特開 2024-132559 濾過装置および水質浄化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132559

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】濾過装置および水質浄化システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 24/00 20060101AFI20240920BHJP

   B01D 37/04 20060101ALI20240920BHJP

   B01D 35/00 20060101ALI20240920BHJP

   C02F 3/06 20230101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

B01D29/08 520A

B01D29/08 530C

B01D29/08 540A

B01D37/04

B01D35/00

C02F3/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043371

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】弁理士法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】湯地 実

【テーマコード（参考）】

4D003

4D116

【Ｆターム（参考）】

4D003AA01

4D003AB13

4D003DA01

4D003DA19

4D003EA06

4D003EA14

4D003EA25

4D116AA11

4D116BA05

4D116BA07

4D116DD02

4D116FF02A

4D116GG08

4D116HH19B

4D116KK04

4D116QA02C

4D116QA02D

4D116QA02F

4D116QA04C

4D116QA04E

4D116QA04F

4D116QA05B

4D116QA05D

4D116QA05F

4D116QA06C

4D116QA06D

4D116QA06E

4D116QA06F

4D116QA29C

4D116QA29D

4D116QA29F

4D116QA31C

4D116QA31D

4D116QA31F

4D116QA34C

4D116QA34D

4D116QA34F

4D116QA35C

4D116QA35D

4D116QA35F

4D116QA44C

4D116QA44D

4D116QA44F

4D116QA45C

4D116QA45F

4D116QB44

4D116QB48

4D116QC22A

4D116QC23A

4D116QC32A

4D116QC50A

4D116RR01

4D116RR05

4D116RR16

4D116UU01

4D116UU13

4D116UU14

4D116VV07

(57)【要約】

【課題】簡易な構成でありながら、効率良く液体を濾過することのできる濾過装置を提供すること。
【解決手段】濾過装置（１０）は、処理対象の液体を流入する流入部（１２）と、流入部の吐出口が設けられた前室（５１）と、仕切壁（４１）を介して前室と所定方向に隣接して設けられた濾過室（５２）と、仕切壁に設けられ、前室と濾過室とを連通する連通路（５３）と、濾過室において濾過された液体を流出する流出部（１３）とを備え、流入部が、濾過室および仕切壁を貫通し、前室まで所定方向に沿って延びる管部材（４２）によって構成されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象の液体を流入する流入部と、
前記流入部の吐出口が設けられた前室と、
仕切壁を介して前記前室と所定方向に隣接して設けられた濾過室と、
前記仕切壁に設けられ、前記前室と前記濾過室とを連通する連通路と、
前記濾過室において濾過された液体を流出する流出部とを備え、
前記流入部が、前記濾過室および前記仕切壁を貫通し、前記前室まで前記所定方向に沿って延びる管部材によって構成されている、濾過装置。

【請求項2】

前記仕切壁は、前記管部材が挿通され、前記管部材よりも大径である開口を有し、
前記開口によって、前記連通路が形成されている、請求項１に記載の濾過装置。

【請求項3】

前記仕切壁は、前記前室と前記濾過室とを上下方向に区画し、
前記前室が前記濾過室の下方側に設けられている、請求項１に記載の濾過装置。

【請求項4】

前記流入部は、微細気泡発生装置で生成した微細気泡を含む液体を流入し、
前記前室内の液体を前記微細気泡発生装置に戻すための循環用流出部をさらに備える、請求項１～３のいずれかに記載の濾過装置。

【請求項5】

請求項１に記載の濾過装置を備えた水質浄化システムであって、
被処理液体の貯留部から前記濾過装置の前記流入部に至る第１流路と、
前記濾過装置の前記流出部から前記貯留部に至る第２流路とを備え、
前記第１流路に微細気泡発生装置が設けられている、水質浄化システム。

【請求項6】

前記濾過装置の前記前室に流入した液体を前記微細気泡発生装置に戻すための循環路をさらに備え、
前記循環路には流量を調整するための流量調整弁が設けられている、請求項５に記載の水質浄化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、濾過装置および水質浄化システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、微細気泡を活用して水質浄化や養殖場における生物の発育促進などの技術が増えてきている。水質浄化システムにおける濾過槽には、物理濾過や生物濾過が用いられる。

【0003】

特開２０１３－１３８９７１号公報（特許文献１）には、物理濾過剤の目詰まりを抑制するための濾過装置が開示されている。この濾過装置は、ケーシングの内部に、流入口が位置する第一室と流出口が位置する第二室とを区画するように装着された逆円錐状の濾過体を備えることにより、流入口から第一室に被処理液体を渦巻状に旋回流動させるように導入することを特徴としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－１３８９７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

フィルタを用いる物理濾過剤は、異物の付着による目詰まりを起こしやすいため、定期的に、交換等のメンテナンスが必要となる。特許文献１の濾過装置においては、濾過体自体を逆円錐状に形成し、旋回流動する被処理液体によって濾過体を振動させることで目詰まりを抑制しており、装置構成が複雑で、汎用性が低い。

【0006】

そこで、濾過剤を生物濾過とすることによりメンテナンスの頻度を少なくすることが考えられるが、汎用性を高めるには、装置構成を複雑にすることなく、効率良く生物濾過を促進できるようにすることが重要である。

【0007】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易な構成でありながら、効率良く液体を濾過することのできる濾過装置および水質浄化システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明のある局面に従う濾過装置は、処理対象の液体を流入する流入部と、流入部の吐出口が設けられた前室と、仕切壁を介して前室と所定方向に隣接して設けられた濾過室と、仕切壁に設けられ、前室と濾過室とを連通する連通路と、濾過室において濾過された液体を流出する流出部とを備え、流入部が、濾過室および仕切壁を貫通し、前室まで所定方向に沿って延びる管部材によって構成されている。

【0009】

好ましくは、仕切壁は、管部材が挿通され、管部材よりも大径である開口を有し、開口によって、連通路が形成されている。

【0010】

好ましくは、仕切壁は、前室と濾過室とを上下方向に区画し、前室が濾過室の下方側に設けられている。

【0011】

より好ましくは、前室および濾過室を含むケーシングが、円筒状の箱体によって形成されており、仕切壁の形状は、前室側に突出する逆円錐台状の筒形状ある。

【0012】

前室には、管部材の吐出口に対面するように配置された円錐形状のコーン部材が設けられていることが望ましい。

【0013】

好ましくは、流入部は、微細気泡発生装置で生成した微細気泡を含む液体を流入する。この場合、濾過装置は、前室内の液体を微細気泡発生装置に戻すための循環用流出部をさらに備えることが望ましい。

【0014】

また、前室の下端部に、濾過室に堆積した異物を液体とともに排出するための排水部が設けられていることが望ましい。

【0015】

上記の濾過装置を備えた水質浄化システムは、被処理液体の貯留部から濾過装置の流入部に至る第１流路と、濾過装置の流出部から貯留部に至る第２流路とを備え、第１流路に微細気泡発生装置が設けられている。

【0016】

水質浄化システムは、濾過装置の前室に流入した液体を微細気泡発生装置に戻すための循環路をさらに備え、循環路には流量を調整するための流量調整弁が設けられていることが望ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、流入部から前室への液体の吐出方向（流入方向）を、連通路を介した前室から濾過室への液体の流れ方向の逆向きとするだけの簡易な構成で、前室内で液体が撹拌されるので、濾過室での液体の濾過を効率良く行うことができる。

【0018】

また、濾過室に生物濾過剤が設けられる形態においては、流入部が、微細気泡発生装置で生成した微細気泡を含む液体を流入することで、生物濾過を促進することができる。その結果、生物濾過剤のメンテナンスを長期間不要とすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態に係る濾過装置を含む水質浄化システムの全体構成を模式的に示す図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る濾過装置のケーシングの縦断面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る濾過装置のケーシングの斜視図である。

【図4】本発明の実施の形態において、ケーシングの内部に濾過剤が挿入された状態を模式的に示す斜視図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る濾過装置における液体の流れを模式的に示す縦断面図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る濾過装置の前室における液体の流れを模式的に示す横断面図である。

【図7】本発明の実施の形態に係る濾過装置の逆洗機能を模式的に示す縦断面図である。

【図8】微細気泡発生装置を通らない迂回経路を設けた水質浄化システムの全体構成を模式的に示す図である。

【図9】本発明の実施の形態に係る微細気泡発生器の外観を示す斜視図である。

【図10】本発明の実施の形態に係る微細気泡発生器の外観を示す側面図である。

【図11】本発明の実施の形態に係る微細気泡発生器の断面図である。

【図12】本発明の実施の形態に係る微細気泡発生器のコマ部材を示す図である。

【図13】本発明の実施の形態に係る微細気泡発生器のコマ部材が有する下流側の扇形領域を拡大して示す平面図である。

【図14】本発明の実施の形態に係る微細気泡発生器のケーシングの構成を模式的に示す分解図である。

【図15】微細気泡発生器の他の構成例１を示す図である。

【図16】微細気泡発生器の他の構成例２を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0021】

＜全体構成について＞
はじめに、図１を参照して、本実施の形態に係る濾過装置１０を含む水質浄化システムＳＹＳの全体構成について説明する。

【0022】

水質浄化システムＳＹＳは、貯留部６０内の被処理液体（以下「液体」と略す）を浄化するシステムであり、濾過装置１０と、貯留部６０から濾過装置１０に至る第１流路２１と、濾過装置１０から貯留部６０に至る第２流路２２とを備えている。また、濾過装置１０から延びて第１流路２１の途中位置に合流する（交差する）循環路２３を備えている。貯留部６０は、たとえば、池などの閉鎖水域であってもよいし、魚を生育するための水槽であってもよい。

【0023】

濾過装置１０は、その外郭を形成するケーシング１１を備え、ケーシング１１に、第１流路２１、第２流路２２、および循環路２３が接続されている。すなわち、濾過装置１０は、第１流路２１の下流側端部が接続される流入部１２、第２流路２２の上流側端部が接続される流出部１３、および循環路２３の上流側端部が接続される循環用流出部１４を有している。

【0024】

ケーシング１１の内部空間は、仕切壁４１によって二つの空間５１，５２に区画されている。一方の空間（下方空間）５１が、流入部１２を介して液体を受け入れる室（以下「前室」という）を構成し、他方の空間（濾過室）５２が、濾過剤４４を収容する「濾過室」を構成する。流入部１２の吐出口および循環用流出部１４が前室５１側に設けられ、流出部１３が濾過室５２側に設けられている。

【0025】

第１流路２１には、ポンプ３１および微細気泡発生装置３２がこの順序で設けられている。微細気泡発生装置３２は、たとえばキャビテーション方式によって微細気泡を発生させる。これにより、貯留部６０から汲み上げられた液体（水）に微細気泡を含有させるとともに、液体の除菌が行われる。なお、「除菌」とは、菌を除去すること、および、菌を減少させること、の双方の意味を含む。「微細気泡」とは、いわゆるファインバブルであり、粒子径がマイクロスケールまたはナノスケールの気泡を表わす。微細気泡発生装置３２の具体的な構成例については後述する。

【0026】

微細気泡発生装置３２から放出される微細気泡を含有した液体（つまり、除菌後の液体）が、流入部１２を介して濾過装置１０のケーシング１１内の前室５１に送られる。濾過装置１０のケーシング１１内の濾過室５２で濾過された浄化後の液体が、流出部１３を介して第２流路２２に送られ、第２流路２２から貯留部６０に戻される。このようにして、貯留部６０内の液体が自然ループにより浄化される。

【0027】

循環路２３は、一端（上流側端部）がケーシング１１の循環用流出部１４に接続され、他端（下流側端部）が第１流路２１の途中位置に接続されている。この途中位置（循環路２３の他端が接続される位置）は、少なくとも微細気泡発生装置３２よりも上流側であればよい。循環路２３はケーシング１１の前室５１に流入した液体（微細気泡を含む）を微細気泡発生装置３２に戻すための戻し配管である。本実施の形態では、第１流路２１におけるポンプ３１よりも上流側の位置に、循環路２３の他端が接続されている。循環路２３には、流路を開閉するためのバルブ３３が設けられている。バルブ３３が開状態で運転される場合、濾過装置１０は「濃度調整モード」として作動する。バルブ３３が全閉状態で運転される場合、濾過装置１０は「通常運転モード」として作動する。バルブ３３はたとえば絞り弁である。

【0028】

第１流路２１上のポンプ３１のＯＮ／ＯＦＦ切り替え、および、循環路２３上のバルブ３３の開閉切り替えは、ユーザ（作業者）が手動で行ってもよいし、制御装置（図示せず）により自動的に行われてもよい。後者の場合、制御装置は、たとえばユーザからの指示に応じて、ポンプ３１の駆動およびバルブ３３の開閉を制御する。

【0029】

＜濾過装置の構成例について＞
図２および図３を参照して、濾過装置１０の具体的な構成例について説明する。図２は、濾過装置１０のケーシング１１の縦断面図であり、図３は、ケーシング１１の斜視図である。

【0030】

（ケーシング）
本実施の形態において、ケーシング１１は、ドラム管のような円筒状の箱体によって形成されている。ケーシング１１は、その軸線Ｃが上下方向（鉛直方向）となるよう縦向きで配置される。すなわち、ケーシング１１は、鉛直方向に延びる軸線Ｃを中心とする円筒部１１１と、円筒部１１１の下端開口を塞ぐ円板状の底壁部１１２とを含む。ケーシング１１は、円筒部１１１の上端開口を塞ぐ、着脱可能な円板状の蓋部１１３をさらに含んでいてもよい。

【0031】

ケーシング１１の内部空間は、仕切壁４１によって前室５１と濾過室５２とに仕切られている。つまり、仕切壁４１によって、ケーシング１１の内部空間が軸線Ｃ方向に沿って二つの空間５１，５２に区画されている。濾過室５２には、濾過剤４４が設けられている。前室５１は、濾過室５２の上流側に位置し、濾過室５２の前に処理対象の液体が必ず通る室である。図４は、ケーシング１１の内部に濾過剤４４が挿入された状態を模式的に示す斜視図である。濾過剤４４は、ケーシング１１の上端開口を介して取り出し・交換可能であることが望ましい。

【0032】

（仕切壁）
仕切壁４１は、軸線Ｃに交差し、中央に円形の開口４１ａを有する環状部材により構成されている。仕切壁４１は、たとえば金属製の１枚または複数枚の薄板を加工することにより形成されている。開口４１ａは、前室５１と濾過室５２とを連通する唯一の開口である。開口４１ａの半径Ｌ１は、たとえば、底壁部１１２の半径Ｌ２の１／４以上、１／２以下である。

【0033】

仕切壁４１は、円筒部１１１に接する外周部よりも内周部（開口４１ａ側）が下方となるように勾配が付けられていることが望ましく、前室５１側に突出する逆円錐台形状（テーパ状）となっている。そのため、前室５１の高さ（底壁部１１２から仕切壁４１までの間隔）が、内周部から外周部へ行くほど高く、逆に、濾過室５２の高さ（蓋部１１３から仕切壁４１までの間隔）が、外周部から内周部へ行くほど高くなっている。具体的には、仕切壁４１の内周部（下端部）から満水レベルＷＬまでの高さＨ１が、仕切壁４１の外周部（上端部）から満水レベルＷＬまでの高さＨ２よりも高い。なお、仕切壁４１の外周部を通り円筒部１１１の軸線Ｃと直交する仮想面（水平面）１００に対する仕切壁４１の傾斜角度θは、たとえば、１０度以上、４５度以下である。

【0034】

（前室）
前室５１は、少なくとも１つの整流部材４３を含むことが望ましい。整流部材４３は、たとえば、底壁部１１２から上方に突出する円錐形状のコーン部材により構成されている。本実施の形態では、整流部材４３は、底壁部１１２の中央部に位置し、軸線Ｃ方向に見て、仕切壁４１の開口４１ａの位置と重なる。整流部材４３は、後述する管部材４２の吐出口に対面するように配置されている。

【0035】

（濾過室）
濾過室５２には、管部材４２を取り囲むように濾過剤４４が敷き詰められている。濾過剤４４は、典型的には、好気性微生物であるバクテリアを定着する活性炭により構成され、活性炭にバクテリアを定着させることにより、バクテリアの力を借りて液体に含有する有機物（アンモニア等）を分解する。そのため、濾過剤４４は、生物濾過剤として機能する。

【0036】

濾過剤４４は、仕切壁４１の開口４１ａから前室５１に落下することがないように、たとえばメッシュ状の袋に入れられた状態で濾過室５２内に配置されている。濾過剤４４を含む袋は複数個に分かれていてもよい。濾過剤４４は、使用状態において、仕切壁４１から満水レベルＷＬ付近の所定高さまで、万遍なく敷き詰められている。上述のように仕切壁４１は内周部側が下方となるよう勾配（傾斜）が付けられているため、濾過剤４４の高さ方向の厚みは、中央部が最も大きい。なお、後述の図５に示すように、濾過室５２は、濾過剤４４が敷き詰められた濾過層５２１と、その上方に位置する上澄み層５２２とを有していることが望ましく、濾過剤４４（濾過層５２１）の上端高さは満水レベルＷＬよりも下方である。

【0037】

（流入部）
流入部１２は、濾過室５２および仕切壁４１を貫通して、前室５１まで上下方向に沿って延びる管部材４２によって構成されている。本実施の形態では、管部材４２が逆Ｌ字状に形成されており、円筒部１１１の軸線Ｃに交差して略水平に延びる横管部４２１と、円筒部１１１の軸線Ｃに沿って略垂直に延びる縦管部４２２とを含む。横管部４２１の上流側端部が、第１流路２１の下流側端部と接続され、微細気泡発生装置３２が生成した微細気泡を含む液体の流入口として機能する。横管部４２１の上流側端部は、濾過室５２を取り囲む円筒部１１１の貫通孔１２ａに挿入され、ケーシング１１の外部に突出していてもよい。横管部４２１の下流側端部は縦管部４２２の上端部と一体的に接続されている。

【0038】

管部材４２の縦管部４２２が、仕切壁４１の開口４１ａに挿通されている。縦管部４２２の下端部は、仕切壁４１の内周部よりも下方に位置し、かつ、ケーシング１１の底壁部１１２から離れて配置されている。縦管部４２２の下端部が、微細気泡を含む液体の吐出口４２ａとして機能する。これにより、処理対象の液体が前室５１に下向きに吐出される。縦管部４２２は、円筒部１１１の中心位置に（軸線Ｃ上に）に配置されている。縦管部４２２は、円筒部１１１と心合わせされていることが望ましい。上述の整流部材４３は、縦管部４２２の吐出口（下端開口）４２ａに向かって円錐状に突出しており、軸線Ｃ方向に見て、縦管部４２２の直径の範囲内に整流部材４３の頂点が位置している。

【0039】

仕切壁４１の開口４１ａは、管部材４２よりも大径であり、開口４１ａの周壁面（仕切壁４１の内周面）と管部材４２との間の環状空間が、前室５１と濾過室５２とを連通する連通路５３を形成している。開口４１ａの直径（図２に示す半径Ｌ１×２）は、たとえば、管部材４２の外径φの２倍以上６倍以下である。なお、管部材４２は、縦管部４２２のみによって構成され、縦管部４２２の上端部が円筒部１１１の上端開口から突出していてもよい。管部材４２は、その全体が上下方向に沿っていればよく、軸線Ｃに対して多少傾斜していてもよい。

【0040】

（流出部）
流出部１３は、濾過室５２を取り囲む円筒部１１１に設けられた貫通孔１３ａにより構成されてもよいし、当該貫通孔１３ａに接続された短管１３ｂを含んでいてもよい。貫通孔１３ａは、満水レベルＷＬに位置するオーバーフロー口であり、流出部１３は、ケーシング１１内の上澄み液（濾過剤４４による濾過後の液体）をオーバーフローにより流出する。本実施の形態では、短管１３ｂの下流側端部が、第２流路２２の上流側端部と接続され、濾過室５２からオーバーフローした液体が、第２流路２２を介して貯留部６０へと吐出される。

【0041】

（循環用流出部）
循環用流出部１４は、前室５１を取り囲む円筒部１１１に設けられた貫通孔１４ａにより構成されてもよいし、当該貫通孔１４ａに一端が接続された短管１４ｂを含んでいてもよい。貫通孔１４ａの配置高さは、前室５１の高さ範囲内であれば、特に限定されない。本実施の形態では、短管１４ｂの下流側端部が、循環路２３の上流側端部と一体的に接続されている。

【0042】

循環路２３のバルブ３３が開状態とされることで（濃度調整モードにおいて）、前室５１内の微細気泡を含む液体が循環路２３を介して第１流路２１上の微細気泡発生装置３２の上流側に戻されるので、前室５１内の微細気泡の濃度を高めることができる。これにより、濾過室５２に供給する液体の酸素濃度を高めることができる。また、バクテリアの活性化も促すことができる。

【0043】

＜液体の濾過方法＞
図１、図５および図６を参照しながら、濾過装置１０による液体の濾過方法について説明する。図５は、濾過装置１０における液体の流れを模式的に示す縦断面図である。図６は、濾過装置１０の前室５１における液体の流れを模式的に示す横断面図であり、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿う切断面に相当する。

【0044】

（通常運転モード）
濾過装置１０は、循環路２３のバルブ３３が全閉状態、ポンプ３１がＯＮ状態の場合に、「通常運転モード」で作動する。

【0045】

通常運転モードにおいて、微細気泡発生装置３２が生成した微細気泡を含む液体が、濾過装置１０の流入部１２を介してケーシング１１の前室５１に吐出される（矢印Ｆ１）。具体的には、管部材４２の上流側端部に微細気泡を含む液体が流入し、流入した液体が管部材４２の下端開口である吐出口４２ａから前室５１の底壁部１１２に向かって吐出される。これにより、前室５１において、微細気泡を含む液体が撹拌される。

【0046】

上述のように、管部材４２の吐出口４２ａに対面する位置に円錐形状の整流部材４３が設けられているため、図６に示されるように、吐出口４２ａから真っすぐ下方に流出した液体が、整流部材４３によって径方向外側に向かって放射状に拡散する（矢印Ｆ２）。

【0047】

前室５１が液体で満たされた状態において、整流部材４３の円錐面（側面）に沿って拡散した液体が円筒部１１１の内壁面および仕切壁４１の下面（テーパ面）に沿って流れることで、前室５１内で立体的に旋回する旋回流が発生する（矢印Ｆ３）。これにより、前室５１内の液体が整流されるので、液体中の微細気泡の濃度すなわち酸素濃度が均一化される。

【0048】

前室５１が液体で満たされ、液体の水位が仕切壁４１の下端高さを超えている場合、図５に示されるように、前室５１内の液体の一部が連通路５３を通り抜けて濾過室５２内に上昇する（矢印Ｆ４）。これにより、酸素濃度が均一化された液体が、連通路５３を介して濾過室５２の濾過層５２１に供給される。

【0049】

仕切壁４１の上面は連通路５３側が下方となるように傾斜しているため、濾過層５２１を構成する濾過剤４４の厚み（高さ）は、連通路５３の直上に位置する部分ほど大きく、その分だけ水の抵抗も大きい。そのため、前室５１から連通路５３を通過して上昇してきた液体は、径方向外側に広がりながら濾過層５２１を上昇する（矢印Ｆ５）。これにより、濾過剤４４に吸着したバクテリアに与えられる酸素量のバラつきを抑制することができるので、濾過層５２１内のバクテリアを万遍なく活性化させることができる。また、その結果、液体を均一に濾過することができる。

【0050】

ケーシング１１内の液体の水位が満水レベルＷＬに達すると、濾過層５２１を通過することで異物が除去された液体（微細気泡を含む液体）が、上澄み層５２２から流出部１３を介してオーバーフローにより流出する（矢印Ｆ６）。これにより、濾過装置１０により濾過された液体が、第２流路２２を介して貯留部６０に吐出される。貯留部６０の液体を上述のような流れで繰り返し濾過することにより、貯留部６０の液体の水質を改善することができる。

【0051】

（濃度調整モード）
濾過装置１０は、ポンプ３１をＯＮ状態としたまま循環路２３のバルブ３３を開状態とした場合に、「濃度調整モード」で作動する。

【0052】

図５を参照して、濃度調整モードにおいては、前室５１内の微細気泡を含む液体が、前室５１の側部の循環用流出部１４から循環路２３に流出する（Ｆ７）。これにより、図１に示すように、流入部１２から前室５１に下向きに吐出された微細気泡を含む液体が、循環路２３および第１流路２１を通って再び微細気泡発生装置３２に送られる。つまり、濾過装置１０の前室５１に流入した液体が、循環路２３、第１流路２１、流入部１２、および前室５１の順に循環する。

【0053】

このように濾過装置１０を濃度調整モードで作動させることによって、濾過室５２に供給する液体の微細気泡の濃度（酸素濃度）を高めることができる。これにより、濾過層５２１内のバクテリアによる生物濾過を促進することができるので、濾過層５２１における濾過機能を安定化させることができる。また、濾過装置１０の流出部１３から貯留部６０に戻す液体の酸素濃度を高めることもできるので、貯留部６０に生殖する生物の発育を促進することも可能である。

【0054】

循環路２３のバルブ３３は、開度を調整可能な流量調整弁（絞り弁）であることが望ましい。これにより、濾過層５２１に供給する液体の酸素濃度を所望の濃度に調整することができる。

【0055】

＜逆洗機能＞
濾過装置１０を通常運転モードや濃度調整モードで継続的に作動すると、濾過剤４４や濾過層５２１の下部に異物（有機物やヘドロなど）が堆積する可能性がある。そのため、濾過装置１０は、濾過室５２に堆積した異物を外部に排出する「逆洗機能」を有していることが望ましい。濾過装置１０の逆洗機能については、図７を参照して説明する。

【0056】

図７に示されるように、濾過装置１０のケーシング１１の下端部に、濾過室５２に堆積した異物をケーシング１１内の液体とともに排出するための排水部１５が設けられている。排水部１５は、循環用流出部１４と同様に、前室５１を取り囲む円筒部１１１の下端部に設けられている。排水部１５は、円筒部１１１に設けられた貫通孔１５ａと、当該貫通孔１５ａに一端が接続されたＬ字状の排水管１５ｂと、排水管１５ｂに設けられたバルブ１５ｃとを含む。バルブ１５ｃは常時、全閉状態とされ、水質浄化システムＳＹＳを非作動とした状態でのみ（ポンプ３１がＯＦＦ状態の場合にのみ）、開状態とされる。

【0057】

バルブ１５ｃを開状態とした場合、ケーシング１１内の液体が下端部から排出されるので、ケーシング１１内の液体の水位が満水レベルＷＬから徐々に下降する（白抜き矢印で示す）。水位の下降に伴って、濾過室５２の濾過層５２１内の異物が連通路５３を介して前室５１に流れ落ち（Ｆ１１）、前室５１の下端部から水流とともに排水部１５から排出される（Ｆ１２）。なお、排水部１５は、ケーシング１１の底壁部１１２に設けられていてもよい。

【0058】

上述のように、仕切壁４１が逆円錐台状に形成されているため、仕切壁４１の上面が、濾過層５２１内の異物を排出させるための案内面として機能する。したがって、濾過層５２１内の異物を、効果的に排出することができる。なお、排水部１５は底壁部１１２に設けられていてもよい。

【0059】

＜水質浄化システムの効果＞
本実施の形態に係る水質浄化システムＳＹＳは、上述の濾過装置１０を備えている。濾過装置１０は、処理対象の液体を流入する流入部１２と、流入部１２の吐出口４２ａが設けられた下方空間である前室５１と、仕切壁４１を介して前室５１に隣接して設けられた上方空間である濾過室５２と、仕切壁４１に設けられ、前室５１と濾過室５２とを上下方向に連通する連通路５３と、濾過室５２において濾過された液体を流出する流出部１３とを備え、流入部１２が、濾過室５２および仕切壁４１をこの順序で貫通し、前室５１まで下向きに延びる管部材４２によって構成されている。このように、流入部１２から前室５１への液体の吐出方向（下向き）を、連通路５３を介した前室５１から濾過室５２への液体の流れ方向（上向き）の逆向きとするだけの簡易な構成で、前室５１内で液体が撹拌されるので、濾過室５２での液体の濾過を効率良く行うことができる。

【0060】

また、本実施の形態では、濾過室５２に生物濾過剤４４が設けられており、流入部１２が、微細気泡発生装置３２で生成した微細気泡を含む液体を流入することで、濾過室５２での生物濾過を促進することができる。また、本実施の形態では、前室５１に整流部材４３が設けられているため、前室５１において旋回流を発生させることができるので、前室５１内の液体の酸素濃度を均一化することが可能である。したがって、生物濾過剤４４の交換などのメンテナンスを長期間不要とすることが可能である。

【0061】

また、本実施の形態では、前室５１から微細気泡発生装置３２に戻る循環路２３が設けられているため、前室５１から濾過室５２に供給する液体の酸素濃度を調整する（上昇させる）ことができる。これにより、濾過装置１０の生物濾過効果を良好に維持することができるので、濾過剤４４を半永久的に利用することができる。

【0062】

なお、濾過装置１０から貯留部６０に吐出される液体の酸素量が多すぎると貯留部６０に生殖する生物に悪影響を及ぼすことがあるため、微細気泡発生装置３２を通さず液体の循環のみで水質浄化することも有効である。つまり、濾過装置１０による水質浄化（有機物の分解）のみで、貯留部６０内の液体の水質を浄化してもよい。

【0063】

この場合、たとえば図８に示すように、第１流路２１上に、微細気泡発生装置３２を通らない迂回経路２１Ｂを設け、微細気泡発生装置３２を通る主経路と迂回経路２１Ｂとの分岐点に方向切替弁３４を設けてもよい。方向切替弁３４を操作することにより、微細気泡発生装置３２を通る「第１の水質浄化モード」と、微細気泡発生装置３２を通らない「第２の水質浄化モード」とを簡単に切り替えることができる。

【0064】

＜濾過装置の変形例＞
本実施の形態では、円筒状のケーシング１１を縦向きに配置し、仕切壁４１によってケーシング１１の内部空間を上下方向に区画したが、このような例に限定されない。たとえば、円筒状のケーシング１１を横向きに（寝かせた状態で）配置し、仕切壁４１によってケーシング１１の内部空間を左右方向に区画してもよい。この場合においても、流入部１２としての管部材４２が濾過室５２および仕切壁４１を貫通して前室５１まで延び、管部材４２の少なくとも一部がケーシング１１の軸線Ｃ方向（左右方向）に沿って延在することが望ましい。

【0065】

また、連通路５３を構成する開口４１ａに、管部材４２が挿通されることが望ましいものの、連通路５３とは別の貫通孔に管部材４２が（隙間のない状態で）挿通されてもよい。また、連通路５３は、管部材４２を取り囲むように配置された複数の貫通孔によって形成されていてもよい。

【0066】

また、前室５１に設けた整流部材４３が、管部材４２の吐出口４２ａに対面して配置された円錐形状のコーン部材により構成されることとしたが、管部材４２の吐出口４２ａから吐出された液体を前室５１内の酸素濃度を均一化できれば、このような例に限定されない。

【0067】

また、濾過室５２に設けた濾過剤４４が活性炭により構成されることとしたが、生物濾過剤として機能する材料であれば、活性炭に限定されない。また、濾過剤４４は、生物濾過剤として機能する材料であることが望ましいものの、物理濾過剤や化学濾過剤として機能する材料により構成されてもよい。

【0068】

また、ケーシング１１の形状は、円筒状であることが望ましいものの、このような例に限定されず、たとえば角筒状であってもよい。

【0069】

＜微細気泡発生装置の構成例＞
図１に示した微細気泡発生装置３２の構成例について説明する。本実施の形態では、微細気泡発生装置３２が、特願２０２２－２０１１４６号の出願明細書に記載の微細気泡発生器により構成されている。この微細気泡発生器の具体的な構成例について、以下に説明する。

【0070】

（概略構成）
図９～図１１を参照して、本実施の形態に係る微細気泡発生器１（微細気泡発生装置３２）の概略構成について説明する。図９は、微細気泡発生器１の外観を示す斜視図であり、図１０は、図９のＸ方向から見た側面図である。図１１は、微細気泡発生器１の断面図であり、図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿って切断した断面を示す。

【0071】

微細気泡発生器１は、主に、上流管９１および下流管９２の間に位置するケーシング１００２と、ケーシング１００２の内部に設けられたコマ部材１００３とを備えている。上流管９１および下流管９２は典型的には円筒形状であり、同軸配置されている。図９等に示すｘ軸は、上流管９１および下流管９２の長手方向（軸線方向）に一致しており、ｘ軸の正方向が液体（以下「水」という）の上流側を示している。なお、上流管９１および下流管９２は、図１に示した第１流路２１の一部であってもよいし、微細気泡発生器１の構成要素であってもよい。

【0072】

ケーシング１００２は、上流管９１および下流管９２に接続された円筒部１０２１と、円筒部１０２１の軸線Ｏ方向一端の開口を塞ぐ蓋部１０２３と、円筒部１０２１の軸線Ｏ方向他端の開口を塞ぐ底部１０２２とにより構成されている。

【0073】

円筒部１０２１は、ｘ軸に交差する「ｙ軸方向」に円弧状に膨出するように配置されている。具体的には、円筒部１０２１は、ｘ軸およびｙ軸に交差する「ｚ軸方向」に延び、かつ、円筒部１０２１の内径ｄ２が、上流管９１および下流管９２の内径ｄ３よりも大きい。平面視における円筒部１０２１の概略形状は、典型的には真円形状である。なお、「交差」とは、典型的には直交を表わすものの、多少のずれは許容されるものとする。

【0074】

以下の説明では、理解を容易にするために、ｘ軸方向を「流れ方向」、ｙ軸方向を「幅方向」または「左右方向」、ｚ軸方向を「上下方向」または「高さ方向」ともいう。図９等において、ｚ軸の正方向が上方を示しているものとする。ｙ軸の正方向は、下流側から円筒部１０２１を見て右側（幅方向一方側）を示す。

【0075】

図１１を参照して、円筒部１０２１は、上流管９１および下流管９２の流路（開口部）９１０，９２０と重なる部分１０２１ａがくり抜かれており、ケーシング１００２の内部空間１０２０と流路９１０，９２０とが互いに連通している。円筒部１０２１の残部１０２１ｂが、上流管９１および下流管９２の端面とネジ固定や溶着等により接続されている。残部１０２１ｂによって、円筒部１０２１の内部空間１０２０が区画されている。具体的には、内部空間１０２０は、幅方向両側に位置する残部１０２１ｂの内側面、すなわち、一対の内側円弧面１２１２により区画されている。

【0076】

内部空間１０２０の上流側には、一対の上流側内側面１２１３に区画された導入路１０２４が設けられ、内部空間１０２０の下流側には、一対の下流側内側面１２１４に区画された放出路１０２５が設けられている。一対の上流側内側面１２１３は、互いに平行であり、上流管９１の内径ｄ３分離れている。同様に、一対の下流側内側面１２１４は、互いに平行であり、下流管９２の内径ｄ３分離れている。内側円弧面１２１２の流れ方向両端部が、上流側内側面１２１３および下流側内側面１２１４に接続されている。なお、上流管９１の内径寸法と下流管９２の内径寸法とは、同一である場合に限定されず、互いに異なっていてもよい。

【0077】

底部１０２２は、接着剤等により円筒部１０２１に接着されていてもよいし、円筒部１０２１と一体形成されていてもよい。蓋部１０２３は、図１４に示されるように、円筒部１０２１に対して着脱自在であることが望ましい。これにより、コマ部材１００３の交換を容易に行うことができる。このように、コマ部材１００３は、ケーシング１００２に対して着脱可能に設けられていることが望ましい。

【0078】

コマ部材１００３は、円筒部１０２１と同軸に配置された円柱形状の部材である。つまり、コマ部材１００３の軸線（中心線）は、円筒部１０２１の軸線Ｏと一致する。平面視におけるコマ部材１００３の概略形状は、典型的には真円形状である。コマ部材１００３は、円筒部１０２１の内部空間１０２０に嵌め入れられている。コマ部材１００３の直径（外径）ｄ１は、円筒部１０２１の内径ｄ２よりも小さく、コマ部材１００３は、一対の内側円弧面１２１２との間に、隙間１０１１をあけて配置されている。すなわち、導入路１０２４と放出路１０２５との間に、上流側から下流側に向かう水の高速流路となる隙間１０１１が、幅方向両側に設けられている。

【0079】

隙間１０１１は、一対の内側円弧面１２１２とコマ部材１００３の外周面との間に、一定幅で円弧状に設けられている。隙間１０１１の幅は、たとえば、円筒部１０２１の半径（「ｄ２」／２）の１／７以上１／９以下であり、一例として１／８程度である。この場合、コマ部材１００３の直径ｄ１は、一例として円筒部１０２１の内径ｄ２の７／８程度である。一対の隙間１０１１は、導入路１０２４から左右に分岐するように設けられ、下流端で放出路１０２５に合流する。

【0080】

コマ部材１００３の直径ｄ１は、上流管９１（および下流管９２）の内径ｄ３よりも大きいことが望ましい。これにより、後述するように、導入路１０２４から水が隙間１０１１へ導かれる際に遠心力が働く。

【0081】

（コマ部材の構成）
図１２を参照して、コマ部材１００３の構成例について説明する。図１２（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、コマ部材１００３の斜視図および平面図（上面図）である。図１２（Ｂ）には、組み立て状態（使用状態）におけるケーシング１００２の内側面（一対の上流側内側面１２１３、一対の内側円弧面１２１２、一対の下流側内側面１２１４）の位置が想像線で示されている。

【0082】

図１２（Ｂ）を参照して、コマ部材１００３は、平面視において（軸線Ｏ方向に見て）ｘ軸およびｙ軸で区画される４つの扇形領域１３０１～１３０４により構成される。扇形領域１３０１，１３０２はｙ軸よりも上流側に位置し、扇形領域１３０３，１３０４はｙ軸よりも下流側に位置している。コマ部材１００３は、下流側の扇形領域１３０３，１３０４の外周部に、内径側に窪ませた切欠き部（凹部）１０３１，１０３２を有している。切欠き部１０３１，１０３２は、コマ部材１００３の上端縁から下端縁まで貫通して上下方向に延びている。切欠き部１０３１，１０３２によって、一対の隙間１０１１および放出路１０２５に連通する負圧空間Ｓ１，Ｓ２が形成される。

【0083】

切欠き部１０３１，１０３２は、ｘ軸を中心とし左右対称に設けられている。切欠き部１０３１は、隣接する扇形領域１３０２，１３０４にはみ出ることなく、ｘ軸およびｙ軸の両方から離れて配置されている。切欠き部１０３２も同様に、隣接する扇形領域１３０１，１３０３にはみ出ることなく、ｘ軸およびｙ軸の両方から離れて配置されている。

【0084】

切欠き部１０３１，１０３２の内壁面１０３３，１０３４は、円弧状の凹面をもつ曲面形状であることが望ましい。本実施の形態では、図１２（Ａ）に示すように、内壁面１０３３は、曲率半径の異なる２つの円弧面１３３１，１３３２と、２つの円弧面１３３１，１３３２を滑らかに接続する接続面１３３３とを含む。内壁面１０３４も同様である。切欠き部１０３１，１０３２の内壁面１０３３，１０３４の形状については、図１３を参照して説明する。図１３は、扇形領域１３０３を拡大して示す平面図であり、扇形領域１３０３をハッチングで示している。

【0085】

切欠き部１０３１の内壁面１０３３は、上流側に位置する円弧面１３３１と、下流側に位置する円弧面１３３２と、これらの円弧面１３３１，１３３２の間に位置する接続面１３３３とを含む。円弧面１３３１は、内壁面１０３３の上流側端縁Ｐ１を含む位置に設けられ、円弧面１３３２は、内壁面１０３３の下流側端縁Ｐ２を含む位置に設けられている。下流側端縁Ｐ２は、隙間１０１１から流出した水流を受け入れて、円弧面１３３１，１３３２を含む凹面に導く位置に設けられている。上流側端縁Ｐ１は、内壁面１０３３の凹面に沿って流れる旋回流を下流管９２に向かって導く位置に設けられている。

【0086】

本実施の形態では、上流側の円弧面１３３１の曲率半径ｒ１は、下流側の円弧面１３３２の曲率半径ｒ２よりも小さい。曲率半径ｒ１は、たとえば曲率半径ｒ２の０．５以上０．７以下である。円弧面１３３１を規定する仮想円（真円）Ｃ１の中心Ｏ１、および、円弧面１３３２を規定する仮想円（真円）Ｃ２の中心Ｏ２は、コマ部材１００３の外周円（想像線で示す）よりも内側（軸線Ｏ側）に位置していることが望ましい。これにより、切欠き部１０３１の内部空間（すなわち負圧空間Ｓ１）は、上流側端縁Ｐ１と下流側端縁Ｐ２との間の出入口Ｓｅの幅（開口幅）よりも広がりをもった空間とされる。

【0087】

本実施の形態では、円弧面１３３２を規定する仮想円Ｃ２は、コマ部材１００３の外周円から一部がはみ出ている。一方、円弧面１３３１を規定する仮想円Ｃ１は、略全体がコマ部材１００３の外周円の内側に位置している。そのため、上流側端縁Ｐ１を頂点とする先鋭部１０３５の方が、下流側端縁Ｐ２を頂点とする先鋭部１０３６よりも尖った形状となっている。

【0088】

接続面１３３３は、２つの円弧面１３３１，１３３２に外接する外接仮想円Ｃ３の円弧面により規定されている。そのため、２つの円弧面１３３１，１３３２と接続面１３３３とにより構成される内壁面１０３３の全体は、変形した円弧状凹面となっている。外接円Ｃ３の半径ｒ３は、コマ部材１００３の半径（直径ｄ１／２）を１とすると、たとえば０．４～０．６の比率で定められ、一例として０．５程度である。なお、図示される例では、仮想円Ｃ３の中心Ｏ３が、コマ部材１００３の外周円上に位置している。

【0089】

図１１および図１２（Ｂ）に示されるように、組み立て状態において、切欠き部１０３１の上流側端縁Ｐ１は、円筒部１０２１（残部１０２１ｂ）の内側円弧面１２１２と幅方向に対面する位置に位置している。そのため、幅方向（ｙ軸方向）における上流側端縁Ｐ１の位置は、円筒部１０２１の上流側内側面１２１３および下流側内側面１２１４の位置よりも外側方にある。これに対し、切欠き部１０３１の下流側端縁Ｐ２は、円筒部１０２１の下流側内側面１２１４と幅方向に対面する位置に位置している。そのため、幅方向（ｙ軸方向）における下流側端縁Ｐ２の位置は、円筒部１０２１の上流側内側面１２１３および下流側内側面１２１４の位置よりも内側方にある。つまり、下流側端縁Ｐ２は、下流管９２の流路９２０の幅内に位置する。

【0090】

なお、図１３（Ｂ）に拡大して示すように、上流側の先鋭部１０３５の先端の一部、すなわち上流側端縁Ｐ１を含む部分１０３５ａが切り落とされ、上流側端縁Ｐ１´と円弧面１３３１との間に（たとえば直線状の）切断面１３３４が設けられていてもよい。この場合、上流側端縁Ｐ１´は、円弧面１３３１を規定する仮想円Ｃ１の外側に位置する。これにより、圧力回復を抑制することができる。一例として、上流側端縁Ｐ１´は、下流側の円弧面１３３２を規定する仮想円Ｃ２と交差する位置に設けられている。

【0091】

再び図１２を参照して、コマ部材１００３はまた、軸線Ｏ（ｚ軸）を中心とする中心孔１０３０と、中心孔１０３０から左右両側の隙間１０１１に向かって半径方向に延びる複数の横孔１０３７とを有している。中心孔１０３０は、コマ部材１００３を上下方向に貫通して真っすぐ延びている。図９に示す流体供給ノズル１００５から供給される流体が中心孔１０３０に吸入され、中心孔１０３０から横孔１０３７を通って隙間１０１１に吐出される（吸引される）。流体は、気体および液体のいずれであってもよい。本実施の形態において横孔１０３７は、上下方向に間隔をあけて複数個設けられている。なお、横孔１０３７は少なくとも１つ設けられていればよい。

【0092】

図１２（Ｂ）に示すように、横孔１０３７は、下流側に若干傾斜して幅方向に延びている。具体的には、紙面右側に位置する横孔１０３７は、扇形領域１３０３の切欠き部１０３１の上流側部分を横断するように半径方向に延びている。紙面左側に位置する横孔１０３７は、扇形領域１３０４の切欠き部１０３２の上流側部分を横断するように半径方向に延びている。一例として、横孔１０３７とｙ軸とのなす角度θは、５°～１５°程度である。なお、横孔１０３７は、ｙ軸上を真っ直ぐ延びていてもよい。

【0093】

（添加剤供給手段）
本実施の形態に係る微細気泡発生器１は、図９に示すように、中心孔１０３０に挿入され、コマ部材１００３の固定手段を兼ねる流体供給管１００４をさらに備えている。流体供給管１００４は、流体供給ノズル１００５とともに添加剤供給手段を構成する。

【0094】

流体供給管１００４は、ケーシング１００２の底部１０２２および蓋部１０２３を貫通して上下方向に突出する。あるいは、底部１０２２および蓋部１０２３の一方のみを貫通してもよい。流体供給管１００４の上端に、流体供給ノズル１００５の一端が装着可能である。流体供給ノズル１００５の他端には、開度を調整可能なバルブ（図示せず）が設けられている。バルブを開状態とすると、流体供給ノズル１００５から流体供給管１００４に流体が供給される（吸引される）。バルブを全閉状態とすると、流体供給ノズル１００５から流体供給管１００４への流体供給が阻止される。

【0095】

図１４に示されるように、流体供給管１００４は、たとえば、外周面にネジが切られた中空のボルトにより構成されている。流体供給管１００４の長手方向中央部には、コマ部材１００３の横孔１０３７に対応する位置に、貫通孔１０４１が設けられている。

【0096】

流体供給ノズル１００５から気体（空気、酸素ガス等）を供給する場合、バルブを開状態とすることで、気体が流体供給管１００４に吸引され、流体供給管１００４の貫通孔１０４１から横孔１０３７を通過して隙間１０１１へと引き込まれる。これにより、切欠き部１０３１，１０３２内の旋回流に気体が連行され、水に供給（添加）される。流体供給ノズル１００５から液体（添加剤）を供給する場合も同様である。微細気泡発生器１が「気体供給モード」で動作し、吸気方式を兼ねる場合、微細気泡発生器１は、酸素等を溶解した水を放出することができる。微細気泡発生器１が「気体供給モード」で動作する形態における流体供給ノズル１００５および流体供給管１００４が、水質浄化システムＳＹＳの気体供給手段を構成する。

【0097】

図１４に示したように流体供給管１００４をボルトとすることで、次の手順で微細気泡発生器１を組み立てることができる。まず、流体供給管１００４の下端部をケーシング１００２の底部１０２２の貫通孔１２２０に通して仮固定し、流体供給管１００４を中心孔１０３０に通すようにしてコマ部材１００３（図１４において不図示）を円筒部１０２１の内部空間１０２０に挿入する。その状態で、蓋部１０２３の貫通孔１２３０に流体供給管１００４の上端部を通すようにして、蓋部１０２３を円筒部１０２１の上端に装着する。最後に、ナット１０４２で締め付ける。これにより、コマ部材１００３は、円筒部１０２１と同軸に位置決めされ、底部１０２２と蓋部１０２３とに上下方向に挟持される。コマ部材１００３の上端面および下端面は、それぞれ蓋部１０２３の下面および底部１０２２の上面に面接触する。

【0098】

＜微細気泡発生方法＞
図１１および図１２を参照しながら、微細気泡発生器１による微細気泡発生方法について説明する。

【0099】

図１１および図１２（Ｂ）に示されるように、上流管９１から導入路１０２４に導入された水は、コマ部材１００３の上流側の円弧面に突き当たると、この円弧面に沿って幅方向（ｙ軸方向）両側に位置する円弧状の隙間１０１１へと分岐し、流速が高速化する。隙間１０１１に流入した水は、遠心力によりさらに速度を上げて下流側へ流れる。隙間１０１１に流入した水が、切欠き部１０３１，１０３２の上流側端縁Ｐ１を過ぎると、遠心力を伴ったまま、切欠き部１０３１，１０３２内に引き込まれ、高速の旋回流を発生する。隙間１０１１から切欠き部１０３１，１０３２へと流路が急激に拡大することにより、切欠き部１０３１，１０３２内において負圧が生じ、キャビテーションによる微細気泡が発生する。

【0100】

隙間１０１１から切欠き部１０３１，１０３２内へと水が引き込まれる際、下流側端縁Ｐ２を含む先鋭部１０３６の内側面（下流側円弧面１３３２の端部）で水流を受けて、変形した円弧状凹面である内壁面１０３３に沿って水を流動させることにより、遠心力が生じる。したがって、切欠き部１０３１，１０３２の中心部付近を軸とする規則性のある、高速の旋回流が発生する。これにより、旋回流による気相分離を促進することができる。

【0101】

このように、本実施の形態によれば、コマ部材１００３に切欠き部１０３１，１０３２を設けることにより、キャビテーションと、無動力の旋回流とにより、効率良く微細気泡を発生させることができる。

【0102】

ここで、内壁面１０３３の形状に関し、図１３（Ａ）に示したように、上流側の円弧面１３３１の曲率半径が下流側の円弧面１３３２の曲率半径よりも小さいので、切欠き部１０３１，１０３２に引き込まれた水がすぐに放出路１０２５へと放出されることを抑制できる。そのため、本実施の形態によれば、切欠き部１０３１，１０３２内において効率的に高速の旋回流を発生させることができる。その結果、切欠き部１０３１，１０３２においてナノスケールの微細気泡を発生させることができる。

【0103】

なお、コマ部材１００３の切欠き部１０３１，１０３２は、ｙ軸に跨って配置されていてもよく、一部が上流側の扇形領域１３０１，１３０２の外周部に設けられていてもよい。また、切欠き部１０３１，１０３２の各内壁面が１つの円弧面により形成されていてもよいし、切欠き部１０３１，１０３２の内壁面を構成する２つの円弧面の曲率半径の大小が逆であってもよい。

【0104】

以上説明したように、本実施の形態に係る微細気泡発生器１は、ｘ軸方向に延びる上流管９１および下流管９２の間に位置し、ｙ軸方向に円弧状に膨出するケーシング１００２と、ケーシング１００２の内側面との間に、上流側から下流側に向かう水の高速流路となる隙間１０１１をあけて配置され、ｚ軸方向に延びる円柱形状のコマ部材１００３とを備えている。また、コマ部材１００３は、ｘ軸およびｙ軸で区画される４つの扇形領域１３０１～１３０４のうち、下流側に位置する２つの扇形領域１３０３，１３０４の外周部に、隙間１０１１を通過した水を引き込んで旋回流を発生させる切欠き部１０３１，１０３２を有している。

【0105】

本実施の形態によれば、ケーシング１００２内に、ケーシング１００２とは別体のコマ部材１００３を収容するだけの簡易な構成で、効率良く微細気泡を発生させることができる。また、その結果、コマ部材１００３の交換が容易になるので、様々な種類のコマ部材をケーシング１００２に取り付けることができる。また、微細気泡発生器１のメンテナンスを容易に行うこともできる。

【0106】

なお、本実施の形態では、平面視におけるコマ部材１００３の概略形状が真円形状である例を示したが、このような例に限定されず、たとえば楕円形状であってもよい。同様に、ケーシング１００２の円筒部１０２１の平面形状が真円形状であることとしたが、たとえば楕円形状であってもよい。

【0107】

また、添加剤供給手段が必要ない形態においては、コマ部材１００３に中心孔１０３０および横孔１０３７が設けられていなくてもよい。

【0108】

本実施の形態において、コマ部材１００３は円柱形状であることが望ましいものの、ｚ軸方向に延在する柱状の部材であればよい。たとえばコマ部材の平面形状が多角形形状であってもよい。この場合においても、旋回流を発生させる切欠き部が、ｙ軸よりも下流側に位置する領域の外周部に設けられていればよい。なお、コマ部材が円柱形状ではない場合、たとえばｙ軸上の線分長さを、コマ部材の「直径（ｄ１）」と読み替えてもよいし、多角形形状の場合、たとえば対角線の最大長さをコマ部材の「直径（ｄ１）」と読み替えてもよい。

【0109】

すなわち、微細気泡発生器は、ｘ軸方向に延びる上流管および下流管の間に位置し、ｘ軸に交差するｙ軸方向に円弧状に膨出するケーシングと、ケーシングの内側面との間に、上流側から下流側に向かう水の高速流路となる隙間をあけて配置され、ｘ軸およびｙ軸に交差するｚ軸方向に延びるコマ部材とを備え、コマ部材は、ｘ軸およびｙ軸で区画される複数の領域のうち、下流側に位置する領域の外周部に、隙間を通過した水を引き込んで旋回流を発生させる切欠き部を有していればよい。

【0110】

＜微細気泡発生装置の他の構成例＞
微細気泡発生装置３２は、気体の供給を必須としない場合、特願２０２２－０５５７９３号の出願明細書に記載の微細気泡発生器により構成されていてもよい。この微細気泡発生器の具体的な構成例１，２について、以下に説明する。

【0111】

（他の構成例１）
図１５は、微細気泡発生器の他の構成例１を示す図であり、（Ａ），（Ｂ）に、微細気泡発生器１Ａの断面図および斜視図を示す。

【0112】

微細気泡発生器１Ａは、その内部に上流側と下流側とを結ぶ流路形成空間２０００を有するケーシング２０１１を、上流管９１と下流管９２との間に介在させることによって、容易に設置することができる。

【0113】

ケーシング２０１１は、水の流れ方向に沿って、上流側から下流側に向かって縮径する第１テーパ部２０１２と、上流側から下流側に向かって拡径する第２テーパ部２０１５を備えている。第２テーパ部２０１５は第１テーパ部２０１２よりも下流側に設けられ、第１テーパ部２０１２と第２テーパ部２０１５との間は、内径側へ向かって（流路の軸心側へ向かって）鈍角状に突出する稜線部２０１８となっている。稜線部２０１８は、軸心を通る任意の縦断面において、滑らかな円弧状である。この第１テーパ部２０１２、稜線部２０１８、及び、第２テーパ部２０１５によって、流路形成空間２０００の内面を構成している。なお、流路形成空間２０００の軸心方向両端部は、上流管９１及び下流管９２の各流路９１０，９２０の内面に連続する円筒面２０１６，２０１７となっている。

【0114】

この流路形成空間２０００内に、内部部材２０２０が配置されている。この実施形態では、内部部材２０２０をケーシング２０１１とは別体の部材として成型した上で、その内部部材２０２０を、接着等の周知の手法でケーシング２０１１に一体に固定しているが、これを、ケーシング２０１１と一体の部材として成型してもよい。

【0115】

内部部材２０２０は、第１テーパ部２０１２及び第２テーパ部２０１５に対向して配置される上流側部材２０３０と、上流側部材２０３０よりも下流側に配置される下流側部材２０４０とを備えている。上流側部材２０３０は、第１テーパ部２０１２から第２テーパ部２０１５にかけて跨って対向配置されているが、下流側部材２０４０は、第２テーパ部２０１５のみに対向して配置されている。また、上流側部材２０３０と下流側部材２０４０とは連結部２０３５で連結されている。連結部２０３５は、第２テーパ部２０１５のみに対向して配置されている。

【0116】

上流側部材２０３０は、その外面に上流側から下流側に向かって拡径する上流側外周テーパ部２０３１と、その上流側外周テーパ部２０３１の裾部を閉じる下流側端面２０３３を備えた円錐状の部材である。上流側外周テーパ部２０３１の先端（上流側端部）２０３２は、先鋭な形状となっている。ただし、この先端２０３２の形状を滑らかな球面状としてもよい。この実施形態では、上流側外周テーパ部２０３１は、上流側部材２０３０の先端２０３２から下流側端面２０３３の外縁まで続く、単一勾配の円錐面（テーパ面）となっている。上流側外周テーパ部２０３１の上流寄りの部分は、それに対向する第１テーパ部２０１２との間で第１流路部２０５１を構成している。上流側外周テーパ部２０３１の下流寄りの部分は、それに対向する第２テーパ部２０１５との間で第２流路部２０５２を構成している。この実施形態では、第２テーパ部２０１５と第２流路部２０５２とは、その母線同士が互いに平行になるように設定されている。

【0117】

第１流路部２０５１は、流路の流れ方向に沿って徐々に縮径する第１テーパ部２０１２と、流路の流れ方向に沿って徐々に拡径する上流側外周テーパ部２０３１との間で、しだいに流路の断面積が縮小する形態となっている。また、第２流路部２０５２は、流路の流れ方向に沿って徐々に拡径する第２テーパ部２０１５と、流路の流れ方向に沿って徐々に拡径する上流側外周テーパ部２０３１との間で、流れ方向に沿ってやや流路の断面積が拡大する形態となっている。第２テーパ部２０１５の母線と上流側外周テーパ部２０３１の母線とは平行であるが、その間の流路を構成する空間の位置が、流れ方向に沿って徐々に外径側へ移動するからである。

【0118】

下流側部材２０４０は、その外面に上流側から下流側に向かって拡径する下流側外周テーパ部２０４３と、その下流側外周テーパ部２０４３の裾部を閉じる下流側端面２０４５、下流側外周テーパ部２０４３の上流側端部に設けられる上流側端面２０４２を備えた円錐台状の部材である。この実施形態では、下流側外周テーパ部２０４３は、下流側部材２０４０の上流側端から下流側端まで続く、単一勾配の円錐面（テーパ面）となっている。また、その下流側外周テーパ部２０４３の周方向に沿って、断続的に複数の保持部２０４４が設けられている。下流側外周テーパ部２０４３は、それに対向する第２テーパ部２０１５との間で第４流路部２０５４を構成している。第４流路部２０５４は、流路の流れ方向に沿って徐々に拡径する第２テーパ部２０１５と、流路の流れ方向に沿って徐々に拡径する下流側外周テーパ部２０４３との間で、流れ方向に沿ってやや流路の断面積が拡大する形態となっている。第２テーパ部２０１５の母線と下流側外周テーパ部２０４３の母線とは平行であるが、その間の流路を構成する空間の位置が、徐々に外径側へ移動するからである。ただし、第４流路部２０５４は、周方向に沿って断続的に設けられた複数の保持部２０４４によって、複数の流路部に分断されている。

【0119】

保持部２０４４は、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、流れ方向に沿って円弧状に伸びる側面２０４４ａを対に備え、その側面２０４４ａ，２０４４ａ同士がつながる上流側端２０４４ｃが鋭角状に形状された舟形を成している。これにより、流体の流れを阻害しないようになっている。なお、この実施形態では、保持部２０４４の下流側端も鋭角状を成している。保持部２０４４の頂面２０４４ｂは第２テーパ部２０１５に当接して、下流側部材２０４０の軸心がケーシング２０１１の軸心に一致するように保持している。この実施形態では、保持部２０４４の頂面２０４４ｂと第２テーパ部２０１５とを接着固定している。

【0120】

第２流路部２０５２と第４流路部２０５４との間には、第２流路部２０５２及び第４流路部２０５４よりも流路の断面積が大きく、その断面の拡大により流路内に負圧を発生させる第３流路部２０５３を備えている。

【0121】

第３流路部２０５３は、上流側部材２０３０と下流側部材２０４０とを結ぶ連結部２０３５の外面２０３６と、第２テーパ部２０１５、上流側部材２０３０の下流側端面２０３３、及び、下流側部材２０４０の上流側端面２０４２との間に形成されている。連結部２０３５の外面２０３６は、上流側外周テーパ部２０３１及び下流側外周テーパ部２０４３よりも第２テーパ部２０１５から遠い位置にある。すなわち、連結部２０３５の外面２０３６は、上流側外周テーパ部２０３１及び下流側外周テーパ部２０４３よりも、流路の軸心に近い位置にある。このため、第２流路部２０５２から第３流路部２０５３に流体が流れ込む際に、第２流路部２０５２から第３流路部２０５３へと流路の断面積が急激に大きくなるので、その断面の拡大により流路内に負圧を発生させる。

【0122】

第３流路部２０５３における上流側部材２０３０の下流側端面２０３３と、上流側外周テーパ部２０３１の母線との成す角は鋭角であることが望ましい。流路が鋭角に屈曲することで負圧の発生状況がより顕著となる。また、この第１の実施形態では、上流側部材２０３０の下流側端面２０３３は、第２テーパ部２０１５から遠ざかるにつれて上流側に近づく傾斜面２０３４を備えた構成としているので、その鋭角をさらに小さくして（図１５（Ａ）中の鋭角α参照）、キャビテーションの発生度合いを高めている。

【0123】

なお、この実施形態では、傾斜面２０３４を下流側端面２０３３の軸回り全周に設けているが、傾斜面２０３４を下流側端面２０３３の軸回り一部の方位にのみ設けてもよい。また、内部部材２０２０を構成する上流側部材２０３０、下流側部材２０４０及び連結部２０３５を一体の部材として成型したが、これらを別体の部材として成型し、それを互いに接続して一体化してもよい。

【0124】

（他の構成例２）
図１６は、微細気泡発生器の他の構成例２を示す図であり、（Ａ），（Ｂ）に、微細気泡発生器１Ｂの断面図および斜視図を示す。微細気泡発生器１Ｂの基本構成は、微細気泡発生器１Ａの構成と同様であるので、微細気泡発生器１Ａとの相違点のみ以下に説明する。

【0125】

微細気泡発生器１Ｂは、ケーシング２０１１と下流管９２とが、フランジ２００５，２００６を介して接続されている。フランジ２００５，２００６間は面接触状態でボルト及びナット等で締め付け固定されている。また、フランジ２００５，２００６間にパッキンを配置しているので、内部の液密性が高められている。ケーシング２０１１と上流管９１も、下流側と同様のフランジ接続としてもよい。

【0126】

内部部材２０２０の下流側部材２０４０は、その外面に上流側から下流側に向かって拡径する下流側外周テーパ部２０４３と、その下流側外周テーパ部２０４３の下流側に設けられた外周円筒面２０４６を備えた形態となっている。また、保持部２０４４は、その外周円筒面２０４６の周方向に沿って、断続的に複数設けられている。保持部２０４４がケーシング２０１１に設けられた周方向凹部２０１９に入り込むことで、下流側部材２０４０はケーシング２０１１に保持されている。

【0127】

第３流路部２０５３における上流側部材２０３０の下流側端面２０３３と、上流側外周テーパ部２０３１の母線との成す角は鋭角（図１６（Ａ）中の鋭角β参照）となっている。なお、下流側端面２０３３に、微細気泡発生器１Ａと同様に、下流側端面２０３３に傾斜面２０３４を設定することで、鋭角βをさらに小さな鋭角α（α＜β）としてもよい。

【0128】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0129】

１０ 濾過装置、１１ ケーシング、１２ 流入部、１３ 流出部、１４ 循環用流出部、１５ 排水部、１５ｃ，３３ バルブ、２１ 第１流路、２２ 第２流路、２３ 循環路、３１ ポンプ、３２ 微細気泡発生装置、４１ 仕切壁、４１ａ 開口、４２ 管部材、４３ 整流部材、４４ 濾過剤、５１ 前室、５２ 濾過室、５３ 連通路、ＳＹＳ 水質浄化システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】