微細気泡発生ノズル、及び微細気泡発生浴槽
【課題】 構造が単純で目詰りしにくく、またランニングコストを低減でき、さらに浴槽水を衛生的に保つことのできる、微細気泡発生ノズルと、微細気泡発生浴槽を提供する。
【解決手段】空気を溶解させた液体を噴出させる孔を側面に有した内管と、この内管と離間を有して接続される外管とを備え、上記孔が内管と外管との重なる位置に設けられ、上記外管の内径は、内管と重なる部分では同径であり、それより先端方向にて拡大させた微細気泡発生ノズル。
【解決手段】空気を溶解させた液体を噴出させる孔を側面に有した内管と、この内管と離間を有して接続される外管とを備え、上記孔が内管と外管との重なる位置に設けられ、上記外管の内径は、内管と重なる部分では同径であり、それより先端方向にて拡大させた微細気泡発生ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に微細気泡を発生させる装置に関し、特に加圧溶解方式の微細気泡発生装置に用いられる微細気泡発生ノズル、及び微細気泡発生浴槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細気泡は、単位体積当りの表面積が大きい、上昇速度が小さい（すなわち気体溶解速度が大きい）等の特徴を有することから、湖沼や閉鎖性水域における酸素供給による水質浄化、魚介類の養殖、廃水処理等、更には、微細気泡浴槽等、様々な用途に用いられている。
【０００３】
また、微細気泡を発生させる方法としては、加圧溶解法、せん断法、衝撃波法、超音波法等、種々の方法が提案されている。これらの中で、加圧溶解方式は比較的均一で多量の微細気泡を発生できるという特徴を有しており、例えば、図７及び図８に示すようなものが提案されている。（特許文献１参照）
【０００４】
図７を用いて、従来の加圧溶解方式の微細気泡発生装置の一例を説明すると、微細気泡発生装置は、液体を取り込むための液吸込口８と、配管の途中に設けられる空気取込口１８と、液を循環するためのポンプ７と、液中から未溶解の気体を分離する気液分離装置１０と、微細気泡発生ノズル１とから構成されている。この中で、微細気泡発生ノズル１は、図８に示すように内部に孔が設けられた減圧板２０と、その下流に複数の網状板２１から構成されている。
【０００５】
一方、従来の微細気泡発生ノズルの別の一例としては、図９に示すように、噴出孔群３０を有する内筒３１と、その外側に設けられる外筒３２とから構成されているものが提案されている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開平２−２６６５８号公報
【特許文献２】特許第２９３９７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図８に示すような微細気泡発生ノズル１は、微細気泡を多量に発生させるために複数の網状板２１を重ねて用いており、構造が複雑になること、水垢等の目詰りにより微細気泡の生成能力が低下しやすいことが問題となる。
【０００７】
一方、図９に示すような微細気泡発生ノズル１は、比較的目詰りしにくいと考えられるが、０．４ＭＰａ程度まで圧力を上げないと微細気泡が多量に発生しにくいことから、大型のポンプが必要になり、ランニングコストも高くなる問題がある。
【０００８】
更に、図７に示すような従来の微細気泡発生浴槽は、あくまで微細気泡によって液を白濁させてリラクゼーション効果を楽しむためのものであり、例えば浴槽水を衛生的に保ちたい場合には別に殺菌装置等を設置する必要があった。
【０００９】
本発明は上記課題を鑑みたものであり、構造が単純で目詰りしにくく、またランニングコストを低減でき、さらに浴槽水を衛生的に保つことのできる、微細気泡発生ノズルと、微細気泡発生浴槽を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するため、本発明では次の構成をとった。
（１）本発明は、空気を溶解させた液体を噴出させる孔を側面に有した内管と、この内管と離間を有して接続される外管とを備え、上記孔が内管と外管との重なる位置に設けられ、上記外管の内径は、内管と重なる部分では同径であり、それより先端方向にて拡大させた微細気泡発生ノズルである。
（２）項（１）において、孔が、同心円上で等間隔に３〜６個配置してある微細気泡発生ノズル。
（３）項（１）又は（２）において、孔が、直径１〜３ｍｍである微細気泡発生ノズル。
（４）項（１）乃至（３）の何れかにおいて、内管と外管との離間距離が、０．５〜５ｍｍである微細気泡発生ノズル。
（５）項（１）乃至（４）の何れかにおいて、外管の拡大する部分の角度（θ）が、軸方向に対して２〜３０°である微細気泡発生ノズル。
（６）浴槽と、浴槽に取り付けられる液吸込口と、浴槽内の液を循環させるポンプと、気液分離装置と、微細気泡発生ノズルとを備え、上記液吸込口とポンプの吸込側とが配管接続され、この配管の途中に空気量調整部材を有する空気取込み配管が設けられ、上記気液分離装置がポンプの吐出側と微細気泡発生ノズルとを接続する配管の途中に設けられている微細気泡発生浴槽であり、この微細気泡発生ノズルが、項（１）乃至（５）の何れかの微細気泡発生ノズルである微細気泡発生浴槽。
（７）項（６）において、空気取込み配管が、その途中にオゾン発生装置を有している微細気泡発生浴槽。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の微細気泡発生ノズルによれば、空気を溶解させた液体を噴出させる孔を側面に有した内管と、この内管と離間を有して接続される外管とを有し、前記孔を内管と外管との重なる位置に設け、前記外管の内径は少なくとも内管と重なる部分では同径であり、それより先端方向に向って拡大させることにより、単純な構造で、しかも低いランニングコストで微細気泡を多量に発生させることができる。
また、本発明の微細気泡発生浴槽によれば、微細気泡内にオゾンを混入させることにより浴槽内での雑菌の繁殖を抑制することができるので、槽内水を衛生的に保てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照して、先ず本発明の微細気泡発生ノズルの作用について述べる。
図１は、微細気泡発生ノズルの一実施例であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図における概略断面図である。
空気を溶解させた液体は、微細気泡発生ノズル１の流入部４から内管２の内部に流入した後、内管２側面に設けられた孔５から外管３内に流出する。このとき、外管３の内部において上記液体の外管３内側壁部への衝突や、各孔５から流出した液体同士の衝突等により局所的な渦流が発生する。この渦流の中心部には圧力の低い部分が形成されるので、ここで液体中に溶解していた空気が気泡核となって析出すると考えられる。更に、この気泡核を含む液体が、出口部に向かって内径が拡大している外管３内を通過すると、液中の溶解空気が気泡核内に効果的に拡散することにより、直径数μｍ〜数十μｍオーダーの微細気泡が多量に生成すると考えられる。
【００１３】
次に、図１を参照して、本発明の微細気泡発生ノズルの一例の構造について説明する。
微細気泡発生ノズル１は、空気を溶解させた液体を噴出させる孔５を側面に有した内管２と、この内管２と離間を有して接続される外管３とを備えており、孔５は内管２の内管２と外管３との重なる位置に設けている。また、外管３の内径は少なくとも内管２と重なる部分では同径であり、それより先端方向に向って拡大させている。
【００１４】
内管２の断面形状は、内管２と外管３との離間距離（Ｌ４）がほぼ一定であれば、円形状、略円形状、楕円状、多角形状、略多角形状等を用いることができるが、好ましくは円形状である。
【００１５】
内管２の内径（Ｄ１）は、微細気泡発生装置のポンプの規模や使用条件等により好適範囲が異なるが、例えば液流量５〜１５Ｌ／ｍｉｎ程度の装置に用いる場合には、５〜３０ｍｍ程度が好ましく、更に好ましくは１０〜２０ｍｍ程度である。この規模の液流量の場合、内径（Ｄ１）が５ｍｍよりも小さくなると内管２自体での圧損によりエネルギーロスが生じてしまう。また、３０ｍｍよりも大きくなると、これに応じて外管３の直径も大きくする必要が生じる。その結果、外管３内に旋回流が発生しやすくなって微細気泡の発生量が少なくなってしまう。
【００１６】
内管２の側面に貫設している孔５の数（Ｎ）は、例えば家庭用規模の浴槽（管内圧力０．２〜０．３ＭＰａ、液流量５〜１５Ｌ／ｍｉｎ）に用いる場合には、３〜６個程度設けることが好ましく、更に好ましくは３〜４個程度、最も好ましくは３個である。孔５の数（Ｎ）が３個未満になると、気泡核の生成に必要な局所的な渦流が少なくなり、結果として微細気泡の生成量も少なくなってしまう。また、孔５の数（Ｎ）が６個を超えると、一つの孔から流出する液流量が減少して渦流が効果的に形成されなくなってしまうからである。
【００１７】
また、孔５の位置は、内管２の軸方向の垂直断面方向から見て同心円上に等間隔に設けることが好ましい。このような配置にすることで、外管３内において旋回流を生じにくくすることができ、結果として比重の小さい微細気泡が外管３内の中心部で再合成するのを防止することができる。
【００１８】
孔５の直径（ｄ）は、設定したい管内圧力、液流量等にするために必要な開口面積になるように任意に設定することができる。例えば、上記した規模の場合には、１〜３ｍｍが好ましく、更に好ましくは１．５〜２．５ｍｍである。また、孔５の直径（ｄ）と数（Ｎ）は、上記した条件と合わせて、液体が内管２から流出する際の流速が１０ｍ／ｓ以上を確保できる開口面積（Ａ）になるように設定することが好ましい。内管２から流出する際の流速が１０ｍ／ｓ以下になると、外管３の内部において渦流が効果的に形成されなくなり、結果として微細気泡の生成量も少なくなってしまうからである。
【００１９】
具体的には、開口面積（Ａ）は、π×（ｄ／２）２×Ｎで表せるので、液流量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、π×（ｄ／２）２×Ｎ≦Ｑ／１０を満たすような孔５の直径（ｄ）と数（Ｎ）に設定することが好ましい。一例を挙げると、液流量が１．６７×１０−４ｍ３／ｓ（１０Ｌ／ｍｉｎ）、孔数（Ｎ）が３個の場合は、孔５の直径（ｄ）は、少なくとも２．６ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
外管３は、内管２と重なる部分において、離間距離（Ｌ４）を有して接続部６で接続されている。離間距離（Ｌ４）の好適範囲は、微細気泡発生装置の規模や使用条件等にもよるが、例えば液流量５〜１５Ｌ／ｍｉｎ程度の規模に用いる場合には、０．５〜５ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは、１〜２ｍｍである。離間距離（Ｌ４）が、０．５ｍｍよりも小さくなると液中に異物が含まれている場合にはここで目詰りが生じやすくなるし、５ｍｍよりも大きくなると孔５から流出した液体が外管３の内側に衝突する時の流速が低下して気泡核を生成するのに必要な渦流が発生しにくくなるためである。
【００２１】
外管３は、外管３の開始部（Ｐ１）から途中部分（Ｐ２）までは内径が等しくなるように形成しているが、途中部分（Ｐ２）から出口部（Ｐ３）に向って内径が徐々に拡大するように形成している。この拡大部の角度（θ）は、軸方向に対して、２〜３０°が好ましく、更に好ましくは５〜１０°である。また、図１では拡大部分が円錐状に形成されているが、図２に示すように、途中部分（Ｐ２）から出口部（Ｐ３）までの平均角度（θ）が上記範囲内であれば、外管３を階段状に形成してもよい。
【００２２】
外管３の内径が等しい部分の長さ（Ｌ２）は、接続部６から内管２の先端部までの長さ（Ｌ１）以上であることが好ましい。Ｌ２の長さがＬ１よりも短くなると、内管２から出た液体が外管３に衝突した後の流れが複雑になり渦流が効果的に形成されなくなると考えられ、結果として気泡核の生成量が少なくなってしまうからである。
【００２３】
外管３の途中部分（Ｐ２）から出口部（Ｐ３）までの長さ（Ｌ３）は、生成した気泡核が直径数μｍから数十μｍ程度の微細気泡まで成長するのに必要な時間を確保できる長さであることが好ましく、具体的には、気泡核成長ゾーン（外管３内のＰ２〜Ｐ３の空間部）での平均空塔速度（ＳＶ）が概ね４Ｓ−１以下を確保できる長さであることが好ましい。
【００２４】
平均空塔速度（ＳＶ）は、液流量をＱ（ｍ３／ｓ）、外管３の途中部分（Ｐ２）の内径をＤ２（ｍ）、外管３の出口部（Ｐ３）の内径をＤ３（ｍ）とすると、ＳＶ＝Ｑ／｛π／１２×Ｌ３×（Ｄ３２−Ｄ２２）｝で表せる。従って、例えば、Ｑ＝１．６７×１０−４ｍ３／ｓ（１０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｄ２＝０．０２ｍ、Ｄ３＝０．０４ｍの場合には、Ｌ３は０．１３ｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
また、外管３の途中部分（Ｐ２）以降の形状については、例えば図３に示すように外管３の流出方向を９０°変えた後に、外管３の内径を拡大してもよいし、図４に示すように、外管３を複数の配管に分岐した後に各配管の内径を拡大するようにしてもよく、様々な形状をとることができる。
【００２６】
次に、本発明の微細気泡発生ノズルを用いた微細気泡発生浴槽の実施例を図５を用いて説明する。
微細気泡発生浴槽は、浴槽１３と、浴槽１３に取り付けられる液吸込口８と、浴槽１３内の液を循環させるポンプ７と、気液分離装置１０と、微細気泡発生ノズル１とを備えている。液吸込口８と、ポンプ７の吸込側とは配管１５により接続されており、配管１５の途中には空気量調整部材９を備える空気取込み配管１６が設けてある。また、気液分離装置１０は、ポンプ７の吐出側と微細気泡発生ノズル１とを接続する配管１７の途中に設けられている。ここで、図５では液吸込口８と微細気泡発生ノズル１とは、浴槽１３の側面に設置しているが、浴槽１３の底面に設置しても良く、また各々複数個設けても良い。
【００２７】
液吸込口８には、微細気泡発生浴槽１３の内側から取り外しできるフィルターを設けることが好ましい。ポンプ７の吸込部や微細気泡発生ノズル１の孔等に、髪の毛や人垢などのゴミが詰まるのを防ぐためである。
【００２８】
ポンプ７は、揚程２０ｍ程度でシステムに必要な水量が得られるものであれば様々な方式のものを用いることができる。また、必要に応じてポンプ７の回転数を制御する機能を設けることもでき、配管１５の途中に水量調整部材（図示省略）を設けるなどして、管内圧力や液流量等を任意に調整して微細気泡の発生量を制御することもできる。
【００２９】
気液分離装置１０は、ポンプ７から送液される気液混合液中の空気を更に溶解させると共に、ここで溶解しきれない粗大気泡を気液分離装置１０の上部に設けた空気抜き弁１１から系外に排出する。この気液分離装置１０内には気泡の滞留時間を確保して空気の溶解を促進するために、内部に仕切り板を設けることができ、充填材を設けることもできる。
【００３０】
ポンプ７の吸込側の配管１５には、液中に溶解させる空気を取り込むための空気取込み配管１６と空気量調整部材９とが設けてある。空気取込み配管１６は、ポンプ７の吸込側に設けてあるので負圧の状態になっており、空気取込口１８からポンプ７の吸込側に空気が自給される。また、空気量調整部材９には、オリフィス式、バルブ式等種々のものを用いることができる。この空気量調整部材９により、ポンプ７に自給される空気量を必要に応じて調整することができる。
【００３１】
次に、本発明の微細気泡発生浴槽の別の実施例を図６を用いて説明する。
図６では、空気量調整部材９の上流側にオゾン発生装置１４を設けている。オゾン発生装置１４は、使用条件下において概ね１０〜１００ｍｇ／ｈ程度のオゾンを発生できるものを用いることができる。オゾン発生装置１４により生成したオゾン含有空気は、配管１５からポンプ７の吸込側に供給される。その後、ポンプ７内部、及び気液分離装置１０において液中に溶解し、微細気泡発生ノズル１から浴槽１３内に供給される。また、オゾン発生装置１４を設ける場合には、空気抜き弁１１の出口側にオゾン分解触媒１９を設けることが好ましい。気液分離装置１０でオゾンが溶解しきれなかった場合に、未溶解のオゾンが空気抜き弁１１の出口側から浴室内に流出するのを防ぐためである。なお、図６には記載していないが、オゾンを溶解させた液の一部を浴室排水口に導水して排水口のぬめりの発生を防止したり、浴室内に噴霧して浴室内のカビ発生を防いだりして、浴室内を衛生的に保つことに利用することもできる。
【００３２】
本発明の微細気泡発生ノズルの１実施例を用いた試験例を示す。試験は、図５に示した微細気泡発生装置を用いて実施した。試験には、本発明の微細気泡発生ノズルと、外管３を出口部に向かって拡大しないノズル（比較例１）と、前者において内管の孔を非同心円状（らせん状）に設けたノズル（比較例２）の３種類のノズルを用いた。
【００３３】
各ノズルについて、同じ条件下におけるボイド率及び平均気泡径を測定し、微細気泡生成能力を評価した。
ここで、ボイド率とは微細気泡を含む液体中に占める気泡の体積割合を示しており、次の手順（ア）〜（エ）で測定した。
（ア）予め重量（Ｗ１）を測定してあるメスフラスコ（１００ｍＬ）に微細気泡発生ノズルから流出した直後の液（１００ｍＬ）を採取する。
（イ）採取後の重量（Ｗ２）を測定する。
（ウ）脱気した水（１００ｍＬ）を上記メスフラスコに入れた時の重量（Ｗ３）を測定する。
（エ）（Ｗ３−Ｗ２−Ｗ１）／（Ｗ３−Ｗ１）の式によりボイド率を計算する。
【００３４】
また、平均気泡径は次の手順（カ）〜（ク）で測定した。
（カ）微細気泡発生ノズルから流出した直後の液をアクリル製の透明容器（内径：Ｈ８０ｍｍ×Ｗ５０ｍｍ×Ｄ５ｍｍ）に採取する。
（キ）株式会社ミスミ製マクロレンズ（型式：ＬＦＳＨＢ６−１５４）を取り付けてあるソニー株式会社製ＣＣＤカメラ（型式：ＤＸＣ−３９０）を用いて、微細気泡を含む液体を撮影する。
（ク）撮影した画像をパソコン上でデータ処理することにより気泡径を測定し、平均気泡径を算出する。
【００３５】
試験に用いたノズルの仕様を表１に、主な試験条件を表２に示す。また、試験結果を表３に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
表３に示すように、比較例１のノズルは、平均気泡径４５μｍ、ボイド率１．１％、比較例２のノズルは、平均気泡径８０μｍ、ボイド率１．２％程度であるのに対して、実施例のノズルは、平均気泡径３０μｍ、ボイド率２．１％であった。
【００４０】
即ち、本発明の実施例のノズルは、０．１８ＭＰａの低圧力下においても気泡径の小さい微細気泡を多量に発生できた。図９に示すような従来例のノズルでは、微細気泡を発生させるのに約０．４ＭＰａの圧力が必要であることを考慮すると、本発明のノズルは、従来よりも動力の小さいポンプ、すなわち低い消費電力（ランニングコスト）で多量の微細気泡を発生できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例である微細気泡発生ノズルの一例であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ矢視における概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施例である微細気泡発生ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の他の実施例である微細気泡発生ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施例である微細気泡発生ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施例である微細気泡発生浴槽の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の他の実施例である微細気泡発生浴槽の一例を示す概略図である。
【図７】従来例の微細気泡発生浴槽の一例を示す概略図である。
【図８】従来例の微細気泡発生ノズルの一例を示す概略図である。
【図９】従来例の他の微細気泡発生ノズルの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…微細気泡発生ノズル、２…内管、３…外管、４…流入部、５…孔、６…接続部、
７…ポンプ、８…液吸込口、９…空気量調整部材、１０…気液分離装置、１１…空気抜き弁、１３…浴槽、１４…オゾン発生装置、１５…配管、１６…空気取込み配管、
１７…配管、１８…空気取込口、１９…オゾン分解触媒、２０…減圧板、２１…複数の網状板、３０…噴出孔群、３１…内筒、３２…外筒、Ｄ１…内管の内径、Ｄ２…外管の入口部の内径、Ｄ３…外管の出口部の内径、ｄ…孔の内径、θ…外管の拡大部の角度
Ｌ１…内管と外管が重なる部分の長さ、Ｌ２…外管の拡大部分までの長さ、Ｌ３…外管の拡大部分から出口までの長さ、Ｌ４…内管と外管との離間距離、Ｐ１…外管の開始部、
Ｐ２…外管の途中部分、Ｐ３…外管の出口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に微細気泡を発生させる装置に関し、特に加圧溶解方式の微細気泡発生装置に用いられる微細気泡発生ノズル、及び微細気泡発生浴槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細気泡は、単位体積当りの表面積が大きい、上昇速度が小さい（すなわち気体溶解速度が大きい）等の特徴を有することから、湖沼や閉鎖性水域における酸素供給による水質浄化、魚介類の養殖、廃水処理等、更には、微細気泡浴槽等、様々な用途に用いられている。
【０００３】
また、微細気泡を発生させる方法としては、加圧溶解法、せん断法、衝撃波法、超音波法等、種々の方法が提案されている。これらの中で、加圧溶解方式は比較的均一で多量の微細気泡を発生できるという特徴を有しており、例えば、図７及び図８に示すようなものが提案されている。（特許文献１参照）
【０００４】
図７を用いて、従来の加圧溶解方式の微細気泡発生装置の一例を説明すると、微細気泡発生装置は、液体を取り込むための液吸込口８と、配管の途中に設けられる空気取込口１８と、液を循環するためのポンプ７と、液中から未溶解の気体を分離する気液分離装置１０と、微細気泡発生ノズル１とから構成されている。この中で、微細気泡発生ノズル１は、図８に示すように内部に孔が設けられた減圧板２０と、その下流に複数の網状板２１から構成されている。
【０００５】
一方、従来の微細気泡発生ノズルの別の一例としては、図９に示すように、噴出孔群３０を有する内筒３１と、その外側に設けられる外筒３２とから構成されているものが提案されている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開平２−２６６５８号公報
【特許文献２】特許第２９３９７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図８に示すような微細気泡発生ノズル１は、微細気泡を多量に発生させるために複数の網状板２１を重ねて用いており、構造が複雑になること、水垢等の目詰りにより微細気泡の生成能力が低下しやすいことが問題となる。
【０００７】
一方、図９に示すような微細気泡発生ノズル１は、比較的目詰りしにくいと考えられるが、０．４ＭＰａ程度まで圧力を上げないと微細気泡が多量に発生しにくいことから、大型のポンプが必要になり、ランニングコストも高くなる問題がある。
【０００８】
更に、図７に示すような従来の微細気泡発生浴槽は、あくまで微細気泡によって液を白濁させてリラクゼーション効果を楽しむためのものであり、例えば浴槽水を衛生的に保ちたい場合には別に殺菌装置等を設置する必要があった。
【０００９】
本発明は上記課題を鑑みたものであり、構造が単純で目詰りしにくく、またランニングコストを低減でき、さらに浴槽水を衛生的に保つことのできる、微細気泡発生ノズルと、微細気泡発生浴槽を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するため、本発明では次の構成をとった。
（１）本発明は、空気を溶解させた液体を噴出させる孔を側面に有した内管と、この内管と離間を有して接続される外管とを備え、上記孔が内管と外管との重なる位置に設けられ、上記外管の内径は、内管と重なる部分では同径であり、それより先端方向にて拡大させた微細気泡発生ノズルである。
（２）項（１）において、孔が、同心円上で等間隔に３〜６個配置してある微細気泡発生ノズル。
（３）項（１）又は（２）において、孔が、直径１〜３ｍｍである微細気泡発生ノズル。
（４）項（１）乃至（３）の何れかにおいて、内管と外管との離間距離が、０．５〜５ｍｍである微細気泡発生ノズル。
（５）項（１）乃至（４）の何れかにおいて、外管の拡大する部分の角度（θ）が、軸方向に対して２〜３０°である微細気泡発生ノズル。
（６）浴槽と、浴槽に取り付けられる液吸込口と、浴槽内の液を循環させるポンプと、気液分離装置と、微細気泡発生ノズルとを備え、上記液吸込口とポンプの吸込側とが配管接続され、この配管の途中に空気量調整部材を有する空気取込み配管が設けられ、上記気液分離装置がポンプの吐出側と微細気泡発生ノズルとを接続する配管の途中に設けられている微細気泡発生浴槽であり、この微細気泡発生ノズルが、項（１）乃至（５）の何れかの微細気泡発生ノズルである微細気泡発生浴槽。
（７）項（６）において、空気取込み配管が、その途中にオゾン発生装置を有している微細気泡発生浴槽。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の微細気泡発生ノズルによれば、空気を溶解させた液体を噴出させる孔を側面に有した内管と、この内管と離間を有して接続される外管とを有し、前記孔を内管と外管との重なる位置に設け、前記外管の内径は少なくとも内管と重なる部分では同径であり、それより先端方向に向って拡大させることにより、単純な構造で、しかも低いランニングコストで微細気泡を多量に発生させることができる。
また、本発明の微細気泡発生浴槽によれば、微細気泡内にオゾンを混入させることにより浴槽内での雑菌の繁殖を抑制することができるので、槽内水を衛生的に保てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照して、先ず本発明の微細気泡発生ノズルの作用について述べる。
図１は、微細気泡発生ノズルの一実施例であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図における概略断面図である。
空気を溶解させた液体は、微細気泡発生ノズル１の流入部４から内管２の内部に流入した後、内管２側面に設けられた孔５から外管３内に流出する。このとき、外管３の内部において上記液体の外管３内側壁部への衝突や、各孔５から流出した液体同士の衝突等により局所的な渦流が発生する。この渦流の中心部には圧力の低い部分が形成されるので、ここで液体中に溶解していた空気が気泡核となって析出すると考えられる。更に、この気泡核を含む液体が、出口部に向かって内径が拡大している外管３内を通過すると、液中の溶解空気が気泡核内に効果的に拡散することにより、直径数μｍ〜数十μｍオーダーの微細気泡が多量に生成すると考えられる。
【００１３】
次に、図１を参照して、本発明の微細気泡発生ノズルの一例の構造について説明する。
微細気泡発生ノズル１は、空気を溶解させた液体を噴出させる孔５を側面に有した内管２と、この内管２と離間を有して接続される外管３とを備えており、孔５は内管２の内管２と外管３との重なる位置に設けている。また、外管３の内径は少なくとも内管２と重なる部分では同径であり、それより先端方向に向って拡大させている。
【００１４】
内管２の断面形状は、内管２と外管３との離間距離（Ｌ４）がほぼ一定であれば、円形状、略円形状、楕円状、多角形状、略多角形状等を用いることができるが、好ましくは円形状である。
【００１５】
内管２の内径（Ｄ１）は、微細気泡発生装置のポンプの規模や使用条件等により好適範囲が異なるが、例えば液流量５〜１５Ｌ／ｍｉｎ程度の装置に用いる場合には、５〜３０ｍｍ程度が好ましく、更に好ましくは１０〜２０ｍｍ程度である。この規模の液流量の場合、内径（Ｄ１）が５ｍｍよりも小さくなると内管２自体での圧損によりエネルギーロスが生じてしまう。また、３０ｍｍよりも大きくなると、これに応じて外管３の直径も大きくする必要が生じる。その結果、外管３内に旋回流が発生しやすくなって微細気泡の発生量が少なくなってしまう。
【００１６】
内管２の側面に貫設している孔５の数（Ｎ）は、例えば家庭用規模の浴槽（管内圧力０．２〜０．３ＭＰａ、液流量５〜１５Ｌ／ｍｉｎ）に用いる場合には、３〜６個程度設けることが好ましく、更に好ましくは３〜４個程度、最も好ましくは３個である。孔５の数（Ｎ）が３個未満になると、気泡核の生成に必要な局所的な渦流が少なくなり、結果として微細気泡の生成量も少なくなってしまう。また、孔５の数（Ｎ）が６個を超えると、一つの孔から流出する液流量が減少して渦流が効果的に形成されなくなってしまうからである。
【００１７】
また、孔５の位置は、内管２の軸方向の垂直断面方向から見て同心円上に等間隔に設けることが好ましい。このような配置にすることで、外管３内において旋回流を生じにくくすることができ、結果として比重の小さい微細気泡が外管３内の中心部で再合成するのを防止することができる。
【００１８】
孔５の直径（ｄ）は、設定したい管内圧力、液流量等にするために必要な開口面積になるように任意に設定することができる。例えば、上記した規模の場合には、１〜３ｍｍが好ましく、更に好ましくは１．５〜２．５ｍｍである。また、孔５の直径（ｄ）と数（Ｎ）は、上記した条件と合わせて、液体が内管２から流出する際の流速が１０ｍ／ｓ以上を確保できる開口面積（Ａ）になるように設定することが好ましい。内管２から流出する際の流速が１０ｍ／ｓ以下になると、外管３の内部において渦流が効果的に形成されなくなり、結果として微細気泡の生成量も少なくなってしまうからである。
【００１９】
具体的には、開口面積（Ａ）は、π×（ｄ／２）２×Ｎで表せるので、液流量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、π×（ｄ／２）２×Ｎ≦Ｑ／１０を満たすような孔５の直径（ｄ）と数（Ｎ）に設定することが好ましい。一例を挙げると、液流量が１．６７×１０−４ｍ３／ｓ（１０Ｌ／ｍｉｎ）、孔数（Ｎ）が３個の場合は、孔５の直径（ｄ）は、少なくとも２．６ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
外管３は、内管２と重なる部分において、離間距離（Ｌ４）を有して接続部６で接続されている。離間距離（Ｌ４）の好適範囲は、微細気泡発生装置の規模や使用条件等にもよるが、例えば液流量５〜１５Ｌ／ｍｉｎ程度の規模に用いる場合には、０．５〜５ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは、１〜２ｍｍである。離間距離（Ｌ４）が、０．５ｍｍよりも小さくなると液中に異物が含まれている場合にはここで目詰りが生じやすくなるし、５ｍｍよりも大きくなると孔５から流出した液体が外管３の内側に衝突する時の流速が低下して気泡核を生成するのに必要な渦流が発生しにくくなるためである。
【００２１】
外管３は、外管３の開始部（Ｐ１）から途中部分（Ｐ２）までは内径が等しくなるように形成しているが、途中部分（Ｐ２）から出口部（Ｐ３）に向って内径が徐々に拡大するように形成している。この拡大部の角度（θ）は、軸方向に対して、２〜３０°が好ましく、更に好ましくは５〜１０°である。また、図１では拡大部分が円錐状に形成されているが、図２に示すように、途中部分（Ｐ２）から出口部（Ｐ３）までの平均角度（θ）が上記範囲内であれば、外管３を階段状に形成してもよい。
【００２２】
外管３の内径が等しい部分の長さ（Ｌ２）は、接続部６から内管２の先端部までの長さ（Ｌ１）以上であることが好ましい。Ｌ２の長さがＬ１よりも短くなると、内管２から出た液体が外管３に衝突した後の流れが複雑になり渦流が効果的に形成されなくなると考えられ、結果として気泡核の生成量が少なくなってしまうからである。
【００２３】
外管３の途中部分（Ｐ２）から出口部（Ｐ３）までの長さ（Ｌ３）は、生成した気泡核が直径数μｍから数十μｍ程度の微細気泡まで成長するのに必要な時間を確保できる長さであることが好ましく、具体的には、気泡核成長ゾーン（外管３内のＰ２〜Ｐ３の空間部）での平均空塔速度（ＳＶ）が概ね４Ｓ−１以下を確保できる長さであることが好ましい。
【００２４】
平均空塔速度（ＳＶ）は、液流量をＱ（ｍ３／ｓ）、外管３の途中部分（Ｐ２）の内径をＤ２（ｍ）、外管３の出口部（Ｐ３）の内径をＤ３（ｍ）とすると、ＳＶ＝Ｑ／｛π／１２×Ｌ３×（Ｄ３２−Ｄ２２）｝で表せる。従って、例えば、Ｑ＝１．６７×１０−４ｍ３／ｓ（１０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｄ２＝０．０２ｍ、Ｄ３＝０．０４ｍの場合には、Ｌ３は０．１３ｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
また、外管３の途中部分（Ｐ２）以降の形状については、例えば図３に示すように外管３の流出方向を９０°変えた後に、外管３の内径を拡大してもよいし、図４に示すように、外管３を複数の配管に分岐した後に各配管の内径を拡大するようにしてもよく、様々な形状をとることができる。
【００２６】
次に、本発明の微細気泡発生ノズルを用いた微細気泡発生浴槽の実施例を図５を用いて説明する。
微細気泡発生浴槽は、浴槽１３と、浴槽１３に取り付けられる液吸込口８と、浴槽１３内の液を循環させるポンプ７と、気液分離装置１０と、微細気泡発生ノズル１とを備えている。液吸込口８と、ポンプ７の吸込側とは配管１５により接続されており、配管１５の途中には空気量調整部材９を備える空気取込み配管１６が設けてある。また、気液分離装置１０は、ポンプ７の吐出側と微細気泡発生ノズル１とを接続する配管１７の途中に設けられている。ここで、図５では液吸込口８と微細気泡発生ノズル１とは、浴槽１３の側面に設置しているが、浴槽１３の底面に設置しても良く、また各々複数個設けても良い。
【００２７】
液吸込口８には、微細気泡発生浴槽１３の内側から取り外しできるフィルターを設けることが好ましい。ポンプ７の吸込部や微細気泡発生ノズル１の孔等に、髪の毛や人垢などのゴミが詰まるのを防ぐためである。
【００２８】
ポンプ７は、揚程２０ｍ程度でシステムに必要な水量が得られるものであれば様々な方式のものを用いることができる。また、必要に応じてポンプ７の回転数を制御する機能を設けることもでき、配管１５の途中に水量調整部材（図示省略）を設けるなどして、管内圧力や液流量等を任意に調整して微細気泡の発生量を制御することもできる。
【００２９】
気液分離装置１０は、ポンプ７から送液される気液混合液中の空気を更に溶解させると共に、ここで溶解しきれない粗大気泡を気液分離装置１０の上部に設けた空気抜き弁１１から系外に排出する。この気液分離装置１０内には気泡の滞留時間を確保して空気の溶解を促進するために、内部に仕切り板を設けることができ、充填材を設けることもできる。
【００３０】
ポンプ７の吸込側の配管１５には、液中に溶解させる空気を取り込むための空気取込み配管１６と空気量調整部材９とが設けてある。空気取込み配管１６は、ポンプ７の吸込側に設けてあるので負圧の状態になっており、空気取込口１８からポンプ７の吸込側に空気が自給される。また、空気量調整部材９には、オリフィス式、バルブ式等種々のものを用いることができる。この空気量調整部材９により、ポンプ７に自給される空気量を必要に応じて調整することができる。
【００３１】
次に、本発明の微細気泡発生浴槽の別の実施例を図６を用いて説明する。
図６では、空気量調整部材９の上流側にオゾン発生装置１４を設けている。オゾン発生装置１４は、使用条件下において概ね１０〜１００ｍｇ／ｈ程度のオゾンを発生できるものを用いることができる。オゾン発生装置１４により生成したオゾン含有空気は、配管１５からポンプ７の吸込側に供給される。その後、ポンプ７内部、及び気液分離装置１０において液中に溶解し、微細気泡発生ノズル１から浴槽１３内に供給される。また、オゾン発生装置１４を設ける場合には、空気抜き弁１１の出口側にオゾン分解触媒１９を設けることが好ましい。気液分離装置１０でオゾンが溶解しきれなかった場合に、未溶解のオゾンが空気抜き弁１１の出口側から浴室内に流出するのを防ぐためである。なお、図６には記載していないが、オゾンを溶解させた液の一部を浴室排水口に導水して排水口のぬめりの発生を防止したり、浴室内に噴霧して浴室内のカビ発生を防いだりして、浴室内を衛生的に保つことに利用することもできる。
【００３２】
本発明の微細気泡発生ノズルの１実施例を用いた試験例を示す。試験は、図５に示した微細気泡発生装置を用いて実施した。試験には、本発明の微細気泡発生ノズルと、外管３を出口部に向かって拡大しないノズル（比較例１）と、前者において内管の孔を非同心円状（らせん状）に設けたノズル（比較例２）の３種類のノズルを用いた。
【００３３】
各ノズルについて、同じ条件下におけるボイド率及び平均気泡径を測定し、微細気泡生成能力を評価した。
ここで、ボイド率とは微細気泡を含む液体中に占める気泡の体積割合を示しており、次の手順（ア）〜（エ）で測定した。
（ア）予め重量（Ｗ１）を測定してあるメスフラスコ（１００ｍＬ）に微細気泡発生ノズルから流出した直後の液（１００ｍＬ）を採取する。
（イ）採取後の重量（Ｗ２）を測定する。
（ウ）脱気した水（１００ｍＬ）を上記メスフラスコに入れた時の重量（Ｗ３）を測定する。
（エ）（Ｗ３−Ｗ２−Ｗ１）／（Ｗ３−Ｗ１）の式によりボイド率を計算する。
【００３４】
また、平均気泡径は次の手順（カ）〜（ク）で測定した。
（カ）微細気泡発生ノズルから流出した直後の液をアクリル製の透明容器（内径：Ｈ８０ｍｍ×Ｗ５０ｍｍ×Ｄ５ｍｍ）に採取する。
（キ）株式会社ミスミ製マクロレンズ（型式：ＬＦＳＨＢ６−１５４）を取り付けてあるソニー株式会社製ＣＣＤカメラ（型式：ＤＸＣ−３９０）を用いて、微細気泡を含む液体を撮影する。
（ク）撮影した画像をパソコン上でデータ処理することにより気泡径を測定し、平均気泡径を算出する。
【００３５】
試験に用いたノズルの仕様を表１に、主な試験条件を表２に示す。また、試験結果を表３に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
表３に示すように、比較例１のノズルは、平均気泡径４５μｍ、ボイド率１．１％、比較例２のノズルは、平均気泡径８０μｍ、ボイド率１．２％程度であるのに対して、実施例のノズルは、平均気泡径３０μｍ、ボイド率２．１％であった。
【００４０】
即ち、本発明の実施例のノズルは、０．１８ＭＰａの低圧力下においても気泡径の小さい微細気泡を多量に発生できた。図９に示すような従来例のノズルでは、微細気泡を発生させるのに約０．４ＭＰａの圧力が必要であることを考慮すると、本発明のノズルは、従来よりも動力の小さいポンプ、すなわち低い消費電力（ランニングコスト）で多量の微細気泡を発生できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例である微細気泡発生ノズルの一例であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ矢視における概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施例である微細気泡発生ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の他の実施例である微細気泡発生ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施例である微細気泡発生ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施例である微細気泡発生浴槽の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の他の実施例である微細気泡発生浴槽の一例を示す概略図である。
【図７】従来例の微細気泡発生浴槽の一例を示す概略図である。
【図８】従来例の微細気泡発生ノズルの一例を示す概略図である。
【図９】従来例の他の微細気泡発生ノズルの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…微細気泡発生ノズル、２…内管、３…外管、４…流入部、５…孔、６…接続部、
７…ポンプ、８…液吸込口、９…空気量調整部材、１０…気液分離装置、１１…空気抜き弁、１３…浴槽、１４…オゾン発生装置、１５…配管、１６…空気取込み配管、
１７…配管、１８…空気取込口、１９…オゾン分解触媒、２０…減圧板、２１…複数の網状板、３０…噴出孔群、３１…内筒、３２…外筒、Ｄ１…内管の内径、Ｄ２…外管の入口部の内径、Ｄ３…外管の出口部の内径、ｄ…孔の内径、θ…外管の拡大部の角度
Ｌ１…内管と外管が重なる部分の長さ、Ｌ２…外管の拡大部分までの長さ、Ｌ３…外管の拡大部分から出口までの長さ、Ｌ４…内管と外管との離間距離、Ｐ１…外管の開始部、
Ｐ２…外管の途中部分、Ｐ３…外管の出口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を溶解させた液体を噴出させる孔を側面に有した内管と、この内管と離間を有して接続される外管とを備え、上記孔が内管と外管との重なる位置に設けられ、上記外管の内径は、内管と重なる部分では同径であり、それより先端方向にて拡大させた微細気泡発生ノズル。
【請求項２】
請求項１において、孔が、同心円上で等間隔に３〜６個配置してある微細気泡発生ノズル。
【請求項３】
請求項１又は２において、孔が、直径１〜３ｍｍである微細気泡発生ノズル。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、内管と外管との離間距離が、０．５〜５ｍｍである微細気泡発生ノズル。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、外管の拡大する部分の角度（θ）が、軸方向に対して２〜３０度である微細気泡発生ノズル。
【請求項６】
浴槽と、浴槽に取り付けられる液吸込口と、浴槽内の液を循環させるポンプと、気液分離装置と、微細気泡発生ノズルとを備え、上記液吸込口とポンプの吸込側とが配管接続され、この配管の途中に空気量調整部材を有する空気取込み配管が設けられ、上記気液分離装置がポンプの吐出側と微細気泡発生ノズルとを接続する配管の途中に設けられている微細気泡発生浴槽であり、この微細気泡発生ノズルが、請求項１乃至５の何れかの微細気泡発生ノズルである微細気泡発生浴槽。
【請求項７】
請求項６において、空気取込み配管が、その途中にオゾン発生装置を有している微細気泡発生浴槽。
【請求項１】
空気を溶解させた液体を噴出させる孔を側面に有した内管と、この内管と離間を有して接続される外管とを備え、上記孔が内管と外管との重なる位置に設けられ、上記外管の内径は、内管と重なる部分では同径であり、それより先端方向にて拡大させた微細気泡発生ノズル。
【請求項２】
請求項１において、孔が、同心円上で等間隔に３〜６個配置してある微細気泡発生ノズル。
【請求項３】
請求項１又は２において、孔が、直径１〜３ｍｍである微細気泡発生ノズル。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、内管と外管との離間距離が、０．５〜５ｍｍである微細気泡発生ノズル。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、外管の拡大する部分の角度（θ）が、軸方向に対して２〜３０度である微細気泡発生ノズル。
【請求項６】
浴槽と、浴槽に取り付けられる液吸込口と、浴槽内の液を循環させるポンプと、気液分離装置と、微細気泡発生ノズルとを備え、上記液吸込口とポンプの吸込側とが配管接続され、この配管の途中に空気量調整部材を有する空気取込み配管が設けられ、上記気液分離装置がポンプの吐出側と微細気泡発生ノズルとを接続する配管の途中に設けられている微細気泡発生浴槽であり、この微細気泡発生ノズルが、請求項１乃至５の何れかの微細気泡発生ノズルである微細気泡発生浴槽。
【請求項７】
請求項６において、空気取込み配管が、その途中にオゾン発生装置を有している微細気泡発生浴槽。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３３４５５６（Ｐ２００６−３３４５５６Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６５４４５（Ｐ２００５−１６５４４５）
【出願日】平成１７年６月６日（２００５．６．６）
【出願人】（３０１０５０９２４）株式会社日立ハウステック (234)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月６日（２００５．６．６）
【出願人】（３０１０５０９２４）株式会社日立ハウステック (234)
【Ｆターム（参考）】
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