JPH08154531A - エアレータ及びエアレータを備えた水生生物成育装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気液接触が旋回により強力に行われ、水中へ
の気体溶解効率が大幅に向上するエアレータ、及び同エ
アレータを備えた水生生物成育装置の提供。 【構成】 下部に開口端１１を有する有蓋円筒体１と、
その下部開口端１１に積重結合された中央に貫通孔２０
を備えた旋回気液混合流形成装置２とからなるエアレー
タ、及び該エアレータを水槽中に設置した水生生物成育
装置。旋回気液混合流形成装置２は、気液混合物が接線
方向から導入される導入口２１を備えた円環状溝２２と
その内側に浅い円柱状凹部２３を備え、かつ前記円環状
溝２２と円柱状凹部２３との間には１条又は複数条の斜
めに削成された連通条溝２４を所々に備え、そして前記
浅い円柱状凹部２３の中央には下方へ延設された貫通孔
２０を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気、炭酸ガス等の気
体を水道水、河川水等に効率的に溶解するためのエアレ
ータに関し、さらにそうしたエアレータを水槽内に配設
した魚類、貝類等の水生動物あるいは昆布、若布等の水
生植物等の成育装置にも関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
水生生物成育装置におけるエアレーションには、成育槽
内に設置された管状や板状のエアレータ細孔から空気を
成育用水中に加圧して噴き出すことによって気泡を細分
化する方式と回転羽根や気泡噴流などによりせん断力が
形成された成育用水流内に空気を入れてそれを細分化す
る方式がある。

【０００３】そして、これらの機能を有するエアレータ
によるエアレーションでは、基本的には空気の送給量や
それぞれのエアレータの設置個数等によって必要な調節
が行われている。しかし、省エネルギー型の高度水生生
物成育を目的とする高性能水生生物成育装置の開発のた
めには、特に酸素含有ガス又は二酸化炭素含有ガス等を
水中に高効率で溶解させ、さらには水の循環を促進する
必要がある。

【０００４】ところが、上記の方式のエアレーション
は、そのほとんどが噴き出しによる散気方式か回転羽根
や突起体とのせん断によって気泡を発生させる方式であ
るために、例えば、散気管、散気板、散気筒からの噴き
出し方式では、そこにいかに微細な細孔を設けても、気
泡が細孔から噴出する際の気泡の表面張力によって、結
果的に数ｍｍ程度の径を有する大きな気泡が発生してし
まい、それよりも小さな気泡を発生させることが不可能
であり、また、その長時間運転に伴って発生する目づま
りと動力費の増大の問題が存在した。一方、回転羽根や
気泡噴流などによりせん断力が形成された成育用水流内
に空気を入れてそれを細分化する方式では、キャビテー
ションを発生させるのに高速の回転数が要求され、その
動力費の問題やキャビテーション発生に伴って急激に進
行する羽根の腐食や振動問題があり、さらに、微細気泡
の生成が少ないという問題もあった。そしてまた、回転
羽根や突起に気液二相流が衝突する方式においては、魚
類や水生小生物が破壊されてしまい、水生生物の成育に
必要な環境の形成・維持に支障を来した。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは上
記従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、コンパクトな容積・形状でありながら水に対して気
体溶解効率の優れたエアレータを開発し、そしてそのエ
アレータを水槽中に配設した水生生物成育装置を開発し
た。すなわち本発明は、（１）下部に開口端１１を有す
る有蓋円筒体１と、その下部開口端１１に積重結合され
た中央に貫通孔２０を備えた旋回気液混合流形成装置２
とから構成されてなることを特徴とするエアレータ、
（２）有蓋円筒体の蓋部１０が、椀状のものであること
を特徴とする前記第１項記載のエアレータ、（３）旋回
気液混合流形成装置２が、気液混合物が接線方向から導
入される導入口２１を備えた円環状溝２２とその内側に
浅い円柱状凹部２３を備え、かつ前記円環状溝２２と円
柱状凹部２３との間には１条又は複数条の斜めに削成さ
れた連通条溝２４を所々に備え、そして前記浅い円柱状
凹部２３の中央には下方へ延設された貫通孔２０を備え
てなることを特徴とする第１項又は第２項記載のエアレ
ータ、（４）旋回気液混合流形成装置２が、気液混合物
が接線方向から導入される導入口２１を備えた円環状溝
２２とその内側に浅い円柱状凹部２３を備え、かつ前記
円環状溝２２と円柱状凹部２３との間には１条又は複数
条の斜めに削成された連通条溝２４を所々に備え、そし
て前記浅い円柱状凹部２３の中央には下方へ延設された
貫通孔２０を備えてなり、さらに前記貫通孔２０は途中
で曲折されてその先端孔２５が下部側方へ開口されるご
とく設けられてなることを特徴とする第１項ないし第３
項のいずれかに記載のエアレータ、（５）旋回気液混合
流形成装置２の気液混合物導入口２１に気液混合物導入
管３を接続し、その導入管３の途中に、気泡供給装置４
を設けたことを特徴とする第１項ないし第４項のいずれ
かに記載のエアレータ、（６）気泡供給装置４が、アス
ピレータであることを特徴とする第５項記載のエアレー
タ、

【０００６】（７）気泡供給装置４が、内部に水が流れ
る通気性多孔質管であることを特徴とする第５項記載の
エアレータ、（８）下部に開口端１１を有する有蓋円筒
体１と、その下部開口端１１に積重結合された中央に貫
通孔２０を備えた旋回気液混合流形成装置２とから構成
されるエアレータを水槽５中に配設してなることを特徴
とする水生生物成育装置、（９）エアレータが、有蓋円
筒体１の蓋部１０が、椀状のものであることを特徴とす
る第８項記載の水生生物成育装置、（１０）エアレータ
の旋回気液混合流形成装置２が、気液混合体が接線方向
から導入される導入口２１を備えた円環状溝２２とその
内側に浅い円柱状凹部２３を備え、かつ前記円環状溝２
２と円柱状凹部２３との間には１条又は複数条の斜めに
削成された連通条溝２４を所々に備え、そして前記浅い
円柱状凹部２３の中央には下方へ延設された貫通孔２０
を備えてなるものであることを特徴とする第８項又は第
９項記載の水生生物成育装置、（１１）エアレータの旋
回気液混合流形成装置２が、気液混合体が接線方向から
導入される導入口２１を備えた円環状溝２２とその内側
に浅い円柱状凹部２３を備え、かつ前記円環状溝２２と
円柱状凹部２３との間には１条又は複数条の斜めに削成
された連通条溝２４を所々に備え、そして前記浅い円柱
状凹部２３の中央には下方へ延設された貫通孔２０を備
えてなり、前記貫通孔２０は途中で曲折されてその先端
孔２５が下部側方へ開口されるごとく設けられてなるも
のであることを特徴とする第８項又は第９項記載の水生
生物成育装置である。

【０００７】上記発明においては、有蓋円筒体１の蓋部
１０は椀状物を被せた状態のものが旋回水流の形成に有
利であるが、水平な蓋であってもよい。エアレータの構
成材料は、プラスチック、金属、ガラス等であってよい
が、水中に設置するため高比重のものが好ましい。しか
し有蓋円筒体は透明材料で構成すると、観察時に内部の
気液分離状態が幾何学的形状となって、竜巻状や縄状態
に観察されるので、美観が得られる点で好ましい。上
記、旋回気液混合流形成装置２の、円環状溝２２とその
内側に浅い円柱状凹部２３との間に斜めに削成して設け
られる連通条溝は、１条であってもよいが、２〜４条の
複数条を相互に対象配置に設けると気液混合流が強力に
旋回され、有蓋円筒体内に奇麗な幾何学模様の竜巻状の
気液分離形状が形成され、溶存酸素量も増大する。上記
発明においては、気泡供給装置４は、前記のごとくアス
ピレータであってもよく、また、流水中に加圧空気をノ
ズルから噴出するタイプのものであってもよい。さらに
また、例えば特開平５−６４５３２号公報に記載のごと
き多孔質の水移送管を大気内に露出して設けてなる吸込
式エアレータであってもよく、また気体供給管の中側に
多孔質の水移送管を配設してなる吸込式エアレータであ
ってもよい。その場合、多孔質の水移送管又は／及び多
孔質の気体供給管の連通細孔の孔径は５００μｍ以下で
あることが好ましい。そして、上記の多孔質の気体供給
管又は／及び多孔質の水移送管は、縦置き型又は横置き
型あるいは斜方置き型であってよく、また、多孔質の水
移送管又は／及び多孔質の気体供給管をサイフォン配置
としてもよい。さらに、多孔質の気体供給管又は／及び
多孔質の水移送管は、横置き型又は斜方置き型の漸縮管
であってもよく、その場合は、横置き型又は斜方置き型
の漸縮管の最大負圧又は最小正圧発生部位に多孔質管を
配設することが好ましい。

【０００８】

【作用】以上の発明においては、図２に示すごとく、外
部において気液混合された混合物は導入間３から旋回気
液混合流形成装置２に入り、そこで旋回流となって有蓋
円筒体１内に流入する。流入した気液混合物は矢印で示
すごとく旋回しなが上方へ昇った後、流下して下部の中
央貫通孔２０を経て（先端孔２５から）器外へ放出され
る。この間、気液混合物は旋回気液混合流形成装置２内
における旋回により、気液接触が強力に行われ、また次
いで有蓋円筒体１内における旋回上下動により剪断力が
付与されつつ気液接触が更に強力に進む。その結果、水
中への気体溶解効率が大幅に向上する。この際、有蓋円
筒体１内においては、気液分離形状が図２に示すごとく
竜巻状、又は縄状になり、気体と液体とは加圧接触状態
となるので、気体の液中への溶解がより効率的に進行す
る。さらに、水槽５中に設置されたエアレータの下部側
壁の先端孔２５から気液混合物流が噴出されると、その
噴出流により水槽５中に循環流が生成する。これにより
水槽５中の水中の溶存酸素濃度（Ｄ．Ｏ）が均等に増大
する。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明に係るエアレータを備えた水生
生物成育装置の全体構成説明図を示すが、図中、１は有
蓋円筒体、２は旋回気液混合流形成装置、３は成育用水
移送管（気液混合物導入管）、４は気泡供給装置、５は
水性生物成育水槽、５１はフイルタ付き吸水口、５３は
送水ポンプ、５２は排水導出管である。図２は本発明実
施例のエアレータの中央断面図（図４のＸ−Ｘ断面図）
を示し、図中１は有蓋円筒体、１０は蓋部、１１は開口
端、２は旋回気液混合流形成装置、２０は貫通孔、２２
は円環状溝、２３は浅い円柱状凹部、２５は先端孔、２
６は下部材、２７は上板、２８はビス、３は気液混合物
導入管を示す。なお、有蓋円筒体１内における気液混合
流の旋回移動状態を矢印で示している。図３は図２に示
すエアレータの有蓋円筒体１を除去したものの平面図で
あり、図中、２１は導入口、２４は連通条溝である。図
４は図２に示すエアレータの平面図であり、気液混合流
の流通方向を矢印で示している。図５は実施例装置のエ
アレータと他の方式のエアレータを使用して空気を水に
溶解した時の成績結果（溶存酸素濃度：ＤＯ）を表した
グラフ図である。

【００１０】本実施例のエアレータは図２にその中央断
面を図示すごとく、有蓋円筒体１とその下に積重結合さ
れた旋回気液混合流形成装置２と気液混合物導入管３と
から構成される。有蓋円筒体１は、上部に椀型の蓋部１
０を備え、下端に開口端１１を有している。旋回気液混
合流形成装置２は、その内部において、図２〜図４に示
すごとく、気液混合物が接線方向から導入される導入口
２１を備えた円環状溝２２とその内側に浅い円柱状凹部
２３を備えており、かつ円環状溝２２と円柱状凹部２３
との間には２条の斜めに削成された連通条溝２４を備え
ている。２７は上板であり、２８は上板２７と下部材２
６とを一体化するためのビスである。そして前記浅い円
柱状凹部２３の中央には下方へ延設された貫通孔２０を
有しており、さらに該貫通孔２０は途中で四方へ曲折さ
れてその先端孔２５・・が下部側方へ開口されている。
さらに、旋回気液混合流形成装置２の気液混合物導入口
２１には気液混合物導入管３が接続されている。また、
導入管３の途中には、気泡供給装置（アスピレータ）４
を取着してあるが、この気泡供給装置４は旋回気液混合
流形成装置２へ送給される水流中に気体を混入させるた
めのものであるから、アスピレータに限らず、水流中に
加圧空気をノズルから噴出するタイプのものや内部に水
が流れる通気性多孔質管で構成されるものであってもよ
い。

【００１１】このエアレータは、水生生物生育装置に適
用する時は、図１に示すごとく、水槽５の底部に設置さ
れる。エアレータの導入口（２１）には気液混合物導入
管３の端部が結合され、気液混合物導入管３の途中に
は、気泡供給装置４が取り付けられる。水槽５外部の気
液混合物導入管３は、途中に送水ポンプ５３を備え、水
槽５内の汚染水をフイルタ付き吸水口５１を介して送給
する排水導出管５２に連結されている。

【００１２】次に、上記実施例のエアレータを用いて水
流中に空気を旋回混合して溶解し、溶存酸素量を測定し
た。また円筒体に蓋部のない形式のものを用いた場合に
ついても比較測定した。なお、本発明実施例のエアレー
タの有蓋円筒体の内径は３９ｍｍ、有蓋円筒体の直筒部
の高さは８４ｍｍ、気液混合物供給時の円筒体内圧は
０．２〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ^２であった。そして、エア
レータに対する水の供給・流出量は、２０００〜６００
０ｍｌ／ｍｉｎ．であった。その結果を図５に示す。比
較試験用の蓋のないエアレータ（直筒のエアレータ）中
における気液混合物供給時の内圧は０．４ｋｇｆ／ｃｍ
^２であった。図中、ｔｙｐｅ１（ｃａｓｅＡ）は無蓋
（開放型）円筒体形のエアレータにアスピレータを用い
４０００ｍｌ／ｍｉｎ．の空気を自吸させた場合の実
績、ｔｙｐｅ１（ｃａｓｅＢ）は同じく無蓋（開放型）
のエアレータにコンプレッサで空気のみを１１０００ｍ
ｌ／ｍｉｎ．供給した場合の実績、ｔｙｐｅ２は従来型
の砂固着タイプの多孔質ヘッドのエアレータに１１００
０ｍｌ／ｍｉｎ．の空気を供給した場合の実績、ｔｙｐ
ｅ３（ｃａｓｅＡ）は本発明によるエアレータにコンプ
レッサで１１０００ｍｌ／ｍｉｎ．の空気を強制送気し
た時の実績、ｔｙｐｅ３（ｃａｓｅＢ）は本発明のエア
レータにアスピレータで６０００ｍｌ／ｍｉｎ．の空気
を自吸させた場合の実績、ｔｙｐｅ３（ｃａｓｅＣ）は
本発明のエアレータにアスピレータで５０００ｍｌ／ｍ
ｉｎ．の空気を自吸させた場合の実績、そしてｔｙｐｅ
４は先端に何らのエアレータを取り付けないチューブ
（単管）を水槽底に配設し、その先端から１１０００ｍ
ｌ／ｍｉｎ．の空気を供給した（単管曝気）時の実績を
各々示している。

【００１３】図５の結果から見て、本発明の有蓋円筒体
を有するエアレータｔｙｐｅ３（ｃａｓｅＢ）使用の場
合は８ｍｇ／ｌ以上の溶存酸素濃度に達するのに対し
て、比較試験例の無蓋円筒体を有するエアレータｔｙｐ
ｅ１（ｃａｓｅＡ）、ｔｙｐｅ１（ｃａｓｅＢ）、エア
レータ無しの単管曝気のｔｙｐｅ４等のエアレータで
は、３ｍｇ／ｌに達しなく、本発明エアレータ使用時の
溶存酸素量を１００％とすると、４０％にみたない低い
ものであることが解る。 なお、気泡供給装置４からの
気体供給量を増減すると、有蓋円筒体１中の気液分離形
状は変化し、気体供給量を増大すると竜巻状（エアポケ
ット形成）になるが、その量を減少すると縄状になる。
また、液圧を増大すると縄状になり、液圧を減少すると
竜巻状になる。本エアレータに供給する液量を２０００
〜６０００ｍｌ／ｍｉｎ、圧力０．２〜０．８ｋｇｆ／
ｃｍ^２にしたとき、気体供給量は２００ｍｌ／ｍｉｎ〜
８００ｍｌ／ｍｉｎとすると美しい竜巻状の幾何学模様
が形成される。

【００１４】以上のように本発明のエアレータによれ
ば、それから導出される水流中に数μｍから数１００μ
ｍの径を有する微細な気泡を生成させ得るとともに、そ
の気泡に剪断力を加えて細分しかつ加圧して水流中に強
制溶解することが可能となり、もって溶存酸素量を増大
することができる。本発明のエアレータを透明材で構成
し、特に有蓋円筒体を透明材で構成して水槽内へ設置す
ると、有蓋円筒体中に竜巻状あるいは縄状の気液分離形
状が形成されるのが外部から観察できるので、美観を付
与し得ることとなる。

【００１５】

【発明の効果】以上実施例等で詳述したように、本発明
によれば下記のごとき優れた多くの作用効果が発揮され
る。 （１）．本発明のエアレータによれば、従来の噴き出し
方式のエアレータよりもかなり小さい圧力損失で、水流
中への高効率な気体溶解が達成される。 （２）．本発明のエアレータによれば発生する気泡の平
均径を数μｍから数１０μｍに微細化することができ、
成育用水と酸化ガス等の気泡との接触面積を極端に増大
することができ、かつ気泡の成育用水中における滞留時
間を著しく増長することがてきる。 （３）．本発明のエアレータは、長期の使用によっても
目づまりが生じない。 （４）．本発明のエアレータの製作は容易であり、例え
ば有蓋円筒体と旋回気液混合流形成装置と気液混合物導
入管とを接着剤、ビス、ネジ等により結合すればよい。 （５）．本発明のエアレータを透明材で、特に有蓋円筒
体を透明材で構成して水槽内に設置すると、円筒体中に
竜巻状あるいは縄状の気液分離形状が形成されるので、
水槽の観察に美観を付与するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエアレータを備えた水生生物成育
装置の全体構成説明図。

【図２】本発明実施例のエアレータの中央断面図。

【図３】図２に示すエアレータの有蓋円筒体１を除去し
たものの平面図。

【図４】図２に示すエアレータの平面図。

【図５】実施例装置のエアレータと他の方式のエアレー
タを使用して空気を水に溶解した時の成績結果（溶存酸
素濃度：ＤＯ）を表したグラフ図。

【符号の説明】

１：有蓋円筒体、 １０：蓋部、 １
１：開口端、２：旋回気液混合流形成装置、 ２０：貫
通孔、 ２１：導入口、２２：円環状溝、
２３：浅い円柱状凹部、２４：連通条溝、
２５：先端孔、 ２６：下部材、２７：上
板、 ２８：ビス、 ３：気
液混合物導入管 ４：気泡供給装置、 ５：水槽、５１：フ
イルタ付き吸水口、 ５２：排水導出管、５３：送
水ポンプ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部に開口端を有する有蓋円筒体と、そ
   の下部開口端に積重結合された中央に貫通孔を備えた旋
   回気液混合流形成装置とから構成されてなることを特徴
   とするエアレータ。
2. 【請求項２】 有蓋円筒体の蓋部が、椀状のものである
   ことを特徴とする請求項１記載のエアレータ。
3. 【請求項３】 旋回気液混合流形成装置が、気液混合物
   が接線方向から導入される導入口を備えた円環状溝とそ
   の内側に浅い円柱状凹部を備え、かつ前記円環状溝と円
   柱状凹部との間には１条又は複数条の斜めに削成された
   連通条溝を所々に備え、そして前記浅い円柱状凹部の中
   央には下方へ延設された貫通孔を備えてなることを特徴
   とする請求項１又は２記載のエアレータ。
4. 【請求項４】 旋回気液混合流形成装置が、気液混合物
   が接線方向から導入される導入口を備えた円環状溝とそ
   の内側に浅い円柱状凹部を備え、かつ前記円環状溝と円
   柱状凹部との間には１条又は複数条の斜めに削成された
   連通条溝を所々に備え、そして前記浅い円柱状凹部の中
   央には下方へ延設された貫通孔を備えてなり、さらに前
   記貫通孔は途中で曲折されてその先端孔が下部側方へ開
   口されるごとく設けられてなることを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかに記載のエアレータ。
5. 【請求項５】 旋回気液混合流形成装置の気液混合物導
   入口に気液混合物導入管を接続し、その導入管の途中
   に、気泡供給装置を設けたことを特徴とする請求項１な
   いし４のいずれかに記載のエアレータ。
6. 【請求項６】 気泡供給装置が、アスピレータであるこ
   とを特徴とする請求項５記載のエアレータ。
7. 【請求項７】 気泡供給装置が、内部に水が流れる通気
   性多孔質管であることを特徴とする請求項５記載のエア
   レータ。
8. 【請求項８】 下部に開口端を有する有蓋円筒体と、そ
   の下部開口端に積重結合された中央に貫通孔を備えた旋
   回気液混合流形成装置とから構成されるエアレータを水
   槽中に配設してなることを特徴とする水生生物成育装
   置。
9. 【請求項９】 エアレータが、有蓋円筒体の蓋部が、椀
   状のものであることを特徴とする請求項８記載の水生生
   物成育装置。
10. 【請求項１０】 エアレータの旋回気液混合流形成装置
    が、気液混合体が接線方向から導入される導入口を備え
    た円環状溝とその内側に浅い円柱状凹部を備え、かつ前
    記円環状溝と円柱状凹部との間には１条又は複数条の斜
    めに削成された連通条溝を所々に備え、そして前記浅い
    円柱状凹部の中央には下方へ延設された貫通孔を備えて
    なるものであることを特徴とする請求項８又は９記載の
    水生生物成育装置。
11. 【請求項１１】 エアレータの旋回気液混合流形成装置
    が、気液混合体が接線方向から導入される導入口を備え
    た円環状溝とその内側に浅い円柱状凹部を備え、かつ前
    記円環状溝と円柱状凹部との間には１条又は複数条の斜
    めに削成された連通条溝を所々に備え、そして前記浅い
    円柱状凹部の中央には下方へ延設された貫通孔を備えて
    なり、前記貫通孔は途中で曲折されてその先端孔が下部
    側方へ開口されるごとく設けられてなるものであること
    を特徴とする請求項８又は９記載の水生生物成育装置。