JP2006159187A - 超微細気泡発生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な装置構成で、0.5〜3μm程度の超微細気泡を安定的に連続して発生させることができるようにする。
【解決手段】うず巻ポンプを起動させた際の負圧を利用して外部から空気を吸引し、空気と浴槽水との気液混合体23を作る。この気液混合体23を静止型ミキサ13に送り、静止型ミキサ13でさらに攪拌混合して超微細化気液混合体27を作る。静止型ミキサ13を、上流側のスクリュー部25と、下流側のカッタ部26とで構成する。スクリュー部25を、円筒状の本体28と、本体28の軸心部に配した仕切棒29と、本体28と仕切棒29との間の環状流路内に配した螺旋羽根30とで構成する。カッタ部26を、円筒状の本体31と、本体の内周面に配した複数の突起32とで構成する。気液混合体23は、スクリュー部25を通過する際に旋回流となり、この旋回流がカッタ部26の突起32に衝突するので、0.5〜3μm程度の超微細気泡を連続して発生させることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、超微細気泡を発生する超微細気泡発生装置に係り、特に白濁した超微細気泡風呂に適用するのに好適な超微細気泡発生装置に関する。

一般に、スーパー銭湯やクアハウス等の温浴施設の温浴装置には、気泡浴(バイブラバス),圧注浴(ジェットバス・超音波バス)が利用されており、これらは、浴中に空気を放出して入浴することから泡風呂と称されている。そして、この泡風呂は泡の大きさによって区分され、気泡浴の泡の直径は約2〜10mm,圧注浴の泡の直径は0.2〜2mmである。

ところで泡は、温浴中にて無数の移動運動をし、その過程で泡の破裂・結合・分離を繰返し、その際に音波を発振させる。発振させる音波の周波数は、泡の直径が大きければ大きい程低い周波数となり、逆に泡の直径が小さければ小さい程高い周波数となる。

温浴中に泡により発振された音波は、乳化・洗浄・温熱作用を入浴中の人体に及ぼすことになるが、この作用は、発振音波の周波数の影響を受け、周波数が高くなる程強力となる。このため、できる限り小さな直径の気泡を発生させることができる気泡発生装置の開発が求められている。

図7は、このような目的で開発された従来の気泡発生装置を示すもので、この装置は、超高圧ポンプ1,エアコンプレッサ2,エア抜弁4を有する圧力タンク3および減圧弁5を備えており、超高圧ポンプ1の起動により吸込口6から吸引された浴槽7内の水は、エアコンプレッサ2からの高圧空気とともに圧力タンク3内に供給されるようになっている。この圧力タンク3内では、空気が水に過飽和で溶解した気液混合体となっており、この気液混合体は、減圧弁5および吐出口8を介し浴槽7内に吐出される。そして、常圧下での解放により、過飽和で溶解していた空気が微細気泡として浴槽7に放出される。

前記従来の気泡発生装置においては、超高圧ポンプ1,エアコンプレッサ2および圧力タンク3等の大型で取扱いに注意を要する機器を必要とするため、作業に熟練を要するとともに、安全を確保するための設備も必要とし、また発生する気泡が直径約3μm程度で、それ以上小さな泡を発生させることができないという問題がある。

本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、取扱いが容易で安全性が高く、しかも約3μm以下の小さな泡を連続して発生させることができる超微細気泡発生装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、安定した気液混合体を連続して生成することができる超微細気泡発生装置を提供するにある。

本発明の他の目的は、簡単な構造で故障が少なく、しかも低圧で超微細気泡を安定して生成することができる超微細気泡発生装置を提供するにある。

本発明の他の目的は、超微細気泡の生成をより安定させることができる超微細気泡発生装置を提供するにある。

前記目的を達成するため本発明は、下流端近傍に気体導入部を有する液体配管と、液体配管の下流端に取付けられ駆動時の負圧を利用して前記気体導入部から気体を導入し気液混合体を生成するポンプと、ポンプの出側に配設されポンプで生成された気液混合体を攪拌混合して超微細気泡を有する気液混合体を生成する静止型ミキサとを設け、前記静止型ミキサは、上流側のスクリュー部と、下流側のカッタ部とを備え、前記スクリュー部は、筒状の本体と、本体の中心部に配された仕切棒と、本体と仕切棒との間の環状流路内に配された螺旋羽根とを有し、前記カッタ部は、筒状の本体と、本体の内周面に中心に向かって突設された複数の突起とを有していることを特徴とする。そして、ポンプで気液混合体を生成するとともに、このポンプからの気液混合体は、スクリュー部を通過する間に、旋回力と遠心力とが与えられ、加速された旋回流となってカッタ部に送り込まれる。この旋回流は、各突起に衝突する都度気泡が分断,微細化され、低圧で約3μm以下の超微細気泡を安定に生成することが可能となる。しかも、装置がポンプと静止型ミキサとを主体とする簡単な構造なので故障も少なく、メンテナンスが容易である。

本発明はまた、突起を、軸部と軸部の突出先端部に設けられ概略茸形の半球状をなす頭部とで構成するようにしたことを特徴とする。ところで、スクリュー部からの旋回流は、外径側が含有する気泡が少ない気液混合体で、中心側が含有気泡の量が多い気液混合体となる多層状旋回流である。このため、軸部の突出先端に頭部があることで、気泡がより効果的に分断,微細化され、超微細気泡の生成をより安定させることが可能となる。

本発明はさらに、吐出ノズルが、吐出ノズルの開度を調節する操作ハンドルを有していることを特徴とする。そして操作ハンドルにより、吐出ノズルの開度を調節して、出側配管内の圧力を調整し、超微細化気液混合体を高圧下の出側配管内で圧縮された状態におき、吐出ノズルから吐出した超微細化気液混合体から超微細気泡を浴槽内で安定に発生させることができる。

以上、説明したように本発明は、下流端近傍に気体導入部を有する液体配管と、液体配管の下流端に取付けられ駆動時の負圧を利用して前記気体導入部から気体を導入し気液混合体を生成するポンプと、ポンプの出側に配設されポンプで生成された気液混合体を攪拌混合して超微細気泡を有する気液混合体を生成する静止型ミキサとを設け、前記静止型ミキサは、上流側のスクリュー部と、下流側のカッタ部とを備え、前記スクリュー部は、筒状の本体と、本体の中心部に配された仕切棒と、本体と仕切棒との間の環状流路内に配された螺旋羽根とを有し、前記カッタ部は、筒状の本体と、本体の内周面に中心に向かって突設された複数の突起とを有していることを特徴とする。そして、ポンプで気液混合体を生成するとともに、このポンプからの気液混合体は、スクリュー部を通過する間に、旋回力と遠心力とが与えられ、加速された旋回流となってカッタ部に送り込まれる。この旋回流は、各突起に衝突する都度気泡が分断,微細化され、低圧で約3μm以下の超微細気泡を安定に生成することが可能となる。しかも、装置がポンプと静止型ミキサとを主体とする簡単な構造なので故障も少なく、メンテナンスが容易である。

本発明はまた、ポンプを、うず形状のケーシングと、ケーシング内で回転するインペラとを有するうず巻ポンプで構成するようにしているので、気液混合体中の気体が、回転するインペラの羽根で切断、細分化され、0.1〜0.5mm程度の細分化気泡を有する気液混合体を、連続して安定に得ることができる。このため、静止型ミキサで得られる気泡の大きさを、より小さくすることができる。

本発明はまた、突起を、軸部と軸部の突出先端部に設けられ概略茸形の半球状となす頭部とで構成するようにしているので、気液混合体中の気泡がより効果的に分断、微細化され、0.5〜3μm程度の超微細気泡を安定的に生成することができる。

本発明はさらに、吐出ノズルが、吐出ノズルの開度を調節する操作ハンドルを有していることを特徴とする。そして操作ハンドルにより、吐出ノズルの開度を調節して、出側配管内の圧力を調整し、超微細化気液混合体を高圧下の出側配管内で圧縮された状態におき、吐出ノズルから吐出した超微細化気液混合体から超微細気泡を浴槽内で安定に発生させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の一形態に係る超微細気泡発生装置を示すもので、この超微細気泡発生装置11は、気液混合体を生成するポンプ12と、ポンプ12からの気泡混合体を攪拌混合して超微細気泡を発生する気液混合体を生成する静止型ミキサ13とを備えており、前記ポンプ12の入側には、下流端近傍に空気導入口14を有する液体配管15を介し、浴槽16内の浴槽水17が吸入口18から供給されるようになっているとともに、前記静止型ミキサ13で生成された気液混合体は、出側配管20内で圧縮された状態で下流端の吐出ノズル19に送られ、吐出ノズル19から吐出されることにより前記浴槽16内で超微細気泡を発生させるようになっている。

ポンプ12は、例えば図2に示すように、うず形状のケーシング21aと、このケーシング21内で回転するインペラ21bとからなるうず巻ポンプ21で構成されており、このうず巻ポンプ21は、インペラ21bの回転に伴なう負圧により空気導入口14から空気22を吸引し、浴槽水17と空気22との気液混合体23を生成する。

すなわち、空気導入口14は、その基端が液体配管15の略中心位置まで挿入されており、空気22は、うず巻ポンプ21の起動に伴なう負圧により、液体配管15のほぼ中心位置に外部から吸引、放出されるようになっている。そして、うず巻ポンプ21で生成された気液混合体23は、連絡管24を介し、静止型ミキサ13に送られる。

この静止型ミキサ13は、図3に示すように、上流側のスクリュー部25と下流側のカッタ部26とで構成され、うず巻ポンプ21からの気液混合体23は、前記スクリュー部25で旋回力と遠心力とが付与されるとともに、カッタ部26で気液混合体23中の気泡の分断、微細化が行なわれ、最終的には、直径が0.5〜3μm程度の小さな気泡を含有する超微細化気液混合体27として、出側配管20に送出される。

スクリュー部25は、図3に対するように、円筒状の本体28と、この本体28の中心部に配された仕切棒29と、本体28と仕切棒29との間の環状流路内に配された螺旋羽根30とで構成され、前記環状流路内を流れる気液混合体23は、螺旋羽根30により回転力と強い捻りとを受け、加速された旋回流となってカッタ部26に送られる。

カッタ部26は、図3および図4に示すように、前記スクリュー部25の本体28と同径の円筒状をなす本体31と、この本体31の内周面に、中心に向かって突設された複数の突起32とで構成され、各突起32は、本体31の内周面から突出する軸部32aと、軸部32aの突出先端部に設けられ概略茸形の半球状をなす頭部32bとで構成されている。そして、軸部32aの突出先端部に頭部32bを設けることにより、後述するようにキャビテーションを利用して大量の超微細化気液混合体を生成できる。

一方、吐出ノズル19は、図5に示すように、浴槽16の底部に取付けられ、浴槽16側に開口するケース33を備えている。このケース33内には出側配管20の下流端に連設される弁座34が固設され、この弁座34には、図5および図6に示すように、弁体35が軸方向に移動して着離座するようになっている。すなわち弁座34には、支持部材36が取付けられ、この支持部材36に形成した雌ねじ部36aには、操作ロッド37に形成した雄ねじ部37aが螺装され、この操作ロッド37の一端部には、弁体35が回転可能に取付けられているとともに、操作ロッド37の他端部には、操作ハンドル38が固設されている。そして、この操作ハンド38を把持して操作ロッド37を正逆回転させることにより、弁座34を弁体35との間の問隙が調節され、吐出ノズル19の開度を制御することができる。

次に、本実施の形態の作用について説明する。
うず巻ポンプ21を起動すると、ケーシング21a内でインペラ21bが回転し、うず巻ポンプ21の入側が負圧となる。このため、浴槽16内の浴槽水17が、液体配管15を介してうず巻ポンプ21に供給され、これと同時に、空気22が空気導入口14を介し吸引され、浴槽水17とともにうず巻ポンプ21に供給される。そして、うず巻ポンプ21内において、浴槽水17と空気22が攪拌混合されて気液混合体23が生成される。

ところで、うず巻ポンプ21は、ケーシング21a内でインペラ21bが回転する構造となっているので、気液混合体23中の空気22が、インペラ21bにより切断、細分化されることになる。このため、他の構造のポンプと異なり、0.1〜0.5mm程度の微細気泡を有する気液混合体23を得ることができる。

このようにして生成された気液混合体23は、連絡管24を介して静止型ミキサ13に送られ、静止型ミキサ13でさらに攪拌混合される。そして、これにより、0.5〜3μm程度の超微細気泡を有する超微細化気液混合体27が生成される。

すなわち、連絡管24からの気液混合体23は、まずスクリュー部25に導びかれる。このスクリュー部は、本体28と仕切棒29との間の環状流路内に螺旋羽根30を配した構造となっているので、気液混合体23が環状流路を通過する間に、気液混合体23は、回転力と強い捻りとが付与されて、加速された旋回流となる。しかも、この旋回流は、遠心力の作用により、外径側が重い気液混合体23(空気22をほとんど含んでいない気液混合体23)で、内経側が軽い気液混合体23(空気22を多量に含む気液混合体23)となる、いわゆる多層状旋回流となる。

このため、カッタ部26内での気液混合体23は、図3および図4に対するように、軸心部に空気22を多量に含む低在部39があり、その外周側を、浴槽水17と空気22とが中程度に混合している流体40と、空気22をほとんど含んでいない流体41とが高圧で旋回する、いわゆる同心円構造の多層状旋回流となる。そしてこれにより、流水の内部と外部との間に大量の乱流渦が発生することになる。

ところで、カッタ部26の本体31内周部には、突起32が突設されているので、空気22をほとんど含んでいない流水41は、突起32の軸部32aに衝突し、空気22が微細気泡化する。

一方、浴槽水17と空気22とが中程度に混合している流体40は、各突起32の頭部32bに衝突して飛散微粒子化し、キャビテーションが発生して大量の微細気泡が生成される。

また、カッタ部26内を流れる多層状旋回流中の気泡の粒子は、本体31の外経側に向かう遠心力と、本体31の軸心側に向かう向心力とにより、密度の大きい微粒子は本体31の外径側に向かうとともに、密度の小さい微粒子は本体31の軸心側に向かうことになる。このため、これら微粒子同士が激しく衝突を繰返すことになり、カッタ部26の下流端では、0.5〜3μm程度の超微細気泡を有する超微細化気泡混合体27となる。なお、静止型ミキサ13での攪拌混合時間は、約0.04〜0.4秒間程度に設定されている。

このようにして生成された超微細化気泡混合体27は出側配管20に吐出され、出側配管20内で圧縮された状態下におかれる。この出側配管内で圧縮状態下におかれた超微細化気泡混合体27は、さらに吐出ノズル19から浴槽16内に吐出され、浴槽水17と激しく衝突することにより、超微細化気泡混合体27に含まれる0.1〜0.5μm程度の微細気泡は完全に粉砕され、浴槽水17中で0.5〜3μm程度の超微細気泡が均一に発生する。この超微細気泡の発生により、浴槽16内が吐出後約2〜3分間程度で白濁化することになる。

ところで、静止型ミキサ13と浴槽16とが離れていて出側配管20が長くなった場合、出側配管20内の圧力が大気圧であると、出側配管20内で超微細化気液混合体27中の微細化気泡が互いに結合し合い、大きな気泡となってしまうことがある。

ところが本実施の形態においては、出側配管20の下流端に、開度調節可能な吐出ノズル19が設けられているので、出側配管20内の圧力が約2.5kg/cm程度の圧力に調整される。このため、超微細化気液混合体27中の微細化気泡が、出側配管20内で互いに結合し合うことがなく、超微細化された気泡のままで浴槽16に吐出することができる。

このように、本実施の形態によれば、うず巻きポンプ21と静止型ミキサ13を組合わせて気液の攪拌混合を行なうことにより超微細化気液混合体27を生成し、この超微細化気液混合体27を出側配管20内で圧縮された状態におき、約2.5kg/cm程度の高い圧力の下で吐出ノズル19から浴槽16内に吐出し、浴槽水17と衝突させて微細気泡を粉砕し、均一な超微細気泡を発生させることができる。そして、本実施の形態による装置は、構成が簡単で、しかも高圧を必要としないので、安全性が高い。

なお、前記実施の一形態においては、浴槽16に適用する場合について説明したが、排水処理装置や炭酸ガス、オゾン等の混入装置等にも同様に適用することができる。

本発明の実施の一形態に係る超微細気泡発生装置を示す全体構成図。 ポンプ周りの構成を示す断面図。 静止型ミキサの構成を示す説明図。 カッタ部における超微細気泡生成のメカニズムを示す説明図。 吐出ノズルの構成を示す断面図。 図5の要部拡大図。 従来の気泡発生装置を示す構成図。

符号の説明

11 超微細気泡発生装置
12 ポンプ
13 静止型ミキサ
14 空気導入口
15 液体配管
16 浴槽
17 浴槽水
19 吐出ノズル
20 出側配管
21 うず巻ポンプ
21a ケーシング
21b インペラ
22 空気
23 気液混合体
24 連絡管
25 スクリュー部
26 カッタ部
27 超微細化気液混合体
28、31 本体
29 仕切棒
30 螺旋羽根
32 突起
32a 軸部
32b 頭部
33 ケース
34 弁座
35 弁体
36 支持部材
37 操作ロッド
38 操作ハンドル

Claims (3)

  1. 下流端近傍に気体導入部を有する液体配管と、液体配管の下流端に取付けられ駆動時の負圧を利用して前記気体導入部から気体を導入し気液混合体を生成するポンプと、ポンプの出側に配設されポンプで生成された気液混合体を攪拌混合して超微細気泡を有する気液混合体を生成する静止型ミキサと、前記静止型ミキサの出側に接続された出側配管と、前記出側配管の下流端に配設され浴槽に取り付けられた開度調節可能な吐出ノズルとからなり、前記静止型ミキサは、上流側のスクリュー部と、下流側のカッタ部とを備え、前記スクリュー部は、筒状の本体と、本体の中心部に配された仕切棒と、本体と仕切棒との間の環状流路内に配された螺旋羽根とを有し、前記カッタ部は、筒状の本体と、本体の内周面に中心に向かって突設された複数の突起とを有していることを特徴とする超微細気泡発生装置。
  2. 突起は、軸部と軸部の突出先端部に設けられ概略茸形の半球状をなす頭部とを有していることを特徴とする請求項1記載の超微細気泡発生装置。
  3. 吐出ノズルは、吐出ノズルの開度を調節する操作ハンドルを有していることを特徴とする請求項1記載の超微細気泡発生装置。
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