JP4587436B2 - 気液混合物生成装置、汚水浄化装置及び燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
このような気液混合物生成装置は、ベンチュリ効果を利用したものが多く、例えば、図4に示すように、液体流路の一部に流路の断面積を小さくした絞り部90が中央部に設けられたベンチュリ管91を備えている。
そして、絞り部90から下流側には、下流側向かって次第に拡径された広がり部92と、絞り部90の近傍に開口された気体流入口93とが設けられている。こ こで、気体流入口93に任意の気体を送り込めば、ベンチュリ効果により、内部を流れる液体に前述の気体が注入され、微細な気泡が混入された液体を生成することができる(特許文献1参照)。
また、微細な気泡を得る必要があることから、気体流入口93の内径を小さく抑える必要があるので、気体の液体への混入量に限界があり、微細気泡の混入量をさらに増大することが難しいという問題もある。
本発明の目的は、微細気泡の混入量の増大が容易且つ確実に行えるうえ、容易に製造できる気液混合物生成装置を提供することを目的とする。
なお、以下の各構成要件には、説明の便宜上、実施の形態において用いた符号を付すが、これにより、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
請求項1記載の発明は、次の点を特徴とする。
すなわち、請求項1記載の発明は、入口(11)から導入された液体の中に無数の微小気泡を発生させることにより気液混合物を生成し、生成した気液混合物を 出口(12)から放出する気液混合物生成装置(1)であって、前記入口(11)側及び前記出口(12)側の間に設けられたキャビテーション発生室(2) と、前記入口(11)及び前記キャビテーション発生室(2)を相互に連通するとともに、前記キャビテーション発生室(2)の内部でキャビテーションが生じるように、その内径(D1)が前記入口(11)側の流路(21A) よりも小さく絞られて、前記液体を前記キャビテーション発生室(2)の内部へ勢いよく吹き出すジェット噴出孔(5)と、前記ジェット噴出孔(5)よりも大 きい内径(D3)を有するとともに、前記キャビテーション発生室(2)及び前記出口(12)を相互に連通する排出孔(4)とを備え、前記ジェット噴出孔(5)及び前記排出孔(4)が前記キャビテーション発生室(2)を挟んで当該キャビテーション発生室(2)の内側面(3A,41B)に互いに対向して設けられ、前記入口(11)側の流路(21A) と前記キャビテーション発生室(2)とを仕切るとともに前記ジェット噴出孔(5)が開口されている仕切り壁(35)は、前記キャビテーション発生室(2)に臨む側面(3A)に、前記ジェット噴出孔(5)から前記キャビテーション発生室(2)の内周面まで連続するとともに、その内径が前記ジェット噴出孔(5)から下流側に向かって次第に広がっていく円錐面からなるテーパー面を有する凹部(31A) が形成されたものとされ、前記仕切り壁(35)における前記凹部(31A) とは反対の入口側の側面(3B)は、前記液体の流れる方向と直交するように切り立ったものとされ、前記仕切り壁(35)には、前記入口側の側面(3B)と前記テーパー面とを鋭角で交差させることにより、前記液体の流れる方向に沿った面がなくされて、前記ジェット噴出孔(5)の周囲に鋭く尖ったエッジが形成され、前記ジェット噴出孔(5)は、前記エッジによって微小気泡の発生が促進されるように形成されていることを特徴とする。
このようなキャビテーションにより微細な気泡を発生させるので、液体が流れる流路の側壁に微細な気体流入口等を開ける必要がなく、微細加工が不要となり、気液混合物生成装置(1)の製造が容易に行える。
また、キャビテーション発生室(2)の内法(L1)を充分大きく設定して、当該キャビテーション発生室(2)の内周面とジェット噴出孔(5)との距離を確保するとともに、排出孔(4)の内径(D3)をジェット噴出孔(5)よりも充分大きくすれば、キャビテーションにより発生した微細気泡がキャビテーション発生室(2)の内周面や、排出孔(4)よりも出口(12)側に設けられた流路の内面に衝突しなくなり、キャビテーション・エロージョンによる損傷が抑制される。
この際、ジェット噴出孔(5)が開口されている仕切り壁(35)におけるキャビテーション発生室(2)に臨む側面(3A)に形成されている凹部(31A) として、ジェット噴出孔(5)からキャビテーション発生室(2)の内周面まで連続するとともに、その内径が前記ジェット噴出孔(5)から下流側に向かって次第に広がっていく円錐面からなるテーパー面を有するものを採用し、さらに、仕切り壁(35)における凹部(31A) とは反対側の側面(3B)を、液体の流れる方向と直交するように切り立ったものとし、この側面(3B)と前述のテーパー面とをジェット噴出孔(5)の周囲で交差させ、当該ジェット噴出孔(5)の周囲を囲む端縁を鋭く尖ったエッジとしたので、ジェット噴出孔(5)を液体が通過する際に、鋭く尖った仕切り壁(35)のエッジにより、キャビテーションの発生が促進され、キャビテーション発生室(2)において発生する微細気泡の量を著しく増やすことができる。
すなわち、請求項2記載の発明は、請求項1記載の気液混合物生成装置(1)を備え、この気液混合物生成装置(1)の内部に、前記液体として汚水を浄化するための液体及び汚水の少なくとも一方を流通させることを特徴とする。
このような本発明によれば、小さく絞ったジェット噴出孔(5)からキャビテーション発生室(2)の内部に液体が勢いよく流れ込むようにすることで、キャビ テーション発生室(2)の内部においてキャビテーションを発生させ、これにより、発生から消滅までの持続時間が長く、且つ、酸化力の強いマイクロバブルが液体の内部に多量に生じるようにしたので、汚水の効率よい浄化が可能となる。
すなわち、請求項3記載の発明は、内燃機関の燃焼シリンダに直接燃料を噴射するための燃料噴射装置であって、請求項1記載の気液混合物生成装置(1)を備え、前記気液混合物生成装置の内部に液体燃料を流通させるように構成されていることを特徴とする。
このような本発明によれば、小さく絞ったジェット噴出孔(5)からキャビテーション発生室(2)の内部に液体が勢いよく流れ込むようにすることで、キャビ テーション発生室(2)の内部においてキャビテーションを発生させ、これにより、液体燃料の内部に当該液体燃料の蒸気からなるマイクロバブルが多量に生じるようにしたので、内燃機関の燃焼シリンダ内における燃料への着火が容易となり、希薄燃焼が容易に行え、内燃機関の効率を向上できるようになる。
(請求項1の効果)
請求項1記載の発明によれば、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項1記載の発明によれば、内径が入口側の流路よりも小さく絞られたジェット噴出孔を設け、ジェット噴出孔を通ってキャビテーション発生室に流れ込む際に液体が加速されるようにしたので、入口側の流路よりも速い速度でキャビテーション発生室を流動するようになり、キャビテーション発生室の内部では、その静圧が低くなって、キャビテーションが発生し、内部に溶け込んでいた空気又は当該液体の蒸気等からなる微細な気泡、いわゆるマイクロバブルを効率よく発生させることができる。
ここで、キャビテーションにより発生する微細な気泡は、液体の流量や流速を加減することにより、容易に調節することができるので、微細気泡の混入量を従来に比べてさらに増大することも容易に行うことができる。
また、キャビテーション発生室の内法を充分大きく設定して、当該キャビテーション発生室の内周面とジェット噴出孔との距離を確保するとともに、排出孔の内径をジェット噴出孔よりも充分大きくすれば、キャビテーションにより発生した微細気泡がキャビテーション発生室の内周面や、排出孔よりも出口側に設けられた流路の内面に衝突しなくなり、キャビテーション・エロージョンによる損傷を抑制することができる。
この際、ジェット噴出孔が開口されている仕切り壁におけるキャビテーション発生室に臨む側面に形成されている凹部として、ジェット噴出孔からキャビテーション発生室の内周面まで連続するとともに、その内径が前記ジェット噴出孔から下流側に向かって次第に広がっていく円錐面からなるテーパー面を有するものを採用し、さらに、仕切り壁における凹部とは反対の入口側の側面を、液体の流れる方向と直交するように切り立ったものとし、この入口側の側面と前述のテーパー面とを鋭角で交差させることにより、仕切り壁から前記液体の流れる方向に沿った面をなくし、前述のジェット噴出孔の周囲に鋭く尖ったエッジを形成したので、ジェット噴出孔を液体が通過する際に、鋭く尖ったエッジにより、キャビテーションの発生が促進され、キャビテーション発生室において微細気泡の発生する量を著しく増大することができる。
請求項2記載の発明によれば、上記した請求項1記載の発明の効果に加え、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項2記載の発明によれば、小さく絞ったジェット噴出孔からキャビテーション発生室の内部に液体が勢いよく流れ込むようになり、キャビテーション発生室の内部でキャビテーションが発生し、発生から消滅までの持続時間が長く、且つ、酸化力の強いマイクロバブルが液体の内部に多量に生じるようになるので、汚水を効率よく浄化することができる。
請求項3記載の発明によれば、上記した請求項1記載の発明の効果に加え、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項3記載の発明によれば、小さく絞ったジェット噴出孔からキャビテーション発生室の内部に液体が勢いよく流れ込むようになり、キャビテーション発生室の内部でキャビテーションが発生し、液体燃料の内部に当該液体燃料の蒸気からなるマイクロバブルが多量に生じるようになるので、内燃機関の燃焼シリンダ内における燃料への着火が容易となり、希薄燃焼が容易に行え、内燃機関の効率を向上することができる。
(参考形態)
以下に、本参考形態について図1及び図2を参照しながら説明する。ここで、図1は、本参考形態の全体を示す断面図、図2は、本参考形態の作用を説明するための拡大断面図である。
本参考形態に係る気液混合物生成装置1は、内部に流通させる液体中に、強い酸化力を有する微細気泡を大量に発生させるとともに混合させるものであり、河川等における汚水を浄化する汚水浄化装置の一部を構成している。なお、気液混合物生成装置1の内部に流通させる液体は、主に水からなるものである。
本体10には、入口11側及び出口12側を連通する筒状に形成された筒状部材20と、この筒状部材20の内部に設けられる側壁部材30と、筒状部材20の出口12側の端縁に接続される筒状の出口部材40とが設けられている。
筒状部材20は、ストレートに延びる円筒状の内周面21を有するものである。この筒状部材20の内周面21は、入口11の近傍に設けられた部分が、入口11側において液体の流通する流路21A となっている。
レンチ係合部22は、外周部分に六つの平面を有する六角ナット状に形成され、これらの平面によりスパナやレンチ等の工具との係合が確実に行えるようになっている。また、レンチ係合部22の六つの平面のうち、互いに対向する一組の平面には、雌ねじ孔24が設けられている。これらの雌ねじ孔24の各々には、イ モネジ25が螺合されている。なお、イモネジ25の端面には、ヘキサゴンレンチ等と係合する図示しない六角穴が設けられている。
これにより、側壁部材30は、筒状部材20の内部空間を仕切るように配置された円筒状部材であり、後述するキャビテーション発生室2と入口11側の流路21A とを仕切る仕切り壁を形成している。
また、側壁部材30は、その中心軸に沿って延びるとともに当該側壁部材30全体を貫通するジェット噴出孔3を有している。このジェット噴出孔3は、その内径D1が流路21A の内径D2よりも小さく絞られている。
なお、側壁部材30の入口11の反対側の端面(側面3A)は、筒状部材20の内部を流通する液体の流通方向と直交するように切り立った平面となっている。
側壁部材30の周面には、その周面を一周する大小二種類の溝32,33が設けられている。
このうち、大きい方の溝32は、側壁部材30の長手方向における略中央部に設けられている。この溝32の底面には、筒状部材20の雌ねじ孔24に螺合して いるイモネジ25の先端が当接し、これにより、筒状部材20の内部における入口11側の端縁近傍位置に側壁部材30が係止されるようになっている。
出口部材40は、その中心軸に沿って延びるとともに当該出口部材40全体を貫通する排出孔4を有するものとなっている。排出孔4は、入口11側の端部4A の内径よりも出口12側の端部4Bの内径が拡大されたものであり、中間部4Cが出口12へ向かって次第に内径が拡大していくテーパー状に形成されている。
ここで、排出孔4の端部4Aの内径D3は、ジェット噴出孔3の内径D2よりも大きくなっている。
ここにおいて、筒状部材20の雄ネジ部23B と、この雄ネジ部23B に螺合している出口部材40の蓋部41とが形成する内部空間であって、側壁部材30の端面(側面3A)と、出口部材40の底面41B との間に挟まれた空間が、その内部にキャビテーションを発生させるために、入口11側及び出口12側の間に設けられたキャビテーション発生室2となっている。
さらに、排出孔4は、キャビテーション発生室2及び出口12を相互に連通するものであるとともに、その内径D3が充分大きく確保されて、ジェット噴出孔3の内径D1よりも大きくなっている。
ここで、キャビテーション発生室2の内法L1、並びに、端面(側面3A)及び底面41B の面間寸法L2を充分大きく設定し、これにより、ジェット噴出孔3からキャビテーション発生室2の内周面までの距離を充分確保している。
このジェット噴出孔3からキャビテーション発生室2の内周面までの距離の確保と、排出孔4の内径D3の確保とにより、キャビテーションにより発生した微細 気泡がキャビテーション発生室2の内周面や、排出孔4よりも出口12側に設けられた流路の内面に衝突しなくなり、キャビテーション・エロージョンによる損 傷が抑制されるようになっている。
このキャビテーションにより、発生から消滅までの持続時間が長く、且つ、酸化力の強いマイクロバブルが液体の内部に多量に生じ、これらのマイクロバブルにより、浄化用の薬品を利用しなくとも、汚水が効率よく浄化される。
前述のような本参考形態によれば、次のような効果が得られる。
このようなキャビテーションによりマイクロバブルを発生させるので、液体が流れる本体10の側壁に微細な気体流入口等を開ける必要がなく、微細加工が不要となることから、気液混合物生成装置1を容易に製造することができる。
しかも、キャビテーション発生室2の内法L1、並びに、端面(側面3A)及び底面41B の面間寸法L2を充分大きく設定し、当該キャビテーション発生室2の内周面とジェット噴出孔3との距離を充分確保するとともに、排出孔4の内径D3を ジェット噴出孔3の内径D1よりも充分大きくしたので、キャビテーションにより発生した微細気泡がキャビテーション発生室2の内周面や、排出孔4よりも出口12側に設けられた流路の内面に衝突しなくなり、キャビテーション・エロージョンによる損傷を抑制することができる。
(実施形態)
次に、本発明の一実施形態を図3に基づいて説明する。ここで、図3は、本実施形態を示す断面図である。
すなわち、ジェット噴出孔5は、図3の如く、筒状部材20に一体成形された仕切り壁35に設けられているものである。そして、仕切り壁35の側面3A, 3Bのうち、キャビテーション発生室2に臨む側面3Aに凹部31A が設けられ、この凹部31A の底にジェット噴出孔5が開口している。
一方、側面3Aとは反対の入口側の側面3Bは、液体の流れる方向と直交するように切り立ったものとなっている。
また、仕切り壁35における凹部とは反対の入口側の側面は、前述したように、液体の流れる方向と直交するように切り立ったものとなっている。
このような仕切り壁35には、入口側の側面3Bとテーパー面とを鋭角で交差させることにより、液体の流れる方向に沿った面がなくされ、ジェット噴出孔5の周囲に鋭く尖ったエッジが形成されたものとなっている。
このような本実施形態によれば、前記参考形態による効果に、次ような効果を付加できる。
すなわち、ジェット噴出孔5の周囲を囲む仕切り壁35の端縁を鋭く尖ったエッジとしたので、ジェット噴出孔5を液体が通過する際に、鋭く尖った仕切り壁35のエッジにより、キャビテーションの発生が促進され、キャビテーション発生室2において微細気泡を確実に発生させることができる。
この際、仕切り壁35の凹部31A として、内径がジェット噴出孔5から下流側に向かって次第に広がっていく円錐面からなるテーパー面を有するものとし、さらに、仕切り壁35における凹部31とは反対の入口側の側面3Bを、液体の流れる方向と直交するように切り立ったものとし、この入口側の側面3Bと前述のテーパー面とを鋭角で交差させることにより、仕切り壁35から液体の流れる方向に沿った面をなくし、且つ、ジェット噴出孔5の周囲に鋭く尖ったエッジを形成したので、ジェット噴出孔5を液体が通過する際に、鋭く尖ったエッジにより、キャビテーションの発生が促進され、キャビテーション発生室2における微細気泡の発生量を著しく増大することができる。
例えば、汚水浄化装置の一部を構成する気液混合物生成装置としては、主に水からなる液体を内部に流通させるものに限らず、河川等と気液混合物生成装置との間で汚水を循環させるとともに、河川等の汚水を内部に流通させ、汚水に微細気泡を混合させることにより、当該河川等の汚水の浄化を行うものでもよい。
本発明に係る気液混合物生成装置の用途としては、汚水を浄化する汚水浄化装置に限らず、内燃機関の燃焼シリンダ等に直接燃料を噴射するための燃料噴射装置に利用してもよい。すなわち、燃料噴射ノズルと燃料ポンプとの間に、本発明に係る気液混合物生成装置を介装し、気液混合物生成装置の内部に液体燃料を流通させ、キャビテーション発生室において、液体燃料の内部に多数の微細気泡ヲ発生させるようにしてもよい。
また、本発明の気液混合物生成装置は、当該気液混合物生成装置が発生する微細気泡の強い酸化力により、消毒用アルコール等の消毒液を噴霧する噴霧機に応用すれば、その消毒作用を強め、洗濯機に応用すれば、洗濯機の洗濯水に漂白効果を付加し、水洗便器に適用すれば、水洗便器の洗浄水の洗浄効果を強化する等の効果を得ることができ、様々な用途に適用できる。
3A 側面 3B 入口側の側面
4 排出孔 4A, 4B 端部
4C 中間部 5 ジェット噴出孔
10 本体
11 入口 12 出口
21A 流路
31A 凹部 35 仕切り壁
41B 底面
Claims (3)
- 入口から導入された液体の中に無数の微小気泡を発生させることにより気液混合物を生成し、生成した気液混合物を出口から放出する気液混合物生成装置であって、
前記入口側及び前記出口側の間に設けられたキャビテーション発生室と、
前記入口及び前記キャビテーション発生室を相互に連通するとともに、前記キャビテーション発生室の内部でキャビテーションが生じるように、その内径が前記入口側の流路よりも小さく絞られて、前記液体を前記キャビテーション発生室の内部へ勢いよく吹き出すジェット噴出孔と、
前記ジェット噴出孔よりも大きい内径を有するとともに、前記キャビテーション発生室及び前記出口を相互に連通する排出孔とを備え、
前記ジェット噴出孔及び前記排出孔が前記キャビテーション発生室を挟んで当該キャビテーション発生室の内側面に互いに対向して設けられ、
前記入口側の流路と前記キャビテーション発生室とを仕切るとともに前記ジェット噴出孔が開口されている仕切り壁は、前記キャビテーション発生室に臨む側面に、前記ジェット噴出孔から前記キャビテーション発生室の内周面まで連続するとともに、その内径が前記ジェット噴出孔から下流側に向かって次第に広がっていく円錐面からなるテーパー面を有する凹部が形成されたものとされ、
前記仕切り壁における前記凹部とは反対の入口側の側面は、前記液体の流れる方向と直交するように切り立ったものとされ、
前記仕切り壁には、前記入口側の側面と前記テーパー面とを鋭角で交差させることにより、前記液体の流れる方向に沿った面がなくされて、前記ジェット噴出孔の周囲に鋭く尖ったエッジが形成され、
前記ジェット噴出孔は、前記エッジによって微小気泡の発生が促進されるように形成されていることを特徴とする気液混合物生成装置。 - 請求項1に記載の気液混合物生成装置を備え、この気液混合物生成装置の内部に、前記液体として汚水を浄化するための液体及び汚水の少なくとも一方を流通させることを特徴とする汚水浄化装置
- 内燃機関の燃焼シリンダに直接燃料を噴射するための燃料噴射装置であって、請求項1に記載の気液混合物生成装置を備え、前記気液混合物生成装置の内部に液体燃料を流通させるように構成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
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