JP4852934B2

JP4852934B2 - 微細気泡発生装置

Info

Publication number: JP4852934B2
Application number: JP2005246772A
Authority: JP
Inventors: 康成前田; 重行山口; 仁史北村; 一雅六嶋; 範行北地; 良泰伊藤; 尚紀柴田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: JP2007054807A

Description

本発明は、気体溶解液体中の溶解気体を気化させると共に液体中の気泡をせん断することで微細気泡を生成する微細気泡発生装置に関するものである。

従来から微細気泡発生装置が知られている（例えば特許文献１参照）。これは、液体の流路中に気体を液体に混合して気体混合液体を生成する気体混合部と、気体混合液体を加圧する加圧ポンプと、前記気体混合液体に混合している気体（気泡）の液体への溶解を促進する気体溶解部とを備え、該気体溶解部にて生成された気体が溶解した気体溶解液体を減圧することで、該気体溶解液体に溶解している気体を気化させて微細気泡を生成するものである。

ところで、液体中に生成した微細気泡は圧力が高い状態にあると圧壊してしまい、この際の衝撃によって騒音が発生してしまうものであった。また、液体に渦のないような流れの場合には、大きな気泡は粉砕されて微細気泡とはならず、微細気泡は連結して大型化する惧れがある。
特開２００２−３３６６６８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、微細気泡が圧壊することによる騒音の発生を防止すると共に一定の大きさ以下の微細気泡を生成することができる微細気泡発生方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明は、液体の流路１に、液体に気体を混合して気体混合液体を生成する気体混合部１１と、該気体混合部１１の下流側に前記気体混合液体に混合した気体からなる気泡の液体への溶解を促進して気体溶解液体を生成する気体溶解部１３と、該気体溶解部１３の下流側に前記気体溶解液体に溶解している気体を気化させると共に気体溶解液体に混合している気泡をせん断して微細気泡を生成するための前記流路１よりも断面積の小さな狭流路部４とを設け、流路１の下流側の端部に微細気泡を混合している液体を吐出する吐出口１５を設け、内筒２と外筒３の二重筒にて吐出口１５を有するノズル部１４を構成し、内筒２は底部２１と側壁部２２とからなる有底筒とすると共に該底部２１近傍の側壁部２２に内筒２内外に貫通するように狭流路部４を形成し、外筒３は前記内筒２の側壁部２２の外径と同じ内径となって内筒２が嵌入される嵌入部３２と、前記嵌入部３２の下流側に該嵌入部３２の内径より若干大きい内径となって下流側の流路１ｂを形成するための流路形成部３３と、下流側の端部の開口からなる吐出口１５とを備え、外筒３内に嵌入された内筒２の内部がノズル部１４の上流側の流路１ａとなると共にその下流側に狭流路部４が形成され、その下流側に外筒３の流路形成部３３の内面と内筒２の外面との間の隙間からなる下流側の流路１ｂが形成され、その下流側の内筒２の底部２１よりも下流側部分に前記下流側の流路１ｂの断面積よりも断面積の大きい急拡大流路部５が形成され、下流側の端部に吐出口１５が形成されて成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、生成した微細気泡を混合している液体が狭流路部４を流れる際に流速が速く減圧状態となって微細気泡が圧壊されることがなく、圧壊の衝撃によって発生する騒音の発生を無くすことができる。また、急拡大流路部５にて発生する渦により、液体中に混合している大きな気泡を粉砕して微細気泡とすると共に、吐出口１５より一定の大きさ以下の微細気泡を吐出させることが可能となる。更に、内筒２と外筒３とでノズル部を構成したことで、内筒２の外筒３への嵌入深さを変えれば急拡大流路部５の長さが調節できて、吐出される微細気泡が一定の大きさ以下となるように調節可能となる。

また、請求項２に係る発明は、液体の流路１の急拡大流路部５の流れ方向中程に渦流を発生させるための上流側の面が略山状に尖る流動抵抗７を設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、急拡大流路部５に流入した液体がより一層渦を形成し易くなるものである。

本発明は、生成した微細気泡を混合している液体が狭流路部を流れる際には流速が速く減圧状態となって微細気泡が圧壊されることがなく、圧壊の衝撃によって発生する騒音の発生を無くすことができると共に、一定の大きさ以下の微細気泡のみを吐出口より吐出して効率良く微細気泡を発生させることができ、これにより微細気泡の上昇速度が小さく滞留時間が長くなり、液体中の汚れ等を吸着して浮上させる、といった水質改善に有効である。

以下、本発明を一実施形態について図１乃至図４に基いて説明する。微細気泡発生装置は図２に示すように液体の流路１を有するもので、この流路１の上流側の端部が液体の吸入口（図示せず）となると共に下流側の端部が吐出口１５となり、流路１の途中には上流側より順に、気体混合部１１、加圧ポンプ１２、気体溶解部１３、吐出口１５を有するノズル部１４が設けてある。加圧ポンプ１２の位置は気体混合部１１の上流側であってもよい。吸入口及び吐出口１５は、主に浴槽の壁面に形成して浴水等を吸入・吐出するものである。

気体混合部１１は、エゼクタ機構を有する吸気弁を備え、加圧ポンプ１２を駆動して液体が流路１を流れる際、エゼクター効果により気体を吸気弁を介して液体に取り込んで混合し、気体混合液体を生成するものである。

気体溶解部１３は、溶解タンク等からなるもので、前記気体混合部１１にて生成された気体混合液体において気体の液体への溶解を促進して気体溶解液体を生成するものである。すなわち、気体混合部１１にて生成される気体混合液体は、若干の気体は液体中に溶解するものの、残りの大部分の気体は液体中に気泡として存在して溶解していない。そこで加圧ポンプ１２にて加圧すると共に、溶解タンクにて混合攪拌等を行うことで溶解を促進させるものである。

ノズル部１４は、図１、図３、図４に示すように本実施形態では外筒３と内筒２の二重筒にて構成され、その流路１中に狭流路部４、急拡大流路部５が設けてある。

外筒３は、内部に内筒２が嵌入されるもので、本実施形態では外筒３の中心軸方向の上流側となる略半部に内筒２が嵌入される。内筒２は底部２１と側壁部２２とからなる有底筒で、側壁部２２の開口側の端縁（底部２１と反対側の端縁）にはフランジ部２３が形成してあり、底部２１近傍の側壁部２２に該内筒２内外に貫通するように狭流路部４を形成してある。また外筒３は、内筒２が挿入される上流側の部分を前記フランジ部２３が挿入可能な内径となる大径部３１としてあり、前記大径部３１の下流側を内筒２の側壁部２２の外径と同じ内径となって内筒２が嵌入される嵌入部３２としてあり、前記嵌入部３２の下流側を前記嵌入部３２より若干大径となって流路１が形成される流路形成部３３としてある。

この内筒２はその底部２１が外筒３の大径部３１へと挿入されると共に、更に底部２１を外筒３の嵌入部３２内へ嵌入して内筒２のフランジ部２３を外筒３の嵌入部３２の大径部３１に面する壁面３２ａにＯリング等のパッキンＰを介して当接させる。この時、内筒２の底部２１の部分は外筒３の流路形成部３３の途中に達していて、内筒２内がノズル部１４における狭流路部４の上流側の流路１ａとなり、その下流側に狭流路部４が位置すると共に、狭流路部４の下流側に内筒２の外面と外筒３の内面との間の隙間からなる下流側の流路１ｂが形成される。内筒２の外径は外筒３の流路形成部３３の内径よりもＲ０．５ｍｍ小さいため、下流側の流路１ｂの幅は０．５ｍｍとなっている。

外筒３の流路形成部３３には上記のようにその途中に内筒２の底部２１が位置しており、流路形成部３３の底部２１よりも上流側の部分は狭流路部４の下流側の流路１ｂとなるが、流路形成部３３の底部２１よりも下流側の部分は前記下流側の流路１ｂの断面積よりも断面積の大きい急拡大流路部５となっている。急拡大流路部５の下流側端部（外筒３の下流側端部）がノズルの吐出口１５となっている。

また、下流側の流路１ｂの狭流路部４からの出口の下流方向と反対の方向に空隙部６が形成してある。これは、外筒３の流路形成部３３の狭流路部４の出口部分から嵌入部３２の該流路形成部３３に面する壁面３２ｂまでの部分に形成される隙間を空隙部６とするものである。

上記狭流路部４には、上流側の流路１ａから流れてくる気体溶解液体が流入するが、狭流路部４の断面積は上流側の流路１ａの断面積（内筒２内の断面積）よりも小さいため、狭流路部４に流入する際に気体溶解液体は流速が上昇して減圧され、溶解している気体が微細気泡として発生する（キャビテーション）。また、気体溶解液体中に混合している大きな気泡は狭流路部４を流れる際のせん断力によって粉砕されて微細気泡となる。微細気泡は狭流路部４を流れる際には流速が速く減圧状態となるため圧壊されることがなく、圧壊の衝撃によって発生する騒音の発生を無くすことができる。

狭流路部４から下流側の流路１ｂに流入した液体は、空隙部６にて渦が発生すると共に下流側の急拡大流路部５に流れていくもので、空隙部６にて発生する渦により後述の急拡大流路部５の渦と同様の作用が得られる。

急拡大流路部５に流入した液体は、液体が流入する部分の流速が他の部分の流速よりも速いため、流速の差が生じて図１の矢印に示すような渦となる。この渦により、液体中に混合している大きな気泡は渦の中心に集まり、小さな微細気泡が渦の周辺から吐出口１５より吐出される。また、中心に集まった大きな気泡は渦のせん断力によって粉砕されて微細気泡となって吐出口１５より吐出され、微細気泡はせん断力によって攪拌されて連結して大型化することがない。ここで、急拡大流路部５の大きさ（特に径Ｄと長さＬの比）により渦の状態（渦の流路１や角速度）が異なって吐出される微細気泡の大きさが異なってくる。急拡大流路部５の径Ｄと長さＬの比が０．５以上とするのが好ましい。本実施形態では、内筒２の外筒３への嵌入深さを変えることで急拡大流路部５の長さを調節して、吐出される微細気泡が一定の大きさ以下となるように調節可能としており、内筒２のフランジ部２３と外筒３の嵌入部３２の大径部３１に面する壁面３２ａとの間のパッキンＰの大きさを変える等することで調節可能としてある。

これにより、一定の大きさ以下の微細気泡のみを吐出口１５より吐出して効率良く微細気泡を発生させることができ、浴槽等に吐出された微細気泡の上昇速度が小さく滞留時間が長くなり、浴水等の汚れ等を吸着して浮上させる、といった水質改善に有効である。

図５に他の実施形態を示す。本実施形態では急拡大流路部５に流動抵抗７を設けてある。流動抵抗７は、急拡大流路部５の流れ方向中程に配置するもので、上流側の面が略山状に尖ると共に、下流側の端面が吐出口１５と同一面上に位置するか（図５（ｂ）参照）、吐出口１５よりも内側に位置している（図５（ａ）参照）。また、下流側の面が略山状となってその両側の斜面部に広い領域が形成されてもよく（図５（ｃ）参照）、この場合には微細気泡が拡散して連結するのを抑えることが可能となる。

この流動抵抗７を設けることで、急拡大流路部５に流入した液体がより一層渦を形成し易くなり、流動抵抗７を設けない場合と比べて同一の渦生成能力を得るのに必要な長さＬが小さくて済み、ノズル部の小型化が可能となる。

本発明の一実施形態のノズル部の断面図である。本発明の概略全体構成図である。ノズル部の内筒を示し、（ａ）は上流側から見た斜視図であり、（ｂ）は下流側から見た斜視図である。ノズル部の外筒を示し、（ａ）は上流側から見た斜視図であり、（ｂ）は下流側から見た斜視図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ流動抵抗を設けた実施形態の例である。

符号の説明

１流路
１ａ上流側の流路
１ｂ下流側の流路
１４ノズル部
１５吐出口
２内筒
３外筒
４狭流路部
５急拡大流路部
６空隙部
７流動抵抗
Ｐパッキン

Claims

液体の流路に、液体に気体を混合して気体混合液体を生成する気体混合部と、該気体混合部の下流側に前記気体混合液体に混合した気体からなる気泡の液体への溶解を促進して気体溶解液体を生成する気体溶解部と、該気体溶解部の下流側に前記気体溶解液体に溶解している気体を気化させると共に気体溶解液体に混合している気泡をせん断して微細気泡を生成するための前記流路よりも断面積の小さな狭流路部とを設け、流路の下流側の端部に微細気泡を混合している液体を吐出する吐出口を設け、内筒と外筒の二重筒にて吐出口を有するノズル部を構成し、内筒は底部と側壁部とからなる有底筒とすると共に該底部近傍の側壁部に内筒内外に貫通するように狭流路部を形成し、外筒は前記内筒の側壁部の外径と同じ内径となって内筒が嵌入される嵌入部と、前記嵌入部の下流側に該嵌入部の内径より若干大きい内径となって下流側の流路を形成するための流路形成部と、下流側の端部の開口からなる吐出口とを備え、外筒内に嵌入された内筒の内部がノズル部の上流側の流路となると共にその下流側に狭流路部が形成され、その下流側に外筒の流路形成部の内面と内筒の外面との間の隙間からなる下流側の流路が形成され、その下流側の内筒の底部よりも下流側部分に前記下流側の流路の断面積よりも断面積の大きい急拡大流路部が形成され、下流側の端部に吐出口が形成されて成ることを特徴とする微細気泡発生装置。
液体の流路の急拡大流路部の流れ方向中程に渦流を発生させるための上流側の面が略山状に尖る流動抵抗を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。