JP5801210B2 - Microbubble generator - Google Patents
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Description
本発明は、旋回流を利用して気液混合を行い液中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関する。 The present invention relates to a fine bubble generator that performs gas-liquid mixing using a swirl flow to generate fine bubbles in a liquid.
マイクロバブルなどの微細気泡を液中に発生させる方式として気液二相高速旋回方式が知られている。気液二相高速旋回方式では、ノズル内の円筒面に沿って液体を高速旋回させてノズル中心(軸心に沿って)に負圧を発生させる。そして、この負圧によりノズル内に気体を導入し高速旋回する気液二相旋回流を形成する。この旋回流を軸心に沿って縮流し、ノズル出口から開放することにより気液二相流体をせん断し微細気泡を発生させる(例えば特許文献1、2参照)。 A gas-liquid two-phase high-speed swirling method is known as a method for generating fine bubbles such as microbubbles in a liquid. In the gas-liquid two-phase high-speed swirling method, the liquid is swung at high speed along the cylindrical surface in the nozzle to generate a negative pressure at the center of the nozzle (along the axis). Then, gas is introduced into the nozzle by this negative pressure to form a gas-liquid two-phase swirl flow that swirls at high speed. This swirling flow is contracted along the axis and released from the nozzle outlet to shear the gas-liquid two-phase fluid and generate fine bubbles (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1の微細気泡発生装置では、高圧の液体を、螺旋流路を通してノズル内の気液混合空間に導き、これにより気液混合空間の円筒内周面に沿う螺旋状の高速旋回流を形成する。螺旋流路は、その外周に螺旋状の羽根が設けられた円柱部を、羽根の外径に略等しい内径を有するノズル本体に設けられた円筒に嵌合することで形成される。 In the fine bubble generator of Patent Document 1, high-pressure liquid is guided to the gas-liquid mixing space in the nozzle through the spiral flow path, thereby forming a spiral high-speed swirling flow along the cylindrical inner peripheral surface of the gas-liquid mixing space. To do. The spiral flow path is formed by fitting a cylindrical portion provided with spiral blades on the outer periphery thereof to a cylinder provided in a nozzle body having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the blades.
しかし、螺旋状の羽根は液体の極めて高い圧力に曝されるため特許文献1、2の構成では耐久性に問題がある。 However, since the spiral blade is exposed to an extremely high pressure of the liquid, the configurations of Patent Documents 1 and 2 have a problem with durability.
本発明は、気液二相高速旋回方式を用いた微細気泡発生装置において、螺旋流路の高圧流体に対する耐久性を向上することを課題としている。 This invention makes it a subject to improve the durability with respect to the high pressure fluid of a spiral flow path in the microbubble generator using a gas-liquid two-phase high-speed turning system.
本発明の旋回通路形成体は、螺旋通路を通して加圧された液体をノズル内に供給しノズル内に旋回流を発生させ、旋回流により発生する負圧を用いて気体をノズル内に導き入れ気液二相旋回流を形成し、気液二相旋回流をノズル出口から噴出することにより気液二相流体をせん断し微細気泡を発生する微細気泡発生装置に装着される旋回通路形成体であって、円柱部と円錐台部とから構成され、中心軸に沿って気体を導くための気体導入孔が形成された本体と、円柱部の外周面に沿って形成された螺旋状の羽根と、羽根の外周縁に形成される外側円筒部とを備えたことを特徴としている。 The swirling passage forming body of the present invention supplies a pressurized liquid through a spiral passage into a nozzle to generate a swirling flow in the nozzle, and introduces gas into the nozzle using negative pressure generated by the swirling flow. It is a swirl passage forming body that is attached to a microbubble generator that forms a liquid two-phase swirl flow and generates gas bubbles by shearing the gas-liquid two-phase fluid by ejecting the gas-liquid two-phase swirl flow from the nozzle outlet. A main body in which a gas introduction hole for guiding gas along the central axis is formed, a spiral blade formed along the outer peripheral surface of the cylindrical part, An outer cylindrical portion formed on the outer peripheral edge of the blade is provided.
羽根の入口部は立ち上げられていることが好ましい。これにより供給される液体の圧力損失を下げ、噴出される液体の流速を高めることで強い旋回流を発生させることができる。羽根は複数設けられ、複数の羽根同士が中心軸方向に重ならないことが好ましい。これにより、螺旋通路形成体を鋳型で一体成形することができる。また、複数の羽根は180°ずらして配置された2枚の羽根からなることが好ましく、各羽根は外周面の半周に亘って形成される。更に本体、羽根、外側円筒部は鋳型成形により一体的に形成されることが好ましい。例えば、旋回通路形成体はポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂から形成される。 It is preferable that the inlet part of the blade is raised. Thereby, a strong swirling flow can be generated by lowering the pressure loss of the supplied liquid and increasing the flow velocity of the ejected liquid. It is preferable that a plurality of blades are provided and the plurality of blades do not overlap in the central axis direction. Thereby, a spiral channel | path formation body can be integrally molded with a casting_mold | template. Further, the plurality of blades are preferably composed of two blades arranged 180 ° apart, and each blade is formed over a half circumference of the outer peripheral surface. Furthermore, it is preferable that the main body, the blades, and the outer cylindrical portion are integrally formed by molding. For example, the swirl passage forming body is made of polyphenylene sulfide (PPS) resin.
本発明の微細気泡発生装置は、上記螺旋通路形成体を用いる上記何れかの微細気泡発生装置であって、ノズルに装着される液体供給部と、液体供給部に設けられる気体供給部とを更に備え、螺旋通路形成体がノズル内に形成された円筒形の収容部に嵌挿され、収容部には螺旋通路形成体の外側円筒部を受ける段部が設けられたことを特徴としている。 The fine bubble generation device of the present invention is any one of the fine bubble generation devices using the spiral passage forming body, further comprising: a liquid supply unit attached to the nozzle; and a gas supply unit provided in the liquid supply unit. The spiral passage forming body is fitted into a cylindrical accommodating portion formed in the nozzle, and the accommodating portion is provided with a step portion for receiving the outer cylindrical portion of the spiral passage forming body.
液体供給部はノズルに嵌挿されてノズルに固定され、ノズルに嵌挿される液体供給部の先端部は螺旋通路形成体の外側円筒部に当接し、螺旋通路形成体は段部と先端部の間に保持される。液体供給部の液体通路内に沿って、気体供給部からの気体導入管が配置され、気体導入管は、螺旋通路形成体の気体導入孔に連結される。 The liquid supply part is inserted into the nozzle and fixed to the nozzle, the tip of the liquid supply part inserted into the nozzle is in contact with the outer cylindrical part of the spiral path forming body, and the spiral path forming body is formed between the stepped part and the tip part. Held in between. A gas introduction pipe from the gas supply section is arranged along the liquid passage of the liquid supply section, and the gas introduction pipe is connected to the gas introduction hole of the spiral passage formation body.
本発明によれば、気液二相高速旋回方式を用いた微細気泡発生装置において、螺旋流路の高圧流体に対する耐久性を向上することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, durability with respect to the high pressure fluid of a spiral flow path can be improved in the microbubble generator using a gas-liquid two-phase high-speed turning system.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態である微細気泡発生装置の構成を示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fine bubble generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
微細気泡発生装置10は、液中にマイクロバブルなどの微細気泡を発生させるノズル11と、ノズル11に加圧された液体を供給する液体供給部12と、ノズル11に気体を供給する気体供給部13を備える。ノズル11は、例えば液体Lを貯留したタンクの壁面14に固定され、その先端は液体L内に配置される。
The
本実施形態では、ノズル11は肩部15を備え、ノズル11はその先端が壁面14に形成された孔に挿入され、ノズル11の先端にナット16を螺装し、肩部15とナット16の間に壁面14を把持することでノズル11がタンク壁面14に固定される。
In the present embodiment, the
ノズル11の基部側には、液体供給部12の一端(先端部12A)が気密的に嵌挿される。また、液体供給部12の他端には気体供給部13が設けられる。液体供給部12は、例えばL字形の液体通路17を備え、その外形もL字形に沿った外形を呈する。図1において側方に延びる開口端には管継手部18が設けられ、管継手部18には加圧ポンプ等に接続された管(図示せず)が接続される。すなわち加圧ポンプから加圧された液体が液体通路17へと供給される。
One end (
また、液体通路17の他方の開口端は、ノズル11内に形成された回転対称な空間へと接続される。この回転対称な空間には、後述する螺旋通路形成体19を収容する大径の円筒空間(収容部)20が設けられ、その先には、円錐状に縮径する縮径部21が設けられる。また縮径部21の先には、気液二相旋回流を生成する小径の円筒空間(気液混合部)22が設けられる。気液混合部22は、その先端において一端縮径された後ノズル外部に開口される。
The other open end of the
ノズル11に接続された液体通路17の開口の反対側(L字に曲がる根元部)には、小孔23が形成され、気体供給部13からの気体導入管24が気密的に相通される。液体通路17内へと延出する気体導入管24は、液体通路17の略中央に沿って延在し、その先端部は収容部20に装置された螺旋通路形成体19の気体導入孔25に装着される。
A
気体供給部13には、気体を流通するL字形の気体通路26が形成されており、側方に延出する開口端には、管継手27が設けられる。すなわち、管継手27に接続される管(図示せず)から所望の気体が気体通路26へと供給される。また、気体通路26の例えばL字曲がり部には、ニードルスクリュウ等の流量調整弁28が設けられ、気体導入管24へと供給される気体流量の調整が行われる。
An L-
次に図2、図3を参照して本実施形態における螺旋通路形成体19の構造について説明する。なお図2(a)〜図2(c)は、本実施形態の螺旋通路形成体19の頂面図、側面図、底面図であり、図3(a)は図2(b)におけるA−A’断面図、図3(b)、(c)は、図2(c)のB方向、C方向からの矢視図(外周円筒部を取り除いた)である。
Next, the structure of the spiral
図2、3に示されるように、螺旋通路形成体19の本体29は、円柱状の円柱部29Aと、円柱部29Aの下端から円錐台形状に突出する円錐台部29Bとから構成され、円柱部29Aの外周面には一対の螺旋状の羽根30A、30Bが設けられる。また、螺旋状の羽根30A、30Bの外周縁には、円筒状の外側円筒部31が設けられる。本実施形態において、外側円筒部31の高さは、例えば円柱部29Aの高さに等しく、円錐台部29Bの底面の外径は円柱部29Aの外径に等しい。なお、本体29の中心には、気体導入孔25が円柱軸(円錐軸)に沿って形成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
本実施形態において、螺旋状の羽根30A、30Bは、本体29の中心軸を中心として180°隔てた位置から始まり、各々、円柱部29Aの外周面に沿って半周(180°)に亘り設けられる。すなわち、本実施形態では、2重螺旋のように羽根同士が軸方向に重なることがない。
In the present embodiment, the
また、螺旋通路を形成する羽根30A、30Bは、頂面近くにおいて立ち上げられ、螺旋通路入口部32A、32Bを形成する(特に図3(c)参照)。螺旋通路入口部32A、32Bは、図2(a)に示されるように本体29の軸を中心とする角θ1の範囲に設けられ、残りの角θ2の範囲は、リード角が一定な羽根30A、30Bの本体部として形成される。角度θ1、θ2は、例えば公差±10°として、それぞれ約30°、150°に設定され、羽根30A、30Bの本体部分(角度θ2の範囲)のリード角は、例えば5°〜10°に設定される。また、螺旋通路入口部32A、32Bの立ち上がり部分の最端部(上流側)は略90°とされる。
Further, the
次に図1、図3を参照して、螺旋通路形成体19の収容部20への固定方法について説明する。
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 3, the fixing method to the
ノズル11の収容部20と縮径部21の接続部には、外側円筒部31の厚さと略同一寸法幅を有する段部20Aが形成される。螺旋通路形成体19を収容部20に装着すると、外側円筒部31の外周面は、収容部20の内周面に密接し、外側円筒部31の下端部は、段部20Aに当接する。
A
一方、液体供給部12の先端部12Aは、外側円筒部31と略同一径、略同一厚さの円筒形状を呈し、螺旋通路形成体19を収容部20に装着後、液体供給部12がノズル11に装着されると、先端部12Aが外側円筒部31の上端部に当接する。これにより、螺旋通路形成体19の位置は、収容部20内において固定される。なお本実施形態では、このとき螺旋通路形成体19の円錐部29Bの先端が、気液混合部22の入り口高さに位置する。
On the other hand, the
次に、以上の構成を用いた気液二相旋回流体生成過程と、微細気泡生成過程の概略について図1を参照して説明する。 Next, an outline of a gas-liquid two-phase swirling fluid generation process and a fine bubble generation process using the above configuration will be described with reference to FIG.
液体通路17に供給される加圧流体は、螺旋通路形成体19の入口部(32A、32B)から螺旋状の羽根(30A、30B)に沿っての縮径部21へ導かれ、周方向下向きに噴出される。液体は縮径部21の円錐面に沿って螺旋状に気液混合部22へと導かれ、更に増速されて気液混合部22の円筒内周面に沿って高速旋回を行いながらノズル先端部の開口に向けて流れる。これにより気液混合部22の中心には負圧が発生し、気体導入管24から気液混合部22に円筒軸に沿って気体が吸引され、気液二相旋回流体が形成される。この気液二相旋回流体が縮径された気液混合部22の先端開口部からノズル外部へと噴出・開放され、この過程で気液二相流体がせん断され微細気泡が発生する。
The pressurized fluid supplied to the
以上のように、本実施形態によれば、微細気泡発生装置に用いられる螺旋通路形成体に設けられた螺旋状の羽根の周縁が円筒部によって補強されているため、高い圧力の液体に対しても羽根に十分な強度を与えることができる。 As described above, according to the present embodiment, the peripheral edge of the spiral blade provided in the spiral passage forming body used in the fine bubble generating device is reinforced by the cylindrical portion. Can give the blades sufficient strength.
また、本実施形態では、螺旋状の羽根を複数設けるとともに、それらが軸方向に重ならないようにしたため、螺旋通路形成体を鋳型成形により一体的に成形できる。しかし、このように軸方向に重ならないようにすると、先行例のように二重螺旋構造を採用することができず、螺旋通路の長さが短くなる。このため、螺旋流の助走距離が短くなって旋回流の効率が低下する。これを供給される流体圧力を増大させることで補うことが考えられるが、圧力を上げ、螺旋通路の流速を増大させると、螺旋通路入口部分での圧力損失が増大する。 Further, in the present embodiment, since a plurality of spiral blades are provided and they do not overlap in the axial direction, the spiral passage forming body can be integrally formed by molding. However, if it does not overlap in the axial direction in this way, the double spiral structure cannot be adopted as in the preceding example, and the length of the spiral passage is shortened. For this reason, the run-up distance of the spiral flow is shortened, and the efficiency of the swirl flow is reduced. It is conceivable to compensate for this by increasing the supplied fluid pressure, but increasing the pressure and increasing the flow velocity of the spiral passage increases the pressure loss at the inlet portion of the spiral passage.
このため、本実施形態では、螺旋通路の入口部分を立ち上げることで、流れの方向が急激に変化することを防止し、損失の発生を低減している。これにより、本実施形態では、鋳型成形を用いるために、螺旋通路の長さを短くしながらも、強い旋回流を発生させることができる。 For this reason, in this embodiment, by raising the inlet portion of the spiral passage, the flow direction is prevented from changing suddenly, and the generation of loss is reduced. Thereby, in this embodiment, since mold forming is used, a strong swirl flow can be generated while shortening the length of the spiral passage.
なお、本実施形態では、螺旋ピッチが入口部で不連続に変更されているが、螺旋通路全体あるいは入口部において、入り口に向けて連続的にピッチを大きくする構成とすることもできる。 In the present embodiment, the helical pitch is discontinuously changed at the entrance, but the pitch can be continuously increased toward the entrance in the entire spiral passage or in the entrance.
例えば、螺旋通路形成体はポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂から形成される。 For example, the helical path former is formed from polyphenylene sulfide (PPS) resin.
なお、図4に螺旋通路形成体の変形例を示す。図4に示される変形例では、外側側壁31と羽根30A、30B、円柱部29Aが接続される角部がRが設けられ(円弧などの湾曲した形に形成)、これらの壁面で形成される通路内を流れる流体の角部での渦の発生を抑制し、抵抗を低減している。
FIG. 4 shows a modification of the spiral passage forming body. In the modification shown in FIG. 4, corners where the
10 微細気泡発生装置
11 ノズル
12 液体供給部
13 気体供給部
14 タンク壁面
19 螺旋通路形成体
20 収容部
20A 段部
22 気液混合部
29 螺旋通路形成体本体
29A 円柱部
29B 円錐台部
30A、30B 螺旋状の羽根
31 外側円筒部
32A、32B 螺旋通路入口部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
円柱部と円錐台部とから構成され、中心軸に沿って前記気体を導くための気体導入孔が形成された本体と、
前記円柱部の外周面に沿って形成された螺旋状の羽根と、
前記羽根の外周縁に形成される外側円筒部と
を備えることを特徴とする螺旋通路形成体。 A liquid pressurized through a spiral passage is supplied into the nozzle to generate a swirling flow in the nozzle, and a gas is introduced into the nozzle using the negative pressure generated by the swirling flow to generate a gas-liquid two-phase swirling flow. formed, that to form the spiral passage is fitted in the housing portion of the fine bubble generating apparatus to shear the gas-liquid two-phase fluid to generate fine bubbles by ejecting the gas-liquid two-phase swirl flow from the nozzle exit spiral A passage forming body,
A main body formed of a cylindrical part and a truncated cone part, and having a gas introduction hole for guiding the gas along the central axis;
A spiral blade formed along the outer peripheral surface of the cylindrical portion;
A spiral passage forming body comprising an outer cylindrical portion formed on an outer peripheral edge of the blade.
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