(57)【要約】【課題】液体が低流速の場合であっても、キャビテーションが確実に発生し、液体を搬送するポンプなどの液体供給系の出力を抑えることができ、しかも構造が簡易である微細気泡生成ノズルを提供すること。【解決手段】気体が加圧下で溶解した液体２の流路３が内部に形成され、その流路の入口６側を形成する流入部７と、出口８側を形成する吐出部９とを備え、これらの流入部と吐出部の間に、流路において最も小さい流路断面積を有する気泡生成部５が設けられ、この気泡生成部に、その外側から気泡生成部を加熱可能とした加熱手段１２が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が加圧下で溶解した液体の流路が内部に形成され、その流路の入口側を形成する流入部と、出口側を形成する吐出部とを備え、これらの流入部と吐出部の間に、前記流路において最も小さい流路断面積を有する気泡生成部が設けられ、
この気泡生成部に、その外側から気泡生成部を加熱可能とした加熱手段が設けられていることを特徴とする微細気泡生成ノズル。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記気泡生成部において前記液体の流速が最も速い部分に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡生成ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡径が0.1-1000μm程度である微細気泡を液体中に生成させ、微細気泡を含んだ液体を生成し、吐出する微細気泡生成ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気などの気体を水などの溶媒に加圧下で溶解させた液体をベンチュリ管などの微細気泡生成ノズルに供給し、通過させると、流速が増加する際の減圧にともない、液体の流れの中で圧力が、液体の飽和蒸気圧より低くなり、キャビテーションが発生する。このキャビテーションによって溶存気体が遊離し、気泡径が0.1-1000μm程度である微細気泡が液体中に生成する。この微細気泡は、洗浄効果をはじめ、肌の保湿効果や温熱効果などの入浴の効能をもたらすものなどとして注目されている。
【０００３】
液体に含まれる微細気泡と溶存気体のそれぞれの比率は、微細気泡を含んだ液体の用途などに応じて最適なものに調整されることが望ましく、一般的には、微細気泡生成ノズルの大きさや形状の変更によって対応している。
【０００４】
一方、本出願人は、下記特許文献１において、十分な量の微細気泡を発生させ、ノズルの簡略化および小型化による省スペース化および省エネ化を図った微細気泡発生ノズルを提案している。
【０００５】
この微細気泡発生ノズルでは、液体の流れと交差するように熱線が設けられている。この熱線により液体を加熱することによって溶存気体を析出させ、また、熱線によって液体の流れに剥離による渦やキャビテーションを発生させ、十分な量の微細気泡を発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９７３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載した微細気泡発生ノズルでは、熱線が、流路の内部に設けられ、流路を流れる液体の流れと交差するように配置されているため、発生した微細気泡は熱線に付着しやすい。熱線に付着する微細気泡は、熱線から引き離さなければならないが、小さい気泡とするためには液体の流速を速くする必要がある。
【０００８】
したがって、特許文献１に記載した微細気泡発生ノズルでは、十分な量の微細気泡を発生させるために、液体を搬送するポンプへの負荷が大きくなりやすいという面がある。また、熱線の配設のために流路の水密性を確保する必要があるという構造的な側面も見出される。
【０００９】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、液体が低流速の場合であっても、キャビテーションが確実に発生し、液体を搬送するポンプなどの液体供給系の出力を抑えることができ、しかも構造が簡易である微細気泡生成ノズルを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の微細気泡生成ノズルは、気体が加圧下で溶解した液体の流路が内部に形成され、その流路の入口側を形成する流入部と、出口側を形成する吐出部とを備え、これらの流入部と吐出部の間に、流路において最も小さい流路断面積を有する気泡生成部が設けられ、この気泡生成部に、その外側から気泡生成部を加熱可能とした加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この微細気泡生成ノズルにおいては、加熱手段は、気泡生成部において液体の流速が最も速い部分に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の微細気泡生成ノズルによれば、液体が低流速の場合であっても、キャビテーションが確実に発生し、液体を搬送するポンプなどの液体供給系の出力を抑えることができ、しかも構造が簡易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の微細気泡生成ノズルの一実施形態を示した断面図と、微細気泡生成ノズルを液体が通過するときの液体の圧力および流速の変化を模式的に示したグラフである。
【図２】図１に示した微細気泡生成ノズルの斜視図である。
【図３】図１に示した微細気泡生成ノズルの気泡生成部における流路断面積の変化を、図１のＡ−Ａ断面として模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の微細気泡生成ノズルの一実施形態を示した断面図と、微細気泡生成ノズルを  液体が通過するときの液体の圧力および流速の変化を模式的に示したグラフである。図２は、図１に示した微細気泡生成ノズルの斜視図である。図３は、図１に示した微細気泡生成ノズルの気泡生成部における流路断面積の変化を、図１のＡ−Ａ断面として模式的に示した図である。
【００１５】
微細気泡生成ノズル１は、ベンチュリ管を構成することのできる、金属製、エンジニアリング・プラスティック製などの円管状の部材であり、内部に、空気などの気体が水などの溶媒に加圧下で溶解した液体２の流通を可能にした流路３が形成されている。微細気泡生成ノズル１では、流路３の途中に、流路断面積が他の部分より縮小された絞り部４を有し、絞り部４に気泡生成部５が形成されている。
【００１６】
すなわち、微細気泡生成ノズル１は、液体２の入口６側を形成する円管状の流入部７と、液体２の出口８側を形成する円管状の吐出部９とを備えている。流入部７と吐出部９の流路断面積は等しくされている。そして、流入部７と吐出部９との間に絞り部４が設けられ、絞り部４に気泡生成部５が形成されている。
【００１７】
流入部７では、最も絞り部４側に位置する端面７ａが、流路３に対して直交方向に配置されている。気泡生成部５は、絞り部４において流入部７側に位置し、流路断面積が流入部７より小さく、また、絞り部４において最も流路断面積が小さくなっている。つまり、気泡生成部５は、微細気泡生成ノズル１に形成されている流路３において最も小さい流路断面積を有している。このような気泡生成部５は、絞り部４において微細気泡生成ノズル１の長さ方向に延びている。そして、気泡生成部５の最も吐出部９側に位置する端部から絞り部４は、吐出部９に向かって次第に流路断面積が増大し、吐出部９に連設されている。
【００１８】
このような微細気泡生成ノズル１に気体が加圧下で溶解した液体２が供給され、液体２が流路３を入口６から出口８に向かって流れるとき、図１図中に実線で示したように、流入部７で一定であった液体２の流速は、流入部７から気泡生成部５に流出するとき、急激に増加する。この流速の急激な増加は、気泡生成部５の流路断面積が流入部７の流路断面積より小さくなっていることによる。液体２の流速の増加にともない、液体２の圧力は、図１図中に点線で示したように、急激に減少し、流れの中の圧力が溶存気体の飽和蒸気圧１０（空気の場合、２５℃、１気圧のとき、3.17kPa）以下となる。その結果、気泡生成部５においてキャビテーションが発生する。このキャビテーションにより液体２中の溶存気体が遊離し、気泡径が0.1-1000μm程度である微細気泡１１が液体２中に生成する。
【００１９】
液体２が、気泡生成部５を流れ、絞り部４において流路断面積が次第に増大している部分を流れると、液体２の流速は次第に遅くなり、液体２の圧力が次第に増加する。吐出部９の流路断面積は、流入部７の流路断面積と等しくされているため、出口８から吐出する液体２の流速および圧力は、入口６に流入するときとほぼ等しくなる。微細気泡生成ノズル１の出口８からは、微細気泡１１を含んだ液体２が吐出される。
【００２０】
また、微細気泡生成ノズル１では、気泡生成部５の外周面に加熱手段１２が設けられている。加熱手段１２は、たとえば、電圧の印加によって発熱するものであり、電熱線を備えたものやＰＴＣヒータなどの面状発熱体が例示され、気泡生成部５に、その外側から加熱可能に設けられている。図１および図２に示した加熱手段１２は、円環状の形状を有し、気泡生成部５の外周面に接触して取り付けられている。このような加熱手段１２の加熱方式や形状などについては、気泡生成部５をその外側から加熱可能である限り、特に上記のものに制限されない。たとえば、気泡生成部５の外周面に部分的に設け、点在させることなども可能である。また、加熱手段１２への電圧の印加などは、その大きさなどを制御することのできる制御手段を介して行うことができる。
【００２１】
ポンプなどの液体供給系を作動させ、液体２を搬送させる際に、加熱手段１２を作動させると、加熱手段１２の発熱によって、気泡生成部５において加熱手段１２が設けられている部位が加熱される。この熱は、流路３を流れる液体２に伝導し、液体２が加熱される。その結果、液体２の温度が上昇し、流れの中の圧力が、図１図中に一点鎖線で示したように、非加熱時よりも高くなる。しかしながら、温度の上昇にともない、溶存気体の飽和水蒸気圧１３も上昇するため（空気の場合、６０℃、１気圧のとき、47.36kPa）、流れの中の圧力は、加熱時の飽和水蒸気圧１３以下になる。したがって、気泡生成部５では、非加熱時と同様に、キャビテーションが発生し、液体２中の溶存気体が遊離して気泡径が0.1-1000μm程度である微細気泡１１が液体２中に生成する。
【００２２】
このように、加熱手段１２による気泡生成部５の加熱によってキャビテーションは発生するので、液体２の流速が低速の場合であっても、キャビテーションが確実に発生する。このため、図３にモデル化して示したように、気泡生成部５における加熱時の流路断面積ａは、非加熱時よりも見掛け上大きくなり、液体２中の微細気泡１１の生成量を増加させることができる。気泡生成部５の流路３の断面形状は、長方形状のものとしてモデル化して考えることができ、このとき、流路断面積ａは、次式（１）で示される。
【００２３】
ａ＝ｂｈ  （ここで、ｂ：短辺長、ｈ：長辺長）          （１）
【００２４】
ところで、微細気泡１１の生成量を増加させるためには、気泡生成部５の総辺長Ｌを長くする必要がある。総辺長Ｌは、次式（２）で示される。
【００２５】
Ｌ＝２（ｂ＋ｈ）          （２）
【００２６】
液体２の流量を変えず、すなわち、流路断面積ａの大きさを一定にしたまま、気泡生成部５でキャビテーションを発生させる液体２の流速を満足するためには、流路３の断面の総辺長Ｌを増加させる必要がある。式（１）よりｈ＝ａ/ｂと示されることから、総辺長Ｌを増加させるためには、短辺長ｂを極端に小さくしなければならなくなる。
【００２７】
しかしながら、短辺長ｂを極端に小さくすると、液体２中に異物が混入している場合には、その異物が気泡生成部５において詰まる頻度が高まり、微細気泡生成ノズル１の信頼性が低下するという問題がある。
【００２８】
一方、微細気泡生成ノズル１では、上記のとおり、気泡生成部５をその外側から加熱手段１２によって加熱することにより、流速が５〜２０ｍ/ｓ程度の低流速の場合であっても、流路３の断面の総辺長Ｌが見かけ上大きくなり、液体２中の微細気泡１１の生成量を増加させることができる。また、短辺長ｂを小さくする必要がなく、異物の詰まりの発生を抑えることができ、微細気泡生成ノズル１の信頼性が損なわれることを抑えることができる。
【００２９】
しかも、加熱手段１２は、気泡生成部５を流れる液体２を非接触で加熱することができるので、上記特許文献１に記載した微細気泡発生ノズルのように、微細気泡を生成するために、液体２の流速を速くする必要がなく、低流速でも十分に微細気泡１１を生成させることができる。このため、液体２を搬送するポンプなどの液体供給系の出力を抑えることができる。また、加熱手段１２は、気泡生成部５の外側から気泡生成部５を加熱するので、水密性の確保への対応が軽減され、微細気泡生成ノズル１の構造が簡易となる。
【００３０】
このような微細気泡生成ノズル１では、加熱手段１２は、図１に示したように、たとえば、気泡生成部５において液体２の流速が最も速い部分１４に設けることができる。液体２の流速が最も速い部分１４は、流れの中の圧力が最も小さい部分に対応するので、加熱手段１２の発熱量をさほど大きくしなくても、流れの中の圧力は、確実に加熱時の飽和水蒸気圧１３以下になる。このため、加熱手段１２を発熱させるための消費電力などを低減させることができ、加熱手段１２の最適な発熱量を簡便に設定することが可能となる。
【００３１】
本発明は、上記のとおりの実施形態によって限定されるものではない。微細気泡生成ノズルおよび加熱手段の構成、構造、また、形状などの細部については様々な態様が可能である。液体および気体の種類についても同様である。
【符号の説明】
【００３２】
１  微細気泡生成ノズル
２  液体
３  流路
５  気泡生成部
６  入口
７  流入部
８  出口
９  吐出部
１２  加熱手段
１４  流速が最も速い部分
ａ  流路断面積
【図１】
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【図２】
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【図３】
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