JP2015080771A - 孔付リング及びそれを装着したナノバブル生成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、気液混合の直進液流をインペラの羽根でせん断しながら、さらに掻き込むように作用させて羽根内に留まる時間を長くすることにより、繰り返しのせん断を実現している。つまり、羽根内に溜まっている気液混合流体を円周方向へ直接放出する作用は生じない。そのため、回転中心部の近傍の圧力を高めることで外に向けて放出(排出)させている。その結果、回転中心部近傍の圧力が高まれば流水口から流入する直進液流も押し返してしまい、相反する圧力の微妙な制御が必要になると共に、ナノバブル生成の効率向上が図れない、という問題が残る。
これにより、第1空間に気液混合流体が流入してから第2空間を経由して排出されるまでの一連の液流がスムースになり、第一機能として効率良くナノバブルを生成することができる。
これにより、孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡は、この孔部の縁とインペラの端部とにより効率良くせん断することができる。そのため、第二機能として効率良くナノバブルを生成することができる。
これにより、孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡は、この孔部の縁とインペラの端部とにより効率良くせん断することができる。そのため、効率良くナノバブルを生成することができる。
ここで磁気浮上型ポンプとは、例えばレビトロポンプとも呼ばれるものであり、インペラ(羽根車)を回転させるための回転軸(シャフトと軸受)を必要としない形式のポンプである。具体的には、ケーシング内に非接触状態で配備されたインペラを高速回転させることにより過流を発生させて液体を吸上げ、その後、吸い上げた液体を所定の排出口から排出する。そのため、ケーシング内での発塵を防止することができる。また、インペラの回転は、インペラの筺体内部に配備されたロータと、ケーシング側に配備されたコイルとを作用させることにより回転駆動する構成が採用されている。
なお、説明においてマイクロバブルと示す場合には、気泡サイズが1.0[μm]以上のバブル(気泡)を指すものとし、ナノバブルと示す場合には、気泡サイズが1.0[μm]未満のバブルを指すものとする。また、マイクロバブル及びナノバブルを区別する必要がない場合には、気泡又は単にバブルと示す。
ケーシングの内部空間にせん断リング14を配備し、インペラ13と上蓋ケーシング11、せん断リング14の内壁面とにより形成される空間を、第1空間(S1)と呼ぶ。また、本体ケーシング10の内壁面とせん断リング14の外壁面とで形成される空間を第2空間(S2)と呼ぶ。このように、せん断リング14を装着することにより、第1空間S1と第2空間S2が形成される。
以下、インペラ13の構成例、せん断リング14の構成例、並びに、せん断過程の詳細について説明する。
インペラ13は、開口部130が設けられた円環形状の蓋部131、その内部に図示しないロータが配備された円柱形状のロータケース部132、断面弓形状の4枚の羽根13aを含んで構成される。羽根13aは、同軸芯状に配置された蓋部131とロータケース部132により狭着される。これにより、本体ケーシング10の外側に配備された図示しないコイルと、ロータケース部132の内部に配備された図示しないロータによる回転駆動力が羽根13aに伝達される。
せん断リング14は、図3(a)に示すように、それぞれが円環形状に形成され、同軸芯状に配置された上鍔部141、下鍔部142、側壁部143を含んで構成されたリングである。せん断リング14の側壁部143には、第1空間S1と第2空間S2とを連通するための孔部145が複数個配備される。この孔部145は、例えば直径5[mm]の円形状をしており、側壁部143の壁面に均等に配備される。なお、孔部145の形状及びサイズ、配備間隔などは任意に設定することができる。
このようにして生成されたマイクロバブル水には、マイクロバブルの他、ナノバブルも含まれていることが見て取れる。
以下、インペラ13及びせん断リング14によるせん断過程の詳細について説明する。
インペラ13が回転することにより、第2空間S2の圧力に比べて第1空間S1の圧力が相対的に高まる。そのため、図5に示すように、第1空間S1においてインペラ13の回転力により付勢された気液混合流体は、孔部145を通過して第2空間S2へとスムースに流入する。さらに、せん断リング14の側壁部143により、孔部145以外では気液混合流体の通過は阻まれる。そのため、孔部145に到達した気液混合流体に加わる圧力は、第1空間S1内の他の気液混合流体に加わる圧力よりも相対的に高いものとなる。これにより、気泡せん断後の気液混合流体が孔部145を通過する際の流速が高まり、第2空間S2への流入をよりスムースに行うことができる。
また、相対的に高い圧力が加えられた状態で孔部145に到達した気液混合流体に内在する気泡は、せん断リング14の内壁に沿って流体をそぎ切るように移動している羽根13aの端部と孔部145の縁とによりせん断される。このようにして、気泡はせん断され、微細化される。
また、孔部145に到達した気液混合流体に内在する気泡には、さらに、せん断する際の圧力も付与される。そのため、気泡に物理的刺激(例えば、せん断)を与えることにより、当該気泡を潰す圧壊をより促進させることができる。
図5において説明したように、インペラ13が回転力することにより、第2空間S2の圧力に比べて第1空間S1の圧力が相対的に高まる。そのため、図6に示すように、第1空間S1においてインペラ13の回転力により付勢された気液混合流体は、凹部146から孔部145を経て第2空間S2へとスムースに流入する。さらに、第1の鍔部である下鍔部142により、凹部146以外では気液混合流体の孔部145の通過が阻まれる。そのため、凹部146に到達した気液混合流体に加わる圧力は、第1空間S1内の他の気液混合流体に加わる圧力よりも相対的に高いものとなる。これにより、気泡せん断後の気液混合流体が孔部145を通過する際の流速が高まり、第2空間S2への流入をよりスムースに行うことができる。
また、相対的に高い圧力が加えられた状態で凹部146に到達した気液混合流体に内在する気泡は、凹部146が形成されている下鍔部142の上底面に沿って流体をそぎ切るように移動している羽根13aの端部と凹部146の縁とによりせん断される。このようにして、気泡はせん断され、微細化される。なお、この場合の羽根13aの端部とは、凹部146と対向する羽根13aの弓形状底面の端部である。
また、凹部146に到達した気液混合流体に内在する気泡には、さらに、せん断する際の圧力も付与される。そのため、気泡に物理的刺激(例えば、せん断)を与えることにより、当該気泡を潰す圧壊をより促進させることができる。
図7(a)の表に示す計測結果と、図4の表に示す計測結果とを比較すると、気泡サイズ0.2[μm]、0.3[μm]、0.5[μm]のそれぞれにおいて、計測された気泡の個数が増加していることが見て取れる。
図7(a)の表に示す計測結果と、図7(b)の表に示す計測結果とを比較すると、インペラ13の単位時間当たりの回転数に関わらず、気泡サイズ0.2[μm]、0.3[μm]、0.5[μm]のそれぞれにおいて、計測された気泡の個数が増加していることが見て取れる。ナノバブル生成装置1にせん断リング14を装着することにより、せん断リング14が未装着の場合と比べて、全体として生成されるナノバブルの全体数が平均して16[%]増加している。
また、孔部145、並びに、凹部146に到達した気液混合流体に内在する気泡には、さらに、せん断する際の圧力も付与される。そのため、気泡に物理的刺激(例えば、せん断)を与えることにより、当該気泡を潰す圧壊が促進され、効率良くより多くのナノバブルを生成することができる。
Claims (10)
- 気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングと、
このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第1空間と、前記気液混合流体を流出させるための第2空間とを形成するとともに、前記第1空間と前記第2空間とを連通させる孔部を有する孔付リングと、
前記第1空間に流入した第1の気液混合流体に内在する気泡をせん断するための端部を有するインペラと、
その気泡が前記端部でせん断され、さらに前記孔部を経て前記第2空間に流入した第2の気液混合流体をケーシング外に向けて排出する排出機構と、
を有することを特徴とするナノバブル生成装置。 - 気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングと、
このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第1空間と、前記気液混合流体を流出させるための第2空間とを形成するとともに、前記第1空間と前記第2空間とを孔部を通じて連通させる孔付リングと、
この孔付リングの内側に配設され、その端部が、前記孔付リングの内壁に対向して配備され、前記第1空間において回転可能に構成されたインペラと、
前記インペラの回転により付勢され、前記第1空間に流入して前記孔付リングの孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該孔部の縁と当該インペラの端部とによりせん断するせん断機構と、
このせん断機構により気泡がせん断された気液混合流体が前記第2空間を経由してケーシング外に向けて排出する排出機構と、を有することを特徴とする、
ナノバブル生成装置。 - 前記孔付リングは、その上端部又は下端部の少なくとも一方の端部から当該孔付リングの内側方向に延出した第1の鍔部を有しており、
前記第1の鍔部は、前記インペラの端部とは異なる端部と対向する外壁に前記孔部の縁の一部と連設された凹部が形成されており、
前記せん断機構は、前記インペラの回転により付勢され、前記第1空間に流入して前記凹部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによりせん断すること特徴とする、
請求項2に記載のナノバブル生成装置。 - 前記孔付リングは、その上端部及び下端部のそれぞれから当該孔付リングの外側方向に延出した第2の鍔部を有しており、
前記第2の鍔部は、前記ケーシングの内部空間の壁面と密接する形状に形成されており、この第2の鍔部を有する孔付リングを当該内部空間に配備することにより前記第2空間が形成されることを特徴とする、
請求項2又は3に記載のナノバブル生成装置。 - 前記せん断機構は、前記第2の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第1の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるように前記気泡をせん断することを特徴とする、
請求項2又は3に記載のナノバブル生成装置。 - 気泡が内在する気液混合流体が流入する内部空間を有するケーシングを備え、回転可能に構成されたインペラの回転により付勢され、この内部空間に流入した気液混合流体を当該ケーシング外に向けて排出するポンプに装着する孔付リングであって、
このケーシングの内部空間に、前記気液混合流体が流入する第1空間と、前記気液混合流体を流出させるための第2空間とを形成するリングと、
前記第1空間と前記第2空間とを連通させるために前記リングに設けられた孔部と、を有しており、
前記リングの内側に配設され、その端部が、前記リングの内壁に対向して配備され、前記第1空間において前記インペラの回転により付勢され、当該第1空間に流入して前記孔部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該孔部の縁と当該インペラの端部とによりせん断し、当該気泡がせん断された気液混合流体を前記第2空間を経由してケーシング外に向けて排出するように構成される、
孔付リング。 - 前記リングは、その上端部又は下端部の少なくとも一方の端部から当該リングの内側方向に延出した第1の鍔部を有しており、
前記第1の鍔部は、前記インペラの端部とは異なる端部と対向する外壁に前記孔部の縁の一部と連設された凹部が形成されており、
前記インペラの回転により付勢され、前記第1空間に流入して前記凹部に到達した気液混合流体に内在する気泡を、当該凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによりせん断するように構成される、
請求項6に記載の孔付リング。 - 前記リングは、その上端部及び下端部のそれぞれから当該リングの外側方向に延出した第2の鍔部を有しており、
前記第2の鍔部は、前記ケーシングの内部空間の壁面と密接する形状に形成されており、この第2の鍔部を有するリングを当該内部空間に配備することにより前記第2空間が形成されるように構成される、
請求項6又は7に記載の孔付リング。 - 前記孔部の縁と前記インペラの一の端部とによる前記気泡のせん断は、前記第2の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第1の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるようにせん断することを特徴とする、
請求項6に記載の孔付リング。 - 前記凹部の縁と前記インペラの端部とは異なる端部とによる前記気泡のせん断は、前記第2の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合が、前記第1の気液混合流体に内在する気泡全体におけるナノバブルの割合よりも高い割合となるようにせん断することを特徴とする、
請求項7に記載の孔付リング。
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