(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024140708
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】気液溶解ノズル
(51)【国際特許分類】
B01F 21/00 20220101AFI20241003BHJP
B01F 25/10 20220101ALI20241003BHJP
B01F 23/2326 20220101ALI20241003BHJP
B01F 23/2373 20220101ALI20241003BHJP
B01F 35/52 20220101ALI20241003BHJP
B01F 35/71 20220101ALI20241003BHJP
B01F 35/75 20220101ALI20241003BHJP
B05B 1/02 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
B01F21/00
B01F25/10
B01F23/2326
B01F23/2373
B01F35/52
B01F35/71
B01F35/75
B05B1/02 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023052007
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】517205435
【氏名又は名称】穂栄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100197642
【弁理士】
【氏名又は名称】南瀬 透
(74)【代理人】
【識別番号】100099508
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 久
(74)【代理人】
【識別番号】100219483
【弁理士】
【氏名又は名称】宇野 智也
(72)【発明者】
【氏名】手柴 一郎
(72)【発明者】
【氏名】田仲 康矢
(72)【発明者】
【氏名】宮田 雅文
(72)【発明者】
【氏名】中村 圭志
【テーマコード（参考）】
4F033
4G035
4G037
【Ｆターム（参考）】
4F033BA01
4F033BA03
4F033DA01
4F033EA01
4F033KA03
4F033LA09
4F033NA01
4G035AA01
4G035AB20
4G035AC44
4G035AE13
4G037AA01
4G037AA02
4G037AA11
4G037EA01
(57)【要約】
【課題】液体に対する気体の溶解効率を向上させることができる気液溶解ノズルを提供する。
【解決手段】気液溶解ノズル１００は、外部から液体導入経路１を経由して導入する液体Ｒによって液体旋回流Ｆ１を発生させる第一旋回室１０と、第一旋回室１０内の液体旋回流Ｆ１を流入させ外部から気体導入経路５０を経由して導入した気体Ｇと溶出気体Ｙを集積させ気体渦流Ｆ３と旋回水流Ｆ２を発生させる第二旋回室２０と、第二旋回室２０内の旋回水流Ｆ２と気体渦流Ｆ３を流入させて攪拌混合する気液混合室３０と、気液混合室３０内の微細気泡ＭＢ混じりの気液混合流体Ｆ４を気液溶解ノズル１００の外部へ排出する排出口４０と、を備えている。
【選択図】図２
【解決手段】気液溶解ノズル１００は、外部から液体導入経路１を経由して導入する液体Ｒによって液体旋回流Ｆ１を発生させる第一旋回室１０と、第一旋回室１０内の液体旋回流Ｆ１を流入させ外部から気体導入経路５０を経由して導入した気体Ｇと溶出気体Ｙを集積させ気体渦流Ｆ３と旋回水流Ｆ２を発生させる第二旋回室２０と、第二旋回室２０内の旋回水流Ｆ２と気体渦流Ｆ３を流入させて攪拌混合する気液混合室３０と、気液混合室３０内の微細気泡ＭＢ混じりの気液混合流体Ｆ４を気液溶解ノズル１００の外部へ排出する排出口４０と、を備えている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部から液体導入経路を経由して導入する液体によって液体旋回流を発生させる第一旋回室と、前記第一旋回室内の液体旋回流を流入させ外部から導入した気体と混合させて微細気泡混じりの気液旋回流を発生させる第二旋回室と、前記第二旋回室内の気液旋回流を流入させて乱流化する気液混合室と、前記気液混合室内の微細気泡混じりの気液混合流体を外部へ排出する排出口と、を備え、
前記第一旋回室が、両方の端部に隔壁を有する第一筒状体と、一方の前記隔壁を貫通して前記第一筒状体内に向かって挿入された筒状の液体導入経路と、前記液体導入経路の軸心と捩れの位置をなす方向に沿って前記液体導入経路の周壁に開設された液体流出孔と、を備え、
前記第二旋回室が、両方の端部に隔壁を有し、少なくとも一方の端部側が前記第一筒状体内に収容保持された第二筒状体と、前記第一筒状体内に位置する前記第二筒状体の周壁にその軸心と捩れの位置をなす方向に沿って開設された液体導入孔と、前記第二筒状体内に気体を流入させる気体導入経路と、前記第二筒状体の他方の端部の隔壁に開設された貫通孔と、を備え、
前記第二旋回室と前記気液混合室との間に、上流側が前記貫通孔を経由して前記第二旋回室と連通する主流路と、前記主流路の下流側から分岐して前記気液混合室と連通する複数の分流路とを有する分流部材を設けた気液溶解ノズル。
前記第一旋回室が、両方の端部に隔壁を有する第一筒状体と、一方の前記隔壁を貫通して前記第一筒状体内に向かって挿入された筒状の液体導入経路と、前記液体導入経路の軸心と捩れの位置をなす方向に沿って前記液体導入経路の周壁に開設された液体流出孔と、を備え、
前記第二旋回室が、両方の端部に隔壁を有し、少なくとも一方の端部側が前記第一筒状体内に収容保持された第二筒状体と、前記第一筒状体内に位置する前記第二筒状体の周壁にその軸心と捩れの位置をなす方向に沿って開設された液体導入孔と、前記第二筒状体内に気体を流入させる気体導入経路と、前記第二筒状体の他方の端部の隔壁に開設された貫通孔と、を備え、
前記第二旋回室と前記気液混合室との間に、上流側が前記貫通孔を経由して前記第二旋回室と連通する主流路と、前記主流路の下流側から分岐して前記気液混合室と連通する複数の分流路とを有する分流部材を設けた気液溶解ノズル。
【請求項2】
複数の前記分流路を、前記分流部材の周方向に沿って等間隔に設けた請求項１記載の気液溶解ノズル。
【請求項3】
前記気液混合室の排出側の隔壁の中心に前記排出口を設けた請求項１または２記載の気液溶解ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気やその他の気体を小動力ポンプで高濃度に溶解させる気液溶解ノズルに関する。
【背景技術】
【0002】
気液溶解ノズルについては、従来、様々な形状、構造、機能を有するものが提案されているが、本発明に関連するものとして、例えば、特許文献１に記載された気液混合ノズルがある。
【0003】
特許文献１に記載された気液混合ノズルは、外部から液体導入経路を経由して導入する液体によって液体旋回流を発生させる第一旋回室と、第一旋回室内の液体旋回流を流入させ外部から気体導入経路を経由して導入した気体と混合させて微細気泡混じりの気液旋回流を発生させる第二旋回室と、第二旋回室内の気液旋回流を流入させて乱流化する気液混合室と、気液混合室内の微細気泡混じりの気液混合流体を外部へ排出するため気液混合室の底板に開設された複数の排出孔と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－２０２３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載された気液混合ノズルは、液体に対する気体の溶解効率が高く、ナノメートルあるいはマイクロメートルレベルを超える大粒径の気泡の発生を抑制することができる点において優れているが、液体に対する気体の溶解効率の向上は引き続き重要な課題である。
【0006】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、液体に対する気体の溶解効率を向上させることができる気液溶解ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る気液溶解ノズルは、外部から液体導入経路を経由して導入する液体によって液体旋回流を発生させる第一旋回室と、前記第一旋回室内の液体旋回流を流入させ外部から導入した気体と混合させて微細気泡混じりの気液旋回流を発生させる第二旋回室と、前記第二旋回室内の気液旋回流を流入させて乱流化する気液混合室と、前記気液混合室内の微細気泡混じりの気液混合流体を外部へ排出する排出口と、を備え、
前記第一旋回室が、両方の端部に隔壁を有する第一筒状体と、一方の前記隔壁を貫通して前記第一筒状体内に向かって挿入された筒状の液体導入経路と、前記液体導入経路の軸心と捩れの位置をなす方向に沿って前記液体導入経路の周壁に開設された液体流出孔と、を備え、
前記第二旋回室が、両方の端部に隔壁を有し、少なくとも一方の端部側が前記第一筒状体内に収容保持された第二筒状体と、前記第一筒状体内に位置する前記第二筒状体の周壁にその軸心と捩れの位置をなす方向に沿って開設された液体導入孔と、前記第二筒状体内に気体を流入させる気体導入経路と、前記第二筒状体の他方の端部の隔壁に開設された貫通孔と、を備え、
前記第二旋回室と前記気液混合室との間に、上流側が前記貫通孔を経由して前記第二旋回室と連通する主流路と、前記主流路の下流側から分岐して前記気液混合室と連通する複数の分流路とを有する分流部材を設けたことを特徴とする。
前記第一旋回室が、両方の端部に隔壁を有する第一筒状体と、一方の前記隔壁を貫通して前記第一筒状体内に向かって挿入された筒状の液体導入経路と、前記液体導入経路の軸心と捩れの位置をなす方向に沿って前記液体導入経路の周壁に開設された液体流出孔と、を備え、
前記第二旋回室が、両方の端部に隔壁を有し、少なくとも一方の端部側が前記第一筒状体内に収容保持された第二筒状体と、前記第一筒状体内に位置する前記第二筒状体の周壁にその軸心と捩れの位置をなす方向に沿って開設された液体導入孔と、前記第二筒状体内に気体を流入させる気体導入経路と、前記第二筒状体の他方の端部の隔壁に開設された貫通孔と、を備え、
前記第二旋回室と前記気液混合室との間に、上流側が前記貫通孔を経由して前記第二旋回室と連通する主流路と、前記主流路の下流側から分岐して前記気液混合室と連通する複数の分流路とを有する分流部材を設けたことを特徴とする。
【0008】
前記気液溶解ノズルにおいては、複数の前記分流路を、前記分流部材の周方向に沿って等間隔に設けることができる。
【0009】
前記気液溶解ノズルにおいては、前記気液混合室の排出側の隔壁の中心に前記排出口を設けることができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明により、液体に対する気体の溶解効率を向上させることができる気液溶解ノズルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態である気液溶解ノズルを示す一部省略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
【0013】
初めに、図１～図６に基づいて気液溶解ノズル１００について説明する。図１，図２に示すように、本実施形態の気液溶解ノズル１００は、外部から液体導入経路１を経由して導入する液体Ｒによって液体旋回流Ｆ１を発生させる第一旋回室１０と、第一旋回室１０内の液体旋回流Ｆ１を流入させ旋回水流Ｆ２を発生させ外部から気体導入経路５０を経由して導入した気体Ｇと溶出気体Ｙを集積させて気体渦流Ｆ３を発生させる第二旋回室２０と、第二旋回室２０内の旋回水流Ｆ２と気体渦流Ｆ３を流入させて混合攪拌する気液混合室３０と、気液混合室３０内の微細気泡ＭＢ混じりの気液混合流体Ｆ４を気液溶解ノズル１００の外部へ排出する排出口４０と、を備えている。
【0014】
図２，図３に示すように、第一旋回室１０は、両方の端部に隔壁１１ａ，１１ｂを有する円筒状の第一筒状体１１と、一方の隔壁１１ａを貫通して第一筒状体１１内に向かって挿入された円筒状の液体導入経路１と、液体導入経路１の軸心１ｃと捩れの位置をなす方向に沿って液体導入経路１の周壁に開設された複数の液体流出孔２と、を備えている。第一筒状体１１内に位置する液体導入経路１の先端部は後述する第二筒状体２１の隔壁２１ａに接合されている。
【0015】
円管状の気体導入経路５０は、液体導入経路１の筒状周壁を貫通し、軸心１ｃと同軸をなすように液体導入経路１内に配管され、第二筒状体２１の隔壁２１ａを貫通して第二旋回室２０内に連通している。図３に示すように、液体導入経路１の液体流出孔２は軸心１ｃの周りに６０度間隔で６個開設しているが、個数及び配列間隔は限定されない。
【0016】
図２，図４に示すように、第二旋回室２０は、一方の端部に隔壁２１ａを有し、他方の端部側が隔壁１１ｂで閉塞された状態で第一筒状体１１内に収容保持された円筒状の第二筒状体２１と、第一筒状体１１内に位置する第二筒状体２１の周壁にその軸心２１ｃと捩れの位置をなす方向に沿って開設された複数の液体導入孔２２と、第二筒状体２１内に気体Ｇを流入させるため隔壁２１ａの中心を貫通して第二旋回室２０内に連通する気体導入経路５０と、第二筒状体２１の他方の端部を閉塞する隔壁１１ｂの中心部（軸心２１ｃを含む位置）に開設された円形の貫通孔２３と、を備えている。図４に示すように、第二筒状体２１の複数の液体導入孔２２は、軸心２１ｃの周りに６０度間隔で６個開設しているが、個数及び配列間隔は限定されない。
【0017】
図２に示すように、第二旋回室２０と気液混合室３０との間には分流部材２４が配置されている。図２，図５，図６に示すように、分流部材２４は、その上流側が隔壁１１ｂの貫通孔２３を経由して第二旋回室２０と連通する主流路２５と、主流路２５の下流側から分岐して気液混合室３０と連通する複数の分流路２６とを有している。本実施形態においては、三個の分流路２６を、分流部材２４の周方向に沿って（軸心１ｃを中心にして）１２０度間隔に設けているが、これに限定するものではない。また、気液混合室３０の排出側の隔壁４１の中心に排出口４０を設けている。
【0018】
図１，図２に示すように、気液溶解ノズル１００においては、一本の円筒部材５内に、気体導入経路５０を収容した液体導入経路１の下流側、第二筒状体２１並びに分流部材２４などを配置することにより、第一旋回室１０、第二旋回室２０並びに気液混合室３０を区画形成しているが、前述した構造は一例であり、これに限定するものではない。
【0019】
次に、図７に基づいて、図１に示す気液溶解ノズル１００の使用例について説明する。図７に示すように、水槽６０内に貯留された水Ｗの中に気液溶解ノズル１００が浸漬され、気液溶解ノズル１００の液体導入経路１とポンプＰとが送水管６２で接続されている。また、ポンプＰから水槽６０内の水Ｗの中に向かって吸水管６１が配管されている。気液溶解ノズル１００の気体導入経路５０の上流側（気体送給側）は水面Ｗ１から突出して水槽６０外に配設されている。
【0020】
図７に示すように、気液溶解ノズル１００及びポンプＰなどをセットした後、ポンプＰを稼働させると、水槽６０内の水Ｗが吸水管６１及び送水管６２を経由して、気液溶解ノズル１００の液体導入経路１へ供給される。これと並行して、気液溶解ノズル１００に対し、気体導入経路５０を経由して空気が供給される。この場合、気体導入経路５０を経由して供給される空気は、後述するように、第二旋回室２０（図２参照）の内部に生じる減圧に基づく吸気圧によって自吸される。
【0021】
液体導入経路１を経由して気液溶解ノズル１００に供給された水Ｗは、図２に示すように、第二旋回室２０の隔壁２１ａに向かって流動した後、複数の液体流出孔２から第一旋回室１０内へ流出する。図３に示すように、複数の液体流出孔２はそれぞれ軸心１ｃに対して捩れの位置をなす方向（本実施形態では、前記方向の一つである液体導入経路１の周壁の接線方向）に沿って開設されているので、複数の液体流出孔２から流出する水流により、第一旋回室１０内には液体旋回流Ｆ１が形成される。
【0022】
第一旋回室１０内に形成された液体旋回流Ｆ１は、図２～図４に示すように、第二旋回室２０の周囲を旋回しながら、複数の液体導入孔２２を通過して第二旋回室２０内へ流入する。図４に示すように、複数の液体導入孔２２はそれぞれ軸心２１ｃに対して捩れの位置をなす方向（本実施形態では、前記方向の一つである第二筒状体２１の周壁の接線方向）に沿って開設されているので、複数の液体導入孔２２から流入する水流によって第二旋回室２０内に軸心２１ｃ周りの旋回水流Ｆ２が発生する。
【0023】
第二旋回室２０内に形成される旋回水流Ｆ２は軸心２１ｃの周りを高速回転するので、旋回水流Ｆ２の中心付近（軸心２１ｃを含む領域）には減圧空洞部Ｘが発生する。気体導入経路５０を経由して第二旋回室２０内へ導入された気体と溶出気体Ｙが減圧空洞部Ｘ内へ流入し、気体渦流Ｆ３が生成される。
【0024】
旋回水流Ｆ２と気体渦流Ｆ３は隔壁１１ｂに向かって流動し、隔壁１１ｂの中心にある貫通孔２３に流入し、分流部材２４の主流路２５を通過した後、三方向の分流路２６に分流し、それぞれの分流路２６の下流開口部２６ａ（図６参照）から気液混合室３０内へ流入する。この時、旋回水流Ｆ２と気体渦流Ｆ３は気液接触により気体の溶解が促進される。さらにその気体渦流Ｆ３は下流開口部２６ａから気液混合室３０内へ流入する際、下流開口部２６ａ付近で旋回速度差が発生し、強制的に切断され微細気泡となる。旋回水流Ｆ２と気体渦Ｆ３とが大量の微細気泡ＭＢを含む気液混合流体Ｆ４の乱流となって気液混合室３０内で混合攪拌され、気体の溶解がさらに促進される。
【0025】
気液混合室３０内において撹拌混合された気液混合流体Ｆ４は、図２に示すように、気液混合室３０の排出側の隔壁４１の中心に開設された排出口４０を通過して、水槽６０内の水Ｗ中へ排出され、水槽６０内の水Ｗの中へ拡散流動して行く。これにより、水Ｗ中に大量の気体を溶解させることができる。
【0026】
本実施形態の気液溶解ノズル１００においては、第二旋回室２０（図２参照）の内部に生じる減圧に基づく吸気圧により、空気は気体導入経路５０を経由して第二旋回室２０内へ自吸されるが、必要に応じてエアポンプ（図示せず）を用いて圧送することもできる。
【0027】
本実施形態の気液溶解ノズル１００においては、第一旋回室１０内に液体旋回流Ｆ１を発生させ、これを第二旋回室２０内へ流入させることにより、高速で回転する旋回水流Ｆ２を形成するので、大きな負圧を発生させ大量の気体を導入させることができ、気体の溶解効率が向上する。第一旋回室１０内で発生させた液体旋回流Ｆ１を第二旋回室２０内へ導入する方式としたことにより、第二旋回室２０内の気液旋回水流Ｆ２の旋回流速を高めることができるため、従来に比べて小型のポンプＰでも大量の気体を自吸することができる。
【0028】
また、気液溶解ノズル１００においては、旋回水流Ｆ２と気体渦流Ｆ３とが三方向の分流路２６に分流し流れ為、気液の接触時間が長く取れること、さらに、三方向に分流し、気液混合室３０内で多方向から衝突攪拌させるので気液溶解を促進することができる。このように、気液溶解ノズル１００を使用することにより、液体（例えば、水）に対する気体（例えば、空気）の溶解効率を大幅に高めることができる。
【0029】
図７に示すように、気液溶解ノズル１００を用いて処理した水槽６０中の水Ｗには大量の空気が溶解しているため、この水Ｗを植物栽培用水として使用すると、植物の生育状態を大幅に向上させることができる。例えば、気液溶解ノズル１００を用いて処理した水Ｗをトマトやイチゴの水耕栽培用水として使用したり、サツマイモ苗を水Ｗに一定時間浸漬して培地に植えたりしたところ、いずれの場合においても、苗の活着がよく収穫量を大幅に高めることができた。
【0030】
なお、図７においては、気液溶解ノズル１００を用いて水槽６０中の水Ｗに空気を溶解させる場合について説明しているが、気液溶解ノズル１００の用途を限定するものではないので、気液溶解ノズル１００は、水Ｗ以外の液体に対し、空気以外の様々な気体を溶解させる分野においても使用することができる。
【0031】
本実施形態に係る気液溶解ノズル１００は、外部から液体導入経路１を経由して導入する液体Ｒの圧力が０．０２ＭＰａ程度の低圧であっても、気液接触時間が長いこと、旋回水流Ｆ２と気体渦流Ｆ３を多方向から噴出させ攪拌混合することにより溶解効率の低いオゾンガスなども小動力のポンプで液体に溶解させることができるので、利用分野が大きく広がる。
【0032】
次に、図８に基づいて、図１に示す気液溶解ノズル１００を使用したオゾン水製造装置２００について説明する。図８に示すように、オゾン水製造装置２００は、オゾンガス発生部７０、オゾンガス溶解部７５、気液溶解ノズル１００並びにポンプＰ１などを備えている。
【0033】
オゾンガス発生部７０は、入水管７１ａ、取水管７１ｂ及び排気口７１ｃなどが設けられた貯水タンク７１と、貯水タンク７１内の底部に配置された散気盤７３と、散気盤７３に接続された排オゾンガス戻り管７９と、貯水タンク７１内の上方に配置された電解オゾン発生器７２と、を備えている。入水管７１ａ、取水管７１ｂには開閉弁Ｖ１，Ｖ２が設けられている。倒立漏斗形状をした貯水タンク７１の頂上部分の排気口７１ｃにはオゾンガス供給管７８が接続され、オゾンガス供給管７８の下流側は気液溶解ノズル１００の気体導入経路５０に接続されている。
【0034】
オゾンガス溶解部７５は、入水管７６ａ、水循環用管７６ｂ及び排気口７６ｃなどが設けられた貯水タンク７６と、貯水タンク７６内において入水管７６ａ及び水循環用管７６ｂ寄りの部分に立設された気泡分離板７７と、を備えている。入水管７６ａには開閉弁Ｖ３が設けられ、水循環用管７６ｂから分岐した取水管７６ｄには開閉弁Ｖ４が設けられている。水循環用管７６ｂの取水管７６ｄより下流側にポンプＰ１が配置され、ポンプＰ１より下流側の水循環用管７６ｂの下流部分は気液溶解ノズル１００の液体導入経路１に接続されている。
【0035】
倒立漏斗形状をした貯水タンク７６の頂上部分の排気口７６ｃには排オゾンガス戻り管７９が接続され、排オゾンガス戻り管７９の下流側はオゾンガス発生部７０の貯水タンク７１の散気盤７３に接続されている。
【0036】
次に、図８に基づいてオゾン水製造装置２００の使い方、作用効果などについて説明する。初めに、入水管７１ａの開閉弁Ｖ１を開いて貯水タンク７１内へ給水し、入水管７６ａの開閉弁Ｖ３を開いて貯水タンク７６内へ給水する。貯水タンク７１，７６内にそれぞれ所定量の水を貯留した後、エアポンプ７４、電解オゾン発生器７２及びポンプＰ１を稼働させると、電解オゾン発生器７２よりオゾンガスＯＧが生成される。
【0037】
電解オゾン発生器７２で生成されたオゾンガスＯＧは貯水タンク７１内の水面から上方へ放散され、気液溶解ノズル１００に負圧により吸引され、排気口７１ｃを経由してオゾンガス供給管７８内へ流入する。オゾンガス供給管７８内へ流入したオゾンガスＯＧは矢線方向に沿ってオゾンガス供給管７８内を流動して行き、気体導入経路５０を経由して気液溶解ノズル１００内へ流入する。電解オゾン発生器７２で生成されたオゾンガスＯＧの一部は貯水タンク７１内の水に溶解するため、貯水タンク７１内には電解オゾン水ＥＯＷが形成される。貯水タンク７１内に形成された電解オゾン水ＥＯＷは開閉弁Ｖ２を開いて取水管７１ｂから取り出すことができる。
【0038】
一方、オゾンガス溶解部７５の貯水タンク７６内の水は、ポンプＰ１及び取水管７６ｄより上流側の水循環用管７６ｂから吸い込まれ、ポンプＰ１内を通過し、ポンプＰ１より下流側の水循環用管７６ｂ内を流動し、液体導入経路１を経由して気液溶解ノズル１００内へ流入する。
【0039】
このように、気液溶解ノズル１００に対し、水循環用管７６ｂを経由して水を供給するとともにオゾンガス供給管７８を経由してオゾンガスＯＧを供給すると、気液溶解ノズル１００内には図２に示すような現象が発生し、この結果、気液溶解ノズル１００の気液混合室３０（図２参照）内には大量のオゾンガスが溶解したオゾン水ＯＷが生成される。このオゾン水ＯＷは微細気泡状の未溶解オゾンガスＯＧを含んだ状態で気液溶解ノズル１００の排出口４０（図２参照）から排出され、気液溶解ノズル１００の排出口４０に連通接続された水循環用管７６ｂ内を流動して貯水タンク７６内の底部寄りの部分に送り込まれる。
【0040】
貯水タンク７６内に送り込まれたオゾン水ＯＷは貯水タンク７６内を上昇して行くが、気泡分離板７７の上縁部７７ａを越流することによって微細気泡状の未溶解オゾンガスＯＧが除去され、貯水タンク７６内において入水管７６ａの基端部及び水循環用管７６ｂの基端部と気泡分離板７７との対向領域（オゾン水集約領域７６ｅ）に流入する。オゾン水集約領域７６ｅに流入したオゾン水ＯＷは水循環用管７６ｂを経由して気液溶解ノズル１００に循環供給されるが、水循環用管７６ｂから分岐した取水管７６ｄの開閉弁Ｖ４を開いて取り出すことができる。
【0041】
貯水タンク７６内に生成するオゾン水ＯＷは、オゾンガス発生部７０にて発生させたオゾンガスＯＧを、気液溶解ノズル１００を使用して水に溶解して形成したものであり、金属コンタミなどを含んでいないため、人体、動植物、魚介類などに対する安全性に優れている。また、オゾンガスを生成させるための酸素ガスボンベや、高圧ポンプが不要となり小型の装置が提供できる。さらに、高濃度オゾンガスの漏洩の危険性も解消される。
【0042】
一方、貯水タンク７６内へ流入したオゾン水ＯＷに含まれている微細気泡状の未溶解オゾンガスＯＧは、貯水タンク７６内のオゾン水ＯＷ中を上昇して行き、水面から上方へ放散され、排気口７６ｃを経由して排オゾンガス戻り管７９内へ流入し、排オゾンガス戻り管７９内を流動して行き、オゾンガス発生部７０の貯水タンク７１内の散気盤７３に流入する。貯水タンク７１内に流入した未溶解オゾンガスＯＧの一部は電解オゾン水ＥＯＷ中に溶解するが、残余の部分は電解オゾン水ＥＯＷ中を上昇して行き電解オゾン発生器７２をバブリングし、水面から放散される。この仕組みにより電解オゾン発生器７２から発生したオゾンガスＯＧは貯水タンク７１の水に溶解することなく、水面へ放散されオゾンガスＯＧとして、オゾンガス供給管７８を経由して気液溶解ノズル１００へ効率的に供給される。
【0043】
次に、図９に基づいて、図１に示す気液溶解ノズル１００を使用した泡沫分離装置３００について説明する。図９に示すように、泡沫分離装置３００は、有底円筒形状の収容タンク８０と、収容タンク８０内の底部８０ｂ付近に立設された有底円筒形状の誘導部材８１と、誘導部材８１内の底部８１ｂに配置された気液溶解ノズル１００と、収容タンク８０内の頂上部８０ａ寄りの部分に配置された倒立漏斗形状の集合部材８２と、集合部材８２の上端開口部８２ａに接続された排出管８３と、収容タンク８０の底部８０ｂ寄りの部分に接続された排水管８４と、を備えている。誘導部材８１の外径、長さはそれぞれ収容タンク８０の内径、長さより小である。
【0044】
気液溶解ノズル１００の液体導入経路１は収容タンク８０の底部８０ｂ及び誘導部材８１の底部８１ｂを貫通して配設されている。収容タンク８０の底部８０ｂから突出した液体導入経路１に給水管８５が接続されている。収容タンク８０の頂上部８０ａから突出する排出管８３の下流側は収容タンク８０の下方に向かって（重力方向に沿って）配管され、排出管８３の下端開口部８３ｂの下方に回収容器８６が配置されている。
【0045】
図９に示すように、浮遊物や沈殿物などの異物Ｓ混じりの水Ｗを給水管８５及び液体導入経路１を経由して気液溶解ノズル１００に供給するとともに気体導入経路５０を経由して空気を送り込むと、気液溶解ノズル１００内において図２に示す現象が生じ、気液溶解ノズル１００の排出口４０から収容タンク８０の８０ａに向かって微細気泡ＭＢと異物Ｓが混じり合った水Ｗが放出され、誘導部材８１の内部をその上縁部８１ａに向かって上昇していく。
【0046】
この過程において、異物Ｓの外周に多数の微細気泡ＭＢが付着することにより異物Ｓへの浮力が増大するので、異物Ｓは優先的に上昇していき、収容タンク８０内の水Ｗの表面に到達する。水Ｗの水面まで到達した異物Ｓは、後から水Ｗ中を上昇してきた他の異物Ｓによって押し上げら、集合部材８２の下面に沿って移動していき、上端開口部８２ａから排出管８３内へ流れ込む。排出管８３内に流れ込んだ異物Ｓは排出管８３の内部を下流に向かって流動して行った後、下端開口部８３ｂから排出され、回収容器８６内に回収される。
【0047】
一方、誘導部材８１の内部を異物Ｓ及び微細気泡ＭＢとともに上昇して行った水Ｗは誘導部材８１の上縁部８１ａを越流するが、このとき異物Ｓは誘導部材８１内に残留して異物Ｓから水Ｗが分離される。そして、誘導部材８１の上縁部８１ａを越流した水Ｗが誘導部材８１の外周面と収容タンク８０の内周面との間の隙間を底部８０ｂに向かって下降していき、排水管８４を経由して所定の場所へ供給される。
【0048】
このように、泡沫分離装置３００を使用することにより、浮遊物や沈殿物などの異物Ｓが混じり合った水Ｗから異物Ｓを分離して回収容器８６に回収するとともに、異物Ｓが除去され清浄化された水Ｗを得ることができる。
【0049】
次に、図１０，図１１に基づいて、図１に示す気液溶解ノズル１００及び図９に示す泡沫分離装置３００を使用した水生生物飼育システム４００について説明する。なお、水生生物飼育システム４００において、図１に示す気液溶解ノズル１００及び図９に示す泡沫分離装置３００と共通する部分については、図１０，図１１において図１，図９中に記載した符号と同符号を付して説明を省略する。
【0050】
図１０に示すように、水生生物飼育システム４００は、飼育水槽９０と、取水器具９１と、泡沫分離装置３００と、循環ポンプＰ２，Ｐ３と、泡沫分離装置３００と、気液溶解ノズル１００と、複数の第一濾過槽９４並びに第二濾過槽９５と、複数の散水ノズル９３と、排水管９６と、電磁弁９８と、濾過水送水管９７並びに開閉弁Ｖ５などを備えている。第一濾過槽９４内には第一濾材９８が収容され、第二濾過槽９５内には第二濾材９９が収容されている。飼育用水ＢＷが貯留された飼育水槽９０においては水生生物（例えば、クルマエビ、バナメイエビなど）を飼育することができる。
【0051】
第一濾材９８は砕石、軽石、ボラ土などが好適であり、第一濾過槽９４内では散水ノズル９３から散布される水Ｗ中に含まれるアンモニアが亜硝酸を経て硝酸に変わる反応が進行する。第二濾材９９はタオル生地、木綿、脱脂綿などのセルロースを含む有機物質が好適であり、第二濾過槽９５内では散水ノズル９３から散布される水Ｗ中に含まれる硝酸が水（Ｈ2О）と窒素（Ｎ2）に分解する反応が進行する。
【0052】
ポンプＰ１は、飼育用水ＢＷに浸漬された取水器具９１から飼育用水ＢＷを吸い込み、給水管８５を経由して泡沫分離装置３００の液体導入経路１に供給する。水生生物が飼育されている飼育水槽９０の底部には水生生物の排泄物や残餌などの異物Ｓが沈殿しているが、図１１中に示す倒立Ｕ字形状の排水管９６において間欠的に生じるサイホン作用により濾過水送水管９７の下端の下端開口部９７ａから濾過水ＣＷが間欠的に勢い良く噴出するため、この噴出流の撹拌作用により異物Ｓは取水器具９１に向かって押し流され、飼育用水ＢＷとともに取水器具９１から吸い込まれ、給水管８５を経由して泡沫分離装置３００の液体導入経路１に供給される。また、泡沫分離装置３００に対し、気体導入経路５０を経由して空気が供給される。
【0053】
泡沫分離装置３００の構造、機能は図９に示す泡沫分離装置３００と同様であるため、泡沫分離装置３００に対し、給水管８５を経由して異物Ｓ混じりの飼育用水ＢＷを供給するとともに、気体導入経路５０を経由して空気を供給すると、泡沫分離装置３００の収容タンク８０の内部において図９に示すような現象が生じ、異物Ｓ混じりの飼育用水ＢＷが異物Ｓと水Ｗとに分離される。
【0054】
泡沫分離装置３００の収容タンク８０の内部で分離された異物Ｓは排出管８３内を通って下端開口部８３ｂから排出され、回収容器８６内に回収される。収容タンク８０の内部で異物Ｓが分離された水Ｗは給水管９２を経由して複数の散水ノズル９３へ供給され、それぞれの散水ノズル９３から第一濾過槽９４若しくは第二濾過槽９５の上端開口部９４ａ，９５ａに向かって散布される。
【0055】
一方、泡沫分離装置３００の排水管８４から排出された水Ｗの一部はポンプＰ２によって吸い込まれ、飼育水槽９０内の飼育用水ＢＷ中に配置された気液溶解ノズル１００の液体導入経路１に供給される。また、気体導入経路５０を経由して気液溶解ノズル１００に対して空気が供給される。
【0056】
図１０中に示す気液溶解ノズル１００は、図１に示す気液溶解ノズル１００と同様の構造、機能を有しているので、ポンプＰ２から液体導入経路１を経由して水Ｗを供給することにより、気液溶解ノズル１００の内部においては図２に示すような現象が生じ、飼育水槽９０内の飼育用水ＢＷ中に向かって、大量の酸素が溶解した水Ｗを供給することができる。
【0057】
図１１に示すように、第一濾過槽９４の底部付近に倒立Ｕ字形状の排水管９６が接続され、排水管９６の頂上部分には電磁弁ＥＶが取り付けられている。電磁弁ＥＶは排水管９６の内部と大気中との連通を閉じたり、開いたりする機能を有している。電磁弁ＥＶを閉じると排水管９６の内部は大気中から遮断されるので、散水ノズル９３から散布され第一濾材９８によって濾過され第一濾過槽９４内に貯留した濾過水ＣＷの水位が排水管９６の頂上部分より高くなると排水管９６内にサイホン現象が生じ、第一濾過槽９４内に貯留されている濾過水ＣＷは濾過水送水管９７に向かって一挙に流出する。
【0058】
一方、電磁弁ＥＶを開くと排水管９６の内部は大気中と連通するので、散水ノズル９３から散布され第一濾材９８によって濾過され第一濾過槽９４内に貯留した濾過水ＣＷの水位が排水管９６の頂上部分より高くなっても排水管９６内にサイホン現象は生じず、第一濾過槽９４内に貯留されている濾過水ＣＷは排水管９６の頂上部分を越流して濾過水送水管９７に向かって連続的に流出する。なお、濾過水送水管９７の下流側の飼育水槽９０寄りの部分には開閉弁Ｖ５が配置されている。
【0059】
なお、図示していないが、第二濾過槽９５も図１１に示す第一濾過槽９４と同様の構造、機能を有しているので、排水管９６の頂上部分の電磁弁ＥＶを閉じたり、開いたりすることによって、排水管９６から濾過水送水管９７に向かって間欠的に排水したり、連続的に排水したりの選択をすることができる。
【0060】
図１０に示す水生生物飼育システム４００において、ポンプＰ１，Ｐ２を稼働させ、気体導入経路５０を経由して泡沫分離装置３００に空気を供給すると、飼育水槽９０内の飼育用水ＢＷはポンプＰ１により給水管８５を経由して泡沫分離装置３００内に送り込まれ、飼育用水ＢＷに含まれていた異物Ｓと水Ｗとに分離される。異物Ｓは排出管８３内を流動して回収容器８６内に回収され、水Ｗは給水管９２を経由して複数の散水ノズル９３へ供給され、それぞれの散水ノズル９３から第一濾過槽９４または第二濾過槽９５の上端開口部９４ａ，９５ａに向かって散布される。
【0061】
散水ノズル９３から散布された水Ｗは第一濾過槽９４内、第二濾過槽９５内を通過することによって好気脱窒された後、排水管９６並びに濾過水送水管９７を経由して飼育水槽９０内の底部に配置された下端開口部９７ａから飼育用水ＢＷに向かって送水される。
【0062】
このとき、排出管９６の頂上部分の電磁弁ＥＶが閉じていると、第一濾材９８（第二濾材９９）によって濾過され第一濾過槽９４内（第二濾過槽９５内）に貯留された濾過水ＣＷの水位が排水管９６の頂上部分より高くなるたびに排水管９６内にサイホン現象が生じ、第一濾過槽９４内（第二濾過槽９５内）に貯留されている処理水ＣＷは濾過水送水管９７に向かって一挙に流入するので、処理水ＣＷは下端開口部９７ａから飼育用水ＢＷに向かって勢いよく噴出する。
【0063】
このように、下端開口部９７ａから噴出する処理水ＣＷにより飼育水槽９０の底部に沈殿している水生生物の排泄物や残餌などの異物Ｓを取水器具９１に向かって押し流し、取水器具９１から吸い込んで除去し、最終的に回収容器８６に回収することができるので、飼育水槽９０の底部は常に清掃された状態に保たれ、優れた飼育環境を維持することができる。
【0064】
また、第一濾過槽９４及び第二濾過槽９５を通過することよって脱窒された濾過水ＣＷが濾過水送水管９７を経由して、常時、飼育水槽９０に供給されるので、飼育用水ＢＷは清浄に保たれ、水生生物の成長状態も良好となる。
【0065】
さらに、飼育水槽９０内に配置された気液溶解ノズル１００から大量の微細気泡混じりの水Ｗが噴出するので、飼育用水ＢＷ中の酸素濃度を所定値に維持することができ、水生生物の成長にも有効である。
【0066】
例えば、従来の底面に砂を敷き詰めた飼育水槽でクルマエビを飼育した場合、飼育数は底面積１ｍ2当たり５０尾が上限であったが、水生生物飼育システム４００の場合、クルマエビが水中を泳ぎ回るので床面の砂は不要であり、飼育用水ＢＷの１ｍ3当たり３００尾程度まで飼育することが可能となった。
【0067】
なお、図１～図１１に基づいて説明した気液溶解ノズル１００の使用例は本発明に係る気液溶解ノズルの使用例（用途）の一部を示すものであり、本発明に係る気液溶解ノズルの使用例（用途）は前述した気液溶解ノズル１００の使用例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【0068】
本発明に係る気液溶解ノズルは、液体中に気体を混合させたり、溶解させたりすることを必要とする農林業、水産養殖業、畜産業あるいは工業などの産業分野において広く利用することができる。
【符号の説明】
【0069】
１ 液体導入経路
１ｃ，２１ｃ 軸心
２ 液体流出孔
５ 円筒部材
１０ 第一旋回室
１１ 第一筒状体
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，４１ 隔壁
２０ 第二旋回室
２１ 第二筒状体
２２ 液体導入孔
２３ 貫通孔
２４ 分流部材
２５ 主流路
２６ 分流路
３０ 気液混合室
３１ 混合容器
４０ 排出口
４１ 底板
６０ 水槽
６１ 吸水管
６２ 送水管
７０ オゾンガス発生部
７１，７６ 貯水タンク
７１ａ，７６ａ 入水管
７１ｂ，７６ｄ 取水管
７１ｃ，７６ｃ 排気口
７２ 電解オゾン発生器
７３ 散気盤
７５ オゾンガス溶解部
７６ｂ 水循環用管
７６ｅ オゾン水集約領域
７７ 気泡分離板
７７ａ，８１ａ 上縁部
７８ オゾンガス供給管
７９ 排オゾンガス戻り管
８０ 収容タンク
８０ａ 頂上部
８０ｂ，８１ｂ 底部
８１ 誘導部材
８２ 集合部材
８２ａ 上端開口部
８３ 排出管
８３ｂ 下端開口部
８４，９６ 排水管
８５，９２ 給水管
８６ 回収容器
９０ 飼育水槽
９１ 取水器具
９３ 散水ノズル
９４ 第一濾過槽
９４ａ，９５ａ 上端開口部
９５ 第二濾過槽
９６ａ 上流部
９６ｂ 下流部
９７ 濾過水送水管
９７ａ 下端開口部
９８ 第一濾材
９９ 第二濾材
１００ 気液溶解ノズル
２００ オゾン水製造装置
３００ 泡沫分離装置
４００ 水生生物飼育システム
ａＢ 気泡
ＢＷ 飼育用水
ＣＷ 濾過水
ＥＯＷ 電解オゾン水
ＥＶ 電磁弁
Ｆ１ 液体旋回流
Ｆ２ 旋回水流
Ｆ３ 気体渦流
Ｆ４ 気液混合流体
Ｇ 気体
ＭＢ 微細気泡
ＯＧ オゾンガス
ＯＷ オゾン水
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２ ポンプ
Ｒ 液体
Ｓ 異物
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５ 開閉弁
Ｗ 水
Ｗ１ 水面
Ｘ 減圧空洞部
Ｙ 溶出気体
１ｃ，２１ｃ 軸心
２ 液体流出孔
５ 円筒部材
１０ 第一旋回室
１１ 第一筒状体
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，４１ 隔壁
２０ 第二旋回室
２１ 第二筒状体
２２ 液体導入孔
２３ 貫通孔
２４ 分流部材
２５ 主流路
２６ 分流路
３０ 気液混合室
３１ 混合容器
４０ 排出口
４１ 底板
６０ 水槽
６１ 吸水管
６２ 送水管
７０ オゾンガス発生部
７１，７６ 貯水タンク
７１ａ，７６ａ 入水管
７１ｂ，７６ｄ 取水管
７１ｃ，７６ｃ 排気口
７２ 電解オゾン発生器
７３ 散気盤
７５ オゾンガス溶解部
７６ｂ 水循環用管
７６ｅ オゾン水集約領域
７７ 気泡分離板
７７ａ，８１ａ 上縁部
７８ オゾンガス供給管
７９ 排オゾンガス戻り管
８０ 収容タンク
８０ａ 頂上部
８０ｂ，８１ｂ 底部
８１ 誘導部材
８２ 集合部材
８２ａ 上端開口部
８３ 排出管
８３ｂ 下端開口部
８４，９６ 排水管
８５，９２ 給水管
８６ 回収容器
９０ 飼育水槽
９１ 取水器具
９３ 散水ノズル
９４ 第一濾過槽
９４ａ，９５ａ 上端開口部
９５ 第二濾過槽
９６ａ 上流部
９６ｂ 下流部
９７ 濾過水送水管
９７ａ 下端開口部
９８ 第一濾材
９９ 第二濾材
１００ 気液溶解ノズル
２００ オゾン水製造装置
３００ 泡沫分離装置
４００ 水生生物飼育システム
ａＢ 気泡
ＢＷ 飼育用水
ＣＷ 濾過水
ＥＯＷ 電解オゾン水
ＥＶ 電磁弁
Ｆ１ 液体旋回流
Ｆ２ 旋回水流
Ｆ３ 気体渦流
Ｆ４ 気液混合流体
Ｇ 気体
ＭＢ 微細気泡
ＯＧ オゾンガス
ＯＷ オゾン水
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２ ポンプ
Ｒ 液体
Ｓ 異物
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５ 開閉弁
Ｗ 水
Ｗ１ 水面
Ｘ 減圧空洞部
Ｙ 溶出気体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】