WO2022270534A1 - 旋回式微細気泡発生装置 - Google Patents

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WO2022270534A1
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shower
wall
inner diameter
microbubbles
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PCT/JP2022/024851
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Inventor
博文 大成
由音 大成
Original Assignee
株式会社ナノプラネット研究所
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    • A47K3/28—Showers or bathing douches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H33/00—Bathing devices for special therapeutic or hygienic purposes
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    • 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
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    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • 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

Definitions

  • the present invention comprises a cylindrical container body closed at one end by a wall and open at the other end, a gas introduction hole formed in the wall at one end, and a part of the peripheral wall of the cylindrical container body. and a pressurized liquid inlet opened in the tangential direction of the inner circumference of the fine bubble generator.
  • Microbubble technology is an original technology originating in Japan, created by Hirofumi Taisei in 1995 for the first time in the world. For more than a quarter of a century since then, this technology has made steady progress in the fields of health/medical care, food/biotechnology, environment/energy, and has played an important role in the development of people's lives and primary and secondary industries.
  • microbubble generators are installed in bathtubs and are widely used to improve health by washing, promoting blood circulation, relaxing effects, and the like.
  • shower devices that spray water containing microbubbles that can be used in bathrooms and washrooms are commercially available.
  • these shower devices also have a problem that the content of microbubbles in the shower water is very low, which does not lead to efficient health promotion.
  • microbubble technology is often used in the cleaning field of semiconductors and the like, and contributes to the improvement of efficient water purification performance in wastewater treatment.
  • it is expected to have a cleansing and massaging effect on the skin and an effect of promoting blood circulation.
  • achievements have been accumulated in improving productivity and securing profitability in vegetable cultivation in plant factories that utilize the plant activity of microbubbles. It is also used for improving aquaculture, animal husbandry and transportation.
  • microbubble technology has contributed to the growth of microorganisms (activated sludge) in water purification in dam reservoirs, lakes and marshes, as well as in the treatment of industrial wastewater, resulting in significant improvement in treatment capacity. .
  • microbubble generating methods such as a cavitation method, a gas-liquid mixing method, an ejector method, and a gas-liquid mixing method.
  • the major problems common to these methods are, firstly, that the amount of microbubbles generated is very small, and secondly, the functionality of the microbubbles contained in the shower jet stream is unclear. Alternatively, it lies in that almost no effective functionality is exhibited.
  • gas components present in water are eluted as relatively large-sized microbubbles (most of which have a diameter of 50 micrometers or more).
  • the venturi principle is used to create microbubbles by separating the inhaled air masses near the ejector exit, but the size of the bubbles is relatively large (most of them are 50 micrometers or more in diameter), and the amount of microbubbles generated is very low, most of which remain below about 100 mL per minute.
  • the gas-liquid mixing method is a method in which the inhaled gas collides with walls or protrusions, or air is passed through fine holes in water to pulverize the air masses and make them finer.
  • the present invention solves the above problems, and can be used in a bathtub to supply microbubble hot water containing a large amount of microbubbles, and can be used in shower rooms, etc., to provide the following three types of microbubbles.
  • the amount of generation is 0.91 to 0.96 liters / min when the water pressure is 0.3 MPa, and it is also exposed in the air.
  • the shower can be ejected by closely contacting the shower ejection part, 1.07 to 1.12 liters/min when the water pressure is 0.3 MPa, and a large amount of microbubbles are generated in water.
  • Another object is to provide a rotary microbubble generator capable of supplying a microbubble shower hot water containing a large amount of microbubbles at a rate of 1.13 to 1.18 liters/min when the water pressure is 0.3 MPa. be.
  • the present invention is a rotating micro-bubble generator and a rotating micro-bubble generator for a shower having the following structures.
  • a cylindrical container body closed at one end by a wall and open at the other end, a gas introduction hole formed in the wall at the one end, and a part of the peripheral wall of the cylindrical container body.
  • a cylindrical container body closed at one end by a wall and open at the other end, a gas introduction hole formed in the wall at the one end, and a part of the peripheral wall of the cylindrical container body.
  • a cover having an M-shaped surface is fixed or detachably attached to the opening at the other end of the container body, and the lid has a tubular body protruding outward from the center of the container body.
  • the container body according to [1] or [2] characterized in that it has a tapered portion in which the inner diameter of the container body expands in the vicinity of the closing portion, and the end of the tapered portion is formed in an arc shape. Rotating micro-bubble generator.
  • a disk-shaped member is attached to the tip of the tubular body provided with the tubular body protruding outward from the central portion, to which a cover is attached.
  • a rotating microbubble generator for a shower characterized in that the bottom part of a housing is attached, and a large number of fine holes are formed in the upper wall of the housing.
  • the shower swivel type according to [4] characterized in that the container body has a tapered portion where the inner diameter expands in the vicinity of the closing portion, and the end of the tapered portion is formed in an arc shape. Fine bubble generator.
  • the height (L1) is 40 to 400, the diameter (D2) of the pressurized liquid introduction port opened in the wall on the one end side is 8 to 30, and the inner diameter (D4) of the tubular body provided in the central part of the lid is 10 to 50, the length (L2) of the tubular body is 6 to 200, the length (L4) between the rear end of the lid and the pressurized liquid inlet opening is 8 to 15, and the following
  • a swirling microbubble generator, characterized in that L1) has a length of 15 to 450 mm.
  • each part is assuming that the inner diameter (D1) of the cylindrical portion of the main body container is 100, the space in the main body of the container.
  • the length (L1) is 40 to 400, the diameter (D2) of the pressurized liquid inlet projecting from the wall on the one end side is 8 to 30, and the inner diameter (D4) of the tubular body provided in the central portion of the lid.
  • the disk-shaped housing is 10 to 50, the length (L2) of the tubular body is 6 to 200, the length (L4) between the rear end of the lid and the pressurized liquid inlet opening is 8 to 15, and the disk-shaped housing
  • the inner diameter (D5) of the disk-shaped housing is 115 to 385, the thickness (L3) of the disk-shaped housing is 35 to 58, and the diameter (D8) of the numerous pores drilled in the upper wall of the housing is 1.2 to 5.
  • the distribution of the pores drilled in the upper wall of the disk-shaped housing is arranged on multiple concentric circles surrounding the center [4], [5] or [ 8].
  • the swirl type fine bubble generator for shower described in [3] or [4] is capable of ejecting a shower containing a large amount of microbubbles in the air, and the shower ejection part is in the air.
  • a shower characterized by being able to carry out three methods: one that makes it possible to eject a shower containing a large amount of microbubbles by closely contacting them, and another that makes it possible to generate a large amount of microbubbles in water.
  • Rotating type fine air bubble generator. [11] The amount of microbubbles generated by the three methods described in [10] above is a.
  • the rate is 0.91 to 0.96 liters/min when the water pressure is 0.3 MPa, b.
  • the shower is brought into close contact with the part to be showered in the air so that the shower can be ejected, when the water pressure is 0.3 MPa, 1.07 to 1.12 liters/min, c.
  • it is also characterized by three stages of 1.13 to 1.18 liters / min when the water pressure is 0.3 MPa [3] or [ 4].
  • the swirling microbubble generator according to the present invention has a simple structure because a cover having an outwardly projecting tubular body in the center is attached to the opening on the other end side of the container body. At the same time, the swirling air-liquid mixture containing microbubbles can be ejected from the tubular body of the lid while being brought into close contact with the object to be sprayed, and hot water containing a large amount of microbubbles can be discharged into the hot tub water.
  • the shower swirl type microbubble generator in which a shower part consisting of a disk-shaped housing with a large number of pores drilled in the upper wall is attached to the tip part of the lid, in the air A shower containing a large amount of microbubbles can be ejected, and when the water pressure is 0.3 MPa, the amount of gas inhaled is 0.91 to 0.96 liters/min, and the shower is ejected in the air.
  • the amount of gas inhalation is 1.07 to 1.12 liters / min, and a large amount of microbubbles in water.
  • the apparatus can be used for general household use, medical precision cleaning, nursing care, beauty care, wall cleaning, outdoor watering, and pet cleaning.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the orbital micro-bubble generator of the present invention, (a) A cross-sectional view showing the basic configuration, (b) Cross section of the device having a tapered portion where the inner diameter of the container body expands near the closing portion. Side view, (c) Cross-sectional view of the device in which the corner portion at the tip of the tapered portion is formed in an arc shape.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the swirl-type fine-bubble generator for showers of the present invention, in which the shower ejection part is constructed of a disk-shaped housing.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the turning-type micro-bubble generator for showers of the present invention, in which the shower ejection part is configured such that the shape of the bottom surface of the disk-shaped housing is ring-shaped.
  • An example of arrangement of pores drilled in the housing of the rotating micro-bubble generator for showers Graph showing the change in intake air volume (almost the same as the amount of microbubbles generated) when a shower is jetted using a swirling microbubble generator for showers
  • FIG. 1 is a container body
  • 2 is a gas introduction hole
  • 3 is a pressurized liquid introduction port
  • 4 is a lid protruding from the opening of the container body
  • 1a is a conical shape.
  • 1b is a tapered portion where the inner diameter of the container body 1 expands in the vicinity of the closing portion
  • a tubular body 4b is a whirling air containing fine bubbles opened in the tubular body 4a.
  • a liquid mixture outlet is shown.
  • the whirl type microbubble generator of the present invention comprises a cylindrical container body 1 closed at one end and open at the other end, and a gas inlet opening on the wall 1a on the one end.
  • a microbubble generating device comprising a hole 2 and a pressurized liquid inlet 3 opened in a part of the peripheral wall of the cylindrical container body 1 toward the tangential direction of the inner periphery, wherein the wall 1a on the one end side is configured in a conical or truncated conical shape protruding toward the other end side, and the side inclination angle ⁇ of the conical or truncated conical wall body is 10 ° to 70 ° (preferably 40 ° to 60 ° ), the space inside the container body 1 has an M-shaped tip on the vertical cross section of the one end side, and the swirling gas-liquid mixture containing microbubbles is led out from the opening of the other end side of the container body.
  • a cover 4 having a tubular body 4a projecting outward at the center thereof is attached to the opening on the other end side.
  • the reason why the inner diameter (D4) of the tubular body 4a is 0.25 to 0.5 times the inner diameter (D1) of the container body 1 is that if D4 is larger than 0.5 ⁇ D1, the inside of the container body 1 As a result, the gas suction function in the swirling gas cavity on the central axis of the main body 1 is lowered, and the suction amount is reduced. If it is smaller than 25 ⁇ D1, the pressure in the container body 1 will be too high, and the flow rate of the ejected liquid will decrease, and as a result, the flow rate of gas suction will also decrease.
  • the reason why the length (L2) of the tubular body 4a is 0.2 to 2.0 times the inner diameter (D1) of the container body 1 is that
  • the object of the present invention is to control the divergence angle of a jet containing microbubbles in a swirling gas-liquid mixed liquid outlet 4b containing microbubbles opened in a cover in water to a range of 102° to 85°.
  • the length (L2) of the tubular body 4a is 0.2 ⁇ D1
  • the spread angle of the jet flow is 102° (measured value)
  • the length (L2) of the tubular body 4a is 2.0 ⁇
  • the cospread angle at D1 is 85° (measured value).
  • the spread angle of the jet When the spread angle of the jet is 102° or more, the flow in the housing spreads too laterally, and the so-called “secondary flow (secondary flow in the direction perpendicular to the main flow direction)" becomes non-circular and flattened. As a result, the pressure resistance in the fluid increases and the amount of gas inhaled decreases further. Conversely, when the spread angle is 85° or less, the jet directly collides with the housing-like wall surface and spreads in the lateral direction after the collision, so that the secondary flow is not formed in a circular shape. As a result, the spread width becomes too narrow, and the flow out function of the jet stream from the swirling gas-liquid mixed liquid outlet port 4b containing microbubbles opened in the lid is lowered. The amount of gas intake from 2 will be further reduced.
  • the pressurized liquid introduced into the cylindrical container main body 1 is introduced from the pressurized liquid inlet 3 opened in a part of the peripheral wall of the cylindrical container main body 1 toward the tangential direction of the inner circumference.
  • the pressure is 0.1 to 0.3 MPa
  • the liquid ejection flow rate is 7 to 15 liters/min
  • the rotation speed of the pressurized liquid in the cylindrical container body 1 is 450 to 600 rpm.
  • FIG. 2 what is shown in FIG. 2 is a swirl-type microbubble generator for showers. That is, a cylindrical container body 1 closed by a wall at one end and open at the other end, a gas introduction port 2 formed in the wall 1a at one end, and a peripheral wall of the cylindrical container body 1.
  • a pressurized liquid inlet 3 opened in a tangential direction of the inner circumference of the and the side surface inclination angle ⁇ of the conical or truncated conical wall body is 10° to 70° (preferably 40° to 60°), and the vertical cross section of the container body 1 on the one end side
  • the tip of the inner space is M-shaped, and the swirling gas-liquid mixture containing microbubbles is led out from the opening on the other end side of the container body 1 .
  • the opening on the other end side is provided with a cover 4 having a tubular body 4a projecting outward at the center thereof, and the inner diameter (D1) of the container body 1 is equal to the inner diameter of the tubular body 4a.
  • the bottom of a disk-shaped housing 5 is attached to the tip of the tubular body 4a, and the upper wall of the housing 5 is provided with a large number of holes 5a.
  • the inner diameter (D1) of the container body 1 is 100
  • the length (L1) of the space in the container body 1 is 40 to 400
  • the wall on the one end side is The diameter (D2) of the pressurized liquid introduction port 3 projecting from the 1a is 8 to 30, the inner diameter (D4) of the tubular body 4a provided in the lid 4 is 10 to 50, and the length (L2) of the tubular body 4a is 6 to 200, the length (L4) between the rear end of the tubular body 4a and the opening of the pressurized liquid inlet 3 is 8 to 15, the inner diameter (D5) of the disk-shaped housing 5 is 115 to 385, and the disk-shaped It is preferable that the thickness (L3) of the housing 5 is 35 to 58, and the diameter (D8) of the numerous pores 5a formed in the upper wall of the disk-shaped housing 5 is 1.2 to 5.8.
  • the reasons for determining each numerical range described above are as follows.
  • (1) The reason why D4 is limited to the range of (0.25 to 0.5) x D1 is that when the device is placed in the air from the gas introduction hole 3, the It is devised to allow a large amount of gas to be inhaled and to convert almost all of the inhaled gas into microbubbles.
  • D4 is less than 0.25 ⁇ D1
  • the difference between the diameter of the container body 1 and the diameter of the tubular body of the lid 4 protruding from the opening of the container body becomes greater
  • the ratio of the diameters of the container body 1 and the lid 4 protruding from the opening is four times or more.
  • limiting D4 to (0.25 to 0.5) ⁇ D1 is an important device for allowing a large amount of gas to be inhaled from the gas introduction hole of the main body 1.
  • the main body It is an optimum range experimentally confirmed by providing a lid 4 having an appropriate diameter and length for appropriate pressure control of the running water inside 1 .
  • the reason why the lid 4 is protruded and fixed to the opening of the main container 1 is an important device for realizing a large amount of gas inhalation and converting it into microbubbles.
  • D4 is limited to the range of (0.25 to 0.5) ⁇ D1 is to allow a large amount of gas to be sucked through the gas introduction hole, thereby generating a large amount of microbubbles.
  • this limitation can be said to be an important technical element indispensable for generating shower water containing microbubbles.
  • the reason for setting L2 to (0.2 to 2.0) x D1 is that not only when the device is infiltrated in water, but also when the device is placed in the air, 0.91 to 0.96 liters per minute It is possible to generate and eject shower water containing a very large amount of microbubbles.
  • the length L2 of the lid 4 is (0.2 to 2.0) ⁇
  • D1 the range of D1
  • by reducing the spread angle of the jet flow near the outlet of the lid 4 projecting from the opening, while maintaining the swirling speed of the swirling gas cavity on the central axis in the gas-liquid two-phase swirling flow By developing the straightness of the swirling flow, as a result, the gas intake from the gas introduction hole of the main container was increased.
  • L2 of the lid 4 protruding from the opening with respect to the diameter D1 of the main container 1 exceeds twice D1
  • the lid protruding from the opening 4 the wall frictional resistance when flowing down while swirling on the inner wall surface of the lid 4 and the inside thereof is greatly increased, so that the swirling speed and the flowing speed are further reduced.
  • Example 1 of the swirling microbubble generator of the present invention has the most basic configuration, As shown in FIG. 1(a), a cylindrical container body 1 closed by a wall at one end and open at the other end, a gas introduction hole 2 formed in the wall at one end, and the cylinder Consists of a pressurized liquid introduction port 3 opened in a part of the peripheral wall of the shaped container body 1 toward the tangential direction of the inner periphery, and the wall body 1a on the one end side protrudes toward the other end side.
  • the lid 4 has a shape or a truncated conical shape, the outlet of the gas introduction hole 2 is opened at the tip thereof, and the cover 4 having the tubular body 4a projecting outward at the center of the opening on the other end side. installed.
  • a spout 4b for a swirling gas-liquid mixture containing microbubbles is formed at the tip of the tubular body 4a.
  • Embodiment 2 of the swirling microbubble generator of the present invention has a tapered portion 1b in which the inner diameter of the container body 1 expands near the closed portion as shown in FIG.
  • the swirling flow of the pressurized liquid introduced from the introduction port 3 spreads at the tapered portion 1b and reaches deep inside the container body 1 without weakening the rotational force. Compared with the apparatus of Example 1, it can be increased.
  • Example 3 of the swirling microbubble generator of the present invention as shown in FIG. Since it is easy to damage when a liquid is introduced into the corner, the corner is made into an arc, and the swirling speed of the swirling flow at this part is locally reduced and controlled stably. Important measures have been taken to prevent damage due to flow generation.
  • FIG. 2 Since the rotating microbubble generator and its generating mechanism of this device are the same as those shown in FIG. The explanation will be limited to the shower ejection part 5 attached to the tip part.
  • a shower ejection part (disc-shaped casing) 5 composed of a disk-shaped casing can be detachably attached to the tip of the lid 4 of the swirling microbubble generator.
  • a large number of holes 5a are arranged in multiple concentric circles except for the central portion as shown in FIG.
  • 20 holes with a diameter of 1.1 mm used in Example 4 are provided on the outer peripheral side of double concentric circles, and 8 holes are provided on the inner peripheral side.
  • the jet pressure and flow rate can be controlled by the diameter of the pores 5a, and the flow rate and pressure can be controlled by the number of the holes 5a.
  • the swirling gas-liquid mixture ejected from the lid 4 of the swirling microbubble generator collides with the central portion of the upper wall of the disk-shaped housing 5 having no pores. By doing so, a lateral secondary flow that spreads uniformly in all directions is formed. The formation of this secondary flow makes it possible to further reduce the pressure in the vicinity of the collision point compared to the case where the lateral flow is not formed.
  • the inflow amount of the mixed liquid also increased, and the amount of air sucked from the gas introduction hole of the container body 1 increased, so that the shower water containing a large amount of microbubbles in the air or water could be ejected.
  • the swirling gas-liquid mixture flowing in the lateral direction collides with the side wall of the disk-shaped housing 5 to form a stronger circular secondary flow, thereby
  • the shower water is vigorously jetted from the pores 5a formed in the periphery of the body.
  • the swirl-type micro-bubble generator for shower shown in FIG. 3 is configured such that a shower ejection part 5 composed of a disk-shaped housing 5 is detachably attached to the tip of a lid body 4 of the swirl-type micro-bubble generator.
  • the upper wall of the disk-shaped casing 5 is provided with shower jet holes 5a consisting of a large number of fine holes arranged in multiple concentric circles except for the central part. Since the bottom surface of the housing is configured in a ring shape 5c, the flow of the swirling gas-liquid mixture generated in the disk-shaped housing can be formed as a smoother, circulating secondary flow, thereby stabilizing the flow. It became possible to release a jet stream containing a large amount of microbubbles.
  • the graph of FIG. 5 shows an example of measuring the relationship between the pressure P of the water flow in introducing the liquid and the intake amount Qa of the air sucked from the gas introduction hole 2 using the swirling micro-bubble generator for shower shown in FIG. It was shown to.
  • This is the apparatus of FIG. Fig. 10 is a drawing showing the relationship between the air intake amount Qa taken in from the .
  • the amount of air intake Qa may be considered to be almost the same as the amount of microbubbles generated.
  • the liquid supply to this apparatus was performed from a terminal faucet of tap water in a general household. Under the current Water Supply Law, the water flow pressure at the terminal faucet is about 0.3 MPa, so the measurement range of this data includes that pressure value.
  • a shower containing a large amount of microbubbles in the air can be ejected, and when the tap water pressure is 0.3 MPa, the ejection amount is 0.91 to 0.96 liters/min, Similarly, in the case where the shower can be ejected by closely contacting the part to be showered in the air, microbubbles are generated when the tap water pressure (water pressure P at the pressurized liquid inlet) is the usual 0.3 MPa. When the amount is 1.07 to 1.12 liters/min and a large amount of microbubbles are generated in water, the pressure of tap water is 1.13 to 1.1 when the normal tap water pressure is 0.3 MPa. A value of 0.18 l/min is shown.
  • ⁇ 2> For example, when the water pressure is 0.2 to 0.3 MPa, it is possible to generate a large amount of microbubbles of 0.75 liters to 0.96 liters per minute in the air. However, even if it is possible to inhale air and the amount is large, it is estimated that it will be about 50 ml per minute at most. Compared to , the inventive step is recognized in the dramatic increase to about 15 to 19 times. ⁇ 3> On the other hand, when the device is submerged in water to generate optical microbubbles, the amount of air inhaled, that is, the amount of optical microbubbles generated, is further increased.
  • Container main body 1a Conical or truncated conical protruding wall on one end side
  • ⁇ Conical or truncated conical protruding side wall inclination angle
  • 1b The inner diameter of the container main body is near the closed portion.
  • Expanding tapered portion 1c Arc-shaped corner portion at the tip of the tapered portion 2:
  • Gas introduction hole 3 Pressurized liquid introduction port 4: Lid 4a projecting from the opening of the container body: Pipe 4b: On the lid

Abstract

【課題】微細気泡を大量に含む旋回気液混合液を、被噴射対象に近接、集中させて空気中、又は空気中で被噴出部に近接密着させ、さらには湯槽水中に放出でき、そしてまた、微細気泡を大量に含む旋回気液混合液をシャワーとして放出することができる旋回式微細気泡発生装置を提供する。 【解決手段】一端側が壁体で閉口され、他端側が開口されている円筒形状の容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記容器本体の周壁の一部にその内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口とからなる微細気泡発生装置の一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形又は円錐台形状に構成し、他端側の解放部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するように構成され、かつ他端側の開口部には、外方に突設された管体を中央に備え蓋体が取り付けられてなり、さらに、前記蓋体の先端部にシャワー噴出部を着脱可能に備えてなる。

Description

旋回式微細気泡発生装置
　本発明は、一端側が壁体で閉口され、他端側が開口された円筒形状の容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形状容器本体の周壁の一部にその内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口とからなる微細気泡発生装置の改善技術に関する。
　マイクロバブル技術は、世界に先駆けて１９９５年に大成博文によって創生された、わが国発のオリジナル技術である。以来四半世紀余、本技術は、健康・医療、食料・バイオ、環境・エネルギーの分野において着実な発展を遂げ、国民生活と第一次および第二次産業における発展に重要な役割を果たしてきた。健康・医療の分野においては、浴槽にマイクロバブル発生装置が設置され、洗浄、血行促進、リラックス作用などによる健康改善に広く利用されている。また、浴室や洗面所において使用できる微細気泡（マイクロバブル）を含む水を噴射するシャワー装置が市販されている。しかし、これらのシャワー装置には、そのシャワー水中におけるマイクロバブル含有量が非常に少なく、それが効率的な健康促進に結びついていないという問題も発生している。
　また、マイクロバブル技術は半導体などの洗浄分野においてもよく利用され、その排水処理においても効率的な水質浄化能力の改善に寄与している。
　さらに、美容の分野においては、皮膚の洗浄・マッサージ効果や血行促進を良くする効果も期待されている。
　食料の分野では、マイクロバブルの植物活性を利用した植物工場における野菜栽培においても生産性の向上と採算性の確保に関する実績が積み重ねられている。また、水産養殖の改善、畜養や輸送にも活用されている。
　一方、環境分野においては、マイクロバブル技術の適用によって、ダム貯水池や湖沼などにおける水質浄化や工場排水処理において微生物（活性汚泥）の増殖に寄与することで大幅な処理能力の改善事例が生まれている。
特開２０００－４４７号公報 特開２００７－１１１６１６号公報
　マイクロバブルを含むシャワー水を放出するシャワー装置としては、キャビテーション方式、気液混合方式、エジェクター方式、気液混合方式等のマイクロバブル発生方式がある。
　しかし、これらの方式において共通する重要な問題点は、第１に、マイクロバブルの発生量が非常に少ないことにあり、第２に、シャワー噴出流に含まれるマイクロバブルの機能性が不明確、あるいは、ほとんど有効な機能性が発揮されていないことにある。
　具体的には、キャビテーション方式の場合、水中に存在していた気体成分を比較的に大きなサイズのマイクロバブル（そのほとんどは、直径が５０マイクロメートル以上）として溶出させるが、水中の気体成分自体が多くなく、しかも外部から空気を取り入れる工夫もなされていないことからマイクロバブルの発生量が極めて少なく、そのためにマイクロバブルとしての機能性を十分に発揮させることができていない。
　エジェクター方式の場合、ベンチュリーの原理を利用し、吸入した空気塊を、そのエジェクター出口付近で剥離させることによって微細気泡を造ろうとしているが、その気泡のサイズは比較的に大きく（そのほとんどは、直径が５０マイクロメートル以上）、しかも、発生させられたマイクロバブルの量が非常に少なく、そのほとんどは、毎分約１００ｍＬ以下に留まっている。
　気液混合方式は、吸入した気体を壁や突起物などに衝突させる、あるいは、水中で微細な孔に空気を通過させることなどによって気塊を粉砕させて微細化する方法であるが、それらの衝突や通過によって気泡が微細化させようとすることに原理的な困難がある。
　しかも吸入する空気量を多くしようとすると必然的に大きな気泡にしかならないので、とくに３０マイクロメートル以下の気泡を発生させることが難しくなる。この問題を回避するためには、空気供給量を少なくする必要があり、それによって肝心のマイクロバブルの発生量を増やすことができない、というジレンマを発生させてしまう。
　以上のように、既往の装置では、マイクロバブルがほとんど発生しないか、発生できても、その発生量が非常に少なく、大量のマイクロバブルを含むシャワー噴出水を簡易な構造で発生できる装置は、これまでに提供されていなかった。
　本発明は、上記課題を解決するものであって、浴槽内で使用して大量のマイクロバブルを含むマイクロバブル湯水を供給でき、またシャワールームなどで使用して、例えば以下の３方式のマイクロバブル発生量が、空気中においてマイクロバブルを大量に含むシャワーを噴出可能としたものにあっては、水圧が０．３ＭＰａの時に０．９１～０．９６リットル／ｍｉｎであり、同じく空気中で被シャワー噴出部に近接密着させてシャワーを噴出可能にしたものにあっては、同じく水圧が０．３ＭＰａの時に１．０７～１．１２リットル／ｍｉｎ、さらに水中において大量のマイクロバブルを発生させてなるものにあっては、同じく水圧が０．３ＭＰａの時に１．１３～１．１８リットル／ｍｉｎの大量のマイクロバブルを含むマイクロバブルシャワー湯水を供給できる旋回式微細気泡発生装置を提供するものである。
　本発明は下記構成の旋回式微細気泡発生装置及びシャワー用旋回式微細気泡発生装置である。
〔１〕一端側が壁体で閉口され、他端側が開口されてなる円筒形状の容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形状容器本体の周壁の一部に、その内周の接線方向に向けて開設された加圧液体入口とからなる旋回式微細気泡発生装置において、前記他端側の開口部に、中央部外方へ突出設された管体を備える蓋体が取り付けられてなり、容器本体の内径（Ｄ１）が同蓋体の管体内径（Ｄ４）の２～４倍［Ｄ１＝（２～４）×Ｄ４］であり、同管体の長さ（Ｌ２）は容器本体の内径（Ｄ１）の０．２～２．０倍［Ｌ２＝（０．２～２．０）×Ｄ１］であることを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
〔２〕一端側が壁体で閉口され、他端側が開口されている円筒形状の容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形状容器本体の周壁の一部にその内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口とからなる旋回式微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形又は円錐台形状に形成し、かつ前記円錐形又は円錐台形状の壁体の側面傾斜角度θを１０°～７０°（好ましくは４０°～６０°）として、前記容器本体一端側の内スペース先端部の縦断面をＭ字状に構成し、前記容器本体の他端側の開口部には、中央部に外方に突設された管体を備える蓋体が固着され、又は着脱可能に取り付けられ、該蓋体の先端から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置であって、容器本体の内径（Ｄ１）は、前記管体内径（Ｄ４）の２～４倍［Ｄ１＝（２～４）×Ｄ４］であり、同管体の長さ（Ｌ２）は容器本体の内径Ｄ１の０．２～２．０倍［Ｌ２＝（０．２～２．０）×Ｄ１］であること特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
〔３〕容器本体の内径が閉口部近傍で拡大するテーパー部を有し、かつ、前記テーパー部の端末が円弧状に形成されてなることを特徴とする〔１〕又は〔２〕に記載の旋回式微細気泡発生装置。
〔４〕前記〔１〕又は〔２〕に記載の旋回式微細気泡発生装置における中央部外方へ突設された管体を備える蓋体が取り付けられた管体の先端部に、円盤状の筐体の底部が取着され、かつ同筐体の上部壁には多数の細孔が穿設されてなることを特徴とするシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
〔５〕容器本体の内径が閉口部近傍で拡大するテーパー部を有し、かつ、前記テーパー部の端末が円弧状に形成されてなることを特徴とする〔４〕に記載のシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
〔６〕円盤状の筐体の底面の形状が、輪環型であることを特徴とする〔４〕に記載のシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
〔７〕前記〔１〕又は〔２〕に記載の旋回式微細気泡発生装置おいて、各部の寸法が、容器本体の円筒部の内径（Ｄ１）を１００とすると、容器本体内のスペースの長さ（Ｌ１）が４０～４００、前記一端側の壁体に開設された加圧液体導入口の直径（Ｄ２）が８～３０、前記蓋体の中央部に備える管体の内径（Ｄ４）が１０～５０で、同管体の長さ（Ｌ２）が６～２００、蓋体後端部と加圧液体導入口開口部間の長さ（Ｌ４）が８～１５であって、かつ次の条件、Ｌ１／Ｄ１＝０．４～４．０、Ｄ２／Ｄ４＝０．４～１．０を満たし、そして容器本体の内径（Ｄ１）が８～３００ｍｍ、容器本体内のスペースの長さ（Ｌ１）が、１５～４５０ｍｍを備えるものであることを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
〔８〕前記〔４〕又は〔５〕に記載のシャワー用旋回式微細気泡発生装置において、各部の寸法が、本体容器の円筒部の内径（Ｄ１）を１００とすると、容器本体内のスペースの長さ（Ｌ１）４０～４００、前記一端側の壁体に突設された加圧液体導入口の直径（Ｄ２）が８～３０、前記蓋体の中央部に備える管体の内径（Ｄ４）が１０～５０で、同管体の長さ（Ｌ２）が６～２００、蓋体後端部と加圧液体導入口開口部間の長さ（Ｌ４）が８～１５、円盤状の筐体の内径（Ｄ５）が１１５～３８５、円盤状の筐体の厚み（Ｌ３）が３５～５８、筐体の上部壁に穿設された多数の細孔の直径（Ｄ８）が１．２～５．８、円盤状の筐体の上部壁に穿設された多数の細孔の数が１６～３００個であって、かつ次の条件
Ｌ１／Ｄ１＝０．４～４．０、
Ｄ２／Ｄ４＝０．４～１．０、
Ｄ５／Ｄ４＝１．０～１２．５、
Ｄ５／Ｌ３＝１．１～５．０、
Ｄ７／Ｄ１＝１．０～１．２
を満たし、そして容器本体の内径（Ｄ１）が８～３００ｍｍ、容器本体内のスペースの長さ（Ｌ１）が１５～４５０ｍｍであることを特徴とするシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
〔９〕円盤状の筐体の上部壁に穿設される細孔の分布が、中心部を取り囲む多重の同心円上に配設されてなることを特徴とする〔４〕、〔５〕又は〔８〕のいずれか１項に記載のシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
〔１０〕前記〔３〕又は〔４〕に記載されたシャワー用旋回式微細気泡発生装置が、空気中においてマイクロバブルを大量に含むシャワーを噴出可能としたもの、空気中で被シャワー噴出部に近接密着させてマイクロバブルを大量に含むシャワーを噴出可能にしたもの、又は水中において大量のマイクロバブルを発生させることを可能としたものとの３方式が実施できるものであることを特徴とするシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
〔１１〕前記〔１０〕に記載の３方式のマイクロバブル発生量が、ａ．空気中においてマイクロバブルを大量に含むシャーを噴出可能としたものにあっては、水圧が０．３ＭＰａの時に０．９１～０．９６リットル／ｍｉｎであり、ｂ．同じく空気中で被シャワー噴出部に近接密着させてシャワーを噴出可能にしたものにあっては、同じく水圧が０．３ＭＰａの時に１．０７～１．１２リットル／ｍｉｎ、ｃ．さらに水中において大量のマイクロバブルを発生させてなるものにあっては、同じく水圧が０．３ＭＰａの時に１．１３～１．１８リットル／ｍｉｎの３段階でることを特徴とする〔３〕又は〔４〕に記載されたシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
　本発明に係る旋回式微細気泡発生装置は、前記容器本体他端側の開口部に、外方に突設された管体を中央に備える蓋体が取り付けられているので、簡単な構造でありながら、前記蓋体の管体から微細気泡を含む旋回気液混合液を被噴射対象に近接密着させて噴出でき、また湯槽水中に多量のマイクロバブルを含む湯水を放出することができる。
　また、前記蓋体の先端部に、上部壁に多数の細孔が穿設された円盤状の筐体でなるシャワー部が取着されたシャワー用旋回式微細気泡発生装置においては、空気中においてマイクロバブルを大量に含むシャワーを噴出可能としたものにあっては水圧が０．３ＭＰａの時に、その気体吸入量が０．９１～０．９６リットル／ｍｉｎであり、同じく空気中で被シャワー噴出部に近接密着させてシャワーを噴出可能にしたものにあっては、同じく水圧が０．３ＭＰａの時に、その気体吸入量が１．０７～１．１２リットル／ｍｉｎ、さらに水中において大量のマイロバブルを発生させてなるものにあっては、水圧が０．３ＭＰａの時に１．１３～１．１８リットル／ｍｉｎの多量のマイクロバブルを含むシャワー湯水を放出することができる。これによって、本装置を一般家庭用、医療用精密洗浄、介護用、美容用、壁面の洗浄や屋外への散水、あるいはペットの洗浄に使用することもできる。
本発明の旋回式微細気泡発生装置の横断面図であって、（ａ）基本的構成を示す横断面図、（ｂ）容器本体の内径が閉口部近傍で拡大するテーパー部を有する装置の横断面図、（ｃ）テーパー部の先端の隅角部を円弧状に構成した装置の横断面図 本発明のシャワー用旋回式微細気泡発生装置の断面図であって、シャワー噴出部が円盤状筐体で構成された装置の横断面図 本発明のシャワー用旋回式微細気泡発生装置の断面図であって、シャワー噴出部が円盤状筐体の底面の形状を輪環型に構成された装置の横断面図 シャワー用旋回式微細気泡発生装置の筐体に穿設された細孔の配設例図 シャワー用旋回式微細気泡発生装置用いてシャワーを噴出させた際の吸入空気量（マイクロバブル発生量とほとんど同一）の変化を示したグラフ図
　本発明の旋回式微細気泡発生装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において１は容器本体、２は気体導入孔、３は加圧液体導入口、４は容器本体の開口部に突設された蓋体を示しており、なお詳細部において、１ａは円錐形又は円錐台形状に突出させた一端側の壁体、１ｂは容器本体１の内径が閉口部近傍で拡大するテーパー部を、また管体４ｂは管体４ａに開設された微細気泡を含む旋回気液混合液導出口を示す。
　本発明の旋回式微細気泡発生装置は、図１に示すごとく、一端側が閉口され、他端側が開口されている円筒形状の容器本体１と、前記一端側の壁体１ａに開設された気体導入孔２と、前記円筒形状容器本体１の周壁の一部にその内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口３とからなる微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体１ａを前記他端側に向けて突出する円錐形又は円錐台形状に構成し、かつ前記円錐形又は円錐台形状の壁体の側面傾斜角度θを１０°～７０°（好ましくは４０°～６０°）で構成し、前記一端側の縦断面に容器本体１内スペースの先端形状をＭ字状となし、前記容器本体の他端側の開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するように構成してなり、さらに、前記他端側の開口部には、外方に突設された管体４ａを中央に備える蓋体４が取り付けられている。
　そして図２に示すごとく、前記管体４ａの内径（Ｄ４）は容器本体１の内径（Ｄ１）の０．２５～０．５倍、［Ｄ４＝（０．２５～０．５０）×Ｄ１］、すなわち［Ｄ１＝（２～４）×Ｄ４］であり、同管体４ａの長さ（Ｌ２）は容器本体１の内径（Ｄ１）の０．２～２．０倍［Ｌ２＝（０．２～２．０）×Ｄ１］である。上記において、同管体４ａの内径（Ｄ４）を容器本体１の内径（Ｄ１）の０．２５～０．５倍とする理由は、Ｄ４が０．５×Ｄ１より大きいと容器本体１の内部に圧力がかからなくなり、噴出液体流量が増加し、結果的に本体１の中心軸上の旋回気体空洞部における気体吸入機能が低下し、その吸入量が減少すること、また、Ｄ４が０．２５×Ｄ１より小さいと容器本体１内の圧力が高まりすぎて噴出液体流量が減り、結果的に気体吸入流量も減少することにある。
　一方、同管体４ａの長さ（Ｌ２）を容器本体１の内径（Ｄ１）の０．２～２．０倍とする理由は、
水中において蓋体に開設された微細気泡を含む旋回気液混合液導出口４ｂにおけるマイクロバブルを含む噴流の広がり角度を１０２°～８５°の範囲に制御することにある。管体４ａの長さ（Ｌ２）を０．２×Ｄ１としたときの噴出流の広がり角度は１０２°（実測値）であり、また、管体４ａの長さ（Ｌ２）を２．０×Ｄ１にしたときの同広がり角度は８５°である（実測値）。その噴流の広がり角度が１０２°以上になると筐体内における流れが横に広がりすぎて、いわゆる「二次流れ（主流方向に対して直角方向の二次的流れ）」が非円形の扁平状になって、その結果、流体における圧力抵抗が増大して気体吸入量がより減少してしまうことにある。逆に、その広がり角度が８５°以下になると、今度は、その噴流が筐体状壁面に直接衝突して、その衝突後に横方向に広がることで、その二次流れが円形状に形成されないことから、そのために、その広がり幅が狭くなりすぎて蓋体に開設された微細気泡を含む旋回気液混合液導出口４ｂからの噴流の流出機能を低下させることから、結果的に、気体導入孔２からの気体吸入量がより減少してしまうことになる。
　なお、上記において、円筒形状容器本体１の周壁の一部に、その内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口３から、円筒形状容器本体１に導入される加圧液体の圧力は０．１～０．３ＭＰａ、液体噴出流量は７～１５リットル／ｍｉｎ、円筒形状容器本体１内における加圧液体の回転数は毎秒４５０～６００回転であることが好ましく、その回転数においては、直径の最頻値が２０～３０マイクロメートルで、その発生量が毎分１リットル前後という大量のマイクロバブルの発生（図５参照）が実験によって確かめられており、当然のことながら、それ以下の回転数においては、その微細さと発生量において十分なマイクロバブルの発生は得られないことも実験的に明らかになっている。
　次に、図２に示すものは、シャワー用旋回式微細気泡発生装置である。すなわち、一端側が壁体で閉口され、他端側が開口されている円筒形状の容器本体１と、前記一端側の壁体１ａに開設された気体導入口２と、前記円筒形状容器本体１の周壁の一部にその内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口３とからなり、前記一端側の壁体１ａを前記他端側に向けて突出する円錐形又は円錐台形状のもので構成し、前記円錐形又は円錐台形状の壁体の側面傾斜角度θを１０°～７０°（好しくは４０°～６０°）で構成し、前記一端側の縦断面の容器本体１内スペースの先端形状をＭ字状とし、前記容器本体１の他端側の開口部から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようにしてある。さらに、前記他端側の開口部には、外方に突設された管体４ａを中央に備える蓋体４が取り付けられてなり、容器本体１の内径（Ｄ１）は同管体４ａの内径（Ｄ４）の２．０～４．０倍であり、すなわち、Ｄ１＝（２．０～４．０）×Ｄ４である。同管体４ａの長さ（Ｌ２）は容器本体１の内径（Ｄ１）の０．２～２．０倍、すなわち、Ｌ２＝（０．２～２．０）×Ｄ１である。そしてまた、同管体４ａの先端部に円盤状の筐体５の底部が取着され、かつ同筐体５の上部壁には多数の細孔５ａが穿設されている。
　そして、上記図１及び図２における各部の寸法としては、容器本体１内径（Ｄ１）を１００とすると、容器本体１内のスペースの長さ（Ｌ１）が４０～４００、前記一端側の壁体１ａに突設された加圧液体導入口３の直径（Ｄ２）が８～３０、蓋体４に備える管体４ａの内径（Ｄ４）が１０～５０、管体４ａの長さ（Ｌ２）が６～２００、管体４ａの後端部と加圧液体導入口３開口部間の長さ（Ｌ４）が８～１５、円盤状筐体５の内径（Ｄ５）が１１５～３８５、円盤状の筐体５の厚み（Ｌ３）が３５～５８、円盤状筐体５の上部壁に穿設された多数の細孔５ａの直径（Ｄ８）が１．２～５．８であることが好ましい。また、円盤状筐体５の上部壁に穿設された多数の細孔５ａの数は１６～３００個であって、かつ下記の寸法条件Ｌ１／Ｄ１＝０．４～４．０、Ｄ２／Ｄ４＝０．４～１．０、Ｄ５／Ｄ４＝１．０～１２．５、Ｄ５／Ｌ３＝１．１～５．０、Ｄ７／Ｄ１＝１．０～１．２を満たし、そして容器本体１の内径（Ｄ１）が８～３００ｍｍ、容器本体１のスペースの長さ（Ｌ１）が１５～４５０ｍｍであることが好ましい。
　上記記載の各数値範囲の決定理由は下記のとおりである。
（１）Ｄ４を（０．２５～０．５）×Ｄ１の範囲に限定した理由は、気体導入孔３から装置を空中に置いた際に毎分０．９１～０．９６リットル／ｍｉｎの大量の気体を吸入可能にさせ、その吸入させた気体のほとんどすべてをマイクロバブル化にすることを実現させるための工夫にある。具体的に、Ｄ４を０．２５×Ｄ１未満にした場合には、容器本体１の直径と容器本体の開口部に突設された蓋体４の管体の直径との差がより大きくなり、容器本体１と開口部に突設された蓋体４の直径の比が４倍以上になる。この場合、開口部に突設された蓋体４内の壁面における水流との摩擦抵抗が増大し、その圧力も増大し、結果的に、この圧力増大が、開口部容器本体１にも伝達して、本体１の気体吸入部からの気体吸入量をより減少させることから、大量にマイクロバブルを発生させることが困難になる。
　反対に、Ｄ４が０．５×Ｄ１を越える場合において、相対的にはＤ１に対してＤ４の割合が大きくなることから、開口部に突設された蓋体４は、本体１のサイズにより近づいていくことになる。この場合、本体１内の圧力が適切に高まらず、より本体１から蓋体４への流体はより流れやすくなることで、本体１の気体導入孔からの気体吸入の効率が大きく低下してしまうことになる。
　それゆえＤ４を（０．２５～０．５）×Ｄ１に限定することは、本体１の気体導入孔から大量に気体吸入を可能にさせるための重要な工夫であり、具体的には、本体１の内部の流水の適切な圧力制御を適切な直径と長さを設けた蓋体４を配備することによって実験的に確かめられた最適範囲である。
（２）すでに述べてきたように、本体容器１の開口部に蓋体４を突設、固着させた理由は、大量の気体吸入を実現させ、それをマイクロバブルにするための重要な工夫であり、この配備によって、
１）より大量に気体吸入を可能にする、
２）開口部に突設された蓋体４によって、容器本体からの噴出流の開口部に突設された蓋体４の出口における広がり角度をより小さくさせて（具体的には、１０２°から８５°に縮小させて）、シャワー噴出部円盤状筐体５の壁面において、その中央部付近に、その流れを衝突させることによって、より強力でかつ円形状の円滑な二次流れを形成させることを可能にするためであった。
　また、開口部に突設された蓋体４の管体４ａ内部においては、流通する液体の外側部分は壁面との摩擦抵抗によって速度が低下するが、反対に内側の中心軸付近における旋回気体の旋回速度は、旋回水流と旋回気体空洞部との界面との間に摩擦抵抗が生じないことから少しの速度低下もなく、この管体４ａ出口付近での旋回水流の内外の回転速度差による吸入気体の分断・微細化に重要な役割を果たし、結果的にマイクロバブルの大量発生に大きく寄与することになる。
　このように、Ｄ４を（０．２５～０．５）×Ｄ１の範囲に限定した理由は、気体導入孔から大量の気体を吸入させ、それによって大量のマイクロバブルを発生可能にするためであり、この限定によってマイクロバブルを含むシャワー水を発生させるために不可欠の重要な技術的要素といえる。
　また、Ｌ２を（０．２～２．０）×Ｄ１にした理由は、水中の装置を浸潤させただけでなく、空気中において装置を置いても、毎分０．９１～０．９６リットルの非常に大量のマイクロバブルを含むシャワー水を発生・噴出可能にしたことにある。そのためには、本体容器１の直径Ｄ１に対して開口部に突設された蓋体４の長さＬ２を、まずＤ１に対して適切な長さ（０．２～２．０）×Ｄ１にする必要があった。仮に、その長さを直径Ｄ１の０．２倍未満にすると、その出口付近における噴流の広がり角度は、１０２°を越えることになり、また、Ｌ２＝２．０×Ｄ１にした場合の広がり角度は８５°に減少することが実験的に確かめられている。ただし、この噴流における広がり角度が１０２°の場合と８５°場合において、それぞれにおける気体気吸入量は、ほとんど変わらないことから、蓋体４の長さＬ２を（０．２～２．０）×Ｄ１の範囲で変化させることは、気体吸入孔から吸入する気体吸入量をほぼ同じにしながら、その噴出流の広がり角度を制御することによって筐体５の上端壁への衝突具合を変えることを可能にした。
　また、この開口部に突設された蓋体４の出口付近における噴出流の広がり角度の縮小によって、気液二相の旋回流における中心軸上の旋回気体空洞部の旋回速度を維持させながら、その旋回流の直進性を発達させることで、結果的に本体容器の気体導入孔からの気体吸入がより増加させた。
　逆に、本体容器１の直径Ｄ１に対して開口部に突設された蓋体４の長さＬ２を、Ｄ１の２倍を越えることにした場合には、開口部に突設された蓋体４における内壁面とその内部を旋回しながら流下していく際の壁面摩擦抵抗が非常に増大することによって、その旋回速度と流下速度がより低下することで、蓋体４及び本体容器１内の圧力がより高くなり、気体導入孔からの気体吸収量が減少し、結果としてマイクロバブルの発生量も減少する。
　それゆえＬ２は、Ｄ１に対して短すぎても、長すぎてもよくないことから、その適切な長さを（０．２～２．０）×Ｄ１の範囲に限定することが非常に重要である。この限定範囲においては、Ｌ２＝０．９×Ｄ１前後の値が最も好ましい。
　本発明の旋回式微細気泡発生装置の実施例１は、最も基本的な構成のものであって、
図１（ａ）に示すように一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円筒形状の容器本体１と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔２と、前記円筒形状容器本体１の周壁の一部にその内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口３とからなり、前記一端側の壁体１ａが前記他端側に向けて突出する円錐形又は円錐台形状をなし、その先端に前記気体導入孔２の出口が開設され、前記他端側の開口部には、外方に突設された管体４ａを中央に備える蓋体４が取り付けられている。そして前記管体４ａの先端には微細気泡を含む旋回気液混合液の噴出口４ｂが開設されてなるものである。
　本発明の旋回式微細気泡発生装置の実施例２は、図１（ｂ）に示すように容器本体１の内径が閉口部近傍で拡大するテーパー部１ｂを有するものであって、前記加圧液体導入口３から導入された加圧液体の旋回流が該テーパー部１ｂで広がり、容器本体１の奥まで回転力を弱めることなく届くので、気体導入孔２から吸引して取り入れる気体の量を前記実施例１の装置に比べて増加可能にしてなるものとなっている。
　本発明の旋回式微細気泡発生装置の実施例３は、図１（ｃ）に示すように前記テーパー部１ｂの端末部１ｃで容器本体の側壁の厚みが減少しており、砂や金属粉混じりの液体を流入させた場合に破損しやすいので、その隅角部を円弧状にして、この部分での旋回流の旋回速度を局所的に低減および安定制御させ、その隅角部における局所的な流れの発生による破損を防止する対策として重要な工夫を行っている。
　次いで本発明のシャワー用旋回式微細気泡発生装置を図２及び図３に基づいて説明する。なお本装置の旋回式微細気泡発生装置及びその発生機構は、前記図１に示したものを使用しているので、その部分の説明は省略し、該旋回式微細気泡発生装置の蓋体４の先端部に取着されるシャワー噴出部５についての説明に限定して行うこととする。
　図２に示すシャワー用旋回式微細気泡発生装置は、前記旋回式微細気泡発生装置の蓋体４の先端部に円盤状筐体で構成されたシャワー噴出部（円盤状筐体）５が着脱可能に設けられたものであって、同円盤状筐体５の上部壁には多数の細孔５ａが図４に示すように中央部を除く部位に多重の同心円状に配設されている。図４においては、本実施例４で使用した直径１．１ｍｍの細孔を２重の同心円の外周側に２０孔、内周側に８孔設けたものを表示している。この細孔５ａの直径によって噴出圧力と流量が制御することが可能であり、またその数によって流量と圧力の制御ができるので、その用途に応じたシャワー噴出部の設計を行うことか可能である。
　また、円盤状筐体５の内部では、前記旋回式微細気泡発生装置の蓋体４から噴出された旋回気液混合液を円盤状筐体５の上部壁の細孔を有しない中央部に衝突させることで、均一に四方に広がらせる横方向の二次流れを形成させている。この二次流れの形成によって衝突点付近の圧力を、前記横方向の流れが形成されない場合と比較して、より減少させることが可能になることから、結果的に容器本体１からの旋回気液混合液の流入量も増え、ひいては容器本体１の気体導入孔からの空気吸入量が増加することで空気中や水中でマイクロバブルを大量に含むシャワー水の噴出が可能になった。なお、横方向に流れた旋回気液混合液は、図２及び３に示すように円盤状筐体５の側壁に衝突してより強力な円形状の二次流れを形成させることで、その筐体周辺部に穿設された細孔５ａからシャワー水として勢いよく噴射される。
　図３に示すシャワー用旋回式微細気泡発生装置は、前記旋回式微細気泡発生装置の蓋体４の先端部に円盤状筐体５で構成されたシャワー噴出部５が着脱可能に構成されたものであって、円盤状筐体５の上部壁には多数の細孔でなるシャワー噴出孔５ａが図４に示すように中央部を除く部位に多重の同心円状に配設され、かつ円盤状の筐体の底面の形状が輪環型５ｃに構成されているので、円盤状筐体内に発生する旋回気液混合液の流れをより滑らかに循環的な二次流れとして形成でき、これによって安定した大量のマイクロバブルを含む噴出流の放出が可能となった。
　図３に示すシャワー用旋回式微細気泡発生装置を用いて、その液体導入における水流の圧力Ｐと気体導入孔２から吸入される空気吸入量Ｑａとの関係を計測した事例を図５のグラフ図に示した。これは、図３の装置で、Ｄ１＝２７ｍｍ、Ｄ２＝５．５ｍｍ、Ｌ１＝３０ｍｍ、Ｌ２＝２４ｍｍ、Ｌ３＝１３ｍｍのものを用いて測定した液体導入口における水流の圧力Ｐと気体導入孔２から吸入される空気吸入量Ｑａとの関係を示す図面である。この場合、空気吸入量Ｑａは、マイクロバブルの発生量とほとんど同一であるとみなしてよい。また、この装置への液体供給は、一般家庭における水道水の末端蛇口から行った。現行の水道法においては、その末端蛇口における水流圧力は約０．３ＭＰａとされているので、本データの計測範囲においては、その圧力値が含まれている。
　これより、水道蛇口を開いて圧力を高めていく（流量を増やすことと同一である）と、空気吸入量、すなわちマイクロバブルの発生量は、最初に直線的に増え、その圧力が０．１ＭＰａ超えたあたりから放物線状に、より増加していく傾向を示していることが明らかである。
　空気中においてマイクロバブルを大量に含むシャワーを噴出可能としたものにあっては、水道水圧力が通常の０．３ＭＰａの時に、その噴出量が０．９１～０．９６リットル／ｍｉｎであり、同じく空気中で被シャワー噴出部に近接密着させてシャワーを噴出可能にしたものにあっては、同じく水道水圧力（加圧液体導入口の水圧Ｐ）が通常の０．３ＭＰａの時にマイクロバブル発生量が１．０７～１．１２リットル／ｍｉｎであり、さらに水中において大量のマイクロバブルを発生させてなるものにあっては、同じく水道水圧力が通常の０．３ＭＰａの時に１．１３～１．１８リットル／ｍｉｎの値を示している。このように、本発明のシャワー用旋回式微細気泡発生装置におけるシャワー噴出方式には３つの方法があり、そのいずれにおいても、大量のマイクロバブルを含むシャワー水の噴出が可能であることに重要な特徴がある。
　なお、このようにマイクロバブルを大量に含むシャワー水を噴射させる既往の装置はなく、ここに本発明の特徴と新規性、進歩性が認められる。
　以下に、本発明に関する新規性と進歩性を具体的にまとめて箇条書きで示す。
〈１〉空中シャワー噴射、近接密着噴射、水中噴射の３通りにおいてマイクロバブルを大量に発生させる旋回式微細気泡発生装置であり、このような方式の装置は、これまでに存在していないことに優れた新規性が認められる。
〈２〉たとえば、水圧が０．２～０．３ＭＰａの場合においては、空中で毎分０．７５リットル～０．９６リットルという大量のマイクロバブル発生が可能であり、既往の類似シャワー装置のほとんどは、その空気吸入量の明記がなく、詳しくは不明のままであるが、たとえ空気吸入が可能で、その量が多くても、それらはせいぜい毎分５０ミリリットル程度と推測されることから、それらと比較すると、約１５～１９倍にまで飛躍的に増大させたことに進歩性が認められる。
〈３〉一方、水中に装置を沈めて光マイクロバブルを発生させた場合には、より空気の吸入量、すなわち光マイクロバブルの発生量がより増加させ、具体的には水圧が０．２～０．３ＭＰａの場合において、毎分０．９リットル～１．１８リットルの大量の空気吸入量、すなわちマイクロバブルの発生量が明らかである。ほとんどの既往の装置におけるマイクロバブルの発生量は、せいぜい毎分１００ミリリットル程度であることから、その発生量は約９～１０倍になる。
〈４〉これらのように、空中で、あるいは、その近接密着、そして水中においてマイクロバブルを大量に発生させることによって、次の利点が生まれることに重要な意味がある。
１）従来のシャワー噴出よりも、はるかに精密な洗浄作用が発揮される。なぜなら、マイクロバブルは負の電位を有し（マイナス数十ミリボルト）、被噴射体に付着した正の電位を有する有機物系の汚れに付着・浸透し、剥離させて優れた洗浄における作用効果をもたらすからである。
２）通常のシャワー水やマイクロバブルをわずかにしか含まないシャワー水を皮膚表面に噴出させる際に問題になるのは、その細孔を小さくして、圧力をかけると、その肌に痛みを感じることである。ところが、その噴出水のなかに大量にマイクロバブルを含むと、その衝突が緩和され、その際の痛みがより改善され、さらには「ここちよい」という新たなマッサージ効果がもたらされる。
３）本装置における筐体５では、マイクロバブルの大量発生後に、空気や窒素の溶解がより進み、より高濃度の酸素成分や窒素成分を有した噴出水の噴出が可能になり、これらが皮膚表面における知覚神経刺激作用の増加や血行促進などの生理活性などの作用効果の発揮が推察されている。
　以上の新規性と有用性を踏まえると、本発明は、大量のマイクロバブルを含むシャワー装置として、従来のシャワー概念を覆すとともに、次世代型のシャワー装置としての有用性と進歩性をも有している。
１：容器本体
１ａ：円錐形又は円錐台形状に突出させた一端側の壁体
θ：円錐形又は円錐台形状に突出させた壁体側面の傾斜角度
１ｂ：容器本体の内径が閉口部近傍で拡大するテーパー部
１ｃ：テーパー部先端の円弧状隅角部
２：気体導入孔
３：加圧液体導入口
４：容器本体の開口部に突設された蓋体
４ａ：管体
４ｂ：蓋体に開設された微細気泡を含む旋回気液混合液導出口
５：シャワー噴出部円盤状筐体
５ａ：シャワー噴出孔
５ｂ：筐体の底部
５ｃ：輪環型底面
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　

Claims (11)

  1. 　一端側が壁体で閉口され、他端が開口されてなる円筒形状の容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形状の容器本体の周壁の一部にその内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口とからなる旋回式微細気泡発生装置において、前記他端側の開口部に、中央部に外方へ突設された管体を備える蓋体が取り付けられてなり、容器本体の内径（Ｄ１）は、前記管体内径（Ｄ４）の２～４倍［Ｄ１＝（２～４）×Ｄ４］であり、同管体の長さ（Ｌ２）は容器本体の内径Ｄ１の０．２～２．０倍［Ｌ２＝（０．２～２．０）×Ｄ１］であることを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
  2. 　一端側が壁体で閉口され、他端側が開口されている円筒形状の容器本体と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔と、前記円筒形状の容器本体の周壁の一部にその内周の接線方向に向けて開設された加圧液体導入口とからなる旋回式微細気泡発生装置において、前記一端側の壁体を前記他端側に向けて突出する円錐形又は円錐台形状に形成し、かつ前記円錐形又は円錐台形状の壁体の側面傾斜角度θを１０°～７０°として、前記容器本体一端側の内スペース先端部の縦断面をＭ字状に構成し、前記容器本体の他端側の開口部には、中央部に外方に突設された管体を備える蓋体が固着され、又は着脱可能に取り付けられ、該蓋体の先端から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出するようになした旋回式微細気泡発生装置であって、容器本体の内径（Ｄ１）は、前記管体内径（Ｄ４）の２～４倍［Ｄ１＝（２～４）×Ｄ４］であり、同管体の長さ（Ｌ２）は容器本体の内径Ｄ１の０．２～２．０倍［Ｌ２＝（０．２～２．０）×Ｄ１］であることを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
  3. 　容器本体の内径が閉口部近傍で拡大するテーパー部を有し、かつ、前記テーパー部の端末が円弧状に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回式微細気泡発生装置。
  4. 　請求項１又は２に記載の旋回式微細気泡発生装置における中央部外方へ突設された管体を備える蓋体が取り付けられた管体の先端部に、円盤状の筐体の底部が取着され、かつ同筐体の上部壁には多数の細孔が穿設されてなることを特徴とするシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
  5. 　容器本体の内径が閉口部近傍で拡大するテーパー部を有し、かつ、前記テーパー部の端末が円弧状に形成されてなることを特徴とする請求項４に記載のシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
  6. 　円盤状の筐体の底面の形状が、輪環型であることを特徴とする請求項４に記載のシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
  7. 　請求項１又は請求項２に記載の旋回式微細気泡発生装置おいて、各部の寸法が、容器本体の円筒部の内径（Ｄ１）を１００とすると、容器本体内のスペースの長さ（Ｌ１）が４０～４００、前記一端側の壁体に開設された加圧液体導入口の直径（Ｄ２）が８～３０、前記蓋体の中央部に備える管体の内径（Ｄ４）が１０～５０で、同管体の長さ（Ｌ２）が６～２００、蓋体後端部と加圧液体導入口開口部間の長さ（Ｌ４）が８～１５であって、かつ次の条件、Ｌ１／Ｄ１＝０．４～４．０、Ｄ２／Ｄ４＝０．４～１．０を満たし、そして容器本体の内径（Ｄ１）が８～３００ｍｍ、容器本体内のスペースの長さ（Ｌ１）が、１５～４５０ｍｍを備えるものであることを特徴とする旋回式微細気泡発生装置。
  8. 　請求項４又は請求項５に記載のシャワー用旋回式微細気泡発生装置において、各部の寸法が、本体容器の円筒部の内径（Ｄ１）を１００とすると、容器本体内のスペースの長さ（Ｌ１）４０～４００、前記一端側の壁体に突設された加圧液体導入口の直径（Ｄ２）が８～３０、前記蓋体の中央部に備える管体の内径（Ｄ４）が１０～５０で、同管体の長さ（Ｌ２）が６～２００、蓋体後端部と加圧液体導入口開口部間の長さ（Ｌ４）が８～１５、円盤状の筐体の内径（Ｄ５）が１１５～３８５、円盤状の筐体の厚み（Ｌ３）が３５～５８、筐体の上部壁に穿設された多数の細孔の直径（Ｄ８）が１．２～５．８、円盤状の筐体の上部壁に穿設された多数の細孔５ａの数が１６～３００個であって、かつ次の条件Ｌ１／Ｄ１＝０．４～４．０、Ｄ２／Ｄ４＝０．４～１．０、Ｄ５／Ｄ４＝１．０～１２．５、Ｄ５／Ｌ３＝１．１～５．０、Ｄ７／Ｄ１＝１．０～１．２を満たし、そして容器本体の内径（Ｄ１）が８～３００ｍｍ、容器本体内のスペースの長さ（Ｌ１）が１５～４５０ｍｍであることを特徴とするシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
  9. 　円盤状の筐体の上部壁に穿設される細孔の分布が、中心部を取り囲む多重の同心円上に配設されてなることを特徴とする請求項４、５又は８のいずれか１項に記載のシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
  10. 　請求項３又は４に記載されたシャワー用旋回式微細気泡発生装置が、ａ．空気中においてマイクロバブルを大量に含むシャワーを噴出可能としたもの、ｂ．空気中で被シャワー噴出部に近接密着させてマイクロバブルを大量に含むシャワーを空気中に置いた時よりも、より多く噴出可能にしたもの、ｃ．水中において大量のマイクロバブルを発生させてなるものとの３方式が実施できるものであることを特徴とするシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
  11. 　請求項１０に記載の３方式のマイクロバブル発生量が、ａ．空気中においてマイクロバブルを大量に含むシャワーを噴出可能としたものにあっては、水圧が０．３ＭＰａの時に０．９１～０．９６リットル／ｍｉｎであり、ｂ．同じく空気中で被シャワー噴出部に近接密着させ、シャワーを噴出可能にしたものにあっては、同じく水圧が０．３ＭＰａの時に１．０７～１．１２リットル／ｍｉｎ、ｃ．さらに水中において大量のマイクロバルブを発生させてなるものにあっては、同じく水圧が０．３ＭＰａの時に１．１３～１．１８リットル／ｍｉｎの３段階であることを特徴とするシャワー用旋回式微細気泡発生装置。
    　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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