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WO2013108548A1 - 微細気泡発生装置 - Google Patents

微細気泡発生装置 Download PDF

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WO2013108548A1
WO2013108548A1 PCT/JP2012/083283 JP2012083283W WO2013108548A1 WO 2013108548 A1 WO2013108548 A1 WO 2013108548A1 JP 2012083283 W JP2012083283 W JP 2012083283W WO 2013108548 A1 WO2013108548 A1 WO 2013108548A1
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WO
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gas
liquid
forming body
nozzle
spiral
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/083283
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English (en)
French (fr)
Inventor
島田　晴示
浅里　信之
亘 森崎
Original Assignee
ニッタ株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by ニッタ株式会社 filed Critical ニッタ株式会社
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Priority to KR1020147007192A priority patent/KR20140112469A/ko
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3124—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow
    • B01F25/31241—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow the main flow being injected in the circumferential area of the venturi, creating an aspiration in the central part of the conduit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F25/3125—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characteristics of the Venturi parts
    • B01F25/31251—Throats
    • B01F25/312512—Profiled, grooved, ribbed throat, or being provided with baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/913—Vortex flow, i.e. flow spiraling in a tangential direction and moving in an axial direction

Definitions

  • the present invention relates to a fine bubble generating device for generating fine bubbles in a liquid by performing gas-liquid mixing using a swirling flow.
  • a gas-liquid two-phase high-speed swirling method is known as a method for generating microbubbles such as microbubbles in the liquid.
  • the liquid is swung at high speed along the cylindrical surface in the nozzle to generate a negative pressure at the center of the nozzle (along the axis).
  • gas is introduced into the nozzle by this negative pressure to form a gas-liquid two-phase swirl flow that swirls at high speed.
  • This swirling flow is contracted along the axis and released from the nozzle outlet to shear the gas-liquid two-phase fluid and generate fine bubbles (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • high-pressure liquid is guided to the gas-liquid mixing space in the nozzle through the spiral flow path, thereby forming a spiral high-speed swirling flow along the cylindrical inner peripheral surface of the gas-liquid mixing space.
  • the spiral flow path is formed by fitting a cylindrical portion provided with spiral blades on the outer periphery thereof to a cylinder provided in a nozzle body having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the blades.
  • JP 2006-142251 A Japanese Patent No. 4376888
  • Patent Documents 1 and 2 have a problem in durability.
  • This invention makes it a subject to improve the durability with respect to the high pressure fluid of a spiral flow path in the microbubble generator using a gas-liquid two-phase high-speed swirling system.
  • the swirling passage forming body of the present invention supplies a pressurized liquid through a spiral passage into a nozzle to generate a swirling flow in the nozzle, and introduces gas into the nozzle using negative pressure generated by the swirling flow.
  • It is a swirl passage forming body that is attached to a microbubble generator that forms a liquid two-phase swirl flow and generates gas bubbles by shearing the gas-liquid two-phase fluid by ejecting the gas-liquid two-phase swirl flow from the nozzle outlet.
  • the inlet part of the blade is raised. Thereby, a strong swirling flow can be generated by lowering the pressure loss of the supplied liquid and increasing the flow velocity of the ejected liquid.
  • a plurality of blades are provided and the plurality of blades do not overlap in the central axis direction. Thereby, a spiral channel
  • the plurality of blades are preferably composed of two blades arranged 180 ° apart, and each blade is formed over a half circumference of the outer peripheral surface.
  • the main body, the blades, and the outer cylindrical portion are integrally formed by molding.
  • the swirl passage forming body is made of polyphenylene sulfide (PPS) resin.
  • the fine bubble generation device of the present invention is any one of the fine bubble generation devices using the spiral passage forming body, further comprising: a liquid supply unit attached to the nozzle; and a gas supply unit provided in the liquid supply unit.
  • the spiral passage forming body is fitted into a cylindrical accommodating portion formed in the nozzle, and the accommodating portion is provided with a step portion for receiving the outer cylindrical portion of the spiral passage forming body.
  • the liquid supply part is inserted into the nozzle and fixed to the nozzle, the tip of the liquid supply part inserted into the nozzle is in contact with the outer cylindrical part of the spiral path forming body, and the spiral path forming body is formed between the stepped part and the tip part. Held in between.
  • a gas introduction pipe from the gas supply section is arranged along the liquid passage of the liquid supply section, and the gas introduction pipe is connected to the gas introduction hole of the spiral passage formation body.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fine bubble generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the microbubble generator 10 includes a nozzle 11 that generates microbubbles such as microbubbles in a liquid, a liquid supply unit 12 that supplies liquid pressurized to the nozzle 11, and a gas supply unit that supplies gas to the nozzle 11. 13 is provided.
  • the nozzle 11 is fixed to the wall surface 14 of the tank that stores the liquid L, for example, and the tip thereof is disposed in the liquid L.
  • the nozzle 11 includes a shoulder portion 15, and the tip of the nozzle 11 is inserted into a hole formed in the wall surface 14, and a nut 16 is screwed to the tip of the nozzle 11.
  • the nozzle 11 is fixed to the tank wall surface 14 by holding the wall surface 14 therebetween.
  • the liquid supply unit 12 includes, for example, an L-shaped liquid passage 17, and the outer shape thereof also has an outer shape along the L-shape.
  • a pipe joint portion 18 is provided at an open end extending sideways, and a pipe (not shown) connected to a pressure pump or the like is connected to the pipe joint portion 18. That is, the pressurized liquid is supplied from the pressurizing pump to the liquid passage 17.
  • the other open end of the liquid passage 17 is connected to a rotationally symmetric space formed in the nozzle 11.
  • a large-diameter cylindrical space (accommodating portion) 20 that accommodates a spiral passage forming body 19 to be described later is provided, and a reduced diameter portion 21 that is reduced in a conical shape is provided at the tip.
  • a small-diameter cylindrical space (gas-liquid mixing unit) 22 that generates a gas-liquid two-phase swirl flow is provided at the tip of the reduced diameter unit 21.
  • the gas-liquid mixing part 22 is opened to the outside of the nozzle after being reduced in diameter at the tip.
  • a small hole 23 is formed on the side opposite to the opening of the liquid passage 17 connected to the nozzle 11 (the base portion bent in an L shape), and the gas introduction pipe 24 from the gas supply unit 13 is hermetically communicated.
  • the gas introduction pipe 24 extending into the liquid passage 17 extends substantially along the center of the liquid passage 17, and the tip portion thereof extends into the gas introduction hole 25 of the spiral passage formation body 19 installed in the housing portion 20. Installed.
  • the gas supply section 13 is formed with an L-shaped gas passage 26 through which gas is circulated, and a pipe joint 27 is provided at an open end extending sideways. That is, a desired gas is supplied to the gas passage 26 from a pipe (not shown) connected to the pipe joint 27. Further, a flow rate adjusting valve 28 such as a needle screw is provided in, for example, an L-shaped bent portion of the gas passage 26, and the flow rate of the gas supplied to the gas introduction pipe 24 is adjusted.
  • FIGS. 2 (a) to 2 (c) are a top view, a side view, and a bottom view of the spiral passage forming body 19 of this embodiment
  • FIG. 3 (a) is a cross-sectional view taken along line A-- in FIG. 2 (b).
  • FIGS. 3B and 3C are cross-sectional views taken along the line A ′ in FIG. 2C, and are arrow views from the B direction and the C direction in FIG.
  • the main body 29 of the spiral passage forming body 19 is composed of a cylindrical columnar portion 29A and a truncated cone portion 29B protruding in a truncated cone shape from the lower end of the cylindrical portion 29A.
  • a pair of spiral blades 30A and 30B are provided on the outer peripheral surface of the portion 29A.
  • a cylindrical outer cylindrical portion 31 is provided on the outer peripheral edge of the spiral blades 30A and 30B.
  • the height of the outer cylindrical portion 31 is, for example, equal to the height of the columnar portion 29A, and the outer diameter of the bottom surface of the truncated cone portion 29B is equal to the outer diameter of the columnar portion 29A.
  • the gas introduction hole 25 is formed in the center of the main body 29 along a cylindrical axis (conical axis).
  • the spiral blades 30A and 30B start from a position separated from the central axis of the main body 29 by 180 °, and are respectively provided over a half circumference (180 °) along the outer peripheral surface of the cylindrical portion 29A. .
  • the blades do not overlap in the axial direction like a double helix.
  • the blades 30A and 30B forming the spiral passage are raised near the top surface to form the spiral passage inlet portions 32A and 32B (see particularly FIG. 3C).
  • the spiral passage inlet portions 32A and 32B are provided in a range of an angle ⁇ 1 centering on the axis of the main body 29, and the remaining range of the angle ⁇ 2 is a blade 30A having a constant lead angle. , 30B.
  • the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are set to about 30 ° and 150 °, for example, with a tolerance of ⁇ 10 °, and the lead angle of the main body portion (range of angle ⁇ 2) of the blades 30A and 30B is set to, for example, 5 ° to 10 °. Is done.
  • the extreme end portions (upstream side) of the rising portions of the spiral passage inlet portions 32A and 32B are approximately 90 °.
  • a step portion 20 ⁇ / b> A having a width substantially the same as the thickness of the outer cylindrical portion 31 is formed at the connection portion between the accommodating portion 20 and the reduced diameter portion 21 of the nozzle 11.
  • the front end portion 12A of the liquid supply unit 12 has a cylindrical shape having substantially the same diameter and thickness as the outer cylindrical portion 31, and the liquid supply unit 12 is connected to the nozzle 20 after the helical passage forming body 19 is mounted on the storage unit 20. 11 is attached to the upper end portion of the outer cylindrical portion 31. Thereby, the position of the spiral passage forming body 19 is fixed in the accommodating portion 20.
  • the tip of the conical portion 29B of the spiral passage forming body 19 is positioned at the entrance height of the gas-liquid mixing portion 22 at this time.
  • the pressurized fluid supplied to the liquid passage 17 is guided from the inlet portion (32A, 32B) of the spiral passage forming body 19 to the reduced diameter portion 21 along the spiral blades (30A, 30B), and is directed downward in the circumferential direction. Is erupted.
  • the liquid is guided spirally along the conical surface of the diameter-reduced portion 21 to the gas-liquid mixing portion 22, further increased in speed, and rotated at a high speed along the cylindrical inner peripheral surface of the gas-liquid mixing portion 22. It flows toward the opening of the part.
  • the peripheral edge of the spiral blade provided in the spiral passage forming body used in the fine bubble generating device is reinforced by the cylindrical portion. Can give the blades sufficient strength.
  • the spiral path forming body can be integrally formed by molding.
  • the double spiral structure cannot be adopted as in the preceding example, and the length of the spiral passage is shortened. For this reason, the run-up distance of the spiral flow is shortened, and the efficiency of the swirl flow is reduced. It is conceivable to compensate for this by increasing the supplied fluid pressure, but increasing the pressure and increasing the flow velocity of the spiral passage increases the pressure loss at the inlet portion of the spiral passage.
  • the spiral pitch is discontinuously changed at the entrance, but the pitch can be continuously increased toward the entrance in the entire spiral passage or in the entrance.
  • the spiral passage forming body is made of polyphenylene sulfide (PPS) resin.
  • FIG. 4 shows a modification of the spiral passage forming body.
  • corners where the outer side wall 31 and the blades 30A and 30B and the cylindrical portion 29A are connected are provided with R (formed in a curved shape such as an arc), and are formed by these wall surfaces.
  • R formed in a curved shape such as an arc

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Abstract

液体供給部１２の液体通路１７に加圧流体を供給する。液体通路１７から螺旋通路形成体１９の外側円筒部の内側に設けられた螺旋状の羽根に沿って縮径部２１へ液体を導き周方向下向きに噴出する。噴出された液体を縮径部２１の円錐面に沿って螺旋状に気液混合部２２へと導いて増速し、気液混合部２２においてノズル先端部に向けた高速旋回流を生成する。高速旋回流により気液混合部２２の中心発生した負圧で、気体導入管２４から気液混合部２２に気体を吸引し、気液二相旋回流体を生成する。気液二相旋回流体を縮径された気液混合部２２の先端開口部からノズル外部へと噴出・開放し、気液二相流体をせん断して微細気泡を発生させる。

Description

微細気泡発生装置
　本発明は、旋回流を利用して気液混合を行い液中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関する。
　マイクロバブルなどの微細気泡を液中に発生させる方式として気液二相高速旋回方式が知られている。気液二相高速旋回方式では、ノズル内の円筒面に沿って液体を高速旋回させてノズル中心（軸心に沿って）に負圧を発生させる。そして、この負圧によりノズル内に気体を導入し高速旋回する気液二相旋回流を形成する。この旋回流を軸心に沿って縮流し、ノズル出口から開放することにより気液二相流体をせん断し微細気泡を発生させる（例えば特許文献１、２参照）。
　特許文献１の微細気泡発生装置では、高圧の液体を、螺旋流路を通してノズル内の気液混合空間に導き、これにより気液混合空間の円筒内周面に沿う螺旋状の高速旋回流を形成する。螺旋流路は、その外周に螺旋状の羽根が設けられた円柱部を、羽根の外径に略等しい内径を有するノズル本体に設けられた円筒に嵌合することで形成される。
特開２００６－１４２２５１号公報 特許第４３７６８８８号公報
　しかし、螺旋状の羽根は液体の極めて高い圧力に曝されるため特許文献１、２の構成では耐久性に問題がある。
　本発明は、気液二相高速旋回方式を用いた微細気泡発生装置において、螺旋流路の高圧流体に対する耐久性を向上することを課題としている。
　本発明の旋回通路形成体は、螺旋通路を通して加圧された液体をノズル内に供給しノズル内に旋回流を発生させ、旋回流により発生する負圧を用いて気体をノズル内に導き入れ気液二相旋回流を形成し、気液二相旋回流をノズル出口から噴出することにより気液二相流体をせん断し微細気泡を発生する微細気泡発生装置に装着される旋回通路形成体であって、円柱部と円錐台部とから構成され、中心軸に沿って気体を導くための気体導入孔が形成された本体と、円柱部の外周面に沿って形成された螺旋状の羽根と、羽根の外周縁に形成される外側円筒部とを備えたことを特徴としている。
　羽根の入口部は立ち上げられていることが好ましい。これにより供給される液体の圧力損失を下げ、噴出される液体の流速を高めることで強い旋回流を発生させることができる。羽根は複数設けられ、複数の羽根同士が中心軸方向に重ならないことが好ましい。これにより、螺旋通路形成体を鋳型で一体成形することができる。また、複数の羽根は１８０°ずらして配置された２枚の羽根からなることが好ましく、各羽根は外周面の半周に亘って形成される。更に本体、羽根、外側円筒部は鋳型成形により一体的に形成されることが好ましい。例えば、旋回通路形成体はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂から形成される。
　本発明の微細気泡発生装置は、上記螺旋通路形成体を用いる上記何れかの微細気泡発生装置であって、ノズルに装着される液体供給部と、液体供給部に設けられる気体供給部とを更に備え、螺旋通路形成体がノズル内に形成された円筒形の収容部に嵌挿され、収容部には螺旋通路形成体の外側円筒部を受ける段部が設けられたことを特徴としている。
　液体供給部はノズルに嵌挿されてノズルに固定され、ノズルに嵌挿される液体供給部の先端部は螺旋通路形成体の外側円筒部に当接し、螺旋通路形成体は段部と先端部の間に保持される。液体供給部の液体通路内に沿って、気体供給部からの気体導入管が配置され、気体導入管は、螺旋通路形成体の気体導入孔に連結される。
　本発明によれば、気液二相高速旋回方式を用いた微細気泡発生装置において、螺旋流路の高圧流体に対する耐久性を向上することができる。
本実施形態の微細気泡発生装置の側断面図である。 螺旋通路形成体の頂面図、側面図、底面図である。 螺旋通路形成体の断面図、矢視図である。 螺旋通路形成体の変形例の断面図である。
　１０　微細気泡発生装置
　１１　ノズル
　１２　液体供給部
　１３　気体供給部
　１４　タンク壁面
　１９　螺旋通路形成体
　２０　収容部
　２０Ａ　段部
　２２　気液混合部
　２９　螺旋通路形成体本体
　２９Ａ　円柱部
　２９Ｂ　円錐台部
　３０Ａ、３０Ｂ　螺旋状の羽根
　３１　外側円筒部
　３２Ａ、３２Ｂ　螺旋通路入口部
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である微細気泡発生装置の構成を示す断面図である。
　微細気泡発生装置１０は、液中にマイクロバブルなどの微細気泡を発生させるノズル１１と、ノズル１１に加圧された液体を供給する液体供給部１２と、ノズル１１に気体を供給する気体供給部１３を備える。ノズル１１は、例えば液体Ｌを貯留したタンクの壁面１４に固定され、その先端は液体Ｌ内に配置される。
　本実施形態では、ノズル１１は肩部１５を備え、ノズル１１はその先端が壁面１４に形成された孔に挿入され、ノズル１１の先端にナット１６を螺装し、肩部１５とナット１６の間に壁面１４を把持することでノズル１１がタンク壁面１４に固定される。
　ノズル１１の基部側には、液体供給部１２の一端（先端部１２Ａ）が気密的に嵌挿される。また、液体供給部１２の他端には気体供給部１３が設けられる。液体供給部１２は、例えばＬ字形の液体通路１７を備え、その外形もＬ字形に沿った外形を呈する。図１において側方に延びる開口端には管継手部１８が設けられ、管継手部１８には加圧ポンプ等に接続された管（図示せず）が接続される。すなわち加圧ポンプから加圧された液体が液体通路１７へと供給される。
　また、液体通路１７の他方の開口端は、ノズル１１内に形成された回転対称な空間へと接続される。この回転対称な空間には、後述する螺旋通路形成体１９を収容する大径の円筒空間（収容部）２０が設けられ、その先には、円錐状に縮径する縮径部２１が設けられる。また縮径部２１の先には、気液二相旋回流を生成する小径の円筒空間（気液混合部）２２が設けられる。気液混合部２２は、その先端において一端縮径された後ノズル外部に開口される。
　ノズル１１に接続された液体通路１７の開口の反対側（Ｌ字に曲がる根元部）には、小孔２３が形成され、気体供給部１３からの気体導入管２４が気密的に相通される。液体通路１７内へと延出する気体導入管２４は、液体通路１７の略中央に沿って延在し、その先端部は収容部２０に装置された螺旋通路形成体１９の気体導入孔２５に装着される。
　気体供給部１３には、気体を流通するＬ字形の気体通路２６が形成されており、側方に延出する開口端には、管継手２７が設けられる。すなわち、管継手２７に接続される管（図示せず）から所望の気体が気体通路２６へと供給される。また、気体通路２６の例えばＬ字曲がり部には、ニードルスクリュウ等の流量調整弁２８が設けられ、気体導入管２４へと供給される気体流量の調整が行われる。
　次に図２、図３を参照して本実施形態における螺旋通路形成体１９の構造について説明する。なお図２（ａ）～図２（ｃ）は、本実施形態の螺旋通路形成体１９の頂面図、側面図、底面図であり、図３（ａ）は図２（ｂ）におけるＡ－Ａ’断面図、図３（ｂ）、（ｃ）は、図２（ｃ）のＢ方向、Ｃ方向からの矢視図（外周円筒部を取り除いた）である。
　図２、３に示されるように、螺旋通路形成体１９の本体２９は、円柱状の円柱部２９Ａと、円柱部２９Ａの下端から円錐台形状に突出する円錐台部２９Ｂとから構成され、円柱部２９Ａの外周面には一対の螺旋状の羽根３０Ａ、３０Ｂが設けられる。また、螺旋状の羽根３０Ａ、３０Ｂの外周縁には、円筒状の外側円筒部３１が設けられる。本実施形態において、外側円筒部３１の高さは、例えば円柱部２９Ａの高さに等しく、円錐台部２９Ｂの底面の外径は円柱部２９Ａの外径に等しい。なお、本体２９の中心には、気体導入孔２５が円柱軸（円錐軸）に沿って形成される。
　本実施形態において、螺旋状の羽根３０Ａ、３０Ｂは、本体２９の中心軸を中心として１８０°隔てた位置から始まり、各々、円柱部２９Ａの外周面に沿って半周（１８０°）に亘り設けられる。すなわち、本実施形態では、２重螺旋のように羽根同士が軸方向に重なることがない。
　また、螺旋通路を形成する羽根３０Ａ、３０Ｂは、頂面近くにおいて立ち上げられ、螺旋通路入口部３２Ａ、３２Ｂを形成する（特に図３（ｃ）参照）。螺旋通路入口部３２Ａ、３２Ｂは、図２（ａ）に示されるように本体２９の軸を中心とする角θ１の範囲に設けられ、残りの角θ２の範囲は、リード角が一定な羽根３０Ａ、３０Ｂの本体部として形成される。角度θ１、θ２は、例えば公差±１０°として、それぞれ約３０°、１５０°に設定され、羽根３０Ａ、３０Ｂの本体部分（角度θ２の範囲）のリード角は、例えば５°～１０°に設定される。また、螺旋通路入口部３２Ａ、３２Ｂの立ち上がり部分の最端部（上流側）は略９０°とされる。
　次に図１、図３を参照して、螺旋通路形成体１９の収容部２０への固定方法について説明する。
　ノズル１１の収容部２０と縮径部２１の接続部には、外側円筒部３１の厚さと略同一寸法幅を有する段部２０Ａが形成される。螺旋通路形成体１９を収容部２０に装着すると、外側円筒部３１の外周面は、収容部２０の内周面に密接し、外側円筒部３１の下端部は、段部２０Ａに当接する。
　一方、液体供給部１２の先端部１２Ａは、外側円筒部３１と略同一径、略同一厚さの円筒形状を呈し、螺旋通路形成体１９を収容部２０に装着後、液体供給部１２がノズル１１に装着されると、先端部１２Ａが外側円筒部３１の上端部に当接する。これにより、螺旋通路形成体１９の位置は、収容部２０内において固定される。なお本実施形態では、このとき螺旋通路形成体１９の円錐部２９Ｂの先端が、気液混合部２２の入り口高さに位置する。
　次に、以上の構成を用いた気液二相旋回流体生成過程と、微細気泡生成過程の概略について図１を参照して説明する。
　液体通路１７に供給される加圧流体は、螺旋通路形成体１９の入口部（３２Ａ、３２Ｂ）から螺旋状の羽根（３０Ａ、３０Ｂ）に沿っての縮径部２１へ導かれ、周方向下向きに噴出される。液体は縮径部２１の円錐面に沿って螺旋状に気液混合部２２へと導かれ、更に増速されて気液混合部２２の円筒内周面に沿って高速旋回を行いながらノズル先端部の開口に向けて流れる。これにより気液混合部２２の中心には負圧が発生し、気体導入管２４から気液混合部２２に円筒軸に沿って気体が吸引され、気液二相旋回流体が形成される。この気液二相旋回流体が縮径された気液混合部２２の先端開口部からノズル外部へと噴出・開放され、この過程で気液二相流体がせん断され微細気泡が発生する。
　以上のように、本実施形態によれば、微細気泡発生装置に用いられる螺旋通路形成体に設けられた螺旋状の羽根の周縁が円筒部によって補強されているため、高い圧力の液体に対しても羽根に十分な強度を与えることができる。
　また、本実施形態では、螺旋状の羽根を複数設けるとともに、それらが軸方向に重ならないようにしたため、螺旋通路形成体を鋳型成形により一体的に成形できる。しかし、このように軸方向に重ならないようにすると、先行例のように二重螺旋構造を採用することができず、螺旋通路の長さが短くなる。このため、螺旋流の助走距離が短くなって旋回流の効率が低下する。これを供給される流体圧力を増大させることで補うことが考えられるが、圧力を上げ、螺旋通路の流速を増大させると、螺旋通路入口部分での圧力損失が増大する。
　このため、本実施形態では、螺旋通路の入口部分を立ち上げることで、流れの方向が急激に変化することを防止し、損失の発生を低減している。これにより、本実施形態では、鋳型成形を用いるために、螺旋通路の長さを短くしながらも、強い旋回流を発生させることができる。
　なお、本実施形態では、螺旋ピッチが入口部で不連続に変更されているが、螺旋通路全体あるいは入口部において、入り口に向けて連続的にピッチを大きくする構成とすることもできる。
　例えば、螺旋通路形成体はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂から形成される。
　なお、図４に螺旋通路形成体の変形例を示す。図４に示される変形例では、外側側壁３１と羽根３０Ａ、３０Ｂ、円柱部２９Ａが接続される角部がＲが設けられ（円弧などの湾曲した形に形成）、これらの壁面で形成される通路内を流れる流体の角部での渦の発生を抑制し、抵抗を低減している。

Claims (9)

  1. 　螺旋通路を通して加圧された液体をノズル内に供給し前記ノズル内に旋回流を発生させ、前記旋回流により発生する負圧を用いて気体を前記ノズル内に導き入れ気液二相旋回流を形成し、前記気液二相旋回流をノズル出口から噴出することにより気液二相流体をせん断し微細気泡を発生する微細気泡発生装置に装着される旋回通路形成体であって、
    　円柱部と円錐台部とから構成され、中心軸に沿って前記気体を導くための気体導入孔が形成された本体と、
    　前記円柱部の外周面に沿って形成された螺旋状の羽根と、
    　前記羽根の外周縁に形成される外側円筒部と
    を備えることを特徴とする旋回通路形成体。
  2. 　前記羽根の入口部が立ち上げられていることを特徴とする請求項１に記載の旋回通路形成体。
  3. 　前記羽根が複数設けられ、前記複数の羽根同士が前記中心軸方向に重ならないことを特徴とする請求項２に記載の旋回通路形成体。
  4. 　前記複数の羽根が１８０°ずらして配置された２枚の羽根からなり、各羽根が前記外周面の半周に亘って形成されることを特徴とする請求項３に記載の旋回通路形成体。
  5. 　前記本体、羽根、外側円筒部が射出成形により一体的に形成されること特徴とすることを特徴とする請求項３または４に記載の旋回通路形成体。
  6. 　ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂から形成されたことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の旋回通路形成体。
  7. 　請求項１～６の何れか一項に記載の微細気泡発生装置であって、前記ノズルに装着される液体供給部と、前記液体供給部に設けられる気体供給部とを更に備え、前記螺旋通路形成体が前記ノズル内に形成された円筒形の収容部に嵌挿され、前記収容部には前記螺旋通路形成体の外側円筒部を受ける段部が設けられことを特徴とする微細気泡発生装置。
  8. 　前記液体供給部は前記ノズルに嵌挿されて前記ノズルに固定され、前記ノズルに嵌挿される前記液体供給部の先端部が前記螺旋通路形成体の外側円筒部に当接し、前記螺旋通路形成体が前記段部と前記先端部の間に保持されることを特徴とする請求項７に記載の微細気泡発生装置。
  9. 　前記液体供給部の液体通路内に沿って、前記気体供給部からの気体導入管が配置され、前記気体導入管が前記螺旋通路形成体の気体導入孔に連結されることを特徴とする請求項８に記載の微細気泡発生装置。
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