TWI579039B - Fine bubble generation device - Google Patents

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TWI579039B
TWI579039B TW101150436A TW101150436A TWI579039B TW I579039 B TWI579039 B TW I579039B TW 101150436 A TW101150436 A TW 101150436A TW 101150436 A TW101150436 A TW 101150436A TW I579039 B TWI579039 B TW I579039B
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Nobuyuki Asari
Wataru MORISAKI
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Description

微細氣泡產生裝置
本發明係關於一種利用旋轉流進行氣液混合，而在液體中產生微細氣泡之微細氣泡產生裝置。
在液體中產生微型氣泡等微細氣泡之方式，習知有氣液二態高速旋轉方式。氣液二態高速旋轉方式係沿著噴嘴內之圓筒面使液體高速旋轉，而在噴嘴中心(沿著軸心)產生負壓。而後，藉由該負壓於噴嘴內導入氣體，而形成高速旋轉之氣液二態旋轉流。將該旋轉流沿著軸心縮流，藉由從噴嘴出口開放，剪切氣液二態流體而產生微細氣泡(例如參照專利文獻1、2)。
專利文獻1之微細氣泡產生裝置，係將高壓液體通過螺旋流路而導入噴嘴內之氣液混合空間，藉此形成沿著氣液混合空間之圓筒內周面的螺旋狀高速旋轉流。螺旋流路係藉由將其外周設有螺旋狀葉片之圓柱部嵌合於圓筒而形成，該圓筒係設於具有與葉片外徑概等之內徑的噴嘴本體。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開2006-142251號公報
[專利文獻2]日本專利第4376888號公報
但是，因為螺旋狀之葉片曝露在液體極高壓力下，所以專利 文獻1、2之構成的耐用性有問題。
本發明以在使用氣液二態高速旋轉方式之微細氣泡產生裝置中，提高對螺旋流路之高壓流體的耐用性為課題。
本發明之旋轉通路形成體裝設於微細氣泡產生裝置，該微細氣泡產生裝置係將通過螺旋通路而加壓之液體供給至噴嘴內，在噴嘴內產生旋轉流，使用藉由旋轉流而產生之負壓將氣體導入噴嘴內，形成氣液二態旋轉流，藉由從噴嘴出口噴出氣液二態旋轉流，剪切氣液二態流體，而產生微細氣泡，其特徵為具備：本體，其係由圓柱部與圓錐台部構成，並沿著中心軸形成有用於引導氣體之氣體導入孔；螺旋狀之葉片，其係沿著圓柱部之外周面而形成；及外側圓筒部，其係形成於葉片之外周緣。
葉片之入口部宜豎起，藉此降低供給之液體的壓力損失，藉由提高噴出之液體流速，可產生強旋轉流。葉片設有複數個，複數個葉片之各個宜在中心軸方向不重疊。藉此，可以鑄型將螺旋通路形成體一體成形。又，複數個葉片宜由偏差180°而配置之2片葉片構成，各葉片包含外周面之半周而形成。再者，本體、葉片、外側圓筒部宜藉由鑄型成形而一體性形成。例如旋轉通路形成體由聚苯硫醚(PPS，polyphenylene sulfide)樹脂形成。
本發明之微細氣泡產生裝置係使用上述螺旋通路形成體之上述任何一種微細氣泡產生裝置，其特徵為進一步具備：液體供給部，其係裝設於噴嘴中；及氣體供給部，其係設於液體供給部中；螺旋通路形成體嵌插於形成在噴嘴內之圓筒形的收容部，收容部中設有接受螺旋通路形成體之外側圓筒部的階部。
液體供給部嵌插於噴嘴而固定於噴嘴上，嵌插於噴嘴之液體供給部的前端部抵接於螺旋通路形成體之外側圓筒部，螺旋通路形成體保持於階部與前端部之間。沿著液體供給部之液體通路內配置來自氣體供給部之氣體導入管，氣體導入管連結於螺旋通路形成體之氣體導入孔。
本發明可在使用氣液二態高速旋轉方式之微細氣泡產生裝 置中，提高對螺旋流路之高壓流體的耐用性。
10‧‧‧微細氣泡產生裝置
11‧‧‧噴嘴
12‧‧‧液體供給部
12A‧‧‧前端部
13‧‧‧氣體供給部
14‧‧‧槽壁面
15‧‧‧肩部
16‧‧‧螺帽
17‧‧‧L字形之液體通路
18‧‧‧管接頭部
19‧‧‧螺旋通路形成體
20‧‧‧收容部
20A‧‧‧階部
21‧‧‧縮徑部
22‧‧‧氣液混合部
23‧‧‧小孔
24‧‧‧氣體導入管
25‧‧‧氣體導入孔
26‧‧‧L字形的氣體通路
27‧‧‧管接頭
28‧‧‧流量調整閥
29‧‧‧螺旋通路形成體本體
29A‧‧‧圓柱部
29B‧‧‧圓錐台部
30A、30B‧‧‧螺旋狀葉片
31‧‧‧外側圓筒部
32A、32B‧‧‧螺旋通路入口部
L‧‧‧液體
θ1、θ2‧‧‧角度
R‧‧‧角部
第一圖係本實施形態之微細氣泡產生裝置的側剖面圖。
第二圖係螺旋通路形成體之俯視圖、側視圖、底視圖。
第三圖係螺旋通路形成體之剖面圖、箭視圖。
第四圖係螺旋通路形成體之變形例的剖面圖。
以下參照圖式說明本發明之實施形態。第一圖係顯示本發明一種實施形態之微細氣泡產生裝置的構成之剖面圖。
微細氣泡產生裝置10具備使液體中產生微型氣泡等微細氣泡之噴嘴11、供給加壓之液體至噴嘴11的液體供給部12、及供給氣體至噴嘴11之氣體供給部13。噴嘴11例如固定於貯存液體L之槽的壁面14，其前端配置於液體L內。
本實施形態之噴嘴11具備肩部15，噴嘴11之前端插入形成於壁面14之孔中，在噴嘴11之前端螺裝螺帽16，藉由在肩部15與螺帽16之間把持壁面14，而將噴嘴11固定於槽壁面14。
在噴嘴11之基部側氣密性嵌插液體供給部12之一端(前端部12A)。又，在液體供給部12之另一端設置氣體供給部13。液體供給部12例如具備L字形之液體通路17，其外形亦呈現沿著L字型之外形。第一圖中，在延伸於側方之開口端設置管接頭部18，在管接頭部18上連接與加壓泵等連接之管(無圖示)。亦即，從加壓泵加壓之液體向液體通路17供給。
又，液體通路17之另一方開口端向形成於噴嘴11內之旋轉對稱的空間連接。該旋轉對稱之空間中設置收容後述之螺旋通路形成體19的大直徑圓筒空間(收容部)20，在其前方設置圓錐狀縮徑之縮徑部21。此外，在縮徑部21前方設置生成氣液二態旋轉流之小直徑的圓筒空間(氣液混合部)22。氣液混合部22在其前端，一端縮徑後開口於噴嘴外部。
在連接於噴嘴11之液體通路17的開口相反側(彎曲成L字之根部)形成小孔23，來自氣體供給部13之氣體導入管24氣密性相通。向液體通路17內伸出之氣體導入管24沿著液體通路17之概略中央延伸，其前端部裝設於收容部20中安裝之螺旋通路形成體19的氣體導入孔25中。
氣體供給部13中形成有流通氣體之L字形的氣體通路26，在伸出於側方之開口端設置管接頭27。亦即，希望之氣體從連接於管接頭27之管(無圖示)向氣體通路26供給。又，在氣體通路26之例如L字彎曲部設置針型螺桿(Needle screw)等流量調整閥28，進行向氣體導入管24供給之氣體流量的調整。
其次，參照第二圖、第三圖，說明本實施形態中之螺旋通路形成體19的構造。另外第二(a)圖~第二(c)圖係本實施形態之螺旋通路形成體19的俯視圖、側視圖、底視圖，第三(a)圖係第二(b)圖之A-A'剖面圖，第三(b)圖、第三(c)圖係從第二(c)圖之B方向、C方向的箭視圖(除去外周圓筒部)。
如第二圖、第三圖所示，螺旋通路形成體19之本體29由圓柱狀之圓柱部29A與從圓柱部29A之下端突出成圓錐台形狀的圓錐台部29B構成，在圓柱部29A之外周面設置一對螺旋狀之葉片30A、30B。又，在螺旋狀之葉片30A、30B的外周緣設置圓筒狀之外側圓筒部31。本實施形態中，外側圓筒部31之高度例如等於圓柱部29A之高度，圓錐台部29B之底面外徑等於圓柱部29A之外徑。另外，在本體29之中心，沿著圓柱軸(圓錐軸)形成氣體導入孔25。
本實施形態中，螺旋狀之葉片30A、30B，係以本體29之中心軸為中心，從隔開180°之位置開始，分別沿著圓柱部29A之外周面包含半周(180°)而設置。亦即，本實施形態如雙重螺旋，各葉片在軸方向不重疊。
又，形成螺旋通路之葉片30A、30B在接近頂面豎起，而形成螺旋通路入口部32A、32B(特別是參照第三(c)圖)。如第二(a)圖所示，螺旋通路入口部32A、32B設於本體29之軸為中心的角θ1範圍，剩餘之角θ2範圍形成導程角為一定之葉片30A、30B的本體部。角度θ1、θ2例如公 差為±10°，而分別設定為30°、150°，葉片30A、30B之本體部分(角θ2之範圍)的導程角例如設定為5°~10°。又，螺旋通路入口部32A、32B之豎起部分之末端部(上游側)概略為90°。
其次，參照第一圖、第三圖，說明螺旋通路形成體19對收容部20之固定方法。
在噴嘴11之收容部20與縮徑部21的連接部，形成具有與外側圓筒部31之厚度概略同一尺寸寬的階部20A。將螺旋通路形成體19裝設於收容部20時，外側圓筒部31之外周面與收容部20之內周面密接，外側圓筒部31之下端部抵接於階部20A。
另外，液體供給部12之前端部12A呈現與外側圓筒部31概略同一直徑、概略同一厚度之圓筒形狀，將螺旋通路形成體19裝設於收容部20後，液體供給部12裝設於噴嘴11時，前端部12A抵接於外側圓筒部31之上端部。藉此，螺旋通路形成體19之位置在收容部20內固定。另外，本實施形態此時螺旋通路形成體19之圓錐部29B的前端位於氣液混合部22之入口高度。
其次，參照第一圖說明使用以上構成之氣液二態旋轉流體生成過程與微細氣泡生成過程的概略。
供給至液體通路17之加壓流體從螺旋通路形成體19之入口部(32A、32B)，導向沿著螺旋狀之葉片(30A、30B)的縮徑部21而周方向朝下噴出。液體沿著縮徑部21之圓錐面螺旋狀地導向氣液混合部22，進一步加速而沿著氣液混合部22之圓筒內周面進行高速旋轉，並朝向噴嘴前端部之開口流動。藉此，在氣液混合部22之中心產生負壓，從氣體導入管24沿著圓筒軸吸引氣體至氣液混合部22，而形成氣液二態旋轉流體。該氣液二態旋轉流體從縮徑之氣液混合部22的前端開口部向噴嘴外部噴出並開放，在該過程剪切氣液二態旋轉流體而產生微細氣泡。
如以上所述，按照本實施形態時，因為設於微細氣泡產生裝置中使用之螺旋通路形成體的螺旋狀葉片之周緣藉由圓筒部補強，所以即使對於高壓力之液體，仍可賦予葉片充分之強度。
又，本實施形態因為設置複數個螺旋狀之葉片，並且此等在 軸方向不重疊，所以可藉由鑄型成形將螺旋通路形成體一體地成形。但是，欲如此在軸方向不重疊，無法如先前例採用雙重螺旋構造，螺旋通路之長度縮短。因而，螺旋流之助起動距離縮短，旋轉流之效率降低。雖然考慮藉由增大供給此之流體壓力來彌補，不過，提高壓力，使螺旋通路之流速增大時，在螺旋通路入口部分之壓力損失增大。
因而，本實施形態係藉由豎起螺旋通路之入口部分，防止流動方向急遽變化，減低損失之發生。藉此，本實施形態因為使用鑄型成形，所以可縮短螺旋通路之長度，並且產生強旋轉流。
另外，本實施形態之螺旋間距在入口部係不連續地變更，不過在整個螺旋通路或入口部亦可構成朝向入口連續地增大間距。
例如，螺旋通路形成體由聚苯硫醚(PPS)樹脂形成。
另外，第四圖顯示螺旋通路形成體之變形例。第四圖所示之變形例，係將連接外側側壁31與葉片30A、30B、圓柱部29A之角部設為R(形成圓弧等之彎曲形狀)，抑制在流入由此等壁面所形成之通路內的流體之角部產生渦流，以減低阻力。
10‧‧‧微細氣泡產生裝置
11‧‧‧噴嘴
12‧‧‧液體供給部
12A‧‧‧前端部
13‧‧‧氣體供給部
14‧‧‧槽壁面
15‧‧‧肩部
16‧‧‧螺帽
17‧‧‧L字形之液體通路
18‧‧‧管接頭部
19‧‧‧螺旋通路形成體
20‧‧‧收容部
20A‧‧‧階部
21‧‧‧縮徑部
22‧‧‧氣液混合部
23‧‧‧小孔
24‧‧‧氣體導入管
25‧‧‧氣體導入孔
26‧‧‧L字形的氣體通路
27‧‧‧管接頭
28‧‧‧流量調整閥
L‧‧‧液體

Claims (10)

  1. 一種旋轉通路形成體，係裝設於微細氣泡產生裝置，該微細氣泡產生裝置係將通過螺旋通路而加壓之液體供給至噴嘴內，在前述噴嘴內產生旋轉流，使用藉由前述旋轉流而產生之負壓將氣體導入前述噴嘴內，形成氣液二態旋轉流，藉由從噴嘴出口噴出前述氣液二態旋轉流，剪切前述氣液二態旋轉流，而產生微細氣泡，其特徵為具備：本體，其係由圓柱部與圓錐台部構成，並沿著中心軸形成有用於引導前述氣體之氣體導入孔；螺旋狀之葉片，其係沿著前述圓柱部之外周面而形成；及外側圓筒部，其係形成於前述葉片之外周緣，其中前述葉片之入口部被豎起。
  2. 如申請專利範圍第1項之旋轉通路形成體，其中設置複數個前述葉片，前述複數個葉片之各個在前述中心軸方向不重疊。
  3. 如申請專利範圍第2項之旋轉通路形成體，其中前述複數個葉片由偏差180°而配置之2片葉片構成，各葉片包含外周面之半周而形成。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項之旋轉通路形成體，其中前述本體、葉片、外側圓筒部藉由射出成形而一體性形成。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之旋轉通路形成體，係由聚苯硫醚(PPS)樹脂形成。
  6. 如申請專利範圍第4項之旋轉通路形成體，係由聚苯硫醚(PPS)樹脂形成。
  7. 一種微細氣泡產生裝置，係申請專利範圍第1項至第6項中任一項之微細氣泡產生裝置，其特徵為進一步具備：液體供給部，其係裝設於前述噴嘴；及氣體供給部，其係設於前述液體供給部；前述螺旋通路形成體嵌插於形成在前述噴嘴內之圓筒形的收容部，前述收容部設有接受前述螺旋通路形成體之外側圓筒部的階部。
  8. 如申請專利範圍第7項之微細氣泡產生裝置，其中前述液體供給部嵌插於前述噴嘴而固定於前述噴嘴上，嵌插於前述噴嘴之前述液體供給部的前端部抵接於前述螺旋通路形成體之外側圓筒部，前述螺旋通路 形成體保持於前述階部與前述前端部之間。
  9. 如申請專利範圍第8項之微細氣泡產生裝置，其中沿著前述液體供給部之液體通路內配置來自前述氣體供給部之氣體導入管，前述氣體導入管連結於前述螺旋通路形成體之氣體導入孔。
  10. 一種微細氣泡產生裝置，裝設有旋轉通路形成體，該旋轉通路形成體具備本體，其係由圓柱部與圓錐台部構成，並沿著中心軸形成有用於引導前述氣體之氣體導入孔；螺旋狀之葉片，其係沿著前述圓柱部之外周面而形成；及外側圓筒部，其係形成於前述葉片之外周緣，該微細氣泡產生裝置係將通過螺旋通路而加壓之液體供給至噴嘴內，在前述噴嘴內產生旋轉流，使用藉由前述旋轉流而產生之負壓將氣體導入前述噴嘴內，形成氣液二態旋轉流，藉由從噴嘴出口噴出前述氣液二態旋轉流，剪切前述氣液二態旋轉流，而產生微細氣泡，其特徵為進一步具備：液體供給部，其係裝設於前述噴嘴；及氣體供給部，其係設於前述液體供給部；前述螺旋通路形成體嵌插於形成在前述噴嘴內之圓筒形的收容部，前述收容部設有接受前述螺旋通路形成體之外側圓筒部的階部。
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