JP5800185B2 - マイクロバブル発生貫流ポンプ - Google Patents

Description

本発明は下水処理場における曝気による水質浄化、魚介類全般の養殖用の水槽内流れの改善、植物栽培などに関係するエアレ−ション技術、および船体外板をマイクロバブルで覆うことによる摩擦抵抗低減技術などに関する。

曝気、養殖および植物栽培における従来の技術は以下のようである。
曝気に関する従来技術では、下水処理などで必要な工程の一つであるエアレ−ションによる処理方法として、散気式、気泡噴射式、水中攪拌式などがあるが（例えば特許文献１に開示されたもの）、いずれも気泡径は微小とは言いがたく、浮上速度が速いため短時間に大気に放出される傾向にある。また、エアレ−ションの槽内での一様性に問題がある。また、特許文献２に開示されているように、プロペラタイプの旋回翼の吐出し側の流れに微細気泡を混入させる方法もあるが、均一な微細気泡が得られにくいなどの問題がる。

養殖に関する従来技術の微細気泡発生装置と水流供給装置は以下のようものがある。微細気泡発生装置として、例えば特許文献３、特許文献４および特許文献５に開示されているようにセラミックス材料などを利用した多孔質のエア分散発生器を水槽底面に設置した例もあるが、実際には気泡径は微小とは言いがたく、浮上速度が早く、短時間に大気に放出され、効率が悪い。また、水流供給装置としては、例えば特許文献６に開示されているように送水ポンプに接続された複数のノズル孔を設けたパイプを水面下に設置し、ノズルからの噴流によって流れを供給するものもあるが、噴流後の拡散、乱れのため、水流が遠くまで達せず、安定した自然な流れが得られない。

従って、養殖に関する従来技術では河川と同様の良好な流れが得られず、また微細気泡を効率よく水槽内に供給できないため、水中への酸素溶存性を高める効果が小さいなど、水環境の改善が不十分である。

植物栽培に関する従来技術の気泡発生装置としては、培養槽内にブロワにより圧力をかけてノズルより噴射するもの（特許文献７）やセラミックスなどを利用した分散発生器を使用したもの、空洞にした水中翼の内部に二酸化炭素ガスを供給し、翼後端より二酸化炭素ガスを微細化して噴出する方法（特許文献８）などがあるが、均一な微細気泡は得られ難く、乱れも大きいため、一様な気泡を伴う水流が遠くまで達しないという問題がる。また、撹拌機による流動（特許文献９）では槽内全体に一様に供給するのが難しい。

マイクロバブルによる摩擦低減船に関しては、船首側に設けた細いスリットや多数の噴出口およびノズルにより微細気泡を吹き出させる方法などがある。例えば、吹き出し口がスリット形状では特許文献１０、多数の噴出口形状では特許文献１１や特許文献１２、ノズル形状では特許文献１３などが開示されている。

空気吹き出し口の形状は種々あるが、いずれも吐き出される気泡径は微小とは言い難く、浮上速度の影響が大きいこと、また吹き出しによる流れは乱れが大きく、剥離などを起こし、船体に沿って流れ難いなどの問題がる。特に船の側面に噴出口がある場合、吹き出される気泡は、浮力の影響や乱れの影響もあり、安定して船尾まで船の側面を気泡流で覆うことは困難である。従ってマイクロバブルによる顕著な省エネ効果は得られ難い。

非特許文献１によれば、気泡群の浮力の影響が大きいこと、船首側の船底に設けた細いスリットからの空気吹き出し法では、吹き出し気泡は不安定で剥離なども生じるため、船尾まで船底を安定して覆うことは困難であることから、船底の外側部に端板を設けて船底の側面からの気泡の流出を抑える必要がると述べている。

上記のように、曝気、養殖、植物栽培などの従来技術では気泡径の微小化の問題や微小気泡を含む流れを槽内全体に一様に供給するのが困難などの問題があり、エアレ−ションの効率が悪い。また、摩擦低減船として供給されるマイクロバブルも不安定で微小と言い難く、浮力の影響などもあり、安定して船体全体を覆うことは困難である。

実開平６−４８８９８号広報 特開２００５−５９００２号広報 特開平７−３１３２７号広報 特開平５−１６８９８１号公報 特開２００３−１２５６７１号広報 特開平６‐１８１６５７号広報 特公開平８−３２２５５３号広報 特公開平６−７８７４５号広報 特公開平５−２８４９６２号広報 特開平９−１５６５７６号公報 特開平９−２０７８７３号公報 特開平１１−４９０８０号公報 特開２００８−１８７８１号公報 児玉良明「空気潤滑法による船舶の抵抗低減技術の実用化にむけて」日本機械学会誌，１１２−１０８６（２００９−５），４６−４９．

従来の技術では気泡の微細化が不十分であり、浮上速度が早く効率が悪い。従来より微細化した気泡流を槽内全体や船体に沿って全体に一様に供給するマイクロバブル発生技術が必要である。

請求項１に記載の発明は曝気槽や養殖槽および培養槽などの槽内に微細気泡を一様な流れとともに供給すること、さらに船舶の摩擦抵抗低減のためのマイクロバブルの発生技術を提供することにある。図１は貫流ポンプ（クロスフローポンプ）を基本として、新規のエアレーション技術を備えたマイクロバブル発生貫流ポンプ８０の全体構成を示す。（ａ）は平面図（ｂ）は装置の全体構造を示す。図２には羽根車部の断面における気泡を含む流れの状態を示す。図３はモ−タが水中使用対応でない場合のマイクロバブル発生貫流ポンプ８１の装置構成を示す。貫流ポンプ本体は図１および図２に示すように基本的には円筒状の多翼羽根車７を収容したポンプケ−シング３０と流れを制御する舌部８および羽根車内に散気孔５を有する散気孔パイプ４からなる。

本発明の微細気泡発生技術の基本は、羽根車内に挿入した散気孔パイプ４を専用のモータで高速回転させ、気泡が散気孔５から回転伴いながら放出されることにより、微細化されることにある。図１に散気孔パイプ４を自在に回転させるための機構を示す。図１（ｂ）の断面図に示すようにポンプ駆動用モータ１２ｂの駆動軸２は羽根車７を貫通せず、駆動側の羽根車側板１７の羽根車ボス２３に駆動軸２の軸端を嵌め込んだ構成にしている。反駆動側の羽根車側板に取り付けた中空回転軸１６は、ポンプケーシング３０の側面に設置した外輪用と内輪用の２種の軸受を備えた軸受ユニット２６の外輪用の軸受２７に嵌め込まれ、該羽根車中空回転軸１６の内径側に隙間を開けて小径の散気孔パイプ４の後端を該内輪用の軸受２８に嵌め込んで通し、その散気孔パイプ４の先端を羽根車内に突き出した構造にしている。本図は散気孔パイプ４の先端を羽根車内全体幅に渡って突き出し、その先端は振れ止めリング１５内まで伸ばした場合を示す。散気孔パイプ４の後端は内輪用の軸受２８から突き出して当該軸受けの後部に設置した回転軸が中空のサブモータ２０ｂに接続し、サブモータの中空回転軸と散気孔パイプを連結して羽根車内への気体の供給と散気孔パイプ４の回転を可能にしている。散気孔５は羽根車内のパイプ４の外周面に多数の散気孔を穿孔、あるいは追加の多孔質材を貼りつけたものである。図１に示すように散気孔パイプ４の回転駆動源がサブモータ２０ｂ、あるいは２０（後述）の場合はタイプＡとする。

この構成により、羽根車７の回転に関係なく散気孔パイプ４をサブモータ２０ｂにより回転速度や回転方向を自在に調節出来るようにした貫流ポンプ本体部を水面下に設置し、サブモータ２０ｂの後端密閉ブラケット１９に接続したホース１３を通してエアポンプ１１および液体ポンプ１１ｂから空気や炭酸ガスなどの気体および培養液や中和剤などの液体をサブモータ２０ｂの中空回転軸を通して羽根車内の散気孔５の部分に供給できる構成にしている。供給された気体は散気孔パイプ４の散気孔５から羽根車内に気泡となって放出されることになるが、気泡は回転を伴って散気孔５から放出されるため、回転を伴う効果と羽根車内の流れとの混合により気泡は微小径となって放出される。さらに回転する羽根６の間を通過することにより細分化され、水流とともに槽内などに吐出される。

散気孔パイプ４は、専用のサブモータ２０ｂを駆動源としているので、前述のように羽根車の回転に関係なく回転速度や回転方向を調節できるという特徴がある。散気孔パイプ４の回転速度は大きいほど気泡は微細化される。また散気孔パイプ４の回転方向を羽根車と逆回転にすれば、羽根車中心部の流れの局部的乱れが大きくなり、さらに微細化される。また、水中への溶存性を効率よく高めることになる。

流れは図２の羽根車部の断面図に示すように吸込み側９から吐出し側１０に向って２回羽根６を通過する。即ち流れは吸込み側９では、羽根車７の外側から内側へ、吐出し側１０では内側から外側へ流出して羽根車７を横断するのでゴミなどが詰り難い。羽根車７は幅方向に長くとれること、また、流れが羽根車に接線方向に吐出されることから、吐出し流れは従来技術と異なり、幅広のシート状で乱れも少なく、拡散せずに遠くまで達することができるので、羽根車内に大量に発生した微細気泡は吐出し流れとともに槽内などに幅広で一様に供給される。貫流ポンプの流れは２次元的であるから、流量を増やすためには、単純に羽根車７の幅方向の長さを増やせばよい。あるいは貫流ポンプ本体を数個幅方向につないでもよい。また、舌部８を含む吸込み口から吐出し口までの形状を使用用途に合わせて柔軟に変えることが出来るので、多用途の使用に対応できる。

図３は図１の駆動用モータとサブモータが水中使用対応でない場合に、駆動用モータ１２とサブモータ２０を水槽の外に設置したときの装置構成を示す。この場合はモータが水槽の外部に設置されているので、メンテナンスが容易である。

請求項２に記載の発明は、散気孔パイプ４の回転駆動源を前記サブモータ２０あるいは２０ｂに替えて、図４に示すようにプーリモータ２２を駆動源とするベルト１８による駆動により、散気孔パイプ４を回転できるようにしたものである。気体などはプーリと一体化した散気孔パイプ４を保持するパイプ保持軸受３７の後端気密ブラケットに接続したホース１３から散気孔パイプ４内に導入し、羽根車内の散気孔５に供給できるようにしている。散気孔パイプ４の回転方向も変えることが出来る。図４のように散気孔パイプ４の回転駆動がプーリモータ２２の場合はタイプＢとする。

図５は、散気孔パイプ４を専用のモータで回転させるのでなく、羽根車駆動用の主モータの動力を伝達機構により間接的に散気孔パイプ４の回転に伝達して、高速化できるようにしたものである。伝達機構は歯車列やコロ列および遊星歯車などで構成されるが、本図は歯車列の場合で、図５（ａ）に装置の断面図、（ｂ）に歯車列の構成、図６に装置平面図を示す。歯車列３５を装置に組込むために、図５（ａ）の断面図に示すように羽根車中空回転軸１６の軸端を反駆動側のポンプケ−シング３０の側面に設置した羽根車回転用の軸受２７から少し突き出し、その軸端の中空回転軸の外径に嵌めこんで同軸として一体化した円環の内側に歯を付けた原動節の内歯車４５ａに中間歯車４５ｂを介して伝達される中心に位置する従動節の小歯車４５ｃに動力を伝えるもので、小歯車４５ｃは中心に散気孔パイプ４を貫通させて同軸一体化したものである。これらの３種の歯車を組合せた歯車列３５によって、散気孔パイプ４の回転方向は羽根車７の回転方向とは逆回転となり、回転数は羽根車７の回転数より大きくできることから、羽根車７内に発生する気泡は微細化される。散気孔パイプ４と一体化した小歯車４５ｃの回転数は内歯車４５ａの歯数Ｚａと小歯車の歯数Ｚｃの比、Ｚａ／Ｚｃで増速される。気体の散気孔パイプへの供給方法は図４に示すパイプ保持軸受３７の場合と基本的に同様である。
図５に示すように散気孔パイプ４の回転が歯車列３５によって伝達される場合はタイプＣとする。

請求項３に記載の発明は、パイプ回転用のサブモータの回転軸が中空でない場合の気体の供給方法に関する。図７に示すパイプ回転用のサブモータ２１の回転軸は中空ではなく気体を通すことは出来ないので、サブモータ２１に接続する散気孔パイプ４の途中に散気孔パイプ４が貫通する固定の気密エアチャンバー２４を設けている。気密エアチャンバー内を通るパイプの部分には気体導入のための複数の小穴２５やスリット穴を開けた構造にし、気体は気密エアチャンバー２４に接続したホース１３によりエアポンプ１１から供給し、該小穴２５を通して羽根車内の散気孔に気体を送りこむ構成になっている。

図８は、貫流ポンプの羽根車内において、発生する気泡をさらに微細化させるために、断面図（ａ）と側断面図（ｂ）に示すように、複数の細長棒状体２９を羽根車７内の散気孔パイプ４の外径側に隙間を空けて、回転軸に平行で略同芯状に配列して羽根車両側板１７の幅間に差し渡して取付けたものである。細長棒状体２９は羽根車と一体となって回転するが、散気孔パイプ４の回転速度や回転方向は前述のように駆動方法の違いから、羽根車と一体の細長棒状体２９の回転とは相対的に異なる。散気孔から放出される気泡は細長棒状体２９の回転による局部的後流乱れに混合され微細化される。加えて回転速度や回転方向の違いなどによる局部的乱れの大きい流れに混合されると、気泡の微細化がさらに促進される。本図の細長棒状体は、パイプを短冊状に刳り貫いて６個の棒状体として作製した例を示す。

本発明のマイクロバブル発生貫流ポンプによる気泡の微細化技術と貫流ポンプ特有の流れの特性を活かすことにより、従来より微細化した大量の気泡を幅広で一様な流れとともに槽内などに供給できる。曝気槽ではエアレ−ション技術による水質改善、養殖槽では魚類の飼育と水環境の改善、培養槽では、微粒化した培養液も同時に供給できることによる植物栽培などの成長促進、船舶に対しては、マイクロバブルによる船体摩擦抵抗の低減技術などに貢献できる。

図１は本発明のマイクロバブル発生貫流ポンプの基本的構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は気泡発生機構を含む貫流ポンプ全体の構造を示す断面図である。 図２は羽根車部の構造と気泡流れの状態を示す断面図である。 図３は羽根車の駆動モータと散気孔パイプの駆動モータが図１と異なり、水中使用対応でない場合に、モータを水槽の外に設置した場合の装置構成を示す。 図４は散気孔パイプの回転駆動を図１の装置とは異なり、プーリモータ駆動とした場合の別形態のマイクロバブル発生貫流ポンプの平面図である。 図５（ａ）はポンプ駆動モータの動力源を歯車列により伝達して、散気孔パイプを高速回転させる装置構成を示す断面図、（ｂ）は歯車列の構成を示す。 図６は図５に示すマイクロバブル発生貫流ポンプの平面図である。 図７は散気孔パイプの途中に組み込んだ気密エアチャンバー内のパイプ小穴を通して、気体を羽根車内へ供給するための構造を示す断面図である。 図８（ａ）は気泡微細化のため、複数の細長棒状体を羽根車内に略同芯状に配列して羽根車幅間に差し渡した構造を示す断面図、（ｂ）は側断面図である。 図９は曝気槽の中にマイクロバブル発生貫流ポンプを据付けた形態を示す。（ａ）は槽内の気泡流れの状態を示す断面図、（ｂ）は側断面図である。（実施例１） 図１０はマイクロバブル発生貫流ポンプを曝気槽の外に据付けたときの装置構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は曝気槽の外に設置したポンプ内の流れと曝気槽内の気泡流れの状態を示す断面図である。（実施例２） 図１１はマイクロバブル発生貫流ポンプのケ−シング形状をインライン型にアレンジして配管途中に据付けたときの形態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）はライン内の気泡流れの状態を示す断面図である。（実施例３） 図１２はマイクロバブル発生貫流ポンプを水耕栽培用の回流型培養槽の外に設置し、槽内を循環させる場合の構成を示す。（ａ）は全体構成を示す平面図、（ｂ）はポンプと培養槽内の気泡流れの状況を示す断面図である（実施例４） 図１３は矩形型水耕栽培用の培養槽の水面下にケーシング首振り機構を有するマイクロバブル発生貫流ポンプを２台設置した場合の据付け状態と気泡流れの状態を示す。（実施例５） 図１４は図１３の平面図で、マイクロバブル発生貫流ポンプ２台を培養槽内に設置したときの形態を示す。 図１５は縦置きのマイクロバブル発生貫流ポンプを養殖槽に据付けたときの気泡流れの状態を示す。（ａ）は平面断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ矢視図である。（実施例６） 図１６はマイクロバブル発生貫流ポンプを船首部の船の側面と底面に設置した場合の形態と気泡流れの状態を示す。（実施例７） 図１７は図１６の摩擦低減船を船底側から見た場合のマイクロバブル発生貫流ポンプの据付け状態と気泡流れの状態を示す。 図１８は図１７の船底の外板に設置したマイクロバブル発生貫流ポンプの拡大図で、（ａ）は据付け断面図、（ｂ）は気泡流れの状態を示す断面図である。 図１９はマイクロバブル発生貫流ポンプを本体装置は船底内部に据付け、取水口と吐出し口は船底外板を通して外部に開口した構成を示す断面図である。（実施例８）

以下に本発明の実施の形態を利用分野ごとに図９〜図１９を参照して説明する。図９〜図１１は曝気関連、図１２〜１４は培養槽関連、図１５は養殖関連、図１６〜図１９は摩擦低減船関連を示すが、使用用途が重複するケースもある。本実施例では、前述のように微細気泡発生技術の手法によってタイプ分けする。散気孔パイプ４の回転駆動がサブモータ２０、２０ｂの場合はタイプＡ、プーリモータ２２の場合はタイプＢ、歯車列３５による伝達駆動の場合はタイプＣとする。

図９は本発明の第１実施例の矩形型の曝気槽４１の中にタイプＡのマイクロバブル発生貫流ポンプ８３を設置したときの形態を示す。（ａ）は気泡流れの状態を示す断面図、（ｂ）は側断面図である。曝気槽４１内にマイクロバブル発生貫流ポンプ８３を一方の壁面近くの水面下に設置し、タンク内に幅広で一様な微細気泡流を供給できるようにした装置である。気体はポンプ羽根車内部において前述の図１に示すようにエアポンプ１１からホ−ス１３によりサブモータ２０ｂの中空回転軸を通して散気孔パイプ４に供給され、羽根車内部においてパイプ外周部に穿孔された散気孔５から回転を伴いながら供給される。前述のように散気孔パイプ４の回転速度や回転方向はサブモータ２０ｂにより自在に変えることが出来るので、散気孔５から羽根車内に放出される気泡は回転速度を上げれば微細化される。さらに図８に示す細長棒状体２９をセットした構造にすれば、さらに気泡は微細化される。

この実施の形態によれば、マイクロバブル発生貫流ポンプ８３によって供給される微細気泡を含む吐出し流れは、従来技術とは異なり、幅広の水流で、遠くまで達することができるため、タンク内全体に渡って、吐き出し流れから吸込み側へ回り込む大きな循環流れが形成される。また、良好な微細気泡を供給できることからエアレーションの効率が良い。従って処理時間を短縮できる。

図１０は本発明の第２実施例で、矩形型の曝気槽４２の外にタイプＢのマイクロバブル発生貫流ポンプ８９を設置した場合の形態を示す。羽根車の回転駆動源はモ−タ１２、散気孔パイプ４の回転駆動源はプーリモータ２２である。（a）は平面図、（ｂ）は装置内の気泡流れの状態を示す断面図である。本装置はマイクロバブル発生貫流ポンプ８９を曝気槽４２の内側でなく外に設置して、ポンプの吐出し口と吸込み口を曝気槽４２に接続して循環するようにしたもので、図９の実施例１と同様に吐き出し流れから吸込み側へ回り込む大きな循環流れに伴って、大量の微細気泡を曝気槽４２の全体に渡って供給することが出来る。本実施例ではマイクロバブル発生貫流ポンプ８９が曝気槽４２の外に設置されているため、メンテナンスが容易である。

図１１は本発明の第３実施例で、ポンプケーシング形状をインライン型にしたタイプＡのマイクロバブル発生貫流ポンプ８４を配管途中に組み込んだときの形態を示すものである。（ａ）は平面図、（ｂ）はポンプを配管の途中に接続した形態と気泡流れの状態を示す断面図である。ポンプは図１０に示すケーシング３０と舌部８の形状を図１１に示すようにインライン型にアレンジしたケーシング形状３２と舌部形状８ｂを使用している。本装置のインライン型のマイクロバブル発生貫流ポンプ８４を数台配管の途中に連結して接続すれば、流れを止めることなく連続的に処理水のエアレーションを十分に行うことができるので、エアレーション用タンクを不要とすることが出来る。

本実施例に示すように、貫流ポンプの構造は２次元的で簡単なため、舌部を含むケーシング形状を使用状態に合わせて柔軟に変形できるので、いろんな用途に対応できるという優れた特徴を持っている。

図１２は本発明の第４実施例で、回流型の培養槽６０の外にタイプＡのマイクロバブル発生貫流ポンプ８５を設置した場合の形態を示す。（a）は平面図、（ｂ）は装置内の気泡流れの状態を示す断面図である。本装置は培養槽の外に設置したポンプの吐出し口と吸込み口を培養槽６０に接続して流れが循環するようにしたもので、Ｕ字型の培養槽６０の水面側に植物６３を育成する水耕栽培用フロート６４を浮かせ、水面下を微細気泡流が循環するように構成されている。気体は前述の図１に示すようにエアポンプ１１からホース１３により散気孔パイプ４内に供給され、羽根車内部において散気孔５から回転を伴いながら微細気泡となって供給される。培養液は液体ポンプ１１ｂによって散気孔５から微粒化して供給することによって植物栽培に適した環境にすることができる。

この実施の形態によれば、マイクロバブル発生貫流ポンプ８５によって培養槽６０の水面に浮かべた水耕栽培用フロ−ト６４の下を回流する幅広の一様な流れが得られ、ポンプの吐出し流れと共に微細気泡や培養液を槽内全体に供給することができる。また、流れは乱れも少なく拡散せず遠くまで達することから、従来のように撹拌機がなくても槽内に安定した回流が得られる。本実施例ではマイクロバブル発生貫流ポンプ８５が培養槽６０の外に設置されているため、実施例２の図１０と同様にメンテナンスが容易である。

図１３と図１４は本発明の第５実施例で、培養槽６１の底面にタイプＣのマイクロバブル発生貫流ポンプ９１を２台設置した場合の形態を示す。図１３は培養槽内の気泡流れの状態を示す断面図、図１４は装置の形態を示す平面図である。本装置は実施例４の図１２と同様に培養槽６１の水面に植物６３を育成する水耕栽培用フロート６４を浮かせ、水面下の底面にはマイクロバブル発生貫流ポンプ９１を２台設置した構成になっている。本装置の散気孔パイプ４の回転駆動は、前述の図５に示す歯車列３５をポンプに組み込んで伝達される。従って、散気孔パイプ４の回転方向は羽根車７の回転方向とは逆で、回転数は歯数比Ｚａ／Ｚｃにより増速される。吐出し方向の周期的方向変化の角度θはケーシング可動部にリンク付きの首振り機構を備えることによって行われる。

気体は前述の図５に示したようにエアポンプ１１から歯車列３５の端面を覆う密閉ブラケットに接続したホ−ス１３により散気孔パイプ４内に供給され、羽根車内部においてパイプに穿孔された散気孔５から回転を伴いながら微細気泡となって供給される。培養液は液体ポンプ１１ｂによって同じ散気孔５から微粒化して供給され、植物栽培に適した環境にすることができる。

この実施の形態によれば、マイクロバブル発生貫流ポンプ９１の首振り機構によるスイングによって、ポンプの吐出し流れとともに微細気泡や微粒化された培養液を培養槽６１の水面に浮かべた水耕栽培用フロ−ト６４の全体に渡って効率よく供給することができる。首振り機構によれば、従来のように撹拌機がなくても槽内全体に安定して供給できる。

実施例４と実施例５の別形態の使用例として、海洋バイオマスとして注目される藻類の増殖培養に本発明のマイクロバブル発生貫流ポンプを同様に利用できる。図１２〜図１４において、水耕栽培用フロ−ト６４を外し、替わりに藻類育成用の網状のものを取付け、他は略同様の構成とした藻類培養槽において、二酸化炭素含有ガスをエアポンプ１１から前述の図１に示す散気孔パイプ４を通して散気孔５から放出させることによって、ポンプ吐出口から槽内に二酸化炭素含有ガスの微細気泡を供給する。その二酸化炭素含有ガスの微細気泡を含む流れは前記水耕栽培の時と同様に槽内全体に行き渡り、藻類増殖に適した環境を作る。

図１５は本発明の第６実施例で、養殖槽にタイプＣのマイクロバブル発生貫流ポンプ９２を据え付けた場合の形態を示す。（a）は平面断面図、（b）は（a）のＹ−Ｙ矢視図である。本実施例では貫流ポンプの据付けが縦置きになっていて、駆動用のモータ１２が水面より上に設置できることから、据付およびメンテナンスが容易である。散気孔パイプの回転駆動は歯車列３５を介して伝達され、羽根車の回転速度より高速化されるため、散気孔から放出される気泡はより微細化される。エアポンプ１１から散気孔パイプ４への気体の供給方法は実施例５の図１４と同様である

この実施の形態によれば、マイクロバブル発生貫流ポンプ９２によって供給される微細気泡を含む吐出し流れは乱れも少なく、拡散することなく、遠くまで達することができる。従って、水槽内で河川と同様の水流の中で魚類を育てられることから、従来の養殖魚より身の締まった魚が得られる。また、安定した一定方向の流れが得られることから、魚同士が衝突して傷つくこともない。魚の種類ごとに、それぞれに適した吐出し水流速度を変える場合はバルブ調節でなく、直接ポンプ回転数を変えることによって容易に変えることができる。

水面近くにマイクロバブル発生貫流ポンプ９２を設置した場合は、散気孔パイプ４が回転することによって、パイプ内の圧力が負圧になるため、エアポンプ１１を介しなくても、自然にエアが供給される。従って、この場合はエアポンプ１１を必要としない。

図１６と図１７は本発明の第７実施例で、タイプＡのマイクロバブル発生貫流ポンプ８６と同８６ｂを船体の外板にセットしたときの形態を示す。マイクロバブル発生貫流ポンプ８６は船首部の水面下の左舷に、同８６ｂは船底外板にセットしたときのマイクロバブルの流れの状態を示す。いずれも船体表面に沿ってマイクロバブルが流れるようにポンプの吸込み口と吐出し口の方向を船体外板に沿うようにケーシング形状をアレンジしている。図１７は船底側から見た対称図面の半分を描いた平面図である。マイクロバブル発生貫流ポンプ８６ｂは船底外板に水中モータ１２ｂの両端軸にポンプを接続した構成であり、図１８の（ａ）、（ｂ）にその拡大図とポンプ断面におけるマイクロバブルの流れが船底表面７０ｂに沿って流出する状態を示す。

船体を覆うための気泡群は、浮力の影響を受けないように微細化したマイクロバブルを必要とする。本発明の気泡の微細化技術には数種の手法がる。前述の図１および図２に示すように気泡は散気孔５から回転を伴いながら羽根車内に放出されるが、回転速度が大きいほど微細化される。本実施例では散気孔パイプ４が専用のサブモータ２０ｂによって回転駆動されることから、散気孔パイプ４の回転速度を増せば、気泡が微細化され、マイクロバブルが得られる。また、回転方向を羽根車７と逆にすれば、羽根車中心部の流れの乱れが局部的に大きくなり、気泡混合により、さらに微細化されたマイクロバブルが得られる。

この実施の形態によれば、図１６と図１７に示すように船首部の左舷の外板に設置したマイクロバブル発生貫流ポンプ８６の羽根車内で発生したマイクロバブルの吐出し流れは一様で安定した流れなので、コアンダ効果（流れが物体表面に沿って流れる）によって曲率のある船体表面に沿って流れる。マイクロバブルの吐出し流れＤは、貫流ポンプの特性により、幅広のシ−ト状で乱れも少なく、また拡散することなく、一様な流れとなって遠くまで達するので広範囲に渡って船体をマイクロバブルで覆うことが出来るので摩擦抵抗を効率よく低減できる。船底の外板に設置したマイクロバブル発生貫流ポンプ８６ｂのポンプから吐き出されるマイクロバブルの流れも同様の手法で船体表面をマイクロバブルで覆うことができる。前述のように貫流ポンプの流れは２次元的であるから、単純に羽根車７の幅方向の長さを増やしたり貫流ポンプ本体を数個幅方向につなぐことによって、船体の大きさに柔軟に対応できる。

摩擦抵抗低減のためには、基本的には船体表面が水と接する薄い境界層を気泡で覆えばよく、厚い層で覆う必要はない。ポンプ吐出し口からの流れＤの流出速度は外流Ｆ（船体近傍を通り過ぎる流れで、船の速度や海流に関係）との速度関係において、吐出し流れＤが最も拡散し難い速度に選定すれば良い。吐出し口からの流出速度は羽根車の回転数によって容易に変えることが出来る。いずれにしても、吐出し流れＤの流速は外流Ｆの速度よりも速くする必要がある。また、マイクロバブルの吐出し流れＤは、船体の摩擦低減だけでなく船の推進にも若干寄与する。

液体ポンプ１１ｂはポンプに貝などが附着するのを防いだり、ポンプ内部を洗浄したりするときにホ−ス１３を通じて薬液や洗浄液をホース１３によって、ポンプ内に供給するために使用する。

以上、全体をまとめると、本発明のマイクロバブル発生貫流ポンプは曝気、養殖、培養槽など広い分野のエアレ−ション技術と船舶の摩擦低減に関係するマイクロバブル発生技術として貢献できる。

本発明の特殊なエアレ−ション技術は、大量の微細化した気泡を貫流ポンプ特有の幅広で安定した吐出し流れと共に一様に供給できること、およびポンプケーシング形状を使用用途ごとに変形して柔軟に対応できることから、曝気、養殖、植物・藻類栽培などに関連したエアレ−ション技術や船舶の摩擦低減に関係するマイクロバブル発生技術など、多用途の分野で利用できる。

２ モータ駆動軸
４ 散気孔パイプ
５ 散気孔
６ 羽根
７ 羽根車
８，８ｂ，８ｃ ケーシング舌部
９ ポンプ吸込側
１０ ポンプ吐出側
１１ エアポンプ
１１ｂ 液体ポンプ
１２ 駆動用モータ（羽根車駆動用）
１２ｂ 駆動用モ−タ（羽根車駆動用、水中使用）
１３ ホース
１４ 水面
１５ 振れ止めリング
１６ 羽根車中空回転軸
１７ 羽根車側板
１８ ベルト
１９ サブモータ後端密閉ブラケット
２０ サブモータ（回転軸が中空）
２０ｂ サブモータ（回転軸が中空、水中使用）
２１ サブモータ（中実回転軸）
２２ プーリモータ
２３ 羽根車ボス
２４ 気密エアチャンバー
２５ エア導入小穴（エアチャンバー内）
２６ 軸受ユニット
２７ 羽根車軸受（羽根車中空回転軸用）
２８ パイプ軸受（散気孔パイプ用）
２９ 羽根車内部で、羽根車幅間に同芯状に取付けた複数の細長棒状体
３０，３１，３２，３３，３４ ポンプケ−シング
３５ 歯車列
３７ パイプ保持軸受
４０ 水槽
４１、４２ 曝気槽
４５ａ 内歯車（原動節）
４５ｂ 中間歯車
４５ｃ 小歯車（従動節）
５０ 養殖槽
６０，６１ 培養槽
６３ 植物
６４ 水耕栽培用フロ−ト
７０，７１ 船
７０ｂ 船底外板
７５ スクリュー
７７ ポンプを船底内部に設置したときの取水口
７８ ポンプを船底内部に設置したときの吐出し口
８０，８１，８２，８３，８４ タイプＡのマイクロバブル発生貫流ポンプ
８５，８６，８６ｂ，８７ タイプＡのマイクロバブル発生貫流ポンプ
８８，８９ タイプＢのマイクロバブル発生貫流ポンプ
９０，９１，９２ タイプＣのマイクロバブル発生貫流ポンプ
Ｂ 微小気泡
Ｄ ポンプ吐出し口から船体表面に沿って流出するマイクロバブルの流れ
Ｆ 外流（船の速度や海流に関係する船体近傍を通り過ぎる流れ）
Ｓ 散気孔から微細気泡（微粒子）となって噴出する流れ
θ ポンプケ−シングの首振りの角度

Claims (3)

1. 羽根車形状が円筒状で多翼の羽根車を備え、前記羽根車を駆動するモ−タの回転軸端は羽根車を貫通せず、駆動側の羽根車側板の羽根車ボスに嵌め込んだ構成にし、反駆動側の羽根車側板に取付けた羽根車中空回転軸を通して、前記羽根車内部を外部と連通状態にし、前記羽根車中空回転軸を保持するために、反駆動側のポンプケ−シングの側面に取付けた回転軸受部を外輪用と内輪用の２種の回転軸受を備えたユニット構造にし、前記外輪用の回転軸受に前記羽根車中空回転軸を嵌め込み、その中空回転軸内に小径の散気孔パイプを貫通させ、その散気孔パイプの先端部の散気孔部を羽根車内に挿入し、その先端を振れ止めリング内まで突き出し、散気孔パイプの後端を前記内輪用の回転軸受に嵌め込んで通して突き出し、内輪用の回転軸受の後部に設置したサブモ−タの中空回転軸に連結することにより、羽根車内に挿入した前記散気孔パイプが羽根車の回転に関係なく前記サブモ−タにより自在に回転可能にした貫流ポンプ本体部を水面下に設置し、前記サブモ−タ後端の気密ブラケットに接続したホ−スから前記サブモ−タの中空回転軸を通して、気体又は液体を羽根車内の前記散気孔部に回転を伴いながら供給することにより、羽根車内に微細化した気泡又は微粒化した液体を供給可能にしたことを特徴とするマイクロバブル発生貫流ポンプ
   
2. 請求項１に記載の散気孔パイプの回転駆動源を前記サブモ−タに替えて、プ−リモ−タによるベルト駆動とし、前記散気孔パイプの後端部を前記プ−リモ−タのベルトにより駆動される受動プ−リのボス中心を貫通して装着し、その受動プ−リと共に一体で同軸回転する前記散気孔パイプの後端を回転保持用の回転軸受に嵌め込んで、当該回転軸受の後端に取付けた気密ブラケットに接続したホ−スから、気体又は液体を回転軸受に嵌め込んだ前記散気孔パイプの後端を通して、羽根車内に挿入した前記散気孔パイプの散気孔部に、回転を伴いながら供給することにより、羽根車内に微細化した気泡又は微粒化した液体を供給可能にした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貫流ポンプ
   
3. 請求項１に記載の散気孔パイプ回転用のサブモ−タの中空回転軸に替えて中実回転軸を用い、前記散気孔パイプの後端を前記サブモ−タの中実回転軸に接続して回転可能にした散気孔パイプの後方部の途中に当該散気孔パイプが貫通して装着する固定の気密エアチャンバ−を設け、当該気密エアチャンバ−内を貫通する部分の前記散気孔パイプの外周部に複数の小穴やスリット穴を開けた構成にし、前記気密エアチャンバ−の外胴に接続したホ−スから、前記気密エアチャンバ−内に供給した気体又は液体を、前記気密エアチャンバ−内の前記散気孔パイプの複数の小穴やスリット穴を通して、羽根車内に挿入した前記散気孔パイプの散気孔部に、回転を伴いながら供給することにより、羽根車内に微細化した気泡又は微粒化した液体を供給可能にした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貫流ポンプ
   

Images