【手続補正書】
【提出日】平成27年10月14日(2015.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】貫流ポンプ極微細気泡流供給装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は下水処理場における曝気による水質浄化、魚介類全般の養殖用の水槽内流れの改善、植物栽培などに関係するエアレ−ション技術、および船体外板をマイクロバブルで覆うことによる摩擦抵抗低減技術などに関する。
【背景技術】
【０００２】
曝気、養殖および植物栽培における従来の技術は以下のようである。
曝気に関する従来技術では、下水処理などで必要な工程の一つであるエアレ−ションによる処理方法として、散気式、エジェクタ−による気泡噴射式、水中攪拌式などがあるが（例えば特許文献１に開示されたもの）、いずれも気泡径は微小とは言いがたく、浮上速度が速いため短時間に大気に放出される傾向にある。また、エアレ−ションの槽内での一様性に問題がある。また、特許文献２に開示されているように、プロペラタイプの旋回翼の吐出し側の流れに微小気泡を混入させる方法もあるが、均一な微細気泡が得られにくいなどの問題がる。
【０００３】
養殖に関する従来技術の微細気泡発生装置と水流供給装置は以下のようなものがある。微細気泡発生装置として、例えば特許文献３、特許文献４および特許文献５に開示されているように多孔質のエア分散発生器を水槽底面に設置した例もあるが、実際には気泡径は微小とは言いがたく、浮上速度が早く、短時間に大気に放出され、効率が悪い。また、水流供給装置としては、例えば特許文献６に開示されているように送水ポンプに接続された複数のノズル孔を設けたパイプを水面下に設置し、ノズルからの噴流によって流れを供給するものもあるが、噴流後の拡散、乱れのため、水流が遠くまで達せず、安定した自然な流れが得られない。
【０００４】
従って、養殖に関する従来技術では河川と同様の良好な流れが得られず、また微細気泡を効率よく水槽内に供給できないため、水中への酸素溶存性を高める効果が小さいなど、水環境の改善が不十分である。
【０００５】
植物栽培に関する従来技術の気泡発生装置としては、培養槽内にブロワにより圧力をかけてノズルより噴射するもの（特許文献７）やセラミックスなどを利用した分散発生器を使用したもの、空洞にした水中翼の内部に二酸化炭素ガスを供給し、翼後端より二酸化炭素ガスを微細化して噴出する方法（特許文献８）などがあるが、均一な微細気泡は得られ難く、乱れも大きいため、一様な気泡を伴う水流が遠くまで達しないという問題がる。また、撹拌機による流動（特許文献９）では槽内全体に一様に供給するのが難しい。
【０００６】
マイクロバブルによる摩擦低減船に関しては、船首側船体側面外板に設けた細いスリットや多数の噴出口およびノズルにより微細気泡を吹き出させる方法などがある。例えば、吹き出し口がスリット形状では特許文献１０、多数の噴出口形状では特許文献１１や特許文献１２、ノズル形状では特許文献１３などが開示されている。
【０００７】
気体吹き出し口の形状は種々あるが、いずれも吐き出される気泡径は微小とは言い難く、浮上速度の影響が大きいこと、また船体側面外板からの吹出しによる流れは乱れが大きく、剥離などを起こし、船体に沿って流れ難いなどの問題がある。特に船の側面外板に噴出口がある場合、吹き出される気泡は、浮力の影響や乱れの影響もあり、安定して船尾まで船の側面を気泡流で覆うことは困難である。従ってマイクロバブルによる顕著な省エネ効果は得られ難い。
【０００８】
多用途に利用可能なエアレーション技術としての特許文献１４は、貫流ポンプの円筒状羽根車内の中空回転軸に穿孔した散気孔から回転を伴いながら微小気泡を発生するものであるが、気体のみを散気孔から水中に噴出しても、十分な微小気泡を得られ難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平６−４８８９８号広報
【特許文献２】特開２００５−５９００２号広報
【特許文献３】特開平７−３１３２７号広報
【特許文献４】特開平５−１６８９８１号公報
【特許文献５】特開２００３−１２５６７１号広報
【特許文献６】特開平６‐１８１６５７号広報
【特許文献７】特公開平８−３２２５５３号広報
【特許文献８】特公開平６−７８７４５号広報
【特許文献９】特公開平５−２８４９６２号広報
【特許文献１０】特開平９−１５６５７６号公報
【特許文献１１】特開平９−２０７８７３号公報
【特許文献１２】特開平１１−４９０８０号公報
【特許文献１３】特開２００８−１８７８１号公報
【特許文献１４】特開２０１２−５９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の技術では気泡の微細化が不十分であり、浮上速度が早く効率が悪い。従来より微細化した気泡流を槽内全体に渡って一様で大量に供給できる気泡の極微細化技術が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は曝気槽や養殖槽および培養槽などの槽内に極微細気泡を一様な流れとともに供給すること、および船舶の摩擦抵抗低減のための極微細気泡（マイクロバブル）の発生技術を提供することにある。図１は貫流ポンプ（クロスフローポンプ）を基本として、新規のエアレーション技術を備えた貫流ポンプ極微細気泡流発生装置８０の全体構成を示す。（ａ）は平面断面図（ｂ）は側断面図である。図２には羽根車部の断面における気泡を含むジェット状の墳流Ｊと流れの状態を示す。貫流ポンプ本体部は図１および図２に示すように基本的には円筒状の多翼羽根車７を収容したポンプケ−シング３０と流れを制御する舌部８および羽根車内に突き出したパイプ状ノズル４５からなる。
【００１２】
本発明の羽根車部の構造は、図１（a）の断面図に示すようにポンプ駆動用モータ１２の駆動軸２は羽根車７を貫通せず、駆動側の羽根車側板の羽根車ボス２３に駆動軸２の軸端を嵌め込んだ構成にしている。反駆動側の羽根車側板に取り付けた羽根車回転軸１６は図１（a）、図２（a）に示すように中空にして、ポンプケーシングの側面に設置した軸受２５に嵌め込まれている。図２（a）に示すように中空回転軸１６の内径側に隙間をあけて内径よりも小径のパイプ状のノズル４５を差しこんで、パイプ状ノズル後端部を羽根車軸受２５の後端部で保持すると共に軸受後端の密閉ブラケット１９の外に突き出して軸受に嵌め込んだ構造にし、逆方向のパイプ状ノズル４５の先端部は羽根車中空回転軸１６の中を通って、羽根車７の内部に突き出した構成にしている。パイプ状ノズル４５の代わりに後述の図４（a）に示す散気孔パイプ４を使用しても良い。図１に示すようにパイプ状ノズル４５の先端部が回転する羽根車内に突き出した構成の方式をタイプＡとする。
【００１３】
この装置構成により、図１（a）に示すように、気液混合チャンバー３４（詳細は後述）で気体と液体を合流させて生成された微小気泡混合液は加圧ポンプ４６に取り込まれてポンプの羽根により回転撹拌されながら加圧され、気泡は微細化され、微細気泡含有気液混合加圧液となって加圧ポンプから吐出され、密閉ブラケット１９に接続した供給パイプ１３を通ってパイプ状ノズル４５内に供給される。供給された微細気泡含有気液混合加圧液は羽根車７内に挿入したパイプ状ノズル先端よりジェット状の墳流Ｊとなって回転する羽根車内に噴出、減圧拡散され、羽根車内の流れとも混合することにより、気泡は極微細化した気泡となって流れと共にポンプ吐出口から水槽内に流出する。なお、気泡の微細化機能は少し劣るが、気液混合チャンバ−３４の上流側に設置したポンプおよび水道水により、水流を該気液混合チャンバー３４内に供給して、気泡と混合し、生成された微小気泡混合液を、加圧ポンプ４５を介せず直接パイプ状ノズル４５内に供給してもよい。
【００１４】
従来は、気体のみをノズルや散気孔から噴出させて微小気泡を発生させる例があるが、気体のみの噴出では、噴出後、気泡同士が結合しやすいことから、気泡を十分に微細化できない。気泡を十分に微細化するためには、本発明のように気液混合チャンバー３４で生成された微小気泡混合液を加圧ポンプに取込んで、ポンプの羽根による撹拌と加圧により得られた微細気泡含有気液混合加圧液をノズルに供給する必要がある。
【００１５】
流れは図２（ｂ）の羽根車部の断面図に示すように吸込み側９から吐出し側１０に向って２回羽根６を通過する。即ち流れは吸込み側９では、羽根車７の外側から内側へ、吐出し側１０では内側から外側へ流出して羽根車７を横断する。羽根車７は幅方向に長くとれること、また、流れが羽根車に接線方向に吐出されることから、吐出し流れは幅広のシート状で乱れも少なく、拡散せずに遠くまで達することができるので、羽根車内に大量に発生した極微細気泡は吐出し流れと共に槽内などに幅広で一様に供給される。貫流ポンプの流れは２次元的であるから、流量を増やすためには、単純に羽根車７の幅方向の長さを増やせばよい。あるいは貫流ポンプ本体を数個幅方向につないでもよい。また、舌部８を含む吸込み口から吐出し口までの形状を使用用途に合わせて柔軟に変えることが出来るので、多用途の使用に適応できる。
【００１６】
図３と図４は請求項２の発明に関する。図３（a）は全体構成を示す平面図、（ｂ）は側断面図、図４の（a）は羽根車部の平面断面図、（ｂ）は側断面図である。図３（a）および図４（a）に示すように極微細気泡発生機構は、羽根車回転軸用の軸受２６に挿入した羽根車中空回転軸１６ｂの中に散気孔パイプ４を嵌め込んで、散気孔を有する先端部を羽根車７内に突き出した構造にし、羽根車７と散気孔パイプ４が一体となって回転する構成にしている。他の構成は図１に示すタイプＡと同様である。図３に示すように散気孔パイプ４が羽根車中空回転軸１６ｂに嵌め込まれ、羽根車７と散気孔パイプ４が一体化して回転する方式をタイプＢとする。
【００１７】
この構成により軸受２６の後端の密閉ブラケット１９に接続した供給パイプ１３から、軸受内に圧入した微細気泡含有気液混合加圧液を散気孔パイプ４の小孔５より羽根車内に回転を伴いながら噴出させた噴流Ｓを減圧拡散させ、また羽根車７内の流れとも混合することによって気泡が極微細化し、流れと共にポンプ吐出口から水槽内に供給できるようにしている。
【００１８】
図５は請求項３の発明に関する。図（a）は全体構成を示す平面図、（ｂ）は羽根車部の平面断面図である。図５（ｂ）に示すように散気孔パイプ４の回転を羽根車７の回転に関係なく独立して自在に回転できるようにポンプケーシングの側面に設置した軸受を外輪用軸受２８と内輪用軸受２９の２種の軸受を備えた構造の軸受ユニット２７にし、外輪用軸受２８に嵌め込んだ羽根車中空回転軸１６ｂの内径側に隙間を開けて内径より小径の散気孔パイプ４を内輪用軸受２９に嵌め込んで通し、その散気孔を有する先端部を羽根車内に突き出し、一方散気孔パイプ４の後端を、内輪用軸受２９から突き出して、その軸受後部に連結して取付けたサブモータ２０の中空回転軸内に嵌め込んで接続することにより、散気孔パイプ４をサブモータにより羽根車７の回転に関係なく単独で回転できるように構成している。他の構成は図３に示すタイプＢの構成と同様である。図５に示すように散気孔パイプ４が羽根車７の回転に関係なく自在に回転できるようにした方式をタイプＣとする。
【００１９】
この構成では散気孔パイプ４の回転は、専用のサブモータ２０を駆動源としているので、前述のように羽根車７の回転に関係なく回転速度や回転方向を調節できるという特徴がある。散気孔パイプ４の回転速度は大きいほど回転を伴う効果と羽根車内の流れとの混合により散気孔の小孔５より噴出する気泡は微細化される。また散気孔パイプ４の回転方向を羽根車と逆回転にすれば、羽根車中心部の流れの局部的乱れが大きくなり、さらに微細化される。
【００２０】
請求項５に記載の発明は図１（a）に示す気液混合チャンバー３４に関するものである。図６は気液混合チャンバー３４の構造を詳細に示したもので、所定の長さの二重管構造のユニット３５において内管３６には流体、外管３７と内管３６の隙間には気体を供給する構造である。内管３６の入口部では、上流管部が上流からユニット３５の入口に向かって管路断面積を小さくして縮流になるようにして、ユニットの内管３６に流入する管内流速を高速にし、ユニット出口部では、下流に向かって管径を急拡大して管路流速を低速にする構造である。二重管ユニット３５内の内管３６は、多孔質管にしたり、内管の壁面に多数の小孔３８をあけた多孔管にすることにより、外管３７の内部に供給した気体を内管３６の小孔３８を通して内管内の高速の流体中に吹き出すことにより微小気泡混合液を得られるようにしている。
【００２１】
気液混合チャンバー３４で生成された微小気泡混合液は図１（ａ）に示すように加圧ポンプ４６に取り込まれる。加圧ポンプとしては比速度の小さい高揚程の遠心ポンプや渦流ポンプが適している。加圧ポンプ４６に取り込まれた微小気泡混合液は前述のようにポンプにより加圧されると共にポンプの羽根により回転撹拌されるため、気泡はさらに微細化されて微細気泡含有気液混合加圧液として加圧ポンプ４６から吐出され、羽根車内に突き出したパイプ状ノズル４５や散気孔パイプ４に供給され、羽根車内へ極微細気泡を噴出する形態となる。
【００２２】
気液混合チャンバーの機構としては、種々の方法が考えられるが、図７は別の気液混合装置を示したもので、図６に示す内管３６の上下流を含めた構造を基本とし、上流側縮流部の管中央に挿入した気体噴出ノズル３９より気体を噴き出すことにより微小気泡混合液が得られる。ノズル上流側の近寄り流れは旋回を持たせた方が気泡はより微細化される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置による気泡の極微細化手法と貫流ポンプ特有の流れの特性を活かすことにより、従来より微細化した大量の気泡を幅広で一様な流れと共に槽内などに供給できる。曝気槽ではエアレ−ション技術による水質改善、養殖槽では魚類の飼育と水環境の改善、培養槽では、微粒化した培養液も同時に供給できることによる植物栽培などの成長促進、船舶に対しては、マイクロバブルによる船体摩擦抵抗の低減技術などに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＡの基本的構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図２】図２の（ａ）は羽根車軸受部の平面断面図、（ｂ）は羽根車近傍の噴流と気泡流を示す側断面図である。
【図３】図３は本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＢの基本的構成を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図４】図４の（ａ）は羽根車部の平面断面図、（ｂ）は羽根車近傍の噴流と気泡流を示す側断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＣの基本的構成を示す。（ｂ）は羽根車部の平面断面図である。
【図６】図６は気液混合チャンバーの構成を示す断面図である。
【図７】図７は図６とは異なる別タイプの気液混合チャンバーの構成を示す断面図である。
【図８】図８は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＡを循環型曝気槽の外に据付けたときの装置構成を示す。（a）は平面断面図、（ｂ）は曝気槽の外に設置したポンプと曝気槽内の循環気泡流れの状態を示す側断面図である（実施例１）。
【図９】図９は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置のポンプケーシング形状をインライン型にアレンジしてパイプラインの途中に据付けたときの形態を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）はパイプライン内の気泡流れの状態を示す断面図である（実施例２）。
【図１０】図１０は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＢを循環型養殖槽の側面に取り付けたときのポンプと養殖槽内の循環気泡流れの状態を示す断面図である（実施例３）。
【図１１】図１１は縦置きの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＡを養殖槽の上部に据付けたときの気泡流れの状態を示す。（ａ）は平面断面図、（ｂ）は側断面図でる（実施例４）。
【図１２】図１２は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＡを水耕栽培用の回流培養槽の外に設置し、槽内を循環させる場合の構成を示す。（ａ）は全体構成を示す平面図、（ｂ）はポンプと培養槽内の気泡流れの状態を示す断面図である（実施例５）。
【図１３】図１３は貫流ポンプ極微細気泡流供給装置を船首部の船の側面と底面に設置した場合の構成と気泡流れの状態を示す（実施例６）。
【図１４】図１４は図１３の摩擦低減船を船底側から見た場合の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置の据付け状態と気泡流れの状態を示す（実施例６）。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を利用分野ごとに図８〜図１４を参照して説明する。図８、図９は曝気関連、図１０、図１１は養殖関連、図１２は培養槽、図１３、図１４は摩擦低減船関連を示すが、使用用途が重複するケースもある。本実施例では、前述のように微細気泡発生技術の手法によってタイプ分けする。極微細気泡の噴出方法がパイプ状ノズルの場合はタイプＡ、散気孔の場合は、散気孔パイプが羽根車と一体となって回転する場合はタイプＢ、羽根車の回転に関係なく自在に回転可能な場合はタイプＣとする。
【実施例１】
【００２６】
図８は本発明の第１実施例で、矩形型の曝気槽４１の外にタイプＡの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８１を設置した場合の循環型曝気槽の形態を示す。（ａ）は平面断面図、（ｂ）は装置内の循環気泡流れの状態を示す側断面図である。本装置はポンプを曝気槽の外に設置して、ポンプの吐出し口と吸込み口を曝気槽４１に接続して循環するようにしたものである。気液混合チャンバー３４で気体と液体を合流させて生成された微小気泡混合液は加圧ポンプ４６に取り込まれてポンプの羽根により回転撹拌されながら加圧され、気泡は微細化され、微細気泡含有気液混合加圧液となって加圧ポンプ４６から吐出され、供給パイプ１３を通ってパイプ状ノズル４５内に送られる。
【００２７】
この実施の形態によれば、微細気泡含有気液混合加圧液がパイプ状ノズル４５の先端から回転する羽根車７内にジェット状の墳流Ｊを噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合する効果により、気泡は極微細化した気泡となってポンプ吐出し流れ共に水槽内に流出する。貫流ポンプの流れの特性で極微細気泡を含む吐出し流れは、幅広の安定した水流で、遠くまで達することができるため、曝気槽内全体に渡って、吐出し流れから吸込み側へ回り込む大きな循環流れが形成される。また、良好な極微細気泡流を曝気槽４１の全体に渡って供給できることからエアレーションの効率が良い。従って処理時間を短縮できる。本実施例での微細気泡含有気液混合加圧液の噴出方法としてはタイプＡを使用したが、タイプＢでもタイプＣでも同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００２８】
図９は本発明の第２実施例で、請求項４の発明に関する。本実施例は、ポンプケーシング形状をインライン型にした貫流ポンプ極微細気泡流供給装置９１と８２をパイプラインの途中に組み込んだときの形態を示すものである。（ａ）は平面図、（ｂ）はポンプをパイプラインの途中に接続した形態と気泡流れの状態を示す断面図である。ポンプのケーシング形状は図９に示すようにインライン型にアレンジしたケーシング形状３２を使用している。本装置では、上流側のポンプ９１はタイプＢ、下流側ポンプ８２はタイプＡを使用した例を示す。いずれのタイプも、散気孔パイプ４とパイプ状ノズル４５に供給する微細気泡含有気液混合加圧液の生成手法は同じである。タイプＢの装置９１では、羽根車７内に突き出した散気孔パイプ４が羽根車と一体になって回転しながら散気孔の小穴から微細気泡含有気液混合加圧液を噴流Ｓとなって噴出し、減圧拡散しながら羽根車内の流れとも混合することにより、気泡は極微細化した気泡流となってパイプラインに吐出される。同様にタイプＡのポンプ装置８２からも、極微細化した気泡流がパイプラインに吐出される。
【００２９】
本装置のインライン型の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置を数台、パイプラインの途中に連結して接続すれば、流れが２台目、３台目と後方に行くほど、極微細気泡の放出量が加算され、エアレーション効果が後方に行くほど増大する。従って流れを止めることなく連続的に処理水のエアレーションを十分に行うことができるので、エアレーション用タンクを不要とすることが可能となる。また、タイプＢの代わりにタイプＣを使用すれば、散気孔パイプの回転数を自在に変更可能なので、噴出される気泡は使用に合った理想的な微細気泡に調整できる。また、気液混合加圧液の中に処理液を加えれば、浄化をさらに促進できる。
【実施例３】
【００３０】
図１０は本発明の第３実施例で、矩形型の養殖槽５０の外にタイプＢの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置９２を設置した場合の循環型養殖槽の形態を示す断面図である。基本的な装置構成や微細気泡含有気液混合加圧液の生成方法および羽根車内での気液噴出による極微細気泡流の生成形態等は前実施例と同様である。貫流ポンプにおける流れの特性から極微細気泡を含む吐出し流れは乱れも少なく、拡散することなく、遠くまで達することができる。従って、水槽内で河川と同様の水流の中で魚類を育てられることから、従来の養殖魚より身の締まった魚が得られる。また、安定した一定方向の流れが得られることから、魚同士が衝突して傷つくこともない。
【実施例４】
【００３１】
図１１は本発明の第４実施例で、養殖槽５１の上部に縦型でタイプＡの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８３を据え付けた場合の形態を示す。（ａ）は平面断面図、（ｂ）は側断面図である。本実施例では貫流ポンプの据付けが、縦置きになっていて、ポンプ部本体は水槽内の水面下に設置されているが、駆動用のモータ１２は水面より上に設置できることから、据付およびメンテナンスが容易である。本装置ではポンプが縦型で噴出部がパイプ状ノズル以外の他の構成は図１０の実施例３と同様である。
【実施例５】
【００３２】
図１２は本発明の第４実施例で、回流型の培養槽６０の外にタイプＡの貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８０を設置した場合の形態を示す。（ａ）は、ポンプ部のみ平面断面とする装置全体構成図、（ｂ）は装置内の気泡流れの状態を示す側断面図である。本装置は培養槽の外に設置したポンプの吐出口と吸込口を培養槽６０に接続して流れが循環するようにしたもので、Ｕ字型の培養槽６０の水面側に植物６３を育成するための水耕栽培用フロート６４を浮かせ、水面下を極微細気泡流が循環するように構成されている。前述のように気液混合チャンバー３４で生成された微小気泡混合液は加圧ポンプ４６を経て微細気泡含有気液混合加圧液となって供給パイプ１３によりパイプ状ノズル４５内に供給される。微細気泡含有気液混合加圧液がパイプ状ノズル先端から回転する羽根車内にジェット状に噴出されて、減圧拡散し、羽根車内の流れとも混合することによって、大量の極微細気泡流が生成される。培養液も加圧液に加えることによって植物栽培に適した環境にすることができる。
【００３３】
この実施の形態によれば、貫流ポンプ極微細気泡流供給装置によって培養槽６０の水面に浮かべた水耕栽培用フロ−ト６４の下を回流する幅広の一様な流れが得られ、ポンプの吐出し流れと共に極微細気泡や培養液を槽内全体に供給することができる。また、貫流ポンプの流れの特性により、流れは乱れも少なく拡散せず遠くまで達することから、従来のように撹拌機がなくても槽内に安定した回流が得られる。
【００３４】
実施例５の別形態の使用例として、図示はしていないが、海洋バイオマスとして注目される藻類の増殖培養に本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置を同様に利用できる。図１２において、水耕栽培用フロ−ト６４を外し、替わりに藻類育成用の網状のものを取付け、他は略同様の構成とした藻類培養槽において、気液混合チャンバー３４において、二酸化炭素含有ガスを吹き込んで得られた二酸化炭素含有ガスの極微細気泡含有気液混合加圧液をノズルから噴出することによって、ポンプ吐出口から槽内に二酸化炭素含有ガスの極微細気泡流を供給する。その二酸化炭素含有ガスの極微細気泡を含む流れは前記水耕栽培の時と同様に槽内全体に行き渡り、藻類増殖に適した環境を作る。
【実施例６】
【００３５】
図１３は本発明の第６実施例で、貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８４を船体の外板にセットしたときの形態を示す。本実施例では同装置８４のタイプＡは船首部の水面下の左舷に、同装置９３のタイプＢは船底外板７０ｂにセットしたときの極微細気泡（マイクロバブル）の流れの状態を示す。いずれも船体表面に沿って極微細気泡が流れるようにポンプの吸込口と吐出口の方向を船体外板に沿うようにケーシング形状をアレンジしている。図１４は船底側から見た対称図面の半分を描いた平面図である。同装置９３は船底外板に水中モータ１２ｂの両端軸にポンプを接続した構成である。
【００３６】
この実施の形態によれば、図１３と図１４に示すように船首部の左舷の外板に設置した貫流ポンプ極微細気泡流供給装置８４の羽根車内で発生した極微細気泡の吐出し流れは一様で安定した流れなので、コアンダ効果（流れが物体表面に沿って流れる）によって曲率のある船体表面に沿って流れる。極微細気泡を含む吐出し流れＤは、貫流ポンプの流れの特性により、幅広のシ−ト状で乱れも少なく、また拡散することなく、一様な流れとなって遠くまで達するので広範囲に渡って船体を極微細気泡で覆うことが出来るので摩擦抵抗を効率よく低減できる。船底の外板に設置した同装置９３のポンプから吐き出される極微細気泡の流れも同様の手法で船体表面を極微細気泡で覆うことができる。
【００３７】
摩擦抵抗低減のためには、基本的には船体表面が水と接する薄い境界層を気泡で覆えばよく、厚い層で覆う必要はない。ポンプ吐出し口からの流れＤの流出速度は外流Ｆ（船体近傍を通り過ぎる流れで、船の速度や海流に関係）との速度関係において、吐出し流れＤが最も拡散し難い速度に選定すれば良い。吐出し口からの流出速度は羽根車の回転数によって容易に変えることが出来る。いずれにしても、吐出し流れＤの流速は外流Ｆの速度よりも速くする必要がある。また、極微細気泡を含む吐出し流れＤは、船体の摩擦低減だけでなく船の推進にも若干寄与する。
【００３８】
前述のように貫流ポンプの流れは２次元的であるから、単純に羽根車７の幅方向の長さを増やしたり貫流ポンプ本体を数個幅方向につなぐことによって、船体の大きさに柔軟に対応できる。本実施例での貫流ポンプ極微細気泡流供給装置は、タイプＡとタイプＢを使用しているが、タイプＣの方が散気孔パイプの回転数を高速にできるため、気泡をより微細化できる。ただ、構造が複雑になるのが難点である。
【００３９】
以上、全体をまとめると、本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置は曝気、養殖、培養槽など広い分野のエアレ−ション技術と船舶の摩擦低減に関係するマイクロバブル発生技術として貢献できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置による気泡の極微細化手法と貫流ポンプ特有の流れの特性を活かすことにより、極微細化した大量の気泡を幅広で一様な流れと共に槽内などに供給できること、およびポンプケーシング形状を使用用途ごとに変形して柔軟に適応できることから、曝気、養殖、植物・藻類栽培などに関連したエアレ−ション技術や摩擦低減船に関するマイクロバブル発生技術など、多用途の分野で利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
２            モータ駆動軸
４            散気孔パイプ
５            散気孔小孔
６            羽根
７            羽根車
８            ケーシング舌部
９            ポンプ吸込側
１０          ポンプ吐出側
１２          駆動用モータ（羽根車駆動用）
１２ｂ        駆動用モ−タ（羽根車駆動用、水中使用）
１３          供給パイプ
１４          水面
１６，１６ｂ    羽根車中空回転軸
１７          羽根車側板
１９，１９ｂ    モータ後端密閉ブラケット
２０          サブモータ（回転軸が中空）
２３          羽根車ボス
２５，２６    羽根車軸受              
２７          軸受ユニット
２８          外輪用軸受（羽根車中空回転軸用）
２９          内輪用軸受（散気孔パイプ用）
３０，３１，３２，３３     ポンプケ−シング
３４，３４ｂ    気液混合チャンバー
３５          二重管ユニット
３６          二重管ユニット内管
３７          二重管ユニット外管
３８          小孔（気体吹き込み孔）
３９          気体噴出ノズル
４０          水槽
４１          曝気槽
４５          パイプ状ノズル
４６          加圧ポンプ（比速度の小さい高揚程のポンプ）
５０，５１    養殖槽
６０          培養槽
６３          植物
６４          水耕栽培用フロ−ト
７０          船
７０ｂ        船底外板
７５          スクリュー
８０，８１，８２，８３，８４    貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＡ
９０，９１，９２，９３          貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＢ
１００        貫流ポンプ極微細気泡流供給装置タイプＣ
Ｂ            微細気泡
Ｄ            ポンプ吐出し口から船体表面に沿って流出する極微細気泡の流れ
Ｆ            外流（船の速度や海流に関係する船体近傍を通り過ぎる流れ）
Ｊ            ノズルから噴出するジェット状の噴流
Ｓ            散気孔の小孔から噴出する噴流
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車形状が円筒状で多翼の羽根車を備え、当該羽根車を駆動するモータの回転軸端は羽根車を貫通せず、駆動側の羽根車側板の羽根車ボスにモータの軸端を嵌め込んだ構造にし、反駆動側の羽根車側板に取り付けた羽根車中空回転軸を通して、羽根車内部を外部と連通状態にした当該羽根車中空回転軸を、反駆動側のポンプケーシングの側面に取付けた羽根車回転軸受に嵌め込み、その中空回転軸内に小径のパイプ状ノズルを挿入して、そのパイプ状ノズル後端部を前記羽根車回転軸受後端部に嵌め込み保持すると共に軸受後端の密閉ブラケットの外に突き出し、パイプ状ノズルの先端は前記羽根車内に突き出した構成にし、流水多孔管路中に気体を吹き込むタイプの気液混合チャンバ−で生成された微小気泡混合液を、比速度の小さい高揚程のポンプに取込み、ポンプ羽根による撹拌、加圧した微細気泡含有気液混合加圧液を、前記軸受後端の密閉ブラケットに接続した供給パイプを通して、該パイプ状ノズル内に供給し、そのノズル先端よりジェット状の噴流を回転する前記羽根車内に噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合することによって、極微細化した大量の気泡流をポンプ吐出部に供給可能にしたことを特徴とする貫流ポンプ極微細気泡流供給装置
【請求項２】
請求項１に記載の羽根車中空回転軸内に嵌め込んだ前記パイプ状ノズルに替えて、先端部に散気孔を有する散気孔パイプの後端部を前記羽根車中空回転軸内に嵌め込み、散気孔パイプの散気孔を有する先端部は、前記羽根車内に突き出し、羽根車と散気孔パイプが一体となって回転する構成にし、前記羽根車回転軸受の後端に取付けた密閉ブラケットに接続した供給パイプを通して、回転軸受内に嵌め込まれた散気孔パイプ内に、請求項１と同様に、気液混合チャンバ−と比速度の小さい高揚程のポンプを使用した手法で、供給した微細気泡含有気液混合加圧液を、散気孔の小孔より回転を伴いながら前記羽根車内に噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合することによって、極微細化した大量の気泡流をポンプ吐出部に供給可能にしたことを特徴とする貫流ポンプ極微細気泡流供給装置
【請求項３】
請求項２に記載の散気孔パイプを、羽根車の回転に関係なく自在に回転可能にするため、前記反駆動側のポンプケーシングの側面に取付けた羽根車回転軸受を外輪用と内輪用の２種の回転軸受を備えた構造の軸受ユニットにし、当該軸受ユニットの外輪用の軸受に前記羽根車中空回転軸を嵌め込み、その中空回転軸内に小径の散気孔パイプを挿入し、その散気孔パイプの散気孔先端部を羽根車内に突き出し、散気孔パイプの後端部は前記内輪用の回転軸受に嵌め込んで通して突き出して、前記軸受ユニット後端に接続して取付けたサブモータの中空回転軸内に嵌め込んで接続することにより、羽根車内に挿入した前記散気孔パイプが羽根車の回転に関係なくサブモータにより自在に回転可能にした構成にし、前記サブモータ後端の密閉ブラケットに接続した供給パイプを通してサブモータの中空回転軸に接続した散気孔パイプ内に、請求項１と同様に、気液混合チャンバ−と比速度の小さい高揚程のポンプを使用した手法で、供給した微細気泡含有気液混合加圧液を散気孔の小孔より回転を伴いながら前記羽根車内に噴出して減圧拡散させ、羽根車内の流れとも混合することによって、極微細化した大量の気泡流をポンプ吐出部に供給可能にしたことを特徴とする貫流ポンプ極微細気泡流供給装置
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の貫流ポンプ極微細気泡流供給装置をパイプラインの途中に組み込むために、貫流ポンプの吸込み口と吐出し口部のケ−シング形状をインライン型にアレンジし、パイプラインの途中に、前記貫流ポンプの吸込み口と吐出し口が接続できるようにした状態て、貫流ポンプ本体を設置可能にしたことを特徴とする貫流ポンプ極微細気泡流供給装置
【請求項５】
請求項１に記載の気液混合チャンバ−の構造が、所定の長さの二重管構造の内管には流体、外管と内管の隙間には気体を供給する二重管のユニット構造において、内管の入口部の上流管部が上流からユニット入口に向かって管路断面積を小さくして縮流になるようにして、ユニットの内管に流入する管内流速を高速にし、ユニット出口部では、下流に向かって管径を急拡大して管路流速を低速にする構造において、ユニット内の内管を多孔質管にしたり、内管の壁面に多数の小孔をあけた多孔管にすることにより、ユニット外管の内部に供給した気体を内管の小孔を通して内管内の高速の流体中に吹き出すことにより生成された微小気泡混合液を請求項１に記載の比速度の小さい高楊程のポンプに取込んで羽根による撹拌と加圧により、生成した微細気泡含有気液混合加圧液を前記羽根車内のパイプ状ノズルや散気孔パイプに供給することを特徴とする貫流ポンプ極微細気泡流供給装置