説明

微細気泡噴射器

【課題】 微細気泡噴射器において、各ノズル孔から均等に微細気泡を噴出させる。
【解決手段】 気体が加圧溶解された加圧液が導入されるシャワーヘッド本体部4Aと、シャワーヘッド本体部4Aのホース接続部分に設けられ、導入された加圧液を減圧することにより気体を析出させて微細気泡を発生させるための固定絞り(第1の絞り)4aと、シャワーヘッド先端のヘッド部4Bに設けられ、固定絞り4aから導入された微細気泡を含む液体をシャワーヘッド外部に噴出させるための複数のノズル孔(第2の絞り)42とからシャワーヘッド4を構成する。固定絞り4aの有効断面積sは、各噴出孔42の総有効断面積sよりも小さくなっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細気泡を含有する液体を噴射する微細気泡噴射器に関し、詳細には、各ノズル孔から均等に微細気泡を噴出させることができる微細気泡噴射器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、液体中に微細気泡を噴射する微細気泡噴射器が用いられている。たとえば、特公平6−93991号公報に示す微細気泡噴射器(再分配装置)は、同公報の図1および図3に示すように、気泡が混合しまたは溶解した液体が供給される管路と、管路に接続されたベンチュリ管と、ベンチュリ管の下流側に設けられ、ダクトを有するノズル部と、ノズル部端面に形成された複数のノズル孔とを備えている。
【0003】
前記従来の装置においては、気泡が混合しまたは溶解した液体が管路を通ってベンチュリ管に供給されると、液体はベンチュリ管ののど部で加速されてダクトに流入し、ダクト内で気泡が液体に混合されて、各ノズル孔から噴射される。液体が各ノズル孔を通過する際には、液体が再び加速されることで減圧されるので、液体中に溶解していた気体が微細気泡として液体中に析出するとともに、ダクト内で液体に溶解していなかった気泡がノズル孔を通過する際に細分化され、小さな気泡となって噴出する。
【特許文献1】特公平6−93991号公報(図1および図3参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記従来の装置では、同公報の段落[0010]に記載されているように、ベンチュリ管ののど部の断面積がノズル孔の総断面積の約1.5倍の大きさになっている。
【0005】
このように、ノズル孔の上流側におけるのど部の断面積をノズル孔の総断面積よりも大きくした場合、ベンチュリ管に供給される液体は、ベンチュリ管ののど部よりもその下流側の各ノズル孔で大きく減圧されることになる。この場合、それぞれ形成位置が異なる各ノズル孔で均等に減圧を行って、各ノズル孔から均等に気体を析出させるようにするのは容易ではない。
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、各ノズル孔から均等に微細気泡を噴出させることができる微細気泡噴射器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1の発明は、微細気泡を含有する液体を噴射する微細気泡噴射器であって、気体が加圧溶解された加圧液が導入される噴射器本体と、噴射器本体の上流端側に設けられ、導入された加圧液を減圧することにより気体を析出させて微細気泡を発生させるための第1の絞りと、噴射器本体の下流端側に設けられ、第1の絞りから導入された微細気泡を含む液体を噴射器本体の外部に噴出するための複数のノズル孔からなる第2の絞りとを備えており、第1の絞りの有効断面積が第2の絞りの有効断面積よりも小さくなっている。
【0008】
請求項1の発明においては、噴射器本体の上流端側の第1の絞りの有効断面積を、下流端側の第2の絞りの有効断面積よりも小さくしたので、噴射器本体に導入された加圧液は、第1の絞りで大きく減圧され、その結果、噴射器本体内部に気体が析出して微細気泡が発生し、噴射器本体内部に微細気泡が均一に分散する。これらの微細気泡を含む気泡水は噴射器本体内部を下流側に移動する。
【0009】
これにより、噴射器本体の下流端側の各ノズル孔からは、この微細気泡を均等に含む液体が噴出されることになる。
【0010】
請求項2の発明では、請求項1において、第1の絞りの有効断面積をsとし、前記第2の絞りの有効断面積をsとするとき、有効断面積の比であるs/s が、s/s≦1/2を満足している。
【0011】
これにより、第1の絞りで急激な減圧を行うことができ、その結果、噴射器本体内部に多量の微細気泡を均一に発生できる。
【0012】
請求項3の発明では、請求項1または2において、微細気泡噴射器がシャワーヘッドであって、第1の絞りが、シャワーヘッドとこれに接続されるホースの接続部分との間に設けられており、第2の絞りが、シャワーヘッドのヘッド部に形成された複数の噴出孔により構成されている。
【0013】
この場合には、第1の絞りをシャワーヘッドのホース接続部分に設けるだけでよいので、微細気泡噴射器を簡単に実現できるようになる。
【発明の効果】
【0014】
以上のように、本発明に係る微細気泡噴射器によれば、噴射器本体の上流端側に第1の絞りを設けるとともに、噴射器本体の下流端側に複数のノズル孔からなる第2の絞りを設け、第1の絞りの有効断面積を第2の絞りの有効断面積よりも小さくしたので、液体が第1の絞りを通過した後、噴射器本体の内部に微細気泡を発生させて、噴射器本体の内部に均一に微細気泡を分散させることができ、これにより、噴射器本体の各ノズル孔から均等に微細気泡を噴出させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【0016】
図1ないし図3は、本発明の一実施例による微細気泡噴射器を説明するための図であって、図1は本実施例による微細気泡噴射器としてのシャワーヘッドを有する微細気泡製造装置全体の概略構成図、図2は微細気泡製造装置を構成する気液加圧溶解混合器の作動を説明するための内部構造図、図3はシャワーヘッドの断面構造図である。
【0017】
図1に示すように、この微細気泡製造装置1は、液体(ここでは水)および気体(ここでは空気)を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプ2と、混気ポンプ2から吐出された水および空気の混合流が導入されるとともに、水中に微細気泡(マイクロバブル)の気泡核を発生させることにより、空気を水中に溶解・混合させる気液加圧溶解混合器(ミキシングボックス)3と、気液加圧溶解混合器3に接続されたシャワーヘッド(微細気泡噴射器)4とを備えている。
【0018】
混気ポンプ2の吸入側には、水を吸入するための配管20と、空気を吸入するための配管21とがコネクタ22を介して接続されている。配管20の先端には、ストレーナ20aが接続されている。ストレーナ20aとしては、メンテナンス性の観点から、たとえば円盤ストレーナなどのように、配管を分解せずに外部から容易に清掃できるものが好ましい。ストレーナ20aは、たとえばドッグバス等のペット用洗浄槽や浴槽などに浸漬されている。配管21には、先端側から順に、フィルタ21a、逆止弁21b、絞り21cが接続されている。ここで、逆止弁21bは、混気ポンプ2の停止時に、フィルタ21a側に流体が逆流するのを防止するために設けられている。また、絞り21cは、流入する空気量を制限するために設けられている。
【0019】
気液加圧溶解混合器3は、各々水平方向に配設されかつ上下方向の間隔を隔てて対向配置された上部通路3Aおよび下部通路3Bと、上部通路3Aの後端から下方に立ち下るとともに、上下部通路3A、3Bを連結する立下り通路3Cと、下部通路3Bの先端において上方に短く延びる通路3Dとを有しており、全体が正面視略コ字状に形成されている。
【0020】
気液加圧溶解混合器3が略コ字状に形成されるので、気液加圧溶解混合器3の側方のスペースに混気ポンプ2を配置することで、装置全体を小型化できる。また、このとき、気液加圧溶解混合器3の上部通路3A、下部通路3Bおよび立下り通路3C間に形成される空間3Sを配管のためのスペースとして有効利用することにより、装置全体をさらに小型化できる。
【0021】
上部通路3Aの先端と混気ポンプ2の吐出側との間には、混気ポンプ2から吐出された水および空気の混合流を上部通路3Aに導くための配管23が配設されており、上部通路3Aの先端には、ノズル23aが接続されている。ノズル23aは、水および空気の混合流を所定の流速(好ましくは5〜15m/s)の噴流(ジェット水流)Wとして上部通路3A内に流入させるために設けられている(図2参照)。
【0022】
気液加圧溶解混合器3の下部通路3Bの先端には、当該気液加圧溶解混合器3内で処理されて、空気が加圧溶解された加圧水を流出させるための配管30がコネクタ30aを介して接続されている(図2参照)。配管30には、シャワーヘッド4が接続されている。下部通路3Bの下部には、ドレン用の配管31がコネクタ31aを介して接続されている。配管31は、装置の未使用時に気液加圧溶解混合器3内部に残った水を抜くためのものである。下部通路3Bの上部には、気液加圧溶解混合器3内の余剰気体(余気)を排出するための空気抜き弁32aを介して配管32が接続されている。
【0023】
気液加圧溶解混合器3の上部通路3Aの上部には、排気用の配管33がコネクタ33cを介して接続されている(図2参照)。この配管33は、当該微細気泡製造装置1の停止時に、気液加圧溶解混合器3の内部で膨張した気体を抜くためのものであり、配管33の先端にはサイレンサ33aが接続されている。また、配管33の途中には、電磁弁33bが設けられている。電磁弁33bは、図示するように、たとえば2ポート2位置切換弁であって、この場合、電源をONしたときに、管路が開いてサイレンサ33a側への排気が行われるようになっている。また、電磁弁33bの「開」動作は、好ましくは、混気ポンプ2のOFF動作と連動するようになっている。逆に言うと、混気ポンプ2のON動作時には、電磁弁33bが「閉」となって、管路が閉じた状態になっている。
【0024】
図2に示すように、気液加圧溶解混合器3の上部通路3Aに対するノズル23aの取付位置は、ノズル23aから噴出するジェット水流Wが上部通路3A内の水面Wに干渉する位置が好ましい。これにより、気液溶解および気泡核の生成が効率的に行われる。
【0025】
上部通路3Aの水平方向長さLは、ノズル23aからのジェット水流Wが失速しない長さにするのが好ましい。この長さLは、ジェット水流Wの流速をuとし、ノズル23aの取付高さをhとするとき、次式により求まる。
L<0.45u√h
【0026】
下部通路3Bの水平方向長さL’は、下部通路3Bの入口(図2右端)で底に沈んだ大きめの気泡が下部通路3Bを左方に移動する間に上昇し得る十分な長さを有していればよい。この長さL’は、下部通路3B内の流速をw、気泡の上昇速度をv、下部通路3Bの高さをkとするとき、次式により求まる。
L’>kw/v
【0027】
立下り通路3Cの鉛直方向長さは、気泡の生成にほとんど影響を与えないことが実験的に確認されているため、任意の長さでよい。ただ、立下り通路3Cを設けることで、気液加圧溶解混合器3を製作する際の溶接長さを短くすることができる。すなわち、気液加圧溶解混合器3は、たとえば角パイプを溶接で繋ぎ合わせることにより構成されるが、このとき、立下り通路3Cを設けた場合には、各通路を構成する各角パイプの端部のみを溶接するだけでよいが、立下り通路3Cを設けない場合には、上部通路の下面および下部通路の上面を長手方向にわたって溶接する必要が生じ、溶接長さが非常に長くなる。
【0028】
図1および図2に示ように、排気用の配管33を気液加圧溶解混合器3の最も高い位置に接続したのは、第1に、空気が上方から抜きやすいためであり、第2に、仮に配管33を低い位置に接続した場合、装置の設置状態によっては装置停止後にサイホンの原理で気液加圧溶解混合器3内部の水が外部に流れ続けることになるので、これを防止するためである。
【0029】
シャワーヘッド4は、図3に示すように、シャワーヘッド本体部4Aと、その先端に設けられたヘッド部4Bとを有している。シャワーヘッド本体部4Aは、配管30の先端に固定された接続金具41にネジ止め固定されるようになっている。シャワーヘッド本体部4Aの端部と接続金具41との間には、固定絞り(第1の絞り)4aが介装されている。固定絞り4aは、円板の中央に小孔40を貫通形成したオリフィスにより構成されている。なお、小孔40は、複数個形成するようにしてもよい。また、ヘッド部4Bには、多数のノズル孔42が貫通形成されており、これらのノズル孔42により第2の絞りが構成されている。各ノズル孔42は、好ましくは、小孔40よりも小径となっている。
【0030】
ここで、小孔40の有効断面積をsとし、各ノズル孔42の総有効断面積をsとするとき、有効断面積の比であるs/sについては
/s<1 (つまり s<s
を満足しており、さらには
/s≦1/2
を満足しているのが好ましい。これは、固定絞り4aで急激な減圧が行われるようにするためである。
【0031】
次に、上述のように構成された微細気泡製造装置1の作動について説明する。
【0032】
配管20、21から吸引された水および空気は、コネクタ22で合流して、混気ポンプ2内に流入する。混気ポンプ2内に流入した水および空気は、混気ポンプ2で加圧され、配管23およびノズル23aを通って気液加圧溶解混合器3内に噴出される。このとき、噴出される水および空気の混合流の流速は、好ましくは、5〜15m/sに設定される。
【0033】
気液加圧溶解混合器3の上部通路3Aの内部では、加圧状態下で空気が水に徐々に溶解して気液溶解が起こる。このとき、析出気泡の元となる気泡核(粒径1μm以下の微小気泡)が形成される。気泡核を含む水は、立下り通路3Cを通って下方に落下し、下部通路3Bに流入する。
【0034】
下部通路3B内では、水に溶解できなかった余剰気体35が、通路3Dを通って上方に移動することにより、空気が加圧溶解した、気泡核を含む加圧水が余剰気体から分離される。
【0035】
加圧水は、コネクタ30aから配管30を通って気液加圧溶解混合器3の外部に取り出され、シャワーヘッド4に導入される。加圧水は、シャワーヘッド4の固定絞り4aを通るときに急激に減圧され、その結果、過飽和状態となっていた気体が析出することで、シャワーヘッド本体部4A内に、粒径が数μから数十μの微細気泡(マイクロバブル)が発生して、これらの微細気泡が水中に均一に分散した気泡水が生成される。気泡水は、シャワーヘッド本体部4A内を下流側に向かって流れ、シャワーヘッド4のヘッド部4Bの多数のノズル孔42から噴出する。
【0036】
このとき、ヘッド部4Bの各ノズル孔42が固定絞り4aの小孔40よりも小径となっているので、シャワーヘッド4内部で成長した気泡は、ヘッド部4Bの各ノズル孔42を通るときに乱流で粉砕され、これにより、微細気泡を含む気泡水がヘッド部4Bから噴出する。なお、シャワーヘッド4内に固定絞り4aが組み込まれていることで、固定絞り4aの上流側、したがって気液加圧溶解混合器3内の加圧状態が維持されている。
【0037】
一方、気液加圧溶解混合器3の通路3Dを通って上方に移動した余剰気体35は、空気抜き弁32aを通って外部に排出される。
【0038】
この場合には、シャワーヘッド4から多量の微細気泡を含む気泡水が放出されるので、このような気泡水を体に浴びることで、体表面の汚れが微細気泡とともに除去される。また、このとき、微細気泡の粒径が毛穴よりも小さいため、微細気泡が毛穴の奥まで入り込んで、毛穴内部の洗浄も行える。
【0039】
また、シャワーヘッド4を浴槽の湯の中に沈めて用いるようにすれば、微細気泡が浴槽内に充満して、浴槽の湯が白濁するので、このような湯につかることで、シャワーを浴びる場合と同様の効果を得ることができる。この場合、ドッグバス(犬や猫などを洗浄するための洗浄槽)の湯の中にシャワーヘッド4を沈めて用いるようにすれば、多量の微細気泡が犬の体に付着して毛を浮き立たせ、これにより、皮膚表面まで微細気泡が浸透するとともに、微細気泡がはじけることにより、体の油脂分を除去する。また、犬の毛に付着した微細気泡がはじけることにより、毛に付着していた汚れを除去する。
【0040】
このように、多量の微細気泡のみで洗浄を行うことができるので、シャンプーなどの洗剤の使用量を減らすことができ、あるいはシャンプーなどの洗剤を全く使わないようにすることができる。これにより、排水による環境汚染を防止でき、その結果、環境にやさしい(つまりエコフレンドリーな)装置を実現できる。また、洗剤を使わないことにより、犬の皮膚病の治療に役立てることも可能である。
【0041】
さらに、気泡水をたとえば菜園や農園に散布するようにすれば、気泡水中の微細気泡がはじけるときのエネルギを利用して、受粉作業を行うようにすることも可能である。
【0042】
また、シャワーヘッド4の各ノズル孔42をさらに小径の孔にすることにより、微細気泡を有する気泡水をさらに細かく分離し、分離された気泡水のそれぞれにおいて微細気泡がはじけることで、非常に細かな霧を発生させることができるようになる。
【0043】
さらに、微細気泡噴射器としてのシャワーヘッド4を構成する際に、シャワーヘッド本体部4Aと接続金具41との間に固定絞り4aを設けるだけでよいので、微細気泡噴射器としてのシャワーヘッドを簡単に実現できる。
【0044】
このように本実施例によれば、シャワーヘッド4の上流端側に固定絞り(第1の絞り)4aを設けるとともに、シャワーヘッド4の下流端側に複数のノズル孔(第2の絞り)42を設け、固定絞り4aの有効断面積を各ノズル孔の総有効断面積よりも小さくしたので、加圧水が固定絞り4aを通過した後、シャワーヘッド本体部4Aの内部に微細気泡を均一に発生させることができ、これにより、シャワーヘッド4の各ノズル孔42から均等に微細気泡を噴出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の一実施例による微細気泡噴射器としてのシャワーヘッドを有する微細気泡製造装置全体の概略構成図である。
【図2】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する気液加圧溶解混合器の作動を説明するための内部構造図である。
【図3】前記シャワーヘッド(図1)の断面構造図である。
【符号の説明】
【0046】
1: 微細気泡製造装置

3: 気液加圧溶解混合器

4: シャワーヘッド(微細気泡噴射器)
4a: 固定絞り(第1の絞り)
42: ノズル孔(第2の絞り)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
微細気泡を含有する液体を噴射する微細気泡噴射器であって、
気体が加圧溶解された加圧液が導入される噴射器本体と、
前記噴射器本体の上流端側に設けられ、導入された加圧液を減圧することにより気体を析出させて微細気泡を発生させるための第1の絞りと、
前記噴射器本体の下流端側に設けられ、前記第1の絞りから導入された微細気泡を含む液体を前記噴射器本体の外部に噴出させるための複数のノズル孔からなる第2の絞りとを備え、
前記第1の絞りの有効断面積が、前記第2の絞りの有効断面積よりも小さくなっている、
ことを特徴とする微細気泡噴射器。
【請求項2】
請求項1において、
前記第1の絞りの有効断面積をsとし、前記第2の絞りの有効断面積をsとするとき、有効断面積の比であるs/s が、
/s≦1/2
を満足している、
ことを特徴とする微細気泡噴射器。
【請求項3】
請求項1または2において、
当該微細気泡噴射器がシャワーヘッドであって、前記第1の絞りが、当該シャワーヘッドとこれに接続されるホースの接続部分との間に設けられており、前記第2の絞りが、当該シャワーヘッドのヘッド部に形成された複数の噴出孔により構成されている、
ことを特徴とする微細気泡噴射器。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2009−72664(P2009−72664A)
【公開日】平成21年4月9日(2009.4.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−242483(P2007−242483)
【出願日】平成19年9月19日(2007.9.19)
【出願人】(000000309)IDEC株式会社 (188)
【Fターム(参考)】