JP6319861B1 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

従来の微細気泡発生装置は、微細気泡の発生量が不十分である問題がある。本発明にかかる微細気泡発生装置の一態様は、液体が供給される供給口２０と、供給口２０から供給される液体が排出される排出口２１と、供給口２０と排出口２１との間に液体が流れるように形成された流路と、流路の側壁に設けられる連通孔１３ｃと、流路と壁を介して隣接し、連通孔を介して流路と繋がる負圧発生室２２と、一端に供給口２０が設けられ、他端に排出口２１が設けられ、流路に液体が流れている状態で負圧発生室２２を密閉状態とする外装ケースと、を有し、流路は、供給口２０の径よりも流路の径が小さくなる流速加速部と、流速加速部よりも排出口２１側において流速加速部よりも径が大きくなる流速減速部と、を有し、連通孔１３ｃは、流速加速部の側壁に設けられる。

Description

本発明は微細気泡発生装置に関し、特に入口から導入された液体の中に無数の微小気泡を発生させることにより気液混合物を生成する微細気泡発生装置に関する。

近年、液体による洗浄力を高める装置として微細気泡（以下、マイクロバブルと称す）を液体に混合する微細気泡発生装置（以下、マイクロバブル発生装置と称す）が注目されている。このマイクロバブル発生装置の一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載のマイクロバブル発生装置は、入口側の流路よりも小さく絞られたジェット噴出孔を通ってキャビテーション発生室に液体を流入させ、入口側よりも速い速度でキャビテーション発生室内を液体が流動するようにする。これにより、特許文献１に記載のマイクロバブル発生装置では、キャビテーション発生室の内部で静圧が低くなった液体がキャビテーションを発生し、微細気泡を多量に生じるようにする。ここで、微細気泡の発生量は、液体の流量や流速を増すことにより、容易に増大できる。また、微細気泡の発生に微細な気体流入口が不要となるので、微細加工も不要となり、製造が容易になる。

特許第４５８７４３６号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、キャビテーション室において一度流路が途切れてしまうため、キャビテーション室を通過する際に流路の径が一旦大きくなるため、液体の流速が低下して液体の静圧を十分に低下させることができず、マイクロバブルの発生量が十分でない問題がある。

本発明にかかる微細気泡発生装置の一態様は、液体が供給される供給口と、前記供給口から供給される液体が排出される排出口と、前記供給口と前記排出口との間に前記液体が流れるように形成された流路と、前記流路の側壁に設けられる連通孔と、前記流路と壁を介して隣接し、前記連通孔を介して前記流路と繋がる負圧発生室と、一端に前記供給口が設けられ、他端に前記排出口が設けられ、前記流路に前記液体が流れている状態で前記負圧発生室を密閉状態とする外装ケースと、を有し、前記流路は、前記供給口の径よりも前記流路の径が小さくなる流速加速部と、前記流速加速部よりも前記排出口側において前記流速加速部よりも径が大きくなる流速減速部と、を有し、前記連通孔は、前記流速加速部の側壁に設けられる。

本発明にかかる微細気泡発生装置は、液体に対するマイクロバブルの含有量を高めることが出来る。

実施の形態１にかかる微細気泡発生装置の組み立て図及び部品構成図である。 実施の形態１にかかる微細気泡発生装置の構造を説明する断面図である。 実施の形態１にかかる微細気泡発生装置における微細気泡の発生過程を説明する微細気泡発生装置の断面図である。 実施の形態２にかかる微細気泡発生装置の組み立て図及び部品構成図である。 実施の形態２にかかる微細気泡発生装置の構造を説明する断面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、図１に実施の形態１にかかる微細気泡発生装置１（以下、マイクロバブル発生装置１と称す）の組み立て図及び部品構成図を示す。

図１に示すように、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１は、本体ケース１１、下蓋１２により外装ケースを構成する。また、本体ケース１１には、接続部１１ａが設けられる。接続部１１ａは、例えば、水道の蛇口、或いは、ホースが接続される部分であり、接続形態に応じて形状の仕様が決定される。また、接続部１１ａには供給口が設けられており、この穴を介して液体（例えば、水道水）が供給される。下蓋１２には図面上見えないが、接続部１１ａと対向する位置に排出口が設けられる。排出口からは、供給口から供給された水道水にマイクロバブルが混入した微細気泡混合液が出てくる。

実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、外装ケース及び外装ケース内に設けられるマイクロバブル発生体によりマイクロバブルを発生する。そこで、図１の右図に実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１の部品構成図を示す。

図１の右図に示すように、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、本体ケース１１、下蓋１２により構成される外装ケース内に、マイクロバブル発生体１３、フィルタ１４、フィルタカバー１５が納められている。また、下蓋１２には接続ねじ１２ａが設けられている。下蓋１２に設けられた接続ねじ１２ａは、本体ケース１１において接続ねじ１２ａに対応して設けられるねじとの組み合わせにより、本体ケース１１に下蓋１２を固定する。

マイクロバブル発生体１３には、供給口側の大径部にシールリング１３ａが設けられ、排出口側の大径部にシールリング１３ｂが設けられる。シールリング１３ａ、１３ｂは、マイクロバブル発生体１３と本体ケース１１とを密着させるために設けられる。また、マイクロバブル発生体１３は、供給口側の大径部と、排出口側の大径部と、に対して中央部に径が小さな括れ部が設けられている。そして、この括れ部に連通孔１３ｃが設けられている。また、マイクロバブル発生体１３は、内部に供給口から排出口まで貫通し、流路を形成する貫通孔が設けられている。

実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、マイクロバブル発生体１３をこのような構成とすることでマイクロバブルを発生する流路と、マイクロバブルの発生量を増加させる負圧発生室とが壁の一部でのみ繋がる構成を実現する。

フィルタ１４は、例えば、スポンジ状のフィルタである。フィルタカバー１５は、フィルタ１４を外装ケース内にとどめておくカバーであって、所定の堅さを有する網目状の部材である。フィルタ１４及びフィルタカバー１５は、排出口を覆うように設けられる。

続いて、マイクロバブル発生装置１の内部構造についてより詳細に説明する。そこで、図２に、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１の構造を説明する断面図を示す。

図２に示すように、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、本体ケース１１内にマイクロバブル発生体１３、フィルタ１４、フィルタカバー１５を納め、これらの物を下蓋１２を閉めることにより固定する。

そして、マイクロバブル発生装置１では、本体ケース１１の接続部１１ａに設けられた孔が供給口２０となり、下蓋１２に設けられた孔が排出口２１となる。供給口２０からはマイクロバブル発生装置１内の流れる液体が供給される。また、排出口２１からは、マイクロバブル発生装置１内の流れた液体が排出される。

そして、マイクロバブル発生体１３には供給口２０と排出口２１との間に液体が流れるように形成された流路が設けられる。この流路は、少なくとも供給口２０の径以上の径ｄ１を有する入り口を有し、第１のテーパー面２３により流路の径が連続的にｄ１からｄ２まで狭められ、径がｄ２となる部分が流速加速部となる。また、流路には、流速加速部から排出口にいたる部分に第２のテーパー面２４により流路の径が連続的にｄ２からｄ３以上まで広げられた流速減速部が設けられる。さらに、流路中に設けられる流速加速部の側壁には連通孔１３ｃが設けられる。そして、マイクロバブル発生装置１内には、流路と壁を介して隣接し、連通孔１３ｃを介して流路と繋がる負圧発生室２２が設けられる。ここで、径ｄ１、ｄ２、ｄ３は、ｄ２＜ｄ１＜ｄ３となる関係を有していることが好ましい。

つまり、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、流路は、流路の壁全体が途切れることなく、常に一定以上の面積の壁で覆われる状態となる。また、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、負圧発生室２２が、流路中に設けられる流速加速部の壁の一部に設けられた連通孔１３ｃにおいてのみ接続される。これにより、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、流路に流れる液体が負圧発生室２２で滞ることなく流路内を流れる。

また、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、本体ケース１１に外気を取り込むための孔等は設けられない。実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、負圧発生室２２は、マイクロバブル発生体１３、シールリング１３ａ、１３ｂ及び本体ケース１１により囲まれており、連通孔１３ｃを介してのみ外気に接する。

続いて、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１の動作について説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１における微細気泡の発生過程を説明するマイクロバブル発生装置１の断面図を示す。

図３に示すように、マイクロバブル発生装置１では、供給口２０から供給された液体の流速が流路中において径が狭められる流速加速部において増される。このとき、流路を流れる液体は水圧が低下するキャビテーションが発生する。このキャビテーションにより、流れる液体中に気泡が発生する。また、流体の水圧が低下するため、流速加速部に設けられる連通孔１３ｃにより流速加速部と接続される負圧発生室２２の静圧が低下する。これにより、流体に対して負圧がかかるため、流体の水圧がさらに低下する。つまり、マイクロバブル発生装置１では、流路中の流速加速部の周囲に負圧を発生させることで、流体の水圧をさらに低下させて、キャビテーションの効果を更に高めることで流体中に発生させる気泡量を更に増加させる。ここで、負圧とは大気圧よりも低い気圧のことである。また、マイクロバブル発生装置１では、流路を流れる流体が負圧発生室２２から気体を引き抜く方向の力を発生させるため、流路中の液体は、負圧発生室２２に滞ることなく流路中をスムーズに流れる。つまり、マイクロバブル発生装置１では、流路に液体が流れている状態で負圧発生室２２が密閉状態となる。

そして、流速加速部を通過した流体は、流路の径が流速加速部よりも大きくなる流速減速部に至る。このとき、流体の水圧は流速加速部よりも高くなる。これにより、流体中の気泡が破壊され、マイクロバブルが発生する。このマイクロバブルは、流速加速部で発生した気泡よりも直径が小さく、視認できない程度の直径である。このとき、流速減速部の径ｄ３を供給口２０の径ｄ１よりも大きくすることで、水圧の増加量を大きくして気泡の破壊が進むため、流速減速部の径ｄ３は、供給口２０の径ｄ１より大きな方がよい。

上記説明より、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、流速加速部の側壁に連通孔１３ｃを設け、この連通孔１３ｃを介して負圧発生室２２と流路とを接続する。これにより、マイクロバブル発生装置１では流路の壁全体を途切れさせることなく流路を形成する。また、マイクロバブル発生装置１では、流路に流れる流体が流速加速部で発生させる水圧低下により、流体が流路を流れているときに負圧発生室２２から気体を引き抜き、負圧発生室２２の気圧を低下させることで、流速加速部に流れる流体の水圧を連通孔１３ｃが無い状態よりも低下させる。これにより、マイクロバブル発生装置１では、流速加速部におけるキャビテーションの効果を高め、流体中に発生する気泡量を増加させることができる。そして、マイクロバブル発生装置１では、多くの気泡を含む流体を流速減速部に流すことで、マイクロバブルの含有量の大きな液体を生成することができる。

また、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、外部から気体を加圧して供給することなくマイクロバブルの含有量を増加させることができるため、装置の大きさを小さくすることができる。また、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１は、電気等を用いることなく、構造的な特徴によりマイクロバブルを生成するため、装置の体積を小さくすることができる。また、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１を導入するに当たり、特別な配線、加工等が必要ないため、マイクロバブル発生装置１は、装置の取り付け施行等が簡単である。

また、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、排出口２１側にフィルタ１４を設けられる。フィルタ１４は、流体の流れを整える。これにより、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１では、マイクロバブルが互いの衝突により消滅する量を削減し、マイクロバブルの含有量及び残存時間を大きくすることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１の別の形態となるマイクロバブル発生装置２について説明する。そこで、図４に実施の形態２にかかるマイクロバブル発生装置２の組み立て図及び部品構成図を示す。なお、実施の形態２の説明では、実施の形態１で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１にかかる構成要素と同じ符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、実施の形態２にかかるマイクロバブル発生装置２においても組み立て後の外観は実施の形態１にかかるマイクロバブル発生装置１と同じである。一方、実施の形態２にかかるマイクロバブル発生装置２では、マイクロバブル発生体３３の形状が実施の形態１にかかるマイクロバブル発生体１３とは異なる。実施の形態２にかかるマイクロバブル発生装置２のマイクロバブル発生体３３では、流速加速部の供給口側に小径連通孔３３ｃが複数設けられる。このマイクロバブル発生体３３は、連通孔１３ｃに対して並列になる位置に設けられる。また、小径連通孔３３ｃは、連通孔１３ｃよりも径が小さな連通孔である。

続いて、図５に実施の形態２にかかるマイクロバブル発生装置２の構造を説明する断面図を示す。図５に示すように、実施の形態２にかかるマイクロバブル発生装置２は、マイクロバブル発生体３３において流路の径がｄ２に狭められる流速加速部の壁面のうち連通孔１３ｃよりも供給口２０側に位置する部分に小径連通孔３３ｃが設けられる。

実施の形態２にかかるマイクロバブル発生装置２では、連通孔１３ｃに加えて小径連通孔３３ｃを設けることで、負圧発生の効率が高まるため、負圧発生室２２で発生する負圧を高めることができる。そして、高い負圧を受けた流体では、発生する気泡の大きさを安定させることができる。なお、上記説明では小径連通孔３３ｃを連通孔１３ｃよりも供給口２０側の流速加速部の壁面に設けたが、小径連通孔３３ｃは、連通孔１３ｃよりも排出口２１の流速加速部の壁面に設けることもできる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、連通孔１３ｃを設ける位置は、流体の水圧が低下する部分であればよく、最も水圧が低下する位置を特定して設ける必要はない。

１、２ マイクロバブル発生装置
１１ 本体ケース
１１ａ 接続部
１２ 下蓋
１２ａ 接続ねじ
１３、３３ マイクロバブル発生体
１３ａ シールリング
１３ｂ シールリング
１３ｃ 連通孔
１４ フィルタ
１５ フィルタカバー
２０ 供給口
２１ 排出口
２２ 負圧発生室
２３ 第１のテーパー面
２４ 第２のテーパー面
３３ｃ 小径連通孔

Claims (5)

1. 液体が供給される供給口と、
   前記供給口から供給される液体が排出される排出口と、
   前記供給口と前記排出口との間に前記液体が流れるように形成された流路と、
   前記流路の側壁に設けられる連通孔と、
   前記流路と壁を介して隣接し、前記連通孔を介して前記流路と繋がる負圧発生室と、
   一端に前記供給口が設けられ、他端に前記排出口が設けられ、前記流路に前記液体が流れている状態で前記負圧発生室を密閉状態とする外装ケースと、を有し、
   前記流路は、
   前記供給口の径よりも前記流路の径が小さくなる流速加速部と、
   前記流速加速部よりも前記排出口側において前記流速加速部よりも径が大きくなる流速減速部と、を有し、
   前記連通孔は、前記流速加速部の側壁に設けられる微細気泡発生装置。
2. 前記排出口側において前記排出口を覆うように設けられるフィルタをさらに有する請求項１に記載の微細気泡発生装置。
3. 前記流路は、
   前記供給口から前記流速加速部に至る経路において流路径を連続的に小さくする第１のテーパー面と、
   径が前記排出口側に向かって大きくなるように形成され、前記流速減速部を形成する第２のテーパー面と、を有する請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
4. 前記流路は、前記液体が滞りなく流れるように壁面が形成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置。
5. 前記流速加速部の壁面に、前記連通孔よりも径が小さな小径連通孔を更に有する請求項１に記載の微細気泡発生装置。

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