以下、本発明による微小気泡発生装置の一� ��施形態について、添付の図面を参照しなが� ��説明する。 
    第1実施形態 
 図1は、本発明の第1実施形態による微小気� �発生装置を示す。 
 図1において、参照番号1は、液体、例えば� �水が満たされている水槽を示す。この水槽1� ��水中には、回転体からなる気泡注入部2が配 置されている。この気泡注入部2には、図示� �ない軸受によって支持された回転軸3が連結� ��れている。回転軸3の端部はスイベル継手4� �接続されている。このスイベル継手4には、� ��ス供給チューブ5が接続されており、ガス供 給チューブ5から送られてくる気体は、スイ� �ル継手4、回転軸3を通って気泡注入部2に供� �される。この場合、気泡注入部2には、無数� ��微細な孔があけられており、気体は微細な� ��から水槽1の液体に注入される。

 回転軸3には従動プーリ6が取り付けられ� �いる。駆動プーリ7は、モータ8の駆動軸に取 り付けられ、駆動プーリ7と従動プーリ6には� ��タイミングベルト9が巻き掛けられている。

 本実施形態による微小気泡発生装置は、� ��上のように構成されるものであり、次に、� ��の作用並びに効果について説明する。

 まず、ガス供給チューブ5から気泡注入部 2に気体を供給すると、この気泡注入部2から� ��泡が発生する。気泡注入部2が水槽1の液体� �で静止している状態では、発生する気泡の� �径は比較的大きい。

 そこで、モータ8を駆動し、モータ8の回� �をプーリ7、6を介して回転軸3に伝動させる� �、気泡注入部2を構成する回転体が所定の回� ��数で回転する。

 このとき、気泡注入部2が回転することで 、微細な孔から出て気泡注入部2の表面およ� �その近くに存在する気泡には液体との相対� �動によりせん断力がかかり、気泡はせん断� �によって引きちぎられ、微小な径の気泡に� �細化される。

 以上のように本実施形態によれば、気泡� ��微細化するために必要なせん断力を発生さ� ��るために、液体の方は静止させたままにし� ��、気泡注入部2の方を回転させるようにして いるので、従来のように液体に旋回流を与え る必要なくなり、微細気泡をより大量に発生 させることができる。

 ここで、図2は、図1に示した微小気泡発生� �置において、モータ8の回転数を図示しない� ��ンバータなどの制御装置で制御し、気泡注� ��部2の回転速度を変えた場合の気泡径の変化 を示すグラフである。 
 気泡注入部2が回転していると、液体中に注 入される気泡には、周囲にある液体からせん 断力を受けて引きちぎられるが、このせん断 力は、気泡注入部2の孔の径とは関係なく、� �転速度が大きくほどせん断力は大きくなる� �したがって、図2に示すように、モータ8の回 転数を制御して、回転数を高くするほど、発 生する気泡の径を小径化することを実現でき る。しかも、図2のデータのように、モータ� �回転数と気泡径の関係が予め分かっていれ� �、発生させる気泡を所望の径のものにする� �とが容易である。

 次に、図3は、本発明の第1実施形態によ� �微小気泡発生装置で用いる気泡注入部2の例� ��示す。この図3において、図3(a)は、気泡注� �部10の平面図、図3(b)は、断面図である。

 この気泡注入部2には、中空の円板が用い られており、その内部は空洞11が形成されて� ��る。円板の上面部には、微小な同一径の気� ��注入孔12が同一円周上に所定のピッチで多� �開口するようになっている。

 図1に示した微小気泡発生装置の気泡注入部 2を以上のように構成することにより、次の� �うな作用効果が得られる。 
 気泡注入部2の上面部に開口する微小径の気 泡注入孔12からは気泡が水槽1の液体中に連続 的に注入される。このとき、気泡注入部2は� �ータ8により駆動されて所定の回転数で回転� ��ているので、気泡には遠心力によって決ま� ��せん断力が働き、気泡は微小化される。

 本実施形態による微小気泡発生装置によ� ��ば、気泡注入孔12は、気泡注入部2において� ��一円周上に位置しているので、気泡に働く� ��ん断力は一定になるので、発生する気泡の� ��を均質にすることができる。また、同心円� ��半径を変えることにより、せん断力の設定� ��可能になる。

    第2実施形態 
 次に、図4乃至図9を参照して、本発明の第2� ��施形態について説明する。 
 この第2実施形態では、図4に示すように、� �1の微小気泡発生装置にモータ8の回転数を精 密に制御する制御部13を設けるとともに、図5 に示すように、気泡注入孔12の配列を変えた� ��泡注入部2を設けている。その他の構成要素 は、図1の微小気泡発生装置と同一であり、� �一の構成要素には同一の参照番号を付して� �その詳細な説明は省略する。

 図5に示すように、気泡注入部1は、第1実� ��形態と同様に、中空の円板が用いられてお� ��、その内部には空洞11が形成されている。� �板の上面部には、気泡注入孔12が一定のピッ チで配列して開口している。気泡注入孔12が� ��成される領域は、気泡注入部1の外縁部に近 い領域である。これに対して、中心付近の領 域30は気泡注入孔12のない領域になっている� �

 次に、以上のように構成される微小気泡� ��生装置の作用及びこれにより実施する微小� ��泡発生方法について説明する。

 気泡注入部2の気泡注入孔12から気泡が流� ��中に注入されるとき、周りの流体から受け� ��せん断力によって、気泡の径は変化する。� ��まり、気泡注入部2の回転数が高くなり、気 泡注入孔12における周速度が大きくなるほど� ��ん断力が大きくなるため、気泡径は小径化� ��る。

 この性質を小規模の試験装置(流量0.2リッ トル/分)を用いて実験的に検証した結果を図6 に示す。この図6に示した結果によると、気� �注入孔12における周速度が6m/sを境にして、� �泡の平均径に顕著な違いが生じる。

 まず、気泡注入孔12における周速度が6m/s� ��下の条件においては、周速度が大きくなる� ��したがって、発生する気泡の平均径が小さ� ��なることがわかる。この性質を利用するこ� ��により、制御部13でモータ8の回転数を変え� ��気泡注入部2の回転速度を変えることにより 、発生する気泡の径を変えることができる。 すなわち、周速度が6m/s以下の条件の下で、� �生されるべき気泡の径に対応した周速度に� �るように、モータ8の回転数を制御すること� ��より、気泡の径を調整することができる。

 これに対して、周速度が6m/s以上の条件に おいては、気泡注入部2の周速度が変化して� �、発生する気泡の径は約0.2mmの一定値となる 。このことを利用すると、次のようにして、 径のそろった気泡を発生させることができる 。

 気泡注入孔12における周速度は気泡注入� �2の回転の角速度と回転軸3と気泡注入孔12の� ��離の積で表されるため、気泡注入孔12にお� �る周速度が6m/s以上となるように、気泡注入� ��2の回転の角速度と、最も回転軸3との距離� �小さい気泡注入孔12の位置を設定すれば、全 ての気泡注入孔12における周速度が6m/s以上と なる。したがって、この条件で気泡注入部2� �回転させると、全ての気泡注入孔12から発生 する気泡の平均径が約0.2mmとなり、気泡発生� ��2から発生する気泡の径の分布が小さく、径 のそろった気泡を発生させることが可能とな る。

 さらに、図6に気泡注入孔12の径と発生す� ��気泡の平均径との関係を実験的に調べた結� ��を示す。この結果によると、周速度が6m/s以 下の条件においては、気泡注入孔12の径が小� ��くなるに従って、発生する気泡の平均径も� ��さくなるが、周速度が6m/s以上の条件におい ては、図6に示した試験で行った0.1mm から1.0m mの気泡注入孔12の径の範囲においては、気泡 注入孔8の径が発生する気泡の平均径に与え� �影響が無くなり、約0.2mmで一定となる。つま り、微小な気泡を生成するために気泡注入穴 8の径は必ずしも小さくする必要はないこと� �わかる。この性質を利用することにより、� �泡注入孔12を微小気泡発生装置の気泡注入孔 としては大きい1.0mmとしても、周速度が6m/s以 上の条件であれば、約0.2mmの径の気泡を発生� ��せることが可能になる。気泡注入孔12を大� �くすると、気泡注入孔における圧力損失を� �減させる事が可能となり、気泡注入に用い� �ブロワ、コンプレッサの動力を削減するこ� �が可能となる。

 次に、図7に口径1.0mmの気泡注入孔12が4ヵ� ��で、気体流量を変化させたときの気泡注入� ��12における周速度と発生する気泡の平均径� �関係を示す。この結果より、気体流量が増� �て、2リットル/分に達すると、回転数を上昇 させても、微細な気泡を発生できないことが 示されている。この傾向から、微細な気泡を 発生させるためには、気体流量が制限値2リ� �トル/分以下になっていることが必要である� ��とがわかる。

 図8は、口径1.0mmの気泡注入孔12を8 ヶ所� �増やしたときの気体流量を変化させたとき� �気泡注入孔12における周速度と発生する気泡 の平均径の関係を示す。4ヵ所の条件では微� �気泡を発生させることが出来なかった2リッ� ��ル/分の流量においても、気泡注入孔12が8ヶ 所の条件では、微細気泡が発生できているこ とが示されている。これらの結果より、気泡 注入孔12の数を増やすことで、気泡径を小さ� ��保ったまま、空気流量の制限値を増加でき� ��ことがわかる。

 図9には気泡注入孔のピッチと発生する気 泡の平均気泡径との関係を示す。この関係か ら、気泡注入孔のピッチが10mm以下の条件に� �いては、発生する気泡の平均気泡径が著し� �大きくなることがわかる。

 以上のようにして効果的に微小気体を発� ��させることができる本発明は、様々な用途� ��利用することができる。

 一例としては、オゾンを微小気泡にして� ��騰水型原子炉(BWR)のシュラウド内の水に注� �し酸化物を溶解させて除去する除染装置に� �用することができる。この場合、シュラウ� �の水底に微小気泡発生装置を設置し、この� �小気泡発生装置にオゾンを供給し、ジェッ� �ポンプで微小気泡をシュラウド内を送り込� �ことで、シュラウドの壁面に生成したクロ� �酸化物等の汚染物質を溶解させて効率良く� �去することができる。微小気泡発生装置で� �、オゾンを微小気泡として効率良く水中に� �入できるので、ジェットポンプの流れを利� �して、大気泡では到達させることが困難な� �所の除洗も可能となる。なお、改良型沸騰� �水冷却水炉(ABWR)の場合には、インターナル� �ンプと組み合わせて微小気泡をシュラウド� �体に送りこむようにすればよい。

 また、本発明の用途の他の例としては、� ��水道の浄化槽に微小気泡発生装置を設置し� ��浄化槽の水にオゾンの微小気泡を吹き込む� ��とにより、オゾンの微小気泡で有機物の分� ��を分解して水の浄化に利用したり、下水処� ��施設の処理槽に微小気泡発生装置を設置し� ��処理槽に空気の微小気泡を吹き込み、下水� ��浄化する微生物が繁殖するのに必要十分な� ��素を供給することができる。

 また、洗濯機に微小気泡発生装置を取り� ��け、洗うときに同時に微小気泡を吹き込み� ��とにより、洗浄効果を高めるような利用の� ��態も可能である。

 さらに、本発明では、人工的な構造物の� ��に設置する場合だけに限られるものではな� ��。例えば、海の入り江や、河川、湖沼など� ��ある魚介類の養殖場において、海水や水に� ��素を十分に供給するために微小気泡発生装� ��を用いる利用形態も考えられる。

 次に、図10を参照しながら、第2実施形態に� ��る図4の微小気泡発生装置で用いる気泡注入 部2の他の例について説明する。 
 図10は、気泡注入部2を構成する回転体を示� ��。図5に示した気泡注入部2とは異なり、こ� �図10に示す気泡注入部2では、上面部に注入� �が形成されていない替わりに、その外周部� �半径方向を向いた複数の微小径ノズル14を配 置している。この場合、気泡注入部2は、上� �2枚の円板15a、15bからなり、微小径ノズル14� �、円板15a、15bの間に挟む構造になっている� � 
 このように微小径ノズル14を設けた気泡注� �部2によれば、微小径ノズル14から出た気泡� �は遠心力によって決まるせん断力が働き、� �泡は微小化される。微小径ノズル14の出口は 、気泡注入部2の同一円周上に位置している� �で、気泡に働くせん断力は一定になるので� �発生する気泡の径を均質にすることができ� �。

 図11は、図4の微小気泡発生装置で用いる気� ��注入部2の他の例を示す。 
 この微小気泡発生装置における気泡注入部2 は、円板形状の回転体に限られるものではな く、平面形状が矩形のもの、平面形状が三角 形、六角形などの多角形の回転体でも円板の 回転体と同等のものとして利用することがで きる。

 さらに図11に示すように、十字形の回転� �36のような異形の回転体でも円板の回転体と 同等のものとして利用することができる。こ の場合、十字形の回転体36の内部には、空洞1 1が形成されており、十字に交差する4つの腕� ��36a乃至36dの末端部近くには、気泡注入穴12� �形成されている。この気泡注入穴12は、各腕 部36a乃至36dに複数個形成されていてもよい。

 なお、図11では、内部が空洞の矩形の部� �を十字に組み合わせた形態であるが、管状� �部材を十字に組み合わせるようにしてもよ� �。また、十字に限定されるものではなく、� �転軸から、複数の腕が放射状に延びた構成� �もよい。

 次に、図12は、図4の微小気泡発生装置で用� ��る気泡注入部2の他の例を示す。 
 この図12に示す気泡注入部2の特徴は、気泡� ��入部2を構成する回転体に多孔質体16を用い� ��点にある。

 この気泡注入部2を構成する多孔質体16は� ��微細な無数の孔がある多孔質の材料を用い� ��円板状に形成されている。

 このような多孔質体16により気泡注入部2を� ��成することにより、組織に存在する微細な� ��が気体の通路となって、多孔質体16の表面� �ら気泡が液体中に注入される。 
 この実施形態のように、気泡注入部2を多孔 質体16で構成することにより、気体の通る孔� ��機械加工であけた孔に較べて遙かに微細な� ��μm程度の孔径のものになるので、微小径の� ��泡を発生させるのに効果がある。

    第3実施形態 
 次に、図13は、本発明の第3実施形態による� ��小気泡発生装置を示す。 
 この第3実施形態による微小気泡発生装置は 、図4の微小気泡発生装置の気泡注入部2の上� ��に、衝突板18を付加した実施形態である。

 この衝突板18は、気泡注入部2と同軸に連結� ��れており、気泡注入部2と同期して回転する 。この衝突板18以外の構成は、図4と同一であ り、同一の参照符号を付して、その詳細な説 明は省略する。なお、気泡注入部2について� �、上述した図4、図10、図11、図12のいずれの� ��泡注入部2に適用できる。この点は、後述す る第4乃至8実施形態においても同様である。� �
 この実施形態の微小気泡発生装置では、気� ��注入部2で発生した気泡には液体との相対運 動によりせん断力がかかり、気泡はせん断力 によって引きちぎられ、微小な径の気泡に第 1段階の微小化がなされる。

 そして、気泡は、さらに上昇しながら、気� ��注入部2と同期して回転する衝突板18に衝突� ��る。気泡が衝突板18に衝突するときには、� �の衝突板18の表面近くでせん断力が気泡に加 わるので、第2段階の微小化が行われる。 
 このように、気泡注入部2で発生した気泡に は、第1段階、第2段階とせん断力により微小� ��されるので、より微小な気泡を発生するこ� ��ができる。

    第4実施形態 
 図14は、本発明の第4実施形態による微小気� ��発生装置を示す。

 この第4実施形態は、図13の衝突板18の替� �りに、邪魔板20を設けた実施の形態である。 この邪魔板20は、気泡注入部2の上方に同軸的 に配置されている。この場合、邪魔板20の形� ��としては種々のものが考えられるが、この� ��施形態では、板を十字に交差させた形状に� ��っている。

 回転している気泡注入部2で発生した気泡 は、気泡注入部2の中心に集まり合体し易い� �いう性質があり、せん断力によりちぎれた� �泡が集合して大きな気泡に戻ってしまうと� �う傾向があったところ、邪魔板20を気泡注入 部2の上に設けた微小気泡発生装置によれば� �邪魔板20が気泡が中心に集合することの邪魔 をするので、せん断力で微小化された気泡が 再集合することを防止できる。

 さらに、邪魔板20があることによって、� �泡注入部2の回転による循環流の流れが変わ� ��、微小な気泡をさらに効率良く発生させる� ��とができる。

    第5実施形態 
 次に、図15は、本発明の第5実施形態による� ��小気泡発生装置を示す。 
 この第5実施形態では、図14の邪魔板20を設� �るだけでなく、この邪魔板20を振動される振 動発生装置22を設けた実施の形態である。こ� ��振動発生装置22は、内蔵する振動子によっ� �発生した振動を邪魔板20に直接加えるように なっている。

 本実施形態によれば、図14の実施形態と� �様に、邪魔板20が中心に集合しようとする気 泡の邪魔をするので、せん断力で微小化され た気泡が再集合することを防止できる上に、 邪魔板20自体が振動しているので、邪魔板20� �気泡が付着するのを防ぐと同時に、合体し� �気泡を振動で再び分裂させることによって� �効率良く微小気泡を発生させることができ� �。

    第6実施形態 
 図16は、本発明の第6実施形態による微小気� ��発生装置を示す。 
 この図16に示す微小気泡発生装置では、気� �注入部2を多孔質カバー24で覆うようにして� �る。この多孔質カバー24は、多孔質の材料を 用いた円筒形のカバーであり、上端は閉じら れている。

 本実施形態によれば、回転する気泡注入� ��2で発生し、せん断力の働きにより微小化し た気泡は、多孔質カバー24の微細な孔を通じ� ��カバーの外側に放出される。このように、� ��孔質カバー24で気泡注入部2を覆うことによ� ��、水槽1内に入った異物が気泡注入部2と接� �するのを防止できる。

    第7実施形態 
 次に、図17は、本発明の第7実施形態による� ��小気泡発生装置を示す。

 この図17に示す微小気泡発生装置では、図13 に示した微小気泡発生装置の衝突板18と気泡� ��入部2の間に気泡破砕部26を設けるようにし� ��実施形態である。 
 図17において、気泡破砕部26は、この実施形 態では、細長い破砕板からなり、多数の気泡 破砕部26が気泡注入部2の外縁部にそって一定 の間隔で配置されている。

 気泡注入部2で発生した気泡には液体との相 対運動によりせん断力がかかり、気泡はせん 断力によって引きちぎられ、微小な径の気泡 に第1段階の微小化がなされ、さらに、気泡� �衝突板18に衝突するときには、この衝突板18� ��表面でせん断力が気泡に加わるので、第2段 階の微小化が行われる。 
 以上の作用は第4実施形態と同様であるが、 本実施形態では、さらに、衝突板18に衝突し� ��気泡が外縁部に向かって流れ、気泡破砕部2 6でさらに細くされる第3段階の微小化が行わ� ��る。これにより、気泡をより一層微小なも� ��とすることができる。

    第8実施形態 
 次に、図18は、本発明の第8実施形態による� ��小気泡発生装置を示す。

 この図18に示す気泡注入部2では、気泡注� ��孔2を設けない領域30に、放射状に複数の翼3 2が設けられている。

 このように構成された気泡注入部2では、 気泡注入部2の回転に伴って翼32により、気泡 注入部2の表面に中心から外側へ向かう流体� �流れが誘起される。この流れにより、気泡� �入孔12からの気泡の離脱が促進される。

 本実施形態によれば、翼32により誘起さ� �た流れが気泡注入孔12からの気泡の離脱を促 進させることで、より微小な気泡を発生させ ることができる。

 以上、本発明に係る微小気泡発生装置に� ��いて、第1乃至第8実施形態を挙げて説明し� �が、本発明では、これらの第1乃至第8実施形 態のなかの任意の実施形態を組み合わせた形 のものとして構成するようにしてもよい。