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1. (WO2019009357) DISPOSITIF GÉNÉRATEUR DE BULLES
Document

明 細 書

発明の名称 気泡発生装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046  

符号の説明

0047  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8  

明 細 書

発明の名称 : 気泡発生装置

技術分野

[0001]
 本発明は、気泡発生装置に関し、特に直径100μm以下の微細な気泡を発生する気泡発生装置に関する。

背景技術

[0002]
 直径100μm以下の微細な気泡はファインバブルと呼ばれている。ファインバブルを含む液体は、種々の効果が得られるといわれている。例えば、冷却水に用いることで高い冷却効果や、切削油や研削油に用いることでバイトやドリルなどの耐摩耗性を向上する効果が得られるといわれている。また水質浄化など水産養殖の分野においても利用されている。
[0003]
 上記のような気泡を発生する気泡発生装置としては、2枚の孔あきプレートを重ね合わせ、一方の孔あきプレートを回転させることにより、有効開口率を変化させる減圧部を備えた気泡発生装置が開示されている(例えば、特許文献1)。表面に多数のひし形凸部が形成された軸体を備えた吐出管構造体が開示されている(例えば、特許文献2)。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 実開昭62-202828号公報
特許文献2 : 特開2004-33962号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 上記特許文献1の場合、円周方向の隙間の大きさを変更することはできるが半径方向の隙間の大きさを変更することはできない。したがって流体の流速を高速にするために円周方向の隙間を小さくした場合、有効開口面積が極端に小さくなり、流量が大幅に低下してしまうという問題がある。上記特許文献2の場合、軸体の形状が複雑なため、製作することが困難であるという問題があった。
[0006]
 本発明は、簡単な構造で微細な気泡を発生することができる気泡発生装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明に係る気泡発生装置は、直径100μm以下の気泡を発生する気泡発生装置であって、第1ノズルと、間隔保持部を介して前記第1ノズルと分離可能に重ねて配置された第2ノズルとを有する第1気泡発生器を備え、前記第1ノズルは、板状の第1本体と、当該第1本体の一側表面に設けられた複数の第1突起とを有し、前記第1本体に厚さ方向に貫通した第1ノズル穴が複数形成されており、前記第1突起は、基端から先端に向かって先細形状であって、前記第2ノズルは、板状の第2本体を有し、前記第2本体に厚さ方向に貫通した第2ノズル穴が形成されており、前記第1突起が、当該第1突起の側面と前記第2ノズル穴の縁の間に第1隙間を設けた状態で、前記第2ノズル穴に挿入されたことを特徴とする。

発明の効果

[0008]
 本発明によれば、第1ノズルと第2ノズルを分離可能に重ねて形成されているので、従来の気泡発生装置に比べ、簡単な構造で微細な気泡を発生することができる。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 気泡発生装置を示す概略図である。
[図2] 本実施形態に係る第1気泡発生器を示す縦端面図である。
[図3] 第1ノズルを示す図であり、図3Aは縦端面図、図3Bは平面図である。
[図4] 第2ノズルを示す図であり、図4Aは縦端面図、図4Bは平面図である。
[図5] ノズル組立体の部分拡大端面図である。
[図6] 本実施形態に係る第2気泡発生器を示す図であり、図6Aは正面図、図6Bは図6AにおけるA-A断面図、図6Cは左側面図、図6Dは右側面図である。
[図7] 絞り体を示す斜視図である。
[図8] 変形例に係るノズル組立体の部分拡大端面図である。

発明を実施するための形態

[0010]
 以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
[0011]
(全体構成)
 図1に示す気泡発生装置1は、第1気泡発生器10と、第2気泡発生器11とを備える。第1気泡発生器10の一端は、ソケット15を介して一次配管13の一端に接続され、他端はソケット15を介して二次配管17の一端に接続されている。二次配管17の他端は、第2気泡発生器11の一端に接続されている。第2気泡発生器11の他端は、吐出配管19の一端に接続されている。気泡発生装置1は、一次配管13から供給された液体を、第1気泡発生器10、二次配管17、第2気泡発生器11を経て、吐出配管19の他端から吐出する。
[0012]
 図2に示す第1気泡発生器10は、ノズル組立体12と、発生器本体14とを備える。ノズル組立体12は、複数の、第1ノズル16Aと第2ノズル18Aとを有する。ノズル組立体12を形成する材料は、硬質の樹脂や金属を用いることができる。本図の場合、ノズル組立体12は、各10個の第1ノズル16A及び第2ノズル18Aが、交互に重ねられた状態で、発生器本体14内に装填されている。
[0013]
 発生器本体14は、金属製又は樹脂製の筒状部材であって、一端である入口に一次継手20、他端である出口に二次継手22が設けられている。一次継手20と二次継手22を特に区別しない場合、単に継手と呼ぶ。継手は、ソケット15が固定される雌ねじと、ノズル組立体12を軸方向に固定するストッパー24とが設けられている。ストッパー24は、筒状部21と、当該筒状部21の一端に形成されたフランジ部23とを有する。ストッパー24は、継手に筒状部21を挿入し、継手の先端にフランジ部23が接触している。
[0014]
 図3A,Bに示すように、第1ノズル16Aは、板状(本実施形態の場合、円盤状)の第1本体26と、当該第1本体26の一側表面に設けられた複数の第1突起28と、間隔保持部30とを有する。第1本体26は、厚さ方向に貫通した第1ノズル穴32が複数形成されている。本図の場合、第1ノズル穴32は、第1本体26の表面において、直交する縦横の直線上に配置されている。第1ノズル穴32の開口は、四角形状であって、第1本体26の他側表面から一側表面へ向かって徐々に広がっている。第1突起28は、隣り合う第1ノズル穴32の間に配置されている。第1突起28は、基端から先端に向かって先細形状である。本図の場合、第1突起28は、四角錐台形状である。間隔保持部30は、第1本体26の一側表面から突出した柱状の部材である。
[0015]
 間隔保持部30は、第1本体26の外縁に、第1本体26の中心を挟んで両側にそれぞれ1個(合計2個)配置されている。第1本体26の他側表面には、位置決め穴27が設けられている。位置決め穴27は、間隔保持部30と同じ厚さ方向の位置に形成された底を有する穴である。
[0016]
 図4A,Bに示すように、第2ノズル18Aは、板状(本実施形態の場合)の第2本体34と、当該第2本体34の一側表面に設けられた複数の第2突起36と、間隔保持部38とを有する。第2本体34は、厚さ方向に貫通した第2ノズル穴40が複数形成されている。本図の場合、第2ノズル穴40は、第2本体34の表面において、直交する縦横の直線上に配置されている。第2ノズル18Aの開口は、四角形状であって、一次側から二次側へ向かって徐々に広がっている。第2突起36は、隣り合う第2ノズル穴40の間に配置されている。第2突起36は、基端から先端に向かって先細形状である。本図の場合、第2突起36は、四角錐台形状である。間隔保持部38は、第2本体34の一側表面から突出した柱状の部材である。
[0017]
 間隔保持部38は、第2本体34の外縁に、第2本体34の中心を挟んで両側にそれぞれ1個(合計2個)配置されている。第2本体34の他側表面には、位置決め穴29が設けられている。位置決め穴29は、間隔保持部38と同じ厚さ方向の位置に形成された底を有する穴である。
[0018]
 本実施形態の場合、第1ノズル穴32と第2ノズル穴40、第1突起28と第2突起36の大きさは、いずれも同じである。第2ノズル穴40と第2突起36の位置は、第1ノズル穴32と第1突起28の位置と逆である。すなわち、第1ノズル穴32に対応する位置に第2突起36が設けられており、第1突起28に対応する位置に第2ノズル穴40が設けられている。
[0019]
 図5に示すように、第2ノズル18Aは、第1ノズル16Aに対し二次側に配置され、第1ノズル16Aの間隔保持部30を、第2本体34の位置決め穴29に挿入して、第1ノズル16Aに重ねられる。第1突起28は、側面と第2ノズル穴40の縁の間に、第1隙間44を設けた状態で、第2ノズル穴40に挿入される。第1突起28が第2ノズル穴40の中央部分を塞ぐことにより、第1突起28の周囲に、一様に第1隙間44が形成される。第1隙間44によって、第1ノズル16Aと第2ノズル18Aの間に環状の流路が形成される。
[0020]
 上記第2ノズル18Aの二次側には、間隔保持部30を、第1本体26の位置決め穴27に挿入して、他の第1ノズル16Aが重ねられる。第2突起36は、側面と第1ノズル穴32の縁の間に、第1隙間44を設けた状態で、第1ノズル穴32に挿入される。第2突起36が第1ノズル穴32の中央部分を塞ぐことにより、第2突起36の周囲に、一様に第1隙間44が形成される。第1隙間44によって、第2ノズル18Aと第1ノズル16Aの間に環状の流路が形成される。
[0021]
 上記のようにして第1ノズル16Aと第2ノズル18Aを交互に、10個ずつ重ねることにより、第1隙間44を有するノズル組立体12が得られる(図2)。
[0022]
 第2気泡発生器11は、図6A~Dに示すように、一次継手31、絞り体33、減圧体35、二次継手37を備える。第2気泡発生器11は、金属製又は樹脂製であって、直方体状の外形形状を有する。一次継手31は、一側表面から突出した雄部39と、中央を貫通する流路41と、流路41を囲むように四隅に設けられたザグリ穴43とを有する。一次継手31の他側表面は、シールを介して絞り体33の一側表面に接続されている。
[0023]
 絞り体33は、図7に示すように、複数(本図の場合4個)の絞り部45を有する。絞り部45は、絞り体33の一次側から二次側に向かって先細である漏斗状の空間を有する。一次側から絞り部45に流入した液体は、絞り部45の先端のノズル49を通過して、二次側に流出する。絞り体33は、ザグリ穴43に対応した四隅に、貫通穴47を有する。
[0024]
 絞り体33の他側表面は、Oリングを介して減圧体35の一側表面に接続されている(図6B)。減圧体35は、上記ノズル49に対応した4個の混合部55を有する。混合部55の二次側は、それぞれ減圧流路51に接続されている。混合部55は、ノズル49とほぼ同じ内径を有する。各混合部55には、取り込み部53が接続されている。
[0025]
 取り込み部53は、一端が混合部55に接続され、他端が減圧体35の側面を通じて外部に開口した穴を有する。取り込み部53には、継手(図1)25が設けられる。当該継手25は、図示しないが、バルブが設けられた配管に接続されている。前記バルブは、取り込み部53から混合部55に供給される気体の流量を調節する。前記気体は、例えば、空気、酸素などでもよい。
[0026]
 減圧流路51は、減圧体35の一次側から二次側に向かって、内径が徐々に拡大している。減圧体35は、ザグリ穴43に対応した四隅に、雌ねじが形成された締結穴57を有する。
[0027]
 減圧体35の他側表面は、シールを介して二次継手37の一側表面に接続されている。二次継手37は、中央を貫通する流路59を有する。流路59は、吐出配管19をねじ込む雌ねじを有する。二次継手37は、締結穴57に対応した四隅にザグリ穴61を有する。
[0028]
 一次継手31、絞り体33、減圧体35は、順に一列に並べた状態で、一次継手31側から挿入したボルトを減圧体35の締結穴57にねじ込むことで、一体化する。二次継手37は、当該二次継手37側から挿入したボルトを減圧体35の締結穴57にねじ込むことで、減圧体35と一体化する。上記のようにして、一次継手31、絞り体33、減圧体35、二次継手37を一体化することで、第2気泡発生器11が得られる。
[0029]
(作用及び効果)
 上記のように構成された気泡発生装置1の作用及び効果について説明する。図示しないポンプから、一次継手20に接続された一次配管13を通じて、液体を第1気泡発生器10に供給する。液体は、特に限定されず、水、クーラント液などを用いることができる。酸素などの気体を予め混合した液体を用いてもよい。液体は、一次継手20から発生器本体14内へ流入する。ノズル組立体12の上流側に到達した液体は、第1ノズル穴32を通過し、第2ノズル18Aへ到達する。第2ノズル18Aへ到達した液体の一部は、第2ノズル穴40と第1突起28の間に形成された第1隙間44を通過して下流へ流れる。
[0030]
 第1隙間44を通過する際、液体の流速は高速になり、乱流が生じる。第1隙間44を通過した直後、流体の圧力は急激に低下する。流体の圧力が低下すると、液体に溶解している気体が気泡となり、液体中に析出する。続いて下流側の第1ノズル16Aへ到達した液体は、第1ノズル穴32と第2突起36の間に形成された第1隙間44を通過して下流へ流れる。当該第1隙間44を通過する際、液体にはさらに乱流が生じ、通過した直後に液体の圧力が低下することにより、液体に溶解している気体が気泡となり、液体中に析出する。
[0031]
 第1気泡発生器10に供給された液体は、ノズル組立体12を下流側へ流れる間に、第1隙間44を何度も通過することで、幾重にも乱流が生じ、やがて直径が100μm以下の微細な気泡が無数に生成される。微細な気泡を含む液体は、第1気泡発生器10の二次継手22より吐出される。
[0032]
 本実施形態に係るノズル組立体12は、第1ノズル16Aと第2ノズル18Aを分離可能に重ねて形成されているので、軸部の表面に多数のひし形凸部を有する従来の気泡発生器に比べ、簡単な構造で微細な気泡が得られる。第1ノズル16Aと第2ノズル18Aは、分離可能であることから、分解して洗浄したり、破損した部分を交換したり、容易にメンテナンスをすることができる。
[0033]
 第1気泡発生器10は、第1ノズル16Aと第2ノズル18Aを複数重ねたノズル組立体を備えることにより、第1隙間44に液体を何度も通過させることで、微細な気泡を高密度で含む液体を吐出することができる。第1ノズル穴32及び第2ノズル穴40は、一次側から二次側へ向かって徐々に広がっているので、通過する液体の圧力損失を抑制することができる。
[0034]
 ノズル組立体12は、第1突起28及び第2突起36の周囲に形成された環状の流路の第1隙間44の大きさを小さくすることで、流体の流速を高速にすることができるので、より効率的に乱流及び気泡を発生することができる。しかも流路の周方向長さを変えずに第1隙間44のみを小さくできるので、有効開口面積の低下及び流量の低下を抑制することができる。
[0035]
 第1突起28及び第2突起36は、先細形状であるので、間隔保持部30,38の高さを変更することにより、第1隙間44の大きさを変更することができる。第1気泡発生器10は、第1隙間44の大きさをより小さくすることにより、より微細な、直径が1μm以下のウルトラファインバブルを発生することができる。
[0036]
 第1気泡発生器10から吐出された液体は、二次配管17を介して第2気泡発生器11に供給される。当該液体は、流路41、絞り部45を通じてノズル49に到達する間に、圧力が上昇する。ノズル49から流出した液体は、混合部55において取り込み部53から取り込まれた気体と混合される。気体が混合された流体は、減圧流路51において、急激に圧力が低下することにより、流速が上昇した状態で第2気泡発生器11から吐出される。液体の流速が上昇する過程において、液体に取り込まれた気体は、マイクロバブルとなる。上記のようにして、第2気泡発生器11は、直径が100μm程度のマイクロバブルを発生することができる。
[0037]
 本実施形態に係る気泡発生装置1は、第1気泡発生器10及び第2気泡発生器11を備えることにより、直径が1μm以下のウルトラファインバブル、及び直径が100μm程度のマイクロバブルを含む液体を生成することができる。
[0038]
 第2気泡発生器11は、絞り部45を4個備えることにより、流量の低下を抑制することができる。したがって気泡発生装置1は、ウルトラファインバブル及びマイクロバブルを含む、所望の流量の液体を得ることができる。すなわち気泡発生装置1は、従来のアスピレータに比べ、吐出量を多くすることができるので、加工機械に用いた場合、切削や研削加工時の切子を効率的に除去することができる。
[0039]
 本実施形態に係る気泡発生装置1から吐出される気泡を含む液体は、界面活性作用や衝撃圧力作用による洗浄効果、触媒効果、殺菌・消毒効果、脱臭効果、微粒子吸着効果、生体活性効果、摩擦力低減効果などが得られる。気泡発生器は、洗浄分野、食品分野、化粧品分野、養殖漁業分野、農業分野、医療・薬品分野、水処理分野などに適用できる。
[0040]
(変形例)
 本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
[0041]
 上記実施形態の場合、環状の流路は、一様な第1隙間44によって形成される場合について説明したが、本発明はこれに限らず、流路は、一部において第1隙間44より大きい第2隙間を有していてもよい。
[0042]
 例えば、図8に示す第1ノズル16Bは、第1突起28のほかに、第3突起46を有する。第3突起46は、周方向の一部に切欠き48が形成されている。同様に、第2ノズル18Bは、第2突起36のほかに、第4突起50を有する。第4突起50は、周方向の一部に切欠き52が形成されている。切欠き48、52は、第3突起46及び第4突起50のテーパ状の側面を鉛直線状に切り欠いて形成されている。切欠き48と第2ノズル穴40の間に形成される第2隙間54は、第1隙間44よりも大きい。切欠き52と第1ノズル穴32の間に形成される第2隙間54は、第1隙間44よりも大きい。
[0043]
 第2隙間54を通過する液体は、第1隙間44を通過する液体よりも、流速が遅いため、生成される気泡も、より大きい。このように、第1隙間44に加え、第2隙間54を有することにより、第1気泡発生器は、直径の異なる気泡を同時に生成することができる。
[0044]
 上記実施形態の場合、第1突起28及び第2突起36は、四角錐台形状である場合について説明したが、本発明はこれに限らず、四角錐、円錐、三角錐、円錐台、三角錐台などでもよい。第1ノズル穴32及び第2ノズル穴40は、平面形状が四角形である場合に限らず、第1突起28及び第2突起36の平面形状に合わせた形状とするのが好ましく、例えば、円形、三角形、多角形であってもよい。
[0045]
 上記実施形態の場合、間隔保持部30,38は、第1本体26及び第2本体34の一側表面に設ける場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、第1本体及び第2本体の他側表面に間隔保持部を設けることとしてもよい。この場合、第1本体及び第2本体の一側表面には位置決め穴を設ける。当該位置決め穴に間隔保持部を挿入して、第1ノズルと第2ノズルを分離可能に重ねて配置することができる。
[0046]
 第2気泡発生器11は、一次継手31、絞り体33、減圧体35、二次継手37を有する場合について説明したが、一次継手31と絞り体33、減圧体35と二次継手37、又は絞り体33と減圧体35を一体としてもよい。第2気泡発生器11の絞り体33は、4個の絞り部45を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、2個、3個又は5個以上でもよい。

符号の説明

[0047]
1  気泡発生装置
10 第1気泡発生器
11 第2気泡発生器
12 ノズル組立体
14 発生器本体
16A、16B 第1ノズル
18A、18B 第2ノズル
26 第1本体
28 第1突起
32 第1ノズル穴
33 絞り体
34 第2本体
35 減圧体
36 第2突起
40 第2ノズル穴
44 第1隙間
45 絞り部
46 第3突起
48、52 切欠き
50 第4突起
53 取り込み部
54 第2隙間
55 混合部

請求の範囲

[請求項1]
直径100μm以下の気泡を発生する気泡発生装置であって、
第1ノズルと、間隔保持部を介して前記第1ノズルと分離可能に重ねて配置された第2ノズルとを有する第1気泡発生器を備え、
前記第1ノズルは、板状の第1本体と、当該第1本体の一側表面に設けられた複数の第1突起とを有し、
前記第1本体に厚さ方向に貫通した第1ノズル穴が複数形成されており、
前記第1突起は、基端から先端に向かって先細形状であって、
前記第2ノズルは、板状の第2本体を有し、前記第2本体に厚さ方向に貫通した第2ノズル穴が形成されており、
前記第1突起が、当該第1突起の側面と前記第2ノズル穴の縁の間に第1隙間を設けた状態で、前記第2ノズル穴に挿入された気泡発生装置。
[請求項2]
前記第1ノズルは、側面に切欠きが形成された第3突起を有し、
前記第3突起と前記第1ノズル穴の間に、前記第1隙間よりも大きい第2隙間を有する請求項1記載の気泡発生装置。
[請求項3]
前記第1ノズルは、一側表面に前記間隔保持部を有し、
前記第2ノズルは、前記間隔保持部が挿入される位置決め穴を有する請求項1記載の気泡発生装置。
[請求項4]
前記第2ノズルは、前記第2本体の一側表面に設けられた複数の第2突起を有し、
前記第2突起が、当該第2突起の側面と、他の第1ノズルの第1ノズル穴の縁の間に第1隙間を設けた状態で、前記第2ノズル穴に挿入され、
前記第1ノズルと前記第2ノズルが交互に複数重ねて配置されている請求項1~3のいずれか1項記載の気泡発生装置。
[請求項5]
前記第1気泡発生器の二次側に、順に連結された絞り体及び減圧体を有する第2気泡発生器を備え、
前記絞り体は、一次側から二次側に向かって先細である漏斗状の絞り部を複数有する請求項1~4のいずれか1項記載の気泡発生装置。
[請求項6]
前記減圧体は、前記絞り部に連結された混合部を有し、
前記混合部は、気体を取り込む取り込み部が連結されている請求項5記載の気泡発生装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]