JP2009160576A - Fine air bubble generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主に、水槽や浴槽、養殖池等の水中又は気液反応槽の液中に微細な気泡を多量に発生させる微細気泡発生装置に関する。 The present invention mainly relates to a fine bubble generating apparatus that generates a large amount of fine bubbles in water or a liquid in a gas-liquid reaction tank such as a water tank, a bathtub, or a culture pond.
近年、微細な気泡を水中に発生させる事により、水の浄化、浄化の補助、水中への溶存酸素増加手段、又は、気液反応槽の反応速度、反応効率を向上させたり、ペットや人の浴槽に微細な気泡を発生させマッサージ効果や温熱効果や洗浄効果を得たり、部品等の汚れを取り除く等の研究、開発、商品化が行われているが、多量に微細な気泡を発生させるには、高い供給圧力が必要であった。 In recent years, by generating fine bubbles in water, purification of water, assistance in purification, means for increasing dissolved oxygen in water, or the reaction speed and reaction efficiency of gas-liquid reaction tanks, Research, development, and commercialization have been carried out, such as generating fine bubbles in the bathtub to obtain a massage effect, thermal effect and cleaning effect, and removing dirt from parts, etc., but in order to generate a large amount of fine bubbles Required a high supply pressure.
従来の微細気泡発生装置の旋回室の形状として例えば、特開2000−000447号公報には、「円錐形、円錐台形、徳利形状又はワインボトル形状のスペースを有する容器本体と、同スペースの内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口と」が開示されている。 As the shape of the swirl chamber of the conventional fine bubble generating device, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-000447 discloses a container body having a conical, frustoconical, bottle-shaped or wine bottle-shaped space, and an inner wall circle of the same space. And a pressurized liquid inlet opened in a tangential direction to a part of the peripheral surface.
特許3682286号公報には「略回転対称に形成され回転対称軸の軸方向の一方又は双方に向かって縮径した中空部を有する器体と、前記器体の周壁部に接線方向に開口された気液導入孔と」が開示されている。 In Japanese Patent No. 3682286, “a container body having a hollow portion that is formed substantially rotationally symmetric and has a diameter reduced toward one or both of the axial directions of the rotational symmetry axis, and a tangential opening is formed in the peripheral wall portion of the container body. “Gas-liquid introduction hole” is disclosed.
特開2004−195393号公報には「内部に円形の液室を形成した短い筒体の一端を端壁で閉じ、他端は液室に連通する所定径の開口を設け、断面を略鈎形コ字状とした混合筒から成り、この混合筒には液室の外周の接線方向に液室と連通するように設けた外部から水を導入するための導水管と」が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-195393 discloses that “one end of a short cylinder having a circular liquid chamber formed therein is closed with an end wall, and the other end is provided with an opening of a predetermined diameter communicating with the liquid chamber, and the cross section is substantially bowl-shaped. A mixing tube having a U-shape is disclosed, and a water guide pipe for introducing water from the outside provided to communicate with the liquid chamber in a tangential direction of the outer periphery of the liquid chamber is disclosed.
特開2006−142300号公報には「円筒状のケーシング内部に形成された気液の旋回可能な空間である気液旋回室と(途中省略)液体導入口は、この二重円筒構造部分の液体供給円筒の周壁面の上方に設けられ、前記二重円筒構造部分のケーシングと液体供給円筒との間に形成される空間が、前記液体導入口から導入された液体によって発生する旋回流を整流する予備旋回部を構成し」が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-142300 discloses that “a gas-liquid swirl chamber, which is a gas-liquid swirl space formed inside a cylindrical casing, and a (liquid omitted) liquid introduction port are liquids of this double cylindrical structure portion. A space provided between the casing of the double cylindrical structure and the liquid supply cylinder provided above the peripheral wall surface of the supply cylinder rectifies the swirling flow generated by the liquid introduced from the liquid inlet. The preliminary swivel portion is configured ".
特開2006−015312号公報には「液体の流入のための第1の入口と、気体の流入のための第2の入口と、気体を混合させた液体を旋回せしめるハウジング(ハウジングの内周はインボリュート様曲線に沿った形状をなしている)と」が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-015312 discloses a “first inlet for inflow of liquid, a second inlet for inflow of gas, and a housing for swirling liquid mixed with gas (the inner circumference of the housing is And a shape along an involute-like curve).
特開2007−237155号公報には「円筒型の胴に円形凹レンズ様の内室を有し、内壁円周部の接線方向に乱れなく沿って、旋回流が形成するよう内室円周部に、胴と平行に、細隙を開け、加圧した液体の導入口とし」が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-237155 states that “the cylindrical body has a circular concave lens-like inner chamber, and the inner chamber circumferential portion forms a swirl flow along the tangential direction of the inner wall circumferential portion without being disturbed. In addition, a slit is opened in parallel with the cylinder to provide a pressurized liquid inlet ”.
特開2007−111616号公報には「旋回流が生じ得る空間(空間は、円柱または円錐状)を有する容器と、前記空間内に旋回流を生じさせる加圧液体を前記容器内へ導くように前記容器の側面に設けられた加圧液体導入口と」が開示されている。
しかしながら、上記従来技術は以下の課題を有している。
図19に示すように、特許文献4を除く従来技術では、加圧流体が旋回流を起こす旋回室に突入する導入口の流速は2m/秒前後であることと、外周の低速域600では摩擦抵抗もあることや、特許文献4では、導入方向と旋回方向に角度があり運動エネルギーの無駄と乱流を起こす、また、殆んどのものが旋回室の径に対して、突入流の径の割合が大のため、旋回角速度が増速される増速域601の実質的な径が少なくなり、旋回流の導出口での旋回速度が低くなっている、これを解消するために、加圧流体の供給圧力を高くする必要があった。However, the above prior art has the following problems.
As shown in FIG. 19, in the prior art except for
また、旋回室の形状も、円柱状、円錐形、円錐台形、徳利形状、ワインボトル形状、球状、砲弾状、半球状、短筒状、外周がインボリュート形状、凹レンズ状と様々あるが、導入口から旋回室に入り旋回運動をする液体は、壁面の不必要な摩擦抵抗以外にも、不必要な減速、加速による加速度が発生する形状となっており、より多くのエネルギーが必要となり、上記と同様に加圧流体の供給圧力を高くする必要があった。 In addition, the swirl chamber has various shapes such as a cylindrical shape, a conical shape, a truncated cone shape, a bottle shape, a wine bottle shape, a spherical shape, a bullet shape, a hemispherical shape, a short cylindrical shape, an involute shape on the outer periphery, and a concave lens shape. In addition to unnecessary frictional resistance on the wall, the liquid that enters the swirl chamber has a shape that generates unnecessary deceleration and acceleration due to acceleration, and requires more energy. Similarly, it is necessary to increase the supply pressure of the pressurized fluid.
さらに、多くのタイプで歪んだ旋回流で不必要な乱流発生と気泡のせん断による振動、騒音が大きいという問題があった。 Furthermore, many types of distorted swirling flow have the problem of unnecessary generation of turbulent flow and large vibration and noise due to bubble shearing.
また、一例として、牛乳風呂の様な浴槽用高濃度の発生装置として商品化されている機器の微細気泡発生器への供給圧力は、低圧のものでも0.26MPa程度とエネルギーを多く消費し、ポンプ等の周辺装置が高出力となり、大型、高価となっていた。 In addition, as an example, the supply pressure to the fine bubble generator of equipment that is commercialized as a high concentration generator for bathtubs such as a milk bath consumes a lot of energy as low as about 0.26 MPa, Peripheral devices such as pumps have high output, and are large and expensive.
なお、旋回式の微細気泡発生装置の特性として、液体の導出口での旋回速度を早めると、気泡のサイズが小さくなり、供給気体の量を増やすと、気泡のサイズが大きくなる、という特性がある。 In addition, as a characteristic of the swirling type fine bubble generating device, if the swirling speed at the liquid outlet is increased, the bubble size decreases, and if the amount of supply gas is increased, the bubble size increases. is there.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、より少ない動力で、より多くの、より有効な50ミクロン前後の径の、微細気泡を発生させ、かつ、振動、騒音の発生を抑制した、微細気泡発生装置を開発し、微細気泡発生システム全体を、コンパクト化し、低価格で、提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to generate more effective, fine bubbles having a diameter of around 50 microns with less power, and to generate vibration and noise. To develop a microbubble generator that suppresses the above, and to make the entire microbubble generator system compact and provide it at low cost.
本発明の微細気泡発生装置は、単位体積当りの液中に微細気泡を増加させるために考案されたもので、これを達成するには、限られた動力で、旋回した液体の導出口での旋回速度をより高速とし、せん断力を高める必要がある。 The fine bubble generating apparatus of the present invention was devised to increase the fine bubbles in the liquid per unit volume. To achieve this, the liquid at the outlet of the swirling liquid with limited power is used. It is necessary to increase the turning speed and the shearing force.
その為には、液体導入口より供給された液体の運動エネルギー、圧力エネルギーを有効に使う様、液体が高速運動をしている旋回室での摩擦抵抗の削減、減速によるエネルギーロスの削減、旋回流に余分な加速度を発生させない旋回室の形状、流れ方向を滑らかにする事により、可能となる。本発明者は、次の方策を考案した。 To that end, to effectively use the kinetic energy and pressure energy of the liquid supplied from the liquid inlet, the frictional resistance is reduced in the swirling chamber where the liquid is moving at high speed, the energy loss is reduced due to deceleration, and the swirl This is possible by smoothing the shape and direction of the swirl chamber that does not generate excessive acceleration in the flow. The inventor has devised the following measures.
本発明の請求項1に記載の微細気泡発生装置は、図1、図2に示すように、旋回室外周部に取り付けられたノズル幅と同じ幅W1に周長を乗じた面積と、中間部の幅W2に周長を乗じた面積と、導出部の幅W3に周長を乗じた面積とが同じになる様な曲面をもたせ、ノズルから噴出した速度と1周目、2周目、n周目の流速をほぼ同じにすることで、旋回流に余分な加速度が生じない様、成型され、略、高さの違う富士山の輪郭を二重に重ねて出来る中間の空間様の前壁、後壁を持つ主旋回室を備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fine bubble generator according to
なお、従来技術では様々な旋回室の形状があるが、旋回流速度に加速度が付き、結果的に抵抗となり、供給圧力を高める必要がある。 Although there are various swirl chamber shapes in the prior art, it is necessary to increase the swirling flow velocity, resulting in resistance and increasing the supply pressure.
また前壁の頂部に当る位置の中心線上に高速旋回する液体の導出口を穿孔し、旋回室から開放端までの寸法を1mm前後と極力短くし、最高回転となる液体とケースとの間で発生する摩擦抵抗を少なくしている。 In addition, a liquid outlet for high-speed swirling is drilled on the center line at the position where it hits the top of the front wall, and the dimension from the swirling chamber to the open end is as short as about 1 mm. Reduced frictional resistance.
なお、従来技術ではこれが、数mmから約10mmと長く、放出するまで、旋回角速度が減速されていた。 In the prior art, this is as long as several mm to about 10 mm, and the turning angular velocity has been reduced until release.
また主旋回室の外周に、その接線方向に向け薄い帯板状の噴流を発生する一定速または、流入部より流出部の面積を序々に減少させ、噴流を増速させる機能を備えた10箇所前後のベーン状ノズルが取り付けられている。これにより、旋回室での旋回が乱れる事無く旋回角速度が増速され高速となる。また導出口における旋回角速度にあわせた、旋回室外周での初期流速を任意に決めることが出来る為、流量に合わせた設計が可能となる。 In addition, 10 locations on the outer periphery of the main swirl chamber that have a function of increasing the jet flow at a constant speed for generating a thin strip-shaped jet in the tangential direction or by gradually reducing the area of the outflow portion from the inflow portion. Front and rear vane nozzles are installed. As a result, the turning angular velocity is increased and the turning speed is increased without disturbing turning in the swirl chamber. In addition, since the initial flow velocity on the outer periphery of the swirl chamber can be arbitrarily determined in accordance with the swirling angular velocity at the outlet, the design according to the flow rate becomes possible.
なお、従来技術では、その殆んどが、処理水量に依り決まる導入口のサイズに合わせた内径のまま、旋回室に噴出されており、旋回室の外周部は、広い接触面で発生する摩擦抵抗もあり、流速が一旦、減速され、その後、小径の範囲で、旋回角速度の増速がおこなわれ、結果的に、旋回角速度が、高くなりにくい物であった。 In the prior art, most of the air is blown into the swirl chamber while maintaining the inner diameter that matches the inlet size determined by the amount of treated water, and the outer periphery of the swirl chamber has friction generated on a wide contact surface. There was also resistance, the flow velocity was once decelerated, and then the turning angular velocity was increased in the small diameter range. As a result, the turning angular velocity was difficult to increase.
また、その外周に液体導入口よりベーン状ノズルへ滑らかに且つ均等に液体が導かれる様成型された予旋回室を備えている。この液体導入口の内径は同一径もしくは、先細りとさせ流速を早くさせる構造としてもよい。 In addition, a pre-swirl chamber is formed on the outer periphery so that the liquid is smoothly and evenly guided from the liquid inlet to the vane nozzle. The inner diameter of the liquid introduction port may be the same diameter or may be tapered to increase the flow velocity.
また、従来技術では、ノズル周辺の外周との摩擦抵抗で旋回速度が低減されていたが、本発明では、旋回室外周部の厚さW1をベーン状ノズルの幅と同じ寸法にする事で、噴流の速度が有効に旋回運動のために使われる。 In the prior art, the swirl speed was reduced by the frictional resistance with the outer periphery around the nozzle, but in the present invention, the thickness W1 of the outer periphery of the swirl chamber is the same as the width of the vane nozzle, The velocity of the jet is effectively used for the swivel motion.
また、主旋回室の後壁の中心付近に凸部を設け、中心に向かった旋回流を、導出口へ、滑らかに、方向変換させる様にしている。 Further, a convex portion is provided in the vicinity of the center of the rear wall of the main swirl chamber so that the swirl flow toward the center is smoothly redirected to the outlet.
上記、構造とする事で、中心部の旋回角速度が十分に高速度となり、遠心力、向心力が働き、中心線上に、気柱軸が発生する。旋回流が導出口で最高回転となり外部に放出される。この時、粘性で気柱軸の気体を引き千切り、巻き込んで磨り潰し、気泡をせん断し、微細気泡を多量に発生させることができる様にした微細気泡発生装置である。 With the above structure, the turning angular velocity at the center becomes sufficiently high, centrifugal force and centripetal force work, and an air column axis is generated on the center line. The swirling flow reaches the maximum rotation at the outlet and is discharged to the outside. At this time, it is a fine bubble generator capable of generating a large amount of fine bubbles by drawing the gas of the air column shaft into a viscous, entangled and crushed, and shearing the bubbles.
本発明の請求項2に記載の微細気泡発生装置は、図3に示すように、請求項1に記載の微細気泡発生装置において、後壁部を取り去り、その面で対称になる様、背中合わせに設置し、ベーン状ノズルの方向を統一させ、液体導入口を1箇所とし、主旋回室の空間は、両吸込渦巻ポンプの羽根車の輪郭の形状をした、請求項1に記載の前壁部を2個とし、結果、導出口は2箇所となる、予旋回室を備えたベーン状ノズル部1組の少ない部品で2倍の流量の処理が可能となる、微細気泡発生装置である。As shown in FIG. 3, the microbubble generator according to
本発明の請求項3に記載の微細気泡発生装置は、図4に示すように、高速旋回する液体の導出口の直後に、後壁の付いた、周上に複数の穴が穿孔された内径が導出口と同程度の筒状体を持つ蓋、または、その穴より外部側は円錐状に拡大された内径が導出口と同程度の筒状体を持つ蓋を設置し、導出口より放出された微細気泡を含む膜状となった気液が通過出来、かつ中心部が負圧となる、最小な間隔を隔てて設置する。この筒状体を持つ蓋の筒の外周は、微細気泡を含む液体で満たされており、低速になっているが旋回運動をしており、せん断された気泡の大径の物や一時的に多量に混入した気体は穴が穿孔された筒状の外周に、向心力により、選択的に集まる。小径の微細気泡は液体と共に外周部より外部へ放出される。この集まった気体や大径気泡混じりの液体は、筒の周上の穴に向い、この穴より吸込まれ、再度せん断させる様にしている、また、筒の周上の穴より外部側は円錐状に拡大させ、気体や大径気泡を穴に導く様にし、この穴より吸込まれ、再度せん断させる様にしている、循環流路を備えた、さらに、騒音を低減させる機能を備えた、請求項1乃至2に記載の微細気泡発生装置である。 As shown in FIG. 4, the microbubble generator according to
本発明の請求項4に記載の微細気泡発生装置は、図5、図6、図7、図8に示すように、液体導入口と予旋回室の間に、液体の流れ方向を変え、予旋回を与える事により、ベーン状ノズルへ液体がより滑らかに且つ均等に液体が導かれる。また、旋回している液体の運動エネルギーが有効に活かされる。この様な、案内ベーンを備えた、請求項1乃至3に記載の微細気泡発生装置である。 As shown in FIGS. 5, 6, 7, and 8, the microbubble generator according to
本発明の請求項5に記載の微細気泡発生装置は、図9、図10に示すように、主旋回室の後壁の頂部の中心線上の位置に、気体導入口を設け、外部より気体を吸入出来る様に流路を備えた、請求項1乃至4に記載の微細気泡発生装置である。 As shown in FIGS. 9 and 10, the fine bubble generator according to
なお、従来技術では、液体導入口が直接、接線方向で旋回室に、流入する為、高速旋回する液体の中心軸が、供給圧力によって僅かに変動する。その為に、設計圧力より離れた圧力で供給した場合、旋回中心線上に発生した気柱軸が、気体導入口の位置とずれ、吸気不良や、これによる気柱軸の高真空でキャビテーションが発生し、気体導入口付近が侵食されることがある。 In the prior art, since the liquid inlet directly flows into the swirl chamber in the tangential direction, the central axis of the liquid swirling at a high speed slightly varies depending on the supply pressure. For this reason, when the pressure is supplied at a pressure far from the design pressure, the air column shaft generated on the swiveling center line deviates from the position of the gas inlet, and intake failure or cavitation occurs due to the high vacuum of the air column shaft. However, the vicinity of the gas inlet may be eroded.
本発明の請求項6に記載の微細気泡発生装置は、図11、図12、図13、図14に示すように、液体中に加圧溶解された気体の一部は気泡化されないまま放出されており、この溶解された気体を効率良く気泡化する為に、高速旋回する液体の導出口の直後または、請求項3の循環流路構造の直後に、所定の空間を設け、外部側壁に筒状またはコーン状の減圧発泡を促進させる流路を設け、ここで減圧発泡をさせ、微細気泡をより多く発生することができ、さらに、騒音を低減させる機能を備えた、請求項1乃至5に記載の微細気泡発生装置である。 As shown in FIGS. 11, 12, 13, and 14, the microbubble generator according to
本発明の請求項7に記載の微細気泡発生装置は、排水、汚水処理等で使用する場合、ストレーナで完全に捕捉し難い繊維状の異物が、ベーン状ノズルに引っ掛るという問題点を解決するもので、図15に示すように、前壁と後壁の間隔を保ったまま、また図16に示すように、前壁どうしの間隔を保ったまま、ベーン状ノズルの幅を減少させ、前壁側または後壁側あるいは中間に隙間を設け、異物が通過し易くした、請求項1乃至6に記載の微細気泡発生装置である。 The fine bubble generator according to
本発明の請求項8に記載の微細気泡発生装置は、請求項3に記載の微細気泡発生装置において、さらに気泡径選択機能と溶解気体の発泡を促進させる機能を持たせるための構造で、図17に示すように、循環用筒状蓋の循環用筒状部の外周に流体による抵抗が無視できる程度の流路面積をもたせる様に径方向に間隙を設けた筒状体を設置し、ここでの旋回角速度を最大となる様にして大小の気泡の選択機能を最大とする。さらに、前記筒状体の外周に同じ様に2つ目の筒状体を設け、流路をジグザグに通し、渦流を発生させる事により、導入された液体中に溶解された溶存気体を、発泡させる。そのために、その筒状体の一端に複数のスリット状、穴状の流路を設けるか、流路分を短くした、1重または2重の円筒状の筒状体を設ける。このスリット、穴、隙間の位置は1重目は導出口の反対側に、2重目は導出口側に設ける。これにより微細気泡をより多く発生することができる。気泡径選択強化機能と溶解気体の発泡を促進させる機能を持たせた、筒状体を組み込んだ、請求項1乃至7に記載の微細気泡発生装置である。 The fine bubble generating device according to claim 8 of the present invention is a structure for providing the fine bubble generating device according to
本発明の請求項9に記載の微細気泡発生装置は、図18に示すように、後壁部の形状を富士山様から円錐状とし、ベーン状ノズル流入部の流れを鋭角から鈍角とし、乱流の防止と摩擦抵抗の低減を図るべく主旋回室外周部の流れ方向を斜流とした請求項1および請求項3乃至8に記載の微細気泡発生装置である。 As shown in FIG. 18, the fine bubble generator according to claim 9 of the present invention has a shape of the rear wall portion changed from Mt. Fuji to a conical shape, and the flow of the vane-shaped nozzle inflow portion is changed from an acute angle to an obtuse angle, 9. The microbubble generator according to
本発明の請求項10に記載の微細気泡発生装置は、図19に示すように、請求項3に記載の微細気泡発生装置において、循環用筒状蓋の循環用筒状部を蓋付の筒状体とし、蓋後壁と軸方向に移動可能となる様に分離し、可撓性と弾性を持った連通部がある支持部材により、初期位置は、運転中の導出口より放出された微細気泡を含む膜状となった気液が通過出来、かつ筒の中心部が負圧となる最小な間隔より、より広く、かつ運転開始で中心部の負圧により、自動で導出口側へ引かれ、運転中は先の最小な間隔となる位置になる位置で、これを固定し、蓋付筒状体の内側と外側の圧力差による軸方向の推力で自動的に隙間調整をして、閉塞防止機能を持たせた、請求項1乃至9に記載の微細気泡発生装置である。 As shown in FIG. 19, the fine bubble generating device according to claim 10 of the present invention is the fine bubble generating device according to
本発明の請求項11に記載の微細気泡発生装置は、図20に示すように、請求項3に記載の微細気泡発生装置において、循環用筒状蓋と、導出口を備える前壁部分とを磁性体で製作し、外周部等、適切な位置に永久磁石もしくは励磁コイルで磁気回路を構成し、磁気回路の空隙の磁束密度が最大となる導出口部で高速で放出された膜状となった液体中にリング状に発電電流が流れる様にし、活水器機能を持たせた、微細気泡発生を妨害することなく可能となる、請求項1乃至10に記載の微細気泡発生装置である。 As shown in FIG. 20, the fine bubble generating device according to claim 11 of the present invention is the fine bubble generating device according to
従来技術での高効率な微細気泡発生装置に比べ約半分のエネルギーで同等で良好な微細気泡を多量に発生させる事ができる為、微細気泡発生システム全体のコンパクト化や低コスト化が可能となる。 Compared to the high-efficiency micro-bubble generator in the prior art, it can generate a large amount of equal and good micro-bubbles with about half the energy, so the entire micro-bubble generator system can be made compact and cost-effective. .
従来技術品に比較し、エネルギー消費が少ないため、ランニングコストも低減される。 Since the energy consumption is lower than that of the prior art products, the running cost is also reduced.
また、導入された液体の流路での流れが滑らかとなる為、低振動となる。 Further, since the flow of the introduced liquid in the flow path becomes smooth, the vibration becomes low.
また、供給液体流量に合わせて、高効率な微細気泡発生装置を設計することが、容易に出来る。 In addition, it is easy to design a highly efficient fine bubble generator in accordance with the flow rate of the supplied liquid.
さらに、蓋等に依る導出口での騒音発生の遮蔽と、ポンプの低圧化に依り低騒音化が可能となり設置場所の制限が少なくなる。 Furthermore, the noise can be reduced by shielding the generation of noise at the outlet through a lid and the like, and lowering the pressure of the pump, and the installation place is reduced.
以下、本発明の実施の形態を説明する。
(実施の形態1)
図1、図2は本発明の請求項1に記載の微細気泡発生装置の一例である。なお、図1は側面の断面図、図2は図1のA−A線断面図である。液体導入口106より加圧された液体、気泡混じりの液体、気体が溶解された液体は、予旋回室105に向けられ導入され、ベーン状ノズル104の外周より滑らかに且つ均等に流れ込む。流れ込んだ液体は薄い帯板状の噴流となり、主旋回室100の外周の接線方向に向け噴出される。噴出された液体は、流速に余分な加速度が発生し難い断面を持った主旋回室100の外周より内周にある導出口103に向かって、旋回が乱れる事無く、旋回角速度を増速させ、導出口103より放出する。また、主旋回室100の中心線上に、気柱軸が発生し、放出時、粘性で気柱軸の気体を引き千切り、巻き込んで磨り潰し、気泡をせん断し、微細気泡を多量に発生させることができる。Embodiments of the present invention will be described below.
(Embodiment 1)
1 and 2 show an example of a microbubble generator according to
(実施の形態2)
図3は本発明の請求項2に記載の微細気泡発生装置の一例である。なお、図3は側面の断面図である。液体導入口106より加圧された気泡混じりの液体、気体が溶解された液体は、予旋回室105に向けられ導入され、適切な幅を持った、ベーン状ノズル104の外周より滑らかに且つ均等に流れ込む。流れ込んだ液体は薄い帯板状の噴流となり、主旋回室100の外周の接線方向に向け噴出される。噴出された液体は、流速に余分な加速度が発生し難い断面を持った主旋回室100の外周より内周の両側にある導出口103に向かって、旋回が乱れる事無く、旋回角速度を増速させ、2箇所の導出口103より放出する。また、主旋回室100の中心線上に、気柱軸が発生し、放出時、粘性で気柱軸の気体を引き千切り、巻き込んで磨り潰し、気泡をせん断し、微細気泡を多量に発生させることができる。(Embodiment 2)
FIG. 3 is an example of a microbubble generator according to
(実施の形態3)
図4は本発明の請求項3に記載の微細気泡発生装置の一例である。上記、実施の形態1、実施の形態2の導出口103の直後に付けるものである。なお、図4は側面の断面図である。導出口103より旋回しながら膜状で放出された気泡混じりの液体は、遠心力、向心力にて、小径の微細気泡は外周に寄り、外部へ放出通路より放出され、大径の微細気泡や一時的に多量に混入した気体は内周に寄り、負圧に依り、循環用筒状体200の穴201を通過し矢印の方向に流れ、導出口103側に引き込まれ、再度、高速旋回している液体と合わさり、気泡、気体がせん断され、微細化される。なお、循環用筒状体200の穴201の外部側は円錐状に拡大させ、穴に導く様にしてもよい。(Embodiment 3)
FIG. 4 is an example of a microbubble generator according to
(実施の形態4)
図5、図6、図7、図8は本発明の請求項4に記載の微細気泡発生装置の一例である。なお、図5は側面の断面図、図6は図5のB−B線断面図、図7は側面の断面図、図8は図7のC−C線断面図である。図5のように、流入方向と放出方向が直線状の場合や図8のように、流入方向と放出方向が直角で図2の様に偏芯していない場合は、液体導入口106より導入された液体、気泡混じりの液体、気体が溶解された液体を予旋回室105に向け、方向変更や、予旋回を与える、案内ベーン300、301を設け、ベーン状ノズル104へ液体がより滑らかに且つ均等に液体が導かれる様にする。(Embodiment 4)
5, FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 8 show an example of the microbubble generator according to
(実施の形態5)
図9、図10は本発明の請求項5に記載の微細気泡発生装置の一例である。なお、図9、図10は側面の断面図である。主旋回室100の後壁102の頂部の中心線上の位置に、気体導入口400を設け、外部より気体を吸入出来る様に気体導入接続口401を備えており、図22で示す微細気泡発生システム等で使用する。(Embodiment 5)
9 and 10 show an example of the microbubble generator according to
(実施の形態6)
図11、図12、図13図14は本発明の請求項6に記載の微細気泡発生装置の一例である。高速旋回する液体の導出口103の直後または、実施の形態3の循環流路構造の直後に、所定の空間502を設け、外部側壁に筒状通路500またはコーン状流路501の減圧発泡を促進させる流路を設け、ここで減圧発泡をさせ、微細気泡をより多く発生させ、さらに、騒音を低減させる機能を備えている。(Embodiment 6)
FIG. 11, FIG. 12, FIG. 13 and FIG. 14 show an example of the microbubble generator according to
(実施の形態7)
図15、図16は本発明の請求項7に記載の微細気泡発生装置の一例である。ストレーナで捕捉できず通過した繊維状の異物が流入しても、閉塞せずに通過させるもので、性能を低下させる事を抑え、微細気泡を発生できる様にしたものである。導入された液体の流路幅W1を保ったまま、ベーン状ノズル510の幅を減少させ、流入側の形状を先の方を中心側に斜めにし、引っ掛かった異物が移動し、通過する様にしている。また、幅を減少させたベーン状ノズル510は前壁側または後壁側に付けることができる。さらに幅を減少させたベーン状ノズル510を前壁側と後壁側の両方に付け、中央に通過する隙間を設けることができる。この場合、前壁側と後壁側のベーン状ノズル510の回転方向の位置関係を360度/2n(nはベーン状ノズルの数)ずらし、前後が交互とすることが好ましい。(Embodiment 7)
15 and 16 show an example of the fine bubble generator according to the seventh aspect of the present invention. Even if fibrous foreign matter that cannot be trapped by the strainer flows in, it passes through without blocking, and it is possible to suppress the deterioration of performance and generate fine bubbles. While maintaining the flow path width W1 of the introduced liquid, the width of the vane-shaped nozzle 510 is decreased, the shape on the inflow side is inclined toward the center, and the trapped foreign matter moves and passes. ing. Further, the vane nozzle 510 having a reduced width can be attached to the front wall side or the rear wall side. Furthermore, a vane-like nozzle 510 with a reduced width can be attached to both the front wall side and the rear wall side, and a gap passing through the center can be provided. In this case, it is preferable that the positional relationship in the rotation direction of the vane-shaped nozzles 510 on the front wall side and the rear wall side is shifted by 360 degrees / 2n (n is the number of vane-shaped nozzles), and the front and rear are alternated.
(実施の形態8)
図17は本発明の請求項8に記載の微細気泡発生装置の一例である。請求項3に記載の微細気泡発生装置において、さらに気泡径選択機能と溶解気体の発泡を促進させる機能を持たせるための構造で、循環用筒状蓋200の循環用筒の外周に流体による抵抗が無視できる程度の流路面積をもたせる様に径方向に間隙を設けた筒状体520を設置し、導出口よりの旋回余力を、ここでの旋回角速度を最大となる様に小径化して大小の気泡の選択機能を最大とし大径の気泡を循環用穴201に導く。さらに、前記筒状体520の外周に同じ様に2つ目の筒状体を設け、流路をジグザグに通し、渦流を発生させる事により、導入された液体中に溶解された溶存気体を、発泡させる。そのために、その筒状体520の一端に複数のスリット状、穴状の流路を設けるか、流路分を短くした、1重または2重の円筒状の筒状体520を設ける。このスリット、穴、隙間の位置は1重目は導出口103の反対側に、2重目は導出口103側に設ける。これにより微細気泡をより多く発生することができる。(Embodiment 8)
FIG. 17 shows an example of a microbubble generator according to claim 8 of the present invention. 4. The fine bubble generating apparatus according to
(実施の形態9)
図18は本発明の請求項9に記載の微細気泡発生装置の一例である。後壁102部の形状を富士山様から円錐状後壁530とし、ベーン状ノズル流入部の流れを鋭角から鈍角とし、乱流の防止と摩擦抵抗の低減を図るべく主旋回室外周部の流れ方向を斜流とする。(Embodiment 9)
FIG. 18 shows an example of a microbubble generator according to claim 9 of the present invention. The shape of the
(実施の形態10)
図19は本発明の請求項10に記載の微細気泡発生装置の一例である。請求項3に記載の微細気泡発生装置において、循環用筒状蓋200の循環用筒状部を蓋付の筒状体550とし、蓋後壁と軸方向に移動可能となる様に分離し、可撓性と弾性を持った連通部がある支持部材により、初期位置は、運転中の導出口103より放出された微細気泡を含む膜状となった気液が通過出来、かつ筒の中心部が負圧となる最小な間隔より、より広く、かつ運転開始で中心部の負圧により、自動で導出口103側へ引かれ、運転中は先の最小な間隔となる位置となる位置で、これを固定する。通常運転時はP1=P2>P3となり導出口側へ、異物553がからまった時はP1=P2<P3となり導出口とは反対側に推力が働き筒状体550は移動する。この様に、蓋付筒状体550の内側と外側の圧力差による軸方向の推力で自動的に隙間調整をして、閉塞防止機能を持たせるものである。(Embodiment 10)
FIG. 19 shows an example of a microbubble generator according to claim 10 of the present invention. In the fine bubble generating device according to
(実施の形態11)
図20は本発明の請求項11に記載の微細気泡発生装置の一例である。請求項3に記載の微細気泡発生装置において、循環用筒状蓋200と、導出口103を備える前壁部分とを磁性体で製作し、外周部等、適切な位置に永久磁石540もしくは励磁コイル541にて磁気回路を構成し、磁気回路の空隙の磁束密度が最大となる導出口103部で高速で放出された膜状となった液体中にリング状に発電電流が流れる様にし、活水器機能を持たせた。また形状は変えることがないので微細気泡発生を妨害することなく可能となる。(Embodiment 11)
FIG. 20 is an example of a microbubble generator according to claim 11 of the present invention. 4. The fine bubble generating apparatus according to
一例として、市販されている、浴槽用微細気泡発生装置で実験を行った結果は次の通りとなった。システムは図23の通りである。
商品構成は300L浴槽用、消費電力430W、気体溶解装置外径115mm高さ210mm(特許第3929472号)、微細気泡発生装置(特許第3682286号)流入圧力0.26MPa、流量12L/分の装置で300L浴槽で微細気泡を発生させた。
これと同じレベルの微細気泡を本発明の微細気泡発生装置と付替え、ポンプ圧力を変更し、同等となる圧力を調べた。その結果、微細気泡発生装置流入圧力0.20MPa、流量7L/分、給気量700CC/分、消費電力260Wとなった。
ここで、微細気泡発生装置に入力されているエネルギーは、水動力として(L=0.163QH(比重1の場合))で計算すると、前者は約51W、後者は約23Wと半分以下となる。また、騒音も聴感上であるが約半減した。
さらに、気泡径を顕微鏡で測定し、クリアー光学製P−100H型ガラススケールの目盛と比較すると、図24の様にサイズは、殆んどの物が40ミクロンから50ミクロンであり、多量に発生しているのが観察できる、量的には概略50万個/CC(5億個/L)とみられる。
なお、実験で使用した微細気泡発生装置の各部の主要寸法他は、予旋回室外径35mm、ベーン状ノズルの幅2mm、ベーン状ノズルの数9箇所、主旋回室外径20mm、導出口径6mm、本体外径50mm、長さ50mmで形状は図14の方式で筒状通路の物で、比較した従来技術の物は旋回室外形約45mm、本体外径約50mm、長さ約100mmで、本考案品は半分の体積となっている。As an example, the results of an experiment using a commercially available microbubble generator for bathtubs are as follows. The system is as shown in FIG.
The product configuration is for 300L bathtub, power consumption 430W, gas dissolving device outer diameter 115mm height 210mm (patent No. 3929472), fine bubble generator (patent No. 3682286) inflow pressure 0.26MPa, flow rate 12L / min. Fine bubbles were generated in a 300 L bath.
The same level of microbubbles was replaced with the microbubble generator of the present invention, the pump pressure was changed, and the equivalent pressure was examined. As a result, the microbubble generator inflow pressure was 0.20 MPa, the flow rate was 7 L / min, the air supply amount was 700 CC / min, and the power consumption was 260 W.
Here, when the energy input to the microbubble generator is calculated as hydraulic power (L = 0.163QH (in the case of specific gravity 1)), the former is about 51 W and the latter is about 23 W, which is less than half. In addition, noise was reduced by about half, although it was audible.
Furthermore, when the bubble diameter is measured with a microscope and compared with the scale of a clear optical P-100H type glass scale, most of the sizes are 40 to 50 microns as shown in FIG. It can be observed that the quantity is approximately 500,000 / CC (500 million / L).
In addition, the main dimensions of each part of the fine bubble generator used in the experiment include a pre-swirl chamber outer diameter of 35 mm, a vane-shaped nozzle width of 2 mm, nine vane-shaped nozzles, a main swirl chamber outer diameter of 20 mm, a discharge port diameter of 6 mm, a main body The outer diameter is 50 mm, the length is 50 mm, and the shape is a cylindrical passage according to the method shown in FIG. 14, and the comparative prior art is about 45 mm in swirl chamber outer diameter, about 50 mm in outer diameter, and about 100 mm in length. Is half the volume.
また、図9、図10の方式は図22に示すシステム等で使用し、その他の方式は図21、図23に示すシステム等で使用できる。 9 and 10 can be used in the system shown in FIG. 22 and other methods can be used in the system shown in FIGS.
100主旋回室
101前壁
102後壁
103導出口
104べーン状ノズル
106導入口
200循環用筒状蓋
201循環用穴
202循環用傾斜部
300案内ベーン
301案内ベーン(破線部)
400気体導入口
401気体導入接続口
500筒状流路
501コーン状流路
502空間
510幅を減少させたベーン状ノズル
520筒状体
530円錐状後壁
540永久磁石
541励磁コイル
550蓋付の筒状体
551支持部
552連通穴
553異物
600低速域
601増速域
700微細気泡発生装置
701吸込管路
702ポンプ
703気体導入調節弁
704気体溶解装置
705吐出配管
710実験用300L浴槽または液体槽
711液体槽100 main swirl chamber 101
400
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