JP2016137494A - 微細気泡発生方法、微細気泡発生装置の設計方法および微細気泡発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キャビテーションによって発生する水中の微細気泡の径を小さくする場合に、縮流部を流れる気体溶解水の流速が遅くなるように調整し、キャビテーションによって発生する水中の微細気泡の径を大きくし、かつ、数密度を増加させる場合に、縮流部を流れる気体溶解水の流速が早くなるように調整する。
【選択図】図1
Description
キャビテーションによって発生する水中の微細気泡の径を小さくする場合に、縮流部を流れる気体溶解水の流速が遅くなるように調整し、
キャビテーションによって発生する水中の微細気泡の径を大きくし、かつ、数密度を増加させる場合に、縮流部を流れる気体溶解水の流速が早くなるように調整する
ことを特徴としている。
径が小さい微細気泡を発生させる微細気泡発生装置の場合には、縮流部を流れる気体溶解水の流速が遅くなるように設計し、
径が大きく、かつ、数密度が高い微細気泡を発生させる微細気泡発生装置の場合には、縮流部を流れる気体溶解水の流速が早くなるように設計する
ことを特徴としている。
縮流部を流れる気体溶解水の流速が遅く設定されていることで、径が小さい微細気泡が発生するように設計されているか、または、
縮流部を流れる気体溶解水の流速が早く設定されていることで、径が大きく、かつ、数密度が高い微細気泡が発生するように設計されている
ことを特徴としている。
P2:縮流部13bの圧力
Pv:飽和水蒸気圧
u1:導入部13aの流速
u2:縮流部13bの流速
ρ :密度
ベルヌーイの定理(p+1/2ρu2+ρgh=const.)より、
P1+1/2ρu12=P2+1/2ρu22 (1)
P1−P2=1/2ρ(u22−u12) (2)
一方、微細気泡が生成するための条件として、圧力が飽和水蒸気圧以下になり、キャビテーションが発生するときを考慮すると、
(P1−Pv)/(P1−P2)≦1 (3)
式(2)(3)より、
(P1−Pv)/(1/2ρu22)≦1 (4)
式(4)の左辺で表される値はキャビテーション係数Cvであり、キャビテーションの発生しやすさを表す係数である。Cvが大きいほどキャビテーションが発生しやすいことを表す。特にキャビテーションが発生しやすい場合、Cvは1以上の値となる。
u1=(A2/A1)u2 (5)
したがって、
Cv=(P1−Pv)/(1/2ρ(1−(A2/A1)2)u22) (6)
式(6)より、
u2=((P1−Pv)/(Cv×ρ/2×(1−(A2/A1)2)))(1/2) (7)
また、キャビテーションを発生する条件は、A1>>A2、すなわち(A2/A1)2<<1であるため、
u2=((P1−Pv)/(Cv×ρ/2))(1/2) (8)
実験より、水温25℃のとき、微細気泡の初生流速、微細気泡径が最小となる流速および気泡の数密度が飽和する流速は、それぞれ、11、12.5、13m/sであることが確認されている。これらの結果から微細気泡の初生流速、微細気泡径が最小となる流速および気泡の数密度が飽和する流速のキャビテーション係数Cvを算出すると、微細気泡の初生するときのCv、微細気泡径が最小となるときのCvおよび気泡の数密度が飽和するときのCvは、順に1.627、1.367、1.165となる。このキャビテーション係数Cvと導入部13aの圧力条件P1に基づき、微細気泡発生の流速条件は、式(8)より以下の式で示すことができる。
最小微細気泡径のときの流速:u2=((P1−Pv)/(1.367×ρ/2))(1/2)
気泡数密度飽和のときの流速:u2=((P1−Pv)/(1.165×ρ/2))(1/2)
各水温における飽和蒸気圧から上記流速を算出した結果を図5に示した。微細気泡の初生流速の曲線と、気泡数密度飽和のときの流速の曲線の間の流速範囲で、縮流部13bの気体溶解水の流速を変化させると、水中の微細気泡の径と数密度の少なくともいずれか一方を調整することが可能となる。
9 ポンプ
11 気体溶解部
13 微細気泡発生部
13a 導入部
13b 縮流部
17 流速調整手段
Claims (5)
- 加圧条件下で水に気体を溶解させ、気体溶解水を生成した後、導入部と導入部より断面積が小さい縮流部が接続して形成された微細気泡発生部に気体溶解水を供給し、縮流部を通過することよって気体溶解水が減圧されることによりキャビテーションを発生させて気体溶解水中の溶存気体を析出させ、微細気泡を発生させ、キャビテーションにより発生した気泡を吐出する微細気泡発生方法であって、
キャビテーションによって発生する水中の微細気泡の径を小さくする場合に、縮流部を流れる気体溶解水の流速が遅くなるように調整し、
キャビテーションによって発生する水中の微細気泡の径を大きくし、かつ、数密度を増加させる場合に、縮流部を流れる気体溶解水の流速が早くなるように調整する
ことを特徴とする微細気泡発生方法。 - 縮流部を流れる気液溶解水の流速は、キャビテーションが発生する最下限の流速以上、スーパーキャビテーションが発生する最下限の流速未満の範囲内で調整されることを特徴とする請求項1に記載の微細気泡発生方法。
- 縮流部または導入部の流路の断面積を変化させて縮流部の気体溶解水の流速を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の微細気泡発生方法。
- 加圧条件下で水に気体を溶解させ、気体溶解水を生成した後、導入部と導入部より断面積が小さい縮流部が接続して形成された微細気泡発生部に気体溶解水を供給し、縮流部を通過することよって気体溶解水が減圧されることによりキャビテーションを発生させて気体溶解水中の溶存気体を析出させ、設定された所望の径または数密度の微細気泡を発生させ、キャビテーションにより発生した気泡を吐出する微細気泡発生装置の設計方法であって、
径が小さい微細気泡を発生させる微細気泡発生装置の場合には、縮流部を流れる気体溶解水の流速が遅くなるように設計し、
径が大きく、かつ、数密度が高い微細気泡を発生させる微細気泡発生装置の場合には、縮流部を流れる気体溶解水の流速が早くなるように設計する
ことを特徴とする微細気泡発生装置の設計方法。 - 加圧条件下で水に気体を溶解させ、気体溶解水を生成した後、導入部と導入部より断面積が小さい縮流部が接続して形成された微細気泡発生部に気体溶解水を供給し、縮流部を通過することよって気体溶解水が減圧されることによりキャビテーションを発生させて気体溶解水中の溶存気体を析出させ、設定された所望の径または数密度の微細気泡を発生させ、キャビテーションにより発生した気泡を吐出する微細気泡発生装置であって、
縮流部を流れる気体溶解水の流速が遅く設定されていることで、径が小さい微細気泡が発生するように設計されているか、または、
縮流部を流れる気体溶解水の流速が早く設定されていることで、径が大きく、かつ、数密度が高い微細気泡が発生するように設計されている
ことを特徴とする微細気泡発生装置。
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