(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有蓋有底円筒状の旋回流発生筒の底部近傍に加圧液体を旋回流発生筒中心軸線に対して偏倚して導入する加圧液体導入孔と前記旋回流発生筒の底部を貫通して中心軸線と同軸に設けられた乱流防止筒を備えた気柱生成部と前記気柱生成部の旋回流発生筒の頂部中心軸を貫通して設けられ気体導入量を調整する調整弁を設けた気体導入管と前記気柱生成空間の下部に接続され、排出される気柱を形成する加圧液体を導入する加圧気液導入孔と、この加圧気液導入孔の吐出側において加圧気液導入孔の総面積よりも断面積を大きくしたキャビテーション発生空間を有するキャビテーションノズルを備えたマイクロバブル発生装置。
【請求項２】
気柱生成部の旋回流発生筒の頂部に旋回流発生筒中心軸線と同軸に環状凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項３】
気柱生成部の旋回流発生筒底部を貫通して旋回流発生筒中心軸線と同軸に設けられた乱流防止筒上部に下方にアールをとった乱流防止ツバが形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項４】
キャビテーションノズルの導入部の頂部中心に半球状および／または、気泡の細分化を促する形状（例えば多角錐や円錐）の気泡細分化用凸部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項５】
キャビテーションノズルの導入部に複数の加圧気液導入孔を穿設し、前記複数の加圧気液導入孔の吐出側開口を、前記導入部の吐出側に形成した共通のキャビテーション発生空間に連通させ、前記加圧気液導入孔を下流側に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項６】
キャビテーションノズルの加圧気液導入孔内壁に、山の位置が下流側に偏倚しているタップを形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項７】
気柱生成部下部のキャビテーションノズルを撤去し、気柱生成部のみを使用することを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載のマイクロバブル発生装置。
【請求項８】
気柱生成部下部のキャビテーションノズルを撤去し、気柱生成空間直下に間隔をあけ、半球状および／または、気泡の細分化を促する形状（例えば多角錐や円錐）の気泡細分化用凸部を有する衝突板が形成されていることを特徴とする請求項７記載のマイクロバブル発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浴槽内にマイクロバブル（微細気泡）を発生させて、快適な入浴を行うことのできる気泡風呂や川・湖沼・水道水等の浄化、排水処理槽のばっ気効率等を向上させるために、数十ミクロン径の微細気泡を水中および空中に吐出するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロバブルの水質浄化機能については、例えば平成１０年７月２４日発行の日刊工業新聞に記載されているように既に広く知られており、そのためのマイクロバブル発生装置としては、特に流動性のない閉鎖水域において浄化効果をより広範囲に拡散させるために微細な気泡を効率的に得られること、また、その使用の環境によって、発生する気泡の大きさを自在に調整する必要がある。これらの要求特性を充足するために、従来から、特開平１０−２３０１５０号公報、特開２０００−４４７号公報、特開２００１−１７９２８６号公報等に見られるように、閉鎖水域浄化装置が多く提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のマイクロバブル発生装置は、何れも構造が複雑で、また、設備そのものも大規模になり、コスト高とならざるを得ない。本発明が解決しようとする課題は、構造が簡単で、適用性が高く、しかも、微細な気泡を効率的に得るという要求特性を満たすマイクロバブル発生装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のマイクロバブル発生装置は、有蓋有底円筒状の旋回流発生筒の底部近傍に加圧液体を旋回流発生筒中心軸線に対して偏倚して導入する加圧液体導入孔と前記旋回流発生筒の底部を貫通して中心軸線と同軸に設けられた乱流防止筒を備えた気柱生成空間と前記気柱生成空間の旋回流発生筒の頂部中心軸を貫通して設けられ気体導入量を調整する調整弁を設けた気体導入管と前記気柱生成空間の下端に接続され、吐出される加圧気液を導入する加圧気液導入孔と、この加圧気液導入孔の吐出側において加圧気液導入孔の総面積よりも断面積を大きくしたキャビテーション発生空間を有するキャビテーションノズルを備えたことを特徴とする。
【０００５】
このマイクロバブル発生装置において、気柱生成部の旋回流発生筒の頂部に旋回流発生筒中心軸線と同軸に環状凹部を形成したことを特徴とする。
【０００６】
また、気柱生成部の旋回流発生筒底部を貫通して旋回流発生筒中心軸線と同軸に設けられた乱流防止筒上部に下方にアールをとった乱流防止ツバを形成することを特徴とする。
【０００７】
さらに、キャビテーションノズルの導入部の頂部中心に半球状および／または気泡の細分化を促する形状（例えば多角錐や円錐）の気泡細分化用凸部を形成することを特徴とする。
キャビテーションノズルの導入部に複数の加圧気液導入孔を穿設し、前記複数の加圧気液導入孔の吐出側開口を、前記導入部の吐出側に形成した共通のキャビテーション発生空間に連通させ、前記加圧気液導入孔を下流側に行くにつれて不連続的に径が大きく段差部を設け、内壁に山の位置が下流側に偏倚しているタップを形成することを特徴とする。
また、気柱生成部下部のキャビテーションノズルを撤去し、気柱生成部のみを使用してもマイクロバブル発生装置としての活用が可能であり、気柱生成空間直下に間隔をあけ、半球状および／または、気泡の細分化を促する形状（例えば多角錐や円錐）の気泡細分化用凸部を有する衝突板を形成することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施例に係るマイクロバブル発生装置の構造を示す縦断面である。図において、マイクロバブル発生装置１０は、加圧液体が加圧液体導入孔２から気柱生成部１内部に導入される。
【０００９】
気柱生成部１は頂部に旋回流発生筒中心軸線と同軸に環状凹部が形成された旋回流発生筒６とその旋回流発生筒６の底部を貫通して中心軸線と同軸に設けられた乱流防止筒８とを有しており、図２（ａ）に示すように、加圧液体導入管１３は、加圧液体が旋回流発生筒６に旋回流を生じながら導入されるように、旋回流発生筒６の中心軸とは偏倚した位置（接線方向）に加圧液体導入孔２を有している。また、乱流防止筒８の上部に下方にアールを取った乱流防止ツバ９を形成することにより、加圧液体導入孔２から導入される加圧液体が気柱生成に悪影響を及ぼす乱流をより確実に最短距離で防止できる。このため、気柱生成部１をよりコンパクトにできると同時に、気柱内の真空圧を安定して向上させることが可能となる。実験では乱流防止筒８を設けた場合と設けない場合とでは、真空圧に約２倍の差異を生じた。なお、図２には液体の進行方向に向かって左回り（反時計回り）に旋回流を生じるように加圧液体導入孔２を設けているが、逆方向に設けて右回りに旋回流が生じるようにしてもよい。
気柱生成部１の旋回流発生筒６の頂部は、気体導入量を調整する調整弁１２を設けた気体導入管３が中心軸を貫通して設けられている。
【００１０】
一方、気柱生成部１の下端にはキャビテーションノズル接続管２２を介してキャビテーションノズル２０が接続されている。
図１に示すように、キャビテーションノズル２０の導入部２１の頂部中心には、半球状および、または気泡の細分化を促する形状（例えば多角錐や円錐）の気泡細分化用凸部２３が形成されている。
この導入部２１内には、その上面に開口する加圧気液導入孔２５を穿設し、キャビテーション発生孔として導入部２１の吐出側に形成したキャビテーション発生空間２７に開口している。
この加圧気液導入孔２５は、円、楕円もしくは導入部２１の上面を底面とする円錐台または楕円錐台の形状をなし、径の大きさと数は、この装置の使用用途と加圧液体の種類によっても異なるが、図２（ｂ）に示すように端面に対し、加圧気液導入孔２５の開口断面積が５〜１５％になる程度の複数個（この場合は２４個）を端面で、それぞれが点対称位置になるように開口し、図２（ｃ）に示すように導入部２１内を貫通したキャビテーション発生孔２６としてキャビテーション発生空間２７に開口している。
また、加圧気液導入孔２５の周囲は、流入する気液の流れを円滑にするため、アールを取っている。
【００１１】
このキャビテーションノズル２０に導入された加圧気液は、複数の加圧気液導入孔２５の吐出側開口を、導入部２１の吐出側に形成した共通のキャビテーション発生空間２７に連通させ、加圧気液導入孔２５を下流側に行くにつれて不連続的に径が大きくなる段差部を設けることによりキャビテーションが生じ、導入された加圧気液はキャビテーション現象によって微細化される。なお、キャビテーション発生孔２６は図２（ｄ）に示すように、内壁に偏倚したタップが形成されており、これによってキャビテーション発生孔２６の壁面でもキャビテーションが発生し、気液の微細化はさらに促進する。
【００１２】
図３は第２の実施例に係るマイクロバブル発生装置１０ａの構造を示す縦断面である。気泡生成部１下部のキャビテーションノズル２０を撤去し、気柱生成部１のみを使用してもマイクロバブルの発生が可能であり、気柱生成空間１１直下に間隔をあけ半球状および／または、気泡の細分化を促する形状（例えば多角錐や円錐）の気泡細分化用凸部２３を有する衝突板３１を形成することにより、マイクロバブルの発生が顕著になる。
【００１３】
図４は本発明の第３の実施例を示すもので、水槽４０を使用したマイクロバブル発生の概略図である。
【００１４】
この実施例では、マイクロバブル発生装置１０は加圧水を導入する加圧液体導入管１３と空気を自吸もしくは加圧手段によって供給する気体導入管３、気体導入量を調整し気泡径を変える気体導入量調整弁１２、供給された空気で気柱を生成する気柱生成部１、気柱を分散させキャビテーションノズル２０との接続を介するキャビテーションノズル接続管２２、分散した気泡を含む気液をキャビテーション現象により、さらなる微細化を促進するキャビテーションノズル２０より形成される。
【００１５】
本実施例においては、気柱生成部１の加圧液体導入孔２は直径が１１ｍｍ、気体導入孔５は直径が２ｍｍ、旋回流発生空間７の直径が４５ｍｍ、高さが５０ｍｍ、乱流防止筒８の高さが２５ｍｍ、気柱生成空間１１の直径が９ｍｍ、図１に示す構造のものを使用した。またキャビテーションノズル２０は、導入部２１の直径が２５ｍｍ、長さが４５ｍｍ、加圧気液導入孔２５の直径が１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、１．８ｍｍと拡径するものを２４個の図１および図２（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す構造のものを使用した。
【００１６】
この実施例において装置を運転すると、まず気柱生成部１に接続される加圧液体導入管１３より導入された加圧水が加圧液体導入孔２から旋回流発生空間７に旋回流として送りこまれる。
【００１７】
送りこまれた加圧水は旋回流を伴ない頂部環状凹部に達し、乱流防止筒８内部の気柱生成空間１１を旋回流を加速させ降下してくる。このとき気柱生成空間１１の中心部に生成される気柱は乱流防止筒８の効果により、送り込まれた加圧水が加圧液体導入孔近傍で引きおこす乱流の影響をまったく受けないため、静止状態にあるかのごとく、極めて安定した状態となる。
【００１８】
気柱生成空間１１を降下してきた気柱は気泡細分化凸部２３によって気柱分散空間２４で均一に細分化された気泡を含む加圧気液となる。
【００１９】
キャビテーションノズル２０に導入された加圧気液は、キャビテーションノズル２０内のキャビテーション現象により真空に近い状態が生じ、さらなる微細化を促進し、供給された空気を霧状のマイクロバブルとして装置下部より吐出する。
【００２０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば下記の効果を奏する。
（１）気柱生成部とキャビテーションノズルを備えたことにより、加圧液体導入孔から導入された加圧液体は乱流防止筒の効果により気柱生成空間で乱れのない安定した気柱を形成する。形成された気柱は直下の気柱分散空間で均一に細分化された気泡を含む加圧気液となりキャビテーションノズルに導入されるため、均一かつ微細なマイクロバブルの発生が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例であるマイクロバブル発生装置を示す。
【図２】本発明の気柱生成部およびキャビテーションノズルを示す。
【図３】本発明の第２の実施例であるマイクロバブル発生装置を示す。
【図４】本発明の第３の実施例である水槽を使った概略図を示す。
【符号の説明】
１０、１０ａ  本発明の発生装置
１    気柱生成部
２    加圧液体導入孔
３    気体導入管
４    気体導入管接続部
５    気体導入孔
６    旋回流発生筒
７    旋回流発生空間
８    乱流防止筒
９    乱流防止ツバ
１１  気柱生成空間
１２  気体導入量調整弁
１３  加圧液体導入管
２０  キャビテーションノズル
２１  導入部
２２  キャビテーションノズル接続管
２３  気泡細分化用凸部
２４  気泡分散空間
２５  加圧気液導入孔
２６  キャビテーション発生孔
２７  キャビテーション発生空間
３１  衝突板
３２  衝突板支持具
４０  水槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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