JP5470303B2 - マイクロバブルを用いた節水洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロバブル生成装置の用途発明としての節水を伴う洗浄技術に関する。

マイクロバブルを用いた洗浄技術は種々提案されているが、節水効果を伴って洗浄できる技術は、未だ提案されていない状況である。
従来から航空機の機体や電車の車体などの洗浄は、通常水道水を吹きつけ、洗剤などを塗布して行われるが、この水道水の使用量を抑え、それだけでなく洗剤の使用も抑制することができれば、地球環境問題の解決とエネルギー問題の解決にも繋がるものである。

本発明は上記実情に鑑みて、洗剤を使用することなく、マイクロバブルを用いて洗浄効果を上げるとともに、節水弁を併用することで被洗浄体に対応する節水率で節水効果を達成できるマイクロバブルを用いた節水洗浄装置を提供するものである。

本発明は以下の通りである。
１．一端に配設される各個の流入口に給水源と気体供給手段が接合され、他端に気液混合流体の流出口が配設されて成る、マイクロバブルを用いた節水洗浄装置において、
前記流出口に節水弁を接合し、該節水弁の出水口に噴射ノズルを接合して成るマイクロバブルを用いた節水洗浄装置。
２．前記節水弁が、六角軸体の一端部に雌ネジが内設され、他端部に雄ネジが突設され、該雌ネジのネジ底に通水室が内設され、該通水室と前記雄ネジの内部に穿設された出水口の底面間に隔壁が配設され、該隔壁に所要径の連通口が開口されて成る弁本体と、前記通水室に内設される通水盤と該通水盤に重畳されその中心を通る直径上に対称な蝶羽根が設けられ中心にネジ挿通孔が貫設されて成る制水盤と両者を接合するボルトとから成り、前記通水盤には制水盤の両蝶羽根間に露出される盤面内で、その中心に点対称状に所要直径の通水孔を所要数分連通して開口した面積の円弧状の長溝通水孔が開口され、中心にネジ孔が螺設されて成る制水駒と、該制水駒の位置決め手段とから成る前記１記載のマイクロバブルを用いた節水洗浄装置。
３．前記節水弁が、その出水口に網目状の流速緩和体を内設して成る前記１又は前記２記載のマイクロバブルを用いた節水洗浄装置。

本発明のマイクロバブルを用いた節水洗浄装置は、噴射ノズルの直近に節水弁を挟んでマイクロバブル生成装置が配設されるから、マイクロバブルを含む気液混合流体が長いホース等で噴射ノズルに給送されるのと異なり、ホース等の内部の流路抵抗によるマイクロバブルの消滅も少なく、効率よくマイクロバブルを噴射できる上、節水弁によって被洗浄体に応じてその必要とする洗浄水量（基準水量）を設定できるから、各種洗浄作業での節水効果を挙げることができる。また、節水弁の出水口に網目状の流速緩和体を内設した場合は、マイクロバブルが網目に衝突し、高濃度のマイクロバブルが生成される。

本発明に係るマイクロバブルを用いた節水洗浄装置Ａの説明図。 節水弁の説明図で、（ａ）は組立状態の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図。 他の実施態様における節水弁の分解斜視図。 図３に示す節水弁の組立状態の縦断面図。 他の実施態様における節水弁の説明図で、（ａ）は組立状態の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図、（ｃ）は制水盤の正面図。 噴射ノズルの説明図で、（ａ）は一部を破断した噴射ノズルの正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図。 マイクロバブルを発生させない状態で、節水弁の開度25%と100%の場合で洗浄したときの洗浄率Ｄを示す説明図。 節水弁の開度25%でマイクロバブル発生の有無における各洗浄率Ｄを比較した説明図。 洗浄対象を水槽に沈め、節水弁の開度25%でマイクロバブル発生の有無における洗浄率Ｄを比較した説明図。 洗浄前と洗浄後のテストピースの状態を示す写真による説明図で、（ａ）は洗浄前で、（ｂ）は節水弁の開度25%でマイクロバブルを発生させないで洗浄した場合、（ｃ）は節水弁の開度100%でマイクロバブルを発生させないで洗浄した場合、（ｄ）は節水弁の開度25％でマイクロバブルを発生させて洗浄した場合。 マイクロバブルの効果のみを比較した洗浄結果の写真による説明図で、（ａ）は洗浄前で、（ｂ）は洗浄対象を水槽に沈め、マイクロバブルを発生させないで洗浄した場合、（ｃ）は洗浄対象を水槽に沈め、マイクロバブルを発生させて洗浄した場合。 マイクロバブル生成装置１の他の実施態様におけるマイクロバブルを用いた節水洗浄装置Ｂの一部を破断した説明図。

節水弁に接合されるマイクロバブル生成装置は、直接マイクロバブル生成装置の気液混合流体の流出口に配設した中空ネジ軸を節水弁の雌ネジに螺合するものから、外套管に包蔵されて節水弁に接合されるなどである。また、節水弁は弁本体である六角軸体が一体のものから、螺合構造による分割体などでも提供される。さらに、制水駒の位置決め手段としては、該制水駒を内嵌して通水室に嵌着されるブッシュと該ブッシュを通水室に止着するパッキンとから成るものや、通水室の底面に凹設される段差部と該段差部に圧入嵌着される通水盤との嵌合代とから成るもの、或いは通水盤を置換した如く、中心部にネジ孔を螺設し、該中心に点対称状に円弧状の長溝通水孔が開口される隔壁などである。
このほか、節水弁はその出水口に網目状の流速緩和体が内設されて提供される。

本発明を実施例により説明すると、図１に示すように、航空機等の機体を洗浄するマイクロバブルを用いた節水洗浄装置Ａは、マイクロバブル生成装置１と、マイクロバブル生成装置１の気液混合流体の流出口に配設された中空ネジ軸（図外）にその一端に内設される雌ネジ２aが螺合される節水弁２と、該節水弁２の他端で出水口２bを内設した雄ネジ２cにその一端に内設した雌ネジ３cが螺合される噴射ノズル３とから成る。

このようにして成るマイクロバブルを用いた節水洗浄装置Ａは、マイクロバブル生成装置１の流入口１aに図外の給水源から所要圧力、所要流量の液体（水道水）が給水され、給水に伴って発生する負圧によって気体供給手段の気体流入口１bから流入した気体（空気）は液体と混合して気液混合流体となり、所要のマイクロバブル生成機構によりマイクロバブルが生成された気液混合流体は節水弁２に給送され、所要の節水率で噴射ノズル３からマイクロバブルが噴射され被洗浄体（図外）が洗浄される。

次に、本発明の他の実施例を説明すると、図１２に示すように、マイクロバブル生成装置１は、マイクロバブル生成機構１００と、その円筒状の本体１００aの前端部の周面に接合され気体流入口２０aが開閉コック３０で開口される気体供給手段としての気体供給管２０と、本体１００aの前端に接合され給水源としてのポンプ４０から所要圧力、所要流量で圧送される液体（水道水）を流量調整バルブ６０で所要流量に調整して流入口５０aから本体１００aに供給する液体供給管５０と、マイクロバブル生成機構１００を包蔵し、その流出口に中空ネジ軸（図外）を配設した外套管１０１とから成り、前記本体１００aはその周面下部において垂直状に開口されるスリット１０２と円弧状に開口されるスリット１０３乃至１０７及び衝突壁としてのプレート１０８を備えている。
このようにして成るマイクロバブル生成装置１と、その外套管１０１の中空ネジ軸にその一端が螺合される節水弁２と、節水弁２の他端に螺合される噴射ノズル３とからマイクロバブルを用いた節水洗浄装置Ｂが構成される。

このようにして成るマイクロバブルを用いた節水洗浄装置Ｂは、マイクロバブル生成装置１の液体供給管５０にポンプ４０から所要圧力、所要流量で液体（水道水）が圧送され、流量調整バルブ６０で流量調整されてマイクロバブル生成機構１００の本体１００aに給水され、この給水に伴って発生する負圧によって開口ロック３０の開口状態で気体供給管２０に吸引される気体（空気）は気体流入口２０aから本体１００aに流入し、液体と混合して気液混合流体となり、プレート１０８に衝突し、さらに各スリット１０２乃至１０７を経てマイクロバブルとなった気液混合流体が節水弁２に給送され、所要の節水率で噴射ノズル３からマイクロバブルが噴射され被洗浄体（図外）が洗浄される。なお、マイクロバブル生成装置１においては、マイクロバブル生成機構１００への液体圧送時に、気体供給管２０より強制的にガス（酸素）を所要流量で供給してマイクロバブルを生成することもある。

ここで上記の節水弁２について説明すると、図２に示すように、弁本体である六角軸体４が前部軸体４aと後部軸体４bの分割螺合構造から成り、前部軸体４aの外端から前記雌ネジ２aが内設され、雌ネジ２aのネジ底から後部軸体４bに向けて段差部を有する通水室５が配設され、通水室５にはブッシュ６が嵌着され、ブッシュ６には通水盤７と該通水盤７に重畳され、通水盤７に螺設されたネジ孔７aを介してボルト８で接合される制水盤９とから成る制水駒１０が内嵌されて成り、制水盤９はその中心を通る直径上に対称な蝶羽根９aが設けられ中心にネジ挿通孔９bが貫設されて成り、通水盤７には制水盤９の両蝶羽根９a、９a間に露出される盤面内で、その中心に点対称状に所要直径の通水孔を所要数分連通して開口した面積の円弧状の長溝通水孔７bが開口され、中心にネジ孔７aが螺設されて成る。
後部軸体４bの雄ネジ２cの内部に開口された出水口２bの内端には網目状で前部軸体４aに向けて凸状の流速緩和体１１が配設され、その周縁にパッキン１２を介在させて前部軸体４aの雄ネジ４aaの下端で水密的に止着される。また、前記ブッシュ６はその上端がパッキン１３を介して通水室５に止着されるとともに、マイクロバブル生成装置１の中空ネジ軸（図外）の雌ネジ２aへの螺合状態の水密性が確保される。

次に、他の実施態様における節水弁１４について説明すると、図３に示すように、一本ものの六角軸体４の他端部に雄ネジ２cが突設され、一端部には雌ネジ２aが内設され、雌ネジ２aのネジ底には図４に示すように、通水室５が内設され、通水室５の底面に所要深さで、雌ネジ２aの内径より僅かに小径の外径からなる段差部１５が配設され、段差部１５の底面と前記雄ネジ２cの内部に穿設された出水口２bの底面間に隔壁１６が配設され、隔壁１６に所要径（後述の通水盤７に開口される長溝通水孔７bの外縁間と同寸）の連通口１７が開口されて成る弁本体１８と、前記段差部１５に圧入嵌着される通水盤７と、通水盤７に重畳されその中心を通る直径上に対称に所要厚の一対の蝶羽根９aが設けられ、中心にネジ挿通孔９bが貫設されて成る制水盤９と、両者を接合する六角穴付きのボルト８とから成り、前記通水盤７には制水盤９の蝶羽根９a、９a間に露出される盤面内で、その中心に点対称状に所要直径の通水孔を所要数分連通して開口した面積を有する円弧状の長溝通水孔７bが配設され中心にネジ孔７aが螺設されて成る。

さらに、他の実施態様における節水弁１９について説明すると、図５に示すように、六角軸体４の他端部に雄ネジ２cが突設され、一端部には雌ネジ２aが内設され、雌ネジ２aのネジ底に通水室５が内設され、通水室５の底面と雄ネジ２cの内部に穿設された出水口２bの底面間に隔壁１６が配設され、隔壁１６に前記した通水盤７が置換される如くその中心に点対称状に所要直径の通水孔を所要数分連通して開口した面積を有する円弧状の長溝通水孔７bが配設され、中心にネジ孔７aが螺設され、隔壁１６の通水室５の底面側に分図（ｃ）に示す前記した制水盤９が重畳され、その中心のネジ挿通孔９bから挿通されるボルト８を隔壁１６の中心に螺設したネジ孔７aに螺合して隔壁１６に制水盤９を接合し、制水盤９の蝶羽根９aで長溝通水孔７bを所要分閉塞することで節水が図られるものである。なお、本実施例での長溝通水孔７bは、その溝幅を直径とする通水孔を４個分連通して開口されたものであるから節水量の判断が簡易となる。

次に、前記した節水弁２、１４、１９に螺合される噴射ノズル３について説明すると、図６に示すように、ノズル本体３aの左端部の流入口３bの内面に螺設された雌ネジ３cに節水弁２、１４、１９の雄ネジ２cが螺合され、絞り筒３dを回転することで流量調整弁３eにおける右端部の噴射流路３fが広狭自在に調節されるものである。したがって、噴射範囲も広狭自在となる。
このようにしてマイクロバブルを用いた節水洗浄装置Ａは、噴射ノズル３から平均気泡径36μmのマイクロバブルを噴射するものであるから、このマイクロバブルが被洗浄体において崩壊し、そのときの圧力波によって汚れの洗浄効果に優れるものであり、洗浄剤が節約される上に、被洗浄体に応じて各節水弁２、１４、１９の長溝通水孔７bの開度を制水弁９の蝶羽根９aで調節できるから、きめ細かに洗浄水量を設定できるため節水効果をも奏する。

ここで、マイクロバブルを用いた節水洗浄装置Ａ（以下、本装置Ａとする。）の洗浄効果について説明すると、洗浄実験で使用した洗浄対象（被洗浄体）は5cm×5cmの発泡スチロール板に均等に泥を塗布したテストピースである。この泥は土の粒子が細かく揃っていて、さらに濾したものが使用された。

先ず、はじめに節水した状態での洗浄効果をみるために、マイクロバブルを発生させない状態で、節水装置（節水弁）の開度を25%と100%の場合で比較を行った。その場合の各流量は開度100%で26l/minであるから、開度25%では17l/minとなり約35%の節水となるものである。本装置Ａと洗浄対象は空気中に置かれ、洗浄時間5分で前記各開度で洗浄した後、洗浄対象に塗布した泥の状態を観察し、発泡スチロール板の各輝度を測定して算出した洗浄率を７図に示す。
前記輝度とは、単位面積あたりの明るさを示し、光の三原色RGBを加重平均した数値であり、洗浄した前記の発泡スチロール板をカメラで撮影し、画像処理によって輝度を測定したものであり、この測定した輝度により以下の式で洗浄率Ｄを算出した。
Ｄ=｛（Rw−Ro）／（Rb−Ro）｝×100
ここに、Rwは洗浄後の輝度、Roは洗浄前の輝度、Rbは発泡スチロール板の輝度である。

そのときの洗浄前と洗浄後の写真を図９に示すが、（ａ）の洗浄前に比べ、節水弁の開度25%でマイクロバブルを発生させない場合（ｂ）と節水弁の開度100％でマイクロバブルを発生させない場合（ｃ）の両者共汚れが落ちていることは確認できるが、（ｃ）に対して（ｂ）の汚れ残りが目立つものである。
図７に示す節水弁の開度100%での洗浄率Ｄが100%であるに対し、節水弁の開度25%では洗浄率Ｄは76%となっている。

そこで、節水した開度25%でもマイクロバブルの適用を試みた場合はどうかとした結果が図１０の節水弁の開度25%でマイクロバブルを発生させた場合（ｄ）であり、汚れ残りがなく洗浄効果が上がったものと見られる。そのときの洗浄率Ｄを定量的に比較したものを図８に示す。
しかし、上記結果は流水の動圧による汚れ除去の効果が考えられるため、洗浄対象を水槽に沈めてマイクロバブルの効果のみを比較した結果を図９に示したものであるが、マイクロバブルを発生させた場合の洗浄率Ｄは68%であり、発生させない場合の洗浄率Ｄが60%であり、動圧の影響がなくても、マイクロバブルを発生させることで洗浄効果が得られることが確認できた。
そのときの写真による洗浄状態の説明図を図１１に示すが、（ａ）は洗浄前であり、（ｂ）は洗浄対象を水槽に沈め、マイクロバブルを発生させない場合であり、（ｃ）は洗浄対象を水槽に沈め、マイクロバブルを発生させた場合である。結果はマイクロバブルを発生させた（ｃ）がマイクロバブルを発生させない（ｂ）に比べ、より汚れが落ちている。

このように洗浄効果を高めることで使用する洗剤量、水の量を抑えることが可能となる。今後は、洗浄効果に対して、気泡径や気泡表面電位などの気泡のどのような特性が影響を与えているかを知ることが課題である。その上で、節水した状態でもより洗浄効果が得られるような、節水洗浄装置の開発に結びつけるつもりである。因に本装置で発生した気泡径の分布は20μmにピークをもち、平均気泡径は36μmであった。

本発明は、マイクロバブル生成装置の用途発明としてのマイクロバブルを用いた節水洗浄装置であるが、噴射ノズルを使用する各種洗浄作業毎の基準水量を節水弁で設定できるから、きめ細かな節水効果を挙げることができ、エコ時代に相応しい洗浄装置としてその需要が大いに期待される。

１：マイクロバブル生成装置
１a：流入口
１b：気体流入口
２：節水弁
２a：雌ネジ
２b：出水口
２c：雄ネジ
３：噴射ノズル
３a：ノズル本体
３b：流入口
３c：雌ネジ
３d：絞り筒
３e：流量調整弁
３f：噴射流路
４：六角軸体
４a：前部軸体
４aa：雄ネジ
４b：後部軸体
５：通水室
６：ブッシュ
７：通水盤
７a：ネジ孔
７b：長溝通水孔
８：ボルト
９：制水盤
９a：蝶羽根
９b：ネジ挿通孔
１０：制水駒
１１：流速緩和体
１２、１３：パッキン
１４：節水弁
１５：段差部
１６：隔壁
１７：連通口
１８：弁本体
１９：節水弁
２０：気体供給管
２０a：気体流入口
３０：開閉コック
４０：ポンプ
５０：液体供給管
５０a：流入口
６０：流量調整バルブ
１００：マイクロバブル生成機構
１００a：本体
１０１：外套管
１０２乃至１０７：スリット
１０８：プレート
Ａ、Ｂ：マイクロバブルを用いた節水洗浄装置

Claims (3)

1. 一端に配設される各個の流入口に給水源と気体供給手段が接合され、他端に気液混合流体の流出口が配設されて成る、マイクロバブルを用いた節水洗浄装置において、
   前記流出口に節水弁を接合し、該節水弁の出水口に噴射ノズルを接合して成るマイクロバブルを用いた節水洗浄装置。
2. 前記節水弁が、六角軸体の一端部に雌ネジが内設され、他端部に雄ネジが突設され、該雌ネジのネジ底に通水室が内設され、該通水室と前記雄ネジ の内部に穿設された出水口の底面間に隔壁が配設され、該隔壁に所要径の連通口が開口されて成る弁本体と、前記通水室に内設される通水盤と該通水盤に重畳されその中心を通る直径上に対称な蝶羽根が設けられ中心にネジ挿通孔が貫設されて成る制水盤と両者を接合するボルトとから成り、前記通水盤には制水盤の両蝶羽根間に露出される盤面内で、その中心に点対称状に所要直径の通水孔を所要数分連通して開口した面積の円弧状の長溝通水孔が開口され、中心にネジ孔が螺設されて成る制水駒と、該制水駒の位置決め手段とから成る請求項１記載のマイクロバブルを用いた節水洗浄装置。
3. 前記節水弁が、その出水口に網目状の流速緩和体を内設して成る請求項１又は２記載のマイクロバブルを用いた節水洗浄装置。

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