(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が旋回可能な筒状空間と、前記筒状空間内に流体を送給するため前記筒状空間の周面の接線方向に配置された複数の流体導入口と、前記筒状空間から流体を流出させるため前記筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備え、複数の前記流体導入口を前記筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に配置した微細気泡発生器を液体中に浸漬し、液体送給手段および気体送給手段から前記流体導入口を経由して前記筒状空間内へ液体および気体を送給し前記筒状空間内に旋回流を起こして微細気泡を発生させ、前記流体導出口から前記液体中へ前記微細気泡交じりの流体を放出することを特徴とする微細気泡供給方法。
【請求項２】
流体が旋回可能な筒状空間と、前記筒状空間内に液体を供給するため前記筒状空間の周面の接線方向に配置された複数の液体導入口と、前記筒状空間内へ気体を供給するため前記筒状空間に連通して設けられた複数の気体導入口と、前記筒状空間から流体を流出させるため前記筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備え、複数の前記液体導入口と前記気体導入口を前記筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に配置した微細気泡発生器を液体中に浸漬し、液体送給手段から前記液体導入口を経由して前記筒状空間内へ液体を送給するとともに気体送給手段から前記気体導入口を経由して前記筒状空間内へ気体を送給して前記筒状空間内に旋回流を起こして微細気泡を発生させ、前記流体導出口から前記液体中へ微細気泡交じりの流体を放出することを特徴とする微細気泡供給方法。
【請求項３】
流体が旋回可能な筒状空間と、前記筒状空間内に流体を送給するため前記筒状空間の周面の接線方向に配置された複数の流体導入口と、前記筒状空間から流体を流出させるため前記筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備え、複数の前記流体導入口を前記筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に配置した微細気泡発生器と、前記流体導入口を経由して前記筒状空間内に液体および気体を送給する液体送給手段および気体送給手段とで構成されたことを特徴とする微細気泡送給装置。
【請求項４】
流体が旋回可能な筒状空間と、前記筒状空間内に液体を送給するため前記筒状空間の周面の接線方向に配置された複数の液体導入口と、前記筒状空間内へ気体を供給するため前記筒状空間に連通して設けられた複数の気体導入口と、前記筒状空間から流体を流出させるため前記筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備え、複数の前記液体導入口および複数の前記気体導入口を前記筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に配置した微細気泡発生器と、前記液体導入口を経由して前記筒状空間内へ液体を送給する液体送給手段と、前記気体導入口を経由して前記筒状空間内へ気体を送給する気体送給手段とで構成されたことを特徴とする微細気泡供給装置。
【請求項５】
前記流体導出口を、前記筒状空間の中心軸方向の両端面にそれぞれ配置した請求項３または４記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
前記筒状空間に臨む前記流体導入口の開口端に前記流体導入口より小径の縮径部を設けた請求項３記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
前記筒状空間に臨む前記液体導入口の開口端に前記液体導入口より小径の縮径部を設けた請求項４記載の微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水またはその他の液体の清浄化、活性化をはじめ、種々の分野に利用可能な液体中への微細気泡供給技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気泡化させた気体を液体中に溶け込ませることによって様々な効能が生じることは知られており、植物栽培、魚介類養殖、排水処理など各種産業分野で応用されている。この場合、気泡化させた気体を液体中により多く溶解させる手段として、気泡径をより小さくして気泡全体の表面積を増大させ、気液接触面積を増大させることが有効であることがわかっている。
【０００３】
気泡化させた気体を液体中に溶解させる技術としては、散気管を用いる方式、エジェクタにより水中に空気を噴射させる方式、羽根付き回転体を水面付近で回転させ水を撹拌することで気泡を発生させる撹拌混合方式、空気溶解加圧水を減圧して水中に気泡を発生させる方式、超音波を用いて気泡を発生させる方式など多種多様な方式がある。
【０００４】
散気管方式では、コンプレッサなどから圧送される加圧空気を微細孔から液体中へ放出することで気泡を発生させるが、加圧状態にあった空気が放出の際に体積膨張するため、外径が数十ミクロンレベルの微細な気泡を発生させることは困難である。また、実際に使用した場合、比較的短期間で微細孔の目詰まりが生じやすいので、メンテナンスを頻繁に行う必要があり、作業コストがかかる。
【０００５】
撹拌混合方式の場合、微細気泡を効果的に発生させることが原理的に困難であり、負荷の大きな羽根付き回転体を常時回転させるための動力費が大である。また、空気溶解加圧水の減圧方式、エジェクタ方式、超音波方式については、装置や設備が大掛かりとなり、高コストとなるため、導入に困難が伴う。
【０００６】
ところで、特開２０００−４４７号公報には、図１５に示すような旋回式微細気泡発生装置９０が開示されている。この旋回式微細気泡発生装置９０は、倒立円錐形のスペース９２を有する容器本体９１と、容器本体９１の内壁円周面９１ａの一部にその接線方向に開設された液体導入口９３と、容器本体９１の上端に開設された気体導入孔９４と、容器本体９１の下部に開設された旋回流体導出口９５とから構成されている。
【０００７】
容器本体９１の内壁円周面９１ａの接線方向から容器本体９１内へ液体を注入することでスペース９２内に渦流あるいは回転流を発生させ、その中心部分を負圧とすることにより、気体導入口９４に連結されたビニルチューブ９６などの端部９６ａから大気中の空気を容器本体９１内に導入して、微細気泡を発生させる。すなわち、液体導入口９３から液体を導入するとともに、気体導入口９４から空気を負圧自吸させ、旋回流体導出口９５から微細気泡を発生させるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−４４７号公報に開示されている旋回式微細気泡発生装置９０は、気体導入口９４から容器本体９１内に導入した空気を、液体の回転流による剪断力で捩じ切るように小さくカットすることによって微細気泡を発生させるものである。したがって、発生する気泡径を微細化するには、回転流の中心部分に形成される気体渦管９７の外径をなるべく小さくする必要があり、それを実現するには、気体導入管９４の内径を極力小さくしなければならない。このため、実際の気体導入口９４の内径は１ｍｍ程度であり、この気体導入口９４に連結されるビニルチューブ９６の内径も同程度となっている。したがって、気体導入口９４から容器本体９１内に導入される気体量は少量とならざるを得ず、液体中に大量の微細気泡を供給することが困難である。
【０００９】
また、気体導入口９４に連結された小径のビニルチューブ９６は、外気中に露出しているその開口端９６ａ付近に塵埃が詰まりやすく、特に、海に近い場所では、ビニルチューブ９６内に吸込まれた空気中の塩分がビニルチューブ９６の内壁に固着して比較的短期間で目詰まりを起こすので、実際に使用する場合、不都合である。
【００１０】
ビニルチューブ９６や気体導入口９４が塵埃や塩分などによって目詰まりすると、容器本体９１内に発生する回転流に伴なってその中心付近にキャビテーションが発生し、このキャビテーション端部が、容器本体９１内壁の気体導入口９４や旋回流体導出口９５の開口部分などに接することによって、いわゆるキャビテーションエロージョンが発生し、前記開口部分の周辺などを抉るように損傷して、装置９０を使用不能に至らしめることがある。
【００１１】
また、容器本体９１内に発生する回転流による剪断力は、同じく容器本体９１内に発生する気体渦管９７の側面方向から作用するので、エネルギロスが大きく、効率性に欠け、旋回式微細気泡発生装置９０を液体９８の深い位置に配置して加圧気体を供給するような使い方をした場合、気体供給量が多くなると、回転流の剪断力より気体の膨張圧力が強くなって微細気泡が発生しなくなり、大径の気体塊となって吐出される現象が生じる。これを防ぐには、容器本体９１を大型化して大量の液体を送り込むことによって、その内部に発生する回転流量を増大させる必要があるため、装置や液体ポンプなどが大型化して、実用性に乏しいものとなる。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、対象液体中に大量の微細気泡を効率的に供給することのできる微細気泡供給方法と、この方法を容易に実施することが可能で、作業性、耐久性およびメンテナンス性に優れ、広い分野で使用できる微細気泡供給装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微細気泡供給方法の第１の方法は、流体が旋回可能な筒状空間と、前記筒状空間内に流体を送給するため前記筒状空間の周面の接線方向に配置された複数の流体導入口と、前記筒状空間から流体を流出させるため前記筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備え、複数の前記流体導入口を前記筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に配置した微細気泡発生器を液体中に浸漬し、液体送給手段および気体送給手段から前記流体導入口を経由して前記筒状空間内へ液体および気体を送給し前記筒状空間内に旋回流を起こして微細気泡を発生させ、前記流体導出口から前記液体中へ前記微細気泡交じりの流体を放出することを特徴とする。
【００１４】
この方法によれば、筒状空間内を旋回する気体と液体はその比重の違いにより、液体には遠心力が作用して外周方向へと移動し、気体には向心力が作用して回転流中心軸方向へと移動する。このとき気体は対向方向へ移動する液体によって剪断微細化され、気液混合されながら旋回流中心部分付近に集積され、流体導出口から微細気泡混じりの流体となって放出される。すなわち、気体に対して縦横方向から液体の回転流の剪断力が強力に作用し、大量の微細気泡を対象液体中に効率的に供給することができる。
【００１５】
ここで、流体導入口から筒状空間内へ気液混合流体を送給する際、液体ポンプおよび気体ポンプより別々に送給されてきた液体と気体とを混合して流体導入口から筒状空間内へ送給する方式、あるいは、液体ポンプより送給されてくる液体の流路に設けた気体混入手段を介して当該液体に気体を混入させて流体導入口から筒状空間内へ送給する方式などを採用することができる。この場合、気体混入手段としては、アスピレータと呼称される減圧器具などを用いることができ、液体ポンプと流体導入口とを連結する液体送給管の途中にアスピレータを取り付ければ、アスピレータを介して大気中から自吸した空気を、液体送給管内を移動する液体に混入させて流体導入口へ送給することができる。
【００１６】
また、本発明に係る微細気泡供給方法の第２の方法は、流体が旋回可能な筒状空間と、前記筒状空間内に液体を供給するため前記筒状空間の周面の接線方向に配置された複数の液体導入口と、前記筒状空間内へ気体を供給するため前記筒状空間に連通して設けられた複数の気体導入口と、前記筒状空間から流体を流出させるため前記筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備え、複数の前記液体導入口と前記気体導入口を前記筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に配置した微細気泡発生器を液体中に浸漬し、液体送給手段から前記液体導入口を経由して前記筒状空間内へ液体を送給するとともに気体送給手段から前記気体導入口を経由して前記筒状空間内へ気体を送給して前記筒状空間内に旋回流を起こして微細気泡を発生させ、前記流体導出口から前記液体中へ微細気泡交じりの流体を放出することを特徴とする。
【００１７】
この第２の方法も前記第１の方法と同様、筒状空間内を旋回する気体および液体はその比重の違いにより、液体には遠心力が作用して外周方向へと移動し、気体には向心力が作用して回転流中心軸方向へと移動し、気体は対向方向へ移動する液体によって剪断微細化されて気液混合されながら旋回流中心部分付近に集積され、流体導出口から微細気泡混じりの流体となって放出されるので、大量の微細気泡を対象液体中に効率的に供給することができる。
【００１８】
本発明に係る微細気泡発生装置の第１の装置は、流体が旋回可能な筒状空間と、前記筒状空間内に流体を送給するため前記筒状空間の周面の接線方向に配置された複数の流体導入口と、前記筒状空間から流体を流出させるため前記筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備え、複数の前記流体導入口を前記筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に配置した微細気泡発生器と、前記流体導入口を経由して前記筒状空間内に液体および気体を送給する液体送給手段および気体送給手段とで構成されたことを特徴とする。
【００１９】
このような構成において、液体送給手段および気体送給手段から流体導入口を経由して微細気泡発生器内へ液体と気体とを混合して送給すると、筒状空間内に気液の旋回流が発生し、筒状空間内を旋回する気液はその比重差により、液体には遠心力が作用して外周方向へ移動し、気体には向心力が作用して回転流中心軸方向へ移動する。このとき、液体中を回転流中心軸方向へと移動する気体には互いに対向する遠心力、向心力により剪断力が作用して分断微細化され、気体の進行方向に対して直角方向からは液体の回転流の動圧エネルギーによりせん断が作用してさらに微細化されつつ回転流中心部分に集積されながら流体導出口から微細気泡混じりの流体となって放出される。すなわち、気体には気体の移動方向に対し縦横方向から液体の回転流のせん断力が作用するので、大量の微細気泡を対象液体中に効率的に供給することができる。
【００２０】
このように、対象液体中に浸漬した微細気泡発生器に対し、液体送給手段および気体送給手段で液体と気体を混合して送給するだけで大量の微細気泡を供給することができ、旋回流の遠心力、向心力およびせん断作用を利用して微細気泡を発生させて放出するので、作業性、耐久性およびメンテナンス性に優れ、広い分野で使用できる。また、予め気体と液体とを混合させた気液混合流体を微細気泡発生器へ送給することにより、気体と液体との接触時間を長くすることができるとともに、送給中の液体が送給圧力で加圧された状態にあることで当該液体に対する気体溶解度が高まるので、送給過程においても液体中に気体を溶解させることができる。
【００２１】
ここで、流体導入口から筒状空間内へ気液混合流体を送給する場合、前述したように、液体ポンプおよび気体ポンプから別々に送給されてきた液体と気体とを混合させて流体導入口から筒状空間内へ送給する方式、あるいは、液体ポンプで送給されてくる液体の流路に連通した気体混入手段を介して当該液体に気体を混入させて流体導入口から筒状空間内へ送給する方式などを採用することができる。この場合、気体混入手段としては、アスピレータと呼称される減圧器具などを好適に用いることができる。
【００２２】
本発明に係る微細気泡供給装置の第２の装置は、流体が旋回可能な筒状空間と、前記筒状空間内に液体を送給するため前記筒状空間の周面の接線方向に配置された複数の液体導入口と、前記筒状空間内へ気体を供給するため前記筒状空間に連通して設けられた複数の気体導入口と、前記筒状空間から流体を流出させるため前記筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備え、複数の前記液体導入口および複数の前記気体導入口を前記筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に配置した微細気泡発生器と、前記液体導入口を経由して前記筒状空間内へ液体を送給する液体送給手段と、前記気体導入口を経由して前記筒状空間内へ気体を送給する気体送給手段とで構成されたことを特徴とする。
【００２３】
このような構成とすることにより、液体送給手段および気体送給手段からそれぞれ液体導入口および気体導入口を経由して微細気泡発生器内へ液体および気体を送給すると、前述した第１の微細気泡発生装置と同様に、流体導出口から微細気泡混じりの流体が放出される。
【００２４】
また、気体と液体とをそれぞれ別々に微細気泡発生器へ送給することにより、微細気泡発生器が比較的高い液圧を受ける位置、例えば、水深１０ｍより深い位置などに配置された場合でも、気体をそのままの状態で気泡発生器まで送給することができるため、液圧の高低に左右されず安定的に微細気泡を発生させることができる。
【００２５】
ここで、流体導入口、液体導入口、気体導入口を筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に複数配置することにより、気液混合流体、液体あるいは気体を、複数箇所から筒状空間内に向かって大量に送給し筒状空間内に安定した旋回流を発生させることが可能となるので、微細気泡をさらに効率的かつ安定的に供給することができるようになる。また、筒状空間を軸方向にサイズアップした場合も旋回流の安定性を確保できるめ、微細気泡発生器の大型化による微細気泡供給効率のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００２６】
また、微細気泡発生器の流体導出口を、筒状空間の中心軸方向の両端面にそれぞれ配置することにより、特開２０００−４４７号公報に開示されている旋回式微細気泡発生装置などの片側開口方式と比較して、筒状空間内の旋回流と筒状空間端部内壁面との摩擦によるエネルギロスが減少するとともに、複数の流体導出口から微細気泡混じりの流体を放出することができるようになるため、微細気泡の供給効率がさらに向上する。また、旋回流に起因して筒状空間の中心軸に沿って生ずるキャビテーションが筒状空間内壁面に接触することがなくなるので、キャビテーション・エロージョンが発生せず、装置全体の耐久性が向上し、メンテナンスの簡略化を図ることもできる。
【００２７】
前記筒状空間に臨む流体導入口、液体導入口の開口端に、流体導入口、液体導入口より小径の縮径部を設けることにより、筒状空間に向かって送給されてきた流体、液体が縮径部で絞られ高速化、高圧化して筒状空間内へ噴出されるので、筒状空間内に高速の旋回流が形成され、さらに効率的に微細気泡を供給することができる。また、流体導入口、液体導入口に流体、液体を送給する手段として比較的内径の大きな流体送給管、液体送給管を用いることが可能となるため、送給過程でのエネルギロスが低減され、微細気泡供給効率をさらに向上させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態である微細気泡供給装置を示す全体構成図、図２は図１に示す微細気泡供給装置を構成する気泡発生器の正面図、図３は前記気泡発生器の側面図、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図、図５は図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態の微細気泡供給装置１０は、地上に配置された流体供給装置１１と、対象液体Ｌ中に投入される気泡発生器１２および吸込み部１３と、流体供給装置１１と気泡発生器１２とを連結する圧送管１５と、流体供給装置１１と吸込み部１３とを連結する吸込み管１７などによって構成されている。流体供給装置１１は、吸込み部１３および吸込み管１７を介して吸込んだ対象液体Ｌを圧送管１５を介して気泡発生器１２へ圧送する液体ポンプ２１と、大気中から吸込んだ空気を、気泡発生器１２に圧送される対象液体Ｌ中へ混合する気体混合装置２３とで構成されている。
【００３０】
気体混合装置２３は、エアコンプレッサ２４、空気圧調整弁２５および圧力計２６を送気管２７で連通した構成であり、送気管２７は、圧送管１５に連結されている。空気圧調整弁２５は、コンプレッサ２４で発生する圧縮空気の供給量を調整する空気圧調整手段であり、気泡発生器１２内で生成する微細気泡の外径を変える気泡サイズ調整手段として機能する。
【００３１】
液体ポンプ２１およびエアコンプレッサ２４を作動させると、液体ポンプ２１は対象液体Ｌを吸込み部１３および吸込み管１７を介して吸い込み、吸い込んだ対象液体Ｌを圧送管１５へ送り込み、同時に、エアコンプレッサ２４は大気中から吸込んだ空気を、送気管２７を介して、圧送管１５内を移動する対象液体Ｌ中へ送り込むので、対象液体Ｌと空気との混合流体が圧送管１５を経由して気泡発生器１２へ送り込まれる。気泡発生器１２へ送り込まれた対象液体Ｌと空気との混合流体は、気泡発生器１２内において、後述する旋回過程を経ることによって微細気泡と対象液体Ｌとの混合流体となって気泡発生器１２の外へ放出され、対象液体Ｌ中へ拡散していくため、これによって、微細気泡が対象液体Ｌ中へ連続的に供給される。
【００３２】
微細気泡供給装置１０を構成する気泡発生器１２は、図２〜図４に示すように、合成樹脂などで形成され、その外形は直方体形状であり、周壁部１４とこの周壁部１４の両端に一体的に形成された蓋部１６とで構成され、その内部に液体と気体とが共に旋回可能な円筒状の空間Ｓを有している。
【００３３】
周壁部１４には、液体と空気との混合流体を空間Ｓ内に導入させる２つの流体導入口１８が円筒状の空間Ｓに連通して設けられている。これらの流体導入口１８は、周壁部１４から外方へ突設した中空筒体２０を接合することによって形成され、流体導入口１８は円筒状の空間Ｓの円周面の接線方向と同方向に連通されている。また、２つの流体導入口１８は、円筒状の空間Ｓの軸方向長さの中央横断面１９を中心として対称な位置に設けられている。
【００３４】
気泡発生器１２の両端の蓋部１６の中心部分、すなわち、円筒状空間Ｓの中心軸Ｘ−Ｘの延長線上に、それぞれ流体導出口２２が設けられている。これらの流体導出口２２はいずれも円形で、開口面積も等しく、空間Ｓの中央横断面１９を中心に対称位置に設けられている。流体導出口２２は、気泡発生器１２内で旋回する気液混合流体を、そこで生成された微細気泡と共に、外部の対象液体Ｌ中へ放出させる経路となる。そして、気泡発生部１２から流体導出口２２を経由して放出された微細気泡混じりの対象液体Ｌは、直ちに、気泡発生器１２の周囲の対象液体Ｌ中へ拡散していく。
【００３５】
気泡発生器１２では、円筒状空間Ｓの周面の接線方向から気液混合流体を注入し、その内部で高速旋回させることによって微細気泡を発生させるため、生成させたい微細気泡の径に対応させて流体導入口１８を小径にする必要はなく、例えば、１ｃｍ程度の内径に設定してもよい。気泡発生器１２内で発生する微細気泡のサイズは、流体導入口１８から気液混合流体を注入する場合、エアコンプレッサ２４から圧送管１５へ送り込まれる空気量で変化するので、空気量の増減を連続的または選択的に変化させる手段として空気圧調整弁２５を設けている。
【００３６】
ここで、図６〜図９を参照して、気泡発生器１２内における気泡発生機構について詳しく説明する。図５に示すように、流体導入口１８から気泡発生器１２内へ圧送された気液混合流体は、両端の蓋部１６の流体導出口２２の中心同士を結ぶ中心軸、すなわち円筒状空間Ｓの中心軸Ｘ―Ｘまたはその近傍を中心として高速旋回する気液旋回流２９を形成するとともに、気液旋回流２９は、気泡発生器１２の中間部分に向かって旋回しながら移動する中間側旋回流３０と、気泡発生器１２の両端に向かって旋回しながら移動する端側旋回流３１とに分流される。
【００３７】
中間側旋回流３０は、それぞれ気泡発生器１２の中央横断面１９に向かって旋回しながら移動し、これらがぶつかり合う中央横断面１９で移動方向を反転し、中心軸Ｘ−Ｘ付近を流体導出口２２方向に向かって移動する。反転後、中心軸Ｘ−Ｘ付近を移動する中間側旋回流３０は、流体導出口２２の直前付近で端側旋回流３１と合流して旋回流３２となり、流体導出口２２から外へ放出される。
【００３８】
また図６，図７に示すように、気泡発生器１２内で高速旋回する中間側旋回流３０および端側旋回流３１を含む気液混合流体は、遠心力によって中心軸線Ｘ−Ｘより気泡発生器１２の内壁側へ圧縮され、遠心力の作用で負圧となった旋回空洞部２８が中心軸線Ｘ−Ｘ付近に沿って発生する。そして、負圧状態の旋回空洞部２８には、減圧沸騰、すなわち、減圧による溶存気体のガス化現象により、中間側旋回流３０および端側旋回流３１中の溶存気体が微細気泡３３となって現れる。微細気泡３３は、中間側旋回流３０および端側旋回流３１の流れに随伴しながら、最終的には旋回流３２に伴って、気泡発生器１２の両側の流体導出口２２から対象液体Ｌ中へ放出される。
【００３９】
気泡発生器１２内の気液混合流体が円筒状空間Ｓから流体導出口２２を通じて外部へ放出されるとき複雑な作用が生じる。流体導出口２２近傍の空間Ｓ内には、旋回流３２と旋回空洞部分２８との相互作用により、内部減圧部３４が生じるとともに、空間Ｓ外の流体導出口２２近傍にも、外部減圧部３５が生じて、これらの部分からも減圧沸騰作用によって微細気泡が発生する。
【００４０】
また図８，図９に示すように、気泡発生器１２内で高速旋回している気液混合流体には、気液の比重差により気体には向心力が働き、液体には遠心力が働くため、液体は旋回流３２の外側へ移動し、気体は旋回流３２の中心側へ移動する。このとき、流体導入口１８から気泡発生器１２内へ流入する気液混合流体に含まれる気体は、旋回流の作用で剪断されながら微細気泡となって旋回流３２の中心軸線Ｘ−Ｘ付近の旋回空洞部２８に集積され、高速で旋回しながら流体導出口２２へ向かって移動する周囲の流体に随伴して、旋回空洞部２８の先端側３６に向かって移動する。
【００４１】
旋回空洞部分２８の先端側３６では、気泡発生器１２から放出されようとする旋回空洞部分２８と境界を同じくする旋回空洞部分２８周囲の液面３７と、旋回空洞部分２８の負圧によって旋回空洞部分２８内へ引き込まれようとする気泡発生器１２外の液体Ｌの先端部分の液面３８とが、水の粘性力と旋回空洞部分２８の負圧による吸引力の作用により、旋回空洞部分２８に恰も栓をするような状態で密着している。したがって、この密着する部分を気泡が通過するときに、液面３７と液面３８の圧縮力によって押し潰されることとなる。
【００４２】
また、旋回流３２の旋回速度は、気泡発生器１２内の空間Ｓより内径の小さな流体導出口２２で速くなり、気泡発生器１２と流体導出口２２の境界付近では、旋回速度差による剪断力が発生する。このとき気泡は、前述した圧縮力と剪断力により、さらに小さく分断された微細気泡３３となる。なお、微細気泡供給装置１０の使用中に気泡発生器１２内に発生する旋回空洞部２８は、気泡発生器１２の内壁面や流体導出口２２の内周面などに接することがないので、キャビテーション・エロージョンが発生せず、装置全体の耐久性も優れ、メンテナンスを簡略化することができる。
【００４３】
このとき、流体導入口１８から流入する気液混合流体中の気体混入率を増大させれば旋回空洞部２８の負圧は弱まり、液面３７と液面３８の密着力が減少して気泡に対する圧縮力も小さくなるので、気泡発生器１２から放出される微細気泡の外径は大きくなり、逆に前記気体混入率を減少させれば、微細気泡の外径は小さくなる。
【００４４】
このように、気泡発生器１２内へ流入する気液混合流体中の気体混入率を増減させることにより、発生する微細気泡の外径を増減させることができる。具体的には、前述した空気圧調整弁２５を調整して、圧送管１５に供給される圧縮空気量を気泡発生器１２内の圧力が正圧とならない範囲内で変化させることによって、発生する微細気泡の外径サイズを微調整することができる。なお、微細気泡供給装置１０の場合、１本の圧送管１５を経由して気液混合流体を気泡発生器１２に送給する構成であるため、長尺のエア送給管などが不要で、配管や取り扱いが容易であり、エア送給管が目詰まりするおそれもない。
【００４５】
微細気泡供給装置１０を使用することにより、対象液体Ｌ中に微細気泡を連続的かつ安定的に供給して、溶存酸素量を増大させ、水質浄化、養殖動植物の生育促進、水の活性化などを実現するとともに、流体導出口２２から多量の気液混合流体を対象液体Ｌ中へ供給することで、閉鎖水域内に循環流を発生させることができる。
【００４６】
本実施形態の微細気泡供給装置１０の用途は特に限定するものではないので、例えば、動植物育成用液体、水質浄化前の被処理水、ダム湖水などの対象液体中に微細気泡を供給するなど、様々な分野に使用することができる。
【００４７】
なお、気泡発生部１２内の空間Ｓは、液体と気体とが旋回可能な形状であればよいので、円筒形状に限らず、四角筒形、五角筒形、六角筒形などの多角筒形でもよい。多角筒形の場合、液体と気体との混合流体が空間内で高速旋回するときに壁面との衝突で生じる振動によって周波数の高い音波あるいは超音波が発生し、微細気泡を供給する液体中の含有物を分解する作用も生じるので、有害物質の無害化にも有効である。
【００４８】
図１０は気泡発生器の別の実施態様を示す図である。図１０において図３の気泡発生器１２と同一の機能を有する部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４９】
図１０に示す気泡発生器１２ａでは、円筒状の空間Ｓに臨む流体導入口１８の開口端に、流体導入口１８より小径の縮径部１８ａを設けている。空間Ｓに向かって送給されてきた気液混合流体は縮径部１８ａで絞られることによって高速化、高圧化して空間Ｓ内へ噴出され、空間Ｓ内に高速の気液旋回流２９が形成されるので、さらに効率的に微細気泡を生成することができる。また、流体導入口１８に気液混合流体を送給する手段として比較的内径の大きな圧送管１５を用いることができるので、送給過程でのエネルギロスが小さく、微細気泡供給効率が大幅に向上する。
【００５０】
図１１は本発明の第２実施形態である微細気泡供給装置を示す全体構成図である。同図において図１の微細気泡供給装置と同一の機能を有する部材には同一符号を付して、その説明を省略する。本実施形態では、液体ポンプ２１と気泡発生器１２とを連結する圧送管１５の途中に、減圧器具の一つであるアスピレータ３９が取り付けられている。液体ポンプ２１から圧送管１５を通って送給されてくる液体Ｌがアスピレータ３９を通過する際、大気中からアスピレータ３９を介して自吸された空気が液体Ｌに混入された後、気液混合流体となって気泡発生器１２の流体導入口１８へ送給される。アスピレータ３９の吸気口には、吸気量調整弁４０が取り付けられているため、液体Ｌに混入させる空気量を調節することができる。アスピレータ３９を用いているため、エアコンプレッサや送気管などが不要であり、装置構成の簡略化、製造コストの低減を図ることができる。
【００５１】
図１２は本発明の第３実施形態である微細気泡供給装置を構成する気泡発生器を示す斜視図、図１３は図１２におけるＣ−Ｃ線断面図、図１４は図１２におけるＤ−Ｄ線断面図である。これらの図において第１実施形態の気泡発生器と同一の機能を有する部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５２】
本実施形態の微細気泡供給装置を構成する気泡発生器５０は、第１実施形態の気泡発生器１２と同様、その外形は直方体形状で、周壁部１４とこの周壁部１４の両端に一体的に形成された蓋部１６とで構成され、その内部に、液体と気体とが共に旋回可能な円筒状の空間Ｓを有している。
【００５３】
周壁部１４には、液体を空間Ｓ内に導入するための２つの液体導入口５１と気体を空間Ｓ内に導入するための２つの気体導入口５２とが、それぞれ空間Ｓに連通して設けられている。液体導入口５１は周壁部１４に中空筒体５３を接合し、気体導入口５２は周壁部１４に中空筒体５４を接合することによって形成されている。液体導入口５１は円筒状の空間Ｓの円周面の接線方向と同方向に設けられ、気体導入口５２は空間Ｓの中心軸Ｘ−Ｘと直交する方向に設けられている。また、２つの液体導入口５１、気体導入口５２はそれぞれ、円筒状の空間Ｓの軸方向長さの中央横断面１９を中心として対称な位置に設けられている。
【００５４】
液体導入口５１から空間Ｓ内に液体を送り込んで空間Ｓ内に高速旋回流を起こすと、空間Ｓ内に生ずる負圧吸引力により気体導入口５２を経由して空間Ｓ内に空気が流入して高速の気液旋回流が発生するので、前述した気泡発生器１２と同様、空間Ｓ内に大量の微細気泡が発生し、微細気泡混じりの流体が流体導出口２２から液体中へ拡散していく。
【００５５】
このように、液体導入口５１から空間Ｓ内へ液体を送給するだけで、気体は気体導入口５２を経由して空間Ｓ内へ自動的に負圧吸引されるので、エアコンプレッサや送気系の圧送管などが不要であり、装置構成の簡略化、製造コストの低減を図ることができる。また、気泡発生器１２と同様、空間Ｓ内における気液混合流体の旋回運動のみで微細気泡を発生させるので、流体導出口２２の開口面積や気体導入口５２の内径を小さくする必要がなく、塵埃などによる目詰まりも発生しにくい。
【００５６】
〔実施例１〕
第１実施形態として説明した微細気泡供給装置１０を、魚類養殖場（面積１０,０００ｍ2、水深６ｍ、水槽水深５．５ｍ）において使用した。水槽内の水中に気泡発生器１２を配置し、流体供給装置１１の液体ポンプ２１（ＡＣ１００Ｖ，２００Ｗ）と気泡発生器１２とを塩化ビニル製の圧送管１５で連結し、液体ポンプ２１と吸込み管１７を介して連結された吸込み部１３を水中に配置する。
【００５７】
液体ポンプ２１を作動させ、吸込み部１３から吸込んだ水を気泡発生器１２へ送り込むと同時に、コンプレッサ２４（ＡＣ１００、７５０Ｗ、吐出圧８ｋｇｆ／ｃｍ2）から圧送される加圧空気を空気調整弁２５で調整し、送気管２７を介して圧送管１５内へ送り込むことによって、気泡発生器１２で微細気泡を発生させる。所定時間経過後、水中の溶存酸素量を測定したところ、その値が大幅に増加しており、比較的短時間で水槽内全体の溶存酸素量が増加したことを確認することができた。
【００５８】
〔実施例２〕
止水域のビオトープ池（面積２０ｍ2、水深０.６ｍ）内に、第３実施形態として説明した気泡発生器５０を浸漬し、液体ポンプを用いて液体のみを液体導入口５１から空間Ｓ内へ送り込むとともに、気体供給チューブを介して大気を気体導入口５２から空間Ｓ内へ吸引させることによって気泡発生器５０で微細気泡を発生させた。
【００５９】
ビオトープ池において、ワサビ、水芭蕉、クロモ、ヒラモ、ホザキノフサモなどの水生植物やヤマメ、イワナ、フナ、ヤゴ、ホタルなどの魚類、水生昆虫などの生息条件の異なる動植物を同時に観察したところ、冷水域の動植物に対する溶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。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。
【００６０】
また、気泡発生器５０による微細気泡供給を開始した後、長期間経過しても装置の目詰まりなどが一切なく、メンテナンスなしで継続使用できることが確認できた。さらに、消費電力が比較的小さな液体ポンプのみで溶存酸素供給効率を向上させることができるので、メンテナンス作業の簡略化、設備コストの低減を図ることができた。
【００６１】
【発明の効果】
本発明により、以下に示す効果を奏する。
【００６２】
（１）流体が旋回可能な筒状空間と筒状空間の周面の接線方向に配置された流体導入口と、筒状空間の中心軸の延長線上に配置された流体導出口とを備えた微細気泡発生器を液体中に浸漬し、流体導入口から筒状空間内へ液体および気体を送給して筒状空間内に微細気泡を発生させ、流体導出口から液体中へ微細気泡混じりの流体を放出することにより、送給過程の液体中へ気体を溶解させながら、対象液体中に大量の微細気泡を効率的に供給することができる。
【００６３】
（２）流体が旋回可能な筒状空間と、筒状空間の周面の接線方向に配置された液体導入口と、筒状空間に連通して設けられた気体導入口と、筒状空間の中心軸の延長線上に配置された流体導出口とを備えた微細気泡発生器を液体中に浸漬し、液体導入口から筒状空間内へ液体を送給するととも気体導入口から筒状空間内へ気体を送給して筒状空間内に微細気泡を発生させ、流体導出口から液体中へ微細気泡混じりの流体を放出することにより、微細気泡発生器に加わる液圧の高低に左右されず、対象液体中に大量の微細気泡を効率的に供給することができる。
【００６４】
（３）流体が旋回可能な筒状空間と、筒状空間の周面の接線方向に配置された流体導入口と、筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備えた微細気泡発生器と、流体導入口を経由して筒状空間内に気液混合流体を送給する液体送給手段および気体送給手段とで構成したことにより、送給過程の液体中へ気体を溶解させながら、大量の微細気泡を対象液体中に効率的に供給することが可能となり、作業性、耐久性およびメンテナンス性も優れ、広い分野で使用できる。
【００６５】
（４）流体が旋回可能な筒状空間と、筒状空間の周面の接線方向に配置された液体導入口と、筒状空間に連通して設けられた気体導入口と、筒状空間の中心軸の延長上に配置された流体導出口とを備えた微細気泡発生器と、液体導入口を経由して筒状空間内へ液体を送給する液体送給手段と、気体導入口を経由して筒状空間内へ気体を送給する気体送給手段とで構成したことにより、微細気泡発生器に加わる液圧の高低に左右されず、大量の微細気泡を対象液体中に効率的に供給することが可能となり、作業性、耐久性およびメンテナンス性にも優れ、広い分野で使用できる。
【００６６】
（５）流体導入口、液体導入口、気体導入口を筒状空間の中心軸方向の中央横断面を中心に対称をなす位置に複数配置することにより、微細気泡をさらに効率的かつ安定的に供給することができるようになる。また、筒状空間を軸方向にサイズアップした場合も旋回流の安定性を確保できるめ、微細気泡発生器の大型化による微細気泡供給効率のさらなる向上を図ることが可能となる。
【００６７】
（６）微細気泡発生器の流体導出口を、筒状空間の中心軸方向の両端面にそれぞれ配置することにより、筒状空間内の旋回流と筒状空間端部内壁面との摩擦によるエネルギロスが減少し、複数の流体導出口から微細気泡混じりの流体を放出可能となるため、微細気泡の供給効率がさらに向上する。また、筒状空間の中心軸に沿って生ずるキャビテーションが筒状空間内壁面に接触しなくなるので、キャビテーション・エロージョンが発生せず、装置全体の耐久性が向上し、メンテナンスの簡略化を図ることができる。
【００６８】
（７）筒状空間に臨む流体導入口、液体導入口の開口端に、流体導入口、液体導入口より小径の縮径部を設けることにより、筒状空間内に高速の旋回流が形成されようになるので、さらに効率的に微細気泡を供給することができる。また、比較的内径の大きな流体送給管、液体送給管が使用可能となるため、送給過程のエネルギロスが低減され、微細気泡供給効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態の微細気泡供給装置を示す全体構成図である。
【図２】  図１の微細気泡供給装置を構成する気泡発生器の正面図である。
【図３】  図２の気泡発生器の側面図である。
【図４】  図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】  図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】  気泡発生器における旋回流発生状況を示す図である。
【図７】  気泡発生器における微細気泡発生状況を示す図である。
【図８】  気泡発生器における微細気泡発生状況を示す図である。
【図９】  図６における流体導出口付近の部分拡大図である。
【図１０】  気泡発生器の別の実施態様を示す断面図である。
【図１１】  第２実施形態の微細気泡供給装置を示す全体構成図である。
【図１２】  第３実施形態の微細気泡発生装置を構成する気泡発生器を示す斜視図である。
【図１３】  図１２におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】  図１２におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図１５】  従来の気泡供給装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
Ｌ  対象液体
Ｓ  空間
１０  微細気泡供給装置
１２，１２ａ，４０  気泡発生器
１３  吸込み部
１４  周壁部
１５  圧送管
１６  蓋部
１７  吸込み管
１８  流体導入口
１８ａ  縮径部
１９  空間の中央横断面
２０，５３，５４  中空筒体
２１  液体ポンプ
２２  流体導出口
２３  気体混合装置
２４  エアコンプレッサ
２５  空気圧調整弁
２６  圧力計
２７  送気管
２８  旋回空洞部
２９  気液旋回流
３０  中間側旋回流
３１  端側旋回流
３２  旋回流
３３  微細気泡
３４  内部減圧部
３５  外部減圧部
３６  旋回空洞部の先端側
３７，３８  液面
３９  アスピレータ
４０  吸気量調整弁
５１  液体導入口
５２  気体導入口
【図１】
0004124956.tif 000002
【図２】
0004124956.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004124956.tif 000005
【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】
0004124956.tif 000010
【図１０】
0004124956.tif 000011
【図１１】
0004124956.tif 000012
【図１２】
0004124956.tif 000013
【図１３】
0004124956.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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