微細気泡製造装置
【課題】 微細気泡製造装置全体の構造を簡略化する。
【解決手段】 微細気泡製造装置1において、水および気体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気体の混合流が導入されるとともに、加圧下で気液溶解を行って水中に微細気泡の気泡核を発生させることにより、気泡核を含む加圧水を生成する気液加圧溶解混合器3と、気液加圧溶解混合器3からの加圧水が導入され、加圧水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減圧器としての固定絞り4aを有するシャワーヘッド4とを設ける。
【解決手段】 微細気泡製造装置1において、水および気体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気体の混合流が導入されるとともに、加圧下で気液溶解を行って水中に微細気泡の気泡核を発生させることにより、気泡核を含む加圧水を生成する気液加圧溶解混合器3と、気液加圧溶解混合器3からの加圧水が導入され、加圧水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減圧器としての固定絞り4aを有するシャワーヘッド4とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細気泡製造装置に関し、詳細には、装置全体の構造を簡略化した微細気泡製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、気体を液体に溶解させる気液溶解混合装置が用いられている。たとえば特開平9−173804号公報に示す気液溶解混合装置は、同公報の図5および図8などに示すように、気体が充填された混合容器と、混合容器の上部に接続され、混合容器に液体を導入するためのポンプと、ポンプの吐出側に接続され、混合容器に気体を導入するためのコンプレッサまたは気体吸引器と、混合容器の下部に接続され、混合容器内で気体が溶解した液体を流出させる流出口とから構成されている。
【0003】
また、特開平11−197475号公報に示す従来の気液溶解混合装置は、同公報の図7に示すように、気液混合槽と、気液混合槽の上部に接続され、気液混合槽に液体を導入するためのポンプと、ポンプの吐出側に接続され、気液混合槽に気体を導入するためのコンプレッサと、気液混合槽の下部に接続され、気液混合槽内で気体が溶解した液体を流出させる流出口とから構成されている。
【0004】
これらの気液溶解混合装置においては、ポンプからの液体およびコンプレッサ(または気体吸引器)からの気体が混合容器(または気液混合槽)内に導入され、混合容器(または気液混合槽)内で気液溶解が行われた後、気体が溶解した液体が流出口から流出する。一方、流出口の下流側には、絞りが設けられており、流出口から流出した液体は、絞りを通して外部に取り出されるようになっている。
【特許文献1】特開平9−173804号公報(図5〜図8、図13、図14〜図16、図19、図22、図23参照)
【特許文献2】特開平11−197475号公報(図7参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記従来の装置では、ポンプの他に、コンプレッサまたは気体吸引器を設ける必要があり、このため、装置全体の構造が複雑になるという欠点がある。
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、構造を簡略化できる微細気泡製造装置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の発明に係る微細気泡製造装置は、液体および気体を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプと、混気ポンプから吐出された液体および空気の混合流が導入されるとともに、加圧下で気液溶解を行って液中に微細気泡の気泡核を発生させることにより、気泡核を含む加圧液を生成するための気液加圧溶解混合器と、気液加圧溶解混合器からの加圧液が導入され、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減圧器とを備えている。
【0008】
請求項1の発明においては、液体および気体が混気ポンプにより吸引され、液体および気体の混合流が混気ポンプから吐出される。混気ポンプから吐出された液体および気体の混合流は、気液加圧溶解混合器に導入される。気液加圧溶解混合器では、加圧下で気液溶解を行って、液中に微細気泡の気泡核を発生させることにより、気泡核を含む加圧液が生成される。加圧液は、減圧器で減圧され、これにより、気体が析出して微細気泡が発生する。
【0009】
この場合には、液体および気体を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプが設けられるので、ポンプに加えてコンプレッサや気体吸引器を設ける必要がなくなり、これにより、装置全体の構造を簡略化できる。
【0010】
請求項2の発明では、請求項1において、気液加圧溶解混合器が、混気ポンプから液体および気体の混合流が導入されて気液溶解が行われる水平方向の上部通路と、上部通路の下方に上部通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留される水平方向の下部通路と、上部通路の後端から下方に立ち下がるとともに、上下部通路を連通する立下り通路とを備えている。
【0011】
この場合には、立下り通路が設けられることで上下部通路間に空間が生じるので、当該空間を配管用のスペースとして有効利用することにより、装置全体を小型化できる。
【0012】
請求項3の発明では、請求項1において、減圧器が、減圧弁または固定絞りである。
【0013】
請求項4の発明では、請求項1において、減圧器が、シャワーヘッドに設けられた固定絞りである。
【発明の効果】
【0014】
以上のように、本発明に係る微細気泡製造装置によれば、液体および気体を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプを設けるようにしたので、ポンプに加えてコンプレッサや気体吸引器を設ける必要がなくなり、これにより、装置全体の構造を簡略化できる。
【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5は、本発明の一実施例による微細気泡製造装置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製造装置の概略構成図、図2は混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の正面図、図3はその側面図、図4は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5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、減圧器としての固定絞りを有するシャワーヘッド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、配管を分解せずに容易に外部から清掃できるもの、たとえば円盤ストレーナなどが好ましい。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ことにより、図2および図3に示すように、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)WA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4参照)。
【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4参照)。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4参照)。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や混気ポンプ2は、混気ポンプ2の上方で気液加圧溶解混合器3の側方の領域100(図3参照)に配置される制御部によって、電源の投入(ON)および切断(OFF)の制御が行われる。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4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WAが上部通路3A内の水面WL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WA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WA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4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ないし図3に示すように、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5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(減圧器)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、多数の小孔42が貫通形成されている。各小孔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s1とし、各小孔42の総有効断面積をs2とするとき、有効断面積の比であるs1/s2については
s1/s2<1 (つまり s1<s2)
を満足しているのが好ましく、さらには
s1/s2≦1/2
を満足しているのがより好ましい。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内に流入する。
【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の多数の小孔42から噴出する。
【0036】
このとき、ヘッド部4Bの各小孔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の各小孔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】
このように本実施例によれば、従来のようにポンプおよびコンプレッサ(または気体吸引器)の双方を用いることなく、単体の混気ポンプのみで水および空気を吸入できるので、装置全体の構造を簡略化でき、コンパクトな装置を実現できる。また、気液加圧溶解混合器3を略コ字状に構成したことにより、空間を有効利用でき、これにより、装置全体をさらにコンパクトに構成できる。
【0040】
なお、前記実施例では、余剰気体を排出するのに空気抜き弁32aを設けた例を示したが、この空気抜き弁の代わりに、コスト削減の観点から、固定絞りやバルブを設けるようにしてもよい。この場合、固定絞りやバルブは、気液加圧溶解混合器3内部の加圧状態を維持できるものであることが必要である。また、この場合、固定絞りやバルブからは、余剰気体と水が交互に放出されることになる。
【0041】
また、前記実施例では、固定絞り4aを有するシャワーヘッド4を用いることにより、シャワーヘッド4から気泡水が放出される例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。図6ないし図8は本発明の他の実施例を示している。これらの例はいずれも、気液加圧溶解混合器3からの加圧水がドッグバス(犬や猫などを洗浄するための洗浄槽)5に供給される例を示している。
【0042】
図6に示す例では、気液加圧溶解混合器3からの加圧水は、減圧弁6を介してドッグバス5に供給されている。この場合、加圧水は、減圧弁6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、粒径が数μmから数十μmの微細気泡(マイクロバブル)50が発生する。微細気泡50がドッグバス5内に充満すると、ドッグバス5内の湯は白濁する。
【0043】
このとき、ドッグバス5の中に犬を入れておくと、多量の微細気泡50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50が浸透するとともに、微細気泡50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50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。油脂分や汚れは、微細気泡50とともに水面まで浮上する。
【0044】
この場合には、多量の微細気泡50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。
【0045】
図7に示す例では、気液加圧溶解混合器3からの加圧水は、固定絞り7を介してドッグバス5に供給されている。この場合、加圧水は、固定絞り7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、粒径が数μmから数十μmの微細気泡(マイクロバブル)50が発生する。
【0046】
図8に示す例では、気液加圧溶解混合器3からの加圧水は、三方向弁8で流路を切り換えることにより、シャワーヘッド4に供給されるか、または減圧弁6を介してドッグバス5に供給されるようになっている。いずれの場合においても、加圧水は、シャワーヘッド4内の固定絞りまたは減圧弁6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、粒径が数μmから数十μmの微細気泡(マイクロバブル)50が発生する。
【0047】
図6ないし図8の各実施例において、ドッグバス5を混気ポンプ2の上部空間(図2および図3参照)に配置するようにすれば、装置全体を小型化でき、狭いスペースに配置できるようになる。
【0048】
図6ないし図8の各実施例においては、ストレーナ20a(図1)をドッグバス5内に浸漬させるようにすれば、ドッグバス5内の湯を循環させることができ、水の使用量を減らすことができるとともに、新たに湯を沸かす必要がなくなるので、環境に対する負荷を軽減できる。
【0049】
次に、図9Aないし図9Cは、本発明による微細気泡製造装置をドッグバス等の浴槽に一体に取り付けて全体をユニット化した例を示しており、図9Aは当該ユニットの平面図、図9Bは正面図、図9Cは右側面図である。なお、これらの図において、前記各実施例と同一符号は同一または相当部分を示しているが、図示の便宜上、配管の一部は省略している。
【0050】
前記実施例では、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が同一面内に配置されて全体がコ字状に配設された例を示したが、ここでは、図9Aないし図9Cに示すように、気液加圧溶解混合器3’の上部通路3’A、下部通路3’Bおよび立下り通路3’Cは同一面内に設けられていない。各図に示すような向きにX軸、Y軸およびZ軸をそれぞれとるとき、上部通路3’AはX軸方向に配設され、下部通路3’BはY軸方向に配設され、立下り通路3’CはZ軸方向に配設されている。
【0051】
気液加圧溶解混合器3’の各通路3’A、3’B、3’Cをこのような向きに配設することにより、吐出側の配管30はドッグバス5の正面側の側面に沿って配設され、給水側の配管23はドッグバス5の右側の側面に沿って配設されるので、各配管23、30が互いに干渉することなく、配管を行えるようになるとともに、ドッグバス5の角部を有効利用してユニット全体をコンパクトに構成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明の一実施例による微細気泡製造装置の概略構成図である。
【図2】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の正面図である。
【図3】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の側面図である。
【図4】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5】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する減圧器としての固定絞りが取り付けられたシャワーヘッドの断面構造図である。
【図6】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する減圧弁が接続されたドッグバスの断面図である。
【図7】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する減圧器としての固定絞りが接続されたドッグバスの断面図である。
【図8】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する減圧器としての固定絞りを有するシャワーヘッドおよび減圧弁が接続されたドッグバスの断面図である。
【図9A】本発明による微細気泡製造装置をドッグバスに一体に取り付けて全体をユニット化した装置の平面図である。
【図9B】図9Aの装置の正面図である。
【図9C】図9Aの装置の右側面図である。
【符号の説明】
【0053】
1: 微細気泡製造装置
2: 混気ポンプ
3: 気液加圧溶解混合器
3A: 上部通路
3B: 下部通路
3C: 立下り通路
4: シャワーヘッド
4a: 固定絞り(減圧器)
50: 微細気泡
6: 減圧弁
7: 固定絞り
WA: 混合流
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細気泡製造装置に関し、詳細には、装置全体の構造を簡略化した微細気泡製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、気体を液体に溶解させる気液溶解混合装置が用いられている。たとえば特開平9−173804号公報に示す気液溶解混合装置は、同公報の図5および図8などに示すように、気体が充填された混合容器と、混合容器の上部に接続され、混合容器に液体を導入するためのポンプと、ポンプの吐出側に接続され、混合容器に気体を導入するためのコンプレッサまたは気体吸引器と、混合容器の下部に接続され、混合容器内で気体が溶解した液体を流出させる流出口とから構成されている。
【0003】
また、特開平11−197475号公報に示す従来の気液溶解混合装置は、同公報の図7に示すように、気液混合槽と、気液混合槽の上部に接続され、気液混合槽に液体を導入するためのポンプと、ポンプの吐出側に接続され、気液混合槽に気体を導入するためのコンプレッサと、気液混合槽の下部に接続され、気液混合槽内で気体が溶解した液体を流出させる流出口とから構成されている。
【0004】
これらの気液溶解混合装置においては、ポンプからの液体およびコンプレッサ(または気体吸引器)からの気体が混合容器(または気液混合槽)内に導入され、混合容器(または気液混合槽)内で気液溶解が行われた後、気体が溶解した液体が流出口から流出する。一方、流出口の下流側には、絞りが設けられており、流出口から流出した液体は、絞りを通して外部に取り出されるようになっている。
【特許文献1】特開平9−173804号公報(図5〜図8、図13、図14〜図16、図19、図22、図23参照)
【特許文献2】特開平11−197475号公報(図7参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記従来の装置では、ポンプの他に、コンプレッサまたは気体吸引器を設ける必要があり、このため、装置全体の構造が複雑になるという欠点がある。
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、構造を簡略化できる微細気泡製造装置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の発明に係る微細気泡製造装置は、液体および気体を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプと、混気ポンプから吐出された液体および空気の混合流が導入されるとともに、加圧下で気液溶解を行って液中に微細気泡の気泡核を発生させることにより、気泡核を含む加圧液を生成するための気液加圧溶解混合器と、気液加圧溶解混合器からの加圧液が導入され、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減圧器とを備えている。
【0008】
請求項1の発明においては、液体および気体が混気ポンプにより吸引され、液体および気体の混合流が混気ポンプから吐出される。混気ポンプから吐出された液体および気体の混合流は、気液加圧溶解混合器に導入される。気液加圧溶解混合器では、加圧下で気液溶解を行って、液中に微細気泡の気泡核を発生させることにより、気泡核を含む加圧液が生成される。加圧液は、減圧器で減圧され、これにより、気体が析出して微細気泡が発生する。
【0009】
この場合には、液体および気体を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプが設けられるので、ポンプに加えてコンプレッサや気体吸引器を設ける必要がなくなり、これにより、装置全体の構造を簡略化できる。
【0010】
請求項2の発明では、請求項1において、気液加圧溶解混合器が、混気ポンプから液体および気体の混合流が導入されて気液溶解が行われる水平方向の上部通路と、上部通路の下方に上部通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留される水平方向の下部通路と、上部通路の後端から下方に立ち下がるとともに、上下部通路を連通する立下り通路とを備えている。
【0011】
この場合には、立下り通路が設けられることで上下部通路間に空間が生じるので、当該空間を配管用のスペースとして有効利用することにより、装置全体を小型化できる。
【0012】
請求項3の発明では、請求項1において、減圧器が、減圧弁または固定絞りである。
【0013】
請求項4の発明では、請求項1において、減圧器が、シャワーヘッドに設けられた固定絞りである。
【発明の効果】
【0014】
以上のように、本発明に係る微細気泡製造装置によれば、液体および気体を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプを設けるようにしたので、ポンプに加えてコンプレッサや気体吸引器を設ける必要がなくなり、これにより、装置全体の構造を簡略化できる。
【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5は、本発明の一実施例による微細気泡製造装置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製造装置の概略構成図、図2は混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の正面図、図3はその側面図、図4は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5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、減圧器としての固定絞りを有するシャワーヘッド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、配管を分解せずに容易に外部から清掃できるもの、たとえば円盤ストレーナなどが好ましい。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ことにより、図2および図3に示すように、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)WA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4参照)。
【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4参照)。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4参照)。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や混気ポンプ2は、混気ポンプ2の上方で気液加圧溶解混合器3の側方の領域100(図3参照)に配置される制御部によって、電源の投入(ON)および切断(OFF)の制御が行われる。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4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WAが上部通路3A内の水面WL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WA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WA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4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ないし図3に示すように、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5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(減圧器)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、多数の小孔42が貫通形成されている。各小孔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s1とし、各小孔42の総有効断面積をs2とするとき、有効断面積の比であるs1/s2については
s1/s2<1 (つまり s1<s2)
を満足しているのが好ましく、さらには
s1/s2≦1/2
を満足しているのがより好ましい。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内に流入する。
【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の多数の小孔42から噴出する。
【0036】
このとき、ヘッド部4Bの各小孔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の各小孔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】
このように本実施例によれば、従来のようにポンプおよびコンプレッサ(または気体吸引器)の双方を用いることなく、単体の混気ポンプのみで水および空気を吸入できるので、装置全体の構造を簡略化でき、コンパクトな装置を実現できる。また、気液加圧溶解混合器3を略コ字状に構成したことにより、空間を有効利用でき、これにより、装置全体をさらにコンパクトに構成できる。
【0040】
なお、前記実施例では、余剰気体を排出するのに空気抜き弁32aを設けた例を示したが、この空気抜き弁の代わりに、コスト削減の観点から、固定絞りやバルブを設けるようにしてもよい。この場合、固定絞りやバルブは、気液加圧溶解混合器3内部の加圧状態を維持できるものであることが必要である。また、この場合、固定絞りやバルブからは、余剰気体と水が交互に放出されることになる。
【0041】
また、前記実施例では、固定絞り4aを有するシャワーヘッド4を用いることにより、シャワーヘッド4から気泡水が放出される例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。図6ないし図8は本発明の他の実施例を示している。これらの例はいずれも、気液加圧溶解混合器3からの加圧水がドッグバス(犬や猫などを洗浄するための洗浄槽)5に供給される例を示している。
【0042】
図6に示す例では、気液加圧溶解混合器3からの加圧水は、減圧弁6を介してドッグバス5に供給されている。この場合、加圧水は、減圧弁6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、粒径が数μmから数十μmの微細気泡(マイクロバブル)50が発生する。微細気泡50がドッグバス5内に充満すると、ドッグバス5内の湯は白濁する。
【0043】
このとき、ドッグバス5の中に犬を入れておくと、多量の微細気泡50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50が浸透するとともに、微細気泡50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50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。油脂分や汚れは、微細気泡50とともに水面まで浮上する。
【0044】
この場合には、多量の微細気泡50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。
【0045】
図7に示す例では、気液加圧溶解混合器3からの加圧水は、固定絞り7を介してドッグバス5に供給されている。この場合、加圧水は、固定絞り7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、粒径が数μmから数十μmの微細気泡(マイクロバブル)50が発生する。
【0046】
図8に示す例では、気液加圧溶解混合器3からの加圧水は、三方向弁8で流路を切り換えることにより、シャワーヘッド4に供給されるか、または減圧弁6を介してドッグバス5に供給されるようになっている。いずれの場合においても、加圧水は、シャワーヘッド4内の固定絞りまたは減圧弁6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、粒径が数μmから数十μmの微細気泡(マイクロバブル)50が発生する。
【0047】
図6ないし図8の各実施例において、ドッグバス5を混気ポンプ2の上部空間(図2および図3参照)に配置するようにすれば、装置全体を小型化でき、狭いスペースに配置できるようになる。
【0048】
図6ないし図8の各実施例においては、ストレーナ20a(図1)をドッグバス5内に浸漬させるようにすれば、ドッグバス5内の湯を循環させることができ、水の使用量を減らすことができるとともに、新たに湯を沸かす必要がなくなるので、環境に対する負荷を軽減できる。
【0049】
次に、図9Aないし図9Cは、本発明による微細気泡製造装置をドッグバス等の浴槽に一体に取り付けて全体をユニット化した例を示しており、図9Aは当該ユニットの平面図、図9Bは正面図、図9Cは右側面図である。なお、これらの図において、前記各実施例と同一符号は同一または相当部分を示しているが、図示の便宜上、配管の一部は省略している。
【0050】
前記実施例では、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が同一面内に配置されて全体がコ字状に配設された例を示したが、ここでは、図9Aないし図9Cに示すように、気液加圧溶解混合器3’の上部通路3’A、下部通路3’Bおよび立下り通路3’Cは同一面内に設けられていない。各図に示すような向きにX軸、Y軸およびZ軸をそれぞれとるとき、上部通路3’AはX軸方向に配設され、下部通路3’BはY軸方向に配設され、立下り通路3’CはZ軸方向に配設されている。
【0051】
気液加圧溶解混合器3’の各通路3’A、3’B、3’Cをこのような向きに配設することにより、吐出側の配管30はドッグバス5の正面側の側面に沿って配設され、給水側の配管23はドッグバス5の右側の側面に沿って配設されるので、各配管23、30が互いに干渉することなく、配管を行えるようになるとともに、ドッグバス5の角部を有効利用してユニット全体をコンパクトに構成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明の一実施例による微細気泡製造装置の概略構成図である。
【図2】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の正面図である。
【図3】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する混気ポンプおよび気液加圧溶解混合器の側面図である。
【図4】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5】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する減圧器としての固定絞りが取り付けられたシャワーヘッドの断面構造図である。
【図6】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する減圧弁が接続されたドッグバスの断面図である。
【図7】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する減圧器としての固定絞りが接続されたドッグバスの断面図である。
【図8】前記微細気泡製造装置(図1)を構成する減圧器としての固定絞りを有するシャワーヘッドおよび減圧弁が接続されたドッグバスの断面図である。
【図9A】本発明による微細気泡製造装置をドッグバスに一体に取り付けて全体をユニット化した装置の平面図である。
【図9B】図9Aの装置の正面図である。
【図9C】図9Aの装置の右側面図である。
【符号の説明】
【0053】
1: 微細気泡製造装置
2: 混気ポンプ
3: 気液加圧溶解混合器
3A: 上部通路
3B: 下部通路
3C: 立下り通路
4: シャワーヘッド
4a: 固定絞り(減圧器)
50: 微細気泡
6: 減圧弁
7: 固定絞り
WA: 混合流
【特許請求の範囲】
【請求項1】
微細気泡製造装置であって、
液体および気体を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプと、
前記混気ポンプから吐出された液体および気体の混合流が導入されるとともに、加圧下で気液溶解を行って液中に微細気泡の気泡核を発生させることにより、気泡核を含む加圧液を生成するための気液加圧溶解混合器と、
前記気液加圧溶解混合器からの加圧液が導入され、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減圧器と、
を備えた微細気泡製造装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記気液加圧溶解混合器が、
前記混気ポンプから液体および気体の混合流が導入されて気液溶解が行われる、水平方向に延びる上部通路と、
前記上部通路の下方に前記上部通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留される、水平方向に延びる下部通路と、
前記上部通路の後端から下方に立ち下がるとともに、前記上下部通路を連通する立下り通路とを備えている、
ことを特徴とする微細気泡製造装置。
【請求項3】
請求項1において、
前記減圧器が、減圧弁または固定絞りである、
ことを特徴とする微細気泡製造装置。
【請求項4】
請求項1において、
前記減圧器が、シャワーヘッドに設けられた固定絞りである、
ことを特徴とする微細気泡製造装置。
【請求項1】
微細気泡製造装置であって、
液体および気体を吸引してこれらの混合流を吐出する混気ポンプと、
前記混気ポンプから吐出された液体および気体の混合流が導入されるとともに、加圧下で気液溶解を行って液中に微細気泡の気泡核を発生させることにより、気泡核を含む加圧液を生成するための気液加圧溶解混合器と、
前記気液加圧溶解混合器からの加圧液が導入され、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減圧器と、
を備えた微細気泡製造装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記気液加圧溶解混合器が、
前記混気ポンプから液体および気体の混合流が導入されて気液溶解が行われる、水平方向に延びる上部通路と、
前記上部通路の下方に前記上部通路から間隔を隔てて配置され、気液溶解された加圧液が貯留される、水平方向に延びる下部通路と、
前記上部通路の後端から下方に立ち下がるとともに、前記上下部通路を連通する立下り通路とを備えている、
ことを特徴とする微細気泡製造装置。
【請求項3】
請求項1において、
前記減圧器が、減圧弁または固定絞りである、
ことを特徴とする微細気泡製造装置。
【請求項4】
請求項1において、
前記減圧器が、シャワーヘッドに設けられた固定絞りである、
ことを特徴とする微細気泡製造装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【公開番号】特開2009−72662(P2009−72662A)
【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2007−242479(P2007−242479)
【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)】
【公開日】平成21年4月9日(2009.4.9)
【国際特許分類】
【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)】
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