(57)【要約】【課題】構成が簡易で小型化が可能な微細気泡発生装置を提供する。【解決手段】本発明に係る微細気泡発生装置において、水槽１には、水槽１内へ向けてエジェクター３が接続され、該エジェクター３には、先細ノズル部31と末広ノズル部33の間にスロート部32が形成されると共に、該スロート部32に通じる蒸気吸引孔34が開設され、前記末広ノズル部33の出口が水槽１に接続されると共に前記蒸気吸引孔34の入口には蒸気発生器２が接続されて、先細ノズル部31の入口へ水を圧送すると同時に、蒸気発生器２から蒸気吸引孔34の入口へ水蒸気を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置において、先細ノズル部(31)と末広ノズル部(33)の間にスロート部(32)が形成されたエジェクター(３)を具え、該エジェクター(３)には、前記スロート部(32)に通じる蒸気吸引孔(34)が開設され、該蒸気吸引孔(34)の入口に蒸気発生器(２)が接続され、先細ノズル部(31)の入口へ水を圧送すると同時に、蒸気発生器(２)から蒸気吸引孔(34)の入口へ水蒸気を供給することを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記エジェクター(３)の末広ノズル部(33)の出口が水槽(１)に接続されている請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
前記蒸気発生器(２)からエジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力を負圧に維持するための制御回路(５)が接続されている請求項１又は請求項２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
前記エジェクター(３)の先細ノズル部(31)の入口にはポンプ(４)が接続され、前記制御回路(５)は、蒸気発生器(２)からエジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力を負圧に維持する様、蒸気発生器(２)及びポンプ(４)の運転を制御する請求項３に記載の微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水槽内の水中に微細気泡(マイクロバブル)を発生させる微細気泡発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の微細気泡発生装置として、気液二層流体を高速旋回させて遠心分離によって微細気泡を発生させるもの(特許文献１)、気液二層流体を高速旋回させ、その旋回流を突起物等により剪断することによって微細気泡を発生させるもの(特許文献２)、気液二層流体をベンチュリ管へ供給して微細気泡を発生させるもの(特許文献３)、沸騰を利用して微細気泡を発生させるもの(特許文献４)等が提案されている。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／６９５５０号公報
【特許文献２】特開２００２−８５９４９号公報
【特許文献３】特開２００３−２３０８２４号公報
【特許文献４】特開２０００−１８９９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、遠心分離を利用する方法、旋回流を剪断する方法、及びベンチュリ管を用いた方法では、流体の流速を高める必要があるため、流量及び揚程の大きなポンプが必要となり、設備が大がかりとなる問題がある。又、沸騰を利用する方法では、蒸気を高圧で水中に噴射する必要があるため、圧力容器等の設備が必要となり、小型化が困難である問題があった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、構成が簡易で小型化が可能な微細気泡発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る微細気泡発生装置は、先細ノズル部(31)と末広ノズル部(33)の間にスロート部(32)が形成されたエジェクター(３)を具え、該エジェクター(３)には、前記スロート部(32)に通じる蒸気吸引孔(34)が開設され、該蒸気吸引孔(34)の入口に蒸気発生器(２)が接続され、先細ノズル部(31)の入口へ水を圧送すると同時に、蒸気発生器(２)から蒸気吸引孔(34)の入口へ水蒸気を供給することが可能となっている。
水槽(１)内の水中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置においては、前記エジェクター(３)の末広ノズル部(33)の出口が水槽(１)に接続される。
【０００６】
上記本発明の微細気泡発生装置においては、エジェクター(３)の先細ノズル部(31)へ供給された水は、先細ノズル部(31)内を通過する過程で加速されてスロート部(32)に達する。ここで、エジェクター(３)のスロート部(32)には、蒸気発生器(２)から水蒸気が供給されるので、スロート部(32)を通過する水は水蒸気の混合によって加熱されることになる。又、蒸気吸引孔(34)から供給された水蒸気はスロート部(32)にて凝縮することになる。
【０００７】
このとき、エジェクター(３)のスロート部(32)を流れる水に溶存しているガス(酸素や炭酸ガス)が気泡となり、或いは蒸気吸引孔(34)へ蒸気が吸い込まれる際に気泡が混入し、これらの気泡を含む水が気液二層流となって、スロート部(32)から末広ノズル部(33)へ送り込まれることになる。
末広ノズル部(33)内を流れる気液二層流は、末広ノズル部(33)内を流れる過程で圧力が上昇し、この圧力上昇に伴って発生する衝撃波により、気液二層流に含まれる気泡が破砕され、微細化されることになる。
この様にしてエジェクター(３)内での水蒸気の供給と圧力上昇の相乗効果により微細化された気泡が、水槽(１)内へ流れ込み、水槽(１)内の水中に分散する。
【０００８】
具体的には、前記蒸気発生器(２)からエジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力を負圧に維持するための制御回路(５)が接続されている。
更に具体的には、前記エジェクター(３)の先細ノズル部(31)の入口にはポンプ(４)が接続され、前記制御回路(５)は、蒸気発生器(２)からエジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力を負圧に維持する様、蒸気発生器(２)及びポンプ(４)の運転を制御する。
この様に蒸気発生器(２)からエジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力を負圧に維持することにより、高い効率で微細気泡を発生させることが出来る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る微細気泡発生装置によれば、エジェクター(３)に供給すべき水の圧力は、エジェクター(３)を通過する際の圧損と水槽(１)内の静圧の和よりも僅かに大きく設定すればよいので、エジェクター(３)へ水を供給するためのポンプとしては流量及び揚程の小さなもので済む。又、エジェクター(３)を水が通過する際の吸引作用により、蒸気発生器(２)から発生する蒸気がスロート部(32)内へ吸い込まれるので、蒸気発生器(２)からエジェクター(３)へ蒸気を圧送するためのポンプは不要であり、蒸気発生器(２)としても簡易なものを採用することが出来る。この結果、構成が簡易で小型の微細気泡発生装置を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る微細気泡発生装置は、図１に示す如く、水槽(１)内の水中に微細気泡Ｂを発生させるものであって、水槽(１)には、水槽(１)内へ向けてエジェクター(３)が接続されている。
【００１１】
エジェクター(３)には、先細ノズル部(31)と末広ノズル部(33)の間にスロート部(32)が形成されると共に、該スロート部(32)に通じる蒸気吸引孔(34)が開設され、末広ノズル部(33)の出口が水槽(１)に接続されている。
先細ノズル部(31)はスロート部(32)側よりも入口側の内径が大きく、入口側からスロート部(32)側へ向けて内径が縮小している。又、末広ノズル部(33)は、スロート部(32)側よりも出口側の内径が大きく、スロート部(32)側から出口側へ向けて内径が拡大している。
【００１２】
エジェクター(３)の先細ノズル部(31)の入口には、給水管(14)を介して第１ポンプ(４)の出口が接続されている。該第１ポンプ(４)の入口は、取水管(13)を経て水槽(１)内に繋がっている。
給水管(14)には、第１ポンプ(４)からエジェクター(３)へ供給される水の流量Ｑｗを測定するための流量計(６)が介在している。又、給水管(14)には、第１ポンプ(４)から吐出される水の圧力Ｐｗを測定するための第１圧力計(７)が接続されている。
尚、第１ポンプ(４)から吐出される水の流量Ｑｗは３.１〜４.８リットル／分、圧力Ｐｗは０.０３２〜０.０６２ＭＰａであり、温度Ｔｗは約２０℃である。
【００１３】
エジェクター(３)の蒸気吸引孔(34)の入口には、蒸気供給管(12)を介して蒸気発生器(２)の出口が接続されている。該蒸気発生器(２)の入口は、吸水管(11)を介して水槽(１)内の第２ポンプ(９)に繋がっている。蒸気供給管(12)には、エジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力Ｐｓを測定するための第２圧力計(８)が接続されている。
尚、蒸気発生器(２)から発生する蒸気の温度Ｔｓは約８０℃、圧力Ｐｓは−２０〜０ｋＰａ(調整値)である。
【００１４】
第１圧力計(７)、第２圧力計(８)及び流量計(６)によって測定された圧力及び流量は、マイクロコンピュータからなる制御回路(５)へ供給され、該制御回路(５)によって作成された制御信号Ｃ１、Ｃ２が蒸気発生器(２)及び第１ポンプ(４)へ供給されて、後述の如く蒸気発生器(２)の蒸気発生量及び第１ポンプ(４)の吐出量が制御される。
【００１５】
エジェクター(３)は、図２に示す如く、先細ノズル部(31)の最大内径Ｄｉが７ｍｍ、スロート部(32)の内径Ｄｓが３ｍｍ、末広ノズル部(33)の最大内径Ｄｏが１０.９ｍｍ、先細ノズル部(31)の長さＬｉが１５.５ｍｍ、スロート部(32)の長さＬｓが３.７５ｍｍ、末広ノズル部(33)の長さＬｏが７５ｍｍである。
尚、スロート部(32)はエジェクター(３)の最小内径部を指し、長さＬｓを有する構造に限らず、Ｌｓ＝０の構造を採用することも可能である。
【００１６】
蒸気発生器(２)は、図３に示す如く、筐体(20)内に蒸気発生室(21)を有し、該蒸気発生室(21)を加熱するためのヒータ(22)を具えている。筐体(20)の蒸気発生室(21)の入口には吸水管(11)が接続され、蒸気発生器(２)の出口には蒸気供給管(12)が接続されている。
吸水管(11)から蒸気発生室(21)へ水Ｗが滴下されると、その水はヒータ(22)の加熱によって蒸気発生室(21)内で気化し、水蒸気Ｓとなって蒸気供給管(12)から排出される。
【００１７】
図１に示す本発明の微細気泡発生装置においては、第１ポンプ(４)の運転によって、水槽(１)内の水が取水管(13)を経て取水され、適量の水が給水管(14)を経てエジェクター(３)の先細ノズル部(31)の入口へ供給される。
又、第２ポンプ(９)の運転によって、水槽(１)内の水が吸水管(11)を経て吸水され、蒸気発生器(２)の入口へ供給される。これによって蒸気発生器(２)から発生した水蒸気が蒸気供給管(12)を経てエジェクター(３)の蒸気吸引孔(34)の入口へ供給される。
【００１８】
エジェクター(３)の先細ノズル部(31)へ供給された水は、先細ノズル部(31)内を通過する過程で加速されてスロート部(32)に達する。ここで、エジェクター(３)のスロート部(32)には、蒸気発生器(２)から水蒸気が供給されるので、スロート部(32)を通過する水は水蒸気の混合によって加熱されることになる。又、蒸気吸引孔(34)から供給された水蒸気はスロート部(32)にて凝縮することになる。
【００１９】
このとき、エジェクター(３)のスロート部(32)を流れる水に溶存しているガス(酸素や炭酸ガス)が気泡となり、或いは蒸気吸引孔(34)に蒸気が流れ込む際に気泡が混入し、これらの気泡を含む水が気液二層流となって、スロート部(32)から末広ノズル部(33)へ送り込まれる。
【００２０】
末広ノズル部(33)内を流れる気液二層流は、末広ノズル部(33)内を流れる過程で圧力が上昇し、この圧力上昇に伴って発生する衝撃波により、気液二層流に含まれる気泡が破砕され、微細化されることになる。
この様にしてエジェクター(３)内での水蒸気の供給と圧力上昇の相乗効果により微細化された気泡Ｂが、水槽(１)内へ流れ込み、水槽(１)内の水中に分散する。
【００２１】
図４は、上記制御回路(５)によって実行される具体的な制御手続きを表わしている。
ステップＳ１では、エジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力Ｐｓが所定の閾値Ｐｏ(大気圧)よりも小さいか否かを判断し、イエスと判断されたときはステップＳ２に移行して、第１ポンプ(４)から吐出される水の流量Ｑｗが所定の下限値Ｑａよりも大きく、且つ所定の上限値Ｑｂよりも小さいか否かを判断する。ここでイエスと判断されたときは更にステップＳ３に移行して、第１ポンプ(４)から吐出される水の圧力Ｐｗが所定の下限値Ｐａよりも大きく、且つ所定の上限値Ｐｂよりも小さいか否かを判断する。ここでイエスと判断されたときは、ステップＳ１に戻って同じ判断を繰り返す。
ステップＳ３にてノーと判断されたときはメンテナンスモードへ移行する。
【００２２】
エジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力Ｐｓが所定の閾値Ｐｏよりも大きく、ステップＳ１にてノーと判断されたときは、ステップＳ４に移行して、第１ポンプ(４)から吐出される水の流量Ｑｗが所定の下限値Ｑａよりも大きく、且つ所定の上限値Ｑｂよりも小さいか否かを判断する。ここでノーと判断されたときは、ステップＳ５に移行して、第１ポンプ(４)から吐出される水の流量Ｑｗが所定の下限値Ｑａよりも大きく、且つ所定の上限値Ｑｂよりも小さくなる様、第１ポンプ(４)の吐出量を調整する。
又、ステップＳ２にてノーと判断されたときも同様に、ステップＳ５にて流量の調整を行ない、ステップＳ１に戻る。
【００２３】
これによって第１ポンプ(４)から吐出される水の流量Ｑｗが所定の下限値Ｑａよりも大きく、且つ所定の上限値Ｑｂよりも小さくなってステップＳ４にてイエスと判断されたときは、ステップＳ６に移行し、エジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力Ｐｓが所定の閾値Ｐｏよりも小さくなる様、蒸気発生器(２)の蒸気発生量を調整し、ステップＳ１に戻る。
【００２４】
上述の如く第１ポンプ(４)の吐出量Ｑｗを調整した上で蒸気発生器(２)の蒸気発生量を調整することによって、エジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力Ｐｓが所定の閾値Ｐｏ(大気圧)よりも小さくなる様に制御するのである。
この様にしてエジェクター(３)へ供給される水蒸気の圧力Ｐｓを負圧に維持することにより、エジェクター(３)内を流れる水の流速を落とすことなく、高い効率で微細気泡を発生させることが出来る。
【００２５】
上述の具体的な条件で微細気泡発生装置が発生する微細気泡を観察したところ、直径３２μｍ〜７５μｍ程度の微細な気泡が充分な量で発生することが確認された。
【００２６】
本発明に係る微細気泡発生装置によれば、エジェクター(３)に供給すべき水の圧力は、エジェクター(３)を通過する際の圧損と水槽(１)内の静圧の和よりも僅かに大きく設定すればよいので、エジェクター(３)へ水を供給するためのポンプとしては流量及び揚程の小さなもので済む。又、エジェクター(３)を水が通過する際の吸引作用により、蒸気発生器(２)から発生する蒸気がスロート部(32)内へ吸い込まれるので、蒸気発生器(２)からエジェクター(３)へ蒸気を圧送するためのポンプは不要であり、蒸気発生器(２)としても簡易なものを採用することが出来る。
この結果、構成が簡易で小型の微細気泡発生装置を実現することが出来、例えば家庭用の風呂や洗濯機等の家電製品に搭載することが可能となる。
【００２７】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図１に示す構成例では、水槽(１)内の水を利用してエジェクター(３)へ供給すべき蒸気と水を賄っているが、これに限らず、水槽(１)から切り離された独立の供給系統とすることも可能である。
又、エジェクター(３)の蒸気吸引孔(34)はスロート部(32)若しくはその上流位置に開設すればよく、スロート部(32)の出口がスロート部(32)に開口する構成に限らず、例えば先細ノズル部(31)の終端部に開口させる構成も採用可能である。
又、第２ポンプ(９)は、吐出量の小さな小型の液滴ポンプであるので、水槽(１)内に設置する構成に限らず、蒸気発生器(２)に組み込むことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る微細気泡発生装置の構成を示す図である。
【図２】エジェクターの寸法形状を示す断面図である。
【図３】蒸気発生器の構成を説明する断面図である。
【図４】制御回路の制御手続きを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
(１)  水槽
(２)  蒸気発生器
(３)  エジェクター
(４)  第１ポンプ
(５)  制御回路
(６)  流量計
(７)  第１圧力計
(８)  第２圧力計
(９)  第２ポンプ
(11)  吸水管
(12)  蒸気供給管
(13)  取水管
(14)  給水管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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