JP2007196155A

JP2007196155A - イオン気泡発生装置

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Publication number: JP2007196155A
Application number: JP2006019009A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Kuriki; 一三栗木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: JP3836497B1

Abstract

【課題】イオン気泡を効率的に発生するイオン気泡発生装置を提供する。
【解決手段】流体を移送する移送管２、３の流路内に、流体に気体を供給する気体供給部５と、流体を螺旋状に旋回させる旋回流発生部４と、気体供給部５及び旋回流発生部４よりも下流側に配置されると共に、流路内に配した一又は複数の板状部材８ａの表面で、管内に管軸方向へ延びる複数の分割流路を区画形成した区画形成部８とを備えたイオン気泡発生装置１であって、気体供給部５及び旋回流発生部４を通過して旋回する流体中に含まれる気体が、区画形成部８を通過して微細化されると共に、気液界面に流体中のイオンを吸着したイオン気泡となるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体を含んだ流体からイオン気泡を発生するイオン気泡発生装置に関する。

周知のように、イオン気泡は、種々の特性を備えており、例えば、浴槽内に供給することで温浴効果やマッサージ効果が促進され、洗濯槽内に供給することで洗浄効果が促進されることが期待されている。また、イオン気泡は、懸濁や、その他の浮遊物質との相互作用により、河川や湖沼等の水質浄化や、排水処理槽の曝気処理等へ応用することも可能であると考えられている。

また、イオン気泡を発生させる装置としては、例えば、管内を流れる水を、流路を横切るように配置した多孔膜に衝突させ、水中に含まれる空気を微細化し、イオン気泡を発生させるようにしたものが挙げられる。（例えば、下記の特許文献１参照）。
特開２００５−２８７４８１号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示されているように、管内を流れる水を多孔膜に衝突させて、水中に含まれる空気を微細化する場合には、水中に含まれる空気を十分に微細化することができず、イオン気泡が効率的に発生しないという問題がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、イオン気泡を効率的に発生するイオン気泡発生装置を提供することを技術的課題とする。

上記技術的課題を解決するために創案された本発明は、流体を移送する移送管の流路内に、流体に気体を供給する気体供給部と、流体を螺旋状に旋回させる旋回流発生部と、前記気体供給部及び前記旋回流発生部よりも下流側に配置されると共に、前記流路内に配した一又は複数の板状部材の表面で、前記管内に管軸方向へ延びる複数の分割流路を区画形成した区画形成部とを備え、前記気体供給部及び前記旋回流発生部を通過して旋回する流体中に含まれる気体が、前記区画形成部を通過して微細化されると共に、気液界面に流体中のイオンを吸着したイオン気泡となるように構成したことを特徴とするイオン気泡発生装置を提供するものである。なお、ここでいうイオン気泡とは、正又は負の電荷を持った気泡を意味する。

このような構成によれば、区画形成部に到達した気体を含んだ旋回する流体は、管軸方向へ延びる複数の分割流路に分流される。この際、分流された流体に対して、各分割流路を区画形成している一又は複数の板状部材の表面が適正な抵抗体として作用する。その結果、流体中に含まれる気体が効率的に微細化され、その気液界面に流体中のイオンを高密度に吸着したイオン気泡が発生する。

これは、以下のような事象によるものと考えられる。まず、区画形成部に到達した気体を含んで旋回する流体は、管軸方向に延びる複数の分割流路へと分流され、各分割流路を区画形成している一又は複数の板状部材の表面によって旋回方向成分の流れに対して適正に抵抗が付与されて旋回方向成分の流れが急激に弱められる。このときに、流体中に含まれる気体が板状部材の表面に衝突した衝撃で効率よく微細化されると共に、微細化された気泡の表面に流体中のイオンが濃縮した状態で吸着する。また、イオン気泡を発生するために分割流路の流路断面積を特段小さくする必要はないので、発生するイオン気泡に対して分割流路を十分大きくでき、イオン気泡を下流域へ円滑に供給することができる。しかも、板状部材の表面によって旋回方向成分の流れが弱められた流体は、板状部材によって区画形成された分割流路に沿った流れ、すなわち管軸方向に沿った流れへと概ね整流される。そのため、発生した多数のイオン気泡は、この整流された流れに乗って相互に整列された状態を保ちながら、管軸方向に沿って直進するように下流側へ移送される。従って、発生した多数のイオン気泡同士が、再び衝突・結合して不当に粗大化することが防止され、発生したイオン気泡がそのままの状態で残存する割合が向上し、結果として効率的なイオン気泡の発生が更に促進される。

上記の構成において、前記区画形成部を管軸方向の複数箇所に設けることが好ましい。

このようにすれば、気体を含んで旋回する流体に対して板状部材が抵抗体として作用する区間が延長するため、上述の利点をより確実に享受することができる。

上記の構成において、隣り合う前記区画形成部間で、前記分割流路の位置を異ならせることが好ましい。

このようにすれば、分割流路を区画形成する板状部材が、気体を含んで旋回する流体に対して、より的確な抵抗体として作用するため、上述の利点をより確実に享受できる。

上記の構成において、前記移送管の下流側の開放端に、複数の羽根を放射状に備えた分散板を更に配置することが好ましい。

このようにすれば、移送管の下流側の開放端から例えば河川や湖沼等の所定の対象領域にイオン気泡を作用させる際に、イオン気泡がその対象領域に効率良く分散されるため好ましい。

以上のように本発明によれば、移送管の流路内に配した一又は複数の板状部材の表面で、流路内に管軸方向へ延びる複数の分割流路を区画形成することで、気体を含んで旋回する流体から効率的にイオン気泡を発生することが可能となる。従って、例えば排出水中に１０００個／ｍＬ以上の高濃度イオン気泡を効率的に発生することができる。加えて、イオン気泡を多量に発生させることが要求される場合であっても、その要求に十分に応じることができ、例えば上述のイオン気泡による水質浄化作用や、曝気処理等をより一層促進することが可能となる。

以下、本発明に係るイオン気泡発生装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態に係るイオン気泡発生装置の全体構成を模式的に示す一部断面図である。同図に示すように、このイオン気泡発生装置１は、流体を移送する第一移送管２と第二移送管３との間にポンプ４を備えている。本実施形態ではポンプ４は、第一移送管２によって移送された流体を加圧すると共に、加圧した流体を第二移送管３の流路に、図１に螺旋状の細線Ｘで示すような旋回状の流れ（以下、旋回流という）として供給する機能を備えた、例えばベーンポンプ等の回転部分を持つ軸流式ポンプを採用しており、旋回流発生部としての役割も兼ねている。

旋回流が供給される第二移送管３は、その流路内の上流から下流（図中の右方向）に向って順に、旋回流に気体を供給する気体供給管５（気体供給部）と、螺旋状の羽根６と、流路断面積を局所的に減少してなるオリフィス部７と、旋回流中に供給された気体を微細化して高濃度イオン気泡を発生する区画形成部８と、複数のハネ９ａを放射状に備えた分散板９とを配置して構成される。以下では、これらの構成要素のうち、本実施形態の要部となる区画形成部８を中心に説明する。

図２は、第二移送管３の流路内に配置された区画形成部８の概略を示す斜視図である。同図に示すように、区画形成部は、断面が十字状をなして管軸方向に延在するように４枚の板状部材８ａを流路内に配して構成される。

詳述すると、区画形成部８は、図３に示すように、流路内に断面十字状で管軸方向に延在するように配された４枚の板状部材８の表裏面の両面（以下、単に表面という）で、第二移送管３の流路をその流路断面が中心角９０°の扇面を示して管軸方向に延びる領域（以下、分割流路という）に均等に４分割している。なお、本実施形態では、区画形成部８を構成する各々の板状部材８ａは、第二移送管３の内周面に管軸方向に沿って所定区間に亘って形成された凹溝１０に嵌合された状態で支持されている。この凹溝１０は、第二移送管３の内周面に周方向に等間隔で複数形成（図示例では３０°ピッチで１２箇所）されており、区画形成部８の板状部材８ａの第二移送管３に対する相対的な角度位置が調整可能となっている。また、第二移送管３は、図１に示すように、複数の管を連結して形成されており、各管同士はそれぞれの管の端部に形成されたフランジ部を相互に突き合わせた状態でボルト締結されている。そして、第二移送管３のうち、区画形成部８の配置領域に対応した区間の管を１つのユニットとして取り外し可能に構成されており、第二移送管３に、板状部材８ａの組み付け或いはその配置態様の変更等を容易に行うことが可能となっている。

また、第二移送管３の開放端３ａに配置された分散板９は、図４に示すように、複数枚（図示例では４枚）のハネ９ａを管軸を中心として放射状に備えており、各ハネ９ａが管軸中心で連結している。各ハネ９ａには扇風機の羽根のような捻れ（図１参照）が設けてあり、この捻れにより隣接する各ハネ９ａの間には径方向に放射状に延びる溝１１が形成されている。また、分散板９は、第二移送管３の内周面と複数（図示例では４つ）の突起９ｂで連結されおり、第二移送管３の内周面と分散板９の外周面との間に円弧状の溝１２が形成されている。

次に、このイオン気泡発生装置１の動作を、流体が水で、供給される気体が空気である場合を例にとって以下に説明する。

まず、図１に示すように、第一移送管２によってポンプ４に水が供給され、ポンプ４によって加圧された加圧水が第二移送管３に螺旋状に旋回する旋回流（図１に細線Ｘで示す流れ）として供給される。第二移送管３に供給された旋回流には、図示しない空気供給ポンプに接続された気体供給管５から空気が供給され、この空気は旋回流の流れに乗って螺旋状に旋回する流れ（図１に細線Ｙで示す流れ）として下流側へ移送される。この際、水と空気では比重が水の方が大きいため、第二移送管３の流路を旋回する際に水は外側に空気は内側に偏り、それぞれ螺旋状に旋回する旋回流となる（以下では、単に空気を含んだ旋回流という）。

そして、空気を含んだ旋回流は、羽根６を通過して再度螺旋状に案内されて旋回速度が加速され、その下流側のオリフィス部７を通過して旋回半径が小さくなると共に旋回速度が更に加速された後、区画形成部８へ到達する。

区画形成部８に到達した空気を含んだ旋回流は、板状部材８ａの表面によって区画形成される管軸方向に延びる４つの分割流路（流路断面が中心角９０°の扇面を有する流路）へと分流され且つ旋回方向成分の流れに対して大きな抵抗が付与され、その成分の流れが急激に弱められる。この際、旋回流中に含まれる空気が板状部材の表面に衝突した衝撃で効率よく微細化されると共に、水中に存在するイオンが微細化された気泡の表面に集合して濃縮され、高濃度イオン気泡が発生する。

更に、区画形成部８によって旋回方向成分の流れが弱められた旋回流は、この区画形成部８の下流側では管軸方向に沿った流れに概ね整流される。そのため、発生した多数の高濃度イオン気泡は、この流れに乗って相互に所定の間隔を保った状態で、管軸方向に沿って直進するように下流側へ移送される傾向がある。従って、一旦発生した多数の高濃度イオン気泡同士が、再び衝突・結合して気泡径が粗大化することが低減され、発生した高濃度イオン気泡がそのままの状態で残存する割合が向上する。

また、第二移送管３の下流側の開放端３ａは、例えば水槽等の高濃度イオン気泡を作用される対象領域１３に面しており、この開放端３ａに配置されている分散板１０によって、区画形成部８で生成された高濃度イオン気泡が対象領域に効率よく分散される。

以上のような本実施形態に係るイオン気泡発生装置１によれば、区画形成部８の各板状部材８ａの表面が気体を含んだ旋回流に対して適正な抵抗体として作用するため、この気体を含んだ旋回流から効率的に高濃度イオン気泡を発生することが可能となる。従って、高濃度イオン気泡を多量に発生させることが要求される場合であっても、その要求に十分に応じることができ、例えば高濃度イオン気泡による水質浄化作用や、曝気処理等をより一層促進することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態に係るイオン気泡発生装置１を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、区画形成部８を、第二移送管３の流路内の一箇所設けたものを例示したが、旋回流の旋回速度や加圧状態等に応じて、区画形成部を複数箇所に設けてもよい。この場合、隣り合う区画形成部８は、管軸方向に間隔を空けずに配置したものであってもよく、或いは管軸方向に間隔を空けて配置したものであってもよい。さらに、
旋回流の旋回速度や加圧状態等に応じて、複数箇所に設けた区画形成部８のうち、隣り合う区画形成部８間で分割流路の位置を異ならせてもよい。この場合には、例えば隣り合う区画形成部８のうち、下流側の区画形成部８の各板状部材８ａを、上流側の区画形成部８の各板状部材８ａに対して管軸を中心として周方向に所定角度ずらして配置し、分割流路の位置を異ならせる。

また、上記の実施形態の区画形成部８では、流路内に配した４枚の板状部８ａを断面が十字状をなすように配置したものを例示したが、流路を２等分するように１枚の板状部材を配置したものや、或いは管軸を中心として放射状に複数の板状部材を配したものであってもよい。また、板状部材は、必ずしも管軸中心で連続している必要はなく、管軸中心に空間部が形成されていてもよい。また、区画形成部を管軸方向の複数箇所に設ける場合には、隣り合う区画形成部同士で板状部材の配置態様を変えて断面形状が異なるようにしてもよい。また、微細気泡発生部を構成する各板状部材は、別体のものを組み合わせたものに限らず、例えば十字状や放射状などの断面形状で管軸方向に延びるように一体成形されたものであってもよい。

また、上記実施形態では、気体供給管５は、羽根６よりも上流側に配置したものを例示したが、区画形成部８よりも上流側の流路内であれば、いずれの箇所であってもよく、例えば第一移送管２の流路に配置することもできる。この場合には、第一移送管２の流路に、気体供給管と、螺旋状の羽根（旋回流発生部）と、区画形成部とを配置することが好ましい。

また、上記実施形態では、第二移送管３の流路内に羽根６とオリフィス部７を配置したものを例示したが、ポンプ４から供給される旋回流の旋回速度や加圧状態等に応じてこれらを省略することもできる。一方で、羽根６を通過した流体は螺旋状に案内されて旋回流となるため、羽根６を流路内に配置した場合には、ポンプ４は、旋回流を発生する旋回流発生部としての機能を備えていないものであってもよい。

また、上記実施形態では、第二移送管３は、直線的に延びる直管型のものを図示しているが、移送管の一部区間が湾曲しているものであってもよい。このようにすれば、気泡発生装置の設置スペースの省スペース化を容易に図ることが可能となる。

また、高濃度イオン気泡は、天然水や水道水などの一般的な水質条件下においては、気泡表面に陰イオンを吸着して存在している場合が多い。したがって、本発明に係るイオン気泡発生装置は、マイナスイオン発生装置としても利用可能である。

本発明の実施形態に係るイオン気泡発生装置の全体構成を模式的に示す一部断面図である。本発明の実施形態に係る区画形成部の概略を示す斜視図である本発明の実施形態に係る区画形成部を示す図１のＳ_１−Ｓ_１断面図である。本発明の実施形態に係る分散板を示す図１のＳ_２−Ｓ_２断面図である。

符号の説明

１イオン気泡発生装置
２第一移送管
３第二移送管
４ポンプ
５気体供給管
６羽根
７オリフィス部
８区画形成部
９分散板

Claims

流体を移送する移送管の流路内に、
流体に気体を供給する気体供給部と、
流体を螺旋状に旋回させる旋回流発生部と、
前記気体供給部及び前記旋回流発生部よりも下流側に配置されると共に、前記流路内に配した一又は複数の板状部材の表面で、前記管内に管軸方向へ延びる複数の分割流路を区画形成した区画形成部とを備え、
前記気体供給部及び前記旋回流発生部を通過して旋回する流体中に含まれる気体が、前記区画形成部を通過して微細化され、気液界面に流体中のイオンを吸着したイオン気泡となるように構成したことを特徴とするイオン気泡発生装置。
前記区画形成部を管軸方向の複数箇所に設けたことを特徴とする請求項１に記載のイオン気泡発生装置。
隣り合う前記区画形成部間で、前記分割流路の位置を異ならせたことを特徴とする請求項２に記載のイオン気泡発生装置。
前記移送管の下流側の開放端に、複数の羽根を放射状に備えた分散板を更に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオン気泡発生装置。