JPH09313908A - 微細泡生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気液混合流を作り、この中に含まれる気泡を
微細化する。 【解決手段】 容器１の流入管１ａに気体導入管４を設
けて、気体導入管４側の開口部内径ｄ₂を流体の入口２
の内径ｄ₁よりも大きくして、気体導入管４の開口部の
圧力を負圧にして外部気体を吸入し、気液混合流として
容器内に導入する。容器１内に細かい孔９ａを多数有す
る少なくとも１つの円板状の回転体９を流体の流れに略
直角に設置して駆動機構５で回転する。気液混合流に含
まれる泡が回転体の孔９ａを通過するとき、泡は非孔部
９ｂで切断されて細かい泡を細分化して微細泡による気
液混合流とし、流出口３より流出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細泡生成装置に
関し、より詳細には、液体と気体とが混合した流体に対
し更に気体を導入して気液混合流とし、該気液混合流に
含まれる気泡を微少化して気泡の総表面積を大きくする
微細泡生成装置に関するものであり、光合成微生物への
光合成反応に必要な炭酸ガスの効率的な供給、あるいは
有機物を含む汚水の浄化、特に、風呂の浴水の浄化や入
浴者の健康管理用あるいは展示装置用として好適に利用
される。

【０００２】

【従来の技術】光を吸収して炭酸ガスと水とから炭水化
物を光合成微生物を用いて光合成するとき、従来、光合
成微生物への炭酸ガスの供給は、培養タンクや屋外の培
養プール等の培養装置に、主に空気と炭酸ガスをポンプ
により培養装置の底部に設けた通気板やパイプを介して
供給し、炭酸ガスを含む泡を発生させていた。

【０００３】従来、下水等の有機物を含む汚水を処理す
るために純化学的に有機物を酸化分解する試みがなされ
ていたが、この方式による処理は極めて困難であるた
め、我が国の下水処理方法の多くは、活性汚泥法と呼ば
れる浄化型の生物処理リアクタが用いられている。活性
汚泥法は、活性汚泥と呼ばれる好気性微生物が下水中の
有機物を代謝し、そのエネルギーを利用して有機物を好
気性微生物の増殖に使うことにより水中の汚濁有機物を
除去する方法である。汚濁有機物濃度として生物化学的
要求量（ＢＯＤ）が用いられ、ＢＯＤは、汚水中の有機
物が好気性微生物により代謝される際に消費される５日
間の酸素量を換算した指標となるものである。

【０００４】すなわち、有機物を微生物により代謝する
ためには、有機物の量にみあった多量の酸素が必要であ
り、活性汚泥を用いた代謝方法としては、汚水を曝気槽
内に導入し、この中に活性汚泥を投入して底部から大量
の空気を送り込むことにより撹拌して有機物を代謝し、
次いで、処理水と活性汚泥とを沈殿分離法により分離
し、活性汚泥を曝気槽に戻すプロセスがとられており、
ＢＯＤが大きい程大量の空気を必要とする。

【０００５】その他、有機物を含む汚水の例としては、
風呂の浴水があり、近年、２４時間風呂として浴水に含
まれる微細粒子を浴水吸入口に取り付けられたフィルタ
により取り除く他、吸入した浴水に対し、好気性微生物
を多孔質粒状体に担持させて容器内に収納した浄化槽を
用いて有機物を代謝している。浴槽内の浴水には、空気
が混合され、この気液混合流体はポンプで吸引され、吸
引された気液混合流の一部が、三方切換弁を介して前記
浄化槽に送り込まれ、該浄化槽内で前述のようにして機
物を代謝した清水を風呂に戻し循環させている。

【０００６】２４時間風呂内の浴水の循環路内に混入さ
れる空気は、前記浴槽とポンプとを接続する流管内の圧
力が、ポンプによる浴水吸引時に負圧になることを利用
して、前記流管壁に開口した大気吸入口より吸入され
る。ポンプで吸引された浴水と空気との気液混合流は、
前記三方切換弁により一部が浄化槽を通して浴槽に戻さ
れるが、殆どの気液混合流は三方切換弁を介して直接浴
槽内に戻される循環流となり、浴槽内でバブルジェット
流として入浴者にマッサージ効果を与えるとともに、皮
膚呼吸の効果を高め健康増進を計っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来方式による光合成
微生物に供給する炭酸ガスを含む気泡のサイズが大き
く、水中での気泡の潜在時間が短いので、光合成微生
物、例えば光合成微細藻類の光合成反応への収率は良く
なかった。一方、活性汚泥法による汚水の浄化において
は、曝気槽内に多量の空気が送り込まれ、このために多
量の電気エネルギーが消費される。すなわち、曝気槽内
に圧送される空気は、曝気槽底部に設けられた空気穴を
有するパイプから送られ、必要酸素量を供給するととも
に、汚水と活性汚泥とを撹拌する。しかし、空気は、大
きい泡となり、このため、混合流の単位体積に含まれる
気泡の表面積が小さく、実際に微生物代謝に利用される
気泡表面は少なく、殆どの空気は代謝に利用されること
なく外気に戻され、酸素吸収効率が、極めて低い。

【０００８】また、２４時間風呂においては、前記曝気
槽の場合と同様に、気液混合流中の泡、すなわち、バブ
ルジェット流中の泡の大きさが大きく、単位体積中の気
液混合流中の気泡の総表面積は小さく、皮膚呼吸作用効
果も必ずしも大きくない。

【０００９】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
もので、流体（液体）に気体を混入して気体混合比率の
大きい気液混合流を作り、該気液混合流中の泡を微細化
し、気泡の表総面積を大きくし、気泡の活性化を高める
ようにする安価な微細泡生成装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、流体
の流入路および流出路を有する容器と、前記流入路に気
体を導入する気体導入手段と、多数の孔を有し前記容器
内で回転する回転体と、該回転体を回転駆動する駆動機
構とから構成され、前記流入路から流入した流体に対
し、前記気体導入手段より導入した気体を混合し、混合
した気液混合流中の気泡を前記回転体により切断し微細
泡とし前記流出路より流出するようにしたものである。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載の微細
泡生成装置において、前記回転体は、多数の孔又は放射
状のスリットを有する平板であるようにしたものであ
る。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１に記載の微細
泡生成装置において、前記回転体は、放射状に延長する
多数の薄板又は細棒状体であるようにしたものである。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１又は２又は３
に記載の微細泡生成装置において、前記回転体を、前記
気液混合流の流れ方向に所定間隔を隔てて複数有するよ
うにしたものである。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れ
かに記載の微細泡生成装置において、前記回転体の回転
軸に水車を連結し、該水車を前記流体又は前記気液混合
流の流れにて回転駆動するようにしたものである。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れ
かに記載の微細泡生成装置において、前記容器内の前記
回転体下流側に所定の大きさ以下の微細泡が通過可能な
大きさの開口を多数有する多孔板または網状のフィルタ
を有するようにしたものである。

【００１６】請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れ
かに記載の微細泡生成装置において、前記流入路を途中
で小径にして負圧発生部を設け、該負圧発生部にて発生
した負圧により外気を前記流入路に吸引導入するように
したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（請求項１，２，３，４の発明）図１は、本発明による
微細泡生成装置の実施形態を説明するための図で、図１
（Ａ）は縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す回転
体の平面図の一例を示す図であり、図中、１は容器、１
ａは容器１に流体を導入する流入管、２は流入管１ａの
流体の入口、３は流体の出口、４は気体導入管、５は駆
動機構、６は駆動機構５の取り付け台、７は駆動機構５
に直接又は増速或いは減速機構（歯車群：図示せず）を
介して連結された駆動軸、８はＯリング等のシールリン
グ、９，１０は回転体、１１はシールリング８の押え金
具、１２はビスである。なお、説明を簡単にするため
に、以下、気泡と浴水との気液混合流について説明する
が、後述するように、本発明は、浴水の浄化のみに限定
するものでない。また、図１以降の図において、図１の
場合と同様の作用をする部分には、図１と同じ参照番号
を付すものとする。

【００１８】図１に示した微細泡生成装置は、一例とし
て浴槽（図示せず）の外部で、浴槽内の浴水をポンプ
（図示せず）で吸入して再び浴槽内に戻す浴水循環路に
取り付けられる構造を示したもので、容器１は、流体の
入口２と気体導入管４を有する流入管１ａと、該流入管
１ａ下流側に形成された微細泡生成室１ｃと、微細泡生
成室１ｃで生成した微細泡を流出する流体の出口３とか
ら構成されている。流入管１ａは、前記浴水循環路のポ
ンプの吐出側に接続され、流体の出口３は、浴槽中の浴
水に導入される。

【００１９】容器１の微細泡生成室１ｃ上部壁面の外側
中央位置には取り付け台６が固着され、取り付け台６に
は駆動機構（図１においてはモータ）５が取り付けられ
ている。駆動機構５の軸５ａには、微細泡生成室１ｃに
突出する回転軸７の一端がボス７ａで着脱可能に取り付
けられ、回転軸７は他端側７ｂで容器１内部に設けた回
転軸支持板１ｄに取り付られた軸受１ｅにより回転自在
に軸支されている。なお、回転軸７は容器１との間で、
シールリング８で回転可能にシールされ、シールリング
８は、押え金具１１により落下しないように押え付けら
れ、押え金具１１はビス１２によりシール圧が最適にな
るように調整されている。なお、図１（Ａ）において、
駆動機構５と回転軸７とは直接接続されているが、歯車
群からなる増速或いは減速機構を介して接続することも
できる。

【００２０】回転軸７には、軸と直角な面をもつ板状の
回転体９が中心で溶接やその他の固着手段７ｃにより固
着されている。回転体９は、例えば、図１（Ｂ）に示す
ように、薄い円板に孔９ａが多数開口したものである。
回転体９は、一枚だけでなく、回転軸７の軸方向に所定
間隔を隔てて複数枚が平行に取り付けておくことができ
る。図１（Ａ）においては、一例として、他の回転体１
０を回転体９に対し下流側へ平行に間隔ｈを隔てて固着
手段７ｃにより固着している。

【００２１】次に、図１（Ａ）に示した微細泡生成装置
の微細泡生成過程を説明する。浴槽からポンプにより吸
い上げられた浴水は、流体の入口２から容器１内に流入
する。

【００２２】流入管１ａは、流体の入口２から気体導入
管４までの内径ｄ₁であり、気体導入管４から下流側
は、内径ｄ₁よりも大きい内径ｄ₂であるから、流体の入
口２から流入した流体は、気体導入管４の開口位置では
負圧になり、気体導入管４から空気が流入し、流体に対
し大量の空気が含んだ気液混合流となり、微細泡生成室
１ｃに流入する。なお、本発明においては、流入管１ａ
の内径ｄ₁を一定にして段差を設けず、気体を気体導入
管４から圧送してもよい。

【００２３】微細泡生成室１ｃ内に流入した気液混合流
は、流体の出口３に向けて流れるが、この流れの途中に
回転体９，１０が回転している。このため、気液混合流
は、回転体９，１０により、流れと直角な方向に切断さ
れながら流出する。気液混合流中に含まれる気泡は、回
転体９の孔９ａを通過する間に、回転体９の非孔部９ｂ
により切断され、続いて回転体１０により回転体９と同
様の気泡切断が繰り返えされ、微細泡が再結合し巨大化
することなしに微細泡となり、微細泡により白濁した状
態で流体の出口３から流出する。

【００２４】なお、図１（Ｂ）に示した回転体９の孔９
ａの形状は、円周方向に２辺を有する扇形であり、回転
中の回転体９に流入した流体の泡が孔９ａを通過すると
き、非孔部９ｂで切断して微細泡とするものであるが、
孔９ａの形状は扇形のものだけでなく、円形あるいは放
射状のスリットその他の形状のものでもよい。また、回
転体９は円板ではなく、回転軸７から放射状に延長する
多数の薄板又は細い棒状体あるいはこれと類似した形状
のものでもよい。要は、回転中の回転体９を流体が通過
することができ、通過中の流体の泡を切断して微細泡が
生成できるものであればよい。

【００２５】また、回転している回転体９に流体が流入
すると、流体は回転体９に粘性付着しながら遠心力の作
用を受けて密度の大きい液体は回転体９の外周側に流れ
密度の小さい泡は回転軸７側に流れる分力が生ずるの
で、相対的に外周側の泡の量が少なく、回転軸７側が多
くなる。この傾向は、回転体９の回転角速度が大きく泡
の量が多くなる程顕著となり、回転体９の中央では泡が
再結合して大きくなる傾向が生ずる。これを防ぐために
は、回転体を複数段、例えば、回転体１０を設けて切断
されなかった泡を回転体１０で切断することにより、均
一した微細泡が生ずる。また、例えば、回転軸７に複数
の同一長さの細長い板の一端を半径方向に延びるように
固定し、各々の板が軸方向にスパイラル状となるように
取り付けておくことにより、より泡の微細化の効率が高
められる。

【００２６】（請求項５の発明）図２は、本発明による
微細泡生成装置の実施形態を説明するための図であり、
図中、５_Tは水車である。

【００２７】図２に示す微細泡生成装置は、図１に示し
た駆動機構５を水車５_Tとしたもので、水車５_Tは、回転
軸７を有し、回転軸７を中心として周方向に軸７に対し
所定角度傾斜した放射状のブレード５_Taを有し、流入管
１ａ内の気体導入管４下流側に設置される。水車５_Tの
軸７は、微細泡生成室１ｃの上部壁１ｆと下部の支持板
１ｄとで回転可能に支持され、軸７には回転体９，１０
が取り付けられている。なお、図２においては、水車５
_Tに軸７が直接接続されているが、水車５_Tと軸７とは増
速或いは減速機構を介して接続されてもよい。

【００２８】図２に示した微細泡生成装置によると、駆
動機構の動力源として、水車５_Tは浴水循環用のポンプ
からの吐出圧により流入管１ａ内を流れる流体により回
転され、回転体９，１０を回転するものであるから、電
源を必要とせず、漏電による入浴者への感電事故を起こ
すことがないので安全であり、しかも、駆動機構用とし
ての電源を必要とせず構造が簡単であるから安価な微細
泡生成装置を提供することができる。

【００２９】（請求項６の発明）図３は、本発明による
微細泡生成装置の実施形態を説明するための図であり、
図３（Ａ）は縦断面図、図３（Ｂ）は多孔性の板を示す
図であり、図中、１３は多孔性の板、１４は網状の板で
ある。

【００３０】図３に示した微細泡生成装置は、図１に示
した微細泡生成装置と、多孔性の板１３を取り付けた点
が相異しており、他の構成は同じであるから、説明の詳
細を省く。多孔性の板１３は、容器１内の、回転体９，
１０と流体の出口３との間、すなわち、回転体１０の下
流に回転体９，１０と面平行に外周で取り付けられた一
種の泡フィルタであり、多孔性の板１３には生成された
所定の大きさ以下の微細な泡を通し、これよりある程度
大きい泡を通さない面積を持った孔１３ａが多数開口し
ている。

【００３１】孔１３ａの面積は、所定の大きさの微細泡
よりもある程度大きいが、孔１３ａの孔形状は必ずしも
円でなくてもよく、矩形又は台形，三角形等が選ばれ
る。また、多孔性の板１３は孔１３ａではなく、網目１
４ａを有する網状の板１４でもかまわない。

【００３２】多孔性の板１３又は網状の板１４を回転体
９，１０の下流側に設けることにより、孔１３ａより大
きい泡は流体の動圧が表面張力より小さいときは孔１３
ａ又は網目１４ａを覆ってしまい、通過することができ
ず、小さい泡のみを通過して大きい泡の混入が少ない気
液混合流体が出口３より流出する。また、動圧が大きい
ときは孔１３ａの大きさで定められた大きさの微細泡を
流出する。

【００３３】（請求項７の発明）図４は、本発明による
微細泡生成装置の実施形態を説明するための図であり、
図中、１５は負圧発生ノズルである。

【００３４】図４に示した微細泡生成装置は、図１に示
した微細泡生成装置において、流入管１ａが流体の入口
２と気体導入管４との間に負圧発生ノズル１５を有する
以外は、図１の場合と同じ構成をもっている。図示の例
では負圧発生ノズル１５は気体導入管４側に向け開口面
積が小さくなるテーパ面をもつノズルで、効率よく流体
の流速を高めて気体導入管４に開口するので、気体導入
管４の負圧は、図１の場合と比べて更に低くなり、容器
１内により多くの空気を導入し、しかも、回転体９，１
０により多量の微細泡が形成される。従って、泡の数
は、図１の場合よりも多くなり、総微細泡表面積は大き
く、しかも、流体密度は小さくなる。

【００３５】以上、本発明による微細泡生成装置を図１
〜図４に示した浴槽用のものとして説明したが、流体の
入口と気体導入管とを有して気液混合した流体を孔を多
数有する回転体を通し、該気液混合流体中の泡を該回転
体で切断することにより、微細泡を生成する構造のもの
であれば、浴槽用に限るものではなく、例えば、曝気槽
等に利用することにより、泡の総表面積を大きくして結
果的に活性酸素量を多く活性汚泥内の微生物の代謝をよ
り効率よく行うことができ、省電力の汚水処理を実現す
ることができる。

【００３６】本発明による微細泡生成装置の利用面とし
て、主に微細泡を空気泡にして好気性微生物に高密度な
活性酸素を与えて浴水や汚水等に含まれる有機物の代謝
を効率よく行い、かつ、浴槽内における人体の健康管理
面への有効性を述べたが、そり他、微細泡の視覚面での
利用がある。例えば、微細泡を含む流体は、白濁し不透
明になるので、平行した２枚の透明な板ガラス間に透明
液を収容した透視可能な２重ガラスに微細泡を含む流体
を送り前記透明液と置換すると、不可視状態になる。こ
れを利用して安価に商品の目視を調節可能な各種のショ
ーケースやプライバシー保護等、多方面に利用できる。

【００３７】

【発明の効果】

請求項１に対応する効果：流体の流入路および流出路を
有する容器と、前記流入路に気体を導入する気体導入手
段と、多数の孔を有し前記容器内で回転する回転体と、
該回転体を回転駆動する駆動機構とから構成され、前記
流入路から流入した流体に対し、前記気体導入手段より
導入した気体を混合し、混合した気液混合流中の気泡を
前記回転体により切断し微細泡とし前記流出路より流出
するので、簡単な構成で多数の微細泡を生成することが
できる。この微細泡は、大きさがある程度揃っており、
且つ極めて多いので、泡の総表面積が大きくなる。気体
が空気と炭酸ガスの混合ガスで光合成微生物の培養装置
に供給する場合は、培養液中に炭酸ガスを長時間滞留さ
せるので、光合成微生物への炭素源を効率よく供給でき
る。

【００３８】気体が空気であり、液体が有機物を含む汚
水や浴水である場合は、有機物を代謝する有効な活性酸
素量が多くなり、有機物の酸化分解作用をより高めるこ
とができる。液体が風呂の浴水である場合は、バブルジ
ェット流中の泡が微細で数が大きく、白濁したジェット
流となり、皮膚呼吸作用を高めるとともに、浴水密度が
小さくなることによる入浴者の心臓の負担を軽減し、健
康増進に好適で、更には、白濁した微細泡を視覚面に利
用することが可能な微細泡生成装置を提供できる。

【００３９】請求項２に対応する効果：請求項１に記載
の微細泡生成装置において、前記回転体は、多数の孔又
は放射状のスリットを有するので、安価な回転体とする
ことができ、請求項１と同様の効果が得られる。

【００４０】請求項３に対応する効果：請求項１に記載
の微細泡生成装置において、前記回転体は、放射状に延
長する多数の薄板又は細棒状体であるので、安価な回転
体とすることができ、請求項１と同様の効果が得られ
る。

【００４１】請求項４に対応する効果：請求項１又は２
又は３に記載の微細泡生成装置において、前記回転体
を、前記気液混合流の流れ方向に所定間隔を隔てて複数
有するので、微細泡の生成を回転体の数に応じて多くす
ることができ、請求項１による効果をより高めることが
できる。

【００４２】請求項５に対応する効果：請求項１乃至４
の何れかに記載の微細泡生成装置において、前記回転体
の回転軸に水車を連結し、該水車を前記流体又は前記気
液混合流の流れにて回転駆動するので、駆動機構の動力
用の電気装置及びその接続が不用であり、更に、例え
ば、浴槽用に用いたとき、入浴者に感電事故を与える危
険がなくなるとともに、安価な微細泡生成装置を提供で
きる。

【００４３】請求項６に対応する効果：請求項１乃至５
の何れかに記載の微細泡生成装置において、前記容器内
の前記回転体下流側に所定の大きさ以下の微細泡が通過
可能な大きさの開口を多数有する多孔板または網状のフ
ィルタを有するので、過大な泡を取り除くことができ、
泡径の略等しい気液混合流が得られ、請求項１乃至３に
記載の何れかの微細泡生成装置よりも泡総表面積を大き
くすることができる。この結果、気体が空気であるとき
は、活性酸素をより多く取り込むことができる。

【００４４】請求項７に対応する効果：請求項１乃至６
の何れかに記載の微細泡生成装置において、前記流入路
を途中で小径にして負圧発生部を設け、該負圧発生部に
て発生した負圧により外気を前記流入路に吸引導入する
ので、流入管に開口する気体導入管の開口部の圧力を負
圧にすることが可能となり、多量の気体を効率よく取り
込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１，２，３，４の発明による微細泡生
成装置の実施形態を説明するための図である。

【図２】 項求項５の発明による微細泡生成装置の実施
形態を説明するための図である。

【図３】 請求項６の発明による微細泡生成装置の実施
形態を説明するための図である。

【図４】 請求項７の発明による微細泡生成装置の実施
形態を説明するための図である。

【符号の説明】

１…容器、１ａ…流体の流入管、２…流体の入口、３…
流体の出口、４…気体導入管、５…駆動機構、５_T…水
車、６…駆動機構５の取り付け台、７…駆動機構５の駆
動軸、８…シールリング、９，１０…回転体、１１…シ
ールリング８の押え金具、１２…ビス、１３…多孔性の
板、１４…網状の板、１５…負圧発生ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深見 輝基 東京都豊島区南大塚３丁目43番12号 高原 ビル７階エフニック株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流入路および流出路を有する容器
   と、前記流入路に気体を導入する気体導入手段と、多数
   の孔を有し前記容器内で回転する回転体と、該回転体を
   回転駆動する駆動機構とから構成され、前記流入路から
   流入した流体に対し、前記気体導入手段より導入した気
   体を混合し、混合した気液混合流中の気泡を前記回転体
   により切断し微細泡とし前記流出路より流出することを
   特徴とする微細泡生成装置。
2. 【請求項２】 前記回転体は、多数の孔又は放射状のス
   リットを有する平板であることを特徴とする請求項１に
   記載の微細泡生成装置。
3. 【請求項３】 前記回転体は、放射状に延長する多数の
   薄板又は細棒状体であることを特徴とする請求項１に記
   載の微細泡生成装置。
4. 【請求項４】 前記回転体を、前記気液混合流の流れ方
   向に所定間隔を隔てて複数有することを特徴とする請求
   項１又は２又は３に記載の微細泡生成装置。
5. 【請求項５】 前記回転体の回転軸に水車を連結し、該
   水車を前記流体又は前記気液混合流の流れにて回転駆動
   することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の
   微細泡生成装置。
6. 【請求項６】 前記容器内の前記回転体下流側に、所定
   の大きさ以下の微細泡が通過可能な大きさの開口を多数
   有する多孔板または網状のフィルタを有することを特徴
   とする請求項１乃至５の何れかに記載の微細泡生成装
   置。
7. 【請求項７】 前記流入路を途中で小径にして負圧発生
   部を設け、該負圧発生部にて発生した負圧により外気を
   前記流入路に吸引導入するようにしたことを特徴とする
   請求項１乃至６の何れかに記載の微細泡生成装置。