(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が通過する主通路に、絞り部と、該絞り部の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部と、を設けたベンチュリ構造を備える気液混合装置において、
前記拡径部の外周側に環形状の衝突室と、前記拡径部の下流側に攪拌室と、が設けられており、
前記拡径部の下流側の流路は、前記衝突室に繋がり気液を該衝突室の外周壁に衝突させる衝突流路と、前記攪拌室に繋がり前記拡径部の中心部を通過する気液が直進する直進流路と、前記衝突室から前記攪拌室に気液が流れる外環流路と、に形成されており、前記外環流路からの気液と前記直進流路からの気液とを前記攪拌室で攪拌させることを特徴とする気液混合装置。
【請求項２】
前記衝突流路は、前記拡径部の中心軸を中心にして同角度間隔で複数配置され、複数が同形状で形成されており、
前記外環流路は、前記拡径部の中心軸を中心にして同角度間隔で複数配置され、複数が同形状で形成されている請求項１に記載の気液混合装置。
【請求項３】
前記直進流路は、前記絞り部と同一軸に形成されており、前記直進流路の断面は、前記絞り部の断面より大きく形成されている請求項１又は２に記載の気液混合装置。
【請求項４】
前記気液混合装置は、給水配管にねじにより接続可能であり、前記ねじのねじ山に該ねじの差し込み方向を軸にした切り欠きが形成されており、外部気体を内部に供給するために前記切り欠きと前記絞り部、または前記拡径部とが連通している請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気液混合装置。
【請求項５】
前記攪拌室の出口に気泡を細分化する金網フィルターを設けている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気液混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液混合装置に関し、更に詳しくは、微細気泡を発生させる気液混合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細気泡にはさまざまな性質があり、液中での浮上速度が遅く、高効率で気体を液体に溶かすことができる溶解性、また、気泡はマイナスに帯電しているために気泡同士は結合せず、汚れなどのプラス帯電物質を吸着させ浮き上がらせる洗浄性、さらに、自己圧壊により殺菌性の効果も期待できる。
【０００３】
微細な気泡を発生させる技術としては、液体の流れる通路の断面積を縮小させることで減圧させ、外気からの気体を混入し、下流に断面積を増加させる拡径部を設けることで、気体が混入された気液に圧力変化によるせん断応力を発生させ、気体を細分させるベンチュリ構造による方法がある。
【０００４】
さらに、大きな気泡を破砕させる技術として特許文献１によると、気液が通過する流路に、気液の進行方向に対して上流の第１衝突部と下流の第２衝突部を設け、気液を衝突させることで大きな気泡を破砕し細分化している。
【０００５】
外部の気体を取り入れる技術として特許文献２によると、給水配管と気液混合装置のハウジングとのねじ接続面の隙間と、流れる通路の断面積を縮小させ負圧となる流域にまで気液混合装置の内部に空間を設けて連通させることで、吸気孔をなくして外部の気体を取り込んでいる。
【０００６】
また、特許文献３によると、流れる通路の断面積を縮小させた絞り部の横穴に吸気調整具としてねじを備え、ねじを螺進させることで生じる微小な遊びである雌ねじと雄ねじの螺合クリアランスを利用し、外部の気体を取り込んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０２０−１５０１３号公報
【特許文献２】特開２０２０−１８９９６号公報
【特許文献３】実用新案登録３１６９９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載された技術では、下流の第２衝突部が設けられている主通路断面は、上流の第１衝突部が設けられている主通路断面より小さいと、流速が損なわれ効率的な衝突はおこなわれない。そのため、衝突部が設けられた各断面では、下流に設ければ設けるほど衝突部の面積に対し、気液の通過する面積は大きくなり、衝突する割合は低下していく。このように、衝突する気泡は細分化されるが、衝突しない大きな気泡が存在してしまい、均一で微細な気泡にはならない。
【０００９】
上記特許文献２に記載された技術では、ねじを締めつけた場合には、雌ねじと雄ねじとの片側のねじ山の傾斜面は密着され、雌ねじと雄ねじとの空間は、密着しない側の傾斜面のクリアランスとなる。そのため、外気との経路は、ねじ螺進方向のみとなり距離は長くなる。これにより、空間における雌ねじと雄ねじのそれぞれのねじの有効径、谷の径、面相度などの加工精度により、吸気量にばらつきが生じる。
【００１０】
上記特許文献３に記載された技術では、吸気調整具としてのねじを緩めた状態での使用は、振動により緩んで外れる問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、微細な気泡を効率よく安定して発生させることができる気液混合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、液体が通過する主通路に、絞り部と、該絞り部の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部と、を設けたベンチュリ構造を備える気液混合装置において、前記拡径部の外周側に環形状の衝突室と、前記拡径部の下流側に攪拌室と、が設けられており、前記拡径部の下流側の流路は、前記衝突室に繋がり気液を該衝突室の外周壁に衝突させる衝突流路と、前記攪拌室に繋がり前記拡径部の中心部を通過する気液が直進する直進流路と、前記衝突室から前記攪拌室に気液が流れる外環流路と、に形成されており、前記外環流路からの気液と前記直進流路からの気液とを前記攪拌室で攪拌させることを要旨とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記衝突流路は、前記拡径部の中心軸を中心にして同角度間隔で複数配置され、複数が同形状で形成されており、前記外環流路は、前記拡径部の中心軸を中心にして同角度間隔で複数配置され、複数が同形状で形成されていることを要旨とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記直進流路は、前記絞り部と同一軸に形成されており、前記直進流路の断面は、前記絞り部の断面より大きく形成されていることを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記気液混合装置は、給水配管にねじにより接続可能であり、前記ねじのねじ山に該ねじの差し込み方向を軸にした切り欠きが形成されており、外部気体を内部に供給するために前記切り欠きと前記絞り部、または前記拡径部とが連通していることを要旨とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記攪拌室の出口に気泡を細分化する金網フィルターを設けていることを要旨とする。
【００１７】
上記問題を解決するために、請求項６に記載の発明は、液体が通過する主通路に、絞り部と、該絞り部の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部と、を設けたベンチュリ構造を備える気液混合装置において、前記気液混合装置は、給水配管にねじにより接続可能であり、前記ねじのねじ山に該ねじの差し込み方向を軸にした切り欠きが形成されており、外部気体を内部に供給するために前記切り欠きと前記絞り部、または前記拡径部とが連通していることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の気液混合装置によると、気液混合装置の内部は、液体が通過する主通路に、絞り部と、絞り部の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部と、を設けたベンチュリ構造を備えている。そのため、主通路を流れる液体は、流れる通路の断面積を縮小させた絞り部により減圧され、下流に設けた断面積を増加させる拡径部により、液体に圧力変化によるせん断応力を発生させることで、通過した液体の中の気体は細分化される。
さらに、拡径部の外周側に環形状の衝突室と、拡径部の下流側に攪拌室と、が設けられており、拡径部の下流側の流路は、衝突室に繋がり気液を衝突室の外周壁に衝突させる衝突流路と、攪拌室に繋がり拡径部の中心部を通過する気液が直進する直進流路と、衝突室から攪拌室に気液が流れる外環流路と、に形成されており、外環流路からの気液と直進流路からの気液とを前記攪拌室で攪拌させる。これにより、拡径部を通過した液体は、衝突室に連通した衝突流路と、攪拌室に連通した直進流路と、に分断され、衝突流路を通過した衝突気液は、衝突室の外周壁に衝突され、気泡は破砕される。また、直進流路からの直進気液は、攪拌室で外環流路を通過した外環気液と攪拌されることで、気泡は細分化される。
【００１９】
また、衝突流路と外環流路のそれぞれが、拡径部の中心軸を中心にして同角度間隔で複数配置され、複数が同形状に形成されている場合は、絞り部から拡径部を流れる気液は、乱れることなく衝突流路と直進流路に流れることができ、効果的に衝突室の外周壁に衝突させることができる。
【００２０】
また、直進流路は、絞り部と同一軸に形成されており、直進流路の断面は、絞り部の断面より大きく形成されている場合は、絞り部の内壁の抵抗を受けない流速の速い絞り部の中心周辺の気液を、拡径部の内壁の抵抗を受けることなく直進気液として流すことができる。攪拌室では、相対的に流速の速い直進気液と衝突を繰り返し流速の遅い外環気液が接触し、接触した流域に回転渦を発生させ、気液同士の衝突を繰り返し、気泡を細分化することができる。
【００２１】
また、気液混合装置は、給水配管にねじにより接続可能であり、ねじのねじ山に該ねじの差し込み方向を軸にした切り欠きが形成されており、外部気体を内部に供給するために切り欠きと絞り部、または拡径部とが連通している場合は、ねじを締めつけても、ねじの差し込み方向を軸とした断面において、外部気体流路を形成させることができ、ねじの差し込み方向で外気からねじ部通過気体を供給することができる。そのため、雌ねじと雄ねじのそれぞれのねじの有効径、谷の径、面相度などの加工精度による吸気量のばらつきを抑えることができる。
【００２２】
また、攪拌室の出口に気泡を細分化する金網フィルターを設ける場合は、直進気液に適度な抵抗を与えることで、直進し金網フィルターを通過する気液と金網フィルターに遮断され外側に流れ込む遮断気液を発生させることができる。遮断気液は外環気液と衝突することで気泡を細分化し、外環気液と一緒に金網フィルターを通過する。金網フィルターには均一な小孔が形成されており、小孔を通過することで均一な微細気泡にすることができる。
【００２３】
他の本発明の気液混合装置によると、気液混合装置の内部は、液体が通過する主通路に、絞り部と、絞り部の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部と、を設けたベンチュリ構造を備えている。そのため、主通路を流れる液体は、流れる通路の断面積を縮小させた絞り部により減圧され、下流に設けた断面積を増加させる拡径部により、液体に圧力変化によるせん断応力を発生させることで、通過した液体の中の気体は細分化される。
さらに、気液混合装置は、給水配管にねじにより接続可能であり、ねじのねじ山に該ねじの差し込み方向を軸にした切り欠きが形成されており、外部気体を内部に供給するために切り欠きと絞り部、または拡径部とが連通している。これにより、ねじを締めつけた場合でも、ねじの差し込み方向を軸とした断面において、外部気体流路を形成させることができ、ねじの差し込み方向で外気からねじ部通過気体を供給することができる。そのため、雌ねじと雄ねじのそれぞれのねじの有効径、谷の径、面相度などの加工精度による吸気量のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
【図１】実施例に係る気液混合装置の縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面拡大図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図１の要部拡大図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】実験例の気液混合試験での微細気泡の発生状態を示す画像処理図である。
【図８】比較例の気液混合試験での微細気泡の発生状態を示す画像処理図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
【００２６】
＜気液混合装置＞
本実施形態に係る気液混合装置は、例えば、図１等に示すように、液体が通過する主通路（３１）に、絞り部（３２）と、絞り部（３２）の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部（３３）と、を設けたベンチュリ構造を備える気液混合装置（Ａ）である。そのため、主通路（３１）を流れる液体は、流れる通路の断面積を縮小させた絞り部（３２）により減圧され、下流に設けた断面積を増加させる拡径部（３３）により、液体に圧力変化によるせん断応力を発生させることで、通過した液体の中の気体は細分化される。
さらに、拡径部（３３）の外周側に環形状の衝突室（２５）と、拡径部（３３）の下流側に攪拌室（４１）と、が設けられており、拡径部（３３）の下流側の流路は、衝突室（２５）に繋がり気液を衝突室（２５）の外周壁（２５ａ）に衝突させる衝突流路（３５）と、攪拌室（４１）に繋がり拡径部（３３）の中心部を通過する気液が直進する直進流路（５１）と、衝突室（２５）から攪拌室（４１）に気液が流れる外環流路（５２）と、に形成されており、外環流路（５２）からの気液（５２ｂ）と直進流路（５１）からの気液（５１ｂ）とを攪拌室（４１）で攪拌させる。これにより、拡径部（３３）を通過した液体は、衝突室（２５）に連通した衝突流路（３５）と、攪拌室（４１）に連通した直進流路（５１）と、に分断され、衝突流路（３５）を通過した衝突気液（３５ｂ）は、衝突室（２５）の外周壁（２５ａ）に衝突され、気泡は破砕される。また、直進流路（５１）からの直進気液（５１ｂ）は、攪拌室（４１）で外環流路（５２）を通過した外環気液（５２ｂ）と攪拌されることで、気泡は細分化される。
【００２７】
絞り部（３２）の径、長さと、拡径部（３３）の長さ、角度は液体の流量等に応じて適宜選択される。この絞り部（３２）と拡径部（３３）は、通常、同一軸に形成されている。さらに、絞り部（３２）又は拡径部（３３）には、例えば、外部気体を供給するための内部気体流路（３４）が接続されていることができる。
衝突室（２５）の形状、大きさ等は液体の流量等に応じて適宜選択される。この衝突室（２５）は、例えば、拡径部（３３）の断面外環に設けられていることができる。さらに、衝突室（２５）は、例えば、拡径部（３３）の外周を囲むような円環形状に形成されていることができる。
攪拌室（４１）の形状、大きさ等は液体の流量等に応じて適宜選択される。この攪拌室（４１）は、例えば、絞り部（３２）及び衝突室（２５）の下流側に設けられていることができる。
【００２８】
衝突流路（３５）の形状、大きさ、配置場所、個数等は液体の流量等に応じて適宜選択される。この衝突流路（３５）は、例えば、拡径部（３３）の中心軸と交差する方向に延びていることができる。
直進流路（５１）の形状、大きさ等は液体の流量等に応じて適宜選択される。
外環流路（５２）の形状、大きさ、配置場所、個数等は液体の流量等に応じて適宜選択される。この外環流路（５２）は、例えば、拡径部（３３）の中心軸を中心とした円弧孔状に形成されていることができる。
【００２９】
本実施形態に係る気液混合装置としては、例えば、図１等に示すように、給水配管（１）に接続するハウジング（２）の内部に気泡を発生させる内部発生部材（３）が配置されており、内部発生部材（３）は、液体が通過する主通路（３１）に、絞り部（３２）と、絞り部（３２）の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部（３３）と、を設けたベンチュリ構造を備えている形態が挙げられる。
【００３０】
上述の形態の場合、例えば、衝突室（２５）は、ハウジング（２）の内周面と内部発生部材（３）の外周面との間に形成されていることができる。また、例えば、ハウジング（２）の内部には、衝突室（２５）と攪拌室（４１）とを仕切る仕切り（５）が配置されており、仕切り（５）には、直進流路（５１）と外環流路（５２）が形成されていることができる。さらに、例えば、内部発生部材（３）には、絞り部（３２）又は拡径部（３３）に外部気体を供給するための内部気体流路（３４）が形成されていることができる。
【００３１】
本実施形態に係る気液混合装置としては、例えば、図４等に示すように、衝突流路（３５）と外環流路（５２）のそれぞれは、拡径部（３３）の中心軸を中心にして同角度間隔で複数配置され、それら複数が同形状（具体的に、拡径部（３３）の中心軸を中心にした回転対称形状）に形成されている形態が挙げられる。これにより、絞り部（３２）から拡径部（３３）を流れる気液は、乱れることなく衝突流路（３５）と直進流路（５１）に流れることができ、効果的に衝突室（２５）の外周壁（２５ａ）に衝突させることができる。
【００３２】
本実施形態に係る気液混合装置としては、例えば、図１等に示すように、直進流路（５１）は、絞り部（３２）と同一軸に形成されており、直進流路（５１）の断面は、絞り部（３２）の断面より大きく形成されている形態が挙げられる。これにより、絞り部（３２）の内壁の抵抗を受けない流速の速い絞り部の中心周辺を流れる気液を、拡径部（３３）の内壁の抵抗を受けることなく直進気液（５１ｂ）として流すことができる。攪拌室（４１）では、相対的に流速の速い直進気液（５１ｂ）と衝突を繰り返し流速の遅い外環気液（５２ｂ）が接触し、接触した流域に回転渦（４１ｂ）を発生させ、気液同士の衝突を繰り返し、気泡を細分化することができる（例えば、図５参照）。
【００３３】
本実施形態に係る気液混合装置としては、例えば、図１〜図３等に示すように、気液混合装置（Ａ）は、給水配管（１）にねじ（１１、２１）により接続可能であり、ねじ（１１、２１）のねじ山に該ねじの差し込み方向を軸にした切り欠き（２２）が形成されており、外部気体を内部に供給するために切り欠き（２２）と絞り部（３２）、または拡径部（３３）とが連通している形態が挙げられる。これにより、ねじ（１１、２１）を締めつけた場合でも、ねじの差し込み方向を軸とした断面（例えば、図３参照）において、外部気体流路（２３）を形成させることができ、ねじの差し込み方向で外気からねじ部通過気体（２ａ）を供給することができる。そのため、雌ねじ（２１）と雄ねじ（１１）のそれぞれのねじの有効径、谷の径、面相度などの加工精度による吸気量のばらつきを抑えることができる（例えば、図２参照）。
【００３４】
上述の形態の場合、例えば、給水配管（１）にねじ（１１、２１）により接続するハウジング（２）の内部に気泡を発生させる内部発生部材（３）が配置されており、内部発生部材（３）は、液体が通過する主通路（３１）に、絞り部（３２）と、絞り部（３２）の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部（３３）と、を設けたベンチュリ構造を備えていることができる。
なお、給水配管（１）とハウジング（２）は、どちらが雌ねじと雄ねじでもよく、切り欠き（２２）も雌ねじと雄ねじのどちらに形成してもよい。
また、切り欠き（２２）の形状、大きさ、配置箇所、個数は、気体の流量等に応じて適時選択される。
【００３５】
本実施形態に係る気液混合装置としては、例えば、図５等に示すように、攪拌室（４１）の出口に気泡を細分化する金網フィルター（６）を設けている形態が挙げられる。これにより、直進気液（５１ｂ）に適度な抵抗を与えることで、直進し金網フィルター（６）を通過する気液と金網フィルター（６）に遮断され外側に流れ込む遮断気液（６１ｂ）を発生させることができる。遮断気液（６１ｂ）は外環気液（５２ｂ）と衝突することで気泡を細分化し、外環気液（５２ｂ）と一緒に金網フィルター（６）を通過する。金網フィルター（６）には均一な小孔が形成されており、小孔を通過することで均一な微細気泡にすることができる。
なお、金網フィルター（６）の小孔サイズは、液体の流量等に応じて適時選択される。
【００３６】
＜他の気液混合装置＞
本実施形態に係る他の気液混合装置は、例えば、図１等に示すように、液体が通過する主通路（３１）に、絞り部（３２）と、絞り部（３２）の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部（３３）と、を設けたベンチュリ構造を備える気液混合装置（Ａ）である。そのため、主通路（１）を流れる液体は、流れる通路の断面積を縮小させた絞り部（３２）により減圧され、下流に設けた断面積を増加させる拡径部（３３）により、液体に圧力変化によるせん断応力を発生させることで、通過した液体の中の気体は細分化される。
さらに、例えば、図１〜図３等に示すように、気液混合装置（Ａ）は、給水配管（１）にねじ（１１、２１）により接続可能であり、ねじ（１１、２１）のねじ山に該ねじの差し込み方向を軸にした切り欠き（２２）が形成されており、外部気体を内部に供給するために切り欠き（２２）と絞り部（３２）、または拡径部（３３）とが連通している形態が挙げられる。これにより、ねじ（１１、２１）を締めつけた場合でも、ねじの差し込み方向を軸とした断面（例えば、図３参照）において、外部気体流路（２３）を形成させることができ、ねじの差し込み方向で外気からねじ部通過気体（２ａ）を供給することができる。そのため、雌ねじ（２１）と雄ねじ（１１）のそれぞれのねじの有効径、谷の径、面相度などの加工精度による吸気量のばらつきを抑えることができる（例えば、図２参照）。
【００３７】
上述の形態の場合、例えば、給水配管（１）にねじ（１１、２１）により接続するハウジング（２）の内部に気泡を発生させる内部発生部材（３）が配置されており、内部発生部材（３）は、液体が通過する主通路（３１）に、絞り部（３２）と、絞り部（３２）の下流側に連なり下流側に向かって拡径する拡径部（３３）と、を設けたベンチュリ構造を備えていることができる。
なお、給水配管（１）とハウジング（２）は、どちらが雌ねじと雄ねじでもよく、切り欠き（２２）も雌ねじと雄ねじのどちらに形成してもよい。
また、切り欠き（２２）の形状、大きさ、配置箇所、個数は、気体の流量等に応じて適時選択される。
さらに、本実施形態に係る他の気液混合装置としては、例えば、上述の実施形態に係る気液混合装置で説明した各構成のうちの１種又は２種以上の組み合わせを適用することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態で記載した各構成の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的構成との対応関係を示すものである。
【実施例】
【００３９】
以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４０】
本実施例に係る気液混合装置Ａは、図１に示すように、給水配管１に筒状のハウジング２がねじ接続されており、ハウジング２の内部には、内部発生部材３と仕切り５が配置され、内部発生部材３はハウジング２に圧入され、給水配管１と内部発生部材３の接合部は、パッキン７ａにより止水されている。また、給水配管１と反対側のハウジング２には、金網フィルター６を配置したキャップ４が接続されており、ハウジング２とキャップ４の接合部は、パッキン７ｂにより止水されている。これらハウジング２と内部発生部材３と仕切り５とキャップ４は、金属又は樹脂等の材料により形成されている。
【００４１】
内部発生部材３には、液体が通過する主通路３１に、円柱状の絞り部３２と、絞り部３２の下流側に連なり下流側に向かって拡径するテーパ状の拡径部３３と、を設けたベンチュリ構造が形成されている。そのため、主通路３１を流れる液体は、流れる通路の断面積を縮小させた絞り部３２により減圧され、下流に設けた断面積を増加させる拡径部３３により、液体に圧力変化によるせん断応力を発生させることで、通過した液体の中の気体は細分化される。
【００４２】
ハウジング２には、内部発生部材３の外郭を凹ませ形成された拡径部３３下流の外環に衝突室２５と、仕切り板５とキャップ４で形成された攪拌室４１を備えている。また、内部発生部材３の下流には、衝突室２５に繋がり気液を衝突室２５の外周壁２５ａに衝突させる衝突流路３５が切り欠き形成されている。さらに、仕切り５には、攪拌室４１に繋がり拡径部３３の中心部を通過する気液が直進する直進流路５１が形成されている。これにより、拡径部３３を通過した液体は、衝突流路３５と、直進流路５１と、に分断される。衝突流路３５を通過した衝突気液３５ｂは、衝突室２５の外周壁２５ａに衝突され、気泡は破砕される。
【００４３】
仕切り５には、衝突室２５と攪拌室４１に連通した外環流路５２を形成している。このため、衝突室２５の気液は、外環流路５２を通過して外環気液５２ｂとして攪拌室４１に流れこむ。また、拡径部３３からは、直進流路５１を通過した直進気液５１ｂが流れ込み、両気液５１ｂ、５２ｂが攪拌室４１で攪拌されることで、気泡はさらに細分化される。
【００４４】
ここで、衝突室２５は、環形状に形成され、すべての衝突流路３５と連通しており、図４に示すように、衝突流路３５と外環流路５２のそれぞれは、拡径部３３の中心軸を中心とした円周方向に同角度間隔で複数（図中で２つの衝突流路３５及び３つの外環流路５２）配置され、複数が同形状に形成されている。これにより、絞り部３２から拡径部３３を流れる気液は、乱れることなく衝突流路３５と直進流路５１に流れることができ、衝突気液３５ｂを衝突室２５の外周壁２５ａに衝突させる効果を高めることができる。また、衝突室２５で異なる衝突流路３５の衝突気液３５ｂが接することで、気泡を均一することができる。
【００４５】
直進流路５１は、絞り部３２と同一軸に形成されており、直進流路５１の断面は、絞り部３２の断面より大きく形成されている。すなわち、直進流路５１の中心軸に直交する断面は、絞り部３２の中心軸に直交する断面より大きく形成されている。これにより、絞り部３２の内壁の抵抗を受けない流速の速い絞り部３２の中心周辺を流れる気液を、拡径部３３の内壁の抵抗を受けることなく直進気液５１ｂとして流すことができる。このため、図５に示すように、攪拌室４１では、相対的に流速の速い直進気液５１ｂと、衝突を繰り返し流速の遅い外環気液５２ｂが接触し、接触した流域に回転渦４１ｂを発生させ、気泡を細分化することができる。
【００４６】
なお、衝突流路３５と外環流路５２、直進流路５１のその他の条件（形状、大きさ、配置箇所、個数等）は、それぞれ互いに影響するため、液体流量等に応じて設定することができる。
【００４７】
図２及び図３に示すように、ハウジング２には、雌ねじ２１のねじ山に該ねじの差し込み方向を軸にした切り欠き２２（すなわち、該ねじの差し込み方向に延びる切り欠き２２）が形成され、雄ねじ１１とハウジング２に囲われた外部気体流路２３を備えている。また、図１に示すように、給水配管１と内部発生部材３をパッキン７ａで止水することで、ハウジング２と内部発生部材３で囲われた外環気体流路３４を備えている。外部気体流路２３と外環気体流路３４は連通しており、外環気体流路３４は減圧される絞り部３２に連通している。これにより、ねじ１１、２１を締めつけた場合でも、外部気体流路２３を形成させることができ、ねじ１１、２１の差し込み方向で外気からねじ部通過気体２ａ（図２参照）を供給することが可能となる。なお、切り欠き２２の形状、大きさ、配置箇所、個数は、気体の流量等に応じて設定することができる。
【００４８】
一般的な水道の蛇口やシャワー接続配管のねじに接続する場合には、給水配管１の雄ねじ１１は、摩耗や劣化による形状変化が想定され、不確定な形状といえる。外部気体流路２３は、ねじ１１、２１の差し込み方向であるため、ねじ山に沿って螺進方向に気体を流す場合より、ねじ１１、２１の有効径、谷の径、面相度などの加工精度による吸気量のばらつきを抑えることができる。
【００４９】
また、本実施例では、給水配管１を雄ねじ１１としハウジング２を雌ねじ２１としているが、どちらを雌ねじと雄ねじでもよく、切り欠き２２も雌ねじと雄ねじのどちらに形成してもよい。
【００５０】
図５に示すように、吐出口に配置した金網フィルター６により、直進気液５１ｂに適度な抵抗を与えることで、そのまま金網フィルター６を通過する気液だけでなく、金網フィルター６に弾かれ外側に流れ込む遮断気液６１ｂを発生させることができる。遮断気液６１ｂは外環気液５２ｂと衝突することで気泡を細分化し、外環気液５２ｂと一緒に金網フィルター６を通過する。金網フィルター６には均一な小孔が形成されており、小孔を通過することで均一な微細気泡にすることができる。なお、金網フィルター６の小孔サイズは、液体の流量等に応じて適時選択される。
【００５１】
次に、実験例及び比較例に係る気液混合試験について説明する。
実験例の気液混合試験では、実施例に係る気液混合装置Ａを採用し、吐出される吐出気液を観察した。一方、比較例の気液混合試験では、実施例に係る気液混合装置Ａにおいて、衝突室２５と、仕切り板５と攪拌室４１を備えないベンチュリ構造を採用し、吐出される吐出気液を観察した。その結果、実験例の気液混合試験では、図７に示すように、吐出気液には０．１ｍｍ以下の微細気泡の発生量は多いことを確認した。これに対し、比較例の気液混合試験では、図８に示すように、０．１ｍｍ以下の微細気泡の発生量は少ないことを確認した。
【００５２】
本発明の気液混合装置は、上記記載の実施例の構成に限定されるものではなく、記載した請求項の発明の本質を逸脱しない範囲において、適時その構成を変更してもよい。
【００５３】
例えば、上記実施例では、拡径部３３の中心軸を中心として等角度間隔で複数配置される衝突流路３５や外環流路５２を例示したが、これに限定されず、例えば、拡径部３３の中心軸を中心として不等角度間隔で複数配置される衝突流路３５や外環流路５２としてもよい。
【００５４】
また、上記実施例では、絞り部３２の断面よりも大きな断面を有する直進流路５１を例示したが、これに限定されず、例えば、絞り部３２の断面よりも小さな断面を有する直進流路５１としてもよい。
【００５５】
また、上記実施例では、切り欠き２２と絞り部３２とを連通させる内部気体流路３４を例示したが、これに限定されず、例えば、図１中に仮想線で示すように、切り欠き２２と拡径部３３とを連通させる内部気体流路３４としてもよい。
【００５６】
また、上記実施例では、給水配管１とハウジング２のねじ接合部に形成された外部気体流路２３を例示したが、これに限定されず、例えば、ハウジングのねじ接合部から離れた部位に形成された外部気体流路２３としてもよい。
【００５７】
さらに、上記実施例では、金網フィルター６を備えた攪拌室４１を例示したが、これに限定されず、例えば、金網フィルター６を備えない攪拌室４１としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、例えば、部品の脱脂、洗浄、または、養殖や農業の水質改善、家庭での洗浄、入浴など様々な分野で利用される気液混合装置に関する技術として広く利用される。
【符号の説明】
【００５９】
１；給水配管、２；ハウジング、２ａ；ねじ部通過気体、３；内部発生部材、３ａ；内部通過気体、４；キャップ、５；仕切り、６；金網フィルター、７ａ，７ｂ；パッキン、１１；雄ねじ、２１；雌ねじ、２２；切り欠き、２３；外部気体流路、２４；外環気体流路、２５；衝突室、２５ａ；外周壁、３１；主通路、３２；絞り部、３３；拡径部、３４；内部気体流路、３５；衝突流路、３５ｂ；衝突気液、４１；攪拌室、４１ｂ；回転渦、５１；直進流路、５１ｂ；直進気液、５２；外環流路、５２ｂ；外環気液、６１ｂ；遮断気液、Ａ；気液混合装置。
【要約】
【課題】気液を攪拌させて微細な気泡を発生させる気液混合装置を提供する。
【解決手段】本装置は、液体が通過する主通路３１に、絞り部３２と、拡径部３３と、を設けたベンチュリ構造の気液混合装置Ａにおいて、拡径部の断面外周に設けた衝突室２５と、拡径部下流に攪拌室４１と、を備える。拡径部下流には、衝突室と連通し外周壁に気液を衝突させる衝突流路３５と、拡径部の中心部を通過する気液が直進する直進流路５１と、衝突室から攪拌室に気液が流れる外環流路５２と、が形成され、外環流路からの気液５２ｂと直進流路からの気液５１ｂとを攪拌室で攪拌させる。
【選択図】図１【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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