JP2018122294A - バブル生成ノズルおよび、これを備えるバブル含有液製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】微細気泡を効率よく生成できる小型のバブル生成ノズルを提供する。【解決手段】本発明に係るバブル生成ノズルは、円形の断面の空間を有し、ループ流を形成する気液混合室１２０mと、前記気液混合室１２０mの一端側に設けられ、加圧された液体を前記気液混合室１２０mに供給する液体供給孔と、気体が流入する気体供給孔と、前記気液混合室１２０mの他端側に設けられ、前記気体供給孔から流入した気体を、前記液体供給孔の中心軸を中心に螺旋状に周回させながら、前記気液混合室１２０mの空間の周に沿って前記気液混合室１２０mの一端側に向かうように前記気液混合室１２０ｍに供給する気体供給経路１２０ｔと、前記液体供給孔の孔径よりも大きな孔径を有し、前記気液混合室１２０mにおいて液体と気体とが混合されたバブル含有液を噴出させる噴出孔１２２gとを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、液中に微細気泡を生成するバブル生成ノズルおよび、これをバブル生成部として備えるバブル含有液製造システムに関する。

近年、液中にマイクロオーダーの粒径を有する気泡（マイクロバブル）やナノオーダーの粒径を有する気泡（ナノバブル）を含有させたバブル含有液が注目されており、医療、農業、水産業、飲食、養殖等の各分野への応用が図られている。そのような微細気泡を液中に生成する装置が開発されている。

例えば、特許文献１に示すナノバブル製造装置では、バブル生成部により生成されたマイクロバブルが超音波圧壊により、ナノバブルに変換されることが記載されている。このバブルナノバブル製造装置のバブル生成部では、気液混合体が旋回、圧壊、畜養および発泡されることにより、液中に微細気泡が生成されている。

また、例えば、特許文献２に示すノズル型のバブル発生装置もある。このバブル発生装置では、気液混合体が気液混合室でループ流を形成するように混合されて、ループ状の流れによって気液混合体が攪拌され、ループ流の中で気泡が微細化されて液中に微細気泡が生成されている。

特開２０１５−１８６７８１号公報 特開２００９−１８９９８４号公報

しかし、特許文献１に記載のバブル生成装置は、バブルを生成するために旋回部、圧壊部畜養部よび発泡部が設けられ、装置が大型かつ構造が複雑で、組み立ても煩雑になるという問題があった。一方、特許文献２に記載のノズル型のバブル生成装置は、組み立ては簡単でノズル型にまとまるため大型化はしないものの、微細気泡の生成能力が十分でない場合があった。特に、ポンプ吐出側に当該ノズルを配置した場合、ポンプ吐出圧の影響からガス圧を上げないと十分に気体を吸引できずバブル化でき難いという課題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、微細気泡を効率よく生成できる小型のバブル生成ノズルを提供することを目的とする。

本発明に係る第１のバブル生成ノズルは、第１の方向を軸方向とした略円環状の有底部材と、当該軸方向から前記有底部材に嵌め込まれる略円環状の筒状部材とを備え、前記有底部材は、円柱状の円柱空間を形成する円環状の側壁部と、前記側壁部に連続し、切頭円錐状の第１の切頭円錐空間を形成する底部とを備え、前記有底部材の前記底部は、前記第１の切頭円錐空間に連続する円柱状の液体供給孔を有し、前記第１の切頭円錐空間は、切頭円錐の底面で前記円柱空間に連続し、切頭面で前記液体供給孔に連続し、前記筒状部材は、切頭円錐状の第２の切頭円錐空間を形成する円環状の第１の側周部と、前記底部の前記液体供給孔よりも径の大きい円柱状の噴出孔を形成する円環状の第２の側周部とを備え、前記筒状部材の第１の側周部は、径方向の外側に開放し、第１の方向に向けて螺旋状に延びる複数の凹部を有し、前記筒状部材の前記第２の切頭円錐空間は、その切頭面で前記噴出孔に連続し、前記筒状部材が前記有底部材に嵌め込まれることにより、前記第１の切頭円錐空間と前記円柱空間と前記第２の切頭円錐空間とが気液混合室を形成し、かつ前記凹部が前記気液混合室に連通し、前記液体供給孔を介して前記気液混合室に液体を供給され、前記凹部を介して前記気液混合室に気体を供給される。

このようにすれば、気液混合室は、第１の切頭円錐空間と円柱空間と第２の切頭円錐空間とから円柱の両側から縮径する略ラグビーボールのような形状に形成され、第１の方向の全体に渡って円形の断面空間を有する。気液混合室は、この気液混合室の一方側の中央の液体供給孔から液体が供給され、気液混合室の他方側の側周から螺旋状の流れの気体が供給される。これにより、気液混合室では、気液混合体がスクリュー状のループ流を形成される。したがって、気液混合室でのループ流の経路が実質的に延び、気液混合体が十分に撹拌されて、大量の微細気泡が生成される。そして、微細気泡を含有するバブル含有液が噴出孔から噴出される。これにより、効率よく、微細気泡を生成し、バブル含有液を供給することができる。

前記筒状部材の第２の側周部は、さらに、切頭円錐状の第３の切頭円錐空間を形成し、前記第３の切頭円錐空間は、その切頭面で前記第２の切頭円錐空間の反対側から前記第２の側周部の前記噴出孔に連続するようにしてもよい。このようにすれば、噴出口から噴出する気液混合体が減圧され、効率よく微細気泡を生成することができる。

前記第１の側周部に設けられた複数の凹部は周方向に均等な間隔で形成されていてもよい。このようにすれば、均一なスクリュー状のループ流を形成することができ、効率よく微細気泡を生成することができる。

本発明に係る第２のバブル生成ノズルは、切頭円錐形状の第１の切頭円錐空間と、当該切頭円錐の底面で前記第１の切頭円錐空間に連続する円柱状の円柱空間と、前記第１の切頭円錐空間と反対側から前記円柱空間に底面で連続する切頭円錐形状の第２の切頭円錐空間とからなる気液混合室を有し、前記第１の切頭円錐空間と、前記円柱空間と、前記第２の切頭円錐空間とは中心軸を同一にし、前記第２の切頭円錐空間の切頭面は、前記第１の切頭円錐空間の切頭面よりも大きく、前記第１の切頭円錐空間の切頭面から液体が前記気液混合室に供給され、前記円柱空間の側周に沿った螺旋状の流れを形成する気体が前記第２の切頭円錐空間の底面の側周から供給され、前記気液混合室で液体と気体とを混合された気液混合体が前記第２の切頭円錐空間の切頭面から噴出される。

このようにすれば、気液混合室は、第１の切頭円錐空間と円柱空間と第２の切頭円錐空間とから円柱の両側から縮径する略ラグビーボールのような形状に形成され、第１の方向の全体に渡って円形の断面空間を有する。気液混合室は、この気液混合室の一方側の中央の液体供給孔から液体が供給され、気液混合室の他方側の側周から螺旋状の流れの気体が供給される。これにより、気液混合室では、気液混合体がスクリュー状のループ流を形成される。したがって、気液混合室でのループ流の経路が実質的に延び、気液混合体が十分に撹拌されて、大量の微細気泡が生成される。そして、微細気泡を含有するバブル含有液が噴出孔から噴出される。これにより、効率よく、微細気泡を生成し、バブル含有液を供給することができる。また、気体導入部が斜行しているため液体の圧力が直接気体に加圧されることがないため、低ガス圧力でも問題なくバブル化できる。

前記第２の切頭円錐空間の側面の外側には、前記第２の切頭円錐空間と中心軸を同じにして回転する螺旋状に均等な間隔で設けられた複数の気体供給経路が形成され、
前記気体供給経路を介して、前記第２の切頭円錐空間の外周から前記円柱空間の外周に沿って螺旋状の流れを形成する気体が供給されてもよい。このようにすれば、気体供給経路が確実に螺旋状の流れを形成する気体を供給し、効率よく、微細気泡を生成し、バブル含有液を供給することができる。

さらに、前記第２の切頭円錐空間に当該切頭円錐の切頭面に連続する円柱状の噴出孔と、前記第２の切頭円錐空間と反対側から前記噴出孔に底面で連続する第３の切頭円錐空間を有し、前記第２の切頭円錐空間の切頭面をから噴出したバブル含有液は、前記噴出孔を介して、前記第３の切頭円錐空間の切頭面から底面に向けて噴出するようにしてもよい。このようにすれば、噴出口から噴出する気液混合体が減圧され、効率よく微細気泡を生成することができる。

本発明に係る第３のバブル生成ノズルは、円形の断面の空間を有し、ループ流を形成する気液混合室と、前記気液混合室の一端側に設けられ、加圧された液体を前記気液混合室に供給する液体供給孔と、気体が流入する気体供給孔と、前記気液混合室の他端側に設けられ、前記気体供給孔から流入した気体を、前記液体供給孔の中心軸を中心に螺旋状に周回させながら、前記気液混合室の空間の周に沿って前記気液混合室の一端側に向かうように前記気液混合室に供給する気体供給経路と、前記液体供給孔の中心軸と一致するように前記気液混合室の他端に設けられ、前記液体供給孔の孔径よりも大きな孔径を有し、前記気液混合室において液体と気体とが混合されたバブル含有液を噴出させる噴出孔とを備える。

このようにすれば、気液混合室は、円形の断面を有し中央から両側に向けて縮径する略ラグビーボールのような形状に形成される。気液混合室は、この気液混合室の一方側の中央の液体供給孔から液体が供給され、気液混合室の他方側の側周から螺旋状の流れの気体が供給される。これにより、気液混合室では、気液混合体がスクリュー状のループ流を形成される。したがって、気液混合室でのループ流の経路が延び、気液混合体が十分に撹拌されて、大量の微細気泡が生成される。そして、微細気泡を含有するバブル含有液が噴出孔から噴出される。これにより、効率よく、微細気泡を生成し、バブル含有液を供給することができる。

前記気体供給経路は、他端側から一端側に伸び均等な間隔で設けられた複数の螺旋状に構成されていてもよい。このようにすれば、均等な間隔でも設けられた凹部が確実に螺旋状の流れを形成する気体を供給し、効率よく、微細気泡を生成し、バブル含有液を供給することができる。

さらに、前記噴出口に切頭面で連続する第３の切頭円錐空間を有し、バブル含有液は前記第３の切頭円錐空間の切頭面から底面に向けて放出することで、減圧されながら噴出する。このようにすれば、噴出口から噴出する気液混合体が減圧され、効率よく微細気泡を生成することができる。

本発明に係るバブル含有液製造システムは、前記したバブル生成ノズルと、前記バブル生成ノズルに接続され、前記バブル生成ノズルより生成された微細気泡を超音波圧壊して超微細気泡を生成するバブル圧壊部と、また前記バブル圧壊部に接続され、前記バブル圧壊部により圧壊された超微細気泡含有液を貯留する貯留部とを備え、前記貯留部は、前記バブル生成ノズルに接続され、貯留した超微細気泡含有液を前記バブル生成ノズルに再帰させる。

これによれば、バブル生成ノズルにより効率よく、微細気泡を生成し、さらに、微細気泡が超音波圧壊されることにより、超微細気泡が効率よく生成できる。さらに、バブル含有液とバブル圧壊部と貯留部とがバブル含有液を循環させるように接続されていることにより、繰り返しバブル含有液にバブルを生成することができ、効率よく、確実に超微細気泡を含有するバブル含有液を製造することができる。

本発明によれば、微細気泡を効率よく生成できる小型のバブル生成ノズルを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るバブル含有液製造システムの機能ブロックを示す図である。 図１に示すバブル含有液製造システムの均一化部の高圧印可部を示す概略図である。 図１に示すバブル含有液製造システムの均一化部の微細化部を示す概略図である。 図１に示すバブル含有液製造システムのバブル生成部（バブル生成ノズル）の有底部材を示す図であり、（Ａ）は有底部材の側面図を示し、（Ｂ）は有底部材の底面図を示し、（Ｃ）は図４（Ａ）の有底部材を４Ｃ−４Ｃ’で切断した側断面図を示し、（Ｄ）は有底部材の斜視図を示す。 図１に示すバブル含有液製造システムのバブル生成部（バブル生成ノズル）の筒状部材を示す図であり、（Ａ）は筒状部材の側面図を示し、（Ｂ）は筒状部材の底面図を示し、（Ｃ）は図５（Ａ）の筒状部材を５Ｃ−５Ｃ’で切断した側断面図を示し、（Ｄ）は筒状部材の斜視図を示す。 図１に示すバブル含有液製造システムのバブル生成部（バブル生成ノズル）の動作を説明するための概略側断面図を示す。 図１に示すバブル圧壊部を示す図であり、（Ａ）はバブル圧壊部の側面図、（Ｂ）はバブル圧壊部の正面図を示す。 図７（Ｂ）に示すバブル圧壊部を８−８’で切断した図を示す。 図１の貯留部を示す概略図であり、（Ａ）は貯留部の平面図を示し、（Ｂ）は貯留部の正面図を示し、（Ｃ）は貯留部の側面図を示し、（Ｄ）は貯留部の底面図を示す。 図１に示す脱気部を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るバブル含有液製造システムの機能ブロックを示す図である。 図１１の貯留部を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂの断面図である。 図１２の貯留部のバブル含有液導入口を示し、(Ａ)はバブル含有液導入口の正面図、(Ｂ)はバブル含有液導入口の側面図を示す。

［第１の実施形態］

第１の実施形態に係るバブル含有液製造システム１００について、図１〜図１０を参照して説明する。本実施形態に係るバブル含有液製造システム１００は、主に、牛乳や果汁等に代表される液体を製造する上で、液体内の粒子の均一化、液体内の溶存酸素の除去および液体の殺菌などを行うとともにバブル含有液を製造することを目的とする。特に、本実施形態においては、脂肪球などの粒子を含む牛乳の製造について説明する。しかし、バブル含有液製造システム１００は他の用途に適用されてもよい。例えば、純粋にオゾンバブルを生成し、殺菌洗浄用のバブル含有液を製造してもよい。

図１は、バブル含有液製造システム１００の機能ブロック図を示す。バブル含有液製造システム１００は、主に、液体を均一化する均一化部１１０と、液体に微細気泡を生成するバブル生成部１２０と、液体内の微細気泡を圧壊して超微細気泡に変換するバブル圧壊部１３０と、液体を貯留する貯留部１４０と、液体内の溶存酸素を脱気する脱気部１５０とを備える。

バブル生成部１２０と、バブル圧壊部１３０と、貯留部１４０とは、相互に接続されており、バブル含有液体を循環させる第１の循環経路１７０(ループ)を形成している。また、脱気部１５０は、貯留部１４０に貯留された液体を循環させる第２の循環経路１８０内に組み込まれて接続されている。

また、バブル含有液製造システム１００は、液体をバブル含有液製造システム１００に導入する液体導入部１０１と、バブル含有液製造システム１００に導入する気体導入部１０２と、液体をバブル含有液製造システム１００から外部に取り出す取出部１０３と、バブル含有液製造システム１００の各部に冷却水を供給する冷却部１０４と、貯留部１４０を加圧する加圧部１０５と、液体をバブル含有液製造システム１００の外部に排出する排出部１０６とを備える。気体導入部１０２は、気体として二酸化炭素ガス、窒素ガス、オゾンガス、酸素ガス等のガスを選択的に導入できる。

バブル含有液製造システム１００の各部は、バブル含有液製造システム１００を集中管理する制御部１９９により管理される。制御部１９９は、外部の制御装置等と連携して、バブル含有液製造システム１００を制御してもよい。また、バブル含有液製造システム１００の各部は、他の制御装置等により制御されてもよい。

［均一化部］

均一化部１１０は、液体内の粒子を粉砕して微細化することにより均一化する。本実施の形態において、均一化部１１０は、いわゆる高圧式バルブ型ホモジナイザとして装置化された均質化装置である（例えば、特開２０１０−１７６２３号公報を参照）。高圧式バルブ型ホモジナイザは、導入された液体に、いわゆるプランジャポンプにより高圧を作用させ、液体の流路に設けられたホモバルブ（均質バルブ）の微細な間隙より液体を噴出させる。その際に、液体内の粒子が、当該間隙で衝突、剪断されることにより粉砕されて微細化される。これにより、液体内の粒子のうち粒径の比較的大きなものが微細化されて、分散および均一化する。

均一化部１１０には、液体導入部１０１から液体が導入されると共に、気体導入部１０２から気体が導入される。本実施形態において、液体として牛乳（原乳）が導入され、気体として二酸化炭素ガスまたは窒素ガスが導入される。この液体と気体とが気液混合器（図示しない）を介して高圧印加部１１１に導入され、微細化部１１９を通過することで、液体内の粒子または気泡が微細化される。

図２は、バブル含有液製造システム１００の均一化部１１０として機能する高圧式バルブ型ホモジナイザの高圧印加部１１１を示す概略側断面図である。高圧印加部１１１は、後述するように、プランジャ１１２をシリンダブロック１１３内で進退させることにより、液体に高圧を作用させることができる。

高圧印加部１１１は、気体が混合された液体を導入される導入路１１４と、導入路１１４に接続されたディスチャージバルブ１１５と、ディスチャージバルブ１１５の下流に設けられた加圧空間１１６と、加圧空間１１６内を進退可能で往復運動するプランジャ１１２と、加圧空間１１６の下流に設けられたサンクションバルブ１１７と、サンクションバルブ１１７に接続された導出路１１８とを備える。

本実施形態において、導入路１１４は図面の紙背方向から液体を導入する。また、導出路１１８は図面の紙面方向に液体を導出する。さらに、ディスチャージバルブ１１５およびサンクションバルブ１１７は導入路１１４から導出路１１８に向けた流れ（図２における下方から上方に向けた流れ）のみを許容する逆止弁として機能する。また、プランジャ１１２は、シリンダブロック１１３に設けられた加圧空間１１６内を往復運動（図２における矢印の方向）可能に駆動させる駆動機構（図示しない）に結合されている。駆動機構は、カムとモータ等から構成される。

導入路１１４からディスチャージバルブ１１５を介して加圧空間１１６に液体が導入された状態で、プランジャ１１２が加圧空間１１６内を前進運動することにより加圧空間１１６が加圧される。加圧された液体は、サンクションバルブ１１７を介して導出路１１８に、高圧を作用された状態で導出される。このとき、ディスチャージバルブ１１５は逆止弁の機能により加圧された液体を導入路１１４に戻すことはない。

一方、プランジャ１１２が加圧空間１１６内から後退運動することにより、加圧空間１１６は減圧される。これにより、再び、ディスチャージバルブ１１５を介して液体が導入路１１４から導入される。このとき、サンクションバルブ１１７は逆止弁の機能により導出された液体を加圧空間１１６に戻すことはない。これにより、高圧印加部１１１は、高圧が作用した液体を供給できる。本実施形態において、１０ＭＰａ〜７０ＭＰａの高圧が液体に作用する。

さらに、プランジャ１１２は、その先端面が前進時に加圧空間１１６の内面に当たるように設計され、さらに、プランジャ１１２の先端面には微細な突起が設けられている（図示しない）。そのようにすれば、プランジャ１１２先端面が収容空間の内面に当たるときに微細な空間が形成され、その空間内において粒子や気泡が微細化される。

図３は、バブル含有液製造システム１００の均一化部１１０として機能する高圧式バルブ型ホモジナイザの微細化部１１９を示す概略側断面図である。均一化部１１０において、高圧印加部１１１の導出路１１８から導出された液体は、高圧が作用された状態で微細化部１１９に供給される（図３における矢印の方向）。なお、微細化部は、バルブ型であるが、液体内の粒子および気泡を微細化できれば、他の構成であってもよい。

微細化部１１９は、高圧を作用された状態で供給された液体が均質バルブ１１９ａを通過する。均質バルブ１１９ａは、微細な間隙１１９ｂが設けられており、この微細な間隙を通過する際に、粒子や気泡が衝突、剪断されて微細化して均一化する。この間隙を調整することにより、粒子や気泡を所望の粒径に調整することができる。一般に、均質バルブを通過した粒子および気泡は、１μｍ前後のサイズに微細化される。しかし、気泡は、数μｍ〜数十μｍのマイクロオーダーに微細化されてもよい。

本実施形態において、均一化部１１０は、高圧印加部１１１と微細化部１１９とを備える高圧式バルブ型ホモジナイザであるが、液体内の粒子を微細化、均一化できれば、他の構成であってもよい。均一化部１１０は、一体的な１つの装置であってもよいし、分離されていくつかの別々の要素から構築されてもよい。

［バブル生成部］

バブル生成部１２０は、いわゆるバブル生成ノズルであり、図４〜図６を用いて説明する。バブル生成ノズルは、一端側に底部１２１ａを形成された断面円形の有底管状の有底部材１２１と、筒状の筒状部材１２２とを備える。有底部材１２１の他端側から筒状部材１２２がはめ込まれることにより、断面円形の空間が気液混合室１２０ｍとして形成される。気液混合室１２０ｍは、気体と液体が流入し、混合されて気液混合体であるバブル含有液が生成される。

図４は有底部材の概略図を示し、図４（Ａ）は有底部材の側面図、図４（Ｂ）は有底部材の底面図、図４（Ｃ）は（Ａ）の４Ｃ−４Ｃ´の断面図、図４（Ｄ）は有底部材の斜視図を示す。また、図５は筒状部材の概略図を示し、図５（Ａ）は筒状部材の側面図、図５（Ｂ）は筒状部材の底面図、図５（Ｃ）は（Ａ）の５Ｃ−５Ｃ´の断面図、図５（Ｄ）は筒状部材の斜視図を示す。さらに、図６はバブル生成ノズルの動作を説明するための概略側断面図であり、バブル生成ノズルを実線で、他の構成を破線で示す。

有底部材１２１は、図４に示すように、円盤状の底部１２１ａと、底部１２１ａに連続する円環状の第１の側壁部１２１ｂと、第１の側壁部１２１ｂに連続する円環状の第２の側壁部１２１ｃとを備える。有底部材１２１は、第２の側壁部１２１ｂを貫通する気体供給孔１２１ｄを有する。有底部材１２１は、液体を供給するための液体供給孔１２１ｅを底部１２１ａに有する。液体供給孔１２１ｅは、図４（Ｂ）に示すように、底部１２１ａの中央に設けられている。

底部１２１ａは、図４（Ｃ）に示すように、切頭円錐状の第１の切頭円錐空間１２１ｆを形成している。また、底部１２１ａと第１の側壁部１２１ｂと第２の側壁部１２１ｃは、円柱状の第１の円柱空間１２１ｇを形成している。さらに、第２の側壁部１２１ｃは、第１の円柱空間１２１ｇよりも僅かに径の小さい円柱状の第２の円柱空間１２１ｈと、第１の円柱空間１２１ｇより径の大きい第３の円柱空間１２１ｉとを形成している。

第１の切頭円錐空間１２１ｆは、その切頭面で液体供給孔１２１ｅに連続し、第１の切頭円錐空間１２１ｆは、その底面で第１の円柱空間１２１ｇに連続する。すなわち、第１の切頭円錐空間１２１ｆは、液体供給孔１２１ｅから第１の円柱空間１２１ｇまで拡径するように延び、液体供給孔１２１ｅの内周面から第１の側壁部１２１ｂの内周面に連続するテーパ面から構成される。

筒状部材１２２は、図５に示すように、円環状の第１の側周部１２２ａと、第２の側周部１２２ｂとを備える。第２の側周部１２２ｂは、第１の側周領域１２２ｃと、第１の側周領域１２２ｃより径の大きい第２の側周領域１２２ｄと、第２の側周領域１２２ｄより径の小さい第３の側周領域１２２ｅとを備える。第１の側周部１２２ａおよび第２の側周部１２２ｂの第２の側周領域１２２ｄは、同一径で有底部材１２１の第２の円柱空間１２１ｈに収まる大きさとなっている。

第１の側周部１２２ａは、図５（Ｃ）に示すように、一方から他方に向けて縮径する切頭円錐形状の第２の切頭円錐空間１２２ｆを形成する。第２の側周部１２２ｂは、一方から他方に向けて延びる円柱状の第４の円柱空間１２２ｇと、一方から他方に向けて拡径する第３の切頭円錐空間１２２ｈとを形成する。第２の切頭円錐空間１２２ｆ、第４の円柱空間１２２ｇおよび第３の切頭円錐空間１２２ｈは、その順に連続しており、第２の切頭円錐空間１２２ｆの切頭面と、第４の円柱空間１２２ｇの底面および頂面と、第３の切頭円錐空間１２２ｈの切頭面とは、孔径を同じにして接続されており、第２の切頭円錐空間１２２ｆと、第４の円柱空間１２２ｇと、第３の切頭円錐空間１２２ｈとは、中心軸を同一にしている。

筒状部材１２２の第１の側周部１２２ａは、その外周に４つの螺旋状の凹部１２２ｉが形成されている。各凹部１２２ｉは、相互に均等な間隔で形成されており、捻じれながら一方から他方に伸びる。各凹部１２２ｉの一端は、第２の切頭円錐空間１２２ｆに連通する連通部１２２ｊを有する。

有底部材１２１および筒状部材１２２はＳＵＳ３１６のステンレスを材料に切削加工により形成されている。しかし、有底部材１２１および筒状部材１２２は他の金属を材料としてもよい。また、他にも、ガラス、セラミック、樹脂、陶磁器等の個体材料であってもよく、切削加工に限らず、射出成型加工、プレス成型加工等の材料に応じた加工をされていてもよい。

バブル生成ノズルは、図６に示すように、有底部材１２１に筒状部材１２２を第１の側周部１２２ａが奥となるように圧入により嵌め込むことにより、筒状部材１２２の第２の側周部１２２ｂの第２の側周領域１２２ｄおよび第１の側周部１２２ａは、有底部材１２１の第２の円柱空間１２１ｈにおいて、第１の側壁部１２１ｂの内面に全周に渡って接する。円筒部材１２２の第２の側周部１２２ｂの第１の側周領域１２２ｃは、有底部材１２１の第２の側壁部１２１ｂと共同して、有底部材１２１の気体供給孔１２１ｄに連通する環状空間１２０ｓを形成する。凹部１２２ｉは、環状空間１２０ｓから気液混合室１２０ｍに連通し螺旋に延びる気体供給経路１２０ｔを形成する。

また、第１の切頭円錐空間１２１ｆと、第１の円柱空間１２１ｇと、第２の切頭円錐空間１２２ｆとは、気液混合室１２０ｍを形成する。気液混合室１２０ｍは、第１の切頭円錐空間１２１ｆが底面で第１の円柱空間１２１ｇに続き、第２の切頭円錐空間１２２ｆが、その底面で第１の切頭円錐空間１２１ｆと反対側から第１の円柱空間１２１ｇに続くことにより、円柱の両側から縮径する略ラグビーボールのような形状に形成されている。したがって、気液混合室１２０ｍは全体に渡って円形の断面空間を有する。

第１の切頭円錐空間１２１ｆ、第１の円柱空間１２１ｇ、第２の切頭円錐空間１２２ｆ、第４の円柱空間１２２ｇおよび第３の切頭円錐空間１２２ｈとは、中心軸を同一にしている。第２の切頭円錐空間１２２ｆの切頭面は、液体供給孔１２１ｅよりも孔径が大きく、第１の切頭円錐空間１２１ｆ、第１の円柱空間１２１ｇおよび第２の切頭円錐空間１２２ｆの底面は、略同一の孔径となっている。ここで、第４の円柱空間１２２ｇは、気液混合体が噴出する噴出孔１２２ｇとして機能する。

気体供給経路１２０ｔは、気液混合室１２０ｍの側周に沿った螺旋状の流れを形成する気体を前記第２の切頭円錐空間１２２ｆの底面の側周から供給し、供給された気体は、第２の切頭円錐空間１２２ｆと中心軸を同一にして螺旋状に回転する流れを形成する。これにより、第２の切頭円錐空間１２２ｆの側周から第１の円柱空間１２１ｇの側周に沿って螺旋状の流れを形成する気体が供給される。

なお、気液混合室１２０ｍの内壁には、凹凸形状（例えば、いわゆる鮫肌、セラミックの溶射肌と同様のもの、又は突起形状など）が形成されている。これらは、内壁全体に施されている必要はなく、一部に形成されているだけでもよい。

次に、バブル生成ノズルの動作について説明する。図６は、実線で示されたバブル生成ノズルの他に、バブル生成ノズルの有底部材１２１の一端側に接続された液体導入管１２３と、バブル生成ノズルの筒状部材１２２の他端側に接続された気液混合体導出管１２４と、バブル生成ノズルの有底部材１２１の気体供給孔１２１ｄに接続された気体導入管１２５とを破線で示した図である。液体導入管１２３は内ねじが切られており、当該内ねじが有底部材１２１の底部１２１ａに切られた外ねじと螺合する。また、気液混合体導出管１２４は外ねじが切られており、当該外ねじが有底部材１２１の第３の円柱空間１２１ｉに切られた内ねじと螺合する。また、有底部材１２１は、これら他の管との螺合させるときにスパナで保持できるように、水平面が外周に設けられていてもよい。

また、液体導入管１２３は、ポンプ（図示しない）を介して貯留部１４０に接続されており、貯留部１４０に貯留された液体がポンプにより加圧されて（以下「加圧液体」とも称する。）導入される。また、気液混合体導出管１２４はバブル圧壊部１３０に接続され、バブル生成ノズルを介した第１の循環経路１７０が形成されている。また、気体導入管１２５は気体導入部１０２に絞り弁（図示しない）を介して接続されており、気体導入管１２５の内部には、バブルを安定して発生させることができるように、逆止弁１２６が設けられている。

まず、液体導入管１２３から液体供給孔１２１ｅを介して、加圧液体が気液混合室１２０ｍに供給される。このとき、加圧液体は、液体供給孔１２１ｅと、第１の切頭円錐空間１２１ｆ及び噴出孔１２２ｇとを結ぶ線上に沿って流れた後、その一部が噴出孔１２２ｇから拡がりながら噴出する。ここで、気体導入管１２５から環状空間１２０ｓと気体供給経路１２０ｔとを介して、気液混合室１２０ｍ内に気体が流入してくる。気体供給経路１２０ｔから気液混合室１２０ｍ内に供給された気体は、気液混合室１２０ｍ内で中心軸を流れ、気液混合室１２０ｍの他端側で周囲に広がり、中心軸の流れと反対向きの流れで気液混合室の側周を流れ、気液混合室１２０ｍの一端側で再び中心軸に戻るように循環するループ流を形成する。また、気液混合室１２０ｍが略円柱型の空間であるので、高速ループ流れを容易に形成することができ、上述の動作を容易に得ることができる。

さらに、気体供給孔１２１ｄから流入してきた気体は、環状空間１２０ｓにおいて中心軸を中心に周回されながら、気体供給経路から気液混合室１２０ｍの第１の切頭円錐空間１２１ｆに向かって気液混合室１２０ｍ内に供給される。これにより、気液混合室１２０ｍ内の真空度が向上されるため、気体供給孔１２１ｄから流入してくる気体の量を更に増加させることができて、気泡の発生が促進される。これらのような一連の動作によって、マイクロバブルなどのファインバブルが、連続的に発生される。

さらに、気体供給経路１２０ｔは、第２の切頭円錐空間１２２ｆの中心軸を中心に螺旋状に形成されているため、気体供給経路１２０ｔから供給される気体は、螺旋状に周回しながら、円形の断面形状を有する気液混合室１２０ｍの空間の周面に沿った流れを形成する。これにより、気液混合室１２０ｍでは、周方向に回転するスクリュー状のループ流が形成される。そして、気液混合室１２０ｍの内壁には、凹凸形状が形成されているので、高速ループ流れをしている液体と気体との混合流体である気液混合体が凹凸形状に衝突することによって、気液混合室１２０ｍ内の気体を更に細分化することができると共に、高速ループ流れを加速させ、気液混合室１２０ｍ内の真空度を高くすることができる。

また、気体供給経路１２０ｔから供給された気体は、気体供給経路１２０ｔと気液混合室１２０ｍとの境界で発生した乱流により細分化され、第１の切頭円錐空間１２１ｆ及び第２の切頭円錐空間１２２ｆによって加速されたループ流において撹拌、剪断され、気液混合室１２０ｍの内壁の凹凸形状と衝突し、途中で一部が液体供給孔１２１ｅから供給された加圧液体と衝突した際に発生した乱流により更に細分化され、噴出孔１２２ｇにおいて、流入してきた外部気体及び／又は外部液体と衝突して、更に微細化され、バブル又は／及びマイクロバブルなどのファインバブルを含む気液混合体であるバブル含有液として第２の切頭円錐空間１２２ｆから噴出される。

[バブル圧壊部]

図７は、バブル圧壊部１３０の概略図を示し、(Ａ)はバブル圧壊部１３０の側面図を示し、(Ｂ)はバブル圧壊部１３０の正面図を示す。バブル圧壊部１３０は、バブル生成部１２０に接続され、バブル生成部１２０で製造されたバブル含有液を通過させる通路１３１と、通路１３１の周囲を覆う外装体１３２とを備え、通路１３１と外装体１３２とから中間空間１３０ｓを有する二層構造とされている。バブル圧壊部１３０は、通路１３１が水平方向に延びるように配置されている。

外装体１３２は、ステンレスを材料とし、正六角形の断面を有する六角柱の形状に延びる側周部材１３４と、側周部材１３４を延在方向の両側から挟む円板状の一対の平面部材１３５とからなる。両平面部材１３５は、中央に通路１３１をはめ込まれることにより、側周部材１３４の六角形の中心軸上に通路１３１が延びるように、通路１３１が固定されている。これにより、通路１３１の外側と外装体１３２の側周部材１３４には中間空間１３０ｓが形成され、通路１３１の外周と、六角形の側周部材１３４の各面は、それぞれ同様の距離関係となっている。

外装体１３２は、六角柱の各面に超音波振動子１３３を取り付けられている。超音波振動子１３３は、通路１３１の延在方向に２段に分けて設けられており、バブル生成部１２０側を前段の超音波振動子群、貯留部１４０側を後段の超音波振動子群としている。各段の超音波振動子群は、通路１３１の中心軸から放射状に設けられた６つの超音波振動子１３３からなる。対向する２つの超音波振動子１３３が一対の振動子対となり、６つの超音波振動子１３３は３対の振動子対となっている。各超音波振動子は、周波数および出力を制御部１９９により調整可能とされている。本実施形態において、１２個の超音波振動子１３３は、それぞれ、同一周波数、同一出力で超音波を照射している。

各超音波振動子１３３は、通路１３１に向けて超音波を照射する。通路１３１と外装体１３２との間の中間空間１３０ｓには伝搬液が充填され、超音波振動子１３３から照射された超音波は、伝搬液を介して通路１３１の内部に伝搬され、通路１３１を流れるバブル含有液の微細気泡を超音波圧壊する。

伝搬液は、冷却部１０４から供給される冷却水であり、外装体１３２に設けられた伝搬液導入口１３６から中間空間１３０ｓに導入され、伝搬液導出口１３７から導出される。バブル圧壊部１３０は、超音波振動子の超音波照射により、通過するバブル含有液が加熱される。しかし、伝搬液がバブル圧壊部１３０を冷却する作用も有し、冷却液の流量により、バブル圧壊部を通過するバブル含有液の温度を調整できる。

図８はバブル圧壊部１３０を図７の矢印８−８’で切断した側断面図を示す。図８に示すように、バブル圧壊部１３０は、通路１３１と外装体１３２から形成される中間空間１３０ｓに超音波を伝搬可能な伝搬液を充填される。本実施の形態において、伝搬液として冷却部１０４から供給される冷却水が充填される。伝搬液は、通路１３１が水平方向に向く状態に配置されたバブル圧壊部１３０において、外装体１３２の平面部材１３５の下側に設けられた伝搬液導入口１３６から導入され、外装体１３２の平面部材１３５の上側に設けられた伝搬液導出口１３７から導出される。これにより、中間空間１３０ｓでは、伝搬液は、図面の左側から供給され、下側から上側に充填されていき、上側から排出される。したがって、伝搬液は、中間空間１３０ｓ中に空気を残さず充填される。

外装体１３２に取り付けられた超音波振動子１３３から照射される超音波は、伝搬液を介して通路１３１に伝搬される。このとき、中間空間１３０ｓに空気が残ると、伝搬液と空気における超音波の伝搬率が異なるため、超音波が均等に伝搬しない。したがって、中間空間１３０ｓ中に空気を残さないことにより、効率的かつ均一に超音波を通路１３１の内部に伝搬できる。バブル圧壊部１３０は、温度センサ（図示しない）が設けられており、超音波による発熱状態を見ながら伝搬液の流速を制御することができる。

本実施形態において、バブル圧壊部１３０の通路１３１は、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を材料としたパイプから形成されているが、他の樹脂を材料としていてもよいし、衛生面で問題のない金属を材料としてもよい。また、バブル圧壊部１３０は、通路１３１と外装体１３２とからなる二層構造とされているが、超音波を照射してバブルを圧壊できれば他の構成であってもよい。例えば、飲料を通過させても衛生面で問題のないステンレスのような金属を材料に単層構造の筒状部材を形成し、当該筒状部材の周囲に直接超音波振動子を配置し、筒状部材の内部に飲料を通過させるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係るバブル圧壊部１３０は、超音波圧壊場を形成し、液体内の微細気泡を圧壊して超微細気泡に変換する。超音波圧壊場は、連続的に超音波を照射されて形成されており、超音波圧壊場には紫外線が発生する。これにより、超音波圧壊場を通過する液体は、紫外線による殺菌効果を得られる。

さらに、バブル圧壊部１３０では、超音波圧壊場を形成する超音波が液体に照射されることにより、液中でキャビテーションにより無数の真空気泡が生じる。この真空気泡が圧縮と膨張を繰り返して崩壊する際に、超高温高圧の反応場が形成される。この反応場では、真空気泡が破裂することにより細菌の細胞壁を破壊し、一般生菌やレジオネラ菌、大腸菌等を殺菌する殺菌効果を得られる。

図９は、貯留部１４０の概略図であり、図９(Ａ)は貯留部１４０の平面図を示し、図９(Ｂ)は貯留部１４０の正面図を示し、図９(Ｃ)は貯留部１４０の側面図を示し、図９(Ｄ)は貯留部１４０の底面図を示す。

貯留部１４０は、図９に示すように、主に、円柱状のタンク容器１４１と、タンク容器１４１を覆う外装容器１４２とからなる。タンク容器１４１は、バブル含有液を貯留するための所定量の容積を有する貯留空間１４０ｓを形成する。また、タンク容器１４１と外装容器１４２との間には、冷却部１０４から冷却水が供給される冷却空間１４０ｔが形成される。

貯留部１４０は、さらに、均一化部１１０に接続される原液導入口１４３ａと、バブル圧壊部１３０に接続されるバブル含有液導入口１４３ｂと、循環経路１７０に接続される再帰導出口１４３ｃと、取出部１０３に接続されるバブル含有液導出口１４３ｄと、排出部１０６に接続される排出口１４３ｅと、加圧部１０５に接続される加圧口１４３ｆと、脱気用導出口（図示しない）と、脱気用導入口（図示しない）を備え、これらがタンク容器１４１に設けられている。

原液導入口１４３ａは、円筒のパイプからなり、タンク容器１４１の上面からタンク容器１４１内まで延在し、これにより、貯留空間１４０ｓの頂部から原液が供給される。また、加圧口１４３ｆは、円筒のパイプからなり、タンク容器１４１の上面からタンク容器１４１内まで延在し、加圧部１０５からの圧力をタンク容器１４１の貯留空間１４０ｓ内に印加する。

バブル含有液導入口１４３ｂは、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１４１の上面から、タンク容器１４１内の底面部から１／２の高さ位置まで延在し、タンク容器１４１の上側からバブル含有液を供給する。バブル含有液導入口１４３ｂのパイプは、Ｌ字形状に折り曲げられており、水平方向にバブル含有液を吐出する。これにより、バブル含有液は、水平方向に吐出圧を受け、貯留空間１４０ｓ内で撹拌される。しかし、バブル含有液は上下方向に吐出圧を受けることがないため、粒径の小さいバブルが貯留空間の下方で高濃度化することを妨げない。

再帰導出口１４３ｃは、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１４１の底部から、タンク容器１４１内の底部から１／４の高さ位置まで延在し、タンク容器１４１の底部から１／４の高さ位置のバブル含有液を循環経路１７０に導出し、バブル含有液をバブル生成部１２０に供給する。再帰導出口１４３ｃのパイプは、Ｌ字形状に折り曲げられており、水平方向にバブル含有液を吸引する。これにより、バブル含有液は、水平方向に吸引圧を受け、貯留空間１４０ｓ内で撹拌される。しかし、バブル含有液は上下方向に吸引圧を受けることがないため、粒径の小さいバブルが貯留空間の下方で高濃度化することを妨げない。

バブル含有液導出口１４３ｄは、円筒のパイプからなり、タンク容器１４１の底部に設けられた底弁であり、バブル含有液をタンク容器１４１の底から取り出す。バブル含有液導出口１４３ｄは、減圧バルブ(図示しない)を介して取出部１６０に接続されている。これにより、貯留空間１４０ｓ内で加圧されたバブル含有液が、減圧バルブを介して、減圧されながら取出部１０３に導出されるため、高濃度化されたバブル含有液を取り出すことができる。取出部１０３はバブル含有液導出部として機能する。また、減圧バルブは、従来よく知られる直動式減圧弁、パイロット作動形式減圧弁等の減圧弁を利用できる。

排出口１４３ｅは、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１４１内の底面からタンク容器１４１外の下段まで延在し、バブル含有液をタンク容器１４１の底から排出する。

ここで、バブル含有液は、粒径の小さい気泡ほど下方に拡散する傾向がある。したがって、本実施形態において、タンク容器１４１の底部には、ウルトラファインバブルの存在が支配的なＵＦＢ領域が形成され、その上側にはウルトラファインバブルとマイクロバブルが混在するＵＦＢ＋ＭＢ領域が形成され、さらにその上側にはマイクロバブルの存在が支配的なＭＢ領域が形成される。これらの各領域は、液体の貯留量や装置の動作状況によりタンク容器１４１内の位置が変動する。

さらに、貯留部１４０には、複数の水位センサが設けられており、制御部１９９が貯留部１４０内のバブル含有液の貯留量を管理することができる。さらに、貯留部１４０には、圧力を測定する圧力トランスミッター（図示しない）と、タンク容器内の貯留空間１４０ｓを大気圧に開放するベントフィルター（図示しない）とが設けられている。

圧力トランスミッターは、タンク容器１４１に設けられ、電気的に制御部１９９に接続され、制御部１９９が貯留空間１４０ｓの圧力を測定することができる。ベントフィルターは、タンク容器１４１に設けられ、電気的に制御部１９９に接続され、制御部１９９が貯留空間１４０ｓからの通気路を確保しながら、貯留空間１４０ｓ内の圧力調整を可能とする。

本実施形態において、タンク容器１４１は、ＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４等のステンレス材料が使用される。しかし、タンク容器１４１は、他のステンレスのような金属または、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂、石英等を材料としてもよい。タンク容器１４１は、樹脂材料の場合には上部を樹脂溶接や接着などで完全密閉構造とされ、金属材料や樹脂材料においてはフランジ構造が採用される場合もある。石英を材料とする場合には、ＰＴＦＥ、バイトン等のシール材を介して密閉構造とされる場合もある。

貯留部１４０が密閉構造となることにより、貯留空間１４０ｓは大気から隔離され、貯留空間１４０ｓを加圧部１０５により加圧することが可能になる。また、ベントフィルターにより、加圧された貯留空間１４０ｓの圧力調整も可能となる。貯留空間１４０ｓの圧力は、制御部１９９が、圧力トランスミッターにより貯留空間１４０ｓ内の圧力を測定し、加圧部１０５とベントフィルターにより、所定の値に調整される。本実施形態において、加圧部１０５は、０．６ＭＰａ程度まで貯留空間１４０ｓを加圧することができる。さらに、制御部１９９は、冷却部１０４から冷却空間１４０ｔに供給される冷却水の量を管理し、貯留空間１４０ｓに貯留されたバブル含有液の温度を調整できる。

本実施形態に係るバブル含有液製造システム１００は、バブル圧壊部１３０とバブル生成部１２０とから構成されるバブル含有液供給部と貯留部１４０とが分離されている。これにより、バブル含有液供給部は貯留部１４０の容量に影響を受けずに、粒径の均一なバブル含有液を一定量連続して供給し、バブル含有液は貯留部１４０において貯留されるので、貯留部１４０でバブルが凝集することが抑止される。

［脱気部］

図１０は、脱気部１５０を構成する脱気装置の側断面を示す概略図である。脱気部１５０は、第２の循環経路１８０に組み込まれており、貯留部１４０から液体を導入され、当該液体を脱気した後に、再び貯留部１４０に再帰させる。すなわち、脱気部１５０は、貯留部１４０に貯留された液体を循環させる第２の循環経路１８０内に組み込まれて接続されている。

脱気装置は、略円筒状の分離空間１５０ｓを形成するケーシング１５１と、ケーシング１５１の分離空間１５０ｓ内の中央を軸方向に伸びる回転軸部材１５２と、回転軸部材１５２に設けられた分離羽根車１５３、インデューサ１５４、主羽根車１５５とを備える。ケーシング１５１は、ケーシング１５１内に液体を流入させる流入路１５６と、ケーシング１５１から液体を流出させる流出路１５７と、ケーシング１５１から気体を排出する排出路１５８とを備える。回転軸部材１５２は、モータ１５９に接続されており、回転可能である。

脱気装置は、第２の循環経路１８０に組み込まれて接続されており、流入路１５６は貯留部１４０の脱気用導出口(図示しない)に接続され、流出路１５７は貯留部１４０の脱気用導入口(図示しない)に接続されている。また、排出路１５８は、真空ポンプ（図示しない）に接続されている。また、分離羽根車１５３、インデューサ１５４、主羽根車１５５は、それぞれ、回転軸部材１５２に取り付けられた所定形状の羽根部材が所定枚数設けられることにより形成されており、回転軸部材１５２が回転することにより、液体と機体を遠心力により分離する羽根車として機能する。

貯留部１４０に貯留された液体は、脱気工程において、まず、回転軸部材１５２が回転した状態で、第２の循環経路１８０を介して脱気部１５０の流入路１５６に流入する。ここで流入路１５６は絞り構造となっており、流入する液体を一度絞込んだ後に開放する。これにより、ケーシング１５１内に流入した液体は、減圧されて、液体中に溶存する気体が減圧作用により析出し、気液混合体となってインデューサ１５４の方に導かれる。

インデューサ１５４に導かれた気液混合体は、回転軸部材１５２の回転によるインデューサ１５４の羽根車の機能で、液体成分がケーシング１５１内の外周側に集積され、一方で、気体成分がケーシング１５１内の中央側(回転軸部材１５２側)に集積されて、液体成分と気体成分に分離される。さらに、ケーシング１５１内は、前記した真空ポンプにより減圧されているため、液体と気体との境界部では、液体中に残る気体が気泡として析出して分離される。

気体成分を分離された液体は、主羽根車１５５に導かれ主羽根車１５５の回転により、さらに外側方向の力を受け、ケーシング１５１の外側に設けられた流出路１５７に向けた流路を形成する。一方で、液体から分離された気体は、真空ポンプの吸引により排出路１５８に向けた流路を形成する。このとき、一部の液体が真空ポンプの吸引力により真空ポンプ側に引き寄せられるが、分離羽根車１５３の羽根車の機能により、ケーシング１５１の外側に退避される。退避された液体は、ケーシング１５１の外側を通じて再びインデューサ１５４の方に再び導かれる。

このように、脱気装置では、流入路１５６から流入した液体が液体成分と気体成分に分離され、気体は排出路１５８から排出され、気体成分を分離された液体が流出路１５７から取り出される。これにより、脱気装置は、液体を脱気することができる。

脱気部１５０は、ケーシング内で回転する回転軸部材に取り付けられた羽根車の遠心力によって気体と液体とを分離することができる、いわゆるインデューサ型の気液分離装置(脱気装置)である（例えば、特表２００４／０５８３８０号公報を参照）。このような羽根車式の脱気装置は、連続的に脱気が可能となるため、加熱や減圧による脱気装置のようなバッチ処理が不要となる。また、他の遠心分離式の装置のように圧力環境による問題も解決される。

したがって、本実施形態に係るバブル生成部１２０、バブル圧壊部１３０および貯留部１４０のように、液体の圧力調整が可能で連続的な処理が必要とされる装置と連携することに適している。しかし、脱気部１５０は、液体に含まれる気体、特に溶存酸素を脱気できれば、他の加圧式装置、減圧式装置、遠心分離式装置のような他の装置で構成されてもよい。また、脱気部１５０は、液体から気体成分を除去することで脱泡部としても作用する。

本実施形態に係るバブル含有液製造システム１００において、液体導入部１０１は、均一化部１１０を介して、貯留部１４０に接続されている。気体導入部１０２は、均一化部１１０およびバブル生成部１２０に接続されている。貯留部１４０は、第１の循環経路１７０に組み込まれ、バブル生成部１２０に接続され、バブル生成部１２０は、バブル圧壊部１３０に接続され、バブル圧壊部１３０は、貯留部１４０に接続されている。すなわち、第１の循環経路１７０は、液体導入部１０１から導入された液体が、貯留部１４０に導入され、バブル生成部１２０、およびバブル圧壊部１３０を介して再び貯留部１４０に再帰するように形成されている。

しかし、バブル含有液製造システムは、他の構成であってもよく、例えば、本発明に係るバブル生成ノズルを介して、均一化部に液体と気体を導入するようにしてもよい。

［第２の実施形態］

本発明の第２の実施形態に係るバブル含有液製造システム２００について図１１〜図１３を用いて説明する。図１１は、バブル含有液製造システム２００の機能ブロック図を示す。第２の実施形態に係るバブル含有液製造システム２００は、バブル圧壊部を備えず、バブル生成部２２０がバブル圧壊部を介さずに貯留部２４０に接続されている事と、貯留部２４０の構成とにおいて、第１の実施形態に係るバブル含有液製造システム１００と異なる。以下の説明では、第１および第２の実施形態に係るバブル生成部１２０、２２０の異なる部分においてのみ詳細に説明し、同様の部分については説明を省略する。

バブル含有液製造システム２００は、バブル圧壊部を備えないため、バブル生成部２２０で生成されたバブル含有液が直接貯留部２４０に導入される。貯留部２４０は、複数の超音波振動子２４２４を備え、バブル生成部２２０から導入されたバブル含有液を超音波圧壊し、超微細気泡に変換する。

次に、貯留部２４０について図１２および図１３を用いて説明する。貯留部２４０の説明においては、貯留部１４０と重複する内容については、一部記載を省略する。図１２(Ａ)は貯留部２４０の平面図を示し、図１２(Ｂ)は図１２（Ａ）のＢ−Ｂの断面図を示す。

図１２(Ｂ)に示すように、貯留部２４０は、主に、円柱状のタンク容器２４３１と、タンク容器２４３１を覆う外装容器２４３７とからなる。タンク容器２４３１は、バブル含有液を貯留するための所定量の容積を有する貯留空間２４３９を形成する。また、タンク容器２４３１と外装容器２４３７との間には、冷却空間２４９４が形成されており、冷却水導入口２９１を介して冷却部２０４から冷却水が供給され、冷却水導出口（図示なし）より冷却水が導出される。

タンク容器２４３１および外装容器２４３７は、ステンレスを材料に形成され、タンク容器２４３１は密閉構造にされている。これにより、超音波圧壊時に発生する微量ガスは、大気と接触することない。さらに、タンク容器２４３１が密閉構造とされているため、貯留部２４０内の圧力制御が可能となる。

貯留部２４０は、また、タンク容器２４３１に、側周面の外側から取り付けられる複数の超音波振動子２４２４を備える。本実施形態において、貯留部２４０は、側周面に同一の角度で同一の高さ位置に配置された８つの超音波振動子２４２４を備える。各超音波振動子２４２４は、タンク容器２４３１の中央に向けて超音波を照射する。超音波振動子２４２４は、タンク容器２４３１に設けられており、直接タンク容器２４３１に貯留されたバブル含有液に超音波を照射する。

対向する２つの超音波振動子２４２４が一対の発振子対となり、８つの超音波振動子２４２４は４対の発振子対となり、タンク容器２４３１の中央に超音波圧壊場を形成する。各超音波振動子は、周波数および出力を制御部１９９により調整可能とされている。本実施の形態において、４つの超音波振動子２４２４は、それぞれ、同一周波数、同一出力で超音波を照射している。

図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示すように、貯留部２４０は、さらに、液体導入部２０１に接続される飲料導入口２４３２と、バブル生成部２２０に接続されるバブル含有液導入口２４３３と、循環経路２７０に接続される再帰導出口２４３４と、取出部１６０に接続されるバブル含有液導出口２４３５と、排出部２０３に接続される排出口２４３６と、加圧部２０５に接続される加圧口２４３８とを備え、これらがタンク容器２４３１に設けられている。

なお、図１２においては、定置洗浄（ＣＩＰ：Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）に利用する洗浄液導入口２４９９を示すが、通常時は閉鎖され、装置の停止時にタンク内の洗浄に利用される。洗浄液導入口２４９９は、シャワーボール２４９９ａを介してタンク容器２４３１に洗浄液を導入する。

飲料導入口２４３２は、円筒のパイプからなり、後述するバブル含有液導入口２４３３のパイプと同様に、くの字形状に３０°程度の角度に折り曲げられており、さらに、先端が鉛直方向に切断されている。これにより、原液を吐出する吐出口（図示なし）を貯留空間２４３９の側面に沿わせながら、水平方向に向けて原液を吐出し、当該側面に向けて原液が吐出される。液体導入部２０１から供給される原液が貯留空間２４３９の側面に沿って吐出されることにより、バブル含有液は貯留空間２４３９の側面に沿って導入されることになり、飲料が泡立つことを抑制される。

また、加圧口２４３８は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器２４３１の上面からタンク容器２４３１内の頂面まで連通し、加圧部２０５から二酸化炭素ガス、窒素ガス等の所望の気体をタンク容器２４３１の貯留空間２４３９内に供給して、加圧する。貯留部２４０は、加圧部２０５により加圧された状態で液体を貯留することができる。

バブル含有液導入口２４３３は、主に円筒のパイプ２４３３ａからなり、タンク容器２４３１の上面から、タンク容器２４３１内の底面部より２／３の高さ位置まで延在し、バブル生成部２２０から第２のバブル含有液をタンク容器２４３１の上側から供給する。

図１３に示すように、バブル含有液導入口２４３３のパイプ２４３３ａは、くの字形状に３０°程度の角度に折り曲げられており、さらに、先端が鉛直方向に切断されている。これにより、バブル含有液を吐出する吐出口２４３３ｂを貯留空間２４３９の側面に沿わせながら、水平方向に向けてバブル含有液を吐出し、当該側面に向けてバブル含有液が吐出される。バブル含有液が貯留空間２４３９の側面に沿って吐出されることにより、バブル含有液は貯留空間２４３９の側面に沿って導入されることになり、泡立つことを抑制される。

再帰導出口２４３４は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器２４３１内の底部から１／３の高さ位置においてタンク容器２４３１の側部から水平方向に延在してタンク容器２４３１内に連通し、タンク容器２４３１の底部から１／３の高さ位置のバブル含有液を循環経路２７０に導出し、バブル含有液をバブル生成部２２０に再帰させる。

再帰導出口２４３４のパイプは、水平方向にバブル含有液を吸引する。これにより、バブル含有液は、水平方向に吸引圧を受け、貯留空間２４３９内で撹拌される。しかし、バブル含有液は上下方向に吸引圧を受けることがないため、粒径の小さいバブルが貯留空間の下方で高濃度化することを妨げない。

バブル含有液導出口２４３５は、貯留部１４０と同様に、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器２４３１の底部からタンク容器２４３１外まで延在し、バブル含有液をタンク容器２４３１の底から取り出す。排出口２４３６は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器２４３１内の底面からタンク容器２４３１外まで延在し、タンク容器２４３１の底からバブル含有液を排出する。

貯留部２４０が密閉構造となることにより、貯留空間２４３９は大気から隔離され、貯留空間２４３９を加圧部２０５により加圧することが可能になる。本実施の形態において、加圧部２０５は、０．６ＭＰａ程度まで貯留空間２４３９を加圧することができる。また、貯留部２４０は、加圧部２０５を作動しない場合であっても、バブル生成部２２０から圧送されるバブル含有液により、大気圧から０．０１ＭＰа〜０．０５ＭＰａ程度加圧される。

貯留部２４０は、タンク容器の上面に設けられた減圧口２４９８ａをさらに備え、ベントフィルターを介して外部に連通して、貯留空間２４３９からの通気路を確保する。ベントフィルターと減圧口２４９８ａとの間には、開閉バルブ（図示なし）が設けられており、制御部１９９が開閉バルブの開度を調整することにより貯留空間２４３９内の圧力調整を可能とする。貯留空間２４３９の圧力は、制御部１９９が、圧力トランスミッターにより貯留空間２４３９内の圧力を測定し、加圧部２０５とベントフィルターにより、所定の値に調整される。

さらに、貯留部２４０は、タンク容器２４３１内に貯留された液体を撹拌する撹拌機Ｋを備える。撹拌機Ｋは、タンク容器２４３１の上方に設けられたモータＫ１と、モータＫ１に接続するシャフトＫ２と、シャフトＫ２に取り付けられた撹拌羽Ｋ３とを備える。モータＫ１は制御部１９９に接続しており、駆動するタイミングを制御される。

ここで、微細気泡または超微細気泡をバブル含有液は、微細気泡を含有しない液体に比較して泡立ちやすい特性を有し、その特性は、牛乳等のコロイド成分を有する液体で顕著となる。したがって、バブル含有液の導入および貯留において、バブル含有液は、貯留部２４０に導入される際に、泡立ってしまうと、バブル濃度の低下、および安定的に取出し困難となる。

本変形例に係る貯留部２４０では、バブル含有液導入口２４３３の吐出口２４３３ｂが貯留空間２４３９の側面に沿わせて形成され、バブル含有液導入口２４３３が水平方向にバブル含有液をタンク容器２４３１の側面に向けて吐出する。これにより、バブル含有液がタンク容器２４３１の側周面に沿って貯留空間２４３９に導入されることにより、泡立つことを抑制して貯留することができる。

以上、本発明に具体的な態様を、上記の実施形態により説明したが、本発明は、当該実施形態に限定されるものではない。

１００ バブル含有液製造システム
１２０ バブル生成部（バブル生成ノズル）
１２１ 有底部材
１２１ａ 底部
１２１ｂ 第１の側壁部
１２１ｃ 第２の側壁部
１２１ｄ 気体供給孔
１２１ｅ 液体供給孔
１２１ｆ 第１の切頭円錐空間
１２１ｇ 第１の円柱空間
１２１ｈ 第２の円柱空間
１２１ｉ 第３の円柱空間
１２２ 筒状部材
１２２ａ 第１の側周部
１２２ｂ 第２の側周部
１２２ｃ 第１の側周領域
１２２ｄ 第２の側周領域
１２２ｅ 第３の側周領域
１２２ｆ 第２の切頭円錐空間
１２２ｇ 第４の円柱空間
１２２ｈ 第３の切頭円錐空間
１３０ バブル圧壊部
１４０ 貯留部

Claims (10)

1. 第１の方向を軸方向とした略円環状の有底部材と、
   当該軸方向から前記有底部材に嵌め込まれる略円環状の筒状部材とを備え、
   前記有底部材は、円柱状の円柱空間を形成する円環状の側壁部と、前記側壁部に連続し、切頭円錐状の第１の切頭円錐空間を形成する底部とを備え、
   前記有底部材の前記底部は、前記第１の切頭円錐空間に連続する円柱状の液体供給孔を有し、
   前記第１の切頭円錐空間は、切頭円錐の底面で前記円柱空間に連続し、切頭面で前記液体供給孔に連続し、
   前記筒状部材は、切頭円錐状の第２の切頭円錐空間を形成する円環状の第１の側周部と、前記底部の前記液体供給孔よりも径の大きい円柱状の噴出孔を形成する円環状の第２の側周部とを備え、
   前記筒状部材の第１の側周部は、径方向の外側に開放し、第１の方向に向けて螺旋状に延びる複数の凹部を有し、
   前記筒状部材の前記第２の切頭円錐空間は、その切頭面で前記噴出孔に連続し、
   前記筒状部材が前記有底部材に嵌め込まれることにより、前記第１の切頭円錐空間と前記円柱空間と前記第２の切頭円錐空間とが気液混合室を形成し、かつ前記凹部が前記気液混合室に連通し、
   前記液体供給孔を介して前記気液混合室に液体を供給され、前記凹部を介して前記気液混合室に気体を供給される、バブル生成ノズル。
2. 前記筒状部材の第２の側周部は、さらに、切頭円錐状の第３の切頭円錐空間を形成し、
   前記第３の切頭円錐空間は、その切頭面で前記第２の切頭円錐空間の反対側から前記第２の側周部の前記噴出孔に連続する、請求項１に記載のバブル生成ノズル。
3. 前記第１の側周部に設けられた複数の凹部は周方向に均等な間隔で形成されている、請求項１または請求項２に記載のバブル生成ノズル。
4. 切頭円錐形状の第１の切頭円錐空間と、当該切頭円錐の底面で前記第１の切頭円錐空間に連続する円柱状の円柱空間と、前記第１の切頭円錐空間と反対側から前記円柱空間に底面で連続する切頭円錐形状の第２の切頭円錐空間とからなる気液混合室を有し、
   前記第１の切頭円錐空間と、前記円柱空間と、前記第２の切頭円錐空間とは中心軸を同一にし、
   前記第２の切頭円錐空間の切頭面は、前記第１の切頭円錐空間の切頭面よりも大きく、
   前記第１の切頭円錐空間の切頭面から液体が前記気液混合室に供給され、
   前記円柱空間の側周に沿った螺旋状の流れを形成する気体が前記第２の切頭円錐空間の底面の側周から供給され、
   前記気液混合室で液体と気体とを混合された気液混合体が前記第２の切頭円錐空間の切頭面から噴出される、バブル生成ノズル。
5. 前記第２の切頭円錐空間の側面の外側には、前記第２の切頭円錐空間と中心軸を同じにして回転する螺旋状に均等な間隔で設けられた複数の気体供給経路が形成され、
   前記気体供給経路を介して、前記第２の切頭円錐空間の外周から前記円柱空間の外周に沿って螺旋状の流れを形成する気体が供給される、請求項４に記載のバブル生成ノズル。
6. さらに、前記第２の切頭円錐空間に当該切頭円錐の切頭面に連続する円柱状の噴出孔と、前記第２の切頭円錐空間と反対側から前記噴出孔に底面で連続する第３の切頭円錐空間を有し、
   前記第２の切頭円錐空間の切頭面をから噴出したバブル含有液は、前記噴出孔を介して、前記第３の切頭円錐空間の切頭面から底面に向けて噴出する、請求項４または請求項５に記載のバブル生成ノズル。
7. 円形の断面の空間を有し、ループ流を形成する気液混合室と、
   前記気液混合室の一端側に設けられ、加圧された液体を前記気液混合室に供給する液体供給孔と、
   気体が流入する気体供給孔と、
   前記気液混合室の他端側に設けられ、前記気体供給孔から流入した気体を、前記液体供給孔の中心軸を中心に螺旋状に周回させながら、前記気液混合室の空間の周に沿って前記気液混合室の一端側に向かうように前記気液混合室に供給する気体供給経路と、
   前記液体供給孔の中心軸と一致するように前記気液混合室の他端に設けられ、前記液体供給孔の孔径よりも大きな孔径を有し、前記気液混合室において液体と気体とが混合されたバブル含有液を噴出させる噴出孔とを備える、バブル生成ノズル。
8. 前記気体供給経路は、他端側から一端側に伸び均等な間隔で設けられた複数の螺旋状の凹部からなる、請求項７に記載のバブル生成ノズル。
9. 前記噴出口に切頭面で連続する切頭円錐空間を有し、
   バブル含有液は第３の切頭円錐空間の切頭面から底面に向けて放出することで、減圧されながら噴出する、請求項７または請求項８に記載のバブル生成ノズル。
10. 請求項１〜９に記載のバブル生成ノズルと、
    前記バブル生成ノズルに接続され、前記バブル生成ノズルより生成された微細気泡を超音波圧壊して超微細気泡を生成するバブル圧壊部と、
    また前記バブル圧壊部に接続され、前記バブル圧壊部により圧壊された超微細気泡含有液を貯留する貯留部とを備え、
    前記貯留部は、前記バブル生成ノズルに接続され、貯留した超微細気泡含有液を前記バブル生成ノズルに再帰させる、バブル含有液製造システム。
    
    

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