(57)【要約】【課題】マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡の生成量を大幅に高める微細気泡発生ノズルを提供する。【解決手段】  有底筒状を成し、この底部１１に穿設された導出口２１から気液混合体Ｌを吐出するノズル本体１０と、ノズル本体内に配置され、ノズル本体内を流れる気液混合体を旋回させるための流路を外面に有する中子４０と、ノズル本体の底部に対向する中子の底部４７に設けられる凹部４９と、ノズル本体の導出口から吐出された気液混合体をせん断することにより微細気泡を生成するせん断部６０とを備える微細気泡発生ノズル１による。凹部が設けられた箇所には負圧が生じるので、気液混合体には乱流が生じるため、気泡の含有量が高められる。このような気液混合体をせん断することにより生成された微細気泡は、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡を多く含むものとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状を成し、この底部に穿設された導出口から気液混合体を吐出するノズル本体と、
ノズル本体内に配置され、ノズル本体内を流れる気液混合体を旋回させるための流路を外面に有する中子と、
ノズル本体の底部に対向する中子の底部に設けられる凹部と、
ノズル本体の導出口から吐出された気液混合体をせん断することにより微細気泡を生成するせん断部と、
を備えることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
【請求項２】
中子の底部に設けれた凹部は、当該底部の中心部から外れた箇所に位置していることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回流方式により微細気泡を発生する微細気泡発生ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、旋回流方式の微細気泡発生ノズルの一例として、特許文献１に開示されたものがある。従来の微細気泡発生ノズルは、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、ケーシング体の周壁に開口した吸気口から気体を導入して液体と混合させる気液混合部と、気液混合体を旋回流となす旋回流形成部とを備えている。旋回流となった気液混合体は、放出される際に強い回転の影響で横にはじき飛ばされる力を受け、気体が渦の崩壊に伴ってねじりと引っ張りの作用を受けて分断される。このようにして分断化されることにより、微細気泡が生成される。
【０００３】
また、特許文献２に示すように、旋回流方式の微細気泡発生ノズルにおいては、マイクロおよびナノレベルの微細気泡の生成量を高める方法として、旋回流の流速を高めることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１３４３号公報
【特許文献２】特開２０１４−２８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実際のところ、旋回流方式の微細気泡発生ノズルにおいては、旋回流の流速を高めたところで、マイクロおよびナノレベルの微細気泡の生成量を大幅に高めることはできなかった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みて創生されたものであり、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡の生成量を高めた微細気泡発生ノズル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】
【０００７】
有底筒状を成し、この底部に穿設された導出口から気液混合体を吐出するノズル本体と、ノズル本体内に配置され、ノズル本体内を流れる気液混合体を旋回させるための流路を外面に有する中子と、ノズル本体の底部に対向する中子の底部に設けられる凹部と、ノズル本体の導出口から吐出された気液混合体をせん断することにより微細気泡を生成するせん断部とを備える微細気泡発生ノズルによる。
【０００８】
なお、中子の底部に設けれた凹部は、当該底部の中心部から外れた箇所に位置していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気液混合体が合流する地点に凹部が設けられている。この凹部によって負圧が生じるので、気液混合体には乱流が生じるため、気泡の含有量が高められる。このような気液混合体をせん断することにより生成された微細気泡は、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡を多く含むものとなる。また、この凹部は、中子の底部の中心部から外れた箇所に設けることにより、中心部に設けた場合と比較して乱流の発生量が増加するので、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡のより多く含むものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の微細気泡発生ノズルにおける正面視の縦断面図である。
【図２】本発明の微細気泡発生ノズルにおける旋回室の内部構造を示す平面側からの斜視図である。
【図３】本発明の微細気泡発生ノズルにおける旋回室の内部構造を示す底面側からの斜視図である。
【図４】本発明の微細気泡発生ノズルにおけるせん断室の内部構造を示す平面側からの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１において、１は微細気泡発生ノズルであり、有底筒状のノズル本体１０を有している。ノズル本体１０の内部には、気液混合体Ｌを導入する導入室２０と、気液混合体Ｌを旋回流にする旋回室３０と、旋回流となった気液混合体Ｌをせん断して微細気泡を生成するせん断室５０とが形成されている。
【００１２】
導入室２０は、一端に導入口２１を備えており、ここから気液混合体Ｌが導入されるように構成されている。また、この導入室２０には、旋回室３０が連通しており、導入室２０と旋回室３０とを結ぶ流路の内径は、導入室２０および旋回室３０の内径よりも小さく形成されている。
【００１３】
旋回室３０の下流側に位置するノズル本体１０の底部１１の中心部には導出口３１が穿設されており、この導出口３１から旋回室３０内で旋回流となった気液混合体を導出する。
【００１４】
また、旋回室３０の内部には、中子４０が配設されている。中子４０は、略円錐形状（具体的には栗形状）に成形されており、旋回室３０の内壁に沿う外形を成している。また、中子４０は、頂部４２が上流側に向くように配置され、底部４３はが下流側に向けてノズル本体１０の底部１１に対向するよう、配設されている。
【００１５】
図２に示すように、中子４０の側面４１には、所定の旋回角度で方向転換する羽根部４４が突設されており、同様の羽根部４４が等間隔に４本配置されている。そして、隣接する羽根部４４間の隙間によって、旋回流路が形成されている。このような構成により、旋回流路は、図２の二点鎖線で示すように、旋回室３０に流れ込んだ気液混合体Ｌに対し、旋回方向の速度成分を生じさせる。
【００１６】
旋回流路の底面４５および側面４６は、気液混合体Ｌの流れる方向へ降段するような段形状に形成されており、この段差部分で渦流を発生させるように構成されている。同様に、旋回室３０の内壁も段形状に形成されている。
【００１７】
また、旋回流路４３は、入口の開口面積が出口の開口面積より大きくなるように構成されている。
【００１８】
図３に示すように、中子４０の底面４７には、所定の旋回角度で方向転換する羽根部４８が突設されており、同様の羽根部４８が等間隔に４本配置されている。そして、隣接する羽根部４８間の隙間によって、旋回流路が形成されている。このような構成により、旋回流路は、図３の二点鎖線で示すように、旋回室３０に流れ込んだ気液混合体Ｌに対し、旋回方向の速度成分を生じさせる。このように、中子４０の外面（側面４１および底面４７）に形成された旋回流路によって旋回室３０内では気液混合体Ｌが旋回流となる。
【００１９】
また、中子４０の底面４７には凹部４９が設けられている。なお、この凹部４９は、中子４０の底面４７の中心部から外れた箇所に設けることが好ましい。
【００２０】
図１および図４に示すように、せん断室５０の内部には、せん断部の一例であるせん断部材６０が配設されている。せん断部材６０は、有底中空円筒状に形成されており、この有底中空穴が導出流路６１であって、その開口部分が旋回室３０の導出口３１と連通する。また、せん断部材６０には、導出流路６１から分岐してせん断部材６０の外周面まで延びる分岐流路６２が形成されている。
【００２１】
前記分岐流路６２は、せん断部材６０の円周方向に六本及び長手方向に三列の合計１８本形成されれている。なお、図面においては、便宜上、全ての分岐流路の部品番号は、６２と付記する。また、図４に示すように、分岐流路６２は、導出流路６１と連通する入口６２ａと、せん断部材６０の外周面に開口する出口６２ｂとを備えており、分岐流路６２の断面積は、入口６２ａから出口６２ｂにかけて徐々に拡がるように構成されている。
【００２２】
図１に示すように、前記せん断部材６０は、その外周面とせん断室５０の内壁との間に所定の間隔を空けてせん断室５０の内部に配設されており、せん断室５０の内壁とせん断部材６０の外周面との隙間によって吐出流路６３が形成されている。また、せん断部材６０の外周面には複数の孔を有する気泡切断パネル６４が巻きかけられている。さらに、せん断部材６０は、蓋体７０によって保持されており、この蓋体７０は、ノズル本体１０の端部に取り付けられる。蓋体７０は、吐出流路６３と連通する多数の吐出孔７１を有している。このため、前記分岐流路６２の出口６２ｂから流出した気液混合体Ｌは、気泡切断パネル６４の孔を通過し、吐出流路６３へ流れ込み、吐出孔７１から噴射される。
【００２３】
一方、導出流路６１の内部には、両端が開口する中空円筒状の筒状部材である循環パイプ６５が挿入されており、この中空穴が循環流路６６である。ただし、循環パイプ６５は、一端がせん断部材６０の有底中空穴の底面（つまり、導出流路６１の最下流部）によって閉ざされ、他端が中子４０の底面によって閉ざされるように導出流路６１内に配設されている。また、循環パイプ６５は、その外周面と導出流路６１の内壁との間に隙間を空けて導出流路６１の内部に配設されており、この隙間を気液混合体Ｌが流れる。
【００２４】
前記循環パイプ６５において、下流側端部の外周面には、等間隔に４つの入口穴６６ａが形成されており、同様に、上流側端部の外周面には、等間隔に４つの出口穴６６ｂが形成されている。これら入口穴６６ａおよび出口穴６６ｂは、導出流路６１と循環流路６６とを連通する。
【００２５】
以上のように構成された微細気泡発生ノズル１の基本動作および作用効果を説明する。
【００２６】
導入口２１から導入された気液混合体Ｌは、導入室２０を流れ、旋回室３０へ流入する。このとき、気液混合体Ｌは、旋回流路を流れることにより高速の旋回流となる。さらに、旋回流路の内面は、段形状になっていることにより、小さな渦流が発生する。この渦流によって気液混合体Ｌとの摩擦抵抗が低減されるので、気液混合体Ｌは、さらに高速の旋回流となる。しかも、旋回流路は、開口面積が入口から出口にかけて徐々に小さくなるように構成されているので、旋回流路に発生する渦のサイズは非常に小さくなり、摩擦抵抗の低減効果を高めることができる。
【００２７】
また、中子４０の底面４７に凹部４９が設けられた箇所には負圧が生じる。このため、気液混合体Ｌには乱流が生じるので気泡の含有量が高められる。このような気液混合体Ｌをせん断することにより生成された微細気泡は、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡を多く含むものとなる。また、中子４０の底面４７の中心部は、中子４０外面に形成されたの４つの流路から流れ込む気液混合体Ｌが合流する地点であるが、ここから若干外れた位置に凹部４９を設けることにより、乱流が大きくなり、ひいては、マイクロレベルおよびナノレベルの微細気泡の含有量をより高めることができる。
【００２８】
高速の旋回流となった気液混合体Ｌは、導出口３１から導出流路６１へ流れ込み、導出流路６１内では循環パイプ６５を中心にしてその外周を旋回するようにして導出流路６１の下流側へ流れる。ただし、全ての気液混合体Ｌが導出流路６１の上流から下流へ向かうのではなく、外側の気液混合体Ｌは旋回による遠心力によって分岐流路６２へ流れ込む。
【００２９】
分岐流路６２を流れる気液混合体Ｌは、入口６２ａ近傍で最も流速が高めらるとともに減圧により気泡が膨張する。そして、分岐流路６２を流れる際に、気泡がせん断されることにより崩壊して収縮するため、このとき大量の微細気泡が生成される。特に、分岐流路６２は流路の断面積が入口６２ａから出口６２ｂにかけて徐々に拡がっているので、気泡の崩壊および収縮が促進される。
【００３０】
続いて、分岐流路６２の出口６２ｂから流出した気液混合体Ｌは、気泡切断パネル６４によって細分化され、吐出流路６３を通過して吐出口７１から噴射される。
【００３１】
他方、分岐流路６２へ流れ込まずに、導出流路６１の最下流へ到達した気液混合体Ｌは、入口穴６６ａから循環パイプ６５内の循環流路６６へ流れ込み、導出流路６１内での流れとは逆方向に流れ、出口穴６６ｂから導出流路６１へ流出される。このようにして、循環パイプ６５の循環流路６６は、導出流路６１内の気液混合体Ｌの一部を下流から上流へ循環する。導出流路６１内において循環パイプ６５を中心にしてその外周を旋回する気液混合体Ｌのうち、内側に位置する気液混合体Ｌが導出流路６１の最下流部へ到達するのだが、このように、内側を旋回する気液混合体Ｌは、気体の混合割合が高くなっており、分岐流路６２を通過しても微細気泡を生成しにくい状態といえる。本発明の微細気泡発生ノズル１によれば、このような気液混合体Ｌを繰り返し上流へ循環させることにより、気体と液体の混合比率を適正にして分岐流路６２を通過させることにより、微細気泡の生成割合を高めることができる。
【００３２】
なお、本発明の各部の具体的な構成は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  微細気泡発生ノズル
１０  ノズル本体
１１  底面
２０  導入室
２１  導入口
３０  旋回室
３１  導出口
４０  中子
４７  底面
４９  凹部
５０  せん断室
６０  せん断部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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