JP6615662B2 - 気泡含有液体の製造装置及びその使用方法 - Google Patents
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Description
多孔質体の細孔径Dが、D(10)≦2μmの多孔質体を用いると、効率よく、直径1μm以下の微小気泡を効率よく生成して、液中にこの微小気泡を吹き込むことができるので特に好ましい。なお、細孔径分布の測定手法としては、例えば、水銀圧入法を用いる。D(10)は、得られた累積細孔径分布曲線において、細孔容積全体のうち大径側の上位10%を占める細孔径である。
制御部としては、PLC(プログラマブル ロジック コントローラ)やマイクロコンピュータを用いることができる。
なお、気体自動バルブを閉じることで、気体室内の気圧を、気体自動バルブを開いたままとした場合に比して、気泡として気体が消費される分、低下させることができる。
しかも、上流自動バルブ及び下流自動バルブを閉じた後も、気体は、気体室の残圧によって、液体室の液体に気泡を生じさせようとするが、上下流を上流自動バルブ及び下流自動バルブで締め切られた液体室では、気泡が吹き込まれると液体の液圧が上がるので、気圧と液圧がバランスする差圧の大きさまでに、気泡の吹き込みが抑制されることにより、多量の気体が液体に吹き込まれない利点も有る。
この製造装置では、製造装置の停止に当たり、気体自動バルブを早期に閉じることで、製造装置の停止後の気体室における気体の気圧(残圧)を低くして、停止中に液体室の液体に気泡が吹き込まれる量を抑制できる。
また、中央部(長手方向の中央部)が多孔質体からなる一方、一方端部及び他方端部は緻密質の材質からなる気泡発生管や、全体が多孔質体からなるが、一方端部及び他方端部については、ガラス、樹脂、溶融金属などを含浸させることより、気孔を塞いで通気性を無くした気泡発生管も挙げられる。
なお、気体バルブを閉じることで、気体室内の気圧を、気体バルブを開いたままとした場合に比して、気泡として気体が消費される分、低下させることができる。
しかも、上流バルブ及び下流バルブを閉じた後も、気体は、気体室の残圧によって、液体室の液体に気泡を生じさせようとするが、上下流を上流バルブ及び下流バルブで締め切られた液体室では、気泡が吹き込まれると液体の液圧が上がるので、気圧と液圧がバランスする差圧の大きさまでに、気泡の吹き込みが抑制されることにより、多量の気体が液体に吹き込まれない利点も有る。
第1の実施形態を、図1〜図6を参照して説明する。このうち、図1は、本実施形態に係る気泡含有液体の製造装置(以下、単に製造装置ともいう)1の概略構成を示す説明図である。また、図2は、実施形態に係る製造装置のうち、微小気泡発生装置(以下、単に発生装置ともいう)10の断面構造を模式的に示す縦断面図を含む説明図であり、図3は発生装置10の横断面図である。
また、液配管LSのうち、液上流路をなす液上流配管LSUが、ハウジング10Hの液流入口10Iに接続しており、液体LQを液流入口10Iに、更には液体室LRに供給している。この液上流配管LSUには、液流入口10Iへの液体LQの流通を開閉する上流バルブ21が設けられている。
さらに、液配管LSのうち、液下流路をなす液下流配管LSDが、ハウジング10Hの液流出口10Dに接続しており、液体室LRで製造された気泡含有液体BLQを液流出口10DからタンクTK2に向けて流している。この液下流配管LSDには、液流出口10Dへの気泡含有液体BLQの流通を開閉する下流バルブ22が設けられている。
加えて、液下流配管LSDのうち、下流バルブ22の上流側(図2において左側)には、液下流配管LSDから分岐して排出配管LHが設けられており、この排出配管LHは排出バルブ23で開閉可能(通常時は閉)となっている。
このうち、気泡発生管110は、断面円形の直円管形状で、その全体が多孔質アルミナからなる。この気泡発生管110のうち、図2において左端部を上流端部112とし、右端部を下流端部113とし、上流端部112と下流端部113との間の部位を中央部114とする。気泡発生管110は、水銀圧入法(JIS R1655)を用いて細孔径分布を測定し、この細孔径分布において、大径側の上位10%となる細孔径をD(10)とすると、D(10)=2μm以下の多孔質アルミナからなる。具体的には、本実施形態では、D(10)=1.4μmである。このため、この気泡発生管110を用いて、その管外にゲージ圧で2気圧程度の気体GAを送り込むと、管内の液体LQ中に、1μm以下の気泡を含む微小気泡BBを吹き込むことができる。
また、上流側カバー具140のうち周囲部分にも、ボルト146の軸部147を挿通するボルト挿通孔142が、上流側保持具131のボルト挿通孔135に重なる配置で、6箇所穿孔されている。
また、下流側カバー具160のうち周囲部分にも、ボルト166の軸部167を挿通するボルト挿通孔162が、下流側保持具151のボルト挿通孔155に重なる配置で、6箇所穿孔されている。
また、管包囲部材171の第2フランジ部174を、下流側保持具151の係止段部154に嵌め込み、下流側カバー具160のボルト挿通孔162と下流側保持具151のボルト挿通孔155とを挿通したボルト166の雄ネジ部168を、第2フランジ部174に設けた雌ネジ孔174Hにねじ込むことにより、下流側カバー具160,下流側保持具151及び管包囲部材171(第2フランジ部174)が互いに締結されている。
また、この管包囲部材171により、上流側支持部130(上流側保持具131)と下流側支持部150(下流側保持具151)との間の間隔Mが、所定の寸法に規制されている。
複数の気泡発生管110を、このような形態に配置すると、複数の気泡発生管110を、中央の気泡発生管110を中心として、偏りなく配置することができ、複数の気泡発生管110を、上流側支持部130(上流側保持具131)及び下流側支持部150(下流側保持具151)で確実に支持した発生装置10とすることができる。
また、発生装置10のうち、上流側保持具131の液分配部136と上流側カバー具140の上流端部カバー部141、下流側保持具151の集合経路部156と下流側カバー具160の下流端部カバー部161、及び気泡発生管110で囲まれた空間が、液体室LRである。この液体室LRは、上流側カバー具140の143がなす液流入口144(10I)及び下流側カバー具160の液流出部163がなす液流出口164(10D)に連通している。
製造装置1による気泡含有液体BLQの製造では、電源を投入し、制御部CNTの制御が立ち上がると、図4に示すように、まず、ポンプPUの起動や各バルブ21等の開閉等などの起動処理ステップS1を行い、製造装置1を起動し、気泡含有液体BLQを製造する(製造装置1を運転する)。
ステップS3では、図示しない各所に設置したセンサあるいはポンプPUの図示しない駆動回路などから、異常ありの信号が有るか否かを検知する。ここで、No、即ち、異常ありの信号が入力されていない場合には、ステップS2に戻る。一方、Yes即ち、異常ありの信号が入力された場合には、停止処理ステップS4を行う。
本実施形態の製造装置1を運転している途中で、ポンプPUを停止させると、ポンプPUの下流では、液体LQの液圧がほぼゼロにまで低下する。一方、気体室GR内の気圧は、気体バルブ31を閉じない場合は、レギュレータRGで調圧された気圧となる。一方、気体バルブ31を閉じた場合でも、気体バルブ31を閉じた後、微小気泡BBなどとなって気体GAが減少する分しか、気圧は低下しないから、気体室GRの気圧(残圧)は高い値に保たれる。このため、発生装置10では、気体室GR内の気体GAの気圧と液体室LR内の液体LQの液圧との差である、差圧(=気圧−液圧)が大きくなり、多量の気体GAが液体室LR中の液体LQに吹き込まれるため、大きな気泡が液体室LR内のみならず、液上流路LSUや液下流路LSDに拡がる。このため、この製造装置1を再起動させるに当たり、この気泡を除去する必要があるなどの面倒が生じていた。
なお、気体バルブ31を閉じることで、気体室LR内の気圧を、気体バルブ31を開いたままとした場合に比して、気泡として気体GAが消費される分、低下させることができる。
しかし、上流バルブ21と下流バルブ22とは、相前後して閉じれば良く、同時あるいは下流バルブ22を先に閉じても良い。
さらに、ポンプPUを停止させるに当たっては、ポンプPUの上流側に水撃が生じ、下流側に液圧低下の圧力波が生じるのを緩和するべく、急激に停止することを避け、インバータ制御による停止速度を低下させる制御を行い、ポンプPUの駆動から停止までを1〜5秒で遷移させるとよい。
また同様に、下流バルブ22は、液下流配管LSDのうち液流出口164(10D)に近い位置に設けると良い。即ち、タンクTK2と液流出口164(10D)との間の液下流配管LSDの経路のうち、液流出口164(10D)側に配置すると良い。発生装置10に近い位置で、液体LQの流れの開閉を行うことができ、上流バルブ21と下流バルブ22の間に存在する液体LQの量を少なくでき、発生装置10のメンテナンスなどの場合に、廃棄する液体LQの量を減少できる。
早期に気体バルブ31を閉じて気体GAの供給を止めると、製造装置1の停止後の気体室GRにおける気体GAの気圧(残圧)を低くして、停止中に液体室LRの液体LQに気泡が吹き込まれる量を抑制できる。
このように、気泡発生管110を用いる発生装置10を備える本実施形態の製造装置1では、液体LQに接する気泡発生管110の面積が大きく、液体LQ中により多くの微小気泡BBを吹き込むことができる。
例えば、実施形態の製造装置1では、発生装置10に、多孔質体からなる筒状の気泡発生管110を気泡発生素子10Kとして用い、その内側に液体LQを流す形態を例示した。
しかし、発生装置としては、板状、半球殻状、球殻状の多孔質体を気泡発生素子に用いて、ハウジングと気泡発生素子とで、気体室と液体室を構成するようにしても良い。気泡発生管を用い、気泡発生管の内側に気体を、外側に液体を供給するようにした発生装置を用いることもできる。
10 微小気泡発生装置
10I 液流入口
10D 液流出口
10J 気体流入口
10H (微小気泡発生装置の)ハウジング
10HG (ハウジングのうち)気体室構成部
10HL (ハウジングのうち)液体室構成部
10K 気泡発生素子
GR 気体室
LR 液体室
PU ポンプ
LS 液配管
LSU 液上流配管(液上流路)
LSD 液下流配管(液下流路)
LH 排出配管
21 上流バルブ(上流自動バルブ)
22 下流バルブ(下流自動バルブ)
LQ 液体
BLQ 気泡含有液体
GA 気体
BB 微小気泡
GS ガス配管(気体供給路)
31 気体バルブ(気体自動バルブ)
CNT 制御部
NX (気泡発生管の)長手方向
NX1 (長手方向の)一方側
NX2 (長手方向の)他方側
110 気泡発生管(気泡発生素子)
120 ハウジング
130 上流側支持部
150 下流側支持部
170 胴部
131 (上流側支持部のうち)上流側保持具
139 (上流側支持部のうち)第1パッキン
140 (上流側支持部のうち)上流側カバー具
143 液流入部
144 液流入口
151 (下流側支持部のうち)下流側保持具
159 (下流側支持部のうち)第2パッキン
160 (下流側支持部のうち)下流側カバー具
163 液流出部
164 液流出口
171 管包囲部材(胴部)
172 (管包囲部材の)管包囲部
176 気体流入部
177 気体流入口
S42 ポンプを停止させるステップ
S41 気体バルブを閉じるステップ
S43 上流バルブを閉じるステップ
S44 下流バルブを閉じるステップ
Claims (7)
- 気体流入口、液流入口、及び液流出口を有するハウジング、及び、
上記ハウジング内に保持され、多孔質体からなる気泡発生素子を有し、
上記ハウジングと上記気泡発生素子は、
上記ハウジングの一部と上記気泡発生素子とで囲まれ、上記気体流入口に連通する気体室と、
上記ハウジングの他の一部と上記気泡発生素子とで囲まれ、上記液流入口及び上記液流出口に連通する液体室とを構成してなり、
上記液流入口から上記液体室に液体を流入させると共に、上記気体流入口から上記気体室に気体を供給し、上記気泡発生素子から上記液体中に上記気体の微小気泡を発生させて、気泡含有液体を上記液流出口から流出させる
微小気泡発生装置と、
上記気体流入口に接続し、上記気体流入口へ上記気体を供給する気体供給路と、
上記液流入口に接続し、上記液流入口へ上記液体を流す液上流路と、
上記液上流路を介して上記液流入口に、上記液体を圧送するポンプと、
上記液流出口に接続し、上記液流出口から上記気泡含有液体を流す液下流路と、を備え、
上記気体供給路は、上記気体流入口への上記気体の流通を開閉する気体バルブを有し、
上記液上流路は、上記液流入口への上記液体の流通を開閉する上流バルブを有し、
上記液下流路は、上記液流出口からの上記気泡含有液体の流通を開閉する下流バルブを有する
気泡含有液体の製造装置。 - 請求項1に記載の気泡含有液体の製造装置であって、
前記気体バルブは、自動バルブからなる気体自動バルブであり、
前記上流バルブは、自動バルブからなる上流自動バルブであり、
前記下流バルブは、自動バルブからなる下流自動バルブであり、
前記ポンプの駆動、並びに、上記気体自動バルブ、上記上流自動バルブ、及び上記下流自動バルブの駆動を制御する制御部を備える
気泡含有液体の製造装置。 - 請求項2に記載の気泡含有液体の製造装置であって、
前記制御部は、
上記気泡含有液体の製造装置の停止にあたり、
前記ポンプを停止させるのに加え、
前記気体自動バルブを閉じ、
前記上流自動バルブ及び前記下流自動バルブを閉じさせる
気泡含有液体の製造装置。 - 請求項3に記載の気泡含有液体の製造装置であって、
前記制御部は、
上記気泡含有液体の製造装置の停止にあたり、
前記ポンプの停止以前に、前記気体自動バルブを閉じる
気泡含有液体の製造装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の気泡含有液体の製造装置であって、
前記気泡発生素子は、
多孔質体からなるパイプ状の気泡発生管であり、
上記気泡発生管内に前記液体を流通させる
気泡含有液体の製造装置。 - 気体流入口、液流入口、及び液流出口を有するハウジング、及び、
上記ハウジング内に保持され、多孔質体からなる気泡発生素子を有し、
上記ハウジングと上記気泡発生素子は、
上記ハウジングの一部と上記気泡発生素子とで囲まれ、上記気体流入口に連通する気体室と、
上記ハウジングの他の一部と上記気泡発生素子とで囲まれ、上記液流入口及び上記液流出口に連通する液体室とを構成してなり、
上記液流入口から上記液体室に液体を流入させると共に、上記気体流入口から上記気体室に気体を供給し、上記気泡発生素子から上記液体中に上記気体の微小気泡を発生させて、気泡含有液体を上記液流出口から流出させる
微小気泡発生装置と、
上記気体流入口に接続し、上記気体流入口へ上記気体を供給する気体供給路と、
上記液流入口に接続し、上記液流入口へ上記液体を流す液上流路と、
上記液上流路を介して上記液流入口に、上記液体を圧送するポンプと、
上記液流出口に接続し、上記液流出口から上記気泡含有液体を流す液下流路と、を備え、
上記気体供給路は、上記気体流入口への上記気体の流通を開閉する気体バルブを有し、
上記液上流路は、上記液流入口への上記液体の流通を開閉する上流バルブを有し、
上記液下流路は、上記液流出口からの上記気泡含有液体の流通を開閉する下流バルブを有する
気泡含有液体の製造装置の使用方法であって、
上記気泡含有液体の製造装置の停止にあたり、
駆動している前記ポンプを停止させるステップと、
前記気体バルブを閉じるステップと、
上記上流バルブを閉じるステップと、
上記下流バルブを閉じるステップと、を備える
気泡含有液体の製造装置の使用方法。 - 請求項6に記載の気泡含有液体の製造装置の使用方法であって、
前記気体バルブは、自動バルブからなる気体自動バルブであり、
前記上流バルブは、自動バルブからなる上流自動バルブであり、
前記下流バルブは、自動バルブからなる下流自動バルブであり、
気泡含有液体の製造装置は、
前記ポンプ、上記気体自動バルブ、上記上流自動バルブ、及び上記下流自動バルブの駆動を制御する制御部を備える
気泡含有液体の製造装置の使用方法。
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