(57)【要約】  【課題】小さな消費エネルギーで微細気泡を効率的に生成できるディスク型微細気泡発生方法及び装置を提供する。  【解決手段】基板１１の片面側に複数の中空管路２０を中心Ｏの周囲のドーナツ形領域に放射状に配置して取り付け且つ反対面側に各中空管路２０の中空部に至る微小貫通孔１６を穿設すると共に反対面側を気密に覆う気密室１５を設けたディスク１０を液相Ｐｂ に浸漬し，ディスク１０の中心Ｏに中空回転軸パイプ３０の一端を挿入して気密室１５に連通させると共に他端を気相Ｐａに連通させる。中空回転軸パイプ３０の周りにディスク１０を回転させて液相Ｐｂから各中空管路２０に液体Ｑを流入させると共に気相Ｐａから気密室１５及び微小貫通孔１６を介して各中空管路２０に気体Ｇを吸引し，吸引した気体を各中空管路２０の出口の流路拡大により微細に破砕しながらディスク１０の外周より放出する。【選択図】      図１
2019034292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の片面側に複数の中空管路を中心周囲のドーナツ形領域に放射状に配置して取り付け且つ反対面側に各中空管路の中空部に至る微小貫通孔を穿設すると共に反対面側を気密に覆う気密室を設けたディスクを液相に浸漬し，前記ディスクの中心に中空回転軸パイプの一端を挿入して前記気密室に連通させると共に他端を気相に連通させ，前記中空回転軸パイプ周りにディスクを回転させて液相から各中空管路に液体を流入させると共に気相から気密室及び微小貫通孔を介して各中空管路に気体を吸引し，前記吸引した気体を各中空管路出口の流路拡大により微細に破砕しながらディスク外周より放出してなるディスク型微細気泡発生方法。
【請求項２】
請求項１の方法において，前記ディスクの複数の中空管路を，前記基板の片面側に同径の中央穴付きドーナツ形基板を芯合わせして対向させると共にその対向間隙に放射状に配置して取り付け，前記ディスクの回転時に前記ドーナツ形基板の中央穴を介して液相から各中空管路に液体を流入させてなるディスク型微細気泡発生方法。
【請求項３】
請求項１又は２の方法において，前記ディスクの中空管路の中空部に縮径部を設け，前記微小貫通孔を各中空管路の縮径部に穿設してなるディスク型微細気泡発生方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの方法において，前記ディスクの気密室を，前記基板の反対面側に同径基板を芯合わせして対向させると共にその対向間隙の周縁部を密封することにより形成してなるディスク型微細気泡発生方法。
【請求項５】
請求項４の方法において，前記ディスクの気密室を形成する一対の基板の非対向面側にそれぞれ複数の中空管路を中心周囲のドーナツ形領域に放射状に配置して取り付けると共に各基板の対向面側にそれぞれ各中空管路の中空部に至る微小貫通孔を穿設し，前記ディスクの回転時に各基板の中空管路にそれぞれ液相から液体を流入させると共に気相から気体を吸引し，前記各基板の中空管路からそれぞれ微細に粉砕された気泡を放出してなるディスク型微細気泡発生方法。
【請求項６】
基板の片面側に複数の中空管路を中心周囲のドーナツ形領域に放射状に配置して取り付け且つ反対面側に各中空管路の中空部に至る微小貫通孔を穿設すると共に反対面側を気密に覆う気密室を設けたディスク，前記ディスクの中心に挿入して前記気密室に一端を連通させる中空回転軸パイプ，及び中空回転軸パイプの周りにディスクを回転させる駆動装置を備えてなり，前記ディスクを液相に浸漬すると共に前記中空回転軸パイプの他端を気相に連通させ，前記駆動装置によるディスク回転により液相から各中空管路に液体を流入させると共に気相から気密室及び微小貫通孔を介して各中空管路に気体を吸引し且つ吸引した気体を各中空管路出口の流路拡大により微細に破砕しながらディスク外周より放出してなるディスク型微細気泡発生装置。
【請求項７】
請求項６の装置において，前記ディスクの複数の中空管路を，前記基板の片面側に同径の中央穴付きドーナツ形基板を芯合わせして対向させると共にその対向間隙に放射状に配置して取り付けたものとし，前記ディスクの回転時に前記ドーナツ形基板の中央穴を介して液相から各中空管路に液体を流入させてなるディスク型微細気泡発生ディスク型微細気泡発生装置。
【請求項８】
請求項６又は７の装置において，前記ディスクの中空管路の中空部に縮径部を設け，前記微小貫通孔を各中空管路の縮径部に穿設してなるディスク型微細気泡発生方法。
【請求項９】
請求項６から８の何れかの装置において，前記ディスクの気密室を，前記基板の反対面側に同径の蓋板を芯合わせして対向させると共にその対向間隙の周縁部を密封することにより形成したものとしてなるディスク型微細気泡発生装置。
【請求項１０】
請求項９の装置において，前記ディスクの気密室を形成する一対の基板の非対向面側にそれぞれ複数の中空管路を中心周囲のドーナツ形領域に放射状に配置して取り付けると共に各基板の対向面側にそれぞれ各中空管路の中空部に至る微小貫通孔を穿設し，前記ディスクの回転時に各基板の中空管路にそれぞれ液相から液体を流入させると共に気相から気体を吸引し，前記各基板の中空管路からそれぞれ微細に粉砕された気泡を放出してなるディスク型微細気泡発生装置。
【請求項１１】
請求項６から１０の何れかの装置において，前記中空回転軸パイプの他端側に駆動装置を接続し，その駆動装置に回転速度調整手段を含めてなるディスク型微細気泡発生装置。
【請求項１２】
請求項６から１１の何れかの装置において，前記中空回転軸パイプの他端に吸気量調整弁を設けてなるディスク型微細気泡発生装置。
【請求項１３】
請求項６から１２の何れかの装置において，前記中空回転軸パイプに長さ調整機構を含めてなるディスク型微細気泡発生装置。
【請求項１４】
請求項６から１３の何れかの装置において，前記ディスクに，前記外周より放出された微細気泡を所定方向に案内するガイド板を設けてなるディスク型微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスク型微細気泡発生方法及び装置に関し，とくに液相中でディスクを回転させて微細気泡を発生させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
魚介類の養殖池や湖沼・河川・湖水等の閉鎖水域，排水処理場，汚水処理場等において，水質の改善・改良等を目的として，水中（液体中）に微細気泡を供給することがある（特許文献１及び２参照）。微細気泡は，ファインバブル，マイクロバブル又はナノバブルとも呼ばれる粒径が１００μｍ以下（例えば数１０μｍ〜数μｍ）の微細な気泡であり，通常の気泡（例えば粒径１ｍｍ以上の気泡）には見られない特徴，例えば浮力が小さく水中に長時間浮遊して様々な部位に到達する，水中で浮遊しながら縮小して消滅（完全溶解）する等の特徴を有している。
【０００３】
微細気泡は，例えば水中に供給して完全溶解させることにより，水中の様々な部位の溶存酸素濃度を効率的に向上させて水質を改善・改良することが期待できる。また，微細気泡を含む水は微生物，植物，動物に対する活性効果があることも報告されており，例えばナスやトマト等の収穫量を高めるために利用できる（非特許文献１参照）。更に，医薬品や食品等の分野においても様々なガス（酸素，オゾン，窒素等）を閉じ込めた微細気泡が利用されており，例えばオゾンガスを閉じ込めた微細気泡は強力な殺菌効果を有することが認められている。
【０００４】
水中（液体中）に微細気泡を供給する従来方法の一例は，小径管路に液体を高速で通過させ，その液流によって生じる負圧を利用して液中に気体（ガス）を吸引し，その下流の管路拡大で生じるキャビテーションによって吸引ガスを微細に破砕して微細気泡を発生させるエジェクタ式のものである（非特許文献２参照）。例えば図７（Ａ）に示す微細気泡発生装置６０のように，液体貯留槽６１内にポンプ６３及びエジェクタ６２を配置し，ポンプ６３で吸引した液体Ｑを液体流路６４及び流量調整バルブ６５を介してエジェクタ６２に循環させる。また，エジェクタ６２に気体供給路６６の一端を接続し，気体供給路６６の他端の開閉コック６７を液体貯留槽６１の上方に配置する（特許文献１参照）。
【０００５】
図７（Ｂ）は，エジェクタ６２の一例の断面図を示す。図示例のエジェクタ６２は，液体流路６４から液体Ｑを取り入れる中空部（中空管路）６２ａを有し，その上流側に拡径された入口（管路 入口）６２ｂを設けることにより断面を略Ｔ字形状とし，入口に比して縮径された管路中間部分に微細吸気孔６２ｅを設けて気体供給路６６の一端を接続する。管路入口６２ｂから流入した液体Ｑは中空部６２ａを通過する際に負圧を生じ，気体供給路６６から微細吸気孔６２ｅを介して気体Ｇが吸引されて液体に混合される。混合された気体Ｇは液体Ｑと共に管路出口６２ｃへ送られるが，出口の管路拡大で生じるキャビテーションによって微細に破砕され，微細気泡Ｓとなって放出される。
【０００６】
図７（Ｃ）は，中空管路６２ａの中間部分に縮径部６２ｄを設けたエジェクタ（ベンチュリー）６２の他の一例の断面図を示す。図示例のエジェクタ６２は，縮径部６２ｄに気体供給路６６の一端を接続する微細吸気孔６２ｅを設けており，管路入口６２ｂから流入した液体Ｑは縮径部６２ｄを通過する際に負圧を生じ，気体供給路６６から微細吸気孔６２ｅを介して気体Ｇが吸引されて液体に混合される。液体Ｑに混合した気体Ｇは，その下流側の管路拡大で生じるキャビテーションによって破砕され，微細気泡Ｓとなって管路出口６２ｃから放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３４８６９号公報
【特許文献２】特開２００６−１６７６１２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】氷室昭三「ファインバブルの基礎とその応用について」理科資料８０号，実教出版，２０１６年９月２６日，インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｉｋｋｙｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｄｅｔａｉｌ／４５／９９９２６５７５９２＞
【非特許文献２】ファインバブル学会連合編，寺坂宏一ほか著「ファインバブル入門  第６章  ファインバブル発生技術」日刊工業新聞社，２０１６年１１月２８日発行，１６７〜１９２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし，図７に示すような従来のエジェクタ式の微細気泡発生方法は，ポンプ（加圧装置）を用いて気体を加圧しなければならず，微細気泡の生成に要するエネルギーが比較的大きい問題点がある。養魚場や閉鎖水域等では微細気泡の供給を長期間継続しなければならないことも多く，消費エネルギーが大きくなると経費が嵩むだけでなく，継続的な動力源のない海洋上等では適用自体が難しくなる。また，養魚場等で水を循環させながら微細気泡を供給する場合は，加圧装置（ポンプ）の発熱が徐々に水に伝わって魚介類の生育に影響する水温上昇（例えば，加圧装置として水中ポンプを使用した場合は２０℃以上、陸上ポンプを使用した場合は１０℃以上の水温上昇）を招くおそれもある。消費エネルギー及び水温上昇を小さく抑えるためには，加圧装置を用いずに微細気泡を供給できる方式が有効である。
【００１０】
そこで本発明の目的は，小さな消費エネルギーで微細気泡を効率的に生成できるディスク型微細気泡発生方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図１の実施例を参照するに，本発明によるディスク型微細気泡発生方法は，基板１１の片面側（図示例では下面側，図１（Ｄ）参照）に複数の中空管路２０（図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）を中心Ｏの周囲のドーナツ形領域に放射状に配置して取り付け且つ反対面側（図示例では上面側，図１（Ｃ）参照）に各中空管路２０の中空部に至る微小貫通孔１６を穿設すると共に反対面側を気密に覆う気密室１５（図１（Ｂ）参照）を設けたディスク１０を液相Ｐｂ に浸漬し，ディスク１０の中心Ｏに中空回転軸パイプ３０の一端を挿入して気密室１５に連通させると共に他端を気相Ｐａに連通させ，中空回転軸パイプ３０の周りにディスク１０を回転させて液相Ｐｂから各中空管路２０に液体Ｑを流入させると共に気相Ｐａから気密室１５及び微小貫通孔１６を介して各中空管路２０に気体Ｇを吸引し，吸引した気体を各中空管路２０の出口の流路拡大により微細に破砕しながらディスク１０の外周より放出してなるものである。
【００１２】
また図１の実施例を参照するに，本発明によるディスク型微細気泡発生装置は，基板１１の片面側（図示例では下面側，図１（Ｄ）参照）に複数の中空管路２０（図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）を中心Ｏの周囲のドーナツ形領域に放射状に配置して取り付け且つ反対面側（図示例では上面側，図１（Ｃ）参照）に各中空管路２０の中空部に至る微小貫通孔１６を穿設すると共に反対面側を気密に覆う気密室１５（図１（Ｂ）参照）を設けたディスク１０，ディスク１０の中心Ｏに挿入して気密室１５に一端を連通させる中空回転軸パイプ３０，及び中空回転軸パイプ３０の周りにディスク１０を回転させる駆動装置４０を備えてなり，ディスク１０を液相Ｐｂに浸漬すると共に中空回転軸パイプ３０の他端を気相Ｐａに連通させ，駆動装置４０によるディスク１０の回転により液相Ｐｂから各中空管路２０に液体を流入させると共に気相Ｐａから気密室１５及び微小貫通孔１６を介して各中空管路２０に気体を吸引し且つ吸引した気体を各中空管路２０の出口の流路拡大により微細に破砕しながらディスク１０の外周より放出してなるものである。
【００１３】
好ましい実施例では，図２に示すように，ディスク１０の複数の中空管路２０を，基板１１の片面側に同径の中央穴２６ 付きドーナツ形基板２５を芯合わせして対向させると共にその対向間隙に放射状に配置して取り付け，ディスク１０の回転時にドーナツ形基板２５の中央穴２６を介して液相Ｐｂから各中空管路２０に液体を流入させる。図４（Ｃ）に示すように，ディスク１０の各中空管路２０の中空部には縮径部２１を設けることができ，微小貫通孔１６を各中空管路２０の縮径部２１に穿設することができる。また，図１及び図２に示すように，ディスク１０の気密室１５は，基板１１の反対面側に同径基板１２を芯合わせして対向させると共にその対向間隙の周縁部を密封することにより形成することができる。
【００１４】
更に好ましくい実施例では，図３に示すように，基板１１，１２を対向させてディスク１０の気密室１５を形成した場合に，各基板１１，１２の非対向面側（図３（Ｂ）及び（Ｄ）参照）にそれぞれ複数の中空管路２０を中心Ｏの周囲のドーナツ形領域に放射状に配置して取り付け且つ各基板１１，１２の対向面側（図３（Ｃ）参照）にそれぞれ各中空管路２０の中空部に至る微小貫通孔１６を穿設し，ディスク１０の回転時に各基板１１，１２の中空管路２０にそれぞれ液相Ｐｂから液体を流入させると共に気相Ｐａから気体を吸引し，各基板１１，１２の中空管路２０からそれぞれ微細に粉砕された気泡を放出する。
【００１５】
望ましい実施例では，図１（Ａ）に示すように，中空回転軸パイプ３０の他端側に駆動装置４０を接続すると共にその駆動装置４０に回転速度調整手段４３を含め，微細気泡Ｓの粒径を中空回転軸パイプ３０周りのディスク１０の回転速度ωにより調節する。また，図１（Ａ）に示すように，中空回転軸パイプ３０の他端に吸気量調整弁３２を設け，微細気泡Ｓの粒径を中空回転軸パイプ３０の吸気量調整弁３２により調節することも可能である。他の望ましい実施例では，図１（Ｆ）に示すように，中空回転軸パイプ３０に長さ調整機構３５を含め，微細気泡Ｓの放出深さを中空回転軸パイプ３０の調整機構３５により調節する。更に他の望ましい実施例では，図５（Ｂ）に示すように，ディスク１０に，その外周より放出された微細気泡Ｓを所定方向に案内するガイド板５０を設ける。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるディスク型微細気泡発生方法及び装置は，基板１１の片面側に複数の中空管路２０を放射状に配置して取り付け且つ反対面側に各中空管路２０の中空部に至る微小貫通孔１６を穿設すると共に反対面側を気密に覆う気密室１５を設けたディスク１０を液相Ｐｂ に浸漬し，ディスク１０の中心Ｏに中空回転軸パイプ３０の一端を挿入して気密室１５に連通させると共に他端を気相Ｐａに連通させ，中空回転軸パイプ３０の周りにディスク１０を回転させて液相Ｐｂから各中空管路２０に液体を流入させると共に気相Ｐａから気密室１５及び微小貫通孔１６を介して各中空管路２０に気体を吸引し，吸引した気体を各中空管路２０の出口の流路拡大により微細に破砕しながらディスク１０の外周より放出するので，次の有利な効果を奏する。
【００１７】
（イ）ディスク１０の中心に挿入した中空回転軸パイプ３０の周りの遠心力により各中空管路２０に液体Ｑを流入させ，その液体Ｑの通過時の負圧によって中空回転軸パイプ３０から中空管路２０に気体Ｇを取り入れて微細気泡Ｓを発生させるので，ポンプ等の液体を加圧する装置を用いる必要がなく，微細気泡Ｓの生成のための消費エネルギーを小さく抑えることができる。
（ロ）また，ディスク１０に取り付けた複数の中空管路２０に同時に液体Ｑ及び気体Ｇを取り入れて微細気泡Ｓを作り出すことが可能であり，ディスク１０に取り付ける中空管路２０の数により微細気泡Ｓの生成量を適宜調整することができる。
（ハ）中空回転軸パイプ３０の周りにディスク１０を回転させる駆動エネルギーのみで多量の微細気泡Ｓを効率的に発生させることができるので，例えば動力源が得にくい海洋等においても，太陽光発電等の自然エネルギー等と組み合わせることにより，必要な量の微細気泡Ｓを長期間継続して供給することができる。
【００１８】
（ニ）ディスク１０の径Ｒ０や回転速度ω，中空回転軸パイプ３０からの気体の取り入れ量等の調整によって生成する微細気泡の粒径や濃度（生成量）を調節することも可能であり，対象水域の水質や微細気泡の用途等を考慮して最適な粒径の微細気泡Ｓを供給することができる。
（ホ）ポンプを使用しておらず，ディスク１０の回転駆動装置４０も水面上に配置することができるので，養魚場等で長期間継続し続けても水温上昇を招くおそれがなく，魚介類の生育等に影響を与えることなく長期間継続して微細気泡Ｓを供給することができる。
（ヘ）ポンプを使用する従来方法では，微細気泡が一方向に吐出されるので広い範囲に微細気泡を行きわたらせるために複数台の装置を必要とすることも多かったが，回転するディスク外周から３６０度放射状に微細気泡を放出できる本発明では，単独の装置によって広い範囲に浸透するように微細気泡を放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
【図１】本発明によるディスク型微細気泡発生装置の一実施例の説明図である。
【図２】本発明によるディスク型微細気泡発生装置の他の実施例の説明図である。
【図３】本発明によるディスク型微細気泡発生装置の更に他の実施例の説明図である。
【図４】本発明における微細気泡の発生原理の一例の説明図である。
【図５】本発明における微細気泡の放出方法の説明図である。
【図６】ガス供給装置と接続した本発明の微細気泡装置の実施例の説明図である。
【図７】従来の微細気泡発生装置の一例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は，養殖池や閉鎖水域等の対象水域に適用した本発明の微細気泡発生装置１の実施例を示す。図示例の発生装置１は，片面側に複数の中空管路（中空パイプ）２０を取り付けると共に反対側面に気密室１５を設けたディスク１０と，ディスク１０の中心Ｏに挿入して気密室１５に一端を連通させる中空回転軸パイプ３０と，中空回転軸パイプ３０の周りにディスク１０を回転させる駆動装置４０とを有している。
【００２１】
図１（Ａ）に示すように，ディスク１０を対象水域の液相に水平に浸漬し，中空回転軸パイプ３０の他端を液面上に鉛直に突出させて気相と連通させ，駆動装置４０でディスク１０を中空回転軸パイプ３０の周りに所要回転速度ωで回転させることにより，中空管路２０の各々で微細気泡Ｓを生成する。以下，図示例を参照して本発明を説明するが，本発明の適用対象は養殖池や閉鎖水域に限定されるわけではなく，微細気泡が必要とされる様々な用途に適用することができる。
【００２２】
図示例のディスク１０は，所定径Ｒ０の円形基板１１と，基板１１の片面側（図示例では下面側）に放射状に取り付けた複数の中空管路２０と，基板１１の反対面側（図示例では上面側）を気密に覆う気密室１５とにより構成されている。図示例の基板１１は円形であるが，基板１１を多角形（例えば正多角形板）とすることも可能である。また複数の中空管路２０は，例えば断面形状が円筒，角型，又は多角形型であって，基板１１の径Ｒ０より短い長さＬ１の中空パイプであるが，全て同じ形状・長さとすることが望ましい。
【００２３】
図１（Ｄ）に示すように，基板１１の片面側の中心Ｏから径方向に距離Ｒ１（＝Ｒ０−Ｌ１）だけ隔てたドーナツ形領域に，複数の中空管路２０を所要角度間隔θａで放射状に配置して取り付ける。複数の中空管路２０で囲まれた中心部分（基板１１の片面側の中心）には，各中空管路２０の中空部に連通する所定径Ｒ１の中央空隙２３が形成される（図４参照）。基板１１の外縁部では各中空管路２０の相互間に間隙２２が生じ，基板１１の表面に凹凸が形成されるが，必要に応じて適当な充填剤で相互間隙２２を埋めることにより基板１１の表面を平滑化することができる。
【００２４】
ディスク１０の基板１１の反対側面には，図１（Ｃ）に示すように各中空管路２０の中空部に至る複数の微小貫通孔１６を所要角度間隔θａで穿設すると共に，図１（Ｂ）に示すように反対面側を気密に覆う気密室１５を設ける。図１（Ａ）の断面図である図１（Ｅ）に示すように，気密室１５は，例えば基板１１の反対面側に同径の基板１２を芯合わせして対向させ，その基盤１１，１２の対向間隙の周縁部をシール材１４で密封することにより形成することができる。ただし，気密室１５の形状は図示例に限定されるものではなく，例えば基板１１の反対側面に同じ径Ｒ０の半球状の気密蓋を被せることにより，基板１１の反対面側を気密に覆う気密室１５を形成してもよい。
【００２５】
図１（Ａ）のようにディスク１０は対象水域の液相Ｐｂに浸漬するので，ディスク１０を構成する基板１１，１２及び中空管路２０は，液相Ｐｂ中に長期間浸漬しても腐食しにくい材質（例えば金属製又は合成樹脂製）とすることが望ましい。液相Ｐｂに浸漬すると，ディスク１０の各中空管路２０の中空部及び各中空管路２０で囲まれた中央空隙２３にそれぞれ液体Ｑが充満するが，図１（Ｅ）に示すようにディスク１０を中空回転軸パイプ３０周りに回転させることにより，中空管路２０の中空部に所要速度の液流を形成することができる。
【００２６】
すなわち，図１（Ｅ）のようにディスク１０を回転させると，中空管路２０に充満した液体Ｑを遠心力Ｆにより管路出口２０ａへ排出し，中央空隙２３から新たな液体Ｑを各中空管路２０に流入させ，各中空管路２０の中空部にディスク１０の中心から外周へ向けて流れる所要速度の液流を形成することができる（図４も参照）。また，その液流で生じる負圧によってディスク１０の気密室１５から微小貫通孔１６を介して中空管路２０に気体Ｇを吸引し，液体Ｑに混合することができる。気密室１５には気体が充満しているので，液体Ｑが微小貫通孔１６を逆流して気密室１５に流入することはない。
【００２７】
ディスク１０の中心Ｏに挿入する中空回転軸パイプ３０は，一端及び他端にそれぞれ吸気孔３１及び排気孔３３を設け，その吸気孔３１及び排気孔３３を中空部で連通させたものである。図１（Ｅ）に示すように，中空回転軸パイプ３０の一端をディスク１０の中心に挿入し，排気孔３３を気密室１５と連通するように固定する。例えば図１（Ｆ）に示すように，中空回転軸パイプ３０の一端に嵌め込んだ一対の環状押え材（押え用ボス等）３６，３７を用いて，パイプ３０とディスク１０とを固定することができる。
【００２８】
また図１（Ａ）に示すように，中空回転軸パイプ３０の他端は液面上に露出させ，吸気孔３１を気相Ｐａと連通させる。吸気孔３１には吸気量調整弁３２を設け，気密室１５に取り込む気体Ｇの流量を調整可能とすることが望ましい。図１（Ｅ）に示すように，中空回転軸パイプ３０は，ディスク１０の回転軸として機能すると共に，気密室１５に気体を取り込む流路として機能する。
【００２９】
すなわち，図１（Ｅ）のようにディスク１０を回転させると，気密室１５の気体Ｇが各中央管路２０に吸引されて圧力が低下するが，中空回転軸パイプ３０の中空部を介して気密室１５が気相Ｐａと連通しているので，気相Ｐａから気密室１５に気体Ｇが補充される。また，吸気量調整弁３２により気密室１５に補充される気体Ｇの流量を調整することにより，気密室１５の圧力を調整し，ひいては気密室１５から各中空管路２０に吸引される気体Ｇの流量を調整することができる。
【００３０】
中空回転軸パイプ３０も，液相Ｐｂ中に長期間浸漬させるので腐食しにくい材質（例えば金属製又は合成樹脂製）とすることが望ましく，例えば両端を密閉材３９（例えばゴム栓）で封じた金属製又は合成樹脂製のパイプを用い，その一端付近の周面に排気孔３３を穿ち，他端付近の周面に吸気孔３１を穿って中空回転軸パイプ３０とすることができる。
【００３１】
中空回転軸パイプ３０の長さは液相に浸漬するディスク１０の深さに応じて適宜設計できるが，図１（Ｆ）に示すように長さ調整機構３５を含めることが望ましい。例えば中空回転軸パイプ３０を入れ子状の内管３５ａと外管３５ｂとにより構成し，長さ調整機構３５を外管３５ｂに対する内管３５ａの挿入長さの調整機構とする。長さ調整機構３５を含めることにより，液相に浸漬するディスク１０の深さを適宜調節することが可能となる。
【００３２】
微細気泡発生装置１の駆動装置４０は，液相に浸漬したディスク１０を中空回転軸パイプ３０の周りに回転させるものである。駆動装置４０は，ディスク１０を回転駆動させるだけの出力を有するものであれば足り，小型・軽量化を図ることができる。例えば図１（Ａ）に示すように，液面上に露出させる中空回転軸パイプ３０の他端に載置して連結できる小型・軽量の電動モータを駆動装置４０とすることができる。図示例の駆動装置４０はカップリング４２を含み，カップリング４２により電動モータの駆動軸４１と中空回転軸パイプ３０とを連結している。また，電力系統との接続が難しい海上等で使用する場合は，駆動装置４０に蓄電池，太陽光発電機等を含めることができる。
【００３３】
図５（Ａ）は，微細気泡発生装置１を用いた微細気泡の発生方法を示している。中空回転軸パイプ３０の一端をディスク１０の中心に挿入して固定し，他端に駆動装置４０を接続する。次いで，ディスク１０を液相に浸漬し，液面上の突出させた駆動装置４０によりディスク１０を中空回転軸パイプ３０の周りに所要回転速度ωで回転させる。この回転時の遠心力Ｆにより，図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにディスク１０の中央空隙２３から各中空管路２０に液体Ｑが流入し，各中空管路２０の中空部にディスク１０の中心から外周へ向けて流れる所要速度の液流が形成される。
【００３４】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように，ディスク１０の各中空管路２０は，図７（Ｂ）を参照して上述したエジェクタ６２と同様に機能する。すなわち，比較的広い中央空隙２３から比較的狭い中空管路２０を液流が通過することによって負圧が生じ，その負圧により気密室１５から気体Ｇが各中空管路２０に吸引されて液体Ｑに混合される。混合された気体Ｇは液体Ｑと共に管路出口２０ａに送られるが，出口の管路拡大で生じるキャビテーションによって微細に破砕され，微細気泡Ｓとなってディスク外周から液相Ｐｂに放出される。
【００３５】
必要に応じて，図４（Ｃ）に示すように各中空管路２０の中空部に突起材２１ａを設けて縮径部２１を形成し，基板１１の微小貫通孔１６を各中空管路２０の縮径部２１と対応する位置に穿設することができる。各中空管路２０の中空部に縮径部２１を設けることにより，ディスク１０の各中空管路２０を，図７（Ｃ）を参照して上述したエジェクタ（ベンチュリー）６２と同様に機能させることができる。
【００３６】
図５（Ａ）において，ディスク外周から放出される微細気泡Ｓの粒径及び発生量は，ディスク１０の径Ｒ０又は駆動装置４０によるディスク１０の回転速度ωにより調節することができる。すなわち，ディスク１０の径Ｒ０及び回転速度ωは何れもディスク１０の回転時の遠心力Ｆに影響し，遠心力Ｆに応じて各中空管路２０の流速及びキャビテーションによる破砕作用が増大するので，径Ｒ０及び回転速度ωを大きくすることでディスク外周から放出される微細気泡Ｓの粒径を小さくすることが期待できる。また，遠心力Ｆが大きくなると液流によって生じる負圧が大きくなり，各中空管路２０に取り込まれる気体量（吸気量）が増加するので，ディスク外周から放出される微細気泡Ｓの発生量を増やすことが期待できる。
【００３７】
ただし，径Ｒ０及び回転速度ωを大きくし過ぎると，液体Ｑに混合した気体Ｇが十分に破砕される前に放出され，逆に微細気泡Ｓの粒径が大きくなってしまうおそれもある。従って，所望の粒径及び発生量の微細気泡Ｓを放出するためには，中空管路２０に取り込まれる吸気量と破砕作用とのバランスが得られる最適値となるように，ディスク１０の径Ｒ０又は回転速度ωを設定することが有効である。
【００３８】
望ましくは，図１（Ａ）に示すように，駆動装置４０に回転速度調整手段４３を含め，ディスク外周から放出される微細気泡Ｓの粒径及び発生量をディスク１０の回転速度ωにより調節可能とする。或いは，複数の異なる径Ｒ０のディスク１０を用意すると共にディスク１０を中空回転軸パイプ３０から取り外し可能とし，中空回転軸パイプ３０と組み合わせるディスク１０の径Ｒ０の切り替えることによって微細気泡Ｓの粒径及び発生量を調節可能とする。ディスク１０の径Ｒ０又は回転速度ωを調節可能とすることにより，対象水域の水質や微細気泡の用途等を考慮して，ディスク１０の径Ｒ０又は回転速度ωを最適値に設定することが容易となる。
【００３９】
また，図５（Ａ）において，ディスク外周から放出される微細気泡Ｓの粒径及び発生量を，中空回転軸パイプ３０の吸気孔３１からの吸気量により調節することもできる。すなわち，吸気量に応じてディスク１０の気密室１５の圧力が変動し，各中空管路２０との差圧が大きくなると気密室１５から吸引される気体Ｇの流量が大きくなって微細気泡Ｓの粒径及び発生量が大きくなり，差圧が小さくなると気密室１５から吸引される気体Ｇの流量が小さくなって微細気泡の粒径及び発生量も小さくなりうる。従って，所望の粒径及び発生量の微細気泡Ｓを放出するためには，中空回転軸パイプ３０の吸気孔３１に設けた吸気量調整弁３２で吸気量を調整することが有効である。
【００４０】
好ましくは，図２に示すように，ディスク１０の基板１１の片面側に同径の中央穴２６ 付きドーナツ形基板２５を芯合わせして対向させ，複数の中空管路２０を基板１１とドーナツ形基板２５との対向間隙に所要角度間隔θｂで放射状に配置して取り付ける。ドーナツ形基板２５を設けることにより，図２（Ｄ）及び図２（Ｅ）に示すように，ディスク１０の回転時にドーナツ形基板２５の中央穴２６（口径Ｒ１）を介して液相Ｐｂから複数の中空管路２０で囲まれた中央空隙２３に液体Ｑを取り入れ，中央空隙２３において液体Ｑを遠心力Ｆにより加速しながら各中空管路２０に液体を流入させることができる。
【００４１】
すなわち，上述した図１の実施例では，複数の中空管路２０で囲まれた中央空隙２３において液体Ｑを加速することができず，中空管路２０において液体Ｑを所要流速に加速しなければならないので，比較的長い中空管路２０（長さＬ１＝Ｒ０−Ｒ１）とする必要があった。図２のように中央空隙２３において液体Ｑを加速しながら各中空管路２０に流入させることにより，比較的短い中空管路２０（長さＬ２＜Ｒ０−Ｒ１）でも所要流速とすることが可能となり，中空管路２０の角度間隔θｂを小さくして配置本数を多くすることができ，ディスク外周から放出される微細気泡Ｓの発生量を増やすことができる。本発明者は，中空管路２０の長さＬは微細気泡Ｓの粒径及び発生量に直接関係しておらず，微細気泡Ｓの発生量を増やすためには中空管路２０の配置本数を多くすることが有効であることを実験的に見出した。
【００４２】
また，図２のようにドーナツ形基板２５を設けた場合は，ドーナツ形基板２５の中央穴２６の大きさＲ１によってディスク外周から放出される微細気泡Ｓの粒径を調節することもできる。すなわち，図２（Ｄ）のようにディスク１０の外縁部に長さＬ２の複数の中空管路２０を放射状に配置した場合は，ドーナツ形基板２５の中央穴２６の大きさＲ１により液体Ｑを加速する中央空隙２３の口径（＝Ｒ０−Ｒ１）が変動し，中央穴２６が大きくなると中央空隙２３から各中空管路２０に流入する流速が小さくなって微細気泡Ｓの粒径及び発生量が大きくなり，中央穴２６を小さくすると中央空隙２３から各中空管路２０に流入する流速が大きくなって微細気泡Ｓの粒径及び発生量が小さくなりうる。
【００４３】
ただし，ドーナツ形基板２５の中央穴２６を小さくし過ぎると，ディスク１０を中空回転軸パイプ３０の周りに回転させるために大きなエネルギーが必要となり，所定出力の駆動装置４０を用いた場合にディスク１０の回転速度ωが低下してしまうおそれがある。従って，所望の粒径及び発生量の微細気泡Ｓを放出するためには，駆動装置４０による回転速度ωとのバランスが得られる最適値となるように，ドーナツ形基板２５の中央穴２６の大きさＲ１を設定することが有効である。
【００４４】
本発明は，ディスク１０の中心に挿入した中空回転軸パイプ３０の周りの遠心力により各中空管路２０に液体Ｑを流入させ，その液体Ｑの通過時の負圧によって気密室１５から中空管路２０に気体Ｇを取り入れて微細気泡Ｓを発生させるので，ポンプ等の液体を加圧する装置を用いる必要がなく，微細気泡Ｓの生成のための消費エネルギーを小さく抑えることができる。また，ディスク１０に取り付けた複数の中空管路２０に同時に液体Ｑ及び気体Ｇを取り入れて微細気泡Ｓを作り出すことが可能であり，ディスク１０に取り付ける中空管路２０の数により微細気泡Ｓの生成量を適宜調整することができる。
【００４５】
こうして本発明の目的である「小さな消費エネルギーで微細気泡を効率的に生成できるディスク型微細気泡発生方法及び装置」の提供を達成することができる。
【実施例１】
【００４６】
図３は，図１及び図２のように基板１１，１２を対向させてディスク１０の気密室１５を形成した場合に，各基板１１，１２の非対向面側にそれぞれ複数の中空管路２０を放射状に配置して取り付けた本発明の微細気泡発生装置１の他の実施例を示す。気密室１５の両面側の各基板１１，１２にそれぞれ複数の中空管路２０を配置することにより，図１及び図２の場合に比して中空管路２０の配置本数を多くすることができ，ディスク外周から放出される微細気泡Ｓの発生量を増やすことができる。
【００４７】
図３の気密室１５は，図１及び図２の実施例と同様に，同径の基板１１，１２を芯合わせして対向させ，その基盤１１，１２の対向間隙の周縁部をシール材１４で密封することにより形成したものである（図３（Ｅ）参照）。図３（Ｂ）に示すように，その気密室１５の片面側の基板１１に同径の中央穴２６ 付きドーナツ形基板２５を芯合わせして対向させ，そのドーナツ形基板２５との対向間隙に複数の中空管路２０を所要角度間隔θｂで放射状に配置して取り付ける。また図３（Ｄ）に示すように，気密室１５の反対面側の基板１１にも同径の中央穴２６ 付きドーナツ形基板２５を芯合わせして対向させ，そのドーナツ形基板２５との対向間隙に複数の中空管路２０を所要角度間隔θｂで放射状に配置して取り付ける。
【００４８】
更に，図３（Ｃ）に示すように，気密室１５の両側の各基板１１，１２には，それぞれ対向面側から各中空管路２０の中空部に至る微小貫通孔１６を穿設する。図３（Ａ）に示すようにディスク１０を液相に浸漬し，ディスク１０の中心に挿入した中空回転軸パイプ３０の周りにディスク１０を回転させると，図３（Ｅ）に示すように，回転の遠心力Ｆによって各基板１１，１２に取り付けた複数の中空管路２０にそれぞれ液体Ｑが流入し，各中空管路２０の中空部にディスク１０の中心から外周へ向けて流れる所要速度の液流が形成されて負圧が生じる。その負圧により各基板１１，１２の微小貫通孔１６を介して気密室１５から気体Ｇが各中空管路２０に吸引されて液体Ｑに混合される。混合された気体Ｇは液体Ｑと共に管路出口２０ａに送られるが，出口の管路拡大で生じるキャビテーションによって微細に破砕され，微細気泡Ｓとなってディスク外周から液相Ｐｂに放出される。
【００４９】
図３の実施例によれば，中空回転軸パイプ３０の周りにディスク１０を回転させる駆動エネルギーのみで多量の微細気泡Ｓを効率的に発生させることができるので，例えば動力源が得にくい海洋等においても，太陽光発電等の自然エネルギー等と組み合わせることにより，必要な量の微細気泡Ｓを長期間継続して供給することができる。また，ポンプを使用しておらず，ディスク１０の回転駆動装置４０も水面上に配置することができるので，養魚場等で長期間継続し続けても水温上昇を招くおそれがなく，魚介類の生育等に影響を与えることなく長期間継続して微細気泡Ｓを供給することができる。
【実施例２】
【００５０】
図５（Ｂ）は，ディスク１０の外周より放出された微細気泡Ｓを所定方向に案内するガイド板５０を設けた本発明の微細気泡発生装置１の更に他の実施例を示す。図７（Ａ）を参照して上述した従来の加圧装置（ポンプ等）を用いる微細気泡発生方式では，通常は発生した微細気泡が一方向に吐出されるので，対象水域の広い範囲に微細気泡を行きわたらせるために複数台の装置を必要とすることも多く，それだけ消費エネルギーが大きくなる問題点があった。それに対して本発明の微細気泡発生装置１は，図５（Ａ）に示すように，中空回転軸パイプ３０の周りに回転するディスク１０の外周から３６０度放射状に微細気泡Ｓを放出できるので，単独の装置によって広い範囲に浸透するように微細気泡を放出することができ，小さな消費エネルギーで広い範囲の水質を改善・改良できる利点を有する。
【００５１】
ただし，微細気泡発生装置１を水槽の壁面やコーナー部に設置する場合は，水槽の壁面のない方向に集中して微細気泡Ｓを放出することが求められる。図５（Ｂ）の実施例は，ディスク１０の外周面の所要角度範囲（図示例では約１８０度の角度範囲）の外側に所要間隔で対向するようにガイド板５０を配置し，ディスク１０の外周より放出されてガイド板５０に噴き付けられた気泡流を，ガイド板５０の対向面に沿って所定方向に案内している。例えば，水槽の壁面に臨むディスク１０の外周面と対向するガイド板５０を配置し，ディスク１０の外周から水層の壁面に向けて放出される微細気泡Ｓを，ガイド板５０により壁面のない方向に案内することができる。図示例のようなガイド板５０を組み合わせることにより，必要とする方向に重点的に微細気泡Ｓを放出する微細気泡発生装置１とすることができる。
【実施例３】
【００５２】
図６は，様々なガス（酸素，オゾン，窒素等）を供給する装置４５と組み合わせた本発明の微細気泡発生装置１の実施例を示す。上述したように本発明の微細気泡発生装置１は，中空回転軸パイプ３０の他端の吸気孔３１を気相と連通させ，その気相の気体をディスク１０に取り込んで微細気泡Ｓとすることができる。ただし，医薬品や食品等の分野では様々なガス（酸素，オゾン，窒素等）を閉じ込めた微細気泡Ｓの作成が求められることがある。図６の実施例では，中空回転軸パイプ３０の他端の吸気孔３１にメカニカルシールその他の適当なシール部材４６を介してガス供給装置４５を接続し，ガス供給装置４５の供給する様々なガスを微細気泡Ｓとして供給することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…回転ディスク型微細気泡発生装置 
１０…ディスク                        １１…基板
１２…基板                            １４…周囲シール材
１５…気密室                          １６…貫通孔
２０…中空管路（中空パイプ）          ２０ａ…管路出口
２１…縮径部                          ２１ａ…突起材
２２…管路の間隙                      ２３…中央空隙
２５…ドーナツ形基板                  ２６…中央穴
３０…中空回転軸パイプ                ３１…吸気孔
３２…吸気量調整弁                    ３３…排気孔
３５…長さ調整機構                    ３６,３７…環状押え材（押え用ボス）
３９…密閉材
４０…駆動装置                        ４１…駆動軸
４２…カップリング                    ４３…回転速度調整手段
４５…ガス供給装置                    ４６…シール部材
４７…供給量調整弁                    ４８…ガス流路
５０…ガイド板
６０…エジェクタ式微細気泡発生装置 
６１…液体貯留槽                      ６２…エジェクタ
６２ａ…中空部                        ６２ｂ…管路入口
６２ｃ…管路出口                      ６２ｄ…縮径部
６２ｅ…微細吸気孔
６３…ポンプ                          ６４…液体流路
６５…流量調整バルブ                  ６６…気体供給路
６７…開閉コック
Ｐａ…気相                            Ｐｂ…液相
Ｓ…微細気泡                          Ｌ…中空管路の長さ
Ｇ…気体                              Ｑ…液体
Ｒ０…基板径
Ｒ１…中央空隙径（ドーナツ形領域の中心からの離隔距離）
θ…中空管路の相互角度間隔
ω…回転速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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