JP6108209B2

JP6108209B2 - 微細気泡発生ノズル

Info

Publication number: JP6108209B2
Application number: JP2012269963A
Authority: JP
Inventors: 啓一三宅
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: JP2014113553A

Description

本発明は、気体が液体に溶解している気液混合液から発生させた微細気泡を吐出する微細気泡発生ノズルに関するものである。

この種の微細気泡発生ノズルによって発生したマイクロバブルを含むマイクロバブル混合液は、近年、水質浄化等の環境衛生面、浮上分離による固形物除去等の工業的用途、水耕栽培に使用する水の溶存酸素量向上等の農業的用途に用いられている。その他、殺菌用、脱臭用、人体への健康促進効果などとして、種々の産業において用いられるようになった。

上記微細気泡発生ノズルとして、特許文献１、２、３等に記載されたものが知られている。

しかしながら、上記特許文献１、２、３の微細気泡発生ノズルは、構造が複雑で、部品の分解・交換が煩雑であるという問題点を有していた。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、例えば微細気泡を含んだ液の噴射速度を変更するための部品交換作業や、分解洗浄が容易になる、微細気泡発生ノズルを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、気体を液体に溶解している気液混合液の圧力を低下させて気液混合液から気体を析出させ、気泡を発生し、該気泡を微細化して微細気泡を発生させる微細気泡発生部と、発生した前記微細気泡が前記気液混合液に混合している微細気泡混合液を吐出口から吐出する吐出部とを備え、前記気液混合液を流す流路は、前記流路の円環形状の外周壁を形成する円筒状の外周壁形成部と、該外周壁形成部の内部に設けられて前記流路の円環形状の内周壁を形成し、かつ吐出方向に対して直交する方向の断面積が前記吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなる円錐台状の内周壁形成部とによって形成され、前記気液混合液の吐出方向に対して直交する方向の円環形状中空の開口断面積が徐々に小さくなっている微細気泡発生ノズルにおいて、前記外周壁形成部は、吐出方向に対して直交する方向の断面積が前記吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなっていることを特徴とするものである。

本発明では、円筒状の外周壁形成部は、流路の円環形状の外周壁を形成し、かつ吐出方向に対して直交する方向の断面積が吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなっている。さらに、円錐台状の内周壁形成部は、外周壁形成部の内部に設けられて流路の円環形状の内周壁を形成し、かつ吐出方向に対して直交する方向の断面積が吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなっている。それらにより、外周壁と内周壁とで構成される流路では、吐出口に向かって徐々に狭くなる度合いが大きくなり、吐出口に向かって開口断面積が徐々に小さくなる先細りの度合いが大きくなる。その結果、気液混合液の流速は、より一層速くなって、微細化がより一層高まる、という特有な効果が得られる。

本実施形態に係る微細気泡発生ノズルの構成を示す概略斜視図である。本実施形態に係る微細気泡発生ノズルの吐出方向に対して直交する方向の断面図である。本実施形態の微細気泡発生ノズルのノズル吐出口からみた図である。（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。本実施形態の微細気泡発生ノズルの変形例１を示す断面図である。本実施形態の微細気泡発生ノズルの変形例２を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る微細気泡発生ノズルの一例について説明する。
図１は本実施形態に係る微細気泡発生ノズルの構成を示す概略斜視図である。図２は本実施形態に係る微細気泡発生ノズルの吐出方向に対して直交する方向の断面図である。図３は本実施形態の微細気泡発生ノズルのノズル吐出口からみた図である。図４（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、図４（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。図１〜図４に示すように、本実施形態の微細気泡発生ノズル１は、微細気泡発生部１０及び微細気泡混合液吐出部２０を含んで構成されている。微細気泡発生部１０は、円環形状中空の流路１１を構成する外周壁１２を有する外周壁形成部１３と、流路１１を構成する内周壁１４を有する円錐台形状の内周壁形成部１５とを備えている。そして、外周壁形成部１３に接合され、かつ内周壁形成部１５が片持ち梁で固定される固定部材１６を備えている。この固定部材１６の中心部分には、内周壁形成部１５の端部が締結される。外周壁形成部１３の外周壁１２の一部には、気体を加圧溶解した気液混合液を流入する流入口１７が設けられている。流入口１７の流入方向は微細気泡混合液吐出部２０の吐出口２１に向かう方向に対して所定の角度を持たせている。これにより、流入口１７に連通する気液混合液供給管１８から流入口１７を介して流入された気液混合液は、外周壁１２と内周壁１４とで構成される流路１１を円周状（図１の矢印で示す）に回りながら流れる。

そして、外周壁形成部１３の長手方向断面形状は、図２からわかるように、吐出口２１に向かって逆テーパーとなっている。また、内周壁形成部１５の長手方向断面形状も、吐出方向に対して直交する方向の断面積が吐出口２１に向かって徐々に大きくなっている。つまり、吐出口２１に向かって先太りになっている。これにより、吐出口２１に向かう方向に対して直交する方向の円環形状中空の流路１１は、図２、図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）からわかるように、吐出口２１に向かって開口断面積が徐々に小さくなって先細りとなっている。よって、外周壁１２と内周壁１４とで構成される流路１１は、吐出口２１に向かって徐々に狭くなる。

次に、本実施形態の微細気泡発生ノズルにおける微細気泡発生の様子について説明する。
気体が加圧溶解された気液混合液が、流入口１７から微細気泡混合液吐出部２０の吐出口２１に向かう方向に対して所定の角度を持たせて高速に流入される。そして、吐出口２１に向かって狭くなっている円環形状中空の流路１１を円周状に回りながら高速に流れる。これらにより、気液混合液の流速は、流入口１７から吐出口２１に向かって速くなり、それに伴って圧力が徐々に下がる。気液混合液では、液体に溶解されている気体が析出する。発生した気泡が、外周壁１２及び内周壁１４の近くの場所を通りながら吐出口２１に流れる。気液混合液の気泡は、外周壁１２及び内周壁１４に一旦張り付く。そして、気泡は、円周状の流れによって引き裂かれ分裂する。この分裂を繰り返しながら吐出口に向かって流れて微細化される。微細気泡を含む微細気泡混合液が吐出口２１から吐出される。なお、本発明では、液体に気体を溶解させた液体及び／又は気泡が混入した液体を気液混合液として用いる。

このように、本実施形態の微細気泡発生ノズルでは、流路１１を形成する円筒状の内周壁形成部１５は、吐出方向に対して直交する方向の断面積が吐出口に向かって徐々に大きくなっている。そして、内周壁形成部１５は、外周壁形成部１３の内部に設けられることで円環形状中空の流路１１を形成する。これらにより、内周壁形成部１５の最も大きい外径は、吐出口２１における円筒状の外周壁形成部１３の内径より小さい。この結果、例えば、微細気泡の狙いの径を変更したい場合、外周壁形成部１３を一旦取り外すことなく、内周壁形成部１５のみを固定部材１６から取り外して吐出口２１から取り出すことができる。よって、例えば微細気泡を含んだ液の噴射速度を変更するための部品交換作業、また、分解洗浄を行うための分解作業が簡単になる。

また、本実施形態の微細気泡発生ノズルでは、連続に又は階段状に開口断面が徐々に小さくなる円環形状中空の流路１１が外周壁１２と内周壁１４とで構成される。このため、気液混合液の気泡は外周壁１２に近い場所と内周壁１４の近い場所とを移動する。このため、円環形状中空の流路１１における外周壁に近い場所を移動する気液混合液の気泡は微細化され、円環形状中空の流路１１における内周壁１４に近い場所を移動する気液混合液の気泡も微細化される。これにより、略全ての気泡が微細化される。よって、細分化される気液混合液の気泡の数は増加する。吐出口から吐出される気液混合液中における気泡の大きさのバラツキを抑制できる。よって、狙いの径の微細気泡の発生量を多くすることができる。ダム、湖沼、河川、内湾等などの自然閉鎖水域の汚濁の取り組みが社会的な問題となっており、本実施形態の微細気泡発生ノズルは汚濁水質の浄化方法に使用する。そして、微細気泡発生ノズルから水中に吐出した微細気泡は水中に浮遊し、その微細気泡に汚濁水中の汚物を付着させる。浮上してきた微細気泡の層全体を回収することで、汚物を除去して水を浄化することができる。

本実施形態の微細気泡発生ノズルでは、外周壁１２及び内周壁１４で構成する流路１１の吐出方向の断面が、吐出口２１に向かってテーパーが付けられている。外周壁形成部１３及び内周壁形成部１５がともに逆テーパーになっている。しかし、外周壁１２又は内周壁１４のいずれか一方に、吐出口２１に向かってテーパーを付けてもよい。つまり、外周壁形成部１３の長手方向の断面形状、又は内周壁形成部１５の長手方向の断面形状が逆テーパーになっていればよい。また、外周壁１２又は内周壁１４の少なくともいずれかの表面は、凹凸形状に粗面化されている。これにより、気泡の微細化がより一層高まる。

図５は本実施形態の微細気泡発生ノズルの変形例１を示す断面図である。図５の断面図は吐出口２１に向かう方向に対して直交する方向の断面をあらわしている。同図に示すように、拡散器３０が内周壁形成部１５の吐出口側の端部に締結手段のネジ３１で着脱可能に取り付けられている。この拡散器３０には、吐出口２１に沿った吐出方向に対して略垂直方向に屈曲させる拡散案内部３２が設けられている。吐出口２１から吐出した微細気泡混合液が、拡散案内部３２の流路に案内されて外円周方向へ拡散される。図５に示す変形例１の拡散器３０の拡散案内部３２は、吐出口２１からの微細気泡混合液を略垂直する外円周方向に拡散させているが、狙いの鋭角な角度が持たせて外円周方向に拡散させてもよい。

図６は本実施形態の微細気泡発生ノズルの変形例２を示す部分拡大図である。同図に示すように、吐出口２１は、内周壁１４のテーパー方向に沿って延ばした線である仮想線２２（図中点線で示す）に対して、外円周方向に狙いの鋭角な角度θで屈曲している。これにより、微細気泡混合液は、内周壁１４に倣って吐出され狙いの鋭角な角度θの外円周方向で拡散される。

図２及び図５に示す内周壁形成部１５は、固定部材１６にネジ部１６ａの締結手段で締結されており、簡単に着脱することが可能である。この結果、吐出口からの微細気泡混合液の吐出速度をより速くしたい場合は、内周壁形成部１５の長手方向の断面積の増加率が大きいものにする。この結果、円環形状中空の流路１１の吐出口２１に向かう方向に対して直交する方向の開口断面積は、図２及び図５に示す内周壁形成部１５を取り付けたときよりも小さくなる。そして、外周壁１２と内周壁１４との間の流路１１は、吐出口２１に向かってより狭くなる。このように、簡単に吐出口の開口を小さくすることができ、吐出速度の調整も内周壁形成部１５を交換することで容易に行うことができる。また、微細気泡の狙いの大きさに応じた内周壁形成部１５に交換することで、狙いの大きさの微細気泡を発生させることが容易に可能になる。

以上説明したように、本実施形態の微細気泡発生ノズルは、部品交換作業が容易で、簡易な構造でありながら、微細気泡を大量に、かつ素早く発生させることができる。そして、吐出口から広い範囲に微細気泡混合液を拡散できる。よって、ダム、河川、湖沼、内湾等の閉鎖性水域、魚介類の養殖場および水族館等における水質劣化の改善へ効果的に用いることが期待できる。

以下に、本発明の微細気泡発生ノズルの実施例について説明する。
イワキ社製マグネットポンプMD-70RZの吐出部と本発明の図１に示す微細気泡発生ノズル１の気液混合液供給管１８とをホースで接続した。このホースに気体流入口弁を設けた三又プラグを接続させ気体を流入させた。マグネットポンプの液体流入口より液体が供給されマグネットポンプ吐出部より放出された液体はホースを流れ、さらに三又プラグより気体が流入し気液混合液が本発明の微細気泡発生ノズルに流入する。そして、先細りの流路内部にて気体が微細化し図１の微細気泡混合液吐出部２０の吐出口２１より微細気泡混合液が放出された。使用した液体は有機物が混入した液体を使用したため、使用後微細気泡発生ノズルの洗浄を行った。ノズル内部の洗浄を行うため、図１の流路形成部１５を回転させて固定部材１６から取り外した。ブラシで微細気泡発生ノズルの内壁面および、流路形成部１５の外壁面を洗浄した。分解は容易に行うことができた。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
気体を液体に溶解している気液混合液の圧力を低下させて気液混合液から気体を析出させ、気泡を発生し、該気泡を微細化して微細気泡を発生させる微細気泡発生部と、発生した前記微細気泡が前記気液混合液に混合している微細気泡混合液を吐出口から吐出する吐出部とを備え、前記気液混合液を流す流路は、前記流路の円環形状の外周壁を形成する円筒状の外周壁形成部と、該外周壁形成部の内部に設けられて前記流路の円環形状の内周壁を形成し、かつ吐出方向に対して直交する方向の断面積が前記吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなる円錐台状の内周壁形成部とによって形成され、前記気液混合液の吐出方向に対して直交する方向の円環形状中空の開口断面積が徐々に小さくなっている微細気泡発生ノズルにおいて、前記外周壁形成部は、吐出方向に対して直交する方向の断面積が前記吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなっていることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、円筒状の外周壁形成部１３は、流路１１の円環形状の外周壁を形成し、かつ吐出方向に対して直交する方向の断面積が吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなっている。さらに、円錐台状の内周壁形成部１５は、外周壁形成部の内部に設けられて流路の円環形状の内周壁を形成し、かつ吐出方向に対して直交する方向の断面積が吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなっている。それらにより、外周壁と内周壁とで構成される流路では、吐出口に向かって徐々に狭くなる度合いが大きくなり、吐出口に向かって開口断面積が徐々に小さくなる先細りの度合いが大きくなる。その結果、気液混合液の流速は、より一層速くなって、微細化がより一層高まる。
（態様２）
（態様１）において、吐出方向に対して角度をもたせて気液混合液を流路に流入させ、気液混合液を流路内で円周状に流す液流発生手段を備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、吐出口２１に向かって狭くなっている円環形状中空の流路１１を円周状に回りながら高速に流れる。これらにより、気液混合液の流速は、流入口１７から吐出口２１に向かって速くなり、それに伴って圧力が徐々に下がる。気液混合液では、液体に溶解されている気体が析出する。発生した気泡が、外周壁１２及び内周壁１４の近くの場所を通りながら吐出口２１に流れる。
（態様３）
（態様１）または（態様２）において、微細気泡混合液を吐出する吐出方向を狙いの方向に変える吐出方向変更器を着脱可能に備える。これによれば、上記実施形態の変形例１について説明したように、外円周方向に拡散させることができる。
（態様４）
（態様１）または（態様２）のいずれかにおいて、微細気泡混合液を吐出する吐出方向を狙いの方向に変えるように流路を構成する内周壁に沿って吐出口から延びた仮想線に対して鋭角な角度に吐出口の内周壁を屈曲させる。これによれば、上記実施形態の変形例２について説明したように、外円周方向に拡散させることができる。
（態様５）
（態様１）において、流路を構成する外周壁又は内周壁の少なくともいずれかの表面を粗面化する。これによれば、上記実施形態について説明したように、外周壁１２又は内周壁１４の少なくともいずれかの表面が凹凸に粗面化される。これにより、気泡の微細化がより一層高まり、気液混合液中における気泡の大きさのバラツキをより一層抑制できる。

１微細気泡発生ノズル
１０微細気泡発生部
１１流路
１２外周内壁
１３筐体
１４内周内壁
１５流路形成部
１６固定部材
１７流入口
１８気液混合液供給管
２０微細気泡混合液吐出部
２１吐出口
２２仮想線
３０拡散器
３１ネジ
３２拡散案内部

特許第４６３６４２０号公報特開２００７−０２０７７９号公報特開２０１０−０２２９１９号公報

Claims

気体を液体に溶解している気液混合液の圧力を低下させて気液混合液から気体を析出させ、気泡を発生し、該気泡を微細化して微細気泡を発生させる微細気泡発生部と、発生した前記微細気泡が前記気液混合液に混合している微細気泡混合液を吐出口から吐出する吐出部とを備え、前記気液混合液を流す流路は、前記流路の円環形状の外周壁を形成する円筒状の外周壁形成部と、該外周壁形成部の内部に設けられて前記流路の円環形状の内周壁を形成し、かつ吐出方向に対して直交する方向の断面積が前記吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなる円錐台状の内周壁形成部とによって形成され、前記気液混合液の吐出方向に対して直交する方向の円環形状中空の開口断面積が徐々に小さくなっている微細気泡発生ノズルにおいて、
前記外周壁形成部は、吐出方向に対して直交する方向の断面積が前記吐出口に向かって徐々に大きくなる逆テーパーとなっていることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
請求項１記載の微細気泡発生ノズルにおいて、
吐出方向に対して角度をもたせて前記気液混合液を前記流路に流入させ、前記気液混合液を前記流路内で円周状に流す液流発生手段を備えることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
請求項１または２に記載の微細気泡発生ノズルにおいて、
前記微細気泡混合液を吐出する吐出方向を狙いの方向に変える吐出方向変更器を着脱可能に備えることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
請求項１または２に記載の微細気泡発生ノズルにおいて、
前記微細気泡混合液を吐出する吐出方向を狙いの方向に変えるように前記流路を構成する内周壁に沿って吐出口から延びた仮想線に対して鋭角な角度に吐出口の内周壁を屈曲させることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
請求項１記載の微細気泡発生ノズルにおいて、
前記流路を構成する外周壁又は内周壁の少なくともいずれかの表面を粗面化することを特徴とする微細気泡発生ノズル。