JP2004000897A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固形物が混入している汚水槽等の場合、羽根車をケーシングやシリンダで覆った微細気泡発生装置は目詰まりが生じ易いという欠点があり、また水中に露出している羽根車を使った微細気泡発生装置は小径の微細気泡の発生が少ないという問題点があった。
【解決手段】縦向きに置かれたモータの中空回転軸の下端に、中空円盤の内部を貫通して該中空円盤の上方、下方および側方まで延在する渦巻羽根を設けた側面開放型の該中空円盤を取付け、水中で高速回転させ、かつ気体を外部から該中空回転軸を経て該中空円盤内部へ導いている導管の途中にある流量調整弁で気体の流量を少なくすることにより小径の微細気泡を発生させるものである。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の装置は、例えばビルや下水道の汚水槽の汚水、工場廃水、溜池の滞留水および養魚場用水等の水中溶存酸素量の少ない水を水中溶存酸素量を増やすことにより、好気性の微生物に有機物を分解させ水を浄化したり、水中生物の生育のため酸素を供給するための微細気泡発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、水中においてケーシングやシリンダの中で羽根車を回転させ羽根車の近傍に置かれた導管等に外部より気体を吸引して水を攪拌し気泡を発生させる気泡発生装置はあった。（例えば特許文献１、２参照）（以下ケース１という。）
また、水中ポンプ等で水を加圧し、水の加圧から減圧による圧力差を利用して水の中に混入した気体を微細気泡として発生するものや加圧した水により容器中に旋回流を起し気体を吸引し水中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置はあった。（例えば特許文献３，４，５参照）（以下ケース２という。）
さらに、水中で露出した羽根車を回転し、羽根車の近傍に置かれた導管や中空回転軸に気体を吸引させ水の攪拌等により気泡を発生させる微細気泡発生装置はあった。（例えば特許文献６，７，８参照）（以下ケース３という。）
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１６１２７４号公報（請求項１）
【特許文献２】
特許第２６０９５６１号公報（請求項１，２）
【特許文献３】
特許第３０８１９８３号公報（請求項１，２，３）
【特許文献４】
特許第３０３０９８４号公報（請求項１）
【特許文献５】
特開２０００−４４７号公報（請求項１〜１６）
【特許文献６】
特許第２９５１７６０号公報（請求項１）
【特許文献７】
特開平１１−１０１８８号公報（請求項１）
【特許文献８】
特開２００１−２５６５１号公報（請求項１，３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】気泡発生装置は、発生する気泡が小径になるほど水中の溶存酸素量を高めることが知見されている。
ケース１の場合は、気体の吸引と気液の攪拌による気泡発生装置であるが、水がケーシングまたはシリンダに覆われた羽根車の内部を通る構造で、ビルや下水道の汚水槽等固形物が混入している所では、水の吸込口やシリンダ等の内部に固形物が詰まったり回転部に紐等が絡み易く、流入部に網かご等の対策が必要となる。
また、ケース２の場合は、小径の微細気泡を発生するが、水がポンプの内部やノズル等を通る構造をしており、汚水槽等固形物が混入している所では吸込口やノズル等に固形物が詰まり易く使用は困難である。
【０００５】ケース３の場合は、水中で露出した羽根車を回転させ中空の回転軸や羽根の近傍に置かれた導管より外部の気体を吸引し水中に気泡を拡散するもので、固形物が詰まることはないが、直径数１００μｍ以下の小径の微細気泡の発生量が少ないという問題点があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、水中の固形物による装置への目詰まり等がなく、直径数１００μｍ以下の微細気泡を大量に発生する微細気泡発生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基本的にはケース３の区分に属している。
すなわち、縦向きに置かれたモータの中空回転軸の下端に側面が開放された中空円盤を前記モータによって水中で高速回転し、外部から導管により気体を吸引し前記中空回転軸を経て前記中空円盤より水中に気体を拡散させる微細気泡発生器において、該中空円盤の内部を貫通して該中空円盤の上方、下方および側方まで延在する渦巻羽根を装備したことを特徴とする微細気泡発生装置である。
【０００７】
本発明は上記のように構成されているが、前記中空円盤に前記渦巻羽根を設置している部位により区分すると、前記中空円盤の上方、下方に位置する表面ブレード部、該中空円盤の内部に位置する内部ブレード部および該中空円盤の側方に位置する側面ブレード部になる。
前記中空円盤が高速回転すると、該中空円盤表面付近では水と該中空円盤表面との間にはたらく粘性により水は旋回流を起し、前記渦巻羽根の前記表面ブレード部によって渦巻状旋回流となり、前記側面ブレード部により流速が加速され該中空円盤の回転軸と直角方向に放出される。
また、前記中空円盤の上方、下方に前記表面ブレード部があるため、該中空円盤の上方と下方から二つの水の渦巻状旋回流が、前記側面ブレード部に集合、加速され、該中空円盤の回転軸と直角方向に放出される。
一方、前記渦巻羽根の前記内部ブレード部が回転することにより、該中空円盤内部から吸引された気体は周囲の水と混合され気液混相の渦巻状旋回流となり、前記側面ブレード部により流速を加速し回転軸と直角方向に放出される。
【０００８】
かくして、前記中空円盤が高速回転すると、該中空円盤の前記内部ブレード部による気液混相の渦巻状旋回流は、前記表面ブレード部により該中空円盤の上方、下方から生じた二つの水の渦巻状旋回流と前記側面ブレード部において集合、加速され、一つの流速の速い気液混相の渦巻状旋回流となり水中に放出される。
前記気液混相の渦巻状旋回流の遠心力のため、該中空円盤の内部は大気圧に対して負圧となり、外部より導管および中空回転軸を経て吸引された気体は、攪拌作用とも相まって直径数ｍｍ以下の微細気泡となって水中に放出される。
【０００９】
さらに、本発明は外部から気体を吸引する前記導管の途中に気体の流量調整弁を設けてもよい。
高速回転している前記中空円盤において、前記導管の途中にある前記流量調整弁を全閉よりわずかに開き吸引する気体の流量を少なくすると、該中空円盤の内部は大気圧に対してさらに負圧が大きくなり、外部より中空回転軸を経て導かれた該中空円盤内の気体は、最後に前記側面ブレード部でつくられた前記気液混相の渦巻状旋回流の遠心力と攪拌によって細かくせん断され直径数１００μｍ以下の微細気泡となって大量に水中に放出される。
なお、本発明は回転体が水中に露出しているため、汚水中の固形物等による装置への目詰まりはない。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例を示す斜視説明図である。
図１において中空の回転軸を有する水中の電動モータ１１は、上方では気体の導管９、さらに外気等とつながっており、下方では逆止弁２、中間回転軸３、さらに側面が開放され渦巻羽根１４を有する中空円盤４につながっている。
電源は電力ケーブル１０により外部より電動モータ１１へ供給される。
電動モータ１１は水中において１５００〜３６００ｒｐｍで回転され、また中空円盤４に設置される渦巻羽根１４は数枚である。
装置全体は支持金物１２によって水槽底部に固定するが、フロート等により水面より吊り下げる方法も可能である。
【００１１】
図２は本発明の一実例である回転軸と中空円盤を渦巻羽根の中心線で切った場合の略断面図である。
渦巻羽根１４は中空円盤４の内部を貫通して中空円盤４の上方、下方および側方まで延在する形状をしており、中空円盤４の上方、下方には厚板が突起した形状の表面ブレード部５が、中空円盤４の内部には該中空円盤円心より外縁に向けて厚板状の内部ブレード部６が、さらに中空円盤４の外縁側方には厚板が外向きに突出した形状の側面ブレード部７がある。
水中においてモータ中空軸１が回転すると、中空円盤４の上方、下方にある表面ブレード部５は、中空円盤４の上方、下方に二つの水の渦巻状旋回流を起し、内部ブレード部６による気液混相の渦巻状旋回流とともに中空円盤４の外縁にある側面ブレード部７により集合、加速され、一つの流速の速い気液混相の渦巻状旋回流となり水中へ放出される。
【００１２】
表面ブレード部５は該中空円盤表面より最も高い部分で数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度、内部ブレード部６の回転円心から外方への長さは１〜１０数ｃｍ程度、さらに側面ブレード部７の回転円心から外方への長さは１〜数ｃｍ程度である。
例えば電動モータの出力が７５０ｗの場合、表面ブレード部５は中空円盤表面より最も高い部分で７ｍｍ、内部ブレード部６の回転円心から外方への長さは４ｃｍ程度、さらに側面ブレード部７の回転円心から外方への長さは１．２ｃｍ程度である。
水の渦巻状旋回流が中間回転軸３より中空円盤４の表面に沿って流動する過程で紐や髪の毛等が中間回転軸３や中空円盤４に巻き付くのを防止するため、中間回転軸３と中空円盤４との取付け部分の半径を大きくしており、また表面ブレード部５は中空円盤４からの高さを中空円盤４の円心から外縁に向けて次第に高くしている。
中空円盤４は鋳鉄やアルミ等の金属を用いるが、小型機の場合は合成樹脂でもよい。
中空円盤４の直径は、１０〜数１０ｃｍ程度、間隙８の高さは５〜数１０ｍｍ程度、中空回転軸１の中空部の直径は数ｍｍ〜１０ｍｍ程度で、例えば電動モータの出力が７５０ｗの場合、中空円盤４の直径は１５ｃｍ程度、間隙８は８ｍｍ程度、中空回転軸１の中空部の直径は５ｍｍ程度である。
【００１３】
図３は本発明の他の実施例における流量調整弁を取付けた微細気泡発生装置を示す概略図である。
逆止弁２はモータが停止中は水の浮力により弁を閉じているが、モータ中空軸１が回転すると中空円盤４の内部では内部ブレード部６が水を放出するとともに逆止弁２を開き、流量調整弁１５を全閉よりわずかに開くことにより、気体は導管９、モータ回転軸１、逆止弁２、中間回転軸３、中空円盤４さらに内部ブレード部６を経て側面ブレード部７より直径数１００μｍ以下の微細気泡となって放出される。
逆止弁２は、モータ中空軸１の上端開口部と電動モータ１１の内部との間を封水し電動モータ内部への水の侵入を防ぐことができれば省略してよい。
また、導管９の途中に流量調整弁１５を設ける替わりに、モータ中空軸１の内部に小さい孔の開いた間仕切り板を装着することにより気体の流量を少なくし微細気泡を発生させることも可能である
なお、水中に多くの溶存酸素量が必要な場合には、導管に導く気体を空気から酸素、オゾンに替えてもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は前記中空円盤の内部を貫通して該中空円盤の上方、下方および側方まで延在する渦巻羽根を装備した該中空円盤を高速回転することにより、二つの水の渦巻状旋回流と気液混相の渦巻状旋回流を該中空円盤側方の側面ブレード部により集合、加速させ、一つの流速の速い気液混相の渦巻状旋回流にして、該中空円盤内部を負圧にすることにより直径数ｍｍ以下の微細気泡を大量に発生することが可能となり、さらに気体の流量調整弁を設けて流量を少なくすることにより該中空円盤内部の負圧を大きくした結果、直径数１００μｍ以下の小径の微細気泡を大量に発生することが可能となる。
前記側面ブレード部による前記気液混相の渦巻状旋回流が、水中において底面に対して平行に広がり、さらに該渦巻状旋回流の上方と下方に循環流が生じるため微細気泡の拡散と周辺の攪拌が効率よく行われ、また回転部が水中に露出しており目詰まりを起すことはない。
なお、装置がシンプルかつコンパクトであり騒音もなく、水槽内の限られたスペースでも容易に置くことができ、メンテナンスにも優れた微細気泡発生装置である。
したがって、ビルや下水道の汚水槽及び工場廃水等において水質を環境基準に適合するための既存設備等への付加、溜池の滞留水の浄化および養魚場用水の酸素供給手段等にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視説明図である。
【図２】本発明の一実施例であるモータ中空軸と中空円盤を渦巻羽根の中心線で切った場合の略断面図である。
【図３】本発明の他の実施例における流量調整弁を取付けた微細気泡発生装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１　モータ中空軸
２　逆止弁
３　中間回転軸
４　中空円盤
５　表面ブレード部
６　内部ブレード部
７　側面ブレード部
８　空隙
９　導管
１０　電力ケーブル
１１　電動モータ
１２　支持金物
１３　微細気泡
１４　渦巻羽根
１５　流量調整弁

Claims (2)

1. 縦向きに置かれたモータの中空回転軸の下端に側面が開放された中空円盤を前記モータによって水中で高速回転し、外部から導管により気体を吸引し前記中空回転軸を経て前記中空円盤より気体を水中に拡散させる微細気泡発生器において、該中空円盤の内部を貫通して該中空円盤の上方、下方および側方まで延在する渦巻羽根を装備したことを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 外部から気体を吸引する前記導管の途中に気体の流量調整弁を設けていることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。

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