JP2021166977A

JP2021166977A - 噴射対象洗浄用微細気泡発生機構、及び旋回流位置調整方法

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Publication number: JP2021166977A
Application number: JP2020071556A
Authority: JP
Inventors: 正典大坪; Masanori Otsubo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-13
Filing date: 2020-04-13
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2040-04-13
Also published as: JP6936357B1

Abstract

【課題】簡易な構造としつつ、微細気泡を含む液状流体の流速や流量を増加させることができる微細気泡発生機構を提供する。【解決手段】微細気泡発生機構としてのシャワー装置１は、内部に流路を有する本体部２０Ａを備え、前記流路は、中央流路部２５と、中央流路部２５におけるメイン中心軸線Ｌ１を中心にして放射状に配されている複数の案内流路部２７と、案内流路部２７の下流側の端部と各々連続している複数の旋回流形成部２８とを具備し、中央流路部２５に導入された流水が案内流路部２７を経由して旋回流形成部２８に流入すると、旋回流形成部２８において下流に流動しながら旋回流となって噴出開口部３２からマイクロバブルを含む状態で噴出されると共に、少なくとも隣り合う噴出開口部３２から噴出された旋回流同士が干渉する。【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロバブル等の微細気泡を液状流体内に発生させて噴射する微細気泡発生機構、前記微細気泡発生機構に用いられる微細気泡発生用部材、及び前記微細気泡発生機構における旋回流位置調整方法に関する。

従来、例えばマイクロバブル等の微細気泡を含む流水を噴出する機構としては、旋回流方式を用いた機構が知られている。（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−０２３４３５号公報

しかしながら、これまでの旋回流方式を用いた構成では、簡易な構造としつつマイクロバブル等の微細気泡量を増加させたり、水流の量や強さを増加させたりすることに限界があった。すなわち、かかる方式では噴射後の旋回回転数が大きいほど大きなせん断力が得られるため、高濃度のマイクロバブルを発生させるべく、一般的に噴射穴を小さくすることが試みられている。しかし、噴射穴が小さくなると今度は十分な流量を確保できなくなり、使用環境が制限される問題がある。また、流水の強さを大きくするには、複雑で大がかりな装置を付加する必要があり、例えば家庭環境で手軽に使用することが困難となる問題もある。

そこで本発明は、簡易な構造としつつ、微細気泡を含む液状流体の流速や流量を増加させることができる微細気泡発生機構を提供することを目的とする。

また本発明は、前記微細気泡発生機構に好適に用いられる微細気泡発生用部材を提供することを目的とする。

また本発明は、前記微細気泡発生機構において旋回流の干渉位置を調整することができる旋回流位置調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、微細気泡を含む液状流体が所定の噴出方向に沿って噴出する微細気泡発生機構であって、内部に流路が形成されている本体部を備え、前記流路は、前記噴出方向に沿うように定められる軸線をメイン中心軸線とし、前記メイン中心軸線を中心とする円形状を含む面を横断面とする空室部で構成され、かつ、気体をあらかじめ含む液状流体が当該本体部の外部から前記メイン中心軸線に沿って流入する中央流路部と、前記中央流路部における前記メイン中心軸線の周りに形成された側周壁部に接続されて前記中央流路部と連続しており、前記メイン中心軸線を中心にして放射状に配されている複数の案内流路部と、前記案内流路部の下流側の端部と各々連続しており、前記噴出方向を流動方向として下流に向かうに従って内径が縮径するテーパー形状部分を含む通路部で構成された複数の旋回流形成部と、を具備し、前記複数の旋回流形成部が、前記メイン中心軸線を中心として前記中央流路部の周りに周状に配列されており、当該旋回流形成部の下流端には、前記本体部の外へ開放された噴出開口部が形成されており、前記中央流路部に導入された前記液状流体が前記案内流路部を経由して前記旋回流形成部に流入すると、前記旋回流形成部において当該液状流体が前記噴出開口部に向かって流動しながら旋回流となって当該噴出開口部から微細気泡を含む状態で噴出されると共に、少なくとも隣り合う噴出開口部から噴出された旋回流同士が、当該噴出開口部より下流の位置で干渉してなることを特徴とする微細気泡発生機構である。

かかる構成は、いわゆる旋回流方式を前提としており、あらかじめ混合された気体と液状流体とが、中央流路部から各旋回流形成部に向けて放射状に案内され、各旋回流形成部において旋回流とされる。そして、各旋回流形成部から旋回流が噴出する際（噴出時又は噴出後を含む）の速度差で生じるせん断力に加え、複数の旋回流形成部から噴出する旋回流同士が空気中で干渉する際に発生するせん断力により、相乗的に、液状流体内に微細気泡（例えばマイクロバブル）が豊富に生成され、高濃度の微細気泡を含む液状流体を噴出させることが可能となる。また、本体部において液状流体が噴出される部位に複数の噴出開口部が形成されることになるため、本体部の寸法を過剰に大きくすること無く、噴出する液状流体の流量を十分に確保することが可能となる。

ところで、微細気泡を含む単独の旋回流を、小径の孔を多数備えた噴射板を介してシャワーとして噴射する従来機構では、この噴射板が大きな抵抗となり、微細気泡を発生させるための水圧差が確保しにくいという問題がある。また、前記のような単独の旋回流をそのまま噴射する機構では、シャワーとして使用できないという問題がある。一方、本発明にあっては、噴出開口部が複数形成されている本体部の面が噴射面となるため、当該本体部をそのままシャワー本体として使用することも可能となる。

また、上記の構成にあっては、前記旋回流形成部における流動方向に沿って当該旋回流形成部ごとに定められる軸線をサブ中心軸線とし、当該サブ中心軸線を中心とする円形状を含む面を横断面とし、かつ、前記サブ中心軸線が下流に向かうに従って前記メイン中心軸線に向かって漸近することにより、当該旋回流形成部が下流側において前記メイン中心軸線側に傾斜している構成が提案される。

かかる構成とすることにより、各旋回流形成部から噴出した旋回流を効率良く中心に集合させて、適切に干渉させながら噴射対象に噴射することができる。

また、上記の構成にあっては、前記旋回流形成部を流動する液状流体における旋回流の旋回方向が、全ての旋回流形成部で同方向とされている構成が望ましい。

かかる構成とすることにより、全旋回流形成部の旋回方向が統一されるため、全体として旋回の強度が相乗的に向上し、より一層、液状流体に発生する微細気泡量を効果的に増加させることができる。

また、上記の構成にあっては、前記サブ中心軸線が、前記メイン中心軸線を中心とした周方向にも傾斜しており、該傾斜する方向が前記旋回流形成部の旋回方向とは逆向きである構成が提案される。

かかる構成とすることにより、例えば各噴出開口部から噴出された右旋回する液状流体全体に対していわゆる左向きの「ネジレ」を形成させることが可能となり、各噴出開口部の配列態様に合わせた均一な噴射パターンを形成することが可能となる。

また本発明は、上述の微細気泡発生機構に用いられる微細気泡発生用部材であって、上流側の外周面に、前記中央流路部の上流端が開口形成されており、下流側の外周面に前記旋回流形成部の前記噴出開口部が形成されていることを特徴とする微細気泡発生用部材である。

かかる構成とすることにより、簡易な構造の部品によって微細気泡発生機構を提供することが可能となる。

また、本発明は、上述の微細気泡発生機構における旋回流位置調整方法であって、前記メイン中心軸線に対する、各サブ中心軸線の傾斜角度を変更することにより、各旋回流形成部から噴出する旋回流同士の干渉位置を前記メイン中心軸線に沿って変更することを特徴とする旋回流位置調整方法である。

かかる構成にあっては、前記干渉位置を前記本体部に近い位置に設定したり、逆に遠い位置に設定したりすることが可能となり、使用環境に応じて適切に噴射対象に旋回流を射当てることが可能となる。具体的には、旋回流形成部をメイン中心軸線寄りに大きく傾斜させるほど干渉位置を本体部側に近い位置にすることができ、これに対して旋回流形成部をメイン中心軸線寄りに小さく傾斜させるほど干渉位置を本体部側から遠い位置にすることができる。

本発明にかかる微細気泡発生機構は、簡易な構造としつつ、微細気泡を含む液状流体の流速や流量を増加させることができる優れた効果がある。

また、本発明にかかる微細気泡発生用部材は、簡易な構造であって流速や流量が十分な微細気泡を含む液状流体を噴射できる微細気泡発生機構を提供できる優れた効果がある。

また、本発明にかかる旋回流位置調整方法は、複数の旋回流が干渉する位置を適宜変更して、使用環境に応じて適切に噴射対象に旋回流を射当てることができる優れた効果がある。

シャワー装置の概要側面図である。シャワー装置の概要側断面図である。下部材を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は底面図である。（ａ）は下部材の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ−Ｃ線組み合わせ断面図である。（ａ）は下部材を通過する流水を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は中央流路部、及び案内流路部を通過する流水を模式的に示す説明図であり、（ｃ）は旋回流形成部を通過する流水を模式的に示す説明図である。使用状態のシャワー装置を示す説明図である。（ａ）別例にかかる本体部を示す説明図であり、（ｂ）は別例にかかる使用状態のシャワー装置を示す説明図である。

以下、本発明の微細気泡発生機構を具体化した実施例を詳細に説明する。なお、本発明は、下記に示す実施例に限定されることはなく、適宜設計変更が可能である。ところで、微細気泡には、マイクロバブルやナノバブル等が含まれるところ、本実施例はマイクロバブルを一例として説明する。また、液状流体には、種々の液状の流体が含まれるところ、本実施例では水（水道水）を一例として説明する。

図１に示すように、微細気泡発生機構としてのシャワー装置１は、マイクロバブルを含む流水を噴出する機能を有している。具体的に図１では、下方向を噴出方向としている。

また、シャワー装置１は、使用者が把持する手持ち部１０と、手持ち部１０の先端に取り付けられた本体部２０Ａとを有している。そして、水源（図示省略）から供給された流水が手持ち部１０内を通過した後、本体部２０Ａ内に導入され、マイクロバブルを含む流水として本体部２０Ａの下面（底面）に形成された噴出開口部３２から噴射される。

なお、手持ち部１０よりも上流側には、気体混合器４０が配設されている。この気体混合器４０は、水に空気を混合させる機能を有しており、特開２０１４−０５７９１５等で開示されるような公知技術が好適に採用可能である。気体混合器４０の詳細は、公知技術であるため省略する。

また、図１等に示すように、本体部２０Ａは、ほぼ円板形状で上流側に配される上部材２１と、上部材２１の下流側に配され、上部材２１とほぼ同じ寸法形状の下部材２２とで構成されている。そして、上部材２１と下部材２２は、ボルト等の締結部材３０で、互いに重ね合わされた状態で締結されている。

図２に示すように、上部材２１の上面中央には、手持ち部１０の先端が接続される導入部２３が設けられており、導入部２３の外周に手持ち部１０が螺着可能となっている。また、上部材２１の中央には、丸孔状の上部材側流路部２４が貫通状に設けられている。

これに対し、下部材２２の上面には、平面視で円形の中央流路部２５が凹状に設けられている。この中央流路部２５は、上部材側流路部２４と同じ内径で、上記した噴出方向に沿うように定められるメイン中心軸線Ｌ１を横切る横断面形状が円形の空室部で構成されている。すなわち、中央流路部２５は、メイン中心軸線Ｌ１の周りに形成された側周壁部２６によって囲繞された空間で構成されている。

また、図３，図４に示すように、中央流路部２５の側周壁部２６には、複数（１２本）の案内流路部２７が等間隔で互いに独立して接続されている。さらに詳述すると、案内流路部２７は、メイン中心軸線Ｌ１を中心にして放射状に配置されており、各々は狭い幅で直線状の流路部で構成されている。そして、中央流路部２５と案内流路部２７とが連続し、上流から下流に向かって水が流通可能となっている。なお、本実施例では、各案内流路部２７の深さは互いに等しく、また、案内流路部２７の深さよりも、中央流路部２５の深さの方が深い形状とされている。

また、案内流路部２７の下流側の端部には、ノズルとしての旋回流形成部２８がそれぞれ設けられている。ここで、旋回流形成部２８は、平面視で円形状であり、各案内流路部２７と、各旋回流形成部２８とが接続する部位では、旋回流形成部２８の接線上に案内流路部２７が位置する位置関係が成立している。このように、全ての案内流路部２７は、各旋回流形成部２８の中心に対して一側に偏位しており、しかも全て同じ向きに偏位する態様で接続されている。

さらに、旋回流形成部２８は、噴出方向を流動方向とした流路部で構成されており、図２に示すように、当該旋回流形成部２８における流動方向に沿ってサブ中心軸線Ｌ２がそれぞれ定められている。そして、サブ中心軸線Ｌ２を横切る横断面が円形状とされており、かつ、サブ中心軸線が下流に向かうに従ってメイン中心軸線Ｌ１に向かって漸近しており、各旋回流形成部２８が下流側においてメイン中心軸線Ｌ１側に傾斜している。

また、旋回流形成部２８の上流側はストレート形状部分２９Ａで形成されていると共に、下流側は下流に向かうに従って内径が縮径するテーパー形状部分２９Ｂで形成されている。そして、テーパー形状部分２９Ｂの下流端が、下部材２２の下面（底面）に相当しており、かかる下面（底面）には、外部に開放された噴出開口部３２が形成されている。

なお、上述した本実施例の中央流路部２５と、案内流路部２７と、旋回流形成部２８とで、本発明にかかる本体部の流路が構成されている。また、上述した本実施例の下部材２２により、本発明にかかる微細気泡発生用部材が構成される。

これまでに述べた構成にあって、本体部２０Ａに空気を含む流水が導入されると、この流水は上部材２１の上部材側流路部２４を介して、下部材２２の中央流路部２５に導入される。そして、中央流路部２５に導入された流水は、中央流路部２５の底面３１によって堰き止められると共に、放射状に形成された複数の案内流路部２７に誘導される。

そして、各案内流路部２７に誘導された流水は、各先端部に接続された旋回流形成部２８に到達し、旋回流形成部２８においてらせん状に流下して旋回流が生成される。具体的には、流水が噴出開口部３２に向かって流動しながら全ての旋回流形成部２８において平面視で右方向の旋回流が形成される。

そして、旋回流形成部２８のテーパー形状部分２９Ｂを流水が通過すると、図６に示すように噴出開口部３２から一気にマイクロバブルを含む流水として噴出される。

ここで、複数の旋回流形成部２８は、メイン中心軸線Ｌ１を中心としていわば同一平面上にかつ周状に配列されており、各噴出開口部３２から噴出された旋回流は、少なくとも隣り合う旋回流同士で干渉する。このため、旋回流同士が干渉し合うことに起因して、旋回流は白濁し、当該旋回流の周囲にはミストが霧状に飛散する作用効果が得られる。

すなわち、各旋回流形成部２８から旋回流が噴出する際の速度差で生じるせん断力に加え、複数の旋回流形成部２８から噴出する旋回流同士が空気中で干渉する際に発生するせん断力により、相乗的に、流水内にマイクロバブルが豊富に生成され、高濃度のマイクロバブルを含む流水を噴出させることが可能となる。

しかも、上記構成は、単一の本体部２０Ａ内に複数の旋回流形成部２８を備え、全旋回流形成部２８で生成される旋回流の旋回方向が同一とされているため、単一の旋回流を形成する従来品に比して、噴出される旋回流の旋回強度がより一層向上することとなる。

なお、図３に示すように、本体部２０Ａの下面（底面）に複数の噴出開口部３２が配列された構成であるため、本体部２０Ａの寸法を過剰に大きくすること無く、所定の噴射パターンのシャワーとして機能させることが可能となる。

また、上述のように旋回流形成部２８が下流側においてメイン中心軸線Ｌ１側に傾斜した構成であるため、各旋回流形成部２８から噴出した旋回流を効率良く中心に集合させて互いに干渉させることができる。

なお、以下に別例を説明する。

図７（ａ）に示すように、サブ中心軸線Ｌ２が、メイン中心軸線Ｌ１を中心とした周方向にも傾斜している本体部２０Ｂとしてもよい。例えば、サブ中心軸線Ｌ２が傾斜する方向が、旋回流形成部２８における水流の旋回方向とは逆向きとなる構成が好適である。

かかる構成とすることにより、図７（ｂ）に示すように、例えば下部材４２の下面に形成された各噴出開口部４３から噴出された右旋回する液状流体全体に対していわゆる左向きの「ネジレ」を形成させることが可能となり、各噴出開口部３２の配列態様に合わせた均一な噴射パターンを形成することが可能となる。

また、以下の手順により、旋回流の位置を調整することが可能である。すなわち、メイン中心軸線Ｌ１に対する各サブ中心軸線Ｌ２の傾斜角度α（図２参照）が大きい仕様とすることにより、旋回流同士の干渉位置を本体部２０Ａ側に近い位置にすることができる。一方、傾斜角度αが小さい仕様とすることにより、旋回流同士の干渉位置を本体部２０Ａから遠い位置にすることができる。このように、傾斜角度αを変更することにより、旋回流同士の干渉位置をメイン中心軸線Ｌ１に沿って適宜変更することができる。

これにより、例えばシャワー装置１において、使用時の体と本体部２０Ａ（シャワーヘッド）との離間距離を適正化することができる。

また、旋回流形成部２８の配設数は、適宜変更可能であり、少なくとも２以上の旋回流形成部２８を備えた構成が想定されうる。

また、案内流路部２７は平面視で直線状である必要はなく、平面視で湾曲状であってもよい。

また、例えば本体部２０Ａは、金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。

また、本発明にかかる微細気泡発生機構は、食器洗浄器や浄水器に採用されてもよいし、他の用途に採用されても勿論良い。

１シャワー装置（微細気泡発生機構）
２０Ａ，２０Ｂ本体部
２２，４２下部材（微細気泡発生用部材）
２５中央流路部
２６側周壁部
２７案内流路部
２８旋回流形成部
３２，４３噴出開口部
Ｌ１メイン中心軸線
Ｌ２サブ中心軸線
α 傾斜角度

Claims

微細気泡を含む液状流体が所定の噴出方向に沿って噴出する微細気泡発生機構であって、
内部に流路が形成されている本体部を備え、
前記流路は、
前記噴出方向に沿うように定められる軸線をメイン中心軸線とし、前記メイン中心軸線を中心とする円形状を含む面を横断面とする空室部で構成され、かつ、気体をあらかじめ含む液状流体が当該本体部の外部から前記メイン中心軸線に沿って流入する中央流路部と、
前記中央流路部における前記メイン中心軸線の周りに形成された側周壁部に接続されて前記中央流路部と連続しており、前記メイン中心軸線を中心にして放射状に配されている複数の案内流路部と、
前記案内流路部の下流側の端部と各々連続しており、前記噴出方向を流動方向として下流に向かうに従って内径が縮径するテーパー形状部分を含む通路部で構成された複数の旋回流形成部と、
を具備し、
前記複数の旋回流形成部が、前記メイン中心軸線を中心として前記中央流路部の周りに周状に配列されており、当該旋回流形成部の下流端には、前記本体部の外へ開放された噴出開口部が形成されており、
前記中央流路部に導入された前記液状流体が前記案内流路部を経由して前記旋回流形成部に流入すると、前記旋回流形成部において当該液状流体が前記噴出開口部に向かって流動しながら旋回流となって当該噴出開口部から微細気泡を含む状態で噴出されると共に、少なくとも隣り合う噴出開口部から噴出された旋回流同士が、当該噴出開口部より下流の位置で干渉してなる
ことを特徴とする微細気泡発生機構。
前記旋回流形成部における流動方向に沿って当該旋回流形成部ごとに定められる軸線をサブ中心軸線とし、当該サブ中心軸線を中心とする円形状を含む面を横断面とし、かつ、前記サブ中心軸線が下流に向かうに従って前記メイン中心軸線に向かって漸近することにより、当該旋回流形成部が下流側において前記メイン中心軸線側に傾斜している
請求項１に記載の微細気泡発生機構。
前記旋回流形成部を流動する液状流体における旋回流の旋回方向が、全ての旋回流形成部で同方向とされている
請求項１又は請求項２に記載の微細気泡発生機構。
前記サブ中心軸線が、前記メイン中心軸線を中心とした周方向にも傾斜しており、該傾斜する方向が前記旋回流形成部の旋回方向とは逆向きである
請求項３に記載の微細気泡発生機構。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の微細気泡発生機構に用いられる微細気泡発生用部材であって、
上流側の外周面に、前記中央流路部の上流端が開口形成されており、下流側の外周面に前記旋回流形成部の前記噴出開口部が形成されている
ことを特徴とする微細気泡発生用部材。
請求項２に記載の微細気泡発生機構における旋回流位置調整方法であって、
前記メイン中心軸線に対する、各サブ中心軸線の傾斜角度を変更することにより、各旋回流形成部から噴出する旋回流同士の干渉位置を前記メイン中心軸線に沿って変更することを特徴とする旋回流位置調整方法。