(57)【要約】【課題】高圧の液体中に高精度で流体を送入することが可能な流体送入装置及び流体送入システムを提供すること。【解決手段】本発明に係る流体送入装置１１０は、第１テーパー部１１４と、第２テーパー部１１５と、細管部１１６と、流体供給孔１１２とを具備する。第１テーパー部１１４は、第１の断面積Ｓ１を有する入口１１４ａを有する。細管部１１６は、第１テーパー部１１４の出口１１４ｂに接続され、第２の断面積Ｓ２を有する。流体供給孔１１２は、細管部１１６に設けられている。第１テーパー部の入口に供給される液体の流速をＶ、第２テーパー部１１５の出口における液体の圧力をＰ２、流体供給孔１１２から供給される流体の圧力をＰｂとすると、以下の（式１）を満たす。  ０＜Ｐ２−Ｋ１×（Ｓ１／Ｓ２）２×Ｖ２＜Ｐｂ        (式１）  ただし、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓ、定数Ｋ１は３．５９以上３．７７以下である。
2018088482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の断面積を有する入口と、前記第１の断面積より小さい第２の断面積を有する第１テーパー部と、
前記第２の断面積を有する入口と、前記第２の断面積より大きい第３の断面積を有する出口を有する第２テーパー部と、
前記第１テーパー部の出口と前記第２テーパー部の入口を接続し、前記第２の断面積を有する管状の細管部と、
前記細管部に設けられた流体供給孔と
を具備し、
前記第１の断面積をＳ１、前記第２の断面積をＳ２、前記第１テーパー部の入口に供給される液体の流速をＶ、前記第２テーパー部の出口における液体の圧力をＰ２、前記流体供給孔から供給される流体の圧力をＰｂとすると、以下の（式１）を満たす
０＜Ｐ２−Ｋ１×（Ｓ１／Ｓ２）２×Ｖ２＜Ｐｂ        (式１）
ただし、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓ、定数Ｋ１は３．５９以上３．７７以下である
流体送入装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体送入装置であって、
流体を前記流体供給孔に供給する流体送入管をさらに有し、
前記細径部のうち、前記第１テーパー部と前記流体供給孔の間の部分である上流部分の管中心と前記流体送入管の管中心のなす角は９０°未満である
流体送入装置。
【請求項３】
請求項２に記載の流体送入装置であって、
前記上流部分の管中心と前記流体送入管の管中心のなす角は４５°以下である
流体送入装置。
【請求項４】
請求項１に記載の流体送入装置であって、
前記流体供給孔は、前記細管部の、前記第１テーパー部側の端を０％とし、前記第２テーパー部側の端を１００％としたときに、５５％以上９０％以下の位置に設けられている
流体送入装置。
【請求項５】
請求項４に記載の流体送入装置であって、
前記流体供給孔は、前記細管部の、前記第１テーパー部側の端を０％とし、前記第２テーパー部側の端を１００％としたときに、６０％以上８５％以下の位置に設けられている
流体送入装置。
【請求項６】
請求項５に記載の流体送入装置であって、
前記流体供給孔は、前記細管部の、前記第１テーパー部側の端を０％とし、前記第２テーパー部側の端を１００％としたときに、７０％以上７５％以下の位置に設けられている
流体送入装置。
【請求項７】
請求項１に記載の流体送入装置であって、
前記第１テーパー部、前記第２テーパー部及び前記細管部の周囲に設けられ、冷却液が通液される冷却液路
をさらに具備する流体送入装置。
【請求項８】
請求項１から７のうちいずれか一項に記載の流体送入装置と、
前記第１テーパー部の入口に接続され、吐出圧力Ｐ１が以下の（式２)を満たす
Ｐ１＞Ｐ２＋Ｋ２×（Ｓ１／Ｓ２）２．３×Ｖ２      (式２）
ただし、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓ、定数Ｋ２は１．８６以上１．９６以下である送液ポンプと
を具備する流体送入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に気体又は液体を送入するための流体送入装置及び流体送入システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水等の液体に微小な気泡を含有させた気泡含有液体の普及が進んでいる。微小な気泡には、直径１μｍ以下のウルトラファインバブル（ＵＦＢ：ultra fine bubble)や直径１０μｍ以下のマイクロバブル、直径１ｍｍ以下のミリバブル等がある。特にＵＦＢを含有するＵＦＢ水は、魚介類の鮮度維持や微生物培養、滅菌医療、各種洗浄等の分野での利用が検討されている。【０００３】
気泡含有液体の製造方法としては、圧力を印加して液体中に気体を含有させ、圧力を開放することにより気泡を生じさせる加圧溶解法や、細径の流路を通過させて液体の圧力を低下させ、気体を吸引させるエジェクター法、液体中に旋回流を生じさせて、そのせん断応力で気体を剪断する気液剪断法、液体に超音波を印加して気泡を生じさせる超音波法等がある。【０００４】
気体を液体に送入する際には、液体の圧力を気体の送入圧力より小さくする必要がある。ポンプの１次側（ポンプ上流）で気体を送入すれば、液体の圧力が小さいため容易に気体を送入することができる。しかしながら、ポンプ内に気体が混入するため、ポンプの性能低下が生じるおそれがある。【０００５】
一方でポンプの２次側（ポンプ下流）で気体を送入する場合には、高圧の液体に気体を送入する必要がある。一時的に液体圧力を低下させるためにはベンチュリ管が多く用いられる（例えば、特許文献１−３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２８５３４４号公報
【特許文献２】特開平０６−２８５３４５号公報
【特許文献３】特開平１１−１９７４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは気体や液体といった流体を液体に送入するに適し、ＵＦＢの製造にも好適に利用することが可能な流体送入装置を見出した。【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高圧の液体中に高精度で流体を送入することが可能な流体送入装置及び流体送入システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に一形態に係る流体送入装置は、第１テーパー部と、第２テーパー部と、細管部と、流体供給孔とを具備する。
上記第１テーパー部は、第１の断面積を有する入口と、上記第１の断面積より小さい第２の断面積を有する出口を有する。
上記第２テーパー部は、上記第２の断面積を有する入口と、上記第２の断面積より大きい第３の断面積を有する出口を有する。
上記細管部は、上記第１テーパー部の出口と上記第２テーパー部の入口を接続し、上記第２の断面積を有する。
上記流体供給孔は、上記細管部に設けられている。
上記第１の断面積をＳ１、上記第２の断面積をＳ２、上記第１テーパー部の入口に供給される液体の流速をＶ、上記第２テーパー部の出口における液体の圧力をＰ２、上記流体供給孔から供給される流体の圧力をＰｂとすると、以下の（式１）を満たす
０＜Ｐ２−Ｋ１×（Ｓ１／Ｓ２）２×Ｖ２＜Ｐｂ        (式１）
ただし、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓ、定数Ｋ１は３．５９以上３．７７以下である。【００１０】
上記（式１）において、「Ｐ２−Ｋ１×（Ｓ１／Ｓ２）２×Ｖ２」は細管部内を流れる液体の圧力である。この圧力より流体供給孔から供給される気体の圧力Ｐｂを大きくすることにより、流体供給孔から気体を液体中に送入することが可能となる。また、上記液体の圧力が０以下であると、キャビテーション（常温沸騰)が生じるため、上記圧力は０より大きい必要がある。流体送入装置が上記(式１）で表される条件を満たすことにより、高圧で流れる液体に高精度で気体を送入することが可能であり、高密度気液混合を実現することができる。【００１１】
上記流体送入装置は、流体を上記流体供給孔に供給する流体送入管をさらに有し、上記細径部のうち、上記第１テーパー部と上記流体供給孔の間の部分である上流部分の管中心と上記流体送入管の管中心のなす角は９０°未満であってもよい。【００１２】
流体送入管を細径部に対して傾斜させることにより、流体送入管から細径部に送入される流体の送入圧を低下させることが可能である。【００１３】
上記上流部分の管中心と上記流体送入管の管中心のなす角は４５°以下であってもよい。【００１４】
流体送入管の細径部に対する傾斜角度を４５°以下とすることにより、流体の送入圧を大きく低下させることが可能である。【００１５】
上記流体供給孔は、上記細管部の、上記第１テーパー部側の端を０％とし、上記第２テーパー部側の端を１００％としたときに、５５％以上９０％以下の位置に設けられていてもよい。【００１６】
流体の送入圧は、流体供給孔の位置によっても影響を受け、上記５５％以上９０％以下の位置とすることにより流体の送入圧を低下させることが可能である。【００１７】
上記流体供給孔は、上記細管部の、上記第１テーパー部側の端を０％とし、上記第２テーパー部側の端を１００％としたときに、６０％以上８５％以下の位置に設けられていてもよい。【００１８】
流体供給孔の位置を上記６０％以上８５％以下の位置とすることにより流体の送入圧をさらに低下させることが可能である。【００１９】
上記流体供給孔は、上記細管部の、上記第１テーパー部側の端を０％とし、上記第２テーパー部側の端を１００％としたときに、７０％以上７５％以下の位置に設けられていてもよい。【００２０】
流体供給孔の位置を上記７０％以上７５％以下の位置とすることにより流体の送入圧を最も低下させることが可能である。【００２１】
上記流体送入装置は、上記第１テーパー部、上記第２テーパー部及び上記細管部の周囲に設けられ、冷却液が通液される冷却液路をさらに具備してもよい。【００２２】
第１テーパー部、細管部及び第２テーパー部を流れる液体は抵抗によって発熱するが、上記構成によればこの熱を冷却液によって冷却することが可能となる。【００２３】
上記目的を達成するため、本発明に一形態に係る流体送入システムは、流体送入装置と、送液ポンプとを具備する。
上記流体送入装置は、上記いずれかの構成を有する。
上記送液ポンプは、吐出圧力Ｐ１が以下の（式２)を満たす
Ｐ１＞Ｐ２＋Ｋ２×（Ｓ１／Ｓ２）２．３×Ｖ２      (式２）
ただし、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓ、定数Ｋ２は１．８６以上１．９６以下である。【００２４】
上記（式２）において「Ｋ２×（Ｓ１／Ｓ２）２．３×Ｖ２」は流体送入装置において生じる圧力損失である。したがって、上記（式２）によって送液ポンプの吐出圧力を選定することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明によれば、高圧の液体中に高精度で流体を送入することが可能な流体送入装置及び流体送入システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る気泡含有液体製造システムの模式図である。
【図２】同気泡含有液体製造システムが備える流体送入装置の断面図である。
【図３】同流体送入装置の一部構成を示す拡大図である。
【図４】同流体送入装置の一部構成を示す模式図である。
【図５】同流体送入装置における細管部の圧力のシミュレーション結果を示す表である。
【図６】同流体送入装置における細管部の圧力のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】流速に対する液体圧力のプロットの近似曲線の２次係数を示す表である。
【図８】「（Ｄ２／Ｄ１）２」に対して補正２次係数をプロットしたグラフである。
【図９】同流体送入装置における減圧効果の計算値と実測値を示すグラフである。
【図１０】上記流体送入装置における細管部の圧力損失のシミュレーション結果を示す表である。
【図１１】同流体送入装置における細管部の圧力損失のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】流速に対する圧力損失のプロットの近似曲線の２次係数を示す表である。
【図１３】「（Ｄ２／Ｄ１）２」に対して補正２次係数をプロットしたグラフである。
【図１４】同流体送入装置における圧力損失の計算値と実測値を示すグラフである。
【図１５】同流体送入装置における細管部に対する流体送入管の角度を示す模式図である。
【図１６】同流体送入装置における細管部に対する流体送入管の角度と気体送入圧の関係を示すグラフである。
【図１７】同流体送入装置における細管部に対する流体供給孔の位置を示す模式図である。
【図１８】同流体送入装置における細管部に対する流体供給孔の位置と気体送入圧の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［気泡含有液体製造システムの構成］
図１は、気泡含有液体製造システム１０の構成を示す模式図である。同図に示すように、気泡含有液体製造システム１０は、気泡含有液体製造装置１００、送液ポンプ１５０、チラー１５１、熱交換器１５２、貯槽１５３、完成液用貯槽１５４及び三方弁１５５を備える。これらは配管Ｎ１〜Ｎ６及び配管Ｍ１〜Ｍ４によって接続されている。なお、各配管には適宜バルブや圧力計等が設けられてもよい。
【００２８】
送液ポンプ１５０は、配管Ｎ１を介して液体を気泡含有液体製造装置１００に圧送する。送液ポンプ１５０は高圧での液体の圧送が可能な高圧ポンプが好適である。送液ポンプ１５０の送液圧力については後述する。
【００２９】
チラー１５１は、冷却液を冷却し、配管Ｍ１〜Ｍ４を介して冷却液を循環させる。チラー１５１の構成は特に限定されない。冷却液は典型的には水である。
【００３０】
熱交換器１５２は、配管Ｍ３及び配管Ｍ４を介してチラー１５１から供給される冷却液を利用して、後述する気泡含有液体を冷却する。熱交換器１５２は例えばプレートクーラーであるが、その構成は特に限定されない。
【００３１】
貯槽１５３は、配管Ｎ４から流入する気泡含有液体を貯留する。貯槽１５３は、内部が常圧で利用される槽とすることができる。図１に示すように貯槽１５３は配管Ｎ５を介して送液ポンプ１５０に接続されていてもよく、接続されていなくてもよい。
【００３２】
完成液用貯槽１５４は、完成した気泡含有液体を貯留する。配管Ｎ４と配管Ｎ６の間には三方弁１５５が配置されており、気泡含有液体が完成すると三方弁１５５が切り替えられ、完成した気泡含有液体が完成液用貯槽１５４に送液される。
【００３３】
[気泡含有液体製造装置の構成]
気泡含有液体製造装置１００は、微小な気泡を含有する液体（以下、気泡含有液体）を製造する装置である。
【００３４】
気泡には、大きさによって直径１μｍ以下のウルトラファインバブル（ＵＦＢ：ultra fine bubble)、直径１０μｍ以下のマイクロバブル、直径１ｍｍ以下のミリバブル等の種類がある。気泡含有液体が含有する気泡はいずれの大きさのものであってもよいが、典型的にはＵＦＢである。
【００３５】
気泡を形成する気体は特に限定されず、例えば、空気、Ｎ２、Ｏ２又はＯ３等とすることができる。また、気泡含有液体は異種の気体によって形成された気泡を含有してもよい。気泡含有液体を構成する液体は特に限定されないが、典型的には水である。
【００３６】
図１に示すように、気泡含有液体製造装置１００は、流体送入装置１１０及び抵抗発生装置１２０を備える。
【００３７】
流体送入装置１１０は、送液ポンプ１５０から圧送された液体に気体を混合する。図２は、流体送入装置１１０の構成を示す断面図である。同図に示すように流体送入装置１１０は、流路１１１、流体供給孔１１２及び冷却液路１１３を備える。
【００３８】
図３は流路１１１及び流体供給孔１１２を示す拡大図であり、図４は流路１１１の各部のサイズを示す模式図である。これらの図に示すように、流体送入装置１１０は、第１テーパー部１１４、第２テーパー部１１５及び細管部１１６を有し、細管部１１６は第１テーパー部１１４及び第２テーパー部１１５の間に位置する。流体供給孔１１２は細管部１１６に設けられている。なお、図３及び図４において液体が流路１１１を流れる方向を矢印で示す。
【００３９】
第１テーパー部１１４は、直径Ｄ１及び断面積Ｓ１を有する入口１１４ａと直径Ｄ２及び断面積Ｓ２を有する出口１１４ｂとを備える。断面積Ｓ１は断面積Ｓ２より大きく、第１テーパー部１１４は細管部１１６に向かって次第に断面積が減少するテーパー管形状を有する。第１テーパー部１１４の断面形状は円形でもよく、矩形等のその他の形状であってもよい。第１テーパー部１１４の液体の流れる方向に沿った長さを長さＬ１とする。
【００４０】
第２テーパー部１１５は、直径Ｄ２及び断面積Ｓ２を有する入口１１５ａと直径Ｄ３及び断面積Ｓ３を有する出口１１５ｂとを備える、断面積Ｓ３は断面積Ｓ２より大きく、第２テーパー部１１５は細管部１１６に向かって次第に断面積が減少するテーパー管形状を有する。第２テーパー部１１５の断面形状は円形でもよく、矩形等のその他の形状であってもよい。第２テーパー部１１５の液体の流れる方向に沿った長さを長さＬ３とする。なお、断面積Ｓ３は断面積Ｓ１と同一であってもよく、異なっていてもよい。長さＬ３も長さＬ１と同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００４１】
細管部１１６は、第１テーパー部１１４と第２テーパー部１１５の間に設けられ、第１テーパー部１１４の出口１１４ｂに連続する入口１１６ａと、第２テーパー部１１５の入口ａに連続する出口１１６ｂを有する。細管部１１６は、全体にわたって一定の断面積Ｓ２を有する管状の形状を有する。細管部１１６の断面形状は円形でもよく、矩形等のその他の形状であってもよい。細管部１１６の液体の流れる方向に沿った長さを長さＬ２とする。
【００４２】
送液ポンプ１５０から流体送入装置１１０に圧力Ｐ１の液体が供給されると、第１テーパー部１１４に流入した液体は、第１テーパー部１１４から細管部１１６に流入し、細管部１１６から第２テーパー部１１５に流入する。ここで、細管部１１６の径が小さいため、細管部１１６の流れる液体の流速は第１テーパー部１１４及び第２テーパー部１１５を流れるときより大きくなる。
【００４３】
これにより、細管部１１６における液体の圧力は第１テーパー部１１４及び第２テーパー部１１５を流れるときより小さくなる（ベンチュリ効果）。液体が細管部１１６から第２テーパー部１１５に流入すると、流速が遅くなることにより圧力は再び増加するが、細管部１１６を通過することにより圧力損失が生じる。
【００４４】
したがって、液体の圧力は第１テーパー部１１４で最も大きく、第２テーパー部１１５では若干小さく、細管部１１６では最も小さくなる。第２テーパー部１１５から送出される液体の圧力を圧力Ｐ２とする。
【００４５】
流体供給孔１１２は、図４に示すように細管部１１６に設けられており、ガスボンベ等の図示しないガス供給源に接続されている。流体供給孔１１２は、ガス供給源から供給された気体を細管部１１６を流れる液体に供給し、気体を液体に混合する。流体供給孔１１２から供給される気体の圧力を圧力Ｐｂとする。
【００４６】
この際、細管部１１６ではベンチュリ効果によって液体の圧力が低下しており、比較的低い気体圧力（Ｐｂ：３００ｋＰａ〜８００ｋＰａ程度）で気体の混合が可能である。したがって、気体を高密度で液体に混合することが可能である。
【００４７】
流体供給孔１１２の位置（開口の中心位置）は図４に示すように、細管部１１６のうち、長さＬ２の１／２より下流側が好適であり、長さＬ２の３／４より下流側がさらに好適である。細管部１１６の下流側の方が液体の圧力が小さくなるためである。
【００４８】
ここで、流体送入装置１１０は、第１テーパー部１１４の入口での液体の流速をＶとすると、以下の（式１）を満たすように構成されている。
【００４９】
０＜Ｐ２−Ｋ１×（Ｓ１／Ｓ２）２×Ｖ２＜Ｐｂ  （式１）
ここで、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓ、定数Ｋ１は３．５９以上３．７７以下である。
【００５０】
上記（式１）において、「Ｐ２−Ｋ１×（Ｓ１／Ｓ２）２×Ｖ２」は細管部１１６内を流れる液体の圧力である。この圧力より流体供給孔１１２から供給される気体の圧力Ｐｂを大きくすることにより、流体供給孔１１２から気体を液体中に送入することが可能となる。
【００５１】
また、上記液体の圧力が０以下であると、キャビテーション（常温沸騰)が生じるため、上記圧力は０より大きい必要がある。
【００５２】
流体送入装置１１０が上記(式１）で表される条件を満たすことにより、高圧で流れる液体に高精度で気体を送入することが可能であり、高密度気液混合を実現することができる。
【００５３】
図５は、「（Ｄ２／Ｄ１）２」と流速（ｍ／ｓ）に対する細管部１１６内の液体圧力（Ｍｐａ）を示すシミュレーション結果であり、図６はこのシミュレーション結果をプロットしたグラフである。
【００５４】
それぞれの「（Ｄ２／Ｄ１）２」について流速−圧力の２次近似式を算出した。図６には「０．０７１」についての２次近似曲線を示す。図７には２次近似式の２次係数を示す。
【００５５】
図８は、「（Ｄ２／Ｄ１）２」に対して２次係数をプロットしたグラフである。同図に示すようにおよそ２次式に近似することができる。これにより、減圧効果は面積比（Ｓ１／Ｓ２）の２乗に比例することが数値実験により判明しており、減圧効果は以下の（式２）で表される。
【００５６】
減圧効果値＝Ｋ１×（Ｓ１／Ｓ２）２．０×Ｖ２．０    （式２）
なお、Ｋ１は定数項、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓである。
【００５７】
細管部１１６の径がΦ１．６ｍｍ、Φ２．２ｍｍ又はΦ２．６ｍｍである３種類の流体送入装置１１０を試験装置に組み込み、実測を行った。その結果より解析から求まるＫ１値の補正を行い、Ｋ１は３．５９以上３．７７以下、より好適には３．６８４と算出した。
【００５８】
以上から最終的に減圧効果は以下の（式３）で表される。
【００５９】
減圧効果値＝３．６８４×（Ｓ１／Ｓ２）２．０×Ｖ２．０    （式３）
【００６０】
図９は、細管部１１６の径毎の実測値と上記（式３）による計算値を示すグラフである。同図に示すように細管部１１６の径毎に実測値と計算値はよく一致しており、上記Ｋ１値が適正であるといえる。
【００６１】
さらに、細管部１１６の長さＬ２は細管部１１６の直径の４倍以上８倍以下が好適である。長さＬ２が細管部１１６の直径の４倍未満であると細管部１１６で急減圧が生じ、長さＬ２が細管部１１６の直径の８倍を超えると抵抗が大きくなるためである。
【００６２】
また、第１テーパー部１１４の進入角（第１テーパー部１１４の内壁と細管部１１６の延伸方向がなす角）θは４５度以下が好適である。進入角θが４５度以上であると抵抗が大きくなるためである。なお、第１テーパー部１１４の内壁は図４において直線状に表されているが、同図において曲線状となる形状であってもよい。
【００６３】
冷却液路１１３は配管Ｍ１及び配管Ｍ２Ｍを介してチラー１５１に接続され、チラー１５１から供給された冷却液が通液される。冷却液は任意の冷媒を利用することができ、典型的には水である。
【００６４】
流路１１１を流れる液体は抵抗によって発熱するが、冷却液路１１３に冷却液を通液することにより、流体送入装置１１０を冷却することが可能である。これにより、気泡生成量の均一化及び送液ポンプ１５０等の機器の負担軽減を実現することができる。
【００６５】
抵抗発生装置１２０は、流体送入装置１１０において気体が混合された液体に抵抗を発生させ、気泡を発生させる。抵抗発生装置１２０は例えば、分流及び合流する多数の流路を備え、液体を蛇行させることにより液体に剪断応力を印加することが可能な静止型流体混合器とすることができる。
【００６６】
気泡含有液体製造装置１００は以上のような構成を有する。上記のように流体送入装置１１０において高密度気液混合が実現できるため、気泡の高容量化が可能である。
【００６７】
[ポンプについて]
送液ポンプ１５０の吐出圧力である圧力Ｐ１は、以下の（式４）を満たすことが必要である。
【００６８】
Ｐ１＞Ｐ２＋Ｋ２×（Ｓ１／Ｓ２）２．３×Ｖ２      （式４）
【００６９】
ここで、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓ、定数Ｋ２は１．８６以上１．９６以下である。
【００７０】
「Ｋ２×（Ｓ１／Ｓ２）２．３×Ｖ２」は流体送入装置１１０において生じる圧力損失である。したがって、所定の圧力Ｐ２を抵抗発生装置１２０に印加したい場合、上記式によって送液ポンプ１５０の必要吐出圧力を選定することができる。
【００７１】
図１０は、「（Ｄ２／Ｄ１）２」と流速（ｍ／ｓ）に対する細管部１１６内の圧力損失（Ｍｐａ）を示すシミュレーション結果であり、図１１はこのシミュレーション結果をプロットしたグラフである。
【００７２】
それぞれの「（Ｄ２／Ｄ１）２」について流速−圧力の２次近似式を算出した。図１２には２次近似式の２次係数を示す。
【００７３】
図１３は、「（Ｄ２／Ｄ１）２」に対して２次係数をプロットしたグラフである。同図に示すように近似式の次数は２．３となり、２次式に近似することができない。これにより、圧力損失は面積比（Ｓ１／Ｓ２）の２．３乗に比例することが数値実験により判明しており、圧力損失は以下の（式５）で表される。
【００７４】
圧力損失値＝Ｋ２×（Ｓ１／Ｓ２）２．３×Ｖ２．０    （式５）
なお、Ｋ２は定数項、圧力単位はｋＰａ、速度単位はｍ／ｓである。
【００７５】
細管部１１６の径がΦ１．６ｍｍ、Φ２．２ｍｍ又はΦ２．６ｍｍである３種類の流体送入装置１１０を試験装置に組み込み、実測を行った。その結果より解析から求まるＫ２値の補正を行い、Ｋ２は１．８６以上１．９６以下、より好適には１．９１２と算出した。
【００７６】
以上から最終的に圧力損失は以下の（式６）で表される。
【００７７】
圧力損失値＝１．９１２×（Ｓ１／Ｓ２）２．３×Ｖ２．０    （式６）
【００７８】
図１４は、細管部１１６の径毎の実測値と上記（式６）による計算値を示すグラフである。同図に示すように細管部１１６の径毎に実測値と計算値はよく一致しており、上記Ｋ２値が適正であるといえる。
【００７９】
［流体送入管の角度について］
流体送入装置１１０は、細管部１１６に対して傾斜して設けられた流体送入管１３０を有する構成とすることも可能である。図１５は、細管部１１６に対して傾斜する流体送入管１３０を備える流体送入装置１１０を示す模式図である。
【００８０】
流体送入管１３０はガスボンベ等の図示しないガス供給源と流体供給孔１１２とを接続し、流体供給孔１１２に気体を供給する。細管部１１６のうち、第１テーパー部１１４と流体供給孔１１２の間の部分を上流部分１１６ｃとすると、図１５に示すように上流部分１１６ｃの管中心と流体送入管１３０の管中心の交差角度Ａは９０°未満が好適であり、４５°以下がさらに好適である。
【００８１】
図１６は、交差角度Ａ及び流量と気体送入圧力の関係を示すグラフである。流量は流体送入管１３０を流れる気体の流量であり、気体送入圧力は細管部１１６を流れる液体に流体供給孔１１２から気体を送入するために必要な圧力である。なお、流体供給孔１１２の径は０．７ｍｍ、細管部１１６の径は１．６ｍｍである。
【００８２】
同図に示すように、いずれの流量であっても交差角度Ａが９０°から減少するにしたがって気体送入圧力が低下しており、特に４５°以下で最も小さくなる。一方で交差角度Ａが小さすぎると細管部１１６と流体送入管１３０の接続時の加工性が低下するため、交差角度Ａは３５°以上４５°以下が好適である。
【００８３】
なお、流体送入管１３０と細管部１１６は、両者の管中心が同一面上に位置する構造が好適であるが、同一面上から多少ずれてもよい。また、上記説明では流体供給孔１１２の径を０．７ｍｍとしているが、この径を変えても図１６と同様にように交差角度Ａの減少に伴って気体送入圧力が低下する傾向がある。
【００８４】
［流体供給孔の位置について］
流体供給孔１１２における気体送入圧力は、流体供給孔１１２の位置によっても影響を受ける。図１７は、流体供給孔１１２の位置を示す模式図である。同図に示すように細管部１１６の、第１テーパー部１１４側の端を０％とし、第２テーパー部１１５側の端を１００％とする。
【００８５】
図１８は、流体供給孔１１２の位置による気体送入圧力の変化を示すグラフである。なお、細管部１１６の径は１．６ｍｍ、細管部１１６内の流量は１０．２Ｌ／ｍｉｎ、流体供給孔１１２の孔径は０．７ｍｍ、交差角度Ａは９０°、流体送入管１３０内の流量は１．０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００８６】
同図に示すように、流体供給孔１１２が５５％以上９０％以下の位置にあると気体送入圧力が低く、６０％以上８５％以下の位置にあると気体送入圧力はさらに低くなる。また流体供給孔１１２が７０％以上７５％以下の位置にあると気体送入圧力は最も低くなる。
【００８７】
したがって、流体供給孔１１２の位置は５５％以上９０％以下が好適であり、６０％以上８５％以下がさらに好適であり、７０％以上７５％以下が最も好適である。
【００８８】
[流体について]
上記説明において流体送入装置１１０は、液体に気体を送入し、気泡含有液体の生成のために用いるものとしたが、これに限られず、流路１１１を流れる液体に気体又は液体といった流体を送入するために用いることが可能である。
【００８９】
また、流体送入装置１１０は送液ポンプ１５０と共に流体送入システムを構成することができ、液体に流体を送入する各種用途に利用することができる。
【００９０】
以上、本発明に実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００９１】
１０…気泡含有液体製造システム
１００…気泡含有液体製造装置
１１０…流体送入装置
１１１…流路
１１２…流体供給孔
１１３…冷却液路
１１４…第１テーパー部
１１５…第２テーパー部
１１６…細管部
１２０…抵抗発生装置
１３０…流体送入管
１５０…送液ポンプ
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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