洗浄ノズル、これを用いた洗浄装置、および洗浄方法
【課題】被洗浄物の洗浄に好適な洗浄ノズル、洗浄装置、及び洗浄方法を提供する。
【解決手段】本発明は、内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路内に通路絞り部２９を設けて圧送される洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズル８であって、圧送通路内には、前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給するガス供給部材５１が備えられていることを特徴とする。
【解決手段】本発明は、内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路内に通路絞り部２９を設けて圧送される洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズル８であって、圧送通路内には、前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給するガス供給部材５１が備えられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、配管やタンクの内外壁面等、機械その他の物の洗浄に用いることのできる洗浄ノズル、これを用いた洗浄装置、および洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品製造業において、飲食料、特に乳製品等を製造する装置は、飲食料を貯蔵させるタンクや工程中の配管内に、油成分、蛋白質やカルシウム等の塩類を含んだ残留物が付着することから、定期的に洗浄し、タンク内や配管内を清潔に維持して飲食品の品質を確保することが必要とされている。
これら配管等の内部の洗浄においては、飲食品の各種成分を分解する洗浄剤を順次投入して洗浄するとともに、各洗浄剤を投入する前後に、その都度温水で配管等内をリンスする方法が採用されているが、洗浄に大量の水を使用することによる用水費、水処理コスト、環境への負荷、及び洗浄に長時間掛かるという問題から、効率的な被洗浄物の洗浄として、従来より、例えばキャビテーション噴流を利用して被洗浄物を洗浄する例えば下記特許文献１に開示された装置が提案されている。
【０００３】
この洗浄装置のノズルは、水を低圧で噴出する低圧ノズルの中心部に水を高圧で噴出する高圧ノズルを設け、これら低圧ノズルと高圧ノズルのそれぞれから水を噴出することによりキャビテーション噴流を噴射させる構成となっている。
このノズルによると、高圧ノズルの先端から噴出したキャビテーション噴流を被洗浄面に至るまで低圧ノズルから噴出させた水で包み込むようになっており、キャビテーション噴流の流速が衰えてキャビテーション気泡が消滅するのを防ぐとともに、被洗浄面においてキャビテーション噴流を集中させ、圧潰衝撃力による洗浄効果を増大させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の洗浄装置のノズルでは、水を低圧で噴出する低圧ノズルの中心部に水を高圧で噴出する高圧ノズルを設け、これら低圧ノズルと高圧ノズルのそれぞれから水を噴出することによりキャビテーションを発生させているため、キャビテーションの発生に限界があり、洗浄効果を飛躍的に向上させ得るものではなかった。
【０００６】
また、前記洗浄装置のノズルでは、キャビテーション噴流を被洗浄物に噴射する際に、該キャビテーション噴流を包み込み、かつ被洗浄面において噴流が拡散しないように一定の範囲に閉じ込められるだけの水圧を発生させる大量の水が必要となり、洗浄コストが嵩むとともに、環境への負荷が大きいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するべく、以下の手段を提供している。
すなわち、本願の請求項１に係る洗浄ノズルは、内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路内に通路絞り部を設けて圧送される洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズルであって、前記圧送通路内には、前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給するガス供給部材が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
本願の請求項２に係る洗浄ノズルは、請求項１に記載の洗浄ノズルであって、前記通路絞り部は、該圧送通路の軸線方向に直交する方向に互いに隣接配置された第１及び第２の絞り部材を備え、前記第１の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面を有し、前記第２の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面を有し、これら第１及び第２の絞り部材は、これらをその側方から視たときに、前記第１及び第２の傾斜面がこれら各傾斜面の中間部で交叉し、該第１及び第２の傾斜面上の前記圧送通路が前記交叉する部分の上方において互いに連通していることを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項３に係る洗浄ノズルは、請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、前記第１の絞り部材は、前記第１の傾斜面の前記先端開口部側の端部に隣接して、前記先端開口部側を向く第１の平坦面を備え、前記第２の絞り部材は、前記第２の傾斜面の前記基端部側の端部に隣接して、前記基端部側を向く第２の平坦面を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本願の請求項４に係る洗浄ノズルは、請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、前記第１および第２の絞り部材は、それぞれ板状に形成されるとともに、これら各々の板面が前記第１および第２の傾斜面とされていることを特徴とする。
【００１１】
本願の請求項５に係る洗浄装置は、請求項１から４のいずれか１項に記載の洗浄ノズルと、洗浄水を貯留する洗浄水槽と、該洗浄水槽内の洗浄水を前記洗浄ノズルに圧送するポンプおよび配管と、前記洗浄ノズルへの洗浄水の圧送を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本願の請求項６に係る洗浄方法は、洗浄ノズル内に洗浄水を圧送し、該洗浄ノズルから前記洗浄水を被洗浄体に噴射させて該被洗浄体を洗浄する洗浄方法であって、前記洗浄水内にキャビテーション気泡を発生させるとともにこの洗浄水を該ノズルの軸線周りに旋回させる工程と、前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給する工程とを備え、前記キャビテーション気泡を有する旋回流として前記被洗浄体に噴射させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る洗浄ノズル、これを用いた洗浄装置、および洗浄方法によれば、上記した解決手段によって下記の効果を奏する。
すなわち、本願の請求項１に係る洗浄ノズルによれば、ガス供給部材から供給されたガスが、キャビテーション気泡が発生するときの気泡核となってキャビテーション気泡の発生を促進するため、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上するという効果を奏する。
また、洗浄水にガスを供給することによりキャビテーション気泡を効果的に発生させ洗浄力を高められるため、洗剤の使用を抑えられることで大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制することができるという効果を奏する。
【００１４】
また、請求項２に記載の洗浄ノズルによれば、第１及び第２の絞り部材によりキャビテーション噴流を発生させるとともに、該噴流に螺旋状の回転力を加えることができるため、該噴流がその流速を維持し、かつ洗浄水を低圧に維持することにより、キャビテーション噴流をより遠くまで噴射させることができる。また、噴流がその流速を維持し、かつ洗浄水を低圧に維持することにより、洗浄水の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これにより、キャビテーション気泡の総量を増やし、又は被洗浄物の内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることを抑制することができ、被洗浄物の内壁面における洗浄力を向上させることができるという効果を奏する。
【００１５】
また、請求項３に係る洗浄ノズルによれば、第２の絞り部材の基端部側を向く第２の平坦面が、第２の絞り部材側へ流動した洗浄水を第１の絞り部材の第１の傾斜面に集水させるため、第１の絞り部材を流動する洗浄水の水圧を容易に高めることができ、キャビテーション噴流をより効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００１６】
また、請求項４に係る洗浄ノズルによれば、第１及び第２の絞り部材が板状に形成され、これら第１及び第２の絞り部材を側面視した際に各々の板面が互いにそれぞれの中間部で交叉するよう配置されているため、洗浄水が第１の絞り部材から第２の絞り部材に流れる際に生じるキャビテーション噴流と、洗浄水が第２の絞り部材から第１の絞り部材に流れるキャビテーション噴流との二つ流れにより効果的に旋回流を発生させることができるため、強力でかつキャビテーション気泡の多い噴流を発生させることができるという効果を奏する。
【００１７】
また、請求項５に係る洗浄装置によれば、キャビテーション気泡が発生する領域に供給されたガスをキャビテーション気泡が発生するときの気泡核とすることができ、キャビテーション気泡の発生が促進されるため、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上できるという効果を奏する。
【００１８】
また、請求項６に係る洗浄方法によれば、キャビテーション噴流に螺旋状の回転力を加えられるため、該噴流がその流速を維持しキャビテーション噴流をより遠くまで噴射させることができるとともに、キャビテーション気泡が発生する領域に供給されたガスをキャビテーション気泡が発生するときの気泡核とすることができ、キャビテーション気泡の発生が促進されるため、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力を向上することができるという効果を奏する。
また、噴流がその流速を維持し、かつ洗浄水を低圧に維持することにより、洗浄水の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これによっても、キャビテーション気泡の総量を増すことや、被洗浄物の内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることを抑制することができ、被洗浄物の内壁面における洗浄力を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを内部を透視させて示した斜視図である。
【図３】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを示した図であって、（ａ）は、該洗浄ノズルを示した平面図であり、（ｂ）は、洗浄ノズルを一部断面視して示した側面図であり、（ｃ）は、図（ｂ）を洗浄ノズルの先端から軸線方向に視た正面図である。
【図４】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを構成する第１又は第２の絞り部材を示した斜視図である。
【図５】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルの変形例である。
【図６】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを内部を透視して示した斜視図である。
【図７】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを構成する第１又は第２の絞り部材を示した斜視図である。
【図８】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを一部断面視して示した側面図である。
【図９】は、洗浄結果を表すグラフを示したものである。
【図１０】は、洗浄結果を表すグラフを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る洗浄装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本発明を適用した洗浄装置は、洗浄を要するものであれば機械その他の物品について広く適用可能であるが、本実施形態においては、乳飲料の製造装置の貯留タンクの内部を洗浄する洗浄装置を一例として説明する。
【００２１】
図１から図３は、本発明の第１の実施形態を示したものであり、図１は、洗浄装置１の基本的な構成を模式的に示したもので、図２、図３はこの洗浄装置に用いられる洗浄ノズルを示した図である。
【００２２】
図１に示すように、洗浄装置１は、乳飲料を貯留する貯留タンクＴの内部を洗浄する装置であり、原水等からなる洗浄水２を貯留した洗浄水槽３、水中ポンプ４、流量の調整バルブ５、配管６、流量計７、及び洗浄ノズル８、分岐管９、及びガス供給装置５０を備えている。
【００２３】
水中ポンプ４は、モータにより吸排水可能とされたものが用いられ、洗浄水槽３内に配置され、所定の圧で洗浄水２を吸い上げて配管６に洗浄水２を送水するようになっている。
【００２４】
配管６は、フレキシブル管により構成されており、水中ポンプ４から洗浄ノズル８へ洗浄水２を流動させるようになっている。
配管６の水中ポンプ４の近傍には、調整バルブ５が具備された分岐管９が設けられており、調整バルブ５によって分岐管９を開口するとその開口面積に応じて、分岐管９に洗浄水２が流動して再び洗浄水槽３に洗浄水２が回帰するようになっている。かくして、調整バルブ５及び分岐管９は、配管６を流動する洗浄水２の量を調整する調整機構を構成している。また、配管６に送水される洗浄水２の流量は流量計７により確認できるようになっている。
【００２５】
図２に示すように、洗浄ノズル８は、細長の筒体１０と、該筒体１０の長手方向の中間部、詳細には中央部先端寄りに配置された第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂとを備えて構成され、キャビテーション噴流を噴出させるようになっている。
【００２６】
洗浄ノズル８の筒体１０は、断面略Ｕ字形状に形成された本体１０Ａと、この本体１０Ａの上面を塞ぐ蓋体１０Ｂとから構成されている。本体１０Ａは、底壁部１０ｐと、該底壁部１０ｐの側縁から立ち上がり、上端部に図３に示す螺子穴１１、１１、・・が形成された側壁部１０ｑ、１０ｑとからなっている。底壁部１０ｐには、第１及び第２の絞り部材２１Ａ，２１Ｂよりも上流側に開口部１０ｔが形成され、ガス供給部材５１を水密に挿入できるようになっている。蓋体１０Ｂは、側壁部１０ｑ、１０ｑ間に跨って配され、これら側壁部１０ｑ、１０ｑに螺子留めにより固定される。
本体１０Ａの基端部１０ａにはフランジ１２が形成され、このフランジ１２の中央部に基端開口部１２ａが形成されている。本体１０Ａと蓋体１０Ｂとの間に形成された空間は洗浄水２を圧送する圧送通路２０となっており、その先端は先端開口部１０ｂとされている。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、筒体１０の長手方向の中間部、より詳細には中央部先端寄りには、該筒体１０内においてキャビテーションを発生させる第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂが設置可能なように、筒体１０の底壁部１０ｐの位置に、螺子等の固定具を底壁部１０ｐの下方から水密に挿通可能な貫通孔２２が形成されている。
【００２８】
図４に示すように、第１の絞り部材２１Ａは矩形の底面２４と、該底面２４の短手方向の一方の縁部２４ａから垂直に立ち上がる第１の平坦面２５Ａと、該第１の平坦面２５Ａの上端２５ａから底面２４の短手方向の他方の縁部２４ｂに向かって傾斜してなる第１の傾斜面２６Ａと、底面２４の長手方向の縁部２４ｃ、２４ｄから垂直に立ち上がる側面２７、２７とにより囲まれてなる三角柱に形成された部材である。
【００２９】
図２、図３（ｃ）に示すように、第１の絞り部材２１Ａは、その第１の傾斜面２６Ａが圧送通路２０の断面積を漸次狭めるように筒体１０の基端部１０ａ側を向くとともに該第１の傾斜面２６Ａに連接する第１の平坦面２５Ａが先端開口部１０ｂ側を向くように配置されており、かつ、筒体１０の内部を基端部１０ａに向かって軸線Ｌ方向に視たときに該筒体１０の内部の左側半部を占めるように筒体１０内の一方の側壁部１０ｑ側に寄せて配置されている。
【００３０】
第２の絞り部材２１Ｂは、第１の絞り部材２１Ａと同形状をなしており、第２の平坦面２５Ｂが圧送通路２０を塞いだ後、先端開口部１０ｂに向かって該圧送通路２０の断面積を漸次拡げるように第２の傾斜面２６Ｂが先端開口部１０ｂ側を向き、筒体１０の内部の前記左半部に隣接する右半部を占めるように、第１の絞り部材２１Ａに隣接配置されている。
【００３１】
図１、図２に示すように、ガス供給装置５０は、圧送通路２０内に気体等のガスを供給する装置であり、管状のガス供給部材５１、バルブ５２、圧力計５３、及びコンプレッサー５４を備えている。
ガス供給部材５１は、圧送通路２０内に挿入されて空気又は蒸気等のガスを供給する筒部材であり、第１及び第２の絞り部材２１Ａ，２１Ｂよりも上流側に配置されている。また、ガス供給部材５１の開口先端部は、ガスが筒体１０の下流側に向かって圧送されるように下流側に向けられている。
【００３２】
上記の構成において、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂは、筒体１０の延在する方向の略中央部において洗浄水２が流動する流路を絞る絞り部２９を形成し、図３（ａ）に示すように、第１の傾斜面２６Ａの下端縁２４ｂ上方の領域は、絞り部２９における洗浄水２の導入口２９Ｅとなり、同図（ｂ）に示すように、第１及び第２の傾斜面２６Ａ、２６Ｂは、筒体１０を側面視する方向から見た場合、それぞれの傾斜面２６Ａ、２６Ｂの略中央部において互いに交叉し、該交叉する部分の上部（すなわち第１の傾斜面２６Ａの前記交叉部よりも先端開口部１０ｂ側の面上部と、第２の傾斜面２６Ｂの前記交叉部よりも基端部１０ａ側の面上部）において互いに連通する空間部２８を形成し、更に同図（ａ）に示すように、第２の傾斜面２６Ｂの下端縁２４ｂの上方空間は絞り部２９における洗浄水２の導出口２９Ｆとなっている。
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、この絞り部２９における圧送通路２０は、前記空間部２８を除いて略封鎖され、キャビテーション噴流を発生させ得るようになっている。
【００３３】
次に、上記洗浄装置１の使用方法及びキャビテーション噴流の発生の作用について説明する。
まず、図１に示すように、洗浄水２を満たした洗浄水槽３内に水中ポンプ４を配置し、洗浄ノズル８を洗浄したい貯留タンクＴの内壁面に近接させる。
水中ポンプ４を駆動し、この水中ポンプ４の駆動と同時又は駆動後に、ガス供給装置５０を駆動すると、洗浄水２は、配管６を経由して筒体１０の基端部１０ａから洗浄ノズル８内に進入するとともに、ガス供給部材５１から圧送通路２０内に気体が供給される。
【００３４】
図２、図３（ｂ）示すように、筒体１０内に進入した洗浄水２は、第２の絞り部材２１Ｂの第２の平坦面２５Ｂに流動を阻まれるため第１の絞り部材２１Ａの第１の傾斜面２６Ａ側に流入し、かつ、該第１の傾斜面２６Ａが筒体１０の基端部１０ａから先端開口部１０ｂ方向に圧送通路２０の断面積を漸次狭めるように配置されているため、第１の傾斜面２６Ａ上で洗浄水２の水圧が徐々に高まり、第１の傾斜面２６Ａと第２の傾斜面２６Ｂとの交叉部よりも上部、すなわち空間部２８に到った時点で洗浄水２が第２の傾斜面２６Ｂ側に流入する。
【００３５】
この際、第２の傾斜部２６Ｂが筒体１０の圧送通路２０の断面積を漸次拡げるように配置されているため、洗浄水２が空間部２８の第２の絞り部材２１Ｂの側に高速で一気に流れて低圧になり、キャビテーション気泡が発生する。また、ガス供給部材５１から供給された気体は、洗浄水２によって空間部２８の第２の絞り部材２１Ｂの側（キャビテーション気泡が発生する領域）へ運ばれて（供給されて）、キャビテーション気泡が発生するときの気泡核になる。したがって、キャビテーション気泡が発生する領域に気体を供給しない場合と比較して、キャビテーション気泡の発生が促進され、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）が増加する。よって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上する。
【００３６】
キャビテーション気泡を含んだ洗浄水２は、図２において矢印Ｘ、Ｙで示すように、筒体１０内の絞り部２９において、第１の傾斜面２６Ａの上部に集水された後、第２の傾斜面２６Ｂ側に進路を変えるとともに、第２の絞り部材２１Ｂの第２の傾斜面２６Ｂにより圧送通路２０を漸次下方に拡げる流れとなるため、第２の傾斜面２６Ｂを通過した時点で縦方向に旋回するうねりを伴うこととなる。
【００３７】
したがって、圧送通路２０が第１の絞り部材２１Ａの第１の平坦面２５Ａの先端側で拡がり、洗浄ノズル８の先端から噴射されても、水流の広がりが抑制されるので水流の速度低下が抑制される。よって、水流の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これにより、キャビテーション気泡の総量を増加させ、又は被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることが抑制される。そしてその結果として、被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面に到達するキャビテーションの量を増すことができ、被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面における洗浄力を向上する。
【００３８】
以上のように、本発明の洗浄装置１によれば、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂによりキャビテーション噴流を発生させることができるとともに、該噴流に螺旋状の回転力を加えることができるため、キャビテーション噴流がその流速を維持しキャビテーション噴流をより遠くまで噴射させることができる。また、キャビテーション気泡の発生を促進して、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）を増加させることによって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーを増加させ、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力を向上させて、洗浄効果を飛躍的に向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００３９】
また、その結果、洗剤を用いずに被洗浄物を効率よく洗浄することができることとなるため、大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制し、洗浄作業の効率も高めることが可能となる。
【００４０】
また、第２の絞り部材２１Ｂの基端部１０ａ側を向く第２の平坦面２５Ｂが、洗浄水２の第２の絞り部材２１Ｂ側へ流動した洗浄水を第１の絞り部材２１Ａの第１の傾斜面２６Ａに集水させるため、第１の絞り部材２１Ａを流動する洗浄水２の水圧を容易に高めることができ、キャビテーション噴流をより効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００４１】
なお、本実施形態において、図３（ａ）に示すように、第２の平坦面２５Ｂは、筒体１０を平面（蓋体１０Ｂ側）から視た際に、側面２７と直交するように形成されているため、筒体１０内に配置された際に軸線Ｌに直交する面とされているが、かかる形状に代えて、筒体１０内に配置された際に絞り部２９における洗浄水２の導入口２９Ｅに向かって漸次流路を狭める傾斜面（すなわち側面２７と鋭角に連設する面）２５１となるように形成されたものであってもよい。
かかる形状とすることにより、水中ポンプ４から圧送された洗浄水２の水勢を第２の平坦面２５によって減衰させることを抑制して洗浄水２の水勢を極力保った状態で円滑に第１の絞り部材２１Ａ側に流動させることが可能となって、キャビテーション噴流を効率よく生成することが可能となるという効果が得られる。
【００４２】
また、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂのそれぞれの傾斜面２６Ａ、２６Ｂの上端２５ａと筒体１０の蓋体１０Ｂの内壁面との間には略隙間がないように形成されているが、絞り部２９の圧力損失が大きすぎるような場合には、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂは、筒体１０の蓋体１０Ｂの内壁面との間にわずかな隙間が形成されるような寸法としたものであってもよい。要は、絞り部２９においてキャビテーション噴流を発生させるための水圧が第１の絞り部材２１Ａに掛けられるものであればよい。
【００４３】
次に試験例を示して本発明の効果を検証する。
［試験例１］
この試験は、ガスの種類別の洗浄力の高低を確認するために行った。
（試験装置）
図１〜図４、および後記実施例１に示す装置について、純粋にガスの影響だけを調べるために、洗浄ノズル８の絞り部２９を取り外してガス供給部材５１だけを残したものに改造し、使用した。
この改造したノズルを図１に示すとおりの配置にセッティングした。なお貯留タンクＴの内部で、洗浄ノズル８から噴出した洗浄水が衝突する壁面に圧力センサー（東陽テクニカ社製、アンプ内蔵型、ピエゾトランスデューサー）を取り付けた。取り付け方式は、ダイヤフラムを壁面よりも引き込んだ取り付け方式（リセスマウント方式）であり、リセスポートは直径１ｍｍであった。
【００４４】
（試験方法）
溶解性ガス（洗浄水に溶解するガス）の代表例として蒸気を採用し、蒸気配管内の蒸気圧力を０．３ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．１ＭＰａに変更しつつ、ガス供給部材５１より蒸気を洗浄水に吹き込んだ。また、非溶解性ガス（洗浄水に溶解しないガス）の代表例として空気を採用し、同様に空気配管内の空気圧を０．３ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．１ＭＰａに変更しつつ、ガス供給部材５１より空気を洗浄水に吹き込んだ。
圧力センサーで洗浄水の衝突圧力を測定し、データロガーでデータ集積した。サンプリングは２マイクロ秒の間隔であった。一分間測定すると３００００個のデータが取れたため、その算術平均を算出し、衝突圧力の変動幅を測定結果とした。
【００４５】
（試験結果）
この試験の結果は、図９に示すとおりである。図９は、蒸気と空気とを吹き込んだ場合の洗浄力の大きさを示す図である。
図９において、縦軸は、洗浄水が洗浄面に当たった時の洗浄面の圧力変動の大きさ（ＫＰａ）を示している。洗浄水の気泡が洗浄面で破裂し、洗浄面に圧力変動が発生することから、図９の縦軸の数字が大きいほどキャビテーションの効果が大きく、洗浄力が増加していることを示している。
図９の結果から、空気を吹き込んだ場合のほうが圧力変動が大きく、洗浄力が大きい傾向にあるが、蒸気を吹き込んだ場合であっても一定の効果があることが判明した。
【００４６】
［試験例２］
この試験は、蒸気を吹き込んだ場合の洗浄力への影響を確認するために行った。
（試験装置）
前記試験例１と同じく、図１〜図４、および後記実施例１に示す装置について、純粋にガスの影響だけを調べるために、洗浄ノズル８の絞り部２９を取り外してガス供給部材５１だけを残したものに改造し、使用した。改造したノズルは図１に示すとおりの配置にセッティングした。
【００４７】
（試験方法）
事前に、貯留タンクＴの内部で、洗浄ノズル８から噴出した洗浄水が衝突する壁面に黒の絵の具を、厚さ０．２ｍｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍに塗った。次いで洗浄ノズル８から洗浄水を噴出させたが、その際に、蒸気配管内の蒸気圧力を０．３ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．１ＭＰａに変更しつつ、ガス供給部材５１より蒸気を洗浄水に吹き込んだ。
洗浄後、絵の具が除去された状態をカメラで撮像し、その像に対してコンピューター画像処理で黒白の２値化処理を行い、洗浄された面積を算出した。算出した結果は、事前に絵の具を塗った面積を分母にし、洗浄された面積を分子にして百分率「Ａｒｅａ ｒａｔｉｏ」（％）を割り出し、洗浄力を示す指標とした。
【００４８】
（試験結果）
この試験の結果は、図１０に示すとおりである。図１０は、蒸気の吹き込み量と洗浄効果との関係を示す図である。
図１０において、横軸は洗浄時間、縦軸は洗浄効果の「Ａｒｅａ ｒａｔｉｏ」（％）である。この図１０の結果から、蒸気を吹き込むほど洗浄効果が大きくなることが明らかである。
【００４９】
なお、以上の試験例１および試験例２の結果を総合すると、試験例１の結果から、同じ圧力でガスを供給する場合であっても、非溶解性ガス（空気）を供給する方が被洗浄物の洗浄面において気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーを増加させ、高い洗浄力を得ることができるが、溶解性ガス（蒸気）の場合であっても、ガスを何ら供給しない場合に比して高い洗浄力を得ることができることが判明した。
【００５０】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００５１】
本実施例による洗浄装置１は、全体の回路を閉回路とし、水中ポンプ４（（株）川本ポンプ製ＱＳＱＡ−５０６−０．４ＳＬ）により最大流量０．２ ｍ３／ｍｉｎにて水（水温１４℃の水道水）を洗浄ノズル８から噴射し得るようになっている。また、洗浄ノズル８の長さは３２０ｍｍ、口径は２０ｍｍ×２０ｍｍの矩形とし、噴出流量は差圧式ディジタル流量計７（長野計器（株）製、ＮＶ８１−８６３−５５８０３）にて表示されている。また、ガス供給部材５１は、外径１０ｍｍ×内径８ｍｍの断面円形のパイプで、絞り部２９よりも上流側に配置されている。更に、流量制御バルブ５を設けることで、６０Ｌ／ｍｉｎ〜１８０Ｌ／ｍｉｎの流量の制御可能とされている。
【００５２】
次に、本実施形態の変形例について図５を用いて説明する。本実施形態の洗浄装置は、上述の第１の実施形態とガス供給部材５１の設置位置においてのみ異なり、その他の構成は上述した第１の実施形態と同様であるため、ガス供給部材５１の設置位置についてのみ詳細に説明し、他の部分の説明については第１の実施形態と同じ符号で表し詳細な説明を省略する。
【００５３】
本変形例において、ガス供給部材５１は、絞り部２９の下流側であって、洗浄水においてキャビテーションを発生させ得る領域、すなわち洗浄水の水流の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持されている領域内に設置されている。
【００５４】
この場合においても、ガス供給部材５１から供給される気体を気泡核としてキャビテーションを発生させることができ、キャビテーション気泡の総量が高い洗浄水２を得て、洗浄水２の洗浄力を高めることができる。
【００５５】
なお、本変形例において、ガス供給部材は、第２の絞り部２１Ａの平坦面２５Ａの下流側近傍に配置されていることが望ましい。ガス供給部材５１を平坦面２５Ａの下流側に設置することによって、洗浄水２の水勢を抑制することを回避しつつキャビテーションを発生させることができる。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態について図６から図８を用いて説明する。本実施形態の洗浄装置は、上述の第１の実施形態と洗浄ノズルにおいてのみ異なるため、洗浄ノズルについてのみ詳細に説明し、他の部分の説明については第１の実施形態と同じ符号で表し詳細な説明を省略する。
【００５７】
図６に示すように、洗浄ノズル３０は、円筒形の筒体３１と、該筒体３１の長手方向の中間部、詳細には中央部の先端開口部３１ｂ寄りに配置された第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂと、ガス供給部材５１を備えて構成され、キャビテーション噴流を噴出できるようになっている。
【００５８】
洗浄ノズル３０の筒体３１の基端部３１ａにはフランジ３３が形成され、このフランジ３３の中央部に基端開口部３３ａが形成されている。
筒体３１の内部空間は洗浄水２を圧送する圧送通路４６となっており、その先端は先端開口部３１ｂとされている。
【００５９】
図７に示すように、第１の絞り部材３２Ａは、平板状の楕円を長軸ｍに沿って分割し、半楕円形状の板面３５、３６と、長軸ｍを通り板面３５に垂直に形成された肉厚面３７と、半楕円形の円周を巡る周面３８とに囲まれて形成されている。
【００６０】
図６、図７に示すように、第１の絞り部材３２Ａは、基端部３１ａ側を向く板面３５が第１の傾斜面として圧送通路４６の断面積を漸次狭めるように、傾きをもって配置され、かつ、筒体３１の内部を基端部３１ａに向かって軸線Ｌ２方向に視たときに該筒体３１の内部の半部を略塞ぐ傾斜角度をもって、筒体３１の内壁に周面３８を略当接させて配置されている。
【００６１】
第２の絞り部材３２Ｂは、第１の絞り部材３２Ａと同形状をなしており、先端開口部３１ｂを向く板面３９が第２の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次拡げるように配置され、筒体３１内の第１の絞り部材３２Ａの反対側の半部を略塞ぐ傾斜角度をもって筒体３１の内壁に周面４２を略当接させて配置されている。
【００６２】
この際、図８に示すように、第１及び第２の傾斜面３５、３９は、筒体３１を側面視する方向から見た場合、それぞれの傾斜面３５、３９の略中央部において互いに交叉し、該交叉する部分の上部（すなわち、第１の傾斜面３５の中央部（交叉部）よりも先端開口部３１ｂ側の面上部と第２の傾斜面３９の中央部（交叉部）よりも基端部３１ａ側の面上部）において互いに連通する空間部４３を形成し、板面３６と板面４０とは、空間部４３と反対側において互いに連通する空間部４４を形成している。
【００６３】
ガス供給部材５１は、圧送通路４６内に挿入されて気体を供給する部材であり、第１及び第２の絞り部材３２Ａ，３２Ｂよりも上流側に配置されている。また、ガス供給部材５１の開口先端部は、ガスが筒体１０の下流側に向かって圧送されるように下流側に向けられている。
【００６４】
上記の構成の下に、第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂは、筒体３１の延在する方向の中央部先端寄りにおいて洗浄水２が流動する流路を絞る絞り部４５を形成し、該絞り部４５における圧送通路４６は、前記空間部４３、４４を除いて略封鎖され、キャビテーション噴流を発生させ得るようになっている。
【００６５】
次に、上記洗浄ノズル３０に洗浄水２を圧送した際の作用について説明する。
水中ポンプ４及びガス供給装置５０を駆動して、洗浄水２を配管６を経由して筒体３１の基端部３１ａから洗浄ノズル３０内に進入させるとともに圧送通路４６内に気体を供給すると、図６、図８に示すように、洗浄水２は、第１の絞り部材３２Ａの板面３５と第２の絞り部材３２Ｂの板面４０（板面３９の裏面）のそれぞれの面上下部（矢印Ｘ、Ｗ方向）に流入し、これら板面３５と板面４０とは先端開口部３１ｂに向かって圧送通路４６の断面積を漸次狭めるように配置されているため、板面３５、４０のそれぞれの先端開口部３１ｂ側で洗浄水２の水圧が徐々に高まり、空間部４３、４４に到った時点で洗浄水２が互いに他方の絞り部材３２Ｂ、３２Ａの側（矢印Ｙ、Ｚ方向）に流入する。
【００６６】
この際、該他方の絞り部材３２Ａ、３２Ｂの板面３６、３９は、筒体３１の圧送通路４６の断面積を漸次拡げるように傾斜しているため、空間部４３、４４内に進入した洗浄水２が第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂから互いに他方の絞り部材３２Ｂ、３２Ａに高速で一気に流れて低圧になり、キャビテーション気泡が発生する。
また、ガス供給部材５１から供給された気体は、洗浄水２によって空間部４３，４４の第１の絞り部材３２Ａの側又は第２の絞り部材３２Ｂの側（キャビテーション気泡が発生する領域）へ運ばれて（供給されて）、キャビテーション気泡が発生するときの気泡核になる。したがって、キャビテーション気泡が発生する領域に気体を供給しない場合と比較して、キャビテーション気泡の発生が促進され、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）が増加する。よって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上する。
【００６７】
洗浄水２は、図６において矢印Ｘ、Ｙ、Ｗ、Ｚで示すように、筒体３１内の絞り部４５において、板面３５、４０のそれぞれの先端開口部３１ｂ側に集水された後、他方の板面３９、３６側に急速に流動してキャビテーション気泡を発生させるとともに、進路を変え圧送通路４６の上方又は下方に流路を広げる流れとなるため、絞り部４５を通過した時点で二方向の流れにより作られた縦方向に旋回流となる。
【００６８】
したがって、圧送通路４６が絞り部４５の通過後に拡がり、洗浄ノズル３０の先端から噴射されても、水流の広がりが抑制されるので水流の速度低下が抑制される。よって、水流の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これにより、キャビテーション気泡の総量を増加させ、又は被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることが抑制される。そしてその結果として、被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面に到達するキャビテーションの量を増すことができ、被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面における洗浄力を向上する。
【００６９】
以上のように、本実施形態の洗浄ノズル３０によれば、第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂによりキャビテーション噴流を発生させることができるとともに、該噴流に螺旋状の回転力を加えることができるため、キャビテーション噴流がその流速を維持しキャビテーション噴流をより遠くまで噴射させることができる。また、キャビテーション気泡の発生を促進して、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）が増加させることによって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーを増加させ、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上し、洗浄効果を飛躍的に向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００７０】
特に本実施の形態の洗浄ノズル３０によれば、絞り部４５により二方向の流れに基づくキャビテーション噴流を効果的に発生させることができるため、水中ポンプ４の圧送水量を高めることで、より洗浄能力の高い洗浄水２を生成することが可能となるという効果が得られる。また、キャビテーション気泡が発生する領域が空間部４３，４４と拡くなっているため、二方向の流れにおいてキャビテーションを発生させることができ、ガス供給部材５１から供給された気体に基づいてより一層多くのキャビテーション気泡を発生させることによって、洗浄水２の洗浄能力を一層高めることができるという効果が得られる。
また、その結果、洗剤を用いずに被洗浄物を洗浄することができることとなるため、大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制し、洗浄作業の効率も高めることが可能となる。
【００７１】
本実施形態においても、ガス供給部材５１を第１及び第２の絞り部材３２Ａ，３２Ｂの下流側であって、洗浄水２においてキャビテーションを発生させ得る領域、すなわち水流の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持されている領域内に設置することにより、第１の実施形態の変形例の洗浄ノズル８と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、洗浄ノズル８内に、ガスとして気体を供給したが、気体に代えて蒸気を供給してもよい。図１０に示すように、同じ圧力で供給する場合であっても気体を供給する方が被洗浄物の洗浄面において気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーを増加させ、高い洗浄力を得ることができるが、蒸気の場合であっても、ガスを何ら供給しない場合に比して高い洗浄力を得ることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 洗浄装置
２ 洗浄水
３ 洗浄水槽
４ 水中ポンプ（ポンプ）
６ 配管
１０ａ 基端部
２１Ａ 第１の絞り部材
２１Ｂ 第２の絞り部材
２５Ａ 第１の平坦面
２５Ｂ 第２の平坦面
２６Ａ 第１の傾斜面
２６Ｂ 第２の傾斜面
２８ 空間部（交叉する部分の上方）
３２Ａ 第１の絞り部材
３２Ｂ 第２の絞り部材
３５、４０ 第１の傾斜面
３６、３９ 第２の傾斜面
４３、４４ 空間部
５１ ガス供給部材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、配管やタンクの内外壁面等、機械その他の物の洗浄に用いることのできる洗浄ノズル、これを用いた洗浄装置、および洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品製造業において、飲食料、特に乳製品等を製造する装置は、飲食料を貯蔵させるタンクや工程中の配管内に、油成分、蛋白質やカルシウム等の塩類を含んだ残留物が付着することから、定期的に洗浄し、タンク内や配管内を清潔に維持して飲食品の品質を確保することが必要とされている。
これら配管等の内部の洗浄においては、飲食品の各種成分を分解する洗浄剤を順次投入して洗浄するとともに、各洗浄剤を投入する前後に、その都度温水で配管等内をリンスする方法が採用されているが、洗浄に大量の水を使用することによる用水費、水処理コスト、環境への負荷、及び洗浄に長時間掛かるという問題から、効率的な被洗浄物の洗浄として、従来より、例えばキャビテーション噴流を利用して被洗浄物を洗浄する例えば下記特許文献１に開示された装置が提案されている。
【０００３】
この洗浄装置のノズルは、水を低圧で噴出する低圧ノズルの中心部に水を高圧で噴出する高圧ノズルを設け、これら低圧ノズルと高圧ノズルのそれぞれから水を噴出することによりキャビテーション噴流を噴射させる構成となっている。
このノズルによると、高圧ノズルの先端から噴出したキャビテーション噴流を被洗浄面に至るまで低圧ノズルから噴出させた水で包み込むようになっており、キャビテーション噴流の流速が衰えてキャビテーション気泡が消滅するのを防ぐとともに、被洗浄面においてキャビテーション噴流を集中させ、圧潰衝撃力による洗浄効果を増大させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の洗浄装置のノズルでは、水を低圧で噴出する低圧ノズルの中心部に水を高圧で噴出する高圧ノズルを設け、これら低圧ノズルと高圧ノズルのそれぞれから水を噴出することによりキャビテーションを発生させているため、キャビテーションの発生に限界があり、洗浄効果を飛躍的に向上させ得るものではなかった。
【０００６】
また、前記洗浄装置のノズルでは、キャビテーション噴流を被洗浄物に噴射する際に、該キャビテーション噴流を包み込み、かつ被洗浄面において噴流が拡散しないように一定の範囲に閉じ込められるだけの水圧を発生させる大量の水が必要となり、洗浄コストが嵩むとともに、環境への負荷が大きいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するべく、以下の手段を提供している。
すなわち、本願の請求項１に係る洗浄ノズルは、内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路内に通路絞り部を設けて圧送される洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズルであって、前記圧送通路内には、前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給するガス供給部材が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
本願の請求項２に係る洗浄ノズルは、請求項１に記載の洗浄ノズルであって、前記通路絞り部は、該圧送通路の軸線方向に直交する方向に互いに隣接配置された第１及び第２の絞り部材を備え、前記第１の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面を有し、前記第２の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面を有し、これら第１及び第２の絞り部材は、これらをその側方から視たときに、前記第１及び第２の傾斜面がこれら各傾斜面の中間部で交叉し、該第１及び第２の傾斜面上の前記圧送通路が前記交叉する部分の上方において互いに連通していることを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項３に係る洗浄ノズルは、請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、前記第１の絞り部材は、前記第１の傾斜面の前記先端開口部側の端部に隣接して、前記先端開口部側を向く第１の平坦面を備え、前記第２の絞り部材は、前記第２の傾斜面の前記基端部側の端部に隣接して、前記基端部側を向く第２の平坦面を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本願の請求項４に係る洗浄ノズルは、請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、前記第１および第２の絞り部材は、それぞれ板状に形成されるとともに、これら各々の板面が前記第１および第２の傾斜面とされていることを特徴とする。
【００１１】
本願の請求項５に係る洗浄装置は、請求項１から４のいずれか１項に記載の洗浄ノズルと、洗浄水を貯留する洗浄水槽と、該洗浄水槽内の洗浄水を前記洗浄ノズルに圧送するポンプおよび配管と、前記洗浄ノズルへの洗浄水の圧送を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本願の請求項６に係る洗浄方法は、洗浄ノズル内に洗浄水を圧送し、該洗浄ノズルから前記洗浄水を被洗浄体に噴射させて該被洗浄体を洗浄する洗浄方法であって、前記洗浄水内にキャビテーション気泡を発生させるとともにこの洗浄水を該ノズルの軸線周りに旋回させる工程と、前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給する工程とを備え、前記キャビテーション気泡を有する旋回流として前記被洗浄体に噴射させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る洗浄ノズル、これを用いた洗浄装置、および洗浄方法によれば、上記した解決手段によって下記の効果を奏する。
すなわち、本願の請求項１に係る洗浄ノズルによれば、ガス供給部材から供給されたガスが、キャビテーション気泡が発生するときの気泡核となってキャビテーション気泡の発生を促進するため、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上するという効果を奏する。
また、洗浄水にガスを供給することによりキャビテーション気泡を効果的に発生させ洗浄力を高められるため、洗剤の使用を抑えられることで大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制することができるという効果を奏する。
【００１４】
また、請求項２に記載の洗浄ノズルによれば、第１及び第２の絞り部材によりキャビテーション噴流を発生させるとともに、該噴流に螺旋状の回転力を加えることができるため、該噴流がその流速を維持し、かつ洗浄水を低圧に維持することにより、キャビテーション噴流をより遠くまで噴射させることができる。また、噴流がその流速を維持し、かつ洗浄水を低圧に維持することにより、洗浄水の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これにより、キャビテーション気泡の総量を増やし、又は被洗浄物の内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることを抑制することができ、被洗浄物の内壁面における洗浄力を向上させることができるという効果を奏する。
【００１５】
また、請求項３に係る洗浄ノズルによれば、第２の絞り部材の基端部側を向く第２の平坦面が、第２の絞り部材側へ流動した洗浄水を第１の絞り部材の第１の傾斜面に集水させるため、第１の絞り部材を流動する洗浄水の水圧を容易に高めることができ、キャビテーション噴流をより効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００１６】
また、請求項４に係る洗浄ノズルによれば、第１及び第２の絞り部材が板状に形成され、これら第１及び第２の絞り部材を側面視した際に各々の板面が互いにそれぞれの中間部で交叉するよう配置されているため、洗浄水が第１の絞り部材から第２の絞り部材に流れる際に生じるキャビテーション噴流と、洗浄水が第２の絞り部材から第１の絞り部材に流れるキャビテーション噴流との二つ流れにより効果的に旋回流を発生させることができるため、強力でかつキャビテーション気泡の多い噴流を発生させることができるという効果を奏する。
【００１７】
また、請求項５に係る洗浄装置によれば、キャビテーション気泡が発生する領域に供給されたガスをキャビテーション気泡が発生するときの気泡核とすることができ、キャビテーション気泡の発生が促進されるため、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上できるという効果を奏する。
【００１８】
また、請求項６に係る洗浄方法によれば、キャビテーション噴流に螺旋状の回転力を加えられるため、該噴流がその流速を維持しキャビテーション噴流をより遠くまで噴射させることができるとともに、キャビテーション気泡が発生する領域に供給されたガスをキャビテーション気泡が発生するときの気泡核とすることができ、キャビテーション気泡の発生が促進されるため、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力を向上することができるという効果を奏する。
また、噴流がその流速を維持し、かつ洗浄水を低圧に維持することにより、洗浄水の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これによっても、キャビテーション気泡の総量を増すことや、被洗浄物の内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることを抑制することができ、被洗浄物の内壁面における洗浄力を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを内部を透視させて示した斜視図である。
【図３】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを示した図であって、（ａ）は、該洗浄ノズルを示した平面図であり、（ｂ）は、洗浄ノズルを一部断面視して示した側面図であり、（ｃ）は、図（ｂ）を洗浄ノズルの先端から軸線方向に視た正面図である。
【図４】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを構成する第１又は第２の絞り部材を示した斜視図である。
【図５】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルの変形例である。
【図６】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを内部を透視して示した斜視図である。
【図７】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを構成する第１又は第２の絞り部材を示した斜視図である。
【図８】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを一部断面視して示した側面図である。
【図９】は、洗浄結果を表すグラフを示したものである。
【図１０】は、洗浄結果を表すグラフを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る洗浄装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本発明を適用した洗浄装置は、洗浄を要するものであれば機械その他の物品について広く適用可能であるが、本実施形態においては、乳飲料の製造装置の貯留タンクの内部を洗浄する洗浄装置を一例として説明する。
【００２１】
図１から図３は、本発明の第１の実施形態を示したものであり、図１は、洗浄装置１の基本的な構成を模式的に示したもので、図２、図３はこの洗浄装置に用いられる洗浄ノズルを示した図である。
【００２２】
図１に示すように、洗浄装置１は、乳飲料を貯留する貯留タンクＴの内部を洗浄する装置であり、原水等からなる洗浄水２を貯留した洗浄水槽３、水中ポンプ４、流量の調整バルブ５、配管６、流量計７、及び洗浄ノズル８、分岐管９、及びガス供給装置５０を備えている。
【００２３】
水中ポンプ４は、モータにより吸排水可能とされたものが用いられ、洗浄水槽３内に配置され、所定の圧で洗浄水２を吸い上げて配管６に洗浄水２を送水するようになっている。
【００２４】
配管６は、フレキシブル管により構成されており、水中ポンプ４から洗浄ノズル８へ洗浄水２を流動させるようになっている。
配管６の水中ポンプ４の近傍には、調整バルブ５が具備された分岐管９が設けられており、調整バルブ５によって分岐管９を開口するとその開口面積に応じて、分岐管９に洗浄水２が流動して再び洗浄水槽３に洗浄水２が回帰するようになっている。かくして、調整バルブ５及び分岐管９は、配管６を流動する洗浄水２の量を調整する調整機構を構成している。また、配管６に送水される洗浄水２の流量は流量計７により確認できるようになっている。
【００２５】
図２に示すように、洗浄ノズル８は、細長の筒体１０と、該筒体１０の長手方向の中間部、詳細には中央部先端寄りに配置された第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂとを備えて構成され、キャビテーション噴流を噴出させるようになっている。
【００２６】
洗浄ノズル８の筒体１０は、断面略Ｕ字形状に形成された本体１０Ａと、この本体１０Ａの上面を塞ぐ蓋体１０Ｂとから構成されている。本体１０Ａは、底壁部１０ｐと、該底壁部１０ｐの側縁から立ち上がり、上端部に図３に示す螺子穴１１、１１、・・が形成された側壁部１０ｑ、１０ｑとからなっている。底壁部１０ｐには、第１及び第２の絞り部材２１Ａ，２１Ｂよりも上流側に開口部１０ｔが形成され、ガス供給部材５１を水密に挿入できるようになっている。蓋体１０Ｂは、側壁部１０ｑ、１０ｑ間に跨って配され、これら側壁部１０ｑ、１０ｑに螺子留めにより固定される。
本体１０Ａの基端部１０ａにはフランジ１２が形成され、このフランジ１２の中央部に基端開口部１２ａが形成されている。本体１０Ａと蓋体１０Ｂとの間に形成された空間は洗浄水２を圧送する圧送通路２０となっており、その先端は先端開口部１０ｂとされている。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、筒体１０の長手方向の中間部、より詳細には中央部先端寄りには、該筒体１０内においてキャビテーションを発生させる第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂが設置可能なように、筒体１０の底壁部１０ｐの位置に、螺子等の固定具を底壁部１０ｐの下方から水密に挿通可能な貫通孔２２が形成されている。
【００２８】
図４に示すように、第１の絞り部材２１Ａは矩形の底面２４と、該底面２４の短手方向の一方の縁部２４ａから垂直に立ち上がる第１の平坦面２５Ａと、該第１の平坦面２５Ａの上端２５ａから底面２４の短手方向の他方の縁部２４ｂに向かって傾斜してなる第１の傾斜面２６Ａと、底面２４の長手方向の縁部２４ｃ、２４ｄから垂直に立ち上がる側面２７、２７とにより囲まれてなる三角柱に形成された部材である。
【００２９】
図２、図３（ｃ）に示すように、第１の絞り部材２１Ａは、その第１の傾斜面２６Ａが圧送通路２０の断面積を漸次狭めるように筒体１０の基端部１０ａ側を向くとともに該第１の傾斜面２６Ａに連接する第１の平坦面２５Ａが先端開口部１０ｂ側を向くように配置されており、かつ、筒体１０の内部を基端部１０ａに向かって軸線Ｌ方向に視たときに該筒体１０の内部の左側半部を占めるように筒体１０内の一方の側壁部１０ｑ側に寄せて配置されている。
【００３０】
第２の絞り部材２１Ｂは、第１の絞り部材２１Ａと同形状をなしており、第２の平坦面２５Ｂが圧送通路２０を塞いだ後、先端開口部１０ｂに向かって該圧送通路２０の断面積を漸次拡げるように第２の傾斜面２６Ｂが先端開口部１０ｂ側を向き、筒体１０の内部の前記左半部に隣接する右半部を占めるように、第１の絞り部材２１Ａに隣接配置されている。
【００３１】
図１、図２に示すように、ガス供給装置５０は、圧送通路２０内に気体等のガスを供給する装置であり、管状のガス供給部材５１、バルブ５２、圧力計５３、及びコンプレッサー５４を備えている。
ガス供給部材５１は、圧送通路２０内に挿入されて空気又は蒸気等のガスを供給する筒部材であり、第１及び第２の絞り部材２１Ａ，２１Ｂよりも上流側に配置されている。また、ガス供給部材５１の開口先端部は、ガスが筒体１０の下流側に向かって圧送されるように下流側に向けられている。
【００３２】
上記の構成において、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂは、筒体１０の延在する方向の略中央部において洗浄水２が流動する流路を絞る絞り部２９を形成し、図３（ａ）に示すように、第１の傾斜面２６Ａの下端縁２４ｂ上方の領域は、絞り部２９における洗浄水２の導入口２９Ｅとなり、同図（ｂ）に示すように、第１及び第２の傾斜面２６Ａ、２６Ｂは、筒体１０を側面視する方向から見た場合、それぞれの傾斜面２６Ａ、２６Ｂの略中央部において互いに交叉し、該交叉する部分の上部（すなわち第１の傾斜面２６Ａの前記交叉部よりも先端開口部１０ｂ側の面上部と、第２の傾斜面２６Ｂの前記交叉部よりも基端部１０ａ側の面上部）において互いに連通する空間部２８を形成し、更に同図（ａ）に示すように、第２の傾斜面２６Ｂの下端縁２４ｂの上方空間は絞り部２９における洗浄水２の導出口２９Ｆとなっている。
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、この絞り部２９における圧送通路２０は、前記空間部２８を除いて略封鎖され、キャビテーション噴流を発生させ得るようになっている。
【００３３】
次に、上記洗浄装置１の使用方法及びキャビテーション噴流の発生の作用について説明する。
まず、図１に示すように、洗浄水２を満たした洗浄水槽３内に水中ポンプ４を配置し、洗浄ノズル８を洗浄したい貯留タンクＴの内壁面に近接させる。
水中ポンプ４を駆動し、この水中ポンプ４の駆動と同時又は駆動後に、ガス供給装置５０を駆動すると、洗浄水２は、配管６を経由して筒体１０の基端部１０ａから洗浄ノズル８内に進入するとともに、ガス供給部材５１から圧送通路２０内に気体が供給される。
【００３４】
図２、図３（ｂ）示すように、筒体１０内に進入した洗浄水２は、第２の絞り部材２１Ｂの第２の平坦面２５Ｂに流動を阻まれるため第１の絞り部材２１Ａの第１の傾斜面２６Ａ側に流入し、かつ、該第１の傾斜面２６Ａが筒体１０の基端部１０ａから先端開口部１０ｂ方向に圧送通路２０の断面積を漸次狭めるように配置されているため、第１の傾斜面２６Ａ上で洗浄水２の水圧が徐々に高まり、第１の傾斜面２６Ａと第２の傾斜面２６Ｂとの交叉部よりも上部、すなわち空間部２８に到った時点で洗浄水２が第２の傾斜面２６Ｂ側に流入する。
【００３５】
この際、第２の傾斜部２６Ｂが筒体１０の圧送通路２０の断面積を漸次拡げるように配置されているため、洗浄水２が空間部２８の第２の絞り部材２１Ｂの側に高速で一気に流れて低圧になり、キャビテーション気泡が発生する。また、ガス供給部材５１から供給された気体は、洗浄水２によって空間部２８の第２の絞り部材２１Ｂの側（キャビテーション気泡が発生する領域）へ運ばれて（供給されて）、キャビテーション気泡が発生するときの気泡核になる。したがって、キャビテーション気泡が発生する領域に気体を供給しない場合と比較して、キャビテーション気泡の発生が促進され、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）が増加する。よって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上する。
【００３６】
キャビテーション気泡を含んだ洗浄水２は、図２において矢印Ｘ、Ｙで示すように、筒体１０内の絞り部２９において、第１の傾斜面２６Ａの上部に集水された後、第２の傾斜面２６Ｂ側に進路を変えるとともに、第２の絞り部材２１Ｂの第２の傾斜面２６Ｂにより圧送通路２０を漸次下方に拡げる流れとなるため、第２の傾斜面２６Ｂを通過した時点で縦方向に旋回するうねりを伴うこととなる。
【００３７】
したがって、圧送通路２０が第１の絞り部材２１Ａの第１の平坦面２５Ａの先端側で拡がり、洗浄ノズル８の先端から噴射されても、水流の広がりが抑制されるので水流の速度低下が抑制される。よって、水流の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これにより、キャビテーション気泡の総量を増加させ、又は被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることが抑制される。そしてその結果として、被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面に到達するキャビテーションの量を増すことができ、被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面における洗浄力を向上する。
【００３８】
以上のように、本発明の洗浄装置１によれば、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂによりキャビテーション噴流を発生させることができるとともに、該噴流に螺旋状の回転力を加えることができるため、キャビテーション噴流がその流速を維持しキャビテーション噴流をより遠くまで噴射させることができる。また、キャビテーション気泡の発生を促進して、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）を増加させることによって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーを増加させ、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力を向上させて、洗浄効果を飛躍的に向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００３９】
また、その結果、洗剤を用いずに被洗浄物を効率よく洗浄することができることとなるため、大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制し、洗浄作業の効率も高めることが可能となる。
【００４０】
また、第２の絞り部材２１Ｂの基端部１０ａ側を向く第２の平坦面２５Ｂが、洗浄水２の第２の絞り部材２１Ｂ側へ流動した洗浄水を第１の絞り部材２１Ａの第１の傾斜面２６Ａに集水させるため、第１の絞り部材２１Ａを流動する洗浄水２の水圧を容易に高めることができ、キャビテーション噴流をより効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００４１】
なお、本実施形態において、図３（ａ）に示すように、第２の平坦面２５Ｂは、筒体１０を平面（蓋体１０Ｂ側）から視た際に、側面２７と直交するように形成されているため、筒体１０内に配置された際に軸線Ｌに直交する面とされているが、かかる形状に代えて、筒体１０内に配置された際に絞り部２９における洗浄水２の導入口２９Ｅに向かって漸次流路を狭める傾斜面（すなわち側面２７と鋭角に連設する面）２５１となるように形成されたものであってもよい。
かかる形状とすることにより、水中ポンプ４から圧送された洗浄水２の水勢を第２の平坦面２５によって減衰させることを抑制して洗浄水２の水勢を極力保った状態で円滑に第１の絞り部材２１Ａ側に流動させることが可能となって、キャビテーション噴流を効率よく生成することが可能となるという効果が得られる。
【００４２】
また、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂのそれぞれの傾斜面２６Ａ、２６Ｂの上端２５ａと筒体１０の蓋体１０Ｂの内壁面との間には略隙間がないように形成されているが、絞り部２９の圧力損失が大きすぎるような場合には、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂは、筒体１０の蓋体１０Ｂの内壁面との間にわずかな隙間が形成されるような寸法としたものであってもよい。要は、絞り部２９においてキャビテーション噴流を発生させるための水圧が第１の絞り部材２１Ａに掛けられるものであればよい。
【００４３】
次に試験例を示して本発明の効果を検証する。
［試験例１］
この試験は、ガスの種類別の洗浄力の高低を確認するために行った。
（試験装置）
図１〜図４、および後記実施例１に示す装置について、純粋にガスの影響だけを調べるために、洗浄ノズル８の絞り部２９を取り外してガス供給部材５１だけを残したものに改造し、使用した。
この改造したノズルを図１に示すとおりの配置にセッティングした。なお貯留タンクＴの内部で、洗浄ノズル８から噴出した洗浄水が衝突する壁面に圧力センサー（東陽テクニカ社製、アンプ内蔵型、ピエゾトランスデューサー）を取り付けた。取り付け方式は、ダイヤフラムを壁面よりも引き込んだ取り付け方式（リセスマウント方式）であり、リセスポートは直径１ｍｍであった。
【００４４】
（試験方法）
溶解性ガス（洗浄水に溶解するガス）の代表例として蒸気を採用し、蒸気配管内の蒸気圧力を０．３ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．１ＭＰａに変更しつつ、ガス供給部材５１より蒸気を洗浄水に吹き込んだ。また、非溶解性ガス（洗浄水に溶解しないガス）の代表例として空気を採用し、同様に空気配管内の空気圧を０．３ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．１ＭＰａに変更しつつ、ガス供給部材５１より空気を洗浄水に吹き込んだ。
圧力センサーで洗浄水の衝突圧力を測定し、データロガーでデータ集積した。サンプリングは２マイクロ秒の間隔であった。一分間測定すると３００００個のデータが取れたため、その算術平均を算出し、衝突圧力の変動幅を測定結果とした。
【００４５】
（試験結果）
この試験の結果は、図９に示すとおりである。図９は、蒸気と空気とを吹き込んだ場合の洗浄力の大きさを示す図である。
図９において、縦軸は、洗浄水が洗浄面に当たった時の洗浄面の圧力変動の大きさ（ＫＰａ）を示している。洗浄水の気泡が洗浄面で破裂し、洗浄面に圧力変動が発生することから、図９の縦軸の数字が大きいほどキャビテーションの効果が大きく、洗浄力が増加していることを示している。
図９の結果から、空気を吹き込んだ場合のほうが圧力変動が大きく、洗浄力が大きい傾向にあるが、蒸気を吹き込んだ場合であっても一定の効果があることが判明した。
【００４６】
［試験例２］
この試験は、蒸気を吹き込んだ場合の洗浄力への影響を確認するために行った。
（試験装置）
前記試験例１と同じく、図１〜図４、および後記実施例１に示す装置について、純粋にガスの影響だけを調べるために、洗浄ノズル８の絞り部２９を取り外してガス供給部材５１だけを残したものに改造し、使用した。改造したノズルは図１に示すとおりの配置にセッティングした。
【００４７】
（試験方法）
事前に、貯留タンクＴの内部で、洗浄ノズル８から噴出した洗浄水が衝突する壁面に黒の絵の具を、厚さ０．２ｍｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍに塗った。次いで洗浄ノズル８から洗浄水を噴出させたが、その際に、蒸気配管内の蒸気圧力を０．３ＭＰａ、０．２ＭＰａ、０．１ＭＰａに変更しつつ、ガス供給部材５１より蒸気を洗浄水に吹き込んだ。
洗浄後、絵の具が除去された状態をカメラで撮像し、その像に対してコンピューター画像処理で黒白の２値化処理を行い、洗浄された面積を算出した。算出した結果は、事前に絵の具を塗った面積を分母にし、洗浄された面積を分子にして百分率「Ａｒｅａ ｒａｔｉｏ」（％）を割り出し、洗浄力を示す指標とした。
【００４８】
（試験結果）
この試験の結果は、図１０に示すとおりである。図１０は、蒸気の吹き込み量と洗浄効果との関係を示す図である。
図１０において、横軸は洗浄時間、縦軸は洗浄効果の「Ａｒｅａ ｒａｔｉｏ」（％）である。この図１０の結果から、蒸気を吹き込むほど洗浄効果が大きくなることが明らかである。
【００４９】
なお、以上の試験例１および試験例２の結果を総合すると、試験例１の結果から、同じ圧力でガスを供給する場合であっても、非溶解性ガス（空気）を供給する方が被洗浄物の洗浄面において気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーを増加させ、高い洗浄力を得ることができるが、溶解性ガス（蒸気）の場合であっても、ガスを何ら供給しない場合に比して高い洗浄力を得ることができることが判明した。
【００５０】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００５１】
本実施例による洗浄装置１は、全体の回路を閉回路とし、水中ポンプ４（（株）川本ポンプ製ＱＳＱＡ−５０６−０．４ＳＬ）により最大流量０．２ ｍ３／ｍｉｎにて水（水温１４℃の水道水）を洗浄ノズル８から噴射し得るようになっている。また、洗浄ノズル８の長さは３２０ｍｍ、口径は２０ｍｍ×２０ｍｍの矩形とし、噴出流量は差圧式ディジタル流量計７（長野計器（株）製、ＮＶ８１−８６３−５５８０３）にて表示されている。また、ガス供給部材５１は、外径１０ｍｍ×内径８ｍｍの断面円形のパイプで、絞り部２９よりも上流側に配置されている。更に、流量制御バルブ５を設けることで、６０Ｌ／ｍｉｎ〜１８０Ｌ／ｍｉｎの流量の制御可能とされている。
【００５２】
次に、本実施形態の変形例について図５を用いて説明する。本実施形態の洗浄装置は、上述の第１の実施形態とガス供給部材５１の設置位置においてのみ異なり、その他の構成は上述した第１の実施形態と同様であるため、ガス供給部材５１の設置位置についてのみ詳細に説明し、他の部分の説明については第１の実施形態と同じ符号で表し詳細な説明を省略する。
【００５３】
本変形例において、ガス供給部材５１は、絞り部２９の下流側であって、洗浄水においてキャビテーションを発生させ得る領域、すなわち洗浄水の水流の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持されている領域内に設置されている。
【００５４】
この場合においても、ガス供給部材５１から供給される気体を気泡核としてキャビテーションを発生させることができ、キャビテーション気泡の総量が高い洗浄水２を得て、洗浄水２の洗浄力を高めることができる。
【００５５】
なお、本変形例において、ガス供給部材は、第２の絞り部２１Ａの平坦面２５Ａの下流側近傍に配置されていることが望ましい。ガス供給部材５１を平坦面２５Ａの下流側に設置することによって、洗浄水２の水勢を抑制することを回避しつつキャビテーションを発生させることができる。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態について図６から図８を用いて説明する。本実施形態の洗浄装置は、上述の第１の実施形態と洗浄ノズルにおいてのみ異なるため、洗浄ノズルについてのみ詳細に説明し、他の部分の説明については第１の実施形態と同じ符号で表し詳細な説明を省略する。
【００５７】
図６に示すように、洗浄ノズル３０は、円筒形の筒体３１と、該筒体３１の長手方向の中間部、詳細には中央部の先端開口部３１ｂ寄りに配置された第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂと、ガス供給部材５１を備えて構成され、キャビテーション噴流を噴出できるようになっている。
【００５８】
洗浄ノズル３０の筒体３１の基端部３１ａにはフランジ３３が形成され、このフランジ３３の中央部に基端開口部３３ａが形成されている。
筒体３１の内部空間は洗浄水２を圧送する圧送通路４６となっており、その先端は先端開口部３１ｂとされている。
【００５９】
図７に示すように、第１の絞り部材３２Ａは、平板状の楕円を長軸ｍに沿って分割し、半楕円形状の板面３５、３６と、長軸ｍを通り板面３５に垂直に形成された肉厚面３７と、半楕円形の円周を巡る周面３８とに囲まれて形成されている。
【００６０】
図６、図７に示すように、第１の絞り部材３２Ａは、基端部３１ａ側を向く板面３５が第１の傾斜面として圧送通路４６の断面積を漸次狭めるように、傾きをもって配置され、かつ、筒体３１の内部を基端部３１ａに向かって軸線Ｌ２方向に視たときに該筒体３１の内部の半部を略塞ぐ傾斜角度をもって、筒体３１の内壁に周面３８を略当接させて配置されている。
【００６１】
第２の絞り部材３２Ｂは、第１の絞り部材３２Ａと同形状をなしており、先端開口部３１ｂを向く板面３９が第２の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次拡げるように配置され、筒体３１内の第１の絞り部材３２Ａの反対側の半部を略塞ぐ傾斜角度をもって筒体３１の内壁に周面４２を略当接させて配置されている。
【００６２】
この際、図８に示すように、第１及び第２の傾斜面３５、３９は、筒体３１を側面視する方向から見た場合、それぞれの傾斜面３５、３９の略中央部において互いに交叉し、該交叉する部分の上部（すなわち、第１の傾斜面３５の中央部（交叉部）よりも先端開口部３１ｂ側の面上部と第２の傾斜面３９の中央部（交叉部）よりも基端部３１ａ側の面上部）において互いに連通する空間部４３を形成し、板面３６と板面４０とは、空間部４３と反対側において互いに連通する空間部４４を形成している。
【００６３】
ガス供給部材５１は、圧送通路４６内に挿入されて気体を供給する部材であり、第１及び第２の絞り部材３２Ａ，３２Ｂよりも上流側に配置されている。また、ガス供給部材５１の開口先端部は、ガスが筒体１０の下流側に向かって圧送されるように下流側に向けられている。
【００６４】
上記の構成の下に、第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂは、筒体３１の延在する方向の中央部先端寄りにおいて洗浄水２が流動する流路を絞る絞り部４５を形成し、該絞り部４５における圧送通路４６は、前記空間部４３、４４を除いて略封鎖され、キャビテーション噴流を発生させ得るようになっている。
【００６５】
次に、上記洗浄ノズル３０に洗浄水２を圧送した際の作用について説明する。
水中ポンプ４及びガス供給装置５０を駆動して、洗浄水２を配管６を経由して筒体３１の基端部３１ａから洗浄ノズル３０内に進入させるとともに圧送通路４６内に気体を供給すると、図６、図８に示すように、洗浄水２は、第１の絞り部材３２Ａの板面３５と第２の絞り部材３２Ｂの板面４０（板面３９の裏面）のそれぞれの面上下部（矢印Ｘ、Ｗ方向）に流入し、これら板面３５と板面４０とは先端開口部３１ｂに向かって圧送通路４６の断面積を漸次狭めるように配置されているため、板面３５、４０のそれぞれの先端開口部３１ｂ側で洗浄水２の水圧が徐々に高まり、空間部４３、４４に到った時点で洗浄水２が互いに他方の絞り部材３２Ｂ、３２Ａの側（矢印Ｙ、Ｚ方向）に流入する。
【００６６】
この際、該他方の絞り部材３２Ａ、３２Ｂの板面３６、３９は、筒体３１の圧送通路４６の断面積を漸次拡げるように傾斜しているため、空間部４３、４４内に進入した洗浄水２が第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂから互いに他方の絞り部材３２Ｂ、３２Ａに高速で一気に流れて低圧になり、キャビテーション気泡が発生する。
また、ガス供給部材５１から供給された気体は、洗浄水２によって空間部４３，４４の第１の絞り部材３２Ａの側又は第２の絞り部材３２Ｂの側（キャビテーション気泡が発生する領域）へ運ばれて（供給されて）、キャビテーション気泡が発生するときの気泡核になる。したがって、キャビテーション気泡が発生する領域に気体を供給しない場合と比較して、キャビテーション気泡の発生が促進され、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）が増加する。よって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーが増加し、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上する。
【００６７】
洗浄水２は、図６において矢印Ｘ、Ｙ、Ｗ、Ｚで示すように、筒体３１内の絞り部４５において、板面３５、４０のそれぞれの先端開口部３１ｂ側に集水された後、他方の板面３９、３６側に急速に流動してキャビテーション気泡を発生させるとともに、進路を変え圧送通路４６の上方又は下方に流路を広げる流れとなるため、絞り部４５を通過した時点で二方向の流れにより作られた縦方向に旋回流となる。
【００６８】
したがって、圧送通路４６が絞り部４５の通過後に拡がり、洗浄ノズル３０の先端から噴射されても、水流の広がりが抑制されるので水流の速度低下が抑制される。よって、水流の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これにより、キャビテーション気泡の総量を増加させ、又は被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることが抑制される。そしてその結果として、被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面に到達するキャビテーションの量を増すことができ、被洗浄物の貯留タンクＴの内壁面における洗浄力を向上する。
【００６９】
以上のように、本実施形態の洗浄ノズル３０によれば、第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂによりキャビテーション噴流を発生させることができるとともに、該噴流に螺旋状の回転力を加えることができるため、キャビテーション噴流がその流速を維持しキャビテーション噴流をより遠くまで噴射させることができる。また、キャビテーション気泡の発生を促進して、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）が増加させることによって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーを増加させ、衝撃力や熱エネルギーによる洗浄力が向上し、洗浄効果を飛躍的に向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００７０】
特に本実施の形態の洗浄ノズル３０によれば、絞り部４５により二方向の流れに基づくキャビテーション噴流を効果的に発生させることができるため、水中ポンプ４の圧送水量を高めることで、より洗浄能力の高い洗浄水２を生成することが可能となるという効果が得られる。また、キャビテーション気泡が発生する領域が空間部４３，４４と拡くなっているため、二方向の流れにおいてキャビテーションを発生させることができ、ガス供給部材５１から供給された気体に基づいてより一層多くのキャビテーション気泡を発生させることによって、洗浄水２の洗浄能力を一層高めることができるという効果が得られる。
また、その結果、洗剤を用いずに被洗浄物を洗浄することができることとなるため、大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制し、洗浄作業の効率も高めることが可能となる。
【００７１】
本実施形態においても、ガス供給部材５１を第１及び第２の絞り部材３２Ａ，３２Ｂの下流側であって、洗浄水２においてキャビテーションを発生させ得る領域、すなわち水流の圧力がキャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持されている領域内に設置することにより、第１の実施形態の変形例の洗浄ノズル８と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、洗浄ノズル８内に、ガスとして気体を供給したが、気体に代えて蒸気を供給してもよい。図１０に示すように、同じ圧力で供給する場合であっても気体を供給する方が被洗浄物の洗浄面において気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や熱エネルギーを増加させ、高い洗浄力を得ることができるが、蒸気の場合であっても、ガスを何ら供給しない場合に比して高い洗浄力を得ることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１ 洗浄装置
２ 洗浄水
３ 洗浄水槽
４ 水中ポンプ（ポンプ）
６ 配管
１０ａ 基端部
２１Ａ 第１の絞り部材
２１Ｂ 第２の絞り部材
２５Ａ 第１の平坦面
２５Ｂ 第２の平坦面
２６Ａ 第１の傾斜面
２６Ｂ 第２の傾斜面
２８ 空間部（交叉する部分の上方）
３２Ａ 第１の絞り部材
３２Ｂ 第２の絞り部材
３５、４０ 第１の傾斜面
３６、３９ 第２の傾斜面
４３、４４ 空間部
５１ ガス供給部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路内に通路絞り部を設けて圧送される洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズルであって、
前記圧送通路内には、前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給するガス供給部材が備えられていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の洗浄ノズルであって、
前記通路絞り部は、該圧送通路の軸線方向に直交する方向に互いに隣接配置された第１及び第２の絞り部材を備え、
前記第１の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面を有し、
前記第２の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面を有し、
これら第１及び第２の絞り部材は、これらをその側方から視たときに、前記第１及び第２の傾斜面がこれら各傾斜面の中間部で交叉し、
該第１及び第２の傾斜面上の前記圧送通路が前記交叉する部分の上方において互いに連通していることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項３】
請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、
前記第１の絞り部材は、前記第１の傾斜面の前記先端開口部側の端部に隣接して、前記先端開口部側を向く第１の平坦面を備え、
前記第２の絞り部材は、前記第２の傾斜面の前記基端部側の端部に隣接して、前記基端部側を向く第２の平坦面を備えていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項４】
請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、
前記第１および第２の絞り部材は、それぞれ板状に形成されるとともに、これら各々の板面が前記第１および第２の傾斜面とされていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の洗浄ノズルと、
洗浄水を貯留する洗浄水槽と、
該洗浄水槽内の洗浄水を前記洗浄ノズルに圧送するポンプおよび配管と、
前記洗浄ノズルへの洗浄水の圧送を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする洗浄装置。
【請求項６】
洗浄ノズル内に洗浄水を圧送し、
該洗浄ノズルから洗浄水を被洗浄体に噴射させて該被洗浄体を洗浄する洗浄方法であって、
前記洗浄水内にキャビテーション気泡を発生させるとともにこの洗浄水を該ノズルの軸線周りに旋回させる工程と、
前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給する工程とを備え、
前記キャビテーション気泡を有する旋回流として前記被洗浄体に噴射させることを特徴とする洗浄方法。
【請求項１】
内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路内に通路絞り部を設けて圧送される洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズルであって、
前記圧送通路内には、前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給するガス供給部材が備えられていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の洗浄ノズルであって、
前記通路絞り部は、該圧送通路の軸線方向に直交する方向に互いに隣接配置された第１及び第２の絞り部材を備え、
前記第１の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面を有し、
前記第２の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面を有し、
これら第１及び第２の絞り部材は、これらをその側方から視たときに、前記第１及び第２の傾斜面がこれら各傾斜面の中間部で交叉し、
該第１及び第２の傾斜面上の前記圧送通路が前記交叉する部分の上方において互いに連通していることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項３】
請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、
前記第１の絞り部材は、前記第１の傾斜面の前記先端開口部側の端部に隣接して、前記先端開口部側を向く第１の平坦面を備え、
前記第２の絞り部材は、前記第２の傾斜面の前記基端部側の端部に隣接して、前記基端部側を向く第２の平坦面を備えていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項４】
請求項２に記載の洗浄ノズルにおいて、
前記第１および第２の絞り部材は、それぞれ板状に形成されるとともに、これら各々の板面が前記第１および第２の傾斜面とされていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の洗浄ノズルと、
洗浄水を貯留する洗浄水槽と、
該洗浄水槽内の洗浄水を前記洗浄ノズルに圧送するポンプおよび配管と、
前記洗浄ノズルへの洗浄水の圧送を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする洗浄装置。
【請求項６】
洗浄ノズル内に洗浄水を圧送し、
該洗浄ノズルから洗浄水を被洗浄体に噴射させて該被洗浄体を洗浄する洗浄方法であって、
前記洗浄水内にキャビテーション気泡を発生させるとともにこの洗浄水を該ノズルの軸線周りに旋回させる工程と、
前記キャビテーション気泡が発生する領域においてガスを供給する工程とを備え、
前記キャビテーション気泡を有する旋回流として前記被洗浄体に噴射させることを特徴とする洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１３７０８（Ｐ２０１２−２１３７０８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０４４５（Ｐ２０１１−８０４４５）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５９２０８１４２７）
【出願人】（０００００６１２７）森永乳業株式会社 (269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５９２０８１４２７）
【出願人】（０００００６１２７）森永乳業株式会社 (269)
【Ｆターム（参考）】
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