(57)【要約】【課題】いかなる機器にも適用することが可能であって、気泡の発生の効率を向上させることができるとともに、液体の圧力損失を低減させることができる気泡発生装置を提供する。【解決手段】気泡発生装置は、ベンチュリ管１００内に、液体中において気泡を発生させる気泡発生部４、気泡発生部４へ液体を導く液体導入部３、および気泡発生部４を通過した液体が流れる液体導出部６を備えている。気泡発生部４においてキャビテーションに起因して気泡が形成される。また、気体発生部４には液体中に後流を生じさせる後流生成部材５が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中において気泡を発生させる気泡発生部と、
前記気泡発生部へ液体を導く液体導入部と、
前記気泡発生部を通過した液体が流れる液体導出部と、
前記気体発生部またはその近傍の前記液体導入部に設けられ、前記液体中に後流を生じさせる後流生成部材とを含む、
ベンチュリ管を備えた、気泡発生装置。
【請求項２】
前記後流生成部材の形状が、前記気泡発生部において前記液体が流れる方向に対してほぼ垂直に延びる円柱形である、請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項３】
前記後流生成部材の形状が前記液体を流線に沿って流れさせる流線形である、請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項４】
前記後流生成部材が、下流側から上流側へ向かって細くなる角部を有する、請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項５】
前記角部が鋭角な断面形状を有する、請求項４に記載の気泡発生装置。
【請求項６】
前記後流生成部材は前記液体の流れる方向に沿った所定の面に対して鏡面対称の形状を有する、請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項７】
前記後流生成部材の前記液体の流れる方向に沿った所定の断面における形状が三角形である、請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項８】
前記後流生成部材がドリルの刃のような螺旋状の溝を有する、請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項９】
前記気泡発生部またはその近傍の前記液体導入部に気体を導くように、前記気泡発生部またはその近傍の前記液体導入部に接続された気体導入部をさらに備えた、請求項１に記載の気泡発生装置。
【請求項１０】
前記気体が、前記後流生成部材の上流に位置する前記気泡発生部またはその近傍の前記液体導入部に向かって流れるように、前記気体導入部と前記気泡発生部またはその近傍の前記液体導入部とが接続された、請求項９に記載の気泡発生装置。
【請求項１１】
前記気体が、前記気泡発生部またはその近傍の前記液体導入部において前記後流生成部材に向かって流れるように、前記気体導入部と前記気泡発生部またはその近傍の前記液体導入部とが接続された、請求項９に記載の気泡発生装置。
【請求項１２】
前記気泡発生部において前記液体が流れる方向に対して垂直な面に投影される前記気泡発生部の面積に対する前記垂直な面に投影される前記後流生成部材の面積の比が０より大きくかつ０．４以下である、請求項１に記載の気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に気泡を発生させる気泡発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ベンチュリ管の細管部内で生じるキャビテーションを利用して液体中に気泡を発生させる気泡発生装置の開発が行われている。たとえば、特開２００３−２３０８２４号公報においては、気泡発生装置内に界面活性剤が添加され、細管路内面の摩擦係数を減少させて、液体の圧力損失の低下を図る技術が開示されている。また、特開２００５−２８３０５号公報においては、キャビテーションが発生する細管部内の液体の静圧を低減する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２３０８２４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、液体の圧力損失は、液体の流速の二乗に比例して大きくなる。したがって、細管部での液体の流速を大きくすると、液体の静圧は低下するが、液体の圧力損失が増大するという問題が生じる。
【０００４】
一方、気泡を効率的に発生させるためには、ベンチュリ管の細管部にキャビテーションを発生させる必要がある。キャビテーションは、流体の静圧が飽和蒸気圧以下の圧力に達したことに起因して液体中に溶解しているガスが析出する現象である。
【０００５】
上記の特開２００３−２３０８２４号公報に記載の技術によれば、液体の圧力損失の低下が抑制される。しかしながら、特開２００３−２３０８２４号公報に記載の技術は、界面活性剤を添加することができない機器、たとえば、塩分を用いて食器を洗浄する食器洗浄器等には適用され得ない。
【０００６】
また、特開２００５−２８３０５号公報に記載の技術においては、キャビテーションが発生する細管部における液体の静圧を低下させて効率的に気泡を発生させることは可能であるが、細管部での液体の圧力損失の低減のための対策が何らなされていない。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、いかなる機器にも適用することが可能であって、気泡の発生の効率を向上させながら、液体の圧力損失を低減させることができる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】
【０００８】
本発明の気泡発生装置は、ベンチュリ管を備えている。ベンチュリ管は、液体中において気泡を発生させる気泡発生部と、気泡発生部へ液体を導く液体導入部と、気泡発生部を通過した液体が流れる液体導出部と、気泡発生部またはその近傍の液体導入部に設けられ、液体中に後流を生じさせる後流生成部材とを含んでいる。
【０００９】
上記の構成によれば、気泡を効率的に発生させながら、気泡を内包する液体の圧力損失を低下させることができる。また、本発明の気泡発生装置は、圧力損失の低下させるために液体中に界面活性剤を添加する必要がないため、いかなる機器にも適用され得るものである。
【００１０】
また、後流生成部材の形状が、気泡発生部において液体が流れる方向に対してほぼ垂直に延びる円柱形であれば、後流生成部材の下流において、レイノルズ数がＲｅ＝１０から１０００００までの範囲内にあるカルマン渦を発生させることができる。
【００１１】
また、後流生成部材の形状が液体を流線に沿って流れさせる流線形であれば、後流生成部材の下流に渦を発生させながら、後流生成部材の周囲において流線に沿った液体の流れを生じさせることができる。そのため、気泡を効率的に発生させながら、液体の流れをスムーズにすることができる。
【００１２】
また、後流生成部材の形状が下流側から上流側へ向かって細くなる角部を有していれば、角部の最も上流の端部では速度境界層の厚みが無い、いわゆるよどみ点が形成される。このよどみ点から新たに速度境界層が成長していく。この速度境界層は、成長途中の境界層であるため、不安定なものである。そのため、液体の流れに剥離が生じ易く、渦が発生し易い。その結果、キャビテーションが発生し易い。また、角部が鋭角な断面形状を有していれば、キャビテーションの発生効率が高くなる。
【００１３】
また、後流生成部材が液体の流れる方向に沿った所定の面に対して鏡面対称の形状を有していれば、後流生成部材の近傍を流れる液体に生じる抵抗が低減される。
【００１４】
また、後流生成部材の断面形状は多角形であってもよい。ただし、キャビテーションを発生させるために重要であるのは、最も上流側に位置する角部およびその次に位置する角部、すなわち２番目の角部であり、それらの角部の下流に位置する角部は、キャビテーションの発生位置よりも下流にあるため、キャビテーションの発生にはあまり寄与しない。むしろ、２番目の角部よりも下流に位置する角部は、液体の流れを複雑化させる要因となる。その結果、圧力損失が増加する。したがって、最も上流側に位置する角部およびその次に位置する角部以外の角部は無いほうが望ましい。故に、後流生成部材の液体の流れる方向に沿った所定の断面における形状は三角形以外の多角形よりも三角形であることが望ましい。
【００１５】
また、後流生成部材がドリルの刃のような螺旋状の溝を有すると、後流生成部材が軸まわりに回転しても、螺旋状の溝のいずれかの部分は、必ず、液体の流れを受け入れる。そのため、その部分の下流で渦が必ず発生する。つまり、後流生成部材の軸まわりの回転に起因してキャビテーションが生じないという不具合が発生しない。その結果、後流生成部材の軸まわりの回転を防止するための構造が不要になる。
【００１６】
また、本発明の気泡発生装置は、気泡発生部またはその近傍の液体導入部に気体を導くように、気泡発生部またはその近傍の液体導入部に接続された気体導入部をさらに備えていることが望ましい。これによれば、気泡発生部においてより多くの気泡を発生させることが可能になる。
【００１７】
また、気体が後流生成部材の上流に位置する気泡発生部またはその近傍の液体導入部に向かって流れるように、気体導入部と気泡発生部またはその近傍の液体導入部とが接続されていることが望ましい。上記の気泡発生装置においては、後流生成部材の上流の気泡発生部またはその近傍の液体導入部においても負圧部が形成される。そのため、後流生成部材の上流に気体が導かれてもよい。この場合には、気体は、後流生成部材の下流の渦の発生している部分を通過する。その結果、渦に起因するせん断力によって、気体を分裂させることができる。したがって、気泡を微細化することが可能になる。
【００１８】
また、気体が気泡発生部またはその近傍の液体導入部において後流生成部材に向かって流れるように、気体導入部と気泡発生部またはその近傍の液体導入部とが接続されていることが望ましい。この構成によれば、後流生成部材の近傍の圧力は特に低いため、より多くの気体を気泡発生部に導き易くなる。その結果、多量の気泡を微細化することができる。
【００１９】
また、気泡発生部において液体が流れる方向に対して垂直な面に投影される気泡発生部の面積に対する前述の垂直な面に投影される後流生成部材の面積の比が０より大きくかつ０．４以下であることが望ましい。この構成によれば、従来の気泡発生装置の圧力損失よりも小さな圧力損失を有する気泡発生装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の気泡発生装置を説明する。
（実施の形態１）
まず、図１〜図９を用いて、実施の形態１の気泡発生装置を説明する。
【００２１】
本実施の形態の気泡発生装置は、図１および図２に示すように、ベンチュリ管１００を備えている。ベンチュリ管１００内には、液体中において気泡を発生させる気泡発生部４、気泡発生部４へ液体を導く液体導入部３、および気泡発生部４を通過した液体が流れる液体導出部６が形成されている。気泡発生部４の流路の断面積、すなわち、液体が流れる方向に対して垂直な面における気泡発生部４の投影面積は、液体導入部３および液体導出部６の流路の断面積よりも小さくなっている。
【００２２】
より具体的には、液体導入部３の断面積は、気泡発生部４に向かうにしたがって除々に小さくなっている。つまり、液体導入部３は、円錐状の空間である。また、液体導出部６の断面積は、気泡発生部４から離れるにしたがって除々に大きくなっている。つまり、液体導出部６も、円錐状の空間である。また、気泡発生部４は、液体導入部３および液体導出部６の最も小さい断面に連続する円柱状の空間である。また、本実施の形態の気泡発生装置においては、図２に示すように、気泡発生部４に液体中に後流を生じさせる後流生成部材５が設けられている。
【００２３】
上記の構成によれば、後流生成部材５の上流の所定位置に液体のよどみ点が形成される。そのよどみ点から境界層が液体の流れに沿って延びる。ただし、後流生成部材５の下流の所定位置では境界層が後流生成部材５から剥離する。境界層の剥離が生じると、境界層の下流において、流れの遅い部分と流れが速い部分とが形成される。そのため、逆流が生じる。この逆流は、いわゆる渦である。つまり、後流生成部材５が気泡発生部４に設けられると、図３に示すように、その後流において渦１０が発生する。この渦１０の中心部の圧力は、後流生成部材５の上流の圧力よりも低い。そのため、後流生成部材５の下流に局所的に周囲液体の圧力よりも低い圧力を有する部分が形成される。
【００２４】
一方、キャビテーションは、液体の静圧が飽和蒸気圧以下の圧力に達したときに、液体の沸騰現象によって気泡が発生する現象である。また、静圧が最も低い部分は流路の断面積が最も小さい部分である。そのため、気泡発生装置の流路の断面積が小さな気泡発生部４においては、かなり圧力が低くなり、キャビテーションが発生し易くなっている。その結果、気泡発生部４においては、気泡が発生し易くなっている。したがって、後流生成部材５が液体の流速を大きく低下させるような大きさでなければ、液体の圧力損失の原因となる液体の流速の低下をほとんど引き起こすことなしに、飽和蒸気圧以下の部分が形成され、キャビテーションが効率的に発生する。逆に言うと、後流生成部材５が気泡発生部４に設けられているため、気泡を効率的に発生させながら、気泡を内包する液体の圧力損失を低下させることができる。また、本実施の形態の気泡発生装置は、圧力損失の低下を抑制するために液体中に界面活性剤を添加する必要がないため、いかなる機器にも適用され得るものである。
【００２５】
また、本実施の形態においては、図１および図２から分かるように、後流生成部材５の形状が、気泡発生部４において液体が流れる方向に対してほぼ垂直に延びる円柱形である。そのため、図３に示すように、後流生成部材５の下流において、レイノルズ数がＲｅ＝１０から１０００００までの範囲内にあるカルマン渦を発生させることができる。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、図４に示すように、後流生成部材５は、気泡発生部４の近傍の液体導入部３に設けられていても、図２に示す構造によって得られる効果とほぼ同様の効果が得られる。なお、図４に示す構造において、気泡発生部４の近傍とは、図２に示す構造の気泡発生装置によって得られる前述の効果と同様の効果を得ることができる位置を意味する。
【００２７】
また、本実施の形態の気泡発生装置は、気泡発生部４に気体を導くように、気泡発生部４に気体導入部７が接続されていれば、気泡発生部４により多くの気体が効率的に導入されるため、気泡発生部４においてより多くの気泡を発生させることが可能になる。ただし、実施の形態の気泡発生装置は、気泡発生部４において発生するキャビテーションを利用して気泡を発生させる機能を有するため、気体導入部７の構成は、本実施の形態の気泡発生装置の必須の構成要素ではない。なお、図５に示すように、本実施の形態の気泡発生装置は、気泡発生部４の近傍の液体導入部３に気体を導くように、気泡発生部４の近傍の液体導入部３に気体導入部７が接続されていても、図２に示す構造によって得られる前述の効果と同様の効果が得られる。なお、図５に示す構造において、気泡発生部４の近傍とは、図２に示す構造の気泡発生装置によって得られる前述の効果と実質的に同様の効果を得ることができる位置を意味する。さらに、図６に示す構造によっても、図２、図４、および図５に示す構造によって得られる効果と実質的に同様の効果が得られる。図６に示す気泡発生装置の後流生成部材５および気体導入部７が設けられている位置は、図２に示す気泡発生装置の後流生成部材５および気体導入部７によって得られる前述の効果と同様の効果を得ることができる位置であれば、気泡発生部４から多少離れていてもよい。
【００２８】
また、本実施の形態の気泡発生装置は、図５または図６に示すように、気体が後流生成部材５の上流に位置する気泡発生部４またはその近傍の液体導入部３に向かって流れるように、気体導入部７と気泡発生部４またはその近傍の液体導入部３とが接続されているため、次のような効果が得られる。
【００２９】
本実施の形態の気泡発生装置においては、気泡発生部４またはその近傍の液体導入部３の後流生成部材５の上流においても負圧部が形成される。そのため、後流生成部材５の上流に気体が導かれてもよい。この場合には、図３に示すように、気体は、後流生成部材５の下流の渦１０の発生している部分を通過する。その結果、渦１０に起因するせん断力によって、気泡を分裂させることができる。したがって、気泡を微細化することが可能になる。
【００３０】
また、本実施の形態の気泡発生装置においては、前述のように、図２に示すように、気体が気泡発生部４において後流生成部材５に向かって流れるように、気体導入部７と気泡発生部４とが接続されている。これによれば、後流生成部材５の近傍の圧力は特に低いため、より多くの気体を気泡発生部４に導き易くなる。その結果、多量の微細気泡が発生する。ただし、この効果を得るためには、図６に示すように、気体が気泡発生部４の近傍の液体導入部３において後流生成部材５に向かって流れるように、気体導入部７と気泡発生部４の近傍の液体導入部３とが接続されていてもよい。
【００３１】
次に、本実施の形態の気泡発生装置において生じる作用を説明する。まず、気体導入部７が設けられていない気泡発生装置内において生じる作用を説明する。
【００３２】
図１および図２に示す気泡発生装置（気体導入部７が設けられていないものとして考える）において、図示しないポンプなどの加圧機器等によって加圧された液体が、矢印１で示すように、液体導入口２から液体導入部３内へ導かれる。その後、液体の流れは、液体導入部３内で縮流となる。この過程において、液体の流速が上昇し、その静圧が低下する。
【００３３】
液体導入部３に至った液体は、次に最も断面積が小さい細管部としての気泡発生部４に至る。気泡発生部４に至る過程において、液体の流速はさらに上昇し、その静圧はさらに低下する。
【００３４】
気泡発生部４に至った液体は、後流生成部材５に衝突する。その後、後流が発生し、後流生成部材５の下流の液体中には、図３に示す渦１０が形成される。渦１０が形成されている部分においては、液体の静圧が周囲の液体よりも低下している。そのため、渦１０が発生している部分の液体の圧力は、飽和蒸気圧以下の圧力になる。したがって、キャビテーションが生じる。キャビテーションによって気泡が発生する。この気泡は、気泡発生部４内の乱流によって分断され、液体とともに液体導出部６に至る。
【００３５】
液体導出部６に至った液体は、流路の断面積が急激に拡大するため、静圧が急激に上昇するとともに、流速が急激に低下する。このとき、液体導出部６において乱流が発生し、分断された気泡が乱流のせん断力によってさらに細分化される。その結果、微細気泡が形成される。液体導出部６に至った微細気泡と液体とは、矢印８で示すように、液体導出口９から、気液混合体として、気泡発生装置の外部の配管または周囲流体中に吐出される。
【００３６】
次に、気体導入部７が設けられている気泡発生装置内で生じる作用を説明する。この場合においても、気体導入部７が設けられていない気泡発生装置内で生じる作用と同様の作用が生じる。ただし、気体導入部７が設けられている気泡発生装置は、液体の負圧を利用して周囲の気体を気泡発生部４またはその近傍の液体導入部３に吸入することできる点が、気体導入部７が設けられていない気泡発生装置と異なっている。気体導入部７から気泡発生部４またはその近傍の液体導入部３に吸入された気体は、気体導入部７がない場合と同様に、気泡発生部４内に生じている乱流によって分裂されて気泡となり、その気泡が急拡大している液体導出部６において微細化される。このときに、気体導入部７が設けられていない気泡発生装置との比較において、より多量の微細気泡が発生する。
【００３７】
また、一般に、キャビテーションの発生の有無は、キャビテーション係数Ｋ＝０．５×（Ｐ１−Ｐ０）／（ρ×Ｖ2）を用いて判別される。さらに、キャビテーション係数Ｋ＝1〜０．７程度でキャビテーションが発生すると考えられている。
【００３８】
ここで、Ｐ１は気泡発生部４における液体の静圧、Ｐ０は飽和蒸気圧、Ｖは気泡発生部４の流体速度、ρは流体の密度である。
【００３９】
図７は、後流生成部材５が気泡発生部４に設けられていないときの圧力損失とキャビテーション係数Ｋとの関係を示す。図７から、キャビテーション係数Ｋ＝１のときの圧力損失は８ＭＰａもあることが分かる。一方、図８は、後流生成部材５が設けられているときの圧力損失とキャビテーション係数Ｋとの関係を示す。図８から、キャビテーション係数Ｋ＝１のときの圧力損失はわずか１ＭＰａ程度であることが分かる。
【００４０】
図７に示すグラフと図８に示すグラフとの対比から、後流生成部材５が気泡発生部４に設けられた場合の圧力損失が、後流生成部材５が気泡発生部４に設けられていない場合の圧力損失よりもかなり低いことは明らかである。
【００４１】
しかしながら、後流生成部材５が大きくなり過ぎると、後流生成部材５に起因する流路抵抗の増加が大きくなり過ぎるために、後流生成部材５が気泡発生部４に設けられた場合の圧力損失が、後流生成部材５が気泡発生部４に設けられていない場合の圧力損失よりも大きくなってしまう。
【００４２】
この観点から、後流生成部材５の大きさに関しては、図７に示すグラフと図９に示すグラフとを対比すれば分かるように、気泡発生部４において液体が流れる方向に対して垂直な面に投影される抵抗物の面積が、気泡発生部４において液体が流れる方向に対して垂直な面に投影される気泡発生部４の面積の０．４倍以下（ゼロを除く）であることが望ましい。なお、図９において、ｍは、気泡発生部４において液体が流れる方向に対して垂直な面に投影される気泡発生部４の面積に対する、気泡発生部４において液体が流れる方向に対して垂直な面に投影される後流生成部材５の面積の比である。また、図９に示すように、ｍが０．１以上かつ０．４以下であれば、後流生成部材５が気泡発生部４に設けられたことによって、圧力損失を低減しながら、キャビテーションによる気泡の発生を促進させることができることが、シミュレーションによって確かめられている。
【００４３】
（実施の形態２）
本実施の形態の気泡発生装置は、実施の形態１の気泡発生装置とほぼ同様である。ただし、本実施の形態の気泡発生装置は、図１０に示すように、気泡発生部４を液体の流れに対して垂直方向に横切るように延びている後流生成部材５の形状が、液体を流線に沿って流れさせる流線形、たとえば、翼形状であることが、実施の形態１の気泡発生装置と異なっている。本実施の形態の気泡発生装置は、前述の相異点以外には、実施の形態１の気泡発生装置の構成と全く同様の構成を有し、実施の形態１の気泡発生装によって得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００４４】
本実施の形態の気泡発生装置によれば、後流生成部材５の下流に渦１０を発生させながら、後流生成部材５の周囲において流線に沿った液体の流れを生じさせることができる。そのため、気泡を効率的に発生させながら、液体の流れをスムーズにすることができる。したがって、実施の形態１の円柱形の後流生成部材よりも圧力損失を低減させることができる。なお、流線形は、一般的に言われている、流体に与える抵抗が小さく、乱流が発生し難い形状であれば、いかなる形状であってもよい。
【００４５】
また、本実施の形態の気泡発生装置の変形例として、図１１〜図１３に示すように、後流生成部材５は、流線形の翼形状部分が支柱５ａによって気泡発生部４の内面に取り付けられていてもよい。このような変形例においても、支柱５ａに起因する抵抗が小さければ、実質的に図１０に示す構造の後流生成部材５によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
本実施の形態の気泡発生装置を図１４および図１５を用いて説明する。
【００４７】
前述の実施の形態１および２においては、後流生成部材５の形状として、円柱形および流線形が示されているが、本実施の形態の気泡発生装置においては、図１４および図１５に示すように、後流生成部材５の形状が、気泡発生部４を囲む管路の内周面から突出する突起部のような形状である。このような突起状の後流生成部材５によっても、キャビテーションによる気泡の発生を促進させることができる。
【００４８】
つまり、後流生成部材５の形状は、後流を生成することができ、前述のようなキャビテーションによる気泡の発生を促進させることができる形状であれば、いかなる形状であってもよい。
【００４９】
たとえば、後流生成部材５が、図１６に示すように、角部２０を有していれば、キャビテーションによる気泡の発生をさらに促進することができる。以下、そのことを詳細に説明する。
【００５０】
上述の円柱および流線形の後流生成部材５によれば、理論上において粘性を有しない完全流体が微細気泡発生装置内を流れるのであれば、よどみ点が形成され得る。
【００５１】
しかしながら、実際の流体は、粘性を有する流体であるため、微細気泡発生装置内を流れる液体の流速が小さければ、角部を有しない後流生成部材が設けられている微細気泡発生装置においては、角部を有する後流生成部材が設けられている微細気泡発生装置に比較して、完全なよどみ点を形成することが困難である。そのため、よどみ点となるべき位置においても、ある程度の境界層が形成される。したがって、角部を有していない後流生成部材が用いられれば、図１６〜図２１に示す後流生成部材５が用いられる場合に比較して、安定した速度境界層が形成されてしまう。つまり、液体中での剥離および乱流が生じ難くなる。
【００５２】
これに対して、たとえば、図１６に示すように、後流生成部材５の形状が、角部２０を有する形状であると、角部２０の近傍では、粘性流体が流れていても、速度境界層の厚みは、上記のような後流生成部材５の形状が円柱および流線型である場合に比較して、小さくなる。したがって、速度境界層は、薄い速度境界層から厚い速度境界層へ成長する。そのため、速度境界層の状態は、不安定なものである。したがって、液体の流れに剥離および乱流が生じ易くなる。その結果、渦およびキャビテーションが発生し易くなる。
【００５３】
さらに、角部２０が液体の流れ方向を含む断面において鋭角な角部を有している場合には、角部２０の先端部で速度境界層の厚みがゼロになり易い。この場合、速度境界層は厚みがゼロから徐々に大きくなる。そのため、速度境界層の状態はより不安定になる。それにより、液体の流れに剥離および乱流がさらに生じ易くなる。したがって、キャビテーションに起因する気泡の発生がさらに促進される。
【００５４】
なお、図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。図１６および図１７から、後流生成部材５は、液体が流れる方向に対して鏡面対称（上下対称または左右対称）な形状を有することが分かる。
【００５５】
また、後流生成部材５の断面形状は、図１８に示すように、角部２０、２１および２２を有する多角形であってもよい。また、後流生成部材５の断面形状は、図１９に示すように、角部２０および２１を有する二等辺三角形であってもよい。さらに、後流生成部材５の断面形状は、図２０および図２１に示すように、角部２０を有するドリルのような螺旋状の溝５ａを有していてもよい。
【００５６】
なお、図１７〜図２１においては、液体の流れ１は点線矢印で示されており、よどみ点としての角部２０の先端は黒丸印によって示されている。また、渦１０は実線の矢印で示されている。また、速度境界層５０の界面は一点鎖線で示されている。
【００５７】
図１６および図１７に示すように、後流生成部材５が液体が流れる方向１に沿った所定の面に対して鏡面対称（この場合、上下対称または左右対称）に配置されると、後流生成部材５の近傍で鏡面対称（この場合、上下対称または左右対称）な流れが形成され、偏った流れが生じない。そのため、流体抵抗が低減される。その結果、後流生成部材５に起因して生じる流体の圧力損失が低減される。
【００５８】
しかしながら、後流生成部材５によるキャビテーションの発生のために重要であることは、液体が流れる方向において最も上流側に位置する角部２０および液体が流れる方向において最も上流側に位置する角部２０の次の角部（２番面の角部）２１である。つまり、３番面の角部２２は、キャビテーションの発生位置よりも下流側にある角部であるため、キャビテーション発生にはあまり寄与しない。それどころか、３番面の角部２２は、液体の流れを複雑化させ、液体の圧力損失の増加を招く要因になる。そのため、３番面の角部２２が設けられていない後流生成部材５が用いられることが望ましい。したがって、図１９に示すように、３番面の角部を有しない三角形（図では、二等辺三角形）の断面形状を有する後流生成部材５が用いられることが望ましい。
【００５９】
また、後流生成部材５の形状が、図２０に示すように、ドリルまたはネジのように、螺旋形状を有していてもよい。つまり、後流生成部材５は螺旋状の溝５ａを有している。これによっても、後流生成部材５が角部２０を有するため、液体の流れに剥離が生じないという効果を得ることができる。
【００６０】
また、図２０および図２１に示すように、ドリルまたはネジの形状を有する後流生成部材５が用いられると、後流生成部材５は、液体の流れに起因して、軸まわりに回転しても、螺旋状の溝５ａのいずれかの部分が常に液体を受け入れる。そのため、溝５ａが液体を受け入れないために角部２０が設けられていることに起因する効果が得られないという不具合の発生を防止すべく、後流生成部材５の軸まわりの回転を防止する構造を設ける必要がない。したがって、気泡発生装置の製造が容易になる。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態１の気泡発生装置の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】後流生成部材の後流に生じるカルマン渦を説明するための図である。
【図４】実施の形態１の第１の変形例の気泡発生装置の断面図である。
【図５】実施の形態１の第２の変形例の気泡発生装置の断面図である。
【図６】実施の形態１の第３の変形例の気泡発生装置の断面図である。
【図７】気泡発生部に後流生成部材が設けられていない場合のキャビテーション係数と圧力損失の関係との関係を示すグラフである。
【図８】気泡発生部に後流生成部材が設けられている場合のキャビテーション係数と圧力損失の関係との関係を示すグラフである。
【図９】気泡発生部の投影面積に対する後流生成部材の投影面積の比を異ならせた場合のキャビテーション係数と圧力損失の関係との関係を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２の気泡発生装置の断面図である。
【図１１】実施の形態２の変形例の気泡発生装置の断面図である。
【図１２】実施の形態２の後流生成部材の拡大図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１４】実施の形態３の気泡発生装置の断面図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。
【図１６】実施の形態３の変形例の気泡発生装置の断面図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図である。
【図１８】正六角形の断面形状を有する後流生成部材を示す図である。
【図１９】二等辺三角形の断面形状を有する後流生成部材を示す図である。
【図２０】ドリルのような螺旋形状を有する後流生成部材を示す図である。
【図２１】図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
２  液体導入口、３  液体導入部、４  気泡発生部、５  後流生成部材、５ａ  支柱、６  液体導出部、７  気体導入部、９  液体導出口、１０  渦、１００  ベンチュリ管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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