(57)【要約】【課題】効率よく微細気泡を発生させるとともに、幅広い能力に対応することができる微細気泡発生装置を提供する。【解決手段】気体と液体とを混合するポンプから送られてきた気液混合液を分配器で分配し、複数の旋回器から放出する微細気泡発生装置において、分配器は、その高さ寸法が左右寸法及び前後寸法に比べて小さい箱体と、箱体の上面の略中央に上面と直交する方向に設けられ、気液混合液が流入する箱体流入管と、箱体の側面に複数設けられ、気液混合液が流出する箱体流出管と、を備えるとともに、箱体の高さ方向の内寸が箱体流出管の内径の０．５〜２倍に、箱体の内面の横断面積が箱体流入管の内側断面積の１０〜５０倍に構成され、旋回器は、両端が端壁で閉じられ内面が円筒形の旋回部と、旋回部の周壁に接線方向から気液混合液が流入するよう設けられた旋回流入管と、旋回部の両端の端壁の略中央に設けられ気液混合液を放出する放出孔とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体と液体とを混合するポンプから送られてくる気液混合液を分配器で分配し、複数の旋回器から放出する微細気泡発生装置において、
前記分配器は、
その高さ寸法が左右寸法及び前後寸法に比べて小さい箱体と、
前記箱体の上面に前記上面と直交する方向に設けられ、前記気液混合液が流入する箱体流入管と、
前記箱体の側面に複数設けられ、前記気液混合液が流出する箱体流出管と、を備え、
前記旋回器は、
両端が端壁で閉じられ内面が円筒形の旋回部と、
前記旋回部の内周壁に接線方向から前記気液混合液が流入するよう設けられた旋回流入管と、
前記端壁の略中央に設けられ前記気液混合液を放出する放出孔と、を備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記箱体の高さ方向の内寸が前記箱体流出管の内径の０．５〜２倍に、
前記箱体の内面の横断面積が前記箱体流入管の内側断面積の１０〜５０倍に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
前記旋回流入管のうち前記旋回部側の端部に絞りが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
前記箱体がその高さ方向を軸とする多角柱状をなし、
前記箱体流出管が前記箱体のそれぞれの側面に１以上ずつ設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡のうち、特に、ウルトラファインバブルと呼ばれる微細気泡を発生させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大流量の気液混合液から微細気泡を発生させる際に、微細気泡の発生効率を向上させる目的で、特開２００５-１６９２６９号公報に、気体と液体とを混合するポンプから送られてきた気液混合液を、分配器（配管継手）によって十字形に４分配し、分配した気液混合液を複数の旋回器（器体）内で旋回させる気泡発生装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５-１６９２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている気泡発生装置では、気液混合液を分配するのに配管継手を使用しているため、当該配管継手部分は気液混合液の分配のみの機能しか有さず、分配器による気泡の発生効率を向上させることはできなかった。また、気泡発生装置の品種の拡充のため、気体と液体とを混合するポンプの大きさを変更する等して気泡発生装置の能力を増減させるとき、併せて旋回器の個数も増減させると考えられるが、その際、気液混合液の分配に配管継手を使用していると、旋回器の増減に伴い配管継手も変更する必要があり、部品の共通化を図ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、気体と液体とを混合するポンプから送られてきた気液混合液を分配器の内面に衝突させ撹拌させることで気泡を細分化し、さらに旋回器内で気液混合液を旋回させ気泡を剪断するという２段階で気泡を微細化することで、効率よく微細気泡を発生させるとともに、分配器が旋回器の個数の増減に対応できることで、幅広い能力に対応することができる微細気泡発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の微細気泡発生装置は、
気体と液体とを混合するポンプから送られてくる気液混合液を分配器で分配し、複数の旋回器から放出する微細気泡発生装置において、
前記分配器は、
その高さ寸法が左右寸法及び前後寸法に比べて小さい箱体と、
前記箱体の上面に前記上面と直交する方向に設けられ、前記気液混合液が流入する箱体流入管と、
前記箱体の側面に複数設けられ、前記気液混合液が流出する箱体流出管と、を備え、
前記旋回器は、
両端が端壁で閉じられ内面が円筒形の旋回部と、
前記旋回部の内周壁に接線方向から前記気液混合液が流入するよう設けられた旋回流入管と、
前記端壁の略中央に設けられ前記気液混合液を放出する放出孔と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の微細気泡発生装置によれば、分配器を構成する箱体の高さ寸法が、左右寸法及び前後寸法に比べて小さく、箱体流入管から流入した気液混合液が箱体の底面に衝突し撹拌される。この衝突の衝撃とその後の撹拌により、気液混合液に含まれる気泡が、後段の旋回器に入る前に細分化され、効率よく微細気泡を発生させることができる。
【０００８】
また、箱体流出管は、複数設けられるため、旋回器を箱体流出管の数の範囲内で任意に増減できる。このため、気体と液体とを混合するポンプの容量が変わっても、旋回器の数を変更するのみで、同じ分配器で対応させることができる。また、気液混合液を配管継手で複数の旋回器に分配する装置では、それぞれの旋回器に気液混合液が均等に分配されるようにするには、配管継手の形状を気液混合液が供給される配管に対して対称とする必要がある。一方、本発明の分配器では、気液混合液が一旦箱体に入るため、複数の旋回器が一方向のみに偏って配置されても問題なく、旋回器の配置の自由度が増す。
【０００９】
本発明の微細気泡発生装置の好ましい例は、
前記箱体の高さ方向の内寸が前記箱体流出管の内径の０．５〜２倍に、
前記箱体の内面の横断面積が前記箱体流入管の内側断面積の１０〜５０倍に構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の微細気泡発生装置の好ましい例によれば、箱体の高さ方向の内寸が箱体流出管の内径の０．５〜２倍に構成されているため、箱体流入管から流入した気液混合液を勢いよく箱体の底面に衝突させることができる。また、箱体の内面の横断面積が箱体流入管の内側断面積の１０〜５０倍に構成されているため、箱体の底面に衝突した後の気液混合液の撹拌を十分に行なうことができるとともに、箱体に気液混合液が停滞することがない。
【００１１】
本発明の微細気泡発生装置の好ましい例は、
前記旋回流入管のうち前記旋回部側の端部に絞りが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の微細気泡発生装置の好ましい例によれば、旋回流入管のうち旋回部側の端部に絞りが設けられているため、旋回器に流入する気液混合液の流速が高まり、旋回器内でより高速に旋回させることができ、気泡がより剪断されやすくなり、効率よく微細気泡を発生させることができる。
【００１３】
本発明の微細気泡発生装置の好ましい例は、
前記箱体がその高さ方向を軸とする多角柱状をなし、
前記箱体流出管が前記箱体のそれぞれの側面に１以上ずつ設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の微細気泡発生装置の好ましい例によれば、箱体がその高さ方向を軸とする多角柱状をなしているため、箱体流出管の配置及び取り付けが容易となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の微細気泡発生装置によれば、気体と液体とを混合するポンプから送られてきた気液混合液を分配器の底面に衝突させることで気泡を細分化し、さらに旋回器内で気液混合液を旋回させ気泡を剪断するという２段階で気泡を微細化することで、効率よく微細気泡を発生させるとともに、旋回器の個数の増減に対応できる分配器を備え、幅広い能力に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る微細気泡発生装置を説明する図である。
【図２】分配器と旋回器とを説明する図である。
【図３】分配器の縦断面図である。
【図４】旋回器を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の微細気泡発生装置の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る微細気泡発生装置１を説明する図、図２は分配器２０と旋回器３０とを説明する図、図３は分配器２０の縦断面図である。また、図４（Ａ）は旋回器３０の正面図、図４（Ｂ）は旋回器３０の側面図、図４（Ｃ）は旋回器３０の平面図、図４（Ｄ）は図４（Ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の微細気泡発生装置１は、ポンプ１０と、分配器２０と、旋回器３０と、吸引配管４０と、空気吸込口４１と、吐出配管４２と、水槽４３とを備える。
【００２０】
ポンプ１０は、気体と液体とを混合するもので、本実施形態では渦流ポンプ１０が採用されている。渦流ポンプ１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１の上部に設けられた吸引口１２及び吐出口１３と、インペラー１４とを備える。そして、インペラー１４がハウジング１１内で高速回転することで内部に渦流を発生させ、吸引口１２から気体と液体とを吸引し、さらにハウジング１１内で混合し、気液混合液として吐出口１３より吐出する。なお、本実施形態の微細気泡発生装置１では、気体として空気を、液体として水ｗａを採用している。
【００２１】
分配器２０は、図２、図３に示すように、箱体２１と、箱体２１の上面の略中央に前記上面と直交する方向に設けられた箱体流入管２２と、箱体２１の側面に複数設けられた箱体流出管２３とを備える。箱体２１は、その高さ寸法Ｈが左右寸法Ｗ及び前後寸法Ｄに比べて小さく構成され、その高さ方向を軸とする四角柱状をなしている。また、箱体２１は硬性に優れた材質が好ましい。これは、気液混合液は、比重の異なる気体と液体とが混ざり合った状態で流通するため、流通の際に振動が発生していると考えられる。このため、箱体２１の硬性が低いと、箱体２１の内面に気液混合液が衝突し撹拌されるときに、気液混合液の振動が箱体２１を伝わって外部に逃げてしまい、隣接する気泡同士が結合し易くなり、微細な気泡が発生し辛くなるのである。
【００２２】
一方、箱体２１の硬性が高いと、箱体２１の内面に気液混合液が衝突し撹拌されるときに、振動を閉じ込めておくことができ、この振動に衝突及び撹拌による衝撃が加わることによって気泡がさらに細分化され、微細気泡の発生効率を高めることができると考えられる。この硬性に優れた材質として例えば、鉄、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属が採用できる。また、硬性を高めるため、箱体２１にはこれらの金属を使用した板厚ｔが３〜１０ｍｍの金属板を採用することが好ましい。本実施形態では、板厚ｔが５ｍｍのステンレス板を採用している。なお、板厚ｔは厚ければ厚いほど気液混合液の振動を閉じ込めておくことができると考えられるが、板厚ｔが１０ｍｍを超えると、加工性や製造コストにおいて不利となってしまい好ましくない。また、箱体は、本実施形態の四角柱状に限られず、三角柱状、六角柱状、八角柱状、円柱状等の様々な形状を採用できる。
【００２３】
箱体流入管２２は、箱体２１の上面の略中央に上面と直交する方向に設けられ、渦流ポンプ１０から吐出された気液混合液が流入される。なお、上記の箱体２１の内面の横断面積は、箱体流入管２２の内側断面積の１０〜５０倍に構成されている。これは、箱体２１の内面の横断面積が、箱体流入管２２の内側断面積の１０倍より小さいと、箱体２１の底面に気液混合液が衝突した後すぐに箱体２１から流出し、気液混合液が撹拌され難くなるからである。一方、箱体２１の内面の横断面積が、箱体流入管２２の内側断面積の５０倍より大きいと、箱体２１の底面に気液混合液が衝突した後、気液混合液が箱体２１の内部で停滞し易くなり、気液混合液の撹拌が十分になされないとともに、隣接する気泡同士が結合してしまう恐れがあるからである。本実施形態では、箱体２１の内面の左右方向寸法ｗと前後方向の寸法ｄをそれぞれ１０ｃｍとしており、箱体２１の内面の横断面積は１００ｃｍ２である。また、箱体流入管２２は、その内径ｄ１が２６ｍｍ程度の配管を採用しており、その内側断面積は約５．３ｃｍ２である。
【００２４】
箱体流出管２３は、箱体２１の側面に複数設けられ、箱体流入管２２から流入した気液混合液が流出する。本実施形態では、箱体２１の４つの側面にそれぞれ３本ずつ、計１２本の箱体流出管２３が設けられている。なお、上記の箱体２１の高さ方向の内寸ｈは、箱体流出管２３の内径ｄ２の０．５〜２倍にすることが好ましい。これは、箱体流入管２２から流入した気液混合液は、箱体２１の底面に衝突し撹拌されるが、箱体２１の高さ方向の内寸ｈが箱体流出管２３の内径ｄ２の０．５倍より小さいと、気液混合液が箱体２１の底面に衝突した後の撹拌が十分になされないためである。一方、箱体２１の高さ方向の内寸ｈが箱体流出管２３の内径ｄ２の２倍より大きいと、箱体流入管２２から流入した気液混合液の流速が箱体２１内部の気液混合液で弱められ、底面に勢いよく衝突しなくなるとともに、箱体２１の内容積が増加し、箱体２１の内部で気液混合液が停滞してしまうからである。本実施形態では、箱体２１の高さ方向の内寸ｈを１０ｍｍ、箱体流出管２３の内径ｄ２を１１ｍｍとしている。
【００２５】
なお、従来の装置に見られる、配管継手によって複数の旋回器に気液混合液を分配する方式では、それぞれの旋回器３０に気液混合液を均等に分配するには、配管継手の形状を気液混合液が供給される配管に対して対称とし、旋回器も対称に配置する必要があるが、本実施形態の気泡発生装置では気液混合液が一旦箱体２１に流入するため、複数の旋回器３０を例えば箱体２１の１つの面にまとめて取り付けても、それぞれの旋回器３０に気液混合液が均等に分配される。また、箱体流出管２３のうち、旋回器３０が接続されないものは、図示しない栓が設けられ閉じられる。
【００２６】
旋回器３０は、図２、図４に示すように、箱体流出管２３と公知の配管継手、配管、又は溶接等の方法で接続されるもので、旋回部３１と、旋回流入管３３と、放出孔３５とを備える。旋回部３１は、その両端が端壁３２で閉じられ内面が円筒形をなしている。
【００２７】
旋回流入管３３は、旋回部３１の内周壁に接線方向から気液混合液が流入するよう設けられており、その旋回部３１側の端部に径を縮小した絞り３４が設けられている。この絞り３４によって、旋回流入管３３に流入した気液混合液は、その流速を高められ旋回部３１に勢いよく流入する。これにより、旋回部３１の内部で気液混合液が旋回し、その遠心力と比重の差によって最外周に液体層が生成されるとともに、液体層の内周に気液混合層が生成され複数層に分かれる。そして、液体層は旋回部３１の内周壁に接触しているため、摩擦によって旋回の速度が弱められ、気液混合層と旋回の速度差が生じる。この速度差によって液体層と気液混合層との境界において気泡が剪断され、微細気泡が発生するのである。
【００２８】
放出孔３５は、旋回部３１の両端の端壁３２の略中央に設けられ、旋回部３１内で発生された微細気泡を含む気液混合液を水槽４３に溜められた水ｗａに放出する。なお、旋回器３０は、大きなものを１つ設けるより、小さなものを複数設ける方が、旋回器３０内の体積に比べて旋回器３０の内周壁の面積、すなわち気泡を剪断させる面積を増加させることができ、微細気泡の発生効率は向上すると考えられる。
【００２９】
図１に戻り、吸引配管４０は、水槽４３と渦流ポンプ１０の吸引口１２とを接続する配管で、水槽４３の水ｗａを渦流ポンプ１０に供給する。また、吸引配管４０の途中には、空気を吸引配管４０の負圧により取り込む空気吸込口４１が設けられる。吐出配管４２は、渦流ポンプ１０の吐出口１３と分配器２０とを接続するもので、渦流ポンプ１０で発生された気液混合液を分配器２０に供給する。水槽４３は、その内部に液体としての水ｗａを溜めるとともに、水中に上記の分配器２０と旋回器３０が設けられる。
【００３０】
次に、以上説明した各構成要素の態様と機能を踏まえて、本実施形態の微細気泡発生装置１の動作について説明する。
【００３１】
先ず、図１に示すように、渦流ポンプ１０によって水槽４３の水ｗａを吸引配管４０を通じて吸引し（図中矢印ａ１）、空気吸込口４１から空気も同時に吸引する。次に、渦流ポンプ１０の吸引口１２より吸引された水ｗａと空気は、ハウジング１１内で混合され気液混合液となる。そして、気液混合液は吐出口１３より吐出され、吐出配管４２を通じて分配器２０に供給される（図中矢印ａ２）。
【００３２】
次に、図３に示すように、吐出配管４２を通じて供給される気液混合液は、箱体流入管２２から流入する。このとき、箱体２１の高さ方向の内寸ｈが、内面の左右方向寸法ｗ及び前後方向の寸法ｄに比べて小さく構成されているため、箱体流入管２２から流入した気液混合液は、箱体２１の底面に激しく衝突し撹拌される（図中矢印ａ３）。この衝突と撹拌によって、気液混合液に含まれる気泡が細分化される。次に、気泡が細分化された気液混合液は、旋回器３０が接続された箱体流出管２３から流出し、旋回器３０に供給される。
【００３３】
次に、図４（Ｄ）に示すように、旋回器３０に供給された気液混合液は、旋回流入管３３を通り、絞り３４を通過することでその流速が高められ、旋回部３１に流入し、旋回部３１の内部で旋回される（図中矢印ａ４）。そして、気液混合液に含まれる細分化された気泡がさらに剪断されることで微細化され、その微細化された気泡が含まれる気液混合液が放出孔３５から放出される（図１矢印ａ５）。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の微細気泡発生装置によれば、渦流ポンプから送られてきた気液混合液を、分配器の箱体の底面に衝突し撹拌させるため、旋回器に気液混合液が入る前に気泡が細分化される。さらに、その後に旋回器内で気液混合液を旋回させ気泡を剪断するという２段階で気泡を微細化するため、効率よく微細気泡を発生させることができる。また、気液混合液が一旦箱体に入るため、気液混合液の分配において、複数の旋回器を分配器の箱体流入管の軸に対して偏った状態で取り付けても、気液混合液が均等に分配され、旋回器の設置の自由度を増すことができる。また、分配器には１２本の箱体流出管が設けられているため、最大で１２個の旋回器が取り付け可能であり、旋回器の数を増減させることで、様々な大きさの渦流ポンプに対応させることができる。また、箱体が硬性に優れたステンレス製であるため、気液混合液の振動が外部に逃げず、効率よく気泡を細分化させることができる。
【００３５】
また、旋回器の旋回流入管の端部に絞りが設けられているため、気液混合液の流速が向上し、旋回器内部で高速に気液混合液を旋回させることができ、微細気泡の発生効率を高めることができる。また、旋回部の内径が比較的小さく構成されているため、旋回部の体積に比べ、気泡を剪断する面積を増加させることができ、微細気泡の発生効率をさらに高めることができる。また、箱体同様に、旋回部も硬性に優れたステンレス製であるため、気泡を剪断するときに発生すると考えられる振動が外部に逃げず、効率よく気泡を微細化させることができる。
【００３６】
なお、上述した微細気泡発生装置は本発明の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、その構成を適宜変更できる。
【符号の説明】
【００３７】
１・・微細気泡発生装置、
１０・・ポンプ（渦流ポンプ）、１１・・ハウジング、１２・・吸引口、１３・・吐出口、１４・・インペラー、
２０・・分配器、２１・・箱体、２２・・箱体流入管、２３・・箱体流出管、
３０・・旋回器、３１・・旋回部、３２・・端壁、３３・・旋回流入管、３４・・絞り、３５・・放出孔、
４０・・吸引配管、４１・・空気吸込口、４２・・吐出配管、４３・・水槽、
Ｈ・・高さ寸法、Ｗ・・左右寸法、Ｄ・・前後寸法、ｄ１，ｄ２・・内径、ｔ・・板厚、
ｗａ・・水、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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