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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-07
(45)【発行日】2022-01-21
(54)【発明の名称】積層ベンチュリノズル及びマイクロバブル液生成装置
(51)【国際特許分類】
B01F 25/40 20220101AFI20220114BHJP
B01F 23/23 20220101ALI20220114BHJP
B01F 23/2326 20220101ALI20220114BHJP
B01F 25/30 20220101ALI20220114BHJP
【ＦＩ】
B01F5/06
B01F3/04 A
B01F3/04 F
B01F5/04
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021090437
(22)【出願日】2021-05-28
【審査請求日】2021-05-28
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】513218271
【氏名又は名称】合同会社アプテックス
(74)【代理人】
【識別番号】100163533
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 義信
(72)【発明者】
【氏名】池 昌俊
【審査官】河野 隆一朗
(56)【参考文献】
【文献】特許第６８０８２５９（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０１１－２１８３４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０７３０３１５６（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２００８－１６１８３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許第１０８７４５０１２（ＣＮ，Ｂ）
【文献】特開２０１６－１８２５５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１６８１３０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－２０１４００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１８３４７５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｆ ５／０６
Ｂ０１Ｆ ５／０４
Ｂ０１Ｆ ３／０４
Ｂ０５Ｂ １／０２
Ｂ８１Ｂ １／００
Ａ４７Ｋ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体と気体とを予め混合した気液混合流体を供給してマイクロバブルを発生するためのベンチュリ構造のノズルにおいて、両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共に前記ベンチュリ流路の基端部に第１気液供給孔が穿設された中間層用の溝有りブロックと、
両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共に前記ベンチュリ流路の基端部に前記第１気液供給孔と同径な溝状の流体導入部が形成された底面層用の溝有りブロックと、
両面が平坦な板状のブロックの前記第１気液供給孔に対応する位置に第２気液供給孔が穿設された溝無しブロックと、
前記マイクロバブルの発生量に応じて前記溝無しブロックと前記底面層用の溝有りブロックとの間に前記中間層用の溝有りブロックをゼロ枚以上挟んで所定合計枚数積層されることにより、前記溝状のベンチュリ流路が管状流路になって流体噴出口を有する１本以上のベンチュリ流路が形成されると共に前記第１気液供給孔と前記第２気液供給孔とが連通した気液供給孔が形成される立体構造であって、前記気液供給孔と前記1本以上のベンチュリ流路とがマニホールド状に連通された気液混合流体用の流体供給流路が形成される積層ブロックと、
前記積層ブロックの前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとを連結する連結手段と、を備え、
前記底面層用の溝有りブロックの前記流体導入部の溝の深さを前記ベンチュリ流路の深さよりも深くすると共に前記流体導入部の流体が突き当たる底面形状を円錐形状にしたことを特徴とする積層ベンチュリノズル。
【請求項2】
液体と気体とを個別に供給してマイクロバブルを発生するためのベンチュリ構造のノズルにおいて、両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共に前記ベンチュリ流路の基端部に第１液体供給孔が穿設され、前記スロート部の近傍に第１気体供給孔が穿設されると共に前記ブロックの表面に前記スロート部の出口直後と前記第１気体供給孔とを前記ベンチュリ流路を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度で接続する溝状の気体供給溝が形成された中間層用の溝有りブロックと、
両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共に前記ベンチュリ流路の基端部に前記第１液体供給孔と同径な溝状の液体導入部が形成され、前記スロート部の近傍に前記第１気体供給孔と同径な溝状の気体導入部が形成されると共に前記ブロックの表面に前記スロート部の出口直後と前記第１気体供給孔とを前記ベンチュリ流路を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度で接続する溝状の気体供給溝が形成された底面層用の溝有りブロックと、
両面が平坦な板状のブロックの前記第１液体供給孔に対応する位置に第２液体供給孔が形成されると共に前記第１気体供給孔に対応する位置に第２気体供給孔が形成された溝無しブロックと、
前記マイクロバブルの発生量に応じて前記溝無しブロックと前記底面層用の溝有りブロックとの間に前記中間層用の溝有りブロックをゼロ枚以上挟んで所定合計枚数積層されることにより、前記溝状のベンチュリ流路が管状流路になって流体噴出口を有する１本以上のベンチュリ流路が形成され、前記第１液体供給孔と前記第２液体供給孔とが連通した液体供給孔が形成され、前記第１気体供給孔と前記第２気体供給孔とが連通した気体供給孔が形成され、前記溝状の気体供給溝が管状流路になる立体構造であって、前記液体供給孔と前記1本以上のベンチュリ流路とがマニホールド状に連通された液体用の流体供給流路と前記気体供給孔と前記1本以上のベンチュリ流路とが前記気体供給溝を介してマニホールド状に連通された気体用の流体供給流路とが形成された積層ブロックと、
前記積層ブロックの前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとを連結する連結手段と、を備えたことを特徴とする積層ベンチュリノズル。
【請求項3】
前記溝無しブロックと前記底面層用の溝有りブロックとの間に前記中間層用の溝有りブロックをゼロ枚挟む請求項1又は２に記載の積層ベンチュリノズル。
【請求項4】
前記中間層用の溝有りブロック及び前記底面層用の溝有りブロックの表面には、前記溝状のベンチュリ流路が２本平行に形成されると共に、前記形成された２本のベンチュリ流路の前記流路縮小部の入口にそれぞれ連通するＹ溝状の２分岐流路が左右対称になるように形成され、前記２分岐流路の分岐位置に前記気液混合流体用の流体供給流路が連通される請求項１に記載の積層ベンチュリノズル。
【請求項5】
前記中間層用の溝有りブロック及び前記底面層用の溝有りブロックの表面には、前記溝状のベンチュリ流路が２本平行に形成されると共に、前記形成された２本のベンチュリ流路の前記流路縮小部の入口にそれぞれ連通するＹ溝状の２分岐流路が左右対称になるように形成され、前記２分岐流路の分岐位置に前記液体用の流体供給流路が連通される請求項２に記載の積層ベンチュリノズル。
【請求項6】
前記流体供給流路の途中に角張った部分や段差が形成されない請求項１から５の何れか１項に記載の積層ベンチュリノズル。
【請求項7】
前記積層ブロックは前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとが前記マイクロバブルの発生量に応じて３層以上積層されることにより２本以上のベンチュリ流路が形成された立体構造である請求項１から６の何れか１項に記載の積層ベンチュリノズル。
【請求項8】
前記ベンチュリ流路は断面形状が矩形に形成されると共に前記スロート部の矩形な縦幅及び横幅は１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であると共に長さは１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である請求項１から７の何れか１項に記載の積層ベンチュリノズル。
【請求項9】
前記底面層用の溝有りブロックの前記液体導入部の溝の深さを前記ベンチュリ流路の深さよりも深くすると共に前記液体導入部の液体が突き当たる底面形状を円錐形状にする請求項２に記載の積層ベンチュリノズル。
【請求項10】
マイクロバブル液を生成するマイクロバブル液生成装置において、前記マイクロバブル液を生成する液体を貯留する容器と、
前記容器の前記液体を抜き出して再び前記容器に戻す循環配管と、
前記循環配管の戻し位置に接続されると共に前記マイクロバブル液の流体噴出口が少なくとも前記容器の内部を臨んで設けられた請求項１から９の何れか１項に記載の積層ベンチュリノズルと、
前記循環配管に設けられた循環ポンプと、
前記循環配管の前記循環ポンプの上流側に設けられ、前記循環配管を流れる前記液体に気体を加圧溶解する加圧溶解装置と、
前記加圧溶解装置に気体供給配管を介して前記気体を供給する気体供給装置と、
前記気体供給配管から分岐すると共に前記気体供給装置から前記積層ベンチュリノズルに直接接続された気体分岐配管と、
前記気体供給配管と前記気体分岐配管との分岐位置に設けられ、前記気体供給装置からの気体を前記加圧溶解装置又は前記積層ベンチュリノズルに切り替える切替手段と、を備えたことを特徴とするマイクロバブル液生成装置。
【請求項11】
マイクロバブル液を生成するマイクロバブル液生成装置において、前記マイクロバブル液を生成する液体を貯留する容器と、
前記容器の前記液体を抜き出して再び前記容器に戻す循環配管と、
前記循環配管の戻し位置に接続されると共に前記マイクロバブル液の流体噴出口が少なくとも前記容器の内部を臨んで設けられた積層ベンチュリノズルと、
前記循環配管に設けられた循環ポンプと、
前記循環配管の前記循環ポンプの上流側に設けられ、前記循環配管を流れる前記液体に気体を加圧溶解する加圧溶解装置と、
前記加圧溶解装置に気体供給配管を介して前記気体を供給する気体供給装置と、
前記気体供給配管から分岐すると共に前記気体供給装置から前記積層ベンチュリノズルに直接接続された気体分岐配管と、
前記気体供給配管と前記気体分岐配管との分岐位置に設けられ、前記気体供給装置からの気体を前記加圧溶解装置又は前記積層ベンチュリノズルに切り替える切替手段と、を備え、
前記積層ベンチュリノズルは、
液体と気体とを予め混合した気液混合流体を供給してマイクロバブルを発生するためのベンチュリ構造のノズルにおいて、
両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共に前記ベンチュリ流路の基端部に第１気液供給孔が穿設された中間層用の溝有りブロックと、
両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共に前記ベンチュリ流路の基端部に前記第１気液供給孔と同径な溝状の流体導入部が形成された底面層用の溝有りブロックと、
両面が平坦な板状のブロックの前記第１気液供給孔に対応する位置に第２気液供給孔が穿設された溝無しブロックと、
前記マイクロバブルの発生量に応じて前記溝無しブロックと前記底面層用の溝有りブロックとの間に前記中間層用の溝有りブロックをゼロ枚以上挟んで所定合計枚数積層されることにより、前記溝状のベンチュリ流路が管状流路になって流体噴出口を有する１本以上のベンチュリ流路が形成されると共に前記第１気液供給孔と前記第２気液供給孔とが連通した気液供給孔が形成される立体構造であって、前記気液供給孔と前記1本以上のベンチュリ流路とがマニホールド状に連通された気液混合流体用の流体供給流路が形成される積層ブロックと、
前記積層ブロックの前記溝有りブロックと前記溝無しブロックとを連結する連結手段と、を備えたことを特徴とするマイクロバブル液生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は積層ベンチュリノズル及びマイクロバブル液生成装置に係り、特にベンチュリ構造によってマイクロバブルを発生させるための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、容器等に貯留された水等の液体中にマイクロバブル（直径１～１００μｍの気泡）を吹き込んでマイクロバブル液を得るマイクロバブル液生成装置は、工業、化学、医療、農業、水産等の色々な分野で用いられている。例えば、マイクロバブルは油汚れ等を強力に落とし、浮上分離させることができる洗浄作用があることから、半導体分野でのフォトレジスト除去、半導体ウエハの洗浄や廃水処理分野での油水分離等に使用されている。また、マイクロバブルは細菌やウイルスを強力に分解する殺菌作用があることから、医療や福祉分野での除菌、殺菌、マイクロバブル浴槽等に利用されている。
【0003】
更に、マイクロバブルの持つ生理活性作用により、魚介類が大きく美味しく育ったり、水耕栽培での植物の成長促進に役立ったりすることから、農業や水産分野では水産養殖、水耕栽培、微生物の活性化等に利用されている。
しかし、既存のマイクロバブル液の発生装置は高額であり、農業や水産分野あるいは廃水処理分野への適用が難しい。
しかし、既存のマイクロバブル液の発生装置は高額であり、農業や水産分野あるいは廃水処理分野への適用が難しい。
【0004】
マイクロバブル液生成装置において、マイクロバブルを発生させる方法としては、加圧溶解方式、剪断流方式、多孔質板方式、微細ニードル方式、ベンチュリ管方式等がある。これらの方式は一長一短があるが、ベンチュリ管方式は比較的簡単な構造であり、ベンチュリ管内に駆動部を必要としないでマイクロバブルを生成可能であることから、装置コスト的に低価格が可能であるという利点を有している(例えば特許文献１)。
【0005】
ベンチュリ管方式でマイクロバブルを発生する原理は、ベンチュリ管の最も細いスロート部（のど部とも言う）に気体（例えば空気、オゾン）を混入させた液体（例えば水）を音速に達する速度で通過させる。これにより、衝撃波が発生して気泡崩壊が起こりスロート部の下流側に微細気泡を得る方法である。
そして、マイクロバブル液生成装置で得られたマイクロバブル液の上記した洗浄作用、殺菌作用、生理活性作用はマイクロバブルの気泡径が小さいほど且つマイクロバブル液中のマイクロバブル濃度が大きいほど作用効果も大きくなる傾向にある。また、マイクロバブルの気泡径分布のバラツキが小さいほど作用効果が大きくなる傾向にある。
そして、マイクロバブル液生成装置で得られたマイクロバブル液の上記した洗浄作用、殺菌作用、生理活性作用はマイクロバブルの気泡径が小さいほど且つマイクロバブル液中のマイクロバブル濃度が大きいほど作用効果も大きくなる傾向にある。また、マイクロバブルの気泡径分布のバラツキが小さいほど作用効果が大きくなる傾向にある。
【0006】
ところで、ベンチュリ管方式でマイクロバブルを発生する場合、ベンチュリ管のスロート部の流路断面積が小さいほど気泡崩壊現象等を効果的に行い気泡径の小さなマイクロバブルを得ることができる。
しかしながら、ベンチュリ管における気泡微細化メカニズムは十分に解明されていない。即ち、気泡径が小さく且つ気泡径分布のバラツキの小さなマイクロバブルを多量に発生するには、ベンチュリ管をどのように設計するのが良いかに関して十分に解明されていないのが実情である。
しかしながら、ベンチュリ管における気泡微細化メカニズムは十分に解明されていない。即ち、気泡径が小さく且つ気泡径分布のバラツキの小さなマイクロバブルを多量に発生するには、ベンチュリ管をどのように設計するのが良いかに関して十分に解明されていないのが実情である。
【0007】
例えば、単独のベンチュリ管でスロート部の流路断面積を小さくすると、小さい気泡径のマイクロバブルを得ることはできるが、気泡発生量が少なくなる。したがって、単独のベンチュリ管でマイクロバブル液生成装置を構成すると、マイクロバブル液中のマイクロバブル濃度を十分に得ることができない。逆に、スロート部の流路断面積を大きくした単独のベンチュリ管でマイクロバブル液生成装置を構成すると気泡発生量は大きくなるが、小さい気泡径のマイクロバブルを得ることができない。
【0008】
即ち、単独のベンチュリ管の場合には、気泡径の小さなマイクロバブルを得ることと、気泡発生量を大きくすることとの両方を満足できないという問題がある。この問題の解決策として、ベンチュリ管の本数を増やすことで対応することが考えられる。ベンチュリ管の本数を増やした気泡発生器としては特許文献２がある。
【0009】
特許文献２の特許請求の範囲には、気体が溶解した液体を減圧する絞り部を有する入口流路と、該入口流路の終端に接続されて入口流路と同軸の円板状に形成される分配流路と、該分配流路の外周側にそれぞれ接続されて該分配流路の軸周りに配列される複数の出口流路（ベンチュリ流路に相当）とを備え、各出口流路から気泡を含む液体をそれぞれ流出させる気泡発生器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開２０１６－７３９３９号公報
【文献】特開２００８－１６１８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、ベンチュリ管の本数を増やした特許文献２の気泡発生器は次の問題がある。
【0012】
（１）ベンチュリ管の流路形状は流路断面積が縮小する流路縮小部と流路断面積が拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する形状である。したがって、特許文献２のようにブロックに複数本（６本）の孔を刳り貫くことで複数本のベンチュリ管を製造する方式では、全く同じ形状及び同じ流路断面積に高精度でベンチュリ流路を製作することが難しい。複数本のベンチュリ管の形状や流路断面積にバラツキがあると、マイクロバブルの気泡径、気泡径分布、及び気泡発生量においてベンチュリ管ごとにバラツキが発生し易い。
【0013】
（２）また、特許文献２の場合、６本のベンチュリ流路である出口流路が気液混合流体を供給するための入口流路の軸芯周りに等間隔で配置され、入口流路から供給された気液混合流体は入口流路の軸芯と同軸な円板状の分配流路を介して６本の出口流路に分配される。このような構造の場合、出口流路と分配流路とは１つの部材に一体的に形成することはできても、孔を刳り貫くことで入口流路と分配流路と出口流路とを１つの部材に一体的に形成することはできない。特許文献２の図２から図４を見ても、分配流路と出口流路とは１つの部材に形成されているが、入口流路は別の部材に形成している。したがって、特許文献２のような気泡発生器の構造は、製作工程が多くなると共に構成部材の部品点数が多くなる。また、気泡発生器のサイズも大きくなり易い。
【0014】
（３）また、特許文献２の場合、ベンチュリ流路である出口流路の前段に、気体が溶解した液体を減圧する絞り部を有する入口流路と、該入口流路の終端に接続されて入口流路と同軸の円板状に形成される分配流路とを有し、気体が溶解した液体が流れる流路の流路断面積が入口流路で一度縮小した後、分配流路で拡大してから出口流路（ベンチュリ流路）に流入する。即ち、入口流路、分配流路、及び出口流路の３か所で気泡を発生する構造になっていると、マイクロバブルを製造可能なベンチュリ管である出口流路での気泡発生量を制御し難いだけでなく、気泡径分布を小さく制御し難いという欠点がある。
【0015】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、装置コスト的に低価格が可能なベンチュリ構造を用いて、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを大きな気泡発生量で得ることができると共にベンチュリ流路で発生させるマイクロバブルの気泡径分布及び気泡発生量を精度良く制御でき、しかも製作工程が少ないと共に構成部材の部品点数が少なく、サイズも小さな積層ベンチュリノズル及びマイクロバブル液発生装置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】
【0016】
本発明の積層ベンチュリノズルは、前記目的を達成するために、液体と気体とを予め混合した気液混合流体を供給してマイクロバブルを発生するためのベンチュリ構造のノズルにおいて、両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共に前記ベンチュリ流路の基端部に第１気液供給孔が穿設された中間層用の溝有りブロックと、両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共にベンチュリ流路の基端部に第１気液供給孔と同径な溝状の流体導入部が形成された底面層用の溝有りブロックと、両面が平坦な板状のブロックの第１気液供給孔に対応する位置に第２気液供給孔が穿設された溝無しブロックと、マイクロバブルの発生量に応じて溝無しブロックと底面層用の溝有りブロックとの間に中間層用の溝有りブロックをゼロ枚以上挟んで所定合計枚数積層されることにより、溝状のベンチュリ流路が管状流路になって流体噴出口を有する１本以上のベンチュリ流路が形成されると共に第１気液供給孔と第２気液供給孔とが連通した気液供給孔が形成される立体構造であって、気液供給孔と1本以上のベンチュリ流路とがマニホールド状に連通された気液混合流体用の流体供給流路が形成される積層ブロックと、積層ブロックの溝有りブロックと溝無しブロックとを連結する連結手段と、を備えたことを特徴とする。
【0017】
ここで、ベンチュリ流路の「基端部」とは、ベンチュリ流路の流体噴出口の反対側で、ベンチュリ流路を流れる流体の流れ方向から見てベンチュリ流路の最も下流位置を言う。また、「ゼロ枚以上」とは、中間層用の溝有りブロックを使用しない場合をゼロとする意味である。また、「所定合計枚数」とは、積層ブロックを構成する溝有りブロックの枚数と溝無しブロックの枚数の合計枚数を言い、積層ベンチュリノズルの気泡発生量に応じて溝有りブロックの必要枚数と溝無しブロックの必要枚数を適宜決定する。
【0018】
本発明の積層ベンチュリノズルは、中間層用や底面層用の溝有りブロックと溝無しブロックとを積層させて積層ブロックを形成することで、ベンチュリ流路を増やしたり減らしたりする構造であるが故の特徴を生かして流体供給流路を形成するようにしたものである。即ち、マイクロバブルの発生量に応じて、溝有りブロックと溝無しブロックとを所定合計枚数積層して積層ブロックを形成するだけで、ベンチュリ流路の本数を増やしたり減らしたりできるだけでなく、ベンチュリ流路に供給する気液混合流体用の流体供給流路もベンチュリ流路の本数に合わせて一緒に形成することができる。
【0019】
また、板状の溝有りブロックの表面に溝を形成する方法でベンチュリ流路を形成すると共に溝有りブロックと溝無しブロックとに孔を穿設することで流体供給流路を形成するので、ベンチュリ流路の形成や流体供給流路の形成に高精度加工を行い易い切削加工法を使用できる。これにより、積層ブロックに形成するベンチュリ流路の本数をマルチ化（ベンチュリ流路の本数を増やすこと）してもベンチュリ流路や流体供給流路を高精度に製作することができる。したがって、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを大きな気泡発生量で得ることができる。
また、流体供給流路を積層ブロックにベンチュリ流路と一体的に組み込むことができるので、積層ベンチュリノズルを製作する製作工程が少ないと共に構成部材の部品点数が少なく、装置本体のサイズも小さくなる。
また、流体供給流路を積層ブロックにベンチュリ流路と一体的に組み込むことができるので、積層ベンチュリノズルを製作する製作工程が少ないと共に構成部材の部品点数が少なく、装置本体のサイズも小さくなる。
【0020】
これらの特徴により、装置コスト的に低価格が可能なベンチュリ構造を用いて、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを大きな気泡発生量で得ることができると共にベンチュリ流路で発生させるマイクロバブルの気泡径分布及び気泡発生量を精度良く制御でき、しかも製作工程が少ないと共に構成部材の部品点数が少なく、サイズも小さな積層ベンチュリノズルを提供することができる。
【0021】
本発明の積層ベンチュリノズルは、前記目的を達成するために、液体と気体とを個別に供給してマイクロバブルを発生するためのベンチュリ構造のノズルにおいて、両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共にベンチュリ流路の基端部に第１液体供給孔が穿設され、スロート部の近傍に第１気体供給孔が穿設されると共にブロックの表面にスロート部の出口直後と第１気体供給孔とをベンチュリ流路を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度で接続する溝状の気体供給溝が形成された中間層用の溝有りブロックと、両面が平坦な板状のブロックの表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部と拡大する流路拡大部との間に流路断面積が最も小さいスロート部を有する少なくとも１本の溝状のベンチュリ流路が形成されると共にベンチュリ流路の基端部に第１液体供給孔と同径な溝状の液体導入部が形成され、スロート部の近傍に第１気体供給孔と同径な溝状の気体導入部が形成されると共にブロックの表面にスロート部の出口直後と第１気体供給孔とをベンチュリ流路を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度で接続する溝状の気体供給溝が形成された底面層用の溝有りブロックと、両面が平坦な板状のブロックの前記第１液体供給孔に対応する位置に第２液体供給孔が形成されると共に第１気体供給孔に対応する位置に第２気体供給孔が形成された溝無しブロックと、マイクロバブルの発生量に応じて溝無しブロックと底面層用の溝有りブロックとの間に中間層用の溝有りブロックをゼロ枚以上挟んで所定合計枚数積層されることにより、溝状のベンチュリ流路が管状流路になって流体噴出口を有する１本以上のベンチュリ流路が形成され、第１液体供給孔と第２液体供給孔とが連通した液体供給孔が形成され、第１気体供給孔と前記第２気体供給孔とが連通した気体供給孔が形成され、溝状の気体供給溝が管状流路になる立体構造であって、液体供給孔と1本以上のベンチュリ流路とがマニホールド状に連通された液体用の流体供給流路と気体供給孔と1本以上のベンチュリ流路とが気体供給溝を介してマニホールド状に連通された気体用の流体供給流路とが形成された積層ブロックと、積層ブロックの溝有りブロックと溝無しブロックとを連結する連結手段と、を備えたことを特徴とする。
【0022】
本発明の積層ベンチュリノズルは、基本的な構成は上記した気液混合流体を供給してマイクロバブルを発生する場合と同様であるが、液体と気体とを個別に供給してマイクロバブルを発生できるように、積層ブロックに液体用の流体供給流路と気体用の流体供給流路が形成されるようにしたものである。
このように、液体と気体とを個別に供給してマイクロバブルを発生できるようにすることで、腐食性の気体（例えばオゾン）を使用する場合であっても液体ルートに設けられた機器類等を腐食させることがないと共に、上記した気液混合流体の場合と同様の効果を奏することができる。
このように、液体と気体とを個別に供給してマイクロバブルを発生できるようにすることで、腐食性の気体（例えばオゾン）を使用する場合であっても液体ルートに設けられた機器類等を腐食させることがないと共に、上記した気液混合流体の場合と同様の効果を奏することができる。
【0023】
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、溝無しブロックと底面層用の溝有りブロックとの間に前記中間層用の溝有りブロックをゼロ枚挟む態様を取ることができる。これにより、本発明の積層ベンチュリノズルを最もシンプルに構成することができる。
【0024】
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、底面層用の溝有りブロックに代えて溝無しブロックを使用することが好ましい。これにより、積層ブロックの両面から気液混合流体（又は液体と気体）を供給することができるので、ベンチュリ流路の本数をマルチ化してもベンチュリ流路ごとに供給する気液混合流体を均等化することができる。
【0025】
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、中間層用及び前記底面層用の溝有りブロックの表面には、溝状のベンチュリ流路が２本平行に形成されると共に、形成された２本のベンチュリ流路の流路縮小部の入口にそれぞれ連通するＹ溝状の２分岐流路が左右対称になるように形成され、前記２分岐流路の分岐位置に気液混合流体用の流体供給流路が連通されることが好ましい。
溝有りブロックに形成されるベンチュリ流路は１本以上であればよいが、２本にすることでマイクロバブル発生量を増加することができる。このように、１枚の溝有りブロックに２本の平行な溝状のベンチュリ流路とＹ溝状の２分岐流路が左右対称になるように形成することでマイクロバブルの発生量を増加できるだけでなく、この場合も上記のように高精度加工を行い易い切削加工で形成できるので、ベンチュリ流路の本数をマルチ化しても形状やスロート部の流路断面積等にバラツキが生じ難い。また、２本の平行なベンチュリ流路にＹ溝状の２分岐流路が左右対称になるように形成されると共に、２分岐流路の分岐位置に流体供給流路が連通されるようにしたので、２本のベンチュリ流路に均等に気液混合流体を供給できる。
溝有りブロックに形成されるベンチュリ流路は１本以上であればよいが、２本にすることでマイクロバブル発生量を増加することができる。このように、１枚の溝有りブロックに２本の平行な溝状のベンチュリ流路とＹ溝状の２分岐流路が左右対称になるように形成することでマイクロバブルの発生量を増加できるだけでなく、この場合も上記のように高精度加工を行い易い切削加工で形成できるので、ベンチュリ流路の本数をマルチ化しても形状やスロート部の流路断面積等にバラツキが生じ難い。また、２本の平行なベンチュリ流路にＹ溝状の２分岐流路が左右対称になるように形成されると共に、２分岐流路の分岐位置に流体供給流路が連通されるようにしたので、２本のベンチュリ流路に均等に気液混合流体を供給できる。
【0026】
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、中間層用及び前記底面層用の溝有りブロックの表面には、溝状のベンチュリ流路が２本平行に形成されると共に、形成された２本のベンチュリ流路の流路縮小部の入口にそれぞれ連通するＹ溝状の２分岐流路が左右対称になるように形成され、２分岐流路の分岐位置に液体用の流体供給流路が連通されることが好ましい。これは、液体と気体とを個別にベンチュリ流路に供給する場合であり、この場合にも溝有りブロックに２本のベンチュリ流路を形成することが好ましい。
【0027】
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、流体供給流路の途中に角張った部分や段差が形成されないことが好ましい。流体供給流路の途中に角張った部分や段差が形成されると、ベンチュリ流路の前段で気泡が発生する恐れがあり、マイクロバブルの気泡径分布や気泡発生量を制御しづらくなる。
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、積層ブロックは溝有りブロックと溝無しブロックとがマイクロバブルの発生量に応じて３層以上積層されることにより２本以上のベンチュリ流路が形成された立体構造であることが好ましい。本発明の積層ベンチュリノズルは、積層ブロックの積層枚数が多い方が特徴を生かし易いからである。
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、積層ブロックは溝有りブロックと溝無しブロックとがマイクロバブルの発生量に応じて３層以上積層されることにより２本以上のベンチュリ流路が形成された立体構造であることが好ましい。本発明の積層ベンチュリノズルは、積層ブロックの積層枚数が多い方が特徴を生かし易いからである。
【0028】
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、ベンチュリ流路は断面形状が矩形に形成されると共にスロート部の矩形な縦幅及び横幅は１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であると共に長さは１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。
これは、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを大きな気泡発生量で得るためのスロート部の好ましい形状と寸法を示したものである。
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、底面層用の溝有りブロックの流体導入部の溝の深さをベンチュリ流路の深さよりも深くすると共に流体導入部の流体が突き当たる底面形状を円錐形状にすることが好ましい。これにより、流体抵抗が小さくなるので、流体供給量を増量することができる。
これは、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを大きな気泡発生量で得るためのスロート部の好ましい形状と寸法を示したものである。
本発明の積層ベンチュリノズルの態様によれば、底面層用の溝有りブロックの流体導入部の溝の深さをベンチュリ流路の深さよりも深くすると共に流体導入部の流体が突き当たる底面形状を円錐形状にすることが好ましい。これにより、流体抵抗が小さくなるので、流体供給量を増量することができる。
【0029】
本発明のマイクロバブル液生成装置は、マイクロバブル液を生成するマイクロバブル液生成装置において、マイクロバブル液を生成する液体を貯留する容器と、容器の前記液体を抜き出して再び容器に戻す循環配管と、循環配管の戻し位置に接続されると共にマイクロバブル液の流体噴出口が少なくとも容器の内部を臨んで設けられた上記積層ベンチュリノズルと、循環配管に設けられた循環ポンプと、循環配管の循環ポンプの上流側に設けられ、循環配管を流れる液体に気体を加圧溶解する加圧溶解装置と、加圧溶解装置に気体供給配管を介して気体を供給する気体供給装置と、気体供給配管から分岐すると共に気体供給装置から積層ベンチュリノズルに直接接続された気体分岐配管と、気体供給配管と気体分岐配管との分岐位置に設けられ、気体供給装置からの気体を加圧溶解装置又は積層ベンチュリノズルに切り替える切替手段と、を備えたことを特徴とする。
【0030】
本発明のマイクロバブル液生成装置によれば、本発明の積層ベンチュリノズルを用いるようにしたので、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを大きな気泡発生量で得ることができると共にベンチュリ流路で発生させるマイクロバブルの気泡径分布及び気泡発生量を精度良く制御できる。これにより、容器内においてマイクロバブルが多量に存在するマイクロバブル液を効率的に製造することができる。また、切替手段で気体供給装置からの気体を加圧溶解装置又は積層ベンチュリノズルに切り替えるようにしたので、気液混合流体を積層ベンチュリノズルに供給する場合と、液体と気体とを個別にベンチュリ流路に供給する場合とを簡単に切り替えることができる。
【発明の効果】
【0031】
本発明の積層ベンチュリノズルによれば、装置コスト的に低価格が可能なベンチュリ構造を用いて、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを大きな気泡発生量で得ることができると共にベンチュリ流路で発生させるマイクロバブルの気泡径分布及び気泡発生量を精度良く制御でき、しかも製作工程が少ないと共に構成部材の部品点数が少なく、サイズも小さな積層ベンチュリノズル及びその製作方法を提供することができる。
また、本発明のマイクロバブル液生成装置によれば、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを液体に多量に吹き込んだマイクロバブル液を生成できる。
また、本発明のマイクロバブル液生成装置によれば、気泡径及び気泡径分布が小さなマイクロバブルを液体に多量に吹き込んだマイクロバブル液を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の積層ベンチュリノズルの実施例１の全体構成を説明する説明図
【図2】積層ベンチュリノズルの実施例１の溝有りブロックと溝無しブロックの斜視図
【図3】積層ベンチュリノズルの実施例１の積層ブロックの分解図
【図5】実施例１において積層ブロックの片面に気液混合流体を供給する場合の側面図
【図6】積層ブロックの流体供給流路の途中に段差が形成される場合の説明図
【図7】積層ブロックの流体供給流路に設けた付属管の説明図
【図8】積層ベンチュリノズルの実施例１において積層ブロックの両面に流体供給口を形成した側面図
【図9】ベンチュリ構造でマイクロバブルを発生させるメカニズムの説明図
【図10】本発明の積層ベンチュリノズルの実施例２の全体構成を説明する説明図
【図11】積層ベンチュリノズルの実施例２の溝有りブロックと溝無しブロックの斜視図
【図12】実施例２において積層ブロックの片面に液体と気体とを個別に供給する場合の側面図
【図13】実施例２において積層ブロックの両面に液体と気体とを個別に供給する場合の側面図
【図14】本発明の積層ベンチュリノズルの実施例３の全体構成を説明する説明図
【図15】積層ベンチュリノズルの実施例３の溝有りブロックと溝無しブロックの斜視図
【図16】積層ベンチュリノズルの実施例３の積層ブロックの分解図
【図18】本発明の積層ベンチュリノズルの実施例４の全体構成を説明する説明図
【図19】積層ベンチュリノズルの実施例４の溝有りブロックと溝無しブロックの斜視図
【図20】底面層用の溝有りブロックの流体導入部の別態様を説明する説明図
【図21】マイクロバブル液生成装置の全体構成を説明する説明図
【図22】実験１及び実験２で使用した積層ベンチュリノズル及びコントロールのベンチュリノズルの説明図
【図23】実験１及び実験２の気泡径の結果を示した表図
【図24】実施例１の積層ベンチュリノズルについての気泡径の測定グラフ
【図25】コントロールのベンチュリノズルについての気泡径の測定グラフ
【図26】実施例２の積層ベンチュリノズルについての気泡径の測定グラフ
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下添付図面に従って、本発明に係る積層ベンチュリノズル及びマイクロバブル液生成装置の好ましい実施の形態について詳述する。
【0034】
[積層ベンチュリノズル]
本発明の実施の形態の積層ベンチュリノズル１０は、マイクロバブルの発生量に応じて溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とを所定合計枚数積層して積層ブロック１６を形成するという極めて簡単な方法で、積層ブロック１６にベンチュリ流路２０とマイクロバブルを発生させる流体を供給する気液混合流体用の流体供給流路１５、液体用の流体供給流路３３、気体用の流体供給流路３５とが形成されるようにすることで、マイクロバブル発生量（ベンチュリ流路２０の本数と同義）を自由に可変できるようにしたものである。なお、説明において、気液混合流体用の流体供給流路１５、液体用の流体供給流路３３、気体用の流体供給流路３５のいずれにも適用される場合には、単に流体供給流路１５、３３、３５と言う場合もある。
本発明の実施の形態の積層ベンチュリノズル１０は、マイクロバブルの発生量に応じて溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とを所定合計枚数積層して積層ブロック１６を形成するという極めて簡単な方法で、積層ブロック１６にベンチュリ流路２０とマイクロバブルを発生させる流体を供給する気液混合流体用の流体供給流路１５、液体用の流体供給流路３３、気体用の流体供給流路３５とが形成されるようにすることで、マイクロバブル発生量（ベンチュリ流路２０の本数と同義）を自由に可変できるようにしたものである。なお、説明において、気液混合流体用の流体供給流路１５、液体用の流体供給流路３３、気体用の流体供給流路３５のいずれにも適用される場合には、単に流体供給流路１５、３３、３５と言う場合もある。
【0035】
ここで、「所定合計枚数」とは、積層ブロック１６を構成する溝有りブロック１２の枚数と溝無しブロック１４の枚数の合計枚数を言い、積層ベンチュリノズル１０のマイクロバブル発生量に応じて溝有りブロック１２の必要枚数と溝無しブロック１４の必要枚数を適宜決定する。
【0036】
また、溝有りブロック１２に形成されるベンチュリ流路２０の本数は１本に限定されず複数本でもよいが、本実施の形態では１本の場合と２本の場合で説明する。
【0037】
また、マイクロバブルを発生させるための液体と気体とを積層ブロック１６のベンチュリ流路２０に供給する流体供給方法の態様としては、液体と気体とを積層ベンチュリノズル１０の前段で予め混合した気液混合流体をベンチュリ流路２０に供給する場合（以下、気液混合態様と言う）と、液体と気体とを個別にベンチュリ流路２０に直接的に供給する場合（以下、気液個別態様と言う）とがあり、それぞれについて説明する。
【0038】
したがって、以下の説明では、次の４つの積層ベンチュリノズル１０の実施例に分けて説明する。
実施例１…溝有りブロック１２に１本のベンチュリ流路２０を形成すると共に、ベンチュリ流路２０に気液混合態様で流体を供給するケース。
実施例２…溝有りブロック１２に１本のベンチュリ流路２０を形成すると共に、ベンチュリ流路２０に気液個別態様で流体を供給するケース。
実施例３…溝有りブロック１２に２本のベンチュリ流路２０を形成すると共に、ベンチュリ流路２０に気液混合態様で流体を供給するケース。
実施例４…溝有りブロック１２に２本のベンチュリ流路２０を形成すると共に、ベンチュリ流路２０に気液個別態様で流体を供給するケース。
実施例１…溝有りブロック１２に１本のベンチュリ流路２０を形成すると共に、ベンチュリ流路２０に気液混合態様で流体を供給するケース。
実施例２…溝有りブロック１２に１本のベンチュリ流路２０を形成すると共に、ベンチュリ流路２０に気液個別態様で流体を供給するケース。
実施例３…溝有りブロック１２に２本のベンチュリ流路２０を形成すると共に、ベンチュリ流路２０に気液混合態様で流体を供給するケース。
実施例４…溝有りブロック１２に２本のベンチュリ流路２０を形成すると共に、ベンチュリ流路２０に気液個別態様で流体を供給するケース。
【0039】
[積層ベンチュリノズルの実施例１]
図１の（Ａ）は本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例１を上から見た平面図であり、（Ｂ）は積層ベンチュリノズル１０を前側（流体を噴出する流体噴出口２０Ｄの側）から見た正面図であり、（Ｃ）はスロート部２０Ｃの部分拡大図である。また、図２は２種類の溝有りブロック１２（１２Ａ、１２Ｂ）と溝無しブロック１４の斜視図であり、（Ａ）は中間層用の溝有りブロック１２Ａ、（Ｂ）は底面層用の溝有りブロック１２Ｂ、（Ｃ）は溝無しブロック１４である。なお、図１の符号Ｍはベンチュリ流路２０の軸芯線である。
図１の（Ａ）は本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例１を上から見た平面図であり、（Ｂ）は積層ベンチュリノズル１０を前側（流体を噴出する流体噴出口２０Ｄの側）から見た正面図であり、（Ｃ）はスロート部２０Ｃの部分拡大図である。また、図２は２種類の溝有りブロック１２（１２Ａ、１２Ｂ）と溝無しブロック１４の斜視図であり、（Ａ）は中間層用の溝有りブロック１２Ａ、（Ｂ）は底面層用の溝有りブロック１２Ｂ、（Ｃ）は溝無しブロック１４である。なお、図１の符号Ｍはベンチュリ流路２０の軸芯線である。
【0040】
上記した２種類の溝有りブロック１２のうち、中間層用の溝有りブロック１２Ａは、溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とを積層して積層ブロック１６を形成する際に積層ブロック１６の中間層に配置され、底面層用の溝有りブロック１２Ｂは積層ブロック１６の底面層（溝無しブロック１４の反対側）に配置される。
【0041】
なお、以下の説明において、特に中間層用の溝有りブロック１２Ａと底面層用の溝有りブロック１２Ｂと区別して説明する必要のない場合には単に溝有りブロック１２という。また、積層ブロック１６やベンチュリ流路２０の前側（又は先端側）及び後側(基端側)とは、ベンチュリ流路２０を流れる流体の流れ方向から見た下流側を前側とし、上流側を後側と言うことにする。
【0042】
図１及び図２に示すように、積層ベンチュリノズル１０の実施例１は、主として中間層用の溝有りブロック１２Ａと、底面層用の溝有りブロック１２Ｂと、溝無しブロック１４と、溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とが所定合計枚数積層された積層ブロック１６と、積層ブロック１６を構成する溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とを連結する連結手段１７と、で構成される。
【0043】
<中間層用の溝有りブロック>
図２の（Ａ）に示すように、中間層用の溝有りブロック１２Ａは、両面が平坦で四角形な板状のブロック表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部２０Ａと流路断面積が拡大する流路拡大部２０Ｂとの間に流路断面積が最も小さいスロート部２０Ｃを有する１本の溝状のベンチュリ流路２０が形成される。
図２の（Ａ）に示すように、中間層用の溝有りブロック１２Ａは、両面が平坦で四角形な板状のブロック表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部２０Ａと流路断面積が拡大する流路拡大部２０Ｂとの間に流路断面積が最も小さいスロート部２０Ｃを有する１本の溝状のベンチュリ流路２０が形成される。
【0044】
溝有りブロック１２に形成する溝状のベンチュリ流路２０の溝形状としては、図１の（Ｂ）の流体噴出口２０Ｄの形状から分かるように、正方形又は長方形の矩形であることが好ましい。切削加工によってベンチュリ流路２０を形成する際に、流路断面積が縮小する流路縮小部２０Ａと流路断面積が拡大する流路拡大部２０Ｂとの間に流路断面積が最も小さいスロート部２０Ｃを有するベンチュリ流路２０を、矩形以外の他の溝形状に形成するよりも矩形で溝形状に形成する方が高精度に切削加工できる。
【0045】
また、ベンチュリ流路２０の流路拡大部２０Ｂの先端は、積層ブロック１６を形成したときに流体噴出口２０Ｄを形成するように外部に連通している。そして、ベンチュリ流路２０の流路縮小部２０Ａの流路が縮小し始めるベンチュリ流路２０の基端部（流体噴出口２０Ｄの反対側）には、ベンチュリ流路２０と同じ溝深さに形成された円板溝状の流体導入部２０Ｅが形成される。この円板溝状の流体導入部２０Ｅに、流体導入部２０Ｅと同径な第１気液供給孔１３Ａ（貫通孔）を穿設する。したがって、流体導入部２０Ｅと第１気液供給孔１３Ａとが兼用された形になる。更に、中間層用の溝有りブロック１２Ａの４角位置にはボルト孔２４が形成される。
【0046】
（底面層用の溝有りブロック）
図２の（Ｂ）に示すように、底面層用の溝有りブロック１２Ｂは、ベンチュリ流路２０の基端部に形成された円板溝状の流体導入部２０Ｅに第１気液供給孔１３Ａが穿設されない点で図２の（Ａ）の中間層用の溝有りブロック１２Ａと異なるが、他の点は同一である。
図２の（Ｂ）に示すように、底面層用の溝有りブロック１２Ｂは、ベンチュリ流路２０の基端部に形成された円板溝状の流体導入部２０Ｅに第１気液供給孔１３Ａが穿設されない点で図２の（Ａ）の中間層用の溝有りブロック１２Ａと異なるが、他の点は同一である。
【0047】
<溝無しブロック>
図２の（Ｃ）に示すように、溝無しブロック１４は、両面が平坦で四角形な板状に形成されると共に溝有りブロック１２と同じ大きさに形成される。また、中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１気液供給孔１３Ａに対応する溝無しブロック１４の位置には第２気液供給孔１３Ｂ（貫通孔）が穿設される。また、第２気液供給孔１３Ｂには雌ネジ１４Ａが刻設される。更に、溝無しブロック１４の４角位置には、溝有りブロック１２の４角に形成したボルト孔２４と対応するボルト孔２４が形成される。
図２の（Ｃ）に示すように、溝無しブロック１４は、両面が平坦で四角形な板状に形成されると共に溝有りブロック１２と同じ大きさに形成される。また、中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１気液供給孔１３Ａに対応する溝無しブロック１４の位置には第２気液供給孔１３Ｂ（貫通孔）が穿設される。また、第２気液供給孔１３Ｂには雌ネジ１４Ａが刻設される。更に、溝無しブロック１４の４角位置には、溝有りブロック１２の４角に形成したボルト孔２４と対応するボルト孔２４が形成される。
【0048】
（積層ブロック及び連結手段）
図３は積層ベンチュリノズル１０の実施例１において、４層構造の積層ブロック１６をブロックごとに分解した分解図であり、図４は図３の組立完成図である。また、図５は、図４の積層ベンチュリノズル１０の実施例１の側面図であり、積層ブロック１６の片面に気液混合流体を積層ブロック１６に供給する気液供給配管１８Ａを連結したものである。
図３は積層ベンチュリノズル１０の実施例１において、４層構造の積層ブロック１６をブロックごとに分解した分解図であり、図４は図３の組立完成図である。また、図５は、図４の積層ベンチュリノズル１０の実施例１の側面図であり、積層ブロック１６の片面に気液混合流体を積層ブロック１６に供給する気液供給配管１８Ａを連結したものである。
【0049】
図３～図５に示すように、積層ブロック１６は、１枚の溝無しブロック１４と１枚の底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａが挟まれることにより、４層構造で３本のベンチュリ流路２０が形成されるように積層される。そして、積層された１枚の溝無しブロック１４と３枚の溝有りブロック１２とのボルト孔２４にボルト１７Ａを通してナット１７Ｂで締め付けることにより、１枚の溝無しブロック１４と３枚の溝有りブロック１２とを連結する。
【0050】
これにより、図４に示すように、本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例１が組み立てられる。そして、図５に示すように、積層ブロック１６における溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂの雌ネジ１４Ａに、気液混合流体を供給する気液供給配管１８Ａの先端部に形成された雄ネジ２３を螺合する。これにより、積層ベンチュリノズル１０の実施例１に気液供給配管１８Ａが接続される。
【0051】
なお、図３～図５では、連結手段１７としてボルト１７Ａとナット１７Ｂとで着脱できる例で示したが、溝無しブロック１４と溝有りブロック１２とを連結できればどのような連結手段でもよく、着脱せずに固定的に連結する方式の連結手段１７でもよい。
【0052】
また、本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例１では、積層ブロック１６の所定合計枚数としてブロック４枚の４層構造の場合で説明したが、４層構造に限定するものではなく、発生させるマイクロバブル発生量（ベンチュリ流路２０の本数）に応じて適宜変えることができる。
【0053】
例えば、積層ブロック１６は１枚の底面層用の溝有りブロック１２Ｂと１枚の溝無しブロック１４とを積層した２層構造とすることで、１本のベンチュリ流路２０を形成することもできる。しかし、積層ブロック１６は溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とがマイクロバブル発生量に応じて３層以上積層されることにより２本以上のベンチュリ流路２０が形成された立体構造であることが好ましい。溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とを積層して積層ブロック１６を形成するだけでマイクロバブル発生量（ベンチュリ流路２０の本数）を簡単に変えることができる本発明の積層ベンチュリノズル１０の特徴は、３層以上積層して２本以上のベンチュリ流路２０を形成することによって一層発揮される。
【0054】
<流体供給流路>
気液混合流体用の流体供給流路１５は、積層ブロック１６を形成することにより自動的に形成される。即ち、図３の中心線Ｘで示すように、溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂの中心と、中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１気液供給孔１３Ａの中心と、底面層用の溝有りブロック１２Ｂの円板溝状の流体導入部２０Ｅの中心とは一致する。したがって、１枚の溝無しブロック１４と１枚の底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａを挟むように積層することにより、２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成された第１気液供給孔１３Ａと溝無しブロック１４に形成された第２気液供給孔１３Ｂとが連通して気液供給孔１３を形成する。この場合、図２の（Ｂ）の底面層用の溝有りブロック１２Ｂに形成された円板溝状の流体導入部２０Ｅは気液供給孔１３の流路突当りを形成する。これにより、積層ブロック１６の内部には、積層ブロック１６の片面（溝無しブロック１４の面）に流体供給口２１を有し、気液供給孔１３と３本のベンチュリ流路２０とがマニホールド状に連通された気液混合流体用の流体供給流路１５が形成される。
気液混合流体用の流体供給流路１５は、積層ブロック１６を形成することにより自動的に形成される。即ち、図３の中心線Ｘで示すように、溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂの中心と、中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１気液供給孔１３Ａの中心と、底面層用の溝有りブロック１２Ｂの円板溝状の流体導入部２０Ｅの中心とは一致する。したがって、１枚の溝無しブロック１４と１枚の底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａを挟むように積層することにより、２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成された第１気液供給孔１３Ａと溝無しブロック１４に形成された第２気液供給孔１３Ｂとが連通して気液供給孔１３を形成する。この場合、図２の（Ｂ）の底面層用の溝有りブロック１２Ｂに形成された円板溝状の流体導入部２０Ｅは気液供給孔１３の流路突当りを形成する。これにより、積層ブロック１６の内部には、積層ブロック１６の片面（溝無しブロック１４の面）に流体供給口２１を有し、気液供給孔１３と３本のベンチュリ流路２０とがマニホールド状に連通された気液混合流体用の流体供給流路１５が形成される。
【0055】
即ち、中間層用の溝有りブロック１２Ａと溝無しブロック１４とに個々に形成した第１気液供給孔１３Ａと第２気液供給孔１３Ｂとが、積層ブロック１６の形成によって１つの気液供給孔１３になることで、積層ブロック１６の内部に気液混合流体が流れる流体供給流路１５を自動的に形成することができる。
【0056】
このことから、孔を意味する気液供給孔１３と流路を意味する気液混合流体用の流体供給流路１５との２つの言葉を使用したが、気液供給孔１３と流体供給流路１５とは同義である。
【0057】
また、図５に示すように、気液供給配管１８Ａの雄ネジ２３と溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂの雌ネジ１４Ａとが確実に螺合して接続されるように、溝無しブロック１４の厚みＧ１が溝有りブロック１２の厚みＧ２よりも厚くなるように形成することが好ましい。例えば、溝無しブロック１４の厚みＧ１は溝有りブロック１２の厚みＧ２の１．５倍から２．０倍程度であることが好ましい。
【0058】
更には、図１及び図５に示すように、溝無しブロック１４に形成される第２気液供給孔１３Ｂの直径Ｄ１は、中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成される第１気液供給孔１３Ａの直径Ｄ２（円板溝状に形成された流体導入部２０Ｅの直径も同じ）よりも大きく形成されることが好ましい。これにより、積層ブロック１６に気液供給配管１８Ａを接続する際に気液供給配管１８Ａの先端が中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１気液供給孔１３Ａまで侵入するのを防止している。仮に、第２気液供給孔１３Ｂの直径Ｄ１と第１気液供給孔１３Ａの直径Ｄ２とが同じだと、溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂにのみ雌ネジ１４Ａが刻設されているとはいえ、積層ブロック１６に気液供給配管１８Ａを接続する際に気液供給配管１８Ａの先端が中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１気液供給孔１３Ａまで侵入してしまう恐れがある。
【0059】
ベンチュリ流路２０の溝深さは極めて浅い（例えば１ｍｍ～５ｍｍ）ため、気液供給配管１８Ａの先端が僅かでも中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１気液供給孔１３Ａに侵入すると、気液混合流体用の流体供給流路１５から３本のベンチュリ流路２０に供給される気液混合流体の流量が変わってしまう。また、気液供給配管１８Ａの先端が中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１気液供給孔１３Ａに侵入することで、ベンチュリ流路２０の入口に流路断面積が絞られた絞り部が形成され、本来発生してほしくない部分で気泡が発生する恐れがある。
【0060】
これに対して、図１及び図５に示すように、溝無しブロック１４に形成される第２気液供給孔１３Ｂの直径Ｄ１を、中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成される第１気液供給孔１３Ａの直径Ｄ２よりも大きく形成すれば、積層ブロック１６に気液供給配管１８Ａを接続する際に、気液供給配管１８Ａの先端は中間層用の溝有りブロック１２Ａのブロック表面に当接する。したがって、気液供給配管１８Ａの先端が第１気液供給孔１３Ａまで侵入するのを確実に防止できる。
【0061】
しかし、その反面、気液供給配管１８Ａが中間層用の溝有りブロック１２Ａのブロック表面に当接することによって、図６に示すように、気液供給配管１８Ａの先端が中間層用の溝有りブロック１２Ａのブロック表面に当接した当接部分に角張った部分や段差Ｐが形成される恐れがある。即ち、積層ブロック１６に形成される流体供給流路１５の途中に角張った部分や段差Ｐが形成される恐れがある。
【0062】
積層ブロック１６に形成される気液混合流体用の流体供給流路１５の途中に角張った部分や段差Ｐがあると、その部分で乱流が発生し、ベンチュリ流路２０以外の部分で気泡が発生し易くなる。したがって、流体供給流路１５の途中に角張った部分や段差Ｐが形成されなくするように、気液供給配管１８Ａの内径と中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成した第１気液供給孔１３Ａの直径Ｄ２とを同じにすることが好ましい。この場合、第１気液供給孔１３Ａの直径Ｄ２によって、気液供給配管１８Ａの管の太さ（気液混合流体の供給量）が制約される恐れがあるので、図７に示すように、気液混合流体用の流体供給流路１５に管状の付属管１９を取り付けることが一層好ましい。
【0063】
図７に示すように、付属管１９は溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂに取り付けられる。付属管１９は、一端側の管外面に溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂに刻設された雌ネジ１４Ａに螺合する雄ネジ１９Ａが形成されると共に、他端側に気液供給配管１８Ａのフランジ２５に連結するフランジ１９Ｂが設けられる。また、付属管１９は管内面の一端側（フランジ１９Ｂの側）から他端側（中間層用の溝有りブロック１２Ａの側）に向けて先細形状に形成される。即ち、付属管１９の一端側の管内径が気液供給配管１８Ａの内径Ｄ４と同径に形成されると共に他端側の管内径が中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成された第１気液供給孔１３Ａの直径Ｄ２と同径に形成される。符号３１Ａ、３１Ｂは、付属管１９のフランジ１９Ｂと気液供給配管１８Ａのフランジ２５とを連結するボルト３１Ａとナット３１Ｂである。
【0064】
これにより、気液混合流体の供給量の制約を受けることなく、積層ブロック１６に形成される気液混合流体用の流体供給流路１５の途中に角張った部分や段差Ｐが形成されなくなるので、ベンチュリ流路２０の前段で気泡が発生するのを防止できる。したがって、ベンチュリ流路２０で発生させるマイクロバブルの気泡径分布及びマイクロバブル発生量を精度良く制御できる。
【0065】
【0066】
図８は、積層ベンチュリノズル１０の実施例１の側面図で、３本のベンチュリ流路２０が形成された積層ブロック１６の両面から気液混合流体を供給する場合である。
【0067】
図８に示すように、積層ブロック１６の両面から気液混合流体を供給する場合には、図５で示した積層ブロック１６の片面から気液混合流体を供給するときに使用した底面層用の溝有りブロック１２Ｂを溝無しブロック１４に交換する。そして、中間層用の溝有りブロック１２Ａを１本増やす。即ち、２枚の溝無しブロック１４で３枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａを挟むように積層して積層ブロック１６を形成する。
【0068】
これにより、積層ブロック１６には、積層ブロック１６に形成された３本のベンチュリ流路２０の基端部を貫く気液供給孔１３が積層ブロック１６の積層方向に貫通するように穿設される。この結果、積層ブロック１６の内部には、積層ブロック１６の両面（２枚の溝無しブロック１４の面）に流体供給口２１を有し、気液供給孔１３と３本のベンチュリ流路２０とがマニホールド状に連通された気液混合流体用の流体供給流路１５が自動的に形成される。
【0069】
なお、積層ブロック１６を４層構造で２本のベンチュリ流路２０を形成する場合には、図５の積層ブロックの底面層用の溝有りブロック１２Ｂを単に溝無しブロック１４に交換すればよい。
【0070】
そして、２本の気液供給配管１８Ａの先端部に形成された雄ネジ２３が２枚の溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂに刻設された雌ネジ１４Ａにそれぞれ螺合される。これにより、積層ブロック１６の両面に気液混合流体を供給する気液供給配管１８Ａが接続される。
【0071】
このように、積層ブロック１６の両面(積層ブロック１６の積層方向における上面と下面)から気液混合流体を供給することで、積層ブロック１６に形成された３本のベンチュリ流路２０に一層均等に気液混合流体を供給することができる。特に、積層ブロック１６が４層以上の場合は、気液混合流体用の流体供給流路１５が長くなるので、積層ブロック１６の両面から気液混合流体を供給することが好ましい。これにより、複数本のベンチュリ流路２０に供給する気液混合流体の流体量や流体圧力がベンチュリ流路２０ごとにばらつかないようにできる。
【0072】
図８の積層ブロック１６の両面から気液混合流体を供給する場合にも、溝無しブロック１４の厚みが溝有りブロック１２の厚みよりも厚くなるように形成すると共に、溝無しブロック１４に形成される第２気液供給孔１３Ｂの直径Ｄ１は、中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成される第１気液供給孔１３Ａの直径Ｄ２よりも大きく形成されることが好ましい。また、２枚の溝無しブロック１４の第２気液供給孔１３Ｂにも付属管１９を設けることが好ましい。
【0073】
（ベンチュリ流路のスロート部の形状及び寸法）
次に、マイクロバブルの発生において重要なベンチュリ流路２０のスロート部の適切な形状、寸法等について説明する。
説明の前に先ず図９を使用して、ベンチュリ構造でマイクロバブルを発生させるメカニズムを説明する。
次に、マイクロバブルの発生において重要なベンチュリ流路２０のスロート部の適切な形状、寸法等について説明する。
説明の前に先ず図９を使用して、ベンチュリ構造でマイクロバブルを発生させるメカニズムを説明する。
【0074】
図９の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ベンチュリ構造でマイクロバブルを発生させる原理は、ベンチュリ流路２０の入口である流体導入部２０Ｅから導入された気液混合流体は、流路断面積が縮小する流路縮小部２０Ａを進むにつれて徐々に圧力が低くなり流速が大きくなる。そして、ベンチュリ流路２０の断面積が最も小さいスロート部２０Ｃにおいて、音速を超える程度までに流速が大きくなる。その後、気体混合液は流路断面積が大きくなる流路拡大部２０Ｂを進むにつれて圧力が回復して徐々に大きくなる。
【0075】
このように、スロート部２０Ｃの断面積が小さいことで気液混合流体にチョーク流れが発生して流量が制限され、音速を超える程度までに流速が大きくなると、図９の（Ａ）に示すようにスロート部２０Ｃを出た直後に気泡Ｋは一旦膨張するが、その後に急激な気泡Ｋの収縮・分裂・崩壊を引き起こし、マイクロバブルが発生する。
【0076】
即ち、マイクロバブルの発生において、チョーク流れを発生させるために必要なスロート部２０Ｃの流路断面積をどのように設計するかが気泡崩壊現象を含めて重要なポイントになる。このことから、上記説明した積層ベンチュリノズル１０の実施例１について、スロート部２０Ｃの適切な形状及び寸法を調べた。
【0077】
図１の（Ａ）に示すように、積層ベンチュリノズル１０の実施例１の積層ブロックを構成する溝有りブロック１２及び溝無しブロック１４は、幅Ｗが３０ｍｍ、長さＬが８０ｍｍの板状の両面が平坦なブロックとした。また、溝有りブロック１２に形成するベンチュリ流路２０の流路拡大部２０Ｂの出口である流体噴出口２０Ｄの横幅Ｄ５を７ｍｍとし、ベンチュリ流路２０の基端部における円板溝状の流体導入部２０Ｅの直径を１０ｍｍとし、流路拡大部２０Ｂの開き角度θ１を６°とした。また、気液混合流体を供給する流体供給流路１５は直径１０ｍｍ（中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成される第１気液供給孔の直径Ｄ２）とした。
【0078】
そして、スロート部２０Ｃは流路断面の横幅Ｄ３と縦幅(溝深さと同義)Ｄ３とが同じ正方形な形状とし、幅Ｄ３とスロート部２０Ｃの長さＴを変えた複数の積層ベンチュリノズルの実施例１を製作して、スロート部２０Ｃの適切な寸法について調べた。
【0079】
その結果、スロート部２０Ｃの幅（正方形）Ｄ３は１．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下が好ましいことが分かった。スロート部２０Ｃの幅（正方形）Ｄ３を１．０ｍｍ未満にすることは切削加工的に難しいだけでなくゴミ等の異物がスロート部２０Ｃに詰まり易くなる。また、スロート部２０Ｃの幅（正方形）Ｄ３が５．０ｍｍを超えると、気体混合液の流量との兼ね合いもあるが、流速が音速を超えるようなチョーク流れが起きにくくなる。
【0080】
また、スロート部２０Ｃの長さＴは１．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下が好ましい。スロート部２０Ｃの長さＴは可能な限り短い方がよいが１．０ｍｍ未満にすることは切削加工的に難しい。また、５．０ｍｍを超えると流路拡大部２０Ｂにおける圧力回復（圧力上昇）が起きにくくなり、気泡崩壊し難くなる。
【0081】
なお、スロート部２０Ｃの適切な寸法を調べる上記試験では、スロート部２０Ｃの流路断面形状を正方形にした。しかし、流路断面形状が長方形の場合であっても、縦幅と横幅が上記の好ましい寸法範囲内の１．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下であれば長方形にすることも可能である。
【0082】
上記説明した溝有りブロック１２及び溝無しブロック１４のブロックサイズ、ベンチュリ流路２０の好ましい形状や寸法、及びスロート部２０Ｃの形状及び寸法等については、以下に説明する積層ベンチュリノズル１０の実施例２、実施例３、実施例４においても同様である。但し、実施例３及び４のように、溝有りブロック１２に２本のベンチュリ流路２０を形成する場合には、溝無しブロック１４及び溝有りブロック１２の幅Ｗをベンチュリ流路２０が１本の場合の３０ｍｍよりも大きな５０ｍｍにすることが好ましい。
【0083】
上記実施例１で説明したスロート部の好ましい形状及び寸法等は、以下説明する積層ベンチュリノズルの実施例２から４についても同様である。また、実施例１で説明した、溝無しブロック１４の厚みを溝有りブロック１２の厚みより厚くする点、溝無しブロック１４に形成される第２気液供給孔１３Ｂの直径Ｄ１を中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成された第１気液供給孔１３Ａの直径Ｄ１よりも大きくする点、第２気液供給孔１３Ｂに付属管１９を設ける点等の適用できる点は実施例２、実施例３、及び実施例４においても同様である。
【0084】
[積層ベンチュリノズルの実施例２]
図１０の（Ａ）は本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例２を上から見た平面図であり、（Ｂ）は積層ベンチュリノズル１０を前側（流体を噴出する流体噴出口２０Ｄの側）から見た正面図である。図１０の（Ｃ）はスロート部近傍の拡大図であり、気体供給溝４３のベンチュリ流路２０に対する接続角度θ２及び接続位置を説明するものである。
図１０の（Ａ）は本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例２を上から見た平面図であり、（Ｂ）は積層ベンチュリノズル１０を前側（流体を噴出する流体噴出口２０Ｄの側）から見た正面図である。図１０の（Ｃ）はスロート部近傍の拡大図であり、気体供給溝４３のベンチュリ流路２０に対する接続角度θ２及び接続位置を説明するものである。
【0085】
また、図１１は、２種類の溝有りブロック１２（１２Ａ、１２Ｂ）と、溝無しブロック１４の斜視図であり、（Ａ）は中間層用の溝有りブロック１２Ａ、（Ｂ）は底面層用の溝有りブロック１２Ｂ、（Ｃ）は溝無しブロック１４である。また、図１２は、本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例２の側面図であり、積層ブロック１６に液体を供給する液体供給配管１８Ｂと気体を供給する気体供給配管１８Ｃとを連結した図である。
【0086】
積層ベンチュリノズル１０の実施例２は、積層ブロック１６に形成した流体供給流路１５の構成のみが上記した実施例１と異なる構成であり、他の構成は実施例１と同様なので説明は省略する。即ち、図１０～図１２に示すように、積層ブロック１６の内部には、液体用の流体供給流路３３と気体用の流体供給流路３５との２本の流体供給流路３３、３５が形成される。
【0087】
液体用の流体供給流路３３は、実施例１で説明した気液混合流体用の流体供給流路１５と構造的に全く同様であり、実施例１では気液混合流体を積層ブロック１６に供給するのに対して実施例２では液体を積層ブロック１６に供給する点で異なる。
【0088】
即ち、図１１の（Ａ）に示すように、中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成されるベンチュリ流路２０の基端部には、第１液体供給孔３７Ａ（実施例１の第１気液供給孔１３Ａに相当する貫通孔）が穿設される。また、中間層用の溝有りブロック１２Ａには、ベンチュリ流路２０のスロート部２０Ｃの近傍にベンチュリ流路２０には連通しない状態で第１気体供給孔４１Ａ（貫通孔）が穿設される。そして、ブロック表面にはスロート部２０Ｃの出口直後と第１気体供給孔４１Ａとをベンチュリ流路２０を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度θ２で接続する溝状の気体供給溝４３(図１０の(Ｃ)も参照)が形成される。
【0089】
また、図１１の（Ｂ）に示すように、底面層用の溝有りブロック１２Ｂに形成されるベンチュリ流路２０の基端部には、液体導入部２０Ｅ（実施例１の流体導入部２０Ｅに相当）が形成される。また、底面層用の溝有りブロック１２Ｂには、ベンチュリ流路２０のスロート部２０Ｃの近傍にベンチュリ流路２０には連通しない状態で円板溝状の気体導入部４５が形成される。そして、ブロック表面にはスロート部２０Ｃの出口直後と気体導入部４５とをベンチュリ流路２０を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度θ２で接続する溝状の気体供給溝４３(図１０の(Ｃ)も参照)が形成される。
【0090】
また、図１１の（Ｃ）に示すように、溝無しブロック１４には、両面が平坦な板状のブロックの第１液体供給孔３７Ａに対応する位置に第２液体供給孔３７Ｂ（実施例１の第２気液供給孔１３Ｂに相当する貫通孔）が穿設されると共に第１気体供給孔４１Ａに対応する位置に第２気体供給孔４１Ｂが穿設される。
【0091】
そして、図１０の(Ｂ)及び図１２に示すように、溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に、２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａを挟むように積層して積層ブロック１６を形成することにより、第１液体供給孔３７Ａと第２液体供給孔３７Ｂとが連通した１本の液体供給孔３７が形成される。これにより、積層ブロック１６の内部には、液体供給孔３７と積層ブロック１６に形成された３本のベンチュリ流路２０とをマニホールド状に連通する液体用の流体供給流路３３が形成される。
【0092】
更には、溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に、２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａを挟むように積層して積層ブロック１６を形成することにより、第１気体供給孔４１Ａと第２気体供給孔４１Ｂとが連通した１本の気体供給孔４１が形成されると共に、積層によって気体供給溝４３が管状流路として形成される。これにより、積層ブロック１６の内部には、気体供給孔４１と積層ブロック１６に形成された３本のベンチュリ流路２０とを気体供給溝４３を介してマニホールド状に連通する気体用の流体供給流路３５が形成される。
【0093】
この場合、液体用の流体供給流路３３の直径は実施例１の気液供給孔と同様に１０ｍｍとし、気体用の流体供給流路３５の直径は３ｍｍとすることが好ましい。また、気体供給溝４３の流路断面形状は、断面正方形なスロート部２０Ｃに合わせて縦横が１ｍｍの正方形にすることが好ましい。
【0094】
そして、図１２に示すように、積層ブロック１６における溝無しブロック１４の第２液体供給孔３７Ｂの雌ネジ１４Ｂに、液体を供給する液体供給配管１８Ｂの先端部に形成された雄ネジ２３を螺合する。また、積層ブロック１６における溝無しブロック１４の第２気体供給孔４１Ｂの雌ネジ１４Ｃに、気体を供給する気体供給配管１８Ｃの先端部に形成された雄ネジ２３を螺合する。これにより、積層ベンチュリノズル１０の実施例２に液体供給配管１８Ｂと気体供給配管１８Ｃとが接続される。
【0095】
このように、積層ベンチュリノズル１０の実施例２の気液個別態様の場合にも、気体をベンチュリ流路２０に供給するための構造として、積層ブロック１６の積層方向に形成した気体供給孔４１と積層ブロック１６に形成した３本のベンチュリ流路とを、積層ブロック１６の構成要素である溝有りブロック１２の表面に溝状に形成した気体供給溝４３を介して繋ぐという極めて簡単な構造とした。これにより、溝有りブロック１２にベンチュリ流路２０を形成したときと同様に、気体供給孔４１や気体供給溝４３の形成に高精度加工を行い易い切削加工を使用できる。
【0096】
また、気体供給溝４３は、ベンチュリ流路２０を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度θ２に傾斜するようにした。鋭角的な接続角度θ２としては、２０°～５０°の範囲が好ましく、３０°～４０°の範囲が一層好ましい。これにより、液体の流れ方向と気体の供給方向とが略同じ方向となるので、液体がベンチュリ流路２０のスロート部２０Ｃを流れるときに気体供給溝４３に付与されるエジェクター効果によって気体をベンチュリ流路２０に自動的に導入することができる。更には、気体供給溝４３をスロート部２０Ｃではなくスロート部２０Ｃの出口直後に接続するようにしたので、ベンチュリ流路２０に導入する気体量を制御しやすくできると共に安定化することができる。
【0097】
ベンチュリ流路２０でマイクロバブルを発生させるメカニズムを図示した図９で説明したように、スロート部２０Ｃはベンチュリ流路２０のなかで流体の流速が最も大きくなる部分ではあるが、図９の（Ｂ）から分かるように、圧力はスロート部２０Ｃの出口を過ぎても僅かに低下してから次第に上昇する。即ち、ベンチュリ流路２０において実際に圧力が一番小さく且つ安定する部分はスロート部２０Ｃの出口直後であり、エジェクター効果が発揮され易い。したがって、気体供給溝４３をスロート部２０Ｃではなくスロート部２０Ｃの出口直後に接続することで、多量の気体を安定してベンチュリ流路に導入できるだけでなく、積層ブロック１６にベンチュリ流路２０をマルチ化した場合にも、ベンチュリ流路ごとに供給する気体量を均等化し易い。
【0098】
ここで、スロート部２０Ｃの出口直後とは、スロート部２０Ｃの出口からスロート部２０Ｃの長さＴ（図１０参照）の５倍までの範囲内が好ましく、３倍までの範囲内がより好ましい。図９の（Ｂ）から、スロート部２０Ｃの出口からスロート部２０Ｃの長さＴの５倍程度までは圧力の最も低下した状態を維持しており、安定した圧力が得られると考察される。また、スロート部２０Ｃの出口からスロート部２０Ｃの長さの５倍を超えると圧力回復（圧力上昇）が大きくなり、エジェクター効果が発揮され難くなる。
【0099】
図１３は、積層ベンチュリノズル１０の実施例２において、液体と気体とを積層ブロック１６の両面から供給するように、積層ブロック１６の両面に液体供給配管１８Ｂと気体供給配管１８Ｃとを連結したものである。これにより、積層ブロックに形成するベンチュリ流路の本数をマルチ化しても、ベンチュリ流路２０ごとに液体と気体とを片面供給する場合に比べて一層均等に供給できる。積層ブロック１６を４層構造以上にする場合に特に有効である。
【0100】
また、積層ベンチュリノズルの実施例２のように、液体と気体とを別ルートで個別に積層ブロック１６のベンチュリ流路２０に供給する構成を採用することで、腐食性の気体（例えばオゾン）を使用する場合であっても液体ルートに設けられた機器類等を腐食させることがない。
【0101】
[積層ベンチュリノズルの実施例３]
積層ベンチュリノズル１０の実施例３は、溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とを積層して積層ブロック１６の立体構造を形成した際に、ベンチュリ流路２０を立体構造の縦方向（積層方向）のみならず横方向へも形成するようにしたものである。
積層ベンチュリノズル１０の実施例３は、溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とを積層して積層ブロック１６の立体構造を形成した際に、ベンチュリ流路２０を立体構造の縦方向（積層方向）のみならず横方向へも形成するようにしたものである。
【0102】
図１４の（Ａ）は本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例３を上から見た平面図であり、（Ｂ）は積層ベンチュリノズル１０を前側（流体を噴出する流体噴出口２０Ｄの側）から見た正面図である。また、図１５は、２種類の溝有りブロック１２（１２Ａ、１２Ｂ）と、溝無しブロック１４の斜視図であり、（Ａ）は中間層用の溝有りブロック１２Ａ、（Ｂ）は底面層用の溝有りブロック１２Ｂ、（Ｃ）は溝無しブロック１４である。
【0103】
図１４及び図１５に示すように、積層ベンチュリノズル１０の実施例３は、溝有りブロック１２のブロック表面に２本の平行な溝状のベンチュリ流路２０、２０と、Ｙ溝状の２分岐流路２２とを形成すると共に２分岐流路２２の分岐位置に気液混合流体用の流体供給流路１５を形成した点で実施例１とは相違し、その他の構成部分は実施例１と同様である。したがって、実施例１と同様の部材には実施例１と同じ符号をつけて説明する。
【0104】
図１５の(Ａ)及び（Ｂ）に示すように、中間層用及び底面層用の溝有りブロック１２Ａ、１２Ｂは、両面が平坦で四角形な板状のブロック表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部２０Ａと流路断面積が拡大する流路拡大部２０Ｂとの間に流路断面積が最も小さいスロート部２０Ｃを有する２本の平行な溝状のベンチュリ流路２０、２０が形成される。また、２本のベンチュリ流路２０の流路縮小部２０Ａの入口にそれぞれ連通するＹ溝状の２分岐流路２２が左右対称になるように形成される。
【0105】
２分岐流路２２は、２本のベンチュリ流路２０に分岐する流体の流れに乱流が発生しないように図１４の（Ａ）及び図１５の（Ａ）、（Ｂ）のような半リング筒形状、あるいはＵ字形状にすることが好ましい。２分岐流路２２に角張った部分や段差があると、その部分で乱流が発生し、ベンチュリ流路２０以外の部分で気泡が発生し易くなる。そして、図１４に示すように、２本の平行なベンチュリ流路２０及びこれらに連通する１つの２分岐流路２２は対称軸Ｎに対して左右対称なシンメトリックになるように形成される。
【0106】
また、図１５の（Ａ）に示すように、中間層用の溝有りブロック１２Ａにおける２分岐流路２２の分岐位置には円板溝状の流体導入部２２Ａ（実施例１の流体導入部２０Ｅに相当）が形成され、流体導入部２２Ａに流体導入部２２Ａと同径な第１気液供給孔１３Ａ（貫通孔）が穿設される。また、図１５の（Ｂ）に示すように、底面層用の溝有りブロック１２Ｂの２分岐流路２２の分岐位置に第１気液供給孔１３Ａと同径であってベンチュリ流路２０と同じ流路深さの円板溝状の流体導入部２２Ａが形成される。即ち、底面層用の溝有りブロック１２Ｂには、第１気液供給孔１３Ａは穿設されない。
【0107】
また、図１５の（Ｃ）に示されるように、溝無しブロック１４には、中間層用の溝有りブロック１２Ｂの第１気液供給孔１３Ａに対応して第２気液供給孔１３Ｂ（貫通孔）が穿設される。
【0108】
【0109】
即ち、溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に、２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａが配置されるように積層して積層ブロック１６を形成する。そして、溝無しブロック１４と溝有りブロック１２のボルト孔２４にボルト１７Ａを通してナット１７Ｂで締め付けることにより、溝無しブロック１４と溝有りブロック１２とを連結する。更に、気液混合流体を積層ブロック１６に供給する気液供給配管１８Ａを溝無しブロック１４の第２気液供給孔に接続する。これにより、図１７に示すように、気液供給配管１８Ａが接続された状態の積層ベンチュリノズル１０の実施例３が完成する。
【0110】
このように、本発明の積層ベンチュリノズルの実施例３は、実施例１と同じ積層数であってもベンチュリ流路２０は積層ブロック１６の積層方向（縦方向）のみならず横方向にも形成されるので、実施例１よりもマイクロバブル発生量（即ちベンチュリ流路の本数）を多くすることができる。
【0111】
また、本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例３の場合も、ベンチュリ流路２０及びＹ溝状の２分岐流路２２を高精度加工が可能な切削加工を使用できるので、ベンチュリ流路２０の本数をマルチ化してもベンチュリ流路２０や２分岐流路２２ごとの形状や寸法を高精度に揃えることができる。
【0112】
また、実施例１と同様に、積層ブロック１６を形成することにより、中間層用の溝有りブロック１２Ａと溝無しブロック１４とに個々に形成した第１気液供給孔１３Ａと第２気液供給孔１３Ｂとが、積層ブロック１６の形成によって１つの気液供給孔１３になることで、積層ブロック１６の内部に気液混合流体が流れる流体供給流路１５が自動的に形成される。更には、気液混合流体用の流体供給流路１５を構成する第１気液供給孔１３Ａと第２気液供給孔１３Ｂとは中間層用の溝有りブロック１２Ａと溝無しブロック１４のブロックに単に孔を穿設加工するだけなので、高精度な加工を行うことができる。
【0113】
なお、図１４～図１７では、溝有りブロック１２及び溝無しブロック１４の３か所にボルト孔２４が形成されるようにしたが、実施例１と同様に、溝有りブロック１２及び溝無しブロック１４の４角にボルト孔２４を形成してもよい。
【0114】
[積層ベンチュリノズルの実施例４]
図１８の（Ａ）は本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例４を上から見た平面図であり、（Ｂ）は積層ベンチュリノズル１０を前側（流体を噴出する流体噴出口２０Ｄの側）から見た正面図である。図１８の(Ｃ)及び（Ｄ）は、スロート部２０Ｃ近傍の拡大図であり、気体供給溝４３のベンチュリ流路２０に対する接続角度θ２及び接続位置を説明するものである。
図１８の（Ａ）は本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例４を上から見た平面図であり、（Ｂ）は積層ベンチュリノズル１０を前側（流体を噴出する流体噴出口２０Ｄの側）から見た正面図である。図１８の(Ｃ)及び（Ｄ）は、スロート部２０Ｃ近傍の拡大図であり、気体供給溝４３のベンチュリ流路２０に対する接続角度θ２及び接続位置を説明するものである。
【0115】
また、図１９は、２種類の溝有りブロック１２（１２Ａ、１２Ｂ）と、溝無しブロック１４の斜視図であり、（Ａ）は中間層用の溝有りブロック１２Ａ、（Ｂ）は底面層用の溝有りブロック１２Ｂ、（Ｃ）は溝無しブロック１４である。
【0116】
図１８及び図１９に示すように、積層ベンチュリノズル１０の実施例４は、ベンチュリ流路２０に液体と気体とを個別に供給することは実施例２と同様であり、溝有りブロック１２に２本のベンチュリ流路２０及び２分岐流路２２を形成することは実施例３と同様である。
【0117】
積層ベンチュリノズル１０の実施例４は、気体用の流体供給流路３５を構成する気体供給孔４１の形成位置が実施例２と異なると共に２本の気体供給溝４３を形成した点で実施例２と異なる。また、２分岐流路２２の分岐位置に気液混合流体ではなく液体を供給する点で実施例３と異なる。
したがって、積層ベンチュリノズル１０の実施例４についても実施例２及び３と同じ部材には同じ符号を付して説明する。
したがって、積層ベンチュリノズル１０の実施例４についても実施例２及び３と同じ部材には同じ符号を付して説明する。
【0118】
図１９の(Ａ)及び（Ｂ）に示すように、中間層用の溝有りブロック１２Ａ及び底面層用の溝有りブロック１２Ｂは、両面が平坦で四角形な板状のブロック表面に、流路断面積が縮小する流路縮小部２０Ａと流路断面積が拡大する流路拡大部２０Ｂとの間に流路断面積が最も小さいスロート部２０Ｃを有する２本の平行な溝状のベンチュリ流路２０、２０が形成される。また、２本のベンチュリ流路２０の流路縮小部２０Ａの入口にそれぞれ連通するＹ溝状の２分岐流路２２が左右対称になるように形成される。
【0119】
そして、中間層用の溝有りブロック１２Ａにおける２分岐流路２２の分岐位置に第１液体供給孔３７Ａ（貫通孔）が穿設され、底面層用の溝有りブロック１２Ｂの２分岐流路２２の分岐位置に第１液体供給孔３７Ａと同径であってベンチュリ流路２０と同じ流路深さの円板溝状の流体導入部２２Ａが形成される。また、図１９の（Ｃ）に示されるように、溝無しブロック１４には、中間層用の溝有りブロック１２Ｂの第１液体供給孔３７Ａに対応した位置に第２液体供給孔３７Ｂ（貫通孔）が穿設される。
【0120】
また、図１８及び図１９に示すように、中間層用の溝有りブロック１２Ａ及び底面層用の溝有りブロック１２Ｂは、２本のベンチュリ流路２０の間の対称軸Ｎ上（図１８参照）であって、ベンチュリ流路２０のスロート部２０Ｃよりも基端側に第１気体供給孔４１Ａ（中間層用の溝有りブロック１２Ａに形成）と気体導入部４１Ｃ（底面層用の溝有りブロック１２Ｂに形成）とがそれぞれ形成される。そして、気体供給孔４１及び気体導入部４１Ｃから２本の気体供給溝４３が延設されてベンチュリ流路２０に接続される。かかる２本の気体供給溝４３のベンチュリ流路２０に対する接続角度θ２及び接続位置において、図１８の（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、ベンチュリ流路２０を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度θ２に傾斜して延設され、スロート部２０Ｃの出口直後に接続される。２本の気体供給溝４３は、気体供給孔４１から等距離になるように形成する。
【0121】
また、図１９の（Ｃ）に示すように、溝無しブロック１４には、中間層用の溝有りブロック１２Ａの第１液体供給孔３７Ａに対応する位置に第２液体供給孔３７Ｂが形成され、第１気体供給孔４１Ａに対応する位置に第２気体供給孔４１Ｂが形成される。
【0122】
そして、図１８の（Ｂ）に示すように、溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に、２枚の中間層用の溝有りブロック１２Ａが配置されるように積層して積層ブロック１６を形成する。積層ブロック１６を形成することにより、中間層用の溝有りブロック１２Ａと溝無しブロック１４とに個々に形成した第１液体供給孔３７Ａと第２液体供給孔３７Ｂとが１本の液体供給孔３７になる。これにより、積層ブロック１６の内部には、液体供給孔３７と３本のベンチュリ流路２０とがマニホールド状に連通された液体用の流体供給流路３３が形成される。
【0123】
また、積層ブロック１６を形成することにより、中間層用の溝有りブロック１２Ａと溝無しブロック１４とに個々に形成した第１気体供給孔４１Ａと第２気体供給孔４１Ｂとが１本の気体供給孔４１になると共に２本の気体供給溝４３が管状流路になる。これにより、積層ブロック１６の内部には、気体供給孔４１と３本のベンチュリ流路２０とが気体供給溝４３を介してマニホールド状に連通された気体用の流体供給流路３５が形成される。この場合、液体供給孔３７の直径及び気体供給孔４１の直径は実施例２と同様である。
【0124】
このように、積層ベンチュリノズル１０の実施例４の場合にも、気体をベンチュリ流路２０に供給するための構造として、積層ブロック１６の積層方法に形成した気体供給孔４１と、溝有りブロック１２の表面に溝状に形成した気体供給溝４３で気体供給孔４１とベンチュリ流路２０とを連通させるという極めて簡単な構造とした。これにより、溝有りブロック１２にベンチュリ流路２０を形成したときと同様に、気体供給孔４１や気体供給溝４３の形成に高精度加工を行い易い切削加工を使用できる。
【0125】
また、上記のように、２本の気体供給溝４３は、実施例２と同様に鋭角的な接続角度θ２に傾斜すると共に、２本の気体供給溝４３をスロート部２０Ｃではなくスロート部２０Ｃの出口直後に接続するようにしたので、実施例２と同様の効果を奏することができる。
【0126】
上記の如く構成された本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例１～４は、次の構成Ａ～構成Ｆを有している。
【0127】
（構成Ａ）マイクロバブルの発生量に応じて、溝有りブロック１２と溝無しブロック１４とを所定合計枚数積層した立体構造の積層ブロック１６を形成するだけで、ベンチュリ流路２０の本数を増やしたり減らしたりできるだけでなく、ベンチュリ流路２０に供給する流体（気液混合態様の気液混合流体又は気液個別態様の液体と気体の個別流体）の流体供給流路１５、３３、３５もベンチュリ流路２０の本数に合わせてベンチュリ流路２０と一緒に形成することができる。したがって、マイクロバブルの発生量を小流量から大流量まで簡単に対応できるだけでなく、ベンチュリ流路２０と流体供給流路１５、３３、３５とを別々の部材として形成する場合（例えば、引用文献２）に比べて製作工程を少なくできると共に構成部材の部品点数を少なくでき、積層ベンチュリノズル１０の装置本体のサイズも小さくなる。
【0128】
この場合、積層ブロック１６の積層数としては、マイクロバブルの発生量に応じて３層以上に積層されることにより、２本以上のベンチュリ流路２０が形成された立体構造であることがより好ましい。積層ブロックを形成するだけでマイクロバブル発生量を簡単に変えることができる本発明の特徴は、積層枚数が多い方が一層発揮され易いからである。
【0129】
（構成Ｂ）ベンチュリ流路２０は、溝有りブロック１２のブロック表面に溝を形成し、別のブロック（溝有りブロック１２又は溝無しブロック１４）を積層させて溝の開口面を塞ぐことで管状流路（ベンチュリ流路２０）になるように構成した。また、流体供給流路１５、３３、３５は、溝有りブロック１２Ａ（中間層用）と溝無しブロック１４とに孔を穿設すると共に、溝有りブロック１２のブロック表面に孔とベンチュリ流路２０とを繋ぐ溝（気液個別態様の場合）を形成し、ブロック同士を積層させることで孔同士が連通すると共に溝の開口面が塞がれて管状流路になるようにした。即ち、ベンチュリ流路２０や流体供給流路１５、３３、３５を溝形成加工や孔形成加工だけで形成できるので、高精度な加工が可能な切削加工を使用できる。これにより、ブロックの材質に依存しないので樹脂系材料や金属系材料等の各種材質の材料を使用でき、製作コストを安価にできる。また、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂を材料とすれば、強酸や強アルカリの気体や気体混合液も取り扱うことができる。
【0130】
更には、切削加工でベンチュリ流路２０を形成することで、例えば金属板を巻回して管状にしたベンチュリ管やブロックに流路孔を供給して形成したベンチュリ流路に比べて流路の形状や流路断面積を高精度に形成できる。特に、ブロック表面の切削加工をマシニングセンタのようなＮＣ（Numerical Control）切削加工機械で行えば、複数本の均等なベンチュリ流路を高精度に形成できる。これにより、気泡径の小さなマイクロバブルを生成するためにスロート部２０Ｃの流路断面積が小さなベンチュリ流路２０を複数本製作しても、ベンチュリ流路２０ごとの形状や流路断面積のバラツキを防止できる。この結果、マイクロバブルの気泡径を小さくでき、しかもベンチュリ流路２０ごとの気泡径分布や気泡発生量にバラツキが生じ難いと考察される。
【0131】
（構成Ｃ）実施例３及び４の場合、溝有りブロック１２の表面に形成する溝状の流路は２本とし、２本の平行な溝状のベンチュリ流路２０及び２本のベンチュリ流路２０の流路縮小部２０Ａの入口にそれぞれ連通するＹ溝状の２分岐流路２２が左右対称のシンメトリックになるように構成し、２分岐流路２２に流体（気液混合流体又は液体）を供給する構成とした。これにより、２本のベンチュリ流路２０を流れる流体の流量や流速等が均等化される。この結果、マイクロバブルの気泡径を小さくでき、しかもベンチュリ流路ごとの気泡径分布や気泡発生量にバラツキが生じ難いと考察される。この場合、ブロック表面に形成する流路本数が多いほどシンメトリックにすることが難しくなり、流路を流れる気液混合流体又は液体の流量や流速等が均等化され難くなることから、溝有りブロック１２には２本のベンチュリ流路２０を形成することが適当であると考察される。
【0132】
（構成Ｄ）また、気液個別態様における気体用の流体供給流路３５を構成する気体供給溝４３は、ベンチュリ流路２０を流れる液体の流れ方向に対して鋭角的な接続角度θ２で傾斜するように構成すると共に気体供給溝４３がベンチュリ流路２０のスロート部２０Ｃではなく、スロート部２０Ｃの出口直後に接続されるようにした。これにより、液体がスロート部２０Ｃを流れるときに気体供給溝４３に付与されるエジェクター効果によって気体をベンチュリ流路２０に自動的に安定して導入することができる。
【0133】
また、流体供給流路１５、３３、３５の途中には、角張った部分や段差Ｐがないようにした。具体的には、溝無しブロック１４に形成した第２液体供給孔３７Ｂや第２気体供給孔４１Ｂに、先細形状の付属管１９を設けるようにした。これにより、流体供給流路１５、３３、３５に角張った部分や段差Ｐがなくなるので、ベンチュリ流路２０の前段で気泡が発生しなくなり、ベンチュリ流路２０におけるマイクロバブルの発生量を精度良く制御できる。
【0134】
即ち、気泡発生量は液体の流量と気体の流量との関係で決まるが、ベンチュリ流路の前段で気泡が発生してしまうと、その発生程度によって積層ブロック１６にマイクロバブルを発生させるために形成したベンチュリ流路２０での気泡発生量が変動してしまう。これにより、マイクロバブルの気泡発生量を制御し難くなり、気泡径分布や気泡発生量にバラツキの要因になる。
【0135】
これに対して、第２液体供給孔３７Ｂや第２気体供給孔４１Ｂに付属管１９を設けて、積層ブロック１６に形成したベンチュリ流路２０のみでマイクロバブルが発生するようにすることで、液体の流量と気体の流量との関係を明確につかむことができ、マイクロバブルの気泡発生量を制御し易くなる。更には、ベンチュリ流路２０以外で発生した気泡が混在しなくなるので、マイクロバブルの気泡径分布のバラツキを小さくできる。この結果、マイクロバブルの気泡径を小さくでき、しかもベンチュリ流路２０ごとの気泡径分布や気泡発生量にバラツキが生じ難いと考察される。
【0136】
なお、図示しないが、積層ブロック１６に至る液体と気体の流体供給ルートにおいて、設計上どうしても気泡が発生してしまう場合には、積層ブロック１６の直前に脱泡手段を設けることもできる。
【0137】
以上説明した、積層ベンチュリノズル１０の実施例１～４において、積層ブロック１６を構成する底面層用の溝有りブロック１２Ｂには、ベンチュリ流路２０と同じ深さの円板溝状の流体導入部２０Ｅ（又は２２Ａ）を形成することで説明した。この場合、積層ブロック１６の流体供給口２１から供給された液体(又は気液混合流体)は、円板溝状の流体導入部２０Ｅ（又は２２Ａ）の底面２０Ｆ（図２０参照）に突き当たった後に直角に曲がってベンチュリ流路２０に流れ込む。このように流れ方向が直角に変わることにより液体（又は気液混合流体）の流れ抵抗が大きくなり、スムーズな流れを阻害する懸念がある。特に、気液混合流体用の流体供給流路１５及び液体用の流体供給流路３３を流れる気液混合流体(又は液体)の流量を増加させる場合に問題となることがある。この対策としては、図２０に示すように、流体導入部２０Ｅ（又は２２Ａ）の深さＺをベンチュリ流路２０の深さＤ３よりも深くすると共に流体導入部２０Ｅの流体が突き当たる底面２０Ｆの形状を円錐形状にすることが好ましい。これにより、流れ抵抗が小さくなるように改善されるので、流れがスムーズになり流量を増加することができる。
【0138】
[マイクロバブル液生成装置]
図２１は、液体にマイクロバブルを吹き込んだマイクロバブル液を生成するマイクロバブル液生成装置を説明する全体構成図である。なお、本実施の形態のマイクロバブル液生成装置では、液体として水を使用し、気体として空気を使用した場合で説明するが、水や空気に限定するものではない。
図２１は、液体にマイクロバブルを吹き込んだマイクロバブル液を生成するマイクロバブル液生成装置を説明する全体構成図である。なお、本実施の形態のマイクロバブル液生成装置では、液体として水を使用し、気体として空気を使用した場合で説明するが、水や空気に限定するものではない。
【0139】
図２１に示すように、本発明の実施の形態のマイクロバブル液生成装置３８は、主として水を貯留する容器４０と、容器４０の水を抜き出して再び容器４０に戻す循環配管４２と、循環配管４２の戻し位置に接続された本発明の積層ベンチュリノズル１０と、循環配管４２に設けられた循環ポンプ４４と、循環配管４２の循環ポンプ４４上流側に設けられ、水に空気を加圧溶解する加圧溶解装置４６と、加圧溶解装置４６に気体供給配管４８を介して空気を供給する気体供給装置５０と、気体供給配管４８から分岐すると共に気体供給装置５０から積層ベンチュリノズル１０に直接接続された気体分岐配管２７と、気体供給配管４８と気体分岐配管２７との分岐位置に設けられ、気体供給装置５０からの空気を加圧溶解装置４６又は積層ベンチュリノズル１０に切り替える切替手段２９と、で構成される。
【0140】
容器４０は、例えばアクリル樹脂等の硬質な透明樹脂によって例えば円筒形状に形成され、容器４０には蓋４０Ａが被せられている。容器４０は、床５１に置かれたラック５２の上に載置されると共に、ラック５２の上面には循環配管４２や排出配管５６が貫通する複数の開口５４、５４が形成される。容器４０の底部には、容器４０内の水を外部に排出する排出配管５６が接続され、排出配管５６には開閉バルブ５８が設けられる。
【0141】
循環配管４２は、容器４０の水を抜く抜き側が容器４０底部の端部位置を貫通して容器４０内に開口すると共に容器４０に水を戻す戻し側が容器４０底部の中央位置を貫通して容器４０内に開口している。循環配管４２の容器４０貫通部分はシールド部材６０によってシールドされている。循環配管４２の途中には、循環配管４２を流れる水（又は気液混合流体）を送液する循環ポンプ４４、水に空気が加圧溶解された気液混合流体の流量を調整する流量調整バルブ６２、気液混合流体の流量を計測する流量計６４、及び積層ベンチュリノズル１０に供給する気液混合流体の入口圧力を計測する圧力計６６が設けられる。
【0142】
加圧溶解装置４６としては、空気を水に効率的に溶解できる装置であればどのようなものでもよいが、例えば加圧溶解タンクを使用できる。加圧溶解タンクは、耐圧性のタンク内に空気を供給しながら水をシャワーリングすることで、水に空気を加圧溶解した気液混合流体を生成する。
【0143】
気体供給装置５０としては、例えばコンプレッサを使用することができる。気体供給装置５０から延設された気体供給配管４８は気体の流量を調整する流量調整バルブ６８及び開閉バルブ７０を介して加圧溶解装置４６に接続される。
【0144】
積層ベンチュリノズル１０は、上記説明した本発明の積層ベンチュリノズルの実施例１～実施例４の何れかが使用される。なお、図２１では、循環配管４２を実線で示すと共に気体供給配管４８及び気体分岐配管２７を破線で示している。また、上記説明した本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例１～実施例４において、実施例1及び３の気液混合流体を供給する場合には、気液供給配管１８Ａが循環配管４２に相当する。また、実施例２及び４の液体と気体とを個別に供給する場合には、液体供給配管１８Ｂが循環配管４２に相当し、気体供給配管１８Ｃが気体分岐配管２７に相当する。
【0145】
次に、上記の如く構成されたマイクロバブル液生成装置３８を用いてマイクロバブル液を生成する方法を説明する。
（気液混合態様の場合）
前準備として、切替手段２９を切り替えて空気が加圧溶解装置に供給されるようにする。そして、容器４０に水を貯留したら、使用する積層ベンチュリノズル１０のベンチュリ流路２０の本数は生成するマイクロバブル液の生成量やマイクロバブル濃度等に応じて決定する。
（気液混合態様の場合）
前準備として、切替手段２９を切り替えて空気が加圧溶解装置に供給されるようにする。そして、容器４０に水を貯留したら、使用する積層ベンチュリノズル１０のベンチュリ流路２０の本数は生成するマイクロバブル液の生成量やマイクロバブル濃度等に応じて決定する。
【0146】
次に、循環ポンプ４４を稼働すると共に気体供給装置５０を稼働する。これにより、加圧溶解装置４６では、水に空気を加圧溶解した気液混合流体が調製され、調製された気液混合流体は循環配管４２を流れて積層ベンチュリノズル１０に送られる。積層ベンチュリノズル１０に送られた気液混合流体はマイクロバブル含有の液体となって流体噴出口２０Ｄから容器４０内の水中へ吹き込まれる。この場合、積層ベンチュリノズル１０のスロート部２０Ｃの合計流路断面積に応じて積層ベンチュリノズル１０で効率的にマイクロバブルが発生するように、流量調整バルブ６８を調整して水に混合する空気量を調整する。また、流量計６４や圧力計６６を見ながら流量調整バルブ６２を調整して、積層ベンチュリノズル１０に送る気液混合流体の流量を調整する。
【0147】
これにより、容器４０内の水は積層ベンチュリノズル１０から吹き込まれるマイクロバブルによって白濁し、マイクロバブル液が生成される。
【0148】
本発明の実施の形態のマイクロバブル液生成装置３８では、マイクロバブルを発生する装置として本発明の積層ベンチュリノズル１０を使用したので、装置コスト的に低価格が可能なベンチュリ構造で気泡径が小さく且つ気泡径分布のバラツキの小さなマイクロバブルを多量に含んだマイクロバブル液を生成することができる。また、ベンチュリ流路２０で発生させるマイクロバブルの気泡径分布及び気泡発生量を精度良く制御できる。
【0149】
（気液個別態様の場合）
前準備として、切替手段２９を切り替えて空気が気体分岐配管２７から積層ベンチュリノズル１０に直接供給されるようにする。即ち、空気が気体分岐配管２７を流れ、ベンチュリ流路２０のスロート部２０Ｃの出口直後に直接供給されるようにする。このように切替手段２９を切り替えることで、加圧溶解装置４６において液体に気体が加圧溶解されることがなくなる。したがって、液体が循環配管を流れて積層ブロック１６のベンチュリ流路２０に供給される。
前準備として、切替手段２９を切り替えて空気が気体分岐配管２７から積層ベンチュリノズル１０に直接供給されるようにする。即ち、空気が気体分岐配管２７を流れ、ベンチュリ流路２０のスロート部２０Ｃの出口直後に直接供給されるようにする。このように切替手段２９を切り替えることで、加圧溶解装置４６において液体に気体が加圧溶解されることがなくなる。したがって、液体が循環配管を流れて積層ブロック１６のベンチュリ流路２０に供給される。
【0150】
[比較実験]
次に、本発明の積層ベンチュリノズル１０と、比較のためのコントロールとして行った従来のベンチュリノズル１００とについて、発生するマイクロバブルの気泡平均径を比較する比較実験を行った。
次に、本発明の積層ベンチュリノズル１０と、比較のためのコントロールとして行った従来のベンチュリノズル１００とについて、発生するマイクロバブルの気泡平均径を比較する比較実験を行った。
【0151】
比較実験は、図２１に示すマイクロバブル液生成装置３８に取り付ける積層ベンチュリノズル１０として、本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例１を取り付けた気液混合態様の場合（以下、実施例１と省略する場合もある）、積層ベンチュリノズル１０の実施例２を取り付けた気液個別態様の場合（以下、実施例２と省略する場合もある）、従来のベンチュリノズル１００を取り付けて気液混合態様を行った場合（以下、コントロールと省略する場合もある）との３点である。
【0152】
図２２の(Ａ)は、本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例１を示したものであり、積層ブロック１６を溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとで1本のベンチュリ流路２０を形成した２層構造にした以外は図1と同様である。即ち、実施例１の気液混合態様は溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に中間層用の溝有りブロック１２Ａをゼロ枚挟んで（即ち挟んでいない）１本のベンチュリ流路２０と気液混合流体用の流体供給流路１５を形成した最もシンプルな積層ブロック１６の構造である。
【0153】
図２２の（Ｂ）は、本発明の積層ベンチュリノズル１０の実施例２を示したものであり、積層ブロック１６を溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとで1本のベンチュリ流路２０を形成した２層構造にした以外は図1０と同様である。即ち、実施例２の気液個別態様は溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に中間層用の溝有りブロック１２Ａをゼロ枚挟んで（即ち挟んでいない）１本のベンチュリ流路と1本の液体用の流体供給流路３３と1本の気体用の流体供給流路３５とを形成した最もシンプルな積層ブロック１６の構造である。
【0154】
図２２の（Ｃ）は、コントロールのベンチュリノズル１００であり、積層ブロック１６に１本のベンチュリ流路２０を形成することは実施例１と同様であるが、積層ブロック１６に形成されたベンチュリ流路２０に気液混合流体を供給する流体供給流路が実施例１と異なる。
【0155】
即ち、実施例１の気液混合流体用の流体供給流路１５は、図２２の（Ａ）に示すように積層ブロック１６の内部に積層ブロック１６の積層方向に積層ブロック１６と一体形成される。そして、気液混合流体は矢印Ｑ１に示すように図２２の表面側から裏面側に供給されて気液混合流体用の流体供給流路１５に対して直角方向に形成されたベンチュリ流路２０に流入する。
【0156】
これに対して、コントロールの流体供給流路は、図２２の（Ｃ）に示すように積層ブロック１６に形成されたベンチュリ流路２０と同じ向きに流体供給流路としての配管７２を接続することで形成される。そして、気液混合流体は矢印Ｑ２に示すようにベンチュリ流路２０と同じ方向に流れてベンチュリ流路２０に流入する。なお、図２２の（Ｃ）では４層構造になっているが、これは積層ブロック１６に配管７２を連結するために配管７２の径よりも積層ブロック１６の厚みを厚くしたものであり、溝無しブロック１４と溝有りブロック１２の他に厚み調整用のブロック板７４を２枚積層している。
【0157】
（実験１）
実験１では、実施例１とコントロールとの対比実験を行った。即ち、図２１に示す循環ポンプ４４の上流側にある加圧溶解装置４６において空気流量を１０（ｓｃｃｍ）、水流量を３５００(ｍＬ／分)の条件で気液混合流体を形成した。そして、形成した気液混合流体を実施例１の積層ベンチュリノズル１０からマイクロバブルを容器４０内に噴出させた場合と、コントロールのベンチュリノズル１００からマイクロバブルを容器４０内に噴出させた場合との気泡平均径を比較した。即ち、実施例１及びコントロールから噴出したマイクロバブルを含むマイクロバブル液をそれぞれ島津製作所製のレーザー回析式粒子径分布測定装置であるＳＡＬＤ－２３００のフローセルに通すことによって、実施例１とコントロールとの気泡平均径を測定した。
実験１では、実施例１とコントロールとの対比実験を行った。即ち、図２１に示す循環ポンプ４４の上流側にある加圧溶解装置４６において空気流量を１０（ｓｃｃｍ）、水流量を３５００(ｍＬ／分)の条件で気液混合流体を形成した。そして、形成した気液混合流体を実施例１の積層ベンチュリノズル１０からマイクロバブルを容器４０内に噴出させた場合と、コントロールのベンチュリノズル１００からマイクロバブルを容器４０内に噴出させた場合との気泡平均径を比較した。即ち、実施例１及びコントロールから噴出したマイクロバブルを含むマイクロバブル液をそれぞれ島津製作所製のレーザー回析式粒子径分布測定装置であるＳＡＬＤ－２３００のフローセルに通すことによって、実施例１とコントロールとの気泡平均径を測定した。
【0158】
測定結果を図２３の表、図２４のグラフ、図２５のグラフに示す。図２４のグラフは実施例１の結果を示し、図２５のグラフはコントロールの結果を示す。そして、図２３の表の実施例１及びコントロールの気泡平均径は図２４及び図２５から算出したものである。図２３の表の測定時間は循環ポンプ４４を稼働してからの秒数であり、２４０秒（４分）後と３００秒（５分）後の気泡平均径を示している。また、図２３の表において、気泡平均径は個数分布の場合と堆積分布の場合とで表している。
【0159】
また、図２４及び図２５のグラフでは測定時間４分（２４０秒）後のものだけを示している。図２４及び図２５において、横軸は気泡の粒子径（μｍ）を示す。そして、左側の縦軸は相対粒子量(積算％)であり曲線で示し、右側の縦軸は相対粒子量（頻度％）であり棒グラフで示す。
【0160】
実験１の結果は、図２３の表から分かるように、コントロールの気泡平均径が２４０秒後において６０９μｍ（個数分布の場合）、３００秒後において６３３μｍ（個数分布の場合）であるのに対して、本発明の実施例１の気泡平均径が２４０秒後において３１μｍ（個数分布の場合）、３００秒後において３５μｍ（個数分布の場合）となった。即ち、実施例１の気泡平均径はコントロールの気泡平均径の約１/２０と小さくなった。
【0161】
（実験２）
実験２では、本発明の実施例１の気液混合態様と本発明の実施例２の気液個別態様とで発生するマイクロバブルの気泡平均径を比較した。なお、実施例１は実験１で行った実験と同じなので実験１のデータを使用した。
実験２では、本発明の実施例１の気液混合態様と本発明の実施例２の気液個別態様とで発生するマイクロバブルの気泡平均径を比較した。なお、実施例１は実験１で行った実験と同じなので実験１のデータを使用した。
【0162】
一方、実施例２では、図２１に示すマイクロバブル液生成装置３８の切替手段２９を切り替えて、空気流量が１０（ｓｃｃｍ）の空気が気体分岐配管２７から実施例２のベンチュリ流路２０における気体用の流体供給流路３５を介してスロート部２０Ｃの出口直後に直接供給されるようにした。切替手段２９を切り替えることで、水流量が３５００(ｍＬ／分)の水は循環配管４２を流れてベンチュリ流路２０の液体用の流体供給流路３３に供給されるようにした。そして、実施例２から噴出したマイクロバブル液をそれぞれ島津製作所製のレーザー回析式粒子径分布測定装置であるＳＡＬＤ－２３００のフローセルに通すことによって気泡平均径を測定した。
【0163】
【0164】
その結果、図２３の表から分かるように、本発明の実施例１の気泡平均径が２４０秒後において３１μｍ（個数分布の場合）、３００秒後において３５μｍ（個数分布の場合）であり、本発明の実施例２の気泡平均径が２４０秒後において３４μｍ（個数分布の場合）、３００秒後において３７μｍ（個数分布の場合）であった。
【0165】
上記した実験１及び実験２から分かるように、本発明の積層ベンチュリノズル１０は気液混合態様の場合、気液個別態様の場合の何れの場合にも、気泡平均径を３０～４０μｍ（個数分布の場合）まで小さくすることができ、従来のベンチュリノズル１００の気泡平均径よりも顕著に小さくできることが分かった。
【0166】
特に、気液個別態様の場合にも気泡平均径を３０～４０μｍ（個数分布の場合）まで小さくできたことは、上記した構成Ｄによる効果であることが考察され、このことは構成Ｄによる気体の良好なミキシング効果を示すものである。したがって、構成Ｄは、ベンチュリ流路の気体供給のための構成のみならずミキシング関連のアプリケーション用にも応用可能であると考察される。
【符号の説明】
【0167】
１０…積層ベンチュリノズル、１２…溝有りブロック、１２Ａ…中間層用の溝有りブロック、１２Ｂ…底面層用の溝有りブロック、１３…気液供給孔、１３Ａ…第１気液供給孔、１３Ｂ…第２気液供給孔、１４…溝無しブロック、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ…雌ネジ、１５…気液混合流体用の流体供給流路、１６…積層ブロック、１７…連結手段、１７Ａ…ボルト、１７Ｂ…ナット、１８Ａ…気液供給配管、１８Ｂ…液体供給配管、１８Ｃ…気体供給配管、１９…付属管、１９Ａ…付属管の雄ネジ、１９Ｂ…フランジ、２０…ベンチュリ流路、２０Ａ…流路縮小部、２０Ｂ…流路拡大部、２０Ｃ…スロート部、２０Ｄ…流体噴出口、２０Ｅ…流体導入部、２０Ｆ…流体導入部の底面、２１…流体供給口、２２…２分岐流路、２２Ａ…流体導入部、２３…雄ネジ、２４…ボルト孔、２５…気液供給配管のフランジ、２７…気体分岐配管、２９…切替手段、３１Ａ…付属管のボルト、３１Ｂ…付属管のナット、３３…液体用の流体供給流路、３５…気体用の流体供給流路、３７…液体供給孔、３７Ａ…第１液体供給孔、３７Ｂ…第２液体供給孔、３８…マイクロバブル液生成装置、４０…容器、４０Ａ…蓋、４１…気体供給孔、４１Ａ…第１気体供給孔、４１Ｂ…第２気体供給孔、４１Ｃ…気体導入部、４２…循環配管、４３…気体供給溝、４４…循環ポンプ、４５…気体導入部、４６…加圧溶解装置、４８…気体供給配管、５０…気体供給装置、５１…床、５２…ラック、５４…開口、５６…排出配管、５８…開閉バルブ、６０…シールド部材、６２…流量調整バルブ、６４…流量計、６６…圧力計、６８…流量調整バルブ、７０…開閉バルブ、７２…配管、７４…厚み調整用のブロック板、１００…ベンチュリノズル、Ｎ…対称軸、Ｍ…軸芯線、Ｋ…気泡、Ｄ１…第１気供給孔の直径、Ｄ２…第２気供給孔の直径、Ｄ３…スロート部の幅、Ｄ４…気液供給配管の内径、Ｄ５…ベンチュリ流路の流体噴出口の幅、Ｇ１…溝無しブロックの厚み、Ｇ２…溝有りブロックの厚み、Ｘ…中心線、Ｔ…スロート部の長さ、Ｌ…ブロックの長さ、Ｗ…ブロックの幅、Ｐ…段差
【要約】
【課題】ベンチュリ流路で発生させるマイクロバブルの気泡径分布及び気泡発生量を精度良く制御でき、しかも製作工程が少ないと共に構成部材の部品点数が少なくサイズも小さな積層ベンチュリノズルを提供する。
【解決手段】マイクロバブルの発生量に応じて溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に中間層用の溝有りブロック１２Ａをゼロ枚以上挟んで所定合計枚数積層されることにより、溝状のベンチュリ流路２０が管状流路になって流体噴出口２０Ｄを有する１本以上のベンチュリ流路２０が形成されると共に第１気液供給孔１３Ａと第２気液供給孔１３Ｂとが連通した気液供給孔１３が形成される立体構造であって、気液供給孔１２と1本以上のベンチュリ流路２０とがマニホールド状に連通された気液混合流体用の流体供給流路１５が形成される積層ブロック１６を構成する。
【選択図】図２
【解決手段】マイクロバブルの発生量に応じて溝無しブロック１４と底面層用の溝有りブロック１２Ｂとの間に中間層用の溝有りブロック１２Ａをゼロ枚以上挟んで所定合計枚数積層されることにより、溝状のベンチュリ流路２０が管状流路になって流体噴出口２０Ｄを有する１本以上のベンチュリ流路２０が形成されると共に第１気液供給孔１３Ａと第２気液供給孔１３Ｂとが連通した気液供給孔１３が形成される立体構造であって、気液供給孔１２と1本以上のベンチュリ流路２０とがマニホールド状に連通された気液混合流体用の流体供給流路１５が形成される積層ブロック１６を構成する。
【選択図】図２
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
