JP2014028340A - Superfine microbubble generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分散相としての気体と連続相としての液体を混合して気液混相となすとともに、分散された気泡を超微細化かつ均一化させて生成することが可能な超微細気泡発生器に関する。 The present invention relates to an ultrafine bubble generator capable of producing a gas-liquid mixed phase by mixing a gas as a dispersed phase and a liquid as a continuous phase, and generating dispersed bubbles by making them finer and uniform. About.
従来、微細気泡発生器の一形態として、特許文献1に開示されたものがある。すなわち、特許文献1には、一端に液体を導入する導入口を有するとともに、他端に液体を導出する導出口を有する筒状のケーシング体内に、導入口から導出口に向けて順次、ケーシング体の周壁に開口した吸気孔から気体を導入して液体と混合させる気液混合部と、気液混合部から導出口側へ漸次拡径する拡径流路形成部と、拡径流路形成部の終端部に接続して気液混合相を旋回流となす旋回流形成部と、旋回流形成部で形成された旋回流を一時的に滞留させる一時滞留部とを備えたマイクロバブル発生装置が開示されている。
Conventionally, there exists what was disclosed by
かかるマイクロバブル発生装置では、次のようにしてマイクロバブルが形成される。すなわち、導入口から導入した液体と吸気孔から導入した気体とを気液混合部で混合して気液混合相となし、気液混合相を拡径流路形成部を通して減速させながら気液混合流となす。そして、気液混合流を旋回流形成部に案内して旋回流となす。この際、気液混合流を形成する気体は微細な気泡となって分散される。さらに、旋回流は一時滞留部で一時的に流動しながら滞留されて、比較的大きな気泡は粉砕される。その後、微細な気泡(マイクロバブル)を含有する旋回流は導出口から導出される。 In such a microbubble generator, microbubbles are formed as follows. That is, the liquid introduced from the inlet and the gas introduced from the intake port are mixed in the gas-liquid mixing part to form a gas-liquid mixing phase, and the gas-liquid mixing flow is decelerated through the enlarged diameter flow path forming part. And And a gas-liquid mixed flow is guided to a swirl flow formation part, and is made into a swirl flow. At this time, the gas forming the gas-liquid mixed flow is dispersed as fine bubbles. Further, the swirl flow is retained while temporarily flowing in the temporary retention portion, and relatively large bubbles are crushed. Thereafter, the swirling flow containing fine bubbles (microbubbles) is led out from the outlet.
ところが、前記したマイクロバブル発生装置では、生成される気泡はマイクロレベル(数十〜数百μm)であり、さらに微細化かつ均一化されたナノレベル(1μm未満)の気泡は生成されない。そのため、かかるマイクロバブル発生装置は、ナノレベルの気泡が求められる産業分野では利用できないという不具合がある。
また、マイクロバブル発生装置に液体を圧送するポンプ又は他の要因により振動する現象が発生している。そのため、吸気孔から気体が導入される際にその流動が脈動となって、系全体の不安定性、振動又は騒音の起因となっている。
However, in the above-described microbubble generator, the generated bubbles are at the micro level (several tens to several hundreds μm), and the nano-level (less than 1 μm) bubbles that are further miniaturized and uniform are not generated. Therefore, such a microbubble generator has a problem that it cannot be used in industrial fields where nano-level bubbles are required.
In addition, a vibration phenomenon occurs due to a pump for pumping liquid to the microbubble generator or other factors. Therefore, when gas is introduced from the intake hole, the flow becomes pulsation, which causes instability of the entire system, vibration, or noise.
そこで、本発明は、ナノレベルに超微細化するとともに均一化した気泡を構造簡易で安価に発生させることができるとともに、気体の脈動を低減(抑制)して、超微細気泡の安定的生成と振動又は騒音の低減が可能な超微細気泡発生器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can generate bubbles that are ultra-fine to the nano level and uniformized at a low cost with a simple structure, and reduce (suppress) the pulsation of gas, thereby stably generating ultra-fine bubbles. An object of the present invention is to provide an ultrafine bubble generator capable of reducing vibration or noise.
請求項1記載の発明に係る超微細気泡発生器は、一端に液体を導入する導入口を有するとともに、他端に液体を導出する導出口を有する筒状のケーシング体内に、導入口から導出口に向けて順次、導入口から導入した液体の流速を増速させる流速増速部と、流速増速部にて流速が増速された液流により圧力降下されたケーシング体内に外部から気体を吸引する気体吸引部と、気体吸引部にて吸引された気体が流速増速部にて流速を増速された液流によりせん断されて超微細な気泡混じりの液体が生成される超微細気泡含有液体生成部とを備え、気体吸引部には吸引される気体の脈動を抑制する脈動抑制体を配設していることを特徴とする。
The ultrafine bubble generator according to the invention described in
かかる超微細気泡発生器では、導入口から導入した液体を流速増速部により増速させることができる。この際、流速増速部にて増速された液流によりケーシング体内の流速増速部における圧力は降下する。そのため、気体吸引部ではベンチュリ効果により外部から気体を吸引することができる。さらには、超微細気泡含有液体生成部において、気体吸引部にて吸引された気体が流速増速部にて増速された液流によりせん断されて超微細な気泡混じりの液体が生成される。しかも、気体吸引部には脈動抑制体を配設して、吸引される気体の脈動を脈動抑制体により抑制するようにしている。そのため、気体の脈動を低減(抑制)して、超微細気泡の安定的生成と振動又は騒音の低減を実現することができる。 In such an ultrafine bubble generator, the liquid introduced from the inlet can be accelerated by the flow velocity accelerating unit. At this time, the pressure in the flow velocity accelerating portion in the casing body drops due to the liquid flow accelerated by the flow velocity accelerating portion. Therefore, gas can be sucked from the outside by the venturi effect in the gas suction portion. Further, in the ultrafine bubble-containing liquid generation unit, the gas sucked by the gas suction unit is sheared by the liquid flow accelerated by the flow velocity accelerating unit, and an ultrafine bubble mixed liquid is generated. In addition, a pulsation suppressor is provided in the gas suction unit so that the pulsation of the sucked gas is suppressed by the pulsation suppressor. Therefore, it is possible to reduce (suppress) the pulsation of the gas, and to realize stable generation of ultrafine bubbles and reduction of vibration or noise.
請求項2記載の発明に係る超微細気泡発生器は、請求項1記載の発明に係る超微細気泡発生器であって、脈動抑制体はケーシング体に接続される気体吸引部の基端部近傍に配設していることを特徴とする。 An ultrafine bubble generator according to a second aspect of the present invention is the ultrafine bubble generator according to the first aspect of the present invention, wherein the pulsation suppressing body is in the vicinity of the proximal end portion of the gas suction portion connected to the casing body. It is characterized by being arranged.
かかる超微細気泡発生器では、脈動抑制体をケーシング体に接続される気体吸引部の基端部近傍に配設しているため、気体の脈動を堅実に低減(抑制)することができる。その結果、超微細気泡の安定的生成と振動又は騒音の低減を堅実に実現することができる。 In such an ultrafine bubble generator, since the pulsation suppressing body is disposed in the vicinity of the base end portion of the gas suction portion connected to the casing body, the pulsation of gas can be reduced (suppressed) steadily. As a result, stable generation of ultrafine bubbles and reduction of vibration or noise can be realized steadily.
請求項3記載の発明に係る超微細気泡発生器は、請求項1又は2記載の発明に係る超微細気泡発生器であって、脈動抑制体は気体が吸引される方向に連通する連通流路を有して、連通流路を通して気体がケーシング体内に吸引されるようにしていることを特徴とする。
The ultrafine bubble generator according to the invention described in
かかる超微細気泡発生器では、気体が吸引される方向に連通する脈動抑制体の連通流路を通して気体がケーシング体内に吸引されるようにしているため、気体が脈動していても連通流路を通過する際に気体の脈動が堅実に低減(抑制)される。そのため、超微細気泡の安定的生成と振動又は騒音の低減を堅実に実現することができる。 In such an ultrafine bubble generator, the gas is sucked into the casing body through the communication flow path of the pulsation suppressing body communicating in the direction in which the gas is sucked. Gas pulsation is steadily reduced (suppressed) when passing. Therefore, stable generation of ultrafine bubbles and reduction of vibration or noise can be realized steadily.
請求項4記載の発明に係る超微細気泡発生器は、請求項1〜3のいずれか1項記載の発明に係る超微細気泡発生器であって、脈動抑制体は多孔質部材により成形していることを特徴とする。
The ultrafine bubble generator according to the invention described in
かかる超微細気泡発生器では、脈動抑制体を多孔質部材、例えば、スポンジ、軽石、セラミックス、陶器により成形しているため、軽量かつ安価に連通流路を有する脈動抑制体を成形することができる。 In such an ultrafine bubble generator, since the pulsation suppressor is formed of a porous member, for example, sponge, pumice, ceramics, or ceramics, a pulsation suppressor having a communication channel can be formed at a light weight and at a low cost. .
請求項5記載の発明に係る超微細気泡発生器は、請求項1〜4のいずれか1項記載の発明に係る超微細気泡発生器であって、流速増速部の上流側に導入口から導入した液体を旋回流となす旋回流形成部を備えるとともに、旋回流形成部は、通過する液体を旋回流となす旋回手段と、旋回手段の下流側にケーシング体の軸線に沿って伸延する旋回流案内流路とを具備することを特徴とする。
The ultrafine bubble generator according to the invention described in
かかる超微細気泡発生器では、旋回流形成部の旋回手段が通過する流体を旋回流となして、旋回手段の下流側においてケーシング体の軸線に沿って伸延する旋回流案内流路が旋回流を下流側へ案内する。この際、旋回流となっている液体の旋回強さの大きい外周部が、その外周を流動する気体に高せん断力を及ぼすことになる。その結果、超微細気泡含有液体生成流路では超微細化かつ均一化された気泡混じりの液体が効率的にかつ堅実に生成されて、導出口から導出される。 In such an ultrafine bubble generator, the swirl flow is passed by the swirl flow guide channel extending along the axis of the casing body on the downstream side of the swirl means, while the swirl means of the swirl flow forming unit passes the swirl flow. Guide to the downstream side. At this time, the outer peripheral portion of the swirling flow having a large swirl strength exerts a high shear force on the gas flowing on the outer periphery. As a result, in the ultrafine bubble-containing liquid generation flow path, the ultrafine and uniform bubble-mixed liquid is efficiently and consistently generated and led out from the outlet.
請求項6記載の発明に係る超微細気泡発生器は、請求項1〜5のいずれか1項記載の発明に係る超微細気泡発生器であって、流速増速部は、ケーシング体の流路断面よりも小さい流路断面となして、ケーシング体の軸線と同軸的に伸延する流速増速流路を具備し、気体吸引部は、ケーシング体の周壁の中途部に開口した吸気孔と、吸気孔に基端開口部が連通して流速増速流路の外周に同心円的に伸延する筒状の気体吸引流路とを具備し、超微細気泡含有液体生成部は、気体吸引流路の先端開口部と流速増速流路の先端開口部とが吸気孔から一定幅だけ下流側で連通するとともに、両先端開口部よりも下流側である導出口に向けて伸延する超微細気泡含有液体生成流路を具備することを特徴とする。
The ultrafine bubble generator according to the invention described in
かかる超微細気泡発生器では、流速増速部が具備する流速増速流路は、旋回流案内流路の流路断面よりも小さい流路断面となして、ケーシング体の軸線と同軸的に伸延させているため、旋回流の流速を堅実に増大させることができる。また、気体吸引部が具備する吸気孔から気体を吸入するとともに、気体吸引流路を通して流速増速流路の外周に同心円的に気体を流入させることができる。超微細気泡含有液体生成部が具備する超微細気泡含有液体生成流路において、旋回流となっている液体と、その外周を囲繞するように筒状に流動する気体とが混合される。この際、超微細気泡含有液体生成流路は、気体吸引流路の先端開口部と流速増速流路の先端開口部とが吸気孔から一定幅だけ下流側で連通するとともに、両先端開口部よりも下流側である導出口に向けて伸延しているため、増速されて旋回流となっている液体の旋回強さの大きい外周部が、その外周を筒状に流動する気体に高せん断力を及ぼすことになる。その結果、超微細気泡含有液体生成流路では超微細化かつ均一化された気泡混じりの液体が効率的にかつ堅実(安定的)に生成されて、導出口から導出される。 In such an ultrafine bubble generator, the flow velocity accelerating channel provided in the flow velocity accelerating portion has a smaller channel cross section than the flow channel cross section of the swirl flow guide channel, and extends coaxially with the axis of the casing body. Therefore, the flow velocity of the swirl flow can be steadily increased. In addition, the gas can be sucked into the outer periphery of the flow velocity accelerating flow path through the gas suction flow path, and the gas can be flowed concentrically through the suction hole provided in the gas suction section. In the ultrafine bubble-containing liquid generation flow path included in the ultrafine bubble-containing liquid generation unit, the liquid that is swirling and the gas that flows in a cylindrical shape so as to surround the outer periphery thereof are mixed. At this time, the ultrafine bubble-containing liquid generation flow path is such that the front end opening of the gas suction flow path and the front end opening of the flow velocity accelerating flow path communicate with each other on the downstream side by a certain width from the intake hole. Since the outer periphery of the liquid, which is accelerated and swirled, has a high swirl strength, it is highly sheared into a gas that flows in a cylindrical shape. Will exert power. As a result, in the ultrafine bubble-containing liquid generation flow path, the ultrafine and uniform bubble-mixed liquid is efficiently and steadily (stable) generated and led out from the outlet.
本発明は次のような効果を奏する。すなわち、本発明に係る超微細気泡発生器は、超微細化かつ均一化されたナノレベル(1μm未満)の気泡を短時間に大量生成して安定提供することができる。また、超微細気泡発生器は、合成樹脂により安価にかつ軽量にかつコンパクトに製造することができる。そのため、かかる超微細気泡発生器は、ナノレベルの気泡が求められる産業分野において幅広く利用することができる。しかも、吸引される気体の脈動を低減(抑制)することができて、超微細気泡を安定的に生成することができるとともに、振動又は騒音を堅実に低減することができる。 The present invention has the following effects. That is, the ultrafine bubble generator according to the present invention can stably provide a large amount of ultrafine and uniform nano-level (less than 1 μm) bubbles in a short time. In addition, the ultrafine bubble generator can be manufactured inexpensively, lightly and compactly with a synthetic resin. Therefore, such an ultrafine bubble generator can be widely used in industrial fields where nano-level bubbles are required. In addition, the pulsation of the sucked gas can be reduced (suppressed), the ultrafine bubbles can be stably generated, and vibration or noise can be reduced steadily.
以下に、本発明に係る第1実施形態と第2実施形態とそれらの変形例を、図面を参照しながら説明する。 Below, 1st Embodiment which concerns on this invention, 2nd Embodiment, and those modifications are described, referring drawings.
[第1実施形態]
図1に示す1は第1実施形態としての超微細気泡発生装置であり、超微細気泡発生装置1は、図1に示すように、連続相としての液体F1と分散相として気体F2を混合するとともに、気体F2を超微細かつ均一な気泡となして、気液混合相としての混合流体F3を生成する装置である。ここで、本実施形態では、液体F1は水であり、気体F2は空気である。そして、混合流体F3は超微細な気泡混じりの液体(超微細気泡含有液体)である。
[First Embodiment]
1 is an ultrafine bubble generator as a first embodiment, and the
(第1実施形態としての超微細気泡発生装置1の説明)
第1実施形態としての超微細気泡発生装置1は、図1に示すように、第1実施形態としての超微細気泡発生器2と、超微細気泡発生器2に供給するための液体F1を収容する液体収容部3と、超微細気泡発生器2により生成された混合流体F3を収容する混合流体収容部4とを備えている。超微細気泡発生器2の一端側(基端側)には、第1連通路としての第1連通パイプ5を介して、ポンプPの吐出口(図示せず)を連通連結している。ポンプPの吸込口(図示せず)には、第2連通路としての第2連通パイプ6を介して、液体F1を収容した液体収容部3を連通連結している。超微細気泡発生器2の他端側(先端側)には、第3連通路としての第3連通パイプ7を介して、混合流体F3を収容する混合流体収容部4を連通連結している。
(Description of the ultrafine
As shown in FIG. 1, an
このように構成して、ポンプPを作動させることで、第2連通パイプ6を通して液体収容部3内の液体F1をポンプPの吸込口から吸い込むとともに、ポンプPの吐出口から液体F1を超微細気泡発生器2に吐出することができる。そして、加圧された液体F1が超微細気泡発生器2内に導入される一方、超微細気泡発生器2内には別途気体F2が吸入されて、超微細気泡発生器2内で液体F1と気体F2とが混合されて混合流体F3が生成されるようにしている。そして、混合流体F3は第3連通パイプ7を通して混合流体収容部4に収容されるようにしている。また、混合流体F3は、混合流体収容部4から回収することができる。
In this way, by operating the pump P, the liquid F1 in the
(第1実施形態としての超微細気泡発生器2の説明)
第1実施形態としての超微細気泡発生器2は、図2〜図4に示すように、接続体10と気泡発生器本体20を、同一軸線上に直状に配置するとともに連通連結して形成している。
(Description of the
As shown in FIGS. 2 to 4, the
接続体10は、第1連通パイプ5に気泡発生器本体20を連通状態に接続するためのものである。すなわち、接続体10は、第1接続片11と第2接続片12と第3接続片13とから構成している。
The
第1接続片11は、円筒状の第1接続本片11aと、第1接続本片11aの外周面中途部に外方へ張り出し鍔状に形成した第1係止用鍔片11bとを合成樹脂により一体成形している。第1接続本片11aの基端部は、可撓性樹脂により成形した第1連通パイプ5の先端部に着脱自在に嵌入させて接続可能としている。第1接続片11は、第1係止用鍔片11bが後述する第2接続本片12aの基端側端面に当接して係止される。
The
第2接続片12は、円筒状に形成した第2接続本片12aと、第2接続本片12aの外周面基端部に外方張り出し鍔状に形成した第2係止用鍔片12bとを弾性ゴム素材により一体成形している。第2接続本片12aには、第1接続本片11aの先端部を着脱自在に嵌入させて接続可能としている。第2接続片12は、第2係止用鍔片12bが後述する第3接続片13の基端部側半部13a端面に当接して係止される。
The
第3接続片13は、合成樹脂により円筒状に形成するとともに、基端部側半部13aの内径を第2接続本片12aの外径と略同一に形成する一方、先端部側半部13bを基端部側半部13aよりもやや小径に縮径させて形成している。基端部側半部13aには、第2接続本片12aの先端部を着脱自在に嵌入させて接続可能としている。先端部側半部13bには、後述する気泡発生器本体20の第1分割片51を着脱自在に嵌入させて接続可能としている。
The
気泡発生器本体20は、図2〜図7に示すように、一端に液体F1を導入する導入口30を有するとともに、他端に混合流体F3を導出する導出口40を有する直状かつ円筒状のケーシング体50内に、導入口30から導出口40に向けて順次、流速増速部70と気体吸引部80と超微細気泡含有液体生成部90とを備えている。
As shown in FIGS. 2 to 7, the
流速増速部70は、ケーシング体50内に導入された液流を増速させるようにしており、ケーシング体50内の流路断面よりも小さい流路断面となして、ケーシング体50の軸線と同軸的に伸延する流速増速流路71を具備している。
The flow
気体吸引部80は、流速増速部70にて増速された液流により圧力降下された(大気圧に対して真空圧となる)ケーシング体50内に、外部から気体F2をベンチュリ効果で吸引するようにしている。すなわち、気体吸引部80は、ケーシング体50の周壁の中途部に開口した吸気孔81と、吸気孔81に基端部が連通して流速増速流路71の外周に同心円的に伸延する円筒状の気体吸引流路82と、吸気孔81に連通連結して立設した吸気接続パイプ83と、吸気接続パイプ83の上端部に接続して上端開口部から外気である空気を吸引することができる吸気パイプ84とを具備している。ここで、気体F2の吸入量は、第1連通パイプ5中を流れる液体F1の流量の2%〜4%、望ましくは3%前後(STP;0℃、1気圧)に設定することができる。また、吸気パイプ84には流量調節弁(図示せず)を取り付けることで気体F2の吸入量を可変可能とすることができる。
The
気体吸引部80の吸気パイプ84内には、吸引される気体F2の脈動を抑制する脈動抑制体85を配設している。すなわち、脈動抑制体85は、図20にも示すように、外形状を吸気パイプ84内に挿入可能な円柱状に形成して、ケーシング体50の第4分割片54に接続される気体吸引部80の基端部近傍、つまり、吸気接続パイプ83の先端部(上端部)に下端面を当接させて可及的に吸気孔81の近傍位置に配設している。脈動抑制体85は気体F2が吸引される方向(吸気パイプ84を通して吸気孔81から気体吸引流路82内に吸引される方向)に連通する連通流路86を有している。そして、連通流路86を通して気体F2がケーシング体50の気体吸引流路82内に吸引されるようにしている。ここで、脈動抑制体85は多孔質部材により成形することで、屈曲した細管状の連通流路86を保持させることができる。多孔質部材としては、例えば、スポンジ、軽石、セラミックス、陶器がある。また、脈動抑制体85はセルロース繊維やガラス繊維等を絡み合わせて形成することもでき、吸気パイプ84の基端部内に詰め込むことで充填・配置することができる。
In the
このように構成して、吸引される気体F2の脈動を脈動抑制体85により抑制するようにしているため、気体F2の脈動を低減(抑制)して、超微細気泡の安定的生成と振動又は騒音の低減を実現することができる。この際、脈動抑制体85は第4分割片54に接続される吸気孔81の近傍位置に配設しているため、気体F2の脈動を堅実に低減(抑制)することができる。その結果、超微細気泡の安定的生成と振動又は騒音の低減を堅実に実現することができる。しかも、気体F2は吸引される方向に連通する脈動抑制体85の連通流路86を通してケーシング体50の気体吸引流路82内に吸引されるようにしているため、気体F2が脈動していても連通流路86を通過する際に気体F2の脈動が堅実に低減(抑制)される。そのため、超微細気泡の安定的生成と振動又は騒音の低減を堅実に実現することができる。また、脈動抑制体85は多孔質部材、例えば、スポンジ、軽石、セラミックス、陶器により成形しているため、軽量かつ安価に連通流路86を有する脈動抑制体85を成形することができる。
With this configuration, the pulsation of the sucked gas F2 is suppressed by the
超微細気泡含有液体生成部90は、気体吸引部80にて吸引された気体F2が流速増速部70にて増速された液流によりせん断されて超微細な気泡混じりの液体、つまり混合流体F3が生成されるようにしており、気体吸引流路82の先端部と流速増速流路71の先端部とが連通して、導出口40に向けて伸延する超微細気泡含有液体生成流路91を具備している。
The ultrafine bubble-containing
ケーシング体50は、円筒状の第1分割片51と、第1分割片51の外周面先端部に嵌合する円筒状の第2分割片52と、第2分割片52の内周面先端部に嵌合する円筒状の第3分割片53と、第3分割片53の外周面先端部に嵌合する円筒状の第4分割片54と、第4分割片54の内周面先端部に嵌合する円筒状の第5分割片55とを具備している。そして、第4分割片54は、中途部の縮径部56を介して基端部側よりも先端部側を縮径させて形成している。
The
流速増速流路71は、図5に示すように、第4分割片54内に増速流路形成体72を配置して形成している。すなわち、増速流路形成体72は、第4分割片54の先端部側の内径よりも外径が小径で円筒状の流路形成片73と、流路形成片73の外周面基端部から下流側に張り出し状に形成した傘状支持片74とを具備している。そして、傘状支持片74の先端周縁部を第4分割片54の縮径部56に当接させるとともに、流路形成片73の先端部を第4分割片54の先端部内に同心円的に配置している。流路形成片73の先端部は、上流側から下流側に漸次縮径させて、内周テーパー面92と外周テーパー面93を形成している。図5中、L1は流路形成片73の長手幅(筒長)、L2は円筒状に形成された気体吸引流路82の筒長、つまり、吸気孔81の中心位置から流路形成片73の先端開口部までの一定幅、W1は流路形成片73の基端開口部の内径、W2は流路形成片73の先端開口部の内径、W3は第5分割片55の内径、W4は第5分割片55の外径、W5は流路形成片73の外周面と第5分割片55の内周面との最小間隔、W6は流路形成片73の外周テーパー面93と第5分割片55の内周面との間に形成される最大間隔である。
As shown in FIG. 5, the flow
このように構成して、流路形成片73の先端部の内部を流動する液流は内周テーパー面92に沿って流速を増大させながら流動する一方、流路形成片73の先端部の外部を流動する気流は外周テーパー面93に沿って流速を減速させるとともに流量を増大させながら流動する。そのため、流速が増大された液流と流量が増大された気流が合流した際には、液流が気流に大きなせん断力を付与して超微細かつ均一な気泡を大量に生成することができる。つまり、内周テーパー面92と外周テーパー面93のテーパー角を調整することで気泡の大きさと量を制御することができる。
With this configuration, the liquid flow flowing inside the tip of the flow
気体吸引流路82は、流路形成片73の外周面と第4分割片54の先端部の内周面との間に形成される間隙、そして、流路形成片73の外周面と第5分割片55の先端部の内周面との間に形成される間隙であり、気体吸引流路82は、流速増速流路71の先端部側の外周に円筒状に形成されている。つまり、気体吸引流路82は、円筒状に形成された筒長L2(吸気孔81の中心位置から流路形成片73の先端開口部までの一定幅)を有している。ここで、一定幅である筒長L2は第5分割片55の内径W3よりも幅広(本実施形態では内径W3の略4倍)に形成している。そのため、吸気孔81から気体吸引流路82内に吸入された気体F2は、流路形成片73の先端開口部に至るまで、つまり、少なくとも筒長L2の長さ分は流路形成片73の外周面に沿って流動して、堅実にかつ安定して円筒状に形成される。そして、流路形成片73の先端開口部において、棒状に流出される液体F1の外周面を安定して円筒状に形成された気体F2が覆うように面接触する。したがって、液体F1とその外周面を覆う気体F2との接触面積、つまり、せん断面積が大きく確保されて、分散相としての気体F2が連続相としての液体F1により効果的にせん断される。その結果、超微細気泡含有液体生成流路91において、気体F2は均一に超微細化されて、超微細気泡混じりの液体、つまり、混合流体F3が生成される。
The gas
第1実施形態は、上記のように構成しているものであり、次のような作用効果を奏する。すなわち、図4及び図6に示すように、超微細気泡発生器2では、導入口30から導入した液体F1が流速増速部70により増速される。すなわち、流速増速部70が具備する流速増速流路71は、旋回流案内流路62の流路断面の略四分の一である小さい流路断面となして、ケーシング体50の軸線と同軸的に伸延させているため、液体F1の液流の流速を堅実に増大させることができる。ここで、液流の流速の調整は、流速増速流路71の流路断面を適宜調整することで行うことができる。したがって、緩速的な流速で導入された液体F1であっても、液流は適宜増速させて所望の混合液体F3を生成することができる。
1st Embodiment is comprised as mentioned above and there exists the following effect. That is, as shown in FIGS. 4 and 6, in the
そして、流速増速部70にて増速された液流により、ケーシング体50内の流速増速部70における圧力は降下する。そのため、気体吸引部80では吸気孔81を通してベンチュリ効果により外部から外気である気体F2を吸入するとともに、気体吸引流路82を通して流速増速流路71の外周に同心円的に気体F2を流入させることができる。
And the pressure in the flow
さらには、超微細気泡含有液体生成部90において、気体吸引部80にて吸引された気体F2が流速増速部70にて流速が増速された液流によりせん断されて超微細な気泡混じりの液体が生成される。すなわち、超微細気泡含有液体生成流路91において、増速液流となっている液体F1の外周は、吸引された気体により円筒状に囲繞される。そして、囲繞している円筒状の気体F2にはその内方から増速液流の外周部が引き摺るように高せん断力を及ぼす。つまり、旋回流の中心側ではなく、それよりも比較的旋回力の強い外周側において、その外周を囲繞している円筒状の気体F2の全内周面に高せん断力を全面的に作用させることができる。そのため、超微細気泡含有液体生成流路91では、吸引された気体F2が効率良く超微細化かつ均一化される。その結果、超微細気泡含有液体生成流路91では超微細化かつ均一化された気泡混じりの液体(混合流体F3)が堅実に生成されて、導出口40から混合流体F3が導出される。
Further, in the ultrafine bubble-containing
ここで、ケーシング体50は、円筒状の第1〜第5分割片51〜55を嵌合状態に接続することで形成しており、第4分割片54は中途部の縮径部56を介して基端部側よりも先端部側を縮径させて形成している。
Here, the
流速増速流路71は、傘状支持片74の先端周縁部を第4分割片54の縮径部56に当接させるとともに、流路形成片73の先端部を第4分割片54の先端部内に同心円的に配置して、気体吸引流路82を流路形成片73の外周面と第4分割片54の先端部の内周面との間隙に円筒状に形成することができる。つまり、増速流路形成体72を第4分割片54内に配置するだけで、旋回流案内流路62と流速増速流路71と気体吸引流路82と超微細気泡含有液体生成流路91を簡単かつ堅実に区画して形成することができる。
The flow
[第2実施形態]
図8に示す1は第2実施形態としての超微細気泡発生装置であり、超微細気泡発生装置1は、基本的構造を第1実施形態としての超微細気泡発生装置1と同じくしているが、第1実施形態としての超微細気泡発生器2に代えて第2実施形態としての超微細気泡発生器2を採用している点で異なる。
[Second Embodiment]
(第2実施形態としての超微細気泡発生器2の説明)
第2実施形態としての超微細気泡発生器2は、図2〜図4に示すように、基本的構造を第1実施形態としての超微細気泡発生器2と同じくするが、旋回流形成部60を具備している点で異なる。
(Description of the
The
すなわち、気泡発生器本体20は、図9〜図15に示すように、一端に液体F1を導入する導入口30を有するとともに、他端に混合流体F3を導出する導出口40を有する直状かつ円筒状のケーシング体50内に、導入口30から導出口40に向けて順次、旋回流形成部60と流速増速部70と気体吸引部80と超微細気泡含有液体生成部90とを備えている。
That is, as shown in FIGS. 9 to 15, the bubble generator
旋回流形成部60は、導入口30から導入した液体F1を旋回流となすようにしており、通過する流体F1を旋回流となす旋回手段61と、旋回手段61の下流側にケーシング体50の軸線に沿って伸延する旋回流案内流路62とを具備している。旋回流案内流路62はケーシング体50の一部を形成する第3分割片53の内周面に沿って直状に形成されている。
The swirling
旋回手段61は、図6にも示すように、第2分割片52の内周面中途部に嵌合する略円筒状の支持片63と、支持片63の先端縁部から軸線方向に向けて捩れ状に対向させて形成した一対の旋回流形成片64,64とを具備している。支持片63は、第2分割片52内で第1分割片51と第3分割片53とにより軸線方向で挟持されて位置決めされる。液体F1は、捩れ状に対向する一対の旋回流形成片64,64間を通過する際に、旋回流形成片64,64から捩れ作用を受けて旋回流となる。そして、旋回流は旋回流案内流路62を通して下流側の流速増速部70に案内されるようにしている。
As shown also in FIG. 6, the swivel means 61 has a substantially
第2実施形態は、上記のように構成しているものであり、次のような作用効果を奏する。すなわち、図11及び図13に示すように、超微細気泡発生器2では、導入口30から導入した液体F1を旋回流形成部60により旋回流となすことができる。この際、旋回流形成部60の旋回手段61が通過する液体F1を旋回流となして、旋回手段61の下流側においてケーシング体50の軸線に沿って伸延する旋回流案内流路62が旋回流を下流側へ案内する。
The second embodiment is configured as described above, and has the following effects. That is, as shown in FIGS. 11 and 13, in the
旋回流形成部60にて形成された旋回流は、流速増速部70により増速される。すなわち、流速増速部70が具備する流速増速流路71は、旋回流案内流路62の流路断面の略四分の一である小さい流路断面となして、ケーシング体50の軸線と同軸的に伸延させているため、旋回流の流速を堅実に増大させることができる。ここで、旋回流の流速の調整は、流速増速流路71の流路断面を適宜調整することで行うことができる。したがって、緩速的な流速で導入された液体F1の液流であっても、液流を旋回流となし、さらには、旋回流を適宜増速させることができる。
The swirl flow formed by the swirl
そして、流速増速部70にて増速された旋回流により、ケーシング体50内の流速増速部70における圧力はより一層降下される。そのため、気体吸引部80では吸気孔81を通してベンチュリ効果により外部から外気である気体F2を吸入するとともに、気体吸引流路82を通して流速増速流路71の外周に同心円的に円筒状の気体F2を流入させることができる。この際、圧力降下の大きさに比例して吸気パイプ84を通して流入される気体F2の脈動が大きくなるが、吸気パイプ84の基端部には脈動抑制体85を配設しているため、脈動抑制体85の連通流路86中を気体F2が流動する際に脈動が低減(抑制)される。その結果、超微細気泡を安定的に生成することができるとともに、振動又は騒音を低減することができる。
The pressure in the flow
さらには、超微細気泡含有液体生成部90において、気体吸引部80にて吸引された気体F2が流速増速部70にて増速された旋回流によりせん断されて超微細な気泡混じりの液体が生成される。すなわち、超微細気泡含有液体生成流路91において、増速旋回流となっている液体F1の外周は、吸引された気体により円筒状に囲繞される。そして、囲繞している円筒状の気体F2にはその内方から旋回力の強い旋回流の外周部が高せん断力を及ぼす。つまり、旋回流の中心側ではなく、それよりも比較的旋回力の強い外周側において、その外周を囲繞している円筒状の気体F2の全内周面に高せん断力を全面的に作用させることができる。そのため、超微細気泡含有液体生成流路91では、吸引された気体F2が効率良く超微細化かつ均一化される。その結果、超微細気泡含有液体生成流路91では超微細化かつ均一化された気泡混じりの液体(混合流体F3)が堅実に生成されて、導出口40から混合流体F3が導出される。
Further, in the ultrafine bubble-containing
旋回手段61が具備する円筒状の支持片63は、第2分割片52の内周面中途部に嵌合するとともに、支持片63を第2分割片52内で第1分割片51と第3分割片53とにより軸線方向で挟持して簡単に位置決めすることができる。つまり、旋回手段61の組み付け作業(第2実施形態としての超微細気泡発生器2となす場合)と、取り外し作業(第1実施形態としての超微細気泡発生器2となす場合)を簡単かつ堅実に行うことができる。
The
(第1変形例としての旋回手段61の説明)
図16は、第1変形例としての旋回手段61を示している。かかる旋回手段61は、図17にも示すように、直状に伸延する棒状の軸芯部100と、軸芯部100の周面から半径方向(放射線方向)に突設した複数(本実施形態では4片)の板状の旋回流形成案内片101とを、合成樹脂(例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT))を削出加工して、表面を滑らかに(液体F1である水との摩擦が少ないように)成形している。すなわち、旋回手段61は、棒状の軸芯部100の周面から肉厚板状の4つの案内本片102を一定の間隔をあけて延設して断面十字状に形成し、各案内本片102の両側面には基端部から先端部にかけて円弧状凹面103を形成するとともに、隣接する案内本片102同士の円弧状凹面103の基端縁部が連続する円弧面となしている。そして、各案内本片102の中途部が最小肉厚で、各案内本片102の先端部が最大肉厚となるように形成している。
(Description of the turning means 61 as a first modification)
FIG. 16 shows a turning means 61 as a first modification. As shown in FIG. 17, the swivel means 61 includes a rod-shaped
しかも、旋回手段61の上流側の端面と下流側の端面は、一定のねじれ角θ(例えば、θ=45°〜180°)を形成するように、旋回流形成案内片101の上流側から下流側への伸延方向を軸芯部100の軸線方向とねじれの位置に配置している。軸芯部100の軸線方向とねじれの位置に配置した4つの旋回流形成案内片101は、ほぼ並行させて配置されるとともに、隣接する旋回流形成案内片101間に軸芯部100の軸線廻りに捩れ状の旋回流形成案内路104が4本形成されるようにしている。
Moreover, the upstream end surface and the downstream end surface of the swirling means 61 are downstream from the upstream side of the swirl flow forming
各案内本片102の先端部の上流側部には係合用位置決め用の膨出部105を形成している。また、第2分割片52の内周面の上流側端部には膨出部105と整合して、膨出部105が係合自在の係合凹部106を周面周りに4つ形成している。
An bulging
上記のように構成して、第2分割片52内に旋回手段61を上流側から下流側に挿入するとともに、各係合凹部106に膨出部105を挿入して係合させて位置決めする。同状態にて、旋回手段61の上流側端面に第1分割片51の下流側端面を当接させることで、旋回手段61が軸線方向ないしは周面周りに移動するのを規制することができる。この際、旋回流形成案内片101の先端面は、第2分割片52の内周面に密着状に面接している。そのため、第2分割片52内に流入した液流は、第2分割片52内に配置された旋回流形成案内路104に沿って上流側から下流側へ流動されることで、堅実に旋回流となされる。
With the configuration as described above, the turning means 61 is inserted into the second divided
(第2変形例としての旋回手段61の説明)
図18は、第2変形例としての旋回手段61を示している。かかる旋回手段61は、図19にも示すように、直状に伸延する棒状の軸芯部100と、軸芯部100の周面から半径方向(放射線方向)に突設した複数(本実施形態では4片)の板状の旋回流形成案内片101とを、合成樹脂(例えば、ABS樹脂)により一体に積層製作している。すなわち、旋回手段61は、断面正八角形の棒状の軸芯部100の周面から均一肉厚の四角形板状の4つの案内本片102を軸芯部100の一つおきの各片から延設して断面十字状に形成している。
(Description of turning means 61 as a second modification)
FIG. 18 shows a turning means 61 as a second modification. As shown in FIG. 19, the swivel means 61 includes a rod-shaped
しかも、旋回手段61の上流側の端面と下流側の端面は、一定のねじれ角θ(例えば、θ=45°〜180°)を形成するように配置し、案内本片102の上流側半部は上流側から下流側への伸延方向を軸芯部100の軸線方向と平行に配置するとともに、案内本片102の下流側半部は上流側から下流側への伸延方向を軸芯部100の軸線方向とねじれの位置に配置している。つまり、軸芯部100の軸線方向とねじれの位置に配置した4つの旋回流形成案内片101は、「へ」の字状に屈曲させて形成して、案内本片102の上流側半部が軸芯部100の軸線とほぼ並行させて配置されるとともに、案内本片102の下流側半部が軸芯部100の軸線廻りに捩れ状にほぼ並行させて配置されて、隣接する旋回流形成案内片101間に案内本片102の中途部が屈曲された旋回流形成案内路104が4本形成されるようにしている。
In addition, the upstream end surface and the downstream end surface of the swivel means 61 are arranged so as to form a constant twist angle θ (for example, θ = 45 ° to 180 °), and the upstream half of the guide
各案内本片102の先端部の上流側部には係合用位置決め用の膨出部106を形成している。また、第2分割片52の内周面の上流側端部には膨出部105と整合して、膨出部105が係合自在の係合凹部106を周面周りに4つ形成している。
An bulging
上記のように構成して、第2分割片52内に旋回手段61を上流側から下流側に挿入するとともに、各係合凹部106に膨出部105を挿入して係合させて位置決めする。同状態にて、旋回手段61の上流側端面に第1分割片51の下流側端面を当接させることで、旋回手段61が軸線方向ないしは周面周りに移動するのを規制することができる。この際、旋回流形成案内片101の先端面は、第2分割片52の内周面に密着状に面接している。そのため、第2分割片52内に流入した液流は、第2分割片52内に配置された旋回流形成案内路104に沿って上流側から下流側へ流動されることで、堅実に旋回流となされる。
With the configuration as described above, the turning means 61 is inserted into the second divided
なお、第1・第2実施形態の吸気接続パイプ83は空気以外の気体源に接続することもできるが、気体源以外の流体源、例えば、液体源に接続することもできる。すなわち、第1・第2実施形態の超微細気泡発生器は、連続相としての液体源に接続体10を接続する一方、分散相としての液体源に吸気接続パイプ83を接続することにより、連続相としての液体と分散相としての液体を混合して液・液混相となすとともに、分散された液体を超微細化かつ均一化させて生成する超微細液滴発生器としても適用することができる。
The
図21は吸気パイプ84の変形例としての接続構造を示している。すなわち、吸気パイプ84は、図21に示すように、パイプ接続体87を介して第4分割片54に形成した吸気孔81に接続している。そして、吸気パイプ84中の基端部には連通流路86を有する脈動抑制体85を配置している。パイプ接続体87は、上下方向に軸線を向けた円筒状の接続本片87aと、接続本片87aの下端に段付き小径状に一体成形した段付き小径片87bと、段付き小径片87bの下端に段付き小径状に一体成形した筒状雄ネジ片87cと、接続本片87a内にその内周面に沿わせて配置した筒状の固定側絞扼作用片87dと、固定側絞扼作用片87d内にその内周面に沿わせて配置するとともに、その軸線方向に一定幅だけ摺動自在となした筒状の可動側絞扼作用片87eとを同一軸線上に配置して構成している。可動側絞扼作用片87eは上端縁部に鍔状の操作片87fを形成して、操作片87fを固定側絞扼作用片87d及び接続本片87aの上方外部に配置している。そして、吸気パイプ84の接続切断操作は、次のようにして行うことができるようにしている。すなわち、可動側絞扼作用片87e内に吸気パイプ84の基端部を挿入し、同状態にて、操作片87fを介して可動側絞扼作用片87eを上方へ一定幅だけ摺動移動させると、固定側絞扼作用片87dと可動側絞扼作用片87eとが協働して吸気パイプ84を絞扼するとともに固定するようにしている。また、操作片87fを介して可動側絞扼作用片87eを下方へ一定幅だけ摺動移動させると、固定側絞扼作用片87dと可動側絞扼作用片87eとが協働して吸気パイプ84を絞扼解除するようにしている。その結果、吸気パイプ84をパイプ接続体87から上方へ引き抜いて切断状態となすことができる。また、筒状雄ネジ片87cの外周面には雄ネジ部を形成する一方、吸気孔81の内周面には雌ネジ部を形成して、吸気孔81の雌ネジ部に筒状雄ネジ片87cの雄ネジ部を着脱自在に螺着している。88はガスケットである。
FIG. 21 shows a connection structure as a modification of the
このように構成して、吸気パイプ84中の基端部に脈動抑制体85を配置し、可動側絞扼作用片87e内に吸気パイプ84の基端部を挿入して、同状態にて操作片87fを介して可動側絞扼作用片87eを上方へ一定幅だけ摺動移動させることで、パイプ接続体87に吸気パイプ84を接続状態に固定する。そうすることで、吸気パイプ84中に配置した脈動抑制体85を可及的かつ堅実に吸気孔81の近傍に配置することができる。そして、気体F2を吸気パイプ84→脈動抑制体85の連通流路86→段付き小径片87b→筒状雄ネジ片87c→気体吸引流路82に円滑かつ堅実に流入させることができるとともに、気体F2の脈動を脈動抑制体85により低減(抑制)することができる。
With this configuration, the
[第1・第2実施形態の変形例]
次に、第1・第2実施形態の変形例としての気泡発生器本体20について、図22〜図28を参照しながら説明する。すなわち、第1・第2実施形態の変形例としての気泡発生器本体20は、図22及び図23に示すように、第1・第2実施形態としての気泡発生器本体20と基本的構造を同じくするが、ケーシング体50をコンパクトに2分割形成している点で異なる。ここで、第2実施形態としての気泡発生器本体20の基本的構造は、一端に液体F1を導入する導入口30を有するとともに、他端に混合流体F3を導出する導出口40を有する直状かつ円筒状のケーシング体50内に、導入口30から導出口40に向けて順次、旋回流形成部60と流速増速部70と気体吸引部80と超微細気泡含有液体生成部90とを備えている点にあり、その形態から旋回流形成部60の旋回手段61を取り外した形態が第1実施形態としての気泡発生器本体20の基本的構造となるので、以下には、第2実施形態としての気泡発生器本体20の変形例について説明し、それから旋回手段61を取り外した第1実施形態としての気泡発生器本体20の変形例については説明を省略する。
[Modification of First and Second Embodiments]
Next, a
(第2実施形態の変形例としての気泡発生器本体20の説明)
気泡発生器本体20は、図22及び図23に示すように、直状かつ円筒状のケーシング体50を上流側半部110と下流側半部111とに着脱自在に2分割形成している。そして、上流側半部110内には旋回流形成部60と流速増速部70の上流側部を形成する一方、下流側半部111内には流速増速部70の下流側部と気体吸引部80と超微細気泡含有液体生成部90を形成している。
(Description of the
As shown in FIGS. 22 and 23, the bubble generator
旋回流形成部60は、図24に示すように、上流側半部110の上流側端部の内周面に係合凹部106を形成し、係合凹部106の下流側に旋回手段嵌入部112を連通させて形成し、旋回手段嵌入部112の下流側に上流側接続部113を連通させて形成している。係合凹部106内には短幅円柱状の凹部空間を形成して、係合凹部106に旋回手段61の膨出部105を上流側から下流側に向けて係合可能としている。旋回手段嵌入部112は係合凹部106からその下流側に向けて段付き小径状の円柱状に形成して、旋回手段嵌入部112には旋回手段61の旋回流形成案内片101を上流側から下流側に向けて嵌入可能としている。上流側接続部113は旋回手段嵌入部112からその下流側に向けて段付き大径状でかつ下流側に開口する筒状に形成している。上流側接続部113の内周面には接続用雌ネジ部114を形成している。上流側半部110の上流側外周面には連結用雄ネジ部115を形成している。
As shown in FIG. 24, the swirling
下流側半部111は、図25に示すように、上流側端部に下流側に開口する筒状の下流側接続部120を形成し、下流側接続部120の外周面に接続用雄ネジ部121を形成している。そして、上流側接続部113の接続用雌ネジ部114に下流側接続部120の接続用雄ネジ部121を着脱自在に螺着している。下流側接続部120からはその下流側に向けて段付き小径状の案内片収容部122を形成して、案内片収容部122の内部を横長円柱状の空間となし、案内片収容部122の終端から下流側半部111の下流端まで下流側に向けて漸次拡径する混合流体形成面部123を形成している。
As shown in FIG. 25, the
増速流路形成体72は、図26に示すように、上流側を形成する漸次縮径増速案内片130と下流側を形成する同径増速案内片131とを同一軸線上に連通させて一体成形している。同径増速案内片131の内径は、漸次縮径増速案内片130の下流側端部の内径と同一に形成している。同径増速案内片131の外径は、漸次縮径増速案内片130の外径から段付き小径状に形成しており、案内片収容部122の内径よりも小径となしている。同径増速案内片131の下流側端面にはOリング収容溝132をリング状に形成して、Oリング収容溝132内にOリング133を収容している(図22及び図23参照)。
As shown in FIG. 26, the speed increasing flow
漸次縮径増速案内片130は、図22及び図23に示すように、上流側接続部113内に下流側から挿入して、上流側接続部113の上流側端壁に漸次縮径増速案内片130の上流側端縁部を当接させるとともに、上流側接続部113の接続用雌ネジ部114に下流側半部111の接続用雄ネジ部121を螺着させて、下流側半部111の上流側端縁部と上流側接続部113の上流側端壁とで漸次縮径増速案内片130の上流側縁部を挟持状態に位置決めするようにしている。この際、同径増速案内片131は下流側半部111の案内片収容部122中に挿通した状態で同心円的に支持されるようにしている。このように、上流側接続部113と下流側接続部120により増速流路形成体72を支持することで、流速増速部70を形成している。
As shown in FIGS. 22 and 23, the gradually reduced diameter increasing
図22及び図23に示すように、案内片収容部122の内周面と同径増速案内片131の外周面との間には間隙が形成されるようにして、その間隙を円筒状の気体吸引流路82となしている。下流側半部111の中途部にはその表面から軸線方向と直交する方向に伸延する吸気孔81を形成して、吸気孔81を気体吸引流路82と連通させている。吸気孔81にはパイプ接続体87を介して吸気パイプ84を接続して、ケーシング体50内に、外部から気体F2をベンチュリ効果で吸引する気体吸引部80を形成している。そして、吸気パイプ84中の基端部には連通流路86を有する脈動抑制体85を配置して、吸気パイプ84中を流動する気体F2の脈動を低減(抑制)している。
As shown in FIGS. 22 and 23, a gap is formed between the inner peripheral surface of the guide piece
このように構成した気泡発生器本体20では、同径増速案内片131内を増速されながら旋回流動される液体F1と、その外周面を被覆するように筒長L2だけ流動される気体F2は、同径増速案内片131の下流端開口部から液体F1が流出されると、旋回流動される液体F1の外周面は円筒状に流動される気体F2の内周面と面接触して堅実にせん断作用する。そのため、気体F2は超微細化かつ均一化されて液体F1に混合されることで混合液体F3となる。そして、旋回流動される混合液体F3は下流側に向けて漸次拡径する混合流体形成面部123に沿って導出される超微細気泡含有液体生成部90が形成されるため、超微細気泡含有液体生成部90では混合液体F3が導出口40から円滑に導出される。
In the bubble generator
以下に、前記した気泡発生器本体20の構成をより具体的に説明する。すなわち、上流側半部110は、図24の平面図(a)と側面図(b)と断面正面図(c)に示すように、外周面の中途部に回動操作時における手掛かり用ないしは工具係止用の一対の上流側平面140を上流側半部110の軸線を中心に点対称の位置に形成している。L4は上流側平面140の軸線方向幅、L5は上流側接続部113の軸線方向幅、L6は上流側半部110の軸線方向幅、L7は係合凹部106の軸線方向幅、L8は段差幅、L9は旋回手段嵌入部112の軸線方向幅、L10は上流側接続部113の軸線方向幅、L11は接続用雌ネジ部114の軸線方向幅、W8は上流側接続部113の外径、W9は一対の上流側平面140同士の間隔、W10は係合凹部106の内径、W11は旋回手段嵌入部112の内径、W12は上流側接続部113の内径である。
Below, the structure of the above-mentioned bubble generator
下流側半部111は、図25の平面図(a)と側面図(b)と断面正面図(c)に示すように、案内片収容部122の上流側部を円筒状に形成し、案内片収容部122の下流側部と混合流体形成面部123の外周面を下流側に向けて連続させて先細り状の円弧面に形成している。案内片収容部122の上流側部には吸気孔81を形成している。141は一対の下流側平面である。L12は下流側接続部120の軸線方向幅、L13は下流側半部111の上流端から吸気孔81の中心位置までの軸線方向幅、L14は案内片収容部122の上流側部の軸線方向幅、L15は下流側接続部120の接続用雄ネジ部121の軸線方向幅、L16は案内片収容部122の軸線方向幅、L17は混合流体形成面部123の軸線方向幅、W13は吸気孔81の伸延幅、W14は下流側接続部120の開口端部径、W15は下流側接続部120の内径、W16は案内片収容部122の内径、W17は混合流体形成面部123の開口端部内径、θ1は混合流体形成面部123のテーパー角度である。
As shown in a plan view (a), a side view (b), and a cross-sectional front view (c) of FIG. 25, the
増速流路形成体72は、図26に示すように、円筒状に形成した漸次縮径増速案内片130の上流側部よりも下流側部をやや小径に形成して、下流側部に下流側接続部120を外嵌可能としている。漸次縮径増速案内片130の内周面は上流側から下流側へ漸次縮径するテーパー面状に形成して、円筒状に形成した同径増速案内片131の上流側端に滑らかに接続している。つまり、漸次縮径増速案内片130のテーパー面に沿って増速されながら下流側に流動する液体F1が、円滑に同径増速案内片131中を下流側に流動するようにラッパ状に形成している。L18は増速流路形成体72の軸線方向幅、L19は漸次縮径増速案内片130の軸線方向幅、L20は同径増速案内片131の軸線方向幅、L21は漸次縮径増速案内片130の上流側部の軸線方向幅、L22は漸次縮径増速案内片130の下流側部の軸線方向幅、W18は漸次縮径増速案内片130の下流側部の外径、W19は同径増速案内片131の外径、W20は同径増速案内片131の内径、W21は漸次縮径増速案内片130の上流側部の外径、W22は漸次縮径増速案内片130の上流側開口端部内径、θ2は漸次縮径増速案内片130の上流側部の外周面の縮径角度、θ3は漸次縮径増速案内片130の上流側部の内周面の縮径角度である。
As shown in FIG. 26, the speed increasing flow
図27の上流側側面図(a)と正面図(b)と下流側側面図(c)と斜視図(d)と外形説明図(e)に示す旋回手段61は、前記した第1変形例としての旋回手段61と基本的構造を同じくして、ねじれ角θを60°となしたものである。L23は旋回手段61の軸線方向幅、L24は膨出部105の軸線方向幅、L25は段差幅、L26は旋回流形成案内片101の軸線方向幅、W23は軸芯部100の外径、W24は旋回流形成案内路104の半径方向の深さ幅、W25は旋回手段61の膨出部105の外径、W26は旋回流形成案内片101の外径である。図28の上流側側面図(a)と正面図(b)と下流側側面図(c)と斜視図(d)に示す旋回手段61は、前記した第1変形例としての旋回手段61と基本的構造を同じくして、ねじれ角θを90°となしたものである。
The swiveling means 61 shown in the upstream side view (a), front view (b), downstream side view (c), perspective view (d), and outer shape explanatory view (e) of FIG. The twisting angle θ is set to 60 ° in the same basic structure as the turning means 61. L23 is the axial width of the swiveling means 61, L24 is the axial width of the bulging
図29は気泡発生器本体20の上流側半部110の上流側外周面に形成した連結用雄ネジ部115に接続体10を介して第1連結パイプ5を接続したホース接続型の超微細気泡発生器2を示している。かかるホース接続型の超微細気泡発生器2は、第1連通パイプ5をポンプPの吐出口(図示せず)に連通連結するとともに、ポンプPの吸込口(図示せず)に第2連通パイプ6を連通連結して、第2連通パイプ6に液体F1を収容した液体収容部3を連通連結している(これらは図示せず)。
FIG. 29 shows a hose connection type ultrafine bubble in which the
このように構成して、ポンプPにより液体収容部3に収容した液体F1をコンパクトに構成した気泡発生器本体20内に圧送し、ベンチュリ効果により外部から気体F2を吸引して、連続相としての液体F1と分散相としての気体F2を混合させて混合流体F3となした後に導出口40から混合流体F3を放出するようにしている。
Constructed in this way, the liquid F1 accommodated in the liquid
図30は水中ポンプP1の吐出口部160に気泡発生器本体20を上流側半部110の上流側外周面に形成した連結用雄ネジ部115を介して起立状に接続した水中ポンプ搭載型の超微細気泡発生器2を示している。161は液体F1を吸入する水中ポンプP1の吸入口部である。かかる水中ポンプ搭載型の超微細気泡発生器2は、水中ポンプP1の吸入口部161から液体F1を吸入するとともに、吐出口部160から気泡発生器本体20内圧送し、ベンチュリ効果により外部から気体F2を吸引して、連続相としての液体F1と分散相としての気体F2を混合させて混合流体F3となした後に導出口40から混合流体F3を放出するようにしている。水中ポンプ搭載型の超微細気泡発生器2では水中ポンプP1と気泡発生器本体20を一体となしているため、手軽に搬送して容易に設置することができる。
FIG. 30 shows a submersible pump mounted type in which the
[第1実施例]
第1実施例では、第2実施形態に係る超微細気泡発生装置1を使用して混合流体F3を生成する実験を行った。ここで、使用した増速流路形成体72の流路形成片73の長手幅L1=85mm、流路形成片73の基端開口部の内径W1=14mm、流路形成片73の先端開口部の内径W2=8mm、第5分割片55の内径W3=13mm、第5分割片55の外径W4=18mm、最小間隔W5=0.8mmである。
である。
[First embodiment]
In the first example, an experiment for generating the mixed fluid F3 using the ultrafine
It is.
また、液体F1(連続相)として水道水を使用し、気体F2(分散相)として外気(空気)を使用した。そして、ポンプPの吐水量を40リットル/分に設定して、気体F2の吸入量が1リットル/分となる条件下で、1分当たり35リットルの混合流体F3を生成した。 Further, tap water was used as the liquid F1 (continuous phase), and outside air (air) was used as the gas F2 (dispersed phase). Then, the water discharge amount of the pump P was set to 40 liters / minute, and 35 liters of mixed fluid F3 was generated per minute under the condition that the suction amount of the gas F2 was 1 liter / minute.
この実験で生成した混合流体F3に含有されている超微細気泡の大きさ(粒子径)は、レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2200、株式会社島津製作所製)を用いて測定した。その測定結果を図31に示す。 The size (particle diameter) of the ultrafine bubbles contained in the mixed fluid F3 generated in this experiment was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2200, manufactured by Shimadzu Corporation). The measurement results are shown in FIG.
図31のグラフに示すように、本実施例では混合流体F3に含まれる超微細気泡は、その粒子径が0.3μm(300nm)程度の粒子量が全体の80%(相対値)を占めていた。 As shown in the graph of FIG. 31, in this example, the ultrafine bubbles contained in the mixed fluid F3 account for 80% (relative value) of the amount of particles having a particle size of about 0.3 μm (300 nm). It was.
この測定結果より、本実施形態の超微細気泡発生装置1は、ナノレベルの超微細な気泡混じりの混合流体F3を生成することができるという優れた性能を有していることが分かった。
From this measurement result, it was found that the ultrafine
[第2実施例]
第2実施例では、第1実施形態に係る超微細気泡発生装置1と、第1変形例としての旋回手段61を装備した第2実施形態に係る超微細気泡発生装置1の超微細気泡含有液体生成流路91における自吸空気圧(kPa)をそれぞれ検出して、空気を引き込む力(自吸効果)を比較実験した。ここで、液体F1(連続相)として水道水を使用し、気体F2(分散相)として外気(空気)を使用した。旋回手段61のねじれ角θは60°、90°、120°にそれぞれ設定した。
[Second Embodiment]
In the second example, the ultrafine bubble-containing liquid of the ultrafine
第1実施形態に係る超微細気泡発生装置1(旋回手段61無)では、図32の一点鎖線のグラフに示すような測定結果が得られた。超微細気泡含有液体生成流路91内の水流量(L/min)が70L/minを越えたところで自吸空気圧(kPa)が−15kPaに達した。
In the ultrafine
これに対して、第2実施形態に係る超微細気泡発生装置1(旋回手段61有:θ=60°)では、図32の二点鎖線のグラフに示すような測定結果が得られた。超微細気泡含有液体生成流路91内の水流量(L/min)が72L/minを越えたところで自吸空気圧(kPa)が−30kPaに達した。旋回手段61のθ=90°では、図32の点線のグラフに示すような測定結果が得られた。超微細気泡含有液体生成流路91内の水流量(L/min)が73L/minを越えたところで自吸空気圧(kPa)が−32kPaに達した。旋回手段61のθ=120°では、図32の実線のグラフに示すような測定結果が得られた。超微細気泡含有液体生成流路91内の水流量(L/min)が72L/minを越えたところで自吸空気圧(kPa)が−48kPaに達した。
On the other hand, in the ultrafine bubble generating device 1 (with the turning means 61: θ = 60 °) according to the second embodiment, the measurement results as shown in the two-dot chain line graph of FIG. 32 were obtained. The self-priming air pressure (kPa) reached −30 kPa when the water flow rate (L / min) in the ultrafine bubble-containing liquid
その結果、旋回手段61を装備して旋回流を形成するようにした方が超微細気泡含有液体生成流路91において空気を引き込む力(自吸効果)が高いことが分かった。そして、ねじれ角が大きい程、自吸効果が大きいことが分かった。したがって、旋回手段61を装備し、かつ、ねじれ角を大きくした方が空気の取り込み量が増えて、気泡の数が増大することが分かった。また、自吸空気圧は、(水)流量によってねじれ角θの最適値が異なる結果が得られた。例えば、自吸空気圧は流量50L/minではθ=120°が最大となり、流量60L/minではθ=180°が最大となった。
As a result, it was found that the force (self-priming effect) for drawing air in the ultrafine bubble-containing liquid
[第3実施例]
第3実施例では、第2実施形態の変形例としての超微細気泡発生装置1を使用して第2実施例と同様に混合液体F3を生成した。そして、超微細気泡発生装置1に取り付けた気体導入部である気体吸引部80の基端部近傍の脈動現象、つまり、吸気孔81の近傍における空気(気体F2)の脈動現象を、脈動抑制体85を配設した場合と配設しない場合とで比較実験した。
[Third embodiment]
In the third example, the mixed liquid F3 was generated in the same manner as in the second example using the ultrafine
ここで、L3=5mm、L4=13mm、L5=17mm、L6=50mm、L7=8.5mm、L8=1mm、L9=22.5mm、L10=18mm、L11=13mm、L12=14mm、L13=13mm、L14=20mm、L15=64mm、L16=26.214mm、L17=23.786mm、L18=40mm、L19=18mm、L20=22mm、L21=7.621mm、L22=10.379mm、L23=25mm、L24=3.5mm、L25=1mm、L26=20.5mm、W7=26mm、W8=34.5mm、W9=32mm、W10=26mm、W11=24mm、W12=30mm、W13=10.179mm、W14=27mm、W15=24mm、W16=15mm、W17=19.812mm、W18=24mm、W19=13mm、W20=10mm、W21=27mm、W22=24mm、W23=7mm、W24=9.5mm、W25=26mm、W26=24mm、θ=90°、θ1=12°、θ2=40°、θ3=60°に形成した。脈動抑制体85としては直径が6mm(吸気パイプ84の内径と略同一径)で長手幅が5mmの円柱状に形成したスポンジを使用した。また、気体導入部の負圧(kPa)を測定して脈動現象をグラフ化する測定器としてSMC株式会社製のZSE30AFを使用した。
Here, L3 = 5 mm, L4 = 13 mm, L5 = 17 mm, L6 = 50 mm, L7 = 8.5 mm, L8 = 1 mm, L9 = 22.5 mm, L10 = 18 mm, L11 = 13 mm, L12 = 14 mm, L13 = 13 mm L14 = 20 mm, L15 = 64 mm, L16 = 26.214 mm, L17 = 23.786 mm, L18 = 40 mm, L19 = 18 mm, L20 = 22 mm, L21 = 7.621 mm, L22 = 10.379 mm, L23 = 25 mm, L24 = 3.5mm, L25 = 1mm, L26 = 20.5mm, W7 = 26mm, W8 = 34.5mm, W9 = 32mm, W10 = 26mm, W11 = 24mm, W12 = 30mm, W13 = 10.179mm, W14 = 27mm , W15 = 24mm, W16 = 15mm, W17 = 19.812mm, W18 24 mm, W19 = 13 mm, W20 = 10 mm, W21 = 27 mm, W22 = 24 mm, W23 = 7 mm, W24 = 9.5 mm, W25 = 26 mm, W26 = 24 mm, θ = 90 °, θ1 = 12 °, θ2 = 40 ° , Θ3 = 60 °. As the
気体吸引部80の基端部近傍に脈動抑制体85を配設しない場合(脈動抑制体付設前の場合)の脈動現象のグラフを図33に細い実線で示す。また、気体吸引部80の基端部近傍に脈動抑制体85を配設した場合(脈動抑制体付設後の場合)の脈動現象のグラフを図33に太い実線で示す。なお、図33中の縦補助目盛間隔は−2kPaである。
A graph of the pulsation phenomenon when the
脈動抑制体付設前では、図33に細い実線で示す動脈現象のグラフから略4kPaの振幅で吸気(空気)が脈動していることが分かった。これに対して、脈動抑制体付設後では、図33に太い実線で示す動脈現象のグラフから略0.5kPaの振幅で吸気(空気)が脈動していることが分かった。つまり、脈動抑制体85が付設されている場合は、吸気(空気)の脈動が大幅(略8分の1)に低減(抑制)されていることが分かった。
Before the pulsation suppressor was attached, it was found from the graph of arterial phenomenon indicated by a thin solid line in FIG. 33 that the intake air (air) pulsated with an amplitude of about 4 kPa. On the other hand, after the pulsation suppressor was attached, it was found from the graph of arterial phenomenon indicated by a thick solid line in FIG. 33 that the intake air (air) pulsated with an amplitude of approximately 0.5 kPa. That is, when the
1 超微細気泡発生装置
2 超微細気泡発生器
3 液体収容部
4 混合流体収容部
30 導入口
40 導出口
50 ケーシング体
60 旋回流形成部
70 流速増速部
80 気体吸引部
85 脈動抑制体
90 超微細気泡含有液体生成部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
導入口から導入した液体の流速を増速させる流速増速部と、
流速増速部にて流速が増速された液流により圧力降下されたケーシング体内に外部から気体を吸引する気体吸引部と、
気体吸引部にて吸引された気体が流速増速部にて流速を増速された液流によりせん断されて超微細な気泡混じりの液体が生成される超微細気泡含有液体生成部と
を備え、
気体吸引部には吸引される気体の脈動を抑制する脈動抑制体を配設している
ことを特徴とする超微細気泡発生器。 In the cylindrical casing body having an inlet for introducing liquid at one end and an outlet for discharging liquid at the other end, sequentially from the inlet to the outlet,
A flow velocity accelerating portion for increasing the flow velocity of the liquid introduced from the inlet,
A gas suction part for sucking gas from the outside into the casing body which has been pressure-dropped by the liquid flow whose flow speed has been increased by the flow rate acceleration part;
The gas sucked in the gas suction unit is sheared by the liquid flow whose flow rate is increased in the flow rate accelerating unit, and includes an ultrafine bubble-containing liquid generation unit in which a liquid containing ultrafine bubbles is generated.
An ultrafine bubble generator, characterized in that a pulsation suppressing body that suppresses pulsation of a sucked gas is disposed in the gas suction unit.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の超微細気泡発生器。 A swirl flow forming unit that turns the liquid introduced from the introduction port into a swirl flow upstream of the flow velocity accelerating unit, and the swirl flow forming unit, a swirling unit that turns the passing liquid into a swirl flow, and a downstream side of the swirl unit The ultrafine bubble generator according to any one of claims 1 to 4, further comprising a swirling flow guide channel extending along an axis of the casing body.
気体吸引部は、ケーシング体の周壁の中途部に開口した吸気孔と、吸気孔に基端開口部が連通して流速増速流路の外周に同心円的に伸延する筒状の気体吸引流路とを具備し、
超微細気泡含有液体生成部は、気体吸引流路の先端開口部と流速増速流路の先端開口部とが吸気孔から一定幅だけ下流側で連通するとともに、両先端開口部よりも下流側である導出口に向けて伸延する超微細気泡含有液体生成流路を具備する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の超微細気泡発生器。 The flow velocity accelerating portion includes a flow velocity accelerating flow channel that is smaller than the flow channel cross section of the casing body and extends coaxially with the axis of the casing body,
The gas suction part has an intake hole that opens in the middle of the peripheral wall of the casing body, and a cylindrical gas suction flow path that concentrically extends to the outer periphery of the flow velocity accelerating flow path with the proximal end opening communicating with the intake hole. And
The ultrafine bubble-containing liquid generating unit is configured such that the tip opening of the gas suction channel and the tip opening of the flow velocity accelerating channel communicate with a certain width downstream from the intake hole and are further downstream than both tip openings. The ultrafine bubble generator according to any one of claims 1 to 5, further comprising an ultrafine bubble-containing liquid generation channel that extends toward the outlet port.
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