(57)【要約】【課題】作物の成長に好適な酸素濃度の高い水を生成する、高濃度酸素水生成装置を提供する。【解決手段】本発明に係る高濃度酸素水生成装置は、水中に設置されて微細気泡を発生する装置本体と、前記装置本体に気体を供給する空気ポンプと、前記装置本体および前記空気ポンプを制御するコントローラとを有し、前記装置本体は、多数の孔が形成されたケースの底部に設置されて水を供給する水中ポンプと、微細気泡を発生する微細気泡発生器と、前記水中ポンプと前記微細気泡発生器を接続する液体パイプと、を備え、前記空気ポンプからの気体を供給する気体パイプは、逆止弁を介して前記液体パイプに連結されている。また、前記微細気泡発生器は、前記水中ポンプの周囲に複数個配置されている。さらに、前記空気ポンプからの気体を供給する気体パイプは、逆止弁を介して前記液体パイプの途中に連結され、前記コントローラは、始動時において、前記空気ポンプが始動後、所定時間経過後に前記水中ポンプを始動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に設置されて微細気泡を発生する装置本体と、前記装置本体に気体を供給する空気ポンプと、前記装置本体および前記空気ポンプを制御するコントローラとを有し、
前記装置本体は、多数の孔が形成されたケースの底部に設置されて水を供給する水中ポンプと、微細気泡を発生する微細気泡発生器と、前記水中ポンプと前記微細気泡発生器を接続する液体パイプと、を備え、
前記空気ポンプからの気体を供給する気体パイプは、逆止弁を介して前記液体パイプに連結されていることを特徴とする高濃度酸素水生成装置。
【請求項２】
水中に設置されて微細気泡を発生する装置本体と、前記装置本体に気体を供給する空気ポンプと、前記装置本体および前記空気ポンプを制御するコントローラとを有し、
前記装置本体は、多数の孔が形成されたケースの底部に設置されて水を供給する水中ポンプと、微細気泡を発生する微細気泡発生器と、前記水中ポンプと前記微細気泡発生器を接続する液体パイプと、を備え、
前記微細気泡発生器は、前記水中ポンプの周囲に複数個配置されていることを特徴とする高濃度酸素水生成装置。
【請求項３】
水中に設置されて微細気泡を発生する装置本体と、前記装置本体に気体を供給する空気ポンプと、前記装置本体および前記空気ポンプを制御するコントローラとを有し、
前記装置本体は、多数の孔が形成されたケースの底部に設置されて水を供給する水中ポンプと、微細気泡を発生する微細気泡発生器と、前記水中ポンプと前記微細気泡発生器を接続する液体パイプと、を備え、
前記空気ポンプからの気体を供給する気体パイプは、逆止弁を介して前記液体パイプの途中に連結され、
前記コントローラは、始動時において、前記空気ポンプが始動後、所定時間経過後に前記水中ポンプを始動させることを特徴とする高濃度酸素水生成装置。
【請求項４】
前記微細気泡発生器は、円錐形のスペースを有する容器本体と、前記円錐形のスペースの内壁面の一部にその接線方向に開設された加圧気液導入口と、前記円錐形のスペースの頂部に開設された旋回気液導出口とから微細気泡発生機構を構成し、前記円錐形のスペース内で伸長して先細りさせながら旋回導出する気体渦管を形成し、前記気体渦管の前後で旋回速度差を発生させて強制的に気体渦管を切断させることにより微細気泡を発生させる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高濃度酸素水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作物の成長に好適な酸素濃度の高い水を生成する、高濃度酸素水生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に良い農作物を作るには、十分な酸素が入った土壌と、酸素の豊富な良い水、さらには、窒素・燐酸・カリや微量要素等がバランス良く入った形の土作りが必要である。
【０００３】
また、農作物の養分吸収は、根の周囲に存在する土壌溶液の養分の濃度と深い関係がある。もし、特定の養分があまりにも低い濃度で存在すると、作物はその養分だけでなく、他の養分も十分に吸収することができなくなり、生育が抑制されてしまう。
【０００４】
作物の体の成分は、酸素・水素・炭素がほとんどであり、これらの成分の割合が全体の約９４％を占めている。また、炭素は、光合成によって空気中の二酸化炭素から作られる有機物として蓄積される。従って、作物はその構成成分の約９４％を肥料以外の水や空気から取り入れているということになる。
【０００５】
そして、農業用水として地下水を利用すると、二価鉄イオンなどの有害な還元物質が溶存していることがある。このような有害な還元物質が地下水に溶存していると、土中の酸素を奪い酸化鉄を形成し、酸欠を促進し、鉄や燐酸と結合して燐酸を非有効化するので、土中の燐酸を吸収できなくなり、作物体内の養分のバランスが崩れる原因となる。そのため、水質の良い農業用水を得ることが課題となっていた。
【０００６】
この課題を解決するものとして、特許第３３９７１５４号公報に示すような旋回式微細気泡発生装置が存在する。この旋回式微細気泡発生装置は、円錐形のスペースを有する容器本体と、同スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された液体導入口と、前記スペースの底部に開設された気体導入孔と、前記スペースの頂部に開設された旋回導出口とから構成されたものである。
【特許文献１】特許第３３９７１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の旋回式微細気泡発生装置では、気体が円錐形の狭いスペース内で液体と混合されるために気泡が粗大になって噴出され、処理する液体と気泡との接触面積を十分確保できず、溶存酸素量や反応効率を高めることができないという問題があった。
【０００８】
また、円錐形のスペース内で液体と気体とが混合されるので、大量の気体を供給するには限界があり、液体と気体の混合比率を所定値にコントロールすることが困難であり、ポンプのオン・オフ時に円錐形のスペース内の圧力が変動して、気体導入孔に液体が逆流し、液体中に混入している固形物により気体導入孔が詰まり易く連続運転ができないという問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、貯水槽等の農業用水における気液反応槽の液中に気液接触面積が極めて大きな微細気泡を発生させることができ、溶存酸素量を著しく大きくして、嫌気性菌を抑え、有用な好気性微生物が増え、土壌の団粒化や養分の有効化をすすめ、作物の生育に極めて有効な農業用水を供給できる、高濃度酸素水生成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る高濃度酸素水生成装置は、水中に設置されて微細気泡を発生する装置本体と、前記装置本体に気体を供給する空気ポンプと、前記装置本体および前記空気ポンプを制御するコントローラとを有し、前記装置本体は、多数の孔が形成されたケースの底部に設置されて水を供給する水中ポンプと、微細気泡を発生する微細気泡発生器と、前記水中ポンプと前記微細気泡発生器を接続する液体パイプと、を備え、前記空気ポンプからの気体を供給する気体パイプは、逆止弁を介して前記液体パイプに連結されていることで、上述した課題を解決した。
【００１１】
また、本発明は、水中に設置されて微細気泡を発生する装置本体と、前記装置本体に気体を供給する空気ポンプと、前記装置本体および前記空気ポンプを制御するコントローラとを有し、前記装置本体は、多数の孔が形成されたケースの底部に設置されて水を供給する水中ポンプと、微細気泡を発生する微細気泡発生器と、前記水中ポンプと前記微細気泡発生器を接続する液体パイプと、を備え、前記微細気泡発生器は、前記水中ポンプの周囲に複数個配置されていることで、同じく上述した課題を解決した。
【００１２】
さらに、本発明は、水中に設置されて微細気泡を発生する装置本体と、前記装置本体に気体を供給する空気ポンプと、前記装置本体および前記空気ポンプを制御するコントローラとを有し、前記装置本体は、多数の孔が形成されたケースの底部に設置されて水を供給する水中ポンプと、微細気泡を発生する微細気泡発生器と、前記水中ポンプと前記微細気泡発生器を接続する液体パイプと、を備え、前記空気ポンプからの気体を供給する気体パイプは、逆止弁を介して前記液体パイプの途中に連結され、前記コントローラは、始動時において、前記空気ポンプが始動後、所定時間経過後に前記水中ポンプを始動させることで、同じく上述した課題を解決した。
【００１３】
また、本発明における前記微細気泡発生器は、円錐形のスペースを有する容器本体と、前記円錐形のスペースの内壁面の一部にその接線方向に開設された加圧気液導入口と、前記円錐形のスペースの頂部に開設された旋回気液導出口とから微細気泡発生機構を構成し、前記円錐形のスペース内で伸長して先細りさせながら旋回導出する気体渦管を形成し、前記気体渦管の前後で旋回速度差を発生させて強制的に気体渦管を切断させることにより微細気泡を発生させることで、同じく上述した課題を解決した。
【発明の効果】
【００１４】
上述のように構成された高濃度酸素水生成装置は、微細気泡発生器から水槽内に噴出された微細気泡が、気体と液体との接触面積を大きくするので、水中に含まれる溶存酸素量を増加させ、活性酸素の多い水にすることができる。
【００１５】
この水を作物に与えると、土中の嫌気性菌を抑え、有効な好気性微生物が増え、土壌の団粒化や養分の有効化を進めるので、作物の生育が良くするという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る高濃度酸素水生成装置を実施するための最良の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る高濃度酸素水生成装置の構成を示す模式図、図２は図１の高濃度酸素水生成装置に使用する装置本体の構成を示す一部破断の斜視図、図３は図２の装置本体の構成を示す平面図、図４は図１の高濃度酸素水生成装置に使用する微細気泡発生器の構成を示す斜視図、図５は図４の微細気泡発生器の微細気泡の発生を示す説明図、図６は図１の高濃度酸素水生成装置に使用するコントローラの構成を示す一部破断の斜視図、図７は高濃度酸素水生成装置の他の構成を示す一部破断の斜視図、図８は高濃度酸素水生成装置の使用状態を示す説明図である。
【００１８】
本発明に係る高濃度酸素水生成装置は、図１に示すように、例えば、農業用水等の水槽１に設置されるもので、微細気泡を発生する装置本体１０と、この装置本体１０に気体を供給する空気ポンプ２０と、この装置本体１０と空気ポンプ２０を制御するコントローラ３０から構成されており、装置本体１０とコンプレッサ（２０）は気体パイプ２１で逆止弁２２を介して液体パイプ１４に連結されている。
【００１９】
この高濃度酸素水生成装置の装置本体１０は、図２・図３に示すように、多数の孔が形成されたケース１１の内部に設置されて水を供給する水中ポンプ１２と、微細気泡を発生する微細気泡発生器１３と、前記水中ポンプ１２と微細気泡発生器１３を接続する液体パイプ１４と、を備えている。前記空気ポンプ２０からの気体を供給する気体パイプ２１は、逆止弁２２を介して液体パイプ１４に連結され、微細気泡発生器１３は、水中ポンプ１２の周囲に４個配置されたものである。気体１４は角型にして縦型にすることにより、流量を減らすことなく、装置本体１０をコンパクト化できるものである。
【００２０】
この装置本体１０のケース１１は、図２に示すように、ステンレス等の耐久性の高い材料から六角柱に形成されたもので、六面の壁には水が自由に出入りできるように多数の孔１１ａ１，１１ａ１，１１ａ１，１１ａ２，１１ａ２，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ１，１１ｂ１・・・が形成されている。底部には水中ポンプ１２と微細気泡発生器１３が設置されており、上部には着脱可能な蓋１１ｂが取り付けられている。この蓋１１ｂには、装置本体１０を持ち運ぶための把手１１ｃが設けられている。
【００２１】
この水の浄化装置に使用される微細気泡発生器１３は、図４に示すように、円錐形のスペースを有する容器本体１３ａと、前記円錐形のスペースの内壁面の一部にその接線方向に開設された加圧気液導入口１３ｂと、前記円錐形のスペースの両側の頂部に開設された旋回気液導出口１３ｃ，１３ｃとを備えている。この旋回気液導出口１３ｃ，１３ｃの形状は、図５に示すように、外部に開いた漏斗状に形成されており、その開き角度は最も効率良く旋回気液を噴出できるように、６５〜１３０°の角度に形成されている。また、容器本体１３ａの円錐面の両側には微細気泡の能力を高めるため取り付けられるキャップの支持部１３ｄ，１３ｄ，１３ｄ・・・が形成されている。
【００２２】
このように構成された微細気泡発生器１３は、図５に示すように、接線方向の加圧気液導入口１３ｂより、液体パイプ１４を介して気体と液体が混合され加圧された気液混合流体が高圧で流入されると、容器本体１３ａの内壁面に沿って旋回し、激しく気液混合されながら旋回気液導出口１３ｃ，１３ｃへ移動していく。この際、液体と気体のとの比重の差により、液体には遠心力が働き、気体には向心力が働き、容器本体１３ａの中心軸付近に負圧軸Ｖが形成される。この負圧軸Ｖの発生により、旋回気液導出口１３ｃ，１３ｃの中心部付近に容器本体１３ａの外側の液体を内部に吸引しようとする力が働くものである。
【００２３】
一方、容器本体１３ａ内の気液混合流体は、容器本体１３ａ内壁面に沿って旋回しながら旋回気液導出口１３ｃ，１３ｃに近づくにつれて、容器本体１３ａ内壁面が絞られているので、旋回速度が速くなり、旋回気液導出口１３ｃ，１３ｃ付近では最も速くなり、負圧液と押し合うようになる。そのため、負圧軸Ｖ付近に集まった気体は、旋回気液導出口１３ｃ，１３ｃで旋回しながら噴出する気液混合流体との間を圧縮・剪断されながら通過するので、多量の数μｍオーダーの微細気泡として旋回気液導出口１３ｃ，１３ｃから外部へ噴出される。
【００２４】
次に、上述のように構成された高濃度酸素水生成装置の動作を制御するコントローラ３０を、図６を参照して説明する。このコントローラ３０は、箱形のケース３１の内部に空気ポンプ２０を収納している。コントローラ３０の前面パネル３２には、主電源スイッチ３３、電源ランプ３４、空気取り出し用カプラ３５、ポンプ作動ランプ３６、圧力計３７、空気量調整ノブ３８、水中ポンプ１２用のコンセント３９が取り付けられている。また、空気ポンプ２０と空気取り出し用カプラ３５の間には、逆止弁２２が取り付けられている。
【００２５】
主電源スイッチ３３は、高濃度酸素水生成装置のコントローラ３０を作動させるスイッチであり、作動すると電源ランプ３４が点灯する。そして、水中ポンプ１２が作動するとポンプ作動ランプ３６が点灯するようになっており、圧力計３７に圧力の目盛りが示される。空気量調整ノブ３８はこの圧力計３７を調整するもので、コントローラ３０の始動は７００ミリリットル／分で運転され、水中ポンプ１２の作動後は３００ミリリットル／分で運転されるように調整されている。
【００２６】
このコントローラ３０は、高濃度酸素水生成装置の始動時において、水中ポンプ１２が早く作動すると、空気ポンプ２０の流入圧力より水中ポンプ１２の水圧の方が強いため、気体パイプ２１の逆止弁２２より水中ポンプ１２側に空気が送られず装置がうまく作動しない。それを防止するために、主電源スイッチ３３をオンした後に、空気ポンプ２０が早く作動し、その後に液体パイプ１４が作動するようにするものである。この空気ポンプ２０と水中ポンプ１２の時間差は４５秒程度が適切であり、この時間は、図示しないタイマ機構により設定するものである。
【００２７】
このように構成された高濃度酸素水生成装置においては、微細気泡発生器１３から水槽１内に噴出された微細気泡が、気体と液体との接触面積を大きくするので、水中に含まれる溶存酸素量を増加させ、活性酸素の多い水にすることができる。この水を作物に与えると、土中の嫌気性菌を抑え、有効な好気性微生物が増え、土壌の団粒化や養分の有効化を進めるので、作物の生育が良くなるものである。
【００２８】
また、この水は、クラスター（水分子集団）が１０〜３０μｍと小さいので、作物の組織細胞に浸透し易く、生化学反応を促進して成長を助けるものである。そして、クラスターが小さくなると表面張力が小さくなるので、界面活性作用があり、農薬等の付着・吸収がよくなり、農薬の使用量を減らすこともできる。
【００２９】
さらに、図７は高濃度酸素水生成装置の他の実施例を示すもので、この高濃度酸素水生成装置は、陸上設置型の大型高濃度酸素水生成装置である。この高濃度酸素水生成装置は、密閉された六角型のステンレス製のタンク１９内に設置されたもので、パイプ１８に接続されたソケット２３に十字型に４個の微細気泡発生器１３を配設したものである。この微細気泡発生器１３で発生した高濃度酸素水はホース２４で外部へ供給する。コントローラ３０は逆止弁２２を介してタンク１９の入口付近に設置され、時間差内臓タイマは水源池の揚程や距離によって１時間以上の設定が可能である。
【００３０】
このように構成された高濃度酸素水生成装置は、図８に示すように、主に屋外に設置されるもので、池や貯水池などからホース１７で水を吸い上げ後、フィルタ１５を通し揚水ポンプ１６にてパイプ１８で高濃度酸素水生成装置に供給されるものである。そして、ホース２４により貯水タンク等に供給され、畑地の散水等に使用される。また、ゴルフ場等においては、池に発生するアオコの対策として、高濃度酸素水を循環させることにより池の水を活性化することも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る高濃度酸素水生成装置は、例えば、貯水槽等の農業用水における気液反応槽の液中に気液接触面積が極めて大きな微細気泡を発生させることができ、溶存酸素量を著しく大きくして、嫌気性菌を抑え、有用な好気性微生物が増え、土壌の団粒化や養分の有効化をすすめ、作物の生育に極めて有効な農業用水を供給できる、高濃度酸素水生成装置として、種々の分野で広く利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る高濃度酸素水生成装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の高濃度酸素水生成装置に使用する装置本体の構成を示す一部破断の斜視図である。
【図３】図２の装置本体の構成を示す平面図である。
【図４】図１の高濃度酸素水生成装置に使用する微細気泡発生器の構成を示す斜視図である。
【図５】図４の微細気泡発生器の微細気泡の発生を示す説明図である。
【図６】図１の高濃度酸素水生成装置に使用するコントローラの構成を示す一部破断の斜視図である。
【図７】高濃度酸素水生成装置の他の構成を示す一部破断の斜視図である。
【図８】高濃度酸素水生成装置の使用状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…水槽
１０…装置本体
１１…ケース
１１ａ１…孔
１１ａ２…孔
１１ｂ１…孔
１１ｂ…蓋
１１ｃ…把手
１２…水中ポンプ
１３…微細気泡発生器
１３ａ…容器本体
１３ｂ…加圧気液導入口
１３ｃ…旋回気液導入口
１３ｄ…支持部
１４…液体パイプ
１５…フィルタ
１６…揚水ポンプ
１７…ホース
１８…パイプ
１９…タンク
２０…空気ポンプ
２１…気体パイプ
２２…逆止弁
２３…ソケット
２４…ホース
３０…コントローラ
３１…ケース
３２…前面パネル
３３…主電源スイッチ
３４…電源ランプ
３５…カプラ
３６…ポンプ作動ランプ
３７…圧力計
３８…空気量調整ノブ
３９…コンセント
【図１】
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【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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