JP5748162B2 - 旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置に関し、より詳細には、水を供給するポンプに加えられる負荷が最小化することにより、少ない電力でも大容量の微細気泡を生産することができる旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置に関する。

水中でマイクロサイズまたはナノサイズのバブル（ＭＩＣＲＯ ＢＵＢＢＬＥ）（以下、「微細気泡」とする）を発生させる技術は、水処理分野を含む多くの分野に活用される趨勢にある。

このような理由により、現在では、微細気泡発生装置に対する研究が活発に進められている。例えば、韓国登録特許１０−７４５８５１号（２００７．７．２７）には、数マイクロメータ以下のサイズを持つバブルを発生させるバブル発生装置が開示されている。本韓国登録特許では、制御部の制御信号によってモータ部がポンピング動作を行い、ポンピングによって浴水およびエアーがモータ部に吸入されるようにし、モータ部に吸入された浴水およびエアーをバブル生成部に排出し、バブル生成部は過剰の圧力を防ぐためにエアーベントを利用してエアーを排出し、バブル吐出モジュールによってバブルを形成する。

他の例として、韓国特許公開１０−２０１０−００３０３８２号（２０１０．３．１８）には、円滑な動作が可能ながらも、動作が完了後にはメインポンプ内部に残存する水を完全に排出できるようにすることによって衛生に対する信頼性を向上させ、水の循環が可能なだけでなく、水道水を直接利用できるようにした形態の微細気泡発生装置が開示されている。

しかし、微細気泡を生産する技術は多く開発されているが、低電力で大量の微細気泡を生産することができ、実際に１００ｎｍ以下の気泡を生産する技術は未だ不足している。

韓国登録特許第１０−７４５８５１号公報 韓国特許公開第１０−２０１０−００３０３８２号公報

本発明の一実施形態によれば、水と空気の使用量に対比して微細気泡の発生量を増加させることができるだけでなく、使用消費電力を低減することができる微細気泡発生装置を提供することを目的とする。

本発明の他の実施形態によれば、低電力で１００ｎｍ以下の気泡を生産することができる微細発生装置を提供することを他の目的とする。

本発明の他の実施形態によれば、低電力で５０ｎｍ以下の気泡を生産することができる微細気泡発生装置を提供することさらに他の目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の微細気泡発生装置は、ポンプを通じて流入した水とベンチュリインジェクタを通じて流入した気体の混合物を流入し、水と気体を衝突させながら旋回させて溶解水を流出する旋回ユニット、前記旋回ユニットに連結し、前記溶解水に溶解しない空気を分離する分離チャンバ、前記分離チャンバから流出する溶解水を貯蔵する溶解タンク、および前記溶解タンクに連結し、前記溶解水を流入して水中に微細気泡を生成させるノズルユニットを含み、前記分離チャンバは円柱形状であり、前記分離チャンバの中心軸は前記旋回ユニットから排出される前記溶解水の進行方向の中心軸と同じように配置され、前記旋回ユニットは、水と気体の混合物を流入する水／空気流入部と、溶解水を排出する溶解水排出部を備えた旋回本体、および前記旋回本体内に備えられ、前記溶解水が生成されるように前記水／空気流入部を通じて前記旋回本体内部に流入した前記水と前記空気の混合物を旋回させて前記排出部側に誘導させる水／空気回転誘導案内部、を含み、前記旋回本体は円柱で形成され、前記水／空気流入部は前記旋回本体の接線方向に形成され、前記溶解水排出部は前記旋回本体の長さ方向の中心軸に形成され、前記水／空気回転誘導案内部は、前記水／空気流入部から前記溶解水排出部への水の流れを許容するように、パイプ形状で形成され、前記旋回本体の内部に設置される少なくとも１つの水／空気案内壁体を含み、前記水／空気案内壁体は、一端部が前記溶解水排出部領域を囲み、前記溶解水排出部が形成された前記旋回本体の一側内壁面に固定され、他端部は前記一側内壁面と対向する他側内壁面から離隔配置される第１水／空気案内壁体を含み、前記溶解水が流れる方向に対して漸進的にその断面積が小さくなるように前記旋回本体の内壁面及び前記第１水／空気案内壁体のうちの少なくとも１つに傾斜面が形成される。

本発明によれば、水を供給するポンプに加えられる負荷が最小化するように微細気泡を発生する装置を構成することにより、少ない電力でも大容量の微細気泡を生産することができる効果がある。

また、低電力で大量生産することができる微細気泡の大きさは１００ｎｍ以下の気泡も可能であり、また５０ｎｍ以下の気泡も生成可能であり、さらに２０ｎｍサイズの微細気泡も生成することができる効果がある。

本発明の一実施形態に係る微細気泡発生装置を示すブロック図である。 図１の旋回ユニットを示す斜視図である。 図２の旋回ユニットを切開して示す切開斜視図である。 図２の旋回ユニットの断面図である。 図１の分離チャンバを示す斜視図である。 図１の分離チャンバと旋回ユニットの結合関係を説明するための図である。 図１のノズルユニットを示す斜視図である。 図７のノズルユニットを切開して示す切開斜視図である。 図７のノズルユニットの断面図である。 本発明の他の実施形態に係る旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置の装置図である。 溶解タンクの内部構成を具体的に示すブロック図である。 図１０の実施形態を説明するために提供される図である。 本発明の他の実施形態に係る溶解タンクを備えた微細気泡発生装置に対する機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る流動性ボールを利用したノズルユニットの機能ブロック図である。 図１４に示す流動性ボールを利用したノズルユニットの概略的な構造図である。 図１４に適用された衝突式二流体生成部の変形実施形態である。 図１４に適用された衝突式二流体生成部の変形実施形態である。 第２実施形態に流動性ボールを利用したノズルユニットの概略的な構造図である。 第３実施形態に流動性ボールを利用したノズルユニットの概略的な構造図である。 第４実施形態に流動性ボールを利用したノズルユニットの概略的な構造図である。 第５実施形態に流動性ボールを利用したノズルユニットの概略的な構造図である。 第６実施形態に流動性ボールを利用したノズルユニットの概略的な構造図である。 本発明の第７実施形態に係るノズルユニットの機能ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る旋回ユニットの基盤の微細気泡生成装置の詳細ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの内部投影斜視図である。 図２５を他の角度から切開した切開斜視図である。 図２５を他の角度から切開した切開斜視図である。 図２５の断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の図４０の実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の図４１の実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。 図２４の旋回ユニットと分離チャンバを説明するための図である。 旋回ユニットの一実施形態に係る斜視図である。 図４８の断面図である。 本発明の一実施形態に係る処理対象水が流れるメインラインにノズルユニットが装着したことを示す拡大斜視図である。 図５０の横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る処理対象水が流れるメインラインにノズルユニットが装着したことを示す横断面図である。 本発明の他の実施形態に係るノズルユニットがメインラインに装着したことを示す横断面図である。

以上の発明の目的、他の目的、特徴、および利点は、添付の図面と関連する以下の好ましい実施形態を参照しながら容易に理解できるであろう。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されることはなく、他の形態で具体化することもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は、開示された内容が徹底して完全になるように、または当業者に本発明の思想が十分に伝わるようにするために提供されるものである。

本明細書において、ある構成要素が他の構成要素の上にあると言及される場合には、それは他の構成要素の上に直接形成されたり、またはその間に第３の構成要素が介在する場合もあり得ることを意味する。また、図面における構成要素の厚さは、技術的内容の効果的な説明のために誇張されている。

本明細書で記述する実施形態は、本発明の理想的な例示図である断面図および／または平面図を参照しながら説明される。図面において、膜および領域の厚さは、技術的内容の効果的な説明のために誇張されている。したがって、製造技術および／または許容誤差などによって例示図の形態が変形可能である。したがって、本発明の実施形態は、図に示された特定形態に制限されることはなく、製造工程によって生成される形態の変化も含む。例えば、直角に示されたエッチング領域は、ラウンドを有したり所定の曲率を有する形態であってもよい。したがって、図面に例示した領域は属性を有し、図面で例示した領域の形状は素子の領域の特定形態を例示するためのものであり、発明の範疇を制限するためのものではない。本明細書の多様な実施形態において、第１、第２などの用語が多様な構成要素を記述するために使用されているが、これらの構成要素がこのような用語によって限定されてはならない。これらの用語は、単にある構成要素を他の構成要素と区別するために使用されたものに過ぎない。ここに説明されて例示される実施形態は、その相補的な実施形態も含む。

本明細書で使用された用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限するためのものではない。本明細書において、単数型は、文句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素が１つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。

以下、図面を参照しながら、本発明を詳しく説明する。後述する特定実施形態を記述するにおいて、様々な特定的な内容は、発明をさらに具体的に説明して理解を助けるために作成された。しかし、本発明を理解できる程度に当分野の知識を有する読者は、このような様々な特定的な内容がなくても使用できるということを認知することができる。ある場合には、発明を記述するにおいて、周知ながらも発明と大きく関連ない部分は、本発明を説明するにおいて格別な理由なく混乱が生じることを防ぐために記述しないことを予め言及しておく。

図１は、本発明の一実施形態に係る旋回ユニットの基盤の微細気泡生成装置の詳細ブロック図である

図１を参照すれば、本実施形態に係る旋回ユニットの基盤の微細気泡発生装置１００は、ベンチュリインジェクタ（Ｖｅｎｔｕｒｉ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）１４０、旋回ユニット１５０、分離チャンバ１６０、溶解タンク１７０、ノズルユニット１８０を含んでもよい。一方、説明の目的のために、バルブ１１０、流量計（ＦｌｏｗＭｅｔｅｒ）１２０、および給水ポンプ１３０を図１に追加で示した。

本実施形態の旋回ユニットの基盤の微細気泡発生装置によれば、ベンチュリインジェクタ１４０を通じて流入した空気とポンプ１３０を通じて流入した水が混合し、水と空気が混合した混合物は旋回ユニット１５０に供給されて回転する。この後、旋回ユニット１５０から流出する混合物は、分離チャンバ１６０を経て溶解タンク１７０に流出される。以上のような一連の動作により、溶解タンク１７０では空気が水に多く溶ける高溶解水が生成されるが、このように生成された高溶解水は、ノズルユニット１８０を通じて噴射されることによって微細気泡が生成されるようになる。

本願明細書では、説明の目的のために、「混合物」という用語を、次のような状態のうちのいずれか１つを意味するものとして使用することにする。
ｉ）水と気泡形態の気体が混合した状態
ｉｉ）水に気体が溶けた状態
ｉｉｉ）前記ｉ）とｉｉ）の状態が混存する状態

また、本願明細書では、説明の目的のために、用語「混合物」と用語「溶解水」を特に区別する実益がない限り、互いに区別なく使用することにする。

さらに、本願明細書に記載された実施形態において、水と空気が混合することを説明しているが、これは例示的なものに過ぎず、空気でないオゾンや純酸素などのように他の気体も水との混合が可能であろう。一方、ノズルユニット１８０は、図７に開示されたもの以外に、他の形態のノズルユニットも使用が可能である。

バルブ１１０は、後述する給水ポンプ１３０に流入する水の流量を調節してもよく、流量計１２０は、給水ポンプ１３０に流入する水の流量に応じてバルブ１１０が操作されることにより、給水ポンプ１３０に流入する水の流量が適切に調節されてもよい。

給水ポンプ１３０は、バルブ１１０を通じて流入する水を所定の圧力でベンチュリインジェクタ１４０に供給してもよい。後述するが、本発明の一実施形態によれば、給水ポンプ１３０にかかる圧力が最小化しながらも、微細気泡は大量に生成されるという効果を発揮することができる。

ベンチュリインジェクタ１４０は、両端の断面積が中央の断面積よりも広い形状の管であって、本願発明が属する技術分野に従事する者であれば、周知の構成要素である。具体的に、ベンチュリインジェクタ１４０は、その一端には水が流入し、中央には空気が流入するように構成される。ベンチュリインジェクタ１４０の中央に流入した空気は、一端を通じて流入する水と共にベンチュリインジェクタ１４０の他端に排出される。一方、ベンチュリインジェクタ１４０を通じて空気が流入するとき、空気の少なくとも一部は水中に溶けるようになる。

旋回ユニット１５０は、ベンチュリインジェクタ１４０から流出する混合物を流入することによって旋回させてもよい。旋回ユニット１５０を通過しながら、空気は水中に多く溶けるようになる。本発明の一実施形態に係る旋回ユニット１５０の構造は、ポンプ１３０から提供された水を分離チャンバ１６０側に流出し、ポンプ１３０にかかる圧力が最小化するようにする。

図２〜図５を参照すれば、本発明の一実施形態に係る旋回ユニット１５０は、ベンチュリインジェクタ１４０から流出する水と空気の混合物（ｆ１）を流入することによって旋回させ、旋回させた溶解水（ｆ２）を分離チャンバ１６０に流出させる。

本発明の一実施形態に係る旋回ユニット１５０は、旋回本体１５１と、旋回本体１５１内部に備えられる水／空気回転誘導案内部１５９を含んでもよい。

旋回本体１５１は、旋回ユニット１５０の外形を形成する部分である。金属性材質で形成されているが、必ずしもそうである必要はなく、透明または半透明材質のプラスチック射出物であってもよく、その他の多様な材質で形成されてもよい。

このような旋回本体１５１には、水と空気の混合物を流入する水／空気流入部１５３と、流入した水と空気を旋回させながら適切に混合させる水／空気回転誘導案内部１５９と、水と空気の混合物を排出する溶解水排出部１５５が備えられる。

本発明の一実施形態によれば、旋回本体１５１は、溶解水排出部１５５が形成された内壁面を除いた残りの内壁面が、全区間でその断面積が同じ円柱形状であってもよい。

本発明の一実施形態に係る水／空気流入部１５３は、旋回本体１５１の接線方向に形成され、溶解水排出部１５５は、旋回本体１５１の長さ方向の中心軸上の一側壁に形成されてもよい。このように、水／空気流入部１５３は、ベンチュリインジェクタ１４０から流入した水と空気の混合物が流入する方向と同じ方向に流入されるように位置する。

水／空気流入部１５３領域には、水／空気流入部１５３に水と空気を供給する水／空気コネクタ１５６が備えられてもよい。水／空気コネクタ１５６にはねじ部１５７が形成されてもよく、ベンチュリインジェクタ１４０と旋回ユニット１５０の間に位置する管路がねじ部１５７によってねじ結合されてもよい。一方、ねじ部１５７は一実施形態であり、他の形態としてベンチュリインジェクタ１４０と旋回ユニット１５０の間に位置する管路を設置してもよいことは勿論である。

水／空気回転誘導案内部１５９は、水／空気流入部１５３を通じて旋回本体１５１内に流入する水の回転を誘導し、可能な限り流入する水に圧力がかからないように、流入する水の方向に逆らわない方向に水を回転させながら水と空気を互いに衝突させてもよい。したがって、水中に空気がより多く溶けるようにすることができる。

水／空気回転誘導案内部１５９は別途で製作され、旋回本体１５１内の該当位置に結合してもよいが、射出成形の方法によっても実現されることは勿論である。射出成形の方法によって実現される場合、水／空気回転誘導案内部１５９と旋回本体１５１は一体に製作されるであろう。

一方、本実施形態では、水／空気回転誘導案内部１５９を通じた水と空気の旋回速度を向上させるために、上述したように、水／空気流入部１５３が旋回本体１５１の接線方向に形成される。したがって、水／空気流入部１５３を通じて流入した水と空気は、水／空気回転誘導案内部１５９に抵抗を受けることなく直ぐに旋回が始まるため、水／空気の旋回速度は増加する。以上のように、ポンプ１３０にかかる圧力が最小化するようになる構造を有するようになる。

本発明の一実施形態に係る水／空気回転誘導案内部１５９は、水／空気流入部１５３から溶解水排出部１５５に水が流れることを許容する複数の水／空気案内壁体１５９ａ、１５９ｂを含む。

本実施形態において、多数の水／空気案内壁体１５９ａ、１５９ｂは、第１水／空気案内壁体１５９ａと、第１水／空気案内壁体１５９ａの半径方向の外側に配置する第２水／空気案内壁体１５９ｂとを含む。第１水／空気案内壁体１５９ａと第２水／空気案内壁体１５９ｂはすべて、パイプ（ｐｉｐｅ）形状の管状体として備えられる。

第１水／空気案内壁体１５９ａは、その一端部が溶解水排出部１５５領域を囲みながら、溶解水排出部１５５が形成された旋回本体１５１の一側内壁面に固定され、他端部は、溶解水排出部１５５が形成された旋回本体１５１の一側内壁面と対向する他側内壁面から離隔配置される。

第２水／空気案内壁体１５９ｂは、第１水／空気案内壁体１５９ａの半径方向の外側に配置され、第１水／空気案内壁体１５９ａとの間に離隔するように形成されるが、その一端部は溶解水排出部１５５が形成された旋回本体１５１の一側内壁面と対向する他側内壁面に固定され、他端部は溶解水排出部１５５が形成された旋回本体１５１の一側内壁面から離隔配置される。

上述したような構成により、水／空気流入部１５３を通じて旋回本体１５１内に流入した水と空気は、第２水／空気案内壁体１５９ｂと旋回本体１５１の内周面の間、第２水／空気案内壁体１５９ｂと第１水／空気案内壁体１５９ａの間、および第２水／空気案内壁体１５９ｂの内部を移動しながら強く旋回し、水と空気が互いに衝突しながら高溶解度の溶解水が生成され、生成された溶解水は溶解水排出部１５５を通じて排出される。このように、本発明は、水と空気の混合物の本来の流れを妨害することなく水と空気の衝突を最大化させる方式（旋回方式）を採択することにより、ポンプ１３０の消耗電力を最小化すると同時に微細気泡を生成できるようになる。

図１および図５を参照すれば、分離チャンバ１６０は、溶解しない空気を集めて一定の領域に位置させてもよい。

本発明の一実施形態に係る分離チャンバ１６０は、旋回ユニット１５０の溶解水排出部１５５と溶解タンク１７０の内部を互いに連結するように設置される。本実施形態において、分離チャンバ１６０は透明なガラス材質で構成されているが、透明や不透明なプラスチックまたは金属性材質のように他の材質で構成されることも可能である。

図５を参照すれば、本発明の一実施形態に係る分離チャンバ１６０は、その中心が空いている円筒形状であり、一対の基板１６２と結合する。基板１６２には溶解水を流入する開口部（Ｐ１）と溶解水を流出する開口部（Ｐ２）を含むが、この開口部（Ｐ１、Ｐ２）がそれぞれ分離チャンバ１６０と溶解水の流れが連通するように、基板１６２と分離チャンバ１６０が結合する。ここで、溶解水を流入する開口部（Ｐ１）は、旋回ユニット１５０と直接結合して溶解水を流入するように流れが連通したり、または中間に配管（図示せず）やねじのような締結手段（図示せず）によって旋回ユニット１５０と連通してもよい。このような結合方法は例示的なものに過ぎず、他の結合方法によっても実現可能であることは勿論である。

図５を参照すれば、一対の基板１６２のうちの１つは旋回ユニット１５０と直接結合したり、または任意の手段（例えば、配管や締結手段など）によって旋回ユニット１５０と結合し、一対の基板１６２のうちの他の１つは溶解タンク１７０と直接結合したり、または任意の手段（例えば、配管や締結手段など）によって溶解タンク１７０と結合してもよい。

本発明の一実施形態に係る分離チャンバ１６０は、その内部が空いている円筒形状であり、分離チャンバ１６０の中心軸は、旋回ユニット１５０の溶解水排出部１５５を通じて排出される溶解水の進行方向の中心軸と同じように配置されてもよい。すなわち、分離チャンバ１６０の長さ方向中心軸は、旋回本体１５１の長さ方向中心軸と同じように直列に配置される。図５を参照すれば分かるように、分離チャンバ１６０は、内部が空いている円筒であって、一側には旋回ユニット１５０から混合水を流入し、他側には混合水を溶解タンク１７０側に流出する。分離チャンバ１６０と旋回ユニット１５０を結合する方法は、本発明が属する技術分野に従事する者であれば、従来技術を利用して結合することができる。例えば、分離チャンバ１６０の一側（図５では、溶解水ｆ２が流入する部分）と、旋回ユニット１５０の溶解水排出部１５５を互いに直接結合する方法がある。他には、管（図示せず）を利用して溶解水排出部１５５と旋回ユニット１５０の一側を結合する方法があるであろう。

一方、分離チャンバ１６０と旋回ユニット１５０の中心軸を一致させるのは、旋回ユニット１５０で発生した旋回力を最大限に維持するためであるが、これは好ましい例示的構造に過ぎず、本願発明がこのような構造にのみ限定されることはなく、量子の中心軸が互いに完全に一致しない構成も可能であろう。また、分離チャンバ１６０が必ずしも円筒形状である必要はなく、他の形状であってもよい。

旋回ユニット１５０の溶解水排出部１５５から排出された溶解水（ｆ２）は、分離チャンバ１６０内部に流入してその旋回が持続し、その旋回によって分離チャンバ１６０では溶解しない空気が溶解水の旋回によって分離され、分離チャンバ１６０の中心軸付近に集まる。

図５を参照すれば、分離チャンバ１６０の長さ（Ｌ）は、旋回する溶解水が滞留する時間に対応する。したがって、分離チャンバ１６０は、溶解しない空気が十分に中心軸に集まるように最適化した長さに製作されることが好ましい。

溶解タンク１７０は、分離チャンバ１６０から排出される溶解水を貯蔵する貯蔵器の一種である。この場合、分離チャンバ１６０では、溶解水の他に溶解しない空気が共に溶解タンク１７０に排出され、浮力によって溶解タンク１７０の上部に移動するようになる。このような溶解しない空気を外部に排出するために、溶解タンク１７０の上部にはベント１７５が備えられる。

図６は、図１の分離チャンバと旋回ユニットを説明するための図である。

図６を参照すれば、分離チャンバ１６０と旋回ユニット１５０が結合した例を例示的に示している。図６に示すように、分離チャンバ１６０と旋回ユニット１５０は結合しており、旋回ユニット１５０は、ベンチュリインジェクタ１４０から流出する溶解水を旋回ユニット１５０の接線方向に流入する。分離チャンバ１６０と旋回ユニット１５０は、ねじのような締結手段を利用して締結されてもよく、分離チャンバ１６０、基板１６２の開口部（Ｐ１）、および旋回ユニット１５０の溶解水排出部１５５は、溶解水が流れて疎通するように相互連結する。すなわち、溶解水排出部１５５から排出された溶解水は、基板１６２の開口部を通過して筒形状の分離チャンバ１６０の一端に流入する。この後、分離チャンバ１６０に流入した溶解水は、分離チャンバ１６０の他端に流出するが、このように流出した溶解水は溶解タンク側に移動する。

図７は、図１のノズルユニットを示す斜視図である。図８は、図７のノズルユニットを切開して示す切開斜視図である。図９は、図７のノズルユニットの断面図である。以下、これらの図面を参照しながら、ノズルユニットについて説明する。

ノズルユニット１８０は、水中に位置し、溶解タンク１７０から流出する溶解水（ｆ４）が流入した後、水中に高速排出し、水中の水と溶解水を衝突させることにより、水中に微細気泡を生成させる。

本発明のノズルユニット１８０は、溶解水を流入し、水中に排出して微細気泡を生成することができる多様なノズルユニットの構成が適用されてもよいが、本実施形態に係るノズルユニット１８０は、溶解タンク１７０から流入した溶解水を旋回させた後、水中に排出して微細気泡を生成するように構成される。したがって、ノズルユニット１８０から排出される溶解水が高速旋回しながら速い速度で排出されるため、微細気泡の生産率が向上する。

図５〜図９を参照すれば、本発明の一実施形態に係るノズルユニット１８０は、ノズル本体１８１と、ノズル本体１８１内部に備えられる溶解水回転誘導案内部１８９とを含んでもよい。

ノズル本体１８１は、ノズルユニット１８０の外形を形成する部分である。金属性材質で形成されてもよいが、必ずしもそうである必要はなく、透明または半透明材質のプラスチック射出物であってよく、その他の多様な材質で形成されてもよい。

ノズル本体１８１には、溶解水が流入するノズル流入部１８３と、溶解水が排出されるノズル排出部１８５が備えられてもよい。

図５〜図９に例示したノズルユニット１８０は、ノズル排出部１８５の内壁面の一部区間には、水が排出する方向に沿ってその断面積が漸進的に拡張する拡張傾斜面１８８が形成される。このように、ノズル排出部１８５に拡張傾斜面１８８が形成されることにより、流体の断面積と速度の相関関係のベルヌーイ方式に基づいて排出される溶解水の流れはさらに迅速に誘導されるようになり、これによって水中で発生する微細気泡の生産率が向上するという効果がある。

図５〜図９に例示したノズルユニット１８０は、拡張傾斜面１８８を含むという点を除いては、上述した旋回ユニット１５０とその形状やその内部構造が同じである。したがって、ノズルユニット１８０の機能は、拡張傾斜面１８８が形成されたという点を除いては、上述した旋回ユニット１５０の機能と同じである。一方、拡張傾斜面１８８は、ノズルユニット１８０にのみ形成されているが、上述した旋回ユニット１５０または他の実施形態に係る旋回ユニットにも拡張傾斜面が形成されることが可能である。

上述したように、本発明の旋回ユニットの基盤の高溶解水を利用した微細気泡発生装置１００は、旋回ユニット１５０を通じて流入した水と空気を旋回させて衝突させることによって高溶解度の溶解水を生成した後、ノズルユニット１８０を通じて溶解水を水中に排出して微細気泡を生成させることにより、水と空気の使用量に対比して微細気泡の生産率を向上させることができる。

旋回ユニット１５０は、旋回本体１５１内部に水／空気回転誘導案内部１５９が備えられることによって水と空気の旋回力を最大化することができ、供給された空気の大部分が水に溶解する高溶解度の溶解水を生成することができる。

また、旋回ユニット１５０と溶解タンク１７０の間に分離チャンバ１６０を設置することにより、溶解水に混ざっている溶解しない空気を分離して集めた後に溶解タンク１７０に排出するため、溶解しない空気が溶解タンク１７０から迅速に抜け出るようになり、結果的には高溶解度の溶解水をノズルユニット１８０に迅速に供給し、微細気泡の生産速度を高めることができる。

一方、本発明の旋回ユニットの基盤の高溶解水を利用した微細気泡発生装置１００は、旋回ユニット１５０の水／空気流入部１５３が旋回本体１５１の接線方向に形成され、旋回本体１５１と分離チャンバ１６０が同一軸上に配置され、ノズルユニット１８０のノズル流入部１８３がノズル本体１８１の接線方向に形成されるため、流体の流れが急激に変化することなく有機的な形態を示すため、全体的な微細気泡発生装置１００における圧力過負荷が発生せず、既存に比べて低容量のポンプ１３０の使用を可能にすると同時に、既存のようにポンプ１３０使用時の消費電力を減らすことができる。

上述した実施形態では、空気と水を混合して微細気泡を生成することを説明したが、本願発明は、空気だけではなく酸素やオゾンのようなガスと水を混合して微細気泡を生成することも可能であろう。オゾンガスと水を混合した場合は、オゾン微細バブルを生成することができる。したがって、本願発明は、任意の気体と水を混合して微細気泡を生成する技術として活用されてもよい。

さらに他には、本願発明は、水の代わりに他の液体を使用することも可能であろう。このような場合、任意の液体と空気を混合して微細気泡を生成する技術として使用してもよい。

さらに、本願発明は、任意の液体と任意の気体を混合して微細気泡を生成する技術としても活用してもよいことは勿論である。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置の装置図である。図１１は、溶解タンクを具体的に示すブロック図である。

本発明の他の実施形態に係る旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置は、給水ポンプ１１１０、溶解タンク１１２０、溶解タンク１１２０と連結して溶解タンクから流出する水が移動することができる経路を提供する共通管路１１５０、および多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４を含んでもよい。一方、説明の目的のために、図１０に流量計（ＦｌｏｗＭｅｔｅｒ）１１３０を追加で示した。

本発明の他の実施形態に係る微細気泡発生装置は、図１０に示すように、筒体で水中に位置し、大量にマイクロおよび／またはナノバブルを生成する。

本実施形態に係る溶解タンクを備えた微細気泡発生装置は、ポンプ１１１０によって水が溶解タンク１１２０に流入し、溶解タンク１１２０に流入した水は噴霧形態で噴射されて空気と接触した後、落下して溶解タンク１１２０に高濃度の溶解水（以下、「高溶解水」とする）が収容される。溶解タンク１１２０内の高溶解水は、多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４を通じて噴射されることにより、微細気泡が生成されるようになる。

以上のように、本願明細書では、水に混合するものを空気として想定したが、これは例示的なものに過ぎず、空気ではないオゾンや純酸素などのように、微細気泡を生成する必要性がある任意のすべてのガスを含む。一方、多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４は、図３に開示されたものを使用するとしているが、他の適切な形態のノズルユニットを使用することも可能であろう。

ポンプ１１１０は、流入する水を所定の圧力で溶解タンク１１２０に供給してもよい。後述して説明するが、本願発明によれば、給水ポンプ１１１０にかかる圧力が最小化すると同時に、微細気泡を大量生成することができる構造である。

一方、ポンプ１１１０に流入する水の不純物を除去するために、ポンプ１１１０の流入側には、図９のような多孔性のメッシュ部材（Ｍ）が設置されてもよい。したがって、ポンプ１１１０を通じて流入する水は、可能な限り不純物が含まれていない水が流入する。

溶解タンク１１２０は、ポンプ１１１０から流出した水を流入し、噴霧形態で噴射して空気と接触させることにより、空気が水中に多く溶ける高溶解水が生成されるようになる。

図１０と図１１を参照すれば、本実施形態に係る溶解タンク１１２０は、タンク本体１１２１、噴霧ノズル１１２３、エアコンプレッサ１１２５、コントローラ１１２６、第１および第２水位センサ１１２７ａ、１１２７ｂ、ベント１１２８を含んでもよい。

タンク本体１１２１に流入した水は、噴霧ノズル１１２３を通じて噴霧化して噴射され、エアコンプレッサ１１２５からタンク本体１１２１に供給された空気と接触して落下しながら高溶解水が生成されてタンク本体１１２１に収容される。このような水を噴霧化して空気と接触させる方法は、既存の溶解方法に比べて高溶解水の生成に好ましい。

さらに、本実施形態に係る溶解タンク１１２０には、後述して説明するが、タンク本体１１２１に収容された高溶解水の水位が高さを維持するように、第１水位（ｈ１）および第２水位（ｈ２）を感知するための第１および第２水位センサ１１２７ａ、１１２７ｂが設置され、コントローラ１１２６が、前記第１水位センサ１１２７ａまたは第２水位センサ１１２７ｂによってタンク本体１１２１内に収容された高溶解水の水位が感知されれば、その感知結果に応じてエアコンプレッサ１１２５と溶解タンク１１２１の連結流路上に設けられたバルブ（Ｖ１）の開閉を制御してもよい。

タンク本体１１２１は円筒形状で形成される。金属性材質で形成されるが、必ずしもそうである必要はなく、透明または半透明材質のプラスチック射出物であってもよく、その他の多様な材質で形成されてもよい。

一方、溶解タンク１１２０は、空気を流入する流入口１１２４、ポンプ１１１０から水を流入する流入口１１２２、ノズルユニットに溶解水を流出する流出口１１２９を備えてもよい。

噴霧ノズル１１２３は、ポンプ１１１０からタンク本体１１２１内部に流入した水を噴霧状態に生成してタンク本体１１２１の上側内部に噴射する。このような噴霧ノズル１１２３は一般的な公知技術であって、水を流入して噴霧形態に生成する多様な形態の構造が適用されてもよい。

エアコンプレッサ１１２５は、タンク本体１１２１内に空気を供給するための手段である。エアコンプレッサ１１２５とタンク本体１１２１を連結する流路上には、バルブ（Ｖ１）が設置される。この場合、バルブ（Ｖ１）は電子式バルブであって、コントローラ１１２６と電気的に連結し、コントローラ１１２６の制御信号によってエアコンプレッサ１１２５からタンク本体１１２１に供給される空気の流れを開放したり遮断したりする。

第１水位センサ１１２７ａおよび第２水位センサ１１２７ｂは、タンク本体１１２１内に収容された高溶解水の高さ（水位）を感知するための手段であって、コントローラ１１２６と電気的に連結する。本実施形態では、超音波方式のセンサが使用されているが、光学式センサおよび水位を感知するための多様な方式のセンサの使用が可能であることは勿論である。

第１水位センサ１１２７ａは、タンク本体１１２１内の溶解水の高さがｈ１であることを感知し、第２水位センサ１１２７ｂは、タンク本体１１２１内の溶解水の高さがｈ１よりも低いｈ２であることを感知するように設置される。本実施形態において、高さｈ１は、噴霧ノズル１１２３の下端の位置と実質的に同じであってもよい。

本実施形態に係るコントローラ１１２６は、第１水位センサ１１２７ａが水の水位が高さｈ１にあると感知した場合、バルブを開放し、タンク本体１１２１内に空気を供給する。これにより、タンク本体１１２１内の空気圧が増加してタンク本体１１２１に収容された高溶解水を押し、高溶解水の高さ（水位）が第１水位（ｈ１）よりも低くなる。

また、コントローラ１１２６は、第２水位センサ１１２７ｂが水の水位が高さｈ２にあると感知した場合、バルブ（Ｖ１）を遮断し、タンク本体１１２１内に空気の供給を中止する。

このようなコントローラ１１２６制御により、タンク本体１１２１内に収容される高溶解水の水位は、第１水位（ｈ１）と第２水位（ｈ２）の間を維持できるようになり、タンク本体１１２１内における高溶解水の生成効率を向上させ、多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４に供給する十分な高溶解水量を確保することができる。

すなわち、噴霧ノズル１１２３よりも高い水位まで高溶解水が溜まることを防ぎ、噴霧ノズル１１２３が高溶解水に浸ることにより、タンク本体１１２１に流入する水が噴霧化せずに高溶解水に混ざることを防ぐことができる。また、高溶解水の水位が高さｈ２よりも下に落ちることを防ぎ、多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４に供給するための最小限の高溶解水量を確保することができる。

一方、タンク本体１１２１の上部には、タンク本体１１２１内の空気圧を調節するように外部に空気を排出するベント１１２８が備えられる。本実施形態に係るベント１１７５は、電子式で開閉が可能な方式であって、コントローラ１１２６と電気的に連結する。

この場合、コントローラ１１２６は、第２水位センサ１１２７ｂによって水の水位がｈ２にあることを感知すれば、ベント１１２８を開けてタンク本体１１２１内の空気を抜くことにより、タンク本体１１２１内の空気圧を迅速に低める。

これは、タンク本体１１２１内の溶解水の水位がｈ２以下に低まる場合が発生したとき、タンク本体１１２１内の高い圧力を迅速に低めることにより、溶解水の水位がｈ２以上に上がるようにするためである。

上述したように、本実施形態に係る溶解タンク１１２０は、ポンプ１１１０から流入する水を噴霧化して噴射して空気と接触させる構造であるため、高溶解水の生成率が向上する。

また、溶解タンク１１２０は、第１および第２水位センサ１１２７ａ、１１２７ｂおよびコントローラ１１２６によってタンク本体１１２１内に空気の供給を制御し、高溶解水の水位を一定の高さに維持することができ、高溶解水の生成効率を向上させるだけでなく、多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４に供給する十分な高溶解水をタンク本体１１２１内に確保することができる。

流量計１１３０は、溶解タンク１１２０から多数のバブル発生ノズル１１４０−１〜１１４０−１４に流入する高溶解水の流量を測定する。

多数のバブル発生ノズル１１４０−１〜１１４０−１４は、タンク本体１１２１に収容された高溶解水を流入した後、水中で高速排出し、水中の水と高溶解水を衝突させることによって水中に微細気泡を生成させる。

本発明の多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４は、高溶解水を流入し、水中に排出して微細気泡を生成することができる多様なノズルユニットの構成が適用されてもよいが、本実施形態に係るノズルユニットは、タンク本体１１２１から流入した高溶解水を旋回させた後、水中に排出して微細気泡を生成するように構成される。したがって、ノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４から排出する高溶解水が高速旋回しながら速い速度で排出されるため、微細気泡の生産率が向上する。

このような機能を実行する複数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４それぞれは同じ構造であってもよいが、必ずしもこれらのノズルユニットが同じである必要はなく、互いに異なる構成を有することも可能であろう。

例えば、多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４すべてに対し、図７に例示すノズルユニットを使用してもよい。他には、図１４〜図２１に例示したノズルユニットのうちのいずれか１つのノズルユニットを、ノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４のうちの少なくともいずれか１つのノズルユニットとして使用してもよい。

他の例としては、本実施形態に係る多数のノズルユニット１１４０−１〜１１４０−１４は、隣接するノズルユニットのノズル排出部１１４５が互いに反対方向を向くように設置される。すなわち、図１のように、奇数番のノズルユニット１１４０−１、１１４０−３、１１４０−５はノズル排出部１１４５が下方向を向くように設置され、偶数番のバブル発生ノズル１１４０−２、１１４０−４、１１４０−６はノズル排出部１１４５が上方向を向くように設置される。したがって、多数のバブル発生ノズル１１４０−１〜１１４０−１４を通じることにより、広い領域の水中でも微細気泡を急速かつ迅速に生産することができる。

続いて、図１２を参照しながら、図１０の実施形態に係る溶解タンクを備えた微細気泡発生装置を説明する。図１２は、図１０の実施形態において、溶解タンク１１２０とポンプ１１１０の間を連結する流路上の構成をより具体的に示したものである。

図１２を参照すれば、溶解タンク１１２０とポンプ１１１０の間を連結する流路上には、インジェクタ１２１０、旋回ユニット１２２０、および分離チャンバ１２３０が位置していることが分かる。

本実施形態によれば、ポンプ（Ｐ）から供給された水がベンチュリインジェクタ１２１０を通じて流入した空気と水が混合し、水と空気が混合した混合物は旋回ユニット１２２０に供給されて回転することによって溶解水が生成される。この後、旋回ユニット１２２０から流出する溶解水は、分離チャンバ１２３０を経て溶解タンク１１２０に供給される構成にのみ差があるだけで、その他の構成については同じであるため、重複する説明は省略する。

ベンチュリインジェクタ１２１０は、両端の断面積が中央の断面積よりも広い形状の管であって、本願発明が属する技術分野に従事する者には広く知られた構成要素である。具体的に、ベンチュリインジェクタ１２１０は、その一端には水が流入し、中央には空気が流入するように構成される。ベンチュリインジェクタ１２１０の中央に流入した空気は、一端を通じて流入する水と共にベンチュリインジェクタ１２１０の他端に排出される。一方、ベンチュリインジェクタ１２１０を通じて空気が流入するとき、空気の少なくとも一部は水中に溶けるようになる。

旋回ユニット１２２０は、ベンチュリインジェクタ１２１０から流出する混合物を流入して旋回させてもよい。旋回ユニット１２２０を通過しながら、空気は水中に多く溶けるようになる。本発明の一実施形態に係る旋回ユニット１２２０の構造は、ポンプ１１１０から提供された水を分離チャンバ１２３０側に流出し、ポンプ１１１０にかかる圧力が最小化するようにする。

図１３は、本発明の他の実施形態に係る溶解タンクを備えた微細気泡発生装置に対する機能ブロック図である。図１３を参照すれば、本実施形態は、図１０の実施形態に比べて分離チャンバ１２３０および旋回ユニット１３２０をタンク本体１１２１内部に収容された溶解水に浸るように設置した構成という点の他には差がなく、基本的には図１０の実施形態の機能と類似している。したがって、図１３の実施形態に対する詳細な説明については、図１０〜図１２を参照してほしい。

図１４は、本発明の一実施形態に係る流動性ボールを利用したノズルユニットの機能ブロック図である。図１５は、図１４に示す流動性ボールを利用したノズルユニットの概略的な構造図である。図１６および図１７はそれぞれ、図１４に適用された衝突式二流体生成部の変形例である。

これらの図面を参照すれば、本実施形態に係る流動性ボールを利用したノズルユニットは、衝突式二流体生成部２２００および衝突式ノズル部２３００を含み、図１の実施形態におけるノズルユニット１８０、図１０の実施形態におけるノズルユニット１１４０、または後述する図２４の実施形態におけるノズルユニット３１８０として採用されてもよい。

図１４を参照すれば、衝突式二流体生成部２２００は、インジェクタの水／気体排出口（図示せず）から排出される水（一部は気体が混合した水である）と気体を衝突させ、すなわち、混合した水と気体が互いに衝突するようにして水と気体を混合する役割を行う。

このような衝突式二流体生成部２２００は、ベイン支持台２２０２とベイン２２０４を含む。ベイン支持台２２０２は端部が詰まった大略棒形状であり、ベイン２２０４はベイン支持台２２０２の外面に螺旋形に固定される。

このとき、ベイン２２０４の形状と幅、または大きさなどは、水と気体が互いに激しく衝突できることに加え、二流体に圧を加える役割を行う構造であれば十分であるため、特定の形状に限定される必要はない。

ただし、本実施形態のように、ベイン２２０４が螺旋形に設置されれば、この領域を通過する水と気体がベイン２２０４に衝突する面積が広くなるため、水と気体の混合においてより優れた効果を提供することができる。

このように、ベイン支持台２２０２は、端部が詰まった棒形状であるため、インジェクタの水／気体排出口から排出される気体が混合された水は、ベイン支持台２２０２の外面と衝突式二流体生成部２２００の内面の間の空間（Ｓ）、すなわち、ベイン２２０４が位置した空間にのみ通過する。さらに、ベイン２２０４に接触し続けるようになることにより、水と気体が互いに激しく衝突して混ざり合いながら二流体を生成するようになる。

衝突式二流体生成部２２００ａ、２２００ｂの変形例について、図１６および図１７を参照しながら詳察する。

図１６を参照すれば、衝突式二流体生成部２２００ａは、ベイン２２０３と、ベイン２２０３を囲むカバー２２０５とを含む。ベイン２２０３は、上述したベイン２２０４（図１５参照）と同じように、水と気体が互いに激しく衝突して混ざり合うようにすると同時に、二流体に圧を加える役割を行う。このようなベイン２２０３は、各部分を折り曲げてツイスト形状に長く伸びた形状である。上述したように、ベイン２２０３の形状と幅、または大きさなどは、水と気体が互いに激しく衝突することができる構造であればそれで十分であるため、本実施形態のような形状でなくても問題ない。このようなベイン２２０３は、衝突式二流体生成部２２００ａ内においてある程度の空間を占めているため、流速が速くなりながら、水と気体などは互いに衝突および分離して再結合することを繰り返す。

図１７を参照すれば、衝突式二流体生成部２２００ｂは、まるで風車を一列に配置したようなベイン２２０３ａを備えているが、このような構造に変更適用されても、本発明の効果を提供するには何らの無理もない。

したがって、基本的に二流体が互いに衝突および分離して合わさる過程が円滑に発生して二流体が受ける圧が増加し、流速が増加するようにするベイン（図示せず）の構造であれば、図１５、図１６、および図１７の形状および構造を離れて多様に変更適用されてもよい。

一方、衝突式ノズル部２３００は、衝突式二流体生成部２２００によって水と気体が混ざった、すなわち、気体が混合した水である二流体を再び衝突させて微細気泡を発生させる部分である。

二流体が流れる方向に対して衝突式二流体生成部２２００の後端に連結する衝突式ノズル部２３００は、図１５に示すように、二流体との衝突によって微細気泡を発生させる多数のボール（ｂａｌｌ）３０１と、衝突式二流体生成部２２００に結合して多数のボール２３０１が流動可能に収容されるボール収容空間２３０２が内部に形成されるノズルボディ２３１０と、ノズルボディ２３１０内に備えられて二流体を通過させ、ボール２３０１の位置離脱を阻止させるボールガイド２３２０、２３３０を備える。

本実施形態の場合、衝突式ノズル部２３００に、従来とは異なって多数のボール２３０１を適用することにより、二流体との衝突回数を増加させて微細気泡の発生量を高めている。特に、多数のボール２３０１が固定した形態ではなく、ボール収容空間２３０２で流動しながら二流体と衝突するため、二流体との衝突回数がさらに高まり、微細気泡の発生量が高まるようになる。

これだけでなく、多数のボール２３０１がボール収容空間２３０２から流動しながら二流体と衝突するため、ノズルボディ２３１０の内部が詰まる現象を最大限に減らすことができる。

実験を通じて調べれば、ボール２３０１は、前端および後端ボールガイド２３３０、２３２０の間のボール収容空間２３０２で流動可能なように、ボール収容空間２３０２の７０％〜９０％範囲、より具体的には約８０％の範囲内で充填される。したがって、ボール２３０１がより自由に流動できるようにしながら、二流体との衝突回数または衝突範囲を高めることができる。勿論、その数値に本発明の権利範囲が制限される必要はない。

このようなボール２３０１をボール収容空間２３０２内に設け、衝突によって微細気泡を発生させる過程において、二流体内の異物によってボール２３０１が腐食されてはならない。これを阻止させるために、すなわち、ボール２３０１の表面に異物や汚染物が蒸着しないように、本実施形態のボール２３０１は表面処理される。例えば、二酸化チタニウムや抗菌剤をコーティング処理することによってボール２３０１の腐食を予防してもよいが、これらの成分はむしろ二流体に抗菌機能を付与する。したがって、本実施形態で適用しているボール２３０１は、機能性ボールであると言える。

ノズルボディ２３１０は、衝突式ノズル部２３００の外形を形成する。管状体で形成されてもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。すなわち、衝突式ノズル部２３００は、その形状に制約なく製作され、衝突式二流体生成部２２００の後端に連結されてもよい。

ボールガイド２３２０、２３３０は、二流体が流れる方向に沿ってボール２３０１の後端でノズルボディ２３１０に連結する後端ボールガイド２３２０と、ボール２３０１を間において後端ボールガイド２３２０に対向配置される前端ボールガイド２３３０とを備える。

まず、後端ボールガイド２３２０について詳察すれば、図１５に拡大して示すように、後端ボールガイド２３２０は大略円盤形状であり、板面には多数の後端ホール（ｈｏｌｅ）２３２１が貫通形成される。

後端ホール２３２１は微細気泡と二流体が通過する部分であるが、このとき、後端ホール２３２１の直径（Ｄ１）は、ボール２３０１の直径（Ｄ２）よりも小さく形成される。こうすることにより、ボール２３０１がボール収容空間２３０２から位置離脱しない。参考までに、後端ホール２３２１は、直径（Ｄ１）はボール２３０１の直径（Ｄ２）に対比して５０％〜７０％の大きさ、より具体的には約６０％程度の大きさであるが、この数値に本発明の権利範囲が制限される必要はない。

次に、前端ボールガイド２３３０は、ボール２３０１を間において後端ボールガイド２３２０に対向配置されてボール２３０１の位置離脱を阻止させる部分であって、前端ボールガイド２３３０の板面にも二流体が通過する前端ホール（ｈｏｌｅ）２３３１が形成される。実施形態として、前端ホール２３３１は１つ、そして後端ホール２３２１は６つが示されているが、これは一例に過ぎない。前端ボールガイド２３３０は、別途に製作された後にノズルボディ２３１０に結合されてもよく、ノズルボディ２３１０と一体型であってもよい。

このような構成を有するノズルユニットが図１の実施形態に使用されたものと仮定し、ノズルユニットの作用について説明する。

溶解タンク１７０から流出する水と空気の混合物（ｆ４）は、ノズルユニットの衝突式二流体生成部２２００に流入する。ノズルユニットと溶解タンク１７０間の連結方法は、管（図示せず）のようなものを利用して連結されてもよいが、本願発明が「管」を利用してノズルユニットと溶解タンク１７０を連結する構成にのみ限定されるものでないことは勿論である。

衝突式二流体生成部２２００では、流入した水（一部は気体が混合した水である）と空気を衝突させ、すなわち、混合した水と空気が互いに衝突するようにして水と空気を一次に混合する。

ベイン支持台２２０２の外面と衝突式二流体生成部２２００の内面の間の空間（Ｓ）、すなわち、ベイン２２０４が位置した空間にのみ通過する。通過しながらベイン２２０４に継続して接触するようになることにより、水と空気が互いに激しく衝突して混ざり合いながら二流体が生成される。

一方、衝突式二流体生成部２２００によって生成された二流体は、衝突式ノズル部２３００を通過するようになるが、先ず、前端ボールガイド２３３０の前端ホール２３３１を通過した二流体は、ボール収容空間２３０２内で流動する複数のボール２３０１に衝突するが、ボール２３０１が流動しているため、その衝突回数または衝突方向および面積はすべて増加して多量の微細気泡が発生する。発生した微細気泡は、残りの二流体と共に後端ボールガイド２３２０の後端ホール２３２１を通じて排出される。

このような構造と動作を有する本実施形態のノズルユニットによれば、衝突式ノズル部２３００の詰り現象を改善できるだけでなく、単位時間あたりにさらに多量の微細気泡を発生させられるようになる。

以下、衝突式ノズル部２３００ａ〜２３００ｅの変形した実施形態について、図１８〜図２２を参照しながら詳察するが、同じ構成については同じ参照符号を付与し、重複する説明は省略する。

図１８〜図２２はそれぞれ、本発明の第２〜第６実施形態に流動性ボールを利用したノズルユニットの概略的な構造図である。図１８〜図２２に例示したノズルユニットも、図１の実施形態におけるノズルユニット１８０、図１０の実施形態におけるノズルユニット１１４０、または後述する図２４の実施形態におけるノズルユニット３１８０として採用されてもよいことは勿論である。

図１８を参照すれば、本発明の第２実施形態に係るノズルユニットの衝突式ノズル部２３００ａで衝突式二流体生成部２２００と接触するノズルボディ２３１０の側壁と前端ボールガイド２３３０には、二流体を前端ボールガイド２３３０側に案内する案内板２３４０がさらに備えられる。このとき、案内板２３４０は、二流体を前端ボールガイド２３３０側に渦流なく容易に案内できるように曲面で備えられてもよい。

図１９を参照すれば、本発明の第３実施形態に係るノズルユニットの衝突式ノズル部２３００ｂの場合、前端ボールガイド２３１１は、上述した実施形態のように個別に備えられるものではなく、ノズルボディ２３１０ｂの一側壁面２３１１によって形成されている。

この場合、ノズルボディ２３１０ｂの一側壁面２３１１である前端ボールガイド２３１１にも前端ホール２３１２が形成されるが、前端ホール２３１２は衝突式二流体生成部２２００の外形直径よりも狭く傾く軸経区間２３１３と、軸経区間２３１３から多数のボール２３０１側に延長する延長区間２３１４とを備えてもよく、このような構造も十分に適用が可能である。

図２０を参照すれば、本発明の第４実施形態に係るノズルユニットの衝突式ノズル部２３００ｃの場合にも、前端ボールガイド２３１１ｃは、上述した実施形態のように個別に備えられるものではなく、ノズルボディ２３１０ｃの一側壁面２３１１ｃによって形成されている。

このときの前端ボールガイド２３１１ｃに形成される前端ホール２３１２ｃは、上述した実施形態の軸経区間２３１３および延長区間２３１４の他に、延長区間２３１４から多数のボール２３０１側に順に拡張する拡張区間２３１５をさらに含んでいる。このような場合、二流体の流速増加によって微細気泡発生量を高めるのに寄与することができる。

図２１を参照すれば、本発明の第５実施形態に係るノズルユニットの衝突式ノズル部２３００ｄの場合、ノズルボディ２３１０の一側に備えられて衝突式二流体生成部２２００の外形に着脱可能に結合する結合ボス２３６０をさらに備えているという点を除いては、第１実施形態と同じである。結合ボス２３６０はねじ式や圧入式であってもよく、このように結合ボス２３６０を設ける場合、衝突式ノズル部２３００ｄの交替または維持補修作業が容易になるという利点があるであろう。

図２２を参照すれば、本発明の第６実施形態に係るノズルユニットの衝突式ノズル部２３００ｅの場合、衝突式二流体生成部２２００と衝突式ノズル部２３００ｅの間で衝突式二流体生成部２２００と衝突式ノズル部２３００ｅを連結する連結ライン２３７０をさらに備えているという点を除いては、第１実施形態と同じである。

このときの連結ライン２３７０は、衝突式二流体生成部２２００から衝突式ノズル部２３００ｅ側にいくほど漸進的にその直径が拡張するように備えられてもよいが、このような場合、二流体の流速増加によって微細気泡発生量を高めるのに寄与することができる。

図２３は、本発明の第７実施形態に係るノズルユニットの機能ブロック図である。

図２３を参照すれば、本発明の第７実施形態のノズルユニットは、衝突式二流体生成部２２００および多数の衝突式ノズル部２３００を含み、図１の実施形態におけるノズルユニット１８０、図１０の実施形態におけるノズルユニット１１４０、または後述する図２４の実施形態におけるノズルユニット３１８０として採用されてもよい。

図２３に示す衝突式二流体生成部２２００および衝突式ノズル部２３００のそれぞれの機能は、上述した図１４および図１５を参照しながら説明したものと同じであるため、再度記述しないことにする。

ただし、図２３に示す衝突式二流体生成部２２００は、多数の衝突式ノズル部２３００と同時および／または順に連結しているため、上述した実施形態よりは多量の微細気泡を含む水を生成できるようになる。

以上で説明した実施形態が適用されても、衝突式ノズル部２３００ａ〜２３００ｅの詰り現象を改善できるだけではなく、単位時間あたりにさらに多量の微細気泡を発生できるようになるという本発明の効果を提供するのに十分である。

図２４は、本発明のさらに他の実施形態に係る旋回ユニットの基盤の微細気泡生成装置の詳細ブロック図である。

図２４を参照すれば、本実施形態に係る旋回ユニットの基盤の微細気泡発生装置３１００は、旋回ユニット３１５０、分離チャンバ３１６０、溶解タンク３１７０、ノズルユニット３１８０を含んでもよい。一方、説明の目的のために、バルブ３１１０、流量計（ＦｌｏｗＭｅｔｅｒ）３１２０、および給水ポンプ３１３０を図２４に追加で示した。

本実施形態の旋回ユニットの基盤の微細気泡発生装置によれば、旋回ユニットのそれぞれ異なる入口から水と空気がそれぞれ投入され、投入された水と空気は旋回ユニット３１５０に供給されて回転する。この後、旋回ユニット３１５０から流出する混合物は、分離チャンバ３１６０を通じて溶解タンク３１７０に流出する。このような一連の動作を通じ、溶解タンク３１７０では空気が水に多く溶ける高溶解水が生成され、このように生成された高溶解水はノズルユニット３１８０を通じて噴射されることにより、微細気泡が生成されるようになる。

本発明の一実施形態によれば、図２４における旋回ユニット３１５０として、図２５〜図４６に例示した旋回ユニットのうちのいずれか１つが使用されてもよい。また、図２４における分離チャンバ３１６０として、図５に例示した分離チャンバが使用されてもよい。さらに、図２４におけるノズルユニット３１８０として、図７、図１４〜図２３に例示したノズルユニットのうちのいずれか１つが使用されてもよい。また、図２４の溶解タンクの構成は、図１１に示す溶解タンクと同じ構成であってもよいが、図２４の溶解タンクの構成が図１１に示す溶解タンクの構成にのみ限定されることがないことは勿論である。

図２４の実施形態と図１の実施形態を比較すれば、図２４の旋回ユニット３１５０の構成と図１の旋回ユニット１５０の構成が互いに差があるという点において主な差があるが、以下、図２４における旋回ユニット３１５０に対する例として、図２５〜図４６を参照しながら旋回ユニット３１５０について具体的に説明する。一方、インジェクタを図２４が含んでいないものと示されているが、インジェクタは選択的な構成要素であって、本願発明の実施者が必要に応じて使用するであろう。例えば、旋回ユニット３１５０とポンプ３１３０の間にインジェクタを使用すると仮定すれば、空気が旋回ユニット３１５０にも注入され、インジェクタにも注入されるはずである。

図２５は、本発明の第１実施形態に係る旋回ユニットの内部投影斜視図である。図２６および図２７はそれぞれ、図２５を異なる角度で切開した切開斜視図である。さらに、図２８は、図２５の断面図である。

これらの図面に示すように、本実施形態の旋回ユニットは、水マイクロメータ以下のサイズ、例えば、５０マイクロメータ以下のサイズの微細気泡（ＭＩＣＲＯ ＢＵＢＢＬＥ）を発生させる（生成させる）ための装置であって、装置本体３１１０ａと、装置本体３１１０ａ内に備えられる回転誘導案内部３１３０ａとを備える。

装置本体３１１０ａは、本実施形態の旋回ユニットで外形を形成する部分である。透明または半透明材質のプラスチック射出物であってもよいが、必ずしもそうである必要はない。

このような装置本体３１１０ａには、空気が流入する空気流入部３１１１ａと、空気流入部３１１１ａとは異なる位置から水が流入する水流入部３１１３ａと、流入した空気と水の相互作用によって微細気泡が生成された水が排出する水排出部３１１５ａとが備えられる。

装置本体３１１０ａは、空気流入部３１１１ａと水排出部３１１５ａが形成された内壁面を除いた残りの内壁面が、全区間でその断面積が同じ円柱形状であってもよい。このような構造の場合、空気流入部３１１１ａと水排出部３１１５ａは、図２７に示すように、装置本体３１１０ａの両端部で相互対向するように配置されてもよい。

このように、空気流入部３１１１ａと水排出部３１１５ａが装置本体３１１０ａの両端部で相互対向するように配置されることにより、流入した空気を破壊して（衝突させて）微細気泡として生成した後に排出させる一連の動作が有機的に進められるようになって好ましいが、必ずしもそうである必要はない。すなわち、必要に応じては、空気流入部３１１１ａと水排出部３１１５ａ、また水流入部３１１３ａは、図面とは異なる位置に配置されてもよい。

本実施形態の図面を参照すれば、空気流入部３１１１ａがホール（ｈｏｌｅ）の形態になっているが、これは例示的な構成であるため、空気流入部３１１１ａがホールの形態にのみ限定されることはない。一方、空気流入部３１１１ａにも、水流入部３１１３ａ領域のように別途のコネクタ（図示せず）が備えられてもよい。すなわち、水流入部３１１３ａ領域には、水流入部３１１３ａに前記水を供給する水供給用コネクタ３１１６ａが備えられる。水供給用コネクタ３１１６ａには、ねじ部３１１７ａが形成される。

水排出部３１１５ａの内壁面一部区間には、水が排出する方向に沿ってその断面積が漸進的に拡張する拡張傾斜面３１１８ａが形成される。このように、水排出部３１１５ａに拡張傾斜面３１１８ａが形成されることにより、流体の断面積と速度の相関関係であるベルヌーイ方式に基づいて排出する水の流れをより迅速に誘導するようになり、これによって微細気泡を発生させるのにより有利に作用するようになる。

一方、回転誘導案内部３１３０ａは、水流入部３１１３ａを通じて装置本体３１１０ａ内に流入する水の回転を誘導し、水を強く旋回させながら、空気流入部３１１１ａを通じて流入する空気側に案内する役割を行う。

回転誘導案内部３１３０ａは別途に製作され、装置本体３１１０ａ内の該当位置に結合してもよいが、射出物であれば、回転誘導案内部３１３０ａは、装置本体３１１０ａの製作時に一体に製作されることが好ましい。

一方、空気に向かって水が衝突して空気内に残存する空気、特に、酸素を超微細気泡である微細気泡として生成してその効率を上げるためには、装置本体３１１０ａ内への空気流入が迅速に進められ、さらに空気に衝突する水の流れも迅速にすることが好ましい。

これだけでなく、水が空気に衝突する方式を、本実施形態のように回転式（あるいは旋回式）で実現するようになれば、効率向上を期待することができる。このために、回転誘導案内部３１３０ａが備えられる。

このような回転誘導案内部３１３０ａは、水流入部３１１３ａから水排出部３１１５ａへの水の流れを許容し、空気流入部３１１１ａと水排出部３１１５ａを繋ぐ仮想のラインに沿って配置される多数の案内壁体３１４０ａ、３１５０ｂを含む。

本実施形態において、多数の案内壁体３１４０ａ、３１５０ｂは、第１案内壁体３１４０ａと第１案内壁体３１４０ａの半径方向の外側に配置される第２案内壁体３１５０ａを含む。第１案内壁体３１４０ａと第２案内壁体３１５０ａすべては、パイプ（ｐｉｐｅ）形状の管状体として設けられる。

第１案内壁体３１４０ａは、その一端部が水排出部３１１５ａ領域を囲みながら、水排出部３１１５ａが形成された装置本体３１１０ａの一側内壁面に固定され、他端部は空気流入部３１１１ａが形成された装置本体３１１０ａの他側内壁面から離隔配置される。

また、第２案内壁体３１５０ａは、第１案内壁体３１４０ａの半径方向の外側に配置され、第１案内壁体３１４０ａとの間に離隔間隔を形成し、その一端部は空気流入部３１１１ａが形成された装置本体３１１０ａの他側内壁面に固定され、他端部は水排出部３１１５ａが形成された装置本体３１１０ａの一側内壁面から離隔配置される。

このような構成を有する本実施形態の旋回ユニットの作用について詳察すれば、次のとおりとなる。

空気流入部３１１１ａを通じて空気が装置本体３１１０ａ内に流入し、水流入部３１１３ａを通じて水が装置本体３１１０ａ内に流入する。

流入した水は、第１案内壁体３１４０ａと第２案内壁体３１５０ａで構成される回転誘導案内部３１３０ａによって回転されながら、図２８の矢印のような流れを形成した後、空気流入部３１１１ａを通じて流入する空気と迅速または効率的に衝突しながら、これによって効果的に多数の微細気泡が発生する。

このように、本実施形態によれば、簡単かつ単純な構造でも水と空気の使用量に対比して微細気泡の発生量を増加させられるだけでなく、微細気泡粒子を均等に維持することができ、これによって微細気泡が要求する多様な分野において該当目的に合うように幅広く活用されるようになる。

以下、図２９〜図４６を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。実施形態の説明のうちで第１実施形態と重複した部分は省略するようにし、実施形態の参照符号は後尾の英文小文字を別途に付与する方法を使用するようにする。

また、図２８に示す回転型矢印は、水の流れを示したものであるが、以下の実施形態でも同じ水の流れ（回転型）が行われながら微細気泡を発生させるようになり、図面の便宜上、下記の実施形態では回転型矢印を示さないようにする。

図２９は、本発明の第２実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

図２９に示す第２実施形態の旋回ユニットは、空気流入部３１１１ｂ領域に備えられる多孔性（ｐｏｒｏｕｓ）空気案内部材３１７０ｂをさらに備えているという点を除いては、第１実施形態と大部分の構成が同じである。

多孔性空気案内部材３１７０ｂは、多数の微細気孔（ｈｏｌｅ）が形成されている材質で製作されたものであって、一般空気が多孔性空気案内部材３１７０ｂを通過するようになれば、一次的に空気粒子のサイズが減少し、微細粒子化した後に装置本体３１１０ａ内に流入させるため、微細気泡を発生させるのにより有利になる。

すなわち、多孔性空気案内部材３１７０ｂを利用して流入する空気の粒子サイズを予め小さく維持させた後に回転型流速を形成させ、管路の中央領域ではなく内壁面における流速を増加させることにより、より効果的かつより微細なサイズの微細気泡を発生させられるようになる。

このような多孔性空気案内部材３１７０ｂは、スポンジのような材質をそのまま使用して要求されるサイズに成形させる容易な方法によって製作されてもよく、あるいは人為的に内部に微細気孔が形成されるようにしながら、プラスチックあるいは金属射出物で製作してもよい。

後者の場合であれば、微細気孔のサイズとその数量を適切に調整したり、空気の流入方向、すなわち、空気の噴射方向までも調節することができ、さらに優れた効果が期待されるであろう。

図３０は、本発明の第３実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第３実施形態の旋回ユニットは、装置本体３１１０ｃの外側に配置され、陰イオンを発生させ、陰イオン空気を空気流入部３１１１ｃの多孔性空気案内部材３１７０ｃ側に案内する陰イオン発生器３１８０ｃをさらに備えているという点を除いては、第２実施形態と大部分の構成が同じである。

陰イオン発生器３１８０ｃが備えられる場合、陰イオン化した空気を提供することができ、微細気泡を生成するのに有利になる。

敷衍して説明すれば、大気中の宇宙線や放射線などが空気中の分子と衝突すれば、これらの分子から電子が放出され、放出した電子は空気中の分子（酸素、窒素、二酸化炭素など）に吸着して陰イオンとなるが、実際には空気中の水分子と結合しながら安定した状態で存在する。

陰イオンの大きさは約０．５〜１ｎｍと知られているが、陰イオン発生器３１８０ｃを経れば、空気粒子が微細サイズになった後に装置本体３１１０ｃ内に提供されるため、微細気泡を発生させるのにより有利になる。

これだけでなく、陰イオン発生器３１８０ｃが追加される場合には、さらに他の優れた効果を提供することもできる。

例えば、陰イオンは、血液の浄化作用、抵抗力増加作用、自律神経系調節作用、空気浄化作用、埃除去、および殺菌作用に優れた効果があると報告されているため、このような効果を応用すれば、さらに多様な分野において本旋回ユニットを活用するのに好ましい。

空気浄化作用、または埃除去および殺菌作用と関連して詳察すれば、空気中に存在する多様な汚染物質、すなわち、タバコの煙、亜硫酸ガス、窒素酸化物、一酸化炭素、オゾン、および各種有機物質は陽イオンを形成しているのに反し、陰イオンはこれらの陽イオンを硬化沈殿させて除去するため、空気を清潔かつ新鮮に維持する。

また、陽イオンは、細菌や埃、花粉、かび、汚染された粒子を自由に漂わせて空気を混濁させる反面、陰イオンはこれらを中和、除去する。

このような効果を提供することができるため、陰イオン化した微細気泡が水質改善のために使用されれば、さらに優れた効果を提供するのに十分であろう。

図３１は、本発明の第４実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第４実施形態の旋回ユニットは、多孔性空気案内部材３１７０ｄと陰イオン発生器３１８０ｄを備えているという点において第３実施形態と同じであるが、第３実施形態とは若干異なる多孔性空気案内部材３１７０ｄの構造を開示している。

すなわち、本実施形態の多孔性空気案内部材３１７０ｄは、空気流入部３１１１ｄ領域に挿入される挿入軸部３１７１ｄと、挿入軸部３１７１ｄと連結し、挿入軸部３１７１ｄに比べて相対的に大きい横断面直径を有し、装置本体３１１０ｄの内部に配置されるヘッド部３１７２ｄを備える。

このような構造の多孔性空気案内部材３１７０ｄが適用される場合、多孔性空気案内部材３１７０ｄの挿入軸部３１７１ｄに流入した陰イオン化した微細粒子は、多孔性空気案内部材３１７０ｄのヘッド部３１７２ｄから任意方向に拡散しながら噴射されるようになり、これによって水との接触または衝突面積や量が多くなり、微細気泡をさらに多く発生させるのにより有利になる。

図３２は、本発明の第５実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第５実施形態の旋回ユニットは、多孔性空気案内部材３１７０ｅと陰イオン発生器３１８０ｅを備えるという点において第４実施形態と同じである。

ただし、本実施形態の旋回ユニットには、装置本体３１１０ｅと第２案内壁体３１５０ｅの間のコーナー領域に、図３２の矢印方向のように水の流れを案内する第１水流案内部３１９１ｅがさらに備えられているという点において第４実施形態と相違している。

第１水流案内部３１９１ｅにより、水流入部３１１３ｅを通じて流入した水は、装置本体３１１０ｅと第２案内壁体３１５０ｅの間の空間に沿って流れた後、第１水流案内部３１９１ｅによって案内され、第１案内壁体３１４０ｅと第２案内壁体３１５０ｅの間の空間に沿って流れた後、陰イオン化した微細粒子と接触して微細気泡を発生させるようになる。

このような第１水流案内部３１９１ｅにより、水が流れるときに渦流が発生することなく、より効果的に水の流れを誘導することができる利点がある。

図３３は、本発明の第６実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第６実施形態の旋回ユニットは、多孔性空気案内部材３１７０ｆと陰イオン発生器３１８０ｆ、そして第１水流案内部３１９１ｆを備えているという点において第５実施形態と同じである。

ただし、本実施形態の旋回ユニットには、第１案内壁体３１４０ｆと第２案内壁体３１５０ｆの間のコーナー領域に第２水流案内部３１９２ｆがさらに備えられる。第２水流案内部３１９２ｆは、第１水流案内部３１９１ｆと対称となる傾斜角度を有して配置されてもよい。

このような構造により、水流入部３１１３ｆを通じて流入した水は、装置本体３１１０ｆと第２案内壁体３１５０ｆの間の空間に沿って流れて第１水流案内部３１９１ｆによって案内された後、第１案内壁体３１４０ｆと第２案内壁体３１５０ｆの間の空間に沿って流れた後、再び第２水流案内部３１９２ｆによって案内された後に陰イオン化した微細粒子と接触して微細気泡を発生させるようになるが、このような構造の場合には、水の流れに渦流発生がほとんど起こらないため微細気泡の発生効率がその分高まり、騒音発生がなくなるという利点を提供する。

図３４は、本発明の第７実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第７実施形態の旋回ユニットは、その大部分の構造が図３１の第４実施形態と同じである。

ただし、本実施形態の場合、第１案内壁体３１４０ｇの内壁面は傾いた傾斜面３１４１ｇを形成する。傾斜面３１４１ｇは、水排出部３１１５ｇにいくほどその幅が狭くなる、すなわち、半径方向の直径が小さくなる形態を有する。

このような構造を有する場合、傾斜面３１４１ｇが形成された第１案内壁体３１４０ｇの内部から水排出部３１１５ｇに排出される水の流れがさらに速くなるため、水の流れおよび速度を増加させ、より迅速かつ強力に空気と衝突するようになり、微細気泡の発生量を増加させることができる利点がある。

図３５は、本発明の第８実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第８実施形態の旋回ユニットには、第２案内壁体３１５０ｈの内壁面に傾いた傾斜面３１５１ｈがさらに形成されているという点を除いては、上述した第７実施形態と同じである。

第２案内壁体３１５０ｈの内壁面に形成される傾斜面３１５１ｈも、水が流れる方向に対して漸進的に断面積が小さくなる形態を有するようになる。

図３６は、本発明の第９実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第９実施形態の旋回ユニットは、回転誘導案内部３１３０ｉに第１案内壁体３１４０ｉのみが形成されており、この代わりに装置本体３１１０ｉの内壁面に傾斜面３１１９ｉが形成されることにより、装置本体３１１０ｉの内壁面が空気流入部３１１１ｉから水排出部３１１５ｉにいくほど漸進的にその断面積が増加する円錐形状を有するという点を除いては、上述した実施形態と構造および機能面において実質的に類似している。

すなわち、本実施形態の場合には、例えば、第８実施形態の第２案内壁体３１５０ｈが行っていた役割を円錐形状の装置本体３１１０ｉが代わりに行うだけで、作用効果面においては異ならない。

ただし、本実施形態のように、装置本体３１１０ｉの内壁面が円錐形状に形成される場合には、水流入部３１１３ｉの位置を、図３６のように装置本体３１１０ｉの内部空間が最も大きい部分に移動させることが有利になるであろう。

図３７は、本発明の第１０実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第１０実施形態の旋回ユニットには、回転誘導案内部３１３０ｊを形成する第１案内壁体３１４０ｊの内壁面に、水排出部３１１５ｊにいくほど漸進的にその断面積が小さくなる傾斜面３１４１ｊが形成されているという点を除いては、第９実施形態と構造的または機能的に同じである。

図３８は、本発明の第１１実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第１１実施形態の旋回ユニットは、装置本体３１１０ｋと第１案内壁体３１４０ｋの間のコーナー領域に水流案内部３１９２ｋをさらに備える構造を開示している。

このような構造が適用されれば、水流入部３１１３ｋを通じて流入した水は、装置本体３１１０ｋと第１案内壁体３１４０ｋの間の空間に沿って迅速に流れた後、水流案内部３１９２ｋによって案内された後に陰イオン化した微細粒子と接触して微細気泡を発生させるようになり、この後に再び第１案内壁体３１４０ｋの内部空間、そして水排出部３１１５ｋに沿って迅速に排出する流れを形成するようになる。

図３９は、本発明の第１２実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第１２実施形態の旋回ユニットは、上述した第１１実施形態の旋回ユニットと構造面においては同じである。

ただし、本実施形態の場合において、多孔性空気案内部材３１７０ｌ（ｌはＬのアルファベット小文字である）は、表面に多数の微細気孔（ｈｏｌｅ）が形成された円柱パイプで備えられており、円柱パイプとしての多孔性空気案内部材３１７０ｌが適用されても、本発明の効果を提供するのには無理がない。

このとき、多孔性空気案内部材３１７０ｌの長さと関連して詳察すれば、多孔性空気案内部材３１７０ｌの一端部は空気流入部３１１１ｌ領域に結合し、自由端部は第１案内壁体３１４０ｌの内側に一部が進入するように配置されることが、効率上において有利になることもある。

これは、上述したように、同じ流量に対比して流速が速ければ、流入する空気と水がさらに迅速に衝突するため、バブルのサイズが小さくなるのが一般的であり、水が直線型に流れるよりも回転型に流れる方が内壁面側における流速増加に極めて有利であって、微細気泡を発生させるのに有利であるが、特に、本実施形態のように多孔性空気案内部材３１７０ｌの長さが長く備えられれば、多孔性空気案内部材３１７０ｌ側から提供される空気の流入が多様な場所でさらに多くなることにより、単位時間あたりの微細気泡の発生量を増加させることができるようになる。

図３９の拡大図面を参照しながら説明すれば、同じ流量に対比して流速が速ければ、流入する空気と水がさらに迅速に衝突するため、バブルのサイズが小さくなるのが一般的である。このとき、通常の管路で水が管の直径に沿って直線型に流れる場合には、流速が中央領域で強く、管の内壁面領域で多少弱くなるが、上述した実施形態をはじめとして本実施形態のように水の流れが単純直線型ではなく回転型に流れる場合には、内壁面側における流速が中央よりもむしろ大きくなり、流入する空気と迅速かつ効率的に衝突するようになるため、図３９の拡大図面のように、多孔性空気案内部材３１７０ｌ側から出る微細空気を切り出して微細気泡を発生させる方がより有利となる。このような事項は、下記の実施形態にも同じように適用される。

図４０は、本発明の第１３実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第１３実施形態の旋回ユニットは、多孔性空気案内部材３１７０ｍが、表面に多数の微細気孔（ｈｏｌｅ）が形成された円錘形のパイプで形成されているという点を除いては、第１２実施形態と相違しない。

図４１は、本発明の第１４実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第１４実施形態に係る旋回ユニットは、装置本体３１１０ｎと案内壁体３１４０ｎすべてがその内部に空気が流動可能な中空体で備えられ、案内壁体３１４０ｎの内壁面に多数の微細気孔ホール３１４５ｎが形成された構造を有する。また、多孔性空気案内部材３１７０ｎは、装置本体３１１０ｎに結合し、装置本体３１１０ｎの内部中空ホール（Ｈ１）に空気を流入させる構造を有する。

このような構造が適用されれば、陰イオン発生器３１８０ｎからの空気は、多孔性空気案内部材３１７０ｎを通じて装置本体３１１０ｎの内部中空ホール（Ｈ１）を通じて流れた後、案内壁体３１４０ｎの内部中空ホール（Ｈ２）を経由して案内壁体３１４０ｎの内壁面に形成された多数の微細気孔ホール３１４５ｎを通じて吐出されると同時に、水は回転型に流れながら、微細気孔ホール３１４５ｎを通じて吐出される空気と接触して空気を切り出すことによって微細気泡を発生させるようになるが、このような構造が適用されても、本発明の効果を提供するのには何らの問題もない。

図４２および図４３はそれぞれ、本発明の第１５および第１６実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

これらの実施形態の場合には、それぞれ、第１４実施形態の構造に第１２および第１３実施形態の構造を共に適用したものであって、図４３および図４３の場合には、空気が吐出する場所が多様であることに加えて吐出量が多くなり、微細気泡発生の効率が高くなるという利点がある。

図４４は、本発明の第１７実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第１７実施形態に係る旋回ユニットは、図３５に示す第８実施形態の旋回ユニットと構造面において同じである。すなわち、回転誘導案内部３１３０ｑが第１および第２案内壁体３１４０ｑ、３１５０ｑを含んでいる。

ただし、本実施形態の場合において、多孔性空気案内部材３１７０ｑは、第１２実施形態のように、表面に多数の微細気孔（ｈｏｌｅ）が形成された円柱パイプで備えられており、その一端部が空気流入部３１１１ｑ領域には結合するが、自由端部は第１案内壁体３１４０ｑの内側に一部が進入するように配置される。

これは、上述したように、同じ流量に対比して流速が速ければ、流入する空気と水がさらに迅速に衝突するため、バブルのサイズが小さくなるのが一般的であり、水が直線型に流れるよりも回転型に流れる方が内壁面側における流速増加に極めて有利であり、微細気泡を発生させるのが有利になるが、特に、本実施形態のように、多孔性空気案内部材３１７０ｑの長さが長く、その自由端部が第１案内壁体３１４０ｑの内側に一部進入するように配置されれば、多孔性空気案内部材３１７０ｑ側から提供される空気の流入が多様な場所でさらに多くなることにより、単位時間あたりの微細気泡の発生量を増加させることができるようになる。

図４５は、本発明の第１８実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第１８実施形態の旋回ユニットは、多孔性空気案内部材３１７０ｒが、表面に多数の微細気孔（ｈｏｌｅ）が形成された円錘形のパイプで形成されているという点を除いては、第１７実施形態と相違しない。

図４６は、本発明の第１９実施形態に係る旋回ユニットの断面図である。

この図面に示す第１９実施形態に係る旋回ユニットは、装置本体３１１０ｓと第１および第２案内壁体３１４０ｓ、３１５０ｓすべてが、その内部に空気が流動可能な中空体で備えられ、第１案内壁体３１４０ｓの内壁面に多数の微細気孔ホール３１４５ｓが形成された構造を有する。また、多孔性空気案内部材３１７０ｓは、装置本体３１１０ｓの内部をはじめとして第１案内壁体３１４０ｓの内側空間に空気を流入させる構造である。

このような構造の場合、多孔性空気案内部材３１７０ｓから流入する空気は、２つの経路に沿って流れながら回転型水と接触するため、単位時間あるいは単位大きさあたりにより多量の微細気泡を発生させることに有利になる。

図４７は、図２３の分離チャンバと旋回ユニットを説明するための図である。図４７を参照すれば、分離チャンバ３１６０と旋回ユニット３１５０が結合した例を例示的に示している。図４７に示すように、分離チャンバ３１６０と旋回ユニット３１５０は結合しており、旋回ユニット３１５０は、ポンプ３１３０から流出する溶解水が旋回ユニット３１５０の接線方向に流入される。ここで、例示的な実施形態に係る分離チャンバ３１６０の構成は、図５に示す分離チャンバ１６０の構成と同じであってもよいが、このような場合、分離チャンバ３１６０もその中心が空いている円筒形状であり、一対の基板３１６２と結合する。基板には、溶解水を流入する開口部と溶解水を流出する開口部を含むが、この開口部がそれぞれ分離チャンバ３１６０と溶解水が流れ連通するように、基板３１６２と分離チャンバ３１６０が結合する。

一方、分離チャンバ３１６０と旋回ユニット３１５０は、ねじのような締結手段を利用して締結してもよく、分離チャンバ３１６０、基板３１６２の開口部、および旋回ユニット３１５０の溶解水排出部３１５５は、溶解水が流れ疎通するように相互連結する。すなわち、溶解水排出部３１５５から排出した溶解水は、基板３１６２の開口部を通過して筒形状の分離チャンバ３１６０の一端に流入する。この後、分離チャンバ３１６０に流入した溶解水は、分離チャンバ３１６０の他端に流出するが、このように流出した溶解水は溶解タンク側に移動する。

本例示的な実施形態に係る旋回ユニット３１５０は、一側には空気を流入し、他側にはポンプ３１３０から水が流入されることにより、量子を衝突させながら混合させる。

図４８は、旋回ユニットの一実施形態に係る斜視図である。図４９は、図４８の断面図である。

これらの図面に示す微細気泡発生ユニット３１００ｈは、上述した変形例とは異なり、装置本体３１１０ｈの両側に水供給用コネクタ３１１６ｈ’が備えられ、該当位置で水流入部３１１３ｈ’を通じて水が流入する構造である。このような構造が適用されれば、装置本体３１１０ｈ内部への水供給が多様な場所で進められるため、微細気泡を発生させることがより有利になる。

図５０〜図５３は、本発明の一実施形態に係るノズルユニットを使用した例を示すものであって、図５０は、本発明の一実施形態に係る処理対象水が流れるメインラインにノズルユニットが装着されたものを示す拡大斜視図である。図５１は、図５０の横断面図である。図５２は、本発明の他の実施形態に係る処理対象水が流れるメインラインにノズルユニットが装着したことを示す横断面図である。図５３は、本発明の他の実施形態に係るノズルユニットがメインラインに装着したことを示す横断面図である。

図５０および図５１に示すように、微細気泡を注入するパイプ３２１０には、ノズルユニット３１００ａが少なくとも１つ以上結合してもよい。

本発明の一実施形態によれば、ノズルユニット３１００ａは、脱着可能にパイプ３２１０に装着してもよい。本発明の他の実施形態によれば、ノズルユニット３１００ａは、パイプ３２１０の外周面に固定されて装着してもよい。本実施形態の場合、ノズルユニット３１００ａは、パイプ３２１０の円周方向に沿って相互間に等間隔を有し、複数、例えば４つが配列されてもよい。このとき、ノズルユニット３１００ａは、パイプ３２１０の円周方向（メインラインの中心に向かう方向）に沿って結合することにより、ノズルユニット３１００ａによって生成された微細気泡は、パイプ３２１０の半径方向（図５３の点線矢印方向）に沿ってパイプ３２１０に提供され、パイプ３２１０の内部に流れる処理対象水と混合するようになる。

図５２を参照すれば、上述した図５１の実施形態の場合、ノズルユニット３１００ａ〜３１００ｈがパイプ３２１０の円周方向に沿って等間隔で４つ結合されているが、本実施形態の場合には、３つのノズルユニット３１００ａ〜１００ｈが結合した構造を開示している。

図５３を参照すれば、本実施形態の場合微細気泡がパイプ３２１０の外周面の接線方向に沿って提供されるように、ノズルユニット３１００ａ〜３１００ｈはパイプ３２１０の接線方向に沿って結合する。本実施形態のような場合、微細気泡がパイプ３２１０の接線方向（点線矢印方向）に沿ってパイプ３２１０に提供され、パイプ３２１０の内部に流れる処理対象水と混合しているため、処理対象水との混合率をさらに高めることができ、容易に消滅することなく長く残存しながら処理対象水の処理に寄与されるであろう。

このように、本発明に係るノズルユニットは、処理しようとする対象水が流れるパイプに脱着可能に装着して活用されてもよい。一方、本実施形態において、パイプ３２１０は円形状に図示されているが、円形ではない他の形状でも実現可能であることは勿論である。

さらに他には、図５０の実施形態において、ノズルユニットがパイプに装着したことを示しているが、上述した本願発明の実施形態に係る旋回ユニットをパイプに装着して使用することも可能であろう。これは、旋回ユニットとノズルユニットの構成が互いに類似した実施形態の場合に可能であろう。

以上、説明した実施形態はすべて例示的なものに過ぎず、本願発明の精神を逸脱しない限度内で多様な変形が可能である。

また、本発明の一実施形態に係る旋回ユニットは、ナノおよび／またはマイクロサイズの微細気泡を生成させるだけでなく、マイクロサイズよりもさらに小さいナノサイズの微細気泡を生成させることもできる。例えば、本発明の一実施形態に係る旋回ユニットは、マイクロサイズの微細気泡および／またはナノサイズの微細気泡を生成させることができ、これらよりもさらに小さいサイズの気泡を生成することを排除しない。さらに、本願明細書と特許請求の範囲で使用される「微細気泡発生装置」という用語は、「マイクロサイズのバブル」だけを生成するものではなく、「マイクロサイズのバブル」および／または「ナノサイズのバブル」および／または「ナノサイズのバブルよりもさらに小さいサイズのバブル」を含むバブルを生成する装置として解釈されなければならない。

Claims (15)

1. ポンプを通じて流入した水とベンチュリインジェクタを通じて流入した気体の混合物を流入し、水と気体を衝突させながら旋回させて溶解水を流出する旋回ユニット、
   前記旋回ユニットに連結し、前記溶解水に溶解しない空気を分離する分離チャンバ、
   前記分離チャンバから流出する溶解水を貯蔵する溶解タンク、および
   前記溶解タンクに連結し、前記溶解水を流入して水中に微細気泡を生成させるノズルユニット、
   を含み、
   前記分離チャンバは円柱形状であり、前記分離チャンバの中心軸は前記旋回ユニットから排出される前記溶解水の進行方向の中心軸と同じように配置され、
   前記旋回ユニットは、
   水と気体の混合物を流入する水／空気流入部と、溶解水を排出する溶解水排出部を備えた旋回本体、および
   前記旋回本体内に備えられ、前記溶解水が生成されるように前記水／空気流入部を通じて前記旋回本体内部に流入した前記水と前記空気の混合物を旋回させて前記排出部側に誘導させる水／空気回転誘導案内部、を含み、
   前記旋回本体は円柱で形成され、前記水／空気流入部は前記旋回本体の接線方向に形成され、前記溶解水排出部は前記旋回本体の長さ方向の中心軸に形成され、
   前記水／空気回転誘導案内部は、
   前記水／空気流入部から前記溶解水排出部への水の流れを許容するように、パイプ形状で形成され、前記旋回本体の内部に設置される少なくとも１つの水／空気案内壁体を含み、
   前記水／空気案内壁体は、
   一端部が前記溶解水排出部領域を囲み、前記溶解水排出部が形成された前記旋回本体の一側内壁面に固定され、他端部は前記一側内壁面と対向する他側内壁面から離隔配置される第１水／空気案内壁体を含み、
   前記溶解水が流れる方向に対して漸進的にその断面積が小さくなるように前記旋回本体の内壁面及び前記第１水／空気案内壁体のうちの少なくとも１つに傾斜面が形成されることを特徴とする、旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
2. 前記ノズルユニットは、
   前記溶解水を旋回させた後、前記水中に高速排出して前記水中に微細気泡を生成させることを特徴とする、請求項１に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
3. 前記ノズルユニットは、
   前記溶解タンクから排出する前記溶解水を流入するノズル流入部と、前記微細気泡を排出するノズル排出部を備えたノズル本体、および
   前記ノズル本体内に備えられ、前記溶解水に微細気泡が生成されるように、前記ノズル流入部を通じて前記ノズル本体内部に流入した前記溶解水を旋回させて前記ノズル排出部側に誘導させる溶解水回転誘導案内部、
   を含むことを特徴とする、請求項２に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
4. 前記ノズル本体は円柱で形成され、前記ノズル流入部は前記ノズル本体の接線方向に形成され、前記ノズル排出部は前記ノズル本体の長さ方向の中心軸上に形成されることを特徴とする、請求項３に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
5. 前記溶解水回転誘導案内部は、
   前記ノズル流入部から前記ノズル排出部への溶解水の流れを許容するように、前記ノズル本体の内部に設置される少なくとも１つの溶解水案内壁体を含むことを特徴とする、請求項４に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
6. 前記少なくとも１つの溶解水案内壁体は、その一端部は、前記ノズル排出部領域を囲みながら前記ノズル排出部が形成された前記ノズル本体の一側内壁面に固定され、他端部は、前記ノズル本体の他側内壁面から離隔配置される第１溶解水案内壁体を含むことを特徴とする、請求項５に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
7. 前記溶解タンクは、前記溶解水に溶解しない空気を外部に排出するベントを備えることを特徴とする、請求項１に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
8. 前記溶解タンクと連結し、溶解タンクから流出する水が移動することができる経路を提供する共通管路、
   をさらに含み、
   前記少なくとも１つのバブル発生ノズルは、前記共通管路に設置され、前記共通管路を通じて水が提供されてバブルを生成することを特徴とする、請求項１に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
9. 前記溶解タンクに貯蔵される水の水位を調節するコントローラ、
   をさらに含み、
   前記溶解タンクは、前記ポンプから供給される水を流入する流入口と、気体が流入される流入口を備えたタンク本体と、前記タンク本体の流入口に流入した水を前記タンク本体の上部に噴霧する噴霧ノズル、
   を含み、
   前記コントローラは、前記タンク本体に貯蔵される水の水位が前記噴霧ノズルよりも高くならないように、前記タンク本体に流入する気体の量を調節することを特徴とする、請求項１に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
10. 前記溶解タンクは、
    前記第１水位（ｈ１）に水が存在するか否かを感知する第１水位センサ、および
    前記第１水位（ｈ１）よりも低い前記第２水位（ｈ２）に水が存在するか否かを感知する第２水位センサ、
    を含み、
    前記コントローラは、前記第１水位センサと第２センサの感知結果に基づき、前記タンク本体に流入する気体の量を調節することを特徴とする、請求項９に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
11. 前記ノズルユニットは、
    前記溶解水を流入し、前記水と前記気体が互いに衝突しながら混ざり合うようにして二流体を生成する衝突式二流体生成部、および
    前記二流体が流れる方向に対して前記衝突式二流体生成部の後端に連結され、前記二流体との衝突によって微細バブルを発生させる多数のボール（ｂａｌｌ）を備える衝突式ノズル部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
12. 前記衝突式ノズル部は、
    前記衝突式二流体生成部に結合し、前記多数のボールが流動可能に収容される空間が内部に形成されるノズルボディ、および
    前記ノズルボディ内に備えられて前記二流体を通過させ、前記ボールの位置離脱を阻止させるボールガイドを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
13. ポンプを通じて流入した水とベンチュリインジェクタを通じて流入した気体を流入し、水と気体を衝突させながら旋回させて溶解水を流出する旋回ユニット、
    前記旋回ユニットに連結し、前記溶解水に溶解しない空気を分離する分離チャンバ、
    前記分離チャンバから流出する溶解水を貯蔵する溶解タンク、および
    前記溶解タンクに連結し、前記溶解水を流入して水中に微細気泡を生成させるノズルユニット、
    を含み、
    前記分離チャンバは円柱形状であり、前記分離チャンバの中心軸は前記旋回ユニットから排出される前記溶解水の進行方向の中心軸と同じように配置され、
    前記旋回ユニットは、空気を流入する空気流入部と、前記空気流入部とは異なる位置から水が流入する水流入部と、流入した前記空気と前記水の相互作用によって微細気泡が生成された水が排出される水排出部を備えた装置本体、および
    前記装置本体内に備えられ、前記水流入部を通じて前記装置本体内に流入する前記水の回転を誘導し、前記空気流入部を通じて流入する前記空気側に案内する回転誘導案内部を含み、
    前記装置本体は円柱で形成され、前記水流入部は前記装置本体の接線方向に形成され、前記水排出部は前記装置本体の長さ方向の中心軸に形成され、
    前記回転誘導案内部は、
    前記水流入部から前記水排出部への水の流れを許容するように、パイプ形状で形成され、前記装置本体の内部に設置される少なくとも１つの案内壁体を含み、
    前記案内壁体は、
    一端部が前記水排出部領域を囲み、前記水排出部が形成された前記装置本体の一側内壁面に固定され、他端部は前記一側内壁面と対向する他側内壁面から離隔配置される第１案内壁体を含み、
    前記水が流れる方向に対して漸進的にその断面積が小さくなるように前記装置本体の内壁面及び前記第１案内壁体のうちの少なくとも１つに傾斜面が形成されることを特徴とする、旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
14. 前記旋回ユニットは、
    前記空気流入部領域に結合する多孔性（ｐｏｒｏｕｓ）空気案内部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。
15. 前記旋回ユニットと分離チャンバは、
    前記溶解タンク内部に位置することを特徴とする、請求項１または１３に記載の旋回ユニット基盤の微細気泡発生装置。

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