JP7787587B2 - 微細気泡発生装置及び散水装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置及びそれを備えた散水装置に関する。

微細（「微小」ともいう。）な気泡を含む液体は、様々な産業分野で利用されることが期待されており、近年、種々の微細気泡の生成手段が提案されている。生成する気泡のうち１～１００μｍのものはマイクロバブルと呼ばれている。

微細気泡の生成手段として、例えば特許文献１には、水道水の給水管と直結で家庭用の例えばシャワーヘッドや洗濯機等の機具に容易に取り付けることができる微細気泡水生成器が提案されている。この微細気泡水生成器は、本体ケースの第１円筒部でシャワーホースの給水側端部に接続されて、第２円筒部でシャワーヘッドの取水側端部に接続される。第１円筒部には、複数の取水孔が穿設されている取水プレートが嵌め込まれて、取水プレートの下流に配置されるノズルは、取水プレートを通過して流れる水道水の流れる方向に沿って径が漸次縮小していく第１通水路と、第１通水路の出口側に連通して水道水の流れ方向に沿って径が漸次増大していく第２通水路とから成る。取水孔は、その入口側から出口側に向けての中心軸が取水プレートの中心軸に対し傾斜している、というものである。

また、特許文献２には、高いポンプ吐出圧を必要とせずに、径の一層小さな例えば１μｍ未満の高密度の気泡を短時間に大量に生成することができる気泡生成装置が提案されている。この気泡生成装置は、水を通す金属細管と、金属細管内に気体成分を含む水を圧送するポンプとを備える。金属細管の内側には、水の流れ方向の前後よりも水の通り道が狭くなっている絞り部が設けられている。絞り部は流れ方向に直交する断面形状が、矩形状である。絞り部への水の圧送により水に含まれる気体成分を水中に溶解させ、絞り部での圧力の低下により気泡を析出させ、絞り部で水に乱流を発生させ、そのせん断力で水中の気泡を粉砕し、絞り部から出た水に生じる遷音速流による衝撃波により、気泡を粉砕する、というものである。

また、特許文献３には、ねじ部材を用いてキャビテーション処理を行なう構造の液体処理ノズルを用いた気体溶解処理を、従来よりも大幅に効率的に行うことができ、溶存気体量が欠乏した被処理液体を用いる場合においても、十分なキャビテーションを生じさせることができる液体処理装置が提案されている。この液体処理装置は、液体処理ノズルの上流側に螺旋状流路を有した気液ミキサーを設ける。これにより、混相流は気液ミキサーの螺旋状流路内を流通させることにより、強制的に生ずる螺旋流の遠心力により気相と液相との攪拌・混合が進むので、気相は細かい気泡に粉砕された状態で液体処理ノズルのねじ部材に供給される。これにより、気体を含有した液体とねじ谷との接触効率が上昇し、気体溶解効率を高めることができる、というものである。

特開２０１９－２５４５１号公報 ＷＯ２０１８／０２１１８２ 特開２０２０－１８９２７４号公報

微細な気泡を含む液体は、洗浄、美容、農業、医療等、様々な分野でに応用が期待されている。本発明の目的は、シンプルで且つ効果的に微細気泡を発生させることができる新しい微細気泡発生装置及びそれを備えた散水装置を提供することにある。

本発明に係る微細気泡発生装置は、負圧発生部と乱流生成部とを少なくとも有し、前記負圧発生部は縮径流路と該縮径流路に連続する小径流路とで構成され、前記乱流生成部は前記小径流路に連続する拡径流路と該拡径流路に連続する大径流路とで構成された流路を流れる液流が衝突する乱流生成構造体を有する、ことを特徴とする。

この発明によれば、負荷発生部が縮径流路と該縮径流路に連続する小径流路とで構成されているので、流速が上がって液体に負圧を発生させ、キャビテーション効果により液体中の溶存空気から気泡を析出させることができる。また、乱流生成部が小径流路に連続する拡径流路と該拡径流路に連続する大径流路とで構成された流路を流れる液流が衝突する乱流生成構造体を有するので、その乱流生成構造体が液体を乱流にするとともに加圧して気泡を細分化させることができる。その結果、シンプルで且つ効果的に微細気泡を発生させることができる。

本発明に係る微細気泡発生装置において、前記乱流生成構造体は、前記大径流路の内周面に沿って下流方向に円形状に設けられて前記液体がぶつかってはね返る凹部と、前記大径流路の中心側に円形状に設けられて前記凹部を区画する凸部と、前記凸部の中心側に設けられて前記はね返った乱流液体を前記下流方向に流す出口流路とで構成されている。

この発明によれば、乱流生成構造体が前記凹部と前記凸部と前記出口流路とで構成されているので、大径流路の内周面に沿って流れる液体が凹部にぶつかってはね返り、乱流が発生する。発生した乱流液体は、凸部の中心側に設けられた流路で下流方向に流れる。

本発明に係る微細気泡発生装置において、前記大径流路の中心側に連続して設けられた流路が、第２の負荷発生部であり、該第２の負荷発生部は、前記小径流路と同じ又は略同じ径からなる第２の小径流路で構成されている。

この発明によれば、大径流路の中心側に連続して設けられた流路が第２の負荷発生部であり、その第２の負荷発生部が小径流路と同じ又は略同じ径からなる第２の小径流路で構成されているので、液体に再度負圧を発生させて液体中の溶存空気から気泡を析出させることができる。

本発明に係る微細気泡発生装置において、前記負荷発生部に流れる液体は、加圧された液体である。この発明によれば、加圧された液体が負荷発生部に流れることで、その負荷発生部でのキャビテーション効果をより高めることができる。

本発明に係る微細気泡発生装置において、前記円形状に設けられた凸部には、高さ方向の切り込みが１又は２以上設けられている。この発明によれば、大径流路に液体の流れを規制する固体物が存在する場合であっても、凸部の切り込みによって固形物で流路が塞がれないようにすることができる。

本発明に係る微細気泡発生装置において、前記大径流路には、必要に応じて、液体の流れを規制する遊離固体物が配置されていてもよいし、成分が徐々に減少する遊離固体物が配置されていてもよい。この発明によれば、液体の流れを規制する遊離固体物を大径流路に任意に入れることで、液体の流れを大径流路の内周面により一層沿うように規制することができる。その結果、液体を凹部に効果的にぶつけて安定した乱流を発生させることができる。また、成分が徐々に減少する遊離固体物を大径流路に任意に入れることで、微細気泡含有流体にその成分を含有させることができる。その結果、その成分によって微細気泡含有流体を活用することができる。

本発明に係る微細気泡発生装置において、前記第２の小径流路には第２の拡径流路が連結されている。

本発明に係る微細気泡発生装置において、前記小径流路と前記拡径流路との境界部に、又は、前記小径流路の前記拡径流路側の端部に、吸気口が設けられている。この発明によれば、吸気口が小径流路の拡径流路側の端部又はその近傍（境界部）に設けられているので、用途に応じて吸気口から任意の気体を流路内に導入することができる。その結果、気体が導入された機能水とすることができ、気体の種類に応じた効果を実現できる。

本発明に係る散水装置は、上記本発明に係る微細気泡発生装置をグリップ部内に備える、ことを特徴とする。この発明によれば、微細気泡発生装置が散水装置のグリップ部内に設けられるので、通常の形態と変わらない外観のグリップ部内で微細気泡を発生させることができる。その結果、シンプルで且つ効果的に微細気泡を発生させることができる散水装置を提供できる。

本発明によれば、負荷発生部で流速が上がって液体に負圧を発生させ、キャビテーション効果により液体中の溶存空気から気泡を析出させることができ、また、液体を乱流にするとともに加圧して気泡を細分化させることができるので、シンプルで且つ効果的に微細気泡を発生させることができる。その結果、微細な気泡を含む液体は、洗浄、美容、農業、医療等、様々な分野での応用が期待できる。

本発明に係る微細気泡発生装置の一例を示す斜視図である。 図１に示す微細気泡発生装置の正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。 図１に示す微細気泡発生装置の断面図である。 図１に示す微細気泡発生装置での液体の流れ図である。 第２部材をフランジ部側から見た構成図である。 本発明に係る微細気泡発生装置の他の一例を示す断面図である。 乱流形成流路に固体物が配置された微細気泡発生装置の一例を示す断面図である。 吸気口を備えた微細気泡発生装置の一例を示す断面図である。 本発明に係る散水装置の一例であり、（Ａ）は散水装置のグリップ部の外観図であり、（Ｂ）はグリップ部内に設けられた微細気泡発生装置の部分断面図である。

本発明に係る微細気泡発生装置及び散水装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の技術的思想の一例であり、本発明の技術的範囲は、以下の記載や図面だけに限定されるものではなく、同様の技術的思想の発明を含んでいる。

［基本構成］
本発明に係る微細気泡発生装置１は、図１～図５に示すように、負荷発生部と乱流生成部Ｆとを少なくとも有し、負荷発生部は縮径流路Ｂとその縮径流路Ｂに連続する小径流路Ｃとで構成され、乱流生成部Ｆは小径流路Ｃに連続する拡径流路Ｄとその拡径流路Ｄに連続する大径流路Ｅとで構成された流路を流れる液流が衝突する乱流生成構造体７を有している。本発明に係る散水装置７０は、前記した微細気泡発生装置１をグリップ部７１内に備えたものである。

この微細気泡発生装置１では、負荷発生部が縮径流路Ｂとその縮径流路Ｂに連続する小径流路Ｃとで構成されているので、流速が上がって液体に負圧を発生させ、キャビテーション効果により液体中の溶存空気から気泡を析出させることができる。また、乱流生成部Ｆが小径流路Ｃに連続する拡径流路Ｄとその拡径流路Ｄに連続する大径流路Ｅとで構成された流路を流れる液流が衝突する乱流生成構造体７を有しているので、液体を乱流にするとともに加圧して気泡を細分化させることができる。その結果、シンプルで且つ効果的に微細気泡を発生させることができる。この微細気泡発生装置１が配管に連結され、そこに液体を流すことにより微細気泡が発生し、その微細気泡を含む液体を下流側に供給することができる。

本発明において、「気泡」とは、液体の中に含まれた球状になったものを意味し、本発明で言う「微細気泡」と同義である。この気泡は、その直径が１～１００μｍのマイクロバブルのことであり、この微細気泡発生装置１は、直径１～１００μｍのマイクロバブルの発生装置として好ましく適用できる。

各構成要素を詳しく説明する。

＜微細気泡発生装置＞
微細気泡発生装置１は、負荷発生部と乱流生成部Ｆとを少なくとも有すればよく、それ以外の構成は特に限定されないが、例えば図１～図５に示すような構造形態を例示できる。例示した微細気泡発生装置１は、流路の中央にある大径流路Ｅに乱流生成部Ｆがあるので、製造容易性から、その大径流路Ｅで２つの部材（第１部材１０と第２部材２０）が分割可能に連結されていることが好ましい。その連結は、第１部材１０の下流側の開口部１７の外周縁に設けられたフランジ部１３と、第２部材２０の上流側の開口部２７の外周縁に設けられたフランジ部２３とを、それぞれの連結用穴１６，２６で固定して行うことが好ましい。なお、図示の例では、第１部材１０と第２部材２０とが流れ方向Ｙで２つに分割し、流れ方向Ｙの中央の大径流路Ｅで連結しているが、これに限定されず、第１部材１０と第２部材２０とを流れ方向Ｙに平行な断面となるように縦割りし、縦割りした２つの部材を連結したものであってもよい（図示しない）。

以下では、大径流路Ｅで２つの部材（第１部材１０と第２部材２０）が分割可能に連結された微細気泡発生装置１を、図１～図５に基づいて、具体的な構造形態と、その構造形態で実現したＡからＨの各流路について説明する。

（第１部材）
第１部材１０は、図１～図３に示すように、上流側には液体が流入する開口部１１を備え、下流側には液体が第２部材２０に流出する開口部１７を備えている。本体部１２には、流路が形成されている。その流路は、図３に示すように、上流側から、流入流路Ａ、縮径流路Ｂ、小径流路（第１小径流路）Ｃ、拡径流路（第１拡径流路）Ｄの順で連続して配置されている。なお、本発明では、負荷発生部と乱流生成部Ｆとを少なくとも有するものであるが、その負圧発生部は、縮径流路Ｂと小径流路Ｃとによって好ましく構成することができる。

第１部材１０の上流側には、配管部材（図示しない）と連結するための連結部（例えばねじ部）１５が設けられている。第１部材１０の下流側には、第２部材２０と連結するためのフランジ部１３が設けられている。このフランジ部１３は、下流側の開口部１７の外周縁に設けられており、第２部材２０の上流側の開口部２７の外周縁に設けられたフランジ部２３とそれぞれの連結用穴１６，２６によって固定することができる。連結部１５の形状は、配管部材の種類に応じて設計される。配管部材が螺合形態である場合は、図１等に示すように、連結部１５もその配管部材に対応した螺合形態であることが好ましい。一方、配管部材がホースや塩化ビニル管である場合には、連結部１５もその配管部材に対応した連結構造であることが好ましい。第１部材１０の本体部１２には、切り込み部１４が設けられているが、この切り込み部１４は、必須の構成ではないが、前記した配管部材（図示しない）と例えば螺合してネジ止めするような場合に、第１部材１０を例えばスパナー等の工具で固定しつつ螺合するために設けられている。

（第２部材）
第２部材２０は、図１～図３に示すように、上流側には第１部材１０から流出した液体が流入する開口部２７を備え、下流側には液体が流出する開口部２１を備えている。本体部２２には、流路が形成されている。その流路は、図３に示すように、上流側から、乱流形成流路（大径流路）Ｅ、乱流生成部Ｆ、小径流路（第２小径流路）Ｇ、拡径流路（第２拡径流路）Ｈ、の順で連続して配置されている。なお、本発明では、負荷発生部と乱流生成部Ｆとを少なくとも有するものであるが、乱流液体１９は、拡径流路（第１拡径流路）Ｄと大径流路Ｅとで構成された流路を流れる液流が衝突する乱流生成構造体７で発生させることができる。また、乱流生成部Ｆに連続する負荷発生部は、第２小径流路Ｇと第２拡径流路Ｈで好ましく構成されるが、その設置は任意であり、必要に応じて設けられる。

第２部材２０の上流側には、第１部材１０と連結するためのフランジ部２３が設けられている。このフランジ部２３は、上流側の開口部２７の外周縁に設けられており、第１部材１０の下流側の開口部１７の外周縁に設けられたフランジ部１３とそれぞれの連結用穴１６，２６によって固定することができる。図５は、第２部材２０をそのフランジ部２３の側から見た構成図であり、連結用穴２６が４つ等間隔で設けられている例である。符号３１は、シール部材を設置するシール部材設置部であり、２つのフランジ部１３，２３を連結する際には、シール部材設置部３１にシール部材が配置される。

第２部材２０の下流側には、配管部材（図示しない）と連結するための連結部（例えばねじ部）２５が設けられている。この連結部２５の形状は、配管部材の種類に応じて設計される。配管部材が螺合形態である場合は、図１等に示すように、連結部２５もその配管部材に対応した螺合形態であることが好ましい。一方、配管部材がホースや塩化ビニル管である場合には、連結部２５もその配管部材に対応した連結構造であることが好ましい。第２部材２０の本体部２２には、切り込み部２４が設けられているが、この切り込み部２４は、必須の構成ではないが、前記した配管部材（図示しない）と例えば螺合してネジ止めするような場合に、第２部材２０を例えばスパナー等の工具で固定しつつ螺合するために設けられている。

（流路と液流）
図３に例示する微細気泡発生装置１の流路は、上流側から下流方向Ｙに向かって、流入流路Ａ、縮径流路Ｂ、小径流路（第１小径流路）Ｃ、拡径流路（第１拡径流路）Ｄ、大径流路Ｅ、小径流路（第２小径流路）Ｇ、拡径流路（第２拡径流路）Ｈの順に構成されている。なお、乱流生成部Ｆは、小径流路Ｃに連続する拡径流路Ｄとその拡径流路Ｄに連続する大径流路Ｅとで構成された流路を流れる液流が衝突する乱流生成構造体７を有している。

流入流路Ａは、この微細気泡発生装置１に液体が流入した場合の最初の流路である。その内周面２の内径は、流路Ａの全長で同一径になっている。その内径サイズは特に限定されないが、例えば内径５～１５ｍｍ程度とすることができる。図示の例は約１１ｍｍの例である。なお、以下の各流路での内径は、あくまで一例であり、それぞれの記載に限定されない。

縮径流路Ｂは、流入流路Ａと第１小径流路Ｃとの間に連続して位置する流路である。その内周面３の内径は、下流方向の第１小径流路Ｃ側に向かって連続的に小さくなっている。その内径サイズは特に限定されないが、流入流路Ａの側の内径（例えば約１１ｍｍ）の３分の１程度（例えば約４ｍｍ）に縮径することができる。

第１小径流路Ｃは、縮径流路Ｂと第１拡径流路Ｄとの間に連続して位置する流路である。その内周面４の内径は、流路Ｃの全長で、縮径流路Ｂの下流側の径と同一径になっている。その内径サイズは特に限定されないが、例えば上記同様、約４ｍｍ程度とすることができる。

第１拡径流路Ｄは、第１小径流路Ｃと大径流路Ｅとの間に連続して位置する流路である。その内周面５の内径は、下流方向の大径流路Ｅ側に向かって連続的に大きくなっている。その内径サイズは特に限定されないが、第１小径流路Ｃの側の内径（例えば約４ｍｍ）の３倍程度（例えば約１１ｍｍ）に拡径して、例えば流入流路Ａと同じ内径にすることができる。

大径流路Ｅは、第１拡径流路Ｄと第２小径流路Ｇとの間に連続して位置する流路である。その内周面６の内径は、流路Ｅの全長で、第１拡径流路Ｄの下流側の径と同一径になっている。その内径サイズは特に限定されないが、例えば上記同様、約１１ｍｍ程度とすることができる。

第２小径流路Ｇは、大径流路Ｅと第２拡径流路Ｈとの間に連続して位置する流路である。この第２小径流路Ｇの役割は、前記した第１小径流路Ｃと同じである。その内周面８の内径は、流路Ｇの全長で、大径流路Ｅの下流側に設けられている出口流路７ｃの内径と同一径になっている。その内径サイズは特に限定されないが、例えば第１小径流路Ｃと同じ約４ｍｍ程度とすることができる。

第２拡径流路Ｈは、第２小径流路Ｇに連続して位置する流路である。その内周面９の内径は、下流方向に向かって連続的に大きくなっている。その内径サイズは特に限定されないが、第２小径流路Ｇの側の内径（例えば約４ｍｍ）の３～４倍程度（例えば約１１～１７ｍｍ）に拡径した内径にすることができる。

これら各流路での液体１８の液流ｆ１～ｆ９を図４に示す。図４に示すように、流入流路Ａでの液流ｆ１は、縮径流路Ｂで中心側に向かう液流ｆ２になり、第１小径流路Ｃでは下流側に真っ直ぐ進む液流ｆ３となる。その後、第１拡径流路Ｄでは、そのまま真っ直ぐ進む液流ｆ５と拡開した内周面５に沿って進む液流ｆ４となる。拡開した内周面５に沿って進む液流ｆ４は、大径流路Ｅの内周面６に沿って進み、乱流生成構造体７を構成する凹部７ａに突き当たって乱流１９となった液流ｆ６は、出口流路７ｃから流出する液流ｆ７となる。その後、第２小径流路Ｇを流れる液流ｆ８は、第２拡径流路Ｈ内の液流ｆ９となって開口部２１から流出する。

＜気泡の析出＞
負荷発生部は、縮径流路Ｂと、その縮径流路Ｂに連続する小径流路Ｃとで構成されている。負荷発生部が、縮径流路Ｂとその縮径流路Ｂに連続する小径流路Ｃとで構成されているので、流速が上がって液体に負圧を発生させ、キャビテーション効果により液体中の溶存空気から気泡を析出させることができる。

負荷発生部に流れる液体は、加圧された液体であることが好ましい。０．１５ＭＰａ以下の圧力では気泡が発生しにくく、０．１５ＭＰａ以上で気泡が発生しやすかったことから、その圧力は０．１５ＭＰａ以上であることが好ましい。また、その上限は特に限定されないが、圧力が高いほど気泡の数が増えるので高いことが好ましい。なお、上限としては、耐圧・耐久性能が簡易的に接続して使用できる動噴等の許容圧力に対応できるシンプルな構造という理由により、５．０ＭＰａとすることができる。０．１５～５ＭＰａの範囲の圧力の液体が負荷発生部に流れ込むことで、流速が上がり、キャビテーション効果をより高めることができ、溶存空気から気泡が析出し易くなる。

＜乱流の発生＞
乱流生成部Ｆは、小径流路Ｃに連続する拡径流路Ｄと、その拡径流路Ｄに連続する大径流路Ｅとで構成された流路を流れる液流が衝突する乱流生成構造体７を有している。乱流生成部Ｆが、小径流路Ｃに連続する拡径流路Ｄと、その拡径流路Ｄに連続する大径流路Ｅとで構成されているので、図４に示すよう、第１拡径流路Ｄではそのまま真っ直ぐ進む液流ｆ５と拡開した内周面５に沿って進む液流ｆ４となる。拡開した内周面５に沿って進む液流ｆ４は、大径流路Ｅの内周面６に沿って進み、乱流生成構造体７を構成する凹部７ａに突き当たって乱流液体１９となる。さらにその乱流液体１９は、小径の出口流路７ｃの通過時に加圧されるので、前記した負荷発生部で生じた気泡を細分化させることができる。その結果、シンプルで且つ効果的に微細気泡を発生させることができる。

乱流生成部Ｆを構成する乱流生成構造体７は、図４及び図５に示すように、大径流路Ｅの内周面６に沿って下流方向Ｙに円形状に設けられて液体１８がぶつかってはね返る凹部７ａと、大径流路Ｅの中心側に円形状に設けられて凹部７ａを区画する凸部７ｂと、凸部７ｂの中心側に設けられてはね返った乱流液体１９を下流方向Ｙに流す出口流路７ｃとで構成されている。この微細気泡発生装置１では、乱流生成構造体７が、凹部７ａと凸部７ｂと出口流路７ｃとで構成されているので、上記のように、大径流路Ｅの内周面６に沿って流れる液体が凹部７ａにぶつかってはね返り、乱流となった液流ｆ６が発生する。発生した乱流液体１９は、凸部７ｂの中心側に設けられた出口流路７ｃで下流方向Ｙに流れる。

円形状に設けられた凸部７ｂには、図５に示すように、高さ方向の切り込みが１又は２以上設けられていることが好ましい。なお、図５の例では２箇所設けられている。この微細気泡発生装置１では、大径流路Ｅに液体の流れを規制する固体物（例えば後述する遊離固体物４１）が存在する場合であっても、凸部７ｂの切り込み７ｄによって固形物で流路が塞がれないようにすることができる。なお、図６は、そうした切り込み７ｄが設けられていない場合の本発明に係る微細気泡発生装置１の他の一例である。切り込み７ｄは必須の構成ではなく、必要に応じて任意に設けることができ、その切り込み深さも任意に選択することができる。

＜第２の気泡の析出＞
大径流路Ｅの中心側の出口流路７ｃに連続して設けられている流路は、第２の負荷発生部である。第２の負荷発生部は、前記した小径流路Ｃと同じ又は略同じ径からなる第２小径流路Ｇで構成されている。この微細気泡発生装置１では、大径流路Ｅの中心側に連続して設けられた流路が、乱流生成部Ｆに連続する第２の負荷発生部であり、その第２の負荷発生部が前記した第１小径流路Ｃと同じ又は略同じ径からなる第２小径流路Ｇで構成されているので、液体に再度負圧を発生させて液体中の溶存空気から気泡を析出させることができる。なお、先に説明した負圧発生部を第１に負圧発生部といい、この第２の負圧発生部と区別して説明することがある。

この第２の負圧発生部を流れる液体には、前記した第１の負圧発生部で説明した圧力と同程度の圧力が加わっていることが好ましい。ここではその説明を省略する。

＜遊離固体物＞
大径流路Ｅには、必要に応じて、液体の流れを規制する遊離固体物４１が配置されていてもよいし、成分が徐々に減少する遊離固体物４１が配置されていてもよい。この微細気泡発生装置１では、液体の流れを規制する遊離固体物４１を大径流路Ｅに任意に入れることで、液体の流れを大径流路Ｅの内周面６により一層沿うように規制することができる。その結果、液体を凹部７ａに効果的にぶつけて安定した液流ｆ６（乱流）を発生させることができる。

また、成分が徐々に減少する遊離固体物４１を大径流路Ｅに任意に入れることで、微細気泡含有流体にその成分を含有させることができる。その結果、その成分によって微細気泡含有流体を活用することができる。そうした成分は、この微細気泡発生装置１の用途に応じて選択でき、例えば、洗浄関連分野で使用する場合は洗剤成分を含む遊離固体物とすることができ、美容関連分野で使用する場合には美容成分を含む遊離固体物とすることができ、農業関連分野で使用する場合には栄養成分や農薬成分や害虫対策成分等を含む遊離固体物とすることができ、医療関連分野で使用する場合には薬効成分を含む遊離固体物とすることができる。

遊離固体物４１の大きさや形状は特に限定されないが、大径流路Ｅ内に入って過度に液流を阻害することなく、流れを適度に規制できる大きさと形状とすることが好ましい。形状についても特に限定されず、本発明の効果を阻害しない範囲で、球体、立方体、異形体等から選択できる。

なお、遊離固体物４１は、大径流路Ｅ内に固定されずに遊離した態様で存在するので、無造作に動く。そのため、流体の圧力によっては、液体に起こる振動数と遊離固体物４１の振動数が等しくして共鳴を起こすことも可能である。共鳴が起こったとき、通常よりもさらに気泡を析出させることができる。

＜気泡の気化＞
本発明に係る微細気泡発生装置１は、上記したように、キャビテーション効果により液体中の溶存空気から気泡を析出させることができるという特徴があるが、一方で、微細気泡含有流体がノズルから放水された後においては、析出した気泡が気化する。このように、液体中に予め存在する溶存酸素が析出しその後気化することにより、液体の脱気を行うことができる。脱気した脱気水は、浸透性の向上や抗酸化作用等の効果が生じるという利点があるので、用途や目的に応じて液体を脱気させて活用することもできる。

＜吸気口＞
図８は、吸気口６１を備えた微細気泡発生装置１の一例を示す断面図である。微細気泡発生装置１では、吸気口６１が、小径流路Ｃと拡径流路Ｄとの境界部に設けられていてもよいし、図８に示すように小径流路Ｃの拡径路側の端部に設けられていてもよい。吸気口６１が小径流路Ｃの拡径流路Ｄ側の端部又はその近傍（境界部）に設けられているので、用途に応じて吸気口６１から任意の気体を流路内に導入することができる。その結果、気体が導入された機能水とすることができ、気体の種類に応じた効果を実現できる。

吸気口６１の口径や長さは特に限定されない。その吸気口６１には、吸気管（図示しない）が嵌合、溶接又は螺合等されて接続され、その吸気管にて気体供給管又は気体供給チューブが接続されて気体が供給される。気体の種類は、目的や用途に応じて選択され、空気、水素、酸素、窒素、炭酸ガス等を挙げることができるが、これら以外の気体であってもよい。用途については、例えば微細気泡含有流体に任意の気体を含有させることにより洗浄効果等を高める等の種々の応用に期待できる。例えば水素を含有させることで抗酸化作用を発揮させたり、酸素を含有させることで農業分野での作物の成長を促進させたり、窒素を含有させることで生鮮食品の鮮度保持を行ったりすることが期待できる。

なお、図１～図７では、第１部材１０と第２部材２０をフランジ部１３，２３で接続しているが、図８に示す微細気泡発生装置１では、フランジ部が設けられておらず、第１連結部（雌ネジ部）５１と第２連結部（雄ネジ部）５２とで接続している。こうした接続形態は、微細気泡発生装置１の大きさ（特に外径）を小さくできるという利点があり、図１～図７の微細気泡発生装置１にも同様に適用できる。なお、符号５３は任意に設けられるシール部（例えばパッキン）を示している。

＜散水装置＞
図９は、本発明に係る散水装置７０の一例である。本発明に係る散水装置７０は、本発明に係る微細気泡発生装置１をグリップ部７１内に備えている。図９（Ａ）は散水装置７０のグリップ部７１の外観図であり、図９（Ｂ）はグリップ部７１内に設けられた微細気泡発生装置１の部分断面図である。微細気泡発生装置１が散水装置７０のグリップ部７１内に設けられることにより、通常の形態と変わらない外観のグリップ部内で微細気泡を発生させることができる。その結果、シンプルで且つ効果的に微細気泡を発生させることができる散水装置７０を提供できる。

図９において、符号７２は水を取り込む取水部であり、その取水部７２にはホース（図示しない）が差し込まれる。符号７３グリップ部７１を通過した水を先端ノズル（図示しない）に送るためのパイプ部であり、そのパイプ部７３の先端には散水ノズル（図示しない）が接続されている。符号７４は水量調節レバーであり、この水量調節レバー７４を指で前後方向に移動させることにより、内部の流路が拡大したり絞られたりして水量が調節される。なお、グリップ部７１、取水部７２、パイプ７３、水量調節レバー７４の構造形態はず９の例に限定されるものではなく、各種の構造形態とすることができる。また、グリップ部７１内に設けられる微細気泡発生装置１の大きさや長さも特に限定されず、グリップ部７１の大きさや長さにより任意に設計することができる。

以上説明した微細気泡発生装置１によれば、負荷発生部で流速が上がって液体に負圧を発生させ、キャビテーション効果により液体中の溶存空気から気泡を析出させることができ、また、液体を乱流にするとともに加圧して気泡を細分化させることができるので、シンプルで且つ効果的に微細気泡を発生させることができる。その結果、微細な気泡を含む液体は、洗浄、美容、農業、医療等、様々な分野での応用が期待できる。例えば、この微細気泡発生装置１は、洗浄関連分野、美容関連分野、農業関連分野、医療関連分野等に好ましく適用されることが期待される。また、飲食関連分野、薬品関連分野、化粧品関連分野、太陽電池、二次電池、半導体装置等の電子機器分野、機能材料分野等の産業分野で用いることも期待される。

１ 微細気泡発生装置
２ Ａ流路の内周面
３ Ｂ流路の内周面
４ Ｃ流路の内周面
５ Ｄ流路の内周面
６ Ｅ流路の内周面
７ 乱流生成構造体
７ａ 凹部
７ｂ 凸部
７ｃ 出口流路
７ｄ 切り込み
８ Ｇ流路の内周面
９ Ｈ流路の内周面
１０ 第１部材
１１ 開口部
１２ 本体部
１３ フランジ部
１４ 切り込み部
１５ 連結部
１６ 連結用穴
１７ 開口部
１８ 液体
１９ 乱流液体
２０ 第２部材
２１ 開口部
２２ 本体部
２３ フランジ部
２４ 切り込み部
２５ 連結部
２６ 連結用穴
２７ 開口部
３１ シール部材設置部
４１ 遊離固体物
５１ 第１連結部（雌ネジ部）
５２ 第２連結部（雄ネジ部）
５３ シール材
６１ 吸気口
７０ 散水装置
７１ グリップ部
７２ 取水部
７３ パイプ部
７４ 水量調節レバー
Ａ 流入流路
Ｂ 縮径流路
Ｃ 小径流路（第１小径流路）
Ｄ 拡径流路（第１拡径流路）
Ｅ 大径流路（乱流形成流路）
Ｆ 乱流生成部
Ｇ 小径流路（第２小径流路）
Ｈ 拡径流路（第２拡径流路）
ｆ１～ｆ９ Ａ～Ｆの流路での液流
Ｙ 下流方向（流れ方向）

Claims (8)

1. 負荷発生部と乱流生成部とを少なくとも有し、前記負荷発生部は縮径流路と該縮径流路に連続する小径流路とで構成され、前記乱流生成部は前記小径流路に連続する拡径流路と該拡径流路に連続する大径流路とで構成された流路を流れる液流が衝突して乱流液体を生じさせる乱流生成構造体を有し、
   前記拡径流路の内周面の内径は、下流方向の前記大径流路側に向かって連続的に大きくなっており、前記大径流路の内周面の内径は、該大径流路の全長で前記拡径流路の下流側の径と同一径になっており、前記液流が前記拡径流路の内周面に沿って進むとともに該拡径流路に連続する大径流路の内周面に沿って進み、
   前記乱流生成構造体は、前記大径流路の内周面に沿って進む前記液流が下流方向に円形状に設けられて前記液流がぶつかってはね返ることで前記乱流液体を生じさせる凹部と、前記大径流路の中心側に円形状に設けられて前記凹部を区画する凸部と、前記凸部の中心側に設けられて前記はね返った乱流液体を前記下流方向に流す出口流路とで構成されている、ことを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 前記大径流路の中心側に連続して設けられた流路が、第２の負荷発生部であり、該第２の負荷発生部は、前記小径流路と同じ又は略同じ径からなる第２の小径流路で構成されている、請求項１に記載の微細気泡発生装置。
3. 前記負荷発生部に流れる液体は、加圧された液体である、請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
4. 前記円形状に設けられた凸部には、高さ方向の切り込みが１又は２以上設けられている、請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
5. 前記大径流路には、液体の流れを規制する遊離固体物が配置されている、又は、成分が徐々に減少する遊離固体物が配置されている、請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
6. 前記第２の小径流路には第２の拡径流路が連結されている、請求項２に記載の微細気泡発生装置。
7. 前記小径流路と前記拡径流路との境界部に、又は、前記小径流路の前記拡径流路側の端部に、吸気口が設けられている、請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
8. 請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置をグリップ部内に備える、ことを特徴とする散水装置。