マイクロバブル発生装置

【課題】簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生装置を提供する。
【解決手段】水槽1内の液体(たとえば、水)を、液体供給路4を介して循環路2に供給し、循環路2内で循環させる。気体供給路3からエゼクタ7を介して循環路2内に気体(たとえば、空気)を供給する。循環路2において気体が混合された液体を、循環路2よりも断面積の小さい分岐路5を介して水槽1側へと送り、マイクロバブル発生ノズル16において処理(たとえば、圧力変化を伴う処理)することによってマイクロバブルを発生させる。

【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(微小気泡)を発生させるためのマイクロバブル発生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
水槽内の液体(たとえば、水)を循環させ、その循環する液体中に気体(たとえば、空気)を供給することにより、水槽内の液体にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
このマイクロバブル発生装置には、水槽内から排出された水を循環させるための循環路と、この循環路に介装され、循環路内を循環する水の中に空気を吸引するためのエゼクタと、循環路におけるエゼクタの下流側に介装され、循環路内の水を循環させるための循環ポンプとが備えられている。このような構成によれば、エゼクタの吸引能力分が循環ポンプの吸引側の圧力を上昇させるため、循環ポンプの吐出側の圧力は、エゼクタの吸引能力と循環ポンプの吐出圧とで高圧となり、エゼクタから吸引された空気が循環路内を循環する水の中に溶解される。そして、空気が溶解された水が減圧ノズルから水槽内に噴射されることにより、急激な減圧により、溶解されていた空気が微細気泡(マイクロバブル)となって水槽内に供給される。
【特許文献1】特許第2890751号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上記従来技術のような構成では、循環路内を循環する水が過飽和状態となり、水に溶け切らない空気の泡が生じた場合に、その溶け切らない空気の気泡を排出するための気液分離槽(エアーセパレーター)を設けなければならない。したがって、構造が複雑になり、製造コストが高くなるという問題がある。
また、空気が溶解された水が減圧ノズルで減圧されるだけでは、マイクロバブルを良好に発生させることができないおそれがある。
【0004】
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、簡単な構成でマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生装置を提供することを目的とする。
また、この発明の別の目的は、良好にマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するための請求項1記載の発明は、液体を循環させるための循環路(2,102,202,402)と、上記循環路に介装され、上記循環路内に液体および気体を流入させることができるエゼクタ(7,107,207,407)と、上記循環路に介装され、上記エゼクタを通過した気体が混合されている液体を加圧し、液体に気体を溶け込ませて上記循環路内を循環させるためのポンプ(6,106,206,406)と、上記循環路から分岐し、上記循環路の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路(5,105,205,405)と、上記分岐路を流れる気体が溶け込んだ液体を処理することにより、マイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段(16,116,216,416)とを含むことを特徴とするマイクロバブル発生装置である。
【0006】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、エゼクタから循環路に流入する液体および気体を循環路においてポンプで加圧することにより液体に気体を溶解させ、その気体が溶け込んだ液体を循環路の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路に流入させてマイクロバブル発生手段で処理することにより、マイクロバブルを発生させることができる。分岐路の断面積を循環路の断面積よりも小さくすることにより、循環路から分岐路へと比較的大きな気泡が流入するのを阻止することができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0007】
上記マイクロバブル発生手段(16,116,216,416)は、断面積が上流側に比べて縮小された絞り部(20,23,32)を含むような構成であってもよい。この場合、上記マイクロバブル発生手段(16,116,216,416)は、上記絞り部(20,23,32)よりも大きい断面積を有し、上記絞り部の下流側に吸収液の流通方向に沿って断面積が拡大するように形成された流出部(21,24,25,26,33)をさらに含むような構成であることが好ましい。
【0008】
この場合、上記流出部(21,24,25,26,33)は、断面積が徐々に大きくなるように形成された第1拡大部(25A,26A)を有するような構成であることが好ましい。
また、上記流出部(25,26)は、上記第1拡大部の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第1平行部(25B,26B)を有するような構成であることが好ましい。
【0009】
さらに、上記流出部(26)は、上記第1平行部(26B)の下流側に、上記第1拡大部(26A)よりも大きい角度で拡がる第2拡大部(26C)を有するような構成であることが好ましい。
さらにまた、上記流出部(26)は、上記第2拡大部(26C)の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第2平行部(26D)を有するするような構成であることが好ましい。
【0010】
上記分岐路(5,105,205,405)の断面積は、上記循環路の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路から分岐路に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生手段により放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生手段を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0011】
請求項2記載の発明のように、上記マイクロバブル発生手段(16,116,216,416)は、上記分岐路(5,105,205,405)よりも断面積が縮小された絞り部(20,23,32,220,420)を有し、上記絞り部の断面積は、上記循環路(2,102,202,402)内の圧力が0.09MPa以上になるように設定されていれば、液体中に気体を良好に溶解させて、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0012】
請求項3記載の発明は、上記分岐路(5,105,205,405)は、上記循環路(2,102,202,402)から上方に向かって分岐していることを特徴とする請求項1または2記載のマイクロバブル発生装置である。
この構成によれば、気泡は浮力により上方に向かいやすいので、循環路から上方に向かって分岐する分岐路に気泡を流れやすくすることができる。したがって、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡を、より多く循環路から分岐路に流入させることができるので、ポンプにおいてエア噛みを生じにくくすることができる。
【0013】
請求項4記載の発明は、上記循環路(2,102,202,402)内の液体の流量を検知するための循環流量検知手段(8,108,208,408)と、上記循環流量検知手段により検知される流量に基づいて、上記エゼクタ(7,107,207,407)を介して上記循環路内に流入させる気体の量を調整する気体量調整手段(10,110,210,410)とをさらに含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置である。
【0014】
この構成によれば、循環流量検知手段により検知される液体の流量に基づいて、循環路内の気体の量を検知し、それに応じて、エゼクタを介して循環路内に流入させる気体の量を調整することができる。したがって、循環路内の気体の量が増加して、ポンプにおいてエア噛みが生じるのを防止できる。
また、マイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路内の液体の流量が不安定となる。このとき、循環流量検知手段により検知される液体の流量が安定してから、エゼクタを介して循環路内に流入させる気体の量を増加させることにより、ポンプにおいてエア噛みが生じるのを防止できる。
【0015】
請求項5記載の発明は、上記エゼクタ(7,107,207,407)に接続され、上記エゼクタを介して上記循環路(2,102,202,402)内に気体を流入させるための気体供給路(3,103,203,403)と、上記エゼクタに接続され、上記エゼクタを介して上記循環路内に液体を流入させるための液体供給路(4,104,204,404)とをさらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置である。
【0016】
この構成によれば、循環路内を流れる液体に対し、エゼクタを介して、気体供給路から供給される気体および液体供給路から供給される液体を流入させることができる。
請求項6記載の発明は、液体を貯めておくことができる貯液部(1,201,401)をさらに含み、上記マイクロバブル発生手段(16,216,416)から発生されるマイクロバブルは、上記貯液部に貯められている液体中に供給されるようになっており、上記液体供給路(4,204,404)は、上記貯液部に貯められている液体を、上記エゼクタ(7,207,407)を介して上記循環路(2,202,402)内に流入させるものであることを特徴とする請求項5記載のマイクロバブル発生装置である。
【0017】
この構成によれば、貯液部に貯められている液体を、液体供給路からエゼクタを介して循環路内に流入させ、その液体中に気体供給路からエゼクタを介して気体を混合させて、貯液部に貯められている液体中にマイクロバブルを供給することができる。したがって、貯液部内の液体を循環路内に循環させて、良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0018】
請求項7記載の発明のように、上記分岐路(5,105)内の液体の流量を検知するための分岐流量検知手段(15,115)、上記気体供給路(3,103)内の気体の流量を検知するための気体流量検知手段(11,111)、および、上記液体供給路(4,104)内の液体の流量を検知するための液体流量検知手段(14,114)のうちの少なくとも1つをさらに含むような構成であってもよい。
【0019】
この場合、請求項8記載の発明のように、上記分岐流量検知手段(15,115)、上記気体流量検知手段(11,111)および上記液体流量検知手段(14,114)のうちの少なくとも1つで検知される流量が所定範囲内でない場合に、上記ポンプ(6,106)の駆動を停止させる手段(17,117)をさらに含むような構成であれば、分岐路、気体供給路および液体供給路のうちの少なくとも1つが詰まった状態でポンプが駆動されるといった危険な状態を回避できる。
【0020】
請求項9記載の発明は、オゾンを発生させるためのオゾン発生器(139)をさらに備え、上記気体供給路(103)は、上記オゾン発生器により発生されたオゾンを上記循環路(102)内に流入させるものであることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置である。
この構成によれば、オゾン発生器から発生されたオゾンを用いて、除菌効果および脱臭効果を有するマイクロバブルを発生させることができる。
【0021】
請求項10記載の発明は、(機能水を生成するための)気体を貯留しておくことができる気体貯留部(143,144)をさらに備え、上記気体供給路(103)は、上記気体貯留部に貯留されている気体を上記エゼクタ(107)を介して上記循環路(102)内に流入させるものであることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置である。
【0022】
この構成によれば、たとえば、気体貯留部に二酸化炭素を貯留しておいて、その二酸化炭素を循環路内に流入させて炭酸水を生成したり、気体貯留部に酸素を貯留しておいて、その酸素を循環路内に流入させて高酸素水を生成したりすることができる。
また、リラックス効果や覚醒作用を有する気体を気体貯留部に貯留しておいて、その気体を循環路に流入させれば、リラックス効果や覚醒作用を有する液体を生成することができる。
【0023】
このような炭酸水、高酸素水、リラックス効果や覚醒作用を有する液体などは、飲料用として用いることも可能である。
請求項11記載の発明は、気体が溶け込んだ液体を処理することにより、マイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置(16A,16B,16C,16D,16E,16F,16G)であって、断面積が上流側に比べて縮小された絞り部(20,23,32)と、上記絞り部よりも大きい断面積を有し、上記絞り部の下流側に液体の流通方向に沿って断面積が拡大するように形成された流出部(21,24,25,26,33)とを含むことを特徴とするマイクロバブル発生装置である。
【0024】
この構成によれば、絞り部の上流側で加圧されて気体が溶解された液体を、絞り部から流出部に流出する際に減圧することによって良好にマイクロバブルを発生させることができる。
特に、絞り部を通過する際に加速された液体を、液体の流通方向に沿って断面積が拡大する流出部内で減速し、減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0025】
請求項12記載の発明は、上記絞り部(20,32)の上流側に形成され、上記絞り部よりも大きい断面積を有する流入部(19,31)をさらに含むことを特徴とする請求項11記載のマイクロバブル発生装置(16A,16C,16D,16E,16F,16G)である。
この構成によれば、たとえば、流入部の断面積を絞り部に向かって縮小された形状とすることにより、流入部から絞り部へと液体を入りやすくすることができる。
【0026】
請求項13記載の発明は、上記流出部(21,24,25,26,33)は、断面積が徐々に大きくなるように形成された第1拡大部(25A,26A)を有することを特徴とする請求項11または12記載のマイクロバブル発生装置(16A,16B,16C,16D,16E,16F,16G)である。
この構成によれば、絞り部を通過する際に加速された液体を、第1拡大部の内壁面に沿わして良好に減速し、減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができる。したがって、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0027】
請求項14記載の発明は、上記流出部(25,26)は、上記第1拡大部の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第1平行部(25B,26B)を有することを特徴とする請求項13記載のマイクロバブル発生装置(16C,16D,16G)である。
この構成によれば、第1拡大部で減速された内壁面寄りの液体の速度と中央寄りの液体の速度とを均一化することができる。このとき、中央寄りの液体の速度が減速されることにより減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0028】
請求項15記載の発明のように、上記流出部(26)は、上記第1平行部(26B)の下流側に、上記第1拡大部(26A)よりも大きい角度で拡がる第2拡大部(26C)を有するような構成であれば、第1平行部で速度が均一化された液体を、第2拡大部の内壁面に沿わして良好に減速し、減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができるので、さらに良好にマイクロバブルを発生させることができる。このとき、第1平行部から第2拡大部に流入する液体の速度は、絞り部から第1拡大部に流入する速度よりも遅いので、第2拡大部を第1拡大部よりも大きい角度で拡がるような構成とすることにより、第2拡大部の内壁面に沿って液体を良好に減速することができる。
【0029】
この場合、請求項16記載の発明のように、上記第1平行部(26B)と上記第2拡大部(26C)との間に形成され、上記流出部(26)内の気体を開放するための気体開放口(37)を含むような構成であれば、マイクロバブルとならなかった比較的大きな気泡を気体開放口から解放して、マイクロバブルの発生が阻害されるのを防止できるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0030】
請求項17記載の発明は、上記流出部(26)は、上記第2拡大部(26C)の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第2平行部(26D)を有することを特徴とする請求項15または16記載のマイクロバブル発生装置(16D,16G)である。
この構成によれば、第2拡大部で減速された内壁面寄りの液体の速度と中央寄りの液体の速度とを均一化することができる。このとき、中央寄りの液体の速度が減速されることにより減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0031】
請求項18記載の発明は、気体が溶け込んだ液体を処理することにより、マイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置(216,316,416,416A,416B)であって、断面積が上流側に比べて縮小された絞り部(220,420)と、上記絞り部の下流側に形成され、上記絞り部よりも大きい断面積を有する流出部(221,421)と、上記絞り部の断面積を変化させることにより、上記絞り部を通過する気体が溶け込んだ液体の流量(流速)を調整するための流量(流速)調整手段(247,459,466)とを含むことを特徴とするマイクロバブル発生装置である。
【0032】
この構成によれば、絞り部を通過する液体の流量(または流速)を流量調整手段で調整して、マイクロバブルを発生させるのに適した流量(または流速)とすることができる。したがって、簡単な構成で、良好にマイクロバブルを発生させることができる。
また、絞り部の断面積を小さくしているときに、絞り部にごみが詰まった場合でも、絞り部の断面積を大きくするだけで、そのごみを容易に取り除くことができる。
【0033】
請求項19記載の発明のように、上記流量調整手段は、上記絞り部(220)の周面の少なくとも一部を構成する変形可能な変形部(247)と、上記変形部を変形させるための変形手段(249)とを含むような構成であれば、簡単な構成で、絞り部の断面積を変化させて、絞り部を通過する液体の流量を調整できる。
この場合、請求項20記載の発明のように、上記変形手段は、内部にエアを充填できるエア充填部(249)を含み、このエア充填部内のエア圧を変化させることに連動させて、上記変形部(247)を変形させることができるようになっていてもよい。
【0034】
また、請求項21記載の発明のように、上記流量調整手段は、上記絞り部(420)内に対して進退可能なスライド部材(459)と、上記スライド部材をスライドさせるためのスライド手段(460)とを含むような構成であっても、簡単な構成で、絞り部の断面積を変化させて、絞り部を通過する液体の流量を調整できる。
さらに、請求項22記載の発明のように、上記流量調整手段は、上記絞り部(420)内に配置され、上記絞り部内の液体の流通方向に対する角度を変化させることができる回転体(466)と、上記回転体を回転させるための回転手段(460)とを含むような構成であっても、簡単な構成で、絞り部の断面積を変化させて、絞り部を通過する液体の流量を調整できる。
【0035】
請求項23記載の発明のように、上記絞り部(20,220,420)またはその下流側の内部に気体を供給するための気体供給口(27,34,461)をさらに含むような構成であれば、気体供給口から気体を供給することにより、絞り部またはその下流側の内部に比較的大きな気泡を発生させ、その比較的大きな気泡と絞り部を通過する際に発生するマイクロバブルとを含んだジェット水流を発生させることができる。
【0036】
この場合、請求項24記載の発明のように、上記気体供給口(27,34,461)に連通し、上記気体供給口から供給する気体の量を調整するための気体供給バルブ(29,36,464)をさらに含むような構成であれば、気体供給バルブを閉じた状態では、気体が混合された液体が流入部、絞り部および流出部を通過することによりマイクロバブルが発生し、気体供給バルブを開いた状態では、気体供給口から気体が供給されることにより、マイクロバブルと比較的大きな気泡とを含んだジェット水流が発生する。したがって、気体供給バルブの開閉によって、マイクロバブルおよびジェット水流を選択的に発生させることができる。
【0037】
請求項25記載の発明は、上記気体供給バルブ(29,36,464)は、上記気体供給口(27,34,461)から供給する気体の量を連続的に可変調整できることを特徴とする請求項24記載のマイクロバブル発生装置である。
この構成によれば、マイクロバブルと比較的大きな気泡との発生比率を連続的に変化させることができるので、適当なジェット水流を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図1は、この発明の第1実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
図1を参照して、このマイクロバブル発生装置は、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽1を備え、この水槽1内の液体を循環させ、その循環する液体中に気体(たとえば、空気)を供給することにより、水槽1内の液体にマイクロバブル(直径が数十μm以下の微小気泡)を発生させるものである。
【0039】
このマイクロバブル発生装置には、水槽1内の液体を循環させるための循環路2と、循環路2内に気体を流入させるための気体供給路3と、水槽1内の液体を循環路2に流入させるための液体供給路4と、循環路2から分岐して水槽1内に至る分岐路5とが備えられている。
循環路2には、低圧力型(たとえば、吐出圧が0.1MPa程度)の循環ポンプ6が介装されている。すなわち、循環路2は、循環ポンプ6の吸込口と吐出口とを環状に接続している。循環ポンプ6を駆動させると、循環路2内の液体が吸込口から循環ポンプ6内に吸い込まれ、吐出口から吐出されることにより、循環路2内の液体が循環される。循環路2における循環ポンプ6の上流側(吸込口の上流側)には、液体供給路4から供給される液体および気体供給路3から供給される気体を循環路2内に吸引するためのエゼクタ7が介装されている。循環路2における循環ポンプ6の下流側(吐出口の下流側)には、循環路2内を循環する液体の流量を検知するための流量計8が介装されている。
【0040】
図2は、エゼクタ7の構成を示す断面図である。
図1および図2を参照して、エゼクタ7は、エゼクタ7に対して循環路2の上流側から液体が流入する流入部7Aと、エゼクタ7に対して循環路2の下流側に液体を流出する流出部7Bとが一直線上に結合され、その結合部に、液体供給路4からの液体および気体供給路3からの気体を吸引するための吸引部7Cが下方から略直角に結合した略T字形状を有している。吸引部7Cの断面積は、流入部7Aや流出部7Bの断面積よりも小さく形成されている。流入部7Aと流出部7Bとの結合部には、これらの流入部7Aおよび流出部7Bの断面積よりも小さい断面積を有する絞り部7Dが形成されていて、この絞り部7Dに吸引部7Cが連通している。
【0041】
このような構成により、流入部7Aから流入した液体が絞り部7Dを介して流出部7Bへと噴出される際に、絞り部7Dに負圧が生じ、いわゆるベンチュリー管現象によって、吸引部7Cから絞り部7Dに液体および気体が吸引されて、循環路2内を流れる液体に混合されることとなる。
再び図1を参照して、液体供給路4は、その一端部がエゼクタ7の吸引部7Cに接続され、他端部が水槽1内の底部に至っている。液体供給路4には、フィルタ13と、液体供給路4内を流れる液体の流量を検知するためのフロースイッチ14とが、上流側(水槽1側)から下流側(エジェクタ7側)に向かってこの順序で介装されている。フィルタ13は、後述するマイクロバブル発生ノズル16の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル16内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0042】
気体供給路3は、その一端部が液体供給路4の途中部(より具体的には、フロースイッチ14とエゼクタ7との間)に接続されており、他端部がフィルタ9を介して大気中に開放されている。気体供給路3には、気体供給路3を開閉するための二方バルブ10と、気体供給路3内を流れる気体の流量を検知するためのフロースイッチ11と、上流側(フィルタ9側)から下流側(エゼクタ7側)への気体の流通を許容し、下流側から上流側への気体(および液体)の流通を阻止する逆止弁12とが、上流側から下流側に向かってこの順序で介装されている。二方バルブ10は、その開放量を調整することにより、気体供給路3を流れる気体の流量を調整できる。フィルタ9は、後述するマイクロバブル発生ノズル16の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル16内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0043】
分岐路5は、その一端部が循環路2の途中部(より具体的には、循環ポンプ6の下流側、特に、循環ポンプ6と流量計8との間)から上方に向かって分岐しており、他端部が水槽1内の底部に至っている。分岐路5の断面積は、循環路2の断面積よりも小さく形成されている。分岐路5には、分岐路5内を流れる液体の流量を検知するためのフロースイッチ15が介装されている。分岐路5の下流側の端部には、特殊形状を有するマイクロバブル発生ノズル16が取り付けられている。エゼクタ7から吸引される液体および気体が混合された循環路2内の液体のうち、循環路2から分岐路5に流入した液体が、マイクロバブル発生ノズル16を通過する過程で処理(たとえば、圧力変化を伴う処理)されることにより、水槽1内の液体中にマイクロバブルが発生するようになっている。
【0044】
この実施形態では、エゼクタ7から循環路2に流入する液体および気体を循環ポンプ6で加圧することにより液体に気体を溶解させ、その気体が溶け込んだ液体を循環路2の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路5に流入させてマイクロバブル発生ノズル16で処理することにより、マイクロバブルを発生させることができる。分岐路5の断面積を循環路2の断面積よりも小さくすることにより、循環路2から分岐路5へと比較的大きな気泡が流入するのを阻止することができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0045】
特に、気泡は浮力により上方に向かいやすいので、循環路2から上方に向かって分岐する分岐路5に気泡を流れやすくすることができる。したがって、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡を、より多く循環路2から分岐路5に流入させることができるので、循環ポンプ6においてエア噛みを生じにくくすることができる。
分岐路5の断面積は、循環路2の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路2から分岐路5に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路5内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生ノズル16から放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生ノズル16を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0046】
循環ポンプ6、流量計8、二方バルブ10およびフロースイッチ11,14,15は、それぞれ、マイクロコンピュータを含む制御部17に電気的に接続されている。制御部17は、流量計8やフロースイッチ11,14,15からの入力信号などに基づいて、循環ポンプ6や二方バルブ10などの動作を制御することとなる。二方バルブ10を閉じた状態で循環ポンプ6を駆動させると、液体供給路4からエゼクタ7を介して、循環路2内に水槽1内の液体を流入(循環)させることができる。一方、二方バルブ10を開いた状態で循環ポンプ6を駆動させれば、液体供給路4からエゼクタ7を介して循環路2内に循環される液体中に、気体供給路3から気体を流入させることができる。
【0047】
流量計8により検知される循環路2内を循環する液体の流量に基づいて、循環路2内の気体の量を検知し、それに応じて二方バルブ10を開閉させて、エゼクタ7を介して循環路2内に流入させる気体の量を調整すれば、循環路2内の気体の量が増加して、循環ポンプ6においてエア噛みが生じるのを防止できる。
また、このマイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路2内の液体の流量が不安定となる。このとき、流量計8により検知される循環路2内を循環する液体の流量が安定してから、エゼクタ7を介して循環路2内に流入させる気体の量を増加させることにより、循環ポンプ6においてエア噛みが生じるのを防止できる。
【0048】
フロースイッチ11,14,15のうちの少なくとも1つにおいて、気体または液体が所定の流量以上で流れていない(または、全く流れていない)と検知された場合には、循環ポンプ6の駆動を停止させるようになっていてもよい。このような構成によれば、分岐路5、気体供給路3および液体供給路4のうちの少なくとも1つが詰まった状態で循環ポンプ6が駆動されるといった危険な状態を回避できる。
【0049】
図3および図4は、マイクロバブル発生ノズル16の構成例16A〜16Gを示す断面図である。
図3(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Aは、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路5に嵌め込まれる挿入部18が形成されている。
【0050】
このマイクロバブル発生ノズル16Aの内部には、分岐路5から気体が溶け込んだ液体が流入する流入部19と、この流入部19の下流側に形成され、流入部19よりも小さい断面積を有する絞り部20と、この絞り部20の下流側に形成され、絞り部20よりも大きい断面積を有する流出部21とが、軸線に沿って一直線上に形成されている。流入部19には、このマイクロバブル発生ノズル16Aの入口を構成し、液体の流通方向に沿って断面積がほぼ一定の平行部19Aと、平行部19Aと絞り部20とを接続し、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が縮小された縮小部19Bとが含まれる。絞り部20は、その断面積が、循環路2内の圧力が0.09MPa以上になるように設定されている。流出部21は、中心軸線に対して6°程度の角度で拡がるように、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が拡大された拡大部を構成している。これにより、マイクロバブル発生ノズル16Aは、ベンチュリー管形状を有している。
【0051】
このような構成によれば、絞り部20を通過する際に加速された液体を、流出部(拡大部)21の内壁面に沿わして良好に減速し、減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができる。したがって、マイクロバブルの発生量を多くすることができるとともに、発生するマイクロバブルの径を小さく(たとえば、20〜40μm)することができるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0052】
図3(b)に示すマイクロバブル発生ノズル16Bは、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路5に嵌め込まれる挿入部22が形成されている。
このマイクロバブル発生ノズル16Bには、その挿入部22側の端面に、分岐路5の断面積よりも小さい入口(絞り部としてのノズル口23)が形成されている。マイクロバブル発生ノズル16Bの内部には、ノズル口23よりも大きい断面積を有する流出部24が、軸線に沿って一直線上に形成されている。ノズル口23は、その断面積が、循環路2内の圧力が0.09MPa以上になるように設定されている。流出部24は、中心軸線に対して6°程度の角度で拡がるように、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が拡大された拡大部を構成している。これにより、マイクロバブル発生ノズル16Bは、逆ノズル形状を有している。
【0053】
このような構成によれば、ノズル口23を通過する際に加速された液体を、流出部(拡大部)24の内壁面に沿わして良好に減速し、減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができる。したがって、マイクロバブルの発生量を多くすることができるとともに、発生するマイクロバブルの径を小さく(たとえば、20〜40μm)することができるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0054】
図3(c)に示すマイクロバブル発生ノズル16Cは、図3(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Aの流出部21側の端部を延長した形状を有している。このマイクロバブル発生ノズル16Cは、流出部25の構成以外は、図3(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Aと同様のベンチュリー管形状の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
【0055】
このマイクロバブル発生ノズル16Cの流出部25には、絞り部20から下流側に、中心軸線に対して6°程度の角度で拡がるように、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が拡大された拡大部25Aと、この拡大部25Aの下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された平行部25Bとが一直線上に形成されている。これにより、流出部25は、全体として、液体の流通方向に沿って拡大された形状を有している。
【0056】
このような構成によれば、拡大部25Aで減速された内壁面寄りの液体の速度と中央寄りの液体の速度とを平行部25Bで均一化することができる。このとき、中央寄りの液体の速度が減速されることにより減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0057】
ただし、平行部25Bは、中心軸線に対して若干(たとえば、1°程度)拡がるように形成されることにより、金型成形を容易に行うことができるようになっていてもよい。
図3(d)に示すマイクロバブル発生ノズル16Dは、図3(c)に示すマイクロバブル発生ノズル16Cの流出部25側の端部をさらに延長した形状を有している。このマイクロバブル発生ノズル16Dは、流出部26の構成以外は、図3(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Aと同様のベンチュリー管形状の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
【0058】
このマイクロバブル発生ノズル16Dの流出部26には、絞り部20から下流側に、中心軸線に対して6°程度の角度で拡がるように、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が拡大された拡大部26Aと、この拡大部26Aの下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された平行部26Bと、この平行部26Bの下流側に、拡大部26Aよりも大きい角度(たとえば、中心軸線に対して30°程度)で拡がる拡大部26Cと、この拡大部26Cの下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された平行部26Dとが一直線上に形成されている。これにより、流出部26は、全体として、液体の流通方向に沿って拡大された形状を有している。
【0059】
このような構成によれば、拡大部26Aで減速された内壁面寄りの液体の速度と中央寄りの液体の速度とを平行部26Bで均一化することができる。このとき、中央寄りの液体の速度が減速されることにより減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0060】
また、平行部26Bで速度が均一化された液体を、拡大部26Cの内壁面に沿わして良好に減速し、減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができるので、さらに良好にマイクロバブルを発生させることができる。このとき、平行部26Bから拡大部26Cに流入する液体の速度は、絞り部20から拡大部26Aに流入する速度よりも遅いので、拡大部26Cを拡大部26Aよりも大きい角度で拡がるような構成とすることにより、拡大部26Cの内壁面に沿って液体を良好に減速することができる。
【0061】
さらに、拡大部26Cで減速された内壁面寄りの液体の速度と中央寄りの液体の速度とを平行部26Dで均一化することができる。このとき、中央寄りの液体の速度が減速されることにより減少した速度エネルギーを、マイクロバブルを発生させるためのエネルギーに変換することができるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
ただし、平行部26B,26Dは、中心軸線に対して若干(たとえば、1°程度)拡がるように形成されることにより、金型成形を容易に行うことができるようになっていてもよい。
【0062】
図4(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Eは、図3(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Aの絞り部20の下流側(直下流側)に気体供給口27が形成された形状を有している。このマイクロバブル発生ノズル16Eは、気体供給口27が形成されている点以外は、図3(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Aと同様のベンチュリー管形状の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
【0063】
このマイクロバブル発生ノズル16Eの気体供給口27には、気体供給管28の一端部が連通している。気体供給管28の他端部は、大気中に開放されている。気体供給管28には、この気体供給管28内を流れる気体の流量を連続的に可変調整できる可変バルブ29が介装されている。この可変バルブ29を開いた状態で分岐路5からマイクロバブル発生ノズル16E内に液体を流通させると、液体が絞り部20を通過する際に負圧が生じ、いわゆるベンチュリー管現象によって、気体供給管28を介して気体供給口27から気体(たとえば、空気)が吸引される。可変バルブ29の開閉状態を連続的に可変調整すれば、気体供給口27から吸引される気体の量を調整することができる。
【0064】
ただし、気体供給口27は、絞り部20の下流側に限らず、絞り部20に臨むように形成されていてもよい。
図4(b)に示すマイクロバブル発生ノズル16Fは、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路5に嵌め込まれる挿入部30が形成されている。
【0065】
このマイクロバブル発生ノズル16Fには、マイクロバブル発生ノズル16Fの入口を構成し、液体の流通方向に沿って断面積がほぼ一定の流入部31と、流入部31の下流側の端面に形成され、流入部31の断面積よりも小さい絞り部としてのノズル口32と、ノズル口32よりも大きい断面積を有する流出部33とが、軸線に沿って一直線上に形成されている。ノズル口32は、その断面積が、循環路2内の圧力が0.09MPa以上になるように設定されている。流出部33は、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が拡大された形状を有している。これにより、マイクロバブル発生ノズル16Fは、逆ノズル形状を有している。
【0066】
絞り部20の下流側(直下流側)には、気体供給口34が形成されている。この気体供給口34には、気体供給管35の一端部が連通している。気体供給管35の他端部は、大気中に開放されている。気体供給管35には、この気体供給管35内を流れる気体の流量を連続的に可変調整できる可変バルブ36が介装されている。この可変バルブ36を開いた状態で分岐路5からマイクロバブル発生ノズル16F内に液体を流通させると、液体がノズル口32を通過する際に負圧が生じ、いわゆるベンチュリー管現象によって、気体供給管35を介して気体供給口34から気体(たとえば、空気)が吸引される。可変バルブ36の開閉状態を連続的に可変調整すれば、気体供給口34から吸引される気体の量を調整することができる。
【0067】
図4(a)および図4(b)に示すようなマイクロバブル発生ノズル16E,16Fでは、気体供給口27,34から気体を供給することにより、絞り部20,32またはその下流側の内部に比較的大きな気泡を発生させ、その比較的大きな気泡と絞り部20,32を通過する際に発生するマイクロバブルとを含んだジェット水流を発生させることができる。
【0068】
可変バルブ29,36を閉じた状態では、気体が混合された液体が流入部19,31、絞り部20,32および流出部21,33を通過することによりマイクロバブルが発生し、可変バルブ29,36を開いた状態では、気体供給口27,34から気体が供給されることにより、マイクロバブルと比較的大きな気泡とを含んだジェット水流が発生する。したがって、可変バルブ29,36の開閉によって、マイクロバブルおよびジェット水流を選択的に発生させることができる。
【0069】
特に、可変バルブ29,36により気体供給管28,35内を流れる気体の流量を連続的に変化させれば、マイクロバブルと比較的大きな気泡との発生比率を連続的に変化させることができるので、適当なジェット水流を発生させることができる。
図4(c)に示すマイクロバブル発生ノズル16Gは、図3(d)に示すマイクロバブル発生ノズル16Dの平行部26Bと拡大部26Cとの間に、流出部26内の気体を開放するための気体開放口37が形成された形状を有している。このマイクロバブル発生ノズル16Gは、気体供給口37が形成されている点以外は、図3(d)に示すマイクロバブル発生ノズル16Dと同様のベンチュリー管形状の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
【0070】
このマイクロバブル発生ノズル16Gの気体開放口37には、気体開放管38の一端部が連通している。気体開放管38の他端部は、大気中に開放されている。これにより、絞り部20を通過する際にマイクロバブルとならなかった比較的大きな気泡を気体開放口37から解放して、マイクロバブルの発生が阻害されるのを防止できるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0071】
図5は、この発明の第2実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
図5を参照して、このマイクロバブル発生装置は、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽101を備え、この水槽101内から液体を取り出して、その液体中に気体(たとえば、高酸素水や炭酸水などの特定の用途に使用される機能水を生成するための気体(酸素や二酸化炭素など))を供給することにより、マイクロバブルを含む機能水を発生させるものである。
【0072】
このマイクロバブル発生装置には、水槽101内の液体を循環させるための循環路102と、循環路102内に気体を流入させるための気体供給路103と、水槽101内の液体を循環路102に流入させるための液体供給路104と、循環路102から分岐した分岐路105とが備えられている。
循環路102には、低圧力型(たとえば、吐出圧が0.1Pa程度)の循環ポンプ106が介装されている。すなわち、循環路102は、循環ポンプ106の吸込口と吐出口とを環状に接続している。循環ポンプ106を駆動させると、循環路102内の液体が吸込口から循環ポンプ106内に吸い込まれ、吐出口から吐出されることにより、循環路102内の液体が循環される。循環路102における循環ポンプ106の上流側(吸込口の上流側)には、液体供給路4から供給される液体および気体供給路103から供給される気体を循環路102内に吸引するためのエゼクタ107が介装されている。循環路102における循環ポンプ106の下流側(吐出口の下流側)には、循環路102内を循環する液体の流量を検知するための流量計108が介装されている。エゼクタ107の構成は、図2を用いて説明した第1実施形態に係るマイクロバブル発生装置のエゼクタ7と同様の構成であるので、その構成については図に同一符号を付してその説明を省略する。
【0073】
液体供給路104は、その一端部がエゼクタ107の吸引部7Cに接続され、他端部が水槽101内の底部に至っている。液体供給路104には、フィルタ113と、液体供給路104内を流れる液体の流量を検知するためのフロースイッチ114とが、上流側(水槽101側)から下流側(エジェクタ107側)に向かってこの順序で介装されている。フィルタ113は、後述するマイクロバブル発生ノズル116の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル116内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0074】
気体供給路103は、その一端部が液体供給路104の途中部(より具体的には、フロースイッチ114とエゼクタ107との間)に接続されており、他端部がフィルタ109を介して大気中に開放されている。気体供給路103には、オゾンを発生させるためのオゾン発生器139と、気体供給路103を開閉するための二方バルブ110と、気体供給路103内を流れる気体の流量を検知するためのフロースイッチ111と、上流側(フィルタ109側)から下流側(エゼクタ107側)への気体の流通を許容し、下流側から上流側への気体(および液体)の流通を阻止する逆止弁112とが、上流側から下流側に向かってこの順序で介装されている。二方バルブ110は、その開放量を調整することにより、気体供給路103を流れる気体の流量を調整できる。フィルタ109は、後述するマイクロバブル発生ノズル116の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル116内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。オゾン発生器139には、たとえば、周囲の空気を取り込んで、ワイヤに高圧を印加してコロナ放電によりオゾンを発生させるような、周知の構成を採用できる。
【0075】
気体供給路103の途中部(より具体的には、オゾン発生器139と二方バルブ110との間)には、機能水を生成するための気体を気体供給路103に導入するための気体導入路140の一端部が接続されている。気体導入路140の他端部側は2つの分岐導入路141,142に分岐しており、一方の分岐導入路141には、酸素が貯留された酸素タンク143が接続され、他方の分岐導入路142には、二酸化炭素が貯留された二酸化炭素タンク144が接続されている。各分岐導入路141,142には、各分岐導入路141,142を開閉するための二方バルブ145,146が介装されている。二方バルブ145,146は、その開放量を調整することにより、分岐導入路141,142を流れる気体の流量を調整できる。
【0076】
分岐路105は、その一端部が循環路102の途中部(より具体的には、循環ポンプ106の下流側、特に、循環ポンプ106と流量計108との間)から上方に向かって分岐しており、他端部には特殊形状を有するマイクロバブル発生ノズル116が取り付けられている。分岐路105の断面積は、循環路102の断面積よりも小さく形成されている。分岐路105には、分岐路105内を流れる液体の流量を検知するためのフロースイッチ115が介装されている。エゼクタ107から吸引される気体が混合された循環路102内の液体のうち、循環路102から分岐路105に流入した液体が、マイクロバブル発生ノズル116を通過する過程で処理(たとえば、圧力変化を伴う処理)されることにより、マイクロバブルが発生するようになっている。マイクロバブル発生ノズル116の構成としては、図3および図4を用いて説明したようなマイクロバブル発生ノズル16A〜16Gの構成を採用できる。
【0077】
この実施形態では、エゼクタ107から循環路102に流入する液体および気体を循環ポンプ106で加圧することにより液体に気体を溶解させ、その気体が溶け込んだ液体を循環路102の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路105に流入させてマイクロバブル発生ノズル116で処理することにより、マイクロバブルを発生させることができる。分岐路105の断面積を循環路102の断面積よりも小さくすることにより、循環路102から分岐路105へと比較的大きな気泡が流入するのを阻止することができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0078】
特に、気泡は浮力により上方に向かいやすいので、循環路102から上方に向かって分岐する分岐路105に気泡を流れやすくすることができる。したがって、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡を、より多く循環路102から分岐路105に流入させることができるので、循環ポンプ106においてエア噛みを生じにくくすることができる。
分岐路105の断面積は、循環路102の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路102から分岐路105に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路105内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生ノズル116から放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生ノズル116を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0079】
循環ポンプ106、流量計108、オゾン発生器139、二方バルブ110,145,146およびフロースイッチ111,114,115は、それぞれ、マイクロコンピュータを含む制御部117に電気的に接続されている。制御部117は、流量計108やフロースイッチ111,114,115からの入力信号などに基づいて、循環ポンプ106、オゾン発生器139および二方バルブ110,145,146などの動作を制御することとなる。二方バルブ110を閉じた状態で循環ポンプ106を駆動させると、液体供給路104からエゼクタ107を介して、循環路102内に水槽101内の液体を流入(循環)させることができる。一方、二方バルブ110を開いた状態で循環ポンプ106を駆動させれば、液体供給路104からエゼクタ107を介して循環路102内に循環される液体中に、気体供給路103から気体を流入させることができる。
【0080】
オゾン発生器139を駆動した状態で、二方バルブ145,146を閉じるとともに二方バルブ110を開き、循環ポンプ106を駆動させると、気体供給路103およびエゼクタ107を介して、循環路102内にオゾンを流入させることができる。この場合、除菌効果および脱臭効果を有するオゾンのマイクロバブルを含む水が、マイクロバブル発生ノズル116から流出することとなる。これにより、オゾンで除菌および脱臭された水(オゾン水)を生成することができる。
【0081】
オゾン発生器139の駆動を停止した状態で、二方バルブ146を閉じるとともに二方バルブ110,145を開き、循環ポンプ106を駆動させると、分岐導入路141、気体導入路140、気体供給路103およびエゼクタ107を介して、循環路102内に酸素を流入させることができる。この場合、酸素のマイクロバブルを含む水が、マイクロバブル発生ノズル116から流出し、これにより、酸素濃度の高い高酸素水を生成することができる。
【0082】
オゾン発生器139の駆動を停止した状態で、二方バルブ145を閉じるとともに二方バルブ110,146を開き、循環ポンプ106を駆動させると、分岐導入路142、気体導入路140、気体供給路103およびエゼクタ107を介して、循環路102内に二酸化炭素を流入させることができる。この場合、二酸化炭素のマイクロバブルを含む水が、マイクロバブル発生ノズル116から流出し、これにより、炭酸水を生成することができる。
【0083】
このような構成に限らず、循環路102には、気体供給路103を介して他の種々の気体を流入させることができる。たとえば、リラックス効果や覚醒作用を有する気体が貯留されたタンクを気体供給路103に接続し、その気体を、気体供給路103からエゼクタ107を介して循環路102内に流入させれば、リラックス効果や覚醒作用を有する液体を生成することができる。
【0084】
上記のようにして生成されたオゾン水、高酸素水、炭酸水、リラックス効果や覚醒作用を有する液体などは、飲料用として用いることが可能である。この場合、マイクロバブル発生ノズル116から流出するこれらの液体をコップで受けて飲めばよい。
流量計108により検知される循環路102内を循環する液体の流量に基づいて、循環路102内の気体の量を検知し、それに応じて二方バルブ110を開閉させて、エゼクタ107を介して循環路102内に流入させる気体の量を調整すれば、循環路102内の気体の量が増加して、循環ポンプ106においてエア噛みが生じるのを防止できる。
【0085】
また、このマイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路102内の液体の流量が不安定となる。このとき、流量計108により検知される循環路102内を循環する液体の流量が安定してから、エゼクタ107を介して循環路102内に流入させる気体の量を増加させることにより、循環ポンプ106においてエア噛みが生じるのを防止できる。
【0086】
フロースイッチ111,114,115のうちの少なくとも1つにおいて、気体または液体が所定の流量以上で流れていない(または、全く流れていない)と検知された場合には、循環ポンプ106の駆動を停止させるようになっていてもよい。このような構成によれば、分岐路105、気体供給路103および液体供給路104のうちの少なくとも1つが詰まった状態で循環ポンプ106が駆動されるといった危険な状態を回避できる。
【0087】
図6は、この発明の第3実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
図6を参照して、このマイクロバブル発生装置は、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽201を備え、この水槽201内の液体を循環させ、その循環する液体中に気体(たとえば、空気)を供給することにより、水槽201内の液体にマイクロバブルを発生させるものである。
【0088】
このマイクロバブル発生装置には、水槽201内の液体を循環させるための循環路202と、循環路202内に気体を流入させるための気体供給路203と、水槽201内の液体を循環路202に流入させるための液体供給路204と、循環路202から分岐して水槽201内に至る分岐路205とが備えられている。
循環路202には、低圧力型(たとえば、吐出圧が0.1MPa程度)の循環ポンプ206が介装されている。すなわち、循環路202は、循環ポンプ206の吸込口と吐出口とを環状に接続している。循環ポンプ206を駆動させると、循環路202内の液体が吸込口から循環ポンプ206内に吸い込まれ、吐出口から吐出されることにより、循環路202内の液体が循環される。循環路202における循環ポンプ206の上流側(吸込口の上流側)には、液体供給路4から供給される液体および気体供給路203から供給される気体を循環路202内に吸引するためのエゼクタ207が介装されている。循環路202における循環ポンプ206の下流側(吐出口の下流側)には、循環路202内を循環する液体の流量を検知するための流量計208が介装されている。エゼクタ207の構成は、図2を用いて説明した第1実施形態に係るマイクロバブル発生装置のエゼクタ7と同様の構成であるので、その構成については図に同一符号を付してその説明を省略する。
【0089】
液体供給路204は、その一端部がエゼクタ207の吸引部7Cに接続され、他端部が水槽201内の底部に至っている。液体供給路204には、フィルタ213が介装されている。フィルタ213は、後述するマイクロバブル発生ノズル216の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル216内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0090】
気体供給路203は、その一端部が液体供給路203の途中部(より具体的には、フィルタ213とエゼクタ207との間)に接続されており、他端部がフィルタ209を介して大気中に開放されている。気体供給路203には、気体供給路203を開閉するための二方バルブ210と、上流側(フィルタ209側)から下流側(エゼクタ207側)への気体の流通を許容し、下流側から上流側への気体(および液体)の流通を阻止する逆止弁212とが、上流側から下流側に向かってこの順序で介装されている。二方バルブ210は、その開放量を調整することにより、気体供給路203を流れる気体の流量を調整できる。フィルタ209は、後述するマイクロバブル発生ノズル216の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル216内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0091】
分岐路205は、その一端部が循環路202の途中部(より具体的には、循環ポンプ206の下流側、特に、循環ポンプ206と流量計208との間)から上方に向かって分岐しており、他端部が水槽201内の底部に至っている。分岐路205の断面積は、循環路202の断面積よりも小さく形成されている。分岐路205の下流側の端部には、特殊形状を有するマイクロバブル発生ノズル216が取り付けられている。エゼクタ207から吸引される気体が混合された循環路202内の液体のうち、循環路202から分岐路205に流入した液体が、マイクロバブル発生ノズル216を通過する過程で処理(たとえば、圧力変化を伴う処理)されることにより、水槽201内の液体中にマイクロバブルが発生するようになっている。
【0092】
この実施形態では、エゼクタ207から循環路202に流入する液体および気体を、循環ポンプ206で加圧することにより液体に気体を溶解させ、その気体が溶け込んだ液体を循環路202の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路205に流入させてマイクロバブル発生ノズル216で処理することにより、マイクロバブルを発生させることができる。分岐路205の断面積を循環路202の断面積よりも小さくすることにより、循環路202から分岐路205へと比較的大きな気泡が流入するのを阻止することができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0093】
特に、気泡は浮力により上方に向かいやすいので、循環路202から上方に向かって分岐する分岐路205に気泡を流れやすくすることができる。したがって、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡を、より多く循環路202から分岐路205に流入させることができるので、循環ポンプ206においてエア噛みを生じにくくすることができる。
分岐路205の断面積は、循環路202の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路202から分岐路205に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路205内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生ノズル216から放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生ノズル216を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0094】
図7は、この実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル216の構成例を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズル216を液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印A−Aに沿って見た断面図である。
図7を参照して、このマイクロバブル発生ノズル216は、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路205に嵌め込まれる挿入部218が形成されている。
【0095】
このマイクロバブル発生ノズル216の内部には、分岐路205から気体が溶け込んだ液体が流入する流入部219と、この流入部219の下流側に形成され、流入部219よりも小さい断面積を有する絞り部220と、この絞り部220の下流側に形成され、絞り部220よりも大きい断面積を有する流出部221とが、軸線に沿って一直線上に形成されている。流入部219には、このマイクロバブル発生ノズル216の入口を構成し、液体の流通方向に沿って断面積がほぼ一定の平行部219Aと、平行部219Aと絞り部220とを接続し、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が縮小された縮小部219Bとが含まれる。流出部221は、中心軸線に対して6°程度の角度で拡がるように、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が拡大された拡大部を構成している。
【0096】
絞り部220の周面は、たとえば、ゴムなどの弾性体により略円筒状に形成された変形可能なダイアフラム(変形部材)247により構成されている。マイクロバブル発生ノズル216の内部における絞り部220の外側には、円環状の空間248が形成されており、この空間248内には、円環状に形成され、ダイアフラム247の軸線方向中央部の外周面に外側から当接(密着)するように嵌め込まれたエアチューブ249が配置されている。
【0097】
図6に示すように、このマイクロバブル発生ノズル216(のエアチューブ249)には、エア流路250の一端部が接続されている。エア流路250の他端部には、三方バルブ251が接続されている。この三方バルブ251には、エア流路250の他に、一端部がコンプレッサ252に接続された供給流路253の他端部と、一端部が大気中に開放された開放流路254の他端部とが接続されており、その開閉状態を切り替えることにより、エア流路250、供給流路253および開放流路254のうちのいずれか2つを連通させることができるようになっている。
【0098】
循環ポンプ206、流量計208、二方バルブ210、コンプレッサ252および三方バルブ251は、それぞれ、マイクロコンピュータを含む制御部217に電気的に接続されている。制御部217は、流量計208からの入力信号などに基づいて、循環ポンプ206、二方バルブ210、コンプレッサ252および三方バルブ251などの動作を制御することとなる。二方バルブ210を閉じた状態で循環ポンプ206を駆動させると、液体供給路204からエゼクタ207を介して、循環路202内に水槽201内の液体を流入(循環)させることができる。一方、二方バルブ210を開いた状態で循環ポンプ206を駆動させれば、液体供給路204からエゼクタ207を介して循環路202内に循環される液体中に、気体供給路203から気体を流入させることができる。
【0099】
流量計208により検知される循環路202内を循環する液体の流量に基づいて、循環路202内の気体の量を検知し、それに応じて二方バルブ210を開閉させて、エゼクタ207を介して循環路202内に流入させる気体の量を調整すれば、循環路202内の気体の量が増加して、循環ポンプ206においてエア噛みが生じるのを防止できる。
また、このマイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路202内の液体の流量が不安定となる。このとき、流量計208により検知される循環路202内を循環する液体の流量が安定してから、エゼクタ207を介して循環路202内に流入させる気体の量を増加させることにより、循環ポンプ206においてエア噛みが生じるのを防止できる。
【0100】
三方バルブ251により供給流路253とエア流路250とを連通させた状態でコンプレッサ252を駆動すると、コンプレッサ252から供給流路253およびエア流路250を介して、マイクロバブル発生ノズル216のエアチューブ249内にエアが供給される。すると、図8に示すように、エアチューブ249内のエアの圧力(エア圧)が増加して、エアチューブ249が膨張し、これに連動して、ダイアフラム247が締め付けられて変形することにより、絞り部220の断面積が縮小される。一方、三方バルブ251によりエア流路250と開放流路254とを連通させると、エア流路250および開放流路254を介して、マイクロバブル発生ノズル216のエアチューブ249内のエアが大気中に排気される。すると、図7に示すように、エアチューブ249内のエア圧が減少して、エアチューブ249が収縮し、これに連動して、ダイアフラム247が緩められて変形することにより、絞り部220の断面積が拡大される。
【0101】
このように、エアチューブ249内のエア圧を変化させることにより、簡単な構成で、絞り部220の断面積を変化させて、絞り部220を流通する液体の流量を調整することができる。絞り部220の断面積を、循環路202内の圧力が0.09MPa以上になるように調整すれば、良好にマイクロバブルを発生させることができる。
また、絞り部220の断面積を小さくしているときに、絞り部220にごみが詰まった場合でも、絞り部220の断面積を大きくするだけで、そのごみを容易に取り除くことができる。
【0102】
図9は、この発明の第4実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
図9を参照して、このマイクロバブル発生装置には、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽301と、この水槽301内の液体を循環させるための循環路302と、循環路302内に気体(たとえば、空気)を流入させるための気体供給路303とが備えられている。
【0103】
循環路302には、フィルタ313と、高圧力型(たとえば、吐出圧が1.0MPa程度)のポンプ306と、加圧タンク355とが、上流側から下流側に向かってこの順序で介装されている。気体供給路303は、その一端部が循環路302の途中部(より具体的には、ポンプ306の上流側、特に、ポンプ306とフィルタ313の間)に接続されており、他端部がフィルタ309を介して大気中に開放されている。気体供給路303には、気体供給路303を開閉するための二方バルブ310と、上流側(フィルタ309側)から下流側(循環路302側)への気体の流通を許容し、下流側から上流側への気体(および液体)の流通を阻止する逆止弁312とが、上流側から下流側に向かってこの順序で介装されている。二方バルブ310は、その開放量を調整することにより、気体供給路303を流れる気体の流量を調整できる。フィルタ309,313は、後述するマイクロバブル発生ノズル316の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル316内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0104】
二方バルブ310を開いた状態でポンプ306を駆動すると、水槽301内の液体が循環路302内に循環されるとともに、ポンプ306の吸引力によって、気体供給路303を介して循環路302内に気体が流入する。加圧タンク355には、一端部が大気中に開放されたリリーフ流路356の他端部が接続されている。このリリーフ流路356の途中部にはリリーフバルブ357が介装されており、気体供給路303から循環路302内に気体を吸引する際には、リリーフバルブ357を開閉させて、加圧タンク355の圧力が所定の圧力(たとえば、0.1〜0.5MPa程度)になるように調整される。これにより、気体供給路303から循環路302内に気体が過剰に流入して、ポンプ306にエア噛みが生じるのを防止できる。
【0105】
循環路302の下流側の端部には、水槽301内の底部に配置された特殊形状を有するマイクロバブル発生ノズル316が取り付けられている。気体供給路303から吸引される気体が混合された循環路302内の液体が、マイクロバブル発生ノズル316を通過する過程で処理(たとえば、圧力変化を伴う処理)されることにより、水槽301内の液体中にマイクロバブルが発生するようになっている。
【0106】
マイクロバブル発生ノズル316の構成は、図7および図8を用いて説明した第3実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル216の構成と同様であり、このマイクロバブル発生ノズル316(のエアチューブ)には、一端部が三方バルブ351に接続されたエア流路350の他端部が接続されている。
三方バルブ351には、エア流路350の他に、一端部がコンプレッサ352に接続された供給流路353の他端部と、一端部が大気中に開放された開放流路354の他端部とが接続されており、その開閉状態を切り替えることにより、エア流路350、供給流路353および開放流路354のうちのいずれか2つを連通させることができるようになっている。
【0107】
ポンプ306、リリーフバルブ357、二方バルブ310、コンプレッサ352および三方バルブ351は、それぞれ、マイクロコンピュータを含む制御部317に電気的に接続されており、この制御部317によって、それらの動作が制御されるようになっている。
図10は、この発明の第5実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
【0108】
図10を参照して、このマイクロバブル発生装置は、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽401を備え、この水槽401内の液体を循環させ、その循環する液体中に気体(たとえば、空気)を供給することにより、水槽401内の液体にマイクロバブルを発生させるものである。
このマイクロバブル発生装置には、水槽401内の液体を循環させるための循環路402と、循環路402内に気体を流入させるための気体供給路403と、水槽401内の液体を循環路402に流入させるための液体供給路404と、循環路402から分岐して水槽401内に至る分岐路405とが備えられている。
【0109】
循環路402には、低圧力型(たとえば、吐出圧が0.1MPa程度)の循環ポンプ406が介装されている。すなわち、循環路402は、循環ポンプ406の吸込口と吐出口とを環状に接続している。循環ポンプ406を駆動させると、循環路402内の液体が吸込口から循環ポンプ406内に吸い込まれ、吐出口から吐出されることにより、循環路402内の液体が循環される。循環路402における循環ポンプ406の上流側(吸込口の上流側)には、液体供給路404から供給される液体および気体供給路403から供給される気体を循環路402内に吸引するためのエゼクタ407が介装されている。循環路402における循環ポンプ406の下流側(吐出口の下流側)には、循環路402内を循環する液体の流量を検知するための流量計408が介装されている。エゼクタ407の構成は、図2を用いて説明した第1実施形態に係るマイクロバブル発生装置のエゼクタ7と同様の構成であるので、その構成については図に同一符号を付してその説明を省略する。
【0110】
液体供給路404は、その一端部がエゼクタ407の吸引部7Cに接続され、他端部が水槽401内の底部に至っている。液体供給路404には、フィルタ413が介装されている。フィルタ413は、後述するマイクロバブル発生ノズル416の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル416内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0111】
気体供給路403は、その一端部が液体供給路404の途中部(より具体的には、フィルタ413とエゼクタ407との間)に接続されており、他端部がフィルタ409を介して大気中に開放されている。気体供給路403には、気体供給路403を開閉するための二方バルブ410と、上流側(フィルタ409側)から下流側(エゼクタ407側)への気体の流通を許容し、下流側から上流側への気体(および液体)の流通を阻止する逆止弁412とが、上流側から下流側に向かってこの順序で介装されている。二方バルブ410は、その開放量を調整することにより、気体供給路403を流れる気体の流量を調整できる。フィルタ409は、後述するマイクロバブル発生ノズル416の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル416内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0112】
分岐路405は、その一端部が循環路402の途中部(より具体的には、循環ポンプ406の下流側、特に、循環ポンプ406と流量計408との間)から上方に向かって分岐しており、他端部が水槽401内の底部に至っている。分岐路405の断面積は、循環路402の断面積よりも小さく形成されている。分岐路405の下流側の端部には、特殊形状を有するマイクロバブル発生ノズル416が取り付けられている。エゼクタ407から吸引される気体が混合された循環路402内の液体のうち、循環路402から分岐路405に流入した液体が、マイクロバブル発生ノズル416を通過する過程で処理(たとえば、圧力変化を伴う処理)されることにより、水槽401内の液体中にマイクロバブルが発生するようになっている。
【0113】
この実施形態では、エゼクタ407から循環路402に流入する液体および気体を循環ポンプ406で加圧することにより液体に気体を溶解させ、その気体が溶け込んだ液体を循環路402の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路405に流入させてマイクロバブル発生ノズル416で処理することにより、マイクロバブルを発生させることができる。分岐路405の断面積を循環路402の断面積よりも小さくすることにより、循環路402から分岐路405へと比較的大きな気泡が流入するのを阻止することができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0114】
特に、気泡は浮力により上方に向かいやすいので、循環路402から上方に向かって分岐する分岐路405に気泡を流れやすくすることができる。したがって、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡を、より多く循環路402から分岐路405に流入させることができるので、循環ポンプ406においてエア噛みを生じにくくすることができる。
分岐路405の断面積は、循環路402の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路402から分岐路405に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路405内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生ノズル416から放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生ノズル416を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0115】
図11は、この実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル416の構成例を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズル416を液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印C−Cに沿って見た断面図である。
図11を参照して、このマイクロバブル発生ノズル419は、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路405に嵌め込まれる挿入部418が形成されている。
【0116】
このマイクロバブル発生ノズル419の内部には、分岐路405から気体が溶け込んだ液体が流入する流入部419と、この流入部419の下流側に形成され、流入部419よりも小さい断面積を有する絞り部420と、この絞り部420の下流側に形成され、絞り部420よりも大きい断面積を有する流出部421とが、軸線に沿って一直線上に形成されている。流入部419には、このマイクロバブル発生ノズル416の入口を構成し、液体の流通方向に沿って断面積がほぼ一定の平行部419Aと、平行部419Aと絞り部420とを接続し、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が縮小された縮小部419Bとが含まれる。流出部421は、中心軸線に対して6°程度の角度で拡がるように、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が拡大された拡大部を構成している。
【0117】
絞り部420の周面の上部には、このマイクロバブル発生ノズル416を上方に向かって貫通する貫通孔458が形成されており、この貫通孔458内には、上下方向にスライド可能な棒状のステム(スライド部材)459が貫通されている。ステム459には、モータ460が取り付けられており(図10参照)、このモータ460の回転方向に応じて、ステム459を下方向または上方向にスライドさせ、絞り部420内に対して進退させることができる。
【0118】
絞り部420の周面の下部には、気体供給口461が形成されている。この気体供給口461には、気体供給管462の一端部が連通している(図10参照)。気体供給管462の他端部は、フィルタ463を介して大気中に開放されている。気体供給管462には、この気体供給管462内を流れる気体の流量を連続的に可変調整できる可変バルブ464と、上流側(フィルタ463側)から下流側(マイクロバブル発生ノズル416側)への気体の流通を許容し、下流側から上流側への気体(および液体)の流通を阻止する逆止弁465とが、上流側から下流側に向かってこの順序で介装されている。フィルタ463は、後述するマイクロバブル発生ノズル416の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル416内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
【0119】
ただし、気体供給口461は、絞り部420に臨むような構成に限らず、絞り部420の下流側(直下流側)に形成されていてもよい。
循環ポンプ406、流量計408、二方バルブ410、モータ460および可変バルブ464は、それぞれ、マイクロコンピュータを含む制御部417に電気的に接続されている。制御部417は、流量計408からの入力信号などに基づいて、循環ポンプ406、二方バルブ410、モータ460および可変バルブ464などの動作を制御することとなる。二方バルブ410を閉じた状態で循環ポンプ406を駆動させると、液体供給路404からエゼクタ407を介して、循環路402内に水槽401内の液体を流入(循環)させることができる。一方、二方バルブ410を開いた状態で循環ポンプ406を駆動させれば、液体供給路404からエゼクタ407を介して循環路402内に循環される液体中に、気体供給路403から気体を流入させることができる。
【0120】
流量計408により検知される循環路402内を循環する液体の流量に基づいて、循環路402内の気体の量を検知し、それに応じて二方バルブ410を開閉させて、エゼクタ407を介して循環路402内に流入させる気体の量を調整すれば、循環路402内の気体の量が増加して、循環ポンプ406においてエア噛みが生じるのを防止できる。
また、このマイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路402内の液体の流量が不安定となる。このとき、流量計408により検知される循環路402内を循環する液体の流量が安定してから、エゼクタ407を介して循環路402内に流入させる気体の量を増加させることにより、循環ポンプ406においてエア噛みが生じるのを防止できる。
【0121】
モータ460を駆動して、図11に示すようにステム459を絞り部420内に進入させると、絞り部420の断面積が縮小される。一方、モータ460を逆回転で駆動させると、ステム459が絞り部420内から退避して、絞り部420の断面積が拡大される。
このように、モータ460を駆動してステム459をスライドさせることにより、簡単な構成で、絞り部420の断面積を変化させて、絞り部420を流通する液体の流量を調整することができる。絞り部420の断面積を、循環路402内の圧力が0.09MPa以上になるように調整すれば、良好にマイクロバブルを発生させることができる。
【0122】
また、絞り部420の断面積を小さくしているときに、絞り部420にごみが詰まった場合でも、絞り部420の断面積を大きくするだけで、そのごみを容易に取り除くことができる。
可変バルブ464を開いた状態で分岐路405からマイクロバブル発生ノズル416内に液体を流通させると、液体が絞り部420を通過する際に負圧が生じ、いわゆるベンチュリー管現象によって、気体供給管462を介して気体供給口461から気体(たとえば、空気)が吸引される。可変バルブ464の開閉状態を連続的に可変調整すれば、気体供給口461から吸引される気体の量を調整することができる。
【0123】
したがって、気体供給口461から気体を供給することにより、絞り部420またはその下流側の内部に比較的大きな気泡を発生させ、その比較的大きな気泡と絞り部420を通過する際に発生するマイクロバブルとを含んだジェット水流を発生させることができる。
可変バルブ464を閉じた状態では、気体が混合された液体が流入部419、絞り部420および流出部421を通過することによりマイクロバブルが発生し、可変バブル464を開いた状態では、気体供給口461から気体が供給されることにより、マイクロバブルと比較的大きな気泡とを含んだジェット水流が発生する。したがって、可変バルブ464の開閉によって、マイクロバブルおよびジェット水流を選択的に発生させることができる。
【0124】
特に、可変バルブ464により気体供給管462内を流れる気体の流量を連続的に変化させれば、マイクロバブルと比較的大きな気泡との発生比率を連続的に変化させることができるので、適当なジェット水流を発生させることができる。
図12は、第5実施形態の第1変形例に係るマイクロバブル発生ノズル416Aの構成を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズル416Aを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印D−Dに沿って見た断面図である。
【0125】
この変形例に係るマイクロバブル発生ノズル416Aは、第5実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル416の気体供給口461および気体供給管462が省略された構成を有している。このマイクロバブル発生ノズル416Aは、気体供給口461および気体供給管462が省略されている点以外は、第5実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル416と同様の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
【0126】
このマイクロバブル発生ノズル416Aにおいても、第5実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル416と同様に、モータ460を駆動して、図12に示すようにステム459を絞り部420内に進入させると、絞り部420の断面積が縮小され、モータ460を逆回転で駆動させると、ステム459が絞り部420内から退避して、絞り部420の断面積が拡大される。
【0127】
このように、モータ460を駆動してステム459をスライドさせることにより、簡単な構成で、絞り部420の断面積を変化させて、絞り部420を流通する液体の流量を調整することができる。絞り部420の断面積を、循環路402内の圧力が0.09MPa以上になるように調整すれば、良好にマイクロバブルを発生させることができる。
また、絞り部420の断面積を小さくしているときに、絞り部420にごみが詰まった場合でも、絞り部420の断面積を大きくするだけで、そのごみを容易に取り除くことができる。
【0128】
図13は、第5実施形態の第2変形例に係るマイクロバブル発生ノズル416Bの構成を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズル416Bを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印E−Eに沿って見た断面図である。
この変形例に係るマイクロバブル発生ノズル416Bは、第5実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル416の気体供給口461および気体供給管462が省略されるとともに、ステム459の代わりに薄板状のディスク(回転体)466が絞り部420内に回転可能に配置された構成を有している。このマイクロバブル発生ノズル416Bは、気体供給口461、気体供給管462および貫通孔458が省略されている点、および、ステム459の代わりにディスク466が絞り部420内に配置されている点以外は、第5実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル416と同様の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
【0129】
ディスク466は、その厚さ方向に直交する方向に延びる回転軸線を中心に回転可能となっている。この変形例では、回転軸線が、図13におけるディスク466の中心から紙面前後方向に延びている。ディスク466には、モータ460が取り付けられており(図10参照)、このモータ460を駆動させることにより、絞り部420の液体の流通方向に対するディスク466の角度を変化させることができる。
【0130】
図13に示す状態では、ディスク466の厚さ方向が絞り部420の液体の流通方向に直交しているので、絞り部420の液体の流通方向に対向するディスク466の面積が最も小さく、絞り部420の断面積が最も広い。この状態から、モータ460を駆動させてディスク466を回転させると、図14に示すように、絞り部420の液体の流通方向に対向するディスク466の面積が大きくなり、絞り部420の断面積が縮小される。この状態からモータ460を逆回転で駆動させると、絞り部420の液体の流通方向に対向するディスク466の面積が小さくなり、絞り部420の断面積が拡大される。
【0131】
このように、モータ460を駆動してディスク466を回転させることにより、簡単な構成で、絞り部420の断面積を変化させて、絞り部420を流通する液体の流量を調整することができる。絞り部420の断面積を、循環路402内の圧力が0.09MPa以上になるように調整すれば、良好にマイクロバブルを発生させることができる。
また、絞り部420の断面積を小さくしているときに、絞り部420にごみが詰まった場合でも、絞り部420の断面積を大きくするだけで、そのごみを容易に取り除くことができる。
【0132】
ただし、この変形例では、気体供給路461および気体供給管462を省略した構成について説明したが、気体供給路461および気体供給管462を備えた構成であってもよい。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【0133】
たとえば、マイクロバブル発生ノズル16,116,216,316,416の流出部に形成された拡大部は、一定角度(たとえば、6°程度)で拡がるような形状に限らず、拡がる角度が徐々に変化するような形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0134】
【図1】この発明の第1実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
【図2】エゼクタの構成を示す断面図である。
【図3】マイクロバブル発生ノズルの構成例を示す断面図である。
【図4】マイクロバブル発生ノズルの構成例を示す断面図である。
【図5】この発明の第2実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
【図6】この発明の第3実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
【図7】この実施形態に係るマイクロバブル発生ノズルの構成例を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズルを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印A−Aに沿って見た断面図である。
【図8】エアチューブ内にエアが供給された状態におけるマイクロバブル発生ノズルの断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズルを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印B−Bに沿って見た断面図である。
【図9】この発明の第4実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
【図10】この発明の第5実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
【図11】この実施形態に係るマイクロバブル発生ノズルの構成例を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズルを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印C−Cに沿って見た断面図である。
【図12】第5実施形態の第1変形例に係るマイクロバブル発生ノズルの構成を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズルを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印D−Dに沿って見た断面図である。
【図13】第5実施形態の第2変形例に係るマイクロバブル発生ノズルの構成を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズルを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印E−Eに沿って見た断面図である。
【図14】ディスクを回転させた場合のマイクロバブル発生ノズルの断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズルを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印F−Fに沿って見た断面図である。
【符号の説明】
【0135】
1 水槽
2 循環路
3 気体供給路
4 液体供給路
5 分岐路
6 循環ポンプ
7 エゼクタ
8 流量計
10 二方バルブ
11,14,15 フロースイッチ
16,16A〜16G マイクロバブル発生ノズル
17 制御部
19 流入部
20 絞り部
21,24,25,26,33 流出部
23,32 ノズル口
25B 平行部
26B 平行部
26C 拡大部
26D 平行部
27,34 気体供給口
29,36 可変バルブ
37 気体開放口
102 循環路
103 気体供給路
104 液体供給路
105 分岐路
106 循環ポンプ
107 エゼクタ
108 流量計
110 二方バルブ
111,114,115 フロースイッチ
116 マイクロバブル発生ノズル
117 制御部
139 オゾン発生器
143 酸素タンク
144 二酸化炭素タンク
201 水槽
202 循環路
203 気体供給路
204 液体供給路
205 分岐路
206 循環ポンプ
207 エゼクタ
208 流量計
210 二方バルブ
216 マイクロバブル発生ノズル
219 流入部
220 絞り部
221 流出部
247 ダイアフラム
249 エアチューブ
316 マイクロバブル発生ノズル
401 水槽
402 循環路
403 気体供給路
404 液体供給路
405 分岐路
406 循環ポンプ
407 エゼクタ
408 流量計
410 二方バルブ
416,416A,416B マイクロバブル発生ノズル
419 流入部
420 絞り部
421 流出部
459 ステム
460 モータ
461 気体供給口
464 可変バルブ
466 ディスク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体を循環させるための循環路と、
上記循環路に介装され、上記循環路内に液体および気体を流入させることができるエゼクタと、
上記循環路に介装され、上記エゼクタを通過した気体が混合されている液体を加圧し、液体に気体を溶け込ませて上記循環路内を循環させるためのポンプと、
上記循環路から分岐し、上記循環路の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路と、
上記分岐路を流れる気体が溶け込んだ液体を処理することにより、マイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段とを含むことを特徴とするマイクロバブル発生装置。
【請求項2】
上記マイクロバブル発生手段は、上記分岐路よりも断面積が縮小された絞り部を有し、
上記絞り部の断面積は、上記循環路内の圧力が0.09MPa以上になるように設定さ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発生装置。
【請求項3】
上記分岐路は、上記循環路から上方に向かって分岐していることを特徴とする請求項1または2記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項4】
上記循環路内の液体の流量を検知するための循環流量検知手段と、
上記循環流量検知手段により検知される流量に基づいて、上記エゼクタを介して上記循環路内に流入させる気体の量を調整する気体量調整手段とをさらに含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項5】
上記エゼクタに接続され、上記エゼクタを介して上記循環路内に気体を流入させるための気体供給路と、
上記エゼクタに接続され、上記エゼクタを介して上記循環路内に液体を流入させるための液体供給路とをさらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項6】
液体を貯めておくことができる貯液部をさらに含み、
上記マイクロバブル発生手段から発生されるマイクロバブルは、上記貯液部に貯められている液体中に供給されるようになっており、
上記液体供給路は、上記貯液部に貯められている液体を、上記エゼクタを介して上記循環路内に流入させるものであることを特徴とする請求項5記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項7】
上記分岐路内の液体の流量を検知するための分岐流量検知手段、上記気体供給路内の気体の流量を検知するための気体流量検知手段、および、上記液体供給路内の液体の流量を検知するための液体流量検知手段のうちの少なくとも1つをさらに含むことを特徴とする請求項5または6記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項8】
上記分岐流量検知手段、上記気体流量検知手段および上記液体流量検知手段のうちの少なくとも1つで検知される流量が所定範囲内でない場合に、上記ポンプの駆動を停止させる手段をさらに含むことを特徴とする請求項7記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項9】
オゾンを発生させるためのオゾン発生器をさらに備え、
上記気体供給路は、上記オゾン発生器により発生されたオゾンを上記循環路内に流入させるものであることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項10】
気体を貯留しておくことができる気体貯留部をさらに備え、
上記気体供給路は、上記気体貯留部に貯留されている気体を上記エゼクタを介して上記循環路内に流入させるものであることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項11】
気体が溶け込んだ液体を処理することにより、マイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置であって、
断面積が上流側に比べて縮小された絞り部と、
上記絞り部よりも大きい断面積を有し、上記絞り部の下流側に液体の流通方向に沿って断面積が拡大するように形成された流出部とを含むことを特徴とするマイクロバブル発生装置。
【請求項12】
上記絞り部の上流側に形成され、上記絞り部よりも大きい断面積を有する流入部をさらに含むことを特徴とする請求項11記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項13】
上記流出部は、断面積が徐々に大きくなるように形成された第1拡大部を有することを特徴とする請求項11または12記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項14】
上記流出部は、上記第1拡大部の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第1平行部を有することを特徴とする請求項13記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項15】
上記流出部は、上記第1平行部の下流側に、上記第1拡大部よりも大きい角度で拡がる第2拡大部を有することを特徴とする請求項14記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項16】
上記第1平行部と上記第2拡大部との間に形成され、上記流出部内の気体を開放するための気体開放口を含むことを特徴とする請求項15記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項17】
上記流出部は、上記第2拡大部の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第2平行部を有することを特徴とする請求項15または16記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項18】
気体が溶け込んだ液体を処理することにより、マイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置であって、
断面積が上流側に比べて縮小された絞り部と、
上記絞り部の下流側に形成され、上記絞り部よりも大きい断面積を有する流出部と、
上記絞り部の断面積を変化させることにより、上記絞り部を通過する気体が溶け込んだ液体の流量を調整するための流量調整手段とを含むことを特徴とするマイクロバブル発生装置。
【請求項19】
上記流量調整手段は、
上記絞り部の周面の少なくとも一部を構成する変形可能な変形部と、
上記変形部を変形させるための変形手段とを含むことを特徴とする請求項18記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項20】
上記変形手段は、内部にエアを充填できるエア充填部を含み、このエア充填部内のエア圧を変化させることに連動させて、上記変形部を変形させることができることを特徴とする請求項19記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項21】
上記流量調整手段は、
上記絞り部内に対して進退可能なスライド部材と、
上記スライド部材をスライドさせるためのスライド手段とを含むことを特徴とする請求項18記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項22】
上記流量調整手段は、
上記絞り部内に配置され、上記絞り部内の液体の流通方向に対する角度を変化させることができる回転体と、
上記回転体を回転させるための回転手段とを含むことを特徴とする請求項18記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項23】
上記絞り部またはその下流側の内部に気体を供給するための気体供給口をさらに含むことを特徴とする請求項11〜22のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項24】
上記気体供給口に連通し、上記気体供給口から供給する気体の量を調整するための気体供給バルブをさらに含むことを特徴とする請求項23記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項25】
上記気体供給バルブは、上記気体供給口から供給する気体の量を連続的に可変調整できることを特徴とする請求項24記載のマイクロバブル発生装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【公開番号】特開2006−167612(P2006−167612A)
【公開日】平成18年6月29日(2006.6.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−364304(P2004−364304)
【出願日】平成16年12月16日(2004.12.16)
【出願人】(000001889)三洋電機株式会社 (18,308)
【Fターム(参考)】