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JP6169749B1 - Microbubble generator - Google Patents

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JP6169749B1 JP2016079739A JP2016079739A JP6169749B1 JP 6169749 B1 JP6169749 B1 JP 6169749B1 JP 2016079739 A JP2016079739 A JP 2016079739A JP 2016079739 A JP2016079739 A JP 2016079739A JP 6169749 B1 JP6169749 B1 JP 6169749B1
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Abstract

【課題】微小気泡を効率よく生成させると共に、微小気泡を含有する液体の噴出効率を向上させることを目的とする。【解決手段】微細気泡生成装置は、液体が流れる主流路と、主流路に気体を導入する給気路とを備える。具体的には、主流路は、周囲よりも内径が小さくなった絞り部と、当該絞り部の下流側に設けられ液体と気体とを混合する吸い込み室とを備え、給気路は、吸い込み室と連通する給気孔を備え、給気孔は、微細気泡生成装置の縦断面視において液体の流れる方向に傾斜しつつ吸い込み室と接続され、且つ気体の導入により主流路においてらせん状の旋回流を生成するように給気孔の中心軸と主流路の中心軸とが交わらないように配置される。【選択図】図1An object of the present invention is to efficiently generate microbubbles and improve the ejection efficiency of a liquid containing microbubbles. A fine bubble generating device includes a main channel through which a liquid flows and an air supply channel for introducing gas into the main channel. Specifically, the main flow path includes a throttle portion whose inner diameter is smaller than the surroundings, and a suction chamber that is provided on the downstream side of the throttle portion and mixes liquid and gas, and the air supply path is a suction chamber. The air supply hole is connected to the suction chamber while inclining in the liquid flow direction in a vertical cross-sectional view of the fine bubble generating device, and generates a spiral swirl flow in the main channel by introducing the gas. Thus, the central axis of the air supply hole and the central axis of the main flow path are arranged so as not to intersect. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、微細気泡生成装置に関する。   The present invention relates to a microbubble generator.

従来、いわゆるマイクロバブルと呼ばれる微小な気泡を生成する様々な技術が提案されている。例えば、気体吹き込み穴を、流路における液体の進行方向に対して鋭角に斜向させ、かつ、流路を包囲する壁面の接線方向の成分を持つように設けた循環流発生装置が提案されている(特許文献1)。本技術では、コンプレッサを接続し、気体吹き込み穴を通じて流路に気体を吹き込むことで、流路内に旋回流を発生させて循環流の発生と気液混合とを同時に行う。   Conventionally, various techniques for generating minute bubbles called so-called microbubbles have been proposed. For example, a circulating flow generator has been proposed in which a gas blowing hole is inclined at an acute angle with respect to the liquid traveling direction in the flow path and has a tangential component of the wall surface surrounding the flow path. (Patent Document 1). In the present technology, a compressor is connected and gas is blown into a flow path through a gas blowing hole, thereby generating a swirling flow in the flow path and simultaneously generating a circulating flow and gas-liquid mixing.

また、マイクロバブル発生器においていわゆるベンチュリ管を採用し、主通路に導入させる気体は送風機等により気体導入孔に圧送してもよいし、主通路側に自然吸引させてもよいとする技術も提案されている(特許文献2)。その他にも、バブル発生ノズルやバブル発生器においてベンチュリ管を採用し、負圧を発生させる技術は提案されている(特許文献3、4)。   Also proposed is a technology that employs a so-called Venturi tube in the microbubble generator, and the gas introduced into the main passage may be pumped into the gas introduction hole by a blower or the like, or may be naturally sucked into the main passage. (Patent Document 2). In addition, a technique for generating a negative pressure by using a venturi pipe in a bubble generating nozzle or a bubble generator has been proposed (Patent Documents 3 and 4).

特許第3717767号公報Japanese Patent No. 3717767 特許第5257819号公報Japanese Patent No. 5257819 特許第4999996号公報Japanese Patent No. 49999996 特開2014−33999号公報JP 2014-33999 A

従来、マイクロバブルを生成するための様々な技術が提案されている。一方、マイクロバブルの用途には、洗浄や水質浄化が挙げられる。洗浄に用いる場合、マイクロバブルを含む水流と洗浄対象物とを衝突させることでマイクロバブルが圧壊し、その衝撃圧力によって汚れを洗浄対象物から容易に剥離することができる。また、池沼等の水質浄化に用いる場合、浄化対象全体にマイクロバブルを供給するためには、水の噴射流量に対して気泡量が多いほど噴力が大きく、かつ撹拌も大きくできるため、浄化作用効果が大きくなる。   Conventionally, various techniques for generating microbubbles have been proposed. On the other hand, the use of microbubbles includes washing and water purification. When used for cleaning, the microbubbles are crushed by colliding a water stream containing microbubbles with the object to be cleaned, and dirt can be easily separated from the object to be cleaned by the impact pressure. In addition, when used for water purification of ponds and marshes, in order to supply microbubbles to the entire purification target, the greater the amount of bubbles relative to the water injection flow rate, the greater the jet force and the greater the agitation. The effect is increased.

そこで、本発明は、微小気泡を効率よく生成させる装置の最適構造と共に、微小気泡を含有する液体の噴出効率を向上させることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to improve the ejection efficiency of a liquid containing microbubbles, together with the optimum structure of an apparatus that efficiently generates microbubbles.

本実施形態に係る微細気泡生成装置は、液体が流れる主流路と、主流路に気体を導入する給気路とを備える。具体的には、主流路は、周囲よりも内径が小さくなった絞り部と、当該絞り部の下流側に設けられ液体の液流へ気体を誘導する吸い込み室とを備え、給気路は、吸い込み室と連通する給気孔を備え、給気孔は、微細気泡生成装置の縦断面視において液体の流れる方向に向かって角度をつけて吸い込み室と接続され、且つ気体の導入により主流路においてらせん状の旋回流を生成するように給気孔の中心軸と主流路の中心軸とが交わらないように配置される。   The fine bubble generating apparatus according to the present embodiment includes a main channel through which a liquid flows and an air supply channel that introduces gas into the main channel. Specifically, the main flow path includes a throttle portion whose inner diameter is smaller than the surroundings, and a suction chamber that is provided on the downstream side of the throttle portion and guides gas to the liquid flow of the liquid. It has air supply holes that communicate with the suction chamber, and the air supply holes are connected to the suction chamber at an angle in the liquid flow direction in a longitudinal sectional view of the fine bubble generating device, and spirally formed in the main flow path by introducing gas The central axis of the air supply hole and the central axis of the main flow path are arranged so as not to intersect with each other so as to generate a swirling flow.

このようにすれば、主流路内に設けられた絞り部からの水流は高速となり、いわゆるベンチュリ効果により負圧が生じ、絞り部の下流側に設けられた吸い込み室において給気孔
を介して気体をスムーズに吸引することができるようになる。また、給気孔は主流路における液体の流れる方向に角度をつけて吸い込み室と接続されているため、気体の導入による液流の流速のロスを低減することができる。したがって、微細気泡生成装置の噴出効率を向上させることができる。また、給気孔と主流路の中心軸をずらす構成により、主流路において種々の強さの旋回流を生成することができ、主流路内に生じるせん断力により微細気泡を効率的に生成することができる。
In this way, the water flow from the throttle part provided in the main flow path becomes high speed, negative pressure is generated by the so-called venturi effect, and gas is supplied through the air supply holes in the suction chamber provided downstream of the throttle part. It becomes possible to suck smoothly. Further, since the air supply hole is connected to the suction chamber at an angle in the liquid flow direction in the main flow path, it is possible to reduce the loss of the liquid flow velocity due to the introduction of the gas. Therefore, the ejection efficiency of the fine bubble generating device can be improved. In addition, the configuration in which the central axis of the air supply hole and the main flow path is shifted can generate a swirling flow having various strengths in the main flow path, and the fine bubbles can be efficiently generated by the shearing force generated in the main flow path. it can.

また、絞り部は、その下流側の端部が吸い込み室内に突出するようにしてもよい。このようにすれば、吸い込み室内における気液流の流動を制御することができる。   Further, the throttle portion may be configured such that the downstream end thereof protrudes into the suction chamber. In this way, the flow of the gas-liquid flow in the suction chamber can be controlled.

また、吸い込み室は、主流路の下流側に向けてその内径が徐々に小さくなるようにしてもよい。このようにすれば、液体と気体をスムーズにスロート部に誘導することができるようになる。   The suction chamber may have an inner diameter that gradually decreases toward the downstream side of the main flow path. In this way, liquid and gas can be smoothly guided to the throat portion.

なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。   The contents described in the means for solving the problems can be combined as much as possible without departing from the problems and technical ideas of the present invention.

微小気泡を効率よく生成させると共に、微小気泡を含有する液体の噴出効率を向上させることができる。   While generating microbubbles efficiently, the ejection efficiency of the liquid containing microbubbles can be improved.

マイクロバブル生成ノズルを液体の流れる主流路方向に沿って切断した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which cut | disconnected the microbubble production | generation nozzle along the main flow path direction through which the liquid flows. マイクロバブル生成ノズルの内部透過斜視図である。It is an internal permeation | transmission perspective view of a microbubble production | generation nozzle. マイクロバブル生成ノズルを液体の流れる主流路方向に沿って切断した断面斜視図である。It is the cross-sectional perspective view which cut | disconnected the micro bubble production | generation nozzle along the main flow path direction through which the liquid flows. マイクロバブル生成ノズルの正面図である。It is a front view of a microbubble production | generation nozzle. マイクロバブル生成ノズルの平面図である。It is a top view of a microbubble production | generation nozzle. マイクロバブル生成ノズルの左側面図である。It is a left view of a microbubble production | generation nozzle. マイクロバブル生成ノズルの、図5におけるB−B断面図である。It is BB sectional drawing in FIG. 5 of a microbubble production | generation nozzle. マイクロバブル生成ノズルの、図5におけるC−C断面図である。It is CC sectional drawing in FIG. 5 of a microbubble production | generation nozzle. 上流側部材と下流側部材とを分解した状態を示す内部透過斜視図である。It is an internal permeation | transmission perspective view which shows the state which decomposed | disassembled the upstream member and the downstream member. マイクロバブル生成ノズル内の給気孔を正面から示した内部透過図である。It is the internal permeation | transmission figure which showed the air supply hole in a microbubble production | generation nozzle from the front. 装置内の圧力と流速とをシミュレーションした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having simulated the pressure and flow velocity in an apparatus. 給気孔の軸心の延長線が主流路の中心軸とずれるように設けた場合と、給気孔の軸心の延長線が主流路の中心軸と交わるように設けた場合との水圧の大きさをシミュレーションした結果を示すグラフである。The magnitude of the water pressure when the extension line of the axial center of the air supply hole is offset from the central axis of the main flow path and when the extension line of the axial center of the supply air hole intersects the central axis of the main flow path It is a graph which shows the result of having simulated. 給気孔の軸心の延長線が主流路の中心軸と交わるように設けた給気孔を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the air supply hole provided so that the extension line of the axial center of an air supply hole might cross the center axis | shaft of a main flow path. マイクロバブル生成ノズルにより生成される微粒子数を、微粒子測定機により測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the number of fine particles produced | generated with a microbubble production | generation nozzle with the fine particle measuring device. 実施形態に係るマイクロバブル生成ノズルを用いて装置を運転した場合と、運転しない場合との溶存酸素量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of dissolved oxygen when the apparatus is operated using the microbubble generating nozzle according to the embodiment and when the apparatus is not operated. 縮径部の径の変化率が一定でない上流側部材を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the upstream member in which the rate of change of the diameter of a reduced diameter part is not constant.

以下、本発明の実施形態に係るマイクロバブル生成ノズルについて、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に説明する実施形態は装置の一例であり、本発明に係る装置は
、以下の構成には限定されない。
Hereinafter, a microbubble generating nozzle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below is an example of an apparatus, and the apparatus according to the present invention is not limited to the following configuration.

また、本実施形態では、直径100μm以下の気泡を「ファインバブル」と総称する。そして、ファインバブルのうち、直径1〜100μmのものを「マイクロバブル」と呼び、直径1μm以下のものを「ウルトラファインバブル(ナノバブル)」と呼ぶものとする。マイクロバブルは気泡としては目視できず、水中においては白濁として認識される。また、ウルトラファインバブルは、目視では確認できない大きさの気泡である。また、直径50μm以上の気泡は、すぐに拡大しつつ浮上する性質がある。一方、直径6μm〜50μmの気泡は、表面張力により収縮しながら約数mm/s〜数十μm/s程度の速度で浮上する。   In the present embodiment, bubbles having a diameter of 100 μm or less are collectively referred to as “fine bubbles”. Of the fine bubbles, those having a diameter of 1 to 100 μm are referred to as “micro bubbles”, and those having a diameter of 1 μm or less are referred to as “ultra fine bubbles (nano bubbles)”. Microbubbles are not visible as bubbles and are recognized as white turbidity in water. Ultra fine bubbles are bubbles having a size that cannot be visually confirmed. In addition, bubbles having a diameter of 50 μm or more have a property of rising while immediately expanding. On the other hand, bubbles having a diameter of 6 μm to 50 μm float at a speed of about several mm / s to several tens μm / s while contracting due to surface tension.

本実施形態に係る装置は、主としてマイクロバブルを生成する。ただし、ウルトラファインバブルの生成を除外するものではなく、本実施形態に係る装置は、ウルトラファインバブルを含むファインバブルを生成するものであってもよい。また、ファインバブルを、本発明に係る「微小気泡」とも呼ぶものとする。   The apparatus according to the present embodiment mainly generates microbubbles. However, the production | generation of an ultra fine bubble is not excluded, The apparatus which concerns on this embodiment may produce | generate the fine bubble containing an ultra fine bubble. The fine bubbles are also referred to as “micro bubbles” according to the present invention.

<構成及び作用>
図1は、本実施形態に係るマイクロバブル生成ノズル1を、液体の流れる主流路方向に沿って切断した縦断面図である。図2は、マイクロバブル生成ノズル1の内部透過斜視図である。また、図3は、マイクロバブル生成ノズル1を図1と同じ位置で切断した断面斜視図である。マイクロバブル生成ノズル1は、直線状に水等の液体が流れる主流路(図1における一点鎖線の矢印)と、主流路にその周囲から空気等の気体を供給する給気路(図1における二点鎖線の矢印)とを備えている。なお、一点鎖線の矢印及び二点鎖線の矢印は、それぞれ流体の流れる方向を表している。
<Configuration and action>
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the microbubble generating nozzle 1 according to the present embodiment cut along the direction of the main flow path through which the liquid flows. FIG. 2 is an internal transparent perspective view of the microbubble generating nozzle 1. 3 is a cross-sectional perspective view of the microbubble generating nozzle 1 cut at the same position as in FIG. The microbubble generating nozzle 1 includes a main flow path (indicated by an alternate long and short dash line in FIG. 1) through which a liquid such as water flows in a straight line, and an air supply path (two lines in FIG. Dotted line arrows). Note that the one-dot chain line arrow and the two-dot chain line arrow represent the direction in which the fluid flows, respectively.

本実施形態では、主流路に水が供給され、給気路からは空気が吸引されるものとして説明する。水はポンプ等を接続して圧送するようにしてもよいし、水道と連結して送水されるようにしてもよい。また、空気は、後述するようにベンチュリ効果により、圧送する必要なく吸引されるようになっている。そして、マイクロバブル生成ノズル1内において水と空気が混合されると共に、マイクロバブルが生成され、マイクロバブルを含有する水が噴射される。本実施形態では、便宜上、マイクロバブルを含有する水を噴射する方向を前、水が供給される側を後ろと呼ぶ。また、給気路が設けられた方向を上と呼ぶ。   In the present embodiment, description will be made assuming that water is supplied to the main flow path and air is sucked from the air supply path. Water may be pumped by connecting a pump or the like, or water may be fed in connection with water. Further, air is sucked by the venturi effect without needing to be pumped as will be described later. And while mixing water and air in the microbubble production | generation nozzle 1, a microbubble is produced | generated and the water containing a microbubble is injected. In this embodiment, for the sake of convenience, the direction in which water containing microbubbles is jetted is referred to as the front, and the side to which water is supplied is referred to as the back. The direction in which the air supply path is provided is referred to as “up”.

図4は、マイクロバブル生成ノズル1を前から見た正面図である。図5は、マイクロバブル生成ノズル1を上から見た平面図である。図6は、マイクロバブル生成ノズル1の左側面図である。また、上述した図1は、図5におけるA−A断面図であり、マイクロバブル生成ノズル1をその幅方向の中央で切断した縦断面図に相当する。図7は、図5におけるB−B断面図であり、マイクロバブル生成ノズル1をその幅方向の中央よりも正面から向かって右寄りの位置で切断した縦断面図である。図8は、図5におけるC−C断面図であり、マイクロバブル生成ノズル1を給気路の中心で主流路と直交する面で切断した横断面図である。   FIG. 4 is a front view of the microbubble generating nozzle 1 as seen from the front. FIG. 5 is a plan view of the microbubble generating nozzle 1 as seen from above. FIG. 6 is a left side view of the microbubble generating nozzle 1. Moreover, FIG. 1 mentioned above is AA sectional drawing in FIG. 5, and is corresponded to the longitudinal cross-sectional view which cut | disconnected the microbubble production | generation nozzle 1 in the center of the width direction. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 5, and is a vertical cross-sectional view in which the microbubble generating nozzle 1 is cut at a position to the right of the front from the center in the width direction. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 5, and is a cross-sectional view of the microbubble generating nozzle 1 cut along a plane perpendicular to the main flow path at the center of the air supply path.

上述した断面図及び内部透過図等に示すように、マイクロバブル生成ノズル1は、2つの部材を組み合わせることにより形成されている。具体的には、マイクロバブル生成ノズル1は、主流路の上流側に位置する第1の部材である上流側部材2と、主流路の下流側に位置する第2の部材である下流側部材3とを備える。上流側部材2及び下流側部材3は、例えばステンレス鋼のような金属、その他の材料を用いて形成することができる。   As shown in the cross-sectional view and the internal permeation diagram described above, the microbubble generating nozzle 1 is formed by combining two members. Specifically, the microbubble generating nozzle 1 includes an upstream member 2 that is a first member located on the upstream side of the main flow path, and a downstream member 3 that is a second member located on the downstream side of the main flow path. With. The upstream member 2 and the downstream member 3 can be formed using a metal such as stainless steel or other materials, for example.

図9は、上流側部材2と下流側部材3とを分解した状態を示すマイクロバブル生成ノズル1の内部透過斜視図である。図9や上述した断面図等からわかるように、上流側部材2
と下流側部材3との接続箇所は、上流側部材2の内径と下流側部材3の外径とが同一である部分を有し、上流側部材2の内部に下流側部材3を挿入することで両者が接続される。具体的には、上流側部材2の下流側端部の内径が、下流側部材3の対応する部分の外径と同一になっている。
FIG. 9 is an internally transparent perspective view of the microbubble generating nozzle 1 showing a state in which the upstream member 2 and the downstream member 3 are disassembled. As can be seen from FIG. 9 and the cross-sectional views described above, the upstream member 2
And the downstream member 3 has a portion where the inner diameter of the upstream member 2 and the outer diameter of the downstream member 3 are the same, and the downstream member 3 is inserted into the upstream member 2. To connect them. Specifically, the inner diameter of the downstream end of the upstream member 2 is the same as the outer diameter of the corresponding portion of the downstream member 3.

また、下流側部材3は、その外径が上流側部材2の内径よりも小さい部分を有し、上流側部材2と下流側部材3とを組み合わせた状態において両者の間に気体吸引室4が形成される。具体的には、下流側部材3の上流側端部の外径が、上流側部材2の対応する部分の内径よりも小さくなっている。気体吸引室4は、マイクロバブル生成ノズル1内に設けられた環状の空間である。吸引される空気は、気体吸引室4を介して、主流路の周囲から主流路内へ導入される。   Further, the downstream member 3 has a portion whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the upstream member 2, and the gas suction chamber 4 is interposed between the upstream member 2 and the downstream member 3 in a combined state. It is formed. Specifically, the outer diameter of the upstream end portion of the downstream member 3 is smaller than the inner diameter of the corresponding portion of the upstream member 2. The gas suction chamber 4 is an annular space provided in the microbubble generating nozzle 1. The sucked air is introduced into the main channel from the periphery of the main channel via the gas suction chamber 4.

また、縦断面図等からわかるように、主流路の径の大きさは、マイクロバブル生成ノズル1内において変化している。なお、径の大きさが変化しても主流路の流れ方向の軸の中心はほぼ直線状といえる。   Further, as can be seen from the longitudinal sectional view and the like, the size of the diameter of the main channel changes in the microbubble generating nozzle 1. Even if the size of the diameter changes, the center of the axis in the flow direction of the main channel can be said to be substantially linear.

マイクロバブル生成ノズル1の上流側部材2は、主流路の上流側に接続される給水管5(図1に内径のみを図示)から水が供給される給水路21を含む。給水路21は、その径が一定である円柱状の空間になっている。   The upstream member 2 of the microbubble generating nozzle 1 includes a water supply path 21 through which water is supplied from a water supply pipe 5 (only the inner diameter is shown in FIG. 1) connected to the upstream side of the main flow path. The water supply path 21 is a cylindrical space having a constant diameter.

そして、上流側部材2は、給水路21の下流側に、その径が徐々に小さくなっていく縮径部22を有する。すなわち、縮径部22は、円錐台状の空間になっている。主流路はいわゆるベンチュリ管になっており、縮径部22においては内部を通過する水の流速が上昇するとともに、圧力が低下する。   The upstream member 2 has a reduced diameter portion 22 whose diameter gradually decreases on the downstream side of the water supply channel 21. That is, the reduced diameter portion 22 is a frustoconical space. The main flow path is a so-called Venturi tube, and in the reduced diameter portion 22, the flow rate of water passing through the inside increases and the pressure decreases.

さらに、上流側部材2は、縮径部22の下流側に、最も内径が小さい円柱状の空間である絞り部23を有する。絞り部23の内径は、給水路21の内径に対して0.1〜0.4倍程度の大きさになっている。絞り部23の下流端には、円管が下流方向に突き出した突状管24を備えている。縮径部22において上昇した水の流速は、絞り部23においてより速くなる。また、絞り部23においては、流速に応じて圧力が真空近くまで低下する。また、圧力が飽和蒸気圧以下に低下すると、水中に存在していた気泡核を核として、溶解していた空気の遊離によってキャビテーション気泡が生じる。   Further, the upstream member 2 has a throttle portion 23 that is a cylindrical space having the smallest inner diameter on the downstream side of the reduced diameter portion 22. The inner diameter of the throttle portion 23 is about 0.1 to 0.4 times the inner diameter of the water supply passage 21. At the downstream end of the throttle portion 23, there is provided a protruding tube 24 in which a circular tube protrudes in the downstream direction. The flow rate of the water that has risen in the reduced diameter portion 22 becomes faster in the throttle portion 23. Further, in the throttle portion 23, the pressure decreases to near vacuum according to the flow velocity. Further, when the pressure drops below the saturated vapor pressure, cavitation bubbles are generated by the liberation of dissolved air with the bubble nuclei existing in water as nuclei.

また、上流側部材2は、上述した気体吸引室4と連通する位置に給気路25を有する。給気路25には、給気管6(図1に内径のみ図示)を介して空気が供給される。給気路25は、給気管6を介して例えば外気とつながっている。また、給気管6には、外気の流入量を調整するための調整弁7(図1に記号を図示)を設けるようにしてもよい。   The upstream member 2 has an air supply path 25 at a position communicating with the gas suction chamber 4 described above. Air is supplied to the air supply path 25 through an air supply pipe 6 (only the inner diameter is shown in FIG. 1). The air supply path 25 is connected to, for example, outside air via the air supply pipe 6. Further, the supply pipe 6 may be provided with an adjustment valve 7 (a symbol is shown in FIG. 1) for adjusting the inflow amount of outside air.

また、マイクロバブル生成ノズル1の下流側部材3は、その上流側の端部に吸い込み室31を有する。吸い込み室31は、その径が下流側に向かって徐々に小さくなっている。すなわち、吸い込み室31も円錐台状の空間といえる。また、上流側部材2と下流側部材3とを接続した状態において、吸い込み室31内には上流側部材2の突状管24が突き出している。また、吸い込み室31と気体吸引室4との間には、空気を供給するための給気孔32が複数設けられ、吸い込み室31と気体吸引室4とは連通している。吸い込み室31では、ベンチュリ効果によって負圧が生じ、給気孔32から外気が吸引される。   Further, the downstream member 3 of the microbubble generating nozzle 1 has a suction chamber 31 at its upstream end. The diameter of the suction chamber 31 gradually decreases toward the downstream side. That is, the suction chamber 31 can also be said to be a truncated cone space. Further, in a state where the upstream member 2 and the downstream member 3 are connected, the protruding tube 24 of the upstream member 2 protrudes into the suction chamber 31. A plurality of air supply holes 32 for supplying air are provided between the suction chamber 31 and the gas suction chamber 4, and the suction chamber 31 and the gas suction chamber 4 communicate with each other. In the suction chamber 31, negative pressure is generated by the venturi effect, and outside air is sucked from the air supply holes 32.

縦断面図等からわかるように、給気孔32は、主流路の下流側に向かって傾斜している。換言すれば、給気孔32は、吸込み室31との接続部から、主流路の上流側にやや傾いて伸びている。すなわち、給気孔32は、主流路の水の流れに逆らわない方向に向かって主流路と合流している。この傾斜により、例えば主流路と給気孔32とが垂直に連結され
る場合よりも、水と空気との合流をスムーズに行うことができる。換言すれば、空気の供給により生じる水流の勢いのロスを低減することができるようになっている。給気孔32と主流路の中心軸とのなす角は50〜80度程度が好ましい。また、吸い込み室31に設けられたテーパは、水と空気との合流をスムーズにすると共に、縮径部22及び絞り部23で上昇した水流の速度を維持する役割を果たす。また、突状管24が吸い込み室31内に突出することにより、水流の逆流を防止することができる。逆流を防止するためには、突状管24の下流側端部が、給気孔32の延長線と交わる位置程度まで突出していることが好ましい。
As can be seen from the longitudinal sectional view and the like, the air supply holes 32 are inclined toward the downstream side of the main flow path. In other words, the air supply holes 32 extend from the connecting portion with the suction chamber 31 slightly inclined to the upstream side of the main flow path. That is, the air supply holes 32 merge with the main channel in a direction that does not oppose the water flow in the main channel. Due to this inclination, for example, water and air can be smoothly joined as compared with the case where the main flow path and the air supply holes 32 are vertically connected. In other words, the loss of momentum of the water flow caused by the supply of air can be reduced. The angle between the air supply hole 32 and the central axis of the main flow path is preferably about 50 to 80 degrees. Further, the taper provided in the suction chamber 31 serves to smooth the merging of water and air and to maintain the speed of the water flow rising at the reduced diameter portion 22 and the throttle portion 23. Further, since the protruding tube 24 protrudes into the suction chamber 31, it is possible to prevent the backflow of the water flow. In order to prevent backflow, it is preferable that the downstream end of the protruding tube 24 protrudes to a position where it intersects with the extension line of the air supply hole 32.

図10は、マイクロバブル生成ノズル1内の給気孔32を正面から見た内部透過図である。図10や横断面図等からわかるように、給気孔32は、その軸心の延長線が主流路の中心軸とずれるように設けられている。具体的には、各給気孔32は、横断面視において主流路の内壁の接線にほぼ相当する位置に設けられている。すなわち、横断面視において給気孔32は主流路内に交わるように設けられており、給気孔32の内壁と主流路の内壁とがほぼ接するようになっている。ただし、製造の都合上、給気孔32は主流路の内壁よりも主流路の中心軸側に設けることが実際的である。このような角度で空気が導入されると、空気は吸い込み室31内においてらせん状に旋回して流れる。これに伴い、上流側部材2から流入する水も、吸い込み室31内においてはらせん状に旋回して流れるようになる。   FIG. 10 is an internal transmission view of the air supply holes 32 in the microbubble generating nozzle 1 as seen from the front. As can be seen from FIG. 10, a cross-sectional view, and the like, the air supply holes 32 are provided so that the extension line of the axial center is shifted from the central axis of the main flow path. Specifically, each air supply hole 32 is provided at a position substantially corresponding to a tangent to the inner wall of the main flow path in a cross-sectional view. That is, the air supply holes 32 are provided so as to intersect the main flow path in a cross-sectional view, and the inner wall of the air supply holes 32 and the inner wall of the main flow path are almost in contact with each other. However, for convenience of manufacture, it is practical to provide the air supply holes 32 closer to the central axis of the main flow path than the inner wall of the main flow path. When air is introduced at such an angle, the air swirls in the suction chamber 31 and flows. Along with this, the water flowing in from the upstream member 2 also swirls in the suction chamber 31 and flows.

また、下流側部材3は、吸い込み室31の下流側に、内径が一定の円柱状の空間であるスロート部33を有する。スロート部33では、内圧が吸い込み室31よりも上昇し、主流路を流れる水と吸い込み室31で吸引された空気とが混合される。また、下流側部材3は、スロート部33の下流側に、内径が徐々に大きくなるディフューザ部34を有する。吸い込み室31内において発生した旋回流は、スロート部33及びディフューザ部34内においても渦を形成し、強いせん断力を生じる。同時に、縮径部22及び絞り部23において生成したキャビテーション気泡と給気孔32から導入された空気とが衝突することによっても気泡が微細化する。以上のようにして、給気孔32から取り込まれた空気が微塵化されてマイクロバブルが生成される。そして、マイクロバブルを含むジェットがディフューザ部34から噴射される。   The downstream member 3 has a throat portion 33 that is a cylindrical space having a constant inner diameter on the downstream side of the suction chamber 31. In the throat portion 33, the internal pressure rises above the suction chamber 31, and the water flowing through the main flow path and the air sucked in the suction chamber 31 are mixed. Further, the downstream side member 3 has a diffuser portion 34 whose inner diameter gradually increases on the downstream side of the throat portion 33. The swirling flow generated in the suction chamber 31 forms vortices in the throat portion 33 and the diffuser portion 34, and generates a strong shearing force. At the same time, the cavitation bubbles generated in the reduced diameter portion 22 and the throttle portion 23 collide with the air introduced from the air supply holes 32, so that the bubbles are refined. As described above, the air taken in from the air supply holes 32 is atomized to generate microbubbles. Then, a jet including microbubbles is ejected from the diffuser portion 34.

本実施形態に係るマイクロバブル生成ノズル1によれば、主流路に供給される水流の勢い(流速)のロスを低減し、噴射力の高いマイクロバブル含有ジェットを生成することができる。   According to the microbubble generating nozzle 1 according to the present embodiment, it is possible to reduce the loss of momentum (flow velocity) of the water flow supplied to the main flow path, and to generate a microbubble-containing jet having a high injection force.

マイクロバブル生成ノズル1において、負圧領域を適切な長さとするためには、絞り部23及びディフューザ部34を設けることが好ましく、これらを設けないと性能が低下する。また、スロート部33を設けないとディフューザ部34内に逆流する水流が生じることがある。縮径部22、絞り部23、給気孔32、スロート部33、及びディフューザ部34の比率を最適化することにより、マイクロバブル生成ノズル1は、供給される水圧が0.3MPaのとき、水量の80%の容量の空気を自吸することができるようになる。   In the microbubble generating nozzle 1, in order to make the negative pressure region have an appropriate length, it is preferable to provide the throttle portion 23 and the diffuser portion 34. If these are not provided, the performance deteriorates. Further, if the throat portion 33 is not provided, a water flow that flows backward in the diffuser portion 34 may occur. By optimizing the ratio of the reduced diameter portion 22, the throttle portion 23, the air supply hole 32, the throat portion 33, and the diffuser portion 34, the microbubble generating nozzle 1 is capable of reducing the amount of water when the supplied water pressure is 0.3 MPa. 80% capacity of air can be self-primed.

<比較例>
図11は、装置内の圧力をシミュレーションした結果を模式的に示すグラフである。図11のグラフは、縦軸は圧力を示し、横軸は装置内の絞り部23の上流端からの距離を示す。実線は、図1の調整弁7を開放し、空気を導入する場合(空気ありモデル)の圧力の変化を示す。一点鎖線は、図1の調整弁7を閉じ、空気を導入しない場合(空気なしモデル)の圧力の変化を示す。なお、供給される水の水圧(大気との相対圧力)は同一である。また、キャビテーション気泡は、飽和蒸気圧(図11のキャビテーション生成圧力)以下になると生成が始まる。図11に示すように、空気を導入する場合と導入しない場合の
いずれも、外気が導入される吸い込み室31より手前の絞り部23内において、キャビテーション気泡の生成が始まっている。したがって、給気孔32からの空気の導入の有無にかかわらず、マイクロバブルを生成させられる構成になっているといえる。
<Comparative example>
FIG. 11 is a graph schematically showing the result of simulating the pressure in the apparatus. In the graph of FIG. 11, the vertical axis represents pressure, and the horizontal axis represents the distance from the upstream end of the throttle portion 23 in the apparatus. A solid line indicates a change in pressure when the regulating valve 7 of FIG. 1 is opened and air is introduced (model with air). A one-dot chain line shows a change in pressure when the regulating valve 7 in FIG. 1 is closed and no air is introduced (airless model). The water pressure of the supplied water (relative pressure to the atmosphere) is the same. Further, the generation of cavitation bubbles starts when the pressure becomes equal to or lower than the saturated vapor pressure (cavitation generation pressure in FIG. 11). As shown in FIG. 11, in both cases where air is introduced and not introduced, generation of cavitation bubbles starts in the throttle portion 23 in front of the suction chamber 31 into which outside air is introduced. Therefore, it can be said that the microbubbles are generated regardless of whether air is introduced from the air supply holes 32 or not.

図12は、給気孔32の軸心の延長線が主流路の中心軸とずれるように設けた場合(らせんあり)と、給気孔32を主流路の中心軸上に設けた場合(らせんなし)との水圧の大きさをシミュレーションした結果を模式的に示すグラフである。なお、供給される水の水圧(大気との相対圧力)は同一である。太い実線は、図10に示したような本実施形態に係る給気孔32を採用する場合の水圧を示すグラフである。また、細い破線は、図13に示すような、らせん状の旋回流を発生させないような給気孔32を採用する場合の水圧を示すグラフである。図13の例では、給気孔は、その軸心の延長線が主流路の中心軸と交わるように設けられている。本実施形態に係る給気孔32を採用する場合は、絞り部23内の水圧が、キャビテーション気泡が生成する飽和水蒸気圧(図12のキャビテーション生成圧力)以下になり、キャビテーション気泡がより多く生成されると考えられる。一方、図13に示すような給気孔32を採用する場合、キャビテーション気泡の生成量が少なくなり、これと同時にマイクロバブルの生成効率も低下すると考えられる。すなわち、供給される水の圧力が同一であっても、らせんなしの場合は流速が十分に上がらず、絞り部ではキャビテーション生成圧力に到達しない。   FIG. 12 shows a case where the extension line of the axial center of the air supply hole 32 is shifted from the central axis of the main flow path (with a helix), and a case where the air supply hole 32 is provided on the central axis of the main flow path (without a helix). It is a graph which shows typically the result of having simulated the magnitude | size of the water pressure. The water pressure of the supplied water (relative pressure to the atmosphere) is the same. A thick solid line is a graph which shows the water pressure in case the air supply hole 32 which concerns on this embodiment as shown in FIG. 10 is employ | adopted. Further, the thin broken line is a graph showing the water pressure when the air supply holes 32 that do not generate a spiral swirl flow as shown in FIG. 13 are employed. In the example of FIG. 13, the air supply holes are provided so that the extension line of the axial center intersects the central axis of the main flow path. When the air supply holes 32 according to the present embodiment are employed, the water pressure in the throttle portion 23 is equal to or lower than the saturated water vapor pressure (cavitation generation pressure in FIG. 12) generated by cavitation bubbles, and more cavitation bubbles are generated. it is conceivable that. On the other hand, when the air supply holes 32 as shown in FIG. 13 are employed, the generation amount of cavitation bubbles is reduced, and at the same time, the generation efficiency of microbubbles is considered to be reduced. That is, even if the pressure of the supplied water is the same, the flow rate is not sufficiently increased without the helix, and the cavitation generation pressure is not reached at the throttle portion.

<効果>
図14は、マイクロバブル生成ノズル1により生成される微粒子数を、ディフューザ部34の下流側に設置した微粒子測定機(パーティクルカウンター HIAC Royco)により測定した結果を示すグラフである。図14のグラフは、横軸が駆動圧力(MPa)を表し、縦軸が1mL当たりの観測数を表す。駆動圧力が0.05MPa程度まで小さい場合は微粒子はほぼ観測されないが、それ以上の駆動圧力であれば観測されるようになる。なお、装置の観測域の都合上、直径4μm未満の気泡は計数されていないが、いわゆるウルトラファインバブル等も生成していると考えられる。
<Effect>
FIG. 14 is a graph showing the results of measuring the number of particles generated by the microbubble generating nozzle 1 using a particle measuring machine (particle counter HIAC Royco) installed on the downstream side of the diffuser section 34. In the graph of FIG. 14, the horizontal axis represents the driving pressure (MPa), and the vertical axis represents the number of observations per mL. When the driving pressure is as small as about 0.05 MPa, fine particles are hardly observed, but when the driving pressure is higher than that, it is observed. For the convenience of the observation area of the apparatus, bubbles having a diameter of less than 4 μm are not counted, but it is considered that so-called ultra fine bubbles are also generated.

図15は、実施形態に係るマイクロバブル生成ノズル1を用いて装置を運転した場合と、運転しない場合との溶存酸素量を示すグラフである。図15のグラフは、横軸が溶存酸素量の割合を表し、縦軸が時刻を表す。また、太線は、マイクロバブル生成ノズル1をポンプに接続して池の水を循環させ、マイクロバブルを生成させた場合の、飽和量に対する溶存酸素量の割合(溶存酸素率)を示すグラフである。なお、装置の運転は、横軸に「MB運転」と示した初日の日中のみ行った。また、細線は、マイクロバブルを生成させない場合の、溶存酸素率を示すグラフである。開始前は酸素溶存率が90%弱であり、2日目においても装置運転をした場合の方が酸素溶存率は高かった。マイクロバブルやウルトラファインバブルは水中に長期間残存するため、生成されたマイクロバブルが残存しているものと考えられる。また、実施形態に係るマイクロバブル生成ノズル1は、噴射効率が良く、数メートル四方の池においても万遍なく行きわたらせることができた。本実験は比較的酸素溶存率が低下しない初冬に実施したが、夏場は温度上昇などにより酸素溶存率がより低下するため、本装置の有用性が高まると考えられる。   FIG. 15 is a graph showing the amount of dissolved oxygen when the apparatus is operated using the microbubble generating nozzle 1 according to the embodiment and when the apparatus is not operated. In the graph of FIG. 15, the horizontal axis represents the ratio of dissolved oxygen amount, and the vertical axis represents time. Moreover, a thick line is a graph which shows the ratio (dissolved oxygen rate) of the dissolved oxygen amount with respect to the saturation amount at the time of connecting the microbubble production | generation nozzle 1 to a pump and circulating the water of a pond, and producing | generating a microbubble. . The operation of the apparatus was performed only during the day of the first day indicated as “MB operation” on the horizontal axis. Moreover, a thin line is a graph which shows a dissolved oxygen rate when not producing | generating a microbubble. Before the start, the oxygen dissolution rate was a little less than 90%, and the oxygen dissolution rate was higher when the apparatus was operated even on the second day. Since microbubbles and ultrafine bubbles remain in water for a long time, it is considered that the generated microbubbles remain. In addition, the microbubble generating nozzle 1 according to the embodiment has good injection efficiency, and was able to spread evenly in a pond of several meters square. Although this experiment was conducted in the early winter when the oxygen dissolution rate did not decrease relatively, it is considered that the usefulness of this device will increase because the oxygen dissolution rate is further decreased in summer due to temperature rise.

<変形例>
上述の実施形態では水中に空気のマイクロバブルを生成するものとして説明したが、主流路には水以外の液体を供給してもよい。また、給気路25からは空気以外の気体を導入するようにしてもよい。給気路25から空気以外の気体を導入する場合、給気路25は外気でなく対象の気体を保持するボンベ等に接続される。このようにすれば、例えば酸素、窒素、水素、二酸化炭素、オゾン等、様々な気体のマイクロバブルを生成することができる。
<Modification>
In the above-described embodiment, it has been described that microbubbles of air are generated in water. However, a liquid other than water may be supplied to the main channel. Further, a gas other than air may be introduced from the air supply path 25. When introducing a gas other than air from the air supply path 25, the air supply path 25 is connected to a cylinder or the like that holds the target gas, not the outside air. In this way, microbubbles of various gases such as oxygen, nitrogen, hydrogen, carbon dioxide and ozone can be generated.

また、給水路21の径は、所望の流量が得られる所定の大きさ以上であれば、一定でなくテーパが付いていてもよい。また、縮径部22や吸い込み室31、ディフューザ部34等のテーパ角は、図示した例に限らず適切な値を採用することができる。   Further, the diameter of the water supply channel 21 is not constant and may be tapered as long as it is equal to or larger than a predetermined size at which a desired flow rate can be obtained. In addition, the taper angles of the reduced diameter portion 22, the suction chamber 31, the diffuser portion 34, and the like are not limited to the illustrated example, and appropriate values can be adopted.

図16は、縮径部22の径の大きさの変化率が一定でない上流側部材2の例を示す縦断面図である。図16の例では、縦断面視において主流路の上流側部材の主流路の縮径部22と給水路21との境界、及び縮径部22と絞り部23との境界が滑らかになっている。上述の実施形態では給水路21、縮径部22、絞り部23等を便宜上、分けて説明したが、図15に示すように境界は曖昧であってもよい。このような態様であっても、例えば縮径部22の径が単調減少すれば(主流路の下流側に向けてその内径が徐々に小さくなれば)、上述の実施形態と同様に機能する。また、境界を滑らかにすることで、流速の低下を抑制することができる。径の変化率が一定でない縮径部22は、例えば切削等の金属加工や、3Dプリンティング等により形成することができる。なお、吸い込み室31、ディフューザ部34等のように径の大きさが変化する他の部分についても、径の大きさが滑らかに変化する形状にしてもよい。   FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing an example of the upstream member 2 in which the rate of change in the diameter of the reduced diameter portion 22 is not constant. In the example of FIG. 16, the boundary between the reduced diameter portion 22 and the water supply channel 21 of the main flow path of the upstream side member of the main flow path and the boundary between the reduced diameter portion 22 and the throttle portion 23 are smooth in the longitudinal sectional view. . In the above-described embodiment, the water supply channel 21, the reduced diameter portion 22, the throttle portion 23, and the like have been described separately for convenience, but the boundary may be ambiguous as shown in FIG. Even in such a mode, for example, if the diameter of the reduced diameter portion 22 monotonously decreases (if the inner diameter gradually decreases toward the downstream side of the main flow path), it functions in the same manner as the above-described embodiment. Moreover, the smoothening of the boundary can suppress a decrease in the flow velocity. The reduced diameter portion 22 having a constant diameter change rate can be formed by, for example, metal processing such as cutting, 3D printing, or the like. In addition, you may make it the shape where the magnitude | size of a diameter changes smoothly also about the other parts where the magnitude | size of a diameter changes like the suction chamber 31, the diffuser part 34, etc. FIG.

また、給気孔32の主流路に対する傾斜角度も、適切な値を採用することができる。また、給気孔32の数も、図示した例には限定されない。吸い込み室31の周囲に設けられる給気孔32の数を1以上の任意の数に変更してもよく、また、主流路の流れ方向の前後に複数列の給気孔32を設けるようにしてもよい。   In addition, an appropriate value can be adopted as the inclination angle of the air supply hole 32 with respect to the main flow path. Further, the number of air supply holes 32 is not limited to the illustrated example. The number of air supply holes 32 provided around the suction chamber 31 may be changed to an arbitrary number of 1 or more, and a plurality of rows of air supply holes 32 may be provided before and after the flow direction of the main flow path. .

また、マイクロバブル生成ノズル1の大きさは特に限定されない。例えば、各部の大きさの比率を同一にして拡縮した相似形状のマイクロバブル生成ノズル1を採用するようにしてもよい。このようにすれば、用途の規模に応じた流量を処理するマイクロバブル生成ノズル1を提供することができる。よって、比較的小さな水槽から、より大きな池まで様々な用途に対応することができる。   The size of the microbubble generating nozzle 1 is not particularly limited. For example, you may make it employ | adopt the microbubble production | generation nozzle 1 of the similar shape expanded and contracted by making the ratio of the magnitude | size of each part the same. If it does in this way, the microbubble production | generation nozzle 1 which processes the flow volume according to the scale of a use can be provided. Therefore, it can respond to various uses from a relatively small water tank to a larger pond.

1 :マイクロバブル生成ノズル
2 :上流側部材
21:給水路
22:縮径部
23:絞り部
24:突状管
25:給気路
3 :下流側部材
31:吸い込み室
32:給気孔
33:スロート部
34:ディフューザ部
4 :気体吸引室
5 :給水管
6 :給気管
7 :調整弁
1: Microbubble generating nozzle 2: Upstream member 21: Water supply path 22: Reduced diameter part 23: Restricted part 24: Thrust pipe 25: Air supply path 3: Downstream member 31: Suction chamber 32: Air supply hole 33: Throat Part 34: diffuser part 4: gas suction chamber 5: water supply pipe 6: air supply pipe 7: regulating valve

Claims (3)

液体が流れる主流路と、
前記主流路に気体を導入する給気路と、
を備える微細気泡生成装置であって、
前記主流路は、周囲よりも内径が小さくなった絞り部と、当該絞り部の下流側に設けられ、前記液体の液流へ前記気体を誘導する吸い込み室とを備え、
前記給気路は、前記吸い込み室と連通する給気孔を備え、
前記給気孔は、前記微細気泡生成装置の縦断面視において前記液体の流れる方向に向かって角度をつけて前記吸い込み室と接続され、且つ前記気体の導入により前記主流路においてらせん状の旋回流を生成するように前記給気孔の中心軸と前記主流路の中心軸とが交わらないように配置され
前記吸い込み室は、前記主流路の下流側に向けてその壁面の内径が徐々に小さくなり、当該壁面に前記給気孔が連通する
微細気泡生成装置。
A main flow path through which liquid flows;
An air supply path for introducing gas into the main flow path;
A microbubble generator comprising:
The main flow path includes a throttle portion having an inner diameter smaller than the surroundings, and a suction chamber that is provided downstream of the throttle portion and guides the gas to the liquid flow of the liquid,
The air supply path includes an air supply hole communicating with the suction chamber,
The air supply hole is connected to the suction chamber at an angle toward the liquid flow direction in a vertical cross-sectional view of the fine bubble generating device, and a spiral swirl flow is generated in the main channel by the introduction of the gas. Arranged so that the central axis of the air supply hole and the central axis of the main flow path do not intersect so as to generate ,
The suction chamber is a fine bubble generating device in which the inner diameter of the wall surface gradually decreases toward the downstream side of the main flow path, and the air supply holes communicate with the wall surface .
前記絞り部は、その下流側の端部が前記吸い込み室内に突出している
請求項1に記載の微細気泡生成装置。
The fine bubble generating device according to claim 1, wherein an end of the throttle portion on the downstream side protrudes into the suction chamber.
前記給気路は、前記吸い込み室の周囲に環状の空間である気体吸引室を備え、  The air supply path includes a gas suction chamber that is an annular space around the suction chamber,
前記気体吸引室から前記吸い込み室へ、複数の給気孔が接続される  A plurality of air supply holes are connected from the gas suction chamber to the suction chamber.
請求項1又は2に記載の微細気泡生成装置。  The fine bubble production | generation apparatus of Claim 1 or 2.
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