JP2008161831A - 気泡発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な気泡を安定して発生でき、且つ複数の出口流路から均等な量の気泡を供給できる気泡発生器を提供する。
【解決手段】入口流路（40）を軸心とする分配流路（41）の内壁には、軸心側から外周側へ流れる液体の流路断面を拡大するように段差が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、気体が溶解した液体を減圧することで、気泡を含む液体を発生させる気泡発生器に関するものである。

従来より、気体が溶解した液体を減圧して気泡を発生し、この気泡を含む液体を浴槽等へ供給するための気泡発生器が知られている。

例えば特許文献１には、この種の気泡発生器が開示されている。この気泡発生器は、浴槽内に臨むように浴槽壁面に取り付けられている。気泡発生器には、気体（空気）が溶解した液体（水）が流入する入口流路と、この入口流路と接続する分配流路と、分配流路から分岐する複数の出口流路とが設けられている。入口流路には、その流出側に流路断面を縮小させる絞り部が設けられている。分配流路は、入口流路を軸心とする扁平な円板状に形成されている。各出口流路は、分配流路の外周縁部にそれぞれ接続されており、分配流路の軸周りに等間隔に配列されている。

この気泡発生器には、空気が溶解した状態の水が導入される。この水は入口流路に流入し、絞り部を通過する際に減圧される。その結果、水中に溶解していた空気が遊離して気泡が発生する。気泡を含む水は分配流路に流入し、その軸心側から径方向外側へ流れる。分配流路の外側へ流れた水は、各出口流路へ分流し、微細な気泡を含んだ状態で浴槽内へ噴射される。
特開２００５−１１８５４２号公報

上述したような気泡発生器においては、液中で発生した気泡が合体することで、浴槽内へ供給される気泡のサイズが大きくなってしまうことがある。また、上述の分配流路の外周側では、液中に含まれる気泡の分布が不均一となることがある。その結果、各出口流路へ分流した液中の気泡量も出口流路毎に異なることとなり、各出口流路から均等な量の気泡を供給できなくなることがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、微細な気泡を安定して発生でき、且つ複数の出口流路から均等な量の気泡を流出できる気泡発生器を提供することである。

第１の発明は、気体が溶解した液体を減圧する絞り部（35）を有する入口流路（40）と、該入口流路（40）の終端に接続されて該入口流路（40）と同軸の円板状に形成される分配流路（41）と、該分配流路（41）の外周側にそれぞれ接続されて分配流路（41）の軸周りに配列される複数の出口流路（42）とを備え、各出口流路（42）から気泡を含む液体をそれぞれ流出させる気泡発生器を前提としている。そして、この気泡発生器は、上記分配流路（41）の軸方向両側の内壁のうちの少なくとも一方に、軸心側から外周側へ向かって分配流路（41）の流路断面が拡大するように段差（36c,36d,37c,37d）が形成されていることを特徴とするものである。

第１の発明の気泡発生器では、気体が溶解された状態の液体が、入口流路（40）に流入する。この液体が絞り部（35）を通過すると、液体が減圧されることで液中から気体が遊離し、気泡が発生する。このようにして気泡を含んだ液体は、分配流路（41）に流入する。ここで、本発明の分配流路（41）では、その軸方向両側の内壁のうちの少なくとも一方に段差（36c,36d,37c,37d）が形成されている。分配流路（41）は、この段差（36c,36d,37c,37d）により、軸心側から外周側へ流れる液体の流路の断面が拡大されている。

このため、分配流路（41）へ流入した液体が径方向外側へ放射状に流れると、段差（36c,36d,37c,37d）による流路断面の拡大に伴い、段差（36c,36d,37c,37d）の近傍で負圧領域が発生し、いわゆるキャビテーションが生じる。このキャビテーションによって液中に未だに溶解していた気体が遊離し、液中で更に気泡が発生する。また、キャビテーションによって生じる液体の流れの乱流化に伴い、比較的大きな気泡が微細な気泡にまで剪断される。このようにして微細な気泡を含んだ液体は、分配流路（41）の外周側へ均一に拡がるよう流れ、各出口流路（42）へ流入する。その結果、各出口流路には、微細な気泡が均等な量で送られることになる。

第２の発明は、第１の発明の気泡発生器において、上記段差（36c,36d,37c,37d）は、上記分配流路（41）の軸方向両側の内壁にそれぞれ形成されていることを特徴とするものである。

第２の発明では、分配流路（41）の軸方向の両側の内壁にそれぞれ段差（36c,36d,37c,37d）が形成される。このため、分配流路（41）では、上述のキャビテーションが両側の内壁の段差（36c,36d,37c,37d）の近傍でそれぞれ発生する。従って、これらのキャビテーションによって、気泡の発生が促進され、且つ段差に伴う剪断効果により気泡が微細化される。

第３の発明は、第１又は第２の発明の気泡発生器において、上記分配流路（41）の内壁には、上記段差（36c,36d,37c,37d）が多段階に形成されていることを特徴とするものである。

第３の発明では、分配流路（41）の軸方向両側の一方又は両方の内壁において、上記段差（36c,36d,37c,37d）が多段階に形成される。つまり、分配流路（41）の内壁は、複数の段差（36c,36d,37c,37d）によって階段状となっている。このため、分配流路（41）では、複数の段差（36c,36d,37c,37d）によって流路断面が複数段階に及んで拡大するので、上述のキャビテーションが多段階に生じる。その結果、気泡の発生が促進され、且つ段差に伴う剪断効果により気泡が微細化される。

本発明では、分配流路（41）の軸心側から外周側へ向かって流路断面を拡大するように、分配流路（41）の内壁に段差（36c,36d,37c,37d）を形成している。このため、本発明によれば、段差（36c,36d,37c,37d）の近傍でキャビテーションが発生するので、液中から気泡を発生させると共に、気泡の微細化を図ることができる。更に、このようにして微細な気泡を含んだ液体は、分配流路（41）を放射状に拡がるようにして、各出口流路（42）へ流入するので、各出口流路（42）へ均等な量の気泡を分配することができる。従って、この気泡発生器では、各出口流路（42）から均等な量の気泡を浴槽等へ供給することができる。

また、上述の段差（36c,36d,37c,37d）は、分配流路（41）の内壁の外周縁部を切り欠くことで容易に形成することができる。つまり、本発明では、比較的単純な加工によって、微細な気泡を均一に供給することができる気泡発生器を得ることができる。

また、上記第２の発明では、分配流路（41）の両側の内壁にそれぞれ段差（36c,36d,37c,37d）を形成し、各内壁の段差（36c,36d,37c,37d）近傍でそれぞれキャビテーションを発生するようにしている。このため、各段差（36c,36d,37c,37d）近傍でそれぞれ液中から気泡を発生させることができる。また、各段差（36c,36d,37c,37d）の近傍における液体の乱流効果が高まり、気泡を更に微細化することができる。

また、上記第３の発明では、分配流路（41）の内壁に多段階に段差（36c,36d,37c,37d）を形成するようにしたので、各段差（36c,36d,37c,37d）近傍で段階的に液体を減圧させて気泡を発生させることができる。また、各段差（36c,36d,37c,37d）近傍で段階的に気泡を細分化することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の実施形態に係る気泡発生器（30）は、浴槽（5）に微細な気泡を含んだ水を供給する微細気泡供給装置（10）に設けられている。

〈微細気泡供給装置の全体構成〉
図１に示すように、本実施形態の微細気泡供給装置（10）は、入口と出口とがそれぞれ浴槽（5）に接続された循環流路（11）を備えている。この循環流路（11）には、上流側から下流側に向かって順に、空気導入器（12）とポンプ機構（13）と気体溶解器（14）と上記気泡発生器（30）とが接続されている。

上記空気導入器（12）は、循環流路（11）内へ気泡源となる空気を外部から導入するものである。この空気導入器（12）は、その内部の水流によって発生する負圧を利用して空気を吸入する、いわゆるエジェクター方式の空気導入器である。つまり、空気導入器（12）では、その内部を通過する水流により負圧が生じ、この負圧によって外部の空気が空気導入管（12a）を介して循環流路（11）に導入される。

上記ポンプ機構（13）は、浴槽（5）の水を循環流路（11）内で循環させるためのものである。このポンプ機構（13）は、空気導入器（12）側から吸い込んだ水を気体溶解器（14）側へ吐出する。

上記気体溶解器（14）は、筒状の容器（14a）内において、水に対する空気の溶解を促進させるものである。この容器（14a）内には、空気と水との接触時間や接触面積を稼ぐための例えば充填材等が設けられている。

上記気泡発生器（30）は、空気が溶解した水を減圧して微細な気泡を発生させるためのものである。気泡発生器（30）は、浴槽（5）内に臨むように浴槽（5）の側壁面に取り付けられている。この気泡発生器（30）の詳細は後述するものとする。

循環流路（11）には、その入口側と空気導入器（12）との間に流量計（15）が設けられている。流量計（15）は、循環流路（11）を循環する水の流量を計測する流量計測手段を構成している。また、循環流路（11）には、気体溶解器（14）と気泡発生器（30）との間に流量調節バルブ（16）が設けられている。流量調節バルブ（16）は、その開度に応じて循環流路（11）の流量を調節する流量調節手段を構成している。

〈気泡発生器の詳細構造〉
次に、気泡発生器（30）の詳細構造について説明する。図２(Ａ)に示す気泡発生器（30）は、循環流路（11）の流量調節バルブ（16）側に設けられる流入側部材（31）と、浴槽（5）側に設けられる流出側部材（32）とを備えている。

流入側部材（31）及び流出側部材（32）は、それぞれ略円筒状に形成されている。流入側部材（31）の一端側（図２(Ａ)における右端側）の内周壁には、雌ネジ部（33）が形成されている。これに対し、流出側部材（32）の一端側（図２(Ａ)における左端側）の外周壁には、雄ネジ部（34）が形成されている。流入側部材（31）と流出側部材（32）とは、雌ネジ部（33）に雄ネジ部（34）が締結されることで、一体的に組み合わされて気泡発生器（30）を構成している。

流入側部材（31）には、その他端側に入口流路（40）が形成されている。入口流路（40）には、上記気体溶解器（14）を流出して空気が溶解した状態となった水が流入する。入口流路（40）の流出側には、流入側絞り部（35）が形成されている。この流入側絞り部（35）は、入口流路（40）の流路断面を縮小させることで、この水を減圧する減圧流路を構成している。

具体的には、流入側絞り部（35）は、入口流路（40）の流出側に向かって縮径したテーパー面（35a）と、このテーパー面（35a）の先端側に形成される円周面（35b）とを有している。入口流路（40）では、この流入側絞り部（35）が形成されることで、その流入側から下流側に向かって順に、大径通路（40a）と縮径通路（40b）と小径通路（40c）とが形成されている。大径通路（40a）は比較的大径の円柱状に形成され、縮径通路（40b）は、その流出側に向かって縮径する台形円錐状に形成され、小径通路（40c）は大径通路（40a）よりも小径の円柱状に形成されている。

流入側部材（31）と流出側部材（32）との間には、分配流路（41）が形成されている。
分配流路（41）は、入口流路（40）と同軸となって径方向外側に拡がる円板状に形成されている。分配流路（41）では、図２(Ａ)における流入側部材（31）の右端面と流出側部材（32）の左端面とが、その軸方向両側の内壁を構成している。つまり、分配流路（41）に面する内壁では、流入側部材（31）の内壁が第１内壁部（36）を構成し、流出側部材（32）側の内壁が第２内壁部（37）を構成している。上記第１内壁部（36）には、上記入口流路（40）の小径通路（40c）が開口しており、分配流路（41）の軸心側に入口流路（40）が接続されている。一方、第２内壁部（37）には、複数の出口流路（42）の流入端が開口している。各出口流路（42）は、分配流路（41）の外周側に接続されている。

上記第１内壁部（36）には、上記入口流路（40）の小径通路（40c）が開口しており、分配流路（41）の軸心側に入口流路（40）が接続されている。一方、第２内壁部（37）には、複数の出口流路（42）の流入端が開口している。各出口流路（42）は、分配流路（41）の外周側に接続されている。また、第２内壁部（37）には、詳細は後述する段差が形成されている。

図２(Ｂ)に示すように、流出側部材（32）には、６つの出口流路（42）が形成されている。各出口流路（42）は、流出側部材（32）を軸方向に貫通している。つまり、各出口流路（42）は、分配流路（41）の軸心と平行になっている。各出口流路（42）は、分配流路（41）と同心の円周上に等角度間隔（即ち、一定のピッチ）で配列されている。各出口流路（42）の流出端は、浴槽（5）内に臨んでいる。

また、各出口流路（42）には、それぞれ流出側絞り部（38）が形成されている。流出側絞り部（38）は、出口流路（42）の内周壁から径方向内側に膨出した筒状に形成されており、出口流路（42）の流路断面を縮小させている。具体的には、流出側絞り部（38）には、その流入側から流出側に向かって順に、縮径部（38c）と最小径部（38a）と拡径部（38b）とが形成されている。

上記最小径部（38a）は、出口流路（42）の流路断面を最小とするものである。上記拡径部（38b）は、最小径部（38a）から出口流路（42）の流出端に亘って形成されている。この拡径部（38b）は、最小径部（38a）から流出側に向かって流路断面を徐々に拡大している。つまり、拡径部（38b）の内周面は、その流出側に向かうにつれて径方向外側に傾斜している。上記縮径部（38c）は、流出側絞り部（38）の流入端から最小径部（38a）に亘って形成されている。この縮径部（38c）は、その流入側から最小径部（38a）に向かって流路断面を徐々に縮小している。つまり、縮径部（38c）の内周面は、その流出側に向かうにつれて径方向内側に傾斜している。また、縮径部（38c）は、その流入端側に向かってラッパ状に拡がっている。なお、この縮径部（38c）の流路長さは、上記拡径部（38b）の流路長さよりも極めて短くなっている。

分配流路（41）に面する第２内壁部（37）には、上述した段差が形成されている。つまり、第２内壁部（37）には、その軸心側に位置する円形面（37a）と、その外周側において円形面（37a）よりも流出側寄りに位置する環状面（37b）と、円形面（37a）及び環状面（37b）との間の段差となる段差面（37c）とが形成されている。このような第２内壁部（37）の段差により、分配流路（41）は、軸心側から外周側へ向かう水の流路断面が拡大された段状となっている。また、円形面（37a）と環状面（37b）との間の段差面（37c）は、上記複数の出口流路（42）よりも分配流路（41）の軸心側寄りに位置している（図２(Ｂ)参照）。なお、円形面（37a）と環状面（37b）の間の段差の寸法は、０．１〜０．２ｍｍ程度となっている。

−微細気泡供給装置の運転動作−
本実施形態の微細気泡供給装置（10）の運転動作について説明する。この微細気泡供給装置（10）では、ポンプ機構（13）を起動させると、浴槽（5）の水が循環流路（11）の入口に吸い込まれて循環流路（11）の出口へ向かって流通する。

なお、ポンプ機構（13）は、循環流路（11）の流量が例えば３５リットル／分になるように調節される。この状態では、気体溶解器（14）の容器（14a）内が、３００〜４００ｋＰａ程度に加圧される。また、運転中は、流量調節バルブ（16）の開度が、流量計（15）によって計測された循環流路（11）の流量に基づいて調節される。

図１に示す循環流路（11）の入口から流入した浴槽（5）の水は、空気導入器（12）に流入する。空気導入器（12）では、空気導入管（12a）から吸い込まれた空気が水に混入される。水に混入される空気は、比較的小さな気泡になる。気泡を含む水は、空気導入器（12）から流出し、ポンプ機構（13）を経て気体溶解器（14）に流入する。気体溶解器（14）では、水に対する空気の溶解が促進される。空気を溶解した水は、気体溶解器（14）を流出して気泡発生器（30）へ流入する。

図２に示す気泡発生器（30）へ流入した水は、入口流路（40）を流通する。この水は、流入側絞り部（35）を通過する際に流路断面が縮小されて減圧される。その結果、水中に溶解した空気が遊離し、水中で気泡が発生する。気泡を含む水は小径通路（40c）から分配流路（41）へ流入する。

分配流路（41）へ流入した水は、第２内壁部（37）の円形面（37a）に衝突することで、分配流路（41）の軸心側から外周側へ向かって放射状に拡がる。この水は、第１内壁部（36）と円形面（37a）の間を流通した後、段差面（37c）を通過する。水が段差面（37c）を通過すると、この水の流路断面が拡大する。その結果、段差面（37c）の表面近傍で負圧領域が発生し、いわゆるキャビテーションが発生する。このキャビテーションによって水中に未だに残存する空気が遊離して、水中で更に気泡が生じる。また、このキャビテーションによって生じる水流の乱れに伴い、水中に含まれる比較的大きな気泡が微細な気泡にまで剪断される。このようにして微細な気泡を含んだ水は、分配流路（41）の外周側へ均一に拡がるように流れ、各出口流路（42）へ流入する。その結果、各出口流路（42）には、微細な気泡が均等な量で送られることになる。また、分配流路（41）の外周側では、水に含まれる気泡が環状溝（50）内で周方向に拡散するので、各出口流路（42）へ気泡が均等に入り易くなる。

各出口流路（42）へ流入した水は、各流出側絞り部（38）内へそれぞれ流入する。流出側絞り部（38）では、水が縮径部（38c）及び最小径部（38a）内を通過する際に、この水が減圧される。その結果、液中に未だ残存していた空気が遊離して更に気泡が発生する。また、最小径部（38a）内を水が通過する際には、水の流速が音速に近い状態まで加速される。一方、この水が拡径部（38b）内を流れて流路断面が徐々に拡がると、水の速度勾配（圧力勾配）が大きくなり、拡径部（38b）内で衝撃波が発生する。その結果、拡径部（38b）内を流れる液体に含まれる気泡が徐々に破裂して更に微細化される。以上のようにして、数十μｍ程度の気泡を含んだ水は、各出口流路（42）から浴槽（5）内へ噴射される。

−実施形態の効果−
上記実施形態では、分配流路（41）を軸心側から外周側へ向かう水の流路断面を拡大するように、分配流路（41）の第２内壁部（37）に段差面（37c）を形成している。このため、本実施形態によれば、段差面（37c）の表面近傍でキャビテーションが発生するので、水中から更に気泡を発生させることができ、且つ気泡の微細化を図ることができる。更に、このようにして微細な気泡を含んだ液体は、分配流路（41）を放射状に拡がって各出口流路（42）へ流入するので、各出口流路（42）へ均等な量の気泡を分配することができる。従って、この気泡発生器（30）では、各出口流路（42）から均等な量の気泡を浴槽（5）内へ噴射させることができる。

また、第２内壁部（37）に段差面（37c）を形成する場合には、第２内壁部（37）の外周側を環状に切り欠くだけで良い。つまり、本実施形態では、比較的単純な加工によって、微細な気泡を均一に供給できる気泡発生器（30）を得ることができる。

−実施形態の変形例−
上記実施形態については、以下のような変形例の構成とすることもできる。

〈変形例１〉
図３に示すように、分配流路（41）の内壁に多段階に段差を形成するようにしても良い。具体的には、この変形例１では、第２内壁部（37）に２つの段差面（37c,37d）を形成するようにしている。このため、分配流路（41）は、軸心側から外周側に向かって２段階に流路断面が拡大している。

この変形例１では、水が分配流路（41）を流れる際に、各段差面（37c,37d）の近傍でそれぞれキャビテーションが発生する。従って、各段差面（37c,37d）を順に通過する水から段階的に気泡を発生させることでき、且つこの気泡を段階的に微細化していくことができる。

〈変形例２〉
図４に示すように、分配流路（41）の両側の内壁にそれぞれ段差を形成するようにしても良い。具体的には、この変形例２では、第１内壁部（36）に２つの段差面（36c,36d）が形成され、第２内壁部（37）にも２つの段差面（37c,37d）が形成されている。また、この変形例２では、第１内壁部（36）側の段差面（36c,36d）と、第２内壁部（37）側の段差面（37c,37d）とが、軸方向において互いに一致している。

この変形例２では、水が分配流路（41）を流れる際に、各内壁部（36,37）の段差面（36c,36d,37c,37d）の近傍でそれぞれキャビテーションが発生する。従って、分配流路（41）を流れる水中から発生する気泡の量が更に増大する。また、分配流路（41）の乱流化が促進され、気泡を更に細かく剪断して微細化することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態においては、第２内壁部（37）側のみに段差を形成するようにしても良いし、各内壁部（36,37）において３つ以上の段差を形成するようにしても良い。

また、上記実施形態では、水中に空気を溶解させて気泡を発生するようにしているが、この水中に芳香（アロマ）成分や人体に有用な成分を混入させ、気泡と共に浴槽（5）内へ供給するようにしても良い。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、気体が溶解した液体を減圧することで、気泡を含む液体を発生させる気泡発生器について有用である。

本発明の実施形態に係る微細気泡供給装置の概略構成図である。 図２(Ａ)は、本発明の実施形態に係る気泡発生器の縦断面図であり、図２(Ｂ)は、図２(Ａ)のＡ−Ａ矢視図である。 変形例１の気泡発生器の縦断面図である。 変形例２の気泡発生器の縦断面図である。

符号の説明

30 気泡発生器
35 流入側絞り部（絞り部）
37c 段差面（段差）
40 入口流路
41 分配流路
42 出口流路

Claims (3)

1. 気体が溶解した液体を減圧する絞り部（35）を有する入口流路（40）と、該入口流路（40）の終端に接続されて入口流路（40）と同軸の円板状に形成される分配流路（41）と、該分配流路（41）の外周側にそれぞれ接続されて該分配流路（41）の軸周りに配列される複数の出口流路（42）とを備え、各出口流路（42）から気泡を含む液体をそれぞれ流出させる気泡発生器であって、
   上記分配流路（41）の軸方向両側の内壁のうちの少なくとも一方には、軸心側から外周側へ向かって分配流路（41）の流路断面が拡大するように段差（36c,36d,37c,37d）が形成されていることを特徴とする気泡発生器。
2. 請求項１において、
   上記段差（36c,36d,37c,37d）は、上記分配流路（41）の軸方向両側の内壁にそれぞれ形成されていることを特徴とする気泡発生器。
3. 請求項１又は２において、
   上記分配流路（41）の内壁には、上記段差（36c,36d,37c,37d）が多段階に形成されていることを特徴とする気泡発生器。

Images