JP2008307510A - 微細気泡発生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で微細気泡の発生量を大幅に増加させることで、白濁性を向上させることができる微細気泡発生装置および微細気泡発生方法を提供する。
【解決手段】水中に空気が加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段12で圧力開放して、微細気泡を発生させながら吐出ノズル30から吐出させる微細気泡生装置であって、前記吐出ノズル30に、減圧手段としての上流側ベンチュリ管12a及び下流側ベンチュリ管12bを備えている。又、上流側ベンチュリ管12aの内周壁には、旋回流生成用の突片12cが設けられており、旋回流生成用の突片12cによって、気水溶解流体が上流側ベンチュリ管12aを流れる際、その気水溶解流体が旋回流を生成して気泡100aを発生させる。
【選択図】図6
【解決手段】水中に空気が加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段12で圧力開放して、微細気泡を発生させながら吐出ノズル30から吐出させる微細気泡生装置であって、前記吐出ノズル30に、減圧手段としての上流側ベンチュリ管12a及び下流側ベンチュリ管12bを備えている。又、上流側ベンチュリ管12aの内周壁には、旋回流生成用の突片12cが設けられており、旋回流生成用の突片12cによって、気水溶解流体が上流側ベンチュリ管12aを流れる際、その気水溶解流体が旋回流を生成して気泡100aを発生させる。
【選択図】図6
Description
本発明は、水廻り設備に最適な微細気泡発生装置に関する。
従来、水中に空気が加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段で圧力開放して、微細気泡を発生させながら吐出ノズルから浴槽(水廻り設備の一例)内に吐出させるようにした微細気泡発生装置がある(特許文献1参照)。
特開平11−33071号公報
前記のような微細気泡発生装置を水廻り設備である浴槽に適用する場合、浴槽とエプロンとの隙間のような狭いスペースに微細気泡発生装置を設置する必要があるために、大掛かりな装置や長い経路を用いることなく、簡単な構成で微細気泡の発生量を大幅に増加させたいという要望がある。
本発明は、前記要望に応えるためになされたもので、簡単な構成で微細気泡の発生量を大幅に増加させることで、白濁性を向上させることができる微細気泡発生装置を提供することを目的とするものである。
前記課題を解決するために、本発明は、水中に空気が加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段で圧力開放して、微細気泡を発生させながら吐出ノズルから吐出させる微細気泡発生装置であって、前記吐出ノズルに、気水溶解流体を流す流路が設けられ、この流路の一部で気水溶解流体に旋回流を起こさせる旋回流生成手段が設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置を提供するものである。
請求項2のように、前記旋回流生成部は、前記流路の内周壁に、内周側に突出するように設けられた少なくとも1つの旋回流生成用の突片を備え、前記旋回流生成用の突片は、前記流路の流れ方向に対して傾斜するようにして上流側から下流側に伸ばされていることが好ましい。
請求項3のように、前記吐出ノズルに、前記減圧手段が設けられ、前記減圧手段は、前記吐出ノズルにおける前記旋回流生成手段の下流側に配設されていることが好ましい。
請求項1の発明によれば、吐出ノズルに設けられた流路を流れる気水溶解流体に旋回流を起こさせる旋回流生成部を設けているため、例えばその旋回流の生成に伴って、その旋回流の中心部に形成される低圧部によって柱状の気泡(気柱)を発生させることができるとともに、その旋回流の下流側端部で、その発生させた気柱を砕いて分裂させることができる。これにより、気水溶解流体から多数の気泡を形成できる。
請求項2の発明によれば、旋回流生成部を、流路の内周壁に設けた突片を備えたものとすることにより、簡単に旋回流を生成でき、旋回流生成部を、容易に低コストで形成できる。
請求項3の発明によれば、減圧手段を、吐出ノズルにおける前記旋回流生成手段の下流側に配設するため、旋回流生成部によって形成した気泡を、減圧手段によって更に分裂でき、より多数の微細な気泡を生成できる。これにより、白濁化に必要十分な数の気泡を容易に得ることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態の微細気泡発生装置の基本構成図で、本実施形態では、浴槽1に使用され浴槽1内の浴水中に微細気泡を発生させるように構成されており、浴槽1の内側面に吸込口2と吐出口3とが設けられ、浴槽1のフランジ部に空気吸込口4が設けられている。
吸込口2は、接続管5を介して電動ポンプ6の吸い込み側に接続され、電動ポンプ6の吐出側は流入管7を介して空気溶解装置8の吸込側の噴射口9に接続されている。空気溶解装置8の吐出側の流出口10は、流出管11を介して圧力開放部となるベンチュリ管12の一端に接続され、ベンチュリ管12の他端は接続管13を介して浴槽1の側面に設置された吐出口3に接続されている。また、空気吸込口4は、電動ポンプ6の入口側近傍の接続管5に接続管14を介して接続され、接続管14には、逆止弁15が設けられている。
前記空気溶解装置8は、図2および図3に詳細に示すように、断面円形の直筒状をした側壁部21と、この側壁部21の両側の端部を閉塞する端壁部22とからなるタンク状の筒状体23で構成されて、長手方向すなわち略円筒状をした側壁部21の中心軸イ(図2の一点鎖線参照)が水平方向ロ(図2の矢印参照)に対して10〜45度の傾斜角度θで傾斜する姿勢で配置されている。
この傾斜姿勢の筒状体23は、上方側の端部が上流側Aの端部になるとともに、下方側の端部が下流側Bの端部となり、上流側Aに気水混合流体を筒状体23内に噴射するための噴射口9を形成されるとともに、下流側Bに水を筒状体23内から流出する流出口10が形成されている。
筒状体23内には、溶質となる例えば空気等の空気と、溶媒となる例えば水とが貯留されるもので、略円筒状をした側壁部21の上下方向の略中央付近には空気と水との界面24が位置し、界面24より上部の上流側Aの部分は、空気が貯留される空気貯留部25になるとともに、界面24より下流側Bの部分は、水が貯留される水貯留部26となる。
前記噴射口9は、空気貯留部25の内壁面(界面24より上流側Aの側壁部21または端壁部22の内壁面)か、界面24寄りの位置か、あるいは界面24より若干下側の水貯留部26の内壁面(界面24より下流側Bの側壁部21の内壁面)に形成され、流出口10は、水貯留部26の端部付近の内壁面(界面24より下流側Bの側壁部21または端壁部22の内壁面)に形成される。
筒状体23の側壁部21には、弁(図示せず)を設けた空気抜き口27が形成してあり、この空気抜き口27の位置が空気貯留部25に貯留される空気と水貯留部26に貯留される水の界面24のレベルとなる。
次に、空気溶解装置8の作用を説明する。噴射口9から筒状体23内に貯留されているのと同じ水および空気が噴射されると、噴射口9と対向する側壁部21の上側の内壁面に衝突し、この内壁面で跳ね返って界面24にて水貯留部26に貯留されている水に衝突して攪拌される。また、水貯留部26に貯留されている水は、気水混合流体が界面24に衝突して攪拌される他に、噴射口9から筒状体23内に噴射される気水混合流体によっても攪拌される。
このように、気水混合流体の側壁部21の内壁面との衝突や界面24での衝突による攪拌、噴射される際の水の攪拌等により、筒状体23内に貯留している空気および水、気水混合流体中の空気および水が混合され、空気の水への溶解が促進される。すなわち、混合攪拌によるせん断により、水に混合している気泡(空気)が細分化されて、水と接する総表面積が大きくなるのに加えて、水と空気との界面付近における空気の溶解濃度が混合攪拌による均一化により低減されて、空気の水への溶解速度が上昇するため、空気の水への溶解が促進される。
空気の溶解が進行した水は筒状体23の水貯留部26に貯留されるが、貯留されている水には未溶解の気泡も数多く混合し、このような気泡は上方に行くほど密に存在しており、水貯留部26の下端部近傍では気泡はあまり存在せず、大きな気泡は殆ど存在しない。そして、空気の溶解が進行して大きな気泡が殆ど存在しない水貯留部26の下端部の水が流出口10から筒状体23外に流出されるようになる。
図4は、前記ベンチュリ管12の基本構成図である。前記流出管11のベンチュリ管12は、中央1個の上流側ベンチュリ管12aと複数個(図4の例では5個)の下流側ベンチュリ管12bとの2段構成となっている。
図5および図6は、図1〜図4の基本構成を具体化した微細気泡発生装置であり、基本構成と同一構成は同一番号を付して詳細な説明は省略する。
浴槽1の側壁1aに吐出ノズル30が取付けられ、この吐出ノズル30に、前述した吸込口2、吐出口3、ベンチュリ管12(12a,12b)等が組み込まれてユニット化されている。
吐出ノズル30には、側面視でL字状のノズルケース31が設けられ、ノズルケース31の内部には、外形状に倣ったL字状の流路31aが形成されて、この流路31aの入口側(縦向き部分)には、前記流出管11がOリング32を介して接続される。
流路31aは、気泡発生(発泡)流路領域部131と、この気泡発生流路領域部131の下流側に配設された気泡分裂流路領域部133と、この気泡分裂流路領域部133の下流側に配設された気化流路領域部132とを備えている。
気泡発生流路領域部131は、気水溶解流体から気泡を発生させるための流路である。この実施形態の気泡発生流路領域部131は、上流側ベンチュリ管12aが設けられており、この上流側ベンチュリ管12aの上流側端部から、後述の下流側ベンチュリ管12bまでの領域に形成されている。
上流側ベンチュリ管12aは、ノズルケース31の上部に嵌め込まれることによって、気泡発生流路領域部131の入り口側に、図6で縦向きに設けられている。
又、気泡発生流路領域部131には、旋回流生成手段が設けられている。この実施形態の旋回流生成手段は、上流側ベンチュリ管12a内に設けられた旋回流生成用の突片12c、12dから構成され、上流側ベンチュリ管12aを流れる気水溶解流体に旋回流を起こさせる。
この旋回流生成用の突片12c、12dは、図7に示すように上流側ベンチュリ管12aの内部に形成された流路における図7の後部側に配置された第1の突片12c、及び図7の前部側に配置された第2の突片12dとの2つの突片から構成されている。
第1の突片12cは、上流側ベンチュリ管12aの内周壁に、図8に示すように気水溶解流体の流れ方向となる上流側ベンチュリ管12aの軸Oに対して所定の角度αをもって傾斜するようにして形成されている。この実施形態では、この図8に示すように上流側ベンチュリ管12aの軸Oに対する角度αがほぼ30°になるように傾斜させて上流側ベンチュリ管12aにおける上流側に設けられたストレート部からその下流側に設けられたテーパー部の一部にかけて伸ばされるようにして形成されている。
第2の突片12dは、第1の突片12cを、上流側ベンチュリ管12aの軸Oを回転の軸にして180°回転させた回転対称の形状になるように形成されている。
図6に戻り、気泡分裂流路領域部133は、気泡発生流路領域部131で発生させた気泡を分裂させて分裂気泡を生成させる流路である。この実施形態の気泡分裂流路領域部133は、減圧手段としての下流側ベンチュリ管12bが設けられており、下流側ベンチュリ管12bの内部に形成された流路の全体、即ち、前記流路の上流側端部から下流側端部までに至る領域に形成されている。
下流側ベンチュリ管12bは、この実施形態では、ノズル本体29に形成された複数個のものから構成されている。そして、ノズル本体29がOリング33を介してノズルケース31のほぼ中程に嵌め込まれることによって、下流側ベンチュリ管12bは、上流側ベンチュリ管12aの下流側に、図6で横向きに配設されている。
詳しくは、ノズル本体29には、図6及び図13に示すように、ノズルケース31の出口側(横向き部分)の部分にOリング33を介して嵌め込むための円筒状嵌め込み部29aと、この嵌め込み部29aから下流側(吐出方向)に突出する円筒状突出部29bと、この円筒状突出部29bと嵌め込み部29aとの間に板状閉塞部29cとが形成され、この閉塞部29cに、内外2重の同心円が設定され、内側の小径円に沿って、円周上等角度間隔で複数個(本例では、6個)の下流側ベンチュリ管12bが形成され、外側の大径円に沿って、円周上等角度間隔で複数個(本例では10個)の下流側ベンチュリ管12bが形成されている(本例では下流側ベンチュリ管12bが合計16個)。複数個のベンチュリ管12bは、ベンチュリ管群と呼ぶことができる。
又、これらの下流側ベンチュリ管12bは、上流側の入口部分が外向きラッパ状に形成され、その直ぐ下流側に短い最も径小のストレート部が形成され、その下流側に、上流側から下流側に向かって拡径した長いテーパー部が形成されている。
次に、気化流路領域部132について説明する。この気化流路領域部132は、前記分裂気泡を成長(径を大きく)させ、白濁化に必要十分な外径の微細気泡に形成するための流路である。
この実施形態の気化流路領域部132は、前記ノズル本体29における下流側ベンチュリ管12bの下流側(図6の左側部)に形成されている。又、この気化流路領域部132は、気化促進手段によって、気水溶解流体に溶解した溶解空気の気化を促進し、前記気水溶解流体と共に前記分裂気泡がこの気化流路領域部132を流れる間に、白濁化に必要十分な外径の微細気泡に形成できるようになっている。
この実施形態では、気化促進手段を、気化流路領域部132の下流側端部における流路断面積をその上流側の流路断面積よりも小さくして流路を狭めた流路狭小形成部材38を備えたものから構成し、この流路狭小形成部材38によって、流路狭小形成部材38を設けない場合に比べ、気化流路領域部132を流れる気水溶解流体の流速を遅くし、気水溶解流体が気化流路領域部132を流れている時間を長くするようにしている。
詳しくは、ノズル本体29の吐出側の端部に、下流側(吐出方向)に延在する円筒状のホルダー37が、ノズル本体29の突出部29bの前端部の雄ねじ29dに、ホルダー37の雌ねじ37aをねじ込むことにより取付けられており、このホルダー37の内周側に、流路狭小形成部材38が備えられている。
この実施形態の流路狭小形成部材38は、図6及び図11に示すようにホルダー37の軸にほぼ直交するように配置された閉鎖部38aと、この閉鎖部38aに穿設された4つの開口部38bとを有するものから構成されている。そして、このように構成された流路狭小形成部材38によって、ノズル本体29の内側に形成される気化流路領域部132における下流側端部の流路断面積が流路狭小形成部材38の全開口部38bの断面積に相当し、気化流路領域部132における下流側端部は、気化流路領域部132の他の部分に比べて狭められている。
尚、気化流路領域部132における吐出側端部の流路断面積は、特に限定されずに適宜変更して実施できるが、気化流路領域部132の上流側の他の部分の流路断面積に対して略60〜略90%の範囲にしておくのが好ましく、より好ましくは略75%である。
吐出ノズル30の説明を続けると、浴槽1の側壁1aの取付け穴1bには、側面視でU字状断面のパッキン40が嵌め込まれ、浴槽1の外側からノズルケース31の出口側(横向き部分)のフランジ部31bをパッキン40に当てがうとともに、浴槽1の内側から円筒状固定フランジ41の後端部の雄ねじ41aをノズルケース31のフランジ部31bの雌ねじ31cにねじ込むことで、固定フランジ41の前端部のフランジ部41bがパッキン40に水密に密着し、ノズルケース31のフランジ部31bがパッキン40に水密に密着するようになる。これにより、ノズルケース31が固定フランジ41で浴槽1の側壁1aに固定状態で取付けられるようになる。
そして、浴槽1の内側から円筒状ノズルカバー42の後端部の雌ねじ42aを固定フランジ41のフランジ部41bの雄ねじ41cにねじ込むことで、ノズルカバー42が固定フランジ41のフランジ部41bに取付けられるようになる。ノズルカバー42には、前記吐出口3が形成されている。
固定フランジ41には、ホルダー37の外周面との間を閉塞する板状閉塞部41dが形成され、この閉塞部41dに内外2重の同心円が設定され、内側の小径円に沿って、円周上等角度間隔で多数個の貫通孔41eが形成され、外側の大径円に沿って、内側の小径円の貫通孔41eと半ピッチずらせた状態で、円周上等角度間隔で多数個の貫通孔41eが形成されている。この閉塞部41dの内周面とホルダー37の外周面との間にパッキン(図示せず)を介在させることで、水密性を向上させることができる。
ノズルカバー42の外周面には、図6に示したように、円周上等角度間隔で複数個の前記吸込口2が形成されている。
前記のように構成した吐出ノズル30であれば、図6に示したように、空気が溶解した気水溶解流体としての湯水は、矢印aのように、流出管11からノズルケース31の上流側ベンチュリ管12aに入る。そして、上流側ベンチュリ管12aを通る際、湯水は、上流側ベンチュリ管12aで減圧されて湯水から気泡が発生するとともに、その発生した気泡の一部が分裂する。又、旋回流生成用の突片12c、12dによって、湯水が上流側ベンチュリ管12aの軸Oを中心にした、図7で半時計方向の旋回流を生成する。そして、図6に示すように例えば、この旋回流の生成に伴い中心部に形成される低圧部に、湯水から気柱100が発生するとともに、その旋回流の下流側端部で気柱100を砕いて多数の気泡100aを発生させる。
従って、上流側ベンチュリ管12aによる減圧と旋回流生成用の突片12c、12dとの両者によって、気泡を発生させることができ、上流側ベンチュリ管12aの減圧だけで気泡を発生させる場合に比べて、より多量の気泡を発生させることができる。
その後、発生した気泡100aを含む湯水は、気泡分裂流路領域部133を構成する下流側ベンチュリ管12bに入り、下流側ベンチュリ管12bのテーパー部において、圧力の回復によって気泡100aが、更に分裂して分裂気泡100bが生成される。
次に、下流側ベンチュリ管12bを出た分裂気泡100bを含む湯水は、気化流路領域部132に入る。気化流路領域部132の下流側端部がその上流側よりも狭められているため、この気化流路領域部132に分裂気泡100bと共に入った湯水は、湯水から空気の気化を促進させる程度にゆっくり流される。その結果、分裂気泡100bが成長し(大きくなり)、白濁化に必要十分な外径の微細気泡100cに形成できる。
従って、微細気泡100cを含む湯水は、十分に白濁した状態になっている。そして、微細気泡100cを含む湯水は、この状態で吐出口3から浴槽1に吐出される。
また、浴槽1内の浴水は、図6に示す矢印bのように、ノズルカバー42の吸込口2からノズルカバー42内に吸い込まれ、固定フランジ41の閉塞部41dの貫通孔41eを通って、図5のように、ノズルケース31の外側部に接続された接続管5から電動ポンプ6に吸い込まれるようになる。
尚、上記実施形態では、旋回流生成手段として、旋回流生成用の第1及び第2の突片12c、12dから構成しているが、1つ、または、3つ以上のものから構成しても良い。又、突片は、旋回流を生成できる形状のものであれば良く、例えば、その接線が流路の流れ方向である上流側ベンチュリ管の軸に所定の角度を持って上流側から下流側に伸ばされるようにして形成されたらせん状のものであっても良い。
又、上記実施形態では、2つの旋回流生成用の突片12c、12dによって、上流側ベンチュリ管の軸を中心とした旋回流を生成できるようにしているが、この形態のものに限らず、例えば2つの旋回流生成用の突片を互いに異なる形状のものから構成し、ベンチュリ管の軸と偏った軸を中心にして旋回流を生成できるものでも良く、適宜変更できる。
又、上記実施形態では、気泡発生流路領域部131に、上流側ベンチュリ管12aを設け、この上流側ベンチュリ管12aに旋回流生成手段を設けているが、例えば上流側ベンチュリ管12aに代えて断面円形状の流路とし、この流路に旋回流生成手段を設けるようにしても良い。
又、上記実施形態では、旋回流生成手段を設けた上流側ベンチュリ管12aとその下流側に、上流側ベンチュリ管12aよりも径小の複数の下流側ベンチュリ管12bを配設したものとしているが、この形態のものに限らず、適宜変更でき、例えば下流側ベンチュリ管12bを設けないものとしても良い。ただし、上記実施形態のように、上流側ベンチュリ管12aの下流側に下流側ベンチュリ管12bを配設したものとすることにより、気水溶解流体が上流側ベンチュリ管12aを通る際に旋回流生成手段及び上流側ベンチュリ管12aの減圧によって多くの気泡を発生させ、そして、その気泡を、下流側ベンチュリ管12bで更に分裂させることができ、多数の微細な気泡を生成できる点で好ましい。
又、上記実施形態では、旋回流生成手段としての旋回流生成用の突片12c、12dを、上流側ベンチュリ管12aに設けているが、この形態のものに限らず、上流側ベンチュリ管12aに代えて下流側ベンチュリ管12bに設け、あるいは、上流側ベンチュリ管12aに加えて下流側ベンチュリ管12bに設けるようにしても良く、適宜変更し得る。
前記実施形態は、水廻り設備として、白濁化のために微細気泡を噴射させる浴槽用のものであったが、ボウル洗浄のために微細気泡を噴射させる水洗便器等にも本発明を適用できることは勿論である。
1 浴槽
2 吸込口
3 吐出口
8 空気溶解装置
12a 上流側ベンチュリ管(減圧手段)
12b 下流側ベンチュリ管(減圧手段)
12c、12d 旋回流生成用の突片(旋回流生成手段)
30 吐出ノズル
37 ホルダー
38 流路狭小形成部材(気化促進手段)
2 吸込口
3 吐出口
8 空気溶解装置
12a 上流側ベンチュリ管(減圧手段)
12b 下流側ベンチュリ管(減圧手段)
12c、12d 旋回流生成用の突片(旋回流生成手段)
30 吐出ノズル
37 ホルダー
38 流路狭小形成部材(気化促進手段)
Claims (3)
- 水中に空気が加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段で圧力開放して、微細気泡を発生させながら吐出ノズルから吐出させる微細気泡発生装置であって、
前記吐出ノズルに、気水溶解流体を流す流路が設けられ、この流路の一部で気水溶解流体に旋回流を起こさせる旋回流生成手段が設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置。 - 前記旋回流生成部は、前記流路の内周壁に、内周側に突出するように設けられた少なくとも1つの旋回流生成用の突片を備え、
前記旋回流生成用の突片は、前記流路の流れ方向に対して傾斜するようにして上流側から下流側に伸ばされていることを特徴とする請求項1記載の微細気泡発生装置。 - 前記吐出ノズルに、前記減圧手段が設けられ、
前記減圧手段は、前記吐出ノズルにおける前記旋回流生成手段の下流側に配設されていることを特徴とする請求項1または2記載の微細気泡発生装置。
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