(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が通流する液体流路と、該液体流路に設けられた前記液体の送液手段と、該送液手段よりも前記液体の流れの方向に対して上流側の前記液体流路の部分に連通して前記液体中に気体を供給する気体流路と、該気体流路に設けられて該気体流路内の気体の通流を制御する弁と、前記液体流路の前記送液手段よりも前記液体の流れに対して下流側の部分内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記液体流路の出口側端部に設けられて前記液体中に気泡を発生させる吐出部とを備えてなり、
前記送液手段が駆動しているとき、前記弁は、前記圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定圧力になると開き、前記圧力検出手段で検出した圧力が前記第１の設定圧力よりも低い第２の設定圧力になると閉じてなる気泡発生装置。
【請求項２】
液体を収容する槽と、該槽内に前記液体を吐出する液体流路と、該液体流路に設けられた前記液体の送液手段と、該送液手段よりも前記液体の流れの方向に対して上流側の前記液体流路の部分に連通して前記液体中に気体を供給する気体流路と、該気体流路に設けられて該気体流路内の気体の通流を制御する弁と、前記液体流路の前記送液手段よりも前記液体の流れに対して下流側の部分内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記流路の出口側端部に設けられて前記液体中に気泡を発生させる吐出部とを備えてなり、
前記送液手段が駆動しているとき、前記弁は、前記圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定圧力になると開き、前記圧力検出手段で検出した圧力が前記第１の設定圧力よりも低い第２の設定圧力になると閉じてなる気泡発生装置。
【請求項３】
前記圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定圧力になったとき、前記弁が開くのを予め設定した時間遅らせる遅延手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気泡発生装置に係り、特に、微細な気泡を発生する気泡発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気泡発生装置では、一般に、加圧手段により高圧に加圧されて空気が溶解した液体をオリフィス状に形成された流路を通過させた後、液体を収容した槽などに吐出させるか、またはベンチュリ状の噴出口などを有する吐出部から液体を収容した槽などに噴出させるなどの方法により、オリフィス状に形成された流路やベンチュリ状の噴出口などを有する吐出部を通過することによって液体が急激に減圧されることで気泡を形成している。
【０００３】
ところで、気泡発生装置は、浴槽、曝気槽、水処理装置など気泡の作用を利用する様々な装置類に組み込まれて用いられるが、効率よく気泡の作用を得るためには、気泡が槽内に収容された液体中に十分に行き渡った状態になる必要がある。このため、液体中での滞留時間を長くするのに、できるだけ微細な気泡を生成したり、より多量の気泡を生成する必要などがある。しかし、オリフィス状に形成された流路やベンチュリ状の噴出口などを有する吐出部などの減圧作用だけでは、例えば数μｍから数十μｍといったような微細な気泡を生成することは難しく、また、気泡の生成量を増大させることも難しい。したがって、より微細な気泡を発生させ、また、気泡の生成量を増大させるために、従来は、機械的な減圧手段を備える構成や複数の減圧室とオリフィスを備える構成など複雑な気泡発生装置を形成して用いている。したがって、簡単な構成で、気泡が槽内に収容された液体中に十分に行き渡った状態にできる気泡発生装置が望まれていた。
【０００４】
これに対し、本願の発明者らは、特開２００１−１９０４３９号公報に記載のように、液体を収容する槽、この槽内に液体を吐出する液体流路、この液体流路に設けられた液体の送液手段、液体流路に設けられて液体中に気体を供給する気体供給手段と、液体流路の出口側端部に設けられて液体中に気泡を発生させるラインミキサー、そしてこのラインミキサーから槽中に吐出する液体を衝突させる衝突手段などを備えた気泡発生装置を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００１−１９０４３９号公報に提案されているような気泡発生装置でも、一定の圧力で気体を液体流路内の液体中に供給するための気体供給手段として圧縮空気ボンベやコンプレッサーなどが必要な場合があり、また、衝突手段なども必要であることから、気体発生装置の設置や設計に制限が生じる場合があるため、圧縮空気ボンベやコンプレッサー、そして衝突手段などが必要ない、より構成を簡素化した気泡発生装置が望まれている。
【０００６】
本発明の課題は、気泡発生装置の構成を簡素化することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の気泡発生装置は、液体が通流する液体流路と、この液体流路に設けられた液体の送液手段と、この送液手段よりも液体の流れの方向に対して上流側の液体流路の部分に連通して液体中に気体を供給する気体流路と、この気体流路に設けられてこの気体流路内の気体の通流を制御する弁と、液体流路の送液手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力を検出する圧力検出手段と、液体流路の出口側端部に設けられて液体中に気泡を発生させる吐出部とを備えてなり、送液手段が駆動しているとき、弁は、圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定圧力になると開き、圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定圧力よりも低い第２の設定圧力になると閉じる構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００８】
また、液体を収容する槽と、この槽内に液体を吐出する液体流路と、この液体流路に設けられた液体の送液手段と、この送液手段よりも液体の流れの方向に対して上流側の液体流路の部分に連通して液体中に気体を供給する気体流路と、この気体流路に設けられてこの気体流路内の気体の通流を制御する弁と、液体流路の送液手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力を検出する圧力検出手段と、液体流路の出口側端部に設けられて液体中に気泡を発生させる吐出部とを備えてなり、送液手段が駆動しているとき、弁は、圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定圧力になると開き、圧力検出手段で検出した圧力が前記第１の設定圧力よりも低い第２の設定圧力になると閉じる構成とする。
【０００９】
このような構成とすれば、液体流路の送液手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力が第１の設定圧力になると電磁弁が開いて気体を液体流路内の液体に混入させることにより、液体流路の送液手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力が低下する。液体流路の送液手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力が低下して圧力検出手段で検出した圧力が第２の設定圧力になると電磁弁を閉じ、液体流路の送液手段よりも液体の流れに対して下流側の部分内の圧力を上昇させる。このように気体を混入させた液体を所定の圧力に上昇させることにより吐出部で微細気泡を生成することができる。したがって、圧縮空気ボンベやコンプレッサー、衝突手段などがなくても吐出部で発生する気泡を微細化できるため、気泡発生装置の構成を簡素化できる。
【００１０】
また、圧力検出手段で検出した圧力が第１の設定圧力になったときに弁が開くのを予め設定した時間遅らせる遅延手段を備えた構成とすれば、気体を混入させた液体を所定の圧力に保持することにより、微細気泡の発生能力を向上できるので好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる気泡発生装置の一実施形態に関して図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる気泡発生装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明を適用してなる気泡発生装置を浴槽に取り付けた状態を示す図である。図３は、本発明を適用してなる気泡発生装置の動作及び液体管路のポンプよりも下流側の部分内の圧力変動を示す図である。なお、本実施形態では気泡発生装置を浴槽に取り付けた例で説明を行っているが、本発明の気泡発生装置は、活魚槽や養殖場、水耕栽培、淡水や海水の浄化処理、ヘドロの浮上処理や好気性菌による処理、洗浄用途など微細気泡を利用する様々な用途に用いることができ、また、既存の浴槽や処理槽、水槽などに取り付ける気泡発生装置、専用の槽を含む気泡発生装置など様々な構成にできる。
【００１２】
本実施形態の気泡発生装置１は、図１に示すように、液体流路となる循環管路３、この循環管路３の一端に設けられた流入部５と他端に設けられた吐出部７、流入部５と吐出部７との間の循環管路３に循環管路３内の湯の流れに対して上流側から順次設けられた、流入流量調整弁９、送液手段となるポンプ１１、圧力計１３、圧力検出手段となる圧力センサ１５、吐出流量調整弁１７、循環管路３の流入流量調整弁９とポンプ１１との間の部分に連通する気体流路となる気体管路１９、気体管路１９に設けられた電磁弁２１、そして気泡発生装置１の操作と動作の制御を行う制御手段となる操作盤２３などで構成されている。
【００１３】
流入部５は、図２に示すように、例えば浴槽２５の底に取り付けられ、循環管路３の吐出部７は、浴槽２５内側側壁に浴槽２５内の底面に向けて湯を吐出する状態で取り付けられる。したがって、循環管路３の入口側端部に設けられた流入部５から流入した湯２７は、循環流路３の出口側端部に設けられて吐出部７から浴槽２５内に吐出し、このように循環管路３は、浴槽２５内に収容された湯２７を循環させる流路となる。
【００１４】
本実施形態の吐出部７は、例えば駆動手段を有していないラインミキサーであるスタティックミキサーなどの気液混合器で形成されている。なお、本実施形態の気泡発生装置１では、吐出部７をスタティックミキサーなどの気液混合器で形成したが、本発明を適用した気泡発生装置では、吐出部７に気液混合器を用いず、オリフィス状に形成された流路やベンチュリ状の噴出口などを有するノズルで形成しても微細気泡を生成できる。すなわち、本発明を適用した気泡発生装置では、気泡発生のために気液混合器で形成した吐出部７を用いる必要はなく、オリフィス状に形成された流路やベンチュリ状の噴出口などを有する吐出部を用いても、圧縮空気ボンベやコンプレッサーなどを使用せずに気泡を発生させることができる。
【００１５】
流入流量調整弁９は、図１及び図２に示すように、ポンプ１１に流入する湯２７の流量を調整するための弁である。ポンプ１１は、必要とされる吐出流量、圧力、そして揚程などが確保でき、気体が混入した状態でも送液できるものであれば様々な構成のポンプを用いることができる。なお、本実施形態のポンプ１１としては、循環管路３内に湯２７を所望の流量、例えば１０Ｌ／ｍｉｎ．以上程度の流量で通流させることができ、また、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内を所望の圧力以上の圧力、例えば０.６ＭＰａ以上程度に加圧できる能力を有するポンプを用いている。このようなポンプ１１は、配線５１を介して操作盤２３内の制御手段となる回路などに電気的に接続されている。
【００１６】
圧力計１３は、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力を目視確認するためのものである。圧力センサ１５は、本実施形態では予め設定された２つの圧力で信号の発信及び停止を切り換える圧力スイッチからなり、配線５１を介して操作盤２３内の制御手段となる回路などと電気的に接続されている。なお、本実施形態の圧力センサ１５は、圧力が上昇して予め設定された第１設定圧力Ｐ１、例えば約０.６ＭＰａになるとオンして信号を発信し、圧力が降下して予め設定された第２設定圧力Ｐ２、例えば約０.５ＭＰａになるとオフして信号の発信を停止するものである。
【００１７】
吐出流量調整弁１７は、湯２７の吐出部７からの吐出流量を調整するための弁であり、また、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の最大圧力を調整するものであり、例えば最大圧力を約０.６ＭＰａに調整している。気体管路１９は、一端が空気中に開放され、他端が循環管路３の流入流量調整弁９とポンプ１１との間の部分に連結されている。気体管路１９に設けられた電磁弁２１は、操作盤２３からの信号に応じて開閉２動作を行うものであり、配線５１を介して操作盤２３内の制御手段となる回路などに電気的に接続されている。
【００１８】
操作盤２３は、操作スイッチ類と共に制御手段となる回路などが納められており、この制御手段となる回路は、圧力センサ１５からの信号に応じて気体管路１９に設けられた電磁弁２１を開閉する。すなわち、圧力センサ１５がオンして信号を発信すると、制御手段は電磁弁２１に信号を発信して電磁弁２１を開き、圧力センサ１５がオフして信号の発信を停止すると、制御手段は電磁弁２１への信号の発信を停止して電磁弁２１を閉じる。さらに、操作盤２３内の制御手段となる回路は、遅延回路を含んでおり、圧力センサ１５がオンして信号を発信すると、予め設定された時間電磁弁２１への信号の発信を遅らせる。つまり、遅延回路により、圧力センサ１５がオンして信号を発信してから設定時間だけ遅れてから電磁弁２１が開く。
【００１９】
このような構成の気泡発生装置の動作と本発明の特徴部について説明する。本実施形態の気泡発生装置１では、図１及び図２に示すように、操作盤２３内の運転開始指令スイッチがオンされるとポンプ１１が駆動を始め、浴槽２５内の湯２７が流入部５から循環管路３に流入し、吐出部７から浴槽２５内に湯２７が吐出して湯２７の循環が始まる。このとき、電磁弁２１は閉じているため、ポンプ１１から吐出する湯２７により循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が吐出流量調整弁１７で調整された最大圧力である第１設定圧力Ｐ１に向けて上昇する。
【００２０】
循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力は、図３に示すように、運転開始から時間ｔ１経過後、例えば数秒から数十秒程度経過して第１設定圧力Ｐ１に達すると、圧力センサ１５がオンして信号を発信する。信号を受信した操作盤２３内の制御手段は、遅延回路により圧力センサ１５からの信号を受信開始したときから予め設定された時間ｔ２経過後、例えば数秒から数十秒程度経過すると電磁弁２１に信号を発信し電磁弁２１を開く。なお、この間、圧力はほぼ第１設定圧力Ｐ１に保たれている。
【００２１】
電磁弁２１が開くと、気体管路１９の開口端から気体管路１９を介して循環管路３内に空気が吸引され、循環管路３内を通流する湯２７に空気が混入される。循環管路３内を通流する湯２７に空気が混入されると、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分の圧力が低下する。循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分の圧力が低下して第２設定圧力になると圧力センサ１５は、信号の発信を停止するため、操作盤２３内の制御手段は、電磁弁２１への信号の発信を停止し、電磁弁２１を閉じる。
【００２２】
電磁弁２１が閉じると循環管路３内を通流する湯２７への空気の混入が無くなるため、再び循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が上昇する。この圧力の上昇と第１設定圧力Ｐ１に保たれている間における吐出部７からの湯２７の吐出によって微細気泡が生成され、浴槽２５内に微細気泡が吐出される。再び循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が上昇し、第１設定圧力Ｐ１になったのち設定時間ｔ２が経過すると、電磁弁２１が開き循環管路３内を通流する湯２７への空気の混入が再び行われると共に、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が低下する。この動作を繰り返すことにより、循環管路３内を通流する湯２７への空気を混入する空気混入過程と微細気泡を生成する微細気泡生成過程とが繰り返され、微細気泡生成過程では、例えば数μｍから数十μｍといったような微細気泡を生成して浴槽２５内の湯２７中に放出することができる。
【００２３】
なお、第２設定圧力から第１設定圧力への循環管路３のポンプ１１よりも下流側部分における圧力の上昇に要する時間ｔ４と、第１設定圧力から第２設定圧力への循環管路３のポンプ１１よりも下流側部分における圧力の低下に要する時間ｔ３とは、共に数秒から数十秒程度である。したがって、数秒から数十秒程度の間隔で浴槽２５内の湯２７中への微細気泡の放出が行われることになる。しかし、湯２７中には、吐出部７から、例えば数μｍから数十μｍといったような微細気泡が放出され、このような微細気泡は、湯２７中の微細気泡の浮上速度は遅く、例えば水深６００ｍｍ程度の浴槽では３分から５分程度の間湯２７中に滞留する。このため、１分以内程度の間隔で間欠的に気泡を吐出部７から湯２７中に放出すれば、浴槽２５内の湯２７中に十分な量の微細気泡が滞留している状態を維持できる。したがって、浴槽２５内の湯２７のほぼ全体を微細気泡により乳化したかのように白濁させた状態にできる。
【００２４】
このように本実施形態の気泡発生装置１では、循環管路３のポンプ１１よりも湯２７の流れに対して下流側の部分内の圧力が第１の設定圧力Ｐ１になると電磁弁２１が開いて空気を循環管路３内の湯２７に混入させることにより循環管路３のポンプ１１よりも湯２７の流れに対して下流側の部分内の圧力が低下する。圧力が低下して圧力センサ１５で検出した圧力が第２設定圧力Ｐ２になると電磁弁２１を閉じ、循環管路３内の湯２７への空気の混入を止める。そして、循環管路３内の湯２７への空気の混入を止めることで循環管路３のポンプ１１よりも湯２７の流れに対して下流側の部分内の圧力が上昇することにより、微細な気泡を生成することができる。したがって、従来の気泡発生装置のように、圧縮空気ボンベやコンプレッサー、衝突手段などがなくても吐出部で微細気泡を生成できるため、気泡発生装置の構成を簡素化できる。
【００２５】
さらに、構成が簡素化されることにより、気泡発生装置のコストの低減ができ、また、気泡発生装置の設置に対する制限や設計に対する制限を低減することができる。
【００２６】
加えて、本実施形態の気泡発生装置１では、従来の気泡発生装置に比べて微細気泡の濃度を高くでき、微細気泡の生成能力を向上できることが、本願の発明者らによって確認された。
【００２７】
さらに、本実施形態の気泡発生装置１では、１台のポンプ１１に対して１つの吐出部７を接続した構成としたが、本発明を適用した気泡発生装置では、１台のポンプ１１に対して複数の吐出部７を接続して用いることができる。例えば、図４及び図５に示すように、１台のポンプに対して２つのを接続した気泡発生装置５３とすることができる。気泡発生装置５３は、図４に示すように、２つの流入部５ａ、５ｂと２つの吐出部７ａ、７ｂの間に連結された２本の循環管路３ａ、３ｂを有している。２本の循環管路３ａ、３ｂは、ポンプ１１が設けられている部分で１本の循環管路３に合流しており、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分には、圧力計１３、圧力センサ１５が順次設けられている。
【００２８】
２本の循環管路３ａ、３ｂの各々のポンプ１１よりも上流側の部分には流入流量調整弁９ａ、９ｂが、２本の循環管路３ａ、３ｂの各々のポンプ１１よりも下流側の部分には吐出量調整弁１７ａ、１７ｂが設けられている。循環管路３のポンプ１１よりも上流側の部分、例えば２本の循環管路３ａ、３ｂの合流部分には、電磁弁２１が設けられた１本の気体管路１９が連結されている。例えば、２つの別の浴槽２５ａ、２５ｂ内の湯２７などに微細気泡を発生させる場合、本発明を適用した気泡発生装置５３であれば、１台のポンプ１１で２つの別の浴槽２５ａ、２５ｂ内の湯２７などに微細気泡を発生させることができる。
【００２９】
さらに、本実施形態の気泡発生装置１では、図３に示すように、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が第１設定圧力に達してから所定時間経過した後、気体管路１９に設けられた電磁弁２１を開くことにより、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力がほぼ第１設定圧力に保持された時間を設けている。しかし、図６に示すように、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力がほぼ第１設定圧力に保持された時間を設けず、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力が第１設定圧力に達した時点で電磁弁２１を開くこともできる。ただし、本実施形態のように、循環管路３のポンプ１１よりも下流側の部分内の圧力がほぼ第１設定圧力に保持された時間を設け他方が、微細気泡の濃度を濃くでき、微細気泡の発生能力を向上できる。
【００３０】
また、本実施形態では、圧力検出手段として、予め設定された２つの圧力で信号の発信及び停止を切り換える圧力スイッチである圧力センサ１５を用いているが、圧力検出手段としては、循環管路３内の圧力を検出できれば様々な圧力検出手段を用いることができる。また、第１設定圧力Ｐ１で信号を発信する圧力スイッチと第２設定圧力Ｐ２で信号を発信する別の圧力スイッチとの２つの圧力スイッチを循環管路３に設けるなど様々な構成にすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、気泡発生装置の構成を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる気泡発生装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用してなる気泡発生装置を浴槽に取り付けた状態を示す図である。
【図３】本発明を適用してなる気泡発生装置の一実施形態の動作、及び液体管路のポンプよりも下流側の部分内の圧力変動を示す図である。
【図４】本発明を適用してなる気泡発生装置の変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用してなる気泡発生装置の変形例を浴槽に取り付けた状態を示す図である。
【図６】本発明を適用してなる気泡発生装置の変形例の動作、及び液体管路のポンプよりも下流側の部分内の圧力変動を示す図である。
【符号の説明】
１  気泡発生装置
３  循環流路
５  流入部
７  吐出部
１１  ポンプ
１５  圧力センサ
２１  電磁弁
２５  浴槽
２７  湯
【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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