JP2003117365A - マイクロバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体混入比が高い気液混合流体をポンプで短
時間に加圧・撹拌し、気体を細かく粉砕して液体中に効
率よく溶け込ませ、微細で均一なマイクロバブルを経済
的に発生する。 【解決手段】 吸液配管６及び吸気配管７を吸入配管５
を介して気液混合ポンプ１の吸込口４に接続する。気液
混合ポンプ１の吐出口１５に吐出配管１６を接続し、吐
出配管１６上に抵抗器２を設ける。抵抗器２の内部に障
壁板を設け、その下部に半月形状のオリフィスを形成す
る。気液混合ポンプ１において、ケーシングの内周に径
方向に狭い環状の流体通路を形成し、羽根車の外周に流
体通路に突出する多数の撹拌羽根を設ける。気液混合ポ
ンプ１の回転速度をインバータ３で制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水質改善等に用い
られるマイクロバブル（微細気泡）を発生する装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マイクロバブルは、液体と気体
とを混合して加圧し、液体中に気体を溶け込ませたの
ち、その気液混合流体を急減圧させることで発生する。
従来、気液混合流体をポンプで加圧し、ポンプの吐出側
管路をバルブで絞り、バルブを通過した気液混合流体を
エアレータから放出して、マイクロバブルを発生する装
置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来装
置によると、以下のような問題点があった。 （１）液体に７〜８％以上の気体を混合すると、ポンプ
の吐出圧が減少するため、気体の混合比を制限する必要
があり、マイクロバブルの発生効率が悪かった。 （２）液体中に気体を充分に溶け込ませるためには、気
液混合流体をポンプ及び配管設備内で長時間加圧する必
要があり、ポンプの消費電力が嵩み、不経済であった。 （３）ポンプの吐出側にバルブを設けているので、バル
ブの上流側に気体が溜まり、マイクロバブルに大きな気
泡が混入し、不均一になりやすかった。

【０００４】そこで、本発明の課題は、微細で均一なマ
イクロバブルを経済的に効率よく発生することができる
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のマイクロバブル発生装置は、液体及び気
体の混合流体を吸引する気液混合ポンプと、気液混合ポ
ンプの吐出流体に抵抗を付与する抵抗器と、気液混合ポ
ンプの回転速度を制御するインバータとを備え、気液混
合ポンプのケーシングの内周に径方向に狭い環状の流体
通路を形成し、羽根車の外周に流体通路に突出する多数
の撹拌羽根を設けたことを特徴とする。

【０００６】ここで、気液混合ポンプが１０％程度の高
い気体混入比の混合流体を効率よく加圧・撹拌し、かつ
安定的に吐出できるように、気液混合ポンプの各部を以
下のように設計するのが好ましい。 （ａ）羽根車の厚さを加圧通路の幅の３５〜４５％に設
計すること。 （ｂ）羽根車の外径をケーシングの内径の９１％以上に
設計すること。 （ｃ）撹拌羽根の長さを羽根車の外径の４〜６．５％に
設計すること。 （ｄ）吸込口及び吐出口の中心と羽根車の中心とのずれ
を羽根車の厚さの２０％以下に設計すること。

【０００７】また、微細で均一なマイクロバブルを発生
できる点で、抵抗器に障壁板を設け、障壁板の下部に半
月形状のオリフィスを形成するのが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、この実施形態
のマイクロバブル発生装置は、液体及び気体の混合流体
を吸引する気液混合ポンプ１と、気液混合ポンプ１の吐
出流体に抵抗を付与してマイクロバブルを発生する抵抗
器２と、気液混合ポンプ１の回転速度を制御するインバ
ータ３とを備えている。

【０００９】気液混合ポンプ１の吸込口４には吸入配管
５を介して吸液配管６と吸気配管７とが接続されてい
る。吸入配管５上には真空計８が設けられ、吸液配管６
上には吸入圧調整バルブ９が設けられている。吸気配管
７上にはエアコントロールユニット１０が設けられ、こ
のユニット１０に流量調整バルブ１１と流量計１２と逆
止弁１３とが内蔵されている。

【００１０】気液混合ポンプ１の吐出口１５には吐出配
管１６が接続され、吐出配管１６上に圧力計１７と前記
抵抗器２とが設けられている。図４に示すように、抵抗
器２の内部には吐出流体に抵抗を付与する障壁板１８が
組み込まれ、障壁板１８に吐出流体を通過させるオリフ
ィス１９が形成されている。この抵抗器２によれば、簡
単かつ安価な構成でマイクロバブルを発生することがで
きる。

【００１１】オリフィス１９の開口面積は、気液混合ポ
ンプ１の吐出圧及び吐出量、抵抗器２の通路面積、マイ
クロバブルの発生圧力等を考慮して決定される。また、
オリフィス１９の部位及び形状は、混合流体中の気体が
急減圧により効率よくかつ見栄えよくマイクロバブルに
変容する点を考慮して決定される。図４〜図７に同じ開
口面積で部位及び形状が異なるオリフィス１９の実施例
を示す。

【００１２】（１）図４のオリフィス１９は障壁板１８
の下部に半月状に形成されている。このオリフィス１９
は障壁板１８の下部に開口しているため、障壁板１８の
上流側上部に気泡が塊となって集約され、一定の体積に
肥大化したのち、オリフィス１９から徐々に吐出され
る。このとき、オリフィス１９が障壁板１８の片隅に開
口しているので、オリフィス１９を通過したのちの流れ
が不規則になり、その不整流中で大きな気泡が衝突を繰
り返して細かく破砕される。また、配管途中の凹凸等で
発生した気体の塊が抵抗器２に流入した場合も、障壁板
１８の上流側上部に滞留し、塊のままオリフィス１９を
通過するおそれがない。このため、微細で均一な見栄え
のよいマイクロバブルを発生できる利点がある。

【００１３】（２）図５のオリフィス１９は障壁板１８
の上部に半月状に形成されている。このオリフィス１９
は、障壁板１８の片隅に開口しているので、気泡を細か
く破砕できるが、障壁板１８の上部に開口しているた
め、大きな気泡がマイクロバブル中に混入しやすい。 （３）図６のオリフィス１９は障壁板１８の中心部に円
形に形成されている。このオリフィス１９によると、マ
イクロバブルは発生するが、気泡の大きさが不均一で、
特に大きな気泡が目立つ。 （４）図７のオリフィス１９は障壁板１８の中央部に２
つ円形に形成されている。この場合も、図６と同様、泡
の大きさが不均一で、大きな気泡が混入する。従って、
図５，図６，図７に示すオリフィス１９によると、マイ
クロバブルの見栄えが悪くなる難点がある。

【００１４】図２及び図３に示すように、気液混合ポン
プ１はカスケードポンプ（過流ポンプ、ウエスコポン
プ）と類似する構造を備えている。ケーシング２１は本
体部２２と蓋部２３とからなり、本体部２２に回転軸２
４が支持され、回転軸２４上に羽根車２５が組み付けら
れている。

【００１５】本体部２２及び蓋部２３には、羽根車２５
の両側面に細隙を介して対向する突部２２ａ，２３ａが
設けられ、その外周側において、ケーシング２１の内周
に径方向に狭い環状の流体通路２６が形成されている。
蓋部２３の内周には、流体通路２６の上部に突出する仕
切壁２３ｂが形成され、仕切壁２３ｂの両側で吸込口４
及び吐出口１５が流体通路２６に連通している。

【００１６】羽根車２５の外周には、流体通路２６に突
出する多数（例えば片側６０個、両側１２０個）の撹拌
羽根２７が設けられている。そして、羽根車２５の回転
に伴い撹拌羽根２７の摩擦力によって、気液混合流体を
吸込口４から吸い込み、流体通路２６上で加圧・撹拌し
たのち、吐出口１５から吐出するようになっている。

【００１７】撹拌羽根２７は羽根車２５の外周部両側面
を斜状に切除して形成されている。これにより、撹拌羽
根２７の幅は羽根車２５の厚さｔと等しく設計されてい
る。また、撹拌羽根２７の内径は流体通路２６の内径と
等しく設計されている。

【００１８】羽根車２５の厚さｔは、流体通路２６の幅
Ｍの３５〜４５％に設計されている。４５％以上にする
と、１０％程度の気体を混入した場合に、吐出量及び吐
出圧が不安定となり、経時的に圧力が低下して吐出不能
となるおそれがある。３５％以下にすると、１５％以上
の気体を混入可能であるが、ポンプの吐出量が減少す
る。

【００１９】羽根車２５の外径ｄは、ケーシング２１
（蓋部２３）の内径Ｄの９１％以上に設計されている。
９１％未満にすると、７〜８％の気体混入比が限度であ
り、それ以上の気体を混入した場合に、経時的に圧力が
低下し、吐出不能となるおそれがある。

【００２０】撹拌羽根２７の長さｈは、羽根車２５の外
径ｄの４〜６．５％に設計されている。６．５％以上に
すると、１０％程度の気体を混入した場合に、吐出量及
び吐出圧の変動が大きく不安定となり、経時的に圧力が
低下して吐出不能となるおそれがある。４％以下にする
と、１０〜１５％以上の気体を混入可能であるが、ポン
プの吐出量が減少する。

【００２１】吸込口４及び吐出口１５の中心と羽根車２
５の中心とのずれＳは、羽根車２５の厚さｔの２０％以
下に設計されている。２０％以上にすると、１０％程度
の気体を混入した場合に、吐出量及び吐出圧の変動が大
きく不安定となり、ポンプの取り扱いに困難を来す。

【００２２】上記のように構成されたマイクロバブル発
生装置においては、気液混合ポンプ１の回転速度がイン
バータ３により制御され、ポンプ１の吐出圧が圧力計１
７の指示値に従って最適圧力に調整される。こうすれ
ば、気液混合ポンプ１の吐出配管１６上にバルブを設け
る必要がなく、バルブの上流側に溜った気体が大きな気
泡となってマイクロバブル中に混入するおそれがない。

【００２３】液体の吸入圧は吸液配管６上の吸入圧調整
バルブ９により真空計８の指示値に従って最適圧力に調
整される。また、気体の吸入量はエアコントロールユニ
ット１０の流量調整バルブ１１により流量計１２の指示
値に従ってポンプ吐出量の１０％程度に調整される。そ
して、気体及び液体の混合流体が気液混合ポンプ１の吸
引力によって吸入配管５を通りポンプ１内に自動的に吸
入される。

【００２４】従って、両バルブ９，１１の開度調整とイ
ンバータ３の周波数調整とにより、気液混合流体の吸入
圧（真空度）、吐出圧及び気体量（混入比）を変化させ
て、マイクロバブルの大きさや発生量を簡単な操作で最
適に調整することができる。なお、エアコントロールユ
ニット１０に逆止弁１３が設けられているので、所要の
気体量を確定したのちにポンプ１を停止しても、液体が
逆流するおそれがなく、また同じ運転条件で装置を再起
動できる利点がある。

【００２５】気液混合流体はポンプ１の吸込口４から流
体通路２６に吸入され、ここで撹拌羽根２７によって加
圧・撹拌され、気体が粉砕されると同時に液体中に溶解
され、その状態で吐出口１５側に圧送される。この実施
形態の気液混合ポンプ１によれば、以下のような作用効
果が得られる。

【００２６】（１）流体通路２６に撹拌羽根２７が突出
しているので、撹拌羽根２７の流体摩擦を大きくし、１
０％程度の高い気体混入比の気液混合流体を短時間で加
圧・撹拌し、気体を細かく粉砕し同時に液体中に効率よ
く溶け込ませたのち、高い圧力で吐出することができ
る。従って、気液混合ポンプ１の消費電力を抑制するこ
とが可能となる。 （２）流体通路２６を径方向に狭く形成したので、羽根
車２５の回転に伴い通路２６に高速の渦流が発生し、こ
の高速渦流中で気体を急激に撹拌するとともに、ケーシ
ング２１及び撹拌羽根２７に繰り返し衝突させて、微細
に粉砕することができる。 （３）流体通路２６を径方向に狭く形成したので、同じ
通路容積のポンプと比較し、通路長さを延ばし、気液混
合流体の加圧・撹拌距離を長く確保して、気体を効率よ
く粉砕し溶解させることができる。

【００２７】（４）羽根車２５の外周部両側面を斜めに
切除して、撹拌羽根２７を短く形成したので、混合流体
を遠心力で飛ばす作用をする切除部の溝の容積を小さく
し、そこに付着して戻る気体量を減らし、もって、吸入
口４側における気体の滞留を防止することができる。 （５）吸込口４及び吐出口１５の中心と羽根車２５の中
心とが略同一平面内に位置するように設計したので、羽
根車２５両側の流体通路２６に同等量の気液混合流体を
導入して、均一に加圧・撹拌することができる。

【００２８】気液混合ポンプ１からの吐出流体は吐出配
管１６を通り抵抗器２に流入し、障壁板１８の上流側で
加圧され、加圧によって気体の溶解が促進される。そし
て、吐出流体は障壁板１８の下部から半月形状のオリフ
ィス１９を通過し、急減圧下で不整流による衝突を繰り
返して、均一な微細気泡に変容し、マイクロバブルとな
って放出される。

【００２９】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を
逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更し
て実施することも可能である。 （１）図３に示す気液混合ポンプ１において、羽根車２
５外周の断面三角形状部分を切除して、各撹拌羽根２７
を相互に切り離して設けること。 （２）撹拌羽根２７の幅Ｍを羽根車２５の厚さｔより若
干広く設計すること。 （３）ケーシング２１の蓋部２３の内周面に撹拌羽根２
７と対向する固定羽根を突設すること。 （４）抵抗器２の内側に螺旋状の撹拌羽根を設けるこ
と。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
気液混合ポンプの回転速度をインバータで制御し、ポン
プケーシングの径方向に狭い流体通路に羽根車の撹拌羽
根を突出させたので、気体混入比が高い気液混合流体を
ポンプで短時間に加圧・撹拌し、気体を細かく粉砕して
液体中に効率よく溶け込ませ、もって、微細で均一なマ
イクロバブルを経済的に発生できるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すマイクロバブル発生
装置の全体ブロックである。

【図２】気液混合ポンプの要部を示す正面図である。

【図３】同ポンプの断面図である。

【図４】オリフィスを示す抵抗器の断面図である。

【図５】オリフィスの別の実施例を示す断面図である。

【図６】オリフィスの別の実施例を示す断面図である。

【図７】オリフィスの別の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・気液混合ポンプ、２・・抵抗器、３・・インバー
タ、４・・吸込口、５・・吸入配管、１５・・吐出口、
１６・・吐出配管、１８・・障壁板、１９・・オリフィ
ス、２１・・ケーシング、２５・・羽根車、２６・・流
体通路、２７・・撹拌羽根。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体及び気体の混合流体を吸引する気液
   混合ポンプと、気液混合ポンプの吐出流体に抵抗を付与
   する抵抗器と、気液混合ポンプの回転速度を制御するイ
   ンバータとを備え、気液混合ポンプのケーシングの内周
   に径方向に狭い環状の流体通路を形成し、羽根車の外周
   に流体通路に突出する多数の撹拌羽根を設けたことを特
   徴とするマイクロバブル発生装置。
2. 【請求項２】 羽根車の厚さを流体通路の幅の３５〜４
   ５％に設計した請求項１記載のマイクロバブル発生装
   置。
3. 【請求項３】 羽根車の外径をケーシングの内径の９１
   ％以上に設計した請求項１記載のマイクロバブル発生装
   置。
4. 【請求項４】 撹拌羽根の長さを羽根車の外径の４〜
   ６．５％に設計した請求項１記載のマイクロバブル発生
   装置。
5. 【請求項５】 気液混合ポンプの吸込口及び吐出口の中
   心と羽根車の中心とのずれを羽根車の厚さの２０％以下
   に設計した請求項１記載のマイクロバブル発生装置。
6. 【請求項６】 抵抗器に障壁板を設け、障壁板の下部に
   半月形状のオリフィスを形成した請求項１記載のマイク
   ロバブル発生装置。