JP6019418B1 - 微細気泡生成器と微細気泡生成装置とそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】気液混合流体中の気泡に対してせん断力を強く作用させ、気泡を引きちぎって効率的かつ効果的に微細気泡を生成する微細気泡生成器、微細気泡生成装置及び微細気泡生成システムを提供する。【解決手段】気液混合流体８ｂを導入する吐出配管１０に接続される第１の接続部１３ｂと、この第１の接続部１３ｂに接続され前記第１の接続部１３ｂの長手方向に対して垂直に拡張して形成される第１のせん断室２５を備える本体部１５と、この本体部１５に第２の接続部２０を介して接続され前記第２の接続部２０の長手方向に対して垂直に曲折して形成される第２のせん断室２７とこの第２のせん断室２７の端部に形成されたノズル孔２２を備えるノズル１９とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、微細気泡を発生させるための微細気泡生成器と微細気泡生成装置とそのシステムに関する。

近年、気泡直径がマイクロメータ単位のマイクロバブルやナノメータ単位のナノバブル等の微細気泡の特性を応用する技術が開発されてきている。

微細気泡の生成に関する技術も多数開発されており、例えば、特許文献１には、「微細気泡供給装置」という名称で、円筒状の容器内にドーナツ状の整流板を設けつつ気液旋回流を形成させて、微細気泡を発生させ、円筒状の容器の両端部に設けられた気液導出孔から液体とともに微細気泡を導出する装置が開示されている。
このように構成される特許文献１に開示される発明では、円筒状の容器内に設けられた整流板からその連通開口に向けて吸引気体を導入させて、この気体を導入させながら効率よく液体の旋回流全体に分布させて微細気泡を発生させることが可能である。

また、特許文献２には、「微細気泡発生装置」という名称で、筒状部材とその両端の端壁部材から構成される流体旋回室を備えており、その筒状部材の内周面に幅及び深さが１ｍｍ以下の複数の環状溝を設けた微細気泡発生装置が開示されている。
このように構成される特許文献２に開示される発明では、流体旋回室内に導入された気液混合流体を、軸線方向であまり広がらない状態で旋回流とすることができ、旋回による気体の微粒子化を効率よく行うことが可能である。

特開２００２−１１３３５号公報 特開２００８−２７２７３９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示される技術では、気液混合流体は旋回流によるせん断力によって気泡が微細化されるものであり、流路の向きが急激に変化することで付与されるせん断力の効果を発揮させる構造ではあったものの、気泡の微細化を効率的かつ効果的にして多量かつより微細な気泡を発生させるためのメカニズムを改善する余地があるという課題があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、構造を簡単にしながら流路の向きを急激に変化させることで、気液混合流体中の気泡に対してせん断力を強く作用させ、気泡を引きちぎって効率的かつ効果的に微細気泡を生成する微細気泡生成器、微細気泡生成装置及び微細気泡生成システムを提供することを目的としている。
また、流路の向きの急激な変化を連続して２段形成することで簡素化された構造においてさらに効率的かつ効果的に微細気泡を生成する微細気泡生成器、微細気泡生成装置及び微細気泡生成システムを提供することも目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明である微細気泡生成器は、気液混合流体を導入する吐出配管に接続される第１の接続部と、この第１の接続部に接続され前記第１の接続部の長手方向に対して垂直かつ平面状に流路を拡張して形成され、前記気液混合流体の流れを前記第１の接続部から旋回させずに垂直に変更させる第１のせん断室を備える本体部と、この本体部に第２の接続部を介して接続され前記第２の接続部の長手方向に対して垂直に曲折して形成される第２のせん断室とこの第２のせん断室の端部に形成されたノズル孔を備えるノズルと、を有するものである。
上記構成の微細気泡生成器では、気液混合流体が第１のせん断室においてせん断力を受けて微細気泡を生成し、その後にその第１のせん断室から第２の接続部を介して第１のせん断室における流路の方向とは異なる第２のせん断室に導かれることで、連続した２段の流路の急激な変化によって、連続した２段の異なる方向のせん断力が作用する。従って、微細気泡にせん断力を加えてさらに微細化を促進するように作用し、また、気液混合流体中に新たな微細気泡を生成するように作用する。

また、第２の発明である微細気泡生成器は、第１の発明である微細気泡生成器において、前記第２の接続部を前記ノズルが兼ねて前記本体部と前記ノズルが接続され、前記第２のせん断室は、前記第２の接続部の長手方向に代えて、前記本体部と前記ノズルを連通する連通孔の長手方向に対して垂直に曲折する円筒状に形成され、前記ノズルの連通孔は前記本体部から前記第２のせん断室の円筒内周面の接線方向に向けて穿設されることを特徴とするものである。
上記構成の微細気泡生成器では、第２の接続部をノズルが兼ねることから、第１のせん断室と第２のせん断室の間の距離がさらに短縮される。従って、せん断力の作用が強まり、第１の発明の作用をより強めるように作用する。
しかも、第２のせん断室が円筒状に形成され、ノズルの連通孔が本体部から第２のせん断室の円筒内周面の接線方向に向けて穿設されることから、気液混合流体が第２のせん断室に入射する際に旋回力が働くように作用し、旋回力によってせん断力が作用する。

第３の発明である微細気泡生成器は、第１又は第２の発明である微細気泡生成器において、前記第１の接続部内に少なくともその一部が介挿され、前記吐出配管から気液混合流体を導入して前記第１のせん断室内に放出するベンチュリー管を備える微細気泡増生成部を有し、前記ベンチュリー管はその絞り部に設けられた吸込部から前記第１のせん断室に放出された気液混合流体の一部を再度吸い込んで前記ベンチュリー管の吐出部から放出することを特徴とするものである。
上記構成の微細気泡生成器では、第１又は第２の発明の作用に加えて、第１のせん断室において発生した微細気泡を含む気液混合流体の一部をベンチュリー管の絞り部、すなわちのど部から吸い込んで吐出部から放出することによって、ベンチュリー管の内部でせん断力を付加するように作用する。そのせん断力は気液混合流体中の微細気泡をさらに微細化するように作用し、また、新たに微細気泡を発生させるように作用する。

第４の発明である微細気泡生成装置は、吐出部を備えた容器内に、第１乃至第３の発明のいずれかの発明である微細気泡生成器を配置し、前記微細気泡生成器の第１の接続部を前記容器の吸込部として、前記微細気泡生成器で生成された微細気泡を一旦前記容器内に貯留させて前記吐出部より放出することを特徴とするものである。
上記構成の微細気泡生成装置では、第１乃至第３の発明のいずれかの作用に加えて、容器が微細気泡生成器を保護するように作用し、また、微細気泡生成器によって生成された微細気泡の散逸を防止して、容器の吐出部からまとめて放出するように作用する。

第５の発明である微細気泡生成システムは、液体貯留槽に接続された吸込配管から吸い込まれた液体と吸引配管から吸引される気体を混合させて気液混合流体を吐出するポンプと、このポンプと前記液体貯留槽を接続する吐出配管と、この吐出配管の液体貯留槽側の端部に設置される微細気泡生成器と、を有する微細気泡生成システムであって、前記微細気泡生成器は、第１乃至第３のいずれかの微細気泡生成器であることを特徴とする微細気泡生成システムである。
上記構成の微細気泡生成システムでは、第１乃至第３の発明の作用に加えて、液体貯留槽が吸込配管を介して液体を供給するように作用し、吸引配管が気体を吸引して供給するように作用し、ポンプが液体と気体を混合して気液混合流体を供給するように作用する。

そして、第６の発明である微細気泡生成システムは、液体貯留槽に接続された吸込配管から吸い込まれた液体と吸引配管から吸引される気体を混合させて気液混合流体を吐出するポンプと、このポンプと前記液体貯留槽を接続する吐出配管と、この吐出配管の液体貯留槽側の端部に設置される微細気泡生成装置と、を有する微細気泡生成システムであって、前記微細気泡生成装置は、第４の微細気泡生成器であることを特徴とする微細気泡生成システムである。
上記構成の微細気泡生成システムでは、第４の発明の作用に加えて、液体貯留槽が吸込配管を介して液体を供給するように作用し、吸引配管が気体を吸引して供給するように作用し、ポンプが液体と気体を混合して気液混合流体を供給するように作用する。

本発明の第１の発明である微細気泡生成器では、連続した２段の流路の急激な変化に伴う連続した２段の異なる方向へのせん断力によって、微細気泡の更なる微細化が可能であり、また、連続して気液混合流体中に新たな微細気泡を生成するすることができる。すなわち、気泡の微細化をより効果的かつ効率的に促進することが可能である。

本発明の第２の発明である微細気泡生成器では、、第１のせん断室と第２のせん断室の間の距離がさらに短縮されることから、連続した２段の流路の急激な変化がより急激となるため、第１の発明の効果をより強めることが可能である。
また、第２のせん断室が円筒状に形成され、気液混合流体が第２のせん断室に入射する際に旋回力が働くように作用するため、その旋回力によるせん断力によって微細気泡の更なる微細化が可能であり、その点でも第１の発明の効果をより強めることが可能である。

本発明の第３の発明である微細気泡生成器では、第１及び第２の発明の効果に加えて、ベンチュリー管の内部でせん断力を付加することができるので、第１のせん断室でせん断力を受けて生成された微細気泡がさらに微細化され、また、気液混合流体中に新たに微細気泡を生成させることが可能である。そして、その後に第２のせん断室に導かれることから、さらにせん断力を付加させることが可能である。すなわち、コンパクトな微細気泡生成器の内部で３段の流路の急激な変化を生じさせ、３段のせん断力の付加によって微細気泡を効果的かつ効率的に生成することが可能である。

本発明の第４の発明である微細気泡生成装置では、第１乃至第３の発明の効果に加えて、微細気泡生成器を容器内に収納することで保護することができ、また、微細気泡生成器によって生成される微細気泡は複数の方向へ散逸する可能性が高いが、吐出部を備えた容器に収納することで、微細気泡を吐出部からまとめて放出することができる。

本発明の第５の発明である微細気泡生成システムでは、第１乃至第３の発明の効果と同様の効果を発揮することができる。

本発明の第６の発明である微細気泡生成システムでは、第４の発明の効果と同様の効果を発揮することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る微細気泡生成システムの構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る微細気泡生成器の（ａ）は正面構造図であり、（ｂ）は側面構造図である。 本発明の第３の実施の形態に係る微細気泡生成器の（ａ）は正面構造図であり、（ｂ）は側面構造図である。 本発明の第４の実施の形態に係る微細気泡生成器の微細気泡増生成部の（ａ）は正面構造図であり、（ｂ）は側面構造図である。 本発明の第４の実施の形態に係る微細気泡生成器の（ａ）は正面組立構造図であり、（ｂ）は側面組立構造図である。 本発明の第５の実施の形態に係る微細気泡生成装置の側面構造図である。 本発明の第５の実施の形態に係る微細気泡生成装置の正面構造図である。

以下に、本発明の第１の実施の形態に係る微細気泡生成システムについて図１を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微細気泡生成システムの構成図である。
図１において、微細気泡生成システム１は、大きくは渦流ポンプ２と、この渦流ポンプ２に液体８を供給する液体貯留槽５とから構成されている。渦流ポンプ２は、ケーシング３内にインペラー４を備えた構造で、吸込孔７と吐出孔９を備えている。
その他には、液体貯留槽５から渦流ポンプ２に液体８を供給するための吸込配管６、渦流ポンプ２に気体８ａを供給するために吸込配管６から分岐して接続される吸引配管１２ａ、渦流ポンプ２内で気液混合流体８ｂを生成して液体貯留槽５に返戻する吐出配管１０を有している。
また、吸引配管１２ａには大気から空気を吸い込むための吸引孔１２を備えており、吸引配管１２ａ途中には吸込配管６から液体８が逆流することなく吸引孔１２から吸引された気体８ａが渦流ポンプ２に供給されるために逆止弁１１が介挿されている。
なお、液体８としては水、気体８ａとしては空気が一般的であるが、気液混合流体８ｂにおける液体８や気体８ａの選択は、微細気泡の用途によって様々な選択が可能である。
さらに、液体貯留槽５内には、吐出配管１０に対して、第１の接続部１３を介して微細気泡生成器１４が設置されている。あるいは、この微細気泡生成器１４に代えて後で説明する微細気泡生成装置４１が設置されている。

このように構成される微細気泡生成システム１では、液体貯留槽５に貯留される液体８は、吸込配管６の途中で吸引配管１２ａから供給される気体８ａが、吸引配管１２ａの下流側の吸込配管６で混合しながら、気液混合流体８ｂとして渦流ポンプ２の吸込孔７へ供給される。
渦流ポンプ２のインペラー４によって撹拌、昇圧された気液混合流体８ｂは、吐出孔９から吐出配管１０に供給されて、液体貯留槽５内に設置された微細気泡生成器１４内で微細気泡を生成して液体貯留槽５内へ放出する。
このような構成を備えた微細気泡生成システム１によれば、十分に撹拌されて昇圧された気液混合流体８ｂを生成することができ、そして、微細気泡生成器１４あるいは微細気泡生成装置４１によって微細気泡を生成して、液体貯留槽５内を微細気泡で充満させることができる。

以下、図２を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る微細気泡生成器について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係る微細気泡生成器の（ａ）は正面構造図であり、（ｂ）は側面構造図である。
図２（ａ），（ｂ）において、微細気泡生成器１４ａは、図１に示された吐出配管１０に接続するための第１の接続部１３ａを備え、この第１の接続部１３ａの吐出配管１０に接続される端部とは異なる他の端部に接続され、その４側面の各々に形成される１対の円筒状のソケット１６とを有する直方体状の本体部１５と、この本体部１５のソケット１６に第２の接続部２０を介して接続されるノズル１９を備えている。
本体部１５の側壁にはソケット１６と符合させた位置にソケット孔１７が穿設されており、ノズル１９の第２の接続部２０内に形成される円筒状の流路と第１のせん断室２５は連通している。さらに、第２の接続部２０内の流路は、ノズル１９のヘッダー部２１内に形成される第２のせん断室２７に接続されている。ヘッダー部２１の両端部には端面の中央にノズル孔２２が形成されており、第２のせん断室２７内部に導入された気液混合流体８ｂはノズル孔２２から液体貯留槽５内に放出される。

吐出配管１０を介して第１の接続部１３ａの流入孔１８ａから第１のせん断室２５内に導入される気液混合流体８ｂは、第１の接続部１３ａの長手方向（流入方向）における中心軸に対して垂直方向に拡がる流路を形成した本体部１５内の第１のせん断室２５に導入される。
この第１の接続部１３ａによって形成される流路から急激に第１のせん断室２５内に形成される流路の方向が変更となることから気液混合流体８ｂに対してせん断力が働き微細気泡が発生する。
第１のせん断室２５内で拡がった気液混合流体８ｂは、それぞれソケット孔１７、ソケット１６から第２の接続部２０を介してノズル１９のヘッダー部２１内に形成される第２のせん断室２７に流入する。
このソケット孔１７、ソケット１６及び第２の接続部２０によって形成される流路とノズル１９のヘッダー部２１によって形成される流路は、その長手方向（流路方向）に対してそれぞれ垂直に配置されている。
従って、ソケット孔１７、ソケット１６及び第２の接続部２０によって形成される流路から第２のせん断室２７の流路へと急激に向きが変化するため、第２のせん断室２７で再度気泡の微細化が生じる。すなわち、気泡の微細化が第１のせん断室２５と第２のせん断室２７の連続した２段階で促進され、微細気泡に対しては更に微細化が強化され、また、気液混合流体８ｂ中に新たに微細気泡を生成させることが可能である。

本実施の形態では、吐出配管１０に接続される側の第１の接続部１３ａの端部に対して符号Ａで示されるようにねじ溝部を形成し、吐出配管１０と脱着可能にねじ留めできるようにした。これは微細気泡生成器１４ａを取り外してメンテナンスしたり、交換を可能とするために形成したものであるが、溶接等で吐出配管１０に接続するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、本体部１５の４側面にそれぞれ１対、計８個のソケット１６を設けたが、この数は特に限定するものではなく、本体部１５の形状や第１の接続部１３ａから流入する気液混合流体８ｂの流量に応じて適宜増減させてもよい。
さらに、本体部１５の形状として平らな直方体を選択しているが、平らな円柱体としてもよいし、水平断面が多角形の角柱体としてもよい。また、本実施の形態においては、ノズル１９のヘッダー部２１及び第２のせん断室２７として長手方向に垂直な断面が矩形状のものを採用しているが、円筒状に形成してもよい。

次に、図３を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係る微細気泡生成器について説明する。図３は、本発明の第３の実施の形態に係る微細気泡生成器の（ａ）は正面構造図であり、（ｂ）は側面構造図である。
図３（ａ），（ｂ）において、微細気泡生成器１４ｂは、図１に示された吐出配管１０に接続するための第１の接続部１３ｂを備え、この第１の接続部１３ｂの吐出配管１０に接続される端部とは異なる他の端部に接続される直方体状の本体部２３を備えている。この本体部２３の４側面には、第２の実施の形態ではソケット１６（図２（ａ），（ｂ）参照）を介して接続されていたノズル２９が、その側面を直に接合している。従って、本体部２３の連通孔２６ａとノズル２９の連通孔２６ｂが符合して、本体部２３内に形成される第１のせん断室２５とノズル２９内に形成される第２のせん断室２７が、第２の実施の形態に係る微細気泡生成器１４ａよりも短距離で接続されている。しかも、ノズル２９は第２の実施の形態のノズル１９が備えていた管状の第２の接続部２０を備えておらず、ノズル２９の連通孔２６ｂが第２の接続部２０の機能を発揮して兼ねており、両端の側面中央に穿設されるノズル孔２８を有するヘッダー部２４のみで構成されるので、より短距離で本体部２３に接続されることになる。
さらに、第２のせん断室２７は円筒状に形成され、本体部２３の連通孔２６ａとノズル２９の連通孔２６ｂは、本体部２３から第２のせん断室２７の円筒内周面の接線方向に向けて穿設されている。円筒内周面の接線方向とは、円筒中心軸に垂直方向断面で形成される円に対する接線方向の意味である。
なお、本体部２３とノズル２９及び本体部２３と第１の接続部１３ｂは図中に黒色三角で示されるような箇所をすみ肉溶接等で接合するとよい。

吐出配管１０を介して第１の接続部１３ｂの流入孔１８ｂから第１のせん断室２５内に導入される気液混合流体８ｂは、第１の接続部１３ｂの長手方向（流入方向）における中心軸に対して垂直方向に拡がる流路を形成した本体部２３内の第１のせん断室２５に導入される。
第２の実施の形態に係る微細気泡生成器と同様に、この第１の接続部１３ｂによって形成される流路から急激に第１のせん断室２５内に形成される流路の方向が変更となることから気液混合流体８ｂに対してせん断力が働き微細気泡が発生する。
第１のせん断室２５内で拡がった気液混合流体８ｂは、それぞれ本体部２３の連通孔２６ａ及びノズル２９のヘッダー部２４の連通孔２６ｂを介して、ヘッダー部２４内に形成される第２のせん断室２７に流入する。その際、気液混合流体８ｂは、本体部２３の第１のせん断室２５からノズル２９の第２のせん断室２７に、図３（ｂ）で反時計回りに旋回しながら流入する。
これら２つの連通孔２６ａ及び連通孔２６ｂによって形成される流路とノズル２９のヘッダー部２４によって形成される流路は、その長手方向（流路方向）に対してそれぞれ垂直に配置されつつ、さらにヘッダー部２４の両端面中央に穿設されたノズル孔２８から放出されるために円筒状の外周面から内周面に向かう旋回流を生じさせるように配置されている。
従って、連通孔２６ａ，２６ｂによって形成される流路から第２のせん断室２７の流路へと急激に向きが変化すること、さらに、第２のせん断室２７内の旋回力によってせん断力が発生し、第２のせん断室２７内で再度気泡の微細化が生じる。すなわち、第２のせん断室２７内だけで連続した２段階の気泡の微細化を生じさせているとも言える。
よって、微細気泡に対しては更に微細化が促進され、また、気液混合流体８ｂ中に新たに微細気泡を生成させることが可能である。しかも、第２の実施の形態よりも第１のせん断室２５と第２のせん断室２７を連通させる流路（連通孔２６ａ，２６ｂ）長が短いことから、より急激に流路の向きの変化が生じることになる。
気泡の微細化が第１のせん断室２５と第２のせん断室２７の連続した２段階で促進された後に、気液混合流体８ｂはヘッダー部２４の両端のノズル孔２８から液体貯留槽５内に放出される。

本実施の形態においては、吐出配管１０に接続される側の第１の接続部１３ｂの端部の内側に符号Ｂ１で示されるようなねじ溝部を形成している。これは、図４を参照しながら説明する微細気泡増生成部を、第１の接続部１３ｂの流入孔１８ｂ内に装着するためのねじ溝部Ｂ１である。もちろん、第２の実施の形態と同様に外周にねじ溝部を設けて吐出配管１０と着脱可能にねじ留めできるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、ノズル２９を本体部２３の外形に合わせて４個設けたが、ノズル２９の数は特に限定するものではなく、本体部２３の形状や第１の接続部１３ｂから流入する気液混合流体８ｂの流量に応じて適宜増減させてもよい。また、本体部２３の連通孔２６ａとノズル２９の連通孔２６ｂが、図３（ｂ）では第１の接続部１３ｂに近い側、すなわち上流側に偏心して設けられているが、これを第１の接続部１３ｂに遠い側（下流側）に偏心させて設けてもよい。
さらに、本体部２３の形状として平らな直方体を選択しているが、平らな円柱体としてもよいし、水平断面が多角形の角柱体としてもよい。

図４及び図５を参照しながら、本発明の第４の実施の形態に係る微細気泡生成器の微細気泡増生成部について説明する。図４は、本発明の第４の実施の形態に係る微細気泡生成器の微細気泡増生成部の（ａ）は正面構造図であり、（ｂ）は側面構造図である。また、図５は、本発明の第４の実施の形態に係る微細気泡生成器の（ａ）は正面組立構造図であり、（ｂ）は側面組立構造図である。第４の実施の形態に係る微細気泡生成器１４ｃは、第３の実施の形態に係る微細気泡生成器１４ｂに図４（ａ），（ｂ）に示される微細気泡増生成部３１を組み合わせたものであるので、図５では、図３及び図４において示した構成と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
図４（ａ），（ｂ）において、微細気泡増生成部３１は、内周部にねじ溝部Ｃを有する基部３２と、外周部に図３に示される第１の接続部１３ｂの内周部のねじ溝部Ｂ１と螺合するねじ溝部Ｂ２を備えつつ内部にベンチュリー管３０の吸入孔３８が形成された吸入部３３と、内部にベンチュリー管３０の吸入孔３８に続く絞り部３６とこの絞り部３６に続く吐出孔３５が形成された吐出部３４を有している。また、絞り部３６には図５（ｂ）に示されるように、微細気泡増生成部３１の少なくとも一部を第１の接続部１３ｂの内部に装着した際に、第１のせん断室２５から流入孔１８ｂを介して気液混合流体８ｂを吸い込むための吸込孔３７が設けられている。
本実施の形態では、ベンチュリー管３０を内部に形成させ、その吸入孔３８から絞り部３６にかけて気液混合流体８ｂの流速を速めることで静圧を減少させて、微細気泡生成器１４ｃの第１のせん断室２５及び流入孔１８ｂ内から気液混合流体８ｂを絞り部３６に吸い込んでいる。
微細気泡生成器１４ｃの第１のせん断室２５で微細化された気泡を含む気液混合流体８ｂは、ベンチュリー管３０の絞り部３６に吸引される際に減圧されるので、気泡が膨張し、その後に吐出孔３５内で気液混合流体８ｂの流速が減少して静圧が高まることで気泡が圧縮力を受ける。この一連の気泡に対する減圧膨張と加圧圧縮によって気泡がせん断力を受けて微細化が促進されることになる。

第１のせん断室２５内とベンチュリー管３０内を循環するような流路が形成されているので、気液混合流体８ｂは、第１のせん断室２５とベンチュリー管３０の両方で繰り返し連続してせん断力を受けることができ、微細気泡に対しては更に微細化が促進され、また、気液混合流体８ｂ中に新たに微細気泡を生成させることも可能である。
加えて、第１のせん断室２５から連通孔２６ａ，２６ｂを介してノズル２９のヘッダー部２４内に形成される第２のせん断室２７に前述したとおり旋回しながら導かれるので、更にせん断力を連続的に受けることが可能である。従って、コンパクトな空間内で、第１のせん断室２５と第２のせん断室２７にベンチュリー管３０を加えて、いわば３段階に気泡の微細化を促進させることが可能である。
微細気泡増生成部３１は、微細気泡生成器１４ｃの内部に介挿されることで、微細気泡の生成の効率と効果を高めることが可能である。しかも、微細気泡生成器１４ｃの内部に介挿されるため、微細気泡生成器１４ｃの外形が維持されており容積の増加を伴うことなく、単位容積当りとしても微細気泡の生成を効率的かつ効果的に促進することができる。
本実施の形態に係る微細気泡生成器１４ｃにおいては、微細気泡増生成部３１の基部３２において、吸入部３３側とは反対側の端部にねじ溝部Ｃが形成されているが、これは吐出配管１０に着脱可能に接続されるために形成されたり、あるいは次に図６及び図７を参照しながら説明する微細気泡生成装置４１のケーシング４２に接続するために形成されるものである。
また、本実施の形態に係る微細気泡生成器１４ｃでは、ベンチュリー管３０の吸入孔３８を微細気泡増生成部３１の吸入部３３内に形成し、絞り部３６と吐出孔３５を吐出部３４に形成したが、これらの配置については特に限定するものではない。但し、吸込孔３７が絞り部３６と連通するように穿設される必要があり、吸込孔３７の位置では第１のせん断室２５に存在する気液混合流体８ｂを吸込み可能な第１の接続部１３ｂの内部の隙間が必要となることから、吐出部３４の外径を吸入部３３の外径よりも小さくして流路を確保するか、第１のせん断室２５と吸込孔３７を連通させる別個の流路等を用意しておく必要がある。
なお、本実施の形態においては、第３の実施の形態に係る微細気泡生成器１４ｂに微細気泡増生成部３１を装着したが、第２の実施の形態に係る微細気泡生成器１４ａの第１の接続部１３ａの径を大きくし、これに微細気泡増生成部３１を装着してもよい。

最後に図６及び図７を参照しながら、本発明の第５の実施の形態に係る微細気泡生成装置について説明する。図６は、本発明の第５の実施の形態に係る微細気泡生成装置の側面構造図であり、図７は、本発明の第５の実施の形態に係る微細気泡生成装置の正面構造図である。
図６及び図７において、微細気泡生成装置４１は、本発明の第４の実施の形態に係る微細気泡生成器１４ｃをフランジ４３を備えるケーシング４２内に収容し、フランジ４３と吐出配管４５を備えるフランジ４４をボルト孔４９にボルトを挿通して締めたものである。
微細気泡増生成部３１は、基部３２の内周に形成されたねじ溝部Ｃと接続配管４６に形成されたねじ溝部Ｄを螺合させる。さらに、接続配管４６は、ケーシング４２の吐出配管１０側に設けられた第１の接続部１３ｃ内に形成されたねじ溝部Ｅとねじ溝部Ｄを螺合させることで固定される。
このようにして微細気泡増生成部３１はケーシング４２内に固定されて収容される。なお、微細気泡増生成部３１の基部３２と第１の接続部１３ｃの間に介挿部材４７を設けてもよい。介挿部材４７を設けることで、接続配管４６の長さと第１の接続部１３ｃの長さの相対的な位置を容易に設定できるのと同時に、メンテナンス等で容易に着脱することができる。
以上のように構成される微細気泡生成装置４１においては、吐出配管１０から供給される気液混合流体８ｂを第１の接続部１３ｃの吸入孔４８から導入し、さらに微細気泡増生成部３１内のベンチュリー管３０に導くことで、既に第４の実施の形態として説明した微細気泡増生成部３１による作用や第３の実施の形態として説明した微細気泡生成器１４ｂによる作用を発揮して、ケーシング４２内の微細気泡充満室５１に微細気泡を滞留させることができる。
微細気泡充満室５１に滞留する微細気泡は、吐出配管４５の吐出孔５０から放出される。

微細気泡生成器１４ｃでは、ノズル２９の両端に穿設されたノズル孔２８から微細気泡が本体部２３を中心に放射状に放散されてしまうのに対して、微細気泡生成装置４１では、ケーシング４２内に微細気泡生成器１４ｃが収容されているので、吐出配管４５の吐出孔５０から方向性を持たせて放出させることが可能である。
また、微細気泡生成器１４ｃで生成された微細気泡はケーシング４２の微細気泡充満室５１内で滞留して放出されるため、均質化した微細気泡を安定的に供給することができる。
さらに、微細気泡生成器１４ｃをケーシング４２が保護する効果も発揮することができる。

なお、本実施の形態においては、微細気泡生成装置４１として、ケーシング４２内部に微細気泡生成器１４ｃを収容したが、もちろん微細気泡生成器１４ｂや微細気泡生成器１４ａのみを収容してもよい。いずれの微細気泡生成器１４ａ−１４ｃを収容しても前述の微細気泡生成装置４１に関わる効果を発揮することが可能である。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態である微細気泡生成器、微細気泡生成装置及び微細気泡生成システムにおいては、流路の向きの急激な変化を第１のせん断室内と第２のせん断室内の２段形成することで簡素化された構造においてさらに効率的かつ効果的に微細気泡を生成することができる。また、微細気泡増生成部を備える微細気泡生成器では、ベンチュリー管を用いて微細気泡を含む気液混合流体を絞り部に吸引し、減圧膨張と加圧圧縮によってせん断力を加えて、微細気泡の生成をより効率的かつ効果的に促進することができる。さらに、微細気泡生成装置では微細気泡生成器によって生成された微細気泡の放出に方向性を持たせつつ、均質化した微細気泡を安定供給することが可能である。

本発明の請求項１乃至請求項６に記載された発明は、難溶性の気体を液体中に溶解させる基本的な装置をはじめとして、好気性の微生物の培養池や魚類の養殖場あるいは水草や藻等の植物の栽培場における給気装置等に利用される。また、様々な用途の微細気泡生成装置として利用される。

１…微細気泡生成システム ２…渦流ポンプ ３…ケーシング ４…インペラー ５…液体貯留槽 ６…吸込配管 ７…吸込孔 ８…液体 ８ａ…気体 ８ｂ…気液混合流体 ９…吐出孔 １０…吐出配管 １１…逆止弁 １２…吸引孔 １２ａ…吸引配管 １３，１３ａ−１３ｃ…第１の接続部 １４，１４ａ−１４ｃ…微細気泡生成器 １５…本体部 １６…ソケット １７…ソケット孔 １８ａ，１８ｂ…流入孔 １９…ノズル ２０…第２の接続部 ２１…ヘッダー部 ２２…ノズル孔 ２３…本体部 ２４…ヘッダー部 ２５…第１のせん断室 ２６ａ，２６ｂ…連通孔 ２７…第２のせん断室 ２８…ノズル孔 ２９…ノズル ３０…ベンチュリー管 ３１…微細気泡増生成部 ３２…基部 ３３…吸入部 ３４…吐出部 ３５…吐出孔 ３６…絞り部 ３７…吸込孔 ３８…吸入孔 ３９…４０…４１…微細気泡生成装置 ４２…ケーシング ４３…フランジ ４４…フランジ ４５…吐出配管 ４６…接続配管 ４７…介挿部材 ４８…吸入孔 ４９…ボルト孔 ５０…吐出孔 ５１…微細気泡充満室 Ａ，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ，Ｄ，Ｅ…ねじ溝部

Claims (6)

1. 気液混合流体を導入する吐出配管に接続される第１の接続部と、この第１の接続部に接続され前記第１の接続部の長手方向に対して垂直かつ平面状に流路を拡張して形成され、前記気液混合流体の流れを前記第１の接続部から旋回させずに垂直に変更させる第１のせん断室を備える本体部と、この本体部に第２の接続部を介して接続され前記第２の接続部の長手方向に対して垂直に曲折して形成される第２のせん断室とこの第２のせん断室の端部に形成されたノズル孔を備えるノズルと、を有することを特徴とする微細気泡生成器。
2. 前記第２の接続部を前記ノズルが兼ねて前記本体部と前記ノズルが接続され、前記第２のせん断室は、前記第２の接続部の長手方向に代えて、前記本体部と前記ノズルを連通する連通孔の長手方向に対して垂直に曲折する円筒状に形成され、前記ノズルの連通孔は前記本体部から前記第２のせん断室の円筒内周面の接線方向に向けて穿設されることを特徴とする請求項１記載の微細気泡生成器。
3. 前記第１の接続部内に少なくともその一部が介挿され、前記吐出配管から気液混合流体を導入して前記第１のせん断室内に放出するベンチュリー管を備える微細気泡増生成部を有し、前記ベンチュリー管はその絞り部に設けられた吸込部から前記第１のせん断室に放出された気液混合流体の一部を再度吸い込んで前記ベンチュリー管の吐出部から放出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微細気泡生成器。
4. 吐出部を備えた容器内に、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の微細気泡生成器を配置し、前記微細気泡生成器の第１の接続部を前記容器の吸込部として、前記微細気泡生成器で生成された微細気泡を一旦前記容器内に貯留させて前記吐出部より放出することを特徴とする微細気泡生成装置。
5. 液体貯留槽に接続された吸込配管から吸い込まれた液体と吸引配管から吸引される気体を混合させて気液混合流体を吐出するポンプと、このポンプと前記液体貯留槽を接続する吐出配管と、この吐出配管の液体貯留槽側の端部に設置される微細気泡生成器と、を有する微細気泡生成システムであって、前記微細気泡生成器は、前記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の微細気泡生成器であることを特徴とする微細気泡生成システム。
6. 液体貯留槽に接続された吸込配管から吸い込まれた液体と吸引配管から吸引される気体を混合させて気液混合流体を吐出するポンプと、このポンプと前記液体貯留槽を接続する吐出配管と、この吐出配管の液体貯留槽側の端部に設置される微細気泡生成装置と、を有する微細気泡生成システムであって、前記微細気泡生成装置は、前記請求項４に記載の微細気泡生成装置であることを特徴とする微細気泡生成システム。

Images