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JP5804175B1 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

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JP5804175B1
JP5804175B1 JP2014234330A JP2014234330A JP5804175B1 JP 5804175 B1 JP5804175 B1 JP 5804175B1 JP 2014234330 A JP2014234330 A JP 2014234330A JP 2014234330 A JP2014234330 A JP 2014234330A JP 5804175 B1 JP5804175 B1 JP 5804175B1
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Abstract

【課題】簡単な構成で、吐出部からより大量の微細気泡を安定して持続的に吐出させることができる微細気泡発生装置を提供する。【解決手段】槽Ｔ内の液体Ｌ１を導入する液体導入部２と、気体を導入する気体導入部３ａと、液体導入部２を介して送られる液流体Ｌ２と気体導入部３ａを介して送られる気体とを圧送する圧送部４と、圧送部４から圧送された液流体Ｌ２に微細気泡Ｂを発生させ、液体Ｌ１に吐出する微細気泡発生部５と、液流体Ｌ２の吐出量を調節する吐出流量調節部５５とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、導入気体を微細化してマイクロバブルやナノバブルなどの微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関する。
この種の微細気泡発生装置として、従来、図１２に示す技術が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この微細気泡発生装置１００は、一端側が壁体で閉口され、他端側が開口している円錐形スペース１０１を有する容器本体１０２と、前記一端側の壁体に開設された気体導入孔１０３と、円錐形スペース１０１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１０４とからなる微細気泡発生装置１００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状又は円錐台形状のもので構成し、前記一端側の縦断面のスペース形状をＭ字形状となし、前記他端側の円筒形スペース１０１の旋回気液導出口１０５から微細気泡を含む旋回気液混合液を導出する。
この微細気泡発生装置１００によれば、装置容器内に円錐形のスペース１０１を設けることで、旋回流が入り口（加圧液体導入口）１０４から出口（旋回気液導出口）１０５へ向かって形成され、円錐形スペース１０１の先細り形状にしたがって、旋回気液導出口１０５に向かうほど、旋回流速と出口に向かう流速とが同時に増加する。この旋回速度差の発生によって、糸状の気体渦管部１０６が連続的に安定して切断され、その結果として大量の微細気泡を発生させることができる。
特許第４７２５７０７号公報
しかしながら、特許文献１に開示された従来の微細気泡発生装置１００では、大量の微細気泡を発生させることができるものの、ポンプの水圧が低い場合には、その発生ピーク期は持続しないという問題があった。その理由については、図１３を参照して、以下に詳述する。
先ず、気泡が容器本体内部１０１で、旋回流の剪断力により崩壊し細分化された後に、旋回気液導出口１０５から細分化された微細気泡が勢いよく吐出され、図１３に示す発生ピーク期Ｐを迎える。この時、容器本体１０２内の旋回気液導出口１０５近傍において、気体渦管部１０６を中心として液圧が極めて低くなった低液圧部１０７が形成され、容器本体１０２外の液圧とのバランスによって、容器本体１０２外から液体が旋回気液導出口１０５に目掛けて流入するように作用する。この結果、旋回流の剪断力が弱まり、やがて、微細気泡が持続的に発生しなくなり、微細気泡の発生が少ない状態で定常化し、図１３に示す定常状態Ｓとなる。つまり、一旦、微細気泡の発生ピーク期を迎えるものの、その状態は持続しない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、簡単な構成で、吐出部からより大量の微細気泡を安定して持続的に吐出させることができる微細気泡発生装置を提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明の第１の側面に係る微細気泡発生装置によれば、液体から液流体を圧送する圧送部と、前記液流体に気体を導入する気体導入部と、前記液体内で使用され、前記気体導入部から導入された気体と前記圧送部から圧送された液流体とから該液流体内に微細気泡を発生させ、前記液流体と前記微細気泡とを前記液体に吐出する微細気泡発生部とを備える微細気泡発生装置において、前記微細気泡発生部は、容器本体と、前記容器本体に設けられ、前記圧送部から圧送された液流体を前記容器本体内に導入するための第一液流体導入部と、前記容器本体に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された液流体を吐出する吐出部と、前記容器本体内に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された液流体を前記吐出部に向かって螺旋状に旋回させる液流体旋回部と、前記吐出部からの液流体の吐出流量が多くなると、前記液流体旋回部によって発生する旋回の旋回軸の周りの液圧が低くなることによって、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも低くなり、前記吐出部を閉じるように作用する第一状態と、前記吐出部からの液流体の吐出流量が少なくなると、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも高くなり、前記吐出部を開くように作用する第二状態とが反復して生ずるように、前記吐出部からの液流体の吐出流量を調節する吐出流量調節部とを備えるよう構成できる。
前記構成により、図１に示すように、容器本体内に導入された液流体は、容器本体内で液流体旋回部により旋回流となり、その旋回速度が早まることで渦流の剪断力が強まり微細気泡がさらに細分化される微細気泡増加期Ｉを迎えるとともに、容器本体内の吐出部近傍の液圧が容器本体外の液圧よりも高くなるために、吐出部から勢いよく吐出され微細気泡の発生ピーク期Ｐを迎える。
吐出部からの液流体の吐出流量が多くなり始めると、容器本体内は、液流体旋回部によって発生する旋回の旋回軸の周りの液圧が低くなり、容器本体内の吐出部近傍の液圧が容器本体外の液圧よりも極めて低くなることで、吐出部を閉じるよう作用する第一状態となる。このため、微細気泡の発生ピーク期Ｐは、持続せず微細気泡の発生が減少する微細気泡減少期Ｄへと移行し始め吐出部からの液流体の吐出流量が少なくなる。
しかし、吐出部からの液流体の吐出流量が少なくなり始めると、容器本体内の吐出部近傍の液圧が容器本体外の液圧よりも高くなり、吐出部を開くように作用する第二状態となる。つまり、容器本体内の液流体は、再度、微細気泡増加期Ｉを迎えた後に、吐出部から勢いよく吐出され微細気泡の発生ピーク期Ｐを迎える。
すなわち、第一状態と第二状態とが反復して生ずることで、微細気泡の発生ピーク期Ｐが繰り返し起きるので、平均微細気泡発生数Ａが増加し、吐出部から安定して持続的に微細気泡を吐出させることができる。
また、本発明の第２の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記吐出流量調節部は、前記吐出部に略垂直に設けられ、前記容器本体から支持される軸と、前記軸に挿通される挿通孔を有し、前記挿通孔を介して、前記軸方向に移動可能に前記軸に挿通されるバッフル板と、前記容器本体内に生じた低液圧の引力が及ぶ位置に、前記バッフル板が前記軸から離脱しないように設けられたストッパ部とを備え、前記バッフル板は、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも高くなると、前記吐出部からの液体流の吐出によって前記吐出部から遠ざかるように移動して前記吐出部を開くように作用し、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも低くなると、前記吐出部からの吸入によって前記吐出部に近づくように移動して前記吐出部を閉じるように作用するよう構成できる。
前記構成により、吐出部が開くことで容器本体内が低液圧になり、低液圧により生じる吸引力によりバッフル板が引き寄せられ吐出部を閉じる第一状態になる。吐出部からの微細気泡は、微細気泡減少期Ｄへと移行し始め吐出部からの微細気泡の数が減少し始めるところ、バッフル板による物理的刺激が加えられることで、減少傾向にある吐出部からの微細気泡が細分化され、再度大量に微細気泡を発生させることができる。つまり、平均微細気泡発生数Ａがさらに増加し、吐出部からより安定して持続的に微細気泡を吐出させることができる。例えば、バッフル板による物理的刺激がない場合が図１であり、バッフル板による物理的刺激が加えられた場合が図２であって、図２に示すように、第一状態における微細気泡の吐出流量が増加する。
また、前記構成により、バッフル板が振動又は揺動して槽内の液体を撹拌するため、槽内の微細気泡の分布を均一化することができる。
さらにまた、本発明の第３の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記軸は、大外径の端部と小外径の端部とを有し、小外径端部から大外径端部に向かって外径が漸増するよう形成されており、前記ストッパ部は、前記軸の外径が前記バッフル板の挿通孔の内径と略同一になる位置で前記バッフル板の移動が制限されるよう構成できる。
さらにまた、本発明の第４の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記ストッパ部は、前記軸に挿通されたワッシャを備え、前記ワッシャは、前記吐出部からの液流体の吐出方向への前記バッフル板の移動を制限するとともに、緩衝材となるよう構成できる。前記構成により、ワッシャがバッフル板の材質や形状の違いにより生じる動きのばらつきを抑制し、バッフル板のより安定的な移動を補助することができる。
さらにまた、本発明の第５の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記容器本体は、内部空間が、前記吐出部に向かって断面視環状に漸減する形状であるよう構成できる。前記構成により、容器本体の内壁に傾斜が形成されたため、液流体旋回部によって容器本体内に発生した旋回流の旋回速度が速まり、これによって渦流の剪断力が強まり気泡が崩壊して、より細分化される。
さらにまた、本発明の第６の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記気体導入部は、前記圧送部の上流に設けるよう構成できる。前記構成により、例えば、コンプレッサー等の気体を導入するための別途の装置が不要となるので、設備の簡素化及びコスト削減となる。
さらにまた、本発明の第７の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記気体導入部は、管の一端が前記吐出部に向けられており、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも低くなると、前記吐出部からの吸入によって、気体が、前記管を介して、前記容器本体内に導入されるよう設けるよう構成できる。前記構成により、例えば、コンプレッサー等の気体を導入するための別途の装置が不要となるので、設備の簡素化及びコスト削減となるとともに、圧送部に過剰に気体を導入することがないので、圧送部が空回りすることで壊れるといった虞がない。
さらにまた、本発明の第８の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記気体導入部は、前記軸が管状であり、前記管と前記軸とが連結するよう構成できる。前記構成により、軸が管の役目を兼ねることができ、さらに、管が、軸に固定されて安定する。
さらにまた、本発明の第９の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記容器本体の内壁は、前記吐出部方向の断面が環状になっており、前記第一液流体導入部は、前記液流体が、前記吐出部に向かって螺旋状に旋回するように、前記断面視環状の接線方向に沿って前記液流体が導入されるよう構成できる。前記構成により、第一液流体導入部と液流体旋回部とが互いの役割を兼用し、例えばスクリューを別途設けなくても、液流体を螺旋状に旋回させることができるので、より簡単な構成となり、製造コストやランニングコストの点で経済的である。
さらにまた、本発明の第１０の側面に係る微細気泡発生装置によれば、前記容器本体は、主旋回室と予備旋回室との二重構造に分ける逆旋回流生成壁と、前記逆旋回流生成壁に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された第一旋回流とは逆向きの第二旋回流が発生するよう、前記予備旋回室から前記主旋回室へ前記液流体を導入する第二液流体導入部とを備えるよう構成できる。前記構成により、第二液流体導入部によって、第一旋回流が第一旋回流とは逆向きの第二旋回流に変えられる際に発生する渦流の剪断力によって気泡が崩壊して、細分化される。
さらにまた、本発明の第１１の側面に係る微細気泡発生装置によれば、液体から液流体を圧送する圧送部と、前記液流体に気体を導入する気体導入部と、前記液体内で使用され、前記気体導入部から導入された気体と前記圧送部から圧送された液流体とから該液流体内に微細気泡を発生させ、前記液流体と前記微細気泡とを前記液体に吐出する微細気泡発生部とを備える微細気泡発生装置において、前記微細気泡発生部は、容器本体と、前記圧送部から圧送された液流体を前記容器本体内に導入するための第一液流体導入部と、前記液流体を吐出する吐出部と、前記第一液流体導入部から導入された液流体を前記吐出部に向かって螺旋状に旋回させる液流体旋回部とを備え、前記容器本体は、主旋回室と予備旋回室との二重構造に分ける逆旋回流生成壁と、前記逆旋回流生成壁に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された第一旋回流とは逆向きの第二旋回流が発生するよう、前記予備旋回室から前記主旋回室へ前記液流体を導入する第二液流体導入部とを備えるよう構成できる。前記構成により、第二液流体導入部によって、第一旋回流が第一旋回流とは逆向きの第二旋回流に変えられる際に発生する渦流の剪断力によって気泡が崩壊して、細分化される。
さらにまた、本発明の第１２の側面に係る微細気泡発生装置によれば、液体から液流体を圧送する圧送部と、前記液流体に気体を導入する気体導入部と、前記液体内で使用され、前記気体導入部から導入された気体と前記圧送部から圧送された液流体とから該液流体内に微細気泡を発生させ、前記液流体と前記微細気泡とを前記液体に吐出する微細気泡発生部とを備える微細気泡発生装置の微細気泡発生部であって、容器本体と、前記容器本体に設けられ、前記圧送部から圧送された液流体を前記容器本体内に導入するための第一液流体導入部と、前記容器本体に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された液流体を吐出する吐出部と、前記容器本体内に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された液流体を前記吐出部に向かって螺旋状に旋回させる液流体旋回部と、前記吐出部からの液流体の吐出流量が多くなると、前記液流体旋回部によって発生する旋回の旋回軸の周りの液圧が低くなることによって、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも低くなり、前記吐出部を閉じるように作用する第一状態と、前記吐出部からの液流体の吐出流量が少なくなると、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも高くなり、前記吐出部を開くように作用する第二状態とが反復して生ずるように、前記吐出部からの液流体の吐出流量を調節する吐出流量調節部とを備えるよう構成できる。
本発明において、微細気泡が安定的に持続して発生する原理を説明するための、バッフル板による物理的刺激を考慮しない場合の微細気泡の発生数を示す模式図である。 本発明において、微細気泡が安定的に持続して発生する原理を説明するための、バッフル板による物理的刺激を考慮した場合の微細気泡の発生数を示す模式図である。 本発明の第一実施例に係る微細気泡発生装置の構成を示す模式図である。 本発明に係る微細気泡発生部の長手方向断面図である。 本発明の容器本体内壁の形状を説明に供する図であって、図５Ａは、段付きテーパ形状の例を示しており、図５Ｂは、テーパ形状の例を示している。 本発明の第二実施例に係る微細気泡発生装置の概略図である。 本発明の第三実施例に係る微細気泡発生装置の概略図である。 本発明の第三実施例に係る微細気泡発生装置の微細気泡発生部の拡大図であって、図８Ａは、長手方向断面図、図８Ｂは、吐出部に向かう方向に対する横断面図である。 本発明の容器本体内壁の構造を説明に供する図であって、図９Ａは、長手方向断面図、図９Ｂは、短手方向断面図である。 本発明の第一実施例に係る微細気泡発生装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第一実施例に係る吐出流量調節部の動作を示すフローチャートである。 従来例であって、吸入フィンを回転させて液流を生ぜしめて気体を液流内に引き込み、気液混合流体を剪断と撹拌を繰り返し微細気泡発生する装置の概略図である。 従来例であって、微細気泡が発生する原理を説明するための模式図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（第一実施例）
（微細気泡発生装置の構成）
本発明の一実施形態に係る微細気泡発生装置１の全体構成を示す模式図を、図３に示す。図３に示すように、微細気泡発生装置１は、槽Ｔ内の液体Ｌ１を導入する液体導入部２と、気体を導入する気体導入部３ａと、液体導入部２を介して送られる液流体Ｌ２と気体導入部３ａを介して送られる気体とを圧送する圧送部４と、圧送部４から圧送された液流体Ｌ２に微細気泡Ｂを発生させ、液体Ｌ１に吐出する微細気泡発生部５とを主要部として備えている。
ここで、便宜上、圧送部４によって圧送された液体を液流体Ｌ２と定義し、それ以外の槽Ｔ内にある時の液体を液体Ｌ１と定義している。液体Ｌ１には、通常、水を使用するが、これに限られない。例えば、トルエン，アセトン，アルコール等の溶剤、石油，ガソリン等の燃料、食用油脂，バター，アイスクリーム，ビール等の食品・飲料、ドリンク剤等の薬品、浴水等の健康用品、湖沼水、浄化槽汚染水等の環境水等であってもよい。
液体導入部２は、例えば、管であり、圧送部２の上流に設けられ、圧送部４が液体Ｌ１を吸入する際の吸入口であるとともに流路を兼ねている。
気体導入部３ａは、例えば、管であり、第一実施例においては圧送部４の上流に設けられ、圧送部４が大気などの気体を吸入する際の吸入口と流路の役割を果たす。なお、管の一端は、後述する第二実施例においては微細気泡発生部５に向けられている。
圧送部４は、加圧駆動によって、気体や液体などを圧送する、例えば、ポンプ４１と、一端がポンプ４１に、他端が微細気泡発生部５に連結された管４２とを主要部として備えている。圧送部４は、ポンプ４１が、液体Ｌ１及び気体をそれぞれ液体導入部２及び気体導入部３ａを介して同時に吸入し、管４２を介して液流体Ｌ２と気体とを混合して微細気泡発生部５へ圧送する。
（微細気泡発生部の構成）
微細気泡発生部５は、図４に示すように、液流体Ｌ２を収容する容器本体５１と、圧送部４から圧送される液流体Ｌ２を容器本体５１に導入する第一液流体導入部５２と、容器本体５１内の液流体Ｌ２を液体Ｌ１に吐出する吐出部５３と、吐出部５３に向かって螺旋状に液流体Ｌ２を旋回させる液流体旋回部５４と、微細気泡発生部５からの液流体Ｌ２の吐出量を調節する吐出流量調節部５５とを主要部として備えている。
容器本体５１は、液流体旋回部５４によって容器本体５１内に発生した旋回流の旋回速度が速まり、これによって渦流の剪断力が強まり気泡が崩壊して、より細分化するように、内壁が、吐出部５３に向かって断面視環状に漸減する形状に設けられており、例えば、図５Ａに示す段付きのテーパ形状が好ましい。これによって、角度が異なる傾斜が複数段設けられるので、段ごとに旋回速度が急激に速められ、渦流の剪断力が強まり微細気泡Ｂが崩壊して、さらに細分化される。なお、容器本体５１の内壁は、図５Ｂに示す段のないテーパ形状としてもよい。
容器本体５１は、外形が、例えば、筒形状又は内壁の形状に沿った形状に形成されている。筒形状の場合は、内壁の形状に関係なく単純な筒状に形成するので、容易に製造することができる。内壁の形状に沿った形状の場合は、外形を内壁の形状にフィットさせるため、容器本体５１に余分な厚みをもたせることがなく、材料コストが抑えられる。
第一液流体導入部５２は、容器本体５１の上流側の端部に設けられ、圧送部４から圧送された液流体Ｌ２を容器本体５１に導入するための導入口の役割を果たす。第一液流体導入部５２から導入された液流体Ｌ２は、下流に位置する吐出部５３に向かって流れていく。
吐出部５３は、容器本体５１の下流側の端部に設けられ、第一液流体導入部５２から導入され、螺旋状に旋回している液流体Ｌ２を容器本体５１外に吐出する。
吐出部５３は、例えば、図４に示すように、徳利形状に形成されており、これによって、螺旋状に旋回している液流体Ｌ２が、徳利形状の最細領域において内径が急激に減少することで一旦加圧された後、容器本体５１の外側に向かって、内径が漸増することで急激に減圧される。このような圧力変動により、液流体Ｌ２中に含まれる微細気泡Ｂが、さらに粉砕され、より微細な気泡になる。なお、吐出部５３は、螺旋状に旋回している液流体Ｌ２を、容器本体５１の外側に向かって吐出し、より微細な気泡を発生させることができればよく、前記形状に限定されない。
液流体旋回部５４は、例えば複数枚の羽根が設けられたスクリュー５４１であって、容器本体５１内の第一液流体導入部５２側に回転可能に設けられている。圧送部４から送られてきた液流体Ｌ２によってスクリュー５４１が回転し、スクリュー５４１が回転することで、液流体Ｌ２が旋回流となる。このように、液流体旋回部５４は、第一液流体導入部５２から導入された液流体Ｌ２を螺旋状に旋回させながら吐出部５３に向けて送り出す。
吐出流量調節部５５は、図３に示すように、吐出部５３に略垂直に設けられ、容器本体５１から支持される軸５５１と、軸５５１に挿通される挿通孔５５２１（図示していない。）を有しているバッフル板５５２と、バッフル板５５２が軸５５１から離脱しないように設けられたストッパ部５５３とを主要部として備えている。
軸５５１は、例えば、管であって、バッフル板５５２を挿通して支持できるよう、例えば、図３に示すように、ステンレス板５５５によって支持されており、ステンレス板５５５は、ボルト５５６を介して容器本体５１に連結されている。また、軸５５１の一端は、吐出部５３側に向けられ、他端には、後述する第二実施例においては気体導入部３ｂが連結される。なお、軸５５１は、この第一実施例においては、軸の役割を果たせばよく、管でなくてもよい。また、ステンレス板５５５及びボルト５５６は、軸５５１を支持できればよく、前記材質及び形状に限定されない。
バッフル板５５２は、例えば、略中央に挿通孔５５２１を有するステンレスからなる円板であり、軸５５１の軸方向であって、吐出部５３と、ストッパ部５５３との間に挿通孔５５２１を介して移動可能に挿通され、吐出部５３を開閉するように作用し、吐出部５３からの液流体Ｌ２の吐出流量を調整する。なお、バッフル板５５２は、吐出部５３を開閉するように作用し、吐出流量を調節できればよく、前記材質又は形状に限定されない。
ストッパ部５５３は、例えば、軸５５１が、大外径の端部と小外径の端部とを有し、小外径端部から大外径端部に向かって外径が漸増するよう形成され、バッフル板５５２の挿通孔５５２１の径が、軸５５１の径と同一となる位置でバッフル板５５２の移動を制限し、ストッパの役割を果たしている。
ストッパ部５５３は、例えば、ワッシャ５５４であって、軸５５１に挿通され、例えば、バッフル板５５２よりもステンレス板５５５側に配され、バッフル板５５２が軸５５１から離脱しないようにするためのストッパの役割やバッフル板５５２のより安定的な移動を補助する役割を果たす。なお、ストッパ部５５３は、前記部材に限定されない。また、ストッパ部５５３は、ステンレス板５５５にストッパの役割を持たせてもよい。
（微細気泡発生装置の動作）
次に、本発明の第一実施例に係る微細気泡発生装置１の動作について、図３の微細気泡の発生数に関する模式図，図４の微細気泡発生部の長手方向断面図，図５の容器本体内壁の形状を示す図、並びに、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。
第一実施例に係る微細気泡発生装置１の全体の動作の流れについて、図１０のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳＴ１では、ポンプ４１が、液体導入部２を介して、槽Ｔ内の液体Ｌ１を圧送部４内に吸入するとともに、気体導入部３ａを介して、外部の気体を圧送部内に吸入する。
ステップＳＴ２では、ポンプ４１が、ステップＳＴ１によって吸入された液体Ｌ１と気体とを混合して液流体Ｌ２を形成し、管４２及び第一液流体導入部５２を介して、液流体Ｌ２を容器本体５１に圧送する。
ステップＳＴ３では、スクリュー５４１が、ステップＳＴ２によって圧送された液流体Ｌ２を、吐出部５３に向けて、容器本体５１の内壁に沿って螺旋状に旋回する強力な流れを発生させ、剪断力を強めて気泡を細分化する。
ステップＳＴ４では、図３及び図５Ａに示す容器本体５１の段付きのテーパ形状が、ステップＳＴ３によって発生した液流体Ｌ２の旋回流の旋回速度を、段ごとに急激に速めて渦流の剪断力を強め、液流体Ｌ２に含まれている気泡を崩壊して、細分化し、微細気泡Ｂを発生させる。
ステップＳＴ５では、図４に示す徳利形状の吐出部５３が、ステップ４で旋回速度を速められた液流体Ｌ２と微細気泡Ｂとを容器本体外に勢いよく吐出する。
ステップＳＴ６では、軸５５１に支持されたバッフル板５５２が、吐出部５３を開閉するように移動して吐出部５３から吐出される液流体Ｌ２の吐出量を調節する。
（吐出流量調節部の動作）
ここで、ステップＳＴ６の動作について、図１，図２及び図１１のフローチャートを参照して以下に詳述する。
ステップＳＴ６１では、容器本体５１内に導入された液流体Ｌ２が、容器本体５１内で液流体旋回部５４により旋回流となり、その旋回速度が速まることで渦流の剪断力が強まり気泡がさらに細分化される微細気泡増加期Ｉを迎える。
ステップＳＴ６２では、図１に示すように、ステップＳＴ６１で微細気泡増加期Ｉを迎えると、容器本体５１内に導入された液流体Ｌ２は、容器本体５１内の吐出部５３近傍の液圧が容器本体５１外の液圧よりも高くなるために、吐出部５３から勢いよく吐出され微細気泡Ｂの発生ピーク期Ｐを迎える。
ステップＳＴ６３では、図１に示すように、吐出部５３からの液流体Ｌ２の吐出流量が多くなり始めると、容器本体５１内は、液流体旋回部５４によって発生する旋回の旋回軸の周りの液圧が低くなり、容器本体５１内の吐出部５３近傍の液圧が容器本体５１外の液圧よりも極めて低くなることで、バッフル板５５２が吐出部５３を閉じるよう作用する第一状態となる。このため、微細気泡Ｂの発生ピーク期Ｐは、持続せず微細気泡Ｂの発生が減少する微細気泡減少期Ｄへと移行し始め吐出部５３からの液流体Ｌ２の吐出流量が少なくなる。
微細気泡減少期Ｄへと移行し始めると、吐出部５３からの液流体Ｌ２に、バッフル板５５２による物理的刺激が加えられることで、吐出部５３からの液流体Ｌ２の吐出流量が少なくなり、減少傾向にある微細気泡Ｂが更に細分化され、図２の第一波形に示すように、再度大量に微細気泡Ｂを発生させることができる。また、圧送部４や吐出流量調節部５５、容器本体５１の形状などを調節することによって、第一状態と第二状態との間隔を短くすると、微細気泡Ｂの発生数が、図２の第二波形に示すようになり、より頻繁に発生ピーク期Ｐが出現する。
ステップＳＴ６４では、吐出部５３からの液流体Ｌ２の吐出流量が少なくなり始めると、容器本体５１内の吐出部５３近傍の液圧が容器本体５１外の液圧よりも高くなり、バッフル板５５２が吐出部５３を開くように作用する第二状態となる。つまり、容器本体５１内の液流体Ｌ２は、再度、微細気泡増加期Ｉを迎えた後に、吐出部５３から勢いよく吐出され微細気泡Ｂの発生ピーク期Ｐを迎える。
すなわち、第一状態と第二状態とが反復して生ずることで、微細気泡Ｂの発生ピーク期Ｐが繰り返し起きるので、平均微細気泡発生数Ａが増加し、吐出部５３から安定して持続的に微細気泡Ｂを吐出させることができる。
なお、図２の第三波形に示すように、第一状態と第二状態とで起こるバッフル板５５２を介した双方からの圧力が均等になるようにして、バッフル板５５２を所定の位置で振動及び揺動させて、より安定して微細気泡Ｂを発生させるようにしてもよい。
（第二実施例）
第一実施例では、気体導入部３ｂを圧送部４の上流に設け、圧送部４が大気などの気体を吸入する駆動源となっている。これにより、コンプレッサー等の気体を導入するための別途の装置が不要となるので、設備の簡素化及びコスト削減となる効果を得ることができるが、以下のようにしても同じような効果を得ることができる。
図６は、本発明の第二実施例に係る微細気泡発生装置１の概略図である。この第二実施例は、気体導入部３ｂが、圧送部４の上流ではなく、管状に形成された軸５５１に連結されている。これにより、吐出部５３からの液流体Ｌ２の吐出流量が多くなるにともない、容器本体５１内の吐出部５３近傍の液圧が容器本体５１外の液圧よりも低くなった際に起こる吐出部５３からの吸引力で、気体が気体導入部３ｂを介して、容器本体５１内に吸入される。気体導入部３ｂを介して吸入された気体は、容器本体５１内において、液流体Ｌ２と混ぜ合わされ旋回流となり、吐出部５３からの液流体Ｌ２の吐出流量が少なくなるにともない、容器本体５１内の吐出部５３近傍の液圧が容器本体５１外の液圧よりも高くなり、吐出部５３を開くように作用した際に、吐出部５３から微細気泡Ｂを含む液流体Ｌ２となって吐出される。この結果、コンプレッサー等の別途気体を導入するための装置が不要で、設備の簡素化及びコスト削減となることに加え、圧送部４に過剰に気体を導入することがないので、圧送部４が空回りせず壊れる虞がない。
（第三実施例）
第一実施例及び第二実施例では、液流体旋回部５４を設けることで、圧送部４から送られてきた液流体Ｌ２の液圧によって、容器本体５１内の第一液流体導入部５２側に設けられたスクリュー５４１を回転させ、第一液流体導入部５２から導入された液流体Ｌ２を螺旋状に旋回させながら吐出部５３に向けて送り出しているが、以下のようにしても、これと同じような効果を得ることができる。
図７は、本発明の第三実施例に係る微細気泡発生装置１の概略図であり、図８Ａは、微細気泡発生部５の長手方向断面図，図８Ｂは、吐出部に向かう方向に対する横断面図である。この第三実施例は、液流体旋回部５４を設けず、液流体Ｌ２が、吐出部５３に向かって螺旋状に旋回するように、断面視環状の接線方向に沿って液流体Ｌ２が導入されるよう容器本体５１の周面の一部に第一液流体導入部５２が設けられている。これにより、第一液流体導入部５２が液流体旋回部５の役割を兼用し、例えばスクリュー５４１を別途設けなくても、液流体Ｌ２を螺旋状に旋回させることができるので、より簡単な構成となり、製造コストやランニングコストの点で経済的である。
（第四実施例）
第一実施例乃至第三実施例では、容器本体５１と、第一液流体導入部５２と、吐出部５３と、液流体旋回部５４と、吐出流量調節部５５とで微細気泡発生部５を構成しているが、以下のようにしても、これと同じような効果を得ることができる。
図９Ａは、微細気泡発生部５の長手方向断面図、図９Ｂは、短手方向断面図である。この第四実施例は、吐出流量調節部５５を設けず、図９Ａに示すように、容器本体５１の構造を二重構造の容器本体６１とする。容器本体６１は、予備旋回室６１１と主旋回室６１２と、逆旋回流生成壁６１３とを主要部として備えている。
予備旋回室６１１は、後述する逆旋回流生成壁６１３の外側に形成された空間であり、第一液流体導入部５２から第一旋回流Ｓ１が導入される。第一旋回流Ｓ１は、スクリュー５４１によって旋回し、スクリュー５４１と同方向に旋回する。
主旋回室６１２は、後述する逆旋回流生成壁６１３の内側に形成された空間であり、後述する第二液流体導入部６２から第二旋回流Ｓ２が導入される。第二旋回流Ｓ２は、後述する衝突板６１３１によって、第一旋回流Ｓ１と逆方向に旋回する。
第二液流体導入部６２は、逆旋回流生成壁６１３と、逆旋回流生成壁６１３と、衝突板６１３１とを主要部として備え、図９Ｂに示すように、衝突板６１３１に第一旋回流Ｓ１が衝突することによって第二旋回流Ｓ２を発生させる。
これにより、第一旋回流が第一旋回流とは逆向きの第二旋回流に変えられる際に発生する渦流の剪断力によって気泡が崩壊して、細分化される。
以上の通り、本発明によれば、簡単な構成で、吐出部からより大量の微細気泡を安定して持続的に吐出させることができる。
なお、本発明は前述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
１…微細気泡発生装置、２…液体導入部、３ａ，３ｂ…気体導入部、４…圧送部、４１…ポンプ、４２…管、５…微細気泡発生部、５１…容器本体、５２…第一液流体導入部、５３…吐出部、５４…液流体旋回部、５４１…スクリュー、５５…吐出流量調節部、５５１…軸、５５２…バッフル板、５５２１…挿通孔、５５３…ストッパ、５５４…ワッシャ、５５５…ステンレス板、５５６…ボルト、６１…容器本体、６１１…予備旋回室、６１２…主旋回室、６１３…逆旋回流生成壁、６１３１…衝突板、６２…第二液流体導入部、Ｓ１…第一旋回流、Ｓ２…第二旋回流、Ｔ…槽、Ｌ１…液体、Ｌ２…液流体、Ａ…平均微細気泡発生数、Ｂ…微細気泡、Ｄ…微細気泡減少期、Ｉ…微細気泡増加期、Ｐ…発生ピーク期

Claims (11)

  1. 液体から液流体を圧送する圧送部と、前記液流体に気体を導入する気体導入部と、前記液体内で使用され、前記気体導入部から導入された気体と前記圧送部から圧送された液流体とから該液流体内に微細気泡を発生させ、前記液流体と前記微細気泡とを前記液体に吐出する微細気泡発生部とを備える微細気泡発生装置において、
    前記微細気泡発生部は、
    容器本体と、
    前記容器本体に設けられ、前記圧送部から圧送された液流体を前記容器本体内に導入するための第一液流体導入部と、
    前記容器本体に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された液流体を吐出する吐出部と、
    前記容器本体内に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された液流体を前記吐出部に向かって螺旋状に旋回させる液流体旋回部と、
    前記吐出部に略垂直に設けられ、前記容器本体から支持される軸と、前記軸に挿通される挿通孔を有し、前記挿通孔を介して、前記軸方向に移動可能に前記軸に挿通されるバッフル板と、前記容器本体内に生じた低液圧の吸引力が及ぶ位置に、前記バッフル板が前記軸から離脱しないように設けられたストッパ部とからなる吐出流量調節部とを備え、
    前記バッフル板は、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも高くなると、前記吐出部からの液体流の吐出によって前記吐出部から遠ざかるように移動して前記吐出部を開くように作用し、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも低くなると、前記吐出部からの吸入によって前記吐出部に近づくように移動して前記吐出部を閉じるように作用することを特徴とする微細気泡発生装置。
  2. 請求項１に記載の微細気泡発生装置であって、
    前記軸は、大外径の端部と小外径の端部とを有し、小外径端部から大外径端部に向かって外径が漸増するよう形成されており、
    前記ストッパ部は、前記軸の外径が前記バッフル板の挿通孔の内径と略同一になる位置で前記バッフル板の移動が制限される構成としたことを特徴とする微細気泡発生装置。
  3. 請求項２に記載の微細気泡発生装置であって、
    前記ストッパ部は、前記軸に挿通されたワッシャを備え、
    前記ワッシャは、前記吐出部からの液流体の吐出方向への前記バッフル板の移動を制限するとともに、緩衝材となることを特徴とする微細気泡発生装置。
  4. 請求項１〜３の何れか一に記載の微細気泡発生装置であって、
    前記容器本体は、内壁が、前記吐出部に向かって断面視環状に漸減する形状であることを特徴とする微細気泡発生装置。
  5. 請求項１〜４の何れか一に記載の微細気泡発生装置であって、
    前記気体導入部は、前記圧送部の上流に設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置。
  6. 請求項１〜４の何れか一に記載の微細気泡発生装置であって、
    前記気体導入部は、管の一端が前記吐出部に向けられており、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも低くなると、前記吐出部からの吸入によって、気体が、前記管を介して、前記容器本体内に導入されるよう設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置。
  7. 請求項６に記載の微細気泡発生装置であって、
    前記気体導入部は、前記軸が管状であり、前記管と前記軸とが連結されていることを特徴とする微細気泡発生装置。
  8. 請求項１〜７の何れか一に記載の微細気泡発生装置であって、
    前記容器本体の内壁は、前記吐出部方向の断面が環状になっており、
    前記第一液流体導入部は、前記液流体が、前記吐出部に向かって螺旋状に旋回するように、前記断面視環状の接線方向に沿って前記液流体が導入されるよう設けられており、
    前記第一液流体導入部と前記液流体旋回部とが互いの役割を兼用するように構成されていることを特徴とする微細気泡発生装置。
  9. 請求項１〜８の何れか一に記載の微細気泡発生装置であって、
    前記容器本体は、
    主旋回室と予備旋回室との二重構造に分ける逆旋回流生成壁と、
    前記逆旋回流生成壁に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された第一旋回流とは逆向きの第二旋回流が発生するよう、前記予備旋回室から前記主旋回室へ前記液流体を導入する第二液流体導入部とを備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
  10. 液体から液流体を圧送する圧送部と、前記液流体に気体を導入する気体導入部と、前記液体内で使用され、前記気体導入部から導入された気体と前記圧送部から圧送された液流体とから該液流体内に微細気泡を発生させ、前記液流体と前記微細気泡とを前記液体に吐出する微細気泡発生部とを備える微細気泡発生装置において、
    前記微細気泡発生部は、
    容器本体と、
    前記圧送部から圧送された液流体を前記容器本体内に導入するための第一液流体導入部と、
    前記液流体を吐出する吐出部と、
    前記第一液流体導入部から導入された液流体を前記吐出部に向かって螺旋状に旋回させる液流体旋回部とを備え、
    前記容器本体は、
    主旋回室と予備旋回室との二重構造に分ける逆旋回流生成壁と、
    前記逆旋回流生成壁に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された第一旋回流とは逆向きの第二旋回流が前記逆旋回流生成壁を隔てて発生するよう、前記予備旋回室から前記主旋回室へ前記液流体を導入する第二液流体導入部とを備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
  11. 液体から液流体を圧送する圧送部と、前記液流体に気体を導入する気体導入部と、前記液体内で使用され、前記気体導入部から導入された気体と前記圧送部から圧送された液流体とから該液流体内に微細気泡を発生させ、前記液流体と前記微細気泡とを前記液体に吐出する微細気泡発生部とを備える微細気泡発生装置の微細気泡発生部であって、
    容器本体と、
    前記容器本体に設けられ、前記圧送部から圧送された液流体を前記容器本体内に導入するための第一液流体導入部と、
    前記容器本体に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された液流体を吐出する吐出部と、
    前記容器本体内に設けられ、前記第一液流体導入部から導入された液流体を前記吐出部に向かって螺旋状に旋回させる液流体旋回部と、
    前記吐出部に略垂直に設けられ、前記容器本体から支持される軸と、前記軸に挿通される挿通孔を有し、前記挿通孔を介して、前記軸方向に移動可能に前記軸に挿通されるバッフル板と、前記容器本体内に生じた低液圧の吸引力が及ぶ位置に、前記バッフル板が前記軸から離脱しないように設けられたストッパ部とからなる吐出流量調節部とを備え、
    前記バッフル板は、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも高くなると、前記吐出部からの液体流の吐出によって前記吐出部から遠ざかるように移動して前記吐出部を開くように作用し、前記容器本体内の前記吐出部近傍の液圧が前記容器本体外の液圧よりも低くなると、前記吐出部からの吸入によって前記吐出部に近づくように移動して前記吐出部を閉じるように作用することを特徴とする吐出流量調節部とを備える微細気泡発生部。
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