JP2017023996A - Bubble generating device and bubble generating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気泡生成装置及び気泡生成方法に関する。 The present invention relates to a bubble generation device and a bubble generation method.
近年、化学工業や生物工業等の分野で、液体中に生成した気泡、特にファインバブルと呼ばれる直径１００μｍ以下の気泡が利用されている。気泡を生成する手法を開示した文献として、下記特許文献１及び２が挙げられる。 In recent years, bubbles generated in a liquid, particularly bubbles having a diameter of 100 μm or less, which are called fine bubbles, have been used in fields such as the chemical industry and the biological industry. The following patent documents 1 and 2 are mentioned as a literature which disclosed the method of producing | generating a bubble.
特許文献１は、下流端が液体中に配置されたガス管の上流端から、オーディオスピーカで生成した音波を導入する手法を提案している。特許文献１は、音波の振動によって、ガス管の下流端から気泡が生成されると説明している。 Patent Document 1 proposes a method of introducing a sound wave generated by an audio speaker from an upstream end of a gas pipe whose downstream end is disposed in a liquid. Patent document 1 is explaining that a bubble is produced | generated from the downstream end of a gas pipe by the vibration of a sound wave.
特許文献２は、気泡を噴出する微細孔が多数形成された円盤を液体中で回転させる手法を開示している。円盤の回転によって気泡に剪断力が作用し、この剪断力によって気泡が微細化される。 Patent Document 2 discloses a method of rotating a disk in which a large number of fine holes for ejecting bubbles are formed in a liquid. A shearing force acts on the bubbles by the rotation of the disk, and the bubbles are refined by the shearing force.
特許文献１の技術では、微細化された気泡を効率的に生成することが難しい。これは、音波はその振動によってガス管の下流端からガスを少しずつ離脱させる作用を奏するにすぎないためと考えられる。 With the technique of Patent Document 1, it is difficult to efficiently generate fine bubbles. This is presumably because the sound wave merely exerts an action of detaching the gas little by little from the downstream end of the gas pipe by the vibration.
特許文献２の円盤を用いれば、微細化された気泡を効率的に生成しうるが、液槽中で円盤を回転させる機構が必要となるため、装置構成が大がかりとなる。 If the disk of patent document 2 is used, although the refined | miniaturized bubble can be produced | generated efficiently, since the mechanism which rotates a disk in a liquid tank is needed, an apparatus structure will become large.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大がかりな構成を必要とせずに、微細化された気泡を効率よく生成することができる技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the technique which can produce | generate the refined | miniaturized bubble efficiently, without requiring a big structure.
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る気泡生成装置は、
下流端が液体中に配置されるガス流路と、
前記ガス流路内を減圧することにより、前記液体が前記ガス流路内のガスと混ざり合うように、前記液体を前記下流端から吸い込ませたのち、前記ガス流路内を加圧することにより、前記ガス流路内の前記液体及び該液体と混ざり合った前記ガスを、前記下流端から前記液体中に噴出させるガス圧制御装置と、
を備える。
In order to achieve the above object, a bubble generating device according to the first aspect of the present invention includes:
A gas flow path whose downstream end is disposed in the liquid;
By reducing the pressure in the gas flow path, the liquid is sucked from the downstream end so that the liquid mixes with the gas in the gas flow path, and then the pressure in the gas flow path is increased. A gas pressure control device that ejects the liquid in the gas flow channel and the gas mixed with the liquid from the downstream end into the liquid;
Is provided.
上記気泡生成装置においては、
前記ガス流路の下流端が、前記液体の流れを絞る絞り部を有するノズルで構成され、
前記ガス圧制御装置によって前記ガス流路内が減圧された際に、前記ノズルから吸い込まれた液体が、前記絞り部から前記ガス流路の上流端側に向かって噴出することにより、前記ガス流路内のガスと混ざり合うようにしてもよい。
In the bubble generating device,
The downstream end of the gas flow path is composed of a nozzle having a throttle portion that restricts the flow of the liquid,
When the gas flow path is depressurized by the gas pressure control device, the liquid sucked from the nozzle is ejected from the throttle portion toward the upstream end side of the gas flow path, whereby the gas flow You may make it mix with the gas in a road.
また、前記ガス圧制御装置が、
第１及び第２の入力ポート並びに出力ポートの少なくとも３つのポートを有し、前記出力ポートに前記ガス流路の上流端が接続される弁と、
前記第１の入力ポートに接続されるガスタンクと、
前記第２の入力ポートに接続される真空ポンプと、
前記第１の入力ポートが前記出力ポートに連通された状態と、前記第２の入力ポートが前記出力ポートに連通された状態とが交互に切り替えられるように、前記弁を制御する弁制御装置と、
を有してもよい。
The gas pressure control device
A valve having at least three ports of a first and a second input port and an output port, the upstream end of the gas flow path being connected to the output port;
A gas tank connected to the first input port;
A vacuum pump connected to the second input port;
A valve control device that controls the valve so that the state in which the first input port communicates with the output port and the state in which the second input port communicates with the output port are alternately switched; ,
You may have.
また、前記ガス流路の下流端が配置される前記液体を貯留する液体貯留部を有する蓄気室と、
前記液体貯留部を、前記蓄気室の外部において液体を貯留する液槽に連通させる液体連通路と、をさらに備え、
前記ガス圧制御装置が、前記ガス流路の上流端からガスを送り込む際に前記蓄気室を加圧し、前記ガス流路内を減圧する際に前記蓄気室を減圧する制御を行ってもよい。
Further, an air storage chamber having a liquid storage part for storing the liquid in which the downstream end of the gas flow path is disposed;
A liquid communication path for communicating the liquid storage part with a liquid tank for storing liquid outside the air storage chamber;
The gas pressure control device may perform control to pressurize the accumulator chamber when feeding gas from the upstream end of the gas flow path and depressurize the accumulator chamber when depressurizing the gas flow path. Good.
また、前記蓄気室が前記ガス流路と連通していてもよい。 Moreover, the said air storage chamber may be connected with the said gas flow path.
本発明の第２の観点に係る気泡生成方法は、
下流端が液体中に配置されたガス流路内を減圧することにより、前記液体が前記ガス流路内のガスと混ざり合うように、前記液体を前記下流端から吸い込ませるステップと、
前記吸い込ませた液体及び該液体と混ざり合った前記ガスを、前記ガス流路内を加圧することにより、前記下流端から前記液体中に噴出させるステップと、
を含む。
The bubble generation method according to the second aspect of the present invention includes:
Sucking the liquid from the downstream end so that the liquid mixes with the gas in the gas flow path by reducing the pressure in the gas flow path where the downstream end is disposed in the liquid;
Injecting the sucked liquid and the gas mixed with the liquid into the liquid from the downstream end by pressurizing the gas flow path;
including.
本発明によれば、ガス流路内に吸い込まれた液体が、ガス流路内でガスと混ざり合うため、ガス流路内で気泡を生成することができる。生成された気泡に対し、ガス流路の減圧及び加圧のそれぞれの過程で、ガス流路内で攪拌力等を作用させることができるため、気泡の微細化を効率的に行うことができる。液体中にはガス流路の下流端を配置するだけでよく、従来必要であった円盤等の剪断力を付与するための部材が不要であるため、大がかりな構成を必要とせずに済む。 According to the present invention, since the liquid sucked into the gas channel mixes with the gas in the gas channel, bubbles can be generated in the gas channel. Since a stirring force or the like can be applied to the generated bubbles in the gas flow path in the process of depressurization and pressurization of the gas flow path, the bubbles can be efficiently miniaturized. In the liquid, it is only necessary to arrange the downstream end of the gas flow path, and a member for applying a shearing force such as a disk, which has been conventionally required, is unnecessary, so that a large-scale configuration is not required.
以下、本発明の一実施形態に係る気泡生成装置について、図面を参照しながら説明する。図中、同一又は相当する部分に同一符号を付す。 Hereinafter, a bubble generating device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
〔第１の実施形態〕
図１に示すように、第１の実施形態に係る気泡生成装置１００は、下流端１０ａが液槽６０内の液体Ｌ中に配置されるガス流路１０と、ガス流路１０の上流端１０ｂに接続された電磁弁２０と、電磁弁２０に接続されたガスタンク３０及び真空ポンプ４０と、電磁弁２０を制御する弁制御装置５０とを備える。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the bubble generation device 100 according to the first embodiment includes a gas flow path 10 in which a downstream end 10 a is disposed in a liquid L in a liquid tank 60, and an upstream end 10 b of the gas flow path 10. , A gas tank 30 and a vacuum pump 40 connected to the electromagnetic valve 20, and a valve control device 50 that controls the electromagnetic valve 20.
ガス流路１０は、内部にガスを収容する空間を画定する蓄気室１２と、蓄気室１２内のガスを液槽６０に案内する下流側ガス管１１と、蓄気室１２を電磁弁２０に接続する上流側ガス管１３とを有する。 The gas flow path 10 includes an accumulator chamber 12 that defines a space for containing gas therein, a downstream gas pipe 11 that guides the gas in the accumulator chamber 12 to the liquid tank 60, and an electromagnetic valve for the accumulator chamber 12. And an upstream gas pipe 13 connected to 20.
下流側ガス管１１は、蓄気室１２に接続される本体部１１１と、本体部１１１の下流側端部に接続される気泡生成ノズル１１２とを有する。気泡生成装置１００は、後述するように、気泡生成ノズル１１２から液体Ｌを吸い込み、吸い込んだ液体Ｌをガス流路１０内のガスと共に気泡生成ノズル１１２から噴出させる動作を繰り返す。 The downstream gas pipe 11 includes a main body 111 connected to the air storage chamber 12 and a bubble generation nozzle 112 connected to the downstream end of the main body 111. As will be described later, the bubble generation device 100 repeats the operation of sucking the liquid L from the bubble generation nozzle 112 and ejecting the sucked liquid L from the bubble generation nozzle 112 together with the gas in the gas flow path 10.
図２に示すように、気泡生成ノズル１１２は、本体部１１１側から、ガス流路１０（図１参照）の下流端１０ａに位置する端部開口１１２ｅに向かって順に連続して形成される縮径テーパ部１１２ａ、喉部１１２ｂ、拡径テーパ部１１２ｃ、及び直管部１１２ｄを有する。これらのうち、縮径テーパ部１１２ａ、喉部１１２ｂ、及び拡径テーパ部１１２ｃによって、液体Ｌの流れを絞る絞り部が構成されている。 As shown in FIG. 2, the bubble generation nozzle 112 is continuously formed from the main body 111 side toward the end opening 112e located at the downstream end 10a of the gas flow path 10 (see FIG. 1). It has a diameter taper part 112a, a throat part 112b, an enlarged diameter taper part 112c, and a straight pipe part 112d. Among these, the diameter-reduced taper portion 112a, the throat portion 112b, and the diameter-expanded taper portion 112c constitute a throttle portion that restricts the flow of the liquid L.
縮径テーパ部１１２ａでは、喉部１１２ｂに向かってガス流路１０の断面積が次第に減少する。喉部１１２ｂでは、ガス流路１０の断面積は略一定である。喉部１１２ｂにおけるガス流路１０の断面積は、気泡生成ノズル１１２において最も小さい。拡径テーパ部１１２ｃでは、直管部１１２ｄに向かってガス流路１０の断面積が次第に増大する。直管部１１２ｄにおけるガス流路１０の断面積は、本体部１１１におけるガス流路１０の断面積よりも小さい。 In the reduced diameter taper portion 112a, the cross-sectional area of the gas flow path 10 gradually decreases toward the throat portion 112b. In the throat part 112b, the cross-sectional area of the gas flow path 10 is substantially constant. The cross-sectional area of the gas flow path 10 in the throat 112b is the smallest in the bubble generation nozzle 112. In the enlarged diameter tapered portion 112c, the cross-sectional area of the gas flow path 10 gradually increases toward the straight pipe portion 112d. The cross-sectional area of the gas flow path 10 in the straight pipe portion 112d is smaller than the cross-sectional area of the gas flow path 10 in the main body portion 111.
図１に戻って、電磁弁２０は、第１の入力ポート２０ａ、第２の入力ポート２０ｂ、及び出力ポート２０ｃを有する三方弁である。第１の入力ポート２０ａに、ガスタンク３０が接続されている。第２の入力ポート２０ｂに、真空ポンプ４０の吸気口が接続されている。出力ポート２０ｃに、ガス流路１０の上流端１０ｂが接続されている。 Returning to FIG. 1, the solenoid valve 20 is a three-way valve having a first input port 20a, a second input port 20b, and an output port 20c. A gas tank 30 is connected to the first input port 20a. The suction port of the vacuum pump 40 is connected to the second input port 20b. The upstream end 10b of the gas flow path 10 is connected to the output port 20c.
ガスタンク３０は、気密な容器で構成される。ガスタンク３０には、気泡Ｂを形成するガスがコンプレッサにより予め圧入されている。ガスタンク３０は、第１の入力ポート２０ａが出力ポート２０ｃと連通した際に、ガス流路１０の上流端１０ｂからガス流路１０内にガスを送り込む。 The gas tank 30 is composed of an airtight container. In the gas tank 30, the gas forming the bubbles B is pre-pressed by a compressor. The gas tank 30 sends gas into the gas flow path 10 from the upstream end 10b of the gas flow path 10 when the first input port 20a communicates with the output port 20c.
真空ポンプ４０は、第２の入力ポート２０ｂが出力ポート２０ｃと連通した際に、ガス流路１０からガスを排出することで、ガス流路１０内を減圧する。 When the second input port 20b communicates with the output port 20c, the vacuum pump 40 discharges gas from the gas flow path 10 to decompress the gas flow path 10.
弁制御装置５０は、第１の入力ポート２０ａが出力ポート２０ｃに連通された状態と、第２の入力ポート２０ｂが出力ポート２０ｃに連通された状態とが交互に切り替えられるように、電磁弁２０を制御する。これにより、弁制御装置５０は、電磁弁２０、ガスタンク３０、及び真空ポンプ４０と共に、ガス流路１０内のガス圧を制御するガス圧制御装置としての役割を果たす。 The valve control device 50 is configured so that the state in which the first input port 20a communicates with the output port 20c and the state in which the second input port 20b communicates with the output port 20c are alternately switched. To control. Accordingly, the valve control device 50 plays a role as a gas pressure control device that controls the gas pressure in the gas flow path 10 together with the electromagnetic valve 20, the gas tank 30, and the vacuum pump 40.
図３は、蓄気室１２内の気圧変動を模式的に示したグラフである。以下、図３を参照し、弁制御装置５０によって実現される気泡生成装置１００の動作を説明する。 FIG. 3 is a graph schematically showing the pressure fluctuation in the air storage chamber 12. Hereinafter, the operation of the bubble generation device 100 realized by the valve control device 50 will be described with reference to FIG.
時刻Ｔ０で、弁制御装置５０は、第２の入力ポート２０ｂを出力ポート２０ｃと連通させる。これにより、ガス流路１０内のガスが、真空ポンプ４０によって排気される。このため、蓄気室１２内の気圧が次第に低下してゆく。以降、弁制御装置５０は、時刻Ｔ０〜Ｔ２の間、第２の入力ポート２０ｂを出力ポート２０ｃと連通させた状態を保つ。 At time T0, the valve control device 50 causes the second input port 20b to communicate with the output port 20c. Thereby, the gas in the gas flow path 10 is exhausted by the vacuum pump 40. For this reason, the atmospheric pressure in the air storage chamber 12 gradually decreases. Thereafter, the valve control device 50 keeps the second input port 20b in communication with the output port 20c between times T0 and T2.
時刻Ｔ１で、蓄気室１２内の気圧が大気圧Ｐ０未満の臨界値（以下、吸引開始圧力という。）まで低下し、気泡生成ノズル１１２内への液体Ｌの吸い込みが始まる。以降、時刻Ｔ１〜Ｔ３の間、気泡生成ノズル１１２内への液体Ｌの吸い込みが継続する。 At time T1, the pressure in the air accumulation chamber 12 decreases to a critical value (hereinafter referred to as suction start pressure) less than the atmospheric pressure P0, and the suction of the liquid L into the bubble generation nozzle 112 starts. Thereafter, the suction of the liquid L into the bubble generation nozzle 112 is continued during times T1 to T3.
図２を参照し、液体Ｌが気泡生成ノズル１１２内に吸い込まれる際の作用を説明する。液体Ｌは、加圧されつつ拡径テーパ部１１２ｃを通り、喉部１１２ｂ及び縮径テーパ部１１２ａを通る過程で急激に減圧されることにより、本体部１１１側に噴出する。これにより、気泡生成ノズル１１２内又は本体部１１１内で、液体Ｌとガスとが混ざり合う。この結果、気泡生成ノズル１１２内又は本体部１１１内で、液体Ｌ中に気泡Ｂが生成される。また、気泡Ｂが生成された後も液体Ｌの吸い込みが継続されるため、いったん生成された気泡Ｂが、気泡生成ノズル１１２内又は本体部１１１内で攪拌力を受ける。この攪拌力で気泡Ｂが***するため、気泡Ｂの微細化も図られる。 With reference to FIG. 2, an operation when the liquid L is sucked into the bubble generation nozzle 112 will be described. The liquid L is jetted to the main body 111 side by being rapidly depressurized in the process of passing through the enlarged diameter tapered portion 112c and passing through the throat portion 112b and the reduced diameter tapered portion 112a while being pressurized. Thereby, the liquid L and the gas are mixed in the bubble generation nozzle 112 or the main body 111. As a result, bubbles B are generated in the liquid L in the bubble generation nozzle 112 or the main body 111. Further, since the suction of the liquid L is continued even after the bubbles B are generated, the bubbles B once generated receive a stirring force in the bubble generation nozzle 112 or the main body 111. Since the bubbles B are split by this stirring force, the bubbles B can be miniaturized.
時刻Ｔ２で、蓄気室１２の内圧が最小値Ｐｍｉｎに達する。時刻Ｔ２で、弁制御装置５０は、第１の入力ポート２０ａを出力ポート２０ｃと連通させる。これにより、ガスタンク３０からガス流路１０内にガスが圧入される。このため、蓄気室１２内の気圧が次第に上昇する。以降、弁制御装置５０は、時刻Ｔ２〜Ｔ５の間、第１の入力ポート２０ａを出力ポート２０ｃと連通させた状態を保つ。 At time T2, the internal pressure of the air accumulation chamber 12 reaches the minimum value Pmin. At time T2, the valve control device 50 causes the first input port 20a to communicate with the output port 20c. As a result, the gas is pressed into the gas flow path 10 from the gas tank 30. For this reason, the atmospheric pressure in the air storage chamber 12 gradually increases. Thereafter, the valve control device 50 maintains the state in which the first input port 20a is in communication with the output port 20c during times T2 to T5.
時刻Ｔ３で、蓄気室１２内の気圧が大気圧Ｐ０に戻り、気泡生成ノズル１１２への液体Ｌの吸い込みが止まる。このとき、気泡Ｂを含む液体Ｌの上面は、図２に示す縮径テーパ部１１２ａよりも蓄気室１２側の位置まで達する。 At time T3, the air pressure in the air accumulation chamber 12 returns to the atmospheric pressure P0, and the suction of the liquid L to the bubble generation nozzle 112 stops. At this time, the upper surface of the liquid L containing the bubbles B reaches a position closer to the air accumulation chamber 12 than the reduced diameter tapered portion 112a shown in FIG.
時刻Ｔ４で、蓄気室１２内の気圧が大気圧Ｐ０を超える臨界値（以下、噴出開始圧力という。）に達し、気泡生成ノズル１１２からの、液体Ｌ及び気泡Ｂの噴出が始まる。以降、時刻Ｔ４〜Ｔ６の間、気泡生成ノズル１１２からの液体Ｌ及び気泡Ｂの噴出が継続する。 At time T4, the air pressure in the air storage chamber 12 reaches a critical value (hereinafter referred to as the ejection start pressure) exceeding the atmospheric pressure P0, and the ejection of the liquid L and the bubbles B from the bubble generation nozzle 112 starts. Thereafter, during the time T4 to T6, the ejection of the liquid L and the bubbles B from the bubble generation nozzle 112 continues.
図２を参照し、液体Ｌ及び気泡Ｂが気泡生成ノズル１１２から噴出する際の作用を説明する。上述した時刻Ｔ１〜Ｔ３の間に、気泡生成ノズル１１２内で混ざり合ったガス及び液体Ｌ、即ち気泡生成ノズル１１２内で生成された気泡Ｂを含む液体Ｌは、本体部１１１側から加圧されつつ縮径テーパ部１１２ａを通り、喉部１１２ｂ及び拡径テーパ部１１２ｃを通る過程で急激に減圧されることにより、端部開口１１２ｅ側に噴出する。この加圧と減圧及び噴出の過程で、気泡Ｂが攪拌力を受ける。攪拌力で気泡Ｂが***するため、気泡Ｂのさらなる微細化が図られる。こうして、微細化された気泡Ｂが液槽６０内に噴出される。 With reference to FIG. 2, the action when the liquid L and the bubbles B are ejected from the bubble generation nozzle 112 will be described. During the time T1 to T3 described above, the gas and liquid L mixed in the bubble generation nozzle 112, that is, the liquid L including the bubble B generated in the bubble generation nozzle 112 is pressurized from the main body 111 side. While passing through the reduced diameter taper portion 112a, the pressure is abruptly reduced in the process of passing through the throat portion 112b and the enlarged diameter taper portion 112c, so that it is ejected to the end opening 112e side. In the process of pressurization, decompression, and ejection, the bubble B receives a stirring force. Since the bubbles B are split by the stirring force, the bubbles B are further miniaturized. In this way, the refined bubbles B are ejected into the liquid tank 60.
時刻Ｔ５で、蓄気室１２の内圧が最大値Ｐｍａｘに達する。時刻Ｔ５で、弁制御装置５０は、第２の入力ポート２０ｂを出力ポート２０ｃと連通させる。これにより、ガス流路１０内のガスが、真空ポンプ４０によって排気される。このため、蓄気室１２内の気圧が次第に低下してゆく。以降、弁制御装置５０は、時刻Ｔ５〜Ｔ８の間、第２の入力ポート２０ｂを出力ポート２０ｃと連通させた状態を保つ。 At time T5, the internal pressure of the air storage chamber 12 reaches the maximum value Pmax. At time T5, the valve control device 50 causes the second input port 20b to communicate with the output port 20c. Thereby, the gas in the gas flow path 10 is exhausted by the vacuum pump 40. For this reason, the atmospheric pressure in the air storage chamber 12 gradually decreases. Thereafter, the valve control device 50 keeps the second input port 20b in communication with the output port 20c between times T5 and T8.
時刻Ｔ６で、蓄気室１２内の気圧が大気圧Ｐ０に戻り、気泡生成ノズル１１２からの気泡Ｂ及び液体Ｌの噴出が止まる。 At time T6, the air pressure in the air accumulation chamber 12 returns to the atmospheric pressure P0, and the ejection of the bubbles B and the liquid L from the bubble generation nozzle 112 stops.
時刻Ｔ７で、蓄気室１２内の気圧が吸引開始圧力まで低下し、気泡生成ノズル１１２内への液体Ｌの吸い込みが始まる。以降、時刻Ｔ７〜Ｔ９の間、気泡生成ノズル１１２内への液体Ｌの吸い込みが継続される。 At time T7, the air pressure in the air accumulation chamber 12 is reduced to the suction start pressure, and the suction of the liquid L into the bubble generation nozzle 112 starts. Thereafter, the suction of the liquid L into the bubble generation nozzle 112 is continued between times T7 and T9.
このとき、上述した時刻Ｔ４〜Ｔ６の間に液槽６０中に噴出した気泡Ｂが再び吸い込まれることもあり得る。この場合、気泡Ｂ及び液体Ｌは、液槽６０から吸い込まれる際、図２に示す端部開口１１２ｅの位置で剪断力を受ける。剪断力で気泡Ｂが***するため、気泡Ｂのさらなる微細化が図られる。また、気泡Ｂは気泡生成ノズル１１２内で再び攪拌力を受けることによっても微細化される。 At this time, the bubbles B ejected into the liquid tank 60 during the above-described times T4 to T6 may be sucked again. In this case, when the bubbles B and the liquid L are sucked from the liquid tank 60, they receive a shearing force at the position of the end opening 112e shown in FIG. Since the bubble B is split by the shearing force, the bubble B is further miniaturized. The bubbles B are also refined by receiving the stirring force again in the bubble generation nozzle 112.
そして、時刻Ｔ８で、弁制御装置５０がガスタンク３０からのガスの圧入を開始させ、時刻Ｔ９で、気泡生成ノズル１１２への吸引が止まり、時刻Ｔ１０で、気泡生成ノズル１１２からの噴出が始まる。 Then, at time T8, the valve control device 50 starts injecting gas from the gas tank 30, and at time T9, suction to the bubble generation nozzle 112 is stopped, and ejection from the bubble generation nozzle 112 starts at time T10.
このようにして、気泡生成ノズル１１２からの噴出と、気泡生成ノズル１１２内への吸引とが交互に繰り返される。この繰り返しの過程で、微細化された気泡Ｂが、さらに微細化されてゆく。この結果、例えば、ファインバブルと呼ばれる直径１００μｍ以下の気泡Ｂを形成することができる。 In this manner, the ejection from the bubble generation nozzle 112 and the suction into the bubble generation nozzle 112 are alternately repeated. In the process of this repetition, the refined bubbles B are further refined. As a result, for example, bubbles B having a diameter of 100 μm or less called fine bubbles can be formed.
以上説明した気泡生成装置１００によれば、ガス流路１０内で気泡Ｂを生成することができ、生成された気泡Ｂに対し、液体Ｌの吸い込み及び噴出のそれぞれの過程で、攪拌力等を作用させることができるため、気泡Ｂの微細化を効率的に行うことができる。 According to the bubble generation device 100 described above, the bubbles B can be generated in the gas flow path 10, and the stirring force or the like is applied to the generated bubbles B in each process of sucking and ejecting the liquid L. Since it can be made to act, the bubble B can be refined efficiently.
また、液槽６０中には、気泡生成ノズル１１２を含むガス流路１０の下流側端部を挿入するだけでよい。従来必要であった円盤等の剪断力を付与するための部材を液槽６０中に配置する必要が無い。液体ポンプも不要である。このため、大がかりな構成を必要とせずに済む。 Further, it is only necessary to insert the downstream end of the gas flow path 10 including the bubble generation nozzle 112 into the liquid tank 60. There is no need to arrange in the liquid tank 60 a member for applying a shearing force such as a disk, which has been conventionally required. A liquid pump is also unnecessary. This eliminates the need for a large-scale configuration.
〔第２の実施形態〕
次に、図４を参照し、本発明の第２の実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図４に示すように、第２の実施形態に係る気泡生成装置２００は、下流端７０ａが液体Ｌ中に配置されるガス流路７０と、ガス流路７０の上流端７０ｂに接続された電磁弁２０と、電磁弁２０に接続されたガスタンク３０及び真空ポンプ４０と、電磁弁２０を制御する弁制御装置５０とを備える。 As shown in FIG. 4, the bubble generating device 200 according to the second embodiment includes a gas flow path 70 in which the downstream end 70 a is disposed in the liquid L and an electromagnetic wave connected to the upstream end 70 b of the gas flow path 70. A valve 20, a gas tank 30 and a vacuum pump 40 connected to the electromagnetic valve 20, and a valve control device 50 that controls the electromagnetic valve 20 are provided.
さらに、本気泡生成装置２００は、ガス流路７０の下流端７０ａが配置される液体Ｌを貯留する液体貯留部８０ａを下方に有する蓄気室８０と、液体貯留部８０ａを、蓄気室８０の外部において液体Ｌを貯留する液槽６０に連通させる液体連通路９０とを備える。 Further, the bubble generating device 200 includes an air storage chamber 80 having a liquid storage portion 80a for storing the liquid L in which the downstream end 70a of the gas flow path 70 is disposed, and a liquid storage portion 80a. And a liquid communication path 90 that communicates with the liquid tank 60 that stores the liquid L.
ガス流路７０は、下流端７０ａを構成する気泡生成ノズル（以下、第１の気泡生成ノズルという。）１１２を備える。第１の気泡生成ノズル１１２は、液体貯留部８０ａに挿入されている。また、ガス流路７０は、蓄気室８０と連通している。具体的には、ガス流路７０の、液体貯留部８０ａとの接続部分から上流端７０ｂまでの間の中間部分が、蓄気室８０に接続されている。 The gas flow path 70 includes a bubble generation nozzle (hereinafter referred to as a first bubble generation nozzle) 112 constituting the downstream end 70a. The first bubble generation nozzle 112 is inserted into the liquid storage unit 80a. The gas flow path 70 communicates with the air storage chamber 80. Specifically, an intermediate portion of the gas flow channel 70 between the connection portion with the liquid storage portion 80 a and the upstream end 70 b is connected to the air storage chamber 80.
液体連通路９０の液槽６０側の端部も、気泡生成ノズル（以下、第２の気泡生成ノズルという。）１１２’で構成されている。第２の気泡生成ノズル１１２’は、第１の気泡生成ノズル１１２と同じく、図２に示す構成を有する。 An end of the liquid communication path 90 on the liquid tank 60 side is also configured with a bubble generation nozzle (hereinafter referred to as a second bubble generation nozzle) 112 ′. Similar to the first bubble generation nozzle 112, the second bubble generation nozzle 112 'has the configuration shown in FIG.
本実施形態においても、弁制御装置５０は、第１の入力ポート２０ａが出力ポート２０ｃに連通された状態と、第２の入力ポート２０ｂが出力ポート２０ｃに連通された状態とが交互に切り替えられるように電磁弁２０を制御する。これにより、弁制御装置５０は、電磁弁２０、ガスタンク３０、及び真空ポンプ４０と共に、ガス圧制御装置としての役割を果たす。 Also in the present embodiment, the valve control device 50 is alternately switched between a state where the first input port 20a communicates with the output port 20c and a state where the second input port 20b communicates with the output port 20c. Thus, the solenoid valve 20 is controlled. Accordingly, the valve control device 50 plays a role as a gas pressure control device together with the electromagnetic valve 20, the gas tank 30, and the vacuum pump 40.
第２の入力ポート２０ｂが出力ポート２０ｃに連通された状態では、真空ポンプ４０によって、ガス流路７０及び蓄気室８０が減圧される。この結果、液槽６０内の液体Ｌが、液体連通路９０を通じて液体貯留部８０ａに引き上げられ、液体貯留部８０ａの液面レベルが上昇すると共に、液体貯留部８０ａに移行した液体Ｌが、第１の気泡生成ノズル１１２内に吸い込まれる。 In a state where the second input port 20b communicates with the output port 20c, the gas flow path 70 and the air storage chamber 80 are decompressed by the vacuum pump 40. As a result, the liquid L in the liquid tank 60 is pulled up to the liquid reservoir 80a through the liquid communication path 90, the liquid level of the liquid reservoir 80a rises, and the liquid L transferred to the liquid reservoir 80a One bubble generation nozzle 112 is sucked.
これにより、液体Ｌが図２に示す喉部１１２ｂから本体部１１１側に噴出し、第１の気泡生成ノズル１１２内で、液体Ｌとガスとが混ざり合う。この結果、気泡生成ノズル１１２内で、液体Ｌ中に気泡Ｂが生成される。また、いったん生成された気泡Ｂが第１の気泡生成ノズル１１２内で攪拌力を受ける。この攪拌力で気泡Ｂが分断されるため、気泡Ｂの微細化も図られる。 As a result, the liquid L is ejected from the throat 112b shown in FIG. 2 toward the main body 111, and the liquid L and the gas are mixed in the first bubble generation nozzle 112. As a result, bubbles B are generated in the liquid L in the bubble generation nozzle 112. In addition, the once generated bubble B receives a stirring force in the first bubble generating nozzle 112. Since the bubbles B are divided by this stirring force, the bubbles B can be miniaturized.
次に、第１の入力ポート２０ａが出力ポート２０ｃに連通された状態では、ガスタンク３０からガス流路７０にガスが送り込まれる。この結果、第１の気泡生成ノズル１１２から気泡Ｂ及び液体Ｌが噴出する。また、ガス流路７０と連通した蓄気室８０が加圧されるため、液体貯留部８０ａに噴出された液体Ｌ及び気泡Ｂは、液体連通路９０を通じて、液槽６０に押し込まれる。 Next, in a state where the first input port 20 a is communicated with the output port 20 c, gas is sent from the gas tank 30 to the gas flow path 70. As a result, the bubbles B and the liquid L are ejected from the first bubble generation nozzle 112. In addition, since the accumulator chamber 80 communicating with the gas flow path 70 is pressurized, the liquid L and the bubbles B ejected to the liquid reservoir 80 a are pushed into the liquid tank 60 through the liquid communication path 90.
但し、第１の気泡生成ノズル１１２から噴出された気泡Ｂのうち、サイズが大きいものは、浮力が勝って上昇し、蓄気室８０に消散する。このため、サイズの小さな気泡Ｂだけを液槽６０に移動させることができる。さらに、気泡Ｂは液槽６０に移動する過程で、第２の気泡生成ノズル１１２’内で攪拌力を受ける。このため、気泡Ｂのさらなる微細化が図られる。 However, among the bubbles B ejected from the first bubble generating nozzle 112, those having a large size rise with a higher buoyancy and dissipate into the air accumulation chamber 80. For this reason, only the small bubbles B can be moved to the liquid tank 60. Furthermore, the bubble B receives a stirring force in the second bubble generation nozzle 112 ′ in the process of moving to the liquid tank 60. For this reason, the bubble B can be further miniaturized.
次に、再び第２の入力ポート２０ｂが出力ポート２０ｃに連通された状態では、液槽６０内の液体Ｌ及び気泡Ｂが、液体連通路９０を通じて液体貯留部８０ａに引き戻され、液体貯留部８０ａの液面レベルが上昇すると共に、液体貯留部８０ａに移行した液体Ｌ及び気泡Ｂが、第１の気泡生成ノズル１１２内に吸い込まれる。この過程で、気泡Ｂは、第２の気泡生成ノズル１１２’及び第１の気泡生成ノズル１１２で、再び微細化されうる。 Next, in a state where the second input port 20b is communicated with the output port 20c again, the liquid L and the bubbles B in the liquid tank 60 are drawn back to the liquid reservoir 80a through the liquid communication path 90, and the liquid reservoir 80a. As the liquid level rises, the liquid L and the bubbles B transferred to the liquid reservoir 80a are sucked into the first bubble generation nozzle 112. In this process, the bubble B can be refined again by the second bubble generation nozzle 112 ′ and the first bubble generation nozzle 112.
こうして、弁制御装置５０によって、第１の入力ポート２０ａが出力ポート２０ｃに連通された状態と、第２の入力ポート２０ｂが出力ポート２０ｃに連通された状態とが交互に切り替えられることにより、微細化された気泡Ｂが、さらに微細化されてゆく。この結果、ファインバブルと呼ばれる直径１００μｍ以下の気泡Ｂを形成することができる。 In this way, the valve control device 50 switches between the state in which the first input port 20a communicates with the output port 20c and the state in which the second input port 20b communicates with the output port 20c. The gas bubbles B are further refined. As a result, bubbles B having a diameter of 100 μm or less called fine bubbles can be formed.
本実施形態に係る気泡生成装置２００によれば、ガス流路７０内で気泡Ｂを生成することができ、生成された気泡Ｂに対し、ガス流路７０の加圧及び減圧のそれぞれの過程で、攪拌力等を作用させることができるため、気泡Ｂの微細化を効率的に行うことができる。 According to the bubble generation device 200 according to the present embodiment, the bubbles B can be generated in the gas flow path 70, and the generated bubbles B are subjected to the pressurization and decompression of the gas flow path 70, respectively. Since the stirring force and the like can be applied, the bubbles B can be efficiently miniaturized.
また、液体貯留部８０ａの液体Ｌ中には、第１の気泡生成ノズル１１２を挿入するだけでよく、液槽６０の液体Ｌ中には、液体連通路９０の下流側端部を挿入するだけでよい。従来必要であった円盤等の剪断力を付与するための部材は不要である。液体ポンプも不要である。このため、大がかりな構成を必要とせずに済む。 Further, it is only necessary to insert the first bubble generation nozzle 112 into the liquid L of the liquid reservoir 80a, and only insert the downstream end of the liquid communication path 90 into the liquid L of the liquid tank 60. It's okay. A member for applying a shearing force such as a disk, which has been conventionally required, is unnecessary. A liquid pump is also unnecessary. This eliminates the need for a large-scale configuration.
以下、図５を参照し、ガス流路１０，７０の下流端１０ａ，７０ａ、及び液体連通路９０の液槽６０側端部の構成の変形例について説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 5, a modified example of the configuration of the downstream ends 10 a and 70 a of the gas flow paths 10 and 70 and the liquid tank 60 side end of the liquid communication path 90 will be described.
図５（Ａ）に示すように、気泡生成ノズル３００は、喉部３０１と直管部３０３との間にのみ拡径テーパ部３０２を備え、喉部３０１の上流側には縮径テーパ部を備えない構成としてもよい。この場合、喉部３０１と拡径テーパ部３０２とで絞り部が構成される。気泡Ｂ及び液体Ｌを気泡生成ノズル３００内に吸引する際の吸引抵抗を、拡径テーパ部３０２によって緩和でき、多くの気泡Ｂ及び液体Ｌを気泡生成ノズル３００内に吸引できる。このため、気泡Ｂを効率よく微細化することができる。 As shown in FIG. 5A, the bubble generating nozzle 300 includes a diameter-expanding taper portion 302 only between the throat portion 301 and the straight tube portion 303, and a diameter-reducing taper portion on the upstream side of the throat portion 301. It is good also as a structure which is not provided. In this case, the throat portion 301 and the diameter-expanded taper portion 302 constitute a throttle portion. The suction resistance when the bubbles B and the liquid L are sucked into the bubble generation nozzle 300 can be relaxed by the enlarged diameter tapered portion 302, and many bubbles B and the liquid L can be sucked into the bubble generation nozzle 300. For this reason, the bubble B can be refined efficiently.
図５（Ｂ）に示すように、気泡生成ノズル４００は、テーパ部を備えずに、オリフィス４０１を備えてもよい。この場合、オリフィス４０１によって絞り部が構成される。気泡Ｂ及び液体Ｌは、オリフィス４０１を通過する際に、圧力変動を受け、攪拌される。これにより、例えばオリフィス４０１において気泡Ｂが***する等して、気泡Ｂの微細化が図られる。 As shown in FIG. 5B, the bubble generation nozzle 400 may include an orifice 401 without including a tapered portion. In this case, the orifice 401 constitutes a throttle portion. When the bubbles B and the liquid L pass through the orifice 401, they are subjected to pressure fluctuations and stirred. Thereby, for example, the bubble B is split at the orifice 401, and the bubble B is miniaturized.
図５（Ｃ）に示すように、気泡生成ノズル５００は、複数の貫通孔５０１ａが形成されたシャワープレート５０１を下流端に備えてもよい。このシャワープレート５０１も、個々の貫通孔５０１ａにおいて液体Ｌ及び気泡Ｂの流れを絞るため、絞り部を構成する。なお、シャワープレート５０１の配置位置は、ガス流路の途中でもよい。シャワープレート５０１でガスや気泡Ｂが細断され、微細化が図られる。 As shown in FIG. 5C, the bubble generation nozzle 500 may include a shower plate 501 in which a plurality of through holes 501a are formed at the downstream end. This shower plate 501 also constitutes a constricted portion in order to restrict the flow of the liquid L and the bubbles B in the individual through holes 501a. The arrangement position of the shower plate 501 may be in the middle of the gas flow path. The gas and the bubbles B are shredded by the shower plate 501 to achieve miniaturization.
図５（Ｄ）に示すように、気泡生成ノズルを用いずに、直管状の本体部１１１が、ガス流路１０の下流端１０ａを構成してもよい。即ち、絞り部を有する気泡生成ノズルは必須でなく、直管状の本体部１１１を直接的に液体Ｌ中に配置してもよい。直管状の本体部１１１を用いても、液体Ｌがガス流路１０内でガスと混ざり合うように、液体Ｌを吸い込ませ得ることは当業者に理解できるであろう。例えば、ガス流路１０の減圧を急激に行えば、直管状の本体部１１１の下流端１０ａから液体Ｌが噴入し、液体Ｌとガスが混ざり合う結果、ガス流路１０内で気泡Ｂが生成され得ると共に、生成された気泡Ｂの微細化も図られ得る。このようにして、ガス流路１０内で液体Ｌとガスとを混合させるにあたり、用いる液体Ｌの粘度等との関係で、直管状の本体部１１１の内径やガス流路１０の減圧と加圧の切り替えの周波数等をどのように設定するかは、当業者の設計事項である。 As shown in FIG. 5D, the straight tubular main body 111 may constitute the downstream end 10 a of the gas flow path 10 without using the bubble generation nozzle. That is, the bubble generating nozzle having the throttle portion is not essential, and the straight tubular main body 111 may be disposed directly in the liquid L. It will be understood by those skilled in the art that even if the straight tubular main body 111 is used, the liquid L can be sucked so that the liquid L mixes with the gas in the gas flow path 10. For example, if the pressure of the gas flow path 10 is abruptly reduced, the liquid L is injected from the downstream end 10a of the straight tubular main body 111 and the liquid L and the gas are mixed. As a result, the bubbles B are formed in the gas flow path 10. In addition to being generated, the generated bubbles B can be made finer. In this way, when the liquid L and the gas are mixed in the gas flow path 10, the inner diameter of the straight tubular main body 111 and the decompression and pressurization of the gas flow path 10 are related to the viscosity of the liquid L to be used. It is a design matter for those skilled in the art how to set the switching frequency and the like.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
〔実施例１〕
図１に示す気泡生成装置１００を用いて気泡の生成を行った。但し、気泡生成ノズル１１２は用いず、図５（Ｄ）に示す直管状の本体部１１１を直接的に液槽６０に浸漬させた。本体部１１１には、内径０．７ｍｍ、長さ４０ｍｍ、断面が円形の細管を用いた。液体Ｌには、粘度１ｃＰの蒸留水を用い、気泡Ｂを形成するガスには空気を用いた。ガスタンク３０からの空気の供給量は０．５〜２．０Ｌ／ｍｉｎとした。真空ポンプ４０には到達真空度−２０〜−１００ｋＰａのものを用いた。
[Example 1]
Bubbles were generated using the bubble generator 100 shown in FIG. However, without using the bubble generation nozzle 112, the straight tubular main body 111 shown in FIG. 5D was directly immersed in the liquid tank 60. For the main body 111, a thin tube having an inner diameter of 0.7 mm, a length of 40 mm, and a circular cross section was used. Distilled water having a viscosity of 1 cP was used as the liquid L, and air was used as the gas forming the bubbles B. The amount of air supplied from the gas tank 30 was 0.5 to 2.0 L / min. The vacuum pump 40 having an ultimate vacuum of -20 to -100 kPa was used.
図６（Ａ）に、蓄気室１２の気圧変動のグラフを示す。弁制御装置５０によって、蓄気室１２の気圧変動の周波数が５Ｈｚとなるよう電磁弁２０を制御した。蓄気室１２の気圧の平均値は約１ｋＰａであり、振幅は、１０〜１５ｋＰａであった。 FIG. 6A shows a graph of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12. The solenoid valve 20 was controlled by the valve control device 50 so that the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air accumulation chamber 12 was 5 Hz. The average value of the pressure in the air storage chamber 12 was about 1 kPa, and the amplitude was 10 to 15 kPa.
図６（Ｂ）に、得られた気泡Ｂの直径別頻度分布であるヒストグラムを示す。このヒストグラムは、得られた気泡Ｂを含む液体Ｌのサンプルを光学顕微鏡で観察し、サンプル中の気泡を直径の階級別に分類することで得た。また、このヒストグラムから、気泡Ｂのゾータ（Sauter）平均径Ｄ３２を求めた。ゾータ平均径Ｄ３２は、階級ｉの中央値をｄｉ、気泡数（度数）をｎｉとしたとき、値（ｎｉ×ｄｉ ３）／（ｎｉ×ｄｉ ２）の、階級ｉに関する和で与えられる。ゾータ平均径Ｄ３２は６８．０μｍであった。即ち、直径１００μｍ以下のファインバブルを生成できたことを確認した。 FIG. 6B shows a histogram which is a frequency distribution of the obtained bubbles B by diameter. This histogram was obtained by observing a sample of the liquid L containing the obtained bubbles B with an optical microscope and classifying the bubbles in the sample according to the class of diameter. Further, from the histogram was determined Zota (Sauter) average diameter D 32 of the bubble B. Zota average diameter D 32, when the median d i of rank i, the bubble count (frequency) was n i, the value of (n i × d i 3) / (n i × d i 2), class i Given in the sum of. Zota average diameter D 32 was 68.0Myuemu. That is, it was confirmed that fine bubbles having a diameter of 100 μm or less could be generated.
〔実施例２〕
液体Ｌとして、蒸留水の添加により粘度を２１．６ｃＰに調整した液体デキストリンを用いた。ガスタンク３０からの空気の供給量は１．５〜２．０Ｌ／ｍｉｎとした。これ以外は、実施例１と同じ条件で気泡を生成した。
[Example 2]
As liquid L, liquid dextrin having a viscosity adjusted to 21.6 cP by adding distilled water was used. The amount of air supplied from the gas tank 30 was 1.5 to 2.0 L / min. Other than this, bubbles were generated under the same conditions as in Example 1.
図７（Ａ）に、蓄気室１２の気圧変動のグラフを示す。実施例１と同じく、弁制御装置５０によって、蓄気室１２の気圧変動の周波数が５Ｈｚとなるよう電磁弁２０を制御した。蓄気室１２の気圧の平均値は約３ｋＰａであり、振幅は、１０〜１５ｋＰａであった。 FIG. 7A shows a graph of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12. Similarly to Example 1, the solenoid valve 20 was controlled by the valve control device 50 so that the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the accumulator 12 was 5 Hz. The average value of the air pressure in the air storage chamber 12 was about 3 kPa, and the amplitude was 10 to 15 kPa.
図７（Ｂ）に、得られた気泡Ｂのヒストグラムを示す。得られた気泡Ｂのゾータ平均径Ｄ３２は５２．１μｍであった。以上のように、粘度が蒸留水の約２０倍程度の粘性液体に対しても、ファインバブルを生成できたことを確認した。 FIG. 7B shows a histogram of the bubble B obtained. Zota average diameter D 32 of the resulting air bubbles B was 52.1Myuemu. As described above, it was confirmed that fine bubbles could be generated even for a viscous liquid having a viscosity of about 20 times that of distilled water.
〔実施例３〕
図４に示す気泡生成装置２００を用いて気泡の生成を行った。但し、気泡生成ノズル１１２は用いず、図５（Ｄ）の例と同様、ガス流路７０を構成する直管状部材を直接的に液体貯留部８０ａに挿入した。その直管状部材には内径０．５ｍｍの細管を用いた。液体貯留部８０ａは筒状をなし、その内径は１０ｍｍである。液体連通路９０には、内径０．７ｍｍ、長さ４０ｍｍの細管を用いた。液体Ｌには、粘度１ｃＰの蒸留水を用い、気泡Ｂを形成するガスには空気を用いた。ガスタンク３０からの空気の供給量は１．０〜２．０Ｌ／ｍｉｎとした。真空ポンプ４０には到達真空度−２０〜−１００ｋＰａのものを用いた。
Example 3
Bubbles were generated using the bubble generator 200 shown in FIG. However, the bubble generating nozzle 112 was not used, and the straight tubular member constituting the gas flow path 70 was directly inserted into the liquid storage portion 80a, as in the example of FIG. As the straight tubular member, a thin tube having an inner diameter of 0.5 mm was used. The liquid storage part 80a has a cylindrical shape, and its inner diameter is 10 mm. As the liquid communication path 90, a thin tube having an inner diameter of 0.7 mm and a length of 40 mm was used. Distilled water having a viscosity of 1 cP was used as the liquid L, and air was used as the gas forming the bubbles B. The amount of air supplied from the gas tank 30 was 1.0 to 2.0 L / min. The vacuum pump 40 having an ultimate vacuum of -20 to -100 kPa was used.
図８（Ａ）に、蓄気室１２の気圧変動のグラフを示す。弁制御装置５０によって、蓄気室８０の気圧変動の周波数が０．２Ｈｚとなるように電磁弁２０を制御した。蓄気室８０内の気圧の平均値は約８ｋＰａであり、振幅は、約３０ｋＰａであった。 FIG. 8A shows a graph of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12. The solenoid valve 20 was controlled by the valve controller 50 so that the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 80 was 0.2 Hz. The average value of the atmospheric pressure in the air storage chamber 80 was about 8 kPa, and the amplitude was about 30 kPa.
図８（Ｂ）に、得られた気泡Ｂのヒストグラムを示す。得られた気泡Ｂのゾータ平均径Ｄ３２は５１．１μｍであった。液体貯留部８０ａと液体連通路９０とを備えた構成により、実施例１に比べて小さなファインバブルを生成できたことを確認した。 FIG. 8B shows a histogram of the bubble B obtained. Zota average diameter D 32 of the resulting air bubbles B was 51.1Myuemu. It was confirmed that a fine bubble could be generated as compared with Example 1 by the configuration including the liquid reservoir 80a and the liquid communication path 90.
次に、液体Ｌ中に生成される気泡Ｂのサイズの、蓄気室１２の気圧変動の周波数に対する依存性を調べるために、蓄気室１２の気圧変動の周波数を種々変更した実施例４〜７及び比較例について説明する。 Next, in order to examine the dependency of the size of the bubble B generated in the liquid L on the frequency of the pressure fluctuation of the air storage chamber 12, Examples 4 to 4 in which the frequency of the pressure fluctuation of the air storage chamber 12 was variously changed. 7 and a comparative example will be described.
図９（Ａ）に、実施例４〜７で共通して用いた気泡生成ノズル６００の斜視図を示す。気泡生成ノズル６００は、直管状の本体部１１１の複数箇所に形成された絞り部６０１〜６０３を有する。絞り部６０１〜６０３の各々の流路断面積は、本体部１１１の流路断面積よりも小さい。絞り部６０１は、ガス流路１０の下流端を構成しており、絞り部６０２は、絞り部６０１よりも上流に配置されており、絞り部６０３は、絞り部６０２よりも上流に配置されている。 FIG. 9A shows a perspective view of a bubble generation nozzle 600 commonly used in Examples 4-7. The bubble generation nozzle 600 has narrowed portions 601 to 603 formed at a plurality of locations on the straight tubular main body 111. The channel cross-sectional area of each of the throttle portions 601 to 603 is smaller than the channel cross-sectional area of the main body 111. The throttle unit 601 constitutes the downstream end of the gas flow path 10, the throttle unit 602 is arranged upstream of the throttle unit 601, and the throttle unit 603 is arranged upstream of the throttle unit 602. Yes.
本体部１１１の流路断面は円形であり、絞り部６０１〜６０３の各々の流路断面は、一方向を長手方向とする長方形である。このように、本体部１１１と絞り部６０１〜６０３とで流路断面の形状を異ならせている。これにより、絞り部６０１〜６０３の流路断面を本体部１１１の流路断面と相似形とする場合に比べて、気泡Ｂを破砕する効果を高めることができ、かつ圧力損失を抑制できる。圧力損失を抑制することで、気泡生成ノズル６００内での液体Ｌの上下運動を円滑に行わせることができる。 The channel section of the main body 111 is circular, and each channel section of the throttle portions 601 to 603 is a rectangle whose one direction is the longitudinal direction. As described above, the shape of the cross section of the flow path is different between the main body portion 111 and the throttle portions 601 to 603. Thereby, compared with the case where the flow path cross section of the throttle parts 601 to 603 is similar to the flow path cross section of the main body part 111, the effect of crushing the bubbles B can be enhanced and the pressure loss can be suppressed. By suppressing the pressure loss, the vertical movement of the liquid L in the bubble generation nozzle 600 can be performed smoothly.
以下、絞り部６０１〜６０３の各々の流路断面の長手方向をＹ軸方向、同流路断面の短手方向をＸ軸方向、気泡生成ノズル６００の流路に沿う長さ方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を定義して説明を続ける。 Hereinafter, the longitudinal direction of each channel cross section of the throttle portions 601 to 603 is the Y axis direction, the short direction of the channel cross section is the X axis direction, and the length direction along the flow path of the bubble generation nozzle 600 is the Z axis direction. The XYZ Cartesian coordinate system is defined and the description is continued.
図９（Ｂ）は、気泡生成ノズル６００のＸＺ平面に平行な断面図である。絞り部６０２のＺ軸方向中間位置の下流端からの距離Ｄ１は、１０ｍｍである。絞り部６０３のＺ軸方向中間位置の下流端からの距離Ｄ２は、３０ｍｍである。本体部１１１の内径Ｄ３は１．５５ｍｍであり、本体部１１１のＺ軸方向の全長は１２０ｍｍである。絞り部６０１〜６０３の流路断面のＸ軸方向の幅Ｄ４は、４００μｍ以下である。なお、絞り部６０１〜６０３の流路断面のＹ軸方向の幅は、本体部１１１の内径Ｄ３と略等しい。 FIG. 9B is a cross-sectional view of the bubble generation nozzle 600 parallel to the XZ plane. A distance D1 from the downstream end of the Z-axis direction intermediate position of the throttle unit 602 is 10 mm. A distance D2 from the downstream end of the Z-axis direction intermediate position of the throttle portion 603 is 30 mm. The inner diameter D3 of the main body 111 is 1.55 mm, and the total length of the main body 111 in the Z-axis direction is 120 mm. The width D4 in the X-axis direction of the flow path cross section of the throttle portions 601 to 603 is 400 μm or less. The width in the Y-axis direction of the flow path cross section of the throttle portions 601 to 603 is substantially equal to the inner diameter D3 of the main body portion 111.
〔実施例４〕
図１に示す気泡生成装置１００において、気泡生成ノズル１１２に代えて、上述した気泡生成ノズル６００を用い、気泡Ｂを生成した。液体Ｌには、粘度１ｃＰの蒸留水を用い、気泡Ｂを形成するガスには空気を用いた。ガスタンク３０からの空気の供給量は０．５〜２．０Ｌ／ｍｉｎとした。真空ポンプ４０には到達真空度−２０〜−１００ｋＰａのものを用いた。
Example 4
In the bubble generating apparatus 100 shown in FIG. 1, instead of the bubble generating nozzle 112, the bubble generating nozzle 600 described above was used to generate the bubble B. Distilled water having a viscosity of 1 cP was used as the liquid L, and air was used as the gas forming the bubbles B. The amount of air supplied from the gas tank 30 was 0.5 to 2.0 L / min. The vacuum pump 40 having an ultimate vacuum of -20 to -100 kPa was used.
図１０（Ａ）に、蓄気室１２の気圧変動のグラフを示す。弁制御装置５０によって、蓄気室１２の気圧変動の周波数が４．５Ｈｚとなるよう電磁弁２０を制御した。蓄気室１２の気圧の平均値は約１０ｋＰａであり、振幅は、１５〜２０ｋＰａであった。 FIG. 10A shows a graph of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12. The solenoid valve 20 was controlled by the valve control device 50 so that the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12 was 4.5 Hz. The average value of the pressure in the air storage chamber 12 was about 10 kPa, and the amplitude was 15 to 20 kPa.
図１０（Ｂ）に、得られた気泡Ｂのヒストグラムを示す。気泡Ｂのゾータ平均径Ｄ３２は３５７．１μｍであった。 FIG. 10B shows a histogram of the bubble B obtained. The average diameter D 32 of the bubbles B was 357.1 μm.
〔実施例５〕
蓄気室１２の気圧変動の周波数を実施例４の条件とは異ならせ、周波数以外は実施例４と同じ条件で気泡Ｂを生成した。
Example 5
The frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12 was made different from the condition of Example 4, and bubbles B were generated under the same conditions as in Example 4 except for the frequency.
図１１（Ａ）に、蓄気室１２の気圧変動のグラフを示す。弁制御装置５０によって、蓄気室１２の気圧変動の周波数が５．３Ｈｚとなるよう電磁弁２０を制御した。蓄気室１２の気圧の平均値は約７．５ｋＰａであり、振幅は、１０〜１５ｋＰａであった。 FIG. 11A shows a graph of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12. The solenoid valve 20 was controlled by the valve control device 50 so that the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12 was 5.3 Hz. The average value of the pressure in the air storage chamber 12 was about 7.5 kPa, and the amplitude was 10 to 15 kPa.
図１１（Ｂ）に、得られた気泡Ｂのヒストグラムを示す。気泡Ｂのゾータ平均径Ｄ３２は１３５．４μｍであった。 FIG. 11B shows a histogram of the bubble B obtained. Zota average diameter D 32 of the bubble B was 135.4Myuemu.
〔実施例６〕
蓄気室１２の気圧変動の周波数を実施例４及び５の条件とは異ならせ、周波数以外は実施例４及び５と同じ条件で気泡Ｂを生成した。
Example 6
The frequency of the pressure fluctuation in the air storage chamber 12 was made different from the conditions of Examples 4 and 5, and bubbles B were generated under the same conditions as in Examples 4 and 5 except for the frequency.
図１２（Ａ）に、蓄気室１２の気圧変動のグラフを示す。弁制御装置５０によって、蓄気室１２の気圧変動の周波数が８．３Ｈｚとなるよう電磁弁２０を制御した。蓄気室１２の気圧の平均値は約１０．５ｋＰａであり、振幅は、１５〜２０ｋＰａであった。 FIG. 12A shows a graph of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12. The solenoid valve 20 was controlled by the valve control device 50 so that the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12 was 8.3 Hz. The average value of the pressure in the air storage chamber 12 was about 10.5 kPa, and the amplitude was 15 to 20 kPa.
図１２（Ｂ）に、得られた気泡Ｂのヒストグラムを示す。気泡Ｂのゾータ平均径Ｄ３２は７８．６μｍであった。 FIG. 12B shows a histogram of the bubble B obtained. Zota average diameter D 32 of the bubble B was 78.6Myuemu.
〔実施例７〕
蓄気室１２の気圧変動の周波数を実施例４〜６の条件とは異ならせ、周波数以外は実施例４〜６と同じ条件で気泡Ｂを生成した。
Example 7
The frequency of the pressure fluctuation in the air storage chamber 12 was made different from the conditions of Examples 4 to 6, and the bubbles B were generated under the same conditions as in Examples 4 to 6 except for the frequency.
図１３（Ａ）に、蓄気室１２の気圧変動のグラフを示す。弁制御装置５０によって、蓄気室１２の気圧変動の周波数が１４．３Ｈｚとなるよう電磁弁２０を制御した。蓄気室１２の気圧の平均値は約２．３ｋＰａであり、振幅は、５〜１０ｋＰａであった。 FIG. 13A shows a graph of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12. The solenoid valve 20 was controlled by the valve control device 50 so that the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12 was 14.3 Hz. The average value of the pressure in the air storage chamber 12 was about 2.3 kPa, and the amplitude was 5 to 10 kPa.
図１３（Ｂ）に、得られた気泡Ｂのヒストグラムを示す。気泡Ｂのゾータ平均径Ｄ３２は４５．２μｍであった。 FIG. 13B shows a histogram of the bubble B obtained. Zota average diameter D 32 of the bubble B was 45.2Myuemu.
〔比較例〕
実施例４〜７で用いた気泡生成ノズル６００を用い、蓄気室１２の気圧変動の周波数をゼロとして、気泡Ｂを生成した。具体的には、蓄気室１２の気圧を、気泡生成ノズル６００への液体Ｌの吸い込みは生じず、気泡生成ノズル６００の下流端から徐々に気泡Ｂが離脱するような一定値に保った。この場合、液体Ｌ中に生成された気泡Ｂのゾータ平均径Ｄ３２は３３６０μｍであった。
[Comparative Example]
The bubble generation nozzle 600 used in Examples 4 to 7 was used, and the bubble B was generated with the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12 being zero. Specifically, the air pressure in the air accumulation chamber 12 was maintained at a constant value so that the liquid L was not sucked into the bubble generation nozzle 600 and the bubbles B gradually separated from the downstream end of the bubble generation nozzle 600. In this case, Zota average diameter D 32 of the generated gas bubbles B in the liquid L was 3360Myuemu.
図１４に、以上説明した実施例４〜７及び比較例で得られた気泡Ｂのゾータ平均径Ｄ３２をプロットしたグラフを示す。横軸は、蓄気室１２の気圧変動の周波数を示す。共通の気泡生成ノズル６００を用いる場合、蓄気室１２の気圧変動の周波数が高い程、ゾータ平均径Ｄ３２の小さな気泡Ｂが得られることが分かる。蓄気室１２の気圧変動の周波数を調整することにより、ゾータ平均径Ｄ３２４５．２μｍ以上、３３６０μｍ未満の気泡Ｂを生成することができた。 Figure 14 shows a graph plotting the Zota average diameter D 32 of the resulting air bubbles B in Examples 4-7 and Comparative Examples described above. The horizontal axis represents the frequency of atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12. When using a common bubble generation nozzle 600, the higher the frequency of the pressure variations in蓄気chamber 12, it is seen that small bubbles B of Zota average diameter D 32 is obtained. By adjusting the frequency of the atmospheric pressure fluctuation in the air storage chamber 12, it was possible to generate bubbles B having an average zoeta diameter D 32 of 45.2 μm and less than 3360 μm.
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明した。本発明はこれに限られず、例えば、以下に述べる変形が可能である。 The embodiment and the example of the present invention have been described above. The present invention is not limited to this. For example, the following modifications are possible.
上記実施形態及び実施例では、１つのガス流路１０又は７０を備えた気泡生成装置を示したが、気泡生成装置は、複数のガス流路を備えてもよい。例えば、図１で、下流側ガス管１１を蓄気室１２に複数本接続してもよい。また、図４で、液体貯留部８０ａに複数本のガス流路７０を挿入してもよい。複数のガス流路を備えることにより、気泡の生成効率を高めることができる。 In the above-described embodiment and examples, the bubble generating device including one gas flow path 10 or 70 is shown, but the bubble generating apparatus may include a plurality of gas flow paths. For example, a plurality of downstream gas pipes 11 may be connected to the air storage chamber 12 in FIG. Further, in FIG. 4, a plurality of gas flow paths 70 may be inserted into the liquid storage portion 80a. By providing a plurality of gas flow paths, the bubble generation efficiency can be increased.
上記実施形態及び実施例では、１つの孤立した液槽６０内で気泡Ｂの生成を行ったが、液体Ｌを案内する液体循環路中で、気泡を生成することもできる。例えば、その液体循環路に、図１の下流側ガス管１１又は図４の液体連通路９０を挿入することで、その液体循環路中に気泡を生成することもできる。図１及び図４に示す液槽６０は、液体の循環経路の一部を構成するものであってもよい。 In the embodiment and the examples, the bubbles B are generated in one isolated liquid tank 60. However, the bubbles can also be generated in the liquid circulation path that guides the liquid L. For example, by inserting the downstream gas pipe 11 in FIG. 1 or the liquid communication path 90 in FIG. 4 into the liquid circulation path, bubbles can be generated in the liquid circulation path. The liquid tank 60 shown in FIGS. 1 and 4 may constitute a part of a liquid circulation path.
上記実施形態及び実施例では、断面が円形のガス流路を用いたが、ガス流路の断面形状は限定されない。気泡生成ノズル１１２や本体部１１１の断面形状は、例えば、矩形、多角形、又は楕円形であってもよい。ガスとしては、空気の他、例えば、酸素、オゾン、二酸化炭素、窒素等を用いることができる。 In the above-described embodiment and examples, the gas channel having a circular cross section is used, but the cross-sectional shape of the gas channel is not limited. The cross-sectional shape of the bubble generation nozzle 112 and the main body 111 may be, for example, a rectangle, a polygon, or an ellipse. As the gas, for example, oxygen, ozone, carbon dioxide, nitrogen or the like can be used in addition to air.
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態及び実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。即ち、本発明の範囲は、実施形態及び実施例ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。 Various embodiments and modifications can be made to the present invention without departing from the broad spirit and scope of the present invention. The above-described embodiments and examples are for explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples but by the claims. Various modifications within the scope of the claims and within the scope of the equivalent invention are considered to be within the scope of the present invention.
１０，７０…ガス流路、１０ａ，７０ａ…下流端、１０ｂ，７０ｂ…上流端、１１…下流側ガス管、１１１…本体部、１１２，１１２’，３００，４００，５００，６００…気泡生成ノズル、１１２ａ…縮径テーパ部、１１２ｂ，３０１…喉部、１１２ｃ，３０２…拡径テーパ部、１１２ｄ，３０３…直管部、１１２ｅ…端部開口、１２，８０…蓄気室、１３…上流側ガス管、２０…電磁弁、２０ａ…第１の入力ポート、２０ｂ…第２の入力ポート、２０ｃ…出力ポート、３０…ガスタンク、４０…真空ポンプ、５０…弁制御装置、６０…液槽、８０ａ…液体貯留部、９０…液体連通路、１００，２００…気泡生成装置、４０１…オリフィス、５０１…シャワープレート、５０１ａ…貫通孔、６０１〜６０３…絞り部、Ｌ…液体、Ｂ…気泡。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,70 ... Gas flow path, 10a, 70a ... Downstream end, 10b, 70b ... Upstream end, 11 ... Downstream gas pipe, 111 ... Main-body part, 112, 112 ', 300, 400, 500, 600 ... Bubble generation nozzle 112a ... Reduced diameter taper part, 112b, 301 ... Throat part, 112c, 302 ... Expanded taper part, 112d, 303 ... Straight pipe part, 112e ... End opening, 12, 80 ... Accumulation chamber, 13 ... Upstream side Gas pipe, 20 ... Solenoid valve, 20a ... First input port, 20b ... Second input port, 20c ... Output port, 30 ... Gas tank, 40 ... Vacuum pump, 50 ... Valve controller, 60 ... Liquid tank, 80a DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Liquid storage part, 90 ... Liquid communication path, 100, 200 ... Bubble production | generation apparatus, 401 ... Orifice, 501 ... Shower plate, 501a ... Through-hole, 601-603 ... Restriction part, L ... Liquid, B ... Bubble.
Claims (6)
前記ガス流路内を減圧することにより、前記液体が前記ガス流路内のガスと混ざり合うように、前記液体を前記下流端から吸い込ませたのち、前記ガス流路内を加圧することにより、前記ガス流路内の前記液体及び該液体と混ざり合った前記ガスを、前記下流端から前記液体中に噴出させるガス圧制御装置と、
を備える気泡生成装置。 A gas flow path whose downstream end is disposed in the liquid;
By reducing the pressure in the gas flow path, the liquid is sucked from the downstream end so that the liquid mixes with the gas in the gas flow path, and then the pressure in the gas flow path is increased. A gas pressure control device that ejects the liquid in the gas flow channel and the gas mixed with the liquid from the downstream end into the liquid;
A bubble generating device comprising:
前記ガス圧制御装置によって前記ガス流路内が減圧された際に、前記ノズルから吸い込まれた液体が、前記絞り部から前記ガス流路の上流端側に向かって噴出することにより、前記ガス流路内のガスと混ざり合う請求項１に記載の気泡生成装置。 The downstream end of the gas flow path is composed of a nozzle having a throttle portion that restricts the flow of the liquid,
When the gas flow path is depressurized by the gas pressure control device, the liquid sucked from the nozzle is ejected from the throttle portion toward the upstream end side of the gas flow path, whereby the gas flow The bubble generating device according to claim 1, wherein the bubble generating device mixes with gas in the road.
第１及び第２の入力ポート並びに出力ポートの少なくとも３つのポートを有し、前記出力ポートに前記ガス流路の上流端が接続される弁と、
前記第１の入力ポートに接続されるガスタンクと、
前記第２の入力ポートに接続される真空ポンプと、
前記第１の入力ポートが前記出力ポートに連通された状態と、前記第２の入力ポートが前記出力ポートに連通された状態とが交互に切り替えられるように、前記弁を制御する弁制御装置と、
を有する請求項１又は２に記載の気泡生成装置。 The gas pressure control device is
A valve having at least three ports of a first and a second input port and an output port, the upstream end of the gas flow path being connected to the output port;
A gas tank connected to the first input port;
A vacuum pump connected to the second input port;
A valve control device that controls the valve so that the state in which the first input port communicates with the output port and the state in which the second input port communicates with the output port are alternately switched; ,
The bubble generating apparatus according to claim 1 or 2, comprising:
前記液体貯留部を、前記蓄気室の外部において液体を貯留する液槽に連通させる液体連通路と、をさらに備え、
前記ガス圧制御装置が、前記ガス流路の上流端からガスを送り込む際に前記蓄気室を加圧し、前記ガス流路内を減圧する際に前記蓄気室を減圧する制御を行う請求項１から３のいずれか１項に記載の気泡生成装置。 An air storage chamber having a liquid storage section for storing the liquid in which a downstream end of the gas flow path is disposed;
A liquid communication path for communicating the liquid storage part with a liquid tank for storing liquid outside the air storage chamber;
The said gas pressure control apparatus performs control which pressurizes the said air storage chamber when sending in gas from the upstream end of the said gas flow path, and depressurizes the said air storage chamber when depressurizing the inside of the said gas flow path. The bubble production | generation apparatus of any one of 1-3.
前記吸い込ませた液体及び該液体と混ざり合った前記ガスを、前記ガス流路内を加圧することにより、前記下流端から前記液体中に噴出させるステップと、
を含む気泡生成方法。 Sucking the liquid from the downstream end so that the liquid mixes with the gas in the gas flow path by reducing the pressure in the gas flow path where the downstream end is disposed in the liquid;
Injecting the sucked liquid and the gas mixed with the liquid into the liquid from the downstream end by pressurizing the gas flow path;
A method for generating bubbles.
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