JP4917803B2 - 微細気泡噴出ノズル及びそれを利用した微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

本発明は，浴槽などの液体貯留槽に取り付ける微細気泡噴出ノズル及びそれを利用した微細気泡発生装置に関し，特に，低能力のポンプが利用可能で消音効果のある微細気泡噴出ノズルの新規な構成に関する。

いわゆる泡風呂には，通常気泡浴と微細気泡浴とがあり，通常気泡浴では加圧液体に空気を混合させて比較的大きな泡を浴槽内に発生させるものであり，一方微細気泡浴では空気を湯の中に加圧溶解させ，その湯を浴槽に供給して浴槽内に微細な気泡を噴出させて白濁するものである。本願は，微細気泡浴用に浴槽に取り付けられ空気を加圧溶解させた湯を浴槽に噴出するための微細気泡噴出ノズルの新規な構成を提供する。

微細気泡発生器は，ベーンポンプなどの加圧ポンプにより湯に空気を加圧溶解させ，溶解されなかった余剰空気を湯から分離し，溶解空気を含有する湯を浴槽に設けた微細気泡噴出ノズルから浴槽内に噴出して微細気泡を発生させる。微細気泡浴では，微細な気泡が浴槽内に噴出され浴槽内が白濁化または乳白色化され，特殊な入浴感が得られることから今後の普及が見込まれている。

上記の微細気泡発生器については，例えば特許文献１，２，３に記載されている。
特開平６−１６５８０６号公報 特開平５−２１２０８２号公報 実開平３−７０７５３号マイクロフィルム

微細気泡噴出ノズルは細いノズル径を有し，その噴出孔から溶解空気を含有する湯を高速に噴出することで圧力低下により液体内の溶解空気を析出させ微細気泡を発生させる。しかし，ノズル噴出口の周囲はベルヌイの定理による負圧状態になり，負圧による沸点低下で沸騰状態が生成されて液体内に大きな泡が発生し，その大泡がはじけることによるキャビテーション音（キーンという金属音）が発生することが問題になる。また，上記の大きな泡は，浴槽内の白濁化のための微細気泡の発生には起因しないため，大きな能力の加圧ポンプによって多くの空気を液体内に溶解させることが必要になり，大能力の加圧ポンプによりコストアップを招くという問題もある。

そこで，本発明の目的は，キャビテーション音を小さくし加圧ポンプの能力を低くすることができる微細気泡噴出ノズル及びそれを利用した微細気泡発生装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために，本発明の第１の側面によれば，液体貯留槽に取り付けられ，空気を加圧溶解した液体を液体貯留槽に噴出する微細気泡噴出ノズルにおいて，
前記液体が供給され，先端部に設けられ当該液体を噴出する噴出孔を有するノズル本体と，
前記ノズル本体の先端に取り付けられ，前記噴出孔に対向する位置に設けられた壁部材と，前記噴出孔から離間した位置に設けられたオリフィスとを有するノズルカバーとを有し，
前記ノズル本体に供給された液体が，前記噴出孔から壁部材に向かって噴出し，さらに前記オリフィスから外部に噴出することを特徴とする。

上記の目的を達成するために，本発明の第２の側面によれば，液体貯留槽に取り付けられ，空気を加圧溶解した液体を液体貯留槽に噴出する微細気泡噴出ノズルにおいて，
前記液体が供給され，先端部の側面に設けられ当該液体を円周方向に噴出する複数の噴出孔を有するノズル本体と，
前記ノズル本体の先端に取り付けられ，前記噴出孔に対向する位置に設けられた側壁部材と，前記噴出孔から噴出した液体を外部に噴出するオリフィスが設けられた底面部材とを有するノズルカバーとを有し，
前記ノズル本体に供給された液体が，前記複数の噴出孔から側壁部材に向かって噴出し，さらに前記オリフィスから外部に噴出することを特徴とする。

上記第２の側面において，好ましい態様では，前記ノズルカバーの側壁部材の内壁に凹凸形状が設けられていることを特徴とする。

上記本発明の側面によれば，ノズル本体の先端にノズルカバーが設けられ，噴出する液体の圧力が徐々に低下するので，外部に噴出する噴出孔周囲に大泡が大量に発生して大きな金属音を発生することが抑制される。また，大泡の発生を抑制することで，加圧ポンプの能力を低くしても十分な空気を液体内に溶解させることができ，コストダウンを図ることができる。

以下，図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し，本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図１は，従来の微細気泡噴出ノズルの問題点を説明するための断面図である。浴槽２０にノズルＮＺが取り付けられ，矢印方向に加圧され溶解空気を含有する湯が供給され，ノズル噴出口５０から湯が噴出される。ノズル噴出口５０から高速噴出される噴出湯５２は，高圧状態から大気圧状態に戻され，それに伴って溶解空気が析出し微細気泡群２４が発生する。

ところが，高速噴出湯５２の周囲５４はベルヌイの定理により負圧状態になる。それにより周囲５４は沸騰状態となり大きな泡が発生する。かかる大泡がはじけることでキーンという大きな金属音（キャビテーション音）が発生する。

また，大きな泡の発生により浴槽内に発生する微細気泡の量が少なくなるので，加圧ポンプの能力を上げてより多くの空気を溶解させることが必要になる。そのような高い能力の加圧ポンプは微細気泡発生装置のコストアップを招くことになる。

図２は，本実施の形態における気泡発生装置の全体構成を示す図である。浴槽２０には追焚用給湯器１０の往配管１２と戻配管１４とが追焚ノズルＮＺ１を介して接続される。給湯器１０は，熱交換器１と，それに熱量を投入するバーナー２と，そのバーナーにガスを供給するガス開閉弁４とを有する。さらに，湯が浴槽から戻される戻配管１４に接続される循環管路内には追焚ポンプＰ０と流水スイッチＳＷとが設けられている。図示しない制御部からの制御により追焚ポンプＰ０がオンされて流水スイッチＳＷのオンが確認されると，浴槽内の残湯の存在が確認され，ガス開閉弁４が開かれバーナー２から熱量が投入される。それにより，熱交換器１を介して循環湯が加熱され浴槽内の湯が追焚される。

図２では，給湯器１０に加えて気泡発生器３０が設けられ，気泡発生器３０の戻配管３６は追焚循環管路の往配管１２に接続され，気泡発生器３０の往配管３８は微細気泡噴出ノズルＮＺ２を介して浴槽２０に接続される。気泡発生器３０は，湯内に空気を混入する給気弁３２と，空気が混入された湯を加圧して空気を溶解させるベーンポンプＰ１と，溶解空気を含有する湯を加圧して浴槽に高速噴出させるための渦巻ポンプＰ２と，過剰な空気を抜くための空気抜弁３４とを有する。

そして，追焚往配管１２から分岐した気泡用戻配管３６には浴槽内の湯が循環し，空気溶解のための加圧用ベーンポンプＰ１により給気弁３２で混入した空気が高圧化で循環湯内に溶解し，渦巻ポンプＰ２と空気抜弁３４を介して気泡用往配管３８に循環し，微細気泡噴出ノズルＮＺ２から浴槽２０内に噴出されて微細気泡２４が生成される。

図３は，ベーンポンプの構成例を示す図である。ベーンポンプでは，ケーシング４０内に偏心して取り付けられたローター軸４２が回転することで，ローター軸４２に取り付けられた伸縮可能なベーン（羽根板）４１が回転し，矢印で示したように入口４６から入る液体を加圧して出口４８から加圧液体を送り出す。図３（１）の状態から（２）の状態にローター軸４２が回転してベーン４１により加圧された液体が送り出されることが示されている。図３はあくまでもベーンポンプの一例であり，それ以外の構成であっても本実施の形態に適用可能である。

図４は，本実施の形態における微細気泡噴出ノズルの図である。左側に断面図，右側に底面図が示されている。この微細気泡噴出ノズルＮＺ２は，微細な噴出孔６２を有するノズル本体６０の先端に，ノズルカバー６４が例えば螺子機構により回転装着されている。ノズル本体６０には矢印方向に溶解空気を含む液体が供給され，噴出孔６２に対向してノズルカバー６４の壁６５が位置し，ノズル孔６２から出てきた液体は壁６５によって浴槽内への直接開放を阻止され，矢印で示すようにノズルカバー６４内で迂回してノズルカバー６４の底面に設けられた複数のオリフィス６６から浴槽内に噴出される。右側の底面図に示されるとおり，ノズルカバー６４の底面には，ノズル本体６０の噴出孔６２を囲むように噴出孔６２から離間した位置に複数のオリフィス６６が設けられている。

このようなノズルカバー６４をノズル本体６０の先端に設けることで，従来の微細気泡噴出ノズルの大きな金属音を抑え，低能力の圧力ポンプによっても十分な微細気泡を発生することができる。その理由は以下の通りと考えられる。

ベーンポンプなどの圧力ポンプにより空気を溶融された液体がノズル本体６０に矢印方向に供給される。ノズル本体内の液体の圧力をＶ１とすると，ノズル本体６０の噴出孔６２から噴出されノズルカバー６４内にある液体圧力をＶ２とし，さらに，ノズルカバー６４のオリフィス６６から噴出された液体圧力をＶ３とすると，Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係になる。つまり，ノズル本体６０内の液体は，ノズルカバー６４内で圧力がわずかに低下し，ノズルカバー６４のオリフィス６６から噴出されて大気開放状態の圧力に低下する。オリフィス６６から噴出された液体には，圧力低下により溶解空気が析出し微細気泡が発生する。

したがって，加圧された液体はその圧力がＶ１（オリフィス本体内），Ｖ２（オリフィスカバー内），Ｖ３（外部）と徐々に低下することで，図１に示したノズル噴出口での負圧状態により大泡の発生が抑制されると考えられる。その結果，大泡がはじけることによる大きな金属音が抑制される。また，ノズル本体６０の噴出孔６２で大泡が発生しても，その金属音はノズルカバー６４により消音されるものと考えられる。

よって，ノズルカバー６４は，ノズル本体６０の噴出孔６２に対向する壁６５を有し，その壁６５により外部への直接開放を阻止された液体を外部に噴出する複数のオリフィス６６を有することが必要である。

図５は，本実施の形態における別の微細気泡噴出ノズルの図である。この微細気泡噴出ノズルＮＺ２は，ノズル本体６０の先端にノズルカバー６４が取り付けられる。この例では，ノズルカバー６４には，その底面に壁６５が設けられ，側面に複数のオリフィス６６が設けられている。このオリフィス６６は噴出孔６２から離間した位置にある。右側の側面図に示されるとおり，ノズルカバー６４の側面にはノズル本体６０を囲むように複数のオリフィス６６が設けられている。そのため，ノズル本体６０から矢印のように供給された液体は，矢印に示されるように，ノズル本体６０の先端の噴出孔６２からノズルカバー６５の底壁６５に衝突して外部への開放を阻止され，側面のオリフィス６６から外部に吐出される。このオリフィス６６から噴出された高速液体は，大気圧力に開放されてその圧力が低下し，溶解されていた空気が析出して白濁の微細気泡が発生する。

図６は，本実施の形態における更に別の微細気泡噴出ノズルの図である。図６（１）はノズル本体を垂直方向に切断したＸ−Ｘ断面図，図６（２）はノズル本体を水平方向に切断したＹ−Ｙ断面図である。このノズルも，ノズル本体６０の先端にノズルカバー６４が取り付けられている。そして，ノズル本体６０の先端の側壁にはその円周方向に向かう３つの噴出孔６１が設けられ，先端の底面は閉じられている。一方，ノズルカバー６４は，ノズル本体６０の噴出孔６１から噴出される液体の外部への直接的な開放を阻止する側壁６５と，液体を外部に噴出する１個のオリフィス６６が設けられた底面６７とを有する。

ノズル本体６０の矢印方向に圧送された溶解空気を含む液体は，ノズル本体の先端側壁に設けられた噴出孔６１を通過してノズルカバー６４の側壁６５に衝突し，ノズル本体の接線方向または円周方向に向きを変え，ノズルカバー６４の底面のオリフィス６６から図中下方向に噴出される。この噴出により液体の圧力が大気圧に低下し，溶解空気が析出し白濁の微細気泡が発生する。特に，ノズル本体６０の側壁に円周方向に向いた複数の噴出孔６１により，圧送されてきた液体がノズルカバー６４内を円周方向に流れ一旦圧力を低下させる。そしてノズルカバー６４のオリフィス６６から液体を噴出させる。この場合も，液体の圧力の関係は前述と同様にＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３となり，オリフィス６６から噴出する液体の圧力Ｖ２はノズル本体内での圧力Ｖ１より低下しているので，オリフィス６６からの高速流の周囲の負圧の程度が緩和され，大泡の発生が緩和されるものと思われる。その結果，キーンという大きな金属音の発生も抑制される。

図７は，本実施の形態における更に別の微細気泡噴出ノズルの図である。図７（１）はノズル本体を垂直方向に切断したＸ−Ｘ断面図，図７（２）はノズル本体を水平方向に切断したＹ−Ｙ断面図である。図７（１）のＸ−Ｘ断面図は，図６（１）と同じである。ただし，図７（２）のＹ−Ｙ断面図に示されるとおり，ノズルカバー６４の内側側壁には，垂直方向に延びる複数の溝が形成され，Ｙ−Ｙ断面図ではノズルカバー６４の内壁が凹凸構造を有する。

したがって，図７のノズル例の場合も，図６のノズルと同様に，溶解空気を含む液体がノズル本体６０から噴出孔６１を経由してノズルカバー６４内に噴出され，圧力低下され，さらにノズルカバー６４の外部にオリフィス６６から噴出される。そして，外部での低圧力により溶解していた空気が析出し微細気泡が発生する。

図７の微細気泡噴出ノズルの場合，ノズル本体６０の先端部の側壁に円周方向（接線方向）に向いた複数の噴出孔６１が設けられ，その噴出孔６１から噴出される液体がノズルカバー６４の内壁に衝突する。その内壁には凹凸構造が設けられているので，噴出孔６１から液体が噴出される時に発生する大泡は，ノズルカバー６４の内壁の凹凸構造に衝突して細かい泡に砕かれる。よって，ノズルカバー６４から大泡が外部に噴出されることはない。また，ノズルカバー６４内で液体の圧力がやや低下することで，ノズルカバー６４のオリフィス６６から噴出される高速流の周囲の負圧状態が緩和され，大泡の発生とそれに起因する金属音の発生が抑制される。

ノズルカバー６４の内壁の凹凸形状は，必ずしも図７のように垂直方向に延びる溝による形状に限定されない。水平方向に延びる溝による凹凸形状でもよい。

以上説明したとおり，本実施の形態の微細気泡噴出ノズルは，ノズル本体の先端にノズルカバーが設けられ，ノズル本体の噴出孔から噴出される液体が一旦ノズルカバー内を経由して圧力を低下し，その後外部に噴出される。よって，液体の圧力低下の程度が緩和され，それに伴って大泡の発生が抑制され金属音が抑制される。また，大泡の発生が減った分，液体内に溶解されている空気が効率的に浴槽内で微細泡となって析出するので，液体内の溶解空気量を少なくしても十分な白濁の微細気泡を発生させることができる。よって，本実施の形態の微細気泡噴出ノズルを利用すれば気泡発生器のベーンポンプ（加圧ポンプ）の能力を低くすることができ，その分コストダウンを実現することができる。

従来の微細気泡噴出ノズルの問題点を説明するための断面図である。 本実施の形態における気泡発生装置の全体構成を示す図である。 ベーンポンプの構成例を示す図である。 本実施の形態における微細気泡噴出ノズルの図である。 本実施の形態における別の微細気泡噴出ノズルの図である。 本実施の形態における更に別の微細気泡噴出ノズルの図である。 本実施の形態における更に別の微細気泡噴出ノズルの図である。

符号の説明

６０：ノズル本体 ６１：噴出孔
６４：ノズルカバー ６５：側壁
６６：オリフィス

Claims (4)

1. 液体貯留槽に取り付けられ，空気を加圧溶解した液体を液体貯留槽に噴出する微細気泡噴出ノズルにおいて，
   前記液体が供給され，先端部の底面は閉じられ，前記先端部の側面に設けられ当該液体を円周方向に噴出する複数の噴出孔を有するノズル本体と，
   前記ノズル本体の先端に取り付けられ，前記噴出孔に対向する位置に設けられた側壁部材と，前記噴出孔から噴出した液体を外部に噴出するオリフィスが設けられた底面部材とを有するノズルカバーとを有し，
   前記ノズル本体に供給された液体が，前記複数の噴出孔から前記側壁部材に向かって前記円周方向に噴出し，さらに前記オリフィスから外部に噴出することを特徴とする微細気泡噴出ノズル。
2. 請求項１において，前記ノズルカバーの側壁部材の内壁に凹凸形状が設けられていることを特徴とする微細気泡噴出ノズル。
3. 空気を加圧溶解させた液体を液体貯留槽に噴出して液体貯留槽内に微細気泡を発生する微細気泡発生装置において，
   液体に空気を加圧溶解させる加圧ポンプと，
   前記加圧ポンプにより空気を溶解させた液体を圧送する配管と，
   前記液体貯留槽に設けられ，前記配管に接続された微細気泡噴出ノズルとを有し，
   前記微細気泡噴出ノズルは，前記液体が供給され，先端部の底面は閉じられ，前記先端部の側面に設けられ当該液体を円周方向に噴出する複数の噴出孔を有するノズル本体と，前記ノズル本体の先端に取り付けられ，前記噴出孔に対向する位置に設けられた側壁部材と，前記噴出孔から噴出した液体を外部に噴出するオリフィスが設けられた底面部材とを有するノズルカバーとを有し，前記ノズル本体に供給された液体が，前記複数の噴出孔から前記側壁部材に向かって前記円周方向に噴出し，さらに前記オリフィスから外部に噴出することを特徴とする微細気泡発生装置。
4. 請求項３において，前記ノズルカバーの側壁部材の内壁に凹凸形状が設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置。

Images