JP4903292B1 - 旋回式微細気泡発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転対称に形成された中空部を有する略球形の器体と、前記器体の回転対称軸上の一方側の外壁を回転対称軸に沿って前記中空部内に略円錐台形に突出させて開設した気体導入口と、回転対称軸上の他方側の外壁に開設した気液噴出口と、前記気液噴出口の近傍において回転対称軸に対し垂直方向に開設した加圧液導入口と、を備え、前記器体内に流入した液体の旋回流により前記気体導入口から自吸した気体を微細気泡化し、前記気液噴出口から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するように成したことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
【選択図】図3
Description
(1)器体を略球形とし、液体を満たした内部の中空部も略球形としたため、中空部内の
液体を高速旋回させる際、液体と壁体との摩擦を最小限とすることができ、液体圧送の圧力が小さくても効率的に渦流の旋回速度を高めることができる。なお、加圧液導入口を回転対称軸に対して垂直方向に開設したため、中空部内に発生させる液体の渦流の旋回軸を器体の回転対称軸に一致させることができる。これにより、中空部内の液体の渦流が円滑化する。
(2)加圧液導入口から圧入された液体は、ただちに中空部内壁の曲面に沿って旋回運動を始めるが、加圧液導入口を器体の回転対称軸上の一方に設けた気液噴出口の近傍に設けたため、液体は中空部内壁沿いに旋回しながら反対側の気体導入口方向に向かい(往路)、気体導入口付近で反転した後、回転対称軸に沿って戻り(復路)、最終的に気液噴出口から器体外へ放出される。
(3)加圧液導入口付近では液体の旋回半径が小さく、中空部内にすでに存在する液体との摩擦も小さいため、中空部を円筒形とした場合に比べて、比較的小さな圧力で液体を導入しても効率的に渦流を発生させることができる。
(4)液体は旋回しながら気体導入口側へ進行するが、中空部の中心付近では当然液体の旋回半径が大きくなるため渦流の進行速度は一旦低下する。一方、遠心力は増大するため、回転対称軸上では負圧が生じ、この負圧により気体導入口から気体が中空部内へと自吸されて負圧空洞部が形成される。
(5)渦流がさらに気体導入口方向に進行すると、再び液体の旋回半径が小さくなるため、液体の旋回速度は当然に速くなり、気体導入口付近で形成された直後の負圧空洞部の負圧も高まるから、さらに効率的に気体が中空部内に自吸される。
(6)渦流の反転後の復路の過程では、液体は回転対称軸沿いに往路の内側を進む。このとき、外周側は往路の旋回流が占めているため旋回半径は拡大せず、旋回速度を維持したまま中空部中心を通過する。そして、気液噴出口に近づくにつれて旋回半径がさらに縮小するとともに、旋回速度がさらに増大する。そのため、負圧空洞部は周囲の渦流から圧迫され円錐状に先細りとなる。
(7)気体導入口から負圧空洞部内に自吸された気体は液体よりも比重が小さいため、その旋回速度は接触する液体の旋回速度よりも小さくなる。そのため、双方の旋回速度差により気液の接触面でせん断効果が発生し、負圧空洞部が円錐形に先細りとなった尖端部分に生じる微細気泡発生点において気体が微細気泡となるのである。なお、微細気泡発生点は中空部内の気液噴出口の近傍に生じさせることが望ましい。
(8)本発明では、気体導入口を中空部内に略円錐台形に突出させて開設しているため、気体導入口側の中空部内壁まで達した渦流が反転する際には該略円錐台形の側面に沿って誘導される。そのため、液体が回転対称軸に沿って還流し易くなり、全体として中空部内の液体の流れが円滑化する。
(9)中空部内壁に直接気体導入口を開口させた場合は、前述の液体の渦流の反転の際に生ずる乱流により負圧空洞部の形状が不安定となり、ひいては微細気泡発生点における微細気泡の発生も不安定となる。本発明では、気体導入口が略円錐台形の頂部に開口しているため、自吸された気体は中空部の内壁よりも中心に近い位置で中空部内に放出される。そのため、負圧空洞部への乱流の影響を防ぐことができ、微細気泡発生の効率を高めることができる。
(1)器体を略半球形とし、液体を満たした内部の中空部も略半球形としたため、略球体とした場合と同じく、液体と壁体との摩擦を最小限とすることができ、液体圧送の圧力が小さくても効率的に渦流の旋回速度を高めることができる。
(2)しかも、略球体の場合に比べて中空部内の液体の総量が小さくなり、旋回させる液体の慣性も小さくなるため、液体の導入圧が同じでも渦流の旋回速度をより高めることができ、単位時間当たりに自吸する気体量を増加させることができる。
(3)中空部を略半球形としたため、気体導入口の位置が中空部内で相対する気液噴出口に近くなるため、形成される負圧空洞部の全長も短くなる。この結果、負圧空洞部の断面は気体導入口付近から負圧空洞部尖端に向けて急激に小さくなる。これにより、負圧空洞部尖端に生じる微細気泡発生点での液体渦流の旋回速度も急激に増加し、気体のせん断効率が向上するため、より小さな微細気泡を発生させることができる。なお、微細気泡発生点は中空部内の気液噴出口の近傍に生じさせることが望ましい。
(4)請求項1に記載の発明と同様に、気体導入口を中空部内に略円錐台形に突出させて開設しているため、気体導入口側の中空部内壁まで達した液体の流れが反転する際、該略円錐台形の側面により誘導され、回転対称軸に沿って還流し易くなり、全体として中空部内の液体の流れが円滑化する。
(5)一方、請求項1に記載の発明とは異なり、中空部は略半球形であって気体導入口付近では最大の半径を有するため、液体が反転する際には中空部が略球形の場合ほど旋回速度は増加しないが、反転後はただちに中空部の外径が縮小するため、負圧空洞部の尖端に向けて液体の旋回速度が増加する効果は同じである。
(6)そのため、結果的に回転対称軸に沿った短い距離で負圧空洞部の断面が急激に小さくなり、その尖端の微細気泡発生点における気体のせん断効率が高められる。
A 気体
L 液体
MB 微細気泡
R 渦流(往路)
R’ 渦流(復路)
V 負圧空洞部
10 器体(第一実施形態)
11 気体導入口(第一実施形態)
12 気液噴出口(第一実施形態)
13 気体導入管(第一実施形態)
14 加圧液導入管(第一実施形態)
15 加圧液導入口(第一実施形態)
16 湾曲面(第一実施形態)
20 器体(第二実施形態)
21 気体導入口(第二実施形態)
22 気液噴出口(第二実施形態)
23 気体導入管(第二実施形態)
24 加圧液導入管(第二実施形態)
25 加圧液導入口(第二実施形態)
26 湾曲面(第二実施形態)
27 壁体(第二実施形態)
Claims (6)
- 回転対称に形成された中空部を有する略球形の器体と、前記器体の回転対称軸上の一方側の外壁を回転対称軸に沿って前記中空部内に略円錐台形に突出させて開設した気体導入口と、回転対称軸上の他方側の外壁に開設した気液噴出口と、前記気液噴出口の近傍において回転対称軸に対し垂直方向に開設した加圧液導入口と、を備え、前記器体内に流入した液体の旋回流により前記気体導入口から自吸した気体を微細気泡化し、前記気液噴出口から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するように成したことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
- 前記気体導入口は、前記略円錐台形の側面が前記器体内壁面と一体的な湾曲面を成すことを特徴とする請求項1に記載の旋回式微細気泡発生装置。
- 前記気体導入口は、前記略円錐台形の前記器体外壁を貫通し、かつ前記器体の回転対称軸方向に沿って前後移動可能な気体導入管を備えることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の旋回式微細気泡発生装置。
- 回転対称に形成された中空部を有する略半球形の器体と、前記器体の略半球底面側の外壁を回転対称軸に沿って前記中空部内に略円錐台形に突出させて開設した気体導入口と、回転対称軸上の略半球頂部側の外壁に開設した気液噴出口と、前記気液噴出口の近傍において回転対称軸に対し垂直方向に開設した加圧液導入口と、を備え、前記器体内に流入した液体の旋回流により前記気体導入口から自吸した気体を微細気泡化し、前記気液噴出口から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するように成したことを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
- 前記気体導入口は、前記略円錐台形の側面が前記器体内壁面と一体的な湾曲面を成すことを特徴とする請求項4に記載の旋回式微細気泡発生装置。
- 前記気体導入口は、前記略円錐台形の前記器体外壁を貫通し、かつ前記器体の回転対称軸方向に沿って前後移動可能な気体導入管を備えることを特徴とする請求項4又は5のいずれかに記載の旋回式微細気泡発生装置。
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