(57)【要約】【課題】空気又はオゾンなどの気体を水中に超微粒状の気泡として混合、溶解させ、長時間水中に滞留させ得る気液混合器を得る。【解決手段】気液混合器Ａは、内部に液室１１を有する短い筒体の一端を端壁１０E で閉じ、他端は所定径の開口１２を形成した混合筒１０から成り、混合筒１０には液室１１の接線方向に導水管１３から水が導入され、液室１１内で旋回流にその背面に設けた送気管１４からの気体を吸引して混合して気泡を発生し、開口１２の外側に設けた気泡微細化手段のフィルタ部材１６、１７で超微粒子状気泡とするように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に円形の液室を形成した短い筒体の一端を端壁で閉じ、他端は液室に連通する所定径の開口を設け、断面を略鈎形コ字状とした混合筒から成り、この混合筒には液室の外周の接線方向に液室と連通するように設けた外部から水を導入するための導水管と、混合筒の端壁に液室の中心で液室に連通するように設けた送気管と、混合筒の開口の外側に気泡微細化手段とを備え、上記開口を導水管からの水圧を所定圧以下に減圧する程の大径の開口とし、気泡微細化手段を素材間の空隙がジグザグの流路を形成するフィルタ部材として成る気液混合器。
【請求項２】
前記混合筒の開口端にリング状の取付部材を設け、この取付部材にフィルタ部材を取付けたことを特徴とする請求項１に記載の気液混合器。
【請求項３】
前記フィルタ部材が短い合成繊維の糸を素材として互いに絡ませて素材間の空隙がジグザグの流路となるように気泡微細化手段を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の気液混合器。
【請求項４】
前記フィルタ部材を支持するための第２のフィルタ部材を気泡微細化手段に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気液混合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気又はオゾンを含む気体を水中に超微粒状の気泡として混合させ、長時間水中に滞留させることができる気液混合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水に多くの酸素を溶解させた水は、水の活性化による水質改善、汚水浄化などに利用でき、オゾンを溶解させた水は食品工場、農水産加工場、医療施設、外食店の厨房、浴場、温泉、プールなどで対象品の殺菌、防臭、鮮度保持などに利用できることから、種々の形式の気液混合装置が提案され、実施されている。このような気液混合装置は、大別するとノズル形式と非ノズル形式のものとがある。
ノズル形式のものは先端の吐出口を絞り、圧力水の圧力を利用して気体を水に混合して微細な気泡を生成し、吐出口から噴射させる形式であり、非ノズル形式のものは回転部材などを利用して気体を水に混合すると共に気泡を微細化して水中に溶解させる形式のものである。
【０００３】
前者（ノズル形式）の一例として、本出願人は特開２００１−１８７３２６号公報（公報１）により開示された「気水混合器」を提案した。この気水混合器は、ケーシング内の中空円筒内に圧力水を流入させ、その旋回流を下方へ流しながら中空円筒の端壁の導入孔から気体を導入して旋回流に混合させ、中空円筒の下方に隣接して設けた吸入抵抗板で排出口側から逆流する外気を防止して流れを排出口へ排出するように構成したものである。
【０００４】
後者（非ノズル形式）の一例として、特開２００１−１０４７６４号公報（公報２）により開示された「気液混合装置」を提案した。この気液混合装置は、気液混合筒と気体供給手段を備え、混合筒内の混合圧縮手段で気液を混合、圧縮し、気泡拡散領域の気泡拡散孔から気泡水を拡散させるように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した公報１の気水混合器は、簡易な構造で圧力水の圧力を利用して微粒状の気体を流水中に混合することができ、しかも費用も安価であり、電気的な部材を用いていないため、感電事故の虞れがなく、安全であるなどの利点がある。しかし、生成される微粒状の気体の大きさは、気泡が目で確認し得るものから超微粒状のものまで含まれ、必ずしも全て均一で超微粒状のものだけではなく、ばらつきがある。
【０００６】
公報２の気液混合装置も簡易な構造であり、流水中に超微粒状の気体を混合することができ、費用も安価であるが、混合圧縮手段を駆動する駆動部のモータが圧縮手段に直結されているため、感電事故を想定した場合、例えばプールや温泉など人が水に直接触れる場所や設備に対して使用が制限されるという不利がある。従って、装置の使用場所、設備の性質からの制約条件を受けず、かつ超微粒状の気泡を平均して揃って生成し得る気液混合器が所望されているが、このような提案はなされたことがない。
【０００７】
この発明は、上記の問題に留意して、空気又はオゾンなどの気体を水中に超微粒状の気泡として混合、溶解させ、長時間水中に滞留させることができ、製作費が安価で、かつ電気的手段を用いずに構成された気液混合器を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決する手段として、内部に円形の液室を形成した短い筒体の一端を端壁で閉じ、他端は液室に連通する所定径の開口を設け、断面を略鈎形コ字状とした混合筒から成り、この混合筒には液室の外周の接線方向に液室と連通するように設けた外部から水を導入するための導水管と、混合筒の端壁に液室の中心で液室に連通するように設けた送気管と、混合筒の開口の外側に気泡微細化手段とを備え、上記開口を導水管からの水圧を所定圧以下に減圧する程の大径の開口とし、気泡微細化手段を素材間の空隙がジグザグの流路を形成するフィルタ部材として成る気液混合器としたのである。
【０００９】
上記構成の気液混合器によれば、目に見えない程の超微粒子状の無数の気泡を水中に混合、拡散、浮遊させ、高い溶解度で気泡を水に溶解させることができる。気体はエアー、又はオゾンを含むエアー、液体は一般に水が対象である。混合筒の液室へその接線方向に水が導入されると、水は旋回流となり、一端が開放された開口から流出する。圧力水は旋回流となることにより低圧となって放出されるが、液室の中心ではさらに圧力が低くなり負圧となる。このため、液室の背面に設けられている送気管からの気体を旋回流の中心で吸引して混合し、旋回流に気泡を生成する。
【００１０】
しかし、このままでは気泡は粒径が大きく、又粒径の大きさもばらばらで不揃いであるから開口から出た旋回流の気泡を気泡微細化手段で微細化する。この気泡微細化手段はフィルタ部材で構成され、かつその素材間の隙間はジグザグの流路を形成したものでなければならない。このような隙間を旋回流が通過する際にジグザグの流路で微細化されるのである。微細化された気泡は外部の水へ拡散される。こうして生成、拡散された気泡は粒径が目に見えない程の超微粒子状で、水中にあっては短時間で白濁状となり、長時間にわたり水中に滞留する。
【００１１】
【実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は実施形態の気液混合器Ａの概略構成を示す。図示の気液混合器Ａは、短いディスク形状の筒体から形成された混合筒１０から成る。この混合筒１０は、（ｂ）図の断面に示すように、内部に円形の液室１１を有し、その一端は端壁１０E で閉じられ、他端は大径の開口１２で開放され、開口１２は液室１１に連通しており、断面は略鈎形コ字状を成している。
【００１２】
この混合筒１０には液室外周の接線方向に液室に連通するように導水管１３が接続され、外部から水を導入するようになっている。又、混合筒１０にはその端壁１０E に送気管１４が接続されており、この送気管１４は液室１１の中心で気体を中心軸方向に向って取付けられている。混合筒１０の前端縁には取付リング１５が固定され、その内周溝には気泡微細化手段として２枚のフィルタ１６、１７が設けられている。
【００１３】
フィルタ１６は、例えば図２の（ａ）図に示すように、短い繊維の素材が互いに絡み合って素材間の隙間がジグザグの（無秩序な）流路を形成するように一体化されたものである。隙間は大略１００μｍ程度以下の大きさで、後述するように導水管の圧力が所定圧に減圧された圧力に対し大きな抵抗とならない程度である。但し、フィルタ１６は、フィルタという名称で呼んでいるが、フィルタとしての機能を利用しているのではなく、あくまで気泡微細化の機能を与えるために利用している。
【００１４】
図示のフィルタ１６の素材は、硬い塩化ビニールの短い繊維が用いられ、その繊維径は０．１ｍｍと０．３ｍｍであり、これらを無作為に混合して互いに絡ませて一体化（溶融して）され形成されている。繊維径の０．１ｍｍと０．３ｍｍの割合は、大略０．１ｍｍが９０％、０．３ｍｍが１０％程度である。フィルタ１６の素材は上記に限らず、素材間に上記と同様なジグザグの流路が形成されるものであればよく、例えば金属タワシ状のものでもよい。
【００１５】
なお、もう１つのフィルタ１７は、薄い金属板に多数の小孔を規則的に設けたパンチングメタル板が用いられている。このフィルタ１７はフィルタ１６の受け部材として設けられるものであり、気泡微細化には直接寄与しないし、又フィルタとして使用するものでもない。図示のフィルタ１７は平板状の断面であるが、例えば浅い凹状のカップのような円弧断面のものとしてもよい。
【００１６】
混合筒１０の厚さＢは、図１の（ｂ）図に示すように、薄いものであり、液室１１の直径の大略１／２程度である。この厚さＢがこれ以上厚くなると気泡微細化の機能が低下する。又、開口１２の直径Ｄは、導水管１３からの水の圧力を１ｋｇｆ／ｃｍ2 以下の低圧に減圧し得るに十分な径とする（図示の例では０．５ｋｇｆ／ｃｍ2 程度としている）。図示の例では、各構成部材の寸法は、Ｂ＝２５ｍｍ、Ｄ＝５０ｍｍφ、液室直径＝８０ｍｍφ、導水管内径＝２５ｍｍφ、送気管内径＝８ｍｍφとして形成されている。そして、この混合筒１０に対し、導水量＝１００ｌ／ｍｉｎ、送気量＝３〜３．５ｌ／ｍｉｎが送られる。
【００１７】
以上のように構成した実施形態の気液混合器Ａは、低圧の水圧で超微粒状の気泡を含む水流を発生することができる。この気液混合器Ａは、図３に示すように、使用の際は水中に設置され、この水中の混合器にフレキシブルホースを介して接続されるポンプ２０から気体、ポンプ２１から水が送られて来る。但し、ポンプ２１に代えて水道水を送るようにしてもよい。気体は、この実施形態では空気又はオゾンを含むオゾンエアーである。
【００１８】
ポンプ２１からの水又は水道水は少なくとも１ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力で送られて来るが、この圧力水は導水管１３から混合筒１０の液室１１内に入ると、例えば０．５ｋｇ／ｃｍ2 程度の低い圧力に減圧されて導入される。又、ポンプ２０からの気体は圧力は殆ど必要がなく、極く低圧でよい。気体は送気管１４まで送られて来ると液室１１の負圧で吸引されるからである。
【００１９】
又、上記導水管１３からの水は、液室１１の外周に接線方向に導入されるから、導入された水は液室１１内で回転しながら開口１２から吐出される。このとき、液室１１の背面の送気口１４ａから送り込まれる気体は、回転する水流の中心で水流に混合されるため、気泡となって混入される。この場合、水流は液室１１内で回転しながら開口１２から吐出されるから、水流の中心の圧力は負圧となる程圧力が低下しており、水流が送気管１４へ逆流することはなく、水流の負圧によって気体が吸い込まれて水流中に混入され、気泡が発生する。
【００２０】
以上のようにして気泡が混入された水流は旋回しながら開口１２からその全周方向に吐出されるが、開口１２の外側には気泡微細化手段のフィルタ部材１６が設けられているため、このフィルタ部材１６を通過する際に水流に混入されている気泡がさらに微粒化され、超微粒状の気泡としてフィルタ１７から外部へ放出され、外部の水中に拡散される。
【００２１】
上記フィルタ部材１６では、内部の隙間が素材同士の絡んだ素材間に無差別に形成される微小スペースによって形成されているため、水流はこのフィルタ部材１６を通過する際に微小スペースと素材間で超微粒状に気泡が引き裂かれて通過し、これによって気泡の微細化が行われるのである。その微細化の程度は、超微粒状であり、粒径が目視では視認できない程であって、最大径でも５０μｍ程度、大部分の粒径は数１０μｍであり、全粒径がそろっている。このため、目視では白濁状に見える。
【００２２】
このような超微粒状気泡の微細化は、前述した公報２の「気液混合装置」も高い超微細化気泡が得られたのに対し、さらに一段と高い超微細化である。従って、気体として空気を用いれば水質改善、汚水浄化に、又気体としてオゾンを含む空気を用いれば殺菌、防臭、鮮度保持などに高い効果を与える。そして、このような超微粒状気泡の発生を極めて簡単な構成部材により得ることができるため、製作費が安価であり、かつ電気的手段を直接用いていないため感電事故の虞れもなく、安全性も高いという利点がある。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明の気液混合器は内部に液室を形成し、その液室の一端は閉じ、他端には開口を設けた混合筒に液室の接線方向に導水管を設け、端壁に送気管を取付け、開口の外側に気泡微細化手段を備えたから、液室に導入される水流を旋回流とする際に気体を混合して気泡を生じさせ、その気泡を気泡微細化手段で超微粒状とした気泡を水中に拡散させ、目に見えない程の超微粒径の気泡は短時間に水中に溶解させることができ、水中に拡散した気泡は白濁状になって長時間滞留させることができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の気液混合器の（ａ）外観斜視図、（ｂ）縦断面図、（ｃ）正面図
【図２】フィルタ部材の外観斜視図
【図３】使用方法の説明図
【符号の説明】
１０  混合筒
１１  液室
１２  開口
１３  導水管
１４  送気管
１５  取付けリング
１６、１７  フィルタ部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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