JP6964908B1 - 積層ベンチュリノズル及びマイクロバブル液生成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ベンチュリ管の本数を増やした気泡発生器としては特許文献2がある。
また、前記流体供給ルートでは、前記拡大縮小部分を有しないことにより、気泡を発生させない構成とすることができる。流路供給ルートは、拡大縮小部分を有しないので、拡大縮小部分からの気泡の発生はあり得ないことになる。
積層ベンチュリノズルの第1の実施の形態は、溝有りブロックと溝無しブロックとを積層して積層ブロックの立体構造を形成した際に、ベンチュリ流路を立体構造の縦方向(積層方向)のみならず横方向へも形成することで、マイクロバブルの発生量に多くできるように、溝有りブロックに2本の平行なベンチュリ流路を形成したものである。
次に、第1の実施の形態の積層ベンチュリノズル10の製作方法について説明する。
第1の実施の形態の積層ベンチュリノズル10の製作方法は、主として溝有りブロック形成工程と、溝無しブロック形成工程と、積層ブロック形成工程と、連結工程と、供給ブロック接続工程とで構成される。
これにより、供給ブロック18の1本の供給流路18Aから積層ブロック16の6個のベンチュリ流路20に気体混合液を供給する際に、気体混合液を一層均等に供給することができる。したがって、ベンチュリ流路20をマルチ化したときに、それぞれのベンチュリ流路20に気体混合液を均等に安定供給することができる。
(構成A)ベンチュリ流路20は、両面が平坦で四角形な板状のブロックの表面に溝を形成し、別のブロックを積層させて溝の開口面を塞ぐことで管状流路(ベンチュリ流路20及び2分岐流路22)になるように構成した。即ち、高精度な加工が可能な平面加工によってベンチュリ流路20及び2分岐流路22となる溝を形成し、ブロックの積層という簡単な方法で複数本のベンチュリ流路20及び2分岐流路22を有する立体構造を形成するようにした。
次に、上記の如く構成した本発明の第1の実施の形態の積層ベンチュリノズル10について、上記した本発明の課題を解決できるか否かの立証実験を説明する。
図11に示すように、スロート部20Cの流路断面の適切な寸法を調べるためのベンチュリ構造のノズルとして、流路断面形状が正方形な1本のベンチュリ流路20を有する4層構造の積層ブロック16を上記説明した如く組み立てた。そして、組み立てた積層ブロック16に供給ブロック18を接続することで試験用の積層ベンチュリノズル10とした。なお、図11の試験用の溝有りブロック12は1本のベンチュリ流路20を有するものであり、2本のベンチュリ流路20を有するものではないが、符号は同じ12で示した。
次に、スロート部20Cの流路断面積(複数本のベンチュリ流路20の場合は合計流路断面積)を同じにして、ベンチュリ流路20の本数が2本の積層ベンチュリノズル(サンプル1)と、ベンチュリ流路の本数が1本の積層ベンチュリノズル(コントロール1)とで気泡径分布がどのようになるかを調べた。
その結果、図15の表から分かるように、気体混合液10L/minをスロート部20Cの流路断面積4.5mm2のベンチュリ流路20に通すことにより、30μm近辺の気泡径のマイクロバブルを生じさせることができる。そして、スロート部20Cの合計流路断面積及び気体混合液の流量が同じ場合、気液体積流量比(β)が0.02と0.007の何れにおいても、2本のベンチュリ流路20を有するサンプル1の積層ベンチュリノズルは、1本のベンチュリ流路20を有するコントロール1の積層ベンチュリノズルよりも気泡径分布の山が小さい側にシフトしている。このことは、図13の(A)のコントロール1における棒グラフの最大ピークの中心線X1と、(B)のサンプル1における棒グラフの最大ピークの中心線X2とのシフト量S1を見ても分かる。同様に、図14の(A)のコントロール1における棒グラフの最大ピークの中心線X3と、(B)のサンプル1における棒グラフの最大ピークの中心線X4とのシフト量S2を見ても分かる。
次に、スロート部20Cの流路断面積を同じにして、ベンチュリ流路20の本数が6本の積層ベンチュリノズル(サンプル2)と、ベンチュリ流路20の本数が1本の積層ベンチュリノズル(コントロール2)とで気泡径分布がどのようになるかを調べた。
その結果、図18の表から分かるように、気体混合液10L/minをスロート部20Cの流路断面積が約13mm2のベンチュリ流路20に通した場合には、気泡径は500〜700μm近辺になり、マイクロバブルとして規定される1〜100μmよりも大きくなる。しかし、立証試験2においても、スロート部20Cの合計流路断面積及び気体混合液の流量が同じ場合、6本のベンチュリ流路20を有するサンプル2の積層ベンチュリノズル10は、1本のベンチュリ流路を有するコントロール2の積層ベンチュリノズル10よりも気泡径分布が小さい側にシフトしている。このことは、図16の(A)におけるコントロール2の棒グラフの最大ピークの中心線Y1と、(B)におけるサンプル2の棒グラフの最大ピークの中心線Y2とのシフト量S3を見ても分かる。同様に、図17の(A)におけるコントロール2の棒グラフの最大ピークの中心線Y3と、(B)におけるサンプル2の棒グラフの最大ピークの中心線Y4とのシフト量S4を見ても分かる。
図19は、均質流モデルを用いて、スロート部20Cの流路断面積と気体混合液の流量との関係が気泡径に及ぼす影響を調べたグラフである。図19において、横軸は気液体積流量比(β)であり対数(log)表示したものである。また、縦軸は気体混合液の流量(L/min)を示したものである。
図19には、気泡径は記載されていないが、上記したように、ベンチュリ流路20の入口圧力が同じであれば、スロート部20Cでの流速は同じと見なすことができ、気泡径が同じになると推察して評価した。
立証試験1と立証試験2との結果から、ベンチュリ流路をマルチ化することで気泡径を小さくできることが立証された。また、上記構成A〜構成Eを満足するようにベンチュリ流路20をマルチ化することで1本のベンチュリ流路20と同程度の標準偏差の気泡径分布にできることが立証された。
図20は、液体にマイクロバブルを吹き込んだマイクロバブル液を生成するマイクロバブル液生成装置を説明する全体構成図である。なお、本実施の形態のマイクロバブル液生成装置では、液体として水を使用し、気体として空気を使用した場合で説明するが、水や空気に限定するものではない。
なお、図20では、循環配管42を実線で示すと共に空気配管48を破線で示している。
容器40に水を貯留したら、使用する積層ベンチュリノズル10のベンチュリ流路20の本数やスロート部20Cの合計流路断面積は生成するマイクロバブル液の生成量やマイクロバブル濃度等に応じて決定する。
気液供給手段19の変形例は、積層ブロック16と気液供給手段19とが以下のように変形される。即ち、積層ブロック16は、積層ブロック16に所定合計枚数積層された溝有りブロック12と溝無しブロック14との積層方向(縦方向)に穿設された気体供給孔21と、溝有りブロック12の表面(ベンチュリ流路20の溝が形成された面)に形成され、一方端が溝状のベンチュリ流路20のスロート部20Cに連通すると共に他方端が気体供給孔21に連通する溝状の気体供給溝23と、を有する。
特に積層ブロックが4層以上の場合は、積層ブロック16の両面から気体を供給できるようにした方が、気体の供給において、気体の流量、圧力を層によりばらつかせることがなく均等できるので望ましい。
このとき、スロート部20Cは、水等の流体を流すことによって減圧状態になるので、気体供給孔21から自然に空気が吸い込まれて、スロート部の流体も混ざることになる。
上記した積層ベンチュリノズル10の第1の実施の形態では、ベンチュリ流路20を立体構造の縦方向(積層方向)のみならず横方向へも形成することで、マイクロバブルの発生量を多くできるように、溝有りブロック12に2本の平行なベンチュリ流路20を形成した。
Claims (13)
- マイクロバブルを発生するためのベンチュリ構造のノズルにおいて、
両面が平坦であるブロックの表面に、流路断面積が次第に縮小する流路縮小部と流路断面積が次第に拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する2本の平行な溝状のベンチュリ流路及び前記2本のベンチュリ流路の前記流路縮小部の入口にそれぞれ連通するY溝状の2分岐流路が左右対称になるように形成された溝有りブロックと、
両面が平坦な板状の溝無しブロックと、
前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとが所定合計枚数積層された積層ブロックを連結する連結手段と、
前記積層ブロックに前記マイクロバブルを発生するための液体と前記液体に混合する気体とを供給する気液供給手段と、を有し、
前記積層ブロックは、前記溝状のベンチュリ流路及び前記Y溝状の2分岐流路が管状流路になるように前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとが積層されることにより、複数本の管状流路が形成されると共に前記管状流路の流体噴出口と流体供給口とが形成され、
更に前記積層ブロックは、
前記積層ブロックの積層方向に穿設され、前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとを連通する気体供給孔と、
前記溝有りブロックの前記表面に形成され、一方端が前記溝状のベンチュリ流路の前記スロート部に連通すると共に他方端が前記気体供給孔に連通する溝状の気体供給溝と、を有し、
前記気液供給手段は、
前記積層ブロックの前記流体供給口に前記液体を供給する液体供給流路と、
前記積層ブロックに穿設された前記気体供給孔に前記気体を供給する気体供給流路と、を有し、
前記液体は前記積層ブロックの前記流体供給口に供給し、前記気体は前記積層ブロックに形成された前記ベンチュリ流路の前記スロート部に別途供給すると共に、
前記気液供給手段から前記積層ブロックに至る前記液体と前記気体の流体供給ルートには、流路断面積が縮小から拡大に移行する縮小拡大部分を有しないことを特徴とする積層ベンチュリノズル。 - 前記ベンチュリ流路の前記スロート部に前記気体を供給する前記気体供給溝は前記ベンチュリ流路を流れる前記液体の流れ方向に対して鋭角的な角度に形成されている請求項1に記載の積層ベンチュリノズル。
- 前記ベンチュリ流路を流れる液体の流れ方向から見て前記スロート部の上流位置に前記気体供給孔が形成されることにより、前記液体の流れ方向に対して鋭角的な角度で気体供給溝が形成されている請求項2に記載の積層ベンチュリノズル。
- 前記気体供給孔は前記2本の平行な溝状のベンチュリ流路の対称軸上に形成され、前記対称軸を挟んで対称に形成された前記平行な2本のベンチュリ流路に前記気体供給溝が等距離で形成されている請求項1から3の何れか1項に記載の積層ベンチュリノズル。
- 前記流体供給ルートでは、前記縮小拡大部分を有しないことにより気泡を発生させない請求項1から4の何れか1項に記載の積層ベンチュリノズル。
- 前記積層ブロックに形成された前記ベンチュリ流路及び前記2分岐流路の流路断面形状は正方形又は長方形である請求項1から5の何れか1項に記載の積層ベンチュリノズル。
- 前記積層ブロックの前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとのそれぞれの枚数は前記ベンチュリ流路の形成本数によって設定される請求項1から6の何れか1項に記載の積層ベンチュリノズル。
- 前記積層ブロックを構成する前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとの積層において、前記溝有りブロック同士の表面と裏面又は前記溝有りブロックの表面と前記溝無しブロックとを重ね合わせる場合と、前記溝有りブロック同士の表面同士を重ね合わせる場合とにより前記ベンチュリ流路の流路断面積を可変可能である請求項1から7の何れか1項に記載の積層ベンチュリノズル。
- 前記積層ブロックは前記マイクロバブルの発生量に応じて3層以上に積層されることにより、4本以上のベンチュリ流路が形成された立体構造である請求項1から8の何れか1項に記載の積層ベンチュリノズル。
- 前記ベンチュリ流路において、前記スロート部の矩形な縦幅及び横幅は1.0mm以上5.0mm以下であると共に長さは1.0mm以上5.0mm以下である請求項6から9の何れか1項に記載の積層ベンチュリノズル。
- 液体にマイクロバブルを吹き込んだマイクロバブル液を生成するマイクロバブル液生成装置において、
前記液体を貯留する容器と、
前記容器の前記液体を抜き出して再び前記容器に戻す循環配管と、
前記循環配管に設けられた循環ポンプと、
前記循環配管の前記循環ポンプの上流側に設けられ、前記循環配管を流れる前記液体に気体を加圧溶解する加圧溶解装置と、
前記加圧溶解装置に気体供給配管を介して前記気体を供給する空気供給装置と、
前記循環配管の戻し位置に接続された請求項1から10の何れか1項に記載の積層ベンチュリノズルと、を備えたことを特徴とするマイクロバブル液生成装置。 - マイクロバブルを発生するためのベンチュリ構造のノズルにおいて、
両面が平坦であるブロックの表面に、流路断面積が次第に縮小する流路縮小部と流路断面積が次第に拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも1本の溝状のベンチュリ流路が形成された溝有りブロックと、
両面が平坦な板状の溝無しブロックと、
前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとが積層された積層ブロックを連結する連結手段と、
前記積層ブロックに形成された前記ベンチュリ流路に前記マイクロバブルを発生するための液体と前記液体に混合する気体とを供給する気液供給手段と、を有し、
前記積層ブロックは、前記溝状のベンチュリ流路が管状流路になるように前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとが前記マイクロバブルの発生量に応じて3層以上積層されることにより2本以上のベンチュリ流路が形成された立体構造であると共に前記管状流路の流体噴出口と流体供給口とが形成され、
更に前記積層ブロックは、
前記積層ブロックの積層方向に穿設され、前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとを連通する気体供給孔と、
前記溝有りブロックの前記表面に形成され、一方端が前記溝状のベンチュリ流路の前記スロート部に連通すると共に他方端が前記気体供給孔に連通する溝状の気体供給溝と、を有し、
前記気液供給手段は、
前記積層ブロックの前記流体供給口に前記液体を供給する液体供給流路と、
前記積層ブロックに穿設された前記気体供給孔に前記気体を供給する気体供給流路と、を有し、
前記液体は前記積層ブロックの前記流体供給口に供給し、前記気体は前記積層ブロックに形成された前記ベンチュリ流路の前記スロート部に別途供給すると共に、前記ベンチュリ流路の前記スロート部に前記気体を供給する前記気体供給溝は前記ベンチュリ流路を流れる前記液体の流れ方向に対して鋭角的な角度に形成され、
前記気液供給手段から前記積層ブロックに至る前記液体と前記気体の流体供給ルートには、流路断面積が縮小から拡大に移行する縮小拡大部分を有しないことを特徴とする積層ベンチュリノズル。 - 前記流体供給ルートでは、前記縮小拡大部分を有しないことにより気泡を発生させない請求項12に記載の積層ベンチュリノズル。
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