JP6944286B2 - 超微細気泡発生装置 - Google Patents
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Description
前記気泡発生媒体は、炭素系の多孔質素材で形成されており、
前記ポンプと、前記圧縮装置とを駆動させる動力を供給する風車を備え、
前記風車は、回転体と、支持体と、を備え、
前記回転体は、円筒部と、風を受けるための翼と、前記翼を支持して円筒部に固定する翼支持腕とを有し、
前記支持体は、前記円筒部と所定間隔をおいて同軸状に連結された断面円形の支柱であり、前記通路は、水面より上方に配置されており、前記通路に連結された吐出側配管に通気孔が設けられているものである。
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を用いて説明する。
超微細気泡発生装置1は、再生可能エネルギーである風力を用いて超微細気泡を発生させる超微細気泡発生装置である。ここで超微細気泡とは、常温常圧化においてサイズ(直径)が100μm未満の気泡を意味する。超微細気泡発生装置1は、図1に示すように、気体を溶存または共存させた液体を液中へ供給する装置である。本実施形態において、液体は、海水や、河川や湖沼などの淡水である。以下では、液体として河川や湖沼などの水を採用して説明する。また、気体は、空気、酸素、窒素、オゾンまたは過酸化水素である。風力として用いられる風は、自然風の他、風洞などによって起こされる人口風を含むものである。超微細気泡として発生した気体は、水中に溶存もしくは共存する。ここで、溶存とは、水中に気体が溶解して存在する状態を意味する。また、共存とは、気体が水中に超微細気泡として存在する状態を意味する。
炭素系の多孔質素材とは、炭素のみ若しくは炭素及びセラミックを含む複合素材であり、無機質の素材である。また、炭素系の多孔質素材の表面には、厚さ数nmの膜が形成されている。前記膜はケイ素を含む無機質の膜で形成されている。
支持体52は、円筒部61と所定間隔をおいて同軸状に連結された断面円形の支柱である。支持体52は、円筒状の柱で構成されており、その内部には、シャフト64が回動可能に設けられる。また支持体52の上部において、回転体51を回動可能に支持する。
翼62は、風車25に向かって横方向に吹く風を受けて、揚力を発生させる機能を有しており、この揚力によって回転体51の回転方向にトルクを発生させる。翼62の形状は、一方の面が前縁から後縁にかけて緩やかに湾曲し、もう一方の面が前縁から後縁にかけて略平面的になっている。また、翼62の前縁部分は丸みを帯びており、後縁部分はとがった形状となっている。本実施形態の風車25は、このような形状を有する翼62を三枚備えており、この三枚の翼62を円筒部61の周囲に等間隔に配置することで、360度どちらの方向から吹く風についても、これを的確にとらえて回転体51を回転駆動することが可能となっている。翼62の素材として、繊維強化プラスチック、カーボンファイバー等の軽量かつ強度の高い素材を用いることが好ましい。
翼支持腕63の素材として、アルミニウム、カーボンファイバー等の軽量かつ耐久性の高い素材を用いることが好ましい。
また、シャフト64に設けられたプーリ64Aには、図示せぬワンウェイクラッチが設けられており、モータ65側の回転速度を超えてシャフト64が回転している場合には、プーリ64Aは空転するように構成されている。
図6に示すように、モータ65は、制御装置70と接続されている。モータ65への電力の供給は、フロート2に設置された図示せぬ電力源により行われるのが好ましい。なお、超微細気泡発生装置1の外部に設置された電力源から導線を用いて電力を供給する構成であってもよい。
なお、プーリ64Aとプーリ65Cとの直径比は変更可能である。
また、図6に示すように、入力手段69が制御装置70と接続されている。入力手段69は、作業者が制御装置70へ情報を入力するための手段であり、本実施形態においては、作業者が、補助駆動を行うか否かの入力を行う手段である。入力手段6は、例えば切り替えスイッチやキーボード等で構成されている。
制御装置70は、入力側に回転センサ67、入力手段69が接続されており、出力側にモータ65が接続されている。制御装置70は、補助駆動が行われる際には、モータ65の回転速度をシャフト64の回転に基づいて制御する。
まず、風が吹いているときには、風車25が風力によって回動する。風力エネルギーは風車25によって力学的エネルギーになり、シャフト64を回転させる。シャフト64を回転させる力は、圧縮装置23に伝達され、圧縮装置23は、気体を圧送する。圧縮装置23から圧送された気体は、気泡発生媒体内通路41へ送られる。気泡発生媒体内通路41へ送られた気体は、気泡発生媒体24に設けられた直径数μm〜数十μmの細かな孔24Aを通って、超微細気泡となり液体中へ放出される。
一方、シャフト64を回転させる力は、揚水ポンプ22に伝達され、揚水ポンプ22は、水を吸入側配管31から超微細気泡発生装置1内へ汲み上げる。このとき吸入口31Aが水面から0.5〜2mの深さに配置されているため、揚水ポンプ22には、低揚程で大容量のポンプを採用することができる。
水中へ放出される超微細気泡は、気泡発生媒体24表面に放出された瞬間に、周りの液体の流れ(図2の矢印方向の流れ)によって、表面から離間される。超微細気泡は、直径が小さく体積に比較して表面積が小さいため、浮力が働かず下方へと移動しやすい。このため、通路21内の水面から放出される割合が少なく、高濃度のまま、吐出側配管32へと送られる。気体が溶存した水、もしくは気体を超微細気泡として共存させた水は、吐出側配管32を通って吐出口32Aから水中へと放出される。吐出側配管32の吐出口32Aは吸入口31Aよりも深い位置にあるため、吸入側配管31、通路21及び吐出側配管32が液体で満たされた場合は、サイフォンの原理が働き、揚水ポンプ22による揚程圧のみで気体が溶存した水、もしくは気体を超微細気泡として共存させた水を吐出口32Aから水中へと放出することができる。
次に制御装置70による、モータ65の駆動制御について、図7を用いて説明する。
制御装置70は、まず、補助駆動を行うか否かについて入力がされているかを判断する(ステップS5)。ステップS5において、補助駆動を行う入力がされていない場合には、当該制御を終了する。ステップS5において、補助駆動を行う入力がされている場合には、回転センサ67の検出した回転速度が所定値以下であるか否かを判断する(ステップS10)。回転センサ67の検出した回転速度が所定値以下である場合には、風が吹いていないと判断し、風車25の回転速度が所定回転速度となるようにモータ65の回転速度を算出する(ステップS20)。そして、モータ65をステップS20で算出した回転速度で駆動し(ステップS30)、ステップS5へと移行する。
回転センサ67の検出した回転速度が所定値より大きい場合には、モータ65の駆動を停止し(ステップS40)、ステップS5へ移行する。
このように構成することにより、風力を用いて粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。再生可能エネルギーである風力を用いることで、風が吹いている場合には、外部から電力の供給を受けることなく超微細気泡発生装置1を運転することができ、外部から電力を供給する電線などのコストを省くことができる。
このように構成することにより、無風時においても、モータ65を駆動させることで、超微細気泡発生装置1を運転することができる。
このように構成することにより、無風時若しくは風量が少ない場合であっても、モータ65を駆動させることで、超微細気泡発生装置1を定常的に運転することが可能となり、気体が溶存、もしくは超微細気泡として共存する液体を常に一定量供給することができる。
このように構成することにより、吸入口31Aが水面に近い位置にあることにより、揚程圧が少なくても、液体を圧送することができる。
このように構成することにより、吐出口32Aが吸入口31Aよりも低い位置にあるため、気体が溶存、もしくは超微細気泡として共存する液体が再び吸入口31Aに入ることを防止し易くなり、気体が溶存、もしくは超微細気泡として共存する液体を効率よく生産することができる。
21 通路
22 揚水ポンプ(ポンプ)
23 圧縮装置
24 気泡発生媒体
25 風車
26 管
41 気泡発生媒体内通路
Claims (5)
- 液体を流す通路と、液体を汲み上げるためのポンプと、前記通路へ気体を圧送するための圧縮装置と、前記圧縮装置により圧送された気体を超微細気泡として前記通路内の液体へ放出する気泡発生媒体とを備える超微細気泡発生装置であって、
前記気泡発生媒体は、炭素系の多孔質素材で形成されており、
前記ポンプと、前記圧縮装置とを駆動させる動力を供給する風車を備え、
前記風車は、回転体と、支持体と、を備え、
前記回転体は、円筒部と、風を受けるための翼と、前記翼を支持して円筒部に固定する翼支持腕とを有し、
前記支持体は、前記円筒部と所定間隔をおいて同軸状に連結された断面円形の支柱であり、
前記通路は、水面より上方に配置されており、前記通路に連結された吐出側配管に通気孔が設けられている、
ことを特徴とする超微細気泡発生装置。 - 無風時において、前記風車を補助的に駆動させるモータを設ける、
ことを特徴とする請求項1に記載の超微細気泡発生装置。 - 前記風車の回転速度を検知する回転センサを備え、前記回転センサと、前記モータとは、制御装置に接続され、前記制御装置は、前記回転速度が一定の値以下となる場合、前記モータを駆動するように制御する、
ことを特徴とする請求項2に記載の超微細気泡発生装置。 - 前記通路より液体の流れの上流側に吸入口を設け、前記吸入口は、前記風車を設置する設置台の下面から0.5m〜2m以内に設置される、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の超微細気泡発生装置。 - 前記通路より液体の流れの下流側に超微細気泡を含む液体を吐出する吐出口を設け、前記吐出口は、前記吸入口よりも低い位置に配置される、
ことを特徴とする請求項4に記載の超微細気泡発生装置。
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