JP2009112975A - Fine bubble generator and fine bubble generating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細な気泡を発生させる装置(微細気泡発生装置)や、微細な気泡を発生させる方法(微細気泡発生方法)に関する。 The present invention relates to a device for generating fine bubbles (a fine bubble generator) and a method for generating fine bubbles (a method for generating fine bubbles).
気泡径の小さい気泡は液体への溶解性が高く、例えば、酸素の気泡を含有する水は、河川の浄化等に利用されている。このような気泡を発生させる装置として、国際特許01/036105号パンフレット(特許文献1)には、液体導入部、気体導入部、及び気泡含有液体の吐出孔を有するいわゆるエジェクター方式を採用した気泡発生ノズル(以下、エジェクター型気泡発生ノズルということがある。)が記載されている。 Bubbles with a small bubble diameter have high solubility in liquids. For example, water containing oxygen bubbles is used for purifying rivers and the like. As an apparatus for generating such bubbles, International Patent Publication No. 01/036105 pamphlet (Patent Document 1) discloses bubble generation employing a so-called ejector system having a liquid introduction part, a gas introduction part, and a discharge hole for a bubble-containing liquid. Nozzles (hereinafter sometimes referred to as ejector-type bubble generating nozzles) are described.
しかしながら、上記ノズルを使用して気泡を発生させる場合、すなわち該ノズルの液体導入部に液体を導入し、該ノズルの気体導入部に気体を導入して気泡を発生させる場合には、液体の単位時間あたりの導入体積(以下、液体の導入速度ということがある。)を、気体の単位時間あたりの導入体積(以下、気体の導入速度ということがある。)に対して、非常に大きくしなければ気泡径の小さな気泡を発生することはできなかった。 However, when bubbles are generated using the nozzle, that is, when liquid is introduced into the liquid introduction portion of the nozzle and gas is introduced into the gas introduction portion of the nozzle to generate bubbles, a unit of liquid is used. The introduction volume per hour (hereinafter sometimes referred to as liquid introduction rate) must be very large relative to the introduction volume per unit time of gas (hereinafter also referred to as gas introduction rate). In other words, bubbles having a small bubble diameter could not be generated.
そこで、本発明の目的は、気体の導入速度に対して、液体の導入速度をさほど大きくしなくても、気泡径の小さい気泡、すなわち微細な気泡を発生させうる装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of generating bubbles having a small bubble diameter, that is, fine bubbles, without increasing the introduction rate of the liquid so much as compared with the introduction rate of the gas.
本発明者らは、鋭意検討の結果、前記エジェクター型気泡発生ノズルと、該ノズルに連結された衝突板とを備え、前記衝突板が、前記吐出孔から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられている装置により、上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the inventors of the present invention are provided with the ejector-type bubble generating nozzle and a collision plate connected to the nozzle, and the collision plate has a bubble in the bubble-containing liquid discharged from the discharge hole. It has been found that the above object can be achieved by the device provided at the collision position, and the present invention has been completed.
すなわち本発明は、液体導入部、気体導入部、及び気泡含有液体の吐出孔を有するエジェクター型気泡発生ノズルと、前記ノズルに連結された衝突板とを備え、前記衝突板が、前記吐出孔から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置を提供するものである。 That is, the present invention includes an ejector-type bubble generating nozzle having a liquid introduction portion, a gas introduction portion, and a bubble-containing liquid discharge hole, and a collision plate connected to the nozzle, and the collision plate extends from the discharge hole. The present invention provides a fine bubble generating device provided at a position where bubbles in a bubble-containing liquid to be discharged collide.
また、本発明は、前記液体導入部に液体を導入し、前記気体導入部に気体を導入した後、前記吐出孔から気泡含有液体を吐出させ、次いで該気泡含有液体中の気泡を前記衝突板に衝突させることを特徴とする微細気泡発生方法を提供するものである。 Further, the present invention introduces a liquid into the liquid introduction portion, introduces a gas into the gas introduction portion, and then discharges a bubble-containing liquid from the discharge hole, and then causes the bubbles in the bubble-containing liquid to flow into the collision plate It is intended to provide a method for generating fine bubbles, which is characterized in that the microbubbles are caused to collide.
本発明によれば、気体の導入速度に対して、液体の導入速度をさほど大きくすることなく、気泡径の小さい気泡、すなわち微細な気泡を発生させることができる。 According to the present invention, it is possible to generate a bubble having a small bubble diameter, that is, a fine bubble without increasing the introduction rate of the liquid as much as the introduction rate of the gas.
以下、図1及び図2を参照しながら本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の微細気泡発生装置を例示する側面図であり、図2は、本発明の微細気泡発生装置の使用状態を例示する側面図である。尚、これらは模式的に表したものであり、本発明はこれらに限られるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a side view illustrating a fine bubble generator of the present invention, and FIG. 2 is a side view illustrating a use state of the fine bubble generator of the present invention. These are schematically shown, and the present invention is not limited to these.
本発明の微細気泡発生装置は、図1に示すように、エジェクター型気泡発生ノズル1と、該ノズル1に連結された衝突板7とを備えるものである。ここでいうエジェクター型気泡発生ノズル1は、液体導入部2、気体導入部3、及び気泡含有液体の吐出孔4を有するものであることができる。かかるエジェクター型気泡発生ノズル1としては、一般的に使用されているものが挙げられ、例えば、オーラテック社製の「O−MAX タイプ−I型、エジェクタータイプ」等を挙げることができる。
As shown in FIG. 1, the fine bubble generating device of the present invention includes an ejector type
液体導入部2は、エジェクター型気泡発生ノズル1内に液体を導入するための導入孔であり、通常、液体導入用配管5が液体導入部2に取り付けられ、該配管5を通じて液体が導入される。気体導入部3は、エジェクター型気泡発生ノズル1内に気体を導入するための導入孔であり、通常、気体導入用配管6が気体導入部3に取り付けられ、該配管6を通じて気体が導入される。
The
液体及び気体がエジェクター型気泡発生ノズル1内に導入されることにより、該ノズル1内で液体と気体が混ざり合い、液体中に気泡が発生する。その後、吐出孔4から、気泡を含有する液体(気泡含有液体)が吐出される。
When the liquid and the gas are introduced into the ejector-type
本発明の微細気泡発生装置は、上記の如くエジェクター型気泡発生ノズル1の吐出孔4から気泡含有液体が吐出された際、該気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に衝突板7が設けられていることを特徴とする。このような位置に衝突板7が設けられることにより、気体の導入速度に対して、液体の導入速度をさほど大きくすることなく、気泡径の小さい気泡、すなわち微細な気泡を効果的に発生させることができる。かかる衝突板7は、上述したように、吐出孔4から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられていればよく、衝突板7の向きも、衝突板7に気泡が衝突するような向きであればよい。好ましくは、気泡含有液体の吐出方向に対して垂直になるような向きであるのがよい。また、吐出孔4と衝突板7との距離も、衝突板7に気泡が衝突するような距離であればよい。エジェクター型気泡発生ノズル1の大きさにもよるが、例えば、該ノズル1として、オーラテック社製の「O−MAX タイプ−I型、エジェクタータイプ」を使用した場合には、吐出孔4と衝突板7との距離は、3〜50mm程度であるのが好ましく、3〜20mm程度であるのがより好ましい。
In the fine bubble generation device of the present invention, when the bubble-containing liquid is discharged from the discharge hole 4 of the ejector-type
また、衝突板7の大きさについても、衝突板7に気泡が衝突するような大きさであればよい。衝突板7の材質については、導入される液体や気体に対して不活性なものであればよく、衝突板7として、例えば、金属製の板や、表面をフッ素樹脂やガラスでライニング処理した板等を用いることができる。
Further, the size of the
エジェクター型気泡発生ノズル1と衝突板7とは、通常、連結部材8を介して連結される。衝突板7に気泡が衝突することにより負荷が生じるため、上記ノズル1と連結部材8、及び、連結部材8と衝突板7は、それぞれ該負荷に耐えられるように接合される。
The ejector type
エジェクター型気泡発生ノズル1と連結部材8との連結位置は、連結可能な位置であれば特に制限はない。衝突板7と連結部材8との連結位置は、特に制限はないが、衝突板7の端に連結されるのが好ましい。また、連結部材8の個数については、特に制限はないものの、上記負荷に耐えるという観点から、複数個であるのが好ましい。
The connection position of the ejector type
次に、本発明の微細気泡発生装置の使用方法について説明する。まず、上述したように、液体導入用配管5を通じて液体導入部2に液体を導入し、気体導入用配管6を通じて気体導入部3に気体を導入する。かかる液体は外部から導入してもよいし、図2に示すように、予め容器14内に充填されている液体13を、液体導入用配管5の途中に設けられた循環ポンプ11により循環して、液体導入部2に導入してもよい。この場合、循環ポンプ11の出力を調節することにより、液体の循環速度や導入速度を調節することができる。
Next, the usage method of the microbubble generator of this invention is demonstrated. First, as described above, the liquid is introduced into the
気体は、通常、外部から導入される。また、図2に示すように、気体導入用配管6の途中にマスフローコントローラーを設けて、これを調節することにより、気体の導入速度を制御することができる。
The gas is usually introduced from the outside. In addition, as shown in FIG. 2, a gas flow rate can be controlled by providing a mass flow controller in the middle of the
液体としては、例えば、メタノール、エタノールの如きアルコール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランの如きエーテル、ヘキサン、シクロヘキサンの如き脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエンの如き芳香族炭化水素等の有機化合物や水が挙げられる。本発明においては、中でも有機化合物が好適に用いられる。 Examples of the liquid include organic compounds such as alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, aliphatic hydrocarbons such as hexane and cyclohexane, aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene, and water. In the present invention, an organic compound is particularly preferably used.
気体としては、例えば、空気、酸素、窒素、水素、ヘリウム、オゾン、塩素等が挙げられる。 Examples of the gas include air, oxygen, nitrogen, hydrogen, helium, ozone, and chlorine.
液体の単位時間あたりの導入体積、すなわち液体の導入速度や、気体の単位時間あたりの導入体積、すなわち気体の導入速度については、適宜選択しうるが、本発明においては、気体の導入速度に対する液体の導入速度の比が、1〜50であるのが好ましい。本発明では、このように液体の導入速度が、気体の導入速度に対してさほど大きくしなくても、エジェクター型気泡発生ノズル1から発生した気泡を衝突板7に衝突させることにより、より微細な気泡を発生することができる。また、液体の導入速度を低くすることにより、該ノズル1内の圧力損失を抑えることができ、またかかる圧力損失に由来するエネルギーロスも抑えることができる。本発明の微細気泡発生装置はかかる点で有利である。
The introduction volume per unit time of the liquid, that is, the introduction speed of the liquid, and the introduction volume per unit time of the gas, that is, the introduction speed of the gas can be selected as appropriate. It is preferable that the ratio of the introduction speeds is 1-50. In the present invention, even when the liquid introduction speed is not so large as compared with the gas introduction speed, the bubbles generated from the ejector-type
本発明の微細気泡発生装置により発生する気泡の大きさは、液体の導入速度や気体の導入速度によりかわりうるが、通常は0.10mm〜0.60mm程度である。 The size of the bubbles generated by the fine bubble generator of the present invention may vary depending on the liquid introduction speed or the gas introduction speed, but is usually about 0.10 mm to 0.60 mm.
上記のように発生させた微細な気泡は、河川の洗浄や、気体を原料とした酸化反応や還元反応等に有用であり、本発明の微細気泡発生装置は、かかる分野への適用が可能である。 The fine bubbles generated as described above are useful for river cleaning, oxidation reaction or reduction reaction using gas as a raw material, and the fine bubble generator of the present invention can be applied to such fields. is there.
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。尚、気泡径は、気泡を高速度カメラ(REDLAKE社製、MotionScope Mi)により撮影して得られた画像を、画像解析ソフト(Media Cybernetics社製、Image−Pro PLUS Ver6)により画像解析し、得られた気泡径分布から平均気泡径として算出した。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. The bubble diameter was obtained by image-analyzing an image obtained by photographing bubbles with a high-speed camera (REDDLAKE, MotionScope Mi) using image analysis software (Media Cybernetics, Image-Pro PLUS Ver6). The average bubble size was calculated from the obtained bubble size distribution.
実施例1
図2に示すような装置により実施した。まず、液体導入用配管5を液体導入部2に取り付け、気体導入用配管6を気体導入部3に取り付けた。次に、予めシクロヘキサンを2.5L入れておいた容器14(3Lのガラス製ビーカー)に、エジェクター型気泡発生ノズル1(オーラテック社製の「O−MAX タイプ−I型、エジェクタータイプ」)、連結部材8、及び衝突板7(テトラフルオロエチレン製、縦5cm、横5cmの正方形)を、シクロヘキサンに浸かるように入れた。また、液体吸入口12もシクロヘキサンに浸かるように入れた。尚、このときの吐出孔4と衝突板7との距離は5mmであった。その後、循環ポンプ11により、シクロヘキサンを1L/分の速度で循環させて、これを上記ノズル1内に導入した。一方、気体供給口10に窒素を供給し、マスフローコントローラー9を調節して、窒素の導入速度を50ml/分として、窒素を上記ノズル1内に導入した。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は20であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.412mmであった。
Example 1
It implemented by the apparatus as shown in FIG. First, the
実施例2
窒素の導入速度を100ml/分として導入した以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は10であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.437mmであった。
Example 2
Air bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that nitrogen was introduced at a rate of 100 ml / min. The ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed at this time was 10. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.437 mm.
実施例3
窒素の導入速度を200ml/分として導入した以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は5であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.431mmであった。
Example 3
Air bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that the introduction rate of nitrogen was set at 200 ml / min. The ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed at this time was 5. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.431 mm.
実施例4
窒素の導入速度を500ml/分として導入した以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は2であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.525mmであった。
Example 4
Air bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that the nitrogen introduction rate was 500 ml / min. The ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed at this time was 2. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.525 mm.
実施例5
シクロヘキサンを1.5L/分で循環させた以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は30であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.434mmであった。
Example 5
Air bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that cyclohexane was circulated at 1.5 L / min. At this time, the ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed was 30. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.434 mm.
実施例6
シクロヘキサンを1.5L/分で循環させ、窒素の導入速度を100ml/分とした以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は15であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.439mmであった。
Example 6
Bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that cyclohexane was circulated at 1.5 L / min and the nitrogen introduction rate was 100 ml / min. At this time, the ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed was 15. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.439 mm.
実施例7
シクロヘキサンを1.5L/分で循環させ、窒素の導入速度を200ml/分とした以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は7.5であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.521mmであった。
Example 7
Bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that cyclohexane was circulated at 1.5 L / min and the nitrogen introduction rate was 200 ml / min. At this time, the ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed was 7.5. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.521 mm.
実施例8
シクロヘキサンを2.0L/分で循環させた以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は40であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.424mmであった。
Example 8
Air bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that cyclohexane was circulated at 2.0 L / min. The ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed at this time was 40. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.424 mm.
実施例9
シクロヘキサンを2.0L/分で循環させ、窒素の導入速度を100ml/分とした以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は20であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.446mmであった。
Example 9
Bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that cyclohexane was circulated at 2.0 L / min and the nitrogen introduction rate was 100 ml / min. The ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed at this time was 20. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.446 mm.
実施例10
シクロヘキサンを2.0L/分で循環させ、窒素の導入速度を200ml/分とした以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は10であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.472mmであった。
Example 10
Bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that cyclohexane was circulated at 2.0 L / min and the nitrogen introduction rate was 200 ml / min. The ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed at this time was 10. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.472 mm.
実施例11
シクロヘキサンを2.0L/分で循環させ、窒素の導入速度を500ml/分とした以外は、実施例1と同様に実施して、気泡を発生させた。このときの気体の導入速度に対する液体の導入速度の比は4であった。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.469mmであった。
Example 11
Bubbles were generated in the same manner as in Example 1 except that cyclohexane was circulated at 2.0 L / min and the nitrogen introduction rate was 500 ml / min. The ratio of the liquid introduction speed to the gas introduction speed at this time was 4. When the bubbles generated in cyclohexane were analyzed, the average bubble diameter was 0.469 mm.
比較例1
衝突板7を用いなかった以外は、実施例1と同様の操作を行った。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.617mmであった。
Comparative Example 1
The same operation as in Example 1 was performed except that the
比較例2
衝突板7を用いなかった以外は、実施例2と同様の操作を行った。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.712mmであった。
Comparative Example 2
The same operation as in Example 2 was performed except that the
比較例3
衝突板7を用いなかった以外は、実施例3と同様の操作を行った。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は0.853mmであった。
Comparative Example 3
The same operation as in Example 3 was performed except that the
比較例4
衝突板7を用いなかった以外は、実施例4と同様の操作を行った。シクロヘキサン中に発生した気泡を分析したところ、その平均気泡径は1.017mmであった。
Comparative Example 4
The same operation as in Example 4 was performed except that the
1 エジェクター型気泡発生ノズル
2 液体導入部
3 気体導入部
4 気泡含有液体の吐出孔
5 液体導入用配管
6 気体導入用配管
7 衝突板
8 連結部材
9 マスフローコントローラー
10 気体供給口
11 循環ポンプ
12 液体吸入口
13 液体
14 容器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ノズルに連結された衝突板とを備え、
前記衝突板が、前記吐出孔から吐出される気泡含有液体中の気泡が衝突する位置に設けられていることを特徴とする微細気泡発生装置。 An ejector-type bubble generating nozzle having a liquid introducing portion, a gas introducing portion, and a bubble-containing liquid discharge hole;
A collision plate connected to the nozzle,
The fine bubble generating device, wherein the collision plate is provided at a position where bubbles in the bubble-containing liquid discharged from the discharge holes collide.
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A02 | Decision of refusal |
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