マイクロバブルシャワー
【課題】水道水圧でも使用することができ、しかもマイクロバブルの発生効率が高いマイクロバブルシャワーを提供する。
【解決手段】マイクロバブルシャワーは、旋回流発生用翼型ノズル３と、この旋回流発生用翼型ノズル３と同軸に設けられた縮流部４ａおよび渦崩壊部４ｌを有する渦崩壊用ノズル４とをシャワーヘッド５１の喉部に有する。旋回流発生用翼型ノズル３の入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を縮流部４ａに供給することにより渦崩壊部４ｌからマイクロバブルを発生させる。このマイクロバブルシャワーは、シャワーヘッド５１の喉部の渦崩壊用ノズル４の下流側に旋回流を制止する板６１を有することもある。
【解決手段】マイクロバブルシャワーは、旋回流発生用翼型ノズル３と、この旋回流発生用翼型ノズル３と同軸に設けられた縮流部４ａおよび渦崩壊部４ｌを有する渦崩壊用ノズル４とをシャワーヘッド５１の喉部に有する。旋回流発生用翼型ノズル３の入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を縮流部４ａに供給することにより渦崩壊部４ｌからマイクロバブルを発生させる。このマイクロバブルシャワーは、シャワーヘッド５１の喉部の渦崩壊用ノズル４の下流側に旋回流を制止する板６１を有することもある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロバブルシャワーに関し、例えば、マイクロバブルを利用した水による洗浄に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロバブルは、発生時において気泡径が一般に１０〜数１０μｍである微細気泡であり、水中で普通に発生する直径数ｍｍ程度の気泡と比べると極めて小さい。マイクロバブルは、このように極端に小さいため、微細なゴミを吸着して水面に浮上させる性質を持ち、水産物の洗浄や水質浄化などに応用されている。
【０００３】
従来、このマイクロバブルを利用したマイクロバブルシャワーとして、旋回流を利用した噴き出し型のマイクロバブル発生方式を用いたものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
なお、渦崩壊現象を利用したマイクロバブル発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【非特許文献１】［平成１９年３月１８日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.rapyuta.jp/page/17 〉
【特許文献１】国際公開第０６／０７５４５２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般にシャワーでは、水の出口が空気と接するため、そこに負圧部があれば空気を吸い込むことになり、この場合にはマイクロバブルは発生しない。この点に関し、上述の従来のマイクロバブルシャワーでは、マイクロバブル発生ノズルの出口がシャワー孔に近いため、ノズル出口をほぼ閉塞することで空気の吸い込みを防いでいる。しかしながら、このようにノズル出口をほぼ閉塞すると、水流は大きな抵抗を受けることになるため、シャワーに流す水の水圧を高くしなければならないだけでなく、給気の制御も適切に行うことが困難であるため、マイクロバブルを安定して発生させることが困難である。
【０００６】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、水道水圧でも使用することができ、しかもマイクロバブルの発生効率が高いマイクロバブルシャワーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、
旋回流発生用翼型ノズルと、上記旋回流発生用翼型ノズルと同軸に設けられた縮流部および渦崩壊部を有する渦崩壊用ノズルとをシャワーヘッドの喉部に有することを特徴とするマイクロバブルシャワーである。
ここで、渦崩壊とは、渦の構造が急激に変化する現象であり、スパイラル型（デルタ翼の場合などに発生する型）、バブル型（円管内流れの場合などに発生する型）の二つの顕著な型を有する。
【０００８】
このマイクロバブルシャワーにおいては、典型的には、旋回流発生用翼型ノズルの入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を上記縮流部に供給することにより渦崩壊部からマイクロバブルを発生させる。マイクロバブルの発生効率の向上を図る観点より、好適には、旋回流発生用翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルの中心軸とシャワーヘッドの出口からの液体の噴き出し方向との間の角度は鋭角に選ばれる。同じく、マイクロバブルの発生効率の向上を図る観点より、シャワーヘッドの喉部の渦崩壊用ノズルの下流側に記旋回流を制止する板を有する。この旋回流を制止する板は、典型的には、旋回流発生用翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルの中心軸を含む面上に設けられる。この旋回流を制止する板は、渦崩壊用ノズルから出てくる旋回流がシャワーヘッド内部に伝わるのを防止することができればよく、必ずしも渦崩壊用ノズルの全体にまたがる必要はない。旋回流発生用翼型ノズルは、典型的には、旋回流発生用翼体を円筒形状の管（パイプ）の内部に収容したもの（あるいは、旋回流発生用翼体の外側を管により覆ったもの）である。旋回流発生用翼体は、典型的には、円柱状の本体の一端部を流線形（典型的には、この本体の中心軸を回転軸とする回転体状（例えば、半球状））に成形し、本体の外周面の長手方向に複数の翼をそれらの後部が彎曲するように設け、この本体の他端部に気体の噴射孔を設けたものである。また、この旋回流発生用翼体はこの本体の外周面に設けられた給気孔とこの本体の他端部に設けられた噴射孔とを有し、これらの給気孔と噴射孔とはこの本体内に設けられた通路を介して互いに連通している。マイクロバブルシャワーの製造の容易さの観点からは、最も好適には、旋回流発生用翼体の翼の枚数は３枚であるが、これに限定されるものではなく、翼の枚数は必要に応じて選ぶことができる。渦崩壊用ノズルにおいては、典型的には、縮流部は渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており（あるいは、縮流部は渦崩壊部に向かってすぼまっており）、渦崩壊部との境界部（あるいは接続部）において渦崩壊部と同一の断面形状を有する。好適には、渦崩壊部は円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有し、第１の部分の内周面と第２の部分の端面とがなす角度をθ0 としたとき、０度＜θ0 ＜１８０度あるいは９０度＜θ0 ＜１８０度、例えば１００度程度である。渦崩壊部が円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有する場合、第１の部分の内周面と第２の部分の端面とは滑らかに繋がっていることが望ましい。こうすることで、渦崩壊用ノズルの噴き出し面である第２の部分の端面に旋回流を付着させることができる。
【０００９】
マイクロバブルを発生させる液体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、水（温水を含む）、各種の有機溶剤（アルコール、アセトン、トルエンなど）、石油、ガソリンなどの液体燃料などである。
旋回流の中心に供給する気体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、空気、酸素、オゾン、水素、アルゴンなどである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、水道水圧でも使用させることができ、しかもマイクロバブルの発生効率が高いマイクロバブルシャワーを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーについて図面を参照しながら説明する。
まず、このマイクロバブルシャワーの基礎となるマイクロバブル発生装置について説明する（特許文献１参照。）。
第１の例によるマイクロバブル発生装置においては、マイクロバブルを発生させるために、パイプ中心部を閉塞させ円周方向の流速を大きくすることでパイプ内を流れる水などの液体から強い旋回流を発生するタービン翼型ノズルと、主流に比べて循環が卓越する流れを小さい流れに遷移させる渦崩壊用ノズルとを直列に配置する。
【００１２】
図１は第１の例によるマイクロバブル発生装置１の本体、図２〜図４はこのマイクロバブル発生装置１のタービン翼型ノズルの翼体、図５はこのタービン翼型ノズルの翼体の一つの翼の展開図、図６はこのマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル、図７はこのマイクロバブル発生装置１の給気装置を示す。
【００１３】
図１〜図７に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、円筒状のパイプ２の内部に互いに同軸に直列結合されたタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を収容したものと給気装置５とからなる。タービン翼型ノズル３は、円柱状の本体３ａの前方ａを半球状に成形し、この本体３ａの外周面ｂの長手方向に複数の翼３ｂをそれらの後方ｃが彎曲するように設け、背面ｄに噴射孔３ｆを設けた翼体の外側をパイプ２により管状に覆ったものである。渦崩壊用ノズル４は、パイプ２の先端部ｅに配置されている。渦崩壊用ノズル４は、テーパー状に成形した縮流部４ａに管状の渦崩壊部４ｂを連接したものである。給気装置５は、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力差を検出し、タービン翼型ノズル３に供給する気体５ｌの量を調整するものである。パイプ２においては、入口２ａ、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂ、渦崩壊用ノズル４の順に液体６が流れる。パイプ２は既存の設備に接続できるように様々なサイズに対応可能である。
【００１４】
このマイクロバブル発生装置１では、パイプ２の入口２ａに、マイクロバブルを発生させようとする水などの液体６を流し、タービン翼型ノズル３により水流などの液体流６ａを円周方向ｆに向けるとともに気柱６ｂを噴出させ、渦崩壊用ノズル４で縮流して渦崩壊させることを特徴とする。より詳細には、パイプ２の入口２ａから入った液体６は、タービン翼型ノズル３によって中心部が閉塞されるため、流速の増した液体流６ａとなる。液体流６ａは、タービン翼型ノズル３の外周面ｂに存在する溝３ｄに沿って流れ、タービン翼型ノズル３の円周方向ｆに向きを変えられることにより旋回流６ｃとなって渦流部２ｂを進む。渦流部２ｂでは、タービン翼型ノズル３の噴射孔３ｆから放出された気柱６ｂが旋回流６ｃとともに螺旋状に流れる。渦崩壊用ノズル４に入ると、旋回流６ｃは縮流され、循環に比べて流れが卓越することで渦崩壊が起きる。この渦崩壊により大きな気泡が細かく潰され、マイクロバブル６ｄとなって渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。ここで、渦崩壊用ノズル４の最小断面、すなわち渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転周波数ｆe は、縮流部４ａにおいて循環が保存されるとすると、渦流部２ｂにおける旋回流６ｃの回転周波数をｆ、パイプ２の内径をＤ、渦崩壊部４ｂの内径をＤe としたとき、ｆe ＝（Ｄ／Ｄe ）2 ｆとなる。
【００１５】
タービン翼型ノズル３は、水流などの液体流６ａを螺旋状の旋回流６ｃに変換するとともに気柱６ｂを放出する器具であり、パイプ２の内部に、本体３ａの外周面ｂ上に複数の翼３ｂを設けた翼体が固定されている。タービン翼型ノズル３は回転させる必要はなく、動力は不要である。なお、気柱６ｂとは、空気などの気体５ｌを勢い良く柱状に噴射させた気泡のことである。
本体３ａは円柱状（断面は長方形状）であり、前方ａは半球状部３ｃ（断面は半円状）と連接しており、背面ｄの中央に噴射孔３ｆを有する。
【００１６】
翼３ｂは、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａの背面端３ｖにかけて、本体３ａの外周面ｂ上を縦断するように設けた部材であり、液体流６ａの向きを本体３ａの円周方向ｆに変えるために、背面端３ｖに向かうにつれて湾曲している。半球状部３ｃにおける翼３ｂも全体としては半球状に成形される。ただし、半球状部３ｃにおける翼３ｂは必要に応じて省略することが可能である。翼３ｂは本体３ａから突起状に出ているため、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在する。
【００１７】
半球状部３ｃは、パイプ２の入口２ａから入ってきた液体６がスムーズに溝３ｄに流れ込むように丸めてある箇所である。パイプ２は、タービン翼型ノズル３から放出される円周方向ｆの噴流から角運動量の大きな流体を生成するために必要である。
溝３ｄは、翼３ｂにより仕切られた液体６の流れる通路である。翼３ｂが湾曲していることから、水平方向（パイプ２の中心軸方向）に流れていた液体流６ａが、徐々に垂直方向に曲げられ、螺旋状の旋回流６ａとなってタービン翼型ノズル３から出ていく。
噴射孔３ｆは、マイクロバブルの基となる気柱６ｂを放出する孔である。気柱６ｂは、本体３ａの外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから気体５ｌを供給することにより生成される。噴射孔３ｆから出た気柱６ｂは、旋回流６ｃとともに流れていく。
【００１８】
翼３ｂは、液体６の流れを等分に分割するため、同じ形状のものを等間隔に配置する。翼間隔３ｇは翼３ｂを配置する間隔であり、この場合、翼数が６枚であるので翼間隔３ｇは６０度であるが、これに限定されるものではない。
翼角３ｈは半球状部３ｃにおける翼３ｂの大きさを決めるもので、中心から一定の角度を持って延びていき、本体３ａに至ってからは、同じ幅を維持して延びる。なお、翼角３ｈは、大き過ぎると液体６の通り道が狭くなるので、例えば１５度程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
液体６の通り道となる溝３ｄの溝深さ３ｎは溝３ｄの深さであり、翼３ｂの高さでもある。なお、溝深さ３ｎは、タービン翼型ノズル３のサイズにより適切な深さに調整することができる。
【００１９】
ノズル長３ｉはタービン翼型ノズル３の全体の長さであり、本体３ａの長さである翼長３ｋと半球状部３ｃの半径である外半径３ｌとの和に等しい。なお、タービン翼型ノズル３の大きさは、パイプ２の大きさが異なれば、適切な大きさも異なる。
ノズル径３ｊは、タービン翼型ノズル３の直径である。ノズル径３ｊは、翼３ｂの部分を含めた本体３ａの直径でもあり、また、本体３ａに連接することから、半球状部３ｃの直径でもある。
【００２０】
翼３ｂは後方ｃが湾曲しているため、翼３ｂ自体の長さは翼長３ｋよりも長くなる。また、半球状部３ｃにおける翼３ｂに関しては、翼長３ｋには含めないものとする。
外半径３ｌは半球状部３ｃの翼３ｂの部分を含めた全体の半径であり、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａまで垂直に下りた長さでもある。なお、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在するため、外半径３ｌは、溝３ｄを埋めたものと考えた場合の半径を意味する。
【００２１】
内半径３ｍは、半球状部３ｃの翼３ｂを除いた本体３ａと連接される部分の半径である。内半径３ｍは、外半径３ｌとの差である溝深さ３ｎの分だけ出た位置から球状にしているため、内半径３ｍの頂部３ｕは外半径３ｌの頂部３ｕと一致する。
孔距離３ｏは、噴射孔３ｆのあるタービン翼型ノズル３の背面端３ｖから給気孔３ｅの位置までの距離であり、例えば、翼長３ｋの半分の位置が好ましいが、これに限定されるものではない。また、給気孔３ｅは、液体６が通らない翼３ｂ上に設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２２】
給気孔３ｅと噴射孔３ｆとはタービン翼型ノズル３の内部で繋がっており、タービン翼型ノズル３の外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから供給された気体５ｌが、タービン翼型ノズル３の背面ｄの中央に設けられた噴射孔３ｆから放出される。
孔内径３ｐは、給気孔３ｅおよび噴射孔３ｆの直径である。孔内径３ｐの大きさは、噴射孔３ｆから出る気柱６ｂの量に影響を与えるため、適切なサイズに調整する必要があり、供給する気体５ｌの流量に応じて決められる。一例を挙げると、孔内径３ｐは２ｍｍ程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２３】
図５は、タービン翼型ノズル３の一つの翼３ｂの形状を示す展開図であり、翼３ｂを湾曲させた様子をグラフ上で示したものである。グラフの横軸は翼端（翼の先端）からの流れ方向にとった距離、縦軸は周方向の距離を示す。翼３ｂが描く曲線は、０から翼長３ｋまでの範囲に存在する。なお、距離３ｑは、翼端からの距離が０と翼長３ｋとの間の任意の値とし、距離３ｒは、翼端からの距離が翼長３ｋの場合の値とする。
【００２４】
勾配３ｓは距離３ｑにおける傾きであり、距離３ｑが０の場合は勾配３ｓも０度であるが、距離３ｑが増えるにつれて勾配３ｓも大きくなっていく。翼３ｂの勾配３ｓは、距離３ｑが０では液体流６ａが流れに沿うこと、距離３ｒでは液体流６ａを円周方向ｆに向かわせることが必要であるため付けたものである。勾配３ｓにより液体流６ａを旋回流６ｃにすることができるが、翼３ｂにより円周方向ｆの流れが主流方向の流れに比べて大きくなり、結果として渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで渦崩壊を引き起こすためには、翼３ｂの終端における勾配３ｔが、およそ５５〜６０度より大きくなる必要がある。具体的には、例えば、翼３ｂが本体３ａの円周方向ｆとなす角度は５〜９度（あるいは５〜６度）、すなわち、距離３ｒにおける勾配３ｔは８１〜８５度（あるいは８４〜８５度）であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２５】
渦崩壊用ノズル４は、旋回流６ｃとともにパイプ２の渦流部２ｂを流れてきた気柱６ｂを渦崩壊させてマイクロバブル６ｄを発生させる器具であり、パイプ２の端に一体的に連接する。渦崩壊用ノズル４は縮流部４ａと渦崩壊部４ｂとからなる。縮流部４ａは、テーパー状に細くなる管であり、広い側はパイプ２の渦流部２ｂに連接され、狭い側は渦崩壊部４ｂに連接される。縮流部４ａの細くなる角度（テーパー角）４ｅは、パイプ２などの大きさに依存し、必要に応じて選ばれる。この角度４ｅの一例を挙げると約２０度であるが、これに限定されるものではない。渦崩壊部４ｂは、パイプ２の渦流部２ｂよりも細い円筒状の管であり、一端は縮流部４ａの狭い側に連接され、他端が出口となる。渦崩壊部４ｂの内径４ｆもパイプ２の大きさなどに依存し、必要に応じて選ばれる。この内径４ｆは例えば０．５〜１．５ｃｍであるが、これに限定されるものではない。
【００２６】
パイプ２内を流れる液体６は、渦流部２ｂから縮流部４ａの広い側に入り、縮流部４ａの径が細くなっていくことで流速を増しながら渦崩壊部４ｂへと至る。液体６とともに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて細かくされ、マイクロバブル６ｄとして渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。
渦崩壊用ノズル４の渦崩壊が発生するノズル径の最小値、すなわち臨界ノズル径は次のようにして求められる。
【００２７】
詳細は省略するが、タービン翼型ノズル３の翼３ｂによって生成される旋回流６ｃの回転周波数ｆはCassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 による方法により求められ、ｆとｆe との間にはｆe ＝（Ｄ／Ｄe ）2 ｆの関係が成り立つから、
【数１】
と表される。ここで、Ｒ＝Ｄ／２（＝図４に示す外半径３ｌ）、Ｑはパイプ２に供給される液体６の流量、ρは液体６の密度、ε＝ｒe ／Ｒ（ただし、ｒe ＝Ｄe ／２）、δ＝ｈ／Ｒ（ｈは図４に示す溝深さ３ｎと等しい）、κ＝Ｎv Δθ／２π（ただし、Ｎv は翼３ｂの枚数、Δθ（rad.）は溝３ｄの角度（溝角））、θf は図５に示す勾配３ｔと等しく、α0 、α1 は定数でα0 ＝０．４、α1 ＝１である。
【００２８】
渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａにおけるサーキュレーション数Γe は
【数２】
である。ただし、ｕe は渦崩壊用ノズル４の出口における流速、ωe は渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転角周波数である。この（２）式に（１）式のｆe を代入すると、Γe は
【数３】
と求められる（Cassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 を参照。)
。
【００２９】
図８に、ε＝１．５／４．０であるときの渦崩壊前のサーキュレーション数Γe のθf に対する変化をδを０．４／２、０．９／２と変えて求めた結果を示す。ただし、図８におけるΓcrは臨界サーキュレーション数でΓcr＝２．０である（本マイクロバブル発生装置ではΓcr≒２．０、より一般的な旋回流発生装置の場合の平均的な値はΓcr≒１／０．６５（例えば、Spall et. al., Phys. Fluid, 30(11), pp.3434-3440, 1987）。図８に示すように、溝３ｄの深さ、すなわち溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなるにしたがって、軸方向運動量に対する円周方向の運動量が相対的に小さくなり、結果として溝深さ３ｎ＝ｈ、したがってδが大きいほどサーキュレーション数Γe は減少する。このため、溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなると渦崩壊は起こりにくくなる。
【００３０】
溝深さ３ｎ＝ｈおよびθf を与えたとき、渦崩壊が発生するノズル半径の最小値、すなわち臨界ノズル半径εcr（臨界半径をｒecr とするとεcr＝ｒecr ／Ｒ）は、Γe ＝Γcrとおくことにより下記のように得られる。したがって、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４をε＞εcrを満たすように設計することにより、渦崩壊用ノズル４で渦崩壊を起こさせることができる。
【数４】
【００３１】
図９に、渦崩壊の閾値をΓcr＝２．０としたときの渦崩壊用ノズル４のε＝ｒe ／Ｒのδ＝ｈ／Ｒに対する変化を、θf を５０度、６０度、７０度、８０度、８４度と変えて求めた結果を示す。ただし、κ＝３／４とした。図９中の○、×はそれぞれ、θf ＝８４度として実験を行ったときに渦崩壊が生じた場合、生じなかった場合を示す。詳細は省略するが、旋回流６ｃによる分級効果によって、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで放出されるマイクロバブル６ｄの径ｄは
【数５】
と表される。ただし、νw は液体６の動粘性率である。この式においてΓe ＝Ｏ（１）であるから、νw が小さく、ｆe が大きいほど微細なマイクロバブル６ｄが生成されることが分かる。
【００３２】
パイプ２に液体６を供給するために用いるポンプのパワーを一定としたとき、ｆe は
【数６】
となる。したがって、ｆe を大きくすることでマイクロバブル６ｄを生成するには高揚程ポンプ（Ｒが小さい）が有利である。
【００３３】
給気装置５は、マイクロバブル発生装置１に気体５ｌを供給する装置であり、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅに連結され、噴射孔３ｆから気柱６ｂを放出する。圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄは渦崩壊部４ｂ内の圧力を検出する器具であり、圧力検出器４ｃは縮流部４ａに連接する側に設けられ、圧力検出器４ｄは出口側に設けられている。これらの圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄにより圧力差を検知し、気体５ｌの供給量を自動的に調節する。
【００３４】
給気装置５は、シリンダ５ａおよびピストン５ｂなどの部材から構成される。この給気装置５とタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４との接続は、給気孔３ｅと通気孔５ｆ、圧力検出器４ｃと高圧力部５ｊ、圧力検出器４ｄと低圧力部５ｋとを繋ぐことで行う。シリンダ５ａは給気装置５の外枠であり、内部に中空部分を有するほぼ円柱状の形状である。なお、シリンダ５ａのサイズの一例を挙げると、長さ約７．０ｃｍ、直径約２．６ｃｍであるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
シリンダ５ａの先頭側には、シリンダ５ａの側面を貫通する通気孔５ｆがあり、この通気孔５ｆの一端は、給気管５ｉにより給気孔３ｅに接続され、他端は、開放することで気体５ｌを取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
また、シリンダ５ａ内の中空部分は、ピストン５ｂおよびダイアフラム５ｍにより高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとに分けられる。先頭側の高圧力部５ｊは、圧力検出器４ｃで検知した圧力となり、背後側の低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｄで検知した圧力となる。
なお、高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋには、それぞれ空気孔５ｇおよび空気孔５ｈが設けられる。空気孔５ｇおよび空気孔５ｈは、通常は閉じておくが、開放することにより内部の空気を抜くことができる。
【００３６】
ピストン５ｂは、シリンダ５ａの内部を往復移動する部材であり、可動部５ｃ、バネ５ｄおよびストッパー５ｅなどからなる。ピストン５ｂが移動することにより、給気孔３ｅへ供給する気体５ｌの量を調節する。可動部５ｃは、シリンダ５ａ内を前後に動く部分であり、給気孔３ｅの開閉を行う杭状の前半部と、シリンダ５ａ内の高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとを仕切る円柱状の後半部とからなる。可動部５ｃが最も前に移動した場合は、先端が通気孔５ｆを突き抜けて気体５ｌが通らないように塞いでしまい、可動部５ｃが最も後に移動した場合は、先端が通気孔５ｆから離れて気体５ｌを通す。
【００３７】
バネ５ｄは、伸び縮みすることで可動部５ｃの移動を制御するもので、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差と連動して可動部５ｃの位置を調整する。高圧力部５ｊの圧力が増せばバネ５ｄが縮んで可動部５ｃを後方に移動させ、低圧力部５ｋの圧力が増せばバネ５ｄが伸びて可動部５ｃを前方に移動させる。
ストッパー５ｅは、ピストン５ｂの端をシリンダ５ａの後背部に固定することで、ピストン５ｂを支えている部材である。ストッパー５ｅで押さえることで、ピストン５ｂがシリンダ５ａ内で安定し、バネ５ｄの伸縮も有効に働き、可動部５ｃを移動させることができる。
可動部５ｃとストッパー５ｅとはバネ５ｄにより接続されるが、バネ５ｄの内側で可動部５ｃとストッパー５ｅとをスライド構造にすることにより、バネ５ｄの部分の安定性を保つとともに、可動範囲を制御する。
【００３８】
給気装置５は、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差を利用してピストン５ｂを移動させることにより、気体５ｌの供給を制御する。高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄと管５ｎ、５ｏで接続され、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力を反映させる。具体的には、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しているときは、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が増大し、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差がバネ５ｄの反力よりも大きくなると、ピストン５ｂが右に移動して通気孔５ｆが開く。
【００３９】
なお、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しない場合は、給気孔３ｅへの給気量が多く、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が小さい場合であり、給気量を制御するために、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力が均衡した際のピストン５ｂの位置を、通気孔５ｆが閉まる位置にしておく。
【００４０】
図１０ＡおよびＢは渦崩壊用ノズル４での渦崩壊を示す図であり、渦崩壊ありの場合（図１０Ａ）の渦崩壊用ノズル４および渦崩壊なしの場合（図１０Ｂ）の渦崩壊用ノズル４の状態を示したものであ。図１０Ａに示すように、渦崩壊ありの場合には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂの中間付近で渦崩壊し、マイクロバブル６ｄとなって出て行くため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力よりも小さくなる。
圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差があれば、正常に渦崩壊が起きており、このまま給気を行う。
【００４１】
渦崩壊なしの場合（図１０Ｂ）には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂ内では渦崩壊せず、マイクロバブル６ｄとならないため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力とほとんど変わらない。このとき、圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差がなければ、給気を抑制し、渦崩壊が起きるように調整する。
このように、給気量が適正でなければ、気柱６ｂは渦崩壊せずマイクロバブル６ｄが得られないので、この第１の実施形態では、渦崩壊しているかどうかを渦崩壊部４ｂの圧力差によって確認し、さらに上述のようにこの圧力差を利用して自動的に給気量を調整することができる。
【００４２】
次に、気体５ｌの給気量（気体流量）Ｑa とマイクロバブル６ｄの径ｄとの関係について説明する。
渦崩壊用ノズル４の前面に張り付いた気柱６ｂが受ける剪断によって発生する気泡径を Hinzeスケール（圧力による分断作用と表面張力とが釣り合った平衡状態における径ｄH ）に従って算定すると図１１に示すようになる。詳細は省略するが、マイクロバブル６ｄが HinzeスケールｄH まで微粒化されるときの気体５ｌの給気量Ｑa は
【数７】
で与えられる。ここで、ｄ0 は次の式 (８) 〜（10）から算定される。
【数８】
【数９】
【数１０】
ただし、
【数１１】
である。ここで、γは気体５ｌと液体６との界面張力係数である。
【００４３】
図１２、図１３および図１４は、Γe がそれぞれ＝２、３および４のときの給気量Ｑa を示す。
Hinzeスケールのマイクロバブル６ｄを生成するときの給気量Ｑa と液体６の流量Ｑw との比は次式で表される。
【数１２】
【００４４】
図１５、図１６および図１７は、Γe がそれぞれ２、３および４のときの給気量Ｑa と液体６の流量Ｑw との比をプロットしたものである。図１５、図１６および図１７より、ｆe ＞１００Ｈｚおよびｒe ＜２ｃｍの範囲内では、Ｑa ／Ｑw はｆe およびｒe にあまり依存しない。このときのＱa ／Ｑw を漸近的に計算すると次式のようになる。
【数１３】
この式はΓe 〜２．５の実験における値Ｑa ／Ｑw 〜０．００５により検証されている（山田ら、流体力学会年会２００５、ＡＭ０５−２４−００２）。
【００４５】
渦崩壊用ノズル４の出口のエッジでは旋回流６ｃの剥がれによって音が発生するが、この音は、例えば、このエッジに微細な繊維（例えば、綿状のもの）を貼ったり、渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａの入り口にその直径方向に針金（例えば、数ｍｍ径のもの）を張り渡して上流の気柱６ｂを乱したりすることで消音することが可能である。
タービン翼型ノズル３の具体例について説明する。図１８は、タービン翼型ノズル３の具体例１〜３を示し、タービン翼型ノズル３の形状を示す。翼３ｂの枚数を６枚とし、翼３ｂを等間隔に配置することから翼間隔３ｇは６０度となり、翼角３ｈを１５度とすること、勾配３ｓを８４度とすることは具体例１〜３で共通する。
【００４６】
具体例１は、半球状部３ｃの外半径３ｌを０．８５ｃｍ、翼長３ｋを２．０３ｃｍ、溝深さ３ｎを０．３ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから２．８８ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから０．５５ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが０．８５ｃｍであることから５．３４ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．２２ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから０．８９ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、６７．４×（−０．０３６９＋０．７８０／（２．１１−位置））の式で表現することができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は０度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は６３．２度となる。
【００４７】
具体例２は、半球状部３ｃの外半径３ｌを１．６ｃｍ、翼長３ｋを３．８２ｃｍ、溝深さ３ｎを０．５ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから５．４２ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから１．１ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが１．６ｃｍであることから１０．０５ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．４２ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから１．６８ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、３５．８×（−０．０６９５＋０．２７６／（３．９８−位置））の式で表現することができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は０度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は５９．３度となる。
【００４８】
具体例３は、半球状部３ｃの外半径３ｌを２．１ｃｍ、翼長３ｋを５．００ｃｍ、溝深さ３ｎを０．５ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから７．１０ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから１．６ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが２．１ｃｍであることから１３．１９ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．５５ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから２．２０ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、２７．３×（−０．０９１２＋０．４７６／（５．２２−位置））の式で表すことができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は−３．３度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は５６．６度となる。
【００４９】
図１９Ａ、ＢおよびＣは、タービン翼型ノズル３の形状、渦崩壊用ノズル４の形状およびタービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間隔の具体例４〜６を示す。タービン翼型ノズル３については、具体例４では具体例１と同様、具体例５では具体例２と同様、具体例６では具体例３と同様である。
具体例４（図１９Ａ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約０．８５ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は２．８８ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約０．８５ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約０．８５ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約１．７ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約２．６ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約７．１８ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを０．５ｃｍとすると、入口側の径が０．８５ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。
【００５０】
具体例５（図１９Ｂ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約１．６ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は５．４２ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約１．６ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約１．６ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約３．２ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約５．０ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約１３．６２ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを１．０ｃｍとすると、入口側の径が約１．６ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。
【００５１】
具体例６（図１９Ｃ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約２．１ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は７．１０ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約２．１ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約２．１ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約４．２ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約７．０ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約１８．３ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを１．５ｃｍとすると、入口側の径が約２．１ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。
具体例４〜６におけるパイプ２の寸法は、マイクロバブル６ｄを発生させるのに好ましい数値の例であり、パイプ２の大きさに応じて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の大きさも調整する必要がある。
【００５２】
以上のように、この第１の例によるマイクロバブル発生装置１では、その構成要素であるタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４が直線的に配列しているため、装置の小型化および大型化とも可能であり、現有設備に容易に直結することができる。また、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅへの気体５ｌの給気を給気装置５により行っているため、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂにおける圧力変動に応じて給気量を自動的に調節することができ、渦崩壊を安定的に起こさせてマイクロバブル６ｄを発生させることができる。また、マイクロバブル６ｄの発生メカニズムが明瞭なため、パイプ２への液体６の供給に用いるポンプの性能に応じてマイクロバブル発生装置１の設計を容易に行うことができる。
【００５３】
次に、第２の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
図２０に示すように、このマイクロバブル発生装置１においては、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈを設けて、出口をテーパー状に広げたことを特徴とする。すなわち、第１の例によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの先端である出口の角度４ｉが０度であるのに対し、この第２の例によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの出口の角度（テーパー角）４ｉを十分に大きくしたテーパー部４ｈを設けている。この角度４ｉは、具体的には、例えば６０度または８０度程度にするが、これに限定されるものではない。
【００５４】
第１の例の渦崩壊用ノズル４の場合は、渦流部２ｂで旋回流６ｃの中心付近に生じた気柱６ｂが、縮流部４ａで流速が増され、渦崩壊部４ｂで細かく潰されることにより、マイクロバブル６ｄが発生するのに対して、この第２の例の渦崩壊用ノズル４の場合は、気柱６ｂは渦崩壊部４ｂを通過し、テーパー部４ｈにおいて、コアンダ効果により気泡となって張り付く。テーパー部４ｈに張り付いた気泡は、渦流部２ｂから続く旋回流６ｃにより剪断または破砕され、マイクロバブル６ｄが発生する。このようにテーパー部４ｈに張り付くことにより、気泡が剪断を受ける時間が長くなり、気泡の微粒化が促進される。
なお、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置いたときに、置いた物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質のことで、旋回流６ｃが渦崩壊部４ｂからテーパー部４ｈに入ってテーパー状に広がることで気柱６ｂも広がり、気泡がテーパー部４ｈに張り付く。
【００５５】
この第２の例の渦崩壊用ノズル４の寸法は、縮流部４ａの入口の内径（＝パイプ２の内径２ｄ）、縮流部４ａの角度４ｅおよび渦崩壊部４ｂの内径４ｆは、第１の例の渦崩壊用ノズル４と同様であるが、円筒状の渦崩壊部４ｂの長さ４ｇについては、内径４ｆと同程度である。
図２１Ａ、ＢおよびＣは、渦崩壊部４ｂの形状を変えた場合のマイクロバブル発生装置１のマイクロバブル６ｄの発生状況を比較した図である。
【００５６】
図２１Ａに示すように、第１の例の渦崩壊用ノズル４の場合、パイプ２の渦流部２ｂから縮流部４ａに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて渦崩壊してマイクロバブル６ｄが発生するが、直線状の狭い範囲にしか広がらない。
図２１Ｂに示す渦崩壊用ノズル４は、渦崩壊部４ｂの全体をテーパー部とした場合であるが、このテーパー部において発生したマイクロバブル６ｄは、図２１Ａの場合に比べて僅かに範囲が広がる程度である。
図２１Ｃに示す渦崩壊用ノズル４の場合、テーパー部４ｈに張り付いた気泡を剪断または破砕することによりマイクロバブル６ｄが発生するので、マイクロバブル６ｄはテーパー状に非常に広い範囲に広がる。
【００５７】
図２２ＡおよびＢは二種類の渦崩壊の様子を示す。いずれも渦崩壊用ノズル４の出口のテーパー部４ｈの急拡部の存在により渦は不安定となり渦崩壊が生じるが、図２２Ａに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの最小断面で流れが超臨界（supercritical)となり擾乱が上流に伝播できないのに対し、図２２Ｂに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の全領域で亜臨界（subcritical)となり擾乱は上流に伝播する。
【００５８】
この第２の例によれば、第１の例と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈが設けられていることにより、旋回流６ｃはこのテーパー部４ｈに張り付く。このため、マイクロバブル６ｄの発生効率の向上を図ることができるとともに、テーパー部４ｈの角度４ｉの選定によりマイクロバブル６ｄの噴き出し方向の制御を容易に行うことができる。
【００５９】
次に、第３の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２３に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、第１の例によるマイクロバブル発生装置１と比べて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４と給気装置５との接続方法が異なる。具体的には、このマイクロバブル発生装置１においては、給気装置５の通気孔５ｆとタービン翼型ノズル３の給気孔３ｅとを、給気装置５の高圧力部５ｊと渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの入口側の圧力検出器４ｃとを接続し、給気装置５の低圧力部５ｋと渦崩壊用ノズル４の外側に設けた圧力検出器４ｄとを接続して給気を自動化したことを特徴とする。圧力検出器４ｃは、渦崩壊用ノズル４において内部を通過する気柱６ｂの圧力を検出し、圧力検出器４ｄは、パイプ２の外部でマイクロバブル６ｄの圧力を検出する。
なお、給気装置５の通気孔５ｆの一端とタービン翼型ノズル３の給気孔３ｅとを給気管５ｉで繋ぐことは第１の例と同様である。また、通気孔５ｆの他端は開放して気体５１を取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
【００６０】
次に、第４の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２４に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、第１の例によるマイクロバブル発生装置１と比べて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４と給気装置５との接続方法が異なる。具体的には、このマイクロバブル発生装置１においては、給気装置５の高圧力部５ｊは、渦崩壊用ノズル４の出口周辺の静水圧に開放した圧力検出器４ｄに接続し、給気装置５の低圧力部５ｋは、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅに設けた圧力検出器４ｃと接続して給気を自動化したことを特徴とする。圧力検出器４ｃは、タービン翼型ノズル３において発生する気柱６ｂの圧力を検出し、圧力検出器４ｄは、パイプ２の外部でマイクロバブル６ｄの圧力を検出する。このマイクロバブル発生装置１の接続方法は、渦崩壊用ノズル４に圧力検出器を設置する必要がなく簡便である。
【００６１】
圧力検出器４ｃで検出した内部の気柱６ｂの圧力と圧力検出器４ｄで検出した外部のマイクロバブル６ｂの圧力との圧力差が大きいときは、マイクロバブル６ｂが効率よく発生している状態であり、圧力差が小さいときは、空気量が多過ぎてマイクロバブル６ｄの発生が少ない状態である。
内部の気柱６ｂの圧力と外部のマイクロバブル６ｂの圧力との圧力差が大きい場合は、給気装置５のピストン５ｂを右に移動させて通気孔５ｆを開放し、給気孔３ｅに気体５１を供給する。
逆に、内部の気柱６ｂの圧力と外部のマイクロバブル６ｄの圧力との圧力差が小さい場合は、給気装置５のピストン５ｂを左に移動させて通気孔５ｆを塞いでいき、給気孔３ｅに供給する気体５ｌの量を抑制する。
【００６２】
次に、第５の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２５に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、パイプ２を入口２ａの内径２ｄを細くした拡大管１１に替えたことが第１の例によるマイクロバブル発生装置１と異なる。拡大管１１は、入口２ａ側の細管部１１ａの内径１１ｄが小さく、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４のある太管部１１ｃの内径１１ｅが大きい形状を有する。
【００６３】
細管部１１ａから太管部１１ｃに至る拡大部１１ｂについては、図２５に示す二つの点線の円のように、円弧状に滑らかに内径が拡大していき、拡大部１１ｂの後部は、タービン翼型ノズル３の半球状部３ｃに沿う形となっている。拡大部１１ｂを滑らかに広げることにより、拡大管１１に液体６が流れる際に、流水断面積が急増加しないので、タービン翼型ノズル３で液体流６ａを拡大管１１の軸方向から円周方向ｆに効果的に変換することができる。
このマイクロバブル発生装置１においては、送水ポンプなどの送液ポンプなどから拡大管１１の入口２ａに供給された直線的な液体流６ａが効率的に螺旋状の旋回流６ｃに変換され、また、タービン翼型ノズル３による縮流の影響も小さくなり、エネルギー損失が減少する。
この第５の例によれば、第１の例と同様な利点に加えて、マイクロバブル６ｄの発生効率の向上を図ることができるという利点を得ることができる。
【００６４】
次に、第７の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
図２６および図２７はそれぞれ、マイクロバブル発生装置１のマイクロバブル６ｄの発生状況を確認するために計測した音波のスペクトルおよび画像のスペクトルを示す。これは、渦崩壊が生じるときに発生する音（vortex whistle) を測定することで、旋回流６ｃの回転周波数を予測することができることを示したものである。
【００６５】
図２６に示す音波のスペクトルは、液中を伝搬する音を受信することができるハイドロホーンにより旋回流６ｃが発する音の振動数を測定したグラフであり、図２７に示す画像のスペクトルは、高速ビデオ映像により旋回流６ｃの回転周波数を測定したグラフである。ただし、タービン翼型ノズル３のノズル径３ｊは４ｃｍ、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの内径４ｆは１ｃｍ、液体６として用いた水の流量は７００ｃｃ／ｓである。
【００６６】
図２６および図２７に示すように、音波のスペクトルにおける振動数と画像のスペクトルにおける周波数とは、ともに約４６０Ｈｚにおいてパワースペクトルの値に特徴が見られる。また、図２６に示す音波のスペクトルにおいて、約４６０Ｈｚの右隣の５２０Ｈｚ付近に現れるピークがマイクロバブル６ｄの発生状況を示している。なお、パワースペクトルとは、振動する量の二乗平均値を振動数成分の分布として表したものである。
【００６７】
この第６の例によれば、マイクロバブル６ｄが効率良く発生しているかどうかを直接マイクロバブル６ｄの映像を観ることなく、水中音を測定することで確認することができるため、第１〜第５の例のように渦崩壊用ノズル４の圧力を検出するのではなく、給気孔３ｅへの気体５ｌの給気量を音波の計測のみで調整することが可能となる。また、液体６が不透明である場合にも、マイクロバブル６ｄの発生状況を容易に把握することができる。
【００６８】
次に、第７の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
このマイクロバブル発生装置１においては、渦崩壊用ノズル４の出口のエッジを滑らかにすることを特徴とする。
図２８Ａは渦崩壊用ノズル４、図２８Ｂはこの渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋの拡大図である。
【００６９】
渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋを滑らかにすることにより、気柱６ｂが渦崩壊用ノズル４の前面に張り付き（コアンダ効果）、その旋回流６ｃによる剪断で気柱６ｂが破砕され、マイクロバブル６ｄが発生する。また、マイクロバブル６ｄは渦崩壊用ノズル４の前面の広い範囲に分散する。気柱６ｂが渦崩壊用ノズル４の前面に張り付くには、旋回流６ｃによる遠心力が主流方向の遠心力より大きくなる必要がある。このため、エッジ４ｋの曲率半径をρe とすると、
ρe 〜（ｕe ／ｖe ）2 ｒe ＝Γe -2ｒe (14)
以上とする必要がある。ただし、ｖe は渦崩壊用ノズル４の出口における旋回流６ｃの周方向速度である。すなわち、
ρe ≧Γe -2ｒe (15)
とする。
渦崩壊用ノズル４の管状の渦崩壊部４ｂとテーパー部４ｈの前面とのなす角度θ0 は、渦崩壊用ノズル４の出口からのマイクロバブル６ｄの噴き出し方向を決定する。
【００７０】
図２９は超臨界渦崩壊の場合を示し、Γe 〜Γcrである。また、図３０は亜臨界渦崩壊の場合を示し、Γe ＞Γcrである。
図３１Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ、θ0 〜１００度、θ0 〜９０度、θ0 〜４５度の場合であり、いずれの例でも渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋの曲率により旋回流６ｃが渦崩壊用ノズル４の前面に付着し、この前面の接線方向に流れる。
【００７１】
以上のマイクロバブル発生装置１を基礎としてこの一実施形態によるマイクロバブルシャワーについて説明する。このマイクロバブルシャワーにおいては、マイクロバブル発生装置１と同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図３２はこのマイクロバブルシャワーの全体構成を示す。図３２に示すように、このマイクロバブルシャワーは、シャワーヘッド５１、細長い円筒形状の柄５２および所要の長さのホース５３からなる。シャワーヘッド５１と柄５２とは、シャワーヘッド５１の上流側の端部の外周に設けられた雄ねじを柄５２の一端部の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。柄５２とホース５３とは、柄５２の上流側の端部の外周に設けられた雄ねじをホース５３の一端部の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。シャワーヘッド５１の下流側の端部には多数のシャワー孔５４ａが設けられたキャップ５４が取り付けられている。シャワーヘッド５１とキャップ５４とは、シャワーヘッド５１の下流側の端部の外周に設けられた雄ねじをキャップ５４の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。シャワーヘッド５１の上流側の外周部に設けられたランド部５１ａには給気用ねじ５５が取り付けられている。
【００７２】
図３３はシャワーヘッド５１および柄５２の縦断面図を示す。また、図３４は図３３に示す縦断面図と直交する縦断面図を示す。図３３および図３４に示すように、シャワーヘッド５１の上流側の端部５１ｂの外周に設けられた雄ねじ５１ｃが柄５２の一端部５２ａの内周に設けられた雌ねじ５２ｂにねじ込まれている。柄５２の一端部５２ａの内径は下流側に向かって徐々に大きくなっていてテーパー部となっている。このテーパー部とシャワーヘッド５１の上流側の端部５１ｂとの間にはＯリング５６が挟み込まれており、このＯリング５６により、シャワーヘッド５１と柄５２との間の隙間から外部の空気が柄５２の内部に入るのを防止することができるようになっている。
【００７３】
シャワーヘッド５１の喉部に当たる上流部５１ｄの内部は円柱状の空間になっており、その中に上流から下流の順にタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４が同軸に取り付けられている。タービン翼型ノズル３は三枚の翼３ｂを有するが、これに限定されるものではない。また、渦崩壊用ノズル４は、縮流部４ａ、渦崩壊部４ｂおよびテーパー部４ｈからなる、図２０に示すものと同様なものである。この場合、タービン翼型ノズル３は管２と本体３ａとが一体化されたものである。渦崩壊用ノズル４は、タービン翼型ノズル３の下流部の内部に嵌め込まれている。管２の上流部の外周にはフランジ２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇが設けられている。管２のフランジ２ｄとフランジ２ｅとの間の部分の溝部とシャワーヘッド５１の上流部５１ｄとの間にはＯリング５７が挟み込まれており、このＯリング５７により、タービン翼型ノズル３とシャワーヘッド５１の上流部５１ｄとの間の隙間にホース５３から柄５２に供給される水などの液体が入るのを防止することができるようになっている。渦崩壊用ノズル４の外周にはフランジ４ｊ、４ｋ、４ｌが設けられている。渦崩壊用ノズル４のフランジ４ｊとフランジ４ｋとの間の部分の溝部と管２との間にはＯリング５８が挟み込まれており、このＯリング５８により、渦崩壊用ノズル４と管２との間の隙間にホース５３から柄５２に供給される水などの液体が入るのを防止することができるようになっている。図３５に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を示す。
【００７４】
タービン翼型ノズル３は図４に示すものと同様に、互いに本体３ａ内で連通した給気孔３ｅと噴射孔３ｆとを有する。シャワーヘッド５１のランド部５１ａには貫通穴５１ｅが設けられており、この貫通穴５１ｅに円筒状の金属スペーサ５９が圧入されている。この金属スペーサ５９の先端部は、パイプ２の外周のフランジ２ｆとフランジ２ｇとの間に設けられた凹部２ｈに収容されている。この凹部２ｈの底面に給気孔３ｅが設けられている。この場合、この給気孔３ｅの断面形状は、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行な方向に細長い長方形になっているが、これに限定されるものではない。この金属スペーサ５９の底部とタービン翼型ノズル３の管２との間にはＯリング６０が挟み込まれており、このＯリング６０により、ランド部５１ａの貫通穴５１ｅと金属スペーサ５９との間の隙間に外部の空気が給気孔３ｅに入り込むのを防止することができるようになっている。この金属スペーサ５９の内周面には雌ねじ５９ａが設けられている。そして、この金属スペーサ５９の内周面の雌ねじ５９ａにねじ５５の雄ねじ５５ａがねじ込まれている。この雌ねじ５９ａと雄ねじ５５ａとの間には隙間があり、この隙間およびねじ５５の先端部の下の空間を介して外部の空気と給気孔３ｅとが連通している。図３６に、シャワーヘッド５１の、ねじ５５および金属スペーサ５９の中心軸を含み、かつタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸と直交する断面図を示す。
【００７５】
シャワーヘッド５１の喉部の渦崩壊用ノズル４の下流側には旋回流制止板６１が、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に同軸にかつ渦崩壊用ノズル４から離れて取り付けられている。この旋回流制止板６１はシャワーヘッド５１の外壁に一体に取り付けられている。この旋回流制止板６１はほぼ直角三角形の形状を有し、互いに直交する二辺のうちの一方はタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行に、他方はこの中心軸と直交している。この旋回流制止板６１のこの中心軸と直交する辺は、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの直径を完全にカバーする長さを有する。
【００７６】
図３７に柄５２に結合したシャワーヘッド５１の内部構造を示す。また、図３８に、シャワーヘッド５１およびキャップ５４を示す。また、図３９に、キャップ５４、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を取り外した状態のシャワーヘッド５１を示す。図３９および図３３に示すように、シャワーヘッド５１の先端部の外周には雄ねじ５１ａが設けられ、キャップ５４の内周に設けられた雌ねじ５４ｂにこの雄ねじ５１ａをねじ込むことによりシャワーヘッド５１にキャップ５４が取り付けられている。このシャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は鋭角に選ばれている。
【００７７】
タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４との相互の位置決めは、タービン翼型ノズル３のパイプ２の上流側の端部に設けられた溝に渦崩壊用ノズル４の下流側の端部に設けられたリブを嵌め込むことにより行うことができるようになっている。タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４とが相互に位置決めされている状態で、パイプ２のフランジ２ｆ、２ｇの外周に設けられた溝２ｉ、２ｊと、渦崩壊用ノズル４のフランジ４ｌの外周に設けられた溝４ｍとが、タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行に一直線上に並ぶようになっている。シャワーヘッド５１とタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４との位置決めは、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の外周の溝２ｉ、２ｊ、４ｍにシャワーヘッド５１の上流部の内周に設けられたリブ５１ｆを嵌め込むことにより行うことができるようになっている。
【００７８】
このマイクロバブルシャワーにおいて、シャワーヘッド５１、柄５２、タービン翼型ノズル３、渦崩壊用ノズル４などの製造にはどのような方法を用いてもよいが、例えばトランスファーモールド成型技術などによりプラスチック、例えば耐熱ＡＢＳ樹脂を用いて容易に製造することができる。
このマイクロバブルシャワーの主要な部分の寸法などの一例を挙げると、シャワーヘッド５１の先端部の外径は例えば約５８ｍｍ、内径は例えば約４７ｍｍ、ねじ部を除く全長は例えば約６７ｍｍである。シャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は例えば４５度である。柄５２の内径は例えば約２５ｍｍ、外径は例えば約３７ｍｍ、長さは例えば約１６７ｍｍである。タービン翼型ノズル３の全長は例えば約３７ｍｍ、翼３ｂを含む本体３ａの直径は例えば約１２．５ｍｍである。渦崩壊用ノズル４の縮流部４の長さは例えば約７ｍｍ、渦崩壊部４ｂおよびテーパー部４ｈの全長は例えば約１０．５ｍｍである。旋回流制止板６１の、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行な辺のこの中心軸からの長さは例えば約５ｍｍである。給気孔３ｅの断面形状は例えば０．９ｍｍ×１．８ｍｍの長方形である。
【００７９】
次に、このマイクロバブルシャワーの動作について説明する。ホース５３を水道に接続し、水を流す。この水はホース５３を通って柄５２に入り、さらにシャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を順次通り、上述のマイクロバブル装置１の動作原理に従って、渦崩壊用ノズル４からマイクロバブル６ｅを含む水が出る。旋回流６ｃへの空気の導入は、金属スペーサ５９の内周面の雌ねじ５９ａとねじ５５の雄ねじ５５ａとの間の隙間、ねじ５５の先端部の下側の空間および給気孔３ｅを通して行われる。金属スペーサ５９とこのマイクロバブル６ｅを含む水は、この渦崩壊用ノズル４の下流に設けられた旋回流制止板６１に当たり、この旋回流制止板６１によりこの水の旋回が制止される。最終的に、シャワーヘッド５１の先端のキャップ５４のシャワー孔５４ａからマイクロバブル６ｅを含む水が噴出し、洗浄などに用いられる。
【００８０】
この一実施形態によるマイクロバブルシャワーによれば、次のような利点を得ることができる。すなわち、このマイクロバブルシャワーにおいては、シャワーヘッド５１の喉部にマイクロバブル発生に必要なタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を組み込んでいるので、旋回流６ｃにより発生する負圧部はキャップ５４のシャワー孔５４ａから遠くなり、シャワー孔５４ａからの空気の吸い込みを防止することができる。このため、従来のマイクロバブルシャワーのように空気の吸い込みを防止するためにノズル出口をほぼ閉塞する必要がないため、液体流、例えば水流が大きな抵抗を受ける問題がなく、水道水圧でも容易にマイクロバブルを発生させることができる。また、シャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は鋭角であるため、シャワーヘッド５１の内部に空気が滞留しにくく、マイクロバブルの発生効率を高くすることができる。
【００８１】
さらに、渦崩壊用ノズル４の下流に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に旋回流制止板６１が設けられているため、この旋回流制止板６１により、渦崩壊用ノズル４の下流で液体６、例えば水が全体的に回転するのを防止することができ、これによってマイクロバブル６ｄの発生効率をより高くすることができる。すなわち、図４０Ｂに示すように、渦崩壊用ノズル４の下流に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に旋回流制止板６１が設けられていると、渦崩壊用ノズル４から出てくる旋回流６ｃの旋回が制止され、液体６が全体的に回転するのを防止することができるので、渦崩壊用ノズル４の出口で液体６の剪断力が大きくなり、このためマイクロバブルが効率的に微粒化される。ここで、図４０Ｂの上の図はシャワーヘッド５１の正面からタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸方向を見た図、下の図はマイクロバブルシャワーのシャワーヘッド５１および柄５２の縦断面図である（図４０ＡおよびＣも同様）。これに対し、図４０Ａに示すように、旋回流制止板６１を設けない場合には、渦崩壊用ノズル４から出てくる旋回流６ｃによりシャワーヘッド５１内部の液体６が全体的に回転してしまうため、液体６の剪断力が減少し、気柱が形成され、マイクロバブル６ｄが合体してしまい、マイクロバブル６ｄの微粒化が促進されない。また、図４０Ｃに示すように、シャワーヘッド５１の出口に近い位置に旋回流制止板６１を設けた場合には、マイクロバブル６ｄの微粒化は可能であるものの、使用時にマイクロバブルシャワーの柄５２を鉛直方向に保持すると、旋回流制止板６１にマイクロバブル６ｄが滞留し成長するため、マイクロバブル６ｄの発生効率が小さい。
以上により、従来に比べて高性能のマイクロバブルシャワーを得ることができる。
【００８２】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、形状、構造、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、形状、構造、配置などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１の例によるマイクロバブル発生装置の本体を示す斜視図である。
【図２】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す斜視図である。
【図３】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す正面図である。
【図４】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す縦断面図である。
【図５】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体の一つの翼の形状を示す略線図である。
【図６】第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。
【図７】第１の例によるマイクロバブル発生装置の給気装置を示す縦断面図である。
【図８】第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの縮流部におけるサーキュレーション数を説明するための略線図である。
【図９】第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの臨界ノズル半径を説明するための略線図である。
【図１０】第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる渦崩壊を示す略線図である。
【図１１】Hinzeスケールを説明するための略線図である。
【図１２】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１３】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１４】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１５】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１６】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１７】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１８】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの実施例を説明するための表である。
【図１９】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの形状、渦崩壊用ノズルの形状およびタービン翼型ノズルから渦崩壊用ノズルまでの間隔の実施例を説明するための略線図である。
【図２０】第２の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。
【図２１】第２の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を他の例と比較した略線図である。
【図２２】第２の例によるマイクロバブル発生装置における二種類の渦崩壊の様子を示す略線図である。
【図２３】第３の例によるマイクロバブル発生装置を示す縦断面図である。
【図２４】第４の例によるマイクロバブル発生装置を示す縦断面図である。
【図２５】第５の例によるマイクロバブル発生装置の本体を示す縦断面図である。
【図２６】第６の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を確認するために計測した音波のスペクトルを示す略線図である。
【図２７】第６の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を確認するために計測した画像のスペクトルを示す略線図である。
【図２８】第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図およびこの渦崩壊用ノズルの出口のエッジの拡大図である。
【図２９】第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる超臨界渦崩壊を示す略線図である。
【図３０】第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる亜臨界渦崩壊を示す略線図である。
【図３１】第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの形状の例を示す縦断面図である。
【図３２】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーの全体構成を示す側面図である。
【図３３】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドおよび柄の縦断面図である。
【図３４】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドおよび柄の縦断面図である。
【図３５】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーを構成するタービン翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルを示す略線図である。
【図３６】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの横断面図である。
【図３７】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの内部構造を示す略線図である。
【図３８】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの内部構造を示す略線図である。
【図３９】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドを示す略線図である。
【図４０】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーの動作を説明するための略線図である。
【符号の説明】
【００８４】
２…パイプ、２ａ…渦流部、３…タービン翼型ノズル、３ａ…本体、３ｂ…翼、３ｅ…給気孔、３ｆ…噴射孔、４…渦崩壊用ノズル、４ａ…縮流部、４ｂ…渦崩壊部、４ｃ…テーパー部、６…液体、６ａ…液体流、６ｂ…気柱、６ｃ…旋回流、６ｄ…マイクロバブル、５１…シャワーヘッド、５２…柄、５３…ホース、５４…キャップ、５４ａ…シャワー孔、６１…旋回流制止板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロバブルシャワーに関し、例えば、マイクロバブルを利用した水による洗浄に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロバブルは、発生時において気泡径が一般に１０〜数１０μｍである微細気泡であり、水中で普通に発生する直径数ｍｍ程度の気泡と比べると極めて小さい。マイクロバブルは、このように極端に小さいため、微細なゴミを吸着して水面に浮上させる性質を持ち、水産物の洗浄や水質浄化などに応用されている。
【０００３】
従来、このマイクロバブルを利用したマイクロバブルシャワーとして、旋回流を利用した噴き出し型のマイクロバブル発生方式を用いたものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
なお、渦崩壊現象を利用したマイクロバブル発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【非特許文献１】［平成１９年３月１８日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.rapyuta.jp/page/17 〉
【特許文献１】国際公開第０６／０７５４５２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般にシャワーでは、水の出口が空気と接するため、そこに負圧部があれば空気を吸い込むことになり、この場合にはマイクロバブルは発生しない。この点に関し、上述の従来のマイクロバブルシャワーでは、マイクロバブル発生ノズルの出口がシャワー孔に近いため、ノズル出口をほぼ閉塞することで空気の吸い込みを防いでいる。しかしながら、このようにノズル出口をほぼ閉塞すると、水流は大きな抵抗を受けることになるため、シャワーに流す水の水圧を高くしなければならないだけでなく、給気の制御も適切に行うことが困難であるため、マイクロバブルを安定して発生させることが困難である。
【０００６】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、水道水圧でも使用することができ、しかもマイクロバブルの発生効率が高いマイクロバブルシャワーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、
旋回流発生用翼型ノズルと、上記旋回流発生用翼型ノズルと同軸に設けられた縮流部および渦崩壊部を有する渦崩壊用ノズルとをシャワーヘッドの喉部に有することを特徴とするマイクロバブルシャワーである。
ここで、渦崩壊とは、渦の構造が急激に変化する現象であり、スパイラル型（デルタ翼の場合などに発生する型）、バブル型（円管内流れの場合などに発生する型）の二つの顕著な型を有する。
【０００８】
このマイクロバブルシャワーにおいては、典型的には、旋回流発生用翼型ノズルの入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を上記縮流部に供給することにより渦崩壊部からマイクロバブルを発生させる。マイクロバブルの発生効率の向上を図る観点より、好適には、旋回流発生用翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルの中心軸とシャワーヘッドの出口からの液体の噴き出し方向との間の角度は鋭角に選ばれる。同じく、マイクロバブルの発生効率の向上を図る観点より、シャワーヘッドの喉部の渦崩壊用ノズルの下流側に記旋回流を制止する板を有する。この旋回流を制止する板は、典型的には、旋回流発生用翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルの中心軸を含む面上に設けられる。この旋回流を制止する板は、渦崩壊用ノズルから出てくる旋回流がシャワーヘッド内部に伝わるのを防止することができればよく、必ずしも渦崩壊用ノズルの全体にまたがる必要はない。旋回流発生用翼型ノズルは、典型的には、旋回流発生用翼体を円筒形状の管（パイプ）の内部に収容したもの（あるいは、旋回流発生用翼体の外側を管により覆ったもの）である。旋回流発生用翼体は、典型的には、円柱状の本体の一端部を流線形（典型的には、この本体の中心軸を回転軸とする回転体状（例えば、半球状））に成形し、本体の外周面の長手方向に複数の翼をそれらの後部が彎曲するように設け、この本体の他端部に気体の噴射孔を設けたものである。また、この旋回流発生用翼体はこの本体の外周面に設けられた給気孔とこの本体の他端部に設けられた噴射孔とを有し、これらの給気孔と噴射孔とはこの本体内に設けられた通路を介して互いに連通している。マイクロバブルシャワーの製造の容易さの観点からは、最も好適には、旋回流発生用翼体の翼の枚数は３枚であるが、これに限定されるものではなく、翼の枚数は必要に応じて選ぶことができる。渦崩壊用ノズルにおいては、典型的には、縮流部は渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており（あるいは、縮流部は渦崩壊部に向かってすぼまっており）、渦崩壊部との境界部（あるいは接続部）において渦崩壊部と同一の断面形状を有する。好適には、渦崩壊部は円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有し、第１の部分の内周面と第２の部分の端面とがなす角度をθ0 としたとき、０度＜θ0 ＜１８０度あるいは９０度＜θ0 ＜１８０度、例えば１００度程度である。渦崩壊部が円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有する場合、第１の部分の内周面と第２の部分の端面とは滑らかに繋がっていることが望ましい。こうすることで、渦崩壊用ノズルの噴き出し面である第２の部分の端面に旋回流を付着させることができる。
【０００９】
マイクロバブルを発生させる液体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、水（温水を含む）、各種の有機溶剤（アルコール、アセトン、トルエンなど）、石油、ガソリンなどの液体燃料などである。
旋回流の中心に供給する気体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、空気、酸素、オゾン、水素、アルゴンなどである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、水道水圧でも使用させることができ、しかもマイクロバブルの発生効率が高いマイクロバブルシャワーを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーについて図面を参照しながら説明する。
まず、このマイクロバブルシャワーの基礎となるマイクロバブル発生装置について説明する（特許文献１参照。）。
第１の例によるマイクロバブル発生装置においては、マイクロバブルを発生させるために、パイプ中心部を閉塞させ円周方向の流速を大きくすることでパイプ内を流れる水などの液体から強い旋回流を発生するタービン翼型ノズルと、主流に比べて循環が卓越する流れを小さい流れに遷移させる渦崩壊用ノズルとを直列に配置する。
【００１２】
図１は第１の例によるマイクロバブル発生装置１の本体、図２〜図４はこのマイクロバブル発生装置１のタービン翼型ノズルの翼体、図５はこのタービン翼型ノズルの翼体の一つの翼の展開図、図６はこのマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル、図７はこのマイクロバブル発生装置１の給気装置を示す。
【００１３】
図１〜図７に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、円筒状のパイプ２の内部に互いに同軸に直列結合されたタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を収容したものと給気装置５とからなる。タービン翼型ノズル３は、円柱状の本体３ａの前方ａを半球状に成形し、この本体３ａの外周面ｂの長手方向に複数の翼３ｂをそれらの後方ｃが彎曲するように設け、背面ｄに噴射孔３ｆを設けた翼体の外側をパイプ２により管状に覆ったものである。渦崩壊用ノズル４は、パイプ２の先端部ｅに配置されている。渦崩壊用ノズル４は、テーパー状に成形した縮流部４ａに管状の渦崩壊部４ｂを連接したものである。給気装置５は、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力差を検出し、タービン翼型ノズル３に供給する気体５ｌの量を調整するものである。パイプ２においては、入口２ａ、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂ、渦崩壊用ノズル４の順に液体６が流れる。パイプ２は既存の設備に接続できるように様々なサイズに対応可能である。
【００１４】
このマイクロバブル発生装置１では、パイプ２の入口２ａに、マイクロバブルを発生させようとする水などの液体６を流し、タービン翼型ノズル３により水流などの液体流６ａを円周方向ｆに向けるとともに気柱６ｂを噴出させ、渦崩壊用ノズル４で縮流して渦崩壊させることを特徴とする。より詳細には、パイプ２の入口２ａから入った液体６は、タービン翼型ノズル３によって中心部が閉塞されるため、流速の増した液体流６ａとなる。液体流６ａは、タービン翼型ノズル３の外周面ｂに存在する溝３ｄに沿って流れ、タービン翼型ノズル３の円周方向ｆに向きを変えられることにより旋回流６ｃとなって渦流部２ｂを進む。渦流部２ｂでは、タービン翼型ノズル３の噴射孔３ｆから放出された気柱６ｂが旋回流６ｃとともに螺旋状に流れる。渦崩壊用ノズル４に入ると、旋回流６ｃは縮流され、循環に比べて流れが卓越することで渦崩壊が起きる。この渦崩壊により大きな気泡が細かく潰され、マイクロバブル６ｄとなって渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。ここで、渦崩壊用ノズル４の最小断面、すなわち渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転周波数ｆe は、縮流部４ａにおいて循環が保存されるとすると、渦流部２ｂにおける旋回流６ｃの回転周波数をｆ、パイプ２の内径をＤ、渦崩壊部４ｂの内径をＤe としたとき、ｆe ＝（Ｄ／Ｄe ）2 ｆとなる。
【００１５】
タービン翼型ノズル３は、水流などの液体流６ａを螺旋状の旋回流６ｃに変換するとともに気柱６ｂを放出する器具であり、パイプ２の内部に、本体３ａの外周面ｂ上に複数の翼３ｂを設けた翼体が固定されている。タービン翼型ノズル３は回転させる必要はなく、動力は不要である。なお、気柱６ｂとは、空気などの気体５ｌを勢い良く柱状に噴射させた気泡のことである。
本体３ａは円柱状（断面は長方形状）であり、前方ａは半球状部３ｃ（断面は半円状）と連接しており、背面ｄの中央に噴射孔３ｆを有する。
【００１６】
翼３ｂは、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａの背面端３ｖにかけて、本体３ａの外周面ｂ上を縦断するように設けた部材であり、液体流６ａの向きを本体３ａの円周方向ｆに変えるために、背面端３ｖに向かうにつれて湾曲している。半球状部３ｃにおける翼３ｂも全体としては半球状に成形される。ただし、半球状部３ｃにおける翼３ｂは必要に応じて省略することが可能である。翼３ｂは本体３ａから突起状に出ているため、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在する。
【００１７】
半球状部３ｃは、パイプ２の入口２ａから入ってきた液体６がスムーズに溝３ｄに流れ込むように丸めてある箇所である。パイプ２は、タービン翼型ノズル３から放出される円周方向ｆの噴流から角運動量の大きな流体を生成するために必要である。
溝３ｄは、翼３ｂにより仕切られた液体６の流れる通路である。翼３ｂが湾曲していることから、水平方向（パイプ２の中心軸方向）に流れていた液体流６ａが、徐々に垂直方向に曲げられ、螺旋状の旋回流６ａとなってタービン翼型ノズル３から出ていく。
噴射孔３ｆは、マイクロバブルの基となる気柱６ｂを放出する孔である。気柱６ｂは、本体３ａの外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから気体５ｌを供給することにより生成される。噴射孔３ｆから出た気柱６ｂは、旋回流６ｃとともに流れていく。
【００１８】
翼３ｂは、液体６の流れを等分に分割するため、同じ形状のものを等間隔に配置する。翼間隔３ｇは翼３ｂを配置する間隔であり、この場合、翼数が６枚であるので翼間隔３ｇは６０度であるが、これに限定されるものではない。
翼角３ｈは半球状部３ｃにおける翼３ｂの大きさを決めるもので、中心から一定の角度を持って延びていき、本体３ａに至ってからは、同じ幅を維持して延びる。なお、翼角３ｈは、大き過ぎると液体６の通り道が狭くなるので、例えば１５度程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
液体６の通り道となる溝３ｄの溝深さ３ｎは溝３ｄの深さであり、翼３ｂの高さでもある。なお、溝深さ３ｎは、タービン翼型ノズル３のサイズにより適切な深さに調整することができる。
【００１９】
ノズル長３ｉはタービン翼型ノズル３の全体の長さであり、本体３ａの長さである翼長３ｋと半球状部３ｃの半径である外半径３ｌとの和に等しい。なお、タービン翼型ノズル３の大きさは、パイプ２の大きさが異なれば、適切な大きさも異なる。
ノズル径３ｊは、タービン翼型ノズル３の直径である。ノズル径３ｊは、翼３ｂの部分を含めた本体３ａの直径でもあり、また、本体３ａに連接することから、半球状部３ｃの直径でもある。
【００２０】
翼３ｂは後方ｃが湾曲しているため、翼３ｂ自体の長さは翼長３ｋよりも長くなる。また、半球状部３ｃにおける翼３ｂに関しては、翼長３ｋには含めないものとする。
外半径３ｌは半球状部３ｃの翼３ｂの部分を含めた全体の半径であり、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａまで垂直に下りた長さでもある。なお、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在するため、外半径３ｌは、溝３ｄを埋めたものと考えた場合の半径を意味する。
【００２１】
内半径３ｍは、半球状部３ｃの翼３ｂを除いた本体３ａと連接される部分の半径である。内半径３ｍは、外半径３ｌとの差である溝深さ３ｎの分だけ出た位置から球状にしているため、内半径３ｍの頂部３ｕは外半径３ｌの頂部３ｕと一致する。
孔距離３ｏは、噴射孔３ｆのあるタービン翼型ノズル３の背面端３ｖから給気孔３ｅの位置までの距離であり、例えば、翼長３ｋの半分の位置が好ましいが、これに限定されるものではない。また、給気孔３ｅは、液体６が通らない翼３ｂ上に設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２２】
給気孔３ｅと噴射孔３ｆとはタービン翼型ノズル３の内部で繋がっており、タービン翼型ノズル３の外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから供給された気体５ｌが、タービン翼型ノズル３の背面ｄの中央に設けられた噴射孔３ｆから放出される。
孔内径３ｐは、給気孔３ｅおよび噴射孔３ｆの直径である。孔内径３ｐの大きさは、噴射孔３ｆから出る気柱６ｂの量に影響を与えるため、適切なサイズに調整する必要があり、供給する気体５ｌの流量に応じて決められる。一例を挙げると、孔内径３ｐは２ｍｍ程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２３】
図５は、タービン翼型ノズル３の一つの翼３ｂの形状を示す展開図であり、翼３ｂを湾曲させた様子をグラフ上で示したものである。グラフの横軸は翼端（翼の先端）からの流れ方向にとった距離、縦軸は周方向の距離を示す。翼３ｂが描く曲線は、０から翼長３ｋまでの範囲に存在する。なお、距離３ｑは、翼端からの距離が０と翼長３ｋとの間の任意の値とし、距離３ｒは、翼端からの距離が翼長３ｋの場合の値とする。
【００２４】
勾配３ｓは距離３ｑにおける傾きであり、距離３ｑが０の場合は勾配３ｓも０度であるが、距離３ｑが増えるにつれて勾配３ｓも大きくなっていく。翼３ｂの勾配３ｓは、距離３ｑが０では液体流６ａが流れに沿うこと、距離３ｒでは液体流６ａを円周方向ｆに向かわせることが必要であるため付けたものである。勾配３ｓにより液体流６ａを旋回流６ｃにすることができるが、翼３ｂにより円周方向ｆの流れが主流方向の流れに比べて大きくなり、結果として渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで渦崩壊を引き起こすためには、翼３ｂの終端における勾配３ｔが、およそ５５〜６０度より大きくなる必要がある。具体的には、例えば、翼３ｂが本体３ａの円周方向ｆとなす角度は５〜９度（あるいは５〜６度）、すなわち、距離３ｒにおける勾配３ｔは８１〜８５度（あるいは８４〜８５度）であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２５】
渦崩壊用ノズル４は、旋回流６ｃとともにパイプ２の渦流部２ｂを流れてきた気柱６ｂを渦崩壊させてマイクロバブル６ｄを発生させる器具であり、パイプ２の端に一体的に連接する。渦崩壊用ノズル４は縮流部４ａと渦崩壊部４ｂとからなる。縮流部４ａは、テーパー状に細くなる管であり、広い側はパイプ２の渦流部２ｂに連接され、狭い側は渦崩壊部４ｂに連接される。縮流部４ａの細くなる角度（テーパー角）４ｅは、パイプ２などの大きさに依存し、必要に応じて選ばれる。この角度４ｅの一例を挙げると約２０度であるが、これに限定されるものではない。渦崩壊部４ｂは、パイプ２の渦流部２ｂよりも細い円筒状の管であり、一端は縮流部４ａの狭い側に連接され、他端が出口となる。渦崩壊部４ｂの内径４ｆもパイプ２の大きさなどに依存し、必要に応じて選ばれる。この内径４ｆは例えば０．５〜１．５ｃｍであるが、これに限定されるものではない。
【００２６】
パイプ２内を流れる液体６は、渦流部２ｂから縮流部４ａの広い側に入り、縮流部４ａの径が細くなっていくことで流速を増しながら渦崩壊部４ｂへと至る。液体６とともに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて細かくされ、マイクロバブル６ｄとして渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。
渦崩壊用ノズル４の渦崩壊が発生するノズル径の最小値、すなわち臨界ノズル径は次のようにして求められる。
【００２７】
詳細は省略するが、タービン翼型ノズル３の翼３ｂによって生成される旋回流６ｃの回転周波数ｆはCassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 による方法により求められ、ｆとｆe との間にはｆe ＝（Ｄ／Ｄe ）2 ｆの関係が成り立つから、
【数１】
と表される。ここで、Ｒ＝Ｄ／２（＝図４に示す外半径３ｌ）、Ｑはパイプ２に供給される液体６の流量、ρは液体６の密度、ε＝ｒe ／Ｒ（ただし、ｒe ＝Ｄe ／２）、δ＝ｈ／Ｒ（ｈは図４に示す溝深さ３ｎと等しい）、κ＝Ｎv Δθ／２π（ただし、Ｎv は翼３ｂの枚数、Δθ（rad.）は溝３ｄの角度（溝角））、θf は図５に示す勾配３ｔと等しく、α0 、α1 は定数でα0 ＝０．４、α1 ＝１である。
【００２８】
渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａにおけるサーキュレーション数Γe は
【数２】
である。ただし、ｕe は渦崩壊用ノズル４の出口における流速、ωe は渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転角周波数である。この（２）式に（１）式のｆe を代入すると、Γe は
【数３】
と求められる（Cassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 を参照。)
。
【００２９】
図８に、ε＝１．５／４．０であるときの渦崩壊前のサーキュレーション数Γe のθf に対する変化をδを０．４／２、０．９／２と変えて求めた結果を示す。ただし、図８におけるΓcrは臨界サーキュレーション数でΓcr＝２．０である（本マイクロバブル発生装置ではΓcr≒２．０、より一般的な旋回流発生装置の場合の平均的な値はΓcr≒１／０．６５（例えば、Spall et. al., Phys. Fluid, 30(11), pp.3434-3440, 1987）。図８に示すように、溝３ｄの深さ、すなわち溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなるにしたがって、軸方向運動量に対する円周方向の運動量が相対的に小さくなり、結果として溝深さ３ｎ＝ｈ、したがってδが大きいほどサーキュレーション数Γe は減少する。このため、溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなると渦崩壊は起こりにくくなる。
【００３０】
溝深さ３ｎ＝ｈおよびθf を与えたとき、渦崩壊が発生するノズル半径の最小値、すなわち臨界ノズル半径εcr（臨界半径をｒecr とするとεcr＝ｒecr ／Ｒ）は、Γe ＝Γcrとおくことにより下記のように得られる。したがって、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４をε＞εcrを満たすように設計することにより、渦崩壊用ノズル４で渦崩壊を起こさせることができる。
【数４】
【００３１】
図９に、渦崩壊の閾値をΓcr＝２．０としたときの渦崩壊用ノズル４のε＝ｒe ／Ｒのδ＝ｈ／Ｒに対する変化を、θf を５０度、６０度、７０度、８０度、８４度と変えて求めた結果を示す。ただし、κ＝３／４とした。図９中の○、×はそれぞれ、θf ＝８４度として実験を行ったときに渦崩壊が生じた場合、生じなかった場合を示す。詳細は省略するが、旋回流６ｃによる分級効果によって、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで放出されるマイクロバブル６ｄの径ｄは
【数５】
と表される。ただし、νw は液体６の動粘性率である。この式においてΓe ＝Ｏ（１）であるから、νw が小さく、ｆe が大きいほど微細なマイクロバブル６ｄが生成されることが分かる。
【００３２】
パイプ２に液体６を供給するために用いるポンプのパワーを一定としたとき、ｆe は
【数６】
となる。したがって、ｆe を大きくすることでマイクロバブル６ｄを生成するには高揚程ポンプ（Ｒが小さい）が有利である。
【００３３】
給気装置５は、マイクロバブル発生装置１に気体５ｌを供給する装置であり、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅに連結され、噴射孔３ｆから気柱６ｂを放出する。圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄは渦崩壊部４ｂ内の圧力を検出する器具であり、圧力検出器４ｃは縮流部４ａに連接する側に設けられ、圧力検出器４ｄは出口側に設けられている。これらの圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄにより圧力差を検知し、気体５ｌの供給量を自動的に調節する。
【００３４】
給気装置５は、シリンダ５ａおよびピストン５ｂなどの部材から構成される。この給気装置５とタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４との接続は、給気孔３ｅと通気孔５ｆ、圧力検出器４ｃと高圧力部５ｊ、圧力検出器４ｄと低圧力部５ｋとを繋ぐことで行う。シリンダ５ａは給気装置５の外枠であり、内部に中空部分を有するほぼ円柱状の形状である。なお、シリンダ５ａのサイズの一例を挙げると、長さ約７．０ｃｍ、直径約２．６ｃｍであるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
シリンダ５ａの先頭側には、シリンダ５ａの側面を貫通する通気孔５ｆがあり、この通気孔５ｆの一端は、給気管５ｉにより給気孔３ｅに接続され、他端は、開放することで気体５ｌを取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
また、シリンダ５ａ内の中空部分は、ピストン５ｂおよびダイアフラム５ｍにより高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとに分けられる。先頭側の高圧力部５ｊは、圧力検出器４ｃで検知した圧力となり、背後側の低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｄで検知した圧力となる。
なお、高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋには、それぞれ空気孔５ｇおよび空気孔５ｈが設けられる。空気孔５ｇおよび空気孔５ｈは、通常は閉じておくが、開放することにより内部の空気を抜くことができる。
【００３６】
ピストン５ｂは、シリンダ５ａの内部を往復移動する部材であり、可動部５ｃ、バネ５ｄおよびストッパー５ｅなどからなる。ピストン５ｂが移動することにより、給気孔３ｅへ供給する気体５ｌの量を調節する。可動部５ｃは、シリンダ５ａ内を前後に動く部分であり、給気孔３ｅの開閉を行う杭状の前半部と、シリンダ５ａ内の高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとを仕切る円柱状の後半部とからなる。可動部５ｃが最も前に移動した場合は、先端が通気孔５ｆを突き抜けて気体５ｌが通らないように塞いでしまい、可動部５ｃが最も後に移動した場合は、先端が通気孔５ｆから離れて気体５ｌを通す。
【００３７】
バネ５ｄは、伸び縮みすることで可動部５ｃの移動を制御するもので、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差と連動して可動部５ｃの位置を調整する。高圧力部５ｊの圧力が増せばバネ５ｄが縮んで可動部５ｃを後方に移動させ、低圧力部５ｋの圧力が増せばバネ５ｄが伸びて可動部５ｃを前方に移動させる。
ストッパー５ｅは、ピストン５ｂの端をシリンダ５ａの後背部に固定することで、ピストン５ｂを支えている部材である。ストッパー５ｅで押さえることで、ピストン５ｂがシリンダ５ａ内で安定し、バネ５ｄの伸縮も有効に働き、可動部５ｃを移動させることができる。
可動部５ｃとストッパー５ｅとはバネ５ｄにより接続されるが、バネ５ｄの内側で可動部５ｃとストッパー５ｅとをスライド構造にすることにより、バネ５ｄの部分の安定性を保つとともに、可動範囲を制御する。
【００３８】
給気装置５は、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差を利用してピストン５ｂを移動させることにより、気体５ｌの供給を制御する。高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄと管５ｎ、５ｏで接続され、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力を反映させる。具体的には、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しているときは、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が増大し、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差がバネ５ｄの反力よりも大きくなると、ピストン５ｂが右に移動して通気孔５ｆが開く。
【００３９】
なお、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しない場合は、給気孔３ｅへの給気量が多く、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が小さい場合であり、給気量を制御するために、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力が均衡した際のピストン５ｂの位置を、通気孔５ｆが閉まる位置にしておく。
【００４０】
図１０ＡおよびＢは渦崩壊用ノズル４での渦崩壊を示す図であり、渦崩壊ありの場合（図１０Ａ）の渦崩壊用ノズル４および渦崩壊なしの場合（図１０Ｂ）の渦崩壊用ノズル４の状態を示したものであ。図１０Ａに示すように、渦崩壊ありの場合には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂの中間付近で渦崩壊し、マイクロバブル６ｄとなって出て行くため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力よりも小さくなる。
圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差があれば、正常に渦崩壊が起きており、このまま給気を行う。
【００４１】
渦崩壊なしの場合（図１０Ｂ）には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂ内では渦崩壊せず、マイクロバブル６ｄとならないため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力とほとんど変わらない。このとき、圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差がなければ、給気を抑制し、渦崩壊が起きるように調整する。
このように、給気量が適正でなければ、気柱６ｂは渦崩壊せずマイクロバブル６ｄが得られないので、この第１の実施形態では、渦崩壊しているかどうかを渦崩壊部４ｂの圧力差によって確認し、さらに上述のようにこの圧力差を利用して自動的に給気量を調整することができる。
【００４２】
次に、気体５ｌの給気量（気体流量）Ｑa とマイクロバブル６ｄの径ｄとの関係について説明する。
渦崩壊用ノズル４の前面に張り付いた気柱６ｂが受ける剪断によって発生する気泡径を Hinzeスケール（圧力による分断作用と表面張力とが釣り合った平衡状態における径ｄH ）に従って算定すると図１１に示すようになる。詳細は省略するが、マイクロバブル６ｄが HinzeスケールｄH まで微粒化されるときの気体５ｌの給気量Ｑa は
【数７】
で与えられる。ここで、ｄ0 は次の式 (８) 〜（10）から算定される。
【数８】
【数９】
【数１０】
ただし、
【数１１】
である。ここで、γは気体５ｌと液体６との界面張力係数である。
【００４３】
図１２、図１３および図１４は、Γe がそれぞれ＝２、３および４のときの給気量Ｑa を示す。
Hinzeスケールのマイクロバブル６ｄを生成するときの給気量Ｑa と液体６の流量Ｑw との比は次式で表される。
【数１２】
【００４４】
図１５、図１６および図１７は、Γe がそれぞれ２、３および４のときの給気量Ｑa と液体６の流量Ｑw との比をプロットしたものである。図１５、図１６および図１７より、ｆe ＞１００Ｈｚおよびｒe ＜２ｃｍの範囲内では、Ｑa ／Ｑw はｆe およびｒe にあまり依存しない。このときのＱa ／Ｑw を漸近的に計算すると次式のようになる。
【数１３】
この式はΓe 〜２．５の実験における値Ｑa ／Ｑw 〜０．００５により検証されている（山田ら、流体力学会年会２００５、ＡＭ０５−２４−００２）。
【００４５】
渦崩壊用ノズル４の出口のエッジでは旋回流６ｃの剥がれによって音が発生するが、この音は、例えば、このエッジに微細な繊維（例えば、綿状のもの）を貼ったり、渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａの入り口にその直径方向に針金（例えば、数ｍｍ径のもの）を張り渡して上流の気柱６ｂを乱したりすることで消音することが可能である。
タービン翼型ノズル３の具体例について説明する。図１８は、タービン翼型ノズル３の具体例１〜３を示し、タービン翼型ノズル３の形状を示す。翼３ｂの枚数を６枚とし、翼３ｂを等間隔に配置することから翼間隔３ｇは６０度となり、翼角３ｈを１５度とすること、勾配３ｓを８４度とすることは具体例１〜３で共通する。
【００４６】
具体例１は、半球状部３ｃの外半径３ｌを０．８５ｃｍ、翼長３ｋを２．０３ｃｍ、溝深さ３ｎを０．３ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから２．８８ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから０．５５ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが０．８５ｃｍであることから５．３４ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．２２ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから０．８９ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、６７．４×（−０．０３６９＋０．７８０／（２．１１−位置））の式で表現することができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は０度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は６３．２度となる。
【００４７】
具体例２は、半球状部３ｃの外半径３ｌを１．６ｃｍ、翼長３ｋを３．８２ｃｍ、溝深さ３ｎを０．５ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから５．４２ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから１．１ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが１．６ｃｍであることから１０．０５ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．４２ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから１．６８ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、３５．８×（−０．０６９５＋０．２７６／（３．９８−位置））の式で表現することができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は０度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は５９．３度となる。
【００４８】
具体例３は、半球状部３ｃの外半径３ｌを２．１ｃｍ、翼長３ｋを５．００ｃｍ、溝深さ３ｎを０．５ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから７．１０ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから１．６ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが２．１ｃｍであることから１３．１９ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．５５ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから２．２０ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、２７．３×（−０．０９１２＋０．４７６／（５．２２−位置））の式で表すことができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は−３．３度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は５６．６度となる。
【００４９】
図１９Ａ、ＢおよびＣは、タービン翼型ノズル３の形状、渦崩壊用ノズル４の形状およびタービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間隔の具体例４〜６を示す。タービン翼型ノズル３については、具体例４では具体例１と同様、具体例５では具体例２と同様、具体例６では具体例３と同様である。
具体例４（図１９Ａ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約０．８５ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は２．８８ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約０．８５ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約０．８５ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約１．７ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約２．６ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約７．１８ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを０．５ｃｍとすると、入口側の径が０．８５ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。
【００５０】
具体例５（図１９Ｂ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約１．６ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は５．４２ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約１．６ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約１．６ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約３．２ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約５．０ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約１３．６２ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを１．０ｃｍとすると、入口側の径が約１．６ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。
【００５１】
具体例６（図１９Ｃ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約２．１ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は７．１０ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約２．１ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約２．１ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約４．２ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約７．０ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約１８．３ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを１．５ｃｍとすると、入口側の径が約２．１ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。
具体例４〜６におけるパイプ２の寸法は、マイクロバブル６ｄを発生させるのに好ましい数値の例であり、パイプ２の大きさに応じて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の大きさも調整する必要がある。
【００５２】
以上のように、この第１の例によるマイクロバブル発生装置１では、その構成要素であるタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４が直線的に配列しているため、装置の小型化および大型化とも可能であり、現有設備に容易に直結することができる。また、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅへの気体５ｌの給気を給気装置５により行っているため、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂにおける圧力変動に応じて給気量を自動的に調節することができ、渦崩壊を安定的に起こさせてマイクロバブル６ｄを発生させることができる。また、マイクロバブル６ｄの発生メカニズムが明瞭なため、パイプ２への液体６の供給に用いるポンプの性能に応じてマイクロバブル発生装置１の設計を容易に行うことができる。
【００５３】
次に、第２の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
図２０に示すように、このマイクロバブル発生装置１においては、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈを設けて、出口をテーパー状に広げたことを特徴とする。すなわち、第１の例によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの先端である出口の角度４ｉが０度であるのに対し、この第２の例によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの出口の角度（テーパー角）４ｉを十分に大きくしたテーパー部４ｈを設けている。この角度４ｉは、具体的には、例えば６０度または８０度程度にするが、これに限定されるものではない。
【００５４】
第１の例の渦崩壊用ノズル４の場合は、渦流部２ｂで旋回流６ｃの中心付近に生じた気柱６ｂが、縮流部４ａで流速が増され、渦崩壊部４ｂで細かく潰されることにより、マイクロバブル６ｄが発生するのに対して、この第２の例の渦崩壊用ノズル４の場合は、気柱６ｂは渦崩壊部４ｂを通過し、テーパー部４ｈにおいて、コアンダ効果により気泡となって張り付く。テーパー部４ｈに張り付いた気泡は、渦流部２ｂから続く旋回流６ｃにより剪断または破砕され、マイクロバブル６ｄが発生する。このようにテーパー部４ｈに張り付くことにより、気泡が剪断を受ける時間が長くなり、気泡の微粒化が促進される。
なお、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置いたときに、置いた物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質のことで、旋回流６ｃが渦崩壊部４ｂからテーパー部４ｈに入ってテーパー状に広がることで気柱６ｂも広がり、気泡がテーパー部４ｈに張り付く。
【００５５】
この第２の例の渦崩壊用ノズル４の寸法は、縮流部４ａの入口の内径（＝パイプ２の内径２ｄ）、縮流部４ａの角度４ｅおよび渦崩壊部４ｂの内径４ｆは、第１の例の渦崩壊用ノズル４と同様であるが、円筒状の渦崩壊部４ｂの長さ４ｇについては、内径４ｆと同程度である。
図２１Ａ、ＢおよびＣは、渦崩壊部４ｂの形状を変えた場合のマイクロバブル発生装置１のマイクロバブル６ｄの発生状況を比較した図である。
【００５６】
図２１Ａに示すように、第１の例の渦崩壊用ノズル４の場合、パイプ２の渦流部２ｂから縮流部４ａに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて渦崩壊してマイクロバブル６ｄが発生するが、直線状の狭い範囲にしか広がらない。
図２１Ｂに示す渦崩壊用ノズル４は、渦崩壊部４ｂの全体をテーパー部とした場合であるが、このテーパー部において発生したマイクロバブル６ｄは、図２１Ａの場合に比べて僅かに範囲が広がる程度である。
図２１Ｃに示す渦崩壊用ノズル４の場合、テーパー部４ｈに張り付いた気泡を剪断または破砕することによりマイクロバブル６ｄが発生するので、マイクロバブル６ｄはテーパー状に非常に広い範囲に広がる。
【００５７】
図２２ＡおよびＢは二種類の渦崩壊の様子を示す。いずれも渦崩壊用ノズル４の出口のテーパー部４ｈの急拡部の存在により渦は不安定となり渦崩壊が生じるが、図２２Ａに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの最小断面で流れが超臨界（supercritical)となり擾乱が上流に伝播できないのに対し、図２２Ｂに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の全領域で亜臨界（subcritical)となり擾乱は上流に伝播する。
【００５８】
この第２の例によれば、第１の例と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈが設けられていることにより、旋回流６ｃはこのテーパー部４ｈに張り付く。このため、マイクロバブル６ｄの発生効率の向上を図ることができるとともに、テーパー部４ｈの角度４ｉの選定によりマイクロバブル６ｄの噴き出し方向の制御を容易に行うことができる。
【００５９】
次に、第３の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２３に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、第１の例によるマイクロバブル発生装置１と比べて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４と給気装置５との接続方法が異なる。具体的には、このマイクロバブル発生装置１においては、給気装置５の通気孔５ｆとタービン翼型ノズル３の給気孔３ｅとを、給気装置５の高圧力部５ｊと渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの入口側の圧力検出器４ｃとを接続し、給気装置５の低圧力部５ｋと渦崩壊用ノズル４の外側に設けた圧力検出器４ｄとを接続して給気を自動化したことを特徴とする。圧力検出器４ｃは、渦崩壊用ノズル４において内部を通過する気柱６ｂの圧力を検出し、圧力検出器４ｄは、パイプ２の外部でマイクロバブル６ｄの圧力を検出する。
なお、給気装置５の通気孔５ｆの一端とタービン翼型ノズル３の給気孔３ｅとを給気管５ｉで繋ぐことは第１の例と同様である。また、通気孔５ｆの他端は開放して気体５１を取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
【００６０】
次に、第４の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２４に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、第１の例によるマイクロバブル発生装置１と比べて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４と給気装置５との接続方法が異なる。具体的には、このマイクロバブル発生装置１においては、給気装置５の高圧力部５ｊは、渦崩壊用ノズル４の出口周辺の静水圧に開放した圧力検出器４ｄに接続し、給気装置５の低圧力部５ｋは、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅに設けた圧力検出器４ｃと接続して給気を自動化したことを特徴とする。圧力検出器４ｃは、タービン翼型ノズル３において発生する気柱６ｂの圧力を検出し、圧力検出器４ｄは、パイプ２の外部でマイクロバブル６ｄの圧力を検出する。このマイクロバブル発生装置１の接続方法は、渦崩壊用ノズル４に圧力検出器を設置する必要がなく簡便である。
【００６１】
圧力検出器４ｃで検出した内部の気柱６ｂの圧力と圧力検出器４ｄで検出した外部のマイクロバブル６ｂの圧力との圧力差が大きいときは、マイクロバブル６ｂが効率よく発生している状態であり、圧力差が小さいときは、空気量が多過ぎてマイクロバブル６ｄの発生が少ない状態である。
内部の気柱６ｂの圧力と外部のマイクロバブル６ｂの圧力との圧力差が大きい場合は、給気装置５のピストン５ｂを右に移動させて通気孔５ｆを開放し、給気孔３ｅに気体５１を供給する。
逆に、内部の気柱６ｂの圧力と外部のマイクロバブル６ｄの圧力との圧力差が小さい場合は、給気装置５のピストン５ｂを左に移動させて通気孔５ｆを塞いでいき、給気孔３ｅに供給する気体５ｌの量を抑制する。
【００６２】
次に、第５の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２５に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、パイプ２を入口２ａの内径２ｄを細くした拡大管１１に替えたことが第１の例によるマイクロバブル発生装置１と異なる。拡大管１１は、入口２ａ側の細管部１１ａの内径１１ｄが小さく、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４のある太管部１１ｃの内径１１ｅが大きい形状を有する。
【００６３】
細管部１１ａから太管部１１ｃに至る拡大部１１ｂについては、図２５に示す二つの点線の円のように、円弧状に滑らかに内径が拡大していき、拡大部１１ｂの後部は、タービン翼型ノズル３の半球状部３ｃに沿う形となっている。拡大部１１ｂを滑らかに広げることにより、拡大管１１に液体６が流れる際に、流水断面積が急増加しないので、タービン翼型ノズル３で液体流６ａを拡大管１１の軸方向から円周方向ｆに効果的に変換することができる。
このマイクロバブル発生装置１においては、送水ポンプなどの送液ポンプなどから拡大管１１の入口２ａに供給された直線的な液体流６ａが効率的に螺旋状の旋回流６ｃに変換され、また、タービン翼型ノズル３による縮流の影響も小さくなり、エネルギー損失が減少する。
この第５の例によれば、第１の例と同様な利点に加えて、マイクロバブル６ｄの発生効率の向上を図ることができるという利点を得ることができる。
【００６４】
次に、第７の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
図２６および図２７はそれぞれ、マイクロバブル発生装置１のマイクロバブル６ｄの発生状況を確認するために計測した音波のスペクトルおよび画像のスペクトルを示す。これは、渦崩壊が生じるときに発生する音（vortex whistle) を測定することで、旋回流６ｃの回転周波数を予測することができることを示したものである。
【００６５】
図２６に示す音波のスペクトルは、液中を伝搬する音を受信することができるハイドロホーンにより旋回流６ｃが発する音の振動数を測定したグラフであり、図２７に示す画像のスペクトルは、高速ビデオ映像により旋回流６ｃの回転周波数を測定したグラフである。ただし、タービン翼型ノズル３のノズル径３ｊは４ｃｍ、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの内径４ｆは１ｃｍ、液体６として用いた水の流量は７００ｃｃ／ｓである。
【００６６】
図２６および図２７に示すように、音波のスペクトルにおける振動数と画像のスペクトルにおける周波数とは、ともに約４６０Ｈｚにおいてパワースペクトルの値に特徴が見られる。また、図２６に示す音波のスペクトルにおいて、約４６０Ｈｚの右隣の５２０Ｈｚ付近に現れるピークがマイクロバブル６ｄの発生状況を示している。なお、パワースペクトルとは、振動する量の二乗平均値を振動数成分の分布として表したものである。
【００６７】
この第６の例によれば、マイクロバブル６ｄが効率良く発生しているかどうかを直接マイクロバブル６ｄの映像を観ることなく、水中音を測定することで確認することができるため、第１〜第５の例のように渦崩壊用ノズル４の圧力を検出するのではなく、給気孔３ｅへの気体５ｌの給気量を音波の計測のみで調整することが可能となる。また、液体６が不透明である場合にも、マイクロバブル６ｄの発生状況を容易に把握することができる。
【００６８】
次に、第７の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
このマイクロバブル発生装置１においては、渦崩壊用ノズル４の出口のエッジを滑らかにすることを特徴とする。
図２８Ａは渦崩壊用ノズル４、図２８Ｂはこの渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋの拡大図である。
【００６９】
渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋを滑らかにすることにより、気柱６ｂが渦崩壊用ノズル４の前面に張り付き（コアンダ効果）、その旋回流６ｃによる剪断で気柱６ｂが破砕され、マイクロバブル６ｄが発生する。また、マイクロバブル６ｄは渦崩壊用ノズル４の前面の広い範囲に分散する。気柱６ｂが渦崩壊用ノズル４の前面に張り付くには、旋回流６ｃによる遠心力が主流方向の遠心力より大きくなる必要がある。このため、エッジ４ｋの曲率半径をρe とすると、
ρe 〜（ｕe ／ｖe ）2 ｒe ＝Γe -2ｒe (14)
以上とする必要がある。ただし、ｖe は渦崩壊用ノズル４の出口における旋回流６ｃの周方向速度である。すなわち、
ρe ≧Γe -2ｒe (15)
とする。
渦崩壊用ノズル４の管状の渦崩壊部４ｂとテーパー部４ｈの前面とのなす角度θ0 は、渦崩壊用ノズル４の出口からのマイクロバブル６ｄの噴き出し方向を決定する。
【００７０】
図２９は超臨界渦崩壊の場合を示し、Γe 〜Γcrである。また、図３０は亜臨界渦崩壊の場合を示し、Γe ＞Γcrである。
図３１Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ、θ0 〜１００度、θ0 〜９０度、θ0 〜４５度の場合であり、いずれの例でも渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋの曲率により旋回流６ｃが渦崩壊用ノズル４の前面に付着し、この前面の接線方向に流れる。
【００７１】
以上のマイクロバブル発生装置１を基礎としてこの一実施形態によるマイクロバブルシャワーについて説明する。このマイクロバブルシャワーにおいては、マイクロバブル発生装置１と同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図３２はこのマイクロバブルシャワーの全体構成を示す。図３２に示すように、このマイクロバブルシャワーは、シャワーヘッド５１、細長い円筒形状の柄５２および所要の長さのホース５３からなる。シャワーヘッド５１と柄５２とは、シャワーヘッド５１の上流側の端部の外周に設けられた雄ねじを柄５２の一端部の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。柄５２とホース５３とは、柄５２の上流側の端部の外周に設けられた雄ねじをホース５３の一端部の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。シャワーヘッド５１の下流側の端部には多数のシャワー孔５４ａが設けられたキャップ５４が取り付けられている。シャワーヘッド５１とキャップ５４とは、シャワーヘッド５１の下流側の端部の外周に設けられた雄ねじをキャップ５４の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。シャワーヘッド５１の上流側の外周部に設けられたランド部５１ａには給気用ねじ５５が取り付けられている。
【００７２】
図３３はシャワーヘッド５１および柄５２の縦断面図を示す。また、図３４は図３３に示す縦断面図と直交する縦断面図を示す。図３３および図３４に示すように、シャワーヘッド５１の上流側の端部５１ｂの外周に設けられた雄ねじ５１ｃが柄５２の一端部５２ａの内周に設けられた雌ねじ５２ｂにねじ込まれている。柄５２の一端部５２ａの内径は下流側に向かって徐々に大きくなっていてテーパー部となっている。このテーパー部とシャワーヘッド５１の上流側の端部５１ｂとの間にはＯリング５６が挟み込まれており、このＯリング５６により、シャワーヘッド５１と柄５２との間の隙間から外部の空気が柄５２の内部に入るのを防止することができるようになっている。
【００７３】
シャワーヘッド５１の喉部に当たる上流部５１ｄの内部は円柱状の空間になっており、その中に上流から下流の順にタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４が同軸に取り付けられている。タービン翼型ノズル３は三枚の翼３ｂを有するが、これに限定されるものではない。また、渦崩壊用ノズル４は、縮流部４ａ、渦崩壊部４ｂおよびテーパー部４ｈからなる、図２０に示すものと同様なものである。この場合、タービン翼型ノズル３は管２と本体３ａとが一体化されたものである。渦崩壊用ノズル４は、タービン翼型ノズル３の下流部の内部に嵌め込まれている。管２の上流部の外周にはフランジ２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇが設けられている。管２のフランジ２ｄとフランジ２ｅとの間の部分の溝部とシャワーヘッド５１の上流部５１ｄとの間にはＯリング５７が挟み込まれており、このＯリング５７により、タービン翼型ノズル３とシャワーヘッド５１の上流部５１ｄとの間の隙間にホース５３から柄５２に供給される水などの液体が入るのを防止することができるようになっている。渦崩壊用ノズル４の外周にはフランジ４ｊ、４ｋ、４ｌが設けられている。渦崩壊用ノズル４のフランジ４ｊとフランジ４ｋとの間の部分の溝部と管２との間にはＯリング５８が挟み込まれており、このＯリング５８により、渦崩壊用ノズル４と管２との間の隙間にホース５３から柄５２に供給される水などの液体が入るのを防止することができるようになっている。図３５に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を示す。
【００７４】
タービン翼型ノズル３は図４に示すものと同様に、互いに本体３ａ内で連通した給気孔３ｅと噴射孔３ｆとを有する。シャワーヘッド５１のランド部５１ａには貫通穴５１ｅが設けられており、この貫通穴５１ｅに円筒状の金属スペーサ５９が圧入されている。この金属スペーサ５９の先端部は、パイプ２の外周のフランジ２ｆとフランジ２ｇとの間に設けられた凹部２ｈに収容されている。この凹部２ｈの底面に給気孔３ｅが設けられている。この場合、この給気孔３ｅの断面形状は、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行な方向に細長い長方形になっているが、これに限定されるものではない。この金属スペーサ５９の底部とタービン翼型ノズル３の管２との間にはＯリング６０が挟み込まれており、このＯリング６０により、ランド部５１ａの貫通穴５１ｅと金属スペーサ５９との間の隙間に外部の空気が給気孔３ｅに入り込むのを防止することができるようになっている。この金属スペーサ５９の内周面には雌ねじ５９ａが設けられている。そして、この金属スペーサ５９の内周面の雌ねじ５９ａにねじ５５の雄ねじ５５ａがねじ込まれている。この雌ねじ５９ａと雄ねじ５５ａとの間には隙間があり、この隙間およびねじ５５の先端部の下の空間を介して外部の空気と給気孔３ｅとが連通している。図３６に、シャワーヘッド５１の、ねじ５５および金属スペーサ５９の中心軸を含み、かつタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸と直交する断面図を示す。
【００７５】
シャワーヘッド５１の喉部の渦崩壊用ノズル４の下流側には旋回流制止板６１が、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に同軸にかつ渦崩壊用ノズル４から離れて取り付けられている。この旋回流制止板６１はシャワーヘッド５１の外壁に一体に取り付けられている。この旋回流制止板６１はほぼ直角三角形の形状を有し、互いに直交する二辺のうちの一方はタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行に、他方はこの中心軸と直交している。この旋回流制止板６１のこの中心軸と直交する辺は、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの直径を完全にカバーする長さを有する。
【００７６】
図３７に柄５２に結合したシャワーヘッド５１の内部構造を示す。また、図３８に、シャワーヘッド５１およびキャップ５４を示す。また、図３９に、キャップ５４、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を取り外した状態のシャワーヘッド５１を示す。図３９および図３３に示すように、シャワーヘッド５１の先端部の外周には雄ねじ５１ａが設けられ、キャップ５４の内周に設けられた雌ねじ５４ｂにこの雄ねじ５１ａをねじ込むことによりシャワーヘッド５１にキャップ５４が取り付けられている。このシャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は鋭角に選ばれている。
【００７７】
タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４との相互の位置決めは、タービン翼型ノズル３のパイプ２の上流側の端部に設けられた溝に渦崩壊用ノズル４の下流側の端部に設けられたリブを嵌め込むことにより行うことができるようになっている。タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４とが相互に位置決めされている状態で、パイプ２のフランジ２ｆ、２ｇの外周に設けられた溝２ｉ、２ｊと、渦崩壊用ノズル４のフランジ４ｌの外周に設けられた溝４ｍとが、タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行に一直線上に並ぶようになっている。シャワーヘッド５１とタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４との位置決めは、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の外周の溝２ｉ、２ｊ、４ｍにシャワーヘッド５１の上流部の内周に設けられたリブ５１ｆを嵌め込むことにより行うことができるようになっている。
【００７８】
このマイクロバブルシャワーにおいて、シャワーヘッド５１、柄５２、タービン翼型ノズル３、渦崩壊用ノズル４などの製造にはどのような方法を用いてもよいが、例えばトランスファーモールド成型技術などによりプラスチック、例えば耐熱ＡＢＳ樹脂を用いて容易に製造することができる。
このマイクロバブルシャワーの主要な部分の寸法などの一例を挙げると、シャワーヘッド５１の先端部の外径は例えば約５８ｍｍ、内径は例えば約４７ｍｍ、ねじ部を除く全長は例えば約６７ｍｍである。シャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は例えば４５度である。柄５２の内径は例えば約２５ｍｍ、外径は例えば約３７ｍｍ、長さは例えば約１６７ｍｍである。タービン翼型ノズル３の全長は例えば約３７ｍｍ、翼３ｂを含む本体３ａの直径は例えば約１２．５ｍｍである。渦崩壊用ノズル４の縮流部４の長さは例えば約７ｍｍ、渦崩壊部４ｂおよびテーパー部４ｈの全長は例えば約１０．５ｍｍである。旋回流制止板６１の、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行な辺のこの中心軸からの長さは例えば約５ｍｍである。給気孔３ｅの断面形状は例えば０．９ｍｍ×１．８ｍｍの長方形である。
【００７９】
次に、このマイクロバブルシャワーの動作について説明する。ホース５３を水道に接続し、水を流す。この水はホース５３を通って柄５２に入り、さらにシャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を順次通り、上述のマイクロバブル装置１の動作原理に従って、渦崩壊用ノズル４からマイクロバブル６ｅを含む水が出る。旋回流６ｃへの空気の導入は、金属スペーサ５９の内周面の雌ねじ５９ａとねじ５５の雄ねじ５５ａとの間の隙間、ねじ５５の先端部の下側の空間および給気孔３ｅを通して行われる。金属スペーサ５９とこのマイクロバブル６ｅを含む水は、この渦崩壊用ノズル４の下流に設けられた旋回流制止板６１に当たり、この旋回流制止板６１によりこの水の旋回が制止される。最終的に、シャワーヘッド５１の先端のキャップ５４のシャワー孔５４ａからマイクロバブル６ｅを含む水が噴出し、洗浄などに用いられる。
【００８０】
この一実施形態によるマイクロバブルシャワーによれば、次のような利点を得ることができる。すなわち、このマイクロバブルシャワーにおいては、シャワーヘッド５１の喉部にマイクロバブル発生に必要なタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を組み込んでいるので、旋回流６ｃにより発生する負圧部はキャップ５４のシャワー孔５４ａから遠くなり、シャワー孔５４ａからの空気の吸い込みを防止することができる。このため、従来のマイクロバブルシャワーのように空気の吸い込みを防止するためにノズル出口をほぼ閉塞する必要がないため、液体流、例えば水流が大きな抵抗を受ける問題がなく、水道水圧でも容易にマイクロバブルを発生させることができる。また、シャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は鋭角であるため、シャワーヘッド５１の内部に空気が滞留しにくく、マイクロバブルの発生効率を高くすることができる。
【００８１】
さらに、渦崩壊用ノズル４の下流に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に旋回流制止板６１が設けられているため、この旋回流制止板６１により、渦崩壊用ノズル４の下流で液体６、例えば水が全体的に回転するのを防止することができ、これによってマイクロバブル６ｄの発生効率をより高くすることができる。すなわち、図４０Ｂに示すように、渦崩壊用ノズル４の下流に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に旋回流制止板６１が設けられていると、渦崩壊用ノズル４から出てくる旋回流６ｃの旋回が制止され、液体６が全体的に回転するのを防止することができるので、渦崩壊用ノズル４の出口で液体６の剪断力が大きくなり、このためマイクロバブルが効率的に微粒化される。ここで、図４０Ｂの上の図はシャワーヘッド５１の正面からタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸方向を見た図、下の図はマイクロバブルシャワーのシャワーヘッド５１および柄５２の縦断面図である（図４０ＡおよびＣも同様）。これに対し、図４０Ａに示すように、旋回流制止板６１を設けない場合には、渦崩壊用ノズル４から出てくる旋回流６ｃによりシャワーヘッド５１内部の液体６が全体的に回転してしまうため、液体６の剪断力が減少し、気柱が形成され、マイクロバブル６ｄが合体してしまい、マイクロバブル６ｄの微粒化が促進されない。また、図４０Ｃに示すように、シャワーヘッド５１の出口に近い位置に旋回流制止板６１を設けた場合には、マイクロバブル６ｄの微粒化は可能であるものの、使用時にマイクロバブルシャワーの柄５２を鉛直方向に保持すると、旋回流制止板６１にマイクロバブル６ｄが滞留し成長するため、マイクロバブル６ｄの発生効率が小さい。
以上により、従来に比べて高性能のマイクロバブルシャワーを得ることができる。
【００８２】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、形状、構造、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、形状、構造、配置などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１の例によるマイクロバブル発生装置の本体を示す斜視図である。
【図２】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す斜視図である。
【図３】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す正面図である。
【図４】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す縦断面図である。
【図５】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体の一つの翼の形状を示す略線図である。
【図６】第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。
【図７】第１の例によるマイクロバブル発生装置の給気装置を示す縦断面図である。
【図８】第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの縮流部におけるサーキュレーション数を説明するための略線図である。
【図９】第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの臨界ノズル半径を説明するための略線図である。
【図１０】第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる渦崩壊を示す略線図である。
【図１１】Hinzeスケールを説明するための略線図である。
【図１２】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１３】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１４】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。
【図１５】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１６】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１７】第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。
【図１８】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの実施例を説明するための表である。
【図１９】第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの形状、渦崩壊用ノズルの形状およびタービン翼型ノズルから渦崩壊用ノズルまでの間隔の実施例を説明するための略線図である。
【図２０】第２の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。
【図２１】第２の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を他の例と比較した略線図である。
【図２２】第２の例によるマイクロバブル発生装置における二種類の渦崩壊の様子を示す略線図である。
【図２３】第３の例によるマイクロバブル発生装置を示す縦断面図である。
【図２４】第４の例によるマイクロバブル発生装置を示す縦断面図である。
【図２５】第５の例によるマイクロバブル発生装置の本体を示す縦断面図である。
【図２６】第６の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を確認するために計測した音波のスペクトルを示す略線図である。
【図２７】第６の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を確認するために計測した画像のスペクトルを示す略線図である。
【図２８】第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図およびこの渦崩壊用ノズルの出口のエッジの拡大図である。
【図２９】第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる超臨界渦崩壊を示す略線図である。
【図３０】第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる亜臨界渦崩壊を示す略線図である。
【図３１】第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの形状の例を示す縦断面図である。
【図３２】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーの全体構成を示す側面図である。
【図３３】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドおよび柄の縦断面図である。
【図３４】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドおよび柄の縦断面図である。
【図３５】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーを構成するタービン翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルを示す略線図である。
【図３６】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの横断面図である。
【図３７】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの内部構造を示す略線図である。
【図３８】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの内部構造を示す略線図である。
【図３９】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドを示す略線図である。
【図４０】この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーの動作を説明するための略線図である。
【符号の説明】
【００８４】
２…パイプ、２ａ…渦流部、３…タービン翼型ノズル、３ａ…本体、３ｂ…翼、３ｅ…給気孔、３ｆ…噴射孔、４…渦崩壊用ノズル、４ａ…縮流部、４ｂ…渦崩壊部、４ｃ…テーパー部、６…液体、６ａ…液体流、６ｂ…気柱、６ｃ…旋回流、６ｄ…マイクロバブル、５１…シャワーヘッド、５２…柄、５３…ホース、５４…キャップ、５４ａ…シャワー孔、６１…旋回流制止板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回流発生用翼型ノズルと、上記旋回流発生用翼型ノズルと同軸に設けられた縮流部および渦崩壊部を有する渦崩壊用ノズルとをシャワーヘッドの喉部に有することを特徴とするマイクロバブルシャワー。
【請求項２】
上記旋回流発生用翼型ノズルの入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を上記縮流部に供給することにより上記渦崩壊部からマイクロバブルを発生させることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項３】
上記旋回流発生用翼型ノズルおよび上記渦崩壊用ノズルの中心軸と上記シャワーヘッドの出口からの液体の噴き出し方向との間の角度が鋭角であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項４】
上記シャワーヘッドの喉部の上記渦崩壊用ノズルの下流側に上記旋回流を制止する板を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項５】
上記旋回流を制止する板は上記旋回流発生用翼型ノズルおよび上記渦崩壊用ノズルの中心軸を含む面上に設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項６】
上記旋回流発生用翼型ノズルは旋回流発生用翼体を管の内部に収容したものであることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項７】
上記旋回流発生用翼体は、円柱状の本体の一端部を流線形に成形し、上記本体の外周面の長手方向に複数の翼をそれらの後部が彎曲するように設け、上記本体の他端部に気体の噴射孔を設けたものであることを特徴とする請求項６記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項８】
上記旋回流発生用翼体は上記本体の外周面に設けられた給気孔と上記本体の他端部に設けられた噴射孔とを有し、上記給気孔と上記噴射孔とは上記本体内に設けられた通路を介して互いに連通していることを特徴とする請求項７記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項９】
上記旋回流発生用翼体の上記翼の枚数は３枚であることを特徴とする請求項７記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項１０】
上記縮流部は上記渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており、上記渦崩壊部との境界部において上記渦崩壊部と同一の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項１１】
上記渦崩壊部は円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有し、上記第１の部分の内周面と上記第２の部分の端面とがなす角度をθ0 としたとき、９０度＜θ0 ＜１８０度であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項１２】
上記第１の部分の内周面と上記第２の部分の端面とが滑らかに繋がっていることを特徴とする請求項１１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項１】
旋回流発生用翼型ノズルと、上記旋回流発生用翼型ノズルと同軸に設けられた縮流部および渦崩壊部を有する渦崩壊用ノズルとをシャワーヘッドの喉部に有することを特徴とするマイクロバブルシャワー。
【請求項２】
上記旋回流発生用翼型ノズルの入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を上記縮流部に供給することにより上記渦崩壊部からマイクロバブルを発生させることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項３】
上記旋回流発生用翼型ノズルおよび上記渦崩壊用ノズルの中心軸と上記シャワーヘッドの出口からの液体の噴き出し方向との間の角度が鋭角であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項４】
上記シャワーヘッドの喉部の上記渦崩壊用ノズルの下流側に上記旋回流を制止する板を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項５】
上記旋回流を制止する板は上記旋回流発生用翼型ノズルおよび上記渦崩壊用ノズルの中心軸を含む面上に設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項６】
上記旋回流発生用翼型ノズルは旋回流発生用翼体を管の内部に収容したものであることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項７】
上記旋回流発生用翼体は、円柱状の本体の一端部を流線形に成形し、上記本体の外周面の長手方向に複数の翼をそれらの後部が彎曲するように設け、上記本体の他端部に気体の噴射孔を設けたものであることを特徴とする請求項６記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項８】
上記旋回流発生用翼体は上記本体の外周面に設けられた給気孔と上記本体の他端部に設けられた噴射孔とを有し、上記給気孔と上記噴射孔とは上記本体内に設けられた通路を介して互いに連通していることを特徴とする請求項７記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項９】
上記旋回流発生用翼体の上記翼の枚数は３枚であることを特徴とする請求項７記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項１０】
上記縮流部は上記渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており、上記渦崩壊部との境界部において上記渦崩壊部と同一の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項１１】
上記渦崩壊部は円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有し、上記第１の部分の内周面と上記第２の部分の端面とがなす角度をθ0 としたとき、９０度＜θ0 ＜１８０度であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。
【請求項１２】
上記第１の部分の内周面と上記第２の部分の端面とが滑らかに繋がっていることを特徴とする請求項１１記載のマイクロバブルシャワー。
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
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【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【公開番号】特開２００８−２２９５１６（Ｐ２００８−２２９５１６Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７３５０４（Ｐ２００７−７３５０４）
【出願日】平成１９年３月２０日（２００７．３．２０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【出願人】（５０７０９０７６４）株式会社 エール・オー (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２０日（２００７．３．２０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【出願人】（５０７０９０７６４）株式会社 エール・オー (2)
【Ｆターム（参考）】
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