気泡発生装置及びこれを備えた気泡発生システム
【課題】気体を混入した気液流体を貯液槽内で噴出する際に十分な微細気泡を生成して槽内に充満させることが可能な気泡発生装置を提供する。
【解決手段】浴槽などの貯液槽に気液流体を噴出する気液流体噴射手段を流入口と流出口とを有するノズル部材で構成する。このノズル部材には流入口に連なる減圧空洞部を設けこの減圧空洞部内に流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁を設ける。そしてこの減圧空洞部に流入口の口径面積と等しいか若しくはこれより大きい口径面積の流出口を配設する。これによって流入口に供給された気液混合流体は減圧空洞部で拡散されるのと同時に衝壁に衝突してその流速が弱められその後流出口から貯液槽に流入されることとなる。従って気液流体は減圧空洞部で拡散され衝壁に衝突する際に微細気泡が生成され次いで吐出口から流速が弱められて流出する際に更に微細気泡が生成され貯液槽内に短時間で微細気泡を充満させることが可能となる。
【解決手段】浴槽などの貯液槽に気液流体を噴出する気液流体噴射手段を流入口と流出口とを有するノズル部材で構成する。このノズル部材には流入口に連なる減圧空洞部を設けこの減圧空洞部内に流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁を設ける。そしてこの減圧空洞部に流入口の口径面積と等しいか若しくはこれより大きい口径面積の流出口を配設する。これによって流入口に供給された気液混合流体は減圧空洞部で拡散されるのと同時に衝壁に衝突してその流速が弱められその後流出口から貯液槽に流入されることとなる。従って気液流体は減圧空洞部で拡散され衝壁に衝突する際に微細気泡が生成され次いで吐出口から流速が弱められて流出する際に更に微細気泡が生成され貯液槽内に短時間で微細気泡を充満させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は洗浄槽或いは浴槽などの貯液槽内に気泡を生成する気泡発生装置及びこれを備えた気泡発生システムに係わり、詳細には洗浄或いは浴槽内の温水、洗浄水などの液体を流体ポンプで循環する際に空気などの気泡を生成して温浴効果或いは洗浄効果を高める気泡発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、洗浄槽、浴槽などの貯液槽内に洗浄液、温浴水などを循環させて濾過するのと同時に気泡を生成する装置が広く使用されている。このような装置では粗大気泡に比べ微細気泡の方が物体の細部に進入し易い関係で洗浄効果或いは温浴効果が高いとされている。特に浴槽システムでは温浴水の循環の際に槽内に微細気泡を生成するとこの微細気泡が皮膚内に浸透して温浴効果が高く、又マイナスイオンの効果も期待されている。
【０００３】
従来このような気泡発生装置としては、特許文献１に開示されているように槽内の流体を流入口から加圧ポンプで汲み上げる際にエアーポンプから空気を混入し、これをアキュムレータで更に加圧してノズルからジェット噴流として気泡（主に粗大気泡）を含んだ液流を槽内に戻している。この加圧ポンプとしては主に回転ポンプを用いて連続した液流を形成している。このようなバブルジェット方式で貯液槽内に粗大気泡を生成すると貯液槽内の物体（洗浄物或いは人体）にジェット流が噴射され洗浄物の破損或いは人体に不快感を及ぼすことがある。
【０００４】
そこで、浴槽、洗浄槽内にジェット噴流を形成することなく静かに微細な気泡を発生させる為には、ノズルの先端部に対流部を設ける装置が例えば特許文献２に提案されている。この文献２には混合タンクで気体（空気）を混入した流体を対流させて混合し、この気液流体をノズルから噴出させる際に微細気泡を発生させる装置が開示されている。
【０００５】
同様に貯液槽内に微細気泡を生成するノズル構造として特許文献３には図８（ａ）に示す弁構造が提案されている。同文献のノズル構造は図８（ａ）に示すように気泡を混入はした循環水の流路１５０の出口端に弁座１５１を設け、この弁座と対向する位置に弁体１５２を配置し、例えば弁座側の内壁を円錐形状に形成し、この内壁に嵌合するように弁体１５２を円錐形状に構成している。そして弁体１５１をギャップ調整用の螺合部１５３に固定して弁体と弁座との間に一定の間隙を形成し、螺合部１５３でギャップ量を調整するようにしている。また同様のノズル構造として図示しないが流出口をオリフィス弁構造とすることも知られている。このような構造のノズルから高圧下で空気などの気体を含んだ気液流体を噴出して拡散すると、このとき微細な気泡が発生する。この微細な気泡の発生には上記のギャップから噴出する圧力差と同時にノズルで拡散することが多量の気泡を発生する要素となっている。
【特許文献１】特許第２６６３５３８号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２６５９３８号公報（図３）
【特許文献３】特開２００２−８５９４９号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように浴槽或いは洗浄槽などの貯液槽内に気泡を発生させる場合に前掲特許文献１のように気泡を混入した液体を勢いよく噴出するジェット噴流で気泡を発生させると槽内に噴流が生じて微細な気泡が破壊され、逆に粗大な気泡が発生する問題がある。また槽内に強い噴流が形成されるため洗浄物の破損或いは人体に不快感を及ぼす問題がある。そこで前掲特許文献２のように槽内にジェット噴流を形成することなく静かに微細な気泡を発生させる装置が提案されるに至っている。例えば温浴槽の場合には微細気泡を槽内に充満させると体内に浸透して温浴効果の向上と同時にマイナスイオンの効果が期待されている。この場合、微細気泡を発生させるノズル構造を前掲特許文献３のように円錐形状のノズル弁の周囲に形成したギャップから噴出させるようにすると槽内に発生する微細気泡の量が少ない問題がある。つまり液体の循環経路で十分な気体を混入してもこれを槽内に供給するノズル部で十分な微細気泡を発生することが出来ない。
【０００７】
そこで本発明者は気液流体を槽内に噴出する際にノズルの吐出口から乱流を形成するように拡散し、比較的遅い流速で噴出すると渦流などの乱流が形成される過程で微細気泡が生成されることを究明するに至った。これに対し、従来のノズル弁構造では上述のギャップを大きくすると気液流体は層流状態で槽内に流入され、逆にギャップを小さくすると速い流速で槽内に流入される為十分な微細気泡が生成されないことが判明した。
【０００８】
本発明は気体を混入した気液流体を貯液槽内で噴出する際に十分な微細気泡を生成して槽内に充満させることが可能な気泡発生装置の提供をその主な課題としている。更に本発明は浴槽などの貯液槽に液体を循環させる際に槽内に短時間で十分な微細気泡を充満させることが可能な微細気泡発生システムの提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するため本発明は以下の構成を採用する。浴槽などの貯液槽に気液流体を噴出する気液流体噴射手段を流入口と流出口とを有するノズル部材で構成する。このノズル部材には流入口に連なる減圧空洞部を設け、この減圧空洞部内に流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁を設ける。そしてこの減圧空洞部に流入口の口径面積と等しいか若しくはこれより大きい口径面積の流出口を配設する。これによって流入口に供給された気液混合流体は減圧空洞部で拡散されるのと同時に衝壁に衝突してその流速が弱められ、その後流出口から貯液槽に流入されることとなる。従って気液流体は減圧空洞部で拡散され衝壁に衝突する際に微細気泡が生成され、次いで吐出口から流速が弱められて流出する際に更に微細気泡が生成される。このように微細気泡をノズル部材の周縁部で十分に発生させ貯液槽内に短時間で充満させることが可能となる。
【００１０】
また、上述のノズル部材は基端部に流入口を有する中空筒状体で構成し、この中空筒状体の先端開口部に封止体を設けて減圧空洞部を形成し、同時にこの封止体で流入口からの気液流体を突き当てる衝壁を構成する。そして減圧空洞部の側壁に前記流出口を形成する。このように構成すると流入口からの気液流体は衝壁に突き当たって減速され減圧空洞部内で渦流などの乱流を形成する際に微細気泡が生成され、その側壁から貯液槽内に流出する際にも乱流を形成して微細気泡を生成することとなり、貯液槽内に微細気泡を短時間で充満させることが可能である。
【００１１】
更に、上記衝壁を減圧空洞部内の流入口と対向する位置で流入方向の先端側に配置する。そして上記流出口は流入方向と交差、例えば直交する側壁方向に設ける。このように構成すると流入口からの気液流体は流入口から直線的に衝壁に衝突して反射し減圧空洞部内に乱流状態で拡散し、流入方向と交差する方向に流出される。従って減圧空洞部内で微細気泡が発生し、流出口から貯液槽内に流出する際にも微細気泡が発生し、貯液槽内に充満することとなる。尚、流出口をノズル部材の周側壁に複数個所設ける場合にはこの流出口の総口径面積を上記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きくなるように形成する。
【００１２】
更に、液体供給ポンプ手段は液体導入パイプから液体を吸入する一次側ポンプと液体供給経路に液体を吐出する二次側ポンプとの複数のポンプ手段により構成し、上記気体供給ポンプは上記二次側ポンプの吸入口に高圧気体を供給するように構成する。このように構成することによって空気などの気体を比較的低圧状態の一次側ポンプから二次側ポンプに液体を給送する経路中に混入させ、二次側ポンプで加圧する際に気体と液体を混合圧縮する為、液体中に十分な気体を混入させることが出来、気体供給ポンプを小型、小容量のポンプ装置で構成することが出来る。
【００１３】
次に本発明に係わる気泡発生システムは、液体を収容する浴槽などの貯液槽と、液体の吸入口と吐出口とを有する液体供給ポンプ手段と、上記吸入口に上記貯液槽からの液体を循環供給する液体循環パイプと、上記吐出口から上記貯液槽に液体を給送する液体給送パイプと、上記吸入口から上記吐出口に至る液体中に高圧空気を混入する気体供給ポンプとを備える。そして上記液体供給ポンプ手段は上記液体導入パイプから液体を吸入する一次側ポンプと上記液体給送パイプに液体を吐出する二次側ポンプとから構成して上記気体供給ポンプを上記二次側ポンプの吸入口に高圧空気を混入するように連結する。
【００１４】
そこで上記液体給送パイプから気液流体を噴出する気液流体噴射手段を流入口と流出口とを有するノズル部材で構成し、このノズル部材には上記流入口に連なる減圧空洞部と、この減圧空洞部内に上記流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁を設ける。また、上記減圧空洞部には上記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きい口径面積の流出口を設ける。これによって浴槽などの温浴水を循環する過程で微細気泡を貯液槽内に充満させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は浴槽などの貯液槽に液体を供給若しくは循環させる過程で液体供給ポンプからの液体中に空気などの気体を混入し、この気液流体をノズル部材で貯液槽内に噴出する際に減圧空洞部で衝壁に衝突させて渦流などの乱流状態で拡散することにより微細気泡を発生させ、その後この微細気泡を含む流体を噴出口から槽内に流出する際にもその拡散で更に微細気泡を発生させるため貯液槽内に微細気泡を短時間で充満させることが可能となる。つまり高圧状態で気体を混入した液体をノズル部材から噴出して微細気泡を生成する際に、まず減圧空洞部で拡散させ、次いでこの気液流体を衝壁に衝突させて散乱させ、更にこの気液流体を衝壁で減速して流出口から乱流状態で吐出させることによってより多くの微細気泡を生成することが可能となる。このように生成され貯液槽内に充満した微細気泡は洗浄槽の場合物体の内部に浸透して洗浄効果を高め、また浴槽システムの場合体内に浸透して温浴効果を高め、同時にマイナスイオンを発生し、その効果も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図示の好適な実施の態様に基づいて本発明を詳述する。図１は本発明に係わる気泡発生装置を示すシステム構成図であり、図２（ａ）（ｂ）は同システムに於ける気液流体噴射手段の構造を示す説明図である。図３は流体供給ポンプの構造を示す説明図。図４は気泡と循環液を混合する混合タンク及び気泡発生装置の要部拡大図を示す。
【００１７】
まず本発明に係わる気泡発生装置Ａは、図１に示すように例えば浴槽などの貯液槽Ｂと、この貯液槽Ｂに浴水などの液体を供給する液体供給ポンプ手段Ｐと、この液体供給ポンプ手段Ｐからの液体に空気などの気体を混入する気体供給ポンプＰＵ３と、気液流体を上記貯液槽Ｂに供給する液体供給経路（気液供給パイプ）４と、この気液供給パイプ４からの気液流体を貯液槽Ｂ内に噴出する気液流体供給パイプ６とから構成する。そしてこの気泡発生装置Ａは貯液漕Ｂ内の液体を循環する過程で空気などの高圧気体を混入する循環システムとして構成するか或いは貯液漕Ｂ内に新たな液体を供給する過程で高圧気体を混入する気液流体供給システムとして構成する。
【００１８】
図１に示すシステムは液体供給ポンプ手段Ｐを直列に連結した一次ポンプＰＵ１と二次ポンプＰＵ２で構成し、一次ポンプＰＵ１で昇圧した液体を連通パイプ２で二次ポンプＰＵ２に給送し、この二次ポンプＰＵ２で更に昇圧しで気液供給パイプ４に給送する。上記連通パイプ２にはエアーポンプ（気体供給ポンプ）ＰＵ３からの気体導入パイプ３が連結してあり、一次ポンプＰＵ１で昇圧した流体にエアーポンプＰＵ３からの気体を混入しこの両者を二次ポンプＰＵ２で更に昇圧して気液供給パイプ４から搬出する。気液供給パイプ４からの気液流体は混合タンク５に導かれこのタンク内で気体と流体が更に混合される。このように液体供給ポンプ手段Ｐを一次ポンプＰＵ１と二次ポンプＰＵ２で構成し、一次ポンプＰＵ１の吐出口と二次ポンプＰＵ２の吸入口とを連結する連通パイプ２にエアーポンプＰＵ３からの高圧気体を導入するようにしたのは比較的低圧である一次ポンプ液体に高圧気体を導入することにより気体の混入量を多くするのと同時に二次ポンプＰＵ２内で両者を混合するためである。この液体供給ポンプ手段Ｐの構造は後述する。
【００１９】
上記二次ポンプＰＵ２からの気液流体は気液供給パイプ４から混合タンク５に導かれ、この混合タンク５内で気体と液体が完全に混合される。図示の混合タンク５は上記気体と液体とが対流によって攪拌される適度の容積を有するタンクで構成されその吐出口には気液流体搬出パイプ６が連結されている。この気液流体搬出パイプ６の先端には気液流体噴射手段７が連結され、この気液流体噴射手段７は貯液槽Ｂ内に配置されている。そしてこの気液流体噴射手段７は図２に示す中空円筒形状のノズル部材７０で構成され、基端部には流入口７１と、この流入口７１に連なる減圧空洞部７２が設けられている。この減圧空洞部７２の口径Ｄ２は流入口７１の口径Ｄ１より大径に構成され、同じく流入口７１の口径Ｄ１より大径となるよう流出口７３の口径Ｄ３が設けられ、各口径（面積）はＤ１＜Ｄ２，Ｄ１＜Ｄ３の関係になっている。
【００２０】
このため気液流体は流入口７１から減圧空洞部７２に流入する際に拡散される。また減圧空洞部７２を形成するノズル部材７０の先端部には封止体７４が設けられ、この封止体７４は流入口７１からの気液流体が衝突する衝壁７４ａを備えている。図示のものは封止体７４を球形状のボールで構成し、その表面で形成する衝壁７４ａは流入口７１に向かって突出した湾曲形状にしてある。そしてこのノズル部材７０の側壁に流出口７３が上述の口径で構成されている。上記衝壁７４ａと流出口７３との位置関係を説明すると図２（ｂ）に示すように流入口７１から気液流体の流入方向（矢視ａ）の先方に衝壁７４ａが配置され、流出口７３は衝壁７４ａより上流側で気液流体の流入方向と直交する方向（矢視ｂ）でノズル部材７０の周側壁に設けられている。
【００２１】
従って流入口７１からの気液流体は気液流体搬出パイプ６と減圧空洞部７２との圧力差に応じた速度で流入口７１から矢視ａ方向に流入し衝壁７４ａに衝突して矢視ｃ方向に反射する。このとき衝壁７４ａは球面形状で突出しているため気液流体は放射状に拡散し、このとき微細気泡が生成される。そして減圧空洞部７２内に充満した微細気泡を含む気液流体は流出口７３から貯液槽Ｂ内に流出する。このとき気液流体は先に衝壁７４ａに衝突して減速されているため流出口７３から貯液槽Ｂ内に渦流などの乱流状態で流出するためこの流出口７３から流出する際にも微細気泡が発生する。つまり図８（ｂ）に示すように従来のノズル構造では流出口から気液流体が流出する際図示速度Ｖが大きいと層流となって槽内に流入し、この流出口で拡散することによって微細気泡が生成されることがない。これに対し上述の構成の流出口７３は気液流体が流入速度Ｖの影響を受けない、この速度方向と直交する方向から流出し、その速度は上記減圧空洞部７２と貯液槽Ｂの圧力差に応じた速度で流出するため渦流が発生し易く、この渦流が発生する過程で微細気泡が生成され槽内に煙状に充満される。
【００２２】
次に、図３に気泡発生システムの具体的構成を示し、以下その構造について説明する。図３に示すように防音処置を施したケーシング２０内に液体Ｌを供給する液体供給ポンプ（前述の液体供給ポンプ手段Ｐ）２５と、気体供給用のエアーポンプ（前述の気体供給ポンプＰＵ３）５０と、混合タンク５が内蔵されている。液体供給ポンプ２５は吸入口２６と吐出口２７とシリンダ室Ｓとピストン部材ＰＩを備え、吸入口２６に流体導入パイプ１が連結してある。図示のものはこの流体導入パイプ１を貯液槽Ｂに接続して貯液漕内の液体を循環するシステムを構成している。液体供給ポンプ２５は詳細を後述するがシリンダ室内でピストン部材ＰＩがレシプロ運動する往復動ポンプで構成する。この液体供給ポンプ２５は小型化と高圧化を図るため一次、二次複数の往復動ポンプで構成し、一次ポンプ２５ａで流体導入パイプ１から導入した液体を加圧し、この一次ポンプ２５ａから吐出した流体を二次ポンプ２５ｂで更に圧縮して高圧化した液体を、気液供給パイプ４を介して混合タンク５に供給する。つまり一次ポンプ２５ａの吐出口２７は二次ポンプ２５ｂの吸入口２９に連通パイプ２で連結されている。
【００２３】
上記連通パイプ２にはエアーポンプ５０が連結され、一次ポンプ２５ａで加圧された液体にエアーポンプ５０から高圧気体を混入する。図示のエアーポンプ５０は先の液体供給ポンプ２５と同一構造で、小型化と高圧化を図るため一次ポンプ５０ａと二次ポンプ５０ｂで構成され、一次ポンプ５０ａの吸入口５１から外気を吸入し、二次ポンプ５０ｂの吐出口５５から気体導入パイプ３で前述の液体供給ポンプ２５の一次ポンプ２５ａと二次ポンプ２５ｂとを連結する連通パイプ２に連結してある。このように液体供給ポンプ２５の一次ポンプ２５ａからの連通パイプ２に気体導入パイプ３を連結してエアーを供給したのは、二次ポンプ２５ｂの出力パイプである気液供給パイプ４にエアーを供給するのに比べエアーポンプの負荷を小さくするためである。従ってエアーポンプ５０の小型化が要求されない場合には気体導入パイプ３を気液供給パイプ４に連結しても良い。
【００２４】
上述の液体供給ポンプ２５とエアーポンプ５０はいずれも一次ポンプ２５ａ，５０ａと二次ポンプ２５ｂ，５０ｂで構成されているが、まず液体供給ポンプ２５は略々同一の構造の一次ポンプ２５ａと二次ポンプ２５ｂで構成され、それぞれシリンダ室Ｓ１、Ｓ２とピストン部材ＰＩ１、ＰＩ２とを備え、各ピストン部材ＰＩ１、ＰＩ２は駆動手段Ｄで相反的に給排動作を行うようになっている。この駆動手段Ｄは、駆動モータＭに連結された駆動回転軸１５に軸承した偏心カム１６を中心に１８０度対向した位置に第１シリンダ室Ｓ１と第２シリンダ室Ｓ２を配置し、各シリンダ室Ｓ１，Ｓ２に装着したピストン部材ＰＩ１，ＰＩ２を偏心カム１６に取付けている。そして第１ピストン部材ＰＩ１が上死点のとき第２ピストン部材ＰＩ２は下死点に位置するように偏心カム１６に連結され相反的に給排動作を行うようになっている。
【００２５】
そこで一次ポンプ２５ａの吸入口２６には吸入弁２６ａが逆止弁構造で配置してあり、吸入口２６に接続した流体導入パイプ１から液体を吸入し、第１シリンダ室Ｓ１に供給する。またこの第１シリンダ室Ｓ１の吐出口２７には吐出弁２７ａが通常の逆止弁構造で配置してあり第１シリンダ室Ｓ１で圧縮された液体を吐出口２７から排出する。この一次ポンプ２５ａ側の吐出口２７は連通パイプ２で二次ポンプ２５ｂ側の吸入口２９に連結してあり、第１シリンダ室Ｓ１から吐出した流体を第２シリンダ室Ｓ２に供給する。この第２シリンダ室Ｓ２にも吸入口２９に吸入弁２９ａが、吐出口３０に吐出弁３０ａがそれぞれ通常の逆止弁構造で配置されている。このような構成によって一次ポンプ２５ａの吸入口２６から吸入した液体を二次ポンプ２５ｂの吐出口３０から高圧流体として吐出する。
【００２６】
上述のエアーポンプ５０も小型高圧化のために一次ポンプ５０ａと二次ポンプ５０ｂで構成してあり、一次ポンプ５０ａの吸入口５１から逆止弁５１ａを介して空気を吸入し、第１シリンダ室Ｓ３で圧縮して吐出口５２から連通パイプ５３を経て二次ポンプ５０ｂの第２シリンダ室Ｓ４に供給する。この吐出口５２には吐出弁５２ａが、二次ポンプ５０ｂの吸入口５４には吸入弁５４ａがそれぞれ通常の逆止弁構造で配置され、二次ポンプ５０ｂの吐出口５５から吐出弁５５aを介して高圧空気を気体導入パイプ３に送出する。
【００２７】
液体供給ポンプ２５の吐出口３０に連結された気液供給パイプ４は混合タンク５に連結されている。この混合タンク５は液体を収納するタンク室５ａで構成され、気液供給パイプ４から供給された液体と気体を混合して気泡を発生するように構成されている。この混合タンク５には内部に発生した気泡を分別して除去する気泡分別手段５７が次のいずれかの手段で構成されている。
【００２８】
第１の気泡分別手段５７は隔壁５７aであり、タンク室５ａを略々２分割する分割壁で構成され、気液供給パイプ４の気液流入口４ａと気液流体搬出パイプ６の気液流出口６aとを隔壁５７ａで区割する。これによって混合タンク５内に発生した気泡はタンク室５ａの上方に浮上し、このタンク室５ａ内で発生した気泡が気液流出口６ａに導かれることがない。
【００２９】
第２の気泡分別手段５７は気液供給パイプ４の気液流入口４ａを重力の作用方向上方に配置し、気液流体搬出パイプ６の気液流出口６ａを下方に配置し、この気液流入口４ａと気液流出口６ａとの間に高低段差Ｈ（図示５７ｂ）を形成する。これによってタンク室５ａ内に発生した気泡は上方に浮上し気液流体搬出パイプ６に導かれることがない。
【００３０】
第３の気泡分別手段５７は網状フィルタ５７ｃであり、気液流体搬出パイプ６の気液流出口６ａの周辺に網状フィルタ５７ｃを設け、この網状フィルタ５７ｃのメッシュをタンク室５ａ内で発生した気泡を除去する大きさに形成する。以上説明した第１乃至第３の気泡分別手段５７はそのいずれか１つをタンク室５ａに配置しても、図示のように第１、第２、第３の各構成を設けてもいずれでも良い。
【００３１】
尚、図示５８はドレンパイプ（過剰気泡搬出パイプ）であり、タンク室５ａ内で発生してオーバフローする気泡を流出口５８ａから外部に搬出する。この流出口５８ａには図示しないフロート弁が設けてあり、フロートが所定の水位以上になると流出口５８ａを閉じ、所定水量以下のときには流出口５８ａを開いて混合タンク内に発生した気泡をドレンパイプ５８からドレントレイ６０に搬出する。混合タンク内が所定水量以上のときにはフロート弁が流出口５８ａを閉じ、混合タンク内の液体が外部に漏れ出すのを防止する。一方前述のケーシング２０の底部にドレントレイ６０が設けてあり、このドレントレイ６０に気泡を搬出し、前述のエアーポンプ５０の吸入口５１にドレントレイ６０に排出された水滴を外気と同時に吸入するようにしてある。
【００３２】
これにより、気泡発生装置Ａ内で生じた余剰水をエアーポンプ５０から外気と共に吸入して混合タンク５に環流する。上記ドレントレイ６０にはスポンジなどの多孔質部材６１が敷設してあり、この多孔質部材６１で余剰水を蒸発させる。つまり気泡発生装置Ａ内にはこの混合タンク５に生じた粗大気泡を除去するため余剰気泡の搬出と、流体導入パイプ１の振動を減衰するダンパタンクから液体が流出するが、これらの液体は特別なドレンパイプを配設して外部に搬出することなく、上記ドレントレイ６０に集積して気化を促し、このドレントレイ６０からエアーポンプ５０の吸入口５１に導いて混合タンク５に環流するようになっている。
【００３３】
以上のように構成された気泡発生装置Ａは後述するポンプ動作で流体導入パイプ１から吸入弁２６ａを介して一次ポンプ２５ａのシリンダ室Ｓ１、Ｓ２に洗浄水、浴水などの液体が供給され、二次ポンプ２５ｂで加圧され気液供給パイプ４に送られる。この一次ポンプ２５ａと二次ポンプ２５ｂとの間にエアーポンプ５０から高圧空気が混入され、気液供給パイプ４には液体（洗浄液、浴水など）中に気体（空気）が溶解された状態で混合タンク５に供給される。混合タンク５で発生した気泡は前述のように選別され、この気体と液体との混合流体は気液流体搬出パイプ６に送られる。
【００３４】
そこで本発明は気液流体搬出パイプ６の先端に取付けられ貯液槽Ｂ内に微細気泡を充満させるように噴出する気液流体噴射手段７を以下のように構成する。この気液流体噴射手段７は中空円筒形状のノズル部材７０と、このノズル部材７０に一体形成され前記気液流体搬出パイプ６からの気液を案内する気液流体流出路７５と、この流出路７５に配置された封止体（球体弁）７４とから構成される。そしてノズル部材７０には先端部に流入口７１が形成され、ノズル基端部には上記気液流体流出路７５が形成してあり、流出口７３の口径Ｄ３と気液流体流出路７５の口径Ｄ１とはＤ１＜Ｄ３の関係になっている。その他の構成は図２に基づいて説明した通りである。
【００３５】
次に前述の液体供給ポンプ２５およびエアーポンプ５０の構成について、図５、図６に基づいて詳述する。図５、図６はシリンダ室Ｓとこのシリンダ室内をレシプロ運動するピストン部材ＰＩで空気若しくは液体を吐出部に送るポンプの構造を示す。図示のものは一対のポンプヘッド２４ａ，２４ｂと上記各ピストン部材ＰＩを駆動する駆動手段Ｄから構成されている。このポンプヘッド２４ａ，２４ｂは同一構造でそれぞれ吐出室６２ａ、６ｂとこの吐出室６２ａ、６２ｂに流体を流入するシリンダ室Ｓ１（Ｓ３）、Ｓ２（Ｓ４）と、ピストン部材ＰＩ１（ＰＩ３）、ＰＩ２（ＰＩ４）を備えている。以下同一構造であるのでその一方について説明する。
【００３６】
図示のシリンダ室Ｓ３及びＳ４は前面フレーム６３と背面フレーム６４との間に取付けられた上部フレーム６５と下部フレーム６６にそれぞれ穿設した中空円筒形状の開口で構成されている。このシリンダ室Ｓ１には吐出室６２ａを有するポンプヘッド２４ａが連結してあり、シリンダ室Ｓ３には外気を流入する吸入口５１と吐出口５２が設けられ、ピストン部材ＰＩ３の往復動作で吸入口５１から外気を流入し、吐出口５２から吐出室６２ｂに送る。この吐出口５２には圧力調整ネジが設けてある。また逆止弁（吐出弁）５５ａを有する吐出口５５が設けてある。
【００３７】
そこでシリンダ室Ｓ３、Ｓ４にはピストン部材ＰＩ３、ＰＩ４が往復動自在に嵌合してあり、この各ピストン部材ＰＩ３、ＰＩ４は偏心カム１６で駆動される。この偏心カム１６は、前面フレーム６３と背面フレーム６４との間に軸受支持された回転軸１５に固定（例えば圧入）した２つの偏心回転体１６ａ及び１６ｂで構成され、この偏心回転体１６ａ、１６ｂは図５に示すように軸心に対して１８０度隔てた位置に対称となるように配置され、偏心回転体１６ａがピストン部材ＰＩ３を、偏心回転体１６ｂがピストン部材ＰＩ４を往復動するように連結されている。
【００３８】
そしてこの一方の偏心回転体１６ａには円環状のリング１２４ａが他方の偏心回転体１６ｂにはリング１２４ｂがそれぞれベアリングを介して連結してある。このリング１２４ａにはピストン部材ＰＩ３のロッド部が、リング１２４ｂにはピストン部材ＰＩ４のロッド部がそれぞれ連結してある。特に、このリング１２４ａ、１２４ｂは偏心回転体１６ａ，１６ｂに図６に示す固定ネジ１２４ｃで径方向の取付け位置が調節出来るようにしてある。これにより回転体の製造時の寸法誤差或いはシリンダ室と位置関係の誤差によって振動が生ずるのをリングの取付け位置を調節することによって解消する。
【００３９】
またシリンダ室Ｓ３、Ｓ４とこれに嵌合したピストン部材ＰＩ３、ＰＩ４とは回転軸１５を中心に１８０度隔てた位置に互いに対向するように配置してあり、各ピストン部材ＰＩ３、ＰＩ４の吸排工程は同一にしてある。つまり偏心回転体１６ａがピストン部材ＰＩ３を上死点に位置させるときには、偏心回転体１６ｂはピストン部材ＰＩ４を上死点に位置させる。これは流体の吸排過程で２つのピストンに生ずる負荷（抗力）が反対方向に等しい力が作用して互いに相殺され、振動を軽減する為である。従って２つのピストンの吸排工程は略々同一であれば良く、配置される方向も略々直線上で対向させれば良い。
【００４０】
又、シリンダ室Ｓを回転軸１５の周囲３ヶ所に設ける場合には１２０度隔てた位置に、同様に４ヶ所に設ける場合には９０度隔てた位置に配置すれば吸排工程で複数のピストンが回転軸１５に与える負荷はそれぞれ相殺される。同時にこの複数のピストンに対応する偏心回転体１６ａ、１６ｂもその最大偏心位置が回転軸１５の回りに所定角度ずつ位相差を有することとなり、それぞれが他のバランサとして作用し大きな振動を発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に関する気泡発生装置の全体構成を示すシステム構成図。
【図２】図１の装置に於ける気液流体噴射手段の構成を示す構造説明図であり、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は噴出される流体の流れを示す説明図。
【図３】図１の装置における液体供給ポンプ及びエアーポンプの詳細を示す説明図。
【図４】図３の装置の要部拡大構成図。
【図５】図３の装置における液体供給ポンプ及び気体供給ポンプの構造を示す正面図。
【図６】図３の装置における液体供給ポンプ及び気体供給ポンプの構造を示す断面図。
【図７】図１の装置における混合タンクの内部構造を示す説明図。
【図８】従来の気泡発生装置における気泡流体噴出ノズルの構造を示し、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は噴出される流体の流れを示す説明図。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ 気泡発生装置
Ｂ 貯液槽
Ｐ 液体供給ポンプ手段
ＰＵ１ 一次ポンプ
ＰＵ２ 二次ポンプ
ＰＵ３ 気体供給ポンプ
ＰＩ ピストン部材
Ｓ シリンダ室
１ 流体導入パイプ
２ 連通パイプ
３ 気体導入パイプ
４ 気液供給パイプ（液体供給経路）
５ 混合タンク
６ 気液流体搬出パイプ
７ 気液流体噴射手段
２５ 液体供給ポンプ
２５ａ 一次ポンプ
２５ｂ 二次ポンプ
２６ 吸入口
２７ 吐出口
５０ エアーポンプ
５０ａ 一次ポンプ
５０ｂ 二次ポンプ
５１ 吸入口
５５ 吐出口
７０ ノズル部材
７１ 流入口
７２ 減圧空洞部
７３ 流出口
７４ 封止体（球体弁）
７４ａ 衝壁
７５ 気液流体流出路
【技術分野】
【０００１】
本発明は洗浄槽或いは浴槽などの貯液槽内に気泡を生成する気泡発生装置及びこれを備えた気泡発生システムに係わり、詳細には洗浄或いは浴槽内の温水、洗浄水などの液体を流体ポンプで循環する際に空気などの気泡を生成して温浴効果或いは洗浄効果を高める気泡発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、洗浄槽、浴槽などの貯液槽内に洗浄液、温浴水などを循環させて濾過するのと同時に気泡を生成する装置が広く使用されている。このような装置では粗大気泡に比べ微細気泡の方が物体の細部に進入し易い関係で洗浄効果或いは温浴効果が高いとされている。特に浴槽システムでは温浴水の循環の際に槽内に微細気泡を生成するとこの微細気泡が皮膚内に浸透して温浴効果が高く、又マイナスイオンの効果も期待されている。
【０００３】
従来このような気泡発生装置としては、特許文献１に開示されているように槽内の流体を流入口から加圧ポンプで汲み上げる際にエアーポンプから空気を混入し、これをアキュムレータで更に加圧してノズルからジェット噴流として気泡（主に粗大気泡）を含んだ液流を槽内に戻している。この加圧ポンプとしては主に回転ポンプを用いて連続した液流を形成している。このようなバブルジェット方式で貯液槽内に粗大気泡を生成すると貯液槽内の物体（洗浄物或いは人体）にジェット流が噴射され洗浄物の破損或いは人体に不快感を及ぼすことがある。
【０００４】
そこで、浴槽、洗浄槽内にジェット噴流を形成することなく静かに微細な気泡を発生させる為には、ノズルの先端部に対流部を設ける装置が例えば特許文献２に提案されている。この文献２には混合タンクで気体（空気）を混入した流体を対流させて混合し、この気液流体をノズルから噴出させる際に微細気泡を発生させる装置が開示されている。
【０００５】
同様に貯液槽内に微細気泡を生成するノズル構造として特許文献３には図８（ａ）に示す弁構造が提案されている。同文献のノズル構造は図８（ａ）に示すように気泡を混入はした循環水の流路１５０の出口端に弁座１５１を設け、この弁座と対向する位置に弁体１５２を配置し、例えば弁座側の内壁を円錐形状に形成し、この内壁に嵌合するように弁体１５２を円錐形状に構成している。そして弁体１５１をギャップ調整用の螺合部１５３に固定して弁体と弁座との間に一定の間隙を形成し、螺合部１５３でギャップ量を調整するようにしている。また同様のノズル構造として図示しないが流出口をオリフィス弁構造とすることも知られている。このような構造のノズルから高圧下で空気などの気体を含んだ気液流体を噴出して拡散すると、このとき微細な気泡が発生する。この微細な気泡の発生には上記のギャップから噴出する圧力差と同時にノズルで拡散することが多量の気泡を発生する要素となっている。
【特許文献１】特許第２６６３５３８号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２６５９３８号公報（図３）
【特許文献３】特開２００２−８５９４９号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように浴槽或いは洗浄槽などの貯液槽内に気泡を発生させる場合に前掲特許文献１のように気泡を混入した液体を勢いよく噴出するジェット噴流で気泡を発生させると槽内に噴流が生じて微細な気泡が破壊され、逆に粗大な気泡が発生する問題がある。また槽内に強い噴流が形成されるため洗浄物の破損或いは人体に不快感を及ぼす問題がある。そこで前掲特許文献２のように槽内にジェット噴流を形成することなく静かに微細な気泡を発生させる装置が提案されるに至っている。例えば温浴槽の場合には微細気泡を槽内に充満させると体内に浸透して温浴効果の向上と同時にマイナスイオンの効果が期待されている。この場合、微細気泡を発生させるノズル構造を前掲特許文献３のように円錐形状のノズル弁の周囲に形成したギャップから噴出させるようにすると槽内に発生する微細気泡の量が少ない問題がある。つまり液体の循環経路で十分な気体を混入してもこれを槽内に供給するノズル部で十分な微細気泡を発生することが出来ない。
【０００７】
そこで本発明者は気液流体を槽内に噴出する際にノズルの吐出口から乱流を形成するように拡散し、比較的遅い流速で噴出すると渦流などの乱流が形成される過程で微細気泡が生成されることを究明するに至った。これに対し、従来のノズル弁構造では上述のギャップを大きくすると気液流体は層流状態で槽内に流入され、逆にギャップを小さくすると速い流速で槽内に流入される為十分な微細気泡が生成されないことが判明した。
【０００８】
本発明は気体を混入した気液流体を貯液槽内で噴出する際に十分な微細気泡を生成して槽内に充満させることが可能な気泡発生装置の提供をその主な課題としている。更に本発明は浴槽などの貯液槽に液体を循環させる際に槽内に短時間で十分な微細気泡を充満させることが可能な微細気泡発生システムの提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するため本発明は以下の構成を採用する。浴槽などの貯液槽に気液流体を噴出する気液流体噴射手段を流入口と流出口とを有するノズル部材で構成する。このノズル部材には流入口に連なる減圧空洞部を設け、この減圧空洞部内に流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁を設ける。そしてこの減圧空洞部に流入口の口径面積と等しいか若しくはこれより大きい口径面積の流出口を配設する。これによって流入口に供給された気液混合流体は減圧空洞部で拡散されるのと同時に衝壁に衝突してその流速が弱められ、その後流出口から貯液槽に流入されることとなる。従って気液流体は減圧空洞部で拡散され衝壁に衝突する際に微細気泡が生成され、次いで吐出口から流速が弱められて流出する際に更に微細気泡が生成される。このように微細気泡をノズル部材の周縁部で十分に発生させ貯液槽内に短時間で充満させることが可能となる。
【００１０】
また、上述のノズル部材は基端部に流入口を有する中空筒状体で構成し、この中空筒状体の先端開口部に封止体を設けて減圧空洞部を形成し、同時にこの封止体で流入口からの気液流体を突き当てる衝壁を構成する。そして減圧空洞部の側壁に前記流出口を形成する。このように構成すると流入口からの気液流体は衝壁に突き当たって減速され減圧空洞部内で渦流などの乱流を形成する際に微細気泡が生成され、その側壁から貯液槽内に流出する際にも乱流を形成して微細気泡を生成することとなり、貯液槽内に微細気泡を短時間で充満させることが可能である。
【００１１】
更に、上記衝壁を減圧空洞部内の流入口と対向する位置で流入方向の先端側に配置する。そして上記流出口は流入方向と交差、例えば直交する側壁方向に設ける。このように構成すると流入口からの気液流体は流入口から直線的に衝壁に衝突して反射し減圧空洞部内に乱流状態で拡散し、流入方向と交差する方向に流出される。従って減圧空洞部内で微細気泡が発生し、流出口から貯液槽内に流出する際にも微細気泡が発生し、貯液槽内に充満することとなる。尚、流出口をノズル部材の周側壁に複数個所設ける場合にはこの流出口の総口径面積を上記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きくなるように形成する。
【００１２】
更に、液体供給ポンプ手段は液体導入パイプから液体を吸入する一次側ポンプと液体供給経路に液体を吐出する二次側ポンプとの複数のポンプ手段により構成し、上記気体供給ポンプは上記二次側ポンプの吸入口に高圧気体を供給するように構成する。このように構成することによって空気などの気体を比較的低圧状態の一次側ポンプから二次側ポンプに液体を給送する経路中に混入させ、二次側ポンプで加圧する際に気体と液体を混合圧縮する為、液体中に十分な気体を混入させることが出来、気体供給ポンプを小型、小容量のポンプ装置で構成することが出来る。
【００１３】
次に本発明に係わる気泡発生システムは、液体を収容する浴槽などの貯液槽と、液体の吸入口と吐出口とを有する液体供給ポンプ手段と、上記吸入口に上記貯液槽からの液体を循環供給する液体循環パイプと、上記吐出口から上記貯液槽に液体を給送する液体給送パイプと、上記吸入口から上記吐出口に至る液体中に高圧空気を混入する気体供給ポンプとを備える。そして上記液体供給ポンプ手段は上記液体導入パイプから液体を吸入する一次側ポンプと上記液体給送パイプに液体を吐出する二次側ポンプとから構成して上記気体供給ポンプを上記二次側ポンプの吸入口に高圧空気を混入するように連結する。
【００１４】
そこで上記液体給送パイプから気液流体を噴出する気液流体噴射手段を流入口と流出口とを有するノズル部材で構成し、このノズル部材には上記流入口に連なる減圧空洞部と、この減圧空洞部内に上記流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁を設ける。また、上記減圧空洞部には上記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きい口径面積の流出口を設ける。これによって浴槽などの温浴水を循環する過程で微細気泡を貯液槽内に充満させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は浴槽などの貯液槽に液体を供給若しくは循環させる過程で液体供給ポンプからの液体中に空気などの気体を混入し、この気液流体をノズル部材で貯液槽内に噴出する際に減圧空洞部で衝壁に衝突させて渦流などの乱流状態で拡散することにより微細気泡を発生させ、その後この微細気泡を含む流体を噴出口から槽内に流出する際にもその拡散で更に微細気泡を発生させるため貯液槽内に微細気泡を短時間で充満させることが可能となる。つまり高圧状態で気体を混入した液体をノズル部材から噴出して微細気泡を生成する際に、まず減圧空洞部で拡散させ、次いでこの気液流体を衝壁に衝突させて散乱させ、更にこの気液流体を衝壁で減速して流出口から乱流状態で吐出させることによってより多くの微細気泡を生成することが可能となる。このように生成され貯液槽内に充満した微細気泡は洗浄槽の場合物体の内部に浸透して洗浄効果を高め、また浴槽システムの場合体内に浸透して温浴効果を高め、同時にマイナスイオンを発生し、その効果も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下図示の好適な実施の態様に基づいて本発明を詳述する。図１は本発明に係わる気泡発生装置を示すシステム構成図であり、図２（ａ）（ｂ）は同システムに於ける気液流体噴射手段の構造を示す説明図である。図３は流体供給ポンプの構造を示す説明図。図４は気泡と循環液を混合する混合タンク及び気泡発生装置の要部拡大図を示す。
【００１７】
まず本発明に係わる気泡発生装置Ａは、図１に示すように例えば浴槽などの貯液槽Ｂと、この貯液槽Ｂに浴水などの液体を供給する液体供給ポンプ手段Ｐと、この液体供給ポンプ手段Ｐからの液体に空気などの気体を混入する気体供給ポンプＰＵ３と、気液流体を上記貯液槽Ｂに供給する液体供給経路（気液供給パイプ）４と、この気液供給パイプ４からの気液流体を貯液槽Ｂ内に噴出する気液流体供給パイプ６とから構成する。そしてこの気泡発生装置Ａは貯液漕Ｂ内の液体を循環する過程で空気などの高圧気体を混入する循環システムとして構成するか或いは貯液漕Ｂ内に新たな液体を供給する過程で高圧気体を混入する気液流体供給システムとして構成する。
【００１８】
図１に示すシステムは液体供給ポンプ手段Ｐを直列に連結した一次ポンプＰＵ１と二次ポンプＰＵ２で構成し、一次ポンプＰＵ１で昇圧した液体を連通パイプ２で二次ポンプＰＵ２に給送し、この二次ポンプＰＵ２で更に昇圧しで気液供給パイプ４に給送する。上記連通パイプ２にはエアーポンプ（気体供給ポンプ）ＰＵ３からの気体導入パイプ３が連結してあり、一次ポンプＰＵ１で昇圧した流体にエアーポンプＰＵ３からの気体を混入しこの両者を二次ポンプＰＵ２で更に昇圧して気液供給パイプ４から搬出する。気液供給パイプ４からの気液流体は混合タンク５に導かれこのタンク内で気体と流体が更に混合される。このように液体供給ポンプ手段Ｐを一次ポンプＰＵ１と二次ポンプＰＵ２で構成し、一次ポンプＰＵ１の吐出口と二次ポンプＰＵ２の吸入口とを連結する連通パイプ２にエアーポンプＰＵ３からの高圧気体を導入するようにしたのは比較的低圧である一次ポンプ液体に高圧気体を導入することにより気体の混入量を多くするのと同時に二次ポンプＰＵ２内で両者を混合するためである。この液体供給ポンプ手段Ｐの構造は後述する。
【００１９】
上記二次ポンプＰＵ２からの気液流体は気液供給パイプ４から混合タンク５に導かれ、この混合タンク５内で気体と液体が完全に混合される。図示の混合タンク５は上記気体と液体とが対流によって攪拌される適度の容積を有するタンクで構成されその吐出口には気液流体搬出パイプ６が連結されている。この気液流体搬出パイプ６の先端には気液流体噴射手段７が連結され、この気液流体噴射手段７は貯液槽Ｂ内に配置されている。そしてこの気液流体噴射手段７は図２に示す中空円筒形状のノズル部材７０で構成され、基端部には流入口７１と、この流入口７１に連なる減圧空洞部７２が設けられている。この減圧空洞部７２の口径Ｄ２は流入口７１の口径Ｄ１より大径に構成され、同じく流入口７１の口径Ｄ１より大径となるよう流出口７３の口径Ｄ３が設けられ、各口径（面積）はＤ１＜Ｄ２，Ｄ１＜Ｄ３の関係になっている。
【００２０】
このため気液流体は流入口７１から減圧空洞部７２に流入する際に拡散される。また減圧空洞部７２を形成するノズル部材７０の先端部には封止体７４が設けられ、この封止体７４は流入口７１からの気液流体が衝突する衝壁７４ａを備えている。図示のものは封止体７４を球形状のボールで構成し、その表面で形成する衝壁７４ａは流入口７１に向かって突出した湾曲形状にしてある。そしてこのノズル部材７０の側壁に流出口７３が上述の口径で構成されている。上記衝壁７４ａと流出口７３との位置関係を説明すると図２（ｂ）に示すように流入口７１から気液流体の流入方向（矢視ａ）の先方に衝壁７４ａが配置され、流出口７３は衝壁７４ａより上流側で気液流体の流入方向と直交する方向（矢視ｂ）でノズル部材７０の周側壁に設けられている。
【００２１】
従って流入口７１からの気液流体は気液流体搬出パイプ６と減圧空洞部７２との圧力差に応じた速度で流入口７１から矢視ａ方向に流入し衝壁７４ａに衝突して矢視ｃ方向に反射する。このとき衝壁７４ａは球面形状で突出しているため気液流体は放射状に拡散し、このとき微細気泡が生成される。そして減圧空洞部７２内に充満した微細気泡を含む気液流体は流出口７３から貯液槽Ｂ内に流出する。このとき気液流体は先に衝壁７４ａに衝突して減速されているため流出口７３から貯液槽Ｂ内に渦流などの乱流状態で流出するためこの流出口７３から流出する際にも微細気泡が発生する。つまり図８（ｂ）に示すように従来のノズル構造では流出口から気液流体が流出する際図示速度Ｖが大きいと層流となって槽内に流入し、この流出口で拡散することによって微細気泡が生成されることがない。これに対し上述の構成の流出口７３は気液流体が流入速度Ｖの影響を受けない、この速度方向と直交する方向から流出し、その速度は上記減圧空洞部７２と貯液槽Ｂの圧力差に応じた速度で流出するため渦流が発生し易く、この渦流が発生する過程で微細気泡が生成され槽内に煙状に充満される。
【００２２】
次に、図３に気泡発生システムの具体的構成を示し、以下その構造について説明する。図３に示すように防音処置を施したケーシング２０内に液体Ｌを供給する液体供給ポンプ（前述の液体供給ポンプ手段Ｐ）２５と、気体供給用のエアーポンプ（前述の気体供給ポンプＰＵ３）５０と、混合タンク５が内蔵されている。液体供給ポンプ２５は吸入口２６と吐出口２７とシリンダ室Ｓとピストン部材ＰＩを備え、吸入口２６に流体導入パイプ１が連結してある。図示のものはこの流体導入パイプ１を貯液槽Ｂに接続して貯液漕内の液体を循環するシステムを構成している。液体供給ポンプ２５は詳細を後述するがシリンダ室内でピストン部材ＰＩがレシプロ運動する往復動ポンプで構成する。この液体供給ポンプ２５は小型化と高圧化を図るため一次、二次複数の往復動ポンプで構成し、一次ポンプ２５ａで流体導入パイプ１から導入した液体を加圧し、この一次ポンプ２５ａから吐出した流体を二次ポンプ２５ｂで更に圧縮して高圧化した液体を、気液供給パイプ４を介して混合タンク５に供給する。つまり一次ポンプ２５ａの吐出口２７は二次ポンプ２５ｂの吸入口２９に連通パイプ２で連結されている。
【００２３】
上記連通パイプ２にはエアーポンプ５０が連結され、一次ポンプ２５ａで加圧された液体にエアーポンプ５０から高圧気体を混入する。図示のエアーポンプ５０は先の液体供給ポンプ２５と同一構造で、小型化と高圧化を図るため一次ポンプ５０ａと二次ポンプ５０ｂで構成され、一次ポンプ５０ａの吸入口５１から外気を吸入し、二次ポンプ５０ｂの吐出口５５から気体導入パイプ３で前述の液体供給ポンプ２５の一次ポンプ２５ａと二次ポンプ２５ｂとを連結する連通パイプ２に連結してある。このように液体供給ポンプ２５の一次ポンプ２５ａからの連通パイプ２に気体導入パイプ３を連結してエアーを供給したのは、二次ポンプ２５ｂの出力パイプである気液供給パイプ４にエアーを供給するのに比べエアーポンプの負荷を小さくするためである。従ってエアーポンプ５０の小型化が要求されない場合には気体導入パイプ３を気液供給パイプ４に連結しても良い。
【００２４】
上述の液体供給ポンプ２５とエアーポンプ５０はいずれも一次ポンプ２５ａ，５０ａと二次ポンプ２５ｂ，５０ｂで構成されているが、まず液体供給ポンプ２５は略々同一の構造の一次ポンプ２５ａと二次ポンプ２５ｂで構成され、それぞれシリンダ室Ｓ１、Ｓ２とピストン部材ＰＩ１、ＰＩ２とを備え、各ピストン部材ＰＩ１、ＰＩ２は駆動手段Ｄで相反的に給排動作を行うようになっている。この駆動手段Ｄは、駆動モータＭに連結された駆動回転軸１５に軸承した偏心カム１６を中心に１８０度対向した位置に第１シリンダ室Ｓ１と第２シリンダ室Ｓ２を配置し、各シリンダ室Ｓ１，Ｓ２に装着したピストン部材ＰＩ１，ＰＩ２を偏心カム１６に取付けている。そして第１ピストン部材ＰＩ１が上死点のとき第２ピストン部材ＰＩ２は下死点に位置するように偏心カム１６に連結され相反的に給排動作を行うようになっている。
【００２５】
そこで一次ポンプ２５ａの吸入口２６には吸入弁２６ａが逆止弁構造で配置してあり、吸入口２６に接続した流体導入パイプ１から液体を吸入し、第１シリンダ室Ｓ１に供給する。またこの第１シリンダ室Ｓ１の吐出口２７には吐出弁２７ａが通常の逆止弁構造で配置してあり第１シリンダ室Ｓ１で圧縮された液体を吐出口２７から排出する。この一次ポンプ２５ａ側の吐出口２７は連通パイプ２で二次ポンプ２５ｂ側の吸入口２９に連結してあり、第１シリンダ室Ｓ１から吐出した流体を第２シリンダ室Ｓ２に供給する。この第２シリンダ室Ｓ２にも吸入口２９に吸入弁２９ａが、吐出口３０に吐出弁３０ａがそれぞれ通常の逆止弁構造で配置されている。このような構成によって一次ポンプ２５ａの吸入口２６から吸入した液体を二次ポンプ２５ｂの吐出口３０から高圧流体として吐出する。
【００２６】
上述のエアーポンプ５０も小型高圧化のために一次ポンプ５０ａと二次ポンプ５０ｂで構成してあり、一次ポンプ５０ａの吸入口５１から逆止弁５１ａを介して空気を吸入し、第１シリンダ室Ｓ３で圧縮して吐出口５２から連通パイプ５３を経て二次ポンプ５０ｂの第２シリンダ室Ｓ４に供給する。この吐出口５２には吐出弁５２ａが、二次ポンプ５０ｂの吸入口５４には吸入弁５４ａがそれぞれ通常の逆止弁構造で配置され、二次ポンプ５０ｂの吐出口５５から吐出弁５５aを介して高圧空気を気体導入パイプ３に送出する。
【００２７】
液体供給ポンプ２５の吐出口３０に連結された気液供給パイプ４は混合タンク５に連結されている。この混合タンク５は液体を収納するタンク室５ａで構成され、気液供給パイプ４から供給された液体と気体を混合して気泡を発生するように構成されている。この混合タンク５には内部に発生した気泡を分別して除去する気泡分別手段５７が次のいずれかの手段で構成されている。
【００２８】
第１の気泡分別手段５７は隔壁５７aであり、タンク室５ａを略々２分割する分割壁で構成され、気液供給パイプ４の気液流入口４ａと気液流体搬出パイプ６の気液流出口６aとを隔壁５７ａで区割する。これによって混合タンク５内に発生した気泡はタンク室５ａの上方に浮上し、このタンク室５ａ内で発生した気泡が気液流出口６ａに導かれることがない。
【００２９】
第２の気泡分別手段５７は気液供給パイプ４の気液流入口４ａを重力の作用方向上方に配置し、気液流体搬出パイプ６の気液流出口６ａを下方に配置し、この気液流入口４ａと気液流出口６ａとの間に高低段差Ｈ（図示５７ｂ）を形成する。これによってタンク室５ａ内に発生した気泡は上方に浮上し気液流体搬出パイプ６に導かれることがない。
【００３０】
第３の気泡分別手段５７は網状フィルタ５７ｃであり、気液流体搬出パイプ６の気液流出口６ａの周辺に網状フィルタ５７ｃを設け、この網状フィルタ５７ｃのメッシュをタンク室５ａ内で発生した気泡を除去する大きさに形成する。以上説明した第１乃至第３の気泡分別手段５７はそのいずれか１つをタンク室５ａに配置しても、図示のように第１、第２、第３の各構成を設けてもいずれでも良い。
【００３１】
尚、図示５８はドレンパイプ（過剰気泡搬出パイプ）であり、タンク室５ａ内で発生してオーバフローする気泡を流出口５８ａから外部に搬出する。この流出口５８ａには図示しないフロート弁が設けてあり、フロートが所定の水位以上になると流出口５８ａを閉じ、所定水量以下のときには流出口５８ａを開いて混合タンク内に発生した気泡をドレンパイプ５８からドレントレイ６０に搬出する。混合タンク内が所定水量以上のときにはフロート弁が流出口５８ａを閉じ、混合タンク内の液体が外部に漏れ出すのを防止する。一方前述のケーシング２０の底部にドレントレイ６０が設けてあり、このドレントレイ６０に気泡を搬出し、前述のエアーポンプ５０の吸入口５１にドレントレイ６０に排出された水滴を外気と同時に吸入するようにしてある。
【００３２】
これにより、気泡発生装置Ａ内で生じた余剰水をエアーポンプ５０から外気と共に吸入して混合タンク５に環流する。上記ドレントレイ６０にはスポンジなどの多孔質部材６１が敷設してあり、この多孔質部材６１で余剰水を蒸発させる。つまり気泡発生装置Ａ内にはこの混合タンク５に生じた粗大気泡を除去するため余剰気泡の搬出と、流体導入パイプ１の振動を減衰するダンパタンクから液体が流出するが、これらの液体は特別なドレンパイプを配設して外部に搬出することなく、上記ドレントレイ６０に集積して気化を促し、このドレントレイ６０からエアーポンプ５０の吸入口５１に導いて混合タンク５に環流するようになっている。
【００３３】
以上のように構成された気泡発生装置Ａは後述するポンプ動作で流体導入パイプ１から吸入弁２６ａを介して一次ポンプ２５ａのシリンダ室Ｓ１、Ｓ２に洗浄水、浴水などの液体が供給され、二次ポンプ２５ｂで加圧され気液供給パイプ４に送られる。この一次ポンプ２５ａと二次ポンプ２５ｂとの間にエアーポンプ５０から高圧空気が混入され、気液供給パイプ４には液体（洗浄液、浴水など）中に気体（空気）が溶解された状態で混合タンク５に供給される。混合タンク５で発生した気泡は前述のように選別され、この気体と液体との混合流体は気液流体搬出パイプ６に送られる。
【００３４】
そこで本発明は気液流体搬出パイプ６の先端に取付けられ貯液槽Ｂ内に微細気泡を充満させるように噴出する気液流体噴射手段７を以下のように構成する。この気液流体噴射手段７は中空円筒形状のノズル部材７０と、このノズル部材７０に一体形成され前記気液流体搬出パイプ６からの気液を案内する気液流体流出路７５と、この流出路７５に配置された封止体（球体弁）７４とから構成される。そしてノズル部材７０には先端部に流入口７１が形成され、ノズル基端部には上記気液流体流出路７５が形成してあり、流出口７３の口径Ｄ３と気液流体流出路７５の口径Ｄ１とはＤ１＜Ｄ３の関係になっている。その他の構成は図２に基づいて説明した通りである。
【００３５】
次に前述の液体供給ポンプ２５およびエアーポンプ５０の構成について、図５、図６に基づいて詳述する。図５、図６はシリンダ室Ｓとこのシリンダ室内をレシプロ運動するピストン部材ＰＩで空気若しくは液体を吐出部に送るポンプの構造を示す。図示のものは一対のポンプヘッド２４ａ，２４ｂと上記各ピストン部材ＰＩを駆動する駆動手段Ｄから構成されている。このポンプヘッド２４ａ，２４ｂは同一構造でそれぞれ吐出室６２ａ、６ｂとこの吐出室６２ａ、６２ｂに流体を流入するシリンダ室Ｓ１（Ｓ３）、Ｓ２（Ｓ４）と、ピストン部材ＰＩ１（ＰＩ３）、ＰＩ２（ＰＩ４）を備えている。以下同一構造であるのでその一方について説明する。
【００３６】
図示のシリンダ室Ｓ３及びＳ４は前面フレーム６３と背面フレーム６４との間に取付けられた上部フレーム６５と下部フレーム６６にそれぞれ穿設した中空円筒形状の開口で構成されている。このシリンダ室Ｓ１には吐出室６２ａを有するポンプヘッド２４ａが連結してあり、シリンダ室Ｓ３には外気を流入する吸入口５１と吐出口５２が設けられ、ピストン部材ＰＩ３の往復動作で吸入口５１から外気を流入し、吐出口５２から吐出室６２ｂに送る。この吐出口５２には圧力調整ネジが設けてある。また逆止弁（吐出弁）５５ａを有する吐出口５５が設けてある。
【００３７】
そこでシリンダ室Ｓ３、Ｓ４にはピストン部材ＰＩ３、ＰＩ４が往復動自在に嵌合してあり、この各ピストン部材ＰＩ３、ＰＩ４は偏心カム１６で駆動される。この偏心カム１６は、前面フレーム６３と背面フレーム６４との間に軸受支持された回転軸１５に固定（例えば圧入）した２つの偏心回転体１６ａ及び１６ｂで構成され、この偏心回転体１６ａ、１６ｂは図５に示すように軸心に対して１８０度隔てた位置に対称となるように配置され、偏心回転体１６ａがピストン部材ＰＩ３を、偏心回転体１６ｂがピストン部材ＰＩ４を往復動するように連結されている。
【００３８】
そしてこの一方の偏心回転体１６ａには円環状のリング１２４ａが他方の偏心回転体１６ｂにはリング１２４ｂがそれぞれベアリングを介して連結してある。このリング１２４ａにはピストン部材ＰＩ３のロッド部が、リング１２４ｂにはピストン部材ＰＩ４のロッド部がそれぞれ連結してある。特に、このリング１２４ａ、１２４ｂは偏心回転体１６ａ，１６ｂに図６に示す固定ネジ１２４ｃで径方向の取付け位置が調節出来るようにしてある。これにより回転体の製造時の寸法誤差或いはシリンダ室と位置関係の誤差によって振動が生ずるのをリングの取付け位置を調節することによって解消する。
【００３９】
またシリンダ室Ｓ３、Ｓ４とこれに嵌合したピストン部材ＰＩ３、ＰＩ４とは回転軸１５を中心に１８０度隔てた位置に互いに対向するように配置してあり、各ピストン部材ＰＩ３、ＰＩ４の吸排工程は同一にしてある。つまり偏心回転体１６ａがピストン部材ＰＩ３を上死点に位置させるときには、偏心回転体１６ｂはピストン部材ＰＩ４を上死点に位置させる。これは流体の吸排過程で２つのピストンに生ずる負荷（抗力）が反対方向に等しい力が作用して互いに相殺され、振動を軽減する為である。従って２つのピストンの吸排工程は略々同一であれば良く、配置される方向も略々直線上で対向させれば良い。
【００４０】
又、シリンダ室Ｓを回転軸１５の周囲３ヶ所に設ける場合には１２０度隔てた位置に、同様に４ヶ所に設ける場合には９０度隔てた位置に配置すれば吸排工程で複数のピストンが回転軸１５に与える負荷はそれぞれ相殺される。同時にこの複数のピストンに対応する偏心回転体１６ａ、１６ｂもその最大偏心位置が回転軸１５の回りに所定角度ずつ位相差を有することとなり、それぞれが他のバランサとして作用し大きな振動を発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に関する気泡発生装置の全体構成を示すシステム構成図。
【図２】図１の装置に於ける気液流体噴射手段の構成を示す構造説明図であり、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は噴出される流体の流れを示す説明図。
【図３】図１の装置における液体供給ポンプ及びエアーポンプの詳細を示す説明図。
【図４】図３の装置の要部拡大構成図。
【図５】図３の装置における液体供給ポンプ及び気体供給ポンプの構造を示す正面図。
【図６】図３の装置における液体供給ポンプ及び気体供給ポンプの構造を示す断面図。
【図７】図１の装置における混合タンクの内部構造を示す説明図。
【図８】従来の気泡発生装置における気泡流体噴出ノズルの構造を示し、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は噴出される流体の流れを示す説明図。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ 気泡発生装置
Ｂ 貯液槽
Ｐ 液体供給ポンプ手段
ＰＵ１ 一次ポンプ
ＰＵ２ 二次ポンプ
ＰＵ３ 気体供給ポンプ
ＰＩ ピストン部材
Ｓ シリンダ室
１ 流体導入パイプ
２ 連通パイプ
３ 気体導入パイプ
４ 気液供給パイプ（液体供給経路）
５ 混合タンク
６ 気液流体搬出パイプ
７ 気液流体噴射手段
２５ 液体供給ポンプ
２５ａ 一次ポンプ
２５ｂ 二次ポンプ
２６ 吸入口
２７ 吐出口
５０ エアーポンプ
５０ａ 一次ポンプ
５０ｂ 二次ポンプ
５１ 吸入口
５５ 吐出口
７０ ノズル部材
７１ 流入口
７２ 減圧空洞部
７３ 流出口
７４ 封止体（球体弁）
７４ａ 衝壁
７５ 気液流体流出路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する浴槽などの貯液槽と、
上記貯液槽に水その他の液体を供給する液体供給ポンプ手段と、
上記液体供給ポンプ手段から上記貯液槽に至る液体供給経路と、
上記液体供給経路中の液体に空気その他の気体を混入する気体供給ポンプと、
上記液体供給経路からの気液流体を噴出する気液流体噴射手段と、を備えた気泡発生装置において、
上記気液流体噴射手段は、流入口と流出口とを有するノズル部材で構成され、
このノズル部材には上記流入口に連なる減圧空洞部と、この減圧空洞部内に上記流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁が設けられ、
上記減圧空洞部には上記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きい口径面積の流出口が設けられていることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項２】
前記ノズル部材は基端部に流入口を、先端部に流出口を有する中空筒状体で構成され、
この中空筒状体の先端部にボールその他の封止体を設けて前記減圧空洞部が形成されていると共に該封止体で前記衝壁が形成され、
前記流出口は上記減圧空洞部の側壁に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項３】
前記衝壁は、前記減圧空洞部内で前記流入口と対向する流入方向先端側に配置され、
前記流出口は上記流入方向と交差する側壁に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気泡発生装置。
【請求項４】
前記流出口は前記ノズル部材の周側壁に複数個所設けられ、
この流出口の総口径面積は前記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の気泡発生装置。
【請求項５】
前記液体供給ポンプ手段は液体導入パイプから液体を吸入する一次側ポンプと前記液体供給経路に液体を吐出する二次側ポンプとの複数のポンプ手段により構成され、
前記気体供給ポンプは上記二次側ポンプの吸入口に高圧気体を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかの項に記載の気泡発生装置。
【請求項６】
液体を収容する浴槽などの貯液槽とこの貯液槽に液体供給ポンプ手段で液体に高圧空気を混入させて循環する気泡発生システムであって、
液体を収容する浴槽などの貯液槽と、
液体の吸入口と吐出口とを有する液体供給ポンプ手段と、
上記吸入口に上記貯液槽からの液体を循環供給する液体循環パイプと、
上記吐出口から上記貯液槽に液体を給送する液体給送パイプと、
上記吸入口から上記吐出口に至る液体中に高圧空気を混入する気体供給ポンプと、を備え、
上記液体供給ポンプ手段は上記液体導入パイプから液体を吸入する一次側ポンプと上記液体供給経路に液体を吐出する二次側ポンプとから構成され、
上記気体供給ポンプは上記二次側ポンプの吸入口に高圧空気を混入するように連結され、
上記液体給送パイプから気液流体を噴出する気液流体噴射手段と、を備え、
上記気液流体噴射手段は、流入口と流出口とを有するノズル部材で構成され、
このノズル部材には上記流入口に連なる減圧空洞部と、この減圧空洞部内に上記流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁が設けられ、
上記減圧空洞部には上記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きい口径面積の流出口が設けられていることを特徴とする気泡発生システム。
【請求項１】
液体を収容する浴槽などの貯液槽と、
上記貯液槽に水その他の液体を供給する液体供給ポンプ手段と、
上記液体供給ポンプ手段から上記貯液槽に至る液体供給経路と、
上記液体供給経路中の液体に空気その他の気体を混入する気体供給ポンプと、
上記液体供給経路からの気液流体を噴出する気液流体噴射手段と、を備えた気泡発生装置において、
上記気液流体噴射手段は、流入口と流出口とを有するノズル部材で構成され、
このノズル部材には上記流入口に連なる減圧空洞部と、この減圧空洞部内に上記流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁が設けられ、
上記減圧空洞部には上記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きい口径面積の流出口が設けられていることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項２】
前記ノズル部材は基端部に流入口を、先端部に流出口を有する中空筒状体で構成され、
この中空筒状体の先端部にボールその他の封止体を設けて前記減圧空洞部が形成されていると共に該封止体で前記衝壁が形成され、
前記流出口は上記減圧空洞部の側壁に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項３】
前記衝壁は、前記減圧空洞部内で前記流入口と対向する流入方向先端側に配置され、
前記流出口は上記流入方向と交差する側壁に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気泡発生装置。
【請求項４】
前記流出口は前記ノズル部材の周側壁に複数個所設けられ、
この流出口の総口径面積は前記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の気泡発生装置。
【請求項５】
前記液体供給ポンプ手段は液体導入パイプから液体を吸入する一次側ポンプと前記液体供給経路に液体を吐出する二次側ポンプとの複数のポンプ手段により構成され、
前記気体供給ポンプは上記二次側ポンプの吸入口に高圧気体を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかの項に記載の気泡発生装置。
【請求項６】
液体を収容する浴槽などの貯液槽とこの貯液槽に液体供給ポンプ手段で液体に高圧空気を混入させて循環する気泡発生システムであって、
液体を収容する浴槽などの貯液槽と、
液体の吸入口と吐出口とを有する液体供給ポンプ手段と、
上記吸入口に上記貯液槽からの液体を循環供給する液体循環パイプと、
上記吐出口から上記貯液槽に液体を給送する液体給送パイプと、
上記吸入口から上記吐出口に至る液体中に高圧空気を混入する気体供給ポンプと、を備え、
上記液体供給ポンプ手段は上記液体導入パイプから液体を吸入する一次側ポンプと上記液体供給経路に液体を吐出する二次側ポンプとから構成され、
上記気体供給ポンプは上記二次側ポンプの吸入口に高圧空気を混入するように連結され、
上記液体給送パイプから気液流体を噴出する気液流体噴射手段と、を備え、
上記気液流体噴射手段は、流入口と流出口とを有するノズル部材で構成され、
このノズル部材には上記流入口に連なる減圧空洞部と、この減圧空洞部内に上記流入口からの気液噴流を衝突させる衝壁が設けられ、
上記減圧空洞部には上記流入口の口径面積と等しいか若しくは大きい口径面積の流出口が設けられていることを特徴とする気泡発生システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２９６４３０（Ｐ２００７−２９６４３０Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２４５６１（Ｐ２００６−１２４５６１）
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．バブルジェット
【出願人】（５０４３４５６９８）株式会社Ｓ．Ｉ．Ｖ (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．バブルジェット
【出願人】（５０４３４５６９８）株式会社Ｓ．Ｉ．Ｖ (3)
【Ｆターム（参考）】
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