(57)【要約】      （修正有）【課題】微細泡を発生させ洗浄すべき対象物を水面に分離浮上することが出来る技術を提供する。【解決手段】微細気泡発生に伴う洗浄効果、あるいは人体における生理活性作用は素晴らしいものであり、現在まで多くの工業薬品を用いて産業界特に製造業での化学汚染は真に目を覆いたくなるものである。本発明は十分な圧力と水量が確保できれば、水に対して何も足さない、何も引かない状態で微細泡を発生させ洗浄すべき対象物を水面に分離浮上することが出来る技術である。また、健康面に用いれば、微細泡の破裂時のインパクトショックにより血行の改善等に効果を持つ。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充分な流速を持つ液体流路中に流れに対し直交あるいは、仰角を持って丸、四角、三角、楕円等の上部が閉じた管柱状の構造物を配置することによって、流路上流に面を持って流路障害物とし、流路下流に流路直交面に適当なる仰角を持って管柱状構造物に開口面を持ちキャビテーションを発生すると共に、キャビテーションによって発生する陰圧によって、構造物開口部を含む空洞内に蓄積し液体流動物が容易に溶存空気を排出すべく蒸気圧以上の陰圧によって気泡を発生させる機能を有すると共に構造物下流に発生するカルマン渦によって管柱状構造物空洞内に超音波による空洞共振を発生させることにより液中混入気泡を制御することによる微細泡発生装置。
【請求項２】
請求項１に記述した丸、四角、三角等の上部が閉じた管柱状の構造物外面に整流作用を促すための複数の平行あるいは傾斜溝を設けることによる液状流体の構造物壁面からの剥離作用によって複数の同時発生キャビテーション、カルマン渦の立体的発生によって所望の微細泡の直径、発生量のコントロールを可能とする構造。
【請求項３】
請求項１、請求項２に記述した管柱状構造物開口面、複数の平行あるいは傾斜溝によって実施される複数の同時発生キャビテーション、カルマン渦の立体的発生によって所望の微細泡の直径、発生量のコントロールを可能とする構造を回転する事によって得られる、微細泡の直径、発生量のコントロール手段としての管柱状構造物外面に螺子溝を設けた構造。
【請求項４】
請求項１によって述べた丸、四角、三角等の上部が閉じた管柱状構造物によって得られる、構造物開口部を含む空洞内の体積を変化させる手段としての、内筒を移動する固体によって変化する体積が、発生超音波の共振周波数を変化させることによって得られる微細泡径を変化させる構造。
【請求項５】
請求項１〜３項の技術を用いた水処理装置における爆気、微細泡表面電荷を利用した界面活性作用による汚物分離、油水分離、微細泡表面電荷を利用した界面活性作用による入浴および入浴付加装置、体洗浄装置、洗濯装置、清掃事業装置、飽和濃度溶存酸素量を利用した養殖事業等に用いる事項。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
液体流動体中に微細気泡を混入する技術である。
【背景技術】
【０００２】
文明の発達と共に日常必要な水があらゆる場面で大量に消費され、水はあらゆる物質と化合しやすい特性を持つために洗浄目的で多用されている。日常的に殆どの家庭において毎日のように入浴、シャワーによる体洗浄、用便による下水への廃棄、工業品の生産による洗浄、消費が繰り返されていると共に多くの洗浄能力向上のための化学薬品あるいはその化合物が使われているのも事実である。
【０００３】
微細泡発生の手段として機械的高速回転体によって気泡を拡散させる方式、水流を高速回転させる旋回裁断方式、気泡を超音波によって分断させることによって微細泡にする方式、加圧溶解方式等幾多の方式がマイクロバブル技術として実施され活用されているが、微細泡を発生させる比較的装置が大掛かりであると思われる。
【非特許文献１】ベルヌーイの法則
【非特許文献２】ヘンリーの法則
【非特許文献３】ベンチュリ管の応用
【非特許文献４】クーロンの法則
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微細泡発生技術がマイクロバブル技術としてさまざまな水処理、養殖、洗浄分野で積極的に活用されようとしているが、微細泡を発生させるための装置が比較的装置が大掛かりであるように思われる。
【０００５】
マイクロバブル発生に伴いその殆どの発生機構において、外部より吸気を行い吸気導入する大気を微量調整する必要があり、吸入気体量が過剰になるとマイクロバブルからかけ離れた大きさの巨大泡が発生するのみである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
通常公共より供給される水道水を例に挙げるならば、一般家庭で最低水圧は１．７ｋｇ/平方センチメートル以上の水圧を保持している。水道蛇口として４箇所を設置したとして、風呂周りは毎分１７リットル他の蛇口は毎分１２リットル以上の水道水が供給される。本装置においては毎分４リットル以上の水を供給することにより請求項１〜４項の条件を満たし外部より大気を吸入することなく所望の微細泡を発生させることが出来る。
【発明の効果】
【０００７】
一般的マイクロバブル発生装置のように吸気を必要とする事なく液体そのものが内包している溶存空気をベルヌーイの法則より導き出される高速流体の周りは気圧が下がる原理を応用することにより、液体流路中の流速を高めることにより、充分な流速を持つ液体流路中に流れに対し直交あるいは、仰角を持って丸、四角、三角等の上部が閉じた管柱状の構造物を配置することによって、流路上流に面を持って流路障害物とし、流路下流に流路直交面に適当なる仰角を持って管柱状構造物に開口面を持ちキャビテーションを発生すると共に、キャビテーションによって発生する陰圧を構造物開口部を含む空洞内に蓄積し液体流動物が容易に溶存空気を排出すべく蒸気圧以上の陰圧によって気泡を発生させる機能を有すると共に構造物下流に発生するカルマン渦によって管柱状構造物空洞内に超音波による空洞共振を発生させることにより液中混入気泡を制御する。本装置によって発生した微細泡は泡直径７０ミクロン程度の大きさから気泡発生ノズルと泡の高速摩擦で発生した静電気によって泡表面がマイナス電位によって帯電するようになり、一般的に言うイオン化している状態となる。
【０００８】
本装置によって発生した微細泡は泡直径７０ミクロン程度の大きさから泡表面がマイナス電位によって帯電するようになり、一般的に言うイオン化している状態となる。マイナス傾向のイオン化は水分子構造から遊離水素１分子を勘案するならば、ＯＨイオンが活性分子となって、界面活性作用等さまざまな化学変化に大きく影響する。また、クーロンの法則により同一極性を持つ微細泡同士は電荷の大きさに比例して相互反発することにより泡同士の合一成長は少ない。
【０００９】
本装置によって発生した微細泡は制御可能であるが、直径３０ミクロン前後の微細泡はその体積から水中における浮力が小さいため、水中残留時間が長く対電子としてのプラスイオンに良く付着していく。一般に汚れと言われる物質はプラスイオン傾向が強いと言われＯＨによるマイナスイオン傾向による界面活性作用と対電子による相互吸引作用によって微細泡が汚れの周囲に数多く付着していくと共に複数の微細泡が持っているマイナス電荷がプラスイオンによって中和消滅されることにより、複数の微細泡が合一成長し大きな浮力となって汚れと共に遊離浮遊してくる。
【００１０】
本装置によって発生した微細泡は外部から吸気導入した結果の微細泡ではなく、溶存空気から分離混合した泡であるから時間経過と共に元の状態に戻るために時間経過と共に気泡の内容物である空気は液中に微量溶出して気泡の大きさが縮小していくが、途中マイクロバブルからナノサイズの気泡となって長時間に亘って存在する。
【実施例】
【００１１】
図２・１４流入水流において、本発明が動作するに十分な水圧、流水量が供給された場合の動作を図１・１丸型キャビテーションノズルを使用した実施例を列記する。
図２・１４流入水流が十分な流水量と水圧を持って、図２・９キャビテーションノズル面に当ったとき図２・１４流入水流は円滑な流水路を確保することが出来ず、図２・９キャビテーションノズル下端および側面の隙間を通過する。
【００１２】
通過に伴ってベルヌーイの法則におけるエネルギー転移現象により、流量および圧力は図７、図８の圧力分布測定図によって明らかであり、図６水流流速測定図で明らかに流速を増加する傾向となる。また、同法則によって、高速流体の近傍は流体の持つ圧力が著しく低下する図７全体圧力分布測定図によって明らかである。図２・９キャビテーションノズル下端図２・１２においては図２・９によって妨げられた水流は妨げられた割合に応じて圧縮された結果、図６水流流速測定結果の如く毎秒１０ｍ以上の高速水流となって図２・１２のポイントを通過することによって、局所的な圧縮、開放が行われることに伴い図７全体圧力分布測定図の如く大きな圧力変化にさらされる。
【００１３】
通常大気圧下において水は1気圧、25℃の条件下では、8.11mg／L（飽和溶存酸素量）の酸素が溶け込むと定義され、窒素を含む大気組成から考えれば溶存空気量は３０ｐｐｍ程度存在すると考えられる。図２・１２キャビテーションポイントを通過した図２・１３を通過した流水は大きな減圧環境を通過した結果、流水は低圧沸騰と類似した環境にあったために多くの気泡を発生し保持している。また、図２・１０キャビテーションノズル内空洞は大気に比べて大きな陰圧を保持している。
【００１４】
図２・１０キャビテーションノズル内空洞は図７、図８の圧力分布によって明らかなように、陰圧の発生と共に、空洞内に持っていた水を発生陰圧によって吸引除去されるため空洞内に水は存在しない。流速が一定ならば図２・１０キャビテーションノズル内空洞は一定の陰圧を保つことによって図２・１３気泡含有水流は一定の減圧条件でほぼ一定の気泡を含有することになると共に、図２・１２キャビテーションポイントにおいて圧縮、開放が行われる際に超音波振動を伴うがその振動は水流に粗密変調によって大きな圧力変動を与える。
【００１５】
与えられた変調は水流に粗密進行波としての特性を与えるため図２・１０キャビテーションノズル内空洞は２００ＫＨｚ前後の共振状態となる。この結果はその周波数でさらに図２・１３気泡含有水流に含まれる気泡を細分粉砕する。図３可変チャンバ形式のキャビテーションノズルは図２・９に設けられている図２・１０内の共振周波数を変化させることが出来る。また、図２・１１流入水流は図２・９キャビテーションノズルと図２・１４流水筒の間隙をも高速水流となって通過するが、図２・９キャビテーションノズル側壁を通過した後に図２・１６カルマン渦を形成する。
【００１６】
通過水が図６水流流速測定図によって明らかなように、高速であるため図２・９キャビテーションノズル後方に発生する図２・１６カルマン渦は高レイノルズ係数となり、図２・９キャビテーションノズル最大直径を超えた段階で高速水流は最大直径以降円柱の面に沿わない剥離状態となり、この場所においても減圧下における溶存空気の飽和に伴いヘンリーの法則に従った発泡現象が生じる。また、図４あるいは図５の図２・９キャビテーションノズル形状を変更することによって、図２・９キャビテーションノズル側面で発生する発泡量は格段に向上する。発泡現象と共に高レイノルズのカルマン渦に引き込まれ発生した微細泡はカルマン渦の中心に引き寄せられるが図２・１３気泡含有水流もまた、カルマン渦に引き込まれ３次元的に微細気泡が生成される。
【００１７】
また、微細泡直径が７０ミクロン程度よりも微細な直径となると分子間摩擦等の影響を受け微細泡表面が電荷を帯びるようになり、微細気泡表面が帯電する電荷は微細気泡の大きさに関係なくほぼ一定のマイナス７０ｍＶといわれている。微細気泡表面が帯電することによってクーロンの法則によって、同一電界同士は反発するようになり、微細気泡同士はその電荷を失うまで合一成長することは無い。また、水分子がマイナスに帯電するという現象は水分子の基本が水素２分子酸素１分子が基本構造とすれば、水素１分子が水分子から遊離した結果であることは容易に想像の範疇であり、残留水素１分子、酸素１分子は不足電子対のまま存在しＯＨ分子として存在し、水酸基として働くことになり海面活性作用を持つ。事実通常の水よりも洗浄能力が高いことは実験的にも確認した。
【００１８】
一般水中にマイナス電荷を持った水酸基が存在することは、微細気泡よりもプラス電荷が存在すれば分子の安定を保つためにクーロンの法則に従い存在電荷間に引力が働く換言すれば、プラス電荷を持つものに引き寄せられて行く。微細気泡自体その微細体積により、内包する気体量は極微量で大きな浮力を持たない結果として水中残留時間が長いが、帯電電荷の中和が発生すればクーロンの法則による同電荷同士の反発力は打ち消され微細泡同士の合一成長が発生し表面体積の増大と共に内包気体量の増大と共に大きな浮力を発生し水面上に上昇する。
【００１９】
外部より大気補給を行わないで溶存空気量に大きな加圧減圧を加えて発生させた微細気泡は一時的に水中溶存空気量が低下した水中に存在するため微細気泡内からの内包気体の溶出が若干早い。これは通常言われるマイクロバブルが速く縮小することを物語っている。マイクロバブルが縮小するとナノバブルといわれる極微小泡の状態であり内包気体が極限まで圧縮された状態できわめて長期に存在する。
【００２０】
極めて小さなサイズの泡が大きな洗浄力を持ち、定着した汚れ等を剥離し、健康面においても肌の洗浄生理活性を行うなど、極めて自然環境を汚染する事無く生活面、産業界などにおいても利用価値の高い気泡の活性法であると思われる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ノズル断面図
【図２】キャビテーション、カルマン渦発生図
【図３】可変チャンバ
【図４】ノズル並行溝
【図５】ノズルねじ溝
【図６】水流流速測定図
【図７】全体圧力分布測定図
【図８】部分圧力測定図
【符号の説明】
【００２２】
1   丸型キャビテーションノズル
2        
丸型キャビテーションノズル断面図
3        
角型キャビテーションノズル
4        
角型キャビテーションノズル断面図
5        
三角型キャビテーションノズル
6        
三角型キャビテーションノズル断面図
7        
楕円型キャビテーションノズル
8        
楕円型キャビテーションノズル断面図
9        
キャビテーションノズル
10    
キャビテーションノズル内空洞
11    
流入水流
12    
キャビテーションポイント
13    
気泡含有水流
14    
流水筒
15    
流出水流
16    
カルマン渦
17    
キャビテーションノズル内空洞可変ロッド
18    
ロッド調整ねじ
19    
Оリング１
20    
Оリング２
21    
ノズル並行溝
22    
ノズルねじ溝
【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】
2009254950.tif 000007
【図６】
2009254950.tif 000008
【図７】
2009254950.tif 000009
【図８】
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