JP2010029774A - Fine bubble generating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発生器体に対して液体と気体を混入させ、対象液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関する。 The present invention relates to a fine bubble generating apparatus that mixes liquid and gas into a generator body to generate fine bubbles in a target liquid.
液体(例えば水、海水、アルコールなど)中に、気体(例えば酸素、オゾン、炭酸ガスなど)を溶解させる為の気泡供給技術は、以前から種々の技術開発がされており、水質浄化、魚介類の養殖、健康機器などの産業分野で応用されている。この気泡供給技術において、液体中に気体を大量に溶解させる為には、気体を気泡状にし、その気泡径を小さくして気体と液体との接触面積比率を増大させることが有効である。 Various technologies have been developed for the bubble supply technology for dissolving gases (eg, oxygen, ozone, carbon dioxide, etc.) in liquids (eg, water, seawater, alcohol, etc.). It is applied in industrial fields such as aquaculture and health equipment. In this bubble supply technique, in order to dissolve a large amount of gas in the liquid, it is effective to increase the contact area ratio between the gas and the liquid by making the gas into bubbles and reducing the bubble diameter.
従来の気泡発生装置としては、例えば、液体と気体とを混合して加圧し、液体中に気体を溶解させた後、その気液混合流体を急減圧させ気泡を発生する加圧減圧式気泡発生装置が挙げられる。また、当該気泡発生装置よりも、微細気泡自体の有効性を示すものとして、旋回式微細気泡発生装置が挙げられる(特許文献1及び特許文献2)。当該旋回式微細気泡発生装置で生成される、直径50μm程度以下の微細気泡は、生活用水の殺菌や排水処理等に広く利用される。 As a conventional bubble generation device, for example, a pressure-decompression type bubble generation that generates a bubble by mixing and pressurizing a liquid and a gas, dissolving the gas in the liquid, and then rapidly depressurizing the gas-liquid mixed fluid Apparatus. Moreover, a swirl type microbubble generator is mentioned as what shows the effectiveness of microbubble itself rather than the said bubble generator (patent document 1 and patent document 2). The fine bubbles having a diameter of about 50 μm or less, which are generated by the swirling fine bubble generator, are widely used for sterilization of domestic water, waste water treatment, and the like.
しかしながら、従来の気泡発生装置には、以下の問題点がある。即ち、特許文献1及び特許文献2に記載の旋回式微細気泡発生装置は、円錐形の狭小内で液体と気体を混合されるために気泡径にばらつきが生じ、気泡径の大きい気泡が噴出される。その結果、処理する液体に対して供給気体全部を微細気泡として溶解させることが難しく、前記供給気体の接触溶解率を100%近くに確保するためには、ボイド率を低下せざるをえない。 However, the conventional bubble generator has the following problems. That is, in the swirl type fine bubble generators described in Patent Document 1 and Patent Document 2, since the liquid and the gas are mixed within the conical narrowness, the bubble diameter varies, and bubbles having a large bubble diameter are ejected. The As a result, it is difficult to dissolve all of the supply gas as fine bubbles in the liquid to be processed, and the void ratio must be reduced in order to ensure the contact dissolution rate of the supply gas close to 100%.
本発明は前記従来の問題点を解決するものであり、その目的は、均一な気泡径の微細気泡を多量にかつ効率的に発生させることが可能な微細気泡発生装置を提供することにある。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a fine bubble generating apparatus capable of efficiently generating a large amount of fine bubbles having a uniform bubble diameter.
本願発明者等は、前記従来の問題点を解決すべく、微細気泡発生装置について検討した。その結果、下記構成を採用することにより前記目的を達成できることを見出して、本発明を完成させるに至った。 The inventors of the present application have studied a microbubble generator in order to solve the conventional problems. As a result, the inventors have found that the object can be achieved by adopting the following configuration, and have completed the present invention.
即ち、本発明に係る微細気泡発生装置は、微細気泡を発生する微細気泡発生装置であって、気体及び液体からなる混合流体を供給する供給部と、前記供給部から供給された混合流体を気体及び液体に分離して、各々の旋回流を形成する中空部を備えた本体と、旋回流となった前記気体を気泡にして液体と共に吐出する吐出部とを有するものであり、前記本体は、渦巻き状内壁面と、該渦巻き状内壁面に沿って設けられ、かつ、複数の渦巻き状の流路に分けて前記混合流体を前記中空部に導く少なくとも1つのガイド部とを有し、前記渦巻き状内壁面は、前記供給部から供給された前記混合流体を、前記吐出部の方向に対し渦巻き面が垂直となる様に渦巻き状に流動させるものであり、前記渦巻き状の流路は前記供給部に対し絞り構造となっている。 That is, the fine bubble generator according to the present invention is a fine bubble generator that generates fine bubbles, a supply unit that supplies a mixed fluid composed of a gas and a liquid, and the mixed fluid supplied from the supply unit as a gas. And a main body provided with a hollow portion that forms each swirl flow separated into liquid, and a discharge portion that discharges the gas that has turned into swirl flow together with the liquid into bubbles. A spiral inner wall surface, and at least one guide portion that is provided along the spiral inner wall surface and that divides the fluid mixture into a plurality of spiral flow paths and guides the mixed fluid to the hollow portion. The inner wall surface is configured to flow the mixed fluid supplied from the supply unit in a spiral shape so that the spiral surface is perpendicular to the direction of the discharge unit, and the spiral flow path is the supply channel The diaphragm structure That.
前記の構成によれば、供給部から供給された混合流体を、渦巻き状内壁面及びガイド部により形成される複数の渦巻き状の流路において、遠心旋回させて流動させるので、壁面での流動抵抗を低減させることができる。また、渦巻き状の流路は供給部に対し絞り構造となっているので混合流体は圧縮され、その結果、混合流体の流動を高速流にすることができる。更に、本体の内壁面は渦巻き状となっているので、混合流体と内壁面との流動抵抗や滞留の発生も低減する。これにより、混合流体の流動を渦巻き状の高速流にすることができる。 According to the above configuration, the mixed fluid supplied from the supply unit is caused to flow by being centrifugally swirled in the plurality of spiral flow paths formed by the spiral inner wall surface and the guide unit. Can be reduced. Further, since the spiral flow path has a constricted structure with respect to the supply section, the mixed fluid is compressed, and as a result, the flow of the mixed fluid can be changed to a high-speed flow. Furthermore, since the inner wall surface of the main body is spiral, flow resistance between the mixed fluid and the inner wall surface and occurrence of stagnation are reduced. Thereby, the flow of mixed fluid can be made into a spiral high-speed flow.
高速流となった混合流体は中空部内に流入し、さらに中空部内で旋回する。このとき、液体と気体との比重差により、混合流体中の液体には遠心力が働き、気体には向心力が働く。その結果、液体は高速旋回流となる一方、気体は中心軸に収束して負圧気体軸を形成する。更に、高速旋回流となった液体は、吐出部付近に負圧により集まった外部液体と押し合う状態になる。このとき、負圧気体軸に集まった気体は、外部液体と高速旋回している液体とによって形成された間隙を、剪断を受けながら通過し、微細気泡となって液体と共に多量に吐出される。即ち、前記構成の微細気泡発生装置であると、従来の気泡発生装置と比較して、気泡径の小さい微細気泡を多量に生成させることができる。 The mixed fluid that has become a high-speed flow flows into the hollow portion and further swirls within the hollow portion. At this time, due to the specific gravity difference between the liquid and the gas, centrifugal force acts on the liquid in the mixed fluid, and centripetal force acts on the gas. As a result, the liquid becomes a high-speed swirling flow, while the gas converges on the central axis to form a negative pressure gas axis. Furthermore, the liquid that has turned into a high-speed swirling flow is in a state of being pressed against the external liquid collected by the negative pressure in the vicinity of the discharge portion. At this time, the gas collected on the negative pressure gas shaft passes through a gap formed by the external liquid and the liquid rotating at high speed while undergoing shearing, and is discharged in a large amount together with the liquid as fine bubbles. That is, the fine bubble generator having the above-described configuration can generate a large amount of fine bubbles having a small bubble diameter as compared with the conventional bubble generator.
前記構成においては、前記ガイド部と渦巻き状内壁面との間、及びガイド部同士の間には、前記中空部に混合流体を導く導入口がそれぞれ設けられており、全ての導入口の開口面積の和と、前記供給部の開口面積との比が、7:10〜9:10の範囲内であることが好ましい。 In the above configuration, an introduction port for introducing the mixed fluid to the hollow portion is provided between the guide portion and the spiral inner wall surface and between the guide portions, respectively, and the opening area of all the introduction ports Is preferably in the range of 7:10 to 9:10.
全ての導入口の断面積の和と供給部の断面積との比を、前記数値範囲内にすることにより、供給部から供給された混合流体が渦巻き状の流路を流動するまでの間において、その流動速度を、絞り効果により増大させることができる。その結果、例えば、前記の比が10:10の場合と比較して、中空部内を旋回する気体及び液体の高速旋回流の速度を10〜20%以上大きくすることができる。これにより、微細気泡を一層効率的に発生させることができる。 By setting the ratio of the sum of the cross-sectional areas of all the inlets to the cross-sectional area of the supply unit within the above numerical range, the mixed fluid supplied from the supply unit is allowed to flow through the spiral channel. The flow rate can be increased by the squeezing effect. As a result, for example, the speed of the high-speed swirling flow of the gas and liquid swirling in the hollow portion can be increased by 10 to 20% or more compared with the case where the ratio is 10:10. Thereby, fine bubbles can be generated more efficiently.
前記構成においては、前記ガイド部と渦巻き状内壁面との間に設けられている導入口は、渦巻き状内壁面の渦巻き面に於ける接線方向に開口しており、前記ガイド部同士の間に設けられている導入口は、ガイド部の壁面の渦巻き面に於ける接線方向に開口していることが好ましい。 In the above-described configuration, the inlet provided between the guide portion and the spiral inner wall surface opens in a tangential direction on the spiral surface of the spiral inner wall surface, and the guide portion is between the guide portions. The introduction port provided is preferably opened in the tangential direction in the spiral surface of the wall surface of the guide portion.
これにより、渦巻き状の流路を流れてきた混合流体が、中空部内に流入する際に、流動抵抗を受けるのを極力抑制することができる。その結果、高速流体として中空部内に供給することができ、微細気泡の発生を一層効率的にできる。 Thereby, when the mixed fluid which has flowed through the spiral flow path flows into the hollow portion, it is possible to suppress the flow resistance as much as possible. As a result, it can be supplied as a high-speed fluid into the hollow portion, and the generation of fine bubbles can be made more efficient.
前記構成において、前記渦巻き状内壁面とガイド部との間には、渦巻き状の流路と分岐して混合流体を循環させる循環流路が設けられており、当該循環流路の開口部は前記供給部の近傍に位置すると共に、その開口面積は前記導入口の開口面積よりも小さいことが好ましい。 In the above configuration, a circulation channel that divides the spiral channel and circulates the mixed fluid is provided between the spiral inner wall surface and the guide portion, and the opening of the circulation channel has the opening described above. It is preferable that the opening area is smaller than the opening area of the introduction port.
前記構成において、循環流路の開口部の開口面積を導入口の開口面積よりも小さくすることにより、当該開口部から流出する混合流体に噴射力を付与することができる。また、開口部は混合流体の供給部の近傍に位置するので、当該供給部から供給される混合流体の流れ圧力が循環流路を流動する混合流体に対し引っ張り力を作用させる。その結果、流動する混合流体の流動速度を一層加速させることができ、微細気泡の一層効率的な発生が可能になる。 The said structure WHEREIN: By making the opening area of the opening part of a circulation flow path smaller than the opening area of an inlet, an injection force can be provided to the mixed fluid which flows out out of the said opening part. Further, since the opening is located in the vicinity of the mixed fluid supply unit, the flow pressure of the mixed fluid supplied from the supply unit causes a tensile force to act on the mixed fluid flowing in the circulation flow path. As a result, the flow rate of the flowing mixed fluid can be further accelerated, and fine bubbles can be generated more efficiently.
前記構成において、前記開口部の近傍には、前記気体を供給する気体供給部が設けられていることが好ましい。 The said structure WHEREIN: It is preferable that the gas supply part which supplies the said gas is provided in the vicinity of the said opening part.
液体が前記流路を流動することにより、その流動方向に気体を吸引する引っ張り作用が働くので、前記気体の供給位置において負圧となる。これにより、流動している液体に気体を自吸混合させることができる。また、気体供給部を設けたことにより、例えば、エアーポンプなどを用いて強制的に気体を輸送する手段の併用も可能になる。 When the liquid flows through the flow path, a pulling action for sucking the gas in the flow direction works, and therefore, a negative pressure is generated at the gas supply position. Thereby, gas can be self-priming mixed with the flowing liquid. Further, by providing the gas supply unit, for example, it is possible to use a means for forcibly transporting gas using an air pump or the like.
前記構成において、前記導入口の断面形状は矩形状であることが好ましい。断面形状が矩形状であると、円形状の場合と比較して、中空部の内壁面に極力沿った状態で当該中空部に混合流体を供給することができる。これにより、中空部内での気体及び液体の高速旋回流の速度を更に大きくすることができ、一層効率的な微細気泡の発生が可能になる。 The said structure WHEREIN: It is preferable that the cross-sectional shape of the said inlet is a rectangular shape. When the cross-sectional shape is rectangular, the mixed fluid can be supplied to the hollow portion in a state along the inner wall surface of the hollow portion as much as possible as compared with the circular shape. Thereby, the speed of the high-speed swirling flow of the gas and liquid in the hollow portion can be further increased, and more efficient generation of fine bubbles becomes possible.
本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べるような効果を奏する。
即ち、本発明によれば、複数の渦巻き状の流路を設け、かつ、当該流路は供給部に対し絞り構造となっているので、混合流体を高速流にして中空部に供給することができる。これにより、中空部内を旋回する気体及び液体の高速旋回流の速度を増大させることができ、多量の微細気泡を効率的に発生させるという効果を奏する。
The present invention has the following effects by the means described above.
That is, according to the present invention, a plurality of spiral flow paths are provided, and the flow paths have a throttle structure with respect to the supply section, so that the mixed fluid can be supplied to the hollow section as a high-speed flow. it can. Thereby, the speed of the high-speed swirling flow of the gas and liquid swirling in the hollow portion can be increased, and an effect of efficiently generating a large amount of fine bubbles is achieved.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態について、図を参照しながら以下に説明する。但し、説明に不要な部分は省略し、また説明を容易にする為に拡大または縮小等して図示した部分がある。図1は、本実施の形態に係る微細気泡発生装置を表す説明図であって、同図(a)は微細気泡発生装置の内部を表し、同図(b)は渦巻き状の流路を表す。図2は、前記微細気泡発生装置の内部での混合流体の挙動及び微細気泡の発生メカニズムを模式的に表した説明図である。
(Embodiment 1)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, parts that are not necessary for the description are omitted, and some parts are illustrated by being enlarged or reduced for easy explanation. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a microbubble generator according to the present embodiment, where FIG. 1A shows the inside of the microbubble generator, and FIG. 1B shows a spiral flow path. . FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the behavior of the mixed fluid and the generation mechanism of the fine bubbles inside the fine bubble generator.
図1(a)及び1(b)に示すように、本実施の形態に係る微細気泡発生装置10は、混合流体を供給する供給部11と、中空部15を備えた本体13と、液体と共に微細気泡を吐出する吐出部17とを少なくとも有している。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a
本発明で使用する混合流体は、気体(気相)と液体(液層)が混ざり合った状態の流体である。本発明において混合流体を使用し、該混合流体の供給の為に前記供給部11を設けるのは、次の理由による。即ち、従来の気泡発生装置においては、混合流体を用いずに、液体と気体をそれぞれ個別に中空部内に供給している。そして、気体の供給は、例えば、中空部の中心軸底部に気体導入口を設けるなどして行っている。この様な従来の気泡発生装置において、微細な気泡を生成させるためには、中空部内を加圧する必要がある。しかし、中空部内を過度に加圧すると、気体導入孔に液体が逆流し、操作性が低下するという問題がある。本発明においては、気体と液体からなる混合流体を用い、中空部への供給を供給部11のみとするので、前述の問題が発生するのを回避することができる。
The mixed fluid used in the present invention is a fluid in a state where a gas (gas phase) and a liquid (liquid layer) are mixed. In the present invention, the mixed fluid is used and the
尚、混合流体に於ける気体としては、空気、水素、アルゴン又はラドン等の不活性気体、酸素又はオゾン等の酸化剤、炭酸ガス、塩化水素、亜硫酸ガス、酸化窒素又は硫化水素ガス等の酸性ガス、アンモニア等アルカリ性ガス等が挙げられる。また、液体としては、水や水よりも粘性の高い液体が挙げられる。前記水よりも粘性の高い液体としては、例えば、トルエン、アセトン、アルコール等の溶剤、石油、ガソリン等の燃料、食用油脂,ビール等の食品・飲料、ドリンク剤等の薬品、浴水等の健康用品、湖沼水、浄化槽汚染水等の環境水等が挙げられる。 The gas in the mixed fluid includes air, inert gas such as hydrogen, argon or radon, oxidant such as oxygen or ozone, acid such as carbon dioxide, hydrogen chloride, sulfurous acid, nitrogen oxide or hydrogen sulfide. Examples thereof include alkaline gases such as gas and ammonia. Examples of the liquid include water and a liquid having a higher viscosity than water. Examples of liquids having a higher viscosity than water include solvents such as toluene, acetone and alcohol, fuels such as petroleum and gasoline, foods and beverages such as edible fats and oils, beer and other chemicals, and health such as bath water Goods, environmental water such as lake water, septic tank contaminated water, etc.
液体に気体を混合させる手段として、特に限定されない。例えば、液体用ポンプの吸い込み側(負圧液)に自吸気体導入口を設け、この自吸気体導入口に小径パイプ(ビニール、プラスチック又は金属製などからなる)を接着する。次に、螺旋状となる様に小径パイプを固定し、更に、小径パイプに吸入気体量調整器(バルブなど)を設置する。吸入気体量調整器を設けることにより、気体の供給量をポンプ性能に合わせた最良の状態に設定することができる。 The means for mixing the gas with the liquid is not particularly limited. For example, a self-intake body introduction port is provided on the suction side (negative pressure liquid) of the liquid pump, and a small-diameter pipe (made of vinyl, plastic, metal, or the like) is bonded to the self-intake body introduction port. Next, the small-diameter pipe is fixed so as to have a spiral shape, and an intake gas amount regulator (such as a valve) is installed in the small-diameter pipe. By providing the intake gas amount regulator, the gas supply amount can be set to the best state in accordance with the pump performance.
前記方法により液体中に混合された気体は、液体用ポンプの吸上げ機構(インペラ)により、気泡径が数ミリメートル程度に砕かれる。液体用ポンプは、供給部11と配管により接続されており、混合流体は当該配管を通じて微細気泡発生装置10に供給される。
The gas mixed in the liquid by the above method is crushed to a diameter of several millimeters by the suction mechanism (impeller) of the liquid pump. The liquid pump is connected to the
前記本体13の構成材料としては特に限定されず、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)樹脂やSUS−304等が挙げられる。
The constituent material of the
前記本体13は、供給部11から供給された混合流体を、吐出部17の方向に対して渦巻き面が垂直となる様に渦巻き状に流動させる渦巻き状内壁面19を備えている。また、渦巻き状内壁面19に沿ってガイド部12、14が設けられている。渦巻き状内壁面19と、ガイド部12、14とにより、混合流体を複数の渦巻き状に流動させる流路16が形成されている。
The
複数の渦巻き状の流路16に混合流体を分散流として流動させることにより、壁面から受ける流動抵抗の低減が図れ、その結果、高速流とすることができる。渦巻き状の流路16に導かれた混合流体は、その圧力と流動速度により、渦巻き状の流路16に沿って遠心旋回しながら流動する。その流動の際、気体及び液体は更に激しく混合され、一層均一な状態となる。
By causing the mixed fluid to flow as a dispersed flow through the plurality of
ガイド部12と渦巻き状内壁面19との間には、流入口18aが形成されている。また、ガイド部12とガイド部14との間には、流入口18bが形成されている。流入口18a、18bの断面形状は特に限定されないが、矩形状であることが好ましい。また、それぞれの開口面積は同一であることが好ましい。開口面積を同一にすることにより、各流路16への混合流体の供給量を均一にできる。
An
ガイド部12と渦巻き状内壁面19との間には、導入口20aが形成されている。また、ガイド部12とガイド部14との間には、導入口20bが形成されている。導入口20a、20bは、渦巻き状内壁面の渦巻き面に於ける接線方向に開口していることが好ましい。これにより、渦巻き状の流路16を流れてきた混合流体が、中空部15内に流入する際に、流動抵抗を受けるのを極力抑制することができる。
An
また、導入口20a、20bの断面形状は特に限定されないが、矩形状であることが好ましい。更に、それぞれの開口面積は同一であることが好ましい。開口面積を同一にすることにより、中空部15への混合流体の供給量を均一にできる。尚、導入口の設置数は、製造コスト及び製作の困難性を考慮した場合、2〜3個設けるのが好ましい。
Moreover, the cross-sectional shape of the
ここで、本発明においては、渦巻き状の流路が供給部に対し絞り構造となっていることを要する。絞り構造とする為、本実施の形態においては、導入口20a及び導入口20bの開口面積の和と、供給部11の開口面積との比を、7:10〜9:10にすることが好ましく、8.5:10〜9:10にすることがより好ましい。これにより、供給部から供給された混合流体が渦巻き状の流路を流動するまでの間において、その流動速度及び流体圧力を、絞り効果と、円周回運動による遠心力により連続的に増大させることができる。その結果、例えば、全ての導入口の断面積の和と供給部の断面積との比が10:10の場合と比較して、中空部内を旋回する気体及び液体の高速旋回流の速度を10〜20%以上大きくすることができる。この現象は例えば、ホースの口を指で少しつぶすと、液体がより遠く噴出される原理と同じである。前記数値範囲外であると、高速回転に必要な流量自体が減少するため好ましくない。
Here, in the present invention, it is necessary that the spiral flow path has a throttle structure with respect to the supply unit. In order to obtain a diaphragm structure, in the present embodiment, it is preferable that the ratio of the sum of the opening areas of the
導入口20a及び導入口20bから供給された混合流体は、中空部15において高速旋回流となる(図2参照)。このとき、液体と気体は、それらの比重差によって、液体には遠心力が働き、気体には向心力が働く。その結果、気体と液体に分離され、気体は中心軸に収束して負圧気体軸21を形成する。液体は、高速旋回流23となって、負圧気体軸21の周囲を流動する。
The mixed fluid supplied from the
中空部15は、その断面形状が円形状であり、吐出部17に近づくに従い狭くなる絞り形状を有している。この形状は円周を有する物であれば、円錐、半円状、球状など特に指定はしない。その為、高速旋回流23は、旋回しながら吐出部17に近づくにつれて、旋回速度が速くなるとともに圧力も高くなる。そして、吐出部17付近で気体及び液体が再び混合し、旋回速度及び圧力が最大となった混合流体となる。この混合流体は、外部負圧液と押し合う状態になり、外部負圧液と高速旋回している混合流体とによって間隙31が形成される。外部負圧液の回転速度は、高速旋回している混合流体の回転速度よりも遅い。この両者の回転速度差と、液体が本体13の外部に強制的に排出されようとする作用により、気体は激しく剪断される。その結果、気泡径が50μm以下、更には10μm以下の微細気泡が生成される。尚、外部負圧液とは、外部液体のうち、吐出部17近傍で、負圧気体軸21の形成により真空に近い状態となっている為に引き込まれた外部液体を意味する。また、気泡径は、ディジタルカメラ測定器により測定された値である。
The
本実施の形態に係る微細気泡発生装置10および40は、液体中に沈めて設置され使用される。具体的には、例えば池、湖(ダム湖を含む)、海のような水深の深い場所(例えば水深5m以上など)での使用が可能である。また、微細気泡発生装置40は、液体ポンプの種類に制限されることなく使用可能である。更に、例えば、一台の液体ポンプに対し配管などを通じて複数個を接続した場合に起こりうる、不均一な気体の供給をも解消し得る。
Fine
微細気泡発生装置10の使用条件としては、使用されるポンプの供給量や揚程(圧力)、供給部11に接続される配管の配管径に応じて、適宜設定される。例えば、中空部15の断面形状が円形状の場合に、その最大断面積を3.5cm2〜50.0cm2とし、内容積を36.0cm3〜330cm3とすると、供給部11の開口面積は、0.7cm2〜5.0cm2の範囲内であることが好ましい。開口面積が0.7cm2未満であると、十分な量の混合流体の供給が困難になる場合がある。その一方、開口面積が5.0cm2を超えると、 ポンプなどのコスト面で不都合がある。また、前記の場合、吐出部17の開口面積は、0.8cm2〜18.0cm2の範囲内であることが好ましい。開口面積が0.7cm2未満であると、十分な量の混合流体の供給が困難になる場合がある。その一方、開口面積が19cm2を超えると、気泡径にばらつきが生じ不都合がある。更に、導入口20a、20bの開口面積は、それらの総和が供給部11の開口面積に対し、7:10〜9:10の範囲内となる様に設定される。
The use conditions of the fine
前記設計条件下で、例えば混合流体を供給するポンプのポンプ圧力を0.15MPa、供給量20L/毎分とした場合、中空部15内での旋回速度は約450Hz以上となる。尚、旋回速度は中空部体積が大きいほど遅くなる傾向がある。また、旋回速度は旋回渦が発する音を測定し、旋回渦の回転数を計測することで得られる。
Under the design conditions, for example, when the pump pressure of the pump for supplying the mixed fluid is 0.15 MPa and the supply amount is 20 L / min, the turning speed in the
尚、前記ポンプ圧力は、前記設計条件下の場合、0.01MPa〜0.8MPaの範囲内であることが好ましく、0.03MPa〜0.6MPaの範囲内であることがより好ましい。供給圧力が0.8MPaを超えると、発生器の材質、配管等付属部品などの材質、制作方法が限定され、コスト面で不都合がある。その一方、供給量が0.03MPa以下であると、混合流体の高速流が得られず、気泡径のばらつきが発生する場合がある。また、混合流体の供給量は、前記設計条件下の場合、1.5L〜100L/分の範囲内であることが好ましく、2L〜80L/分の範囲内であることがより好ましい。供給量が80L/分を超えると、発生器本体の使用寿命が減退するという不都合がある。その一方、供給量が2L/分未満であると、混合流体の高速流が得られず、気泡径のばらつきが発生する場合がある。 The pump pressure is preferably in the range of 0.01 MPa to 0.8 MPa, more preferably in the range of 0.03 MPa to 0.6 MPa, under the design conditions. When the supply pressure exceeds 0.8 MPa, the material of the generator, the material of the accessory parts such as piping, and the production method are limited, which is inconvenient in terms of cost. On the other hand, when the supply amount is 0.03 MPa or less, a high-speed flow of the mixed fluid may not be obtained, and the bubble diameter may vary. In addition, the supply amount of the mixed fluid is preferably in the range of 1.5 L to 100 L / min, more preferably in the range of 2 L to 80 L / min, under the design conditions. When the supply amount exceeds 80 L / min, there is a disadvantage that the service life of the generator body is reduced. On the other hand, when the supply amount is less than 2 L / min, a high-speed flow of the mixed fluid cannot be obtained, and the bubble diameter may vary.
(実施の形態2)
本実施の形態2に係る微細気泡発生装置について、図3を参照しながら説明する。図3は、本実施の形態に係る微細気泡発生装置の内部を表す説明図である。
(Embodiment 2)
The fine bubble generating apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the inside of the microbubble generator according to the present embodiment.
本実施の形態に係る微細気泡発生装置40は、混合流体をガイドするためのガイド部42、44が設けられている。ガイド部42と渦巻き状内壁面19の間には渦巻き状の流路46が形成されており、また、ガイド部44と渦巻き状内壁面19との間には循環流路47が形成されている。更に、ガイド部42とガイド部44との間には、中空部15に混合流体を供給する導入口41a、41bが設けられている。また、ガイド部44と渦巻き状内壁面19との間には、混合流体を再び渦巻き状の流路46に循環させるための開口部41cが設けられている。導入口41a、41b、及び開口部41cは、中空部15の中心軸と供給部11の中心を通る線の交点を中心として120度毎に設けられている。また、導入口41a、41bの開口面積は同一であることが好ましい。その一方、開口部41cの開口面積は導入口41a、41bの開口面積よりも小さいことが好ましい。これにより、ベンチュリー効果が作用し、開口部41cから流出する混合流体に噴射力を付与することができる。導入口41a、41bの開口面積と開口部41cの開口面積との比は、6:10〜7:10の範囲内であることが好ましい。7:10を超えると、ベンチュリー効果による混合流体の噴射力が低下する場合がある。その一方、6:10未満であると、混合流体の循環流動が阻害される場合がある。
The fine
前記開口部41cを設け、供給部11に循環流路47を設けることにより、開口部41において混合流体に対する噴射力と、供給部11の流れ圧力による引っ張り力が作用し、渦巻き状の流路46を流動する混合流体の流動速度が加速される。その結果、中空部15において高速旋回する気体と液体の回転速度を一定に維持することが可能になる。
By providing the
また、導入口41a、41b及び開口部41cの開口面積の和と、供給部11の開口面積との比は、7:10〜9:10にすることが好ましく、8.5:10〜9:10にすることがより好ましい。これにより、供給部から供給された混合流体が渦巻き状の流路を流動するまでの間において、その流動速度及び流体圧力を、絞り効果と、円周回運動による遠心力により連続的に増大させることができる。その結果、中空部15内を旋回する気体及び液体の高速旋回流の速度を10〜20%以上大きくすることができる。前記数値範囲外であると、高速回転に必要な流量自体が減少するため好ましくない。
Further, the ratio of the sum of the opening areas of the
更に、本実施の形態においては、前記開口部41cの近傍に気体供給部43を設けてもよい。これにより、供給される気体に対し、開口部41cでの混合流体の流動が引っ張り力を作用させる。また、開口部41cでのベンチュリー構造により、気体に対し負圧作用が働き、気体を自吸させることが可能になる。尚、本実施の形態においては、気体供給部43にエアーポンプを接続し、気体を強制的に供給する手段との併用をも可能にする。また、気体供給部43に気体供給用パイプを接続し、更に当該パイプの陸上部分でバルブを設けることにより、気体供給量を調整することも可能になる。その結果、微細気泡の発生量の調整が可能になると共に、使用状況に応じて気体の供給を停止させることも可能になる。
Furthermore, in the present embodiment, a
(その他の事項)
本発明の微細気泡発生装置は、前述の各実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、図4に示すように、微細気泡発生装置の吐出部17とは反対側の位置に他の吐出部51を設けてもよい。これにより、本体52の前部と後部の両方から微細気泡を生成させることができる。
(Other matters)
The fine bubble generating apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, as shown in FIG. 4, another
以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている材料や配合量等は、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail by way of example. However, the materials, blending amounts, and the like described in the examples are not intended to limit the scope of the present invention only to them, but are merely illustrative examples, unless otherwise specified.
(実施例1)
本実施例に於いては、前記実施の形態において説明した図1及び図2に示す微細気泡発生装置であって、プラスチック樹脂(ABS)からなるものを用いた。この微細気泡発生装置を海水中に浸漬させ、自然大気空気及び海水(海水温度21.8℃)からなる混合流体を供給して前記自然大気空気からなる微細気泡を発生させた。更に、海水中に於ける酸素溶解値及び酸素飽和度の経時変化を測定した。結果を下記表1に示す。
Example 1
In this example, the fine bubble generating apparatus shown in FIGS. 1 and 2 described in the above embodiment and made of plastic resin (ABS) was used. This fine bubble generating device was immersed in seawater, and a mixed fluid consisting of natural atmospheric air and seawater (seawater temperature 21.8 ° C.) was supplied to generate fine bubbles consisting of the natural atmospheric air. Furthermore, the time-dependent change of the oxygen dissolution value and oxygen saturation in seawater was measured. The results are shown in Table 1 below.
尚、前記微細気泡発生装置については、その供給部11の開口面積を12.6cm2、中空部15の体積を55.8cm3、吐出部17の開口面積を3.2cm2、導入口20a及び導入口20bの開口面積の和と、供給部11の開口面積との比を7:1とした。また、ポンプ圧力を0.03MPa、吐出水量を5L/min、海水量を0.8m3とした。
Note that the micro bubble generating device, 12.6 cm 2 and the opening area of the
(実施例2)
本実施例に於いては、ステンレス(SUS304)からなる微細気泡発生装置を用いたこと以外は、前記実施例1と同様にして微細気泡を発生させた。更に、実施例1と同様にして、酸素溶解値及び酸素飽和度の経時変化をそれぞれ測定した。結果を下記表1に示す。
(Example 2)
In this example, fine bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that a fine bubble generator made of stainless steel (SUS304) was used. Further, in the same manner as in Example 1, changes over time in the oxygen dissolution value and oxygen saturation were measured. The results are shown in Table 1 below.
(酸素溶解値)
酸素溶解率は、ポーラログラフ測定法により測定した。
(Oxygen dissolution value)
The oxygen dissolution rate was measured by a polarographic measurement method.
(酸素飽和度)
酸素飽和度は、パルスオキシメータ法により測定した。
(Oxygen saturation)
The oxygen saturation was measured by a pulse oximeter method.
10 微細気泡発生装置
11 供給部
12 ガイド部
13 本体
14 ガイド部
15 中空部
16 流路
17 吐出部
18a、18b 流入口
19 渦巻き状内壁面
20a、20b 導入口
21 負圧気体軸
23 高速旋回流
31 間隙
40 微細気泡発生装置
41 開口部
41a、41b 導入口
41c 開口部
42 ガイド部
43 気体供給部
44 ガイド部
46 流路
47 循環流路
51 吐出部
52 本体
DESCRIPTION OF
Claims (6)
気体及び液体からなる混合流体を供給する供給部と、
前記供給部から供給された混合流体を気体及び液体に分離して、各々の旋回流を形成する中空部を備えた本体と、
旋回流となった前記気体を気泡にして液体と共に吐出する吐出部とを有するものであり、
前記本体は、渦巻き状内壁面と、該渦巻き状内壁面に沿って設けられ、かつ、複数の渦巻き状の流路に分けて前記混合流体を前記中空部に導く少なくとも1つのガイド部とを有し、
前記渦巻き状内壁面は、前記供給部から供給された前記混合流体を、前記吐出部の方向に対し渦巻き面が垂直となる様に渦巻き状に流動させるものであり、
前記渦巻き状の流路は前記供給部に対し絞り構造となっている微細気泡発生装置。 A microbubble generator for generating microbubbles,
A supply unit for supplying a mixed fluid composed of gas and liquid;
A main body having a hollow portion that separates the mixed fluid supplied from the supply portion into a gas and a liquid and forms respective swirling flows;
A discharge section that discharges the gas that has been swirled with the liquid into bubbles;
The main body has a spiral inner wall surface and at least one guide portion that is provided along the spiral inner wall surface and that divides the mixed fluid into the hollow portion by dividing into a plurality of spiral flow paths. And
The spiral inner wall surface causes the mixed fluid supplied from the supply unit to flow spirally so that the spiral surface is perpendicular to the direction of the discharge unit,
The micro-bubble generating device in which the spiral flow path has a throttle structure with respect to the supply unit.
全ての導入口の開口面積の和と、前記供給部の開口面積との比が、7:10〜9:10の範囲内である請求項1に記載の微細気泡発生装置。 Between the guide part and the spiral inner wall surface, and between the guide parts, an introduction port for introducing a mixed fluid to the hollow part is provided, respectively.
2. The fine bubble generating device according to claim 1, wherein a ratio of a sum of opening areas of all the inlets and an opening area of the supply unit is within a range of 7:10 to 9:10.
前記ガイド部同士の間に設けられている導入口は、ガイド部の壁面の渦巻き面に於ける接線方向に開口している請求項2に記載の微細気泡発生装置。 The introduction port provided between the guide portion and the spiral inner wall surface opens in a tangential direction in the spiral surface of the spiral inner wall surface,
The microbubble generator according to claim 2, wherein the inlet provided between the guide portions opens in a tangential direction on the spiral surface of the wall surface of the guide portion.
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