JP2008114098A

JP2008114098A - マイクロバブル生成ノズル及びマイクロバブル生成設備

Info

Publication number: JP2008114098A
Application number: JP2006296720A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Noguchi; 幸廣野口; Ryoji Ikeda; 良二池田
Original assignee: Sanyo Facilities Industry Co Ltd
Current assignee: Sanyo Facilities Industry Co Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】構造が簡単なマイクロバブル生成ノズルを提供する。
【解決手段】マイクロバブル生成ノズル1は、外筒2と第一、第二通路形成部材3、4とからなる。第一、第二通路形成部材3、4は、先細り状通路5ｂ、6ｂを互いに対向した状態で設置される。第一通路形成部材3は外筒2に固着され、第二通路形成部材4は軸線方向に位置調整可能である。第一、第二の通路形成部材3、4は離間して配設され、第一、第二通路形成部材3、4の間に環状隙間10が形成され、そして外筒2との間に環状空間11が形成されている。環状空間11は、外筒2と第一通路形成部材3との間の断面略三角形状の空間まで延長され、ガス導入ポート12は、外筒2の深部に位置する第一通路形成部材3の先細り状外周面7ｂの先端よりも上流側に変位して配置されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、マイクロバブル生成ノズル及びマイクロバブル生成設備に関する。

５００μm（0.5mm）以下の直径の気泡はマイクロバブルと呼ばれ、このマイクロバブルは様々な特性を有することから他方面で注目されている。具体的には、特許文献１は、湖、池、ダムなどの閉鎖水域、水棲生物の養殖、汚水処理などでの水質浄化又は水質改善にマイクロバブルを適用できることを開示している。特許文献２は、手洗いのための洗浄水に適用できることを開示している。特許文献３は、食器洗浄機に適用できることを開示している。特許文献４は、洗濯機において排水に含まれる界面活性剤を除去するのにマイクロバブルを適用できることを開示している。特許文献５は、洗濯機で洗濯するのに適用できることを開示している。

特開２００６−２１２５６２号公報特開２００６−１５９０９２号公報特開２００６−２４７０１３号公報特開２００６−１１００９２号公報特開２００６−１６７１８５号公報

本発明の目的は、構造が簡単なマイクロバブル生成ノズル及びマイクロバブル生成設備を提供することにある。

本発明の更なる目的は、適用環境に対応した調整が容易なマイクロバブル生成ノズル及びマイクロバブル生成設備を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
外筒と、
先細り状内部通路を備えた第一、第二の通路形成部材であって、前記外筒内に、前記先細り状の内部通路を対向させて配置された第一、第二の通路形成部材とを有し、
前記第一の通路、第二の通路形成部材が互いに離間して配置されて該第一、第二の通路形成部材の間に環状隙間が形成される共に、前記外筒との間に且つ該環状隙間の周りに環状空間が形成され、
前記外筒には、前記環状空間に臨んでガス導入ポートが設けられていることを特徴とするマイクロバブル生成ノズルを提供することにより達成される。

すなわち、本発明のマイクロバブル生成ノズルによれば、外筒内に互いに離間した状態で配置された第一、第二の通路形成部材によって実質的にベンチュリー式のマイクロバブル生成ノズルとなり、第一、第二の通路形成部材の先細り状内部通路によってベンチュリーの絞り部が形成され、第一、第二の通路形成部材の間の環状隙間を通じてガスが吸引され、そして、環状隙間の周りの環状空間にはガス導入ポートを通じてガスが供給されることになる。このように実質的にベンチュリー式のマイクロバブル生成ノズルとして機能する本発明のノズルが、外筒、第一通路形成部材、第二通路形成部材との３つの部材を組み合わせることにより作られることから構造が簡単であり、製造コストを低減することができる。また、第一、第二の通路形成部材の離間距離は、第一、第二の通路形成部材を外筒に組み付けるときに設定可能であり、これにより適用環境に応じた離間距離に設定することができる。

本発明の好ましい実施の形態では、第一、第二の通路形成部材の少なくともいずれか一方が外筒の軸線方向に変位可能であり、第一及び／又は第二の通路形成部材を変位させることにより環状隙間の幅を調整することができる。これにより、適用環境に応じ離間距離を調整してマイクロバブルの平均直径などの最適化が容易になる。

本発明の好ましい実施の形態では、また、第一の通路形成部材が前記外筒の上流側に配設され、第一の通路形成部材の外筒内の深部に位置する先端部分の外周面が先細りであり、第一の通路形成部材の先細り状外周面によって前記環状空間が上流側に延長され、そして、ガス導入ポートが、第一、第二の通路形成部材の間の環状隙間に対応する位置から上流側に変位した位置に設けられている。この実施の形態では、典型的には、ガス導入ポートが大気に開放又はエアポンプなどのガス源から大気圧程度のガスがガス導入ポートに供給される場合に液体中に効率良くガスを取り込むことができ、また、平均直径が整ったマイクロバブルを生成することができる。

本発明は、液体中に取り込むガスはエアに限定されず、任意のガスを取り込んでマイクロバブルを生成するのに適用することができる。具体的には、オゾンや二酸化炭素を例示的に挙げることができる。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は、実施例のベンチュリー式のマイクロバブル生成ノズルの断面図である。図１において、マイクロバブル生成ノズル１は、真っ直ぐに延びる円筒状の外筒２を有し、該外筒２内に、第一、第二の部材つまり液体Ｌの流れ方向（図１の矢印で示す方向）において上流側に位置する第一通路形成部材３と、下流側に位置する第二通路形成部材４とが組み付けられ、この第一、第二の通路形成部材３、４で実質的なベンチュリーが構成されている。

すなわち、マイクロバブル生成ノズル１は、３つの独立した部材つまり外筒２と第一通路形成部材３と第二通路形成部材４の組み合わせによってベンチュリー管が構成されている。この実施例では、外筒２及び第一、第二の通路形成部材３、４の全てがプラスチック成型品（ＡＢＳ樹脂成型品）であるが、特にこれに限定されず、外筒２及び／又は第一通路形成部材３及び／又は第二通路形成部材４は金属製（例えばステンレス鋼のような耐蝕性金属）であってもよく、少なくとも外筒２だけが金属製であってもよい。

上流側部材である第一通路形成部材３及び下流側部材である第二通路形成部材４は、夫々、これを軸線に沿って直線状に貫通する内部通路５、６を有し、各内部通路５、６は、各々、外端部に位置する円筒状通路５ａ、６ａと、この円筒状通路５ａ、６ａから徐々に縮径した先細り状通路５ｂ、６ｂとで構成されている。第一通路形成部材３及び第二通路形成部材４は、両者３、４の先細り状通路５ｂ、６ｂを互いに対向した状態で外筒２内に設置される。

第一通路形成部材３の外周面７は、円筒状通路５ａに対応した円筒状外周面７ａと、先細り状通路５ｂに対応した先細り状外周面７ｂとで構成され、この第一通路形成部材３は、円筒状外周面７ａを外筒２に固着することにより固定されている。

他方、第二通路形成部材４の外周面８は第二通路形成部材４の全長に亘って延びる円筒状の外周面で構成され、好ましくは、この円筒状外周面８にねじ山が形成されて、これに対応する外筒２のねじ山に螺合される。この第二通路形成部材４と外筒２とのねじ部を参照符号９で示してある。このねじ部９によって、第二通路形成部材４は外筒２に対して軸線方向に位置調整可能である。

上述したように外筒２内に配置した第一、第二通路形成部材３、４は互いに対向して配置されているが、図１から分かるように、第一、第二の通路形成部材３、４は離間して配設され、第一通路形成部材３と第二通路形成部材４との間に環状の隙間１０が形成されている。図中、参照符号Ｃは第一通路形成部材３と第二通路形成部材４の離間距離つまり環状隙間１０の幅を示す。

第一通路形成部材３の外周面７のうち外筒２の深部に位置する外周面７ｂを先細り形状としたことによって、第一、第二の通路形成部材３、４の間の環状隙間１０の周りに位置し且つ外筒２との間に形成される環状空間１１は外筒２の上流側に延長され、環状空間１１は、外筒２と第一通路形成部材３との間の断面略三角形状の空間となる。

外筒２にはガス導入ポート１２が設けられている。このガス導入ポート１２は、環状空間１１に臨んで位置決めされている。このガス導入ポート１２の配置位置について詳しく説明すると、典型例としてガス導入ポート１２を大気開放して外気のエアを直接導入する場合には、ガス導入ポート１２を、外筒２の深部に位置する第一通路形成部材３の先細り状外周面７ｂの先端よりも上流側に変位して配置するのがよく、好ましくは、ガス導入ポート１２は断面略三角形状の環状空間１１の長手方向中間部分に臨む位置に配置される。この配置例において、ガス導入ポート１２に取り込むガスはオゾンガスや二酸化炭素のようにエア以外のガスであっても良いのは勿論であり、この場合、大気圧と同等又はそれよりも若干高い程度の低圧に調整してガス導入ポート１２に供給される。

エアポンプやコンプレッサを含むエア源などから圧力下でガスをガス導入ポート１２に供給する場合には、ガス導入ポート１２の配置位置は任意であり、環状空間１１の形状や大きさも任意である。例えば、第一通路形成部材３の外周面７を、該第一通路形成部材３の全長に亘って円筒状にして、環状空間１１を、第一、第二の通路形成部材３、４の間の環状隙間１０に対応した部分に限定した形状にした場合には、ガス導入ポート１２の配置位置を、第一、第二の通路形成部材３、４の間の環状隙間１０に対応した位置に設定することができる。

なお、図１の参照符号１３は、第二通路形成部材４の外筒２の深部に位置する端面に形成されたリング状の切欠きを示し、このリング状切欠き１３は上述した環状空間１１に開口している。図２は第１変形例を示すものである。図２を見ると分かるように、変形例のマイクロバブル生成ノズル２０は、実施例のノズル１と、唯一、第二通路形成部材４が異なっており、第二通路形成部材４には上述した環状切欠き１３が存在していない。

実施例（図１）において、マイクロバブル生成ノズル１は、外筒２の深部に位置する第一通路形成部材３及び第二通路形成部材４の内端３ａ、４ａによって絞り部が構成されたベンチュリー管として機能する。マイクロバブル生成ノズル１の入口を構成する第一通路形成部材３の外端３ｂ（図面では右端）から液体が導入され、マイクロバブル生成ノズル１の出口を構成する第二通路形成部材４の外端４ｂ（図面では左端）からマイクロバブルを含有する液体が吐出される。マイクロバブル生成ノズル１を通過する液体は、ベンチュリー効果によって上記絞り部で圧力が降下し、この圧力低下によって、環状隙間１０を通じてその周囲の環状空間１１内のガスが自力で液体中に吸引される。そして環状空間１１にはガス導入ポート１２を通じて外部からガス（典型的にはエア）が取り込まれる。

したがって、マイクロバブル生成ノズル１に連続的に液体を供給すると、マイクロバブル生成ノズル１内を通過する液体流れの中に、環状隙間１０を通じてガスが連続的に吸引される。上記絞り部でガスを取り込んだ液体流れは、液体の流れ方向に徐々に拡径する第二通路形成部材４の通路６ｂで流速が低下すると共に圧力が上昇し、この圧力変化によって液体流れ中のガスが微細化されてマイクロバブルとなる。

実施例のマイクロバブル生成ノズル１によれば、ベンチュリーの絞りによる圧力降下によってガスを液体中に自力で取り込むことからガスを液体中に供給するためのコンプレッサやエアポンプなどの圧力下でガスを供給するためのガス源を基本的には必要としない。加えて、マイクロバブル生成ノズル１は、外筒２と、第一通路形成部材３と、第二通路形成部材４の三つの部材で構成してあるため、ベンチュリー式のマイクロバブル生成ノズルの製造が容易であり、更に、第一、第二通路形成部材３、４の離間距離Ｃつまり環状隙間１０の幅の設定が自在である。

また、上記環状隙間１０の幅を調整可能にするために、上記実施例では、第一通路形成部材３を外筒２に固着し、第二通路形成部材４を外筒２に螺着して第二通路形成部材４を変位可能にしてあるが、これは相対的な問題に過ぎず、これとは逆に第二通路形成部材４を外筒２に固着し、第一通路形成部材３を外筒２に螺着するようにしてもよい。あるいは、第一、第二通路形成部材３、４を共に外筒２に螺着して、第一及び／又は第二通路形成部材３、４を変位させることにより離間距離Ｃを調整できるようにしてもよい。勿論、第一、第二通路形成部材３、４を共に外筒２に対して固着するようにしてもよい。

また、第一及び／又は第二通路形成部材３、４の先端３ａ、４ａの内径ＩＤ_１、ＩＤ_２を拡大したいときには、第一及び／又は第二通路形成部材３、４の先端部分の任意の部分を切断することで第一及び／又は第二の通路形成部材３、４の先端３ａ、４ａの内径を拡大することができる。これにより、例えば第一、第二通路形成部材３、４の先端３ａ、４ａの内径の値を小さく設計（例えば第一、第二通路形成部材３、４を先細り状通路５ｂ、６ｂの全長を長めに設計）して量産しておき、マイクロバブル生成ノズル１の適用環境に応じて先端３ａ、４ａを切断することにより、マイクロバブル生成ノズル１を通過する液体の圧力や流量に適した第一及び／又は第二通路形成部材３、４の先端３ａ、４ａの内径に調整することができる。

上述した第一、第二通路形成部材３、４の離間距離Ｃ及びベンチュリーの絞り部分を構成する第一、第二通路形成部材３、４の先端３ａ、４ａの内径ＩＤ_１、ＩＤ_２は、液体中のマイクロバブルの直径に影響を及ぼすことが実験で分かった。具体的に説明すると、ガス導入ポート１２を大気開放にすることを前提として、マイクロバブル生成ノズル１の全長（外筒２の全長）が４０mm、第一、第二通路形成部材３、４の外端３ｂ、４ｂの内径が１０mmのマイクロバブル生成ノズル１を製造し、第一、第二通路形成部材３、４の先端３ａ、４ａの内径ＩＤ_１、ＩＤ_２及び第一、第二通路形成部材３、４間の離間距離Ｃを変化させて試験したところ、先端３ａの内径ＩＤ_１＝約３mm、先端３ｂの内径ＩＤ_２＝約３mm、Ｃ＝約0.7mmに調整したときが最も効率良くエアが液体中に取り込まれ且つ直径の整った小さなマイクロバブル（平均直径＝約50μm）を生成することができた。

また、ガス導入ポート１２を大気開放して外気を取り込む場合には、第一、第二通路形成部材３、４との間に臨んでガス導入ポート１２を配置した場合に比べて、これよりも外筒２の上流側に変位した位置にガス導入ポート１２を配置した方が明らかにマイクロバブルの量を多く生成することができた。

ちなみに、この試験は、マイクロバブル生成ノズル１に対して水圧を2.4Kgf/cm^２に調整した水を２０〜３０リットル/分の流量で供給してマイクロバブルの発生状態を観察した。ところで、水道水の圧力は、一般的には、５〜７kgf/cm^２であり、真夏の節水時には2.5〜３Kgf/cm^２である。したがって、マイクロバブル生成ノズル１に供給する液体Ｌとして水道水の蛇口から吐出される水を用いるのであれば、上記の平均直径50μmよりも小さな直径のマイクロバブルを作ることができることは言うまでもない。

図３は、第２変形例のマイクロバブル生成ノズル３０を示す。この変形例のノズル３０にあっては、第一、第二通路形成部材３、４の内部通路の形状が上述した実施例のノズル１とは異なっており、その全長に亘って徐々に直径が変化する通路形状を有している。すなわち、第２変形例のマイクロバブル生成ノズル３０にあっては、第一、第二通路形成部材３、４の内部通路５、６が全長に亘って先細り状通路５ｂ、６ｂで構成されている。

図４は、第３変形例のマイクロバブル生成ノズル３５を示す。この第３変形例のノズル３５にあっては、第一、第二通路形成部材３、４の内部通路５、６に関し、第一、第二通路形成部材３、４の先端部に円筒状の絞り通路５ｃ、６ｃが設けられ、この絞り通路５ｃ、６ｃに先細り状通路５ｂ、６ｂが連なる構成が採用されている。

図１〜図４に図示したマイクロバブル生成ノズル１、２０、３０、３５は、洗濯機、食器洗浄機、手洗い、足浴などに適用することができ、また、湖、池、ダムなどの閉鎖水域、水棲生物の養殖、汚水処理などでの水質浄化又は水質改善、洗濯機において排水に含まれる界面活性剤の除去などに適用でき、更に、農業用水、蠣の養殖などにも適用することができる。

図５は、水道水の蛇口４０に接続したホース４１にノズル１（２０、３０又は３５）を接続してマイクロバブル（エア）を含有した水を水槽４２に貯留するのに好適なマイクロバブル生成設備を図示してある。図示のマイクロバブル生成設備によれば、エアポンプやコンプレッサ無しに外気を自力で吸引させてマイクロバブルを生成することができる。任意であるが、水槽４２に貯留した水を配管４３を通じてポンプ４４で汲み上げて循環させるようにしてもよい。なお、図５中の参照符号４５は切り替え弁である。このシステムは、使用する水道水の平均圧力に基づいてマイクロバブル生成バブル１（２０、３０又は３５）を調整又は設計することから循環ポンプ４４は比較的低圧のポンプで足りる。

図６は、池、ダム、湖などの水質改善に適用したマイクロバブル生成設備を示す。図示のマイクロバブル生成設備は、複数のマイクロバブル生成ノズル１（２０、３０又は３５）（図面では、代表例として参照符号１だけを付してある）が互いに間隔を置いてパイプ５０に取り付けられている。このパイプ５０には、地上の貯水タンク５１から第一ポンプ５２を通じて水が供給され、そして、地上タンク５１には、配管５３及び第二ポンプ５４で汲み上げた湖水が補充される。ノズル１のガス導入ポート１２（図６では図示を省いてある）にはチューブ５５を通じてエアポンプ又はコンプレッサ５６からエアが供給されるが、チューブ５５に供給されるエアの圧力は大気圧よりも僅かに高い圧力で足りる。すなわち、パイプ５０の末端に位置するマイクロバブル生成ノズル１のガス導入ポート１２で計測したときに大気圧又はそれよりも若干高い圧力のエアが供給できる程度の圧力下でエアポンプ又はコンプレッサ５６などのエア源からチューブ５５を通じて各マイクロバブル生成ノズル１にエアが供給される。この図５のマイクロバブル生成設備にあっても、複数のマイクロバブル生成ノズル１に水を供給する第一ポンプ５２は比較的低圧のポンプでよく、また、エアポンプ又はコンプレッサ５６においても低圧用のコンプレッサで足りる。

図７は、例えば牡蠣や海水魚、淡水魚の養殖エリアの海水（淡水）の水質改善及び溶存酸素濃度を増加させるのに好適なマイクロバブル生成設備を示す。このマイクロバブル生成設備は実質的に図５のシステムと同様であるので、図６の説明で使用した参照符号を付すことにより各要素の説明を省略するが、海水を貯留する地上タンク５１や第一、第二ポンプ５２、５４などは養殖いかだ６０に設置され、パイプ５０は水中に略鉛直状態で設置される。第一、第二ポンプ５２、５４などの動力源として、例えば養殖いかだ６０に設置したソーラーバッテリシステム（図示せず）を採用するのが好ましい。

実施例のマイクロバブル生成ノズルの断面図である。第１変形例のマイクロバブル生成ノズルの断面図である。第２変形例のマイクロバブル生成ノズルの断面図である。第３変形例のマイクロバブル生成ノズルの断面図である。例えば浴槽や足浴などの適用に適したマイクロバブル生成設備の全体構成図である。例えば湖水の水質改善に適したマイクロバブル生成設備の全体構成図である。蠣などの養殖エリアの海水の水質改善や溶存酸素濃度を向上するのに適したマイクロバブル生成設備の構成図である。

符号の説明

１マイクロバブル生成ノズル
２外筒
３第一通路形成部材（上流側部材）
３ａ第一通路形成部材の先端
４第二通路形成部材
４ａ第二通路形成部材の先端
５第一通路形成部材の内部通路
５ｂ第一通路形成部材の先細り状通路
６第二通路形成部材の内部通路
６ｂ第二通路形成部材の先細り状通路
７第一通路形成部材の外周面
７ｂ第一通路形成部材の先細り状外周面
９第二通路形成部材と外筒とのねじ部
１０環状隙間
１１断面三角形状の環状空間
１２ガス導入ポート
Ｃ第一、第二部材間の離間距離

Claims

外筒と、
先細り状内部通路を備えた第一、第二の通路形成部材であって、前記外筒内に、前記先細り状の内部通路を対向させて配置された第一、第二の通路形成部材とを有し、
前記第一の通路、第二の通路形成部材が互いに離間して配置されて該第一、第二の通路形成部材の間に環状隙間が形成される共に、前記外筒との間に且つ該環状隙間の周りに環状空間が形成され、
前記外筒には、前記環状空間に臨んでガス導入ポートが設けられていることを特徴とするマイクロバブル生成ノズル。
前記第一、第二の通路形成部材の少なくともいずれか一方が前記外筒の軸線方向に変位可能であり、前記第一及び／又は第二の通路形成部材を変位させることにより前記環状隙間の幅を調整することができる、請求項１に記載のマイクロバブル生成ノズル。
前記第一の通路形成部材が前記外筒の上流側に配設され、該第一の通路形成部材の前記外筒内の深部に位置する先端部分の外周面が先細りであり、該第一の通路形成部材の先細り状外周面によって前記環状空間が上流側に延長され、
前記ガス導入ポートが、第一、第二の通路形成部材の間の環状隙間に対応する位置から上流側に変位した位置に設けられている、請求項１又は２に記載のマイクロバブル生成ノズル。
前記外筒、前記第一の通路形成部材、前記第二の通路形成部材のうち少なくとも第一、第二の通路形成部材がプラスチック成型品である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロバブル生成ノズル。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロバブル生成ノズルを複数設けたパイプと、
該パイプに液体を供給する第一ポンプと、
ガス源からのガスを前記マイクロバブル生成ノズルの前記ガス導入ポートに供給するチューブとを有することを特徴とするマイクロバブル生成設備。
前記液体の補充を受ける貯液タンクを更に有し、
該貯液タンク内の液体を前記第一ポンプにより前記パイプに供給する、請求項５に記載のマイクロバブル生成設備。
前記貯液タンクに前記液体を補充する第二ポンプを更に有する、請求項６に記載のマイクロバブル生成設備。