JP2017221919A - 微細気泡発生装置、シャワーヘッドおよび混相流体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の流路の断面の全体にわたって微細気泡を容易に発生させることができ、しかも複数の平板を積層または一体化した簡単な構造を有するため低コストで製造可能でかつ薄型化が可能な微細気泡発生装置を提供する。【解決手段】微細気泡発生装置１０は、積層または一体化された第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００を有する。第１平板部１００は、ｍ重回転対称（ｍは２以上の偶数）の位置のｍ個の点に関してｎ重回転対称（ｎは２以上の整数）の位置のｎ個の流入孔１１１〜１２２を有する。第２平板部２００は、ｍ個の点に対応する位置にそれぞれ設けられた円形部およびｎ個の流入孔に対応する位置からそれぞれこの円形部の接線方向に延在する直線部からなるｍ個の旋回流発生用流路を有する。第３平板部３００は、ｍ個の旋回流発生用流路の円形部に対応する位置にそれぞれ設けられたｍ個の渦崩壊ノズル３１０などを有する。【選択図】図１

Description

この発明は、微細気泡発生装置、シャワーヘッドおよび混相流体処理装置に関し、例えば、微細気泡を含む水などの混相流体の生成、使用および処理に適用して好適なものである。

従来、液体が流される管路内で微細気泡を発生させる際に、管路内に旋回流型微細気泡発生ノズルを複数並列に配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、特許文献１には、液体が流される管路の途中にこの管路を閉塞するように設けられた閉塞部材の複数箇所にこの閉塞部材を貫通して複数の旋回流型微細気泡発生ノズルを設け、これらの旋回流型微細気泡発生ノズルにより、下流の液体中に微細気泡を発生させることが記載されている。この旋回流型微細気泡発生ノズルは、旋回流発生用翼体（ベーン）を管の内部に収容した旋回流発生用翼型ノズルと、この旋回流発生用翼型ノズルと同軸に結合された、縮流部と渦崩壊部とを有する渦崩壊ノズルとを有し、上記の縮流部に中心に気体が導入された液体の旋回流を供給することにより上記の渦崩壊部から微細気泡を発生させるものである。

特許第５５９４６８０号明細書 特許第４０１９１５４号明細書 特許第５１７０４０９号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の旋回流型微細気泡発生ノズルは、旋回流発生用翼体の構造が複雑であるため、この旋回流発生用翼体を複数配置するためには製作費用が掛かるとともに、小型化に限界がある。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、液体の流路の断面の全体にわたって微細気泡を容易に発生させることができ、しかも複数の平板を積層または一体化した簡単な構造を有するため低コストで製造可能でかつ薄型化が可能な微細気泡発生装置を提供することである。

この発明が解決しようとする他の課題は、上記の微細気泡発生装置を用いたシャワーヘッドを提供することである。

この発明が解決しようとするさらに他の課題は、上記の微細気泡発生装置を用いた混相流体処理装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は、
所定の中心に関してｍ重回転対称（ｍは２以上の偶数）の位置にあるｍ個の点に関してｎ重回転対称（ｎは２以上の整数）の位置に設けられたｎ個の流入孔を有する第１平板部と、
上記第１平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の点に対応する位置にそれぞれ設けられた円形部および上記ｎ個の流入孔に対応する位置からそれぞれこの円形部の接線方向に延在する直線部からなるｍ個の旋回流発生用流路を有し、円周方向に互いに隣接する二つの上記旋回流発生用流路はそれぞれの上記円形部の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線に関して対称な形状を有する第２平板部と、
上記第２平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の旋回流発生用流路の上記円形部に対応する位置にそれぞれ設けられた、円筒部を含む渦崩壊部を有するｍ個の渦崩壊ノズルを有する第３平板部と、
を有する微細気泡発生装置である。

この微細気泡発生装置においては、第１平板部の流入孔から液体が流入し、第２平板部の旋回流発生用流路の直線部および円形部ならびに第３平板部の渦崩壊ノズルを通って液体が流出するときのスワールパラメータをＳ_w と表したとき、Ｓ_w ≧１である。この条件は、渦崩壊ノズルにおいて渦崩壊が発生する条件である。旋回流発生用流路の円形部の半径をＲ、旋回流発生用流路の直線部の幅をｔ、渦崩壊部の最小半径をｒ_e と表したとき、ｔ＜Ｒ−ｒ_e である。この条件は、ｎが２以上の整数であることとともに、第２平板部の旋回流発生用流路の円形部で旋回流が発生する条件である。第３平板部の厚さをｄ₃ としたとき、ｄ₃ ＞ｒ_e 、好適にはｄ₃ ≧４ｒ_e である。この条件は、旋回流に給気を行うための給気部の圧力の低減に必要な条件である。渦崩壊ノズルは、典型的には、渦崩壊部の上流側に縮流部を有し、縮流部は渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており、渦崩壊部との境界部において渦崩壊部と同一の断面形状を有する。典型的には、渦崩壊部は円筒部の下流側に出口に向かって広がった形状の終端部を有し、円筒部の内周面と終端部の端面とが滑らかに繋がっており、円筒部の内周面と終端部の端面とがなす角度をθ₀ としたとき、９０度＜θ₀ ＜１８０度である。好適には、ｍは４以上の偶数である。同様に、好適には、ｎは４以上の整数である。第１平板部、第２平板部および第３平板部は一体に形成されてもよいが、好適には、第１平板部、第２平板部および第３平板部が別々に形成され、互いに積層されて一体化され、あるいは、第２平板部および第３平板部が互いに一体に形成され、これが第１平板部と積層されて一体化される。第１平板部の流入孔は、典型的には、第１平板部に垂直に設けられ、円形の断面形状を有するが、これに限定されるものではない。典型的には、第１平板部は、流入孔に加えて、第２平板部の旋回流発生用流路の円形部に対応する位置にこの円形部と連通して給気孔を有する。必要に応じて、第３平板部の渦崩壊ノズルの前方を閉塞するが、その他の部分は開口した邪魔板を設置し、この渦崩壊ノズルの出口から流出する液体が邪魔板に当たり、邪魔板に沿う方向に流れるようにし、邪魔板の開口から微細気泡を含む液体が放出されるようにしてもよい。具体的には、例えば、邪魔板のうちの、第３平板部の渦崩壊ノズルの円筒部の中心軸の延長線とこの邪魔板との交点を中心とする、少なくとも渦崩壊ノズルの円筒部の半径に等しい半径以内の部分には開口が設けられていない。また、第３平板部と邪魔板との間の距離をｈとしたとき、ｈ≦ｒ_e ／２であり、好適にはｒ_e ／６≦ｈ≦ｒ_e ／２である。こうすることで、渦崩壊ノズルの出口の付近で微細気泡が合体するのを効果的に抑制することができ、微細気泡の濃度を高くすることができ、さらに吸い出し効果によって液体の流れに対する抵抗（液体が水の場合は流水抵抗）を低減することができる。

また、この発明は、
ヘッド部の内部の、シャワー孔を有する先端部の内側に微細気泡発生装置が設けられ、
上記微細気泡発生装置は、
所定の中心に関してｍ重回転対称（ｍは２以上の偶数）の位置にあるｍ個の点に関してｎ重回転対称（ｎは２以上の整数）の位置に設けられたｎ個の流入孔を有する第１平板部と、
上記第１平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の点に対応する位置にそれぞれ設けられた円形部および上記ｎ個の流入孔に対応する位置からそれぞれこの円形部の接線方向に延在する直線部からなるｍ個の旋回流発生用流路を有し、円周方向に互いに隣接する二つの上記旋回流発生用流路はそれぞれの上記円形部の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線に関して対称な形状を有する第２平板部と、
上記第２平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の旋回流発生用流路の上記円形部に対応する位置にそれぞれ設けられた、円筒部を含む渦崩壊部を有するｍ個の渦崩壊ノズルを有する第３平板部と、
を有し、
上記第３平板部が上記ヘッド部の上記先端部の内面に面しているシャワーヘッドである。

このシャワーヘッドにおいては、ヘッド部の先端部のうちの、第３平板部の渦崩壊ノズルの円筒部の中心軸の延長線と先端部との交点を中心とする、少なくとも渦崩壊ノズルの円筒部の半径以内の部分にはシャワー孔が設けられていない。また、第３平板部と先端部との間の距離をｈとしたとき、ｈ≦ｒ_e ／２であり、好適にはｒ_e ／６≦ｈ≦ｒ_e ／２である。こうすることで、このシャワーヘッドの使用時に渦崩壊ノズルの出口付近で微細気泡が合体するのを効果的に抑制することができ、渦崩壊ノズル中心部に生成される気柱の圧力が低下するため、微細気泡を高濃度に含む水をシャワー孔から放出することができる。

また、この発明は、
混相流体の流路の途中に上記混相流体を攪拌混合するための微細気泡発生装置が設けられ、
上記微細気泡発生装置は、
所定の中心に関してｍ重回転対称（ｍは２以上の偶数）の位置にあるｍ個の点に関してｎ重回転対称（ｎは２以上の整数）の位置に設けられたｎ個の流入孔を有する第１平板部と、
上記第１平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の点に対応する位置にそれぞれ設けられた円形部および上記ｎ個の流入孔に対応する位置からそれぞれこの円形部の接線方向に延在する直線部からなるｍ個の旋回流発生用流路を有し、円周方向に互いに隣接する二つの上記旋回流発生用流路はそれぞれの上記円形部の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線に関して対称な形状を有する第２平板部と、
上記第２平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の旋回流発生用流路の上記円形部に対応する位置にそれぞれ設けられた、円筒部を含む渦崩壊部を有するｍ個の渦崩壊ノズルを有する第３平板部と、
を有し、
上記第１平板部が上記流路の上流側に面している混相流体処理装置である。

この混相流体処理装置は、混相流体の攪拌混合に用いられるが、処理する混相流体は特に限定されず、必要に応じて選ばれる。混相流体は、典型的には、空気などの気体と水や液体燃料などの液体との混相流体である。この混相流体処理装置は、例えば、燃焼器やスタティックミキサーなどに適用して好適なものである。

上記のシャワーヘッドおよび混相流体処理装置の各発明においては、その性質に反しない限り、上記の微細気泡発生装置の発明に関連して説明したことが成立する。

この発明によれば、微細気泡発生装置は、流入孔を有する第１平板部、旋回流発生用流路を有する第２平板部および渦崩壊ノズルを有する第３平板部により構成されるため、構造が簡単である。このため、この微細気泡発生装置は、低コストで製造することができ、しかも薄型化が可能である。また、第１平板部の流入孔、第２平板部の旋回流発生用流路および第３平板部の渦崩壊ノズルの数、間隔および配置の選択により、この微細気泡発生装置が設置される流路の断面の全体に微細気泡を発生させることができる。また、シャワーヘッドは、ヘッド部の内部の先端部の内側に微細気泡発生装置が設けられていることにより、微細気泡を高濃度に含む水をシャワー孔から放出することができる。さらに、混相流体処理装置は、流路の途中に微細気泡発生装置を有するため、攪拌混合された、微細気泡を高濃度に含む混相流体を得ることができる。

この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置を示す正面図、側面図、断面図および一部拡大断面図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置の第１平板部の正面図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置の第２平板部の正面図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置の第３平板部の正面図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置の動作を説明するための断面図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置の第２平板部の旋回流発生用流路を示す略線図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置の第３平板部の厚さｄ₃ に対する水流のパワーと給気部圧力との関係を示す略線図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置の第３平板部の厚さｄ₃ に対する水流の圧力と流量との関係を示す略線図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置の種々の設計パラメータに対する水流の水圧と流量との関係を示す略線図である。 この発明の第１の実施の形態による微細気泡発生装置において水流の抵抗を高めたときの水圧と流量との関係を示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態による微細気泡発生装置を示す断面図である。 この発明の第２の実施の形態による微細気泡発生装置における邪魔板の効果を説明するための断面図である。 この発明の第２の実施の形態による微細気泡発生装置における邪魔板の効果を検証するために行った実験の結果を示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態による微細気泡発生装置における邪魔板の効果を検証するために行った実験の結果を示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態による微細気泡発生装置における邪魔板の効果を検証するために行った実験で用いた試験用微細気泡発生装置を示す図面代用写真である。 この発明の第２の実施の形態による微細気泡発生装置における邪魔板の効果を検証するために行った実験の結果を示す図面代用写真である。 この発明の第３の実施の形態による微細気泡発生装置を示す断面図である。 この発明の第３の実施の形態による微細気泡発生装置の効果を検証するために行った実験の結果を示す略線図である。 この発明の第４の実施の形態による微細気泡発生装置を示す略線図である。 この発明の第５の実施の形態によるシャワーヘッドを示す正面図および背面図である。 この発明の第５の実施の形態によるシャワーヘッドを示す断面図である。 この発明の第５の実施の形態によるシャワーヘッドの微細気泡発生装置の第１平板部を示す正面図である。 この発明の第５の実施の形態によるシャワーヘッドの微細気泡発生装置の第２平板部および第３平板部を示す正面図および断面図である。

以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」という。）について図面を参照しながら説明する。

〈第１の実施の形態〉
［微細気泡発生装置］
図１Ａ〜Ｄは第１の実施の形態による微細気泡発生装置を示す。ここで、図１Ａは正面図、図１Ｂは側面図、図１Ｃは図１ＡのＣ−Ｃ線に沿っての断面図、図１Ｄは渦崩壊ノズル付近の拡大断面図である。また、図２、図３および図４はそれぞれこの微細気泡発生装置の第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００を示す正面図である。ここでは、一例として、ｍ＝ｎ＝４である場合について説明するが、これに限定されないことは言うまでもない。

図１Ａ〜Ｄに示すように、微細気泡発生装置１０は、互いに積層された、それぞれ円形の第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００からなり、全体として偏平な円柱状の形状を有する。第１平板部１００と第２平板部２００との間および第２平板部２００と第３平板部３００との間は接着などにより密着しており、それらの間の隙間から水などの液体が漏れないようになっている。

図２に示すように、第１平板部１００は、この第１平板部１００の中心Ｃに関して４重回転対称の位置にある４個の点Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ 、Ｐ₄ に関して４重回転対称の位置に設けられた合計で１２個の流入孔１１１〜１２２を有する。ここで、点Ｐ₁ に関して４重回転対称の位置に流入孔１１１〜１１４が設けられ、点Ｐ₂ に関して４重回転対称の位置に流入孔１１２、１１５〜〜１１７が設けられ、点Ｐ₃ に関して４重回転対称の位置に流入孔１１７〜１２０が設けられ、点Ｐ₄ に関して４重回転対称の位置に流入孔１１３、１２０〜１２２が設けられている。このうち流入孔１１２はＰ₁ の周りの４個の流入孔とＰ₂ の周りの４個の流入孔との間で共通、流入孔１１３はＰ₁ の周りの４個の流入孔とＰ₄ の周りの４個の流入孔との間で共通、流入孔１１７はＰ₂ の周りの４個の流入孔とＰ₃ の周りの４個の流入孔との間で共通、流入孔１２０はＰ₃ の周りの４個の流入孔とＰ₄ の周りの４個の流入孔との間で共通である。これらの流入孔１１１〜１２２は、第１平板部１００を垂直に貫通して設けられており、それらの中心軸の方向に同一半径の円形の断面形状を有する。図示は省略するが、第１平板部１００には、必要に応じて、後述の第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の円形部２１１、２２１、２３１、２４１にそれぞれ連通する給気孔が設けられ、これらの給気孔から給気が行われるが、給気の方法はこれに限定されるものではない。第１平板部１００の半径、厚さおよび材質ならびに流入孔１１１〜１２２の直径は、特に限定されず、この微細気泡発生装置１０の用途、使用部位、流量などに応じて適宜選択される。

図３に示すように、第２平板部２００は旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０を有する。旋回流発生用流路２１０は、第１平板部１００の点Ｐ₁ に対応する位置を中心として設けられた円形部２１１および点Ｐ₁ に関する４重回転対称の位置からそれぞれこの円形部２１１の接線方向に延在する直線部２１２〜２１５からなる。直線部２１２〜２１５のそれぞれの一端部は第１平板部１００の流入孔１１１〜１１４とそれぞれ連通している。旋回流発生用流路２２０は、第１平板部１００の点Ｐ₂ に対応する位置を中心として設けられた円形部２２１および点Ｐ₂ に関する４重回転対称の位置からそれぞれこの円形部２２１の接線方向に延在する直線部２２２〜２２５からなる。直線部２２２〜２２５のそれぞれの一端部は第１平板部１００の流入孔１１２、１１５〜１１７とそれぞれ連通している。旋回流発生用流路２３０は、第１平板部１００の点Ｐ₃ に対応する位置を中心として設けられた円形部２３１および点Ｐ₃ に関する４重回転対称の位置からそれぞれこの円形部２３１の接線方向に延在する直線部２３２〜２３５からなる。直線部２３２〜２３５のそれぞれの一端部は第１平板部１００の流入孔１１７〜１２０とそれぞれ連通している。旋回流発生用流路２４０は、第１平板部１００の点Ｐ₄ に対応する位置を中心として設けられた円形部２４１および点Ｐ₄ に関する４重回転対称の位置からそれぞれこの円形部２４１の接線方向に延在する直線部２４２〜２４５からなる。直線部２４２〜２４５のそれぞれの一端部は第１平板部１００の流入孔１１３、１２０〜１２２とそれぞれ連通している。これらの旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０は、第２平板部２００を垂直に貫通して設けられており、円形部２１１、２２１、２３１、２４１および直線部２１２〜２１５、２２２〜２２５、２３２〜２３５、２４２〜２４５とも矩形の断面形状を有する。ここで、これらの旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０のうち互いに隣接する二つの旋回流発生用流路は、それらの円形部の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線に関して対称な形状を有する。第２平板部２００の半径および材質は、特に限定されず、この微細気泡発生装置１０の用途、使用部位、流量などに応じて適宜選択される。

図４に示すように、第３平板部３００は、第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の円形部２１１、２２１、２３１、２４１に対応する位置に設けられた断面形状が円形の貫通孔からなる４個の渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０を有する。これらの渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０の中心軸は第３平板部３００に対して垂直である。これらの渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０は、それぞれ第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の円形部２１１、２２１、２３１、２４１と連通している。図１Ｄに示すように、これらの渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０は、それぞれ、上流側から下流側に向かって縮流部ＣＦおよび渦崩壊部ＶＢを有する。縮流部ＣＦは、渦崩壊部ＶＢに向かって断面積が徐々に減少し、渦崩壊部ＶＢとの境界部において渦崩壊部ＶＢと同一の断面形状を有する円錐台状の形状を有する。渦崩壊部ＶＢは、上流側から下流側に向かって円筒部および終端部を有する。終端部は、円筒部の下流側に出口に向かって広がった形状を有し、円筒部の内周面と終端部の端面とが滑らかに繋がっており、円筒部の内周面と終端部の端面とがなす角度をθ₀ としたとき、９０度＜θ₀ ＜１８０度である。

［微細気泡発生装置１０の動作］
図１Ａ〜Ｄおよび図５に示すように、この微細気泡発生装置１０においては、第１平板部１００の上流から流れてくる液体（水など）が第１平板部１００の流入孔１１１〜１２２に流入し、第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の直線部２１２〜２１５、２２２〜２２５、２３２〜２３５、２４２〜２４５の一端に入る。続いて液体は、直線部２１２〜２１５を通って円形部２１１に流入し、直線部２２２〜２２５を通って円形部２２１に流入し、直線部２３２〜２３５を通って円形部２３１に流入し、直線部２４２〜２４５を通って円形部２４１に流入する。一例として、旋回流発生用流路２１０について説明する。図５に示すように、円形部２１１には、それぞれの接線方向に設けられた４個の直線部２１２〜２１５から液体が流入する結果、旋回流が発生する。この旋回流の中心部には、例えば第１平板部１００に設けられた給気孔から空気が吸い込まれて旋回流の内部に気泡が発生し、続いて第３平板部３００の渦崩壊ノズル３１０の縮流部ＣＦで縮流されるため、渦度の集中により渦糸を発生させる。この渦糸は、渦崩壊部ＶＢで渦核が不安定となり、渦崩壊を発現する。この渦崩壊により大きな気泡が細かく潰され、微細気泡となって渦崩壊ノズル３１０の出口から放出される。すなわち、渦崩壊ノズル３１０の出口から微細気泡を含む液体が放出される。渦崩壊ノズル３２０、３３０、３４０についても同様である。

この場合、旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０のうち互いに隣接する二つの旋回流発生用流路は、それらの円形部の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線に関して対称な形状を有することにより、互いに隣接する二つの旋回流発生用流路の円形部に発生する旋回流の向きは互いに逆になっている。具体的には、旋回流発生用流路２１０の円形部２１１に発生する旋回流は時計周り、旋回流発生用流路２２０の円形部２２１に発生する旋回流は反時計周り、旋回流発生用流路２３０の円形部２３１に発生する旋回流は時計周り、旋回流発生用流路２４０の円形部２４１に発生する旋回流は反時計周りである。このため、この微細気泡発生装置１０を管路に設置し、液体を流した場合には、この管路の内部の外周に沿う循環が０となり、この微細気泡発生装置１０の下流において、微細気泡の合体を抑制することができ、微細気泡の径を小さくすることができる。

［微細気泡発生装置１０の各部の設計条件］
この微細気泡発生装置１０の各部の寸法は以下の条件を満たすように選ばれている。

１．渦崩壊発生条件
渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０で渦崩壊が発生する条件について説明する。図５に示すように、第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００の厚さをそれぞれｄ₁ 、ｄ₂ 、ｄ₃ とする。また、図５および図６に示すように、旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の円形部２１１、２２１、２３１、２４１の半径をＲ、直線部２１２〜２１５、２２２〜２２５、２３２〜２３５、２４２〜２４５の幅および長さをそれぞれｔおよびＬとする。ただし、Ｌ＞ｔである。また、第３平板部３００の渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０の渦崩壊部ＶＢの円筒部の半径をｒ_e とする。ただし、ｄ₃ ＞ｒ_e である。

第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の直線部２１２〜２１５、２２２〜２２５、２３２〜２３５、２４２〜２４５を通過する液体の速さおよび流量をそれぞれＶθ（θは添字）、ｑとすると、
である。

第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０および第３平板部３００の渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０を流れる液体に関する角運動量保存の法則より、
が成立する。また、流量保存の法則より、
が成立する。ただし、ｎは直線部の数であり、この例ではｎ＝４である。

スワールパラメータをＳ_w とすると、
が成立する。

すなわち、渦崩壊が発生する条件はＳ_w ≧１である。ｄ₂ 、ｎ、ｔ、Ｒ、ｒ_e はこの条件を満足するように選択されている。

２．ｄ₃ の最適条件
渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０が形成された第３平板部３００の厚さ（渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０の長さ）ｄ₃ の最適条件について説明する。この最適条件を見出すために実験を行った。図１Ａ〜Ｄに示す微細気泡発生装置１０をＲ＝２５ｍｍ、ｒ_e ＝３ｍｍ、ｔ＝６ｍｍ、Ｌ＝２５ｍｍ、ｄ₁ ＝２ｍｍ、ｄ₂ ＝５ｍｍに設定して試作した。ｄ₃ を５ｍｍ、１５ｍｍに変えて実験を行った。実験は次のように行った。微細気泡発生装置１０の第１平板部１００の前に密閉された前室を作製し、微細気泡発生装置１０の全体を水槽に沈めた。前室の上部にチューブを接続し、このチューブからポンプを使って内部に水を流入させ、一方、第１平板部１００のうち、渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０に対応する部分に形成された４個の給気孔に前室を通してそれぞれ給気チューブを接続し、これらの給気チューブの一端を水中から出して給気を行った。

図７はポンプから微細気泡発生装置１０に水を送出する時のパワー（水量×水圧）と給気部圧力（給気孔の圧力、従って給気チューブの一端の空気の圧力）との関係をｄ₃ ＝５ｍｍ、ｄ₃ ＝１５ｍｍの場合についてプロットした図である。また、図８はポンプの圧力と流量との関係をｄ₃ ＝５ｍｍ、ｄ₃ ＝１５ｍｍの場合についてプロットした図である。図７および図８より、ｄ₃ が大きくなると、微細気泡発生装置１０を流れる水の抵抗が大きくなり流量は減少する一方、給気部圧力は大きく低下することが分かる。図７および図８の結果から、ｄ₃ ／（２ｒ_e ）＝２〜３倍以上が必要であると考えることができる。結論として、給気部圧力の低下を図るための最適条件はｄ₃ ≧４ｒ_e である。

３．ｄ₂ およびｒ_e の最適条件
以下においては、旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０が形成された第２平板部２００をプレート型スワーラーと称する。

旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の円形部２１１、２２１、２３１、２４１に形成される旋回流の中心の圧力をｐ_e とすると、
と表される。ここで、Ω_e は第３平板部３００に形成された渦崩壊ノズルの渦崩壊部の内部の液体の角速度を示す。旋回流発生用流路から渦崩壊ノズルを通る液体に関する角運動量の保存の法則から
が成立する。ただし、Ωは円形部２１１、２２１、２３１、２４１に発生する旋回流の角速度を示す。また、旋回流の接線方向流速は（１）式に示す通りである。

以上より、
となる。

微細気泡発生装置１０をシャワーヘッドに使用するときのように、微細気泡を含む水が大気中に放出される場合には、渦崩壊ノズルの出口では大気圧のため、ｐ_e が微細気泡発生装置１０に流量Ｑ＝ｑｎの水を流すために必要な水圧に相当すると考えられる。

図９は、微細気泡発生装置１０において旋回流発生用流路を一つとし、渦崩壊ノズルもこの旋回流発生用流路に対応するもの一つとしたものを作製し、Ｒ、ｄ₂ 、ｔ、ｒ_e を変えて水を流す実験を行い、水圧と流量との関係を測定した結果を示す。プレート型スワーラーの抵抗は、旋回流中心の圧力ｐ_e と直接関係するため、その予測は微細気泡発生装置１０の設計上、非常に重要である。例えば、一定流量の下で、給気部圧力を低下させるには、図９から分かるように、Ｒを大きくｔを小さくすればよい。

図９において、Ｒ＝５ｍｍ、ｄ₂ ＝２ｍｍ、ｔ＝１．５ｍｍ、ｒ_e ＝４．５ｍｍの場合の水圧−流量曲線に着目すると、プレート型スワーラーの圧力抵抗が小さいため、給気部圧力が下がらない。図１０に、プレート型スワーラーの圧力抵抗を４倍にしたときの水圧−流量曲線を示す。図１０には、直径が１９ｍｍで翼数が４の旋回流発生用翼体を管部に収容した旋回流発生用翼型ノズルの後段に、旋回流発生用翼体の直ぐ後ろに直線テーパー状の縮流部を有する渦崩壊ノズルが設けられた翼型微細気泡発生ノズル（例えば、特許文献２参照。）を用いて水を流す実験を行い、水圧と流量との関係を測定した結果も示す。図１０から分かるように、プレート型スワーラーの圧力抵抗を４倍にすれば、その水圧−流量曲線は翼型微細気泡発生ノズルの水圧−流量曲線と同じになるため、（７）式より、Ｒ／（ｒ_e ｄ₂ ｔ）の値が２倍になるように設計すれば、翼型微細気泡発生ノズルと同様に十分に低い給気圧を実現することができる。このように、旋回流発生用流路のうち円形部の半径Ｒが小さい場合でも、直線部の幅ｔを小さくすれば、給気圧を低くすることができることが分かる。旋回流発生用流路の直線部の断面形状は矩形であり、従って旋回流発生用流路は製作が容易であるため、プレート型スワーラーの小型化が容易である。

今、給気圧パラメータｐ_a を次式で定義する。
となる。プレート型スワーラーを通過する液体の流量をＱ＝ｎｑとすると、（８）式および（４）式より、ｒ_e については
となり、ｄ₂ については
となる。

以上より、設計条件として、給気圧パラメータｐ_a 、流量ＱおよびスワールパラメータＳ_w を与えると、ｒ_e およびｄ₂ が決定される。ここで、（１０）式のＲ／ｔは、旋回流が発生するように、例えばｔ／Ｒ＜１／４となるように選ぶ必要がある。

以上のように、この第１の実施の形態によれば、流入孔１１１〜１２２を有する第１平板部１００、旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０を有する第２平板部２００および渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０を有する第３平板部３００を積層した極めて簡単な構成により薄型の微細気泡発生装置１０を実現することができる。そして、この微細気泡発生装置１０を液体の流路の途中に設置することにより、この微細気泡発生装置１０の下流の液体に微細気泡を含ませることができる。また、この微細気泡発生装置１０は四つの渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０を有するため、流路の断面の全体にわたって微細気泡を発生させることができる。また、第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００は円板に貫通孔を形成するだけで極めて簡単に製作することができ、これらの第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００を積層するだけで微細気泡発生装置１０を製造することができるので、低コストでしかも容易に微細気泡発生装置１０を製造することができる。また、この微細気泡発生装置１０を設置する管路の断面積に応じて第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００の直径を自在に変更することができるので、この微細気泡発生装置１０は様々な断面積の管路に対応することができる。

〈第２の実施の形態〉
［微細気泡発生装置］
第２の実施の形態による微細気泡発生装置１０においては、給気部圧力の低下および流れの抵抗低減を図るために、第３平板部３００の下流側に邪魔板が設けられていることが、第１の実施の形態による微細気泡発生装置１０と異なる。この邪魔板は、特許文献３に開示された圧力遮断用ノズルと同様なものを用いることができる（例えば、同文献の図４７に示すもの。）。すなわち、この微細気泡発生装置１０においては、図１１に示すように、第３平板部３００の下流側にこの第３平板部３００に平行に邪魔板４００が設けられている。この邪魔板４００は、渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０の出口を閉塞するように設けられている。この邪魔板４００の閉塞部以外の部分は開口している。より詳細には、この邪魔板４００のうちの、第３平板部３００の渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０の渦崩壊部ＶＢの円筒部の中心軸の延長線とこの邪魔板４００との交点を中心とする、少なくとも渦崩壊ノズルノズル３１０、３２０、３３０、３４０の円筒部の半径ｒ_e に等しい半径以内の部分には開口が設けられていない。すなわち、この邪魔板４００の閉塞部の大きさは、少なくとも、渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０の渦崩壊部ＶＢの内径２ｒ_e より大きい直径の円以上の大きさに選ばれる。

邪魔板４００と第３平板部３００との間の間隔ｈは、別途行った実験の結果から、給気部圧力の低下を図るためにｒ_e ／６〜ｒ_e ／２とする。図１２に示すように、邪魔板４００を設けることによる流路の閉塞を防止するためには、渦崩壊ノズル３１０から流出し、第３平板部３００と邪魔板４００との間の流路を通って流れる液体に関し、流れの断面積が減少しないための条件はπｒ_e ² ≦２πｒ_e ｈであるからｈ≧ｒ_e ／２が導かれる。しかし、この式は流れが邪魔板４００と第３平板部３００との間を通過する際の抵抗が支配的にならないための十分条件であるので、上記の実験の結果から、ｈ＝ｒ_e ／６〜ｒ_e ／２とする。

邪魔板４００の効果を検証するために実験を行った。図１３は、パワー（水量×水圧）と給気部圧力との関係をｈを０．４ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍと変えて測定した結果を示す。また、図１４はポンプの圧力と流量との関係を同様にｈを０．４ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍと変えて測定した結果を示す。図１３より、ｈ＝１．０ｍｍのときに給気部圧力が最小であった。また、図１４に示すように、ｈ＝１．０ｍｍのときは、流量も邪魔板４００を用いない場合に比べて１０％以上増加した。

図１５はこの邪魔板４００付き微細気泡発生装置１０の試作品を示す。図１５に示すように、第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００をそれぞれアクリル板により形成し、第１平板部１００にアクリル板により形成した前室を設置し、第３平板部３００の前面にアクリル板により形成した邪魔板４００を設置した。ただし、ｄ₁ ＝２ｍｍ、ｄ₂ ＝３ｍｍ、ｄ₃ ＝５ｍｍ、ｔ＝３ｍｍ、Ｒ＝１０ｍｍ、ｒ_e ＝４．５ｍｍである。こうして試作した邪魔板４００付き微細気泡発生装置１０をアクリル板により形成された水槽に沈め、前室の上部に接続したチューブから流量９Ｌ／ｍｉｎおよび圧力５７ｋＰａで水を流すとともに、第１平板部１００の給気孔に接続された給気チューブの一端を水槽から出し、給気を行った。図１６Ｂは、このときの様子を水槽の外側から撮影した写真である。比較のために、邪魔板４００を設けていないことだけが異なる試作品を用いて同様な実験を行って撮影した写真を図１６Ａに示す。ただし、チューブから流す水の圧力は６７ｋＰａである。図１６Ａに示すように、邪魔板４００を設けていない場合には、微細気泡が合体してしまって微細気泡がほとんど観察されないのに対し、図１６Ｂに示すように、邪魔板４００を設けた場合には、微細気泡が高濃度に発生していることが観察される。

この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、給気部圧力の低下を図ることができるとともに、渦崩壊ノズルの出口付近で微細気泡が合体して気泡の径が大きくなるのを防止することができるという利点を得ることができる。

〈第３の実施の形態〉
［微細気泡発生装置］
第３の実施の形態による微細気泡発生装置１０について説明する。

この微細気泡発生装置１０は、基本的には第１の実施の形態による微細気泡発生装置１０と同様な構成を有するが、第３平板部３００の下流側に第２の実施の形態と同様な邪魔板４００が設けられていることに加えて、第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の円形部２１１、２２１、２３１、２４１の直後にスペースが設けられていることが第１の実施の形態と異なる。すなわち、図１７は、一つの渦崩壊ノズル３１０およびこの渦崩壊ノズル３１０に対応する旋回流発生用流路２１０の円形部２１１および直線部２１２の部分を示す。図１７に示すように、この微細気泡発生装置１０においては、第３平板部３００の下流側に第２の実施の形態と同様な邪魔板４００が設けられていることに加えて、第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０の円形部２１１の深さが直線部２１２よりｄだけ大きくなっている。ここで、円形部２１１の深さは第２平板部２００の厚さｄ₂ と等しく、直線部２１２の深さはｄ₂ −ｄとなっている。第１の実施の形態と比較すると、第３の実施の形態においては、円形部２１１の下流側に深さｄのスペースＳＰが設けられていると言うことができる。

図１８は、ｄ₂ −ｄを固定し、スペースＳＰの深さｄを変えて給気部圧力を測定した結果を示す。図１８に示すように、円形部２１１の下流側にスペースＳＰを設けることにより、給気部圧力は低下する。これは、プレート型スワーラーでは、直線部から円形部の接線方向に液体が流入するため、プレート型スワーラー単独では後流は形成されないが、円形部２１１の下流側に深さｄのスペースＳＰが設けられていることにより、後流を発達させることができるためである。

この第３の実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態と同様な利点に加えて、給気部圧力のより一層の低下を図ることができるという利点を得ることができる。

〈第４の実施の形態〉
［微細気泡発生装置］
第４の実施の形態による微細気泡発生装置１０について説明する。

この微細気泡発生装置１０は、基本的には第１の実施の形態による微細気泡発生装置１０と同様な構成を有するが、第３平板部３００の下流側に第２の実施の形態と同様な邪魔板４００が設けられていることに加えて、実質的に、第３の実施の形態による微細気泡発生装置１０と同様な効果が得られるように構成されている。すなわち、図１９は、一つの渦崩壊ノズル３１０およびこの渦崩壊ノズル３１０に対応する旋回流発生用流路２１０の円形部２１１および直線部２１２の部分を示す。図１９に示すように、この微細気泡発生装置１０においては、第３平板部３００の下流側に第２の実施の形態と同様な邪魔板４００が設けられていることに加えて、第２平板部２００の厚さｄ₂ が、第１の実施の形態に比べて大きくなっていることが第１の実施の形態と異なる。具体的には、第２平板部２００の厚さｄ₂ は、第１の実施の形態に比べて、第３の実施の形態のスペースＳＰの深さｄと同程度大きく選ばれている。

この微細気泡発生装置１０においては、第１平板部１００の流入孔１１１〜１２２から入り、旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の直線部２１２〜２１５、２２２〜２２５、２３２〜２３５、２４２〜２４５を通って円形部２１１、２２１、２３１、２４１に入る液体の流入流速は第２平板部２００の厚さｄ₂ が大きいことにより低下するため、給気部圧力は低下する。これは、旋回流の後流を発達させることができるためである。

この第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様な利点を得ることができる。

〈第５の実施の形態〉
［シャワーヘッド］
図２０ＡおよびＢは第５の実施の形態によるシャワーヘッドを示し、図２０Ａは正面図、図２０Ｂは背面図である。また、図２１Ａは図２０ＡのＸ−Ｘ線に沿っての拡大断面図、図２１Ｂは図２０ＡのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図である。図２０ＡおよびＢならびに図２１ＡおよびＢに示すように、このシャワーヘッド５００は半球状のヘッド部５１０および細長いほぼ円筒状の柄部５２０からなる。柄部５２０の中空部はヘッド部５１０の内部の空間と連通している。これらのヘッド部５１０および柄部５２０はここでは一体に形成されているが、別体に形成されてもよい。柄部５２０の上流側の端部の外周部には雄ねじ５２１が形成されており、シャワーヘッド５００の使用時には、水道の蛇口に接続されたホースの一端の取付具の内周面に形成された雌ねじにこの雄ねじ５２１がねじ込まれることにより柄部５２０とホースとが相互に接続される。

ヘッド部５１０の半球状の本体５１１の前部には円筒部５１１ａが設けられている。この円筒部５１１ａの内部に、第１の実施の形態と同様な構成の微細気泡発生装置１０が同軸に設置されている。この微細気泡発生装置１０においては、前方に向かって順番に第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００が設けられている。この場合、第２平板部２００および第３平板部３００は互いに一体に形成され、第１平板部１００と積層されている点が第１の実施の形態と異なる。第１平板部１００と第２平板部２００との間は防水両面テープなどにより封止されている。図２２に第１平板部１００を示す。図２２に示すように、第１平板部１００には、第３平板部３００の渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０と同軸に、断面形状が円形の給気孔１３１〜１３４が設けられている。これらの給気孔１３１〜１３４は、第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の円形部２１１、２２１、２３１、２４１にそれぞれ連通している。また、図２３ＡおよびＢに、一体に形成された第２平板部２００および第３平板部３００を示す。図２３ＡおよびＢに示すように、この場合、第３平板部３００の直径は第２平板部２００の直径よりも小さく、従って第２平板部２００および第３平板部３００の外周面には段差が形成されている。

本体５１１の内面の、この本体５１１の中心軸上に円筒状の支持棒５１２が設けられている。この支持棒５１２の先端は第１平板部１００に接触している。第１平板部１００、第２平板部２００および第３平板部３００の中心軸上には貫通孔ＴＨが設けられている。この貫通孔ＴＨを通してねじ５１３が取り付けられている。このねじ５１３の雄ねじは支持棒５１２の先端部の内周面に形成された雌ねじにねじ込まれている。このねじ５１３の頭部は貫通孔ＴＨの前方に設けられた直径が大きい部分に収容されている。こうして、ねじ５１３が支持棒５１２の先端部にねじ込まれて締め付けられることにより、本体５１１に対して微細気泡発生装置１０が固定されている。

図２１Ａに示すように、本体５１１の内面の、第１平板部１００の給気孔１３１〜１３４に対応する位置に、この本体５１１の中心軸に平行な円筒状の給気管５１４〜５１７が設けられている。これらの給気管５１４〜５１７の先端部にはゴム製のプラグＰＧがそれぞれ取り付けられている。このプラグはＰＧは円筒部とこの円筒部の一端に設けられた鍔部とからなり、この円筒部が給気管５１４〜５１７の先端部に鍔部がこれらの給気管５１４〜５１７の先端と接触するまで挿入されている。給気管５１４〜５１７に挿入される前のプラグＰＧの円筒部の外径は給気管５１４〜５１７の内径より少し大きくなっており、このプラグＰＧがゴム製で弾性を有するため、このプラグＰＧが給気管５１４〜５１７に挿入された状態ではこのプラグＰＧの外周面と給気管５１４〜５１７の先端部の内周面とは密着しており、封止されている。また、プラグＰＧがゴム製で弾性を有するため、プラグＰＧの鍔部と第１平板部１００とは互いに密着しており、封止されている。このプラグＰＧの中心軸上には貫通孔が設けられており、第１平板部１００に設けられた給気孔１３１〜１３４と連通している。一方、本体５１１の給気管５１４〜５１７のそれぞれの根元の部分には、内周面に雌ねじが形成された円筒状の金属スリーブＭＳが埋設されている。そして、この金属スリーブＭＳの内周面の雌ねじに空気弁ねじ５１８ａ、５１８ｂ、５１８ｃ、５１８ｄの雄ねじがねじ込まれている。この金属スリーブＭＳの雌ねじと空気弁ねじ５１８ａ、５１８ｂ、５１８ｃ、５１８ｄの雄ねじとの間には隙間があり、この隙間を介してシャワーヘッド５００の外部と給気管５１４〜５１７の内部、従って最終的に微細気泡発生装置１０の第１平板部１００の給気孔１３１〜１３４とが連通している。

微細気泡発生装置１０の第３平板部３００の前方には、多数のシャワー孔５２２ａが設けられた、ヘッド部５１０の中心軸を中心とする円形のシャワープレート５２２が設けられている。シャワー孔５２２ａは前方に向かって断面積が徐々に減少する円錐台状の縦断面形状を有する。シャワー孔５２２ａは、シャワープレート５２２の中心の周りの互いに半径が異なる６個の同心円上にそれぞれ等間隔に設けられている。このシャワープレート５２２は、前方に向かって極偏平な円錐状に湾曲した形状を有する。このシャワープレート５２２と第３平板部３００との間の間隔は０．４ｍｍ以上２ｍｍ以下、好適には例えば１ｍｍ程度に選ばれている。このシャワープレート５２２は、水を噴出するためのシャワー孔５２２ａを設けるとともに、邪魔板として用いられる。従って、シャワープレート５２２のうち、第３平板部３００の渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０の出口の前方を含む部分にはシャワー孔５２２ａは設けられていない。シャワープレート５２２は、外周部に断面形状がＬ字型に屈曲した屈曲部５２２ｂを有する。この屈曲部５２２ｂは、第３平板部３００の外周に取り付けられたリング状のゴム製パッキン５２３を介して、本体５１１の円筒部５１１ａおよび第２平板部２００の外周部と接触している。本体５１１の円筒部５１１ａには、シャワープレート５２２を本体５１１に対して固定するためのグリップ５２４が取り付けられている。すなわち、円筒部５１１ａの外周面には雄ねじが形成されており、この雄ねじにグリップ５２４の内周面に形成された雌ねじがねじ込まれることにより、円筒部５１１ａにグリップ５２４が取り付けられている。グリップ５２４の先端部には中心に向かって折れ曲がった円環部５２４ａが設けられている。そして、シャワープレート５２２とグリップ５２４とは、グリップ５２４の円環部５２４ａがシャワープレート５２２の屈曲部５２２ｂに係合している。このため、本体５１１の円筒部５１１ａの雄ねじにグリップ５２４の雌ねじがねじ込まれると、この係合部でグリップ５２４の円環部５２４ａによりシャワープレート５２２の屈曲部５２２ｂが押される結果、ゴム製パッキン５２３を介してシャワープレート５２２が本体５１１に対して固定されている。この状態では、ゴム製パッキン５２３は圧縮されていることにより、ゴム製パッキン５２３とシャワープレート５２２、本体５１１の円筒部５１１ａ、第２平板部２００および第３平板部３００との間は密着しており、封止されている。

［シャワーヘッド５００の動作］
このシャワーヘッド５００の動作について説明する。このシャワーヘッド５００の柄部５２０を水道の蛇口に接続されたホースの先端の取付具に取り付ける。水道の蛇口を開いて水（湯水も含む）をホースに流す。この水はホースを通って柄部５２０の中空部に入り、さらにシャワーヘッド５００のヘッド部５１０の内部に入る。ヘッド部５１０の内部に入った水は、微細気泡発生装置１０の第１平板部１００の流入孔１１１〜１２２から、第２平板部２００の旋回流発生用流路２１０、２２０、２３０、２４０の直線部２１２〜２１５、２２２〜２２５、２３２〜２３５、２４２〜２４５を介してそれぞれ円形部２１１、２２１、２３１、２４１に流入し、これらの円形部２１１、２２１、２３１、２４１の内部で旋回流が発生し、第１の実施の形態による微細気泡発生装置１０の動作原理に従って、第３平板部３００の渦崩壊ノズル３１０、３２０、３３０、３４０の出口から微細気泡を含む水が流出する。円形部２１１、２２１、２３１、２４１の内部の旋回流への空気の導入は、金属スリーブＭＳの雌ねじと空気弁ねじ５１８ａ、５１８ｂ、５１８ｃ、５１８ｄの雄ねじとの間の隙間、給気管５１４〜５１７、プラグＰＧおよび第１平板部１００の給気孔１３１〜１３４を通して行われる。この微細気泡を含む水は、第３平板部３００の前方に設けられたシャワープレート５２２に当たってこのシャワープレート５２２に沿う方向に流れ、最終的に、シャワー孔５２２ａから微細気泡を含む水が噴出される。

この第５の実施の形態によるシャワーヘッド５００によれば、ヘッド部５１０の先端部のシャワープレート５２２の内側に微細気泡発生装置１０が設けられ、シャワープレート５２２が邪魔板として働くことにより、第１および第２の実施の形態と同様な利点を得ることができ、水道水圧でも容易に微細気泡を発生させることができ、微細気泡を含む水をシャワープレート５２２のシャワー孔５２２ａから噴出させることができる。

以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、形状、構造、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、形状、構造、配置などを用いてもよい。

１０…微細気泡発生装置、１００…第１平板部、１１１〜１２２…流入孔、１３１〜１３４…給気孔、２００…第２平板部、２１０、２２０、２３０、２４０…旋回流発生用流路、２１１、２２１、２３１、２４１…円形部、２１２〜２１５、２２２〜２２５、２３２〜２３５、２４２〜２４５…直線部、３００…第３平板部、３１０、３２０、３３０、３４０…渦崩壊ノズル、４００…邪魔板、５００…シャワーヘッド、５１０…ヘッド部、５２０…柄部、５２２…シャワープレート、５２２ａ…シャワー孔

Claims (16)

1. 所定の中心に関してｍ重回転対称（ｍは２以上の偶数）の位置にあるｍ個の点に関してｎ重回転対称（ｎは２以上の整数）の位置に設けられたｎ個の流入孔を有する第１平板部と、
   上記第１平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の点に対応する位置にそれぞれ設けられた円形部および上記ｎ個の流入孔に対応する位置からそれぞれこの円形部の接線方向に延在する直線部からなるｍ個の旋回流発生用流路を有し、円周方向に互いに隣接する二つの上記旋回流発生用流路はそれぞれの上記円形部の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線に関して対称な形状を有する第２平板部と、
   上記第２平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の旋回流発生用流路の上記円形部に対応する位置にそれぞれ設けられた、円筒部を含む渦崩壊部を有するｍ個の渦崩壊ノズルを有する第３平板部と、
   を有する微細気泡発生装置。
2. 上記第１平板部の上記流入孔から液体が流入し、上記第２平板部の上記旋回流発生用流路の上記直線部および上記円形部ならびに上記第３平板部の上記渦崩壊ノズルを通って液体が流出するときのスワールパラメータをＳ_w と表したとき、Ｓ_w ≧１である請求項１記載の微細気泡発生装置。
3. 上記旋回流発生用流路の上記円形部の半径をＲ、上記旋回流発生用流路の上記直線部の幅をｔ、上記渦崩壊部の上記円筒部の半径をｒ_e と表したとき、ｔ＜Ｒ−ｒ_e である請求項１または２記載の微細気泡発生装置。
4. 上記第３平板部の厚さをｄ₃ としたとき、ｄ₃ ＞ｒ_e である請求項３記載の微細気泡発生装置。
5. ｄ₃ ≧４ｒ_e である請求項４記載の微細気泡発生装置。
6. 上記渦崩壊ノズルは上記渦崩壊部の上流側に縮流部を有し、上記縮流部は上記渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており、上記渦崩壊部との境界部において上記渦崩壊部と同一の断面形状を有する請求項１〜５のいずれか一項記載の微細気泡発生装置。
7. 上記渦崩壊部は上記円筒部の下流側に出口に向かって広がった形状の終端部を有し、上記円筒部の内周面と上記終端部の端面とが滑らかに繋がっており、上記円筒部の内周面と上記終端部の端面とがなす角度をθ₀ としたとき、９０度＜θ₀ ＜１８０度である請求項１〜６のいずれか一項記載の微細気泡発生装置。
8. ｍは４以上の偶数である請求項１〜７のいずれか一項記載の微細気泡発生装置。
9. 上記第１平板部、上記第２平板部および上記第３平板部は別々に形成され、互いに積層されている請求項１〜８のいずれか一項記載の微細気泡発生装置。
10. 上記第２平板部および上記第３平板部は互いに一体に形成され、上記第１平板部と積層されている請求項１〜８のいずれか一項記載の微細気泡発生装置。
11. 上記流入孔は円形の断面形状を有する請求項１〜１０のいずれか一項記載の微細気泡発生装置。
12. 上記第１平板部は上記ｎ個の旋回流発生用流路の上記円形部に対応する位置にそれぞれ設けられた給気孔を有する請求項１〜１１のいずれか一項記載の微細気泡発生装置。
13. ヘッド部の内部の、シャワー孔を有する先端部の内側に微細気泡発生装置が設けられ、
    上記微細気泡発生装置は、
    所定の中心に関してｍ重回転対称（ｍは２以上の偶数）の位置にあるｍ個の点に関してｎ重回転対称（ｎは２以上の整数）の位置に設けられたｎ個の流入孔を有する第１平板部と、
    上記第１平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の点に対応する位置にそれぞれ設けられた円形部および上記ｎ個の流入孔に対応する位置からそれぞれこの円形部の接線方向に延在する直線部からなるｍ個の旋回流発生用流路を有し、円周方向に互いに隣接する二つの上記旋回流発生用流路はそれぞれの上記円形部の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線に関して対称な形状を有する第２平板部と、
    上記第２平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の旋回流発生用流路の上記円形部に対応する位置にそれぞれ設けられた、円筒部を含む渦崩壊部を有するｍ個の渦崩壊ノズルを有する第３平板部と、
    を有し、
    上記第３平板部が上記ヘッド部の上記先端部の内面に面しているシャワーヘッド。
14. 上記ヘッド部の上記先端部のうちの、上記第３平板部の上記渦崩壊ノズルの上記円筒部の中心軸の延長線と上記先端部との交点を中心とする半径ｒ_e 以内の部分には上記シャワー孔が設けられておらず、上記第３平板部と上記先端部との間の距離をｈとしたとき、ｈ≦ｒ_e ／２である請求項１３記載のシャワーヘッド。
15. ｒ_e ／６≦ｈ≦ｒ_e ／２である請求項１４記載のシャワーヘッド。
16. 混相流体の流路の途中に上記混相流体を攪拌混合するための微細気泡発生装置が設けられ、
    上記微細気泡発生装置は、
    所定の中心に関してｍ重回転対称（ｍは２以上の偶数）の位置にあるｍ個の点に関してｎ重回転対称（ｎは２以上の整数）の位置に設けられたｎ個の流入孔を有する第１平板部と、
    上記第１平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の点に対応する位置にそれぞれ設けられた円形部および上記ｎ個の流入孔に対応する位置からそれぞれこの円形部の接線方向に延在する直線部からなるｍ個の旋回流発生用流路を有し、円周方向に互いに隣接する二つの上記旋回流発生用流路はそれぞれの上記円形部の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線に関して対称な形状を有する第２平板部と、
    上記第２平板部と積層または一体に形成され、上記ｍ個の旋回流発生用流路の上記円形部に対応する位置にそれぞれ設けられた、円筒部を含む渦崩壊部を有するｍ個の渦崩壊ノズルを有する第３平板部と、
    を有し、
    上記第１平板部が上記流路の上流側に面している混相流体処理装置。