(57)【要約】【課題】  ナノレベルでの気泡を効率よく発生させる旋回式微細気泡発生器を得ること。【解決手段】  長さ方向ほぼ３分の１の位置に設けられる所定長さで最大内径の第１内周面５１と、第１内周面５１の一端に連続しかつ一端側前方に至る程次第に小径となる載頭円錐形の第２内周面５２と、第１内周面５１の他端に連続しかつ他端側前方に至る程次第に小径となる載頭円錐形の第３内周面５３とを有する筒状部材５０と、第２内周面５２の開口端を閉じる第１端壁５４と、第３内周面５３の開口端を閉じる第２端壁５５とを備える。第１内周面５１部分に気液混合流体をその接線方向から導入する流体導入口５６を設けると共に、筒状部材５０の中心軸線上において第２側壁部５５を貫通する流体排出口５７を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液混合流体を受け入れて気液混合流体中に含まれる気体を微細化するための旋回式微細気泡発生器であって、長さ方向ほぼ３分の１の位置に設けられる所定長さで最大内径の第１内周面と、第１内周面の一端に連続しかつ一端側前方に至る程次第に小径となる長寸側載頭円錐形の第２内周面と、第１内周面の他端に連続しかつ他端側前方に至る程次第に小径となる短寸側載頭円錐形の第３内周面とを有する筒状部材と、第２内周面の開口端を閉じる第１端壁と、第３内周面の開口端を閉じる第２端壁とを備える一方、第１内周面部分に気液混合流体をその接線方向から導入する流体導入口が設けられていると共に、筒状部材の中心軸線上において第２端壁を貫通する流体排出口が設けられていることを特徴とする旋回式微細気泡発生器。
【請求項２】
第２内周面及び第３内周面におけるそれぞれ第１内周面側で各第２、第３内周面のほぼ半分の長さ位置に、筒状部材内に導入された気液混合流体を旋回させながら第１端壁と第２端壁へ向かうように誘導する螺旋溝部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１記載の旋回式微細気泡発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、微細気泡を発生するための微細気泡発生装置に用いられ、気液混合流体を受け入れて気液混合流体中に含まれる気体をその気泡の直径がナノレベルとなるように微細化するための旋回式微細気泡発生器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、微細気泡発生装置としては、例えば特開２００３−１１７３６８号公報に記載されているように、液体供給のためのポンプに液体と共に空気を導入し、ポンプ内で気泡を含んだ気液混合流体を作り、この気液混合流体を筒状の旋回式微細気泡発生器内に導入し、発生器内にて旋回させたうえで排出することにより気泡を微細化するようにしたものが知られている。【０００３】  その場合、筒状の旋回式微細気泡発生器の一端壁近くに気液混合流体の導入口を設け、その導入口を通して発生器内に気液混合流体を導入し、導入された気液混合流体を、発生器内にて旋回させながら他端壁に向けて軸線方向に移動させ、他端壁に設けた排出口から排出させることにより、気泡を微細化するように構成している。【０００４】  また、別の旋回式微細気泡発生器として、筒状の旋回式微細気泡発生器の軸線方向中間部に気液混合流体の導入口を設け、その導入口を通して発生器内に気液混合流体を導入するようにし、導入された気体混合流体を、発生器内にて二つに分流してそれぞれ旋回させながら両端壁に向けて移動させ、両端壁に設けた各排出口からそれぞれ外部に排出させることにより、気泡を微細化するようにしたものも開示されている。
【発明の開示】
【特許文献１】特開２００３−１１７３６８号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかし、上記した旋回式微細気泡発生器にあっては、いずれも気液混合流体に旋回流を生じさせることにより流体内に含まれる気泡を微細化するようにしたものであるが、気液混合流体中に含まれる気体を効率よくその気泡の直径がナノレベルとなるように微細化しきれていないのが現状である。
【０００６】  そこで、本発明は、気液混合流体を受け入れる筒状部材における内部空間の形状を工夫することにより気液混合流体の旋回流をより高速化して、ナノレベルでの気泡を効率よく発生させることができる旋回式微細気泡発生器の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記問題を解決するため本願の請求項１記載の発明は、気液混合流体を受け入れて気液混合流体中に含まれる気体を微細化するための旋回式微細気泡発生器であって、長さ方向ほぼ３分の１の位置に設けられる所定長さで最大内径の第１内周面と、第１内周面の一端に連続しかつ一端側前方に至る程次第に小径となる長寸側載頭円錐形の第２内周面と、第１内周面の他端に連続しかつ他端側前方に至る程次第に小径となる短寸側載頭円錐形の第３内周面とを有する筒状部材と、第２内周面の開口端を閉じる第１端壁と、第３内周面の開口端を閉じる第２端壁とを備える一方、第１内周面部分に気液混合流体をその接線方向から導入する流体導入口が設けられていると共に、筒状部材の中心軸線上において第２端壁を貫通する流体排出口が設けられていることを特徴とする。
【０００８】  また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、第２内周面及び第３内周面におけるそれぞれ第１内周面側で各第２、第３内周面のほぼ半分の長さ位置に、筒状部材内に導入された気液混合流体を旋回させながら第１端壁と第２端壁へ向かうように誘導する螺旋溝部がそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】  本発明によれば、上記した構成により、流体導入口から筒状部材内に導入された気液混合流体は、その多くが長寸側載頭円錐形の第２内周面のテーパ面により絞られ排出口のない第１端壁に向けて速度を高めながら旋回流となって進み、第１端壁によって筒状部材の半径方向中心部に向けられて反転し、旋回速度をさらに高めながら筒状部材の中心部を通って第２端壁に向かい、流体排出口から外部へ排出される。特に、第１端壁によって反転した気液混合流体が筒状部材の中心部を通って第２端壁に向かうとき、気液混合流体の旋回回転半径は第１端壁に向かうときに較べて小さくなるので、その流速はさらに高速となって旋回移動することになる。そして、この旋回流速が高速化された多くの気液混合流体と、短寸側載頭円錐形の第３内周面のテーパ面により絞られ第２端壁に向けて速度を高めながら旋回流となって進んだ残りの気液混合流体とが合流して流体排出口から外部へ排出されるので、気液混合流体はその液体内に含まれる気体の混合力が大きくなり、その細分化が効果的に行われてナノバルブを効率よく発生させることができる。
【００１０】  また、第２内周面及び第３内周面におけるそれぞれ第１内周面側で各第２、第３内周面のほぼ半分の長さ位置に、筒状部材内に導入された気液混合流体を旋回させながら第１端壁と第２端壁へ向かうように誘導する螺旋溝部をそれぞれ形成するように構成すれば、第２、第３内周面のテーパ面に設けた螺旋溝部により、流体導入口から筒状部材内に導入された気液混合流体を、第２内周面及び第３内周面に対しバランスよくかつスムーズに旋回させながら第１端壁と第２端壁へ向かうように誘導することができ、その流速をより高速化することができる。その結果、液体内に含まれる気体の混合力がより大きくなり、その細分化がさらに効果的に行われてナノバルブをより効率よく発生させることができるのでこのましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。【００１２】  図１は、本発明に係る旋回式微細気泡発生器を適用した微細気泡発生装置の概略図を示し、この微細気泡発生装置１は、例えば空気などの気体と水などの液体とが混合された気液混合流体を収容する混合液槽２と、空気を吸引してその空気を混合液槽２に送り込む第１ポンプ３と、混合液槽２内の気液混合流体を吸い上げて循環させるための第２ポンプ４と、第２ポンプ４により吐出される気液混合流体を受け入れて気液混合流体中に含まれる気体をその気泡の直径がナノレベルとなるように微細化するための旋回式微細気泡発生器５とを備えている。【００１３】  第１ポンプ３には混合液槽１内に先端が開口し、液体或いは気液混合流体に気体を送り込む第１パイプ６が接続されている。第２ポンプ４には気液混合流体を吸引するため混合液槽１内に一端が開口する第２パイプ７が接続されていると共に、第２ポンプ４と旋回式微細気泡発生器５との間に介装され、第２ポンプ４から吐出される気液混合流体を旋回式微細気泡発生器５に供給する第３パイプ８が接続されている。また、旋回式微細気泡発生器５は混合液槽２の気液混合流体内に配設されている。【００１４】  そして、旋回式微細気泡発生器５は、図２及び図３に示すように長さ方向ほぼ３分の１の位置に設けられる所定長さで最大内径の第１内周面５１と、第１内周面５１の一端に連続しかつ一端側前方に至る程次第に小径となる長寸側載頭円錐形の第２内周面５２と、第１内周面５１の他端に連続しかつ他端側前方に至る程次第に小径となる短寸側載頭円錐形の第３内周面５３とを有する筒状部材５０と、第２内周面５２の開口端を閉じる第１端壁５４と、第３内周面５３の開口端を閉じる第２端壁５５とを備えている。また、第１内周面５１部分に気液混合流体をその接線方向から導入する流体導入口５６が設けられていると共に、筒状部材５０の中心軸線ａ上において第２端壁５５中心部を貫通する流体排出口５７が設けられている。【００１５】  また、第２内周面５２の長さは第３内周面５３の長さに対しほぼ２対１となっていると共に、第２内周面５２と第３内周面５３とにおける両テーパ面の角度θがほぼ同一近くの角度で形成され、かつ、第２内周面５２及び第３内周面５３におけるそれぞれ第１内周面５１側で各第２、第３内周面５２，５３のほぼ半分の長さ位置に、筒状部材５０内に導入された気液混合流体を第２内周面５２及び第３内周面５３に対しバランスよくかつスムーズに旋回させながら第１端壁５４と第２端壁５５へ向かうように誘導する螺旋溝部５８，５９がそれぞれ形成されている。【００１６】  なお、第１ポンプ３ではそのモータ回転数が可変となっていて、そのモータ回転数を変更することにより空気の混合液槽１への送り込み量を調整するようになっている。【００１７】  次に、上記した旋回式微細気泡発生器５を適用した微細気泡発生装置１の作用について説明する。【００１８】  まず、混合液槽２内に貯えられた水などの液体に第１ポンプ３から空気などの気体が送り込こまれ、混合液槽２内にて予め液体と気体とが仮りに混合された気液混合流体が作られる。【００１９】  次に、混合液槽２内の気液混合流体は第２ポンプ４���より吸引され、該ポンプ４の吐出口から吐出されることにより、気液混合流体は第３パイプ８を介して旋回式微細気泡発生器５内に圧入される。旋回式微細気泡発生器５内では、圧入された流体が混合され旋回流となって流体排出口５７から混合液槽２の液体内に噴出されて戻される。【００２０】  その場合、旋回式微細気泡発生器５の流体導入口５６から筒状部材５０内に導入された気液混合流体は、その多くが長寸側載頭円錐形の第２内周面５２のテーパ面により絞られ排出口のない第１端壁５４に向けて速度を高めながら旋回流となって進み、第１端壁５４によって筒状部材５０の半径方向中心部に向けられながら反転し、旋回速度をさらに高めながら筒状部材５０の中心部を通って第２端壁５５に向かい、流体排出口５７から外部へ排出される。特に、筒状部材５０の中心部を通って第２端壁５５に向かうとき、気液混合流体の旋回回転半径は第１端壁５４に向かうときに較べて小さくなるので、その流速はさらに高速となる。一方、残りの気液混合流体も短寸側載頭円錐形の第３内周面５３のテーパ面により第２端壁５５に向かって絞られ速度を高めながら旋回流となって進み、第２端壁５５によって筒状部材５０の半径方向中心部に向けられて、筒状部材５０の中心部を通って流体排出口５７に向かう多くの気液混合流体と合流して流体排出口５７から外部へ排出される。【００２１】  以上のように、流体導入口５６から筒状部材５０内に導入された気液混合流体は、第２内周面５２と第３内周面５３との各テーパ面により絞られて第１端壁５４と第２端壁５５に積極的に速度を高めながら旋回流となって進み、しかも、その後に筒状部材５０の中心部を通って旋回速度を高めながら第２端壁５５に向かう多くの気液混合流体に、直接第２端壁５５に向かった残りの気液混合流体が合流して、流体排出口５７から外部へ排出されるので、気液混合流体はその液体内に含まれる気体の混合力が大きくなり、その細分化がより効果的に行われてナノバルブを効率よく発生させることになる。【００２２】  また、第２内周面５２と第３内周面５３とにおける両テーパ面の角度をほぼ同一に形成し、かつ、第２内周面５２及び第３内周面５３におけるそれぞれ第１内周面５１側で各第２、第３内周面５２，５３のほぼ半分の長さ位置に、筒状部材５０内に送入された気液混合流体を積極的に旋回させながら第１端壁５４と第２端壁５５へ向かうように誘導する螺旋溝部５８，５９をそれぞれ形成しているので、第２、第３内周面のテーパ面構造と螺旋溝部５８，５９との組合せとが相俟って流体導入口５６から筒状部材５０内に導入された気液混合流体を、第２内周面５２及び第３内周面５３に対しバランスよくかつスムーズに旋回させながら第１端壁５４と第２端壁５５へ向かうように誘導することができ、しかもその流速をより高速化することができる。その結果、液体内に含まれる気体の混合力がより大きくなり、その細分化がさらに効果的に行われてナノバルブをより効率よく発生させることができる。【００２３】  図４及び図５は別の実施の形態を示すもので、先に説明した実施形態の第２ポンプ４と旋回式微細気泡発生器５との間に、さらに第２の旋回式微細気泡発生器５Ａを付設したものである。これによ��、第２ポンプ４から吐出された気液混合流体を複数の旋回式微細気泡発生器５，５Ａに通すことにより、液体内に含まれる気体混合の倍増化を図り、ナノレベルでの気泡をさらに効率よく発生させるようにしたものである。【００２４】  その場合、第２の旋回式微細気泡発生器５Ａの構造及び作用は、図５に示すように先の旋回式微細気泡発生器５と同様であるので、旋回式微細気泡発生器５と対応する箇所の符号のみを付しその具体的な説明については省略する。なお、図４においては、先の旋回式微細気泡発生器５よりも大型とした第２の旋回式微細気泡発生器５Ａを用いている。【００２５】  斯かる構成によれば、第２ポンプ４の吐出口から吐出された気液混合流体は、まず、第２の旋回式微細気泡発生器５Ａ内に圧入され、該発生器５Ａ内にて先の旋回式微細気泡発生器５と同様に高速状態で旋回混合されることによりナノレベルでの気泡化が行われる。次に、ナノレベルでの気泡化が行われ流体排出口５７Ａから排出される気液混合流体が、さらに第１の旋回式微細気泡発生器５内に圧入され、該発生器５内にて再度高速状態で旋回混合されることにより液体内に含まれる気体混合の倍増化が図られる。そして、このように再度ナノレベルでの気泡化が行われた気液混合流体が、流体排出口５７から混合液槽２に噴出されることになる。【００２６】  上記した実施の形態では、液体として水を用い、また気体として空気を用いたものについて説明したけれども、水以外の液体や空気以外の気体のものであっても適用できること勿論である。【００２７】  また、図２に示す旋回式微細気泡発生器では、第１内周面５１の内径ｄを第２内周面の長さＬよりもやや長く形成し、各テーパー面角θを３０°程度に設定したけれども、液体や気体の混合割合などにより、例えば第１内周面の内径ｄ１を第２内周面の長さＬ１よりもやや短く設定したり、或いは両テーパー面角θを２０°程度に設定したり、さらには各テーパー面角θを多少異なる角度に設定したりするようにしてもよい。なお、テーパー面角θを大きくし、第１内周面の内径（円周）に対し第２、第３内周面の最小部分の内径（円周）を小さくすればより旋回流速を高速化することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】  本発明に係る旋回式微細気泡発生器を備えた微細気泡発生装置の概略説明図である。
【図２】  旋回式微細気泡発生器の縦断面図である。
【図３】  同側面図である。
【図４】  二つの旋回式微細気泡発生器を備えた微細気泡発生装置の概略説明図である。
【図５】  第２の旋回式微細気泡発生器の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】  １              微細気泡発生装置
５              旋回式微細気泡発生器
５０            筒状部材
５１            第１内周面
５２            第２内周面
５３            第３内周面
５４            第１端壁
５５            第２端壁
５６            流体導入口
５７            流体排出口
５８            螺旋溝部
５９            螺旋溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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