(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略回転対称に形成され回転対称軸の軸方向の双方に向かって縮径した中空部を有する器体と、
前記器体の周壁部に接線方向に開口されて液体を導入する液体導入孔と、
前記中空部の回転対称軸の軸方向に前記中空部の双方の縮径部分を開口して形成される上向きと下向きの２つの気液噴出孔と、
一の端部が上向きの前記気液噴出孔と隙間を設けて接続され、他の端部が水面上に配置されて前記器体内に気体を自吸するフレーム付きパイプと、
上向きの前記気液噴出孔から噴出される液体を、前記フレーム付きパイプから吸入された気体と混合させて、液泡の集団（シャボン玉状の気泡集合体）を生成するために、上向きの前記気液噴出孔を覆うように器体の上側部分に接続されるとともに処理水排出口が設けられた液泡生成容器と、を有し、
下向きの前記気液噴出孔が水面下に配置されたことを特徴とする水質改善器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活魚水槽や魚介類養殖場等において、水を液泡の集団（シャボン玉状の気泡集合体）に生成することにより、水を薄膜状にして水と空気とを高効率に接触させて、水中生物にとって生息しやすい酸素ガス及び窒素ガス等の気体溶存割合を改善した水質にすることができ、又、同時に水中にマイクロバブルを発生させることにより、水中内に浮遊している糞や残餌等の有機物を水面上に浮上させて吸引回収し、物理濾過及び生物濾過等の濾過タンクを介して透明に近い水質に改善することのできる水質改善器及び水質改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
活魚水槽や魚介類養殖場等の水質を改善する方法としては、以下に列挙するように種々のものがあり、従来それぞれに対応策が取られている。尚、曝気装置とマイクロバブル発生装置を兼ね備えた装置は見当たらないため、曝気装置の特許文献とマイクロバブル発生装置の特許文献と、を別々に参照する。
１．被処理水の循環流量を増やし、空気の微細化性能を向上させた曝気装置（例えば、特許文献１参照）。
２．パイプ内の下流側に配置した衝突壁に衝突させてマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７１５９１号公報
【特許文献２】特開２００５−３３４８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の曝気装置技術は、以下のような課題を有していた。殆どの水中生物は水中に溶存している酸素ガスだけを消費し生存しているので、従来型の水中における水と空気との接触面積を増やすことや接触時間を長くすること、又は水や空気に圧力を加えて接触させるなどの方法では、水中に溶存する窒素ガスの量が徐々に多くなるという課題があった。
又、特許文献２に記載のマイクロバブル発生装置技術は、気体の混入した水をパイプ内でプレートに衝突させ、急激な速度変化及び剪断作用により気体塊を粉砕させてマイクロバブルを発生させているので、大きな水圧エネルギーを必要とし不経済であり、生成されたマイクロバブルの気泡径が大きい為に、大半は発生時から直ちに上部に向かって上昇するという問題があり、更に気体の供給量を微調整しないとマイクロバブルを安定して生成することができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するもので、ポンプ等により作られた圧力水を水質改善器の液体導入孔に供給するだけで、上に向けた気液噴出孔から液泡の集団（シャボン玉状の気泡集合体）を生成し、水を液泡表面の薄膜水にすることにより、空気の分圧に応じた濃度勾配による拡散により、水中生物にとって必要な酸素ガスを吸収し、又、不必要に多く溶存している気体(窒素、二酸化炭素、メタン等)を大気に放散させて、水中生物にとって気体の溶存バランスのとれた水質に改善することができる。
又、下に向けた気液噴出孔からは空気の供給量を調節しなくても、水中にマイクロバブルを安定して発生させることができるので、水中内に浮遊している糞・残餌等の有機物を水面上に浮上させて、物理濾過槽及び生物濾過槽等の濾過タンクを介して有機物を回収及び分解できることで、透明度の高い水質に改善することのできる水質改善器及び水質改善装置を提供することを目的とする。【０００６】
本発明の請求項１に記載の水質改善器は、略回転対称に形成され回転対称軸の軸方向の双方に向かって縮径した中空部を有する器体と、前記器体の周壁部に接線方向に開口されて液体を導入する液体導入孔と、前記中空部の回転対称軸の軸方向に前記中空部の双方の縮径部分を開口して形成される上向きと下向きの２つの気液噴出孔と、一の端部が上向きの前記気液噴出孔と隙間を設けて接続され、他の端部が水面上に配置されて前記器体内に気体を自吸するフレーム付きパイプと、上向きの前記気液噴出孔から噴出される液体を、前記フレーム付きパイプから吸入された気体と混合させて、液泡の集団（シャボン玉状の気泡集合体）を生成するために、上向きの前記気液噴出孔を覆うように器体の上側部分に接続されるとともに処理水排出口が設けられた液泡生成容器と、を有し、下向きの気液噴出孔が水面下に配置された構成となっている。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）水槽内に配置された水質改善器の上向きの気液噴出孔から噴射される圧力水は、液泡生成容器の中で液泡の集団に変化する。又、下向きの気液噴出孔からは水中にマイクロバブルを発生させることができる。
（２）液体導入孔から圧力水を供給するだけで、上向きの気液噴出孔中心部の器体内に形成される負圧の気体軸に、若干の隙間を設けてフレーム付きパイプの中心部分を合わせて接続することにより、フレーム付きパイプの上部から自動的に空気が気体軸に自吸される。
（３）液体導入孔から供給される圧力水の圧力が高くなることに比例して、器体内に形成される気体軸の負圧力が強くなり、低くなることに比例して器体内に形成される気体軸の負圧力が弱くなるので、フレーム付きパイプの上部から自吸される空気量を調整しなくても適量の空気が気体軸に自吸供給される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の水質改善器によれば、以下のような効果を有する。
（a）活魚水槽や魚介類養殖場等に、既存のポンプから作られる圧力水を水質改善器の液体導入孔に接続するだけで、水中に浮遊している糞・残餌等の有機物を浮上させることができるので汎用性及びメンテナンス性に優れている。
（b）処理水を液泡表面の薄膜水にすることにより、空気の気体分圧に応じた濃度勾配による拡散により、水中生物にとって必要な酸素ガスを溶存させることと、不要に溶存している気体(窒素、二酸化炭素、メタン等)を大気に放散させることができるので、水中生物にとって生息しやすい気体溶存バランスがとれた水に簡単に改善することができるので、汎用性及び利便性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の水質改善器１の概略構成断面図
【図２】実施の形態１の水質改善器１に圧力水を供給し作動させた時、水質改善器１内の水の挙動及び液泡の生成やマイクロバブル発生状態を表した断面模式図
【図３】水槽内の表面水を効率よく吸引することのできるうず流吸口１１の概略模式図
【図４】２種類の水槽ＷＴの配置形態において、実施の形態１の水質改善器１を設置し、うず流吸口１１を用いて水槽の表面水を吸引するタイプ（ａ）と、オーバーフローにより表面水を吸引するタイプ（ｂ）の概略模式図
【図５】比較的大きな水槽ＷＴにおいて、水中ポンプU.Pを用いて水質改善器１を作動させた場合の模式図
【符号の説明】
【００１１】
１      水質改善器
２      器体
２a     液体導入孔
３      気液噴出孔 
４      フレーム付きパイプ
４a     固定ビス
５      固定座
６      液泡生成容器
７      処理水排出口
１１    うず流吸口
１２    吸引管
１３    吸引口
１４    吸水パイプ
１５    うず流案内板
２１    フレキシブルホース
２２    筒台
Ｂ      吸引口１３の上部側の幅
Ｅ      電線
ＦＬ    フロート
Ｇ      ガード
Ｈ      上向きの気液噴出孔３と表面水までの距離
ＫＧ    吸盤ゴム
ＯＦ    オーバーフロー排出口
Ｐ      ポンプ
ＰＷ    圧力水
ＳＴ    濾過タンク
ＳＷ    処理水
Ｕ.Ｐ   水中ポンプ
ＶＷ    負圧液
Ｗ１    上向きの気液噴出孔３に向かって流れる旋回流
Ｗ２    下向きの気液噴出孔３に向かって流れる旋回流
Ｗａ    足し水
Ｗｂ    オーバーフロー水
ＷＰ    うず流
ＷＴ    水槽
Ｘ      空気
Ｘ１    気体軸
Ｘ２    マイクロバブル
Ｘ３    液泡
Ｘ４    放散気体
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
実施の形態１における水質改善器及び水質改善装置について、以下図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施の形態の水質改善器の概略構成断面図で、１は水質改善器であり、２は略回転対称に形成され回転対称軸の軸方向の上下に向かって縮径した中空部を有する器体、２aは器体２の周壁部に接線方向に開口された液体導入孔、３は前記中空部の回転対称軸の方向に開口して前記中空部の上下縮径部分に、器体２内に流入した液体の旋回流により形成される負圧の気体軸の位置にあわせて穿設された上向きと下向きの気液噴出孔、４は上向きの気液噴出孔３に若干の隙間を設けて固定ビス４aにより接続されたフレーム付きパイプ、５は上向きの気液噴出孔３とフレーム付きパイプ４との隙間を決めるために器体２に取り付けられた固定座、６は上向きの気液噴出孔３から噴出された液体を、液泡の集団(シャボン玉状の気泡集合体)に生成するために、器体２の外周壁に固定された液泡生成容器、７は連続的に多量に生成された液泡の表面の薄膜水が破壊され、気体の溶存バランスのとれた水になって、液泡生成容器６の下部から外へ排出される処理水排出口である。【００１３】
図２（ａ）は水質改善器１の液体導入孔２aに圧力水を供給して作動させた時に、水質改善器１内の水の挙動及びマイクロバブルＸ２や液泡Ｘ３の生成状態等を表した断面模式図である。
また、今回実験に用いた水質改善器１は塩ビ製とアクリル製のほぼ透明な部材で製作し、各部の寸法は液体導入孔２ａの内径は13.0ｍｍ、器体２の内径は45.0ｍｍ、気液噴出孔３は上下共に孔径5.0ｍｍ、フレーム付きパイプ４の内径は2.2ｍｍ、液泡生成容器６は器体２に接続した部分から最上部まで88.0ｍｍである。
尚、上向きの気液噴出孔３とフレーム付きパイプ４までの隙間は約５ｍｍであり、又、図中の器体２の部分は、本出願人が提案した日本国特許第３６８２２８６号(微細気泡発生器及びそれを備えた微細気泡発生装置)のマイクロバブル発生器（有限会社バブルタンク社製）である。（もちろん、今回製作した寸法以外のスケールアップ又はスケールダウンの製作も可能である。）
フレーム付きパイプ４のフレームは、器体２の外周上部に突設された支持部に固定されている。フレーム付きパイプ４は、液泡生成容器６の内部を挿通されて、液泡生成容器６の上部側に上部端を開放し、周囲の空気を自吸している。【００１４】
図２（ａ）を参照しながら動作を説明する。
器体２の周壁部の接線方向に接続されている液体導入孔２aから、0.02MPa〜0.04MPa位の圧力水ＰＷを器体２内に供給することにより、器体２内に上向きの気液噴出孔３に向かって流れる旋回流Ｗ１と、下向きの気液噴出孔３に向かって流れる旋回流Ｗ２が発生し、この両旋回流により向心力が働き、器体２内の中心付近に負圧の気体軸Ｘ１が形成される。
この気体軸Ｘ１の軸の中心位置と、若干の隙間を設けて接続されたフレーム付きパイプ４のパイプ中心部を合わせることで、フレーム付きパイプ４内の上部端に器体２内に発生している気体軸Ｘ１の負圧が伝わり、空気Ｘがフレーム付きパイプ４を介して気体軸Ｘ１に吸引される。この作用により、液体導入孔２ａから圧力水ＰＷを供給するだけで、空気Ｘは器体２内の気体軸Ｘ１に連続的に自吸されることになる。従って、少なくともフレーム付きパイプ４の上部端は、気相に開放され、あるいは気相を形成する容器などに接続され、その位置は、前述のとおり、液泡生成容器６よりも上方に設けておくことが望ましい。
又、連続的に気体軸Ｘ１に吸引された空気Ｘは、表面水までの距離Ｈが近いために上向きの気液噴出孔３から多く排出されることになる。この作用により上向きの気液噴出孔３から排出される旋回流Ｗ１の水と気体軸Ｘ１に吸引された空気Ｘにより、上向きの気液噴出孔３から旋回流Ｗ１が噴射された瞬間に液泡生成容器６内で多量の液泡（シャボン玉状の気泡集合体）Ｘ３を生成することができる。
このことにより旋回流Ｗ１の水を液泡Ｘ３表面の薄膜水に変化させたことになり、空気の気体分圧に応じた濃度勾配による拡散の効率がよくなることで、水中生物にとって必要な酸素ガスの吸収効率が良くなる。又、水中生物にとって不必要に溶存している気体を液泡が破壊した時に放散気体Ｘ４として大気中に放散させることができる。
又、液泡生成容器６の下部からは気体の溶存バランスのとれた水が、処理水排出口７から処理水ＳＷとして放流される。
又、下向きの気液噴出孔３からは、器体２内で発生している気体軸Ｘ１の負圧力に吸引されて侵入しようとする負圧液ＶＷと、器体２の内部から高速で旋回しながら排出される旋回流Ｗ２との間に置かれた、気体軸Ｘ１に集まった空気Ｘは剪断されてマイクロバブルＸ２となり、旋回流Ｗ２と共に水中に放出される。【００１５】
液体導入孔２aから供給される圧力水ＰＷの圧力が低い時には器体内に形成される気体軸の負圧力が弱く、高い時には器体内に形成される気体軸の負圧力が強くなる。
この作用により、前記の気液噴出孔３の孔径5.0ｍｍの水質改善器１の場合は、上向きの気液噴出孔３から表面水までの距離Ｈを、例えば圧力が低い時(0.02MPa)は1ｃｍ位、圧力が高い時（0.04MPa）は２ｃｍ位に配置することにより、フレーム付きパイプ４の上部から自吸される空気の供給量を調整しなくても適量の空気が器体内の気体軸に自吸される。
又、前記作動させた気液噴出孔３の孔径5.0ｍｍの水質改善器１以外に、気液噴出孔３の孔径が6.5ｍｍと8.0ｍｍを製作し、圧力水ＰＷの圧力を変えて気液噴出孔３の上下両孔から排出される総排出水量を測り、液泡生成容器６内の液泡生成挙動や下向きの気液噴出孔３から水中へのマイクロバブル発生状況を観察した。
圧力水ＰＷが0.02MPaの場合は、１分間の総排出水量は気液噴出孔径が5.0ｍｍは6.1リットル、6.5ｍｍは8.7リットル、8.0ｍｍは9.5リットルの水量を排出した。
又、圧力水ＰＷを0.06MPaに変えた場合には、5.0ｍｍは8.6リットル、6.5ｍｍは14.2リットル、8.0ｍｍは14.8リットルの水量を排出することができた。
前記の測定数値から圧力の高い圧力水ＰＷを使用できる場合には、気液噴出孔の上下孔径を大きくしても液泡の生成やマイクロバブルを発生させることができ処理水量を多くできる。
又、圧力の高い圧力水ＰＷを液体導入孔２aに供給できれば、下向きの気液噴出孔３が水中に浸かっているだけで、上向きの気液噴出孔３が空中に露出されていてもフレーム付きパイプ４の上部から空気Ｘを自吸することができ、液泡生成容器６内に多量の液泡を生成でき、下向きの気液噴出孔３からは水中にマイクロバブルを発生させることができることが解かった。
よって、0.06MPa以上の圧力水ＰＷを使用すれば、下向きの気液噴出孔３が水中に浸かっているだけで作動させることができ、風等の影響で表面水の上下変動が大きい場所での作動に適することが解かった。【００１６】
図２（ｂ）の上の図は、上向きの気液噴出孔３から噴射された旋回流Ｗ１が、液泡生成容器６内で液泡Ｘ３に変化した時の拡大模式図で、液泡Ｘ３の表面の薄膜水に液泡内のＯ２が吸収され、又、液泡Ｘ３の表面の薄膜水に不必要に溶存している気体（例えばＮ２）が液泡内に放散されている様子であり、図２（ｂ）の下の図は、更に液泡Ｘ３の表面の薄膜水を拡大した図で、気体Ｏ２の吸収及びＮ２の放散を表したものである。
【００１７】
図３は表面水を効率よくポンプに吸引することのできるうず流吸口１１の概略模式図であり、１２は若干上部側の管径が大きい円錐形の吸引管、１３は上部側の吸い込み口の幅Ｂを大きくした逆三角形状の吸引口、１４はポンプＰの吸引側に接続された吸水パイプ、１５は水槽ＷＴ表面水を効率よく吸引し、吸引管１２内にうず流ＷＰを発生させることのできるうず流案内板で、Ｂは吸引口１３の上部側の幅、Ｇは魚及び大きな異物等をポンプＰに吸引しないためのガードであり、ＫＧは水槽ＷＴにうず流吸口１１を固定するための吸盤ゴムである。（吸引管１２は円柱形であっても、吸引管１２内にうず流ＷＰを発生させることができる。）【００１８】
図４は実施の形態１の水質改善器１を水槽ＷＴ内に設置し、マイクロバブルＸ２により表面水上に浮上した有機物を、うず流吸口１１を用いて表面水を吸引するタイプ（ａ）と、オーバーフローにより表面水を吸引するタイプ（ｂ）の概略模式図である。
（ａ）は水槽ＷＴの表面水を、うず流吸口１１と濾過タンクＳＴを介してポンプＰで吸引し、圧力水ＰＷを作り水質改善器１に供給し、マイクロバブルＸ２を発生させ水槽ＷＴ内の糞や残餌等の有機物に付着させることにより、糞や残餌等の有機物を表面水上に浮上させている。
又、うず流吸口１１は表面水上に浮上している糞や残餌等の有機物を、ポンプＰに効率よく吸引するために、上部側の吸引口の幅Ｂを大きくした逆三角形の吸引口１３にすることで表面水を効率よく引き寄せ、更に吸引管１２内にうず流ＷＰを発生させることにより、浮力が増加した糞や残餌等の有機物でも、うず流吸口１１底部の吸水パイプ１４の方向へ吸引させることができ、濾過タンクＳＴを通過させて水槽ＷＴ内の有機物を除き水質を改善することのできる水質改善装置の概略模式図である。
（ｂ）は水槽ＷＴの下部に濾過タンクＳＴを配置し、濾過タンクＳＴ内の水をポンプＰにより吸引し、圧力水ＰＷを作り上部の水槽ＷＴ内に配置された水質改善器１に配管接続して供給することで、水槽ＷＴ内にマイクロバブルＸ２を発生させて、前記（ａ）と同様に糞や残餌等の有機物に付着させ、浮力増により表面水上に浮上させる。
同時に水槽ＷＴ内の水量が増加することになるので、その表面水はオーバーフロー排出口ＯＦから下部の濾過タンクＳＴに落下して濾過タンクＳＴ内を通過することにより、水質を改善することのできる水質改善装置の概略模式図である。【００１９】
図５は足し水Ｗａが供給されている比較的大きな水槽ＷＴにおいて、水中ポンプＵ.Ｐを用いて水質改善器１を作動させた場合の模式図である。（Ｅは電線）
（ａ）は水中ポンプＵ.Ｐを水槽ＷＴの底に設置し、フレキシブルホース２１から水面上の水質改善器１に圧力水ＰＷを供給している。この時、水質改善器１と水面までの距離が最適になるようにフロートＦＬに固定されているので、水槽ＷＴ内の水位が変動する場所でも、水質改善器１と水面までの距離が変わらないので最適に液泡Ｘ３の生成及びマイクロバブルＸ２を発生させることができる。マイクロバブルＸ２の発生により水槽ＷＴの有機物は浮上し、足し水Ｗａが供給されるので表面水はオーバーフロー水Ｗｂとして排水される。
又、フレキシブルホース２１を長くすれば水中ポンプU.Pと水質改善器１を離すこともできるので、水槽ＷＴ内の水を効果的に対流させることもできる。
（ｂ）は水槽ＷＴ内の水位が変動しない場合に、下部が開口した筒台２２を水槽ＷＴの底に設置し、水面上部付近に水中ポンプU.Pを配置して稼動させることにより、筒台２２の下部開口部分から自動的に水が水中ポンプU.Pに吸引され、圧力水ＰＷが水質改善器１に供給される方法である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
（１）活魚水槽や魚介類養殖場等において、省エネルギーで効率良く水中に浮遊している糞や残餌等の有機物を除去し透明度の高い水質にすることができ、同時に水中生物にとって生息しやすい酸素ガス及び窒素ガス等の気体溶存バランスがとれた水質に改善できる水質改善器及び水質改善装置を提供することができる。
【図１】
0005193855.tif 000002
【図２】
0005193855.tif 000003
【図３】
0005193855.tif 000004
【図４】
0005193855.tif 000005
【図５】
0005193855.tif 000006