JPH0375060A - 類似キャビテーションの発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、従来より、被害を与える現象として、その発
生を未然に防止するため努力してきた、流体のキャビテ
ーションという物理現象を、逆に、積極的に、これを発
生させ、有効に利用しようとするものである。

一般に、水中で、キャビテーションによって生ずる水蒸
気より威る気泡が、水中で破裂し、消滅する時に生ずる
強力なエネルギーを、利用しようとするものである０元
来、古くから知られているキャビテーションとしては、
船舶のスクリューが回転中に、そのスクリューの羽根の
一部に発生したキャビテーションによって、水蒸気より
なる気泡が発生し、これが破裂する際に、強力なエネル
ギーを放出し、その衝撃力により、スクリューの金属表
面に傷がつき、時には、小穴があく程に進行する。こう
いった状態で、長期間使用を続けると、スクリューには
無数の小穴があき、これ等が連なり蜂巣状態となり、ス
クリュー自体が破壊するに至る事は、よく知られた事例
である。

従って、従来では、スクリューの設計時において、この
様なキャビテーションが発生しない様に、検討が加えら
れるのが常である。

さて、この様な、キャビテーションの気泡の破裂による
強力なエネルギーを利用しようとする場合には、以下の
３点が解決しなげればならない問題点となる。

その１は、キャビテーションによる気泡を、連続的に、
大量に発生させることである。

その２は、キャビテーションによる気泡を、その発生場
所から、利用しようとする任意の位置まで、自由に、移
動させることである。

その３は、キャビテーションによる気泡の破裂による強
力なエネルギーの強さを、適当な強さになるようにコン
トロールすることでである。

本発明は、以上の３点を解決するために行ったものであ
り、特に、浴槽内で使用し、人体表皮全体にわたり、十
分なマツサージ効果を与え得る装置として使用する場合
、種々の物体の洗浄装置として使用する場合及び粒体、
粉体の製造装置として使用する場合について説明する。

以下、本発明についての一実施例について、図面に従い
説明する。

第１図において、１はボイラーであり、２はその底部に
設置されたヒーターである。３は脚立であり、ボイラー
１を固定するためのものである。４はボイラー１内に満
たされたボイラー用水である。

さて、ヒータ２によって過熱されたボイラー用水４は、
加熱と共に温度が上昇し、１００℃に達すると沸騰し始
める。ボイラー用水４の水面５より、水蒸気６が出始め
、加熱と共に空隙部７内に充満する。

一方、空隙部７は、導通パイプ８を通して、水槽１１内
に満たされた水槽用水１２中に導通されている。従って
、水蒸気６は導通パイプ８を通り、水槽ｌｌ内の水面９
のうち、導通バイブ８内の水面１０に達し、水蒸気６の
発生に従い、水蒸気圧力の高まりと共に、水面１０を押
し下げる。更に、ヒーター２による加熱が続行し、ボイ
ラー用水４の蒸発が進行し、導通バイブ８内の萬気圧が
高まるにつれ、水面１０は、更に押し下げられ、ついに
は、導通パイプ８の水槽用水１２内への開口端１３に達
する。従って、以後の加熱によって、順次、水蒸気６は
開口端１３より気泡１４として、水槽用水１２の中に放
出される。

この時の気泡１４は、水蒸気６だけからなるものではな
く、あらかじめ、空隙部７及び導通バイブ８内に含まれ
ていた空気が、混入したものとなる。しかるに、空気よ
り成る気泡が、水中に放出された場合には、そのままで
は体積変化は殆んど行われず、単に、浮力により上昇す
るだけである。従って、最初に、開口端１３から放出さ
れる水蒸気６に、空気が混入した気泡１４では、その放
出後の冷却速度に従って、水蒸気６によって占められて
いた体積分が縮小した気泡Ｉ４となる。この気泡１４の
体積減少は、その気泡１４部分と接する周辺部における
圧力変化となり、これと接する部分、すなわち、人体表
皮に対して刺激を与えることが出来る。

さて、あらかしめ、混入していた空気が少なくなるにつ
れ、気泡１４の体積減少率は大きくなり、それだけ、気
泡１４部分の圧力変化が大きくなり、より大きなエネル
ギーを周辺部の物体に与えることが出来る様になる。

ここで、開口端１３から放出される水蒸気６に、あらか
しめ、積極的に空気を混入し、気泡１４が体積を減する
割合をコントロールすることにより、周辺部の物体に与
えるエネルギーの大きさをコントロールすることが出来
る。

尚、気泡１４の体積減少率と共に、体積減少速度も、気
泡１４部分の圧力変化によるエネルギーの大きさを決定
する要因となる。これは、明らかに、水蒸気６の温度と
、水槽用水１２の温度との差によって、主に、決定され
る。

さて、一般に、開口端１３より水槽用水１２の中に、１
００℃の水蒸気６より成る気＠１４が放出された場合、
気泡１４を形成する水草気６は、水槽用水１２によって
冷却され、気体の水蒸気６の状態から、順次、液体の水
となり、水槽用水１２中に吸収される。

そのため、気泡１４は、急速にその体積を減少させ、つ
いには消滅する。この時の気泡１４の体積減少による圧
力変化により生ずるエネルギーは、基本的には、前述の
船舶のスクリューに発生するキャビテーションによる気
泡が、破裂し、消滅する際に生ずるエネルギーと同じ性
質のものである。即ち、一般に、物体が破裂する場合に
は破裂部分が高圧となり、その圧力が、周辺の低圧部分
に、順次、伝達し拡散していくのであるが、本発明によ
る類似キャビテーションの発生方法による気泡１４の破
裂及び消滅の場合は、水槽用水１２によって冷却される
に従い、気泡１４の内部は次第に低圧となり、その周辺
部とに圧力差を生ずる。そのため、この低圧の気ｌ＠１
４の内部に向い、比較的高圧となった周辺部から水槽用
水１２が流入し、気泡１４の中心部に向かう方向に圧力
が加わる。！ｐち、圧力の伝わり方が通常の場合に比し
、全く逆方向になる現象である。熱論、この場合、圧力
が気泡１４の中心部に集中する方向に伝わるため、その
反作用として、次の瞬間には、逆に、気泡１４部分から
周辺部に圧力が伝わることになる。更に、本発明による
類似キャビテーションの発生方法では、気泡１４が水槽
用水１２によって、冷却され、水蒸気６が戒化し、水と
なるのに一定の時間を要するため、その間に、気泡１４
は、気泡１４自体の浮力や水槽用水１２の流れによって
、目的の位置に向い、その体積を減少させつつ、その周
辺部に、圧力変化を与えつつ、徐々に移動することがで
きる。

さて、従来、−船釣に、気泡風呂として利用されている
ものでは、浴槽へ、単に、空気を吹き込み、気泡を（生
させるものである。

この場合、空気よりなる気泡は、破裂したり消滅したり
することは有り得ず、分散及び集合する程度であり、そ
の前後の圧力変化は全くない、単に、その浮力によって
、人体表皮上に沿って移動するのみである。気泡は、最
終的には水面に達し、気泡を形成する部分の水の表面張
力に抗し、これを破裂させ、気泡を形成していた空気が
、空気中に散逸する際に、エネルギーを放出するのであ
るが、気泡の破裂による周辺部分の圧力変化は、水面上
の空気中で行われるため、極く微少なものである。

これに対し、本発明による類似キャビテーションの発生
方法による気泡１４の破裂では、質量が、空気に対し、
８００倍程度に達する水が、圧力変化により移動し、力
を及ぼすため、そのエネルギーは大きく、その気泡１４
周辺部に与える衝撃力は、空気より威る気泡が破裂し、
空気中に拡散する場合の比ではない。

従って、従来の気泡風呂で利用されているものでは、単
に、気泡のみによるものでは、人体表皮への刺激による
マツサージ等の医療効果を期待するには、はど遠いもの
である。従って、実用上は、強力な流水に気泡を加え、
人体表皮に当て、主に、流水のエネルギーによりマノサ
ージ等の医療効果を狙ったものである。また、強い流水
を得るため、強力なモーター及びブロアーが必要不可欠
であり、そのため、これらの騒音及び振動は激しく、住
宅が密集している都市部では、騒音公害を発生すること
となり、事実上、使用することが出来ない場合が多い、
しかも、常時、多量の冷たい外気を取り入れ、浴槽内の
温水中に放出し続けるため、特に、小型の浴槽内の湯温
の低下は著しく、実に、不経済なものである。

しかるに、本発明による類似キャビテーションの発生方
法による気泡１４を使用する場合には、強い流水を用い
る必要がないため、強力なモーターやブロアーは不要で
あり、騒音や振動等を発生ずることはなく、騒音公害の
心配等は不要であり、かつ、浴槽内の湯温を低下させる
こともなく、自動的に適温を維持することができるもの
であり、経済的である。

加えて、１００℃の温度を有する水蒸気６より成る気泡
１４が、人体表皮上で破裂する場合には、それは浴槽中
であり、人体表皮が、水により濡れ保護されているので
あり、何等、使用上問題はなく、むしろ、サウナ風呂の
如き温度による刺激が加わり、より一層の医療効果を期
待することが出来る。

また、本発明による類似キャビテーションの発生方法で
は、水槽ｌｌ内の水槽用水１２の温度が低い程、即ち、
気泡１４の温度との温度差が大きければ大きい程、気泡
１４の冷却速度は早く、気泡１４の体積減少速度及び消
滅速度も早くなり、それだけ、減少及び消滅時のエネル
ギーは大きくなる。一方、水槽１１の空隙１５の圧力を
１気圧以下の低圧とした場合、ボイラー１の空隙６の圧
力も連動して低下し、ボイラー用水４の沸点は、１００
℃以下の低温で沸騰する。一方、空隙１５の圧力を１気
圧以上の高圧とした場合には、ボイラー用水４の沸騰点
は１００℃以上となる。

一般に、空隙工５は空中に解放され、■気圧の状態とし
て使用される場合が多い。

以上より、空隙１５内の圧力を調整することにより、本
発明による類似キャビテーク５ンの発生方法による気泡
１４をＩｉ威する水蒸気６の温度を、調整することがで
きる。

次に、本発明による類似キャビテーションの発生方法は
、物体の洗浄装置に利用することが出来る。即ち、水蒸
気６よりなる気泡１４を、大量に、連続的に、洗浄物体
に当てることにより、従来の超音波洗浄では得られない
強力で、且つ、高効率な洗浄を行うことが出来る。超音
波洗浄においては、洗浄方法として、洗浄液全体に超音
波をあて、超音波振動を起こし、これにより、洗浄液中
の物体を洗浄する。これに対し、本発明による類似キャ
ビテーションの発生方法による洗浄装置では、洗浄液全
体にエネルギーを供給するのではなく、洗浄物体の付近
に、集中的に気泡１４を集めることが出来るため、非常
に高効率の洗浄を行うことが出来る。従って、維持費は
安価であり、騒音やＳ勤の発生もなく、しかも、その設
備の＋ｉ戒も簡単であり、安価に提供することが出来る
。

本発明の基本は、キャビテーションという物理現象と同
じ様な原理で働く現象を利用するところにあるため、媒
体としては、上述の水に代わり、あらゆる洗浄効果及び
薬用効果を有する液体を用いることが出来ることは言う
までもない。

本発明による類似キャビテーションの発生方法を洗浄装
置として使用する場合には、特に、洗浄を、効果的に行
い、早く完了させたい場合、また、特に、静かな振動や
騒音のない洗浄を行う場合、大きい物体の洗浄、皿洗器
、野菜等流水と共に、回転させることが出来ない物体の
洗浄等である。従って、適当な洗剤及び薬剤等を併用す
ることにより、高効率で、全く振動や騒音のない低コス
トの洗浄を、短時間で行うことが出来る。

また、本発明による類似キャビテーションの発生方法は
、物体の破砕装置として利用することか出来る。即ち、
物体を液体中に入れ、水蒸気６よりなる気？＠１４を、
作用させることにより、物体を破砕及び粒体を細粒化し
、粉体とする装置として利用することが出来る。

尚、本発明による類似キャビテーションの発生方法は、
水中に加熱により発生した水蒸気６を吹き込み、水蒸気
６よりなる気泡１４を作成するのであるが、ある液体に
、常温でよく熔ける性質を有する気体を吹き込み、気泡
とすることにより、本発明と同様の効果を期待すること
も出来る。

以上、本発明による類似キャビテーションの発生方法は
、あらゆる産業分野に利用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による類似キャビテーションの発生方
法の一実施例を示す模式図である。特に、液体として、
水を用い、蒸気としては１水蒸気を用いるものである。 １はボイラーであり、２はヒーターである。 ３は脚立である。４はボイラー用水であり、５はボイラ
ー用水４の水面である。６は水蒸気であり、７はボイラ
ー１の空隙部である。 ８は導通パイプであり、９は水槽内の水面である。１０
は導通パイプ内の水面である。 １１は水槽であり１２は水槽用水である。 １３は導通パイプの開口端である。１４は気泡であり、
１５は水槽１１における空隙である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体中に蒸気を吹き込み、蒸気よりなる気泡を作成し、
   該気泡が周囲の液体により冷却され、該気泡を構成する
   蒸気は液化し、冷却の進行に従い、該気泡の体積は縮小
   し、ついには消滅するに至る、すなわち、該気泡が破裂
   し消滅する状態となることにより衝撃力を発生する類似
   キャビテーションの発生方法。