JP4415794B2 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、液槽（浴槽）中の液体を循環して気体（空気）を混合溶解させ液体中に微細気泡を供給する気泡発生装置に用いられ、液体中に気体を加圧溶解させた後に、微細気泡を液槽に噴出させる吐出弁の構造に関する。

近年、浴槽内に空気を含んだ液体を噴出して、微細気泡を含んだジェット流によって快適な入浴を楽しみ、健康面でも温熱効果やマッサージ効果さらには洗浄効果を期待するというニーズが高まってきている。そこで、安価で低圧かつ静穏なポンプを用いることで、安定した気泡発生が可能な気泡発生装置が求められている。

このような気泡発生装置では、浴槽内の液体を循環して気体を混合溶解させ、液体中に気体を加圧溶解させた後に、吐出弁としての減圧弁によって微細気泡を含んだジェット流を浴槽内に噴出する構成になっている。その減圧弁の構成は、微細孔を通過させて流速を上げながら金網に衝突させる方法や、ベンチュリー管を用いる方法、ディスクバルブを用いる方法等がある。

また、微細気泡発生用の減圧弁の目詰まりを防止するために、微細気泡発生終了時に、水の流れを替えて減圧弁を洗浄制御する制御装置を備えて、微細気泡発生用の減圧弁に目詰まりする異物等の有無にかかわらず必ず自動洗浄することも考えられており、このような気泡発生装置として特許文献１が開示されている。

これによって、再運転時に微細気泡を安定して発生させることができる。
特開平６−１６９９６２号公報

ところが、上記従来の気泡発生装置の減圧弁の方式として、微細孔を通過させて流速を上げながら金網に衝突させる方法は、高圧で利用すると有効であるがポンプが高価であり、逆に安価な低圧ポンプでは充分な白濁が得られない。
また、ベンチュリー方式は低圧でも有効ではあるが、ベンチュリー部で高いジェット音（気液溶融液が減圧弁を通過する際に、減圧弁の絞り領域によっては、流体が狭間を高速で通過する時の特有の異音）が発生するという欠点がある。
さらに、ディスクバルブ方式は低圧に対応できて騒音も低い点では優れているが、コストが高く、圧力を調整しながら最適な白濁を得るのに手動調整に手間がかかるというそれぞれの問題があった。

さらに、ディスクの隙間調整が難しいので、気液溶融液が減圧弁を通過して微細気泡が発生した直後に、隣接する気泡同士が合体して大きな気泡になってしまうという問題があった。

また、上記のどの方法でも、入浴設備として利用すると、隙間部にごみ詰まりが生じた際に、作業スペースに制約があり、メンテナンスが困難であるという問題があった。

そして、メンテナンスの手間をなくすために減圧弁を自動洗浄すると、水の流れを切り替えるための配管や切替バルブが必要になり、さらに洗浄制御装置を備える必要があるので、コストが高くなるという問題があった。

さらに、自動化した洗浄制御装置であっても、長い期間の使用では、どうしても目詰まり等が発生してしまい、分解掃除をする必要が生じるという問題があった。

本発明は、上記のような事情を考慮してなされたもので、気泡発生装置の吐出弁をコストの安い簡単な構造とし、気泡合体がなく安定して気泡を一定の大きさにし、異音発生せず、取り外し易くメンテナンスの容易な吐出弁の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、気液混合流体を圧力開放によって減圧して微細気泡を発生させる吐出弁を備えた微細気泡発生装置において、減圧後の流体に渦を発生させるための渦発生領域を前記吐出弁に設けることを特徴としている。
この微細気泡発生装置であれば、気液混合流体に渦が発生することにより一定の大きさ以下の小さな気泡が渦の外側から吐出される。ここで、気液混合流体とは、気体と液体とが共存状態にある流体（気液二相流体）だけでなく、液体中に気体が溶解された流体（気液溶解流体）をも含むものである。

また、前記気液混合流体が気液溶解流体であれば、液体中に溶解されている気体が減圧により気泡として生成されるので微細な気泡を効率よく生成することができ、さらに渦の発生により一定の大きさ以下の小さな気泡が渦の外側から吐出される。

ここで、前記吐出弁は前記気液混合流体が供給される供給側ノズル部と発生した微細気泡を含む微細気泡水を液槽内へ吐出する吐出側ノズル部とでそれぞれを同じ中心軸で形成される。そして、前記供給側ノズル部が、略円柱状の供給側ノズル本体と、この供給側ノズル本体の中心軸を貫通し一面側に設けられて前記気液混合流体が吐出されると共に圧力が開放される減圧開口とから成る。
さらに、前記吐出側ノズル部が、略円柱状の吐出側ノズル本体と、この吐出側ノズル本体に設けられて前記供給側ノズル本体の前記一面側と所定の隙間を介して設けられた他面側と、この他面側に中心軸の回りに環状に配設され気液混合流体に渦を形成して微細気泡を発生する渦発生領域としての凹状の溝とから形成される。このため、中心から流路を環状に広げることによって、流路断面積が徐々に大きくなることで、減圧して微細気泡を発生することができる。
また、前記隙間は前記吐出側ノズル本体の凹状の溝の深さより小さく形成され、渦発生領域の前記流入口と流出方向が一直線状ではないので、渦が容易に発生する。
さらに、前記渦発生領域に連通する流出口が、環状に配置された複数の流出口なので、前記渦発生領域に発生する渦が一度環状の渦になってのち複数の流出口に吐出されるので渦の回転速度が加速される。
このように、この微細気泡発生装置であれば、気液混合流体に容易に渦が発生できて、一定の大きさ以下の小さな気泡が渦の外側から確実に吐出される。

請求項２の発明は、請求項１に記載の微細気泡発生装置であって、前記吐出側ノズル部の凹状の溝に対向した位置で前記供給側ノズル本体の一面側にサブ渦発生領域としての環状で断面Ｕ字状の溝が形成されることを特徴としている。

この微細気泡発生装置であれば、前記渦発生領域とサブ渦発生領域の中間部における抵抗を低減することができるので、気液混合流体に発生する渦の初速を維持することができる。前記渦発生領域にサブ渦発生領域が対向して環状に設けられるので、渦が環状に安定して形成できる。

なお、前記吐出側ノズル部と前記供給側ノズル部の対向する溝を、それぞれＵ字状の曲線内壁で形成すれば、Ｕ字状の曲線内壁により前記渦発生領域とサブ渦発生領域のそれぞれにおける抵抗を低減することができるので、気液混合流体に発生する渦の初速を維持することができる。

請求項１の発明によれば、気液混合流体に渦が発生することにより一定の大きさ以下の小さな気泡が渦の外側から吐出される。そのため、気泡を一定の大きさに安定して吐出することができる。

また、気液溶解流体に渦が発生することにより一定の大きさ以下の小さな気泡が渦の外側から吐出される。そのため、気泡を一定の大きさに安定して吐出することができる。

そして、渦が容易に発生する。そのため、気泡を一定の大きさに安定して吐出することができる。

また、環状に安定して渦を形成できる。そのため、環状中心である吐出弁中心から気泡を一定の大きさに安定して吐出することができる。

さらに、渦の回転速度が加速されて、気泡を一定の大きさに安定して吐出することができる。

また、気液混合流体に渦が発生することにより一定の大きさ以下の小さな気泡が渦の外側から確実に吐出される。そのため、隣接する微細気泡が合体して大きな気泡に成長する可能性をなくすことができる。また、コストの安い簡単な構造であり、取り外し及び取り付けが簡単でメンテナンスが容易にできる。

請求項２の発明によれば、気液混合流体に発生する渦の初速を維持することができる。そのため、一定の大きさ以下の小さな気泡が渦の外側から確実に吐出される。吐出弁における異音発生をなくすことができる。また、渦発生領域における抵抗を低減することができるので、渦の回転速度を効率よく上げることができて気泡を一定の大きさに安定して吐出することができる。

＜本発明の第１の実施形態＞
以下に、本発明の第１の実施形態を図１、図２（ａ）、（ｂ）図３（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。

＜微細気泡発生装置の構成＞
図１に示すように、本発明の微細気泡発生装置７０は、気液混合流体を減圧して微細気泡を発生させる吐出弁２１を備えた微細気泡発生装置７０において、減圧後の流体に渦を発生させるための渦発生領域（凹状の溝４６）を前記吐出弁２１に設けられている。

なお、上述のように、気液混合流体とは、気体と液体とが共存状態にある流体（気液二相流体）だけでなく、液体中に気体が溶解された液体（気液溶解流体）をも含むものである。
いま、前記気液混合流体は、気液溶解タンクを用いて気液混合流体を気液溶解流体にしてから使用するとして説明する。

吐出弁２１は気液溶解流体がＰ１〜Ｐ２の流路で吐出される供給側ノズル部３２と、発生した微細気泡を含む微細気泡水をP３の流路で液槽１２ａ内へ吐出する吐出側ノズル部３３とで形成される。

そして、供給側ノズル部３２が、略円柱状の供給側ノズル本体３２ａと、この供給側ノズル本体３２ａの一面側の中心に設けられて、加圧溶解された気液溶解流体が吐出されると共に圧力が開放される減圧開口３２ｂと、この減圧開口３２ｂの開口周縁に設けられた開口周縁面３２ｃとから形成される。

また、吐出ノズル部３３が、略円柱状の吐出側ノズル本体３３ａと、この吐出側ノズル本体３３ａに設けられて減圧開口３２ｂと対向すると共に開口周縁面３２ｃと所定の隙間Ｓを介して設けられた圧力開放面３３ｂと、この圧力開放面３３ｂの周囲に配設された凹状の溝４６（渦発生領域）とから形成される。

さらに、開口周縁面３２ｃと圧力開放面３３ｂとの間で形成された微細気泡が浴槽（液槽）１２ａへ吐出される吐出孔（流出口）４７が圧力開放面３３ｂの凹状の溝４６の底部に複数形成されている。また、吐出ノズル部３３の凹状の溝４６に対向した位置で前記供給側ノズル部３２の減圧開口３２ｂの周囲にU字形溝４１が形成されている。

そして、略円柱形の吐出弁２１は供給側ノズル部３２と吐出側ノズル部３３とで形成された後、さらにノズルカバー３４と一体的に螺合して、吐出口金物３０に内蔵されている。

吐出口金物３０は吐出口９０度エルボ３１とＺ形スリーブ３５とカバー３６で構成されている。そして、吐出口９０度エルボ３１の一端部は、その一端部の内周側に設けられた雌螺子３１ａと浴槽内側から吐出口２２に差し込まれたＺ形スリーブ３５の一端部の外周側に設けられた雄螺子３５ａとの螺合により浴槽１２ａの吐出口２２を挟持することにより浴槽１２ａに固着される。このとき、吐出口２２周辺はラバーリング３７で覆われているので、吐出口９０度エルボ３１と浴槽１２ａとは防水状態で連結される。

さらに、吐出口９０度エルボ３１の他端部は気液溶解流体を吐出管１８から浴槽１２ａに導くために、吐出管１８に防水固着されている。したがって、吐出管１８からの気液溶解流体は漏れることなく吐出口金物３０に覆われた吐出弁２１を通過して浴槽１２ａに導かれる。

ここで、吐出弁２１の一端部は、ノズルカバー３４の先端部３４ａと吐出側ノズル部３３の外側面の鍔４３を、Ｚ形スリーブ３５の一端部のフランジ内面３５ｂとカバー３６の他端部３６ｂによって挟持することによって固着される。（カバー３６の一端部の雌螺子３６ａはＺ形スリーブ３５の他端部の雄螺子３５ｃに螺合するとともに、その螺合する力でカバー３６の他端部がノズルカバー３４の先端部３４ａを押圧する。）
また、吐出弁２１の他端部は、供給側ノズル部３２の一端部外周に設けられたＯリング３８を介して吐出口９０度エルボ３１と水密的に保持されている。

このように、吐出弁２１（供給側ノズル部３２と吐出側ノズル部３３）及びノズルカバー３４が一体的に構成され、一端部を固着、他端部を保持されて、吐出口金物３０内部に安定して保持されている。

そして、微細気泡水は、流路Ｐ３から吐出されると、ノズルカバー３４の先端部３４ａの開口３４ｂ及びカバー３６の開口３６ｃを経て液槽（浴槽）１２ａへ吐出される。

図２に示すように、供給側ノズル部３２は、下部に鍔４０（直径Ｌ８）を持つ略円柱形であり、鍔４０の中央には溝４０ａが円周に亘って形成され、この溝に上述したようにＯリング３８が挿入される。また、鍔４０以外の外周部（直径Ｌ９）には雄螺子４２が加工される。さらに、供給側ノズル部３２の中心には、一端部が直径Ｌ１、吐出側ノズル部３３に面する他端部近傍が直径Ｌ２のテーパー孔３９が加工されている。このとき、Ｌ１＞Ｌ２である。さらに、上面には内直径Ｌ３で幅Ｌ４のＵ字形溝４１が中心軸回りに環状に形成されている。

図３に示すように、吐出側ノズル部３３は、一端部近傍に鍔４３（直径Ｌ１０）を持つ略円柱形（直径Ｌ８）であり、鍔４３は円周に亘って形成され、鍔４３と吐出側ノズル部３３の一端部との間には雄螺子４４が加工されている。また、吐出側ノズル部３３の他端部の中刳り部４５の内周面には雌螺子４５ａが加工されている（直径Ｌ９）。そして、供給側ノズル部３２に面する他端部の中刳り部４５の底面には上記Ｕ字形溝４１に対応した位置（内直径Ｌ３で幅Ｌ４）で凹状の溝４６が中心軸回りに環状に形成されている。さらに、凹状の溝４６（深さＬ７）の底面から吐出側ノズル部３３の一端部に至ってテーパー状の吐出孔４７が円周上に８箇所設けられている（Ｌ７＞Ｌ６、Ｌ４＞Ｌ６）。

このように、略円柱形の吐出弁２１は、略円柱形の供給側ノズル部３２の外周面に形成された雄螺子４２と、吐出側ノズル部３３の中刳り部４５の内周面に形成された雌螺子４５ａが螺合して一体化している。このとき、供給側ノズル部３２と吐出側ノズル部３３の対向する平行面は間隙Ｓの距離に設定される。

さらに、ノズルカバー３４の一端面がノズルカバー３４の内周面に形成された雌螺子３４ｃと吐出側ノズル部３３の外周面に形成された雄螺子４４に螺合して、吐出弁２１と一体化されている。このとき、ノズルカバー３４の浴槽１２ａ側の他端面は、カバー３６の一端部からの押圧力を受持つためにフランジ形状３４ｂに形成されている。

次に、吐出弁２１の液体の流れに沿って説明する。液体は吐出管１８からＰ１〜Ｐ２〜Ｐ３の流路を経て放出されるが、吐出弁２１内の流路の各断面が変化する位置をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとすると、Ａ位置の断面積はＥ位置の８個所合計断面積と同じ面積になるように形成されている。そして、Ａ位置での内圧は略２ｋｇ／ｃm²に設定される。

ここで、位置Ｂが内圧が一番高い場所になる。したがって、供給側ノズル部３２と吐出側ノズル部３３の対向する領域において、テーパー孔３９の開口している位置Ａとテーパー孔３９近傍の開口している位置Ｂの断面積との関係は、供給側ノズル部３２と吐出側ノズル部３３の対向する平行面の間隙をＳとして、
Ｓ ＜｛π（Ｌ２ｘＬ２）／４ ｝／（πｘＬ２）＝Ｌ２／４
の関係が得られるように間隙Ｓを設定する。

実施例ではＬ２＝６．７ｍｍで、Ｓ＝０．６５ｍｍである。
なお、Ｌ３＝１４ｍｍである。

＜微細気泡発生装置のシステム＞
図４を用いて、微細気泡発生装置のシステムについて説明する。

図４に示すように、気液混合圧送手段としての循環ポンプ１７のＯＮ／ＯＦＦ用のコントロールパネル２６を浴槽本体１２の手の届きやすい位置に配置していることを除いてすべて浴槽本体１２内にコンパクトに格納されている。図４は、循環ポンプ１７の稼働によって浴槽１２ａ内の吸入口１３から液体２７ｂを吸入したのち、再度、吐出口２２から微細気泡水２８として浴槽１２ａ内に噴出して戻す状態を示している。したがって、利用者は必要に応じて、コントロールパネル２６のスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることで、微細気泡水２８の噴出をスタートしたり停止したりして微細気泡水２８を利用することができる。

ここで、利用者がコントロールパネル２６のスイッチをＯＮにすると、循環ポンプ１７の駆動用電動機２４が回転を始め循環ポンプ１７が回転する。この循環ポンプ１７は小型の遠心ポンプであり、ポンプ内で各チャンバーに入った水が、ポンプが回転することにより発生する遠心力によって、連続的に遠心方向に吐出される原理が使われている。

循環ポンプ１７が回転を始めると、浴槽１２ａの吸入口１３から吸入管１４によって液体２７ｂが循環ポンプ１７に吸入されるが、このとき、吸入管１４の途中に配管内に空気２７ａを混入させるために空気吸引部１５が配置されている。空気吸引部１５はエジェクター機構になっており、エジェクター中心部を水（液体２７ｂ）が高速で通過する際に、その水流に対して直角方向の周囲部の気圧がマイナス圧力になって引き込まれる原理を利用したもので、特別な動力を必要としない。尚、循環ポンプ１７は稼動中に過激な空気を吸い込む（流量比５％）とエアーロックして水が流れなくなるので、必要最小限の空気として３％を吸い込む構造になっている。

この空気吸引部１５から空気調整部２３までは接続管１６でつながっており、空気調整部２３は空気吸引部１５側から順番に、逆止弁２３ａ、絞り弁２３ｂ、フィルター２３ｃが配設されているので、逆止弁２３ａの働きで接続管１６から液体２７ｂが逆流して大気側に流出してしまうことはない。また、フィルター２３ｃにおいて所望のメッシュを持つフィルター２３ｃの効果によってきれいな空気が吸入されとともに、エジェクター内の流速によって生じる真空度を絞り弁２３ｂで調節することによって、所望の設定された空気量が吸引される。尚、使用する液体２７ｂの必要流量に対する空気２７ａの所要混入比率は予め初期設定されているので、使用者が絞り弁２３ｂの設定を変える必要はない。

そして、循環ポンプ１７は、液体２７ｂと空気２７ａが混合された気液混合流体２９ａを、吐出管１８を通して気液溶解タンク１の噴霧ノズル１９から気液溶解タンク１内の一次側槽３に高速噴出させる。生成された気液溶解流体２９ｂは気液溶解タンク１のニ次側槽５の排出口９から吐出管１８で吐出弁２１を経て浴槽１２ａの吐出口２２まで連通される。このとき、気液溶解流体２９ｂは空気を加圧溶解しているので、吐出弁２１を通過すると内部圧力が開放され、溶解していた空気が急膨張することにより浴槽１２ａの液体２７ｂ内に微細気泡水２８を発生することができる。
気液溶解タンク１内は区画壁６で一次側槽（バブリング槽）３とニ次側槽（水位検知槽）５に区分され一次側槽３とニ次側槽５は区画壁６の上部の気体環流部及び区画壁６の下部の気泡通過部でそれぞれ連通する構造になっている。一次側槽３上部には上記噴霧ノズル１９が配置され、ニ次側槽の側壁には、分岐部４を介して空気抜弁２０が側壁に設けられる。
そして、排出部１０は区画壁下部の気泡通過部より下方に形成される。

一次側槽３内の噴霧ノズル１９は低圧損で噴霧打力の強い扇型噴霧ノズルが使われ、 ニ次側槽５の空気抜弁２０により、空気を自動的に排出するとともに、気液溶解タンク１内の水位を検知できる水位検知槽の役目をもっている。

したがって、一次側槽の液面の液位を一定に保つための二次側槽を一体に設けることにより、一次側槽内の液位が一定に保たれるので、気液溶解タンク内の気体量を略一定に保つことができ、溶解気体量が安定するので安定した気泡を得ることができる。

＜微細気泡発生装置の作用＞
微細気泡発生装置７０に設けられる微細気泡発生のための吐出弁２１の作用を説明する。

位置Ｂから位置Ｃ（Ｕ字形溝４１と凹状の溝４６の対向する位置）まで液体が移動する間の断面積の変化は、πｘＬ２ｘＳからπｘＬ３ｘＳに増加するので、その間の内部抵抗を無視すると、圧力は（πｘＬ２ｘＳ）／（πｘＬ３ｘＳ）＝Ｌ２／Ｌ３に減圧することになる。

したがって、液体は位置Ｂから位置Ｃに流れる間に急激に減圧するので、減圧弁効果（キャビテーションを含み）により液体中の気体に減圧沸騰が始まり微細気泡が発生する。

このとき、位置Ｂから位置Ｃへは流れが放射状に広がるので、発生した隣接する微細気泡間の距離が離れてゆくことになる。そして、微細気泡が位置Ｂから位置Ｃに移動する間に除々に大きく成長しても、成長する微細気泡の大きさ及び速度よりも流速が十分速く、隣接する微細気泡が合体する事がないので大きな気泡が発生しない。

ここで、Ｕ字形溝４１と凹状の溝４６に渦が発生する。まず、その渦の作用を図５(ａ)、(ｂ)、(ｃ)を用いて説明する。なお、渦の発生とその効果及び作用は実験によって確認されている。

図５(ａ)に示すように、気液混合流体の流入方向Ｔ１（幅Ｗ２）と流出方向Ｔ２（幅Ｗ３）が一直線状に配設される場合、渦発生領域４８（直径Ｗ１）においては、直進する気液混合流体の両側に対称の２組の渦Ｔ３が発生する。ここで、Ｗ１＞（Ｗ２、Ｗ３）の関係である。

ここで、渦Ｔ３にならずにＴ１からＴ２に直進する気液混合流体が存在するので流入する気液混合流体の渦になる比率は少ない。

図５(ｂ)に示すように、流入方向Ｔ１と流出方向Ｔ２が一直線状ではない場合には、渦発生領域４８に流入した気液混合流体は必然的に方向が変わるので流入する気液混合流体のすべてが渦Ｔ３となる。

ここで、渦発生領域の渦面に対応する幅Ｗ１が気液混合流体の流入口Ｒ１と流出口Ｒ２の各幅Ｗ２、Ｗ３よりも広幅に設けられるとともに、流入口Ｒ１と流出口Ｒ２および渦発生領域４８の高さ（図面の奥行き方向）が略同じとすると、気液混合流体が流入口Ｒ１から渦発生領域４８に吐出すると、狭い場所から広い場所に移行するため、減圧して渦Ｔ３内に気泡が発生する。このとき、渦の中心部は渦の外周部よりも流速が低いので圧力が低くなり渦の中心部には大きな気泡がたまる。

また、渦には、渦の半径方向に発生する速度勾配により剪断力が作用するので、渦の中心部の大きな気泡が渦の外周部に遠心力で移動する際に、渦の剪断力によって分割されて小さい気泡に変化する。

そして、渦の中心部は澱んでいるが、渦の回転による遠心力により渦の外周部が優先的に吐出するので、一定の大きさ以下の小さな気泡を渦の外周部から連続して吐出することができる。

このように、渦発生領域４８を一直線状に通過する気液混合流体は渦の効果を十分に得ることができないが、気液混合流体の流入方向Ｒ１と流出方向Ｒ２が一直線状にならないように配設すると渦が１００％生成できるので微細気泡発生に有効である。

図５(ｃ)は、気液混合流体の流入方向Ｔ１と流出方向Ｔ２が直角である。ここで、流入口Ｒ１の一端Ｊが延長して壁Ｈが存在していると、流入する気液混合流体が壁Ｈに沿って流れるための摩擦抵抗によって流速が減少することになるので、渦の効果は減少する。そのため、壁Ｈがない方が好ましい。

壁Ｈがない場合には、流入口Ｒ１の一端Ｊから流出方向Ｒ２とは反対方向に拡張する前記渦発生領域４８の一部領域としてのサブ渦発生領域を形成している。そして、壁Ｈがないので流入口Ｒ１における渦の初速を維持することができるので、渦発生領域４８の主領域である主渦発生領域における渦の効果がさらに向上する。

図６には、本発明の第１の実施形態における渦の状態が示されている。

図６に示すように、位置Ｃに連続してサブ渦発生領域としてのＵ字形溝４１と主渦発生領域としての凹状の溝４６からなる渦発生領域４８が中心軸周りに環状に設けられるので、凹状の溝４６には矢印で示すように渦Ｔ３が発生する。そして、上記したように、渦Ｔ３の中心部は渦の外周部よりも流速が低いので圧力が低いため「大きな気泡７１」が渦Ｔ３の中心部にたまるが、この「大きな気泡７１」が遠心力で渦Ｔ３の外周部に移動すると、渦Ｔ３の剪断力によって分割されて「小さい気泡（微細気泡）７２」となり矢印Ｔ４で示す方向に流れる。

そして、渦Ｔ３の回転による遠心力により渦の外周部が優先的に吐出するので、一定の大きさ以下の「小さな気泡７２」を渦Ｔ３の外周部から吐出することができる。

ここで、Ｕ字形溝４１にも矢印で示す渦Ｔ５が発生するが、この渦Ｔ５は時間が遅れて渦Ｔ３に合流することになる。

なお、上記したように、凹状の溝４６が中心軸回りに環状に形成され、凹状の溝４６の底面に吐出孔４７が環状に８箇所設けられている。このため、凹状の溝４６内に生じる渦が凹状の溝４６内に短時間滞留したのちに吐出孔４７から吐出するので、滞留中の渦は連続して流入する気液溶解流体によってエネルギーが与えられるので減速することなく吐出孔４７に流れるので、さらに安定して、一定の大きさ以下の「小さな気泡７２」を渦の外周部から吐出することができる。

また、位置Ｃの直後に曲線からなるＵ字形溝４１を配設したことにより、Ｕ字形溝４１内の乱流を減少できるので、位置Ｃで気液混合流体が放出されるときの異音がなくなるという効果が得られる。

そして、吐出弁２１はコストの安い簡単な構造であり、カバー３６を取り外すだけで吐出弁２１を容易に取り出せ、吐出口金物３０全体も分解できるので、簡単に内部の掃除ができてメンテナンスが容易である。

＜本発明の第２の実施形態＞
以下に、本発明の第２の実施形態を図に基づいて説明する。

図７に示すように、吐出側ノズル部３３には凹状の溝４６が設けられているが、供給側ノズル部３２には凹状の溝が設けられていない。この構成によれば位置Ｂから位置Ｃへは流れが放射状に広がるので、上記したように隣接する微細気泡が合体して大きな気泡になることを防止できる。

＜本発明の第３の実施形態＞
以下に、本発明の第３の実施形態を図に基づいて説明する。

図８に示すように、吐出側ノズル部３３と供給側ノズル部３２の対向する凹状の溝（４６、５０）のＡ側の角部は、それぞれテーパー状５１に削られている。この構成によると、隣接する微細気泡が合体して大きな気泡になることを防止できるとともに、微細気泡水がテーパー状に広がって流れるので圧損が少なく異音発生が防止できる。また、循環ポンプの負荷も少なくなる。

＜本発明の第４の実施形態＞
以下に、本発明の第４の実施形態を図に基づいて説明する。

図９に示すように、供給側ノズル部３２の凹状の溝５２の両角部５２ａがそれぞれ曲線で形成されている。この構成では、隣接する微細気泡が合体して大きな気泡になることを防止できる。また、凹状の溝５２内が層流の渦に変わるので、所謂笛成鳴りと呼ばれる異音の発生を防止できる。

＜本発明の第５の実施形態＞
以下に、本発明の第５の実施形態を図に基づいて説明する。

図１０に示すように、凹状の溝４６の底部４６ａに環状のスリット４７ａが形成されており、環状のスリット４７ａの断面積は、図１で説明したＥ位置の８個所合計断面積と同じ面積になるように形成される。この構成では、渦の外周部から優先的に吐出するので、一定の大きさ以下の小さな気泡を安定して吐出することができる。

＜本発明の第６の実施形態＞
以下に、本発明の第６の実施形態を図に基づいて説明する。

図１１に示すように、供給側ノズル部３２の供給側ノズル本体３２ａの外周にＬ字で凹状の縦溝５３と横溝５４が２組形成され、吐出側ノズル部３３の吐出側ノズル本体３３ａの中刳り部３３ｃの内周壁には突起５５が２組を設けられる。そして、中刳り部３３ｃの内周壁に、供給側ノズル本体３２ａを組込むとき、突起５５は縦溝５３から差し込まれたのち、右方向に回転して横溝５４に係合する。このとき、横溝５４の奥隅部には図示しない凸部が配設されており、突起５５は、この凸部に係合して固着する。

なお、吐出側ノズル本体３３ａが供給側ノズル本体３２ａに上記回転操作で係合して固着する際に、縦溝５３の凹部端部５３ａが露出しないように、吐出側ノズル本体３３ａ側にリブ５６が形成されて凹部端部５３ａを塞ぐことができる構造になっている。

この構成の吐出弁２１であれば、取り外しがワンタッチで簡単になりメンテナンスが容易に出来る。

また、縦溝５３の凹部端部５３ａが露出しない構造なので、微細気泡の運転時に凹部端部５３ａが内部抵抗にならないので、笛なり音の発生がなくなる。

尚、上述の実施例はいずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれらに限定されるべきでないということはいうまでもない。

吐出側ノズル部３３の凹状の溝４６（深さＬ７）の底面から吐出側ノズル部３３の一端部に至ってテーパー状の吐出孔４７を円周上に８箇所設ける代わりに、内部抵抗が増えない程度のストレート孔でも構わない。さらに、円周上に８箇所設ける孔の代わりに、２個の孔が合体したような４組の略長円径孔をそれぞれ等間隔に配設してもよい。

供給側ノズル部と吐出側ノズル部に関する位置Ａと位置Ｂと位置Ｃの寸法設定は、状況に基づき適宜決定される。

本発明の第1の実施形態における吐出弁の断面図である。 本発明の第1の実施形態における吐出弁の供給側ノズル部で、(ａ)は側面断面図、（ｂ）は(ａ)のＡ−Ａ平面図である。 本発明の第１の実施形態における吐出弁の吐出側ノズル部で、(ａ)は側面断面図、（ｂ）は(ａ)のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１の実施形態における気泡発生装置の系統図である。 吐出弁の渦発生領域の渦の説明図であり、(ａ)は流入方向と流出方向が一直線状の場合、（ｂ）は流入方向と流出方向が一直線状ではない場合、(ｃ)は流入方向と流出方向が直角の場合である。 本発明の第１の実施形態における渦発生領域の渦の説明図である。 本発明の第2の実施形態における吐出弁の断面図である。 本発明の第３の実施形態における吐出弁の断面図である。 本発明の第４の実施形態における吐出弁の断面図である。 本発明の第５の実施形態における吐出弁の吐出側ノズル部の断面図である。 本発明の第６の実施形態における吐出弁の供給側ノズル部と吐出側ノズル部の組立斜視図である。

符号の説明

１２ 浴槽本体
１２ａ 液槽（浴槽）
１８ 吐出管
２１ 吐出弁
２２ 吐出口
３０ 吐出口金物
３１ 吐出口９０度エルボ
３１ａ 雌螺子
３２ 供給側ノズル部
３２ａ 供給側ノズル本体
３２ｂ 減圧開口
３２ｃ 開口周縁面
３３ 吐出側ノズル部
３３ａ 吐出側ノズル本体
３３ｂ 圧力開放面
３４ ノズルカバー
３４ａ 先端部
３４ｂ 開口
３４ｃ 雌螺子
３５ Ｚ形スリーブ
３５ａ 雄螺子
３５ｂ フランジ内面
３５ｃ 雄螺子
３６ カバー
３６ａ 雌螺子
３６ｂ 他端部
３６ｃ 開口
３７ ラバーリング
３８ Ｏリング
３９ テーパー孔
４１ Ｕ字形溝
４３ 鍔
４４ 雌螺子
４５ 中刳り部
４５ａ 雌螺子
４６ 凹状の溝
４７ 吐出孔
４８ 渦発生領域
７０ 微細気泡発生装置

Claims (2)

1. 液槽内の液体が循環されて液体中に気体が加圧溶解された気液混合流体を圧力開放して液槽内へ吐出し、微細気泡を発生させる吐出弁を備える微細気泡発生装置であって、
   前記吐出弁を前記気液混合流体が供給される供給側ノズル部と発生した微細気泡を含む微細気泡水を液槽内へ吐出する吐出側ノズル部とでそれぞれを同じ中心軸で形成し、
   前記供給側ノズル部が、略円柱状の供給側ノズル本体と、この供給側ノズル本体の中心軸を貫通し一面側に設けられて前記気液混合流体が吐出されると共に圧力が開放される減圧開口とから成り、
   前記吐出側ノズル部が、略円柱状の吐出側ノズル本体と、この吐出側ノズル本体に設けられて前記供給側ノズル本体の前記一面側と所定の隙間を介して設けられた他面側と、この他面側に中心軸の回りに環状に配設され気液混合流体に渦を形成して微細気泡を発生する渦発生領域としての凹状の溝とからなり、前記隙間は前記吐出側ノズル本体の凹状の溝の深さより小さく形成され、
   前記隙間が前記凹状の溝と交わって成る流入口から前記凹状の溝に気液混合流体が流入して、形成された微細気泡とともに前記液槽内へ吐出される流出口が、前記凹状の溝の底部に前記吐出側ノズル本体を貫通して複数形成されることを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 請求項１に記載の微細気泡発生装置であって、
   前記吐出側ノズル部の凹状の溝に対向した位置で前記供給側ノズル本体の一面側にサブ渦発生領域としての環状で断面Ｕ字状の溝が形成されることを特徴とする微細気泡発生装置。

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