(57)【要約】【課題】液体に混合する気体の量を精密に制御可能な気液混合圧送システムを提供する。【解決手段】気液混合流体を圧送する圧送ポンプ１０と、この圧送ポンプ１０の吸入側で液体に気体を混合する気体混合手段とを備え、この気体混合手段は、複数のソニックノズル４８１−４８４を並列に備え、いずれかのソニックノズル４８１−４８４を流通制限し、気体混合量を制御可能とした。【選択図】図１
2011011154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液混合流体を圧送する圧送ポンプと、
この圧送ポンプの吸入側で液体に気体を混合する気体混合手段とを備え、
前記気体混合手段は、複数のソニックノズルを並列に備え、いずれかのソニックノズルを流通制限し、気体混合量を制御可能としたことを特徴とする気液混合圧送システム。
【請求項２】
前記気体混合手段は、各ソニックノズルに対応して開閉弁を備え、いずれかの開閉弁を遮断して、対応するソニックノズルを流通制限し、気体混合量を制御することを特徴とする請求項１に記載の気液混合圧送システム。
【請求項３】
前記圧送ポンプの駆動を開始してから所定の間は、各前記開閉弁を遮断して気体の混合を停止することを特徴とする請求項２に記載の気液混合圧送システム。
【請求項４】
前記ソニックノズルに一定の圧力で気体を供給する一定圧力印加手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の気液混合圧送システム。
【請求項５】
前記一定圧力印加手段は、前記ソニックノズルの上流に設けられた圧縮機であることを特徴とする請求項４に記載の気液混合圧送システム。
【請求項６】
前記圧送ポンプに対し、気体を供給する気体供給手段をさらに備え、
前記圧送ポンプは、吸入した気液混合流体に、前記気体供給手段から供給された気体を混合した上で、気液混合流体を圧縮し、吐出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の気液混合圧送システム。
【請求項７】
前記圧送ポンプは、
軸ケースにピストン軸を往復駆動自在に収納し、
前記軸ケースを貫通した前記ピストン軸の一方の外端部にピストンを固着し、
前記ピストンを前記軸ケースに連結したシリンダー内に収容し、
前記シリンダー内で前記ピストンの外に向かう面側に第１ポンプ室を形成し、この第１ポンプ室に第１吸入口及び第１吐出口を設ける一方、前記ピストンの内に向かう面側に第２ポンプ室を形成し、この第２ポンプ室に第２吸入口及び第２吐出口を設け、
前記ピストンの往復駆動に応じて、第１ポンプ室での吸入動作及び第２ポンプ室での吐出動作と、第１ポンプ室での吐出動作及び第２ポンプ室での吸入動作とを交互に行うポンプであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の気液混合圧送システム。
【請求項８】
前記圧送ポンプによって吸入される気液混合流体が流通する気液吸入管を２つに分岐し、一方の管を前記第１吸入口に接続すると共に、他方の管を前記第２吸入口に接続し、
前記圧送ポンプから吐出される気液混合流体が流通する気液吐出管を２つに分岐し、一方の管を前記第１吐出口に接続すると共に、他方の管を前記第２吐出口に接続したことを特徴とする請求項７に記載の気液混合圧送システム。
【請求項９】
前記第１吸入口及び前記第２吸入口のうち、いずれか一方の吸入口に、前記圧送ポンプによって吸入される気液混合流体が流通する気液吸入管を接続し、前記一方の吸入口と対応する吐出口と他方の吸入口とを管接続し、前記他方の吸入口と対応する吐出口に、前記圧送ポンプから吐出される気液混合流体が流通する気液吐出管を接続したことを特徴とする請求項７に記載の気液混合圧送システム。
【請求項１０】
前記一方の吸入口と対応する吐出口と前記他方の吸入口とを接続する管にバブル発生装置を設けたことを特徴とする請求項９に記載の気液混合圧送システム。
【請求項１１】
前記ピストン軸が、前記ピストンから外側に向かって突出しないように、前記ピストン軸の外側の先端に前記ピストンを固着し、
前記第１吸入口に、前記気液吸入管を接続し、前記第１吐出口と前記第２吸入口とを管接続し、前記第２吐出口に前記気液吐出管を接続したことを特徴とする請求項９又は１０に記載の気液混合圧送システム。
【請求項１２】
前記第１ポンプ室及び前記第２ポンプ室のうち、いずれかの一方のポンプ室を気体を吸入して吐出する気体用ポンプ室として機能させ、他方のポンプ室を気液混合流体を吸入して吐出する気液用ポンプ室として機能させ、
気体用ポンプ室として機能させたポンプ室から吐出された空気を、気液用ポンプ室として機能させたポンプ室に吸入された気液混合流体に混合可能に構成したことを特徴とする請求項７に記載の気液混合圧送システム。
【請求項１３】
前記ピストン軸が、前記ピストンから外側へ突出しないように、前記ピストン軸の外側の先端に前記ピストンを固着し、
前記第２ポンプ室を気体用ポンプ室として機能させ、前記第１ポンプ室を気液用ポンプ室として機能させることを特徴とする請求項１２に記載の気液混合圧送システム。
【請求項１４】
前記圧送ポンプは、
軸ケースにピストン軸を往復駆動自在に収納し、
前記軸ケースを貫通した前記ピストン軸の両方の外端部のそれぞれにピストンを固着し、
前記ピストンのそれぞれを前記軸ケースに連結したシリンダーのそれぞれの内部に収容し、
前記シリンダーのそれぞれにて、それぞれの前記ピストンの外に向かう面側に第１ポンプ室を形成し、この第１ポンプ室に第１吸入口及び第１吐出口を設ける一方、前記ピストンの内に向かう面側に第２ポンプ室を形成し、この第２ポンプ室に第２吸入口及び第２吐出口を設け、
前記ピストンの往復駆動に応じて、
一方の前記シリンダーにおける第１ポンプ室での吸入動作及び第２ポンプ室での吐出動作、及び、他方の前記シリンダーにおける第１ポンプ室での吐出動作及び第２ポンプ室での吸入動作と、
一方の前記シリンダーにおける第１ポンプ室での吐出動作及び第２ポンプ室での吸入動作、及び、他方の前記シリンダーにおける第１ポンプ室での吸入動作及び第２ポンプ室での吐出動作と、
を交互に行うポンプであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の気液混合圧送システム。
【請求項１５】
前記ピストン軸を等速動力伝達機構にて駆動することを特徴とする請求項７ないし１４のいずれかに記載の気液混合圧送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液混合流体を圧送する気液混合圧送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体と液体とが混合した気液混合流体をポンプによって吸入し、吸入した気液混合流体を加圧、攪拌した上でポンプから吐出し、吐出した気液混合流体を抵抗器に流入させ、抵抗器にて気液混合流体に対しマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、マイクロバブル、さらには、マイクロバブルより微細なバブルである、マイクロナノバブル、ナノバブルについて説明する。
【０００３】
マイクロバブルには、３種類のマイクロバブルが存在するものと考えられる。
１方の種類のマイクロバブルは、タービンや遠心式ポンプ、あるいは、水動力計等、ブレードやインペラが高速回転する機器において、液体が撹拌されるせん断領域で発生するもので、所謂、キャビテーションと呼ばれる。以下、このような状況下で発生するマイクロバブルを「マイクロ負圧バブル」と区分する。この「マイクロ負圧バブル」は、基本として、溶存気体や液体の気化成分から成るため、時間経過に伴って消滅するが、この時に、バブルが占めていた空間が急激に消滅するため、下記の如く、バブル領域は、高温高圧と成る可能性が有る。
【０００４】
すなわち、キャビテーション由来のマイクロバブルの場合は、「マイクロ負圧バブル」を発生させた時の容積をＶｆ、その時の外周部圧力をＰｆ、温度をＴｆ、収縮した時の状態量を、Ｖｅ、Ｐｅ、Ｔｅ、そしてその過程をポリトロープ変化（ｎ＝ポリトロープ指数）とすると、次式の関係が成り立つ。
Ｐｅ＝（Ｖｆ／Ｖｅ）ｎ・Ｐｆ・・・・・・・・（Ａ）
Ｔｅ＝（Ｖｆ／Ｖｅ）ｎ−１・Ｔｆ・・・・・・・（Ｂ）
式中の「ｎ」は、単純に言えば、極めて短時間で「Ｖｆ→Ｖｅ」の変化が起これば、「ｎ＝１．４」の断熱変化となり、長い時間での「Ｖｆ→Ｖｅ」の変化の場合は「ｎ＝１」の等温変化と成る。式（Ａ）、（Ｂ）の中で、最も問題なのが「（Ｖｆ／Ｖｅ）」の値で、キャビテーションで生成された気泡｛マイクロ負圧バブル｝のように、これが消滅すると言う事は、「Ｖｆ」の大きさに関わらず、「(Ｖｆ／Ｖｅ)＝(Ｖｆ／０)→∞」と、無限大と成る傾向に有る。この結果、収縮する「マイクロ(ナノ)バブル」領域は、超高圧・超高温と成る可能性が有る。
なお、このような、微細気泡である「マイクロバブル」や更に微細な「ナノバブル」は、表面が帯電しており、圧壊すると大量のフリーラジカルが発生すると言われているが、これは「マイクロ負圧バブル」の種別と考えられる。
【０００５】
他方の種類のマイクロバブルは、大気圧近傍の圧力条件で、エジェクター（あるいは、アスピレーター）等を用いて気体を供給して発生させた「マイクロバブル」である。このマイクロバブルは、その内部に、正圧の当該気体を核としており、所謂、「マイクロ正圧バブル」と区分され、周囲液体への溶存を生じない限り、簡単に消滅する事は無いと同時に、寧ろ、気泡は緩やかに膨張して拡散すると考えられる。
更に高圧の液体中に分散した気泡は、周囲の高圧液体に圧縮されて存在しており、「マイクロ高圧バブル」と区分され、例えば、最新の自動車用ディーゼル・エンジンの燃料噴射圧力である、２００(ＭＰａ)の高圧下で生成された気泡は、噴射環境との圧力差で、噴射と同時に、気泡は音速で膨張し、周囲の液体を急激に分散させると考えられる。
【０００６】
次いで、マイクロバブルの効果について説明する。
地球環境には、微細物質として、例えば、家シロアリの腸内細菌＝〜１０(μｍ)、細菌＝０．５〜(μｍ)程度、マイコプラズマ＝０．１２５〜０．２５(μｍ)、リケッチア＝０．３〜０．５(μｍ))×０．３(μｍ)の小さな球桿菌、ウイルス＝０．０２〜０．３(μｍ)、サルモネラ＝０．５〜２(μｍ)、ブドウ球菌＝１(μｍ)、ピロリ菌＝４(μｍ)、結核菌＝２(μｍ)、クラジミア＝０．８(μｍ)等の微細物質が存在する。これを踏まえ、マイクロバブルが「１(μｍ)〜２０(ｎｍ)」の大きさに成ると、マイクロバブルは魚や植物等の生物に違和感無く体内に取り込まれる事となる。従って、マイクロバブルが酸素等の生態に有用な気体に由来する場合は、当該生態に有益な結果をもたらす。一方、エンジン等では、燃料中のスラッジ等の異物を除去するため、舶用ディーゼル・エンジンでは「≦５０(μｍ)」フィルターが、自動車用ガソリン・エンジンでは、「≦０．５(μｍ)」フィルターが最終フィルターとして使用されている。すなわち、通常は、燃料中の「空気」の存在は、摺動部の磨耗を促進させるが、このレベル以下の大きさの「気体」は、エンジン寿命への影響を与えないばかりか、寧ろ摩擦損失を低減する事が予測される（例えば、特許文献２参照）。この２つの意味で、液中の“気体の大きさ”は重要な要素である。なお、従来、「マイクロバブル」とは、発生時に気泡の直径が１０(μｍ)〜数十(μｍ)以下の微細な気泡の事を言い、発生後に、「マイクロバブル」は収縮して、「マイクロナノバブル」へと変化する事が有る、と考えられている。
【０００７】
ここで、「マイクロナノバブル」とは、気泡の直径が数百(ｎｍ)〜１０(μｍ)以下の微細な気泡の事を言う。「マイクロバブル」と「マイクロナノバブル」の相違は、その収縮速度に大きな違いが有るとされている。この原因は、上述したように、「マイクロバブル」の製造過程に起因し、「マイクロ負圧バブル」の場合は、作用時の圧力に関わらず消滅し、気体供給による「マイクロバブル」の場合は、基本的には、後述のように、生成時と作用時の圧力差が小さい場合は、「時間」には基本特性が影響されない事が特徴で、瞬間消滅する事はなく、寧ろ、膨張して拡散する。
なお、液中気泡を、細菌やウイルスの大きさと同じレベルの「〜≦１(μｍ)」の大きさに「マイクロ（ナノ）バブル」化する事は、当該物質を、生体に違和感無く、取り込ませ、有用気体の場合は、良い効果を与える。そして、この効果は、「ミリバブル」→「マイクロバブル」→「ナノバブル」に移行するにつれて、効果が大となると推測される。
【０００８】
さらに、マイクロバブルの他の効果について説明する。
例えば、浴槽内で、供給液体の効果によりエジェクターを用いて気泡発生する場合など、生成時圧力Ｐｆ（ＭＰａ（ａｂｓ））と作用時圧力Ｐｅ(ＭＰａ(ａｂｓ))の差が無い場合は、効果は限定的である。
しかし、通常、「マイクロ（ナノ）バブル」流体をポンプ圧送する関係から、「生成時圧力Ｐｆ（ＭＰａ（ａｂｓ））≧作用時圧力Ｐｅ（ＭＰａ（ａｂｓ））の関係に有る。すなわち、バブルの温度が同じ場合、生成時の容積をＶｆ(ｍ３)、作用時の容積をＶｅ（ｍ３）とすると、『(Ｖｅ／Ｖｆ)＝(Ｐｆ／Ｐｅ)』の関係に有る。通常の遠心式ポンプ（渦流ポンプ、カスケード・ポンプ等）の場合は、「Ｐｆ≧０．２（ＭＰａ（ａｂｓ））」程度で有るため、浴槽等の大気圧力下では、「Ｐｅ＝０．１（ＭＰａ（ａｂｓ））」のため、その膨張度は、『(Ｖｅ／Ｖｆ)＝(Ｐｆ／Ｐｅ)≒０．２／０．１＝２』程度に過ぎない。しかし、ディーゼル・エンジンやガソリン・エンジンの場合のように、燃料噴射圧力Ｐｆ（ＭＰａ（ａｂｓ））が高い場合は、仮に、「Ｐｆ＝２０（ＭＰａ（ａｂｓ））」とし、燃料噴射時の圧縮圧力を「Ｐｆ＝３．５（ＭＰａ（ａｂｓ））」とすると、『(Ｖｅ／Ｖｆ)＝(Ｐｆ／Ｐｅ)≒２０／３．５＝５．７』に増加し、噴射後に、液中気泡が音速で膨張し、噴射燃料の微細化（内部爆発）に貢献し、更には、ディーゼル・エンジンでは、噴射雰囲気が高温のため、燃料内部空気（酸化剤）が任意の値に有る場合、気泡内で内部着火して爆発を起こし、燃料の拡散を更に促進させる。同時に、燃料中に酸素を含有する燃料（＝ジメチルエーテル(慣用名:Dimethylether)等の含酸素燃料）と同じ効果により、燃料の完全燃焼に貢献し、排気煙の低減効果を招く。また、吸気管からの空気に対して、過給効果が期待されるため、燃焼改善により排気煙等の未燃成分の現象と燃焼温度の低下によるＮＯｘの低減も期待される。
【０００９】
ここで、生成時圧力Ｐｆ（ＭＰａ（ａｂｓ））と作用時圧力Ｐｅ（ＭＰａ（ａｂｓ））との圧力差が大きい場合は、前述の急激な膨張により、バブルが周囲液体を慣性効果で拡大し過ぎた場合は、気泡は自己収縮を起こすと予測される。キャビテーションで発生した気泡の場合は、収縮する場合、収縮後の容積が“ゼロ”近くなるため、当該領域は、高温と成り、衝撃波を発する。
但し、潅水や養殖場等での場合は、膨張と共に、周囲の液体に、「マイクロ(ナノ)バブル」化した気体の一部は、液体に溶解するとすれば、キャビテーション由来の「マイクロバブル」程の大きな効果は不可能で有るが、逆収縮により、気泡部分の温度が上昇し、酸素のような気体の場合は、殺菌作用の機能増加を招く事が有ることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１１７３６５号公報
【特許文献２】特開２００７−００９９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１のように、ポンプによって気液混合流体を吸入した後、圧縮して吐出し、ポンプから吐出された気液混合流体に上述したマイクロバブルを発生させた上で、供給先に供給するマイクロバブル発生装置では、液体の量に対する気体の量を供給先に応じて簡単、適切、かつ、精密に調整した上で、マイクロバブルを発生し、供給先に供給したいとするニーズがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、液体に混合する気体の量を、簡単且つ精密に制御可能な気液混合圧送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、気液混合流体を圧送する圧送ポンプと、この圧送ポンプの吸入側で液体に気体を混合する気体混合手段とを備え、前記気体混合手段は、複数のソニックノズルを並列に備え、いずれかのソニックノズルを流通制限し、気体混合量を制御可能としたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記気体混合手段は、各ソニックノズルに対応して開閉弁を備え、いずれかの開閉弁を遮断して、対応するソニックノズルを流通制限し、気体混合量を制御するようにしてもよい。
【００１４】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記圧送ポンプの駆動を開始してから所定の間は、各前記開閉弁を遮断して気体の混合を停止するようにしてもよい。
【００１５】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記ソニックノズルに一定の圧力で気体を供給する一定圧力印加手段を備えるようにしてもよい。
【００１６】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記一定圧力印加手段は、前記ソニックノズルの上流に設けられた圧縮機であるようにしてもよい。
【００１７】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記圧送ポンプに対し、気体を供給する気体供給手段をさらに備え、前記圧送ポンプは、吸入した気液混合流体に、前記気体供給手段から供給された気体を混合した上で、気液混合流体を圧縮し、吐出するようにしてもよい。
【００１８】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記圧送ポンプは、軸ケースにピストン軸を往復駆動自在に収納し、前記軸ケースを貫通した前記ピストン軸の一方の外端部にピストンを固着し、前記ピストンを前記軸ケースに連結したシリンダー内に収容し、前記シリンダー内で前記ピストンの外に向かう面側に第１ポンプ室を形成し、この第１ポンプ室に第１吸入口及び第１吐出口を設ける一方、前記ピストンの内に向かう面側に第２ポンプ室を形成し、この第２ポンプ室に第２吸入口及び第２吐出口を設け、前記ピストンの往復駆動に応じて、第１ポンプ室での吸入動作及び第２ポンプ室での吐出動作と、第１ポンプ室での吐出動作及び第２ポンプ室での吸入動作とを交互に行うポンプであるようにしてもよい。
【００１９】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記圧送ポンプによって吸入される気液混合流体が流通する気液吸入管を２つに分岐し、一方の管を前記第１吸入口に接続すると共に、他方の管を前記第２吸入口に接続し、前記圧送ポンプから吐出される気液混合流体が流通する気液吐出管を２つに分岐し、一方の管を前記第１吐出口に接続すると共に、他方の管を前記第２吐出口に接続したようにしてもよい。
【００２０】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記第１吸入口及び前記第２吸入口のうち、いずれか一方の吸入口に、前記圧送ポンプによって吸入される気液混合流体が流通する気液吸入管を接続し、前記一方の吸入口と対応する吐出口と他方の吸入口とを管接続し、前記他方の吸入口と対応する吐出口に、前記圧送ポンプから吐出される気液混合流体が流通する気液吐出管を接続したようにしてもよい。
【００２１】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記一方の吸入口と対応する吐出口と前記他方の吸入口とを接続する管にバブル発生装置を設けたようにしてもよい。
【００２２】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記ピストン軸が、前記ピストンから外側に向かって突出しないように、前記ピストン軸の外側の先端に前記ピストンを固着し、前記第１吸入口に、前記気液吸入管を接続し、前記第１吐出口と前記第２吸入口とを管接続し、前記第２吐出口に前記気液吐出管を接続したようにしてもよい。
【００２３】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記第１ポンプ室及び前記第２ポンプ室のうち、いずれかの一方のポンプ室で気体を吸入して吐出する気体用ポンプ室として機能させ、他方のポンプ室を気液混合流体を吸入して吐出する気液用ポンプ室として機能させ、気体用ポンプ室として機能させたポンプ室から吐出された空気を、気液用ポンプ室として機能させたポンプ室に吸入された気液混合流体に混合可能に構成したようにしてもよい。
【００２４】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記ピストン軸が、前記ピストンから外側へ突出しないように、前記ピストン軸の外側の先端に前記ピストンを固着し、前記第２ポンプ室を気体用ポンプ室として機能させ、前記第１ポンプ室を気液用ポンプ室として機能させるようにしてもよい。
【００２５】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記圧送ポンプは、軸ケースにピストン軸を往復駆動自在に収納し、前記軸ケースを貫通した前記ピストン軸の両方の外端部のそれぞれにピストンを固着し、前記ピストンのそれぞれを前記軸ケースに連結したシリンダーのそれぞれの内部に収容し、前記シリンダーのそれぞれにおいて、それぞれの前記ピストンの外に向かう面側に第１ポンプ室を形成し、この第１ポンプ室に第１吸入口及び第１吐出口を設ける一方、前記ピストンの内に向かう面側に第２ポンプ室を形成し、この第２ポンプ室に第２吸入口及び第２吐出口を設け、前記ピストンの往復駆動に応じて、一方の前記シリンダーにおける第１ポンプ室での吸入動作及び第２ポンプ室での吐出動作、及び、他方の前記シリンダーにおける第１ポンプ室での吐出動作及び第２ポンプ室での吸入動作と、一方の前記シリンダーにおける第１ポンプ室での吐出動作及び第２ポンプ室での吸入動作、及び、他方の前記シリンダーにおける第１ポンプ室での吸入動作及び第２ポンプ室での吐出動作と、を交互に行うポンプであるようにしてもよい。
【００２６】
また、上記発明の気液混合圧送システムにおいて、前記ピストン軸を等速動力伝達機構にて駆動するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、液体に混合する気体の量を精密に制御できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【図２】ソニックノズルの流量特性を示す図である。
【図３】ソニックノズルの流量特性を示す図である。
【図４】気体流量調整部において、気体を流通させるソニックノズルの組み合わせの一例を示す図である。
【図５】バブル発生装置の断面図である。
【図６】ミキシングエレメントの側面図である。
【図７】（Ａ）は、図３のＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ断面図であり、（Ｃ）は、図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】第２実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【図９】第３実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【図１０】第４実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【図１１】第５実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【図１２】第６実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【図１３】第７実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【図１４】第８実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【図１５】第９実施形態に係る気液混合圧送システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る気液混合圧送システム１の構成を示す図である。
図１に示すように、気液混合圧送システム１は、圧送ポンプ１０を備え、この圧送ポンプ１０の吸入口１１には気液吸入系１２が接続され、圧送ポンプ１０の吐出口１３には気液吐出系１４が接続されている。
【００３０】
気液吸入系１２は、気体吸入管１５と、液体吸入管１６と、を備えている。
気体吸入管１５には、フィルター部１７が設けられている。本実施形態では、フィルター部１７によって清浄化された外気が気体吸入管１５に導入される。なお、気体吸入管１５に、酸素、水素、メタン、ＣＮＧ、ＬＰＧ等、特定の気体を導入する場合は、気体吸入管１５にこの特定の気体を貯留するボンベ等が設けられる。
気体吸入管１５において、フィルター部１７の下流側には、気体吸入管１５を流通する気体の流量を調整するための気体流量調整部２０（詳細は後述）が接続されている。この気体流量調整部２０の下流側には、気体吸入管１５を流通する気体の逆流を防止する逆止弁２１が接続されている。
一方、液体吸入管１６は、水やガソリン等の所定の液体の供給源たる液体供給源２２に接続されている。
【００３１】
気体吸入管１５と、液体吸入管１６とは、連結部２３において連結されており、この連結部２３には、気液吸入管２４の一端が接続されている。この気液吸入管２４の他端は、圧送ポンプ１０の吸入口１１に接続されている。
圧送ポンプ１０の駆動時は、圧送ポンプ１０の負圧によって、フィルター部１７を介して気体吸入管１５に導入された空気が気体流量調整部２０において流量調整された後、連結部２３を介して気液吸入管２４に流入すると共に、液体供給源２２から液体吸入管１６に導入された液体が連結部２３を介して気液吸入管２４に流入する。そして、気液吸入管２４においてこれら気体と液体とが混合されて気液混合流体が生成され、生成された気液混合流体が吸入口１１を介して圧送ポンプ１０に吸入される。
【００３２】
圧送ポンプ１０は、ベーン式回転ポンプであり、吸入口１１から吸入した気液混合流体を圧縮した上で、吐出口１３から吐出する。なお、圧送ポンプ１０は、容積型ポンプであればよく、ベーン式回転ポンプ以外のポンプを適用可能である。このように、本実施形態では、圧送ポンプ１０が容積型ポンプであるため、圧送ポンプ１０から非常に強い吐出圧力によって気液混合流体を吐出することができる。
【００３３】
圧送ポンプ１０の吐出口１３には、気液吐出管２６の一端が接続されている。
気液吐出管２６において、吐出口１３の下流には、気液吐出管２６を流通する気液の逆流を防止する逆止弁２７が接続されている。なお、本実施形態に係る圧送ポンプ１０のように、回転式の容積型ポンプは、吸入弁及び吐出弁を持たない構造のため、圧送ポンプ１０停止時の逆流防止のために、逆止弁２７が設けられるが、吸入弁及び吐出弁が装備された往復動ポンプの場合は、逆止弁２７は必須ではない。
【００３４】
気液吐出管２６において、逆止弁２７の下流には、バブル発生装置２８が接続されている。このバブル発生装置２８は、気液混合流体内にマイクロバブルや、ナノバブルを発生する装置である。バブル発生装置２８の下流には、圧力調整弁２９が設けられている。
圧送ポンプ１０の駆動時は、圧送ポンプ１０の吐出口１３から吐出された気液混合流体が、逆止弁２７を介して、バブル発生装置２８に流入する。そして、このバブル発生装置２８によって気液混合流体中にマイクロバブルやナノバブルが発生された後、圧力調整弁２９によって圧力が調整され、供給先へ供給される。
【００３５】
次いで、気体流量調整部２０について説明する。
なお、本実施形態では、気体流量調整部２０が、圧送ポンプ１０と協働して、気体混合手段として機能する。
気体流量調整部２０は、気体吸入管１５を流通する気体の流量を調整する部位であり、気体吸入管１５に対し複数（本実施形態では４個）のソニックノズル４８（ソニックノズル４８１−４８４）が並列に接続されている。そして、これらソニックノズル４８１−４８４のそれぞれの下流には、電磁弁４９（電磁弁４９１−電磁弁４９４）（開閉弁）がそれぞれ設けられている。各電磁弁４９は、図示せぬ制御部によってその開閉が制御される。なお、電磁弁４９の代わりに、マニュアル切替可能な、機械的な開閉弁を用いても良い。圧送ポンプ１０の駆動時において、電磁弁４９が開状態の場合、当該電磁弁４９と対応するソニックノズル４８を気体が流通する一方、電磁弁４９が閉状態の場合、当該電磁弁４９と対応するソニックノズル４８における気体の流通が停止される。
【００３６】
ソニックノズル４８は、ソニックノズル４８から流出する気体の流量が一定となるように断面積が設定されたノズル本体５０を備え、ソニックノズル４８内を通る気体の流速を音速に制御することにより、当該気体の流量を一定の流量に制御する。ソニックノズル４８として、例えば、特開平６−２０１４１７号公報に記載のものを用いることができる。ソニックノズル４８は、「気体流量の二次較正原器」として知られており、下記の（式１）に示すように、ソニックノズル４８を通る臨界流量Ｑｃは、気体の種類とソニックノズル４８の上流側の条件が同一ならば、「ノズル最小断面積Ａとノズル部気体温度Ｔｓの平方根」により、一義的に決定される。
（式１）・・・Ｑｃ＝ψ・Ａ・（ρＳ／ρ０）・（ｋ・ｇ・Ｒ・Ｔｓ）０．５（ただし、ψ＝流量係数、Ａ＝ノズル部の最小断面積、（ρＳ／ρ０）＝流量計測時／較正試験時気体の密度比、ｋ＝比熱比、ｇ＝重力加速度、Ｒ＝一般ガス定数、Ｔｓ＝スロート部流体温度（＝ソニックノズル４８の上流側の温度））。
【００３７】
図２は、気体流量Ｑｇ＝約１．７リットル／ｍｉｎを与えるソニックノズル４８の流量特性を示す図であり、横軸にソニックノズル４８の出口圧力と入口圧力との圧力比（入口圧力／出口圧力）、縦軸にソニックノズル４８の気体流量をとっている。図３は、気体流量Ｑｇ＝約２．７リットル／ｍｉｎを与えるソニックノズル４８の流量特性を示す図である。
図２及び図３に示すように、１．７リットル／ｍｉｎと２．７リットル／ｍｉｎのいずれの気体流量Ｑｇを与えるソニックノズル４８であっても、「入口圧力／出口圧力≧２」付近から、ソニックノズル４８の気体流量が一定となる。本実施形態では、「入口圧力／出口圧力≧２」を成立させる圧送ポンプ１０の吸引圧力の条件は、「吸引圧力≦５０（ｋＰａ）」であり、吸引圧力について当該条件が成立する場合、圧送ポンプ１０の駆動条件にかかわらず、気体流量が略一定となる。特に、容積型ポンプたる圧送ポンプ１０では、液体吸入管１６において極端に液体の流量を絞ることが無ければ、液体吸入管１６から気液吸入管２４を経て圧送ポンプ１０に至る液体の流量Ｑｆ（リットル／ｍｉｎ）が一定となるため、圧送ポンプ１０駆動時における「気液混合割合＝Ｑｇ／Ｑｆ」もほぼ一定に制御可能となる。
【００３８】
さらに、ソニックノズル４８について、所望の気体流量を与えるような形状となるように精密加工すれば、圧送ポンプ１０の駆動時の負圧を利用してソニックノズル４８の気体流量を一定とすることができる。従って、気体の流量調整の部材として、ソニックノズル４８を適用することにより、比較的高価な流量センサーや流量制御機器を用いることなく、気体流量を制御することができ、コストの削減、メンテナンス性の向上を図ることができる。
さらに、圧送ポンプ１０の吸入動作に対応して、液体の吸入、及び、気体の吸入が行われる。このため、吸入速度が遅く、液体流量が少ない場合（往復動ポンプにおいては、ピストンの上下死点付近、回転式ポンプにおいては、吸入始め、吸入終わり時期）、圧送ポンプ１０による負圧も小さいため、ソニックノズル４８を介して流入する気体流量も小さくなる。これにより、液体流量に比して気体流量が過剰に供給されることがなく、液体流量に比例した「気体流量の自動制御」が可能である。
【００３９】
上述したように、ソニックノズル４８単体では、非常に精密に気体流量を一定とすることができるものの、ソニックノズル４８単体の気体流量自体は変更することができない。従って、従来は、例えば、気体吸入管１５に流量調整弁を設け、当該流量調整弁によって気体流量を制御していた。
これを踏まえ、本実施形態では、気体流量調整部２０の４つのソニックノズル４８１−４８４について、４つのソニックノズル４８１−４８４の中から気体を流通させるソニックノズル４８を選択的に組み合わせることができるように構成した。これにより、気体を流通させるソニックノズル４８を適切に組み合わせて、多数の気体流量の中から任意の気体流量に気体流量調整部２０の気体流量を制御可能とした。
【００４０】
具体的には、本実施形態では、ソニックノズル４８１−４８４の気体流量がそれぞれ異なっている。なお、「ソニックノズル４８の気体流量」とは、上述した入口圧力／出口圧力が所定の値を上回り、気体流量が安定したときの気体流量のことである。
すなわち、ソニックノズル４８１の気体流量はａリットル／ｍｉｎであり、ソニックノズル４８２の気体流量はソニックノズル４８１の２倍の２ａリットル／ｍｉｎであり、ソニックノズル４８３の気体流量はソニックノズル４８１の４倍の４ａリットル／ｍｉｎであり、ソニックノズル４８４の気体流量はソニックノズル４８１の８倍の８ａリットル／ｍｉｎである。
そして、電磁弁４９１−４９４の開閉を制御することにより、ソニックノズル４８１−４８４の中から気体を流通させるソニックノズル４８を選択的に組み合わせ、気体流量調整部２０によって所望の気体流量を実現する。
【００４１】
図４は、気体流量調整部２０において、気体を流通させるソニックノズル４８の組み合わせの一例を示す図である。
本実施形態では、気体を流通させるソニックノズル４８１−４８４を組み合わせることによって、気体流量調整部２０によって、図４の「レコード４」に係るレコードの「設定可能ノズル流量」フィールドが示すように、以下の１５種類の気体流量を実現可能である。
【００４２】
１．ａリットル／ｍｉｎ。すなわち、ソニックノズル４８１のみについて気体が流通するようにすることにより、ａリットル／ｍｉｎの気体流量を実現することができる。ソニックノズル４８１のみについて気体が流通するようにするためには、電磁弁４９１を開状態とする一方、電磁弁４９２−４９４を閉状態とする。以下も同様である。
２．２ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８２のみについて気体が流通するようにすることにより実現される。
３．４ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８３のみについて気体が流通するようにすることにより実現される。
４．８ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８４のみについて気体が流通するようにすることにより実現される。
５．３ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８１及びソニックノズル４８２について気体が流通するようにすることにより実現される。
６．５ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８１及びソニックノズル４８３について気体が流通するようにすることにより実現される。
７．９ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８１及びソニックノズル４８４について気体が流通するようにすることにより実現される。
８．６ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８１及びソニックノズル４８３について気体が流通するようにすることにより実現される。
９．１０ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８２及びソニックノズル４８４について気体が流通するようにすることにより実現される。
１０．１２ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８３及びソニックノズル４８４について気体が流通するようにすることにより実現される。
１１．７ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８１、ソニックノズル４８２及びソニックノズル４８３について気体が流通するようにすることにより実現される。
１２．１１ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８１、ソニックノズル４８２及びソニックノズル４８４について気体が流通するようにすることにより実現される。
１３．１３ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８１、ソニックノズル４８３及びソニックノズル４８４について気体が流通するようにすることにより実現される。
１４．１４ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８２、ソニックノズル４８３及びソニックノズル４８４について気体が流通するようにすることにより実現される。
１５．１５ａリットル／ｍｉｎ。ソニックノズル４８１、ソニックノズル４８２、ソニックノズル４８３及びソニックノズル４８４について気体が流通するようにすることにより実現される。
【００４３】
このように、本実施形態では、気体吸入管１５に複数のソニックノズル４８１−４８４を並列に接続した上で、気体を流通させるソニックノズル４８を選択可能に構成している。ここで、ソニックノズル４８単体は、非常に精密に一定の気体流量を実現可能であるため、複数のソニックノズル４８１−４８４の中から気体を流通させるソニックノズル４８を選択的に組み合わせることにより、幅広い範囲で、精密に気体流量を制御することができる。さらに、ソニックノズル４８を用いた気体流量調整部２０によって気体流量を調整しているため、簡単に、気体流量を調整することができる。
なお、図４に示すように、ソニックノズル４８の台数は４台に限らない。例えば、２台のソニックノズル４８の場合は、３種類の気体流量を実現可能であり、また、３台のソニックノズル４８の場合は、７種類の気体流量を実現可能である。ただし、１台のソニックノズル４８の場合は、その内径に対応した気体流量の発生のみとなるため、使用する圧送ポンプ１０の容量に応じて、最適なソニックノズル４８を選定することが重要である。
なお、圧送ポンプ１０の種類によっては、気液混合流体を吸入するにあたり、気液混合流体における液体に対する気体の量がある一定の範囲にある場合に、気液混合流体を正常に吸入できる場合がある。これを踏まえ、本実施形態のように圧送ポンプ１０の吸入側に気体流量調整部２０を設けることにより、気液混合流体における液体に対する気体の量をある一定の範囲内にすることが確実に可能となり、圧送ポンプ１０の正常な吸入を確実に実現できる。このことは、他の実施形態についても同様である。
【００４４】
なお、本実施形態では、圧送ポンプ１０の駆動初期において、圧送ポンプ１０内部に空気が充填されている状況下では、制御部の制御の下、全ての電磁弁４９１−４９４が閉状態とされ、圧送ポンプ１０内に過剰に空気が吸入されることが防止される。そして、圧送ポンプ１０が駆動してから所定の時間が経過し、圧送ポンプ１０内部が液体で満たされて初めて、制御部の制御の下、適切な電磁弁４９が開状態となり、液体と気体との混合が開始される。
【００４５】
また、一般に、「バーナー」や「ガス・タービン」、あるいは、「ガソリン・エンジン」や「ディーゼル・エンジン」等の燃焼器に、気液混合圧送システム１を適用する場合は、液体（燃料）を完全燃焼するためには、液体流量Ｖｆに対する気体流量Ｖｇは、理論空燃比を１５、空気の比重量を１．２９×１０−３（ｋｇ/ｍ３)とすると、「(Ｖｇ／Ｖｆ)＝(１５／１．２９×１０−３)／(１／０．９)≒１０４６５（比重；ガソリン≒０．７５、灯油≒０．７９、重油≒０．８６〜０．９３）」が必要であり、「マイクロ（ナノ）バブル」空気による燃料の分散効果の観点からも、(Ｖｇ／Ｖｆ)が大きいほど、すなわち、上述した気液混合割合（Ｑｇ／Ｑｆ）が大で有るほど、優れる。このため、供給すべき気体の気体流量は大きい程よいが、この結果、圧送ポンプ１０の液体吐出能力を低下させるため、実稼動時の（Ｑｇ／Ｑｆ）は、精々、「（Ｑｇ／Ｑｆ）≦０．５」程度とすることが望ましい。
【００４６】
次いで、バブル発生装置２８について説明する。
図５は、バブル発生装置２８の縦断面図である。図６は、バブル発生装置２８が備えるミキシングエレメント３１の側面図である。図７（Ａ）は、図６のＡ−Ａ断面図であり、図７（Ｂ）は、図６のＢ−Ｂ断面図であり、図７（Ｃ）は、図６のＣ−Ｃ断面図である。
図５において、バブル発生装置２８は、管体３２を備え、この管体３２の両端には気液吐出管２６接続用に雌ネジ部３３、３３が形成されている。この管体３２の内周には環状座部３４が一体的に形成され、この環状座部３４に位置決めされて、管体３２の流路３５内には３個のミキシングエレメント３１が順に収納されている。
【００４７】
このミキシングエレメント３１は、図６に示すように、鍔部３７と筒部３８とを一体的に有する部材であり、この鍔部３７の外周部は管体３２の内周部に嵌め合されている。また、ミキシングエレメント３１の間には該エレメント２の間隔を規制するスリーブ３９が介装されており、このスリーブ３９の外周部は管体３２の内周部に嵌め合されている。ミキシングエレメント３１は、その外周部に、上流側に連通する入口室４０を有している。この例では、管体３２の内周部またはスリーブ３９の内周部と、筒部３８の外周部との間に環状の入口室４０が形成されている。また、このミキシングエレメント３１は、その内周部に、下流側に連通する出口室４１を有している。この例では、筒部３８の内側に断面円形の出口室４１が穿設されている。
【００４８】
図６に示すように、ミキシングエレメント３１の筒部３８の周壁部には、軸方向に間隔をあけて、入口室４０と出口室４１とを連通する３列の第１連通孔４３、第２連通孔４４、第３連通孔４５が穿設されている。
各列の第１連通孔４３、第２連通孔４４、第３連通孔４５のうち最上流側の第１連通孔４３は、図７（Ａ）に示すように、内周円４６のほぼ接線方向に沿って穿孔されている。一方、最下流側の第３連通孔４５は、図７（Ｃ）に示すように、内周円４６のほぼ接線方向に沿って、しかも第１連通孔４３とほぼ逆向きに穿孔されている。また、第１連通孔４３と、第３連通孔４５との中間に位置する第２連通孔４４は、図７（Ｂ）に示すように、内周円４６のほぼ半径方向に沿って穿孔されている。
【００４９】
次いで、バブル発生装置２８の動作について説明する。
バブル発生装置２８には、圧送ポンプ１０から吐出された気液混合流体が流入する。バブル発生装置２８に流入した気液混合流体は、バブル発生装置２８のミキシングエレメント３１において、第１連通孔４３、第２連通孔４４、第３連通孔４５を通って出口室４１に排出されるが、その過程で気液混合流体の撹拌、拡散、混合がなされる。具体的には、最上流側の第１連通孔４３を通して出口室４１に排出される流体は、流路３５内の流れに直交する垂直面内にて、図７（Ａ）に示すように、図中で時計方向に第１方向旋回力を受け、先ずこの過程で充分に撹拌される。次に、第２連通孔４４を通った流体は、第４（Ｂ）に示すように、内周円４６の半径方向に噴出され、上流側で充分に撹拌されて流れてくる流体に衝突し、拡散混合される。最下流側の第３連通孔４５を通った流体は、図７（Ｃ）に示すように、図中で反時計方向に第２方向旋回力を受け、この過程で充分に撹拌されるとともに、この流れは、出口室４１内で上流側の第１方向旋回力を受けた流れに衝突して、この第１方向旋回力を打ち消すように作用する。このようにして、気液混合流体の撹拌、拡散、混合がなされる。
【００５０】
さらに、バブル発生装置２８に流入した気液混合流体は、３列の第１連通孔４３、第２連通孔４４、第３連通孔４５を通るように細かく、かつ、多数に、分割されるが、この分割されるときに働くせん断力に応じて、マイクロバブルやナノバブルが発生する。
本実施形態では、第１連通孔４３、第２連通孔４４、第３連通孔４５によって気液混合流体が細かく、かつ、多数に分割されるため、確実、かつ、効率的に、マイクロバブルやナノバブルが発生される。
さらに、本実施形態では、圧送ポンプ１０が容積型ポンプであり、非常に強い吐出圧力で圧送ポンプ１０から気液混合流体が吐出される。このため、バブル発生装置２８に対し、強い圧力で気液混合流体を流入させることが可能である。従って、各ミキシングエレメント３１に形成された第１連通孔４３、第２連通孔４４、第３連通孔４５に気液混合流体を通過させて、気液混合流体中にマイクロバブルやナノバブルを確実に発生することができる。つまり、本実施形態に係る気液混合圧送システム１では、圧送ポンプ１０とバブル発生装置２８との組み合わせによって、気液混合流体中にマイクロバブルやナノバブルを確実に発生することができる。このため、バブルを発生させる機能をポンプに持たせる必要が無い。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態では、気液混合流体を圧送する圧送ポンプ１０を備え、この圧送ポンプ１０の吸入側で液体に気体が混合される。そして、気体流量調整部２０において、気体吸入管１５に対して複数のソニックノズル４８が並列に設けられ、いずれかのソニックノズル４８を流通制限することにより、液体に対する気体の混合量を制御する。
この構成によれば、いずれかのソニックノズル４８を流通制限することにより、気体吸入管１５を流通する空気の量を精密に制御可能となる。
【００５２】
また、本実施形態では、各ソニックノズル４８に対応して、電磁弁４９が設けられている。そして、電磁弁４９の開閉を制御することにより、ソニックノズル４８の流通制限が行われる。
この構成によれば、電磁弁４９を用いて、確実にソニックノズル４８の流通制限が可能となる。マニュアル制御の場合は、電磁弁の代わりに、開閉弁であっても良い〔不図示〕。
【００５３】
また、本実施形態では、圧送ポンプ１０の駆動初期において、圧送ポンプ１０内部に空気が充填されている状況下では、制御部の制御の下、全ての電磁弁４９１−４９４が閉状態とされ、圧送ポンプ１０内に過剰に空気が吸入されることが防止される。そして、圧送ポンプ１０が駆動してから所定の時間が経過し、圧送ポンプ１０内部が液体で満たされて初めて、制御部の制御の下、適切な電磁弁４９が開状態となり、液体と気体との混合が開始される。
【００５４】
＜第２実施形態＞
次いで、第２実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｂの構成を示す図である。
なお、本実施形態において、上述した実施形態における構成要素と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｂは、以下の点で第１実施形態に係る気液混合圧送システム１と異なっている。
すなわち、液体吸入管１６において、液体供給源２２の下流側には、液体吸入管１６を流通する液体の流量を絞る絞り部５２が設けられている。この絞り部５２の下流には、絞り部５２を通過した後における液体の圧力を検出する液体圧力センサー５３と、この液体圧力センサー５３によって検出された液体の圧力を明示的に表示する液体圧力表示計５４とが設けられている。
【００５５】
また、本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｂは、自吸性能を有するポンプ（いわゆる、容積型ポンプに区分される型式のポンプ）であり、具体的には、ルーツポンプである。なお、圧送ポンプ１０ｂに、第１実施形態に係る圧送ポンプ１０と同様のベーン式回転ポンプや、ルーツポンプ以外の回転式様式型ポンプ、ダイアフラム・ポンプ、プランジャー・ポンプ等の一般の「往復動ポンプ」、あるいは、後述する直動式ポンプ等を用いてもよい。これらのポンプを用いることにより、非常に高い吐出圧力で、圧送ポンプ１０ｂから気液混合流体を吐出させることができると共に、バブル発生装置２８と組み合わせることによってマイクロバブルやナノバブルを発生させることができる。
【００５６】
次いで、気液混合圧送システム１ｂの動作について説明する。
まず、液体圧力センサー５３の検出値に基づいて、絞り部５２を制御することによって、圧送ポンプ１０の吸入終わり時における気液混合流体の内圧が、僅かに、大気圧（＝液体の飽和蒸気圧力）以下となるようにして、上述した「マイクロ負圧バブル」を生成させる。この状態にした上で、圧送ポンプ１０ｂによって、気液混合流体を圧縮し、吐出させ、吐出した気液混合流体をバブル発生装置２８に流入させる。これにより、気液混合流体中に含まれる「気泡」を急激に、収縮・消滅させる。このような動作により、特に、マイクロバブルやナノバブルの消滅効果による殺菌効果の増大を図ることができる。
特に、気体流量調整部２０によって液体の量に対する気体の量を精密に調整した上で、上述した動作を実行可能であるため、マイクロ負圧バブルの量、状態を調整した状態でマイクロ負圧バブルの生成が可能となる。
【００５７】
＜第３実施形態＞
次いで、第３実施形態について説明する。
図９は、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｃの構成を示す図である。
なお、本実施形態において、上述した実施形態における構成要素と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｃは、以下の点で第１実施形態に係る気液混合圧送システム１と異なっている。
すなわち、液体吸入管１６にフィードポンプ５６が設けられている。このフィードポンプ５６は、圧送ポンプ１０ｃの吸入圧損を補うために設けられるポンプであり、例えば、タンク等の液体供給源２２と、圧送ポンプ１０ｃとの距離が遠い場合や、液体吸入管１６を流通する液体の粘度が高い場合等に設けられる。フィードポンプ５６の下流には、フィードポンプ５６により吐出された後における液体の圧力を検出する液体圧力センサー５３ｃと、この液体圧力センサー５３ｃによって検出された液体の圧力を明示的に表示する液体圧力表示計５４ｃとが設けられている。
また、気体吸入管１５において、フィルター部１７の上流側には、圧縮機５７と、この圧縮機５７を駆動するためのモーター５８が設けられている。さらに、気体吸入管１５において、フィルター部１７の下流側には、気体流量調整部２０の上流側の気体の圧力、すなわち、ソニックノズル４８の入口圧力を検出するための気体圧力センサー５９と、この気体圧力センサー５９によって検出された気体の圧力を明示的に表示する気体圧力表示計６９とが設けられている。
また、本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｃは、往復動ポンプである。
【００５８】
次いで、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｃの動作について説明する。
本実施形態では、ソニックノズル４８の上流側に圧縮機５７を設け、この圧縮機５７によってソニックノズル４８に対して一定圧力ＰＳを印加することにより、ソニックノズル４８の入口圧力を、フィードポンプ５６の圧送能力の圧力以上とする。
【００５９】
ここで、「ρＳ／ρ０＝（ＰＳ／Ｐ０）・（Ｔ０／ＴＳ）」（ただし、ＰＳ＝圧縮機５７が存在する場合における入口圧力、Ｐ０＝圧縮機５７が存在しない場合における入口圧力、Ｔ０＝圧縮機５７が存在しない場合におけるソニックノズル４８の入口温度、ＴＳ＝圧縮機５７が存在する場合におけるソニックノズル４８の入口温度）であるため、これを上述した（式１）に代入して、下記の（式２）を得る。
（式１）・・・Ｑｃ＝ψ・Ａ・（ρＳ／ρ０）・（ｋ・ｇ・Ｒ・Ｔｓ）０．５
（式２）・・・Ｑｃ＝ψ・Ａ・（ＰＳ／Ｐ０）・（Ｔ０／ＴＳ）・（ｋ・ｇ・Ｒ・Ｔｓ）０．５
すなわち、ソニックノズル４８を流れる流量Ｑｃは、入口温度ＴＳ等の他の条件が固定ならば、「ＰＳ」に一義的に比例するが、当該「ＰＳ」で一定圧力制御を行なえば、「ＰＳ」の増加により「Ｑｃ」が増加するものの、気体流量を一定とすることが可能であることが分かる。
すなわち、「ＰＳ＝Ｐ０＝大気圧」で、「ＰＳ」の増加に関わらず、「ＴＳ＝Ｔ０」の場合の「Ｑｃ」にサフィックス“０”を付けて、「Ｑｃ０」とすると、「ＰＳ」時の流量Ｑｃは、
（式３）・・・Ｑｃ＝Ｐｓ・Ｑｃ０
で表され、基本のソニックノズル４８の流量「Ｑｃ０」と「ＰＳ」の管理により、気体流量の制御を行なうことが可能である。
【００６０】
これを踏まえ、本実施形態では、圧縮機５７を駆動させることにより、ソニックノズル４８に対し、フィードポンプ５６の圧送能力の圧力以上の一定の圧力で気体を供給し、ソニックノズル４８の気体流量を一定に維持する。これにより、より精密な気体流量の制御が可能となる。
【００６１】
＜第４実施形態＞
次いで、第４実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｄの構成を示す図である。
なお、本実施形態において、上述した実施形態における構成要素と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｄは、以下の点で第１実施形態に係る気液混合圧送システム１と異なっている。
すなわち、液体吸入管１６において、液体供給源２２の下流には、第２実施形態と同様、絞り部５２が設けられ、この絞り部５２の下流には、液体圧力センサー５３及び液体圧力表示計５４が設けられている。
【００６２】
また、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｄは、圧送ポンプ１０ｄに気体供給系６０が接続されている。気体供給系６０は、気体供給管６１を備え、この気体供給管６１には、圧縮機６２が接続されており、この圧縮機６２には、圧縮機６２を駆動するためのモーター６３が接続されている。気体供給管６１において、圧縮機６２の下流側には、フィルター部６４が設けられ、このフィルター部６４の下流には、気体圧力センサー６５が設けられている。気体圧力センサー６５には、気体圧力センサー６５によって検出された気体の圧力を明示的に表示する気体圧力表示計６６が接続されている。気体圧力センサー６５の下流には、気体供給管６１を流通する気体の流通を制御する電磁弁６７が設けられている。
この気体供給系６０は、圧縮機６２の駆動によって、圧送ポンプ１０ｄに対し気体を供給することにより、気液吸入管２４から圧送ポンプ１０ｄに吸入される気液混合流体に、さらに気体を混合する。この気体供給系６０により、圧送ポンプ１０ｄから吐出される気液混合流体について、液体の量に対する気体の量を確実、かつ、大幅に増大することができる。
【００６３】
次いで、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｄの動作について説明する。
圧送ポンプ１０ｄの駆動に伴って、気液吸入管２４から圧送ポンプ１０ｄに気液混合流体が吸入される。これと同時に、モーター６３によって圧縮機６２が駆動し、気体供給管６１から圧送ポンプ１０ｄに対し気体が供給される。そして、圧送ポンプ１０ｄにおいて、気液混合流体に対し気体供給管６１からさらに気体が混合された上で、気液混合流体が圧縮され、吐出される。このように動作するため、圧送ポンプ１０ｄから吐出される気液混合流体について、液体の量に対する気体の量を非常に高くすることが可能となる。これにより、バブル発生装置２８によってバブルが発生された気液混合流体についても、気体混合量の多い気液混合流体となる。
液体の量に対する気体の量を非常に高く求められる場合において、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｄを用いれば、より好適に上記要求を実現することができる。
【００６４】
＜第５実施形態＞
次いで、第５実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｅの構成を示す図である。
なお、本実施形態において、上述した実施形態における構成要素と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｅは、ピストン軸７０を収納した軸ケース７１を備え、この軸ケース７１は端壁７２、７３を備えている。軸ケース７１の内部において端壁７２、７３によって囲まれた空間には気密室７４が形成されている。
各端壁７２、７３には、各々ベアリング７５、７６が配置され、一対のベアリング７５、７６にはピストン軸７０が回転自在、かつ軸ケース７１内を往復動自在に支持されている。軸ケース７１の端壁７２を貫通したピストン軸７０の外端部には、ピストン固定ネジ９８によってピストン７７が固着されており、このピストン７７は、軸ケース７１の端壁７２側に連結されたシリンダー７９内に摺動自在に収容されている。ピストン７７の外周には、ピストンリング１０５が嵌め込まれており、このピストンリング１０５によって、ピストン７７の外周と、シリンダー７９の内周との間隙が閉塞されている。
【００６５】
シリンダー７９は、シリンダーヘッド８０によって閉塞されており、このシリンダーヘッド８０の頭頂部には、圧力連通孔８７が形成されている。シリンダーヘッド８０においてピストン軸７０が貫通する貫通孔には、Ｏ−リング９３が設けられ、同様に、シリンダー７９のシリンダーヘッド８０と逆側に設けられた端壁９４においてピストン軸７０が貫通する貫通孔には、Ｏ−リング９５が設けられており、これらＯ−リング９３、９５によってシリンダー７９の内部の気密性が確保されている。
また、軸ケース７１の端壁７３側には、ピストン軸カバー８６が設けられている。このピストン軸カバー８６の頭頂部には、圧力連通孔８８が形成されている。
【００６６】
シリンダー７９の外周のシリンダーヘッド８０側（図１１中左側）の端部には、第１吸入口８１が設けられ、この第１吸入口８１に対応して第１吐出口８２が設けられている。これら第１吸入口８１及び第１吐出口８２には、各々ばねで付勢された第１吸入弁体８３及び第１吐出弁体８４が設けられている。第１吸入弁体８３は、第１ポンプ室１００が、後述する膨張・吸入工程にあり、所定の負圧が加わった場合に、ばねの付勢に抗して変動する。一方、第１吐出弁体８４は、第１ポンプ室１００が、後述する圧縮・吐出工程にあり、所定の圧が加わった場合に、ばねの付勢に抗して変動する。
一方、シリンダー７９の外周のピストン軸カバー８６側（図１１中右側）の端部には、第２吸入口９０が設けられ、この第２吸入口９０に対応して第２吐出口９１が設けられている。これら第２吸入口９０及び第２吐出口９１には、各々ばねで付勢された第２吸入弁体９６及び第２吐出弁体９７が設けられている。
また、シリンダー７９において、ピストン７７のシリンダーヘッド８０側の面側（外に向かう面側）には第１ポンプ室１００が形成され、ピストン７７のピストン軸７０側の面側（内に向かう面側）には第２ポンプ室１０１が形成されている。
【００６７】
軸ケース７１の外側には正逆回転可能なモーター１０２が配置され、モーター１０２の出力軸１０３にはカップリング１０４を介して駆動軸１０７が連結されている。駆動軸１０７は封止部１０８、及びベアリング１０９を介して気密室７４内に延出し、駆動軸１０７の先端にはピニオンギア１１０が固着されている。
ピニオンギア１１０は、ピストン軸７０に固定されたラックギア１１１に噛み合い、モーター１０２の駆動によりピニオンギア１１０が回転すると、これに噛み合うラックギア１１１を介してピストン軸７０が気密室７４内を往復運動する。モーター１０２、ピニオンギア１１０、ラックギア１１１等は動力伝達機構を構成している。特に、本実施形態に係る動力伝達機構は、ピストン軸７０が一定の速度で往復運動可能な、等速動力伝達機構である。
【００６８】
軸ケース７１の外周のシリンダーヘッド８０側（図１１中左側）の端部には、近接センサー１１４が設けられ、ピストン軸カバー８６側（図１１中右側）の端部には、近接センサー１１５が設けられている。一方、ピストン軸７０において、ピストン７７が第１ポンプ室１００における上死点（すなわち、第２ポンプ室１０１における下死点）に至ったときに、近接センサー１１４によって検出される位置に上死点マーカー１１２が形成されている。同様に、ピストン軸７０において、ピストン７７が第２ポンプ室１０１における上死点（すなわち、第１ポンプ室１００における下死点）に至ったときに、近接センサー１１５によって検出される位置に上死点マーカー１１３が形成されている。
【００６９】
モーター１０２には、パルス・モーターやサーボ・モーター等の正逆回転モーターが使用され、制御部（不図示）の制御により、ピストン軸７０は、一定の速度で往復運動するよう制御される。このため、ピストン軸７０は、一定の速度で往復運動するように制御されるため、等しい吸気・吐出流速で流体の吐出が行われ、脈動のない吐出が確保される。
【００７０】
モーター１０２の駆動に伴うピストン軸７０の動作について詳述すると、モーター１０２の駆動に伴い、ピストン軸７０がシリンダーヘッド８０側向かって等速で動いた場合、第１ポンプ室１００では、圧縮・吐出工程が実行され、第２ポンプ室１０１では、膨張・吸入工程が実行される。すなわち、第１ポンプ室１００では第１吸入口８１が第１吸入弁体８３によって閉塞されると共に、ピストン７７によって圧縮された気液混合流体が圧縮された上で、第１吐出口８２を介して第１気液吐出管１２１に吐出される。一方、第２ポンプ室１０１では第２吐出口９１が第２吐出弁体９７によって閉塞されると共に、第２吸入口９０から気液混合流体が吸入される。
そして、ピストン７７が第１ポンプ室１００の上死点（すなわち、第２ポンプ室１０１の下死点）に達すると、ピストン軸７０に設けた上死点マーカー１１２が、軸ケース７１に取り付けた近接センサー１１４により検知され、その旨の信号が制御部に出力される。信号の入力を受けた制御部は、モーター１０２を制御して、モーター１０２を逆回転させることにより、ピストン軸７０を逆方向（ピストン軸カバー８６に向かう方向）に向かって等速運動させる。
【００７１】
ピストン軸７０がピストン軸カバー８６に向かって等速で動いた場合、第１ポンプ室１００では、膨張・吸入工程が実行され、第２ポンプ室１０１では、圧縮・吐出工程が実行される。そして、ピストン７７が第２ポンプ室１０１の上死点（すなわち、第１ポンプ室１００の下死点）に達すると、ピストン軸７０に設けた上死点マーカー１１３が、軸ケース７１に取り付けた近接センサー１１５により検知され、その旨の信号が制御部に出力される。信号の入力を受けた制御部は、モーター１０２を制御して、モーター１０２を逆回転させ、ピストン軸７０を逆方向（シリンダーヘッド８０に向かう方向）に向かって等速運動させる。
このようにして、ピストン軸７０は、往復運動する。
なお、上述した説明では、回転モーターとラック＆ピニオン等の回転――直動変換システムを用いたが、電気により直接直動する――シャフト・モーター、電動シリンダー、あるいは電動アクチェーターを用いても良い（不図示）。
【００７２】
本実施形態では、気液吸入管２４が分岐部１１７において、第１気液吸入管１１８と、第２気液吸入管１１９の２つの管に分岐している。そして、一方の管である第１気液吸入管１１８の一端が、第１吸入口８１に接続されると共に、他方の管である第２気液吸入管１１９の一端が、第２吸入口９０に接続されている。気液混合流体は、分岐部１１７で分岐し、第１吸入口８１又は第２吸入口９０を介して圧送ポンプ１０ｅに吸入される。
また、本実施形態では、気液吐出管２６が分岐部１２０において、第１気液吐出管１２１と、第２気液吐出管１２２とに分岐されており、第１気液吐出管１２１の一端が、第１吐出口８２に接続され、第２気液吐出管１２２の一端が、第２吐出口９１に接続されている。圧送ポンプ１０ｅから吐出された気液混合流体は、第１吐出口８２又は第２吐出口９１から吐出された後、バブル発生装置２８に流入する。
【００７３】
本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｅでは、モーター１０２の回転を直線運動に変換させる手段を備えると共に、ピストン７７に連接するピストン軸７０をベアリング７５，７６で保持して軸方向に移動させているため、シリンダー７９とピストン７７の芯出し精度を高めることにより、シリンダー７９とピストン７７との直接摺動が零となり、従来問題となっていたピストン７７とシリンダー７９の磨耗から解消される。
【００７４】
次いで、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｅの動作について説明する。
モーター１０２の駆動に伴い、ピストン軸７０がシリンダーヘッド８０側（図１１中左側）に向かって等速直線運動すると、上述したように、第１ポンプ室１００では、圧縮・吐出工程が行われる。この圧縮・吐出工程によって第１ポンプ室１００から第１吐出口８２を介して吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８に流入し、このバブル発生装置２８によってマイクロバブルや、ナノバブルが発生された後、供給先へ供給される。
同時に、第２ポンプ室１０１では、膨張・吸入工程が実行される。この膨張・吸入工程によって第２ポンプ室１０１には、第２吸入口９０を介して、気液混合流体が吸入される。
【００７５】
一方、ピストン軸７０がピストン軸カバー８６側（図１１中右側）に向かって等速直線運動すると、上述したように、第１ポンプ室１００では、膨張・吸入工程が行われる。この膨張・吸入工程によって第１ポンプ室１００には、第１吸入口８１を介して、気液混合流体が吸入される。
同時に、第２ポンプ室１０１では、圧縮・吐出工程が行われる。この圧縮・吐出工程によって第２ポンプ室１０１から第２吐出口９１を介して吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８に流入し、このバブル発生装置２８によってマイクロバブルや、ナノバブルが発生された後、「マイクロ高圧バブル」が供給先へ供給される。
【００７６】
このように、本実施形態では、シリンダー７９において、ピストン７７のシリンダーヘッド８０側の面側の第１ポンプ室１００には、第１吸入口８１と、第１吐出口８２とが設けられ、ピストン７７のピストン軸カバー８６側の面側には、第２吸入口９０と、第２吐出口９１とが設けられている。そして、第１ポンプ室１００及び第２ポンプ室１０１のうち、一方のポンプ室が圧縮・吐出行程にある時、他方は、膨張・吸入行程にあり、これにより１サイクルで２回のポンプ作用が行われる。このため、ピストン軸７０の移動速度が等速で、充分なストロークで稼働され、且つ、反転時間が短い場合は、脈動の少ない吐出作用が期待される。
また、シリンダー内径φＤの中央に、ピストン軸７０の内径φｄを有するため、同じストロークの場合、行程容積が「（Ｄ２−ｄ２）／Ｄ２＝｛１−（ｄ２／Ｄ２）｝」と小さくなる欠点を有する。しかし、「ピストンやシリンダー部品が少なくなること」、「運動部分として重要なピストンリングからの漏れは、完全ゼロは難しいのが現状で有るが、本方式の場合は、次の行程への漏洩であり、機能・性能上、駆動系への漏洩でないため、大きな問題を生じない」等の特徴も有する。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態では、圧送ポンプ１０ｅは、軸ケース７１にピストン軸７０を往復駆動自在に収納し、軸ケース７１を貫通したピストン軸７０の一方の外端部にピストン７７を固着し、ピストン７７を軸ケース７１に連結したシリンダー７９内に収容し、シリンダー７９内でピストン７７の外に向かう面側に第１ポンプ室１００を形成し、この第１ポンプ室１００に第１吸入口８１及び第１吐出口８２を設ける一方、ピストン７７の内に向かう面側に第２ポンプ室１０１を形成し、この第２ポンプ室１０１に第２吸入口９０及び第２吐出口９１を設け、ピストン７７の往復駆動に応じて、第１ポンプ室１００での吸入動作及び第２ポンプ室１０１での吐出動作と、第１ポンプ室１００での吐出動作及び第２ポンプ室１０１での吸入動作とを交互に行うポンプである。
このため、圧送ポンプ１０ｅによって脈動の少ない吐出が確保される。
【００７８】
また、本実施形態では、圧送ポンプ１０ｅによって吸入される気液混合流体が流通する気液吸入管２４を２つに分岐し、一方の第１気液吸入管１１８を第１吸入口８１に接続すると共に、他方の第２気液吸入管１１９管を第２吸入口９０に接続している。さらに、圧送ポンプ１０ｅから吐出される気液混合流体が流通する気液吐出管２６を２つに分岐し、一方の第１気液吐出管１２１を第１吐出口８２に接続すると共に、他方の第２気液吐出管１２２を第２吐出口９１に接続した。
このため、圧送ポンプ１０ｅを用いて、確実に、気体と液体との混合、混合して生成された気液混合流体の圧送ポンプ１０ｅによる吸入、圧縮、吐出、及び、圧送ポンプ１０ｅが吐出した気液混合流体についてのバブルの発生を実現することができる。特に、圧送ポンプ１０ｅから脈動の少ない吐出を確保した上で、これらを実現可能である。
【００７９】
＜第６実施形態＞
次いで、第６実施形態について説明する。
図１２は、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｆの構成を示す図である。
なお、本実施形態において、上述した実施形態における構成要素と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｆでは、圧送ポンプ１０ｆの構成が、第５実施形態に係る圧送ポンプ１０ｅの構成と以下の点で異なっている。
すなわち、ピストン軸７０のシリンダーヘッド８０ｆ側の一端の上面８９を、ピストン７７のシリンダーヘッド８０ｆ側（図１２における左側）の面と一致させた状態で、ピストン軸７０に対しピストン７７を取り付けている。すなわち、ピストン軸７０がシリンダーヘッド８０ｆ側（外側）に向かって突出しないように、ピストン軸７０に対しピストン７７を取り付けられている。
このため、シリンダー７９の内径をφＤ、ピストン軸７０の外径をφｄ、ストロークをＳとした場合、第１ポンプ室１００の行程容積が「π（Ｄ２・Ｓ）／４」、第２ポンプ室１０１の行程容積が「（Ｄ２−ｄ２）・Ｓ／４」と、第１ポンプ室１００の行程容積が大きい。
【００８０】
また、本実施形態では、第１ポンプ室１００の第１吸入口８１には、第１実施形態と同様の気液吸入系１２が接続されている。
さらに、第１ポンプ室１００の第１吐出口８２と、第２ポンプ室１０１の第２吸入口９０とが、配管１２５によって接続されており、この配管１２５には、バブル発生装置２８１ｆが設けられている。
さらに、第２ポンプ室１０１の第２吐出口９１には、第１実施形態と同様の気液吐出系１４が接続されている。
【００８１】
次いで、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｆの動作について説明する。
モーター１０２の駆動に伴い、ピニオンギア１１０が一方向へ回転すると、ピストン軸７０が、シリンダーヘッド８０ｆ側（図１２中左側）に向かって直線運動する。このとき、第１ポンプ室１００では圧縮・吐出工程が行われる一方、第２ポンプ室１０１では膨張・吸入工程が行われる。ここで、第１ポンプ室１００の第１吐出口８２を介して配管１２５に吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８１ｆにおいてマイクロバブルやナノバブルが発生された後、第２ポンプ室１０１の第２吸入口９０を介して第２ポンプ室１０１に吸入される。
一方で、ピストン軸７０がピストン軸カバー８６側（図１２中右側）に向かって直線運動する場合、第１ポンプ室１００では、膨張・吸入工程が行われ、第２ポンプ室１０１では、圧縮・吐出工程が行われる。ここで、第２ポンプ室１０１では、バブル発生装置２８によって既にマイクロバブルやナノバブルが発生した状態の気液混合流体が圧縮されることとなり、内包するマイクロバブルやナノバブルを含む気泡の液中への溶存と微小化が促進される。第２ポンプ室１０１における圧縮・吐出工程により、第２ポンプ室１０１から第２吐出口９１を介して吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８に流入し、バブル発生装置２８によってさらにマイクロバブルやナノバブルの発生が行われる。
【００８２】
ここで、上述したように、第１ポンプ室１００の行程容積は、第２ポンプ室１０１の行程容積と比して大きい。本実施形態では、これを利用して、第１ポンプ室１００に気液混合流体を吸入し、この気液混合流体が圧縮され、気体と液体との混在が促進されると、気体の圧縮性により、吐出圧力が低下する欠点を、第２ポンプ室１０１で再加圧することにより、高圧化を図っている点に特徴が有る。
また、第１ポンプ室１００の第１吐出口８２と、第２ポンプ室１０１の第２吸入口９０とを接続する配管１２５に、バブル発生装置２８１ｆが接続され、気液混合流体の強制撹拌による混合により、マイクロバブルやナノバブルの発生と気液混合流体の均質化が図られる。この状態の気液混合流体が、第２ポンプ室１０１においてさらに圧縮され、高圧化されることにより、内包する気泡の、液中への溶存と微小化が図られる。
【００８３】
そして、本実施形態では、さらに、第２ポンプ室１０１から吐出された気液混合流体が、バブル発生装置２８に流入し、このバブル発生装置２８によってマイクロバブルや、ナノバブルが発生される。このようなシステム構成のため、第１ポンプ室１００及び第２ポンプ室１０１における２段階の気液混合流体の圧縮、及び、バブル発生装置２８１ｆ及びバブル発生装置２８による２段階のバブルの発生が行われることとなり、高圧な気液混合流体中に効率的にマイクロバブルや、ナノバブルを発生可能である。すなわち、上述した「マイクロ高圧バブル」が生成される。
特に、バブル発生装置２８１ｆにおいて、気体と液体との均質混合、及び、気液混合流体内にマイクロバブルやナノバブルの発生が行われる。これを踏まえ、本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｆを、第４実施形態に係る気液混合圧送システム１ｄに適用し、ピストン７７が第１ポンプ室１００における上死点に存在する場合に、シリンダーヘッド８０ｆを介して、第４実施形態に係る気体供給系６０から、第１ポンプ室１００に、気体を供給するようにすれば、液体に混合する気体の量を大幅に増大することができ、燃焼に関わる酸素量の増加、噴射（供給）後の、「マイクロ高圧バブル」の音速での急激な膨張による燃料の微細化の結果、バーナーや、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、ディーゼル・エンジン等の燃焼器においては、燃焼改善に大きく貢献出来る。
【００８４】
＜第７実施形態＞
次いで、第７実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｇの構成を示す図である。
なお、本実施形態において、上述した実施形態における構成要素と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、圧送ポンプ１０ｇの構成は、第６実施形態の圧送ポンプ１０ｆの構成と同様である。
【００８５】
圧送ポンプ１０ｇの第２ポンプ室１０１の第２吸入口９０には、気体吸入管１３０が接続される。この気体吸入管１３０には、フィルター部１７１ｇが接続されており、第２ポンプ室１０１が膨張・吸入工程にある場合、フィルター部１７１ｇによって清浄化された空気が気体吸入管１３０及び第２吸入口９０を介して第２ポンプ室１０１に吸入されることとなる。
また、第２ポンプ室１０１の第２吐出口９１と、シリンダーヘッド８０ｇに形成された気体加圧孔８７ｇは、配管１３１を介して接続されている。この配管１３１には、電磁弁１３２が設けられている。第２ポンプ室１０１が圧縮・吐出工程にある場合、かつ、電磁弁１３２が開状態の場合、第２吐出口９１を介して気体が配管１３１に吐出され、この配管１３１に吐出された気体が気体加圧孔８７ｇを介して第１ポンプ室１００に供給される。
また、第１ポンプ室１００の第１吸入口８１には、第１実施形態と同様の気液吸入系１２が接続されており、第１ポンプ室１００の第１吐出口８２には、第１実施形態と同様の気液吐出系１４が接続されている。
【００８６】
次いで、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｇの動作について説明する。
第１ポンプ室１００が膨張・吸入工程にあり、かつ、第２ポンプ室１０１が圧縮・吐出工程にある場合、第２ポンプ室１０１では、気体が圧縮された上で、第２吐出口９１から吐出される。この場合、第２ポンプ室１０１は、気体を圧縮し、吐出する圧縮機として機能する。
同時に、第１ポンプ室１００では、気液吸入系１２から気液混合流体が第１吸入口８１を介して吸入される。ここで吸入される気液混合流体は、ソニックノズル４８によって気体の量が精密に制御された流体である。
そして、吸入終わり時期付近、すなわち、ピストン７７が第１ポンプ室１００における下死点近傍に至ったときに、電磁弁１３２が任意時間の間開状態となり、配管１３１及び気体加圧孔８７ｇを介して、第２ポンプ室１０１によって圧縮された高圧の気体が第１ポンプ室１００に噴出、供給される。これにより、第１ポンプ室１００に吸入された気液混合流体に対し、多量の空気が混合される。
次いで、ピストン７７が下死点に至った後、逆方向に向かって運動することにより、第１ポンプ室１００において圧縮・吐出工程が開始されると、電磁弁１３２が閉状態とされる。この第１ポンプ室１００における圧縮・吐出工程では、液体に対し多量の気体が混合された上で圧縮・吐出が行われる。このため、第１ポンプ室１００から吐出される気液混合流体には、多量の気体が含まれることとなり、当該気液混合流体に対しバブル発生装置２８によってマイクロバブルやナノバブルを発生させることにより、気体含有量の大きい「マイクロ（ナノ）バブル」流体を供給可能である。
なお、第１ポンプ室１００が圧縮・吐出工程にある場合、第２ポンプ室１０１では、膨張・吸入工程が行われ、第２吸入口９０を介して気体が吸入される。
【００８７】
ここで、大量の気体（例えば、空気）を混在させるには、通常、液体用ポンプの他に、圧縮機や高圧ガス・ボンベを別途用意する必要が有るが、本実施形態では、第２ポンプ室１０１が圧縮機として機能するため、これら装置を別途用意する必要が無く、コストの削減を実現することができる。
また、行程容積（＝容量）が「π（Ｄ２・Ｓ）／４」と大きい第１ポンプ室１００を気液圧送ポンプとして用い、行程容積（＝容量）が「π（Ｄ２−ｄ２）・Ｓ／４」と小さい第２ポンプ室１０１を気体圧送ポンプ（＝圧縮機）として用いて、第１ポンプ室１００の吸入終わり時、圧縮された気体を噴射して、気体含有量の大きい「マイクロ（ナノ）バブル」流体を供給可能な特徴を有する。
さらに、第２ポンプ室１０１を気体用の圧縮機として活用する利点として、上述した利点の他にも、「仮に、ピストン７７のピストンリング１０５から第１ポンプ室１００側に些少の漏れが発生したとしても、気体に混在させて、再度、第２ポンプ室１０１に戻す事が可能」、「第１ポンプ室１００では、空気等の気体が主で有るため、仮に、ピストン軸７０を介して、直動部分に漏洩が有ったとしても、非腐食性流体のため、大きなトラブルを発生させない」等の優れた特徴を有する。
【００８８】
＜第８実施形態＞
次いで、第８実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｈの構成を示す図である。
なお、本実施形態において、上述した実施形態における構成要素と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｈは、ピストン軸１６０を収納した軸ケース１６１を備え、この軸ケース１６１は端壁１６２、１６３を備えている。各端壁１６２、１６３には各々ベアリング１６４、１６５が配置され、一対のベアリング１６４、１６５にはピストン軸１６０が回転自在、かつ軸ケース１６１内を往復動自在に支持されている。軸ケース１６１の端壁１６２、１６３を貫通したピストン軸１６０の両外端部には、各々ピストン１６６、１６７が固着されており、これらピストン１６６、１６７は、軸ケース１６１の両端に連結されたシリンダー１６８、１６９内に摺動自在に収容されている。ピストン１６６、１６７の外周には、ピストンリング１７５がそれぞれ取り付けられている。
【００８９】
シリンダー１６８、１６９にはバルブシート１７０が取り付けられ、バルブシート１７０には吸入口１７１及び吐出口１７２が設けられ、吸入口１７１及び吐出口１７２には、各々ばねで付勢された吸入弁体１７３及び吐出弁体１７４が設けられている。
ピストン１６６、１６７の押し退け側にはポンプ室１７６、１７７が形成され、ピストン１６６、１６７のピストン軸側には背圧室１７８、１７９が形成されている。各背圧室１７８、１７９は、軸ケース１６１の端壁１６２、１６３に形成された連通孔１８０を通じて軸ケース１６１の気密室１８１に連通している。軸ケース１６１の外側には正逆回転可能なモーター１８３が配置され、該モーター１８３の出力軸１８４にはカップリング１８５を介して駆動軸１８６が連結されている。駆動軸１８６は封止部１８７、及びベアリング１８８を介して気密室１８１内に延出し、該駆動軸１８６の先端にはピニオンギア１９０が固着されている。
ピニオンギア１９０は、ピストン軸１６０に固定されたラックギア１９１に噛み合い、モーター１８３の駆動によりピニオンギア１９０が回転すると、これに噛み合うラックギア１９１を介してピストン軸１６０が気密室１８１内を往復運動する。
【００９０】
モーター１８３には、「パルス・モーター」や「サーボ・モーター」等の正逆回転モーターが使用され、「制御装置（不図示）」により、任意の“一定の”「ピストン速度で制御」される。このため、前掲の例と同じく、等しい「吸気・吐出流速」で流体の吐出が行われ、脈動のない吐出が確保される。これらの作動行程は、前掲の場合と同じで、一方のポンプが「圧縮・吐出行程」に有る時、他方のポンプは「膨張・吸入行程」が行われる。そして、ピストン１６６が上死点に達すると、上死点マーカー１９３が、近接センサー１９４により検知されと共に、ピストン１６７が上死点に達すると、上死点マーカー１９５が、近接センサー１９６に検出される。
【００９１】
本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｅでは、モーター１８３の回転を直線運動に変換させる手段を備えると共に、ピストン１６６、１６７に連接するピストン軸１６０をベアリング１６４、１６５で保持して軸方向に移動させているため、シリンダー１６８、１６９とピストン１６６、１６７の芯出し精度を高めることにより、シリンダー１６８、１６９とピストン１６６、１６７との直接摺動が零となり、従来問題となっていたピストンとシリンダーの磨耗から解消される。
つまり、本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｅでは、ベアリング１６４、１６５に保持されて、ピストン軸１６０が、シリンダー１６８、１６９の中心軸を水平に移動するため、クランク軸機構の往復動ポンプのような、シリンダー壁面への回転時の押し付け力発生が無い。この結果、ピストン１６６，１６７がシリンダー壁との摺動摩擦がゼロで、ピストンリン１７５グが摺動するのみで、滑り性能に優れるピストンリン１７５を使用する事で、気液流体に関わらず、磨耗の少ない稼働が可能となる。
【００９２】
また、気液吸入管２４は、分岐部１９８で第１気液吸入管１９９と、第２気液吸入管２００とに分岐しており、第１気液吸入管１９９が、シリンダー１６８側の吸入口１７１に接続され、第２気液吸入管２００が、シリンダー１６９側の吸入口１７１に接続されている。
さらに、気液吐出管２６は、分岐部２０１で第１気液吐出管２０２と、第２気液吐出管２０３とに分岐しており、第１気液吐出管２０２がシリンダー１６８側の吐出口１７２に接続され、第２気液吐出管２０３がシリンダー１６９側の吐出口１７２に接続されている。
【００９３】
次いで、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｈの動作について説明する。
モーター１８３の駆動に伴い、ピストン軸１６０がシリンダー１６８に向かう方向（図１４中左方向）に等速運動すると、ポンプ室１７６で圧縮・吐出工程が実行されると共に、ポンプ室１７７で膨張・吸入工程が実行される。ポンプ室１７６における圧縮・吐出工程により、シリンダー１６８側の吐出口１７２から吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８に流入し、バブル発生装置２８においてナノバブルやマイクロバブルが発生された後、供給される。
一方、ピストン軸１６０がシリンダー１６９に向かう方向（図１４中右方向）に等速運動すると、ポンプ室１７７で圧縮・吐出工程が実行されると共に、ポンプ室１７６で膨張・吸入工程が実行される。ポンプ室１７７における圧縮・吐出工程により、シリンダー１６９の吐出口１７２から吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８に流入し、バブル発生装置２８においてナノバブルやマイクロバブルが発生された後、供給される。
このように、ポンプ室１７６において圧縮・吐出工程が実行され、かつ、ポンプ室１７７において膨張・吸入工程が実行される状態と、ポンプ室１７６において膨張・吸入工程が実行され、かつ、ポンプ室１７７において圧縮・吐出工程が実行される状態とが交互に変位するため、圧送ポンプ１０ｈから脈動の少ない状態で気液混合流体を吐出可能である。
【００９４】
＜第９実施形態＞
次いで、第９実施形態について説明する。
図１５は、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｉの構成を示す図である。
なお、本実施形態において、上述した実施形態における構成要素と同じものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る圧送ポンプ１０ｉは、第６実施形態に係る圧送ポンプ１０ｆと以下の点で異なっている。すなわち、軸ケース７１についてシリンダー７９が設けられている端と反対側の端には、シリンダー７９ｉが設けられている。このシリンダー７９ｉ及びシリンダー７９ｉに関連する部材の構造は、シリンダー７９及びシリンダー７９に関連する部材の構造と同一である。簡単に説明すると、シリンダー７９ｉは、ピストン７７ｉによって第１ポンプ室１００ｉと、第２ポンプ室１０１ｉとに区分けされ、第１ポンプ室１００ｉには、第１吸入口８１ｉと、第１吐出口８２ｉが設けられ、第２ポンプ室１０１ｉには、第２吸入口９０ｉと、第２吐出口９１ｉが設け設けられている。
【００９５】
シリンダー７９の第１ポンプ室１００の第１吸入口８１には、気液吸入系１２が接続されている。また、第１吐出口８２と、第２吸入口９０とは、配管２１０で接続されており、この配管２１０には、バブル発生装置２８１が設けられている。また、第２ポンプ室１０１の第２吐出口９１には、第１気液吐出管２８２が接続されている。
一方、シリンダー７９ｉの第１ポンプ室１００ｉの第１吸入口８１ｉには、気液吸入系１２ｉが接続されている。この気液吸入系１２ｉの構成は、気液吸入系１２の構成と同一であるため、その説明を省略する。また、第１吐出口８２ｉと、第２吸入口９０ｉとは、配管２１０ｉで接続されており、この配管２１０ｉには、バブル発生装置２８１ｉが設けられている。また、第２ポンプ室１０１ｉの第２吐出口９１ｉには、第２気液吐出管２８２ｉが接続されている。
第１気液吐出管２８２と第２気液吐出管２８２ｉとは、分岐部２８５において連結しており、この分岐部２８５に気液吐出系１４が接続されている。
【００９６】
次いで、本実施形態に係る気液混合圧送システム１ｉの動作について説明する。
ピストン軸７０がシリンダー７９側（図１５中左側）に向かって運動すると、シリンダー７９の第１ポンプ室１００では、圧縮・吐出工程が実行される。すなわち、ピストン７７によって気液混合流体が圧縮され、第１吐出口８２から吐出される。第１吐出口８２から吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８１においてマイクロバブルやナノバブルが発生され、膨張・吸入工程を実行する第２ポンプ室１０１に吸入される。
さらに同時に、シリンダー７９ｉの第１ポンプ室１００ｉでは、膨張・吸入工程が実行される。すなわち、気液吸入系１２ｉから気液混合流体が第１ポンプ室１００ｉに吸入される。同時に、シリンダー７９ｉの第２ポンプ室１０１ｉでは、圧縮・吐出工程が実行される。すなわち、第２ポンプ室１０１ｉにおいて、圧縮された気液混合流体が第２吐出口９１ｉから吐出される。ここで第２吐出口９１ｉから吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８に流入し、このバブル発生装置２８においてマイクロバブルや、ナノバブルが発生される。
【００９７】
一方、ピストン軸７０がシリンダー７９ｉ側（図１５中右側）に向かって運動すると、シリンダー７９の第１ポンプ室１００では、膨張・吸入工程が実行される。すなわち、気液吸入系１２から気液混合流体が第１ポンプ室１００に吸入される。同時に、シリンダー７９の第２ポンプ室１０１では、圧縮・吐出工程が実行される。すなわち、第２ポンプ室１０１において、圧縮された気液混合流体が第２吐出口９１から吐出される。ここで第２吐出口９１から吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８に流入し、このバブル発生装置２８においてマイクロバブルや、ナノバブルが発生される。
さらに同時に、シリンダー７９ｉの第１ポンプ室１００ｉでは、圧縮・吐出工程が実行される。すなわち、ピストン７７ｉによって気液混合流体が圧縮され、第１吐出口８２ｉから吐出される。第１吐出口８２から吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８１ｉにおいてマイクロバブルやナノバブルが発生され、膨張・吸入工程を実行する第２ポンプ室１０１ｉに吸入される。
【００９８】
本実施形態によれば、圧送ポンプ１０ｉによって脈動の少ない吐出が確保される。さらに、第２ポンプ室１０１、１０１ｉが圧縮・吐出工程を実行する場合、バブル発生装置２８１、２８１ｉによって既にマイクロバブルやナノバブルが発生した状態の気液混合流体が圧縮されることとなり、内包するマイクロバブルやナノバブルを含む気泡の液中への溶存と微小化が促進される。また、第２ポンプ室１０１、１０１ｉにおける圧縮・吐出工程により、第２ポンプ室１０１、１０１ｉから第２吐出口９１、９０ｉを介して吐出された気液混合流体は、バブル発生装置２８によってさらにマイクロバブルやナノバブルの発生が行われるため、効率的に、かつ、確実にマイクロバブルやナノバブルが発生される。
【００９９】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、気体流量調整部２０におけるソニックノズル４８の個数は、「４」であったが、ソニックノズル４８の個数はこれに限らず、システムによって実現した期待流量に応じて適切な個数を設けることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ  気液混合圧送システム
１０、１０ｂ、１０、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ  圧送ポンプ
１１  吸入口
１３  吐出口
２０  気体流量調整部（気体混合手段）
２８、２８１、２８１ｆ、２８１ｉ  バブル発生装置
４８、４８１、４８２、４８３、４８４  ソニックノズル
４９、４９１、４９２、４９３、４９４  電磁弁（開閉弁）
５７  圧縮機
７０、１６０  ピストン軸
７１、１６１  軸ケース
７７、７７ｉ、１６６、１６７  ピストン
７９、７９ｉ、１６８、１６９  シリンダー
８１、８１ｉ  第１吸入口
８２、８２ｉ  第１吐出口
９０、９０ｉ  第２吸入口
９１、９２ｉ  第２吐出口
１００、１００ｉ  第１ポンプ室
１０１、１０１ｉ  第２ポンプ室
１７１  吸入口
１７２  吐出口
１７６、１７７  ポンプ室
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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