JP2006314972A - 気泡発生装置 - Google Patents
気泡発生装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006314972A JP2006314972A JP2005143059A JP2005143059A JP2006314972A JP 2006314972 A JP2006314972 A JP 2006314972A JP 2005143059 A JP2005143059 A JP 2005143059A JP 2005143059 A JP2005143059 A JP 2005143059A JP 2006314972 A JP2006314972 A JP 2006314972A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- gas
- discharge port
- conduit
- bubbles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
【課題】少量の微細気泡を含む液体を簡単な装置を用いて安価に製造することのできる微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】液体4を収納する気密性容器1と、気密性容器1内に気体3を導入し、液体4を加圧することにより液体4に気体3を溶解させる気体導入器2と、気密性容器1に設けられており、液体4を気密性容器1から外部へ吐出する吐出口7を有する吐出部6と、吐出口7の開口径よりも大きい内径を有し、吐出口7に接続された導管60とを備えた気泡発生装置。
【選択図】図1
【解決手段】液体4を収納する気密性容器1と、気密性容器1内に気体3を導入し、液体4を加圧することにより液体4に気体3を溶解させる気体導入器2と、気密性容器1に設けられており、液体4を気密性容器1から外部へ吐出する吐出口7を有する吐出部6と、吐出口7の開口径よりも大きい内径を有し、吐出口7に接続された導管60とを備えた気泡発生装置。
【選択図】図1
Description
本発明は気泡を発生させる気泡発生装置に関し、特に、微細気泡を発生させる気泡発生装置に関する。
微細気泡あるいは微細気泡を含む液体には様々な効果のあることが発表されており、幅広い分野において、微細気泡の応用研究がながされている。微細気泡の効果としては、(1)水中浮遊物の分散性を向上させる働き、(2)液体の気体吸収効率を向上させる働き、(3)微細気泡を含む液体の酸化分解作用、(4)微細気泡を含む液体のウイルスの不活性化作用などが報告されている。
これらの効果は、微細気泡が液体中の分散物の表面と接触したり、微細気泡となった気体が液体中の分散物の表面と反応したりすることによって得られる。このため、微細気泡が急激に浮上して消失することなく、長時間液体中に分散していることが重要である。
微細気泡の生成には種々の方法が従来より提案されている。たとえば、特許文献1は、超音波を利用した微細気泡発生装置を開示している。また、特許文献2は、アスピレータの原理を利用した微細気泡発生装置を開示している。特許文献3および4は、旋回する液体流を利用した微細気泡発生装置を開示している。
特開2003−334548号公報
特開2002−191950号公報
特開2000−447号公報
特開2004−263152号公報
従来の微細気泡発生装置は、工業的な利用や魚類の養殖など大規模な産業分野への利用を目的としているものが多い。このため、微細気泡発生装置は一般に大型であり、微細気泡を生成するために大量の液体を移動させる必要がある。
しかしながら、上述した微細気泡の効果は産業分野のみならず、洗濯機や浴室のカビの抑制など一般家庭における利用や家庭用機器に利用する場合にも有用であると考えられる。こうした一般家庭における利用や家庭用機器において微細気泡の効果を得るためには、数ミリリットルから数十ミリリットル程度の微細気泡を含む液体があれば十分であると考えられる。
しかし、上述したように従来の微細気泡発生装置は大型であるものが多い。このため、少量の微細気泡を発生させるためであっても、大量のエネルギーを利用して大掛かりな装置を移動させる必要がある。このことは、一般家庭用における利用としては初期投資のコストおよび運転コストが大きくなりすぎるという問題を引き起こす。
本発明は、このような従来の課題を解決し、少量の微細気泡を含む液体を簡単な装置を用いて安価に製造することのできる微細気泡発生装置を提供することを目的とする。
本発明の気泡発生装置は、液体を収納する気密性容器と、前記気密性容器内に気体を導入し、前記液体を加圧することにより前記液体に前記気体を溶解させる気体導入器と、前記気密性容器に設けられており、前記液体を前記気密性容器から外部へ吐出する吐出口を有する吐出部と、前記吐出口の開口径よりも大きい内径を有し、前記吐出口に接続された導管とを備える。
ある好ましい実施形態において、前記導管は、前記吐出口から吐出される前記液体が、所定の流速で0.5秒以上前記導管内に滞留する長さを有している。
ある好ましい実施形態において、前記導管の長さは、50mm以上である。
ある好ましい実施形態において、前記吐出口の開口径は、0.1mm以上5mm以下であり、前記導管の内径は0.5mm以上10mm以下である。
本発明の気泡発生装置は、液体を収納する気密性容器と、前記気密性容器内に気体を導入し、前記液体を加圧することにより前記液体に前記気体を溶解させる気体導入器と、前記気密性容器に設けられており、前記液体を前記気密性容器から外部へ吐出する吐出口を有する吐出部と、前記吐出口から吐出した前記液体から、前記液体中に含まれており所定の値より大きい直径を有する気泡を分離する気泡分離器とを備える。
ある好ましい実施形態において、前記気泡分離器は、所定の目開きを有する網を含み、前記吐出口から吐出した前記液体が前記網を通過することにより、前記所定の値より大きい直径を有する気泡を除去する。
ある好ましい実施形態において、前記網は100メッシュ以上の細かさの目開きを有する。
ある好ましい実施形態において、前記気泡分離器は、導入口、排出口および気泡放出口を有する管路を含み、前記網は、前記管路の前記導入口と排出口との間において前記液体の流路を遮るように設けられており、前記気泡放出口は、前記網により分離された気泡が浮上し前記気泡放出口に達するように前記管路に設けられている。
ある好ましい実施形態において、前記吐出部の吐出口と前記気泡分離器の導入口との間に前記吐出口の内径よりも大きい内径を有し、前記吐出口に接続された導管をさらに備える。
ある好ましい実施形態において、前記導管は、前記吐出口から吐出される前記液体が所定の流速で0.5秒以上前記導管内に滞留する長さを有している。
ある好ましい実施形態において、前記導管の長さは、50mm以上である。
ある好ましい実施形態において、前記吐出口の内径は、0.1mm以上5mm以下であり、前記導管の内径は0.5mm以上10mm以下である。
ある好ましい実施形態において、前記液体は、水または親水性溶媒である。
ある好ましい実施形態において、前記気体は、酸素ガス、オゾンガス、窒素ガス、炭素ガス、水素ガス、マイナスイオンを含む空気および18族元素ガスのうち少なくとも1つを含む。
ある好ましい実施形態において、前記導管は可撓性を有する。
ある好ましい実施形態において、前記吐出部の吐出口と前記気密性容器との間に設けられた開閉弁をさらに備え、前記開閉弁の操作によって前記吐出口から気泡を含む前記液体を断続的に生成する。
ある好ましい実施形態において、気泡発生装置は、前記気密性容器内の圧力を検出する圧力計と、前記圧力計が検知した値に基づき、前記気体導入器の動作を制御する制御部とをさらに備える。
本発明の気泡発生方法は、液体を収納した気密性容器内に気体を導入し、前記液体を加圧することにより前記液体に前記気体を溶解させるステップと、前記液体を前記気密性容器に設けられた吐出口から外部へ吐出させるステップと、前記吐出口の開口径よりも大きい内径を有し、前記吐出口に接続された導管内に前記液体が所定の時間滞留するように、前記導管に前記液体を通過させるステップとを包含する。
ある好ましい実施形態において、前記導管に前記液体を通過させるステップは、所定の流速で0.5秒以上前記導管内に前記液体を滞留させる。
本発明の気泡発生方法は、液体を収納した気密性容器内に気体を導入し、前記液体を加圧することにより前記液体に前記気体を溶解させるステップと、前記液体を前記気密性容器に設けられた吐出口から外部へ吐出させるステップと、前記吐出口から吐出した前記液体から、前記液体中に含まれており所定の値より大きい直径を有する気泡を分離するステップとを包含する。
ある好ましい実施形態において、前記気泡を分離するステップは、所定の目開きを有する網に前記液体を通過させる。
本発明の気泡発生装置によれば、液体に圧力をかけて気体を溶解させ、気体が溶解した液体の圧力を低下させることにより液体中に気泡を発生させる。このため、簡単な構造により微細気泡を発生させることができる。また、大掛かりな装置を必要とせず、微細気泡を含む少量の液体を簡単に製造することができる。
さらに、気泡の発生を促進し、微細の気泡が多く生成するための導管および生成した気泡から直径の大きい気泡を除去するための気泡分離器の少なくとも一方を備えるため、直径の小さい微細気泡を選択的に生成することができる。
まず、図1を参照して、本発明による気泡発生装置の構成を概略的に説明する。本発明の気泡発生装置100は、気密性容器1と気体導入器2と吐出部6とを備える。気密性容器1は気密性を備え、液体4を収納する。気体導入器2は、コンプレッサなど高圧でガスを導入することのできる機器である。気体導入器2は配管5によって気密性容器1と接続されており、気体3を大気圧以上の圧力で気密性容器1内へ導入する。気体3が液体4中へバブリングされるように、配管5が気密性容器1に接続されていることが好ましい。配管5には開閉弁5aが設けられている。
吐出部6は吐出口7を有し、気密性容器1に設けられている。吐出部6は、気密性容器1内の液体4を吐出口7から外部へ吐出する。吐出部6には開閉弁6aが設けられている。
配管5の開閉弁5aを操作することにより、気密性容器1に気体3が大気圧以上の圧力で導入されると、気体3の一部は液体4に溶解する。しかし、大部分は気密性容器1内の液体4が満たされていない空間1aを満たし、気密性容器1内の圧力を高める。このため、液体4の圧力も高められる。ヘンリーの法則にしたがい、液体4に溶解する気体の質量は気密性容器1内の圧力に比例する。たとえば、液体4として水を用い、気体として5気圧の酸素ガスを気密性容器1内へ導入する場合を考える。酸素は常温常圧において水に対し、31ml/Lの溶解度を有するので、5気圧下では約5倍の酸素が気密性容器1内の液体4に溶解する。
次に、開閉弁5aを閉じ、開閉弁6aを開放すると、気密性容器1内の液体4は、吐出部6の吐出口7から外部へ排出される。たとえば、大気圧下にある水52を保持した容器51内に液体4を排出する。吐出口7の周囲である液体52の圧力が気密性容器1内の圧力より低い場合、吐出された液体4の圧力は急激に低下し、圧力の低下にともなって液体4に溶存できる酸素の量も減少する。このため、吐出口7から吐出される液体4中に溶存できない酸素が微細気泡となって現れる。このようにして本発明の気泡発生装置は液体52中に微細気泡53を発生させる。
生成した微細気泡53が前述した分散性の向上などの効果を十分に発揮するためには、微細気泡53が長時間、液体4中に分散している必要がある。液体中の気泡が浮上して消失するまでの時間は、気泡の大きさと密接な関係があり、大きな気泡ほど早く浮上し、消失してしまうことが知られている。また、気泡が大きいと、気泡同士が凝集してさらに大きな気泡を生成しやすくなり、気泡がより早く消失する原因ともなる。
本願発明者が気泡の大きさと液体中での気泡の滞留時間との関係を詳細に検討したところ、直径がおおよそ100μm以上の気泡は比較的短時間で液体中を浮上し、消失することが分かった。つまり、滞在時間の長い気泡を生成するためには生成する気泡の直径は100μmより小さいことが好ましい。気泡の直径は、より好ましくは60μm以下である。
以下の実施形態において詳細に説明するように、本発明の気泡発生装置では、発生する気泡が直径の小さい微細気泡となるような機構をさらに備えている。具体的には、本発明の気泡発生装置は、上述の構成に加え、吐出部6の吐出口7に気泡の発生を促進し、微細気泡が多く生成するための導管60、または、生成した気泡から直径の大きい気泡を除去するための気泡分離器70を備える。導管60は、吐出部6の吐出口7から排出された液体を層流の状態で所定の時間維持することにより、気泡生成のための核を多く生成し、発生した気泡が凝縮して大きな気泡となるのを抑制する。また、気泡分離器70は、直径の大きな気泡を分離、除去することによって、本発明の気泡発生装置から発生する気泡に直径の小さな気泡のみが含まれるようにする。
図2は、以下で説明する本発明の気泡発生装置により生成した気泡の粒径分布の時間経過の一例を示している。図2に示すように、本発明の気泡発生装置により生成する気泡の直径は、おおよそサブミクロンから数十ミクロンの範囲にある。図2に示すように、気泡の発生後、時間が経過するにつれて、直径の大きな気泡は減少するが、おおよそ20μm以下の直径の気泡はほとんど消失することなく液体中に滞留している。図2に示す例では、気泡発生の3時間後においても、おおよそ20μm以下の気泡はほとんど消失することなく液体中に分散している。
本発明の気泡発生装置により生成した気泡は、おおよそサブミクロンから数十ミクロンの範囲にあり、気泡の大きさは肉眼による識別限界かそれ以下である。このため本発明の気泡発生装置により生成した気泡を肉眼で確認することは困難であり、また、液体中で気泡が白濁して見えることもない。たとえば本発明の気泡発生装置により生成した気泡を含む水は、無色透明である。
一方、浴槽などで用いられるジェットバスの気泡は肉眼で十分確認できる程度の大きさであり、また、数百ミクロンから数ミリ程度の気泡を含む液体では気泡は白濁して見える。このため数百ミクロン以上の大きさの気泡を含む液体と、本発明の気泡発生装置により生成した気泡を含む液体とは、容易に識別することができる。
このような大きさの微細気泡は液体中で浮上しにくいため、前述した(1)水中浮遊物の分散性を向上させる働き、(2)液体の気体吸収効率を向上させる働き、(3)微細気泡を含む液体の酸化分解作用、(4)微細気泡を含む液体のウイルスの不活性化作用をよりいっそう高めることができる。
また、本発明の気泡発生装置によれば、液体に圧力をかけて気体を溶解させ、気体の溶解した液体の圧力を低下させることにより液体中に気泡を発生させる。このため、気密性容器および気体を高圧で気密性容器に導入する気体導入器を主要な構成要素とした簡単な構成により、微細気泡を発生させることができる。また、大掛かりな装置を必要とせず、微細気泡を含む少量の液体を簡単に製造することができるため、家庭用機器あるいは医療福祉機器などに本発明の気泡発生装置を好適に用いることができる。以下、本発明の気泡発生装置の実施形態をより詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図3は、本発明による気泡発生装置の第1の実施形態を示す模式図である。気泡発生装置101は、気密性容器1と、気体導入器2と、吐出部6と、導管60とを備える。気密性容器1は気密性を備え、液体4を収納する。気密性容器1は、気泡発生装置101の用途および必要とされる生成能力に応じた適当な内容積を備えている。気泡発生装置101の構造上、気密性容器1の内容積に特に制限はなく、数十ml程度の大きさであってもよいし、数十l程度であってもよい。しかし、本発明は特に家庭用機器へ好適に用いることが可能であり、家庭用機器へ本発明を適用する場合には、気密性容器1の内容積は、50mlから10,000ml程度であることが好ましい。本実施形態では、気密容器1の内容積は150mlである。
図3は、本発明による気泡発生装置の第1の実施形態を示す模式図である。気泡発生装置101は、気密性容器1と、気体導入器2と、吐出部6と、導管60とを備える。気密性容器1は気密性を備え、液体4を収納する。気密性容器1は、気泡発生装置101の用途および必要とされる生成能力に応じた適当な内容積を備えている。気泡発生装置101の構造上、気密性容器1の内容積に特に制限はなく、数十ml程度の大きさであってもよいし、数十l程度であってもよい。しかし、本発明は特に家庭用機器へ好適に用いることが可能であり、家庭用機器へ本発明を適用する場合には、気密性容器1の内容積は、50mlから10,000ml程度であることが好ましい。本実施形態では、気密容器1の内容積は150mlである。
気密性容器1は、10気圧程度の耐圧を備えている。また、図3には示していないが、液体4を気密容器1内へ導入するための開閉口を気密性容器1は備えている。開閉口に換えて、液体4を導入する配管および配管に設けた開閉弁を気密性容器1に設けてもよい。
気泡を生成するための液体4は、水、親水性溶媒またはこれらの混合物であることが好ましい。親水性溶媒としては、エタノール、多価アルコール類、アセトン、酢酸エチル等のエステル類などを用いることができる。本実施形態では、100mlの純水を液体4として気密容器1内へ導入した。
気体導入器2は、大気圧以上の圧力で気体を気密容器1へ導入する。気体導入器2には、たとえば、種々の機構のコンプレッサやポンプ、ボンベ類などを用いることができる。また、気体導入器2は気体を圧縮あるいは液化して収納しているガスボンベであってもよい。気体導入器2が気体3を加圧する圧力は、気密性容器1の耐圧以下であって、2気圧から30気圧の範囲であることが好ましい。高圧のガスボンベを気体導入器2として用いる場合には、必要に応じてレギュレータなど適切な減圧装置を設けることが好ましい。
気体導入器2は配管5によって気密性容器1と接続されており、大気圧以上の圧力で気体3を気密性容器1内へ導入する。液体4中に気体3がバブリングされ、導入される気体3が液体4と十分に接触するよう、気密性容器1の底部から気密性容器1の内部へ気体3を導入することが好ましい。配管5には開閉弁5aが設けられている。
前述したように、気体導入器2から所定の圧力で気体3を液体4中へバブリングすることにより、導入された気体3の一部は液体4に溶解し、残りは気密性容器1内の液体4が満たされていない空間1aを満たし、気密性容器1内の圧力を高める。これにより、気体3および液体4の圧力も高まる。
気体3には、酸素ガス、オゾンガス、窒素ガス、炭素ガス、水素ガス、マイナスイオンを含む空気および18族元素ガスのうち少なくとも1つを含むガスを用いることが可能であり、これらのガスまたはこれらの混合ガスを用途に応じて選択することができる。窒素ガスおよび酸素ガスを主として含む空気は気体発生装置101において簡便に利用できるガスの1つである。表1に、これらのガスの1気圧20℃における水に対する溶解度を示す。
気体3として混合ガスを用いる場合、各ガスの液体4中でのモル分率xiとガスの分圧piとの間にはヘンリー定数Kiを用いてKi=pi/xiの関係が成り立つ。つまり、各ガスの溶解度は分圧に比例する。本実施形態では、酸素ボンベを気体導入器2として用い、レギュレータによって5気圧で約20分かけて酸素を気密性容器1内に導入した。
吐出部6は配管8および吐出口7を有し、気密性容器1に設けられている。具体的には配管8の一端が気密性容器1に接続され、他端に吐出口7が設けられている。吐出口7は、たとえば、オリフィスである。吐出部6は、気密性容器1内の液体4を吐出口7から外部へ吐出する。吐出部6には開閉弁6aが設けられている。配管8は、加圧された液体4によって変形しない限り、直線的な形状を有してもよいし、緩やかな曲率で曲げることが可能なフレキシブルチューブであってもよい。吐出口7の開口径(直径)は、必要とされる気泡の生成能力および気密性容器1の容量に依存する。家庭用機器へ本発明を適用する場合には、吐出口7の開口径r1は0.1mmから5mmの範囲にあることが好ましい。本実施形態では、開口径r1が0.5mmであり、奥行き(長さ)2mmのオリフィスを吐出部6として用いた。
開閉弁6aの操作によって、吐出口7から吐出された液体4は、外部の圧力へ開放される。このとき、液体4の圧力が低下し、溶存していた気体3が気泡となってガス化する。前述したように、この際、気泡の発生を促進し、微細の気泡が多く生成させるため、導管60が吐出部6の吐出口7に接続されている。導管60は、吐出口7の開口径よりも大きい内径を有し、吐出口7に接続されている。導管60の他端は、水52が満たされた容器51に接続されている。
導管60は、外部の圧力に開放された液体4を一定の時間整った流れとなるように維持する。これにより、気泡が発生するための核の生成を促し、微細気泡をより多く発生させることができる。このためには、図4に示すように導管60を流れる液体4は、層流となっていることが好ましい。矢印4aで示すように液体4が導管60の中心から導管60の壁面に向かって減少するような速度分布をもった層流となっている場合、隣接する速度の層との間でストレスが生じ、気泡が発生するための核が生成する。このため、層流を長く保つことによって液体4中に微細気泡がより多く発生する。導管60も配管8と直線的な形状を有してもよいし、緩やかな曲率で曲げることが可能なフレキシブルチューブであってもよい。これにより微細気泡を多く含む液体4が、容器51に保持された水52内に導入され、水52に微細気泡53が分散される。
図5は、気泡発生装置101によって生成した気泡の粒径分布を示すグラフである。横軸は気泡の粒径を示し、縦軸は頻度を示している。測定にはMICROTEC社の粒度分布計を用い、測定が安定するよう、導管60から吐出後5分経過した液体4に対して測定を行った。図5において曲線42で示すように、気泡発生装置101により生成した気泡の粒径は、約0.5μmから約60μmの範囲内で分布しており、60μmより大きい粒径の気泡はほとんど生成していない。
比較のために、気泡発生装置101から導管60を除き、気泡を発生させた場合の粒径分布および気泡発生に用いた純水の粒径分布を調べた。曲線41で示すように、導管60を用いずに気泡を発生させた場合、生成する気泡は10μm以上の粒径を有し、特に200μm程度の粒径の気泡が多く発生する。また、曲線44で示すように気泡発生装置101に導入した純水には、およそ500μm以下の気泡は含んでいないことが分かる。
図5から明らかなように導管60を備えた気泡発生装置101によって60μm以下の粒径を有する微細気泡を発生させることができる。また、単に微細気泡を含んでいるだけでなく、60μm以上の粒径を有する気泡はほとんど発生しない。粒径が大きく液体中ですぐ浮上するような気泡は含んでいないため、60μm以下の粒径を有する微細気泡が、浮上性の気泡にともなわれて浮上することなく、液体中に長時間分散あるいは滞留することができる。
次に、導管60の最適な形状について説明する。前述したように導管60は、気泡が発生するための核を多く生成する働きを備える。このために、大気圧に開放された液体4は一定の時間整った流れを維持することが好ましい。図6は、導管60内に滞在する時間と、生成する気泡の平均粒径との関係を示すグラフである。図6から明らかなように、導管60での滞留時間が0.5秒より短い場合、生成する気泡の平均粒径は著しく増大する。これに対して、滞留時間が0.5秒以上である場合、気泡の平均粒径は約10μm以下であり、滞留時間が長くなるにつれて平均粒径は小さくなっている。このことから吐出口7から排出された液体4が導管60内で0.5秒以上滞留することが好ましいことが分かる。
導管60の滞留時間は液体4の流速である吐出速度に依存する。また、導管60の内径および吐出口7にも依存する。詳細な実験の結果、図3に示すように、吐出口7の開口径r1が0.1mmから5mmの範囲内であれば、導管60の内径は、0.5mmから10mmの範囲内であり、長さlは、50mm以上であることが好ましい。
また、導管60を流れる液体4が層流状態を維持しやすいよう、導管60は、内径変化のない平行管であり、平行な流路を形成していることが好ましい。流路が拡大するようなベンチュリー管を用いることは好ましくない。また、ベンチュリー管を導管60として用いた場合、流路の拡大にともなって、液体4の圧力が急激に低下し、負圧になったりする。急激な圧力低下によって液体4に溶解していた気体が突沸し、大きな気泡が生成してしまうという問題も生じる。
このように本実施形態によれば、液体を収納した気密容器内に気体を加圧しながら導入することによって加圧状態で気体を液体に溶解させ、加圧された液体の圧力を低下させることにより、溶解していた気体を気泡として発生させる。このため、主要な構成要素として気密容器および気体を加圧して気密容器へ導入することのできる気体導入器があればよく、構造が簡単であり、大掛かりな構造を要しない気泡発生装置を実現することができる。また、加圧された液体を吐出口から吐出する際、液体の流れを整えながら所定の時間導管を通過させることによって、気泡が発生するための核生成を促し、多くの微小な気泡を生成することができる。このため、浮上性を有する粒径の大きな気泡が成長するのを抑制し、微細気泡を多く生成することができる。
(第2の実施形態)
図7は、本発明による気泡発生装置の第2の実施形態を示す模式図である。図7に示す気泡発生装置102は、気密性容器1と、気体導入器2と、吐出部6と、導管60と、気泡分離器70とを備える。気泡発生装置102は、気泡分離器70をさらに備えている点で第1の実施形態の気泡発生装置101と異なっている。気泡発生装置102の気密性容器1、気体導入器2、吐出部6および導管60は第1の実施形態で説明したように機能し、導管60から微細気泡を含む液体が吐出される。
図7は、本発明による気泡発生装置の第2の実施形態を示す模式図である。図7に示す気泡発生装置102は、気密性容器1と、気体導入器2と、吐出部6と、導管60と、気泡分離器70とを備える。気泡発生装置102は、気泡分離器70をさらに備えている点で第1の実施形態の気泡発生装置101と異なっている。気泡発生装置102の気密性容器1、気体導入器2、吐出部6および導管60は第1の実施形態で説明したように機能し、導管60から微細気泡を含む液体が吐出される。
気泡分離器70は、導管60に接続されており、導管60から吐出する微細気泡を含む液体から、液体中に含まれており所定の値より大きい直径を有する気泡を分離する。このために気泡分離器70は、一対の主面を有し、主面に所定の大きさの貫通開口が複数設けられた篩62を備えている。篩62は、具体的には、所定の目開きを有する網や、所定の大きさの貫通孔が複数設けられた分離膜またはセラミックス板などである。貫通開口は円形や矩形に限られず、たとえばスリットであってもよい。
篩62を導管60から吐出する液体4の流路を遮るようにして配置することにより、液体4に含まれ、貫通開口より大きな直径を有する気泡は、篩62によって遮断され、液体4および貫通開口より小さな直径を有する気泡のみが篩62を通過する。このようにして液体4中の微細気泡のうち、直径の大きなものを分離することができる。
所定の値より大きい直径を有する気泡を効率よく分離するためには、開口率の大きな篩62を用いることが好ましく、網を篩62として用いることがより好ましい。また、篩62により分離された直径の大きな気泡が篩62を通過した液体4と接触しないように気泡分離器70が構成されていることが好ましい。このために、気泡分離器70は、液体4を導入するための導入口61a、大きな気泡が分離された液体を排出するための排出口61bおよび大きな気泡を放出するための気泡放出口63cを有する管路61を含む。篩62は、導入口61aと排出口61bとの間において、管路61が規定する液体4の流路を遮るように配置されている。また、気泡放出口63cは、管路61において篩62を通過することを遮られた気泡が浮上する位置に設けられている。より好ましくは、篩62に遮られた気泡が浮上しやすいよう、篩62の導入口61a側の主面が気泡放出口61cへ向くよう、液体4の流路の延びる方向に対して1度から90度の角度θをなし、かつ流れの全てについて篩以外のパスがないように設置されている。また、篩62を液体4の流路を遮るように配置するため、篩62が液体4の流れに対して抵抗となり、液体4は気泡排出口61c側へ溢れる。気泡排出口61cから液体4が溢れないよう、気泡排出口61cは液体4の流路から高さl2を有していることが好ましい。高さl2は2cm以上であることが好ましい。
前述したように生成する微細気泡は直径60μm以下のものを含むことが好ましい。このためには、概ね直径の2倍程度の開口径、つまり、約120μm程度の貫通開口を有する篩62を用いればよいことが分かった。貫通開口が直径60μmより大きくても貫通開口の周囲に接触するなどして篩62を通過することができないからである。たとえば、線形0.1mmの網を用いる場合、100メッシュであればおおよそこの大きさの貫通開口を有する。
図4の曲線43は、気泡発生装置102により生成された気泡の粒径分布を示している。図4から明らかなように、40μmより直径が大きい気泡はほとんど含まれていない。また、曲線43と曲線42とを比較すれば明らかなように、気泡分離器70を設けることによって、所定の粒径以上の気泡が除去されるだけでなく、数μm程度の直径の気泡が増大していることが分かる。
本実施形態によれば、気泡分離器70によって粒径の大きい気泡を分離することができるため、微細気泡のみを得ることができる。このため、液体中において長時間滞留する気泡を得ることができ、微細気泡による上述した種々の効果をより高めることが可能となる。
なお、本実施形態では、導管60に気泡分離器70を接続しているが、導管60を省略し、吐出部6の吐出口7に直接気泡分離器70を接続してもよい。導管60を用いないことによって、微細気泡の生成効率は多少低下するが、気泡分離器70によって、粒径の大きな気泡は確実に除去できる。このため、多少生成効率は低下するものの直径60μm以下粒径を有する微細気泡のみを生成することができ、上述したような効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
図8は、本発明による気泡発生装置の第3の実施形態を示す模式図である。気泡発生装置103は、第1の実施形態の気泡発生装置101の構造に加えて、自動制御のための構造を備え、気泡の発生を自動的に行うことができる。図8に示すように、気泡発生装置103は、気密容器1と、気体導入器2と、吐出部6と、導管60と、圧力計71と液面計72と、圧力逃がし弁73と、制御装置74と、開閉弁5a、6a、および9aを備える。
図8は、本発明による気泡発生装置の第3の実施形態を示す模式図である。気泡発生装置103は、第1の実施形態の気泡発生装置101の構造に加えて、自動制御のための構造を備え、気泡の発生を自動的に行うことができる。図8に示すように、気泡発生装置103は、気密容器1と、気体導入器2と、吐出部6と、導管60と、圧力計71と液面計72と、圧力逃がし弁73と、制御装置74と、開閉弁5a、6a、および9aを備える。
気密容器1には、液体4を気密容器1へ導入するための配管9が接続されており、配管9を流れる液体4の流量を制御するための開閉弁9aが配管9に設けられている。また気体導入器2と気密性容器1とは配管5により接続されており、配管5には開閉弁5aが設けられている。吐出部6の配管8には開閉弁6aが設けられている。
気密容器1には、液体4の液面の高さを検出するための液面計72と気密容器1内の圧力を検出するための圧力計71とがさらに設けられている。圧力計71には圧力逃がし弁73が設けられている。
制御装置74は、液面計72および圧力計71で検出した値に基づき、開閉弁5a、6a、および9aを制御し、気体3および液体4を気密容器1へ導入し、また、吐出部6の吐出口7から気泡を含む液体4を吐出させる。より具体的には、制御装置74は、液面計72による検出結果に基づき、開閉弁9aを制御し、気密容器1内の液体4の量が所定の範囲内になるように制御する。また、圧力計71による検出結果に基づいて、気密容器1内の圧力が所定の範囲内になるように制御する。何らかの原因によって圧力が所定の範囲を超えて高まった場合には、圧力逃がし弁73を開放し、圧力を低下させる。
気密容器1内に導入された気体3が液体4に溶解し、平衡状態に達するまで所定の時間を要するため、たとえば、圧力計71によって検出した圧力が所定の時間維持された場合に、気体3が十分液体4に溶解したと判断し、開閉弁6aを制御して、吐出口7から気泡を含む液体4を吐出する。このような構成によって、気泡発生装置103を自動的に制御することが可能となる。
また、この構造を備えた気泡発生装置103を2台用意することによって、一方の気泡発生装置103において、気体3や液体4を気密容器1内に導入し、気体3を液体4に溶解させている間、他方の気泡発生装置103から気泡を含む液体4を吐出させることができる。これにより、気泡の発生を連続的に行うことが可能となる。
なお、本実施形態は、第1の実施形態の気泡発生装置101に自動制御を行うための構造を設けているが、第2の実施形態の気泡発生装置102に自動制御を行うための構造を設けてもよい。
これまで説明したように、本発明の気泡発生装置は簡単な構造を備え、必要とされる気泡の生成能力に応じて、気密性容器の容量や気体導入器の性能を自由に調節できる。このため、特に、従来の気泡発生装置では困難であった微細気泡を含む少量液体を生成するこが可能であり、家庭用機器や医療福祉機器に本発明の気泡発生装置を好適に用いることができる。しかし、気密性容器の容量を大きくし、大量の気体を高い圧力で圧縮できる気体導入器を用いることによって、本発明の気泡発生装置を産業用機器へ応用することも可能である。具体的には、養魚施設などの漁業分野、農業分野、水質浄化分野へも好適に本発明を用いることができる。
本発明の気泡発生装置は、民生用家庭機器、医療福祉機器など、微細気泡を含む少量の液体を利用する機器や、微細気泡を含む大量の液体を利用する漁業分野、農業分野、水質浄化分野などの産業機器へ好適に用いることができる。
1 気密性容器
2 気体導入器
3 気体
4、52 液体
5、8、9 配管
6 吐出部
7 吐出口
51 容器
53 微細気泡
60 導管
61 管路
62 篩
70 気泡分離器
100、101、102、103 気泡発生装置
2 気体導入器
3 気体
4、52 液体
5、8、9 配管
6 吐出部
7 吐出口
51 容器
53 微細気泡
60 導管
61 管路
62 篩
70 気泡分離器
100、101、102、103 気泡発生装置
Claims (21)
- 液体を収納する気密性容器と、
前記気密性容器内に気体を導入し、前記液体を加圧することにより前記液体に前記気体を溶解させる気体導入器と、
前記気密性容器に設けられており、前記液体を前記気密性容器から外部へ吐出する吐出口を有する吐出部と、
前記吐出口の開口径よりも大きい内径を有し、前記吐出口に接続された導管と、
を備えた気泡発生装置。 - 前記導管は、前記吐出口から吐出される前記液体が、所定の流速で0.5秒以上前記導管内に滞留する長さを有している請求項1に記載の気泡発生装置。
- 前記導管の長さは、50mm以上である請求項2に記載の気泡発生装置。
- 前記吐出口の開口径は、0.1mm以上5mm以下であり、前記導管の内径は0.5mm以上10mm以下である請求項1に記載の気泡発生装置。
- 液体を収納する気密性容器と、
前記気密性容器内に気体を導入し、前記液体を加圧することにより前記液体に前記気体を溶解させる気体導入器と、
前記気密性容器に設けられており、前記液体を前記気密性容器から外部へ吐出する吐出口を有する吐出部と、
前記吐出口から吐出した前記液体から、前記液体中に含まれており所定の値より大きい直径を有する気泡を分離する気泡分離器と、
を備えた気泡発生装置。 - 前記気泡分離器は、所定の目開きを有する網を含み、前記吐出口から吐出した前記液体が前記網を通過することにより、前記所定の値より大きい直径を有する気泡を除去する請求項5に記載の気泡発生装置。
- 前記網は100メッシュ以上の細かさの目開きを有する請求項6に記載の気泡発生装置。
- 前記気泡分離器は、導入口、排出口および気泡放出口を有する管路を含み、前記網は、前記管路の前記導入口と排出口との間において前記液体の流路を遮るように設けられており、前記気泡放出口は、前記網により分離された気泡が浮上し前記気泡放出口に達するように前記管路に設けられている請求項7に記載の気泡発生装置。
- 前記吐出部の吐出口と前記気泡分離器の導入口との間に前記吐出口の内径よりも大きい内径を有し、前記吐出口に接続された導管をさらに備える請求項5から8のいずれかに記載の気泡発生装置。
- 前記導管は、前記吐出口から吐出される前記液体が所定の流速で0.5秒以上前記導管内に滞留する長さを有している請求項9に記載の気泡発生装置。
- 前記導管の長さは、50mm以上である請求項10に記載の気泡発生装置。
- 前記吐出口の内径は、0.1mm以上5mm以下であり、前記導管の内径は0.5mm以上10mm以下である請求項11に記載の気泡発生装置。
- 前記液体は、水または親水性溶媒である請求項1から12のいずれかに記載の気泡発生装置。
- 前記気体は、酸素ガス、オゾンガス、窒素ガス、炭素ガス、水素ガス、マイナスイオンを含む空気および18族元素ガスのうち少なくとも1つを含む請求項1から12のいずれかに記載の気泡発生装置。
- 前記導管は可撓性を有する請求項1から12のいずれかに記載の気泡発生装置。
- 前記吐出部の吐出口と前記気密性容器との間に設けられた開閉弁をさらに備え、前記開閉弁の操作によって前記吐出口から気泡を含む前記液体を断続的に生成する請求項1から12のいずれかに記載の気泡発生装置。
- 前記気密性容器内の圧力を検出する圧力計と、
前記圧力計が検知した値に基づき、前記気体導入器の動作を制御する制御部と、
をさらに備えた請求項1から12のいずれかに記載の気泡発生装置。 - 液体を収納した気密性容器内に気体を導入し、前記液体を加圧することにより前記液体に前記気体を溶解させるステップと、
前記液体を前記気密性容器に設けられた吐出口から外部へ吐出させるステップと、
前記吐出口の開口径よりも大きい内径を有し、前記吐出口に接続された導管内に前記液体が所定の時間滞留するように、前記導管に前記液体を通過させるステップと、
を包含する気泡発生方法。 - 前記導管に前記液体を通過させるステップにおいて、所定の流速で0.5秒以上前記導管内に前記液体を滞留させる請求項18に記載の気泡発生装置。
- 液体を収納した気密性容器内に気体を導入し、前記液体を加圧することにより前記液体に前記気体を溶解させるステップと、
前記液体を前記気密性容器に設けられた吐出口から外部へ吐出させるステップと、
前記吐出口から吐出した前記液体から、前記液体中に含まれており所定の値より大きい直径を有する気泡を分離するステップと、
を包含する気泡発生方法。 - 前記気泡を分離するステップにおいて、所定の目開きを有する網に前記液体を通過させる請求項20に記載の気泡発生方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005143059A JP2006314972A (ja) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | 気泡発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005143059A JP2006314972A (ja) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | 気泡発生装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006314972A true JP2006314972A (ja) | 2006-11-24 |
Family
ID=37536098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005143059A Withdrawn JP2006314972A (ja) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | 気泡発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006314972A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008284415A (ja) * | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Daiichi Techno Co Ltd | マイナスイオン液体製造装置 |
JP2008296183A (ja) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Shinwa:Kk | 微細気泡の選別採取装置 |
JP2009114059A (ja) * | 2006-12-11 | 2009-05-28 | Opt Creation:Kk | ナノバブル液体製造装置及び製造方法 |
JP2011152485A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 帯電微粒子水含有微細気泡発生装置 |
WO2011105063A1 (ja) * | 2010-02-25 | 2011-09-01 | 小山 かすみ | 機能性ゲルの製造方法 |
JP2018519988A (ja) * | 2015-04-16 | 2018-07-26 | ビーエスエヌ メディカル ゲーエムベーハー | 一酸化窒素(no)蓄積装置 |
US20210322937A1 (en) * | 2018-09-11 | 2021-10-21 | Cataler Corporation | Fine bubble generation device and method for generating fine bubbles |
WO2021249853A3 (en) * | 2020-06-11 | 2022-04-14 | Clean Power Hydrogen Limited | A gas dissolution and bubble generator system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001347146A (ja) * | 2000-06-08 | 2001-12-18 | Yokogawa Electric Corp | ガス溶解装置 |
JP2002307053A (ja) * | 2001-04-12 | 2002-10-22 | Daikin Ind Ltd | オゾン水生成装置の気液分離器、及びオゾン水生成装置 |
JP2003080047A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-03-18 | Artha:Kk | 水素溶存装置および水素溶存装置用部品 |
JP2003205226A (ja) * | 2002-01-16 | 2003-07-22 | Dkk Toa Corp | 気液混合送液装置 |
-
2005
- 2005-05-16 JP JP2005143059A patent/JP2006314972A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001347146A (ja) * | 2000-06-08 | 2001-12-18 | Yokogawa Electric Corp | ガス溶解装置 |
JP2002307053A (ja) * | 2001-04-12 | 2002-10-22 | Daikin Ind Ltd | オゾン水生成装置の気液分離器、及びオゾン水生成装置 |
JP2003080047A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-03-18 | Artha:Kk | 水素溶存装置および水素溶存装置用部品 |
JP2003205226A (ja) * | 2002-01-16 | 2003-07-22 | Dkk Toa Corp | 気液混合送液装置 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009114059A (ja) * | 2006-12-11 | 2009-05-28 | Opt Creation:Kk | ナノバブル液体製造装置及び製造方法 |
JP4481342B2 (ja) * | 2006-12-11 | 2010-06-16 | 株式会社オプトクリエーション | ナノバブル水製造装置及び製造方法 |
US9416329B2 (en) | 2006-12-11 | 2016-08-16 | Opt Creation, Inc. | Apparatus and process for production of nanobubble liquid |
JP2008284415A (ja) * | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Daiichi Techno Co Ltd | マイナスイオン液体製造装置 |
JP2008296183A (ja) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Shinwa:Kk | 微細気泡の選別採取装置 |
JP2011152485A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 帯電微粒子水含有微細気泡発生装置 |
WO2011105063A1 (ja) * | 2010-02-25 | 2011-09-01 | 小山 かすみ | 機能性ゲルの製造方法 |
JP2011245471A (ja) * | 2010-02-25 | 2011-12-08 | Atsuyoshi Murakami | 機能性ゲルの製造方法 |
JP2018519988A (ja) * | 2015-04-16 | 2018-07-26 | ビーエスエヌ メディカル ゲーエムベーハー | 一酸化窒素(no)蓄積装置 |
US20210322937A1 (en) * | 2018-09-11 | 2021-10-21 | Cataler Corporation | Fine bubble generation device and method for generating fine bubbles |
US11890586B2 (en) * | 2018-09-11 | 2024-02-06 | Cataler Corporation | Fine bubble generation device and method for generating fine bubbles |
WO2021249853A3 (en) * | 2020-06-11 | 2022-04-14 | Clean Power Hydrogen Limited | A gas dissolution and bubble generator system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2006314972A (ja) | 気泡発生装置 | |
US20190083945A1 (en) | System, device, and method to manufacture nanobubbles | |
US7651620B2 (en) | Pressurised water releasing nozzle for generating microbubbles in a flotation plant | |
JP5294370B2 (ja) | 反応活性種を含む水の製造方法および反応活性種を含む水 | |
JP2006272232A (ja) | 超微細気泡の生成方法、生成装置及びそれを利用した殺菌・消毒設備 | |
JP5551585B2 (ja) | バラスト水処理装置と該装置を使用したバラスト水無害化処理システム及びその方法 | |
WO2004071635A1 (ja) | 気体溶解量調整方法とその装置とそのシステム | |
JP2009131770A (ja) | 二酸化炭素ナノバブル水の製造方法 | |
US8500995B2 (en) | Method and device for treatment of water | |
US20210348106A1 (en) | Gas dissolution device and algae cultivation device | |
JP2010042338A (ja) | 液中の粒子の浮上分離方法およびその装置 | |
JP4757228B2 (ja) | 線状スリットを利用した気液混合溶解方法と気液混合溶解装置 | |
JP5372585B2 (ja) | 気液溶解タンク | |
JP2010158672A (ja) | 気泡発生方法、気泡発生装置、及びオゾン水生成方法 | |
US20200156018A1 (en) | Fine bubble generating method and fine bubble generating apparatus | |
JP2016002533A (ja) | 原水に含まれる溶存酸素を原料としてオゾン水を製造するオゾン水の製造装置及びオゾン水の製造方法 | |
JPWO2002036252A1 (ja) | 2流体混合装置 | |
WO2016018504A1 (en) | Low energy microbubble generation by supplying pulsating gas to a porous diffuser | |
JP2011245408A (ja) | 飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置 | |
KR101020112B1 (ko) | 용존산소 제거 및 살균 장치 | |
JP2013094747A (ja) | オゾン液生成器及びオゾン液生成方法 | |
KR101194723B1 (ko) | 가압탱크를 이용한 세척장치 및 이를 이용한 세척방법 | |
JP2009119385A (ja) | 水処理装置及び水処理方法 | |
CN209602153U (zh) | 一种水净化*** | |
JP5058383B2 (ja) | 液体処理装置および液体処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080306 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090518 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100713 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Effective date: 20100813 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |