説明

微細気泡発生装置

【課題】 微細気泡が圧壊することによる騒音の発生を防止すると共に一定の大きさ以下の微細気泡を生成することができる微細気泡発生方法を提供する。
【解決手段】 液体の流路1に上流側より順に、液体に気体を混合して気体混合液体を生成する気体混合部11と、該気体混合部11の下流側に前記気体混合液体に混合した気体からなる気泡の液体への溶解を促進して気体溶解液体を生成する気体溶解部13と、該気体溶解部13の下流側に前記気体溶解液体に溶解している気体を気化させると共に気体溶解液体に混合している気泡をせん断して微細気泡を生成するための前記流路1よりも断面積の小さな狭流路部4とを設け、流路1の下流側の端部に微細気泡を混合している液体を吐出する吐出口15を設けた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気体溶解液体中の溶解気体を気化させると共に液体中の気泡をせん断することで微細気泡を生成する微細気泡発生装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から微細気泡発生装置が知られている(例えば特許文献1参照)。これは、液体の流路中に気体を液体に混合して気体混合液体を生成する気体混合部と、気体混合液体を加圧する加圧ポンプと、前記気体混合液体に混合している気体(気泡)の液体への溶解を促進する気体溶解部とを備え、該気体溶解部にて生成された気体が溶解した気体溶解液体を減圧することで、該気体溶解液体に溶解している気体を気化させて微細気泡を生成するものである。
【0003】
ところで、液体中に生成した微細気泡は圧力が高い状態にあると圧壊してしまい、この際の衝撃によって騒音が発生してしまうものであった。また、液体に渦のないような流れの場合には、大きな気泡は粉砕されて微細気泡とはならず、微細気泡は連結して大型化する惧れがある。
【特許文献1】特開2002−336668号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、微細気泡が圧壊することによる騒音の発生を防止すると共に一定の大きさ以下の微細気泡を生成することができる微細気泡発生方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために請求項1に係る発明は、液体の流路1に、液体に気体を混合して気体混合液体を生成する気体混合部11と、該気体混合部11の下流側に前記気体混合液体に混合した気体からなる気泡の液体への溶解を促進して気体溶解液体を生成する気体溶解部13と、該気体溶解部13の下流側に前記気体溶解液体に溶解している気体を気化させると共に気体溶解液体に混合している気泡をせん断して微細気泡を生成するための前記流路1よりも断面積の小さな狭流路部4とを設け、流路1の下流側の端部に微細気泡を混合している液体を吐出する吐出口15を設けて成ることを特徴とするものである。
【0006】
このような構成とすることで、生成した微細気泡を混合している液体が狭流路部4を流れる際に流速が速く減圧状態となって微細気泡が圧壊されることがなく、圧壊の衝撃によって発生する騒音の発生を無くすことができる。
【0007】
また、請求項2に係る発明は、請求項1において、液体の流路1の狭流路部4よりも下流側の部分に断面積が流路1の断面積よりも大きい急拡大流路部5を設けて成ることを特徴とするするものである。このような構成とすることで、急拡大流路部5にて発生する渦により、液体中に混合している大きな気泡を粉砕して微細気泡とすると共に、吐出口15より一定の大きさ以下の微細気泡を吐出させることが可能となる。
【0008】
また、請求項3に係る発明は、請求項2において、内筒2と外筒3の二重筒にて吐出口15を有するノズル部14を構成し、内筒2は底部21と側壁部22とからなる有底筒とすると共に該底部21近傍の側壁部22に内筒2内外に貫通するように狭流路部4を形成し、外筒3は前記内筒2の側壁部22の外径と同じ内径となって内筒2が嵌入される嵌入部32と、前記嵌入部32の下流側に該嵌入部32の内径より若干大きい内径となって下流側の流路1bを形成するための流路形成部33と、下流側の端部の開口からなる吐出口15とを備え、外筒3内に嵌入された内筒2の内部がノズル部14の上流側の流路1aとなると共にその下流側に狭流路部4が形成され、その下流側に外筒3の流路形成部33の内面と内筒2の外面との間の隙間からなる下流側の流路1bが形成され、その下流側の内筒2の底部21よりも下流側部分に急拡大流路部5が形成され、下流側の端部に吐出口15が形成されて成ることを特徴とするものである。このように内筒2と外筒3とでノズル部を構成したことで、内筒2の外筒3への嵌入深さを変えれば急拡大流路部5の長さが調節できて、吐出される微細気泡が一定の大きさ以下となるように調節可能となる。
【0009】
また、請求項4に係る発明は、液体の流路1の急拡大流路部5に渦流を発生させるための流動抵抗7を設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、急拡大流路部5に流入した液体がより一層渦を形成し易くなるものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明は、生成した微細気泡を混合している液体が狭流路部を流れる際には流速が速く減圧状態となって微細気泡が圧壊されることがなく、圧壊の衝撃によって発生する騒音の発生を無くすことができると共に、一定の大きさ以下の微細気泡のみを吐出口より吐出して効率良く微細気泡を発生させることができ、これにより微細気泡の上昇速度が小さく滞留時間が長くなり、液体中の汚れ等を吸着して浮上させる、といった水質改善に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明を一実施形態について図1乃至図4に基いて説明する。微細気泡発生装置は図2に示すように液体の流路1を有するもので、この流路1の上流側の端部が液体の吸入口(図示せず)となると共に下流側の端部が吐出口15となり、流路1の途中には上流側より順に、気体混合部11、加圧ポンプ12、気体溶解部13、吐出口15を有するノズル部14が設けてある。加圧ポンプ12の位置は気体混合部11の上流側であってもよい。吸入口及び吐出口15は、主に浴槽の壁面に形成して浴水等を吸入・吐出するものである。
【0012】
気体混合部11は、エゼクタ機構を有する吸気弁を備え、加圧ポンプ12を駆動して液体が流路1を流れる際、エゼクター効果により気体を吸気弁を介して液体に取り込んで混合し、気体混合液体を生成するものである。
【0013】
気体溶解部13は、溶解タンク等からなるもので、前記気体混合部11にて生成された気体混合液体において気体の液体への溶解を促進して気体溶解液体を生成するものである。すなわち、気体混合部11にて生成される気体混合液体は、若干の気体は液体中に溶解するものの、残りの大部分の気体は液体中に気泡として存在して溶解していない。そこで加圧ポンプ12にて加圧すると共に、溶解タンクにて混合攪拌等を行うことで溶解を促進させるものである。
【0014】
ノズル部14は、図1、図3、図4に示すように本実施形態では外筒3と内筒2の二重筒にて構成され、その流路1中に狭流路部4、急拡大流路部5が設けてある。
【0015】
外筒3は、内部に内筒2が嵌入されるもので、本実施形態では外筒3の中心軸方向の上流側となる略半部に内筒2が嵌入される。内筒2は底部21と側壁部22とからなる有底筒で、側壁部22の開口側の端縁(底部21と反対側の端縁)にはフランジ部23が形成してあり、底部21近傍の側壁部22に該内筒2内外に貫通するように狭流路部4を形成してある。また外筒3は、内筒2が挿入される上流側の部分を前記フランジ部23が挿入可能な内径となる大径部31としてあり、前記大径部31の下流側を内筒2の側壁部22の外径と同じ内径となって内筒2が嵌入される嵌入部32としてあり、前記嵌入部32の下流側を前記嵌入部32より若干大径となって流路1が形成される流路形成部33としてある。
【0016】
この内筒2はその底部21が外筒3の大径部31へと挿入されると共に、更に底部21を外筒3の嵌入部32内へ嵌入して内筒2のフランジ部23を外筒3の嵌入部32の大径部31に面する壁面32aにOリング等のパッキンPを介して当接させる。この時、内筒2の底部21の部分は外筒3の流路形成部33の途中に達していて、内筒2内がノズル部14における狭流路部4の上流側の流路1aとなり、その下流側に狭流路部4が位置すると共に、狭流路部4の下流側に内筒2の外面と外筒3の内面との間の隙間からなる下流側の流路1bが形成される。内筒2の外径は外筒3の流路形成部33の内径よりもR0.5mm小さいため、下流側の流路1bの幅は0.5mmとなっている。
【0017】
外筒3の流路形成部33には上記のようにその途中に内筒2の底部21が位置しており、流路形成部33の底部21よりも上流側の部分は狭流路部4の下流側の流路1bとなるが、流路形成部33の底部21よりも下流側の部分は前記下流側の流路1bの断面積よりも断面積の大きい急拡大流路部5となっている。急拡大流路部5の下流側端部(外筒3の下流側端部)がノズルの吐出口15となっている。
【0018】
また、下流側の流路1bの狭流路部4からの出口の下流方向と反対の方向に空隙部6が形成してある。これは、外筒3の流路形成部33の狭流路部4の出口部分から嵌入部32の該流路形成部33に面する壁面32bまでの部分に形成される隙間を空隙部6とするものである。
【0019】
上記狭流路部4には、上流側の流路1aから流れてくる気体溶解液体が流入するが、狭流路部4の断面積は上流側の流路1aの断面積(内筒2内の断面積)よりも小さいため、狭流路部4に流入する際に気体溶解液体は流速が上昇して減圧され、溶解している気体が微細気泡として発生する(キャビテーション)。また、気体溶解液体中に混合している大きな気泡は狭流路部4を流れる際のせん断力によって粉砕されて微細気泡となる。微細気泡は狭流路部4を流れる際には流速が速く減圧状態となるため圧壊されることがなく、圧壊の衝撃によって発生する騒音の発生を無くすことができる。
【0020】
狭流路部4から下流側の流路1bに流入した液体は、空隙部6にて渦が発生すると共に下流側の急拡大流路部5に流れていくもので、空隙部6にて発生する渦により後述の急拡大流路部5の渦と同様の作用が得られる。
【0021】
急拡大流路部5に流入した液体は、液体が流入する部分の流速が他の部分の流速よりも速いため、流速の差が生じて図1の矢印に示すような渦となる。この渦により、液体中に混合している大きな気泡は渦の中心に集まり、小さな微細気泡が渦の周辺から吐出口15より吐出される。また、中心に集まった大きな気泡は渦のせん断力によって粉砕されて微細気泡となって吐出口15より吐出され、微細気泡はせん断力によって攪拌されて連結して大型化することがない。ここで、急拡大流路部5の大きさ(特に径Dと長さLの比)により渦の状態(渦の流路1や角速度)が異なって吐出される微細気泡の大きさが異なってくる。急拡大流路部5の径Dと長さLの比が0.5以上とするのが好ましい。本実施形態では、内筒2の外筒3への嵌入深さを変えることで急拡大流路部5の長さを調節して、吐出される微細気泡が一定の大きさ以下となるように調節可能としており、内筒2のフランジ部23と外筒3の嵌入部32の大径部31に面する壁面32aとの間のパッキンPの大きさを変える等することで調節可能としてある。
【0022】
これにより、一定の大きさ以下の微細気泡のみを吐出口15より吐出して効率良く微細気泡を発生させることができ、浴槽等に吐出された微細気泡の上昇速度が小さく滞留時間が長くなり、浴水等の汚れ等を吸着して浮上させる、といった水質改善に有効である。
【0023】
図5に他の実施形態を示す。本実施形態では急拡大流路部5に流動抵抗7を設けてある。流動抵抗7は、急拡大流路部5の流れ方向中程に配置するもので、上流側の面が略山状に尖ると共に、下流側の端面が吐出口15と同一面上に位置するか(図5(b)参照)、吐出口15よりも内側に位置している(図5(a)参照)。また、下流側の面が略山状となってその両側の斜面部に広い領域が形成されてもよく(図5(c)参照)、この場合には微細気泡が拡散して連結するのを抑えることが可能となる。
【0024】
この流動抵抗7を設けることで、急拡大流路部5に流入した液体がより一層渦を形成し易くなり、流動抵抗7を設けない場合と比べて同一の渦生成能力を得るのに必要な長さLが小さくて済み、ノズル部の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の一実施形態のノズル部の断面図である。
【図2】本発明の概略全体構成図である。
【図3】ノズル部の内筒を示し、(a)は上流側から見た斜視図であり、(b)は下流側から見た斜視図である。
【図4】ノズル部の外筒を示し、(a)は上流側から見た斜視図であり、(b)は下流側から見た斜視図である。
【図5】(a)(b)(c)はそれぞれ流動抵抗を設けた実施形態の例である。
【符号の説明】
【0026】
1 流路
1a 上流側の流路
1b 下流側の流路
14 ノズル部
15 吐出口
2 内筒
3 外筒
4 狭流路部
5 急拡大流路部
6 空隙部
7 流動抵抗
P パッキン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体の流路に、液体に気体を混合して気体混合液体を生成する気体混合部と、該気体混合部の下流側に前記気体混合液体に混合した気体からなる気泡の液体への溶解を促進して気体溶解液体を生成する気体溶解部と、該気体溶解部の下流側に前記気体溶解液体に溶解している気体を気化させると共に気体溶解液体に混合している気泡をせん断して微細気泡を生成するための前記流路よりも断面積の小さな狭流路部とを設け、流路の下流側の端部に微細気泡を混合している液体を吐出する吐出口を設けて成ることを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項2】
液体の流路の狭流路部よりも下流側の部分に断面積が流路の断面積よりも大きい急拡大流路部を設けて成ることを特徴とする請求項1記載の微細気泡発生装置。
【請求項3】
内筒と外筒の二重筒にて吐出口を有するノズル部を構成し、内筒は底部と側壁部とからなる有底筒とすると共に該底部近傍の側壁部に内筒内外に貫通するように狭流路部を形成し、外筒は前記内筒の側壁部の外径と同じ内径となって内筒が嵌入される嵌入部と、前記嵌入部の下流側に該嵌入部の内径より若干大きい内径となって下流側の流路を形成するための流路形成部と、下流側の端部の開口からなる吐出口とを備え、外筒内に嵌入された内筒の内部がノズル部の上流側の流路となると共にその下流側に狭流路部が形成され、その下流側に外筒の流路形成部の内面と内筒の外面との間の隙間からなる下流側の流路が形成され、その下流側の内筒の底部よりも下流側部分に急拡大流路部が形成され、下流側の端部に吐出口が形成されて成ることを特徴とする請求項2記載の微細気泡発生装置。
【請求項4】
液体の流路の急拡大流路部に渦流を発生させるための流動抵抗を設けて成ることを特徴とする請求項2又は3記載の微細気泡発生装置。

【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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【公開番号】特開2007−54807(P2007−54807A)
【公開日】平成19年3月8日(2007.3.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−246772(P2005−246772)
【出願日】平成17年8月26日(2005.8.26)
【出願人】(000005832)松下電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】