JP2008086868A - マイクロバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡単な構成で、気泡粒径や分布が安定したマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生装置を提供する。
【解決手段】本発明のマイクロバブル発生装置は、液体流入口２、ノズル部６、気体吸入ポート１６が開口した引込室１３、吐出口３が順に配置され、ノズル部６の通過で流速が高められた液体がノズル部６から噴出することで生ずる負圧により、引込室１３を通じ、気体吸入ポート１６から気体を引き込み、気液混合流体を得るエジェクタ部１と、引込室１３から下流側の流路部分に設けられ、気液混合流体に含まれる気泡Ｖ１を破砕する気泡破砕部２７との組み合わせたエジェクタ方式のマイクロバブル発生装置を採用して、エジェクタ部１で得た気液混合流体の気泡Ｖ１を気泡破砕部２７で微細に粉砕するという原理でマイクロバブルを発生させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば水中に酸素を溶解させるのに好適なマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置に関する。

養殖場や生簀などでは、効率的に水槽などの水の溶存酸素濃度を上昇させることが求められる。

そのため、養殖場や生簀などでは、空気もしくは酸素からなるマイクロバブル（粒径：数十μｍ）を水中で発生させて、マイクロバブルがもたらす表面積の拡大や浮遊時間の延長により、効果的に気泡を水に溶け込ませることが行なわれている。

こうしたマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置には、従来、減圧析出方式、超音波方式、２層旋回流方式などを採用した装置が提案されている。

・減圧析出方式の装置は、高圧の空気（気体）を水（液体）に溶け込ませて飽和溶解させた後、該高圧水を一気に減圧して気泡を発生させる。

・超音波方式の装置は、水（液体）に空気（気体）を加圧溶解させた後、超音波振動を水に与えて、溶け込んでいる空気（気体）を析出させる。

・２層旋回流方式の装置は、特許文献１にも示されるように円筒状の容器内へ接線方向から水（液体）を流入させて旋回流を形成し、容器の軸心部に発生する負圧により、容器の軸方向端から外部の空気（気体）を吸入させて、旋回流の剪断効果により、気泡を発生させる。
特開２００３−１２６６６５号公報

ところが、減圧析出方式や超音波方式のマイクロバブル発生装置は、水（液体）を供給するポンプの他に、空気を加圧させるコンプレッサが必要なため、装置の規模が大きくなり傾向にあり、簡単には実現できない。しかも、空気を圧入する機器が必要なので、コスト的な負担も大きい。

２層旋回流方式のマイクロバブル発生装置は、圧送される液体を利用してマイクロバブルを発生させるので、構成が簡便である利点をもつが、容器の軸心部に円柱気泡を形成して、軸心部に生じた負圧により液体と空気とを混合し撹拌して、気液混合流体を容器から噴出させるという、かなりマイクロバブル発生を成立させることが難しい、旋回流がもたらす負圧に依存する方式のため、マイクロバブルの粒径や分布が定まり難い問題を抱えている。

そこで、本発明の目的は、簡単な構成で、気泡粒径や分布が安定したマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、上記目的を達成するために、液体が流入する液体流入口、該液体流入口より口径が小さいノズル部、気体吸入ポートが開口した引込室、吐出口が順に配置され、ノズル部の通過で流速が高められた液体がノズル部から噴出することで生ずる負圧により、引込室を通じ、気体吸入ポートから気体を引き込み、気液混合流体として、吐出口へ導くエジェクタ部と、引込室から下流側の流路部分に設けられ、気液混合流体に含まれる気泡を破砕する気泡破砕部とを有して構成されるエジェクタ方式のマイクロバブル発生装置を採用した。

すなわち、同構成によると、液体流入口から流入された液体が、ノズル部から高速流となって噴出するときに生ずる負圧により、引込室を通じて、気体吸入ポートから気体を引き込む。これにより気液混合流体となる。この気液混合流体に含まれる気泡が、気泡破砕部にて破砕されて微細化され、微細気泡、マイクロバブルとなる。このマイクロバブルを含んだ流体が吐出口から噴出される。

請求項２に係る発明は、気泡破砕部へ向かう気泡の合泡を抑えるために、気泡破砕部は、引込室に近づけて配置される構成とした。

請求項３に係る発明は、同じく合泡を抑えるために、引込室には、引き込まれる気体が液体流に対し周囲から拡散しながら混合されるように形成した。

請求項４に係る発明は、気泡の微細化が簡単な構造で十分に達成されるよう、気泡破砕部として、尖る部分がノズル部へ向いて配置された複数の針状突起を用い、尖る部分で気泡を粉砕する構成を採用した。

請求項１に係る発明によれば、エジェクタ部で得た気液混合流体中の気泡を気泡破砕部で微細に破砕してマイクロバブル（微細気泡）とする構造なので、コンプレッサなど気体を圧入する機器は不要である。

それ故、簡単な構成で、マイクロバブルを発生させることができる。しかも、気泡破砕部で気泡を破砕する構造は、旋回流による負圧に依存してマイクロバブルを発生する２層旋回流方式に比べ、マイクロバブルは安定して発生させやすく、安定した気泡粒径や分布が得られる。

請求項２に係る発明によれば、引込室から気泡破砕部へ向かう間での気泡の合泡が抑えられるから、効果的に、気泡破砕部で、気液混合流体に含まれる気泡を微細化させることができる。

請求項３に係る発明によれば、引き込まれた気体が液体流に拡散されることで、気泡の合泡が抑えられるから、効果的に、気泡破砕部で、気液混合流体に含まれる気泡を微細化させることができる。

請求項４に係る発明によれば、気液混合流体に含まれる気泡が、針状突起の尖る部分と衝突して粉砕されるので、十分な微細の気泡の発生が期待できる。しかも、簡単、かつ安価な構造ですむ。

以下、本発明を図１ないし図４に示す一実施形態にもとづいて説明する。

図１はマイクロバブル発生装置の全体を示し、図２は同装置の右側を示し、図３は同装置の一部（右側部分）を分解した状態を示し、図４は気体吸入時に気泡が拡散する状況を示している。

マイクロバルブ発生装置を説明すると、図１中１は、エジェクタ部を構成するエジェクタボディを示す。エジェクタボディ１は、例えば左端部に流入口２を有し、右端部に吐出口３（図３にも図示）を有した短筒形をなしている。流出口２の内面には、継手部分となるねじ部２ａが形成されていて、液体、例えば水を供給するポンプ（図示しない）に接続された吐出配管（図示しない）が接続されるようにしてある。つまり、流入口２から水（液体）が流入される構造となっている。

流入口２から吐出口３へ続く流路４には、流入口２側から順に、流入口２の口径から次第に小さくなるテーパー部５、小さくなった口径で形成されたノズル部６、ノズル部６の口径より口径が大きな開口の凹部７（図３にも図示）、凹部７の開口より大きな開口の凹部８が形成されている（直列）。そして、凹部８の開口が、吐出口３と連続している。

凹部７には、ディフューザー部材１０が組み込まれている。ディフューザー部材１０は、図３にも示されるような例えば凹部８の端面と重なり合う環状のフランジ部１１と、同フランジ部１１から凹部７内へ突き出る筒形の流入部１２とを有している。流入部１２の外形は、図１に示されるように凹部７の内径や深さ寸法より、若干、小さい。また内径は、ノズル部６の口径より大きい。この流入部１２と凹部７の組み合わせによって、ノズル部６の噴出口６ａの直後の地点に、流入部１２と凹部７との間の環状の離間部分を利用して、気体引込用空間１３（本願の引込室に相当）を形成している。

気体引込用空間１３の壁面、例えば流入部１２の外面と向き合う凹部７の近接した壁面部分には、微小なポートで形成される空気吸入ポート１６（本願の気体吸入ポートに相当）が形成されている。この空気吸入ポート１６は、エジェクタボディ１の外面に形成された吸入管接続ポート１７と連通している。空気吸入ポート１６は、同吸入管接続ポート１６に着脱可能に接続された空気導入管、例えば流量弁１８（例えばニードル弁からなる）付の空気導入チューブ１９と連通している。１９ａは、同空気導入チューブ１９の端部を接続するための継手部を示している。なお、空気導入チューブ１８の端は、大気開放となっている。これにより、流速が高められた水がノズル部６の噴出口６ａから噴出するときに発生する負圧を利用して、水流へ、気体引込用空間１３を通じ、空気吸入ポート１６、空気導入チューブ１９から大気（空気）が引き込まれるようにしている。つまり、気液混合流体が得られるようにしてある。むろん、流量弁１８の開度を変更することによって、引き込まれる空気流量は可変される。

気体引込用空間１３は、流路４の周りに環状に形成され、同環状のまま、流路４の周囲に開口させていることで（図４に図示）、空気吸入ポート１６からの空気が、ノズル部６から噴出する水流へ、周りから引き込まれるようにしている。つまり、拡散しながら水流に混じり合うようにしている。

ディフューザー部材１０のフランジ部１１は、吐出口３に装着された固定部材２０により、位置決め固定されている。例えば固定部材２０は、図３にも示されるようなフランジ部２３と、同フランジ部２３から突き出る筒部２４とを有している。フランジ部２３は、吐出口３の端面に、締結具、例えばねじ部材２２で固定される。筒部２４は、凹部８内に嵌挿される。そして、筒部２４の先端で、フランジ部１１を凹部８の端面に挟み付けている。このディフューザー部材１０と固定部材２０とがなす管路から、噴出口６ａ直後から筒部２４で囲まれる吐出口３までの流路部分に渡り、空気の引き込み有効に行なわせるためのディフューザー２５を形成している。

気体引込用空間１３の下流側の流路部分、例えば吐出口３には、気液混合流体に含まれる気泡を破砕する気泡破砕部２７が組み付けられている。気泡破砕部２７としては、例えば先端に尖る部分をもつ針状突起、具体的には例えば先端に尖頭部２８ａをもつ小径な複数本のねじ部材２８が用いてある。この複数本のねじ部材２８が、ディフューザー２５を構成する固定部材２０を活用して、吐出口３に組付けてある。すなわち、図２に示されるように固定部材２０のフランジ部２３には、フランジ部２３の開口を跨ぐように狭幅のビーム部材、ここでは例えば十字状のビーム部材２９が一体に形成されていて、ビーム部材２９とフランジ部２３との間に形成される４箇所の開放部分３０から、ノズル部６の噴出口６ａからの気液混合流体が噴出される構造にしてある。このビーム部材２９の各部に、上記複数本のねじ部材２８が組付けてある。すなわち、ねじ部材２８は、例えば図１〜図３に示されるようにビーム部２９の中央の交差したビーム部分２９ａ（吐出口３の中心部に配置される部分）、ビーム部分２９ａとフランジ部２３間に配置されるビーム部分２９ｂの中間（吐出口３の中心外側寄りとなる部分）といった５個所の地点に、外側から螺挿されている。具体的には、ねじ部材２８は、頭部を残し、軸部全体を筒部２４内へ突出させて螺挿してある。５本のねじ部材２８は、いずれも尖頭部２８ａがノズル部６へ向くレイアウトで、流路４に沿いに並行に配置される。この流路４中に点在するねじ部材２８により、気液混合流体に含まれる気泡Ｖ１が尖頭部２８ａの先端と衝突する構造としている。この衝突により、気液混合流体中の気泡Ｖ１が粉砕されるようにしている（微細化）。いずれのねじ部材２８も、できうる範囲で、先端（尖頭部２８ａ）を、気体引込用空間１３の出口開口に、できるだけ近づけて配置、ここではディフューザー２５の入口をなす流入部１２に、できるだけ近づけて配置させてある。

つぎに、このように構成されたマイクロバブル発生装置の作用について説明する。

例えば生簀の水に酸素を溶解させる場合を例に挙げて説明すると、流入口２に、生簀の水供給用ポンプから延びる吐出チューブ端（いずれも図示しない）が接続され、吸入管接続ポート１７に、流量弁１８付の空気導入チューブ１９が接続されたエジェクタボディ１を水中に入れる。むろん、空気導入チューブ１９端ならびに流量弁１９は、水上に配置して、大気中の空気が取り込めるようにしておく。

この後、水供給用ポンプ（図示しない）を運転する。これにより、同ポンプから吐出された水は、流入口２からエジェクタボディ１の内部４へ圧送される。流入口２から流入された水は、口径が次第に小さくなるテーパー部５、小口径のノズル部６を順に通過するとき、流速が次第に高められる。そして、高速流となった水が、ノズル部６の噴出口６ａから、同噴出口６ａより口径が大きい流路部分へ噴出される。このとき発生する負圧は、気体引込用空間１３に作用する。この負圧により、大気中の空気が引き込まれる。つまり、大気中の空気が、空気導入チューブ１９を経て空気吸入ポート１７から吸い込まれる。このとき気体引込用空間１３は、偏平な環状をなしているから、空気吸入ポート１６からの空気は、図４に示されるように空間１３の内側の壁面と衝突、さらには該壁面を伝わりながら、噴出口６ａから噴出される水流の周囲に回りこむ。続いて、気体引込用空間１３の出口開口を形成する流入部１２の先端全域から、拡散しながら水流に気泡となって混じり合う。この拡散により、合泡が抑えられる。これで、粒径を抑えた気泡を含む気液混合流体が生成される。

この気液混合流体が、流入部１２を通じて、気泡破砕部２７へ向かう。このとき、両間の距離は、できるだけ短く抑えてあるので、ここでも合泡は抑えられる。

この気液混合流体に含まれる気泡Ｖ１が、気泡破砕部２７を通過するとき、ねじ部材２８の尖頭部２８ａの先端と衝突する挙動が生ずる。すると、気泡Ｖ１は、尖頭部２８ａによって粉砕され、微細な気泡Ｖ２となる。この破砕による気泡Ｖ１の微細化により、微細気泡、すなわちマイクロバブルが発生する。このマイクロバブルが、吐出口３をなす開放部分３０から、水中へ、円錐状に拡散しながら噴出される。

このようにマイクロバルブ発生装置は、エジェクタボディ１で引き込んだ気液混合流体に含まれる気泡Ｖ１を破砕してマイクロバブルを発生させる構造なので、必要な機器は水を供給するのに用いるポンプだけでよく、コンプレッサなど気体を圧入する機器は不要である。

それ故、エジェクタボディ１、気泡破砕部２７を主な構成とした簡単な構造で、マイクロバブルを発生させることができる。しかも、マイクロバブルは、気泡破砕部２７で、気液混合流体に含まれる気泡Ｖ１を物理的に粉砕させることで発生されるので、旋回流による負圧に依存する２層旋回流方式のマイクロバブル発生に比べ、マイクロバルブは、安定した気泡粒径や分布をもつ。

特に気泡破砕部２７を気泡引込用空間１３に近づけたり、空気が水流に拡散されながら引き込まれるようにすると、気泡が大きくなる合泡が抑えられから、気泡破砕部２７で行なわれる気泡の微細化の作用を十分に引き出すことができる。

しかも、気泡破砕部２７として、先端が尖がったねじ部材などの針状突起を用いると、先端が気泡と衝突して気泡を粉砕するという現象を効果的に発揮させることができ、十分なマイクロバブルの発生が期待できる。そのうえ、簡単な構造ですむ。特にエジェクタボディ１の内部に形成した凹部７，８に、ディフューザー部材２５と固定部材２０の２部品を組付けてディフューザー２５を形成するエジェクタ本体を用い、固定部材２０を利用して、気泡破砕部２７を流路４に組付けるようにすると、部品点数を抑えた、成形が容易な鋳物部品の組み合わせで、マイクロバブル発生装置が実現できる。

そのうえ、マイクロバブルの大きさを調整するときは、流量弁１８の開度を絞り側へ変更すると、引き込まれる空気量が減少して、マイクロバブルの粒径が小さくなる。また流量弁１８の開度を開き側へ変更すると、引き込まれる空気量が増えて、マイクロバブルの粒径が大きくなるので、即、現場の状況に合わせて、マイクロバブルの粒径（発生具合）を調整することができる。なお、マイクロバブル発生装置における当初の気泡粒径は、図３中の二点鎖線に示されるようにねじ部材２０の突き出し量を変えれば調整ができる。

但し、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わないことはいうまでもない。例えば一実施形態では、例えば気泡破砕部として、針状部材を用いた構造を一例として挙げたが、これに限らず、気泡の破砕ができるものであれば、他の部材を用いてもよい。また一実施形態では、淡水で使用する場合を例に挙げたが、これに限らず、海水など他の液体で使用する場合にも適用しても構わない。むろん、気体も空気でなく、他の気体（酸素など）を用いてもよい。

本発明の一実施形態に係るマイクロバブル発生装置の正断面図。 同マイクロバブル発生装置の右側面図。 ディフューザー、気泡破砕部の組付け構造を説明するための分解図。 図１中のＡ線に沿う断面図。

符号の説明

１…エジェクタボディ（エジェクタ部）、２…流入口、３…吐出口、４…流路、６…ノズル部、６ａ…噴出口、１０…ディフュ−ザー部材、１３…気体引込用空間（引込室）、１６…空気吸入ポート（気体吸入ポート）、１８…流量弁、１９…空気導入チューブ、２０…固定部材、２５…ディフュ−ザー、２７…気泡破砕部、２８…ねじ部材（針状部材）。

Claims (4)

1. 液体が流入する液体流入口、該液体流入口より口径が小さいノズル部、気体吸入ポートが開口した引込室、吐出口が順に配置され、前記ノズル部の通過で流速が高められた液体が前記ノズル部から噴出することで生ずる負圧により、前記引込室を通じ、前記気体吸入ポートから気体を引き込み、気液混合流体として前記吐出口へ導くエジェクタ部と、
   前記引込室から下流側の流路部分に設けられ、前記気液混合流体に含まれる気泡を破砕する気泡破砕部と
   を具備したことを特徴とするマイクロバブル発生装置。
2. 前記気泡破砕部は、前記引込室に近づけて配置されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバブル発生装置。
3. 前記引込室は、前記引き込まれる気体が液体流に対し周囲から拡散しながら混合されるように形成してあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロバブル発生装置。
4. 前記気泡破砕部は、尖る部分が前記ノズル部へ向いて流路部分に配置された複数の針状突起で形成され、前記尖る部分で気泡を粉砕する構成としてあることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載のマイクロバブル発生装置。

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