(57)【要約】【課題】  製造コストが低く、目的に応じた材料・構造の変換とメンテナンスとが容易な気液混合装置を開発する。【解決手段】  該装置を容易に結合し得る複数個のブロックに分割して製作し、必要なブロックを積み重ねて該装置を構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定円筒内部に回転円筒を備え、該固定円筒と該回転円筒との間隙に液体と気体とを導入する形式の気液混合装置若しくは微小気泡発生装置（以下気液混合装置と総称する）の作成において、該固定円筒及び該回転円筒の双方又は何れか一方を、複数の金属ブロック又はセラミックスブロック又はプラスチックス（ＦＲＰを含む。以下同様）ブロック若しくは金属及び／又はセラミックス及び／又はプラスチックスの複合ブロック（以下単にブロックと総称する）を集積して構成することを特徴とする気液混合装置。
【請求項２】
請求項１記載のブロックの全部又は一部が中空部分を有することを特徴とする気液装置。
【請求項３】
請求項１若しくは請求項２記載のブロックのうち、固定円筒を構成するブロックの１又は複数個の内面及び／又は回転円筒を構成するブロックの１又は複数個の外面に、円筒の軸と平行に、若しくは軸と傾きを持つ方向に複数の突条を設けることを特徴とする気液混合装置。
【請求項４】
請求項３記載の突条の基部に溝を設け、隣接する突条間に板状の磁石を配置するに際し、該磁石の端部をこの溝に差し込むことによって、ビス等を用いることなく磁石を固定することを特徴とする気液混合装置。
【請求項５】
固定円筒を構成するブロックを、これに外接する円筒内に逐次挿入して所定数積み重ね、上端と下端とを適宜の方法によって固定することを特徴とする気液混合装置。
【請求項６】
回転円筒を構成するブロックの中心部に回転軸を通す孔を設け、逐次回転軸に通しつつ所定数積み重ね、適宜の方法によって上端と下端とを固定し、円筒として一体化したブロックを適宜の方法によって回転軸に固定することを特徴とする気液混合装置。
【請求項７】
固定円筒及び／又は回転円筒を構成する各ブロックの突条数が同一であることを特徴とする気液混合装置。
【請求項８】
固定円筒及び／又は回転円筒を構成する各ブロックの突条数が同一でないことを特徴とする気液混合装置。
【請求項９】
突条数が同一の固定円筒及び／又は回転円筒を構成するブロックを積み重ねる際、隣接するブロックの突条が互いに接続する位置に置かれることを特徴とする気液混合装置。
【請求項１０】
突条数が同一の固定円筒及び／又は回転円筒を構成するブロックを積み重ねる際、隣接するブロックの突条がランダムに若しくは一定の秩序を保って相互にずれた位置に置かれることを特徴とする気液混合装置。
【請求項１１】
固定円筒及び／又は回転円筒の最上部に位置するブロックが、１又は複数個の気体及び／又は液体の導入機構を有するものであることを特徴とする気液混合装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の気体及び液体の導入機構の全部又は一部が、流動液体によって気体が吸引され、該気体がノズル又は細孔から流動液体中に小気泡の形で供給される機能を有するものであることを特徴とする気液混合装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の導入機構にスタッチックミキサーを付加し、ノズル又は細孔から流動液体中に供給された小気泡が流動液体とともに該スタッチックミキサーを通過する機能を有するものであることを特徴とする気液混合装置。
【請求項１４】
固定円筒及び／又は回転円筒の最下部に位置するブロックが、液体移送機能を有するものであることを特徴とする気液混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、水質保全その他の環境・保健衛生・農水産業・工業的用途に使用される気液混合装置若しくは気泡発生装置（以下気液混合装置と総称）のうち、固定円筒とその内部に設置された回転円筒との間隙に気体と液体とを導入する形式の装置の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】近時、水質保全の目的で、対象とする汚損水に微小気泡を送入することが多く行われ、特に気泡径が１０μｍ以下若しくはサブミクロンオーダーのものの作用に注目が集まっている。このような微小気泡は特異な生体・物理・化学作用を示すことがあり、また、液中で極めて安定に存在し得ることから、保健衛生・農水産業・工業等のより広い分野への応用が期待され、効率の良い微小気泡発生装置の開発の重要性が増大している。本発明者らは、この目的に適したものとして、固定円筒内に該固定円筒と軸を同じくする回転円筒を設置し、該固定円筒の内面及び該回転円筒の外面に、軸と平行の方向にそれぞれ複数個の突条を設け、突条間の円筒面には磁石を配置し、該固定円筒と該回転円筒との間隙に、空気と処理対象の水とを同時に注入し、回転円筒を高速回転させることによって、注入された空気と水とを高速で流動させ、突条によって形成される流動経路の広狭の繰り返しに対応して生ずる液体内の圧力変動と衝突による気泡の分裂とを利用する装置（特開２００３−５３３７３、特開２００４−７４１３１）を開発したが、稼動初期において大型の気泡が混在しやすいこと、円筒の長さが５０〜７０ｃｍとやや大型であって取り扱い・内部保守点検が必ずしも簡易ではないこと、更に該突条を研削によって作成し、装置全体を耐食性金属で構成していたことのためコストの増大を招き、普及上の難点になる恐れがある等の問題点があった。
【特許文献１】特開２００３−５３３７３
【特許文献２】特開２００４−７４１３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】本発明においては、上記の問題点を解消するため、より広い範囲の材料の使用を可能とし、製作・組み立て・保守が容易な構成を有する気液混合装置を開発する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】本発明者らは、自身の発明にかかる装置のみならず、この種形式の気液混合装置に広く適用可能な構成方法として、以下のごとき発明を行った．
（１）固定円筒内部に回転円筒を備え、該固定円筒と該回転円筒との間隙に液体と気体とを導入する形式の気液混合装置若しくは微小気泡発生装置（以下気液混合装置と総称する）の作成において、該固定円筒及び該回転円筒の双方又は何れか一方を、複数の金属ブロック又はセラミックスブロック又はプラスチックス（ＦＲＰを含む。以下同様）ブロック若しくは金属及び／又はセラミックス及び／又はプラスチックスの複合ブロック（以下単にブロックと総称する）を集積して構成することを特徴とする気液混合装置。
（２）（１）記載のブロックの全部又は一部が中空部分を有することを特徴とする気液装置。
（３）（１）若しくは（２）記載のブロックのうち、固定円筒を構成するブロックの１又は複数個の内面及び／又は回転円筒を構成するブロックの１又は複数個の外面に、円筒の軸と平行に、若しくは軸と傾きを持つ方向に複数の突条を設けることを特徴とする気液混合装置。
（４）（３）記載の突条の基部に溝を設け、隣接する突条間に板状の磁石を配置するに際し、該磁石の端部をこの溝に差し込むことによって、ビス等を用いることなく磁石を固定することを特徴とする気液混合装置。
（５）固定円筒を構成するブロックを、これに外接する外部円筒内に逐次挿入して所定数積み重ね、上端と下端とを適宜の方法によって固定することを特徴とする気液混合装置。
（６）回転円筒を構成するブロックの中心部に回転軸を通す孔を設け、逐次回転軸に通しつつ所定数積み重ね、適宜の方法によって上端と下端とを固定し、円筒として一体化したブロックを適宜の方法によって回転軸に固定することを特徴とする気液混合装置。
（７）固定円筒及び／又は回転円筒を構成する各ブロックの突条数が同一であることを特徴とする気液混合装置。
（８）固定円筒及び／又は回転円筒を構成する各ブロックの突条数が同一でないことを特徴とする気液混合装置。
（９）突条数が同一の固定円筒及び／又は回転円筒を構成するブロックを積み重ねる際、隣接するブロックの突条が互いに接続する位置に置かれることを特徴とする気液混合装置。
（１０）突条数が同一の固定円筒及び／又は回転円筒を構成するブロックを積み重ねる際、隣接するブロックの突条がランダムに若しくは一定の秩序を保って相互にずれた位置に置かれることを特徴とする気液混合装置。
（１１）固定円筒及び／又は回転円筒の最上部に位置するブロックが、１又は複数個の気体及び／又は液体の導入機構を有するものであることを特徴とする気液混合装置。
（１２）（１１）記載の気体及び液体の導入機構の全部又は一部が、流動液体によって気体が吸引され、該気体がノズル又は細孔から流動液体中に小気泡の形で供給される機能を有するものであることを特徴とする気液混合装置。
（１３）（１１）記載の導入機構にスタッチックミキサーを付加し、ノズル又は細孔から流動液体中に供給された小気泡が流動液体とともに該スタッチックミキサーを通過する機能を有するものであることを特徴とする気液混合装置。
（１４）固定円筒及び／又は回転円筒の最下部に位置するブロックが、液体移送機能を有するものであることを特徴とする気液混合装置。
【発明の効果】
【０００５】本発明により、気液混合装置の構成がブロック化されたため、鋳型等による製作・種種の材料の使用が可能となり、製作費の低減が見込まれることに加え、目的に応じた構成の組替え・部分補修の実施が容易になる。また、気体導入方法の改良により、微小気泡製造装置としての機能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】本発明は、種種の形態で実施されるが、標準的と考えられるものは以下の如くである。以下、図を参照しながら説明する。
第１の実施形態：第１の実施形態は、（１）〜（１０）に対応し、従来の気液混合装置の固定円筒及び／又は回転円筒部分のみをブロック化するものである。図１は該気液混合装置の概念を示す断面図であって、駆動モーター１、吸水孔２、吸気孔３、駆動軸４、攪拌棒５、液排出用インペラー１０を備えた装置の回転円筒部を複数個の回転円筒ブロック８を積層して形成し、同じく固定円筒部を複数個の固定円筒ブロック９を積層して形成した状態を示す。本図では、回転円筒ブロックは上下をそれぞれフランジ６ｃ・６ｄで固定し、固定円筒ブロックは外部円筒７内に積層したものの上部をフランジ６ａ・６ｅ・ストッパーリング１１で、下部をフランジ６ｄで固定する形式をとっているが、固定方式はこれに限らず、ブロックに複数の貫通孔を設け、固定用の棒を通して上下をボルト等で止める等、種種の形式が可能である。必要に応じ、隣接するブロックの対応個所には位置決めのために相互に嵌合する凹部及び凸部を設ける。【０００７】ブロックの構造は、金属、セラミックス又はＦＲＰを含むプラスチックスを鋳型或いは切削若しくは鋳型と切削との併用等の方法により一体成形したソリッドなもののほか、軽量化のため適宜中空部分を設けること、或いは枠と桁とにより組み立てる構造とすることが可能である。また、金属・セラミックス・プラスチックスのうち２者或いは３者総てを組み合わせた構造を取ることも出来る。この内には外周部を金属で成形し、内部に高分子発泡材を充填したものも含まれる。【０００８】特開２００３−５３３７３記載の如く、固定円筒内面及び回転円筒外面に複数の突条を有し、突条間の円筒面上に板状磁石を配置するものにあっては、ブロック化により、従来のビス等による固定方法に代わって、図２の回転円筒９の断面の一部によって示したように、突条１４の基部に切り込みを作り、この部分に板状磁石１３を挿入して固定することが出来る。【０００９】特開２００３−５３３７３記載の如く、固定円筒内面及び回転円筒外面に複数の突条を有する形式の気液混合装置においては、従来の構成方法では、突条は一定数を円筒の軸に平行な直線状とする以外は作成が困難であったが、ブロック化により、突条数をブロックごとに変化させること、突条の方向を軸方向に傾きを持って形成すること及び隣接するブロックの位置を相互にずらすこと等が出来、必要に応じて例えば螺旋状の突条を形成すること、或いは下部の突条の配置を密にして、回転による液体の経路幅の変動速度を大にし、これに対応した圧力振動数を増加させることで気泡の微小化により有利な構造をとること等が可能となる。【００１０】第２の実施形態：第２の実施形態は、（１１）〜（１４）に対応し、気体及び液体の導入部・気液混合物の排出部をもブロック化するとともに、気体及び液体の導入部にも気泡の微細化のための手段を設けたものである。図３ａ、３ｂ及び３ｃは軸流ポンプを使用した気体及び液体の導入部機構の１例の概念図であって、図３ａは円筒の軸に平行な断面を、図３ｂ及び図３ｃは円筒の軸に垂直な断面を示している。該導入部機構はブロック１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び回転円筒駆動軸に取り付けられた軸流ポンプ羽根２１ａより成り、固定円筒ブロック８の上部に置かれる。駆動軸４の回転と共に軸流ポンプ羽根２１ａは軸方向に下降液流を作り、該液流はブロック１５ｂに設けられたロート状経路１６に入って、らせん状案内翼１８によって過流を形成しつつ気体ノズル１９からの気体を吸入し、過流中で微小気泡を形成しつつブロック１５ｃの流出孔２０から固定円筒／回転円筒間の細隙に導かれる。必要に応じ流出孔にはスタチックミキサーを設置する。気体は吸気孔１７から気体ノズル１９に供給される。液流を作る手段は軸流ポンプに限定されず、斜流ポンプ、遠心ポンプ等を使用することが出来、それに対応した過流作成機構・気体ノズルを設置する。図３ｂはブロック１５ｂの上面の一部であって、ロート状経路１６中のらせん状案内翼１８、気体ノズル１９、流出孔２０の配置を示す。図３ｃはブロック１５ｂの上面であって、一例として６個のロート状経路１６の配置を示す。本図の例では、気体は吸気孔１７からリング状の溝を介して各ロート状経路の気体ノズル１９に供給される。複数種の気体を個別に供給する場合には、必要に応じ各気体ノズルごとに供給孔を設ける。【００１１】図４ａ及び図４ｂは軸流ポンプに代えて遠心ポンプを使用した気体及び液体の導入部機構の１例の概念図であって、該導入部機構は１５ｄ及び１５ｅの２ブロック並びに遠心ポンプ羽根車２１ｂより成り、図４ａは円筒の軸に平行な断面を、図４ｂは円筒の軸に垂直な断面（ブロック１５ｅ上面）の一部を示している。遠心ポンプ羽根によって遠心方向に作られた水流は、ブロック１５ｅの上面の一部を掘削して形成された流水路２２を通ってロート状経路１６上方の円筒形空洞に入り、過流を形成しつつロート状経路１６を通過しながらノズル１９から気体を吸入・混合しつつ流出孔２０から固定円筒８と回転円筒９の間隙に供給される。必要に応じロート状経路１６中にらせん状案内翼１８を、流出孔にはスタチックミキサーを設置する。気体は吸気孔１７から気体ノズル１９に供給される。図４ａ、４ｂは各ロート状経路に個々に吸気孔を設置した例であるが、単一気体を使用する場合には、図３ａ、３ｃに示したように、１個の吸気孔からの気体を各ノズルに供給することも出来る。【００１２】気体及び液体の導入部機構は、専用のモーターを備えた独立のブロックとすることも出来る。その際には、通常気液混合装置の駆動モーターは最下部に設置される。【００１３】複数の気体吸入孔及びノズルを備えることにより、本装置においては複数種の気体の微小気泡を液体中に形成することが出来る。このことは、新しい性質を持つ気液混合物の形成と同時に、液中での複数種気体間及び／又は複数種の気体と液体との間の反応を可能にし、本装置を反応装置として使用する際の用途を拡大するものである。【００１４】図５は気液混合物の排出部を形成するブロックの１例の概念図であって、上部支持板２２、開口部を有するケーシング又は複数の支柱２３、基盤２４及び駆動軸４に設置されたインペラー１０によって構成される。駆動軸の回転に伴い、インペラーにより上部の気液混合物は下方に吸引され、ケーシング２３の開口部若しくは支柱間の間隙から外部に排出される。基盤２４とケーシング又は支柱２３、若しくは上部支持板２２とケーシング又は支柱２３とは分離可能な構造とする。
【産業上の利用可能性】
【００１５】本発明により、固定円筒及び回転円筒を備える型の気液混合装置は、製作コストの低減に併せて、性能の向上、保守・ハンドリングの簡易化が図られ、広範囲な用途への普及が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  固定円筒及び回転円筒部分のブロック化の概念を示す軸に平行な断面図である。
【図２】  突条間の磁石固定方法の説明図である。
【図３ａ】  軸流ポンプを用いた液体・気体導入機構部の概念を示す断面図である。
【図３ｂ】  軸流ポンプを用いた液体・気体導入機構部の中間ブロックの一部の軸に垂直な断面図である。
【図３ｃ】  軸流ポンプを用いた液体・気体導入機構部の中間ブロックの軸に垂直な断面図である。
【図４ａ】  遠心ポンプを用いた液体・気体導入機構部の概念を示す断面図である。
【図４ｂ】  遠心ポンプを用いた液体・気体導入機構部の下部ブロックの上面図である。
【図５】  混合物排出部のブロックの概念を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１７】  １    駆動モーター
２    気体吸入孔
３    液体吸入孔
４    駆動軸
５    攪拌棒
６ａ  フランジ（外部円筒上端）
６ｂ  フランジ（回転円筒下部）
６ｃ  フランジ（回転円筒上部）
６ｄ  フランジ（外部円筒下端）
６ｅ  フランジ（上部機構下端）
７    外部円筒
８    固定円筒ブロック
９    回転円筒ブロック
１０    インペラー
１１    ストッパーリング
１２    気液混合物の流れ
１３    板状磁石
１４    突条
１５ａ  気体及び液体導入部ブロック（上部）
１５ｂ  気体及び液体導入部ブロック（中間部）
１５ｃ  気体及び液体導入部ブロック（下部）
１６    ロート状経路
１７    気体吸入孔
１８    らせん状案内翼
１９    気体ノズル
２０    流出孔
２１ａ  軸流ポンプ羽根
２１ｂ  遠心ポンプ羽根車
２２    流水路
２３    上部支持板
２４    ケーシング又は支柱
２５    基盤
【図１】
2006326566.tif 000003
【図２】
2006326566.tif 000004
【図３ａ】
2006326566.tif 000005
【図３ｂ】
2006326566.tif 000006
【図３ｃ】
2006326566.tif 000007
【図４ａ】
2006326566.tif 000008
【図４ｂ】
2006326566.tif 000009
【図５】
2006326566.tif 000010