特開 2024-43448 液体処理ノズル

(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】P2024043448

(43)【公開日】2024-03-29

(54)【発明の名称】液体処理ノズル

(51)【国際特許分類】

   B01F 23/23 20220101AFI20240322BHJP

   B01F 25/431 20220101ALI20240322BHJP

   B05B 1/02 20060101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

B01F23/23

B01F25/431

B05B1/02 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2022161953

(22)【出願日】2022-09-16

(71)【出願人】

【識別番号】521475392

【氏名又は名称】株式会社アクアフューチャー研究所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 文彦

(72)【発明者】

【氏名】加藤 啓雄

【テーマコード（参考）】

4F033

4G035

【Ｆターム（参考）】

4F033BA02

4F033BA04

4F033DA01

4F033EA01

4F033NA01

4G035AB04

4G035AC02

4G035AE17

(57)【要約】      （修正有）

【課題】液体の流量が低くなった場合でも、キャビテーション処理部に対する流速を十分に確保することができる液体処理ノズルを提供する。
【解決手段】内コア本体２０と外コア本体３０の液体の流入側に位置するものを第一本体、他方を第二本体として、液体送液圧の付加に伴う第一本体の第二本体に対する軸線方向Ｏへの移動に抗して弾性変形するとともに送液圧が大きいほど変形量を増加させる弾性部材４０が設けられ、送液圧が小さいほど第一処理部１０Ｐと第二処理部１０Ｓとの軸線方向の距離が小さくなるように、第一処理部の第一本体への配設位置と第二処理部の第二本体への配設位置とがそれぞれ定められている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を流通させる配管に組み込んで使用される液体処理ノズルであって、
前記配管へ組付けるための継手部が両端に形成され、前記液体の流通方向を軸線方向として該軸線方向に収容通路部が貫通形成されたノズルケーシングと、
前記ノズルケーシングの前記収容通路部に収容されるキャビテーションコアであって、前記軸線方向に貫通形態の液体流路が形成されるコア本体と、前記液体流路の内面から突出する形で設けられ、前記液体との接触面に複数の凹凸が形成されたキャビテーション処理部とを有し、前記ノズルケーシングの一方の継手部側から供給される前記液体を前記液体流路に受け入れて前記キャビテーション処理部の前記凹凸と接触させ、該接触に伴い前記液体が増速するときの減圧作用により該液体の溶存ガスを過飽和析出させて前記ノズルケーシングの他方の継手部側に流出させるキャビテーションコアとを備え、前記キャビテーションコアは、
前記コア本体が、前記ケーシングの収容通路部内に装着され該収容通路部の軸線方向に内コア装着孔が貫通形成された外コア本体と、前記外コア本体の前記内コア装着孔に軸線方向に摺動可能に挿入され、前記液体流路が軸線方向に貫通形成された内コア本体とを備え、
前記キャビテーション処理部は、前記内コア本体に突出基端側が結合された第一処理部と、前記軸線方向と直交する平面への投影にて前記第一処理部と一部又は全体が重ならない位置関係にて前記外コア本体に突出方向の基端側が結合されるとともに、前記内コア本体を前記軸線方向に関する半径方向に貫いて先端側が前記液体流路の内側に突出するように設けられた第二処理部とを有し、前記外コア本体に対する前記内コア本体の軸線方向への相対摺動に伴い、前記第一処理部と前記第二処理部とが軸線方向に相対的に接近離間移動するとともに、前記内コア本体の前記第二処理部の貫通位置には、前記第二処理部の前記第一処理部に対する接近離間移動を許容する移動許容貫通部が形成され、さらに、
前記内コア本体と前記外コア本体の前記液体の流入側に位置するものを第一本体、他方を第二本体として、液体送液圧の付加に伴う前記第一本体の前記第二本体に対する軸線方向への移動に抗して弾性変形するとともに前記送液圧が大きいほど変形量を増加させる弾性部材が設けられ、前記送液圧が小さいほど前記第一処理部と前記第二処理部との軸線方向の距離が小さくなるように、前記軸線方向における、前記第一処理部の前記第一本体への配設位置と前記第二処理部の前記第二本体への配設位置とがそれぞれ定められていることを特徴とする液体処理ノズル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、気体を溶存させた液体をキャビテーション処理するための液体処理ノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

水の流路にベンチュリやオリフィスにより絞り部を設け、水が高流速化して通過する際の減圧効果により溶存空気を微細気泡として析出させるノズルが種々提案されている（特許文献１～７及び特許文献９）。特に、特許文献１、２に開示された方式は、流路の途中にねじ部材を配置し、そのねじ谷、あるいは対向するねじ部材間に形成されたギャップにて水流のさらなる高速化を図るものであり、キャビテーション効率を向上させてより高密度にナノバブルを発生できる旨が謳われている。ここで、キャビテーション効率を高めるには、キャビテーションポイントとなるねじ谷の流路断面内における配置密度（谷点密度）を増加させることが重要である。

【0003】

例えば、特許文献１、２、７においては、流路断面内にて同一平面上に複数のねじ部材を断面中心の周り配置することで、断面内の谷点密度を向上させる提案がなされている。また、同文献においては、液体流路の中心軸線方向（流れ方向）にて複数のねじ部材を互いにずれた位置に配置することが可能であり、それによってキャビテーションポイントとなる谷部に液体の流れを繰り返し接触させることができ、微細気泡の発生効率やガス溶解効率の更なる向上に寄与できる旨も開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＷＯ２０１６－１７８４３６号公報

【特許文献2】ＷＯ２０１６－１９５１１６号公報

【特許文献3】ＷＯ２０１３／０１１５７０号公報

【特許文献4】ＷＯ２０１０／０５５７０２号公報

【特許文献5】ＷＯ２０１３／０１２０６９号公報

【特許文献6】特開２０１１－２４０２０６号公報

【特許文献7】特許第６７６２４６１号公報

【特許文献8】特開２００２－２６３６７８号公報

【特許文献9】特許６７６２４６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の液体処理ノズルにおいては、ねじ部材等で構成されたキャビテーション処理部に対し十分な流速で液体が接触するよう、キャビテーション処理部が設けられる流路の断面積が求められる流量に応じて調整されている。近年、建築物内の水道分岐配管のすべての給水口からキャビテーション水を取り出せるようにするために、建築物に引き込まれる水道元配管に大流量のノズルを設置する、といったようなことも行われている。しかし、このような使用形態にあっては、分岐配管の１箇所のみでごく低流量にて水道が使用された場合、元配管に設置された大流量のノズルへの流通量も当然小さくなり、キャビテーション処理部に接触する水の流速が低下して、十分なキャビテーション効果が得られなくなってしまう問題があった。

【0006】

本発明の課題は、流通される液体の流量が低くなった場合でも、キャビテーション処理部に対する流速を十分に確保することができ、ひいては低流量領域でも十分なキャビテーション効果が得られる液体処理ノズルを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、液体を流通させる配管系に組み込んで使用される液体処理ノズルに関し、配管へ組付けるための継手部が両端に形成され、液体の流通方向を軸線方向として該軸線方向に収容通路部が貫通形成されたノズルケーシングと、ノズルケーシングの収容通路部に収容されるキャビテーションコアであって、軸線方向に貫通形態の液体流路が形成されるコア本体と、液体流路の内面から突出する形で設けられ、液体との接触面に複数の凹凸が分散形成されたキャビテーション処理部とを有し、ノズルケーシングの一方の継手部側から供給される液体を液体流路に受け入れてキャビテーション処理部の凹凸と接触させ、該接触に伴い液体が増速するときの減圧作用により該液体の溶存ガスを過飽和析出させてノズルケーシングの他方の継手部側に流出させるキャビテーションコアとを備える。そして、上記の課題を解決するために、以下のように構成されたことを特徴とする。

【0008】

すなわち、キャビテーションコアは、コア本体が、ケーシングの収容通路部内に装着され該収容通路部の軸線方向に内コア装着孔が貫通形成された外コア本体と、外コア本体の内コア装着孔に軸線方向に摺動可能に挿入され、液体流路が軸線方向に貫通形成された内コア本体とを備える。また、キャビテーション処理部は、内コア本体に突出基端側が結合された第一処理部と、軸線方向と直交する平面への投影にて第一処理部と一部又は全体が重ならない位置関係にて外コア本体に突出方向の基端側が結合されるとともに、内コア本体を軸線方向に関する半径方向に貫いて先端側が液体流路の内側に突出するように設けられた第二処理部とを有し、外コア本体に対する内コア本体の軸線方向への相対摺動に伴い、第一処理部と第二処理部とが軸線方向に相対的に接近離間移動するとともに、内コア本体の第二処理部の貫通位置には、第二処理部の第一処理部に対する接近離間移動を許容する移動許容貫通部が形成される。さらに、内コア本体と外コア本体の液体の流入側に位置するものを第一本体、他方を第二本体として、液体送液圧の付加に伴う第一本体の第二本体に対する軸線方向への移動に抗して弾性変形するとともに送液圧が大きいほど変形量を増加させる弾性部材が設けられ、送液圧が小さいほど第一処理部と第二処理部との軸線方向の距離が小さくなるように、軸線方向における、第一処理部の第一本体への配設位置と第二処理部の第二本体への配設位置とがそれぞれ定められている。

【発明の効果】

【0009】

上記本発明の流通される液体処理ノズルの構成によれば、液体の流量が低くなった場合でも、キャビテーション処理部に対する流速を十分に確保することができ、ひいては低流量領域でも十分なキャビテーション効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】 本発明の一実施形態の液体処理ノズルを低流量で流通した状態にて示す側面断面図。

【図2】 図１の液体処理ノズルを大流量流通時の状態にて示す側面断面図。

【図3】 図１におけるャビテーションコアを取り出して示す図。

【図4】 図２におけるキャビテーションコアを取り出して示す図。

【図5】 内コア本体を拡大して示す図。

【図6】 外コア本体を拡大して示す図。

【図7】 図１の液体処理ノズルを、流通方向を逆転しつつ低流量で流通した状態にて示す側面断面図。

【図8】 同じく大流量流通時の状態にて示す側面断面図。

【図9】 キャビテーション処理部を構成するねじ部材の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づき説明する。
図１に示す液体処理ノズル１００は本発明の一実施形態となるものであり、ノズルケーシング５０を備える。液体処理ノズル１００の液体の流通方向Ｏにおいて、ノズルケーシング５０の液体入口と液体出口との一方の位置する側を第一側（図２では図面左側）とし、他方の位置する側を第二側（図２では図面右側）として、ノズルケーシング５０は、第一側を構成するケーシング本体５０Ｂと第二側を構成するコア押え部５０Ａとからなり、いずれも金属（例えば真鍮等の銅合金（クロムあるいはニッケル等のメッキ層で覆われていてもよい）、ステンレス鋼等の鉄系材料）により構成されている。液体処理ノズル１００は双方向に液体としての水道水を流通可能となっており、例えば順方向に通水する場合は第二側開口部５５が流入側開口部として、第一側開口部５４が流出側開口部としてそれぞれ機能し、逆方向に通水する場合はその逆となる。本実施形態においては、ノズルケーシング５０の第一側開口部５４を含む側が円筒状のケーシング本体５０Ｂとして構成され、第二側開口部５５を含む側がコア押え部５０Ａとして構成されている。

【0012】

ケーシング本体５０Ｂは第二側端面にコア挿入口５０ｐを開口する形で収容通路部５６が形成されており、収容通路部５６に挿入されたキャビテーションコア１の第二側端面よりもケーシング本体５０の第二側端部が延出するとともに、該第二側端部の内周面に組立用雌ねじ部５０ｇが形成されている。また、ケーシング本体５０Ｂの第一側端部には、軸線方向の一端が第一側開口部５４として開口し他端が収容通路部５６に連通する形で、液体流路３の一部をなす第一側流路部５０ｕが貫通形成されている。

【0013】

他方、コア押え部５０Ａの第一側端部の外周面には、ケーシング本体５０Ｂの組立用雌ねじ部５０ｇと螺合する組立用雄ねじ部５０ｄが形成されており、その基端位置にはオーリング５０ｅがはめ込まれている。また、コア押え部５０Ａを軸線方向に貫通する形で液体流路３の一部をなす第二側流路部５０ｖが形成され、コア押え部５０Ａの第二側端面に第二側開口部５５を形成している。

【0014】

ケーシング本体５０Ｂの第一側端部には、図示しない配管へ組み付けるための雄ねじ形態の第一継手部５１が刻設されている。他方、コア押え部５０Ａの第二側端部には袋ナットで構成された第二継手部５０Ｃ（以下、袋ナット５０Ｃともいう）が、スナップリング５８を介して回転自在に嵌着されている。なお、雄ねじ形態の第一継手部５１はこれを第二継手部５０Ｃと同様の袋ナットで構成することも可能である。

【0015】

次に、キャビテーションコア１のコア本体１Ｍには、液体流路９Ａが軸線方向に貫通形成されている。キャビテーションコア１はノズルケーシング５０に対し、第一側開口部５４及び第二側開口部５５の一方から供給される液体が液体流路９Ａを経て他方より流出可能となる位置関係にて、外周面側が収容通路部５６の内周面に対し隙間嵌めとなるよう軸線Ｏ方向に挿入されている。具体的には、コア本体１Ｍは外周面が円筒面状であり、収容通路部５６に対しコア挿入口５０ｐから挿入されている。

【0016】

コア本体１Ｍの材質は、たとえばＡＢＳ、ナイロン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）などの樹脂であるが、ステンレス鋼や真鍮などの金属やアルミナ等のセラミックスとしてもよく、用途に応じて適宜選択される。また、ねじ部材１０の材質はたとえばステンレス鋼であるが、用途に応じて、より耐食性の高いチタンやハステロイ、インコネル（いずれも商標名）などの耐熱合金を用いてもよいし、耐摩耗性が問題となる場合は石英やアルミナなどのセラミック材料を用いることも可能である。特に、金属コンタミを嫌う分野（たとえば半導体製造分野）への適用には、石英の採用が好適であり、この場合は樹脂製のキャビテーションコア１はたとえばＰＴＦＥで構成するとよい。

【0017】

コア本体１Ｍには、液体との接触面に複数の凹凸が形成されたキャビテーション処理部１０Ｐ，１０Ｓが、液体流路９Ａの内面から複数突出する形で設けられている。これらキャビテーション処理部１０Ｐ，１０Ｓは、ノズルケーシング５０の一方の継手部５０Ｃ側から供給される液体を液体流路９Ａに受け入れてキャビテーション処理部１０Ｐ，１０Ｓの凹凸と接触させ、該接触に伴い液体が増速するときの減圧作用により該液体の溶存ガスを過飽和析出させてノズルケーシングの他方の継手部側に流出させる。

【0018】

本実施形態においてキャビテーション処理部１０Ｐ，１０Ｓは、図９に示す如く、凸部をねじ山Ｂ、凹部をねじ谷Ｖとして形成したねじ部材である。ただし、キャビテーション処理部１０Ｐ，１０Ｓを、多孔質焼結金属や多孔質セラミックスによりねじ山を刻設しないピン部材として形成してもよく、この場合はその外周面に不定形に形成された気孔により凹凸形成されることとなる。

【0019】

内コア本体２０と外コア本体３０は、いずれも外周面から液体流路９Ａの内周面に向けて貫通する形態でねじ装着孔が形成されている。第二処理部１０Ｓ及び第一処理部１０Ｐをなすねじ部材は、頭部及び脚部の基端側がねじ装着孔内に保持される一方、脚部の先端側が液体流路９Ａの内面から突出し、キャビテーション処理部を形成する。内コア本体２０と外コア本体３０はそれぞれねじ装着孔が複数形成され、そのそれぞれにねじ部材が装着されている。液体は、脚部に形成された雄ねじ部と接触するに伴い、ねじ谷部内にて増速する時の減圧作用により溶存ガスを過飽和析出させる。

【0020】

次に、図１示すように、コア本体１Ｍは、ケーシング５０の収容通路部５６内に装着され、収容通路部５６の軸線Ｏ方向に内コア装着孔３２が貫通形成された外コア本体３０と、外コア本体３０の内コア装着孔３２に軸線Ｏ方向に摺動可能に挿入され、液体流路９Ａが軸線Ｏ方向に貫通形成された内コア本体と２０とを備える。

【0021】

図３に示すように、本実施形態において、内コア本体２０に設けられる第一処理部１０Ｐと外コア本体３０に設けられる第二処理部１０Ｓは、いずれもＭ１．４の０番１種なべ小ねじを４本十字状にレイアウトしたものを一組として、それぞれ軸線Ｏ方向に複数組が配置されている。第一処理部１０Ｐ側の複数の十字のねじ組は、軸線Ｏと直交する平面への投影にて互いに重なり合う位置関係で配置されている。一方、第二処理部１０Ｓ側の複数の十字のねじ組は、軸線Ｏと直交する平面への投影にて互いに重なり合う位置関係で、第一処理部１０Ｐ側の十字のねじ組に対し、軸線Ｏ周りの角度位相が４５°ずれて配置されている。図５及び図６は、内コア本体２０及び外コア本体３０のそれぞれ詳細を示すものである。

【0022】

図３に示すように、キャビテーション処理部１０Ｐ，１０Ｓは、内コア本体２０に突出基端側が結合された第一処理部１０Ｐと、軸線Ｏ方向と直交する平面への投影にて第一処理部１０Ｐと一部又は全体が重ならない位置関係にて外コア本体３０に突出方向の基端側が結合されるとともに、内コア本体２０を軸線Ｏ方向に関する半径方向に貫いて先端側が液体流路９Ａの内側に突出するように設けられた第二処理部１０Ｓとを有する。外コア本体３０に対する内コア本体２０の軸線Ｏ方向への相対摺動に伴い、第一処理部１０Ｐと第二処理部１０Ｓとは軸線Ｏ方向に相対的に接近離間移動する。そして、内コア本体２０の第二処理部１０Ｓの貫通位置には、第二処理部１０Ｓの第一処理部１０Ｐに対する接近離間移動を許容する移動許容貫通部２２が長孔状に形成されている。

【0023】

以下、内コア本体２０と外コア本体３０の液体の流入側に位置するものを第一本体、他方を第二本体とする。図１の例では、白抜きの矢印で示すように、図面左側が液体の流入側であり、内コア本体２０が第一本体、外コア本体３０が第二本体となる。該構造のコア本体１Ｍには、送液圧の付加に伴う第一本体の第二本体に対する軸線Ｏ方向への移動に抗して弾性変形するとともに送液圧が大きいほど変形量を増加させる弾性部材４０が設けられている。そして、軸線Ｏ方向における、第一処理部１０Ｐの第一本体（内コア本体２０）への配設位置と第二処理部１０Ｓの第二本体への配設位置とは、送液圧が小さいほど第一処理部と第二処理部との軸線方向の距離が小さくなるように、それぞれ定められている。

【0024】

本実施形態において弾性部材４０は、内コア本体２０の外周面に装着されたコイルばねであり、内コア本体２０の外コア本体３０への挿入側とは反対の端部に形成された周方向のフランジ２３と、外コア本体３０の対応する端面との間で伸縮保持される。内コア本体２０の外コア本体３０から突出している側の開口周縁には、軸線Ｏ方向外向きに拡径する形態でテーパ面２１が形成されている。また、これと反対側に位置する外コア本体３０の開口周縁にも軸線Ｏ方向外向きに拡径する形態でテーパ面３１が形成されている。

【0025】

図面左側からの液体流入圧が小さい状態では、図１に示すように、液体流路９Ａ内の流量は減じられる。このとき、内コア本体２０はテーパ面２１及び第一処理部１０Ｐが受ける送液圧が減少するので、弾性部材４０の弾性力に抗して内コア本体２０（第一本体）が外コア本体３０に対し摺動する変位は小さくなる。その結果、軸線Ｏ方向にて第一処理部１０Ｐと第二処理部１０Ｓとは互いに密接した状態となり、それら第一処理部１０Ｐと第二処理部１０Ｓとの軸線Ｏ方向の間隙には液体が回り込みにくくなる。その結果、第一処理部１０Ｐと第二処理部１０Ｓと間の液体流通面積が実質的に減少し、流量が減じられていても、第一処理部１０Ｐ及び第二処理部１０Ｓと接触する液体の流速は大きく保たれる。すなわち、流通される液体の流量が低くなった場合でも、キャビテーション処理部に対する流速を十分に確保することができ、ひいては低流量領域でも十分なキャビテーション効果が得られることとなる。

【0026】

図面左側からの液体流入圧が大きい状態では、図２に示すように、テーパ面２１及び第一処理部１０Ｐが受ける送液圧が増大し、内コア本体２０（第一本体）は弾性部材４０を軸線Ｏ方向において弾性部材４０を大きく変形させる形で外コア本体３０内に押し込まれる。これにより、第一処理部１０Ｐは第二処理部１０Ｓから離間し、第一処理部１０Ｐと第二処理部１０Ｓとの軸線Ｏ方向の間隙に液体が回り込みやすくなる。その結果、第一処理部１０Ｐと第二処理部１０Ｓと間の液体流通面積は実質的に拡大し、流通される液体の流量を大きく確保できる。

【0027】

図７及び図８は、液体の流通方向が逆転した場合であり、図７が低流量時、図８が大流量時の状態をそれぞれ示す。この場合、外コア本体３０が第一本体、内コア本体２０が第二本体となることで、図１及び図２と同様の効果が達成される。

【符号の説明】

【0028】

１ キャビテーションコア
１Ｍ コア本体
１００ 液体処理ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】