(57)【要約】【課題】  微細気泡の生成装置を提供する。【解決手段】  ポンプ１により気体が加圧溶解された流体が、多孔板ユニット４に流入し、多孔板通過時に減圧されて溶存していた気体が析出し、微細気泡を形成する。制御装置３は、インバータ２を介してポンプ１の回転数を変え、微細気泡含有水１１の排出流量を制御する。同時に、制御装置３は、駆動装置７を介して狭隘流路の孔数を変え、加圧圧力を微細気泡生成に必要な圧力の下限値以上、かつ所定の上限値以下に維持する。【選択図】図１
2008110346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相流の生成装置に接続されたポンプと、該ポンプの回転数を制御するインバータと、前記ポンプの後段で分岐した複数の流路と、該複数の流路の各々に弁を有して接続された固定された流路断面積を有する多孔板ユニットと、前記インバータ及び前記弁の開閉を制御する制御装置とを備え、前記制御装置により、前記複数の分岐流路毎に設けられた前記弁を選択的に開閉制御する微細気泡の生成装置。
【請求項２】
前記流路断面積が複数の同径の孔、孔が連った形状のスリット、領域毎に異なる径の複数の孔のいずれかで形成されている請求項１に記載の微細気泡の生成装置。
【請求項３】
前記流路断面積が複数の同径の孔で形成され、単位表面積当りの孔数が異なるように設けられている請求項１に記載の微細気泡の生成装置。
【請求項４】
前記ポンプと前記多孔板ユニットとの間の流路に圧力タンク、又は流体制御板を設置した請求項１から３のいずれかに記載の微細気泡の生成装置。
【請求項５】
前記ポンプと多孔板ユニットを接続する流路に三方弁を設け、三方弁を切替えた時に逆洗用水を多孔板ユニットの下流側から上流側に流すように三方弁に接続された配管を接続した請求項１から３のいずれかに記載の微細気泡の生成装置。
【請求項６】
制御装置において、入力された微細気泡生成量の目標値から、該微細気泡生成量の目標値と、設定したまたは設定圧力から算出した微細気泡含有水の微細気泡の含有率の比により微細気泡含有水の排出流量を算出し、該算出された排出流量と気液二相流の流量測定値を比較し、前記流量測定値が算出された排出流量より大の場合はインバータによってポンプ回転数を減少させ、前記流量測定値が算出された排出流量より小の場合はインバータによってポンプ回転数を増加させ、圧力の設定値と測定圧力値の偏差が許容値内となるように前記流路に複数の分岐流路が設けられ、分岐流路毎に前記制御装置により開閉制御される弁を介して固定された流路断面積を有する多孔板を接続して構成される多孔板ユニットの孔数又はスリット数を前記制御装置により前記弁の開閉制御して増減少させる微細気泡の生成方法。
【請求項７】
制御装置において、入力された微細気泡生成量の目標値から、該微細気泡生成量の目標値と、設定したまたは設定圧力から算出した微細気泡含有水の微細気泡の含有率の比により微細気泡含有水の排出流量を算出し、該算出された排出流量と気液二相流の流量測定値を比較し、該流量測定値が算出された排出流量より大の場合はインバータによってポンプ回転数を減少させるとともに、前記流路に複数の分岐流路が設けられ、分岐流路毎に前記制御装置により開閉制御される弁を介して固定された流路断面積を有する多孔板を接続して構成される多孔板ユニットの孔数又はスリット数を前記制御装置により前記弁の開閉制御して減少させ、圧力を設定値に維持するようにし、前記流量測定値が算出された排出流量より小の場合はインバータによってポンプ回転数を増加させるとともに前記多孔板ユニットの孔数又はスリット数を前記制御装置により前記弁の開閉制御して増加させ圧力を設定値に維持するようにして、目標の微細気泡生成量に制御する微細気泡の生成方法。
【請求項８】
制御装置において、入力された微細気泡生成量の目標値から、該微細気泡生成量の目標値と、設定したまたは設定圧力から算出した微細気泡含有水の微細気泡の含有率の比により微細気泡含有水の排出流量を算出し、該算出された排出流量と気液二相流の流量測定値を比較し、前記流量測定値が算出された流量より大の場合は、前記流路に複数の分岐流路が設けられ、分岐流路毎に前記制御装置により開閉制御される弁を介して固定された流路断面積を有する多孔板を接続して構成される多孔板ユニットの孔数又はスリット数を前記制御装置により前記弁の開閉制御して減少させ、前記流量測定値が算出された排出流量より小の場合は前記多孔板ユニットの孔数又はスリット数を前記制御装置により前記弁の開閉制御して増加し、インバータによってポンプ回転数を増減させ、圧力を設定値に維持するようにして、目標の微細気泡生成量に制御する微細気泡の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡の径と発生量を安定化させた微細気泡生成装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄化，殺菌，消毒における微細気泡の利用と効果を記載したものに〔非特許文献１〕がある。〔非特許文献１〕には、微細気泡は、マイクロバブルと呼ばれる直径が５０マイクロメータ以下の気泡であり、一般に、この領域の気泡は、気泡内の気体が周囲の液相へ溶け込むことによって直径が減少するため、表面張力の効果により内部が高圧，高温になり、消滅時にＯＨラジカルなどの酸化力の高いフリーラジカルと圧力波を生じることが記載されている。以下、微細気泡は、直径約５０マイクロメータ以下の気泡であると定義する。
【０００３】
一般に、微細気泡の生成方法としては、気体と液体の気液二相流を、旋回流や旋回流の剪断，攪拌，ベンチュリ管等を利用して微細気泡化する方法が知られている。又、気液二相流を加圧し、その後狭隘流路で急激に減圧して溶存気体を微細気泡として析出させる方法がある。この方法は、他の方法と比較して、生成気泡量あたりの消費電力量が高い傾向にあるが、気泡径が比較的小さい領域に分布する。
【０００４】
〔特許文献１〕には、エゼクタによりオゾンガスを吸引して液相に混合し、ポンプで加圧した気液二相流をオリフィスで減圧し、溶解槽に噴射して微細気泡化する加圧式オゾン処理装置が開示され、オリフィスにおける設定圧力は４kg／cm2とし、オリフィス径ｄ／管路径Ｄ比＝０.４とすることが記載されている。
【０００５】
〔特許文献２〕には、〔特許文献１〕と同様の構成で、半月状のスリットを有するオリフィスを用い、ポンプのインバータ制御を行い微細気泡の生成を行うマイクロバブル発生装置が開示されている。インバータ制御でポンプの回転数を変えることにより、気体が混入して吐出量及び吐出圧の変動した場合に、ポンプの吐出圧力を最適圧力に調整することが記載されている。
【０００６】
〔特許文献３〕には、加圧した気液二相流の減圧を行う狭隘流路の流路面積を可変にできる装置を用いて、狭隘流路の流路断面積変化させる微細気泡の生成装置が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２２５６９６号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７３６５号公報
【特許文献３】特開平１０−９９８７７号公報
【非特許文献１】「水の特性と新しい利用技術」、株式会社エヌ・ティー・エス、１４２−１４６頁、２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
〔非特許文献１〕に記載の従来の技術は、微細気泡の特性について記述しているが、微細気泡の具体的な発生方法については開示されていない。
【０００９】
〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、混合水が高圧ポンプによりオリフィス上流側で加圧され、オリフィス通過時に減圧されて微細気泡を生成できるが、流路断面積が固定されたオリフィスであるため、オゾン微細気泡の混入水の流量を変化させる必要のある場合に対応できない問題がある。又、加圧圧力が変化すると微細気泡の径や発生量が変化するため、オゾン溶解効率が変化して水処理性能が不安定になる問題がある。
【００１０】
〔特許文献２〕に記載の従来の技術では、インバータでポンプ回転数を制御することによりオリフィスの加圧圧力を制御することができるが、オリフィス流路面積が固定されているため、〔特許文献１〕のものと同様にオゾン微細気泡混入水の流量の変化に対応する場合に、加圧圧力が変化して安定して微細気泡を生成できないという問題がある。
【００１１】
〔特許文献３〕に記載の従来の技術では、オリフィスの流路の絞りを可変調整して加圧圧力を制御しており、オゾン微細気泡混入水の流量も制御することができるが、オリフィスの流路の絞りが変わると、オリフィスを通過する際の流速が変わり、微細気泡を生成するためのオリフィス部における減圧量が変化する。加圧減圧のバランスが変わると微細気泡の径や発生量が変化するため、オゾン溶解効率が変化して水処理性能が不安定になる問題がある。すなわち、狭隘流路の流路断面積が小さいと流量が上げられず、気泡の生成量が低下し、逆に流路断面積が大きいと、生成気泡が粗大化する。このように、気泡の発生量が不足するか、気泡径が粗大化するため、安定した気泡生成ができない問題がある。
【００１２】
発明者らは、異なる孔数を有する複数の多孔板を製作し、空気と水道水の気液二相流を高圧ポンプで昇圧して多孔板に注入して実験を行った結果、孔数が異なると、多孔板の上流側の圧力が変わるため微細気泡の発生量が変化することを確認している。又、孔数は同じで、孔径を変更した複数の多孔板を製作し、同様の実験を行った結果、孔径が増加すると、生成される気泡の気泡径分布が径の大きい粗大気泡側に移行することを確認している。
【００１３】
本発明の第１の目的は、微細気泡を安定して生成でき、経済性に優れた微細気泡生成装置及びその方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の第２の目的は、ポンプの回転数制御と気液二相流が流通可能な孔数を変更することにより、微細気泡を安定して生成できる微細気泡生成装置及びその方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の第３の目的は、微細気泡生成装置への流入圧力と流量を制御でき、微細気泡を安定して生成できる微細気泡生成装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の微細気泡の生成装置は、気液二相流の生成装置に接続されたポンプの回転数を制御するインバータと、ポンプに接続され気液二相流の通過に使用される流路断面積を変化させる駆動装置を含む多孔板ユニットと、インバータ及び駆動装置を制御する制御装置とを備え、制御装置からの指令により、駆動装置を制御して気液二相流の通過に使用される流路断面積を変化させるとともにインバータを制御してポンプの加圧圧力を許容範囲内に維持させて気液二相流の流量を変化させるものである。
【００１７】
多孔板を備えた流路を複数並列に接続して各流路に開閉弁を設け、開閉弁の開閉制御を行うことにより気液二相流が通過する流路断面積を変更する。
【００１８】
これにより、気液二相流をポンプで加圧し、狭隘流路へ注入することにより減圧して液体に溶解していた気体を析出させて微細気泡を生成する。気液二相流が通過する孔数を変更、すなわち流路断面積を変更することにより微細気泡の生成する条件を維持して流量を制御することができる。このように、気液二相流が通過する孔数の変更と、インバータを制御してポンプの回転数を制御することにより、加圧圧力と流量を制御する。
【００１９】
多孔板には、１種類以上の断面積を有する複数の孔を有する多孔板、単位面積あたりの孔数が異なる孔が分布する多孔板を用いてもよい。
【００２０】
又、多孔板の逆流洗浄を行い、多孔板の孔の閉塞を回避することができる。又、流路制限板に多孔板と接触する端面構造を設け、流路制限板が多孔板の表面を移動する際に、端面構造が多孔板の表面の付着物を削り取って剥離させるようにしてもよい。
【００２１】
又、気体の溶解効率を向上させるため、ポンプと多孔板ユニットとの間の流路に、加圧された気液二相流が滞留する加圧タンクを設ける、或いは気体の利用効率を向上させるため、多孔板から流出した粗大気泡を微細化するために、ポンプと多孔板ユニットとの間の流路に、流路制御板を設けて気液二相流が多孔板ユニットに流入する際に旋回流を与えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、微細気泡生成量を変更する時、ポンプの回転数と流通断面積を変更するので、加圧圧力を微細気泡生成に必要な範囲に維持して過剰な圧力上昇が抑制されるため、微細気泡を効率良く、かつ安定した気泡径分布で生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
微細気泡生成装置で気液二相流の加圧圧力と流量を制御して安定した気泡径と発生量の微細気泡を生成する微細気泡生成装置及びその方法を提供する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の実施例１について図１から図１２を用いて説明する。図１は、本実施例である微細気泡生成装置の構成図である。
【００２５】
本実施例の微細気泡生成装置は、図１に示すように、図示しない気液二相流の生成装置に接続された流路９ａと、流路９ａに接続されたポンプ１と、ポンプ１に接続された図示しないインバータと、ポンプ１に流路９ｂを介して接続された多孔板ユニット４と、流路９ｂに設けられた圧力計５と、多孔板ユニット４に設置された駆動装置７と、多孔板ユニット４に接続された流路９ｃと、流路９ｃに設けられた流量計６と、制御装置３と、制御装置３に接続された入力装置８で構成される。ここで、気液二相流の液体には水が、気体には、空気，オゾン，窒素，酸素，二酸化炭素のいずれかが用いられる。
【００２６】
圧力計５及び流量計６と制御装置３とは信号線で接続され、制御装置３は圧力計５及び流量計６からの信号を受信する。インバータ及び駆動装置７と制御装置３とは信号線で接続され、制御装置３からインバータ及び駆動装置７に制御信号を送信する。
【００２７】
多孔板ユニット４は、図２から図６に示すように構成されている。図示しない多孔板ユニット４の壁面に固定され、直径が０.１〜５mmの範囲の同じ径の直管状の孔１０３が複数個設けられた円形板状の多孔板１００と、図３，図４に示すように多孔板１００の中心軸回りに回転し、多孔板１００に対向するように設けられる円形板状の流路制限板１０１と、流路制限板１０１の中心部で固定板１０４により連結される回転軸１０２で構成される。回転軸１０２は、駆動装置７と連結されており、駆動装置７により回転角度を制御される。図４に示すように多孔板１００の半分の領域に孔１０３が形成され、図５，図６に示すように半円形に形成された流路制限板１０１が回転することにより、気液二相流が通過できる孔数が変化するようになっている。本実施例では、流路制限板１０１は、半円形に形成された例を示しているが、扇型でもよい。なお、孔１０３の直径は、０.５〜２mmの範囲とすると微細気泡の生成はより安定化し生成効率はよりよくなる。
【００２８】
多孔板１００は流路９ｂに固定される構造でもよく、多孔板１００と流路制限板１０１とは、流路制限板１０１の回転に支障を来たすような摩擦力が生じない範囲で接触している。又、流路制限板１０１の回転時には、駆動装置７を制御して軸１０２を軸方向に移動させ、多孔板１００と流路制限板１０１との間に間隙を形成し、再度多孔板１００と流路制限板１０１とを接触させて通水させるようにしてもよい。
【００２９】
駆動装置７を制御して回転軸１０２を回転すると、孔１０３の一部が流路制限板１０１によって遮られるため、例えば図２に示す状態から図６に示す状態に変化して、多孔板１００の通水に使用される孔数が変化する。この通水に使用される孔数のことを、便宜上有効孔数という。
【００３０】
図２から図６に示す例では、流路制限板１０１を回転させる例を示したが、流路制限板１０１を多孔板１００に沿って直径方向に平行移動するようにしてもよい。又、多孔板１００の直径方向に複数の細長い流路制限板１０１を設け、流路制限板１０１を流れ方向に対して平行或いは垂直になるように回転させて有効孔数を変えるようにしてもよい。
【００３１】
図２から図６に示す例では、多孔板１００に設ける孔１０３を直管状の孔で説明したが、図７に示す多孔板１１０のように、孔１１２の中間部の断面積が大きくなる形状のもの、図８に示す多孔板１１３のように、孔１１５の中間部の断面積が小さくなる形状のものなど、多孔板の孔内部の断面積が流路方向で変化する形状のものを用いてもよい。このような孔形状の多孔板を用いた場合は、多孔板の上流と下流の間の他、孔内部でも圧力変化が生じるので、気泡をさらに微細化できる。
【００３２】
又、多孔板に複数の孔を設ける代わりに、複数のスリットを設けてもよい。図９に示す例では、多孔板１２０の右半分側に孔が連なったような形状の直線状のスリット１２１を放射状に形成している。図１０に示す例では、多孔板１２２の上下方向に直線状のスリット１２３を複数段形成している。なお、このスリットは孔が連なった形状に形成されており、必ずしも直線でなくてもよい。
【００３３】
キーボード等を操作して、入力装置８に微細気泡生成量の目標値ＱBを入力する。又、微細気泡生成量の目標値ＱBからずれた場合の許容できる偏差量ΔＱ、ポンプの回転数を増減する場合の制御幅ΔＮが入力される。入力された微細気泡生成量の目標値ＱB，偏差量ΔＱ，制御幅ΔＮは、制御装置３へ送信される。制御装置３は、流路９ｂに設置された圧力計５の加圧圧力測定値、流路９ｃに設置された流量計６の微細気泡含有水１１の排出流量測定値を受信する。
【００３４】
制御装置３では、微細気泡生成量の目標値ＱBを得るために必要な微細気泡含有水１１の排出流量ＱOを計算する。制御装置３は、多孔板ユニット４の加圧圧力が入力装置８から入力された設定値からの偏差の許容範囲を超えることなく、排出流量ＱOを得るために必要なポンプ１の回転数Ｎと、多孔板ユニット４の孔数を算出する。この計算値に基づいて、制御装置３はインバータ２と駆動装置７を制御する。
【００３５】
制御装置３からインバータ２にポンプ１の回転数指令値が送信されてインバータ２が制御され、ポンプ１は回転数指令値に従って運転される。制御装置３から駆動装置７に制御信号が送信され、多孔板ユニット４の流路制限板１０１の回転角度を制御して算出された有効孔数となるように制御する。
【００３６】
流路９ａには気液二相流の生成装置からの気液二相流１０が流入し、ポンプ１により加圧されて気体が加圧溶解された気液二相流１０は、多孔板ユニット４に流入する。気液二相流１０は、多孔板ユニット４を通過する際に急激に減圧され、溶存していた気体が析出して微細気泡を形成する。流路９ｃから微細気泡を含んだ微細気泡含有水１１が排出される。
【００３７】
図１１は、実施例１の制御フローチャートであり、微細気泡生成量ＱBを得るための運転方法を示している。図１１を用いて、実施例１の運転方法をより詳細に説明する。
【００３８】
ステップＳ１で、制御装置３は、入力装置８から入力された微細気泡生成量の目標値ＱBと、微細気泡含有水の微細気泡の含有率ｒBから、数１を用いて微細気泡含有水１１の排出流量ＱOを決定してポンプを起動する。ここで、含有率ｒBは、予め実験により加圧圧力と孔径の関係から求められるようにするか、流量計６の他に含有率を計測する装置を設けることによって求められる。
（数１）
ＱO＝ＱB／ｒB                                                     …（１）
ステップＳ２で、制御装置３は、流量計６で計測される微細気泡含有水１１の排出流量の測定値Ｑfと目標値ＱOを比較する。測定値Ｑfが目標値ＱOより低い場合はステップ３Ｓへ進み、高い場合はステップＳ４へ進む。
【００３９】
ステップＳ３では、制御装置３は、目標値ＱOと測定値Ｑfの差分の絶対値を、許容できる偏差量ΔＱと比較し、この差分の絶対値が偏差量ΔＱより小さい場合は、流量は制御目標範囲にあると判断してステップＳ５へ進む。この差分の絶対値が偏差量ΔＱより大きい場合は、流量が制御目標範囲に対して不足していると判断し、インバータ２を制御してポンプ１の回転数Ｎを設定された制御幅ΔＮ増加してステップＳ２へ戻る。
【００４０】
ステップＳ４で、制御装置３は、ステップＳ３と同様に目標値ＱOと測定値Ｑfの差分の絶対値を、偏差量ΔＱと比較し、この差分の絶対値が偏差量ΔＱより小さい場合は、流量は制御目標範囲にあると判断してステップＳ５へ進む。この差分の絶対値が偏差量ΔＱより大きい場合は、流量が制御目標範囲に対して過剰であると判断し、インバータ２を制御してポンプの回転数Ｎを設定された幅ΔＮ減少してステップＳ２へ戻る。
【００４１】
ステップＳ５で、制御装置３は、圧力計５の測定値Ｐと設定値の圧力下限値Ｐminと比較する。測定値が下限値より高い場合は、ステップＳ６へ進む。低い場合は、駆動装置７を起動して多孔板ユニット４の有効孔数ｍを設定された制御幅Δｍ減少してステップＳ２へ戻る。下限値Ｐminは、例えば０.３ＰＭａに設定する。
【００４２】
ここで、加圧圧力は０.１ＭＰａ〜１.０ＭＰａが許容範囲であった。加圧圧力については、微細気泡生成がより安定でコスト上有利な範囲は、０.３ＭＰａ〜０.７ＭＰａの範囲である。
【００４３】
ステップＳ６で、制御装置３は、圧力計５の測定値Ｐと設定値の圧力上限値Ｐmaxと比較する。測定値が上限値より低い場合は終了する。高い場合は、駆動装置７を起動して多孔板ユニット４の有効孔数ｍを設定された制御幅Δｍ増加してステップＳ２へ戻る。
【００４４】
このように制御した場合の作用，効果を図１２により説明する。
【００４５】
図１２中の破線は、有効孔数を変化させて流路断面積を変化させると共にポンプの回転数制御を行った場合を示しており、実線は、流路断面積は固定でポンプの回転数制御を行った場合を示している。ここでは、有効孔数は連続的に変化させ、流路断面積を滑らかに変化させる場合を示している。
【００４６】
図１２の上段の図は、気液二相流流量に対する加圧圧力の関係を示す図で、同じ流路断面積の有効孔数では交差するが、流路断面積を変化させる場合は、加圧圧力をほぼ一定、或いは許容範囲内に制御できることを示している。一方、流路断面積が固定の場合は、気液二相流の流量を多くするためにはポンプの回転速度を上昇させて加圧圧力を高くする必要があり、気液二相流の流量を少なくするためにはポンプの回転速度を低下させて加圧圧力を下降させる必要がある。
【００４７】
このように、流路断面積が固定の場合は、気液二相流の流量を変化させるためには、加圧圧力を変化させる必要があるため、微細気泡を生成するための条件が変化して安定した微細気泡の生成が困難になるが、本実施例では、加圧圧力は一定或いは許容範囲内に制御でき、流路断面積を変化させても孔径は同じであるので安定した微細気泡の生成が行える。なお、図１２では、流路断面積が固定の場合も幅広く流量制御が行えるように示しているが、実際には、制御幅はそれほど大きくない。
【００４８】
図１２の下段の図は、気液二相流流量に対するポンプ消費電力の関係を示す図で、気液二相流流量が大きく、処理量が必要とされる部分でポンプ消費電力を小さくできる。ここで、ポンプの消費電力は、圧力と流量の積に比例すると仮定している。
【００４９】
本実施例によれば、微細気泡生成量を変更する時、ポンプの回転数と流通断面積を変更するので、加圧圧力を微細気泡生成に必要な範囲に維持して過剰な圧力上昇が抑制されるため、微細気泡を効率良く、かつ安定した気泡径分布で生成することができる。
【実施例２】
【００５０】
本発明の実施例２を図１３から図１６を用いて説明する。図１３は、本実施例の微細気泡生成装置の構成図である。
【００５１】
本実施例の微細生成装置は、実施例１と同様に構成されているが、本実施例では、多孔板ユニット４を設置する代わりに、多孔板ユニット４０として、流路９ｂのポンプ１の後段に複数の分岐流路が設けられ、各分岐流路には弁７０−１〜７０−ｎを介してそれぞれ固定された孔数を有する多孔板４０−１〜４０−ｎが設置されている。複数の多孔板４０−１〜４０−ｎは合流されて流路９ｃに接続されている。各弁７０−１〜７０−ｎはそれぞれ制御装置３と信号線で接続されており、弁７０−１〜７０−ｎの開閉制御を行うようになっている。ここで、流路９ｃを弁７０−１〜７０−ｎ毎に延長できる場合は、必ずしも複数の多孔板４０−１〜４０−ｎは合流しなくてもよい。
【００５２】
各多孔板４０−１〜４０−ｎに設けられている孔数は、多孔板毎に変えてもよく、同じにしてもよく、一部が同じで残りを変えてもよい。制御装置３は弁７０−１〜７０−ｎの開閉制御をするが、開く弁の個数を１個からｎ個の間で制御でき、設定する有効孔数に合うように開閉制御される。多孔板に設ける孔数，孔径が同じでも、図１４に示すように多孔板の外周側に設ける、或いは図１５に示すように多孔板の内周側に設けることにより、孔の位置が異なるものを、流量などにより使い分けてもよい。このように孔位置を形成することにより、内周側を流して旋回を与えたい場合などに使い分けることができる。
【００５３】
本実施例の制御は、図１１に示す実施例１の制御フローチャートと同様に行われる。各多孔板４０−１〜４０−ｎの孔数を等しくした場合は、図１１中のステップＳ５，Ｓ６で、制御装置３は弁７０−１〜７０−ｎを開状態する数を増減して有効孔数を段階的に制御する。又、多孔板４０−１〜４０−ｎに形成される孔数が異なる場合は、弁７０−１〜７０−ｎの開閉を切替えて、孔数の多い多孔板の設置された流路或いは孔数の少ない多孔板の設置された流路を開にして有効孔数を切替える。
【００５４】
このように、実施例１では有効孔数の変更は流路制限板１０１の回転により行うため、機械的な可動部とモータが必要となるが、本実施例では、孔数変更を弁の開閉で行うため構成が簡素になり、信頼性が向上し、維持管理が容易になる利点がある。
【００５５】
以上のように制御した場合の作用，効果を図１６により説明する。
【００５６】
図１６中の破線は、有効孔数を段階的に変化させて流路断面積を段階的に変化させると共にポンプの回転数制御を行った場合を示しており、実線は、流路断面積は固定でポンプの回転数制御を行った場合を示している。
【００５７】
図１６の上段の図は、気液二相流流量に対する加圧圧力の関係を示す図で、分岐流路の切替えにより流路断面積を段階的に変化させる場合は、ある分岐流路の流路断面積でポンプの回転速度を変化させることにより気液二相流の流量を変化させ、流路断面積を切替える制御を行うことにより、加圧圧力を許容範囲内に制御できることを示している。すなわち、加圧圧力が許容値を超えようとすると、制御装置３は流路を切替えて流路断面積を増加させるため、加圧圧力はある変動幅内で変動するが、許容範囲内に維持される。
【００５８】
一方、流路断面積が固定の場合は、気液二相流の流量を多くするためにはポンプの回転速度を上昇させて加圧圧力を高くする必要があり、気液二相流の流量を少なくするためにはポンプの回転速度を低下させて加圧圧力を下降させる必要がある。
【００５９】
このように、流路断面積が固定の場合は、気液二相流の流量を変化させるためには、加圧圧力を大幅に変化させる必要があるため、微細気泡を生成するための条件が変化して安定した微細気泡の生成が困難になるが、本実施例では、加圧圧力は許容範囲内に制御でき、流路断面積を段階的に変化させても孔径は同じであるので安定した微細気泡の生成が行える。
【００６０】
図１２の下段の図は、気液二相流流量に対するポンプ消費電力の関係を示す図で、気液二相流流量が大きく、処理量が必要とされる部分で余剰な圧力損失が発生しないため、ポンプ消費電力を小さくできる。
【００６１】
本実施例によれば、微細気泡生成量を変更する時、ポンプの回転数と流通断面積を変更するので、加圧圧力を微細気泡生成に必要な範囲に維持して過剰な圧力上昇が抑制されるため、微細気泡を効率良く、かつ安定した気泡径分布で生成することができる。
【００６２】
本実施例によれば、微細気泡生成量を変更する際、ポンプの回転数と狭隘流路の流路断面積が変更されるので、加圧圧力は、微細気泡生成に必要な範囲内に維持でき、過剰な圧力の上昇が抑制される。このため、微細気泡を効率良く、かつ安定した気泡径分布で生成することができる。
【実施例３】
【００６３】
本発明の実施例３を図１７から図２３を用いて説明する。図１７から図２３は、本実施例の多孔板ユニットの構成図である。
【００６４】
本実施例の多孔板ユニットは、実施例１の図２から図６に示す多孔板ユニット４の変形例である。
【００６５】
図１７から図２３に示すように、多孔板２１１には、円形の板が複数の領域に分割され、領域毎に孔径が異なるように形成され、領域毎に断面積の異なる孔が設けられている。或いは、多孔板２１１に領域毎に孔径は同じに形成し同じ断面積の孔を単位表面積あたりの孔数が異なるように設けるようにしてもよい。流路制限板は、多孔板２１１の表裏に設けられ、表側（上流側）には半円形状の流路制限板２１１が、裏側（下流側）には半円形状の流路制限板２１２が設けられている。流路制限板２１１の中心部には軸２１４が嵌合され、固定板２１６によって軸２１４に固定されている。流路制限板２１２の中心部には軸２１５が嵌合され、固定板２１７によって軸２１５に固定されている。軸２１５は中空であり、中空部の空間に軸２１４が挿入され、軸２１５と軸２１６は駆動装置７によって独立して回転操作されるようになっている。
【００６６】
制御装置３は、駆動装置７を制御して軸２１５と軸２１６をそれぞれ独立に回転させ、表側の流路制限板２１１の回転角、裏側の流路制限板２１２の回転角を制御して気液二相流が通過する孔の箇所，孔数，流路段面積を調節し、必要な有効孔数、或いは必要な流路断面積になるように制御する。なお、以上の説明では、流路制限板２１１，２１２が半円形状の場合を説明したが、その形状は変形することができる。
【００６７】
本実施例によれば、多孔板の全面に孔を設けることができ、狭隘流路の流路断面積をより細かく変更することが可能になり、微細気泡生成量を滑らかに制御できる。又、流量変更時の加圧圧力の変動が抑制されるため、ポンプへの急激な流量・圧力変動が緩和され、ポンプへの負担が軽減される。
【実施例４】
【００６８】
本発明の実施例４を図２４，図２５により説明する。図２４は、本実施例の微細気泡生成装置の構成図、図２５は、本実施例の微細気泡生成装置における逆流洗浄時の運転方法の制御フローチャートである。
【００６９】
本実施例の微細気泡生成装置は、図１に示す実施例１と同様に構成されているが、流路９ａには弁１２が設置され、弁１２には流入管１６が設けられ、流路９ｂのポンプ１と多孔板ユニット４との間には弁１３と弁１４が、流路９ｃには弁１５が設置され、弁１３と弁１５は配管１７で連結され、弁１４には排水管１８が設けられている。弁１２，１３，１４，１５は、三方弁で構成され、それぞれ信号線で制御装置３と接続され、制御装置３からの指令により開閉の切替え制御が行われる。
【００７０】
通常運転時には、弁１２は流路９ａ側を開とし流入管１６側を閉とする。弁１３と弁１５はそれぞれ流路９ｂ側を開、流路９ｃ側を開、配管１７側を閉とする。弁１４は流路９ｂ側を開、排水管１８側を閉とする。これにより、気液二相流１０は、ポンプ１で昇圧されて多孔板ユニット４で微細気泡が生成されて微細気泡流１１として流出される。
【００７１】
液相中の浮遊物、溶解成分の析出・付着等により多孔板ユニット４内の多孔板の閉塞が検知されると、制御装置３は、弁１２〜１５を切替えて、逆洗運転を行う。
【００７２】
逆洗運転時には、弁１２は流路９ａ側を閉とし流入管１６側を開とする。弁１３と弁１５はそれぞれ流路９ｂ側を閉、流路９ｃ側を閉、配管１７側を開とする。弁１４は流路９ｂ側を閉、排水管１８側を開とする。
【００７３】
流入管１６から流入した逆洗用水は、ポンプ１で昇圧され配管１７を流れて流路９ｃ側から多孔板ユニット４に流入し、多孔板ユニット４の孔を洗浄した後、排水管１８から排出される。なお、多孔板ユニット４の代わりに実施例２の多孔板を設置してもよい。
【００７４】
逆洗運転への切替えは、図２５に示すフローチャートに従って行われる。
【００７５】
ステップＳ１１で、制御装置３は、駆動装置７を起動して多孔板ユニット４の有効孔数を校正用の目標値ｍｐに設定する。ステップＳ１２で、制御装置３は、インバータ２を制御してポンプ１を起動し、流量計６の測定値が校正用の目標値Ｑｐになるようにポンプ１の回転数を制御する。
【００７６】
ステップＳ１３で、圧力計５の測定値Ｐを計測し、測定値Ｐと校正用の目標値Ｐｐとの差分が偏差量の許容値ΔＰより大きいか否かの判定を行う。測定値Ｐと校正用の目標値Ｐｐとの差分が偏差量の許容値ΔＰより大きい場合は、液相中の浮遊物，溶解成分の析出・付着等により多孔板ユニット４内の多孔板の閉塞が生じたと判定し、ステップＳ１４に進み、小さい場合は終了する。
【００７７】
ステップＳ１４で、弁１２〜弁１５を逆洗用流路に切替える。すなわち、上述したように、弁１２は流路９ａ側を閉、流入管１６側を開とし、弁１３と弁１５はそれぞれ流路９ｂ側を閉、流路９ｃ側を閉、配管１７側を開とし、弁１４は流路９ｂ側を閉、排水管１８側を開とする。
【００７８】
ステップＳ１５で、制御装置３は、ポンプ１を起動して設定された運転時間の間ポンプ１を運転して多孔板ユニット４の逆洗を行う。設定された運転時間が経過すると、ポンプ１を停止し、ステップＳ１６で、弁１２〜弁１５の開閉状態を切替えて通常運転時の微細気泡生成用の流路に切替え、ステップＳ２に戻る。
【００７９】
なお、校正用の目標値ｍｐ，Ｑｐと逆洗時のポンプ１の運転時間は入力装置８から入力される。
【００８０】
以上の説明では、校正用の目標値と計測値の差分が許容値より大きい場合に逆洗運転を行う例を説明したが、制御装置３がタイマーにより時間計測を行い、入力装置８から入力された逆洗開始時刻、逆洗を開始するための時間間隔で、弁１２〜弁１５を逆洗用流路に切替え、設定された運転時間の間ポンプ１を運転して、通常運転時の微細気泡生成用流路に戻すように制御してもよい。
【００８１】
又、多孔板ユニット４を用いる場合は、流路制限板の軸方向に多孔板に接触するような突起部分或いはブラシ状の部品を取付けてもよい。又、流路制限板の軸方向部分に多孔板面に対して鋭角に加工された部分を有してもよい。実施例３に示すように流路制限板が複数枚ある場合は、表側の流路制限板にこの加工を施すとよい。この場合は、微細気泡生成運転時の設定された時間間隔で、或いは逆洗運転時のポンプ起動前で運転中に流路制限板をその可動領域全体に動かすとよい。流路制限板に多孔板と接触する端面構造を設け、流路制限板が多孔板の表面を移動する際に、端面構造により多孔板の表面の付着物を削り取って剥離させるようにしてもよく、これにより多孔板の孔の閉塞を回避することができる。
【００８２】
本実施例によれば、狭隘流路の付着物を除去することができるので、微細気泡生成装置が閉塞を防止でき、加圧圧力が上昇するのを回避できる。又、多孔板の孔断面積，孔形状の変化による気泡径分布の変化を回避できるため、微細気泡をより効率良く、かつ安定した気泡径分布で生成することができる。
【実施例５】
【００８３】
多孔板ユニット４に流入する気液二相流１０の気体溶解効率は、微細気泡含有水１１の微細気泡個数濃度に影響する。微細気泡個数濃度が低いと、微細気泡含有水１１の流量を増加しても微細気泡量が確保できない。ポンプ１に流入する気液二相流の気体注入率を増加させても、溶解効率が低い場合は、微細気泡混合水１１中へ粗大気泡として流出するため微細気泡を充分に利用できない。
【００８４】
本実施例では、ポンプ１の後段において気体溶解効率を向上し、微細気泡含有水１１の微細気泡個数濃度をより高める方法を図２６により説明する。図２６は本実施例の微細気泡生成装置の構成図である。
【００８５】
本実施例の微細気泡生成装置は、実施例１或いは実施例２の微細気泡生成装置と同様に構成されているが、ポンプ１と多孔板ユニット４の間で、圧力計５の上流側に圧力タンク２１を設置している。圧力タンク２１は、微細気泡生成に必要な加圧圧力に耐える構造になっている。ポンプ１で加圧された気液二相流１０は、圧力タンク２１内において高圧条件下で滞留することにより気体の溶解が進行する。
【００８６】
本実施例によれば、狭隘流路に流入する気液二相流の溶存気体濃度を高めることができ、減圧により析出する微細気泡の個数濃度が増加するので、流量あたりの微細気泡生成量がより増加する。このため、ポンプ前段で注入した気体の利用効率が向上し、微細気泡をより効率良く生成することができる。
【００８７】
なお、本実施例は、実施例２〜実施例４のいずれかに適用することができ、実施例４に適用する場合は、弁１４および排水管１８は圧力タンク２１の後段に設置する。
【実施例６】
【００８８】
多孔板ユニット４を用いた場合、溶解できなかった気体は多孔板の入口付近で蓄積され、所定量に達すると気相として多孔板を通過する場合がある。原理上、加圧条件で溶解していない気体は、減圧しても微細気泡化しないので、多孔板から流出する微細気泡含有水１１中に、粗大気泡が周期的に混入して上部の気相へと脱離するため、気体の利用効率が低下する。
【００８９】
本実施例では、ポンプ１の後段における気液二相流の流入状態を変えることにより、多孔板の後段に流出した粗大気泡を微細気泡化する方法を図２７により説明する。
【００９０】
本実施例の微細気泡生成装置は、実施例１或いは実施例２の微細気泡生成装置と同様に構成されているが、ポンプ１と多孔板ユニット４の間に流体制御板２２が設置されている。流体制御板２２は、ポンプ１で加圧された気液二相流に旋回を与え、多孔板ユニット４に流入する際に、管路断面方向の中心付近の気相割合を高める。多孔板ユニット４の孔位置を中心付近と周辺付近に設けた場合、中心から流出する気相割合が高く比較的低流速の気液二相流は、周辺から流出する液相割合が高く比較的高流速の二相流により剪断力を与えられる。その結果、中心から流出する気液二相流に粗大気泡が混入していた場合、粗大気泡はこの剪断力により微細化される。
【００９１】
なお、本実施例は、実施例２〜実施例４のいずれかに適用することができ、実施例４に適用する場合は、弁１４および排水管１８は流体制御板２２の後段に設置する。
【００９２】
本実施例によれば、多孔板ユニット４に流入する気液二相流を、気相割合の異なる部分に分け、多孔板の後段でこれら気液二相流間に剪断力を発生させる。これにより、多孔板に減圧しても微細気泡化ができない粗大気泡が流入しても、多孔板を流出した後に機械的に微細気泡化されるため、ポンプ前段で注入した気体の利用効率が向上する。この結果、微細気泡をより効率良く生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施例１である微細気泡生成装置の構成図。
【図２】本実施例の多孔板ユニットの構成を示す平面図。
【図３】本実施例の多孔板ユニットの構成を示す縦断面図。
【図４】本実施例の多孔板の平面図。
【図５】本実施例の流路制限板の平面図。
【図６】本実施例の多孔板ユニットの構成を示す平面図。
【図７】本実施例の狭隘流路の構成を示す縦断面図。
【図８】本実施例の狭隘流路の構成を示す縦断面図。
【図９】本実施例の狭隘流路の構成を示す平面図。
【図１０】本実施例の狭隘流路の構成を示す平面図。
【図１１】本実施例の制御フローチャート図。
【図１２】本実施例の作用，効果を説明する図。
【図１３】本発明の実施例２である微細気泡生成装置の構成図。
【図１４】本実施例の多孔板の平面図。
【図１５】本実施例の多孔板の平面図。
【図１６】本実施例の作用，効果を説明する図。
【図１７】本発明の実施例３である微細気泡生成装置の多孔板ユニットの構成を示す平面図。
【図１８】本実施例の多孔板ユニットの構成を示す縦断面図。
【図１９】本実施例の多孔板の平面図。
【図２０】本実施例の流路制限板の平面図。
【図２１】本実施例の多孔板ユニットの構成を示す平面図。
【図２２】本実施例の流路制限板の平面図。
【図２３】本実施例の流路制限板の平面図。
【図２４】本発明の実施例４である微細気泡生成装置の構成図。
【図２５】本実施例による制御フローチャート図。
【図２６】本発明の実施例５である微細気泡生成装置の構成図。
【図２７】本発明の実施例６である微細気泡生成装置の構成図。
【符号の説明】
【００９４】
１…ポンプ、２…インバータ、３…制御装置、４…多孔板ユニット、５…圧力計、６…
流量計、７…駆動装置、８…入力装置、９…流路、１２，１３，１４，１５…弁、１６…
流入管、１７…配管、１８…排水管、２１…圧力タンク、２２…流体制御板、１００…多
孔板、１０１…流路制限板、１０２…軸、１０３…孔、１０４…固定板。
【図１】
2008110346.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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