JP7343100B2

JP7343100B2 - 微細気泡発生装置

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Publication number: JP7343100B2
Application number: JP2019160501A
Authority: JP
Inventors: 達久福田; 淳治中西
Original assignee: ケーピーエス工業株式会社
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2039-09-03
Also published as: JP2021037470A

Description

本発明は、微細気泡発生装置に関し、より詳しくは、水栓から供給される水を微細気泡を含んだ白濁水とするための微細気泡発生装置に関する。

微細気泡を含んで白濁した水（以下、微細気泡含有白濁水という）には洗浄効果があることが知られており、例えば特許文献１には、水栓から供給される水を微細気泡発生装置により微細気泡含有白濁水とし、これをシャワーヘッドから吐出させる技術が開示されている。

特許文献１に開示された技術は、水栓から供給される水にエゼクタにより空気を混合し、この空気混じりの水を加圧下で攪拌することにより空気溶解水とし、シャワーヘッドに設けた減圧部に空気溶解水を通過させて微細気泡を発生させることにより、シャワーヘッドから微細気泡含有白濁水を吐出させるように構成されたものである。

ところで特許文献１に開示された技術は、空気混じりの水を所定圧力に加圧するためのポンプや、空気混じりの水を攪拌するための動力が必要であり、装置全体が複雑かつ高価となるほか、ＡＣ電源を必要とすることから、浴室で使用する装置として必ずしも簡便かつ適切であるとはいえない側面があった。

特開２００８－１３２０３８号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、水栓から供給される水をより簡単な構成で微細気泡含有白濁水とすることができ、取扱いがより簡便な微細気泡発生装置を提供することをその課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明によって提供される微細気泡発生装置は、水栓に接続される通水路と、上記通水路内を流れる水に空気を混合する空気混合手段と、上記通水路に接続され、上記通水路から流入させた空気混合水を空気溶解水とする溶解タンクと、上記溶解タンクから排出される空気溶解水を減圧する減圧手段と、を含む微細気泡発生装置であって、上記溶解タンクには、流速を高めて噴流とした上記空気混合水が流入させられ、上記溶解タンクに流入させられた上記空気混合水は、当該溶解タンク内に固定的に配置した障害物に衝突することにより攪拌されることを特徴とする。

好ましい実施の形態では、上記空気混合水は、上記通水路に形成されたノズル部により噴流とされて上記溶解タンクに流入させられる。

好ましい実施の形態では、上記溶解タンク内には、過剰空気排出管が所定長さ垂下して延びていることにより、当該溶解タンク内の上部に空気溜りが形成され、上記噴流とされた空気混合水は、当該空気溜りに流入させられる。

好ましい実施の形態では、上記障害物は、上記噴流とされた空気混合水の流入方向と交差して上下方向に延び、その上部は上記空気溜りに位置している。

好ましい実施の形態では、上記障害物は、上記噴流とされた空気混合水の流入方向と交差し、厚み方向に貫通する多数の開口を有する板状である。

好ましい実施の形態では、上記多数の開口は、パンチングメタル状部または網板状部を設けることにより形成されている。

好ましい実施の形態では、上記空気溶解水は、上記溶解タンクの下方部から排出される。

好ましい実施の形態では、上記空気混合手段は、上記通水路に設置した流量スイッチと、この流量スイッチがＯＮとなっている間作動する、入手容易なコンプレッサとを含んで構成されている

好ましい実施の形態では、上記コンプレッサは、ＤＣ電源またはＡＣ電源により作動する。

好ましい実施の形態では、上記減圧手段は、上記溶解タンクから排出される空気溶解水が導かれるシャワーノズル内に設けられている。

空気混合手段により空気が混合され、溶解タンク内に流入させられた空気混合水は、溶解タンク内に固定的に配置された障害物に衝突する際の衝撃により攪拌され、これにより空気の水への溶解が促進される。このような空気の溶解は、基本的に水栓の圧力（通常約０．２ＭＰａ）下で行われる。空気溶解水中に溶解させられた空気は、当該空気溶解水が減圧手段によって例えば大気圧まで急激に減圧されることにより微細気泡となって現れ、空気溶解水は微細気泡含有白濁水に変化する。

上記の微細気泡の生成は、水栓による圧力下で行われるので、従来のように比較的大きな動力で作動する加圧ポンプを必要とせず、また、溶解タンク内での攪拌のための、動力を必要とする機構も不要である。さらには、空気混合手段は，わずか０．２ＭＰａ程度の水中に所定量の空気を送り込めばよいので、例えばＤＣ電源またはＡＣ電源を利用した入手容易なコンプレッサを利用することができる。したがって、上記構成の微細気泡発生装置は、構成が簡単であり、かつ取扱い勝手に優れたものになる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る微細気泡発生装置の一例を示す概略構成図である。本発明に係る微細気泡発生装置の一例の要部を示す縦断面図である。図２のIII-III線に沿う断面図である。図２のIV-IV線に沿う断面図である。本発明に係る微細気泡発生装置の一例におけるシャワーヘッドの一例を示す縦断面図である。図５のVI-VI線に沿う断面図である。図５のVII-VII線に沿う断面図である。図５のVIII-VIII線に沿う断面図である。図５に示すシャワーヘッドを先端側から見た図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係る微細気泡発生装置の一例の概略構成を示している。本実施形態の微細気泡発生装置Ａ１は、水栓Ｗ１に接続される通水路１と、この通水路１内を流れる水に空気を混合する空気混合手段２と、通水路１の先端に接続され、通水路１から流入させた空気混合水を空気溶解水とする溶解タンク３と、溶解タンク３から排出される空気溶解水を減圧する減圧手段５２（図５参照）と、を基本的に含んで構成される。本実施形態では、減圧手段５２は、溶解タンク３から排出される空気溶解水が導かれるシャワーヘッド５の内部に設けられている。

水栓Ｗ１は、例えば浴室に配置される混合水栓であり、通水路１は、水栓Ｗ１から溶解タンク３まで水を通す管路であり、例えば混合水栓Ｗ１のシャワー側出口に接続される。

通水路１には、その基端側から、逆止弁１１、流量スイッチ１２、空気混合手段２、および、通水路１を流れる空気混合水を増速し、噴流状態で溶解タンク３に流入させるための水流増速手段４が、この順で設けられている。

流量スイッチ１２は、水栓Ｗ１が開かれて通水路１に水が流れているかどうかを検知する公知のものであり、この流量スイッチ１２からの信号は、空気混合手段２をＯＮ／ＯＦＦするために用いられる。

空気混合手段２は、例えばＤＣ電源またはＡＣ電源で作動する入手容易なコンプレッサ２ａを用いることができ、流量スイッチ１２により通水路１内を水が流れていることが検知されている間作動させられる。コンプレッサ２ａの出口ポート２１に接続されたパイプ２２は、図１、図２に示すように、逆止弁１１ａを介して通水路１の側壁から当該通水路１の内部に延入させられている。

図２～図４は、空気混合手段２における、通水路１に対する上記パイプ２２の接続構造、上記水流増速手段４、および溶解タンク３の具体的構造を示す。

通水路１を構成するホース１ａの先端は、Ｔ字継手１３、ノズル部材１４を介して溶解タンク３の入口ポート３２に接続されている。

Ｔ字継手１３の側部ポート１３１には、コンプレッサ２ａの出口ポート２１から延びるパイプ２２が挿入され、このパイプ２２の先端は、Ｔ字継手１３の中心孔１３１の中心付近まで延入している。このパイプ２２は、図２に表れているように、下方から延入させることが、コンプレッサ２ａからの空気を円滑に混入するうえで都合がよい。また、パイプ２２の先端が、流速が最も大きい上記中心孔１３１の中心付近まで延入していることにより、効果的にパイプ２２の先端から吐出される気泡を流水中に分散混合させるうえで都合がよい。なお、水栓Ｗ１を開いた場合の通水路１内の流量は、例えば７～８Ｌ／ｍｉｎであり、コンプレッサ２ａから通水路１内の流水に混合する空気の量は、例えば２５０～３５０ｍＬ／ｍｉｎである。

ノズル部材１４は、上記Ｔ字継手１３の中心孔１３１の一端にねじ付け接続されており、先端に向かうほど縮径するノズル孔１４１を有する。このノズル孔１４１は、本発明における水流増速手段４に相当する。このノズル孔１４１はまた、上記Ｔ字継手１３の中心孔１３１と同一軸線をもって水平方向に延びており、その先端は、溶解タンク３の入口ポート３２内に開口している。

溶解タンク３は、タンク本体３１と、入口ポート３２と、出口（排出）ポート３３と、過剰空気排出部３４と、障害物３５と、を含む。

タンク本体３１は、上下方向に延びる円筒状側壁３１１と、凹状内面３１２ａを有する底部壁３１２と、同じく凹状内面３１３ａを有する上部壁３１３とを有する。入口ポート３２は、タンク本体３１の上部において水平方向に円筒状に延出させられており、ノズル部材１４にねじ付け接続されている。この入口ポート３２の軸線Ｌ１は、上記Ｔ字継手１３の中心孔１３１および上記ノズル孔１４１の各軸線Ｌ２，Ｌ３と一致して水平方向に延びており、タンク本体３１の垂直中心軸線Ｌ４と交差している。出口（排出）ポート３３は、タンク本体３１の下部に設けられており、本実施形態では、水平方向に円筒状に延びている。なお、入口ポート３２の内径は、上記ノズル孔１４１の出口径よりも相当程度大きくしてある。

過剰空気排出部３４は、タンク本体３１の上部壁３１３から当該タンク本体３１の中心軸線Ｌ４に沿って垂下し、タンク本体３１の外部と連通する過剰空気排出管３４１と、タンク本体３１の上部に過剰空気排出管３４１と連通するようにして設けられている弁部材３４２とにより構成されている。図示は省略するが、この弁部材３４２は、逆止弁構造を有していることが望ましい。また、過剰空気排出管３４１は、その下端が入口ポート３２の上下方向位置よりも下方に至るまで垂下させられている。

障害物３５は、本実施形態では、入口ポート３２の軸線Ｌ３に対して直交する面内を下方に延びる板状をしており、この板状障害物３５は、パンチングメタル状部や網板状部など、厚み方向に貫通する多数の開口３５１を有する部材である。この障害物３５は、その上部がタンク本体３１の上部内面に設けた垂直壁状の取付け座３１４に対して固定されている。また、この障害物３５における多数の開口３５１が設けられた領域の上端は、上記過剰空気排出管３４１の下端よりも上位に位置させられている。図３に示されるように、板状障害物３５の上部の幅方向両側は、ショルダ状の切欠き３５２が設けられており、タンク本体３１の内面との間に所定のすきまＳが形成されるようにしてある。

溶解タンク３の出口（排出）ポート３３には、ホース６を介してシャワーヘッド５が接続されている。

図５～図９は、シャワーヘッド５の構造の一例を示している。シャワーヘッド５は、たとえば、ヘッド本体５１、減圧プレート５２ａ、押さえ部材５３、遮蔽板５４、起立壁５５、支持部５６およびカバー５７を備えて構成される。ヘッド本体５１は、概略筒状とされており、先端側（図５の右側）に延出する環状の内側壁５１１を有する。減圧プレート５２ａは、本発明における減圧手段５２に相当する。

減圧プレート５２ａは、溶解タンク３から排出された空気溶解水が通過するための貫通孔５２１を有する。図６に示すように、本実施形態では複数（３つ）の貫通孔５２１が円形の減圧プレート５２ａに均等に形成される。この減圧プレート５２ａの厚さ方向の両側に、環状のシール材５８が配置されている。

図５に示すように、押さえ部材５３は、ねじ等の適宜手段によってヘッド本体５１との間に減圧プレート５２ａを挟んでいる。ヘッド本体５１、減圧プレート５２ａおよび押さえ部材５３の相互間において、シール材５８が圧接される。溶解タンク３から導かれた空気溶解水が減圧プレート５２ａ（貫通孔５２１）を通過すると、急激な圧力開放によって微細気泡が発生し、白濁状の微細気泡含有水となる。押さえ部材５３は、有底状の筒状部５３１を有する。筒状部５３１には、その径方向内側にある流体が径方向外方に通過するための開口５３２が形成されている。図６に示すように、本実施形態では、複数の開口５３２が筒状部５３１の周方向において放射状に設けられる。減圧プレート５２を通過した後の微細気泡含有水は、筒状部５３１の内側から開口５３２を通じて筒状部５３１の外側に流れ、内側壁５１１と筒状部５３１との間を通過する。

遮蔽板５４は、後述するカバー５７のノズルプレート５７２の厚さ方向（図５における左右方向）に見て、当該ノズルプレート５７２と重なっている。起立壁５５は、遮蔽板５４の周縁につながり、ノズルプレート５７２の厚さ方向においてノズルプレート５７２から離れる方向に延びている。起立壁５５は、円筒環状とされている。上記の内側壁５１１は、その一部が起立壁５５の内側空間に配置され、遮蔽板５４と所定の間隔を隔てた先端位置５１１ａからノズルプレート５７２とは反対側（図５では図中左側）に延びている。図５、図６から理解されるように、内側壁５１１の内側空間は、減圧プレート５２ａまで通じる流路を構成する。

支持部５６は、上記の遮蔽板５４および起立壁５５を所定の位置に配置するためにカバー５７に取り付けられる部分である。支持部５６は、遮蔽板５４の外周付近からノズルプレート５７２側（図５の図中右側）に延びており、ノズルプレート５７２の適所に凹凸嵌合によって取り付けられる。図８に示すように、本実施形態では、３つの支持部５６が設けられており、これら支持部５６は遮蔽板５４の外周付近において周方向に均等に離間配置される。上記の遮蔽板５４、起立壁５５および支持部５６は、たとえば樹脂成形によって一体的に形成される。

カバー５７は、外筒部５７１およびノズルプレート５７２を有する。外筒部５７１は、円筒状とされており、ヘッド本体５１の先端部に適宜手段によって固定される。ノズルプレート５７２は、外筒部５７１の先端を覆っている。ノズルプレート５７２は、多数の吐出孔５７３を有する。各吐出孔５７３は、ノズルプレート５７２の厚さ方向に貫通する。図５に示すように、多数の吐出孔５７３は、円形のノズルプレート５７２において万遍なく均等に形成されている。

上記構成のシャワーヘッド５においては、減圧プレート５２ａを通過して発生した微細気泡含有水は、図５の矢印で示すように流れ方向が変更させられ、迂回してノズルプレート５７２に到達する。このような構成によれば、シャワーヘッド５がどのような向きで使用される場合においても、図中矢印で示した経路の空間に微細気泡含有水が貯留された状態となる。したがって、減圧プレート５２を通過した後の微細気泡含有水は、ノズルプレート５７２から放出される直前まで白濁状を維持し、ノズルプレート５７２から放出される。

次に、本実施形態の微細気泡発生装置Ａ１の作用について説明する。

水栓Ｗ１を開くと、冷水または温水からなる水が通水路１を流れる。通水路１を水が流れていることを流量スイッチ１２が検知している間、コンプレッサ２ａが作動して通水路１を流れる水に空気を混合する。上記したように、本実施形態では、コンプレッサ２ａから延びるパイプ２２が下方から通水路１内に延び、その先端が通水路１の中心付近まで延びているので、効果的に空気が分散混合された空気混合水を溶解タンク３に流入させることができる。

空気混合水は、入口ポート３２から溶解タンク３内に流入させられるが、過剰空気排出管３４１が溶解タンク３の上部から所定長さ垂下しているため、概ね、過剰空気排出管３４１の下端位置よりも上位空間に空気溜りＰが形成される（図２）。空気混合水は、ノズル孔１４１（水流増速手段４）を通過することにより増速され、噴流となって溶解タンク３内に流入させられるが、この噴流は空気溜りＰに流入させられるため、減速することなく、高速で板状障害物３５に衝突させられる。このように高速で障害物３５に衝突する空気混合水は、その衝撃により攪拌されるとともに多数の開口３５１を通過する際に細かく砕かれながら飛翔する。その際、空気が水に対して圧力をもって接触する機会が増大し、これにより空気の水への溶解が促進される。さらに、空気混合水が空気溜りＰにおいて最初に板状障害物３５に衝突した後もなお、噴流のエネルギが残存していて、溶解タンク３内では図２、図４に矢印で示すような流れが継続して起こり、この流れが繰り返し障害物３５に衝突して攪拌作用が行われる。図４に矢印で示したような流れは、板状障害物３５の幅方向両側に設けたショルダ状の切欠き３５２により、タンク本体の内面との間に所定のすきまＳが形成されていることにより促進される。なお、上記のような作用は、基本的に水栓Ｗ１がもつ圧力下で行われる。

溶解タンク３内で溶解されずに残った空気は、過剰空気排出管３４１を通して外部に排出される。上記のようにして空気が所定濃度で溶解した空気溶解水は、出口（排出）ポート３３から排出され、ホース６を介してシャワーヘッド５に導かれる。出口（排出）ポート３３は、溶解タンク３の下部に設けられているため、空気溶解水が比較的大きな気泡混じり状態で排出されることがなく、これにより、シャワーヘッド５において不整な脈動が生じるといった不具合を回避することができる。

シャワーヘッド５においては、上述したように、空気溶解水が減圧プレート５２ａ（減圧手段５２）の貫通孔５２１を通過する際に急激な圧力開放により微細気泡が発生し、この微細気泡を含有する白濁水がシャワー水としてノズルプレート５７２から放出される。本実施形態のシャワーヘッド５は特殊な構造を有しているため、どのような向きで使用される場合でも、微細気泡含有白濁水が放出されることも、上述のとおりである。

上記の微細気泡の生成は、水栓Ｗ１による圧力下で行われるので、従来のように比較的大きな動力で作動する加圧ポンプを必要とせず、また、溶解タンク内での攪拌のための、動力を必要とする機構も不要である。さらには、空気混合手段２は，わずか０．２ＭＰａ程度の水中に所定量の空気を送り込めばよいので、例えばＤＣ電源またはＡＣ電源を利用した、市場で入手容易かつ安価なコンプレッサ２ａを利用することができる。したがって、上記構成の微細気泡発生装置Ａ１は、構成が簡単であり、かつ取扱い勝手に優れたものになる。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。本発明に係る微細気泡発生装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

上記実施形態においては、微細気泡発生装置をシャワー装置として構成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る微細気泡発生装置は、たとえば食器洗いや野菜洗いなどの厨房機器、あるいはトイレ洗浄や工業用の洗浄等に利用することが可能であり、いずれの場合も微細気泡含有水による洗浄作用を享受することができる。

Ａ１微細気泡発生装置
Ｗ１水栓
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４軸線
Ｓすきま
Ｐ空気溜り
１通水路
１ａホース
１１逆止弁
１２流量スイッチ
１３Ｔ字継手
１３１中心孔
１４ノズル部材
１４１ノズル孔
２空気混合手段
２ａコンプレッサ
２１出口ポート
２２パイプ
３溶解タンク
３１タンク本体
３１１円筒状側壁
３１２底部壁
３１２ａ凹状内面
３１３上部壁
３１３ａ凹状内面
３１４取付け座
３２入口ポート
３３出口ポート
３４過剰空気排出部
３４１過剰空気排出管
３４２弁部材
３５障害物
３５１開口
３５２切欠き
４水流増速手段
５シャワーヘッド
５１ヘッド本体
５１１内側壁
５１１ａ先端位置
５２減圧手段
５２ａ減圧プレート
５２１貫通孔
５３押さえ部材
５３１筒状部
５３２開口
５４遮蔽板
５５起立壁
５６支持部
５７カバー
５７１外筒部
５７２ノズルプレート
５７３吐出孔
５８シール材
６ホース

Claims

水栓に接続され、当該水栓の圧力により通水が行われる通水路と、
上記通水路内を流れる水に空気を混合する空気混合手段と、
上記通水路に接続され、上記通水路から流入させた空気混合水を空気溶解水とする溶解タンクと、
上記溶解タンクから排出される空気溶解水を減圧する減圧手段と、を含む微細気泡発生装置であって、
上記溶解タンクには、上記通水路に形成されたノズル部により噴流とされた上記空気混合水が流入させられ、
上記溶解タンク内には、過剰空気排出管が所定長さ垂下して延びていることにより、当該溶解タンク内の上部に空気溜りが形成され、
上記噴流とされた空気混合水は、上記空気溜りに流入させられるとともに、上記溶解タンク内に固定的に配置した障害物に衝突することにより攪拌されることを特徴とする、微細気泡発生装置。
上記障害物は、上記噴流とされた空気混合水の流入方向と交差して上下方向に延び、その上部は上記空気溜りに位置している、請求項１に記載の微細気泡発生装置。
上記障害物は、上記噴流とされた空気混合水の流入方向と交差し、厚み方向に貫通する多数の開口を有する板状である、請求項２に記載の微細気泡発生装置。
上記多数の開口は、パンチングメタル状部または網板状部を設けることにより形成されている、請求項３に記載の微細気泡発生装置。
上記空気溶解水は、上記溶解タンクの下方部から排出される、請求項１ないし４のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
上記空気混合手段は、上記通水路に設置した流量スイッチと、この流量スイッチがＯＮとなっている間作動する、入手容易なコンプレッサとを含んで構成されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
上記コンプレッサは、ＤＣ電源またはＡＣ電源により作動する、請求項６に記載の微細気泡発生装置。
上記減圧手段は、上記溶解タンクから排出される空気溶解水が導かれるシャワーノズル内に設けられている、請求項１ないし７のいずれかに記載の微細気泡発生装置。