JP4753572B2 - マイクロバブル発生装置 - Google Patents
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Description
このマイクロバブル発生装置には、水槽内から排出された水を循環させるための循環路と、この循環路に介装され、循環路内を循環する水の中に空気を吸引するためのエゼクタと、循環路におけるエゼクタの下流側に介装され、循環路内の水を循環させるための循環ポンプとが備えられている。このような構成によれば、エゼクタの吸引能力分が循環ポンプの吸引側の圧力を上昇させるため、循環ポンプの吐出側の圧力は、エゼクタの吸引能力と循環ポンプの吐出圧とで高圧となり、エゼクタから吸引された空気が循環路内を循環する水の中に溶解される。そして、空気が溶解された水が減圧ノズルから水槽内に噴射されることにより、急激な減圧により、溶解されていた空気が微細気泡(マイクロバブル)となって水槽内に供給される。
また、空気が溶解された水が減圧ノズルで減圧されるだけでは、マイクロバブルを良好に発生させることができないおそれがある。
また、この発明の別の目的は、良好にマイクロバブルを発生させることができるマイクロバブル発生装置を提供することである。
この構成によれば、エゼクタから循環路に流入する液体および気体を循環路においてポンプで加圧することにより液体に気体を溶解させ、その気体が溶け込んだ液体を循環路の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路に流入させてマイクロバブル発生手段で処理することにより、マイクロバブルを発生させることができる。分岐路の断面積を循環路の断面積よりも小さくすることにより、循環路から分岐路へと比較的大きな気泡が流入するのを阻止することができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。
また、上記流出部(25,26)は、上記第1拡大部の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第1平行部(25B,26B)を有するような構成であることが好ましい。
さらにまた、上記流出部(26)は、上記第2拡大部(26C)の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第2平行部(26D)を有するするような構成であることが好ましい。
この構成によれば、気泡は浮力により上方に向かいやすいので、循環路から上方に向かって分岐する分岐路に気泡を流れやすくすることができる。したがって、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡を、より多く循環路から分岐路に流入させることができるので、ポンプにおいてエア噛みを生じにくくすることができる。
また、マイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路内の液体の流量が不安定となる。このとき、循環流量検知手段により検知される液体の流量が安定してから、エゼクタを介して循環路内に流入させる気体の量を増加させることにより、ポンプにおいてエア噛みが生じるのを防止できる。
この構成によれば、オゾン発生器から発生されたオゾンを用いて、除菌効果および脱臭効果を有するマイクロバブルを発生させることができる。
図1は、この発明の第1実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
図1を参照して、このマイクロバブル発生装置は、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽1を備え、この水槽1内の液体を循環させ、その循環する液体中に気体(たとえば、空気)を供給することにより、水槽1内の液体にマイクロバブル(直径が数十μm以下の微小気泡)を発生させるものである。
循環路2には、低圧力型(たとえば、吐出圧が0.1MPa程度)の循環ポンプ6が介装されている。すなわち、循環路2は、循環ポンプ6の吸込口と吐出口とを環状に接続している。循環ポンプ6を駆動させると、循環路2内の液体が吸込口から循環ポンプ6内に吸い込まれ、吐出口から吐出されることにより、循環路2内の液体が循環される。循環路2における循環ポンプ6の上流側(吸込口の上流側)には、液体供給路4から供給される液体および気体供給路3から供給される気体を循環路2内に吸引するためのエゼクタ7が介装されている。循環路2における循環ポンプ6の下流側(吐出口の下流側)には、循環路2内を循環する液体の流量を検知するための流量計8が介装されている。
図1および図2を参照して、エゼクタ7は、エゼクタ7に対して循環路2の上流側から液体が流入する流入部7Aと、エゼクタ7に対して循環路2の下流側に液体を流出する流出部7Bとが一直線上に結合され、その結合部に、液体供給路4からの液体および気体供給路3からの気体を吸引するための吸引部7Cが下方から略直角に結合した略T字形状を有している。吸引部7Cの断面積は、流入部7Aや流出部7Bの断面積よりも小さく形成されている。流入部7Aと流出部7Bとの結合部には、これらの流入部7Aおよび流出部7Bの断面積よりも小さい断面積を有する絞り部7Dが形成されていて、この絞り部7Dに吸引部7Cが連通している。
再び図1を参照して、液体供給路4は、その一端部がエゼクタ7の吸引部7Cに接続され、他端部が水槽1内の底部に至っている。液体供給路4には、フィルタ13と、液体供給路4内を流れる液体の流量を検知するためのフロースイッチ14とが、上流側(水槽1側)から下流側(エジェクタ7側)に向かってこの順序で介装されている。フィルタ13は、後述するマイクロバブル発生ノズル16の内径よりも小さいごみを捕獲することができ、これにより、マイクロバブル発生ノズル16内にごみが詰まるのを防止できるようになっている。
分岐路5の断面積は、循環路2の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路2から分岐路5に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路5内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生ノズル16から放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生ノズル16を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
また、このマイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路2内の液体の流量が不安定となる。このとき、流量計8により検知される循環路2内を循環する液体の流量が安定してから、エゼクタ7を介して循環路2内に流入させる気体の量を増加させることにより、循環ポンプ6においてエア噛みが生じるのを防止できる。
図3(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Aは、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路5に嵌め込まれる挿入部18が形成されている。
このマイクロバブル発生ノズル16Bには、その挿入部22側の端面に、分岐路5の断面積よりも小さい入口(絞り部としてのノズル口23)が形成されている。マイクロバブル発生ノズル16Bの内部には、ノズル口23よりも大きい断面積を有する流出部24が、軸線に沿って一直線上に形成されている。ノズル口23は、その断面積が、循環路2内の圧力が0.09MPa以上になるように設定されている。流出部24は、中心軸線に対して6°程度の角度で拡がるように、液体の流通方向に沿って徐々に断面積が拡大された拡大部を構成している。これにより、マイクロバブル発生ノズル16Bは、逆ノズル形状を有している。
図3(d)に示すマイクロバブル発生ノズル16Dは、図3(c)に示すマイクロバブル発生ノズル16Cの流出部25側の端部をさらに延長した形状を有している。このマイクロバブル発生ノズル16Dは、流出部26の構成以外は、図3(a)に示すマイクロバブル発生ノズル16Aと同様のベンチュリー管形状の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
ただし、平行部26B,26Dは、中心軸線に対して若干(たとえば、1°程度)拡がるように形成されることにより、金型成形を容易に行うことができるようになっていてもよい。
図4(b)に示すマイクロバブル発生ノズル16Fは、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路5に嵌め込まれる挿入部30が形成されている。
図4(c)に示すマイクロバブル発生ノズル16Gは、図3(d)に示すマイクロバブル発生ノズル16Dの平行部26Bと拡大部26Cとの間に、流出部26内の気体を開放するための気体開放口37が形成された形状を有している。このマイクロバブル発生ノズル16Gは、気体供給口37が形成されている点以外は、図3(d)に示すマイクロバブル発生ノズル16Dと同様のベンチュリー管形状の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
図5を参照して、このマイクロバブル発生装置は、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽101を備え、この水槽101内から液体を取り出して、その液体中に気体(たとえば、高酸素水や炭酸水などの特定の用途に使用される機能水を生成するための気体(酸素や二酸化炭素など))を供給することにより、マイクロバブルを含む機能水を発生させるものである。
循環路102には、低圧力型(たとえば、吐出圧が0.1Pa程度)の循環ポンプ106が介装されている。すなわち、循環路102は、循環ポンプ106の吸込口と吐出口とを環状に接続している。循環ポンプ106を駆動させると、循環路102内の液体が吸込口から循環ポンプ106内に吸い込まれ、吐出口から吐出されることにより、循環路102内の液体が循環される。循環路102における循環ポンプ106の上流側(吸込口の上流側)には、液体供給路4から供給される液体および気体供給路103から供給される気体を循環路102内に吸引するためのエゼクタ107が介装されている。循環路102における循環ポンプ106の下流側(吐出口の下流側)には、循環路102内を循環する液体の流量を検知するための流量計108が介装されている。エゼクタ107の構成は、図2を用いて説明した第1実施形態に係るマイクロバブル発生装置のエゼクタ7と同様の構成であるので、その構成については図に同一符号を付してその説明を省略する。
分岐路105の断面積は、循環路102の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路102から分岐路105に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路105内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生ノズル116から放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生ノズル116を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
流量計108により検知される循環路102内を循環する液体の流量に基づいて、循環路102内の気体の量を検知し、それに応じて二方バルブ110を開閉させて、エゼクタ107を介して循環路102内に流入させる気体の量を調整すれば、循環路102内の気体の量が増加して、循環ポンプ106においてエア噛みが生じるのを防止できる。
図6を参照して、このマイクロバブル発生装置は、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽201を備え、この水槽201内の液体を循環させ、その循環する液体中に気体(たとえば、空気)を供給することにより、水槽201内の液体にマイクロバブルを発生させるものである。
循環路202には、低圧力型(たとえば、吐出圧が0.1MPa程度)の循環ポンプ206が介装されている。すなわち、循環路202は、循環ポンプ206の吸込口と吐出口とを環状に接続している。循環ポンプ206を駆動させると、循環路202内の液体が吸込口から循環ポンプ206内に吸い込まれ、吐出口から吐出されることにより、循環路202内の液体が循環される。循環路202における循環ポンプ206の上流側(吸込口の上流側)には、液体供給路4から供給される液体および気体供給路203から供給される気体を循環路202内に吸引するためのエゼクタ207が介装されている。循環路202における循環ポンプ206の下流側(吐出口の下流側)には、循環路202内を循環する液体の流量を検知するための流量計208が介装されている。エゼクタ207の構成は、図2を用いて説明した第1実施形態に係るマイクロバブル発生装置のエゼクタ7と同様の構成であるので、その構成については図に同一符号を付してその説明を省略する。
分岐路205の断面積は、循環路202の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路202から分岐路205に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路205内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生ノズル216から放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生ノズル216を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
図7を参照して、このマイクロバブル発生ノズル216は、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路205に嵌め込まれる挿入部218が形成されている。
また、このマイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路202内の液体の流量が不安定となる。このとき、流量計208により検知される循環路202内を循環する液体の流量が安定してから、エゼクタ207を介して循環路202内に流入させる気体の量を増加させることにより、循環ポンプ206においてエア噛みが生じるのを防止できる。
また、絞り部220の断面積を小さくしているときに、絞り部220にごみが詰まった場合でも、絞り部220の断面積を大きくするだけで、そのごみを容易に取り除くことができる。
図9を参照して、このマイクロバブル発生装置には、液体(たとえば、水)を貯めておくことができる水槽301と、この水槽301内の液体を循環させるための循環路302と、循環路302内に気体(たとえば、空気)を流入させるための気体供給路303とが備えられている。
三方バルブ351には、エア流路350の他に、一端部がコンプレッサ352に接続された供給流路353の他端部と、一端部が大気中に開放された開放流路354の他端部とが接続されており、その開閉状態を切り替えることにより、エア流路350、供給流路353および開放流路354のうちのいずれか2つを連通させることができるようになっている。
図10は、この発明の第5実施形態に係るマイクロバブル発生装置の構成を示すブロック図である。
このマイクロバブル発生装置には、水槽401内の液体を循環させるための循環路402と、循環路402内に気体を流入させるための気体供給路403と、水槽401内の液体を循環路402に流入させるための液体供給路404と、循環路402から分岐して水槽401内に至る分岐路405とが備えられている。
分岐路405の断面積は、循環路402の断面積の20%以下(より好ましくは、10%以下)であれば、液体中に溶解し切れなかった比較的小さな気泡のみを循環路402から分岐路405に流入させることができるので、気液分離槽を設けることなく、簡単な構成で良好にマイクロバブルを発生させることができる。また、分岐路405内の流速が速いため、気泡同士が合体し大型化することなくマイクロバブル発生ノズル416から放出され、このときに、溶解し切れなかった小さい気泡がマイクロバブル発生ノズル416を通過する際の圧力変化により細断化されるので、より良好にマイクロバブルを発生させることができる。
図11を参照して、このマイクロバブル発生ノズル419は、その外形が略円筒状であって、軸線方向の一方側の端部には、その外径が縮小されることにより、分岐路405に嵌め込まれる挿入部418が形成されている。
循環ポンプ406、流量計408、二方バルブ410、モータ460および可変バルブ464は、それぞれ、マイクロコンピュータを含む制御部417に電気的に接続されている。制御部417は、流量計408からの入力信号などに基づいて、循環ポンプ406、二方バルブ410、モータ460および可変バルブ464などの動作を制御することとなる。二方バルブ410を閉じた状態で循環ポンプ406を駆動させると、液体供給路404からエゼクタ407を介して、循環路402内に水槽401内の液体を流入(循環)させることができる。一方、二方バルブ410を開いた状態で循環ポンプ406を駆動させれば、液体供給路404からエゼクタ407を介して循環路402内に循環される液体中に、気体供給路403から気体を流入させることができる。
また、このマイクロバブル発生装置を停止状態から再起動させたときは、再起動直後における循環路402内の液体の流量が不安定となる。このとき、流量計408により検知される循環路402内を循環する液体の流量が安定してから、エゼクタ407を介して循環路402内に流入させる気体の量を増加させることにより、循環ポンプ406においてエア噛みが生じるのを防止できる。
このように、モータ460を駆動してステム459をスライドさせることにより、簡単な構成で、絞り部420の断面積を変化させて、絞り部420を流通する液体の流量を調整することができる。絞り部420の断面積を、循環路402内の圧力が0.09MPa以上になるように調整すれば、良好にマイクロバブルを発生させることができる。
可変バルブ464を開いた状態で分岐路405からマイクロバブル発生ノズル416内に液体を流通させると、液体が絞り部420を通過する際に負圧が生じ、いわゆるベンチュリー管現象によって、気体供給管462を介して気体供給口461から気体(たとえば、空気)が吸引される。可変バルブ464の開閉状態を連続的に可変調整すれば、気体供給口461から吸引される気体の量を調整することができる。
可変バルブ464を閉じた状態では、気体が混合された液体が流入部419、絞り部420および流出部421を通過することによりマイクロバブルが発生し、可変バブル464を開いた状態では、気体供給口461から気体が供給されることにより、マイクロバブルと比較的大きな気泡とを含んだジェット水流が発生する。したがって、可変バルブ464の開閉によって、マイクロバブルおよびジェット水流を選択的に発生させることができる。
図12は、第5実施形態の第1変形例に係るマイクロバブル発生ノズル416Aの構成を示す断面図であって、(a)は、このマイクロバブル発生ノズル416Aを液体の流通方向に沿って切断したときの断面図であり、(b)は、(a)に示す矢印D−Dに沿って見た断面図である。
また、絞り部420の断面積を小さくしているときに、絞り部420にごみが詰まった場合でも、絞り部420の断面積を大きくするだけで、そのごみを容易に取り除くことができる。
この変形例に係るマイクロバブル発生ノズル416Bは、第5実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル416の気体供給口461および気体供給管462が省略されるとともに、ステム459の代わりに薄板状のディスク(回転体)466が絞り部420内に回転可能に配置された構成を有している。このマイクロバブル発生ノズル416Bは、気体供給口461、気体供給管462および貫通孔458が省略されている点、および、ステム459の代わりにディスク466が絞り部420内に配置されている点以外は、第5実施形態に係るマイクロバブル発生ノズル416と同様の構成を有しているので、同様の構成については図に同一符号を付してその説明を省略することとする。
また、絞り部420の断面積を小さくしているときに、絞り部420にごみが詰まった場合でも、絞り部420の断面積を大きくするだけで、そのごみを容易に取り除くことができる。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
2 循環路
3 気体供給路
4 液体供給路
5 分岐路
6 循環ポンプ
7 エゼクタ
8 流量計
10 二方バルブ
11,14,15 フロースイッチ
16,16A〜16G マイクロバブル発生ノズル
17 制御部
19 流入部
20 絞り部
21,24,25,26,33 流出部
23,32 ノズル口
25B 平行部
26B 平行部
26C 拡大部
26D 平行部
27,34 気体供給口
29,36 可変バルブ
37 気体開放口
102 循環路
103 気体供給路
104 液体供給路
105 分岐路
106 循環ポンプ
107 エゼクタ
108 流量計
110 二方バルブ
111,114,115 フロースイッチ
116 マイクロバブル発生ノズル
117 制御部
139 オゾン発生器
143 酸素タンク
144 二酸化炭素タンク
201 水槽
202 循環路
203 気体供給路
204 液体供給路
205 分岐路
206 循環ポンプ
207 エゼクタ
208 流量計
210 二方バルブ
216 マイクロバブル発生ノズル
219 流入部
220 絞り部
221 流出部
247 ダイアフラム
249 エアチューブ
316 マイクロバブル発生ノズル
401 水槽
402 循環路
403 気体供給路
404 液体供給路
405 分岐路
406 循環ポンプ
407 エゼクタ
408 流量計
410 二方バルブ
416,416A,416B マイクロバブル発生ノズル
419 流入部
420 絞り部
421 流出部
459 ステム
460 モータ
461 気体供給口
464 可変バルブ
466 ディスク
Claims (9)
- 液体を循環させるための循環路と、
上記循環路に介装され、上記循環路内に液体および気体を流入させることができるエゼクタと、
上記エゼクタに接続され、貯液部に貯められた液体を上記エゼクタへ導き、上記エゼクタを介して上記循環路内に液体を流入させるための液体供給路と、
上記エゼクタに接続され、上記エゼクタを介して上記循環路内に気体を流入させるための気体供給路と、
上記循環路に介装され、上記エゼクタを通過した気体が混合されている液体を加圧し、液体に気体を溶け込ませて上記循環路内を循環させるためのポンプと、
上記循環路から分岐し、上記循環路の断面積よりも小さい断面積を有する分岐路と、
上記分岐路の先端に接続され、上記分岐路の断面積に比べて断面積が縮小された絞り部と、上記絞り部の下流側に、液体の通過方向に沿って断面積が拡大するように形成された流出部とを含むマイクロバブル発生ノズルと、
を含むことを特徴とするマイクロバブル発生装置。 - 上記分岐路は、上記循環路から上方に向かって分岐していることを特徴とする請求項1記載のマイクロバブル発生装置。
- 上記循環路内の液体の流量を検知するための循環流量検知手段と、
上記循環流量検知手段により検知される流量に基づいて、上記エゼクタを介して上記循環路内に流入させる気体の量を調整する気体量調整手段とをさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロバブル発生装置。 - 上記分岐路内の液体の流量を検知するための分岐流量検知手段、上記気体供給路内の気体の流量を検知するための気体流量検知手段、および、上記液体供給路内の液体の流量を検知するための液体流量検知手段のうちの少なくとも1つをさらに含むことを特徴とする請求項1記載のマイクロバブル発生装置。
- 上記分岐流量検知手段、上記気体流量検知手段および上記液体流量検知手段のうちの少なくとも1つで検知される流量が所定範囲内でない場合に、上記ポンプの駆動を停止させる手段をさらに含むことを特徴とする請求項4記載のマイクロバブル発生装置。
- オゾンを発生させるためのオゾン発生器をさらに備え、
上記気体供給路は、上記オゾン発生器により発生されたオゾンを上記循環路内に流入させるものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置。 - 上記マイクロバブル発生ノズルは、上記絞り部の上流側に形成され、上記絞り部よりも大きい断面積を有する流入部を含むことを特徴とする請求項1記載のマイクロバブル発生装置。
- 上記マイクロバブル発生ノズルは、上記流出部において、断面積が徐々に大きくなるように形成された第1拡大部と、上記第1拡大部の下流側に、ほぼ均一な断面積で延びるように形成された第1平行部を有することを特徴とする請求項1または7記載のマイクロバブル発生装置。
- 上記流出部において、上記第1平行部の下流側に、上記第1拡大部よりも大きい角度で拡がる第2拡大部を有することを特徴とする請求項8記載のマイクロバブル発生装置。
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