JP2008229516A - Microbubble shower - Google Patents

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Toshitatsu Abe
敏達 阿部
Hirota Urano
裕太 浦野
Yoshito Ogawa
義人 小川
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University of Tsukuba NUC
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AIR EAU CO Ltd
University of Tsukuba NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microbubble shower usable under the hydraulic pressure of city water and highly efficient in the generation of microbubbles. <P>SOLUTION: The microbubble shower possesses a blade type nozzle 3 for generating a swirl flow and a nozzle 4 for breaking a swirl having a flow shrinking part 4a and a swirl breaking part 4l installed coaxially to the blade type nozzle 3 for generating a swirl flow at the throat part of a shower head 51. The swirl flow is generated by feeding a liquid to an inlet of the blade type nozzle 3 for generating swirl flow and the microbubbles are generated from the swirl breaking part 4l by introducing a gas to the center of this swirl flow to feed the swirl flow introduced with the gas to the center to the flow shrinking part 4a. This micro bubbler shower may have a plate 61 restricting the swirl flow to the downstream side of the nozzle 4 for breaking a swirl at the throat part of the shower head 51. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、マイクロバブルシャワーに関し、例えば、マイクロバブルを利用した水による洗浄に適用して好適なものである。   The present invention relates to a microbubble shower, and is suitable for application to washing with water using microbubbles, for example.

マイクロバブルは、発生時において気泡径が一般に１０〜数１０μｍである微細気泡であり、水中で普通に発生する直径数ｍｍ程度の気泡と比べると極めて小さい。マイクロバブルは、このように極端に小さいため、微細なゴミを吸着して水面に浮上させる性質を持ち、水産物の洗浄や水質浄化などに応用されている。   Microbubbles are fine bubbles having a bubble diameter of generally 10 to several tens of μm at the time of generation, and are extremely small compared to bubbles having a diameter of several millimeters that are normally generated in water. Since microbubbles are extremely small in this way, they have the property of adsorbing fine dust and floating on the surface of the water, and are applied to marine product cleaning and water purification.

従来、このマイクロバブルを利用したマイクロバブルシャワーとして、旋回流を利用した噴き出し型のマイクロバブル発生方式を用いたものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
なお、渦崩壊現象を利用したマイクロバブル発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。） Conventionally, as a microbubble shower using microbubbles, one using an ejection type microbubble generating system using a swirling flow is known (for example, see Non-Patent Document 1).
In addition, the microbubble generator using a vortex breakdown phenomenon is proposed (for example, refer patent document 1).

［平成１９年３月１８日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.rapyuta.jp/page/17 〉[Search on March 18, 2007], Internet <URL: http://www.rapyuta.jp/page/17> 国際公開第０６／０７５４５２号パンフレットInternational Publication No. 06/075452 Pamphlet

一般にシャワーでは、水の出口が空気と接するため、そこに負圧部があれば空気を吸い込むことになり、この場合にはマイクロバブルは発生しない。この点に関し、上述の従来のマイクロバブルシャワーでは、マイクロバブル発生ノズルの出口がシャワー孔に近いため、ノズル出口をほぼ閉塞することで空気の吸い込みを防いでいる。しかしながら、このようにノズル出口をほぼ閉塞すると、水流は大きな抵抗を受けることになるため、シャワーに流す水の水圧を高くしなければならないだけでなく、給気の制御も適切に行うことが困難であるため、マイクロバブルを安定して発生させることが困難である。   In general, in a shower, since the outlet of water is in contact with air, if there is a negative pressure portion, air is sucked in. In this case, microbubbles are not generated. In this regard, in the above-described conventional microbubble shower, since the outlet of the microbubble generating nozzle is close to the shower hole, air suction is prevented by substantially closing the nozzle outlet. However, if the nozzle outlet is substantially blocked in this way, the water flow is subjected to a large resistance, so it is not only necessary to increase the water pressure of the water flowing to the shower, but it is also difficult to properly control the supply air Therefore, it is difficult to stably generate microbubbles.

そこで、この発明が解決しようとする課題は、水道水圧でも使用することができ、しかもマイクロバブルの発生効率が高いマイクロバブルシャワーを提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a microbubble shower that can be used even with tap water pressure and has high microbubble generation efficiency.

この発明は、
旋回流発生用翼型ノズルと、上記旋回流発生用翼型ノズルと同軸に設けられた縮流部および渦崩壊部を有する渦崩壊用ノズルとをシャワーヘッドの喉部に有することを特徴とするマイクロバブルシャワーである。
ここで、渦崩壊とは、渦の構造が急激に変化する現象であり、スパイラル型（デルタ翼の場合などに発生する型）、バブル型（円管内流れの場合などに発生する型）の二つの顕著な型を有する。 This invention
A swirl flow generating airfoil nozzle, and a vortex disruption nozzle having a constricted flow part and a vortex collapsing part provided coaxially with the swirl flow generating airfoil nozzle are provided in the throat of the shower head. It is a micro bubble shower.
Here, vortex breakdown is a phenomenon in which the structure of the vortex changes abruptly. There are two types: spiral type (type generated in the case of a delta wing) and bubble type (type generated in the case of flow in a circular pipe). Has two distinct types.

このマイクロバブルシャワーにおいては、典型的には、旋回流発生用翼型ノズルの入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を上記縮流部に供給することにより渦崩壊部からマイクロバブルを発生させる。マイクロバブルの発生効率の向上を図る観点より、好適には、旋回流発生用翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルの中心軸とシャワーヘッドの出口からの液体の噴き出し方向との間の角度は鋭角に選ばれる。同じく、マイクロバブルの発生効率の向上を図る観点より、シャワーヘッドの喉部の渦崩壊用ノズルの下流側に記旋回流を制止する板を有する。この旋回流を制止する板は、典型的には、旋回流発生用翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルの中心軸を含む面上に設けられる。この旋回流を制止する板は、渦崩壊用ノズルから出てくる旋回流がシャワーヘッド内部に伝わるのを防止することができればよく、必ずしも渦崩壊用ノズルの全体にまたがる必要はない。旋回流発生用翼型ノズルは、典型的には、旋回流発生用翼体を円筒形状の管（パイプ）の内部に収容したもの（あるいは、旋回流発生用翼体の外側を管により覆ったもの）である。旋回流発生用翼体は、典型的には、円柱状の本体の一端部を流線形（典型的には、この本体の中心軸を回転軸とする回転体状（例えば、半球状））に成形し、本体の外周面の長手方向に複数の翼をそれらの後部が彎曲するように設け、この本体の他端部に気体の噴射孔を設けたものである。また、この旋回流発生用翼体はこの本体の外周面に設けられた給気孔とこの本体の他端部に設けられた噴射孔とを有し、これらの給気孔と噴射孔とはこの本体内に設けられた通路を介して互いに連通している。マイクロバブルシャワーの製造の容易さの観点からは、最も好適には、旋回流発生用翼体の翼の枚数は３枚であるが、これに限定されるものではなく、翼の枚数は必要に応じて選ぶことができる。渦崩壊用ノズルにおいては、典型的には、縮流部は渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており（あるいは、縮流部は渦崩壊部に向かってすぼまっており）、渦崩壊部との境界部（あるいは接続部）において渦崩壊部と同一の断面形状を有する。好適には、渦崩壊部は円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有し、第１の部分の内周面と第２の部分の端面とがなす角度をθ0 としたとき、０度＜θ0 ＜１８０度あるいは９０度＜θ0 ＜１８０度、例えば１００度程度である。渦崩壊部が円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有する場合、第１の部分の内周面と第２の部分の端面とは滑らかに繋がっていることが望ましい。こうすることで、渦崩壊用ノズルの噴き出し面である第２の部分の端面に旋回流を付着させることができる。 In this microbubble shower, typically, a swirl flow is generated by supplying a liquid to the inlet of a swirl flow generating airfoil nozzle, a gas is introduced into the center of the swirl flow, and a gas is introduced into this center. The microbubbles are generated from the vortex breakdown portion by supplying the swirl flow into which the vortex is introduced to the contracted flow portion. From the viewpoint of improving the generation efficiency of microbubbles, preferably, the angle between the central axis of the swirl flow generating blade-type nozzle and the vortex breakdown nozzle and the direction of liquid ejection from the outlet of the shower head is an acute angle. To be elected. Similarly, from the viewpoint of improving the generation efficiency of microbubbles, a plate for stopping the swirling flow is provided downstream of the vortex breaking nozzle in the throat of the shower head. The plate for restraining the swirling flow is typically provided on a surface including the central axes of the swirling flow generating airfoil nozzle and the vortex breaking nozzle. The plate for restraining the swirling flow only needs to prevent the swirling flow coming out of the vortex breaking nozzle from being transmitted to the inside of the shower head, and does not necessarily need to span the entire vortex breaking nozzle. The swirl flow generating airfoil nozzle typically has a swirl flow generating wing body accommodated in a cylindrical pipe (pipe) (or the outer side of the swirl flow generating wing body is covered with a tube. Stuff). The swirling flow generating wing is typically streamlined at one end of a cylindrical main body (typically, a rotating body having a central axis of the main body as a rotation axis (eg, hemispherical)). A plurality of blades are formed in the longitudinal direction of the outer peripheral surface of the main body so that their rear portions are bent, and a gas injection hole is provided at the other end of the main body. Further, the swirl flow generating wing body has an air supply hole provided in the outer peripheral surface of the main body and an injection hole provided in the other end portion of the main body, and the air supply hole and the injection hole are the main body. They communicate with each other through a passage provided in the interior. From the viewpoint of ease of manufacturing the micro bubble shower, the number of blades of the swirl flow generating wing body is most preferably three, but is not limited to this, and the number of blades is necessary. You can choose according to your needs. In the vortex breakdown nozzle, typically, the cross-sectional area of the contracted flow portion gradually decreases toward the vortex collapse portion (or the contracted flow portion is narrowed toward the vortex collapse portion). The cross-sectional shape is the same as that of the vortex breakdown part at the boundary (or connection part) with the vortex breakdown part. Preferably, the vortex collapse portion includes a first portion having a cylindrical shape and a second portion having a shape extending toward the outlet, and an inner peripheral surface of the first portion and an end surface of the second portion. when is the angle formed was theta 0, 0 degree <θ 0 <180 deg or 90 deg <θ 0 <180 °, for example, about 100 degrees. When the vortex breaking part has a first part having a cylindrical shape and a second part having a shape spreading toward the outlet, the inner peripheral surface of the first part and the end face of the second part are smoothly connected. It is desirable that By carrying out like this, a swirl flow can be made to adhere to the end surface of the 2nd part which is the ejection surface of the vortex collapse nozzle.

マイクロバブルを発生させる液体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、水（温水を含む）、各種の有機溶剤（アルコール、アセトン、トルエンなど）、石油、ガソリンなどの液体燃料などである。
旋回流の中心に供給する気体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、空気、酸素、オゾン、水素、アルゴンなどである。 The liquid that generates the microbubbles may be basically any type, specifically, for example, water (including hot water), various organic solvents (alcohol, acetone, toluene, etc.), Liquid fuels such as oil and gasoline.
The gas supplied to the center of the swirling flow may be basically any one, but specifically, for example, air, oxygen, ozone, hydrogen, argon, or the like.

この発明によれば、水道水圧でも使用させることができ、しかもマイクロバブルの発生効率が高いマイクロバブルシャワーを得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a microbubble shower that can be used even with tap water pressure and that has high microbubble generation efficiency.

以下、この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーについて図面を参照しながら説明する。
まず、このマイクロバブルシャワーの基礎となるマイクロバブル発生装置について説明する（特許文献１参照。）。
第１の例によるマイクロバブル発生装置においては、マイクロバブルを発生させるために、パイプ中心部を閉塞させ円周方向の流速を大きくすることでパイプ内を流れる水などの液体から強い旋回流を発生するタービン翼型ノズルと、主流に比べて循環が卓越する流れを小さい流れに遷移させる渦崩壊用ノズルとを直列に配置する。 A microbubble shower according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a microbubble generator serving as a basis for this microbubble shower will be described (see Patent Document 1).
In the microbubble generator according to the first example, in order to generate microbubbles, a strong swirling flow is generated from a liquid such as water flowing in the pipe by closing the pipe central portion and increasing the circumferential flow velocity. The turbine blade type nozzle and the vortex breaking nozzle that makes the flow whose circulation is superior to the main flow transition to a small flow are arranged in series.

図１は第１の例によるマイクロバブル発生装置１の本体、図２〜図４はこのマイクロバブル発生装置１のタービン翼型ノズルの翼体、図５はこのタービン翼型ノズルの翼体の一つの翼の展開図、図６はこのマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル、図７はこのマイクロバブル発生装置１の給気装置を示す。   1 is a main body of a microbubble generator 1 according to the first example, FIGS. 2 to 4 are blade bodies of a turbine blade type nozzle of the microbubble generator 1, and FIG. 5 is a blade body of the turbine blade nozzle. FIG. 6 shows a vortex breaking nozzle of the microbubble generator 1 and FIG. 7 shows an air supply device of the microbubble generator 1.

図１〜図７に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、円筒状のパイプ２の内部に互いに同軸に直列結合されたタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を収容したものと給気装置５とからなる。タービン翼型ノズル３は、円柱状の本体３ａの前方ａを半球状に成形し、この本体３ａの外周面ｂの長手方向に複数の翼３ｂをそれらの後方ｃが彎曲するように設け、背面ｄに噴射孔３ｆを設けた翼体の外側をパイプ２により管状に覆ったものである。渦崩壊用ノズル４は、パイプ２の先端部ｅに配置されている。渦崩壊用ノズル４は、テーパー状に成形した縮流部４ａに管状の渦崩壊部４ｂを連接したものである。給気装置５は、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力差を検出し、タービン翼型ノズル３に供給する気体５ｌの量を調整するものである。パイプ２においては、入口２ａ、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂ、渦崩壊用ノズル４の順に液体６が流れる。パイプ２は既存の設備に接続できるように様々なサイズに対応可能である。   As shown in FIGS. 1 to 7, the microbubble generator 1 is provided with a cylindrical pipe 2 containing a turbine blade type nozzle 3 and a vortex breaking nozzle 4 which are coaxially coupled in series with each other. Qi device 5. The turbine blade-type nozzle 3 is formed by forming a front a of a cylindrical main body 3a into a hemispherical shape, and providing a plurality of blades 3b in the longitudinal direction of the outer peripheral surface b of the main body 3a so that their rear c is bent The outer side of the wing body provided with the injection hole 3f in d is covered with a pipe 2 in a tubular shape. The vortex breaking nozzle 4 is disposed at the tip end e of the pipe 2. The vortex breaking nozzle 4 is formed by connecting a tubular vortex breaking portion 4b to a contracted flow portion 4a formed into a tapered shape. The air supply device 5 detects the pressure difference of the vortex breakdown portion 4 b of the vortex breakdown nozzle 4 and adjusts the amount of gas 5 l supplied to the turbine blade nozzle 3. In the pipe 2, the liquid 6 flows in the order of the inlet 2 a, the turbine blade nozzle 3, the vortex section 2 b, and the vortex breakdown nozzle 4. The pipe 2 can accommodate various sizes so that it can be connected to existing equipment.

このマイクロバブル発生装置１では、パイプ２の入口２ａに、マイクロバブルを発生させようとする水などの液体６を流し、タービン翼型ノズル３により水流などの液体流６ａを円周方向ｆに向けるとともに気柱６ｂを噴出させ、渦崩壊用ノズル４で縮流して渦崩壊させることを特徴とする。より詳細には、パイプ２の入口２ａから入った液体６は、タービン翼型ノズル３によって中心部が閉塞されるため、流速の増した液体流６ａとなる。液体流６ａは、タービン翼型ノズル３の外周面ｂに存在する溝３ｄに沿って流れ、タービン翼型ノズル３の円周方向ｆに向きを変えられることにより旋回流６ｃとなって渦流部２ｂを進む。渦流部２ｂでは、タービン翼型ノズル３の噴射孔３ｆから放出された気柱６ｂが旋回流６ｃとともに螺旋状に流れる。渦崩壊用ノズル４に入ると、旋回流６ｃは縮流され、循環に比べて流れが卓越することで渦崩壊が起きる。この渦崩壊により大きな気泡が細かく潰され、マイクロバブル６ｄとなって渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。ここで、渦崩壊用ノズル４の最小断面、すなわち渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転周波数ｆe は、縮流部４ａにおいて循環が保存されるとすると、渦流部２ｂにおける旋回流６ｃの回転周波数をｆ、パイプ２の内径をＤ、渦崩壊部４ｂの内径をＤe としたとき、ｆe ＝（Ｄ／Ｄe ）2 ｆとなる。 In this microbubble generator 1, a liquid 6 such as water for generating microbubbles is caused to flow through an inlet 2 a of a pipe 2, and a liquid flow 6 a such as a water stream is directed in a circumferential direction f by a turbine blade nozzle 3. At the same time, the air column 6b is ejected, and the vortex breaking nozzle 4 is used to cause the gas column 6b to contract and vortex collapse. More specifically, the liquid 6 entering from the inlet 2a of the pipe 2 becomes a liquid flow 6a having an increased flow velocity because the central portion is closed by the turbine blade nozzle 3. The liquid flow 6a flows along the groove 3d existing on the outer peripheral surface b of the turbine blade type nozzle 3, and when the direction is changed in the circumferential direction f of the turbine blade type nozzle 3, the swirl flow 6c becomes the swirl portion 2b. Continue on. In the vortex section 2b, the air column 6b discharged from the injection hole 3f of the turbine blade nozzle 3 flows spirally together with the swirl flow 6c. When entering the vortex breaking nozzle 4, the swirling flow 6 c is contracted, and vortex collapse occurs due to the superior flow compared to circulation. Due to this vortex breakdown, large bubbles are finely crushed and become microbubbles 6d which are discharged from the outlet of the vortex breakdown nozzle 4. Here, if the rotation frequency fe of the swirling flow 6c in the minimum cross section of the vortex breaking nozzle 4, that is, the cross section of the vortex breaking portion 4b, is preserved in the contracted flow portion 4a, the swirling flow 6c in the swirl flow portion 2b. Where f is the rotation frequency, D is the inner diameter of the pipe 2 and D e is the inner diameter of the vortex collapse portion 4b, f e = (D / D e ) 2 f.

タービン翼型ノズル３は、水流などの液体流６ａを螺旋状の旋回流６ｃに変換するとともに気柱６ｂを放出する器具であり、パイプ２の内部に、本体３ａの外周面ｂ上に複数の翼３ｂを設けた翼体が固定されている。タービン翼型ノズル３は回転させる必要はなく、動力は不要である。なお、気柱６ｂとは、空気などの気体５ｌを勢い良く柱状に噴射させた気泡のことである。
本体３ａは円柱状（断面は長方形状）であり、前方ａは半球状部３ｃ（断面は半円状）と連接しており、背面ｄの中央に噴射孔３ｆを有する。 The turbine blade-type nozzle 3 is an instrument that converts a liquid flow 6a such as a water flow into a spiral swirl flow 6c and discharges an air column 6b. A plurality of turbine blade-type nozzles 3 are disposed on the outer peripheral surface b of the main body 3a. The wing body provided with the wing 3b is fixed. The turbine blade nozzle 3 does not need to be rotated and does not require power. The air column 6b is a bubble in which a gas 51 such as air is vigorously jetted into a column shape.
The main body 3a is cylindrical (the cross section is rectangular), the front a is connected to the hemispherical portion 3c (the cross section is semicircular), and has an injection hole 3f in the center of the back surface d.

翼３ｂは、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａの背面端３ｖにかけて、本体３ａの外周面ｂ上を縦断するように設けた部材であり、液体流６ａの向きを本体３ａの円周方向ｆに変えるために、背面端３ｖに向かうにつれて湾曲している。半球状部３ｃにおける翼３ｂも全体としては半球状に成形される。ただし、半球状部３ｃにおける翼３ｂは必要に応じて省略することが可能である。翼３ｂは本体３ａから突起状に出ているため、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在する。   The wing 3b is a member provided so as to run vertically on the outer peripheral surface b of the main body 3a from the top 3u of the hemispherical portion 3c to the back end 3v of the main body 3a, and the direction of the liquid flow 6a is the circumferential direction of the main body 3a. In order to change to f, it curves toward the back end 3v. The blade 3b in the hemispherical portion 3c is also formed into a hemispherical shape as a whole. However, the blade 3b in the hemispherical portion 3c can be omitted as necessary. Since the blade 3b protrudes from the main body 3a, a groove 3d exists between the adjacent blade 3b and the blade 3b.

半球状部３ｃは、パイプ２の入口２ａから入ってきた液体６がスムーズに溝３ｄに流れ込むように丸めてある箇所である。パイプ２は、タービン翼型ノズル３から放出される円周方向ｆの噴流から角運動量の大きな流体を生成するために必要である。
溝３ｄは、翼３ｂにより仕切られた液体６の流れる通路である。翼３ｂが湾曲していることから、水平方向（パイプ２の中心軸方向）に流れていた液体流６ａが、徐々に垂直方向に曲げられ、螺旋状の旋回流６ａとなってタービン翼型ノズル３から出ていく。
噴射孔３ｆは、マイクロバブルの基となる気柱６ｂを放出する孔である。気柱６ｂは、本体３ａの外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから気体５ｌを供給することにより生成される。噴射孔３ｆから出た気柱６ｂは、旋回流６ｃとともに流れていく。 The hemispherical portion 3c is a portion that is rounded so that the liquid 6 that has entered from the inlet 2a of the pipe 2 smoothly flows into the groove 3d. The pipe 2 is necessary for generating a fluid with a large angular momentum from the jet in the circumferential direction f discharged from the turbine blade type nozzle 3.
The groove 3d is a passage through which the liquid 6 is partitioned by the blade 3b. Since the blade 3b is curved, the liquid flow 6a flowing in the horizontal direction (the central axis direction of the pipe 2) is gradually bent in the vertical direction to become a spiral swirl flow 6a. Go out from 3.
The injection hole 3f is a hole that discharges the air column 6b that is a base of the microbubble. The air column 6b is generated by supplying the gas 5l from the air supply hole 3e provided in the outer peripheral surface b of the main body 3a. The air column 6b exiting from the injection hole 3f flows together with the swirling flow 6c.

翼３ｂは、液体６の流れを等分に分割するため、同じ形状のものを等間隔に配置する。翼間隔３ｇは翼３ｂを配置する間隔であり、この場合、翼数が６枚であるので翼間隔３ｇは６０度であるが、これに限定されるものではない。
翼角３ｈは半球状部３ｃにおける翼３ｂの大きさを決めるもので、中心から一定の角度を持って延びていき、本体３ａに至ってからは、同じ幅を維持して延びる。なお、翼角３ｈは、大き過ぎると液体６の通り道が狭くなるので、例えば１５度程度が好ましいが、これに限定されるものではない。
液体６の通り道となる溝３ｄの溝深さ３ｎは溝３ｄの深さであり、翼３ｂの高さでもある。なお、溝深さ３ｎは、タービン翼型ノズル３のサイズにより適切な深さに調整することができる。 In order to divide the flow of the liquid 6 into equal parts, the blades 3b are arranged with the same shape at equal intervals. The blade interval 3g is an interval at which the blades 3b are arranged. In this case, since the number of blades is 6, the blade interval 3g is 60 degrees, but is not limited thereto.
The blade angle 3h determines the size of the blade 3b in the hemispherical portion 3c. The blade angle 3h extends from the center with a certain angle, and extends to the main body 3a while maintaining the same width. Note that, if the blade angle 3h is too large, the path of the liquid 6 is narrowed. For example, the blade angle 3h is preferably about 15 degrees, but is not limited thereto.
The groove depth 3n of the groove 3d serving as the passage for the liquid 6 is the depth of the groove 3d and also the height of the blade 3b. The groove depth 3n can be adjusted to an appropriate depth depending on the size of the turbine blade nozzle 3.

ノズル長３ｉはタービン翼型ノズル３の全体の長さであり、本体３ａの長さである翼長３ｋと半球状部３ｃの半径である外半径３ｌとの和に等しい。なお、タービン翼型ノズル３の大きさは、パイプ２の大きさが異なれば、適切な大きさも異なる。
ノズル径３ｊは、タービン翼型ノズル３の直径である。ノズル径３ｊは、翼３ｂの部分を含めた本体３ａの直径でもあり、また、本体３ａに連接することから、半球状部３ｃの直径でもある。 The nozzle length 3i is the total length of the turbine blade type nozzle 3, and is equal to the sum of the blade length 3k which is the length of the main body 3a and the outer radius 3l which is the radius of the hemispherical portion 3c. In addition, the magnitude | size of the turbine blade type nozzle 3 will also differ in an appropriate magnitude | size, if the magnitude | size of the pipe 2 differs.
The nozzle diameter 3 j is the diameter of the turbine blade type nozzle 3. The nozzle diameter 3j is also the diameter of the main body 3a including the portion of the blade 3b, and is also the diameter of the hemispherical portion 3c because it is connected to the main body 3a.

翼３ｂは後方ｃが湾曲しているため、翼３ｂ自体の長さは翼長３ｋよりも長くなる。また、半球状部３ｃにおける翼３ｂに関しては、翼長３ｋには含めないものとする。
外半径３ｌは半球状部３ｃの翼３ｂの部分を含めた全体の半径であり、半球状部３ｃの頂部３ｕから本体３ａまで垂直に下りた長さでもある。なお、隣り合う翼３ｂと翼３ｂとの間には溝３ｄが存在するため、外半径３ｌは、溝３ｄを埋めたものと考えた場合の半径を意味する。 Since the rear c of the wing 3b is curved, the length of the wing 3b itself is longer than the wing length 3k. Further, the blade 3b in the hemispherical portion 3c is not included in the blade length 3k.
The outer radius 3l is the total radius including the portion of the wing 3b of the hemispherical portion 3c, and is also the length vertically descending from the top 3u of the hemispherical portion 3c to the main body 3a. Since the groove 3d exists between the adjacent wings 3b and 3b, the outer radius 3l means a radius when the groove 3d is considered to be filled.

内半径３ｍは、半球状部３ｃの翼３ｂを除いた本体３ａと連接される部分の半径である。内半径３ｍは、外半径３ｌとの差である溝深さ３ｎの分だけ出た位置から球状にしているため、内半径３ｍの頂部３ｕは外半径３ｌの頂部３ｕと一致する。
孔距離３ｏは、噴射孔３ｆのあるタービン翼型ノズル３の背面端３ｖから給気孔３ｅの位置までの距離であり、例えば、翼長３ｋの半分の位置が好ましいが、これに限定されるものではない。また、給気孔３ｅは、液体６が通らない翼３ｂ上に設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。 The inner radius 3 m is a radius of a portion connected to the main body 3 a excluding the blade 3 b of the hemispherical portion 3 c. Since the inner radius 3m is spherical from the position corresponding to the groove depth 3n which is the difference from the outer radius 3l, the top 3u of the inner radius 3m coincides with the top 3u of the outer radius 3l.
The hole distance 3o is a distance from the rear end 3v of the turbine blade type nozzle 3 having the injection hole 3f to the position of the air supply hole 3e. For example, a position that is half the blade length 3k is preferable, but is not limited thereto. is not. The air supply holes 3e are preferably provided on the blades 3b through which the liquid 6 does not pass, but the present invention is not limited to this.

給気孔３ｅと噴射孔３ｆとはタービン翼型ノズル３の内部で繋がっており、タービン翼型ノズル３の外周面ｂに設けられた給気孔３ｅから供給された気体５ｌが、タービン翼型ノズル３の背面ｄの中央に設けられた噴射孔３ｆから放出される。
孔内径３ｐは、給気孔３ｅおよび噴射孔３ｆの直径である。孔内径３ｐの大きさは、噴射孔３ｆから出る気柱６ｂの量に影響を与えるため、適切なサイズに調整する必要があり、供給する気体５ｌの流量に応じて決められる。一例を挙げると、孔内径３ｐは２ｍｍ程度が好ましいが、これに限定されるものではない。 The air supply hole 3e and the injection hole 3f are connected inside the turbine blade type nozzle 3, and the gas 5l supplied from the air supply hole 3e provided in the outer peripheral surface b of the turbine blade type nozzle 3 is converted into the turbine blade type nozzle 3. From the injection hole 3f provided in the center of the back surface d of the nozzle.
The hole inner diameter 3p is the diameter of the air supply hole 3e and the injection hole 3f. The size of the hole inner diameter 3p affects the amount of the air column 6b coming out of the injection hole 3f, so it is necessary to adjust it to an appropriate size, and is determined according to the flow rate of the supplied gas 5l. For example, the hole inner diameter 3p is preferably about 2 mm, but is not limited thereto.

図５は、タービン翼型ノズル３の一つの翼３ｂの形状を示す展開図であり、翼３ｂを湾曲させた様子をグラフ上で示したものである。グラフの横軸は翼端（翼の先端）からの流れ方向にとった距離、縦軸は周方向の距離を示す。翼３ｂが描く曲線は、０から翼長３ｋまでの範囲に存在する。なお、距離３ｑは、翼端からの距離が０と翼長３ｋとの間の任意の値とし、距離３ｒは、翼端からの距離が翼長３ｋの場合の値とする。   FIG. 5 is a development view showing the shape of one blade 3 b of the turbine blade type nozzle 3, and shows a state in which the blade 3 b is curved on a graph. The horizontal axis of the graph represents the distance taken from the blade tip (blade tip) in the flow direction, and the vertical axis represents the circumferential distance. The curve drawn by the wing 3b exists in the range from 0 to the wing length 3k. The distance 3q is an arbitrary value between 0 and the blade length 3k from the blade tip, and the distance 3r is a value when the distance from the blade tip is 3k.

勾配３ｓは距離３ｑにおける傾きであり、距離３ｑが０の場合は勾配３ｓも０度であるが、距離３ｑが増えるにつれて勾配３ｓも大きくなっていく。翼３ｂの勾配３ｓは、距離３ｑが０では液体流６ａが流れに沿うこと、距離３ｒでは液体流６ａを円周方向ｆに向かわせることが必要であるため付けたものである。勾配３ｓにより液体流６ａを旋回流６ｃにすることができるが、翼３ｂにより円周方向ｆの流れが主流方向の流れに比べて大きくなり、結果として渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで渦崩壊を引き起こすためには、翼３ｂの終端における勾配３ｔが、およそ５５〜６０度より大きくなる必要がある。具体的には、例えば、翼３ｂが本体３ａの円周方向ｆとなす角度は５〜９度（あるいは５〜６度）、すなわち、距離３ｒにおける勾配３ｔは８１〜８５度（あるいは８４〜８５度）であることが好ましいが、これに限定されるものではない。   The gradient 3s is a gradient at the distance 3q. When the distance 3q is 0, the gradient 3s is also 0 degrees, but the gradient 3s increases as the distance 3q increases. The gradient 3s of the blade 3b is given because it is necessary that the liquid flow 6a follows the flow when the distance 3q is 0, and that the liquid flow 6a is directed in the circumferential direction f at the distance 3r. Although the liquid flow 6a can be turned into the swirl flow 6c by the gradient 3s, the flow in the circumferential direction f becomes larger than the flow in the main flow direction by the blades 3b, and as a result, in the vortex collapse portion 4b of the vortex breakdown nozzle 4 In order to cause vortex breakdown, the gradient 3t at the end of the blade 3b needs to be larger than approximately 55 to 60 degrees. Specifically, for example, the angle between the blade 3b and the circumferential direction f of the main body 3a is 5 to 9 degrees (or 5 to 6 degrees), that is, the gradient 3t at the distance 3r is 81 to 85 degrees (or 84 to 85). However, the present invention is not limited to this.

渦崩壊用ノズル４は、旋回流６ｃとともにパイプ２の渦流部２ｂを流れてきた気柱６ｂを渦崩壊させてマイクロバブル６ｄを発生させる器具であり、パイプ２の端に一体的に連接する。渦崩壊用ノズル４は縮流部４ａと渦崩壊部４ｂとからなる。縮流部４ａは、テーパー状に細くなる管であり、広い側はパイプ２の渦流部２ｂに連接され、狭い側は渦崩壊部４ｂに連接される。縮流部４ａの細くなる角度（テーパー角）４ｅは、パイプ２などの大きさに依存し、必要に応じて選ばれる。この角度４ｅの一例を挙げると約２０度であるが、これに限定されるものではない。渦崩壊部４ｂは、パイプ２の渦流部２ｂよりも細い円筒状の管であり、一端は縮流部４ａの狭い側に連接され、他端が出口となる。渦崩壊部４ｂの内径４ｆもパイプ２の大きさなどに依存し、必要に応じて選ばれる。この内径４ｆは例えば０．５〜１．５ｃｍであるが、これに限定されるものではない。   The vortex breaking nozzle 4 is an instrument that vortex breaks the air column 6b flowing through the vortex portion 2b of the pipe 2 together with the swirling flow 6c to generate the microbubble 6d, and is integrally connected to the end of the pipe 2. The vortex breaking nozzle 4 includes a contracted flow portion 4a and a vortex breaking portion 4b. The contracted portion 4a is a tube that is tapered, and the wide side is connected to the vortex portion 2b of the pipe 2 and the narrow side is connected to the vortex collapse portion 4b. The narrowing angle (taper angle) 4e of the contracted flow part 4a depends on the size of the pipe 2 and the like, and is selected as necessary. An example of the angle 4e is about 20 degrees, but is not limited to this. The vortex breaking portion 4b is a cylindrical tube that is thinner than the vortex portion 2b of the pipe 2, and one end is connected to the narrow side of the contracted flow portion 4a and the other end is an outlet. The inner diameter 4f of the vortex breaking portion 4b also depends on the size of the pipe 2, and is selected as necessary. The inner diameter 4f is, for example, 0.5 to 1.5 cm, but is not limited thereto.

パイプ２内を流れる液体６は、渦流部２ｂから縮流部４ａの広い側に入り、縮流部４ａの径が細くなっていくことで流速を増しながら渦崩壊部４ｂへと至る。液体６とともに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて細かくされ、マイクロバブル６ｄとして渦崩壊用ノズル４の出口から放出される。
渦崩壊用ノズル４の渦崩壊が発生するノズル径の最小値、すなわち臨界ノズル径は次のようにして求められる。 The liquid 6 flowing in the pipe 2 enters the wide side of the contracted flow portion 4a from the vortex flow portion 2b, and reaches the vortex collapse portion 4b while increasing the flow velocity by decreasing the diameter of the contracted flow portion 4a. The air column 6b that has flowed together with the liquid 6 is made fine at the vortex breakdown part 4b and discharged from the outlet of the vortex breakdown nozzle 4 as microbubbles 6d.
The minimum nozzle diameter at which the vortex breakdown of the vortex breakdown nozzle 4 occurs, that is, the critical nozzle diameter is obtained as follows.

詳細は省略するが、タービン翼型ノズル３の翼３ｂによって生成される旋回流６ｃの回転周波数ｆはCassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 による方法により求められ、ｆとｆe との間にはｆe ＝（Ｄ／Ｄe ）2 ｆの関係が成り立つから、

Figure 2008229516
と表される。ここで、Ｒ＝Ｄ／２（＝図４に示す外半径３ｌ）、Ｑはパイプ２に供給される液体６の流量、ρは液体６の密度、ε＝ｒe ／Ｒ（ただし、ｒe ＝Ｄe ／２）、δ＝ｈ／Ｒ（ｈは図４に示す溝深さ３ｎと等しい）、κ＝Ｎv Δθ／２π（ただし、Ｎv は翼３ｂの枚数、Δθ（rad.）は溝３ｄの角度（溝角））、θf は図５に示す勾配３ｔと等しく、α0 、α1 は定数でα0 ＝０．４、α1 ＝１である。 Although the details are omitted, the rotational frequency f of the swirling flow 6c generated by the blade 3b of the turbine blade type nozzle 3 is according to Cassidy et. Al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970. obtained by the method, since the relationship of f e = (D / D e ) 2 f is between f and f e is satisfied,
Figure 2008229516
 It is expressed. Here, R = D / 2 (= outer radius 3l shown in FIG. 4), Q is the flow rate of the liquid 6 supplied to the pipe 2, ρ is the density of the liquid 6, and ε = r e / R (where r e = D e / 2), δ = h / R (h is equal to the groove depth 3n shown in FIG. 4), κ = N v Δθ / 2π (where N v is the number of blades 3b, Δθ (rad.)) Is the angle of the groove 3d (groove angle)), θ f is equal to the gradient 3t shown in FIG. 5, α 0 and α 1 are constants, and α 0 = 0.4 and α 1 = 1.

渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａにおけるサーキュレーション数Γe は

Figure 2008229516
である。ただし、ｕe は渦崩壊用ノズル４の出口における流速、ωe は渦崩壊部４ｂの断面における旋回流６ｃの回転角周波数である。この（２）式に（１）式のｆe を代入すると、Γe は
Figure 2008229516
 と求められる（Cassidy et. al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970 を参照。)
。 The circulation number Γ e in the constricted flow part 4a of the vortex breaking nozzle 4 is
Figure 2008229516
 It is. Where u e is the flow velocity at the outlet of the vortex breaking nozzle 4 and ω e is the rotational angular frequency of the swirling flow 6c in the cross section of the vortex breaking portion 4b. Substituting f e in equation (1) into this equation (2), Γ e becomes
Figure 2008229516
 (See Cassidy et. Al., J. Fluid Mech., V.41, pp.727-736, 1970)
.

図８に、ε＝１．５／４．０であるときの渦崩壊前のサーキュレーション数Γe のθf に対する変化をδを０．４／２、０．９／２と変えて求めた結果を示す。ただし、図８におけるΓcrは臨界サーキュレーション数でΓcr＝２．０である（本マイクロバブル発生装置ではΓcr≒２．０、より一般的な旋回流発生装置の場合の平均的な値はΓcr≒１／０．６５（例えば、Spall et. al., Phys. Fluid, 30(11), pp.3434-3440, 1987）。図８に示すように、溝３ｄの深さ、すなわち溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなるにしたがって、軸方向運動量に対する円周方向の運動量が相対的に小さくなり、結果として溝深さ３ｎ＝ｈ、したがってδが大きいほどサーキュレーション数Γe は減少する。このため、溝深さ３ｎ＝ｈが大きくなると渦崩壊は起こりにくくなる。 In FIG. 8, the change of the circulation number Γ e before the vortex breakdown with respect to θ f when ε = 1.5 / 4.0 is obtained by changing δ to 0.4 / 2 and 0.9 / 2. Results are shown. However, the average value in the case of gamma cr is gamma cr = 2.0 the critical circulation number (in this microbubble generator gamma cr ≒ 2.0, more general swirling flow generating device in FIG. 8 Is Γ cr ≈ 1 / 0.65 (for example, Spall et. Al., Phys. Fluid, 30 (11), pp. 3434-3440, 1987), as shown in FIG. As the groove depth 3n = h increases, the circumferential momentum relative to the axial momentum becomes relatively small. As a result, the circulation number Γ e decreases as the groove depth 3n = h and therefore δ increases. For this reason, when the groove depth 3n = h is increased, vortex breakdown is less likely to occur.

溝深さ３ｎ＝ｈおよびθf を与えたとき、渦崩壊が発生するノズル半径の最小値、すなわち臨界ノズル半径εcr（臨界半径をｒecr とするとεcr＝ｒecr ／Ｒ）は、Γe ＝Γcrとおくことにより下記のように得られる。したがって、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４をε＞εcrを満たすように設計することにより、渦崩壊用ノズル４で渦崩壊を起こさせることができる。

Figure 2008229516
When the groove depth 3n = h and θ f are given, the minimum value of the nozzle radius at which vortex breakdown occurs, that is, the critical nozzle radius ε cr (ε cr = recr / R where the critical radius is recr ) is Γ By setting e = Γ cr, it is obtained as follows . Therefore, by designing the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 so as to satisfy ε> ε cr , the vortex breakdown nozzle 4 can cause vortex breakdown.
Figure 2008229516

図９に、渦崩壊の閾値をΓcr＝２．０としたときの渦崩壊用ノズル４のε＝ｒe ／Ｒのδ＝ｈ／Ｒに対する変化を、θf を５０度、６０度、７０度、８０度、８４度と変えて求めた結果を示す。ただし、κ＝３／４とした。図９中の○、×はそれぞれ、θf ＝８４度として実験を行ったときに渦崩壊が生じた場合、生じなかった場合を示す。詳細は省略するが、旋回流６ｃによる分級効果によって、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂで放出されるマイクロバブル６ｄの径ｄは

Figure 2008229516
と表される。ただし、νw は液体６の動粘性率である。この式においてΓe ＝Ｏ（１）であるから、νw が小さく、ｆe が大きいほど微細なマイクロバブル６ｄが生成されることが分かる。 FIG. 9 shows changes in ε = r e / R of vortex breakdown nozzle 4 with respect to δ = h / R when vortex breakdown threshold is Γ cr = 2.0, θ f is 50 degrees, 60 degrees, The results obtained by changing to 70 degrees, 80 degrees, and 84 degrees are shown. However, κ = 3/4. In FIG. 9, ◯ and × indicate the case where vortex breakdown occurred and did not occur when the experiment was conducted with θ f = 84 degrees, respectively. Although the details are omitted, the diameter d of the microbubble 6d discharged from the vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4 by the classification effect by the swirling flow 6c is
Figure 2008229516
 It is expressed. Where ν w is the kinematic viscosity of the liquid 6. Since Γ e = O (1) in this equation, it can be seen that the smaller the ν w and the larger the fe , the finer microbubbles 6d are generated.

パイプ２に液体６を供給するために用いるポンプのパワーを一定としたとき、ｆe は

Figure 2008229516
となる。したがって、ｆe を大きくすることでマイクロバブル６ｄを生成するには高揚程ポンプ（Ｒが小さい）が有利である。 When the power of the pump used to supply the liquid 6 to the pipe 2 is constant, fe is
Figure 2008229516
 It becomes. Therefore, a high head pump (R is small) is advantageous for generating microbubbles 6d by increasing fe .

給気装置５は、マイクロバブル発生装置１に気体５ｌを供給する装置であり、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅに連結され、噴射孔３ｆから気柱６ｂを放出する。圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄは渦崩壊部４ｂ内の圧力を検出する器具であり、圧力検出器４ｃは縮流部４ａに連接する側に設けられ、圧力検出器４ｄは出口側に設けられている。これらの圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄにより圧力差を検知し、気体５ｌの供給量を自動的に調節する。   The air supply device 5 is a device that supplies gas 5 l to the microbubble generator 1, is connected to the air supply holes 3 e of the turbine blade type nozzle 3, and discharges the air column 6 b from the injection holes 3 f. The pressure detector 4c and the pressure detector 4d are instruments for detecting the pressure in the vortex breakdown part 4b. The pressure detector 4c is provided on the side connected to the contracted part 4a, and the pressure detector 4d is provided on the outlet side. It has been. The pressure detector 4c and the pressure detector 4d detect the pressure difference and automatically adjust the supply amount of the gas 5l.

給気装置５は、シリンダ５ａおよびピストン５ｂなどの部材から構成される。この給気装置５とタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４との接続は、給気孔３ｅと通気孔５ｆ、圧力検出器４ｃと高圧力部５ｊ、圧力検出器４ｄと低圧力部５ｋとを繋ぐことで行う。シリンダ５ａは給気装置５の外枠であり、内部に中空部分を有するほぼ円柱状の形状である。なお、シリンダ５ａのサイズの一例を挙げると、長さ約７．０ｃｍ、直径約２．６ｃｍであるが、これに限定されるものではない。   The air supply device 5 includes members such as a cylinder 5a and a piston 5b. The connection between the air supply device 5 and the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 includes an air supply hole 3e and a vent hole 5f, a pressure detector 4c and a high pressure part 5j, and a pressure detector 4d and a low pressure part 5k. This is done by connecting The cylinder 5a is an outer frame of the air supply device 5, and has a substantially cylindrical shape having a hollow portion inside. An example of the size of the cylinder 5a is about 7.0 cm in length and about 2.6 cm in diameter, but is not limited to this.

シリンダ５ａの先頭側には、シリンダ５ａの側面を貫通する通気孔５ｆがあり、この通気孔５ｆの一端は、給気管５ｉにより給気孔３ｅに接続され、他端は、開放することで気体５ｌを取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。
また、シリンダ５ａ内の中空部分は、ピストン５ｂおよびダイアフラム５ｍにより高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとに分けられる。先頭側の高圧力部５ｊは、圧力検出器４ｃで検知した圧力となり、背後側の低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｄで検知した圧力となる。
なお、高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋには、それぞれ空気孔５ｇおよび空気孔５ｈが設けられる。空気孔５ｇおよび空気孔５ｈは、通常は閉じておくが、開放することにより内部の空気を抜くことができる。 A vent hole 5f penetrating the side surface of the cylinder 5a is provided on the leading side of the cylinder 5a. One end of the vent hole 5f is connected to the air supply hole 3e by an air supply pipe 5i, and the other end is opened to release gas 5l. If a special gas is used, connect a cylinder.
The hollow part in the cylinder 5a is divided into a high pressure part 5j and a low pressure part 5k by the piston 5b and the diaphragm 5m. The high pressure portion 5j on the leading side is the pressure detected by the pressure detector 4c, and the low pressure portion 5k on the back side is the pressure detected by the pressure detector 4d.
The high pressure part 5j and the low pressure part 5k are provided with an air hole 5g and an air hole 5h, respectively. The air holes 5g and the air holes 5h are normally closed, but the internal air can be extracted by opening them.

ピストン５ｂは、シリンダ５ａの内部を往復移動する部材であり、可動部５ｃ、バネ５ｄおよびストッパー５ｅなどからなる。ピストン５ｂが移動することにより、給気孔３ｅへ供給する気体５ｌの量を調節する。可動部５ｃは、シリンダ５ａ内を前後に動く部分であり、給気孔３ｅの開閉を行う杭状の前半部と、シリンダ５ａ内の高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとを仕切る円柱状の後半部とからなる。可動部５ｃが最も前に移動した場合は、先端が通気孔５ｆを突き抜けて気体５ｌが通らないように塞いでしまい、可動部５ｃが最も後に移動した場合は、先端が通気孔５ｆから離れて気体５ｌを通す。   The piston 5b is a member that reciprocates inside the cylinder 5a, and includes a movable portion 5c, a spring 5d, a stopper 5e, and the like. By moving the piston 5b, the amount of the gas 5l supplied to the air supply hole 3e is adjusted. The movable portion 5c is a portion that moves back and forth in the cylinder 5a, and a columnar rear half that partitions the pile-shaped front half that opens and closes the air supply hole 3e, and the high-pressure portion 5j and the low-pressure portion 5k in the cylinder 5a. It consists of parts. When the movable part 5c moves most forward, the tip penetrates through the vent hole 5f and blocks the gas 5l. When the movable part 5c moves most recently, the tip moves away from the vent hole 5f. Pass 5 liters of gas.

バネ５ｄは、伸び縮みすることで可動部５ｃの移動を制御するもので、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差と連動して可動部５ｃの位置を調整する。高圧力部５ｊの圧力が増せばバネ５ｄが縮んで可動部５ｃを後方に移動させ、低圧力部５ｋの圧力が増せばバネ５ｄが伸びて可動部５ｃを前方に移動させる。
ストッパー５ｅは、ピストン５ｂの端をシリンダ５ａの後背部に固定することで、ピストン５ｂを支えている部材である。ストッパー５ｅで押さえることで、ピストン５ｂがシリンダ５ａ内で安定し、バネ５ｄの伸縮も有効に働き、可動部５ｃを移動させることができる。
可動部５ｃとストッパー５ｅとはバネ５ｄにより接続されるが、バネ５ｄの内側で可動部５ｃとストッパー５ｅとをスライド構造にすることにより、バネ５ｄの部分の安定性を保つとともに、可動範囲を制御する。 The spring 5d controls the movement of the movable part 5c by expanding and contracting, and adjusts the position of the movable part 5c in conjunction with the pressure difference between the high pressure part 5j and the low pressure part 5k. If the pressure of the high pressure part 5j increases, the spring 5d contracts to move the movable part 5c backward, and if the pressure of the low pressure part 5k increases, the spring 5d extends to move the movable part 5c forward.
The stopper 5e is a member that supports the piston 5b by fixing the end of the piston 5b to the rear portion of the cylinder 5a. By pressing with the stopper 5e, the piston 5b is stabilized in the cylinder 5a, the expansion and contraction of the spring 5d works effectively, and the movable part 5c can be moved.
The movable part 5c and the stopper 5e are connected by a spring 5d. By making the movable part 5c and the stopper 5e slide inside the spring 5d, the stability of the part of the spring 5d is maintained and the movable range is increased. Control.

給気装置５は、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差を利用してピストン５ｂを移動させることにより、気体５ｌの供給を制御する。高圧力部５ｊおよび低圧力部５ｋは、圧力検出器４ｃおよび圧力検出器４ｄと管５ｎ、５ｏで接続され、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの圧力を反映させる。具体的には、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しているときは、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が増大し、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力差がバネ５ｄの反力よりも大きくなると、ピストン５ｂが右に移動して通気孔５ｆが開く。   The air supply device 5 controls the supply of the gas 5l by moving the piston 5b using the pressure difference between the high pressure portion 5j and the low pressure portion 5k. The high pressure part 5j and the low pressure part 5k are connected to the pressure detector 4c and the pressure detector 4d by pipes 5n and 5o, and reflect the pressure of the vortex breaking part 4b of the vortex breaking nozzle 4. Specifically, when vortex breakdown occurs in the vortex breakdown portion 4b between the pressure detector 4c and the pressure detector 4d, the pressure difference between the pressure detector 4c and the pressure detector 4d increases. When the pressure difference between the high pressure portion 5j and the low pressure portion 5k becomes larger than the reaction force of the spring 5d, the piston 5b moves to the right and the vent hole 5f is opened.

なお、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの間の部分の渦崩壊部４ｂで渦崩壊が発生しない場合は、給気孔３ｅへの給気量が多く、圧力検出器４ｃと圧力検出器４ｄとの圧力差が小さい場合であり、給気量を制御するために、高圧力部５ｊと低圧力部５ｋとの圧力が均衡した際のピストン５ｂの位置を、通気孔５ｆが閉まる位置にしておく。   When vortex breakdown does not occur in the vortex breakdown portion 4b between the pressure detector 4c and the pressure detector 4d, the amount of air supplied to the air supply hole 3e is large, and the pressure detector 4c and the pressure detector 4d. In order to control the air supply amount, the position of the piston 5b when the pressures of the high pressure portion 5j and the low pressure portion 5k are balanced is set to a position where the vent hole 5f is closed. deep.

図１０ＡおよびＢは渦崩壊用ノズル４での渦崩壊を示す図であり、渦崩壊ありの場合（図１０Ａ）の渦崩壊用ノズル４および渦崩壊なしの場合（図１０Ｂ）の渦崩壊用ノズル４の状態を示したものであ。図１０Ａに示すように、渦崩壊ありの場合には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂの中間付近で渦崩壊し、マイクロバブル６ｄとなって出て行くため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力よりも小さくなる。
圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差があれば、正常に渦崩壊が起きており、このまま給気を行う。 FIGS. 10A and 10B are diagrams showing vortex breakdown in the vortex breakdown nozzle 4. The vortex breakdown nozzle 4 with vortex breakdown (FIG. 10A) and the vortex breakdown nozzle with no vortex breakdown (FIG. 10B). The state of 4 is shown. As shown in FIG. 10A, in the case of vortex breakdown, the air column 6b coming from the contracted flow part 4a vortex collapses near the middle of the vortex collapse part 4b and exits as a microbubble 6d. The pressure at the outlet of the vortex breakdown part 4b is smaller than the pressure at the inlet of the vortex breakdown part 4b.
If the pressure detector 4c detects the pressure at the inlet of the vortex collapse part 4b and the pressure detector 4d detects the pressure at the outlet of the vortex breakdown part 4b, There is a collapse, and the air is supplied as it is.

渦崩壊なしの場合（図１０Ｂ）には、縮流部４ａから来た気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂ内では渦崩壊せず、マイクロバブル６ｄとならないため、渦崩壊部４ｂの出口における圧力は、渦崩壊部４ｂの入口における圧力とほとんど変わらない。このとき、圧力検出器４ｃにより渦崩壊部４ｂの入口の圧力を検出し、圧力検出器４ｄにより渦崩壊部４ｂの出口の圧力を検出して、渦崩壊部４ｂ内に圧力差がなければ、給気を抑制し、渦崩壊が起きるように調整する。
このように、給気量が適正でなければ、気柱６ｂは渦崩壊せずマイクロバブル６ｄが得られないので、この第１の実施形態では、渦崩壊しているかどうかを渦崩壊部４ｂの圧力差によって確認し、さらに上述のようにこの圧力差を利用して自動的に給気量を調整することができる。 In the case of no vortex breakdown (FIG. 10B), the air column 6b coming from the contracted flow part 4a does not collapse in the vortex collapse part 4b and does not become the microbubble 6d, so the pressure at the outlet of the vortex collapse part 4b Is almost the same as the pressure at the inlet of the vortex breakdown part 4b. At this time, the pressure detector 4c detects the pressure at the inlet of the vortex collapse portion 4b, the pressure detector 4d detects the pressure at the outlet of the vortex collapse portion 4b, and if there is no pressure difference in the vortex collapse portion 4b, Suppress the air supply and adjust so that vortex collapse occurs.
Thus, if the air supply amount is not appropriate, the air column 6b does not collapse vortex and the microbubble 6d cannot be obtained. Therefore, in the first embodiment, whether or not the vortex collapse is detected. It can be confirmed by the pressure difference, and the air supply amount can be automatically adjusted using the pressure difference as described above.

次に、気体５ｌの給気量（気体流量）Ｑa とマイクロバブル６ｄの径ｄとの関係について説明する。
渦崩壊用ノズル４の前面に張り付いた気柱６ｂが受ける剪断によって発生する気泡径を Hinzeスケール（圧力による分断作用と表面張力とが釣り合った平衡状態における径ｄH ）に従って算定すると図１１に示すようになる。詳細は省略するが、マイクロバブル６ｄが HinzeスケールｄH まで微粒化されるときの気体５ｌの給気量Ｑa は

Figure 2008229516
で与えられる。ここで、ｄ0 は次の式 (８) 〜（10）から算定される。
Figure 2008229516
Figure 2008229516
Figure 2008229516
 ただし、
Figure 2008229516
 である。ここで、γは気体５ｌと液体６との界面張力係数である。 Then, the supply amount of the gas 5l the relationship between the diameter d of the (gas flow) Q a microbubble 6d will be described.
When the bubble diameter generated by the shear applied to the air column 6b attached to the front surface of the vortex breaking nozzle 4 is calculated according to the Hinze scale (diameter d H in an equilibrium state where the dividing action by pressure and the surface tension are balanced), FIG. As shown. Although details are omitted, the supply amount Q a of the gas 5 l when the microbubble 6 d is atomized to the Hinze scale d H is
Figure 2008229516
 Given in. Here, d 0 is calculated from the following equations (8) to (10).
Figure 2008229516
Figure 2008229516
Figure 2008229516
 However,
Figure 2008229516
 It is. Here, γ is an interfacial tension coefficient between the gas 5 l and the liquid 6.

図１２、図１３および図１４は、Γe がそれぞれ＝２、３および４のときの給気量Ｑa を示す。
Hinzeスケールのマイクロバブル６ｄを生成するときの給気量Ｑa と液体６の流量Ｑw との比は次式で表される。

Figure 2008229516
FIGS. 12, 13 and 14 show the air supply amount Q a when Γ e = 2, 3 and 4, respectively.
The ratio between the flow rate Q w of the supply quantity Q a liquid 6 when generating Hinze scale microbubbles 6d is expressed by the following equation.
Figure 2008229516

図１５、図１６および図１７は、Γe がそれぞれ２、３および４のときの給気量Ｑa と液体６の流量Ｑw との比をプロットしたものである。図１５、図１６および図１７より、ｆe ＞１００Ｈｚおよびｒe ＜２ｃｍの範囲内では、Ｑa ／Ｑw はｆe およびｒe にあまり依存しない。このときのＱa ／Ｑw を漸近的に計算すると次式のようになる。

Figure 2008229516
この式はΓe 〜２．５の実験における値Ｑa ／Ｑw 〜０．００５により検証されている（山田ら、流体力学会年会２００５、ＡＭ０５−２４−００２）。 15, 16 and 17 are plots of the ratio between the air supply amount Q a and the flow rate Q w of the liquid 6 when Γ e is 2, 3 and 4, respectively. 15, from FIG. 16 and FIG. 17, within the range of f e> 100 Hz and r e <2cm, Q a / Q w is less dependent on f e and r e. When Q a / Q w at this time is calculated asymptotically, the following equation is obtained.
Figure 2008229516
 This equation is verified by the value Q a / Q w ˜0.005 in the experiment of Γ e ˜2.5 (Yamada et al., Annual Meeting of Fluid Dynamics Society 2005, AM05-24-002).

渦崩壊用ノズル４の出口のエッジでは旋回流６ｃの剥がれによって音が発生するが、この音は、例えば、このエッジに微細な繊維（例えば、綿状のもの）を貼ったり、渦崩壊用ノズル４の縮流部４ａの入り口にその直径方向に針金（例えば、数ｍｍ径のもの）を張り渡して上流の気柱６ｂを乱したりすることで消音することが可能である。
タービン翼型ノズル３の具体例について説明する。図１８は、タービン翼型ノズル３の具体例１〜３を示し、タービン翼型ノズル３の形状を示す。翼３ｂの枚数を６枚とし、翼３ｂを等間隔に配置することから翼間隔３ｇは６０度となり、翼角３ｈを１５度とすること、勾配３ｓを８４度とすることは具体例１〜３で共通する。 At the edge of the outlet of the vortex breaking nozzle 4, a sound is generated due to the peeling of the swirling flow 6 c, and this sound is, for example, pasted with fine fibers (for example, cotton-like) on the edge, or the vortex breaking nozzle It is possible to mute by spreading a wire (for example, having a diameter of several millimeters) in the diameter direction at the entrance of the four contracted portions 4a and disturbing the upstream air column 6b.
A specific example of the turbine blade type nozzle 3 will be described. FIG. 18 shows specific examples 1 to 3 of the turbine blade type nozzle 3 and shows the shape of the turbine blade type nozzle 3. Since the number of blades 3b is 6, and the blades 3b are arranged at equal intervals, the blade interval 3g is 60 degrees, the blade angle 3h is 15 degrees, and the gradient 3s is 84 degrees. 3 is common.

具体例１は、半球状部３ｃの外半径３ｌを０．８５ｃｍ、翼長３ｋを２．０３ｃｍ、溝深さ３ｎを０．３ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから２．８８ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから０．５５ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが０．８５ｃｍであることから５．３４ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．２２ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから０．８９ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、６７．４×（−０．０３６９＋０．７８０／（２．１１−位置））の式で表現することができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は０度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は６３．２度となる。   Specific example 1 is a case where the outer radius 3l of the hemispherical portion 3c is 0.85 cm, the blade length 3k is 2.03 cm, and the groove depth 3n is 0.3 cm. The nozzle length 3i is 2.88 cm because it is the sum of the blade length 3k and the outer radius 3l, and the inner radius 3m is 0.55 cm because it is smaller than the outer radius 3l by the groove depth 3n. Since the circumference of the main body 3a is 5.34 cm because the outer radius 3l is 0.85 cm, the blade width is 0.22 cm because the blade angle 3h is 15 degrees, and the groove width is the blade spacing. Since 3 g is 60 degrees, it is 0.89 cm. The circumferential angle of the wing 3b can be expressed by the formula 67.4 × (−0.0369 + 0.780 / (2.11-position)). The position is the distance from the blade tip, and is a value in the range from 0 to the blade length 3k. For example, when the position is 0, the circumferential angle of the blade 3b is 0 degree, and when the position is the blade length 3k, the circumferential angle of the blade 3b is 63.2 degrees.

具体例２は、半球状部３ｃの外半径３ｌを１．６ｃｍ、翼長３ｋを３．８２ｃｍ、溝深さ３ｎを０．５ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから５．４２ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから１．１ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが１．６ｃｍであることから１０．０５ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．４２ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから１．６８ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、３５．８×（−０．０６９５＋０．２７６／（３．９８−位置））の式で表現することができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は０度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は５９．３度となる。   Specific example 2 is a case where the outer radius 3l of the hemispherical portion 3c is 1.6 cm, the blade length 3k is 3.82 cm, and the groove depth 3n is 0.5 cm. The nozzle length 3i is 5.42 cm because it is the sum of the blade length 3k and the outer radius 3l, and the inner radius 3m is 1.1 cm because it is smaller than the outer radius 3l by the groove depth 3n. The circumference of the main body 3a is 10.05 cm because the outer radius 3l is 1.6 cm, so the blade width is 0.42 cm because the blade angle 3h is 15 degrees, and the groove width is the blade spacing. Since 3 g is 60 degrees, it is 1.68 cm. The circumferential angle of the blade 3b can be expressed by an expression of 35.8 × (−0.0695 + 0.276 / (3.98−position)). The position is the distance from the blade tip, and is a value in the range from 0 to the blade length 3k. For example, when the position is 0, the circumferential angle of the blade 3b is 0 degrees, and when the position is the blade length 3k, the circumferential angle of the blade 3b is 59.3 degrees.

具体例３は、半球状部３ｃの外半径３ｌを２．１ｃｍ、翼長３ｋを５．００ｃｍ、溝深さ３ｎを０．５ｃｍにした場合である。ノズル長３ｉは、翼長３ｋと外半径３ｌとの合計であることから７．１０ｃｍであり、内半径３ｍは、外半径３ｌより溝深さ３ｎの分小さいことから１．６ｃｍとなる。本体３ａの円周は、外半径３ｌが２．１ｃｍであることから１３．１９ｃｍとなるので、翼幅は、翼角３ｈが１５度であることから０．５５ｃｍとなり、溝幅は、翼間隔３ｇが６０度であることから２．２０ｃｍとなる。翼３ｂの円周角は、２７．３×（−０．０９１２＋０．４７６／（５．２２−位置））の式で表すことができる。なお、位置は翼端からの距離であり、０から翼長３ｋの範囲の値である。例えば、位置が０の場合、翼３ｂの円周角は−３．３度となり、位置が翼長３ｋの場合、翼３ｂの円周角は５６．６度となる。   Example 3 is a case where the outer radius 3l of the hemispherical portion 3c is 2.1 cm, the blade length 3k is 5.00 cm, and the groove depth 3n is 0.5 cm. The nozzle length 3i is 7.10 cm because it is the sum of the blade length 3k and the outer radius 3l, and the inner radius 3m is 1.6 cm because it is smaller than the outer radius 3l by the groove depth 3n. Since the circumference of the main body 3a is 13.19 cm because the outer radius 3l is 2.1 cm, the blade width is 0.55 cm because the blade angle 3h is 15 degrees, and the groove width is the blade spacing. Since 3 g is 60 degrees, it is 2.20 cm. The circumferential angle of the wing 3b can be expressed by an expression of 27.3 × (−0.0912 + 0.476 / (5.22−position)). The position is the distance from the blade tip, and is a value in the range from 0 to the blade length 3k. For example, when the position is 0, the circumferential angle of the blade 3b is −3.3 degrees, and when the position is the blade length 3k, the circumferential angle of the blade 3b is 56.6 degrees.

図１９Ａ、ＢおよびＣは、タービン翼型ノズル３の形状、渦崩壊用ノズル４の形状およびタービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間隔の具体例４〜６を示す。タービン翼型ノズル３については、具体例４では具体例１と同様、具体例５では具体例２と同様、具体例６では具体例３と同様である。
具体例４（図１９Ａ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約０．８５ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は２．８８ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約０．８５ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約０．８５ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約１．７ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約２．６ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約７．１８ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを０．５ｃｍとすると、入口側の径が０．８５ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。 19A, 19B and 19C show specific examples 4 to 6 of the shape of the turbine blade type nozzle 3, the shape of the vortex breaking nozzle 4, and the distance from the turbine blade type nozzle 3 to the vortex breaking nozzle 4. FIG. Regarding the turbine blade type nozzle 3, the specific example 4 is the same as the specific example 1, the specific example 5 is the same as the specific example 2, and the specific example 6 is the same as the specific example 3.
Specific example 4 (FIG. 19A) is a case where the outer radius 3l of the turbine blade type nozzle 3 is about 0.85 cm, and the nozzle length of the turbine blade type nozzle 3 is 2.88 cm. Since the turbine blade type nozzle 3 fits in the pipe 2, the inner diameter of the pipe 2 is about 0.85 cm, and the diameter on the inlet side of the vortex breaking nozzle 4 is also about 0.85 cm. When the length of the vortex section 2b between the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 is about 1.7 cm and the length of the vortex breaking nozzle 4 is about 2.6 cm, the turbine blade type nozzle 3 The total length of the vortex section 2b and the vortex breakdown nozzle 4 is about 7.18 cm. The shape of the vortex breaking nozzle 4 is such that if the angle 4e in the contracted flow portion 4a is 20 degrees and the inner diameter 4f on the outlet side is 0.5 cm, the inlet side diameter is 0.85 cm. The length such as 4b is determined.

具体例５（図１９Ｂ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約１．６ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は５．４２ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約１．６ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約１．６ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約３．２ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約５．０ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約１３．６２ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを１．０ｃｍとすると、入口側の径が約１．６ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。   Specific example 5 (FIG. 19B) is a case where the outer radius 3l of the turbine blade type nozzle 3 is about 1.6 cm, and the nozzle length of the turbine blade type nozzle 3 is 5.42 cm. Since the turbine blade type nozzle 3 fits in the pipe 2, the inner diameter of the pipe 2 is about 1.6 cm, and the diameter on the inlet side of the vortex breaking nozzle 4 is also about 1.6 cm. When the length of the vortex flow part 2b between the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 is about 3.2 cm and the length of the vortex breaking nozzle 4 is about 5.0 cm, the turbine blade type nozzle 3 The total length of the vortex section 2b and the vortex breakdown nozzle 4 is about 13.62 cm. The shape of the vortex breaking nozzle 4 is that if the angle 4e in the contracted flow part 4a is 20 degrees and the inner diameter 4f on the outlet side is 1.0 cm, the diameter on the inlet side is about 1.6 cm. The length of the part 4b and the like is determined.

具体例６（図１９Ｃ）は、タービン翼型ノズル３の外半径３ｌが約２．１ｃｍの場合であり、タービン翼型ノズル３のノズル長は７．１０ｃｍである。タービン翼型ノズル３はパイプ２にぴったり収まることから、パイプ２の内径も約２．１ｃｍとなり、渦崩壊用ノズル４の入口側の径も同様に約２．１ｃｍとなる。タービン翼型ノズル３から渦崩壊用ノズル４までの間である渦流部２ｂの長さを約４．２ｃｍとし、渦崩壊用ノズル４の長さを約７．０ｃｍとすると、タービン翼型ノズル３、渦流部２ｂおよび渦崩壊用ノズル４の全体の長さは約１８．３ｃｍとなる。なお、渦崩壊用ノズル４の形状は、縮流部４ａにおける角度４ｅを２０度、出口側の内径４ｆを１．５ｃｍとすると、入口側の径が約２．１ｃｍであることから、渦崩壊部４ｂなどの長さが定まる。
具体例４〜６におけるパイプ２の寸法は、マイクロバブル６ｄを発生させるのに好ましい数値の例であり、パイプ２の大きさに応じて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の大きさも調整する必要がある。 Example 6 (FIG. 19C) is a case where the outer radius 3l of the turbine blade type nozzle 3 is about 2.1 cm, and the nozzle length of the turbine blade type nozzle 3 is 7.10 cm. Since the turbine blade type nozzle 3 fits in the pipe 2, the inner diameter of the pipe 2 is about 2.1 cm, and the diameter on the inlet side of the vortex breaking nozzle 4 is also about 2.1 cm. When the length of the vortex section 2b between the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 is about 4.2 cm and the length of the vortex breakdown nozzle 4 is about 7.0 cm, the turbine blade nozzle 3 The overall length of the vortex section 2b and the vortex breakdown nozzle 4 is about 18.3 cm. The shape of the vortex breaking nozzle 4 is that if the angle 4e in the contracted flow part 4a is 20 degrees and the inner diameter 4f on the outlet side is 1.5 cm, the diameter on the inlet side is about 2.1 cm. The length of the part 4b and the like is determined.
The dimensions of the pipe 2 in the specific examples 4 to 6 are examples of preferable numerical values for generating the microbubbles 6d, and the sizes of the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 are also determined according to the size of the pipe 2. Need to adjust.

以上のように、この第１の例によるマイクロバブル発生装置１では、その構成要素であるタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４が直線的に配列しているため、装置の小型化および大型化とも可能であり、現有設備に容易に直結することができる。また、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅへの気体５ｌの給気を給気装置５により行っているため、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂにおける圧力変動に応じて給気量を自動的に調節することができ、渦崩壊を安定的に起こさせてマイクロバブル６ｄを発生させることができる。また、マイクロバブル６ｄの発生メカニズムが明瞭なため、パイプ２への液体６の供給に用いるポンプの性能に応じてマイクロバブル発生装置１の設計を容易に行うことができる。   As described above, in the microbubble generator 1 according to the first example, the turbine blade type nozzles 3 and the vortex breakdown nozzles 4 that are constituent elements thereof are linearly arranged. Can be easily connected to existing facilities. Further, since the gas supply device 5 supplies the gas 5 l to the air supply hole 3 e of the turbine blade nozzle 3, the air supply amount is automatically set according to the pressure fluctuation in the vortex breaking portion 4 b of the vortex breaking nozzle 4. The microbubbles 6d can be generated with stable vortex breakdown. Moreover, since the generation mechanism of the microbubble 6d is clear, the microbubble generator 1 can be easily designed according to the performance of the pump used to supply the liquid 6 to the pipe 2.

次に、第２の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
図２０に示すように、このマイクロバブル発生装置１においては、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈを設けて、出口をテーパー状に広げたことを特徴とする。すなわち、第１の例によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの先端である出口の角度４ｉが０度であるのに対し、この第２の例によるマイクロバブル発生装置１の渦崩壊用ノズル４では、渦崩壊部４ｂの出口の角度（テーパー角）４ｉを十分に大きくしたテーパー部４ｈを設けている。この角度４ｉは、具体的には、例えば６０度または８０度程度にするが、これに限定されるものではない。 Next, a microbubble generator according to a second example will be described.
As shown in FIG. 20, the microbubble generator 1 is characterized in that a tapered portion 4 h is provided at the tip of the vortex breaking portion 4 b of the vortex breaking nozzle 4 to widen the outlet in a tapered shape. That is, in the vortex breaking nozzle 4 of the microbubble generating device 1 according to the first example, the exit angle 4i that is the tip of the vortex breaking portion 4b is 0 degree, whereas the microbubble generation according to the second example is generated. The vortex breaking nozzle 4 of the apparatus 1 is provided with a tapered portion 4h having a sufficiently large exit angle (taper angle) 4i of the vortex breaking portion 4b. Specifically, the angle 4i is, for example, about 60 degrees or 80 degrees, but is not limited thereto.

第１の例の渦崩壊用ノズル４の場合は、渦流部２ｂで旋回流６ｃの中心付近に生じた気柱６ｂが、縮流部４ａで流速が増され、渦崩壊部４ｂで細かく潰されることにより、マイクロバブル６ｄが発生するのに対して、この第２の例の渦崩壊用ノズル４の場合は、気柱６ｂは渦崩壊部４ｂを通過し、テーパー部４ｈにおいて、コアンダ効果により気泡となって張り付く。テーパー部４ｈに張り付いた気泡は、渦流部２ｂから続く旋回流６ｃにより剪断または破砕され、マイクロバブル６ｄが発生する。このようにテーパー部４ｈに張り付くことにより、気泡が剪断を受ける時間が長くなり、気泡の微粒化が促進される。
なお、コアンダ効果とは、流れの中に物体を置いたときに、置いた物体に沿って流れの向きが変わる流体の性質のことで、旋回流６ｃが渦崩壊部４ｂからテーパー部４ｈに入ってテーパー状に広がることで気柱６ｂも広がり、気泡がテーパー部４ｈに張り付く。 In the case of the vortex breaking nozzle 4 of the first example, the air column 6b generated in the vicinity of the center of the swirl flow 6c in the vortex flow portion 2b is increased in flow velocity by the contraction flow portion 4a and finely crushed by the vortex breakup portion 4b. As a result, in the case of the vortex breaking nozzle 4 of the second example, the air column 6b passes through the vortex breaking portion 4b and bubbles are generated in the tapered portion 4h by the Coanda effect. It sticks. The bubbles stuck to the taper portion 4h are sheared or crushed by the swirling flow 6c that continues from the vortex portion 2b, and microbubbles 6d are generated. By sticking to the taper portion 4h in this way, the time during which the bubbles are subjected to shearing becomes longer, and the atomization of the bubbles is promoted.
The Coanda effect is a fluid property that changes the flow direction along the placed object when the object is placed in the flow. The swirling flow 6c enters the tapered portion 4h from the vortex collapse portion 4b. The air column 6b also spreads by spreading in a tapered shape, and bubbles stick to the tapered portion 4h.

この第２の例の渦崩壊用ノズル４の寸法は、縮流部４ａの入口の内径（＝パイプ２の内径２ｄ）、縮流部４ａの角度４ｅおよび渦崩壊部４ｂの内径４ｆは、第１の例の渦崩壊用ノズル４と同様であるが、円筒状の渦崩壊部４ｂの長さ４ｇについては、内径４ｆと同程度である。
図２１Ａ、ＢおよびＣは、渦崩壊部４ｂの形状を変えた場合のマイクロバブル発生装置１のマイクロバブル６ｄの発生状況を比較した図である。 The dimensions of the vortex breaking nozzle 4 of the second example are as follows: the inner diameter of the inlet of the contracted flow part 4a (= the inner diameter 2d of the pipe 2), the angle 4e of the contracted flow part 4a, and the inner diameter 4f of the vortex breaking part 4b. Although it is the same as that of the vortex breaking nozzle 4 of the example 1, the length 4 g of the cylindrical vortex breaking portion 4 b is approximately the same as the inner diameter 4 f.
21A, 21B, and 21C are diagrams comparing the generation state of the microbubbles 6d of the microbubble generator 1 when the shape of the vortex breakdown part 4b is changed.

図２１Ａに示すように、第１の例の渦崩壊用ノズル４の場合、パイプ２の渦流部２ｂから縮流部４ａに流れてきた気柱６ｂは、渦崩壊部４ｂにおいて渦崩壊してマイクロバブル６ｄが発生するが、直線状の狭い範囲にしか広がらない。
図２１Ｂに示す渦崩壊用ノズル４は、渦崩壊部４ｂの全体をテーパー部とした場合であるが、このテーパー部において発生したマイクロバブル６ｄは、図２１Ａの場合に比べて僅かに範囲が広がる程度である。
図２１Ｃに示す渦崩壊用ノズル４の場合、テーパー部４ｈに張り付いた気泡を剪断または破砕することによりマイクロバブル６ｄが発生するので、マイクロバブル６ｄはテーパー状に非常に広い範囲に広がる。 As shown in FIG. 21A, in the case of the vortex breaking nozzle 4 of the first example, the air column 6b that has flowed from the vortex portion 2b of the pipe 2 to the contracted portion 4a The bubble 6d is generated, but it spreads only in a narrow linear range.
The vortex breaking nozzle 4 shown in FIG. 21B is a case where the entire vortex breaking portion 4b is a tapered portion, but the range of microbubbles 6d generated in the tapered portion is slightly wider than in the case of FIG. 21A. Degree.
In the case of the vortex breaking nozzle 4 shown in FIG. 21C, microbubbles 6d are generated by shearing or crushing the bubbles stuck to the taper portion 4h, so that the microbubbles 6d are spread in a very wide range in a tapered shape.

図２２ＡおよびＢは二種類の渦崩壊の様子を示す。いずれも渦崩壊用ノズル４の出口のテーパー部４ｈの急拡部の存在により渦は不安定となり渦崩壊が生じるが、図２２Ａに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの最小断面で流れが超臨界（supercritical)となり擾乱が上流に伝播できないのに対し、図２２Ｂに示す渦崩壊では、渦崩壊用ノズル４の全領域で亜臨界（subcritical)となり擾乱は上流に伝播する。   22A and 22B show two types of vortex breakdown. In any case, the vortex becomes unstable and vortex collapse occurs due to the presence of the sudden expansion portion of the tapered portion 4h at the exit of the vortex breakup nozzle 4. However, in the vortex collapse shown in FIG. In the minimum cross section, the flow becomes supercritical and the disturbance cannot propagate upstream, whereas in the vortex breakdown shown in FIG. 22B, the vortex breakdown becomes subcritical in the entire region of the vortex breakdown nozzle 4 and the disturbance propagates upstream. .

この第２の例によれば、第１の例と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの先端にテーパー部４ｈが設けられていることにより、旋回流６ｃはこのテーパー部４ｈに張り付く。このため、マイクロバブル６ｄの発生効率の向上を図ることができるとともに、テーパー部４ｈの角度４ｉの選定によりマイクロバブル６ｄの噴き出し方向の制御を容易に行うことができる。   According to the second example, in addition to the same advantages as the first example, the following advantages can be obtained. That is, since the tapered portion 4h is provided at the tip of the vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4, the swirl flow 6c sticks to the tapered portion 4h. For this reason, the generation efficiency of the microbubbles 6d can be improved, and the ejection direction of the microbubbles 6d can be easily controlled by selecting the angle 4i of the tapered portion 4h.

次に、第３の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２３に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、第１の例によるマイクロバブル発生装置１と比べて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４と給気装置５との接続方法が異なる。具体的には、このマイクロバブル発生装置１においては、給気装置５の通気孔５ｆとタービン翼型ノズル３の給気孔３ｅとを、給気装置５の高圧力部５ｊと渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの入口側の圧力検出器４ｃとを接続し、給気装置５の低圧力部５ｋと渦崩壊用ノズル４の外側に設けた圧力検出器４ｄとを接続して給気を自動化したことを特徴とする。圧力検出器４ｃは、渦崩壊用ノズル４において内部を通過する気柱６ｂの圧力を検出し、圧力検出器４ｄは、パイプ２の外部でマイクロバブル６ｄの圧力を検出する。
なお、給気装置５の通気孔５ｆの一端とタービン翼型ノズル３の給気孔３ｅとを給気管５ｉで繋ぐことは第１の例と同様である。また、通気孔５ｆの他端は開放して気体５１を取り込むが、特別な気体を使用する場合にはボンベなどを接続する。 Next, a microbubble generator 1 according to a third example will be described.
As shown in FIG. 23, the microbubble generator 1 is different from the microbubble generator 1 according to the first example in the connection method between the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 and the air supply device 5. Different. Specifically, in the microbubble generator 1, the air hole 5 f of the air supply device 5 and the air supply hole 3 e of the turbine blade type nozzle 3 are connected to the high pressure portion 5 j of the air supply device 5 and the vortex breaking nozzle 4. Is connected to the pressure detector 4c on the inlet side of the vortex breaking portion 4b, and the low pressure portion 5k of the air supply device 5 is connected to the pressure detector 4d provided outside the vortex breaking nozzle 4 to supply air. It is characterized by automation. The pressure detector 4 c detects the pressure of the air column 6 b passing through the inside of the vortex breaking nozzle 4, and the pressure detector 4 d detects the pressure of the microbubble 6 d outside the pipe 2.
Note that the one end of the air hole 5f of the air supply device 5 and the air supply hole 3e of the turbine blade type nozzle 3 are connected by the air supply pipe 5i as in the first example. The other end of the vent hole 5f is opened to take in the gas 51, but a cylinder or the like is connected when a special gas is used.

次に、第４の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２４に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、第１の例によるマイクロバブル発生装置１と比べて、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４と給気装置５との接続方法が異なる。具体的には、このマイクロバブル発生装置１においては、給気装置５の高圧力部５ｊは、渦崩壊用ノズル４の出口周辺の静水圧に開放した圧力検出器４ｄに接続し、給気装置５の低圧力部５ｋは、タービン翼型ノズル３の給気孔３ｅに設けた圧力検出器４ｃと接続して給気を自動化したことを特徴とする。圧力検出器４ｃは、タービン翼型ノズル３において発生する気柱６ｂの圧力を検出し、圧力検出器４ｄは、パイプ２の外部でマイクロバブル６ｄの圧力を検出する。このマイクロバブル発生装置１の接続方法は、渦崩壊用ノズル４に圧力検出器を設置する必要がなく簡便である。 Next, a microbubble generator 1 according to a fourth example will be described.
As shown in FIG. 24, the microbubble generator 1 is different from the microbubble generator 1 according to the first example in the connection method between the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 and the air supply device 5. Different. Specifically, in the microbubble generator 1, the high pressure portion 5j of the air supply device 5 is connected to a pressure detector 4d opened to the hydrostatic pressure around the outlet of the vortex breaking nozzle 4, and the air supply device The low pressure part 5k of No. 5 is connected to a pressure detector 4c provided in the air supply hole 3e of the turbine blade type nozzle 3 to automate the air supply. The pressure detector 4 c detects the pressure of the air column 6 b generated in the turbine blade type nozzle 3, and the pressure detector 4 d detects the pressure of the microbubble 6 d outside the pipe 2. This connection method of the microbubble generator 1 is simple because it is not necessary to install a pressure detector in the vortex breakdown nozzle 4.

圧力検出器４ｃで検出した内部の気柱６ｂの圧力と圧力検出器４ｄで検出した外部のマイクロバブル６ｂの圧力との圧力差が大きいときは、マイクロバブル６ｂが効率よく発生している状態であり、圧力差が小さいときは、空気量が多過ぎてマイクロバブル６ｄの発生が少ない状態である。
内部の気柱６ｂの圧力と外部のマイクロバブル６ｂの圧力との圧力差が大きい場合は、給気装置５のピストン５ｂを右に移動させて通気孔５ｆを開放し、給気孔３ｅに気体５１を供給する。
逆に、内部の気柱６ｂの圧力と外部のマイクロバブル６ｄの圧力との圧力差が小さい場合は、給気装置５のピストン５ｂを左に移動させて通気孔５ｆを塞いでいき、給気孔３ｅに供給する気体５ｌの量を抑制する。 When the pressure difference between the pressure of the internal air column 6b detected by the pressure detector 4c and the pressure of the external microbubble 6b detected by the pressure detector 4d is large, the microbubble 6b is generated efficiently. When the pressure difference is small, the amount of air is too large and the generation of microbubbles 6d is small.
When the pressure difference between the pressure of the internal air column 6b and the pressure of the external microbubble 6b is large, the piston 5b of the air supply device 5 is moved to the right to open the vent hole 5f, and the gas 51 is supplied to the air supply hole 3e. Supply.
On the contrary, when the pressure difference between the pressure of the internal air column 6b and the pressure of the external microbubble 6d is small, the piston 5b of the air supply device 5 is moved to the left to close the vent hole 5f. The amount of gas 5l supplied to 3e is suppressed.

次に、第５の例によるマイクロバブル発生装置１について説明する。
図２５に示すように、このマイクロバブル発生装置１は、パイプ２を入口２ａの内径２ｄを細くした拡大管１１に替えたことが第１の例によるマイクロバブル発生装置１と異なる。拡大管１１は、入口２ａ側の細管部１１ａの内径１１ｄが小さく、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４のある太管部１１ｃの内径１１ｅが大きい形状を有する。 Next, a microbubble generator 1 according to a fifth example will be described.
As shown in FIG. 25, the microbubble generator 1 is different from the microbubble generator 1 according to the first example in that the pipe 2 is replaced with an enlarged tube 11 in which the inner diameter 2d of the inlet 2a is narrowed. The enlarged tube 11 has a shape in which the inner diameter 11d of the narrow tube portion 11a on the inlet 2a side is small and the inner diameter 11e of the thick tube portion 11c where the turbine blade nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 are located is large.

細管部１１ａから太管部１１ｃに至る拡大部１１ｂについては、図２５に示す二つの点線の円のように、円弧状に滑らかに内径が拡大していき、拡大部１１ｂの後部は、タービン翼型ノズル３の半球状部３ｃに沿う形となっている。拡大部１１ｂを滑らかに広げることにより、拡大管１１に液体６が流れる際に、流水断面積が急増加しないので、タービン翼型ノズル３で液体流６ａを拡大管１１の軸方向から円周方向ｆに効果的に変換することができる。
このマイクロバブル発生装置１においては、送水ポンプなどの送液ポンプなどから拡大管１１の入口２ａに供給された直線的な液体流６ａが効率的に螺旋状の旋回流６ｃに変換され、また、タービン翼型ノズル３による縮流の影響も小さくなり、エネルギー損失が減少する。
この第５の例によれば、第１の例と同様な利点に加えて、マイクロバブル６ｄの発生効率の向上を図ることができるという利点を得ることができる。 As for the enlarged portion 11b extending from the thin tube portion 11a to the thick tube portion 11c, the inner diameter smoothly increases in an arc shape like two dotted circles shown in FIG. 25, and the rear portion of the enlarged portion 11b is a turbine blade. The shape is along the hemispherical portion 3 c of the mold nozzle 3. By smoothly expanding the enlarged portion 11b, the flowing water cross-sectional area does not increase rapidly when the liquid 6 flows through the enlarged tube 11, so that the turbine blade type nozzle 3 moves the liquid flow 6a from the axial direction of the enlarged tube 11 to the circumferential direction. can be effectively converted to f.
In the microbubble generator 1, the linear liquid flow 6a supplied to the inlet 2a of the expansion tube 11 from a liquid feed pump such as a water feed pump is efficiently converted into a spiral swirl flow 6c, The influence of the contracted flow by the turbine blade type nozzle 3 is also reduced, and the energy loss is reduced.
According to the fifth example, in addition to the same advantages as the first example, it is possible to obtain the advantage that the generation efficiency of the microbubbles 6d can be improved.

次に、第７の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
図２６および図２７はそれぞれ、マイクロバブル発生装置１のマイクロバブル６ｄの発生状況を確認するために計測した音波のスペクトルおよび画像のスペクトルを示す。これは、渦崩壊が生じるときに発生する音（vortex whistle) を測定することで、旋回流６ｃの回転周波数を予測することができることを示したものである。 Next, a microbubble generator according to a seventh example will be described.
FIG. 26 and FIG. 27 show the spectrum of a sound wave and the spectrum of an image measured in order to confirm the generation state of the microbubble 6d of the microbubble generator 1, respectively. This shows that the rotational frequency of the swirling flow 6c can be predicted by measuring the sound (vortex whistle) generated when vortex breakdown occurs.

図２６に示す音波のスペクトルは、液中を伝搬する音を受信することができるハイドロホーンにより旋回流６ｃが発する音の振動数を測定したグラフであり、図２７に示す画像のスペクトルは、高速ビデオ映像により旋回流６ｃの回転周波数を測定したグラフである。ただし、タービン翼型ノズル３のノズル径３ｊは４ｃｍ、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの内径４ｆは１ｃｍ、液体６として用いた水の流量は７００ｃｃ／ｓである。   The sound wave spectrum shown in FIG. 26 is a graph obtained by measuring the frequency of the sound generated by the swirling flow 6c by a hydrohorn capable of receiving sound propagating in the liquid. The spectrum of the image shown in FIG. It is the graph which measured the rotational frequency of the swirl flow 6c by the video image | video. However, the nozzle diameter 3j of the turbine blade type nozzle 3 is 4 cm, the inner diameter 4f of the vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4 is 1 cm, and the flow rate of water used as the liquid 6 is 700 cc / s.

図２６および図２７に示すように、音波のスペクトルにおける振動数と画像のスペクトルにおける周波数とは、ともに約４６０Ｈｚにおいてパワースペクトルの値に特徴が見られる。また、図２６に示す音波のスペクトルにおいて、約４６０Ｈｚの右隣の５２０Ｈｚ付近に現れるピークがマイクロバブル６ｄの発生状況を示している。なお、パワースペクトルとは、振動する量の二乗平均値を振動数成分の分布として表したものである。   As shown in FIGS. 26 and 27, both the frequency in the sound wave spectrum and the frequency in the image spectrum are characterized by the value of the power spectrum at about 460 Hz. In the sound wave spectrum shown in FIG. 26, a peak appearing in the vicinity of 520 Hz on the right side of about 460 Hz indicates the generation state of the microbubble 6d. The power spectrum represents the mean square value of the vibration amount as a distribution of frequency components.

この第６の例によれば、マイクロバブル６ｄが効率良く発生しているかどうかを直接マイクロバブル６ｄの映像を観ることなく、水中音を測定することで確認することができるため、第１〜第５の例のように渦崩壊用ノズル４の圧力を検出するのではなく、給気孔３ｅへの気体５ｌの給気量を音波の計測のみで調整することが可能となる。また、液体６が不透明である場合にも、マイクロバブル６ｄの発生状況を容易に把握することができる。   According to the sixth example, whether or not the microbubbles 6d are generated efficiently can be confirmed by measuring the underwater sound without directly viewing the image of the microbubbles 6d. Instead of detecting the pressure of the vortex breakdown nozzle 4 as in the example of 5, it is possible to adjust the amount of gas 5l supplied to the air supply hole 3e only by measuring sound waves. Further, even when the liquid 6 is opaque, it is possible to easily grasp the generation state of the microbubbles 6d.

次に、第７の例によるマイクロバブル発生装置について説明する。
このマイクロバブル発生装置１においては、渦崩壊用ノズル４の出口のエッジを滑らかにすることを特徴とする。
図２８Ａは渦崩壊用ノズル４、図２８Ｂはこの渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋの拡大図である。 Next, a microbubble generator according to a seventh example will be described.
The microbubble generator 1 is characterized in that the edge of the outlet of the vortex breaking nozzle 4 is smoothed.
28A is an enlarged view of the vortex breaking nozzle 4 and FIG. 28B is an enlarged view of the edge 4k at the outlet of the vortex breaking nozzle 4. FIG.

渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋを滑らかにすることにより、気柱６ｂが渦崩壊用ノズル４の前面に張り付き（コアンダ効果）、その旋回流６ｃによる剪断で気柱６ｂが破砕され、マイクロバブル６ｄが発生する。また、マイクロバブル６ｄは渦崩壊用ノズル４の前面の広い範囲に分散する。気柱６ｂが渦崩壊用ノズル４の前面に張り付くには、旋回流６ｃによる遠心力が主流方向の遠心力より大きくなる必要がある。このため、エッジ４ｋの曲率半径をρe とすると、
ρe 〜（ｕe ／ｖe ）2 ｒe ＝Γe -2ｒe (14)
以上とする必要がある。ただし、ｖe は渦崩壊用ノズル４の出口における旋回流６ｃの周方向速度である。すなわち、
ρe ≧Γe -2ｒe (15)
とする。
渦崩壊用ノズル４の管状の渦崩壊部４ｂとテーパー部４ｈの前面とのなす角度θ0 は、渦崩壊用ノズル４の出口からのマイクロバブル６ｄの噴き出し方向を決定する。 By smoothing the edge 4k at the outlet of the vortex breaking nozzle 4, the air column 6b sticks to the front surface of the vortex breaking nozzle 4 (Coanda effect), and the air column 6b is crushed by shearing by the swirling flow 6c, Bubble 6d is generated. Further, the microbubbles 6d are dispersed in a wide range on the front surface of the vortex breaking nozzle 4. In order for the air column 6b to stick to the front surface of the vortex breaking nozzle 4, the centrifugal force generated by the swirling flow 6c needs to be larger than the centrifugal force in the main flow direction. Therefore, when the curvature radius of the edge 4k and [rho e,
ρ e ~ (u e / v e) 2 r e = Γ e -2 r e (14)
It is necessary to do it above. Where v e is the circumferential velocity of the swirling flow 6 c at the outlet of the vortex breaking nozzle 4. That is,
ρ e ≧ Γ e -2 r e (15)
And
The angle θ 0 formed by the tubular vortex breaking portion 4b of the vortex breaking nozzle 4 and the front surface of the taper portion 4h determines the ejection direction of the microbubbles 6d from the outlet of the vortex breaking nozzle 4.

図２９は超臨界渦崩壊の場合を示し、Γe 〜Γcrである。また、図３０は亜臨界渦崩壊の場合を示し、Γe ＞Γcrである。
図３１Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ、θ0 〜１００度、θ0 〜９０度、θ0 〜４５度の場合であり、いずれの例でも渦崩壊用ノズル４の出口のエッジ４ｋの曲率により旋回流６ｃが渦崩壊用ノズル４の前面に付着し、この前面の接線方向に流れる。 FIG. 29 shows the case of supercritical vortex breakdown, which is Γ e to Γ cr . FIG. 30 shows the case of subcritical vortex breakdown, where Γ e > Γ cr .
FIGS. 31A, 31B, and 31C are the cases of θ 0 to 100 degrees, θ 0 to 90 degrees, and θ 0 to 45 degrees, respectively. In any of these examples, the swirl flow is caused by the curvature of the edge 4k at the outlet of the vortex breaking nozzle 4. 6c adheres to the front surface of the vortex breaking nozzle 4 and flows in the tangential direction of the front surface.

以上のマイクロバブル発生装置１を基礎としてこの一実施形態によるマイクロバブルシャワーについて説明する。このマイクロバブルシャワーにおいては、マイクロバブル発生装置１と同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図３２はこのマイクロバブルシャワーの全体構成を示す。図３２に示すように、このマイクロバブルシャワーは、シャワーヘッド５１、細長い円筒形状の柄５２および所要の長さのホース５３からなる。シャワーヘッド５１と柄５２とは、シャワーヘッド５１の上流側の端部の外周に設けられた雄ねじを柄５２の一端部の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。柄５２とホース５３とは、柄５２の上流側の端部の外周に設けられた雄ねじをホース５３の一端部の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。シャワーヘッド５１の下流側の端部には多数のシャワー孔５４ａが設けられたキャップ５４が取り付けられている。シャワーヘッド５１とキャップ５４とは、シャワーヘッド５１の下流側の端部の外周に設けられた雄ねじをキャップ５４の内周に設けられた雌ねじにねじ込むことにより相互に結合されている。シャワーヘッド５１の上流側の外周部に設けられたランド部５１ａには給気用ねじ５５が取り付けられている。 A microbubble shower according to this embodiment will be described based on the microbubble generator 1 described above. In this microbubble shower, the same or corresponding parts as those of the microbubble generator 1 are denoted by the same reference numerals.
FIG. 32 shows the overall configuration of this micro bubble shower. As shown in FIG. 32, this micro bubble shower includes a shower head 51, an elongated cylindrical handle 52, and a hose 53 having a required length. The shower head 51 and the handle 52 are coupled to each other by screwing a male screw provided on the outer periphery of the upstream end of the shower head 51 into a female screw provided on the inner periphery of one end of the handle 52. The handle 52 and the hose 53 are coupled to each other by screwing a male screw provided on the outer periphery of the upstream end portion of the handle 52 into a female screw provided on the inner periphery of one end portion of the hose 53. A cap 54 having a large number of shower holes 54 a is attached to the downstream end of the shower head 51. The shower head 51 and the cap 54 are coupled to each other by screwing a male screw provided on the outer periphery of the downstream end of the shower head 51 into a female screw provided on the inner periphery of the cap 54. An air supply screw 55 is attached to a land portion 51 a provided on the upstream outer peripheral portion of the shower head 51.

図３３はシャワーヘッド５１および柄５２の縦断面図を示す。また、図３４は図３３に示す縦断面図と直交する縦断面図を示す。図３３および図３４に示すように、シャワーヘッド５１の上流側の端部５１ｂの外周に設けられた雄ねじ５１ｃが柄５２の一端部５２ａの内周に設けられた雌ねじ５２ｂにねじ込まれている。柄５２の一端部５２ａの内径は下流側に向かって徐々に大きくなっていてテーパー部となっている。このテーパー部とシャワーヘッド５１の上流側の端部５１ｂとの間にはＯリング５６が挟み込まれており、このＯリング５６により、シャワーヘッド５１と柄５２との間の隙間から外部の空気が柄５２の内部に入るのを防止することができるようになっている。   FIG. 33 is a longitudinal sectional view of the shower head 51 and the handle 52. FIG. 34 is a longitudinal sectional view orthogonal to the longitudinal sectional view shown in FIG. As shown in FIGS. 33 and 34, a male screw 51 c provided on the outer periphery of the upstream end portion 51 b of the shower head 51 is screwed into a female screw 52 b provided on the inner periphery of the one end portion 52 a of the handle 52. The inner diameter of the one end 52a of the handle 52 is gradually increased toward the downstream side to form a tapered portion. An O-ring 56 is sandwiched between the taper portion and the upstream end portion 51 b of the shower head 51, and external air is passed from the gap between the shower head 51 and the handle 52 by the O-ring 56. It is possible to prevent the inside of the handle 52 from entering.

シャワーヘッド５１の喉部に当たる上流部５１ｄの内部は円柱状の空間になっており、その中に上流から下流の順にタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４が同軸に取り付けられている。タービン翼型ノズル３は三枚の翼３ｂを有するが、これに限定されるものではない。また、渦崩壊用ノズル４は、縮流部４ａ、渦崩壊部４ｂおよびテーパー部４ｈからなる、図２０に示すものと同様なものである。この場合、タービン翼型ノズル３は管２と本体３ａとが一体化されたものである。渦崩壊用ノズル４は、タービン翼型ノズル３の下流部の内部に嵌め込まれている。管２の上流部の外周にはフランジ２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇが設けられている。管２のフランジ２ｄとフランジ２ｅとの間の部分の溝部とシャワーヘッド５１の上流部５１ｄとの間にはＯリング５７が挟み込まれており、このＯリング５７により、タービン翼型ノズル３とシャワーヘッド５１の上流部５１ｄとの間の隙間にホース５３から柄５２に供給される水などの液体が入るのを防止することができるようになっている。渦崩壊用ノズル４の外周にはフランジ４ｊ、４ｋ、４ｌが設けられている。渦崩壊用ノズル４のフランジ４ｊとフランジ４ｋとの間の部分の溝部と管２との間にはＯリング５８が挟み込まれており、このＯリング５８により、渦崩壊用ノズル４と管２との間の隙間にホース５３から柄５２に供給される水などの液体が入るのを防止することができるようになっている。図３５に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を示す。   The inside of the upstream part 51d which hits the throat part of the shower head 51 is a cylindrical space, and the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 are coaxially attached in that order from upstream to downstream. The turbine blade type nozzle 3 has three blades 3b, but is not limited to this. Further, the vortex breaking nozzle 4 is the same as that shown in FIG. 20, which is composed of a contracted flow portion 4 a, a vortex breaking portion 4 b and a tapered portion 4 h. In this case, the turbine blade type nozzle 3 is obtained by integrating the pipe 2 and the main body 3a. The vortex breaking nozzle 4 is fitted into the downstream portion of the turbine blade nozzle 3. Flanges 2c, 2d, 2e, 2f, and 2g are provided on the outer periphery of the upstream portion of the pipe 2. An O-ring 57 is sandwiched between the groove between the flange 2d and the flange 2e of the pipe 2 and the upstream portion 51d of the shower head 51. The O-ring 57 allows the turbine blade type nozzle 3 and the shower to be in contact with each other. It is possible to prevent liquid such as water supplied from the hose 53 to the handle 52 from entering the gap between the head 51 and the upstream portion 51d. Flanges 4j, 4k, and 4l are provided on the outer periphery of the vortex breaking nozzle 4. An O-ring 58 is sandwiched between the groove 2 between the flange 4j and the flange 4k of the vortex breaking nozzle 4 and the pipe 2. The O-ring 58 allows the vortex breaking nozzle 4 and the pipe 2 to be connected to each other. It is possible to prevent a liquid such as water supplied from the hose 53 to the handle 52 from entering the gap between them. FIG. 35 shows the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4.

タービン翼型ノズル３は図４に示すものと同様に、互いに本体３ａ内で連通した給気孔３ｅと噴射孔３ｆとを有する。シャワーヘッド５１のランド部５１ａには貫通穴５１ｅが設けられており、この貫通穴５１ｅに円筒状の金属スペーサ５９が圧入されている。この金属スペーサ５９の先端部は、パイプ２の外周のフランジ２ｆとフランジ２ｇとの間に設けられた凹部２ｈに収容されている。この凹部２ｈの底面に給気孔３ｅが設けられている。この場合、この給気孔３ｅの断面形状は、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行な方向に細長い長方形になっているが、これに限定されるものではない。この金属スペーサ５９の底部とタービン翼型ノズル３の管２との間にはＯリング６０が挟み込まれており、このＯリング６０により、ランド部５１ａの貫通穴５１ｅと金属スペーサ５９との間の隙間に外部の空気が給気孔３ｅに入り込むのを防止することができるようになっている。この金属スペーサ５９の内周面には雌ねじ５９ａが設けられている。そして、この金属スペーサ５９の内周面の雌ねじ５９ａにねじ５５の雄ねじ５５ａがねじ込まれている。この雌ねじ５９ａと雄ねじ５５ａとの間には隙間があり、この隙間およびねじ５５の先端部の下の空間を介して外部の空気と給気孔３ｅとが連通している。図３６に、シャワーヘッド５１の、ねじ５５および金属スペーサ５９の中心軸を含み、かつタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸と直交する断面図を示す。   The turbine blade type nozzle 3 has an air supply hole 3e and an injection hole 3f which are in communication with each other in the main body 3a, as shown in FIG. The land 51a of the shower head 51 is provided with a through hole 51e, and a cylindrical metal spacer 59 is press-fitted into the through hole 51e. The tip of the metal spacer 59 is accommodated in a recess 2 h provided between the flange 2 f and the flange 2 g on the outer periphery of the pipe 2. An air supply hole 3e is provided on the bottom surface of the recess 2h. In this case, the cross-sectional shape of the air supply hole 3e is a rectangular shape elongated in a direction parallel to the central axis of the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4, but is not limited thereto. An O-ring 60 is sandwiched between the bottom of the metal spacer 59 and the pipe 2 of the turbine blade type nozzle 3, and the O-ring 60 causes a gap between the through hole 51 e of the land portion 51 a and the metal spacer 59. It is possible to prevent outside air from entering the air supply hole 3e in the gap. A female screw 59 a is provided on the inner peripheral surface of the metal spacer 59. The male screw 55a of the screw 55 is screwed into the female screw 59a on the inner peripheral surface of the metal spacer 59. There is a gap between the female screw 59a and the male screw 55a, and external air and the air supply hole 3e communicate with each other through this gap and a space below the tip of the screw 55. FIG. 36 is a sectional view of the shower head 51 including the central axes of the screw 55 and the metal spacer 59 and orthogonal to the central axes of the turbine blade nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4.

シャワーヘッド５１の喉部の渦崩壊用ノズル４の下流側には旋回流制止板６１が、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に同軸にかつ渦崩壊用ノズル４から離れて取り付けられている。この旋回流制止板６１はシャワーヘッド５１の外壁に一体に取り付けられている。この旋回流制止板６１はほぼ直角三角形の形状を有し、互いに直交する二辺のうちの一方はタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行に、他方はこの中心軸と直交している。この旋回流制止板６１のこの中心軸と直交する辺は、渦崩壊用ノズル４の渦崩壊部４ｂの直径を完全にカバーする長さを有する。   On the downstream side of the vortex breaking nozzle 4 in the throat portion of the shower head 51, a swirl flow stop plate 61 is coaxially arranged on a plane including the central axis of the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4, and the vortex breaking nozzle. It is attached away from 4. The swirl flow stop plate 61 is integrally attached to the outer wall of the shower head 51. The swirl flow restricting plate 61 has a substantially right triangle shape, and one of two sides orthogonal to each other is parallel to the central axis of the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4, and the other is the central axis. Orthogonal. The side perpendicular to the central axis of the swirl flow stop plate 61 has a length that completely covers the diameter of the vortex breaking portion 4 b of the vortex breaking nozzle 4.

図３７に柄５２に結合したシャワーヘッド５１の内部構造を示す。また、図３８に、シャワーヘッド５１およびキャップ５４を示す。また、図３９に、キャップ５４、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を取り外した状態のシャワーヘッド５１を示す。図３９および図３３に示すように、シャワーヘッド５１の先端部の外周には雄ねじ５１ａが設けられ、キャップ５４の内周に設けられた雌ねじ５４ｂにこの雄ねじ５１ａをねじ込むことによりシャワーヘッド５１にキャップ５４が取り付けられている。このシャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は鋭角に選ばれている。   FIG. 37 shows the internal structure of the shower head 51 coupled to the handle 52. FIG. 38 shows the shower head 51 and the cap 54. FIG. 39 shows the shower head 51 with the cap 54, the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 removed. As shown in FIGS. 39 and 33, a male screw 51 a is provided on the outer periphery of the tip of the shower head 51, and the male screw 51 a is screwed into a female screw 54 b provided on the inner periphery of the cap 54 to cap the shower head 51. 54 is attached. The angle formed by the central axis of the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 of the shower head 51 and the direction in which the water flow is ejected from the shower hole 54a is selected to be an acute angle.

タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４との相互の位置決めは、タービン翼型ノズル３のパイプ２の上流側の端部に設けられた溝に渦崩壊用ノズル４の下流側の端部に設けられたリブを嵌め込むことにより行うことができるようになっている。タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４とが相互に位置決めされている状態で、パイプ２のフランジ２ｆ、２ｇの外周に設けられた溝２ｉ、２ｊと、渦崩壊用ノズル４のフランジ４ｌの外周に設けられた溝４ｍとが、タービン翼型ノズル３と渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行に一直線上に並ぶようになっている。シャワーヘッド５１とタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４との位置決めは、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の外周の溝２ｉ、２ｊ、４ｍにシャワーヘッド５１の上流部の内周に設けられたリブ５１ｆを嵌め込むことにより行うことができるようになっている。   The turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 are positioned relative to each other at the downstream end of the vortex breaking nozzle 4 in the groove provided at the upstream end of the pipe 2 of the turbine blade type nozzle 3. This can be done by fitting the provided ribs. In the state where the turbine blade nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 are positioned with respect to each other, the grooves 2i and 2j provided on the outer periphery of the flanges 2f and 2g of the pipe 2 and the flange 4l of the vortex breaking nozzle 4 and The grooves 4m provided on the outer periphery are arranged in a straight line parallel to the central axes of the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4. The positioning of the shower head 51 with the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 is performed in the grooves 2i, 2j, 4m on the outer periphery of the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 in the inner periphery of the upstream portion of the shower head 51. It can be performed by fitting the rib 51f provided on the.

このマイクロバブルシャワーにおいて、シャワーヘッド５１、柄５２、タービン翼型ノズル３、渦崩壊用ノズル４などの製造にはどのような方法を用いてもよいが、例えばトランスファーモールド成型技術などによりプラスチック、例えば耐熱ＡＢＳ樹脂を用いて容易に製造することができる。
このマイクロバブルシャワーの主要な部分の寸法などの一例を挙げると、シャワーヘッド５１の先端部の外径は例えば約５８ｍｍ、内径は例えば約４７ｍｍ、ねじ部を除く全長は例えば約６７ｍｍである。シャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は例えば４５度である。柄５２の内径は例えば約２５ｍｍ、外径は例えば約３７ｍｍ、長さは例えば約１６７ｍｍである。タービン翼型ノズル３の全長は例えば約３７ｍｍ、翼３ｂを含む本体３ａの直径は例えば約１２．５ｍｍである。渦崩壊用ノズル４の縮流部４の長さは例えば約７ｍｍ、渦崩壊部４ｂおよびテーパー部４ｈの全長は例えば約１０．５ｍｍである。旋回流制止板６１の、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸に平行な辺のこの中心軸からの長さは例えば約５ｍｍである。給気孔３ｅの断面形状は例えば０．９ｍｍ×１．８ｍｍの長方形である。 In this micro bubble shower, any method may be used for manufacturing the shower head 51, the handle 52, the turbine blade nozzle 3, the vortex breaking nozzle 4, and the like. It can be easily manufactured using a heat-resistant ABS resin.
Taking an example of the dimensions of the main part of the microbubble shower, the outer diameter of the tip of the shower head 51 is, for example, about 58 mm, the inner diameter is, for example, about 47 mm, and the total length excluding the threaded portion is, for example, about 67 mm. The angle formed between the central axis of the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 of the shower head 51 and the direction in which the water flow is ejected from the shower hole 54a is, for example, 45 degrees. The handle 52 has an inner diameter of about 25 mm, an outer diameter of about 37 mm, and a length of about 167 mm, for example. The total length of the turbine blade type nozzle 3 is, for example, about 37 mm, and the diameter of the main body 3a including the blade 3b is, for example, about 12.5 mm. The length of the contracted flow portion 4 of the vortex breaking nozzle 4 is, for example, about 7 mm, and the total length of the vortex breaking portion 4b and the tapered portion 4h is, for example, about 10.5 mm. The length from the central axis of the side parallel to the central axis of the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 of the swirl flow stop plate 61 is, for example, about 5 mm. The cross-sectional shape of the air supply hole 3e is, for example, a rectangle of 0.9 mm × 1.8 mm.

次に、このマイクロバブルシャワーの動作について説明する。ホース５３を水道に接続し、水を流す。この水はホース５３を通って柄５２に入り、さらにシャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を順次通り、上述のマイクロバブル装置１の動作原理に従って、渦崩壊用ノズル４からマイクロバブル６ｅを含む水が出る。旋回流６ｃへの空気の導入は、金属スペーサ５９の内周面の雌ねじ５９ａとねじ５５の雄ねじ５５ａとの間の隙間、ねじ５５の先端部の下側の空間および給気孔３ｅを通して行われる。金属スペーサ５９とこのマイクロバブル６ｅを含む水は、この渦崩壊用ノズル４の下流に設けられた旋回流制止板６１に当たり、この旋回流制止板６１によりこの水の旋回が制止される。最終的に、シャワーヘッド５１の先端のキャップ５４のシャワー孔５４ａからマイクロバブル６ｅを含む水が噴出し、洗浄などに用いられる。   Next, the operation of this micro bubble shower will be described. Connect the hose 53 to the water supply and let the water flow. This water enters the handle 52 through the hose 53, and further sequentially passes through the turbine blade nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 of the shower head 51, and from the vortex breaking nozzle 4 according to the operation principle of the microbubble device 1 described above. Water containing microbubbles 6e comes out. Air is introduced into the swirl flow 6c through the gap between the female screw 59a on the inner peripheral surface of the metal spacer 59 and the male screw 55a of the screw 55, the space below the tip of the screw 55, and the air supply hole 3e. The water containing the metal spacer 59 and the microbubbles 6e hits the swirl flow stop plate 61 provided downstream of the vortex breaking nozzle 4, and the swirl flow stop plate 61 stops the swirling of the water. Finally, water containing the microbubbles 6e is ejected from the shower hole 54a of the cap 54 at the tip of the shower head 51 and used for cleaning or the like.

この一実施形態によるマイクロバブルシャワーによれば、次のような利点を得ることができる。すなわち、このマイクロバブルシャワーにおいては、シャワーヘッド５１の喉部にマイクロバブル発生に必要なタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４を組み込んでいるので、旋回流６ｃにより発生する負圧部はキャップ５４のシャワー孔５４ａから遠くなり、シャワー孔５４ａからの空気の吸い込みを防止することができる。このため、従来のマイクロバブルシャワーのように空気の吸い込みを防止するためにノズル出口をほぼ閉塞する必要がないため、液体流、例えば水流が大きな抵抗を受ける問題がなく、水道水圧でも容易にマイクロバブルを発生させることができる。また、シャワーヘッド５１のタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸とシャワー孔５４ａからの水流の噴き出し方向とのなす角度は鋭角であるため、シャワーヘッド５１の内部に空気が滞留しにくく、マイクロバブルの発生効率を高くすることができる。   According to the microbubble shower according to this embodiment, the following advantages can be obtained. That is, in this micro bubble shower, since the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 necessary for generating micro bubbles are incorporated in the throat of the shower head 51, the negative pressure portion generated by the swirling flow 6c is a cap. It is possible to prevent air from being sucked in from the shower hole 54a. For this reason, unlike the conventional micro bubble shower, it is not necessary to close the nozzle outlet to prevent air from being sucked in. Therefore, there is no problem that the liquid flow, for example, the water flow is subjected to a large resistance. Bubbles can be generated. In addition, since the angle formed between the central axis of the turbine blade nozzle 3 and the vortex breaking nozzle 4 of the shower head 51 and the direction in which the water flow is ejected from the shower hole 54a is an acute angle, air stays in the shower head 51. It is difficult to increase the generation efficiency of microbubbles.

さらに、渦崩壊用ノズル４の下流に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に旋回流制止板６１が設けられているため、この旋回流制止板６１により、渦崩壊用ノズル４の下流で液体６、例えば水が全体的に回転するのを防止することができ、これによってマイクロバブル６ｄの発生効率をより高くすることができる。すなわち、図４０Ｂに示すように、渦崩壊用ノズル４の下流に、タービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸を含む面上に旋回流制止板６１が設けられていると、渦崩壊用ノズル４から出てくる旋回流６ｃの旋回が制止され、液体６が全体的に回転するのを防止することができるので、渦崩壊用ノズル４の出口で液体６の剪断力が大きくなり、このためマイクロバブルが効率的に微粒化される。ここで、図４０Ｂの上の図はシャワーヘッド５１の正面からタービン翼型ノズル３および渦崩壊用ノズル４の中心軸方向を見た図、下の図はマイクロバブルシャワーのシャワーヘッド５１および柄５２の縦断面図である（図４０ＡおよびＣも同様）。これに対し、図４０Ａに示すように、旋回流制止板６１を設けない場合には、渦崩壊用ノズル４から出てくる旋回流６ｃによりシャワーヘッド５１内部の液体６が全体的に回転してしまうため、液体６の剪断力が減少し、気柱が形成され、マイクロバブル６ｄが合体してしまい、マイクロバブル６ｄの微粒化が促進されない。また、図４０Ｃに示すように、シャワーヘッド５１の出口に近い位置に旋回流制止板６１を設けた場合には、マイクロバブル６ｄの微粒化は可能であるものの、使用時にマイクロバブルシャワーの柄５２を鉛直方向に保持すると、旋回流制止板６１にマイクロバブル６ｄが滞留し成長するため、マイクロバブル６ｄの発生効率が小さい。
以上により、従来に比べて高性能のマイクロバブルシャワーを得ることができる。 Further, since the swirl flow stop plate 61 is provided downstream of the vortex breakup nozzle 4 on the surface including the central axis of the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakup nozzle 4, the swirl flow stop plate 61 It is possible to prevent the liquid 6, for example, water from rotating entirely downstream of the vortex breaking nozzle 4, thereby further increasing the generation efficiency of the microbubbles 6 d. That is, as shown in FIG. 40B, if the swirl flow restricting plate 61 is provided on the surface including the central axis of the turbine blade type nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 downstream of the vortex breakdown nozzle 4, Since the swirling of the swirling flow 6c coming out from the collapsing nozzle 4 is restricted and the liquid 6 can be prevented from rotating as a whole, the shearing force of the liquid 6 increases at the outlet of the vortex collapsing nozzle 4. Therefore, microbubbles are efficiently atomized. Here, the upper diagram of FIG. 40B is a diagram in which the central axis direction of the turbine blade nozzle 3 and the vortex breakdown nozzle 4 is viewed from the front of the shower head 51, and the lower diagram is the shower head 51 and handle 52 of the microbubble shower. It is a longitudinal cross-sectional view of FIG. On the other hand, as shown in FIG. 40A, when the swirl flow restricting plate 61 is not provided, the liquid 6 inside the shower head 51 is rotated entirely by the swirl flow 6c coming out from the vortex breaking nozzle 4. Therefore, the shearing force of the liquid 6 is reduced, an air column is formed, the microbubbles 6d are united, and the atomization of the microbubbles 6d is not promoted. In addition, as shown in FIG. 40C, when the swirl flow stop plate 61 is provided at a position close to the outlet of the shower head 51, the microbubbles 6d can be atomized. Is held in the vertical direction, the microbubbles 6d stay on the swirl flow stop plate 61 and grow, so the generation efficiency of the microbubbles 6d is small.
As described above, a high-performance micro bubble shower can be obtained as compared with the conventional case.

以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、形状、構造、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、形状、構造、配置などを用いてもよい。 Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. .
For example, the numerical values, shapes, structures, arrangements, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values, shapes, structures, arrangements, and the like may be used as necessary.

第１の例によるマイクロバブル発生装置の本体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the main body of the microbubble generator by a 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the blade body of the turbine blade type nozzle of the microbubble generator by the 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す正面図である。It is a front view which shows the blade body of the turbine blade type nozzle of the microbubble generator by a 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the blade body of the turbine blade type nozzle of the microbubble generator by the 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの翼体の一つの翼の形状を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the shape of one blade | wing of the blade body of the turbine blade type nozzle of the microbubble generator by a 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the nozzle for vortex collapse of the microbubble generator by a 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置の給気装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the air supply apparatus of the microbubble generator by a 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの縮流部におけるサーキュレーション数を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the number of circulations in the contraction part of the vortex breaking nozzle of the microbubble generator by a 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの臨界ノズル半径を説明するための略線図である。It is an approximate line figure for explaining the critical nozzle radius of the nozzle for vortex collapse of the microbubble generating device by the 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる渦崩壊を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the vortex breakdown which arises in the nozzle for vortex breakdown of the microbubble generator by a 1st example. Hinzeスケールを説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating a Hinze scale. 第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the air supply amount when atomizing a microbubble to a Hinze scale when the number of circulations is 2 in the microbubble generator by a 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the air supply amount when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the number of circulations is 3 in the microbubble generator according to the first example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the air supply amount when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the circulation number is 4 in the microbubble generator according to the first example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が２のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the ratio of the air supply amount and liquid flow rate when microbubbles are atomized to Hinze scale when the number of circulations is 2 in the microbubble generator according to the first example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が３のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a ratio between an air supply amount and a liquid flow rate when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the circulation number is 3 in the microbubble generator according to the first example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置においてサーキュレーション数が４のときにマイクロバブルを Hinzeスケールまで微粒化するときの給気量と液体流量との比を示す略線図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a ratio between an air supply amount and a liquid flow rate when microbubbles are atomized to a Hinze scale when the circulation number is 4 in the microbubble generator according to the first example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの実施例を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating the Example of the turbine blade type nozzle of the microbubble generator by a 1st example. 第１の例によるマイクロバブル発生装置のタービン翼型ノズルの形状、渦崩壊用ノズルの形状およびタービン翼型ノズルから渦崩壊用ノズルまでの間隔の実施例を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the Example of the shape from the turbine blade type nozzle of the microbubble generator by a 1st example, the shape of the nozzle for vortex collapse, and the space | interval from a turbine blade type nozzle to the nozzle for vortex collapse. 第２の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the nozzle for vortex collapse of the microbubble generator by a 2nd example. 第２の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を他の例と比較した略線図である。It is a basic diagram which compared the generation | occurrence | production condition of the microbubble in the microbubble generator by a 2nd example with another example. 第２の例によるマイクロバブル発生装置における二種類の渦崩壊の様子を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the mode of two types of vortex collapse in the microbubble generator by a 2nd example. 第３の例によるマイクロバブル発生装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the microbubble generator by the 3rd example. 第４の例によるマイクロバブル発生装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the microbubble generator by the 4th example. 第５の例によるマイクロバブル発生装置の本体を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the main body of the microbubble generator by the 5th example. 第６の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を確認するために計測した音波のスペクトルを示す略線図である。It is a basic diagram which shows the spectrum of the sound wave measured in order to confirm the generation | occurrence | production state of the microbubble in the microbubble generator by the 6th example. 第６の例によるマイクロバブル発生装置におけるマイクロバブルの発生状況を確認するために計測した画像のスペクトルを示す略線図である。It is a basic diagram which shows the spectrum of the image measured in order to confirm the generation | occurrence | production state of the microbubble in the microbubble generator by the 6th example. 第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルを示す縦断面図およびこの渦崩壊用ノズルの出口のエッジの拡大図である。It is the longitudinal cross-sectional view which shows the nozzle for vortex breakdown of the microbubble generator by the 7th example, and the enlarged view of the edge of the exit of this nozzle for vortex breakdown. 第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる超臨界渦崩壊を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the supercritical vortex breakdown which arises in the nozzle for vortex breakdown of the microbubble generator by the 7th example. 第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルで生じる亜臨界渦崩壊を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the subcritical vortex breakdown which arises in the nozzle for vortex breakdown of the microbubble generator by the 7th example. 第７の例によるマイクロバブル発生装置の渦崩壊用ノズルの形状の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of the shape of the nozzle for vortex collapse of the microbubble generator by the 7th example. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーの全体構成を示す側面図である。It is a side view which shows the whole structure of the micro bubble shower by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドおよび柄の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the shower head and handle | pattern of a micro bubble shower by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドおよび柄の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the shower head and handle | pattern of a micro bubble shower by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーを構成するタービン翼型ノズルおよび渦崩壊用ノズルを示す略線図である。It is a basic diagram which shows the turbine blade type nozzle and the nozzle for vortex collapse which comprise the microbubble shower by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの横断面図である。It is a cross-sectional view of the shower head of the micro bubble shower by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの内部構造を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the internal structure of the shower head of the micro bubble shower by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドの内部構造を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the internal structure of the shower head of the micro bubble shower by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーのシャワーヘッドを示す略線図である。It is a basic diagram which shows the shower head of the micro bubble shower by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態によるマイクロバブルシャワーの動作を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating operation | movement of the micro bubble shower by one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２…パイプ、２ａ…渦流部、３…タービン翼型ノズル、３ａ…本体、３ｂ…翼、３ｅ…給気孔、３ｆ…噴射孔、４…渦崩壊用ノズル、４ａ…縮流部、４ｂ…渦崩壊部、４ｃ…テーパー部、６…液体、６ａ…液体流、６ｂ…気柱、６ｃ…旋回流、６ｄ…マイクロバブル、５１…シャワーヘッド、５２…柄、５３…ホース、５４…キャップ、５４ａ…シャワー孔、６１…旋回流制止板   2 ... pipe, 2a ... vortex section, 3 ... turbine blade type nozzle, 3a ... main body, 3b ... blade, 3e ... air supply hole, 3f ... injection hole, 4 ... vortex breakup nozzle, 4a ... constriction section, 4b ... vortex Collapse part, 4c ... Taper part, 6 ... Liquid, 6a ... Liquid flow, 6b ... Air column, 6c ... Swirl flow, 6d ... Micro bubble, 51 ... Shower head, 52 ... Handle, 53 ... Hose, 54 ... Cap, 54a ... Shower hole, 61 ... Swirl flow stop plate

Claims (12)

旋回流発生用翼型ノズルと、上記旋回流発生用翼型ノズルと同軸に設けられた縮流部および渦崩壊部を有する渦崩壊用ノズルとをシャワーヘッドの喉部に有することを特徴とするマイクロバブルシャワー。   A swirl flow generating airfoil nozzle, and a vortex disruption nozzle having a constricted flow part and a vortex collapsing part provided coaxially with the swirl flow generating airfoil nozzle are provided in the throat of the shower head. Micro bubble shower. 上記旋回流発生用翼型ノズルの入口に液体を供給することにより旋回流を発生させるとともに、この旋回流の中心に気体を導入し、この中心に気体が導入された旋回流を上記縮流部に供給することにより上記渦崩壊部からマイクロバブルを発生させることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。   A swirl flow is generated by supplying a liquid to the inlet of the swirl flow generating airfoil nozzle, and a gas is introduced into the center of the swirl flow. The microbubble shower according to claim 1, wherein microbubbles are generated from the vortex breakdown part by supplying to the vortex. 上記旋回流発生用翼型ノズルおよび上記渦崩壊用ノズルの中心軸と上記シャワーヘッドの出口からの液体の噴き出し方向との間の角度が鋭角であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。   2. The microbubble according to claim 1, wherein an angle between a central axis of the swirling flow generating airfoil nozzle and the vortex breaking nozzle and an ejection direction of the liquid from the outlet of the shower head is an acute angle. shower. 上記シャワーヘッドの喉部の上記渦崩壊用ノズルの下流側に上記旋回流を制止する板を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。   2. The micro bubble shower according to claim 1, further comprising a plate for restricting the swirling flow on the downstream side of the vortex breaking nozzle in the throat of the shower head. 上記旋回流を制止する板は上記旋回流発生用翼型ノズルおよび上記渦崩壊用ノズルの中心軸を含む面上に設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。   2. The micro bubble shower according to claim 1, wherein the plate for restraining the swirling flow is provided on a surface including a central axis of the swirling flow generating airfoil nozzle and the vortex breaking nozzle. 上記旋回流発生用翼型ノズルは旋回流発生用翼体を管の内部に収容したものであることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。   2. The micro bubble shower according to claim 1, wherein the swirling flow generating airfoil nozzle has a swirling flow generating blade housed in a tube. 上記旋回流発生用翼体は、円柱状の本体の一端部を流線形に成形し、上記本体の外周面の長手方向に複数の翼をそれらの後部が彎曲するように設け、上記本体の他端部に気体の噴射孔を設けたものであることを特徴とする請求項６記載のマイクロバブルシャワー。   The swirl flow generating wing body is configured such that one end of a cylindrical main body is streamlined, and a plurality of wings are provided in the longitudinal direction of the outer peripheral surface of the main body so that their rear portions are bent. 7. The micro bubble shower according to claim 6, wherein a gas injection hole is provided at an end portion. 上記旋回流発生用翼体は上記本体の外周面に設けられた給気孔と上記本体の他端部に設けられた噴射孔とを有し、上記給気孔と上記噴射孔とは上記本体内に設けられた通路を介して互いに連通していることを特徴とする請求項７記載のマイクロバブルシャワー。   The swirl flow generating wing body has an air supply hole provided in an outer peripheral surface of the main body and an injection hole provided in the other end of the main body, and the air supply hole and the injection hole are located in the main body. The micro bubble shower according to claim 7, wherein the micro bubble shower communicates with each other through a provided passage. 上記旋回流発生用翼体の上記翼の枚数は３枚であることを特徴とする請求項７記載のマイクロバブルシャワー。   The micro bubble shower according to claim 7, wherein the number of blades of the swirl flow generating wing body is three. 上記縮流部は上記渦崩壊部に向かって断面積が徐々に減少しており、上記渦崩壊部との境界部において上記渦崩壊部と同一の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。   The cross-sectional area of the contracted flow part gradually decreases toward the vortex breakdown part, and has the same cross-sectional shape as the vortex breakdown part at the boundary with the vortex breakdown part. The described micro bubble shower. 上記渦崩壊部は円筒形状を有する第１の部分と出口に向かって広がった形状の第２の部分とを有し、上記第１の部分の内周面と上記第２の部分の端面とがなす角度をθ0 としたとき、９０度＜θ0 ＜１８０度であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブルシャワー。 The vortex breakdown part has a first part having a cylindrical shape and a second part having a shape spreading toward the outlet, and an inner peripheral surface of the first part and an end face of the second part are angle when was the theta 0 Nasu, microbubbles shower according to claim 1, wherein the 90 ° <θ 0 <180 deg. 上記第１の部分の内周面と上記第２の部分の端面とが滑らかに繋がっていることを特徴とする請求項１１記載のマイクロバブルシャワー。   The micro bubble shower according to claim 11, wherein the inner peripheral surface of the first portion and the end surface of the second portion are smoothly connected.
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