JP5704351B2 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、アスピレータの原理を利用したマイクロバブル（微細気泡）を含む水を作成するための装置に関するものである。

アスピレータは、水道を利用して真空に近い減圧をつくる理化学機器であって、水道水を捻転羽根と先細りのノズルを備えた流路内を旋転流として吸気室を通過させ、細い管の流路を経て外部に放出する構造を持ち、この、旋転水流の高速回転が発生させた遠心力が、放出された流束内に真空を発生する。この真空は水を逆流させるように作用するが、流束が通過する孔の適度な太さが、水の遡上を阻止して吸気室内の真空を維持し、吸気孔から外気を吸引する効果をもたらすものである。

アスピレータの構造を利用した発明としては、例えば、水道水の流れる流路の中に空気を吸い込む空気導入路を設け、水流によって生じる負圧（減圧）で空気を水流内に引き込み、水流路の下流に設けた多数の回転羽根でマイクロバブルを生じさせる装置（特許文献１）や、浴槽の湯を循環させる循環路の途中に水流の流れる方向に管径が縮小され内面をスパイラル状にしたアスピレータ管を設け、該アスピレータ管に空気を供給するためのボールバルブを設けたものなどがある（特許文献２）。
これらはいずれも、アスピレータの水流路の側面に空気導入孔を設け、この空気導入孔から流路内に空気を吸い込ませて微細気泡をつくる方法である。

特開２００５―３０５２１９号公報 特開平６−３１９７７４号公報

従来のマイクロバブルの発生装置は、アスピレータの水流路の側面に空気導入孔を設け、この空気導入孔から流路内に引き込んだ空気を攪拌粉砕して微細気泡をつくる方法で、空気の送入量や攪拌の調整によって気泡の微細度を調整するため目的とする微細な気泡が得にくいなどの問題があった。

本発明は、構造が簡単で容易に所望の微細気泡を含む流水を連続して作成・供給できる装置を提供するものである。
本発明者は、アスピレータの旋転流を囲む位置にＳＰＧ（シラス・ポーラス・ガラス）製などの多孔質パイプを配置した機構により、水流路内に発生した真空が、多孔質パイプ壁を通して空気を水流内に取り込み、水中にマイクロバブルを発生させる装置について、さきに特許出願をした（特開２０１２−１２０９９７号公報）。
本発明者は、アスピレータが、吸気口から小気泡を含む水を吸入し、これが旋転流に合流するとき、気泡が微細化される効果があることに着目し、アスピレータの吸気室の壁を多孔質材料で構成し、内壁面を水流で覆うことにより、気泡の取り込み面積を実効的に拡げ、マイクロバブル生成量の増大に資する機構をこのたび追加考案した。

本発明の微細気泡発生装置は、アスピレータの旋転流作成ノズルを有する流水送入管とアスピレータの作る減圧によって気体（空気）を水流内に取り込むための吸気部を備えた多孔質放水管とからなり、多孔質放水管が流水送入管の一部を囲んだ形で流水送入管に組み付けられた構造とし、かつ、流水送入管のノズル部外周面と多孔質放水管の吸気部内壁面との間に間隙を設けた構造とし、流水送入管に送入した流水が送入管内と該間隙内とを流通して微細気泡を含んで放出されるようにした。

流水送入管と多孔質放水管との組み付けは、吸気室を形造っている壁を多孔質材で構成して吸気部とし、流水送入管のノズル部の外壁と該放水管の吸気部の内壁面との間に間隙があるように組み付け、この間隙を狭くとり、この間隙内に水を流すことにより、アスピレータの作る減圧が吸気部の壁を通して空気を吸入し、この気泡が、流水中に取り込まれてマイクロバブルを形成する構造としたものである。間隙は、下流側は解放されていて、間隙内の水は流水送入管の水と合流して放水される。

上記の間隙に必要な水は、流水送入管の旋転流生成ノズル部の箇所に、間隙内に達する貫通孔を穿設して必要な量の水を供給する。貫通孔はノズル部の上流（ノズルの入り口部分）の箇所に設け、間隙内を水が流れるのに必要な大きさの径の孔を必要な数だけ設ける。間隙による水路は通常、平滑面であるが、必要に応じて、ノズル部の外周壁面に螺旋状の溝を設け、この螺旋溝を通して水を流す構造としてもよい。
減圧下にある狭い間隙内を水が流れることによって、間隙の部分に相当する多孔質放水管の管壁より空気が取り込まれる。この構造によって生成したマイクロバブル含有水は、流水送入管のノズルからの旋転水流と合流し、両者の機能が強化された結果を得ることができる。
本発明における多孔質材料で構成された多孔質放水管は、流水送入管とＯ−リング等を介して気密に結合される。多孔質放水管は、全てを多孔質材料で構成しても、また、吸気部のみを多孔質材料としてもよい。

本発明の微細気泡発生装置では、旋転流作成ノズルを有する流水送入管と多孔質放水管との間に好ましくは螺旋状に間隙を設け、この間隙内に流水の一部を流入させ、この流入させた水を流水送入管のノズルによって付勢された水流で引き抜く形としたため、間隙内の水流がさらに強まり同時に螺旋内を通ることによって生じる遠心力が機能して、多孔質放水管の吸気部から微細な気泡として空気が水の中に取り込まれるので、目的とする微細度の気泡を含む水流が容易に得られる。

本発明の装置では、上記の構造とすることにより、間隙内を流れる水が多孔質放水管の内壁面に沿って流れるため、従来のアスピレータに生じていた空気取込み部位に生じる空気溜まりが生ぜず、直接多孔質放水管の微細孔から空気を取り込むため、所望の大きさのマイクロバブルを均一に含む水を得ることができる。
本発明は、付勢手段を備えた流水送入管と多孔質放水管を備えるだけでよいため、工場などの生産設備などのほかに一般家庭でも容易に利用できる。

本明細書では、水と空気について述べているが、水の代わりに他の液体を用いてもよく、空気に代えて酸素などの他の気体を流体中に取り込むのに用いることもできる。また、微細気泡として取り込むことができるため、塩素ガスや硫化水素ガスなどの水溶性の有害ガスを効率よく除去するのに使用することもできる。

本発明装置の基本構成を示す断面図。 図1の装置の分解断面図。 本発明装置の他の例を示す断面図。 図２の装置の分解断面図。 多孔質放水管の吸気部の一例を示す斜視図。 空気以外の気体を用いた場合の本発明装置の一部破断側面図。 調節バルブの一例を示す断面模式図。 調節バルブの代わりに多孔質体を用いた例を示す断面模式図。

本発明の流水送入管は多孔質放水管に水流が勢い良く流れ込むような形状のものであればよい。流水送入管に備える流水付勢手段としては、単に流水送入管の流路を下流側に向けて細くしたノズルだけでも良く、また更に、流路の入口部内に水流に旋転性（旋回力）を付けるためのスパイラル状の溝（スパイラル条）などを設けるとよい。また、スパイラル条の代わりにスクリューなどを設けてもよい。
流水送入管は、通常、金属製が好ましいが、プラスチック製、ガラス製などとしてもよい。

多孔質材料からなる多孔質放水管は、特に限定されることなく、適当な微細孔を多数有する管が使用される。例えば、適当な粒径の粒子からなる焼結体や成形体などの管が使用できる。素材としては、ガラス、セラミック、金属などが挙げられ、シラスバルーンガラス、ステンレス粒子などの焼結体などがある。このほか、カーボンパイプ、炭素繊維製パイプなどを用いることもできる。錆びないことや、溶出する成分が無いなどの点でシラスバルーンによる多孔質管（ＳＰＧ）が好ましい。
多孔質放水管の多孔質の程度は素材によって選択しても良く、また、多孔質放水管の吸気部の部分のみを多孔質としてもよい。多孔質放水管は、流水送入管からの流水が勢いが低下することなく放出されるように下流側に内径が広がる構造とするとよい。

本発明装置で形成される気泡の大きさや量は、装置内を流れる水流の強さや多孔質放水管の多孔度合（孔の大きさや密度）などを調整することによって所望のものを得ることができる。このほか、多孔質放水管の吸気部の部分のみを多孔質とし、その外周を適当なケーシングで覆い、このケーシングを経て吸気部に吸引される気体の量や気体の圧力を制御することで気泡の大きさ等を調整することもできる。

以下に本発明のいくつかの例を図面によって示すが、本発明はこれらの例に限られるものではない。

図１は、本発明の基本的な構造を示す断面図で、１は流水送入管、２は多孔質放水管、３は流水送入管１と多孔質放水管２との間に設けられる間隙を示す。
流水送入管１は、水取り入れ口に旋転流を得るためのスクリュー（旋転はね）13を設け、その下流側をノズル部12とし、ノズル部12を本体部11よりも外径が小さなものとして段部を設け、この段部に多孔質放水管２の先端部を組付けて本発明の装置とする。組み付けは、流水送入管1のノズル部の外壁と多孔質放水管２の内壁との間に間隙３が形成されるように、本例では、ノズル部の外径を小さくしている。流水送入管１と多孔質放水管２の接合は、接着剤で接着しても、また、両者にネジ溝を設けてネジ止めしてもよい。

流水送入管１と多孔質放水管２とはＯ−リング４を介して気密に接合するが、間隙３への水送入口としてノズル部内から間隙３に達する小孔14を適数個設け、間隙３の下流側は解放された状態とする。
図２は、図1の装置の流水送入管１と多孔質放水管２を組付ける前の分解断面図である。多孔質放水管２は、図示するように下流側に内径が拡径する形状とするとよい。
使用に際しては、図の左側から水道水を流水送入管1に流入させ、スクリュー13で旋転流となった水がノズル部12を経て勢いよく流出されると共に、このノズル部12で付勢された水が間隙３に流入した水を引き出す形で間隙内の水流を更に強めるため、放水管２の管壁（吸気部）から空気が吸い込まれ、微細な気泡を含んだ水が多孔質放水管２から放出される。

図３は、本発明装置の他の実施例で、流水送入管１のノズル部12の外周面に螺旋状溝15を設けて間隙３内を流れる水流が更に強くなるようにした例を示す。図1と同一部材には同じ符号を付した。
本例の場合には、Ｏ‐リングの代わりにゴムバンド５によって流水送入管１と多孔質放水管２を接合・シールした。
図４は、図３の装置の組み付け前の分解断面図である。図からわかるように、流水送入管１の流水を付勢するノズルの形状はそのままで、ノズル部12の外壁の形状が異なる。
また、本例は多孔質放水管２全体を多孔質とせずに、間隙３の部分の吸気部21のみを多孔質とした。吸気部21は、多孔質放水管２の全周囲とせずに、間隙３に相当する部分に円形のように小さく設けてもよい（図５参照）。多孔質放水管の多孔質の度合、孔の大きさや孔の数（密度）などを選択することにより任意の気泡を含む水を得ることができる。

図６は、空気以外の気体を用いた場合の例を示す図である。図示するように、間隙３の部分の吸気部21のみを多孔質とした多孔質放水管２を使用し、吸気部21の外周を適当な空隙部を有して覆うカバー30（ケーシング）で覆い、このカバー30に給気パイプ31を接続し、所要の気体(ガス）を充填したボンベ32から気体を吸気部21へ供給することによって、本発明装置を流れる流水に所望の気体の微細気泡を含む水を得ることができる。給気パイプ31には、吸気部21へのガス量を調整するための調節バルブ33及び圧力計34を設けて、気体の供給量と圧力を調整する。
吸気部21へのガス量を調整するための調節バルブとしては、例えば、図７に示すようなニードル弁33bを有するニードル調整弁33aなどを吸気部21を覆うカバー30の近くに設け、ニードル弁33bの位置を微細に調節することで、吸気部21に吸い込まれるガス圧を微細に調節でき、生成される気泡の大きさや量を任意なものにより容易に調整できる。

上記の他に給気パイプ31には、切換え弁35を設けてボンベ32からの流路を閉止して空気などの気体を給気パイプ31aから採り入れるようにしてもよい。
なお、室内などに発生した有毒ガスの除去などの場合には、図中のボンベに代えて、先端に吸気口を備えたパイプをカバー30に接続するなどの方法で使用するとよい。
吸気部21へのガス量を調整するための別な手段としては、図８に示すように、調節バルブに代えて、給気パイプ31に適当な通気量を有する多孔質体Ａを装填して行うこともできる。多孔質体としては、前記シラスバルーン等による多孔質体が使用でき、多孔質体Ａの通気量はアスピレータの吸引力に応じて定めておくものとする。この多孔質体は、通気量の異なるものを多数用意しておき、アスピレータの吸引力に応じて適するものを選択して給気パイプ31に交換・装填して使用してもよい。なお、多孔質放水管２の吸気部21の多孔度合が適切な場合は多孔質体Ａによる吸気量の調節は不要である。

また、図６は水道の蛇口に本発明装置を装着した状態を示す図で、水道の蛇口６に接続管８を介して接合部材７、９によって、流水送入管１、多孔質放水管２及び接続用ゴムバンド５からなる本発明の装置を装着し、これに放水パイプ41をゴムバンド40で接続した状態を示す。
本発明の装置は、水道の蛇口のみならず、プールや風呂などの水を加圧・加勢して循環させる経路に介在させて使用することもできる。

１・・流水送入管、 ２・・多孔質放水管、 ３・・間隙、 ４・・Ｏ‐リング、 ６・・蛇口、 ８・・接続管、 ７、９・・接合部材、

Claims (5)

1. 旋転流作成ノズルを有する流水送入管とアスピレータの作る減圧によって気体を水流内に取り込むための吸気部を備えた多孔質放水管とからなり、流水送入管が流路の入り口内部に旋転水流作成部を備え、その下流に向けて流路が小径となるノズル部を有し、該ノズル部の外周面に螺旋状溝の水路が設けられ、かつ、該ノズル内から螺旋状溝の水路に達する小孔を適数個設けてなり、多孔質放水管が流水送入管の螺旋状溝の水路の部分を含めて囲んだ形で流水送入管に組み付けられた構造とし、流水送入管に送入された流水が流水送入管内と螺旋状溝の水路内とを流通して微細気泡を含んで放出されるようにした微細気泡発生装置。
2. 流水送入管の外周面に設けた螺旋状溝の水路に相当する部分の多孔質放水管の吸気部のみを多孔質とした請求項１記載の微細気泡発生装置。
3. 多孔質放水管の吸気部のみを多孔質とし、この吸気部の外周をケーシングで囲いケーシングを介して気体を採り込むことで吸気部からの吸気量を制御できるようにした請求項２記載の微細気泡発生装置。
4. 多孔質放水管の吸気部のみを多孔質とし、吸気部の外周を囲むケーシング又はケーシングに接続された吸気管にニードル調整弁を設けて吸気部からの吸気量を微細に制御できるようにした請求項３記載の微細気泡発生装置。
5. 気体が、空気の他に、酸素、窒素、炭酸ガス等の空気以外の気体である請求項１に記載の微細気泡発生装置。

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