JP2011224461A - Microbubble generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロバブル発生装置に関する。 The present invention relates to a microbubble generator.
近年、マイクロバブル技術の有用性が注目され、そのための研究が各方面でなされはじめている。例えば、半導体産業ではマイクロバブルを用いた洗浄技術に注目しており、この他にもマイクロバブル発生装置を用いて除菌及び脱臭された水(オゾン水)の生成や、超微細気泡を上水殺菌消毒、上下水膜処理、健康・医療機器分野や、湖沼や養殖場の水質浄化、工場・畜産等の各種排水処理、及び、機能水製造などへの利用が検討されている。 In recent years, the usefulness of microbubble technology has attracted attention, and research for that purpose has begun in various fields. For example, the semiconductor industry is paying attention to cleaning technology using microbubbles. In addition to this, generation of water (ozone water) that has been sterilized and deodorized using a microbubble generator, and the production of ultrafine bubbles as water Use in the fields of sterilization and disinfection, water and sewage treatment, health and medical equipment, water purification of lakes and farms, various wastewater treatment in factories and livestock, and functional water production is under consideration.
このようなマイクロバブルを発生させる装置であるマイクロバブル発生装置として、種々の構造が提案されている(特許文献1〜3等参照)。
Various structures have been proposed as a microbubble generator which is a device for generating such microbubbles (see
しかしながら、従来のマイクロバブル発生装置は、構造的に複雑で且つ比較的大がかりな装置であるという問題があった。例えば、家庭の浴槽で気軽に使用できるようなコンパクトで単純な構造のマイクロバブル発生装置の要望があるものの、要望を満足できるものはなかなか出現していない。 However, the conventional microbubble generator has a problem that it is structurally complicated and relatively large. For example, although there is a demand for a microbubble generator having a compact and simple structure that can be easily used in a bathtub in a home, there are not many that can satisfy the demand.
本発明は、このような事情に鑑み、比較的単純な構造でマクロバブル発生を実現するマイクロバブル発生装置を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a microbubble generator that realizes macrobubble generation with a relatively simple structure.
前記課題を解決する本発明の第1の態様は、マイクロバブル噴出基板と、このマイクロバブル噴出基板を固定する筐体とを具備し、前記マイクロバブル噴出基板の噴出方向外側の面には、微細孔が形成された陽極酸化多孔層が設けられ、噴出方向内側の面には、底部が前記微細孔に連通する開口部が複数設けられ、前記筐体内には前記開口部に連通する流路が設けられており、前記流路に少なくとも気体を供給するポンプ部を備えたことを特徴とするマイクロバブル発生装置にある。 A first aspect of the present invention that solves the above problems includes a microbubble ejection substrate and a housing that fixes the microbubble ejection substrate, and a surface on the outer side in the ejection direction of the microbubble ejection substrate has a fine structure. An anodized porous layer in which holes are formed is provided, and a plurality of openings whose bottom part communicates with the fine holes are provided on the inner surface in the ejection direction, and a flow path communicating with the opening is provided in the housing. A microbubble generator provided with a pump unit that supplies at least gas to the flow path.
本発明の第2の態様は、前記マイクロバブル噴出基板が、アルミニウム又はチタンからなることを特徴とする第1の態様に記載のマイクロバブル発生装置にある。 According to a second aspect of the present invention, in the microbubble generator according to the first aspect, the microbubble ejection substrate is made of aluminum or titanium.
本発明の第3の態様は、前記ポンプ部が、気体と液体との混合物を供給するものであることを特徴とする第1又は2の態様に記載のマイクロバブル発生装置にある。 According to a third aspect of the present invention, in the microbubble generator according to the first or second aspect, the pump unit supplies a mixture of gas and liquid.
本発明の第4の態様は、前記開口部が、噴出方向内側ほど径が漸小する円錐台形状であることを特徴とする第1〜3の何れか一つの態様に記載のマイクロバブル発生装置にある。 According to a fourth aspect of the present invention, the microbubble generator according to any one of the first to third aspects is characterized in that the opening has a truncated cone shape whose diameter gradually decreases toward the inner side in the ejection direction. It is in.
本発明の第5の態様は、前記ポンプ部が前記筐体に内蔵されていることを特徴とする第1〜4の何れか一つの態様に記載のマイクロバブル発生装置にある。 According to a fifth aspect of the present invention, in the microbubble generator according to any one of the first to fourth aspects, the pump unit is built in the housing.
以下、本発明を実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
図1に示すように、本実施形態のマイクロバブル発生装置1は、円盤状のマイクロバブル噴出基板10と、円筒状の筐体20と、筐体20内に内蔵されたポンプ30とを具備する。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、マイクロバブル噴出基板10は、アルミニウム、チタンなどからなる円盤状部材であり、噴出側の面である表層部が陽極酸化により形成された微細孔層11となっている。微細孔層11は、陽極酸化により形成された酸化物層であり、厚さ方向に所定の深さまで所定のピッチで形成された多数の微細孔12を具備する。
As shown in FIG. 2, the
また、マイクロバブル噴出基板10の噴射方向とは反対側の面には、所定間隔で複数の開口部13が設けられている。開口部13は、例えば、機械加工により形成されたものであり、マイクロバブル噴出基板10の厚さ方向に完全には貫通しないが、その底部13a(図3参照)が微細孔12に届く程度の深さに形成されている。すなわち、開口部13の底部13aに対向する領域に形成された微細孔12は、開口部13と連通する貫通孔14となり、マイクロバブルが噴出する噴出口となる。
In addition, a plurality of
開口部13は、形状は特に限定されないが、機械加工で形成することを考慮すると、円柱状又は円錐台状がよく、本実施形態では、円錐台状となっている。すなわち、開口部13は、噴出方向逆側ほど開口径が漸大するテーパー形状となっている。このようなテーパー形状とすることにより、貫通孔14に向かって流体が流れ易くなり、また、貫通孔14からの噴出圧を向上させる効果がある。
The shape of the
かかるマイクロバブル噴出基板10の製造方法の一例を図3を参照して説明する。
An example of a method for manufacturing the
まず、図3(a)に示すように、円盤状の基板41を用意する。基板41は、例えば、アルミニウム、チタンなどの材質とする。本実施形態では、アルミニウム製で5mm厚のものを基板41とした。
First, as shown in FIG. 3A, a disk-
次に、図3(b)に示すように、基板41に所定の間隔で円錐台状のテーパー穴である開口部13を形成する。開口部13の形成は、機械加工により行った。開口部13は底部13aの直径が10mmとし、底部13aに対向して形成された薄板部42の厚さは100μm程度とした。なお、開口部13は、所定の間隔で形成し、基板41の機械的強度が保持できるようにした。
Next, as shown in FIG. 3B,
次に、図3(c)に示すように、基板41の開口部13が形成された面とは反対側の面を陽極酸化し、微細孔層11を形成した。微細孔層11は、酸化アルミニウム(アルマイト)層であり、100nmφの厚さ方向にストレートな微細孔12を多数形成された層である。微細孔12の深さは100μm以上とし、薄板部42を完全に貫通するように形成した。
Next, as shown in FIG. 3C, the surface of the
なお、陽極酸化は、常法に従って行えばよいが、例えば、0.1〜1.0Mのシュウ酸を電解液として電解液中に基板41の開口部13とは反対側を浸けた状態で、基板41と対極との間に定電圧(10〜100V)を印加し、所定時間陽極酸化することにより行えばよい。本実施形態では、0.5Mのシュウ酸を電解液として40Vの定電圧を印加して陽極酸化を行い、100nmφ、深さ100μmの微細孔12を形成し、マイクロバブル噴出基板10を製造した。
The anodic oxidation may be performed according to a conventional method. For example, in a state where 0.1 to 1.0 M oxalic acid is used as the electrolytic solution and the side opposite to the
ここで、陽極酸化は、処理する面以外を耐酸性のレジストで覆って、電解液中に浸漬して行ってもよい。また、開口部13に対向する薄板部42の領域以外の表面をレジストで覆って、薄板部42の領域のみを微細孔層11としてもよい。
Here, the anodic oxidation may be performed by covering the surface other than the surface to be treated with an acid-resistant resist and immersing in an electrolytic solution. Alternatively, the surface other than the region of the
なお、電解液の組成、温度、電圧などの条件を変化させることで、微細孔12の直径、深さ、ピッチを制御することができ、所望の噴出口を形成することができ、所望のマイクロバブルを得ることができる。
In addition, by changing conditions such as the composition, temperature, and voltage of the electrolytic solution, the diameter, depth, and pitch of the
ここで、マイクロバブルとは、一般的には、数十μm以下の微小な気泡をいうが、数十〜数百nm程度のナノオーダーのバブル、いわゆるナノバブルも包含するものである。 Here, the microbubble generally refers to a minute bubble of several tens of μm or less, but also includes a nano-order bubble of about several tens to several hundreds of nanometers, so-called nanobubbles.
また、本発明のマイクロバルブ発生装置では、噴出口となる微細孔の径、ピッチを制御して自己組織的に一定範囲に揃った状態とするのが好ましく、これにより、所望の範囲に揃ったマイクロバブルを得ることができる。ここで、一定範囲に揃ったとは、例えば、±50%の範囲に分布して揃っている状態をいい、例えば、本実施形態では、噴出口の径は100nm付近を中心に50nm〜150nmの範囲に90%以上が分布している。 Moreover, in the microvalve generating device of the present invention, it is preferable that the diameter and pitch of the fine holes serving as the ejection ports are controlled to be in a self-organized state within a certain range, thereby achieving the desired range. Microbubbles can be obtained. Here, “equal to a certain range” means, for example, a state in which it is distributed and aligned in a range of ± 50%. For example, in this embodiment, the diameter of the ejection port is in the range of 50 nm to 150 nm centering around 100 nm. 90% or more are distributed.
このようなマイクロバブル噴出基板10は、開口部13の底部13aに対向する薄板部42に陽極酸化で形成した微細孔12である貫通孔14を具備する構造としたので、優れた機械的強度を有すると共に、微細な貫通孔14を具備するものとすることができる。また、薄板部42は、接着、接合などにより設けられたものではなく、マイクロバブル噴出基板10に一体的に形成されたものであり、噴出圧力に対する耐圧性、耐久性に優れたものとなる。
Such a
また、貫通孔14を陽極酸化により形成するので、ナノオーダーの貫通孔14が比較的容易に形成でき、ナノバブルを発生するマイクロバブル発生装置を容易に実現できる。
Moreover, since the through-
このようなマイクロバブル噴出基板10を固定する筐体20は、上述したマイクロバブル噴出基板10を保持する有底円筒形状を具備し、内部にポンプ30を内蔵する。
The
ポンプ30は、電気駆動のポンプであり、電源コード31を具備すると共に、外部から空気を取り入れるための導入パイプ32が設けられており、導入パイプ32から導入した空気を貫通孔14から噴出するものである。
The
本実施形態では、筐体20内の空間全体がポンプ30の噴出口と貫通孔14とを連通する流路となっているが、ポンプ30の噴出口と貫通孔14との間に適宜形状の流路を設けて、貫通孔14から噴出する空気の圧力を高めるようにしてもよい。
In the present embodiment, the entire space in the
なお、ポンプ30は、空気と水との混合物を圧送するものでもよく、この場合、貫通孔14から所望の圧力で空気と水との混合物が噴出されることになる。
The
この場合、空気と水を導入パイプ32を介して送るようにしてもよいし、導入パイプ32から空気を導入するようにすると共に、筐体20を水中に保持して筐体20の外部から水を取り入れ、両者を混合して噴出するようにしてもよく、ポンプ30の機能、構造は特に限定されるものではない。
In this case, air and water may be sent through the
また、ポンプ30は、筐体20に内蔵せずに筐体20とは別途設けてもよいことは言うまでもない。
Needless to say, the
以上説明したマイクロバブル発生装置1は、コンパクトで、例えば、導入パイプ32の取り入れ口を水槽の外に出した状態で、筐体20を浴槽中や各種水槽中に載置するだけで、マイクロバブル発生装置として用いることができ、各種用途に使用することができる。
The
1 マイクロバブル発生装置
10 マイクロバブル噴出基板
11 微細孔層
12 微細孔
13 開口部
14 貫通孔
20 筐体
30 ポンプ
32 導入パイプ
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