JP2005288394A

JP2005288394A - 気泡噴射装置

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Publication number: JP2005288394A
Application number: JP2004110621A
Authority: JP
Inventors: Tomotsugu Kamiyama; 智嗣上山; Makoto Miyamoto; 誠宮本; Teiji Saito; 禎司斉藤; Kunihiko Kaga; 邦彦加賀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-04-05
Also published as: JP4365254B2

Abstract

【課題】気泡を含む液体による精密機械部品等の洗浄に用いられる、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できる気泡噴射装置を提供する。
【解決手段】気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、第２の管部材２から放出される第２の液体流によって、第１の管部材１から放出される前記第１の液体の流速を確保するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、気泡噴射装置、特に、気泡を含む液体による精密機械部品等の洗浄に用いられる気泡噴射装置に関するものである。

この発明の発明者らのこれまでの実験によれば、金属上の油を除去する脱脂洗浄において、気泡を含む液体を、この金属に接触させることが効果的であることが分かった。そして、気泡の流速が速いほど、また、気泡の直径が小さいほど、最終的な洗浄度が向上することが分かった。
そこで、この発明の目的は、微小な気泡を含む液体を高速に流すことができる装置を得ることである。

水中に微小気泡を得る技術は種々開発されている。その中でも、水流を用いた微小気泡生成装置では、そのままでも気泡を含む加速水流を得ることができる。
例えば、特許文献１で示される微小気泡生成装置においては、加圧により導入された水に空気が注入され、くびれた管部材を通過後気泡が破砕されて微小気泡になって水中に漂い、そのまま水流として噴射される。
また、特許文献２に示される超微細気泡生成装置においては、加圧されて高速に流れる水流中に、気泡を含む水を噴射して混合し、気泡を高速化するととともに、噴射先端を狭くすることにより加速するものである。

特開２００３−２３０８２４号公報特開２００３−２４５５３３号公報

これらの装置に共通することは、水中に直接、気泡水を噴射することである。このため、この発明の発明者らの実験によれば、以下のような現象が起る。
まず、噴射される側の水は静止しているため、静止している水と装置から噴射される水がぶつかり、噴射された水の速度が急激に減少する。すなわち、水流速は噴射装置出口からの距離に応じて急激に減少する。さらには、水流が大きく乱れ、気泡が非常に乱雑に動くようになる。その結果、気泡同士がぶつかり、気泡が融合して大きくなっていく。
また、前記特許文献１に示される微小気泡生成装置のような加速水そのもので気泡を得る方式においては、気泡径は水の流量に依存しているため、流量と気泡径をそれぞれ別に制御することが困難である。
また、前記特許文献２に示される超微細気泡生成装置においては、加速水に気泡水を噴射する時点で流れが激しく乱れるため、気泡の融合が起る。

この発明は、上記のような従来技術における問題点を解決するものであって、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できる気泡噴射装置を得ようとするものである。

この発明に係る気泡噴射装置では、気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材の外周を囲んで前記第１の管部材と同心的に設けられ第２の液体を流通する第２の管部材を備え、前記第２の管部材から放出される前記第２の液体流により前記第１の管部材から放出される前記第１の液体流の流速を確保するようにしたものである。

この発明によれば、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できる気泡噴射装置を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１および図２について説明する。図１（ａ）は、実施の形態１における構成を示す縦断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩ：ｂ−Ｉ：ｂ線における断面図である。図２は実施の形態１における水の速度ベクトルを示す縦断面図である。

図１（ａ）（ｂ）に、この発明による実施の形態１における構成図を示す。
図１において、気泡水を通すための第１の管部材１および加速水のための水を通すための第２の管部材２ならびに気泡水発生装置Ｅが設けられている。第２の管部材２には、加速水のための水を供給するための開口部２Ｎが設けられ、開口部２Ｎには、水を供給する送水管２ａが接続されている。第２の管部材２の底部２ｂは第１の管部材１に結合されている。
気泡水発生装置Ｅには、様々なものを使うことができる。ここではエジェクタ方式の気泡生成装置Ｅを例にして説明する。エジェクタは加速水流中に気体を引き込み、激しい乱流を起して気体を微小気泡にする装置である。

エジェクタによる気泡水発生装置Ｅを、この発明による気泡噴射装置Ｂに接続した場合について、以下に説明する。この例における気泡噴射装置Ｂの大きさは以下のようにした。
第１の管部材１の内径（直径）を２ｃｍ、外側の第２の管部材２の内径を２．５ｃｍとした。第１の管部材１の肉厚を０．０５ｃｍとした。よって、第１の管部材１の水路断面積は、３．１４ｃｍ^２となる。
また、第２の管部材２の水路断面積は、１．４４ｃｍ^２である。また、第２の管部材２の出口２Ｕは絞ることによって水路面積が狭められ、その結果、出口２Ｕにおける水路面積は、第１の管部材１の水路面積と同じ３．１４ｃｍ^２とした。気泡水量を５Ｌ／分、加速水量を同様に５Ｌ／分とすると、第２の管部材２の出口２Ｕから８ｃｍ沖合における、気泡の移動速度は１８ｍ／分となった。
一方、第２の管部材２に水を供給しない場合には、８ｍ／分となり、加速水が気泡水流への加速効果があるのは明らかであった。

さらに、高速度カメラで気泡を観察した。エジェクタを用いた微小気泡は様々な直径の気泡が含まれるが、水中に気泡結合防止効果があるイソプロパノールを０．１％含み、空気吸い込み速度を０．５Ｌ／分程度にし、また、この発明による気泡噴射装置Ｂを装着しなかった場合には、気泡径が２００μｍ程度の気泡が最も多かった。
ところが、この発明による気泡噴射装置Ｂを装着し、上記のような条件で加速した場合、気泡径が１００μｍ程度のものが多かった。
これらのことは、本装置の効果を証明するものである。なお、気泡の移動速度は、レーザー光を用いた速度計で測定した。

この発明による装置が効果的であることを、速度ベクトルを用いて説明する。図２に、各部位の水の速度ベクトルを示した。
水の移動速度、すなわち線速度は、移動流量を流路断面積で割ることによって得られる。第１の管部材１を通っている気泡水は、上記条件では約１６ｍ／分である。また、第２の管部材２の水流速は、３４ｍ／分である。ところが、静止した水中にそれらを別々に噴射したところ、出口から８ｃｍ沖合においては、ちょうど半減して、それぞれ８および１７ｍ／分となってしまった。ところが、気泡水と加速水を同時に流した場合には、第２の管部材２から流れ出た加速水は、静止水とぶつかってすぐに減速するが、第１の管部材１から流れ出た気泡水は、静止水で減速されるけれども同時に加速水との剪断応力によって加速された。
このときのベクトル分布は図２のように推定された。すなわち、加速水については、外側および内側に行くほど減速されるが、気泡水については、外側ほど加速される。また、それらの速度差が剪断応力となる。加速水と気泡水間の剪断応力によって、気泡水は加速するのであるが、一方、剪断応力が大きすぎると乱流が発生するため気泡の融合が促進され、好ましくない。よって、気泡の利用目的によって、つまり、速度を優先すべきか、気泡径を優先すべきかで、加速水の速度は選定されるべきものである。

この発明は、気泡を含む水流の乱れを最小限にしながら加速できる装置を得る。そのために、元の気泡水が流れる管部材と加速のための水が流れる管部材が２重になっており、元の気泡水の流れ方向と、加速のための水流が同一の方向成分のベクトルを持ち、両者の剪断応力を利用して加速するものである。よって、加速時において元の気泡水の乱れは少ない。さらに、静止水に放出されても、気泡水流の周りを取り囲む加速水が、静止水を水流方向に押し流すように働くため、中心部にある気泡水の乱れは殆ど起らず、微小な気泡がそのまま高速で噴射される。

この実施の形態１においては、気泡を含む液体を送液する第１の管部材１と、第１の管部材１の少なくとも出口１Ｕ近傍および出口１Ｕから放出される気泡水の両方を包むようにしてなる第２の管部材２と、第２の管部材２には送液するための開口部２Ｎがあり、第２の管部材２において第１の管部材１の出口１Ｕと反対側は第１の管部材１と結合して底部２ｂをなし、前記開口部２Ｎは前記底部２ｂと｛第１の管部材１の出口１Ｕをなす平面１Ｐが第２の管部材２を横切る部位｝との間または前記底部２ｂにある気泡噴射装置が提案されている。
この気泡噴射装置では、第１の管部材１から入った気泡水を、第２の管部材２から入った高速水で加速し放出することができる。または、静止水による抑制効果を削減できるとともに、気泡の融合を防止できる。

上記例では第２の管部材２の出口２Ｕは第１の管部材１の出口１Ｕよりも下流側にある。これによって、第１の管部材１から放出された気泡水が、静止水に抑圧されるのをより効果的に防止できた。第２の管部材２が第１の管部材２よりも長い程度は、流量や管部材径や気泡をどのように利用するかなどに依存するので一概に言えない。上記例では、１ｃｍ程度でも、気泡の加速に効果があった。すなわち、第１の管部材１と第２の管部材２の出口１Ｕ，２Ｕが一致していた場合には、気泡の移動速度は１７ｍ／分となり、１ｃｍ第２の管部材２が長い場合に比べて１ｍ／分小さかった。
なお、第２の管部材２中の加速水の線流速は、第１の管部材１中の気泡水の線流速よりも大きい方が、気泡水を加速するためには有効であるが、加速水の役割の一つは、静止水が気泡水を抑制することを防止することでもあるので、第２の管部材２中の加速水の線流速は、第１の管部材１中の気泡水の線流速よりも小さくても、沖合の気泡移動速度は、加速水がない場合に比べて大きかった。
このように、第２の管部材２中の加速水の線流速を第１の管部材１中の気泡水の線流速よりも大きくすることが、第１の管部材１から放出される気泡水を加速し、または、第１の管部材１から放出される気泡水の減速を防ぎ、第１の管部材１から放出される気泡水の流速を確保するのには、効果的であるが、第２の管部材２中の加速水の線流速を第１の管部材１中の気泡水の線流速より小さくしても、第１の管部材１から放出される気泡水の減速を防ぎ、第１の管部材１から放出される気泡水の流速を確保することができる。ここで、気泡水の流速を確保するとは、気泡水を加速し、または、気泡水の減速を防ぐことを意味するものである。
なお、上記例では、水中への噴射の例について示したが、空気中への噴射においても同様の効果がある。すなわち、空気は水に比べて、流速抑制効果は小さいが、やはり抑制する。この抑制効果を、この発明によって小さくすることが可能である。

この発明による実施の形態１によれば、気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体の流速を確保するようにしたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できる気泡噴射装置を得ることができる。

また、この発明による実施の形態１によれば、前項の構成において、第２の管部材２の出口２Ｕが、第１の管部材１の出口１Ｕよりも、下流側にある構成を具備するので、気泡流に剪断応力を作用させ加速する時間が長くでき、また、加速流が周囲の液体によって抑制されて減速するのを防ぐことができる。また、静止水との間にずれ応力があると、乱流が発生し気泡が融合して大きくなるが、ずれ応力を防ぐことができる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図３および図４について説明する。図３は実施の形態２における構成を示す縦断面図である。図４は実施の形態２における加速水流量と気泡水線流速との関係を示す特性図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

上記実施の形態１における構成例では、第２の管部材２の出口２Ｕを絞ったが、必ずしも絞る必要がない。すなわち、気泡径を優先する場合には、先端は絞らない方がいい。つまり、絞ることによって、乱流の発生が少し起るからである。絞らない場合のこの発明による構成の断面図を図３に示した。

図３において、第２の管部材２の出口２Ｕは絞られておらず、また、第２の管部材２の出口２Ｕにおける横断平面と第１の管部材１の出口１Ｕにおける横断平面とは同一平面位置にある。

ここで、加速水流量と、第２の管部材２の出口２Ｕから８ｃｍ沖合の気泡流速の関係を図４に示す。
絞りのある場合、すなわち、第２の管部材の出口形状を、第１の管部材の出口形状と同じにした場合と、絞りのない場合とを比較して示している。
この図から明らかなように、加速水流量が多くなるほど、気泡流速も大きくなった。また、絞りのある場合の方が、ない場合よりも気泡流速は大きくなった。

この発明による実施の形態２によれば、気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体流の流速を確保するとともに、前記第２の管部材２の出口２Ｕに絞りを設けない構成としたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを効果的に抑制し、かつ、所望の気泡径を保ちながら適切に確保できる気泡噴射装置を得ることができる。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図５から図７までについて説明する。図５は実施の形態３における構成を示す縦断面図である。図６は実施の形態３における変形構成を示す縦断面図である。図７は実施の形態３における他の変形構成を示す縦断面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１および実施の形態２における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

第１および第２の管部材１，２の出口１Ｕ，２Ｕの形状は様々なものにすることができる。
図５に示すものは、第１の管部材１と第２の管部材２の出口１Ｕと２Ｕの横断面位置を同じにしたもので、実施の形態１における図３に示す構成の場合に似ているが、さらに先を絞ってある。図３に示す構成の場合に比べて高速な気泡水が得られるが、実施の形態１における図１に示す構成の場合に比べて、低速である。しかし、作製コストを低くできる効果がある。

図６に示す構成の場合には、実施の形態１における図１に示す構成の場合に比べて、第１の管部材１も絞ってある。そして、第１の管部材１の出口１Ｕに設けた絞り構造１ｓの先端には筒状延長部１ｅが設けられている。
この場合には、図１に示す構成の場合に比べてより高速な水が得られるが、融合が起りやすく気泡が大きくなる。

さらには、図７（ａ）（ｂ）に示すように第１の管部材１の出口１Ｎにおける肉厚を先端にいくに従って薄くすることによって、気泡水が乱流になる程度を小さくすることができる。第１の管部材１の出口１Ｎ部分の拡大図が図７（ｂ）に示されている。第２の管部材２の出口２Ｎ部分も同様に構成できる。

この発明による実施の形態３によれば、気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する出口１Ｕを絞って構成される第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体流の流速を確保するようにしたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できる低コストの気泡噴射装置を得ることができる。

また、この発明による実施の形態３によれば、出口１Ｕを絞って構成され絞り構造１ｓの先端に筒状延長部１ｅが設けられ気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体流の流速を確保するようにしたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら充分高速に確保できる気泡噴射装置を得ることができる。

さらに、この発明による実施の形態３によれば、出口１Ｕにおける肉厚を先端にいくに従って薄く構成され気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体流の流速を確保するようにしたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを充分に抑制しながら適切に確保できる気泡噴射装置を得ることができる。

実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図８から図１１までについて説明する。図８は実施の形態４における構成を示す縦断面図および横断面図である。図９は実施の形態４における変形構成を示す縦断面図である。図１０は実施の形態４における他の変形構成を示す縦断面図および横断面図である。図１１は実施の形態４における更に他の変形構成を示す縦断面図および横断面図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態３までにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

次に、加速水流入管部材について述べる。これまでは、第２の管部材２の開口部２Ｎに接続した１本の管部材である送水管２ａから加速水を導入した。この場合、中心にある気泡水の周りの全ての加速水が同一の速度を持つとは限らない。すなわち、開口部のある側またはその反対側の加速水流の線速度が大きく、それ以外の場所の速度が遅くなる。そのため気泡水がうまく加速されない可能性がある。そこで、加速水が同一の速度を持つように、第１の管部材１の外周壁に邪魔板を設けたり、第２の管部材２の内周壁に邪魔板を設けるのが有効である。この場合、邪魔板の位置は、第１の管部材１の出口１Ｕと開口部２Ｎの中間である。この構成例を図８に示す。この図では、第１の管部材１の外壁周囲に邪魔板Ｔを均一に付けたが、邪魔板Ｔを第１の管部材１の外壁周面の一部のみに設けても同様の効果が得られた。

また、加速水を均一にするために、開口部２Ｎを複数設けたりするのも効果が高い。その一例を図９と図１０に示す。

図９の場合には、開口部２Ｎに対して、斜めに導入管部材２ａを設けたもので、第２の管部材２に入ったときの加速水のエネルギ損失が少ない。

図１０の場合には、第２の管部材２の底部２ｂに開口部２ｃを設け、エネルギ損失をさらに小さくするようにしたものである。

図９および図１０いずれの場合も、導入管部材としての送水管２ａを複数設け、その角度間隔を等しくしてある。角度間隔は等しい方が、均一な加速水を得られるが、管部材の形状によってはその必要は必ずしもない。

さらに、図１１のように、導入管部材としての送水管２ｄを用いて出口側から加速水を導入することも可能である。

この発明による実施の形態４によれば、気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体流の流速を確保するとともに、前記第１の管部材１の出口１Ｕと開口部２Ｎとの中間において、第１の管部材１の外周壁または／および第２の管部材２の内周壁に邪魔板Ｔを設けるようにしたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら均一な横断面速度分布で適切に確保できる気泡噴射装置を得ることができる。

また、この発明による実施の形態４によれば、気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体流の流速を確保するとともに、前記第２の管部材２に前記第２の液体を供給する複数の送水管２ａからなる供給管部材を斜めに設けるようにしたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保でき、しかも、加速水等の加速液体流のエネルギ損失を小さくできる気泡噴射装置を得ることができる。

さらに、この発明による実施の形態４によれば、気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体流の流速を確保するとともに、第２の管部材２の底部２ｂに開口部２ｃを設けるようにしたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保でき、しかも、加速水等の加速液体流のエネルギ損失をさらに小さくできる気泡噴射装置を得ることができる。

そして、この発明による実施の形態４によれば、気泡水ＢＷからなる気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の外周を囲んで前記第１の管部材１と同心的に設けられ前記第１の液体の流速よりも大きな流速の高速水Ｗ２からなる第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の管部材２から放出される前記第２の液体流により前記第１の液体流と同一方向成分の前記第２の液体流における速度ベクトルによって、前記第１の管部材１から放出される前記第１の液体流の加速を行うか減速の防止を行い前記第１の液体流の流速を確保するとともに、加速水等の液体を第１の管部材１の出口１Ｕ側から導入するようにしたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できるとともに、加速水等の液体を第１の管部材１の出口１Ｕ側から導入できる気泡噴射装置を得ることができる。

実施の形態５．
この発明による実施の形態５を図１２から図１５までについて説明する。図１２は実施の形態５における構成を示す縦断面図である。図１３は実施の形態５における変形構成を示す縦断面図である。図１４は実施の形態５における他の変形構成を示す縦断面図である。図１５は実施の形態５における更に他の変形構成を示す縦断面図である。
この実施の形態５において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態４までにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図１２において、エジェクタによる気泡生成装置Ｅを気泡噴射装置Ｂに直接接続することにより、気泡移動時間を短くし融合を最小限に防止できる。エジェクタによる気泡生成装置Ｅと同様に、他の気泡生成装置を直接接続することも可能である。

図１３に示したものは、前述の特許文献１として提示した特開２００３−２３０８２４で示される微小気泡生成装置Ｍ１を用いた場合である。エジェクタによる気泡生成装置Ｅの場合と同様に高速気泡水流を得ることができた。この場合、気泡の直径は、エジェクタによる気泡生成装置Ｅの場合よりも小さく、５０μｍ程度のものが一番多かった。

図１４に示したものは、微細な穴を持つ物体、この場合はガラス焼結体から出てくる気体を高速水流で水中に気泡として取り出す方式の微小気泡生成装置Ｍ２を、この発明による気泡噴射装置Ｂに接続したものである。
この場合も、エジェクタによる気泡生成装置Ｅの場合と同様に、高速気泡水流を得ることができた。この場合、気泡の直径は、エジェクタによる気泡生成装置Ｅの場合よりも小さく、８０μｍ程度のものが一番多かった。ただし、気泡径は、流速や微細な穴の大きさなどに大きく依存した。

さらには、図１５に示すように、ガラス焼結体による微小気泡生成装置Ｍ２から出てきた気泡を、特許文献１として提示した特開２００３−２３０８２４で示される微小気泡生成装置Ｍ１でさらに微細化し、微小気泡生成装置Ｍ１を第１の管部材１に直結して、この発明による気泡噴射装置Ｂで高速気泡水流にすることも可能でかつ有効であった。

このように、この実施の形態５では、気泡が結合する時間をできる限り短くし、気泡が大きくなることを防ぐことができる。

この発明による実施の形態５によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、エジェクタによる気泡生成装置Ｅが第１の管部材１に直結している構成としたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できるとともに、エジェクタによる気泡生成装置Ｅにより発生された気泡の移動時間を短くして気泡の融合を最小限に抑制できる気泡噴射装置を得ることができる。

また、この発明による実施の形態５によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、前記特許文献１に示された微小気泡生成装置Ｍ１からなる気泡生成装置が第１の管部材に直結している構成としたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できるとともに、前記微小気泡生成装置Ｍ１により発生された気泡の移動時間を短くして気泡の融合を最小限に抑制できる気泡噴射装置を得ることができる。

さらに、この発明による実施の形態５によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、ガラス焼結体による微小気泡生成装置Ｍ２からなる気泡生成装置が第１の管部材１に直結している構成としたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できるできるとともに、ガラス焼結体による微小気泡生成装置Ｍ２からなる気泡生成装置により発生された気泡の移動時間を短くして気泡の融合を最小限に抑制できる気泡噴射装置を得ることができる。

そして、この発明による実施の形態５によれば、実施の形態１から実施の形態４までのいずれかの構成において、ガラス焼結体による微小気泡生成装置Ｍ２から出てきた気泡を、前記特許文献１に示される微小気泡生成装置Ｍ１でさらに微細化し、微小気泡生成装置Ｍ１を第１の管部材１に直結して、気泡噴射装置Ｂで高速気泡水流にする構成としたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できるとともに、微小気泡生成装置Ｍ１，Ｍ２で発生され微細化された気泡の移動時間を短くして気泡の融合を最小限に抑制できる気泡噴射装置を得ることができる。

実施の形態６．
この発明による実施の形態６を図１６について説明する。図１６は実施の形態６における構成を示す縦断面図および横断面図である。
この実施の形態６において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態５までにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

つぎに、前述のように、気泡水と加速水との間、また加速水と静止水の間は常に剪断応力がはたらき、乱流になりやすい。これを極力防止し、かつ気泡水を加速するためには、段階的な加速が有効である。つまり、静止水と加速水の間に第２の加速水を設け、第２の加速水流速を第１の加速水流速よりも小さくしておけば、静止水と加速水の間に乱流が発生しにくい。
これを実現するためには、図１６のように、これまで述べてきた気泡噴射装置Ｂの外側にさらに管部材を設けることが有効であった。
図１６において、第１の管部材１および第２の管部材２の外周側に、第１の管部材１および第２の管部材２と同心的に第３の管部材３が設けられている。

この図において、実施の形態１で述べたように、第１の管部材内の気泡線流速を１６ｍ／分、第２の管部材の加速水の線流速を３４ｍ／分とし、さらに、第３の管部材の線流速を１６ｍ／分とした。
実施の形態１で述べたように、第３の管部材がない場合には、８ｃｍの沖合で、１８ｍ／分となった。一方、第３の管部材がある場合には、２２ｍ／分となり、さらに、気泡径は、８０μｍが最も多くなり、より小さくなった。

静止水に放水すると、放流水柱は、外側ほど静止水の影響を受けるので、ずれ応力が大きくなるが、第２、第３としだいに線流速を小さくしていくと、それぞれのずれ応力が小さくてすむので、乱流が発生しにくい。さらに、多くの管部材があってもよい。

この発明による実施の形態６によれば、気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材１と、前記第１の管部材１の少なくとも出口１Ｕ近傍および前記第１の管部材１の出口１Ｕから放出される前記第１の液体の両方を包み前記第１の液体の流速よりも大きな流速の第２の液体を流通する第２の管部材２とを備え、前記第２の液体流により、前記第１の液体流を加速するものであって、前記第２の管部材２の外周側に第３の管部材３を設け、前記第３の管部材３に前記第２の管部材２を流通する第２の液体の流速よりも小さな流速の第３の液体を流通して、前記第２の液体流の外周に第３の液体流を介在させたので、気泡を含む液体の流速を液体流の乱れを抑制しながら適切に確保できるとともに、静止液体と加速液体流との間における乱流を確実に抑制できる気泡噴射装置を得ることができる。

実施の形態７．
この発明による実施の形態７を図１７および図１８について説明する。図１７は実施の形態７における構成を示す縦断面図である。図１８は実施の形態７における変形構成を示す上面図である。
この実施の形態７において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態６までにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

これまでは、気泡生成装置Ｅ，Ｍ１，Ｍ２への送水とこの発明による気泡噴射装置Ｂへの送水をどのように行なうかは特に述べなかった。これらは異なるポンプなどの送水装置を用いてもよいが、同一の水または液体を利用できる場合には、一つの送水装置を用いることができる。

この場合、それぞれが最適な流量となるように、図１７に示すように、送水管分岐と本装置の間にバルブＶ１，Ｖ２を設けたり、より遅い流速が求められる方の配管部材を細くするなどが有効となる。バルブの場合には、三方バルブ一つで、気泡生成装置Ｅ，Ｍ１，Ｍ２と気泡噴射装置Ｂへの流量を制御することもできる。
図１７において、水Ｗを供給する送水管ＷＦは給水管Ｆ１と給水管Ｆ２とに分岐されている。流量調整バルブＶ１が設けられている給水管Ｆ１を介して微細気泡生成装置Ｍ１に水が供給される。流量調整バルブＶ１が設けられている給水管Ｆ１を介して微細気泡生成装置Ｍ１に水が供給される。流量調整バルブＶ２が設けられている給水管Ｆ２を介して気泡生成装置Ｂに水が供給される。

この実施の形態７では、気泡水量と加速水量をバルブで制御することにより、気泡水および加速水のための水を供給するポンプを一つにでき、コストを削減できる。

さらには、図１８に示すように、気泡生成装置Ｅ，Ｍ１，Ｍ２と噴射装置Ｂを一体化したものを複数まとめて、送水管ＷＦおよび送気管ＡＦに装着することもコスト低減および装置の小型化に非常に有効である。

この発明による実施の形態７によれば、実施の形態１から実施の形態６までのいずれかの構成において、前記第１の管部材１に気泡を含む液体を供給する気泡生成装置Ｅ，Ｍ１，Ｍ２への液体の供給と、前記第２の管部材２への液体の供給とを、共通の液体供給管ＷＦにより行うとともに、前記共通の送水管ＷＦからなる液体供給管からバルブＶ１，Ｖ２からなる流量制御手段をそれぞれ設けた給水管ＷＦ１，ＷＦ２からなる個別の液体供給管により気泡生成装置Ｅ，Ｍ１，Ｍ２および前記第２の管部材２の各々へ液体の供給を行うようにしたので、前記気泡生成装置Ｅ，Ｍ１，Ｍ２および前記第２の管部材２への液体の圧送供給を行うポンプ等の液体供給装置を共通にでき、コストを削減できる。

また、この発明による実施の形態７によれば、前項の構成において、気泡生成装置Ｅ，Ｍ１，Ｍ２と噴射装置Ｂを一体化したものを複数まとめて、送水管ＷＦおよび送気管ＡＦに装着するようにしたので、コスト低減および装置の小型化に非常に有効である。

実施の形態８．
この発明による実施の形態８を図１９および図２０について説明する。図１９は実施の形態８における構成を示すブロック図である。図２０は実施の形態８における変形構成を示す縦断面図である。
この実施の形態８において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態７までにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

これまでは、気泡の発生はエジェクタによる気泡生成装置Ｅで行ない、このエジェクタによる気泡生成装置Ｅをこの発明による気泡噴射装置Ｂに直接接続していた。しかしこれにこだわる必要はなく、図１９に示すように、一旦、水槽Ｔ１内で微小気泡生成装置Ｍ１により微小気泡を発生させ、これを気泡噴射装置Ｂに接続されたポンプＰ１で気泡噴射装置Ｂに供給しても同様の加速効果が得られた。このようにすることで、より大量の気泡水を加速することができる。
図１９において、水槽Ｔ１において微小気泡生成装置Ｍ１により気泡含有水が生成され、この気泡含有水はポンプＰ１によって流量調整用バルブＶ１を介して第１の管部材１に供給される。水槽Ｔ２では加速水用の水が貯留され、この水はポンプＰ２によって流量調整用バルブＶ２を介して第２の管部材２へ供給される。

また、気泡が必要な場所と、気泡を発生する場所が離れている場合には、図２０に示すように、この発明による第１の管部材１および第２の管部材２からなる延在二重管ＬＤを延長することで、これまで述べてきたものと同様に高速の気泡水を得ることができる。ところが第１の管部材１が第２の管部材２に比べて短くなると、第１の管部材１の出口１Ｕを気泡が通過後、第２の管部材２を移動中に気泡が融合して大きくなった。したがって、第１の管部材１出口１Ｕと第２の管部材２の出口２Ｕとの相対的位置関係は実施の形態１から実施の形態７までの構成に示されたものと同様に設定される。

この発明による実施の形態８によれば、実施の形態１から実施の形態７までのいずれかにおける構成において、水槽Ｔ１内で微小気泡生成装置Ｍ１により微小気泡を発生させ、これを気泡噴射装置Ｂに接続されたポンプＰ１で気泡噴射装置Ｂの第１の管部材１に供給するとともに、加速水用の水が貯留された水槽Ｔ２からポンプＰ２によって流量調整用バルブＶ２を介して第２の管部材２へ加速水用の水を供給するようにしたので、気泡噴射装置に、より大量の気泡水を供給できる。

また、この発明による実施の形態８によれば、実施の形態１から実施の形態７までのいずれかにおける構成において、実施の形態１から実施の形態７までにおける第１の管部材１の出口１Ｕと第２の管部材２の出口２Ｕとの相対的位置関係を保ったまま管部材１および第２の管部材２からなる延在二重管ＬＤの中間部分を延長して、微小気泡生成装置Ｍ１と気泡噴射装置Ｂとを接続するようにしたので、気泡が必要な場所と、気泡を発生する場所が離れている場合にも、気泡水を気泡噴射装置へ適切に供給することができる。

実施の形態９．
この発明による実施の形態９を説明する。
この実施の形態９において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態８までにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。

これまでは、気泡水を第１の管部材１に供給し、加速水を第２の管部材２に供給する例を述べたが、逆に、気泡水を第２の管部材２に供給し、加速水を第１の管部材１に供給する場合にも、気泡水は加速された。ただし、この場合には、水中噴射においては、静止水によって気泡水流が減速されるので、気中噴射において特に有効であった。水中噴射においても加速される効果は小さいながらも認められた。

この発明による実施の形態９によれば、実施の形態１から実施の形態８までのいずれかにおける構成において、気泡水を第２の管部材２に供給し、加速水を第１の管部材１に供給するようにしたので、気中噴射において特に有効な気泡噴射装置を得ることができる。

実施の形態１０．
この発明による実施の形態１０を図２１について説明する。図２１は実施の形態１０における構成を示す縦断面図である。
この実施の形態１０において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態９までにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

加速水は外部のエネルギーによって加速する例をこれまで述べてきた。すなわち、ポンプ等で加速された流水を、第２の管部材の開口部から導入したが、第２の管部材２の中にスクリュウＳＣなどの加速装置を設け、これを磁石の力を用いたり封止部材ＳＬによりシールされた軸ＳＨを通して回転して加速しても問題ない。この例を図２１に示す。

この発明による実施の形態１０によれば、実施の形態１から実施の形態９までのいずれかにおける構成において、第２の管部材２の内部にスクリュウＳＣなどの加速装置を設け、加速水を加速駆動するように構成したので、加速水を所定速度に確実に加速することができる。

実施の形態１１．
この発明による実施の形態１１を説明する。
この実施の形態１１において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１から実施の形態１０までにおける構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。

実施の形態１において、気泡融合防止剤についてイソプロパノールの例を述べたが、ヘキサンジオールなどの他の気泡融合防止剤も同様に用いることができる。気泡融合防止剤は、加速水および気泡水の両方に添加することが最も有効である。
なお、気泡融合防止剤については、（ａ）カルボキシル基を持ち分子量をカルボキシル基の数で割った値が４７以上１４０以下である物質、（ｂ）カルボキシル基とアミノ基を分子内に持ち分子量をカルボキシル基の数で割った値が９４以上２８０以下である物質、（ｃ）分子内に水酸基を持ち分子量を水酸基の数で割った値が３８以上７３以下である物質、（ｄ）エステル基を持ち分子量をエステル基の数で割った値が４７以上１４０以下である物質、（ｅ）スルホン酸基を持ち分子量をスルホン酸基の数で割った値が４７以上１４０以下である物質等が挙げられる。

この発明による実施の形態１１によれば、実施の形態１から実施の形態１０までのいずれかにおける構成において、イソプロパノールやヘキサンジオールなどの気泡融合防止剤を加速水および気泡水の両方に添加するようにしたので、気泡の融合を確実に抑制することができる。

なお、この発明による装置を用いて脱脂洗浄実験を行った。３ｃｍ×８ｃｍのステンレス板に、機械油を塗布し、実施の形態１で用いた装置の出口の沖合８ｃｍの位置に、流れに対して垂直に置いた。この状態で、気泡水を１分間噴射した。実施の形態１で述べたのと同様に、加速水を５Ｌ／分で流した場合と流さない場合について油の付着量を比較した。付着量の評価は、赤外線吸収のないフロン系溶媒に、ステンレス板を浸して、溶解した油の濃度を赤外線吸収量として測定し、ステンレス板上の付着密度として求めた。その結果、加速水のない場合には、油は、５０μｇ／ｃｍ^２残ったが、加速水のある場合には、１７μｇ／ｃｍ^２しか残らなかった。この場合には、見た目も油は認められなかった。さらに、より大きな物体、例えば直径１０ｃｍ、高さ１０ｃｍ程度の円筒上金属部品の洗浄、あるいは、より多くの物体群、たとえば網カゴ内にいれた１００個のステンレス板、においては、図１８に示す複数の噴射装置を用いることによって一つの気泡噴射装置のみを用いる場合に比べて、高速に洗浄できた。

他の応用例として、固体上、例えばガラス板やシリコン基板上に付着したガラス粉などの微粒子除去にも、この装置で得られた高速気泡水流を噴射することが効果的である。

この発明による実施の形態１における構成を示す縦断面図および横断面図である。この発明による実施の形態１における構成での水の速度ベクトルを示す縦断面図である。この発明による実施の形態２における構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態２における加速水流量と気泡水線流速との関係を示す特性図である。この発明による実施の形態３における構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態３における変形構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態３におけるたの変形構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態４における構成を示す縦断面図および横断面図である。この発明による実施の形態４における変形構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態４における他の変形構成を示す縦断面図および横断面図である。この発明による実施の形態４における更に他の変形構成を示す縦断面図および横断面図である。この発明による実施の形態５における構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態５における変形構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態５における他の変形構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態５における更に他の変形構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態６における構成を示す縦断面図および横断面図である。この発明による実施の形態７における構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態７における変形構成を示す上面図である。この発明による実施の形態８における構成を示すブロック図である。この発明による実施の形態８における変形構成を示す縦断面図である。この発明による実施の形態１０における構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１第１の管部材、２第２の管部材、３第３の管部材、Ｂ気泡噴射装置、Ｅエジェクタによる気泡生成装置、Ｍ１，Ｍ２微小気泡生成装置。

Claims

気泡を含む第１の液体を流通する第１の管部材と、前記第１の管部材の外周を囲んで前記第１の管部材と同心的に設けられ第２の液体を流通する第２の管部材とを備え、前記第２の管部材から放出される前記第２の液体流により前記第１の管部材から放出される前記第１の液体流の流速を確保するようにしたことを特徴とする気泡噴射装置。
第２の管部材の出口が、第１の管部材の出口よりも、下流側にあることを特徴とする請求項１に記載の気泡噴射装置。
前記第１の管部材に気泡を含む液体を供給する気泡生成装置が前記第１の管部材に直結していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気泡噴射装置。
第２の管部材の外周側に第３の管部材を設け、前記第３の管部材に前記第２の管部材を流通する第２の液体の流速よりも小さな流速の第３の液体を流通して、前記第２の液体流の外周に第３の液体流を介在させたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の気泡噴射装置。
前記第１の管部材に気泡を含む液体を供給する気泡生成装置への液体の供給と、前記第２の管部材への液体の供給とを、共通の液体供給管により行うとともに、前記共通の液体供給管から流量制御手段をそれぞれ設けた個別の液体供給管により気泡生成装置および前記第２の管部材の各々へ液体の供給を行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の気泡噴射装置。