JP5000583B2 - マイクロ・ナノバブル生成方法及び装置、並びにマイクロ・ナノバブル水の生成装置 - Google Patents
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また、本発明は、開口径の異なる所定の長さを有する2種類の管を内外に配置して外管及び内管の二重構造の配管を備え、前記各管の内面に密接して線状部材がそれぞれ異なる方向に螺旋状に配置されて螺旋部材とされ、前記内管の内面に密接した前記螺旋部材の内側に前記内管の軸方向に連通する空洞を有し、前記内外各管の内面と前記各螺旋部材からなる螺旋溝が形成されたマイクロバブル発生部を有し、前記螺旋溝に沿って流れる方向の異なる気泡を含む螺旋水流が同時に放出される際に衝突するようになされたことを特徴とするマイクロ・ナノバブル生成装置である。
また、本発明のマイクロ・ナノバブル水の生成装置は、上記着想に基づき、外管・内管の二重管構造の配管(口径比2:1)を作製、各管内に螺旋溝を設定し外管・内管の旋回方向をそれぞれ逆方向としたマイクロバブル発生部を備える前記のマイクロ・ナノバブル生成装置を準備する。そして、気体吸引エジェクターと循環ポンプと前記マイクロ・ナノバブル生成装置の2基のマイクロバブル発生部とを記載順に配管で接続する。マイクロバブルの発生は、循環ポンプの作動により、ポンプ吸入側の吸水管に設けた気体吸引エジェクターにより、水流の通過による負圧発生により気体を吸入させるとポンプ吐出側からはミリレベルの気泡を含んだ水流が吐出される。気泡を含んだ水流は配管を通り上記のマイクロバブル発生部(二重管構造部)に送られ、ここで水流は外管側螺旋溝と内管側螺旋溝に分かれ各溝に沿って流れることになる。各水流は螺旋溝を高速旋回しながら流れることになり、含まれる気泡には強い遠心力がかかるので急激に加圧圧縮され微細化される。各管溝から吐出された水流に含まれる気泡は旋回径に比例した遠心力(遠心力F=質量m×速度v2/旋回半径r)により加圧縮小されており、外管径:内管径=2:1の設定により気泡径も外管内気泡径:内管内気泡径=2:1となる。開放部において旋回方向の違いから激しく混流する際に各管の気泡が衝突することで内管の小さい気泡が外管の大きい気泡を剪断することになる。またこの時に摩擦が生じ、気泡が静電気を帯電することになる。
本発明の特徴である同一管内に口径比2:1に設定した外管と内管の二重管構造の配管を作製すると共に、各管内に螺旋溝を設定し外管側及び内管側の旋回方向をそれぞれ逆方向とした部分について図1を用いて説明する。図1はマイクロバブル発生部1を備えるマイクロ・ナノバブル生成装置の一実施例を示す分解斜視図であり、(a)図は内管螺旋部を示し、(d)図は外管螺旋部を示す。内管2は外径18mm内径13mmの金属製若しくは樹脂製パイプであり、螺旋部材3は金属製若しくは樹脂製で3.5mm×3.5mmの角状線材を右回りにピッチP15mmで旋回させ長さ110mmに形成し、外径を13mmに制御して前記内管に嵌入する。内管の長さを110mmに設定した。内管の端部に於ける螺旋部材3の端部形状は(a)図に示すように内管の軸心に平行に角状線材を切断する場合と、(b)図に示すように内管の端部面に平行に剪断する場合がある。これらの形状は特に限定されるものではないが製造手段に起因するものであり、螺旋部材3を内管2に嵌入後内管の長さを所定の長さに切断するときは前記(b)図の形状になる。また螺旋部材3を内管2の内部に固定する手段としては溶接、超音波溶着及び光造形法による内管の外周面及び内周面に螺旋溝を一体成形する方法などが利用できる。
本発明に用いたマイクロ・ナノバブル水の生成装置10の全体の構成について図3を用いて説明する。前記装置は水槽11と水を循環させる循環部12からなり、該循環部12は水流内に気体を吸引するエジェクター13、水流を発生させる循環ポンプ14、2つのマイクロ・ナノバブル生成装置を構成する第1のマイクロバブル発生部1a及び第2のマイクロバブル発生部1bを備え、これらを連結する配管部15で構成される。水流は図中の矢示方向に発生させる。水槽11を循環するようポンプ配管(25A・内径25mm)を行い、吸引側に気体を吸入するエジェクター13を設置する。その詳細は省略するがポンプ吸引による水流の中に空気導入管を配置し同管内に負圧が生じて気体が吸引され水中に混合される。ポンプ吐出側から気体を混合した水が第1のマイクロバブル発生部1aへ圧送されることになるが、管内で気体は水中に混合した状態であり、均一な気泡分布とはなっていない。前記マイクロバブル発生部1a及び1bでは上述したように外管・内管に均一に気泡を含んだ水流が通ることが望ましいため、マイクロバブル発生部1a前方の管内に口径8.7mmのオリフィス16を設け水流を集約した直後に配管にエルボ17aを用いて水流を90度曲げることで整流効果を引き出し気泡の分散を均一化した。気泡を含んだ水流がマイクロバブル発生部1aを通過することにより、水流は上述した外管螺旋部と内管螺旋部の2流に分断されこれらの水流が衝突してマイクロバブルが生成される。気泡の衝突区間として各管の螺旋溝終点から外管内径25mmのまま長さ40mmを必要とする。
(1) 水流の差異による気泡の微細化について、他社技術では配管内の物理的障害物により気泡の微細化を行うため障害物面積が大きく配管内の圧力上昇により、配管内は0.4MP程度の圧力が発生しているが、本構造は障害物としてではなく水流誘導のための配管構造となることから障害面積は小さくなり、配管内の圧力は0.2MP程度と抑えられるが、目視上で従来製品と同様な水中が白濁化するマイクロバブルの発生が確認できることから物理的障害物による発生ではなく、構造上の水流効果によるマイクロバブルの発生と想定される。障害物面積を減らし0.2MP程度の圧力とした場合、従来の構造ではマイクロバブルは発生しない。これは従来構造では気泡の微細化を物理的障害物による効果に依存しているためであり、障害面積を減らせば微細化効率が減少することを証明している。
たところ目視ではあるが白濁化している。装置停止後数分経過で白濁化した処理水は透明状態に戻るが再度処理を行った場合、最初の処理時間より短い時間で白濁化することが確認できた。この現象は処理済後の経過時間を48時間程度経過した場合まで確認できたことから、処理水中に目視できないレベルのマイクロ・ナノバブルの存在が明らかである。
2 内管
3 螺旋部材
4 螺旋部材
5 外管
6 螺旋溝
7 螺旋水流
8 螺旋水流
10 マイクロ・ナノバブル水の生成装置
11 水槽
13 気体吸引エジェクター
14 循環ポンプ
15 配管部
16 オリフィス
Claims (6)
- 開口径の異なる所定の長さを有する2種類の管を内外に配置して外管及び内管の二重構造の配管を備え、前記各管の内面に密接して線状部材をそれぞれ異なる方向に螺旋状に配置して螺旋部材となし、前記内管の内面に密接した前記螺旋部材の内側に前記内管の軸方向に連通する空洞を有し、前記各管の内面と前記各螺旋部材からなる螺旋溝を形成してマイクロバブル発生部を形成し、該螺旋溝に沿って流れる方向の異なる気泡を含む螺旋水流を同時に放出する際に衝突させて、前記気泡に摩擦と剪断を行いマイクロ・ナノバブルを生成する方法。
- 前記外管及び内管に配置される螺旋部材の卷回するピッチを同じ長さにしたことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ・ナノバブルを生成する方法。
- 開口径の異なる所定の長さを有する2種類の管を内外に配置して外管及び内管の二重構造の配管を備え、前記各管の内面に密接して線状部材がそれぞれ異なる方向に螺旋状に配置されて螺旋部材とされ、前記内管の内面に密接した前記螺旋部材の内側に前記内管の軸方向に連通する空洞を有し、前記内外各管の内面と前記各螺旋部材からなる螺旋溝が形成されたマイクロバブル発生部を有し、前記螺旋溝に沿って流れる方向の異なる気泡を含む螺旋水流が同時に放出される際に衝突するようになされたことを特徴とするマイクロ・ナノバブル生成装置。
- 気体吸引エジェクターと、循環ポンプと、請求項3に記載のマイクロ・ナノバブル生成装置の2基のマイクロバブル発生部とを記載順に配管で接続し、循環ポンプの作動により前記気体吸引エジェクターに水を吸引させ、該吸引した水に気泡を生成した後、前記循環ポンプの吐出側配管内で吸引した気泡を分散させて前記マイクロバブル発生部を少なくとも2基通過させるように成したマイクロ・ナノバブル水の生成装置。
- 循環ポンプの吐出側配管内にオリフィスを備え、該オリフィスを通過させることにより吸引した気泡を分散させるようにした請求項4に記載のマイクロ・ナノバブル水の生成装置。
- 2基の前記マイクロ・ナノバブル生成装置の流入側の配管をエルボとし、水流を屈曲させて整流し、前記マイクロバブル発生部を通過させるようにした請求項4または5に記載のマイクロ・ナノバブル水の生成装置。
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