(57)【要約】【課題】供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる微細気泡発生装置を提供する。【解決手段】気泡放出面に気泡放出孔を有する気泡放出体８と、気泡放出体８を保持する本体ケーシング９と、気泡放出孔に連通する気体室１１と、気体室１１に気体を供給する空気供給管路７と、気泡放出体８を液体に対して相対的に移動させる水中モータ装置４とを備え、気泡放出体８の気泡放出面８ｂのコーティング層１０が、気泡放出面８ｂから液体の相対流中に突出する羽根部１０ａと、気泡放出体の回転中心から所定半径領域を含む放出孔封鎖部１０ｂとからなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体との界面をなす気泡放出面に複数の気泡放出孔を有する気泡放出体と、気泡放出体を保持する放出体保持手段と、気泡放出孔に連通する気体室と、気体室に気体を供給する気体供給手段と、気泡放出体を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、気泡放出体は気泡放出面上に気泡の放出を阻止するコーティング層を有し、コーティング層が、気泡放出面から液体の相対流中に突出して気泡放出面上で所定の形態の突起状部をなすことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなり、気泡放出体の回転中心から所定半径内の領域は、気泡放出孔を有しない無放出孔領域をなすことを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
前記無放出孔領域よりも外側域の気泡放出面上において、気泡放出体の回転により生じる相対流の表面流速が、気泡放出面から噴出する気泡の合体を抑制する所定流速となることを特徴とする請求項２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
気泡放出体は、前記無放出孔領域が気泡放出体の回転軸心を通る直径Ｄ１の内側領域を占め、前記無放出孔領域よりも外側域の気泡放出面が気泡放出体の回転軸心を通る直系Ｄ２の外側領域を占め、内側領域の直径Ｄ１と外側領域の直径Ｄ２との直径比Ｄ１／Ｄ２が０．７以上であることを特徴とする請求項３に記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
前記無放出孔領域が気泡放出面上に形成された気泡の放出を阻止するコーティング層で形成されてなることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
気泡放出面上に形成する突起状部は、気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に形成する羽根形態、もしくは複数の凸状体で形成する形態をなすことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
気泡放出体が炭素材またはセラミックの多孔質体もしくは焼結金属からなることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微細気泡発生装置に関し、液体中に微細気泡を混気する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体中に微細気泡を混気するものとしては、例えば特許文献１に記載するように、セラミック円筒内部にオゾン等の気体を高い圧力で送り込み、セラミックの孔から気泡として、外部の水等の液体に送り出して溶け込ませるものがある。しかし、気泡径を小さくすることを目的としてセラミックの孔径を小さくするほどに、気体圧力を大きくせねばならない問題がある。
【０００３】
このため、特許文献１では、気体圧力に依存せず、液体の渦の力に依存する構成が開示されている。すなわち、セラミック円筒の外側に外側円筒を同心状に配置し、セラミック円筒と外側円筒の間に狭い流路を形成し、この流路に臨界レイノルズ数を超えるように速い速度で液体を流し、液体の乱流により生じる細かい渦で気泡の表面張力を打ち破り、気体の細かい泡を液体に連続的に溶け込ませている。また、液体の渦をさらに強くするための構成として、セラミック円筒の外側に配置する外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸を形成している。
【０００４】
また、特許文献２には微細気泡発生装置および汚濁水浄化装置並びに汚濁水の浄化方法が記載されている。この気泡発生装置は液中に設けられるものであって、攪拌フィンと空気を供給する供給管を備えており、供給管の一端が供給口として攪拌フィンの中心に開口し、供給管の他端が吸気孔として気体の供給源に開口している。そして、攪拌フィンの回転により周囲の液体を攪拌しつつ攪拌フィンの周囲に負圧を発生させ、この負圧により供給管から気体を吸引して気泡を発生させる。
【０００５】
回転する攪拌フィンの外側には板状体からなる邪魔板が設けてあり、邪魔板は攪拌フィンによる液体の攪拌を邪魔するよう複数立設し、邪魔板の相互を固定板で連結固定して攪拌フィンを内包し、攪拌フィンの放射方向の外側には多孔板を設けており、供給口から吸引した気体を攪拌フィン、多孔板、邪魔板によって微細に分割されて液中に供給される。
【０００６】
また、特許文献３には泡径調節型水中気泡発生装置が記載されている。これは、給水ポンプ及び排出ポンプを有する気密水槽と、気密水槽を減圧する減圧ポンプと、減圧された気密水槽中に気泡を発生させる気泡放出装置と、気密水槽の外部に配置され排出ポンプを介して気密水槽と接続され、減圧された気密水槽内で発生させた気泡を大気圧下で微小化させる水槽とからなり、気泡放出装置が回転板の外周部に微小孔材を配置してなる。
【特許文献１】ＷＯ２００２／０３６２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−８２０７２号公報
【特許文献３】特開平９−５２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１においては、セラミック円筒の外側に外側円筒を同心状に配置し、セラミック円筒と外側円筒の間に狭い流路を形成し、この流路に速い速度で液体を流しているが、セラミック円筒と外側円筒の間が狭い流路である場合には、この流路を通して供給できる液体の流量が限られたものとなる。大量の液体を供給可能なようにセラミック円筒と外側円筒の流路を大きくする場合には、大量の液体を渦の発生に必要な流速で供給するためにポンプ動力を大きくする必要がある。
【０００８】
また、外側円筒の内面に螺旋状の細かい凹凸部を形成した場合でも、凹凸部と気泡を放出するセラミック円筒の距離が離れていると渦作用が気泡を放出する面に及び難くなる。  また、特許文献２に記載するように、供給口から吸引した気体を攪拌フィン、多孔板、邪魔板によって微細に分割して液中に供給する場合には、供給口から吸引した気体の元々の気泡径が大きいので、攪拌フィン、多孔板、邪魔板による一過的な衝突によって達成できる気泡の微細化には限界がある。
【０００９】
また、特許文献３に記載するように、気泡放出装置が回転板の外周部に微小孔材を配置したものである場合には、平坦な微小孔材の表面に沿って水流が流れるので、微小孔材から噴出する気泡が微小孔材の表面から確実に離散する保証はなく、気泡の合体が生じることがある。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するものであり、供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる微細気泡発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の微細気泡発生装置は、液体との界面をなす気泡放出面に複数の気泡放出孔を有する気泡放出体と、気泡放出体を保持する放出体保持手段と、気泡放出孔に連通する気体室と、気体室に気体を供給する気体供給手段と、気泡放出体を液体に対して相対的に移動させ、気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる相対駆動手段とを備え、気泡放出体は気泡放出面上に気泡の放出を阻止するコーティング層を有し、コーティング層が、気泡放出面から液体の相対流中に突出して気泡放出面上で所定の形態の突起状部をなすことを特徴とする。
【００１２】
また、相対駆動手段が駆動軸の軸心廻りに気泡放出体を回転駆動する回転駆動装置からなり、気泡放出体の回転中心から所定半径内の領域は、気泡放出孔を有しない無放出孔領域をなすことを特徴とする。
【００１３】
また、前記無放出孔領域よりも外側域の気泡放出面上において、気泡放出体の回転により生じる相対流の表面流速が、気泡放出面から噴出する気泡の合体を抑制する所定流速となることを特徴とする。
【００１４】
また、気泡放出体は、前記無放出孔領域が気泡放出体の回転軸心を通る直径Ｄ１の内側領域を占め、前記無放出孔領域よりも外側域の気泡放出面が気泡放出体の回転軸心を通る直系Ｄ２の外側領域を占め、内側領域の直径Ｄ１と外側領域の直径Ｄ２との直径比Ｄ１／Ｄ２が０．７以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、前記無放出孔領域が気泡放出面上に形成された気泡の放出を阻止するコーティング層で形成されてなることを特徴とする。
また、気泡放出面上に形成する突起状部は、気泡放出体の回転軸心廻りに放射状に形成する羽根形態、もしくは複数の凸状体で形成する形態をなすことを特徴とする。
【００１６】
また、気泡放出体が炭素材またはセラミックの多孔質体もしくは焼結金属からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、相対駆動手段により気泡放出体を液体に対して移動させて気泡放出面上に液体の相対流を生じさせる。気体供給手段により気体室に供給した気体は気泡放出孔を通って液体との界面をなす気泡放出面から液体中に噴出する。このとき、気泡放出面が液体に対して相対的に移動することで、気泡放出面から液体中に噴出する気体が微細な気泡となって噴出し、コーティング層の突起状体が気泡放出面上の相対流中に乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する気体に対して確実に乱流を作用させる。
【００１８】
本発明においては、気泡放出孔から噴出した時点で気泡は既に微細な気泡径をなしており、気泡放出面上に作用する乱流が、気泡放出孔から噴出した微細な気泡を気泡放出孔付近から速やかに離散させる。このため、気泡同士の合体を抑制することができ、供給する気体の圧力および液体の流速に依拠することなく微細な気泡を発生させることができる。
【００１９】
また、突起状体がコーティング層によって形成されているので、突起状体を気泡放出体と一体形成したり、別部材として形成して取り付ける必要がなく、簡便に形成することができる。また、用途や使用条件に応じて突起状体の形状を容易に変更することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施の形態の微細気泡発生装置１は水槽、水路等の水中に配置する場合のものであり、底壁面２に載置した脚部３に相対駆動手段としての回転駆動装置をなす水中モータ装置４を備えている。なお、回転駆動装置としては水中モータ装置４に限らず、エンジン装置などを適宜に用いることができる。
【００２１】
水中モータ装置４の駆動軸５には気泡放出部６を連結しており、気泡放出部６は気体供給手段としての空気供給管路７に回転自在に連結し、空気供給管路７は空気供給源に接続している。本実施の形態では液体を水、気体を空気として説明するが、本発明の適応は水、空気に限るものではない。
【００２２】
また、微細気泡発生装置１は、図７に示すように、水槽の外へ設置することも可能であるし、図８に示すように、水槽の中へ設置する場合にあって、空気供給管路７が水中モータ装置４を貫通して気泡放出部６に連結される構造も可能である。また、気泡放出面は下向きに限定されるものではなく、上向きであっても、傾けて配置しても良い。
【００２３】
図２〜図５に示すように、気泡放出部６は、気泡放出体８と、放出体保持手段をなす本体ケーシング９を備え、気泡放出体８にコーティング層１０を形成している。
本体ケーシング９は、図３に示すように、水中モータ装置４の駆動軸５に連結するための結合孔９ａおよびキー溝９ｂを有し、内側に形成した凹部が気体室１１をなし、気体室１１の開口側に気泡放出体８を固定保持している。本体ケーシング９の内側には気泡放出体８との間隙を維持するためのスペーサ１２を結合孔９ａの周囲に放射状に形成している。気体室１１は気泡放出体８の気泡放出孔に連通し、気体室１１に空気供給管路７が連通している。
【００２４】
図４に示すように、気泡放出体８は、ここでは多孔質体からなる円板状をなして中央に通気孔８ａを有し、水との界面をなす気泡放出面８ｂの上に、気泡の放出を阻止するエポキシ樹脂等からなるコーティング層１０を有している。本実施の形態の気泡放出体８は炭素材からなる多孔質体であるが、気泡放出体８にはセラミックや焼結金属を使用することも可能である。また、焼結金属としては粉末状の金属の焼結体や、金網状の金属を焼結させたものでもよい。
【００２５】
コーティング層１０は、気泡放出面８ｂから水の相対流中に突出する突起状体をなす羽根部１０ａが気泡放出面８ｂの面上に所定形態に形成してあり、気泡放出体８の回転中心から所定半径領域において気泡放出面８ｂを覆って無放出孔領域１０ｂを形成している。
【００２６】
コーティング層１０は、無放出孔領域１０ｂが気泡放出体８の回転軸心を通る直径Ｄ１の内側領域を占め、無放出孔領域１０ｂよりも外側域の気泡放出面８ｂが気泡放出体８の回転軸心を通る直系Ｄ２の外側領域を占め、内側領域の直径Ｄ１と外側領域の直径Ｄ２との直径比Ｄ１／Ｄ２を０．７以上とすることができる。この値に関しては後に詳述する。
【００２７】
気泡放出面８ｂには気泡を放出する複数の気泡放出孔を規則的もしくは不規則的に配置してある。この気泡放出孔は水中へ放出する空気の気泡径に応じた微小な所定口径とすることで、微細な気泡を噴出できるように構成している。本実施の形態では、気泡径が数十μｍ、気泡放出孔の口径が０．４〜５μｍであり、多孔質体は気孔率１２〜３５％で、その使用最高圧力が０．６ＭＰａである。
【００２８】
気泡放出体８は、本体ケーシング９にボルト１３（図２参照）で固定する円板部１４と、空気供給管路７に接続するためのハブ１５を備え、ハブ１５は貫通孔８ａに連通する連結孔１５ａを有し、コーティング層１０の羽根部１０ａがハブ１５の周囲に放射状に配置した乱流促進手段をなす複数の羽根１６からなり、連結孔１５ａにおいて軸封体１７を介して空気供給管路７に回転自在に連結している。
【００２９】
この構成により、相対駆動手段をなす水中モータ装置４は駆動軸５の回転により気泡放出部６を駆動軸５の軸心廻りに回転駆動し、気泡放出体８を水中で水に対して相対的に移動させ、気泡放出面８ｂの面上に水の相対流を生じさせる。
【００３０】
空気供給管路７から気体室１１に流入した空気は、気泡放出体８の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面８ｂの面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面８ｂが水中を移動することで気泡放出面８ｂの面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させ、気泡同士の合体を抑制する。
【００３１】
図５に示すように、気泡放出体８の羽根部１０ａは羽根１６による水理作用により気泡を周囲に拡散させる。つまり、羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせることにより、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させることができる。
【００３２】
ところで、気泡放出体８は気泡放出面８ｂの面上での各位置における周速（線速度）が回転中心側であるほどに遅くなる。このため、気泡放出体８の回転により気泡放出面８ｂの面上に生じる水の相対流の表面流速は、気泡放出体８の回転軸心に近づくほどに遅くなり、気泡放出体８の回転軸心から離れるほどに速くなる。
【００３３】
このため、気泡放出体８の回転中心に近い領域であるほどに、気泡放出体８の気泡放出孔から噴出する微小気泡に与える離散、拡散の作用が弱くなり、微細気泡の合体により粗大な気泡となる傾向がある。
【００３４】
その結果、微細気泡発生装置１として水中に供給する気泡は、その気泡径が不揃いとなり、気泡径の均一化が阻害され、例えば水処理プロセスに求められる気泡径の気泡を安定供給できない。
【００３５】
このために、本実施の形態では、無放出孔領域１０ｂを形成するコーティング層１０によって気泡放出体８の回転中心から所定半径領域において気泡放出面８ｂを覆っており、気泡放出体８の回転中心側の領域から微小気泡は噴出せず、微小気泡の合体を抑制できる。
【００３６】
また、気泡放出体８は所定回転数で回転することにより、無放出孔領域１０ｂよりも外側域の気泡放出面８ｂの面上に生じる水の相対流の表面流速を所定流速となし、この所定流速の下で気泡放出面８ｂから噴出する気泡の合体を抑制する。
【００３７】
さらに、上述したように、羽根１６が気泡放出面８ｂの面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面８ｂの面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせることにより、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させることができ、その離散、拡散を促進する。また、突起状体がコーディング層によって形成されているので、突起状体を気泡放出体と一体形成したり、別部材として形成して取り付ける必要がなく、簡便に形成することができる。また、用途や使用条件に応じて突起状体の形状を容易に変更することもできる。さらに、コーティング層で突起状体が形成されているので、別体の突起状体を取り付けた場合に生じる突起状部材と気泡放出体との隙間から大きな気泡を生じるといった問題も発生しない。
【００３８】
ところで、図６の度数分布に示すように、微細気泡発生装置１から水中に供給する空気に含まれる各気泡径の気泡の度数は、内側領域の直径Ｄ１と外側領域の直径Ｄ２との直径比Ｄ１／Ｄ２によって異なる分布となる。直径比Ｄ１／Ｄ２が小さくなるほどに、つまり内側領域の直径Ｄ１が小さくなるほどに気泡の度数分布が広い範囲に拡大し、直径比Ｄ１／Ｄ２が大きくなるほどに、つまり内側領域の直径Ｄ１が大きくなるほどに気泡の度数分布が狭い範囲に縮小する。
【００３９】
よって、本実施の形態では、直径比Ｄ１／Ｄ２＝０．７以上、望ましくは０．８以上とすることで、気泡の度数分布の範囲を狭めて所定範囲ａの気泡径へ均一化する。
また、本実施の形態において、気泡放出面８ｂの面上に形成するコーティング層１０の突起状部の形態は、気泡放出体８の回転軸心廻りに放射状に形成する羽根形態として説明したが、この形態に限るものではない。例えばコーティング層１０の突起状部を気泡放出面８ｂの面上に複数の凸状体として形成してもよい。また、複数の凸状体を所定間隔で反復形成する反復模様形態とすることも可能である。この凸状体の形は丸型、角型等の何れの形でもよい。
【００４０】
また、図９に示すように、無放出孔領域は、コーティング層１０により形成するのではなく、ドーナツ状の気泡放出体８により形成したり、あるいは図１０に示すように板状体２０で覆うことで形成してもよい。このとき、気泡放出体８と板状体２０との隙間は、円環状のコーティング層２１などで気密シールすることが望ましい。こうすることで、気泡放出体８と板状体２０との隙間から気体が漏れ出て合体するおそれがなくなる。
【００４１】
また、本実施の形態では、気泡放出体８の気泡放出面８ｂが平坦面である構成を示したが、本発明の他の実施の形態としては、図１１に示す構成とすることも可能である。
図１１において、放出体保持手段をなす本体ケーシング１０１および気泡放出体をなす多孔質体１０２は円筒状に形成し、両者を同心状に固定的に配置し、本体ケーシング１０１と多孔質体１０２の間に水路１０３を形成し、多孔質体１０２の内部に気体室１０４を形成している。
【００４２】
多孔質体１０２は外周面に水中に突出する複数の突起状体１０６が多孔質体１０２の軸心廻りに環状に形成してあり、コーティング層による突起状体１０６は多孔質体１０２の軸心方向に沿って所定ピッチで配列してある。突起状体１０６は螺旋状に形成することも可能である。また、内面にコーティング層による突起状体１０６を形成してもよい。
【００４３】
この構成においては、多孔質体１０２の気泡放出面１０５の面上に相対流を生じさせる相対駆動手段とポンプ装置を採用する。ポンプ装置により水路１０３に水を供給し、気泡放出面１０５に沿って水が流れる状態において、気体室１０４に空気を供給する。気体室１０４の空気は多孔質体１０２の気泡放出孔を通って水との界面をなす気泡放出面１０５の面上に微小気泡として噴出し、気泡放出面１０５の面上を渦流を伴って流れる相対流が微小気泡を連行、離散させる。
【００４４】
多孔質体１０２の突起状体１０６が気泡放出面１０５の面上で相対流の流れを乱し、気泡放出面１０５の面上に確実に渦流を伴う乱流を生じさせ、気泡放出孔から噴出する空気に対して確実に乱流を作用させる。
【００４５】
突起状体１０６の下流側の気泡放出面１０５の面上には周囲の平均流体圧力よりも低い圧力をなす低圧領域が形成される。この低圧作用を受けて気泡放出孔から噴出する空気がより細やかな気泡となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図２】同実施の形態における気泡放出部を示す断面図
【図３】（ａ）は同実施の形態における本体ケーシングを示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ｂ矢視断面図
【図４】（ａ）は同実施の形態における気泡放出体を示す断面図、（ｂ）は同実施の形態における気泡放出体を示す平面図
【図５】同実施の形態における気泡放出体を示す断面図
【図６】同実施の形態における各気泡径の気泡の度数分布を示す図表
【図７】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図８】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す正面図
【図９】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１０】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【図１１】他の実施の形態における微細気泡発生装置を示す断面図
【符号の説明】
【００４７】
１    微細気泡発生装置
２    底壁面
３    脚部
４    水中モータ装置
５    駆動軸
６    気泡放出部
７    空気供給管路
８    気泡放出体
８ａ  通気孔
８ｂ  気泡放出面
９    本体ケーシング
９ａ  結合孔
９ｂ  キー溝
１０    コーティング層
１０ａ  羽根部
１０ｂ  無放出孔領域
１１    気体室
１２    スペーサ
１３    ボルト
１４    円板部
１５    ハブ
１５ａ  連結孔
１６    羽根
１７    軸封部
２０    板状体
２１    コーティング層
１０１    本体ケーシング
１０２    多孔質体
１０３    水路
１０４    気体室
１０５    気泡放出面
１０６    突起状体
【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】
2008246361.tif 000007
【図６】
2008246361.tif 000008
【図７】
2008246361.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008246361.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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