JP2009028579A - 気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で装置から吐出される液体中に微小気泡や大きめの気泡などの大小の気泡を容易に発生させることのできる気泡発生装置を提供することにある。
【解決手段】導入側通路２１と吐出側通路２２とからなる液体通路２を内部に形成した外筒３を設け、該外筒３の導入側通路２１に流速を高める送水通路４１が内部に形成された内筒４を装着し、エッジ部４２を内筒４の内部の送水通路４１の下流端側に形成し、エッジ部４直近下流側の導入側通路２１と吐出側通路２２との境界部分に所定の隙間５を内周方向に形成し、上記隙間５に連通する環状気室６を上記内筒４の外周と上記外筒３の内周との間に環状に形成し、上記導入側通路２１の上流端をポンプ７を介して液体供給側に連通接続し、上流側が気体供給側に連通する気体供給ホース８の下流端を上記環状気室６の吸入口６１に連通接続した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば淡水、海水、その他の用途に応じて使用される各種の液体中に気体を混在化させる技術に係り、特に、簡単な構造で装置から吐出される液体中に微小気泡や大きめの気泡などの大小の気泡を容易に発生させる気泡発生装置に関するものである。

従来、例えば淡水、海水、その他の用途に応じて使用される各種の液体中に気体を混在化させて、大小の気泡を液体中に発生させることができる気泡発生装置が種々開発され、実用に供されている。

しかしながら、従来の気泡発生装置は、その構造が一般に複雑であり、その結果、部品数も多く、コストが高くなり、また、内部の清掃などの作業の際には簡単に分解して内部の清掃を容易に行うことも困難であった。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、簡単な構造で装置から吐出される液体中に微小気泡や大きめの気泡などの大小の気泡を容易に発生させることのできる気泡発生装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、導入側通路と吐出側通路とから構成される液体通路を内部に形成した外筒を設け、該外筒の内部の上記導入側通路に流速を高める送水通路が内部に形成された内筒を装着し、吐出側通路に向けて送水通路の内周面の内径がテーパー状に一旦縮小後に拡大し流速促進と水脈分離を促すエッジ部を上記内筒の内部の送水通路の下流端側に形成し、エッジ部直近下流側の導入側通路と吐出側通路との境界部分に所定の隙間を内周方向に形成し、上記隙間に連通する環状気室を上記内筒の外周と上記外筒の内周との間に環状に形成し、上記導入側通路の上流端をポンプを介して液体供給側に連通接続し、上流側が気体供給側に連通する気体供給ホースの下流端を上記環状気室の吸入口に連通接続した手段よりなるものである。

また、請求項２の発明は、導入側通路と吐出側通路とから構成される液体通路を内部に形成した外筒を設け、該外筒の内部の上記導入側通路に流速を高める送水通路が内部に形成された内筒を装着し、吐出側通路に向けて送水通路の内周面の内径がテーパー状に一旦縮小後に拡大し流速促進と水脈分離を促すエッジ部を上記内筒の内部の送水通路の下流端側に形成し、エッジ部直近下流側の導入側通路と吐出側通路との境界部分に所定の隙間を内周方向に形成し、上記隙間に連通する環状気室を上記内筒の外周と上記外筒の内周との間に環状に形成し、上記導入側通路の上流端をポンプを介して液体供給側に連通接続し、上流側が気体供給側に連通する気体供給ホースの下流端を上記環状気室の吸入口に連通接続し、気体供給側から流入する気体の流量を制御する流量制御弁を気体供給ホースに設けた手段よりなるものである。

以上の記載より明らかなように、この発明に係る気泡発生装置によれば、次のような効果を奏するものである。
（１）内部の送水通路の下流端側にエッジ部が形成された内筒を外筒に挿入して結合するのみの構造であり、その構造が簡単であるため安価になると共に分解清掃が容易に行える。しかも、微細な加工を必要としないため加工費の低減が可能となり製品価格を低減できる。
（２）発生させる気泡の大きさは空気弁の開度や液体通路途中に設ける隙間により行うので、気泡の大きさを調整する機能を持つ装置などを通路の内部に配置する必要がなく、異物通過の障害がないため、異物の通過が容易に出来る。また、異物径が特定できればそれに合わせた設計が可能である。
（３）気体の吸引は上記隙間部で発生する負圧により自給式となる。導入側通路に挿入した内筒のエッジ部は吐出側通路に向けて急縮小拡大しているので、通過する液体はエッジ部を持って飛び越え吐出側通路へ連続的に移行し導入側通路の下流面と吐出側通路の上流面に設けられている隙間は空洞化し負圧状態となることで吸引力が生じ、液体に気体を吸引させることができる。
（４）液体中に発生させる気泡は気泡発生装置で生じさせる負圧で自給させるためにコンプレッサ−等の送気装置が不要となる。
（５）ホ−ス端に取り付ければ気泡混じりの水などの液体を対象物に噴射できる。
（６）微小気泡を含んだ液体の例えば水を水中に吐出することにより、水中で発生する微小気泡に水中の細かな塵芥を付着させ水面まで運び浮遊させれば除去が容易となり水の浄化が可能となる。
（７）管路途中、管端部への設置が可能である。
（８）吸入口から通常、水中に空気を微小化した気泡として混在化させるが、これとは別に複数種類の気体を気泡化させ混合することも可能である。また、循環させる液体（通常は淡水、海水）へ別な液体、例えば消毒剤、液肥料、着色剤などを混合させる事ができる。
（９）発生させる気泡の大きさは気体供給ホースに設けた流量制御弁の制御により行う事が出来るため、気泡発生装置と市販の水中ポンプに接続するだけで微小気泡を含む各種の大きさの気泡を液体中に混入でき、これを液体中に吐出することで液体中に各種の大きさの気泡を発生させることができる。

また、請求項２の発明に係る気泡発生装置によれば、前記の効果に加えて、内筒の導水部がテ−パ状に縮小しているため液体がよりスム−ズに流下できる。

以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１は気泡発生装置を液体中に配置した全体構成図、図２（Ａ）は気泡発生装置の側断面図、図２（Ｂ）は内筒の下流端の端部正面図、図３（Ａ）は気泡発生装置の他の側断面図、図３（Ｂ）は内筒の他の下流端の端部正面図、図４は気泡発生装置の更に他の側断面図である。

図において、気泡発生装置１は、簡単な構造で例えば淡水、海水、その他の各種の液体中に微小気泡や大きめの気泡などの大小の気泡を容易に発生させる装置である。気泡発生装置１を構成する外筒３の内部には例えば円形断面の液体通路２が設けられている。液体通路２は導入側通路２１と例えばこれより段差して内径が小なる吐出側通路２２とから構成されている。導入側通路２１の端部から導入された液体が液体通路２内を通過中に気体が液体中に吸引されて混入し、吐出側通路２２の端部から吐出された液体中から気泡が発生する構造になっている。

気泡発生装置１を構成する外筒３は、その内部の液体通路２を構成する導入側通路２１に内筒４が前後方向に向けて装着されている。内筒４は導入側通路２１の流入側端部から吐出側通路２２に向けて挿入されている。つまり、気泡発生装置１を構成する外筒３の内部に設けられた液体通路２は、内筒４が挿入された導入側通路２１と吐出側通路２２とに分けられる。

外筒３の内部に形成された導入側通路２１の円形の直径は、前記したように吐出側通路２２の円形の直径より大きく、その境界部分は例えば直角に段差している。つまり導入側通路２１の境界部分は円形になっていて、その円形の内部にこれより小さな同心円形の吐出側通路２２の端部が形成されている。直径が大きな導入側通路２１から挿入された内筒４の先端はこの境界部分の例えば直角な段差部分で隙間５をあけて止められる。

そして、内筒４を導入側通路２１の内部に挿入して装着したとき、導入側通路２１に装着した内筒４と吐出側通路２２との境界部分には通気溝として機能する所定の隙間５が常に形成される構造になっている。つまり、導入側通路２１に挿入された内筒４と吐出側通路２２とは所定の隙間５を形成して前後方向に連通接続されている。

外筒３の導入側通路２１内に挿入されて装着される内筒４は筒状になっていて、内部に断面円形の送水通路４１が形成されている。送水通路４１は、導入側通路２１及び吐出側通路２２と共に液体通路２の一部を構成する。送水通路４１の内径は内筒４が挿入される導入側通路２１の内径よりも小さい。

導入側通路２１の上流端となる導入口２１ａから導入された液体は、導入側通路２１を通過してこれよりも内径が小さな内筒４の送水通路４１内に入ると、流体連続性の原理により流速が促進される。つまり、送水通路４１は流速促進部として機能する。

また、内筒４の内部に形成された流速促進部として機能する送水通路４１には、その下流端側にエッジ部４２がその内周面に形成されている。エッジ部４２は吐出側通路２２に向けて送水通路４１の下流端内周面の内径がテーパー状に縮小した形状から形成されていて、流速促進と水脈分離を促す機能を果たす。

内筒４の送水通路４１の下流端側にエッジ部４２を設けたので、流速を有する液体はエッジ部４２により内径がテーパー状に急激に縮小することで、流体の連続性により流速が促進されることになる。また、導入側通路２１から吐出側通路２２に流入する際に、エッジ部４２により液体通路２の断面積が急縮急拡の状態になるので、エッジ部４２を通過直後にその圧力が下がり、液体に吸引力が自然に生じる。

しかも、エッジ部４２の直下流端から液体通路２が吐出側通路２２に向けてテーパー状に拡大しているので、エッジ部４２を通過する液体は傾斜を持って飛び越え吐出側通路２２へ連続的に移行して水脈分離が促進されて、エッジ部４２の直下流の隅部には空洞が形成される。この空洞部分は隙間５に連通している。

そしてエッジ部４２の直下流の隅部は空洞化し飛び越える液体で隅部の気体は連行され負圧状態となり吸引力が自然に生じるようになる。負圧状態となる隅部には隙間５が連通していて、吸引力が発生して境界部分に位置する隙間５から例えば空気などの気体を吐出側通路２２を通過する液体中に吸引混入させて、吐出側通路２２の吐出口２２ａから吐出された液体中に気泡を生成する構造になっている。

ところで、内筒４の内部に形成された送水通路４１及びこのエッジ部４２は、図２〜図４に図示するような形状を有している。
図２に示す内筒４にあっては、送水通路４１の内径はエッジ部４２と送水流入口４１ａを除いて内径は同一の例えば円形になっている。送水流入口４１ａはその内周縁が丸みを帯びて流入する液体との抵抗が小さくなるように形成されている。

図２に図示する内筒４のエッジ部４２は側面から見ると、頂部４２ａを挟んで図の右側の内面上側は吐出側通路２２に向けて斜め下向きに傾斜し、頂部４２ａを挟んで図の右側の内面下側は吐出側通路２２に向けて斜め上向きに傾斜して、内径は急激に縮小している。また、頂部４２ａを挟んで図の左側の内面上側は吐出側通路２２に向けて斜め上向きに傾斜し、頂部４２ａを挟んで図の左側の下側は吐出側通路２２に向けて斜め下向きに傾斜して、内径は拡大している。

また、図２に図示する内筒４の下流端の端面には通気溝として機能する隙間５が確実に形成されるように、僅かな幅を有する端面凸面４３又は端面凹面４４が半径方向に少なくとも一つは形成されている。この端面凸面４３が導入側通路２１の下流端の段差面に当接することで、或いは端面凹面４４が導入側通路２１の下流端の段差面との間に隙間を形成することで、内筒４の下流端の端面と導入側通路２１の下流端の段差面との間に通気溝として機能する隙間５が確実に形成されることになる。

一方、図３に図示する内筒４にあっては、送水通路４１の断面が吐出側通路２２に向けてテーパー状に縮小している。これにより、送水通路４１内ではエッジ部４２に近づくほどに流速が促進されることになる。これ以外は図２に図示する形状と同一になっている。

また、図４に図示する内筒４にあっては、図２に図示するような端面凸面４３或いは端面凹面４４が内筒４の下流端の端面に形成されてなく、内筒４の送水通路４１の送水流入口４１ａの外周側に環状突起面４５が形成されている。また、導入側通路２１はその内径が中間付近で導入口２１ａ側が奥側より少し段差して大きくなっていて、その内径が大きくなった中間付近の段差面に内筒４の外周側の環状突起面４５が当接して、内筒４の下流端の段差面が導入側通路２１の下流端の段差面に当接せずに、通気溝として機能する一定の隙間５が形成される構造になっている。図４では送水通路４１は図２と同じ断面形状であるが、図３の断面形状と同じであってもよい。

内部に内筒４が挿入された導入側通路２１には、吐出側通路２２との境界側の内周にこれに挿入される内筒４の外径より大きな内径の円形穴が形成されている。環状気室６は内筒４の外径とこれより大きな内径の円形穴との隙間部分となる環状の空洞部分に形成されている。

導入側通路２１の内周面には、シール溝２１ｂがその円周方向に向けて形成されている。シール溝２１ｂの断面は矩形状の形状をしている。シール溝２１ｂには環状のシール材２１ｃが取り付けられている。また、吐出側通路２２の内周面には、必要に応じて撹拌溝２２ｂがその円周方向に向けて形成されている。撹拌溝２２ｂの断面は矩形状の形状をしている。吐出側通路２２内を流れる液体はこの撹拌溝２２ｂでさらに撹拌されることで、液体中に気体がさらに混入されることになる。

気泡発生装置１を構成する外筒３は、例えば円筒形状に形成されていて、中央部位の外形の直径がその前後の直径より少し大きな環状厚盤３１で形成されている。この環状厚盤３１には外周から内側の円形穴に向かって環状気室６に連通する吸入口６１が形成されている。また、導入側通路２１に液体が流入する側となる上流端の導入口２１ａの外周には後述の水中ポンプ７の端部に接続し易いように例えば螺旋螺子山が形成されている。

液体通路２の外周の全周に形成される環状気室６の端部は通気溝として機能する上記隙間５に連通している。気体は吸入口６１を通過して環状気室６に流入し、環状気室６の全周方向に行き渡った後に液体通路２の内周方向に形成された通気溝として機能する隙間５から吐出側通路２２側でそこを通過する流速を有する液体中に吸引されて、吐出側通路２２の吐出口２２ａから吐出された液体中に気泡を生じさせる。

水中に設置されたポンプ７は液体供給側から上記液体通路２の導入側通路２１に液体を送り込むもので、導入側通路２１の導入口２１ａはこのポンプ７に接続されている。ポンプ７は、液体通路２の吐出側通路２２で液体中に隙間５から気体を吸引混入させる力を生じる流速で液体を送り込んでいる。ポンプ７はポンプ電源７１を通じて電力が供給される。図ではポンプ７は液体中に設置されて使用される水中ポンプであるが、液体の外に設置されて使用される自吸式ポンプなどでもよい。この場合には、ポンプ７と導入側通路２１の導入口２１ａとの間は図示しない液体供給ホースで連通接続されることになる。

気体供給ホース８は、気泡発生装置１に例えば空気、オゾン、二酸化炭素或いはその他の用途に応じて使用される各種の気体を供給する際の気体の通路である。気体供給ホース８はその上流側が気体供給側、例えば大気中に開口されていたり、オゾン貯留タンク或いは二酸化炭素貯留タンク、その他の気体貯留タンクに接続される。

また、気体供給ホース８はその下流端が気泡発生装置１の一部を構成する上記環状気室６の吸入口６１に連通接続されている。気体供給側の気体は気体供給ホース８を流れて環状気室６内に流入し、隙間５から吐出側通路２２内の液体中に吸引されて溶解し、又気泡となる。

気体供給ホース８の途中には、気体供給側から吸引される気体の流量を調整する流量制御弁８１が設けられている。この流量制御弁８１を調整することにより、例えば流量を少なくすると液体中の気泡の直径を小さくして微小気泡を生成し易くし、逆に流量を多くすると液体中の気泡の直径が大きいものを生成し易くすることができる。

次に、上記発明を実施するための最良の形態の構成に基づく気泡発生装置の動作について以下説明する。

気泡発生装置１を構成する外筒３の導入側通路２１の導入口２１ａを、例えば水中に設置されるポンプ７に接続する。また流量制御弁８１と気泡発生装置１の外筒３を気体供給ホース８で繋ぐが、この場合、気体供給ホース８の下流端を気泡発生装置１の外筒３の環状厚盤３１に形成された吸入口６１に接続して繋ぐ。そして、例えば気体が空気、液体が水の場合には、気体供給ホース８の上流端を大気中に置き、気泡発生装置１を水中に配置する。

この状態でポンプ７を駆動し送水すれば、その速度によって気泡発生装置１の導入側通路２１と吐出側通路２２との境界部分にできるエッジ部４２を通過する水脈がエッジ部４２の形状に追従せず傾斜を持って飛び越え、エッジ部４２の直下流に渦と隅部に負圧発生部ａを生じつつ連続的に導入側通路２１に挿入された内筒４の内部を通過して吐出側通路２２に移行する。

この時、渦を生じた水脈が導入側通路２１と吐出側通路２２との境界部分の円周状の隅部の空気を連行し流下するのでこの部分は負圧発生部ａとなる。円周状の隅部に発生した負圧は負圧発生部ａに形成された隙間５を通じて環状気室６、環状気室６から流量制御弁８１までの気体供給ホース８の管路を負圧とする。

この場合において、流量制御弁８１を全閉とすれば負圧区域に大気が供給されず、気泡発生装置１の液体通路２内の送水中の水には吸引されず、気泡発生装置１からは通常の送水が行われる。

また、流量制御弁８１を開放すれば導入側通路２１と吐出側通路２２との境界部分の円周状の隅部で発生する負圧によって運転前に環状気室６内に充満している水は、隙間５から液体通路２内を送水されている水脈中へ連行される。

環状気室６内の水が無くなれば、環状気室６に連通する隙間５から空気を吸入し始め、気泡発生装置１の液体通路２内を送水されている水脈中へと連行され、送水中の水に吸引されて気泡混じりの水として吐出側通路２２の吐出口２２ａから水中に放出される。

環状気室６及び隙間５を通じて液体通路２内を送水されている水脈中へ供給される空気量を制御する流量制御弁８１の開度により負圧の程度が変化する。全開にすれば環状気室６内の圧力が大気圧に近づき、空気が大量に液体通路２内を送水されている水脈中へ連行され、気泡発生装置１から水中に吐出される気泡径が大きくなる。

逆に空気量を制御する流量制御弁８１の弁を絞っていけば環状気室６内の圧力が低下し、隙間５を通じて液体通路２内を送水されている水脈中への吸入量が減少し、混入する空気が微小化し水脈へ混入され、気泡発生装置１の外筒３から水中に吐出される気泡径が小さくなり、微小気泡を水中に発生させることが可能となる。

なお、この発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。

この発明を実施するための最良の形態を示す気泡発生装置を液体中に配置した全体構成図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための最良の形態を示す気泡発生装置の側断面図である。 （Ｂ）はこの発明を実施するための最良の形態を示す内筒の下流端の端部正面図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための最良の形態を示す気泡発生装置の他の側断面図である。 （Ｂ）はこの発明を実施するための最良の形態を示す内筒の他の下流端の端部正面図である。 この発明を実施するための最良の形態を示す気泡発生装置の更に他の側断面図である。

符号の説明

１ 気泡発生装置
２ 液体通路
２１ 導入側通路
２１ａ 導入口
２１ｂ シール溝
２１ｃ シール材
２２ 吐出側通路
２２ａ 吐出口
２２ｂ 撹拌溝
３ 外筒
３１ 環状厚盤
４ 内筒
４１ 送水通路
４１ａ 送水流入口
４２ エッジ部
４２ａ 頂部
４３ 端面凸面
４４ 端面凹面
４５ 環状突起面
５ 隙間
６ 環状気室
６１ 吸入口
７ ポンプ
７１ ポンプ電源
８ 気体供給ホース
８１ 流量制御弁
ａ 負圧発生部

Claims (3)

1. 導入側通路と吐出側通路とから構成される液体通路を内部に形成した外筒を設け、該外筒の内部の上記導入側通路に流速を高める送水通路が内部に形成された内筒を装着し、吐出側通路に向けて送水通路の内周面の内径がテーパー状に一旦縮小後に拡大し流速促進と水脈分離を促すエッジ部を上記内筒の内部の送水通路の下流端側に形成し、エッジ部直近下流側の導入側通路と吐出側通路との境界部分に所定の隙間を内周方向に形成し、上記隙間に連通する環状気室を上記内筒の外周と上記外筒の内周との間に環状に形成し、上記導入側通路の上流端をポンプを介して液体供給側に連通接続し、上流側が気体供給側に連通する気体供給ホースの下流端を上記環状気室の吸入口に連通接続したことを特徴とする気泡発生装置。
2. 導入側通路と吐出側通路とから構成される液体通路を内部に形成した外筒を設け、該外筒の内部の上記導入側通路に流速を高める送水通路が内部に形成された内筒を装着し、吐出側通路に向けて送水通路の内周面の内径がテーパー状に一旦縮小後に拡大し流速促進と水脈分離を促すエッジ部を上記内筒の内部の送水通路の下流端側に形成し、エッジ部直近下流側の導入側通路と吐出側通路との境界部分に所定の隙間を内周方向に形成し、上記隙間に連通する環状気室を上記内筒の外周と上記外筒の内周との間に環状に形成し、上記導入側通路の上流端をポンプを介して液体供給側に連通接続し、上流側が気体供給側に連通する気体供給ホースの下流端を上記環状気室の吸入口に連通接続し、気体供給側から流入する気体の流量を制御する流量制御弁を気体供給ホースに設けたことを特徴とする気泡発生装置。
3. エッジ部は、頂部を境にその両側に傾斜面を有する断面三角形状に突起するように送水通路の内周面に形成されている請求項１又は請求項２に記載の気泡発生装置。

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