JP5762210B2 - Gas dissolving device and fine bubble generating device - Google Patents

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Description

本発明は、気体を液体に加圧溶解させる気体溶解装置、および、これを用いた微細気泡生成装置に関する。   The present invention relates to a gas dissolving apparatus that pressurizes and dissolves gas into a liquid, and a fine bubble generating apparatus using the same.

近年、空気を水に加圧溶解させた加圧水の様々な機能が注目されており、また、この加圧水を利用して微細な気泡を含む水の様々な利用方法も研究されている。このような加圧水を生産する装置として、例えば、特許文献1に開示されたものがある。特許文献1の気液加圧混合装置では、緩急を繰り返す勾配を有する管路が設けられ、この管路に加圧された気液混合流が注入される。これにより、効率のよい気体溶解(気液反応を含む。以下同様)が実現される。また、管路の途中に中間絞りを設け、中間絞りの前の流路と後の流路の加圧状態を測定することにより、圧力の非常事態を感知する技術も開示されている。   In recent years, attention has been paid to various functions of pressurized water in which air is pressurized and dissolved in water, and various utilization methods of water containing fine bubbles have been studied using this pressurized water. As an apparatus for producing such pressurized water, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. In the gas-liquid pressurizing and mixing apparatus of Patent Document 1, a pipeline having a gradient that repeats slowing and steepening is provided, and a pressurized gas-liquid mixed flow is injected into this pipeline. As a result, efficient gas dissolution (including gas-liquid reaction; the same applies hereinafter) is realized. In addition, a technique for detecting an emergency of pressure by providing an intermediate throttle in the middle of a pipe and measuring the pressure state of a flow path before and after the intermediate throttle is disclosed.

特許文献2の気液溶解混合装置では、管路を流れる混合流体が、ベンチュリ管を有する再分配器を通過した後、端面に複数のノズル孔が設けられたノズル部から噴出される。再分配器では、液体と管路の上部に集まった気泡とが、ベンチュリ管の喉部にて加速される。当該液体と気泡とは、ノズル部のダクト内において混合された後、気泡が液体内に分布した状態で、複数のノズル孔から噴出される。ノズル孔は、ダクトに比べて小さいため、ノズル孔を通過する液体は加速されて静圧が低くなる。このため、液体中に溶解している気体が微小気泡として析出する。   In the gas-liquid dissolution and mixing apparatus of Patent Document 2, a mixed fluid flowing through a pipe passes through a redistributor having a venturi pipe, and is then ejected from a nozzle portion provided with a plurality of nozzle holes on an end surface. In the redistributor, liquid and air bubbles gathered at the top of the conduit are accelerated at the throat of the venturi. After the liquid and bubbles are mixed in the duct of the nozzle portion, the bubbles are ejected from the plurality of nozzle holes in a state where the bubbles are distributed in the liquid. Since the nozzle hole is smaller than the duct, the liquid passing through the nozzle hole is accelerated and the static pressure is lowered. For this reason, the gas melt | dissolved in the liquid precipitates as a microbubble.

特開平6−210147号公報JP-A-6-210147 特開平6−63371号公報JP-A-6-63371

ところで、単位体積当たり所望の量の空気が水に溶け込んだ加圧水の生産では、設計通りの生産量を確保するために、装置内での空気と水との接触面積を一定に保つ必要がある。しかし、必要な生産量は常に一定とは限らず、また、装置毎に求められる生産量も異なる。その結果、設計が煩雑になるとともに、装置の製造コストの削減も容易ではない。   By the way, in the production of pressurized water in which a desired amount of air per unit volume is dissolved in water, it is necessary to keep the contact area between air and water in the apparatus constant in order to ensure the production amount as designed. However, the required production volume is not always constant, and the required production volume differs for each apparatus. As a result, the design becomes complicated and it is not easy to reduce the manufacturing cost of the apparatus.

特に、食品、薬品、半導体等の分野では、高いレベルの清潔度が求められるため、円形の配管の使用が求められる。しかし、このような配管をそのまま利用すると、生産量の変動により、気体と液体との接触面積が大きく変動する。そのため、生産量の変更可能な範囲が制限される。   In particular, in the fields of food, medicine, semiconductors and the like, a high level of cleanliness is required, and therefore, the use of circular piping is required. However, when such a pipe is used as it is, the contact area between the gas and the liquid largely fluctuates due to the fluctuation of the production amount. Therefore, the range in which the production amount can be changed is limited.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、気体を液体に加圧溶解させる気体溶解装置において、気体と液体との接触面積を一定に維持することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to maintain a constant contact area between a gas and a liquid in a gas dissolving apparatus that pressurizes and dissolves a gas into a liquid.

請求項1に記載の発明は、気体を液体に加圧溶解させる気体溶解装置であって、加圧環境下にて液体が気体に接しつつ前記気体の下方にて流れる第1流路と、前記第1流路内の下部に設けられ、前記液体の流れを妨げることにより前記第1流路内に前記液体を貯溜させる第1堰止部と、前記第1流路よりも下方に位置し、前記第1堰止部を越えて流れ込む前記液体が加圧環境下にて、前記気体に接しつつ前記気体の下方にて流れる第2流路と、前記第2流路内の下部に設けられ、前記液体の流れを妨げることにより前記第2流路内に前記液体を貯溜させる第2堰止部と、前記第2流路よりも下方に位置し、前記第2堰止部を越えて流れ込む前記液体が加圧環境下にて流れる第3流路とを備え、前記第1堰止部が、前記第1流路内において、前記液体が前記第2流路に向かう直前の位置に設けられ、前記第2堰止部が、前記第2流路内において、前記液体が前記第3流路に向かう直前の位置に設けられる
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の気体溶解装置であって、前記第1堰止部により前記第1流路内の前記液体が貯溜される空間の下部と、前記第1堰止部よりも下流側の空間とを連絡し、前記第1流路内に貯溜される前記液体の一部を前記下流側の空間へと導く第1連絡流路と、前記第2堰止部により前記第2流路内の前記液体が貯溜される空間の下部と、前記第2堰止部よりも下流側の空間とを連絡し、前記第2流路内に貯溜される前記液体の一部を前記下流側の空間へと導く第2連絡流路とをさらに備える。
The invention according to claim 1 is a gas dissolving device for pressurizing and dissolving a gas into a liquid, wherein the liquid flows under the gas while the liquid is in contact with the gas under a pressurized environment, A first damming portion that is provided in a lower portion in the first flow path and stores the liquid in the first flow path by preventing the flow of the liquid; and located below the first flow path, The liquid that flows over the first damming portion is provided in a second environment in a pressurized environment , in a second flow path that flows below the gas while in contact with the gas, and in a lower portion in the second flow path, A second damming portion for storing the liquid in the second flow path by preventing the flow of the liquid; and the second damming section positioned below the second flow path and flowing over the second damming section. and a third flow path of liquid flowing under pressure environment, the first stop part is, in the first flow path, prior to Liquid is provided in a position immediately before toward the second flow path, the second damming portion, in the second flow path, the liquid is provided at a position immediately before toward the third flow path.
Invention of Claim 2 is the gas dissolving apparatus of Claim 1, Comprising: The lower part of the space where the said liquid in the said 1st flow path is stored by the said 1st damming part, The said 1st damming portion to contact the downstream side of the space than the first connection passage for guiding a portion of said liquid to be accumulated in the first flow path to the downstream side of the space, the second damming The lower portion of the space in which the liquid in the second flow path is stored by the portion communicates with the space on the downstream side of the second damming portion, and the liquid stored in the second flow path A second communication channel for guiding a part thereof to the downstream space;

請求項に記載の発明は、請求項に記載の気体溶解装置であって、前記第1堰止部が、前記第1流路の下部に固定されて前記下部を塞ぐ部位であり、前記第1連絡流路が、前記第1流路に沿って前記第1堰止部を貫通する貫通孔であり、前記第2堰止部が、前記第2流路の下部に固定されて前記下部を塞ぐ部位であり、前記第2連絡流路が、前記第2流路に沿って前記第2堰止部を貫通する貫通孔である。 The invention according to claim 3, a gas dissolution apparatus according to claim 2, wherein the first stop part is fixed to the lower portion of the first flow path is a part for closing the lower, the the first connection flow path, Ri through hole der penetrating said first damming portion along said first flow path, the second damming portion, is fixed to a lower portion of the second flow path the a part for closing the bottom, the second communication channel is Ru holes der penetrating the second damming portion along said second flow path.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の気体溶解装置であって、前記第1連絡流路が、前記第1流路と前記第2流路とを別途連絡する微小流路であり、前記第2連絡流路が、前記第2流路と前記第3流路とを別途連絡する微小流路である。 Invention of Claim 4 is the gas dissolving apparatus of Claim 2 , Comprising: The said 1st communication flow path is a micro flow path which connects the said 1st flow path and the said 2nd flow path separately. Ah is, the second communication channel is Ru fine channel der separately contacted with said third flow path and the second flow path.

請求項に記載の発明は、気体を液体に加圧溶解させる気体溶解装置であって、加圧環境下にて液体が気体に接しつつ前記気体の下方にて流れる第1流路と、前記第1流路内の下部に設けられ、前記液体の流れを妨げることにより前記第1流路内に前記液体を貯溜させる堰止部と、前記第1流路よりも下方に位置し、前記堰止部を越えて流れ込む前記液体が加圧環境下にて流れる第2流路と、前記堰止部の状態を、前記液体の流れを妨げる状態と流れを妨げない状態との間にて変化させる堰止切替部とを備える。 The invention according to claim 5 is a gas dissolving device for pressurizing and dissolving a gas into a liquid, wherein the liquid flows under the gas while the liquid is in contact with the gas under a pressurized environment, A damming portion provided at a lower portion in the first flow path for storing the liquid in the first flow path by preventing the flow of the liquid, and positioned below the first flow path, The second flow path in which the liquid flowing over the stop portion flows in a pressurized environment and the state of the dam portion are changed between a state in which the flow of the liquid is blocked and a state in which the flow is not blocked. And a damming switching unit.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の気体溶解装置であって、前記堰止部が、前記第1流路の下部に配置されて前記下部を閉塞する部位であり、前記堰止切替部が、前記堰止部を回転または昇降させる機構である。 Invention of Claim 6 is the gas dissolving apparatus of Claim 5 , Comprising: The said damming part is a site | part which is arrange | positioned at the lower part of the said 1st flow path, and obstruct | occludes the said lower part, The said dam The stop switching part is a mechanism for rotating or lifting the dam part.

請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の気体溶解装置であって、前記第1流路の伸びる方向に垂直な面による前記第1流路の内側面の断面が、円形である。 A seventh aspect of the present invention is the gas dissolving device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the cross section of the inner surface of the first flow path is a plane perpendicular to the direction in which the first flow path extends. Is circular.

請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の気体溶解装置であって、前記第2流路において、加圧環境下にて前記液体が前記気体に接しつつ前記気体の下方にて流れ、前記第1流路における前記液体の流れる方向と前記第2流路における前記液体の流れる方向とが逆向きであるThe invention according to claim 8 is the gas dissolving device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the liquid is in contact with the gas in a pressurized environment in the second flow path. flow at lower, and the direction of flow of the liquid in the second flow path and the flow direction of the liquid in the first flow path are opposite.

請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の気体溶解装置であって、前記第1流路よりも上方に位置する上部流路と、前記気体と前記液体とを混合して前記上部流路内に向けて噴出する混合ノズルとをさらに備え、前記上部流路内にて前記混合ノズルから噴出された後の混合流体が、加圧環境下にて、前記第1流路における前記液体の流れる方向とは反対方向に流れて前記第1流路へと流れ込む。 A ninth aspect of the present invention is the gas dissolving device according to any one of the first to eighth aspects, wherein the upper flow path positioned above the first flow path, the gas and the liquid are combined. mixed and further comprising a mixing nozzle for ejecting toward the upper flow path, the fluid mixture after being ejected from the mixing nozzle in the upper flow path is under a pressure environment, the first The liquid flows in the direction opposite to the flow direction of the liquid in the flow path and flows into the first flow path.

請求項10に記載の発明は、微細気泡生成装置であって、請求項1ないしのいずれかに記載の気体溶解装置と、前記気体溶解装置からの前記液体の送出路上に設けられ、前記気体溶解装置内の圧力を維持する絞り部とを備え、前記絞り部を通過して減圧されることにより、前記液体中に微細気泡が発生する。 A tenth aspect of the present invention is a fine bubble generating apparatus, which is provided on the gas dissolving apparatus according to any one of the first to ninth aspects and the liquid delivery path from the gas dissolving apparatus, and the gas A throttling portion that maintains the pressure in the dissolving device, and passes through the throttling portion and is depressurized to generate fine bubbles in the liquid.

請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の微細気泡生成装置であって、前記気体溶解装置と前記絞り部とを接続する接続配管と、前記接続配管に設けられて前記接続配管内の前記液体の圧力を調整する調整弁と、前記気体溶解装置内の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサからの出力に基づいて前記調整弁を制御する弁制御部とをさらに備える。 The invention according to claim 11 is the fine bubble generating device according to claim 10 , wherein a connection pipe connecting the gas dissolving device and the throttle part, and a connection pipe provided in the connection pipe are provided in the connection pipe. An adjustment valve that adjusts the pressure of the liquid, a pressure sensor that measures the pressure in the gas dissolving device, and a valve control unit that controls the adjustment valve based on an output from the pressure sensor.

本発明では、気体と液体との接触面積を一定に維持することができる。   In the present invention, the contact area between the gas and the liquid can be maintained constant.

微細気泡生成装置の断面図である。It is sectional drawing of a microbubble production | generation apparatus. 混合ノズルの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a mixing nozzle. 溶解流路部の断面図である。It is sectional drawing of a dissolution channel part. 堰止部を示す図である。It is a figure which shows a dam part. 液面高さと気液接触面積増加率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a liquid level height and a gas-liquid contact area increase rate. 微細気泡生成ノズルの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a fine bubble production nozzle. 堰止部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a dam part. 調整弁の他の配置を示す図である。It is a figure which shows other arrangement | positioning of a regulating valve. 溶解流路部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a dissolution flow path part. 溶解流路部のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of a dissolution flow path part. 堰止部のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of a dam part. 堰止部のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of a dam part. 堰止部のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of a dam part.

図1は、本発明の一の実施の形態に係る微細気泡生成装置1を示す断面図である。微細気泡生成装置1は、微細気泡生成ノズル2、気体溶解装置3および接続配管4を備える。接続配管4は、微細気泡生成ノズル2と気体溶解装置3とを接続する。気体溶解装置3は、気体を加圧溶解させた加圧液71を生成し、接続配管4を介して絞り部である微細気泡生成ノズル2に供給する。微細気泡生成ノズル2は、加圧液71を水槽91中の対象液92中に噴出することにより、対象液92中に上記気体の微細気泡を生成する。本実施の形態に係る微細気泡生成装置1では、水に空気を加圧溶解させた加圧液71を、水である対象液92中に噴出することにより、直径が1μm未満の空気の微細気泡(いわゆる、ナノバブル)を対象液92中に生成する。図1では、図の理解を容易にするために、対象液92等の流体に破線にて平行斜線を付す(以下の類似の図においても同様)。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a fine bubble generating apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The fine bubble generating device 1 includes a fine bubble generating nozzle 2, a gas dissolving device 3, and a connection pipe 4. The connection pipe 4 connects the fine bubble generating nozzle 2 and the gas dissolving device 3. The gas dissolving device 3 generates a pressurized liquid 71 in which a gas is dissolved under pressure, and supplies the pressurized liquid 71 to the fine bubble generating nozzle 2 that is a throttle portion via the connection pipe 4. The fine bubble generating nozzle 2 generates the gas fine bubbles in the target liquid 92 by ejecting the pressurized liquid 71 into the target liquid 92 in the water tank 91. In the fine bubble generating apparatus 1 according to the present embodiment, air bubbles having a diameter of less than 1 μm are ejected by ejecting a pressurized liquid 71 obtained by pressurizing and dissolving air in water into a target liquid 92 that is water. (So-called nanobubbles) are generated in the target liquid 92. In FIG. 1, in order to facilitate understanding of the drawing, a parallel oblique line is given to the fluid such as the target liquid 92 by a broken line (the same applies to the following similar drawings).

気体溶解装置3は、混合ノズル31および溶解流路部32を備える。気体溶解装置3では、図示省略のポンプにより混合ノズル31に圧送された液体(本実施の形態では、水)と、外部から吸引された気体(本実施の形態では、空気)とが、混合ノズル31により混合され、溶解流路部32内に向けて噴出される。溶解流路部32内は加圧されて大気よりも圧力が高い状態(以下、「加圧環境」という。)となっており(例えば、大気圧よりも50kPa以上高い状態)、混合ノズル31から噴出された液体と気体とが混合された混合流体72が、溶解流路部32内を加圧環境下にて流れる間に、気体が液体に加圧溶解して加圧液71が生成される。   The gas dissolving device 3 includes a mixing nozzle 31 and a dissolving flow path portion 32. In the gas dissolving device 3, the liquid (water in this embodiment) pumped to the mixing nozzle 31 by a pump (not shown) and the gas (air in this embodiment) sucked from the outside are mixed nozzles. 31 is mixed and ejected into the dissolution channel portion 32. The inside of the dissolution flow path portion 32 is pressurized and has a pressure higher than the atmosphere (hereinafter referred to as “pressurized environment”) (for example, a state higher than the atmospheric pressure by 50 kPa or more). While the mixed fluid 72 in which the jetted liquid and the gas are mixed flows in the dissolving flow path section 32 in a pressurized environment, the gas is pressurized and dissolved in the liquid to generate the pressurized liquid 71. .

図2は、混合ノズル31を拡大して示す断面図である。混合ノズル31は、上述のポンプにより圧送された液体が流入する液体流入口311、気体が流入する気体流入口319、並びに、液体流入口311から流入した液体および気体流入口319から流入した気体が混合された混合流体72(図1参照)を噴出する混合流体噴出口312を備える。液体流入口311、気体流入口319および混合流体噴出口312はそれぞれ略円形である。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the mixing nozzle 31. The mixing nozzle 31 includes a liquid inlet 311 into which the liquid pumped by the above-mentioned pump flows in, a gas inlet 319 into which gas flows in, a liquid flowing in from the liquid inlet 311, and a gas flowing in from the gas inlet 319. A mixed fluid ejection port 312 is provided for ejecting the mixed fluid 72 (see FIG. 1). The liquid inlet 311, the gas inlet 319, and the mixed fluid outlet 312 are each substantially circular.

液体流入口311から混合流体噴出口312に向かうノズル流路310の流路断面、および、気体流入口319からノズル流路310に向かう気体流路3191の流路断面も略円形である。流路断面とは、ノズル流路310や気体流路3191等の流路の中心軸に垂直な断面、すなわち、流路を流れる流体の流れに垂直な断面を意味する。また、以下の説明では、流路断面の面積を「流路面積」という。ノズル流路310は、流路面積が流路の中間部で小さくなるベンチュリ管状である。   The flow path cross section of the nozzle flow path 310 from the liquid inlet 311 to the mixed fluid outlet 312 and the flow path cross section of the gas flow path 3191 from the gas inlet 319 to the nozzle flow path 310 are also substantially circular. The channel cross section means a cross section perpendicular to the central axis of the flow path such as the nozzle flow path 310 and the gas flow path 3191, that is, a cross section perpendicular to the flow of fluid flowing through the flow path. In the following description, the area of the channel cross section is referred to as “channel area”. The nozzle flow path 310 is a Venturi tube having a flow path area that becomes smaller in the middle of the flow path.

混合ノズル31は、液体流入口311から混合流体噴出口312に向かって順に連続して配置される導入部313、第1テーパ部314、喉部315、気体混合部316、第2テーパ部317および導出部318を備える。混合ノズル31は、また、内部に気体流路3191が設けられた気体供給部3192を備える。   The mixing nozzle 31 includes an introduction part 313, a first taper part 314, a throat part 315, a gas mixing part 316, a second taper part 317, and the like, which are sequentially arranged from the liquid inlet 311 toward the mixed fluid outlet 312. A derivation unit 318 is provided. The mixing nozzle 31 also includes a gas supply unit 3192 in which a gas flow path 3191 is provided.

導入部313では、流路面積は、ノズル流路310の中心軸J1方向の各位置においてほぼ一定である。第1テーパ部314では、液体の流れる方向に向かって(すなわち、下流側に向かって)流路面積が漸次減少する。喉部315では、流路面積はほぼ一定である。喉部315の流路面積は、ノズル流路310において最も小さい。なお、ノズル流路310では、喉部315において流路面積が僅かに変化する場合であっても、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が喉部315と捉えられる。気体混合部316では、流路面積はほぼ一定であり、喉部315の流路面積よりも少し大きい。第2テーパ部317では、下流側に向かって流路面積が漸次増大する。導出部318では、流路面積はほぼ一定である。気体流路3191の流路面積もほぼ一定であり、気体流路3191は、ノズル流路310の気体混合部316に接続される。   In the introduction part 313, the flow path area is substantially constant at each position in the direction of the central axis J1 of the nozzle flow path 310. In the first taper portion 314, the flow path area gradually decreases in the liquid flow direction (that is, toward the downstream side). In the throat 315, the flow path area is substantially constant. The channel area of the throat 315 is the smallest in the nozzle channel 310. In the nozzle channel 310, even if the channel area slightly changes in the throat 315, the entire portion having the smallest channel area is regarded as the throat 315. In the gas mixing unit 316, the flow channel area is substantially constant and is slightly larger than the flow channel area of the throat 315. In the second taper portion 317, the flow path area gradually increases toward the downstream side. In the derivation unit 318, the flow path area is substantially constant. The channel area of the gas channel 3191 is also substantially constant, and the gas channel 3191 is connected to the gas mixing unit 316 of the nozzle channel 310.

混合ノズル31では、液体流入口311からノズル流路310に流入した液体が、喉部315で加速されて静圧が低下し、喉部315および気体混合部316において、ノズル流路310内の圧力が大気圧よりも低くなる。これにより、気体流入口319から気体が吸引され、気体流路3191を通過して気体混合部316に流入し、液体と混合されて混合流体72(図1参照)が生成される。混合流体72は、第2テーパ部317および導出部318において減速されて静圧が増大し、混合流体噴出口312を介して溶解流路部32内に噴出される。   In the mixing nozzle 31, the liquid that has flowed into the nozzle channel 310 from the liquid inlet 311 is accelerated by the throat portion 315 and the static pressure is lowered, and the pressure in the nozzle channel 310 is reduced in the throat portion 315 and the gas mixing portion 316. Becomes lower than atmospheric pressure. Thereby, gas is attracted | sucked from the gas inflow port 319, passes the gas flow path 3191, flows in into the gas mixing part 316, is mixed with the liquid, and the mixed fluid 72 (refer FIG. 1) is produced | generated. The mixed fluid 72 is decelerated at the second tapered portion 317 and the outlet portion 318 to increase the static pressure, and is ejected into the dissolution channel portion 32 via the mixed fluid ejection port 312.

図1に示すように、溶解流路部32は、上側から下側に向かって順に配列される第1水平流路321、第2水平流路322、第3水平流路323、第4水平流路324および第5水平流路325を備える。以下の説明では、第1水平流路321、第2水平流路322、第3水平流路323、第4水平流路324および第5水平流路325をまとめて指す場合、「水平流路321〜325」と呼ぶ。図3は、図1中の矢印A−Aの位置における水平流路321〜325の縦断面を示す図である。なお、本実施の形態における「流路」とは、正確には流路の空間を形成する「流路形成部」である。水平流路321〜325は、水平方向に延びる管路であり、水平流路321〜325の長手方向に垂直な断面は円形である。図1に示すように、水平流路321〜325は、アングル状に湾曲した接続流路320にて直列に接続される。水平流路および接続流路320の内面は、例えば、鏡面仕上げされている。   As shown in FIG. 1, the dissolution flow path section 32 includes a first horizontal flow path 321, a second horizontal flow path 322, a third horizontal flow path 323, and a fourth horizontal flow arranged in order from the upper side to the lower side. A path 324 and a fifth horizontal channel 325 are provided. In the following description, when the first horizontal flow path 321, the second horizontal flow path 322, the third horizontal flow path 323, the fourth horizontal flow path 324, and the fifth horizontal flow path 325 are collectively indicated, “horizontal flow path 321”. ~ 325 ". FIG. 3 is a view showing a longitudinal section of the horizontal flow paths 321 to 325 at the position of the arrow AA in FIG. Note that the “flow channel” in the present embodiment is a “flow channel forming unit” that accurately forms a space of the flow channel. The horizontal flow paths 321 to 325 are pipe lines extending in the horizontal direction, and the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the horizontal flow paths 321 to 325 is circular. As shown in FIG. 1, the horizontal flow paths 321 to 325 are connected in series by a connection flow path 320 curved in an angle shape. The inner surfaces of the horizontal flow path and the connection flow path 320 are mirror-finished, for example.

第1水平流路321の上流側の端部(すなわち、図1中の左側の端部)には、混合ノズル31が取り付けられており、混合ノズル31から噴出された後の混合流体72は、加圧環境下にて図1中の右側に向かって流れる。本実施の形態では、混合ノズル31からの混合流体72は、第1水平流路321内の混合流体72の液面よりも上方にて噴出され、当該液面に直接衝突する。   The mixing nozzle 31 is attached to the upstream end of the first horizontal flow path 321 (that is, the left end in FIG. 1), and the mixed fluid 72 after being ejected from the mixing nozzle 31 is It flows toward the right side in FIG. 1 under a pressurized environment. In the present embodiment, the mixed fluid 72 from the mixing nozzle 31 is ejected above the liquid level of the mixed fluid 72 in the first horizontal flow path 321 and directly collides with the liquid level.

気体溶解装置3では、混合ノズル31の混合流体噴出口312の一部または全体が、第1水平流路321内の混合流体72の液面よりも下側に位置してもよい。これにより、上述と同様に、第1水平流路321内において、混合ノズル31から噴出された直後の混合流体72が、第1水平流路321内を流れる混合流体72に直接衝突する。   In the gas dissolving device 3, a part or the whole of the mixed fluid ejection port 312 of the mixing nozzle 31 may be positioned below the liquid level of the mixed fluid 72 in the first horizontal flow path 321. As a result, the mixed fluid 72 immediately after being ejected from the mixing nozzle 31 directly collides with the mixed fluid 72 flowing in the first horizontal flow channel 321 in the first horizontal flow channel 321 as described above.

第1水平流路321の下流側の端部の下部には、堰止部32aが設けられており、第1水平流路321内では堰止部32aが混合流体72の流れを妨げるにより、混合流体72が滞留するようにして貯溜される。図1および図3に示すように、混合流体72は、堰止部32aを越えるようにして溢れて、接続流路320内を落下して第2水平流路322の端部に流れ込む。なお、以下の説明では、第1ないし第5水平流路321〜325の下部を流れる流体は、必ずしも気液混合状態であるとは限らない。以下、これらの水平流路の下部を流れる流体を、単に、「液体72」と呼ぶ。   A damming portion 32 a is provided at the lower portion of the downstream end of the first horizontal flow path 321, and the damming portion 32 a prevents the flow of the mixed fluid 72 in the first horizontal flow path 321, thereby mixing. The fluid 72 is stored so as to stay. As shown in FIGS. 1 and 3, the mixed fluid 72 overflows over the blocking portion 32 a, falls in the connection flow path 320, and flows into the end portion of the second horizontal flow path 322. In the following description, the fluid flowing under the first to fifth horizontal flow paths 321 to 325 is not necessarily in a gas-liquid mixed state. Hereinafter, the fluid flowing in the lower part of these horizontal flow paths is simply referred to as “liquid 72”.

第2水平流路322では、液体72が加圧環境下にて図1中の右側から左側へと流れる。第2水平流路322においても、下流側の端部の下部に堰止部32aが設けられており、第2水平流路321内では堰止部32aが液体72の流れを妨げることにより、液体72が滞留するようにして貯溜される。液体72は、堰止部32aを越えて溢れ、接続流路320内を落下して第3水平流路322の端部に流れ込む。   In the second horizontal flow path 322, the liquid 72 flows from the right side to the left side in FIG. Also in the second horizontal flow path 322, a damming portion 32 a is provided at the lower part of the downstream end, and the damming portion 32 a prevents the liquid 72 from flowing in the second horizontal flow path 321. 72 is stored so as to stay. The liquid 72 overflows beyond the blocking portion 32 a, falls in the connection channel 320, and flows into the end portion of the third horizontal channel 322.

第3水平流路323および第4水平流路324においても、同様に、堰止部32aが設けられ、液体72が貯溜される。このように、堰止部32aは、水平流路の下部に固定されて当該下部を塞ぐ部位である。第3および第4水平流路323,324の端部では、液体72が次の水平流路に向かって落下する。第3水平流路323では、液体72が加圧環境下にて図1中の左側から右側へと流れ、第4水平流路324では、液体72が加圧環境下にて右側から左側へと流れる。第1水平流路321〜第4水平流路324では、液体72は、気体に接しつつ気体の下方を流れる。   Similarly, in the third horizontal flow path 323 and the fourth horizontal flow path 324, the damming portion 32a is provided, and the liquid 72 is stored. As described above, the blocking portion 32a is a portion that is fixed to the lower portion of the horizontal flow path and closes the lower portion. At the ends of the third and fourth horizontal flow paths 323 and 324, the liquid 72 falls toward the next horizontal flow path. In the third horizontal flow path 323, the liquid 72 flows from the left side to the right side in FIG. 1 under a pressurized environment, and in the fourth horizontal flow path 324, the liquid 72 flows from the right side to the left side in the pressurized environment. Flowing. In the first horizontal flow path 321 to the fourth horizontal flow path 324, the liquid 72 flows below the gas while in contact with the gas.

第5水平流路325では、第1ないし第4水平流路321〜324とは異なり、堰止部32aは設けられない。第5水平流路325内には気体の層は存在しておらず、第5水平流路325内に充満する液体内において、第5水平流路325の上面近傍に気泡が僅かに存在する状態となっている。第5水平流路325では、第4水平流路324から流入した液体72が加圧環境下にて図1中の左側から右側へと流れる。第5水平流路325は、他の水平流路321〜324よりも長い。   Unlike the first to fourth horizontal flow paths 321 to 324, the fifth horizontal flow path 325 is not provided with the damming portion 32a. There is no gas layer in the fifth horizontal flow path 325, and in the liquid that fills the fifth horizontal flow path 325, there are slight bubbles near the upper surface of the fifth horizontal flow path 325. It has become. In the fifth horizontal flow path 325, the liquid 72 flowing in from the fourth horizontal flow path 324 flows from the left side to the right side in FIG. The fifth horizontal channel 325 is longer than the other horizontal channels 321 to 324.

気体溶解装置3では、水平流路321〜325および接続流路320を、段階的に緩急を繰り返しつつ上から下に流れ落ちる(すなわち、水平方向への流れと下方向への流れとを交互に繰り返しつつ流れる)液体72に気体が徐々に加圧溶解する。第5水平流路325においては、液体中に溶解している気体の濃度は、加圧環境下における当該気体の(飽和)溶解度の60%〜90%にほぼ等しい。そして、液体に溶解しなかった余剰な気体が、第5水平流路325内において、視認可能な大きさの気泡として存在している。上下に隣接する水平流路における液体72の流れの方向が逆向きであることにより、気体溶解装置3の小型が実現される。   In the gas dissolving device 3, the horizontal flow paths 321 to 325 and the connection flow path 320 flow down from the top to the bottom while repeating the steps gradually (that is, the horizontal flow and the downward flow are alternately repeated). The gas gradually dissolves under pressure in the liquid 72. In the fifth horizontal flow path 325, the concentration of the gas dissolved in the liquid is substantially equal to 60% to 90% of the (saturated) solubility of the gas under a pressurized environment. And the excess gas which did not melt | dissolve in the liquid exists in the 5th horizontal flow path 325 as a bubble of the magnitude | size which can be visually recognized. Since the direction of the flow of the liquid 72 in the horizontal channel adjacent to the upper and lower sides is opposite, the gas dissolving device 3 can be downsized.

図4は、水平流路の断面と共に堰止部32aを拡大して示す図である。堰止部32aは、上端61が水平かつ流路の伸びる方向に垂直な直線状であり、最下部に、水平流路に沿って堰止部32aを貫通する微小貫通孔62を有する。上端61の上側は、堰止部32aから溢れる液体72が流れる開口63である。溶解流路部32を製造する際には、まず、水平流路の断面と同じ大きさの円板に、微小貫通孔62および半円状の開口63を形成した板部材が準備される。そして、各水平流路321〜325と接続流路320との間に上記板部材を挟むようにして溶接が行われる。   FIG. 4 is an enlarged view showing the damming portion 32a together with the cross section of the horizontal flow path. The dam portion 32a is linear with the upper end 61 being horizontal and perpendicular to the direction in which the channel extends, and has a minute through hole 62 penetrating the dam portion 32a along the horizontal channel at the bottom. The upper side of the upper end 61 is an opening 63 through which the liquid 72 overflowing from the blocking portion 32a flows. When manufacturing the dissolution channel portion 32, first, a plate member is prepared in which a minute through hole 62 and a semicircular opening 63 are formed on a disc having the same size as the cross section of the horizontal channel. Then, welding is performed such that the plate member is sandwiched between the horizontal flow paths 321 to 325 and the connection flow path 320.

堰止部32aが設けられることにより、第1ないし第4水平流路321〜324では、液体72の温度や粘度が変化しても、液面の高さ、すなわち、水位がおよそ一定に維持される。これにより、第1ないし第4水平流路321〜324において気体と液体72との接触面積がおよそ一定に維持される。その結果、設計時に加圧液71の生産能力を計算での予測することが容易となる。また、加圧液71の生産量を変化させても単位体積当たり所望の量の気体が溶解した加圧液71を容易に得ることができる。   By providing the damming portion 32a, in the first to fourth horizontal flow paths 321 to 324, even when the temperature and viscosity of the liquid 72 change, the height of the liquid level, that is, the water level is maintained approximately constant. The Accordingly, the contact area between the gas and the liquid 72 is maintained approximately constant in the first to fourth horizontal flow paths 321 to 324. As a result, the production capacity of the pressurized liquid 71 can be easily predicted by calculation at the time of design. Moreover, even if the production amount of the pressurizing liquid 71 is changed, it is possible to easily obtain the pressurizing liquid 71 in which a desired amount of gas is dissolved per unit volume.

特に、気体溶解装置3に、食品や薬品等のように衛生的な清潔さ(いわゆる、サニタリー特性)が求められる場合や、半導体処理等に用いられる超純水等の高度なクリーン度が求められる場合、流路を形成する管の断面は、鏡面加工が容易な円形であることが好ましく、サニタリー仕様の円形の管は容易に入手することができる。流路断面が円形の場合、図5に示すように、液面が流路の中央から上下に離れるほど、液面の僅かな上下動により気液接触面積が大きく変動する。図5では、水平流路の半径の大きさを「1」と表現し、気液接触面積増加率の絶対値が大きいほど、液面高さ変動に対する気液接触面積の変化が大きいことを示している。堰止部32aが設けられない場合、加圧液71の生産量に依存して液面の高さが大きく変動する。したがって、水平流路の断面が円形である場合に、堰止部32aが設けられることが特に好ましい。液面の高さが、図5において、0.8〜1.2に維持されることが好ましい。また、堰止部32aにより気液接触面積が広く維持可能であることから、気体溶解装置3の小型化も実現される。   In particular, the gas dissolving device 3 is required to have a high degree of cleanliness such as ultrapure water used for semiconductor processing or the like when sanitary cleanliness (so-called sanitary characteristics) such as food or medicine is required. In this case, the cross section of the tube forming the flow path is preferably a circular shape that can be easily mirror-finished, and a sanitary circular tube can be easily obtained. When the flow path cross section is circular, as shown in FIG. 5, the gas-liquid contact area greatly varies due to slight vertical movement of the liquid level as the liquid level moves up and down from the center of the flow path. In FIG. 5, the radius of the horizontal flow path is expressed as “1”, and the larger the absolute value of the increase rate of the gas-liquid contact area, the greater the change in the gas-liquid contact area with respect to the liquid level fluctuation. ing. When the blocking portion 32a is not provided, the liquid level greatly varies depending on the production amount of the pressurized liquid 71. Therefore, it is particularly preferable that the damming portion 32a is provided when the horizontal channel has a circular cross section. The height of the liquid level is preferably maintained at 0.8 to 1.2 in FIG. Moreover, since the gas-liquid contact area can be widely maintained by the damming portion 32a, the gas dissolving device 3 can be downsized.

さらに、流路断面が円形であることにより、流路の耐圧性能を向上することができる。これにより、管壁を薄くすることができる。なお、流路の内側面の断面が円形であれば、流路の外形は矩形等の他の形状であってもよい。   Furthermore, since the cross section of the flow path is circular, the pressure resistance performance of the flow path can be improved. Thereby, a pipe wall can be made thin. In addition, as long as the cross section of the inner surface of a flow path is circular, the external shape of a flow path may be other shapes, such as a rectangle.

堰止部32aは、第1ないし第4水平流路311〜314内において、下流側の接続流路320との間に、すなわち、液体72が次の水平流路に向かう直前の位置に設けられるため、各水平流路内において気体と液体との接触面積を大きくすることができる。その結果、加圧液71の生産能力を向上することができる。   The damming portion 32a is provided between the downstream side connection flow path 320 in the first to fourth horizontal flow paths 311 to 314, that is, at a position immediately before the liquid 72 is directed to the next horizontal flow path. Therefore, the contact area between the gas and the liquid can be increased in each horizontal flow path. As a result, the production capacity of the pressurized liquid 71 can be improved.

堰止部32aには、微小貫通孔62が設けられるため、加圧液71が生産される間、堰止部32aにて堰止められた液体72の一部は、微小貫通孔62から次の水平流路へと流れ出す。微小貫通孔62から流れ出す液体72の量は少なく、堰止部32aから液体72が溢れる状態は維持される。例えば、微小貫通孔62から流れ落ちる液体72の量は、堰止部32aを越える液体72の1/5以下、より好ましくは1/10以下である。一方、微小貫通孔62が設けられることにより、加圧液71の生産を停止した後に、溶解流路部32内に残留する液体を自然に接続配管4側、すなわち、溶解流路部32の外部へと排出することができる。したがって、溶解流路部32にサニタリー特性が求められる場合に、溶解流路部32に微小貫通孔62が設けられることが特に好ましい。   Since the minute piercing hole 62 is provided in the damming portion 32a, a part of the liquid 72 dammed by the damming portion 32a is transferred from the minute through hole 62 to the next while the pressurized liquid 71 is produced. It flows out to the horizontal channel. The amount of the liquid 72 flowing out from the minute through hole 62 is small, and the state where the liquid 72 overflows from the damming portion 32a is maintained. For example, the amount of the liquid 72 that flows down from the minute through-hole 62 is 1/5 or less, more preferably 1/10 or less, of the liquid 72 that exceeds the blocking portion 32a. On the other hand, by providing the minute through hole 62, after the production of the pressurized liquid 71 is stopped, the liquid remaining in the dissolution channel portion 32 is naturally connected to the connection pipe 4 side, that is, outside the dissolution channel portion 32. Can be discharged. Therefore, when the sanitary characteristic is required for the dissolution channel portion 32, it is particularly preferable that the dissolution channel portion 32 is provided with the minute through holes 62.

溶解流路部32は、第5水平流路325の下流側の上面から上方へと延びる余剰気体分離部326をさらに備え、余剰気体分離部326には液体72が充満している。余剰気体分離部326は、下部が2つの分かれてそれぞれ第5水平流路325に接続され、上部では1つに繋がっている。余剰気体分離部326の各管路も、断面は円形である。余剰気体分離部326の上端部は、絞り部327を介して大気開放されている。第5水平流路325を流れる液体72の気泡は、余剰気体分離部326内を上昇して余剰な液体72と共に放出される。余剰気体分離部326の下部が2つに分かれることにより、余剰気体の分離がより確実に行われる。なお、余剰気体分離部326の下部は、3つ以上に分かれていてもよいし、1つだけでもよい。   The dissolution channel unit 32 further includes an excess gas separation unit 326 extending upward from the upper surface on the downstream side of the fifth horizontal channel 325, and the excess gas separation unit 326 is filled with the liquid 72. The surplus gas separation part 326 is divided into two parts at the lower part and connected to the fifth horizontal flow path 325, respectively, and connected to one at the upper part. Each pipe line of the surplus gas separation unit 326 is also circular in cross section. The upper end portion of the surplus gas separation unit 326 is opened to the atmosphere via the throttle unit 327. The bubbles of the liquid 72 flowing through the fifth horizontal flow path 325 rise in the surplus gas separation unit 326 and are discharged together with the surplus liquid 72. By separating the lower part of the surplus gas separation part 326 into two parts, the surplus gas is more reliably separated. In addition, the lower part of the excess gas separation part 326 may be divided into three or more, and may be only one.

このように、液体72から余剰な気体が分離されることにより、少なくとも容易に視認できる大きさの気泡を実質的に含まない加圧液71が生成され、第5水平流路325の下流側の端部(すなわち、図1中の右側の端部)に接続された接続配管4へと送出される。本実施の形態では、加圧液71には、大気圧下における気体の(飽和)溶解度の約2倍以上の気体が溶解している。溶解流路部32において水平流路321〜325および接続流路320を流れる液体72は、生成途上の加圧液71と捉えることもできる。   In this way, by separating the excess gas from the liquid 72, the pressurized liquid 71 that does not substantially include bubbles of a size that can be easily visually recognized is generated, and the downstream side of the fifth horizontal flow path 325 is generated. It is sent out to the connecting pipe 4 connected to the end (that is, the right end in FIG. 1). In the present embodiment, the pressurized liquid 71 dissolves a gas that is about twice or more the gas (saturated) solubility under atmospheric pressure. The liquid 72 flowing through the horizontal flow paths 321 to 325 and the connection flow path 320 in the dissolution flow path section 32 can also be regarded as the pressurized liquid 71 in the course of generation.

微細気泡生成装置1は、調整弁51、圧力センサ52および弁制御部53をさらに備える。調整弁51は、接続配管4に設けられて接続配管4内の加圧液71の圧力を調整する比例制御弁である。もちろん、調整弁51は、リリーフ弁、通常のバルブ、固定絞り等の他の種類の弁であってもよい。圧力センサ52は、第1水平流路321の上方に配置され、溶解流路部32内の圧力を測定する。第1水平流路321の上方には、排気弁54も設けられる。微細気泡生成装置1では、圧力センサ52から出力された溶解流路部32内の圧力の測定値が、予め定められた所定の圧力(好ましくは、0.1MPa〜0.45MPa)となるように、弁制御部53により調整弁51が制御される。換言すれば、弁制御部53は、圧力センサ52からの出力に基づいて調整弁51を制御する。これにより、温度変化により液体72の粘度が変化しても、溶解流路部32内の圧力変化が低減される。接続配管4を通過した加圧液71は、微細気泡生成ノズル2に流入する。なお、調整弁51は手動で操作されるものでもよい。   The fine bubble generating device 1 further includes a regulating valve 51, a pressure sensor 52, and a valve control unit 53. The adjustment valve 51 is a proportional control valve that is provided in the connection pipe 4 and adjusts the pressure of the pressurized liquid 71 in the connection pipe 4. Of course, the regulating valve 51 may be another type of valve such as a relief valve, a normal valve, or a fixed throttle. The pressure sensor 52 is disposed above the first horizontal channel 321 and measures the pressure in the dissolution channel unit 32. An exhaust valve 54 is also provided above the first horizontal flow path 321. In the fine bubble generating device 1, the measured value of the pressure in the dissolution channel portion 32 output from the pressure sensor 52 is set to a predetermined pressure (preferably, 0.1 MPa to 0.45 MPa). The regulating valve 51 is controlled by the valve control unit 53. In other words, the valve control unit 53 controls the adjustment valve 51 based on the output from the pressure sensor 52. Thereby, even if the viscosity of the liquid 72 changes due to a temperature change, the pressure change in the dissolution channel portion 32 is reduced. The pressurized liquid 71 that has passed through the connection pipe 4 flows into the fine bubble generating nozzle 2. The adjustment valve 51 may be manually operated.

図6は、微細気泡生成ノズル2を拡大して示す断面図である。微細気泡生成ノズル2は、接続配管4から加圧液71が流入する加圧液流入口21、および、対象液92に向かって開口する加圧液噴出口22を備える。加圧液流入口21および加圧液噴出口22はそれぞれ略円形であり、加圧液流入口21から加圧液噴出口22に向かうノズル流路20の流路断面も略円形である。   FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the fine bubble generating nozzle 2. The fine bubble generating nozzle 2 includes a pressurized liquid inlet 21 through which the pressurized liquid 71 flows from the connection pipe 4 and a pressurized liquid outlet 22 that opens toward the target liquid 92. The pressurized liquid inlet 21 and the pressurized liquid outlet 22 are each substantially circular, and the cross section of the nozzle flow path 20 from the pressurized liquid inlet 21 toward the pressurized liquid outlet 22 is also substantially circular.

微細気泡生成ノズル2は、加圧液流入口21から加圧液噴出口22に向かって順に連続して配置される導入部23、テーパ部24および喉部25を備える。導入部23では、流路面積は、ノズル流路20の中心軸J2方向の各位置においてほぼ一定である。テーパ部24では、加圧液71の流れる方向に向かって(すなわち、下流側に向かって)流路面積が漸次減少する。テーパ部24の内面は、ノズル流路20の中心軸J2を中心とする略円錐面の一部である。当該中心軸J2を含む断面において、テーパ部24の内面の成す角度αは、10°以上90°以下であることが好ましい。   The fine bubble generating nozzle 2 includes an introduction part 23, a taper part 24, and a throat part 25 that are sequentially arranged from the pressurized liquid inlet 21 toward the pressurized liquid outlet 22. In the introduction portion 23, the flow channel area is substantially constant at each position in the direction of the central axis J <b> 2 of the nozzle flow channel 20. In the taper portion 24, the flow path area gradually decreases in the direction in which the pressurized liquid 71 flows (that is, toward the downstream side). The inner surface of the tapered portion 24 is a part of a substantially conical surface with the central axis J2 of the nozzle channel 20 as the center. In the cross section including the central axis J2, the angle α formed by the inner surface of the tapered portion 24 is preferably 10 ° or more and 90 ° or less.

喉部25は、テーパ部24と加圧液噴出口22とを連絡する。喉部25の内面は略円筒面であり、喉部25では、流路面積はほぼ一定である。喉部25における流路断面の直径は、ノズル流路20において最も小さく、喉部25の流路面積は、ノズル流路20において最も小さい。喉部25の長さは、好ましくは、喉部25の直径の1.1倍以上10倍以下であり、より好ましくは、1.5倍以上2倍以下である。なお、ノズル流路20では、喉部25において流路面積が僅かに変化する場合であっても、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が喉部25と捉えられる。   The throat part 25 connects the taper part 24 and the pressurized liquid ejection port 22. The inner surface of the throat portion 25 is a substantially cylindrical surface, and the flow path area is substantially constant in the throat portion 25. The diameter of the channel cross section in the throat 25 is the smallest in the nozzle channel 20, and the channel area of the throat 25 is the smallest in the nozzle channel 20. The length of the throat 25 is preferably 1.1 to 10 times the diameter of the throat 25, and more preferably 1.5 to 2 times. In the nozzle channel 20, even if the channel area slightly changes in the throat portion 25, the entire portion having the smallest channel area is regarded as the throat portion 25.

微細気泡生成ノズル2は、また、喉部25に連続して設けられ、加圧液噴出口22の周囲を加圧液噴出口22から離間して囲む拡大部27、および、拡大部27の端部に設けられた拡大部開口28を備える。加圧液噴出口22と拡大部開口28との間の流路29は、加圧液噴出口22の外部に設けられた流路であり、以下、「外部流路29」という。外部流路29の流路断面および拡大部開口28は略円形であり、外部流路29の流路面積はほぼ一定である。外部流路29の直径は、喉部25の直径(すなわち、加圧液噴出口22の直径)よりも大きい。以下の説明では、拡大部27の内周面の加圧液噴出口22側のエッジと加圧液噴出口22のエッジとの間の円環状の面を、「噴出口端面221」という。   The fine bubble generating nozzle 2 is also provided continuously to the throat portion 25 and encloses the periphery of the pressurizing liquid jet port 22 away from the pressurizing liquid jet port 22, and the end of the enlarging unit 27 An enlarged portion opening 28 provided in the portion is provided. The flow path 29 between the pressurized liquid jet port 22 and the enlarged portion opening 28 is a flow path provided outside the pressurized liquid jet port 22 and is hereinafter referred to as an “external flow path 29”. The channel cross section of the external channel 29 and the enlarged portion opening 28 are substantially circular, and the channel area of the external channel 29 is substantially constant. The diameter of the external flow path 29 is larger than the diameter of the throat portion 25 (that is, the diameter of the pressurized liquid ejection port 22). In the following description, an annular surface between the edge of the inner peripheral surface of the enlarged portion 27 on the side of the pressurized liquid jet port 22 and the edge of the pressurized liquid jet port 22 is referred to as a “jet port end surface 221”.

本実施の形態では、ノズル流路20および外部流路29の中心軸J2と噴出口端面221との成す角度は約90°である。また、外部流路29の直径は10mm〜20mmであり、外部流路29の長さは、外部流路29の直径におよそ等しい。微細気泡生成ノズル2では、加圧液流入口21とは反対側の端部に、凹部である外部流路29が形成され、当該凹部の底部に、当該底部よりも小さい開口である加圧液噴出口22が形成されている、と捉えられる。拡大部27では、加圧液噴出口22と水槽91内の対象液92との間における加圧液71の流路面積が拡大される。   In the present embodiment, the angle formed by the central axis J2 of the nozzle flow path 20 and the external flow path 29 and the jet end face 221 is about 90 °. The diameter of the external channel 29 is 10 mm to 20 mm, and the length of the external channel 29 is approximately equal to the diameter of the external channel 29. In the fine bubble generating nozzle 2, an external channel 29 that is a recess is formed at the end opposite to the pressurizing liquid inlet 21, and the pressurizing liquid that is an opening smaller than the bottom at the bottom of the recess. It can be understood that the spout 22 is formed. In the enlargement unit 27, the flow path area of the pressurized liquid 71 between the pressurized liquid ejection port 22 and the target liquid 92 in the water tank 91 is enlarged.

微細気泡生成ノズル2では、加圧液流入口21からノズル流路20に流入した加圧液71が、テーパ部24において徐々に加速されつつ喉部25へと流れ、喉部25を通過して加圧液噴出口22から噴流として噴出される。喉部25における加圧液71の流速は、好ましくは秒速10m〜30mであり、本実施の形態では、秒速約20mである。微細気泡生成装置1では、気体溶解装置3からの加圧液71の送路上に設けられる微細気泡生成ノズル2(特に、喉部25)が絞り部として機能することにより、気体溶解装置3内の圧力が維持される。正確には、調整弁51と微細気泡生成ノズル2とにより、圧力が維持される。   In the fine bubble generating nozzle 2, the pressurized liquid 71 that has flowed into the nozzle flow path 20 from the pressurized liquid inlet 21 flows to the throat part 25 while being gradually accelerated in the tapered part 24, and passes through the throat part 25. It is ejected as a jet from the pressurized liquid ejection port 22. The flow rate of the pressurizing liquid 71 in the throat 25 is preferably 10 m to 30 m per second, and in this embodiment is about 20 m per second. In the fine bubble generating device 1, the fine bubble generating nozzle 2 (particularly, the throat portion 25) provided on the feeding path of the pressurized liquid 71 from the gas dissolving device 3 functions as a throttling portion. Pressure is maintained. Precisely, the pressure is maintained by the regulating valve 51 and the fine bubble generating nozzle 2.

喉部25を通過して減圧されることにより、加圧液71中の気体が過飽和となって微細気泡として液中に析出する。微細気泡は、加圧液71と共に拡大部27の外部流路29を通過して、水槽91中の対象液92中へと拡散する。微細気泡生成ノズル2では、加圧液71が外部流路29を通過する間にも、微細気泡の析出が生じる。微細気泡生成ノズル2にて生成される微細気泡は、直径が1μm未満のいわゆるナノバブルである。なお、微細気泡生成ノズル2からの液体および微細気泡の噴出が停止されている場合、外部流路29は対象液92により満たされる。   By passing through the throat 25 and being decompressed, the gas in the pressurized liquid 71 becomes supersaturated and precipitates in the liquid as fine bubbles. The fine bubbles pass through the external flow path 29 of the enlarged portion 27 together with the pressurized liquid 71 and diffuse into the target liquid 92 in the water tank 91. In the fine bubble generating nozzle 2, the fine bubbles are deposited while the pressurized liquid 71 passes through the external flow path 29. The fine bubbles generated by the fine bubble generating nozzle 2 are so-called nano bubbles having a diameter of less than 1 μm. When the ejection of the liquid and the fine bubbles from the fine bubble generating nozzle 2 is stopped, the external flow path 29 is filled with the target liquid 92.

微細気泡生成ノズル2では、加圧液71の流れる方向に向かって流路面積が漸次減少するテーパ部24、および、ノズル流路20において流路面積が最も小さい喉部25が設けられることにより、微細気泡、特に、直径が1μm未満の微細気泡(ナノバブル)を安定して大量に生成することができる。   In the fine bubble generating nozzle 2, the tapered portion 24 in which the flow path area gradually decreases in the flowing direction of the pressurized liquid 71 and the throat portion 25 having the smallest flow path area in the nozzle flow path 20 are provided. It is possible to stably generate a large amount of fine bubbles, in particular, fine bubbles (nanobubbles) having a diameter of less than 1 μm.

微細気泡生成ノズル2では、加圧液噴出口22の周囲を囲む拡大部27が設けられることにより、水槽91内における対象液92の流れが、加圧液噴出口22から噴出された直後の加圧液71に対して影響を与えることを抑制することができる。これにより、加圧液噴出口22からの噴出直後の加圧液71においても、ナノバブルの析出が安定して行われるため、ナノバブルをより安定して大量に生成することができる。   In the fine bubble generating nozzle 2, the enlarged portion 27 surrounding the periphery of the pressurized liquid ejection port 22 is provided, so that the flow of the target liquid 92 in the water tank 91 is added immediately after being ejected from the pressurized liquid ejection port 22. An influence on the pressure fluid 71 can be suppressed. Thereby, also in the pressurizing liquid 71 immediately after jetting from the pressurizing liquid jet port 22, nanobubbles are deposited stably, so that a large amount of nanobubbles can be generated more stably.

上述のように、微細気泡生成ノズル2では、テーパ部24の内面が、ノズル流路20の中心軸J2を中心とする円錐面の一部であり、中心軸J2を含む断面において、テーパ部24の内面の成す角度αが90°以下である。これにより、ナノバブルをより安定して大量に生成することができる。また、微細気泡生成ノズル2の導入部23および喉部25の直径を維持しつつ微細気泡生成ノズル2の長さを短くするという観点からは、テーパ部24の内面の成す角度αが10°以上であることが好ましい。   As described above, in the fine bubble generating nozzle 2, the inner surface of the tapered portion 24 is a part of a conical surface centered on the central axis J <b> 2 of the nozzle flow path 20, and the tapered portion 24 in the cross section including the central axis J <b> 2. The angle α formed by the inner surface is 90 ° or less. Thereby, a large amount of nanobubbles can be generated more stably. Further, from the viewpoint of shortening the length of the fine bubble generating nozzle 2 while maintaining the diameters of the introduction portion 23 and the throat portion 25 of the fine bubble generating nozzle 2, the angle α formed by the inner surface of the tapered portion 24 is 10 ° or more. It is preferable that

微細気泡生成ノズル2では、喉部25の長さが、喉部25の直径の1.1倍以上10倍以下である。喉部25の長さが直径の1.1倍以上であることにより、ナノバブルをより安定して大量に生成することができる。例えば、喉部25の長さが直径の0.53倍である場合のナノバブルの生成密度は約5600万個であるのに対し、喉部25の長さが直径の1.57倍である場合のナノバブルの生成密度は約11000万個である。また、喉部25の長さが直径の10倍以下であることにより、喉部25において加圧液71に生じる抵抗が過剰に大きくなることを防止することができるとともに、喉部25の高精度な形成を容易とすることもできる。ナノバブルをより一層安定して大量に生成するという観点からは、喉部25の長さが直径の1.5倍以上2倍以下であることが、さらに好ましい。   In the fine bubble generating nozzle 2, the length of the throat portion 25 is 1.1 to 10 times the diameter of the throat portion 25. When the length of the throat part 25 is 1.1 times or more of the diameter, a large amount of nanobubbles can be generated more stably. For example, when the length of the throat 25 is 0.53 times the diameter, the generation density of nanobubbles is about 56 million, whereas the length of the throat 25 is 1.57 times the diameter. The generation density of nanobubbles is about 11 million. Further, since the length of the throat portion 25 is 10 times or less of the diameter, it is possible to prevent the resistance generated in the pressurized liquid 71 in the throat portion 25 from becoming excessively large, and the high accuracy of the throat portion 25. Can be easily formed. From the viewpoint of more stably generating a large amount of nanobubbles, it is more preferable that the length of the throat portion 25 is 1.5 to 2 times the diameter.

図1に示す微細気泡生成装置1では、微細気泡の生成を停止する際には、気体溶解装置3の混合ノズル31に液体を圧送するポンプの駆動が停止される。そして、当該ポンプから混合ノズル31への液体の流れが停止するまでの間に排気弁54が開放される。これにより、溶解流路部32内の加圧された気体が、排気弁54を介して外部へと放出される。その結果、溶解流路部32内の気体の膨張により液体が混合ノズル31およびポンプへと逆流することを防止することができる。また、接続配管4が溶解流路部32から外されることにより、既述のように、溶解流路部32内の液体72が堰止部32aの微小貫通孔62を通って外部へと流出する。   In the fine bubble generating device 1 shown in FIG. 1, when the generation of fine bubbles is stopped, the driving of the pump that pumps the liquid to the mixing nozzle 31 of the gas dissolving device 3 is stopped. The exhaust valve 54 is opened until the liquid flow from the pump to the mixing nozzle 31 stops. Thereby, the pressurized gas in the dissolution flow path portion 32 is released to the outside through the exhaust valve 54. As a result, it is possible to prevent the liquid from flowing back to the mixing nozzle 31 and the pump due to the expansion of the gas in the dissolution channel portion 32. Further, when the connection pipe 4 is removed from the dissolution channel portion 32, as described above, the liquid 72 in the dissolution channel portion 32 flows out to the outside through the minute through hole 62 of the damming portion 32a. To do.

図7は、堰止部32aの他の例を示す図である。図7の堰止部32aは、水平流路内に梁状の部材60を水平かつ流路の伸びる方向に垂直な方向に設けたものである。液体72は、部材60の上端61を越えて次の水平流路へと流れ落ちる。また、部材60の下端と水平流路の下部との間の隙間が、微小貫通孔62として機能する。図7の堰止部32aの作用および効果は、図4に示すものと同様である。   FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the blocking portion 32a. 7 is provided with a beam-like member 60 in a horizontal channel in a direction that is horizontal and perpendicular to the direction in which the channel extends. The liquid 72 flows down over the upper end 61 of the member 60 to the next horizontal flow path. Further, the gap between the lower end of the member 60 and the lower part of the horizontal flow path functions as the minute through hole 62. The operation and effect of the blocking portion 32a in FIG. 7 are the same as those shown in FIG.

図8は、接続配管4に設けられる調整弁51の他の好ましい配置を示す図である。微細気泡生成装置1では、調整弁51は、接続配管4上に直接設けられる。この場合も、上述と同様に、弁制御部53により、調整弁51が圧力センサ52からの出力に基づいて制御されることにより、溶解流路部32内の圧力が、予め定められた所定の圧力となる。微細気泡生成ノズル2は固定絞りであることから、調整弁51を設けることにより、気体溶解装置3での圧力変動の影響が微細気泡生成ノズル2に及ぶことが防止される。調整弁51での減圧は、全体の30%以下、すなわち、下流側の圧が上流側の圧の70%以上であることが望ましい。   FIG. 8 is a view showing another preferred arrangement of the regulating valve 51 provided in the connection pipe 4. In the fine bubble generating device 1, the adjustment valve 51 is directly provided on the connection pipe 4. Also in this case, similarly to the above, the pressure in the dissolution channel 32 is set to a predetermined value by controlling the regulating valve 51 based on the output from the pressure sensor 52 by the valve controller 53. It becomes pressure. Since the fine bubble generating nozzle 2 is a fixed throttle, the adjustment valve 51 is provided to prevent the influence of pressure fluctuations in the gas dissolving device 3 from reaching the fine bubble generating nozzle 2. The pressure reduction in the regulating valve 51 is desirably 30% or less of the whole, that is, the downstream pressure is 70% or more of the upstream pressure.

図9は、溶解流路部32の余剰気体分離部326以外の部位の他の例を示す図である。図9の溶解流路部32では、堰止部32aとして、図4に示すものから微小貫通孔62が省かれたものが設けられる。また、溶解流路部32では、微小貫通孔62に代えて、堰止部32aの上流側に上下に並ぶ水平流路を繋ぐバイパス流路32bが設けられる。すなわち、第1水平流路321の堰止部32aの上流側に、第1水平流路321と第2水平流路322とを上下に繋ぐバイパス流路32bが設けられ、第2水平流路322の堰止部32aの上流側に、第2水平流路322と第3水平流路323とを上下に繋ぐバイパス流路32bが設けられ、第3水平流路323と第4水平流路324との間、第4水平流路324と第5水平流路325との間にも同様にバイパス流路32bが設けられる。上下に並ぶ水平流路は、接続流路320にて連絡するが、バイパス流路32bは、これらの水平流路を別途連絡する微小流路である。微細気泡生成装置1および溶解流路部32の他の構造は、図1に示すものと同様である。   FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the portion other than the surplus gas separation unit 326 of the dissolution channel unit 32. In the dissolution flow path portion 32 of FIG. 9, the weir portion 32a is provided with the minute through hole 62 omitted from that shown in FIG. Further, in the dissolution flow path portion 32, a bypass flow path 32b that connects the horizontal flow paths arranged vertically is provided on the upstream side of the damming portion 32a in place of the minute through hole 62. That is, a bypass channel 32b that connects the first horizontal channel 321 and the second horizontal channel 322 up and down is provided on the upstream side of the blocking portion 32a of the first horizontal channel 321, and the second horizontal channel 322 is provided. A bypass channel 32b that connects the second horizontal channel 322 and the third horizontal channel 323 up and down is provided on the upstream side of the damming portion 32a, and the third horizontal channel 323 and the fourth horizontal channel 324 are provided. In the same manner, a bypass channel 32b is also provided between the fourth horizontal channel 324 and the fifth horizontal channel 325. The horizontal channels lined up and down communicate with each other through the connection channel 320, while the bypass channel 32b is a minute channel that separately communicates these horizontal channels. Other structures of the fine bubble generating device 1 and the dissolution flow path section 32 are the same as those shown in FIG.

図9の溶解流路部32においても、図1と同様に、堰止部32aが設けられることにより、第1ないし第4水平流路321〜324では、液体72の液面の高さがおよそ一定に維持される。これにより、気体と液体との接触面積がおよそ一定に維持される。その結果、単位体積当たり所望の量の気体が溶解した加圧液71を容易に得ることができる。また、液体72が次の水平流路に向かう直前の位置に堰止部32aが設けられるため、各水平流路内において気体と液体との接触面積を大きくすることができる。   Also in the dissolution channel portion 32 of FIG. 9, the height of the liquid surface of the liquid 72 is approximately equal in the first to fourth horizontal channels 321 to 324 by providing the damming portion 32 a as in FIG. 1. Maintained constant. Thereby, the contact area of gas and liquid is maintained substantially constant. As a result, the pressurized liquid 71 in which a desired amount of gas is dissolved per unit volume can be easily obtained. Further, since the damming portion 32a is provided at a position immediately before the liquid 72 is directed to the next horizontal flow path, the contact area between the gas and the liquid can be increased in each horizontal flow path.

堰止部32aの上流側には、バイパス流路32bが設けられるため、加圧液71が生産される間、堰止部32aにて堰止められた液体72の一部は、バイパス流路32bから次の水平流路へと流れ落ちる。バイパス流路32bから流れ落ちる液体72の量は少なく、堰止部32aから液体72が溢れる状態は維持される。バイパス流路32bを流れ落ちる液体72の量は、堰止部32aを越える液体72の1/5以下、より好ましくは1/10以下である。一方、バイパス流路32bが設けられることにより、図1の場合と同様に、加圧液71の生産を停止した後に、溶解流路部32内に残留する液体を自然に接続配管4側へと流出させることができる。   Since the bypass flow path 32b is provided on the upstream side of the damming portion 32a, a part of the liquid 72 dammed up by the damming portion 32a is produced while the pressurized liquid 71 is produced. To the next horizontal channel. The amount of the liquid 72 flowing down from the bypass passage 32b is small, and the state where the liquid 72 overflows from the damming portion 32a is maintained. The amount of the liquid 72 flowing down the bypass channel 32b is 1/5 or less, more preferably 1/10 or less, of the liquid 72 exceeding the blocking portion 32a. On the other hand, by providing the bypass flow path 32b, as in the case of FIG. 1, after the production of the pressurized liquid 71 is stopped, the liquid remaining in the dissolution flow path section 32 is naturally transferred to the connection pipe 4 side. Can be drained.

図1の堰止部32aが有する図4の微小貫通孔62、および、図9のバイパス流路32bは、いずれも、堰止部32aにより上流側の水平流路内の液体72が貯溜される空間の下部と、堰止部32aよりも下流側の空間とを連絡し、上流側の水平流路内に貯溜される液体72の一部を、堰止部32aよりも下流側の空間へと導く連絡流路として機能する。このような機能を有する連絡流路は、図4および図9に示す構造により容易に実現することができるが、連絡流路はこれらの構造には限定されない。例えば、堰止部32aにより貯溜される液体72を接続流路320へと導く連絡流路が設けられてもよい。また、バイパス流路32bは、堰止部32aから上流側に離れて設けられてもよい。   The fine through hole 62 in FIG. 4 and the bypass channel 32b in FIG. 9 of the damming portion 32a in FIG. 1 and the bypass channel 32b in FIG. 9 both store the liquid 72 in the upstream horizontal channel by the damming portion 32a. The lower part of the space communicates with the space downstream of the damming portion 32a, and a part of the liquid 72 stored in the upstream horizontal flow path is transferred to the space downstream of the damming portion 32a. It functions as a communication channel to guide. The communication channel having such a function can be easily realized by the structure shown in FIGS. 4 and 9, but the communication channel is not limited to these structures. For example, a communication channel that guides the liquid 72 stored by the damming portion 32 a to the connection channel 320 may be provided. Further, the bypass flow path 32b may be provided away from the damming portion 32a on the upstream side.

図10は、溶解流路部32(余剰気体分離部326を除く。)のさらに他の例を示す図である。図10の溶解流路部32では、堰止部32aとして、略半円状の板部材が用いられる。堰止部32aは、図1の場合と同様に、水平流路321〜324の下部に配置されて当該下部を閉塞する部位である。また、この板部材は、水平流路から分離された別の部材として設けられる。堰止部32aの下方かつ水平流路の外部には、堰止部32aを上下方向を向く軸を中心として回転する堰止切替部32cが設けられる。微細気泡生成装置1および溶解流路部32の他の構造は、図1と同様である。   FIG. 10 is a diagram showing still another example of the dissolution flow path section 32 (excluding the excess gas separation section 326). In the dissolution flow path part 32 of FIG. 10, a substantially semicircular plate member is used as the damming part 32a. As in the case of FIG. 1, the damming portion 32 a is a portion that is disposed below the horizontal flow paths 321 to 324 and closes the lower portion. This plate member is provided as another member separated from the horizontal flow path. Below the damming portion 32a and outside the horizontal flow path, there is provided a damming switching portion 32c that rotates the damming portion 32a about an axis that faces the vertical direction. Other structures of the fine bubble generating device 1 and the dissolution flow path portion 32 are the same as those in FIG.

図10の溶解流路部32では、堰止切替部32cにより、堰止部32aが流路の伸びる方向に垂直な姿勢となる場合、堰止部32aが液体72の流れを妨げて水平流路内に液体72が貯溜される。そして、堰止部32aを越えるようにして溢れる液体72が接続流路320を介して次の水平流路へと流れ落ちる。これにより、図1と同様に、第1ないし第4水平流路321〜324では、液体72の液面の高さがおよそ一定に維持される。また、液体72が次の水平流路に向かう直前の位置に堰止部32aが設けられるため、各水平流路内において気体と液体との接触面積を大きくすることができる。   In the dissolution channel portion 32 of FIG. 10, when the damming switching portion 32 c causes the damming portion 32 a to be in a posture perpendicular to the direction in which the flow channel extends, the damming portion 32 a hinders the flow of the liquid 72 and the horizontal channel Liquid 72 is stored therein. Then, the liquid 72 overflowing beyond the blocking portion 32a flows down to the next horizontal flow path via the connection flow path 320. As a result, as in FIG. 1, the liquid level of the liquid 72 is maintained approximately constant in the first to fourth horizontal flow paths 321 to 324. Further, since the damming portion 32a is provided at a position immediately before the liquid 72 is directed to the next horizontal flow path, the contact area between the gas and the liquid can be increased in each horizontal flow path.

一方、堰止切替部32cにより、堰止部32aが流路の伸びる方向に平行な姿勢となる場合、液体72は堰止部32aにて妨げられることなく、次の水平流路へと流れ落ちる。このように、堰止切替部32cは、堰止部32aの状態を、液体72の流れを妨げる状態と流れを妨げない状態との間にて変化させる。加圧液71を生産する際には、堰止部32aが液体72の流れを妨げる状態とされる。加圧液71の生産を停止した後、堰止部32aの状態を液体72の流れを妨げない状態とすることにより、図1の場合と同様に、溶解流路部32内に残留する液体を自然に接続配管4側へと流出させることができる。   On the other hand, when the damming portion 32a assumes a posture parallel to the direction in which the flow path extends by the damming switching portion 32c, the liquid 72 flows down to the next horizontal flow path without being blocked by the damming portion 32a. In this way, the damming switching unit 32c changes the state of the damming unit 32a between a state that prevents the flow of the liquid 72 and a state that does not block the flow. When the pressurizing liquid 71 is produced, the blocking portion 32 a is in a state of hindering the flow of the liquid 72. After the production of the pressurized liquid 71 is stopped, the liquid remaining in the dissolution flow path section 32 is removed as in the case of FIG. It can naturally flow out to the connecting pipe 4 side.

堰止部32aの状態を切り替える機構は、堰止部32aの回転には限定されない。例えば、堰止切替部32cが、堰止部32aを昇降させてもよい。堰止切替部32cが堰止部32aを上昇させて堰止部32aの下部と水平流路の内底面との間に隙間を形成することにより、堰止部32aが液体72の流れを妨げない状態となる。さらには、堰止部32aが変形する部材により形成され、流れを妨げる状態と妨げない状態との間で変更されてもよい。   The mechanism for switching the state of the damming portion 32a is not limited to the rotation of the damming portion 32a. For example, the damming switching unit 32c may raise and lower the damming unit 32a. The weir switching part 32c raises the weir part 32a to form a gap between the lower part of the weir part 32a and the inner bottom surface of the horizontal flow path, so that the weir part 32a does not disturb the flow of the liquid 72. It becomes a state. Furthermore, the blocking portion 32a may be formed by a deformable member, and may be changed between a state in which the flow is blocked and a state in which the flow is not blocked.

上記微細気泡生成装置1は、様々な変更が可能である。 The fine bubble generating apparatus 1 can be variously changed.

例えば、水平流路321〜325や接続流路320の断面は、円形ではなく矩形であってもよい。溶解流路部32では、5つの水平流路321〜325は、必ずしも上下方向に積層される必要はなく、各水平流路における混合流体の流れる方向が同じになるように、階段状に配置されてもよい。また、水平流路の数も5つには限定されず、様々に変更されてよい。ただし、混合ノズル31が取り付けられる流路から落下した液体(混合流体)が流れるもう1つの水平流路が設けられることにより、液体に加圧溶解する気体の量を増大させることができる。水平流路は、液体72を貯溜することができる程度に水平であればよく、完全に水平である必要はない。流路の幅も一定である必要はない。   For example, the cross sections of the horizontal flow paths 321 to 325 and the connection flow path 320 may be rectangular instead of circular. In the dissolution channel section 32, the five horizontal channels 321 to 325 are not necessarily stacked in the vertical direction, and are arranged in a stepped manner so that the mixed fluid flows in the same horizontal channel. May be. Moreover, the number of horizontal flow paths is not limited to five, and may be variously changed. However, by providing another horizontal flow path through which the liquid (mixed fluid) dropped from the flow path to which the mixing nozzle 31 is attached, the amount of gas that is pressurized and dissolved in the liquid can be increased. The horizontal flow path need only be horizontal to the extent that the liquid 72 can be stored, and need not be completely horizontal. The width of the channel need not be constant.

混合ノズル31以外の機構により混合流体が生成され、第1水平流路321に導入されてもよい。ただし、混合ノズル31を用いることにより、効率よく気体を液体に溶解させつつ気体溶解装置3を小型化することができる。余剰気体分離部326と第5水平流路325との接続数は、気体分離量に応じて増減してもよい。溶解流路部32では、混合ノズル31から供給される気体が、接続配管4に到達するまでに全て液体72に溶解するのであれば、余剰気体分離部326は省略されてもよい。   The mixed fluid may be generated by a mechanism other than the mixing nozzle 31 and introduced into the first horizontal flow path 321. However, by using the mixing nozzle 31, the gas dissolving device 3 can be reduced in size while efficiently dissolving the gas in the liquid. The number of connections between the surplus gas separation unit 326 and the fifth horizontal flow path 325 may be increased or decreased according to the amount of gas separation. In the dissolution channel section 32, the surplus gas separation section 326 may be omitted if the gas supplied from the mixing nozzle 31 is completely dissolved in the liquid 72 before reaching the connection pipe 4.

堰止部32aは、必ずしも板状である必要はなく、液体72の流れを妨げることができるのであれば、例えば、ブロック状であってもよい。堰止部32aの形状も、図4や図7に示すように、上端61が水平なものには限定されず、液体72の液面の高さをおよそ一定にすることができるのであれば、様々に変形されてよい。例えば、図11に示す三角堰や図12に示す四角堰が用いられてもよい。図13は、堰止部32aのさらに他の例を示す図である。図13の堰止部32aは、上流側の面が、下流側に向かって漸次上方へと向かう緩やかな傾斜面となっており、これにより、堰止部32aと水平流路の下部との間に異物が溜まりにくくなっている。図13に示す堰止部32aにおいても、流路方向に貫通する微小な貫通孔が下部に設けられてもよい。さらに、堰止部32aは、必ずしも水平流路から液体72が落下する直前に設けられる必要はない。もちろん、気体と液体との接触面積を大きくするためには、堰止部32aは次の水平流路へと向かう直前の位置に設けられることが好ましく、具体的には、流路の水平な部分の端部から、水平な部分の長さの1/5以下の距離に設けられることが好ましい。   The blocking portion 32a does not necessarily have a plate shape, and may be, for example, a block shape as long as the flow of the liquid 72 can be prevented. As shown in FIGS. 4 and 7, the shape of the damming portion 32 a is not limited to the one having the upper end 61 being horizontal, so long as the liquid level of the liquid 72 can be made approximately constant. Various modifications may be made. For example, a triangular weir shown in FIG. 11 or a square weir shown in FIG. 12 may be used. FIG. 13 is a diagram illustrating still another example of the blocking portion 32a. In the dam portion 32a of FIG. 13, the upstream surface is a gently inclined surface that gradually moves upward toward the downstream side. Foreign matter does not collect easily on the surface. Also in the dam member 32a shown in FIG. 13, a minute through hole penetrating in the flow path direction may be provided in the lower part. Further, the blocking portion 32a is not necessarily provided immediately before the liquid 72 falls from the horizontal flow path. Of course, in order to increase the contact area between the gas and the liquid, it is preferable that the blocking portion 32a is provided at a position immediately before heading to the next horizontal flow path, specifically, a horizontal portion of the flow path. It is preferable to be provided at a distance equal to or less than 1/5 of the length of the horizontal portion from the end portion.

混合ノズル31が使用される場合、溶解流路部32の第1水平流路321では液面が大きく波打つため、第1水平流路321では堰止部32aは設けられなくてもよい。   When the mixing nozzle 31 is used, the liquid level greatly undulates in the first horizontal flow path 321 of the dissolution flow path section 32, so that the damming portion 32 a may not be provided in the first horizontal flow path 321.

接続配管4は分岐されて、複数の微細気泡生成ノズル2が対象液92中に配置されてもよい。また、微細気泡生成ノズル2は、複数の加圧液噴出口22を有するものであってもよい。微細気泡生成ノズル2の内部構造も、適宜変更されてよい。   The connection pipe 4 may be branched, and a plurality of fine bubble generating nozzles 2 may be arranged in the target liquid 92. Further, the fine bubble generating nozzle 2 may have a plurality of pressurized liquid ejection ports 22. The internal structure of the fine bubble generating nozzle 2 may also be changed as appropriate.

微細気泡生成装置1は、例えば、図8の調整弁51を設けて、微細気泡生成ノズル2を削除することで、直径が1μm以上1mm未満の微細気泡(いわゆる、マイクロバブル)の生成に利用されてもよい。この場合も、上記実施の形態と同様に、マイクロバブルを安定して大量に生成することができる。   For example, the fine bubble generating device 1 is used for generating fine bubbles (so-called micro bubbles) having a diameter of 1 μm or more and less than 1 mm by providing the adjustment valve 51 of FIG. May be. Also in this case, a large amount of microbubbles can be stably generated as in the above embodiment.

気体溶解装置3は、微細気泡生成装置1以外の装置に用いられてもよい。この場合、例えば、微細気泡生成ノズル2が省略され、加圧液71が直接、様々な用途に利用される。また、気体溶解装置3は、様々な気体を様々な液体に加圧溶解させて加圧液を生成する装置として使用されてもよい。例えば、オゾンを水に溶解させる装置や、他の気体を液体に反応させる装置等の気液反応装置として使用されてもよい。図8に示す構成にて、調整弁51を通過した段階で加圧液71内に微細気泡が析出するように調整弁51が調整されてもよい。この場合、微細気泡生成ノズル2は省略されてもよい。   The gas dissolving device 3 may be used for devices other than the fine bubble generating device 1. In this case, for example, the fine bubble generating nozzle 2 is omitted, and the pressurized liquid 71 is directly used for various applications. Further, the gas dissolving device 3 may be used as a device for generating a pressurized liquid by pressure-dissolving various gases in various liquids. For example, it may be used as a gas-liquid reaction device such as a device that dissolves ozone in water or a device that reacts another gas with a liquid. In the configuration shown in FIG. 8, the adjustment valve 51 may be adjusted so that fine bubbles are deposited in the pressurized liquid 71 when it passes through the adjustment valve 51. In this case, the fine bubble generating nozzle 2 may be omitted.

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。   The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.

1 微細気泡生成装置
2 微細気泡生成ノズル(絞り部)
3 気体溶解装置
4 接続配管
31 混合ノズル
32a 堰止部
32b バイパス流路
32c 堰止切替部
51 調整弁
52 圧力センサ
53 弁制御部
62 微小貫通孔
72 液体(混合流体)
321〜324 水平流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fine bubble production | generation apparatus 2 Fine bubble production | generation nozzle (throttle part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Gas dissolving apparatus 4 Connection piping 31 Mixing nozzle 32a Damping part 32b Bypass flow path 32c Damping switching part 51 Adjustment valve 52 Pressure sensor 53 Valve control part 62 Micro through-hole 72 Liquid (mixed fluid)
321-324 Horizontal flow path

Claims (11)

気体を液体に加圧溶解させる気体溶解装置であって、
加圧環境下にて液体が気体に接しつつ前記気体の下方にて流れる第1流路と、
前記第1流路内の下部に設けられ、前記液体の流れを妨げることにより前記第1流路内に前記液体を貯溜させる第1堰止部と、
前記第1流路よりも下方に位置し、前記第1堰止部を越えて流れ込む前記液体が加圧環境下にて、前記気体に接しつつ前記気体の下方にて流れる第2流路と、
前記第2流路内の下部に設けられ、前記液体の流れを妨げることにより前記第2流路内に前記液体を貯溜させる第2堰止部と、
前記第2流路よりも下方に位置し、前記第2堰止部を越えて流れ込む前記液体が加圧環境下にて流れる第3流路と、
を備え
前記第1堰止部が、前記第1流路内において、前記液体が前記第2流路に向かう直前の位置に設けられ、前記第2堰止部が、前記第2流路内において、前記液体が前記第3流路に向かう直前の位置に設けられることを特徴とする気体溶解装置。
A gas dissolving device for dissolving gas in a liquid under pressure,
A first flow path in which a liquid flows under the gas while in contact with the gas under a pressurized environment;
A first damming portion that is provided in a lower portion in the first flow path and stores the liquid in the first flow path by preventing the flow of the liquid;
Located below the first flow path at said liquid under pressure environment flowing beyond said first damming portion, and a second flow path to flow in the lower of the gas while in contact with the gas,
A second damming portion that is provided in a lower portion in the second flow path and stores the liquid in the second flow path by preventing the flow of the liquid;
A third channel that is located below the second channel and that flows through the second weir part in a pressurized environment; and
Equipped with a,
The first damming portion is provided in the first flow channel at a position immediately before the liquid is directed to the second flow channel, and the second damming portion is disposed in the second flow channel, gas dissolution apparatus the liquid and wherein Rukoto provided at a position immediately before toward the third flow path.
請求項1に記載の気体溶解装置であって、
前記第1堰止部により前記第1流路内の前記液体が貯溜される空間の下部と、前記第1堰止部よりも下流側の空間とを連絡し、前記第1流路内に貯溜される前記液体の一部を前記下流側の空間へと導く第1連絡流路と、
前記第2堰止部により前記第2流路内の前記液体が貯溜される空間の下部と、前記第2堰止部よりも下流側の空間とを連絡し、前記第2流路内に貯溜される前記液体の一部を前記下流側の空間へと導く第2連絡流路と、
をさらに備えることを特徴とする気体溶解装置。
The gas dissolving apparatus according to claim 1,
Contact and lower space where the liquid in the first flow path by the first damming portion is reservoir, and said first damming portion downstream of the space than, accumulated in the first flow path A first communication channel that guides a part of the liquid to the downstream space;
The second dam part connects the lower part of the space in which the liquid in the second flow path is stored and the space downstream of the second dam part, and stores the liquid in the second flow path. A second communication channel that guides a part of the liquid to the downstream space;
A gas dissolving apparatus further comprising:
請求項に記載の気体溶解装置であって、
前記第1堰止部が、前記第1流路の下部に固定されて前記下部を塞ぐ部位であり、
前記第1連絡流路が、前記第1流路に沿って前記第1堰止部を貫通する貫通孔であり、
前記第2堰止部が、前記第2流路の下部に固定されて前記下部を塞ぐ部位であり、
前記第2連絡流路が、前記第2流路に沿って前記第2堰止部を貫通する貫通孔であることを特徴とする気体溶解装置。
The gas dissolving device according to claim 2 ,
The first damming portion is a portion that is fixed to a lower portion of the first flow path and closes the lower portion;
The first connection flow path, Ri through hole der penetrating said first damming portion along said first flow path,
The second damming portion is a portion that is fixed to a lower portion of the second flow path and closes the lower portion;
It said second communication channel is a gas dissolution apparatus according to claim holes der Rukoto penetrating the second damming portion along said second flow path.
請求項に記載の気体溶解装置であって、
前記第1連絡流路が、前記第1流路と前記第2流路とを別途連絡する微小流路であり、
前記第2連絡流路が、前記第2流路と前記第3流路とを別途連絡する微小流路であることを特徴とする気体溶解装置。
The gas dissolving device according to claim 2 ,
The first connection flow path, Ri fine channel der to separately contact with said first flow path and the second flow path,
It said second communication channel is a gas dissolution apparatus according to claim fine channel der Rukoto separately contacted with said third flow path and the second flow path.
気体を液体に加圧溶解させる気体溶解装置であって、
加圧環境下にて液体が気体に接しつつ前記気体の下方にて流れる第1流路と、
前記第1流路内の下部に設けられ、前記液体の流れを妨げることにより前記第1流路内に前記液体を貯溜させる堰止部と、
前記第1流路よりも下方に位置し、前記堰止部を越えて流れ込む前記液体が加圧環境下にて流れる第2流路と、
前記堰止部の状態を、前記液体の流れを妨げる状態と流れを妨げない状態との間にて変化させる堰止切替部と、
を備えることを特徴とする気体溶解装置。
A gas dissolving device for dissolving gas in a liquid under pressure,
A first flow path in which a liquid flows under the gas while in contact with the gas under a pressurized environment;
A damming portion that is provided in a lower portion in the first flow path and stores the liquid in the first flow path by preventing the flow of the liquid;
A second flow path that is located below the first flow path and in which the liquid flowing over the blocking portion flows in a pressurized environment;
A dam switching unit that changes a state of the damming portion between a state that prevents the flow of the liquid and a state that does not hinder the flow; and
A gas dissolving apparatus comprising:
請求項に記載の気体溶解装置であって、
前記堰止部が、前記第1流路の下部に配置されて前記下部を閉塞する部位であり、
前記堰止切替部が、前記堰止部を回転または昇降させる機構であることを特徴とする気体溶解装置。
The gas dissolving device according to claim 5 ,
The damming portion is a portion that is disposed at a lower portion of the first flow path and closes the lower portion,
The gas dissolving apparatus, wherein the damming switching unit is a mechanism for rotating or lifting the damming unit.
請求項1ないしのいずれかに記載の気体溶解装置であって、
前記第1流路の伸びる方向に垂直な面による前記第1流路の内側面の断面が、円形であることを特徴とする気体溶解装置。
A gas dissolving apparatus according to any one of claims 1 to 6 ,
The gas dissolving device according to claim 1, wherein a cross section of an inner surface of the first flow path by a surface perpendicular to a direction in which the first flow path extends is circular.
請求項1ないしのいずれかに記載の気体溶解装置であって、
前記第2流路において、加圧環境下にて前記液体が前記気体に接しつつ前記気体の下方にて流れ、
前記第1流路における前記液体の流れる方向と前記第2流路における前記液体の流れる方向とが逆向きであることを特徴とする気体溶解装置。
A gas dissolving device according to any one of claims 1 to 7 ,
In the second flow path, the liquid flows under the gas while in contact with the gas under a pressurized environment,
Gas dissolution apparatus the direction of flow of the liquid in the second flow path and the flow direction of the liquid in the first flow path and wherein the opposite direction der Turkey.
請求項1ないしのいずれかに記載の気体溶解装置であって、
前記第1流路よりも上方に位置する上部流路と、
前記気体と前記液体とを混合して前記上部流路内に向けて噴出する混合ノズルと、
をさらに備え、
前記上部流路内にて前記混合ノズルから噴出された後の混合流体が、加圧環境下にて、前記第1流路における前記液体の流れる方向とは反対方向に流れて前記第1流路へと流れ込むことを特徴とする気体溶解装置。
A gas dissolving device according to any one of claims 1 to 8 ,
An upper channel positioned above the first channel;
A mixing nozzle for mixing the gas and the liquid and ejecting the gas into the upper flow path;
Further comprising
The mixed fluid after being ejected from the mixing nozzle in the upper flow path flows in a direction opposite to the liquid flow direction in the first flow path in a pressurized environment, and the first flow path. A gas dissolving device characterized by flowing into the gas.
微細気泡生成装置であって、
請求項1ないしのいずれかに記載の気体溶解装置と、
前記気体溶解装置からの前記液体の送出路上に設けられ、前記気体溶解装置内の圧力を維持する絞り部と、
を備え、
前記絞り部を通過して減圧されることにより、前記液体中に微細気泡が発生することを特徴とする微細気泡生成装置。
A microbubble generator,
A gas dissolving device according to any one of claims 1 to 9 ,
A throttle that is provided on the liquid delivery path from the gas dissolving device and maintains the pressure in the gas dissolving device;
With
A fine bubble generating apparatus, wherein fine bubbles are generated in the liquid by being reduced in pressure through the throttle unit.
請求項10に記載の微細気泡生成装置であって、
前記気体溶解装置と前記絞り部とを接続する接続配管と、
前記接続配管に設けられて前記接続配管内の前記液体の圧力を調整する調整弁と、
前記気体溶解装置内の圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサからの出力に基づいて前記調整弁を制御する弁制御部と、
をさらに備えることを特徴とする微細気泡生成装置。
It is a fine bubble production | generation apparatus of Claim 10 , Comprising:
A connection pipe connecting the gas dissolving device and the throttle part;
An adjustment valve provided in the connection pipe for adjusting the pressure of the liquid in the connection pipe;
A pressure sensor for measuring the pressure in the gas dissolving device;
A valve control unit that controls the regulating valve based on an output from the pressure sensor;
A fine bubble generating apparatus, further comprising:
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