(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に気液旋回可能な柱状空間を有する周壁部と、周壁部の両端において内部を閉鎖するように固定された蓋部と、を有し微細気泡が供給される対象液体中に配置される旋回容器を備え、
周壁部には気液旋回円周の接線方向に吹き出すように前記柱状空間に連通し空気を混合させた液体を柱状空間内に導入させる導入口を有するとともに、両方の蓋部には前記柱状空間の軸方向線上となる位置に気液導出口がそれぞれ設けられ、
前記周壁部内には、中心部に連通開口を有するドーナツ板状の整流板が当該周壁部内の柱状空間の軸方向と交差するように固定され、
導入口に接続されて前記柱状空間内に空気を混合させた液体を加圧導入させる流体供給装置を備え、流体供給装置により柱状空間内に空気を混合させた液体を接線方向に加圧導入しつつ旋回流を生じさせて微細気泡を発生させ気液導出口から同時に液体とともに微細気泡を対象液体中に導出してなる微細気泡供給装置。
【請求項２】
内部に気液旋回可能な柱状空間を有する周壁部と、周壁部の両端において内部を閉鎖するように固定された蓋部と、を有し微細気泡が供給される対象液体中に配置される旋回容器を備え、
周壁部には気液旋回円周の接線方向に吹き出すように前記柱状空間に連通し液体を柱状空間内に導入させる導入口を有するとともに、両方の蓋部には前記柱状空間の軸方向線上となる位置に気液導出口がそれぞれ設けられ、
前記周壁部内には、中心部に連通開口を有するドーナツ板状の整流板が当該周壁部内の柱状空間の軸方向と交差するように固定され、
前記旋回容器には気体の吸込口が設けられ、この吸込口に気体取り込み開口を地上側に配置させた気体供給チューブが接続され、
導入口に接続されて前記柱状空間内に液体を加圧導入させる流体供給装置を備え、流体供給装置により柱状空間内に液体を接線方向に加圧導入しつつ旋回流を生じさせて微細気泡を発生させ気液導出口から同時に液体とともに微細気泡を対象液体中に導出してなる微細気泡供給装置。
【請求項３】
柱状空間の形状が円柱形である請求項１または２記載の微細気泡供給装置。
【請求項４】
気液導出口の総面積が導入口の総面積よりも大きく設定されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の微細気泡供給装置。
【請求項５】
整流板内を貫通する通路を設け、同通路の一端外部側を気体供給チューブに接続させ、通路の他端側を連通開口に開口させた吸込口としてなる請求項２記載の微細気泡供給装置。
【請求項６】
流体供給装置は対象液体を引き込む引き込み管と、引き込まれた対象液体を圧送する圧送装置と、引き込まれた対象液体に気体を混合させる混合部と、を備え、気体を混合させた対象液体を導入口から加圧導入させてなる請求項１，３，４のいずれかに記載の微細気泡供給装置。
【請求項７】
気体供給チューブの一端開口は気液導出口近縁に配置されてなる請求項２記載の微細気泡供給装置。
【請求項８】
柱状空間を円柱形状でその場合の直径と高さを一定とした場合、導入口と気液導出口は直径比で１．５〜２．０（但し、導入口の直径＜柱状空間の直径の３分の１）である請求項１〜７のいずれかに記載の微細気泡供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水質浄水、活性化その他の目的で容存酸素量を増大させるべく液中に微細な気泡を供給する微細気泡供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水耕栽培における肥培液や、魚介類養殖のための淡水や海水中に空気を供給してこれらの液体中の容存酸素濃度を増大させ、動植物の育成を促進させるばかりでなく、下水道処理水中等にエアレーションを行なって水中に酸素を供給し、生物酸化を促進させて水質を浄化させる方法が公知である。さらに、水質処理液中に空気を吹き込むことにより固形分を分離除去させ、また、ダムの底層水部分にこれを供給することによりその水質向上に対しても有効であることが知られている。一般に、水中に気泡化した空気を溶解させるためには気泡径がより微細であるほど気泡全体の表面積が大きくなり、そのぶん気液接触面積が増して水中での溶解効率を向上させる。
【０００３】
水中でのエアレーションを行なう方法として、従来、散気管による方法、エジェクタにより水中に空気を噴射させる方法、羽根付き回転体を回転させて水中を攪拌させることにより気泡を発生させる攪拌混合方法、空気溶解加圧水を減圧して気泡を生じさせる方法、超音波による方法等がある。散気方式では微細な細孔からコンプレッサ等により加圧空気を圧送させるが加圧状態からの空気放出の際に体積膨張を生じるため数十ミクロン単位の微細な気泡を発生させることは困難であり、また、早期に細孔の目づまりを生じさせてメンテナンス作業やコストが高いものとなる。また、攪拌混合方法では微細気泡を効果的に生じさせるものではなく、また、回転羽根の動力費がかかる。また、空気溶解加圧方式の減圧方式やエジェクタ方式や超音波方式については装置設備が大掛かりとなりまた高価であって簡易に導入することが困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、特開２０００−４４７号において、図１３に示すように、円筒管の接線方向から水液を導入し、円筒管の一端側となる上端の気体自吸管から空気を負圧自吸させるとともに連通口を介して円筒管の他端側に円筒管の軸方向と直交する方向に導出口を設け、微細気泡を発生させる装置が提案されている。しかしながら、この装置では、接線方向から液体を注入させ渦流、あるいは回転流を生じさせて筒の中心部分を負圧とし、気体自吸管としてのパイプにビニールチューブ等を長く延長させて端部を大気側に配置させ、これを介して気体自吸管から外気を細い柱状として導入させながら、取り込まれる外気を捩じ切るように小さくカット（剪断）しつつ微細気泡を発生させるものであるからこの空気の導入口部分の口径をできるだけ小さく構成することにより微細気泡を発生させる。すなわち、例えばこの気体自吸管部分の直径を１ミリメートル程度で形成させる必要があり、このため、外部に配置したパイプの外気取り込み側に塵埃が詰まったり、海辺に近い場所では塩分が固着して長いビニールチューブ管内が早期に目詰まりして実用性に欠けるという問題があった。また、回転流により生じる円筒体の中心部分の空気の空洞の柱の両端が円筒体の両端側すなわち、気体自吸管の取り付け用壁に到達してそのキャビテーションにより、小径の気体自吸管の周囲を摩損させついには破損から破壊させるに至る点問題であった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、極めて簡単な構造で、製造コスト及び運転稼働コスト、メンテナンスコストが安価であり、故障しにくく耐久性に優れ、さらに、微細気泡を確実に発生させ、しかも大きな吐出量を得て装置が配置される対象液体中に微細気泡を供給し容存酸素量を増大させ、しかも水流を生起させて効果的に水質浄化等を実現させることのできる微細気泡供給装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、内部に気液旋回可能な柱状空間Ｓを有する周壁部１４と、周壁部の両端において内部を閉鎖するように固定された蓋部１６と、を有し微細気泡が供給される対象液体Ｌ中に配置される旋回容器１２を備え、周壁部１４には気液旋回円周１００の接線方向に吹き出すように前記柱状空間Ｓに連通し少なくとも液体を柱状空間内に導入させる導入口１８を有するとともに、両方の蓋部１６には前記柱状空間の軸方向線上となる位置に気液導出口２２がそれぞれ設けられ、導入口１８に接続されて前記柱状空間内に少なくとも液体を加圧導入させる流体供給装置２４を備え、流体供給装置により柱状空間内に少なくとも液体を接線方向に加圧導入しつつ旋回流を生じさせて微細気泡を発生させ気液導出口２２から同時に液体とともに微細気泡２１０を対象液体Ｌ中に導出してなる微細気泡供給装置１０から構成される。
【０００７】
柱状空間Ｓの形状は円柱形であるようにしてもよい。
【０００８】
また、気液導出口２２の総面積が導入口の総面積よりも大きく設定される。
【０００９】
また、周壁部１４内にはその柱状空間Ｓの軸方向と交差するように連通開口５０を有する整流板５２が固定されてなることとしてもよい。
【００１０】
また、旋回容器１２には気体の吸込口（５４）が設けられ、この吸込口に気体取り込み開口を地上側に配置させた気体供給チューブ５６が接続され、前記導入口１８からは対象液体Ｌが柱状空間Ｓ内に供給されてなることとしてもよい。
【００１１】
また、整流板５２内を貫通する通路５８を設け、同通路の一端外部側を気体供給チューブ５６に接続させ、通路の他端側を連通開口５０に開口させた吸込口としてなるようにしてもよい。
【００１２】
また、流体供給装置２４は対象液体Ｌを引き込む引き込み管２６と、引き込まれた対象液体を圧送する圧送装置３０と、気体を引き込まれた対象液体に混合させる混合部（３４）と、を備え、気体を混合させた対象液体を導入口１８から加圧導入させてなることとしてもよい。
【００１３】
また、気体供給チューブ５６の一端開口５６ａは気液導出口２２近縁に固定的に配置されてなることとしてもよい。
【００１４】
また、柱状空間を円柱形状でその場合の直径と高さを一定とした場合、導入口と気液導出口は、直径比で１．５〜２．０（但し、導入口の直径＜柱状空間の直径の３分の１）であることとしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施の形態について説明する。微細気泡供給装置は例えば動植物育成用液、水質浄化用処理水、ダム湖水等の対象液体中に旋回容器を配置させ、いわゆるマイクロバブルと称される微細気泡を発生させ、かつ該対象液体中に直接微細気泡を充填供給して容存酸素量を大きくし、動植物育成、生物酸化等を促進させるばかりでなく、処理水の浄化、ダム湖水の活性化を促す微細気泡供給手段である。
【００１６】
図１ないし図３は、本発明に係る微細気泡供給装置の一構成要素である旋回容器１２を示している。図において、旋回容器１２は、合成樹脂製等からなる直方体状の容器体からなり、内部に気体と液体をともに旋回させ得る形状である円柱状の空間Ｓを有してある程度の厚みを有する周壁部１４と、周壁部１４の両端において内部を閉鎖するように一体的に設けられた２個の蓋部１６と、を備えている。旋回容器の内部空間は気液旋回が可能な形状の空間であれば良く、四角形、五角形、六角形、その他の多角形柱体形状でも良い。好ましくは実施形態のように円柱形であるほうが良い。また、容器体の形状は直方体でなくとも円筒形、多角筒形状その他の任意の形状でもよい。材質は耐水性の金属、合金、セラミック、その他の材質としてもよいが製造容易性及び製造コストの点から合成樹脂成型体の一体ものあるいは加工したものを用いるほうが好ましい。
【００１７】
図１、２、３において、周壁部１４には空間Ｓの内部において気体とともに旋回する液体の旋回円周１００の接線方向に吹き出すように柱状空間Ｓに連通して少なくとも液体を柱状空間内に導入させる２個の導入口１８が設けられている。実施形態において、導入口１８は容器体の周壁部１４である一つの周壁平面から外方に突設した中空筒体２０を接合させて設けられており、その中空部が円柱体状の空間Ｓ内に円柱の周面の接線方向となるように連通されている。導入口１８は、柱状空間Ｓの軸方向長さの中心を含む縦断面を基準に対称な離隔位置に設定されている。導入口１８は必ずしも２個でなくとも良く、１個、３個あるいはそれ以上の複数個設けてもよい。
【００１８】
また、旋回容器１２の両方の四角形の蓋部１６の中心部、すなわち、内部の柱上空間Ｓの軸方向線上の延長線上には気液導出口２２がそれぞれ設けられている。すなわち、これらの気液導出口２２は、円柱状空間Ｓの中央縦断面に対して対称な位置に設けられ、かつ、略同じ大きさの円形の開口面積で形成されている。気液導出口２２は、旋回容器の内部で生成された微細気泡とともに同旋回容器内部に導入され旋回回転する液体を外部、すなわち対象液体中に導出し放出させる。蓋部１６はそれぞれ単に板体であってその中心部に気液導出口２２が内外を連通する孔として形成されているだけであり、旋回容器から導出口２２を介して出た流体はすぐに容器１２の外部に接するようになっている。
【００１９】
本発明の微細気泡供給装置の旋回容器は、柱状空間の接線側から液体及び気体ないしは気液混合流体を圧送し、内部で高速旋回させることにより微細気泡を発生させるものであるから導入口１８は生成させたい微細気泡の径に一致、あるいは対応させて小さなものに設定する必要はなく、例えば１センチメートル程度の大きさに設定してもよい。発生させる微細気泡の大きさは気液として導入口１８から圧送させる場合には、注入あるいは吸入させる空気量により、よって、これを調整して連続可変あるいは選択的に変化させ得る手段を設けるほうが好ましい。この実施形態においては導入口１８からは後述するように液体中に空気を混合させて気液として旋回容器内に圧送するようにしている。
【００２０】
この実施形態において、２個の蓋部１６に設けられた２個の気液導出口２２の総面積は接線方向から気液を導入させる導入口１８の総面積よりも大きく設定されている。気液導出口２２側の総面積が導入口１８側の総面積よりも小さい場合には旋回容器の中空筒体の形状、体積条件を同じと考えると気液内の流体が高速回転せず、よって旋回空洞部分２０８も十分に発達しない細長い形状で小さな直径の空洞しか発生しない。したがって、外部から導入される気液により負圧自体が発生しにくく、その結果、微細気泡を安定的に発生させることができなくなる。導出口２２を大きく設定することにより導入口１８からスムーズに流体が導入され、旋回容器内で高速回転を行ない、大径の空気の柱、すなわち旋回空洞部分が生じ、負圧部分を大きく確保して確実にかつ多量に微細気泡を発生させることとなる。
【００２１】
実験によれば、柱状空間Ｓを円柱形状とし、その場合の直径Ｐと高さＱを一定とした場合、導入口１８の直径Ｒと気液導出口２２の直径Ｔは直径比で１．５〜２．０（但し、導入口の直径＜柱状空間の直径の３分の１）であるあるときに、多くのかつ大きさが微細な気泡を発生させることが確認されている。例えば、図３のように２個の導入口１８を有する旋回容器の場合、上述の比率により定まる導入口と導出口の面積比を構成し得るような各１個の導入口直径Ｒと、気液導出口直径Ｔを定めればよい。すなわち、導入口１８は１個あるいは２個以上の複数個設けた場合でもその比率により定まる導入口と導出口の面積比で構成することにより確実に微細気泡を発生させる。また、その際、容器内部での流体の高速旋回運動を確保するために導入口の直径Ｒは柱状空間の直径Ｐの３分の１以下であることが必要である。
【００２２】
図４に示すように、微細気泡供給装置１０は、さらに、旋回容器１２の導入口１８に接続される流体供給装置２４を備えている。流体供給装置２４は対象液体Ｌを引き込む引き込み管２６と、引き込まれた対象液体を圧送管２８を介して再び対象液体Ｌ中に圧送するポンプ等の圧送装置３０と、大気空気等の気体を引き込まれた対象液体に混合させる混合部としての気体混合装置３２と、を備えている。この実施形態において、流体供給装置２４は、負圧圧送装置としてのポンプにより引き込み管２６を介して対象液体Ｌを地上側に引き込み、気体混合装置３２により空気を混合させて再び対象液体中の旋回容器１２に送給する気液循環供給手段を形成している。引き込み管２６の一端には対象液体中に配置される例えばストレーナ等の吸込部３３が設けられている。また、気体混合装置３２は、コンプレッサ３４、空気圧調整弁３６及び圧力計３８を送気管４０で連通して圧送管に接続させた構成であり、送気管４０の一端を圧送管２８の中間位置に接続させて圧縮空気を圧送される液体中に混合し、気液混合流体を対象液体中に浸漬された旋回容器１２内部に接線方向から加圧導入させるようになっている。送気管４０は圧送管２８に対して任意の位置に接続させてもよい。このように予め地上側で気液混合状態で対象液体中の旋回容器内に圧送するようにしているので圧送用のチューブ内が目詰まりすることが防止される。なお、実施形態では気液混合流体を導入口１８から導入させるようにしているが、液体と気体を別々にそれぞれ旋回容器内に導入させるようにしてもよい。液体は旋回容器内に接線方向に導入させるが気体は任意の接続態様で任意の方向から旋回容器内に導入させるようにしてもよい。
【００２３】
空気圧調整弁３６は、コンプレッサ３４の圧縮空気の供給量を調整する空気圧調整手段であり、旋回容器１２内で生成させる微細気泡のサイズ調整手段として機能する。
【００２４】
次に、図５ないし図９に基づいて実施形態に係る微細気泡供給装置１０の旋回容器内の流体の作用について説明する。図５において、導入口１８より、旋回容器１２内部へ導入された気液は、両端の蓋部１６の気液導出口２２の中心どうしを結ぶ線Ｘ−Ｘの線上またはその近縁を旋回中心軸とし、高速旋回する気液の旋回流を形成する。図５において、導入口から圧送された気液の旋回流は、両端の気液導出口２２の中間部側に向けて旋回しながら移動する中間側旋回流２００と、容器の両端側に向けて旋回しながら移動する端側旋回流２０２に分流される。２個の導入口１８から導入される中間側旋回流２００はそれぞれ容器の中央部分に向けて旋回しながら移動し、それらがぶつかる容器の中央部分２０４位置で移動方向を反転し、旋回流中心軸線Ｘ−Ｘ付近を容器の気液導出口２２方向に向けて移動する。中間側旋回流２００と端側旋回流２０２は、両端側の気液導出口２２の直前付近で合流し、旋回流２０６となり気液導出口２２から吐出される。
【００２５】
より詳細には、図６、７において、導入口１８から柱状空間Ｓの接線方向から旋回容器内に導入された高速旋回する中間側旋回流２００及び端側旋回流２０２を含む気液は液体の粘性力に勝る遠心力により旋回流中心軸Ｘ−Ｘより柱状空間を形成する容器の内壁寄り側に圧縮され、旋回流中心軸付近には遠心力により負圧となった柱状空間の軸方向に沿うように長く旋回空洞部分２０８が生じる。さらに、旋回流２００、２０２の旋回流中心軸付近には遠心力と吸引力が同時に働き、引張力が生じて減圧状態となる。そして、減圧状態となった旋回空洞部分２０８には、減圧沸騰、すなわち、減圧による容存気体のガス化現象により、旋回流２００、２０２中に溶解している容存気体が微細気泡２１０となり発生する。微細気泡２１０は、旋回流２００、２０２の流れに随伴しながら最終的には吐出旋回流２０６に伴って両側の気液導出口２２から吐出される。
【００２６】
旋回容器内の柱状空間Ｓから気液導出口２２を通過して外部へ導出されるときには流体は複雑な作用を生じさせる。柱状空間Ｓ側すなわち内面側の導出口２２近縁には吐出旋回流２０６と旋回空洞部分２０８との相互作用により内部減圧部分２１２を形成させるとともに、導出口２２の外部直近縁にも外部減圧部分２１３を生じさせ、これらの部分からも減圧沸騰作用により微細気泡を発生させる。
【００２７】
図８において、旋回容器１２内の旋回流中の気液には気液の比重の違いにより気体には向心力が働き、液体には遠心力が働き、液体は旋回流の外周側へ移動するとともに気体は旋回流の中心側へ移動する。さらに気体は旋回流旋回軸中心付近の旋回空洞部分２０８に集積され、高速で旋回しながら気液導出口２２へ向かう周囲の液体に随伴して旋回空洞部分の柱状空間の先端側２２０に向かう。旋回空洞部分の先端側２２０では、旋回容器１２内より吐出されようとする旋回流の旋回空洞部分と境界を同じくする旋回空洞部分周囲の液体の液面２２２と、旋回空洞部分の負圧によって旋回空洞内に引き込まれようとする旋回容器外部液体の先端部分の円周側液面２２４とが水の粘性力と旋回空洞部分の負圧による吸引力の作用により旋回空洞部分に栓をする形で密着している。気体はこの密着する部分を通過する際に両液面２２２、２２４の圧縮力２２６により押しつぶされる。また、旋回流の旋回速度は旋回容器１２内壁より半径の小さい気液導出口２２で速くなり、旋回容器１２と気液導出口境界付近では旋回速度差による専断力が発生する。このとき気体は前記両液体の圧縮力と専断力により、小さく分断された気泡２１０ａとなる。したがって、導入口１８の気液の気体混入量を高めてやれば旋回空洞部分の負圧は弱まり、両液面２２２、２２４の密着力は減少し気体に作用する圧縮力も小さくなり気泡径は大きくなる。逆に気体混入量を減じてやれば気泡径は小となる。これによって、加圧された気液の気体混入量を増減調整することにより、所望のサイズの気泡を発生させることが可能となる。具体的には前述した空気圧調整手段としての空気圧調整弁３６を調整して圧送管２８に供給する圧縮空気量を内圧が正圧とならない範囲で調整することにより気泡サイズの微調整操作を行なうこととなる。
【００２８】
これにより、対象液体中に微細気泡を連続的に安定して供給し、容存酸素量を増大させて水質浄化、養殖動植物の育成促進、閉鎖水域の水の活性化等を実現させるとともに、気液導出口から多量の流体を対象液中に供給して循環流等も同時に生起させることができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る微細気泡供給装置について図９、図１０に基づいて説明するが、第１実施形態と同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。この実施形態では、周壁部１４内にはその柱状空間Ｓの軸方向と交差するように連通開口５０を有する整流板５２が固定されている。整流板５２は、接線方向から導入された液体は旋回容器内で乱流とならずに確実に高速旋回流を生じさせる旋回整流手段である。これによって、微細気泡発生を確実に生じさせる。
【００３０】
この実施形態において柱状空間Ｓの軸方向の中央部において空間Ｓを軸方向と直交するように２分割して、中心部に連通開口５０を有するドーナツ板状の整流板５０を旋回容器１２の内壁に固定させている。整流板５０の両側から接線方向に柱状空間に液体を導入させる２個の導入口１８が整流板の取付位置から等間隔に離隔して配置されている。
【００３１】
この場合、２個の導入口１８とは別に旋回容器に空気の導入口５４、あるいは気体の吸込口が設けられる。空気導入口には気体供給チューブ５６からなる空気供給管が接続され外気側に配置させた気体取り込み開口から空気を負圧吸引させながら旋回容器内部に空気を送り込み、液体の旋回流に混合させて微細気泡を発生させる。このように、気体は負圧吸引することによりコンプレッサや送気系の供給管を省略し、装置構成を簡略化して製造コスト低減を実現する。本発明のように、旋回容器内での流体の旋回運動のみによって微細気泡を発生させるので、容器の両端側に設けた気液導出口２２の開口面積を極めて小さなものとしなくともよく、したがって、液体の導入口とともに、気体の導入口５４の口径をある程度大きなものに設定できるから、簡単に目づまりすることがないものである。
【００３２】
さらに、この実施形態においては、整流板５２の内部に通路５８を設け、その一端外部側を気体供給チューブ５６に接続させるとともに、他端側を柱状空間内部に開口させた吸込口としての空気導入口５４としている。すなわち、空気の吸込口としての空気導入口５４はドーナツ円盤状の整流板の連通開口５０内に向けて空気を導入させる。したがって、この場合、整流板５２の整流旋回作用とあいまって気体の導入位置を気液を無駄なく混合させやすい位置で導入させるから微細気泡発生の効率を向上させ得る。
【００３３】
次に、本発明の第３の実施形態に係る微細気泡供給装置について図１１、図１２に基づいて説明するが、前記した実施形態と同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。この実施形態では、気体供給チューブ５６の一端開口５６ａは気液導出口２２近縁に固定的に配置されている。そして、導入口１８は柱状空間に対して接線方向から流体を導入させるように柱状空間の軸方向中央から対称離間位置に２個設けられている。この実施形態では２個の導入口１８からは例えば対象液体Ｌのみが導入されるようになっている。そして、気体供給チューブ５６の一端開口を旋回空洞部分２０８の気液導出口２２出口近縁、すなわち、旋回容器内でちょうど気液の導出口２２の開口に臨ませるように図示しない固定部材を旋回容器に支持させて固定させている。この場合には、気液導出口２２の開口が柱状空間Ｓ内のその中心軸部分に生じる図上横長の旋回空洞部分２０８と外部減圧部分２１３とが連続する部分となるから、負圧吸引力により気体供給チューブの一端開口５６ａから外部の空気を吸引しながら旋回容器内部に取り込み、気液混合しつつ旋回運動でさらに微細気泡を生じさせ、再び気液導出口２２から外部に微細気泡を含む流体を導出、供給させることができる。
【００３４】
上記した微細気泡供給装置は、例えば、水耕栽培、動植物の養殖、生物浄化、水中浮遊物の浮上分離、水生植物栽培、鑑賞魚水槽等にも適用できる。
【００３５】
［実施例１］
本発明の微細気泡供給装置を魚類養殖場（面積１０，０００平方メートル、水深６ｍ、水槽水深５．５ｍ）に適用した。水槽中の対象液体中に旋回容器を配置し、流体供給装置２４の１００Ｖ、２００Ｗポンプにより塩化ビニールパイプで構成した圧送管をポンプに連接して旋回容器の導入口に接続した。また、気体混合装置のコンプレッサとして１００Ｖ、７５０Ｗ、吐出圧８ｋｇｆ／平方センチメートルの小型コンプレッサを用いた。空気圧調整弁３６をコンプレッサに接続させ、加圧空気を調整して旋回容器内に圧送させ、容器内で微細気泡を発生させて水槽内の液体内に供給し、対象液内の容存酸素量を測定した。測定結果より容存酸素量が大幅に増加し、かつ短時間で槽内の全体について容存酸素量が増加したことが確認された。
【００３６】
［実施例２］
止水域のビオトープ池（面積２０平方メートル、水深０．６ｍ）内に旋回容器１０を浸漬し、第２の実施形態として説明した旋回容器内に整流板を設け、液体のみを導入口１８から圧送させるとともに空気を外部から負圧吸引させるタイプの微細気泡供給装置を適用した。ビオトープ池には、ワサビ、水芭蕉、クロモ、ヒラモ、ホザキノフサモ等の水生植物やヤマメ、いわな、フナ、ヤゴ、ホタル等の魚類あるいは水生昆虫等の生息条件の異なる動植物を同時に観察した。冷水域の動植物の容存酸素供給効率を高めることにより、生息限界温度を数度以上引き上げることができた。また、同様に流水域、止水域の魚類も同時に飼育することが可能となった。さらに、実験開始後長期間を経過したが装置の目づまりが一切なく、メンテナンスなしで使用継続し得ることが確認された。また、低電力のポンプのみで容存酸素供給効率を向上させ、メンテナンス作業や設備コストの大幅な低減を図れるようになった。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の微細気泡供給装置によれば、内部に気液旋回可能な柱状空間を有する周壁部と、周壁部の両端において内部を閉鎖するように固定された蓋部と、を有し微細気泡が供給される対象液体中に配置される旋回容器を備え、周壁部には気液旋回円周の接線方向に吹き出すように前記柱状空間に連通し少なくとも液体を柱状空間内に導入させる導入口を有するとともに、両方の蓋部には前記柱状空間の軸方向線上となる位置に気液導出口がそれぞれ設けられ、導入口に接続されて前記柱状空間内に少なくとも液体を加圧導入させる流体供給装置を備え、流体供給装置により柱状空間内に少なくとも液体を接線方向に加圧導入しつつ旋回流を生じさせて微細気泡を発生させ気液導出口から同時に液体とともに微細気泡を対象液体中に導出した構成であるから、旋回容器を筒体に導入口と導出口を設けるだけの極めて簡単な構造で、低コストで製造でき、しかも流体の高速旋回による減圧沸騰により微細気泡を発生させるものであり、外部から導入される気体を微細に分断しながら気泡を発生させるものではないので導入口を小さく構成する必要がなく、流体供給用のパイプや導入口の目づまりがなく、さらにメンテンスの負担がなく、耐久性に優れた微細気泡供給装置を提供することができる。さらに、旋回容器の両端側から気液を導出させるから大きな吐出量を得て装置が配置される対象液体中に微細気泡を供給し対象液体中の容存酸素量を増大させ、しかも水流を生起させて効果的に水質浄化等を実現させることが可能である。
【００３８】
また、柱状空間の形状が円柱形であることにより、接線方向から旋回容器内に導入された流体の旋回流動効率を向上させ、減圧沸騰作用により微細気泡を確実にかつ高効率に生成させることができる。
【００３９】
また、気液導出口の総面積が導入口の総面積よりも大きく設定された構成とすることにより、旋回容器内で発生させた微細気泡を容器外に確実に導出させ、対象液体中への微細気泡供給を実効的に行なわせ、液中の容存酸素供給効率を向上させる。
【００４０】
また、周壁部内にはその柱状空間の軸方向と交差するように連通開口を有する整流板が固定されてなる構成とすることにより、接線方向から旋回容器内に導入された流体が乱流を生じさせて旋回流動時の抵抗となることなく、導入された流体が旋回流を生じさせるように整流させ、確実に流体を高速旋回させて微細気泡発生効率を向上させることができる。
【００４１】
また、旋回容器には気体の吸込口が設けられ、この吸込口に気体取り込み開口を地上側に配置させた気体供給チューブが接続され、前記導入口からは対象液体が柱状空間内に供給されてなる構成とすることにより、気体のみを別個に旋回容器内に負圧吸引させることで気体圧送のためのコンプレッサ等圧縮装置や稼働用電力コストが不要となる。また、気体の吸込導入口はそれほど小さくなくとも良く、目づまりも発生しにくいものである。
【００４２】
また、整流板内を貫通する通路を設け、同通路の一端外部側を気体供給チューブに接続させ、通路の他端側を連通開口に開口させた吸込口としてなる構成とすることにより、流体の整流作用を行なう整流板から、その連通開口内に向けて吸引気体を導入させるから中央部分から気体を導入させながら効率よく液体の旋回流全体に分布させて微細気泡を発生させることができる。
【００４３】
また、流体供給装置は対象液体を引き込む引き込み管と、引き込まれた対象液体を圧送する圧送装置と、気体を引き込まれた対象液体に混合させる混合部と、を備え、気体を混合させた対象液体を導入口から加圧導入させてなる構成とすることにより、対象液体を引き込んで気液混合状態で対象液体中の旋回容器内に循環圧送させる構成を実現できる。また、混合部に空気圧調整手段を設けて混合空気量を調整することにより、旋回容器内に発生させる微細気泡サイズの調整をも行うことができる。
【００４４】
また、気体供給チューブの一端開口は気液導出口近縁に固定的に配置されてなる構成とすることにより、負圧吸引力により気体供給チューブの一端開口から外部の空気を吸引しながら旋回容器内部に取り込み、気液混合しつつ旋回運動でさらに微細気泡を生じさせ、再び気液導出口から外部に微細気泡を含む流体を導出、供給させ、微細気泡の対象液体内への導出供給の実効を確保し得る。
【００４５】
また、柱状空間を円柱形状でその場合の直径と高さを一定とした場合、導入口と気液導出口は直径比で１．５〜２．０（但し、導入口の直径＜柱状空間の直径の３分の１）である構成とすることにより、旋回容器に設けた導入口の数にかかわらず多くのかつ大きさが微細な微細気泡を確実に発生させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微細気泡供給装置の旋回容器の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】第１実施形態の微細気泡供給装置の全体構成説明図である。
【図５】旋回容器内部の旋回流作用説明図である。
【図６】同じく旋回容器内部の旋回流作用説明図である。
【図７】図６の断面作用説明図である。
【図８】旋回容器導出口周縁での流体の作用説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る微細気泡供給装置の旋回容器の側面図である。
【図１０】その旋回容器の構成説明件容器内部の旋回流作用説明図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る微細気泡供給装置の旋回容器の側面図である。
【図１２】その旋回容器の構成説明件容器内部の旋回流作用説明図である。
【図１３】従来の気泡発生装置の説明図である。
【符号の説明】
１０  微細気泡供給装置
１２  旋回容器
１４  周壁部
１６  蓋部
１８  導入口
２２  気液導出口
２４  流体供給装置
２６  引き込み管
３２  気体混合装置
３６  空気圧調整弁
５０  連通開口
５２  整流板
５４  空気導入口
５６  気体供給チューブ
２１０  微細気泡
Ｌ  対象液体
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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