(57)【要約】【課題】  動力源として水流の落差のエネルギを利用することにより微小気泡を発生し得ると共に小さな低ランニングコストで作動させ得る新規な微小気泡発生装置を提供する。【解決手段】  微小気泡発生装置は流水取入口（１２Ａ）と流水排出口（１２Ｂ）との間に設けられた水撃ポンプ（１０）と、この水撃ポンプにより間欠的に揚水された水を蓄える貯水タンク（１６）と、この貯水タンク内の水を吐出させるための絞り管（２０）とを具備する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水取入口（１２Ａ）と流水排出口（１２Ｂ）との間に設けられた水撃ポンプ（１０）と、この水撃ポンプにより間欠的に揚水された水を蓄える貯水タンク（１６）と、この貯水タンク内の水を吐出させるための絞り管（２０）とを具備して成る微小気泡発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の微小気泡発生装置において、前記絞り管（２０）が前記流水排出口（１２Ｂ）から延びる流水排出管（１８Ｂ）に接続され、該絞り管からの流水が該流水排出口からの流水に合流させられることを特徴とする微小気泡発生装置。
【請求項３】
流水取入口（１２Ａ）と流水排出口（１２Ｂ）との間に設けられた水撃ポンプ（１０）により流水の一部を貯水タンク（１６）に間欠的に揚水し、該貯水タンク内の水を絞り管を通して吐出させて、該絞り管の流水にキャビテーションを発生させることを特徴とする微小気泡発生方法。
【請求項４】
請求項３に記載の微小気泡発生方法において、前記絞り管（２０）を通った流水が前記流水排出口（１２Ｂ）からの流水に合流させられることを特徴とする微小気泡発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水中に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１、２及び３には、種々のタイプの微小気泡発生装置が開示されおり、このような微小気泡発生装置を河川等の水質改善、最終上下水処理場での処理負荷の緩和或いは養魚場での溶存酸素付加等のために使用することはよく知られている。これら従来の微小気泡発生装置にあっては、微小気泡を発生するための動力源として、電力駆動式ポンプ、内燃機関駆動式ポンプ、電力駆動式コンプレッサー、内燃機関駆動式コンプレッサー及び圧縮空気ボンベ等が必要とされる。
【０００３】
このため従来の微小気泡発生装置の設置コスト並びにそのランニングコストについては比較的大きなものとなる。というのは、例えば、電力駆動式ポンプ及び電力駆動式コンプレッサーを使用する場合には電力供給設備が必要となり、内燃機関駆動式ポンプ及び内燃機関駆動式コンプレッサーを使用する場合には定期的な燃料補給が必要となり、また圧縮空気ボンベを使用する場合には、圧縮空気ボンベの定期的な交換が必要となるからである。
【０００４】
【特許文献１】特開平２００５−１３８０２２号公報
【特許文献２】特開平２００５−０２８３０６号公報
【特許文献３】特開平２００５−２３０８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、動力源として水流の落差のエネルギを利用することにより微小気泡を発生し得ると共に低ランニングコストで作動させ得る新規な微小気泡発生方法及び微小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】
【０００６】
本発明による微小気泡発生装置は、流水取入口と流水排出口との間に設けられた水撃ポンプと、この水撃ポンプにより間欠的に揚水された水を蓄える貯水タンクと、この貯水タンク内の水を吐出させるためのベンチュリ管などの絞り管とを具備して成る。絞り管は流水排出口から延びる流水排出管に接続させてもよく、この場合には、該絞り管からの流水が該流水排出口からの流水に合流させられることになる。
【０００７】
本発明による微小気泡発生方法にあっては、流水取入口と流水排出口との間に設けられた水撃ポンプにより流水の一部を貯水タンクに間欠的に揚水し、該貯水タンク内の水を絞り管を通して吐出させて、該絞り管の流水にキャビテーションを発生させることが特徴とされる。このような微小気泡発生方法において、絞り管を通った流水については流水排出口からの流水に合流させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照すると、本発明による微小気泡発生装置の一実施形態が示され、この微小気泡発生装置は参照符号１０で全体的に示す水撃ポンプ１０を具備する。水撃ポンプ１０は水撃発生ハウジング１２と、この水撃発生ハウジング１２の上側に接続された揚水管１４とから成り、この水撃ポンプ１０により汲み上げられた水は揚水管１４の上端に接続された貯水タンク１６内に蓄えられる。
【０００９】
水撃発生ハウジング１２は流水取入口１２Ａ及び流水排出口１２Ｂを備え、流水取入口１２Ａには流水取入管１８Ａが接続され、流水排出口１２Ｂには流水排出管１８Ｂが接続される。水撃発生ハウジング１２内には弁室が形成され、この弁室内には弁座１２Ｃが設けられ、この弁座１２Ｃには開口部１２Ｄが形成される。また、弁座１２Ｃにより、該弁室は流水取入室１２Ｅと流水排出室１２Ｆとに分けられ、流水取入室１２Ｅ側には弁座１２Ｃと協働するようになった水撃発生弁１２Ｈが設けられる。
【００１０】
図２に詳しく図示するように、本実施形態では、水撃発生弁１２Ｈは揺動弁として構成される。即ち、水撃発生弁即ち揺動弁１２Ｈは弁座１２Ｃの下端側に適宜設けられた軸部１２Ｈ１と、この軸部１２Ｈ１に適宜枢着された揺動アーム１２Ｈ２と、この揺動アーム１２Ｈ２に止め螺子１２Ｈ３によって固着された弁体１２Ｈ４とから成る。揺動弁１２Ｈはその自重により反時計方向側(図１及び図２)に回動して弁座１２Ｃの開口部１２Ｄを開放するようになっているが、流水が流水取入室１２Ｅから開口部１２Ｄを通して流水排出室１２Ｆに流入するとき、その水圧により揺動弁１２Ｈは時計方向側(図１及び図２)に回動して開口部１２Ｄを閉鎖するようになっている。即ち、流水が流水取入管１８Ａから流水取入室１２Ｅに流入している間、揺動弁１２Ｈは矢印ＡＲ１によって示されるように揺動させられ、これにより流水取入室１２Ｅには水撃圧力が後で詳しく述べるように間欠的に発生させられる。
【００１１】
図１に示すように、揚水管１４は水撃発生ハウジング１２の頂部から一体的に上方に延びる下側揚水管部分１４Ａと、貯水タンク１６の底部から一体的に下方に延びる上側揚水管部分１４Ｂとから成る。下側揚水管部分１４Ａの上方先端部はフランジ部とされ、また上側揚水管部分１４Ｂの下方先端部はフランジ部とされる。図１及び図３から明らかなように、下側揚水管部分１４Ａ及び上側揚水管部分１４Ｂの双方のフランジ部はその間に揚水弁座１４Ｃを介在させて互いに複数の止め螺子１４Ｄによって固着される。
【００１２】
揚水弁座１４Ｃの中心部には雌螺子孔が形成され、該雌螺子孔には揚水弁ガイド棒１４Ｅの一端部が螺着され、このとき該一端部の一部が揚水弁座１４Ｃの下側に突出させられ、その突出部にナット１４Ｆが螺着され、これにより揚水弁ガイド棒１４Ｅが揚水弁座１４Ｃの中心部から上方に直立するように固定される。揚水弁ガイド棒１４Ｅには揚水弁体１４Ｇが摺動弁体として摺動自在に挿通させられ、一方揚水弁座１４Ｃにはその中心部の周囲に沿って複数の揚水弁孔１４Ｇが形成され、これら揚水弁孔１４Ｈは揚水弁ガイド棒１４Ｅに沿って摺動自在となった揚水弁体即ち摺動弁体１４Ｇによって開閉されるようになっている。即ち、揚水弁座１４Ｃと摺動弁体１４Ｇとは逆止弁を構成し、この逆止弁により水が矢印ＡＲ２で示されるように下側揚水管部分１４Ａから上側揚水管部分１４Ｂへだけ流れるようになっている。
【００１３】
揚水弁ガイド棒１４Ｅの上端部は螺子部として形成され、該螺子部には揚水弁ガイド棒１４Ｅに沿う摺動弁体１４Ｇの摺動範囲を調節する調節ナット１４Ｉが螺着され、この調節ナット１４Ｉを該螺子部に沿って移動させることにより、摺動弁体１４Ｇの摺動範囲の調節が行われる。
【００１４】
貯水タンク１６は密封室として形成され、上述の逆止弁（１４Ｃ、１４Ｇ）を通して流入する水を保持するようになっている。図１に示すように、貯水タンクの頂部には開口部１６Ａが形成され、この開口部１６Ａは通常は開閉蓋１６Ｂによって閉じられ、これにより貯水タンク１６の密封状態が保たれる。なお、図１には図示されないが、開口部１６Ａが開閉蓋１６Ｂによって閉じられているとき、該開閉蓋１６Ｂは適当なロック手段によって錠止される。調節ナット１４Ｉが調節されるとき、開閉蓋１６Ａが開けられ、開口部１６Ａから適当な工具を挿入して該工具を調節ナット１４Ｉに係合させて該調節ナット１４Ｉを適宜回転させることにより、弁ガイド棒１４Ｅに沿う摺動弁体１４Ｇの摺動範囲が調節されることになる。
【００１５】
本発明による微小気泡発生装置は更にベンチュリ管などの絞り管２０を備え、この絞り管２０は上側揚水管部分１４Ｂの側方に一体的に接続され、該絞り管２０の管内には絞り部２０Ａが一体的に形成される。
【００１６】
本実施形態では、本発明による微小気泡発生装置については、例えば、河川の水質改善に用いられることが意図され、このため絞り管２０は延長管２２を介して流水排出管１８Ｂに接続されるようになっている。なお、本発明による微小気泡発生装置が河川の水質改善に用いられるとき、流水取入管１８Ｂには河川の上流側から水が取り込まれ、その水は流水排出管１８Ｂから河川の下流側で排水される。
【００１７】
次に、上述した本発明による微小気泡発生装置の作動について説明する。
【００１８】
水が流水取入管１８Ａを通して水撃発生ハウジング１２内の流水取入室１２Ｅに流入し、次いで弁座１２Ｃの開口部１２Ｄを通して流水排出室１２Ｆ内に流入すると、その流水の圧力によって揺動弁１２Ｈは弁座１２Ｃ側に向かって時計方向に回動させられる。揺動弁１２Ｈが弁座１２Ｃに当接して開口部１２Ｄを閉鎖すると、流水取入管１８Ａを通して水撃発生ハウジング１２内の流水取入室１２に流入する流水の運動が止められ、このとき該流水の慣性力のために水撃発生ハウジング１２内の流水取入室１２Ｅ内に大きな水撃圧力が造成され、これにより逆止弁（１４Ｃ、１４Ｇ）が開けられて該流水の一部が流水取入室１２Ｅから揚水管１４を通して貯水タンク１６内に汲み上げられる。
【００１９】
その後、流水取入室１２Ｅ内の水撃圧力が消滅すると、即ち流水取入管１８Ａ及び流水取入室１２Ｅ内の水が静止状態となると、揺動弁１２Ｈがその自重により反時計方向に回動させられ、これにより弁座１２Ｃの開口部１２Ｄが開放され、このため流水取入管１８Ａ及び流水取入室１２Ｅ内の水が再び流水排出室１２Ｆ内に流入される。即ち、流水取入管１８Ａを通して水撃発生ハウジング１２内の流水取入室１２に流入する流水の運動が再開される。かくして、揺動弁１２Ｈは弁座１２Ｃ側に向かって時計方向に回動させられて開口部１２Ｄを閉鎖すると、流水取入室１２Ｅ内に水撃圧力が造成され、これにより逆止弁（１４Ｃ、１４Ｇ）が開けられて該流水の一部が流水取入室１２Ｅから揚水管１４を通して貯水タンク１６内に汲み上げられる。要するに、上述した水撃ポンプが間欠的に作動させられ、流水取入室１２Ｅ内に流入する流水の一部が順次貯水タンク１６に汲み上げられると共に該貯水タンク１６内の圧力は高められる。
【００２０】
一方、流水取入室１２Ｅ内に流入する流水の一部が順次貯水タンク１６に汲み上げられると、貯水タンク１６内の水はその内部の高圧上昇のために絞り管２０を通して吐出させられ、このとき絞り管２０の絞り部２０Ａでは流水速度が大きくなって、その流水の圧力が空気分離圧以下まで降下し、このため該絞り部２０Ａではキャビテーションが発生することになる。即ち、絞り管２０の絞り部２０Ａでは、流水内の溶存空気が微小気泡所謂マイクロバブル（直径200μm以下）として流水中に発現することになる。
【００２１】
微小気泡を含む流水は延長管２２を介して流水排出管１８Ｂ内の流水と合流させられて河川に戻される。直径200μm以下の微小気泡は水中での浮上速度は非常に遅く、長時間にわたって水中に滞留する。このため水生生物の生存環境の指標としてのＢＯＤ(Biological Oxygen Demand)やＣＯＤ(Chemical Oxygen Demand)が改善されて、河川の浄化に寄与し得ることとなる。
【００２２】
本発明によれば、微小気泡発生装置は動力源として流水落差の自然エネルギを利用するために、微小気泡発生装置で低コストで設置できるだけでなくそのランニングコストも大巾に低下させることができる。
【００２３】
上述の実施形態では、微小気泡発生装置は水質改善に用いられているが、例えば河川に沿って設けられる養魚場での溶存酸素付加装置としても利用することもできる。この場合には、絞り管２０から吐出させられる流水（微小気泡を含む）は、流水排出管１８Ｂの流水に合流にさせられずに、図１に破線で示す延長管２２′を介して養魚場に送られることになる。
【００２４】
上述の実施形態は例示的に示されたものであり、種々の改変及び変更が可能である。例えば、絞り管２０は上側揚水管部分１４Ｂに接続されているが、貯水タンク１６の底部に接続させてもよい。また、流水落差が大きく十分な揚水量が得られる場合には、複数の絞り管２０を設けることもできる。
【００２５】
また、上述の実施形態では、水撃発生弁即ち揺動弁１２Ｈはその自重で反時計方向に回動するように構成されているが、揺動弁１２Ｈに十分な重量を与えられない場合には、適当なばね要素例えば引張りコイルばね、トーションばね等を用いて、該揺動弁１２Ｈの反時計方向の回動が確実に得られるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による微小気泡発生装置の一実施形態を示す概略縦断面図。
【図２】図１に示す水撃発生弁の部分拡大図である。
【図３】図１に示す逆止弁の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：水撃ポンプ
１２：水撃発生ハウジング
１２Ａ：流水取入口
１２Ｂ：流水排出口
１２Ｃ：弁座
１２Ｄ：開口部
１２Ｅ：流水取入室
１２Ｆ：流水排出室
１２Ｈ：水撃発生弁（揺動弁）
１２Ｈ１：軸部
１２Ｈ２：揺動アーム
１２Ｈ３：止め螺子
１２Ｈ４：弁体
１４：揚水管
１４Ａ：下側揚水管部分
１４Ｂ：上側揚水管部分
１４Ｃ：揚水弁座
１４Ｄ：止め螺子
１４Ｅ：揚水弁ガイド棒
１４Ｆ：ナット
１４Ｇ：揚水弁体
１４Ｈ：揚水弁孔
１４Ｉ：調整ナット
１６：貯水タンク
１６Ａ：開口部
１６Ｂ：開閉蓋
１８Ａ：流水取入管
１８Ｂ：流水排出管
２０：絞り管
２０Ａ：絞り部
２２：延長管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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