气液混合装置

技术领域

本发明涉及一种气液混合装置，更详细而言涉及一种产生微细气泡的气液混合装置。

背景技术

微细气泡有各种各样的性质，也能够期待以下效果：液体中的浮起速度较慢而能够高效地使气体溶解于液体的溶解性；另外，由于气泡带有负电，因此气泡不会相互结合而是吸附污物等带正电的物质并使其浮起的清洗性；并且，通过自身压坏而实现的杀菌性。

作为产生微细的气泡的技术，存在采用如下的文丘里构造的方法：通过使供液体流动的通路的截面积缩小而减压，混入来自外部空气的气体，通过在下游设置使截面积增加的扩径部，使混入有气体的气液产生由压力变化引起的剪切应力，使气体细分。

并且，作为使较大的气泡破碎的技术，根据日本特开2020－15013号公报，在供气液通过的流路设置相对于气液的行进方向而言的上游的第1碰撞部和下游的第2碰撞部，通过使气液碰撞而使较大的气泡破碎而进行细分化。

作为吸入外部的气体的技术，根据日本特开2020－18996号公报，通过在气液混合装置的内部设置空间而使从供水配管与气液混合装置的壳体之间的螺纹连接面的间隙连通到使流动的通路的截面积缩小而成为负压的流域，从而取消进气孔并吸入外部的气体。

此外，根据日本实用新型登记3169936号公报，在使流动的通路的截面积缩小的节流部的横孔具备螺纹作为进气调整件，利用通过进给螺纹而产生的微小的游隙即内螺纹与外螺纹之间的螺纹结合间隙，吸入外部的气体。

在日本特开2020－15013号公报所记载的技术中，若设有下游的第2碰撞部的主通路截面比设有上游的第1碰撞部的主通路截面小，则流速受损，不能进行有效率的碰撞。因此，对于设有碰撞部的各截面，设置得越下游，相对于碰撞部的面积而言，供气液通过的面积越大，碰撞的比例越下降。这样，虽然碰撞的气泡被细分化，但存在不碰撞的较大的气泡，不会成为均匀且微细的气泡。

在日本特开2020－18996号公报所记载的技术中，在拧紧了螺纹的情况下，内螺纹与外螺纹之间的单侧的螺纹牙的倾斜面密合，内螺纹与外螺纹之间的空间成为不密合的一侧的倾斜面的间隙。因此，与外部空气之间的路径仅成为螺纹进给方向，距离变长。由此，根据空间中的内螺纹和外螺纹各自的螺纹的有效径、底径、面粗糙度等的加工精度，进气量产生偏差。

在日本实用新型登记3169936号公报所记载的技术中，拧松了作为进气调整件的螺纹的状态下的使用存在因振动而松动并脱落的问题。

发明内容

本发明的技术方案用于解决上述的课题，其目的在于提供一种能够有效率地稳定产生微细的气泡的气液混合装置。

本技术方案是具有在供液体通过的主通路设有节流部和与该节流部的下游侧相连且朝向下游侧扩径的扩径部的文丘里构造的气液混合装置，其要旨在于，在所述扩径部的外周侧设有环形状的碰撞室，在所述扩径部的下游侧设有搅拌室，所述扩径部的下游侧的流路形成为与所述碰撞室相连且用于使气液与该碰撞室的外周壁碰撞的碰撞流路、与所述搅拌室相连且供通过所述扩径部的中心部的气液直进的直进流路、以及供气液从所述碰撞室向所述搅拌室流动的外环流路，在所述搅拌室中搅拌来自所述外环流路的气液和来自所述直进流路的气液。

另一个技术方案的要旨在于，所述碰撞流路以所述扩径部的中心轴线为中心以相同角度间隔配置有多个，多个所述碰撞流路以相同形状形成，所述外环流路以所述扩径部的中心轴线为中心以相同角度间隔配置有多个，多个所述外环流路以相同形状形成。

另一个技术方案的要旨在于，所述直进流路与所述节流部形成为同轴，所述直进流路的截面形成得比所述节流部的截面大。

另一个技术方案的要旨在于，所述气液混合装置能够利用螺纹连接于供水配管，在所述螺纹的螺纹牙形成有以该螺纹的插入方向为轴线的缺口，所述缺口与所述节流部或者所述扩径部连通，以向内部供给外部气体。

另一个技术方案的要旨在于，在所述搅拌室的出口设有用于使气泡细分化的金属网过滤器。

采用本技术方案的气液混合装置，气液混合装置的内部具有在供液体通过的主通路设有节流部和与节流部的下游侧相连且朝向下游侧扩径的扩径部的文丘里构造。因此，在主通路中流动的液体利用使流动的通路的截面积缩小的节流部减压，通过利用设于下游的使截面积增加的扩径部使液体产生由压力变化引起的剪切应力，使通过的液体中的气体细分化。

并且，在扩径部的外周侧设有环形状的碰撞室，在扩径部的下游侧设有搅拌室，扩径部的下游侧的流路形成为与碰撞室相连且用于使气液与碰撞室的外周壁碰撞的碰撞流路、与搅拌室相连且供通过扩径部的中心部的气液直进的直进流路、以及供气液从碰撞室流到搅拌室的外环流路，在所述搅拌室中搅拌来自外环流路的气液和来自直进流路的气液。由此，通过了扩径部的液体被分割为与碰撞室连通的碰撞流路和与搅拌室连通的直进流路，通过了碰撞流路的碰撞气液与碰撞室的外周壁碰撞，使气泡破碎。此外，来自直进流路的直进气液通过在搅拌室中与通过了外环流路的外环气液搅拌，使气泡细分化。

此外，在碰撞流路和外环流路分别以扩径部的中心轴线为中心以相同角度间隔配置有多个、多个流路形成为相同形状的情况下，从节流部流过扩径部的气液能够不紊乱地流向碰撞流路和直进流路，能够有效地与碰撞室的外周壁碰撞。

此外，在直进流路与节流部形成为同轴、直进流路的截面形成得比节流部的截面大的情况下，能够使不承受节流部的内壁的阻力的流速较快且节流部的中心周边的气液不承受扩径部的内壁的阻力而作为直进气液流动。在搅拌室中，流速相对较快的直进气液与反复碰撞的流速较慢的外环气液接触，在接触的流域产生旋涡，气液相互间反复碰撞，能够使气泡细分化。

此外，气液混合装置能够利用螺纹连接于供水配管，在螺纹的螺纹牙形成有以该螺纹的插入方向为轴线的缺口，缺口与节流部或者扩径部连通，以向内部供给外部气体，在以上情况下，即使拧紧螺纹，也能够在以螺纹的插入方向为轴线的截面中形成外部气体流路，能够在螺纹的插入方向上从外部空气供给螺纹部通过气体。因此，能够抑制由内螺纹与外螺纹各自的螺纹的有效径、底径、面粗糙度等的加工精度引起的进气量的偏差。

此外，当在搅拌室的出口设置用于使气泡细分化的金属网过滤器的情况下，通过对直进气液赋予适度的阻力，能够产生直进而通过金属网过滤器的气液和被金属网过滤器阻断而流入到外侧的阻断气液。阻断气液通过与外环气液碰撞而使气泡细分化，与外环气液一起通过金属网过滤器。在金属网过滤器形成有均匀的小孔，通过经过小孔，能够成为均匀的微细气泡。

另外，根据参考形态的气液混合装置，气液混合装置的内部具有在供液体通过的主通路设有节流部和与节流部的下游侧相连且朝向下游侧扩径的扩径部的文丘里构造。因此，在主通路中流动的液体利用使流动的通路的截面积缩小的节流部减压，通过利用设于下游的使截面积增加的扩径部使液体产生由压力变化引起的剪切应力，使通过的液体中的气体细分化。

并且，气液混合装置能够利用螺纹连接于供水配管，在螺纹的螺纹牙形成有以该螺纹的插入方向为轴线的缺口，缺口与节流部或者扩径部连通，以向内部供给外部气体。由此，即使在拧紧了螺纹的情况下，也能够在以螺纹的插入方向为轴线的截面中形成外部气体流路，能够在螺纹的插入方向上从外部空气供给螺纹部通过气体。因此，能够抑制由内螺纹与外螺纹各自的螺纹的有效径、底径、面粗糙度等的加工精度引起的进气量的偏差。

附图说明

关于本发明，列举本发明的典型性的实施方式的非限定性的例子，参照言及的多个附图并按照以下的详细的描述进一步进行说明，同样的附图标记在附图中的几个图中表示同样的零件。

图1是实施例的气液混合装置的纵剖视图。

图2是图1的主要部分放大图。

图3是图2的III－III线剖视放大图。

图4是图1的IV－IV线剖视图。

图5是图1的主要部分放大图。

图6是图1的VI－VI线剖视图。

图7是表示实验例的气液混合试验中的微细气泡的产生状态的图像处理图。

图8是表示比较例的气液混合试验中的微细气泡的产生状态的图像处理图。

具体实施方式

在此示出的事项是例示性的并且用于例示性地说明本发明的实施方式，以提供一种能够最有效且容易地理解本发明的原理和概念性的特征的说明为目的叙述。在这一点上，并非意图在为了本发明的根本理解所需的程度以上示出本发明的构造的详细内容，而是通过与附图相结合的说明，使本领域技术人员清楚本发明的几个形态实际上是如何具体化的。

＜气液混合装置＞

例如，如图1等所示，本实施方式的气液混合装置是具有以下文丘里构造的气液混合装置A：在供液体通过的主通路31设有节流部32和与节流部32的下游侧相连且朝向下游侧扩径的扩径部33。因此，在主通路31中流动的液体利用使流动的通路的截面积缩小的节流部32减压，通过利用设于下游的使截面积增加的扩径部33使液体产生由压力变化引起的剪切应力，使通过的液体中的气体细分化。

并且，在扩径部33的外周侧设有环形状的碰撞室25，在扩径部33的下游侧设有搅拌室41，扩径部33的下游侧的流路形成为与碰撞室25相连且用于使气液与碰撞室25的外周壁25a碰撞的碰撞流路35、与搅拌室41相连且供通过扩径部33的中心部的气液直进的直进流路51、以及供气液从碰撞室25向搅拌室41流动的外环流路52，在搅拌室41中搅拌来自外环流路52的气液52b和来自直进流路51的气液51b。由此，通过了扩径部33的液体被分割为与碰撞室25连通的碰撞流路35和与搅拌室41连通的直进流路51，通过了碰撞流路35的碰撞气液35b与碰撞室25的外周壁25a碰撞，使气泡破碎。此外，来自直进流路51的直进气液51b通过在搅拌室41中与通过了外环流路52的外环气液52b搅拌，使气泡细分化。

节流部32的直径、长度及扩径部33的长度、角度根据液体的流量等适当地选择。该节流部32和扩径部33通常形成为同轴。并且，能够在节流部32或扩径部33例如连接有用于供给外部气体的内部气体流路34。

碰撞室25的形状、大小等根据液体的流量等适当地选择。该碰撞室25例如设于扩径部33的截面外环。并且，碰撞室25例如能够形成为包围扩径部33的外周这样的圆环形状。

搅拌室41的形状、大小等根据液体的流量等适当地选择。该搅拌室41例如能够设于节流部32和碰撞室25的下游侧。

碰撞流路35的形状、大小、配置部位、个数等根据液体的流量等适当地选择。该碰撞流路35例如能够沿着与扩径部33的中心轴线交叉的方向延伸。

直进流路51的形状、大小等根据液体的流量等适当地选择。

外环流路52的形状、大小、配置部位、个数等根据液体的流量等适当地选择。该外环流路52例如能够形成为以扩径部33的中心轴线为中心的圆弧孔状。

作为本实施方式的气液混合装置，例如能列举出如下的形态：如图1等所示，在连接于供水配管1的壳体2的内部配置有用于产生气泡的内部产生构件3，内部产生构件3具有在供液体通过的主通路31设有节流部32和与节流部32的下游侧相连且朝向下游侧扩径的扩径部33的文丘里构造。

在上述的形态的情况下，例如，碰撞室25能够形成在壳体2的内周面和内部产生构件3的外周面之间。此外，例如，在壳体2的内部配置有用于分隔碰撞室25和搅拌室41的分隔件5，在分隔件5能够形成有直进流路51和外环流路52。并且，例如在内部产生构件3能够形成有用于向节流部32或扩径部33供给外部气体的内部气体流路34。

作为本实施方式的气液混合装置，例如能列举出以下的形态：如图4等所示，碰撞流路35和外环流路52分别以扩径部33的中心轴线为中心以相同角度间隔配置有多个，这些多个流路形成为相同形状(具体而言是以扩径部33的中心轴线为中心的旋转对称形状)。由此，从节流部32流过扩径部33的气液能够不紊乱地流向碰撞流路35和直进流路51，并能够有效地与碰撞室25的外周壁25a碰撞。

作为本实施方式的气液混合装置，例如能列举出以下的形态：如图1等所示，直进流路51与节流部32形成为同轴，直进流路51的截面形成得比节流部32的截面大。由此，能够使不承受节流部32的内壁的阻力的流速较快且在节流部的中心周边流动的气液不承受扩径部33的内壁的阻力而作为直进气液51b流动。在搅拌室41中，流速相对较快的直进气液51b与反复碰撞的流速相对较慢的外环气液52b接触，在接触的流域产生旋涡41b，气液相互间反复碰撞，能够使气泡细分化(例如参照图5)。

作为本实施方式的气液混合装置，例如能列举出以下的形态：如图1～图3等所示，气液混合装置A能够利用螺纹11、21连接于供水配管1，在螺纹11、21的螺纹牙形成有以该螺纹的插入方向为轴线的缺口22，缺口22与节流部32或扩径部33连通，以向内部供给外部气体。由此，即使在拧紧了螺纹11、21的情况下，也能够在以螺纹的插入方向为轴线的截面(例如参照图3)中形成外部气体流路23，能够在螺纹的插入方向上从外部空气供给螺纹部通过气体2a。因此，能够抑制由内螺纹21和外螺纹11各自的螺纹的有效径、底径、面粗糙度等的加工精度引起的进气量的偏差(例如参照图2)。

在上述的形态的情况下，例如能够设为：在利用螺纹11、21连接于供水配管1的壳体2的内部配置有用于产生气泡的内部产生构件3，内部产生构件3具有在供液体通过的主通路31设有节流部32和与节流部32的下游侧相连且朝向下游侧扩径的扩径部33的文丘里构造。

另外，供水配管1和壳体2中的任一者可以是内螺纹和外螺纹，缺口22也可以形成于内螺纹和外螺纹中的任一者。

此外，缺口22的形状、大小、配置部位、个数根据气体的流量等适时地选择。

作为本实施方式的气液混合装置，例如能列举出如图5等所示在搅拌室41的出口设有用于使气泡细分化的金属网过滤器6的形态。由此，通过对直进气液51b赋予适度的阻力，能够产生直进并通过金属网过滤器6的气液和被金属网过滤器6阻断而向外侧流入的阻断气液61b。阻断气液61b通过与外环气液52b碰撞而使气泡细分化，与外环气液52b一起通过金属网过滤器6。在金属网过滤器6形成有均匀的小孔，通过经过小孔而能够成为均匀的微细气泡。

另外，金属网过滤器6的小孔尺寸根据液体的流量等适时地选择。

＜其他的气液混合装置＞

例如，如图1等所示，本实施方式的其他的气液混合装置是具有在供液体通过的主通路31设有节流部32和与节流部32的下游侧相连且朝向下游侧扩径的扩径部33的文丘里构造的气液混合装置A。因此，在主通路1中流动的液体利用使流动的通路的截面积缩小的节流部32减压，通过利用设于下游的使截面积增加的扩径部33使液体产生由压力变化引起的剪切应力，使通过的液体中的气体细分化。

并且，例如能列举出以下的形态：如图1～图3等所示，气液混合装置A能够利用螺纹11、21连接于供水配管1，在螺纹11、21的螺纹牙形成有以该螺纹的插入方向为轴线的缺口22，缺口22与节流部32或扩径部33连通，以向内部供给外部气体。由此，即使在拧紧了螺纹11、21的情况下，也能够在以螺纹的插入方向为轴线的截面(例如参照图3)中形成外部气体流路23，能够在螺纹的插入方向上从外部空气供给螺纹部通过气体2a。因此，能够抑制由内螺纹21和外螺纹11各自的螺纹的有效径、底径、面粗糙度等的加工精度引起的进气量的偏差(例如参照图2)。

在上述的形态的情况下，例如能够设为：在利用螺纹11、21连接于供水配管1的壳体2的内部配置有用于产生气泡的内部产生构件3，内部产生构件3具有在供液体通过的主通路31设有节流部32和与节流部32的下游侧相连且朝向下游侧扩径的扩径部33的文丘里构造。

另外，供水配管1和壳体2中的任一者可以是内螺纹和外螺纹，缺口22也可以形成于内螺纹和外螺纹中的任一者。

此外，缺口22的形状、大小、配置部位、个数根据气体的流量等适时地选择。

并且，作为本实施方式的其他的气液混合装置，例如能够应用在上述的实施方式的气液混合装置中说明的各结构中的一种或两种以上组合。

另外，在上述实施方式中记载的各结构的附图标记表示与后述实施例所记载的具体的结构之间的对应关系。

【实施例】

以下，使用附图，基于实施例具体说明本发明。

本实施例的气液混合装置A如图1所示，在供水配管1螺纹连接有筒状的壳体2，在壳体2的内部配置有内部产生构件3和分隔件5，内部产生构件3压入到壳体2，供水配管1与内部产生构件3的接合部利用密封件7a进行止水。此外，在壳体2的与供水配管1相反的一侧连接有盖4，该盖4配置有金属网过滤器6，壳体2与盖4的接合部利用密封件7b进行止水。这些壳体2、内部产生构件3、分隔件5以及盖4由金属或树脂等材料形成。

在内部产生构件3中形成有在供液体通过的主通路31设有圆柱状的节流部32和与节流部32的下游侧相连且朝向下游侧扩径的锥形状的扩径部33的文丘里构造。因此，在主通路31中流动的液体利用使流动的通路的截面积缩小的节流部32减压，通过利用设于下游的使截面积增加的扩径部33使液体产生由压力变化引起的剪切应力，使通过的液体中的气体细分化。

在壳体2具备使内部产生构件3的外廓凹入而形成的处于扩径部33下游的外环的碰撞室25以及由分隔件5和盖4形成的搅拌室41。此外，在内部产生构件3的下游切削形成有碰撞流路35，该碰撞流路35与碰撞室25相连，用于使气液与碰撞室25的外周壁25a碰撞。并且，在分隔件5形成有直进流路51，该直进流路51与搅拌室41相连，供通过扩径部33的中心部的气液直进。由此，通过了扩径部33的液体被分割为碰撞流路35和直进流路51。通过了碰撞流路35的碰撞气液35b与碰撞室25的外周壁25a碰撞，使气泡破碎。

在分隔件5形成有与碰撞室25和搅拌室41连通的外环流路52。因此，碰撞室25的气液通过外环流路52而作为外环气液52b流入到搅拌室41。此外，通过了直进流路51的直进气液51b从扩径部33流入，通过在搅拌室41中搅拌两个气液51b、52b，使气泡进一步细分化。

在此，碰撞室25形成为环形状，与所有的碰撞流路35连通，如图4所示，碰撞流路35和外环流路52分别在以扩径部33的中心轴线为中心的圆周方向上以相同角度间隔配置有多个(在图中是2个碰撞流路35和3个外环流路52)，多个流路形成为相同形状。由此，从节流部32流过扩径部33的气液能够不紊乱地流向碰撞流路35和直进流路51，能够提高使碰撞气液35b与碰撞室25的外周壁25a碰撞的效果。此外，通过不同的碰撞流路35的碰撞气液35b在碰撞室25中接触，能够使气泡均匀。

直进流路51与节流部32形成为同轴，直进流路51的截面形成得比节流部32的截面大。即，直进流路51的与中心轴线正交的截面形成得比节流部32的与中心轴线正交的截面大。由此，能够使不承受节流部32的内壁的阻力的流速较快且在节流部32的中心周边流动的气液不承受扩径部33的内壁的阻力而作为直进气液51b流动。因此，如图5所示，在搅拌室41中，流速相对较快的直进气液51b与反复碰撞的流速相对较慢的外环气液52b接触，在接触的流域产生旋涡41b，能够使气泡细分化。

另外，由于碰撞流路35与外环流路52、直进流路51的其他的条件(形状、大小、配置部位、个数等)分别相互产生影响，因此能够根据液体流量等来设定。

如图2和图3所示，在壳体2，在内螺纹21的螺纹牙形成有以该螺纹的插入方向为轴线的缺口22(即，沿着该螺纹的插入方向延伸的缺口22)，具备由外螺纹11和壳体2围成的外部气体流路23。此外，如图1所示，通过利用密封件7a对供水配管1和内部产生构件3进行止水，具备由壳体2和内部产生构件3围成的外环气体流路34。外部气体流路23与外环气体流路34连通，外环气体流路34与被减压的节流部32连通。由此，即使在拧紧了螺纹11、21的情况下，也能够形成外部气体流路23，能够在螺纹11、21的插入方向上从外部空气供给螺纹部通过气体2a(参照图2)。另外，缺口22的形状、大小、配置部位、个数能够根据气体的流量等来设定。

在连接于通常的自来水龙头、淋浴连接配管的螺纹的情况下，供水配管1的外螺纹11设想由磨损、劣化引起的形状变化，可以说是不确定的形状。由于外部气体流路23是螺纹11、21的插入方向，因此与使气体沿着螺纹牙向螺纹进给方向流动的情况相比，能够抑制由螺纹11、21的有效径、底径、面粗糙度等的加工精度引起的进气量的偏差。

此外，在本实施例中，将供水配管1设为外螺纹11，将壳体2设为内螺纹21，但可以将任一者设为内螺纹和外螺纹，缺口22也可以形成于内螺纹和外螺纹中的任一者。

如图5所示，通过利用配置于喷出口的金属网过滤器6对直进气液51b赋予适度的阻力，不仅产生直接通过金属网过滤器6的气液，也能够产生被金属网过滤器6弹回而流入到外侧的阻断气液61b。阻断气液61b通过与外环气液52b碰撞，使气泡细分化，并与外环气液52b一起通过金属网过滤器6。在金属网过滤器6形成有均匀的小孔，通过经过小孔，能够成为均匀的微细气泡。另外，金属网过滤器6的小孔尺寸根据液体的流量等适时地选择。

接下来，对实验例及比较例的气液混合试验进行说明。

在实验例的气液混合试验中，采用实施例的气液混合装置A，观察喷出的喷出气液。另一方面，在比较例的气液混合试验中，对于实施例的气液混合装置A，采用不具备碰撞室25、分隔件5以及搅拌室41的文丘里构造，观察喷出的喷出气液。其结果，在实验例的气液混合试验中，如图7所示，确认在喷出气液中0.1mm以下的微细气泡的产生量较多。与此相对应，在比较例的气液混合试验中，如图8所示，确认0.1mm以下的微细气泡的产生量较少。

本发明的气液混合装置并不限定于上述记载的实施例的结构，也可以在不脱离所记载的技术方案的发明的本质的范围内适时变更其结构。

例如，在上述实施例中，例示了以扩径部33的中心轴线为中心以等角度间隔配置有多个的碰撞流路35、外环流路52，但并不限定于此，例如也可以设为以扩径部33的中心轴线为中心以不等角度间隔配置有多个的碰撞流路35、外环流路52。

此外，在上述实施例中，例示了具有比节流部32的截面大的截面的直进流路51，但并不限定于此，例如也可以设为具有比节流部32的截面小的截面的直进流路51。

此外，在上述实施例中，例示了使缺口22与节流部32连通的内部气体流路34，但并不限定于此，例如也可以设为如图1中虚拟线所示使缺口22与扩径部33连通的内部气体流路34。

此外，在上述实施例中，例示了形成于供水配管1与壳体2的螺纹接合部的外部气体流路23，但并不限定于此，例如也可以设为形成于与壳体的螺纹接合部分开的部位的外部气体流路23。

并且，在上述实施例中，例示了具备金属网过滤器6的搅拌室41，但并不限定于此，例如也可以设为不具备金属网过滤器6的搅拌室41。

本发明作为与气液混合装置相关的技术而被广泛利用，该气液混合装置例如在部件的脱脂、清洗、或者养殖、农业的水质改善、家庭中的清洗、洗浴等各种各样的领域中被利用。