專利名稱：微小氣泡發(fā)生裝置以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微小氣泡發(fā)生裝置以及方法，尤其涉及能夠大量地有效地
發(fā)生具有數(shù)l(Him左右的氣泡直徑的微小氣泡的微小氣泡發(fā)生裝置以及方 法。
背景技術(shù)：
氣泡直徑為100nm左右的微小氣泡被稱為微泡，與通常直徑的氣泡相 比，體積表面積較大，在液體中的滯留時(shí)間較長，因此可以期待利用了在 氣液界面上的物量輸送、化學(xué)反應(yīng)、物理的.化學(xué)的特性的各種應(yīng)用。
一般而言，在發(fā)生微泡的微小氣泡發(fā)生裝置中，采用通過多孔質(zhì)體向 液體吹入氣體的方法。
作為這樣的微小氣泡發(fā)生裝置，有通過從壓縮機(jī)等氣體供給裝置，經(jīng) 由多孔質(zhì)體向有水流動(dòng)的管道供給氣體的方式發(fā)生微泡的裝置(例如，參 照曰本特開平8-225094號(hào)>^才艮)。
另外，在近年所研發(fā)的微小氣泡發(fā)生裝置中，多采用在氣泡表面施加 剪切力使氣泡裂開的方法。
作為這樣的微小氣泡發(fā)生裝置，有包括如下的旋轉(zhuǎn)式細(xì)微氣泡發(fā)生裝 置具有圓錐形的空間的容器主體，在該空間的內(nèi)壁圓周面的一部分上沿 著其切線方向開設(shè)的加壓液體導(dǎo)入口 ，開設(shè)在該圓錐形的空間底部的氣體 導(dǎo)入孔，和開設(shè)在所述圓錐形空間的頂部的旋轉(zhuǎn)氣液導(dǎo)出孔(例如，參日 本照特開2003-205228號(hào)公才艮)。
但是，在專利文獻(xiàn)l所敘述的采用多孔質(zhì)體的微小氣泡發(fā)生裝置中， 存在較大的問題，即氣泡很難脫離多孔質(zhì)體，因此發(fā)生的氣泡比多孔質(zhì)體的孔徑大，不能發(fā)生微小的氣泡。另外，采用使多孔質(zhì)體旋轉(zhuǎn)的方法，但 由于旋轉(zhuǎn)的影響而從較小的旋轉(zhuǎn)軸中心附近發(fā)生粗大氣泡，因此即便在最
適合的條件下，發(fā)生的氣泡的直徑在0.4mm左右就是界限了 。
關(guān)于這一點(diǎn)，在專利文獻(xiàn)2的微小氣泡發(fā)生裝置中，由于在氣泡表面 施加了剪切力，因此可以發(fā)生微小的氣泡。但是，也殘留了如下的問題， 即為了強(qiáng)制地給流體施加旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，將氣體加壓后提供給圓錐形的容器主 體，因此壓力損失變大，同時(shí)與采用多孔質(zhì)體的情況相比，液體中的氣體 的比例變低。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的在于消除所述以往技術(shù)所存在的問題點(diǎn)，提供不 用強(qiáng)制性地給與流體以旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，并可以很容易地大量發(fā)生微小氣泡的微 小氣泡發(fā)生裝置以及方法。
另外，本發(fā)明的其他的目的在于提供不僅可以很容易地大量發(fā)生微小 氣泡，并且可以使微小氣泡的氣泡直徑均勻化，或者可以發(fā)生具有更小的 氣泡直徑的氣泡的微小氣泡發(fā)生裝置以及方法。
為了達(dá)成所述的目的，本發(fā)明的特征在于具備具有旋轉(zhuǎn)自如地被支 撐在液體中的旋轉(zhuǎn)體，并從所述旋轉(zhuǎn)體的表面向液體注入氣體的氣泡注入 部；將作為氣泡的原料的氣體提供給所述氣泡注入部的氣體供給管；和使 所述氣泡注入部在液體中旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。
另外，本發(fā)明的特征在于具備氣泡注入部，其具有在液體中旋轉(zhuǎn)的 旋轉(zhuǎn)體，并從所述旋轉(zhuǎn)體的表面向液體注入氣體，并且通過將由液體與該
旋轉(zhuǎn)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所發(fā)生的剪切力施加給存在于該旋轉(zhuǎn)體的表面以及表面 附近的氣泡，發(fā)生細(xì)微的氣泡；將作為氣泡的原料的氣體提供給所述氣泡 注入部的氣體供給管；和使所述氣泡注入部在液體中旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。 在本發(fā)明中，所述氣泡注入部包括開有成為氣體的通路的微小直徑的 孔的旋轉(zhuǎn)體，或者具備向外緣部放出氣體的微小直徑的噴嘴的旋轉(zhuǎn)體，所 述旋轉(zhuǎn)體包括多孔質(zhì)體。另外，在本發(fā)明中，其特征在于，使所述氣泡注入部旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 裝置，具有可變地控制所述氣泡注入部的轉(zhuǎn)速的控制裝置。
在本發(fā)明中，可以在所述氣泡注入部的上部設(shè)置與旋轉(zhuǎn)體同步旋轉(zhuǎn)的 碰撞板，或者進(jìn)一步在所述氣泡注入部的旋轉(zhuǎn)體和所述碰撞板之間的外緣 部設(shè)置氣泡破碎部(粉碎部)。
另外，在本發(fā)明中，可以在所述氣泡注入部的上部設(shè)置干擾板，或者 作為所述干擾板采用振動(dòng)式干擾板。進(jìn)而，還可以設(shè)置覆蓋所述氣泡注入 部的多孔質(zhì)體罩。
進(jìn)而，本發(fā)明的微小氣泡發(fā)生方法，其特征在于 一邊使旋轉(zhuǎn)體在液 體中旋轉(zhuǎn)， 一邊向所述旋轉(zhuǎn)體提供氣體；從形成在所述旋轉(zhuǎn)體的表面上的 氣泡注入孔向液體注入氣體；通過將由液體與該旋轉(zhuǎn)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所發(fā)生 的剪切力施加給存在于該旋轉(zhuǎn)體的表面以及表面附近的氣泡，發(fā)生細(xì)微的 氣泡。
用這一微小氣泡發(fā)生方法，在所述旋轉(zhuǎn)體的氣泡注入孔的圓周速度為 6m/s以下的范圍內(nèi)，使所述圓板的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，以此來調(diào)整發(fā)生的氣泡 的直徑的大小，或者，也可以以所述旋轉(zhuǎn)體的氣泡注入孔的圓周速度為 6m/s以上的方式設(shè)定所述圓板的轉(zhuǎn)速，使發(fā)生的氣泡的直徑成為恒定。
根據(jù)本發(fā)明，不用強(qiáng)制性地給流體施加旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，可以很容易地大量 發(fā)生微小氣泡。并且，除了可以很容易地大量發(fā)生微小氣泡之外，還可以 使微小氣泡的氣泡直徑均勻化，或者還可以發(fā)生具有更小的氣泡直徑的氣 泡。本發(fā)明可以用于將臭氧變成微小氣泡后注入到沸騰水型輕水爐的管套 內(nèi)，使氧化物溶解后將其除去的除染裝置，或者還可以用于在上下水管處 理設(shè)施中，將變成微小氣泡的臭氧吹入凈化槽，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的分解等。


圖l是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的構(gòu)成說明圖。 圖2M示在該微小氣泡發(fā)生裝置中，氣泡注入部的轉(zhuǎn)速和氣泡直徑 的關(guān)系的圖形。圖3展示了本發(fā)明的微小氣泡發(fā)生裝置所采用的氣泡注入部的構(gòu)成， 圖3(a)是平面圖，圖3(b)是剖面圖。圖4是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的構(gòu)成說明圖。圖5展示了本發(fā)明的第2實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置所采用的氣泡 注入部的構(gòu)成，圖5(a)是平面圖，圖5(b)是剖面圖。圖6M示在本發(fā)明的第2實(shí)施方式中，氣泡注入孔的圓周速度和發(fā) 生的氣泡的平均直徑的關(guān)系的圖形。圖7A^示在本發(fā)明的第2實(shí)施方式中，使氣體流量變化時(shí)的氣泡注 入孔的圓周速度和發(fā)生的氣泡的平均直徑的關(guān)系的圖形。圖8M示在本發(fā)明的第2實(shí)施方式中，增加了氣泡注入孔的個(gè)數(shù)時(shí) 的氣泡注入孔的圓周速度和發(fā)生的氣泡的平均直徑的關(guān)系的圖形。圖9 ^艮示在本發(fā)明的第2實(shí)施方式中，氣泡注入孔的間距和發(fā)生的 氣泡的平均直徑的關(guān)系的圖形。圖IOM示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置所采用的氣泡 注入部的另 一例的構(gòu)成的剖面圖。圖11是展示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的另 一例的構(gòu) 成說明圖。圖12l艮示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的再一例的構(gòu) 成說明圖。圖13是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的構(gòu)成說明圖。 圖14是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的構(gòu)成說明圖。 圖15是本發(fā)明的第5實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的構(gòu)成說明圖。 圖16是本發(fā)明的第6實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的構(gòu)成說明圖。 圖17是本發(fā)明的第7實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置的構(gòu)成說明圖。 圖18展示了本發(fā)明的第8實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置所采用的氣泡 注入部，圖18(a)是平面圖，圖18(b)是剖面圖。
具體實(shí)施方式
7以下，參照

本發(fā)明的微小氣泡發(fā)生裝置的 一個(gè)實(shí)施方式。 第1實(shí)施方式圖l展示了本發(fā)明的第1實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置。在圖1中，標(biāo)號(hào)l表示裝滿液體，例如水的水槽。在該水槽l的水中，配置有具備旋轉(zhuǎn)體的氣泡注入部2。在該氣泡注入部2上，連接有由未圖 示的軸承支撐的旋轉(zhuǎn)軸3。旋轉(zhuǎn)軸3的端部連接在旋轉(zhuǎn)接頭(swiveljoint) 4上。在該旋轉(zhuǎn)接頭4上，連接有氣體供給管5，從氣體供給管5送來的氣 體，通過旋轉(zhuǎn)接頭4、旋轉(zhuǎn)軸3提供給氣泡注入部2。這時(shí)，在氣泡注入部 2上打開多個(gè)細(xì)微的孔，氣體通過細(xì)微的孔被注入水槽1的液體。在旋轉(zhuǎn)軸3上安裝有從動(dòng)帶輪6。驅(qū)動(dòng)帶輪7被安裝在電動(dòng)機(jī)8的驅(qū) 動(dòng)軸上，在驅(qū)動(dòng)帶輪7和從動(dòng)帶輪6上纏繞有同步帶9。本實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置就是按照如上的方式構(gòu)成的，接下來， 說明其作用和效果。首先，當(dāng)從氣體供給管5向氣泡注入部2供給氣體時(shí)，從該氣泡注入 部2發(fā)生氣泡。在氣泡注入部2在水槽1的液體中靜止不動(dòng)的狀態(tài)下，發(fā) 生的氣泡的粒徑比較大。然后，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)8，并將電動(dòng)機(jī)8的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由帶輪7、 6傳遞給旋 轉(zhuǎn)軸3時(shí)，構(gòu)成氣泡注入部2的旋轉(zhuǎn)體便以規(guī)定的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)數(shù))旋轉(zhuǎn)。這時(shí)，通過氣泡注入部2旋轉(zhuǎn)，在從細(xì)微的孔出來后存在于氣泡注入 部2的表面以及其附近的氣泡上，通過與液體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生剪切力， 氣泡由于剪切力而裂開，從而細(xì)微化成微小直徑的氣泡。如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，為了發(fā)生為將氣泡細(xì)微化所必需的剪 切力，在使液體這一方靜止的狀態(tài)下，使氣泡注入部2這一方旋轉(zhuǎn)，因此 無需像以往那樣使液體旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，并能夠更多地發(fā)生微細(xì)氣泡。在此，圖2M示在圖1所示的微小氣泡發(fā)生裝置中，用未圖示的變 換器等控制裝置控制電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速，并改變氣泡注入部2的轉(zhuǎn)速時(shí)的氣 泡直徑的變化的圖形。當(dāng)氣泡注入部2旋轉(zhuǎn)時(shí)，被注入到液體中的氣泡從處于周圍的液體受到剪切力而裂開，但該剪切力與氣泡注入部2的孔的直徑無關(guān)，轉(zhuǎn)速越大， 剪切力就越大。因而，如圖2所示，只要控制電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速來提高轉(zhuǎn)速， 就能夠?qū)崿F(xiàn)將發(fā)生的氣泡的直徑小徑化。并且，如圖2的數(shù)據(jù)所示，如果 預(yù)先知道電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和氣泡直徑的關(guān)系，就很容易使發(fā)生的氣泡具有想 要的直徑。其次，圖3展示了本發(fā)明的第1實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置上采用 的氣泡注入部2的例子。在該圖3中，圖3 (a)是氣泡注入部10的平面 圖，圖3 (b)是剖面圖。在該氣泡注入部2上，采用了中空的圓板，在其內(nèi)部形成有空洞ll。 在圓板的上面部，在同一個(gè)圓周上以規(guī)定的間距開設(shè)多個(gè)微小的相同直徑 的氣泡注入孔12。通過按照以上的方式構(gòu)成圖1所示的微小氣泡發(fā)生裝置的氣泡注入部 2，可以得到如下的作用效果。從開設(shè)在氣泡注入部2的上面部上的微小直徑的氣泡注入孔12，氣泡 被連續(xù)地注入到水槽1的液體中。這時(shí)，由于氣泡注入部2一皮電動(dòng)才幾8驅(qū) 動(dòng)而以規(guī)定的轉(zhuǎn)速在旋轉(zhuǎn)，因此取決于離心力的剪切力在氣泡上發(fā)揮作用， 氣泡被微小化。根據(jù)本實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置，由于氣泡注入孔12位于氣泡注 入部2的同一個(gè)圓周上，因此在氣泡上發(fā)揮作用的剪切力是一定的，故可 以使發(fā)生的氣泡的直徑很均勻。另外，通過改變同心圓的半徑，便可以設(shè) 定剪切力。第2實(shí)施方式接下來，參照?qǐng)D4至圖9說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。 在該第2實(shí)施方式中，如圖4所示，在圖1的微小氣泡發(fā)生裝置上設(shè) 置精密地控制電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速的控制部13，同時(shí)如圖5所示，設(shè)有改變氣 泡注入孔12的排列的氣泡注入部2。其他的構(gòu)成元件與圖1的微小氣泡發(fā) 生裝置相同，在相同的構(gòu)成元件上標(biāo)上相同的參照標(biāo)號(hào)，從而省略其詳細(xì) 的說明。如圖5所示，氣泡注入部2與第1實(shí)施方式同樣地采用了中空的圓板， 并在其內(nèi)部形成有空洞11。在圓板的上面部，以一定的間距排列開設(shè)有氣 泡注入孔12。形成氣泡注入孔12的區(qū)域，是接近氣泡注入部2的外緣部 分的區(qū)域。與之相對(duì)，中心附近的區(qū)域30成為沒有氣泡注入孔12的區(qū)域。接下來，說明按照以上方式構(gòu)成的微小氣泡發(fā)生裝置的作用以及由其 實(shí)施的微小氣泡發(fā)生方法。當(dāng)氣泡從氣泡注入部2的氣泡注入孔12被注入到流體中時(shí)，氣泡的直 徑因從周圍的流體受到的剪切力而發(fā)生變化。即，由于氣泡注入部2的轉(zhuǎn) 速變得越高，并且氣泡注入孔12的圓周速度變得越大，剪切力就變得越大， 因此氣泡直徑變得小徑化。在圖6中展示了用小規(guī)模的試驗(yàn)裝置(流量0.2升/分鐘)實(shí)驗(yàn)性地驗(yàn) 證這一性質(zhì)的結(jié)果。根據(jù)圖6所示的結(jié)果，以氣泡注入孔12的圓周速度是 6m/s為界，在氣泡的平均直徑上發(fā)生了顯著的不同。首先，可以看出在氣泡注入孔12的圓周速度為6m/s以下的條件下， 隨著圓周速度變大，發(fā)生的氣泡的平均直徑變小。通過利用這種性質(zhì)，用 控制部13改變電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速來改變氣泡注入部2的轉(zhuǎn)速，就可以改變發(fā) 生的氣泡的直徑。即，在圓周速度為6m/s以下的條件下，通過以成為與要 發(fā)生的氣泡的直徑相對(duì)應(yīng)的圓周速度的方式控制電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速，就可以 調(diào)整氣泡的直徑。與此相對(duì)，在圓周速度為6m/s以上的條件下，即便氣泡注入部2的圓 周速度發(fā)生變化，發(fā)生的氣泡的直徑都是約(K2mm的定值。如果利用這一 點(diǎn)，通過如下的方式就可以發(fā)生直徑統(tǒng)一的氣泡。由于氣泡注入孔12的圓周速度是用氣泡注入部2的旋轉(zhuǎn)的角速度和旋 轉(zhuǎn)軸3與氣泡注入孔12之間的距離的積表示的，因此只要以氣泡注入孔 12的圓周速度成為6m/s以上的方式設(shè)定氣泡注入部2的旋轉(zhuǎn)的角速度， 和與旋轉(zhuǎn)軸3之間的距離最小的氣泡注入孔12的位置，所有的氣泡注入孔 12的圓周速度都變成6m/s以上。因而，當(dāng)在該條件下使氣泡注入部2旋 轉(zhuǎn)時(shí)，從所有的氣泡注入孔12發(fā)生的氣泡的平均直徑都是約0.2mm,從氣泡注入孔12發(fā)生的氣泡的直徑的分布小，并可以發(fā)生直徑統(tǒng)一的氣泡。 進(jìn)而，在圖6中展示了用實(shí)驗(yàn)調(diào)查氣泡注入孔12的直徑和發(fā)生的氣泡 的平均直徑的關(guān)系的結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果，雖然在圓周速度為6m/s以下的條 件下，隨著氣泡注入孔12的直徑變小，發(fā)生的氣泡的平均直徑也變小，但 在圓周速度為6m/s以上的條件下，在用圖6所示的試驗(yàn)進(jìn)行的從O.lmm 到l.Omm的氣泡注入孔12的直徑的范圍內(nèi)，氣泡注入孔12的直徑對(duì)發(fā)生 的氣泡的平均直徑造成的影響沒有了，發(fā)生的氣泡的平均直徑變成恒定的 約0.2mm。即，可以明白沒必要為了生成微小的氣泡而必須縮小氣泡注入 孔12的直徑。通過利用這一性質(zhì)，即便將氣泡注入孔12作為微小氣泡發(fā) 生裝置的氣泡注入孔而設(shè)為較大的l.Omm，只要在圓周速度為6m/s以上 的條件下，便可以發(fā)生約0.2mm的直徑的氣泡。如果擴(kuò)大氣泡注入孔12， 便可以減少氣泡注入孔的壓力損失，并可以削減氣泡注入所使用的鼓風(fēng)機(jī)、 壓縮^L的動(dòng)力。接下來，在圖7中展示了在孔徑1.0mm的氣泡注入孔12是4處的情 況下，使氣體流量發(fā)生變化時(shí)的氣泡注入孔12的圓周速度和發(fā)生的氣泡的 平均直徑的關(guān)系。根據(jù)該結(jié)果，展示了當(dāng)增加氣體流量使其達(dá)到2升/分鐘 時(shí)，即便提高轉(zhuǎn)速，也不能發(fā)生細(xì)微的氣泡的情況。從這一傾向可以明白 為了發(fā)生細(xì)微的氣泡，必須使氣體流量在限制值2升/分鐘以下。在圖8中展示了將孔徑l.Omm的氣泡注入孔12增加到8處時(shí)的、使 氣體流量發(fā)生變化時(shí)的氣泡注入孔12的圓周速度和發(fā)生的氣泡的平均直 徑的關(guān)系。該結(jié)果展示了即便氣體流量是在氣泡注入孔為4處的條件下不 能發(fā)生細(xì)微氣泡的2升/分鐘，而在氣泡注入孔12為8處的條件下，就可 以發(fā)生細(xì)微氣泡的情況。從這些結(jié)果可以明白通過增加氣泡注入孔12的個(gè) 數(shù)，就可以保持氣泡直徑為較小而增加空氣流量的限制值。在圖9中展示了氣泡注入孔的間距和發(fā)生的氣泡的平均氣泡直徑的關(guān) 系。從這一關(guān)系我們了解到在氣泡注入孔的間距為10mm以下的條件下， 發(fā)生的氣泡的平均氣泡直徑明顯地變大。能夠如以上所述那樣有效地發(fā)生微小氣泡的本發(fā)明，可以用于各種用途。
作為一例，它可以用于除染裝置，其中將臭氧變成微小氣泡后注入到
沸騰水型輕水爐(BWR)的管套(shroud)內(nèi)的水中，并使氧化物溶解后 將其除去。這時(shí)，通過在管套的水底設(shè)置微小氣泡發(fā)生裝置，向該微小氣 泡發(fā)生裝置提供臭氧，并用噴射泵將微小氣泡送入管套內(nèi)，便可以使生長 在管套的壁面上的鉻氧化物等污染物質(zhì)溶解后有效地將其除去。由于用微 小氣泡發(fā)生裝置可以將臭氧作為微小氣泡而有效地注入到水中，因此^t可 以利用噴射泵的水流除洗大氣泡很難到達(dá)的部位。再者，在改良型沸騰水 型輕水爐(ABWR)的情況下，只要和爐內(nèi)泵(internal pump ) —起將微 小氣泡送入管套整體即可。
另外，作為本發(fā)明的用途的其他的例子，可以通過在自來水管道的凈 化槽內(nèi)設(shè)置微小氣泡發(fā)生裝置，并向凈化槽的水中吹入臭氧的微小氣泡， 用臭氧的微小氣泡進(jìn)行有機(jī)物的分解來進(jìn)行水的凈化，或者在下水處理設(shè) 施的處理槽內(nèi)設(shè)置微小氣泡發(fā)生裝置，并向處理槽吹入空氣的微小氣泡， 可以在凈化下水的微生物繁殖時(shí)提供所需充足的氧氣。
另外，在洗滌機(jī)內(nèi)安裝微小氣泡發(fā)生裝置，并在洗滌的同時(shí)吹入微小 氣泡，可以提高洗凈效果的利用方式也是可行的。
進(jìn)而，本發(fā)明不限于只設(shè)置在人工結(jié)構(gòu)物的槽內(nèi)。也可以考慮在例如 位于大海的海灣、河川、湖沼等處的魚介類的養(yǎng)殖場(chǎng)中，為了向海水、淡 水充分地提供氧氣而使用微小氣泡發(fā)生裝置的利用方式。
接下來，參照?qǐng)DIO說明第2實(shí)施方式的圖4的微小氣泡發(fā)生裝置所采 用的氣泡注入部2的其他的例子。
圖10展示了構(gòu)成氣泡注入部2的旋轉(zhuǎn)體。與圖5所示的氣泡注入部2 不同，在該圖10所示的氣泡注入部2上，在上面部上沒有形成注入孔，取 而代之，在其外周部配置有面向半徑方向的多個(gè)微小直徑噴嘴14。這時(shí)， 氣泡注入部2具有上下2片圓板15a、 15b，微小直徑噴嘴14是夾在圓板 15a、 15b之間的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)這樣設(shè)置了微小直徑噴嘴14的氣泡注入部2，取決于離心力的剪切力在從微小直徑噴嘴14噴出的氣泡上發(fā)生作用，氣泡被微小化。由于微 小直徑噴嘴14的出口位于氣泡注入部2的同一個(gè)圓周上，因此作用于氣泡 的剪切力是恒定的，故可以使發(fā)生的氣泡的直徑均勻化。
圖11展示了圖4的微小氣泡發(fā)生裝置所采用的氣泡注入部2的其他的 例子。
該微小氣泡發(fā)生裝置的氣泡注入部2不限于圓板形狀的旋轉(zhuǎn)體，即便 是平面形狀是矩形、平面形狀是三角形、六角形等多角形的旋轉(zhuǎn)體，也可 以作為與圓板的旋轉(zhuǎn)體相同的氣泡注入部加以利用。
進(jìn)而如圖ll所示，即便是十字形的旋轉(zhuǎn)體36那種異形的旋轉(zhuǎn)體，也 可以作為與圓板的旋轉(zhuǎn)體相同的氣泡注入部加以利用。這時(shí)，在十字形的 旋轉(zhuǎn)體36的內(nèi)部形成有空洞11，在十字交叉的4個(gè)腕部36a至36d的末 端部附近，形成有氣泡注入孔12。該氣泡注入孔12也可以在各腕部36a 至36d上形成多個(gè)。
再者，在圖11中是將內(nèi)部為空洞的矩形部件組合成十字的方式，但也 可以將管狀的部件組合成十字。另外，不限于十字，也可以是多條腕從旋 轉(zhuǎn)軸成放射狀地延伸的構(gòu)成。
接下來，圖12展示了圖4的微小氣泡發(fā)生裝置所采用的氣泡注入部2 的其他的例子。
該圖12所示的氣泡注入部2的特征在于在構(gòu)成氣泡注入部2的旋轉(zhuǎn)體 上采用了多孔質(zhì)體16這一點(diǎn)。
構(gòu)成該氣泡注入部2的多孔質(zhì)體16是用具有細(xì)微的多個(gè)孔的多孔質(zhì)材 料形成為圓板狀。
通過由這種多孔質(zhì)體16構(gòu)成氣泡注入部2，存在于組織上的細(xì)微的孔 便成為氣體的通路，從而從多孔質(zhì)體16的表面將氣泡注入到液體中。
通過如該實(shí)施方式這樣用多孔質(zhì)體16構(gòu)成氣泡注入部2，由于氣體通 過的孔與機(jī)械加工形成的孔相比，是細(xì)微的多的數(shù)nm左右的孔徑的孔， 因此在發(fā)生微小直徑的氣泡方面非常有效。
第3實(shí)施方式接下來，圖13展示了本發(fā)明的第3實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置。
該第3實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置是在圖4的微小氣泡發(fā)生裝置的 氣泡注入部2的上部附加了碰撞板18的實(shí)施方式。
該碰撞板18以同軸的方式與氣泡注入部2連接在一起，和氣泡注入部 2同步旋轉(zhuǎn)。除了該碰撞板18以外的構(gòu)成與圖4相同，標(biāo)以相同的參照標(biāo) 號(hào)從而省略其詳細(xì)的說明。再者，關(guān)于氣泡注入部2，可以應(yīng)用上述圖4、 圖10、圖11、圖12的任意一種氣泡注入部2。這一點(diǎn)在以后敘述的第4 至第8實(shí)施方式中也是同樣的。
在該實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置中，因與液體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的 剪切力作用于在氣泡注入部2上發(fā)生的氣泡，氣泡因剪切力而裂開，并在 微小直徑的氣泡上實(shí)現(xiàn)第1階段的微小化。
然后，氣泡一邊進(jìn)一步上升， 一邊與和氣泡注入部2同步旋轉(zhuǎn)的碰撞 板18發(fā)生碰撞。當(dāng)氣泡與碰撞板18發(fā)生碰撞時(shí)，在該碰撞板18的表面附 近，剪切力附加在氣泡上，因此進(jìn)行了第2階段的微小化。
這樣，由于在氣泡注入部2上發(fā)生的氣泡被第1階段、第2階段的剪 切力微小化，因此可以發(fā)生更微小的氣泡。
第4實(shí)施方式
圖14展示了本發(fā)明的第4實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置。 該第4實(shí)施方式是代替圖13的碰撞板18設(shè)置了千擾板20的實(shí)施方式。 該干擾板20以同軸的方式配置在氣泡注入部2的上方。這時(shí)，作為干擾板 20的形狀，可以考慮各種形狀，但在該實(shí)施方式中，是使板交叉成十字的 形狀。
在旋轉(zhuǎn)的氣泡注入部2上發(fā)生的氣泡具有聚集在氣泡注入部2的中心 并容易成為合體的性質(zhì)，并且存在因剪切力而裂開的氣泡集合后又變回較 大的氣泡的傾向，但根據(jù)在氣泡注入部2的上方設(shè)置了干擾板20的微小氣 泡發(fā)生裝置，干擾板20干擾了氣泡在中心集合的情況，因此可以防止被剪 切力微小化的氣泡再次集合的情況。
進(jìn)而，由于有干擾板20，因此由氣泡注入部2的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的循環(huán)流的流動(dòng)改變，可以更有效地發(fā)生微小的氣泡。
第5實(shí)施方式
接下來，圖15展示了本發(fā)明的第5實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置。
在該第5實(shí)施方式中，是不只設(shè)置了圖14的干擾板20，還設(shè)置了使該干擾板20振動(dòng)的振動(dòng)發(fā)生裝置22的實(shí)施方式。該振動(dòng)發(fā)生裝置22將由內(nèi)置的振動(dòng)器發(fā)生的振動(dòng)直接施加在干擾板20上。
根據(jù)本實(shí)施方式，與圖14的實(shí)施方式同樣，除了由于干擾板20干擾了要在中心集合的氣泡，因此可以防止被剪切力微小化的氣泡再次集合的情況之外，由于干擾板20自身在振動(dòng)，因此可以防止氣泡附著在千擾板20上，同時(shí)通過振動(dòng)將合體的氣泡再次分裂，故可以有效地發(fā)生微小氣泡。
第6實(shí)施方式
圖16展示了本發(fā)明的第6實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置。
在該圖16所示的微小氣泡發(fā)生裝置中，是用多孔質(zhì)罩24覆蓋氣泡注入部2。該多孔質(zhì)罩24是采用了多孔質(zhì)材料的圓筒形的罩，上端被封閉。
根據(jù)本實(shí)施方式，在旋轉(zhuǎn)的氣泡注入部2上發(fā)生，并因剪切力的作用而微小化的氣泡，通過多孔質(zhì)罩24的細(xì)微的孔被放出到罩的外側(cè)。這樣，通過用多孔質(zhì)罩24覆蓋氣泡注入部2，可以防止進(jìn)入到水槽l內(nèi)的異物與氣泡注入部2接觸。
第7實(shí)施方式
接下來，圖17展示了本發(fā)明的第7實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置。
在該圖17所示的微小氣泡發(fā)生裝置中，是在圖13所示的微小氣泡發(fā)生裝置的碰撞板18和氣泡注入部2之間設(shè)置氣泡破碎部26的實(shí)施方式。
在圖17中，氣泡破碎部26在該實(shí)施方式中具備細(xì)長的破碎板，沿著氣泡注入部2的外緣部以一定的間隔配置有多個(gè)氣泡破碎部26。
由與液體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的剪切力作用于在氣泡注入部2上發(fā)生的氣泡，氣泡被剪切力撕碎(破碎)，在微小直徑的氣泡上實(shí)現(xiàn)第1階段的微小化，進(jìn)而，當(dāng)氣泡與碰撞板18發(fā)生碰撞時(shí)，在該碰撞板18的表面上，剪切力附加在氣泡上，因此進(jìn)行了第2階段的微小化。以上的作用與第4實(shí)施方式相同，但在本實(shí)施方式中，進(jìn)而，還進(jìn)行與碰撞板18發(fā)生碰撞的氣泡向外緣部流動(dòng)，并被氣泡破碎部26進(jìn)一步撕碎的第3階段的微小化。由此，可以使氣泡變成更微小的氣泡。
第8實(shí)施方式
接下來，圖18展示了本發(fā)明的第8實(shí)施方式的微小氣泡發(fā)生裝置。
在該圖18所示的氣泡注入部2上，在沒有設(shè)置氣泡注入孔12的區(qū)域30上，成放射狀地設(shè)有多個(gè)翼32。
在這樣構(gòu)成的氣泡注入部2上，隨著氣泡注入部2的旋轉(zhuǎn)，在氣泡注入部2的表面上，由翼32引起從中心朝向外側(cè)的流體的流動(dòng)。通過該流動(dòng)可以促進(jìn)氣泡脫離氣泡注入孔12。
根據(jù)本實(shí)施方式，由于由翼32引起的流動(dòng)促進(jìn)氣泡脫離氣泡注入孔12，因此可以發(fā)生更微小的氣泡。
以上，雖然列舉了第l至第8實(shí)施方式說明了本發(fā)明的微小氣泡發(fā)生裝置，但在本發(fā)明中，也可以是將這第1至第8實(shí)施方式中任意的實(shí)施方式組合在一起的構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，具備氣泡注入部，其具有旋轉(zhuǎn)自如地被支撐在液體中的旋轉(zhuǎn)體，并從所述旋轉(zhuǎn)體的表面向液體注入氣體；氣體供給管，其將作為氣泡的原料的氣體提供給所述氣泡注入部；和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，其使所述氣泡注入部在液體中旋轉(zhuǎn)。
2. —種微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，具備氣泡注入部，其包括在液體中旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體，并從所述旋轉(zhuǎn)體的表面 向液體注入氣體，并且通過將由液體與該旋轉(zhuǎn)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所發(fā)生的剪切 力施加給存在于該旋轉(zhuǎn)體的表面以及表面附近的氣泡，發(fā)生細(xì)微的氣泡； 氣體供給管，其將作為氣泡的原料的氣體提供給所述氣泡注入部；和 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，其使所述氣泡注入部在液體中旋轉(zhuǎn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，所述氣泡注 入部包括形成有成為氣體的通路的微小直徑的氣泡注入孔的旋轉(zhuǎn)體。
4. 如權(quán)利要求3所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，所述氣泡注 入孔以最小15mm以上的間距間隔排列。
5. 如權(quán)利要求2所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)裝置具有可變地控制所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速的控制裝置。
6. 如權(quán)利要求5所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，所述控制裝 置，在所述旋轉(zhuǎn)體的氣泡注入孔的圓周速度為6m/s以下的范圍內(nèi)，與發(fā)生 的氣泡的直徑的大小相對(duì)應(yīng)地調(diào)整所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
7. 如權(quán)利要求3所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，所述氣泡注 入部包括具備向外緣部放出氣體的微小直徑的噴嘴的旋轉(zhuǎn)體。
8. 如權(quán)利要求2所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，所述氣泡注 入部的旋轉(zhuǎn)體包括多孔質(zhì)體。
9. 如權(quán)利要求2或3所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，在所述 氣泡注入部的上部設(shè)置有與旋轉(zhuǎn)體同步旋轉(zhuǎn)的碰撞板。
10. 如權(quán)利要求9所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，在所述氣 泡注入部的旋轉(zhuǎn)體和所述碰撞板之間的外緣部上設(shè)置有氣泡破碎部。
11. 如權(quán)利要求2或3所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，在所 述氣泡注入部的上部設(shè)置有干擾板。
12. 如權(quán)利要求ll所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，作為所述 干擾板釆用振動(dòng)式干擾板。
13. 如權(quán)利要求2或3所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，設(shè)置 有覆蓋所述氣泡注入部的多孔質(zhì)體軍。
14. 如權(quán)利要求3所述的微小氣泡發(fā)生裝置，其特征在于，在所述氣 泡注入部的旋轉(zhuǎn)體上形成有《I起從中心朝向外側(cè)的氣泡的流動(dòng)的翼。
15. —種微小氣泡發(fā)生方法，其特征在于 一邊使旋轉(zhuǎn)體在液體中旋轉(zhuǎn)， 一邊向所述旋轉(zhuǎn)體提供氣體； 從形成在所述旋轉(zhuǎn)體的表面上的氣泡注入孔向液體注入氣體；和通過將由液體與該旋轉(zhuǎn)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所發(fā)生的剪切力施加給存在于該 旋轉(zhuǎn)體的表面以及表面附近的氣泡，發(fā)生細(xì)微的氣泡。
16. 如權(quán)利要求15所述的微小氣泡發(fā)生方法，其特征在于，在所述旋 轉(zhuǎn)體的氣泡注入孔的圓周速度為6m/s以下的范圍內(nèi)，使所述圓板的轉(zhuǎn)速發(fā) 生變化，以此調(diào)整發(fā)生的氣泡的直徑的大小。
17. 如權(quán)利要求15所述的微小氣泡發(fā)生方法，其特征在于，以所述旋 轉(zhuǎn)體的氣泡注入孔的圓周速度為6m/s以上的方式設(shè)定所述圓板的轉(zhuǎn)速，并 使發(fā)生的氣泡的直徑成為定值。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的微小氣泡發(fā)生方法，其特征在于，通 過采用增加了所述氣泡注入孔的個(gè)數(shù)的旋轉(zhuǎn)體，在保持氣泡直徑為較小的 狀態(tài)下，增加空氣流量的限制值。
全文摘要
一邊使旋轉(zhuǎn)體2在液體中旋轉(zhuǎn)，一邊向旋轉(zhuǎn)體2提供氣體，并從形成在旋轉(zhuǎn)體2的表面上的氣泡注入孔向液體注入氣體，通過將由液體和該旋轉(zhuǎn)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所發(fā)生的剪切力施加給存在于該旋轉(zhuǎn)體的表面以及表面附近的氣泡，發(fā)生細(xì)微的氣泡。由此，不用強(qiáng)制性地給流體施加旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，并能夠很容易地大量發(fā)生微小氣泡。
文檔編號(hào)B01F3/04GK101678288SQ20088001686
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者小見田秀雄, 巖城智香子, 青木一義 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝