(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液が旋回可能な筒状空間を有する気液旋回室と、前記気液旋回室内へ液体を導入して前記気液旋回室内に液体旋回流を発生させるため前記気液旋回室の基端側に配置された液体導入手段と、前記気液旋回室へ気体を供給するため前記気液旋回室に連通して設けられた気体導入手段と、前記気液旋回室内の気液を吐出するため前記気液旋回室の先端側に配置された気液吐出口と、前記気液吐出口から吐出される気液を導入する気液接触室と、前記気液接触室内の気液を排出する気液排出口とを備えたことを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記液体導入手段として、外部から供給される液体を前記気液旋回室の中心軸に対しねじれの位置をなす方向へ噴出する液体噴出口を設けた請求項１記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
前記気体導入手段として、外部から供給される気体を前記気液旋回室の基端側から前記気液旋回室の中心軸に沿って噴出する気体噴出口を設けた請求項１記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
単数の前記気液接触室に対し複数の前記気液旋回室を設けた請求項１または２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中へ微細気泡を供給する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気体を気泡化して液体中へ溶け込ませることによって様々な効能が生じることは広く知られていることであり、この技術は植物栽培、魚介類養殖、排水処理などの各種産業分野で応用されている。この場合、気泡化した気体をより多く液体中へ溶解させる手段として、気泡径を小さくすることによって気泡全体の表面積を増大させ、気液接触面積の増大を図ることが有効であることが判っている。
【０００３】
図７は、気泡化した空気を水中に溶解させる装置である微細気泡発生装置７０を用いて構築した、水耕栽培、土耕栽培あるいは高設栽培などの灌水栽培システムを示す概略図である。微細気泡発生装置７０としては、本出願人が特願２０００−３６５９８１および特願２００１−３８０７０３において提案した微細気泡発生装置などを使用することができる。
【０００４】
この灌水栽培システムは、微細気泡発生装置７０から吐出される微細気泡混じりの水と未処理の水Ｗとを接触混合させるための混合水槽７１、混合水槽７１内の水Ｗに浸漬された微細気泡発生装置７０へ空気を供給するエアポンプ７２、井戸７３から汲み上げた水を微細気泡発生装置７０へ供給する原水ポンプ７４、水槽７１内の微細気泡混じりの水を灌水栽培ベッド７５へ供給するための圧送ポンプ７６などで構成されている。
【０００５】
原水ポンプ７４およびエアポンプ７２を作動させ、微細気泡発生装置７０へ水および空気を圧送すると、微細気泡発生装置７０から吐出する微細気泡混じりの水が、混合水槽７１に貯留されている未処理の水Ｗの中へ供給され、多量の空気が水Ｗに溶解する。したがって、これらの空気が溶解した水を圧送ポンプ７６で灌水栽培ベッド７５へ供給することにより、井戸水などをそのまま供給した場合よりも作物の生育状況が向上し、収穫量の増大を図ることができるなどの効果が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の微細気泡発生装置７０を使用する場合、微細気泡発生装置７０を浸漬して微細気泡混じりの水と未処理の水Ｗを接触混合するための混合水槽７１、混合水槽７１内にある微細気泡混じりの水を水耕栽培ベッド７５まで送給するための圧送ポンプ７６などが必要であるため、これらの装置を設置するには比較広いスペースが必要である。
【０００７】
また、これらの装置同士を連結するためには様々な配管を行う必要があるため、多くの配管資材が使用されるだけでなく、装置の設置作業および撤収作業には多大な労力と時間が費やされている。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、設置に要するスペースや配管資材を大幅に削減することができ、設置および撤収時の作業負担を軽減することもできる微細気泡発生装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細気泡発生装置は、気液が旋回可能な筒状空間を有する気液旋回室と、前記気液旋回室内へ液体を導入して前記気液旋回室内に液体旋回流を発生させるため前記気液旋回室の基端側に配置された液体導入手段と、前記気液旋回室へ気体を供給するため前記気液旋回室に連通して設けられた気体導入手段と、前記気液旋回室内の気液を吐出するため前記気液旋回室の先端側に配置された気液吐出口と、前記気液吐出口から吐出される気液を導入する気液接触室と、前記気、液接触室内の気液を排出する気液排出口とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成において、液体導入手段および気体導入手段から気液旋回室内へ液体および気体を導入すると、気液旋回室内に液体旋回流が発生するとともにこの液体旋回流に対して気体が供給されるので、気液旋回室内を旋回しながら移動した液体および気体が、気液旋回室の先端側に配置された気液吐出口を通過するとき液体中に大量の微細気泡が発生して気液接触室に流入し、この気液接触室内において微細気泡が液体中に溶解した後、気液排出口から排出されることとなる。
【００１１】
すなわち、気液旋回室から吐出された気液は気液接触室を通過することによって旋回が止まるとともに気体が十分に溶解された状態となり、気液排出口から排出される気液はそのまま使用することが可能となるため、微細気泡混じりの液体と未処理の液体とを接触混合させるための液体混合槽や、液体混合槽内の液体を送給するためのポンプや配管などが不要となる。したがって、設置に要するスペースや配管資材を大幅に削減することができ、設置および撤収時の作業負担を軽減することもできる。
【００１２】
ここで、前記液体導入手段として、外部から供給される液体を前記気液旋回室の中心軸に対しねじれの位置をなす方向へ噴出する液体噴出口を設けることが望ましい。これにより、外部から供給される液体の圧力を利用して気液旋回室内に比較的強力な液体旋回流を発生させることができる。
【００１３】
また、前記気体導入手段として、外部から供給される気体を前記気液旋回室の基端側から前記気液旋回室の中心軸に沿って噴出する気体噴出口を設けることが望ましい。これにより、気液旋回室に発生する液体旋回流の軸心付近に形成される負圧空洞部が気体を効率良く吸引するとともに、吸引された気体は液体旋回流の剪断作用で微細化されるので、さらに大量の微細気泡を発生させることができるようになる。
【００１４】
一方、本発明の微細気泡発生装置で大量の微細気泡混じりの液体を発生させたい場合、すなわち処理能力を増大させたい場合、装置のサイズを大きくすれば液体および気体の導入、排出量を増加させることはできるが、微細気泡の発生量が少なくなる傾向がある。そこで、単数の前記気液接触室に対し複数の前記気液旋回室を設ければ、液体および気体の導入、排出量を増加させるとともに大量の微細気泡を発生させることができるようになるため、処理能力の増大を図ることができる。
【００１５】
また、前記気液接触室は、前記気液旋回室から吐出される気液の旋回を止める役割も果たしているが、気液旋回室の個数を複数にすれば、各気液旋回室から気液接触室へ吐出された気液旋回流同士が干渉し合うことによって旋回を打ち消す作用が発生するので、処理能力の増大に伴う気液接触室の大型化を回避することができる。
【００１６】
【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発生装置を示す縦断面図、図２は前記微細気泡発生装置の部分拡大図、図３は図２におけるＡ−Ａ線断面図、図４は図１に示す微細気泡発生装置の使用状態を示す概略図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の微細気泡発生装置１は、気液が旋回可能な円筒状空間を有する気液旋回室２と、気液旋回室２内へ液体を導入して気液旋回室２内に液体旋回流を発生させるため気液旋回室２の基端２ａ側に配置された液体導入部材３と、気液旋回室２へ気体を供給するため気液旋回室２に連通して設けられた気体導入管４と、気液旋回室２内の気液を吐出するため気液旋回室２の先端２ｂ側に形成された気液吐出口５と、気液吐出口５から吐出される気液を導入する気液接触室６と、気液接触室６内の気液を排出する気液排出口７などを備えている。
【００１８】
図２，図３に示すように、液体導入部材３は、気液旋回室２の中心軸Ｃに沿って突出状に接続された円管状の液体導入管３ａと、その先端に固着された閉塞板３ｂと、液体導入管３ａの先端部分に形成された複数の液体噴出口８などを備えている。複数の液体噴出口８はそれぞれ液体導入管３ａの内側面の接線方向に沿って形成されており、外部から液体導入管３ａを経由して供給される液体を気液旋回室２の中心軸Ｃに対してねじれの位置をなす方向へ噴出する。
【００１９】
気体導入管４は液体導入管３ａの側面を貫通してその内部へ配管され、気体導入管４の先端の気体噴出口４ａは閉塞板３ｂの中心において気液旋回室２内に向かって開口している。気体導入管４は外部から供給される気体を気液旋回室２の基端２ａ側から気液旋回室２の中心軸Ｃに沿って噴出する。
【００２０】
液体導入管３ａおよび気体導入管４を通じて気液旋回室２内へ液体および気体を導入すると、気液旋回室２内に液体旋回流Ｓが発生するとともに、この液体旋回流Ｓに対して気体が供給されるので、気液旋回室２内を旋回しながら移動した液体および気体が、気液旋回室２の先端側に配置された気液吐出口５を通過するとき液体中に大量の微細気泡Ｒが発生して気液接触室６へ流入し、この気液接触室６内において微細気泡Ｒが液体中に十分溶け込んだ後、気液排出口７から排出される。
【００２１】
このように、気液旋回室２から吐出された気液は気液接触室６を通過することによって気体が十分に溶解された状態となるため、気液排出口７から排出される気液はそのまま使用することが可能となる。
【００２２】
したがって、図４に示すように、微細気泡発生装置１を用いて、水耕栽培、土耕栽培あるいは高設栽培などの灌水栽培システムを構築した場合、原水ポンプ１１を用いて井戸１０から汲み上げた水を微細気泡発生装置１に供給するとともにエアポンプ９を用いて空気を供給すれば、微細気泡発生装置１から空気が十分に溶解した水が排出されるので、そのままの状態で灌水栽培ベッド１２へ送水することができる。
【００２３】
このように、微細気泡発生装置１を用いることにより、微細気泡混じりの液体と未処理の液体とを接触混合させるための液体混合槽や、液体混合槽内の液体を送給するためのポンプや配管などが不要となるため、設置に要するスペースや配管資材を大幅に削減することができ、設置および撤収時の作業負担を軽減することもできる。
【００２４】
本実施形態の微細気泡発生装置１においては、液体導入手段として、外部から供給される液体を気液旋回室２の中心軸Ｃに対しねじれの位置をなす方向へ噴出する液体噴出口８を設けているため、外部から供給される液体の圧力を利用して気液旋回室２内に比較的強力な旋回流を発生させることができる。
【００２５】
また、気体導入手段として、外部から供給される気体を気液旋回室２の基端２ａ側から気液旋回室２の中心軸Ｃに沿って噴出する気体噴出口４ａを設けているため、気液旋回室２に発生する液体旋回流Ｓの軸心付近に形成される負圧空洞部Ｖが気体を効率良く吸引するとともに、吸引された気体は液体旋回流Ｓの剪断作用で微細化されるので、極めて大量の微細気泡を発生させることができる。
【００２６】
本実施形態の微細気泡発生装置１において気液旋回室２は円筒形状であるが、液体と気体とが旋回可能な形状であれば円筒形状に限定するものではなく、例えば四角筒形状、五角筒形状あるいは六角筒形状など多角筒形状であってもよい。
【００２７】
また、微細気泡発生装置１の用途の一つとして、図４に示す灌水栽培システムを取り上げているが、本発明の微細気泡発生装置の用途はこれに限定するものではなく、漁業分野においては、海水魚貝類、淡水魚貝類の養殖場の水質、底質の改善および藻場造り、ダム湖、湖沼、池、河川、海などの水質浄化、底質の改善などの手段として用途があり、工業分野においては、汚水中の有機物の除去、分解殺菌、臭気の分解、臭気防止、下水処理場でのエアレーション、洗浄用水製造などの手段として用途があり、食品加工の分野においては、飲料水、食品加工水、酒、ビールなどの酒造用水などの製造手段としての用途があり、美容医療の分野においては、浴用水、洗顔水、シャワー用水、健康飲料水などの製造手段としての用途があり、様々な分野で広く活用することができる。
【００２８】
次に、図５，図６を参照して、第２実施形態である微細気泡発生装置２０について説明する。なお、微細気泡発生装置２０において、前述の微細気泡発生装置１の構成部分と同じ機能を有する部分については図１〜図４の場合と同符号を付して説明を省略する。
【００２９】
本実施形態の微細気泡発生装置２０においては、円筒形状のケーシング２０ａ内に設けられた隔壁２２に、気液が旋回可能な円筒状空間を有する３個の気液旋回室２１が１２０度間隔で貫通状態で配置され、各々の気液旋回室２１内へ液体を導入して気液旋回室２１内に液体旋回流を発生させるため気液旋回室２１の基端２１ａ側に液体導入部材２３が設けられ、気液旋回室２１へ気体を供給するため気液旋回室２１に連通して気体導入管４が設けられ、気液旋回室２１内の気液を吐出するため気液旋回室２１の先端２１ｂ側に気液吐出口２５が形成され、隔壁２２で区画されたケーシング２０ａ内の先端側に、気液吐出口２５から吐出される気液を導入する気液接触室２６が設けられ、ケーシング２０ａの先端に気液接触室２６内の気液を排出する気液排出口２７が設けられている。
【００３０】
隔壁２２で区画されたケーシング２０ａ内の基端側に液体導入室２８が設けられ、液体導入室２８に液体を導入するための液体導入口２９がケーシング２０ａの基端に設けられている。各気液旋回室２１の液体導入部材２３は、気液旋回室２１の中心軸Ｃに沿って突出状に配置され、その先端に閉塞板２３ｂが固着され、液体導入部材２３の基端は液体導入室２８に開口している。液体導入部材２３に設けられた複数の液体噴出口８は、外部から供給される液体を気液旋回室２１の中心軸Ｃに対してねじれの位置をなす方向へ噴出する。
【００３１】
気体導入管４はケーシング２０ａの側面を貫通して液体導入室２８の内部へ配管され、気体導入管４先端の気体噴出口４ａは閉塞板２３ｂの中心において気液旋回室２１内に向かって開口している。気体導入管４は外部から供給される気体を気液旋回室２１の基端２１ａ側から気液旋回室２１の中心軸Ｃに沿って噴出する。
【００３２】
液体導入口２９を通じて液体導入室２８へ導入された液体は、３個の液体導入部材２３の基端開口部２３ａから液体導入部材２３内へ均等に流入し、複数の液体噴出口８を通じてそれぞれの気液旋回室２１に向かって均等に噴出し、各気液旋回室２１内に液体旋回流Ｓを発生させるとともに、この液体旋回流Ｓに対して気体噴出口４ａから気体が供給されるので、気液旋回室２１内を旋回しながら移動した液体および気体が、気液旋回室２１の気液吐出口２５を通過するとき液体中に大量の微細気泡Ｒが発生して気液接触室２６へ流入し、この気液接触室２６内において微細気泡Ｒが液体中に十分溶け込んだ後、気液排出口２７から排出される。
【００３３】
このように、３個の気液旋回室２１からそれぞれ気液接触室２６に向かって吐出された気液は気液接触室２６を通過することによって気体が十分に溶解された状態となるため、気液排出口２７から排出される気液はそのまま使用することが可能となる。また、各気液旋回室２１に発生する液体旋回流Ｓの軸心付近に形成される負圧空洞部Ｖが気体を効率良く吸引するとともに、吸引された気体は液体旋回流Ｓの剪断作用で微細化されるので、極めて大量の微細気泡を発生させることができる。
【００３４】
本実施形態の微細気泡発生装置２０においては、前述した微細気泡発生装置１を構成する気液旋回室２と同様の機能を有する３個の気液旋回室２１を１２０度間隔で隔壁２２に配置することにより、単数の気液接触室２６に対し３個の気液旋回室２１を設けた構造を形成しているため、大量の液体および気体を導入、排出するとともに大量の微細気泡を発生させることが可能であり、微細気泡発生装置１よりも処理能力が大である。
【００３５】
また、微細気泡発生装置１の気液接触室６は、気液旋回室２から吐出される気液の旋回を止める役割も果たしているが、微細気泡発生装置２０のように３個の気液旋回室２１を設ければ、各気液旋回室２１から気液接触室２６へ吐出された気液旋回流同士が干渉し合うことによって旋回を打ち消す作用が生じるので、３個の気液旋回室２１を設けたことに対応して、気液接触室２６の容積を気液旋回室２の３倍にする必要はなく、微細気泡発生装置２０の処理能力の増大に伴う気液接触室２６の大型化を回避することができる。したがって、装置全体の大型化を回避しつつ処理能力の増大を図ることが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏する。
【００３７】
（１）気液が旋回可能な筒状空間を有する気液旋回室と、気液旋回室内へ液体を導入して気液旋回室内に液体旋回流を発生させるため気液旋回室の基端側に配置された液体導入手段と、気液旋回室へ気体を供給するため気液旋回室に連通して設けられた気体導入手段と、気液旋回室内の気液を吐出するため気液旋回室の先端側に配置された気液吐出口と、気液吐出口から吐出される気液を導入する気液接触室と、気液接触室内の気液を排出する気液排出口とを備えたことにより、従来の液体混合槽および液体混合槽内の液体送給用のポンプや配管などが不要となるため、設置に要するスペースや配管資材を大幅に削減することができ、設置および撤収時の作業負担も軽減することができる。
【００３８】
（２）前記液体導入手段として、外部から供給される液体を前記気液旋回室の中心軸に対しねじれの位置をなす方向へ噴出する液体噴出口を設けることにより、外部から供給される液体の圧力を利用して気液旋回室内に比較的強力な旋回流を発生させることができる。
【００３９】
（３）前記気体導入手段として、外部から供給される気体を前記気液旋回室の基端側から前記気液旋回室の中心軸に沿って噴出する気体噴出口を設けることにより、気液旋回室の旋回流の軸心付近に形成される負圧空洞部が気体を効率良く吸引するとともに、吸引された気体は旋回流の剪断作用で微細化されるので、さらに大量の微細気泡を発生させることができるようになる。
【００４０】
（４）単数の前記気液接触室に対し複数の前記気液旋回室を設けることにより、気液接触室の大型化などの装置の大型化を回避しつつ、処理能力の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態である微細気泡発生装置を示す縦断面図である。
【図２】  図１に示す微細気泡発生装置の部分拡大図である。
【図３】  図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】  図１に示す微細気泡発生装置の使用状態を示す概略図である。
【図５】  第２実施形態である微細気泡発生装置を示す縦断面図である。
【図６】  図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】  従来の微細気泡発生装置の使用状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１，２０  微細気泡発生装置
２，２１  気液旋回室
２ａ，２１ａ  基端
２ｂ，２１ｂ  先端
３，２３  液体導入部材
３ａ  液体導入管
３ｂ  閉塞板
４  気体導入管
４ａ  気体噴出口
５，２５  気液吐出口
６，２６  気液接触室
７，２７  気液排出口
８  液体噴出口
９  エアポンプ
１０  井戸
１１  原水ポンプ
１２  灌水栽培ベッド
２０ａ  ケーシング
２２  隔壁
２８  液体導入室
２９  液体導入口
Ｃ  気液旋回室の中心軸
Ｓ  液体旋回流
Ｒ  微細気泡
Ｖ  負圧空洞部
【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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