(57)【要約】【課題】本発明は、池や湖沼、河川、海、浄化槽、グリーストラップ、水槽などの水系で、マイクロ・ナノバブルを簡易かつ低廉で発生させ、浄化や殺菌、洗浄をする水質浄化装置を提供する。【解決手段】水系水を循環させながら、マイクロ・ナノバブルで前記水系水を浄化する水質浄化装置であって、前記水系水の吸水口及び吐水口を備え、前記水系中に位置する循環ポンプと、前記吸水口を覆い、水中の浮遊物の侵入を防ぐフィルターと、一端が前記循環ポンプの吐水口に接続し、他端の吐水部が前記フィルター内に位置する管状のバイパスと、前記バイパス内或いは端部に固定又は前記バイパス中間部に接続され、前記水系水を通過させることで溶存空気をキャビテーションでマイクロバブル化させるマイクロバブル生成器と、からなることを特徴とする水質浄化装置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水系水を循環させながら、マイクロ・ナノバブルで前記水系水を浄化する水質浄化装置であって、
前記水系水の吸水口及び吐水口を備え、前記水系中に位置する循環ポンプと、
前記吸水口を覆い、水中の浮遊物の侵入を防ぐフィルターと、
一端が前記循環ポンプの吐水口に接続し、他端の吐水部が前記フィルター内に位置する管状のバイパスと、
前記バイパス内或いは端部に固定又は前記バイパス中間部に接続され、前記水系水を通過させることで溶存空気をキャビテーションでマイクロバブル化させるマイクロバブル生成器と、
からなることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項２】
前記循環ポンプが前記水系面に浮くフロートに深さ調節可能な吊り具で吊され、前記フロートが前記水系面の水平方向に紐材で位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の水質浄化装置。
【請求項３】
水系水を循環させながら、マイクロ・ナノバブルで前記水系水を浄化する水質浄化装置であって、
前記水系水の吸水口及び吐水口を備え、前記水系岸に配置される循環ポンプと、
前記水系中に位置する水中の浮遊物の侵入を防ぐ籠状のフィルターと、
一端が前記循環ポンプの吸水口に接続し、他端の吸水部が前記フィルター内に位置する吸引ホースと、
一端が前記循環ポンプの吐水口に接続し、他端の吐水部が前記フィルター内に位置する吐水ホースと、
前記吐水ホース内或いは端部、又は前記吸引ホース内或いは端部の何れかに固定され、或いは前記吐水又は吸引ホース中間部の何れかに接続され、前記水系水を通過させることで溶存空気をキャビテーションでマイクロバブル化させるマイクロバブル生成器と、
からなることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項４】
前記フィルターが、前記水系面に浮くフロートに深さ調節可能な吊り具で吊され、前記フロートが前記水系面の水平方向に紐材で位置決めされることを特徴とする請求項３に記載の水質浄化装置。
【請求項５】
前記水系が、池、湖沼、河川又は海であって、前記循環ポンプが、揚程８ｍ以上、又は０．０８ＭＰａ以上の加圧能力を有することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の水質浄化装置。
【請求項６】
前記マイクロバブル生成器の手前に、気体又は気体を含んだ液体を注入し、マイクロバブルの発生量を増加させることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の水質浄化装置。
【請求項７】
前記循環ポンプの駆動源が、太陽光発電による電気であることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水系水中に含まれている空気をキャビテーションによりマイクロ・ナノバブル化させて、水系水を浄化・殺菌等するための、簡易かつ低廉で利用できる、循環ポンプとマイクロバブル生成器を用いた水質浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ・ナノバブルについての研究は１９８５年頃からスタートした。マイクロ・ナノバブルは、新しい技術分野であるため、解明されていない点も多い。現在、マイクロ・ナノバブルについては以下の３つの現象が知られている。
【０００３】
一つ目は、水中の空気を小さなマイクロバブル化することにより、水中の溶存空気量を増やせることである。二つ目は、水中に吐出されたマイクロバブルが水中で、水圧に押され、さらに小さなナノバブルとなって、水中に長く残存するという現象である。マイクロバブルは水中において、３０〜６０秒程度で消滅あるいはナノバブルとなっていくが、ナノバブルとなったバブルは数時間から数日間、水中に滞留するといわれている。三つ目は、このナノバブルが、やがて水の圧力により、内部気圧が３００気圧以上となって破壊されていく圧壊という現象である。この圧壊が起きる時に、時速約４００キロ前後で超音波が発生するとともに、５５００℃近い高熱が発生し、同時にフリーラジカルなどのエネルギーが発生すると言われている。そして、この３つの現象の相互作用により、水中の汚れなどが分解されるなどの各種のマイクロ・ナノバブル効果が観察されてきている。
【０００４】
以上の現象から、水中において、マイクロバブルを多量に発生させることで、様々な効果が発生すると考えられている。
【０００５】
ナノバブルを直接、生成する方法も各種研究されているが、直接ナノバブルを作り出す方法は装置も大きく、高額であるため、主にマイクロバブルを生成して、それをナノバブルへ変化させる方が効率的である。
【０００６】
この現象は空気を含有した水以外にも、気体を含有した液体でも起こりうるが、ここでは便宜上、池などの空気を含有した水系を想定して記述を進めていく。
【０００７】
マイクロバブルを生成する手段としては、高速せん断方式、加圧圧壊方式、キャビテーション方式など、６種類ほどが知られている。
【０００８】
本発明は、キャビテーション技術をベースに、マイクロバブルを主体的に発生生成させている。
【０００９】
マイクロバブルをナノバブルへと変化させるためには、ナノバブルへと変化すると考えられる２５〜３０ミクロン以下の微細なマイクロバブルの生成が不可欠である。
【００１０】
マイクロバブルを生成する構造として、特許文献１、２など多数公開されている。また、発明者は、既に、シャワーヘッドとしてではあるが、マイクロバブルを生成できる構造を開発している（特許文献３）。特許文献３に示すように、液体の流れる速度を早めるために、液体の流れにひねりを加え、その液体を流水路の入口が広く徐々にジョウロのように絞られ、途中が円筒状で出口がラッパ状に広がった通水路を通すことにより、キャビテーションにより、微細なマイクロバブルが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−１０７０４３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７６３３５号公報
【特許文献３】特許２０１１−１８３１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、池や湖沼、河川、海、浄化槽、水槽、グリーストラップ、下水などの水系で、マイクロ・ナノバブルを簡易かつ低廉で発生させ、浄化や殺菌、洗浄をする水質浄化装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、
（１）
水系水を循環させながら、マイクロ・ナノバブルで前記水系水を浄化する水質浄化装置であって、
前記水系水の吸水口及び吐水口を備え、前記水系中に位置する循環ポンプと、
前記吸水口を覆い、水中の浮遊物の侵入を防ぐフィルターと、
一端が前記循環ポンプの吐水口に接続し、他端の吐水部が前記フィルター内に位置する管状のバイパスと、
前記バイパス内或いは端部に固定又は前記バイパス中間部に接続され、前記水系水を通過させることで溶存空気をキャビテーションでマイクロバブル化させるマイクロバブル生成器と、
からなることを特徴とする水質浄化装置。
（２）
前記循環ポンプが前記水系面に浮くフロートに深さ調節可能な吊り具で吊され、前記フロートが前記水系面の水平方向に紐材で位置決めされることを特徴とする（１）に記載の水質浄化装置。
（３）
水系水を循環させながら、マイクロ・ナノバブルで前記水系水を浄化する水質浄化装置であって、
前記水系水の吸水口及び吐水口を備え、前記水系岸に配置される循環ポンプと、
前記水系中に位置する水中の浮遊物の侵入を防ぐ籠状のフィルターと、
一端が前記循環ポンプの吸水口に接続し、他端の吸水部が前記フィルター内に位置する吸引ホースと、
一端が前記循環ポンプの吐水口に接続し、他端の吐水部が前記フィルター内に位置する吐水ホースと、
前記吐水ホース内或いは端部、又は前記吸引ホース内或いは端部の何れかに固定され、或いは前記吐水又は吸引ホース中間部の何れかに接続され、前記水系水を通過させることで溶存空気をキャビテーションでマイクロバブル化させるマイクロバブル生成器と、
からなることを特徴とする水質浄化装置。
（４）
前記フィルターが、前記水系面に浮くフロートに深さ調節可能な吊り具で吊され、前記フロートが前記水系面の水平方向に紐材で位置決めされることを特徴とする（３）に記載の水質浄化装置。
（５）
前記水系が、池、湖沼、河川又は海であって、前記循環ポンプが、揚程８ｍ以上、又は０．０８ＭＰａ以上の加圧能力を有することを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の水質浄化装置。
（６）
前記マイクロバブル生成器の手前に、気体又は気体を含んだ液体を注入し、マイクロバブルの発生量を増加させることを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の水質浄化装置。
（７）
前記循環ポンプの駆動源が、太陽光発電による電気であることを特徴とする（１）〜（６）の何れかに記載の水質浄化装置。
の構成とした。
【００１４】
以前から、水中でマイクロ・ナノバブルを発生させることで水質が浄化できることは研究されている。また、ベルヌーイの法則にあるように絞り込んだ流水路を徐々に開放していくことでキャビテーションが起こることは分かっていた。しかし、揚程８ｍ程度の循環ポンプでキャビテーションを発生させ、その生成したマイクロ・ナノバブルで水質を浄化させるための簡易かつ低廉な装置は製品化されていなかった。
【００１５】
実験では、通常の水道配管のサイズである管径１３ｍｍ、揚程８ｍの循環ポンプの組み合わせで、一般的な水道水に含まれている含有空気のマイクロバブル化は確認できている。
【００１６】
管径に関しては、細くすれば、ポンプ能力は低くてもよいし、逆に管径を太くするとポンプ能力を高くする必要がある。液体の粘性や含有気体の量により、必要とされるポンプの能力や発生するマイクロ・ナノバブルの量は異なる。
【００１７】
当然、マイクロバブル生成器の流路形状や寸法によってもマイクロ・ナノバブルの発生量は異なる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記構成であるので、水系水及び気体を含んだ水系水を、マイクロバブル生成器と水系を循環ポンプを利用して循環させるだけで、水系水中の気体をマイクロ・ナノバブル化することのできるシンプルな装置である。
【００１９】
水系水に溶存気体がないか、又は溶存している気体が少ない場合は、循環ポンプとマイクロバブル生成器との間へ外部から気体又は気体を含んだ液体を注入、混合させることで、期待するマイクロ・ナノバブル（以下、単に「マイクロバブル」と包括的に表現することもある）の発生量を確保することもできる。また、マイクロバブル生成器の先で気体又は気体を含んだ液体を注入しても良いが、この場合はマイクロバブルの発生量は減少する。
【００２０】
循環ポンプの設置場所は水中でも、水上でも陸上でも良い。
【００２１】
この装置は水系水の浄化だけでなく、水系水中の溶存気体量の増加などにも利用でき、魚の養殖や植物栽培、下水の消臭・殺菌などにも効果的である。
【００２２】
ある気体をある液体と混合してナノバブル化した液体とすることで、当該気体の当該液体中での長時間の濃度維持も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】水中設置型の循環ポンプとマイクロバブル生成器を用いた水質浄化装置の概念図である。
【図２】陸上設置型の循環ポンプとマイクロバブル生成器を用いた水質浄化装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面に基づき本発明について詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
図１に示すように、本発明である水質浄化装置９は、水系１０の水を循環させながら、マイクロ・ナノバブルで水系水を浄化する水質浄化装置であって、水中設置型の循環ポンプ１と、フィルター２と、バイパス３と、マイクロバブル生成器８と、フロート４と、吊り具５と、紐材６と、からなり、水中１０ｂの適切な位置でマイクロ・ナノバブルを発生させることができる。
【００２６】
水中設置型の循環ポンプ１は、水系１０の水を取り込む吸水口１ａ及び取り込んだ水系１０の水を送り出す吐水口１ｂを備え、水系水中１０ｂに位置される。循環ポンプ１の電源は、端部にプラグを備える循環ポンプ１に接続したコード７を通じ、陸上から供給される。循環ポンプ１は、例えば、水系１０が、池・湖沼或いは河川、浄化槽、下水の場合には、揚程８ｍ以上、又は０．０８ＭＰａ以上の加圧能力を有するものが望ましい。
【００２７】
なお、ナノバブルは水系中での滞留時間が長いため、日照時のみの不定期運転でも浄化効果が発揮できるため、循環ポンプ１の電源は、循環ポンプ１に電気的に接続するソーラーパネルによる太陽光発電のみを利用した浄化装置システムとすることも可能である。実施例２においても同じ。
【００２８】
フィルター２は、循環ポンプ１の吸水口１ａを覆い、水中１０ｂの大きな浮遊物、ヘドロなどが循環ポンプ１内へ吸い込まれないように濾過するものである。また、フィルター２は容易にメンテナンスできる構造、着脱式などとしておくことが望ましい。
【００２９】
なお、フィルター２は、マイクロバブルが高濃度で存在する吐水部３ａの周辺に位置し、バイパス３を通過したマイクロバブル水は、フィルター２内から外に吐出するため、フィルター２は汚れが付着しづらく、目詰まりによる水系水の流入阻害を起こしづらい。フィルター２を荒い目を外側にし、内部に向け、段階的に目開きを小さくした複数層のフィルターとするとなおよい。
【００３０】
バイパス３は、一端が循環ポンプ１の吐水口１ｂに接続し、他端の吐水部が前記フィルター２内に位置する管状体である。
【００３１】
マイクロバブル生成器８は、バイパス３内或いは端部に固定、又はバイパス３中間部に接続され（本実施例）、水系１０の水を通過させることで溶存空気をキャビテーションでマイクロバブル化させる。
【００３２】
マイクロバブル生成器８は、多くの企業から、多様な機器が販売されており、水系水を通過させ、キャビテーションでマイクロバブルを生成できるもの、例えば、特許文献１−３等のマイクロバブル生成器が使用でき、液体に含有（溶存）された気体をマイクロバブル化させることができれば特に限定されない。
【００３３】
マイクロバブル生成器８を通過した直後の水にも、マイクロバブルと同時にナノバブルも幾分かは発生するが、本発明である水質浄化への悪影響はない。また、水中にマイクロバブルを直接放出するため、長期にわたりナノバブルが滞留することとなり、水質浄化効果が高まる。
【００３４】
マイクロバブルは６０秒前後で大きなマイクロバブルは消滅してしまうが、小さなマイクロバブルはナノバブルとなっていく。主に、２５〜３０ミクロン以下のマイクロバブルがナノバブルへと変化していくと推測される。この装置では発生したマイクロバブルの半分近くはナノバブル化していくので、実用化の阻害要因とはならない。
【００３５】
フロート４は、水系１０の水面１０ａに浮き、吊り具５で、循環ポンプ１を深さ調節可能に吊す。
【００３６】
紐材６は、一端がフロート４に留具４ａで固定され、他端は水系１０の岸などの固定物に固定され、フロート４を水系１０の水面１０ａにおいて水平方向の位置決めをする。図１では、紐材６は、フロート４の３ヶ所にそれぞれ留具４ａで固定され、フロート４の水平方向の位置決めをしている。
【００３７】
循環ポンプ１の吸水口１ａの位置は、底部のヘドロの堆積の有無などから、最適な水深に位置させたい。そのため、フィルター２の設置位置は、水平方向ではフロート４をつなぐ複数の紐材６の調節により、また上下方向ではフロート４から吊り下げた吊り具５で、必要な位置へ設定できるようにしている。
【実施例２】
【００３８】
図２に示すように、本発明である水質浄化装置１１は、地上設置型の循環ポンプ１２と、フィルター１３と、吸引ホースと、吐水ホースと、マイクロバブル生成器８と、フロート４と、吊り具５と、紐材６と、からなり、水中１０ｂの適切な位置でマイクロ・ナノバブルを発生させることができる。なお、以下、実施例１と同じ符号、名称の説明は実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００３９】
地上設置型の循環ポンプ１２は、陸上１４に設置された本体１２ａと、本体１２ａに水系１０の水の取り込む吸水口１２ｃ及び取り込んだ水系１０の水を送り出す吐水口１２ｆを備え、水系１０の岸に配置される。循環ポンプ１２の電源は、端部にプラグを備える循環ポンプ１２に接続したコード１２ｂを通じ供給される。循環ポンプ１２は、実施例同様、例えば、水系１０が、池・湖沼或いは河川、浄化槽、下水の場合には、揚程８ｍ以上、又は０．０８ＭＰａ以上の加圧能力を有するものが望ましい。
【００４０】
吸引ホース１２ｄは、一端が循環ポンプ１２の吸水口１２ｃに接続し、他端の吸水部１２ｅがフィルター１３内に位置する。
【００４１】
吐水ホース１２ｇは、一端が循環ポンプ１２の吐水口１２ｆに接続し、他端の吐水部１２ｈがフィルター１３内に位置する。フィルター１３につながる吸引ホース１２ｄと吐水ホース１２ｇの位置関係は特定する必要はない。
【００４２】
フィルター１３は、循環ポンプ１２への吸水部１２ｅを覆い、水中１０ｂの大きな浮遊物、ヘドロなどが循環ポンプ１２内へ吸い込まれないように濾過するものである。さらに、吐水部１２ｈも覆うとよい。
【００４３】
フィルター１３は容易にメンテナンスできる構造、着脱式などとしておくことが望ましい。吊り具５によって、水中１０ｂの最適位置に調節される。また、フロート４を介して、水面１０ａの水平方向について、紐材６によって位置決めされる。
【００４４】
フィルター１３は、マイクロバブルが高濃度で放出される吐水部１２ｈの周辺に位置し、吐水ホース１２ｇから放出されたマイクロバブル水は、フィルター１３内に充満しながら、フィルター１３内から外に吐出するため、フィルター１３は汚れが付着しづらく、目詰まりによる水系水の流入阻害や吸引トラブルを起こしづらい。フィルター１３を荒い目を外側にし、内部に向け、段階的に目開きを小さくした複数層のフィルターとするとなおよい。
【００４５】
マイクロバブル生成器８の構造は、実施例１と同じでよく、吐水ホース１２ｇ内或いは端部、又は吸引ホース１２ｄ内或いは端部の何れかに固定され、或いは前記吐水又は吸引ホース１２ｇ、１２ｄ中間部の何れかに接続され、水系１０の水を通過させることで溶存空気をキャビテーションでマイクロバブル化させる。マイクロバブル生成器８は、吐水ホース１２ｇに位置させる方が、水流が強く効率的にマイクロバブルを生成させることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１      循環ポンプ
１ａ    吸水口
１ｂ    吐水口
２      フィルター
３      バイパス
３ａ    吐水部
４      フロート
５      吊り具
６      紐材
７      コード
８      マイクロバブル生成器
９      水質浄化装置
１０    水系
１０ａ  水面
１０ｂ  水中
１１    水質浄化装置
１２    循環ポンプ
１２ａ  本体
１２ｂ  コード
１２ｃ  吸水口
１２ｄ  吸引ホース
１２ｅ  吸水部
１２ｆ  吐水口
１２ｇ  吐水ホース
１２ｈ  吐水部
１３    フィルター
１４    陸上
【図１】
2016043331.tif 000003
【図２】
2016043331.tif 000004