JP2001000890A - 高効率ガス溶解装置 - Google Patents
高効率ガス溶解装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 衝突部材のついた拡径ノズル部の内部で生じ
る水のせん断力とキャビテーションを利用して空気を効
率よく微細化し、養殖池の水、特に残餌や排泄物等の有
機物が堆積する底土付近の水中溶存酸素量を効率よく高
め、また経済性も良好な高効率ガス溶解装置を提供す
る。 【解決手段】 注水口１２から導入された高圧水を吐水
口１３から放出する導水部１４、導水部１４に気体導入
口１５が設けられてエジェクター作用によって高圧水に
気体を混入する気体配管１６、及び導水部１４に基側が
一体的に連結され、先側に向けて拡径し、吐出口１３か
ら放出される高圧水流によって積極的にキャビテーショ
ンを発生させる拡径ノズル部１７を有するノズル本体１
１と、ノズル本体１１の更に先側に隙間を有して配置さ
れ、拡径ノズル部１７から放出される微泡混じりの水を
周囲に放散する衝突部材１８とを有する。
る水のせん断力とキャビテーションを利用して空気を効
率よく微細化し、養殖池の水、特に残餌や排泄物等の有
機物が堆積する底土付近の水中溶存酸素量を効率よく高
め、また経済性も良好な高効率ガス溶解装置を提供す
る。 【解決手段】 注水口１２から導入された高圧水を吐水
口１３から放出する導水部１４、導水部１４に気体導入
口１５が設けられてエジェクター作用によって高圧水に
気体を混入する気体配管１６、及び導水部１４に基側が
一体的に連結され、先側に向けて拡径し、吐出口１３か
ら放出される高圧水流によって積極的にキャビテーショ
ンを発生させる拡径ノズル部１７を有するノズル本体１
１と、ノズル本体１１の更に先側に隙間を有して配置さ
れ、拡径ノズル部１７から放出される微泡混じりの水を
周囲に放散する衝突部材１８とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、衝突部材のついた
拡径ノズル部内で生じる水のせん断力とキャビテーショ
ンを利用して気体を効率よく微細化し、養殖池の水、特
に残餌や排泄物等の有機物が堆積する底土付近の水中溶
存酸素量を効率よく高める装置に関するものである。
拡径ノズル部内で生じる水のせん断力とキャビテーショ
ンを利用して気体を効率よく微細化し、養殖池の水、特
に残餌や排泄物等の有機物が堆積する底土付近の水中溶
存酸素量を効率よく高める装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、養殖池では飼育効率を高めるため
に狭い空間に多量の魚介類を飼育しており、その過密度
は増加傾向にある。そのため、溶存酸素濃度（水中の酸
素濃度）は低下すると共に発育速度も遅くなっている。
また、残餌や排泄物が底土に有機物として堆積し、堆積
物中で発生するビブリオ菌、ＰＡＶウィルス等の病原菌
感染により多量死が発生して生産効率が急激に落ち込む
現象が起こっている。特に餌として与えられる魚粉等の
配合飼料（国内で年間４０万トン）は、僅か２０％しか
魚介類に消費されず、残り８０％は底土に堆積すること
になる。また、病原菌対策として餌中に抗生物質等の化
学農薬が使用されているが、その有効性は、飼育する魚
介類に十分な抵抗（免疫）力が備わっている場合のみで
あり、酸素不足の状況では抵抗力は弱く効果が上がって
いない。このため、堆積物を分解浄化するには好気性水
中微生物による浄化作用が必要となるため、微生物の活
動についても十分な酸素が不可欠となっている。最近、
病理学的な立場で生物農薬と呼ばれるウィルス性細菌剤
の研究開発が進められているが、一方で、養殖業界から
は水中酸素濃度を高める観点で堆積物処理技術の確立も
急務であると要望されている。
に狭い空間に多量の魚介類を飼育しており、その過密度
は増加傾向にある。そのため、溶存酸素濃度（水中の酸
素濃度）は低下すると共に発育速度も遅くなっている。
また、残餌や排泄物が底土に有機物として堆積し、堆積
物中で発生するビブリオ菌、ＰＡＶウィルス等の病原菌
感染により多量死が発生して生産効率が急激に落ち込む
現象が起こっている。特に餌として与えられる魚粉等の
配合飼料（国内で年間４０万トン）は、僅か２０％しか
魚介類に消費されず、残り８０％は底土に堆積すること
になる。また、病原菌対策として餌中に抗生物質等の化
学農薬が使用されているが、その有効性は、飼育する魚
介類に十分な抵抗（免疫）力が備わっている場合のみで
あり、酸素不足の状況では抵抗力は弱く効果が上がって
いない。このため、堆積物を分解浄化するには好気性水
中微生物による浄化作用が必要となるため、微生物の活
動についても十分な酸素が不可欠となっている。最近、
病理学的な立場で生物農薬と呼ばれるウィルス性細菌剤
の研究開発が進められているが、一方で、養殖業界から
は水中酸素濃度を高める観点で堆積物処理技術の確立も
急務であると要望されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
養殖池など酸素が必要となる場所で酸素を供給する手法
である、水車方式、散気管（多孔質の板や筒に高圧空気
を注入する）方式、ジェット水流方式等では、どの方式
においても、酸素溶解効率が２０％以上のものはなく、
気泡の発生よりも池全体の水循環作用を重要視した設計
になっている。これでは、池底の溶存酸素量を高めるこ
とはできなく、そのため堆積有機物を分解浄化する微生
物の活動は活性化されず、病害による多量死が発生す
る。その結果、養殖池の水は、一度に入れ換えざるを得
なくなる。なお、このように養殖池の水を一度に入れ換
えることで、堆積物を含んだ酸素不足の水を河川や海へ
流出するため、環境汚染の発生についても懸念されてい
る。以上の理由から、新規装置の開発の要請が多くなっ
てきている。本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、水のせん断力とキャビテーションの崩壊衝撃力を利
用して空気を効率よく微細化し、養殖池の水、特に残餌
や排泄物等の有機物が堆積する底土付近の水中溶存酸素
量を効率よく高め、また経済性も良好な高効率ガス溶解
装置を提供することを目的とする。
養殖池など酸素が必要となる場所で酸素を供給する手法
である、水車方式、散気管（多孔質の板や筒に高圧空気
を注入する）方式、ジェット水流方式等では、どの方式
においても、酸素溶解効率が２０％以上のものはなく、
気泡の発生よりも池全体の水循環作用を重要視した設計
になっている。これでは、池底の溶存酸素量を高めるこ
とはできなく、そのため堆積有機物を分解浄化する微生
物の活動は活性化されず、病害による多量死が発生す
る。その結果、養殖池の水は、一度に入れ換えざるを得
なくなる。なお、このように養殖池の水を一度に入れ換
えることで、堆積物を含んだ酸素不足の水を河川や海へ
流出するため、環境汚染の発生についても懸念されてい
る。以上の理由から、新規装置の開発の要請が多くなっ
てきている。本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、水のせん断力とキャビテーションの崩壊衝撃力を利
用して空気を効率よく微細化し、養殖池の水、特に残餌
や排泄物等の有機物が堆積する底土付近の水中溶存酸素
量を効率よく高め、また経済性も良好な高効率ガス溶解
装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る高効率ガス溶解装置は、注水口から導入された高圧
水を吐水口から放出する導水部、該導水部に気体導入口
が設けられてエジェクター作用によって前記高圧水に気
体を混入する気体配管、及び前記導水部に基側に一体的
に連結され、先側に向けて拡径し、前記吐出口から放出
される高圧水流によって積極的にキャビテーションを発
生させる拡径ノズル部を有するノズル本体と、前記ノズ
ル本体の更に先側に隙間を有して配置され、前記拡径ノ
ズル部から放出される微泡混じりの水を周囲に放散する
衝突部材とを有する。これにより、拡径ノズル部の内部
空間に、キャビテーションを常に定在させることができ
る。また、衝突部材を設けることで、微細化された空気
の気泡を高効率ガス溶解装置の周囲に均一に放散でき
る。ここで気体とは、空気の他に酸素やオゾンを含む空
気等があり、これ以外の気体であっても本発明は適用で
きる。
係る高効率ガス溶解装置は、注水口から導入された高圧
水を吐水口から放出する導水部、該導水部に気体導入口
が設けられてエジェクター作用によって前記高圧水に気
体を混入する気体配管、及び前記導水部に基側に一体的
に連結され、先側に向けて拡径し、前記吐出口から放出
される高圧水流によって積極的にキャビテーションを発
生させる拡径ノズル部を有するノズル本体と、前記ノズ
ル本体の更に先側に隙間を有して配置され、前記拡径ノ
ズル部から放出される微泡混じりの水を周囲に放散する
衝突部材とを有する。これにより、拡径ノズル部の内部
空間に、キャビテーションを常に定在させることができ
る。また、衝突部材を設けることで、微細化された空気
の気泡を高効率ガス溶解装置の周囲に均一に放散でき
る。ここで気体とは、空気の他に酸素やオゾンを含む空
気等があり、これ以外の気体であっても本発明は適用で
きる。
【０００５】ここで、本発明に係る高効率ガス溶解装置
において、前記拡径ノズル部は、円錐台状として、その
開き角を４０〜９０度の範囲にしてもよい。これによ
り、キャビテーションは、拡径ノズル部の内部空間から
外へ出ることなく、拡径ノズル部の内部に常に定在させ
ることができる。また、本発明に係る高効率ガス溶解装
置において、前記衝突部材は、中心から半径方向に向け
て下り傾斜になって、しかも、周囲を複数の支持ロッド
によって前記ノズル本体に固定することも可能である。
このように、衝突部材は、中心から半径方向に向けて下
り傾斜になっているので、拡径ノズル部と、衝突部材と
の内部空間に存在する微細化された気体の気泡を、高効
率ガス溶解装置の周囲に均一に放散できる。また、衝突
部材は、周囲を複数の支持ロッドによってノズル本体に
固定するため、注入口に送水された高圧水の流速、及び
高効率ガス溶解装置の規模により、ノズル本体と衝突部
材との距離を調節できるようになっている。
において、前記拡径ノズル部は、円錐台状として、その
開き角を４０〜９０度の範囲にしてもよい。これによ
り、キャビテーションは、拡径ノズル部の内部空間から
外へ出ることなく、拡径ノズル部の内部に常に定在させ
ることができる。また、本発明に係る高効率ガス溶解装
置において、前記衝突部材は、中心から半径方向に向け
て下り傾斜になって、しかも、周囲を複数の支持ロッド
によって前記ノズル本体に固定することも可能である。
このように、衝突部材は、中心から半径方向に向けて下
り傾斜になっているので、拡径ノズル部と、衝突部材と
の内部空間に存在する微細化された気体の気泡を、高効
率ガス溶解装置の周囲に均一に放散できる。また、衝突
部材は、周囲を複数の支持ロッドによってノズル本体に
固定するため、注入口に送水された高圧水の流速、及び
高効率ガス溶解装置の規模により、ノズル本体と衝突部
材との距離を調節できるようになっている。
【０００６】そして、本発明に係る高効率ガス溶解装置
において、前記拡径ノズル部の拡径した先側は円滑に丸
くなっていてもよい。この場合の曲率半径は、例えば１
０〜５０ｍｍとすることができる。これにより、拡径ノ
ズル部の内部空間に存在する微細化された気体の気泡
が、高効率ガス溶解装置の周囲に、スムーズに移動でき
る。更に、本発明に係る高効率ガス溶解装置において、
前記導水部には下流側にしぼり部が設けられ、該しぼり
部に前記気体導入口を設けることも可能である。これに
より、ノズル本体の導水部を通過し、吐出口から放出さ
れる高圧水の中央部とその周囲の速度分布を一様にする
ことができ、また、水への気体の混入割合が多い高圧水
を放出することができる。
において、前記拡径ノズル部の拡径した先側は円滑に丸
くなっていてもよい。この場合の曲率半径は、例えば１
０〜５０ｍｍとすることができる。これにより、拡径ノ
ズル部の内部空間に存在する微細化された気体の気泡
が、高効率ガス溶解装置の周囲に、スムーズに移動でき
る。更に、本発明に係る高効率ガス溶解装置において、
前記導水部には下流側にしぼり部が設けられ、該しぼり
部に前記気体導入口を設けることも可能である。これに
より、ノズル本体の導水部を通過し、吐出口から放出さ
れる高圧水の中央部とその周囲の速度分布を一様にする
ことができ、また、水への気体の混入割合が多い高圧水
を放出することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の一実施の形態に係る
高効率ガス溶解装置の側断面図、図２（Ａ）、（Ｂ）は
それぞれ同高効率ガス溶解装置の衝突板の正面図、側断
面図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同高効率ガス溶解
装置の作動説明図、同高効率ガス溶解装置の構成図であ
る。
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の一実施の形態に係る
高効率ガス溶解装置の側断面図、図２（Ａ）、（Ｂ）は
それぞれ同高効率ガス溶解装置の衝突板の正面図、側断
面図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同高効率ガス溶解
装置の作動説明図、同高効率ガス溶解装置の構成図であ
る。
【０００８】図１〜図３に示すように、本発明の一実施
の形態に係る高効率ガス溶解装置１０は、ノズル本体１
１と、ノズル本体１１の先側に隙間を有して配置され
た、衝突部材の一例である衝突板１８とを有している。
以下、これらについて詳細に説明する。ノズル本体１１
は、水輸送手段の一例であるポンプ１９（図３（Ａ）参
照）を介して送水される２０〜５０ｍ／ｓｅｃに加速さ
れた高圧水を、注水口１２から導入して吐水口１３から
放出する導水部１４を有している。更に、図１及び図３
（Ｂ）に示すように、この導水部１４の下流側に設けら
れたしぼり部２２には、気体導入口１５を介して気体配
管１６が設けられ、導水部１４を通過する高圧水に気体
の一例である空気を混入している。すなわち、高圧水が
しぼり部２２で急激に流速上昇することに伴い負圧現象
が生じ、気体配管１６から高圧水の放出方向に自然に吸
引（エジェクター作用）された空気は、高圧水と混合さ
れる。
の形態に係る高効率ガス溶解装置１０は、ノズル本体１
１と、ノズル本体１１の先側に隙間を有して配置され
た、衝突部材の一例である衝突板１８とを有している。
以下、これらについて詳細に説明する。ノズル本体１１
は、水輸送手段の一例であるポンプ１９（図３（Ａ）参
照）を介して送水される２０〜５０ｍ／ｓｅｃに加速さ
れた高圧水を、注水口１２から導入して吐水口１３から
放出する導水部１４を有している。更に、図１及び図３
（Ｂ）に示すように、この導水部１４の下流側に設けら
れたしぼり部２２には、気体導入口１５を介して気体配
管１６が設けられ、導水部１４を通過する高圧水に気体
の一例である空気を混入している。すなわち、高圧水が
しぼり部２２で急激に流速上昇することに伴い負圧現象
が生じ、気体配管１６から高圧水の放出方向に自然に吸
引（エジェクター作用）された空気は、高圧水と混合さ
れる。
【０００９】導水部１４には、先側に向けて拡径（開き
角度が４０〜９０度）している円錐台状の拡径ノズル部
１７の基側が一体的に連結されている。ノズル本体１１
の吐水口１３から放出された空気を混入した高圧水流
は、この拡径ノズル部１７の内部空間で積極的にキャビ
テーションを発生する。すなわち、高圧水流（ジェッ
ト）の流速が増すと逆に水の静圧が減り、その水が飽和
蒸気圧より下がる（負圧領域）ことで、キャビテーショ
ンが生じるのである。拡径ノズル部１７の内部空間は末
広がり形状であるので、従来のジェットのせん断作用に
加え、更に強いせん断力（気体を引きちぎる力）が生じ
る。また、負圧領域で生じたキャビテーションが、正圧
領域（拡径ノズル部１７の壁面側の澱み流れで水の圧力
が正圧に回復する領域）で崩壊する際に局所衝撃圧が加
わって気泡を更に細かくすることになる。このように、
拡径ノズル部１７の内部空間には常にキャビテーション
が定在し、このキャビテーションの生成と崩壊とが繰り
返えされ、効率よく局所的に強いせん断力と衝撃力が働
く。これによって空気を微細化し、水に接する空気の表
面積を拡大し、より大量の空気（酸素）を、水に溶かす
ことができる。
角度が４０〜９０度）している円錐台状の拡径ノズル部
１７の基側が一体的に連結されている。ノズル本体１１
の吐水口１３から放出された空気を混入した高圧水流
は、この拡径ノズル部１７の内部空間で積極的にキャビ
テーションを発生する。すなわち、高圧水流（ジェッ
ト）の流速が増すと逆に水の静圧が減り、その水が飽和
蒸気圧より下がる（負圧領域）ことで、キャビテーショ
ンが生じるのである。拡径ノズル部１７の内部空間は末
広がり形状であるので、従来のジェットのせん断作用に
加え、更に強いせん断力（気体を引きちぎる力）が生じ
る。また、負圧領域で生じたキャビテーションが、正圧
領域（拡径ノズル部１７の壁面側の澱み流れで水の圧力
が正圧に回復する領域）で崩壊する際に局所衝撃圧が加
わって気泡を更に細かくすることになる。このように、
拡径ノズル部１７の内部空間には常にキャビテーション
が定在し、このキャビテーションの生成と崩壊とが繰り
返えされ、効率よく局所的に強いせん断力と衝撃力が働
く。これによって空気を微細化し、水に接する空気の表
面積を拡大し、より大量の空気（酸素）を、水に溶かす
ことができる。
【００１０】図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、衝突板
１８は、中心から半径方向に向けて下り傾斜になって、
しかもその周囲を、例えば４本の支持ロッド２１によっ
てノズル本体１１に固定している。この傾斜により、拡
径ノズル部１７の内部空間で生成した微泡混じりの水
を、効果的に高効率ガス溶解装置１０の周囲に放散する
ことが可能となり、環状斜め下方向に噴出した微泡混じ
りの水は底土の酸素濃度を高める。なお、支持ロッド２
１の本数は、ノズル本体１１に衝突板１８を安定に取付
けることができれば何本でもよい。この支持ロッド２１
によって、衝突板１８に拡径ノズル部１７を固定するこ
とで、注入口１２に導入された高圧水の流速、及び高効
率ガス溶解装置１０の規模に応じて、ノズル本体１１と
衝突板１８との距離を調節できるため、各条件におい
て、高効率ガス溶解装置１０の周囲に、微泡混じりの水
を放散できる最適な状態を作り出すことができる。この
とき、支持ロッド２１の取付け方法としては、取付けて
固定できるものであればよく、例えば衝突板１８に孔１
８ａを設けて、ボルト、又はねじ等で取付けることが可
能であり、また、溶接等により接着することも可能であ
る。更に、衝突板１８は、高効率ガス溶解装置１０の規
模に応じて、衝突板１８の半径を変えることができるた
め、各条件において、高効率ガス溶解装置１０の周囲
に、微泡混じりの水を放散できる最適な状態を作り出す
ことができる。
１８は、中心から半径方向に向けて下り傾斜になって、
しかもその周囲を、例えば４本の支持ロッド２１によっ
てノズル本体１１に固定している。この傾斜により、拡
径ノズル部１７の内部空間で生成した微泡混じりの水
を、効果的に高効率ガス溶解装置１０の周囲に放散する
ことが可能となり、環状斜め下方向に噴出した微泡混じ
りの水は底土の酸素濃度を高める。なお、支持ロッド２
１の本数は、ノズル本体１１に衝突板１８を安定に取付
けることができれば何本でもよい。この支持ロッド２１
によって、衝突板１８に拡径ノズル部１７を固定するこ
とで、注入口１２に導入された高圧水の流速、及び高効
率ガス溶解装置１０の規模に応じて、ノズル本体１１と
衝突板１８との距離を調節できるため、各条件におい
て、高効率ガス溶解装置１０の周囲に、微泡混じりの水
を放散できる最適な状態を作り出すことができる。この
とき、支持ロッド２１の取付け方法としては、取付けて
固定できるものであればよく、例えば衝突板１８に孔１
８ａを設けて、ボルト、又はねじ等で取付けることが可
能であり、また、溶接等により接着することも可能であ
る。更に、衝突板１８は、高効率ガス溶解装置１０の規
模に応じて、衝突板１８の半径を変えることができるた
め、各条件において、高効率ガス溶解装置１０の周囲
に、微泡混じりの水を放散できる最適な状態を作り出す
ことができる。
【００１１】本実施の形態においては、ホース１９ａに
よってノズル本体１１に送水を行っているが、水の速度
２０〜５０ｍ／ｓｅｃに耐えることができるものであれ
ばよく、例えば、金属製、又はビニール製のホース、又
は管であってもよい。また、符号２０は、ホース１９を
ノズル本体１１と接続する際に、送水された水が漏れな
いように装着したニップルであり、漏水が防止できる他
のシール部材を使用してもよい。また、拡径ノズル部１
７は、その開き角度を４０〜９０度の範囲としたが、こ
れは、開き角度が４０度未満では、ノズル本体１１の吐
水口１３から放出された高圧水流に、拡径ノズル部１７
内の最も流速が速い中央部と、最も遅い壁部とで、顕著
な速度の分布がなくなり、流体のせん断力が顕著に発生
しなくなるため、空気の気泡を微細化することができな
いからである。一方、開き角度が９０度を超えると、高
効率ガス溶解装置１０の周囲から、拡径ノズル部１７の
内部への水の巻きこみが発生し、拡径ノズル部１７内の
中央部と壁部との間で、良好なせん断力を発生すること
ができず、キャビテーションを微細化することができな
くなるためである。以上のことより、拡径ノズル部１７
の開き角度は、更には５０〜７０度、より好ましくは６
０度にするとよい。
よってノズル本体１１に送水を行っているが、水の速度
２０〜５０ｍ／ｓｅｃに耐えることができるものであれ
ばよく、例えば、金属製、又はビニール製のホース、又
は管であってもよい。また、符号２０は、ホース１９を
ノズル本体１１と接続する際に、送水された水が漏れな
いように装着したニップルであり、漏水が防止できる他
のシール部材を使用してもよい。また、拡径ノズル部１
７は、その開き角度を４０〜９０度の範囲としたが、こ
れは、開き角度が４０度未満では、ノズル本体１１の吐
水口１３から放出された高圧水流に、拡径ノズル部１７
内の最も流速が速い中央部と、最も遅い壁部とで、顕著
な速度の分布がなくなり、流体のせん断力が顕著に発生
しなくなるため、空気の気泡を微細化することができな
いからである。一方、開き角度が９０度を超えると、高
効率ガス溶解装置１０の周囲から、拡径ノズル部１７の
内部への水の巻きこみが発生し、拡径ノズル部１７内の
中央部と壁部との間で、良好なせん断力を発生すること
ができず、キャビテーションを微細化することができな
くなるためである。以上のことより、拡径ノズル部１７
の開き角度は、更には５０〜７０度、より好ましくは６
０度にするとよい。
【００１２】また、拡径ノズル部１７の拡径した先側
は、その曲率半径を１０〜５０ｍｍにすることで円滑に
丸くしている。これにより、拡径ノズル部１７の内部空
間に存在する微細化された空気の気泡を、高効率ガス溶
解装置１０の周囲に、拡径ノズル部１７に沿って均一
に、かつスムーズに放散できる。なお、この拡径ノズル
部の拡径した先側はＲをとってもよい。また、拡径ノズ
ル部の拡径した先側を角張った形状としてもよい。
は、その曲率半径を１０〜５０ｍｍにすることで円滑に
丸くしている。これにより、拡径ノズル部１７の内部空
間に存在する微細化された空気の気泡を、高効率ガス溶
解装置１０の周囲に、拡径ノズル部１７に沿って均一
に、かつスムーズに放散できる。なお、この拡径ノズル
部の拡径した先側はＲをとってもよい。また、拡径ノズ
ル部の拡径した先側を角張った形状としてもよい。
【００１３】高効率ガス溶解装置は、高圧水の放出方向
を水中の底部にしているが、任意の方向にすることも可
能である。また、この高効率ガス溶解装置の材質は、水
中でも錆びることのない材質、及び高圧水にも耐えるこ
とができる材質であればよく、例えば、ステンレス等の
金属製や、プラスチック製であってもよい。本実施の形
態においては、気体の一例として空気を水に溶かす例に
ついて説明したが、気体としては、酸素、オゾン等を含
んだ空気等であっても本発明に適用される。
を水中の底部にしているが、任意の方向にすることも可
能である。また、この高効率ガス溶解装置の材質は、水
中でも錆びることのない材質、及び高圧水にも耐えるこ
とができる材質であればよく、例えば、ステンレス等の
金属製や、プラスチック製であってもよい。本実施の形
態においては、気体の一例として空気を水に溶かす例に
ついて説明したが、気体としては、酸素、オゾン等を含
んだ空気等であっても本発明に適用される。
【００１４】
【実施例】本発明の一実施の形態に係る高効率ガス溶解
装置１０を使用して、注水口１２より毎分３５．８Ｌ、
水圧２ｋｇ／ｃｍ2 の高圧水を導入し、空気の溶解を行
った結果、微細化された空気の気泡径は、０．０１〜
０．１ｍｍであり、ポンプ１９の動力（電力消費量）
は、０．４ｋＷと従来の１１ｋＷに比べて少なく、か
つ、酸素溶解効率（供給酸素量に対する溶解酸素量の割
合であり水中の酸素量を高める指標となる）は、４０％
以上であった。
装置１０を使用して、注水口１２より毎分３５．８Ｌ、
水圧２ｋｇ／ｃｍ2 の高圧水を導入し、空気の溶解を行
った結果、微細化された空気の気泡径は、０．０１〜
０．１ｍｍであり、ポンプ１９の動力（電力消費量）
は、０．４ｋＷと従来の１１ｋＷに比べて少なく、か
つ、酸素溶解効率（供給酸素量に対する溶解酸素量の割
合であり水中の酸素量を高める指標となる）は、４０％
以上であった。
【００１５】続いて、比較例として既存の酸素供給装置
の特徴、電力消費量、酸素溶解効率について以下に示
す。散気管方式は、高圧空気が水中に投入された多孔質
材を通過する際に空気が微細化される。気泡径は、５ｍ
ｍ以上と大きく、水中における滞留時間短いため酸素供
給効果が低い。この酸素供給装置の電力消費量は１１ｋ
Ｗ、酸素溶解効率は４．８％である。ジェット水流方式
は、ノズルから空気と共に水ジェットを水中で噴射し、
酸素を供給する方式であるが、従来のノズル形状、及び
自由空間ジェット方式では、微細気泡と共に大きな気泡
が発生するため、大きな気泡に微細気泡が誘引急上昇し
て気泡の滞留時間が短い。この酸素供給装置の電力消費
量は１１ｋＷ、酸素溶解効率は０．８％である。水車方
式は、低価格であるため養殖業界に最も普及した製品で
あるが、効果は水流を作るだけで酸素濃度は水面付近し
か高くならない。この酸素供給装置の電力消費量は０．
７５ｋＷ、酸素溶解効率は０．５％である。
の特徴、電力消費量、酸素溶解効率について以下に示
す。散気管方式は、高圧空気が水中に投入された多孔質
材を通過する際に空気が微細化される。気泡径は、５ｍ
ｍ以上と大きく、水中における滞留時間短いため酸素供
給効果が低い。この酸素供給装置の電力消費量は１１ｋ
Ｗ、酸素溶解効率は４．８％である。ジェット水流方式
は、ノズルから空気と共に水ジェットを水中で噴射し、
酸素を供給する方式であるが、従来のノズル形状、及び
自由空間ジェット方式では、微細気泡と共に大きな気泡
が発生するため、大きな気泡に微細気泡が誘引急上昇し
て気泡の滞留時間が短い。この酸素供給装置の電力消費
量は１１ｋＷ、酸素溶解効率は０．８％である。水車方
式は、低価格であるため養殖業界に最も普及した製品で
あるが、効果は水流を作るだけで酸素濃度は水面付近し
か高くならない。この酸素供給装置の電力消費量は０．
７５ｋＷ、酸素溶解効率は０．５％である。
【００１６】
【発明の効果】請求項１〜５記載の高効率ガス溶解装置
は、導水部に基側が一体的に連結され、先側に向けて拡
径し、吐出口から放出される高圧水流によって積極的に
キャビテーションを発生させる拡径ノズル部を有してい
るため、拡径ノズル部の内部空間で、キャビテーション
を常に定在させ、気泡の生成と崩壊を繰返すことができ
る。これにより、流体のせん断力、及びキャビテーショ
ンが壊れる際に発生する局所衝撃圧が加わって、気泡を
微細化できるため、水中への供給気体量に対する気体の
溶解量の割合を高めることができ、養殖池等、例えばエ
ビやうなぎ等の養殖池のように、狭い空間での飼育効率
を高める装置として有望であり、その効果も多大なもの
になる。使用する電力消費量も少なく、従来品に比べ省
エネルギータイプになっている。また、ノズル本体と、
ノズル本体の更に先側に隙間を有して配置され、拡径ノ
ズル部から放出される微泡混じりの水を周囲に放散する
衝突部材とを有することで、微細化された気体の気泡を
高効率ガス溶解装置の周囲に均一に放散することができ
る。
は、導水部に基側が一体的に連結され、先側に向けて拡
径し、吐出口から放出される高圧水流によって積極的に
キャビテーションを発生させる拡径ノズル部を有してい
るため、拡径ノズル部の内部空間で、キャビテーション
を常に定在させ、気泡の生成と崩壊を繰返すことができ
る。これにより、流体のせん断力、及びキャビテーショ
ンが壊れる際に発生する局所衝撃圧が加わって、気泡を
微細化できるため、水中への供給気体量に対する気体の
溶解量の割合を高めることができ、養殖池等、例えばエ
ビやうなぎ等の養殖池のように、狭い空間での飼育効率
を高める装置として有望であり、その効果も多大なもの
になる。使用する電力消費量も少なく、従来品に比べ省
エネルギータイプになっている。また、ノズル本体と、
ノズル本体の更に先側に隙間を有して配置され、拡径ノ
ズル部から放出される微泡混じりの水を周囲に放散する
衝突部材とを有することで、微細化された気体の気泡を
高効率ガス溶解装置の周囲に均一に放散することができ
る。
【００１７】特に、請求項２記載の高効率ガス溶解装置
において、拡径ノズル部は、円錐台状となって、その開
き角を４０〜９０度の範囲にすることで、キャビテーシ
ョンは、拡径ノズル部の内部空間から外へ出ることな
く、拡径ノズル部の内部に常に定在させることができる
ため、キャビテーションが壊れる際に発生する局所衝撃
圧が他の気泡に加わって、気泡を微細化し、水中への供
給気体量に対する気体の溶解量の割合を高めることがで
きる。請求項３記載の高効率ガス溶解装置において、衝
突部材は、中心から半径方向に向けて下り傾斜になっ
て、しかも、周囲を複数の支持ロッドによってノズル本
体に固定することで、拡径ノズル部の内部空間に存在す
る微細化された気体の気泡を、機械撹拌することなく高
効率ガス溶解装置の周囲に均一に放散できる。また、衝
突部材は、周囲を複数の支持ロッドによってノズル本体
に固定するので、注入口に導入された高圧水の流速、及
び高効率ガス溶解装置の規模により、ノズル本体と衝突
部材との距離を調節でき、各条件において、高効率ガス
溶解装置の周囲に、微泡混じりの水を放散できる最適な
状態を作り出すことができる。
において、拡径ノズル部は、円錐台状となって、その開
き角を４０〜９０度の範囲にすることで、キャビテーシ
ョンは、拡径ノズル部の内部空間から外へ出ることな
く、拡径ノズル部の内部に常に定在させることができる
ため、キャビテーションが壊れる際に発生する局所衝撃
圧が他の気泡に加わって、気泡を微細化し、水中への供
給気体量に対する気体の溶解量の割合を高めることがで
きる。請求項３記載の高効率ガス溶解装置において、衝
突部材は、中心から半径方向に向けて下り傾斜になっ
て、しかも、周囲を複数の支持ロッドによってノズル本
体に固定することで、拡径ノズル部の内部空間に存在す
る微細化された気体の気泡を、機械撹拌することなく高
効率ガス溶解装置の周囲に均一に放散できる。また、衝
突部材は、周囲を複数の支持ロッドによってノズル本体
に固定するので、注入口に導入された高圧水の流速、及
び高効率ガス溶解装置の規模により、ノズル本体と衝突
部材との距離を調節でき、各条件において、高効率ガス
溶解装置の周囲に、微泡混じりの水を放散できる最適な
状態を作り出すことができる。
【００１８】請求項４記載の高効率ガス溶解装置におい
ては、ノズル部の拡径した先側は円滑に丸くなってい
る。これにより、拡径ノズル部の内部空間に存在する微
細化された気体の気泡を、拡径ノズル部の壁部に沿って
スムーズに高効率ガス溶解装置の周囲へ放散できる。そ
して、請求項５記載の高効率ガス溶解装置において、導
水部には下流側にしぼり部が設けられ、しぼり部に気体
導入口が設けられている。これにより、しぼり部を通過
する高圧水の中央部と壁面側の速度分布を一様にするこ
とができるため、流速が均一な高圧水を作り出すことが
できる。また、しぼり部に気体導入口が設けられている
ので、多くの気体を混入した、高圧水を放出することが
できる。これにより、水中への気体の溶解効率を高める
ことが可能となる。
ては、ノズル部の拡径した先側は円滑に丸くなってい
る。これにより、拡径ノズル部の内部空間に存在する微
細化された気体の気泡を、拡径ノズル部の壁部に沿って
スムーズに高効率ガス溶解装置の周囲へ放散できる。そ
して、請求項５記載の高効率ガス溶解装置において、導
水部には下流側にしぼり部が設けられ、しぼり部に気体
導入口が設けられている。これにより、しぼり部を通過
する高圧水の中央部と壁面側の速度分布を一様にするこ
とができるため、流速が均一な高圧水を作り出すことが
できる。また、しぼり部に気体導入口が設けられている
ので、多くの気体を混入した、高圧水を放出することが
できる。これにより、水中への気体の溶解効率を高める
ことが可能となる。
【図１】本発明の一実施の形態に係る高効率ガス溶解装
置の側断面図である。
置の側断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同高効率ガス溶解装
置の衝突板の正面図、側断面図である。
置の衝突板の正面図、側断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ同高効率ガス溶解
装置の作動説明図、同高効率ガス溶解装置の構成図であ
る。
装置の作動説明図、同高効率ガス溶解装置の構成図であ
る。
１０：高効率ガス溶解装置、１１：ノズル本体、１２：
注水口、１３：吐水口、１４：導水口、１５：気体導入
口、１６：気体配管、１７：拡径ノズル部、１８：衝突
板、１８ａ：孔、１９：ポンプ、１９ａ：ホース、２
０：ニップル、２１：支持ロッド、２２：しぼり部
注水口、１３：吐水口、１４：導水口、１５：気体導入
口、１６：気体配管、１７：拡径ノズル部、１８：衝突
板、１８ａ：孔、１９：ポンプ、１９ａ：ホース、２
０：ニップル、２１：支持ロッド、２２：しぼり部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 研治 福岡県北九州市八幡東区神山町２番10号 株式会社理研内 Ｆターム(参考） 4F033 QA10 QB02Y QB03X QB12Y QB15X QC05 QC07 QD04 QD07 QD11 QD16 QE09 QF23 QJ03 QJ12
Claims (5)
- 【請求項１】 注水口から導入された高圧水を吐水口か
ら放出する導水部、該導水部に気体導入口が設けられて
エジェクター作用によって前記高圧水に気体を混入する
気体配管、及び前記導水部に基側が一体的に連結され、
先側に向けて拡径し、前記吐出口から放出される高圧水
流によって積極的にキャビテーションを発生させる拡径
ノズル部を有するノズル本体と、前記ノズル本体の更に
先側に隙間を有して配置され、前記拡径ノズル部から放
出される微泡混じりの水を周囲に放散する衝突部材とを
有することを特徴とする高効率ガス溶解装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の高効率ガス溶解装置にお
いて、前記拡径ノズル部は、円錐台状となって、その開
き角が４０〜９０度の範囲にある高効率ガス溶解装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の高効率ガス溶解装
置において、前記衝突部材は、中心から半径方向に向け
て下り傾斜になって、しかも、周囲が複数の支持ロッド
によって前記ノズル本体に固定されていることを特徴と
する高効率ガス溶解装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の高
効率ガス溶解装置において、前記拡径ノズル部の拡径し
た先側は円滑に丸くなっていることを特徴とする高効率
ガス溶解装置。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の高
効率ガス溶解装置において、前記導水部には下流側にし
ぼり部が設けられ、該しぼり部に前記気体導入口が設け
られていることを特徴とする高効率ガス溶解装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11174313A JP2001000890A (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 高効率ガス溶解装置 |
| PCT/JP2000/004013 WO2000078466A1 (en) | 1999-06-21 | 2000-06-20 | High-efficiency gas dissolving device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11174313A JP2001000890A (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 高効率ガス溶解装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001000890A true JP2001000890A (ja) | 2001-01-09 |
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ID=15976478
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|---|---|---|---|
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