KR102559147B1 - 액체 공급 설비 - Google Patents

Abstract

미세 기포 생성 장치를 사용하여 액체 중에 미세 기포를 생성할 때에, 유로로부터 액체를 직접 취입하고, 또한, 액체에 기체를 적절히 혼입시키는 것이 가능한 액체 공급 설비를 제공한다.
액체 공급 설비가, 액체의 공급원으로부터 공급된 액체의 유로와, 액체 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성 장치를 갖고, 미세 기포 생성 장치는, 유로로부터 취입한 액체를 토출하는 액체 토출기와, 액체 토출기로부터 토출된 액체에, 기체를 가압하여 혼입시키는 기체 혼입기와, 기체를 혼입시킨 액체를 내부에 통과시킴으로써, 액체 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성 노즐을 구비한다. 유로에 있어서 액체 토출기의 상류측으로부터 액체 토출기에 흘러드는 액체의 압력이 정압이고, 기체 혼입기는, 액체 토출기와 미세 기포 생성 노즐의 사이에 있어서, 가압된 상태로 미세 기포 생성 노즐을 향하여 흐르는 액체에, 기체를 가압하여 혼입시킨다.

Description

액체 공급 설비

본 발명은 액체 공급 설비에 관한 것으로, 특히, 액체의 공급원으로부터 공급된 액체가 흐르는 유로와, 액체 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성 장치를 갖는 액체 공급 설비에 관한 것이다.

나노 버블 등의 미세 기포를 포함하는 액체는, 현재, 농업 분야 및 수처리 분야를 비롯한 다방면의 분야에서 이용되고 있다. 미세 기포가 들어간 액체를 이용하는 데 있어서는, 액체 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성 장치가 필요해진다.

미세 기포 생성 장치 중에는, 가압 용해의 원리를 이용하여 액체 중에 미세 기포를 생성하는 것이 존재하지만, 가압 용해의 원리를 이용하여 액체 중에 미세 기포를 생성할 때에는, 기체를 액체에 용해시킬 필요가 있다. 지금까지의 미세 기포 생성 장치는, 액체 토출기로서 펌프를 구비하고, 펌프의 흡입측 또는 펌프 내부에서 기체를 액체와 함께 흡입함으로써, 액체에 기체를 혼입시키는 것이 일반적이었다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).

특허문헌 1 에 기재된 미세 기포 발생 장치는, 수로로부터 배출된 물을 반송하는 반송로를 갖고, 반송로에는, 상류측으로부터 하류측으로 순서로, 기체 도입부, 가압 펌프, 기체 용해기 및 토출 노즐이 접속되어 있다. 기체 도입부에서는, 반송로에 유입한 물에 이산화탄소가 기포로서 혼입된다. 기포를 포함하는 물은, 기체 도입부로부터 유출된 후에, 가압 펌프에 의해 가압된 후, 기체 용해기에 압송된다. 기체 용해기에서는, 물에 대한 이산화탄소의 용해가 촉진된다. 기체 용해기로부터 유출한 물 (이산화탄소 용해수) 은, 토출 노즐에 유입하고, 노즐 내의 감압 기구를 통과하여 감압된다. 이 때에 수중에 용해된 이산화탄소가 미세 기포로서 석출되는 결과, 이산화탄소의 미세 기포를 함유하는 미세 기포 함유수가 생성된다.

특허문헌 2 에 기재된 마이크로·나노 버블 발생 시스템은, 벨로우즈 실린더 펌프, 기액 혼합조, 및 마이크로·나노 버블 발생 노즐을 구비한다. 벨로우즈 실린더 펌프에는, 액체 흡인관이 접속되어 있고, 또한, 기체 흡인구가 형성된 기체 흡인 조정 밸브가 장착되어 있다. 벨로우즈 실린더 펌프는, 액체 흡인관 내를 흐르는 액과, 기체 흡인 조정 밸브에 의해 유량이 조정된 기체를 혼합한 상태로 흡입하여 벨로우즈 내부에서 교반하고, 압축하여 액 중에 기체를 용존시킨다. 또, 벨로우즈 실린더 펌프는, 액과 기체를 기액 혼합조로 압송한다. 기액 혼합조 내에 유입한 액과 기체는 혼합되고, 기체가 액의 내부에 용존하고 나서 마이크로·나노 버블 발생 노즐로 보내진다. 그리고, 기체 용존액이 노즐 내부를 통과하면, 기체 용존액 중에 마이크로·나노 버블이 발생한다.

일본 공개특허공보 2014-161241호 일본 공개특허공보 2013-166143호

그런데, 미세 기포가 들어간 액체를 공급하려면, 상기의 미세 기포 생성 장치 외에, 액체의 공급원과, 액체의 공급원으로부터 공급된 액체가 흐르는 유로가 필요해진다. 액체의 공급원은, 액체가 물인 경우에는, 예를 들어, 우물, 하천, 호수와 늪, 댐, 및 수도의 정수장 등이 해당한다. 유로는, 배관 등에 의해 구성되어 있고, 액체의 공급원으로부터 액체의 이용처를 향하여 부설되어 있다.

종래의 미세 기포 생성 장치의 대부분은, 각처의 이유로, 예를 들어, 유로 내를 흐른 액체를 모아 두는 저류 탱크로부터 액체를 취입하여 액체 토출기로부터 토출시키는 것이었다.

한편, 미세 기포 생성 장치의 액체 토출기가 유로로부터 액체를 직접 취입하는 구성으로 하면, 액체의 공급원으로부터 공급되는 액체 중에 직접 미세 기포를 생성할 수 있다. 이러한 경우에는, 저류 탱크로부터 액체를 취입하는 구성과 비교해서, 미세 기포가 들어간 액체의 유량을 보다 많이 확보하기 쉬워진다.

그러나, 액체 토출기가 유로로부터 액체를 직접 취입하는 경우에는, 유로에 있어서 액체 토출기의 상류측으로부터 액체 토출기에 흘러드는 액체의 압력이, 정압이 된다. 이러한 상황에 대해서 일례를 들어 설명하면, 우물에서 퍼올린 물을 펌프 등에 의해 압송하여 유로 내에 흘리는 경우, 그 유로가 액체 토출기에 있어서의 액체의 취입구에 접속되어 있으면, 취입구에서의 물의 압력이 정압이 된다 (바꾸어 말하면, 부압이 되지 않는다). 이러한 상황에서는, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 와 같이 액체 토출기의 취입구측 및 액체 토출기 내부에서 기체를 흡인하기 어려워지므로, 그러한 방법에 의해 액체에 기체를 혼입시키는 것이 곤란해진다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 미세 기포 생성 장치를 사용하여 액체 중에 미세 기포를 생성할 때에, 유로로부터 액체를 직접 취입하고, 또한, 액체에 기체를 적절히 혼입시키는 것이 가능한 액체 공급 설비를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 액체 공급 설비는, 액체의 공급원으로부터 공급된 액체가 흐르는 유로와, 액체 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성 장치를 갖는 액체 공급 설비로서, 미세 기포 생성 장치는, 유로로부터 취입한 액체를 토출하는 액체 토출기와, 액체 토출기로부터 토출된 액체에, 기체를 가압하여 혼입시키는 기체 혼입기와, 기체를 혼입시킨 액체를 내부에 통과시킴으로써, 액체 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성기를 구비하고,

유로에 있어서 액체 토출기의 상류측으로부터 액체 토출기에 흘러드는 액체의 압력이 정압이고, 기체 혼입기는, 액체 토출기와 미세 기포 생성기의 사이에 있어서, 가압된 상태로 미세 기포 생성기를 향하여 흐르는 액체에, 기체를 가압하여 혼입시키는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 액체 공급 설비에서는, 액체 토출기가 유로로부터 액체를 직접 취입하고, 취입한 액체를 토출한다. 이 경우, 액체 토출기의 상류측으로부터 액체 토출기에 흘러드는 액체의 압력이, 정압이 된다. 또, 기체 혼입기가, 액체 토출기의 하류측에서, 가압된 상태로 흐르는 유체에 기체를 가압하여 혼입시킨다. 이에 따라, 액체 토출기의 상류측으로부터 액체 토출기에 흘러드는 액체의 압력이 정압이더라도, 기체를 액체에 적절히 혼입시키는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 유로는, 유로 도중에서, 복수의 유로로 분기되어 있고, 액체 토출기는, 복수의 유로 중 하나로부터 액체를 취입하고 있으면, 적합하다.

상기의 구성에서는, 유로를 분기시켜, 미세 기포 생성 장치로 향하게 하는 유로와, 그 이외의 유로 (즉, 미세 기포 생성 장치를 경유하지 않는 유로) 를 나눈다. 이에 따라, 분기한 복수의 유로 각각을, 그 내부를 흐르는 액체의 용도에 따라 구분해서 사용하는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 미세 기포 생성기의 선단부로부터, 미세 기포가 들어간 액체가 분출하고, 미세 기포 생성기의 선단부는, 액체 토출기보다 하류측의 위치에서 유로에 접속되어 있으면, 적합하다.

상기의 구성에 의하면, 미세 기포 생성 장치에 의해 생성된 미세 기포가 들어간 액체를, 유로 내에 이송 유로를 통해서 액체의 이용처로 보내는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 미세 기포 생성기의 선단부로부터, 미세 기포가 들어간 액체가 분출하고, 유로는, 유로 도중에서, 제 1 유로 및 제 2 유로를 포함하는 복수의 유로로 분기되어 있고, 액체 토출기는, 제 2 유로로부터 액체를 취입하고, 미세 기포 생성기의 선단부는, 유로가 분기한 분기 지점보다 하류측의 위치에서 제 1 유로에 접속되어 있으면, 적합하다.

상기의 구성에 의하면, 제 2 유로를 흐른 액체를 취입하고, 취입한 액체 중에 미세 기포를 생성하고, 미세 기포가 들어간 액체를 제 1 유로에 보내주어 제 1 유로를 통해서 액체의 이용처까지 보내는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 제 2 유로에는, 제 2 유로를 흐르는 액체의 유량을 조정하기 위한 액체 유량 조정 밸브, 및, 상기 제 2 유로를 흐르는 액체의 압력을 감압하는 감압 밸브 중의 적어도 일방이 형성되어 있으면, 보다 적합하다.

상기의 구성에 의하면, 액체 유량 조정 밸브 또는 감압 밸브를 조작함으로써, 미세 기포 생성 장치의 하류측에 있어서의 액체의 압력이 유로 각처의 압력과 적합하게 균형잡도록 조정하는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 상기 기체 혼입기가 가압하여 액체에 혼입시키는 기체의 압력이, 상기 기체 혼입기에 의해 기체가 혼입되는 지점을 통과하는 액체의 압력보다 높으면, 적합하다.

상기의 구성에 의하면, 보다 확실하게, 액체 토출기의 하류측에서 액체에 기체를 혼입시키는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 미세 기포 생성기의 선단부가 유로에 접속된 접속 지점에 있어서의 유로 내의 액체의 압력보다, 미세 기포 생성기의 선단부로부터 분출된 미세 기포가 들어간 액체의, 접속 지점에서의 압력이 높으면, 적합하다.

상기의 구성에서는, 접속 지점에 있어서, 미세 기포가 들어간 액체의 압력이 유로 내의 액체의 압력보다 높아져 있다. 이들 압력의 차를 이용하여 미세 기포가 들어간 액체를 유로 내에 보내줌으로써, 미세 기포가 들어간 액체가, 유로를 통해서 액체의 이용처로 보내지게 된다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 접속 지점에 있어서의 유로 내의 액체의 압력을 Pa 로 하고, 액체 토출기가 액체를 토출할 때의 토출 압력을 Pb 로 하고, 액체 토출기로부터 토출된 액체가 미세 기포 생성기를 통과하여 미세 기포가 들어간 액체가 되어 접속 지점에 도달할 때까지의 동안에 발생하는 압력 손실을 ΔPb 로 했을 때, Pa, Pb 및 ΔPb 가 하기의 관계식 (1) 을 충족하면, 보다 적합하다.

Pb － ΔPb ＞ Pa (1)

상기의 구성에 의하면, 미세 기포가 들어간 액체를 유로 내에 보내주는 데 있어서, 액체 토출기의 토출 압력 Pb 를, 접속 지점에 있어서의 유로 내의 액체의 압력 Pa, 및 액체 토출기로부터 접속 지점까지의 사이의 압력 손실 ΔPb 에 따라 적절히 설정하는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 미세 기포 생성기의 선단부와 제 1 유로의 사이를 연락하는 연락부를 갖고, 미세 기포 생성기의 선단부는, 연락부를 개재하여 제 1 유로에 접속되어 있고, 연락부에는, 연락부로부터 액체를 빼내기 위한 제 1 액체 발출 라인이 형성되어 있고, 제 2 유로에는, 제 2 유로로부터 액체를 빼내기 위한 제 2 액체 발출 라인이 형성되어 있으면, 적합하다.

상기의 구성에 의하면, 연락부 및 제 2 유로의 각각으로부터 액체를 빼낼 수 있고, 예를 들어, 미세 기포 생성 장치를 장기간 정지하는 경우에, 연락부 및 제 2 유로에 고여 있는 물을 빼내는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 액체 토출기는, 비자급식 펌프이고, 제 1 액체 발출 라인에는, 제 1 액체 발출 라인의 개통 및 폐색을 전환하는 제 1 액체 발출 라인측 전환 밸브가 형성되고, 제 2 액체 발출 라인에는, 제 2 액체 발출 라인의 개통 및 폐색을 전환하는 제 2 액체 발출 라인측 전환 밸브가 형성되고, 연락부에 있어서 제 1 액체 발출 라인의 하류측에는, 연락부의 개통 및 폐색을 전환하는 연락부측 전환 밸브가 형성되어 있으면, 적합하다.

상기의 구성에 의하면, 각 전환 밸브를 조작함으로써, 비자급식 펌프인 액체 토출기를 기동할 때에, 펌프 내로의 마중물을 용이하게 실시하는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 유로에는, 액체를 압송하는 압송 장치를 사용하여 공급원으로부터 공급된 액체가, 가압된 상태로 흘러도 된다.

상기의 구성이면, 액체 토출기의 상류측으로부터 가압된 액체가 액체 토출기에 흘러들기 때문에, 액체 토출기의 상류측에서 액체에 기체를 혼입시키는 것이 한층 곤란해진다. 이 경우에는, 본 발명의 구성, 즉, 액체 토출기의 하류측에서 액체에 기체를 가압하여 혼입시키는 것이, 보다 의미 있는 것이 된다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 재생 가능 에너지로부터 전력을 생성하는 전력 생성 장치를 구비하고, 미세 기포 생성 장치는, 전력 생성 장치에 의해 생성된 전력을 이용하여 작동하면, 적합하다.

또, 상기의 구성에 관해서 말하면, 미세 기포 생성 장치 및 전력 생성 장치는, 상용 전원의 전력을 송전하기 위한 송전 설비가 결여된 장소에 설치되어 있으면, 보다 적합하다.

상기의 구성이면, 상용 전원을 이용할 수 없는 장소이더라도, 미세 기포 생성 장치를 작동시킬 수 있으므로, 그러한 장소에서도 미세 기포가 들어간 액체를 이용하는 것이 가능해진다. 또한, 상기의 장소에서 압송 장치를 사용하는 경우에는, 전력 생성 장치에 의해 생성된 전력을 이용하여 압송 장치도 작동시킬 수 있다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 유로 도중 위치에는, 액체를 저류하기 위한 저류조가 형성되어 있고, 액체 토출기는, 저류조에 고인 후에 저류조의 밖으로 나온 액체를 유로로부터 취입하여 토출하면, 적합하다.

상기의 구성이면, 유로 내를 흐르는 액체가 저류조에 한 번 고이고 나서 다시 유로 내를 흘러 미세 기포 생성 장치를 향하도록 된다. 이에 따라, 미세 기포 생성 장치에 공급되는 액체를 저류조 내에서 청정화 (예를 들어, 액체 중의 현탁물 및 쓰레기를 침전시키는 등) 하거나, 액체의 온도를 저류조 내에서 조정하거나 하는 것이 가능해진다.

또, 상기의 액체 공급 설비에 있어서, 액체는 용수이면, 적합하다.

상기의 구성이면, 용수 중에 미세 기포를 생성할 수 있고, 바꾸어 말하면, 미세 기포가 들어간 용수를 공급하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 미세 기포 생성 장치를 사용하여 액체 중에 미세 기포를 생성할 때에, 유로로부터 액체를 직접 취입하고, 또한, 액체에 기체를 적절히 혼입시키는 것이 가능하다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 액체 공급 설비를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 액체 공급 설비가 갖는 미세 기포 생성 장치의 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 액체 토출기의 모식적인 측면도이다.
도 4 는, 액체 토출기의 성능 곡선을 나타내는 도면이다.
도 5 는, 기체 혼입기 본체의 측방 단면도이다.
도 6 은, 사이트 글라스의 외관을 나타내는 도면이다.
도 7 은, 미세 기포 생성 노즐의 측방 단면도이다.
도 8 은, 미세 기포 생성 노즐 내에 있어서의 액체의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 9 는, 미세 기포 생성 노즐의 선단부와 유로의 접속 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10 은, 액체 공급 설비가 갖는 유로의 일부분을 나타내는 사시도이다.
도 11 은, 미세 기포 생성 장치 및 압송 장치에 대한 전력 공급 계통을 나타내는 도면이다.
도 12 는, 미세 기포 생성 장치 및 압송 장치에 대한 전력 공급 계통에 대한 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13 은, 제 1 변형예에 관련된 액체 공급 설비를 나타내는 모식도이다.
도 14 는, 제 2 변형예에 관련된 액체 공급 설비를 나타내는 모식도이다.
도 15 는, 제 3 변형예에 관련된 액체 공급 설비를 나타내는 모식도이다.
도 16 은, 제 4 변형예에 관련된 액체 공급 설비를 나타내는 모식도이다.

이하에서는, 본 발명의 액체 공급 설비에 대해서, 첨부된 도면에 나타내는 적합한 실시형태 (이하, 본 실시형태라고 한다.) 를 참조하면서 설명한다.

또한, 본 실시형태는, 본 발명에 대해서 알기 쉽게 설명하기 위해서 예시한 구체적인 하나의 실시형태이지만, 본 발명은, 본 실시양태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은, 그 취지를 일탈하는 일 없이, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다.

또, 본 실시형태에서는, 농업 또는 식물 재배 (원예 또는 가정 텃밭의 용도를 포함한다) 에 사용되는 용수를 액체의 예로 들어 설명하는 것으로 한다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니고, 농업 및 식물 재배 이외의 용도에 사용되는 용수, 예를 들어, 공업 용수, 생활 용수 그 밖의 경제적 활동에 사용되는 용수를 공급하는 경우에도 본 발명의 액체 공급 설비를 이용하는 것이 가능하다. 또, 용수 이외의 액체, 예를 들어, 약액, 액상 비료, 기름, 알코올, 유기 용제, 및 에멀션 등의 분산계 용액을 공급하는 경우에도, 본 발명의 액체 공급 설비를 이용하는 것이 가능하다.

또, 본 실시형태에 있어서, 용수는, 농업 또는 식물 재배에 사용되는 일반적인 물 (예를 들어, 수돗물, 우물물 또는 하천수 등) 이지만, 이것에 한정되지 않고, 증류수, 순수 또는 초순수, 고형 물질 또는 가스상 물질이 용해된 수용액, 결정체, 광물 또는 유기물 등이 섞인 상태의 탁수, 혹은, 다른 액상 물질 (예를 들어, 액상의 약제 혹은 비료) 과 혼합시킨 혼합수를 사용해도 된다.

또, 농업 또는 식물 재배에 사용되는 용수는, 토경 재배용 (양액 토경 재배용을 포함한다), 수경 재배용, 혹은 양액 재배용으로 사용되어도 된다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「장치」 란, 장치의 구성 부품이 케이싱 내에 수용된 상태로 하나의 유닛으로서 취급하는 것이 가능한 것을 포함하지만, 그 이외에도, 장치의 구성 부품이 분리되어 개개로 독립된 상태로 존재하고 있으면서도 특정한 목적을 달성하기 위해서 협동하는 것으로서 정리되는 것도 포함하며, 이것에 한정되지 않는다.

또, 본 명세서에 있어서, 「상류측」 및 「하류측」 이란, 용수가 흐르는 방향에 있어서 결정되는 위치 (엄밀하게는, 기준이 되는 위치 또는 부재에서 본 위치) 를 나타내기 위한 개념이며, 용수의 공급원에 보다 가까운 측이 「상류측」 이고, 용수의 공급원으로부터 보다 떨어져 있는 측이 「하류측」 이다.

또, 본 명세서에 있어서, 「접속되어 있다」 는 것은, 이음매 또는 용접 등에 의해 접속되어 있는 경우를 포함하고, 그 이외에도, 밸브, 호스 혹은 연락 배관등이 개재된 상태로 접속되어 있는 경우도 포함하며, 또, 이들에 한정되지 않는다.

＜＜액체 공급 설비의 개요＞＞

먼저, 본 실시형태에 관련된 액체 공급 설비 (이하, 액체 공급 설비 (S)) 의 개요에 대해서, 도 1 을 참조하면서 설명한다. 도 1 은, 액체 공급 설비 (S) 의 구성을 나타내는 모식도이다.

액체 공급 설비 (S) 는, 용수의 이용처 (Wd) 에 용수를 공급하는 설비이며, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 공급원 (Ws) 으로부터 공급된 용수가 흐르는 유로 (20) 와, 용수 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성 장치 (10) 를 주된 구성 요소로서 갖는다. 미세 기포 생성 장치 (10) 는, 용수 중에, 미세 기포로서의 나노 버블을 생성할 수 있다. 나노 버블이 들어간 용수는, 예를 들어 농작물 등의 식물의 생육용으로 제공되어, 용수의 이용처 (Wd) 인 농지 또는 포장 (圃場) 에 있어서 살수되거나, 토양에 뿌려지거나 한다.

나노 버블은, 울트라 파인 버블로, 직경이 1 ㎛ 보다 작은 미세 기포이며, 장기간 (수 개월 정도) 에 걸쳐 용수 중에 포함된 상태가 유지될 수 있다. 나노 버블은, 기포의 직경이 1 ㎛ 이상, 또한 1 ㎜ 이하인 마이크로 버블과는 상이하다. 또한, 나노 버블이 들어간 용수에 대해서는, 이 용수가 실시된 식물의 생육을 촉진시키는 등의 효과가 알려져 있다.

유로 (20) 에 대해서 도 1 을 참조하면서 설명하면, 유로 (20) 는, 용수의 공급원 (Ws) 으로부터 공급되는 용수가 흐르는 유로이며, 용수의 이용처 (Wd) (농지 또는 포장) 를 향하여 부설된 파이프 (강관 또는 염화비닐관) 에 의해 구성되어 있다. 또, 파이프의 일부는, 흄관에 의해 구성되어 있어 도 1 에 나타내는 바와 같이 지중에 매설되어도 된다. 공급원 (Ws) 은, 용수가 지하수 (우물물) 인 경우에는 우물이 해당하고, 용수가 지표수인 경우에는 댐, 하천 및 호수와 늪 등이 해당하고, 용수가 수돗물인 경우에는 정수장 등이 해당한다. 또한, 도 1 및 후술하는 도 13 ∼ 도 16 에는, 공급원 (Ws) 이 우물인 케이스가 도시되어 있다.

또, 유로 (20) 내에 있어서, 용수는, 그 압력이 정압인 상태로 흐른다. 상세하게 설명하면, 본 실시형태에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 용수가 펌프 등과 같이 용수를 압송하는 압송 장치 (P) 를 사용하여 공급원 (Ws) 으로부터 공급된다. 따라서, 용수는, 가압된 상태로 (즉, 유로 (20) 각 부에서의 압력이 정압인 상태로) 유로 (20) 각 부를 통과하게 된다.

또한, 공급원 (Ws) 으로부터 용수를 공급하는 방법으로는, 본 실시형태와 같이 압송 장치 (P) 를 사용하는 방법에 한정되지 않고, 용수의 공급원 (Ws) 과 이용처 (Wd) 의 고저차 (낙차) 를 사용하여 공급원 (Ws) 으로부터 공급되어도 되고, 혹은, 압송 장치 (P), 및 공급원 (Ws) 과 이용처 (Wd) 의 고저차의 쌍방을 병용하여 공급해도 된다.

공급원 (Ws) 으로서의 하천, 저수지, 및 농업용수의 수원으로부터 압송 장치 (P) 를 사용하여 용수를 공급하는 경우, 유로 (20) 중, 압송 장치 (P) 와 미세 기포 생성 장치 (10) 의 사이에는, 필요에 따라 쓰레기 수거용의 스트레이너 또는 필터, 및 사이폰 스톱 밸브가 형성되어 있으면 된다. 또, 유로 (20) 내에 있어서의 액체의 흐름을 감시하여 압송 장치 (P) 의 공운전을 방지하는 목적으로 플로 스위치가 유로 (20) 중에 형성되어 있어도 된다.

또, 본 실시형태에 있어서, 유로 (20) 는, 그 도중에서 복수의 유로로 분기되어 있고, 구체적으로는, 도 1 에 나타낸 분기 지점 (23) 에서 제 1 유로 (21) 및 제 2 유로 (22) 로 분기되어 있다. 제 1 유로 (21) 는, 용수의 이용처 (Wd) 인 농지 또는 포장을 향하여 연장되어 있고, 그 말단은, 농지 또는 포장에 설치된 살수 장치 (D) 에 연결되어 있다.

또한, 이용처 (Wd) 에서의 용수의 살수 방식에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 농작물 및 식물체에 직접 관수해도 되고, 지표에 살수해도 되고, 관수 튜브 또는 점적 튜브로부터 지표에 주수해도 되며, 혹은, 토양 중에 매설한 튜브로부터 용수를 스며나오게 하는 점적 관수를 실시해도 된다.

제 2 유로 (22) 는, 미세 기포 생성 장치 (10) 를 향하여 연장되어 있고 그 말단은, 미세 기포 생성 장치 (10) 가 갖는 액체 토출기 (30) 에 접속되어 있다. 요컨대, 미세 기포 생성 장치 (10) 는, 제 2 유로 (22) 를 흐르는 용수를 취입하여, 취입한 용수 중에 나노 버블을 생성한다. 그리고, 나노 버블이 들어간 용수는, 제 1 유로 (21) 에 반송되고, 제 1 유로 (21) 내를 흐르는 용수 (엄밀하게는, 나노 버블을 포함하지 않는 용수) 와 혼합되어, 제 1 유로 (21) 를 통해서 상기의 살수 장치 (D) 까지 보내진다.

또, 제 2 유로 (22) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 2 유로 (22) 를 흐르는 용수의 유량을 조정하기 위한 수량 조정 밸브 (22V) 가 형성되어 있다. 수량 조정 밸브 (22V) 는, 액체 유량 조정 밸브에 상당하고, 수동 개폐식의 콕 밸브에 의해 구성되어 있다. 수량 조정 밸브 (22V) 가 열려 있는 동안에는 미세 기포 생성 장치 (10) 에 용수가 취입되고, 수량 조정 밸브 (22V) 가 닫혀 있는 동안에는 미세 기포 생성 장치 (10) 로의 송수가 차단된다. 따라서, 예를 들어, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 정지 기간 (즉, 나노 버블이 들어간 용수를 이용하지 않는 기간) 에는, 수량 조정 밸브 (22V) 를 닫아, 나노 버블을 포함하지 않는 용수만을 이용처 (Wd) 에 보낼 수 있다.

본 실시형태에서는, 제 2 유로 (22) 에 액체 유량 조정 밸브로서의 수량 조정 밸브 (22V) 가 형성되는 것으로 했지만, 수량 조정 밸브 (22V) 대신에, 혹은, 수량 조정 밸브 (22V) 와 함께 감압 밸브가 형성되어 있어도 된다. 감압 밸브는, 제 2 유로 (22) 를 흐르는 용수 (액체) 의 압력을 감압하는 것이다. 수량 조정 밸브 (22V) 및 감압 밸브 중의 적어도 일방이 형성되어 있으면, 후술하는 액체 토출기 (30) 의 토출 압력, 및, 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 에서의 용수의 압력을 조정할 수 있다. 이에 따라, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 하류측에 있어서의 용수 (엄밀하게는, 나노 버블이 들어간 물) 의 압력이 유로 (20) 각처의 압력과 적합하게 균형잡도록 조정된다.

또한, 본 실시형태에서는, 유로 (20) 가 2 개의 유로 (즉, 제 1 유로 (21) 및 제 2 유로 (22)) 로 분기되어 있지만, 분기 후의 유로의 수에 대해서는, 특별히 제한되는 것은 아니고, 복수의 유로로 분기되어 있으면 된다.

지금까지 설명해 온 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 미세 기포 생성 장치 (10) 는, 유로 (20) 로부터 다이렉트로 용수를 취입하고, 취입한 용수 중에 나노 버블을 발생시켜, 나노 버블이 들어간 용수를, 유로 (20) 를 통해서 이용처 (Wd) 까지 보낸다. 이러한 구성이면, 이용처 (Wd) 까지 부설된 기존의 유로를 미세 기포 생성 장치 (10) 에 연결함으로써, 기존의 유로를 이용하여, 나노 버블이 들어간 용수를 이용처 (Wd) 까지 보내는 것이 가능하다.

또, 미세 기포 생성 장치 (10) 는, 유로 (20) 로부터 다이렉트로 용수를 취입하고 있기 때문에, 나노 버블이 들어간 용수를 비교적 큰 유량으로 공급할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 미세 기포 생성 장치 (10) 를 비교적 컴팩트한 구성으로 하면서도, 나노 버블을 고농도로 용수 중에 생성시킬 수 있다. 구체적으로 설명하면, 종래의 미세 기포 생성 장치는, 각처의 이유로, 예를 들어, 유로 내를 흐른 액체를 일시적으로 모아 두는 저류 탱크로부터 액체를 취입하는 것이 많았다. 이 때문에, 저류 탱크를 설치하는 분만큼 기기 설치 스페이스를 보다 넓게 확보할 필요가 있었다. 이에 반해, 본 실시형태에서는, 미세 기포 생성 장치 (10) 가 유로 (20) 로부터 다이렉트로 용수를 취입할 수 있기 때문에, 저류 탱크가 불필요해지고, 그만큼, 기기 설치 스페이스가 삭감된다.

＜＜미세 기포 생성 장치의 구성에 대해서＞＞

다음으로, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 구성에 대해서 도 2 를 참조하면서 설명한다. 도 2 는, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 구성을 나타내는 모식도이다.

미세 기포 생성 장치 (10) 는, 상류측으로부터 액체 토출기 (30), 기체 혼입기 (40), 사이트 글라스 (52), 및 미세 기포 생성기로서의 미세 기포 생성 노즐 (60) 을 갖는다. 이하, 이들 구성 기기에 대해서 개별적으로 설명한다.

(액체 토출기 (30))

액체 토출기 (30) 는, 액체인 용수를 취입하고, 또한, 취입한 용수를 토출하는 기기이다. 본 실시형태에 관련된 액체 토출기 (30) 는, 펌프에 의해 구성되어 있고, 취입한 용수를 가압 (승압) 하여, 가압된 용수를 규정 범위 내의 토출 유량으로 토출한다.

또, 액체 토출기 (30) 는, 분기 지점 (23) 에서 분기된 복수의 유로 중 하나로부터 용수를 취입하고 있다. 구체적으로 설명하면, 액체 토출기 (30) 는, 용수의 취입구 (31) 및 토출구 (32) 를 구비하고 있고, 취입구 (31) 에는, 유로 (20) 로부터 분기된 제 2 유로 (22) 가 접속되어 있다. 보다 구체적으로는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 2 유로 (22) 의 말단부 및 취입구 (31) 의 주위에, 각각, 플랜지가 형성되어 있다. 그리고, 플랜지끼리가 접합됨으로써 제 2 유로 (22) 와 취입구 (31) 가 접합되어 있다. 도 3 은, 액체 토출기 (30) 의 모식적인 측면도이며, 제 2 유로 (22) 와 취입구 (31) 의 접속 구조를 나타내고 있다.

그리고, 액체 토출기 (30) 는, 취입구 (31) 에서의 용수의 압력이 정압인 상태에서, 제 2 유로 (22) 로부터 용수를 취입하게 된다. 여기서, 취입구 (31) 에서의 용수의 압력은, 유로 (20) (엄밀하게는, 제 2 유로 (22)) 에 있어서 액체 토출기 (30) 의 상류측으로부터 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 로 흘러드는 액체의 압력을 의미한다. 또한, 취입구 (31) 에서의 용수의 압력은, 맥동하지만, 액체 토출기 (30) 의 운전 중에는 대략 일정값이 되어, 예를 들어, 취입구 (31) 부근에 있어서 공지된 압력계 또는 연성계를 적절한 위치 (구체적으로는, 취입구 (31) 와 동일한 높이가 되는 위치) 에 설치하고, 그 계기가 나타내는 값을 판독함으로써 측정된다.

토출구 (32) 에는, 액체 토출기 (30) 로부터 토출된 용수가 흐르는 가압 용수 이송 라인 (50) 이 접속되어 있다. 보다 구체적으로는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 가압 용수 이송 라인 (50) 의 상류측 단부 (端部) 및 토출구 (32) 의 주위에, 각각 플랜지가 형성되어 있다. 그리고, 플랜지끼리가 접합됨으로써 가압 용수 이송 라인 (50) 과 토출구 (32) 가 접합되어 있다.

미세 기포 생성 장치 (10) 에 사용되는 액체 토출기 (30) 의 기종에 대해서는, 필요한 용수의 유량과, 그 유량으로 용수가 미세 기포 생성 장치 (10) 내의 소정 지점을 통과시킬 때에 필요한 압력에 따라 적합한 기종이 선정된다. 구체적으로 설명하면, 액체 토출기 (30) 로부터 토출되는 용수의 필요량 (유량) 을 설정하고, 그 유량의 용수가 후술하는 액체 통과부 (43) 를 통과할 때의 용수의 압력에 대해 필요값을 구한다.

또한, 상기의 필요값 (압력값) 이 충족되도록, 액체 토출기 (30) 가 용수를 토출할 때의 토출 압력 (양정 (揚程)) 을, 적합한 범위로 설정한다. 그리고, 용수의 필요 유량과, 설정된 토출 압력의 범위에 기초하여, 이들의 값 및 범위를 충족할 수 있는 성능 곡선을 나타내는 기종을 선정한다. 구체적으로는, 용수의 토출 유량을 Vb 로 하고, 도 4 에 나타내는 성능 곡선으로부터 토출 유량 Vb 에 대응하는 토출 압력 Pb 를 구하고, 이 토출 압력 Pb 가, 설정된 범위 내에 있는 경우에는, 그 성능 곡선을 나타내는 기종이 미세 기포 생성 장치 (10) 용의 액체 토출기 (30) 로서 선정되게 된다. 도 4 는, 액체 토출기 (30) 의 성능 곡선의 일례를 나타내는 도면이며, 가로축이 토출 유량을 나타내고 있고, 세로축이 토출 압력 (즉, 양정) 을 나타내고 있다.

상기의 순서에 의해 선정되는 기종으로는, 예를 들어, 그런포스사 제조의 횡형 다단 소용돌이 펌프, 혹은 토신 테크니컬사 제조의 베인 펌프 등을 들 수 있다.

또한, 액체 토출기 (30) 의 기종에 대해서는, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 이용 장소에서의 소음을 억제하는 관점에서, 작동음이 최대한 조용한 기종인 것이 바람직하다.

또, 본 실시형태에 있어서, 액체 토출기 (30) 의 운전은, 도시하지 않은 제어 기기에 의해 자동 제어된다. 제어 기기는, 예를 들어, 액체 토출기 (30) 의 온 오프를 타이머 제어하거나, 혹은, 공급원 (Ws) 으로부터의 용수 공급의 개시에 연동시키거나 한다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니고, 액체 토출기 (30) 의 온 오프는, 수동 (매뉴얼) 으로 전환되는 것이어도 된다.

또, 본 실시형태에 관련된 액체 토출기 (30) 는, 자기 흡입 능력이 없는 비자급식 펌프이다. 요컨대, 액체 토출기 (30) 를 기동할 때에는, 송수 개시 시에 펌프 내를 물로 채우는 처리 (즉, 마중물) 를 실시할 필요가 있다. 본 실시형태에서는, 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 에 유로 (20) (엄밀하게는, 제 2 유로 (22)) 가 직접 접속되어 있기 때문에, 이 유로 (20) 를 개통하면, 유로 (20) 내를 흐르는 용수가 액체 토출기 (30) 내에 자연스럽게 흘러들게 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 비자급식 펌프인 액체 토출기 (30) 에 대하여, 비교적 용이하게 또한 신속하게 마중물을 실시하는 것이 가능하다.

또한, 액체 토출기 (30) 는, 비자급식 펌프에 한정되지 않고, 자기 흡입 능력이 있는 자급식 펌프여도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 액체 토출기 (30) 가 펌프에 의해 구성되어 있는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 액체를 취입하여 토출하는 기기이면 되며, 펌프 이외의 기기여도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 액체 토출기 (30) 에 취입구 (31) 가 형성되어 있고, 취입구 (31) 에 제 2 유로 (22) 가 접속되어 있는 것으로 하였다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니고, 취입구 (31) 가 유로 (20) 에 접속되어 있지 않은 구성, 예를 들어, 유로 (20) 의 내부에 취입구 (31) 가 들어간 구성이어도 된다. 혹은, 유로 (20) 가 액체 토출기 (30) 와 일체화된 구성 (즉, 액체 토출기 (30) 가 취입구 (31) 를 구비하지 않고, 또한 유로 (20) 가 액체 토출기 (30) 와 분리 불가능한 구성) 이어도 된다. 혹은, 유로 (20) 에 형성된 개구 (출수구) 의 바로 아래 위치에서 취입구 (31) 를 출수구로부터 떼어 배치시키는 구성 (즉, 취입구 (31) 와 유로 (20) 가 떨어져 있으면서도, 출수구로부터 떨어지는 물을 취입구 (31) 에서 취입할 수 있는 구성) 이어도 된다.

(기체 혼입기 (40))

기체 혼입기 (40) 는, 액체 토출기 (30) 로부터 토출된 용수에, 기체를 가압하여 혼입시키는 기기이다. 보다 상세하게 설명하면, 기체 혼입기 (40) 는, 액체 토출기 (30) 와 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 사이에 있어서, 가압된 상태로 미세 기포 생성 노즐 (60) 을 향하여 흐르는 용수에, 기체를 가압하여 혼입시킨다. 여기서, 용수의 가압 상태는, 액체 토출기 (30) 로부터 토출되는 용수의 유량과, 미세 기포 생성 노즐 (60) 로부터 분출되는 용수 (엄밀하게는, 미세 기포가 들어간 용수) 의 유량의 차에 의해 발생한다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 실시형태에서는, 액체 토출기 (30) 의 토출 유량이, 미세 기포 생성 노즐 (60) 로부터 분출되는 용수의 유량보다 커져 있기 때문에, 필연적으로, 액체 토출기 (30) 와 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 사이에서 용수의 압력이 가압 상태가 된다. 또한, 가압된 상태로 흐르는 용수의 압력에 대해서는, 액체 토출기 (30) 의 능력 및 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 설계 치수 등에 따라 적절히 정해지는 것이며, 특별히 한정되는 것은 아니다.

기체 혼입기 (40) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가압된 기체의 발생원인 가압 기체 발생원 (41) 과, 내부에 용수 및 기체를 통과시키는 기체 혼입기 본체 (42) 를 갖는다. 가압 기체 발생원 (41) 은, 가압 기체가 충전된 압력 용기, 또는 기체를 압축시키는 컴프레서에 의해 구성되어 있고, 규정 압력까지 가압된 기체를 발생시킨다. 또한, 가압 기체 발생원 (41) 이 발하는 기체의 종류로는, 공기, 산소, 질소, 불소, 이산화탄소 및 오존 등을 들 수 있다.

가압 기체 발생원 (41) 으로부터는, 튜브, 호스 또는 파이프에 의해 구성된 송기 라인 (41a) 이 연장되어 있다. 이 송기 라인 (41a) 은, 기체 혼입기 본체 (42) 의 기체 통과부 (44) 에 연결되어 있다. 또, 송기 라인 (41a) 의 도중에는, 가압 기체 발생원 (41) 으로부터 보내져 오는 기체가 송기 라인 (41a) 을 흐를 때의 유량 (이하, 「기체 유량」 이라고도 한다.) 을 조정하기 위한 기체 유량 조정 밸브 (41b) 가 형성되어 있다. 기체 유량 조정 밸브 (41b) 는, 도시하지 않은 제어 기기로부터 전송되는 개폐 신호에 따라, 그 개도가 조정된다. 또한, 본 실시형태에서는 기체 유량을 극히 소량으로 설정하는 이유에서, 기체 유량 조정 밸브 (41b) 를 구성하는 밸브로서, 니들 밸브형의 유량 조정 밸브가 사용되고 있다.

기체 혼입기 본체 (42) 는, 통 형상의 기기이고, 그 상류측 단부에는, 액체 토출기 (30) 의 토출구 (32) 로부터 연장된 가압 용수 이송 라인 (50) 이 접속되어 있다. 또, 기체 혼입기 본체 (42) 의 하류측 단부로부터는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 을 향하여 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 이 연장되어 있다. 가압 용수 이송 라인 (50) 및 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 은, 모두 튜브, 호스 또는 파이프에 의해 구성되어 있다.

기체 혼입기 본체 (42) 에 대해서 도 5 를 참조하면서 설명하면, 기체 혼입기 본체 (42) 는, 액체 토출기 (30) 로부터 토출된 용수가 통과하는 액체 통과부 (43) 와, 가압 기체 발생원 (41) 으로부터 발해진 가압 기체 (가압된 기체) 가 통과하는 기체 통과부 (44) 를 갖는다. 도 5 는, 기체 혼입기 본체 (42) 의 측방 단면도이다.

액체 통과부 (43) 는, 통형을 이루고 있고, 그 내부를 용수 (엄밀하게는, 액체 토출기 (30) 로부터 토출되고, 또한 가압된 용수) 가 통과한다. 액체 통과부 (43) 의 내부는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 동축 상에 늘어선 3 개의 영역으로 이루어지고, 상류측부터, 제 1 동경부 (同徑部) (43a), 확경부 (43b) 및 제 2 동경부 (43c) 로 나누어져 있다. 제 1 동경부 (43a) 는, 용수를 기체 혼입기 본체 (42) 의 내부로 끌어들이기 위해서 형성되고, 도 5 에 나타내는 바와 같이 가압 용수 이송 라인 (50) 에 연결되어 있다. 제 1 동경부 (43a) 의 내경은, 가압 용수 이송 라인 (50) 의 구경보다 작으며, 예를 들어, 약 1/4 로 축경되어 있다. 따라서, 용수는, 가압 용수 이송 라인 (50) 으로부터 제 1 동경부 (43a) 에 진입하면, 그 유속 (선속) 이 가속된 상태로 제 1 동경부 (43a) 내를 하류측으로 흐르게 된다.

덧붙여서, 용수를 10 ℓ/min 의 유량으로 흘리는 경우에는, 제 1 동경부 (43a) 및 제 2 동경부 (43c) 의 내경은, 각각 약 6 ㎜ 및 약 8 ㎜ 이면 바람직하고, 유량이 바뀌는 경우에는, 그 유량에 따라, 유량이 10 ℓ/min 일 때의 제 1 동경부 (43a) 및 제 2 동경부 (43c) 의 내경을 적절히 변경하면 된다.

확경부 (43b) 는, 제 1 동경부 (43a) 의 하류측 단부와 연속하고 있고, 하류측을 향함에 따라서 내경이 점차적으로 확대되는 부분이다. 용수는, 제 1 동경부 (43a) 로부터 확경부 (43b) 에 진입하면, 그 유속 (선속) 이 서서히 감속하면서 확경부 (43b) 내를 하류측을 향하여 흐르게 된다. 또한, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 확경부 (43b) 의 전체 길이 (축방향에 있어서의 길이) 는, 제 1 동경부 (43a) 의 전체 길이 및 제 2 동경부 (43c) 의 전체 길이에 비해 현저하게 짧아져 있다.

제 2 동경부 (43c) 는, 확경부 (43b) 의 하류측 단부와 연속하고 있다. 또, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 2 동경부 (43c) 의 하류측 단부에는, 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 이 연결되어 있다. 그리고, 용수가 제 2 동경부 (43c) 를 흐르는 동안에, 용수 중에 기체가 혼입된다. 요컨대, 제 2 동경부 (43c) 로부터는, 기체를 혼입시킨 용수가 유출된다. 또한, 제 2 동경부 (43c) 의 내경은, 제 1 동경부 (43a) 의 내경보다 크지만, 가압 용수 이송 라인 (50) 의 구경보다는 작으며, 예를 들어, 가압 용수 이송 라인 (50) 구경의 약 1/3 로 되어 있다. 따라서, 용수는, 가압 용수 이송 라인 (50) 을 흐르고 있을 때보다는 가속된 상태로 제 2 동경부 (43c) 를 흐른다. 요컨대, 기체를 혼입시킨 용수는, 가압 용수 이송 라인 (50) 을 흐르고 있는 시점에서의 용수의 유속보다 빠른 유속으로 제 2 동경부 (43c) 를 흐르게 된다.

기체 통과부 (44) 는, 액체 통과부 (43) 의 외주부로부터 액체 통과부 (43) 의 직경 방향 외측에 돌출한 원통상의 돌기이다. 기체 통과부 (44) 의 내부는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 서로 직경 사이즈가 상이한 3 개의 영역이 늘어서 구성되어 있고, 액체 통과부 (43) 의 직경 방향 외측으로부터 접속부 (44a), 수축부 (44b) 및 주입부 (44c) 로 나누어져 있다. 접속부 (44a) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 내측에 송기 라인 (41a) 의 말단부가 삽입됨으로써 송기 라인 (41a) 과 연결되어 있다. 요컨대, 가압 기체 발생원 (41) 으로부터 발해진 기체는, 송기 라인 (41a) 을 통해서 보내져, 머지않아 기체 통과부 (44) 의 접속부 (44a) 내로 유도된다.

수축부 (44b) 는, 액체 통과부 (43) 의 직경 방향에 있어서 접속부 (44a) 의 내측 단부와 연속하고 있고, 직경 방향 내측을 향함에 따라서 축경하고 있는 부분이다. 수축부 (44b) 내에 진입한 기체는, 수축부 (44b) 를 통과할 때에 유량이 줄어들어, 극히 미량의 유량으로 주입부 (44c) 내에 진입한다.

주입부 (44c) 는, 액체 통과부 (43) 의 직경 방향에 있어서 수축부 (44b) 의 내측 단부와 연속하고 있고, 액체 통과부 (43) 의 제 2 동경부 (43c) 에 연결되는 위치까지 연장되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 주입부 (44c) 는, 제 2 동경부 (43c) 중, 확경부 (43b) 의 바로 하류측에 위치하는 지점에 연결되어 있다. 요컨대, 주입부 (44c) 내에 진입한 기체는, 주입부 (44c) 를 통해서 액체 통과부 (43) 의 제 2 동경부 (43c) 내에 들어간다.

그리고, 제 2 동경부 (43c) 내에 들어간 기체는, 제 2 동경부 (43c) 내를 흐르는 용수에 혼입된다. 여기서, 기체는, 가압 기체 발생원 (41) 으로부터 발해지므로, 가압된 상태로 제 2 동경부 (43c) 내에 들어간다. 즉, 기체 혼입기 (40) 는, 기체를 가압하여 제 2 동경부 (43c) 내에 도입된다.

보다 상세하게 설명하면, 제 2 동경부 (43c) 내에는 용수가 가압된 상태로 흐른다. 즉, 제 2 동경부 (43c) 에서의 용수의 압력은, 정압이며 (바꾸어 말하면, 부압은 되지 않는다), 제 2 동경부 (43c) 내에 진입한 직후의 용수의 압력은, 액체 토출기 (30) 가 용수를 토출할 때의 토출 압력 Pb 보다 약간 낮아져 있다.

이에 대해, 기체 혼입기 (40) 가 용수에 기체를 가압하여 혼입시킬 때의 압력 (이하, 혼입 압력 Pi) 은, 토출 압력 Pb 보다 높게 설정되어 있다. 여기서, 혼입 압력 Pi 는, 가압 기체 발생원 (41) 이 발하는 가압된 기체의 압력에 상당하고, 구체적으로는, 압력 용기에 충전된 압축 기체의 압력, 또는 컴프레서에 의해 압축된 직후의 기체의 압력이다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 혼입 압력 Pi 가 용수의 토출 압력 Pb 보다 높아져 있다. 따라서, 혼입 압력 Pi 는, 기체 혼입기 (40) 에 의해 기체가 혼입되는 지점 (즉, 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부) 을 통과하는 용수의 압력보다 높아진다. 이 때문에, 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부에서는, 그곳을 가압된 상태로 흐르는 용수에 대하여, 기체가 압입되게 된다. 요컨대, 기체 혼입기 (40) 는, 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부에서의 용수의 압력을 초과할 정도로 가압한 기체를 도입함으로써, 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부를 통과하는 용수의 압력에 저항하여 기체를 용수에 혼입시킨다.

또한, 혼입 압력 Pi, 및, 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부를 통과하는 용수의 압력은, 맥동하지만, 기체를 용수에 혼입시키는 동안에는 대략 일정값이 되며, 예를 들어, 주입부 (44c) 및 제 2 동경부 (43c) 의 각각에 있어서 공지된 압력계 또는 연성계를 적절한 위치에 설치하고, 그 계기가 나타내는 값을 판독함으로써 측정된다.

또, 혼입 압력 Pi 에 대해서는, 용수의 토출 압력 Pb 보다 높아져 있는 케이스에 한정되지 않고, 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부를 통과하는 용수의 압력보다 높으면 되고, 용수의 토출 압력 Pb 보다 약간 낮아도 된다.

또, 제 2 동경부 (43c) 내에서는, 용수가 가속된 상태로 흐른다. 또, 기체는, 수축부 (44b) 에서 유량이 줄어든 후에 제 2 동경부 (43c) 내에 도입된다. 이에 따라, 기체는, 제 2 동경부 (43c) 에 미량만 들어가고, 또한 제 2 동경부 (43c) 내에 들어가는 순간에, 가속된 상태로 제 2 동경부 (43c) 를 흐르는 용수로부터 전단력을 받아 세단 (細斷) 된다. 이에 따라, 기체는, 미세한 기포 상태로 용수에 혼입되게 된다.

이상으로 본 실시형태에 관련된 기체 혼입기 (40) 의 구성에 대해서 설명했지만, 기체 혼입기 (40) 의 구성은, 특별히 상기의 구성에는 한정되지 않고, 용수에 기체를 가압하여 혼입시키는 것이 가능한 구성이면 되며, 예를 들어, 액체 통과부 (43) 의 내측에 기체 통과부 (44) 에 상당하는 부분이 배치된 구성이어도 되고, 혹은, 액체 통과부 (43) 와 기체 통과부 (44) 가 나뉘어 있지 않고 일체화된 구성이어도 된다.

또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 의 중도 위치, 즉, 기체 혼입기 (40) 와 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 사이에는 사이트 글라스 (52) 가 형성되어 있다. 이 사이트 글라스 (52) 는, 기체가 혼입된 액체 (이하, 「기체 혼입 용수」 라고도 한다.) 의 흐름 상태를 감시할 목적으로 설치되어 있고, 구체적으로는, 기체 혼입 용수에 있어서의 기체의 혼입 정도를 시인하기 위해서 형성되어 있다. 사이트 글라스 (52) 의 내부에는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 기체 혼입 용수가 흐른다. 도 6 은, 사이트 글라스 (52) 의 외관을 나타내는 도면이며, 사이트 글라스 (52) 의 내부에 기체 혼입 용수가 흐르고 있는 모습을 나타내고 있다.

기체 혼입기 (40) 의 하류측에 사이트 글라스 (52) 가 형성되어 있음으로써, 기체 혼입 용수에 있어서의 기체의 혼입 정도 (알기 쉽게는, 기포의 사이즈 및 개수 등) 를 시인할 수 있고, 시인한 상황에 따라 기체 유량 조정 밸브 (41b) 의 개도를 조정함으로써, 기체 유량 등을 적절히 재검토하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시형태에서는 사이트 글라스 (52) 를 형성하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 사이트 글라스 (52) 대신에, 혹은 사이트 글라스 (52) 와 함께 유량계 (플로미터) 가 설치되어도 된다. 유량계를 설치한 경우에는, 기체 혼입 용수의 흐름 상태로서, 기체 혼입기 (40) 의 하류측을 흐르는 유량을 시인하는 것이 가능해진다.

(미세 기포 생성 노즐 (60))

미세 기포 생성 노즐 (60) 은, 기체 혼입 용수를 내부에 통과시킴으로써, 기체 혼입 용수 중에 나노 버블을 생성하는 기기이다. 본 실시형태에서 사용되는 미세 기포 생성 노즐은, 1 기만으로, 기체 혼입 용수 1 ㎖ 당 비교적 다량의 나노 버블을 생성하는 것이 가능하다. 이와 같은 성능을 갖는 미세 기포 생성 노즐 (60) 로는, 예를 들어, 일본 특허공보 제6129390호에 기재된 나노 버블 생성 노즐이 이용 가능하다.

이하, 일본 특허공보 제6129390호에 기재된 나노 버블 생성 노즐을 도시한 도 7 및 도 8 을 참조하면서, 본 실시형태에 관련된 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 구조를 설명하는 것으로 한다. 도 7 은, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 측방 단면도이다. 도 8 은, 미세 기포 생성 노즐 (60) 내에 있어서의 기체 혼입 용수의 흐름을 나타내는 도면이다.

미세 기포 생성 노즐 (60) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 도입구 (61) 와 분출구 (62) 를 구비하고 있다. 도입구 (61) 는, 기체 혼입 용수를 노즐 내부에 도입시키는 개구이다. 분출구 (62) 는, 나노 버블을 포함하는 용수 (즉, 나노 버블이 들어간 용수) 를 분출시키는 개구이다. 또, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 내부에 있어서, 도입구 (61) 와 분출구 (62) 의 사이에는, 나노 버블을 생성하는 부분이 형성되어 있다. 이러한 부분에는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 축방향 (이하, 노즐 축방향이라고 한다) 으로 늘어선 3 개의 통수공 (64, 65, 66) 이 형성되어 있다. 이 3 개의 통수공 (64, 65, 66) 은, 서로 단면적 (엄밀하게는, 노즐 축방향을 법선으로 하는 절단면에서 절단했을 때의 단면적) 이 상이한 구멍이다.

미세 기포 생성 노즐 (60) 의 구성에 대해서 보다 상세하게 설명하면, 미세 기포 생성 노즐 (60) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 주로 3 개의 부품으로 이루어지고, 구체적으로는, 도입부 (70), 분출부 (90) 및 중간부 (80) 에 의해 구성되어 있다. 도입부 (70) 는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 기단부 (상류측 단부) 를 이루고 있고, 전술한 도입구 (61) 를 구비하고 있다. 분출부 (90) 의 하류측 단부는, 미세 기포 생성 노즐의 선단부를 이루고 있고, 전술한 분출구 (62) 를 구비하고 있다. 중간부 (80) 는, 노즐 축방향에 있어서 도입부 (70) 및 분출부 (90) 의 사이에 끼워져 있다.

그리고, 상기 3 개의 부품 (즉, 도입부 (70), 중간부 (80) 및 분출부 (90)) 이 조합됨으로써, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 내부에 있어서, 노즐 축방향으로 늘어서는 3 개의 통수공 (64, 65, 66) 이 형성된다. 또한, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 3 개의 통수공 (64, 65, 66) 중에서 가장 상류측에 있는 제 1 통수공 (64) 은, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 직경 방향 (이하, 노즐 직경 방향이라고 한다) 에 있어서 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 중앙에 위치한다. 또, 중간 위치에 있는 제 2 통수공 (65) 은, 노즐 직경 방향에 있어서 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 중앙보다 외측에 위치하고, 가장 하류측에 있는 제 3 통수공 (66) 은, 노즐 직경 방향에 있어서 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 중앙에 위치한다.

도입부 (70), 중간부 (80) 및 분출부 (90) 의 각각의 상세 구성에 대해서 설명한다. 먼저 도입부 (70) 에 대해서 설명하면, 도입부 (70) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 도입부 본체 (72) 와, 도입부 본체 (72) 의 단면 (端面) 으로부터 돌출하는 원통 돌기부 (71) 를 갖는다. 도입부 본체 (72) 는, 외경이 상이한 2 개의 원통상의 부분 (이하, 소경부 (73) 및 대경부 (74)) 을 노즐 축방향으로 겹쳐 쌓은 외형을 이루고 있다. 또한, 소경부 (73) 가 보다 상류측에 위치하고, 대경부 (74) 가 보다 하류측에 위치하고 있다.

도입부 본체 (72) 의 내부에는, 제 1 통수공 (64) 과, 테이퍼 형상 부분 (75) 과, 끼워넣기 부분 (76) 가 형성되어 있다. 테이퍼 형상 부분 (75) 은, 노즐 축방향에 있어서 제 1 통수공 (64) 의 하류측에서 제 1 통수공 (64) 과 인접해 있고, 하류측을 향함에 따라서 확경하고 있다. 끼워넣기 부분 (76) 는, 테이퍼 형상 부분 (75) 의 하류측에서 테이퍼 형상 부분 (75) 과 인접해 있다. 끼워넣기 부분 (76) 은, 대경부 (74) 의 내부 공간 중 하류측 단부에 있고, 미세 기포 생성 노즐 (60) 을 조립할 때에 중간부 (80) 의 상류측 단부가 끼워넣어진다.

원통 돌기부 (71) 는, 도입부 본체 (72) 의 소경부 (73) 보다 외경이 작고, 노즐 축방향에 있어서 소경부 (73) 의 단면으로부터 외측을 향하여 돌출되어 있다. 원통 돌기부 (71) 의 상류측의 단 (端) 은, 개구단으로 되어 있고, 그 개구가 도입구 (61) 를 이루고 있다. 그리고, 원통 돌기부 (71) 에는, 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 이 연결되어 있다. 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 내를 흐른 기체 혼입 용수는, 도입구 (61) 를 통해서 원통 돌기부 (71) 내를 흘러, 머지않아 도입부 본체 (72) 의 내부에 형성된 제 1 통수공 (64) 을 통과한다. 또한, 도 7 로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 통수공 (64) 의 직경 (구경) 은, 원통 돌기부 (71) 의 내경보다 작게 되어 있다.

다음으로, 중간부 (80) 에 대해서 설명하면, 중간부 (80) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 원반 형상 또는 대략 원기둥 형상의 외형을 이루고 있다. 또, 노즐 직경 방향에 있어서 중간부 (80) 의 중앙부의 양면 (노즐 축방향에서의 양단면) 으로부터는, 원추 돌기부 (81, 82) 가 돌출되어 있다. 원추 돌기부 (81, 82) 중, 중간부 (80) 의 상류측의 단면으로부터 돌출된 제 1 원추 돌기부 (81) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 1 통수공 (64) 을 통과한 기체 혼입 용수를, 노즐 직경 방향 외측을 향해서 방사상으로 흘러, 제 2 통수공 (65) 으로 향하게 하는 기능을 가지고 있다.

중간부 (80) 의 하류측의 단면으로부터 돌출된 제 2 원추 돌기부 (82) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 2 통수공 (65) 을 통과한 기체 혼입 용수를, 제 3 통수공 (66) 으로 향하게 하는 기능을 가지고 있다.

또, 중간부 (80) 의 외주부에는, 중간부 (80) 의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 링형상부 (83) 가 형성되어 있다. 링형상부 (83) 에는, 노즐 축방향에 있어서 링형상부 (83) 를 관통하는 관통공이, 중간부 (80) 의 둘레 방향에 있어서 일정 간격마다 복수 형성되어 있다. 이러한 관통공이 제 2 통수공 (65) 을 이루고 있다. 또한, 제 2 통수공 (65) 을 구성하는 각 관통공의 직경 (구경) 은, 제 1 통수공 (64) 의 직경 (구경) 보다 작게 되어 있다. 또, 복수의 관통공의 각각의 단면적을 합계한 값은, 제 1 통수공 (64) 의 단면적보다 작게 되어 있다.

또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 2 통수공 (65) 의 입구는, 중간부 (80) 의, 제 1 원추 돌기부 (81) 가 형성된 단면보다 상류측에 위치하고 있다. 한편, 제 1 원추 돌기부 (81) 는, 그 주위가 링형상부 (83) 에 의해 둘러싸여 있다.

링형상부 (83) 의 외주면 중, 노즐 축방향에 있어서의 중앙 부분에는, 노즐 직경 방향 외측으로 튀어나온 플랜지부 (84) 가 형성되어 있다. 또, 링형상부 (83) 의 외주면 중, 플랜지부 (84) 를 사이에 끼운 2 개의 부분에는, 각각, 시일 홈 (85) 이 형성되어 있고, 각 시일 홈 (85) 에 O 링 (86A, 86B) 이 끼워넣어져 있다. 플랜지부 (84) 의 상류측에 있는 시일 홈 (85) 에 끼워넣어진 O 링 (86A) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 도입부 본체 (72) 가 갖는 대경부 (74) 의 내주면 (엄밀하게는, 끼워넣기 부분 (76) 의 내주면) 에 맞닿고, 도입부 (70) 와 중간부 (80) 의 이음면을 시일하고 있다. 플랜지부 (84) 의 하류측에 있는 시일 홈 (85) 에 끼워넣어진 O 링 (86B) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 분출부 본체 (91) 의 내주면 (엄밀하게는, 끼워넣기부 (93) 의 내주면) 에 맞닿고, 분출부 (90) 와 중간부 (80) 의 이음면을 시일하고 있다.

다음으로, 분출부 (90) 에 대해서 설명하면, 분출부 (90) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 분출부 본체 (91) 와 플랜지부 (92) 를 갖는다. 분출부 본체 (91) 는, 원통상 또는 대략 원통상의 외형 형상을 이루고 있다. 또, 분출부 본체 (91) 의 내부 공간에는, 끼워넣기부 (93) 와, 테이퍼 형상 부분 (94) 과, 제 3 통수공 (66) 이 형성되어 있다. 끼워넣기부 (93) 는, 분출부 본체 (91) 의 내부 공간의 상류측 단부에 있고, 끼워넣기부 (93) 에는 중간부 (80) 의 링형상부 (83) 가 끼워넣어진다. 테이퍼 형상 부분 (94) 은, 노즐 축방향에 있어서 끼워넣기부 (93) 의 하류측에서 끼워넣기부 (93) 와 인접해 있고, 하류측을 향함에 따라서 축경하고 있다.

제 3 통수공 (66) 은, 노즐 축방향에 있어서 테이퍼 형상 부분 (94) 의 하류측에서 테이퍼 형상 부분 (94) 과 인접해 있다. 또, 제 3 통수공 (66) 은, 분출부 본체 (91) 의 하류측의 단면까지 연장되어 있다. 요컨대, 분출부 본체 (91) 의 하류측의 단면에는, 제 3 통수공 (66) 의 말단측 개구가 형성되어 있고, 이 개구가 분출구 (62) 를 이루고 있다.

또한, 제 3 통수공 (66) 의 직경 (구경) 은, 제 1 통수공 (64) 의 직경 (구경) 보다 작게 되어 있다. 또, 제 3 통수공 (66) 의 단면적은, 제 2 통수공 (65) 을 구성하는 복수의 관통공의 각각의 단면적을 합계한 값 (이하, 편의적으로 「제 2 통수공 (65) 의 단면적」 이라고 한다.) 보다 작게 되어 있다. 여기서, 각 통수공의 단면적의 비율에 대해서 설명하면, 각 통수공의 단면적의 비율이, (제 1 통수공 (64) 의 단면적) : (제 2 통수공 (65) 의 단면적) : (제 3 통수공 (66) 의 단면적) = 3 : 2 : 1 정도가 되도록 설계되어 있다. 이와 같은 비율이 되도록 각 통수공의 사이즈가 설정됨으로써, 미세 기포 생성 노즐 (60) 에 의해 나노 버블을 효과적으로 생성하는 것이 가능해진다.

또한, 제 3 통수공 (66) 의 직경, 즉 분출구 (62) 의 구경은, 기체 혼입기 본체 (42) 의 액체 통과부 (43) 각 부의 내경 (요컨대, 제 1 동경부 (43a), 확경부 (43b) 및 제 2 동경부 (43c) 의 각각의 내경) 보다 작게 되어 있다. 이 때문에, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 분출구 (62) 에서는 기체 혼입 용수의 흐름이 폐색 경향이 된다. 이 결과, 미세 기포 생성 노즐 (60) 보다 상류측에 위치하는 기체 혼입기 본체 (42) 의 액체 통과부 (43) 의 각 부에서는, 용수의 압력이 정압이 된다 (바꾸어 말하면, 부압이 되지 않는다).

플랜지부 (92) 는, 분출부 본체 (91) 의 외주면 중, 노즐 축방향에 있어서의 상류측의 단부로부터 노즐 직경 방향 외측으로 튀어나와 형성되어 있다. 이 플랜지부 (92) 는, 도입부 (70), 중간부 (80) 및 분출부 (90) 을 조합할 때에, 홀더 (63) 에 조립된다.

구체적으로 설명하면, 홀더 (63) 는, 원환상 (圓環狀) 의 부재이며, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 그 내부에 도입부 본체 (72) 의 소경부 (73) 가 끼워넣어진다. 또한, 소경부 (73) 가 끼워넣어진 상태의 홀더 (63) 는, 소경부 (73) 와 대경부 (74) 의 사이의 단차에 의해 걸린다. 또, 홀더 (63) 에는, 그 둘레 방향을 따라 볼트 구멍이 등간격으로 복수 형성되어 있다. 이것에 대응하여, 분출부 (90) 의 플랜지부 (92) 에도, 홀더 (63) 의 볼트 구멍과 동수 (同數) 의 볼트 구멍 (정확하게는, 암나사가 형성된 볼트 구멍) 이 형성되어 있다. 그리고, 도입부 (70), 중간부 (80) 및 분출부 (90) 를 조합한 후에, 홀더 (63) 의 볼트 구멍에 볼트 (67) 가 삽입 통과되고, 볼트 (67) 의 선단부가 플랜지부 (92) 의 볼트 구멍에 나사 결합된다. 이에 따라, 미세 기포 생성 노즐 (60) 이 조립된다.

다음으로, 상기와 같이 구성된 미세 기포 생성 노즐 (60) 에 있어서의 나노 버블 생성의 메커니즘에 대해서 설명한다. 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 내를 흐른 기체 혼입 용수는, 도입구 (61) 를 통해서 원통 돌기부 (71) 내에 진입하고, 머지않아 도입부 본체 (72) 에 형성된 제 1 통수공 (64) 을 통과한다. 이 때, 가압 용해의 원리에 따라서, 기체 혼입 용수 중의 기체가 미세 기포 (나노 버블) 로 변화한다.

상세하게 설명하면, 기체 혼입 용수가 제 1 통수공 (64) 에 진입했을 때에, 기체 혼입 용수 중의 기체가 한층 가압되고, 이 결과, 기체가 용수 중에 용해된다. 기체 혼입 용수는, 머지않아 제 1 통수공 (64) 으로부터 유출하여 테이퍼 형상 부분 (75) 에 진입한다. 이 때, 기체 혼입 용수가 가압 상태로부터 해방되어 나노 버블이 발생한다.

테이퍼 형상 부분 (75) 에 진입한 기체 혼입 용수는, 테이퍼 형상 부분 (75) 내를 더욱 하류측을 향하여 흐른다. 이 때, 기체 혼입 용수는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 1 원추 돌기부 (81) 에 의해 노즐 직경 방향 외측으로 안내되어, 제 2 통수공 (65) 을 향하여 흐른다. 제 1 원추 돌기부 (81) 는, 그 주위가 링형상부 (83) 에 둘러싸여 있다. 이 때문에, 노즐 직경 방향 외측을 향하여 흐르는 기체 혼입 용수는, 링형상부 (83) 의 내벽에 충돌하여, 도 8 에 나타내는 바와 같이 상류측을 향하여 역류한다. 이 결과, 기체 혼입 용수의 흐름이 난류가 된다. 이와 같이 기체 혼입 용수의 흐름이 난류가 됨으로써, 기체 혼입 용수 중에 존재하는 비교적 큰 기포에 대하여 전단력이 작용하여, 그 기포를 세단할 수 있다.

또, 난류가 되어 흐르는 기체 혼입 용수는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 중간부 (80) 의, 제 1 원추 돌기부 (81) 가 형성된 단면보다 상류측으로 되돌아와, 단면보다 상류에 위치하는 제 2 통수공 (65) 내에 유입한다. 그리고, 난류 상태의 기체 혼입 용수는, 머지않아 제 2 통수공 (65) 으로부터 유출하여, 제 2 통수공 (65) 으로부터 분출부 (90) 내의 테이퍼 형상 부분 (94) 에 진입한다. 이 때, 기체 혼입 용수 중의 기체 (구체적으로는, 용수 중에 용존한 기체) 가 나노 버블로 변화한다.

상세하게 설명하면, 기체 혼입 용수가 제 1 통수공 (64) 을 통과한 시점에서 나노 버블이 되지 않은 기체는, 기체 혼입 용수가 제 2 통수공 (65) 을 통과할 때에 다시 가압되어 용수 중에 용해된다. 그리고, 제 2 통수공 (65) 내의 용수가 제 2 통수공 (65) 으로부터 유출하면, 기체 혼입 용수가 가압 상태로부터 해방되어 나노 버블이 발생한다.

또한, 본 실시형태에서는, 제 2 통수공 (65) 을 구성하는 복수의 관통공의 각각의 직경 (구경) 이, 제 1 통수공 (64) 의 직경보다 작고, 또한, 제 2 통수공 (65) 의 단면적이 제 1 통수공 (64) 의 단면적보다 작다. 이와 같은 단면적이 작은 제 2 통수공 (65) 을 기체 혼입 용수가 통과하면, 제 1 통수공 (64) 을 통과했을 때에 생성된 기포보다 미세한 기포가 생성되게 된다.

테이퍼 형상 부분 (94) 에 진입한 기체 혼입 용수는, 그 시점에서, 어느 정도의 양의 나노 버블을 포함하고 있다. 이러한 상태의 기체 혼입 용수는, 제 2 원추 돌기부 (82) 에 의해 노즐 직경 방향 내측으로 안내되어, 제 3 통수공 (66) 을 향하여 흐른다. 그리고, 기체 혼입 용수는, 제 3 통수공 (66) 을 통과하고, 그 말단에 위치하는 분출구 (62) 로부터 미세 기포 생성 노즐 (60) 밖으로 분출된다. 여기서, 제 3 통수공 (66) 은, 제 1 통수공 (64) 및 제 2 통수공 (65) 과 마찬가지로, 기체 혼입 용수가 그 내부를 통과함으로써, 기체 혼입 용수 중의 기체 (구체적으로는, 용수 중에 용존한 기체) 를 나노 버블로 변화시킨다.

또, 본 실시형태에서는, 제 3 통수공 (66) 의 단면적이 제 2 통수공 (65) 의 단면적보다 작다. 그 때문에, 제 3 통수공 (66) 은, 그 내부를 통과하는 기체 혼입 용수를 적절히 가압한다. 그 결과, 기체 혼입 용수 중의 기체 (용수 중에 용존한 기체) 를 적절히 가압하여 용수 중에 용해시킨다. 그리고, 기체 혼입 용수가 제 3 통수공 (66) 을 통과하여 분출구 (62) 로부터 미세 기포 생성 노즐 (60) 밖으로 분출할 때에, 기체 혼입 용수가 가압 상태로부터 해방되어 나노 버블이 발생한다.

또, 제 3 통수공 (66) 에서 기체 혼입 용수의 압력을 상승시킴으로써, 기체 혼입 용수에 적당한 유속을 주는 것이 가능해진다. 이에 따라, 기체 혼입 용수가 나노 버블이 들어간 용수가 되어 분출구 (62) 로부터 미세 기포 생성 노즐 (60) 밖으로 분출될 때에는, 소정의 유속으로 분출되게 된다.

또한, 전술한 바와 같이, 분출구 (62) 의 구경은, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 상류에 위치하는 기체 혼입기 본체 (42) 의 액체 통과부 (43) 각 부 (제 1 동경부 (43a), 확경부 (43b), 및 제 2 동경부 (43c)) 의 내경보다 작다. 따라서, 분출구 (62) 로부터 분출되는 나노 버블이 들어간 용수의 분출량은, 분출구 (62) 의 구경에 의존하여 결정되게 된다. 그러므로, 기체 혼입기 본체 (42) 에 있어서 액체 통과부 (43) 의 내경이 축경하고 있어도, 그것이 나노 버블이 들어간 용수의 분출량에 미치는 영향의 정도는 작다.

또한, 분출구 (62) 의 구경에 대해서는, 기체 혼입기 본체 (42) 의 액체 통과부 (43) 각 부 (제 1 동경부 (43a), 확경부 (43b), 및 제 2 동경부 (43c)) 의 내경보다 작은 경우에 한정되지 않고, 이들 내경 이상이어도 된다.

이상과 같이 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 내부에서는, 복수의 단계 (본 실시형태에서는 3 단계) 로 나누어 기체 혼입 용수 중에 나노 버블을 생성시키고, 구체적으로는, 각 통수공 내에 기체 혼입 용수를 통과시킬 때에, 용수 중에 나노 버블이 발생한다. 또, 본 실시형태에서는, 각 통수공을 노즐 직경 방향에 있어서 서로 상이한 위치에 형성하고 있다. 이에 따라, 각 통수공을 노즐 직경 방향에 있어서 서로 동일한 위치에 형성했을 경우에 비해, 노즐 축방향에 있어서의 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 길이를 짧게 할 수 있어, 미세 기포 생성 노즐 (60) 이 보다 컴팩트해진다.

지금까지 본 실시형태에 관련된 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 구성에 대해서 설명했지만, 상기의 구성에는 특별히 한정되지 않고, 기체 혼입 용수가 내부를 통과함으로써 기체 혼입 용수 중에 나노 버블을 발생시키는 것이 가능한 구성이면 되며, 노즐 내부 구조가 도 7 에 도시된 구조와 상이해도 된다.

그런데, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부를 이루는 분출부 본체 (91) 의 하류측 단부 (분출구 (62) 가 형성되어 있는 측의 단부) 는, 유로 (20) 에 접속되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 분출부 본체 (91) 의 하류측 단부의 외주면에는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 수나사가 형성되어 있다. 도 9 는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부와 유로 (20) 의 접속 구조를 나타내는 단면도이다.

또, 제 1 유로 (21) 의 중도 위치로부터는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 연락부 (24) 가 연장되어 있다. 이 연락부 (24) 는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부와 제 1 유로 (21) 의 사이를 연락하기 위해서 형성되어 있고, 제 1 유로 (21) 를 구성하는 강관에 접합된 지관에 의해 구성되어 있다. 또, 연락부 (24) 를 구성하는 지관의 말단부는, 그 내주면에 형성된 암나사를 구비하고 있다.

그리고, 도 9 에 나타내는 바와 같이 분출부 본체 (91) 측의 수나사와 연락부 (24) 측의 암나사가 접합함으로써, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부인 분출부 본체 (91) 의 하류측 단부가, 연락부 (24) 를 개재하여 제 1 유로 (21) 에 접속되어 있다.

여기서, 분출부 본체 (91) 의 하류측 단부가 제 1 유로 (21) 에 접속된 지점을 접속 지점 (25) 으로 하면, 접속 지점 (25) 은, 제 1 유로 (21) 에 있어서, 연락부 (24) 의 단부가 제 1 유로 (21) 에 연결된 위치이다. 이 위치는, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 유로 (20) 의 분기 지점 (23) 보다 하류측에 있고, 또한, 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 보다 하류측에 있다. 요컨대, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부는, 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 보다 하류측, 또한, 분기 지점 (23) 보다 하류측에서 제 1 유로 (21) 에 접속되어 있다.

또한, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부와 유로 (20) 의 접속 방식에 대해서는, 상기의 접속 방식에 한정되는 것은 아니고, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부를 유로 (20) 에 적합하게 접속할 수 있는 한, 상기 이외의 접속 방식을 채용해도 된다. 예를 들어, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부를 연락부 (24) 에 직접 용접하여 접합해도 되고, 혹은, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부 및 연락부 (24) 의 쌍방에 플랜지가 형성되어 있어 플랜지끼리를 접합시켜도 된다.

＜＜유로 (20) 의 상세 구성에 대해서＞＞

다음으로, 전술한 유로 (20) 의 구성에 대해서 재차 설명한다.

본 실시형태에 관련된 유로 (20) 에서는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부로부터 분사된 나노 버블이 들어간 용수가, 연락부 (24) 내를 흘러, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부와 제 1 유로 (21) 의 접속 지점 (25) 에서, 제 1 유로 (21) 내의 용수 (즉, 나노 버블을 포함하지 않는 용수) 와 합류한다. 즉, 미세 기포 생성 장치 (10) 각 부는, 나노 버블이 들어간 용수를 제 1 유로 (21) 내의 용수와 양호하게 합류시키도록 설계되어 있다.

구체적으로 설명하면, 접속 지점 (25) 에 있어서의 유로 (20) (엄밀하게는, 제 1 유로 (21)) 내의 용수의 압력보다, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부로부터 분출된 나노 버블이 들어간 용수의, 접속 지점 (25) 에서의 압력 쪽이 높게 되어 있다. 여기서, 전자의 압력을 Pa 로 하고, 후자의 압력을 Pbn 으로 했을 때에, 양자의 압력은, 하기의 관계식 (1a) 를 충족한다.

Pbn ＞ Pa (1a)

또, 압력 Pbn 에 대해서는, 액체 토출기 (30) 가 용수를 토출할 때의 토출 압력을 Pb 로 하고, 액체 토출기 (30) 의 토출구 (32) 로부터 접속 지점 (25) 까지의 압력 손실을 ΔPb 로 했을 때, 하기의 식 (1b) 에 의해 산출된다.

Pbn = Pb ― ΔPb (1b)

따라서, Pa, Pb 및 ΔPb 에 대해서는, 하기의 관계식 (1) 을 충족하게 된다.

Pb ― ΔPb ＞ Pa (1)

그리고, 본 실시형태에서는, 상기의 관계식 (1) 을 충족하도록 액체 토출기 (30), 기체 혼입기 (40) 및 미세 기포 생성 노즐 (60) 이 설계되어 있다. 이에 따라, 접속 지점 (25) 에서는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부로부터 분출되는 나노 버블이 들어간 용수가, 나노 버블을 포함하지 않는 제 1 유로 (21) 내의 용수와 스무스하게 합류한다.

토출 압력 Pb 는, 맥동하기는 하지만, 액체 토출기 (30) 가 일정한 운전 조건 아래에서 계속 운전하는 동안은 대략 일정값이 되며, 구체적으로는, 용수의 토출 유량 Vb 에 따른 압력이 되므로, 토출 유량 Vb 를 측정하면, 그 측정 결과와 도 4 에 도시된 성능 곡선에 기초하여 구해진다. 또, 토출 압력 Pb 는, 예를 들어, 액체 토출기 (30) 의 토출구 (32) 부근에 공지된 압력계 또는 연성계를 적절한 높이 (구체적으로는, 토출구 (32) 와 동일한 높이) 로 설치하고, 그 계기가 나타내는 값을 판독함으로써 실측 가능하다.

압력 손실 ΔPb 는, 액체 토출기 (30) 로부터 토출된 용수가 미세 기포 생성 노즐 (60) 을 통과하여 나노 버블의 용수가 되어 접속 지점 (25) 에 도달할 때까지의 동안에 발생하는 압력 손실이다. 보다 엄밀하게 설명하면, 압력 손실 ΔPb 는, 용수가 토출 유량 Vb 로 가압 용수 이송 라인 (50), 기체 혼입기 본체 (42) 의 액체 통과부 (43), 기체 혼입 용수 이송 라인 (51), 사이트 글라스 (52) 의 내부, 가압 용수 이송 라인 (50) 및 미세 기포 생성 노즐 (60) 을 통과했을 때에 발생하는 압력 손실이다. 또한, 압력 손실 ΔPb 는, 공지된 계산 수법에 의해 계산 가능하다.

한편, 접속 지점 (25) 에 있어서의 유로 (20) 내의 용수의 압력 Pa 는, 맥동하기는 하지만, 제 1 유로 (21) 내에 용수가 일정 유량으로 흐르고 있는 동안에는 대략 일정값이 되어, 예를 들어, 제 1 유로 (21) 의 접속 지점 (25) 부근에 공지된 압력계 또는 연성계를 적절한 높이 (구체적으로는, 접속 지점 (25) 과 동일한 높이) 로 설치하고, 그 계기가 나타내는 값을 판독함으로써 실측 가능하다. 또한, 압력 Pa 를 측정할 때에는, 수량 조정 밸브 (22V) 를 닫은 상태 (즉, 미세 기포 생성 노즐 (60) 로부터 나노 버블이 들어간 물이 분출되지 않는 상태) 에서 측정하는 것이 바람직하다.

또, 압력 Pa 는, 공급원 (Ws) 으로부터 용수가 송출된 직후의 압력 Pas 와, 공급원 (Ws) 으로부터 송출된 용수가 접속 지점 (25) 에 도달할 때까지의 동안에 발생하는 압력 손실 ΔPa 의 차로부터 산출해도 된다. 여기서, 압력 Pas 는, 용수가 공급원 (Ws) 으로부터 펌프 등의 압송 장치 (P) 에 의해 압송되는 경우에는, 압송 장치 (P) 의 토출 압력이며, 용수가 공급원 (Ws) 과의 고저차 (낙차) 를 이용하여 송출되는 경우에는, 그 고저차에 상당하는 수압 (수두압) 이다. 또, 압송 장치 (P) 및 공급원 (Ws) 과의 고저차를 병용하여 용수를 송출하는 경우에는, 압송 장치 (P) 의 토출 압력 및 고저차에 상당하는 수두압을 합계한 압력이, 압력 Pas 가 된다.

또, 압력 손실 ΔPa 에 대해서는, 공급원 (Ws) 으로부터 송출되었을 때의 유량으로 용수가 유로 (20) 를 분기 지점 (23) 까지 흘렀을 때에 발생하는 압력 손실 ΔPa1 과, 제 1 유로 (21) 를 흐르는 용수가 분기 지점 (23) 으로부터 접속 지점 (25) 까지 흘렀을 때에 발생하는 압력 손실 ΔPa2 를 합계함으로써 구해진다. 또한, 각각의 압력 손실 ΔPa1, ΔPa2 는, 공지된 계산 수법에 의해 계산 가능하다.

다음으로, 유로 (20) 의 부대 기기에 대해서 도 10 을 참조하면서 설명한다. 도 10 은, 미세 기포 생성 장치 (10) 에 접속된 유로 (20) 를 나타내는 사시도이다.

유로 (20) (엄밀하게는, 제 1 유로 (21)) 에는, 유로 (20) 와 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부의 사이를 연락하는 연락부 (24) 가 장착되어 있다. 또, 연락부 (24) 의 도중 위치에는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 연락부 (24) 로부터 용수를 빼내기 위한 제 1 물 발출 라인 (27) 이 형성되어 있다.

제 1 물 발출 라인 (27) 은, 제 1 액체 발출 라인에 상당하고, 연락부 (24) 에 티즈를 개재하여 연결되어 있다. 또, 제 1 물 발출 라인 (27) 의 말단에는, 도 10 에 나타내는 바와 같이 제 1 물 발출 라인 (27) 의 개통 및 폐색을 전환하는 제 1 물 발출 라인측 전환 밸브 (27V) 가 형성되어 있다. 제 1 물 발출 라인측 전환 밸브 (27V) 는, 제 1 액체 발출 라인측 전환 밸브에 상당하고, 수동 개폐식의 콕 밸브에 의해 구성되어 있다.

또한, 제 1 물 발출 라인 (27) 및 제 1 물 발출 라인측 전환 밸브 (27V) 는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 연락부 (24) 의 최하부에 형성되어 있다. 구체적으로 설명하면, 연락부 (24) 는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부에 접속된 부분보다 약간 하류측의 위치에서 늘어뜨려져 있고, 그 최하점에서 90 도로 절곡되고 나서 수평 방향으로 연장된 후, 다시 일어서도록 부설되어 있다. 그리고, 연락부 (24) 중, 최하점으로부터 수평 방향으로 연장된 부분에 제 1 물 발출 라인 (27) 이 연결되어 있다. 또, 제 1 물 발출 라인 (27) 은, 수평 방향으로 연장되고, 그 말단부에 제 1 물 발출 라인측 전환 밸브 (27V) 가 장착되어 있다.

마찬가지로, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 제 2 유로 (22) 에도 제 2 물 발출 라인 (26) 및 제 2 물 발출 라인측 전환 밸브 (26V) 가 형성되어 있다. 제 2 물 발출 라인 (26) 은, 제 2 액체 발출 라인에 상당하고, 제 2 유로 (22) 로부터 용수를 빼내기 위해서 형성되어 있다. 또한, 제 2 물 발출 라인 (26) 은, 제 2 유로 (22) 에 티즈를 개재하여 연결되어 있다. 제 2 물 발출 라인측 전환 밸브 (26V) 는, 제 2 액체 발출 라인측 전환 밸브에 상당하고, 제 2 물 발출 라인 (26) 의 개통 및 폐색을 전환하기 위해서 형성되어 있고, 수동 개폐식의 콕 밸브에 의해 구성되어 있다.

또한, 제 2 물 발출 라인 (26) 및 제 2 물 발출 라인측 전환 밸브 (26V) 는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 제 2 유로 (22) 의 최하부에 형성되어 있다. 구체적으로 설명하면, 제 2 유로 (22) 는, 유로 (20) 의 분기 지점 (23) 보다 약간 하류측의 위치에서 늘어뜨려져 있고, 그 최하점에서 90 도로 절곡되고 나서 수평 방향으로 연장된 후, 다시 일어서도록 부설되어 있다. 그리고, 제 2 유로 (22) 중, 최하점으로부터 수평 방향으로 연장된 부분에 제 2 물 발출 라인 (26) 이 연결되어 있다. 또, 제 2 물 발출 라인 (26) 은, 수평 방향으로 연장되어 있고, 그 말단부에 제 2 물 발출 라인측 전환 밸브 (26V) 가 장착되어 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 제 2 유로 (22) 및 연락부 (24) 의 각각에 물 발출 라인과 전환 밸브가 형성되어 있다. 이에 따라, 미세 기포 생성 장치 (10) 를 장기간 정지하는 경우 등에는, 물 발출 라인을 개통시켜 제 2 유로 (22) 및 연락부 (24) 의 각각으로부터 용수를 적절히 빼내는 것이 가능하다.

또, 제 2 유로 (22) 에 있어서 제 2 물 발출 라인 (26) 의 상류측의 위치 (구체적으로는, 제 2 유로 (22) 중, 최하점을 향하여 늘어뜨려져 있는 부분의 도중 위치) 에는, 도 10 에 나타내는 바와 같이 수량 조정 밸브 (22V) 가 형성되어 있다. 또한, 연락부 (24) 에 있어서 제 1 물 발출 라인 (27) 의 하류측의 위치 (구체적으로는, 연락부 (24) 중, 최하점의 위치로부터 일어서 있는 부분의 도중 위치) 에는, 도 10 에 나타내는 바와 같이 연락부측 전환 밸브 (24V) 가 형성되어 있다. 연락부측 전환 밸브 (24V) 는, 연락부 (24) 의 개통 및 폐색을 전환하기 위해서 형성되어 있고, 수동 개폐식의 콕 밸브에 의해 구성되어 있다.

＜＜미세 기포 생성 장치 (10) 의 동작 예＞＞

다음으로, 지금까지 설명해 온 구성을 갖는 미세 기포 생성 장치 (10) 의 동작 예에 대해서 설명한다.

미세 기포 생성 장치 (10) 의 운전을 개시함에 있어서, 먼저 액체 토출기 (30) 를 기동시킨다. 액체 토출기 (30) 를 기동시키는 시점에서는, 용수가 공급원 (Ws) 으로부터 공급되고 있고 유로 (20) 내를 흐르고 있다. 또, 액체 토출기 (30) 를 기동시킬 때에는, 그 전단계에서 각 전환 밸브의 조작을 실시한다.

구체적으로 설명하면, 제 2 유로 (22) 중의 수량 조정 밸브 (22V) 를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환한다. 이 때, 연락부측 전환 밸브 (24V) 는, 닫힘 상태에 있다. 또한, 제 1 물 발출 라인측 전환 밸브 (27V) 를 열고, 제 2 물 발출 라인측 전환 밸브 (26V) 를 닫힘 상태로 한다. 이에 따라, 제 2 유로 (22) 가 개통하고, 용수가 액체 토출기 (30) 의 상류측으로부터 취입구 (31) 를 통해서 액체 토출기 (30) 에 흘러든다. 즉, 액체 토출기 (30) 에 대하여, 이른바 마중물이 이루어진다. 또, 제 1 물 발출 라인 (27) 을 통해서 물 발출이 실시되고, 가압 용수 이송 라인 (50), 기체 혼입기 본체 (42) 의 액체 통과부 (43), 기체 혼입 용수 이송 라인 (51), 사이트 글라스 (52), 미세 기포 생성 노즐 (60), 및 연락부 (24) 의 각 부에 고여 있던 공기가, 용수와 함께 빠져 나와 대기로 방출된다.

고인 공기가 충분히 빠질 때까지 물 발출을 실시한 후에, 연락부측 전환 밸브 (24V) 를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환하고, 또한, 제 1 물 발출 라인측 전환 밸브 (27V) 를 닫는다. 그 후에, 액체 토출기 (30) 를 기동시킨다. 또, 액체 토출기 (30) 의 기동에 연동하는 형태로, 기체 유량 조정 밸브 (41b) 가 닫힘 상태로부터 서서히 열린다. 이에 따라, 가압 기체 발생원 (41) 으로부터 발해진 기체가 송기 라인 (41a) 을 통해서 기체 혼입기 본체 (42) 의 기체 통과부 (44) 내에 도입된다.

한편, 액체 토출기 (30) 는, 취입구 (31) 를 통해서 제 2 유로 (22) 로부터 용수를 취입하고, 또한, 취입한 용수를 가압하여 토출한다. 이 때, 제 2 유로 (22) 에 있어서 액체 토출기 (30) 의 상류측으로부터 액체 토출기 (30) 에 흘러드는 용수의 압력 (구체적으로는, 취입구 (31) 에서의 용수의 압력) 이 정압으로 되어 있다.

보다 상세하게 설명하면, 본 실시형태에서는, 압송 장치 (P) 및 공급원 (Ws) 과 이용처 (Wd) 의 고저차 중의 적어도 일방을 이용하여 용수가 공급원 (Ws) 으로부터 공급된다. 용수는, 가압된 상태로 유로 (20) 를 흐른다. 유로 (20) 는, 분기 지점 (23) 에서 제 1 유로 (21) 및 제 2 유로 (22) 로 분기하고, 제 2 유로 (22) 가 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 에 접속되어 있다. 따라서, 제 2 유로 (22) 를 흐르는 용수는, 가압된 상태로 (바꾸어 말하면, 압력이 정압이 된 상태로) 액체 토출기 (30) 내에 흘러든다.

액체 토출기 (30) 로부터 토출된 용수는, 가압 용수 이송 라인 (50) 을 흐르고, 머지않아 기체 혼입기 본체 (42) 의 액체 통과부 (43) 내에 진입한다. 용수가 액체 통과부 (43) 내를 흐르는 동안, 용수의 유속 (선속) 이 단계적으로 변화한다.

보다 구체적으로 설명하면, 용수가 가압 용수 이송 라인 (50) 으로부터 액체 통과부 (43) 의 제 1 동경부 (43a) 에 진입하면, 용수의 유속이 급격하게 증가한다. 그 후, 용수가 제 1 동경부 (43a) 로부터 확경부 (43b) 로 진행하면, 용수의 유속이 서서히 감소한다. 또한, 용수가 확경부 (43b) 로부터 제 2 동경부 (43c) 로 진행하여 제 2 동경부 (43c) 내를 흐르는 동안에는, 용수의 유속이 거의 일정하게 유지된다. 이 시점에서의 유속은, 용수가 가압 용수 이송 라인 (50) 을 흐르고 있었을 때의 유속보다 현저하게 빨라져 있다.

또, 용수가 액체 통과부 (43) 내에 있어서 제 2 동경부 (43c) 에 진입한 직후에, 기체 혼입기 (40) 가 기체를 가압하여 제 2 동경부 (43c) 내의 용수에 혼입시킨다.

보다 구체적으로 설명하면, 제 2 동경부 (43c) 내의 용수의 압력은, 정압이고, 그 값은, 액체 토출기 (30) 의 토출 압력 Pb 보다 약간 낮은 값 (구체적으로는, 액체 토출기 (30) 로부터 토출 유량 Vb 로 토출된 용수가 제 2 동경부 (43c) 까지 흘렀을 때의 압력 손실분만큼 낮은 값) 으로 되어 있다. 그 한편, 기체 통과부 (44) 에는, 가압 기체 발생원 (41) 으로부터 송기 라인 (41a) 을 통해서 공급된 기체가 통과한다. 여기서, 기체 통과부 (44) 내에서의 기체의 압력 (즉, 혼입 압력 Pi) 은, 토출 압력 Pb 보다 높다. 이 때문에, 기체는, 제 2 동경부 (43c) 내의 용수의 압력에 저항하여 제 2 동경부 (43c) 에 도입되어, 제 2 동경부 (43c) 내의 용수에 혼입된다.

토출 압력 Pb 와 혼입 압력 Pi 의 관계에 대해서 설명하면, 본 실시형태에서는, 1 기의 미세 기포 생성 노즐 (60) 에 의해 비교적 다량의 나노 버블을 용수 중에 생성하도록 되어 있다. 여기서, 다량의 나노 버블을 용수 중에 생성하는 데 있어서는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 도입구 (61) 에서의 용수 (엄밀하게는 기체 혼입 용수) 의 압력이 높을수록 바람직하고, 그러므로, 토출 압력 Pb 에 대해서도 최대한 높게 설정되는 것이 바람직하다.

한편, 토출 압력 Pb 가 높아질수록, 기체를 용수 중에 혼입시키기 어려워진다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 토출 압력 Pb 를 최대한 높게 하면서, 또한, 토출 압력 Pb 보다 혼입 압력 Pi 를 높게 설정하고 있다. 요컨대, 본 실시형태에서는, 나노 버블의 생성 효율과, 용수에 기체를 확실하게 혼입시키는 관점에서, 토출 압력 Pb 와 혼입 압력 Pi 의 사이의 압력 밸런스를 적합하게 설정하고 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 기체가 흐르는 송기 라인 (41a) 의 도중에 기체 유량 조정 밸브 (41b) 가 형성되어 있지만, 기체 유량 조정 밸브 (41b) 의 최고 허용 압력 Pt, 토출 압력 Pb, 및 혼입 압력 Pi 의 사이에서 하기의 관계식 (2) 가 성립하고 있다.

Pb ＜ Pi ＜ Pt (2)

상기의 관계식 (2) 를 충족하면, 기체 유량 조정 밸브 (41b) 의 내압 한계 (즉, 최고 허용 압력 Pt) 를 넘지 않는 범위에서 혼입 압력 Pi 를 설정할 수 있고, 보다 상세하게는, 최고 허용 압력 Pt 를 넘지 않는 범위에서 혼입 압력 Pi 를 최대한 높게 하는 것이 가능해진다. 또한, 혼입 압력 Pi 를 높게 설정할 수 있으면, 그 만큼, 토출 압력 Pb 도 높게 설정할 수 있기 때문에, 나노 버블을 한층 효율적으로 생성하는 것이 가능해진다.

덧붙여서, 기체 유량 조정 밸브 (41b) 의 최고 허용 압력 Pt 는, 「JIS B 0100」 에 규정되어 있고, 「지정 온도에 있어서, 밸브 중의 내압 부분의 허용할 수 있는 최고의 압력」 을 의미한다.

또, 액체 통과부 (43) 에 있어서, 용수는, 전술한 바와 같이, 그 유속이 가속된 상태로 제 2 동경부 (43c) 내를 흐른다. 기체는, 유량이 줄어든 상태로 제 2 동경부 (43c) 내에 도입됨과 함께, 제 2 동경부 (43c) 를 흐르는 용수로부터 전단력을 받아 세단된다. 이에 따라, 기체는, 미세한 기포 상태로 용수에 혼입되게 된다.

기체가 혼입된 용수 (즉, 기체 혼입 용수) 는, 제 2 동경부 (43c) 로부터 유출한 후, 미세 기포 생성 노즐 (60) 을 향하여 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 내를 흐른다. 이 때, 기체 혼입 용수는, 기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 의 도중에 형성된 사이트 글라스 (52) 의 내부를 흐른다. 이 사이트 글라스 (52) 를 통해서, 기체 혼입 용수에 있어서의 기체의 혼입 정도를 시인하는 것이 가능하다.

기체 혼입 용수 이송 라인 (51) 을 하류측에 흐르는 기체 혼입 용수는, 머지않아, 도입구 (61) 를 통해서 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 내부에 진입한다. 그리고, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 내부에 있어서, 기체 혼입 용수가 3 개의 통수공 (64, 65, 66) 의 각각을 통과하면, 기체 혼입 용수 중에 나노 버블이 발생한다.

나노 버블이 들어간 용수는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부에 형성된 분출구 (62) 로부터 분출한다. 여기서, 나노 버블이 들어간 용수의 분출량은, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 상류에 위치하는 기체 혼입기 본체 (42) 의 액체 통과부 (43) 각 부 (제 1 동경부 (43a), 확경부 (43b), 및 제 2 동경부 (43c)) 의 내경에 의거하지 않고, 분출구 (62) 의 구경에 의존하여 결정된다. 이 점에 있어서, 본 실시형태는, 기체 혼입기 본체의 액체 통과부에 부압을 발생시킴으로써 기체를 흡인하여 액체에 혼입시키는 종래의 구성보다 유리하다.

보다 상세하게 설명하면, 종래의 구성에서는, 액체 통과부의 도중 위치에서 부압을 발생시키기 위해서, 그 위치에서의 내경을 현저하게 축경하고 있다. 이 때문에, 종래의 구성에서는, 용수의 유량이 액체 통과부의 내경 (엄밀하게는, 축경 후의 내경) 에 의존하고, 결과적으로, 미세 기포 생성 노즐 (60) 로부터 분출되는 나노 버블이 들어간 용수의 분출량도, 액체 통과부의 내경에 따른 양으로 되어 있었다.

이에 대하여, 본 실시형태에서는, 액체 통과부 (43) 각 부의 내경이 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 분출구 (62) 보다 크다. 이 때문에, 전술한 바와 같이, 나노 버블이 들어간 용수의 분출량은, 액체 통과부 (43) 각 부의 내경에 의거하지 않고, 분출구 (62) 의 구경에 의존하여 결정되게 된다. 요컨대, 본 실시형태에서는, 액체 통과부 (43) 의 내경이 액체 통과부 (43) 의 도중 위치에서 축경하고 있기는 하지만, 나노 버블이 들어간 용수의 분출량에는 영향을 미치지 않게 된다.

분출구 (62) 로부터 분출한 나노 버블이 들어간 용수는, 연락부 (24) 내를 흐르고, 머지않아 제 1 유로 (21) 의 접속 지점 (25) 에 도달한다. 접속 지점 (25) 에서는, 연락부 (24) 를 흘러 온 나노 버블이 들어간 용수가, 제 1 유로 (21) 를 흐르는 용수 (즉, 나노 버블을 포함하지 않은 용수) 와 혼합된다. 혼합수는, 그 이용처 (Wd) 인 농지 또는 포장에 보내지고, 그 장소에 설치된 살수 장치 (D) 에 의해 살수된다.

＜＜본 실시형태의 유효성에 대해서＞＞

본 실시형태에서는, 액체 공급 설비 (S) 가 유로 (20) 와 미세 기포 생성 장치 (10) 를 갖고, 미세 기포 생성 장치 (10) 가 구비하는 액체 토출기 (30) 가 유로 (20) (엄밀하게는, 제 2 유로 (22)) 로부터 직접 용수를 취입한다. 이와 같은 구성이면, 유로 (20) 로부터 유출한 용수를 모아 두는 저류 탱크로부터 용수를 취입하는 경우에 비해, 액체 토출기 (30) 의 토출 유량을 늘려, 결과적으로, 나노 버블이 들어간 용수를 보다 많이 공급하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태에 있어서, 유로 (20) 에 있어서 액체 토출기 (30) 의 상류측으로부터 액체 토출기 (30) 에 흘러드는 용수의 압력, 알기 쉽게는, 취입구 (31) 에서의 용수의 압력은, 정압이다 (즉, 부압은 아니다). 이러한 경우에는, 종래 장치와 같이 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 측에서 부압을 발생시켜 기체를 흡인하여 액체에 기체를 혼입시키는 것이, 곤란해진다. 특히, 본 실시형태와 같이 압송 장치 (P) 를 사용하여 공급원 (Ws) 으로부터 용수가 가압된 상태로 공급되는 경우에는, 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 측에서 기체를 흡인하는 것이, 보다 한층 곤란하다.

그래서, 본 실시형태에서는, 액체 토출기 (30) 의 토출구 (32) 보다 하류측에서, 기체 혼입기 (40) 가 기압을 가압하여 액체에 혼입시킨다.

구체적으로 설명하면, 기체를 가압하여 액체에 혼입시킬 때의 혼입 압력 Pi 는, 기체 혼입기 (40) 에 의해 기체가 혼입되는 지점 (즉, 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부) 을 통과하는 용수의 압력보다 높고, 본 실시형태에서는, 액체 토출기 (30) 가 용수를 토출할 때의 토출 압력 Pb 보다 높게 설정되어 있다. 따라서, 기체는, 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부에서의 용수의 압력에 저항하여 제 2 동경부 (43c) 의 상류측 단부에 진입하여 용수에 혼입되게 된다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 액체 토출기 (30) 보다 하류측에서 기체를 용수에 혼입시키므로, 취입구 (31) 에서의 용수의 압력이 정압이더라도, 기체가 용수에 적절히 혼입되게 된다.

또한, 전술한 바와 같이, 나노 버블을 효율적으로 용수 중에 생성하기 위해서는, 토출 압력 Pb 가 최대한 높게 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 토출 압력 Pb 가 높아지면, 기체를 용수 중에 혼입시키기 어려워져 버린다. 본 실시형태에서는, 혼입 압력 Pi 를 토출 압력 Pb 보다 높게 설정하고, 혼입 압력 Pi 를 넘지 않는 범위에서 토출 압력 Pb 를 높게 할 수 있다. 이에 따라, 기체를 용수에 확실하게 혼입시키면서, 나노 버블을 효율적으로 발생시키는 것이 가능해진다.

또, 본 실시형태에서는, 유로 (20) 가 분기 지점 (23) 에 제 1 유로 (21) 및 제 2 유로 (22) 로 분기되어 있고, 제 2 유로 (22) 가 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 에 접속되어 있다. 나노 버블이 들어간 용수가 분출되는 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부는, 연락부 (24) 를 개재하여 제 1 유로 (21) 에 접속되어 있다. 이에 따라, 제 2 유로 (22) 로부터 취입한 용수 중에 나노 버블을 생성하고, 나노 버블이 들어간 용수를 제 1 유로 (21) 에 보내주어 제 1 유로 (21) 를 통해서 이용처 (Wd) 까지 보내는 것이 가능해진다.

또한, 유로 (20) 의 접속 지점 (25) 에 있어서, 미세 기포 생성 노즐 (60) 로부터 분출된 나노 버블이 들어간 용수의 압력 Pbn 이, 제 1 유로 (21) 내를 흐르는 용수 (나노 버블을 포함하지 않는 용수) 의 압력 Pa 보다 크게 되어 있다. 액체 공급 설비 (S) 에서는, 이와 같은 압력의 대소 관계를 유지하고 있고, 이 결과, 나노 버블이 들어간 용수를, 제 1 유로 (21) 내에 스무스하게 보내줄 수 있다.

또한, 상기 서술한 2 개의 압력 Pbn, Pa 의 대소 관계를 유지하기 위해서, 액체 토출기 (30) 에 대해서는, 액체 토출기 (30) 의 토출구 (32) 로부터 접속 지점 (25) 까지의 사이의 압력 손실 ΔPb 에 기초하여, 적합한 토출 압력 Pb 를 달성하는 기종이 선정되어 있다.

추가로 또한, 본 실시형태에서는, 유로 (20) 가 분기되어 있음으로써, 나노 버블이 들어간 용수를 필요로 하지 않는 기간에는, 제 2 유로 (22) 를 닫아 제 1 유로 (21) 에만 통수함으로써, 나노 버블을 포함하지 않는 용수만을 이용처 (Wd) 에 보내는 것이 가능해진다. 반대로, 나노 버블이 들어간 용수를 필요로 하는 기간에는, 수량 조정 밸브 (22V) 의 개도를 조정함으로써 나노 버블이 들어간 용수의 유량을 컨트롤하는 것이 가능하다.

＜＜미세 기포 생성 장치 및 압송 장치에 대한 전력 공급에 대해서＞＞

미세 기포 생성 장치 (10) 중의 전기 기기 (구체적으로는, 액체 토출기 (30), 전자 밸브 및 릴레이 등의 구동 기기 등) 는, 전력이 공급됨으로써 작동한다. 마찬가지로, 압송 장치 (P) 도, 전력이 공급됨으로써 작동한다. 이들 기기에 대한 전력 공급원으로는, 도 11 에 도시한 일반적인 상용 전원 (NP) 을 들 수 있다. 도 11 은, 미세 기포 생성 장치 (10) 및 압송 장치 (P) 에 대한 전력 공급 계통을 나타내는 도면이다.

상용 전원 (NP) 은, 전력 회사가 소유하는 전력원이다. 또, 상용 전원 (NP) 의 전력은, 상용 전원 (NP) 의 전력을 송전하기 위해서 설치된 송전 설비 (NS) (구체적으로는, 변압기, 송전선, 분전반 및 콘센트 등) 를 통해서 공급된다. 미세 기포 생성 장치 (10) 및 압송 장치 (P) 는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 송전 설비 (NS) 에 접속되어 상용 전원 (NP) 의 전력이 공급됨으로써 작동한다.

한편, 미세 기포 생성 장치 (10) 및 압송 장치 (P) 를 포함하는 액체 공급 설비 (S) 는, 예를 들어, 옥외에서 건물로부터 떨어진 포장 등, 송전 설비 (NS) 가 결여된 장소에서 이용되는 경우가 있다. 이 경우에는, 상용 전원 (NP) 의 전력이 공급되지 않으므로, 상기의 장소에서 미세 기포 생성 장치 (10) 및 압송 장치 (P) 를 작동시키려면, 상용 전원 (NP) 과는 별도의 전원이 필요하게 된다. 여기서, 별도의 전원으로는, 재생 가능 에너지로부터 전력을 생성하는 전력 생성 장치 (바꾸어 말하면, 발전 장치) 를 생각할 수 있다. 전력 생성 장치의 일례로는, 도 12 에 도시된 태양광 패널 (100) 을 들 수 있다. 도 12 는, 미세 기포 생성 장치 (10) 및 압송 장치 (P) 로의 전력 공급 계통에 대한 다른 예를 나타내는 도면이다.

재생 가능 에너지로는, 태양광 외에, 풍력, 파력, 조력, 유수, 조석, 지열, 바이오매스, 그리고, 그 외 자연의 힘으로 정상적 혹은 반복적으로 보충되는 에너지 등을 들 수 있으며, 전력 생성 장치로는, 이들 에너지 중에서 어느 하나 또는 복수 종류의 에너지를 조합하여 전력을 생성하는 것이면 된다.

도 12 에 도시된 전력 공급 계통에 대해서 설명하면, 태양광 패널 (100) 은, 미세 기포 생성 장치 (10) 및 압송 장치 (P) 와 함께, 송전 설비 (NS) 가 결여된 장소 (이하, 비수전 (非受電) 에어리어) 에 설치되어 있다. 태양광 패널 (100) 이 재생 가능 에너지로서의 태양광으로부터 생성한 전력은, 직류 전력이며, 도 12 에 도시된 배터리 (102) 에 저장된다. 배터리 (102) 가 방전하면, 전압값 12 V 의 직류 전력이 공급된다. 또한, 태양광 패널 (100) 과 배터리 (102) 의 사이에는, 배터리 (102) 에 대한 과충전과 태양광 패널 (100) 에 대한 전류 역류를 방지하는 목적으로 차지 컨트롤러 (101) 가 형성되어 있다. 또, 차지 컨트롤러 (101) 의 단자와 배터리 (102) 의 단자가 연결되어 있고, 일방의 단자 사이에는 휴즈 (104c) 가 개재되어 있다.

그리고, 배터리 (102) 에는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 릴레이 (103a, 103b) 및 휴즈 (104a, 104b) 를 개재하여 미세 기포 생성 장치 (10) 의 액체 토출기 (30) 및 압송 장치 (P) 가 접속되어 있다. 또, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 전자 밸브 (V1) (구체적으로는 기체 유량 조정 밸브 (41b)), 유로 (20) 에 사이폰 스톱 밸브로서 형성된 전자 밸브 (V2), 및 상기의 릴레이 (103a, 103b) 내에 형성된 릴레이 코일 (RC) 이, 승압 컨버터 (105) 를 개재하여 배터리 (102) 에 접속되어 있다. 요컨대, 배터리 (102) 에 접속된 상기의 각 기기는, 배터리 (102) 에 저장된 전력 (바꾸어 말하면, 태양광 패널 (100) 에 의해 생성된 전력) 을 이용하여 작동한다.

또한, 승압 컨버터 (105) 는, 배터리 (102) 로부터의 방전 전력 (직류 전력) 을 12 V 에서 24 V 로 승압하고, 승압 후의 전력 (직류 전력) 이 전자 밸브 (V1, V2) 및 릴레이 코일 (RC) 에 공급된다. 또, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 승압 컨버터 (105) 와 전자 밸브 (V1, V2) 및 릴레이 코일 (RC) 의 사이에는, 제어 기기로서의 타이머 스위치 (106) 가 개재되어 있다. 이 타이머 스위치 (106) 에 의해, 전자 밸브 (V1, V2) 및 릴레이 코일 (RC) 에 대한 전력 공급의 유무, 바꾸어 말하면, 이들 기기의 작동 상태가 전환된다.

구체적으로 설명하면, 타이머 스위치 (106) 가 온이 되면, 전력이 공급되어 전자 밸브 (V1, V2) 가 열리고, 릴레이 코일 (RC) 에 전류가 흐른다. 이에 따라, 압송 장치 (P) 및 미세 기포 생성 장치 (10) 의 액체 토출기 (30) 가, 배터리 (102) 로부터의 방류 전력을 이용하여 작동한다. 이 결과, 미세 기포 생성 장치 (10) 로부터 나노 버블이 들어간 용수가 공급되고, 그 용수를 비수전 에어리어에서 관수할 수 있도록 된다. 한편, 타이머 스위치 (106) 가 오프가 되면, 전력 공급이 중단되므로 전자 밸브 (V1, V2) 가 닫혀, 압송 장치 (P) 및 액체 토출기 (30) 가 정지하는 결과, 나노 버블이 들어간 용수를 사용한 관수가 멈춘다.

이상과 같이, 비수전 에어리어이더라도, 태양광 패널 (100) 등, 재생 가능 에너지로부터 전력을 생성하는 전력 생성 장치를 설치함으로써, 압송 장치 (P) 및 미세 기포 생성 장치 (10) 를 양호하게 이용하는 것이 가능해진다. 또한, 상기의 전력 생성 장치는, 송전 설비 (NS) 가 설치되어 있어 상용 전원 (NP) 의 전력이 이용 가능한 장소 (이하, 수전 가능 에어리어) 에 설치되어도 되고, 이러한 경우에는, 전력 생성 장치를 수전 가능 에어리어에 있어서의 보조 전원으로서 이용하게 된다.

또, 압송 장치 (P) 를 사용하지 않고, 예를 들어, 용수의 공급원 (Ws) 과 이용처 (Wd) 의 고저차 (낙차) 를 사용하여 용수를 공급하는 경우에는, 태양광 패널 (100) 등의 전력 생성 장치가 재생 가능 에너지로부터 생성된 전력을 미세 기포 생성 장치 (10) 의 구동에만 이용해도 된다.

＜＜그 밖의 실시형태＞＞

지금까지, 본 발명의 액체 공급 설비에 대해서, 구체적인 하나의 실시형태를 들어 설명했지만, 상기 실시형태는 어디까지나 일례에 지나지 않고, 다른 예도 생각할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 상기의 실시형태에서는, 나노 버블이 들어간 용수가 나노 버블을 포함하지 않는 용수와 혼합되어 공급되도록 되어 있지만, 나노 버블이 들어간 용수가, 나노 버블을 포함하지 않는 용수와 혼합되지 않은 채의 상태로 (희석되지 않고) 공급되어도 된다. 도 13 을 참조하면서 설명하면, 동 (同) 도면에 나타내는 유로 (120) 에서는, 공급원 (Ws) 으로부터 연장된 부분 (이하, 상류측 유로 (121)) 이 하나만 존재하고, 이 상류측 유로 (121) 가 미세 기포 생성 장치 (10) (엄밀하게는, 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31)) 에 접속되어 있다. 또, 이용처 (Wd) 를 향하여 연장된 부분 (이하, 하류측 유로 (122)) 도 하나만 존재하고, 이 하류측 유로 (122) 가 미세 기포 생성 장치 (10) (엄밀하게는, 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부) 에 접속되어 있다. 이와 같이 도 13 에 도시된 유로 (120) 는, 도중에 분기하지 않고, 동 유로 (120) 를 흐르는 용수 전량이 미세 기포 생성 장치 (10) 를 경유하게 된다. 바꾸어 말하면, 도 13 에 나타내는 구성에서는, 하나의 유로 (120) 의 도중 위치에 미세 기포 생성 장치 (10) 가 직렬 배치되어 있다.

또한, 도 13 은, 제 1 변형예에 관련된 액체 공급 설비 (S) 의 구성을 나타내는 모식도이다.

또, 상기의 실시형태에서는, 유로 (20) 가 도중에 분기되어 있고, 그 중의 하나의 유로 (구체적으로는, 제 2 유로 (22)) 가 미세 기포 생성 장치 (10) 의 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 에 접속되어 있고, 또 하나의 유로 (구체적으로는, 제 1 유로 (21)) 에 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부가 접속되어 있는 것으로 하였다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니고, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 미세 기포 생성 장치 (10) 를 향하는 송수 라인이, 다른 송수 라인과는 분리된 상태에서 개별적으로 형성되어 있어도 된다. 구체적으로 설명하면, 도 14 에 나타낸 유로 (220) 는, 공급원 (Ws) 으로부터 미세 기포 생성 장치 (10) 를 향하여 연장된 부분 (즉, 상류측 유로 (221)) 과, 미세 기포 생성 장치 (10) 로부터 이용처 (Wd) 를 향하여 연장된 부분 (즉, 하류측 유로 (222)) 과, 이들 유로와는 별도로 공급원 (Ws) 으로부터 이용처 (Wd) 를 향하여 연장된 부분 (이하, 별계 (別系) 유로 (223)) 을 갖는다. 상류측 유로 (221) 는, 도 14 에 나타내는 바와 같이 미세 기포 생성 장치 (10) 에 접속되어 있고, 엄밀하게는, 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 에 접속되어 있다. 또, 하류측 유로 (222) 는, 미세 기포 생성 장치 (10) 가 갖는 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부에 접속되어 있다. 또, 하류측 유로 (222) 의 하류측 단부는, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 별계 유로 (223) 에 접속되어 있다. 이에 따라, 나노 버블이 들어간 용수는, 별계 유로 (223) 를 통해서 이용처 (Wd) 까지 보내지게 된다.

또한, 도 14 는, 제 2 변형예에 관련된 액체 공급 설비 (S) 의 구성을 나타내는 모식도이다.

또, 도 14 에서는, 공급원 (Ws) 으로부터 미세 기포 생성 장치 (10) 를 향하여 연장된 유로 (즉, 상류측 유로 (221)) 와, 공급원 (Ws) 으로부터 직접 이용처 (Wd) 를 향하여 연장된 유로 (즉, 별계 유로 (223)) 가, 동일한 공급원 (Ws) 으로부터 연장되어 있는 것으로 하였다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니고, 각각의 유로가, 서로 상이한 공급원 (Ws) 으로부터 연장되어 있어도 된다.

또, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부가, 분기된 유로 중 하나 (구체적으로는, 제 1 유로 (21)) 에 접속되어 있지 않아도 된다. 구체적으로 설명하면, 도 15 에 도시된 유로 (320) 는, 그 도중에 제 1 유로 (321) 및 제 2 유로 (322) 로 분기되어 있다. 제 1 유로 (321) 는, 이용처 (Wd) 까지 연장되어 있고 제 2 유로 (322) 는, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 에 접속되어 있다. 또, 도 15 에 도시된 유로 (320) 는, 제 3 유로 (323) 를 갖는다. 이 제 3 유로 (323) 는, 미세 기포 생성 장치 (10) 의 미세 기포 생성 노즐 (60) 의 선단부에 접속됨과 함께, 단독으로 이용처 (Wd) 를 향하여 연장되어 있다. 따라서, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 이용처 (Wd) 에는, 나노 버블을 포함하지 않는 용수가 제 1 유로 (321) 를 통해서 공급됨과 함께, 나노 버블이 들어간 용수가 제 3 유로 (323) 를 통해서 다른 계통으로 공급되게 된다.

또한, 도 15 는, 제 3 변형예에 관련된 액체 공급 설비 (S) 의 구성을 나타내는 모식도이다.

또, 상기의 실시형태에서는, 유로를 이루는 배관이 미세 기포 생성 장치 (10) 및 용수의 이용처 (Wd) 까지 연속해서 연장되어 있는 것으로 하였다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니고, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 유로 (420) 의 도중 위치 (구체적으로는, 제 1 유로 (421) 와 제 2 유로 (422) 로 나뉘는 분기 지점 (423) 보다 상류측의 위치) 에 용수의 저류조 (424) 가 형성되어 있어도 된다. 저류조 (424) 는, 공급원 (Ws) 으로부터 보내져 오는 용수를 일시적으로 저류하기 위해서 형성되어 있다. 공급원 (Ws) 으로부터 보내져 오는 용수는, 저류조 (424) 를 향하여 유로 (421) 내를 흘러 저류조 (424) 에 모인다. 그 후, 저류조 (424) 내의 용수는, 저류조 (424) 의 배수구에 접속된 펌프 등의 송출 장치 (P2) 에 의해 저류조 (424) 밖으로 송출된다. 저류조 (424) 밖으로 나온 용수는, 다시 유로 (420) 를 흘러 분기 지점 (423) 에서 분류 (分流) 하여 제 1 유로 (421) 및 제 2 유로 (422) 각각을 흐른다. 그리고, 제 1 유로 (421) 를 흐른 용수는 액체 토출기 (30) 의 취입구 (31) 에 취입되고, 액체 토출기 (30) 가 취입한 용수를 토출구 (32) 로부터 토출한다. 이상과 같이 공급원 (Ws) 으로부터 보내져 오는 용수를 저류조 (424) 에 일시적으로 모아 두면, 조 내에서 용수를 청정화하거나 (예를 들어, 용수 중의 쓰레기 및 불순물 등을 침전 제거하거나), 도시하지 않은 온조 기기에 의해 조 내에서 용수의 온도를 조정하거나 하는 것이 가능해진다. 저류조 (424) 의 용량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 용수가 연속해서 보내져 오는 경우에는 예를 들어 500 ℓ 정도의 용량이 바람직하다.

또한, 도 16 은, 제 4 변형예에 관련된 액체 공급 설비 (S) 의 구성을 나타내는 모식도이다. 덧붙여서, 도 16 에 도시된 구성은, 도 1 에 도시된 구성에 저류조 (424) 를 추가한 것이지만, 저류조 (424) 는, 다른 구성 (구체적으로는, 도 13 ∼ 도 15 에 도시된 구성) 에도 추가할 수 있다.

또, 상기의 실시형태에서는, 본 발명의 적용예로서, 농업 또는 식물 재배에 사용되는 용수에 나노 버블을 생성하는 케이스를 일례로 들어 설명하였다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 약품 제조 용수, 식품 제조 용수, 화장품 제조 용수, 수산업 (특히 양식업) 에 사용하는 물, 세정수, 의료 용수, 그리고 수처리의 대상이 되는 배수 등에 나노 버블을 생성시키는 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.

10 : 미세 기포 생성 장치
20 : 유로
21 : 제 1 유로
22 : 제 2 유로
22V : 수량 조정 밸브
23 : 분기 지점
24 : 연락부
24V : 연락부측 전환 밸브
25 : 접속 지점
26 : 제 2 물 발출 라인
26V : 제 2 물 발출 라인측 전환 밸브
27 : 제 1 물 발출 라인
27V : 제 1 물 발출 라인측 전환 밸브
28 : 나노 버블이 들어간 용수 이송 라인
30 : 액체 토출기
31 : 취입구
32 : 토출구
40 : 기체 혼입기
41 : 가압 기체 발생원
41a : 송기 라인
41b : 기체 유량 조정 밸브
42 : 기체 혼입기 본체
43 : 액체 통과부
43a : 제 1 동경부
43b : 확경부
43c : 제 2 동경부
44 : 기체 통과부
44a : 접속부
44b : 수축부
44c : 주입부
50 : 가압 용수 이송 라인
51 : 기체 혼입 용수 이송 라인
52 : 사이트 글라스
60 : 미세 기포 생성 노즐
61 : 도입구
62 : 분출구
63 : 홀더
64, 65, 66 : 통수공
67 : 볼트
70 : 도입부
71 : 원통 돌기부
72 : 도입부 본체
73 : 소경부
74 : 대경부
75 : 테이퍼 형상 부분
76 : 끼워넣기 부분
80 : 중간부
81, 82 : 원추 돌기부
83 : 링형상부
84 : 플랜지부
85 : 시일 홈
86A, 86B : O 링
90 : 분출부
91 : 분출부 본체
92 : 플랜지부
93 : 끼워넣기부
94 : 테이퍼 형상 부분
100 : 태양광 패널
101 : 차지 컨트롤러
102 : 배터리
103a, 103b : 릴레이
104a, 104b, 104c : 휴즈
105 : 승압 컨버터
106 : 타이머 스위치
120 : 유로
121 : 상류측 유로
122 : 하류측 유로
220 : 유로
221 : 상류측 유로
222 : 하류측 유로
223 : 별계 유로
320 : 유로
321 : 제 1 유로
322 : 제 2 유로
323 : 제 3 유로
420 : 유로
421 : 제 1 유로
422 : 제 2 유로
423 : 분기 지점
424 : 저류조
D : 살수 장치
NP : 상용 전원
NS : 송전 설비
P : 압송 장치
P2 : 송출 장치
RC : 릴레이 코일
S : 액체 공급 설비
V1, V2 : 전자 밸브
Wd : 이용처
Ws : 공급원

Claims (16)

1. 액체의 공급원으로부터 공급된 액체가 흐르는 유로와,
   액체 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성 장치를 갖는 액체 공급 설비로서,
   상기 유로는, 상기 유로 도중에서, 제 1 유로 및 제 2 유로를 포함하는 복수의 유로로 분기되어 있고,
   상기 미세 기포 생성 장치는,
   상기 제 2 유로로부터 취입한 액체를 토출하는 액체 토출기와,
   상기 액체 토출기로부터 토출된 액체에, 기체를 가압하여 혼입시키는 기체 혼입기와,
   기체를 혼입시킨 액체를 내부에 통과시킴으로써, 액체 중에 미세 기포를 생성하는 미세 기포 생성기를 구비하고,
   상기 미세 기포 생성기에 의해 생성되는 미세 기포는, 직경이 1 ㎛ 보다 작은 나노 버블이고,
   상기 제 2 유로에 있어서 상기 액체 토출기의 상류측으로부터 상기 액체 토출기에 흘러드는 액체의 압력이 정압이고,
   상기 기체 혼입기는, 상기 액체 토출기와 상기 미세 기포 생성기의 사이에 있어서, 가압된 상태로 상기 미세 기포 생성기를 향하여 흐르는 액체에, 기체를 가압하여 혼입시키고,
   상기 미세 기포 생성기는, 내부에 통수공을 갖는 노즐이고, 기체를 혼입시킨 액체가 상기 통수공을 통과함으로써, 가압 용해의 원리에 의해 액체 중에 나노 버블을 생성하고, 상기 노즐의 선단부로부터 나노 버블이 들어간 액체를 분출하고,
   상기 노즐의 선단부는, 상기 유로가 분기한 분기 지점보다 하류측의 위치에서 상기 제 1 유로에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 공급 설비.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 유로에는, 상기 제 2 유로를 흐르는 액체의 유량을 조정하기 위한 액체 유량 조정 밸브, 및, 상기 제 2 유로를 흐르는 액체의 압력을 감압하는 감압 밸브 중의 적어도 일방이 형성되어 있는, 액체 공급 설비.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 기체 혼입기가 가압하여 액체에 혼입시키는 기체의 압력이, 상기 기체 혼입기에 의해 기체가 혼입되는 지점을 통과하는 액체의 압력보다 높은, 액체 공급 설비.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐의 선단부가 상기 제 1 유로에 접속된 접속 지점에 있어서의 상기 제 1 유로 내의 액체의 압력보다, 상기 노즐의 선단부로부터 분출된 나노 버블이 들어간 액체의, 상기 접속 지점에서의 압력이 높은, 액체 공급 설비.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 접속 지점에 있어서의 상기 유로 내의 액체의 압력을 Pa 로 하고,
   상기 액체 토출기가 액체를 토출할 때의 토출 압력을 Pb 로 하고,
   상기 액체 토출기로부터 토출된 액체가 상기 미세 기포 생성기를 통과하여 나노 버블이 들어간 액체가 되어 상기 접속 지점에 도달할 때까지의 동안에 발생하는 압력 손실을 ΔPb 로 했을 때,
   Pa, Pb 및 ΔPb 가 하기의 관계식 (1) 을 충족하는, 액체 공급 설비.
   Pb ― ΔPb ＞ Pa (1)
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐의 선단부와 상기 제 1 유로의 사이를 연락하는 연락부를 갖고,
   상기 노즐의 선단부는, 상기 연락부를 개재하여 상기 제 1 유로에 접속되어 있고,
   상기 연락부에는, 상기 연락부로부터 액체를 빼내기 위한 제 1 액체 발출 라인이 형성되어 있고
   상기 제 2 유로에는, 상기 제 2 유로로부터 액체를 빼내기 위한 제 2 액체 발출 라인이 형성되어 있는, 액체 공급 설비.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 액체 토출기는, 비자급식 펌프이고,
   상기 제 1 액체 발출 라인에는, 상기 제 1 액체 발출 라인의 개통 및 폐색을 전환하는 제 1 액체 발출 라인측 전환 밸브가 형성되고,
   상기 제 2 액체 발출 라인에는, 상기 제 2 액체 발출 라인의 개통 및 폐색을 전환하는 제 2 액체 발출 라인측 전환 밸브가 형성되고,
   상기 연락부에 있어서 상기 제 1 액체 발출 라인의 하류측에는, 상기 연락부의 개통 및 폐색을 전환하는 연락부측 전환 밸브가 형성되어 있는, 액체 공급 설비.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 유로에는, 액체를 압송하는 압송 장치를 사용하여 상기 공급원으로부터 공급된 액체가, 가압된 상태로 흐르는, 액체 공급 설비.
9. 제 1 항에 있어서,
   재생 가능 에너지로부터 전력을 생성하는 전력 생성 장치를 구비하고,
   상기 미세 기포 생성 장치는, 상기 전력 생성 장치에 의해 생성된 전력을 이용하여 작동하는, 액체 공급 설비.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미세 기포 생성 장치 및 상기 전력 생성 장치는, 상용 전원의 전력을 송전하기 위한 송전 설비가 결여된 장소에 설치되어 있는, 액체 공급 설비.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로의 도중 위치에는, 액체를 저류하기 위한 저류조가 형성되어 있고,
    상기 액체 토출기는, 상기 저류조에 고인 후에 상기 저류조의 밖으로 나온 액체를 상기 제 2 유로로부터 취입하여 토출하는, 액체 공급 설비.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 기포 생성기인 상기 노즐은, 상기 노즐의 축방향에 있어서의 복수 지점에 상기 통수공을 갖고, 기체를 혼입시킨 액체가 상기 복수 지점의 상기 통수공의 각각을 통과함으로써, 액체 중에 나노 버블을 생성하는, 액체 공급 설비.
    
    
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