JP2019166493A

JP2019166493A - 微細気泡発生ノズル

Info

Publication number: JP2019166493A
Application number: JP2018057192A
Authority: JP
Inventors: 清廣瀬; Kiyoshi Hirose
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-10-03

Abstract

【課題】マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡の生成量を大幅に高める微細気泡発生ノズルを提供する。【解決手段】ノズル本体１０内に導入された気液混合体を高速旋回させてせん断力により微細気泡を発生させる旋回室３０と、旋回室から複数に分岐し、旋回室内の気液混合体が流入するスリット３２と、スリットから流出する気液混合体を減圧させて発泡させることにより微細気泡を生成するバッファ室５０と、バッファ室の気液混合体を外部へ吐出する吐出孔６０とを備えることを特徴とする微細気泡発生ノズル１によって解決できる。【選択図】図１

Description

本発明は、旋回流方式により微細気泡を発生する微細気泡発生ノズルに関する。

従来、旋回流方式の微細気泡発生ノズルの一例として、特許文献１に開示されたものがある。従来の微細気泡発生ノズルは、一端に液体を導入する導入口を有するとともに、他端に液体を導出する導出口を有する筒状のケーシング体内に、ケーシング体の周壁に開口した吸気口から気体を導入して液体と混合させる気液混合部と、気液混合体を高速旋回させる旋回流形成部とを備えている。旋回流となった気液混合体は、放出される際に強い回転の影響で横にはじき飛ばされる力を受け、気体が渦の崩壊に伴ってねじりと引っ張りの作用を受けて分断される。このようにして分断化されることにより、微細気泡が生成される。

また、特許文献２に示すように、旋回流方式の微細気泡発生ノズルにおいては、マイクロおよびナノレベルの微細気泡の生成量を高める方法として、旋回する気液混合体の流速を高めることが知られている。

特開２００７−２１３４３号公報特開２０１４−２８３４０号公報

しかしながら、実際のところ、旋回流方式の微細気泡発生ノズルにおいては、旋回する気液混合体の流速を高めたところで、マイクロおよびナノレベルの微細気泡の生成量を大幅に高めることはできなかった。

本発明は、上記問題に鑑みて創生されたものであり、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡の生成量を高めた微細気泡発生ノズルを提供することを目的とする。

上記課題は、ノズル本体内に導入された気液混合体を高速旋回させてせん断力により微細気泡を発生させる旋回室と、旋回室から複数に分岐し、旋回室内の気液混合体が流入するスリットと、スリットから流出する気液混合体を減圧させて発泡させることにより微細気泡を生成するバッファ室と、バッファ室に連通し、当該バッファ室内の気液混合体を外部へ吐出する吐出孔と、を備える微細気泡発生ノズルによって解決できる。

なお、バッファ室は、気液混合体を常に満杯状態に保つように構成されていることが好ましい。

本発明によれば、微細気泡が旋回室におけるせん断と、バッファ室における減圧との双方によって生成されるため、微細気泡の生成量を高めた微細気泡発生ノズルを提供することができる。

本発明の微細気泡発生ノズルにおける正面視の縦断面図である。本発明の微細気泡発生ノズルにおける旋回室の内部構造を示す平面側からの斜視図である。本発明の微細気泡発生ノズルにおける旋回室の内部構造を示す底面側からの斜視図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１において、１は微細気泡発生ノズルであり、有底筒状のノズル本体１０を有している。ノズル本体１０の内部には、気液混合体Ｌを導入する導入室２０と、導入室２０の下流側に位置して導入室２０から流出した気液混合体を高速旋回させる旋回室３０と、旋回室３０と連通する複数のスリット３２と、このスリット３２から流出した気液混合体を一時的に貯水するバッファ室５０と、このバッファ室５０に連通して気液混合体を外部へ吐出する吐出孔６０とから構成されている。

導入室２０は、一端に導入口２１を備えており、ここから液体Ｌが導入されるように構成されている。また、この導入室２０には、旋回室３０が連通しており、導入室２０と旋回室３０とを結ぶ流路の内径は、導入室２０および旋回室３０の内径よりも小さく形成されている。

旋回室３０の下流側に位置するノズル本体１０の底部１１には有底孔３１が穿設されている。

旋回室３０の有底孔３１の外周壁には、有底孔３１の延びる方向と交差する方向に延びるように複数のスリット３２が穿設されており、旋回室３０の有底孔３１から分岐するように構成されている。

スリット３２の外側を取り囲むようにしてバッファ室５０が設けられている。バッファ室５０は、スリット３２の外側出口と連通しており、スリット３２から流出する気液混合体を一時的に貯水するように構成されている。

バッファ室５０の外壁には、吐出孔６０が穿設されており、バッファ室５０から流出する気液混合体を外部へ吐出するように構成されている。

以下、上記各部の具体的な構成を説明する。図２及び図３に示すように、旋回室３０の内部には、中子４０が配設されている。中子４０は、略円錐形状（具体的には栗形状）に成形されており、旋回室３０の内壁に沿う外形を成している。また、中子４０は、頂部４２が上流側に向くように配置され、底部４３はが下流側に向けてノズル本体１０の底部１１に対向するよう、配設されている。

また、図２に示すように、中子４０の側面４１には、所定の旋回角度で方向転換する羽根部４４が突設されており、同様の羽根部４４が等間隔に４本配置されている。そして、隣接する羽根部４４間の隙間によって、旋回流路が形成されている。このような構成により、旋回流路は、図２の二点鎖線で示すように、旋回室３０に流れ込んだ液体Ｌに対し、旋回方向の速度成分を生じさせる。

旋回流路の底面４５および側面４６は、液体Ｌの流れる方向へ降段するような段形状に形成されており、この段差部分で渦流を発生させるように構成されている。同様に、旋回室３０の内壁も段形状に形成されている。

また、旋回流路４３は、入口の開口面積が出口の開口面積より大きくなるように構成されている。

図３に示すように、中子４０の底面４７には、所定の旋回角度で方向転換する羽根部４８が突設されており、同様の羽根部４８が等間隔に４本配置されている。そして、隣接する羽根部４８間の隙間によって、旋回流路が形成されている。このような構成により、旋回流路は、図３の二点鎖線で示すように、旋回室３０に流れ込んだ液体Ｌに対し、旋回方向の速度成分を生じさせる。このように、中子４０の外面（側面４１および底面４７）に形成された旋回流路によって旋回室３０内では気液混合体Ｌが高速の旋回流となる。このため、せん断力により微細気泡（マイクロバブルおよびナノバブル）が生成される。

続いて、微細気泡を含む気液混合体は、旋回室３０から有底孔３１を通じてスリット３２に流入する。スリット３２は、入口が有底孔側３１に開口する一方、出口がバッファ室５０側に開口しており、有底孔３１とバッファ室５０とを連通するように構成されている。このスリット３２の開口面積は、一端から他端にかけて徐々に拡がるように構成されている。

スリット３２内を通過した気液混合体は、バッファ室５０へ流出する。バッファ室５０の容積は、すべてのスリット３２の全容積と比較して十分に大きく構成されている。この構成により、スリットの出口までは加圧下におかれていた気液混合体は、バッファ室５０内では急激に減圧されるため、発泡することによりさらに微細気泡が生成されることになる。

バッファ室５０の内壁には吐出孔３１が穿設されている。このため、バッファ室５０内の気液混合体は吐出孔３１内を流れて外部へ噴射される。また、吐出孔３１の容積は、バッファ室５０の容積よりも十分に小さく構成されているので、バッファ室５０は、スリット３２から流入した気液混合体を満杯状態で貯水するように構成されている。

ここで、バッファ室５０内に気液混合体を貯水しようとする場合、吐出孔の開口面積を極端に小さく設定する必要がある。しかしながら、これでは吐出孔から気液混合体を噴射するためには非常に高い圧力が必要になる。これに対し、本発明の微細気泡発生ノズル１の吐出孔３１は、Ｕ字型を描くようにして十分な長さを有するように構成されているので、開口面積をそれほど小さくしなくてもバッファ室５０内に気液混合体を貯水できるとともに、圧力を高くしなくても気液混合体を噴射することができる。

加圧溶解法による従来のマイクロバブル生成装置は、ノズルを水槽に浸漬させた状態で、加圧溶解させた気液混合体をノズルから噴射して浴槽内で大気圧環境下に開放することにより、微細気泡を生成する。このように、加圧溶解法では、微細気泡を大量に生成できる利点があるが、水槽内でしか微細気泡を生成できない欠点がある。これに対して、本発明の微細気泡発生ノズル１は、気液せん断方式であるため、空中で微細気泡を噴射できる利点がある。その反面、従来から気液せん断方式では、微細気泡の生成量が加圧溶解法に比べて少ない欠点があった。そこで、本発明の微細気泡発生ノズル１は、本体内にバッファ室５０を設けることにより、このバッファ室５０が加圧溶解方式における水槽と同じ機能を果たすため、ノズル内部で大量の微細気泡を生成することができるため、微細気泡を大量に含む気液混合体を空中から噴射することが可能になる。

なお、本発明の各部の具体的な構成は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１微細気泡発生ノズル
１０ノズル本体
２０導入室
３０旋回室
３２スリット
４０中子
５０バッファ室
６０吐出孔

Claims

ノズル本体内に導入された気液混合体を高速旋回させてせん断力により微細気泡を発生させる旋回室と、
旋回室から複数に分岐し、旋回室内の気液混合体が流入するスリットと、
スリットから流出する気液混合体を減圧させて発泡させることにより微細気泡を生成するバッファ室と、
バッファ室の気液混合体を外部へ吐出する吐出孔と、
を備えることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
バッファ室は、気液混合体を常に満杯状態に保つように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生ノズル。