(57)【要約】【課題】装置の簡素化が図れるとともに小型化が可能な構成を備えた微小気体含有液体の噴霧装置を提供する。【解決手段】気液混合空間２Ａを備えた本体部２と、気液混合空間２Ａに導入される液体に旋回流を生起させる液体導入部３と、気液混合空間内の前記旋回流中心位置において該空間内に向けて張り出す凸部からなる液流絞り部２Ｂと、液流絞り部２Ｂを貫通して気液混合空間と外部とを連通して貫通方向の端部に最大収束部を備えた収束断面部２Ｃと、最大収束部に連続する拡散部２Ｅとを備え、最大収束部近傍に気体の導入が可能な気体導入部４の開口を位置決めしたことを特徴とする微小気泡含有液体の噴霧装置。【選択図】図２
0003141846.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
気液混合空間を備えた本体部と、
前記気液混合空間に導入される液体に旋回流を生起させる液体導入部と、
前記気液混合空間内の前記旋回流中心位置において該空間内に向けて張り出す凸部からなる液流絞り部と、
前記液流絞り部を貫通して前記気液混合空間と外部とを連通する液流吐出部および液流吐出部内に気体を導入する気体導入部とを備え、
前記液流絞り部は、前記液流吐出部の貫通方向に沿って前記気液混合空間側から順次収束して最小内径部と該最小内径部に連続する大径部を形成された収束断面部を有し、
前記気体導入部の先端開口部は、前記収束断面部における最大収束部において液流が絞り込まれることで生成される最大流速生成部に位置決めして設けられていることを特徴とする微小気泡発生装置。
【請求項２】
前記気体導入部の先端開口は、前記液流絞り部において最小内径を有する収束断面部の近傍若しくは、前記貫通方向で最小内径部を超えない位置に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の微小気泡発生装置。
【請求項３】
前記気体導入部の先端開口近傍には、該気体導入部において微細化された気体を含む液体を衝突させて高周波振動を生起させる振動手段が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の微小気泡発生装置。
【請求項４】
気体導入部から酸素あるいはオゾンガスを導入することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の微小気泡発生装置。
【請求項５】
前記気体導入部が耐蝕部として構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の微小気泡発生装置。
【請求項６】
前記耐蝕部には、チタン合金あるいはガラス等の耐蝕性材料を用いたりあるいは４フッ化エチレン樹脂を用いた耐蝕処理が施されていることを特徴とする請求項５に記載の微小気泡発生装置。
【請求項７】
前記液体導入部には、用途に応じた液体が選択された導入されることを特徴とする請求項１に記載の微小気泡発生装置。
【請求項８】
前記液体導入部に導入される液体として温水が用いられることを特徴とする請求項６に記載の微小気泡発生装置。
【請求項９】
前記液体導入部に導入される液体としてオゾン水が用いられることを特徴とする請求項６に記載の微小気泡発生装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、微小気泡発生装置に関し、さらに詳しくは、液体中にナノバブルを含有させる機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小気泡の一つであるマイクロバブルは、その生成方法として、高圧で流動する液体を低圧部に放出した際の圧力変化によって蒸発させることで気泡を生じさせ、その気泡を低下した圧力以上の環境下におくことで圧壊させて微細化して得られることが知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
マイクロバブルを発生させる構成としては、液中に気体を放出し、生成した気液混合物に噴流、旋回などの運動を与えて液／液間の剪断力により気泡を破砕・微細化する構成（例えば、特許文献１）、固定円筒中に回転円筒を設けて円筒間の円管壁状細隙に気液混合物を導入して気泡を微細化する構成（例えば、特許文献２）、固体と接触するように液体を保持し、液体中に気泡を存在させた状態で固体を破壊しない程度の打撃を加えて気泡を微細化する構成（例えば、特許文献３）、あるいは、微小気泡に超音波振動などの物理的刺激を加えて急激に気泡を縮径させてマイクロバブルよりも微細なナノバブルを製造する構成がある（例えば、特許文献４）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９８５９７号公報
【特許文献２】特開２００２−３４６５７８号公報
【特許文献３】特開２００５−１３８０２２号公報
【特許文献４】特開２００６−８７９８４号公報
【非特許文献１】２００６年２月１０日発行  工業調査会版  「マイクロバブルの世界」第７２〜７４頁
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記各特許文献に開示されているような液体中にナノバブルを含有させるための構成においては、水溶液の高圧旋回や気体の高圧縮が必要となることから使用する設備が比較的大型化しやすいという問題があり、ナノバブルを含む液体を放散する加湿器やミスト発生装置に適用することが難しいことがあった。
【０００６】
微小気泡は液体中に予め含有させて、いわゆる蒸気のような形態で用いられるばかりでなく、例えば、海水等の水中に放散させて水中の酸素濃度を高めたり、あるいは水中の浮遊塵を付着回収することにも用いられることがある。
【０００７】
この場合には、水中に浸される構造部品をステンレスなどの耐水性材料によって形成することが多い。しかし、微小気泡の生成過程においてキャビテーションにより微小気泡発生装置の構造部品にエロージョン（浸食、壊食）が発生し、構造部品が使用不能に陥る虞がある。
【０００８】
本考案の目的は、上記従来の微小気泡発生装置における問題に鑑み、装置の簡素化が図れるとともに小型化が可能な構成を備え、さらには使用される構造部品の耐久性を確保することができる構成を備えた微小気泡発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本考案は、次の構成よりなる。  
（１）気液混合空間を備えた本体部と、
前記気液混合空間に導入される液体に旋回流を生起させる液体導入部と、
前記気液混合空間内の前記旋回流中心位置において該空間内に向けて張り出す凸部からなる液流絞り部と、
前記液流絞り部を貫通して前記気液混合空間と外部とを連通する液流吐出部および液流吐出部内に気体を導入する気体導入部とを備え、
前記液流絞り部は、前記液流吐出部の貫通方向に沿って前記気液混合空間側から順次収束して最小内径部と該最小内径部に連続する大径部を形成された収束断面部を有し、
前記気体導入部の先端開口部は、前記収束断面部における最大収束部において液流が絞り込まれることで生成される最大流速生成部に位置決めして設けられていることを特徴とする微小気泡発生装置。
（２）前記気体導入部の先端開口は、前記液流絞り部において最小内径を有する収束断面部の近傍若しくは、前記貫通方向で最小内径部を超えない位置に位置決めされていることを特徴とする（１）に記載の微小気泡発生装置。
（３）前記気体導入部の先端開口近傍には、該気体導入部において微細化された気体を含む液体を衝突させて高周波振動を生起させる振動手段が配置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の微小気泡発生装置。
（４）気体導入部から酸素あるいはオゾンガスを導入することを特徴とする（１乃至（３）のいずれかに記載の微小気泡発生装置。
（５）前記気体導入部が耐蝕部により構成されていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の微小気泡発生装置。  
（６）前記耐蝕部には、チタン合金あるいはガラス等の耐蝕性材料を用いたりあるいは４フッ化エチレン樹脂を用いた耐蝕処理が施されていることを特徴とする（５）に記載の微小気泡発生装置。
（７）前記液体導入部には、用途に応じた液体が選択された導入されることを特徴とする（１）に記載の微小気泡発生装置。
（８）前記液体導入部に導入される液体として温水が用いられることを特徴とする（６）に記載の微小気泡発生装置。
（９）前記液体導入部に導入される液体としてオゾン水が用いられることを特徴とする（６）に記載の微小気泡発生装置。
【考案の効果】
【００１０】
本考案においては、旋回流とされて気液混合用空間内に導入される液体が液流絞り部において流速を高められるので、例えば、水道水のような低い圧力で導入された場合でも旋回流中心位置において高流速化することにより収束断面部付近の圧力低下が顕著となり、液体が収束断面部内に高速流の状態で自吸される。
【００１１】
これにより収束断面部に導入された液体は、その収束断面部内の断面形状により最大収束部に至るに従い高速流とされることになり、最大収束部を通過する際にはその部分での圧力低下が最大収束部を通過する直前よりも顕著となる。
【００１２】
このため、最大収束部近傍に配置された気体導入部の開口から導入される気体は、液流において生じる旋回流中心部での圧力低下とこの圧力低下による負圧化に起因する逆流や拡散部との境界部において発生する液流の剥離による負圧化傾向によって引き出されることになる。
【００１３】
さらに、液流の剥離による負圧化傾向により引き出された気体は、最大収束部を通過する直前での液流の圧力を受けることにより、拡大することなく移動し、最大収束部を通過した直後の圧力上昇によって圧壊されるとともに、気泡同士の接触機会を少なくされて合一するのが防止されながら剪断・圧壊されてさらに微細化を促進される。
【００１４】
この結果として、特別な高圧旋回流生成手段などの大型設備を伴わせなくとも、旋回流の流速変化による気泡の引き出しおよび微細化が可能となるので、気体導入部に導入される気体を選択することで消毒、滅菌作用を持つ加湿作用が望まれる加湿器やミスト発生装置を小型化した状態で得ることができる。
【００１５】
しかも、気泡の圧壊が発生する箇所の一つである最大収束部の近傍に位置する気体導入部材にチタン合金やガラスなどの材料あるいは４フッ化エチレンによる耐蝕処理を施すことで、圧壊の際のキャビテーションによるエロージョンの影響を受けにくくすることができる。これにより、気体導入部およびこの周辺部の耐久性を高めることができるので、水中での酸素濃度の回復や藻やプランクトンあるいは浮遊塵などの付着回収を長期間継続させることができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図示実施例により、本考案を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本考案実施例による微小気体含有液体の噴霧装置の一例として加湿器の噴霧部を示す外観図である。  
同図において噴霧部１は、気液混合用の空間を内部に有する本体部２と、本体部２の空間部に対して旋回流を生成可能な位置に連結された液体導入部３と、後述する収束断面部に向け気体を供給可能な気体導入部４とを主要部として備えている。
【００１８】
本体部２は、図１において符号（２）で示す方向の矢視断面図である図２および図２に示した気液混合用空間２Ａおよびこれに連通する液流導入部３のみを抽出した平面視状態での断面図である図３において符号（３）で示す方向の矢視断面図である図３に示すように、ポンプにおけるインペラー室のような内部形状を有した気液混合用空間２Ａを備えており、気液混合用空間２Ａにおける外周部の一部には、接線方向に連通する液体導入部３が接続されている。なお図３において符号３Ａは、気液混合用空間２Ａに導入される気体の整流部材を示している。
【００１９】
気液混合用空間２Ａにおける旋回流中心部には、空間２Ａの内方に向け突出する傾斜面を有した凸部で構成された液流絞り部２Ｂが設けられている。
【００２０】
液流絞り部２Ｂは、気液混合用空間２Ａ内に導入されて旋回する液流を絞ることにより旋回流中心部における流速を高速化する部分であり、旋回流中心部で圧力低下を生起させて旋回流を旋回流中心部に向けて吸引させることができるようになっている。
【００２１】
液流絞り部２Ｂの中心部には、液流絞り部２Ｂを貫通する収束断面部２Ｃが設けられており、収束断面部２Ｃは、その貫通方向一端が液流絞り部２Ｂ側で開口し、その開口から貫通方向他端に至るに従って小径化され、最小内径を持つ開口部である最大収束部にはこの内径よりも大径の拡散部５が連続させてある。
【００２２】
収束断面部２Ｃは、貫通方向に沿って拡散部５側に向けて内径が小さくなることにより、最大収束部を通過する液流の流速が高められるとともに圧力が最大収束部を通過する直前の圧力よりも低くなる機能を有している。
【００２３】
最大収束部を通過する際の圧力低下は旋回流中心部での圧力低下よりも大きくなる関係とされ、これにより、旋回流中心の液流が収束断面部２Ｃ側に吸引される移動方向が得られるようになっている。上述した圧力低下の関係は、収束断面部２Ｃでの小径化寸法、換言すれば、収束断面部２Ｃの内部勾配量を適宜設定することで得られる。
【００２４】
収束断面部２Ｃにおける最小内径部、つまり、最大収束部の近傍には、流量調整可能な閉止弁４Ａを備えて、耐蝕性材料の一つであるチタン合金が用いられているニードル状の気体導入部４の先端が配置されている。なお、気体導入部４は上述したように耐蝕性材料を用いた耐蝕部として構成されているので、耐蝕性材料として、チタン合金だけでなくガラスを用いたりあるいは素材の対象区政を利用するだけでなく、４フッ化エチレン樹脂を被覆した耐蝕処理によって対象区部とすることも可能である。
【００２５】
気泡の圧壊が生じる最大収束部の近傍に配置されている気体導入部４は、チタン合金などの耐蝕性材料で構成されているので、圧壊時に発生するキャビテーションエロージョンの影響を受けにくくすることができる。これにより、きわめて微細化された気泡を含有する液流を生成する箇所での耐久性を低下させないようにして水中での酸素濃度の回復や浮遊塵の付着回収を長期間に亘って継続させることができる。
【００２６】
気体導入部４の先端開口部は、収束断面部２Ｃの貫通方向で最小内径部が相当する最大流速生起部から拡散部５側にはみ出ないように最小内径部を超えない位置に位置決めされて気体を導入できるようになっている。
【００２７】
本実施例では、図２（Ｂ）に示すように、開口の位置が、後述する拡散部５の凹部２Ｅとの境界部Ｐよりも手前側に位置して境界部Ｐと開口との間に僅かな隙間が形成されている。この隙間は、最大収束部を通過した液流が境界部Ｐにおいて剥離する際の負圧化傾向によって開口からの気体を引き出すことができる領域とされている。
【００２８】
本実施例における気体導入部４として用いられるニードルの開口径は、噴霧される直前に行われる拡散部２Ｅでの圧壊・剪断による微小気泡の外径が得られる前の段階での気泡サイズに相当させてある。
【００２９】
本実施例における気体導入部に導入される気体は、使用環境として病院や家庭などである場合、殺菌や消毒などの滅菌効果のある酸素やオゾンが用いられ、これら気体は、気体導入部４が接続されている図示しない供給源から導入される。
【００３０】
また、液体導入部３から導入される液体としては、常温以上の温水を用いることもあり、このような温水を使用する場合としては、茶葉等の植物類の乾燥防止が対象となる。
【００３１】
また、液体導入部３から導入される液体としては、精製水や温水に限らず、オゾン水を用いることもできる、この場合のオゾン水とは、本考案による液中での微小気泡発生構造によってオゾンを液体中に含有させたもの、あるいは他の周知方法により生成されたオゾン含有水が相当している。
【００３２】
酸素やオゾンの供給量に関して、微小気泡含有液体の噴射量中の濃度を管理する必要がある場合には、図４に示す構成が用いられる。
【００３３】
図４は、気体導入量制御機構を説明するために加湿器を対象とした場合のブロック図であり、同図において、微小気体含有液体の噴霧部１を備えた加湿器１００には、液体導入部３に連通する管路中に設けられた液体ポンプＰ１と気体導入部４に連通する管路中に設けられたポンプＰ２と加湿器に付設あるいは使用箇所の雰囲気中での気体濃度を検知できる位置に設けられている気体濃度センサ１０１が接続されている制御部１００が設けられている。
【００３４】
制御部１００では、気体濃度センサ１０１からの濃度検知結果に応じて角ポンプＰ１，Ｐ２の動作制御を行うことで適正な気体濃度の微小気泡を含んだ液滴の噴霧を行うようになっている。
【００３５】
収束断面部２Ｃの貫通方向他端が開口している拡散部５は、本体の気液混合用空間における液流吐出側に形成されたデフューザ部をなす凹部２Ｅと、気体導入部４を利用して支持されている板状の堰部５Ａとで構成されている。
【００３６】
拡散部５は、デフューザ部をなす凹部２Ｅに噴出した微小気泡が大気圧を受けて加圧されることにより圧壊・剪断作用を受ける部分であるとともに、気泡同士の接触機会を少なくして微小気泡同士を合一させない部分として用いられ、また、堰部５Ａは、噴射される気泡を含んだ液流を衝突させて拡散させる部分として用いられる。
【００３７】
堰板５は、本実施例の場合、超音波振動板が用いられ、衝突する気泡を含んだ液流に振動を与えることで気泡をさらに微細化するようになっている。
【００３８】
なお、堰板５を振動板として用いる代わりに、この堰板５Ａを取り除いて拡散部２Ｅから放出された微小気泡含有液体を噴霧装置１の近傍に配置した超音波振動板を用いた通路内（図示されず）を通過させるようにしてもよい。
【００３９】
本実施例は以上のような構成であるから、液体導入部３から導入された液流は、気液混合用空間２の内部で旋回流となり、旋回中心付近に位置する液流絞り部２Ｂでは流速が高められることで圧力低下し、さらに気液混合用空間２と連通している収束断面部２Ｃ内での圧力との関係により収束断面部２Ｃ内に自吸される。
【００４０】
収束断面部２Ｃ内に導入された液流は、収束断面部２Ｃの内部形状に順じて流速が高められ、最大収束部を通過する際に圧力低下とこの圧力低下による負圧化に起因する逆流や拡散部との境界部で剥離による負圧化傾向が生じる。
【００４１】
収束断面部２Ｃにおける最大収束部の近傍に対して気体導入部４の開口から導入された気体は、最大収束部で発生している圧力低下および剥離現象による負圧化傾向によって開口内から引き出される。
【００４２】
最大収束部を通過した液流の圧力が最大収束部を通過する直前の圧力よりも低くされることを受けて気体導入部４の開口から引き出される気体は、不用意に拡大しない状態とされて引き出され、この状態で最大収束部を通過する。
【００４３】
開口内から引き出される気体は、液体側での剥離によって自身の導入圧力以上に強制的に引き出されることになるので、自身の導入圧による噴気量に比べて多量に導入されることになり、微細化対象となる気泡量を多くされることになる。
【００４４】
最大収束部を通過する気体は、最大収束部を通過する際の液流中から蒸発した気泡とともに圧力低下後に拡散部５に至ると、低下した圧力よりも高圧の大気圧を受けることで圧壊されて微細化されることになる。
【００４５】
最大収束部を液流のみが通過する際には、圧力低下による蒸発に起因して液中の気体が気泡化されるのが通常の現象である。
【００４６】
しかし本実施例では、この気泡に加えて気体導入部４から導入された気体も混合されることになる。これにより、液中からの蒸発気泡のみの場合にはその気泡が微細化された状態でないのに対して、気体の挿入による圧力を受けて気泡を微細化することができる。
【００４７】
収束断面部２Ｃを通過して拡散部２Ｅに導入された微小気体含有液体は、大気圧を受けることで圧壊・剪断により気泡がさらに微細化されるとともに互いに接触しない状態とされて合一するのを防止されて放出され、堰板５Ａに衝突した際に超音波振動によりさらに微細化されて放出される。
【００４８】
以上のように本実施例においては、噴霧部１から放出される微小気体含有液体は含有されている気泡がきわめて微細なものとされるとともに、最終的な放出段階で超音波振動によりさらに細かくされた液滴とすることができる。
【００４９】
これにより、ウイルスなどの殺菌や滅菌に必要な気体を含有させた場合には、養鶏場や家庭内、あるいは病院などの公共の場におけるインフルエンザ対策として用いても液滴の大きさがきわめて小さく、液滴付着による濡れなどの不具合を招くことなく小型で簡単な構成を備えた加湿器として用いることができる。
【００５０】
また、茶畑での茶葉の乾燥を防止するために適度な湿度を供給するような場合においても、微小気泡を含有させた液体を噴霧（ミスト状態）できるので、水滴などと違って霜発生の原因となるような大きさではなく、蒸発もしやすい状態の水分供給が可能となり、茶園での湿気の循環を良好に行えることになる。
【００５１】
また、本実施例によれば、旋回流中心部にベンチュリー構造を設け、旋回流中心において流路と直角な方向で気体を導入する構成を採用しているので、液流吐出方向を基準として、必要な気泡と液粒との混合状態が得られるための気液混合部が占めるスペース（図２において符号Ｌで示すスペース）を小さくすることができる。
【００５２】
ちなみに、例えば、先行技術に関する非特許文献において第８８頁〜８９頁に記載されているような、旋回流を層流のままで用いるだけでその中心部を高速化する構造でない場合には、本実施例と違って、上述した気液混合部が占めるスペースは層流の旋回流を継続させる意味で長くなるのが一般的である。
【００５３】
上記実施例では、気体導入部４から導入される気体を殺菌あるいは滅菌のための用途を対象として設定したが、本考案では、微小気泡に殺菌作用を持たせるものとして銀イオンを含ませることもできる。
【００５４】
この場合には、気体導入部４自体に銀メッキを施したりあるいはイオン化した銀を注入させることで可能となる。このような殺菌成分を用いることで、例えば、プールや浴槽などの水中での殺菌効果を期待できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本考案実施例による微小気泡発生装置の一つである加湿器に用いられる噴霧部の外観図である。
【図２】図１中、符号（２）で示す方向の矢視断面図である。
【図３】図１に示した気液混合用空間部のみを抽出した平面視状態での断面図である。
【図４】加湿器に用いられる気体濃度制御機構を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  噴霧部
２  本体部
２Ａ  気液混合用空間
２Ｂ  液流絞り部
２Ｃ  収束断面部
２Ｅ  凹部
３  液体導入部
４  気体導入部
５  拡散部
５Ａ  堰板
【図１】
0003141846.tif 000003
【図２】
0003141846.tif 000004
【図３】
0003141846.tif 000005
【図４】
0003141846.tif 000006