JP4561781B2 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、水廻り設備に最適な微細気泡発生装置に関する。

従来、水に空気が加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段で圧力開放して、微細気泡を発生させながら吐出ノズルから浴槽（水廻り設備の一例）内に吐出させるようにした微細気泡発生装置がある（特許文献１参照）。
特開平１１−３３０７１号公報

前記のような微細気泡発生装置を水廻り設備である浴槽に適用する場合、浴槽とエプロンとの隙間のような狭いスペースに微細気泡発生装置を設置する必要があるために、大掛かりな装置や長い経路を用いることなく、簡単な構成で微細気泡の発生量を大幅に増加させたいという要望がある。

本発明は、前記要望に応えるためになされたもので、簡単な構成で微細気泡の発生量を大幅に増加させることで、白濁化を向上させることができる微細気泡発生装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、水に空気が加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段で圧力開放して、微細気泡を発生させながら吐出ノズルから吐出させる微細気泡発生装置であって、空気を加圧溶解させる空気溶解装置は、タンク状の筒状体で構成されて、所定の傾斜角度で傾斜する姿勢で配置されていて、内部に貯留された空気と水との界面より上の空気貯留部に、気水混合流体を筒状体内に噴射するための噴射口が形成され、界面より下の水貯留部に、水を筒状体内から流出する流出口が形成されているとともに、前記噴射口には、開口率が異なる複数の噴射開口部が形成されていて、空気比率を多くした上部側に、開口率が大きい噴射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装置を提供するものである。

請求項２のように、前記筒状体は、筒状の側壁部と、この側壁部の両側の端部を閉塞する端壁部とからなり、前記噴射口は、側壁部に形成されて、相対向する側壁部に向けて気水混合流体を噴射するようになっており、この噴射口は、筒状体の中心付近まで内方に突出されていることが好ましい。

本発明によれば、空気溶解装置の筒状体に形成した噴射口に、開口率が異なる複数の噴射開口部を形成したから、空気貯留部の空気比率の多い側を開口率が大きい噴射開口部とすることにより、空気比率の少ない側よりも吐出流量を増加させることができるので、空気比率の多い側に増加された気水混合流体が噴射されることで、気水混合効率が向上して、吐出ノズルでの微細気泡の発生量が大幅に増加するようになる。このように、大掛かりな装置や長い経路を用いることなく、噴射口に開口率が異なる複数の噴射開口部を形成するだけの簡単な構成で、微細気泡の発生量を大幅に増加させることができ、白濁性を向上させることができる。

また、筒状体を傾斜姿勢で配置しているから、空気比率を多くした上部側に、開口率が大きい噴射開口部を形成することで、空気比率の多い上部側に増加された気水混合流体が噴射されるとともに、噴射された気水混合流体が下部側に至るまでの滞留時間が長くなるので、気水混合効率がより向上するようになる。

請求項２によれば、噴射口を筒状体の内方に突出させることで、相対向する側壁部までの距離が短くなって衝突力が強くなり、気水混合効率がより向上するようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の微細気泡発生装置を備えた浴槽装置の基本構成図で、浴槽１に使用され浴槽１内の浴水中に微細気泡を発生させるように構成されており、浴槽１の内側面に吸込口２と吐出口３とが設けられ、浴槽１のフランジ部に空気吸込口４が設けられている。

吸込口２は、接続管５を介して電動ポンプ６の吸い込み側に接続され、電動ポンプ６の吐出側は流入管７を介して空気溶解装置８の吸込側の噴射口９に接続されている。空気溶解装置８の吐出側の流出口１０は、流出管１１を介して圧力開放部となるベンチュリ管１２の一端に接続され、ベンチュリ管１２の他端は接続管１３を介して浴槽１の側面に設置された吐出口３に接続されている。また、空気吸込口４は、電動ポンプ６の入口側近傍の接続管５に接続管１４を介して接続され、接続管１４には、逆止弁１５が設けられている。

そして、空気が溶解した湯水が吐出口３より浴槽１内の浴水中に吐出されると、浴水中で溶解空気が析出して微細気泡が発生するようになる。

前記空気溶解装置８は、図２および図３に基本的な構成を示すように、断面円形の直筒状をした側壁部２１と、この側壁部２１の両側の端部を閉塞する端壁部２２とからなるタンク状の筒状体２３で構成されて、長手方向すなわち略円筒状をした側壁部２１の中心軸イ（図２の一点鎖線参照）が水平方向ロ（図２の矢印参照）に対して１０〜４５度の傾斜角度θで傾斜する姿勢で配置されている。なお、空気溶解装置８の具体的な構成については、後で詳細に説明する。

この傾斜姿勢の筒状体２３は、上方側の端部が上流側Ａの端部になるとともに、下方側の端部が下流側Ｂの端部となり、上流側Ａに気水混合流体を筒状体２３内に噴射するための噴射口９が形成されるとともに、下流側Ｂに水を筒状体２３内から流出する流出口１０が形成されている。

筒状体２３内には、溶質となる空気と、溶媒となる水とが貯留されるもので、略円筒状をした側壁部２１の上下方向の略中央付近には空気と水との界面２４が位置し、界面２４より上部の上流側Ａの部分は、空気が貯留される空気貯留部２５になるとともに、界面２４より下流側Ｂの部分は、水が貯留される水貯留部２６となる。

前記噴射口９は、空気貯留部２５の内壁面（界面２４より上流側Ａの側壁部２１または端壁部２２の内壁面）か、界面２４寄りの位置か、あるいは界面２４より若干下側の水貯留部２６の内壁面（界面２４より下流側Ｂの側壁部２１の内壁面）に形成され、流出口１０は、水貯留部２６の端部付近の内壁面（界面２４より下流側Ｂの側壁部２１または端壁部２２の内壁面）に形成される。

筒状体２３の側壁部２１には、弁（図示せず）を設けた空気抜き口２７が形成してあり、この空気抜き口２７の位置が空気貯留部２５に貯留される空気と水貯留部２６に貯留される水の界面２４のレベルとなる。

次に、空気溶解装置８の作用を説明する。噴射口９から筒状体２３内に貯留されているのと同じ水および空気が噴射されると、噴射口９と対向する側壁部２１の上側の内壁面に衝突し、この内壁面で跳ね返って界面２４にて水貯留部２６に貯留されている水に衝突して攪拌される。また、水貯留部２６に貯留されている水は、気水混合流体が界面２４に衝突して攪拌される他に、噴射口９から筒状体２３内に噴射される気水混合流体によっても攪拌される。

このように、気水混合流体の側壁部２１の内壁面との衝突や界面２４での衝突による攪拌、噴射される際の水の攪拌等により、筒状体２３内に貯留している空気および水、気水混合流体中の空気および水が混合され、空気の水への溶解が促進される。すなわち、混合攪拌によるせん断により、水に混合している気泡（空気）が細分化されて、水と接する総表面積が大きくなるのに加えて、水と空気との界面付近における空気の溶解濃度が混合攪拌による均一化により低減されて、空気の水への溶解速度が上昇するため、空気の水への溶解が促進される。

空気の溶解が進行した水は筒状体２３の水貯留部２６に貯留されるが、貯留されている水には未溶解の気泡も数多く混合し、このような気泡は上方に行くほど密に存在しており、水貯留部２６の下端部近傍では気泡はあまり存在せず、大きな気泡は殆ど存在しない。そして、空気の溶解が進行して大きな気泡が殆ど存在しない水貯留部２６の下端部の水が流出口１０から筒状体２３外に流出されるようになる。

図８〜図１０は、図２および図３の空気溶解装置８と噴射口９との具体的な構成である。

この噴射口９は、先細りのノズル状に構成されて、界面２４より上（上流側Ａ）の空気貯留部２５の側壁部２１に形成されて、相対向する側壁部２１に向けて気水混合流体を噴射するようになっており、この噴射口９は、筒状体２３の中心付近まで内方に突出されている。

この噴射口９と上流側Ａの端部である端壁部２２との間に、広い空間Ｓが形成されて、この上部側の空間Ｓは、空気比率が多くなっている。

噴射口９には、図９（ａ）（ｂ）に示すように、開口率が異なる複数の噴射開口部９ａ，９ｂが形成されている。

すなわち、裁頭砲弾状の噴射口９の頂部の一方に、角度が狭く深さが浅い切り込みを付けることで、開口率が小さい噴射開口部９ａが形成されるとともに、噴射口９の頂部の他方に、角度が広く深さが深い切り込みを付けることで、開口率が大きい噴射開口部９ｂが形成されるようになる。この場合、噴射開口部９ａ，９ｂは、頂部で繋がって連続している。

そして、噴射口９に、開口率が異なる複数の噴射開口部９ａ，９ｂを形成することで、図９（ｃ）の流量分布のように、開口率が小さい噴射開口部９ａからの噴射流量よりも、開口率が大きい噴射開口部９ｂからの噴射流量が増加するようになる。このように、切り込みの角度と深さによって開口部９ａ，９ｂを形成すれば、図９（ｃ）のように、流量分布が途切れなくなる。

この噴射口９は、空気比率を多くした上部側、つまり、上部側の空間Ｓの方向に開口率が大きい噴射開口部９ｂが向くように取付けられている。

また、図１０（ａ）に示すように、開口率が異なる複数の噴射開口部９ａ，９ｂを噴射口９に形成する別実施形態として、切り込み深さを同じとして、切り込み角度を変えるようにしても良い。この場合、噴射開口部９ａ，９ｂは、頂部で隔たって独立している。

図４は、前記ベンチュリ管１２の基本構成図である。前記流出管１１のベンチュリ管１２は、中央１個の上流側ベンチュリ管１２ａと複数個（図４の例では５個）の下流側ベンチュリ管１２ｂとの２段構成となっている。このように、下流側ベンチュリ管１２ｂを並列で複数個を設けることにより、上流側ベンチュリ管１２ａで気水混合液中の気泡を粉砕してある程度小さな微細気泡とした後に、下流側ベンチュリ管１２ｂでより小さな微細気泡化させることができるので、より小さい微細気泡を大量に発生させることができる。

図５および図６は、図１〜図４の基本構成を具体化した微細気泡発生装置であり、基本構成と同一構成は同一番号を付して詳細な説明は省略する。

浴槽１の側壁１ａに吐出ノズル３０が取付けられ、この吐出ノズル３０に、前述した吸込口２、吐出口３、ベンチュリ管１２（１２ａ，１２ｂ）等が組み込まれてユニット化されている。

吐出ノズル３０には、側面視でＬ字状のノズルケース３１が設けられ、ノズルケース３１の内部には、外形状に倣ったＬ字状の流路３１ａが形成されて、この流路３１ａの入口側（縦向き部分）には、前記流出管１１がＯリング３２を介して接続されるとともに、入口側の流路３１ａには、前記中央１個の上流側ベンチュリ管１２ａが嵌め込まれている。

出口側（横向き部分）の流路３１ａには、前記複数個の下流側ベンチュリ管１２ｂを形成したノズル本体２９がＯリング３３を介して嵌め込まれている。

ノズル本体２９には、ノズルケース３１の出口側（横向き部分）の流路３１ａにＯリング３３を介して嵌め込むための円筒状嵌め込み部２９ａと、この嵌め込み部２９ａから前方（吐出方向）に突出する円筒状突出部２９ｂと、この円筒状突出部２９ｂと嵌め込み部２９ａとの間に板状閉塞部２９ｃとが形成され、この閉塞部２９ｃに、内外２重の同心円が設定され、内側の小径円に沿って、円周上等角度間隔で複数個（本例では、６個）の下流側ベンチュリ管１２ｂが形成され、外側の大径円に沿って、円周上等角度間隔で複数個（本例では１０個）の下流側ベンチュリ管１２ｂが形成されている（本例では下流側ベンチュリ管１２ｂが合計１６個）。複数個のベンチュリ管１２ｂは、ベンチュリ管群と呼ぶことができる。

ノズル本体２９の吐出側の端部に、吐出方向に延在する円筒状のホルダー３７が設けられて、ノズル本体２９の突出部２９ｂの前端部の雄ねじ２９ｄに、ホルダー３７の雌ねじ３７ａをねじ込むことで、ノズル本体２９にホルダー３７が取付けられるようになる。

浴槽１の側壁１ａの取付け穴１ｂには、側面視でＵ字状断面のパッキン４０が嵌め込まれ、浴槽１の外側からノズルケース３１の出口側（横向き部分）のフランジ部３１ｂをパッキン４０に当てがうとともに、浴槽１の内側から円筒状固定フランジ４１の後端部の雄ねじ４１ａをノズルケース３１のフランジ部３１ｂの雌ねじ３１ｃにねじ込むことで、固定フランジ４１の前端部のフランジ部４１ｂがパッキン４０に水密に密着し、ノズルケース３１のフランジ部３１ｂがパッキン４０に水密に密着するようになる。これにより、ノズルケース３１が固定フランジ４１で浴槽１の側壁１ａに固定状態で取付けられるようになる。

そして、浴槽１の内側から円筒状ノズルカバー４２の後端部の雌ねじ４２ａを固定フランジ４１のフランジ部４１ｂの雄ねじ４１ｃにねじ込むことで、ノズルカバー４２が固定フランジ４１のフランジ部４１ｂに取付けられるようになる。ノズルカバー４２には、前記吐出口３が形成されている。

固定フランジ４１には、図７に詳細に示すように、ホルダー３７の外周面との間を閉塞する板状閉塞部４１ｄが形成され、この閉塞部４１ｄに内外２重の同心円が設定され、内側の小径円に沿って、円周上等角度間隔で多数個の貫通孔４１ｅが形成され、外側の大径円に沿って、内側の小径円の貫通孔４１ｅと半ピッチずらせた状態で、円周上等角度間隔で多数個の貫通孔４１ｅが形成されている。この閉塞部４１ｄの内周面とホルダー３７の外周面との間にパッキン（図示せず）を介在させることで、水密性を向上させることができる。

ノズルカバー４２の外周面には、図５および図６に示したように、円周上等角度間隔で複数個の前記吸込口２が形成されている。

また、ホルダー３７には、全てのベンチュリ管１２ｂの周囲をそれぞれ取り囲む筒状部３７ｂが形成されている。この筒状部３７ｂは、上流側から下流側に向かって拡径するテーパー穴に形成されている。なお、ホルダー３７には、全てのベンチュリ管１２ｂの周囲をそれぞれ取り囲む筒状部３７ｂを形成する必要は必ずしも無く、少なくとも１個のベンチュリ管１２ｂの周囲を取り囲む筒状部３７ｂを形成すれば良い。

そして、ホルダー３７の筒状部３７ｂのノズル本体２９側の端部が下流側ベンチュリ管１２ｂの吐出側の端部に接触状態で接近されるとともに、筒状部３７ｂのノズル本体２９側の端部の口径が、下流側ベンチュリ管１２ｂの吐出側の端部の口径よりも小径に設定されることで、下流側ベンチュリ管１２ｂの吐出側の端部にエッジ（側面視で略Ｖ字状断面の窪み）１２ｇが形成されるようになる。

前記のように構成した吐出ノズル３０であれば、図６に示したように、空気が溶解した湯水は、矢印ａのように、流出管１１からノズルケース３１の流路３１ａの上流側ベンチュリ管１２ａと下流側ベンチュリ管１２ｂとを介してノズルカバー４２の吐出口３より浴槽１内の浴水中に吐出されることで、浴水中で溶解空気が析出して微細気泡が発生するようになる。

また、浴槽１内の浴水は、矢印ｂのように、ノズルカバー４２の吸込口２からノズルカバー４２内に吸い込まれ、固定フランジ４１の閉塞部４１ｄの貫通孔４１ｅを通って、図５のように、ノズルケース３１の外側部に接続された接続管５から電動ポンプ６に吸い込まれるようになる。

そして、空気溶解装置８の筒状体２３に形成した噴射口９に、開口率が異なる複数の噴射開口部９ａ，９ｂを形成したから、空気貯留部２５の空気比率の多い側を開口率が大きい噴射開口部９ｂとすることにより、空気比率の少ない側よりも噴射流量を増加させることができるので、空気比率の多い側に増加された気水混合流体が噴射されることで、気水混合効率が向上して、吐出ノズル３９での微細気泡の発生量が大幅に増加するようになる。

このように、大掛かりな装置や長い経路を用いることなく、噴射口９に開口率が異なる複数の噴射開口部９ａ，９ｂを形成するだけの簡単な構成で、微細気泡の発生量を大幅に増加させることができ、白濁性を向上させることができる。

また、筒状体２３を傾斜姿勢で配置している場合、空気比率を多くした上部側に、開口率が大きい噴射開口部９ｂを形成することで、空気比率の多い上部側に増加された気水混合流体が噴射されるとともに、噴射された気水混合流体が下部側に至るまでの滞留時間が長くなるので、気水混合効率がより向上するようになる。

さらに、噴射口９を筒状体２３の中心付近まで内方に突出させることで、相対向する側壁部２１までの距離が短くなって衝突力が強くなり、気水混合効率がより向上するようになる。

前記実施形態は、水廻り設備として、白濁化のために微細気泡を吐出させる浴槽であったが、ボウル洗浄のために微細気泡を吐出させる水洗便器等にも本発明を適用できることは勿論である。

本発明の実施形態に係る微細気泡発生装置を備えた浴槽装置の基本構成図である。 図１の空気溶解装置の斜視図である。 図１の空気溶解装置であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ―Ｉ線断面図である。 図１のベンチュリ管の断面図である。 本発明の実施形態に係る微細気泡発生装置を備えた浴槽装置を具体化した斜視図である。 ベンチュリ管を有する吐出ノズルの断面図である。 固定フランジであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。 空気溶解装置の具体的な斜視図である。 噴射口であり、（ａ）は開口率が大きい噴射開口部を手前にした斜視図、（ｂ）は開口率が小さい噴射開口部を手前にした斜視図、（ｃ）は流量分布を示す断面図である。 変形例の噴射口であり、（ａ）は開口率が小さい噴射開口部を手前にした斜視図、（ｂ）は流量分布を示す断面図である。

符号の説明

１ 浴槽
２ 吸込口
３ 吐出口
８ 空気溶解装置
９ 噴射口
９ａ 開口率が小さい噴射開口部
９ｂ 開口率が大きい噴射開口部
１０ 流出口
１２（１２ａ，１２ｂ） ベンチュリ管（減圧手段）
２１ 側壁部
２２ 端癖部
２３ 筒状体
２４ 界面
２５ 空気貯留部
２６ 水貯留部
３０ 吐出ノズル

Claims (2)

1. 水に空気が加圧溶解された気水溶解流体を減圧手段で圧力開放して、微細気泡を発生させながら吐出ノズルから吐出させる微細気泡発生装置であって、
   空気を加圧溶解させる空気溶解装置は、タンク状の筒状体で構成されて、所定の傾斜角度で傾斜する姿勢で配置されていて、内部に貯留された空気と水との界面より上の空気貯留部に、気水混合流体を筒状体内に噴射するための噴射口が形成され、界面より下の水貯留部に、水を筒状体内から流出する流出口が形成されているとともに、前記噴射口には、開口率が異なる複数の噴射開口部が形成されていて、空気比率を多くした上部側に、開口率が大きい噴射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装置。
2. 前記筒状体は、筒状の側壁部と、この側壁部の両側の端部を閉塞する端壁部とからなり、前記噴射口は、側壁部に形成されて、相対向する側壁部に向けて気水混合流体を噴射するようになっており、この噴射口は、筒状体の内方に突出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装置。

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