JP5170409B2 - Swirl type microbubble generator - Google Patents

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Description

この発明は、旋回流型マイクロバブル発生装置および圧力遮断用ノズルに関し、マイクロバブルを利用した各種の処理に適用して好適なものである。   The present invention relates to a swirling flow type microbubble generator and a pressure blocking nozzle, and is suitable for application to various processes using microbubbles.

マイクロバブルは、発生時において気泡径が一般に10〜数10μmである微細気泡であり、水中で普通に発生する直径数mm程度の気泡と比べると極めて小さい。マイクロバブルは、このように極端に小さいため、微細なゴミを吸着して水面に浮上させる性質を持ち、水産物の洗浄や水質浄化などに応用されている。   Microbubbles are fine bubbles having a bubble diameter of generally 10 to several tens of μm at the time of generation, and are extremely small compared to bubbles having a diameter of several millimeters that are normally generated in water. Since microbubbles are extremely small in this way, they have the property of adsorbing fine dust and floating on the surface of the water, and are applied to marine product cleaning and water purification.

従来、このマイクロバブルの発生装置としては、旋回流型マイクロバブル発生装置が多く用いられている。しかしながら、この旋回流型マイクロバブル発生装置は、1)音波の発生に伴う騒音、2)水中放出時の放出流体の再吸い込み、3)旋回流の中心における低圧部生成による溶解気体の再気泡化などの多く課題を有している。1)の音波の発生は、旋回流型マイクロバブル発生装置を民生品または水質改善に使用する際の騒音問題を引き起こす。ここで、旋回流型マイクロバブル発生装置から発せられる音波は、旋回周波数と装置内部に形成される気柱の固有周波数との2種類の周波数の振動が存在することが知られている。2)はマイクロバブルによるフロックの泡沫浮上分離時に放出流体を再吸い込みすることでフロックが破壊され液中に分散される。3)は溶存気体の溶解度の上昇が阻止される。   Conventionally, swirl type microbubble generators are often used as the microbubble generators. However, this swirl type microbubble generator 1) noise associated with the generation of sound waves, 2) re-inhalation of the released fluid when released in water, and 3) re-foaming of dissolved gas by generation of a low-pressure part at the center of the swirl flow There are many issues such as. The generation of sound waves of 1) causes noise problems when the swirl type microbubble generator is used for consumer goods or water quality improvement. Here, it is known that the sound wave emitted from the swirling flow type microbubble generator has vibrations of two kinds of frequencies, that is, the swirling frequency and the natural frequency of the air column formed inside the device. In 2), the floc is broken and dispersed in the liquid by re-inhaling the released fluid when the floc is floated and separated by microbubbles. 3) prevents the solubility of dissolved gas from increasing.

従来、旋回流生成用の円錐形スペースの旋回気液導出口にバッフル板(邪魔板)を設置した旋回式微細気泡発生装置が知られている(特許文献1参照。)。これによれば、微細気泡の生成および拡散を促進することができるとされている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a swirling fine bubble generating device is known in which a baffle plate (baffle plate) is installed at a swirling gas-liquid outlet of a conical space for swirling flow generation (see Patent Document 1). According to this, generation and diffusion of fine bubbles can be promoted.

また、旋回流のノズル出口に隆起部を備えたキャップを設置した微細気泡発生器およびそれを備えた微細気泡発生装置が知られている(特許文献2参照。)。これによれば、混合流体内を減圧することができ、微細気泡を効率的に発生させることができ、噴出量と旋回数とを増加させることができるとされている。特許文献2には、キャップ部とノズルとの距離は噴出孔、気体の容積、ポンプの吐出圧などによることも記載されている。   Further, a fine bubble generator in which a cap having a raised portion is installed at a nozzle outlet of a swirling flow and a fine bubble generator provided with the same are known (see Patent Document 2). According to this, it is said that the inside of the mixed fluid can be depressurized, fine bubbles can be efficiently generated, and the ejection amount and the number of swirling can be increased. Patent Document 2 also describes that the distance between the cap portion and the nozzle depends on the ejection hole, the volume of gas, the discharge pressure of the pump, and the like.

また、旋回流の旋回を利用してこの旋回流にせん断力を作用させる気泡発生手段として旋回流のノズル出口に下流部に格子を設置した気泡発生装置が知られている(特許文献3参照。)。これによれば、旋回流に大きなせん断を働かせることができることが記載されている。
なお、渦崩壊現象を利用した旋回流型マイクロバブル発生装置が提案されている(例えば、特許文献4参照。)
Further, as a bubble generating means for applying a shearing force to the swirling flow by using swirling flow, a bubble generating device is known in which a lattice is installed in the downstream portion at the nozzle outlet of the swirling flow (see Patent Document 3). ). According to this, it is described that a large shear can be applied to the swirling flow.
In addition, the swirl | vortex type | mold microbubble generator using a vortex collapse phenomenon is proposed (for example, refer patent document 4).

特開2003−205228号公報JP 2003-205228 A 国際公開第01/097958号パンフレットInternational Publication No. 01/097958 Pamphlet 特開2005−169286号公報JP 2005-169286 A 国際公開第06/075452号パンフレットInternational Publication No. 06/075452 Pamphlet

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献1〜3に記載された技術では、上記の1)〜3)の課題を解決することはできない。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、音波の発生に伴う騒音、水中放出時の放出流体の再吸い込み、旋回流中心における低圧部生成による溶解気体の再気泡化などを有効に防止することができる旋回流型マイクロバブル発生装置およびこれに用いて好適な圧力遮断ノズルを提供することである。
However, according to the study of the present inventors, the techniques described in Patent Documents 1 to 3 cannot solve the above problems 1) to 3).
Therefore, the problems to be solved by the present invention are to effectively prevent noise accompanying the generation of sound waves, re-inhalation of the released fluid at the time of underwater discharge, re-foaming of dissolved gas due to generation of a low-pressure part at the center of the swirling flow, etc. The present invention provides a swirling flow type microbubble generator capable of performing the above and a pressure blocking nozzle suitable for use in the device.

上記課題を解決するために、第1の発明は、
マイクロバブルの噴出口を有する第1のノズルの下流側の端面側にこの第1のノズルと対向し、かつ同軸に設けられた圧力遮断用の第2のノズルを有し、
上記第1のノズルの下流側の端面と上記第2のノズルの上流側の端面との間には間隙が形成され、
上記間隙の間隔は上記第1のノズルおよび上記第2のノズルの中心軸から放射方向に増大し、
上記第2のノズルのうちの上記噴出口と対向する部分は上記噴出口から出てくる旋回流の中心部の低圧部を上記第2のノズルの下流側と遮断するように構成され、
上記第2のノズルのうちの上記噴出口と対向する部分は上記噴出口に貫入していないことを特徴とする旋回流型マイクロバブル発生装置である。
In order to solve the above problem, the first invention is:
A second nozzle for pressure blocking provided on the end face on the downstream side of the first nozzle having a micro-bubble jet port, which is opposed to the first nozzle and provided coaxially;
A gap is formed between the downstream end surface of the first nozzle and the upstream end surface of the second nozzle,
The gap interval increases radially from the central axis of the first nozzle and the second nozzle,
The portion of the second nozzle that faces the jet outlet is configured to block the low-pressure portion at the center of the swirling flow coming out of the jet outlet from the downstream side of the second nozzle,
The swirling flow type microbubble generator is characterized in that a portion of the second nozzle facing the jet port does not penetrate the jet port.

この旋回流型マイクロバブル発生装置においては、第1のノズルの噴出口から噴出されたマイクロバブルは、第1のノズルの下流側の端面と第2のノズルの上流側の端面との間の間隙を通って外部に向かうように構成されている。気柱内圧力の極小化、言い換えると吸い込み圧力の極大化の観点からは、第1のノズルの下流側の端面の頂角をθVB、第2のノズルの上流側の端面の頂角をθSUとしたとき、θSU≦θVBであることが好ましく、Δθ≡θVB−θSU=0°〜20°であることがより好ましい。これに加えて、気柱内圧力の極小化、言い換えると吸い込み圧力の極大化の観点から、第1のノズルの下流側の端面における噴出口の直径をDe 、第1のノズルおよび第2のノズルの中心軸上における第1のノズルと第2のノズルとの間隔をtとしたとき、tがほぼDe /4であることが好ましい。第1のノズルの噴出口は典型的には円筒形状であり、この場合はこの円筒形状の噴出口の全長にわたって直径De は一定であるが、これに限定されるものではなく、必要に応じて、噴出口の長さ方向で直径De を変化させてもよい。 In this swirling flow type microbubble generator, the microbubbles ejected from the outlet of the first nozzle are the gap between the downstream end surface of the first nozzle and the upstream end surface of the second nozzle. It is configured to go to the outside through. From the viewpoint of minimizing the pressure in the air column, in other words, maximizing the suction pressure, the apex angle of the downstream end face of the first nozzle is θ VB , and the apex angle of the upstream end face of the second nozzle is θ When SU is set, θ SU ≦ θ VB is preferable, and Δθ≡θ VB −θ SU = 0 to 20 ° is more preferable. In addition to this, from the viewpoint of minimizing the pressure in the air column, in other words, maximizing the suction pressure, the diameter of the jet outlet at the downstream end face of the first nozzle is set to De , the first nozzle, and the second nozzle. when the distance between the first nozzle and the second nozzle on the central axis of the nozzle was t, it is preferable that t is approximately D e / 4. The jet nozzle of the first nozzle is typically cylindrical, and in this case, the diameter De is constant over the entire length of the cylindrical jet, but is not limited to this. Te, in the length direction of the jetting port may be changed diameter D e.

典型的には、第1のノズルおよび第2のノズルは、典型的には円筒形状の管(パイプ)の内部に収容されており、第1のノズルの噴出口から噴出されたマイクロバブルは上記の間隙を通り、さらに上記の管と第2のノズルの外周面にこの第2のノズルの中心軸に平行に設けられた複数の溝との間の空間を通って外部に放出されるように構成される。あるいは、第2のノズルの外周面に溝を形成する代わりに、この第2のノズルの内部のこの第2のノズルの外周面に近接する部分に、この第2のノズルの中心軸に平行な複数の孔を設けてもよい。あるいは、第1のノズルおよび第2のノズルは、管の内部に収容されており、第2のノズルは下流側にすぼまった形状を有し、かつ第2のノズルの内部には上記の管の内壁に隣接する部分の上記の間隙と第2のノズルの下流側の端面との間を連通し、かつ第2のノズルの下流側の端面で互いに合流する複数の孔が設けられており、上記の噴出口から噴出されたマイクロバブルは上記の間隙を通り、さらに第2のノズルの上記の複数の孔を通って外部に放出されるように構成される。これらの溝または孔のアスペクト比(長さ/内径)は1より大きいことが好ましい。   Typically, the first nozzle and the second nozzle are typically accommodated in a cylindrical tube (pipe), and the microbubbles ejected from the ejection nozzle of the first nozzle So as to be discharged to the outside through a space between the pipe and a plurality of grooves provided on the outer peripheral surface of the second nozzle in parallel with the central axis of the second nozzle. Composed. Alternatively, instead of forming a groove on the outer peripheral surface of the second nozzle, a portion of the second nozzle adjacent to the outer peripheral surface of the second nozzle is parallel to the central axis of the second nozzle. A plurality of holes may be provided. Alternatively, the first nozzle and the second nozzle are housed inside the tube, the second nozzle has a shape that is recessed downstream, and the second nozzle has the above-mentioned shape inside. There are provided a plurality of holes that communicate between the gap in the portion adjacent to the inner wall of the tube and the downstream end surface of the second nozzle and that merge with each other at the downstream end surface of the second nozzle. The microbubbles ejected from the ejection port pass through the gap, and are discharged to the outside through the plurality of holes of the second nozzle. The aspect ratio (length / inner diameter) of these grooves or holes is preferably greater than 1.

典型的には、第1のノズルは上流側から下流側に向かって順次縮流部および渦崩壊部を有する渦崩壊用ノズルである。ここで、渦崩壊とは、渦の構造が急激に変化する現象であり、スパイラル型(デルタ翼の場合などに発生する型)、バブル型(円管内流れの場合などに発生する型)の二つの顕著な型を有する。また、典型的には、第1のノズルの上流側に旋回流発生用の翼型の第3のノズルを有する。この場合、典型的には、この第3のノズルの上流側の入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を第1のノズルの縮流部に供給することにより渦崩壊部からマイクロバブルを発生させる。この第3のノズルは、典型的には、旋回流発生用翼体を円筒形状の管(パイプ)の内部に収容したもの(あるいは、旋回流発生用翼体の外側を管により覆ったもの)である。旋回流発生用翼体は、典型的には、円柱状の本体の一端部を流線形(典型的には、この本体の中心軸を回転軸とする回転体状(例えば、半球状))に成形し、本体の外周面の長手方向に複数の翼をそれらの後部が彎曲するように設け、この本体の他端部に気体の噴射孔を設けたものである。また、この旋回流発生用翼体は、典型的には、この本体の外周面に設けられた給気孔とこの本体の他端部に設けられた噴射孔とを有し、旋回流発生用翼体の翼の枚数は必要に応じて選ぶことができる。渦崩壊用ノズルにおいては、典型的には、縮流部は渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており(あるいは、縮流部は渦崩壊部に向かってすぼまっており)、渦崩壊部との境界部(あるいは接続部)において渦崩壊部と同一の断面形状を有する。好適には、渦崩壊部は円筒形状を有する第1の部分と出口に向かって広がった形状の第2の部分とを有し、第1の部分の内周面と第2の部分の端面とがなす角度をθ0 としたとき、0度<θ0 <180度あるいは90度<θ0 <180度、例えば100度程度である。渦崩壊部が円筒形状を有する第1の部分と出口に向かって広がった形状の第2の部分とを有する場合、第1の部分の内周面と第2の部分の端面とは滑らかに繋がっていることが望ましい。こうすることで、渦崩壊用ノズルの噴き出し面である第2の部分の端面に旋回流を付着させることができる。 Typically, the first nozzle is a vortex breakdown nozzle having a contracted flow portion and a vortex breakdown portion sequentially from the upstream side toward the downstream side. Here, vortex breakdown is a phenomenon in which the structure of the vortex changes abruptly. There are two types: spiral type (type generated in the case of a delta wing) and bubble type (type generated in the case of flow in a circular pipe). Has two distinct types. Further, typically, an airfoil third nozzle for generating a swirling flow is provided on the upstream side of the first nozzle. In this case, typically, a swirl flow is generated by supplying a liquid to the upstream inlet of the third nozzle, a gas is introduced into the center of the swirl flow, and the gas is introduced into the center. By supplying the swirling flow to the contracted part of the first nozzle, microbubbles are generated from the vortex breaking part. The third nozzle typically has a swirl flow generating wing body accommodated in a cylindrical pipe (pipe) (or a swirl flow generation wing body covered with a pipe). It is. The swirling flow generating wing is typically streamlined at one end of a cylindrical main body (typically, a rotating body having a central axis of the main body as a rotation axis (eg, hemispherical)). A plurality of blades are formed in the longitudinal direction of the outer peripheral surface of the main body so that their rear portions are bent, and a gas injection hole is provided at the other end of the main body. The swirl flow generating wing body typically has an air supply hole provided in the outer peripheral surface of the main body and an injection hole provided in the other end of the main body, and the swirl flow generating blade. The number of body wings can be selected as needed. In the vortex breakdown nozzle, typically, the cross-sectional area of the contracted flow portion gradually decreases toward the vortex collapse portion (or the contracted flow portion is narrowed toward the vortex collapse portion). The cross-sectional shape is the same as that of the vortex breakdown part at the boundary (or connection part) with the vortex breakdown part. Preferably, the vortex collapse portion includes a first portion having a cylindrical shape and a second portion having a shape extending toward the outlet, and an inner peripheral surface of the first portion and an end surface of the second portion. when is the angle formed was theta 0, 0 degree <θ 0 <180 deg or 90 deg <θ 0 <180 °, for example, about 100 degrees. When the vortex breaking part has a first part having a cylindrical shape and a second part having a shape spreading toward the outlet, the inner peripheral surface of the first part and the end face of the second part are smoothly connected. It is desirable that By carrying out like this, a swirl flow can be made to adhere to the end surface of the 2nd part which is the ejection surface of the vortex collapse nozzle.

マイクロバブルを発生させる液体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、水(温水を含む)、各種の有機溶剤(アルコール、アセトン、トルエンなど)、石油、ガソリンなどの液体燃料などである。
旋回流の中心に供給する気体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、空気、酸素、オゾン、水素、アルゴンなどである。
The liquid that generates the microbubbles may be basically any type, specifically, for example, water (including hot water), various organic solvents (alcohol, acetone, toluene, etc.), Liquid fuels such as oil and gasoline.
The gas supplied to the center of the swirling flow may be basically any one, but specifically, for example, air, oxygen, ozone, hydrogen, argon, or the like.

第2の発明は、
旋回流型マイクロバブル発生装置のマイクロバブルの噴出口を有するノズルの下流側の端面側にこのノズルと対向し、かつ同軸に設けられる圧力遮断用ノズルであって、
上記噴出口を有する上記ノズルの下流側の端面と上記圧力遮断用ノズルの上流側の端面との間には間隙が形成され、
上記間隙の間隔は上記噴出口を有する上記ノズルおよび上記圧力遮断用ノズルの中心軸から放射方向に増大し、
上記圧力遮断用ノズルのうちの上記噴出口と対向する部分は上記噴出口から出てくる旋回流の中心部の低圧部を上記第2のノズルの下流側と遮断するように構成され、
上記圧力遮断用ノズルのうちの上記噴出口と対向する部分は上記噴出口に貫入しないように構成されていることを特徴とするものである。
The second invention is
A pressure blocking nozzle that faces the nozzle on the downstream end face side of the nozzle having the microbubble jet of the swirling flow type microbubble generator and is provided coaxially,
A gap is formed between the downstream end surface of the nozzle having the jet port and the upstream end surface of the pressure blocking nozzle,
The gap interval increases in a radial direction from the central axis of the nozzle having the nozzle and the pressure blocking nozzle,
The portion of the pressure blocking nozzle that faces the jet port is configured to block the low pressure portion at the center of the swirling flow coming out of the jet port from the downstream side of the second nozzle,
A portion of the pressure blocking nozzle that faces the jet port is configured not to penetrate the jet port.

この第2の発明において、マイクロバブルの噴出口を有するノズルおよび圧力遮断用ノズルは、それぞれ第1の発明における第1のノズルおよび第2のノズルに対応する。
この第2の発明においては、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
In the second invention, the nozzle having the microbubble jet nozzle and the pressure blocking nozzle correspond to the first nozzle and the second nozzle in the first invention, respectively.
In the second invention, what has been described in relation to the first invention is established.

この発明によれば、音波の発生に伴う騒音、水中放出時の放出流体の再吸い込み、旋回流中心における低圧部生成による溶解気体の再気泡化などを有効に防止することができる。   According to the present invention, it is possible to effectively prevent noise accompanying the generation of sound waves, re-inhalation of the released fluid when released in water, and re-foaming of dissolved gas due to generation of a low-pressure part at the center of the swirling flow.

以下、この発明の実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置について図面を参照しながら説明する。
まず、この実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の基礎となる旋回流型マイクロバブル発生装置について説明する(特許文献4参照。)。
第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置においては、マイクロバブルを発生させるために、パイプ中心部を閉塞させ円周方向の流速を大きくすることでパイプ内を流れる水などの液体から強い旋回流を発生するタービン翼型ノズルと、主流に比べて循環が卓越する流れを小さい流れに遷移させる渦崩壊用ノズルとを直列に配置する。
Hereinafter, a swirling flow type microbubble generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a swirl type microbubble generator that is the basis of a swirl type micro bubble generator according to this embodiment will be described (see Patent Document 4).
In the swirl type microbubble generator according to the first example, in order to generate microbubbles, a strong swirl from a liquid such as water flowing in the pipe by closing the center of the pipe and increasing the flow velocity in the circumferential direction. A turbine blade-type nozzle that generates a flow and a vortex breakdown nozzle that transitions a flow that is superior in circulation compared to the main flow to a smaller flow are arranged in series.

図1は第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置1の本体、図2〜図4はこの旋回流型マイクロバブル発生装置1のタービン翼型ノズルの翼体、図5はこのタービン翼型ノズルの翼体の一つの翼の展開図、図6はこのマイクロバブル発生装置1の渦崩壊用ノズル、図7はこの旋回流型マイクロバブル発生装置1の給気装置を示す。   1 shows a main body of a swirling flow type microbubble generator 1 according to the first example, FIGS. 2 to 4 show blade bodies of a turbine blade type nozzle of the swirling flow type microbubble generator 1, and FIG. 5 shows this turbine blade type. FIG. 6 is a development view of one wing of the wing body of the nozzle, FIG. 6 shows a vortex breaking nozzle of the microbubble generator 1, and FIG. 7 shows an air supply device of the swirl type microbubble generator 1.

図1〜図7に示すように、この旋回流型マイクロバブル発生装置1は、円筒状のパイプ2の内部に互いに同軸に直列結合されたタービン翼型ノズル3および渦崩壊用ノズル4を収容したものと給気装置5とからなる。タービン翼型ノズル3は、円柱状の本体3aの前方aを半球状に成形し、この本体3aの外周面bの長手方向に複数の翼3bをそれらの後方cが彎曲するように設け、背面dに噴射孔3fを設けた翼体の外側をパイプ2により管状に覆ったものである。渦崩壊用ノズル4は、パイプ2の先端部eに配置されている。渦崩壊用ノズル4は、テーパー状に成形した縮流部4aに管状の渦崩壊部4bを連接したものである。給気装置5は、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの圧力差を検出し、タービン翼型ノズル3に供給する気体5l(図7参照)の量を調整するものである。パイプ2においては、入口2a、タービン翼型ノズル3、渦流部2b、渦崩壊用ノズル4の順に液体6が流れる。パイプ2は既存の設備に接続できるように様々なサイズに対応可能である。   As shown in FIGS. 1 to 7, the swirl type microbubble generator 1 accommodates a turbine blade type nozzle 3 and a vortex breaking nozzle 4 which are coaxially coupled in series with each other inside a cylindrical pipe 2. And the air supply device 5. The turbine blade type nozzle 3 is formed by forming a front a of a cylindrical main body 3a into a hemispherical shape, and providing a plurality of blades 3b in the longitudinal direction of the outer peripheral surface b of the main body 3a so that their rear c bends. The outer side of the wing body provided with the injection hole 3f in d is covered with a pipe 2 in a tubular shape. The vortex breaking nozzle 4 is disposed at the tip end e of the pipe 2. The vortex breaking nozzle 4 is formed by connecting a tubular vortex breaking portion 4b to a contracted flow portion 4a formed into a tapered shape. The air supply device 5 detects the pressure difference of the vortex breakdown portion 4b of the vortex breakdown nozzle 4 and adjusts the amount of gas 5l (see FIG. 7) supplied to the turbine blade nozzle 3. In the pipe 2, the liquid 6 flows in the order of the inlet 2 a, the turbine blade nozzle 3, the vortex section 2 b, and the vortex breakdown nozzle 4. The pipe 2 can accommodate various sizes so that it can be connected to existing equipment.

この旋回流型マイクロバブル発生装置1では、パイプ2の入口2aに、マイクロバブルを発生させようとする水などの液体6を流し、タービン翼型ノズル3により水流などの液体流6aを円周方向fに向けるとともに気柱6bを噴出させ、渦崩壊用ノズル4で縮流して渦崩壊させることを特徴とする。より詳細には、パイプ2の入口2aから入った液体6は、タービン翼型ノズル3によって中心部が閉塞されるため、流速の増した液体流6aとなる。液体流6aは、タービン翼型ノズル3の外周面bに存在する溝3dに沿って流れ、タービン翼型ノズル3の円周方向fに向きを変えられることにより旋回流6cとなって渦流部2bを進む。渦流部2bでは、タービン翼型ノズル3の噴射孔3fから放出された気柱6bが旋回流6cとともに螺旋状に流れる。渦崩壊用ノズル4に入ると、旋回流6cは縮流され、循環に比べて流れが卓越することで渦崩壊が起きる。この渦崩壊により大きな気泡が細かく潰され、マイクロバブル6dとなって渦崩壊用ノズル4の出口から放出される。ここで、渦崩壊用ノズル4の最小断面、すなわち渦崩壊部4bの断面における旋回流6cの回転周波数fe は、縮流部4aにおいて循環が保存されるとすると、渦流部2bにおける旋回流6cの回転周波数をf、パイプ2の内径をD、渦崩壊部4bの内径をDe としたとき、fe =(D/De 2 fとなる。 In this swirling flow type microbubble generator 1, a liquid 6 such as water for generating microbubbles is caused to flow into an inlet 2 a of a pipe 2, and a liquid flow 6 a such as a water flow is caused to flow in a circumferential direction by a turbine blade type nozzle 3. The air column 6b is ejected while being directed to f, and the vortex collapse nozzle 4 is used to contract the vortex to cause the vortex to collapse. More specifically, the liquid 6 entering from the inlet 2a of the pipe 2 becomes a liquid flow 6a having an increased flow velocity because the central portion is closed by the turbine blade nozzle 3. The liquid flow 6a flows along the groove 3d existing on the outer peripheral surface b of the turbine blade type nozzle 3, and when the direction is changed in the circumferential direction f of the turbine blade type nozzle 3, the swirl flow 6c becomes the swirl portion 2b. Continue on. In the vortex section 2b, the air column 6b discharged from the injection hole 3f of the turbine blade type nozzle 3 flows spirally together with the swirl flow 6c. When entering the vortex breaking nozzle 4, the swirling flow 6 c is contracted, and vortex collapse occurs due to the superior flow compared to circulation. Due to this vortex breakdown, large bubbles are finely crushed and become microbubbles 6d which are discharged from the outlet of the vortex breakdown nozzle 4. Here, if the rotation frequency fe of the swirling flow 6c in the minimum cross section of the vortex breaking nozzle 4, that is, the cross section of the vortex breaking portion 4b, is preserved in the contracted flow portion 4a, the swirling flow 6c in the swirl flow portion 2b. the rotational frequency f, when the inner diameter D of the pipe 2, the inner diameter of the vortex breakdown section 4b was D e, a f e = (D / D e ) 2 f.

タービン翼型ノズル3は、水流などの液体流6aを螺旋状の旋回流6cに変換するとともに気柱6bを放出する器具であり、パイプ2の内部に、本体3aの外周面b上に複数の翼3bを設けた翼体が固定されている。タービン翼型ノズル3は回転させる必要はなく、動力は不要である。なお、気柱6bとは、空気などの気体5lを勢い良く柱状に噴射させた気泡のことである。
本体3aは円柱状(縦断面は長方形状)であり、前方aは半球状部3c(縦断面は半円状)と連接しており、背面dの中央に噴射孔3fを有する。
The turbine blade-type nozzle 3 is an instrument that converts a liquid flow 6a such as a water flow into a spiral swirl flow 6c and discharges an air column 6b. A plurality of turbine blade-type nozzles 3 are disposed on the outer peripheral surface b of the main body 3a. The wing body provided with the wing 3b is fixed. The turbine blade nozzle 3 does not need to be rotated and does not require power. The air column 6b is a bubble in which a gas 51 such as air is vigorously jetted into a column shape.
The main body 3a has a cylindrical shape (the longitudinal section is rectangular), the front a is connected to the hemispherical portion 3c (the longitudinal section is semicircular), and has an injection hole 3f at the center of the back surface d.

翼3bは、半球状部3cの頂部3uから本体3aの背面端3vにかけて、本体3aの外周面b上を縦断するように設けた部材であり、液体流6aの向きを本体3aの円周方向fに変えるために、背面端3vに向かうにつれて湾曲している。半球状部3cにおける翼3bも全体としては半球状に成形される。ただし、半球状部3cにおける翼3bは必要に応じて省略することが可能である。翼3bは本体3aから突起状に出ているため、隣り合う翼3bと翼3bとの間には溝3dが存在する。   The wing 3b is a member provided so as to run vertically on the outer peripheral surface b of the main body 3a from the top 3u of the hemispherical portion 3c to the back end 3v of the main body 3a, and the direction of the liquid flow 6a is the circumferential direction of the main body 3a. In order to change to f, it curves toward the back end 3v. The blade 3b in the hemispherical portion 3c is also formed into a hemispherical shape as a whole. However, the blade 3b in the hemispherical portion 3c can be omitted as necessary. Since the blade 3b protrudes from the main body 3a, a groove 3d exists between the adjacent blade 3b and the blade 3b.

半球状部3cは、パイプ2の入口2aから入ってきた液体6がスムーズに溝3dに流れ込むように丸めてある箇所である。パイプ2は、タービン翼型ノズル3から放出される円周方向fの噴流から角運動量の大きな流体を生成するために必要である。
溝3dは、翼3bにより仕切られた液体6の流れる通路である。翼3bが湾曲していることから、水平方向(パイプ2の中心軸方向)に流れていた液体流6aが、徐々に垂直方向に曲げられ、螺旋状の旋回流6aとなってタービン翼型ノズル3から出ていく。
噴射孔3fは、マイクロバブルの基となる気柱6bを放出する孔である。気柱6bは、本体3aの外周面bに設けられた給気孔3eから気体5lを供給することにより生成される。噴射孔3fから出た気柱6bは、旋回流6cとともに流れていく。
The hemispherical portion 3c is a portion that is rounded so that the liquid 6 that has entered from the inlet 2a of the pipe 2 smoothly flows into the groove 3d. The pipe 2 is necessary for generating a fluid with a large angular momentum from the jet in the circumferential direction f discharged from the turbine blade type nozzle 3.
The groove 3d is a passage through which the liquid 6 is partitioned by the blade 3b. Since the blade 3b is curved, the liquid flow 6a flowing in the horizontal direction (the central axis direction of the pipe 2) is gradually bent in the vertical direction to become a spiral swirl flow 6a. Go out from 3.
The injection hole 3f is a hole that discharges the air column 6b that is a base of the microbubble. The air column 6b is generated by supplying the gas 5l from the air supply hole 3e provided in the outer peripheral surface b of the main body 3a. The air column 6b exiting from the injection hole 3f flows together with the swirling flow 6c.

翼3bは、液体6の流れを等分に分割するため、同じ形状のものを等間隔に配置する。翼間隔3gは翼3bを配置する間隔であり、この場合、翼数が6枚であるので翼間隔3gは60度であるが、これに限定されるものではない。
翼角3hは半球状部3cにおける翼3bの大きさを決めるもので、中心から一定の角度を持って延びていき、本体3aに至ってからは、同じ幅を維持して延びる。なお、翼角3hは、大き過ぎると液体6の通り道が狭くなるので、例えば15度程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
液体6の通り道となる溝3dの溝深さ3nは溝3dの深さであり、翼3bの高さでもある。なお、溝深さ3nは、タービン翼型ノズル3のサイズにより適切な深さに調整することができる。
In order to divide the flow of the liquid 6 into equal parts, the blades 3b are arranged with the same shape at equal intervals. The blade interval 3g is an interval at which the blades 3b are arranged. In this case, since the number of blades is 6, the blade interval 3g is 60 degrees, but is not limited thereto.
The blade angle 3h determines the size of the blade 3b in the hemispherical portion 3c. The blade angle 3h extends from the center with a certain angle, and extends to the main body 3a while maintaining the same width. Note that, if the blade angle 3h is too large, the path of the liquid 6 is narrowed. For example, the blade angle 3h is preferably about 15 degrees, but is not limited thereto.
The groove depth 3n of the groove 3d serving as the passage for the liquid 6 is the depth of the groove 3d and also the height of the blade 3b. The groove depth 3n can be adjusted to an appropriate depth depending on the size of the turbine blade nozzle 3.

ノズル長3iはタービン翼型ノズル3の全体の長さであり、本体3aの長さである翼長3kと半球状部3cの半径である外半径3lとの和に等しい。なお、タービン翼型ノズル3の大きさは、パイプ2の大きさが異なれば、適切な大きさも異なる。
ノズル径3jは、タービン翼型ノズル3の直径である。ノズル径3jは、翼3bの部分を含めた本体3aの直径でもあり、また、本体3aに連接することから、半球状部3cの直径でもある。
The nozzle length 3i is the total length of the turbine blade type nozzle 3, and is equal to the sum of the blade length 3k which is the length of the main body 3a and the outer radius 3l which is the radius of the hemispherical portion 3c. In addition, the magnitude | size of the turbine blade type nozzle 3 will also differ in an appropriate magnitude | size, if the magnitude | size of the pipe 2 differs.
The nozzle diameter 3 j is the diameter of the turbine blade type nozzle 3. The nozzle diameter 3j is also the diameter of the main body 3a including the portion of the blade 3b, and is also the diameter of the hemispherical portion 3c because it is connected to the main body 3a.

翼3bは後方cが湾曲しているため、翼3b自体の長さは翼長3kよりも長くなる。また、半球状部3cにおける翼3bに関しては、翼長3kには含めないものとする。
外半径3lは半球状部3cの翼3bの部分を含めた全体の半径であり、半球状部3cの頂部3uから本体3aまで垂直に下りた長さでもある。なお、隣り合う翼3bと翼3bとの間には溝3dが存在するため、外半径3lは、溝3dを埋めたものと考えた場合の半径を意味する。
Since the rear c of the wing 3b is curved, the length of the wing 3b itself is longer than the wing length 3k. Further, the blade 3b in the hemispherical portion 3c is not included in the blade length 3k.
The outer radius 3l is the total radius including the portion of the wing 3b of the hemispherical portion 3c, and is also the length vertically descending from the top 3u of the hemispherical portion 3c to the main body 3a. Since the groove 3d exists between the adjacent wings 3b and 3b, the outer radius 3l means a radius when the groove 3d is considered to be filled.

内半径3mは、半球状部3cの翼3bを除いた本体3aと連接される部分の半径である。内半径3mは、外半径3lとの差である溝深さ3nの分だけ出た位置から球状にしているため、内半径3mの頂部3uは外半径3lの頂部3uと一致する。
孔距離3oは、噴射孔3fのあるタービン翼型ノズル3の背面端3vから給気孔3eの位置までの距離であり、例えば、翼長3kの半分の位置が好ましいが、これに限定されるものではない。また、給気孔3eは、液体6が通らない翼3b上に設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
The inner radius 3 m is a radius of a portion connected to the main body 3 a excluding the blade 3 b of the hemispherical portion 3 c. Since the inner radius 3m is spherical from the position corresponding to the groove depth 3n which is the difference from the outer radius 3l, the top 3u of the inner radius 3m coincides with the top 3u of the outer radius 3l.
The hole distance 3o is a distance from the rear end 3v of the turbine blade type nozzle 3 having the injection hole 3f to the position of the air supply hole 3e. For example, a position that is half the blade length 3k is preferable, but is not limited thereto. is not. The air supply holes 3e are preferably provided on the blades 3b through which the liquid 6 does not pass, but the present invention is not limited to this.

給気孔3eと噴射孔3fとはタービン翼型ノズル3の内部で繋がっており、タービン翼型ノズル3の外周面bに設けられた給気孔3eから供給された気体5lが、タービン翼型ノズル3の背面dの中央に設けられた噴射孔3fから放出される。
孔内径3pは、給気孔3eおよび噴射孔3fの直径である。孔内径3pの大きさは、噴射孔3fから出る気柱6bの量に影響を与えるため、適切なサイズに調整する必要があり、供給する気体5lの流量に応じて決められる。一例を挙げると、孔内径3pは2mm程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
The air supply hole 3e and the injection hole 3f are connected inside the turbine blade type nozzle 3, and the gas 5l supplied from the air supply hole 3e provided in the outer peripheral surface b of the turbine blade type nozzle 3 is converted into the turbine blade type nozzle 3. From the injection hole 3f provided in the center of the back surface d of the nozzle.
The hole inner diameter 3p is the diameter of the air supply hole 3e and the injection hole 3f. The size of the hole inner diameter 3p affects the amount of the air column 6b coming out of the injection hole 3f, so it is necessary to adjust it to an appropriate size, and is determined according to the flow rate of the supplied gas 5l. For example, the hole inner diameter 3p is preferably about 2 mm, but is not limited thereto.

図5は、タービン翼型ノズル3の一つの翼3bの形状を示す展開図であり、翼3bを湾曲させた様子をグラフ上で示したものである。グラフの横軸は翼端(翼の先端)からの流れ方向にとった距離、縦軸は周方向の距離を示す。翼3bが描く曲線は、0から翼長3kまでの範囲に存在する。なお、距離3qは、翼端からの距離が0と翼長3kとの間の任意の値とし、距離3rは、翼端からの距離が翼長3kの場合の値とする。   FIG. 5 is a development view showing the shape of one blade 3 b of the turbine blade type nozzle 3, and shows a state in which the blade 3 b is curved on a graph. The horizontal axis of the graph represents the distance from the blade tip (tip of the blade) in the flow direction, and the vertical axis represents the distance in the circumferential direction. The curve drawn by the wing 3b exists in the range from 0 to the wing length 3k. The distance 3q is an arbitrary value between the distance from the blade tip of 0 and the blade length 3k, and the distance 3r is a value when the distance from the blade tip is the blade length 3k.

勾配3sは距離3qにおける傾きであり、距離3qが0の場合は勾配3sも0度であるが、距離3qが増えるにつれて勾配3sも大きくなっていく。翼3bの勾配3sは、距離3qが0では液体流6aが流れに沿うこと、距離3rでは液体流6aを円周方向fに向かわせることが必要であるため付けたものである。勾配3sにより液体流6aを旋回流6cにすることができるが、翼3bにより円周方向fの流れが主流方向の流れに比べて大きくなり、結果として渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bで渦崩壊を引き起こすためには、翼3bの終端における勾配3tが、およそ55〜60度より大きくなる必要がある。具体的には、例えば、翼3bが本体3aの円周方向fとなす角度は5〜9度(あるいは5〜6度)、すなわち、距離3rにおける勾配3tは81〜85度(あるいは84〜85度)であることが好ましいが、これに限定されるものではない。   The gradient 3s is a gradient at the distance 3q. When the distance 3q is 0, the gradient 3s is also 0 degrees, but the gradient 3s increases as the distance 3q increases. The gradient 3s of the blade 3b is given because it is necessary that the liquid flow 6a follows the flow when the distance 3q is 0, and that the liquid flow 6a is directed in the circumferential direction f at the distance 3r. Although the liquid flow 6a can be turned into the swirl flow 6c by the gradient 3s, the flow in the circumferential direction f becomes larger than the flow in the main flow direction by the blades 3b, and as a result, in the vortex collapse portion 4b of the vortex breakdown nozzle 4 In order to cause vortex breakdown, the gradient 3t at the end of the blade 3b needs to be larger than approximately 55 to 60 degrees. Specifically, for example, the angle between the blade 3b and the circumferential direction f of the main body 3a is 5 to 9 degrees (or 5 to 6 degrees), that is, the gradient 3t at the distance 3r is 81 to 85 degrees (or 84 to 85). However, the present invention is not limited to this.

渦崩壊用ノズル4は、旋回流6cとともにパイプ2の渦流部2bを流れてきた気柱6bを渦崩壊させてマイクロバブル6dを発生させる器具であり、パイプ2の端に一体的に連接する。渦崩壊用ノズル4は縮流部4aと渦崩壊部4bとからなる。縮流部4aは、テーパー状に細くなる管であり、広い側はパイプ2の渦流部2bに連接され、狭い側は渦崩壊部4bに連接される。縮流部4aの細くなる角度(テーパー角)4eは、パイプ2などの大きさに依存し、必要に応じて選ばれる。この角度4eの一例を挙げると約20度であるが、これに限定されるものではない。渦崩壊部4bは、パイプ2の渦流部2bよりも細い円筒状の管であり、一端は縮流部4aの狭い側に連接され、他端が出口となる。渦崩壊部4bの内径4fもパイプ2の大きさなどに依存し、必要に応じて選ばれる。この内径4fは例えば0.5〜1.5cmであるが、これに限定されるものではない。   The vortex breaking nozzle 4 is an instrument that vortex breaks the air column 6b flowing through the vortex portion 2b of the pipe 2 together with the swirling flow 6c to generate the microbubble 6d, and is integrally connected to the end of the pipe 2. The vortex breaking nozzle 4 includes a contracted flow portion 4a and a vortex breaking portion 4b. The contracted portion 4a is a tube that is tapered, and the wide side is connected to the vortex portion 2b of the pipe 2 and the narrow side is connected to the vortex collapse portion 4b. The narrowing angle (taper angle) 4e of the contracted flow part 4a depends on the size of the pipe 2 and the like, and is selected as necessary. An example of the angle 4e is about 20 degrees, but is not limited to this. The vortex breaking portion 4b is a cylindrical tube that is thinner than the vortex portion 2b of the pipe 2, and one end is connected to the narrow side of the contracted flow portion 4a and the other end is an outlet. The inner diameter 4f of the vortex breaking portion 4b also depends on the size of the pipe 2, and is selected as necessary. The inner diameter 4f is, for example, 0.5 to 1.5 cm, but is not limited thereto.

パイプ2内を流れる液体6は、渦流部2bから縮流部4aの広い側に入り、縮流部4aの径が細くなっていくことで流速を増しながら渦崩壊部4bへと至る。液体6とともに流れてきた気柱6bは、渦崩壊部4bにおいて細かくされ、マイクロバブル6dとして渦崩壊用ノズル4の出口から放出される。
渦崩壊用ノズル4の渦崩壊が発生するノズル径の最小値、すなわち臨界ノズル径は次のようにして求められる。
The liquid 6 flowing in the pipe 2 enters the wide side of the contracted flow portion 4a from the vortex flow portion 2b, and reaches the vortex collapse portion 4b while increasing the flow velocity by decreasing the diameter of the contracted flow portion 4a. The air column 6b that has flowed together with the liquid 6 is made fine at the vortex breakdown part 4b and discharged from the outlet of the vortex breakdown nozzle 4 as microbubbles 6d.
The minimum nozzle diameter at which the vortex breakdown of the vortex breakdown nozzle 4 occurs, that is, the critical nozzle diameter is obtained as follows.

詳細は省略するが、タービン翼型ノズル3の翼3bによって生成される旋回流6cの回転周波数fはCassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 による方法により求められ、fとfe との間にはfe =(D/De 2 fの関係が成り立つから、

Figure 0005170409
と表される。ここで、R=D/2(=図4に示す外半径3l)、Qはパイプ2に供給される液体6の流量、ρは液体6の密度、ε=re /R(ただし、re =De /2)、δ=h/R(hは図4に示す溝深さ3nと等しい)、κ=Nv Δθ/2π(ただし、Nv は翼3bの枚数、Δθ(rad.)は溝3dの角度(溝角))、θf は図5に示す勾配3tと等しく、α0 、α1 は定数でα0 =0.4、α1 =1である。 Although the details are omitted, the rotational frequency f of the swirling flow 6c generated by the blade 3b of the turbine blade type nozzle 3 is according to Cassidy et. Al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970. obtained by the method, since the relationship of f e = (D / D e ) 2 f is between f and f e is satisfied,
Figure 0005170409
It is expressed. Here, R = D / 2 (= outer radius 3l shown in FIG. 4), Q is the flow rate of the liquid 6 supplied to the pipe 2, ρ is the density of the liquid 6, and ε = r e / R (where r e = D e / 2), δ = h / R (h is equal to the groove depth 3n shown in FIG. 4), κ = N v Δθ / 2π (where N v is the number of blades 3b, Δθ (rad.)) Is the angle of the groove 3d (groove angle)), θ f is equal to the gradient 3t shown in FIG. 5, α 0 and α 1 are constants, and α 0 = 0.4 and α 1 = 1.

渦崩壊用ノズル4の縮流部4aにおけるサーキュレーション数Γe

Figure 0005170409
である。ただし、ue は渦崩壊用ノズル4の出口における流速、ωe は渦崩壊部4bの断面における旋回流6cの回転角周波数である。この(2)式に(1)式のfe を代入すると、Γe
Figure 0005170409
と求められる(Cassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 を参照。)
。 The circulation number Γ e in the constricted flow part 4a of the vortex breaking nozzle 4 is
Figure 0005170409
It is. Where u e is the flow velocity at the outlet of the vortex breaking nozzle 4 and ω e is the rotational angular frequency of the swirling flow 6c in the cross section of the vortex breaking portion 4b. Substituting f e in equation (1) into this equation (2), Γ e becomes
Figure 0005170409
(See Cassidy et. Al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970)
.

図8に、ε=1.5/4.0であるときの渦崩壊前のサーキュレーション数Γe のθf に対する変化をδを0.4/2、0.9/2と変えて求めた結果を示す。ただし、図8におけるΓcrは臨界サーキュレーション数でΓcr=2.0である(本旋回流型マイクロバブル発生装置ではΓcr≒2.0、より一般的な旋回流発生装置の場合の平均的な値はΓcr≒1/0.65(例えば、Spall et. al., Phys. Fluid, 30(11), pp.3434-3440, 1987)。図8に示すように、溝3dの深さ、すなわち溝深さ3n=hが大きくなるにしたがって、軸方向運動量に対する円周方向の運動量が相対的に小さくなり、結果として溝深さ3n=h、したがってδが大きいほどサーキュレーション数Γe は減少する。このため、溝深さ3n=hが大きくなると渦崩壊は起こりにくくなる。 In FIG. 8, the change of the circulation number Γ e before the vortex breakdown with respect to θ f when ε = 1.5 / 4.0 is obtained by changing δ to 0.4 / 2 and 0.9 / 2. Results are shown. However, Γ cr in FIG. 8 is the critical circulation number Γ cr = 2.0 (in this swirl type microbubble generator, Γ cr ≈2.0 , the average in the case of a more general swirl flow generator A typical value is Γ cr ≈ 1 / 0.65 (for example, Spall et. Al., Phys. Fluid, 30 (11), pp. 3434-3440, 1987), as shown in FIG. That is, as the groove depth 3n = h increases, the circumferential momentum relative to the axial momentum becomes relatively small. As a result, the greater the groove depth 3n = h, and thus δ, the greater the circulation number Γ e. Therefore, when the groove depth 3n = h is increased, vortex breakdown is less likely to occur.

溝深さ3n=hおよびθf を与えたとき、渦崩壊が発生するノズル半径の最小値、すなわち臨界ノズル半径εcr(臨界半径をrecr とするとεcr=recr /R)は、Γe =Γcrとおくことにより下記のように得られる。したがって、タービン翼型ノズル3および渦崩壊用ノズル4をε>εcrを満たすように設計することにより、渦崩壊用ノズル4で渦崩壊を起こさせることができる。

Figure 0005170409
When the groove depth 3n = h and θ f are given, the minimum value of the nozzle radius at which vortex breakdown occurs, that is, the critical nozzle radius ε crcr = recr / R where the critical radius is recr ) is Γ By setting e = Γ cr, it is obtained as follows . Therefore, by designing the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 so as to satisfy ε> ε cr , the vortex breakdown nozzle 4 can cause vortex breakdown.
Figure 0005170409

図9に、渦崩壊の閾値をΓcr=2.0としたときの渦崩壊用ノズル4のε=re /Rのδ=h/Rに対する変化を、θf を50度、60度、70度、80度、84度と変えて求めた結果を示す。ただし、κ=3/4とした。図9中の○、×はそれぞれ、θf =84度として実験を行ったときに渦崩壊が生じた場合、生じなかった場合を示す。詳細は省略するが、旋回流6cによる分級効果によって、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bで放出されるマイクロバブル6dの径dは

Figure 0005170409
と表される。ただし、νw は液体6の動粘性率である。この式においてΓe =O(1)であるから、νw が小さく、fe が大きいほど微細なマイクロバブル6dが生成されることが分かる。 FIG. 9 shows changes in ε = r e / R of vortex breakdown nozzle 4 with respect to δ = h / R when vortex breakdown threshold is Γ cr = 2.0, θ f is 50 degrees, 60 degrees, The results obtained by changing to 70 degrees, 80 degrees, and 84 degrees are shown. However, κ = 3/4. In FIG. 9, ◯ and × indicate the case where vortex breakdown occurred and did not occur when the experiment was conducted with θ f = 84 degrees, respectively. Although the details are omitted, the diameter d of the microbubble 6d discharged from the vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4 due to the classification effect by the swirling flow 6c is
Figure 0005170409
It is expressed. Where ν w is the kinematic viscosity of the liquid 6. Since Γ e = O (1) in this equation, it can be seen that the smaller the ν w and the larger the fe , the finer microbubbles 6d are generated.

パイプ2に液体6を供給するために用いるポンプのパワーを一定としたとき、fe

Figure 0005170409
となる。したがって、fe を大きくすることでマイクロバブル6dを生成するには高揚程ポンプ(Rが小さい)が有利である。 When the power of the pump used to supply the liquid 6 to the pipe 2 is constant, fe is
Figure 0005170409
It becomes. Therefore, a high head pump (R is small) is advantageous for generating microbubbles 6d by increasing fe .

給気装置5は、旋回流型マイクロバブル発生装置1に気体5lを供給する装置であり、タービン翼型ノズル3の給気孔3eに連結され、噴射孔3fから気柱6bを放出する。圧力検出器4cおよび圧力検出器4dは渦崩壊部4b内の圧力を検出する器具であり、圧力検出器4cは縮流部4aに連接する側に設けられ、圧力検出器4dは出口側に設けられている。これらの圧力検出器4cおよび圧力検出器4dにより圧力差を検知し、気体5lの供給量を自動的に調節する。   The air supply device 5 is a device that supplies gas 5l to the swirling flow type microbubble generator 1, and is connected to the air supply holes 3e of the turbine blade type nozzle 3, and discharges the air column 6b from the injection holes 3f. The pressure detector 4c and the pressure detector 4d are instruments for detecting the pressure in the vortex breakdown part 4b. The pressure detector 4c is provided on the side connected to the contracted part 4a, and the pressure detector 4d is provided on the outlet side. It has been. The pressure detector 4c and the pressure detector 4d detect the pressure difference and automatically adjust the supply amount of the gas 5l.

給気装置5は、シリンダ5aおよびピストン5bなどの部材から構成される。この給気装置5とタービン翼型ノズル3および渦崩壊用ノズル4との接続は、給気孔3eと通気孔5f、圧力検出器4cと高圧力部5j、圧力検出器4dと低圧力部5kとを繋ぐことで行う。シリンダ5aは給気装置5の外枠であり、内部に中空部分を有するほぼ円柱状の形状である。なお、シリンダ5aのサイズの一例を挙げると、長さ約7.0cm、直径約2.6cmであるが、これに限定されるものではない。   The air supply device 5 includes members such as a cylinder 5a and a piston 5b. The connection between the air supply device 5 and the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 includes an air supply hole 3e and a vent hole 5f, a pressure detector 4c and a high pressure part 5j, and a pressure detector 4d and a low pressure part 5k. This is done by connecting The cylinder 5a is an outer frame of the air supply device 5, and has a substantially cylindrical shape having a hollow portion inside. An example of the size of the cylinder 5a is about 7.0 cm in length and about 2.6 cm in diameter, but is not limited to this.

シリンダ5aの先頭側には、シリンダ5aの側面を貫通する通気孔5fがあり、この通気孔5fの一端は、給気管5iにより給気孔3eに接続され、他端は、開放することで気体5lを取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
また、シリンダ5a内の中空部分は、ピストン5bおよびダイアフラム5mにより高圧力部5jと低圧力部5kとに分けられる。先頭側の高圧力部5jは、圧力検出器4cで検知した圧力となり、背後側の低圧力部5kは、圧力検出器4dで検知した圧力となる。
なお、高圧力部5jおよび低圧力部5kには、それぞれ空気孔5gおよび空気孔5hが設けられる。空気孔5gおよび空気孔5hは、通常は閉じておくが、開放することにより内部の空気を抜くことができる。
A vent hole 5f penetrating the side surface of the cylinder 5a is provided on the leading side of the cylinder 5a. One end of the vent hole 5f is connected to the air supply hole 3e by an air supply pipe 5i, and the other end is opened to release gas 5l. If a special gas is used, connect a cylinder.
The hollow part in the cylinder 5a is divided into a high pressure part 5j and a low pressure part 5k by the piston 5b and the diaphragm 5m. The high pressure portion 5j on the leading side is the pressure detected by the pressure detector 4c, and the low pressure portion 5k on the back side is the pressure detected by the pressure detector 4d.
The high pressure part 5j and the low pressure part 5k are provided with an air hole 5g and an air hole 5h, respectively. The air holes 5g and the air holes 5h are normally closed, but the internal air can be extracted by opening them.

ピストン5bは、シリンダ5aの内部を往復移動する部材であり、可動部5c、バネ5dおよびストッパー5eなどからなる。ピストン5bが移動することにより、給気孔3eへ供給する気体5lの量を調節する。可動部5cは、シリンダ5a内を前後に動く部分であり、給気孔3eの開閉を行う杭状の前半部と、シリンダ5a内の高圧力部5jと低圧力部5kとを仕切る円柱状の後半部とからなる。可動部5cが最も前に移動した場合は、先端が通気孔5fを突き抜けて気体5lが通らないように塞いでしまい、可動部5cが最も後に移動した場合は、先端が通気孔5fから離れて気体5lを通す。   The piston 5b is a member that reciprocates inside the cylinder 5a, and includes a movable portion 5c, a spring 5d, a stopper 5e, and the like. By moving the piston 5b, the amount of the gas 5l supplied to the air supply hole 3e is adjusted. The movable portion 5c is a portion that moves back and forth in the cylinder 5a, and a columnar rear half that partitions the pile-shaped front half that opens and closes the air supply hole 3e, and the high-pressure portion 5j and the low-pressure portion 5k in the cylinder 5a. It consists of parts. When the movable part 5c moves most forward, the tip penetrates through the vent hole 5f and blocks the gas 5l. When the movable part 5c moves most recently, the tip moves away from the vent hole 5f. Pass 5 liters of gas.

バネ5dは、伸び縮みすることで可動部5cの移動を制御するもので、高圧力部5jと低圧力部5kとの圧力差と連動して可動部5cの位置を調整する。高圧力部5jの圧力が増せばバネ5dが縮んで可動部5cを後方に移動させ、低圧力部5kの圧力が増せばバネ5dが伸びて可動部5cを前方に移動させる。
ストッパー5eは、ピストン5bの端をシリンダ5aの後背部に固定することで、ピストン5bを支えている部材である。ストッパー5eで押さえることで、ピストン5bがシリンダ5a内で安定し、バネ5dの伸縮も有効に働き、可動部5cを移動させることができる。
可動部5cとストッパー5eとはバネ5dにより接続されるが、バネ5dの内側で可動部5cとストッパー5eとをスライド構造にすることにより、バネ5dの部分の安定性を保つとともに、可動範囲を制御する。
The spring 5d controls the movement of the movable part 5c by expanding and contracting, and adjusts the position of the movable part 5c in conjunction with the pressure difference between the high pressure part 5j and the low pressure part 5k. If the pressure of the high pressure part 5j increases, the spring 5d contracts to move the movable part 5c backward, and if the pressure of the low pressure part 5k increases, the spring 5d extends to move the movable part 5c forward.
The stopper 5e is a member that supports the piston 5b by fixing the end of the piston 5b to the rear portion of the cylinder 5a. By pressing with the stopper 5e, the piston 5b is stabilized in the cylinder 5a, the expansion and contraction of the spring 5d works effectively, and the movable part 5c can be moved.
The movable part 5c and the stopper 5e are connected by a spring 5d. By making the movable part 5c and the stopper 5e slide inside the spring 5d, the stability of the part of the spring 5d is maintained and the movable range is increased. Control.

給気装置5は、高圧力部5jと低圧力部5kとの圧力差を利用してピストン5bを移動させることにより、気体5lの供給を制御する。高圧力部5jおよび低圧力部5kは、圧力検出器4cおよび圧力検出器4dと管5n、5oで接続され、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの圧力を反映させる。具体的には、圧力検出器4cと圧力検出器4dとの間の部分の渦崩壊部4bで渦崩壊が発生しているときは、圧力検出器4cと圧力検出器4dとの圧力差が増大し、高圧力部5jと低圧力部5kとの圧力差がバネ5dの反力よりも大きくなると、ピストン5bが右に移動して通気孔5fが開く。   The air supply device 5 controls the supply of the gas 5l by moving the piston 5b using the pressure difference between the high pressure portion 5j and the low pressure portion 5k. The high pressure part 5j and the low pressure part 5k are connected to the pressure detector 4c and the pressure detector 4d by pipes 5n and 5o, and reflect the pressure of the vortex breaking part 4b of the vortex breaking nozzle 4. Specifically, when vortex breakdown occurs in the vortex breakdown portion 4b between the pressure detector 4c and the pressure detector 4d, the pressure difference between the pressure detector 4c and the pressure detector 4d increases. When the pressure difference between the high pressure portion 5j and the low pressure portion 5k becomes larger than the reaction force of the spring 5d, the piston 5b moves to the right and the vent hole 5f is opened.

なお、圧力検出器4cと圧力検出器4dとの間の部分の渦崩壊部4bで渦崩壊が発生しない場合は、給気孔3eへの給気量が多く、圧力検出器4cと圧力検出器4dとの圧力差が小さい場合であり、給気量を制御するために、高圧力部5jと低圧力部5kとの圧力が均衡した際のピストン5bの位置を、通気孔5fが閉まる位置にしておく。   When vortex breakdown does not occur in the vortex breakdown portion 4b between the pressure detector 4c and the pressure detector 4d, the amount of air supplied to the air supply hole 3e is large, and the pressure detector 4c and the pressure detector 4d. In order to control the air supply amount, the position of the piston 5b when the pressures of the high pressure portion 5j and the low pressure portion 5k are balanced is set to a position where the vent hole 5f is closed. deep.

図10AおよびBは渦崩壊用ノズル4での渦崩壊を示す図であり、渦崩壊ありの場合(図10A)の渦崩壊用ノズル4および渦崩壊なしの場合(図10B)の渦崩壊用ノズル4の状態を示したものであ。図10Aに示すように、渦崩壊ありの場合には、縮流部4aから来た気柱6bは、渦崩壊部4bの中間付近で渦崩壊し、マイクロバブル6dとなって出て行くため、渦崩壊部4bの出口における圧力は、渦崩壊部4bの入口における圧力よりも小さくなる。
圧力検出器4cにより渦崩壊部4bの入口の圧力を検出し、圧力検出器4dにより渦崩壊部4bの出口の圧力を検出して、渦崩壊部4b内に圧力差があれば、正常に渦崩壊が起きており、このまま給気を行う。
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing vortex breakdown in the vortex breakdown nozzle 4. The vortex breakdown nozzle 4 with vortex breakdown (FIG. 10A) and the vortex breakdown nozzle with no vortex breakdown (FIG. 10B). The state of 4 is shown. As shown in FIG. 10A, in the case of vortex breakdown, the air column 6b coming from the contracted flow part 4a vortex collapses near the middle of the vortex collapse part 4b and exits as a microbubble 6d. The pressure at the outlet of the vortex breakdown part 4b is smaller than the pressure at the inlet of the vortex breakdown part 4b.
If the pressure detector 4c detects the pressure at the inlet of the vortex collapse part 4b and the pressure detector 4d detects the pressure at the outlet of the vortex breakdown part 4b, There is a collapse, and the air is supplied as it is.

渦崩壊なしの場合(図10B)には、縮流部4aから来た気柱6bは、渦崩壊部4b内では渦崩壊せず、マイクロバブル6dとならないため、渦崩壊部4bの出口における圧力は、渦崩壊部4bの入口における圧力とほとんど変わらない。このとき、圧力検出器4cにより渦崩壊部4bの入口の圧力を検出し、圧力検出器4dにより渦崩壊部4bの出口の圧力を検出して、渦崩壊部4b内に圧力差がなければ、給気を抑制し、渦崩壊が起きるように調整する。
このように、給気量が適正でなければ、気柱6bは渦崩壊せずマイクロバブル6dが得られないので、この第1の実施形態では、渦崩壊しているかどうかを渦崩壊部4bの圧力差によって確認し、さらに上述のようにこの圧力差を利用して自動的に給気量を調整することができる。
In the case of no vortex breakdown (FIG. 10B), the air column 6b coming from the contracted flow part 4a does not collapse in the vortex collapse part 4b and does not become the microbubble 6d, so the pressure at the outlet of the vortex collapse part 4b Is almost the same as the pressure at the inlet of the vortex breakdown part 4b. At this time, the pressure detector 4c detects the pressure at the inlet of the vortex collapse portion 4b, the pressure detector 4d detects the pressure at the outlet of the vortex collapse portion 4b, and if there is no pressure difference in the vortex collapse portion 4b, Suppress the air supply and adjust so that vortex collapse occurs.
Thus, if the air supply amount is not appropriate, the air column 6b does not collapse vortex and the microbubble 6d cannot be obtained. Therefore, in the first embodiment, whether or not the vortex collapse is detected. It can be confirmed by the pressure difference, and the air supply amount can be automatically adjusted using the pressure difference as described above.

次に、気体5lの給気量(気体流量)Qa とマイクロバブル6dの径dとの関係について説明する。
渦崩壊用ノズル4の前面に張り付いた気柱6bが受ける剪断によって発生する気泡径を Hinzeスケール(圧力による分断作用と表面張力とが釣り合った平衡状態における径dH )に従って算定すると図11に示すようになる。詳細は省略するが、マイクロバブル6dが HinzeスケールdH まで微粒化されるときの気体5lの給気量Qa

Figure 0005170409
で与えられる。ここで、d0 は次の式 (8) 〜(10)から算定される。
Figure 0005170409
Figure 0005170409
Figure 0005170409
ただし、
Figure 0005170409
である。ここで、γは気体5lと液体6との界面張力係数である。 Then, the supply amount of the gas 5l the relationship between the diameter d of the (gas flow) Q a microbubble 6d will be described.
When the bubble diameter generated by the shear applied to the air column 6b attached to the front surface of the vortex breaking nozzle 4 is calculated according to the Hinze scale (diameter d H in an equilibrium state where the dividing action by pressure and the surface tension are balanced), FIG. As shown. Although details are omitted, the supply amount Q a of the gas 5 l when the microbubble 6 d is atomized to the Hinze scale d H is
Figure 0005170409
Given in. Here, d 0 is calculated from the following equations (8) to (10).
Figure 0005170409
Figure 0005170409
Figure 0005170409
However,
Figure 0005170409
It is. Here, γ is an interfacial tension coefficient between the gas 5 l and the liquid 6.

図12、図13および図14は、Γe がそれぞれ=2、3および4のときの給気量Qa を示す。
Hinzeスケールのマイクロバブル6dを生成するときの給気量Qa と液体6の流量Qw との比は次式で表される。

Figure 0005170409
FIGS. 12, 13 and 14 show the air supply amount Q a when Γ e = 2, 3 and 4, respectively.
The ratio between the flow rate Q w of the supply quantity Q a liquid 6 when generating Hinze scale microbubbles 6d is expressed by the following equation.
Figure 0005170409

図15、図16および図17は、Γe がそれぞれ2、3および4のときの給気量Qa と液体6の流量Qw との比をプロットしたものである。図15、図16および図17より、fe >100Hzおよびre <2cmの範囲内では、Qa /Qw はfe およびre にあまり依存しない。このときのQa /Qw を漸近的に計算すると次式のようになる。

Figure 0005170409
この式はΓe 〜2.5の実験における値Qa /Qw 〜0.005により検証されている(山田ら、流体力学会年会2005、AM05−24−002)。 15, 16 and 17 are plots of the ratio between the air supply amount Q a and the flow rate Q w of the liquid 6 when Γ e is 2, 3 and 4, respectively. 15, from FIG. 16 and FIG. 17, within the range of f e> 100 Hz and r e <2cm, Q a / Q w is less dependent on f e and r e. When Q a / Q w at this time is calculated asymptotically, the following equation is obtained.
Figure 0005170409
This equation is verified by the value Q a / Q w ˜0.005 in the experiment of Γ e ˜2.5 (Yamada et al., Annual Meeting of Fluid Dynamics Society 2005, AM05-24-002).

渦崩壊用ノズル4の出口のエッジでは旋回流6cの剥がれによって音が発生するが、この音は、例えば、このエッジに微細な繊維(例えば、綿状のもの)を貼ったり、渦崩壊用ノズル4の縮流部4aの入り口にその直径方向に針金(例えば、数mm径のもの)を張り渡して上流の気柱6bを乱したりすることで消音することが可能である。
タービン翼型ノズル3の具体例について説明する。図18は、タービン翼型ノズル3の具体例1〜3を示し、タービン翼型ノズル3の形状を示す。翼3bの枚数を6枚とし、翼3bを等間隔に配置することから翼間隔3gは60度となり、翼角3hを15度とすること、勾配3sを84度とすることは具体例1〜3で共通する。
At the edge of the outlet of the vortex breaking nozzle 4, a sound is generated due to the peeling of the swirling flow 6 c, and this sound is, for example, pasted with fine fibers (for example, cotton-like) on the edge, or the vortex breaking nozzle It is possible to mute by spreading a wire (for example, having a diameter of several millimeters) in the diameter direction at the entrance of the four contracted portions 4a and disturbing the upstream air column 6b.
A specific example of the turbine blade type nozzle 3 will be described. FIG. 18 shows specific examples 1 to 3 of the turbine blade type nozzle 3 and shows the shape of the turbine blade type nozzle 3. Since the number of blades 3b is 6, and the blades 3b are arranged at equal intervals, the blade interval 3g is 60 degrees, the blade angle 3h is 15 degrees, and the gradient 3s is 84 degrees. 3 is common.

具体例1は、半球状部3cの外半径3lを0.85cm、翼長3kを2.03cm、溝深さ3nを0.3cmにした場合である。ノズル長3iは、翼長3kと外半径3lとの合計であることから2.88cmであり、内半径3mは、外半径3lより溝深さ3nの分小さいことから0.55cmとなる。本体3aの円周は、外半径3lが0.85cmであることから5.34cmとなるので、翼幅は、翼角3hが15度であることから0.22cmとなり、溝幅は、翼間隔3gが60度であることから0.89cmとなる。翼3bの円周角は、67.4×(−0.0369+0.780/(2.11−位置))の式で表現することができる。なお、位置は翼端からの距離であり、0から翼長3kの範囲の値である。例えば、位置が0の場合、翼3bの円周角は0度となり、位置が翼長3kの場合、翼3bの円周角は63.2度となる。   Specific example 1 is a case where the outer radius 3l of the hemispherical portion 3c is 0.85 cm, the blade length 3k is 2.03 cm, and the groove depth 3n is 0.3 cm. The nozzle length 3i is 2.88 cm because it is the sum of the blade length 3k and the outer radius 3l, and the inner radius 3m is 0.55 cm because it is smaller than the outer radius 3l by the groove depth 3n. Since the circumference of the main body 3a is 5.34 cm because the outer radius 3l is 0.85 cm, the blade width is 0.22 cm because the blade angle 3h is 15 degrees, and the groove width is the blade spacing. Since 3 g is 60 degrees, it is 0.89 cm. The circumferential angle of the wing 3b can be expressed by the formula 67.4 × (−0.0369 + 0.780 / (2.11-position)). The position is the distance from the blade tip, and is a value in the range from 0 to the blade length 3k. For example, when the position is 0, the circumferential angle of the blade 3b is 0 degree, and when the position is the blade length 3k, the circumferential angle of the blade 3b is 63.2 degrees.

具体例2は、半球状部3cの外半径3lを1.6cm、翼長3kを3.82cm、溝深さ3nを0.5cmにした場合である。ノズル長3iは、翼長3kと外半径3lとの合計であることから5.42cmであり、内半径3mは、外半径3lより溝深さ3nの分小さいことから1.1cmとなる。本体3aの円周は、外半径3lが1.6cmであることから10.05cmとなるので、翼幅は、翼角3hが15度であることから0.42cmとなり、溝幅は、翼間隔3gが60度であることから1.68cmとなる。翼3bの円周角は、35.8×(−0.0695+0.276/(3.98−位置))の式で表現することができる。なお、位置は翼端からの距離であり、0から翼長3kの範囲の値である。例えば、位置が0の場合、翼3bの円周角は0度となり、位置が翼長3kの場合、翼3bの円周角は59.3度となる。   Specific example 2 is a case where the outer radius 3l of the hemispherical portion 3c is 1.6 cm, the blade length 3k is 3.82 cm, and the groove depth 3n is 0.5 cm. The nozzle length 3i is 5.42 cm because it is the sum of the blade length 3k and the outer radius 3l, and the inner radius 3m is 1.1 cm because it is smaller than the outer radius 3l by the groove depth 3n. The circumference of the main body 3a is 10.05 cm because the outer radius 3l is 1.6 cm, so the blade width is 0.42 cm because the blade angle 3h is 15 degrees, and the groove width is the blade spacing. Since 3 g is 60 degrees, it is 1.68 cm. The circumferential angle of the blade 3b can be expressed by an expression of 35.8 × (−0.0695 + 0.276 / (3.98−position)). The position is the distance from the blade tip, and is a value in the range from 0 to the blade length 3k. For example, when the position is 0, the circumferential angle of the blade 3b is 0 degrees, and when the position is the blade length 3k, the circumferential angle of the blade 3b is 59.3 degrees.

具体例3は、半球状部3cの外半径3lを2.1cm、翼長3kを5.00cm、溝深さ3nを0.5cmにした場合である。ノズル長3iは、翼長3kと外半径3lとの合計であることから7.10cmであり、内半径3mは、外半径3lより溝深さ3nの分小さいことから1.6cmとなる。本体3aの円周は、外半径3lが2.1cmであることから13.19cmとなるので、翼幅は、翼角3hが15度であることから0.55cmとなり、溝幅は、翼間隔3gが60度であることから2.20cmとなる。翼3bの円周角は、27.3×(−0.0912+0.476/(5.22−位置))の式で表すことができる。なお、位置は翼端からの距離であり、0から翼長3kの範囲の値である。例えば、位置が0の場合、翼3bの円周角は−3.3度となり、位置が翼長3kの場合、翼3bの円周角は56.6度となる。   Example 3 is a case where the outer radius 3l of the hemispherical portion 3c is 2.1 cm, the blade length 3k is 5.00 cm, and the groove depth 3n is 0.5 cm. The nozzle length 3i is 7.10 cm because it is the sum of the blade length 3k and the outer radius 3l, and the inner radius 3m is 1.6 cm because it is smaller than the outer radius 3l by the groove depth 3n. Since the circumference of the main body 3a is 13.19 cm because the outer radius 3l is 2.1 cm, the blade width is 0.55 cm because the blade angle 3h is 15 degrees, and the groove width is the blade spacing. Since 3 g is 60 degrees, it is 2.20 cm. The circumferential angle of the wing 3b can be expressed by an expression of 27.3 × (−0.0912 + 0.476 / (5.22−position)). The position is the distance from the blade tip, and is a value in the range from 0 to the blade length 3k. For example, when the position is 0, the circumferential angle of the blade 3b is −3.3 degrees, and when the position is the blade length 3k, the circumferential angle of the blade 3b is 56.6 degrees.

図19A、BおよびCは、タービン翼型ノズル3の形状、渦崩壊用ノズル4の形状およびタービン翼型ノズル3から渦崩壊用ノズル4までの間隔の具体例4〜6を示す。タービン翼型ノズル3については、具体例4では具体例1と同様、具体例5では具体例2と同様、具体例6では具体例3と同様である。
具体例4(図19A)は、タービン翼型ノズル3の外半径3lが約0.85cmの場合であり、タービン翼型ノズル3のノズル長は2.88cmである。タービン翼型ノズル3はパイプ2にぴったり収まることから、パイプ2の内径も約0.85cmとなり、渦崩壊用ノズル4の入口側の径も同様に約0.85cmとなる。タービン翼型ノズル3から渦崩壊用ノズル4までの間である渦流部2bの長さを約1.7cmとし、渦崩壊用ノズル4の長さを約2.6cmとすると、タービン翼型ノズル3、渦流部2bおよび渦崩壊用ノズル4の全体の長さは約7.18cmとなる。なお、渦崩壊用ノズル4の形状は、縮流部4aにおける角度4eを20度、出口側の内径4fを0.5cmとすると、入口側の径が0.85cmであることから、渦崩壊部4bなどの長さが定まる。
19A, 19B and 19C show specific examples 4 to 6 of the shape of the turbine blade type nozzle 3, the shape of the vortex breaking nozzle 4, and the distance from the turbine blade type nozzle 3 to the vortex breaking nozzle 4. FIG. Regarding the turbine blade type nozzle 3, the specific example 4 is the same as the specific example 1, the specific example 5 is the same as the specific example 2, and the specific example 6 is the same as the specific example 3.
Specific example 4 (FIG. 19A) is a case where the outer radius 3l of the turbine blade type nozzle 3 is about 0.85 cm, and the nozzle length of the turbine blade type nozzle 3 is 2.88 cm. Since the turbine blade type nozzle 3 fits in the pipe 2, the inner diameter of the pipe 2 is about 0.85 cm, and the diameter on the inlet side of the vortex breaking nozzle 4 is also about 0.85 cm. When the length of the vortex section 2b between the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 is about 1.7 cm and the length of the vortex breaking nozzle 4 is about 2.6 cm, the turbine blade type nozzle 3 The total length of the vortex section 2b and the vortex breakdown nozzle 4 is about 7.18 cm. The shape of the vortex breaking nozzle 4 is such that if the angle 4e in the contracted flow portion 4a is 20 degrees and the inner diameter 4f on the outlet side is 0.5 cm, the inlet side diameter is 0.85 cm. The length such as 4b is determined.

具体例5(図19B)は、タービン翼型ノズル3の外半径3lが約1.6cmの場合であり、タービン翼型ノズル3のノズル長は5.42cmである。タービン翼型ノズル3はパイプ2にぴったり収まることから、パイプ2の内径も約1.6cmとなり、渦崩壊用ノズル4の入口側の径も同様に約1.6cmとなる。タービン翼型ノズル3から渦崩壊用ノズル4までの間である渦流部2bの長さを約3.2cmとし、渦崩壊用ノズル4の長さを約5.0cmとすると、タービン翼型ノズル3、渦流部2bおよび渦崩壊用ノズル4の全体の長さは約13.62cmとなる。なお、渦崩壊用ノズル4の形状は、縮流部4aにおける角度4eを20度、出口側の内径4fを1.0cmとすると、入口側の径が約1.6cmであることから、渦崩壊部4bなどの長さが定まる。   Specific example 5 (FIG. 19B) is a case where the outer radius 3l of the turbine blade type nozzle 3 is about 1.6 cm, and the nozzle length of the turbine blade type nozzle 3 is 5.42 cm. Since the turbine blade type nozzle 3 fits in the pipe 2, the inner diameter of the pipe 2 is about 1.6 cm, and the diameter on the inlet side of the vortex breaking nozzle 4 is also about 1.6 cm. When the length of the vortex flow part 2b between the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 is about 3.2 cm and the length of the vortex breaking nozzle 4 is about 5.0 cm, the turbine blade type nozzle 3 The total length of the vortex section 2b and the vortex breakdown nozzle 4 is about 13.62 cm. The shape of the vortex breaking nozzle 4 is that if the angle 4e in the contracted flow part 4a is 20 degrees and the inner diameter 4f on the outlet side is 1.0 cm, the diameter on the inlet side is about 1.6 cm. The length of the part 4b and the like is determined.

具体例6(図19C)は、タービン翼型ノズル3の外半径3lが約2.1cmの場合であり、タービン翼型ノズル3のノズル長は7.10cmである。タービン翼型ノズル3はパイプ2にぴったり収まることから、パイプ2の内径も約2.1cmとなり、渦崩壊用ノズル4の入口側の径も同様に約2.1cmとなる。タービン翼型ノズル3から渦崩壊用ノズル4までの間である渦流部2bの長さを約4.2cmとし、渦崩壊用ノズル4の長さを約7.0cmとすると、タービン翼型ノズル3、渦流部2bおよび渦崩壊用ノズル4の全体の長さは約18.3cmとなる。なお、渦崩壊用ノズル4の形状は、縮流部4aにおける角度4eを20度、出口側の内径4fを1.5cmとすると、入口側の径が約2.1cmであることから、渦崩壊部4bなどの長さが定まる。
具体例4〜6におけるパイプ2の寸法は、マイクロバブル6dを発生させるのに好ましい数値の例であり、パイプ2の大きさに応じて、タービン翼型ノズル3および渦崩壊用ノズル4の大きさも調整する必要がある。
Example 6 (FIG. 19C) is a case where the outer radius 3l of the turbine blade type nozzle 3 is about 2.1 cm, and the nozzle length of the turbine blade type nozzle 3 is 7.10 cm. Since the turbine blade type nozzle 3 fits in the pipe 2, the inner diameter of the pipe 2 is about 2.1 cm, and the diameter on the inlet side of the vortex breaking nozzle 4 is also about 2.1 cm. When the length of the vortex section 2b between the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 is about 4.2 cm and the length of the vortex breakdown nozzle 4 is about 7.0 cm, the turbine blade nozzle 3 The overall length of the vortex section 2b and the vortex breakdown nozzle 4 is about 18.3 cm. The shape of the vortex breaking nozzle 4 is that if the angle 4e in the contracted flow part 4a is 20 degrees and the inner diameter 4f on the outlet side is 1.5 cm, the diameter on the inlet side is about 2.1 cm. The length of the part 4b and the like is determined.
The dimensions of the pipe 2 in the specific examples 4 to 6 are examples of preferable numerical values for generating the microbubbles 6d, and the sizes of the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 are also determined according to the size of the pipe 2. It needs to be adjusted.

以上のように、この第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置1では、その構成要素であるタービン翼型ノズル3および渦崩壊用ノズル4が直線的に配列しているため、装置の小型化および大型化とも可能であり、現有設備に容易に直結することができる。また、タービン翼型ノズル3の給気孔3eへの気体5lの給気を給気装置5により行っているため、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bにおける圧力変動に応じて給気量を自動的に調節することができ、渦崩壊を安定的に起こさせてマイクロバブル6dを発生させることができる。また、マイクロバブル6dの発生メカニズムが明瞭なため、パイプ2への液体6の供給に用いるポンプの性能に応じてマイクロバブル発生装置1の設計を容易に行うことができる。   As described above, in the swirling flow type microbubble generator 1 according to the first example, the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 which are constituent elements thereof are linearly arranged. Can be easily and directly connected to existing facilities. Further, since the gas supply device 5 supplies the gas 5 l to the air supply hole 3 e of the turbine blade nozzle 3, the air supply amount is automatically adjusted according to the pressure fluctuation in the vortex breaking portion 4 b of the vortex breaking nozzle 4. The microbubbles 6d can be generated with stable vortex breakdown. Moreover, since the generation mechanism of the microbubble 6d is clear, the microbubble generator 1 can be easily designed according to the performance of the pump used to supply the liquid 6 to the pipe 2.

次に、第2の例による旋回流型マイクロバブル発生装置について説明する。
図20に示すように、この旋回流型マイクロバブル発生装置1においては、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの先端にテーパー部4hを設けて、出口をテーパー状に広げたことを特徴とする。すなわち、第1の例によるマイクロバブル発生装置1の渦崩壊用ノズル4では、渦崩壊部4bの先端である出口の角度4iが0度であるのに対し、この第2の例によるマイクロバブル発生装置1の渦崩壊用ノズル4では、渦崩壊部4bの出口の角度(テーパー角)4iを十分に大きくしたテーパー部4hを設けている。この角度4iは、具体的には、例えば60度または80度程度にするが、これに限定されるものではない。
Next, a swirling flow type microbubble generator according to a second example will be described.
As shown in FIG. 20, the swirling flow type microbubble generator 1 is characterized in that a tapered portion 4h is provided at the tip of the vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4 and the outlet is widened in a tapered shape. To do. That is, in the vortex breaking nozzle 4 of the microbubble generating device 1 according to the first example, the exit angle 4i that is the tip of the vortex breaking portion 4b is 0 degree, whereas the microbubble generation according to the second example is generated. The vortex breaking nozzle 4 of the apparatus 1 is provided with a tapered portion 4h having a sufficiently large exit angle (taper angle) 4i of the vortex breaking portion 4b. Specifically, the angle 4i is, for example, about 60 degrees or 80 degrees, but is not limited thereto.

第1の例の渦崩壊用ノズル4の場合は、渦流部2bで旋回流6cの中心付近に生じた気柱6bが、縮流部4aで流速が増され、渦崩壊部4bで細かく潰されることにより、マイクロバブル6dが発生するのに対して、この第2の例の渦崩壊用ノズル4の場合は、気柱6bは渦崩壊部4bを通過し、テーパー部4hにおいて、コアンダ効果により気泡となって張り付く。テーパー部4hに張り付いた気泡は、渦流部2bから続く旋回流6cにより剪断または破砕され、マイクロバブル6dが発生する。このようにテーパー部4hに張り付くことにより、気泡が剪断を受ける時間が長くなり、気泡の微粒化が促進される。
なお、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置いたときに、置いた物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質のことで、旋回流6cが渦崩壊部4bからテーパー部4hに入ってテーパー状に広がることで気柱6bも広がり、気泡がテーパー部4hに張り付く。
In the case of the vortex breaking nozzle 4 of the first example, the air column 6b generated in the vicinity of the center of the swirl flow 6c in the vortex flow portion 2b is increased in flow velocity by the contraction flow portion 4a and finely crushed by the vortex breakup portion 4b. As a result, in the case of the vortex breaking nozzle 4 of the second example, the air column 6b passes through the vortex breaking portion 4b and bubbles are generated in the tapered portion 4h by the Coanda effect. It sticks. The bubbles stuck to the taper portion 4h are sheared or crushed by the swirling flow 6c that continues from the vortex portion 2b, and microbubbles 6d are generated. By sticking to the taper portion 4h in this way, the time during which the bubbles are subjected to shearing becomes longer, and the atomization of the bubbles is promoted.
The Coanda effect is a fluid property that changes the flow direction along the placed object when the object is placed in the flow. The swirling flow 6c enters the tapered portion 4h from the vortex collapse portion 4b. The air column 6b also spreads by spreading in a tapered shape, and bubbles stick to the tapered portion 4h.

この第2の例の渦崩壊用ノズル4の寸法は、縮流部4aの入口の内径(=パイプ2の内径2d)、縮流部4aの角度4eおよび渦崩壊部4bの内径4fは、第1の例の渦崩壊用ノズル4と同様であるが、円筒状の渦崩壊部4bの長さ4gについては、内径4fと同程度である。
図21A、BおよびCは、渦崩壊部4bの形状を変えた場合の旋回流型マイクロバブル発生装置1のマイクロバブル6dの発生状況を比較した図である。
The dimensions of the vortex breaking nozzle 4 of the second example are as follows: the inner diameter of the inlet of the contracted flow part 4a (= the inner diameter 2d of the pipe 2), the angle 4e of the contracted flow part 4a, and the inner diameter 4f of the vortex breaking part 4b. Although it is the same as that of the vortex breaking nozzle 4 of the example 1, the length 4 g of the cylindrical vortex breaking portion 4 b is approximately the same as the inner diameter 4 f.
21A, 21B, and 21C are diagrams comparing the generation states of the microbubbles 6d of the swirling flow type microbubble generating device 1 when the shape of the vortex breaking portion 4b is changed.

図21Aに示すように、第1の例の渦崩壊用ノズル4の場合、パイプ2の渦流部2bから縮流部4aに流れてきた気柱6bは、渦崩壊部4bにおいて渦崩壊してマイクロバブル6dが発生するが、直線状の狭い範囲にしか広がらない。
図21Bに示す渦崩壊用ノズル4は、渦崩壊部4bの全体をテーパー部とした場合であるが、このテーパー部において発生したマイクロバブル6dは、図21Aの場合に比べて僅かに範囲が広がる程度である。
図21Cに示す渦崩壊用ノズル4の場合、テーパー部4hに張り付いた気泡を剪断または破砕することによりマイクロバブル6dが発生するので、マイクロバブル6dはテーパー状に非常に広い範囲に広がる。
As shown in FIG. 21A, in the case of the vortex breaking nozzle 4 of the first example, the air column 6b that has flowed from the vortex portion 2b of the pipe 2 to the contracted portion 4a The bubble 6d is generated, but it spreads only in a narrow linear range.
The vortex breaking nozzle 4 shown in FIG. 21B is a case where the entire vortex breaking portion 4b is a tapered portion, but the range of microbubbles 6d generated in the tapered portion is slightly wider than in the case of FIG. 21A. Degree.
In the case of the vortex breaking nozzle 4 shown in FIG. 21C, microbubbles 6d are generated by shearing or crushing the bubbles stuck to the taper portion 4h, so that the microbubbles 6d are spread in a very wide range in a tapered shape.

図22AおよびBは二種類の渦崩壊の様子を示す。いずれも渦崩壊用ノズル4の出口のテーパー部4hの急拡部の存在により渦は不安定となり渦崩壊が生じるが、図22Aに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの最小断面で流れが超臨界(supercritical)となり擾乱が上流に伝播できないのに対し、図22Bに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル4の全領域で亜臨界(subcritical)となり擾乱は上流に伝播する。   22A and 22B show two types of vortex breakdown. In any case, the vortex is unstable and vortex collapse occurs due to the presence of the sudden expansion portion of the tapered portion 4h at the exit of the vortex breakup nozzle 4, but in the vortex collapse shown in FIG. In the minimum cross section, the flow becomes supercritical and the disturbance cannot propagate upstream, whereas in the vortex breakdown shown in FIG. .

この第2の例によれば、第1の例と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの先端にテーパー部4hが設けられていることにより、旋回流6cはこのテーパー部4hに張り付く。このため、マイクロバブル6dの発生効率の向上を図ることができるとともに、テーパー部4hの角度4iの選定によりマイクロバブル6dの噴き出し方向の制御を容易に行うことができる。   According to the second example, in addition to the same advantages as the first example, the following advantages can be obtained. That is, since the tapered portion 4h is provided at the tip of the vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4, the swirl flow 6c sticks to the tapered portion 4h. For this reason, the generation efficiency of the microbubbles 6d can be improved, and the ejection direction of the microbubbles 6d can be easily controlled by selecting the angle 4i of the tapered portion 4h.

次に、第3の例による旋回流型マイクロバブル発生装置1について説明する。
図23に示すように、この旋回流型マイクロバブル発生装置1は、第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置1と比べて、タービン翼型ノズル3および渦崩壊用ノズル4と給気装置5との接続方法が異なる。具体的には、この旋回流型マイクロバブル発生装置1においては、給気装置5の通気孔5fとタービン翼型ノズル3の給気孔3eとを、給気装置5の高圧力部5jと渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの入口側の圧力検出器4cとを接続し、給気装置5の低圧力部5kと渦崩壊用ノズル4の外側に設けた圧力検出器4dとを接続して給気を自動化したことを特徴とする。圧力検出器4cは、渦崩壊用ノズル4において内部を通過する気柱6bの圧力を検出し、圧力検出器4dは、パイプ2の外部でマイクロバブル6dの圧力を検出する。
なお、給気装置5の通気孔5fの一端とタービン翼型ノズル3の給気孔3eとを給気管5iで繋ぐことは第1の例と同様である。また、通気孔5fの他端は開放して気体51を取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
Next, the swirl type microbubble generator 1 according to the third example will be described.
As shown in FIG. 23, this swirling flow type microbubble generator 1 has a turbine blade type nozzle 3, a vortex breakdown nozzle 4, and an air supply device, as compared with the swirling flow type microbubble generating device 1 according to the first example. The connection method with 5 is different. Specifically, in the swirling flow type microbubble generator 1, the air hole 5f of the air supply device 5 and the air supply hole 3e of the turbine blade type nozzle 3 are connected to the high pressure portion 5j of the air supply device 5 and the vortex collapse. The pressure detector 4c on the inlet side of the vortex breaking portion 4b of the nozzle 4 for use is connected, and the low pressure portion 5k of the air supply device 5 and the pressure detector 4d provided outside the vortex breaking nozzle 4 are connected. It is characterized by automated air supply. The pressure detector 4 c detects the pressure of the air column 6 b passing through the inside of the vortex breaking nozzle 4, and the pressure detector 4 d detects the pressure of the microbubble 6 d outside the pipe 2.
Note that the one end of the air hole 5f of the air supply device 5 and the air supply hole 3e of the turbine blade type nozzle 3 are connected by the air supply pipe 5i as in the first example. The other end of the vent hole 5f is opened to take in the gas 51, but a cylinder or the like is connected when a special gas is used.

次に、第4の例による旋回流型マイクロバブル発生装置1について説明する。
図24に示すように、この旋回流型マイクロバブル発生装置1は、第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置1と比べて、タービン翼型ノズル3および渦崩壊用ノズル4と給気装置5との接続方法が異なる。具体的には、この旋回流型マイクロバブル発生装置1においては、給気装置5の高圧力部5jは、渦崩壊用ノズル4の出口周辺の静水圧に開放した圧力検出器4dに接続し、給気装置5の低圧力部5kは、タービン翼型ノズル3の給気孔3eに設けた圧力検出器4cと接続して給気を自動化したことを特徴とする。圧力検出器4cは、タービン翼型ノズル3において発生する気柱6bの圧力を検出し、圧力検出器4dは、パイプ2の外部でマイクロバブル6dの圧力を検出する。この旋回流型マイクロバブル発生装置1の接続方法は、渦崩壊用ノズル4に圧力検出器を設置する必要がなく簡便である。
Next, a swirl type microbubble generator 1 according to a fourth example will be described.
As shown in FIG. 24, this swirling flow type microbubble generator 1 has a turbine blade type nozzle 3, a vortex breakdown nozzle 4, and an air supply device, as compared with the swirling flow type microbubble generating device 1 according to the first example. The connection method with 5 is different. Specifically, in this swirling flow type microbubble generator 1, the high pressure part 5j of the air supply device 5 is connected to a pressure detector 4d opened to the hydrostatic pressure around the outlet of the vortex breaking nozzle 4, The low pressure part 5k of the air supply device 5 is connected to a pressure detector 4c provided in the air supply hole 3e of the turbine blade type nozzle 3 to automate the supply of air. The pressure detector 4 c detects the pressure of the air column 6 b generated in the turbine blade type nozzle 3, and the pressure detector 4 d detects the pressure of the microbubble 6 d outside the pipe 2. The connection method of the swirl type microbubble generator 1 is simple because it is not necessary to install a pressure detector in the vortex breakdown nozzle 4.

圧力検出器4cで検出した内部の気柱6bの圧力と圧力検出器4dで検出した外部のマイクロバブル6bの圧力との圧力差が大きいときは、マイクロバブル6bが効率よく発生している状態であり、圧力差が小さいときは、空気量が多過ぎてマイクロバブル6dの発生が少ない状態である。
内部の気柱6bの圧力と外部のマイクロバブル6bの圧力との圧力差が大きい場合は、給気装置5のピストン5bを右に移動させて通気孔5fを開放し、給気孔3eに気体51を供給する。
逆に、内部の気柱6bの圧力と外部のマイクロバブル6dの圧力との圧力差が小さい場合は、給気装置5のピストン5bを左に移動させて通気孔5fを塞いでいき、給気孔3eに供給する気体5lの量を抑制する。
When the pressure difference between the pressure of the internal air column 6b detected by the pressure detector 4c and the pressure of the external microbubble 6b detected by the pressure detector 4d is large, the microbubble 6b is generated efficiently. When the pressure difference is small, the amount of air is too large and the generation of microbubbles 6d is small.
When the pressure difference between the pressure of the internal air column 6b and the pressure of the external microbubble 6b is large, the piston 5b of the air supply device 5 is moved to the right to open the vent hole 5f, and the gas 51 is supplied to the air supply hole 3e. Supply.
On the contrary, when the pressure difference between the pressure of the internal air column 6b and the pressure of the external microbubble 6d is small, the piston 5b of the air supply device 5 is moved to the left to close the vent hole 5f. The amount of gas 5l supplied to 3e is suppressed.

次に、第5の例による旋回流型マイクロバブル発生装置1について説明する。
図25に示すように、この旋回流型マイクロバブル発生装置1は、パイプ2を入口2aの内径2dを細くした拡大管11に替えたことが第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置1と異なる。拡大管11は、入口2a側の細管部11aの内径11dが小さく、タービン翼型ノズル3および渦崩壊用ノズル4のある太管部11cの内径11eが大きい形状を有する。
Next, a swirl type microbubble generator 1 according to a fifth example will be described.
As shown in FIG. 25, in this swirling flow type microbubble generator 1, the swirling flow type microbubble generating device 1 according to the first example is that the pipe 2 is replaced with an expansion tube 11 in which the inner diameter 2 d of the inlet 2 a is narrowed. And different. The enlarged tube 11 has a shape in which the inner diameter 11d of the narrow tube portion 11a on the inlet 2a side is small and the inner diameter 11e of the thick tube portion 11c where the turbine blade nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 are located is large.

細管部11aから太管部11cに至る拡大部11bについては、図25に示す二つの点線の円のように、円弧状に滑らかに内径が拡大していき、拡大部11bの後部は、タービン翼型ノズル3の半球状部3cに沿う形となっている。拡大部11bを滑らかに広げることにより、拡大管11に液体6が流れる際に、流水断面積が急増加しないので、タービン翼型ノズル3で液体流6aを拡大管11の軸方向から円周方向fに効果的に変換することができる。
この旋回流型マイクロバブル発生装置1においては、送水ポンプなどの送液ポンプなどから拡大管11の入口2aに供給された直線的な液体流6aが効率的に螺旋状の旋回流6cに変換され、また、タービン翼型ノズル3による縮流の影響も小さくなり、エネルギー損失が減少する。
この第5の例によれば、第1の例と同様な利点に加えて、マイクロバブル6dの発生効率の向上を図ることができるという利点を得ることができる。
As for the enlarged portion 11b extending from the thin tube portion 11a to the thick tube portion 11c, the inner diameter smoothly increases in an arc shape like two dotted circles shown in FIG. 25, and the rear portion of the enlarged portion 11b is a turbine blade. The shape is along the hemispherical portion 3 c of the mold nozzle 3. By smoothly expanding the enlarged portion 11b, the flowing water cross-sectional area does not increase rapidly when the liquid 6 flows through the enlarged tube 11, so that the turbine blade type nozzle 3 moves the liquid flow 6a from the axial direction of the enlarged tube 11 to the circumferential direction. can be effectively converted to f.
In the swirling flow type microbubble generator 1, the linear liquid flow 6a supplied to the inlet 2a of the expansion tube 11 from a liquid feed pump such as a water feed pump is efficiently converted into a spiral swirl flow 6c. Moreover, the influence of the contraction flow by the turbine blade type nozzle 3 is reduced, and the energy loss is reduced.
According to the fifth example, in addition to the same advantages as the first example, it is possible to obtain the advantage that the generation efficiency of the microbubbles 6d can be improved.

次に、第7の例による旋回流型マイクロバブル発生装置について説明する。
図26および図27はそれぞれ、旋回流型マイクロバブル発生装置1のマイクロバブル6dの発生状況を確認するために計測した音波のスペクトルおよび画像のスペクトルを示す。これは、渦崩壊が生じるときに発生する音(vortex whistle) を測定することで、旋回流6cの回転周波数を予測することができることを示したものである。
Next, a swirl type microbubble generator according to a seventh example will be described.
FIG. 26 and FIG. 27 show the spectrum of the sound wave and the spectrum of the image measured in order to confirm the generation state of the microbubble 6d of the swirling flow type microbubble generator 1, respectively. This shows that the rotational frequency of the swirling flow 6c can be predicted by measuring the sound (vortex whistle) generated when vortex breakdown occurs.

図26に示す音波のスペクトルは、液中を伝搬する音を受信することができるハイドロホーンにより旋回流6cが発する音の振動数を測定したグラフであり、図27に示す画像のスペクトルは、高速ビデオ映像により旋回流6cの回転周波数を測定したグラフである。ただし、タービン翼型ノズル3のノズル径3jは4cm、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの内径4fは1cm、液体6として用いた水の流量は700cc/sである。   The sound wave spectrum shown in FIG. 26 is a graph obtained by measuring the frequency of the sound generated by the swirling flow 6c by a hydrohorn capable of receiving sound propagating in the liquid. The spectrum of the image shown in FIG. It is the graph which measured the rotational frequency of the swirl flow 6c by the video image | video. However, the nozzle diameter 3j of the turbine blade type nozzle 3 is 4 cm, the inner diameter 4f of the vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4 is 1 cm, and the flow rate of water used as the liquid 6 is 700 cc / s.

図26および図27に示すように、音波のスペクトルにおける振動数と画像のスペクトルにおける周波数とは、ともに約460Hzにおいてパワースペクトルの値に特徴が見られる。また、図26に示す音波のスペクトルにおいて、約460Hzの右隣の520Hz付近に現れるピークがマイクロバブル6dの発生状況を示している。なお、パワースペクトルとは、振動する量の二乗平均値を振動数成分の分布として表したものである。   As shown in FIGS. 26 and 27, both the frequency in the sound wave spectrum and the frequency in the image spectrum are characterized by the value of the power spectrum at about 460 Hz. In the sound wave spectrum shown in FIG. 26, a peak appearing in the vicinity of 520 Hz on the right side of about 460 Hz indicates the generation state of the microbubble 6d. The power spectrum represents the mean square value of the vibration amount as a distribution of frequency components.

この第6の例によれば、マイクロバブル6dが効率良く発生しているかどうかを直接マイクロバブル6dの映像を観ることなく、水中音を測定することで確認することができるため、第1〜第5の例のように渦崩壊用ノズル4の圧力を検出するのではなく、給気孔3eへの気体5lの給気量を音波の計測のみで調整することが可能となる。また、液体6が不透明である場合にも、マイクロバブル6dの発生状況を容易に把握することができる。   According to the sixth example, whether or not the microbubbles 6d are generated efficiently can be confirmed by measuring the underwater sound without directly viewing the image of the microbubbles 6d. Instead of detecting the pressure of the vortex breakdown nozzle 4 as in the example of 5, it is possible to adjust the amount of gas 5l supplied to the air supply hole 3e only by measuring sound waves. Further, even when the liquid 6 is opaque, it is possible to easily grasp the generation state of the microbubbles 6d.

次に、第7の例による旋回流型マイクロバブル発生装置について説明する。
この旋回流型マイクロバブル発生装置1においては、渦崩壊用ノズル4の出口のエッジを滑らかにすることを特徴とする。
図28Aは渦崩壊用ノズル4、図28Bはこの渦崩壊用ノズル4の出口のエッジ4kの拡大図である。
Next, a swirl type microbubble generator according to a seventh example will be described.
The swirling flow type microbubble generator 1 is characterized in that the edge of the outlet of the vortex breaking nozzle 4 is smoothed.
28A is an enlarged view of the vortex breaking nozzle 4 and FIG. 28B is an enlarged view of the edge 4k at the outlet of the vortex breaking nozzle 4. FIG.

渦崩壊用ノズル4の出口のエッジ4kを滑らかにすることにより、気柱6bが渦崩壊用ノズル4の前面に張り付き(コアンダ効果)、その旋回流6cによる剪断で気柱6bが破砕され、マイクロバブル6dが発生する。また、マイクロバブル6dは渦崩壊用ノズル4の前面の広い範囲に分散する。気柱6bが渦崩壊用ノズル4の前面に張り付くには、旋回流6cによる遠心力が主流方向の遠心力より大きくなる必要がある。このため、エッジ4kの曲率半径をρe とすると、
ρe 〜(ue /ve 2 e =Γe -2e (14)
以上とする必要がある。ただし、ve は渦崩壊用ノズル4の出口における旋回流6cの周方向速度である。すなわち、
ρe ≧Γe -2e (15)
とする。
渦崩壊用ノズル4の管状の渦崩壊部4bとテーパー部4hの前面とのなす角度θ0 は、渦崩壊用ノズル4の出口からのマイクロバブル6dの噴き出し方向を決定する。
By smoothing the edge 4k at the outlet of the vortex breaking nozzle 4, the air column 6b sticks to the front surface of the vortex breaking nozzle 4 (Coanda effect), and the air column 6b is crushed by shearing by the swirling flow 6c, Bubble 6d is generated. Further, the microbubbles 6d are dispersed in a wide range on the front surface of the vortex breaking nozzle 4. In order for the air column 6b to stick to the front surface of the vortex breaking nozzle 4, the centrifugal force generated by the swirling flow 6c needs to be larger than the centrifugal force in the main flow direction. Therefore, when the curvature radius of the edge 4k and [rho e,
ρ e ~ (u e / v e) 2 r e = Γ e -2 r e (14)
It is necessary to do it above. Where v e is the circumferential velocity of the swirling flow 6 c at the outlet of the vortex breaking nozzle 4. That is,
ρ e ≧ Γ e -2 r e (15)
And
The angle θ 0 formed by the tubular vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4 and the front surface of the tapered portion 4h determines the direction in which the microbubbles 6d are ejected from the outlet of the vortex breaking nozzle 4.

図29は超臨界渦崩壊の場合を示し、Γe 〜Γcrである。また、図30は亜臨界渦崩壊の場合を示し、Γe >Γcrである。
図31A、BおよびCはそれぞれ、θ0 〜100度、θ0 〜90度、θ0 〜45度の場合であり、いずれの例でも渦崩壊用ノズル4の出口のエッジ4kの曲率により旋回流6cが渦崩壊用ノズル4の前面に付着し、この前面の接線方向に流れる。
FIG. 29 shows the case of supercritical vortex breakdown, which is Γ e to Γ cr . FIG. 30 shows the case of subcritical vortex breakdown, where Γ e > Γ cr .
FIGS. 31A, 31B, and 31C are the cases of θ 0 to 100 degrees, θ 0 to 90 degrees, and θ 0 to 45 degrees, respectively, and in any example, the swirl flow is caused by the curvature of the edge 4k at the exit of the vortex breaking nozzle 4 6c adheres to the front surface of the vortex breaking nozzle 4 and flows in the tangential direction of the front surface.

以上の旋回流型マイクロバブル発生装置1を基礎としてこの発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置について説明する。この旋回流型マイクロバブル発生装置においては、旋回流型マイクロバブル発生装置1と同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図32A、BおよびCは、この一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置における圧力遮断用ノズルの三つの設置形態を示す。
A swirl type microbubble generator according to an embodiment of the present invention will be described based on the above swirl type microbubble generator 1. In this swirling flow type microbubble generating device, the same or corresponding parts as those of the swirling flow type microbubble generating device 1 are denoted by the same reference numerals.
32A, B, and C show three installation forms of the pressure blocking nozzle in the swirling flow type microbubble generator according to this embodiment.

図32Aに示す設置形態(タイプA)においては、旋回流型マイクロバブル発生装置1の渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの下流側の端面P1側に、この渦崩壊用ノズル4と同軸に、かつ渦崩壊部4bと対向して圧力遮断用ノズル21が設置される。この場合、渦崩壊用ノズル4の外形は円柱形状を有する。圧力遮断用ノズル21の外形も円柱形状を有し、渦崩壊部4bの外周の直径と同じ直径を有する。渦崩壊部4bは円柱形状の、マイクロバブル6dの噴出口Qを有する。渦崩壊部4bの下流側の端面P1と圧力遮断用ノズル21の上流側の端面P2との間には間隙22が形成されている。この間隙22の間隔は渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21の中心軸から放射方向に直線的に徐々に増加している。圧力遮断用ノズル21のうちの噴出口Qと対向する部分は、この噴出口Qから出てくる旋回流の中心部の低圧部をこの圧力遮断用ノズル21の下流側と遮断するように構成されている。言い換えると、この場合、圧力遮断用ノズル21のうちの噴出口Qと対向する部分には貫通孔が設けられていない。また、この圧力遮断用ノズル21のうちの噴出口Qと対向する部分は渦崩壊部4b、より詳細には噴出口Qに貫入していない。この場合、渦崩壊部4bの噴出口Qから気液混相流(例えば、水と空気などの混相流)が噴出され、エッジ4kおよびテーパー部4hでマイクロバブルが生成され、間隙22を通って外部(水などの液体)にマイクロバブルが放出される。   In the installation form (type A) shown in FIG. 32A, coaxially with the vortex breakdown nozzle 4 on the downstream end face P1 side of the vortex breakdown portion 4b of the swirl flow type microbubble generator 1. In addition, a pressure blocking nozzle 21 is installed facing the vortex breaking part 4b. In this case, the outer shape of the vortex breaking nozzle 4 has a cylindrical shape. The outer shape of the pressure blocking nozzle 21 is also cylindrical, and has the same diameter as the diameter of the outer periphery of the vortex collapse portion 4b. The vortex breaking portion 4b has a cylindrical shape and a jet port Q of the microbubble 6d. A gap 22 is formed between the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking portion 4b and the end face P2 on the upstream side of the pressure blocking nozzle 21. The interval of the gap 22 gradually increases linearly from the central axis of the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21 in the radial direction. The portion of the pressure blocking nozzle 21 that faces the jet port Q is configured to block the low pressure portion at the center of the swirling flow coming out of the jet port Q from the downstream side of the pressure blocking nozzle 21. ing. In other words, in this case, a through hole is not provided in the portion of the pressure blocking nozzle 21 that faces the ejection port Q. Further, the portion of the pressure blocking nozzle 21 that faces the ejection port Q does not penetrate into the vortex collapse portion 4b, more specifically, the ejection port Q. In this case, a gas-liquid mixed phase flow (for example, a mixed phase flow such as water and air) is ejected from the jet outlet Q of the vortex breaking portion 4b, microbubbles are generated at the edge 4k and the tapered portion 4h, and the outside through the gap 22 Microbubbles are released into (liquid such as water).

図32Bに示す設置形態(タイプB)においては、旋回流型マイクロバブル発生装置1の渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの下流側の端面P1側に、この渦崩壊用ノズル4と同軸に、かつ渦崩壊部4bと対向して圧力遮断用ノズル21が設置される。これらの渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21はパイプ2の内部に収容されている。この場合、渦崩壊用ノズル4の外形は円柱形状を有する。圧力遮断用ノズル21の外形も円柱形状を有し、渦崩壊部4bの外周の直径と同じ直径を有する。渦崩壊部4bは円柱形状の、マイクロバブル6dの噴出口Qを有する。渦崩壊部4bの下流側の端面P1と圧力遮断用ノズル21の上流側の端面P2との間には間隙22が形成されている。この間隙22の間隔は渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21の中心軸から放射方向に直線的に徐々に増加している。圧力遮断用ノズル21の外周面にはこの圧力遮断用ノズル21の中心軸に平行な複数の溝21aが、典型的には円周方向に等間隔に設けられており、圧力遮断用ノズル21の外形の直径はパイプ2の内径と等しい。溝21aの深さをd、溝21aの長さをhとしたとき、これらの溝21aのアスペクト比h/d>1である。圧力遮断用ノズル21のうちの噴出口Qと対向する部分は、この噴出口Qから出てくる旋回流の中心部の低圧部をこの圧力遮断用ノズル21の下流側と遮断するように構成されている。言い換えると、この場合、圧力遮断用ノズル21のうちの噴出口Qと対向する部分には貫通孔が設けられていない。また、この圧力遮断用ノズル21のうちの噴出口Qと対向する部分は渦崩壊部4b、より詳細には噴出口Qに貫入していない。この場合、渦崩壊部4bの噴出口Qから気液混相流(例えば、水と空気などの混相流)が噴出され、エッジ4kおよびテーパー部4hでマイクロバブルが生成され、間隙22を通り、さらにパイプ2と圧力遮断用ノズル21の外周面に形成された溝21aとの間の空間を通って外部(空中または管路)にマイクロバブルが放出される。
圧力遮断用ノズル21の外周面に溝21aを形成する代わりに、この圧力遮断用ノズル21の内部の外周面に近接する部分に、この圧力遮断用ノズル21の中心軸に平行な複数の孔21bを、典型的には円周方向に等間隔に設けてもよい。この場合、孔21bの内径をd、孔21bの長さをhとしたとき、これらの孔21bのアスペクト比h/d>1である。
In the installation form (type B) shown in FIG. 32B, the swirl flow type microbubble generator 1 has a vortex breaking nozzle 4 on the downstream end face P1 side of the vortex breaking portion 4b and coaxial with the vortex breaking nozzle 4. In addition, a pressure blocking nozzle 21 is installed facing the vortex breaking part 4b. These vortex breaking nozzle 4 and pressure blocking nozzle 21 are accommodated in the pipe 2. In this case, the outer shape of the vortex breaking nozzle 4 has a cylindrical shape. The outer shape of the pressure blocking nozzle 21 is also cylindrical, and has the same diameter as the diameter of the outer periphery of the vortex collapse portion 4b. The vortex breaking portion 4b has a cylindrical shape and a jet port Q of the microbubble 6d. A gap 22 is formed between the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking portion 4b and the end face P2 on the upstream side of the pressure blocking nozzle 21. The interval of the gap 22 gradually increases linearly from the central axis of the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21 in the radial direction. A plurality of grooves 21 a parallel to the central axis of the pressure blocking nozzle 21 are typically provided at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the pressure blocking nozzle 21. The outer diameter is equal to the inner diameter of the pipe 2. When the depth of the groove 21a is d and the length of the groove 21a is h, the aspect ratio of these grooves 21a is h / d> 1. The portion of the pressure blocking nozzle 21 that faces the jet port Q is configured to block the low pressure portion at the center of the swirling flow coming out of the jet port Q from the downstream side of the pressure blocking nozzle 21. ing. In other words, in this case, a through hole is not provided in the portion of the pressure blocking nozzle 21 that faces the ejection port Q. Further, the portion of the pressure blocking nozzle 21 that faces the ejection port Q does not penetrate into the vortex collapse portion 4b, more specifically, the ejection port Q. In this case, a gas-liquid mixed phase flow (for example, a mixed phase flow of water and air) is ejected from the jet outlet Q of the vortex collapse portion 4b, microbubbles are generated at the edge 4k and the tapered portion 4h, pass through the gap 22, Microbubbles are discharged to the outside (in the air or a pipe) through the space between the pipe 2 and the groove 21 a formed on the outer peripheral surface of the pressure blocking nozzle 21.
Instead of forming the groove 21 a on the outer peripheral surface of the pressure blocking nozzle 21, a plurality of holes 21 b parallel to the central axis of the pressure blocking nozzle 21 are formed in a portion adjacent to the inner peripheral surface of the pressure blocking nozzle 21. May be provided at regular intervals in the circumferential direction. In this case, when the inner diameter of the hole 21b is d and the length of the hole 21b is h, the aspect ratio of these holes 21b is h / d> 1.

図32Cに示す設置形態(タイプC)においては、旋回流型マイクロバブル発生装置1の渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの下流側の端面P1側に、この渦崩壊用ノズル4と同軸に、かつ渦崩壊部4bと対向して圧力遮断用ノズル21が設置される。これらの渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21はパイプ2の内部に収容されている。この場合、渦崩壊用ノズル4の外形は円柱形状を有する。圧力遮断用ノズル21は上流から下流に向かってすぼまった形状を有し、上流側の部分は渦崩壊部4bの外周の直径と同じ直径を有する。渦崩壊部4bは円柱形状のマイクロバブル6dの噴出口Qを有する。渦崩壊部4bの下流側の端面P1と圧力遮断用ノズル21の上流側の端面P2との間には間隙22が形成されている。この間隙22の間隔は渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21の中心軸から放射方向に直線的に徐々に増加している。この圧力遮断用ノズル21の内部には、パイプ2の内壁に隣接する部分の間隙22とこの圧力遮断用ノズル21の下流側の端面P3との間を連通し、かつこの端面P3で互いに合流する複数の孔21bが設けられている。孔21bの内径をd、孔21bの長さをhとしたとき、これらの孔21bのアスペクト比h/d>1である。この場合、渦崩壊部4bの噴出口Qから気液混相流(例えば、水と空気などの混相流)が噴出され、エッジ4kおよびテーパー部4hでマイクロバブルが生成され、間隙22を通り、さらに圧力遮断用ノズル21の孔21bを通って外部(空中または水中(一般的には液体中))にマイクロバブルが放出される。   In the installation mode (type C) shown in FIG. 32C, the vortex breaking nozzle 4 is coaxial with the vortex breaking nozzle 4 on the downstream end face P1 side of the vortex breaking portion 4b of the swirling flow type microbubble generator 1. In addition, a pressure blocking nozzle 21 is installed facing the vortex breaking part 4b. These vortex breaking nozzle 4 and pressure blocking nozzle 21 are accommodated in the pipe 2. In this case, the outer shape of the vortex breaking nozzle 4 has a cylindrical shape. The pressure blocking nozzle 21 has a shape that swells from upstream to downstream, and the upstream portion has the same diameter as the outer periphery of the vortex collapse portion 4b. The vortex breaking part 4b has a spout Q of a cylindrical microbubble 6d. A gap 22 is formed between the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking portion 4b and the end face P2 on the upstream side of the pressure blocking nozzle 21. The interval of the gap 22 gradually increases linearly from the central axis of the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21 in the radial direction. The pressure blocking nozzle 21 communicates with a gap 22 adjacent to the inner wall of the pipe 2 and a downstream end surface P3 of the pressure blocking nozzle 21, and merges with each other at the end surface P3. A plurality of holes 21b are provided. When the inner diameter of the hole 21b is d and the length of the hole 21b is h, the aspect ratio of these holes 21b is h / d> 1. In this case, a gas-liquid mixed phase flow (for example, a mixed phase flow of water and air) is ejected from the jet outlet Q of the vortex collapse portion 4b, microbubbles are generated at the edge 4k and the tapered portion 4h, pass through the gap 22, Microbubbles are discharged to the outside (in the air or in water (generally in liquid)) through the hole 21b of the pressure blocking nozzle 21.

上述のタイプA〜Cによれば、次の(a)〜(c)の効果を得ることができる。
(a)音波の発生に伴う騒音を低減することができる。
音波の発生は、旋回流型マイクロバブル発生装置を民生品もしくは水質改善に使用する際の騒音問題を引き起こし、また、旋回流型マイクロバブル発生装置から発せられる音波は旋回周波数と装置内部に形成される気柱の固有周波数との2種類の周波数の振動が存在する。タイプA〜Cによれば、圧力遮断用ノズル21を渦崩壊用ノズル4の下流側に設置しているので、渦崩壊をスパイラル型からバブル型に遷移させることができる。バブル型の渦崩壊は気柱を伸縮させる外力が小さいため、気柱音が小さくなる。また、圧力遮断用ノズル21は渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1側に固定しているため、旋回流6cの乱れが小さくなり、上述の旋回音および気柱音が軽減される。
According to the above-described types A to C, the following effects (a) to (c) can be obtained.
(A) Noise accompanying generation of sound waves can be reduced.
The generation of sound waves causes noise problems when the swirling flow type microbubble generator is used for consumer goods or water quality improvement, and the sound waves generated from the swirling flow type microbubble generator are formed in the swirling frequency and inside the device. There are two types of vibrations, the natural frequency of the air column. According to the types A to C, the pressure blocking nozzle 21 is installed on the downstream side of the vortex breakdown nozzle 4, so that the vortex breakdown can be changed from the spiral type to the bubble type. The bubble-type vortex collapse has a small external force to expand and contract the air column, so the air column sound is reduced. Further, since the pressure blocking nozzle 21 is fixed to the downstream end face P1 side of the vortex breaking nozzle 4, the turbulence of the swirling flow 6c is reduced, and the above-described swirling sound and air column noise are reduced.

(b)水中放出時の放出流体の再吸い込みを防止することができる。
マイクロバブルによるフロックの泡沫浮上分離時に放出流体を再吸い込みすることでフロックが破壊され、液中に分散されることを阻止することができる。すなわち、タイプA〜Cによれば、圧力遮断用ノズル21により放出されたマイクロバブル水は再吸い込みされない。
(c)旋回流の中心における低圧部の生成による溶解気体の再気泡化を防止することができる。
旋回流型マイクロバブル発生装置では旋回流中心部の圧力が低下し、この気体圧力の低下は、生成気泡径の縮小と同時に、溶存気体が気体として析出することを意味する。タイプA〜Cによれば、圧力遮断用ノズル21の設置により縮流部を設けることで、渦崩壊部4bの噴出口Qにおける圧力を高くすることができる。
(B) It is possible to prevent re-suction of the released fluid when released in water.
It is possible to prevent the floc from being broken and dispersed in the liquid by re-inhaling the released fluid when the floc is floated and separated by microbubbles. That is, according to the types A to C, the microbubble water discharged by the pressure blocking nozzle 21 is not re-sucked.
(C) Re-foaming of the dissolved gas due to the generation of the low-pressure part at the center of the swirling flow can be prevented.
In the swirl type microbubble generator, the pressure at the center of the swirl flow decreases, and this decrease in gas pressure means that dissolved gas precipitates as a gas simultaneously with the reduction of the generated bubble diameter. According to the types A to C, the pressure at the jet outlet Q of the vortex collapse part 4b can be increased by providing the contracted part by installing the pressure blocking nozzle 21.

タイプB、Cによれば、次の(d)、(e)の効果を得ることもできる。
(d)空中に放出する場合の空気の吸い込みによる微細気泡の不生成を防止することができる。
これは、マイクロバブル入りの空中放射ウオータージェット用ノズルの実現に重要である。渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1が大気と接していると、中心部の負圧のために大気中の空気を吸い込み液膜シートが生成される。タイプB、Cによれば、渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1の流れの低圧部を圧力遮断用ノズル21で遮蔽することができ、また、圧力遮断用ノズル21の溝21aを渦崩壊用ノズル4の中心軸から半径方向に離れた位置に設けることにより、微細気泡の生成およびジェットの生成を行うことができる。
According to types B and C, the following effects (d) and (e) can be obtained.
(D) It is possible to prevent the generation of fine bubbles due to the suction of air when released into the air.
This is important for the realization of an air radiating water jet nozzle containing microbubbles. When the downstream end face P1 of the vortex breaking nozzle 4 is in contact with the atmosphere, the air in the atmosphere is sucked in due to the negative pressure at the center, and a liquid film sheet is generated. According to types B and C, the low pressure part of the flow on the downstream end face P1 of the vortex breaking nozzle 4 can be shielded by the pressure blocking nozzle 21 and the groove 21a of the pressure blocking nozzle 21 is vortex collapsed. By providing at a position away from the central axis of the nozzle 4 in the radial direction, fine bubbles and jets can be generated.

(e)管路途中に設置した場合の液体全体の旋回による気泡発生効率の低下を防止することができる。
渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1側にこの渦崩壊用ノズル4の外径程度の広さの空間しか取れない場合には、微細気泡の発生効率が低下するため工夫を必要とする。すなわち、旋回流型マイクロバブル発生装置を通過した流れが管路内の全体的な旋回流を励起し、旋回流型マイクロバブル発生装置による旋回流のエネルギーがこの旋回流の生成に使用される。また、旋回流型マイクロバブル発生装置の下流における渦の生成は、気泡を管路内に滞留させるとともに、微細気泡の合体を引き起こす。タイプB、Cによれば、圧力遮断用ノズル21により旋回流型マイクロバブル発生装置の下流における渦の発生および旋回流の生成を阻止することができる。
(E) It is possible to prevent a reduction in bubble generation efficiency due to swirling of the entire liquid when installed in the middle of a pipeline.
In the case where only a space as large as the outer diameter of the vortex breaking nozzle 4 can be formed on the downstream end face P1 side of the vortex breaking nozzle 4, the efficiency of generating fine bubbles is lowered, and thus a device is required. That is, the flow that has passed through the swirling flow type microbubble generator excites the entire swirling flow in the pipe, and the energy of the swirling flow generated by the swirling flow type microbubble generating device is used to generate this swirling flow. In addition, the generation of vortices downstream of the swirl type microbubble generator causes bubbles to stay in the pipe and causes coalescence of fine bubbles. According to types B and C, the pressure blocking nozzle 21 can prevent the generation of vortices and the generation of swirling flow downstream of the swirling flow type microbubble generator.

圧力遮断用ノズル21の形状について、図33AおよびBに示すものを例にとって改めて詳細に説明する。
この圧力遮断用ノズル21の形状は以下の条件1〜4を満たす。
<条件1>
圧力遮断用ノズル21の渦崩壊用ノズル4側の端面P2は、渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの端面P1の形状に依存し、図33Aに示す、渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21の中心軸に平行な方向の間隙22の間隔がこの中心軸から放射方向に(外向きに)直線的に徐々に増加している。
The shape of the pressure blocking nozzle 21 will be described in detail again with the example shown in FIGS. 33A and 33B as an example.
The shape of the pressure blocking nozzle 21 satisfies the following conditions 1 to 4.
<Condition 1>
The end face P2 on the vortex breaking nozzle 4 side of the pressure blocking nozzle 21 depends on the shape of the end face P1 of the vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4, and the vortex breaking nozzle 4 and pressure blocking nozzle shown in FIG. The interval of the gap 22 in the direction parallel to the central axis of the nozzle 21 gradually increases linearly (outward) from the central axis in the radial direction.

<条件2>
圧力遮断用ノズル21のうちの渦崩壊用ノズル4の噴出口Qに対向する部分には貫通孔を設けない。
<条件3>
圧力遮断用ノズル21の上流側の端面P2は渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4b、より詳細には噴出口Qに貫入しない。
<条件4>
圧力遮断用ノズル21の溝21aのアスペクト比h/d>1である。
<Condition 2>
A through hole is not provided in a portion of the pressure blocking nozzle 21 that faces the jet port Q of the vortex breaking nozzle 4.
<Condition 3>
The upstream end face P <b> 2 of the pressure blocking nozzle 21 does not penetrate into the vortex breaking portion 4 b of the vortex breaking nozzle 4, more specifically, the jet outlet Q.
<Condition 4>
The aspect ratio h / d> 1 of the groove 21a of the pressure blocking nozzle 21 is satisfied.

本発明者は、圧力遮断用ノズル21の上流側の端面P2の頂角θSU、ならびに、渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21の中心軸上における渦崩壊用ノズル4と圧力遮断用ノズル21との間隔t(図33AおよびB参照)を適切に選ぶことにより、気柱内圧力を極小にすること、言い換えれば吸い込み圧力を極大にすることが可能であることを見出した。具体的には、圧力遮断用ノズル21の端面P2の頂角θSU、および、間隔tの最適値はおよそ次式で与えられる。
θSU≦θVB、t≒De /4 (16)
ここで、θVBは渦崩壊用ノズル4の渦崩壊部4bの下流側の端面P1の頂角、De は噴出口Qの直径である。間隙22の間隔は渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21の中心軸から放射方向に増加するが、こうすることで、渦崩壊部4bの噴出口Qにおける流れ中の低圧位置が上流に移動して流れの吸出し効果が得られることが知られている(ディフューザーの原理)。
The inventor has determined that the apex angle θ SU of the upstream end face P 2 of the pressure blocking nozzle 21, and the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle on the central axis of the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21. It was found that the pressure in the air column can be minimized, in other words, the suction pressure can be maximized, by appropriately selecting the interval t (see FIGS. 33A and B) with respect to 21. Specifically, the optimum value of the apex angle θ SU of the end face P2 of the pressure blocking nozzle 21 and the interval t is approximately given by the following equation.
θ SU ≦ θ VB , t ≒ D e / 4 (16)
Here, the theta VB apex angle of the end face P1 of the downstream side of the vortex breakdown section 4b of the vortex breakdown nozzle 4, D e is the diameter of the spout Q. The gap 22 increases in the radial direction from the central axis of the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21, but this causes the low pressure position in the flow at the jet outlet Q of the vortex breaking portion 4 b to move upstream. It is known that the effect of sucking out the flow can be obtained (the principle of the diffuser).

本発明者の検討の結果、間隙21の開角Δθ≡θVB−θSUが10°〜20°のとき、気柱内圧力が最低となった。Δθが20°よりも大きいと、間隙21内の漸拡した流れは、剥離などが発生することにより不安定となり、逆に気柱内圧力の低下量が減少する。
図34は、渦崩壊用ノズル4と圧力遮断用ノズル21との間隔tと気柱内圧力(吸い込み圧力)、発生音圧およびノズル抵抗との定性的な関係を模式的に示したものである。
図34中のS1〜S4はそれぞれ図35A〜Dに対応する。図35Aに示すS1の状態では、渦崩壊用ノズル4と圧力遮断用ノズル21との間隔tが極めて小さく、流体が間隙22を通過する際の圧力欠損が旋回流による圧力増加よりも大きくなる。この間隔tは、後に詳細に説明するように、およそ

Figure 0005170409
となる。この場合には、上記の(a)〜(e)の効果を得ることができる。ただし、この場合には流れの抵抗が大きいため、高揚程ポンプを用いる必要がある。また、旋回流型マイクロバブル発生装置1からの給気は困難となる。このS1に示す状態では、渦崩壊部4bの噴出口Qにおいて気体の加圧が促進され、間隙22を通過するに伴って溶解気体の再気泡化が促進される。 As a result of the study by the present inventor, when the opening angle Δθ≡θ VB −θ SU of the gap 21 is 10 ° to 20 °, the pressure in the air column becomes the lowest. When Δθ is larger than 20 °, the gradually expanded flow in the gap 21 becomes unstable due to the occurrence of separation or the like, and conversely, the amount of decrease in the air column pressure decreases.
FIG. 34 schematically shows a qualitative relationship between the distance t between the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21 and the air column pressure (suction pressure), the generated sound pressure, and the nozzle resistance. .
S1 to S4 in FIG. 34 correspond to FIGS. 35A to 35D, respectively. In the state of S1 shown in FIG. 35A, the interval t between the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21 is extremely small, and the pressure deficit when the fluid passes through the gap 22 becomes larger than the pressure increase due to the swirling flow. As will be described in detail later, this interval t is approximately
Figure 0005170409
It becomes. In this case, the effects (a) to (e) can be obtained. However, in this case, since the flow resistance is large, it is necessary to use a high head pump. In addition, it is difficult to supply air from the swirl type microbubble generator 1. In the state shown in S <b> 1, the pressurization of the gas is promoted at the spout Q of the vortex breaking portion 4 b, and the re-bubbled dissolved gas is promoted as it passes through the gap 22.

図35Bに示すS2の状態では、流水抵抗および気柱内圧力が極小となり、発生音も小さい。旋回流型マイクロバブル発生装置1の出口で吸い込み流れが生じない条件として
t<De /4 (18)
が挙げられる。一方で、間隔tは間隙22の抵抗が旋回流型マイクロバブル発生装置1の抵抗に比べて無視することができるように、旋回流型マイクロバブル発生装置1の出口の最小断面積と同オーダー程度となっている。これは、πDe 2 /4≒t・πDe から分かる。この間隔tの最適値(気柱内圧力が最小となる位置)は
t≒De /4 (19)
である。この場合には、上記の(a)、(b)、(d)、(e)の効果を得ることができる。このS2の状態では気泡の圧壊が促進される。
In the state of S2 shown in FIG. 35B, the flowing water resistance and the air column pressure are minimized, and the generated sound is small. T < De / 4 (18) as a condition that no suction flow occurs at the outlet of the swirl type microbubble generator 1
Is mentioned. On the other hand, the interval t is of the same order as the minimum cross-sectional area of the outlet of the swirl type microbubble generator 1 so that the resistance of the gap 22 can be ignored compared to the resistance of the swirl type microbubble generator 1. It has become. This can be seen from πD e 2 / 4≈t · πD e . The optimum value of this interval t (the position where the pressure in the air column is minimum) is t≈D e / 4 (19)
It is. In this case, the effects (a), (b), (d), and (e) can be obtained. In the state of S2, bubble collapse is promoted.

図35Cに示すS3の状態では、気柱が圧力遮断用ノズル21に付着する。この場合、
e /2<t<De (20)
である。この場合、気柱内圧力は低下せず、微細気泡発生効率は低下する。この場合には、上記の(a)、(b)、(d)、(e)の効果を得ることができる。
In the state of S3 shown in FIG. 35C, the air column adheres to the pressure blocking nozzle 21. in this case,
De / 2 <t < De (20)
It is. In this case, the pressure in the air column does not decrease, and the microbubble generation efficiency decreases. In this case, the effects (a), (b), (d), and (e) can be obtained.

図 に示すS4の領域では、気柱は渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1に付着し、発生音は大きい。
t>2De (21)
この場合には、上記の(b)、(d)、(e)の効果を得ることができる。旋回流型マイクロバブル発生装置の発生音が問題とならない場合には、この配置で気泡の発生効率は低下しない。
In the region of S4 shown in the figure, the air column adheres to the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4, and the generated sound is large.
t> 2D e (21)
In this case, the effects (b), (d), and (e) described above can be obtained. When the sound generated by the swirling flow type microbubble generator does not matter, this arrangement does not reduce the bubble generation efficiency.

次に、圧力遮断用ノズル21の効果の検証を行った結果について説明する。
実験Iでは、圧力遮断用ノズル21の端面P2の頂角θSUおよび間隔tを変化させたときの気柱内圧力および発生音の音圧について、気柱内圧力がt≒De /4で極小値をとること、および、発生音が低減されることを示す。また、実験IIでは、間隔tを詳細に変え、確かに気柱内圧力が極小値を持つことを検証した。
Next, the result of verifying the effect of the pressure blocking nozzle 21 will be described.
In Experiment I, regarding the pressure in the air column and the sound pressure of the generated sound when the apex angle θ SU of the end face P2 of the pressure blocking nozzle 21 and the interval t are changed, the pressure in the air column is t≈D e / 4. It shows that the minimum value is taken and the generated sound is reduced. In Experiment II, the interval t was changed in detail, and it was verified that the air column pressure had a minimum value.

<実験I>
図36AおよびBは使用した実験装置の概略図を示す。実験は、以下の2種類の旋回流型マイクロバブル発生装置を使用して行った。
(1)翼3bの枚数が3枚で溝3dの深さが小さい高旋回流用のタービン翼型ノズル3と端面P1の頂角θVBがθVB=240°である渦崩壊用ノズル4とを有する旋回流型マイクロバブル発生装置を使用する。
(b)翼3bの枚数が5枚で溝3dの深さが大きい中間旋回流用のタービン翼型ノズル3と端面P1の頂角θVBがθVB=180°である渦崩壊用ノズル4とを有する旋回流型マイクロバブル発生装置を使用する。
<Experiment I>
36A and B show a schematic of the experimental apparatus used. The experiment was performed using the following two types of swirl type microbubble generators.
(1) A turbine blade type nozzle 3 for high swirl flow with three blades 3b and a small depth of the groove 3d and a vortex breaking nozzle 4 with an apex angle θ VB of the end face P1 of θ VB = 240 ° The swirl flow type microbubble generator having is used.
(B) A turbine blade type nozzle 3 for intermediate swirling flow with five blades 3b and a large depth of the groove 3d and a vortex breaking nozzle 4 with an apex angle θ VB of the end face P1 of θ VB = 180 °. The swirl flow type microbubble generator having is used.

(Ia)気柱内圧力(吸い込み圧)
まず、無給気にして気柱内圧力を計測した。(1)においてDe =5mm、水の流量Qw =5L/min、サーキュレーション数Γe =1.9のときの結果を図37に示す。図37に示すように、吸い込み圧は間隔tが1mmより小さいある値で極大となり、間隔tが増加すると減少する。(2)においてDe =6.5mm、水の流量Qw =10L/min、サーキュレーション数Γe =2.3のときの結果を図38に示す。図38に示すように、吸い込み圧は間隔tが1mm程度の値で極大となり、間隔tが増加すると一
旦減少するがその後増加し、ある値に漸近する。(1)、(2)のいずれの場合においても
Δθ≡θVB−θSU=10°〜20° (22)
のときに吸い込み圧が極大となる間隔tが存在することが分かる。
(Ia) Air column pressure (suction pressure)
First, the air column pressure was measured with no air supply. Shows D e = 5 mm in (1), the water flow rate Q w = 5L / min, the results when the circulation number gamma e = 1.9 in FIG. 37. As shown in FIG. 37, the suction pressure becomes maximum when the interval t is smaller than 1 mm, and decreases as the interval t increases. FIG. 38 shows the results when D e = 6.5 mm, water flow rate Q w = 10 L / min, and circulation number Γ e = 2.3 in (2). As shown in FIG. 38, the suction pressure becomes maximum when the interval t is about 1 mm. When the interval t increases, the suction pressure decreases once but then increases and gradually approaches a certain value. In either case (1) or (2), Δθ≡θ VB −θ SU = 10 ° to 20 ° (22)
It can be seen that there is an interval t at which the suction pressure is maximized.

(1b)音圧
圧力遮断用ノズル21を渦崩壊用ノズル4の下流側に設けることにより音圧を減少させることができることを示す。
旋回流型マイクロバブル発生装置からは主に2種類の音波が発せられる。図39に翼3bの枚数が5枚のタービン翼型ノズル3を用い、無給気としたときの旋回周波数および気柱の固有振動数と間隔tとの関係を示す。これらの旋回周波数および固有振動数は圧力遮断用ノズル21の位置および頂角θSUに差ほど依存しない。一方で、それぞれの音波について、そのエネルギーが間隔tによってどのように変化するかを図 に示す。間隔tが2mm以下のときの音波のエネルギーは間隔tが大きいときの値に比べて1/10程度となっていることが分かる。また、θSU=160°(Δθ=20°)の場合に音波の減衰が最も大きくなっている。さらに、間隔tが2mmのとき、気柱の振動から出る音波の遮蔽が顕著であることが分かる。この方法によって特に気柱音が低減されることが分かる。
(1b) Sound pressure It is shown that the sound pressure can be reduced by providing the pressure blocking nozzle 21 on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4.
Two types of sound waves are mainly emitted from the swirl type microbubble generator. FIG. 39 shows the relationship between the swirling frequency and the natural frequency of the air column and the interval t when the turbine blade type nozzle 3 having five blades 3b is used and no air is supplied. These swirl frequencies and natural frequencies do not depend on the position of the pressure blocking nozzle 21 and the apex angle θ SU as much as the difference. On the other hand, the figure shows how the energy of each sound wave changes with the interval t. It can be seen that the energy of the sound wave when the interval t is 2 mm or less is about 1/10 of the value when the interval t is large. Further, when θ SU = 160 ° (Δθ = 20 °), sound wave attenuation is the largest. Further, it can be seen that when the interval t is 2 mm, the shielding of the sound wave emitted from the vibration of the air column is significant. It can be seen that this method particularly reduces air column noise.

次に、間隔tを1mmに固定し、給気量Qa を変化させたときの音波のエネルギーを求めた結果について説明する。図42および図43に結果を示す。図42および図43より、吸い出し効果を持つ圧力遮断用ノズル21の方が音圧が小さいこと、および、給気量Qa を増加させても音圧を減衰する効果が維持されることが分かる。 Next, the result of obtaining the energy of the sound wave when the interval t is fixed to 1 mm and the air supply amount Q a is changed will be described. The results are shown in FIGS. 42 and 43, it can be seen that the pressure blocking nozzle 21 having the suction effect has a smaller sound pressure, and that the effect of attenuating the sound pressure is maintained even if the air supply amount Q a is increased. .

<実験II>
θVB=160°、De =8mmの渦崩壊用ノズル4およびθSU=140°、直径D=40mmの圧力遮断用ノズル21を用いて実験を行った。水の流量Qw は20L/min、給気量Qa は100cc/minである。
図44は気柱内圧力(吸い込み圧)、図45は間隔tによるポンプ流量の変化を示す。図44および図45より、間隔tがおよそ2mmのとき吸い込み圧は極大となり、同時にポンプ流量がt〜2De に比べて大きいことが分かる。ポンプ流量の増大は流体抵抗が減少したことを示す。
図46に、t=2.2mm(t≒De /4)およびt=15mm(t〜2De )における発生音のスペクトルを示す。図46より、間隔t、すなわち渦崩壊用ノズル4に対する圧力遮断用ノズル21の位置によって音波のスペクトルが大きく変化すること、t≒De /4のとき、吸い込み圧が極小値をとって音圧が低減することが分かる。この音圧の低減は、渦崩壊用ノズル4の下流側の気柱形状が変化したためである。
<Experiment II>
The experiment was performed using the vortex breaking nozzle 4 with θ VB = 160 ° and D e = 8 mm and the pressure blocking nozzle 21 with θ SU = 140 ° and diameter D = 40 mm. The flow rate Q w of water is 20L / min, Kyukiryou Q a is 100cc / min.
FIG. 44 shows the pressure in the air column (suction pressure), and FIG. 45 shows the change in the pump flow rate with the interval t. 44 and 45, it can be seen that when the interval t is about 2 mm, the suction pressure becomes maximum, and at the same time, the pump flow rate is larger than t˜2D e . An increase in pump flow indicates a decrease in fluid resistance.
Figure 46 shows the spectrum of t = 2.2mm (t ≒ D e / 4) and t = generated sound in 15mm (t~2D e). From FIG. 46, when the spectrum of the sound wave changes greatly depending on the interval t, that is, the position of the pressure cutoff nozzle 21 with respect to the vortex breaking nozzle 4, when t≈D e / 4, the suction pressure takes the minimum value and the sound pressure is obtained. Can be seen to decrease. The sound pressure is reduced because the shape of the air column on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4 has changed.

次に、空中放射、管路内、水中における旋回流型マイクロバブル発生装置における圧力遮断用ノズル21の使用形態を説明する。
まず、水中で上述のタイプA(図32A)を用いる場合について説明する。
渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1に十分な広がりを持ち、旋回流が放射方向に広がる場合には、圧力遮断用ノズル21に孔を設ける必要はない。このとき、流体は放射方向に流出する(図32A)。この場合、音波の音圧を小さくすることを目的として圧力遮断用ノズル21を設置する。また、音波は渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1から放射されるため、圧力遮断用ノズル21を音波を透過させない材料で製作するか、ある程度の厚みを持たせることが有効である。
Next, a usage form of the pressure blocking nozzle 21 in the swirling flow type microbubble generator in the air, in the pipeline, and in water will be described.
First, the case where the above-mentioned type A (FIG. 32A) is used in water is demonstrated.
When the downstream end face P1 of the vortex breaking nozzle 4 has a sufficient spread and the swirling flow spreads in the radial direction, it is not necessary to provide a hole in the pressure blocking nozzle 21. At this time, the fluid flows out in the radial direction (FIG. 32A). In this case, the pressure blocking nozzle 21 is installed for the purpose of reducing the sound pressure of the sound wave. Further, since the sound wave is radiated from the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4, it is effective to manufacture the pressure blocking nozzle 21 with a material that does not transmit the sound wave or to have a certain thickness.

次に、管路内で上述のタイプB(図32B)を用いる場合について説明する。
旋回流が旋回流型マイクロバブル発生装置の下流で形成されることを防ぐと同時に音波を低減する。圧力遮断用ノズル21の溝21aは旋回流が下流に形成されないようにa<h(aは溝21aの幅)とする(図47AおよびB参照)。また、溝21aの半径方向の距離、言い換えると深さdは渦崩壊用ノズル4の噴出口Qに達しない程度とする。特に、旋回流型マイクロバブル発生装置の抵抗に比べて溝21aの抵抗が十分小さくなるように溝21aの全体の流水断面積を大きくする。
Next, the case where the above-mentioned type B (FIG. 32B) is used in a pipe line is demonstrated.
It prevents the swirling flow from being formed downstream of the swirling flow type microbubble generator and simultaneously reduces sound waves. The groove 21a of the pressure blocking nozzle 21 is set to a <h (a is the width of the groove 21a) so that a swirling flow is not formed downstream (see FIGS. 47A and B). The distance in the radial direction of the groove 21a, in other words, the depth d is set so as not to reach the spout Q of the vortex breaking nozzle 4. In particular, the total flow cross-sectional area of the groove 21a is increased so that the resistance of the groove 21a is sufficiently smaller than the resistance of the swirl type microbubble generator.

次に、空中放射で上述のタイプC(図32C)を用いる場合について説明する。
渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1の旋回流が広がるように、圧力遮断用ノズル21の半径は大きいほうが良い。また、旋回流型マイクロバブル発生装置の抵抗に比べて溝21aの抵抗が十分小さくなるように溝21aの全体の流水断面積を大きくする。圧力遮断用ノズル21の厚さは適宜決定するが、厚いほうが音波の外部への放射が少なくなる。圧力遮断用ノズル21の中央付近に貫通孔を設けることはできないため(気柱内に大気が吸引される)、圧力遮断用ノズル21の厚みを付けることで圧力遮断用ノズル21の内部に孔21bからなる流路を作り、ジェットの方向をコントロールしたり、これらの孔21bからなる流路を圧力遮断用ノズル21の下流側の端面P3で合流させることでウオータージェットを生成することができる。
Next, the case where the above-described type C (FIG. 32C) is used for aerial radiation will be described.
The radius of the pressure blocking nozzle 21 is preferably large so that the swirl flow on the downstream end face P1 of the vortex breaking nozzle 4 spreads. Further, the entire flowing water cross-sectional area of the groove 21a is increased so that the resistance of the groove 21a is sufficiently smaller than the resistance of the swirling flow type microbubble generator. Although the thickness of the pressure blocking nozzle 21 is determined as appropriate, the thicker the radiation of the sound wave to the outside decreases. Since a through hole cannot be provided near the center of the pressure blocking nozzle 21 (atmosphere is sucked into the air column), the thickness of the pressure blocking nozzle 21 is increased to provide a hole 21b in the pressure blocking nozzle 21. A water jet can be generated by making a flow path consisting of the above and controlling the direction of the jet, or by joining the flow path made of these holes 21b at the downstream end face P3 of the pressure blocking nozzle 21.

次に、マイクロバブルを高濃度に発生させることができる旋回流型マイクロバブル発生装置について説明する。
図48は高揚程ポンプを利用した加圧溶解型の旋回流型マイクロバブル発生装置を示す。図48に示すように、高揚程ポンプ101の吸い込み口には給気用の旋回流型マイクロバブル発生装置102を取り付ける。旋回流型マイクロバブル発生装置102の渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1に圧力遮断用ノズル21を取り付けることで、高揚程ポンプ101を通過する液体が旋回せず、給気した気体は微細化する。さらに、高揚程ポンプ101を通過した気体は高揚程ポンプ101の揚程により加圧され溶解し、高揚程ポンプ101の出口に取り付けられた旋回流型マイクロバブル発生装置103により減圧され、再気泡化する。旋回流型マイクロバブル発生装置103の渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1に取り付けた圧力遮断用ノズル21は発生音を低減する。間隔tが小さい式(17)の場合は、加圧効果が増大する一方で流れの抵抗は増大する。De /8<t<De /4では、加圧効果はないが流れの抵抗が減少するとともに再気泡化が促進される。圧力遮断用ノズル21の位置は高揚程ポンプ101の性能にしたがって決定される。
Next, a swirl type microbubble generator capable of generating microbubbles at a high concentration will be described.
FIG. 48 shows a pressure-dissolving swirl type microbubble generator using a high head pump. As shown in FIG. 48, a swirl type microbubble generator 102 for supplying air is attached to the suction port of the high head pump 101. By attaching the pressure blocking nozzle 21 to the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4 of the swirling flow type microbubble generator 102, the liquid passing through the high head pump 101 does not swirl, and the supplied gas is fine. Turn into. Further, the gas that has passed through the high head pump 101 is pressurized and melted by the head of the high head pump 101, and the pressure is reduced by the swirl type microbubble generator 103 attached to the outlet of the high head pump 101 to re-bubble. . The pressure blocking nozzle 21 attached to the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4 of the swirling flow type microbubble generator 103 reduces the generated sound. In the case of the equation (17) with a small interval t, the pressure effect increases while the flow resistance increases. At De / 8/8 <t < De / 4, there is no pressurizing effect, but the flow resistance is reduced and re-foaming is promoted. The position of the pressure blocking nozzle 21 is determined according to the performance of the high head pump 101.

次に、図49〜図51に示す三つの場合について、物理現象に基づいた分類を行い、渦崩壊用ノズル4と圧力遮断用ノズル21との間隔tの最適値を流体の支配方程式にしたがって求める。
図49に示す場合(図34に示すS3、S4の状態)には、旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズル4の出口前面の流れはほぼ圧力一定の条件を満たすため、流速はおよそ一定となる(ベルヌーイの定理)。渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1の流体層の厚さは連続の式(体積流量の保存則)から

Figure 0005170409
である。ここで、Uは流速、rは渦崩壊用ノズル4および圧力遮断用ノズル21の中心軸からの放射方向距離、ζ(r)は流速の大きい流体層の厚さである。上式から
Figure 0005170409
である。したがって、図34に示すS3、S4の状態は
Figure 0005170409
である。ζ(r)の最大値はr=De /2より、渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1のすべての領域で式(25)が満たされるためには
Figure 0005170409
が必要である。式(26)は前記の式(20)、(21)に対応する。 Next, the three cases shown in FIGS. 49 to 51 are classified based on the physical phenomenon, and the optimum value of the interval t between the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21 is obtained according to the governing equation of the fluid. .
In the case shown in FIG. 49 (states S3 and S4 shown in FIG. 34), the flow in front of the outlet of the vortex breaking nozzle 4 of the swirling flow type microbubble generator satisfies the condition that the pressure is almost constant. It becomes constant (Bernoulli's theorem). The thickness of the fluid layer on the downstream end face P1 of the vortex breakdown nozzle 4 is calculated from a continuous equation (conservation law of volume flow rate).
Figure 0005170409
It is. Here, U is the flow velocity, r is the radial distance from the central axis of the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21, and ζ (r) is the thickness of the fluid layer with a large flow velocity. From the above formula
Figure 0005170409
It is. Therefore, the states of S3 and S4 shown in FIG.
Figure 0005170409
It is. Since the maximum value of ζ (r) is r = D e / 2, in order for Expression (25) to be satisfied in all regions of the end face P1 on the downstream side of the vortex breakdown nozzle 4,
Figure 0005170409
is necessary. Expression (26) corresponds to the above expressions (20) and (21).

次に、図50に示す場合(図34に示すS1、S2の状態)には、旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズル4の出口前面の流速が、渦崩壊用ノズル4と圧力遮断用ノズル21との間隔tによって決定される(前記の流体層の厚さよりも間隔が小さい)。すなわち、

Figure 0005170409
である。間隔tは、渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1のすべての領域で式(27)が満たされる場合には
Figure 0005170409
渦崩壊用ノズル4の下流側の出口のみで満たされるとすれば
Figure 0005170409
である。一般的には式(29)が満たされると、前記の流体層が破壊され流体は平均的に渦崩壊用ノズル4と圧力遮断用ノズル21とで囲まれた領域を流れると考えられ、このときr方向の流速はvr
Figure 0005170409
で与えられる。ここで、Qは流量、Sは流水断面積である。また、旋回流は旋回方向の運動方程式
Figure 0005170409
から算定される。ここで、fは抵抗係数で滑面乱流の場合には近似的に
Figure 0005170409
で与えられる。ただし、Re は渦崩壊用ノズル4と圧力遮断用ノズル21との間の流れのレイノルズ数、νは動粘性係数である。一方、粗面乱流の場合には抵抗係数は
Figure 0005170409
で与えられる。ここで、kS は相当粗度である。 Next, in the case shown in FIG. 50 (states S1 and S2 shown in FIG. 34), the flow velocity in front of the outlet of the vortex breaking nozzle 4 of the swirling flow type microbubble generator is pressure-blocked with the vortex breaking nozzle 4. It is determined by the interval t with the nozzle 21 for use (the interval is smaller than the thickness of the fluid layer). That is,
Figure 0005170409
It is. The interval t is when the expression (27) is satisfied in all the regions of the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4.
Figure 0005170409
If it is filled only with the outlet on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4
Figure 0005170409
It is. In general, when the equation (29) is satisfied, the fluid layer is broken, and the fluid is considered to flow in an area surrounded by the vortex breakdown nozzle 4 and the pressure cutoff nozzle 21 on average. The flow velocity in the r direction is v r
Figure 0005170409
Given in. Here, Q is a flow rate, and S is a flowing water cross-sectional area. The swirling flow is the equation of motion in the swirling direction.
Figure 0005170409
Calculated from Here, f is a resistance coefficient and is approximately in the case of smooth surface turbulence.
Figure 0005170409
Given in. However, R e is the Reynolds number of the flow between the vortex breakdown nozzle 4 and the pressure shut-off nozzle 21, [nu is the kinematic viscosity. On the other hand, in the case of rough surface turbulence, the resistance coefficient is
Figure 0005170409
Given in. Here, k S is a substantial roughness.

簡単のため、旋回方向の抵抗を無視すると、角運動量の保存則(運動量損失を無視)より、

Figure 0005170409
となる。ただし、Ωe は渦崩壊用ノズル4の出口における角速度である。また、圧力遮断用ノズル21の頂角θSUが180°に近いときのr方向の運動方程式から圧力勾配dP/drは
Figure 0005170409
で与えられる。式(35)の右辺第一項は流体の減速による圧力勾配、第二項は遠心力、第三項は運動量損失勾配である。式(30)を式(35)に代入すると、r方向の圧力は流体の慣性により増加し摩擦により減少することが分かる。すなわち、S2で示される状態においては、渦崩壊用ノズル4の出口の圧力が極小値をとるためには、渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1のすべての領域でdP/dr>0となる必要がある。また、S1で示される状態においては、渦崩壊用ノズル4の出口の圧力が極大値をとるためには、渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1でdP/dr<0となる必要がある。 For simplicity, if you ignore the resistance in the turning direction, the law of conservation of angular momentum (ignoring momentum loss)
Figure 0005170409
It becomes. Here, Ω e is an angular velocity at the outlet of the vortex breakdown nozzle 4. Further, from the equation of motion in the r direction when the apex angle θ SU of the pressure blocking nozzle 21 is close to 180 °, the pressure gradient dP / dr is
Figure 0005170409
Given in. The first term on the right side of Equation (35) is the pressure gradient due to the deceleration of the fluid, the second term is the centrifugal force, and the third term is the momentum loss gradient. Substituting equation (30) into equation (35), it can be seen that the pressure in the r direction increases due to the inertia of the fluid and decreases due to friction. That is, in the state shown by S2, in order for the pressure at the outlet of the vortex breaking nozzle 4 to take a minimum value, dP / dr> 0 in all regions of the end face P1 on the downstream side of the vortex breaking nozzle 4 Need to be. Further, in the state indicated by S1, in order for the pressure at the outlet of the vortex breaking nozzle 4 to take the maximum value, it is necessary to satisfy dP / dr <0 at the downstream end face P1 of the vortex breaking nozzle 4. .

以下、簡単のため

Figure 0005170409
として式(34)を用い、さらにh(r)=const.=h0 の場合について議論する。
式(35)から圧力勾配が0となるr=rcrを求めると
Figure 0005170409
となる。また、
Figure 0005170409
である。このとき圧力勾配は
Figure 0005170409
である。 Below, for simplicity
Figure 0005170409
The case where h (r) = const. = H 0 is further discussed using equation (34).
When r = r cr where the pressure gradient becomes 0 is obtained from the equation (35),
Figure 0005170409
It becomes. Also,
Figure 0005170409
It is. At this time, the pressure gradient is
Figure 0005170409
It is.

S1の状態では、渦崩壊用ノズル4の出口の圧力が圧力遮断用ノズル21によって増加し、S2の状態では減少する必要があり、次式を満たすように決めることが目安となる。

Figure 0005170409
流体が水の場合には条件式(40)の境界値h0 はDe /2に比べて極めて小さいため、S2の条件は式(28)、(29)から
Figure 0005170409
となる(本実験範囲(D〜5De )では式(18)がおよその目安となったが、Dの値如何によって式(41)に基づきh0 を決定すれば良い)。また、S1に関してはh0 が小さいほど渦崩壊用ノズル4の出口の圧力は大きくなる。一方でh0 が小さいとポンプに負荷が掛かるため、式(38)を満たしポンプの効率が小さくならない範囲でh0 を決定すべきである。式(39)中のrcrをDe n /2とおくと、h0 は近似的に
Figure 0005170409
で与えられる。式(42)でrn =1と置いたh0 の場合には渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1のすべての領域で圧力勾配は負となり、渦崩壊用ノズル4の中心の圧力は必ず増加する。この場合、前記の実験IIの値を代入するとh0 =0.12mmとなる。このような小さなh0 に対しては式(31)から抵抗が支配的となり式(34)は適用できず、近似式
Figure 0005170409
の方が妥当である。この場合には式(42)の右辺第2項を0と置くことができる。最終的にS1の状態を実現するためには上記の式(17)が必要である。ここで、rn =1+(D/De −1)/2は渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1と圧力遮断用ノズル21の上流側の端面P2とで囲まれた狭窄部の放射方向半分の距離まで圧力が減少し後半で増加するとした場合である。特に、S1に示す状態の場合にも、渦崩壊用ノズル4の出口(r<De /2)の旋回流は微細気泡の生成に重要であることを実験的に確かめた。 In the state of S1, the pressure at the outlet of the vortex breaking nozzle 4 is increased by the pressure blocking nozzle 21 and needs to be decreased in the state of S2, and it is determined that the following equation is satisfied.
Figure 0005170409
When the fluid is water, the boundary value h 0 of the conditional expression (40) is extremely small compared to De / 2, and therefore the condition of S2 is determined from the expressions (28) and (29).
Figure 0005170409
(In the present experimental range (D to 5D e ), equation (18) is an approximate guide, but h 0 may be determined based on equation (41) depending on the value of D). The pressure at the outlet of the vortex breakdown nozzle 4 more h 0 is small becomes large with respect to S1. On the other hand, if h 0 is small, a load is applied to the pump. Therefore, h 0 should be determined within a range that satisfies equation (38) and does not reduce the efficiency of the pump. When placing the r cr in formula (39) and D e r n / 2, h 0 is approximately
Figure 0005170409
Given in. In the case of h 0 where r n = 1 is set in the equation (42), the pressure gradient is negative in all regions of the downstream end face P1 of the vortex breaking nozzle 4, and the pressure at the center of the vortex breaking nozzle 4 is Will definitely increase. In this case, if the value of Experiment II is substituted, h 0 = 0.12 mm. For such a small h 0 , the resistance is dominant from Equation (31), and Equation (34) cannot be applied.
Figure 0005170409
Is more reasonable. In this case, the second term on the right side of Equation (42) can be set to 0. In order to finally realize the state of S1, the above equation (17) is necessary. Here, r n = 1 + (D / D e −1) / 2 is the radiation of the constricted portion surrounded by the downstream end face P1 of the vortex breaking nozzle 4 and the upstream end face P2 of the pressure blocking nozzle 21. This is the case where the pressure decreases to half the direction and increases in the second half. In particular, even in the state shown in S1, it was experimentally confirmed that the swirling flow at the outlet of the vortex breaking nozzle 4 (r <D e / 2) is important for the generation of fine bubbles.

任意の間隔h(r)については式(31)および式(35)をr=De /2からrの正方向に積分することでノズル前面の圧力を推定することができる。h(r)がr方向に変化する場合には、圧力勾配dP/drに、式(35)の右辺第一項から

Figure 0005170409
が付加される。したがって、S2の状態においては前記の流体層が渦崩壊用ノズル4の下流側の端面P1から剥離しない範囲(式(29))でdh/dr(正)を大きくすることで渦崩壊用ノズル4の出口の圧力をより小さくすることができる。S1においてはdh/dr≦0が望まれる。 For an arbitrary interval h (r), the pressure on the nozzle front surface can be estimated by integrating the equations (31) and (35) in the positive direction from r = D e / 2 to r. When h (r) changes in the r direction, the pressure gradient dP / dr is changed from the first term on the right side of Equation (35).
Figure 0005170409
Is added. Therefore, in the state of S2, the vortex breakdown nozzle 4 is increased by increasing dh / dr (positive) in a range (formula (29)) in which the fluid layer does not peel from the downstream end face P1 of the vortex breakdown nozzle 4. The pressure at the outlet can be made smaller. In S1, dh / dr ≦ 0 is desired.

以上、渦崩壊用ノズル4の表面が滑面の場合について議論したが、
S1:渦崩壊用ノズル4の出口の圧力が高い方が良いため、抵抗が大きくなるように渦崩壊用ノズル4の表面は粗面の方が良い。
S2:渦崩壊用ノズル4の出口の圧力が低い方が良いため、抵抗が小さくなるように渦崩壊用ノズル4の表面は滑面の方が良い。
ここで粗面とは、表面の凹凸の高さks

Figure 0005170409
より大きい場合である(前記の実験IIの値を代入するとkS 〜0.002mm程度である)。一般に、式(45)はhに比べて十分小さいため、S1でhが極端に小さくなる場合には粗度を付けて圧力を高くすることが有効である。粗面の場合の抵抗係数式(33)を用いて、式(43)の近似の下で式(17)と同様な関係式を導くと
Figure 0005170409
が得られる。間隙22のすべての領域で圧力がr方向に増加するとすると(rn =1)、粗度に対する間隔h(r)は図52で与えられる。特に研磨しない材料で渦崩壊用ノズル4を作った場合にはその表面は粗面であり、図52から間隙22の間隔h(r)はおよそ噴出口Qの半径の1/30から1/20であることが分かる。
以上の主な結論をまとめると、
圧力遮断用ノズル21は、渦崩壊用ノズル4と圧力遮断用ノズル21との間隔tを変化させることで、下記の二つの異なるタイプの気泡生成を行うことができる。
減圧後の加圧によるマイクロバブル生成
Figure 0005170409
加圧後の減圧によるマイクロバブル生成
Figure 0005170409
ただし、上記の条件は間隙22のすべての領域で圧力がr方向に増加する場合である。 As described above, the case where the surface of the vortex breaking nozzle 4 is smooth is discussed.
S1: Since the pressure at the outlet of the vortex breaking nozzle 4 is preferably high, the surface of the vortex breaking nozzle 4 is preferably rough so that the resistance is increased.
S2: Since it is better that the pressure at the outlet of the vortex breaking nozzle 4 is lower, the surface of the vortex breaking nozzle 4 should be smooth so that the resistance is reduced.
Here, the rough surface means that the height k s of the surface unevenness is
Figure 0005170409
This is the case when the value is larger (substituting the value of Experiment II above, it is about k S to about 0.002 mm). In general, since equation (45) is sufficiently smaller than h, it is effective to increase the pressure by adding roughness when h is extremely small in S1. Using the resistance coefficient equation (33) in the case of a rough surface, a relational expression similar to equation (17) is derived under approximation of equation (43).
Figure 0005170409
Is obtained. If the pressure increases in the r direction in all regions of the gap 22 (r n = 1), the spacing h (r) for the roughness is given in FIG. In particular, when the vortex breaking nozzle 4 is made of a material that is not polished, the surface thereof is rough, and the interval h (r) of the gap 22 is about 1/30 to 1/20 of the radius of the jet port Q from FIG. It turns out that it is.
To summarize the main conclusions,
The pressure blocking nozzle 21 can generate the following two different types of bubbles by changing the interval t between the vortex breaking nozzle 4 and the pressure blocking nozzle 21.
Microbubble generation by pressurization after decompression
Figure 0005170409
Microbubble generation by depressurization after pressurization
Figure 0005170409
However, the above condition is when the pressure increases in the r direction in all regions of the gap 22.

以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、形状、構造、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、形状、構造、配置などを用いてもよい。
Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. .
For example, the numerical values, shapes, structures, arrangements, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values, shapes, structures, arrangements, and the like may be used as necessary.

第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の本体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the main body of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the blade body of the turbine blade type nozzle of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す正面図である。It is a front view which shows the blade | wing body of the turbine blade type nozzle of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the blade body of the turbine blade type nozzle of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体の一つの翼の形状を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the shape of one blade | wing of the blade body of the turbine blade type nozzle of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the nozzle for vortex breakdown of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の給気装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the air supply apparatus of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの縮流部におけるサーキュレーション数を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the circulation number in the contraction part of the nozzle for vortex collapse of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの臨界ノズル半径を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the critical nozzle radius of the vortex breakdown nozzle of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる渦崩壊を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the vortex collapse which arises in the nozzle for vortex collapse of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. Hinzeスケールを説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating a Hinze scale. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が2のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the air supply amount when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the circulation number is 2 in the swirling flow type microbubble generator according to the first example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が3のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the air supply amount when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the number of circulations is 3 in the swirling flow type microbubble generator according to the first example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が4のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the air supply amount when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the circulation number is 4 in the swirling flow type microbubble generator according to the first example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が2のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a ratio of an air supply amount and a liquid flow rate when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the circulation number is 2 in the swirling flow type microbubble generator according to the first example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が3のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a ratio between an air supply amount and a liquid flow rate when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the circulation number is 3 in the swirling flow type microbubble generator according to the first example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が4のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a ratio of an air supply amount and a liquid flow rate when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the circulation number is 4 in the swirling flow type microbubble generator according to the first example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの実施例を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating the Example of the turbine blade type nozzle of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 1st example. 第1の例による旋回流型マイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの形状、渦崩壊用ノズルの形状およびタービン翼型ノズルから渦崩壊用ノズルまでの間隔の実施例を説明するための略線図である。Outline diagram for explaining examples of shape of turbine blade type nozzle, shape of vortex breaking nozzle and distance from turbine blade type nozzle to vortex breaking nozzle of swirling flow type microbubble generator according to the first example It is. 第2の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the vortex breaking nozzle of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 2nd example. 第2の例による旋回流型マイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を他の例と比較した略線図である。It is a basic diagram which compared the generation | occurrence | production condition of the microbubble in the swirl type microbubble generator by a 2nd example with another example. 第2の例による旋回流型マイクロバブル発生装置における二種類の渦崩壊の様子を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the mode of two types of vortex collapse in the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 2nd example. 第3の例による旋回流型マイクロバブル発生装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 3rd example. 第4の例による旋回流型マイクロバブル発生装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 4th example. 第5の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の本体を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the main body of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 5th example. 第6の例による旋回流型マイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を確認するために計測した音波のスペクトルを示す略線図である。It is a basic diagram which shows the spectrum of the sound wave measured in order to confirm the generation | occurrence | production condition of the microbubble in the swirl type microbubble generator by the 6th example. 第6の例による旋回流型マイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を確認するために計測した画像のスペクトルを示す略線図である。It is a basic diagram which shows the spectrum of the image measured in order to confirm the generation | occurrence | production state of the microbubble in the swirl type microbubble generator by the 6th example. 第7の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図およびこの渦崩壊用ノズルの出口のエッジの拡大図である。It is the longitudinal cross-sectional view which shows the vortex breaking nozzle of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 7th example, and the enlarged view of the edge of the exit of this vortex breaking nozzle. 第7の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる超臨界渦崩壊を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the supercritical vortex breakdown which arises in the nozzle for vortex breakdown of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 7th example. 第7の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる亜臨界渦崩壊を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the subcritical vortex breakdown which arises in the nozzle for vortex breakdown of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 7th example. 第7の例による旋回流型マイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの形状の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of the shape of the nozzle for vortex collapse of the swirl | vortex type | mold microbubble generator by a 7th example. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置を用いた高濃度マイクロバブル発生装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the high concentration microbubble generator using the swirl | flow type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による旋回流型マイクロバブル発生装置の特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the characteristic of the swirl type microbubble generator by one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2…パイプ、2a…渦流部、3…タービン翼型ノズル、3a…本体、3b…翼、3e…給気孔、3f…噴射孔、4…渦崩壊用ノズル、4a…縮流部、4b…渦崩壊部、4h…テーパー部、4k…エッジ、6…液体、6a…液体流、6b…気柱、6c…旋回流、6d…マイクロバブル、21…圧力遮断用ノズル   2 ... pipe, 2a ... vortex section, 3 ... turbine blade type nozzle, 3a ... main body, 3b ... blade, 3e ... air supply hole, 3f ... injection hole, 4 ... vortex breakup nozzle, 4a ... constriction section, 4b ... vortex Collapse part, 4h ... Taper part, 4k ... Edge, 6 ... Liquid, 6a ... Liquid flow, 6b ... Air column, 6c ... Swirl flow, 6d ... Microbubble, 21 ... Pressure blocking nozzle

Claims (6)

マイクロバブルの噴出口を有する第1のノズルの下流側の端面側にこの第1のノズルと対向し、かつ同軸に設けられた圧力遮断用の第2のノズルを有し、
上記第1のノズルは、上流側から下流側に向かって順次縮流部および渦崩壊部を有し、上記縮流部に中心に気体が導入された液体の旋回流を供給することにより上記渦崩壊部からマイクロバブルを発生させる渦崩壊用ノズルであり、
上記第1のノズルの下流側の端面と上記第2のノズルの上流側の端面との間には間隙が形成され、
上記第2のノズルのうちの上記噴出口と対向する部分は上記噴出口から出てくる旋回流の中心部の低圧部を上記第2のノズルの下流側と遮断するように構成され、
上記第2のノズルのうちの上記噴出口と対向する部分は上記噴出口に貫入しておらず、
上記噴出口から噴出されたマイクロバブルは上記間隙を通って外部に向かうように構成され、
上記第1のノズルの下流側の端面の頂角をθ VB 、上記第2のノズルの上流側の端面の頂角をθ SU としたとき、Δθ≡θ VB −θ SU =10°〜20°であることを特徴とする旋回流型マイクロバブル発生装置。
A second nozzle for pressure blocking provided on the end face on the downstream side of the first nozzle having a micro-bubble jet port, which is opposed to the first nozzle and provided coaxially;
The first nozzle has a contraction part and a vortex breakdown part sequentially from the upstream side to the downstream side, and supplies the swirl flow of the liquid into which gas is introduced at the center to the contraction part. It is a vortex breakdown nozzle that generates microbubbles from the collapsed part,
A gap is formed between the downstream end surface of the first nozzle and the upstream end surface of the second nozzle,
The portion of the second nozzle that faces the jet outlet is configured to block the low-pressure portion at the center of the swirling flow coming out of the jet outlet from the downstream side of the second nozzle,
The portion of the second nozzle that faces the spout does not penetrate the spout ,
The microbubbles ejected from the ejection port are configured to go outside through the gap,
When the apex angle of the downstream end face of the first nozzle is θ VB and the apex angle of the upstream end face of the second nozzle is θ SU , Δθ≡θ VB −θ SU = 10 ° to 20 ° swirling flow type micro-bubble generating device, characterized in that it.
上記第1のノズルおよび上記第2のノズルは管の内部に収容されており、上記噴出口から噴出されたマイクロバブルは上記間隙を通り、さらに上記管と上記第2のノズルの外周面に上記第2のノズルの中心軸に平行に設けられた複数の溝との間の空間を通って外部に放出されるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の旋回流型マイクロバブル発生装置。The first nozzle and the second nozzle are housed inside a tube, and the microbubbles ejected from the ejection port pass through the gap, and further on the outer peripheral surface of the tube and the second nozzle. The swirl type microbubble according to claim 1, wherein the microbubble is configured to be discharged to the outside through a space between a plurality of grooves provided in parallel to the central axis of the second nozzle. Generator. 上記第1のノズルおよび上記第2のノズルは管の内部に収容されており、上記噴出口から噴出されたマイクロバブルは上記間隙を通り、さらに上記第2のノズルの内部の上記第2のノズルの外周面に近接する部分に上記第2のノズルの中心軸に平行に設けられた複数の孔を通って外部に放出されるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の旋回流型マイクロバブル発生装置。The first nozzle and the second nozzle are accommodated in a pipe, and the microbubbles ejected from the ejection port pass through the gap, and further the second nozzle inside the second nozzle. 2. The swivel according to claim 1, wherein the swirl is configured to be discharged to the outside through a plurality of holes provided in parallel to the central axis of the second nozzle at a portion close to the outer peripheral surface of the second nozzle. Flow type microbubble generator. 上記第1のノズルおよび上記第2のノズルは管の内部に収容されており、上記第2のノズルは下流側にすぼまった形状を有し、かつ上記第2のノズルの内部には上記管の内壁に隣接する部分の上記間隙と上記第2のノズルの下流側の端面との間を連通し、かつ上記第2のノズルの下流側の端面で互いに合流する複数の孔が設けられており、上記噴出口から噴出されたマイクロバブルは上記間隙を通り、さらに上記第2のノズルの上記複数の孔を通って外部に放出されるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の旋回流型マイクロバブル発生装置。The first nozzle and the second nozzle are housed inside a tube, the second nozzle has a shape that swells downstream, and the second nozzle has the above-mentioned inside There are provided a plurality of holes that communicate between the gap in the portion adjacent to the inner wall of the tube and the downstream end surface of the second nozzle and that merge with each other at the downstream end surface of the second nozzle. The microbubbles ejected from the ejection port pass through the gap, and are further discharged to the outside through the plurality of holes of the second nozzle. The swirling flow type microbubble generator as described. 上記第1のノズルの上流側に旋回流発生用の翼型の第3のノズルを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の旋回流型マイクロバブル発生装置。The swirling flow type microbubble generator according to any one of claims 1 to 4, further comprising a wing-shaped third nozzle for swirling flow generation on the upstream side of the first nozzle. 上記第3のノズルの上流側の入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を上記第1のノズルの上記縮流部に供給することにより上記渦崩壊部からマイクロバブルを発生させることを特徴とする請求項5記載の旋回流型マイクロバブル発生装置。A swirl flow is generated by supplying a liquid to the inlet on the upstream side of the third nozzle, a gas is introduced into the center of the swirl flow, and the swirl flow with the gas introduced into the center is converted into the first flow. 6. The swirling flow type microbubble generating device according to claim 5, wherein microbubbles are generated from the vortex breakdown portion by supplying the contracted flow portion of the nozzle.
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