(57)【要約】【課題】細分化対象における気泡の数の減少を抑え、かつ細分化を行う箇所を増やすことで、微細気泡を大量に発生することができる。【解決手段】空間部２５に設けた攪拌羽２７ａを回転させて超微細孔プレート２４を挟んで区画形成された略閉空間部２３から空間部２５への流れを発生させる。略閉空間部２３の気体が超微細孔プレート２４を通過して空間部２５に移動する。気体が超微細孔プレート２４を通過する際に気体が液体に混入して気泡３５が発生する。気泡３５には攪拌羽２７ａによってせん断力が加えられて微細化されて微細気泡３２が発生する。微細気泡３２及び細分化されなかった気泡３５は微細気泡混合容器１７の液体中に散らばることなく円筒形容器２６の内壁と攪拌羽２７ａの回転軸２７ｂとの隙間に案内される。案内された気泡３５や微細気泡３２には回転軸２７ｂと円筒形容器２６の内壁とによるせん断力が加えられ、微細化される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する液体収容容器内に、液体に気体を供給して気泡を発生する気泡発生手段と、該気泡発生手段によって発生した気泡を細分化して微細気泡を発生する微細気泡発生手段とを備える微細気泡発生装置において、
前記微細気泡発生手段は、回転駆動源によって回転軸を介して回転する回転翼部と、前記回転翼部の翼板部によって気泡にせん断力を加え細分化して微細気泡を発生させ、隙間を置いて前記回転翼部の回転可能な空間である回転領域を覆う第１収容部と、該第１収容部に連続し、かつ前記回転軸を、回転軸周面との間に隙間を置いて囲む第２収容部とを有する収容部とを備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の微細気泡発生装置において、
前記液体収容容器内に、液中に浮遊している微細気泡を収容するための略閉空間部を区画形成する仕切り板を設けたことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項３】
請求項２記載の微細気泡発生装置において、
前記略閉空間部に収容された微細気泡を含む微細気泡混合液を排出する排出口を前記液体収容容器の一部に設けたことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項４】
請求項１記載の微細気泡発生装置において、
前記液体収容容器内に液体を供給させる液体供給手段と、微細気泡を含む微細気泡混合液を排出する排出手段と、前記気体収容部に気体を供給する気体供給手段とを備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体を液体中に供給させて発生した気泡を細分化して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の微細気泡発生装置によって発生した微細気泡を含む微細気泡混合液は、近年、水質浄化等の環境衛生面、浮上分離による固形物除去等の工業的用途、水耕栽培に使用する水の溶存酸素量向上等の農業的用途に用いられている。その他、殺菌用、脱臭用、人体への健康促進効果などとして、種々の産業において用いられるようになった。
【０００３】
上記微細気泡発生装置として、特許文献１に記載されているものが知られている。この特許文献１の微細気泡発生装置では、液体を収容する処理槽（液体収容容器）内に、モータ（回転駆動源）によって上方に向いて延びている回転軸を介して回転するインペラ（回転翼部）を備える。モータによって回転軸を介してインペラを回転させることで、インペラの回転可能な空間である回転領域の水圧が下がる。インペラは、回転軸の下端部の周壁部に設けられている。回転軸の下端部は中空構造になっており、インペラが設けられていない回転軸の下端部の周壁部に多数の通孔が形成されている。インペラの回転領域を取り囲むように、断面が凹部形状の枠部が設けられている。この凹部形状の枠部は底部と外周部とを含んで構成されている。底部は、回転軸の下端部の下方に配置され、回転軸の下端部の周壁部に設けられた多数の通孔から発生した気泡を下方側から液中に放出させない。外周部は、枠部における底部に連続してインペラの回転領域の高さの途中まで延びている。モータによって回転軸を介してインペラを回転させ、枠部内に収容した気泡に対し、外周部の内周面とインペラの翼板部との隙間でせん断力を加える。これにより、気泡を細分化して微細気泡を発生させている。
【０００４】
そして、モータによって回転軸を介してインペラを回転させ、回転軸の下端部の中空部から通孔を通ってインペラの回転領域へ向かう流れを発生させる。処理槽に液体を供給し、供給源によって気体を回転軸の下端部の中空部に供給する。回転軸の下端部の中空部に供給された気体は多数の通孔を通ってインペラの回転領域の液体中に導入され、気泡が発生する。なお、多数の通孔を通さずに直接に気体をインペラの回転領域の液体中に供給して気泡を発生することも記載されている。その気泡は、インペラの回転によって発生するインペラの回転領域へ向かう流れによって、回転軸の下端部より上方に配置されているインペラの回転領域へ移動する。そして、気泡は壁部とインペラとの隙間に案内され、インペラの翼板部で気泡を分裂させることによって細分化され微細気泡になって液体中に放出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の微細気泡発生装置では、インペラの回転領域上部や、側方であって枠部外周部より上の部分には枠部が存在しない。このため、細分化対象の気泡の一部はインペラの翼板部に接触されずにインペラの回転領域を通過したり、周囲に散らばったりして、水面へ浮上してしまう。これにより、細分化対象の気泡の数が減る。よって、微細気泡を大量に発生することは難しいという問題がある。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、細分化対象の気泡の数の減少を抑え、かつ細分化を行う箇所を増やすことで、微細気泡を大量に発生することができる、微細気泡発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液体を収容する液体収容容器内に、液体に気体を供給して気泡を発生する気泡発生手段と、該気泡発生手段によって発生した気泡を細分化して微細気泡を発生する微細気泡発生手段とを備える微細気泡発生装置において、前記微細気泡発生手段は、回転駆動源によって回転軸を介して回転する回転翼部と、前記回転翼部の翼板部によって気泡にせん断力を加え細分化して微細気泡を発生させ、隙間を置いて前記回転翼部の回転可能な空間である回転領域を覆う第１収容部と、該第１収容部に連続し、かつ前記回転軸を、回転軸周面との間に隙間を置いて囲む第２収容部とを有する収容部とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、回転翼部の回転領域は、第１収容部により覆われているので、回転翼部の翼板部によって細分化された微細気泡及び細分化されなかった気泡は、第１収容部に受け止められ、第１収容部の外に放出されにくい。そして、回転軸は、第１収容部に連続している第２収容部により隙間を置いて囲まれているので、第１収容部内の微細気泡及び気泡は、第１収容部から第２収容部へ移動し第２収容部と回転軸との隙間へ案内される。微細気泡及び気泡は、第２収容部又は回転軸に触れて張り付く。そして、回転軸を回転させることにより、第２収容部と回転軸との隙間の液体中に旋回流が発生する。この旋回流によって、第２収容部又は回転軸に張り付いた微細気泡や気泡は、液体側に引っ張られて分裂して細分化される。これらにより、細分化対象の気泡の数の減少を抑え、かつ気泡の細分化を行う箇所を増やすことで、微細気泡を大量に発生することができる、という特有な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の微細気泡発生装置を含むシステム構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態の微細気泡発生装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る微細気泡発生装置の一例について説明する。
図１は本発明の微細気泡発生装置を含むシステム構成を示す概略図である。同図において、微細気泡発生装置１０では、図示していない貯蔵タンクに貯蔵している液体を供給管１１及び三方弁などの供給バルブ１２を介して貯蔵槽１３に送液する。貯蔵槽１３に貯蔵されている液体１４は、ポンプ１５によって供給口１６を介して微細気泡混合容器１７に送液される。そして、微細気泡混合容器１７内では液体に微細気泡を発生させる。その微細気泡を混合した気液混合液が狙いの微細気泡濃度又は嵩密度に達していない場合、排出口１８から三方弁などの排出バルブ１９、還流管２１及び供給バルブ１２を介して貯蔵槽１３に戻される。そして、狙いの微細気泡濃度又は嵩密度に達した気液混合液は、排出バルブ１９及び排出管２０を介して外部に排出される。
【００１１】
図２は本実施形態の微細気泡発生装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す微細気泡混合容器１７の底部には、気体を容器内に供給するための気体供給口２２が設けられている。図２の気体供給口２２は外部と連通しているが、特定の気体を気体供給口２２から供給してもよい。略閉空間部２３を構成する壁の一部に多孔質部材の超微細孔プレート２４が設けられている。この超微細孔プレート２４は多数の貫通孔が設けられたプレートである。略閉空間部２３に対向して超微細孔プレート２４を挟んで設けられた液体の場所であり、攪拌羽２７ａの回転可能な空間である空間部２５を覆うように収容部である円筒形容器２６が設けられている。回転軸２７ｂに沿って延びている円筒形容器２６の内部において、超微細孔プレート２４の一面と対向して攪拌羽２７ａが設けられている。この攪拌羽２７ａは、上方に延びる回転軸２７ｂを介して回転駆動機構であるモータ２８によって回転する。円筒形容器２６の壁部の一部には、微細気泡が吐出する吐出口２９が設けられている。攪拌羽２７ａの形状は液体をバブリングできる形状であれば、特に限定する必要はない。回転軸２７ｂは図２のように垂直方向に延びているが、これに限定する必要はない。また、超微細孔プレートを通さずに気体を空間部２５の液体に供給して気泡を発生することも可能である。
【００１２】
また、微細気泡混合容器１７の底部から上方に延びた仕切り板３０を設けることで、図２のＡ−Ａ線断面図である図３に示すように、微細気泡混合容器内に区画された略閉空間部３１が形成される。その略閉空間部３１の底部付近における微細気泡混合容器１７の側壁の一部には、微細気泡３２を含有する微細気泡混合気液体を排出する排出口１８が設けられている。その排出口１８は図１の排出バルブ１９に連結されている。微細気泡混合容器１７の上部における側壁の一部には、図１の貯蔵槽１３に貯蔵されている液体３３がポンプ１５によって供給される供給口１６が設けられている。そして、微細気泡混合容器１７の上部における蓋部の一部には気体を排出する気体排出口３４が設けられている。微細気泡混合容器１７の上部における蓋部には、モータ２８が設置されている。
【００１３】
次に、本実施形態における微細気泡発生の様子について説明する。
先ず、モータ２８を駆動させて円筒形容器２６内で攪拌羽２７ａを回転させておく。図１の貯蔵槽１３に貯蔵している液体１４が、ポンプ１５によって供給口１６から微細気泡混合容器１７内に送液される。液体１４の液面が徐々に上昇して供給口１６付近まで上昇する。攪拌羽２７ａの回転によって略閉空間部２３から超微細孔プレート２４を介して空間部２５への流れが発生する。この流れによって気体供給口２２から略閉空間部２３に供給された気体が、超微細孔プレート２４を通って空間部２５に移動しようとする。超微細孔プレート２４の液体と接する貫通孔から気体を含む中空部が現われる。そして、気体と液体の界面において液体の部分が互いに結合しようとなり、空間部２５内の液体に気体が取り込まれて気泡３５が発生する。この気泡３５は微細気泡に比べて大きな径を有するものである。発生した気泡３５は、気泡自身の浮力と、攪拌羽２７ａの回転によって発生する負圧により、攪拌羽２７ａの回転領域に引き込まれ、攪拌羽２７ａによるせん断力によって細分化される。さらに、細分化された微細気泡及び細分化されなかった気泡は、円筒形容器２６の内壁と攪拌羽２７ａとの間の隙間に案内される。そして、気泡混合液の気泡には、円筒形容器２６の内壁と攪拌羽２７ａとの間で生じるせん断力が加わる。気泡混合液の気泡は分裂されて細分化され微細気泡３２が生成される。その後、微細気泡は吐出口２９から円筒形容器２６の外の液中に吐出される。
【００１４】
微細気泡混合液には、微細気泡以外に、微細気泡の径より大きい気泡が混ざっている場合がある。その径の大きい気泡は、微細気泡よりも気体を含む量が多いため微細気泡混合容器１７内の液体中を浮上し、液面３６に達する。液面３６に達した気泡は破裂する。そして、破裂したことによって発生した気体は、気体排出口３４から外部へ排出される。一方、微細気泡３２は、浮上する気泡より含む気体の量が少ないので液体中を浮遊する。そして、浮遊している微細気泡３２は、図３に示すように仕切り板３０で囲まれた略閉空間部３１に吸引ポンプ（不図示）等によって引き込まれて排出口１８から排出される。そして、図１に示すように、その微細気泡３２を混合した気液混合液が狙いの微細気泡濃度（又は嵩密度）に達していない場合、排出口１８から三方弁などの排出バルブ１９、還流管２１及び供給バルブ１２を介して貯蔵槽１３に戻される。狙いの微細気泡濃度（又は嵩密度）に達した気液混合液は、排出バルブ１９及び排出管２０を介して外部に排出される。
【００１５】
本実施形態によれば、微細気泡混合容器１７では図２の超微細孔プレート２４によって気泡を発生させ、円筒形容器２６と攪拌羽２７ａとによるせん断力を気泡に加えることで微細気泡を発生させている。しかも、装置内で高い圧力を加えることがないため、取扱いが難しい高圧ポンプは不要になり、安全性が高い。そして、超微細孔プレート２４によって発生した気泡は、攪拌羽２７ａによるせん断力、あるいは攪拌羽２７ａの回転軸２７ｂと円筒形容器２６の内壁とのせん断力の少なくともいずれかが加えられることになる。これにより、細分化を行う箇所が増え、細分化される気泡の数を増やすことができる。
【００１６】
図４は図２の部分拡大図である。図４中のＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、図示されている場所の圧力を示す。これら３つの圧力の値の関係は、Ｐ１≧Ｐ３＞Ｐ２の関係になる。つまり、空間部２５の圧力Ｐ２は、吐出口２９の外側の圧力Ｐ３や、略閉空間部２３の圧力Ｐ１に比べて低い。また、攪拌羽２７によって生じるせん断力を加えることにより微細化されたことで発生した微細気泡は、吐出口２９の周辺圧力がＰ３の圧力になった時に、吐出口２９の周辺でオリフィスの原理が働き、より一層微細化される。
【００１７】
以上説明したように、本実施形態では、微細気泡混合容器に供給された液体を超微細孔プレートに通過させることで気泡を発生させる。そして、微細気泡混合容器の上部に設けられたモータを駆動させて攪拌羽の回転による気泡混合液の吸引を行い、その気泡混合液の気泡にせん断力を加える。これにより、微細気泡を含む微細気泡混合液を連続して生成することができる。超微細孔プレートと攪拌羽とモータが設けられた微細気泡混合容器を主とした簡単な構成であり、取扱いが容易で、かつ従来のような高圧ポンプを使わないので安全性も高い。超微細孔プレート２４によって発生した気泡は、攪拌羽２７によるせん断力、あるいは攪拌羽２７ａの回転軸２７ｂと円筒形容器２６の内壁とのせん断力の少なくともいずれかが加えられることになる。これにより、細分化される気泡の数を増やすことができる。また、微細気泡混合容器内に仕切り板を設けて微細気泡とそれ以外の気泡とを分離することで、微細気泡混合液のみを排出でき、狙いの微細気泡濃度（又は嵩密度）の微細気泡を得ることができる。
【００１８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
微細気泡発生手段は、モータ２８等の回転駆動源によって回転軸２７ｂを介して回転する攪拌羽２７ａ等の回転翼部と、回転翼部の翼板部によって気泡にせん断力を加え細分化して微細気泡を発生させ、隙間を置いて回転翼部の回転可能な空間である回転領域を覆う第１収容部と、該第１収容部に連続し、かつ回転軸２７ｂを、回転軸周面との間に隙間を置いて囲む第２収容部とを有する円筒形容器２６等の収容部を備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、攪拌羽２７ａが円筒形容器２６に収容されているので、攪拌羽２７ａによってせん断力を受けて細分化された微細気泡、及び細分化されなかった気泡は、浮上して円筒形容器２６の内部に移動する。円筒形容器２６と回転軸２７ｂとの隙間へ案内されて収容される。微細気泡及び気泡は、円筒形容器２６と回転軸２７ｂとの隙間を移動していく際に円筒形容器２６又は回転軸２７ｂに触れて張り付く。そして、回転軸２７ｂが回転することにより円筒形容器２６と回転軸２７ｂとの隙間の液中に旋回流が発生する。円筒形容器２６又は回転軸２７ｂに張り付いた微細気泡や気泡が、旋回流によって引っ張られて分裂することで細分化される。このため、超微細孔プレート２４等の気泡発生手段によって発生した気泡は、攪拌羽２７ａあるいは回転軸２７ｂの少なくともいずれかによるせん断力を受けることになる。これにより、細分化対象の気泡の数の減少を抑え、かつ気泡の細分化を行う箇所を増やすことで、微細気泡を大量に発生することができる。
（態様２）
（態様１）において、微細気泡混合容器１７等の液体収容容器内に、液中に浮遊している微細気泡を収容するための略閉空間部３１を区画形成する仕切り板３０を設けた。これによれば、上記実施形態について説明したように、微細気泡混合液には、微細気泡以外に、微細気泡の直径が大きい気泡が混ざっていることがある。その気泡は微細気泡よりも気体を含む量が多いため浮上する。一方、微細気泡は気体を含む量が少ないため液体中に浮遊する。この浮遊している微細気泡のみを仕切り板３０で区画された略閉空間部３１に集めることができる。
（態様３）
（態様２）において、略閉空間部３１に収容された微細気泡を含む微細気泡混合液を排出する排出口１８を液体収容容器の一部に設けた。これによれば、上記実施形態について説明したように、微細気泡のみを仕切り板３０で区画された略閉空間部３１に集めて微細気泡のみを含有する微細気泡混合液を排出口から排出することができる。
（態様４）
（態様１）において、微細気泡混合容器１７等の液体収容容器内に液体を供給させる液体供給手段と、微細気泡を含む微細気泡混合液を排出する排出手段と、気体収容部に気体を供給する気体供給手段とを備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、微細気泡を連続に発生させて微細気泡を含む微細気泡混合液を連続に排出することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１０  微細気泡発生装置
１１  供給管
１２  供給バルブ
１３  貯蔵槽
１４  液体
１５  ポンプ
１６  供給口
１７  微細気泡混合容器
１８  排出口
１９  排出バルブ
２０  排出管
２１  還流管
２２  気体供給口
２３  略閉空間部
２４  超微細孔プレート
２５  空間部
２６  円筒形容器
２７ａ  攪拌羽
２７ｂ  回転軸
２８  モータ
２９  吐出口
３０  仕切り板
３１  略閉空間部
３２  微細気泡
３３  液体
３４  気体排出口
３５  気泡
３６  液面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００８−２９６１２６号公報
【図１】
2014136168.tif 000003
【図２】
2014136168.tif 000004
【図３】
2014136168.tif 000005
【図４】
2014136168.tif 000006