JP7745321B2 - エアレーション付属器具 - Google Patents

Description

本発明は水生生物飼育用水槽にエアレーションを行うための ，エアポンプに接続して使用する器具に関するものである．

水槽内に水生生物を飼育するためには，自然界と違い水の容量に比べて生物が相対的に多くて酸素が多く消費されるため水の酸素溶存量を強制的に上げること（エアレーション）が必要である．エアレーションを行うためには，主にエアポンプ式とモーター式がある．エアポンプ式はエアポンプでエアを水中に送り込む方式で，主にエアストーンを付ける方式とエアリフト方式がある．モーター式はモーターにて水流を作って水流により酸素を取り込んで循環させる方式で多様な方式がある．

エアポンプにはエアストーンが付けられることが多いが，水槽内に留置する器具のサイズが小さため目障りではなく，水流もモーター式に比べて少ないため，水流を好まない魚を，特に小型水槽で飼育するのに適したエアレーション方法である．しかし音がうるさく，寝室に置くには耐えられないものであった．音の発生は吐出部で発生する気泡発生音と水面で発生する気泡破裂音がある．気泡破裂音は気泡サイズを小さくすれば小さくなり，その音は無くすことはできないが，多量でなければ耳障りな音質ではない．一方，気泡発生音は一般的なエアストーンでは大きく耳障りな音をたてる．エアストーンの目を小さくしても静かにならず，高音のより耳障りな音質にもなる．エアストーンを付けずに直接エアを出すとさらに大きな気泡発生音と気泡破裂音が発生してしまい，水流も強くなってしまう．

また，エアリフト式では，多量の気泡をパイプ内に発生させて，気泡がパイプ内を上昇する力で水を押し上げ，パイプ上端から水を流出させて水流を作る方式があるが，これも音がうるさく，特に気泡破裂音が大きく寝室に置くには耐えられないものであった．

モーター方式は水中モーターでは音が静かな機種も存在するが，多くが耳障りな作動音が発生する．また，水流を十分少なくすることが難しく水流を好まない魚に適していない．さらに，サイズが大きいため目障りで，小型水槽には適しているとはいえない．

ベタのような単独で飼うことが望ましい魚や，メダカ類のような小型の魚は小型水槽で飼うことが多いが，それらは，強い水流を好まない魚でもある．以上のように，小型水槽でも目立たず水流が少ない方式をとなるとエアストーン方式が選択されることになるが，音の問題があり，寝室に置くために適するという条件まで兼ね備えたエアレーション器具はなかった．

特開２００９-２５４３１７

強い水流を好まない魚を小型水槽で人の生活にも快適に飼育するために，エアレーション方式において，サイズが小さくて目障りではなく，水流が少なくて，しかも水面は動かしてエアレーション機能が十分であり，音が小さい，という条件を兼ね備えることを目的とする．

通常のエアポンプにエアストーンを付ける方式では，気泡から直接水中に酸素が供給される量は少なく，それよりも気泡が水面を動かすことの方が酸素供給において主たる要素であると言われている．それは気泡の表面積より水面の表面積の方が大きいためで，水面付近は大気から酸素が水中へ溶けて酸素溶存量が高く，水面付近の水を動かして循環流を作り水槽中の酸素溶存量を上げている．水面を動かすということが最も重要な要素である．さらに，水面を動かすことは油膜の除去という効果も加わる．気泡を大量に発生させると，上昇する気泡が水を巻いて水流を作り，水面も動かすことになるが，同時に水流が強くなってしまうことと，水泡発生音と水泡破裂音が増大してうるさくなってしまう．一方，エア流量が少なくても，気泡のサイズが小さいと水面を気泡が流れることで，水面を動かすことになり，水流が弱い割にはエアレーション能力と油膜除去効果が維持できる．

気泡発生音を観察すると，エアが水を押す時に音が発生しているものではなく，気泡が吐出孔から離れた瞬間に音が発生している．気泡が吐出孔から離れた瞬間に表面張力により気泡が球形になり，気泡下面の水が周囲から一気に衝突して気泡が振動して音を発生しているとすると，衝突エネルギーを小さくすると，発生音が小さくなると推測される．そして，気泡サイズが小さいと衝突エネルギーが小さくなると考えられる．気泡の大きさは吐出孔の大きさやエア流量や粘度に関連し，水のように粘度が小さい場合で，さらにエア流量が小さい場合では，気泡の大きさは吐出孔の大きさに密接に関係する．吐出孔を小さくすることで気泡発生音が小さくなると期待したが，実際に微小な吐出孔で実験すると十分に気泡発生音は小さくならなかった．この時，エアポンプから供給されるエアを流量調節器を用いて流量をしぼってエア吐出孔から水中へエアが肉眼的に独立気泡として吐出される状態として実験している．

そこで別の方法として，吐出孔周囲の空間の形により気泡の球形化を妨げることで気泡発生音が抑制されるかを試みた．エア吐出孔から発生する気泡は，そのエア吐出孔の内径よりも大きな直径の球形の気泡ができるが，吐出孔の先の空間の幅が小さいと，気泡が球形にならず押しつぶされた形となる．実際に水槽内にて各種内径のエア吐出孔で実験を行った．図３のように，外パイプ内にエア供給パイプを通し，外パイプ内腔内に位置するエア供給パイプの先端からエアを吐出させた．エアポンプから供給されるエアを流量調節器を用いて流量をしぼってエア吐出孔から水中へエアが肉眼的に独立気泡として吐出される状態とした．種々のサイズの外パイプとエア供給パイプを組み合わせて気泡発生音の音量を調査した．

図１で示すように，外パイプ２の内径長ＩＤからエア供給パイプ１の外径長ｏｄで引いた値である余剰内腔短径長Ｒを，エア供給パイプのエア吐出孔の内径長ｉｄで割った値を指標値（（ID-od）/id）として，指標値順に並べたのが表１である．実験結果から指標値が０．５より大きく，１．５より小さい値の場合で消音効果があった．指標値０．５以下では，外パイプ内での気泡の上昇速度が遅くて気泡同士が結合することで外パイプ上端から気泡が出る時に音が発生した．一方，指標値１．５以上では気泡発生音が現れたが，この余剰内腔短径は大きすぎて気泡を挟み込めず気泡の球形化を抑制することができなかったためと推測される．以上，吐出孔内腔に比して大きすぎず小さすぎない範囲の外パイプの内腔サイズが必要であった．

これを，上記とは別形態の図７のように扁平筒内腔にエア吐出孔が開口している場合に当てはめると，扁平筒の内腔の短軸長ｆＩＤがエア吐出孔の内径長ｆｉｄの０．５倍より大きく，１．５倍より小さく必要がある，ということになる．

また，さらに上記のエア吐出孔が円形ではない別形態の場合では，気泡は同面積の円から吐出される場合と近似する球形になるため，上記のことを当てはめることは許容される．エア吐出孔面積をXとすると，同面積の円の半径をａとすると，近似円形エア吐出孔内径は2a=2√（Ｘ/π）となる．これを上記にあてはめると，扁平筒内腔の短軸長は√（Ｘ/π）より大きく， 3√（Ｘ/π）より小さくする必要がある，ということになる．

以上の結果から，考案した当発明の器具は，エアポンプに接続して使用する器具において，円筒形状のエア供給パイプを円筒形状の外パイプの内に通し，外パイプ内腔内にあるエア供給パイプの先端からエアを吐出させる．外パイプの内径長からエア供給パイプの外径長で引いた値である余剰内腔短径長は，エア供給パイプのエア吐出孔の内径長の０．５倍より大きく，１．５倍より小さい．エア吐出孔は外パイプの内腔内に位置しており，外パイプの長軸方向は上下方向である．エアポンプから供給されるエアを流量調節器を用いて流量をしぼってエア吐出孔から水中へエアが肉眼的に独立気泡として吐出される状態として用いる．

上記の亜型として，扁平筒内腔にエア吐出孔が開口している場合には，扁平筒内腔の短軸長が，エア供給パイプのエア吐出孔の内径長の０．５倍より大きく，１．５倍より小さい．エア吐出孔は扁平筒の内腔内に位置しており，扁平筒の長軸方向は上下方向である．

さらに，エア吐出孔が円形ではない場合，エア吐出孔面積をX平方ミリメートルとすると，扁平筒内腔の短軸長は√（Ｘ/π）より大きく， 3√（Ｘ/π）より小さい．

前述のように，エア流量が少なく水流が少ないが，気泡が水面を滑るように流れることにより水面を動かして十分なエアレーション効果と油膜除去効果を保つ．

前述のように気泡発生音が小さくなり，寝室に置くことも許容できる．気泡破裂音はするが，気泡が小さいためその音量も大きくなく，音質はむしろ心地よいものであり，問題にならない．

エア供給パイプと外パイプが細くて透明でもあり小型水槽でも目障りにならない．前述の既存のエアレーション器具よりサイズが顕著に小さい．

本発明の実施形態１の軸断面図． 本発明の実施形態１の全体斜視図． 本発明の実施形態１の実際に使用時の概略図． 本発明の実施形態２の全体斜視図． 本発明の実施形態３の全体斜視図． 本発明の実施形態４の全体斜視図． 本発明の実施形態４の軸断面図．

当発明の器具の実施形態１を図１から３にて説明する．エア供給パイプ１と外パイプ２で構成される，エア供給パイプ１は，汎用されている軟性シリコン製エアチューブより細径であり，素材は軟性でも硬性でもどちらでも可能であるが，実施形態１では硬性とする．エア供給パイプ１の下端がエア吐出孔１0１となっている．外パイプ２は，透明な円筒形状で，前述のように外パイプの内径長ＩＤからエア供給パイプの外径長ｏｄで引いた値である余剰内腔短径長Ｒが，エア供給パイプ１のエア吐出孔の内径長ｉｄの０．５倍より大きく，１．５倍より小さい．
好ましい一例として，その一般的な軟性シリコン製エアチューブに接続できるエア供給パイプである外径ｏｄ４．８mm程の円筒形のパイプで，肉厚が１．０mm，内径ｉｄは２．８mmのものを採用すると，外パイプ２の内径長は６．２mmより大きく９．０mmより小さいものにする．

外パイプ２の上端部にエア供給パイプ接続部２０１があり，外パイプ２にエア供給パイプ１を脱着させることが可能である．
エア供給パイプ１も外パイプ２も詰まった場合に確認できる透明素材が望ましい．外パイプ２はガラスで作製することが望ましいが，透明樹脂でもいい．エア供給パイプ１は水槽サイズに合わせて長さを調節できる切断可能な樹脂素材が望ましい．
エア供給パイプ１を外パイプ２内腔内に通し，エア吐出孔１０１は外パイプの内腔内に位置させるようにエア供給パイプ接続部２０１にて固定する．エア供給パイプ１の上部にてクリップ９３により水槽壁の上端に固定する．水槽内で外パイプ２の長軸方向が上下方向になるよう設置する．エアポンプ９０にエアチューブ９２を接続し，その途中に流量調節器９１を設置し，エアチューブ９２をエア供給パイプ末端１０３に接続する．エアポンプ９０から供給されるエアの流量を流量調節器９１でしぼってエア吐出孔１０１から水中へエアが肉眼的に独立気泡として吐出される状態にして用いる．

実施形態２は実施形態１の一部のみ変更した亜型で，図４に示す．外パイプの上端部にエア供給パイプ接続部がなく，外パイプを水槽壁に吸盤２０２で固定するもので，その他は実施形態１と同様である．

実施形態３を図５に示す．実施形態１からエア供給パイプ１を軟性素材に変更した場合は，外パイプ２はガラスで成型するか，透明樹脂で成型したpipeに鉛等の重りを巻くと自重で真っ直ぐぶら下がる．エア供給パイプ１に係留部材７を接続することで供給パイプを弯曲させて，水槽壁上端に引っ掛ける．他は実施形態１と同様である．

実施形態４は上記のような円筒内に円筒を入れるものとは異なり，扁平筒形状の内腔内にエア吐出孔が開口しているものである．扁平筒の内腔の形状は長方形や長円など様々なものが考えられ，内腔の数も複数あるものも考えられる．一例として図６，７に示す．図６は斜視図であり，図７は断面図で下から上へａ，ｂ，ｃ，ｄの順に示している．扁平筒形状の内腔がその断面が長方形であり，その長方形筒内腔５が二つあり，そのあいだにエア供給路６がある．下部にてエア吐出孔６０１があり，上部には長方形内腔の上端から前方にかけて排出口５０１があり気泡が抜けるようになっている．長方形筒内腔断面の短軸長ｆＩＤが，エア吐出孔の内径長ｆｉｄの０．５倍よりおおきく，１．５倍より小さい．エアポンプにエアチューブを接続し，その途中に流量調節器を設置し，エアチューブをエア供給路上端６０２に接続し，本体の長軸方向は上下方向であるように吸盤で当器具を水中に固定する．

Claims (4)

1. 水生生物飼育用水槽にエアレーションを行うための ，エアポンプに接続して使用する器具において，
   エアポンプから供給されるエアを流量調節器を用いて流量をしぼってエア吐出孔から水中へエアが肉眼的に独立気泡として吐出される状態として，
   円筒形状のエア供給パイプを円筒形状の外パイプの内に通し，外パイプの内径値からエア供給パイプの外径値で引いた値である余剰内腔短径長が，エア供給パイプのエア吐出孔の内径長の０．５倍より大きく，１．５倍より小さく，
   エア吐出孔は外パイプの内腔内に位置し，エア吐出孔の方向は下方を向いており，
   外パイプの長軸方向は上下方向である，
   ことを特徴とするエアレーション付属消音器具．
2. 水生生物飼育用水槽にエアレーションを行うための ，エアポンプに接続して使用する器具において，
   エアポンプから供給されるエアを流量調節器を用いて流量をしぼってエア吐出孔から水中へエアが肉眼的に独立気泡として吐出される状態として，
   扁平筒内腔にエア吐出孔が開口しており，扁平筒内腔の短軸長が，エア吐出孔の内径長の０．５倍より大きく，１．５倍より小さく，
   エア吐出孔は扁平筒の内腔の側面に位置し，
   扁平筒の長軸方向は上下方向である，
   ことを特徴とするエアレーション付属消音器具．
3. 請求項２で記述したエア吐出孔が円形ではなく，エア吐出孔面積をX平方ミリメートルとすると扁平筒内腔の短軸長が√（Ｘ/π）ミリメートルより大きく，３√（Ｘ/π）より小さいことを特徴とする請求項２に記載のエアレーション付属消音器具．
4. 外パイプの上端部にエア供給パイプ接続部があり，外パイプにエア供給パイプを脱着させることが可能なことを特徴とする請求項１に記載のエアレーション付属消音器具．