JP6842249B2 - 微細気泡発生ノズル - Google Patents
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Description
本発明は、旋回流方式により微細気泡を発生する微細気泡発生ノズルに関する。
従来、旋回流方式の微細気泡発生ノズルの一例として、特許文献１に開示されたものがある。従来の微細気泡発生ノズルは、一端に液体を導入する導入口を有するとともに、他端に液体を導出する導出口を有する筒状のケーシング体内に、ケーシング体の周壁に開口した吸気口から気体を導入して液体と混合させる気液混合部と、気液混合体を旋回流となす旋回流形成部とを備えている。旋回流となった気液混合体は、放出される際に強い回転の影響で横にはじき飛ばされる力を受け、気体が渦の崩壊に伴ってねじりと引っ張りの作用を受けて分断される。このようにして分断化されることにより、微細気泡が生成される。
しかしながら、従来の微細気泡発生ノズルでは、マイクロレベル（数十〜数百μｍ）およびナノレベル（１μｍ未満）の気泡の発生割合が低く、マイクロレベル以下の気泡が求められる産業分野に活用できない問題を有していた。
本発明は、上記問題に鑑みて創生されたものであり、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡の発生割合を大幅に高めた微細気泡発生ノズルを提供することを目的とする。
流体が流入する流路と、前記流路内の液体を旋回させるとともに、旋回中の液体に乱流を生じさせる旋回乱流発生部と、旋回した液体を噴射する噴射口とを備える微細気泡発生ノズルにおいて、旋回乱流発生部は、頂部を上流側に向けて流路の内部に配設される略円錐形状の中子であって、その側面および底面に旋回流路が形成されており、中子の側面に形成される旋回流路は、底面、内側側面、外側側面および上面の四面によって構成され、その外側側面が段形状であることを特徴とする微細気泡発生ノズルによる。
なお、前記旋回流路の上面は前記流路の内壁によって構成されているが好ましい。
なお、前記噴射口には気泡切断部が連接してあり、この気泡切断部は、噴射口から噴射した液体が通過可能な孔を複数有することが好ましい。
本発明によれば、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡を大量に発生可能な微細気泡生成ノズルを提供することができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１において、１は、微細気泡発生ノズルであり、流入口２１から噴射口３１へと連通する流路１１が形成されたノズル本体１０を有している。ノズル本体１０は、流入管２０と噴射管３０とを接続して成る。
前記流入管２０は、両端に流入口２１および接続口２２を備えており、流入口２１から接続口２２へ向かうにしたがって内径が漸次細径となる流入室２３が成形されている。
前記噴射管３０は、両端に接続口３２および噴射口３１を備えており、接続口３２から噴射口３１へ向かうにしたがって途中までは内径が漸次拡径となるとともに、途中からは内径が漸次細径となる旋回室３３が形成されている。
前記流路１１は、流入管２０の接続口２１と、噴射管３０の接続口３１とを接続して、流入室２３と旋回室３３とを連通させることにより、流入口２１から流入する液体Ｌを噴射口３１から噴出するように構成されいている。流体Ｌは、酸素、オゾン等の気体を十分に溶解させた加圧溶解液である。また、ノズル本体１０には、流路１１に交差する吸気孔２が穿設されており、旋回室３３に流入する前の液体Ｌに気体Ｇを混合するように構成されている。
前記噴射管３０の旋回室３３の内部には、旋回乱流発生部として中子４０が配設されている。中子４０は、略円錐形状（具体的には栗形状）に成形されており、その側面４１が旋回室３３の内壁において漸次拡径になっている部分３３ａに沿うように形成されている。また、底面４４は、旋回室３３の内壁において漸次細径になっている部分３３ｂに沿うように形成されている。このため、中子４０は、頂部４２を上流側へ向け、旋回室３３の内部に嵌合させるように配設されている。
図２および図３に示すように、平面視において、中子４０の側面４１には、所定の旋回角度で時計回りに方向転換する上流側羽根部４３ａが突設されており、同様の上流側羽根部４３ａが等間隔に六本配置されている。そして、隣接する上流側羽根部４３ａ間の隙間によって、上流側旋回流路４３が形成されている。
前記上流側旋回流路４３は、底面４３ｂと、内側側面４３ｃと、外側側面４３ｄとを備えており、中子４０を旋回室３３の内部に配設したとき、底面４３ｂに対向する上流側旋回流路４３の開口部分は、噴射管３０の旋回室３３の内壁３３ａによって閉ざされる。要するに、上流側旋回流路４３の内面は、底面４３ｂ、内側側面４３ｃ、外側側面４３ｄおよび旋回室３３の内壁３３ａの四面によって構成されている。このため、上流側旋回流路４３には、図３の二点鎖線で示すように液体Ｌが流れ、上流側旋回流路４３は、流入室２３を通過して流れ込んだ液体Ｌに対し、旋回方向の速度成分を生じさせるように構成されている。
また、上流側旋回流路４３の内面のうち、底面４３ｂおよび外側側面４３ｄは、液体Ｌの流れる方向に対して段差を有するように、複数の段部を有する段形状に形成されており、ここを流れる液体Ｌに乱流を生じることによって渦流が生じるように構成されている。なお、上流側旋回流路の内側側面４３ｃは、液体Ｌの旋回方向の内側に位置するので流量が少なく、渦流の発生に期待できないため、中子の加工効率に鑑みて段形状に形成していない。
また、図６に示すように、上流側旋回流路４３の内面のうち、噴射管３０の旋回室３３の内壁３３ａ（つまり上流側旋回流路４３の上面）は、底面４３ｂおよび外側側面４３ｄと同様に、液体Ｌの流れる方向に対して段差を有するように、複数の段部を有する段形状に形成されている。
また、図３に示すように、上流側旋回流路４３の入口Ａおよび出口Ｂは、入口Ａの溝深さが出口Ｂの溝深さよりも深く、かつ入口Ａの開口面積が出口Ｂの開口面積より大きくなるように構成されている。
図４および図５に示すように、底面視において、前記中子４０の底面４４には、所定の旋回角度で時計回りに方向転換する下流側羽根部４５ａ，４５ｂが突設されている。下流側羽根部４５ａと下流側羽根部４５ｂとでは、旋回角度が異なり、旋回角度の異なる下流側羽根部４５ａ，４５ｂが所定の間隔をおいて交互に六本配置されている。そして、隣接する下流側羽根部４５ａと下流側羽根部４５ｂとの隙間によって、液体Ｌの流路としての下流側旋回流路４５が形成されている。
中子４０を旋回室３３の内部に配設したとき、前記下流側旋回流路４５は、その底面４４に対向する開口部分が旋回室３３の内壁３３ｂによって閉ざされるように構成されている。このため、下流側旋回流路４５には、図５の二点鎖線で示すように液体Ｌが流れ、下流側旋回流路４５は、上流側旋回流路４３を通過して流れ込んだ液体Ｌに対し、さらに旋回方向の速度成分を生じさせるように構成されている。
また、中子４０の底面４４の中央部分には、窪み４６が形成されており、この窪み４６によって負圧を生じさせることにより、液体Ｌの旋回力を高めるように構成されている。このように、中子４０の側面４１に形成された上流側旋回流路４３と、中子４０の底面４４に形成された下流側旋回流路４５とによって、中子４０の表面には旋回流路が構成されている。
図１に示すように、前記噴射口には気泡切断部５０が連接してある。この気泡切断部５０は、両端開口の筒状であり、側面に複数の孔が穿設されている。噴射口３１から噴射された液体Ｌは、気泡切断部５０の筒内を通過するが、気泡切断部５０の一端は蓋体５１によって閉じられているため、液体Ｌは、気泡切断部５０の側面に形成された孔を通過して外部に流出する。そして、蓋体５１に穿設された吐出口５２から噴射される。
以上のように、構成された微細気泡発生のノズルの基本動作を説明する。
流入口２１から流入した液体Ｌは、流入室２３を流れ、流入管２０と噴射管３０の接続部分付近で、吸気口２から空気Ｇが混合される。旋回室２３に流入した液体Ｌは、上流側旋回流路４３および下流側旋回流４５へ流れ込むことにより旋回流となる。ここで、上流側旋回流路４３の内面が段形状になっていることにより、乱流が生じる。このとき、大量の渦が発生する。しかも、上流側旋回流路４３の断面積は、入口Ａから出口Ｂにかけて徐々に小さくなるため、発生する渦のサイズは非常に小さくなる。このような構成により、小さな渦を大量に含んだ旋回流を生成することが可能になる。こうして、旋回流となった液体Ｌは、噴射口３１から噴射される。このとき、放出される際に強い回転の影響で横にはじき飛ばされる力を受け、気体が渦の崩壊に伴ってねじりと引っ張りの作用を受けて分断される。分断化されることにより、微細気泡が生成される。さらに、噴射口３１には、気泡切断部５０が連接してあるため、微細気泡がさらに微細化される。このように、大量の渦を含む状態で旋回する液体Ｌを噴射することにより、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡が大量に生成される。
なお、前記上流側旋回流路４３の内面は、段形状に限定されるものではなく、例えば、複数の窪み部を有するティンプル形状や、複数の突部を備える構成であってよい。このような構成であっても、上流側旋回流路４３を流れる液体Ｌに乱流を生じさせて大量の渦流を発生させることは可能である。また、上流側旋回流路４３の内面において、段形状に形成する面は、上記の実施形態に限定されるものではなく、四面のいずれかを段形状にすればよい。
１ 微細気泡発生ノズル
１０ ノズル本体
１１ 流路
２１ 流入口
３１ 噴射口
４０ 中子（旋回乱流発生部）
４３ 上流側旋回流路
４５ 下流側旋回流路
５０ 気泡切断部
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Claims (3)
- 流体が流入する流路と、前記流路内の液体を旋回させるとともに、旋回中の液体に乱流を生じさせる旋回乱流発生部と、旋回した液体を噴射する噴射口とを備える微細気泡発生ノズルにおいて、
旋回乱流発生部は、頂部を上流側に向けて流路の内部に配設される略円錐形状の中子であって、その側面および底面に旋回流路が形成されており、
中子の側面に形成される旋回流路は、底面、内側側面、外側側面および上面の四面によって構成され、その外側側面が段形状であることを特徴とする微細気泡発生ノズル。 - 前記旋回流路の上面は前記流路の内壁によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生ノズル。
- 前記噴射口には気泡発生部が連接してあり、この気泡発生部は、噴射口から噴射した液体が通過可能な孔を複数有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微細気泡発生ノズル。
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