JPH0148464B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本説明では液体を水に、気体を空気あるいは酸
素に置換えた例を示す。 本発明は水道水、ポンプあるいは落差により得
られる高圧水の圧力を利用して、高速のジエツト
水を発生させその力によつて、周囲の水を効率よ
く循環させると同時に空気の泡あるいは酸素等の
気体の泡を混合させるものであり、突起物及び可
動部分がない単純な構造のため故障、汚れがない
などの特徴がある。更に液体中への気体の溶解が
行われ水の腐敗を防ぐばかりでなく、気泡の発
生、消滅の際に発生する超音波により洗浄作用が
生じ、肌を刺激し肌の美容、医療効果等の副次効
果をもつている。 第１図、第２図、第６図の図面によつて循環装
置の例を示す。 先端を細く絞つた極小孔径の液体用ノズル１の
一方の端をホースないしパイプ４を介して水道
水、高圧ポンプ水あるいは落差により得られる圧
力水の出口５に接続し高圧の水を液体用ノズル１
に通すと先端から少量の高速ジエツト水が噴出す
る。ベルヌーイの定理に従つてこの高速ジエツト
水の周囲は負圧を呈するので、この高速ジエツト
水を取囲む形に開口する気体用環状ノズル２、あ
るいは高速ジエツト水の近傍に１個から複数個の
気体用ノズル３等の気体の吸込み口を設け、これ
ら気体の吸込み口の一方の端を通気管１７を介し
て気体の取入れ口６につなぐと、ここから空気あ
るいは酸素等の気体を吸込む。この気体は細かい
泡となつて高速ジエツト水と共に水中を移動し、
これに伴つて周囲の大量の水を動かすことができ
ると同時に気体が水中に溶解する。このノズル全
体を案内管１１にその中心線を概ね平行にして取
付け一体化すると水の強制循環装置になる。この
ノズルを上向きにすると泡の浮上効果と相乗して
その効果は大きい。 また第６図に示すように液体用ノズル１の中に
気体用ノズル３を置いた場合は液体用ノズル１は
薄く絞られた環状を呈するので高速のジエツト水
は筒状に噴出し、ジエツト水に囲まれた気体用ノ
ズル３から気体を、またジエツト水の外側から周
囲の水を効率よく吸引し、水と気体を混合し、移
動させ、輸送循環させることができる。この方法
は第１図に示す装置を用いて気体用環状ノズル２
に水を流し、液体用ノズル１の一方の端を気体中
に開口させたことに等しい。 ここで液体用ノズル１はその先端で水が高速で
噴出することが必要であり、そのためにはノズル
１の前での圧力損失を小さくするように、途中の
径は太くし、ノズル１の先端は流れを邪魔しない
ように滑らかな曲線で細く絞られる構造にするこ
とが好ましい。ノズル１の先端の開口部の形状は
丸、楕円、多角形、長方形等任意の形状をとるこ
とができるが、特に小孔径の丸、あるいはスリツ
ト状の薄く幅の広い小断面の開口部をもつ液体用
ノズル１はジエツト水流の比表面積が大きく、単
位ジエツト水量当りの水の循環流量が大きく効率
的である。 液体用ノズル１の外側の案内管１１の断面形状
は液体用ノズル１の開口部の形状とは異なつても
よいが相似形に近くすることが好ましい。即ち液
体用ノズル１の開口部の縁とその外側にある案内
管１１の内側との距離がその周囲にわたつて略等
しくなるようにするとよい。 スリツト状の開口部を曲げてその両端をつなぐ
と環状のノズルが構成され第６図に示した装置は
その１つである。第６図では案内管１１の一端を
下方に曲げ、下方に在る水を大量に下から上方表
層近くへ移動させる例を示した。 次に実施例の効果について詳しく述べる。 第１図に於いて先端の孔の径を小さく（例えば
0.5mm直径）絞つた液体用ノズル１の先に少し離
してその軸を同一にして気体用環状ノズル２（本
例では0.7mm直径）を設け、液体用ノズル１との
間に環状の気体用のスリツトが形成されるように
した。そしてその外側周囲に液体用ノズル１の中
心軸と概ね平行に径の太い（本例では40mm直径）
案内管１１を置いて二つのノズルを一体化した。 この液体用ノズル１に水道水を流すと水道水は
0.5mmの小孔径に拘束されて、水道水圧、蛇口の
開度にはあまり影響されずに毎分0.3リツトルし
か流れないが、約25ｍ毎秒の高速で水がジエツト
となつて噴出する。すると前記理由により気体用
環状ノズル２から空気が吸込まれ微小な気泡とな
つて水と混合し案内管１１の中の水は約40cm毎秒
で流れた。これは毎分30リツトルの水が動いてい
ることになり輸送量が約百倍に増幅されたことを
示している。そしてこのとき大量の空気が水に溶
解されることが特徴である。本実施例で吸込まれ
る空気量は毎分0.2〜0.3リツトルであり液体用ノ
ズル１から噴出するジエツト水とほぼ同じ体積で
あつた。噴出するジエツト水の元圧が高ければ更
に大量の空気を吸込み溶かし込むことができる。
更にこの案内管１１内に於いて百倍に増幅された
水が案内管１１の出口からゆつくり（40cm毎秒）
流れ出ると、その水が更にその出口周囲の水を随
伴して動かすので更にその数倍の水を移動させ
る。そのうえ吸込まれた空気が微小な泡となつて
浮上し上部の水を撹はんするので最終的には液体
用ノズル１から噴出するジエツト水量の千倍以上
の水を動かすことになる。 このような増幅効果は液体用ノズル１のノズル
断面積が案内管１１の内側断面積に比べて6400分
の１（0.5²／40²）と小さいことから生じており、
極少量の高速流体はポンプのように揚水する力は
ないが百倍から千倍もの大量の流体をゆつくり移
動循環させることができることを示している。 従来噴流水ポンプとして知られているものは、
液体用ノズル１の断面積とスロートの断面積の比
が0.1〜0.9の範囲でありその場合の水の輸送倍率
は大きくて４〜５倍である。第７図イにこれら従
来技術の領域を機械工学便覧から抜粋して示し
た。本願の技術は液体用ノズル１の断面積A₁と
案内管１１の断面積A₂の比が桁違いに小さく、
第７図ロに示すように従来では知られていない領
域を利用している。このため水の輸送倍率が百倍
〜千倍以上にも及ぶものであり、言替えれば大量
を水の循環に極僅か（数百分の１）の量の高速水
で足りることに特徴がある。そしてこの極僅かの
水が水中に噴出することによりその近くの気体用
環状ノズル２、あるいは気体用ノズル３等の気体
の吸込み口からはほぼ同量の空気が吸引され、こ
れが微小な泡となり大量に移動循環される水と共
に水中に拡散されこの泡の浮上効果により水の撹
はん循環が更に助長されることが本願技術の重要
な新技術である。 次にこの装置を一般的な外釜型の浴槽へ適用し
た例について第３図、第８図によつて説明する。
液体用ノズル１と気体の吸込み口とを一体化した
案内管１１を風呂の連結管９又は１０に取付け、
パイプ４に高圧水を流すと液体用ノズル１の先端
から噴出するジエツト水と、気体用環状ノズル２
又は気体用ノズル３等の気体の吸込み口から吸引
されて生ずる微小な泡によつて案内管１１内の水
は強く移動させられ、釜８内の加熱された熱湯が
浴槽７の中へ移動し浴槽底部の冷たい水は釜８の
中へ供給され、浴槽７及び加熱器８内を強制循環
せしめることができる。第８図に示すように液体
用ノズル１と気体用環状ノズル２を組合わせた案
内管１１を下向きにして連結管９に取付けると釜
８内で加熱された湯が浴槽７の底迄達し、前述の
ように周囲の水を随伴し浮上する気泡の効果と重
なりジエツト水量の千倍以上の水を動かし浴槽内
全体を撹はんするので湯の温度は一層均一にな
る。案内管１１の一部に自由に曲げることのでき
る自在管２０を設けると、加熱された湯と気泡の
方向を任意に変えることができ追いだき等の場合
にも好都合である。 この様にして沸かしたお風呂は第５図に示すよ
うに沸上がり時に浴槽内の温度が全く均一にな
り、掻回す必要もなく火傷の心配もなくなつた。
追いだきなどの場合、入浴中にこの循環装置を用
いると加熱された湯が浴槽中に速やかに流れ出て
くるため温まり方が速いだけでなく、発生した泡
が浴中で生成し、凝集し、はじける際に発する超
音波が皮膚を刺激するのでより温まりかつ汚れが
除かれ肌を活性化するなどの美容及び医療作用が
ある。案内管１１を連結管９または１０から外し
て水中で用いるか、あるいわ水中に空気中から高
速ジエツト水を吹付け叩き付けるようにして用い
ることにより同様に超音波の効果を利用すること
ができる。又気泡を肌に当てることによりその効
果は更に著しい。 その他液体用ノズル１からジエツト水が流れて
いるときは必ず気泡が発生し表面で気泡がはじ
け、小さな音がするので機能しているのがよく分
つて高圧水の出口（蛇口）５を閉め忘れることも
なく便利である。又細かい気泡の間断ない上昇に
より、浴槽中の垢、髪の毛等のゴミが早く浮き表
面に溜るので除去が容易であり清潔な湯を保つこ
とができるばかりでなく、釜内へもきれいな湯が
速く循環するので釜の汚れも少なく伝熱効率が上
昇するため熱効率が高く維持される（第１表）。 第４図、第９図に示すように液体用ノズル１及
び気体用環状ノズル２又は気体用ノズル３を連結
管９又は１０のいずれかの中に組込み、かつ途中
の配管４と通気管１７の双方あるいは一方を加熱
器８又は排ガス管１９の排熱で予熱することによ
つて更に熱効率を上げることができる（第１表）。
これは配管４の中を流れる圧力水の流速が速く、
比表面積が大きく排熱でも充分に伝熱加熱効率が
よいためである。

【表】 又高圧水の開閉弁１４と加熱器バーナー１８用
の燃料開閉弁１５とを連動させることにより加熱
と循環を同時に行うことができ便利である。この
ときタイマー１６あるいは感温センサー等により
燃料開閉弁１５を閉じてからある時間経つてから
高圧水の開閉弁１４を閉じるようにすると、加熱
器内に残る熱湯をも有効に利用することができ
る。又浴槽内の湯の温度センサーからの信号で燃
料開閉弁１５を開閉させるようにすると更に便利
である。以上の効果を第１表に纏めて示したが、
ｂ−高速ジエツト水−とは第１，第２，第６図に
於いて気体用環状ノズル２あるいは気体用ノズル
３がない場合であり、従つて気泡は発生せず水だ
けが循環した場合である。これに対し本発明の技
術は第１表のｃ、ｄに示すように熱効率向上と温
度均一化の効果が明らかである。 近年貯水池、養殖用水域、湖沼や湾内等の閉水
域、流れの澱む河川は水の循環が悪く、その上生
活排水の流入あるいは魚介類の飼料、排せつ物等
によつて水が富栄養化し汚濁、腐敗し飲用、養殖
等の用をなさなくなりつつある。本装置をこれら
水域の水の浄化装置として用いた例について説明
する。 第１図、第６図に示す循環装置を浄化しようと
する水域の水中表面近くに置く。第１０図に示す
ように気体取入口６は空気中に出し、案内管１１
につながる環流管２１の下端は該水域の底近くに
位置させる。一方該水域の近くの高い位置に在る
河川の流域あるいは水源池に取水口２３を設け該
水域迄敷設した配管２２の下端を高圧水の出口５
を介して水用のパイプ４の一端に接続する。この
ようにして液体用ノズル１の先端には取水口２３
と該水域水面の間の落差に相当する水圧が働き、
この水圧により水源の水が液体用ノズル１の先端
からジエツト噴流となつて該水域中に噴出する。
このジエツト噴流によつて前述のように百倍以上
の水が案内管１１のなかを流れるので、下方につ
ながる環流管２１を通して底部の大量の腐敗水が
静かに間断なく吸い上げられ循環すると同時に気
体用ノズル３から空気が気泡となつて腐敗水中の
溶け込み酸化し浄化する機能をもつ。更に本装置
では閉水域系内に流れ込む水を利用しているので
水域内及び周辺の生態系には全く悪影響を及ぼさ
ないことも特徴の一つであり次に実施例を示す。 腐敗が著しく利用されていない広さ１Km×0.5
Km、深さ20ｍの養殖池（水量10⁷m³）は周囲が山
に囲まれており、この池へ流入する雨水の降水域
は約３Km×２Kmでありその年間降雨量は2000mmで
ある。すなわち年間の全雨水量は1.2×10⁷m³であ
る。この養殖池に流入する小川が４本あり、うち
一本の小川に全雨水量の約100分の１（10⁵m³）が
流れている。この小川を養殖池水面より50ｍ高い
位置で堰止めここを取水口２３とした。ここで用
いた循環装置は第６図、第１０図の構造をしてお
り液体用ノズル１は外径16mm、内径11mmの環状ス
リツトノズルとなつている。中心に９mm直径の気
体用ノズル３がある。案内管１１は直径１ｍのパ
イプからなり水面下約１ｍの深さに略水平を保つ
ようにフロートに固定され、気体取入口６は水面
上に開いている。環流管２１の下端は池の底から
約２ｍ上方に位置するようにした。前記取水口２
３と本装置の水用パイプ４の間を10cm直径の配管
２２でつなぐと、50ｍの水頭圧がかかり液体用ノ
ズル１から約30ｍ毎秒の水が噴出する。この噴出
する水量は年間約10⁵m³であり、従つて吸引され
る空気は前述の通りほぼ同体積であり年間約10⁵
m³であつた。吸引された空気は１mm前後の微小径
の気泡となるので、その表面積は６×10⁸m²と莫
大なものになり、この養殖池の表面積５×10⁵m²
の千倍以上に相当する。しかも微小気泡が水中を
移動、浮上するので気泡と水の界面は激しく撹は
んされ空気が効率的に水中に溶解する。このとき
案内管１１の中を流れる水は毎秒40cmであり年間
10⁷m³に相当し百倍に増幅された。この循環水量
10⁷m³は養殖池の全水量に相当し、一年で池全部
の水が一回循環し入替わり、大量の空気を溶かし
込むことによつて腐敗水が完全に浄化された。こ
の効果は半年程度で現れ始め一年経過後には臭気
も消え飲料水としても使える程になつた。第１０
図において案内管１１及び液体用ノズル１の方向
を若干下向きにすると気泡の液中への滞在時間が
長く効果が大きい。第１１図は液体用ノズル１を
上に向けた場合であり気泡の浮揚力と相乗して循
環の効果が大きい。 同様な小型の装置を水道水蛇口につなぎ家庭用
の池、水槽の中で用いると、水中への空気の溶け
込みが円滑に行われ魚介類の生息に非常に良い効
果をもたらすことが分つた。このような目的のた
めに水中ポンプ等で水を空中に汲み上げ空気を溶
解させる装置があるが、電力を使うこと、感電の
虞があること、静かな場所特に夜間は騒音で使え
ない場合がある、等の欠点がある。本装置は従来
装置の欠点がないばかりでなく絶間ない水の循環
と空気の溶解が行なわれるので、水の腐敗を防ぐ
と同時に液体用ノズル１から供給される極少量の
新鮮な水道水が池へ補給されるので、水を入替え
る作業あるいは蒸発損失のための水の補給が自動
的に行われる等の効果がある。水道水が勿体ない
場合は中の水を高圧ポンプに導きノズルから噴出
させ再利用してもよい。 以上に述べた例の他、本装置は薬品等の各種液
体の輸送、循環作用にも利用できるので、液体用
ノズル１に流す高圧の液体は各種の液体を用いて
よく、同様に移動循環する水は各種の液体あるい
は粉粒体のような流体でも、移動、循環させるこ
とができ、この液体用ノズル１の孔径、噴出する
液体の圧力及び気体用環状ノズル２、気体用ノズ
ル３の孔径、案内管１１の口径を適切に選ぶこと
により液体、気体、粒体の比率を任意に設定する
ことができる。 本発明に似ている技術として、浴槽の水あるい
は池の水をポンプを通してリサイクル噴流出させ
るものがあるが汚れた水を循環させているので
垢、髪の毛、池内の藻類、魚貝類、木片、腐敗物
等のごみがポンプ、あるいはノズルの中に詰まり
故障し機能を果たさなくなる等の問題がある。 本発明の特徴は、先端を細く絞つた小口径の液
体用のノズル１，２から微小量ではあるが高速の
ジエツト水を噴出させ、その数十倍−数百倍もの
量の周囲の水を循環させ、その中に微細な気泡を
吸込むことに在る。即ち極く少量のジエツト水で
大量の系内の水を動かすことが出来るので、系内
の汚れた水をリサイクルしなくとも系外に在る僅
かのきれいな水を使うことが出来る訳である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第６図は循環用ノズルの正面
図及び断面図、第３図、第４図、第８図、第９図
は循環装置のお風呂への使用例、第５図は本発明
の装置を使用した場合の効果を実証する浴槽内温
度の深さ方向の分布を示す図、第７図は管の断面
積比と水の輸送倍率の関係を示す図、第１０図、
第１１図は本発明の養殖池での実施態様を示す
図、である。 １……液体用ノズル、２……気体用環状ノズ
ル、３……気体用ノズル、４……液体用のホース
又はパイプ、５……高圧液体の出口、６……気体
取入口、７……浴槽、８……加熱器、９，１０…
…連結管、１１……案内管、１２，１３……導水
管、１４……高圧液体の開閉弁、１５……燃料開
閉弁、１６……タイマー又は感温センサー、１７
……通気管、１８……加熱器バーナー、１９……
排ガス管、２０……自在管、２１……環流管、２
２……配管、２３……取水口、２４……空気抜き
孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 先端を細く絞つた液体用ノズル１の先端の付
   近に、気体用環状ノズル２または気体用ノズル３
   を持つノズル構造物を、液体を溜めた容器の中に
   置き、ノズル２，３は空気中あるいは各種気体中
   に開口する気体取入れ口６につなぎ、液体用ノズ
   ル１はこの容器とは異なる場所に在る高圧を生ず
   る液体源につながるようにしてなる気体吹込み液
   体の循環装置。 ２ 案内管１１の中央近くに各々の中心線を略平
   行にして液体用ノズル１を置き、気体用環状ノズ
   ル２または気体用ノズル３と一体にしてなる特許
   請求の範囲第１項記載の循環装置。 ３ 液体を溜めた容器が溶槽７、連結管９，１
   ０、あるいは加熱器８である特許請求の範囲第１
   項記載の循環装置。 ４ 案内管１１を連結管９あるいは１０に取付け
   できるようにしてなる特許請求の範囲第３項記載
   の循環装置。 ５ 液体用のパイプ４と通気管１７の一方、ある
   いは双方を加熱器８、排ガス管１９等の排熱で予
   熱するようにしてなる特許請求の範囲第３項記載
   の循環装置。 ６ 高圧液体の開閉弁１４と燃料開閉弁１５の
   夫々の開閉機構を直接に、あるいはタイマーまた
   は感温センサー１６を介して間接的に連動して、
   働かせるようにしてなる特許請求の範囲第３項記
   載の循環装置。 ７ 高圧を生ずる液体源が、水道水、高圧ポンプ
   水、落差により得られる圧力をもつ高所にある水
   源、等である特許請求の範囲第１項記載の循環装
   置。 ８ 液体を溜めた容器が湖、沼、池、湾、貯水
   池、河川、あるいは養殖池等の水域である特許請
   求の範囲第１項記載の循環装置。 ９ 案内管１１が環流管２１につながるようにし
   てなる特許請求の範囲第２項記載の循環装置。