JP2018058038A

JP2018058038A - ファインバブル発生装置

Info

Publication number: JP2018058038A
Application number: JP2016197778A
Authority: JP
Inventors: 俊一武藤; Shunichi Muto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: JP6312768B2

Abstract

【課題】非常に微細な気泡であるファインバブル含有水は洗浄その他に優れた効果を有するものである。しかし、その発生装置は、一般的に高価で複雑である。また、他の付属装置を必要とする。そこで、ここに簡単にファインバブルを発生する装置を提供する。【解決手段】流体管中に設置するものであって、筒体とフランジから構成され、該フランジと該筒体には貫通孔があり、その貫通孔は、その断面形状が中央が狭くなったくびれ形状のものであり、且つ、筒体中ではその貫通孔は長手方向に進むに従って螺旋状に刻設されているもの。【選択図】図１

Description

本発明は、ファインバブル発生装置及びファインバブル発生方法に関するものである。

ファインバブルとは、液中に存在する微細な気泡である。この微細な気泡が種々の効果を有することが見出され、その微細気泡の発生装置も種々考案されている。
ファインバブルのサイズとしては、一般的には１００μｍ以下であり、なかでも１μｍ以下のものはウルトラファインバブル（ナノバブルともいう）と呼ばれている。

ファインバブルの発生装置としては、特許文献１や特許文献２のようなものが考えられる。特許文献１のものは、流体を回転させて、ノズル５ａの狭い空隙から微細気液混合流体を吐出するものである。これは、特別な装置が必要であり、簡単に家庭用のノズル等に取り付けられるものではない。

特許文献２は、液体と気体を別個に取り入れて、これらを混ぜ合わせるものである。この装置では導入する気体の圧縮装置が別途必要であり、家庭用のシャワー用に簡単に設置するというものではない。

特開２０１２−０９１１５３号公報特開２０１３−１０７０４３号公報

そこで、本発明では、簡単に設置でき、安価なファインバブル発生装置と発生方法を提供する。

以上のような状況に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明ファインバブル発生装置及び発生方法を完成したものであり、その特徴とするところは、装置にあっては、流体管中に設置するものであって、筒体とフランジから構成され、該フランジと該筒体には貫通孔があり、その貫通孔は、その断面形状が中央が狭くなったくびれ形状のものであり、且つ、筒体中ではその貫通孔は長手方向に進むに従って螺旋状に刻設されている点にあり、発生方法にあっては、筒体とフランジから構成され、該フランジと該筒体には貫通孔があり、その貫通孔は、その断面形状が中央が狭くなったくびれ形状のものであり、且つ、筒体中ではその貫通孔は長手方向に進むに従って螺旋状に刻設されている装置を、流体の管に装置自体は回転しないように設置する点にある。

ここで、ファインバブルは、１００μｍ以下の微小気泡であり、１μｍ〜１００μｍのものをマイクロバブル、数十ｎｍ〜１μｍのものをウルトラファインバブル（ナノバブルとも呼ばれる）と呼ばれるがその両方を含むものである。
マイクロバブルは液体が少し濁るため、肉眼で判断できるが、ウルトラファインバブルは液体が透明であり、発生したかどうかはわからない。チンダル現象を利用して光を照射して確認できる。

大きな気泡は、通常は上方に浮かんで表面で大気に開放されるが、ファインバブルは小さいため浮かぶ速度がゆっくりであり、液体中に長く存在する。ウルトラファインバブルではほとんど上昇しない。

ここでいう流体（液体）は何でもよいが、一般的には水（水道水等）である。流体管とは、この液体が流れる管であり、単なるパイプでも種々の器具でもよい。器具の例としては、シャワーヘッド、台所の蛇口、その他種々の洗浄用の器具等が考えられる。

本発明装置は筒体とフランジから構成される。筒体の端部にフランジが接続された形状であり、一体成型でも別途製造したものを固着してもよい。
サイズは特に限定するものではないが、家庭用として、筒体は長さが１０〜２０ｍｍ、直径が５〜１０ｍｍが好適である。また、フランジは、直径が１２〜２０ｍｍで厚みは１〜２ｍｍが好適である。

上記筒体（フランジも）には、貫通孔が設けられている。この貫通孔の断面形状が本発明のポイントの１つである。単なる円形ではなく、中央が狭くなったくびれ形状である。ここでいう「中央が狭くなったくびれ形状」とは、両端部よりも中央部が狭くなった形状であり、例えば、膨れた両端部が同じ瓢箪型、家紋でいう分銅型のようなものである。

形状的には、両端が広がった形状であり、両端部は円形、楕円形、イチョウの葉型のようなものが好適である。このように中心を狭く、両端を広く（両端部の面積を大きくする）しているのは、回転による遠心力がより大きくなり中心部が大きく減圧されるためである。
しかし、中心部分は、ずれないほうがよい。筒体の中心に筒体の長手方向と平行に空洞が通っている構造である。即ち、細いパイプが、筒体と平行に中心部に挿入できるということである。

中央が狭くなったくびれ形状のサイズは、限定はしないが、家庭用や小サイズ用では、前記した通り筒体の径が５〜１０ｍｍであるため、貫通孔は長手方向が３〜８ｍｍで、幅方向の最も狭い部分が１〜３ｍｍ程度である。
貫通孔の断面積としては、適用する流路の断面積の１／５〜１／１５がよく、１／１０程度が好適である。これによって、流速を増加して旋回力を得るのである。

また、中央部から端部に至る部分は、滑らかな線が好ましい。最周縁部は問題はないが、中心から遠心力によって周縁部に向かう部分には段差や折れ線形状がないほうがよい。滑らかな方が遠心力が大きくなるためである。

また、この貫通孔は、入口と出口では、その断面の面積を少し替えてもよい。出口を少し（１０から１５％程度）小さくするのである。そうすると、流速が増加する。勿論、入口と出口の面積は同じでもよい。

さらに、上記の貫通孔は、進行に従って回転するように、即ちスパイラルに刻設されている。螺旋回転の程度は、１０ｍｍ進むと、９０度〜１８０度旋回する程度がよい。より好適には、９０度〜１２０度である。
これは流体の液圧との兼ね合いであり、圧が高く流速が大きいと長さあたりの旋回量は小さくてよい。上記の数値は、圧が１〜２ｋｇｆ／ｃｍ^２（一般の水道水の出口圧程度）の場合に好適なものである。換言すると、圧を上げて、旋回量を増加させると、流量を確保してバブルの発生が多くなる。

次に本発明装置によって、ファインバブルが発生する原理について説明する。
まず、ヘンリーの法則により、「一定温度では、溶解度の小さい気体（空気など）が一定量の溶媒に溶けるとき、気体の溶解度はその気体の圧力に比例する」のである。
よって、気体が溶解している液体を減圧すると溶解度が減少し、溶け込める気体の量が減少する。そして、その量（飽和）以上の分（溶け込めない量）の気体は気泡として液体から分離（発生）するのである。

通常、水道水は空気が溶け込んでいるが、常に大気圧の空気と接しているため、ほぼ飽和状態と考えられる。そうすると、減圧すると空気の気泡が発生するのである。空気は窒素ガス、酸素ガス、二酸化炭素等の混合物であるが、分離して酸素ガス気泡や窒素ガス気泡ができるのではなく、混合物としての空気の気泡と考えられる。

次に本発明による減圧の方法は、液体を旋回させてその遠心力によって、回転の中心部を減圧するものである。遠心分離機のように、装置を回転させるのではなく、流体の流れのエネルギーを利用して、旋回させるものである。即ち、ライフル銃のように通過する筒体を螺旋状の通路にし、進行することによって旋回させるものである。

次に本発明装置の使用方法（ファインバブル発生方法）について説明する。上記説明した通り、本発明装置は流路において、それ自身は回転せず、流体を旋回させるものである。よって、液体の流路に設置すればよい。それも、装置自身は回転しないようにしなければならない。
例えば、流路をほぼ全面的にふさぐ大きさのフランジが水圧（流体圧）に押圧され密着する。これで装置が回転せずに筒体の貫通孔にのみ水が通過する。シャワーヘッド、ホース継ぎ部品、蛇口部品、さらには配管のネジ継ぎ手部分の段差を利用して固定することができる。

即ち、本発明のフランジのサイズをそれらに適合するものにすればよいということである。そうすれば、フランジの外側（フランジと管との間）から流体が流れるのを防止できる。勿論、数学的にいう厳密な意味でまったく０でなくてもよい。
サイズ的には、家庭用シャワーヘッド用としては、全長が１１ｍｍ、フランジ径が１８ｍｍ、筒体の径が８．５ｍｍにすると、ほとんどすべてのシャワーヘッドに装着が可能となる。

フランジが管の径ほぼと同じであれば、ネジ部や曲り部等フランジが通過できない部分に、フランジが流体の圧で押圧され回転は阻止される。これにより、本発明自体は回転せず、流体が旋回するのである。本発明装置の大きさを調整すれば、通常のシャワーヘッドや蛇口にそれらをなんら改良せず簡単に取り付ける（挿入）ことができる。

上記した通り、本発明は既存の流路に装着するのが便利であるが、全く新しく流路（シャワーヘッド等の種々の器具）を製造する場合に、本発明を取り付けて製造しても、本発明と流路を一体に製造してもよい。

本発明の効果的な取り付け箇所としては、散水器、洗濯機、シンク、トイレ等の蛇口や散水ヘッドがある。このような、主として洗浄用に使用される部分により効果的である。

本発明装置の利点は、次の通りである。
（１）ファインバブルを含む流体が簡単に製造できる。
（２）本発明装置は、家庭用の蛇口にも簡単に装着できる。
（３）本発明装置は、製造が簡単である。
（４）本発明装置は、メンテナンス等はまったく不要であり、扱いが簡単である。
（５）ファインバブルを含む水は、洗浄効果が大きく、配管等が自然に洗浄される効果や、洗濯に使用すると洗剤が軽減できるという効果が期待できる。
（６）また、ファインバブルを含む水は、摩擦の低減、乾きが速い等の物理的効果、空気の場合、除菌、血行促進等の化学的効果がある。
（７）さらに、本発明では、本発明装置を通過した後も、ホースや配管、その他の構造物内で強い乱流を発生させる効果がある。回転流になれば輸送や拡散の効果が大きくなる。

本発明装置の１例を示す斜視図である。本発明の筒体の貫通孔の形状の例を示す正面図である。図１の内部を示す斜視図である。図１の例の断面図である。貫通孔の例を示す筒体の正面図である。本発明の使用例を示す側面図である。

以下図面に示す実施例に従って本発明をより詳細に説明するが本発明が実施例に限定されるものではない。
図１は、本発明ファインバブル発生装置１の１例を示す斜視図である。筒体２とフランジ３から構成され、筒体２には貫通孔４が設けられている。この例では、筒体２の長さは１０ｍｍ、フランジ３の厚みは１ｍｍである。また、貫通孔４の断面は、図の通りいわゆる家紋でいう中陰分銅型（イチョウの葉を２枚一部重ねた図形）である。この形のまま進行に従って旋回していく。この例では、１０ｍｍで９０度回転している。即ち、入口（フランジ側）と出口ではほぼ縦が横になって（９０度回転）いる。実際には、フランジの厚み分があるので少し、より回転している。筒体２の径は、８．５ｍｍである。

図２は、図１の筒体側から見た正面図である。この例では、貫通孔４の最も狭い部分は、１．５ｍｍであり、最も広い部分で６．５ｍｍである。

図３は、貫通孔４の内部構造を示す斜視図である。貫通孔４が、旋回して入口と出口で角度が変わっていることが分かる。この図では、９０度回転している。

図４は、図１の例の縦断面図である。筒体２の内部の孔の径の変化によって、上記の貫通孔４が旋回していることがわかる。貫通孔の断面積が、この図の左端で狭く、出口で広くなっていることからも明らかである。

この例では、貫通孔を水が高速で通過することによって、水は旋回する。その時に両端部の面積の大きい部分に水が多く引かれ、より大きな遠心力がかかる。よって、中心部が減圧され、溶解している気体が析出（溶けられず気体として出たもの）するのである。析出する気泡のサイズは明確ではないが、発明者の実験では減圧が大きい、即ち水圧が高いか、進行あたりの旋回程度が大きい場合にはより小さいサイズの気泡が析出するようである。

図５は貫通孔の形状の例である。（ａ）は家紋でいう分銅型のような形状である。（ｂ）は瓢箪型、（ｃ）は（ａ）と同形状であるが端部がより広い例であり、（ｄ）は端部が円周と平行でない例であり、（ｅ）は両端部が異なる形状の例である。

図６は、本発明装置１をシャワーヘッド５に挿入する例を示す。通常のシャワーヘッド５は、ホース６の接続具７とネジ止めされている。このネジを外して、その間に本発明装置を挿入し、再び元のようにネジを締めればよい。フランジ３が薄いため、ほとんど問題なくネジを締めることができる。
また、フランジ３の外径は、シャワーヘッド５のネジ８の外径より小さく、ネジ８の内径（水の通路）より大きければよい。このフランジ３が水圧により、ネジ８に押し付けられ、密閉して回転も防止するのである。フランジ３が薄いため、接続具７の空間に収納できる。
このシャワーヘッド以外のものも、ほぼこのようにして取り付けが可能である。

１本発明ファインバブル発生装置
２筒体
３フランジ
４貫通孔
５シャワーヘッド
６ホース
７接続具
８ネジ
９ゴムパッキン

Claims

流体管中に設置するものであって、筒体とフランジから構成され、該フランジと該筒体には貫通孔があり、その貫通孔は、その断面形状が中央が狭くなったくびれ形状のものであり、且つ、該筒体中ではその貫通孔は長手方向に進むに従って螺旋状に刻設されていることを特徴とするファインバブル発生装置。
該くびれ形状は、中心から周縁部に向かう部分は滑らかである請求項１記載のファインバブル発生装置。
螺旋回転の程度は、１０ｍｍ進むと、９０度〜１８０度旋回するものである請求項１又は２記載のファインバブル発生装置。
筒体とフランジから構成され、該フランジと該筒体には貫通孔があり、その貫通孔は、その断面形状が中央が狭くなったくびれ形状のものであり、且つ、該筒体中ではその貫通孔は長手方向に進むに従って螺旋状に刻設されている装置を、流体の管に装置自体は回転しないように設置することを特徴とするファインバブル発生方法。