JPH0334974B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体中に気体をより効率良く溶け込
ませるようにした気液撹拌混合装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

水等の液体中に空気等の気体を溶け込ませる装
置としては、コンプレツサーまたはブロアーを用
いて液中に配設されたパイプ内に気体を圧送し、
このパイプに設けられた多数の小孔から気体を液
体中に気泡として噴出させるものとか、液面部で
モータ等の駆動装置により水車を回転させて激し
いしぶきを発生させ、このしぶきにより多数の気
泡を液中に掻き込むものとかがあるが、これらの
装置により得られる液中での気泡は、あまりにも
大きいために、気泡自体の持つ浮力により短時間
の内に液面まで浮上してしまい、気体が液体に溶
け込むのに充分な時間の間、気泡を液中に止めて
おくことができなかつた。

この上記した液体と気体との撹拌混合装置は、
養殖、浄水等の多方面において使用されているの
であるが、気体を液体内により大量に溶け込ませ
ることができる撹拌混合装置の出現が強く望まれ
ていた。

特に、鰻の養殖の場合のように、養殖池の水の
出入りがほとんどない場合には、前記した撹拌混
合装置では、水中への空気の溶け込みが少ないの
で、撹拌混合装置を連続駆動させていても短時間
の内に水中のアンモニア濃度が高くなるばかりか
アオミドロが発生し、養殖にとつては極めて都合
の悪い自体になることがしばしば生じている。

この不都合を解消するため、本発明者は、上記
した従来技術の欠点、不都合を解消する発明（特
公昭61−36448号公報）を先に提案した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この特公昭61−36448号公報に示された技術は、
撹拌混合される気体雰囲気中に開口した上端開口
部を撹拌混合される液体液面上に突出位置させて
配置された直線円筒形状の外筒体と、この外筒体
の全長にわたり同軸心状に挿入組付けされ、高速
で回転駆動される直線円柱形状の駆動体とから成
り、外筒体と駆動体との間の間隙を、駆動体の高
速回転時に液体が間隙内に侵入位置することがで
きる範囲で、できる限り小さい値に設定した構成
となつている。

この特公昭61−36448号公報は、液体に比べて
はるかに比重の小さい気体であつても、極めて小
さい気泡状となつて液体中に位置する場合には、
ブラウン運動に似た現象により、気泡に作用する
浮力に打ち勝つて長時間の間、液中に不規則に遊
動しながら位置することができると云うことに着
眼し、気体雰囲気中の液体を激しく渦流運動させ
ることにより液体中に気体の極めて小さい気泡を
発生させ、この極めて小さいかつ多数の気泡を液
体内に長時間位置させることにより、気体の液体
内への溶け込みを、極めて効率良く達成するもの
となつており、外筒体の下端開口部分から液体を
間隙内に侵入位置させると共に、この間隙内の液
体を、駆動体の高速回転運動により発生する激し
い渦流運動により気体と撹拌混合し、この撹拌混
合により発生する多数の細かい気泡を含んだ液体
を外筒体の下端開口部分から下方に放出する。

このように、間隙内への液体の供給は、多数の
細かい気泡を含んだ液体の放出口である外筒体下
端開口部から行われるものとなつているので、駆
動体の高速回転中における間隙内の液面位置はど
うしても低くなり、このため間隙内に位置して駆
動体により撹拌される液体の実質の高さは、外筒
体と駆動体との間に形成される間隙の高さに比べ
て小さい値となつてしまい、これによつて液体に
対する実質的な撹拌時間が短くなつて、充分に小
さい気泡を多数発生させることができないと云う
不満が生じることになつていた。

もちろん、外筒体および駆動体の長さを充分に
大きくすることにより間隙内の液体の高さを、充
分に小さい気泡を多数発生させることができる値
にすることはできるのであるが、外筒体および駆
動体の高さを増大すればするほど、高速回転駆動
される駆動体および外筒体の振動およびぶれ等の
完全な発生防止と云う機械的な製造上の制約、お
よび液体の深度の増大と云う設置条件の制約を受
けることになつて、その実施が極めて困難になつ
てしまう。

また、間隙内から放出される液体と、間隙内に
侵入しようとする液体とが、相互に逆方向に流動
することになつて相互に制動作用をかけることに
なるので、撹拌された液体の放出される勢いが弱
められることになり、このため撹拌された液体を
遠方まで放散させることができなくなると云う不
満がある。

さらに、液体と撹拌混合される気体は、間隙内
の液体の渦流によりこの間隙内に引き込まれる気
体だけであるので、単位時間内に液体内に放出さ
れる気体の絶対量を大きくすることができないと
云う不満があつた。

例えば、内径61mmで、水面下の高さ930mmに調
整された外筒体に、径35mmで、水面下の高さ1070
mmに調整した駆動体を組付けて構成した装置を、
8000〜11000〔rpm〕で回転駆動すると、液体と気
体とを撹拌混合する実質的な部分の長さである運
転中の間隙内の水位は、外筒体の下端開口部から
450〜500mm程度と大幅に減少してしまい、このた
め成形される気泡の径は10^-1〜10^-4mm程度と大き
く、またこの成形された気泡の外筒体下端開口部
からの放出勢いも、渦流成形のための距離が不足
していることおよび間隙内への流入液体にその放
出動作を阻害されることとによつて、予想以上に
弱いものとなつてしまつている。このように、成
形される気泡の径が大きいことと、放出勢いが弱
いこととによつて、水中に放出された気泡は、比
較的短い時間の内に装置の周囲ほぼ５ｍの範囲内
の水面に浮上してしまつていた。

さらに、駆動体の高速回転動作により得られる
気体と液体との混合流体は、液体の渦流動作によ
り間隙内から放出されるものであるので、その放
出方向は下方となり、平面的により広い範囲に放
散させることができない不満があつた。

本発明は、上記した従来の欠点、不都合を解消
すべく創案されたもので、撹拌混合されて多数の
極めて細かい気泡となつた気体と一緒に間隙内か
ら下方に放出される液体を、この間隙内の水位の
下降動作を利用することにより間隙内に供給する
と共に、この液体の間隙内への供給動作が気体と
液体との混合流体の放出動作に支障を与えないよ
うにし、さらに間隙内から下方に放出される気体
と液体との混合流体の放射方向への放散をより強
力に達成することを、その技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

以下、本発明を、本発明の一実施例を示す図面
を参照しながら説明する。

本発明の手段は、 液体と撹拌混合される気体雰囲気中に開口した
上端開口部４を撹拌混合される液体液面上に突出
位置させて配置され、液体内における筒壁３の上
部に窓孔６を開孔した直線円筒形状の外筒体２を
有すること、 この外筒体２よりも大きな長さを有すると共に
極めて円滑な外周面を有し、外筒体２内にこの外
筒体２の全長にわたり同軸心状に挿入組付けさ
れ、外筒体２の下端開口部５直下に位置した部分
に多数の細孔８ａを有する噴気筒部８を有し、外
周面の周速が11ｍ／sec以上の高速で回転駆動さ
れる下端を閉鎖された直線円筒形状の内筒体１を
有すること、 この内筒体１内に気体を圧入するコンプレツサ
ー１７を有すること、 そして内筒体１と外筒体２との間に形成される
間隙７を、内筒体１の高速回転時に液体がこの間
隙７内に侵入位置することのできる範囲で、でき
る限り小さい値に設定すること、 にある。

〔作用〕

上記した構成にあつて、内筒体１と外筒体２と
の間に形成される間隙７内には、外筒体２の筒壁
３の窓孔６および外筒体２の下端開口部５から液
体が侵入位置すると共に、この間隙７は、外筒体
２の上端開口部４が常時気体雰囲気中に開放した
状態にあるので、必要時にこの上端開口部４から
気体が供給される状態にある。

この状態から内筒体１を、その外周面の周速が
11ｍ／sec以上の高速で回転駆動させると、内筒
体１の円滑な外周面に接触している間隙７内の液
体および気体は、この内筒体１の高速回転動作に
従つて激しい渦流運動をし、相互に激しく撹拌さ
れると共に、この激しい撹拌作用により気体は細
分化されることになり、またこの渦流運動により
液体と気体との撹拌混合物は間隙７内から下方に
噴出されることになる。

また、内筒体１の高速回転駆動と同時にコンプ
レツサー１７が駆動され、内筒体１内に加圧気体
を圧入しているので、この内筒体１内に圧入され
た気体は、コンプレツサー１７による圧入圧力と
内筒体１の高速回転運動とにより、噴気筒部８の
細孔８ａから放射方向に勢い良く液体中に噴出さ
れる。この噴気筒部８の細孔８ａから液体中に噴
出される気体は、内筒体１が高速回転動作によつ
て、細孔８ａから液体中に出た途端に細分化され
ることになり、細分化された状態で放射方向に勢
い良く放出される。

すなわち、外筒体２の下端開口部５からは、間
隙７内で液体と撹拌混合されて細分化された気体
の気泡と液体との混合物と、噴気筒部８の細孔８
ａから細分化されて噴出される気体とが、一緒に
なつて放出されることになるのであるが、細孔８
ａから噴出される気体の噴出方向が内筒体１に対
して放射方向であるので、下方に向かつて流出し
ようとする間隙７内の液体と気体との撹拌混合物
は、この細孔８ａから勢い良く噴出される気体の
勢いによりその放出方向を放射方向に矯正されて
放出されることになる。

このように、間隙７内の液体および気体は、内
筒体１の高速回転動作により、外筒体２の下端開
口部５から液体中に放出されるため、この間隙７
内の液面位は低下して間隙７内の液体の量が減少
することになるが、間隙７内の液体の量が減少す
ると、窓孔６を通つて液体が間隙７内に流入する
ので、間隙７内の液面位が窓孔６よりも下位にな
ることがなく、常に一定の液面位を保持し、もつ
て気体の液体との撹拌混合のために作用する間隙
７の高さ領域を確保している。

また、上記したように、間隙７内への新たな液
体の流入は、外筒体２の筒壁３の上端部分に開口
形成された窓孔６から達成されるので、間隙７内
に流入する液体の流入動作が、外筒体２の下端開
口部５から流出する液体と気体との撹拌混合物の
放出動作に影響を与えることがなく、このため間
隙７内の上記した混合物は、間隙７内に流入する
液体に阻害されることなしに円滑に放出されるこ
とになる。

さらに、間隙７内で成形された液体と気体との
混合物、すなわち極めて細かい多数の気泡は、間
隙７内の液体の渦流動作による放出力だけにより
外筒体２の下端開口部５から液体中に放出される
のではなく、噴気筒部８の多数の細孔８ａから勢
い良く放射方向に放出される多数の細かい気泡と
一緒に放出されるので、その放射方向への放出勢
いが極めて増強されることになり、これによつて
成形される細かい気泡は液体中でより遠い箇所ま
で到達することになる。

またさらに、液体内に放出される気体は、間隙
７内で液体と撹拌混合される気体に加えて、内筒
体１を通つて噴気筒部８から噴出される気体があ
るので、単位時間内に液体内に放射される気体の
量は充分に多くなり、それだけ気体の液体中への
溶け込みを効率良く達成できることになる。

なお、内筒体１は極めて高速で回転駆動される
が、このためこの内筒体１と液体との間には大き
な抵抗が発生することになるが、内筒体１の外周
面を極めて円滑な面に研磨加工しているので、こ
の内筒体１と液体との間に発生する摩擦を小さい
ものとすることができ、これによつて内筒体１を
高速回転させた際に、この内筒体１に液体との摩
擦により激しい振動を発生させることを防止する
ことができ、内筒体１の円滑な高速回転運転を達
成できることになる。

〔実施例〕

以下の説明においては、液体として水を、気体
として空気を使用した場合について説明する。

第１図図示実施例の場合、水面直上に不動に配
置されたベース板１１上に間隔を開けて取付け板
１２を配置し、この取付け板１２上に、内筒体１
の回転駆動源であるモータ１３と、内筒体１を安
定した姿勢で高速回転可能に支持する軸受体１６
と、そしてこの軸受体１６に支持された内筒体１
内に空気を圧送するコンプレツサー１７とが配置
固定され、これらのモータ１３、軸受体１６そし
てコンプレツサー１７は取付け板１２に取付けら
れるカバー体１８により覆わている。

モータ１３の出力軸にはプーリ１４が固定され
ており、このプーリ１４とベース板１１上に突出
位置した内筒体１の上端部分に組付け固定された
プーリ１５との間にベルトを掛け渡すことによ
り、モータ１３で内筒体１を高速回転駆動するよ
うにしている。

外筒体２は、その上端開口部４を開放した状態
で上端をベース板１１に固定していると共に、下
端をベース板１１に不動に固定された支持体１０
に固定しており、内筒体１も閉鎖した下端に固定
された軸ピン９を、この支持体１０に軸受を介し
て回転自在に固定し、もつて高速回転する内筒体
１に振動が発生するのを確実に防止している。

第２図に示した噴気筒部８は、その外径を内筒
体１の本体部分の外径よりもわずかに大きい値に
設定し、もつて噴気筒部８上端部に段部を形成し
ているが、これは間隙７内を下降してくる多数の
極めて細かい気泡の流動方向を、この段部の作用
により少しでも放射方向に変更させ、もつて間隙
７内で成形された多数の極めて細かい気泡に対す
る噴気筒部８の細孔８ａから噴出される細かい気
泡による放射方向への放出効果を高めるようにし
ている。

なお、窓孔６に設けられたネツト６ａは、この
窓孔６を通つて間隙７内に侵入する水と一緒に固
形物であるごみが間隙７内に侵入するのを防止す
るためのもので、間隙７内に固形物が侵入する
と、高速回転している内筒体１の動作に重大な支
障を生じさせるからである。

また、第３図に示した実施例は、モータ１３と
して水中モータを使用した場合を示すもので、モ
ータ１３に脚片１９を設け、装置全体を直接水底
に設置することができるようにしている。この第
３図図示実施例の場合、モータ１３の出力軸に直
接内筒体１を結合して回転駆動しているので、第
１図図示実施例のようにベルトを利用した場合の
ように、ベルトが切断することによる動作上の不
都合の発生を事前になくすことができる。

次に、本発明装置の運転例を示す。

ほぼ長方形となつた広さ264m²、深さ1.3ｍの養
魚池で、水面はアオミドロで覆われており、池内
に長期間にわたり飼われている鰻、鯉、鮒等の多
数の魚類の全てには脊椎の曲がりの奇形が生じて
いると共に、皮膚病による白い斑点ができてい
た。

この養魚池の一方端部に、内径61mm、水面下の
高さ930mmの外筒体２に、外径30mm、水面下の高
さ1070mm、噴気筒部８の高さ幅40mmそして細孔８
ａを開口径を0.5mmとした内筒体１を組付けて構
成した本発明装置を設置し、内筒体１を7000
〔rpm〕で回転駆動すると共に、コンプレツサー
１７により２〜３気圧に圧縮した空気を内筒体１
内に圧送して運転したところ、20時間後には、ア
オミドロは全て死滅して沈澱し、池の水は透明と
なつた。また、池内の魚は、本発明装置の運転当
初、装置周辺に集まるだけであつたが、次第に餌
を食べるようになつた。

運転開始の一週間後、魚の皮膚病は完治し、水
の腐敗の最大原因であるアンモニアが消滅してい
た。また、一般に、20℃以上の水温でなければ餌
を食べないとされていた鰻が、本発明装置の運転
後、14℃の水温でも食欲を顕著に示すことが確認
された。

測定によると、本発明装置により成形されて水
中に放出される気泡は、その径が最大で10^-5mm程
度であり、ほとんどが10^-6mm以下であり、下端開
口部５からかなり勢い良く放出されていた。ま
た、本発明装置から20ｍ離れた水面に水を満たし
たコツプを倒立させて位置させておいたところ、
２時間後には、このコツプ内の水は全て空気に置
換された。さらに、水中に強い直進性のある線光
線を照射すると、この光の通過部分は気泡のため
に白い線として視覚されたが、本発明装置の運転
を停止すると、２時間後にこの白い線は視覚でき
なくなり、このことから本発明装置により成形さ
れる気泡は、短くとも２時間の間、水中に位置し
ていることが確認できた。

なお、本発明装置の使用により、魚類の皮膚病
がなぜ完治したかは不明であるが、オゾン発生装
置を本発明装置に組付けて作動させた際における
上記した皮膚病の完治程度が顕著であつたことか
ら、成形された気泡により効率良く水中に溶け込
まされた多量の酸素が何らかの作用を発揮してい
るものと思われる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明は、極
めて細かい多数の気泡を常に多量に安定した状態
で成形することができるので、液体への気体の溶
け込みを極めて効率良く達成でき、またこの成形
した多数の極めて細かい気泡をより遠くまで放出
することができるので、より広い範囲の液体に気
体を溶け込ませることができ、さらにこの放出さ
れる多数の気泡の放出勢いが良いので、例え淀ん
だ状態にある液体であつても、本発明装置の作動
によりほぼ一定した流動を生じることになり、こ
れによつて液体全体に均一に気体を溶け込ませる
ことができる等多くの優れた効果を発揮するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一実施例を示す一部破
断した正面図である。第２図は、第１図中の噴気
筒部の構成をより明確に示す縦断面図である。第
３図は、本発明装置の他の実施例を示すもので、
モータとして水中モータを使用した場合の構成例
を示すものである。 符号の説明、１；内筒体、２；外筒体、３；筒
壁、４；上端開口部、５；下端開口部、６；窓
孔、７；間隙、８；噴気筒部、８ａ；細孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体と撹拌混合される気体雰囲気中に開口し
   た上端開口部４を撹拌混合される液体液面上に突
   出位置させて配置され、前記液体内における筒壁
   ３の上部に窓孔６を開孔した直線円筒形状の外筒
   体２と、 該外筒体２よりも大きな長さを有すると共に極
   めて円滑な外周面を有し、前記外筒体２内に該外
   筒体２の全長にわたり同軸心状に挿入組付けさ
   れ、前記外筒体２の下端開口部５直下に位置した
   部分に多数の細孔８ａを有する噴気筒部８を有
   し、さらに下端を閉鎖した外周面の周速が11ｍ／
   sec以上の高速で回転駆動される直線円筒形状の
   内筒体１と、 該内筒体１内に気体を圧入するコンプレツサー
   １７とから成り、 前記内筒体１と外筒体２との間の間隙７を、前
   記内筒体１の高速回転時に前記液体が前記間隙７
   内に侵入位置することのできる範囲で、できる限
   り小さい値に設定して成る気液撹拌混合装置。