(57)【要約】【課題】低コストで効率よく微細気泡を発生させることができる気泡発生装置を提供することである。【解決手段】気泡発生装置は、ポンプ、液体供給ホース１２および気泡発生器１３を含む。ポンプにより送り出された液体２２は、液体供給ホースにより気泡発生器１３に導かれる。気泡発生器１３には、開口部３１ａ、略円錐形状の液体導入部３１、液体加速部３２、液体加速部３２、第１の膨張部３３、第２の膨張部３４および第３の膨張部４１が形成されている。液体加速部３２の断面積は、開口部３１ａの面積および第１の膨張部３３の断面積より小さい。また、気泡発生器１３には、液体加速部３２内に空気を供給するための気体流路３５が形成されている。気体流路３５は、液体加速部３２に対して傾斜して形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に気泡を発生させる気泡発生装置であって、
液体が流入する流入口および液体が流出する流出口を有する本体部を備え、
前記本体部は、前記流入口から前記流出口まで連通する液体流路を有するとともに、気体を前記液体流路に導く気体流路を有し、
前記液体流路は、液体導入部と液体加速部と膨張部とを前記流入口から前記流出口まで順に有し、
前記液体加速部は、液体の進行方向に垂直な方向において、前記膨張部よりも小さい断面積を有し、
前記液体加速部および前記膨張部の前記垂直な方向における断面積は、前記液体加速部から前記膨張部にかけて不連続に拡大し、
前記気体流路の端部は前記液体加速部に連通することを特徴とする気泡発生装置。
【請求項２】
前記液体加速部の前記垂直な方向における断面積は、前記流入口の面積より小さいことを特徴とする請求項１記載の気泡発生装置。
【請求項３】
前記流入口に液体を導く導入管をさらに備え、前記液体加速部の前記垂直な方向における断面積は、前記導入管の断面積より小さいことを特徴とする請求項１または２記載の気泡発生装置。
【請求項４】
前記液体加速部と前記気体流路との合流部において、当該合流部より上流側における前記液体加速部と前記気体流路との間の角は９０度未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気泡発生装置。
【請求項５】
前記膨張部の前記垂直な方向における断面積は、下流側に向かって段階的に大きくなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の気泡発生装置。
【請求項６】
前記膨張部は、第１の内径を有する第１の円筒状空間と、前記第１の内径よりも大きい第２の内径を有する第２の円筒状空間と、前記第２の内径よりも大きい第３の内径を有する第３の円筒状空間とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の気泡発生装置。
【請求項７】
前記流出口の面積は、前記膨張部の下流端の前記垂直な方向における断面積より小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の気泡発生装置。
【請求項８】
前記膨張部内に設けられた球体をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の気泡発生装置。
【請求項９】
液体を前記導入管に送り出すポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中において微細気泡を発生させる気泡発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水生生物の飼育または汚水の浄化等のために、水中において微細気泡を発生させるための装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されている水処理装置等におけるエジェクター構造においては、ノズル本体の先端部に、ノズル本体より大きな直径を有する飛散筒を固着している。また、飛散筒に空気ホースを連結している。このような構成において、ノズルから噴出する水を飛散筒内で飛散させるとともに、飛散筒内に空気を送入することにより、水中に気泡を発生させている。
【特許文献１】特開平５−３４５１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の構成においては、飛散筒内における水の流れによって、空気ホース内の空気が飛散筒内に吸引されると考えられる。しかしながら、水の流れのみでは飛散筒内に十分な負圧を発生させることができず、十分な量の空気を飛散筒内に送入することができない。
【０００５】
そこで、特許文献１の水処理装置においては、空気ホースの一端に送風機を接続し、飛散筒内に強制的に空気を送入している。しかしながら、この場合、送風機を設置するためのスペースの確保および送風機を設置することによるコストの増加等の問題が発生する。また、特許文献１の構成では、水中に発生した気泡を十分に微細化することができない。
【０００６】
本発明の目的は、低コストで効率よく微細気泡を発生させることができる気泡発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る気泡発生装置は、液体中に気泡を発生させる気泡発生装置であって、液体が流入する流入口および液体が流出する流出口を有する本体部を備え、本体部は、流入口から流出口まで連通する液体流路を有するとともに、気体を液体流路に導く気体流路を有し、液体流路は、液体導入部と液体加速部と膨張部とを流入口から流出口まで順に有し、液体加速部は、液体の進行方向に垂直な方向において、膨張部よりも小さい断面積を有し、液体加速部および膨張部の上記垂直な方向における断面積は、液体加速部から膨張部にかけて不連続に拡大し、気体流路の端部は液体加速部に連通するものである。
【０００８】
その気泡発生装置においては、流入口から本体部内に流入した液体が、液体導入部、液体加速部および膨張部を順に通過した後、流出口から流出する。液体加速部には、気体流路の端部が連通している。液体の進行方向に垂直な方向において、液体加速部の断面積は、膨張部の断面積よりも小さい。
【０００９】
この場合、液体加速部内の液体の流速を、液体膨張部内の液体の流速に比べて高くすることができる。それにより、エジェクタ効果により、気体流路内の気体を効率よく液体加速部内に吸引することができる。
【００１０】
また、液体加速部の断面積が膨張部に比べて小さいので、液体加速部内の液体の圧力を、液体膨張部内の液体の圧力に比べて低くすることができる。それにより、液体加速部内が負圧になり、気体流路内の気体をさらに効率よく液体加速部内に吸引することができる。
【００１１】
これらの結果、別個の装置を用いることなく、気体を効率よく本体部内に吸引することができる。それにより、液体加速部において、液体中に効率よく気泡を発生させることができる。
【００１２】
また、液体加速部および膨張部の上記垂直な方向における断面積は、液体加速部から膨張部にかけて不連続に拡大する。すなわち、液体加速部から膨張部にかけて上記垂直な方向における断面積が急激に拡大する。この場合、液体加速部と膨張部との境界において、液体に衝撃波および共振が発生する。それにより、液体加速部において液体中に発生した気泡をさらに微細化することができる。
【００１３】
以上の結果、低コストで効率よく微細気泡を発生させることができる。
【００１４】
（２）液体加速部の上記垂直な方向における断面積は、流入口の面積より小さくてもよい。
【００１５】
この場合、液体加速部内の液体の流速を、流入口から液体流路内に流入する際の液体の流速に比べて高くすることができる。また、液体加速部内の液体の圧力を、流入口から液体流路内に流入する際の液体の圧力に比べて低くすることができる。これらの結果、気体を確実に液体加速部内に吸引することができる。
【００１６】
（３）気泡発生装置は、流入口に液体を導く導入管をさらに備え、液体加速部の上記垂直な方向における断面積は、導入管の断面積より小さくてもよい。
【００１７】
この場合、液体加速部内の液体の流速を、導入管内の液体の流速に比べて高くすることができる。また、液体加速部内の液体の圧力を、導入管内の液体の圧力に比べて低くすることができる。これらの結果、気体をより確実に液体加速部内に吸引することができる。
【００１８】
（４）液体加速部と気体流路との合流部において、当該合流部より上流側における液体加速部と気体流路との間の角は９０度未満であってもよい。
【００１９】
この場合、当該合流部の近傍において、気体流路内の気体は液体加速部の上流側から下流側に向かう方向に移動する。それにより、気体流路内の気体を、液体の流れに沿って液体加速部内へ効率よく移動させることができる。その結果、さらに効率よく微細気泡を発生させることができる。
【００２０】
（５）膨張部の上記垂直な方向における断面積は、下流側に向かって段階的に大きくなってもよい。
【００２１】
この場合、膨張部において、液体に衝撃波および共振を連続的に発生させることができる。それにより、液体加速部において液体中に発生した気泡を効率よく微細化することができる。
【００２２】
（６）膨張部は、第１の内径を有する第１の円筒状空間と、第１の内径よりも大きい第２の内径を有する第２の円筒状空間と、第２の内径よりも大きい第３の内径を有する第３の円筒状空間とを有してもよい。
【００２３】
この場合、第１の円筒状空間と第２の円筒状空間との境界および第２の円筒状空間と第３の円筒状空間との境界において、液体に衝撃波および共振を発生させることができる。それにより、液体加速部において液体中に発生した気泡をさらに効率よく微細化することができる。
【００２４】
（７）流出口の面積は、膨張部の下流端の上記垂直な方向における断面積より小さくてもよい。
【００２５】
この場合、流出口において液体の流速を高くすることができるとともに、当該流出口から液体を流出させる際に、液体の流速を急激に低下させることができる。その結果、十分に気泡を微細化することができる。
【００２６】
（８）気泡発生装置は、膨張部内に設けられた球体をさらに備えてもよい。
【００２７】
この場合、球体によって、膨張部内の液体の圧力および流速が変化する。それにより、膨張部内において、液体に衝撃波および共振が発生する。その結果、さらに効率よく気泡を微細化することができる。
【００２８】
（９）気泡発生装置は、液体を導入管に送り出すポンプをさらに備えてもよい。
【００２９】
この場合、ポンプにより導入管内の液体の流速および圧力を高くすることができる。それにより、液体加速部内の液体の流速をさらに高くすることができるとともに、液体加速部内を確実に負圧にすることができる。その結果、より確実に微細気泡を発生させることができる。
【００３０】
また、ポンプにより導入管内に安定して液体を供給することができる。それにより、微細気泡を安定して発生させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、液体加速部内の液体の流速を高くすることができる。それにより、気体流路内の気体を効率よく液体加速部内に吸引することができる。
【００３２】
また、液体加速部内の液体の圧力を低くすることができる。それにより、液体加速部内が負圧になり、気体流路内の気体をさらに効率よく液体加速部内に吸引することができる。
【００３３】
また、液体加速部と膨張部との境界において、液体に衝撃波および共振が発生する。それにより、液体加速部において液体中に発生した気泡をさらに微細化することができる。
【００３４】
以上の結果、低コストで効率よく微細気泡を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態に係る気泡発生装置について図面を用いて説明する。
【００３６】
（１）第１の実施の形態
（ａ）気泡発生装置の構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る気泡発生装置を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る気泡発生装置１０は、ポンプ１１、液体供給ホース１２、気泡発生器１３、気体供給ホース１４および液体吸引ホース１５を含む。
【００３７】
気泡発生器１３は、貯留槽２１内の下部に配置されている。貯留槽２１内には液体２２が貯留されている。液体２２は、例えば、海水、湖沼水、汚水または下水等である。
【００３８】
液体吸引ホース１５の一端は液体供給源（図示せず）に連結され、他端はポンプ１１の吸入口に連結されている。液体供給ホース１２の一端はポンプ１１の吐出口に連結され、他端は気泡発生器１３に連結されている。気体供給ホース１４の一端は気泡発生器１３に連結され、他端は大気中で開口している。
【００３９】
ポンプ１１が作動することにより、ポンプ１１から送り出された液体２２が液体供給ホース１２および気泡発生器１３を介して貯留槽２１内に注入される。ここで、気泡発生器１３内には、気体供給ホース１４を介して空気が供給される。このとき、気泡発生器１３内の液体２２中に微細な気泡が発生する。したがって、貯留槽２１内に供給される液体２２は微細な気泡を含んでいる。以下、気泡発生器１３について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
（ｂ）気泡発生器の構成
図２は、図１の気泡発生器１３の断面図である。
【００４１】
図２に示すように、気泡発生器１３は筒状の第１の気泡発生部３０および筒状の第２の気泡発生部４０を含む。
【００４２】
第１の気泡発生部３０の一端側は、液体供給ホース１２に接続されている。また、第１の気泡発生部３０の他端側は、第２の気泡発生部４０の一端側に嵌め込まれている。
【００４３】
第１の気泡発生部３０内の一端側には、他端側に向かって漸次径小となる略円錐形状の液体導入部３１が形成されている。液体導入部３１の一端は、第１の気泡発生部３０の一端において円形の開口部３１ａを形成している。
【００４４】
第１の気泡発生部３０内において液体導入部３１の他端側には、開口部３１ａより小径の円形断面を有する円筒状の液体加速部３２、液体加速部３２より大径の円形断面を有する円筒状の第１の膨張部３３、および第１の膨張部３３より大径の円形断面を有する円筒状の第２の膨張部３４が順に形成されている。
【００４５】
また、第１の気泡発生部３０には、液体加速部３２内に空気を供給するための気体流路３５が形成されている。気体流路３５の一端は、第１の気泡発生部３０の外周部で開口し、気体供給ホース１４に接続されている。気体流路３５は、第１の気泡発生部３０内において、液体加速部３２に対して傾斜して形成されている。図２の例では、液体加速部３２の軸方向に垂直な方向に対して液体導入部３１側に６０度傾斜するように気体流路３５が形成されている。
【００４６】
第２の気泡発生部４０内には、第２の膨張部３４より大径の円形断面を有する円筒状の第３の膨張部４１が形成されている。また、第２の気泡発生部４０の他端側には、第３の膨張部４１と第２の気泡発生部４０の外部とを連通させかつ、第３の膨張部４１より小径の円形断面を有する連通孔４２が形成されている。連通孔４２の一端は、第２の気泡発生部４０の他端側において液体吐出口４３を形成している。
【００４７】
（ｃ）本実施の形態の効果
以上の構成により、液体供給ホース１２から気泡発生器１３に流入する液体２２は、開口部３１ａ、液体加速部３２、第１〜第３の膨張部３３，３４，４１および連通孔４２を介して液体吐出口４３から貯留槽２１（図１）内へ噴出される。また、気体流路３５内の空気は、エジェクタ効果により液体加速部３２内に吸引される。
【００４８】
ここで、開口部３１ａ、液体導入部３１、液体加速部３２および第１〜第３の膨張部３３，３４，４１を液体流路と総称する。この場合、液体加速部３２の断面積は、液体流路の他の部分の断面積に比べて小さい。したがって、液体流路内において、液体加速部３２内の液体２２の流速が最も高くなる。この場合、気体流路３５内の空気は、液体２２の流れに沿って液体加速部３２内へ効率よく吸引される。
【００４９】
また、液体加速部３２の断面積が液体流路の他の部分の断面積に比べて小さいので、液体流路内において、液体加速部３２内の液体２２の圧力が最も低くなる。それにより、液体加速部３２内が負圧になり、気体供給ホース１４および気体流路３５を介して液体加速部３２内に空気がさらに効率よく吸引される。
【００５０】
また、液体加速部３２の断面積は、液体供給ホース１２の断面積より小さい。この場合、液体加速部３２内の液体２２の流速は、液体供給ホース１２内の液体２２の流速に比べて高くなる。また、液体加速部３２内の液体２２の圧力は、液体供給ホース１２内の液体２２の圧力に比べて低くなる。これらの結果、気体流路３５内の空気を液体加速部３２内に確実に吸引させることができる。
【００５１】
また、気体流路３５内での空気の進行方向が、液体２２と同様に、気泡発生器１３の一端側から他端側に向かう方向になるように、気体流路３５が液体加速部３２に対して傾斜して形成されている。この場合、気体流路３５内の空気を、液体２２の流れに沿って液体加速部３２内へ効率よく移動させることができる。
【００５２】
また、気泡発生器１３内には、断面積が段階的に大きくなるように第１〜第３の膨張部３３，３４，４１が形成されている。この場合、第１〜第３の膨張部３３，３４，４１内で、液体２２に衝撃波および共振が連続的に発生する。それにより、液体加速部３２において液体２２に発生した気泡をさらに微細化することができる。
【００５３】
以上の結果、液体加速部３２内に空気を送入するための装置を別個に設ける必要がないので、低コストで効率よく微細気泡を発生させることができる。
【００５４】
また、液体加速部３２内の液体２２に特別な流れ（例えば、旋回流等）を発生させることなく空気を吸引しているので、気流音の発生を防止できる。
【００５５】
また、負圧の高い液体加速部３２において空気を吸引させているので、水深が深い位置に気泡発生装置１０を設置した場合でも、十分に空気を吸引させることができる。
【００５６】
また、気泡発生器１３内において、液体２２および空気は、一方向に向かって流れている。この場合、液体２２中に含まれる異物等により気泡発生器１３に詰まりが発生することを防止することができる。それにより、液体２２の流量および空気の流量を安定させることができる。その結果、微細気泡を安定して発生させることができる。
【００５７】
また、連通孔４２および液体吐出口４３は、第３の膨張部４１より小径の円形断面を有している。この場合、液体吐出口４３において液体２２の流速を高くすることができるとともに、貯留槽２１内に液体２２を吐出する際に、液体２２の流速を急激に低下させることができる。その結果、液体２２中の気泡をさらに微細化することができる。
【００５８】
また、本実施の形態に係る気泡発生装置１０を魚介類の飼育に用いた場合、騒音を発生させることなく安定して微細気泡を供給することができるので、魚介類の成育を十分に促進することができる。
【００５９】
また、運搬時等の悪条件下においても、酸素を含む微細気泡を高効率で安定して供給することができるので、斃死率を低減することができる。
【００６０】
また、高水温および低水温時においても、魚介類の良好な活性状態を維持することができる。
【００６１】
なお、液体２２に界面活性剤を添加した場合、微細気泡をさらに効率よく発生させることが可能となる。
【００６２】
（２）第２の実施の形態
図３は、第２の実施の形態に係る気泡発生装置の気泡発生器１３を示す断面図である。本実施の形態に係る気泡発生装置が第１の実施の形態に係る気泡発生装置と異なるのは以下の点である。
【００６３】
図３に示すように、本実施の形態においては、第３の膨張部４１内に球体５１が設けられている。球体５１は、棒状の支持部材５２，５３によって第２の気泡発生部４０に固定されている。
【００６４】
この場合、球体５１によって、第３の膨張部４１内の液体２２の圧力および流速が変化する。それにより、第３の膨張部４１内において、液体２２に衝撃波および共振が発生する。その結果、さらに効率よく気泡を微細化することができる。
【００６５】
なお、球体５１が第１の膨張部３３または第２の膨張部３４内に設けられてもよい。
【００６６】
（３）他の実施の形態
上記実施の形態においては、気泡発生器１３が第１の気泡発生部３０および第２の気泡発生部４０から構成される場合について説明したが、第２の気泡発生部４０は設けなくてもよい。この場合も、液体加速部３２内に空気を送入するための装置を別個に設けることなく、液体加速部３２内に空気を効率よく送入することができる。また、第１および第２の膨張部３３，３４内で、液体２２に衝撃波および共振が連続的に発生する。それにより、液体加速部３２において液体２２に発生した気泡を効率よく微細化することができる。
【００６７】
また、上記実施の形態においては、略円錐形状の液体導入部３１を設けているが、開口部３１ａと同じ直径の断面を有する円柱状の液体導入部３１を設けてもよい。この場合、液体加速部３２内を流れる液体２２の流速は、液体供給ホース１２内および液体導入部３１内を流れる液体２２の流速に比べ高くなる。また、液体加速部３２内の液体２２の圧力は、液体供給ホース１２内および液体導入部３１内の液体２２の圧力に比べ低くなる。したがって、液体加速部３２内が負圧になり、気体供給ホース１４および気体流路３５を介して液体加速部３２内に空気が効率よく吸入される。それにより、効率よく微細気泡を発生させることができる。
【００６８】
また、液体吸引ホースの一端が貯留槽２１内に配置されてもよい。この場合、ポンプ１１により貯留槽２１内の液体を循環させることができる。
【００６９】
（４）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【００７０】
上記実施の形態においては、開口部３１ａが流入口に相当し、第１の気泡発生部３０の他端側の開口または液体吐出口４３が流出口に相当し、気泡発生器１３が本体部に相当し、第１の膨張部３３が第１の円筒状空間に相当し、第２の膨張部３４が第２の円筒状空間に相当し、第３の膨張部４１が第３の円筒状空間に相当し、液体供給ホース１２が導入管に相当する。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、水生生物の飼育および汚水の浄化等に効果的に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１の実施の形態に係る気泡発生装置を示す模式図である。
【図２】図１の気泡発生器の断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る気泡発生装置の気泡発生器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０    気泡発生装置
１１    ポンプ
１２    液体供給ホース
１３    気泡発生器
１４    気体供給ホース
１５    液体吸引ホース
２１    貯留槽
２２    液体
３０    第１の気泡発生部
３１    液体導入部
３１ａ    開口部
３２    液体加速部
３３    第１の膨張部
３４    第２の膨張部
３５    気体流路
４０    第２の気泡発生部
４１    第３の膨張部
４２    連通孔
４３    液体吐出口
【図１】
2007307450.tif 000003
【図２】
2007307450.tif 000004
【図３】
2007307450.tif 000005