JP2016155073A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産工場は勿論一般家庭でも容易に設置でき、使用が簡単で効率よくマイクロバブルを含む水が得られる装置を提供する。【解決手段】流水によって負圧が生じる部分の流水路の側部に吸込み口14を備えたアスピレータ１と、一方の端にアスピレータの前記吸込み口14に接続される気液供給口部21を有し、他方の端に吸水口部22を有し、気液供給口部21と吸水口部22の間に気体を取り込むための吸気部23を備え、気液供給口部21と吸気部23の間の管内に気液混合部材を充填して成る気液供給管２とからなる微細気泡発生装置。【選択図】図２

Description

本発明は、アスピレータの原理を利用したマイクロバブル（微細気泡）を含む水を作成するための装置に関するものである。

アスピレータは、水道水を利用して真空に近い減圧をつくることができる理化学機器であって、水道水を流通させる流路（管路）の一部を細くすることで、管路が狭くなった部分に減圧が生じることから、この部分に吸込み口（吸気孔部）を設け、この吸気孔部にパイプ等を接続してフラスコ等の容器内のガスを吸引除去するとか容器内を真空状態にするなど、化学の実験室等で使用されている。一方、アスピレータは、気体、例えば空気を吸引した水流水は気泡を含む水となって流出するため、積極的に気泡を含む水流を得るためにも使用されている。

アスピレータの構造を利用した発明としては、例えば、水道水の流れる流路の中に空気を吸い込む空気導入路を設け、水流によって生じる負圧（減圧）で空気を水流内に引き込み、水流路の下流に設けた多数の回転羽根でマイクロバブルを生じさせる装置（特許文献１）や、浴槽の湯を循環させる循環路の途中に水流の流れる方向に管径が縮小され内面をスパイラル状にしたアスピレータ管を設け、該アスピレータ管に空気を供給するためのボールバルブを設けたものなどがある（特許文献２）。
上記とは別に、本発明者は、アスピレータの旋転流を囲む位置にＳＰＧ（シラス・ポーラス・ガラス）製などの多孔質パイプを配置することによって、水流路内に発生した真空が、多孔質パイプ壁を通して空気を水流内に取り込み、水中にマイクロバブルを発生させる装置について、さきに提案した（特許文献３）。
これらはいずれも、アスピレータの水流路の側面に空気導入孔を設け、この空気導入孔から流路内に空気を吸い込ませて微細気泡をつくる方法である。

特開２００５―３０５２１９号公報 特開平６−３１９７７４号公報 特開２０１２−１２０９９７号公報

従来のマイクロバブルの発生装置は、アスピレータの水流路の側面に空気導入孔を設け、この空気導入孔から流路内に空気を引き込む方式であるため、気泡の大きさを調整するのが難しく、さらに微細な気泡を得るためには、空気導入孔の口径をより小さくするとか、アスピレータから流出する気泡を含む水を攪拌して気泡を砕くなど方法が採られている。

本発明は、構造が簡単で容易に所望の微細気泡を含む流水を連続して作成・供給できる装置を提供するものである。
本発明の微細気泡発生装置は、アスピレータと、アスピレータの吸込み口に装着される気液供給管とからなり、該気液供給管が、一方の端にアスピレータの吸込み口に接続される気液供給口部を有し、他方の端に吸水口部を有し、気液供給口部と吸水口部の間に気体を取り込むための吸気部を備えた構造よりなり、吸水口部から導入される水量と吸気部からの気体量を任意に調整してアスピレータに供給することによって所望の微細気泡を含む水流を得ることができるようにしたものである。

気液供給管には、該管内に取り入れられた気体と液体（水）とを均一に混合させるために、所望により、気液供給口部と吸気部の間に気液混合部材を充填してもよく、また、吸水口部に吸水量を調整するためのノズルなどを設けてもよい。更に、気液供給管の流路を流出方向に向けて細くなる形状（漏斗状又は截頭円錐形）とすることで流水を回転させ、遠心力を付けることで良好な気液混合水流となるようにしてもよく、更にまた流路内に多孔質部材を配置して気泡を調整するようにしてもよい。
アスピレータへの気液供給管の装着は、アスピレータの吸込み口に気液供給口部を接続し、吸水口部は水槽などの水源に接続する方法と、吸水口部をアスピレータの負圧を生じる部分よりも下流の位置の流水路の側部に接続・開口させる方法による。

より具体的には、本発明装置は、アスピレータ（以下、流水管とも記す。）は、所望により流水導入部に旋転流を生じさせる螺旋状の溝などの旋転流形成部を設けたものとしてもよい。アスピレータに接続される気液供給管の他方の端の吸水口部には吸込み水量を調整するためのノズルを設け、また必要に応じて吸水口部内面に螺旋状の溝を設けてもよい。気液供給管内に装填される気液混合部材は１個又は２個以上のものを多段に設けてもよい。気液混合部材は水に気泡となって含まれる気体が互いに衝突しあう構造とすると良い。

本発明の微細気泡発生装置では、アスピレータ（流水管）への気体の供給を気液供給管で調整された気液混合液として供給するため、気体の供給量の調整を容易に行うことができる。気体の供給は、気液供給管の吸気部に設けたニードルバルブ等の調節弁で調整できるほか、気液供給管の吸水口部に設けたオリフィスによって吸水量を調整することで、アスピレータに供給する気体の量と大きさを二段階に調整できる。更に、気液供給口部と吸気部の間に充填した気泡混合部材によって、破砕された気泡を含んだ水流となってアスピレータに供給される。このように調整された気液混合液をアスピレータに供給すると、アスピレータに流れる旋転水流に取込まれてきわめて微細な気泡（マイクロバブル）を含む水流を得ることができる。
本発明装置において、気液供給管の吸水口部をアスピレータの放水部（出口部）に接続した場合には、アスピレータからの流水を循環させることができるので、より粒径が調整された気泡を含む水流を得ることができる。
本発明装置によれば、微細気泡は、例えば５０μｍ以下の超微細なものも得ることができるので、液体に気体を吸収・溶解させる装置としても使用することができる。

本発明は、水道設備を利用して所望の微細気泡を含む液体を得ることができるので、工場などの生産設備などのほかに一般家庭でも容易に利用できる。
本明細書では、水と空気について述べているが、水の代わりに他の液体を用いてもよく、空気に代えて酸素、塩素などの他の気体を流体中に取り込むのに用いることもできる。また、微細気泡として取り込むことができるため、塩素ガスや硫化水素ガスなどの水溶性の有害ガスを効率よく除去するのにも使用することもできる。

本発明装置の基本的構造の例を示す断面図。 本発明装置の一例を示す断面図。 図1の装置の斜視図。 更に多孔質管を装着した本発明装置の断面図。 吸水口部をアスピレータに設けた例を示す本発明装置の断面図。 気液混合部材の斜視図。

本発明におけるアスピレータは、アスピレータとしての機能を有するものであればよく、内径を下流側に向けて小径とした流水路を有するもので、流水によって負圧が生じる部分に吸込み口を設けた管状体（流水管）が使用される。
流水に強さと速さを付与するために、流水管の入り口部に水流に旋転性（旋回力）を付けるためのスパイラル状の溝（スパイラル条）などを設けるとよい。また、スパイラル条の代わりにスクリューなどを設けてもよい。
流水管は、通常、金属製が好ましいが、プラスチック製、ガラス製などとしてもよい。流水管と気液供給管は、通常、別体として作成するが、一体として作成してもよい。

アスピレータに装着される気液供給管は、内部に流水路を有し、一方の端に気液供給口部を、他方の端に吸水口部を有する。気液供給口部はアスピレータの負圧が生じる部分の側壁に設けた吸込み口に取付けられ、他方の端の吸水部は解放された開口とするか、又は、アスピレータの下流側の側壁に接続・開口した形とする。
気液供給管の吸水口部は、水槽に接続させて、アスピレータの生ずる吸収力によって水を吸い込むようにするか、アスピレータの下流側の側壁に接続して、アスピレータの水を吸収し循環させる。
気液供給管は、内部に装填された気液混合部材の上流又は下流側のいずれか一方又は両方の管路を、吸水口部から気液供給口部に向けて内径を小さくした管路とするとか、旋転流を生じさせる手段を設けても良い。

以下に本発明を図面によって説明するが、本発明はこれらの例に限られるものではない。

図１は本発明の基本的な構造を示す断面図で、図中、１はアスピレータ（流水管）、２は気液供給管を示す。流水管１は、図中上部の開口部11にスパイラル条などの旋転水流形成部15を備え、流路が縮径された負圧形成部12の側部に吸込み口14を設けて成る。気液供給管２は、図中の上方の位置に気液供給口部21、下端に吸水口部22が開口し、気液供給口部21と吸水口部22の間に吸気部23を有する。アスピレータ（流水管）１の吸引作用により、気液供給管２内に吸水口部22より水が吸入され、この水に吸気部23からの気体（空気）を加えて気液混合液として流水管１に供給する。

図２は本発明のより具体的な一例を示す断面図で、図３は斜視図を示す。図中、１はアスピレータ、２は気液供給管を示す。流水管１は、図中上部の開口部11にスパイラル条などの旋転水流形成部15を備え、流路が縮径された負圧形成部12の側部に吸込み口14を設けて成る。気液供給管２は、図中の上方の位置に気液供給口部21、下端に吸水口部22が開口し、気液供給口部21と吸水口部22の間に吸気部23を有し、気液供給口部21と吸気部23の間の管路内に気液混合部材３が装填されている。吸水口部22には水量を調整するためのノズル25、旋転流形成部24が設けられ、吸水口部22には所望により吸水管５が接続されている。吸気部23には、ニードルバルブなどを備えた気体供給手段が接続される。図中、51はフィルター、６ａ、６ｂは水槽を示す。

気液供給管２内に装填される気液混合部材３の例を図６に示す。図６（Ａ）は気液混合部材３ａの一例を示す側面図、図６（Ｂ）は同部材３ａの一部破断斜視図を示す。図中、31は流路を示し、32、33は流入孔、流出孔を示す。気液混合部材３に流入した流体は、流路31が交差する個所でぶつかりあうことで、流体中の気体が均一に含まれるようになるとともに、大きさが均一な気泡となって流出する。
気液混合部材は、部材３ａの形のものを１個又は２個以上装填してもよく、また図６（Ｃ）で示すように流路を多数回交差させた部材３ｂとしてもよい。
気液混合部材３の流路31は、傾斜を急にする（鋭角とする）とか、衝突する一方の流路31を太くする（又は細くする）など任意に調整してもよい。

気液供給管２は図示したように、流水管１の吸込み口13に気液供給口部21を嵌合させて流水管１に接続させる。流水管１に流水を通すことで生じる負圧によって、気液供給管２内に吸水口部22から水が吸込まれ、吸気部23からの気体と合わさって、気液混合部材３を経て気液混合液として流水管１へ供給される。気液供給管２内の流路は、流出方向に向けて細くなる形状とすることで流水を回転させ、勢いをつけることができ、良好な気液混合水流とすることができる。

流水管１に吸い込まれる気液混合液は、気体供給手段４で気体量が調整され、吸水部22のノズル25水量が調整されて、気体の量と気泡の大きさが調整されるため、流水管１によってさらに気泡は粉砕されて微細な気泡となる。
なお、気液混合液の流水管１への供給は、流水管１による負圧に依存することなく、ポンプ等によって積極的に気体と水を送り込む方法によっても良い。

図４は、本発明装置の別の実施例を示す図で、気液供給管２内の吸気部23が開口する個所に多孔質管７を配置して、吸気部23からの気体が多孔質管７を経て気液供給管２内に供給されるようにした例を示す。多孔質管を通ることで、気泡の大きさが調整される。多孔質管としては、シラス・ポーラス・ガラス（ＳＰＧ）製管や炭素繊維管など任意の公知の素材からなるものが使用できる。

図５は、本発明の更に別の実施例を示す図である。本例は、気液供給管２の吸水口部22を流水管１の流水放出口13近傍に設けた例である。図示するように、気液供給管２の吸水口部22に接続した吸水管５の先端を流水管１の負圧形成部12の下流部に開口させる。このように構成することで、流水管１で形成された気泡を含む水流のうちで目的としたサイズよりも大きな気泡を含む水流は他の水流よりも密度が低く軽いため、吸水管５から吸水口部22で気液供給管２に吸収されて再度調整されて流水管１へ供給されるので、より粒径の整った気泡を含むマイクロバブル水を得ることができる。

上記各実施例は、水流が図面の上方より下方に流れる形式の装置となっているが、装置全体を横に寝せた構造、即ち水流が左から右又は右から左に流れる構造の装置としてもよい。例えば、浴槽の側面から微細気泡を含む湯を噴出させるジャグジーなどに利用できる。
本発明における気液供給管は、アスピレータへの適用に限定されることなく、アスピレータと同様に気液混合液の供給を必要とする装置、例えば燃焼炉へのオイルと酸素の供給などに適用することができる。

１・・流水管（アスピレータ）、 ２・・気液供給管、 ３・・気液混合部材、 ４・・気体供給手段、 ５・・吸水管、５・・水槽、 13・・吸込み口、 21・・気液供給口部、22・・吸水口部、23・・吸気部、

Claims (7)

1. アスピレータと、アスピレータの吸込み口に装着される気液供給管とからなり、該気液供給管が、一方の端にアスピレータの吸込み口に接続される気液供給口部を有し、他方の端に吸水口部を有し、気液供給口部と吸水口部の間に気体を取り込むための吸気部を備え、吸水口部からの水と吸気部からの気体との気液混合液を供給し得るようにしてなることを特徴とする微細気泡発生装置。
2. アスピレータと、アスピレータの吸込み口に装着される気液供給管とからなり、該気液供給管が、一方の端にアスピレータの吸込み口に接続される気液供給口部を有し、他方の端に吸水口部を有し、気液供給口部と吸水口部の間に気体を取り込むための吸気部を備え、気液供給口部と吸気部の間に気液混合部材を充填してなることを特徴とする微細気泡発生装置。
3. 気液供給管の気液供給口部がアスピレータの負圧が生じる部分の流水路の側部に設けられた吸込み口に接続され、吸水口部が水槽等の水源に向けて設けられていることからなる請求項１記載の微細気泡発生装置。
4. 気液供給管の気液供給口部がアスピレータの負圧が生じる部分の流水路の側部に設けられた吸込み口に接続され、吸水口部がアスピレータの負圧が生じる部分より下流の位置の流水路の側部に開口されている請求項１記載の微細気泡発生装置。
5. 気体が、空気の他に、酸素、窒素、炭酸ガス等の空気以外の気体である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
6. アスピレータの負圧が生じる部分の流水路の側部に設けられた吸込み口に気液混合液を供給することからなる微細気泡を含む水の製造方法。
7. 請求項１記載の装置を使用することからなる請求項５に記載の微細気泡を含む水の製造方法。

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