JP4426612B2 - 微細気泡発生ノズル - Google Patents

Description

本発明は、微細気泡発生装置において、液体の供給管路を流れる液体に気体を加圧溶解させた後、この気体を溶解した液体を供給管路により液槽内の液体中に供給して微細気泡を液体に含有させる際に、気体を溶解した液体を減圧させて急に噴出することにより液体中に微細気泡を含有させて、微細気泡を分散した液体とするための微細気泡発生ノズルに関する。

従来より、液槽内の液体に微細気泡を発生させることが可能な気泡発生ノズルを備えた微細気泡発生装置は知られている。このような液体への微細気泡発生装置は、液槽内の液体を外部で循環させて気体を液体に加圧溶解させた後、液槽内の液体中に微細気泡発生ノズル内で気体を溶解した液体を減圧させて噴出することにより、ノズル内の液体中に微細気泡を発生させ、微細気泡を含有する液体を微細気泡発生ノズルから液槽中の液体に分散させて含有させる構造からなっている。この微細気泡発生装置における微細気泡発生ノズルの構造としては、溶解空気を含有する液体を金網などからなる微出口孔を備えたフィルタ−に通過させることにより微細気泡を発生させる構造や、ベンチュリ管を利用する構造や、回転羽根の気泡噴流などにより剪断力を形成した液流内に空気を入れて含有空気を細分化する構造などがある。

ところが、上記の従来の微細気泡発生ノズルの構造において、微出口孔を備えたフィルタ−に通過させて微細気泡を発生させる構造は、高圧力を必要とし、そのためのポンプとして大型の高圧ポンプを必要とし、このために高価なものとなる。そこで、高価な大型の高圧ポンプの替わりに、安価な小型の低圧ポンプを使用すると、微細気泡が分散して白濁した液体は十分に得られない。またベンチュリ管を利用する構造では、液体がベンチュリ管の絞り部を通過する際に高い騒音を発生するという問題がある。さらに回転羽根の気泡噴流などの剪断力を用いる構造では、高圧力を必要とする上に、キャビテーションを発生させるために高速の回転数が要求され、その動力費用がかかる問題やキャビテーションの発生に伴って羽根の腐食が急激に進行しさらに振動を生じる問題がある。

一方、従来装置として、溶解タンク内で余剰気体を確実に液体から分離して液体貯留槽に微細気泡を発生させる装置として、液体タンクの流入路を構成する流入ポートの出口を吐出ポートに向かう方向と異なる方向として、微細気泡を発生させる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、減速部材などを設けることなく、溶解タンクから圧送される液体の流動速度を減速させることができ、確実に液体貯留槽内に微細気泡を発生させる気体発生装置として、液体貯留槽内の噴出口の出口の開口面積を、その入口の開口面積よりも大きく形成し、液体の流動速度を減速させて液体貯留槽内に微細気泡を発生させる気体発生装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、有底円筒形スペースを有する容器本体と、同スペースの内壁円周面の一部にその接続方向に開設された加圧液体導入口と、上記の円筒形スペースの底部と、上記の円筒形スペースの先部に開設された旋回気液混合体導出口から構成された装置から微細気泡を工業的規模で生成する装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平０６−１６５８０７号公報 特開２００６−１１６５１８号公報 ＷＯ００／６９５５０号再公表公報

本発明が解決しようとする課題は、以上のような事情を考慮してなされたもので、低圧でも微細気泡を発生させることが可能な微細気泡発生ノズルであって、当ノズル本体から発生する騒音を抑制することが可能であり、ノズルの分解がし易いのでメンテナンスの容易な微細気泡発生ノズルを提供することである。

そこで、上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、微細気泡発生装置Ａに使用される微細気泡発生ノズル３において、液体の流入するノズル吸込口１４とノズル吸込口１４に続く流入管路１５の出口である噴出流路入口１６ａから遠心方向およびノズル吸込口１４よりも大径円の円周方向から合成される合成方向へ噴出流路１６を傾斜させている。さらに上記の噴出流路出口１６ｂの流路断面積をノズル吸込口１４の流路断面積に比して小さくし、かつ、噴出流路出口１６ｂの直後の流路断面積を噴出流路出口１６ｂの流路断面積に比して大きくし、さらに噴出流路出口１６ｂの直後の流路を筒状に形成して微細気泡を含有する液体の旋回空間１８に形成していることからなる微細気泡発生ノズル３である。

請求項２の発明では、噴出流路１６は直線状流路または曲線状流路からなる請求項１の手段の微細気泡発生ノズル３である。

請求項３の発明では、噴出流路１６は噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂにかけて流路断面積が徐々に拡大している請求項１または２の手段の微細気泡発生ノズル３である。

請求項４の発明では、噴出流路１６は分解可能なノズル部品の組み合わせから形成されている請求項１〜３のいずれか１項の手段の微細気泡発生ノズル３である。

請求項５の発明では、旋回空間１８は噴出流路出口１６ｂの直後の旋回空間入口１８ａから旋回空間１８の出口である吐出孔１９に向けて旋回空間１８の流路断面積が同じかまたは拡大する形状から形成されている請求項１〜４のいずれか１項の手段の微細気泡発生ノズル３である。

請求項６の発明では、旋回空間１８の出口である吐出孔１９は環状に配設された複数の吐出孔１９からなる請求項５の手段の微細気泡発生ノズル３である。

請求項７の発明では、旋回空間１８の出口である吐出孔１９は下流側に吐出孔１９の流路断面積より大きな流路断面積の流れ整理空間２０を有する請求項５または６の手段の微細気泡発生ノズル３である。

本発明の効果は、請求項１の手段の発明では、微細気泡発生ノズルはノズル内部に噴出流路と噴出流路の後経路に旋回空間を備えており、この噴出流路の終点である噴出流路出口の流路断面積をノズル吸込口の流路断面積に比して小断面積としたことによって、噴出流路を通過する液体中に含有の気体に噴出流路出口で減圧沸騰が起こり、微細気泡が一斉に発生する。また、ノズル吸込口に続く流入管路１５の出口である噴出流路入口から始まる噴出流路を遠心方向および噴出流路入口よりも大径円の円周方向から合成される方向へ傾斜させたことによって、噴出流路の終点である噴出流路出口から噴出した噴出微細気泡を含む液体を旋回空間に容易に旋回させることができ、この結果、旋回中の流体のノズル軸芯方向への速度が低減されるので、旋回空間を長時間旋回でき、減圧沸騰から発生した微細気泡が旋回流による剪断力でさらに微細化され、極めて微細な微細気泡が効率よく発生される。

請求項２の手段の発明では、上記の手段の効果に加えて、噴出流路が直線状または円弧状に形成されているので、噴出流路出口にて発生した微細気泡を含有する液体の旋回流が効率よく発生され、流体は旋回空間において旋回するので軸方向の速度が低減されることとなり、さらに微細な微細気泡が効率よく発生できる。

請求項３に手段の発明では、請求項１または２の手段の効果に加えて、噴出流路は流出口の始点から噴出流路の終点である噴出口にかけて流路断面積が徐々に拡大しているので、噴出口にて効率よく旋回流を発生させることが可能である。

請求項４に記載の発明にあっては、請求項１または２の手段の効果に加えて、噴出流路がノズル部品が別部品の組み合わせにより構成されているため、噴出流路の分解が容易であり、ノズルのメンテナンスを容易に実施できる。

請求項５に記載の発明にあっては、請求項１〜４の手段の効果に加えて、旋回空間は噴出流路出口の直後の経路の旋回空間入口から旋回空間の出口である吐出孔に向けて旋回空間の断面積が同じかまたは拡大する形状に形成しているため、旋回空間に効率よく旋回流を発生させることができる。

請求項６に記載の発明にあっては、請求項５に記載の効果に加えて、旋回空間の出口である吐出孔は環状に配設された複数の吐出孔から形成されているので、旋回空間にて微細化された微細気泡を効率よく排出させることができる。

請求項７に記載の発明にあっては、請求項１〜６に記載の効果に加えて、旋回空間の出口である吐出孔は下流側に吐出孔の流路断面積より大面積の流れ整理空間を有するので、吐出孔から排出された液体中の微細気泡は隣接する微細気泡同士が合体して大径化することがないので、旋回空間吐出された微細気泡がその大きさのままで効率よく吐出できる。

以上のように、本発明では、低圧でも微細気泡を発生させることが可能であり、さらに微細気泡発生ノズル本体から発生する騒音を抑制することが可能であり、分解が容易であり、したがってメンテナンスの容易な微細気泡発生ノズルが得られる。さらに、本発明の微細気泡発生ノズルを使用することにより、微細気泡発生装置において低圧ポンプを使用することが可能となり、微細気泡発生装置自体が小型で軽量となり、設置場所が広がり、コストも低下できるといった優れた効果を奏するものである。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

添付の図面において、図１は本発明の微細気泡発生ノズルを用いた微細気泡発生装置の具体化した実施例の概略的な回路図である。図２は本発明の第１の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。図３は本発明の第１の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を断面で示す模式的正面図である。図４は本発明の第１の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。図５は本発明の第２の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。図６は本発明の第２の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を（ａ）の断面で示す模式的側面図と（ｂ）の断面で示す模式的正面図である。図７は本発明の第２の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。図８は本発明の第３の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。図９は本発明の第３、４および５の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を断面で示す模式的正面図である。図１０は本発明の第３の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。図１１は本発明の第４の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。図１２は本発明の第４の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。図１３は本発明の第５の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。図１４は本発明の第５の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。図１５は本発明の第６の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。図１６は本発明の第６の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を（ａ）の断面で示す模式的側面図と（ｂ）の断面で示す模式的正面図である。図１７は本発明の第６の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。図１８は本発明の第７の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。図１９は本発明の第７の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を断面で示す模式的正面図である。図２０は本発明の第７の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。図４、図７、図１０、図１２、図１４、図１７、図２０に記載している矢印は流体の流れ方向を具体化したものである。

本発明の微細気泡発生ノズル３の実施の形態として具体化した例を、図１に示す液槽１用の微細気泡発生装置Ａに適用した例に基づいて説明する。図１に示すように、液槽１内には液体として水が貯留されている。また液槽１内に液体を吸い込む吸込口２および微細気泡発生ノズル３が設置されている。吸込口２には、吸込管路４を介してポンプ５が連結されている。ポンプ５の吸込口側の吸込管路４には気体を吸い込む気体導入口６を有する気体導入配管７が配設されている。ポンプ５の下流側には、気体導入口６から吸い込んだ気体を液体に溶解する気液溶解タンク８が配設されている。ポンプ５と気液溶解タンク８との間は流入管路９によって連通されている。気液溶解タンク８の下流側に吸込配管１０によって液槽１内の液体中に微細気泡発生ノズル３が設置されて微細気泡発生装置Ａが形成されている。ここでポンプ５の電源をＯＮにすると、液槽１内の液体が吸込口２から吸込管路４によってポンプ５へと吸入されるが、そのとき、吸込管路４の途中に設置された気体導入配管７の気体導入口６より気体を吸入しているため、ポンプ５へと吸入された液体は気液混合状態となっている。このとき気体導入配管７はエジェクター機構となっており、特別な動力を必要としない自然吸気方式となっている。さらに、この気液混合状態の液体はポンプ５により加圧され、流入管路９を通り気液溶解タンク８へと送液される。気液混合状態の液体は気液溶解タンク８内で加圧溶解されて気液溶解状態となり、吸込配管１０によって微細気泡発生ノズル３へと送液される。

図２に示すように、本発明の第１の実施形態の微細気泡発生ノズル３は、吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２と吐出側ノズル本体１３より構成されている。中間ノズル本体１２は吐出側ノズル本体１３の内側の中央部に嵌合され、吐出側ノズル本体１３は吸込側ノズル本体１１の先端側周壁にＯリング１１ａでシールして螺合されている。吸込側ノズル本体１１の後端にノズル吸込口１４を有し、ノズル吸込口１４から気液溶解状態の液体が流入される。次いで、流入された液体はノズル吸込口１４に続く流入管路１５から噴出流路入口１６ａを経て噴出流路１６へ流れ、噴出流路出口１６ｂへ送液される。この場合、図３に示すように、噴出流路１６は中心の噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂへの流路方向を例えば３方向とし、さらにこれらの流路方向をそれぞれ半径方向に傾け、かつ、噴出流路入口１６ａより大径円の円周方向に傾け、さらに噴出流路出口１６ｂが狭窄されている。したがって、噴出流路出口１６ｂの直後の吸込側ノズル本体１１の先端側内周と中間ノズル本体１２の外周間に設けられた旋回空間１８に気体を含む液体が急に噴出されると、液体中に多数の微細気泡が発生される。この発生した微細気泡を含有する液体からなる流体が旋回空間１８中で旋回されて、吐出側ノズル本体１３の吐出孔１９から微細気泡発生ノズル３が設置されている液体中へ多数の微細気泡を含有する液が吐出される。

すなわち、上記の微細気泡発生ノズル３では、噴出流路出口１６ｂの総流路断面積は微細気泡発生ノズル３のノズル吸込口１４の流路断面積より小断面積としており、噴出流路出口１６ｂを通過する間に気液溶解流体が急激に減圧され、さらに噴出流路出口１６ｂの直後の流路断面積が噴出流路出口１６ｂの流路断面積に比して大きくなっているため、噴出流路出口１６ｂを出ると、液体中の気体に減圧沸騰が一斉に発生して微細気泡が発生する。流体が旋回する旋回空間１８は噴出流路出口１６ｂの軸方向出口から軸芯側へ入り込んだ位置の間に筒状に形成され、その筒状の先端に吐出孔１９が環状に配設されている。したがって、旋回している微細気泡を含有する液体からなる流体の軸方向への速度は低減されるので、これらの流体が旋回空間１８を通過する時間は、旋回することなく直進するよりも長くなる。そして図４に示すように、流体は旋回空間１８にて矢印で示すように旋回し、旋回流の半径方向へ発生する速度勾配により流体に剪断力が作用するため、上記の減圧沸騰から発生した微細気泡が、この旋回によりさらに微細化され、効率よく微細気泡を発生させることが可能となる。また、旋回空間１８の断面積は、外周側へは拡大せず、内周側へ急激に拡大した形状として旋回流を発生しやすくしていることにより、微細気泡がさらに効率よく微細化することができる。このようにして微細化された微細気泡は吐出孔１９を通過して液槽１内の液体中へと流動される。この微細気泡発生ノズル３は簡単な構造であり、したがってコストが安く、また容易に取り外して分解できるのでメンテナンスが容易である。

図５に示す本発明の第２の実施形態の微細気泡発生ノズル３は、図２のものと同様に、吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２と吐出側ノズル本体１３により構成されている。中間ノズル本体１２は、軸方向断面で菱形の紡錘状からなりその紡錘状の周囲に円形状突出板を有し、円形状突出板を吐出側ノズル本体１３の後端部と吸込側ノズル本体１１の前端との間で挟持されて、吸込側ノズル本体１１と吐出側ノズル本体１３の内部に形成されている。さらに吸込側ノズル本体１１はＯリング１１ａにて吐出側ノズル本体１３にシールされ、吐出側ノズル本体１３と螺合されている。図６の（ａ）、（ｂ）に示すように、中間ノズル本体１２の紡錘状面に沿って円弧状に拡大する３方向の噴出流路１６が噴出流路入口１６ａから円形状突出板を貫通して噴出流路出口１６ｂに設けられている。したがって、噴出流路１６は噴出流路出口１６ｂの流路方向をノズルの半径方向および円周方向に傾けられているので、ノズル吸込口１４から流入された気液溶解状態の液体は噴出流路１６へと送られ、噴出流路出口１６ｂにて噴出されて旋回される。

この場合、噴出流路出口１６ｂの総流路断面積は微細気泡発生ノズル３のノズル吸込口１４の流路断面積より小断面積としているので、噴出流路１６を通過する間に気液溶解流体は急激に減圧され、液体に溶解の気体に減圧沸騰が始まって微細気泡が発生し始める。さらに図７に示すように、噴出流路出口１６ｂは、流体が旋回する軸に対して略斜め半径方向へ配設されているため、上記の本発明の第１の実施形態ほどではないとしても旋回している流体の軸方向への速度が低減される結果、旋回空間１８にて旋回する時間が長くなる。そして、旋回空間１８にて旋回する際に旋回流の半径方向へ発生する速度勾配により、微細気泡と液体からなる流体に剪断力が作用し、減圧沸騰から発生した微細気泡をさらに微細化し、効率よく微細気泡を発生させることが可能となる。さらに、旋回空間１８の断面積は、外周側へは拡大せずに内周側へ急激に拡大した形状をしているので、旋回流を発生し易く、微細気泡を一層に効率よく微細化することが可能となる。微細化された微細気泡は吐出孔１９を通過し液槽１内の液体中へと送出される。さらに、この微細気泡発生ノズル３はコストの安い簡単な構造であり、容易に分解して部品を取り外しでき、メンテナンスが容易である。

図８に示す本発明の第３の実施形態の微細気泡発生ノズル３は、図２の微細気泡発生ノズル３と同様に吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２と吐出側ノズル本体１３により構成されている。しかし、図２の微細気泡発生ノズル３と異なり、吸込側ノズル本体１１のノズル吸入口１４に続く流入管路１５は先細りのテーパー管路１５ａに形成されている。したがって、噴出流路１６の噴出流路入口１６ａの入口径は図２の吸込側ノズル本体１１の噴出流路入口１６ａの入口径よりも小径に形成されている。このために、ノズル吸込口１４からテーパー管路１５ａを経て流入した気液溶解状態の液体は噴出流路入口１６ａからより経路の長い噴出流路１６を通過する間に気液溶解流体は図２のものに比してより急激に減圧されるため液体中の気体に一層に減圧沸騰が始まり、微細気泡が発生し始める。さらに最も絞られた噴出流路出口１６ｂを出て吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２間に形成の拡大された旋回空間１８に入った途端に多数の微細気泡が発生する。すなわち、ノズル吸込口１４から噴出流路１６への流路にテーパー管路１５ａを設けることにより、ノズル吸込口１４の流路断面積を大きく設けても流入してきた気液溶解流体を絞って整流することができ、大流量でも小流量でも効率よく気液溶解流体が流れることとなる。さらに、噴出流路１６は、図９に示すように噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂの流路方向を半径方向と円周方向に傾けられて図３よりも経路の長い円弧状に設けられており、かつ噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂにかけての流路断面積が徐々に拡大されていることから、噴出流路出口１６ｂにて流体がより一層に旋回される。

一方、噴出流路出口１６ｂは旋回軸に対して略直角半径方向の軸側へ配設されているため、図４と同様に、旋回している流体の軸方向への速度は低減されており、旋回空間１８にて旋回する時間が長くなる。そして、図１０に示すように、流体は旋回空間１８にて旋回し、旋回流の半径方向へ発生する速度勾配により微細気泡を含有する液体からなる流体に剪断力が作用するため、減圧沸騰から発生した微細気泡がさらに微細化され、より微細な微細気泡が効率よく発生される。また、旋回空間１８の断面積は外周側へは拡大せず内周側へ急激に拡大した形状としているので、旋回流をより発生しやすくしていることにより微細気泡を効率よく微細化でき、これらの点は、図４のものと同様である。さらに、微細化された微細気泡含有する液体を吐出する吐出孔１９の前方には、円形状に配設した複数の吐出孔１９の径よりも大径である一定長さの流れ整理空間２０を有し、この流れ整理空間２０を有する点で、さらに図２の微細気泡発生ノズル３と異なり、上記した相違点以外では、図２の微細気泡発生ノズル３と異なる点はない。このように流れ整理空間２０は、複数の吐出孔１９で形成する円形の径よりも大径の長い円筒形状を形成している。流れ整理空間２０の長さが短い場合は、発生した微細気泡が各種の方向に移動するので、隣接する微細気泡同士が衝突して合体することが多くなり、大きな気泡が発生する。しかし、図８のように、長い流れ整理空間２０を設けたことで発生した微細気泡は整流化され、隣接同士が合体することなく微細気泡を効率よく液槽１内に排出される。さらに、この微細気泡発生ノズル３はコストの安い簡単な構造でるので容易に分解して部品を取り外しでき、メンテナンスが容易である。

さらに、図１１に示す本発明の第４の実施形態の微細気泡発生ノズル３は、図１０に示したものと同様に、吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２と吐出側ノズル本体１３により構成されている。中間ノズル本体１２は吐出側ノズル本体１３と螺合され、吸込側ノズル本体１１はＯリング１１ａにてシールされ、吐出側ノズル本体１３と螺合されている。本発明の第３の実施形態と同様に、ノズル吸込口１４から気液溶解状態の液体が流入し、テーパー管路１５ａを通り噴出流路１６へと送液される。噴出流路１６を通過する間に気液溶解流体は急激に減圧されるため、液体中の気体に減圧沸騰が始まり、微細気泡が発生し始める。さらに最も絞られた噴出流路出口１６ｂを出て吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２間に形成の拡大された旋回空間１８に入った途端に多数の微細気泡が発生する。ここでノズル吸込口１４から噴出流路１６への流路にテーパー管路１５ａを設けることにより、ノズル吸込口１４の流路断面積を大きく設けても流入してきた気液溶解流体を整流することが可能となり、大流量でも小流量でも効率よく気液溶解流体が流れる。また、噴出流路１６は、図９に示すように、噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂの流路方向を半径方向に、さらに円周方向に傾けて円弧状に設けられており、噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂにかけての流路断面積を徐々に拡大しているので、噴出流路出口１６ｂにて流体は旋回される。さらに、噴出流路出口１６ｂは、流体が旋回する軸に対して略直角半径方向へと配設されているので、旋回空間１８における旋回流体の軸方向への速度は低減されて旋回する時間が長くなる。

この第４の実施の形態では、図１１に示すように、旋回空間１８は旋回空間入口１８ａから徐々に内径側へ旋回空間１８の途中まで拡がり、その後は一定幅の筒状に形成されている。そこで、図１２に示すように、流体は旋回空間１８にて旋回し、旋回流の半径方向へ発生する速度勾配により剪断力が作用するため、減圧沸騰から発生した微細気泡がさらに微細化される。また、旋回空間１８の断面積は、外周側へは拡大せず内周側へ徐々に拡大した形状となっているので、流体に対する抵抗が低減され、さらに旋回流が発生され易くなっているので、微細気泡を効率よく微細化される。さらに、微細化された微細気泡を含有する液体を吐出する吐出孔１９の前方に、図８と同様に円形状に配設した複数の吐出孔１９の径よりも大径である一定長さの流れ整理空間２０を有する。この流れ整理空間２０は複数の吐出孔１９で形成する円形の径よりも大径の長い円筒形状を形成している。この点は第３の実施の形態と同様で、流れ整理空間２０の長さが短い場合は、発生した微細気泡が各種の方向に移動するので、隣接する微細気泡同士が衝突して合体することが多くなり、大きな気泡が発生するが、長い流れ整理空間２０を設けたので、発生した微細気泡は整流化され、隣接同士が合体することなく微細気泡を効率よく液槽１内に排出される。さらに、この微細気泡発生ノズル３はコストの安い簡単な構造であるので容易に分解して部品を取り外してメンテナンスが容易にできる。

図１３に示す本発明の第５の実施形態の微細気泡発生ノズル３は、図１１に示した第４の実施形態とものと旋回空間１８の形状が異なる以外は、全く同様の形状からなる。すなわち、吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２と吐出側ノズル本体１３により構成されている。中間ノズル本体１２は吐出側ノズル本体１３と螺合され、吸込側ノズル本体１１はＯリング１１ａにてシールされ、吐出側ノズル本体１３と螺合されている。第４の実施形態と同様に、ノズル吸込口１４から気液溶解状態の液体が流入され、テーパー管路１５ａを通り噴出流路１６へと送液される。噴出流路１６を通過する間に気液溶解流体は急激に減圧され、噴出流路出口１６ｂを出て開放された途端に、液体中の気体が減圧沸騰して微細気泡が液体中に発生する。このものもノズル吸込口１４から噴出流路１６への流路にテーパー管路１５ａを設けることにより、ノズル吸込口１４の流路断面積を大きく設けても流入してきた気液溶解流体を絞って整流することが可能となり、大流量でも小流量でも効率よく気液溶解流体が流れる。さらに噴出流路１６は、図９に示すように、噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂの流路方向を半径方向に傾け、さらに円周方向に傾けて円弧状に設けており、噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂにかけての流路断面積を徐々に拡大していることから、噴出流路出口１６ｂにて、流体が旋回される。

このように、噴出流路出口１６ｂは、流体が旋回する軸に対して略直角半径方向へと配設されているため、吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２との間に形成の旋回空間１８を旋回している流体の軸方向への速度は低減されており、旋回空間１８にて旋回する時間が長くなる。そして、図１４に示すように微細気泡を有する液体からなる流体は旋回空間１８にて旋回し、旋回流の半径方向へ発生する速度勾配により、流体に剪断力が作用するため、減圧沸騰で発生した微細気泡がさらに微細化することが可能となる。さらに、この実施の形態では、旋回空間１８の断面積は、その半ばまで内周側および外周側へ徐々に拡大した形状となりその後は一定の断面積の筒状で吐出孔１９まで延びている。したがって、旋回空間１８が拡大するに連れて流体に対する抵抗が低減され、さらに旋回流が発生しやすくなっているので、微細気泡が効率よく微細化される。微細化された微細気泡を含有する液体を吐出する吐出孔１９の前方に、図１２と同様に円形状に配設した複数の吐出孔１９の径よりも大径である一定長さの流れ整理空間２０を有する。この流れ整理空間２０は複数の吐出孔１９で形成する円形の径よりも大径の長い円筒形状を形成している。この点は第４の実施の形態と同様で、流れ整理空間２０の長さが短い場合は、発生した微細気泡が各種の方向に移動するので、隣接する微細気泡同士が衝突して合体することが多くなり、大きな気泡が発生するが、長い流れ整理空間２０を設けたので、発生した微細気泡は整流化され、隣接同士が合体することなく微細気泡を効率よく液槽１内に排出される。さらに、この微細気泡発生ノズル３はコストの安い簡単な構造であるので容易に分解して部品を取り外してメンテナンスが容易にできる。

図１５に示す本発明の第６の実施形態の微細気泡発生ノズル３は、図５に示した第２の実施の形態の微細気泡発生ノズル３と同様に、吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２と吐出側ノズル本体１３により構成されている。中間ノズル本体１２は吸込側ノズル本体１１と吐出側ノズル本体１３とで挟持されており、吸込側ノズル本体１１はＯリング１１ａにてシールされ、吐出側ノズル本体１３と螺合されている。さらに第３の実施形態と同様に、ノズル吸込口１４から気液溶解状態の液体が流入されてテーパー管路１５ａを通り噴出流路１６へと送液される。噴出流路１６を通過する間に気液溶解流体は急激に減圧されるため、液体中の気体に減圧沸騰が始まり、微細気泡が発生し始める。ここで、ノズル吸込口１４から噴出流路１６への流路にテーパー管路１５ａを設けることにより、ノズル吸込口１４の流路断面積を大きく設けても流入してきた気液溶解流体を整流することが可能となり、大流量でも小流量でも効率よく気液溶解流体が流れる。また、噴出流路１６は、図１６に示すように、噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂの流路方向を半径方向に傾け、さらに円周方向に傾けて円弧状に設けており、噴出流路入口１６ａから噴出流路出口１６ｂにかけての流路断面積を徐々に拡大しているので、噴出流路出口１６ｂにて流体が旋回される。さらに、噴出流路出口１６ｂは、流体が旋回する軸に対して略斜め半径方向へ配設されているため、上記した本発明の第３、４および５の実施形態ほどではないとしても、旋回している流体の軸方向への速度は低減されており、旋回空間１８にて旋回する時間が長くなる。そして、図１７に示すように流体は旋回空間１８にて旋回し、旋回流の半径方向へ発生する速度勾配により流体に剪断力が作用するので、減圧沸騰から発生した微細気泡がさらに微細化され、さらに効率よく微細気泡が発生できる。また、旋回空間１８の断面積は、外周側へは拡大せず内周側へ徐々に拡大した形状をしており、流体に対する抵抗を低減し、さらに旋回流を発生しやすくしているので微細気泡を効率よく微細化することができる。そして、微細化された微細気泡が吐出孔１９を通過し、液槽１内の液体中に微細気泡を含有させることができる。さらに微細気泡発生ノズル３は簡単な構造でコストが安く、分解して容易に取り外しできメンテナンスが容易である。

図１８に示すように、本発明の第７の実施形態の微細気泡発生ノズル３は、図８に示した第３の実施の形態の微細気泡発生ノズル３と同様に、吸込側ノズル本体１１と中間ノズル本体１２と吐出側ノズル本体１３により構成されている。中間ノズル本体１２は吐出側ノズル本体１３と螺合され、吸込側ノズル本体１１はＯリング１１ａにてシールされ、吐出側ノズル本体１３と螺合されている。第３の実施形態と同様に、ノズル吸込口１４から気液溶解状態の液体が流入され、テーパー管路１５ａを通り噴出流路１６へと送液される。噴出流路１６を通過する間に気液溶解流体は急激に減圧されるため、液体中の気体に減圧沸騰が始まり微細気泡が発生し始める。すなわち、ノズル吸込口１４から噴出流路１６への流路にテーパー管路１５ａを設けることで、ノズル吸込口１４の流路断面積を大きく設けても流入してきた気液溶解流体を整流することが可能となり、大流量でも小流量でも効率よく気液溶解流体が流れ、さらに噴出流路１６では、図１９に示すように、噴出流路入口１６ａから４本の噴出流路１６の流路方向を遠心方向としているので減圧沸騰が生じ、気泡が発生し始め、さらに流路方向を円周方向に向けて噴出流路出口１６ｂを設けているので、噴出流路出口１６ｂにて微細気泡を含む液体は広い旋回空間１８に流入して多数の微細気泡を一挙に発生して旋回される。次いで図２０に示すように、微細気泡を含む液体の流体は円筒状の旋回空間１８にて旋回され、この旋回流による半径方向へ発生する速度勾配により流体に剪断力が作用するので、減圧沸騰から発生した微細気泡がさらに微細化され、さらに効率よく微細気泡を発生される。また、旋回空間１８の断面積は、外周側へは拡大せず内周側へ急激に拡大した形状に形成されて旋回流を発生し易くなっているので、微細気泡はより効率よく微細化される。微細化された微細気泡は環状に配置された吐出孔１９を通過して流れ整理空間２０へと流される。流れ整理空間２０は、吐出孔１９の配置された環状円より大幅に大径の円筒形状となっている。流れ整理空間２０の距離が短い場合、発生した隣接する微細気泡が整流されないので合体することが多くなり、大きな気泡が発生する。しかし十分な長さの流れ整理空間２０を設けることにより、発生した微細気泡の隣接する気泡同士が合体することなく、効率よく微細気泡を液槽１内の液体中に微細気泡を含有させることが可能となる。さらに微細気泡発生ノズル３は簡単な構造でコストの安く、容易に部品に分解して取り外しができ、メンテナンスが容易である。

これら第１の実施の形態から第７の実施の形態における本発明の微細気泡発生ノズル３を使用して微細気泡発生の実験を行ったところ、全ての実施の形態について微細気泡発生効果を有することがわかった。なお、微細気泡発生の効果が最も良いのは、第５の実施の形態の微細気泡発生ノズル３であり、次いで第４の実施の形態の微細気泡発生ノズル３であり、次いで第３の実施の形態の微細気泡発生ノズル３であり、次いで第１の実施の形態の微細気泡発生ノズル３であり、次いで第２の実施の形態の微細気泡発生ノズル３であり、次いで第６の実施の形態の微細気泡発生ノズル３であり、次いで第７の実施の形態の微細気泡発生ノズル３という結果であった。

本発明の微細気泡発生ノズル３は上記のような構造とすることで、低圧でも微細気泡を発生させることが可能な上に、当該ノズル本体から発生する騒音を抑制することが可能な微細気泡発生ノズル３が得られた。

本発明の微細気泡発生ノズルを使用して具体化した１実施例の微細気泡発生装置の概略的な回路図である。 本発明の第１の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。 本発明の第１の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を断面で示す模式的正面図である。 本発明の第１の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。 本発明の第２の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。 本発明の第２の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を（ａ）の断面で示す模式的側面図と（ｂ）の断面で示す模式的正面図である。 本発明の第２の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。 本発明の第３の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。 本発明の第３、４および５の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を断面で示す模式的正面図である。 本発明の第３の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。 本発明の第４の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。 本発明の第４の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。 本発明の第５の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。 本発明の第５の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。 本発明の第６の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。 本発明の第６の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を（ａ）の断面で示す模式的側面図と（ｂ）の断面で示す模式的正面図である。 本発明の第６の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。 本発明の第７の実施形態における微細気泡発生ノズルの構造を説明する（ａ）の正面図と（ｂ）の断面で示す模式的側面図である。 本発明の第７の実施形態における微細気泡発生ノズルの噴出流路を断面で示す模式的正面図である。 本発明の第７の実施形態における微細気泡発生ノズルの旋回空間における旋回流を示す模式的側面図である。

符号の説明

１ 液槽
２ 吸込口
３ 微細気泡発生ノズル
４ 吸込管路
５ ポンプ
６ 気体導入口
７ 気体導入配管
８ 気液溶解タンク
９ 流入管路
１０ 吸込配管
１１ 吸込側ノズル本体
１１ａ Ｏリング
１２ 中間ノズル本体
１３ 吐出側ノズル本体
１４ ノズル吸込口
１５ 流入管路
１５ａ テーパー管路
１６ 噴出流路
１６ａ 噴出流路入口
１６ｂ 噴出流路出口
１７ 微細気泡噴出部
１８ 旋回空間
１８ａ 旋回空間入口
１９ 吐出孔
２０ 流れ整理空間
Ａ 微細気泡発生装置

Claims (7)

1. 微細気泡発生装置（Ａ）に使用される微細気泡発生ノズル（３）において、液体の流入するノズル吸込口（１４）とノズル吸込口（１４）に続く流入管路（１５）に続く噴出流路入口（１６ａ）から噴出流路（１６）を遠心方向および円周方向の合成方向へ傾斜させて配設し、噴出流路（１６）の出口である噴出流路出口（１６ｂ）の流路断面積をノズル吸込口（１４）の流路断面積に比して小さくし、かつ、噴出流路出口（１６ｂ）の直後の流路断面積を噴出流路出口（１６ｂ）の流路断面積に比して大きくし、噴出流路出口（１６ｂ）の直後の流路を筒状に形成して微細気泡を含有する液体の旋回空間（１８）に形成していることを特徴とする微細気泡発生ノズル（３）。
2. 噴出流路（１６）は直線状流路または曲線状流路からな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（３）。
3. 噴出流路（１６）は噴出流路入口（１６ａ）から噴出流路出口（１６ｂ）にかけて流路断面積が徐々に拡大していることを特徴とする請求項１または２に記載の微細気泡発生ノズル（３）。
4. 噴出流路（１６）は分解可能なノズル部品の組み合わせから形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細気泡発生ノズル（３）。
5. 旋回空間（１８）は噴出流路出口（１６ｂ）の直後の旋回空間入口（１８ａ）から旋回空間の出口である吐出孔（１９）に向けて旋回空間（１８）の流路断面積が同じかまたは拡大する形状から形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細気泡発生ノズル（３）。
6. 旋回空間（１８）の出口である吐出孔（１９）は環状に配設された複数の吐出孔（１９）からなることを特徴とする請求項５に記載の微細気泡発生ノズル（３）。
7. 旋回空間（１８）の出口である吐出孔（１９）は下流側に吐出孔（１９）の流路断面積より大きな流路断面積の流れ整理空間（２０）を有することを特徴とする請求項５または６に記載の微細気泡発生ノズル（３）。

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