WO2007089013A1 - 気液体発生装置 - Google Patents

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WO2007089013A1
WO2007089013A1 PCT/JP2007/051895 JP2007051895W WO2007089013A1 WO 2007089013 A1 WO2007089013 A1 WO 2007089013A1 JP 2007051895 W JP2007051895 W JP 2007051895W WO 2007089013 A1 WO2007089013 A1 WO 2007089013A1
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liquid
liquid discharge
cylindrical member
discharge port
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Osamu Matsumoto
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Osamu Matsumoto
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K63/00—Receptacles for live fish, e.g. aquaria; Terraria
    • A01K63/04—Arrangements for treating water specially adapted to receptacles for live fish
    • A01K63/042—Introducing gases into the water, e.g. aerators, air pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2326—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles adding the flowing main component by suction means, e.g. using an ejector
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    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
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    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/238—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using vibrations, electrical or magnetic energy, radiations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components
    • B01F25/104—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components characterised by the arrangement of the discharge opening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/84—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations for material continuously moving through a tube, e.g. by deforming the tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/86—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with vibration of the receptacle or part of it
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/74—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • C02F1/36—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a gas / liquid generator, and more particularly to a gas / liquid generator capable of generating fine bubbles in a liquid with a simple structure.
  • a bubble generator that generates fine bubbles in a liquid is expected to be used in various fields.
  • the atmosphere and other gases oxygen, carbon dioxide, nitrogen, etc.
  • water tap water, seawater, river water, lake water, purification water, etc.
  • water used for changing liquid properties, purifying water, and reviving water environments.
  • it is expected to be used in the aquaculture industry and general households (baths, kitchens, toilets, etc.).
  • a container body having a bottomed cylindrical or megaphone-shaped space, a pressurized liquid introduction port opened in a tangential direction to a part of the inner wall circumferential surface of the container body, and a container body
  • a swirling fine bubble generating device configured by a gas introducing hole opened at the bottom and a swirling gas-liquid mixture outlet opening opened at the front of the container body (see Patent Document 1).
  • the conventional bubble generating apparatus is described as follows. That is, when the pressurized liquid is pumped from the pressurized liquid inlet, a swirling flow is generated in the inside thereof, and a negative pressure portion is formed near the cylindrical tube axis. The negative pressure causes the gas to be sucked from the gas introduction hole, and the gas passes through the vicinity of the tube axis having the lowest pressure, thereby forming a thin string-like swirling gas cavity. The swirling gas cavity is broken by the pressurized liquid from the pressurized liquid inlet, and fine bubbles are generated at that time.
  • the fog generator can be used for various purposes as follows. For example, desalination of seawater and accompanying salt purification. This is because the seawater is finely atomized and heated The water component is separated from salt and the like by instantaneous evaporation. By cooling the evaporated water, fresh water can be obtained and at the same time salt can be produced.
  • a fine powder is generated by finely atomizing a solvent mixed with metal, paint material, cosmetic material, etc., and contacting the finely atomized droplets with hot air or the like to dry instantly.
  • This is effective for cooling down the high temperature state due to the heat island phenomenon, countermeasures against heat stroke, and controlling the high temperature state using the display. Specifically, in summer, by releasing fine mist into the space, the environment of the space where many people gather is controlled (cooling down, dusting down).
  • It can also be used for disaster prevention and fire extinguishing facilities. This can be used as a dust control device to prevent dust explosions, or as an alternative device for sprinkler heads (demonstrating the same effect with a small amount of water).
  • Patent Document 1 Pamphlet of WOOOZ69550 (Fig. 1)
  • the conventional example has the following problems. That is, gas-liquid generation In order to generate fine bubbles with the bubble generating device as a raw device, it is necessary to stabilize the flow of liquid in the space of the container body. For this reason, all the conditions such as the dimensions of each part of the container body, the introduction pressure of the pressurized liquid, and the back pressure in the liquid in which the bubble generating device is installed must be prepared. On the other hand, in the conventional bubble generating device, the space in the container body is a simple cylindrical shape or a megaphone shape. Therefore, if any of the conditions is not satisfied, the liquid flow in the space is stabilized. There is a possibility that no bubbles are generated, or even if fine bubbles are not generated! As described above, the conventional bubble generator has a problem that the installation and condition setting of the bubble generator are complicated because the allowable range of conditions for generating fine bubbles is narrow.
  • An object of the present invention is to provide a gas-liquid generator that solves each of the problems described above, and an apparatus main body in which a cylindrical inner space is formed by a cylindrical inner surface and a circular inner surface; Cylindrical inner surface force
  • the first fluid is injected in a circumferential direction into at least one inner cylindrical member that is spaced apart and disposed in the inner space, and the tubular space between the cylindrical inner surface and the inner cylindrical member.
  • the inner cylindrical member is concentric with the center axis of the columnar inner space and the circle. It is configured to be fixed to the inner surface of the shape.
  • At least two of the inner cylindrical members having different diameters are arranged, and sequentially fixed to one circular inner surface and the other circular inner surface in accordance with the size of the diameter. Yes.
  • the distance between the cylindrical inner surface and the inner cylindrical member and the distance between the inner cylindrical members are all equal.
  • the separation distance is a value obtained by gradually decreasing the radius of the cylindrical inner surface by a multiple of 2 or a multiple of 3.
  • the second fluid introduction part is configured to be formed in a central region of the circular inner surface.
  • the gas liquid discharge port is configured to be formed in a central region of the circular inner surface.
  • the second fluid introduction part and the gas liquid discharge port are formed on the different circular inner surfaces.
  • the gas liquid discharge port is formed on one of the circular inner surfaces also serving as the second fluid introduction portion, and an end portion of a gas introduction pipe for introducing gas in the vicinity of the gas liquid discharge port
  • the arrangement is to arrange
  • the gas-liquid discharge port includes a cylindrical opening formed on a circular inner surface side of the apparatus main body.
  • the combined force of the frustum-shaped opening that expands with the directional force toward the outside of the device body is adopted.
  • a configuration is adopted in which a tubular gas / liquid discharge pipe is provided outside the apparatus main body and around the gas / liquid discharge port.
  • the first fluid introduction part is configured to be provided on either the cylindrical inner surface or the circular inner surface.
  • the first fluid introduction part has a circular cross section, and the inner diameter thereof is equal to the distance between the cylindrical inner surface and the inner cylindrical member. /
  • the apparatus main body includes a tubular auxiliary pipe extending from the second fluid introduction part to the vicinity of the gas liquid discharge port, and adopts such a configuration.
  • the gas-liquid discharge pipe has a configuration in which an ultrasonic transducer is provided.
  • an end face wall in which the gas-liquid discharge port is formed is formed by an ultrasonic vibrator.
  • the gas-liquid discharge pipe is formed of an ultrasonic vibrator, and the ultrasonic vibrator includes a tubular member made of a metal magnetic material and a conductive coil wound around the surface of the tubular member. It has the structure of being.
  • the ultrasonic transducer is configured to be attached to the apparatus main body via a buffer member.
  • the gas-liquid generator since the gas-liquid generator has a multi-tube structure, stable swirling energy can be obtained between the cylindrical inner surface of the apparatus main body and the inner cylindrical member. Even if the gas pressure and flow velocity are low, it is possible to stably generate fine bubbles and fog. At the same time, a bubble generator (10 liters Z to 300 liters Z) or a mist generator as a small to large gas-liquid generator can be easily configured. Further, since the bubble generating device has a structure for sucking gas by swirling the liquid, a complicated mechanism for introducing the gas can be omitted. This also applies to a fog generator that draws liquid by swirling gas. Furthermore, since the allowable range of conditions for generating fine bubbles or fine mist is wide, bubbles and mists can be generated sufficiently even if the tolerance of the constituent materials is large. For this reason, mass production is also possible.
  • FIG. 1 is a gas / liquid generator (bubble generator, fog generator) according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (A) is a top view
  • FIG. 1 (B) is
  • FIG. Fig. 1 (C) is a left side view
  • Fig. 1 (D) is a right side view.
  • FIG. 2 (A) is a cross-sectional view of a gas-liquid generator (bubble generator, fog generator), and FIG. 2 (B) is an enlarged view of region P in FIG. 2 (A). Indicates the liquid outlet.
  • FIG. 3 (A) shows a cross-sectional view taken along line A—A in FIG. 3 (B), and FIG. 3 (B) shows B in FIG. 3 (A). — A cross-sectional view along line B is shown.
  • FIG. 4 Cross-sectional view explaining the relationship between the diameter ratio DbZDa between the side wall and the inner cylindrical member and the bubble (fog) generation characteristics.
  • FIG. 6 (A) is an axial sectional view
  • FIG. 6 (B) is a transverse sectional view. .
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the change in the diameter of the inner cylindrical member and the gas-liquid discharge direction when the inner cylindrical member is double.
  • FIG. 7 (A) is an axial sectional view
  • FIG. B) is a cross-sectional view in the transverse direction.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the change in the diameter of the inner cylindrical member and the gas-liquid discharge direction when the inner cylindrical member is triple, FIG. 8 (A) is an axial sectional view, and FIG. B) is a cross-sectional view in the transverse direction.
  • FIG. 9 is a view showing a modified example in which the position of the liquid injection portion is changed with respect to the gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) disclosed in FIG. 1, and FIG. FIG. 9B is a cross-sectional view in the transverse direction.
  • gas-liquid generator bubble generator, mist generator
  • FIG. 10 is a view showing a gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 (A) is an axial sectional view
  • FIG. ) Is a cross-sectional view in the transverse direction.
  • FIG. 11 A view showing a gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 11 (A) is an axial sectional view
  • FIG. ) Is a cross-sectional view in the transverse direction
  • FIG. 12 is a view showing a gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 12 (A) is an axial sectional view
  • FIG. B) is a cross-sectional view in the transverse direction.
  • FIG. 13 is a view showing a gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 13 (A) is an AA line in FIG. 13 (B). FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 13A.
  • gas-liquid generator bubble generator, mist generator
  • FIG. 14 is a view showing a gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 14 (A) is an AA line in FIG. 14 (B). 14B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 14A.
  • gas-liquid generator bubble generator, mist generator
  • FIG. 15 is a view showing a gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) according to a seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 15 (A) is a left side view
  • FIG. ) Is a front view.
  • FIG. 16 is a view showing a gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) according to an eighth embodiment of the present invention
  • FIG. 16 (A) is a left side view
  • FIG. 16 (B ) Is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 16 (A).
  • FIG. 17 is a view showing a gas / liquid generator (bubble generator, mist generator) according to a ninth embodiment of the present invention
  • FIG. 17 (A) is a left side view
  • FIG. 17 (B ) Is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 17 (A).
  • FIG. 18 is a view showing a gas-liquid generator (bubble generator, mist generator) according to a tenth embodiment of the present invention
  • FIG. 18 (A) is a left side view
  • FIG. 18 (B ) Is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 18 (A).
  • a gas-liquid generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • a bubble generating device will be described as an example of a gas liquid generating device.
  • the bubble generating device has a device main body in which a cylindrical inner space is formed by a cylindrical inner surface and a circular inner surface, and is disposed in the inner space at a distance from the cylindrical inner surface force.
  • the first fluid introduction part (hereinafter referred to as “liquid injection part”) for injecting the liquid, which is the first fluid, in the circumferential direction into the tubular space between the inner cylindrical member and the cylindrical inner surface and the inner cylindrical member.
  • a second fluid introduction part (hereinafter referred to as “gas introduction port”) that is provided on the circular inner surface and introduces a gas that is the second fluid, and a gas liquid discharge port.
  • a bubble generating device 1 includes a device main body 9 in which a cylindrical inner space is formed by a side wall 3 having a cylindrical inner surface 3a and end surface walls 5 and 7 having circular inner surfaces 5a and 7a. ing.
  • the end face of the apparatus body 9 is generally closed by circular end face walls 5 and 7, respectively.
  • a gas inlet 41 and a gas / liquid outlet 51 are formed on each of the circular inner surfaces 5a and 7a. Details of the gas inlet 41 and the gas liquid outlet 51 will be described later.
  • the apparatus main body 9 is configured by a bottomed cylindrical member cover.
  • the present invention is not limited to this, and the internal space is merely a substantially columnar shape. Because it is good, the outer shape may be a cubic shape or other shapes.
  • each end wall 5, 7 must be However, a rectangular shape or other shapes may be used according to the outer shape of the apparatus main body 9 which does not need to be circular.
  • the cylindrical side wall 3 and the circular end surface walls 5 and 7 are integrally configured, but the present invention is limited to this. Each of them may be manufactured as a separate member and then joined. Alternatively, the side wall 3 and one end face wall 5 may be integrally formed, and the other end face wall 7 may be joined afterwards.
  • the strength of the apparatus main body 9 is based on this pressure as long as it can withstand the pressure of the liquid injected from the liquid injection section 31 to be described later! And the thickness of each end wall 5, 7 is set.
  • the present invention is not limited to this aspect.
  • the thickness of wall 3 may be less than the thickness of each end wall 5, 7 or vice versa. Further, the thicknesses of the end face walls 5 and 7 may be set to be different from each other.
  • the device body 9 has a “cylindrical” internal space and! /, Which means that it does not mean a cylinder in a strict sense, but is substantially identical to a cylinder. This includes the things that can be done.
  • the outer diameter of the side wall 3 is about 56 mm, and the diameter of the cylindrical inner surface 3a is about 50 mm.
  • the thickness of the side wall 3 is about 3 mm, and the thickness of each end face wall 5, 7 is also set to about 3 mm.
  • the external length of the device body 9 is about 81 mm, and the length of the internal space is about 75 mm.
  • these dimensions are merely examples, and are not limited to these.
  • the inner cylindrical member 21 is disposed substantially concentrically with the columnar inner space.
  • the position of the central axis X (see FIG. 1 (B)) passing through the center of the circular cross section when the internal space of the apparatus body 9 is regarded as a cylinder and the position of the central axis of the internal cylindrical member 21 are different. It is that I have done.
  • One end 23 of the inner cylindrical member 21 is fixed to the inner wall surface 5a of one end face wall 5, and the other end 25 of the inner cylindrical member 21 extends toward the other end face wall 7 in a direction.
  • the other end 25 of the inner cylindrical member 21 does not reach the other end face wall 7 of the apparatus main body 9. For this reason, a predetermined gap is provided between the circular inner surface 7a of the other end wall 7 and the other end 25 of the inner cylindrical member 21.
  • the internal cylindrical member 21 is made of a member separate from the apparatus main body 9, and is then coupled to each other.
  • the present invention is not limited to this and is integrated with the apparatus main body 9. You may comprise. Further, it may be made of the same material as the apparatus main body 9 or may be made of a different material. It should be noted that the expression “cylindrical” is used for the inner cylindrical member 21 This does not mean a cylinder in a strict sense, but also includes a thing that can be substantially equated with a cylinder. Needless to say.
  • a tubular space is formed between the cylindrical inner surface 3 a of the apparatus main body 9 and the outer peripheral surface of the inner cylindrical member 21.
  • a columnar space is formed inside the inner cylindrical member 21.
  • the tubular space and the columnar space communicate with each other in the vicinity of the circular inner surface 7a of the end wall 7.
  • the outer diameter is about 30 mm, and the inner diameter is about 26 mm.
  • the thickness of the cylindrical inner wall 21 is about 2 mm, and the length of the inner cylindrical member 21 is about 65 mm.
  • the other end face 25 of the inner cylindrical member 21 is spaced from the other end face wall 7 by about 10 mm.
  • these dimensions are merely examples, and are not limited to these.
  • the liquid injection part 31 is for injecting pressurized liquid into the internal space of the apparatus body 9.
  • the liquid injection part 31 according to the present embodiment is an opening formed at a predetermined location on the side wall 3 of the apparatus body 9.
  • a liquid injection pipe 33 is attached to the opening, and a pressurized liquid supply source (not shown) (for example, A pressure pump is connected!
  • the position of the liquid injection portion 31 is uniform along the circumferential direction of the tubular space. It is set to allow flow in the direction.
  • the liquid injection part 31 is oriented along the tangential direction of the side wall 3 of the apparatus body 9 and the inner cylindrical member 21.
  • the direction is not limited to a complete tangential direction, but may be a direction in which at least the liquid rotates in a constant circumferential direction inside the apparatus main body 9.
  • the position of the liquid injection part 31 and the liquid injection pipe 33 when the bubble generating device 1 is viewed from the side is a force biased to the left of the circular cross section as shown in FIG.
  • the force is set so that the center of the injection portion 31 is located at the center of the tubular space.
  • the present invention is not limited to this, and the liquid flow force from the liquid injection part 31 may be biased to either side as viewed from the central axis X of the apparatus body 9.
  • the inner diameter of the liquid injection part 31 and the liquid injection pipe 33 can be set variously.
  • the cylindrical inner surface 3a of the side wall 3 and the outer peripheral surface of the inner cylindrical member 21 The diameter is almost equal to the gap between them. This is a force having a dimension sufficient and sufficient to impart a circumferential flow to the liquid inside the apparatus main body 9.
  • the diameter may be smaller than the gap that does not need to be completely matched, or may be larger than the gap.
  • the liquid injection tube 33 of the present embodiment is a tubular member made separately from the device main body 9, and the liquid injection tube 33 is joined to the side wall 3 of the device main body 9.
  • the present invention is not limited to this and may be configured integrally with the apparatus main body 9.
  • the material of the liquid injection tube 33 may be the same as the material of the apparatus body 9 or may be different.
  • the inner diameter of the liquid injection part 31 is set to about 10 mm. However, this dimension is only an example, and is not limited to these.
  • the gas inlet 41 will be described. As described above, the gas inlet 41 is formed on the circular inner surface 5a of the one end wall 5 of the apparatus body 9. In this embodiment, it is arranged in the central region of the circular inner surface 5a. Since the gas inlet 41 is arranged concentrically with the central axis X of the device body 9, it passes through the end wall 5 from the circular inner surface 5a. The internal space of the device main body 9 is communicated with the outside. However, it need not be formed concentrically with the central axis X of the apparatus body 9 and may be formed in a direction having a predetermined angle with the central axis X. Although the diameter of the gas inlet 41 in this embodiment is set to about lmm, it may be smaller than that or may be larger than lmm if necessary.
  • a tubular adapter 43 having a predetermined length is provided outside the one end wall 5 and around the gas inlet 41.
  • the tubular adapter 43 is connected to a pipe (not shown) for introducing gas.
  • a pipe not shown
  • FIG. 2 (A) is a sectional view showing the entire bubble generating device 1
  • FIG. 2 (B) is an enlarged view of a region P in FIG. 2 (A).
  • the gas liquid discharge port 51 is formed in the central region of the circular inner surface 7a of the other end face wall 7 of the apparatus main body 9, and allows the inside and the outside of the apparatus main body 9 to communicate with each other.
  • the specific shape of the gas-liquid discharge port 51 is from a circular inner surface 7a of the other end wall 7 to a predetermined range (for example, about half the thickness of the end wall 7).
  • the angle of the frusto-conical inclination is set to about 30 °.
  • the inner diameter of the gas liquid outlet 51 is set to about 5 mm.
  • this dimension is only an example and is not limited to these.
  • the size is set to about 1/12 of the diameter. In addition, it may be about 1/2 of the inner diameter of the liquid introduction pipe 33.
  • a gas / liquid discharge pipe 53 having a predetermined length is provided outside the other end face wall 7 and around the gas / liquid discharge port 51.
  • the gas-liquid discharge pipe 53 is attached to make the bubbles finer as described later. However, even if this gas-liquid discharge pipe 53 is not provided, fine bubbles are generated, which is not essential for the present invention.
  • a predetermined liquid is injected from the liquid injection portion 31 via the liquid injection tube 33.
  • the liquid swirls clockwise in the tubular space of the internal space as seen from the side of the one end wall 5 as shown in FIG.
  • centrifugal force F due to swirling acts on the liquid.
  • the liquid flows in a direction toward the other end face wall 7 while swirling.
  • the liquid that has flowed to the other end face wall 7 flows into the inner cylindrical member 21 while maintaining the swiveling motion.
  • Centrifugal force F is also exerted on the liquid flowing into the inner cylindrical member 21, and the liquid returns along the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 21 toward the one end wall 5. Further, the liquid that has reached the vicinity of one end face wall 5 flows toward the other end face wall 7 along the central region of the inner cylindrical member 21. At this time, centrifugal force F acts on the liquid due to the swirling, and the central portion of the inner cylindrical member is in a low pressure state. If the outside is higher than the pressure, gas is introduced from the gas inlet 41. Then, the introduced gas becomes a gas vortex 61 in the liquid, and reaches the other end wall 7 side by the liquid flowing in the opposite direction toward the other end wall 7 while swirling.
  • the liquid and the gas vortex 61 suddenly become unstable at the gas / liquid discharge port 51, and the gas vortex 61 is forcibly cut to generate a large amount of fine bubbles.
  • the bubbles in the gas-liquid are cut into finer bubbles in the gas-liquid discharge pipe 53.
  • the bubbles are further finely cut due to the mass difference from the external environment (atmosphere, liquid, etc.), resulting in the generation of a large amount of ultrafine bubbles. I ’m going to do something.
  • FIG. 4 The applicant has created a bubble generating device 1 having various dimensions as described below, and has found a condition that can generate bubbles appropriately.
  • the length of the internal space of the device main body 9 is La
  • the length of the internal cylindrical member 21 is Lb
  • the diameter of the device main body 9 is Da and the diameter of the inner cylindrical member 21 are Db.
  • the inner diameter of the liquid injection part 31 is C.
  • the diameter Da of the apparatus main body 9 and the diameter Db of the inner cylindrical member 21 are the respective thicknesses. Since the measurement is based on the center position, it does not always match the inner or outer diameter. However, since the thickness of the side wall 3 and the inner cylindrical member 21 of the device main body 9 is smaller than the respective diameters, it does not significantly affect the change in the characteristics of the bubble generating device la.
  • 4 (C) and 4 (D) are examples of the bubble generating device lb when the diameter Db of the inner cylindrical member 21 is reduced.
  • LbZL a was in the range of 0.66 to 0.88.
  • the liquid injection part 31 was provided on the right circular inner surface 5a side, and its inner diameter was set to l / 6'Da.
  • the inner cylindrical member 21 was fixed to the right circular inner surface 5a. In this example, the gas / liquid containing bubbles is discharged to the left.
  • 5 (A) and 5 (B) are examples of the bubble generating device Id when the diameter Db of the inner cylindrical member 21 is further reduced.
  • the inner diameter of the liquid injection part 31 was set to l / 8'Da.
  • the inner cylindrical member 21 has a circular inner surface on the right side. Fixed to 5a. In this specific example, the gas liquid containing bubbles is discharged from the right side.
  • FIGS. 5 (C) and 5 (D) are examples of the bubble generating device le when the inner cylindrical member 21 is fixed to the left circular inner surface 7a.
  • LbZLa 0.80-0.90, especially 0.875 was obtained.
  • the inner diameter of the liquid injection part 31 was set to l / 8'Da.
  • the gas-liquid body containing bubbles is discharged to the right.
  • FIGS. 5 (E) and (F) are examples of the bubble generating device If when the diameter Db of the inner cylindrical member 21 is made smaller than the specific examples of FIGS. 5 (C) and (D). .
  • the inner diameter of the liquid injection part 31 was set to l / 6'Da. In this example, the gas liquid containing bubbles is discharged to the left.
  • FIG. 6 shows a case where the liquid injection part 31 is provided on the right side and the inner cylindrical member 21 is fixed to the right circular inner surface 5a.
  • the diameter of the inner cylindrical member 21 is 2/4 Da with respect to the diameter Da of the apparatus main body 9. That is, the distance between the side wall 3 of the apparatus main body 9 and the inner cylindrical member 21 is l / 4 Da, and the distance from the inner cylindrical member 21 to the central axis X of the apparatus main body 9 and the inner cylindrical member 21 is also l / 4 Da. It is. Experiments have confirmed that gas-liquid is discharged to the right side under such conditions.
  • FIG. 7 shows a specific example in which the liquid injection part 31 is provided on the right side and the internal cylindrical member 21 is provided in a double manner.
  • the outer inner cylindrical member 21a is fixed to the right circular inner surface 5a
  • the inner inner cylindrical member 21b is fixed to the left circular inner shape. Fixed to face 7a.
  • the diameter of the outer internal cylindrical member 21a is 4/6 Da with respect to the diameter Da of the apparatus body 9, and the diameter of the inner internal cylindrical member 21b is 2/6 Da. That is, the distance between the side wall 3 of the apparatus main body 9 and the outer inner cylindrical member 21a is l / 6 Da, and the distance between the outer inner cylindrical member 21a and the inner inner cylindrical member 21b is also l / 6 Da. Further, the distance from the inner cylindrical member 21b on the inner side to the central axis X of the apparatus main body and the inner cylindrical member is also l / 6 Da. Under these conditions, it was confirmed by experiments that the gas liquid also discharges the left side force.
  • FIG. 8 shows a specific example in which the liquid injection part is provided on the right side and the internal cylindrical member 21 is provided in a triple manner.
  • the outer inner cylindrical member 21a is fixed to the right circular inner surface 5a
  • the middle inner cylindrical member 21b is fixed to the left circular inner surface 7a
  • the inner inner cylindrical member 21c is fixed to the right. It is fixed to the circular inner surface 5a.
  • the diameter of the outer internal cylindrical member 21a is 6/8 Da with respect to the diameter Da of the apparatus body 9, and the diameter of the intermediate internal cylindrical member 21b is 4/8 Da.
  • the inner inner cylindrical member 21c has a diameter of 2/8 Da. That is, the distance from the side wall 3 of the apparatus main body 9 to the central axis X of the apparatus main body 9 via each internal cylindrical member 21 is 1/8 Da. Under these conditions, it was confirmed by experiments that gas liquid also discharges the rightward force.
  • the degree of freedom of the position where the liquid injection part 31 is installed is improved, and as a result, a design with a high degree of freedom is possible in the application of the bubble generating device.
  • the liquid injection part 31 and the liquid injection pipe 33 can be arranged in relation to the handle of the shower head, so that it is possible to design without a sense of incongruity with conventional shower heads. It is. [0075] [Second Embodiment]
  • the liquid injection part 131 of the present embodiment is a point where a tubular member bent in an L shape is used.
  • the liquid injection part 131 includes a first tubular part 131a that opens to the internal space of the apparatus body 9, and a second tubular part 131b that is connected to an external pressurized fluid source.
  • the first tubular portion 131 a is open toward the circumferential direction of the tubular space between the side wall 3 and the inner cylindrical member 21.
  • the second tubular portion 131b is inserted substantially perpendicularly to the surface of the side wall 3 of the apparatus main body 9, and is bent at a right angle at a position where it enters the internal space.
  • FIG. 1 a bubble generator 201 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • This embodiment has many parts in common with the first embodiment shown in FIG. For this reason, the description about the common part is abbreviate
  • This embodiment is different from the first embodiment in the structure of the liquid injection portion 231.
  • the liquid injection portion 231 of this embodiment uses a tubular member bent in an L shape. .
  • this embodiment is partially common to the second embodiment, but the installation position of the liquid injection part 231 is different.
  • the liquid injection part 231 is connected to a first tubular part 231a opened in the internal space of the apparatus body 9 and an external pressurized fluid source (not shown). And a tubular portion 231b.
  • the second tubular portion 231b is inserted substantially perpendicularly from the surface of the end wall 5 of the apparatus main body 9 to the circular inner surface 5a, and in a position where it enters the internal space. It is bent at a right angle in the circumferential direction. For this reason, the second tubular portion 231a is opened by force in the circumferential direction of the tubular space between the apparatus main body 9 and the inner cylindrical member 21.
  • the liquid injection portion 231 By configuring the liquid injection portion 231 in this manner, the liquid injection portion 231 is injected in the circumferential direction of the apparatus body 9.
  • the degree of freedom of the installation position of the liquid injection part 231 is improved while maintaining the target. In particular, it is convenient when the liquid injection part 231 cannot be installed on the side wall 3 of the apparatus main body 9.
  • FIG. 3 a bubble generator 301 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • This embodiment has many parts in common with the first embodiment shown in FIG. For this reason, the description about the common part is abbreviate
  • This embodiment differs from the first embodiment in the structure of the gas inlet and the gas liquid outlet.
  • the gas / liquid discharge port of this embodiment also serves as a gas inlet and is not provided separately. For this reason, in the following description, it demonstrates as a gas-liquid discharge port for convenience.
  • the shape of the gas-liquid discharge port 351 is the same as that shown in FIG. 1, and does not have a particularly different structure.
  • the gas introduction pipe 341 is installed in the vicinity of the gas liquid discharge port 351. Specifically, the gas liquid discharge pipe 353 passes through and the tip reaches the center of the gas liquid discharge port 351. The other end of the gas introduction pipe 321 communicates with the atmosphere and other gas supply sources (not shown).
  • a predetermined liquid is injected from the liquid injection portion 31 via the liquid injection tube 33.
  • the liquid swirls clockwise in the tubular portion of the internal space as seen from the side of the one end wall 305, as in the case of FIG. .
  • centrifugal force due to swirling acts on the liquid.
  • the liquid flows in a direction toward the other end face wall 7 while swirling.
  • the liquid that has flowed to the other end face wall 7 flows into the inner cylindrical member 21 while maintaining the swiveling motion.
  • Centrifugal force is also applied to the liquid that has flowed into the inner cylindrical member 21, and the liquid returns along the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 21 to the one end wall 305 side. Further, the liquid that reaches the vicinity of one end face wall 305 flows toward the other end face wall 7 along the central portion of the inner cylindrical member 21. At this time, centrifugal force is exerted on the liquid by the swirling, and the central portion of the inner cylindrical member 21 is in a low pressure state. The introduced gas becomes a gas vortex 361 in the liquid and reaches one end wall 305. At this time, the liquid and the gas vortex 361 suddenly become unstable at the gas / liquid discharge port 351, and the gas vortex is forcibly cut to generate a large amount of fine bubbles.
  • the bubbles in the gas liquid are cut into finer bubbles in the gas liquid discharge pipe 353.
  • the bubbles are further finely cut due to the mass difference from the external environment (atmosphere, liquid, etc.), resulting in the generation of a large amount of ultrafine bubbles. It ’s like being alive.
  • the structure of the apparatus main body can be simplified, and the degree of freedom in designing the bubble generating apparatus is improved.
  • the force for inserting the gas introduction pipe 321 in the direction perpendicular to the central axis of the gas / liquid discharge port 351 is not limited to this.
  • the force of the gas / liquid discharge port 351 The gas inlet pipe 321 may be installed along the central axis.
  • an auxiliary tube 411 is provided at the center of the device main body 409.
  • the auxiliary pipe 411 has a role of guiding the gas to the vicinity of the gas liquid discharge port 451 when introducing the gas from the outside. By guiding the gas to the vicinity of the gas-liquid discharge port 451 in this way, bubbles can be generated in a more stable manner.
  • a sixth embodiment of the present invention will be described. Also in the bubble generation device 501 according to this embodiment, a thin auxiliary tube 511 is provided at the center of the device main body 509, similarly to the bubble generation device 401 shown in FIG. For this reason, it functions similarly to the bubble generator 401 of FIG.
  • the diameter of the inner cylindrical member 521 is thicker. Accordingly, the distance between the inner peripheral surface of the apparatus main body 509 and the outer peripheral surface of the inner cylindrical member 521 is narrowed, and accordingly, the diameter of the liquid injection tube 533 is also reduced. With the above change, the position of the gas liquid discharge port 551 is opposite to the liquid injection pipe 533. Thus, the gas liquid discharge direction can be controlled by changing the diameter of the inner cylindrical member 521. [0086] [Seventh Embodiment]
  • a seventh embodiment will be described based on FIG.
  • This embodiment is different from the above embodiments in that a piezoelectric ultrasonic transducer 655 is installed on the outer peripheral surface of the gas-liquid discharge pipe 653.
  • the ultrasonic vibrator 655 is for applying ultrasonic vibration to the gas-liquid discharge pipe 653 to make the bubbles finer.
  • the ultrasonic vibrator 655 of the present embodiment is cylindrical, and three ultrasonic vibrators are arranged at an angular interval of 120 °, and the end surfaces thereof face the normal direction of the outer peripheral surface of the gas-liquid discharge pipe. Yes.
  • the number of ultrasonic transducers is not limited to three, but may be one, two, or even four or more.
  • the bubble generation device 701 is the same as the seventh embodiment in that it includes a piezoelectric ultrasonic transducer 755, but the shape is different. That is, in the present embodiment, the ultrasonic vibrator 755 is arranged in a circle around the gas liquid discharge port 751. In this way, by arranging the ultrasonic vibrator 755 in the portion surrounding the gas-liquid discharge port 751, the bubbles can be made finer. However, an annular buffer member 757 is provided around the ultrasonic transducer 755 so that the vibration of the ultrasonic transducer 755 is not transmitted to the entire apparatus.
  • the entire end face wall in which the gas / liquid discharge port 851 is formed is a piezoelectric ultrasonic transducer 855. Even if configured in this way, it contributes to the miniaturization of the bubbles as in the embodiment shown in FIG. Further, in this embodiment, since the end face wall is formed by a simple disc-shaped supersonic wave vibrator 855, manufacture is easier than the end face wall having the structure shown in FIG. An annular buffer member 857 is provided around the ultrasonic vibrator 855 so that the vibration of the ultrasonic vibrator 855 is not transmitted to the entire apparatus.
  • the bubble generating device 901 has a gas-liquid discharge pipe 955 that is a magnetostrictive ultrasonic transducer 955. Thus, it is different from the above embodiments.
  • the ultrasonic vibrator 955 also has a force with a tubular member 957 made of a metal magnetic material, a conductive coil 959 wound around the outer peripheral surface of the tubular member 957, and a flange 961 that holds both sides of the conductive coil 959.
  • the ultrasonic vibrator 955 having such a structure, when a high-frequency alternating voltage is applied to the conductive coil 959, the metallic magnetic tubular member 957 expands and contracts to generate ultrasonic vibration.
  • the ultrasonic vibrator 955 is attached to the end wall of the apparatus main body via an annular buffer member 963 provided at the end of the tubular member 957 so that the vibration of the ultrasonic transducer 955 is not transmitted to the entire apparatus.
  • a fog generating device as a gas liquid generating device
  • the structure of the mist generating device is similar to that of the bubble generating device according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 9, but the portions for putting liquid and gas are reversed. That is, a gas that is a first fluid is introduced from a first fluid introduction part (hereinafter referred to as a “gas injection part”), and a second fluid is introduced from a second fluid introduction part (hereinafter referred to as a “liquid introduction port”). A liquid is introduced.
  • the gas is air and the liquid is water.
  • the description of the bubble generating device when the description of the bubble generating device is understood as the description of the fog generating device, the liquid is read as gas, the gas is read as liquid, and the bubble is read as fog.
  • the explanation of the fog generating device is substantially provided.
  • a predetermined gas is injected from the gas injection part 31 through the gas injection pipe 33 which is the first fluid introduction part. Then, when the internal space of the apparatus body 9 is filled with gas, in the tubular space of the internal space, as shown in FIG. 3 (B), the gas turns clockwise as viewed from the one end wall 5 side. . At this time, centrifugal force F due to swirling acts on the gas. Then, the gas flows in a direction toward the other end face wall 7 while swirling. The gas that has flowed to the other end face wall 7 flows into the inner cylindrical member 21 while maintaining the swiveling motion.
  • Centrifugal force F also acts on the gas flowing into the inner cylindrical member 21, and the gas returns along the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 21 toward the one end wall 5. Furthermore, in the vicinity of one end face wall 5 The gas that has reached flows toward the other end face wall 7 along the central region of the inner cylindrical member 21. At this time, centrifugal force F acts on the gas due to the swirling, and the central portion of the inner cylindrical member is in a low pressure state. Liquid is introduced. Then, the introduced liquid becomes a liquid vortex 61 in the gas, and reaches the other end wall 7 side by the gas flowing in the opposite direction toward the other end wall 7 while swirling.
  • the gas and the liquid vortex 61 suddenly become unstable at the gas-liquid discharge port 51, and the liquid vortex 61 is forcibly cut to generate a large amount of fine mist.
  • the mist in the gas-liquid is cut into finer mist in the gas-liquid discharge pipe 53.
  • the mist is cut into finer pieces due to the mass difference from the external environment (air, gas, etc.), resulting in the generation of a large amount of ultrafine mist. It will be a little tricky.
  • the fog generator of the present invention functions in the same manner as the bubble generator.
  • the change in fog generation characteristics due to the dimensions of each part and the change in the gas-liquid discharge direction due to the dimensions of each part are the same as in the bubble generator.
  • each embodiment shown in FIGS. 10 to 18 also functions as a fog generating device by reversing the liquid and gas introduction part.
  • a thin auxiliary tube 411 is provided at the center of the apparatus main body 409, it is more convenient for the fog generating apparatus.
  • the reason is as follows. That is, since the specific gravity of the liquid is larger than that of the gas, depending on the structure of the apparatus main body, the liquid may move to the outside of the swirling gas due to the centrifugal force due to the swirling flow. In this case, the liquid does not reach the gas-liquid discharge port 451, and as a result, the generation efficiency of fog may be lowered.
  • the auxiliary pipe 411 the liquid is introduced in the vicinity of the gas liquid discharge port, and the mist can be generated efficiently.
  • the gas-liquid generator according to the present invention is, for example, in the case of a bubble generator, an industrial field that purifies the water of sea, rivers, lakes and marshes and contaminated soil and changes the characteristics of the liquid, and also fishery, medical, beauty, etc. It can be used in industrial fields such as the health equipment industry. Also, place of fog generator For desalination of seawater and associated salt purification, fine powder purification, environmental control of greenhouse cultivation facilities, facility environmental sanitation control, spatial environment control, disaster prevention, fire extinguishing equipment, health equipment, recycling business, etc. Is available.

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Description

気液体発生装置
技術分野
[0001] 本発明は、気液体発生装置に係り、特に簡易な構造で液体内に微細な気泡を発 生させることができる気液体発生装置に関する。
背景技術
[0002] 従来から、気液体発生装置として、例えば、液体内に微細な気泡を発生させる気泡 発生装置は様々な分野における利用が期待されている。具体的には、例えば、水（ 水道水、海水、河川水、湖沼水、浄化用水など）やその他の液体に、大気やその他 の気体 (酸素、二酸化炭素、窒素など)を効率良く溶解させ、液体の特性変化、水質 浄化、水環境の蘇生などに利用される。この他、養殖産業や一般家庭 (風呂、キツチ ン、トイレなど)での利用も予想される。
[0003] このような微細な気泡を発生させる気泡発生装置としては様々なものが提案されて いる。具体的には、有底円筒形又はメガホン形状のスペースを有する容器本体と、こ の容器本体の内壁円周面の一部にその接線方向に開設された加圧液体導入口と、 容器本体の底部に開設された気体導入孔と、容器本体の先部に開設された旋回気 液混合体導出口とから構成された旋回式微細気泡発生装置である (特許文献 1参照 。）。
[0004] 上記従来の気泡発生装置では、以下のように説明されている。即ち、加圧液体導 入口から加圧液体を圧送することにより、その内部に旋回流が発生し、円筒管軸上 付近に負圧部分が形成される。この負圧によって気体導入孔から気体が吸込まれ、 圧力が最も低い管軸上付近を気体が通過することによって、細い紐状の旋回気体空 洞部が形成される。そして、旋回気体空洞部は加圧液体導入口からの加圧液体によ つてちぎられ、そのときに微細な気泡が発生するようになって 、る。
[0005] また、上記のような気泡発生装置に類似した構造で霧発生装置を構成することも可 能である。霧発生装置は、以下のような様々な用途が考えられる。例えば、海水の淡 水化及びそれに伴う塩の精製が挙げられる。これは、海水を微細に霧化し、加熱して 瞬間的に蒸発させることによって、水成分と塩分他を分離するものである。蒸発した 水分を冷却することによって淡水が得られ、同時に塩も生成できる。
[0006] また、微細粉体の精製にも利用することができる。これは、金属、塗料材料、化粧品 材料等を混合した溶剤を微細霧化し、この微細霧化した液滴に熱風等を接触させ瞬 時に乾燥することによって、微細粉体を生成するものである。
[0007] また、温室栽培施設等の環境制御にも利用することができる。これは、栽培植物等 に対する、加湿、温度調節、水分補給などが具体的作用である。
[0008] また、施設環境衛生制御 (空間中の除菌、脱臭、消臭、洗浄除菌、温度湿度、粉塵 対策などにも利用できる。これは、対象環境施設 (食品'医薬品工場、医療施設、流 通、牧舎、乗り物内等)の空間除菌'洗浄 肖臭 ·温度湿度の制御を薬液の併用使用 により可能にするものである。
[0009] また、空間環境制御 (イベント会場、作業場)の環境制御にも利用することができる。
これは、ヒートアイランド現象による高温状態のクールダウン、熱中症対策、ディスプ レーによる高温状態の制御に有効である。具体的には、夏場において、微細な霧を 空間中に放出することにより、多数の人間が集まる場所'空間の環境を制御 (クール ダウン、鎮塵)するものである。
[0010] また、訪災 ·消火設備などにも利用することができる。これは、粉塵爆発の防止用と しての鎮塵機器として利用したり、スプリンクラーヘッドの代替装置 (少量水での同等 効果を発揮)として利用できる。
[0011] また、健康設備機器、例えば、浴室内の温度湿度制御や温水使用によるミストシヤ ヮーなどにも利用可能である。
[0012] カロえて、環境問題の観点からのリサイクル事業にも利用可能である。具体的には、 化学プラント、産業廃棄物消却場、汚泥焼却場などから大気中に排出される有害排 出ガスに、微細霧を噴霧して水成分に吸着させ、回収処理するものである。
特許文献 1：国際公開第 WOOOZ69550号パンフレット (第 1図）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0013] し力しながら、上記従来例には以下のようの問題点があった。すなわち、気液体発 生装置としての気泡発生装置で微細な気泡を発生させるためには、容器本体のスぺ ース内の液体の流れを安定ィ匕させる必要がある。このため、容器本体の各部の寸法 、加圧液体の導入圧力、更には気泡発生装置が設置される液体内の背圧などの条 件を全て整えなければならない。これに対して、従来の気泡発生装置においては、 容器本体内のスペースが単純な円筒形状或いはメガホン形状であるため、何れかの 条件が満たされない場合には、スペース内の液体の流れが安定せず、気泡が発生し な!、か或いは発生したとしても微細な気泡が発生しな 、と!、う事態が起こり得る。この ように、従来の気泡発生装置では、微細な気泡が発生するための条件の許容範囲が 狭ぐ気泡発生装置の設置や条件設定が煩雑であるという問題があった。
[0014] また、容器本体内のスペースが単純な円筒形状やメガホン形状の場合には、気泡 発生装置を大型化するに従って微細な気泡が発生しなくなる。このため、従来の気 泡発生装置の構造では大型の装置を実現することができない。更に、スペースが単 純な形状であるがゆえ、加圧液体導入口と気体導入孔及び旋回気液混合体導出口 のそれぞれの位置関係も固定されてしまい、設計の自由度も低いという問題がある。
[0015] また、上記のような気泡発生装置に関する問題点は、気液体発生装置としての霧 発生装置についても当てはまる。すなわち、微細な霧を発生させるためには容器中 の気体の流れを安定化させなければならない。また、大型の霧発生装置を形成する ためには、従来型の装置では限度があった。
課題を解決するための手段
[0016] 本発明は、上記各問題点を解消する気液体発生装置を提供することを目的とし、 円筒状内面と円形状内面とによって円柱状の内部空間が形成される装置本体と、前 記円筒状内面力 離間して前記内部空間内に配置される少なくとも 1つの内部円筒 部材と、前記円筒状内面と内部円筒部材との間の管状空間に円周方向に向力つて 第 1流体を注入する第 1流体導入部と、前記円形状内面に設けられ第 2流体を導入 する第 2流体導入部及び気液体排出口とを備え、前記第 1流体導入部からは液体と 気体から選択される何れか一方の流体が導入され、前記第 2流体導入部からは他方 の流体が導入される、という構成を採っている。
[0017] また、前記内部円筒部材は、前記円柱状の内部空間の中心軸と同心状で前記円 形状内面に固定されている、という構成を採っている。
[0018] また、直径の異なる少なくとも 2つの前記内部円筒部材が配置され、直径の大きさ に応じて順に一方の円形状内面及び他方の円形状内面に交互に固定される、という 構成を採っている。
[0019] また、前記円筒状内面と内部円筒部材との離間距離および各内部円筒部材間の 離間距離は全て等しい、という構成を採っている。
[0020] また、前記離間距離は、円筒状内面の半径を 2の倍数又は 3の倍数で徐した値で ある、という構成を採っている。
[0021] また、前記第 2流体導入部は、前記円形状内面の中心領域に形成されている、とい う構成を採っている。
[0022] また、前記気液体排出口は、前記円形状内面の中心領域に形成されている、という 構成を採っている。
[0023] また、前記第 2流体導入部と気液体排出口とは、それぞれ異なる前記円形状内面 に形成されている、という構成を採っている。
[0024] また、前記気液体排出口は第 2流体導入部を兼ねて一方の前記円形状内面に形 成され、前記気液体排出口の近傍に気体を導入するための気体導入管の端部を配 置する、という構成を採っている。
[0025] また、前記気液体排出口は、装置本体の円形状内面側に形成された円柱状開口と
、装置本体の外部側に向力つて拡がる円錐台状開口の組合せ力もなる、という構成 を採っている。
[0026] また、前記装置本体の外側であって前記気液体排出口の周囲には管状の気液体 排出管が備えられている、という構成を採っている。
[0027] また、前記第 1流体導入部は、前記円筒状内面若しくは円形状内面の何れか一方 に設けられている、という構成を採っている。
[0028] また、前記第 1流体導入部は円形断面であり、その内径は前記円筒状内面と内部 円筒部材との離間距離に等 U、、 t 、う構成を採って！/、る。
[0029] また、前記装置本体内には、前記第 2流体導入部から前記気液体排出口の近傍ま で延びる管状の補助管を備えて 、る、 、う構成を採って 、る。 [0030] また、前記気液体排出管には、超音波振動子が設けられている、という構成を採つ ている。
[0031] また、前記気液体排出口の周辺に超音波振動子を配置した、という構成を採って いる。
[0032] また、前記気液体排出口が形成される端面壁を超音波振動子で形成する、と!ヽぅ 構成を採っている。
[0033] また、前記気液体排出管を超音波振動子で形成し、この超音波振動子は、金属磁 性体からなる管状部材と、この管状部材の表面に巻き付けられる電導コイルとを備え ている、という構成を採っている。
[0034] 更に、前記超音波振動子は、緩衝部材を介して前記装置本体に装着される、という 構成を採っている。
発明の効果
[0035] 本発明では、気液体発生装置は多重管構造となっているため、装置本体の円筒状 内面と内部円筒部材との間で安定した旋回エネルギを得ることができ、導入する液 体や気体の圧力や流速が低くても安定して微細な気泡や霧を発生させることが可能 である。同時に、小型から大型の気液体発生装置としての気泡発生装置（10リットル Z分〜 300リットル Z分)や霧発生装置を容易に構成することができる。また、気泡発 生装置においては、液体の旋回によって気体を吸い込む構造であるため、気体を導 入するための複雑な機構等を省略することができる。このことは、気体の旋回によつ て液体を吸い込む構造の霧発生装置にも同様に当てはまる。更に、微細気泡ゃ微 細霧を発生する条件の許容範囲が広いので、構成する材料の公差が大きくても十分 に気泡や霧を発生させることができる。このため、大量生産も可能である。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装置 )であり、図 1 (A)は上面図、図 1 (B)は図 1 (A)の B— B線における断面図、図 1 (C) は左側面図、そして図 1 (D)は右側面図を示す。
[図 2]図 2 (A)は気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装置)の断面図を示し、図 2 (B)は図 2 (A)における領域 Pの拡大図であって気液体排出口を示す。 圆 3]本発明の作用原理を説明する図であり、図 3 (A)は図 3 (B)の A— A線における 断面図を示し、図 3 (B)は図 3 (A)の B— B線における断面図を示す。
圆 4]側面壁と内部円筒部材の直径比 DbZDaと気泡 (霧)発生特性の関係を説明 する断面図であり、図 4 (A)及び (B)は DbZDa = 3/4、図 4 (C)及び (D)は DbZDa = 2/3、図 4 (E)及び (F)は DbZDa = 1/2の場合の軸方向断面図及び横断方向断 面図をそれぞれ示す。
圆 5]側面壁と内部円筒部材の直径比 DbZDaと気泡 (霧)発生特性の関係を説明 する断面図であり、図 5 (A)及び (B)は DbZDa = 1/4の場合であり、図 5 (C)及び（
D)は内部円筒部材が左方の端面壁に固定されており DbZDa= 1/2の場合、図 5 (
E)及び (F)は DbZDa = 1/3の場合の軸方向断面図及び横断方向断面図をそれぞ れ示す。
圆 6]内部円筒部材の直径の変化と気液体排出方向との関係を説明する図であり、 図 6 (A)は軸方向断面図であり、図 6 (B)は横断方向断面図である。
圆 7]内部円筒部材が二重の場合の内部円筒部材の直径の変化と気液体排出方向 との関係を説明する図であり、図 7 (A)は軸方向断面図であり、図 7 (B)は横断方向 断面図である。
[図 8]内部円筒部材が三重の場合の内部円筒部材の直径の変化と気液体排出方向 との関係を説明する図であり、図 8 (A)は軸方向断面図であり、図 8 (B)は横断方向 断面図である。
圆 9]図 1に開示した気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装置）に対して液体注 入部の位置を変化させた変形例を示す図であり、図 9 (A)は軸方向断面図であり、 図 9 (B)は横断方向断面図である。
圆 10]本発明の第 2の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置)を示す図であり、図 10 (A)は軸方向断面図であり、図 10 (B)は横断方向断面図 である。
圆 11]本発明の第 3の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置)を示す図であり、図 11 (A)は軸方向断面図であり、図 11 (B)は横断方向断面図 である。 [図 12]本発明の第 4の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置)を示す図であり、図 12(A)は軸方向断面図であり、図 12(B)は横断方向断面図 である。
[図 13]本発明の第 5の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置）を示す図であり、図 13(A)は図 13(B)の A— A線における断面図であり、図 13( B)は図 13Aの B— B線における断面図である。
[図 14]本発明の第 6の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置）を示す図であり、図 14(A)は図 14(B)の A— A線における断面図であり、図 14( B)は図 14Aの B— B線における断面図である。
[図 15]本発明の第 7の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置）を示す図であり、図 15(A)は左側面図であり、図 15(B)は正面図である。
[図 16]本発明の第 8の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置）を示す図であり、図 16(A)は左側面図であり、図 16(B)は図 16(A)の B— B線に おける断面図である。
[図 17]本発明の第 9の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置）を示す図であり、図 17(A)は左側面図であり、図 17(B)は図 17(A)の B— B線に おける断面図である。
[図 18]本発明の第 10の実施形態に係る気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装 置）を示す図であり、図 18(A)は左側面図であり、図 18(B)は図 18(A)の B— B線に おける断面図である。
符号の説明
1 気液体発生装置 (気泡発生装置、霧発生装置）
3 側面壁
5, 7 端面壁
5a, 7a 円形状内壁
9 装置本体
21 内部円筒部材
31 第 1流体導入部 (液体注入部、気体注入部） 41 第 2流体導入部 (気体導入口、液体導入口）
51 気液体排出口
53 気液体排出管
X 中心軸
発明を実施するための最良の形態
[0038] [全体概要]
次に、本発明の一実施形態に係る気液体発生装置について図面を参照しながら 説明する。最初に、気液体発生装置の一例として、気泡発生装置を説明する。
[0039] 本発明に係る気泡発生装置は、円筒状内面と円形状内面とによって円柱状の内部 空間が形成される装置本体と、円筒状内面力 離間して内部空間内に配置される少 なくとも 1つの内部円筒部材と、円筒状内面と内部円筒部材との間の管状空間に円 周方向に向かって第 1流体である液体を注入する第 1流体導入部（以下、「液体注入 部」という）と、円形状内面に設けられて第 2流体である気体を導入する第 2流体導入 部（以下、「気体導入口」という）及び気液体排出口とから構成されている。以下、図 面を参照しながら本発明に係る各実施形態について詳細に説明する。
[0040] [第 1の実施形態]
先ず、本発明の第 1の実施形態及びその変形例について、図 1〜図 9を参照しなが ら詳細に説明する。
[0041] [装置本体]
本実施形態に係る気泡発生装置 1は、円筒状内面 3aを有する側面壁 3と、円形状 内面 5a, 7aを有する端面壁 5, 7によって円柱状の内部空間が形成される装置本体 9を備えている。装置本体 9の端面はそれぞれ円形の端面壁 5, 7によって概ね閉鎖 されている。しかし、各円形状内面 5a, 7aには、それぞれ気体導入口 41と気液体排 出口 51が形成されて!ヽる。これら気体導入口 41と気液体排出口 51につ ヽての詳細 は後述する。
[0042] 本実施形態に係る装置本体 9は有底円筒状の部材カゝら構成されているが、本発明 はこれに限定されるものではなぐ単に内部空間が実質的に円柱状であれば良いの で、外形は立方体形状やその他の形状であってもよい。また、各端面壁 5, 7も必ず しも円形である必要はなぐ装置本体 9の外形に合わせて矩形形状やその他の形状 であってもよい。
[0043] また、本実施形態に係る装置本体 9は、円筒状の側面壁 3と円形状の各端面壁 5, 7とが一体的に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなぐそれぞ れを別個の部材として製造し、その後接合するようにしてもよい。あるいは、側面壁 3 と一方の端面壁 5とを一体的に構成し、他方の端面壁 7を事後的に接合するようにし てもよい。
[0044] 装置本体 9の材質は様々なものが考えられる力 例えば、アクリル榭脂ゃ金属など 、液体との接触によって強度や特性が変化しないものであれば、どのようなものも使 用することができる。具体的に、透明なアクリル榭脂などを用いることで、装置本体 9 内での気泡の発生状況を観察することができる。一方、装置本体 9を金属で構成した 場合でも、所定箇所に透明な窓を設けることで、アクリル榭脂の場合と同様に内部を 観察できるようになる。
[0045] また、装置本体 9の強度については、後述する液体注入部 31から注入される液体 の圧力に耐えるものであればよぐこの圧力に基づ!/、て装置本体 9の側面壁 3や各端 面壁 5, 7の厚さが設定される。尚、図 1 (B)に示すように、本実施形態に係る装置本 体 9では、各部の厚さが実質的に同等に示されている力 本発明はこれに限定される ものではなぐ側面壁 3の厚さを各端面壁 5, 7の厚さより薄くしたり、またその逆にして もよい。さらに、各端面壁 5, 7の厚さを相互に異なるように設定してもよい。尚、装置 本体 9につ 、て「円柱状」の内部空間と!/、う表現を採って 、るが、これは厳密な意味 での円柱を意味するものではなぐ実質的に円柱と同一視できるものも含む趣旨であ る。
[0046] 本実施形態の装置本体 9の寸法の一例について説明すると、側面壁 3の外径が 56 mm程度であり、円筒状内面 3aの直径が 50mm程度である。このため、側面壁 3の厚 さは 3mm程度である、また、各端面壁 5, 7の厚さも 3mm程度に設定されている。ま た、装置本体 9の外形の長さは 81mm程度であり、内部空間の長さは 75mm程度であ る。但し、これらの寸法はあくまでも一例であり、これらに限定されるものではない。
[0047] [内部円筒部材] 次に、内部円筒部材 21について説明する。内部円筒部材 21は、円柱状の内部空 間と略同心状に配置されている。換言すると、装置本体 9の内部空間を円柱と見なし た場合の円形断面の中心を通る中心軸 X (図 1 (B)参照)の位置と、内部円筒部材 2 1の中心軸の位置とがー致しているということである。そして、内部円筒部材 21の一 端 23は一方の端面壁 5の内壁面 5aに固定され、内部円筒部材 21の他端 25が他方 の端面壁 7に向力つて延びている。但し、内部円筒部材 21の他端 25は装置本体 9の 他方の端面壁 7までは到達していない。このため、他方の端面壁 7の円形状内面 7a と内部円筒部材 21の他端 25との間には所定の隙間が設けられている。
[0048] 本実施形態に係る内部円筒部材 21は装置本体 9と別個の部材で作られ、その後 相互に結合されている力 本発明はこれに限定されるものではなぐ装置本体 9と一 体的に構成してもよい。また、装置本体 9と同じ材質で構成しても良いし、別の材質で 構成してもよい。尚、内部円筒部材 21について「円筒状」という表現を使用している 力 これは厳密な意味での円筒を意味するものではなぐ実質的に円筒と同一視で きるものも含む趣旨であることは言うまでもない。
[0049] 以上のように、装置本体 9の内部に同心状に内部円筒部材 21を配置することで、 装置本体 9の円筒状内面 3aと内部円筒部材 21の外周面との間に管状空間が形成さ れ、内部円筒部材 21の内部に円柱状空間が形成される。そして、これら管状空間と 円柱状空間とが端面壁 7の円形状内面 7aの近傍において連通することとなる。
[0050] 内部円筒部材 21の寸法の一例について説明すると、外径が 30mm程度であり、内 径が 26mm程度である。このため、円筒状内壁 21の厚さは 2mm程度である、また、 内部円筒部材 21の長さは 65mm程度である。このため、内部円筒部材 21の他端部 25から他方の端面壁 7までは 10mm程度離間している。但し、これらの寸法はあくま でも一例であり、これらに限定されるものではない。
[0051] [液体注入部]
次に、液体注入部 31について説明する。液体注入部 31は装置本体 9の内部空間 に加圧液体を注入するためのものである。本実施形態に係る液体注入部 31は装置 本体 9の側面壁 3の所定箇所に形成された開口部である。この開口部には液体注入 管 33が装着されており、この液体注入管 33に図示しない加圧液体供給源 (例えば、 加圧ポンプなど）が接続されて!、る。
[0052] 液体注入部 31の位置は、装置本体 9の側面壁 3と内部円筒部材 21との間の管状 空間内に液体が注入された場合に、この管状空間の円周方向に沿って一方向の流 れができるように設定されている。本実施形態の場合には、液体注入部 31が装置本 体 9の側面壁 3及び内部円筒部材 21の接線方向に沿って方向付けられている。但し 、完全な接線方向に限定されるものではなぐ少なくとも液体が装置本体 9の内部で 一定の円周方向に回転する方向であればよい。また、気泡発生装置 1を側面から見 た場合の液体注入部 31及び液体注入管 33の位置は、図 1 (C)に示すように円形断 面の左方に偏っている力 これは、液体注入部 31の中心が管状空間の中心に位置 するように設定されている力 である。しかし、本発明はこれに限定されるものではな ぐ液体注入部 31からの液体の流れ力 装置本体 9の中心軸 Xから見て何れかの側 に偏っていればよい。
[0053] また、液体注入部 31及び液体注入管 33の内径は様々な設定が可能である力 本 実施形態の場合は、側面壁 3の円筒状内面 3aと内部円筒部材 21の外周面との間の 隙間と略等しい直径となっている。これは、装置本体 9の内部において液体に円周方 向の流れを付与するのに必要十分な寸法だ力 である。但し、完全に一致する必要 はなぐ隙間より小さな直径であっても良いし、隙間より大きな直径であってもよい。
[0054] 本実施形態の液体注入管 33は、装置本体 9と別個に作られた管状の部材であり、 この液体注入管 33が装置本体 9の側面壁 3に接合されているが、本発明はこれに限 定されるものではなぐ装置本体 9と一体的に構成してもよい。また、液体注入管 33 の材質は装置本体 9の材質と同じ物でも良いし、異なる材質でもよい。液体注入部 3 1の内径寸法は、一例として 10mm程度に設定されている。但し、この寸法はあくまで も一例であり、これらに限定されるものではない。
[0055] [気体導入口]
次に、気体導入口 41について説明する。気体導入口 41は上記したように装置本 体 9の一方の端面壁 5における円形状内面 5aに形成されている。そして、本実施形 態においては、円形状内面 5aの中心領域に配置されている。気体導入口 41は装置 本体 9の中心軸 Xと同心状に配置されているため、円形状内面 5aから端面壁 5を貫 通して装置本体 9の内部空間と外部とを連通している。但し、装置本体 9の中心軸 X と同心状に形成する必要は無ぐ中心軸 Xと所定の角度を持つような方向に形成して もよい。尚、本実施形態の気体導入口 41の直径は lmm程度に設定されているが、 必要に応じてそれよりも小さな直径にしても良いし、或いは lmmより大きな直径として ちょい。
[0056] また、一方の端面壁 5の外側であって気体導入口 41の周囲には、所定の長さを有 する管状アダプタ 43が設けられている。この管状アダプタ 43には気体を導入するた めの配管（図示略)が接続される。但し、気泡発生装置 1を気体雰囲気中で使用する 場合には管状アダプタ 43も配管も不要となる。
[0057] [気液体排出口]
次に、気液体排出口 51について、図 2に基づいて説明する。図 2 (A)は気泡発生 装置 1の全体を示す断面図であり、図 2 (B)は図 2 (A)における領域 Pの拡大図であ る。気液体排出口 51は装置本体 9の他方の端面壁 7の円形状内面 7aにおける中心 領域に形成され、装置本体 9の内部と外部とを連通させている。気液体排出口 51の 具体的な形状は、図 2 (B)に示すように、他方の端面壁 7の円形状内面 7aから所定 の範囲 (例えば、端面壁 7の厚さの半分程度)までは一定の直径の円柱状の開口で 、そこから外に向かって円錐台状に拡がる円錐台形状の開口を有している。円錐台 状の傾斜の角度は約 30° 程度に設定されている。気液体排出口 51における内部空 間側の内径は 5mm程度に設定されている。但し、この寸法はあくまでも一例であり、 これらに限定されるものではない。例えば、装置本体 9の側面壁 3の直径に応じて大 きさを変化させてもよぐ本実施形態では直径の 1/12程度の大きさに設定している。 その他、液体導入管 33の内径の 1/2程度にしてもよい。
[0058] また、他方の端面壁 7の外側であって気液体排出口 51の周囲には、所定の長さを 有する気液体排出管 53が設けられている。この気液体排出管 53は、後述するように 気泡を更に微細にするために取り付けられている。しかし、この気液体排出管 53が 無くても微細な気泡は発生するので、本発明に必須のものではな 、。
[0059] [作用]
次に、本実施形態に係る気泡発生装置 1の具体的作用について図 3に基づいて説 明する。先ず、液体注入管 33を介して液体注入部 31から所定の液体が注入される。 そして、装置本体 9の内部空間が液体で満たされると、内部空間の管状空間では図 3 (B)に示すように、一方の端面壁 5の側から見て時計周りに液体が旋回する。このと き、液体には旋回による遠心力 Fが働く。そして、液体は旋回しながら他方の端面壁 7の方向に向力つて流れる。他方の端面壁 7の側に流れてきた液体は、旋回運動を 維持したまま内部円筒部材 21の内部に流れ込む。内部円筒部材 21の内部に流れ 込んだ液体にも旋回による遠心力 Fが働き、液体は内部円筒部材 21の内周面に沿 つて一方の端面壁 5の側に戻る。更に、一方の端面壁 5の近傍に到達した液体は、 内部円筒部材 21の中心領域に沿って他方の端面壁 7に向かって流れる。このとき、 旋回により液体には遠心力 Fが働いており、内部円筒部材の中心部が圧力の低い状 態となり、外部がその圧力よりも高ければ気体導入口 41から気体が導入される。そし て、導入された気体は液体内で気体渦流 61となって、旋回しながら他方の端面壁 7 に向力つて流れる液体によって、他方の端面壁 7の側に到達する。
[0060] このとき、液体と気体渦流 61は気液体排出口 51において急激に不安定となり、気 体渦流 61が強制的に切断されて微細な気泡が大量に発生することとなる。加えて、 気液体内の気泡は気液体排出管 53内においてより微細な気泡に切断される。更に 、気液体が気液体排出管 53から外部に出る際に、外部環境 (大気、液体など)との 質量差により、気泡が更に微細に切断され、結果として超微細な気泡を大量に発生 させることがでさるよう〖こなる。
[0061] [各部寸法による気泡発生特性の変化]
次に、気泡発生装置 1の各部の寸法の変化に起因する気泡発生特性の変化につ いて、図 4及び図 5に基づいて説明する。出願人は、以下に説明するような様々な寸 法の気泡発生装置 1を作成した上で、適切に気泡を発生させることができる条件を見 出した。
[0062] 先ず、図 4 (A)及び (B)に示す気泡発生装置 laでは、装置本体 9の内部空間の長 さを La、内部円筒部材 21の長さを Lb、装置本体 9の直径を Da、そして内部円筒部 材 21の直径を Dbとしている。また、液体注入部 31の内径を Cとしている。ここで、装 置本体 9の直径 Da及び内部円筒部材 21の直径 Dbについては、それぞれの厚さの 中心位置を基準に測定しているので、必ずしもそれぞれの内径もしくは外径と一致し ない。しかし、装置本体 9の側面壁 3及び内部円筒部材 21の厚さはそれぞれの直径 に比べて薄いので、気泡発生装置 laの特性の変化に大きな影響を及ぼすものでは ない。
[0063] 当該具体例では、直径の比については、 DbZDa=0.70〜0.80の範囲内で、特に 0.75 ( = 3/4)が最適との実験結果を得た。また、長さの比については、 LbZLa = 0.80 〜0.90の範囲内で、特に 0.875が最適との実験結果を得た。尚、液体注入部 31は右 方の円形状内面 5aの側に設け、その内径は C = l/8'Daに設定した。また、内部円 筒部材 21は右方の円形状内面 5aに固定した。この具体例では、気泡を含んだ気液 体は右方力 排出される。
[0064] 図 4 (C)及び (D)は、内部円筒部材 21の直径 Dbを小さくした場合の気泡発生装置 lbの例である。この具体例では、直径の比については、 DbZDa=0.56〜0.83の範 囲内で、特に 0.67(=2/3)が最適との実験結果を得た。長さの比については、 LbZL a = 0.66〜0.88の範囲内で、特に 0.833が最適との実験結果を得た。尚、液体注入部 31は右方の円形状内面 5aの側に設け、その内径は l/6'Daに設定した。また、内部 円筒部材 21は右方の円形状内面 5aに固定した。この具体例では、気泡を含んだ気 液体は左方力 排出される。
[0065] 図 4 (E)及び (F)は、内部円筒部材 21の直径 Dbを更に小さくした場合の気泡発生 装置 lcの例である。この具体例では、直径の比については、 DbZDa = 0.40〜0.55 の範囲内で、特に 0.50(=2/4)が最適との実験結果を得た。長さの比については、 Lb ZLa = 0.66〜0.88の範囲内で、特に 0.75が最適との実験結果を得た。尚、液体注入 部 31の内径は l/4'Daに設定した。また、内部円筒部材 21は右方の円形状内面 5a に固定した。この具体例では、気泡を含んだ気液体は右方力も排出される。
[0066] 図 5 (A)及び (B)は、内部円筒部材 21の直径 Dbを更に小さくした場合の気泡発生 装置 Idの例である。この具体例では、直径の比については、 DbZDa=0.22〜0.28 の範囲内で、特に 0.25(= 1/4)が最適との実験結果を得た。長さの比については、 L bZLa = 0.80〜0.90の範囲内で、特に 0.875が最適との実験結果を得た。尚、液体注 入部 31の内径は l/8'Daに設定した。また、内部円筒部材 21は右方の円形状内面 5aに固定した。この具体例では、気泡を含んだ気液体は右方から排出される。
[0067] 図 5 (C)及び (D)は、内部円筒部材 21を左方の円形状内面 7aに固定した場合の 気泡発生装置 leの例である。この具体例では、直径の比については、 DbZDa = 0. 40〜0.55の範囲内で、特に 0.50(=2/4)が最適との実験結果を得た。長さの比につい ては、 LbZLa = 0.80〜0.90の範囲内で、特に 0.875が最適との実験結果を得た。尚 、液体注入部 31の内径は l/8'Daに設定した。この具体例では、気泡を含んだ気液 体は右方力 排出される。
[0068] 図 5 (E)及び (F)は、図 5 (C)及び (D)の具体例に対して、内部円筒部材 21の直径 Dbを小さくした場合の気泡発生装置 Ifの例である。この具体例では、直径の比につ いては、 DbZDa=0.30〜0.37の範囲内で、特に 0.33(= 1/3)が最適との実験結果を 得た。長さの比については、 LbZLa = 0.66〜0.88の範囲内で、特に 0.833が最適と の実験結果を得た。尚、液体注入部 31の内径は l/6'Daに設定した。この具体例で は、気泡を含んだ気液体は左方力 排出される。
[0069] 以上説明したように直径の比率に着目した場合、例えば、 2/3, 1/3, 1/6, 1/12, 1/ 24, 1/48. . . .や 3/4, 2/4, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64. . . .となる直径比の場合 に適切に気泡が発生することが確認された。
[0070] [各部寸法による気液体の排出方向の変化]
次に、図 6〜図 8に基づいて、装置本体 9の内部空間の直径に対する内部円筒部 材 21の直径の変化に起因する、気液体の排出方向の変化について説明する。
[0071] 図 6は、液体注入部 31が右方に設けられると共に、内部円筒部材 21が右方の円 形状内面 5aに固定されている場合を示している。この具体例において、装置本体 9 の直径 Daに対して、内部円筒部材 21の直径は 2/4Daとなっている。即ち、装置本体 9の側面壁 3と内部円筒部材 21との間の距離が l/4Daであり、内部円筒部材 21から 装置本体 9および内部円筒部材 21の中心軸 Xまでの距離も l/4Daである。このような 条件の下では気液体は右方力 排出されることが実験で確認された。
[0072] 次に、図 7は、液体注入部 31が右方に設けられると共に、内部円筒部材 21が 2重 に設けられている具体例を示している。この具体例では、外側の内部円筒部材 21a が右方の円形状内面 5aに固定され、内側の内部円筒部材 21bが左方の円形状内 面 7aに固定されている。この具体例において、装置本体 9の直径 Daに対して、外側 の内部円筒部材 21aの直径は 4/6Daとなっており、内側の内部円筒部材 21bの直径 は 2/6Daとなっている。即ち、装置本体 9の側面壁 3と外側の内部円筒部材 21aとの 間の距離が l/6Daであり、外側の内部円筒部材 21aと内側の内部円筒部材 21bとの 距離も l/6Daであり、更に内側の内部円筒部材 21bと装置本体および内部円筒部材 の中心軸 Xまでの距離も l/6Daである。このような条件の下で気液体は左方力も排出 されることが実験で確認された。
[0073] 更に、図 8は、液体注入部が右方に設けられると共に、内部円筒部材 21が 3重に設 けられている具体例を示している。この具体例では、外側の内部円筒部材 21aが右 方の円形状内面 5aに固定され、中間の内部円筒部材 21bが左方の円形状内面 7a に固定され、更に内側の内部円筒部材 21cが右方の円形状内面 5aに固定されてい る。この具体例において、装置本体 9の直径 Daに対して、外側の内部円筒部材 21a の直径は 6/8Daとなっており、中間の内部円筒部材 21bの直径は 4/8Daとなっており 、更に内側の内部円筒部材 21cの直径は 2/8Daとなっている。即ち、装置本体 9の 側面壁 3から各内部円筒部材 21を介して装置本体 9の中心軸 Xまで、それぞれ 1/8 Daの距離となっている。このような条件の下では気液体は右方力も排出されることが 実験で確認された。
[0074] 以上説明したように、装置本体 9並びに各内部円筒部材 21の相互間距離を、装置 本体 9の側面壁 3の直径に関して 2の倍数又は 3の倍数で除した値に設定することで 、気液体の排出方向を自由に切替えられることが実験で確認された。このことは、液 体注入部 31の位置を装置本体 9の右方に設ける場合のみならず、左方に設ける場 合も同様である、このことに関連し、図 1の気泡発生装置 1に変形を加えた場合を図 9 に示しており、具体的には液体注入部 31及び液体注入管 33を装置本体 9の長手方 向の中央部に配置した例である。内部空間内に内部円筒部材 21を設けることで、液 体注入部 31を設置する位置の自由度が向上し、結果として気泡発生装置の応用に 際して自由度の高い設計が可能となる。即ち、浴室のシャワーヘッドなどに応用する 際に、シャワーヘッドの持手との関係で液体注入部 31及び液体注入管 33を配置で きるので、従来のシャワーヘッドに対して違和感の無い設計が可能である。 [0075] [第 2の実施形態]
次に、本発明の第 2の実施形態に係る気泡発生装置 101について図 10に基づ ヽ て説明する。当該実施形態は、図 1に示した第 1の実施形態と多くの部分が共通して いる。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第 1 の実施形態と異なるのは、液体注入部 131の構造である。本実施形態の液体注入 部 131は、 L字状に曲げられた管状部材が用 、られて 、る点である。
[0076] 液体注入部 131は、装置本体 9の内部空間に開口している第 1の管状部 131aと、 外部の加圧流体源に接続される第 2の管状部 131bとからなる。第 1の管状部 131a は側面壁 3と内部円筒部材 21の間の管状空間の円周方向に向かって開口している 。また、第 2の管状部 131bは装置本体 9の側面壁 3の表面に対して概ね垂直に挿入 されており、内部空間に入った位置で直角に曲げられている。液体注入部 131をこ のように構成することで、液体を装置本体 9の円周方向に注入する目的は維持したま ま、液体注入部 131の設置位置の自由度が向上することとなる。
[0077] [第 3の実施形態]
次に、本発明の第 3の実施形態に係る気泡発生装置 201について図 11に基づい て説明する。当該実施形態は、図 1に示した第 1の実施形態と多くの部分が共通して いる。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第 1 の実施形態と異なるのは、液体注入部 231の構造である、本実施形態の液体注入 部 231は、 L字状に曲げられた管状部材が用いられている点である。また、本実施形 態は第 2の実施形態とも一部共通しているが、液体注入部 231の設置位置が異なつ ている。
[0078] 具体的には、液体注入部 231は、装置本体 9の内部空間に開口している第 1の管 状部 231aと、外部の加圧流体源（図示略）に接続される第 2の管状部 231bとからな る。第 2の管状部 231bは、第 2の実施形態と異なり、装置本体 9の端面壁 5の表面か ら円形状内面 5aに対して概ね垂直に挿入されており、内部空間に入った位置で円 周方向に向けて直角に曲げられている。このため、第 2の管状部 231aは装置本体 9 と内部円筒部材 21の間の管状空間の円周方向に向力つて開口することとなる。液体 注入部 231をこのように構成することで、液体を装置本体 9の円周方向に注入する目 的は維持したまま、液体注入部 231の設置位置の自由度が向上することとなる。特に 、液体注入部 231を装置本体 9の側面壁 3に設置できな 、場合などに好都合となる。
[0079] [第 4の実施形態]
次に、本発明の第 4の実施形態に係る気泡発生装置 301ついて図 12に基づ 、て 説明する。当該実施形態は、図 1に示した第 1の実施形態と多くの部分が共通してい る。このため、共通している部分についての説明は省略する。この実施形態が第 1の 実施形態と異なるのは、気体導入口と気液体排出口の構造である。本実施形態の気 液体排出口は気体導入口を兼ねており、それぞれ別個には設けられていない。この ため、以下の説明では便宜上、気液体排出口として説明する。
[0080] 気液体排出口 351の形状は図 1に示したものと同様であり、特に異なる構造は有し ていない。しかし、当該実施形態では、気液体排出口 351の近傍に気体導入管 341 が設置されている。具体的には、気液体排出管 353を貫通して、先端が気液体排出 口 351の中心部まで到達して 、る。気体導入管 321の他端は大気やその他の気体 供給源（図示略）に連通して 、る。
[0081] 次に、本実施形態に係る気泡発生装 301の具体的作用について説明する。先ず、 液体注入管 33を介して液体注入部 31から所定の液体が注入される。そして、装置 本体 309の内部空間が液体で満たされると、内部空間の管状部分では図 3 (B)の場 合と同様に、一方の端面壁 305の側から見て時計周りに液体が旋回する。このとき、 液体には旋回による遠心力が働く。そして、液体は旋回しながら他方の端面壁 7の方 向に向力つて流れる。他方の端面壁 7の側に流れてきた液体は、旋回運動を維持し たまま内部円筒部材 21の内部に流れ込む。内部円筒部材 21の内部に流れ込んだ 液体にも旋回による遠心力が働き、液体は内部円筒部材 21の内周面に沿って一方 の端面壁 305の側に戻る。更に、一方の端面壁 305の近傍に到達した液体は、内部 円筒部材 21の中心部に沿って他方の端面壁 7に向力つて流れる。このとき、旋回に より液体には遠心力が働いており、内部円筒部材 21の中心部が圧力の低い状態と なり、外部がその圧力よりも高ければ気体導入管 321から気体が導入される。そして 、導入された気体は液体内で気体渦流 361となって、一方の端面壁 305に到達する [0082] このとき、液体と気体渦流 361は気液体排出口 351において急激に不安定となり、 気体渦流が強制的に切断されて微細な気泡が大量に発生することとなる。加えて、 気液体内の気泡は気液体排出管 353内においてより微細な気泡に切断される。更 に、気液体が気液体排出管 353から外部に出る際に、外部環境 (大気、液体など）と の質量差により、気泡が更に微細に切断され、結果として超微細な気泡を大量に発 生させることがでさるよう〖こなる。
[0083] 以上のような構成によれば、装置本体の構造を簡略ィ匕することができ、気泡発生装 置の設計の自由度が向上することとなる。尚、本実施形態では気体導入管 321を気 液体排出口 351の中心軸に対して垂直の方向力も挿入している力 本発明はこれに 限定されるものではなぐ例えば、気液体排出口 351の中心軸に沿って気体導入管 321を設置するようにしてもょ ヽ。
[0084] [第 5の実施形態]
次に、図 13に基づいて、本発明の第 5の実施形態について説明する。この実施形 態に係る気泡発生装置 401にお 、ては、装置本体 409の中心部に細 、補助管 411 を設けるようにしている。この補助管 411は、外部からの気体の導入に際し、気液体 排出口 451の近傍まで気体を誘導する役割を有する。このように気体を気液体排出 口 451の近傍まで誘導することで、より安定した態様で気泡を発生させることができる ようになる。
[0085] [第 6の実施形態]
次に、図 14に基づいて、本発明の第 6の実施形態について説明する。この実施形 態に係る気泡発生装置 501においても、図 13で示した気泡発生装置 401と同様に、 装置本体 509の中心部に細い補助管 511を設けるようにしている。このため、図 13 の気泡発生装置 401と同様に機能する。しかし、当該実施形態においては、内部円 筒部材 521の直径が太くなつている。これに伴い、装置本体 509の内周面と内部円 筒部材 521の外周面との相互間距離が狭まっているので、これに対応して液体注入 管 533の直径も小さくなつている。以上のような変更により、気液体排出口 551の位 置は液体注入管 533と反対側となる。このように、内部円筒部材 521の直径の変更 により気液体の排出方向が制御できる。 [0086] [第 7の実施形態]
次に、図 15に基づいて、第 7の実施形態について説明する。当該実施形態では、 気液体排出管 653の外周面に圧電型の超音波振動子 655を設置している点が上記 各実施形態と異なっている。この超音波振動子 655は、気液体排出管 653に超音波 振動を印加し、気泡を更に微細にするためのものである。本実施形態の超音波振動 子 655は円柱状のものであり、 3つの超音波振動子が 120° の角度間隔で配置され 、その端面が気液体排出管の外周面の法線方向を向いている。但し、超音波振動子 の数は 3つに限定されるものではなぐ 1つ或いは 2つ、更には 4つ以上であってもよ い。
[0087] [第 8の実施形態]
次に、図 16に基づいて、第 8の実施形態について説明する。この実施形態に係る 気泡発生装置 701は、圧電型の超音波振動子 755を有する点では第 7の実施形態 と同様であるが、その形状が異なっている。すなわち、本実施形態では超音波振動 子 755が気液体排出口 751の回りに円形に配置されている。このように、気液体排出 口 751を取り囲む部分に超音波振動子 755を配置することで、気泡をより微細化する ことができる。但し、超音波振動子 755の振動が装置全体に伝わらないように、超音 波振動子 755の周囲には環状の緩衝部材 757が設けられている。
[0088] [第 9の実施形態]
次に、図 17に基づいて、第 9の実施形態について説明する。この実施形態に係る 気泡発生装置 801は、気液体排出口 851が形成された端面壁の全体が圧電型の超 音波振動子 855となっている。このように構成しても、図 16に示す実施形態と同様に 気泡の微細化に貢献する。また、本実施形態では、端面壁を単純な円盤状の超音 波振動子 855で形成するので、図 16に示す構造の端面壁よりも製造が容易である。 尚、超音波振動子 855の振動が装置全体に伝わらないように、超音波振動子 855の 周囲には環状の緩衝部材 857が設けられている。
[0089] [第 10の実施形態]
次に、図 18に基づいて、第 10の実施形態について説明する。この実施形態に係る 気泡発生装置 901は、気液体排出管が磁歪型の超音波振動子と 955なっている点 で、上記各実施形態と異なっている。この超音波振動子 955は、金属磁性体からな る管状部材 957と、この管状部材 957の外周面に巻き付けられる電導コイル 959と、 この電導コイル 959を両側力も狭持するフランジ 961と力もなる。このような構造の超 音波振動子 955においては、電導コイル 959に高周波の交流電圧を印加することで 、金属磁性体の管状部材 957が伸縮して、超音波振動が発生する。これにより、気液 体の排出工程において気泡の微細化を促進することができる。但し、超音波振動子 955の振動が装置全体に伝わらないように、管状部材 957の端部に設けられた環状 の緩衝部材 963を介して装置本体の端面壁に取り付けられている。
[0090] [霧発生装置の構造]
次に、気液体発生装置としての霧発生装置について説明する。霧発生装置の構造 は、図 1〜図 9で示した第 1の実施形態に係る気泡発生装置と類似しているが、液体 と気体を入れる部分がそれぞれ逆になる。すなわち、第 1流体導入部（以下、「気体 注入部」という）から第 1の流体である気体を導入し、第 2の流体導入部（以下「液体 導入口」という）から第 2の流体である液体を導入する。例えば、気体は空気であり、 液体は水である。これにより、気液体排出ロカ 微小液滴の霧が発生する。このため 、各実施形態の説明において、気泡発生装置の説明を霧発生装置の説明として理 解する場合には、液体を気体と読み替え、逆に気体を液体と読み替え、更に気泡を 霧と読み替えることで実質的に霧発生装置の説明となる。
[0091] [霧発生装置の作用]
次に、本実施形態に係る霧発生装置 1の具体的作用について図 3を利用して説明 する。先ず、第 1流体導入部である気体注入管 33を介して気体注入部 31から所定 の気体が注入される。そして、装置本体 9の内部空間が気体で満たされると、内部空 間の管状空間では図 3 (B)に示すように、一方の端面壁 5の側から見て時計周りに気 体が旋回する。このとき、気体には旋回による遠心力 Fが働く。そして、気体は旋回し ながら他方の端面壁 7の方向に向力つて流れる。他方の端面壁 7の側に流れてきた 気体は、旋回運動を維持したまま内部円筒部材 21の内部に流れ込む。内部円筒部 材 21の内部に流れ込んだ気体にも旋回による遠心力 Fが働き、気体は内部円筒部 材 21の内周面に沿って一方の端面壁 5の側に戻る。更に、一方の端面壁 5の近傍に 到達した気体は、内部円筒部材 21の中心領域に沿って他方の端面壁 7に向力つて 流れる。このとき、旋回により気体には遠心力 Fが働いており、内部円筒部材の中心 部が圧力の低い状態となり、外部がその圧力よりも高ければ第 2の流体導入部である 液体導入口 41から液体が導入される。そして、導入された液体は気体内で液体渦流 61となって、旋回しながら他方の端面壁 7に向力つて流れる気体によって、他方の端 面壁 7の側に到達する。
[0092] このとき、気体と液体渦流 61は気液体排出口 51において急激に不安定となり、液 体渦流 61が強制的に切断されて微細な霧が大量に発生することとなる。カロえて、気 液体内の霧は気液体排出管 53内においてより微細な霧に切断される。更に、気液 体が気液体排出管 53から外部に出る際に、外部環境 (大気、気体など)との質量差 により、霧が更に微細に切断され、結果として超微細な霧を大量に発生させることが でさるよう〖こなる。
[0093] 以上説明したように、本発明の霧発生装置は気泡発生装置と同様に機能する。ま た、各部寸法による霧発生特性の変化や、各部寸法による気液体の排出方向の変 化についても、気泡発生装置と同様である。
[0094] 力！]えて、図 10〜図 18に示した各実施形態についても、液体と気体の導入部を逆 転させることで、霧発生装置として機能する。尚、図 13に示すように、装置本体 409 の中心部に細い補助管 411を設ける場合、霧発生装置にとっては、より好都合であ る。それは以下の理由による。すなわち、液体は気体よりも比重が大きいため、装置 本体に構造によっては、旋回流による遠心力が働いて液体が旋回気体の外側へ移 動してしまう場合がある。この場合、液体が気液体排出口 451に到達せず、結果とし て霧の発生効率が低下してしまう可能性があるからである。これに対して補助管 411 を設けることで、気液体排出口の近傍で液体が導入され、効率良く霧を発生させるこ とができるようになる。
産業上の利用可能性
[0095] 本発明に係る気液体発生装置は、例えば気泡発生装置の場合、海、河川、湖沼の 水及び汚染土壌の浄化や液体の特性変化を行う産業分野、更には漁業、医療、美 容健康機器産業などの産業分野において利用可能である。また、霧発生装置の場 合は、海水の淡水化及びそれに伴う塩の精製、微細粉体の精製、温室栽培施設等 の環境制御、施設環境衛生制御、空間環境制御、防災，消火設備、健康設備機器、 リサイクル事業などに利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 気液体発生装置であって、
円筒状内面と円形状内面とによって円柱状の内部空間が形成される装置本体と、 前記円筒状内面力 離間して前記内部空間内に配置される少なくとも 1つの内部 円筒部材と、
前記円筒状内面と内部円筒部材との間の管状空間に円周方向に向力つて第 1流 体を注入する第 1流体導入部と、
前記円形状内面に設けられ、第 2の流体を導入する第 2流体導入部及び気液体排 出口とを備え、
前記第 1流体導入部力 は液体と気体とから選択されるいずれか一方の流体が導 入され、前記第 2流体導入部からは他方の流体が導入されることを特徴とする気液体 発生装置。
[2] 前記内部円筒部材は、前記円柱状の内部空間の中心軸と同心状で前記円形状内 面に固定されていることを特徴とする、請求項 1に記載の気液体発生装置。
[3] 直径の異なる少なくとも 2つの前記内部円筒部材が配置され、直径の大きさに応じ て順に一方の円形状内面及び他方の円形状内面に交互に固定されることを特徴と する、請求項 1又は 2に記載の気液体発生装置。
[4] 前記円筒状内面と内部円筒部材との離間距離および各内部円筒部材間の離間距 離は全て等しいことを特徴とする、請求項 3に記載の気液体発生装置。
[5] 前記離間距離は、円筒状内面の半径を 2の倍数又は 3の倍数で徐した値であること を特長とする、請求項 1〜4の何れか一項に記載の気液体発生装置。
[6] 前記第 2流体導入部は、前記円形状内面の中心領域に形成されていることを特徴 とする、請求項 1〜5の何れか一項に記載の気液体発生装置。
[7] 前記気液体排出口は、前記円形状内面の中心領域に形成されていることを特徴と する、請求項 1〜6の何れか一項に記載の気液体発生装置。
[8] 前記第 2流体導入部と気液体排出口とは、それぞれ異なる前記円形状内面に形成 されていることを特徴とする、請求項 1〜7の何れか一項に記載の気液体発生装置。
[9] 前記気液体排出口は第 2流体導入部を兼ねて一方の前記円形状内面に形成され 、前記気液体排出口の近傍に気体を導入するための気体導入管の端部を配置した ことを特徴とする、請求項 1〜7の何れか一項に記載の気液体発生装置。
[10] 前記気液体排出口は、装置本体の円形状内面側に形成された円柱状開口と、装 置本体の外部側に向かって拡がる円錐台状開口の組合せ力 なることを特徴とする
、請求項 1〜9の何れか一項に記載の気液体発生装置。
[11] 前記装置本体の外側であって前記気液体排出口の周囲には管状の気液体排出 管が備えられていることを特徴とする請求項 1〜10の何れか一項に記載の気液体発 生装置。
[12] 前記第 1流体導入部は、前記円筒状内面若しくは円形状内面の何れか一方に設 けられていることを特徴とする、請求項 1〜11の何れか一項に記載の気液体発生装 置。
[13] 前記第 1流体導入部は円形断面であり、その内径は前記円筒状内面と内部円筒部 材との離間距離に等しいことを特徴とする請求項 1〜 12の何れか一項に記載の気液 体発生装置。
[14] 前記装置本体内には、前記第 2流体導入部から前記気液体排出口の近傍まで延 びる管状の補助管を備えていることを特徴とする請求項 1〜13の何れか一項に記載 の気液体発生装置。
[15] 前記気液体排出管には、超音波振動子が設けられていることを特徴とする請求項 1
1に記載の気液体発生装置。
[16] 前記気液体排出口の周辺に超音波振動子を配置したことを特徴とする請求項 1〜
15の何れか一項に記載の気液体発生装置。
[17] 前記気液体排出口が形成される端面壁を超音波振動子で形成することを特徴とす る請求項 1〜16の何れか一項に記載の気液体発生装置。
[18] 前記気液体排出管を超音波振動子で形成し、この超音波振動子は、金属磁性体 からなる管状部材と、この管状部材の表面に巻き付けられる電導コイルとを備えてい ることを特徴とする請求項 11に記載の気液体発生装置。
[19] 前記超音波振動子は、緩衝部材を介して前記装置本体に装着されることを特徴と する請求項 16〜18の何れか一項に記載の気液体発生装置。
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