JP6352099B2

JP6352099B2 - 微小気泡混合流体生成装置

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Publication number: JP6352099B2
Application number: JP2014157688A
Authority: JP
Inventors: 晴太郎日▲高▼; 昭敏中元; 正寛川島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Transportation Equipment Engineering and Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Transportation Equipment Engineering and Service Co Ltd
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: JP2016034605A

Description

本発明は、気体が混合された水等の流体を攪拌し、混合されている気体を微小気泡化する微小気泡混合流体生成装置に関するものである。

ウルトラファインバブル、ナノバブル等と呼称される微小気泡は、直径が１ミクロン以下の、肉眼では視認できない極小の泡であり、例えばこのような微小気泡が混合された水は、通常の水に比べて洗浄力が高いこと、酸素含有量が多いこと、化学物質を含有せず後処理が容易なこと等から、工業製品や食品等の洗浄分野、排水処理分野、美容分野、養殖分野、水耕栽培分野等において幅広く利用されている。

微小気泡は、予め気体を混合させた流体を物理的に攪拌および剪断することにより生成可能であり、その従来技術として、例えば特許文献１に記載されている微小気泡生成装置が挙げられる。

特許文献１の微小気泡生成装置は、同文献の図２、図３に示されるように、縦置きに設置された筒体４１の内部に、シャフト４４ａによってローター４２が軸支され、ローター４２の外周面４２ａと、筒体４１の内側に固定されたステータ４３の面４３ａとに、それぞれ軸方向に延びるリブ状の凹凸形状が設けられている。また、筒体４１の上端部付近に流体が流入する流入口４１ａが設けられ、筒体４１の上端部付近に流体が流出する流出口４１ｂが設けられている。そして、筒体４１の上部に設置されたモータ４４によってローター４２が回転駆動されるようになっている。

この微小気泡生成装置において、水素や空気等の気体を比較的大きな気泡状で予め混合した水等の流体を流入口４１ａから流入させながら、モータ４４によりローター４２を回転駆動すると、ローター４２の外周面４２ａとステータ４３の面４３ａとに形成された凹凸形状がすれ違うことによって流体が攪拌・剪断され、流体中に混合されていた気体が目視できない位の微小気泡となって微小気泡混合流体が生成される。なお、ローター４２の下部には、筒体４１内における流体の流通を促進するファン４７が、ローター４２と一体に回転するように設けられている。

特許第５４７５２７３号公報

特許文献１の微小気泡生成装置において、微小気泡を生成する能力（効率）は、ローター４２とステータ４３との間に形成された凹凸状の流体剪断形状の面積を大きくする程高くできる。しかしながら、そのためには、ローター４２およびステータ４３の軸方向の長さと径を大きくしなければならず、これによって装置の大型化を余儀無くされてしまう。また、ローター４２の重量が増大し、その回転慣性モーメントが大きくなるため、ローター４２を回転駆動するモータ４４を大出力なものにする必要があり、消費電力および製造コストの増大に繋がっていた。

さらに、特許文献１の微小気泡生成装置は、中実状で重量の大きなローター４２を両端で支持する必要があるため、ローター４２を軸支しているシャフト４４ａが、その上端をモータ４４の支持台に軸支され、下端を床部材４６に軸支された構造である。このため、装置のメンテナンスや調整等のためにローター４２およびステータ４３を着脱する場合には、装置全体の分解を必要とし、保守性が極めて悪かった。

また、筒体４１内における流体の流通を促進させるためにファン４７等の付加物を設けなければならず、構造が複雑化していた。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、簡素で小型、且つ保守性の良い構造により、微小気泡混合流体を効率良く生成することのできる微小気泡混合流体生成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る微小気泡混合流体生成装置は、共通の中心軸線回りに形成されて異なる径を持ち、且つ径方向に重複する複数の固定側流体剪断面を形成する固定側流体剪断部材と、前記中心軸線回りに回転可能に軸支され、前記複数の固定側流体剪断面の各々に対向する複数の可動側流体剪断面を形成する回転側流体剪断部材と、前記複数の固定側流体剪断面と前記複数の可動側流体剪断面との間に形成されて径が異なり、径方向に重複するとともに順次連通している複数の流体剪断空間と、前記複数の流体剪断空間の各々において、前記固定側流体剪断面および前記可動側流体剪断面の少なくとも一方に形成された凹凸状の流体剪断形状と、前記回転側流体剪断部材を回転駆動する回転駆動部材と、前記流体剪断空間に流体を供給する流体供給部と、前記流体に気体を混合する気体混合部と、前記気体混合部によって気体が混合された前記流体を上流側の前記流体剪断空間に流入させる流体入口部と、下流側の前記流体剪断空間から前記流体を流出させる流体出口部と、前記流体入口部と連通し、前記回転駆動部材の内部に前記回転駆動部材の軸心に沿って形成される第１通路と、前記第１通路と連通し、前記回転駆動部材の内部に前記第１通路と交差する方向に延びるように形成される第２通路と、を備え、前記第１通路及び前記第２通路は、前記流体の流れにおける前記流体入口部と前記流体剪断空間との間に設けられることを特徴とする。

上記構成の微小気泡混合流体生成装置によれば、固定側流体剪断部材が有する複数の固定側流体剪断面と、回転側流体剪断部材が有する複数の可動側流体剪断面との間に複数の流体剪断空間が径方向および軸方向に重複して形成される。
そして、流体供給部から供給される流体に、気体混合部において気体が混合されることによって気液混合流体が生成され、この気液混合流体が、流体入口部から上流側の流体剪断空間に流入し、下流側の流体剪断空間に設けられた流体出口部から流出する。
この間に、回転駆動部材によって回転側流体剪断部材が回転駆動されることにより、各流体剪断空間の内部において流体が流体剪断形状により剪断され、流体に混合されている気体が細かい微小気泡となって微小気泡混合流体が生成される。

この微小気泡混合流体生成装置では、上記の通り、複数の流体剪断空間が径方向および軸方向に重複して形成されているため、固定側流体剪断部材および回転側流体剪断部材の軸方向の長さおよび径を大きくすることなく、流体剪断空間が有する流体剪断形状の面積を大きくし、微小気泡混合流体を効率良く生成することができる。

しかも、回転側流体剪断部材の内部にも可動側流体剪断面が形成されているため、回転側流体剪断部材が中空状となる。このため、可動側流体剪断面の合計面積を増大させながら回転側流体剪断部材の重量を軽減させることができる。
これにより、回転側流体剪断部材の回転慣性モーメントを大幅に軽減させ、これを回転駆動するモータ等の回転駆動部材を小型化することができ、製造コストおよび消費電力を低減させることができる。

上記構成の微小気泡混合流体生成装置において、前記流体入口部は前記回転側流体剪断部材の回転中心部から前記複数の流体剪断空間のうちの径方向内側にある前記流体剪断空間に前記流体を供給するように設けられ、前記流体出口部は径方向外側にある前記流体剪断空間から前記流体を流出させるように設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、径方向内側にある流体剪断空間が上流側となり、径方向外側にある流体剪断空間が下流側となり、回転側流体剪断部材の回転中心部に設けられた流体入口部から流入した流体が径方向内側（上流側）の流体剪断空間から流入して径方向外側（下流側）の流体剪断空間から流出する。

回転側流体剪断部材の回転時には、径方向内側（上流側）の流体剪断空間よりも径方向外側（下流側）の流体剪断空間に大きな遠心力が加わる。このため、回転側流体剪断部材の回転中心部に設けられた流体入口部から径方向内側の流体剪断空間に流入した流体は、遠心ポンプの作用と同様に、遠心力によって流体出口部から排出される径方向外側の流体剪断空間の流体を補うべく、径方向内側から外側の流体剪断空間に向かって流れる。このため、常に流体が流体入口部から流入して流体出口部から排出されるようになり、流体の流通を促進させるためのファン等の付加物が不要になる。したがって、微小気泡混合流体生成装置の構成を簡素にすることができる。

上記構成の微小気泡混合流体生成装置において、前記回転側流体剪断部材は片持ち状に軸支され、その軸方向自由端側に向かって着脱可能であることが好ましい。

上記構成によれば、回転側流体断部材を容易に着脱させることができるため、微小気泡混合流体生成装置の保守性を良くすることができる。

上記構成の微小気泡混合流体生成装置において、前記固定側流体剪断部材と、前記回転側流体剪断部材と、前記回転駆動部材は、前記中心軸線が縦向きになるように設置され、前記回転駆動部材の上に前記固定側流体剪断部材と前記回転側流体剪断部材とが着脱可能に設置されていることが好ましい。

上記構成によれば、縦向きに起立した円筒状の回転側流体断部材を上方に向かって取り外すようになるため、回転側流体断部材をさらに容易に着脱させることができる。

上記のように前記回転側流体剪断部材が片持ち状に軸支されている場合には、該回転側流体剪断部材を軸支する軸受の少なくとも１つが、該回転側流体剪断部材の軸方向中間部に配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、片持ち状に軸支された回転側流体剪断部材の駆動軸の、軸受からのオーバーハング量を短くすることができ、これによって回転側流体剪断部材の径方向への振れに対する剛性を高めて精度良く回転させ、微小気泡混合流体を効率良く生成することができる。

以上のように、本発明に係る微小気泡混合流体生成装置によれば、簡素で小型、且つ保守性の良い構造により、微小気泡混合流体を効率良く生成することができる。

本発明に係る微小気泡混合流体生成装置の機器構成図である。本発明の第１実施形態を示す流体剪断部の縦断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う横断面図である。本発明の第２実施形態を示す流体剪断部の縦断面図である。本発明の第３実施形態を示す流体剪断部の縦断面図である。本発明の第４実施形態を示す流体剪断部の縦断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る微小気泡混合流体生成装置の機器構成図である。この微小気泡混合流体生成装置１は、流体（本実施形態では水を例示する）に、空気、酸素、二酸化炭素、窒素等の気体（本実施形態では空気を例示する）の微小気泡を混合させて微小気泡混合流体を生成するものである。流体が水である場合はスーパーファインバブル水（ナノバブル水）が生成される。

微小気泡混合流体生成装置１は箱状のユニットケース２を備えており、このユニットケース２の内部は、隔壁３を境にモータ室４とポンプ室５とに区画されている。モータ室４には、インバータモータ６（回転駆動部材）が、その主軸７を鉛直上方に向けて縦置きに設置され、ポンプ室５には後述するポンプ４５およびエジェクタ４９等の機器類が収容されている。また、モータ室４の上部には円柱状の流体剪断部８が設置されている。流体剪断部８は下記のように構成されている。

まず、図２に示すように、モータ室４の天板をなす厚手の鋼鈑等から形成された仕切り板１１が複数のボルト１２でユニットケース２の上面に締結され、この仕切り板１１を貫通する形で鉛直方向に沿う円筒状のベアリングホルダ１３が固定されている。また、仕切り板１１の上面に、ベアリングホルダ１３よりも径の大きな円筒容器状で上部が閉塞されたアウターケーシング１５（固定側流体剪断部材）が複数のボルト１６で着脱可能に固定されている（図１も参照）。仕切り板１１とアウターケーシング１５との間はＯ−リング１７で液密的にシールされている。

さらに、図３にも示すように、ベアリングホルダ１３の外周面に円筒状のインナーケーシング１９（固定側流体剪断部材）が着脱可能に固定されている。インバータモータ６の主軸７とベアリングホルダ１３とアウターケーシング１５とインナーケーシング１９と後述するインナーロータ２７は、共通の鉛直な中心軸線Ｃに沿って一直線上に配列されている。図２、図３に示すように、アウターケーシング１５の内周面は固定側流体剪断面１５ａとなっており、インナーケーシング１９の外周面は固定側流体剪断面１９ａとなっている。これらの固定側流体剪断面１５ａ，１９ａは共通の中心軸線Ｃ回りに形成されて異なる径を持ち、且つ径方向および軸方向に重複している。固定側流体剪断面１５ａ，１９ａは後述するように凹凸状である。

図２に示すように、ベアリングホルダ１３の上下両端に圧入された上下一対のベアリング２１，２２（軸受）によって鉛直な駆動軸２３が中心軸線Ｃ回りに回転自在に軸支され、この駆動軸２３の下端部が継手２４を介してインバータモータ６の主軸７に連結されている。駆動軸２３の上部には、インナーケーシング１９に被さる円柱形状のインナーロータ２７（回転側流体剪断部材）が、例えば複数のボルト２８によって回転一体に、且つ駆動軸２３に対して着脱可能に固定されている。つまり、インナーロータ２７は、ベアリング２１，２２および駆動軸２３によって下方から片持ち状に軸支されており、アウターケーシング１５が取り外されていれば、ボルト２８を抜くことによって軸方向自由端側（ここでは上側）に向かって取り外すことができる。

インナーロータ２７は、インバータモータ６により回転駆動されてアウターケーシング１５の内部で回転する。ここで、このインナーロータ２７を軸支しているベアリング２１，２２のうち、上側のベアリング２２は、インナーロータ２７の軸方向中間部に配置されている。即ち、インナーロータ２７の下端部２７ｃと上端部２７ｄとの間の高さにベアリング２２が配置されている。なお、ベアリングホルダ１３の上部には駆動軸２３の抜け止めおよび防水を行うメカニカルシール３０が設けられている。

図２、図３に示すように、インナーロータ２７の外周面は、アウターケーシング１５の固定側流体剪断面１５ａに対して例えば２〜３ミリの間隔を空けて対向する可動側流体剪断面２７ａとなっている。また、インナーロータ２７の内周面は、インナーケーシング１９の固定側流体剪断面１９ａに対して例えば２〜３ミリの間隔を空けて対向する可動側流体剪断面２７ｂとなっている。そして、アウターケーシング１５およびインナーケーシング１９の固定側流体剪断面１５ａ，１９ａと、これらに対向しているインナーロータ２７の可動側流体剪断面２７ａ，２７ｂとの間に、それぞれ流体剪断空間３１，３２が形成されている。これらの流体剪断空間３１，３２は径が異なり、径方向および軸方向に重複するとともに、相互に連通している。即ち、流体剪断空間３２は流体剪断空間３１よりも径が小さくて流体剪断空間３１の内周側に重複しており、インナーロータ２７と仕切り板１１との間に形成された連通路３３を介して連通している。

これらの流体剪断空間３１，３２の各々において、固定側流体剪断面１５ａ，１９ａおよび可動側流体剪断面２７ａ，２７ｂの少なくとも一方には、凹凸状の流体剪断形状が形成されている。例えば、流体剪断空間３１においては、固定側流体剪断面１５ａと可動側流体剪断面２７ａの両方に、中心軸線Ｃに直交する断面が歯車状となるように凹凸状の流体剪断形状が付与されている（図３中には簡略化して記載してある）。
また、流体剪断空間３２においては、固定側流体剪断面１９ａと可動側流体剪断面２７ｂの両方に、同様な凹凸状（歯車状）の流体剪断形状が付与されている。（図３中には簡略化して記載してある）
なお、固定側流体剪断面１９ａは、円筒状のインナーケーシング１９の全周に亘って軸方向に延びるスリット穴を多数穿設し、このインナーケーシング１９をベアリングホルダ１３とメカニカルシール３０の外周面に密に嵌合させることによって、上記スリット穴の位置における横断面形状を凹凸形状に形成したものである。

図１、図２に示すように、アウターケーシング１５の上面中央部に流体入口部３６が設けられ、アウターケーシング１５の上部外周面に流体出口部３７が設けられている。流体入口部３６は、インナーロータ２７の回転中心部から、後述のポンプ４５およびエジェクタ４９によって空気や酸素等の気体が混合された水を、径方向内側にある上流側の流体剪断空間３２に流入させるように設けられている。また、流体出口部３７は、径方向外側にある下流側の流体剪断空間３１から水を流出させるように設けられている。

具体的には、流体入口部３６は、例えば中心軸線Ｃに沿うようにアウターケーシング１５の上面中央部に固定された管状であり、駆動軸２３の上端部から軸心に沿って形成された軸心流入通路４０に連通している。この流体入口部３６に対して駆動軸２３（軸心流入通路４０）は相対回転するため、流体入口部３６と軸心流入通路４０との間には両部材３６，４０間の相対回転を可能にしつつ、水が流体入口部３６から下流側の流体剪断空間３１に流入することを阻止する図示しないシール部材が介装されている。

図２に示すように、駆動軸２３には、軸心流入通路４０の下端部から水平に伸びる複数の水平通路４１が形成され、これらの水平通路４１が、それぞれインナーロータ２７の内部に形成された複数の鉛直通路４２に連通し、各鉛直通路４２は流体剪断空間３２に連通している。このため、流体入口部３６から流入した水が軸心流入通路４０と水平通路４１と鉛直通路４２とを経て流体剪断空間３２に供給されるようになっている。

一方、流体出口部３７は、平面視でアウターケーシング１５の外周輪郭に対して接線方向に水平に延出するパイプ状であり、図２に示すように、流体剪断空間３１の最上部に連通している。そして、インナーロータ２７の回転とともに、下流側の流体剪断空間３１内の水が流体出口部３７から流出するようになっている。
流体剪断部８は以上のように構成されている。

図１に示すように、ユニットケース２のポンプ室５にはポンプ４５（流体供給部）が設置されており、このポンプ４５の吸入口４５ａには外部から水を供給する水供給管４６が接続されている。水供給管４６には逆止弁４７が設けられている。
一方、ポンプ４５の吐出口４５ｂには気体混合管４８が接続され、この気体混合管４８の中間部にエジェクタ４９（気体混合部）が接続されている。なお、吐出口４５ｂにおける水の吐出圧力を計測する圧力計５０が設けられている。

さらに、エジェクタ４９の下流側に、逆止弁５１を介して気液混合管５２が接続され、エジェクタ４９と吐出口４５ｂとの間から分岐するリリーフ管５３が流量調整式（手動）のリリーフバルブ５４を介して水供給管４６に合流している。

また、エジェクタ４９には耐圧チューブを用いた気体供給管５５ａが逆止弁（非図示）を介して接続されている。この気体供給管５５ａの他端は、ユニットケース２の外面に設けられた気体流量計５６の一端に接続され、気体流量計５６の他端に接続された気体供給管５５ｂが、同じくユニットケース２の外面に設けられた気体供給口５７に接続されている。気体流量計５６には流量調整ツマミ５６ａが設けられている。気体供給口５７には、空気を供給する図示しないコンプレッサやエアタンクが接続される。なお、空気以外の気体を用いる場合は、その気体が圧縮充填されたボンベや気体発生装置等が接続される。

気液混合管５２はポンプ４５からユニットケース２から突出し、その先端が流体剪断部８（アウターケーシング１５）の流体入口部３６に接続されている。
また、流体剪断部８の流体出口部３７には排出管５８が接続されている。この排出管５８の中間部には、エア抜きバルブ５９と、目視で流量を確認できる流量計６０とが接続されている。エア抜きバルブ５９は流体出口部３７と同等以上の高さに設置されている。

以上のように構成された微小気泡混合流体生成装置１は次のように作動する。
即ち、図１に示す水供給管４６からポンプ４５の吸入口４５ａに水を供給しながら、ポンプ４５を作動させる。これにより、ポンプ４５の吐出口４５ｂから吐出された水が気体混合管４８を流れる。この時には、圧力計５０を見ながら、所定のポンプ圧になるようにリリーフバルブ５４の開度を調整する。

また、気体流量計５６を見ながら、所定の空気流量となるように流量調整ツマミ５６ａの開度を調整する。これにより、気体供給口５７から供給された空気が、気体供給管５５ｂと気体流量計５６と気体供給管５５ａと逆止弁（非図示）とを経てエジェクタ４９に供給され、エジェクタ４９から気体混合管４８を流れる水に混合されて気液混合水が生成される。この気液混合水は、逆止弁５１を経て気液混合管５２に送給され、流体剪断部８の流体入口部３６に供給される。

流体剪断部８の流体入口部３６に供給された気液混合水は、図２中に矢印で示すように、駆動軸２３の軸心流入通路４０および水平通路４１と、インナーロータ２７の鉛直通路４２とを経て流体剪断空間３２に流入する。流体剪断空間３２では、気液混合水が上方から下方に流れながら、固定されているインナーケーシング１９の凹凸状の固定側流体剪断面１９ａと、回転しているインナーロータ２７の凹凸状の可動側流体剪断面２７ｂとの間で撹拌・剪断され、気液混合水に含まれている気体が細かい気泡に細分化される。

次に、この細かい気泡を含む気液混合水は、流体剪断空間３２から連通路３３を経て流体剪断空間３１に流れ、流体剪断空間３１の内部を下方から上方に流れながら、固定されているアウターケーシング１５の凹凸状の固定側流体剪断面１５ａと、回転しているインナーロータ２７の凹凸状の可動側流体剪断面２７ａとの間で、より激しく撹拌・剪断され、気液混合水に含まれている気体がさらに細かい気泡に細分化される。こうして、気液混合水は微小気泡混合水（微小気泡混合流体）となり、流体出口部３７と排出管５８とを経て排出され、需要部に供給される。なお、排出管５８に接続された流量計６０によって微小気泡混合水の排出量を確認することができる。

このように構成された微小気泡混合流体生成装置１は、その流体剪断部８において、アウターケーシング１５およびインナーケーシング１９が有する２つの凹凸状の固定側流体剪断面１５ａ，１９ａと、インナーロータ２７が有する２つの凹凸状の可動側流体剪断面２７ａ，２７ｂとの間に、２つの流体剪断空間３１，３２が径方向および軸方向に重複して形成されている。このため、アウターケーシング１５やインナーロータ２７の軸方向の長さおよび径を大きくすることなく、流体剪断空間３１，３２が有する流体剪断形状（固定側流体剪断面１５ａ，１９ａ、及び可動側流体剪断面２７ａ，２７ｂ）の面積を大きく確保し、この広い流体剪断形状によって微小気泡混合水を効率良く生成することができる。

しかも、インナーロータ２７の内部にも可動側流体剪断面２７ｂが形成されているため、インナーロータ２７が中空状となっている。このため、可動側流体剪断面２７ａ，２７ｂの合計面積を増大させながらインナーロータ２７の重量を軽減させることができる。
これにより、インナーロータ２７の回転慣性モーメントを大幅に軽減させ、これを回転駆動するインバータモータ６を小型化することができ、製造コストおよび消費電力を低減させることができる。

また、流体剪断部８に気液混合水を供給する流体入口部３６がインナーロータ２７の回転中心部から径方向内側にある流体剪断空間３２に気液混合水を供給するように設けられている。一方、流体出口部３７が径方向外側にある流体剪断空間３１から気液混合水（微小気泡混合水）を流出させるように設けられている。このために、流体入口部３６から流体剪断部８に流入した気液混合水が、流体剪断空間３２から流体剪断空間３１に流れやすくなる。

即ち、径方向内側にある流体剪断空間３２が上流側となり、径方向外側にある流体剪断空間３１が下流側となるため、インナーロータ２７の回転時には、径方向内側（上流側）の流体剪断空間３２よりも径方向外側（下流側）の流体剪断空間３１に大きな遠心力が加わる。
このため、インナーロータ２７の回転中心部に設けられた流体入口部３６から径方向内側の流体剪断空間３２に流入した流体は、遠心ポンプの作用と同様に、遠心力によって流体出口部３７から排出される径方向外側の流体剪断空間３１の流体を補うべく、径方向内側の流体剪断空間３２から径方向外側の流体剪断空間３１に向かって流れる。
これにより、常に流体が流体入口部３６から流入して流体出口部３７から排出されるようになる。したがって、流体剪断部８の内部に、気液混合水の流通を促進させるためのファン等の付加物を設ける必要がなく、微小気泡混合流体生成装置１の構成を簡素にすることができる。

また、この微小気泡混合流体生成装置１は、インナーロータ２７が片持ち状に軸支されており、このインナーロータ２７は、その軸方向自由端側に向かって着脱可能となっている。このため、インナーロータ２７を容易に着脱させることができ、これによって微小気泡混合流体生成装置１の保守性を良くすることができる。

さらに、この微小気泡混合流体生成装置１は、固定側流体剪断部材であるアウターケーシング１５およびインナーケーシング１９と、回転側流体剪断部材であるインナーロータ２７と、インバータモータ６とが、その中心軸線Ｃが縦向きになるように設置され、インバータモータ６の上にアウターケーシング１５とインナーケーシング１９とインナーロータ２７とが着脱可能に設置されている。

このように、流体剪断部８（アウターケーシング１５、インナーロータ２７等）が縦向きに起立した姿勢で微小気泡混合流体生成装置１に配置されていることと、インナーロータ２７の駆動軸２３が下方から片持ち支持されていることとにより、アウターケーシング１５およびインナーロータ２７を上方に向かって取り外すようになり、その着脱が非常に容易である。したがって、微小気泡混合流体生成装置１の保守性をさらに良くすることができる。

また、この微小気泡混合流体生成装置１は、図２に示すように、インナーロータ２７を軸支する２つのベアリング２１，２２のうちの１つ（例えば上側のベアリング２２）が、インナーロータ２７の軸方向中間部に配置されている。このため、片持ち状に軸支されたインナーロータ２７の駆動軸２３の、ベアリング２２からのオーバーハング量を短くすることができ、これによってインナーロータ２７の径方向への振れに対する剛性を高めて精度良く回転させ、微小気泡混合水を効率良く生成することに貢献することができる。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態を示す流体剪断部の縦断面図である。
この流体剪断部６１は、第１実施形態の流体剪断部８と同じく、固定されたアウターケーシング６２（固定側流体剪断部材）と、駆動軸６３に回転駆動されるインナーロータ６４（回転側流体剪断部材）とが組み合わされている。

アウターケーシング６２とインナーロータ６４は、互いに近接して噛み合う多重の固定側流体剪断部材６２ａと可動側流体剪断面６４ａとを備えており、これらの剪断部材６２ａ，６４ａの内面には、第１実施形態を同様な、平面視で歯車状の流体剪断形状（非図示）が設けられている。また、流体剪断部６１の中央部に流体入口部６５が設けられ、外周部に流体出口部６６が設けられている。

流体入口部６５から気液混合水を供給しながらインナーロータ６４を回転させると、固定されている固定側流体剪断部材６２ａと、回転している可動側流体剪断面６４ａとの間で気液混合流体が撹拌・剪断され、気液混合水に含まれている気体が細かい気泡に細分化されて、気液混合水が微小気泡混合水（微小気泡混合流体）となり、流体出口部６６から排出される。

この流体剪断部６１によれば、多重に設けられた固定側流体剪断部材６２ａと可動側流体剪断面６４ａの表面積を大きくすることができるため、第１実施形態の流体剪断部８よりも効率良く微小気泡混合水を生成することができる。

［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態を示す流体剪断部の縦断面図である。
この流体剪断部７１は、上述の第２実施形態（図４参照）における流体剪断部６１を上下に２基重ね、各々のインナーロータ６４を共通の駆動軸７２で回転駆動させている。気液混合水は、上側の流体剪断部６１の中央部に設けられた流体入口部７３から流入し、下側の流体剪断部６１の外周部に設けられた流体出口部７４から排出される。この流体剪断部７１によれば、第２実施形態の構成よりもさらに効率良く微小気泡混合水を生成することができる。特に、上側の流体剪断部６１にて生成された微小気泡混合水を下側の流体剪断部６１に通水して再度撹拌・剪断しているため、微小気泡混合水の気泡濃度を高濃度化することができる。

［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態を示す流体剪断部の縦断面図である。
この流体剪断部８１は、上述の第３実施形態（図５参照）における流体剪断部７１とほぼ同様な構成である。しかし、第３実施形態では上下の流体剪断部６１が連通していたのに対し、この第４実施形態では上下の流体剪断部６１が独立しており、それぞれの流体剪断部６１に流体入口部７３から気液混合水が個別に供給され、各流体剪断部６１にて生成された微小気泡混合水が、各々の流体剪断部６１に設けられた流体出口部７４から個別に排出されるようになっている。

本構成によれば、第３実施形態における流体剪断部７１に比べて、生成される微小気泡混合水の気泡濃度は低くなるものの、微小気泡混合水の生成量を多くすることができる。

以上のように、本実施形態に係る微小気泡混合流体生成装置によれば、簡素で小型、且つ保守性の良い構造により、微小気泡混合水を効率良く生成することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

例えば、上記各実施形態では、流体として水を用い、気体として空気を用いた例について説明したが、他の種類の流体及び気体を用いても良い。

１微小気泡混合流体生成装置
６インバータモータ（回転駆動部材）
７インバータモータの主軸
８流体剪断部
１５アウターケーシング（固定側流体剪断部材）
１５ａ固定側流体剪断面
１９インナーケーシング（固定側流体剪断部材）
１９ａ固定側流体剪断面
２１，２２ベアリング（軸受）
２３駆動軸
２７インナーロータ（回転側流体剪断部材）
２７ａ，２７ｂ可動側流体剪断面
３１，３２流体剪断空間
３６流体入口部
３７流体出口部
４５ポンプ（流体供給部）
４９エジェクタ（気体供給部）
Ｃ中心軸線

Claims

共通の中心軸線回りに形成されて異なる径を持ち、且つ径方向に重複する複数の固定側流体剪断面を形成する固定側流体剪断部材と、
前記中心軸線回りに回転可能に軸支され、前記複数の固定側流体剪断面の各々に対向する複数の可動側流体剪断面を形成する回転側流体剪断部材と、
前記複数の固定側流体剪断面と前記複数の可動側流体剪断面との間に形成されて径が異なり、径方向に重複するとともに順次連通している複数の流体剪断空間と、
前記複数の流体剪断空間の各々において、前記固定側流体剪断面および前記可動側流体剪断面の少なくとも一方に形成された凹凸状の流体剪断形状と、
前記回転側流体剪断部材を回転駆動する回転駆動部材と、
前記流体剪断空間に流体を供給する流体供給部と、
前記流体に気体を混合する気体混合部と、
前記気体混合部によって気体が混合された前記流体を上流側の前記流体剪断空間に流入させる流体入口部と、
下流側の前記流体剪断空間から前記流体を流出させる流体出口部と、
前記流体入口部と連通し、前記回転駆動部材の内部に前記回転駆動部材の軸心に沿って形成される第１通路と、
前記第１通路と連通し、前記回転駆動部材の内部に前記第１通路と交差する方向に延びるように形成される第２通路と、を備え、
前記第１通路及び前記第２通路は、前記流体の流れにおける前記流体入口部と前記流体剪断空間との間に設けられることを特徴とする微小気泡混合流体生成装置。
前記流体入口部は前記回転側流体剪断部材の回転中心部から前記複数の流体剪断空間のうちの径方向内側にある前記流体剪断空間に前記流体を供給するように設けられ、前記流体出口部は径方向外側にある前記流体剪断空間から前記流体を流出させるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微小気泡混合流体生成装置。
前記回転側流体剪断部材は片持ち状に軸支され、その軸方向自由端側に向かって着脱可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の微小気泡混合流体生成装置。
前記固定側流体剪断部材と、前記回転側流体剪断部材と、前記回転駆動部材は、前記中心軸線が縦向きになるように設置され、前記回転駆動部材の上に前記固定側流体剪断部材と前記回転側流体剪断部材とが着脱可能に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の微小気泡混合流体生成装置。
前記回転側流体剪断部材を軸支する軸受の少なくとも１つが、該回転側流体剪断部材の軸方向中間部に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の微小気泡混合流体生成装置。