(57)【要約】  液体中に微細気泡を生成するにあたり、液体吐出機から吐出した液体に気体を適切に混入させることが可能な微細気泡生成装置を提供する。  微細気泡生成装置が、液体を吐出する液体吐出機と、液体吐出機から吐出された液体に、気体を加圧して混入させる気体混入機と、気体を混入させた液体を内部に通すことにより、液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成器と、を有する。気体混入機は、液体吐出機と微細気泡生成器の間において、加圧された状態で微細気泡生成器に向かって流れる液体に、気体を加圧して混入させる。
2019230787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成装置であって、
液体を吐出する液体吐出機と、
前記液体吐出機から吐出された液体に、気体を加圧して混入させる気体混入機と、
気体を混入させた液体を内部に通すことにより、液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成器と、を有し、
前記気体混入機は、前記液体吐出機と前記微細気泡生成器の間において、加圧された状態で前記微細気泡生成器に向かって流れる液体に、気体を加圧して混入させる微細気泡生成装置。
【請求項２】
前記気体混入機が加圧して液体に混入させる気体の圧力が、前記気体混入機によって気体が混入される箇所を通過する液体の圧力よりも高い、請求項１に記載の微細気泡生成装置。
【請求項３】
前記気体混入機は、加圧された気体の発生源である加圧気体発生源を備え、
前記液体吐出機が液体を吐出する際の吐出圧力よりも、前記加圧気体発生源が発する加圧された気体の圧力が高い、請求項２に記載の微細気泡生成装置。
【請求項４】
前記気体混入機は、前記加圧気体発生源から延びた送気ラインと、加圧された気体が前記送気ラインを流れる際の流量を調整するために前記送気ライン中に設けられた気体流量調整弁と、を備え、
前記吐出圧力よりも、前記気体流量調整弁の最高許容圧力が高い、請求項３に記載の微細気泡生成装置。
【請求項５】
前記液体吐出機は、液体の供給源から供給された液体が流れる流路に接続された取込み口を備え、前記取込み口に流れ込む液体の圧力が正圧となった状態で、前記取込み口から液体を取り込み、且つ、前記取込み口から取り込んだ液体を吐出する、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の微細気泡生成装置。
【請求項６】
前記微細気泡生成器の先端部から、微細気泡入りの液体が噴出し、
前記微細気泡生成器の先端部は、前記取込み口よりも下流側で前記流路に接続されている、請求項５に記載の微細気泡生成装置。
【請求項７】
前記気体混入機と前記微細気泡生成器との間に、気体を混入された液体の流れ状態を監視するための監視器が設置されている、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の微細気泡生成装置。
【請求項８】
微細気泡が生成される液体は、用水である、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の微細気泡生成装置。
【請求項９】
液体の供給源から供給された液体が流れる流路を備えた液体供給設備において、前記液体供給設備が微細気泡入りの液体を供給するために用いられる微細気泡生成装置であり、
前記流路において前記液体吐出機の上流側から前記液体吐出機に流れ込む液体の圧力が正圧である、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の微細気泡生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡生成装置に係り、特に、液体を吐出する液体吐出機を有し、液体に気体を混入させた後に液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノバブル等の微細気泡を含む液体は、現在、農業分野及び水処理分野をはじめとする多岐の分野で利用されている。また、近年、液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成装置の開発が積極的に進められている。【０００３】
微細気泡生成装置は、通常、ポンプ等の液体吐出機を有しており、液体吐出機から液体を吐出する。また、微細気泡生成装置の中には、加圧溶解の原理を利用して液体中に微細気泡を生成するものが存在するが、加圧溶解の原理を利用して液体中に微細気泡を生成するに際しては、気体を液体に混入させて溶解させる必要がある。従来の微細気泡生成装置は、液体吐出機であるポンプの吸込み側に気体を強制的に導入することにより、ポンプの吸込み側で液体に気体を混入させるものが一般的であった。【０００４】
しかしながら、ポンプの吸込み側に気体を導入した場合には、キャビテーションが発生したり、あるいはポンプの軸封構造に異常が生じたりする虞がある。このような不具合を解消するために、近年では、液体吐出機の吐出側で気体を液体に混入させる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
具体的に説明すると、例えば、特許文献１に記載の微細気泡生成装置（特許文献１では、「植物処理装置」と表記）は、液体を圧送するポンプと、ポンプよりも下流側に配置された混合ノズルと、を有する。混合ノズルは、ポンプにより圧送された気体が流入する液体流入口と、気体が流入する気体流入口と、液体と気体とが混合された混合流体を噴出する混合流体噴出口と、を有する。また、混合ノズルの内部には、液体流入口から混合流体噴出口に向かって順に連続して配置された導入部と、第一テーパ部と、喉部と、気体混合部と、第二テーパ部と、導出部とを有する。また、混合ノズルの内部には気体流路が設けられている。【０００６】
第一テーパ部では、下流側に向かって流路断面が漸次減少する。喉部では、流路面積が略一定であり、且つ、混合ノズル内において最も小さくなっている。気体混合部では、流路面積が略一定であり、且つ、喉部の流路面積よりも若干大きくなっている。気体混合部は、気体流路に接続されている。第二テーパ部では、下流側に向かって流路面積が漸次増加する。【０００７】
以上のように構成された混合ノズルでは、液体流入口からノズル内に流入した液体が、第一テーパ部及び喉部で加速されて静圧が低下し、喉部及び気体混合部において、流路内の圧力が大気圧よりも低くなる。これにより、気体流入口から気体が吸引されて、気体流路を通過して気体混合部に流入する。この結果、液体と気体とが混合されて混合流体が生成する。混合流体が第二テーパ部及び導出部において減速されて静圧が増加し、最終的に混合流体噴出部から噴出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１７１４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、特許文献１では、気体混合部に気体を吸引するために、第一テーパ部及び喉部で液体を加速させて、喉部及び気体混合部内の圧力を大気圧よりも低くさせる。すなわち、特許文献１では、喉部及び気体混合部内の圧力を負圧とし、この負圧を利用して、気体を、液体が通過する気体混合部に導入し、その場所にて気体を液体に混入させている。しかしながら、負圧を利用して気体を液体に混入させる場合には、上述した混合ノズルのようにノズル内の流路面積を段階的に変化させる等、負圧を発生させるために複雑な構造を要する。また、負圧が確実に発生しなかったり、負圧の度合いが十分でなかったりする場合には、気体を液体に適切に混入することができず、その結果、所望の量の微細気泡が得られない虞がある。【００１０】
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体中に微細気泡を生成するにあたり、液体吐出機から吐出した液体に気体を適切に混入させることが可能な微細気泡生成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の微細気泡生成装置は、液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成装置であって、液体を吐出する液体吐出機と、液体吐出機から吐出された液体に、気体を加圧して混入させる気体混入機と、気体を混入させた液体を内部に通すことにより、液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成器と、を有し、気体混入機は、液体吐出機と微細気泡生成器の間において、加圧された状態で微細気泡生成器に向かって流れる液体に、気体を加圧して混入させることを特徴とする。【００１２】
上記のように構成された本発明の微細気泡生成装置では、液体吐出機よりも下流側で、加圧された状態で流れる液体に気体を混入させる。これにより、キャビテーション等のように液体吐出機の液体取込み側で気体を液体に混入させる場合に生じ得る不具合を、回避することが可能である。また、気体を加圧して液体に混入させることで、その気体を液体の圧力に抗して混入させることができる。このため、特許文献１のように負圧を発生させなくても、気体を液体に適切に混入させることが可能となる。【００１３】
また、上記の微細気泡生成装置において、気体混入機が加圧して液体に混入させる気体の圧力が、気体混入機によって気体が混入される箇所を通過する液体の圧力よりも高いと、好適である。
上記の構成であれば、より確実に、気体を加圧して液体に混入させることが可能となる。【００１４】
また、上記の微細気泡生成装置において、気体混入機は、加圧された気体の発生源である気体発生源を備え、液体吐出機が液体を吐出する際の吐出圧力よりも、加圧気体発生源が発する加圧された気体の圧力が高いと、より好適である。
上記の構成であれば、より一層確実に、気体を加圧して液体に混入させることが可能となる。【００１５】
また、上記の微細気泡生成装置において、気体混入機は、加圧気体発生源から延びた送気ラインと、加圧された気体が送気ラインを流れる際の流量を調整するために送気ライン中に設けられた気体流量調整弁と、を備え、吐出圧力よりも、気体流量調整弁の最高許容圧力が高いと、さらに好適である。
上記の構成であれば、気体流量調整弁を操作することで気体の混入量を調整することができる。また、気体を加圧して液体に混入させる際には、気体流量調整弁の耐圧性能を超えない範囲で、気体を加圧することが可能となる。【００１６】
また、上記の微細気泡生成装置において、液体吐出機は、液体の供給源から供給された液体が流れる流路に接続された取込み口を備え、取込み口での液体の圧力が正圧となった状態で、取込み口から液体を取り込み、且つ、取込み口から取り込んだ液体を吐出すると、好適である。
上記の構成であれば、液体吐出機が流路から液体を直接取り込めるため、液体吐出機をより長時間運転し続けることができる。【００１７】
また、上記の微細気泡生成装置において、微細気泡生成器の先端部から、微細気泡入りの液体が噴出し、微細気泡生成器の先端部は、取込み口よりも下流側で流路に接続されていると、より好適である。
上記の構成であれば、微細気泡生成器の先端部から噴出した微細気泡入りの液体を、流路を通じて送液することが可能となる。【００１８】
また、上記の微細気泡生成装置において、気体混入機と微細気泡生成器との間に、気体を混入された液体の流れ状態を監視するための監視器が設置されていると、好適である。
上記の構成であれば、監視器を通じて、気体を混入させた液体の流れ状態を視認することが可能である。【００１９】
また、上記の微細気泡生成装置において、微細気泡が生成される液体は、用水であると、好適である。
上記の構成であれば、用水中に微細気泡を生成することができ、換言すれば、微細気泡入りの用水を供給することが可能となる。【００２０】
また、以上までに説明してきた微細気泡生成装置が、液体の供給源から供給された液体が流れる流路を備えた液体供給設備において、液体供給設備が微細気泡入りの液体を供給するために用いられる微細気泡生成装置であり、流路において液体吐出機の上流側から液体吐出機に流れ込む液体の圧力が正圧であってもよい。
上記の構成では、液体吐出機の下流側で液体に気体を混入させる構成が、より有意義なものとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、液体中に微細気泡を生成するにあたり、液体吐出機から吐出した液体に気体を適切に混入させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】微細気泡生成装置を含む液体供給設備の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る微細気泡生成装置を示す模式図である。
【図３】液体吐出機の模式的な側面図である。
【図４】液体吐出機の性能曲線を示す図である。
【図５】気体混入機本体の側方断面図である。
【図６】サイトグラスの外観を示す図である。
【図７】微細気泡生成ノズルの側方断面図である。
【図８】微細気泡生成ノズル内における液体の流れを示す図である。
【図９】微細気泡生成ノズルの先端部と流路との接続構造を示す断面図である。
【図１０】微細気泡生成装置に接続された流路を示す斜視図である。
【図１１】第一変形例に係る液体供給設備を示す模式図である。
【図１２】第二変形例に係る液体供給設備を示す模式図である。
【図１３】第三変形例に係る液体供給設備を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の微細気泡生成装置について、添付の図面に示す好適な実施形態（以下、本実施形態という。）を参照しながら説明する。
なお、本実施形態は、本発明について分かり易く説明するために挙げた具体的な一つの実施形態ではあるが、本発明は、本実施態様に限定されるものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００２４】
また、本実施形態では、農業又は植物栽培（園芸又は家庭菜園の用途を含む）に用いられる用水を液体の例に挙げて説明することとする。ただし、これに限定されるものではなく、農業及び植物栽培以外の用途に用いられる用水、例えば、工業用水、生活用水その他の経済的活動に用いられる用水に対しても本発明の微細気泡生成装置を利用することが可能である。また、用水以外の液体、例えば、薬液、液状肥料、油、アルコール、有機溶剤、及びエマルジョン等の分散系溶液に対しても本発明の微細気泡生成装置を利用することが可能である。
【００２５】
また、本実施形態において、用水は、農業又は植物栽培に用いられる一般的な純度の水であるが、これに限定されず、純水又は超純水、固形物質又はガス状物質が溶解した水溶液、結晶体、鉱物又は有機物等が混ざった状態の濁水、あるいは、他の液状物質（例えば、液状の薬剤若しくは肥料）と混合した混合水を用いてもよい。
【００２６】
また、農業又は植物栽培に用いられる用水は、土耕栽培用（養液土耕栽培用を含む）、水耕栽培用、あるいは養液栽培用に用いられてもよい。
【００２７】
なお、本明細書において、「装置」とは、装置の構成部品が筐体内に収容された状態で一つのユニットとして取り扱うことが可能なものを含むが、それ以外にも、装置の構成部品が分離して個々に独立した状態で存在していながらも特定の目的を達成するために協働するものとしてまとめられるものも含み得る。
【００２８】
また、本明細書において、「上流側」及び「下流側」とは、用水が流れる方向において決められる位置（厳密には、基準となる位置又は部材から見た位置）を示すための概念であり、用水の供給源により近い側が「上流側」であり、用水の供給源からより離れている側が「下流側」である。
【００２９】
また、本明細書において、「接続されている」とは、継ぎ手又は溶接等によって接続されている場合を含み、それ以外にも、バルブ、ホース若しくは連絡配管等が介在した状態で接続されている場合も含み、また、これらに限定されない。
【００３０】
＜＜微細気泡生成装置の概要＞＞
先ず、本実施形態に係る微細気泡生成装置（以下、微細気泡生成装置１０）の概要について、図１を参照しながら説明する。図１は、微細気泡生成装置１０を含む液体供給設備Ｓの構成を示す模式図である。
【００３１】
微細気泡生成装置１０は、用水をその利用先に供給する液体供給設備Ｓにおいて用いられ、図１に示すように、用水が流れる流路２０とともに液体供給設備Ｓを構成している。具体的に説明すると、微細気泡生成装置１０は、用水中に微細気泡であるナノバブルを生成することができる。ナノバブル入りの用水は、例えば農作物等の植物の生育用に供され、用水の利用先Ｗｄである農地又は圃場において散水されたり、土壌に撒かれたりする。
【００３２】
ナノバブルは、ウルトラファインバブルであり、直径が１μｍよりも小さい微細気泡であり、長期間（数ヶ月程度）に亘って用水中に含まれた状態が維持され得る。ナノバブルは、気泡の直径が１μｍ以上、且つ１ｍｍ以下のマイクロバブルとは相違する。なお、ナノバブル入りの用水については、この用水が施された植物の生育を促進させる等の効果が知られている。
【００３３】
流路２０について図１を参照しながら説明すると、流路２０は、用水の供給源Ｗｓから供給される用水が流れる流路であり、用水の利用先Ｗｄ（農地又は圃場）に向かって敷設されたパイプ（鋼管又は塩ビ管）によって構成されている。また、パイプの一部は、ヒューム管によって構成されていて図１に示すように地中に埋設されてもよい。供給源Ｗｓは、用水が地下水（井戸水）である場合には井戸が該当し、用水が地表水である場合にはダム、河川及び湖沼等が該当し、用水が水道水である場合には浄水場等が該当する。なお、図１及び後述する図１１〜図１３には、供給源Ｗｓが井戸であるケースが示されている。
【００３４】
また、流路２０内において、用水は、その圧力が正圧である状態で流れる。詳しく説明すると、用水は、ポンプ等のように用水を圧送する圧送装置Ｐ、及び用水の供給源Ｗｓと利用先Ｗｄとの高低差（落差）の少なくとも一方を用いて供給源Ｗｓから供給される。したがって、用水は、流路２０各部での圧力が正圧である状態で流路２０各部を通過することになる。なお、図１及び図１１〜図１３には、圧送装置Ｐを用いて用水を供給源Ｗｓから供給するケースが示されている。
【００３５】
また、本実施形態において、流路２０は、その途中にて複数の流路に分岐しており、具体的には、図１に示した分岐地点２３にて第一流路２１及び第二流路２２に分岐している。第一流路２１は、用水の利用先Ｗｄである農地又は圃場に向かって延びており、その末端は、農地又は圃場に設置された散水装置Ｄに繋がれている。
なお、利用先Ｗｄでの用水の散水方式については、特に限定されるものではなく、農作物及び植物体に直接灌水してもよく、地表に散水してもよく、灌水チューブ又は点滴チューブから地表に注水してもよく、あるいは、土壌中に埋設したチューブから用水をしみ出させる点滴潅水を行ってもよい。
【００３６】
第二流路２２は、微細気泡生成装置１０に向かって延びており、その末端は、微細気泡生成装置１０が有する液体吐出機３０に接続されている。つまり、微細気泡生成装置１０は、第二流路２２を流れる用水を取り込んで、取り込んだ用水中にナノバブルを生成する。そして、ナノバブル入りの用水は、第一流路２１に返送され、第一流路２１内を流れる用水（厳密には、ナノバブルを含まない用水）と混合され、第一流路２１を通じて上記の散水装置Ｄまで送られる。
【００３７】
また、第二流路２２には、図１に示すように、第二流路２２を流れる用水の流量を調整するための水量調整弁２２Ｖが設けられている。水量調整弁２２Ｖは、液体流量調整弁に相当し、手動開閉式のコック弁によって構成されている。水量調整弁２２Ｖが開いている間には微細気泡生成装置１０に用水が取り込まれ、水量調整弁２２Ｖが閉じている間には微細気泡生成装置１０への送水が遮断される。したがって、例えば、微細気泡生成装置１０の停止期間（すなわち、ナノバブル入りの用水を利用しない期間）には、水量調整弁２２Ｖを閉じて、ナノバブルを含まない用水のみを利用先Ｗｄに送ることができる。
本実施形態では、第二流路２２に液体流量調整弁としての水量調整弁２２Ｖが設けられることとしたが、水量調整弁２２Ｖに代えて、あるいは、水量調整弁２２と共に減圧弁が設けられていてもよい。減圧弁は、第二流路２２を流れる用水（液体）の圧力を減圧するものである。水量調整弁２２Ｖ及び減圧弁のうちの少なくとも一方が設けられていれば、後述する液体吐出機３０の吐出圧力、及び、液体吐出機３０の取込み口３１での用水の圧力を調整することができる。これにより、微細気泡生成装置１０の下流側における用水（厳密には、ナノバブル入りの水）の圧力が流路２０各所の圧力と好適にバランスするように調整される。
【００３８】
なお、本実施形態では、流路２０が２つの流路（すなわち、第一流路２１及び第二流路２２）に分岐しているが、分岐後の流路の数については、特に制限されるものではなく、複数の流路に分岐していればよい。
【００３９】
以上までに説明してきたように、本実施形態に係る微細気泡生成装置１０は、流路２０からダイレクトに用水を取り込み、取り込んだ用水中にナノバブルを発生させ、ナノバブル入りの用水を、流路２０を通じて利用先Ｗｄまで送る。かかる構成であれば、利用先Ｗｄまで敷設された既存の流路を微細気泡生成装置１０に繋ぎ込むことにより、既存の流路を利用して、ナノバブル入りの用水を利用先Ｗｄまで送ることが可能である。
【００４０】
また、微細気泡生成装置１０は、流路２０からダイレクトに用水を取り込んでいるため、ナノバブル入りの用水を比較的大きな流量にて供給することができる。さらに、本実施形態では、微細気泡生成装置１０を比較的コンパクトな構成としつつも、ナノバブルを高濃度で用水中に生成させることができる。具体的に説明すると、従来の微細気泡生成装置は、諸処の理由から、例えば、流路内を流れた液体を一時的に貯めておく貯留タンクから液体を取り込むものが多かった。このため、貯留タンクを設置する分だけ機器設置スペースをより広く確保する必要があった。これに対して、本実施形態では、微細気泡生成装置１０が流路２０からダイレクトに用水を取り込めるため、貯留タンクが不要となり、その分、機器設置スペースが削減される。
【００４１】
＜＜微細気泡生成装置の構成について＞＞
次に、微細気泡生成装置１０の構成について図２を参照しながら説明する。図２は、微細気泡生成装置１０の構成を示す模式図である。
微細気泡生成装置１０は、上流側から液体吐出機３０、気体混入機４０、監視器としてのサイトグラス５２、及び微細気泡生成器としての微細気泡生成ノズル６０を有する。以下、これらの構成機器について個別に説明する。
【００４２】
（液体吐出機３０）
液体吐出機３０は、液体である用水を取り込み、且つ、取り込んだ用水を吐出する機器である。本実施形態に係る液体吐出機３０は、ポンプによって構成されており、取り込んだ用水を加圧（昇圧）し、加圧された用水を規定範囲内の吐出流量にて吐出する。
【００４３】
また、液体吐出機３０は、分岐地点２３で分岐した複数の流路の一つから用水を取り込んでいる。具体的に説明すると、液体吐出機３０は、用水の取込み口３１及び吐出口３２を備えており、取込み口３１には、流路２０から分岐した第二流路２２が接続されている。より具体的には、図３に示すように、第二流路２２の末端部及び取込み口３１の周囲に、それぞれ、フランジが設けられている。そして、フランジ同士が接合されることで第二流路２２と取込み口３１が接合されている。図３は、液体吐出機３０の模式的な側面図であり、第二流路２２と取込み口３１との接続構造を示している。
【００４４】
そして、液体吐出機３０は、取込み口３１での用水の圧力が正圧である状態で、第二流路２２から用水を取り込むことになる。ここで、取込み口３１での用水の圧力は、流路２０（厳密には、第二流路２２）において液体吐出機３０の上流側から液体吐出機３０の取込み口３１に流れ込む液体の圧力を意味する。なお、取込み口３１での用水の圧力は、脈動するが、液体吐出機３０の運転中は略一定値となり、例えば、取込み口３１付近において公知の圧力計又は連成計を適切な位置（具体的には、取込み口３１と同じ高さとなる位置）に設置し、その計器が示す値を読み取ることで測定される。
【００４５】
吐出口３２には、液体吐出機３０から吐出された用水が流れる加圧用水送りライン５０が接続されている。より具体的には、図３に示すように、加圧用水送りライン５０の上流側端部及び吐出口３２の周囲に、それぞれフランジが設けられている。そして、フランジ同士が接合されることで加圧用水送りライン５０と吐出口３２が接合されている。
【００４６】
微細気泡生成装置１０に用いられる液体吐出機３０の機種については、必要な用水の流量と、その流量にて用水が微細気泡生成装置１０内の所定箇所を通過させる際に必要な圧力と、に応じて好適な機種が選定される。具体的に説明すると、液体吐出機３０から吐出する用水の必要量（流量）を設定し、その流量の用水が後述する液体通過部４３を通過する際の用水の圧力について必要値を求める。
【００４７】
さらに、上記の必要値（圧力値）が満たされるように、液体吐出機３０が用水を吐出する際の吐出圧力（揚程）を、好適な範囲に設定する。そして、用水の必要流量と、設定された吐出圧力の範囲とに基づき、これらの値及び範囲を満たし得る性能曲線を示す機種を選定する。具体的には、用水の吐出流量をＶｂとし、図４に示す性能曲線から吐出流量Ｖｂに対応する吐出圧力Ｐｂを求め、この吐出圧力Ｐｂが、設定された範囲内にある場合には、その性能曲線を示す機種が微細気泡生成装置１０用の液体吐出機３０として選定されることになる。図４は、液体吐出機３０の性能曲線の一例を示す図であり、横軸が吐出流量を示しており、縦軸が吐出圧力（すなわち、揚程）を示している。
【００４８】
上記の手順によって選定される機種としては、例えば、グルンドフォス社製の横型多段うず巻きポンプ、若しくは東振テクニカル社製のベーンポンプ等が挙げられる。
【００４９】
なお、液体吐出機３０の機種については、微細気泡生成装置１０の利用場所での騒音を抑える観点から、作動音が極力静かな機種であることが望ましい。
【００５０】
また、本実施形態において、液体吐出機３０の運転は、不図示の制御機器によって自動制御される。制御機器は、例えば、液体吐出機３０のオンオフをタイマー制御したり、あるいは、供給源Ｗｓからの用水供給の開始に連動させたりする。ただし、これに限定されるものではなく、液体吐出機３０のオンオフは、手動（マニュアル）にて切り換えられるものであってもよい。
【００５１】
また、液体吐出機３０については、自己吸込み能力がある自給式のポンプであってもよく、あるいは、自己吸込み能力がない非自給式のポンプであってもよい。非自給式のポンプを用いる場合には、通常、送水開始に際してポンプ内を水で満たす処理（すなわち、呼び水）を行う必要がある。これに対して、本実施形態では、液体吐出機３０の取込み口３１に流路２０（厳密には、第二流路２２）が直接接続されているため、この流路２０を開通すれば、流路２０内を流れる用水が液体吐出機３０内に自然に流れ込むようになる。したがって、本実施形態では、非自給式のポンプを液体吐出機３０として用いた場合にも、比較的容易に且つ迅速に呼び水を行うことが可能である。
【００５２】
なお、本実施形態では、液体吐出機３０がポンプによって構成されていることとしたが、これに限定されるものではなく、液体を取り込んで吐出する機器であればよく、ポンプ以外の機器であってもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、液体吐出機３０に取込み口３１が設けられており、取込み口３１に第二流路２２が接続されていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、取込み口３１が流路２０に接続されていない構成、例えば、流路２０の内部に取込み口３１が入り込んだ構成であってもよい。あるいは、流路２０が液体吐出機３０と一体化された構成（すなわち、液体吐出機３０が取込み口３１を備えず、且つ流路２０が液体吐出機３０と分離不能である構成）であってもよい。若しくは、流路２０に形成された開口（出水口）の直下位置にて取込み口３１を出水口から離して配置させる構成（すなわち、取込み口３１と流路２０が離れていながらも、出水口から落ちる水を取込み口３１にて取り込める構成）であってもよい。
【００５４】
（気体混入機４０）
気体混入機４０は、液体吐出機３０から吐出された用水に、気体を加圧して混入させる機器である。より詳しく説明すると、気体混入機４０は、液体吐出機３０と微細気泡生成ノズル６０の間において、加圧された状態で微細気泡生成ノズル６０に向かって流れる用水に、気体を加圧して混入させる。ここで、用水の加圧状態は、液体吐出機３０から吐出される用水の流量と、微細気泡生成ノズル６０から噴出される用水（厳密には、微細気泡入りの用水）の流量との差によって生じる。より具体的に説明すると、本実施形態では、液体吐出機３０の吐出流量が、微細気泡生成ノズル６０から噴出される用水の流量よりも大きくなっているため、必然的に、液体吐出機３０と微細気泡生成ノズル６０との間で用水の圧力が加圧状態となる。なお、加圧された状態で流れる用水の圧力については、液体吐出機３０の能力及び微細気泡生成ノズル６０の設計寸法等に応じて適宜定まるものであり、特に限定されるものではない。
【００５５】
気体混入機４０は、図２に示すように、加圧された気体の発生源である加圧気体発生源４１と、内部に用水及び気体を通過させる気体混入機本体４２と、を有する。加圧気体発生源４１は、加圧気体が充填された圧力容器、又は気体を圧縮させるコンプレッサーによって構成されており、規定の圧力まで加圧された気体を発生させる。なお、加圧気体発生源４１が発する気体の種類としては、空気、酸素、窒素、フッ素、二酸化炭素及びオゾン等が挙げられる。
【００５６】
加圧気体発生源４１からは、チューブ、ホース又はパイプによって構成された送気ライン４１ａが延びている。この送気ライン４１ａは、気体混入機本体４２の気体通過部４４に繋ぎ込まれている。また、送気ライン４１ａの途中には、加圧気体発生源４１から送られてくる気体が送気ライン４１ａを流れる際の流量（以下、「気体流量」ともいう。）を調整するための気体流量調整弁４１ｂが設けられている。気体流量調整弁４１ｂは、不図示の制御機器から伝送される開閉信号に応じて、その開度が調整される。なお、本実施形態では気体流量をごく少量に設定する理由から、気体流量調整弁４１ｂを構成する弁として、ニードル弁型の流量調整弁が用いられている。
【００５７】
気体混入機本体４２は、筒状の機器であり、その上流側端部には、液体吐出機３０の吐出口３２から延びた加圧用水送りライン５０が接続されている。また、気体混入機本体４２の下流側端部からは、微細気泡生成ノズル６０に向かって気体混入用水送りライン５１が延びている。加圧用水送りライン５０及び気体混入用水送りライン５１は、いずれもチューブ、ホース又はパイプによって構成されている。
【００５８】
気体混入機本体４２について図５を参照しながら説明すると、気体混入機本体４２は、液体吐出機３０から吐出された用水が通過する液体通過部４３と、加圧気体発生源４１から発せられた加圧気体（加圧された気体）が通過する気体通過部４４と、を有する。図５は、気体混入機本体４２の側方断面図である。
【００５９】
液体通過部４３は、筒形をなしており、その内部を用水（厳密には、液体吐出機３０から吐出され、且つ加圧された用水）が通過する。液体通過部４３の内部は、図５に示すように、同軸上に並ぶ３つの領域からなり、上流側から、第一同径部４３ａ、拡径部４３ｂ及び第二同径部４３ｃに分かれている。第一同径部４３ａは、用水を気体混入機本体４２の内部に導き入れるために設けられ、図５に示すように加圧用水送りライン５０に繋がれている。第一同径部４３ａの内径は、加圧用水送りライン５０の口径より小さく、例えば、約１／４に縮径されている。したがって、用水は、加圧用水送りライン５０から第一同径部４３ａに進入すると、その流速（線速）が加速された状態で第一同径部４３ａ内を下流側に流れるようになる。
ちなみに、用水を１０ｌ／ｍｉｎの流量にて流す場合には、第一同径部４３ａ及び第二同径部４３ｃの内径は、それぞれ約６ｍｍ及び約８ｍｍであると好ましく、流量が変わる場合には、その流量に応じて、流量が１０ｌ／ｍｉｎであるときの第一同径部４３ａ及び第二同径部４３ｃの内径を適宜変更するとよい。
【００６０】
拡径部４３ｂは、第一同径部４３ａの下流側端部と連続しており、下流側に向かうにつれて内径が漸次的に拡大する部分である。用水は、第一同径部４３ａから拡径部４３ｂに進入すると、その流速（線速）が徐々に減速しながら拡径部４３ｂ内を下流側に向かって流れるようになる。なお、図５に示すように、拡径部４３ｂの全長（軸方向における長さ）は、第一同径部４３ａの全長及び第二同径部４３ｃの全長に比べて著しく短くなっている。
【００６１】
第二同径部４３ｃは、拡径部４３ｂの下流側端部と連続している。また、図５に示すように、第二同径部４３ｃの下流側端部には、気体混入用水送りライン５１が繋がれている。そして、用水が第二同径部４３ｃを流れる間に、用水中に気体が混入される。つまり、第二同径部４３ｃからは、気体を混入させた用水が流出する。なお、第二同径部４３ｃの内径は、第一同径部４３ａの内径より大きいが、加圧用水送りライン５０の口径よりは小さく、例えば、加圧用水送りライン５０の口径の約１／３となっている。したがって、用水は、加圧用水送りライン５０を流れているときよりは加速された状態で第二同径部４３ｃを流れる。つまり、気体を混入させた用水は、加圧用水送りライン５０を流れている時点での用水の流速よりも速い流速にて第二同径部４３ｃを流れることになる。
【００６２】
気体通過部４４は、液体通過部４３の外周部から液体通過部４３の径方向外側に突出した円筒状の突起である。気体通過部４４の内部は、図５に示すように、互いに径サイズが異なる３つの領域が連なって構成されており、液体通過部４３の径方向外側から接続部４４ａ、絞り部４４ｂ及び注入部４４ｃに分かれている。接続部４４ａは、図５に示すように、内側に送気ライン４１ａの末端部が挿入されることで送気ライン４１ａと繋がれている。つまり、加圧気体発生源４１から発せられた気体は、送気ライン４１ａを通じて送られ、やがて気体通過部４４の接続部４４ａ内に導かれる。
【００６３】
絞り部４４ｂは、液体通過部４３の径方向において接続部４４ａの内側端部と連続しており、径方向内側に向かうに連れて縮径している部分である。絞り部４４ｂ内に進入した気体は、絞り部４４ｂを通過する際に流量が絞られ、ごく微量の流量にて注入部４４ｃ内に進入する。
【００６４】
注入部４４ｃは、液体通過部４３の径方向において絞り部４４ｂの内側端部と連続しており、液体通過部４３の第二同径部４３ｃに繋がる位置まで延びている。より詳しく説明すると、注入部４４ｃは、第二同径部４３ｃのうち、拡径部４３ｂの直ぐ下流側に位置する箇所に繋がれている。つまり、注入部４４ｃ内に進入した気体は、注入部４４ｃを通じて液体通過部４３の第二同径部４３ｃ内に入り込む。
【００６５】
そして、第二同径部４３ｃ内に入り込んだ気体は、第二同径部４３ｃ内を流れる用水に混入される。ここで、気体は、加圧気体発生源４１から発せられるので、加圧された状態で第二同径部４３ｃ内に入り込む。すなわち、気体混入機４０は、気体を加圧して第二同径部４３ｃ内に導入する。
【００６６】
より詳しく説明すると、第二同径部４３ｃ内には用水が加圧された状態で流れる。すなわち、第二同径部４３ｃでの用水の圧力は、正圧であり（換言すると、負圧にはならない）、第二同径部４３ｃ内に進入した直後の用水の圧力は、液体吐出機３０が用水を吐出する際の吐出圧力Ｐｂよりも若干低くなっている。
【００６７】
これに対して、気体混入機４０が気体を加圧して用水に混入させる際の圧力（以下、混入圧力Ｐｉ）は、吐出圧力Ｐｂよりも高く設定されている。ここで、混入圧力Ｐｉは、加圧気体発生源４１が発する加圧された気体の圧力に相当し、具体的には、圧力容器に充填された圧縮気体の圧力、又はコンプレッサーによって圧縮された直後の気体の圧力である。
【００６８】
以上のように、本実施形態では、混入圧力Ｐｉが用水の吐出圧力Ｐｂよりも高くなっている。したがって、混入圧力Ｐｉは、気体混入機４０によって気体が混入される箇所（すなわち、第二同径部４３ｃの上流側端部）を通過する用水の圧力よりも高くなる。このため、第二同径部４３ｃの上流側端部では、そこを加圧された状態で流れる用水に対して、気体が押し込まれるようになる。つまり、気体混入機４０は、第二同径部４３ｃの上流側端部での用水の圧力を超える程度に加圧した気体を導入することで、第二同径部４３ｃの上流側端部を通過する用水の圧力に抗して気体を用水に混入させる。
なお、混入圧力Ｐｉ、及び、第二同径部４３ｃの上流側端部を通過する用水の圧力は、脈動するが、気体を用水に混入させる間には略一定値となり、例えば、注入部４４ｃ及び第二同径部４３ｃのそれぞれにおいて公知の圧力計又は連成計を適切な位置に設置し、その計器が示す値を読み取ることで測定される。
また、混入圧力Ｐｉについては、用水の吐出圧力Ｐｂよりも高くなっているケースに限定されず、第二同径部４３ｃの上流側端部を通過する用水の圧力よりも高ければよく、用水の吐出圧力Ｐｂよりも若干低くてもよい。
【００６９】
また、第二同径部４３ｃ内では、用水が加速された状態で流れる。また、気体は、絞り部４４ｂにて流量が絞られた後に第二同径部４３ｃ内に導入される。これにより、気体は、第二同径部４３ｃに微量だけ入り込み、さらに第二同径部４３ｃ内に入り込む瞬間に、加速された状態で第二同径部４３ｃを流れる用水から剪断力を受けて細断される。これにより、気体は、細かな気泡の状態で用水に混入されることになる。
【００７０】
以上までに本実施形態に係る気体混入機４０の構成について説明したが、気体混入機４０の構成は、特に上記の構成に限定されず、用水に気体を加圧して混入させることが可能な構成であればよく、例えば、液体通過部４３の内側に気体通過部４４に相当する部分が配置された構成であってもよく、あるいは、液体通過部４３と気体通過部４４とが分かれておらず一体化した構成であってもよい。
【００７１】
また、図２に示すように、気体混入用水送りライン５１の中途位置、すなわち、気体混入機４０と微細気泡生成ノズル６０との間にはサイトグラス５２が設けられている。このサイトグラス５２は、気体を混入された液体（以下、「気体混入用水」ともいう。）の流れ状態を監視する目的で設置されており、具体的には、気体混入用水における気体の混入度合いを視認するために設けられている。サイトグラス５２の内部には、図６に示すように、気体混入用水が流れる。図６は、サイトグラス５２の外観を示す図であり、サイトグラス５２の内部に気体混入用水が流れている様子を示している。
【００７２】
気体混入機４０の下流側にサイトグラス５２が設けられていることで、気体混入用水における気体の混入度合い（分かり易くは、気泡のサイズ及び個数等）を視認することができ、視認した状況に応じて気体流量調整弁４１ｂの開度を調整することで、気体流量等を適宜見直すことが可能である。
なお、本実施形態ではサイトグラス５２を設けることとしたが、これに限定されず、サイトグラス５２の代わりに、あるいはサイトグラス５２と共に流量計（フローメータ）が設置されてもよい。流量計を設置した場合には、気体混入用水の流れ状態として、気体混入機４０の下流側を流れる流量を視認することが可能となる。
【００７３】
（微細気泡生成ノズル６０）
微細気泡生成ノズル６０は、気体混入用水を内部に通すことにより、気体混入用水中にナノバブルを生成する機器である。本実施形態で用いられる微細気泡生成ノズルは、１基のみで、気体混入用水１ｍｌあたりに比較的多量のナノバブルを生成することが可能である。このような性能を有する微細気泡生成ノズル６０としては、例えば、特許第６１２９３９０号に記載されたナノバブル生成ノズルが利用可能である。
【００７４】
以下、特許第６１２９３９０号に記載されたナノバブル生成ノズルを図示した図７及び図８を参照しながら、本実施形態に係る微細気泡生成ノズル６０の構造を説明することとする。図７は、微細気泡生成ノズル６０の側方断面図である。図８は、微細気泡生成ノズル６０内における気体混入用水の流れを示す図である。
【００７５】
微細気泡生成ノズル６０は、図７に示すように、導入口６１と噴出口６２とを備えている。導入口６１は、気体混入用水をノズル内部に導入させる開口である。噴出口６２は、ナノバブルを含む用水（すなわち、ナノバブル入りの用水）を噴出させる開口である。また、微細気泡生成ノズル６０の内部において、導入口６１と噴出口６２との間には、ナノバブルを生成する部分が設けられている。かかる部分には、微細気泡生成ノズル６０の軸方向（以下、ノズル軸方向と言う）に並ぶ３つの通水孔６４，６５，６６が形成されている。この３つの通水孔６４，６５，６６は、互いに断面積（厳密には、ノズル軸方向を法線とする切断面にて切断したときの断面積）が異なる孔である。
【００７６】
微細気泡生成ノズル６０の構成についてより詳しく説明すると、微細気泡生成ノズル６０は、図７に示すように、主として３つの部品からなり、具体的には、導入部７０、噴出部９０及び中間部８０によって構成されている。導入部７０は、微細気泡生成ノズル６０の基端部（上流側端部）をなしており、前述の導入口６１を備えている。噴出部９０の下流側端部は、微細気泡生成ノズルの先端部をなしており、前述の噴出口６２を備えている。中間部８０は、ノズル軸方向において導入部７０及び噴出部９０の間に挟まれている。
【００７７】
そして、上記３つの部品（すなわち、導入部７０、中間部８０及び噴出部９０）が組み合わせられることで、微細気泡生成ノズル６０の内部において、ノズル軸方向に並ぶ３つの通水孔６４，６５，６６が形成される。なお、図７に示すように、３つの通水孔６４，６５，６６の中で最も上流側にある第一の通水孔６４は、微細気泡生成ノズル６０の径方向（以下、ノズル径方向と言う）において微細気泡生成ノズル６０の中央に位置する。また、中間位置にある第二の通水孔６５は、ノズル径方向において微細気泡生成ノズル６０の中央よりも外側に位置し、最も下流側にある第三の通水孔６６は、ノズル径方向において微細気泡生成ノズル６０の中央に位置する。
【００７８】
導入部７０、中間部８０及び噴出部９０の各々の詳細構成について説明する。先ず導入部７０について説明すると、導入部７０は、図７に示すように、導入部本体７２と、導入部本体７２の端面から突出する円筒突起部７１と、を有する。導入部本体７２は、外径が異なる２つの円筒状の部分（以下、小径部７３及び大径部７４）をノズル軸方向に積み重ねた外形をなしている。なお、小径部７３がより上流側に位置し、大径部７４がより下流側に位置している。
【００７９】
導入部本体７２の内部には、第一の通水孔６４と、テーパ状部分７５と、嵌め込み部７６とが形成されている。テーパ状部分７５は、ノズル軸方向において第一の通水孔６４の下流側で第一の通水孔６４と隣接しており、下流側に向かうに連れて拡径している。嵌め込み部７６は、テーパ状部分７５の下流側でテーパ状部分７５と隣接している。嵌め込み部分７６は、大径部７４の内部空間のうちの下流側端部にあり、微細気泡生成ノズル６０を組み立てる際に中間部８０の上流側端部が嵌め込まれる。
【００８０】
円筒突起部７１は、導入部本体７２の小径部７３よりも外径が小さく、ノズル軸方向において小径部７３の端面から外側に向かって突出している。円筒突起部７１の上流側の端は、開口端となっており、その開口が導入口６１をなしている。そして、円筒突起部７１には、気体混入用水送りライン５１が繋がれている。気体混入用水送りライン５１内を流れた気体混入用水は、導入口６１を通じて円筒突起部７１内を流れ、やがて導入部本体７２の内部に形成された第一の通水孔６４を通過する。なお、図７から分かるように、第一の通水孔６４の径（口径）は、円筒突起部７１の内径よりも小さくなっている。
【００８１】
次に、中間部８０について説明すると、中間部８０は、図７に示すように、円盤形状又は略円柱形状の外形をなしている。また、ノズル径方向において中間部８０の中央部の両面（ノズル軸方向での両端面）からは、円錐突起部８１，８２が突出している。中間部８０の上流側の端面から突出した第一の円錐突起部８１は、図８に示すように、第一の通水孔６４を通過した気体混入用水を、ノズル径方向外側に向けて放射状に流し、第二の通水孔６５に向かわせる機能を有している。
【００８２】
中間部８０の下流側の端面から突出した第二の円錐突起部８２は、図８に示すように、第二の通水孔６５を通過した気体混入用水を、第三の通水孔６６に向かわせる機能を有している。
【００８３】
また、中間部８０の外周部には、中間部８０の全周に亘って形成されたリング状部８３が設けられている。リング状部８３には、ノズル軸方向においてリング状部８３を貫通する貫通孔が、中間部８０の周方向において一定間隔毎に複数形成されている。かかる貫通孔が第二の通水孔６５をなしている。なお、第二の通水孔６５を構成する各貫通孔の径（口径）は、第一の通水孔６４の径（口径）よりも小さくなっている。また、複数の貫通孔のそれぞれの断面積を合計した値は、第一の通水孔６４の断面積よりも小さくなっている。
【００８４】
また、図７に示すように、第二の通水孔６５の入口は、中間部８０の、第一の円錐突起部８１が設けられた端面よりも上流側に位置している。一方で、第一の円錐突起部８１は、その周囲をリング状部８３によって取り囲まれている。
【００８５】
リング状部８３の外周面のうち、ノズル軸方向における中央部分には、ノズル径方向外側に張り出したフランジ部８４が設けられている。また、リング状部８３の外周面のうち、フランジ部８４を間に挟んだ２つの部分には、それぞれ、シール溝８５が形成されており、各シール溝８５にＯリング８６Ａ，８６Ｂが嵌め込まれている。フランジ部８４の上流側にあるシール溝８５に嵌め込まれたＯリング８６Ａは、図７に示すように、導入部本体７２が有する大径部７４の内周面（厳密には、嵌め込み部７６の内周面）に当接し、導入部７０と中間部８０との合わせ面をシールしている。フランジ部８４の下流側にあるシール溝８５に嵌め込まれたＯリング８６Ｂは、図７に示すように、噴出部本体９１の内周面（厳密には、嵌め込み部９３の内周面）に当接し、噴出部９０と中間部８０との合わせ面をシールしている。
【００８６】
次に、噴出部９０について説明すると、噴出部９０は、図７に示すように、噴出部本体９１とフランジ部９２とを有する。噴出部本体９１は、円筒状又は略円筒状の外形形状をなしている。また、噴出部本体９１の内部空間には、嵌め込み部９３と、テーパ状部分９４と、第三の通水孔６６とが形成されている。嵌め込み部９３は、噴出部本体９１の内部空間の上流側端部にあり、嵌め込み部９３には中間部８０のリング状部８３が嵌め込まれる。テーパ状部分９４は、ノズル軸方向において嵌め込み部９３の下流側で嵌め込み部９３と隣接しており、下流側に向かうに連れて縮径している。
【００８７】
第三の通水孔６６は、ノズル軸方向においてテーパ状部分９４の下流側でテーパ状部分９４と隣接している。また、第三の通水孔６６は、噴出部本体９１の下流側の端面まで延びている。つまり、噴出部本体９１の下流側の端面には、第三の通水孔６６の末端側開口が形成されており、この開口が噴出口６２をなしている。
【００８８】
なお、第三の通水孔６６の径（口径）は、第一の通水孔６４の径（口径）よりも小さくなっている。また、第三の通水孔６６の断面積は、第二の通水孔６５を構成する複数の貫通孔のそれぞれの断面積を合計した値（以下、便宜的に「第二の通水孔６５の断面積」と言う。）よりも小さくなっている。ここで、各通水孔の断面積の比率について説明すると、各通水孔の断面積の比率が、（第一の通水孔６４の断面積）：（第二の通水孔６５の断面積）：（第三の通水孔６６の断面積）＝３：２：１程度になるように設計されている。このような比率になるように各通水孔のサイズが設定されることで、微細気泡生成ノズル６０によってナノバブルを効果的に生成することが可能となる。
【００８９】
さらに、第三の通水孔６６の径、すなわち噴出口６２の口径は、気体混入機本体４２の液体通過部４３各部の内径（つまり、第一同径部４３ａ、拡径部４３ｂ及び第二同径部４３ｃの各々の内径）よりも小さくなっている。このため、微細気泡生成ノズル６０の噴出口６２では気体混入用水の流れが閉塞気味となる。この結果、微細気泡生成ノズル６０よりも上流側に位置する気体混入機本体４２の液体通過部４３の各部では、用水の圧力が正圧となる（換言すると、負圧にならない）。
【００９０】
フランジ部９２は、噴出部本体９１の外周面のうち、ノズル軸方向における上流側の端部からノズル径方向外側に張り出して設けられている。このフランジ部９２は、導入部７０、中間部８０及び噴出部９０を組み合わせる際に、ホルダ６３に組みつけられる。
【００９１】
具体的に説明すると、ホルダ６３は、円環状の部材であり、図７に示すように、その内部に導入部本体７２の小径部７３が嵌め込まれる。なお、小径部７３が嵌め込まれた状態のホルダ６３は、小径部７３と大径部７４との間の段差によって係止される。また、ホルダ６３には、その周方向に沿ってボルト穴が等間隔で複数形成されている。これに対応して、噴出部９０のフランジ部９２にも、ホルダ６３のボルト穴と同数のボルト穴（正確には、雌ネジが形成されたボルト穴）が形成されている。そして、導入部７０、中間部８０及び噴出部９０を組み合わせた後に、ホルダ６３のボルト穴にボルト６７が挿通され、ボルト６７の先端部がフランジ部９２のボルト穴に螺合される。これにより、微細気泡生成ノズル６０が組み立てられる。
【００９２】
次に、上記の如く構成された微細気泡生成ノズル６０におけるナノバブル生成のメカニズムについて説明する。気体混入用水送りライン５１内を流れた気体混入用水は、導入口６１を通じて円筒突起部７１内に進入し、やがて導入部本体７２に形成された第一の通水孔６４を通過する。このとき、加圧溶解の原理に従って、気体混入用水中の気体が微細気泡（ナノバブル）に変化する。
【００９３】
詳細に説明すると、気体混入用水が第一の通水孔６４に進入した際に、気体混入用水中の気体が一段と加圧され、この結果、気体が用水中に溶解される。気体混入用水は、やがて第一の通水孔６４から流出してテーパ状部分７５に進入する。この際、気体混入用水が加圧状態から解放されてナノバブルが発生する。
【００９４】
テーパ状部分７５に進入した気体混入用水は、テーパ状部分７５内を更に下流側に向かって流れる。このとき、気体混入用水は、図８に示すように、第一の円錐突起部８１によってノズル径方向外側に案内され、第二の通水孔６５に向かって流れる。第一の円錐突起部８１は、その周りをリング状部８３に取り囲まれている。このため、ノズル径方向外側に向かって流れる気体混入用水は、リング状部８３の内壁に衝突して、図８に示すように上流側に向かって逆流する。この結果、気体混入用水の流れが乱流となる。このように気体混入用水の流れが乱流となることで、気体混入用水中に存在する比較的大きな気泡に対して剪断力が作用し、その気泡を細断することができる。
【００９５】
また、乱流となって流れる気体混入用水は、図８に示すように、中間部８０の、第一の円錐突起部８１が設けられた端面よりも上流側に戻り、端面よりも上流に位置する第二の通水孔６５内に流入する。そして、乱流状態の気体混入用水は、やがて第二の通水孔６５から流出し、第二の通水孔６５から噴出部９０内のテーパ状部分９４に進入する。このとき、気体混入用水中の気体（具体的には、用水中に溶存した気体）がナノバブルに変化する。
【００９６】
詳細に説明すると、気体混入用水が第一の通水孔６４を通過した時点でナノバブルとなっていない気体は、気体混入用水が第二の通水孔６５を通過する際に再び加圧されて用水中に溶解する。そして、第二の通水孔６５内の用水が第二の通水孔６５から流出すると、気体混入用水が加圧状態から解放されてナノバブルが発生する。
【００９７】
なお、本実施形態では、第二の通水孔６５を構成する複数の貫通孔の各々の径（口径）が、第一の通水孔６４の径よりも小さく、且つ、第二の通水孔６５の断面積が第一の通水孔６４の断面積よりも小さい。このような断面積の小さな第二の通水孔６５を気体混入用水が通過すると、第一の通水孔６４を通過した際に生成された気泡よりも微細な気泡が生成されることになる。
【００９８】
テーパ状部分９４に進入した気体混入用水は、その時点で、ある程度の量のナノバブルを含んでいる。かかる状態の気体混入用水は、第二の円錐突起部８２によってノズル径方向内側に案内され、第三の通水孔６６に向かって流れる。そして、気体混入用水は、第三の通水孔６６を通過し、その末端に位置する噴出口６２から微細気泡生成ノズル６０の外に噴出される。ここで、第三の通水孔６６は、第一の通水孔６４及び第二の通水孔６５と同様、気体混入用水がその内部を通過することで、気体混入用水中の気体（具体的には、用水中に溶存した気体）をナノバブルに変化させる。
【００９９】
また、本実施形態では、第三の通水孔６６の断面積が第二の通水孔６５の断面積よりも小さい。そのため、第三の通水孔６６は、その内部を通過する気体混入用水を適切に加圧する。その結果、気体混入用水中の気体（用水中に溶存した気体）を適切に加圧して用水中に溶解させる。そして、気体混入用水が第三の通水孔６６を通過して噴出口６２から微細気泡生成ノズル６０の外に噴出する際に、気体混入用水が加圧状態から解放されてナノバブルが発生する。
【０１００】
また、第三の通水孔６６にて気体混入用水の圧力を上昇させることで、気体混入用水に適度な流速を与えることが可能となる。これにより、気体混入用水がナノバブル入りの用水となって噴出口６２から微細気泡生成ノズル６０の外に噴出される際には、所定の流速で噴出されるようになる。
【０１０１】
なお、前述したように、噴出口６２の口径は、微細気泡生成ノズル６０の上流に位置する気体混入機本体４２の液体通過部４３各部（第一同径部４３ａ、拡径部４３ｂ、及び第二同径部４３ｃ）の内径よりも小さい。したがって、噴出口６２から噴出されるナノバブル入りの用水の噴出量は、噴出口６２の口径に依存して決まることになる。それ故に、気体混入機本体４２において液体通過部４３の内径が縮径していても、そのことがナノバブル入りの用水の噴出量に及ぼす影響の度合いは小さい。
なお、噴出口６２の口径については、気体混入機本体４２の液体通過部４３各部（第一同径部４３ａ、拡径部４３ｂ、及び第二同径部４３ｃ）の内径よりも小さい場合に限定されず、これらの内径以上であってもよい。
【０１０２】
以上のように微細気泡生成ノズル６０の内部では、複数の段階（本実施形態では３段階）に分けて気体混入用水中にナノバブルを生成させ、具体的には、各通水孔内に気体混入用水を通過させる際に、用水中にナノバブルが発生する。また、本実施形態では、各通水孔をノズル径方向において互いに異なる位置に形成している。これにより、各通水孔をノズル径方向において互いに同じ位置に形成した場合に比べ、ノズル軸方向における微細気泡生成ノズル６０の長さを短くすることができ、微細気泡生成ノズル６０がよりコンパクトになる。
【０１０３】
以上までに本実施形態に係る微細気泡生成ノズル６０の構成について説明したが、上記の構成には特に限定されず、気体混入用水が内部を通過することで気体混入用水中にナノバブルを発生させることが可能な構成であればよく、ノズル内部構造が図７に図示の構造と異なっていてもよい。
【０１０４】
ところで、微細気泡生成ノズル６０の先端部をなす噴出部本体９１の下流側端部（噴出口６２が設けられている側の端部）は、流路２０に接続されている。より詳しく説明すると、噴出部本体９１の下流側端部の外周面には、図９に示すように、雄ネジが形成されている。図９は、微細気泡生成ノズル６０の先端部と流路２０との接続構造を示す断面図である。
【０１０５】
また、第一流路２１の中途位置からは、図２に示すように連絡部２４が延びている。この連絡部２４は、微細気泡生成ノズル６０の先端部と第一流路２１との間を連絡するために設けられており、第一流路２１を構成する鋼管に接合された枝管によって構成されている。また、連絡部２４を構成する枝管の末端部は、その内周面に形成された雌ネジを備えている。
【０１０６】
そして、図９に示すように噴出部本体９１側の雄ネジと連絡部２４側の雌ネジとが接合することで、微細気泡生成ノズル６０の先端部である噴出部本体９１の下流側端部が、連絡部２４を介して第一流路２１に接続されている。
【０１０７】
ここで、噴出部本体９１の下流側端部が第一流路２１に接続された箇所を接続地点２５とすると、接続地点２５は、第一流路２１において、連絡部２４の端部が第一流路２１に繋ぎ込まれた位置である。この位置は、図１及び図２に示すように、流路２０の分岐地点２３よりも下流側にあり、且つ、液体吐出機３０の取込み口３１よりも下流側にある。つまり、微細気泡生成ノズル６０の先端部は、液体吐出機３０の取込み口３１よりも下流側、且つ、分岐地点２３よりも下流側で第一流路２１に接続されている。
【０１０８】
なお、微細気泡生成ノズル６０の先端部と流路２０との接続方式については、上記の接続方式に限定されるものではなく、微細気泡生成ノズル６０の先端部を流路２０に好適に接続し得る限り、上記以外の接続方式を採用してもよい。例えば、微細気泡生成ノズル６０の先端部を連絡部２４に直接溶接して接合してもよく、あるいは、微細気泡生成ノズル６０の先端部及び連絡部２４の双方にフランジが設けられていてフランジ同士を接合させてもよい。
【０１０９】
＜＜流路２０の詳細構成について＞＞
次に、前述した流路２０の構成について改めて説明する。
本実施形態に係る流路２０では、微細気泡生成ノズル６０の先端部から噴射されたナノバブル入りの用水が、連絡部２４内を流れ、微細気泡生成ノズル６０の先端部と第一流路２１との接続地点２５にて、第一流路２１内の用水（すなわち、ナノバブルを含まない用水）と合流する。すなわち、微細気泡生成装置１０各部は、ナノバブル入りの用水を第一流路２１内の用水と良好に合流させるように設計されている。
【０１１０】
具体的に説明すると、接続地点２５における流路２０（厳密には、第一流路２１）内の用水の圧力よりも、微細気泡生成ノズル６０の先端部から噴出されたナノバブル入りの用水の、接続地点２５での圧力の方が高くなっている。ここで、前者の圧力をＰａとし、後者の圧力をＰｂｎとしたときに、両者の圧力は、下記の関係式（１ａ）を満たす。
Ｐｂｎ＞Ｐａ                （１ａ）
【０１１１】
また、圧力Ｐｂｎについては、液体吐出機３０が用水を吐出する際の吐出圧力をＰｂとし、液体吐出機３０の吐出口３２から接続地点２５までの圧力損失をΔＰｂとしたとき、下記の式（１ｂ）によって算出される。
Ｐｂｎ＝Ｐｂ−ΔＰｂ        （１ｂ）
したがって、Ｐａ、Ｐｂ及びΔＰｂについては、下記の関係式（１）を満たすことになる。
Ｐｂ−ΔＰｂ＞Ｐａ          （１）
【０１１２】
そして、本実施形態では、上記の関係式（１）を満たすように液体吐出機３０、気体混入機４０及び微細気泡生成ノズル６０が設計されている。これにより、接続地点２５では、微細気泡生成ノズル６０の先端部から噴出されるナノバブル入りの用水が、ナノバブルを含まない第一流路２１内の用水とスムーズに合流する。
【０１１３】
吐出圧力Ｐｂは、脈動するものの、液体吐出機３０が一定の運転条件の下で運転し続ける間は略一定値となり、具体的には、用水の吐出流量Ｖｂに応じた圧力となるので、吐出流量Ｖｂを測定すれば、その測定結果と図４に図示の性能曲線とに基づいて求められる。また、吐出圧力Ｐｂは、例えば、液体吐出機３０の吐出口３２付近に公知の圧力計又は連成計を適切な高さ（具体的には、吐出口３２と同じ高さ）にて設置し、その計器が示す値を読み取ることで実測可能である。
【０１１４】
圧力損失ΔＰｂは、液体吐出機３０から吐出された用水が微細気泡生成ノズル６０を通過してナノバブルの用水となって接続地点２５に達するまでの間に生じる圧力損失である。より厳密に説明すると、圧力損失ΔＰｂは、用水が吐出流量Ｖｂにて加圧用水送りライン５０、気体混入機本体４２の液体通過部４３、気体混入用水送りライン５１、サイトグラス５２の内部、加圧用水送りライン５０及び微細気泡生成ノズル６０を通過したときに生じる圧力損失である。なお、圧力損失ΔＰｂは、公知の計算手法によって計算可能である。
【０１１５】
一方で、接続地点２５における流路２０内の用水の圧力Ｐａは、脈動するものの、第一流路２１内に用水が一定流量で流れている間には略一定値となり、例えば、第一流路２１の接続地点２５付近に公知の圧力計又は連成計を適切な高さ（具体的には、接続地点２５と同じ高さ）にて設置し、その計器が示す値を読み取ることで実測可能である。なお、圧力Ｐａを測定する際には、水量調整弁２２Ｖを閉じた状態（すなわち、微細気泡生成ノズル６０からナノバブル入りの水が噴出されない状態）で測定するのが望ましい。
【０１１６】
また、圧力Ｐａは、供給源Ｗｓから用水が送り出された直後の圧力Ｐａｓと、供給源Ｗｓから送り出された用水が接続地点２５に達するまでの間に生じる圧力損失ΔＰａと、の差から算出してもよい。ここで、圧力Ｐａｓは、用水が供給源Ｗｓからポンプ等の圧送装置Ｐによって圧送される場合には、圧送装置Ｐの吐出圧力であり、用水が供給源Ｗｓとの高低差（落差）を利用して送り出させる場合には、その高低差に相当する水圧（水頭圧）である。また、圧送装置Ｐ及び供給源Ｗｓとの高低差を併用して用水を送り出す場合には、圧送装置Ｐの吐出圧力及び高低差に相当する水頭圧を合計した圧力が、圧力Ｐａｓとなる。
【０１１７】
また、圧力損失ΔＰａについては、供給源Ｗｓから送り出されたときの流量にて用水が流路２０を分岐地点２３まで流れたときに生じる圧力損失ΔＰａ１と、第一流路２１を流れる用水が分岐地点２３から接続地点２５まで流れたときに生じる圧力損失ΔＰａ２と、を合計することで求められる。なお、それぞれの圧力損失ΔＰａ１、ΔＰａ２は、公知の計算手法によって計算可能である。
【０１１８】
次に、流路２０の付帯機器について図１０を参照しながら説明する。図１０は、微細気泡生成装置１０に接続された流路２０を示す斜視図である。
流路２０（厳密には、第一流路２１）には、流路２０と微細気泡生成ノズル６０の先端部との間を連絡する連絡部２４が取り付けられている。また、連絡部２４の途中位置には、図１０に示すように、連絡部２４から用水を抜くための第一水抜きライン２７が設けられている。
【０１１９】
第一水抜きライン２７は、第一液体抜きラインに相当し、連絡部２４にティーズを介して連結されている。また、第一水抜きライン２７の末端には、図１０に示すように第一水抜きライン２７の開通及び閉塞を切り換える第一水抜きライン側切換え弁２７Ｖが設けられている。第一水抜きライン側切換え弁２７Ｖは、第一液体抜きライン側切換え弁に相当し、手動開閉式のコック弁によって構成されている。
【０１２０】
なお、第一水抜きライン２７及び第一水抜きライン側切換え弁２７Ｖは、図１０に示すように、連絡部２４の最下部に設けられている。具体的に説明すると、連絡部２４は、微細気泡生成ノズル６０の先端部に接続された部分よりも幾分下流側の位置で垂下しており、その最下点で９０度に折れ曲がってから水平方向に延出した後、再び立ち上がるように敷設されている。そして、連絡部２４のうち、最下点から水平方向に延出した部分に第一水抜きライン２７が繋ぎ込まれている。また、第一水抜きライン２７は、水平方向に延出し、その末端部に第一水抜きライン側切換え弁２７Ｖが取り付けられている。
【０１２１】
同様に、図１０に示すように、第二流路２２にも第二水抜きライン２６及び第二水抜きライン側切換え弁２６Ｖが設けられている。第二水抜きライン２６は、第二液体抜きラインに相当し、第二流路２２から用水を抜くために設けられている。なお、第二水抜きライン２６は、第二流路２２にティーズを介して連結されている。第二水抜きライン側切換え弁２６Ｖは、第二液体抜きライン側切換え弁に相当し、第二水抜きライン２６の開通及び閉塞を切り換えるために設けられており、手動開閉式のコック弁によって構成されている。
【０１２２】
なお、第二水抜きライン２６及び第二水抜きライン側切換え弁２６Ｖは、図１０に示すように、第二流路２２の最下部に設けられている。具体的に説明すると、第二流路２２は、流路２０の分岐地点２３よりも幾分下流側の位置で垂下しており、その最下点で９０度に折れ曲がってから水平方向に延出した後、再び立ち上がるように敷設されている。そして、第二流路２２のうち、最下点から水平方向に延出した部分に第二水抜きライン２６が繋ぎ込まれている。また、第二水抜きライン２６は、水平方向に延出しており、その末端部に第二水抜きライン側切換え弁２６Ｖが取り付けられている。
【０１２３】
以上のように、本実施形態では、第二流路２２及び連絡部２４の各々に水抜きラインと切換え弁が設けられている。これにより、微細気泡生成装置１０を長期間停止する場合等には、水抜きラインを開通させて第二流路２２及び連絡部２４の各々から用水を適宜抜くことが可能である。
【０１２４】
また、第二流路２２において第二水抜きライン２６の上流側の位置（具体的には、第二流路２２のうち、最下点に向かって垂下している部分の途中位置）には、図１０に示すように水量調整弁２２Ｖが設けられている。さらに、連絡部２４において第一水抜きライン２７の下流側の位置（具体的には、連絡部２４のうち、最下点の位置から立ち上がっている部分の途中位置）には、図１０に示すように連絡部側切換え弁２４Ｖが設けられている。連絡部側切換え弁２４Ｖは、連絡部２４の開通及び閉塞を切り換えるために設けられており、手動開閉式のコック弁によって構成されている。
【０１２５】
＜＜微細気泡生成装置１０の動作例＞＞
次に、以上までに説明してきた構成を有する微細気泡生成装置１０の動作例について説明する。
微細気泡生成装置１０の運転を開始するにあたり、先ず液体吐出機３０を起動させる。液体吐出機３０を起動させる時点では、用水が供給源Ｗｓから供給されており流路２０内を流れている。また、液体吐出機３０を起動させる際には、その前段階で各切換え弁の操作を行う。
【０１２６】
具体的に説明すると、第二流路２２中の水量調整弁２２Ｖを閉状態から開状態に切り換える。このとき、連絡部側切換え弁２４Ｖは、閉状態にある。さらに、第一水抜きライン側切換え弁２７Ｖを開き、第二水抜きライン側切換え弁２６Ｖを閉状態とする。これにより、第二流路２２が開通し、用水が液体吐出機３０の上流側から取込み口３１を通じて液体吐出機３０に流れ込む。すなわち、液体吐出機３０に対して、いわゆる呼び水がなされる。また、第一水抜きライン２７を通じて水抜きが行われ、加圧用水送りライン５０、気体混入機本体４２の液体通過部４３、気体混入用水送りライン５１、サイトグラス５２、微細気泡生成ノズル６０、及び連絡部２４の各部に溜まっていた空気が、用水と共に抜け出て大気に放出される。
【０１２７】
溜まり空気が十分に抜けるまで水抜きを行った後に、連絡部側切換え弁２４Ｖを閉状態から開状態へ切り換え、且つ、第一水抜きライン側切換え弁２７Ｖを閉じる。その後に、液体吐出機３０を起動させる。また、液体吐出機３０の起動に連動する形で、気体流量調整弁４１ｂが閉状態から徐々に開く。これにより、加圧気体発生源４１から発せられた気体が送気ライン４１ａを通じて気体混入機本体４２の気体通過部４４内に導入される。
【０１２８】
一方、液体吐出機３０は、取込み口３１を通じて第二流路２２から用水を取り込み、且つ、取り込んだ用水を加圧して吐出する。このとき、第二流路２２において液体吐出機３０の上流側から液体吐出機３０に流れ込む用水の圧力（具体的には、取込み口３１での用水の圧力）が正圧となっている。
【０１２９】
より詳しく説明すると、本実施形態では、圧送装置Ｐ及び供給源Ｗｓと利用先Ｗｄとの高低差のうちの少なくとも一方を用いて用水が供給源Ｗｓから供給される。用水は、加圧された状態で流路２０を流れる。流路２０は、分岐地点２３にて第一流路２１及び第二流路２２に分岐し、第二流路２２が液体吐出機３０の取込み口３１に接続されている。したがって、第二流路２２を流れる用水は、加圧された状態で（換言すると、圧力が正圧となった状態で）液体吐出機３０内に流れ込む。
【０１３０】
液体吐出機３０から吐出された用水は、加圧用水送りライン５０を流れ、やがて気体混入機本体４２の液体通過部４３内に進入する。用水が液体通過部４３内を流れる間、用水の流速（線速）が段階的に変化する。
【０１３１】
より具体的に説明すると、用水が加圧用水送りライン５０から液体通過部４３の第一同径部４３ａに進入すると、用水の流速が急激に増加する。その後、用水が第一同径部４３ａから拡径部４３ｂに進むと、用水の流速が徐々に減少する。さらに、用水が拡径部４３ｂから第二同径部４３ｃに進んで第二同径部４３ｃ内を流れる間には、用水の流速がほぼ一定に保たれる。この時点での流速は、用水が加圧用水送りライン５０を流れていた時の流速よりも著しく速くなっている。
【０１３２】
また、用水が液体通過部４３内において第二同径部４３ｃに進入した直後に、気体混入機４０が気体を加圧して第二同径部４３ｃ内の用水に混入させる。
【０１３３】
より具体的に説明すると、第二同径部４３ｃ内の用水の圧力は、正圧であり、その値は、液体吐出機３０の吐出圧力Ｐｂよりも若干低い値（具体的には、液体吐出機３０から吐出流量Ｖｂにて吐出された用水が第二同径部４３ｃまで流れたときの圧力損失分だけ低い値）となっている。その一方で、気体通過部４４には、加圧気体発生源４１から送気ライン４１ａを通じて供給された気体が通過する。ここで、気体通過部４４内での気体の圧力（すなわち、混入圧力Ｐｉ）は、吐出圧力Ｐｂよりも高い。このため、気体は、第二同径部４３ｃ内の用水の圧力に抗して第二同径部４３ｃに導入されて、第二同径部４３ｃ内の用水に混入される。
【０１３４】
吐出圧力Ｐｂと混入圧力Ｐｉとの関係について説明すると、本実施形態では、１基の微細気泡生成ノズル６０によって比較的多量のナノバブルを用水中に生成することになっている。ここで、多量のナノバブルを用水中に生成する上では、微細気泡生成ノズル６０の導入口６１での用水（厳密には気体混入用水）の圧力が高いほど好ましく、それ故に、吐出圧力Ｐｂについても極力高く設定されることが望ましい。
【０１３５】
一方、吐出圧力Ｐｂが高くなるほど、気体を用水中に混入させ難くなる。このため、本実施形態では、吐出圧力Ｐｂを極力高くしつつ、且つ、吐出圧力Ｐｂよりも混入圧力Ｐｉを高く設定している。つまり、本実施形態では、ナノバブルの生成効率と、用水に気体を確実に混入させる観点から、吐出圧力Ｐｂと混入圧力Ｐｉとの間の圧力バランスを好適に設定している。
【０１３６】
なお、本実施形態では、気体が流れる送気ライン４１ａの途中に気体流量調整弁４１ｂが設けられているが、気体流量調整弁４１ｂの最高許容圧力Ｐｔ、吐出圧力Ｐｂ、及び混入圧力Ｐｉとの間で下記の関係式（２）が成立している。
Ｐｂ＜Ｐｉ＜Ｐｔ        （２）
上記の関係式（２）を満たせば、気体流量調整弁４１ｂの耐圧限界（すなわち、最高許容圧力Ｐｔ）を超えない範囲で混入圧力Ｐｉを設定することができ、より詳しくは、最高許容圧力Ｐｔを超えない範囲で混入圧力Ｐｉを極力高くすることが可能となる。さらに、混入圧力Ｐｉを高く設定できれば、その分、吐出圧力Ｐｂの方も高く設定することができるため、ナノバブルを一層効率よく生成することが可能となる。
【０１３７】
ちなみに、気体流量調整弁４１ｂの最高許容圧力Ｐｔは、「ＪＩＳ Ｂ ０１００」で規定されており、「指定温度において、弁中の耐圧部分の許容できる最高の圧力」を意味する。
【０１３８】
また、液体通過部４３において、用水は、前述したように、その流速が加速された状態で第二同径部４３ｃ内を流れる。気体は、流量が絞られた状態で第二同径部４３ｃ内に導入されると共に、第二同径部４３ｃを流れる用水から剪断力を受けて細断される。これにより、気体は、細かな気泡の状態で用水に混入されることになる。
【０１３９】
気体が混入された用水（すなわち、気体混入用水）は、第二同径部４３ｃから流出した後、微細気泡生成ノズル６０に向かって気体混入用水送りライン５１内を流れる。この際、気体混入用水は、気体混入用水送りライン５１の途中に設けられたサイトグラス５２の内部を流れる。このサイトグラス５２を通じて、気体混入用水における気体の混入度合いを視認することが可能である。
【０１４０】
気体混入用水送りライン５１を下流側に流れる気体混入用水は、やがて、導入口６１を通じて微細気泡生成ノズル６０の内部に進入する。そして、微細気泡生成ノズル６０の内部において、気体混入用水が三つの通水孔６４、６５、６６の各々を通過すると、気体混入用水中にナノバブルが発生する。
【０１４１】
ナノバブル入りの用水は、微細気泡生成ノズル６０の先端部に形成された噴出口６２から噴出する。ここで、ナノバブル入りの用水の噴出量は、微細気泡生成ノズル６０の上流に位置する気体混入機本体４２の液体通過部４３各部（第一同径部４３ａ、拡径部４３ｂ、及び第二同径部４３ｃ）の内径に依拠せず、噴出口６２の口径に依存して決まる。この点において、本実施形態は、気体混入機本体の液体通過部に負圧を発生させることで気体を吸引して液体に混入させる従来の構成よりも有利である。
【０１４２】
より詳しく説明すると、従来の構成では、液体通過部の途中位置で負圧を発生させるために、その位置での内径を著しく縮径している。このため、従来の構成では、用水の流量が液体通過部の内径（厳密には、縮径後の内径）に依存し、結果として、微細気泡生成ノズル６０から噴出されるナノバブル入りの用水の噴出量も、液体通過部の内径に応じた量となっていた。
【０１４３】
これに対して、本実施形態では、液体通過部４３各部の内径が微細気泡生成ノズル６０の噴出口６２よりも大きい。このため、前述したように、ナノバブル入りの用水の噴出量は、液体通過部４３各部の内径に依拠せず、噴出口６２の口径に依存して決まることになる。つまり、本実施形態では、液体通過部４３の内径が液体通過部４３の途中位置で縮径しているものの、ナノバブル入りの用水の噴出量には影響を及ぼさないことになる。
【０１４４】
噴出口６２から噴出したナノバブル入りの用水は、連絡部２４内を流れ、やがて第一流路２１の接続地点２５に達する。接続地点２５では、連絡部２４を流れてきたナノバブル入りの用水が、第一流路２１を流れる用水（すなわち、ナノバブルを含んでいない用水）と混合される。混合水は、その利用先Ｗｄである農地又は圃場に送られ、その場所に設置された散水装置Ｄによって散水される。
【０１４５】
＜＜本実施形態の有効性について＞＞
本実施形態では、微細気泡生成装置１０が液体吐出機３０、気体混入機４０及び微細気泡生成ノズル６０を有し、気体混入機４０は、液体吐出機３０と微細気泡生成ノズル６０の間において、加圧された状態で微細気泡生成ノズル６０に向かって流れる用水に、気体を加圧して混入させる。
【０１４６】
具体的には、気体混入機４０が用水に気体を加圧して混入させる際の圧力（すなわち、混入圧力Ｐｉ）を、液体吐出機３０が用水を吐出する際の吐出圧力Ｐｂよりも高く設定している。より詳しくは、加圧気体発生源４１が発する加圧された気体の圧力を、吐出圧力Ｐｂよりも高く設定している。
【０１４７】
以上により、本実施形態では、ナノバブル生成の前段階で用水に気体を混入させる際に、従来装置のように負圧を利用して混入させるのではなく、用水の圧力を超える程度に気体を加圧して用水に混入させる。この結果、負圧を利用せずに気体を用水中に混入することが可能となる。この結果、液体吐出機３０において取込み口３１側（吸込み側）で気体を用水に混入させる場合に生じ得る不具合、例えばキャビテーション及び軸封異常等を抑えることが可能となる。
【０１４８】
また、本実施形態であれば、液体吐出機３０の吐出口３２よりも下流側で負圧を発生させて気体を用水に混入させる場合に生じ得る不具合、例えば、負圧が適切に得られないために気体の供給ライン（具体的には、送気ライン４１ａに相当する供給ライン）に用水が逆流する等の事態を回避することができる。
【０１４９】
さらに、負圧を利用して気体を用水に混入させる場合には、用水が通過する管路（具体的には、液体通過部４３に相当する部分）の径を縮径して用水の流速を加速し、その後に管路の径を拡げて用水の流速を減衰させることで負圧を発生させる。このような構成では、管路の径を著しく縮径するため、管路を通過する用水の流量が十分に確保されない虞がある。
【０１５０】
これに対して、本実施形態では負圧を利用しないので、管路の径（具体的には、液体通過部４３の内径）を、負圧発生に要する程度まで縮径させる必要がない。したがって、管路の径を著しく縮径することで用水の流量が確保され難くなるという不具合については、本実施形態では回避されることになる。
【０１５１】
また、混入圧力Ｐｉを吐出圧力Ｐｂよりも高く設定することは、液体吐出機３０が流路２０から用水を直接取り込み、且つ、液体吐出機３０の取込み口３１での用水の圧力が正圧となる状況の下では、特に有効である。
【０１５２】
より詳しく説明すると、上記の状況では、液体吐出機３０の取込み口３１よりも上流側で用水に気体を混入させ難いため、液体吐出機３０の取込み口３１よりも下流側で気体を用水に混入させることになる。一方で、前述したように、ナノバブルを効率よく用水中に生成するためには、吐出圧力Ｐｂが極力高く設定するのが好ましい。ただし、吐出圧力Ｐｂが高くなれば、気体を用水中に混入させ難くなってしまう。
【０１５３】
そこで、本実施形態では、混入圧力Ｐｉを吐出圧力Ｐｂよりも高く設定し、これにより、混入圧力Ｐｉを超えない範囲で吐出圧力Ｐｂを高くすることが可能となる。この結果、気体を用水に確実に混入させながら、ナノバブルを効率よく発生させることが可能となる。
【０１５４】
＜＜その他の実施形態＞＞
以上までに、本発明の微細気泡生成装置について、具体的な一つの実施形態を挙げて説明したが、上記の実施形態は、あくまでも一例に過ぎず、他の例も考えられる。具体的に説明すると、上記の実施形態では、ナノバブル入りの用水がナノバブルを含まない用水と混合されて供給されることになっているが、ナノバブル入りの用水が、ナノバブルを含まない用水と混合されないままの状態で（希釈されないで）供給されてもよい。図１１を参照しながら説明すると、同図に示す流路１２０では、供給源Ｗｓから延びた部分（以下、上流側流路１２１）が一つのみ存在し、この上流側流路１２１が微細気泡生成装置１０（厳密には、液体吐出機３０の取込み口３１）に接続されている。また、利用先Ｗｄに向かって延びた部分（以下、下流側流路１２２）も一つのみ存在し、この下流側流路１２２が微細気泡生成装置１０（厳密には、微細気泡生成ノズル６０の先端部）に接続されている。このように図１１に図示の流路１２０は、途中で分岐せず、同流路１２０を流れる用水の全量が微細気泡生成装置１０を経由することになる。換言すると、図１１に示す構成では、一つの流路１２０の途中位置に微細気泡生成装置１０が直列配置されている。
なお、図１１は、第一変形例に係る液体供給設備Ｓの構成を示す模式図である。
【０１５５】
また、上記の実施形態では、流路２０が途中で分岐しており、そのうちの一つの流路（具体的には、第二流路２２）が微細気泡生成装置１０の液体吐出機３０の取込み口３１に接続されており、もう一つの流路（具体的には、第一流路２１）に微細気泡生成ノズル６０の先端部が接続されていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、図１２に示すように、微細気泡生成装置１０に向かう送水ラインが、他の送水ラインとは切り離された状態で個別に設けられていてもよい。具体的に説明すると、図１２に示した流路２２０は、供給源Ｗｓから微細気泡生成装置１０に向かって延びた部分（すなわち、上流側流路２２１）と、微細気泡生成装置１０から利用先Ｗｄに向かって延びた部分（すなわち、下流側流路２２２）と、これらの流路とは別に供給源Ｗｓから利用先Ｗｄに向かって延びた部分（以下、別系流路２２３）とを有する。上流側流路２２１は、図１２に示すように微細気泡生成装置１０に接続されており、厳密には、液体吐出機３０の取込み口３１に接続されている。また、下流側流路２２２は、微細気泡生成装置１０が有する微細気泡生成ノズル６０の先端部に接続されている。また、下流側流路２２２の下流側端部は、図１２に示すように、別系流路２２３に接続されている。これにより、ナノバブル入りの用水は、別系流路２２３を通じて利用先Ｗｄまで送られるようになる。
なお、図１２は、第二変形例に係る液体供給設備Ｓの構成を示す模式図である。
【０１５６】
また、図１２では、供給源Ｗｓから微細気泡生成装置１０に向かって延びた流路（すなわち、上流側流路２２１）と、供給源Ｗｓから直接利用先Ｗｄに向かって延びた流路（すなわち、別系流路２２３）とが、同一の供給源Ｗｓから延びていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、それぞれの流路が、互いに異なる供給源Ｗｓから延びていてもよい。
【０１５７】
また、図１３に示すように、微細気泡生成装置１０の微細気泡生成ノズル６０の先端部が、分岐した流路の一つ（具体的には、第一流路２１）に接続されていなくてもよい。具体的に説明すると、図１３に図示の流路３２０は、その途中で第一流路３２１及び第二流路３２２に分岐している。第一流路３２１は、利用先Ｗｄまで延びており、第二流路３２２は、微細気泡生成装置１０の液体吐出機３０の取込み口３１に接続されている。また、図１３に図示の流路３２０は、第三流路３２３を有する。この第三流路３２３は、微細気泡生成装置１０の微細気泡生成ノズル６０の先端部に接続されると共に、単独で利用先Ｗｄに向かって延びている。したがって、図１３に示すように、利用先Ｗｄには、ナノバブルを含まない用水が第一流路３２１を通じて供給されると共に、ナノバブル入りの用水が第三流路３２３を通じて別系統で供給されることになる。
なお、図１３は、第三変形例に係る液体供給設備Ｓの構成を示す模式図である。
【０１５８】
また、上記の実施形態では、本発明の適用例として、農業又は植物栽培に用いられる用水にナノバブルを生成するケースを一例に挙げて説明した。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、薬品製造用水、食品製造用水、化粧品製造用水、水産業（特に養殖業）に用いる水、洗浄水、医療用水、並びに水処理の対象となる排水等にナノバブルを生成させる場合にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【０１５９】
１０  微細気泡生成装置
２０  流路
２１  第一流路
２２  第二流路
２２Ｖ  水量調整弁
２３  分岐地点
２４  連絡部
２４Ｖ  連絡部側切換え弁
２５  接続地点
２６  第二水抜きライン
２６Ｖ  第二水抜きライン側切換え弁
２７  第一水抜きライン
２７Ｖ  第一水抜きライン側切換え弁
２８  ナノバブル入り用水送りライン
３０  液体吐出機
３１  取込み口
３２  吐出口
４０  気体混入機
４１  加圧気体発生源
４１ａ  送気ライン
４１ｂ  気体流量調整弁
４２  気体混入機本体
４３  液体通過部
４３ａ  第一同径部
４３ｂ  拡径部
４３ｃ  第二同径部
４４  気体通過部
４４ａ  接続部
４４ｂ  絞り部
４４ｃ  注入部
５０  加圧用水送りライン
５１  気体混入用水送りライン
５２  サイトグラス
６０  微細気泡生成ノズル
６１  導入口
６２  噴出口
６３  ホルダ
６４，６５，６６  通水孔
６７  ボルト
７０  導入部
７１  円筒突起部
７２  導入部本体
７３  小径部
７４  大径部
７５  テーパ状部分
７６  嵌め込み部分
８０  中間部
８１，８２  円錐突起部
８３  リング状部
８４  フランジ部
８５  シール溝
８６Ａ，８６Ｂ  Ｏリング
９０  噴出部
９１  噴出部本体
９２  フランジ部
９３  嵌め込み部
９４  テーパ状部分
１２０  流路
１２１  上流側流路
１２２  下流側流路
２２０  流路
２２１  上流側流路
２２２  下流側流路
２２３  別系流路
３２０  流路
３２１  第一流路
３２２  第二流路
３２３  第三流路
Ｄ  散水装置
Ｐ  圧送装置
Ｓ  液体供給設備
Ｗｄ  利用先
Ｗｓ  供給源
【図１】
2019230787.tif 000003
【図２】
2019230787.tif 000004
【図３】
2019230787.tif 000005
【図４】
2019230787.tif 000006
【図５】
2019230787.tif 000007
【図６】
2019230787.tif 000008
【図７】
2019230787.tif 000009
【図８】
2019230787.tif 000010
【図９】
2019230787.tif 000011
【図１０】
2019230787.tif 000012
【図１１】
2019230787.tif 000013
【図１２】
2019230787.tif 000014
【図１３】
2019230787.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年11月13日(2020.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成装置であって、
液体を吐出する液体吐出機と、
前記液体吐出機から吐出された液体に、気体を加圧して混入させる気体混入機と、
気体を混入させた液体を内部に通すことにより、液体中に微細気泡を生成する微細気泡生成器と、を有し、
前記微細気泡生成器により生成される微細気泡は、直径が1μｍよりも小さいナノバブルであり、
前記気体混入機は、前記液体吐出機と前記微細気泡生成器の間において、加圧された状態で前記微細気泡生成器に向かって流れる液体に、気体を加圧して混入させる微細気泡生成装置。
【請求項２】
前記気体混入機が加圧して液体に混入させる気体の圧力が、前記気体混入機によって気体が混入される箇所を通過する液体の圧力よりも高い、請求項１に記載の微細気泡生成装置。
【請求項３】
前記気体混入機は、加圧された気体の発生源である加圧気体発生源を備え、
前記液体吐出機が液体を吐出する際の吐出圧力よりも、前記加圧気体発生源が発する加圧された気体の圧力が高い、請求項２に記載の微細気泡生成装置。
【請求項４】
前記気体混入機は、前記加圧気体発生源から延びた送気ラインと、加圧された気体が前記送気ラインを流れる際の流量を調整するために前記送気ライン中に設けられた気体流量調整弁と、を備え、
前記吐出圧力よりも、前記気体流量調整弁の最高許容圧力が高い、請求項３に記載の微細気泡生成装置。
【請求項５】
前記液体吐出機は、液体の供給源から供給された液体が流れる流路に接続された取込み口を備え、前記取込み口に流れ込む液体の圧力が正圧となった状態で、前記取込み口から液体を取り込み、且つ、前記取込み口から取り込んだ液体を吐出する、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の微細気泡生成装置。
【請求項６】
前記微細気泡生成器の先端部から、微細気泡入りの液体が噴出し、
前記微細気泡生成器の先端部は、前記取込み口よりも下流側で前記流路に接続されている、請求項５に記載の微細気泡生成装置。
【請求項７】
前記気体混入機と前記微細気泡生成器との間に、気体を混入された液体の流れ状態を監視するための監視器が設置されている、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の微細気泡生成装置。
【請求項８】
前記微細気泡生成器は、内部に通水孔を有するノズルであり、気体を混入させた液体が前記通水孔を通過することにより、加圧溶解の原理によって液体中にナノバブルを生成する、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の微細気泡生成装置。
【請求項９】
前記微細気泡生成器である前記ノズルは、前記ノズルの軸方向における複数箇所に前記通水孔を有し、気体を混入させた液体が前記複数個所の前記通水孔の各々を通過することにより、液体中にナノバブルを生成する、請求項８に記載の微細気泡生成装置。
【請求項１０】
液体の供給源から供給された液体が流れる流路を備えた液体供給設備において、前記液体供給設備が微細気泡入りの液体を供給するために用いられる微細気泡生成装置であり、
前記流路において前記液体吐出機の上流側から前記液体吐出機に流れ込む液体の圧力が正圧である、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の微細気泡生成装置。
【国際調査報告】
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