JP4264117B2 - 霧発生装置 - Google Patents
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Description
3 側面壁
5,7 端面壁
5a,7a 円形状内壁
9 装置本体
21 内部円筒部材
31 第1流体導入部(液体注入部、気体注入部)
41 第2流体導入部(気体導入口、液体導入口)
51 気液体排出口
53 気液体排出管
X 中心軸
次に、本発明の一実施形態に係る気液体発生装置について図面を参照しながら説明する。最初に、気液体発生装置の一例として、気泡発生装置を説明する。
先ず、本発明の第1の実施形態及びその変形例について、図1〜図9を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係る気泡発生装置1は、円筒状内面3aを有する側面壁3と、円形状内面5a,7aを有する端面壁5,7によって円柱状の内部空間が形成される装置本体9を備えている。装置本体9の端面はそれぞれ円形の端面壁5,7によって概ね閉鎖されている。しかし、各円形状内面5a,7aには、それぞれ気体導入口41と気液体排出口51が形成されている。これら気体導入口41と気液体排出口51についての詳細は後述する。
次に、内部円筒部材21について説明する。内部円筒部材21は、円柱状の内部空間と略同心状に配置されている。換言すると、装置本体9の内部空間を円柱と見なした場合の円形断面の中心を通る中心軸X(図1(B)参照)の位置と、内部円筒部材21の中心軸の位置とが一致しているということである。そして、内部円筒部材21の一端23は一方の端面壁5の内壁面5aに固定され、内部円筒部材21の他端25が他方の端面壁7に向かって延びている。但し、内部円筒部材21の他端25は装置本体9の他方の端面壁7までは到達していない。このため、他方の端面壁7の円形状内面7aと内部円筒部材21の他端25との間には所定の隙間が設けられている。
次に、液体注入部31について説明する。液体注入部31は装置本体9の内部空間に加圧液体を注入するためのものである。本実施形態に係る液体注入部31は装置本体9の側面壁3の所定箇所に形成された開口部である。この開口部には液体注入管33が装着されており、この液体注入管33に図示しない加圧液体供給源(例えば、加圧ポンプなど)が接続されている。
次に、気体導入口41について説明する。気体導入口41は上記したように装置本体9の一方の端面壁5における円形状内面5aに形成されている。そして、本実施形態においては、円形状内面5aの中心領域に配置されている。気体導入口41は装置本体9の中心軸Xと同心状に配置されているため、円形状内面5aから端面壁5を貫通して装置本体9の内部空間と外部とを連通している。但し、装置本体9の中心軸Xと同心状に形成する必要は無く、中心軸Xと所定の角度を持つような方向に形成してもよい。尚、本実施形態の気体導入口41の直径は1mm程度に設定されているが、必要に応じてそれよりも小さな直径にしても良いし、或いは1mmより大きな直径としてもよい。
次に、気液体排出口51について、図2に基づいて説明する。図2(A)は気泡発生装置1の全体を示す断面図であり、図2(B)は図2(A)における領域Pの拡大図である。気液体排出口51は装置本体9の他方の端面壁7の円形状内面7aにおける中心領域に形成され、装置本体9の内部と外部とを連通させている。気液体排出口51の具体的な形状は、図2(B)に示すように、他方の端面壁7の円形状内面7aから所定の範囲(例えば、端面壁7の厚さの半分程度)までは一定の直径の円柱状の開口で、そこから外に向かって円錐台状に拡がる円錐台形状の開口を有している。円錐台状の傾斜の角度は約30°程度に設定されている。気液体排出口51における内部空間側の内径は5mm程度に設定されている。但し、この寸法はあくまでも一例であり、これらに限定されるものではない。例えば、装置本体9の側面壁3の直径に応じて大きさを変化させてもよく、本実施形態では直径の1/12程度の大きさに設定している。その他、液体導入管33の内径の1/2程度にしてもよい。
次に、本実施形態に係る気泡発生装置1の具体的作用について図3に基づいて説明する。先ず、液体注入管33を介して液体注入部31から所定の液体が注入される。そして、装置本体9の内部空間が液体で満たされると、内部空間の管状空間では図3(B)に示すように、一方の端面壁5の側から見て時計周りに液体が旋回する。このとき、液体には旋回による遠心力Fが働く。そして、液体は旋回しながら他方の端面壁7の方向に向かって流れる。他方の端面壁7の側に流れてきた液体は、旋回運動を維持したまま内部円筒部材21の内部に流れ込む。内部円筒部材21の内部に流れ込んだ液体にも旋回による遠心力Fが働き、液体は内部円筒部材21の内周面に沿って一方の端面壁5の側に戻る。更に、一方の端面壁5の近傍に到達した液体は、内部円筒部材21の中心領域に沿って他方の端面壁7に向かって流れる。このとき、旋回により液体には遠心力Fが働いており、内部円筒部材の中心部が圧力の低い状態となり、外部がその圧力よりも高ければ気体導入口41から気体が導入される。そして、導入された気体は液体内で気体渦流61となって、旋回しながら他方の端面壁7に向かって流れる液体によって、他方の端面壁7の側に到達する。
次に、気泡発生装置1の各部の寸法の変化に起因する気泡発生特性の変化について、図4及び図5に基づいて説明する。出願人は、以下に説明するような様々な寸法の気泡発生装置1を作成した上で、適切に気泡を発生させることができる条件を見出した。
次に、図6〜図8に基づいて、装置本体9の内部空間の直径に対する内部円筒部材21の直径の変化に起因する、気液体の排出方向の変化について説明する。
次に、本発明の第2の実施形態に係る気泡発生装置101について図10に基づいて説明する。当該実施形態は、図1に示した第1の実施形態と多くの部分が共通している。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第1の実施形態と異なるのは、液体注入部131の構造である。本実施形態の液体注入部131は、L字状に曲げられた管状部材が用いられている点である。
次に、本発明の第3の実施形態に係る気泡発生装置201について図11に基づいて説明する。当該実施形態は、図1に示した第1の実施形態と多くの部分が共通している。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第1の実施形態と異なるのは、液体注入部231の構造である、本実施形態の液体注入部231は、L字状に曲げられた管状部材が用いられている点である。また、本実施形態は第2の実施形態とも一部共通しているが、液体注入部231の設置位置が異なっている。
次に、本発明の第4の実施形態に係る気泡発生装置301ついて図12に基づいて説明する。当該実施形態は、図1に示した第1の実施形態と多くの部分が共通している。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第1の実施形態と異なるのは、気体導入口と気液体排出口の構造である。本実施形態の気液体排出口は気体導入口を兼ねており、それぞれ別個には設けられていない。このため、以下の説明では便宜上、気液体排出口として説明する。
次に、図13に基づいて、本発明の第5の実施形態について説明する。この実施形態に係る気泡発生装置401においては、装置本体409の中心部に細い補助管411を設けるようにしている。この補助管411は、外部からの気体の導入に際し、気液体排出口451の近傍まで気体を誘導する役割を有する。このように気体を気液体排出口451の近傍まで誘導することで、より安定した態様で気泡を発生させることができるようになる。
次に、図14に基づいて、本発明の第6の実施形態について説明する。この実施形態に係る気泡発生装置501においても、図13で示した気泡発生装置401と同様に、装置本体509の中心部に細い補助管511を設けるようにしている。このため、図13の気泡発生装置401と同様に機能する。しかし、当該実施形態においては、内部円筒部材521の直径が太くなっている。これに伴い、装置本体509の内周面と内部円筒部材521の外周面との相互間距離が狭まっているので、これに対応して液体注入管533の直径も小さくなっている。以上のような変更により、気液体排出口551の位置は液体注入管533と反対側となる。このように、内部円筒部材521の直径の変更により気液体の排出方向が制御できる。
次に、図15に基づいて、第7の実施形態について説明する。当該実施形態では、気液体排出管653の外周面に圧電型の超音波振動子655を設置している点が上記各実施形態と異なっている。この超音波振動子655は、気液体排出管653に超音波振動を印加し、気泡を更に微細にするためのものである。本実施形態の超音波振動子655は円柱状のものであり、3つの超音波振動子が120°の角度間隔で配置され、その端面が気液体排出管の外周面の法線方向を向いている。但し、超音波振動子の数は3つに限定されるものではなく、1つ或いは2つ、更には4つ以上であってもよい。
次に、図16に基づいて、第8の実施形態について説明する。この実施形態に係る気泡発生装置701は、圧電型の超音波振動子755を有する点では第7の実施形態と同様であるが、その形状が異なっている。すなわち、本実施形態では超音波振動子755が気液体排出口751の回りに円形に配置されている。このように、気液体排出口751を取り囲む部分に超音波振動子755を配置することで、気泡をより微細化することができる。但し、超音波振動子755の振動が装置全体に伝わらないように、超音波振動子755の周囲には環状の緩衝部材757が設けられている。
次に、図17に基づいて、第9の実施形態について説明する。この実施形態に係る気泡発生装置801は、気液体排出口851が形成された端面壁の全体が圧電型の超音波振動子855となっている。このように構成しても、図16に示す実施形態と同様に気泡の微細化に貢献する。また、本実施形態では、端面壁を単純な円盤状の超音波振動子855で形成するので、図16に示す構造の端面壁よりも製造が容易である。尚、超音波振動子855の振動が装置全体に伝わらないように、超音波振動子855の周囲には環状の緩衝部材857が設けられている。
次に、図18に基づいて、第10の実施形態について説明する。この実施形態に係る気泡発生装置901は、気液体排出管が磁歪型の超音波振動子と955なっている点で、上記各実施形態と異なっている。この超音波振動子955は、金属磁性体からなる管状部材957と、この管状部材957の外周面に巻き付けられる電導コイル959と、この電導コイル959を両側から狭持するフランジ961とからなる。このような構造の超音波振動子955においては、電導コイル959に高周波の交流電圧を印加することで、金属磁性体の管状部材957が伸縮して、超音波振動が発生する。これにより、気液体の排出工程において気泡の微細化を促進することができる。但し、超音波振動子955の振動が装置全体に伝わらないように、管状部材957の端部に設けられた環状の緩衝部材963を介して装置本体の端面壁に取り付けられている。
次に、気液体発生装置としての霧発生装置について説明する。霧発生装置の構造は、図1〜図9で示した第1の実施形態に係る気泡発生装置と類似しているが、液体と気体を入れる部分がそれぞれ逆になる。すなわち、第1流体導入部(以下、「気体注入部」という)から第1の流体である気体を導入し、第2の流体導入部(以下「液体導入口」という)から第2の流体である液体を導入する。例えば、気体は空気であり、液体は水である。これにより、気液体排出口から微小液滴の霧が発生する。このため、各実施形態の説明において、気泡発生装置の説明を霧発生装置の説明として理解する場合には、液体を気体と読み替え、逆に気体を液体と読み替え、更に気泡を霧と読み替えることで実質的に霧発生装置の説明となる。
次に、本実施形態に係る霧発生装置1の具体的作用について図3を利用して説明する。先ず、第1流体導入部である気体注入管33を介して気体注入部31から所定の気体が注入される。そして、装置本体9の内部空間が気体で満たされると、内部空間の管状空間では図3(B)に示すように、一方の端面壁5の側から見て時計周りに気体が旋回する。このとき、気体には旋回による遠心力Fが働く。そして、気体は旋回しながら他方の端面壁7の方向に向かって流れる。他方の端面壁7の側に流れてきた気体は、旋回運動を維持したまま内部円筒部材21の内部に流れ込む。内部円筒部材21の内部に流れ込んだ気体にも旋回による遠心力Fが働き、気体は内部円筒部材21の内周面に沿って一方の端面壁5の側に戻る。更に、一方の端面壁5の近傍に到達した気体は、内部円筒部材21の中心領域に沿って他方の端面壁7に向かって流れる。このとき、旋回により気体には遠心力Fが働いており、内部円筒部材の中心部が圧力の低い状態となり、外部がその圧力よりも高ければ第2の流体導入部である液体導入口41から液体が導入される。そして、導入された液体は気体内で液体渦流61となって、旋回しながら他方の端面壁7に向かって流れる気体によって、他方の端面壁7の側に到達する。
Claims (18)
- 霧発生装置であって、
円筒状内面と2つの円形状内面とによって円柱状の内部空間が形成される装置本体と、
前記円筒状内面から離間して前記内部空間内に配置される内部円筒部材と、
前記円筒状内面と内部円筒部材との間の管状空間に円周方向に向かって第1流体を注入する第1流体導入部と、
前記円形状内面に設けられ、第2の流体を導入する第2流体導入部及び霧排出口とを備え、
前記第1流体導入部からは液体と気体とから選択されるいずれか一方の流体が導入され、前記第2流体導入部からは他方の流体が導入されるものであり、
前記内部空間内には、直径の異なる少なくとも2つの前記内部円筒部材が配置され、直径の大きさに応じて順に一方の円形状内面及び他方の円形状内面に交互に固定されることを特徴とする霧発生装置。 - 前記内部円筒部材は、前記円柱状の内部空間の中心軸と同心状で前記円形状内面に固定されていることを特徴とする、請求項1に記載の霧発生装置。
- 前記円筒状内面と内部円筒部材との離間距離および各内部円筒部材間の離間距離は全て等しいことを特徴とする、請求項2に記載の霧発生装置。
- 前記離間距離は、円筒状内面の半径を2の倍数又は3の倍数で徐した値であることを特長とする、請求項1〜3の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記第2流体導入部は、前記円形状内面の中心領域に形成されていることを特徴とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記霧排出口は、前記円形状内面の中心領域に形成されていることを特徴とする、請求項1〜5の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記第2流体導入部と霧排出口とは、それぞれ異なる前記円形状内面に形成されていることを特徴とする、請求項1〜6の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記霧排出口は第2流体導入部を兼ねて一方の前記円形状内面に形成され、前記霧排出口の近傍に液体を導入するための液体導入管の端部を配置したことを特徴とする、請求項1〜6の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記霧排出口は、装置本体の円形状内面側に形成された円柱状開口と、装置本体の外部側に向かって拡がる円錐台状開口の組合せからなることを特徴とする、請求項1〜8の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記装置本体の外側であって前記霧排出口の周囲には管状の霧排出管が備えられていることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記第1流体導入部は、前記円筒状内面若しくは円形状内面の何れか一方に設けられていることを特徴とする、請求項1〜10の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記第1流体導入部は円形断面であり、その内径は前記円筒状内面と内部円筒部材との離間距離に等しいことを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記装置本体内には、前記第2流体導入部から前記霧排出口の近傍まで延びる管状の補助管を備えていることを特徴とする請求項1〜12の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記霧排出管には、超音波振動子が設けられていることを特徴とする請求項10に記載の霧発生装置。
- 前記霧排出口の周辺に超音波振動子を配置したことを特徴とする請求項1〜14の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記霧排出口が形成される端面壁を超音波振動子で形成することを特徴とする請求項1〜15の何れか一項に記載の霧発生装置。
- 前記霧排出管を超音波振動子で形成し、この超音波振動子は、金属磁性体からなる管状部材と、この管状部材の表面に巻き付けられる電導コイルとを備えていることを特徴とする請求項10に記載の霧発生装置。
- 前記超音波振動子は、緩衝部材を介して前記装置本体に装着されることを特徴とする請求項15〜17の何れか一項に記載の霧発生装置。
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