技術 微細気泡生成器

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本発明は、水に微細気泡を含ませる微細気泡生成器に関する。

0002

微細気泡とは、気泡の直径がおよそ１００μｍ以下のマイクロバブルやナノバブル（直径５０〜５００ｎｍ程度）のことであり、毛穴よりも微小な小さな泡が毛穴や汗腺の汚れを効果的に除去することができ、特に美容や健康での様々な分野で利用されている。そして、微細気泡は、これらの用途以外でも植物の成長を促進させるなどの目的でも利用されている。

0003

このような微細気泡（以下、「ファインバブル」と称す）を含有する液体を生成するには、高速せん断方式、加圧圧壊方式、キャビテーション方式などが知られているが、その多くが、アスピレータ方式などで、外部から空気を吸引している。或いは、強制注入している。例えば、特許文献１には、加速手段にて加速される液体、及び気液混合手段によりケーシングに導入される気体（直径が数ミリ程度の気泡）から成る混合流体をケーシング内にキャビテーションを起こさせて、ファインバブルを発生するファインバブル発生装置が開示されている。

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また、特許文献２には、入口から出口に向かってその中心軸に直交する断面積を漸減する通水用入口側の第１ノズルと、入口側の第１ノズルの出口から連通して設けられた連通路を介して連続して配設され、入口から出口に向かってその中心軸に直交する断面積を漸増する通水用出口側の第２ノズルと、前記連通路にのみ開口した隙間又は側室とを有するファインバブル発生装置が開示されている。この特許文献２のファインバブル発生装置は、外部から空気を吸入することなしに、水の中の溶存空気からキャビテーション方式によってファインバブルを発生させている。

0005

特開２００７−２１３４３号公報
特開２００９−１３６８６４号公報

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しかしながら、特許文献１によるファインバブル発生装置は、タンクに貯留した水を加速して行う気液混合は装置が大型化し、水道直結型の簡易なタイプが望まれる家庭用には不向きである。

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また、特許文献２によるファインバブル発生装置は、水道圧の状況に応じて側室の軸流方向での幅サイズを調整しているが、第1ノズルと第２ノズルとの間に、調整機構によってサイズが変更する側室を設けるためにノズル全体の構成が複雑となっている。

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上記点より本発明は、簡単な構造により水道圧の状況に係らずノズルに適切な圧力で水道水を送給可能とすることで、効果的にファインバブルを発生する微細気泡生成器を提供することを目的としている。

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上記課題を解決するために、本発明は、家庭用へ送られる水道水の給水管に取り付けられる微細気泡生成器であって、水道圧で給送される水道水の流れる方向に沿って径が漸次縮小する第１通水路と、前記第１通水路の出口側に連通して設けられ水道水の流れる方向に沿って径が漸次増大する第２通水路と、前記第１通水路の入口部に設けられる複数の取水孔が設けられる取水部と、前記取水孔の開口面積を可変する開口調節機構と、を備える。

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ここで、前記開口調節機構の実施の形態としては、複数枚の絞り羽根を重ね合わせて形成される虹彩絞り機構である。

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また、前記取水孔は、取水部に円状に等間隔で複数設けるとよい。この場合、同じ方向で隣の取水孔の向きに水道水を放出するよう、入口側から出口側に向けての中心軸が前記給水管の軸に対し傾斜させて設けるのが好適である。これにより、取水部を通過した水道水は旋回流となってノズルへ導入されるため、効果的にファインバブルが生成される。

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そして、一組の前記第１通水路と前記第２通水路とを複数直列に配置することで、各ノズルでのキャビテーション発生が繰り返され、ファインバブルの含有率が高まる。

0013

本発明によれば、ノズルの前段に配置する取水部の取水孔の開口面積を調整することで、適切な送給圧でノズルへ水道水を送り込むことができる。よって、ノズルの構成を複雑にせずとも、水道圧の状況に係らず効果的にキャビテーション気泡が生成可能な微細気泡生成器が実現できる。

0014

本発明に係る微細気泡生成器の側面断面図を示す。
微細気泡生成器における取水部の外観斜視図を示す。
開口面積調整機構によって調整される取水孔の取込口の開口面積の変化を説明する模式図を示す。
（ａ）は取水部の側面図を示し、（ｂ）は下流側からの外観斜視図を示す。
ノズル内でのキャビテーション発生作用の模式的な説明図を示す。

0015

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る微細気泡生成器１の構成を側断面図で示し、水道の配水管や高架水槽等からの水を蛇口へと導く給水管２の途中に配置される。

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微細気泡生成器１は、筒体３の中に円柱形状のノズル６を配置して構成される。筒体３は、挿入された給水管２の上流管部２Ａと螺合により接続される入口側接続部３Ａと、挿入された給水管２の下流管部２Ｂと螺合により接続される出口側接続部３Ｂを両端に備える。

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ノズル６は、その外径が筒体３の内径と略等しく、筒体３の中に固定して取り付けられている。ノズル６の内部は、左右の両端から中央部に向けてそれぞれ絞り込まれた形状の通水部８が設けられている。すなわち、通水部８は、その中央部に断面の径が最小となる頸部９が形成されて、頸部９からそれぞれ左右に延びるにしたがい径が大きくなるよう略円錐状に刳り抜かれた構造となっている。よって、通水部８は、水道水の流れる方向に沿って径が漸次縮小する第１通水路８ａと、第１通水路８ａの出口側に連通して設けられ水道水の流れる方向に沿って径が漸次増大する第２通水路８ｂとで構成されている。

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取水部１０は円形の厚板で構成されて、筒体３の中にあってノズル６の第１通水路８ａの入口側に配置される。本例の取水部１０には図２に示すように、平面上に等間隔で軸方向に貫通する４個の丸孔の取水孔１１を円状に穿設している。そして、取水部１０は水道水の圧力や流量に応じて取水能力を変更するための開口調節機構である可変オリフィス１２を各取水孔１１に備えている。取水部１０に設ける取水孔１１は、設置される水道水の配管等の流量に応じて最大でも２０個程度まで設けることができる。したがって、取水孔１１の数が多くなるときには、円状に等間隔で配置する以外に、取水部１０の平面に一様に均しく配置しても良い。

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可変オリフィス１２は、虹彩絞り機構を備え、取水孔１１の開口面積を変化させることができるように構成されたオリフィスである。虹彩絞り機構は、カメラレンズの絞り等で一般に知られているもので、図３に示すように、例えば中央の開口１４が略円形となるように重ね合わされた複数の金属片１２ａをギア（図示せず）の駆動で回動させることにより、開口１４の面積を４通りに変化させる。この場合、各可変オリフィス１２のギアは、取水部１０の外環に設けた孔径調節ダイアル１３を回転することにより同時に駆動されて、各取水孔１１の開口面積は一斉に同じ大きさに調整されるよう構成している。

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このような可変オリフィス１２によって、水道水の送給圧が低い場合には、取水孔１１の開口面積を小さくすることで送給圧を高めてノズル６へ導入することができ、ノズル６への水道水の送給圧を一定に調節することができる。

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そして、取水部１０から放出される水道水は、第１通水路８ａを通過することで絞られて、頸部９に向けて近づくほど速度を上げ、頸部９から第２通水路８ｂへと放出される。こうして速度を増した水道水は、頸部９から高圧で吹き出されて、第２通水路８ｂ内で拡散される。これにより急激な圧力低下が生じて、沸騰現象により水道水中には無数の微細なキャビテーション気泡が発生し、下流管部２Ｂへと放出される。一般的な水道水圧は１．５ｋｇｆ／ｃｍ２から３ｋｇｆ／ｃｍ２（０．１５ＭＰａ０．３）が下限とされており、ノズル６は、一般家庭に供給されている水道水の中に含まれている空気をこの水道水圧だけで、キャビテーションにより微細化された気泡を含む水にする。この場合の理想的な水道水圧は、２．０乃至４．０ｋｇｆ／ｃｍ２（０．２乃至０．３９ＭＰａ）である。

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上記の実施形態では、取水孔１１をその奥行き方向が円形の取水部１０の径とは直交する方向、すなわち水道水が流れる方向と一致するように設けているが、図４は取水部１０の他の実施形態を示している。この実施形態では、取水孔１１は、図４（ａ）に示すように、奥行き方向の中心軸が水道水の流れ方向に対し傾斜するよう設けられている。よって、取水孔１１は斜円柱の形状となるため、取水孔１１を通過する水道水は取水部１０の軸より傾斜した方向に放出されて、水平方向に送られてくる水道水流にひねりが加えられることになる。

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そして、図４（ｂ）に示すように、各取水孔１１は、同図では反時計回りにて旋回させながら隣の取水孔１１の方向へと水道水を放出するように、それぞれの傾斜が設けられている。したがって、各取水部１０を通過する水道水は、矢印で示すように同一方向にひねられた旋回流となって、ノズル６の第１通水路８ａへと導入する。

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各取水孔１１から旋回流となって放出される水道水は、第１通水路８ａの内壁に斜めから突き当たるため、図５に示すように螺旋状に旋回しながら頸部９へと進む。第１通水路８ａは絞られた構造であるから、水道水は頸部９に向けて近づくほど速度を上げ、頸部９から第２通水路８ｂへと放出される。

0025

こうして速度を増した水道水は、頸部９から高圧で吹き出されて、第２通水路８ｂ内で拡散される。これにより急激な圧力低下が生じて、沸騰現象により水道水中には無数の微細なキャビテーション気泡が発生し、下流管部２Ｂへと放出される。このように、ノズル６に水道水を旋回流で導くことで、第１通水路８ａでの旋回による滞留時間が長くなるため、より高圧で頸部９から拡散することで、キャビテーションが効果的に行われる。

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以上、本発明による微細気泡生成器１は、ファインバブルを生成するノズル６の前段に取水孔１１を備える取水部１０を設けて、取水孔１１の水道水の入口側には開口面積を調節する開口調節機構を設けたことを特徴としている。

0027

よって、水道水の送給圧が低い場合には、取水孔１１の開口面積を小さくし送給圧を高めてノズル６へ導入することで、ノズル６では水道水の送給圧に係らずファインバブルを安定して生成できる。そして、設置配管等による水道水の流量が多く圧損がある場合には、取水孔１１の開口面積を拡げて圧損を回避することで、ノズル６でのファインバブルの生成が効率的となる。

0028

また、取水孔１１の開口面積を調節することで、ファインバブルの利用目的に応じてファインバブルの発生量をコントロールすることができる。

0029

このように、本発明に係わる微細気泡生成器１は、一般家庭に供給されている水道に直結されて、水道水の中に含まれている空気を水道水の圧力だけで、キャビテーション作用でファインバブル化している。そして、水道水の水流が弱い場所では、孔径調節ダイアル１３を回転させて各取水孔１１の開口面積を調整して圧損を回避することで、キャビテーション気泡が発生しやすい条件を作ることができる。

0030

微細気泡生成器１は、水道メーターの下流側に配置されるが、水道メーターから蛇口までの配管距離は平均で１５メートル程度とされている。この場合、ファインバブルの目視は不可能であるが、暗所におけるレーザーポインターによって被処理水にレーザーを当てて気泡からの反射光を検出することで、１５メートルの配管の末端でもファインバブルが形成されていることが確認される。

0031

さらに効率良くファインバブルを生成するには、前段のノズル６の第２通水路８ｂに後段のノズル６の第１通水路８ａを接続する関係で、複数のノズル６を直列に筒体３の内部に配置して、キャビテーション発生を繰り返す構成にするとよい。

0032

１微細気泡生成器
２給水管
８ａ 第１通水路
８ｂ 第２通水路
１０取水部
１１取水孔
１２可変オリフィス（開口調節機構）