込み、前記回転体から空気を放出させ、水中に気泡を拡散させる装置が公知となっている(例えば、特許文献2参照)。
また、空気をコンプレッサにより圧送する方法では、コンプレッサの寿命が短いため、メンテナンスの費用がかかっていた。また、湖沼・河川、海水等の液中において超微細気泡装置を使用する場合には、コンプレッサの寿命がさらに短くなるため、メンテナンスの費用がさらに多くかかっていた。
さらに、特に排水浄化及び魚介類の養殖においては、深い場所にまで空気を送り、溶存する酸素量(空気量)を向上させるための技術が必要となっていた。
まず、本発明の一実施形態にかかる超微細気泡発生装置1の全体構成について図1及び図2を用いて説明する。
超微細気泡発生装置1は、水中において超微細気泡を発生させるための装置である。ここで超微細気泡とは、サイズ(直径)が数百nm〜数十μmの気泡を意味する。超微細気泡発生装置は、特に、湖沼・河川、海水等の液中において超微細気泡を発生させて水質を浄化させるために使用される。
超微細気泡発生装置1は、モータ2と、モータ2と連結されており、中央部に回転軸内通路31を設けた回転軸3と、回転軸3の下部に設けられた少なくとも一以上の回転体4と、回転体4の端部に設けられた回転翼5と、回転軸3の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構6と、クランク機構6を介して回転軸3と連結されたエアシリンダ7と、を備える。超微細気泡発生装置1を水中で使用する場合には、回転軸3の中途部から下の部分が水中に配置される。
また、モータ2は、出力軸の回転数を電気的に変化させるための速度可変機構としてのインバータ23に接続されている。インバータ23は、制御装置24に接続されている。これにより、制御装置24によってインバータ23を制御することでモータ2の回転数を変化させることができる。
モータ2、インバータ23及び制御装置24は、電源25と接続されている。モータ2を作動させて後述する回転体4を駆動するために必要とする電力は数十Wから多くても百W程度であるため、電源25は、太陽光発電装置を使用することもできる。また、バッテリや商用電源等から電力を供給してモータ2を作動させることも可能である。
モータ2には図示せぬ出力軸が設けられており、該出力軸に歯車装置22が接続されている。歯車装置22は、複数の歯車から構成されており、前記出力軸の回転速度を減速させてトルクを向上させる。歯車装置22の最も下流側の歯車は回転軸3に固設された図示せぬ伝動歯車と噛合している。
回転体内通路43は、回転体4の中心から半径方向外側へ突設されており、一端が連通孔42と連結されている。また、回転体内通路43の半径方向外側の他端は、回転翼5に設けられた回転翼内通路51と連結されている。
例えば、図5に示すように、回転翼5を下方に傾斜させた場合には、回転翼5下側においては、回転翼5下面と接触した水が下側に流れることにより、下向きの水流が起こり、回転翼5上側においては、回転翼5の上面に沿って水が流れることにより、下向きの水流が発生する。これにより、回転翼5を回転させることで下向きの水流を起こし、水を攪拌することもできる。
下向きの水流を起こした場合であっても、通常の気泡であれば一旦下方へ沈んだ後再び上方へ浮上するため、大きな圧力をかけて気泡を下方へ送る必要があった。しかし、本実施形態によれば、超微細気泡の浮力の小さい性質を利用して、下向きの水流を起こすだけで超微細気泡を容易に下方まで送ることができる。
まず、モータ2を駆動させる。モータ2の駆動力はギアケース22a内の歯車装置22に伝わり、歯車装置22から図示せぬ伝動歯車に伝わる。そして当該伝動歯車が回転することにより回転軸3を回動させる。ここで、回転軸3の回動する方向は、図2の矢印方向であり、平面視反時計回りに回動する。
逆に、シリンダロッド72が伸長方向(前記と反対側)へ摺動すると、図1における右側の部屋内の空気が空気管75から合流管77へと圧送される。また、図1における左側の部屋の空気管75は吐出弁78により閉じられ、吸入弁76を介して空気が流入する。このように構成することにより、クランク機構6によりピストンロッド72が往復摺動されて、エアシリンダ7から空気が合流管77へ送られ、さらに回転軸内通路31へと送られる。
また、エアシリンダ7の口径を変更することにより、一回の摺動によって圧送される空気の量及び圧送される空気の圧力を変更することができる。
また、回転軸3の回転速度を上昇させると、シリンダロッド72の摺動速度が上昇するためエアシリンダ7から圧送される空気の量は増加する。同時に回転体4及び回転翼5の回転速度も上昇するため、多量の超微細気泡を効率よく放出することができる。
なお、モータ2の出力軸82に設けたプーリと回転軸3に設けたプーリとの間にタイミングベルトを巻回することによりモータ2の回転速度を減速させることも可能である。また、出力軸82及び回転軸3に数枚の薄い円錐形の摩擦板を設け、互いにかみ合わせて動力を伝達する無断変速方式を採用することも可能である。
また、回転体内通路43及び回転翼5の数は本実施形態に示した数に限定するものではなく、回転体内通路43及び回転翼5の数を各3個以上とすることも可能である。
また、本実施形態では往復動式のエアシリンダ7、つまり、往復動式のエアポンプにより空気を圧送する構成としたが、回転式(ギア式やトロコイド式やベーン式)のエアポンプとすることも可能である。
また、別の実施形態として、回転体104を上下に複数個設けることも可能である。図8及び図9に示すように、第一実施形態と比較して、回転軸3に延長軸35を接続して延長し、回転軸3及び延長軸35に複数個の回転体104・104を設けたものである。ここで、下端に配置された回転体104の構成は第一実施形態の回転体4の構成と同一であるので説明を省略する。また、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
中途部に配置された回転体104の連結孔141は上下が開放されている。また、連結孔141の側面に複数の連通孔142・142が穿設されている。連通孔142の数は、後述する回転体内通路143の数と同じとなるように設けられており、本実施形態においては2個設けられている。回転体内通路143は、回転体104の中心から半径方向外側へ突設されており、一端が連通孔142と連結されている。また、回転体内通路143の半径方向外側の他端は、回転翼5に設けられた回転翼内通路51と連結されている。
また、別の実施形態として、回転体204を平面視円盤状に形成することも可能である。図10及び図11に示すように、第一実施形態と比較して回転体204の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
回転体204を平面視円盤状に構成することにより、回転体204が回転した場合であっても、回転体204にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。また、防護部材260を回転翼5の回転方向前方に設けたことにより、図11に示すように、回転翼5に向かう水流が回転体204の半径方向外側へ方向を変えるため、回転翼5にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。
また、別の実施形態として回転体304を平面視略正方形状に形成し、回転翼305を平面視略三角形状に形成することも可能である。図12に示すように、第一実施形態と比較して回転体304及び回転翼305の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
また、回転翼305は高密度複合体で構成されており、直径数μm〜数十μmの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼305から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼305を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
また、回転翼305には回転翼内通路351が設けられている。回転翼内通路351は、回転翼305の内部に設けられ、回転翼305の中途部まで設けられている。回転翼内通路351の一端は回転体内通路343と連結されている。回転軸内通路31、回転体内通路343、及び回転翼内通路351の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
このように構成することにより、回転体304が回転した場合であっても、回転体304にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。
また、別の実施形態として回転体404を平面視略円盤状に形成し、複数の回転翼405を平面視略直方体状に形成して、回転体404の上面から垂直に立設することも可能である。図13及び図14に示すように、第一実施形態と比較して回転体404及び回転翼405の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
また、図14に示すように、回転体404の回転方向に対して回転翼405の前方部分が後方部分よりも半径方向外側になるように配置されている。このように構成することにより、回転体404及び回転翼405を回転させることで下向きの水流を作ることができる。
また、別の実施形態として回転体504を平面視略円盤状に形成し、回転翼505をプロペラ状に形成して、回転体504の外周に設けることも可能である。図15に示すように、第一実施形態と比較して回転体504及び回転翼505の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
このように構成することにより、プロペラ状に形成した回転翼505によって水流を効率的に起こすことができ、超微細気泡を下方に送ることができる。
また、別の実施形態として回転体604を平面視略矩形状に形成し、回転翼605を直方体状に形成して、回転体604の半径方向外側両端部から下方に向けて延びるように設けることも可能である。図16及び図17に示すように、第一実施形態と比較して回転体604及び回転翼605の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
また、各回転翼605は、回転翼605の平面視中心を回転中心として角度を変更することができる。このように構成することにより、回転翼605を回転させて角度を変更することで、回転翼605の作り出す水流の方向を調整することができる。
また、回転翼605同士が、その下端に設けられた固定具606により固定されている。このように構成することにより、回転翼605が揺動するのを防止することができる。
このように構成することにより、回転翼605によって水流を効率的に起こすことができ、超微細気泡を下方に送ることができる。
このように構成することにより、回転翼5を高密度複合体で構成したので、粒径の小さな超微細気泡を発生させることができ、回転翼5を回転させることで、超微細気泡が発生した瞬間に回転翼5から離間させることができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。また、回転翼5の回転速度に比例して超微細気泡発生量が増減することにより、回転速度に適した超微細気泡を効率よく発生させることができる。また、回転翼5を高密度複合体で構成したので、膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置1の損傷や劣化を防ぐことができる。また、エアシリンダ7は簡易な構造でありメンテナンスの必要性が小さい。したがって、耐久性が高くなりメンテナンス費用を省くことが可能となる。また、エアシリンダ7は、普及品であるから部品調達が容易であり、調達コストを省くことが可能である。また、回転体4及び回転翼5を回転させることにより、下向きの水流を起こし、超微細気泡の浮力の小さい性質を利用して、超微細気泡を容易に下方まで送ることができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。
このように構成することにより、エアシリンダ7内の圧縮時の部屋の容積を変更することができ、エアシリンダ7から圧送される空気の圧力を変更することができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。
2 モータ
3 回転軸
4 回転体
5 回転翼
6 クランク機構
7 エアシリンダ
23 インバータ
61 回転板
62 連結部材
Claims (1)
- モータと、
前記モータと連結されており、中央部に回転軸内通路を設けた回転軸と、
前記回転軸の下部に回転軸と相対回転不能に設けられ、回転体内通路を有する少なくとも一以上の回転体と、
前記回転体の端部に設けられ、導電性を有する無機質の素材を含み、直径数μm〜数十μmの細かい孔が形成される多孔質の複合体で構成された回転翼と、
前記回転軸の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構と、
前記クランク機構を介して前記回転軸と連結されたエアシリンダと、
を備え、
前記エアシリンダは、前記回転軸内通路と連通し、
前記回転軸内通路は、前記回転体内通路を介して前記回転翼の内部と連通し、
前記モータは、回転速度を変化させる速度可変機構を備え、
前記エアシリンダの摺動速度と前記回転体の回転速度とを対応させた、
超微細気泡発生装置。
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