JP2009078223A - Generation apparatus of liquid containing microbubble and/or microparticle, liquid containing microbubble and/or microparticle, and manufacturing method of liquid containing microbubble and/or microparticle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体中に微細な気泡、あるいは粉体を混入して生成したマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置、およびマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体、並びにマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体の製造方法に関する。 The present invention relates to a microbubble generated by mixing fine bubbles or powder in a liquid, a microbubble and / or a microparticle that generates microparticles, and a microbubble and / or microparticle. The present invention relates to a liquid containing liquid and a method for producing a liquid containing microbubbles and / or microparticles.
一般に、微細な気泡を液体中に発生させるには、液体と気泡を発生させるための装置を用意して、上記液体に気泡を注入、あるいは液体を撹拌等によって直接気泡を当該液体中に発生させるマイクロバブルを発生装置が提案されている。
マイクロバブル発生装置として、例えば、液体を電気分解によってマイクロバブルを発生させるため、多孔質性を有する導電性材料を用いて液体を電気分解するための2電極で構成した特開2007−38149号が提案されている。
As a microbubble generator, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-38149 is composed of two electrodes for electrolyzing a liquid using a porous conductive material in order to generate microbubbles by electrolyzing the liquid. Proposed.
ところが、先行技術として上述の公報に示された構成では、導電性材料に多孔質性を有するチタン又は導電性セラミック等の比較的高価な材料を用いる必要があると共に、上記マイクロバブルを形成させる場合、そのマイクロバブルの粒径又はその分布のコントロールが出来ない、あるいは気体(ガス)として酸素、水素に限定される欠点があるので、マイクロバブル発生装置として、種々の要求に応えられるものではなく、必ずしも有効な構成とはいえない。 However, in the configuration disclosed in the above-mentioned publication as the prior art, it is necessary to use a relatively expensive material such as porous titanium or conductive ceramic as the conductive material and to form the microbubbles. , The particle size of the microbubbles or their distribution cannot be controlled, or because there is a drawback that the gas (gas) is limited to oxygen, hydrogen, as a microbubble generator, it does not meet various requirements, It is not necessarily an effective configuration.
本発明は、上記要求に対して、マイクロバブルあるいはマイクロ粒子の径あるいはその分布がコントロール出来、更に、液体中に気体のマイクロバブル、又は液体、固体およびその混合体の微細な粒径を有するマイクロ粒子を液体中に発生させることが出来る新規な構成のマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置、及びマイクロバブル、マイクロ粒子を有する液体、並びにその製造方法を提供するものである。 The present invention can control the diameter of microbubbles or microparticles or the distribution thereof in response to the above requirements, and further, the microbubbles in the liquid or the microparticles having a fine particle diameter of a liquid, a solid and a mixture thereof. The present invention provides a microbubble having a novel configuration capable of generating particles in a liquid, a microparticle generator, a microbubble, a liquid having microparticles, and a method for producing the same.
先ず、本発明は、液体槽と、多数の貫通孔を有する多孔のノズルと、圧力槽と、超音波振動素子を有する振動源からなり、上記液体槽に所定の液体を貯蔵し、圧力槽に気体、液体、粉体、あるいはその混合体を注入し、ホーンを構成する多孔のノズルを通して液体中に圧入または噴射することによって、上記液体中に種々の超微細な気泡または液体、気体、固体、およびその混合体の微粒子体を発生させるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置、およびマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体、並びにマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体の製造方法を提供すものである。 First, the present invention comprises a liquid tank, a porous nozzle having a large number of through holes, a pressure tank, and a vibration source having an ultrasonic vibration element. The liquid tank stores a predetermined liquid, and the pressure tank By injecting or injecting gas, liquid, powder, or a mixture thereof into the liquid through a porous nozzle constituting a horn, various ultrafine bubbles or liquids, gas, solid, And a liquid generator including microbubbles and / or microparticles for generating fine particles of the mixture thereof, a liquid including microbubbles and / or microparticles, and a method for producing a liquid including microbubbles and / or microparticles It is to provide.
更に、本発明は、上記圧力槽に設けた振動源の超音波振動素子を上記多孔のノズルに密着させて多孔を有する多孔膜を振動させて、液体槽に向かって圧力槽から所定の気体、液体、粉体、およびその混合体等を、上記液体中にマイクロバブル、マイクロ粒子として発生させる構成を提案するものである。 Further, according to the present invention, an ultrasonic vibration element of a vibration source provided in the pressure tank is brought into close contact with the porous nozzle to vibrate a porous film having a porosity, and a predetermined gas is discharged from the pressure tank toward the liquid tank, The present invention proposes a configuration in which liquid, powder, a mixture thereof, and the like are generated as microbubbles and microparticles in the liquid.
また、本発明は、上記振動源に超音波振動素子を用いる、あるいは超音波振動素子としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリューム、フェライト等を用いることによって上記液体槽中に微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させる構成である。 Further, the present invention uses an ultrasonic vibration element as the vibration source, or uses fine particles in the liquid tank by using lead zirconate titanate (PZT), titanium titanate, ferrite, or the like as the ultrasonic vibration element. This is a configuration for generating microbubbles and microparticles having a diameter.
更に、本発明は、上記振動源の周波数及び電圧を調整し、上記多孔のノズルの孔形状、孔径を種々選択することによって上記液体槽中に発生させるマイクロバブル、マイクロ粒子の粒径を調整することが可能なマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置を提案する。
また、本発明は、上記装置および構成により製作されたマイクロバブル、マイクロ粒子を含む機能性を有する液体、その液体の製造方法を提供するものである。
Furthermore, the present invention adjusts the frequency and voltage of the vibration source, and adjusts the microbubbles generated in the liquid tank and the particle size of the microparticles by variously selecting the hole shape and hole diameter of the porous nozzle. We propose a microbubble and microparticle generator.
The present invention also provides a microbubble produced by the above-described apparatus and configuration, a liquid having functionality containing microparticles, and a method for producing the liquid.
本発明に関わるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置は、上述の構成によって液体槽に貯蔵した液体中に、気体、液体、粉体、あるいはその混合体として例えば油脂等を適宜選択して、ノズルの孔径、密度に応じて所定の粒径、あるいはその分布を有する微細な粒体としてのマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を発生させることができる。 The liquid generator including the microbubbles and / or microparticles according to the present invention appropriately selects, for example, fats and oils as gas, liquid, powder, or a mixture thereof in the liquid stored in the liquid tank with the above-described configuration. Thus, it is possible to generate microbubbles and / or microparticles as fine particles having a predetermined particle size or distribution according to the nozzle hole diameter and density.
この場合、上記多孔のノズルの素材として耐食性を有するものを選べば、多孔のノズルの寿命が長く、従って装置としての寿命も長く保つことが可能となる。
この際、更に、上記多孔のノズルの表面を、液体槽内の液体に応じて親水性、撥水性、あるいは撥油性処理を施すことによって気液の界面及び液界面に位置する多孔のノズルの液体切れ、気体切れの有効に微細な粒径のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を発生させることが出来る。
In this case, if a material having corrosion resistance is selected as the material of the porous nozzle, the life of the porous nozzle is long, and therefore the life of the device can be kept long.
At this time, the surface of the porous nozzle is further subjected to hydrophilic, water repellency, or oil repellency treatment according to the liquid in the liquid tank, so that the liquid of the porous nozzle located at the gas-liquid interface and the liquid interface is provided. It is possible to generate microbubbles and / or microparticles having a fine particle size that are effectively cut or out of gas.
また、上記振動源の電圧、周波数を選択することによって多孔のノズル振動モードが制御出来る、その結果マイクロバブルあるいはマイクロ粒子の直径を制御できるので、従来では得られなかったマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子の粒子径を発生源である多孔のノズルの表面で粒子径が制御可能となる。 In addition, by selecting the voltage and frequency of the vibration source, the porous nozzle vibration mode can be controlled. As a result, the diameter of microbubbles or microparticles can be controlled. The particle size can be controlled on the surface of the porous nozzle that is the source of the particle size.
以下、図面に従って本発明を説明する。
図1(A)は本発明の一実施例で、本発明の構成要素である圧電振動素子を圧力槽の一端に設けた例の断面概略図、(B)は多孔のノズルの斜視図である。図2(A)は圧電振動素子を多孔のノズルに密着させ多孔のノズルを直接振動させて、液体槽中に微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させる実施例の断面概略図で、(B)は多孔のノズルの斜視図ある。図1(B)及び図2(B)は、各々図1(A)及び図2(A)に対応して振動源に用いる圧電振動素子の一例を示す。
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1A is an embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view of an example in which a piezoelectric vibration element that is a component of the present invention is provided at one end of a pressure tank, and FIG. 1B is a perspective view of a porous nozzle. . FIG. 2 (A) is a schematic cross-sectional view of an embodiment in which a piezoelectric vibration element is brought into close contact with a porous nozzle and the porous nozzle is directly vibrated to generate microbubbles and microparticles having a fine particle size in the liquid tank. (B) is a perspective view of a porous nozzle. FIGS. 1B and 2B show an example of a piezoelectric vibration element used as a vibration source corresponding to FIGS. 1A and 2A, respectively.
本発明に関わるマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置は、内部に液体6を貯蔵する液体槽1と、前記液体槽1の下部近傍の側壁に設けられた多数の微細な貫通孔を有する多孔のノズル2と、所定の気体、粉体、又は液体が投入されて圧力(P1)が与えられるとともに、前記多孔のノズル2を介して前記液体槽1に連設された圧力槽4と、前記圧力槽4における前記多孔のノズル2に対向する位置の側壁に圧電振動素子が設けられた振動源3と、前記振動源3に設けた圧電振動素子に接続され、所定の電圧と周波数を有する駆動信号を発生する駆動源5とから少なくとも構成されている。
The microbubble and microparticle generator according to the present invention includes a
次に、図1(A)及び図1(B) について説明すると、マイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置は、圧電振動素子等からなる駆動源5から圧力槽4の一方の壁からなる振動源3に対して所定の電圧と周波数を有する駆動信号を供給し、振動源3の圧電振動素子を所定の振幅と、所定の振動を発生させる。
上記液体槽1における前記多孔のノズル2の近傍は、中に貯蔵された液体の重量に伴う一定の圧力(P0)となっている。前記圧力(P0)と前記圧力槽4に加えられる圧力(P1)の関係は、P1>P0の関係に設定しておく。
Next, FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B) will be described. A microbubble and / or microparticle generator includes a vibration source consisting of one wall of a pressure vessel 4 from a driving source 5 consisting of a piezoelectric vibration element or the like. 3 is supplied with a drive signal having a predetermined voltage and frequency, and the piezoelectric vibration element of the
The vicinity of the porous nozzle 2 in the
先ず、実施例である図1について説明する。マイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置は、液体槽1に投入された液体6と、多数の微細な貫通孔を設けた多孔のノズル2と、振動源3に設けた超音波振動素子と、一定の圧力(P1)がエアポンプ等によって加えられた圧力槽4と、所定の電圧によって上記多孔のノズル2に向かって振動を発生させる駆動源5で上記超音波振動素子を駆動させることにより、圧力槽4から多孔を有するノズル2を通して液体槽1内にマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子として多孔のノズル2の孔の大きさに対応した、極めて微細な気泡及び微粒子となって発生させることができる。
First, FIG. 1 as an embodiment will be described. The microbubble and / or microparticle generator includes a
図1は(A)、(B)で示すように、この場合、多孔のノズル2と振動源3とは、別体で上記振動源3を圧力槽4の端部に上記多孔のノズル2に対向した位置に配置してある。
従って、この例において、上記振動源3は、多孔のノズル2に向かって圧力槽4のホーンとしての機能を用いるべく振動源3に設けた圧電振動素子によって振動を与える構成である。
As shown in FIGS. 1A and 1B, in this case, the porous nozzle 2 and the
Therefore, in this example, the
一方、図2に示した例において、本発明に関わるマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子発生装置は、内部に液体6を貯蔵する液体槽1と、前記液体槽1の下部近傍の側壁に設けられた多数の微細な貫通孔を有する多孔のノズル2と、所定の気体、粉体、又は液体が投入されて圧力(P1)が与えられるとともに、前記多孔のノズル2を介して前記液体槽1に連設された圧力槽4と、前記多孔のノズル2に密着させた振動源3と、前記振動源3に設けた圧電振動素子に接続され、所定の電圧と周波数を有する駆動信号を発生する駆動源5とから少なくとも構成されている。この図2の実施例は、圧力槽4の端部が図2の右端のようにストレート構造で事足り、圧力P1を加える部分が簡単な構造となる。
On the other hand, in the example shown in FIG. 2, the microbubble and / or microparticle generator according to the present invention is provided in the
例えば、圧力槽4に12パスカルの圧力をかけ、振動源にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用い、6V の電圧印加で130kHzの振動を発生させ、多孔のノズルの孔径を2.0 μmφにして、酸素ガスを液体層1に注入したところ、おおよそ数μmφ、好ましくは5μmφの酸素ガス微粒子が液中に注入出来た。
For example, a pressure of 12 Pascals is applied to the pressure tank 4, lead zirconate titanate (PZT) is used as a vibration source, a vibration of 130 kHz is generated by applying a voltage of 6 V, and the pore diameter of the porous nozzle is set to 2.0 μmφ. When oxygen gas was injected into the
また、圧力槽4にサラダオイルを入れその中に200 nmの粒径の銀の粉末を3重量パーセント混合して12パスカルの圧力をかけながら振動源3にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用い、6ボルトの電圧で、130kHzの交流を印加させた場合、多孔ノズルの孔径を6μmφにして銀の微粒子を混入させると、液体中には微細な銀粉末が上記サラダオイルによって覆われた状態の微粒子が得られる。
In addition, salad oil is put into the pressure vessel 4 and mixed with 3% by weight of silver powder having a particle size of 200 nm, and while using 12 Pascal pressure, lead zirconate titanate (PZT) is used as the
次に、振動源3に用いる圧電振動素子は、極めて振動効率が良いチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリューム、フェライトを使用すれば有効である。また、上記液体槽に貯蔵させる液体6は、水あるいは各種化学薬品、特に、薬剤でも良く、また、有機溶媒でも良い。上記液体槽1に貯蔵された液体は、圧力槽4に挿入するものを、それぞれ要求する機能を有した気体、液体、粉体、およびその混合体を選べば、新たな機能を有する液体として調合が可能となる。
Next, the piezoelectric vibration element used for the
金属粒子を製作は、上記多孔のノズル2を挟んで液体槽1に還元液を、圧力槽4に金属錯塩溶液をそれぞれ投入して、圧力槽4より金属錯塩溶液の微粒子を噴射させ、酸化還元反応を行うことができる。
The metal particles are produced by putting the reducing liquid into the
また、上記多孔のノズル3を挟んで液体槽1に摂氏50度〜90度の液体を投入し圧力槽4に所定の樹脂を合成するモノマーと、開始剤、たとえば、メタクリル酸メチル(モノマー Methacrylate−MMA)、エチレングリコールジアメタアクリル(Ethylene Glyco Diametha Acryl−EGDMA)、アゾビスイソスプチロニトリル(Azobis Isobutyronitrile−AIBN)、硬化剤、触媒の混合液を投入し、圧力槽4よりモノマー混合液を多孔のノズル3より微粒子を液体槽1に噴射させ、液体槽1の液中にモノマー粒子を一定時間漂わせ、モノマーをポリマー樹脂に合成して、その結果、ポリマーのマイクロ粒子を発生させることが出来る。
In addition, a monomer that synthesizes a predetermined resin into the pressure tank 4 by introducing a liquid at 50 to 90 degrees Celsius into the
更に、上記多孔のノズル2を挟んで液体槽1に酸性水溶液、例えば塩酸の1規定溶液を満たし、圧力槽4に珪酸ソーダの50%水溶液を投入し、多孔のノズル3を通じて圧力槽4より珪酸ソーダ溶液の微粒子を液体槽1の酸性溶液に噴射し、珪酸ソーダが中和され、二酸化珪素(SiO2)の微粒子に合成することができる。
Further, an acidic aqueous solution, for example, 1N solution of hydrochloric acid is filled in the
更に、振動源3に設けた超音波振動素子に与える駆動源5からの駆動信号の電圧あるいは周波数を変えることによって、マイクロバブルの粒径を変化させて所望のマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を発生させることができる。上記多孔のノズル2の孔径を変えることによって、上述のような粒径あるいは分布を変化させることも可能となる。
Further, by changing the voltage or frequency of the drive signal from the drive source 5 applied to the ultrasonic vibration element provided in the
上記多孔のノズル2の材質を種々の材料を用いて選択すれば、耐食性が達成することが出来ると共に、特に、薬剤の調合、あるいは食品の製造に本発明を用いる場合、人体等に無害な材質を選択出来る。 If the material of the porous nozzle 2 is selected using various materials, corrosion resistance can be achieved. In particular, when the present invention is used for pharmaceutical preparation or food production, the material is harmless to the human body or the like. Can be selected.
更に、上記多孔のノズル2に表面処理、即ち、上記多孔のノズル2の表面に親水性、撥水性、親油性、あるいは撥油性処理を行うことによって、液体槽1に貯蔵する液体と、圧力槽4に挿入する材料を選択することが出来る。また、液体槽1に貯蔵する液体は、燃料とした場合、本発明によって、マイクロバブルを上記液体中に発生させると、その燃焼効率が向上させることが可能となり、例えば、輸送機器におけるエンジンに利用することが出来る。
Furthermore, the surface of the porous nozzle 2 is subjected to surface treatment, that is, the surface of the porous nozzle 2 is subjected to hydrophilicity, water repellency, oleophilicity, or oil repellency treatment. The material to be inserted into 4 can be selected. In addition, when the liquid stored in the
上記圧力槽4に水に対して溶解しにくい無機ガス、あるいは有機ガスを挿入することによって、液体中に気泡を保持することが可能となり、その結果、同液体を農業、園芸、林業関係の、殺菌、酸素供給、等各種の目的に対応した水が出来る。その気体の例として、酸素ガス、オゾン、窒素ガス、二酸化炭素ガス、あるいはメタンガス、ブタンガスを含む有機ガスを、たとえば、数μmφ、好ましくは5μmφ以下にする事により液中にいつまでも存在する所定の気泡混入液が得られる。 By inserting an inorganic gas or an organic gas that is difficult to dissolve in water into the pressure tank 4, it becomes possible to retain bubbles in the liquid. As a result, the liquid can be used for agriculture, horticulture, forestry, Water corresponding to various purposes such as sterilization and oxygen supply can be produced. Examples of the gas include oxygen gas, ozone, nitrogen gas, carbon dioxide gas, or organic gas containing methane gas and butane gas, for example, several μmφ, preferably 5 μmφ or less, for example, predetermined bubbles that exist in the liquid forever. A mixed liquid is obtained.
以上のように、本発明のマイクロバブル発生装置は、種々の目的、例えば、薬剤の調合、微細な粒径のマイクロバブルを有する燃料用、あるいは農業用の肥料又は薬品等に利用でき、その応用範囲は極めて広い。
本発明は、上述した内容に限定することなく、マイクロバブル、マイクロ粒子発生装置として、更に、同装置で得られたマイクロバブル、マイクロ粒子を有する液体は種々の目的に多用可能である
As described above, the microbubble generator of the present invention can be used for various purposes, for example, preparation of medicines, fuels having microbubbles with a fine particle size, or agricultural fertilizers or chemicals, etc. The range is extremely wide.
The present invention is not limited to the above-described contents, and as a microbubble and microparticle generator, the liquid having microbubbles and microparticles obtained by the apparatus can be used for various purposes.
1 液体槽
2 多孔のノズル
3 振動源
4 圧力槽
5 駆動源
6 液体
DESCRIPTION OF
Claims (21)
多数の貫通孔を有する多孔のノズル2と、
所定の周波数と振幅で振動を与える超音波振動素子を有すると共にホーンとして構成した振動源3と、
上記液体槽1に連通した圧力槽4と、
から構成されており、
上記圧力槽4に注入した気体、液体あるいは両物質内に粉体を混入し、上記圧力槽4から上記多孔のノズル2を通して振動源3のエネルギーにより圧力槽4内の物質の微細な粒径のマイクロバブル及びマイクロ粒子を液体槽1の液体中に発生させることを特徴としたマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置。 A liquid tank 1 for storing liquid;
A porous nozzle 2 having a large number of through holes;
A vibration source 3 having an ultrasonic vibration element that vibrates at a predetermined frequency and amplitude and configured as a horn;
A pressure tank 4 communicating with the liquid tank 1;
Consists of
The gas, liquid, or both substances injected into the pressure tank 4 are mixed with powder, and the fine particle size of the substance in the pressure tank 4 is generated from the pressure tank 4 through the porous nozzle 2 by the energy of the vibration source 3. A liquid generator including microbubbles and / or microparticles, characterized in that microbubbles and microparticles are generated in the liquid in the liquid tank 1.
多数の貫通孔を有する多孔のノズル2と、
所定の周波数と振幅で振動を与える超音波振動素子を振動源3に設け、該超音波振動素子を上記多孔のノズル2に直接振動を与える、あるいは上記多孔のノズルと距離を置いた位置から振動を上記多孔のノズル2に向けて与える振動源3と、
上記液体槽1に連通した圧力槽4と、
から構成されており、
上記圧力槽4に注入した気体、液体あるいは両物質内に粉体を混入し上記圧力槽4から上記多孔のノズル2を通して微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を上記液体槽1の液体中に発生させることを特徴としたマイクロバブルおよび/またはマイクロ粒子を含む液体発生装置。 A liquid tank 1 for storing liquid;
A porous nozzle 2 having a large number of through holes;
An ultrasonic vibration element that vibrates at a predetermined frequency and amplitude is provided in the vibration source 3, and the ultrasonic vibration element directly vibrates the porous nozzle 2 or vibrates from a position away from the porous nozzle. A vibration source 3 for supplying the gas toward the porous nozzle 2;
A pressure tank 4 communicating with the liquid tank 1;
Consists of
Powders are mixed in the gas, liquid, or both substances injected into the pressure tank 4, and microbubbles and microparticles having a fine particle diameter are passed from the pressure tank 4 through the porous nozzle 2 into the liquid in the liquid tank 1. A liquid generator comprising microbubbles and / or microparticles, characterized by being generated.
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