JP4804527B2

JP4804527B2 - 微細気泡発生用ノズル

Info

Publication number: JP4804527B2
Application number: JP2008305259A
Authority: JP
Inventors: 良一渋谷
Original assignee: 株式会社シンワ
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2010125427A

Description

本発明は、微細気泡が混合、溶解している微細気泡混合液を液中に噴射することによって、当該液中に微細気泡を満たすための微細気泡発生用ノズルに関するものである。

近年マイクロバブルを含有した液の機能が注目されており、マイクロバブルを発生させるための装置も市販されている。マイクロバブルは直径が５０μｍ以下の微細な気泡であり、さらにその縮小過程において発生する小径の１μｍのものはナノバブルと呼ばれている。マイクロバブルを得る方法として、加圧減圧法と気液せん断法が知られており、後者の加圧減圧法は、高圧を利用して気体を液体に混合させることによって微細気泡の混合、溶解している微細気泡混合液を生成し、この微細気泡混合液を減圧するなどの処理を経てマイクロバブルを発生させる。

マイクロバブル発生のために、最後の過程において使用するのが微細気泡発生用ノズルである。このノズルは、微細気泡混合水中に混合、溶解している微細気泡をマイクロバブルとして液中に放出させるために用いられるものであり、特開２００６−４３６４２号に見られるようにその基本的構成はほぼ定まっている。しかし、従来のノズルによって得られるマイクロバブルの質と量にはばらつきがあった。そのため、本発明者は安定した質と量のマイクロバブルが得られるノズルの開発に力を注ぎ、本発明を完成したものである。

特開２００６−４３６４２号

本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、安定した質と量のマイクロバブルを含む微細気泡を液中に満たすことができる微細気泡発生用ノズルを提供することである。また、本発明の他の課題は、複数種類から成るアタッチメントの交換によって異なる機能を発揮する微細気泡発生用ノズルを提供することである。

前記の課題を解決するため、本発明は、微細気泡が混合、溶解している微細気泡混合液を液中に噴射することによって、当該液中に微細気泡を満たすためのノズルについて、一端が微細気泡混合液流入口として開口し、内部が流路となり、他端は液流が衝突する壁面として閉じ、かつ他端よりの周面に内外を通じるノズル孔を有している筒状のノズルケースと、上記ノズルケース内部に配置して流路を遮断する板面を有し、かつ板面に上記の微細気泡混合液を通す細孔を形成した圧縮膨張部材と、上記ノズル孔と圧縮膨張部材との間に、それぞれ間隔をあけて配置した攪拌部材を備えて構成するという手段を講じたものである。

上記の構成において、微細気泡が混合、溶解している微細気泡混合液は、微細気泡発生装置によって得ることができる。微細気泡発生装置は、高圧を利用して気体を液体に混合させることによって微細気泡の混合、溶解している微細気泡混合液を生成させる装置であり、いわゆるマイクロバブルとなる微細気泡を混合、溶解させるものである。液として水を使用する場合、原水として上水道から供給される程度の上水を使用することが可能であり、また、特別に精製した浄水、或いはそれらの上水、浄水に薬剤成分を含有したもの等を使用することもある。また、水に混合させる気体としてオゾンやフッ素などの気体を用い、オゾンやフッ素などでマイクロバブルを作ることも可能である。

本発明のノズルは、一端が微細気泡混合水流入口として開口し、内部が流路となり、他端は水流が衝突する壁面として閉じ、かつ他端よりの周面に内外を通じるノズル孔を有している筒状のノズルケースを必要とする。ノズルケースは筒状内部の軸方向を流路とするとともに、この流路において微細気泡混合水を減圧し、さらに衝突、攪拌、そして流れの方向を半径方向外方へほぼ直角に向きを変える作用を行わせるために設けられている。

上記ノズルケース内部に配置して、最初に減圧を行うのは流路を遮断する板面を有し、かつ板面に上記の微細気泡混合水を通す細孔を形成した圧縮膨張部材である。圧縮膨張部材はその細孔を微細気泡混合水が通過するさいにおいて圧縮作用し、微細気泡混合水が細孔を通過後流路に至ることによって膨張し、混合、溶解している微細気泡をマイクロバブルとして気泡化する。

上記ノズル孔と圧縮膨張部材との間には、それぞれ間隔をあけて配置した攪拌部材を備えている。この攪拌部材によっても、微細気泡混合水に混合、溶解している微細気泡がマイクロバブルの形で気泡化される。そして、ノズルケースの周面のノズル孔から外部へ噴出したときに、最終的な気泡化が行われる。従って、本発明では圧縮膨張部材、攪拌部材及びノズル孔において３段階に亘ってマイクロバブルが発生することになり、このことが従来の微細気泡発生用ノズルに比較してより多量のマイクロバブルを安定に発生させることを可能にする原因になっていると考えられる。

固定部材と圧縮膨張部材、圧縮膨張部材と攪拌部材の位置との間に、間隔をあけるスペーサーと水流の逆流を防ぐシールを兼ねる中間部材をそれぞれ配置することができる。上記構成において、固定部材と圧縮膨張部材、圧縮膨張部材と攪拌部材の位置を規定するために、本発明では中間部材を配置するが、この中間部材はスペーサーとして間隔を保つだけではなく、シールとしても機能するので逆流が防止される。

攪拌部材については、攪拌部材の外周面とノズルケースの内周面との間に隙間を設け、この隙間に通じるスリットを攪拌部材に形成する構成を取ることができる。スリットによって流路の断面積が変化し、また、流路の中心から外方への流れが生じ、微細気泡混合水に混合、溶解している微細気泡のマイクロバブルとしての気泡化がさらに促進される。

ノズルケースはその周囲を取り囲む筒状のアタッチメントを具備しており、そのアタッチメントは、流出口の側に設けられた機能部分を有する複数種類から成り、アタッチメントの交換によって異なる機能を発揮するという構成を取ることができる。異なる機能のものとしては、例えば、発生したマイクロバブルを含む水流を一定の方向へ噴出させる筒状フードであるとか、洗浄用途に使用するブラシであるとかいうようなものを指し、ブラシにはマイクロバブルの噴射孔が設けられる。

マイクロバブルは、例えば気体溶解の過飽和現象として説明されるものとされており、その大きさについては分野により様々な定義がなされているが、直径１ｍｍ以上を含まないことでは一致しており、また直径１μｍ未満のものはナノバブルと称されるので、これらの間の直径を有するものと定義することができる。本発明では前記のように定義されるマイクロバブルの内で、直径が５０〜１μｍの範囲にあるマイクロバブルの発生を目的とするものである。直径が５０〜１μｍの範囲は、マイクロバブル発生時であるから、消滅時にはナノレベルになっている気泡も含まれる。

本発明のノズルは微細気泡混合水に混合、溶解状態で潜在している微細気泡をマイクロバブルの形として顕在させる役割を果たしており、そのために試行錯誤を重ね上記のような構造を最適のものとして突き止めたものである。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、安定した質と量のマイクロバブルを含む微細気泡を水中に満たすことができる微細気泡発生用ノズルを提供することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、複数種類から成るアタッチメントの交換によって異なる機能を発揮する微細気泡発生用ノズルを提供するができる。

以下図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明に係る微細気泡発生用ノズル１０の一例を示しており、微細気泡が混合、溶解している微細気泡混合水を水中に噴射することによって、当該水中に微細気泡を満たすためのノズルである。上記の微細気泡混合水を生成する微細気泡発生装置１１は、例えば高圧を利用して空気を原水に混合させることによって微細気泡の混合、溶解している微細気泡混合液を生成させるものである。原水としては、上水道１２から供給される程度の上水を使用する。

本発明に係る微細気泡発生用ノズル１０は、一端において微細気泡混合水の流入口１３として開口し、内部が流路１４となり、他端は水流が衝突する壁面１５として閉じている筒状のノズルケース１６を有している。そして、ノズルケース１６の他端よりの周面には内外を通じるノズル孔１７を有している。ノズルケース１６は横断面形状が円形の筒状であり、従って内部の流路１４は円筒形の中心軸と平行し、ノズル孔１７へ向かう流れは円筒形の中心軸とほぼ直交する位置関係になる。ノズル孔１７は円筒形の中心軸から半径方向外方へ向かう位置に放射状に設けられており、例えば等角度間隔で２、３箇所好ましくは８箇所程度設けられる。

流路１４の領域部分とノズル孔１７の領域部分は、中心軸は一致するが内径が異なり、ノズル孔１７の領域部分の内径の方がやや小径で段差１４ａを生じており、そこが後述する攪拌部材２５の前端を受け止める部位になる。また、上記段差部分の外周にはフランジ１８が設けられていて本ノズル取り付けの際の位置を決め、また、フランジ１８の上流側にはおねじ１９が形成されており、先端の壁面１５の外面にはプラス型のねじ操作部２０が形成されている。

本発明に係る微細気泡発生用ノズル１０は図３ないし図５に例示したように形成されており、筒状のノズルケース１６の流入口１３の側には、ノズルケース内部に配置して流路１４を遮断する板面２２を有し、かつ板面２２に上記微細気泡混合水を通す細孔２３を形成した圧縮膨張部材２４が配置され、上記ノズル孔１７と圧縮膨張部材２４との間には、それぞれ間隔をあけて配置した攪拌部材２５が組み込まれている。

攪拌部材２５は、その基部に鍔部２５ａが設けられており、この鍔部２５ａにてノズルケース内周面に接することによって、攪拌部材２５を上記段差１４ａに接触させた状態にすると、攪拌部材２５の外周面とノズルケースの内周面との間に隙間２６が形成される。攪拌部材２５は円筒状構造を有するとともに、上記の隙間２６に通じるスリット２７を周面に有しており、攪拌部材２５に流入した微細気泡混合水はスリット２７から隙間２６に移動可能になっている。スリット２７の上流及び下流には微細気泡混合水に対する攪拌作用のためのメッシュ材２８、２９が配置されている。

固定部材３０と圧縮膨張部材２４、圧縮膨張部材２４と攪拌部材２５の位置との間に、それぞれ間隔をあけるスペーサーと水流の逆流を防ぐシールを兼ねる中間部材３１、３２が配置されており、中間部材３１、３２はゴム又は類似の弾力性材料より成る。これらは攪拌部材２５を上記段差１４ａに接触させた状態にて、圧縮膨張部材２４及び中間部材３１、３２をセットし、流入口１３内部にリング状の固定部材３０を取り付けることによって組み立てられている。固定部材３０は外周部分に突起３３を複数個有しており、ノズルケース１６に設けたそれと係合可能な凹溝３４に係合して組み立てられる。

本発明に係る微細気泡発生用ノズル１０はこれをそのまま単独で、配管２１を用いて水中に配置し、マイクロバブルを発生させるために使用することができるものであるが、ノズルケース１６には、その周囲を取り囲む筒状のアタッチメント３５を具備してそれとともに使用することができる。そのアタッチメント３５は、流出口３６の側に設けられた機能部分３７を有する複数種類から成り、アタッチメント３５の交換によって異なる機能を発揮するという構成を取ることができる。

図６はその例示であり、異なる機能のアタッチメント３５として、図６Ａでは発生したマイクロバブルを含む水流を一定の方向へ噴出させる筒状フード３８を使用している。筒状フード３８はノズルケース１６を取り付けたアダプター３９のおねじ部３９ａに雌ねじ部３８ａにて螺合して取り付けるもので、ノズル孔１７から開口端３８ｂまでの長さは、発生させたマイクロバブルの拡散度合に応じて変更することができる機能部分３７の一例である。図６Ｂはノズルケース１６を取り囲む筒状部分４０の先端のノズル細孔４０ｂを有する端壁４１の外面に、機能部分３７の一例としてブラシ状部４２を設けて構成した洗浄用途に使用するアタッチメント３５を示している。アダプター３９にはおねじ部３９ａに雌ねじ部４０ａにて螺合して取り付けられるが、各接続箇所にはシール部材４３、４４を配置する。３９ｂは接続ねじ部で、配管２１などが接続される。

図２に示したように、本発明の微細気泡発生用ノズル１０を適宜の水槽４５に満たされた水中に配置するとともに、微細気泡発生装置１１に配管２１によって接続し、微細気泡発生装置１１を始動する。微細気泡発生装置１１においては、高圧を利用して空気を原水に混合させることによって微細気泡の混合、溶解している微細気泡混合水が生成される。この微細気泡混合液は、本発明の微細気泡発生用ノズル１０に流入口１３から流入し、流路１４に中間部材３１、３２により間隔を保って配置されている圧縮膨張部材２４と攪拌部材２５を順次通過する。微細気泡混合水は圧縮膨張部材２４の板面２２に衝突して圧縮されつつ細孔２３を通過し、その際に最高度に圧縮され、中間部材３２で形成されている空間に脱出した際には膨張に転じ、この膨張によって、混合、溶解している微細気泡の何割かが最初にマイクロバブルとして気泡化する。発生したマイクロバブルを含む微細気泡混合水の流れは攪拌部材２５のメッシュ材２８、２９を通過することによって擾乱を起こし、混合、溶解している微細気泡のさらに何割かがマイクロバブルとして気泡化する。その際、メッシュ材２８、２９の間にスリット２７が設けてあり、微細気泡混合水の流れの一部はここを通過して外周の隙間２６に至るので、擾乱とともに膨張作用が起こって気泡化が促進され、さらに端壁１５に衝突するとその衝突エネルギーによってマイクロバブルとして気泡化がなされ、行き場を失った上記水流は圧縮傾向となり、ノズル孔１７から外部へ噴出し残る微細気泡のマイクロバブル化がなされる。このように微細気泡の混合、溶解している微細気泡混合水は何回もの圧縮と膨張が繰り返し、かつ擾乱を生じてノズル孔１７から水中に不出するので、従来のノズルを用いた場合に比較して発生したマイクロバブルは質も量も安定している。

本発明に係る微細気泡発生用ノズル１０を、アタッチメント３５とともに使用した場合においては、上記のように高濃度に発生したマイクロバブルをフード３８によって特定の方向へ噴射させることが可能になる。即ち、図２のような使用法においては水槽４５のような特定の水中全体をマイクロバブルで満たすことに適しているが、図６Ａに示すアタッチメント３５を使用する場合には、特定の部位にマイクロバブルの流れを供給し続けることができる。また、図６Ｂに示すアタッチメント３５を使用することによって、ブラシ状部４２によるブラッシング作業を行うとともに、そのブラッシング箇所にマイクロバブルの流れを供給し続けることができる。

従って、本発明によれば従来と比較して安定に、つまり一定した直径のマイクロバブルをより短時間に効率よく発生させることが可能になる。また、例えば液槽内にマイクロバブルを含んだ液を満たすことが可能であり、或いは、マイクロバブルを含んだ液を連続的に供給することが可能であり、かくして発生した直径が約５０〜１μｍのマイクロバブルを含んだ液はあらゆる用途に使用することができる。

本発明に係る微細気泡発生用ノズルの一例を示す斜視図。同上の微細気泡発生用ノズルと微細気泡発生装置の接続構成の一例を示す説明図。同上の微細気泡発生用ノズルの一例を分解して示す斜視図。同じく側面図。同じく縦断面図。同上のノズルの説明図で、Ａは使用するアタッチメントの一例を示す断面図、Ｂはアタッチメントの他例を示す断面図。微細気泡発生用ノズルの作用の例を示す断面図。

符号の説明

１０微細気泡発生用ノズル
１１微細気泡発生装置
１２上水道
１３流入口
１４流路
１５壁面
１６ノズルケース
１７ノズル孔
１８フランジ
１９おねじ
２０操作部
２１配管
２２板面
２３細孔
２４圧縮膨張部材
２５攪拌部材
２６隙間
２７スリット
２８、２９メッシュ材
３０固定部材
３１、３２中間部材
３３突起
３４凹溝
３５アタッチメント
３６機能部分
３７第２開閉弁
３８フード
３９アダプター
４０筒状部分
４１端壁
４２ブラシ状部
４３、４４シール部材
４５水槽

Claims

微細気泡が混合、溶解している微細気泡混合液を液中に噴射することによって、当該液中に微細気泡を満たすためのノズルであって、
一端が微細気泡混合液の流入口として開口し、内部が流路となり、他端は液流が衝突する壁面として閉じ、かつ他端よりの周面に内外を通じるノズル孔を有している筒状のノズルケースと、上記ノズルケース内部に配置して流路を遮断する板面を有し、かつ板面に上記微細気泡混合液を通す細孔を形成した圧縮膨張部材と、上記ノズル孔と圧縮膨張部材との間に、それぞれ間隔をあけて配置した攪拌部材とを備え、
前記攪拌部材は円筒状構造を有し前記攪拌部材の外周面とノズルケースの内周面との間に隙間が形成され、前記隙間に通じるスリットを前記攪拌部材の周面に設け、前記スリットの上流及び下流にそれぞれメッシュ材を配置した微細気泡発生用ノズル。
微細気泡が混合、溶解している微細気泡混合液を液中に噴射することによって、当該液中に微細気泡を満たすためのノズルであって、
一端が微細気泡混合液の流入口として開口し、内部が流路となり、他端は液流が衝突する壁面として閉じ、かつ他端よりの周面に内外を通じるノズル孔を有している筒状のノズルケースと、上記ノズルケース内部に配置して流路を遮断する板面を有し、かつ板面に上記微細気泡混合液を通す細孔を形成した圧縮膨張部材と、上記ノズル孔と圧縮膨張部材との間にそれぞれ間隔をあけて配置した攪拌部材とを備え、
前記攪拌部材は円筒状構造を有し前記攪拌部材の外周面とノズルケースの内周面との間に隙間が形成され、前記隙間に通じるスリットを前記攪拌部材の周面に設け、前記スリットの上流及び下流にそれぞれメッシュ材を配置した構成を有し、
前記ノズルケースはその周囲を取り囲む筒状のアタッチメントを具備しており、そのアタッチメントの流出口の側に設けられた機能部分を有する複数種類から成り、アタッチメントの交換によって異なる機能を発揮するものである微細気泡発生用ノズル。
圧縮膨張部材と攪拌部材の間に、間隔をあけるスペーサーと液流の逆流を防ぐシールとを兼ねる中間部材を配置した請求項１または２記載の微細気泡発生用ノズル。