JP6762461B2 - 液体処理ノズル及び液体処理ノズル用コアエレメント - Google Patents

Description

この発明は微細気泡発生に使用する液体処理ノズル及び液体処理ノズル用コアエレメントに関するものである。

近年、マイクロバブル（ファインバブル）あるいはナノバブル（ウルトラファインバブル）と称される微細気泡が多くの用途に応用され、種々の気泡発生機構が提案されている。特許文献１に開示された二相流旋回方式のものは、外気を旋回流に巻き込んで強制粉砕することにより微細化を図るものであり、気泡径が１μｍ未満となるナノバブルの発生効率が悪い欠点がある。

一方、水の流路にベンチュリやオリフィスにより絞り孔を設け、水が高流速化して通過する際のベルヌーイの定理に由来して生ずる減圧効果により、溶存空気を微細気泡として析出させる、いわゆるキャビテーション方式による微細気泡発生機構も種々提案されている（特許文献２〜８）。特に、特許文献３〜８に開示された方式は、絞り孔の途中にねじ部材を配置し、そのねじ谷、あるいは対向するねじ部材間に形成されたギャップにて水流のさらなる高速化を図るものであり、キャビテーション効率を向上させてより高密度にナノバブルを発生することができる。この方式の利点は、外部から気泡原料となるガスの供給機構が不要であり、ノズルも小型で構造が単純な点にある。例えば、微細気泡を導入したい液の供給配管があれば、その配管の途上にノズルをインライン設置するだけで微細気泡効果を極めて簡単かつ安価に享受でき、設置スペースも小さくて済む。

特開２００８−２２９５１６号公報 特開２０１４−１４７９０１号公報 ＷＯ２０１３／０１１５７０号公報 ＷＯ２０１０／０５５７０２号公報 ＷＯ２０１３／０１２０６９号公報 特開２０１１−２４０２０６号公報 ＷＯ２０１６−１７８４３６号公報 ＷＯ２０１６−１９５１１６号公報

キャビテーション方式の微細気泡発生装置は、ノズルのねじ部を通過する液の流速を気泡発生に十分な高速に確保する必要があり、送液流量に応じてノズルの流通断面積を個別に設定する必要がある。その結果、求められる流量が異なればノズルの流通断面積や気泡発生を司るねじ部材の仕様も異なるものとなる（特許文献８を参照）。例えば、特許文献４〜８に開示されているノズルは、ねじを組み込んだ気泡発生部であるコア部が、配管接続用の継手部が形成されるコア本体と一体不可分に構成されている。その結果、種々の設置先における配管系の内径や継手寸法などが規格等により共通していても、要求される流量が異なれば全体を別のノズルとして構成せざるを得ず、パーツ等の共用化を図るといった設計汎用性に乏しい欠点がある。また、設置先配管のスペース上の都合により、ノズルの全長に制約が加わる場合も、コア部の長さは変わらなくとも、前後の絞り部の全長は見直さなければならない。この場合もコア本体は、絞り部とコア部が一体化されている関係上、全体を個別に設計せざるを得ないのである。

一方、特許文献２及び３に開示されている構成は、気泡発生を担うノズルの本体を円柱状に構成し、設置先となる配管や機器筐体（例えばシャワーの握り手部）の内側に内挿するようになっている。この構成は、コア本体から継手部が分離されてはいるものの、気泡発生するコア部（高流速流路部）に対し、前後のテーパ状の絞り部が一体に形成されている点については同じであり、設置先に応じてコア本体全体を個別に設計しなければならない点に何ら変わりはない。

本発明の課題は、キャビテーション方式にて微細気泡発生を担う液体処理ノズルを構成するにあたり、気泡発生を担うコア部とその周辺の構成要素との相互独立性を高め、設置先の送液流量や設置スペース等に応じて仕様の異なるノズルが要望される場合にあってもパーツ共用化を容易に図ることができ、ひいては設計汎用性が大幅に改善された液体処理ノズル及び液体処理ノズル用コアエレメントを提供することにある。

本発明は、処理対象となる液体を流通させる配管系に組み込んで使用される液体処理ノズルにかかるものであり、
一端に流入側開口部を他端に流出側開口部を形成する貫通形態の収容通路部を備えるとともに、少なくも流入側開口部の形成側端部に配管系への接続継手部が形成され、かつ収容通路部の内周面が円筒面状とされたノズルケーシングと、
ノズルケーシングの収容通路部に配置され、個別の流通路を有するとともに流入側開口部又は流出側開口部から収容通路部内の所定位置に内挿可能に形成されるとともに収容通路部内の流れ方向において互いに隣接する形態に配置された複数の構成エレメントの集合体として構成された処理機能部とを備え、集合体を構成する複数の構成エレメントは、
一方の端面に液体入口を開口し他方の端面に液体出口を開口する貫通形態の液体流路が形成され、ノズルケーシングの流入側開口部に向けて供給される液体が液体流路を経て流出側開口部より流出可能となる位置関係にて処理機能部に組み込まれるコア本体と、液体流路の内面から各々突出するとともに外周面に周方向の山部と高流速部となる谷部とが複数交互に連なるように形成された衝突部とを備え、衝突部と接触した液体が谷部内にて増速するときの減圧作用により、該液体の溶存ガスを過飽和析出させて微細気泡発生処理を行うとともに、コア本体が収容通路部の円筒面状の内周面に隙間嵌め可能な外周面を有する円柱状に形成された１又は複数のコアエレメントと、
コアエレメントに供給される液体の前処理又は後処理を行うとともに、コアエレメントと同一外径の円筒状に形成された１又は複数の付加エレメントとを含む２以上の構成エレメントを含むものとして構成され、
処理機能部をなす集合体は、付加エレメントとしてコアエレメントの上流側又は下流側にて液体の流れを調整する流れ調整エレメントを含むものであり、該流れ調整エレメントは、コアエレメントの上流側に配置されるとともに、該コアエレメントの液体入口に向けて流路断面積が漸次縮小する流れ絞りエレメントを含み、該流れ絞りエレメントは、内周面がコアエレメントと隣接する端面側にて径小となるテーパ面とされ、
処理機能部において、収容通路部内にて構成エレメントが集合体を構築した際に、該集合体全体の外周面が収容通路部の内周面と密着ないし隙間嵌めをなすように、個々の構成エレメントの形状が定められ、該処理機能部の液流通がノズルケーシングとの隙間に迂回せずコアエレメントの液体流路にもれなく導かれるようになっており、液体は流れ絞りエレメントで絞られて流速を上げながらコアエレメントの液体流路に供給されることを特徴とする。

この発明においては液体処理ノズルを、配管系への接続継手部が形成されたノズルケーシングと、微細気泡の発生を担う処理機能部とを分離形成し、ケーシング内側に形成される収容通路部に処理機能部を内挿配置する。ここまでの構成は、特許文献２ないし３と概念的に共通するが、本発明においては、その処理機能部を単一のパーツとして構成するのではなく、複数の構成エレメントの集合体として形成する。複数の構成エレメントは、衝突部を備えるとともに衝突部と接触した液体が谷部内にて増速するときの減圧作用により溶存ガスを過飽和析出させて微細気泡発生処理を行うコアエレメントを最低１つ含むものとされる。すなわち、該コアエレメントは、キャビテーション方式による気泡発生処理を単独で担うことができる独立エレメントであり、かつ液体流路内に配置された衝突部だけで微細気泡発生が担われるため寸法が小さくて済み、接続継手部が形成されたノズルケーシング内にも容易に挿入できる。

そして、残余の構成エレメントは、コアエレメントの前後にて液体の前処理又は後処理を行う付加エレメントか、ないしは別のコアエレメントにより構成される。これにより、１つのコアエレメントを軸として、処理機能部の残余の要素を独立した構成エレメントとして形成することにより、設置先の送液流量や設置スペース等に応じて仕様の異なるノズルが要望される場合にあっても、ノズルケーシングに対する構成エレメントの追加・削除ないし入れ替えにより設計対応することができ、パーツ共用化を容易に図ることができる。これにより、設計汎用性が大幅に改善された液体処理ノズルが実現する。

また、従来ノズルケーシングと一体不可分に形成されていた処理機能部、特にコアエレメントがノズルケーシングから分離されることで、ノズルケーシングの形状は極めて単純化され、製造は格段に容易になる。他方、コアエレメントはノズルケーシングの形状の制約を受けることなく、ノズルとは別ラインにて製造することが可能となり、製造効率を高めることができる。

処理機能部は、収容通路部内にて集合体を構築した際に、該集合体全体の外周面が収容通路部の内周面と密着ないし隙間嵌めをなすように、個々の構成エレメントの形状を定めることができる。集合体全体の外周面がノズルケーシングの収容通路部と密着ないし隙間嵌めになっていることで、処理機能部の液流通はノズルケーシングとの隙間にはほとんど迂回せず、コアエレメントの液体流路にもれなく導くことができる。これにより、処理機能部のノズルケーシングへの組付けを極めて簡単に行うことができ、隙間を封止するオーリング等のシールや接着なども不要となり、構成の単純化を図ることができる。

処理機能部をなす集合体は、互いに独立して微細気泡発生処理を行う複数のコアエレメントを含むものとして構成することができる。液体と衝突部との接触効率の向上を、コアエレメントの個数を増やすことで簡単に実現できる。また、微細気泡発生効率の異なる液体処理ノズルを、コアエレメントの個数の変更により簡単に実現することができる。

また、処理機能部をなす集合体は、付加エレメントとしてコアエレメントの上流側又は下流側にて液体の流れを調整する流れ調整エレメントを含むものとできる。このような流れ調整エレメントを設けることにより、コアエレメントを通過する液体の気泡発生処理をより適切に実施することができ、また、所望する流れ調整処理の内容に応じて、コアエレメントに対する流れ調整エレメントの設計上の組み合わせを容易にかつ自由に変更することができる。たとえば、流れ調整エレメントの機能のみにかかる設計的なバリエーションが要求される場合でも、コアエレメントの構成はそのままにして流れ調整エレメントのみを置き換える形で容易に対応することが可能となる。

流れ調整エレメントは、例えば次のようなものを例示できる。
・コアエレメントの上流側にてコアエレメントに流入する液体の流れを、圧損を抑制しつつ漸次縮小して流速を増加させる流入側流れ絞りエレメント。
・コアエレメントの下流側にコアエレメントから流出する液体の流れを漸次拡大して圧損を抑制しつつ流速を減少させる流出側流れ絞り（拡大）エレメント。
・コアエレメントの上流ないし下流側に配置される整流エレメント。

また、処理機能部をなす集合体は、付加エレメントとして、コアエレメントに流入する液体にノズルケーシング外のガス源から供給されるガスを混合するガス混合エレメントを含むように構成できる。このようなガス混合エレメントを設けることにより、コアエレメントに液体とガスの混相流を供給でき、コアエレメントで発生するキャビテーション乱流にガス相を巻き込むことによりガスを効率的に溶解することができる。また、液体の溶存ガスだけでなく混合したガスも微細気泡の原料として利用でき、微細気泡の発生効率をより高めることが可能となる。そして、本発明によればガス混合エレメントを置き換えるだけで、所望されるガス溶解機能の仕様（たとえばガスの種類や、ガスの供給流量）に応じ、容易に設計対応することができる。

処理機能部をなす集合体中の構成エレメントの配置関係は種々選定することが可能であるが、たとえば複数の構成エレメントを、収容通路部内の流れ方向において互いに隣接する形態に配置することが可能である。このようにすると、流れ方向に実施するべき液体処理（微細気泡発生処理、流れ調整処理、ガス混合処理など）の順序と対応付けた形で、構成エレメントをノズルケーシングの収容通路部内に順次配置するだけで液体処理ノズルを簡単に構築することができる。また、設計上の所望や制約に応じた構成エレメントの取捨選択も容易である。

他方、複数の構成エレメントを、液体の流通方向と直交する面内にて複数並列に配列することもできる。これは、複数のコアエレメントを並列に設けて微細気泡処理する液体のシンク流量を増やしたり、あるいはあえて微細気泡処理しない（すなわちコアエレメントを迂回する）バイパス流を形成したりする要望がある場合に有益である。前者の場合、処理機能部は、ノズルケーシングの収容通路部に内挿されるとともに、液体の流通方向と直交する面内にて複数のコアエレメント装着孔が貫通形態に設けられるコアホルダ部材を備え、構成エレメントとして複数のコアエレメントがコアホルダ部材のコアエレメント装着孔に装着されるように構成することが可能である。また、単一のノズルケーシング内にて微細気泡発生処理する液体流路を複数組形成したい場合も、コアエレメントを複数作ってコアホルダ部材に装着するだけで、液体流路を種々の個数に自由にレイアウトすることができ、また、種々の設計態様の間でコアエレメントの共用化を図ることができる。さらに、衝突部がコア本体の外周面側から液体流路に向けてねじ込まれるねじ部材とされる場合、コアホルダ部材に相当する部分を最初からコア本体の一部として一体不可分にしようとすると、ねじ部材間の干渉により構成不能となってしまう場合も、より単純な形態である個々のコアエレメントが構成可能である限り、コアホルダ部材にはねじ部材の影響が及ばないため容易に実現可能とあり、設計も単純化される。

ノズルケーシングは接続継手部としてのねじ継手部が両端に形成された金属配管部材として構成することができる。これにより、金属配管部材の流路を構成エレメントの収容通路部として流用できる。また、配管部材の開口部から構成エレメントを収容通路部内に装着するだけで液体処理ノズルを容易に製造でき、得られた液体処理ノズルはノズルケーシングのねじ継手部を利用して設置先となる配管上に容易に取り付けることができる。

複数の構成エレメントを、収容通路部内の流れ方向において互いに隣接する形態に配置する場合、処理機能部をなす集合体は、複数の構成エレメントは、ノズルケーシングの流入側開口部又は流出側開口部をなす同一端側から収容通路部に対し順次内挿可能な形状に形成することができる。これにより、ノズルケーシングの片側の開口から構成エレメントを順次挿入するだけで液体処理ノズルを容易に製造でき、また、挿入の順序により液体処理のシーケンスを容易に設定ないし設計変更することができる。

この場合、収容通路部の中間位置に構成エレメントの挿入側において径大となるように段付き面を形成し、処理機能部を、該処理機能部を構築する構成エレメントのあらかじめ定められたものの端面外周縁部が当該段付き面に当て止め配置するとともに、残余のものをこれに直接または他部材を介して間接的に積層配置する構成を採用できる。この構成では、収容通路部内に構成エレメントを積層配置し、かつその積層体の挿入側先頭に位置するものに対し、段付き面によってノズルケーシング内の挿入位置を規制する。その結果、残余の構成エレメントは当て止めされた挿入先頭側の構成エレメントにより順次位置規制されるので、ノズルケーシング内の処理機能部全体の組み立て効率と位置決めの精度を高めることができる。このとき、各構成エレメントを収容通路部に対して隙間嵌めとなるように構成することで、万一構成エレメントの挿入順序を誤った場合でもノズルケーシングからの取り出しと再装着を容易に実施することができる。

構成エレメントを上記のごとくノズルケーシングの流入側開口部又は流出側開口部をなす同一端側から収容通路部に対し順次内挿する構成においても、付加エレメントは、コアエレメントの上流側又は下流側にて液体の流れを調整する流れ調整エレメントとして構成することができる。たとえば、このような流れ調整エレメントは、コアエレメントの上流側又は下流側に配置されるとともに、該コアエレメントの液体入口又は液体出口に向けて流路断面積が漸次縮小する流れ絞りエレメントとして構成することができる。

また、処理機能部をなす集合体は、互いに直接又は貫通流路を有したスペーサ部材を介して積層される複数のコアエレメントを含むものとすることができる。複数のコアエレメントを流れ方向に積層配置することで、液体は処理機能部内にて複数のコアエレメントにより微細気泡発生処理を繰り返し受けることになり、気泡発生効率をより高めることができる。コアエレメントを通過した液体は流速が低下することで減圧レベルが下がり、キャビテーションによる気泡析出や成長は鈍る。たとえばコアエレメントの液体流路よりも流通断面積の大きいスペーサ部材を介挿すれば上流のコアエレメントで発生した気泡の成長をスペーサ部材の位置で鈍らせた状態で次段のコアエレメントに導くことができ、より径の小さい気泡の発生効率を高めることができる。一方、前述のガス混合エレメントとその下流側に配置されるコアエレメントの組を複数隣接配置すると、ガス混合とコアエレメントでの溶解ないし微細気泡化を、液体の流通配管上のワンパスにて一挙に複数段実施でき、ガス溶解効率ないし微細気泡化効率を飛躍的に高めることができる。

また、複数のコアエレメントは、液体流路の内周面における衝突部の突出位置が互いに異なるものとなるように収容通路部に装着することができる。このようにすると、流れ方向において異なる位置に配置されるコアエレメント間で、衝突部の突出位置の液体流路内周方向における位相が互いに異なるものとなり、液体流れが衝突部に対し同一位置にて連続的に当らなくなる。その結果、下流側に向けての圧損増大を抑制することができるので、多数の衝突部が処理機能部に実装される場合でも流速低下を抑制でき、衝突部に数に見合った微細気泡発生効率を達成することができる。具体的には、たとえば衝突部の突出位置の液体流路内周面上の角度位相を、複数のコアエレメントの上流側に位置するものから下流側に位置するものに向けて、所定の角度間隔で順次変化するように配置することができる。

上記の構成では、ノズルケーシングの収容通路部の内周面上にて一定の角度位置に形成された通路側係合部を形成する一方、複数のコアエレメントのコア本体の外周面上に通路側係合部と係合するコア側係合部を形成し、個々のコアエレメントの衝突部の突出位置の液体流路内周面上の角度位置を、コア側係合部を基準として変化させる構成を採用することが可能である。このようにすると、複数のコアエレメント間で衝突部の角度位相を、所望の位置関係に容易にそろえることができ、組み立てが容易になる。

ノズルケーシングの収容通路部の内周面は円筒面状とすることが、ドリリングや回転切削による形成が容易である。この場合、コアエレメントのコア本体は収容通路部の円筒面状の内周面に隙間嵌め可能な外周面を有する円柱状に形成しておくことが望ましい。この場合、コアエレメントのコア本体は、軸線と平行な向きに液体流路が貫通形成される円柱状に形成されるとともに、衝突部は該コア本体の外周面から液体流路に向けてねじ込まれ、先端部が液体流路の内周面から突出して衝突部を形成するねじ部材により形成することができる。他方、コア本体を樹脂成型により形成することもでき、この場合、衝突部は金属やセラミックで構成されたものをコア本体に対しインサート成形により一体化することも可能である。

次に、コア本体に対し液体流路は、円筒面状の内周面をなすものを一対、コア本体の軸線と直交する平面への投影上にて該コア本体の断面中心に関し互いに対称な位置関係をなすとともに、液体流路の断面内径をＤ、中心間距離をＬとしたとき、｜Ｌ−Ｄ｜／Ｄ×１００の値が１０％以下となるように近接ないし重なるように形成することができる。このように対をなす液体流路を設ける場合、両者の断面中心間の距離が遠すぎると、流路間には液体流通を妨げるコア本体の隔壁部分が厚く形成され、これに近い位置に配設された衝突部を通過する液体の流速が隔壁部への衝突迂回により低下して、微細気泡発生効率が損なわれることにもつながる。したがって、２つの液体流路はできるだけ近接して配置することが望ましい。｜Ｌ−Ｄ｜／Ｄ×１００の値を１０％以下とする条件は、その「近接」の目安を与えるものである。なお、２つの液体流路の一部が重なりあい、流路が一体化することで上記の隔壁部分は形成されないから、その一体化位置に近接する衝突部を通過する液体の流れ損失は大幅に減少し、微差気泡発生効率はさらに高められる。このとき、液体流路の内周縁の重なり位置における延長を用いて概念拡張することにより、Ｌ−Ｄの値は負の値をとることになる。

上記の構成では、液体流路に対しねじ部材は、上記投影において液体流路の断面中心点間を結ぶ基準線に関し、第一の側に４５°傾斜した方向に液体流路の断面中心を挟んで互いに対向するねじ部材対と、第一の側と反対の第二の側に４５°傾斜した方向に液体流路の断面中心を挟んで互いに対向するねじ部材対とからなる計４本を、十字形態をなすように配置することができる。このレイアウトにより、一方の液体流路に向けてコア本体にねじ込まれるねじ部材が、他方の液体流路を横切ってねじ込まれることを防止しつつ、各液体流路に対して４本ものねじ部材を配設でき、微細気泡の発生効率を大幅に高めることができる。

液体流路中に突出して衝突部を作るのは、ねじ部材の脚部であるが、ねじの頭部は脚部よりも径大に形成されるので、１対の液体流路の互いに隣接する側（くびれ形態となる領域）に配置されるねじ部材の頭部は、脚長を小さくしすぎると一部が隣の液体流路の内周面に露出することになる。この頭部の露出量が大きくなりすぎると液体流通に対する圧損要素となり、微細気泡の発生効率低下につながる。そこで、各ねじ部材の対は、ねじ軸線方向における液体流路の断面中心からコア本体の外周縁までの距離が近い側に配置されるものを第一ねじ部材、遠い側に配置されるものを第二ねじ部材として、第一ねじ部材は頭部がコア本体の外形線よりも内側の領域に収まるようにねじ脚部の長さを設定する一方、第二ねじ部材は、コア本体の断面中心に関し液体流路の断面と同一径にて基準円を描いたとき、該基準円とコア本体の断面外形線との間に位置する領域に頭部が収まるようにする。このように構成することで、ねじ部材の頭部の液体流路内周面への露出を抑制でき、上記の問題を解消することができる。このとき、コア本体の外周面からの距離が大きい第二ねじ部材の突出脚部長は、頭部を上記領域内に収めるために、第一ねじ部材（の脚部突出長）よりも大きく設定することが幾何学的に必須である。当然、第二ねじ部材の頭部は、隣接する液体流路部に露出しないことがより望ましい。この場合、当該第二ねじ部材が属さない側の液体流路の断面内周縁よりも外側に位置するように脚部長を調整するようにする。

上記の構成では、コアエレメントのコア本体の外径寸法は第一ねじ部材の脚部長に規制されることとなる。その際、コア本体の外径を縮小するには、
（１）第一ねじ部材の頭部をコア本体の外周面にできる限り近づけること；
（２）第一ねじ部材のコア本体に対する脚部基端部の埋設長を、液体流路に対するねじ部材の突出支持強度が確保できる範囲内でできるだけ小さく設定すること；
がポイントとなる。
（１）については、前記の投影において第一ねじ部材が、コア本体の断面中心に関しコア本体の外径の９０％（望ましくは９５％）となる仮想円よりも外側に頭部外形線の最外縁が位置するように脚部長が調整されてなることが望ましい。また（２）については、第一ねじ部材の脚部基端側が脚部全長の２０％以上６０％以下（望ましくは３０％以上５０％以下）の範囲内でコア本体に埋設されるように脚部長が調整されてなることが望ましい（脚部の埋設部分の長さは、埋設されている部分の中心軸線の長さとして定義する）。このように構成されたコアエレメントは、コア本体の外形寸法を幾何学的限界に近いレベルにまで縮小できる結果、配管継ぎ手部材をノズルケーシングとする場合においても、その内径寸法の小さい流路（収容通路部）内に容易に収めることが可能となる。

また、液体処理ノズル用コアエレメントは、一方の端面に液体入口を開口し他方の端面に液体出口を開口する貫通形態の液体流路が形成されたコア本体と、液体流路の内面から各々突出するとともに外周面に周方向の山部と高流速部となる谷部とが複数交互に連なるように形成された衝突部とを備え、衝突部と接触した液体が谷部内にて増速するときの減圧作用により、該液体の溶存ガスを過飽和析出させて微細気泡発生処理を行う液体処理ノズル用コアエレメントであって、コア本体は、軸線と平行な向きに液体流路が貫通形成される円柱状に形成され、衝突部は該コア本体の外周面から液体流路に向けてねじ込まれるとともに、先端部が液体流路の内周面から突出して衝突部を形成するねじ部材により形成されてなり、
コア本体に対し液体流路は、円筒面状の内周面をなすものが一対、コア本体の軸線と直交する平面への投影上にて該コア本体の断面中心に関し互いに対称な位置関係をなすとともに、液体流路の断面内径をＤ、中心間距離をＬとしたとき、｜Ｌ−Ｄ｜／Ｄ×１００の値が１０％以下となるように近接ないし重なるように形成され、液体流路に対しねじ部材は、投影において液体流路の断面中心点間を結ぶ基準線に関し、第一の側に４５°傾斜した方向に液体流路の断面中心を挟んで互いに対向するねじ部材対と、第一の側と反対の第二の側に４５°傾斜した方向に液体流路の断面中心を挟んで互いに対向するねじ部材対とからなる計４本が十字形態をなすように配置されるとともに、各ねじ部材対は、ねじ軸線方向における液体流路の断面中心からコア本体の外周縁までの距離が近い側に配置されるものを第一ねじ部材、遠い側に配置されるものを第二ねじ部材として、第一ねじ部材は頭部がコア本体の外形線よりも内側の領域に収まるようにねじ脚部の長さが設定される一方、第二ねじ部材は、コア本体の断面中心に関し液体流路の断面と同一径にて基準円を描いたとき、該基準円とコア本体の断面外形線との間に位置する領域に頭部が収まるように、脚部長が第一ねじ部材よりも大きくなるように設定することができる。

本発明の作用及び効果の詳細については、「課題を解決するための手段」の欄にすでに記載したので、ここでは繰り返さない。

本発明の液体処理ノズルの水道配管への組み込み例を示す斜視図。 本発明の液体処理ノズルの正面図およびその断面図。 図２の液体処理ノズルに使用されるコアエレメントの詳細図。 衝突部を雄ねじ部材で構成した場合の液体流路内の状態を示す詳細図。 図３のコアエレメントにおけるねじ部材の流れ方向の配置を説明する図。 流れ絞りエレメントの詳細図。 整流エレメントの詳細図。 図２の液体処理ノズルの組み立て工程を示す説明図。 図８に続く説明図。 図１の配管系に対する液体処理ノズルの組み付け工程を説明する図。 図３のコアエレメントの変形例を示す詳細図。 図２の液体処理ノズルにおいて液体流出側に流れ拡大エレメントを設けた変形例を示す断面図。 図２の液体処理ノズルにおいてコアエレメントを流れ方向に追加した変形例を示す断面図。 ガス混合エレメントを組み込んだ液体処理ノズルの例を示す断面図。 図１４の液体処理ノズルをガス溶解装置に適用する例を示す模式図。 液体流路を１個のみ形成したコアエレメントの例を示す図。 衝突部の突出位置が異なる複数のコアエレメントを積層配置する例を示す説明図。 図１７よりもさらに多数のコアエレメントを使用する例を示す説明図。 図１８のコアエレメントを積層した時のねじ部材のレイアウトを示す投影図。 コアホルダ部材に複数のコアエレメントを組み込んだ処理機能部の一例を示す図。 図２０の処理機能部を組み込んだ液体処理ノズルの例を示す断面図。 コア本体の端面外周縁部に係合鍔部を形成したコアエレメントをノズルケーシングに組み込んだ状態で示す断面図。 図２２の実施形態において、係合鍔部を形成したコアエレメントをノズルケーシングの反対側にも装着した変形例を示す断面図。 図１のコアエレメントを単独でノズルケーシングに組み込んだ実施形態を示す断面図。 エルボ形態のノズルケーシングを使用する実施形態を示す断面図。 ソケット状のノズル本体に直接ねじ部材を組み込んだ参考例を示す断面図。

以下、本発明を実施するための形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は、本発明の液体処理ノズルの組み込んだ水道配管システムの一例を示す斜視図である。この水道配管システム２００は、上水道に直結される冷水供給部２０３と、図示しない給湯器につながる温水供給部２０４とのそれぞれが、止水栓２１１と配管系２０５を介して湯水混合栓２０１に接続される。湯水混合栓２０１は、冷水供給部２０３からの冷水と温水供給部２０４からの温水とを、レバー２０２の操作状態に応じた混合比および流量にて混合し、流出口２０１から流出させる周知の構成のものである。配管系２０５及び２０６はいずれも同一の構成であり、止水栓２１１の流出側継手部（本実施形態では雄ねじ継ぎ手部２１１（図１０））と給水フレキ配管２１３との間に本発明の一実施形態である液体処理ノズル１００が組み込まれた構成となっている。なお、液体処理ノズル１００は冷水供給部２０３と温水供給部２０４とのどちらか一方、例えば冷水供給部２０３側にのみ設けるようにしてもよい。

図２はその液体処理ノズルを取り出し拡大して示すものである。
液体処理ノズル１００は、一端に流入側開口部５４が、他端に流出側開口部５５が形成された貫通形態の収容通路部５６を有するノズルケーシング５０を備える。ノズルケーシング５０の流入側開口部５４の形成側端部には、図１の配管系２０５ないし２０６への接続継手部５１，５２が形成されている。ノズルケーシング５０は金属配管部材であり、流入側の接続継手部５２は外周面に工具係合部５３が形成された雌ねじ継手部とされ、流出側の接続継手部５１は雄ねじ継ぎ手とされている（いずれも本実施形態ではＧ１／２規格ないしＲｃ１／２規格の配管用継ぎ手）。

本実施形態においてノズルケーシング５０は、円筒状に形成された流出側の本体部５０ｂと、外周面に工具係合部５３が形成された流入側の押さえ部材５０ａとの２部分からなる。本体部５０ｂの流入側開口内周面には雌ねじ部５０ｃが形成されている。一方、押さえ部材５０ａの流出側端部外周面には雄ねじ部５０ｄが形成されており、その基端位置にはオーリング５０ｅがはめ込まれている。オーリング５０ｅがはめ込まれる雄ねじ部５０ｄの基端部外周面と、本体部５０ｂの雌ねじ部５０ｃの開口端側内周面とは、それぞれねじ山が形成されておらず、オーリング５０ｅが該位置でラジアル方向に圧縮されるように隙間量が調整されている。また、押さえ部材５０ａを本体部５０ｂに一杯まで締めこむことにより、工具係合部５３の端縁が本体部５０ｂの端縁と重なるように、雌ねじ部５０ｃの及び雄ねじ部５０ｄのねじ長が設定されており、図２の上に示す如く、あたかも一体の配管部材のような外観を呈するように工夫されている。また、雌ねじ部５０ｃと雄ねじ部５０ｄは接着剤ないしロウ材により接合されている。

本体部５０ｂは、流入側開口部側から流出側開口部に向けて軸線方向に貫通する収容通路部５６が形成されている。本実施形態では、収容通路部５６は流入側から流出側に向けて２つの段付き面５６ａおよび５６ｂを介して２段階に縮径する形で、内径の異なる３つの円筒内周面区間に分かれている。そして、該収容通路部５６には、それぞれ個別の流路を有するとともに、収容通路部５６内に内挿され、個別の流通路を有した複数の構成エレメント６１，１，６３の集合体として構成された処理機能部６０が収容されている。処理機能部６０を形成する構成エレメントは、流入側から具体的に、流れ絞りエレメント６１、コアエレメント１及び整流エレメント６３であり、収容通路部５６内にて軸線方向にこの順に積層配置されている。そして、その微細気泡発生処理の要部を担うのがコアエレメント１である。

図３は、コアエレメント１の詳細を示すものである。コアエレメント１は、コア本体２と衝突部１０Ａ，１０Ｂとからなる（以下、衝突部１０Ａ，１０Ｂを総称する場合、単に衝突部１０ともいう）。コア本体２は円柱状に形成されており、一方の端面に液体入口４を開口し他方の端面に液体出口５を開口する貫通形態の液体流路９が形成されている。この実施形態ではコア本体２に対し、円筒内周面をなす液体流路９が中心軸線に関して軸対象となるように、同一内径にて一部が重なるよう２個隣接形成されている。図４は液体流路９の一方を側面視した場合の拡大図であり、衝突部１０は外周面に周方向の山部１１と高流速部となる谷部１２とが複数交互に連なるように形成されている。

衝突部１０は、この実施形態では、脚部末端側が液体流路９内に突出するねじ部材（以下、「ねじ部材１０」ともいう）であり、結果、衝突部１０に形成される複数巻の山部１１は、らせん状に一体形形成されている。コア本体２の材質は、たとえばＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ナイロン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ジュラコン（商標名）などの樹脂であるが、ステンレス鋼や真鍮などの金属、あるいはアルミナ等のセラミックスとしてもよい。また、ねじ部材１０はステンレス鋼等の金属ないしアルミナや石英などのセラミックスで構成される。なお、衝突部１０の山部は螺旋状のねじ山に限られるものではなく、分離隣接形成された複数の凸条部であってもよいが、詳細は特許文献７及び８に記載の通りであり説明は略する。

液体流路９にそれぞれ形成される衝突部１０の組は、コア本体２に形成されたねじ孔１９にて、その壁部外周面側から先端が液体流路９内へ突出するようにねじ込まれる４本のねじ部材により形成されている。ねじ孔１９とねじ部材１０との間は接着剤等によりセッティング固定され、ねじ部材（衝突部）１０と液体流路９の内周面との間には主流通領域２１が形成されている。また、各液体流路９において、４つの衝突部１０が形成する十字の中心位置には、液体流通ギャップ１５が形成されている。液体流通ギャップ１５を形成する４つの衝突部１０の先端面は平坦に形成され、前述の投影において液体流通ギャップ１５は正方形状に形成されている。

次に、液体流路９の外周縁内側の全面積、ここでは、図３の２つの液体流路９の円形軸断面の投影面積（内径をｄとしたとき、πｄ２／４）の合計をＳ１、衝突部１０（４本のねじ部材）の投影面積をＳ２として、処理コア部の全流通断面積Ｓｔを、
Ｓｔ＝Ｓ１−Ｓ２ （単位：ｍｍ２）
として定義したとき、この全流通断面積Ｓｔが２．５ｍｍ２以上（１０ｍｍ２以下）に確保されている。本実施形態では、図４に示す主流通領域２１と液体流通ギャップ１５との合計面積（の２つの液体流路９の間での和）が全流通断面積Ｓｔに相当する。また、ねじ部材（衝突部）１０の谷部１２の深さｈは０．２ｍｍ以上確保されている。衝突部１０と接触した液体は谷部１１内にて増速するときの減圧作用により、該液体の溶存ガスを過飽和析出させて微細気泡発生処理を行う。ねじ部材１０はＪＩＳ並目ピッチのＭ１．０以上Ｍ２．０以下のものが使用され、特許文献８に定義された液体流路９内の有効谷点密度が１．５個／ｍｍ２以上確保されている。また、液体流路９の内径は２ｍｍ以上７ｍｍ以下で調整される。

図３に戻り、液体流路９にそれぞれ形成される衝突部の組は、コア本体２の外周面側から先端が液体流路９内へ突出するようにねじ込まれる４本のねじ部材１０により形成されている。図中破線で示すように、ねじ部材１０は、コア本体２の壁部に貫通形成されたねじ孔１９にねじ込まれ、各ねじ孔１９のねじスラスト方向途中位置にはねじ頭下面を支持するための段付き面１９ｒが形成されている（ねじ孔１９は、段付き面１９ｒよりも液体流路９側に位置する部分にのみねじ山が形成されている）。そして段付き面１９ｒの形成位置は、ねじ部材１０をねじ込んだ時に、液体流路９内に突出するねじ脚部（すなわち、衝突部となる部分）の長さが、液体流通ギャップ１５を形成するのに適正となるように調整されている。

また、複数の液体流路９の間でねじ部材１０の干渉を回避するために、各液体流路９に組み込む４つのねじ部材１０の組は、それら液体流路９の間で軸線方向にて互いにずれた位置に配置されている。同一の液体流路９内の複数のねじ部材１０Ａ及び１０Ｂは、該液体流路９の軸線方向（流れ方向）にて互いにずれた位置に配置されている。具体的には、各液体流路９において、同一平面上で互いに直交する位置に配置されたねじ部材の対１０Ａ，１０Ａ及び１０Ｂ，１０Ｂが、それぞれ流れ方向において互いに異なる位置に配置されている。そして、コア本体２の図中Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面の各位置の４つのねじ部材と、Ｃ−Ｃ断面及びＤ−Ｄ断面位置の４つのねじ部材は、中心軸線液体流路９の軸線と直交する平面への投影で、対応する各液体流路内でそれぞれ十字形態をなすように配置されることとなる。

次に、液体流路９は、それら液体流路９の軸断面積の合計と等価な円の直径をｄｅ、液体流路９の長さをＬとして、Ｌ／ｄｅにて定義される絞り孔アスペクト比が３．５以下に設定されている（なお、２つの液体流路９の内径が互いに異なる一般の場合（ｄ１，ｄ２）は、絞り孔アスペクト比は、Ｌ／（ｄ１２＋ｄ２２）１／２となる）。また、コア本体２の軸線Ｏと直交する平面への投影において、コア本体２の投影領域の中心位置に定められた基準点（上記軸線の投影点）Ｄ１から複数の液体流路９の内周縁（２つの液体流路９、９の重なり領域への延長を含む）までの距離Ｔは、該液体流路９の内径Ｄよりも小さくなるように設定されている（図３においては負の値となっている）。絞り孔変位Ｔは液体流路９の内径Ｄの望ましくは１／２以下であるのがよい。さらに、同じ投影において、複数の液体流路９の内周縁に対する外接円の面積をＳｔ、液体流路９の投影領域の合計面積をＳｒとしたとき、Ｋ≡Ｓｒ／Ｓｔにて定義される絞り孔集約率Ｋが０．２以上確保されている。

また、図５に示す如く、液体流路９の衝突部１０よりも下流に位置する区間の長さ（以下、残区間という）をＬｐ（Ｌｐ２〜Ｌｐ４の平均値）とし、液体流路９の軸断面積の合計と等価な前述の円の直径をｄｅとして、Ｌｐ／ｄｅにて定義される残区間アスペクト比は１．０以下に設定されている。図５では、最も下流側に位置するねじ部材１０Ａに関しては、残区間の長さがゼロであるが、ねじ部材１０Ａに関し残区間がゼロでない長さＬｐ１を有する場合は、上記残区間長さＬｐはＬｐ１〜Ｌｐ４の平均値とする（特許文献７を参照）。

図２に戻り、コアエレメント１の上流側には付加エレメントとして、流れ絞りエレメント６１が配置されている。図６は流れ絞りエレメント６１の詳細を示すもので、コアエレメント１と同一外径の円筒状に形成され、図２に示すように、内周面はコアエレメント１と隣接する端面側にて径小となるテーパ面とされている（なお、該内周面は階段状に縮径させてもよい）。そして、コアエレメント１と流れ絞りエレメント６１とは、互いに積層された状態にてノズルケーシング５０の本体部５０ｂに対し、その収容通路部５６の段付き面５６ａよりも上流側に位置する円筒面状区間内に隙間嵌め形態となるように配置されており、その積層体の先頭に位置するコアエレメント１の前端面外周縁は段付き面５６ａに当て止めされる。

一方、コアエレメント１の下流側には付加エレメントとして整流エレメント６３が積層配置されている。図７は整流エレメント６３の詳細を示すものであり、鋼等の弾性帯状部材を短辺方向の折り目にて山部と谷部が交互に現れるようにつづら折れ形態に加工し、さらに短辺と平行な軸線周りに丸めて星形の平面形態となるように形成したものである。該整流エレメント６３は、図２に示すように、上記短辺方向が収容通路部５６の軸線と一致する向きに挿入され、前端面外周縁部が流出側開口部５５に近い側の段付き面５６ｂに当て止めされている。なお、本実施形態では、整流エレメント６３が２個、オーリング６３ａを介して積層した状態でノズルケーシング５０（本体部５０ｂ）内に実装されている。

さらに、本実施形態では、雌ねじ部５０ｃが形成される本体部５０ｂの内径拡大部の底部外周領域に現れる段付き面に、異物等の流入を遮断するための濾過部材として、パッキン付きストレーナ６２がはめ込まれている。該パッキン付きストレーナ６２は、押さえ部材５０ａの雄ねじ部５０ｄを本体部５０ｂの雌ねじ部５０ｃに螺着させることにより、下流側の処理機能部６０とともに本体部５０ｂからの抜け止めが図られている。

以下、液体処理ノズル１００の使用方法について説明する。図１の水道配管システム２００においてレバー２０２を操作することにより、冷水供給部２０３からの冷水と温水供給部２０４からの温水とは、それぞれ配管系２０５，２０６を経て、混合栓２０１の操作状態に応じた混合比および流量にて混合されつつ、流出口２０１ａから流出する。その途上、温水と冷水はそれぞれ、本発明の液体処理ノズル１００を通過する。液体処理ノズル１００を通過するのは冷水も温水も水道水であり、大気由来の空気が溶存している。図２を参照すれば水道水はまずストレーナ６２を通過したのち、流れ絞りエレメント６１で絞られて流速を上げながらコアエレメント１の液体流路９に供給される。流れ絞りエレメント６１のテーパ状の絞り機構により、水道水は圧損を抑制しつつ流速を上げてコアエレメントに導かれる。

水道水は、図４にてねじ部材１０と液体流路９の内周面との間に形成される主流通領域２１と液体流通ギャップ１５とからなる液流通領域にてねじ部材１０に衝突しながらこれを通過する。この際、流れは谷部１２に高速領域を、山部１１に低速領域をそれぞれ形成する。すると、谷部１２の高速領域はベルヌーイの定理により負圧領域となり、キャビテーションすなわち溶存空気の減圧析出により気泡が発生する。谷部はねじ部材１０の外周に複数巻形成され、かつねじ部材１０が液体流路９内に複数（４本）配置されていることから、この減圧析出は液体流路９内の谷部にて同時多発的に起こることとなる。

その結果、液体流路９内では溶存空気の減圧析出が沸騰的に激しく起こり、さらに流れがねじ部材１０の下流に迂回する際に生ずる渦流にこれを巻き込んで激しく撹拌する。これにより、衝突部１０の周辺及び直下流域には、微小渦流を無数に含んだ顕著な強撹拌領域が形成される。気泡を析出する減圧域は衝突部１０の周囲の谷底付近に限られており、高速の液体流はほとんど瞬時的に該領域を通過してしまうから、発生した気泡はそれほど成長せずに上記の撹拌領域に巻き込まれ、気泡径が１μｍ未満（特に５００ｎｍ未満）の微細気泡が効率的に発生する。この微細気泡の発生により、水道水は洗浄性や浸透性が高められ、特許文献７ないし８に記載された種々の効果を享受できる。

整流エレメント６３は、気泡発生後の水道水を流れ方向に整流しつつ流出させる。流路が整流エレメント６３により断面内にて区画分断されていることでエレメント表面との接触部分は乱流の影響を受けにくくなり、衝突部１０で成長停止した微細気泡の衝突による合一を抑制して、その発生濃度向上に貢献する。

図８及び図９は、液体処理ノズル１００の組み立て工程を示すものである。図８左に示すように、まず整流エレメント６３（およびオーリング６３ａ）を本体部５０ｂの雌ねじ部５０ｃ側から収容通路部５６内に挿入し、段付き面５６ｂに当て止めする。整流エレメント６３は収容通路部５６の内周面（段付き面５６ｂと５６ａとの間の区間）に対し隙間嵌めとしてもよいし、整流エレメント６３の外径を自由状態で収容通路部５６の内径よりも経大としておき、径方向にこれを弾性縮小変形させつつ装着することにより、収容通路部５６の内周面に対して突っ張り固定するようにしてもよい。

次に、図８右に示すように、コアエレメント１と流れ絞りエレメント６１とを順次収容通路部５６内に隙間嵌め挿入し、コアエレメント１の前端外周縁を段付き面５６ａに当て止めする。さらに、図９に示すように、パッキン付きストレーナ６２を本体部５０ｂの開口底にかぶせ、オーリング５０ｅを装着した押さえ部材５０ａの雄ねじ部５０ｄを、接着剤を介して本体部５０ｂ側の雌ねじ部５０ｃにねじ込み接合することで、図２の液体処理ノズル１００を得る。

このように、液体処理ノズル１００は、接続継手部５１，５２が形成されたノズルケーシング５０の収容通路部５６に対し、ノズルケーシング５０とは別体の処理機能部６０を内挿配置した点に特徴がある。図２に示す如く、その処理機能部６０はコアエレメント１を最低１つ含む複数の構成エレメント６３，６１からなる。このコアエレメント１はキャビテーション方式による気泡発生処理を単独で担うことができる独立かつ必須のエレメントである。そしてコアエレメント１は、基本的に液体流路９内に配置された衝突部１０だけで微細気泡発生を担うため寸法が小さくて済み、接続継手部５１，５２が形成されたノズルケーシング５０内にも容易に挿入できる。

このコアエレメント１を軸として、処理機能部６０の残余の要素を独立した構成エレメント６１，６３として形成することにより、設置先の送液流量や設置スペース等に応じて仕様の異なるノズルが要望される場合にあっても、ノズルケーシング５０に対する構成エレメントの追加・削除ないし入れ替えにより設計対応することができ、パーツ共用化を容易に図ることができる。たとえば、ノズルケーシング５０の寸法仕様を変更せずに、異なる送液流量の液体処理ノズルを得たい場合、コアエレメント１を所望される送液流量に対応できるものに変更すればよいのである。

処理機能部６０をなすコアエレメント１ないし流れ絞りエレメント６１は、収容通路部５６内にて集合体を構築した際に、該集合体全体の外周面が収容通路部５６の内周面と密着ないし隙間嵌めをなすよう形状が定められている。その結果、図８及び図９に示すごとく、処理機能部６０のノズルケーシング５０への組付けを極めて簡単に行うことができる。

ここで、ノズルケーシング５０の接続継手部５１，５２のサイズは例えばＧ１／２（あるいはＲｃ１／２）であり、コアエレメント１のコア本体２の外径は、このような小さいねじ部の内側に位置する狭小な収容通路部５６（たとえば内径１０ｍｍ以上１４ｍｍ以下）に収まるよう制限される。このような小さいコア本体２に多数のねじ部材を有効に配置するために、コアエレメント１には寸法設計上、さらに次のような工夫がなされている。

まず、図２に示す如く、コア本体２に対し液体流路９は、円筒面状の内周面をなすものが一対、コア本体２の軸線と直交する平面への投影上にて該コア本体２の断面中心Ｃ０に関し互いに対称な位置関係にて形成されている。このように対をなす液体流路９を設ける場合、両者の断面中心Ｃ１，Ｃ１間の距離が遠すぎると、流路間には液体流通を妨げるコア本体２の隔壁部分が厚く形成され、圧損原因となりうる。

これを防止するために、２つの液体流路９は、液体流路９の断面内径をＤ、中心間距離をＬとしたとき、｜Ｌ−Ｄ｜／Ｄ×１００の値は１０％以下となるよう近接して形成している。本実施形態では、図２のごとく、２つの液体流路９の一部が重なりあい、流路が一体化するように形成されている（Ｌ−Ｄ）の値は負である）。結果、上記の隔壁部分は形成されないから、その一体化位置に近接する衝突部１０を通過する液体の流れ損失は大幅に減少し、微差気泡発生効率はさらに高められる。

次に、図２において、液体流路９に対しねじ部材１０Ａ，１０Ｂは、４本のものが十字形態をなすように配置されている。具体的には、液体流路９の断面中心点Ｃ１，Ｃ１間を結ぶ基準線ＢＬに関し、第一の側に４５°傾斜した方向（ＡＬ）に液体流路９の断面中心を挟んで互いに対向するねじ部材対１０Ａ，１０Ｂと、第一の側と反対の第二の側に４５°傾斜した方向（ＡＬ’）に液体流路９の断面中心を挟んで互いに対向するねじ部材対１０Ａ，１０Ｂとからなる。このレイアウトにより、一方の液体流路９に向けてコア本体２にねじ込まれるねじ部材が、他方の液体流路９を横切ってねじ込まれることを防止しつつ、各液体流路９に対して４本ものねじ部材を配設でき、微細気泡の発生効率を大幅に高めることに貢献している。

液体流路９中に突出するのは、ねじ部材の脚部であるが、ねじ頭部１０ｈは脚部よりも径大に形成されるので、液体流路９の互いに隣接する側（くびれ形態となる領域）に配置されるねじ部材の頭部１０ｈは、脚長を小さくしすぎると一部が隣の液体流路９内周面から突出することになる。この頭部１０ｈの突出量が大きくなりすぎると液体流通に対する圧損要素となり、微細気泡の発生効率低下につながる。そこで、各ねじ部材の対は、ねじ軸線方向ＡＬにおける液体流路９の断面中心点Ｃ１からコア本体２の外周縁までの距離が近い側に配置されるものを第一ねじ部材１０Ａ、遠い側に配置されるものを第二ねじ部材１０Ｂとして、第一ねじ部材１０Ａは頭部１０ｈがコア本体２の外形線よりも内側の領域に収まるようにねじ脚部の長さが設定されているのである。

他方、第二ねじ部材１０Ｂは、コア本体２の断面中心Ｃ０に関し液体流路９の断面と同一径にて基準円Ｄ１を描いたとき、該基準円Ｄ１とコア本体２の断面外形線との間に位置する領域に頭部１０ｈが収まるようにする。このように構成することで、ねじ部材の頭部１０ｈの液体流路９の内周面への過度の露出を抑制でき、上記の問題を解消することができる。このとき、図からも明らかなごとく、コア本体２の外周面からの距離が大きい第二ねじ部材１０Ｂの突出脚部長は、頭部１０ｈを上記領域内に収めるために、第一ねじ部材１０Ａ（の脚部突出長）よりも大きく設定することが幾何学的に必須であることがわかる。第二ねじ部材１０Ｂの頭部１０ｈは、隣の液体流路９内に全く露出しないのがよく、図２において頭部１０ｈは、当該第二ねじ部材１０Ｂが属さない側の液体流路９の断面内周縁よりも外側に位置するように脚部長が調整されている。

ここで、コア本体２の外径寸法は第一ねじ部材１０Ａの脚部長に規制されることとなる。その際、コア本体２の外径を縮小するには、
（１）第一ねじ部材１０Ａの頭部１０ｈをコア本体２の外周面にできる限り近づけること；
（２）第一ねじ部材１０Ａのコア本体２に対する脚部基端部の埋設長を、液体流路９に突出するねじ脚部の基端支持強度が確保できる範囲内でできるだけ小さく設定すること；
がポイントとなる。

図２においては、上記（１）を解決するために、第一ねじ部材１０Ａが、コア本体２の断面中心Ｃ０に関しコア本体２の外径の９０％（望ましくは９５％）となる仮想円Ｄ２よりも外側に頭部１０ｈの最外縁を位置させるよう、その脚部長が調整されている。また（２）を解決するために、第一ねじ部材１０Ａの脚部基端側が脚部全長の２０％以上６０％以下（望ましくは３０％以上５０％以下）の範囲内でコア本体２に埋設されるよう、脚部長が調整されている。これにより、コアエレメント１は、コア本体２の外形寸法が幾何学的限界に近いレベルにまで縮小され、内径寸法の特に小さい収容通路部５６内にも容易に収容できるようになっている。

なお、図１１に示すように、コアエレメント１において第二ねじ部材１０Ｂの脚部を、コア本体２の外周面に近接する位置まで延長し、第一ねじ部材１０Ａと同様に、その頭部１０ｈの最外縁を仮想円Ｄ２よりも外側に位置させる構成とすることも可能である。このようにすると、第一ねじ部材１０Ａとともに第二ねじ部材１０Ｂも頭部１０ｈがコア本体２の外周面に近づき、ノズルケーシング５０に隙間嵌めで収容した際に、収容通路部５６の内周面が、ねじの緩みに伴う頭部１０ｈの突出を規制するので、コア本体２に対するねじ部材１０Ａ，１０Ｂの接着によるセッティングを省略できる。

図１の水道配管系２００に液体処理ノズル１００を組み込むためには、次のようにする。すなわち、図１０左に示すように、止水栓２１１に直結されている給水フレキ配管２１３のナット継手２１３ａを緩め、フレキ配管２１３を変形させて止水栓２１１側の継ぎ手部２１１との間にノズル設置のためのスペースを作る。次いで、液体処理ノズル１００の流入側の接続継手部（雌ねじ部５１：図２）を止水栓２１１側の継手部（雄ねじ部）２１２に螺合締結する。次いで、フレキ配管２１３を再度変形させてナット継手２１３ａを液体処理ノズル１００の流出側の接続継手部（雌ねじ部：図２）５３に位置合わせしつつ螺合締結すれば取り付けが完了する。

以下、液体処理ノズルの変形例について列挙する。なお、図２及び図３と共通の構成要素には同一の符号を付与して詳細な説明は略する。
図１２の液体処理ノズル１０１は、コアエレメント１の上流側に流れ絞りエレメント６１Ａを、下流側に流れ拡大エレメント６１Ｂを設けた例である。流れ拡大エレメント６１Ｂは流出側が流入側よりも経大のテーパ面を有し、コアエレメント１を通過した流れが不連続に拡大することに伴う圧損（特に、よどみ部発生による圧損）を抑制する役割を果たす。なお、図１２の液体処理ノズル１０１においては整流エレメント６３が省略され、これに対応して図２の段付き面５６ａも省かれている。

図１３は、図１２において、コアエレメント１の流出側の流れ拡大エレメント６１Ｂに代え、円筒状のスペーサエレメント６４（付加エレメント）を介して別のコアエレメント１を追加した液体処理ノズル１０２を示すものである。液体が複数個のコアエレメント１を順次通過することで微細気泡の発生効率がさらに高められる。なお、図１３の液体処理ノズル１０２は、２つのコアエレメント１，１とスペーサエレメント６４とを、図１２の液体処理ノズル１０１と寸法仕様が同一の収容通路部５６に収めるため、流入側の流れ絞りエレメント６１の長さを図１２よりも縮小している。

図１４は、付加エレメントとして、コアエレメント１に流入する液体にノズルケーシング５０外のガス源から供給されるガスを混合するガス混合エレメント６５を設けた液体処理ノズルの例である。該液体処理ノズル１０３は、ガス混合エレメント６５は、ベンチュリ管にて構成されたエレメント本体６５ａの絞り流路に対し、エレメント本体６５ａの外周面側からガス注入管６５ｂが差し込まれるとともに、ノズルケーシング５０の壁部を貫いてガス注入管６５ｂにガスを供給するガス供給管接続継手６５ｃを備える。この場合、ノズルケーシング５０の収容通路部５６にコアエレメント１と、ガス注入管６５ｂを装着済みのエレメント本体６５ａとを順次挿入した後、ガス供給管接続継手６５ｃをノズルケーシング５０の外側からガス注入管６５ｂに連通するように組み付ける。

図１５は、図１４の液体処理ノズル１０３を用いて液体にガスを１パスにて溶解させる装置５００の例を示している。原料液体５０２はタンク５０１に貯留されるとともに、該タンク５０１から延出する供給配管５０７の途上に送液ポンプ５０５及び液体処理ノズル１０３がこの順序で設けられている。液体処理ノズル１０３のガス供給管接続継手６５ｃには、減圧弁４１１及びガス供給チューブ４１２を介してガス供給源としてのボンベ４２０からガスが供給されるようになっている。

送液ポンプ５０５を動作させると、タンク５０１からの原料液体は、液体処理ノズル１０３のガス混合エレメント６５（図１４）にてボンベ４２０からのガスが供給され、液体／ガスの混相流となりつつコアエレメント１に送られる。コアエレメント１で発生するキャビテーション乱流にガス相を巻き込むことによりガスを効率的に溶解することができる。また、液体の溶存ガスだけでなく混合したガスも微細気泡の原料として利用でき、微細気泡の発生効率をより高めることが可能となる。ガス溶解済みの処理済み液体５１４は流出口５１１から回収容器５１２に回収される。

ガスを溶解させる液体の種別は特に限定されないが、すでに言及しているごとく水（水溶液や水を溶媒とするコロイド溶液も概念として含む）を用いることができる。また、水以外では、アルコール（及びその水による希釈体：酒類など）や化石燃料（ガソリン、軽油、重油等）、食用油などの有機液状物である。他方、溶解させるガスの種別も同様に限定されないが、たとえば炭酸ガス、酸素、水素、オゾン、塩素、窒素、アルゴン、ヘリウムなどであり、それらより選ばれる２種以上の混合ガスであってもよい。

図２のコアエレメント１は、図１６に示すように、液体流路９を１個のみとしたものを採用することも可能である。

次に、図１７に示すように、処理機能部をなす集合体は、互いに積層される複数のコアエレメント３１１Ａ〜３１１Ｄを含むものとすることができる。図１７においては、これらコアエレメント３１１Ａ〜３１１Ｄは、図３のコアエレメント１を、Ａ−Ａ〜Ｄ−Ｄの各断面と同じねじ部材１０Ａないし１０Ｂのレイアウトとなるように分割したものに相当する。これらコアエレメント３１１Ａ〜３１１Ｄは、液体流路９の内周面における衝突部１０（ねじ部材１０Ａ，１０Ｂ）の突出位置が互いに異なるものとなるように収容通路部５６に装着される。具体的には、図２のコアエレメント１に代え、図１７に示す角度位相関係にてコアエレメント３１１Ａ〜３１１Ｄを積層したものが装着されることとなる。

なお、この実施形態では、ノズルケーシング５０の収容通路部５６の内周面上にて一定の角度位置に通路側係合部５０ｅ（たとえば内周面の母線方向に形成される凸条部）が形成され、複数の３１１Ａ〜３１１Ｄのコア本体２の外周面上には通路側係合部５０ｅと係合するコア側係合部２ｅ（この実施形態では溝）を形成し、個々のコアエレメント３１１Ａ〜３１１Ｄの衝突部１０（ねじ部材１０Ａ，１０Ｂ）の突出角度位置を、コア側係合部２ｅを基準として変化させるようにしている。このようにすると、複数のコアエレメント３１１Ａ〜３１１Ｄ間でねじ部材１０Ａ，１０Ｂの角度位相を容易に揃えることができ、組み立てが容易になる。

図１８は、積層された複数のコアエレメント３２１Ａ〜３２１Ｈの上流側に位置するものから下流側に位置するものに向けて、衝突部１０の突出位置の液体流路９の内周面上の角度位相を、所定の角度間隔（ここでは４５°）で順次変化するように配置した例である。各コアエレメント３２１Ａ〜３２１Ｈは、コア本体２に液体流路９が１個のみ形成され、突出部１０も１個だけ設けられている。そして、各々コア本体２の外周面に形成されたコア側係合部２を基準として、液体流路９の内周面に対する突出部１０の突出位置の角度位相が、コアエレメント３２１Ａ〜３２１Ｈの積層順に４５°ずつ進角するように設定されている。図１９は、通路側係合部５０ｅとコア側係合部２ｅとを係合させつつコアエレメント３２１Ａ〜３２１Ｈを積層した状態を平面視にて示すもので、互いに連通する液体流路９の内周面が作る円筒面内に突出部１０がらせん状に位置を変えながら連なっている。このようなコアエレメント３２１Ａ〜３２１Ｈ群に液体を流通させると、流路断面内のねじ谷数が大幅に増加してねじ谷と液体との接触効率ひいては微細気泡の発生効率が向上するだけでなく、らせん状の突出部配列により流れに旋回が生じ、気泡粉砕効果（あるいは、ガス溶解効果）をより向上することができる。

図２０に示す処理機能部６０は、ノズルケーシング５０の収容通路部５６に内挿されるとともに、液体の流通方向と直交する面内にて複数のコアエレメント装着孔７０ｈが貫通形態に設けられるコアホルダ部材７０を備える。そして、構成エレメントとして複数のコアエレメント３０１（この実施形態では図１６に示すもの）が、コアホルダ部材７０のコアエレメント装着孔７０ｈに装着されている。これにより、複数のコアエレメント３０１が液体の流通方向と直交する面内にて複数並列に配列され、微細気泡発生処理する液体のシンク流量を増やすことができる。このようなコアホルダ部材７０を用いることで、単一のノズルケーシング５０内にて衝突部を有する液体流路９を複数組形成したい場合も、コアエレメント３０１を複数作ってコアエレメント１に装着するだけで、液体流路９を種々の個数に自由にレイアウトすることができ、また、種々の設計態様の間でコアエレメント１の共用化を図ることができる。

図２０においては、コアエレメント３０１はコア本体の一方の端面外周縁に沿って係合鍔部３０２ｆが形成され、コアホルダ部材７０のコアエレメント装着孔７０ｈの開口周縁に沿って形成された座ぐり部と係合させることで、コアエレメント３０１がコアエレメント装着孔７０ｈの装着方向に脱落することが防止されている。該装着状態において係合鍔部３０２ｆはコアホルダ部材７０の主面と面一となっており、ここに各コアエレメント３０１に対応するテーパ状の絞り孔７１ｈが形成された流れ絞り部材７１が重ねられている。図２１は、コアエレメント３０１を装着したコアホルダ部材７０と流れ絞り部材７１との積層体（集合体）からなる処理機能部６０をノズルケーシング１５１に装着した液体処理ノズル１０４を示すものである。ノズルケーシング１５１は接続継手部１５１，１５２が形成されたソケット状の形態を有し、雌ねじ継ぎ手部１５２の形成された開口側から、その底部に形成された段付き面に処理機能部６０が当て止めされている。

以下、コアエレメントの変形例を示す。
図２２のコアエレメント２５１は、図３のコアエレメント１とほぼ同様に構成されているが、コア本体２５２の一方の端面外周縁に係合鍔部２５２ｆが形成されている。ノズルケーシング１５１は図２１と同様のソケット状の形態を有し、コアエレメント２５１は係合鍔部２５２ｆを、雌ねじの接続継手部１５２が形成された開口側底部をなす段付き面に支持させる形で、ノズルケーシング１５１への装着方向への抜け止めがなされている。つまり、ノズルケーシング１５１の収容通路部１５６はコア本体２５２を当て止めする段付き面が形成されず、単純な円筒面になっている点に特徴がある。これに係合する配管系６００，６０１を仮想線にて示している。

図２３は、図２２の構成において、同様の構成のコアエレメント２５１を流出側開口部側にも追加した参考例である。当該側のコアエレメント２５１は係合鍔部２５２ｆを流出側開口部の雄ねじ端面にて支持させている。

また、図２４は段付き面１５１ｅを有したソケット状のノズルケーシング１５１Ｂに、図３と同様のコアエレメント１のみを装着した液体処理ノズルの例を示すものである。図２６に示す参考例は、雄ねじ部６５３と雌ねじ部６５２を有する樹脂製のソケット型ノズル本体の雌ねじ側底部の厚みを増加させ、ここにねじ部材１０を直接ねじ込んで構成した液体処理ノズルの例を示すものである。この構成でも、ノズル全体の長さは相当縮小され、設置先スペースに制限がある場合等に有効活用することができるが、図２４の構成によれば、コアエレメント１が雄ねじ部１５４側に入り込んで配置される分、雌ねじ部１５２側の底部厚さが縮小し、図２６の場合よりも更なる寸法縮小が実現していることがわかる。

、
図２５は、エルボ形態のノズルケーシング３５０の一方の端部内側に段付き面３５６ｅを有した収容通路部３５６を形成し、ここに図２と同様の形成体でコアエレメント１と流れ絞り部材６１とを装着した液体処理ノズル１０５を示すものである。ノズルケーシング３５０の両端には雌ねじ継ぎ手部をなすナット部材３５３，３５３がノズルケーシング３５０に対し相対回転可能に結合されている。なお、エルボ形態のノズルケーシングの一方ないし両方の端部の継ぎ手部を雄ねじ部とすることも可能である。

１ コアエレメント
２ コア本体
５ 液体出口
４ 液体入口
９ 液体流路
１０（１０Ａ，１０Ｂ） 衝突部（ねじ部材）
１１ 谷部
１２ 山部
５０ ノズルケーシング
５１，５２，１５１，１５２ 接続継手部
５４ 流入側開口部
５５ 流出側開口部
５６ 収容通路部
６０ 処理機能部
１００〜１０５ 液体処理ノズル
６１，６１Ａ 流れ絞りエレメント（流れ調整エレメント）
６１Ｂ 流れ拡大エレメント（流れ調整エレメント）
６２ 整流エレメント（流れ調整エレメント）
６５ ガス混合エレメント

Claims (12)

1. 処理対象液体を流通させる配管系に組み込んで使用される液体処理ノズルであって、
   一端に流入側開口部を他端に流出側開口部を形成する貫通形態の収容通路部を備えるとともに、少なくも前記流入側開口部の形成側端部に前記配管系への接続継手部が形成され、かつ前記収容通路部の内周面が円筒面状とされたノズルケーシングと、
   前記ノズルケーシングの前記収容通路部に配置され、個別の流通路を有するとともに前記流入側開口部又は前記流出側開口部から前記収容通路部内の所定位置に内挿可能に形成されるとともに前記収容通路部内の流れ方向において互いに隣接する形態に配置された複数の構成エレメントの集合体として構成された処理機能部とを備え、前記集合体を構成する複数の前記構成エレメントは、
   一方の端面に液体入口を開口し他方の端面に液体出口を開口する貫通形態の液体流路が形成され、前記ノズルケーシングの前記流入側開口部に向けて供給される前記液体が前記液体流路を経て前記流出側開口部より流出可能となる位置関係にて前記処理機能部に組み込まれるコア本体と、前記液体流路の内面から各々突出するとともに外周面に周方向の山部と高流速部となる谷部とが複数交互に連なるように形成された衝突部とを備え、前記衝突部と接触した前記液体が前記谷部内にて増速するときの減圧作用により、該液体の溶存ガスを過飽和析出させて微細気泡発生処理を行うとともに、前記コア本体が前記収容通路部の円筒面状の前記内周面に隙間嵌め可能な外周面を有する円柱状に形成された１又は複数のコアエレメントと、
   前記コアエレメントに供給される前記液体の前処理又は後処理を行うとともに、前記コアエレメントと同一外径の円筒状に形成された１又は複数の付加エレメントとを含む２以上の構成エレメントを含むものとして構成され、
   前記処理機能部をなす前記集合体は、前記付加エレメントとして前記コアエレメントの上流側又は下流側にて前記液体の流れを調整する流れ調整エレメントを含むものであり、該流れ調整エレメントは、前記コアエレメントの上流側に配置されるとともに、該コアエレメントの前記液体入口に向けて流路断面積が漸次縮小する流れ絞りエレメントを含み、該流れ絞りエレメントは、内周面が前記コアエレメントと隣接する端面側にて径小となるテーパ面とされ、
   前記処理機能部において、前記収容通路部内にて前記構成エレメントが前記集合体を構築した際に、該集合体全体の外周面が前記収容通路部の内周面と密着ないし隙間嵌めをなすように、個々の前記構成エレメントの形状が定められ、該処理機能部の液流通が前記ノズルケーシングとの隙間に迂回せず前記コアエレメントの液体流路にもれなく導かれるようになっており、前記液体は前記流れ絞りエレメントで絞られて流速を上げながら前記コアエレメントの前記液体流路に供給されることを特徴とする液体処理ノズル。
2. 前記処理機能部をなす前記集合体が、互いに独立して前記微細気泡発生処理を行う複数の前記コアエレメントを含むものである請求項１記載の液体処理ノズル。
3. 前記処理機能部をなす前記集合体は、前記付加エレメントとして、前記コアエレメントに流入する液体に前記ノズルケーシング外のガス源から供給されるガスを混合するガス混合エレメントを含むものである請求項１又は請求項２に記載の液体処理ノズル。
4. 前記ノズルケーシングは前記接続継手部としてのねじ継手部が両端に形成された金属配管部材として構成されてなる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体処理ノズル。
5. 前記処理機能部をなす前記集合体は、複数の前記構成エレメントが、前記ノズルケーシングの前記流入側開口部又は前記流出側開口部をなす同一端側から前記収容通路部に対し順次内挿可能な形状に形成されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体処理ノズル。
6. 前記収容通路部の中間位置には、前記構成エレメントの挿入側において径大となるように段付き面が形成され、前記処理機能部は、該処理機能部を構築する前記構成エレメントのあらかじめ定められたものの端面外周縁部が当該段付き面に当て止め配置されるとともに、残余のものがこれに直接または他部材を介して間接的に積層配置されてなる請求項５記載の液体処理ノズル。
7. 前記処理機能部をなす前記集合体は、互いに直接又は貫通流路を有したスペーサ部材を介して積層される複数の前記コアエレメントを含むものである請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の液体処理ノズル。
8. 複数の前記コアエレメントは、前記液体流路の内周面における前記衝突部の突出位置が互いに異なるものとなるように前記収容通路部に装着される請求項７記載の液体処理ノズル。
9. 前記コアエレメントの前記コア本体は、軸線と平行な向きに前記液体流路が貫通形成される円柱状に形成され、前記衝突部は該コア本体の外周面から前記液体流路に向けてねじ込まれるとともに、先端部が前記液体流路の内周面から突出して前記衝突部を形成するねじ部材により形成されてなる請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の液体処理ノズル。
10. 前記コア本体に対し前記液体流路は、円筒面状の内周面をなすものが一対、前記コア本体の前記軸線と直交する平面への投影上にて該コア本体の断面中心に関し互いに対称な位置関係をなすとともに、前記液体流路の断面内径をＤ、中心間距離をＬとしたとき、｜Ｌ−Ｄ｜／Ｄ×１００の値が１０％以下となるように近接ないし重なるように形成され、前記液体流路に対し前記ねじ部材は、前記投影において前記液体流路の断面中心点間を結ぶ基準線に関し、第一の側に４５°傾斜した方向に前記液体流路の断面中心を挟んで互いに対向するねじ部材対と、前記第一の側と反対の第二の側に４５°傾斜した方向に前記液体流路の断面中心を挟んで互いに対向するねじ部材対とからなる計４本が十字形態をなすように配置されるとともに、各前記ねじ部材対は、ねじ軸線方向において前記液体流路の断面中心から前記コア本体の外周縁までの距離が近い側に配置されるものを第一ねじ部材、遠い側に配置されるものを第二ねじ部材として、前記第一ねじ部材は頭部が前記コア本体の外形線よりも内側の領域に収まるようにねじ脚部の長さが設定される一方、前記第二ねじ部材は、前記コア本体の断面中心に関し前記液体流路の断面と同一径にて基準円を描いたとき、該基準円と前記コア本体の断面外形線との間に位置する領域に頭部が収まるように、脚部長が前記第一ねじ部材よりも大きく設定されてなる請求項９記載の液体処理ノズル。
11. 前記第二ねじ部材の頭部は、当該第二ねじ部材が属さない側の前記液体流路の断面内周縁よりも外側に位置するように前記脚部長が調整されてなる請求項１０記載の液体処理ノズル。
12. 前記処理機能部は、前記ノズルケーシングの前記収容通路部に内挿されるとともに、前記液体の流通方向と直交する面内にて複数のコアエレメント装着孔が貫通形態に設けられるコアホルダ部材を備え、前記構成エレメントとして複数の前記コアエレメントが前記コアホルダ部材の前記コアエレメント装着孔に装着される請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体処理ノズル。

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