JP6804855B2 - マイクロ・ナノバブル発生器及び配管洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、給水された水に気体のマイクロ・ナノバブルを生成して混合し、出力するマイクロ・ナノバブル発生器及びそのマイクロ・ナノバブル発生器を用いた配管洗浄方法に関する。

マイクロ・ナノバブルは、ある程度長い時間、水等の液体中に壊れないで存在する気泡であり、大きさが１μｍ〜１００μｍ程度のマイクロバブルと大きさが１μｍ以下のナノバブルの総称である。マイクロ・ナノバブルを含んだ水等を洗浄に用いると、微細な気泡の存在により汚れに対する高い洗浄力や殺菌作用などが得られることが知られている。マイクロ・ナノバブルを生成した水を用いることにより、特殊な洗浄剤や薬品などを使用しなくても洗浄が可能となるため、様々な分野で利用されている。

従来、マイクロ・ナノバブル発生器は、特許文献１、２に記載のように、水路中に幅を狭めた狭水路部分を設けて流速を大きくし、その狭水路部分で水路中に気体を混合してマイクロ・ナノバブルを発生する構成が主となっている。特許文献１では、狭水路部分に設けた気体吸引孔から気体を吸引してマイクロ・ナノバブルを発生させ、特許文献２では狭水路部分に側室を設けてキャビテーションを生じさせ、マイクロ・ナノバブルを発生させている。一方、特許文献３では螺旋水流を生じさせる構造を設けることによりマイクロ・ナノバブルを発生させている。また、特許文献４では、狭水路部分で水流に気体を巻き込んで回転させることによりマイクロ・ナノバブルを発生させている。

特開２０１５−９３２１９号公報 特開２００９−１３６８６４号公報 特開２００９−２７４０４５号公報 特開２０１３−６２６号公報

上記の従来の様々な構成のマイクロ・ナノバブル発生器では、それぞれの目的とする洗浄などの特定の用途に対して、マイクロ・ナノバブルの混入した水等を出力できるように設定されている。しかし、従来の装置では、生成されるバブルの大きさや数などは一定の範囲内にあり、ある程度の自由度をもってバブルの大きさや数などを調整することは難しかった。

一方、マイクロ・ナノバブルを含む水を様々な用途の洗浄に利用する場合、用途に応じてその洗浄水に含まれる最適なバブルの大きさや数などが異なる場合が多い。例えば、洗浄の対象物が工業製品である場合、または野菜などの自然食品等である場合、それらの種類によって最適な洗浄水の条件は異なる。さらに、配管内の洗浄を行う場合、配管の形状、配管に蓄積される汚れの種類などによっても条件は異なる。以上のように、マイクロ・ナノバブル発生器を様々な用途の洗浄に利用する場合、水に含まれる気体のバブルの大きさや数を広い範囲で調整できることが望ましい。

そこで、本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、バブルの大きさや数を広い範囲で調整することが可能なマイクロ・ナノバブル発生器及びそのマイクロ・ナノバブル発生器を用いた配管洗浄方法を提供することを目的とする。

第１の観点では、本発明は、給水口から給水された水に気体を混合して、前記気体のマイクロ・ナノバブルを含んだ水を出水口から出力するマイクロ・ナノバブル発生器であって、前記給水口から出水口への水路方向に順に配置された第１の混合室と第２の混合室とを備え、前記第１の混合室および第２の混合室は、それぞれの水路の入口と出口との間に、前記入口および前記出口よりも広い内部空間を有し、前記第１の混合室は、前記水路中に前記気体を送入する気体送入通路を備えることを特徴とするマイクロ・ナノバブル発生器を提供する。

本観点の発明のマイクロ・ナノバブル発生器では、２つの混合室を備え、第１の混合室では主として気体送入通路から送入された気体を給水中に取り込み、第２の混合室では取り込まれた気体のバブルをさらに小さく粉砕してマイクロ・ナノバブルを生成する。このように、気体の取り込みとマイクロ・ナノバブルの生成を主として別の混合室で行うことにより、バブルの大きさや数の調整が可能となる。さらに、気体の圧力や気体送入口の構造などの選択により、第１の混合室において水と気体との混合比などを広い範囲で調整し、より大きなバブルを生成することが可能となる。これにより、１００μｍ以下の大きさのマイクロ・ナノバブルと１ｍｍ以上の大きさのバブルが混合したバブルを生成することができる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点のマイクロ・ナノバブル発生器において、前記第１の混合室の内壁部は、その間に隙間を介して結合する２つの構造体を有し、前記気体送入通路は、前記第１の混合室の外壁部から内壁部に向かう穴により構成された気体送入口と該気体送入口に通ずる前記隙間とから構成され、前記２つの構造体の少なくとも一方の位置を調整することにより前記隙間の間隔が調整可能に構成されていることを特徴とする。

本観点の発明のマイクロ・ナノバブル発生器では、水路中への気体の導入口を２つの構造体の隙間で構成し、その隙間の大きさを調整可能とすることにより、導入口の大きさを詳細に調整することが可能となる。また気体の圧力と気体の導入口の大きさを調整することにより、給水中への気体の送入挿入量を細かく調整することが可能となる。

第３の観点では、本発明は、前記第２の観点のマイクロ・ナノバブル発生器において、円筒形状を組み合わせた外形を有し、前記第１の混合室及び前記第２の混合室は中心軸に対して対称な形状を有することを特徴とする。本発明のマイクロ・ナノバブル発生器を、円筒形状を組み合わせた回転対称な形状を基本として構成することにより、製造が容易となり、製造コストをより安価にすることができる。さらに、回転対称な形状で前記２つの構造体を構成し、その隙間の調整手段として、一方の構造体にねじ構造を設けてそのねじを回して隙間を調整する構成が可能となる。

第４の観点では、本発明は、前記第１乃至第３のいずれかの観点のマイクロ・ナノバブル発生器において、前記出水口を、前記気体のマイクロ・ナノバブルを生成した水と前記気体とが混在した状態で通過し、前記出水口の断面積に占める前記マイクロ・ナノバブルを生成した水と前記気体との割合が、時間的に３０％以上変動するように設定されていることを特徴とする。

様々な用途の洗浄においては、通常のマイクロ・ナノバブルと称する微細な気泡、すなわち大きさが１μｍ以下から１００μｍ程度のバブルのみを含む水を洗浄水とする場合よりも、マイクロ・ナノバブルを生成した水と気体とが混在した状態で出力し、その割合が時間的に変動するように設定した方が洗浄効果が大きいことが、本発明者らの実験により確認された。この理由は、１ｍｍ以上の大きな気体のバブルが混在した状態、または、気液二層流のスラグ流に近い状態でマイクロ・ナノバブルを生成した水が気体と混在して出力する状態に設定すると、マイクロ・ナノバブルによる汚れの除去や殺菌作用に加えて、大きな気体のバブルの存在により、被洗浄物への機械的な力、例えば圧力や振動が付加されることにより、洗浄効果が増大するためである。配管の洗浄においても、配管壁への機械的な振動や脈動が付加されることにより、洗浄効果が増大する。なお、上記の３０％以上の変動の具体例は、上記出水口の断面積に占めるマイクロ・ナノバブルを生成した水と気体との割合が５〜３５：９５〜６５と９５〜６５：５〜３５との間で時間的に変動する場合等である。このようなマイクロ・ナノバブル発生器の出力状態の設定は、気体の導入口の大きさや気体の圧力、給水の圧力などの選択などにより実現可能である。

第５の観点では、本発明は、前記第１乃至第４のいずれかの観点のマイクロ・ナノバブル発生器と、該マイクロ・ナノバブル発生器の給水口に設けた給水手段と、前記マイクロ・ナノバブル発生器の気体送入通路へ気体を送入する気体送入手段とを備え、前記マイクロ・ナノバブル発生器の出水口に配管を接続し、前記マイクロ・ナノバブル発生器より出力する前記気体のマイクロ・ナノバブルを含んだ水により、前記配管を洗浄することを特徴とする配管洗浄方法を提供する。

配管内の洗浄を行う場合、配管の形状、配管に蓄積される汚れの種類などによって、バブルの大きさや数、水と気体の混合比などを調整できることが望ましい。本発明のマイクロ・ナノバブル発生器を配管の洗浄に用いることにより、バブルの大きさや数、水と気体の混合比などを調整可能となり、様々な配管の洗浄を最適な条件で行うことが可能となる。

上記のように、本発明により、バブルの大きさや数の調整が可能なマイクロ・ナノバブル発生器及びそのマイクロ・ナノバブル発生器を用いた配管洗浄方法が得られる。

本発明によるマイクロ・ナノバブル発生器の実施例１の構造を示す断面図。 本発明によるマイクロ・ナノバブル発生器の実施例２の構造を示す断面図。 本発明によるマイクロ・ナノバブル発生器を用いた配管洗浄方法の実施例を模式的に示す断面図。

以下、図面を参照して本発明のマイクロ・ナノバブル発生器及び配管洗浄方法を実施例により詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるマイクロ・ナノバブル発生器の実施例１を示す断面図である。図１において、本実施例のマイクロ・ナノバブル発生器１０は、給水口１１から給水された水に気体を混合して、その気体のマイクロ・ナノバブルを含んだ水を出水口１２から出力するマイクロ・ナノバブル発生器であって、給水口１１から出水口１２への水路方向に順に配置された第１の混合室１３と第２の混合室１４とを備えている。本実施例のマイクロ・ナノバブル発生器１０は、基本的に円筒形状を組み合わせた外形を有し、第１の混合室１３及び第２の混合室１４は中心軸１に対して対称な形状を有している。

第１の混合室１３は、水路の入口１３ａと出口１３ｂとの間に、入口１３ａおよび出口１３ｂよりも広い内部空間を有し、第２の混合室１４も、水路の入口１４ａと出口１４ｂとの間に、入口１４ａおよび出口１４ｂよりも広い内部空間を有している。図１においては、第１の混合室１３の出口１３ｂが第２の混合室１４の入口１４ａとなっている。また、第１の混合室１３は水路中に気体を送入する気体送入通路１５を備えている。

第１の混合室１３の内壁部は、その間に隙間１６を介して結合する構造体１７と構造体１８とを有し、第１の混合室１３の外壁部から内壁部に向かう穴により構成された気体送入口１９と気体送入口１９に通ずる隙間１６とから気体送入通路１５が構成されている。本実施例においては、構造体１８の位置を調整することにより隙間１６の間隔が調整可能に構成されている。その調整手段として、構造体１８とその外側の円筒体５との間にねじ構造を設け、そのねじを回して隙間１６を調整する構成としている。本実施例においては、隙間１６からの気体の送入方向は、内壁に沿って水路の方向に対して斜め前方に送入する構成となっている。

本実施例のマイクロ・ナノバブル発生器の具体的形状の一例としては、第１および第２の混合室の入口１３ａ、１４ａ、出口１３ｂ、１４ｂの口径は、１〜１０ｍｍ程度、第１の混合室１３および第２の混合室１４の中央空間の口径は１０〜５０ｍｍ程度であり、給水口１１から出水口１２までの長さは５０〜３００ｍｍ程度である。さらに具体的な形状の一例としては、第１の混合室の入口１３ａ、出口１３ｂ又は第２の混合室の入口１４ａ、第２の混合室の出口１４ｂの口径を、それぞれ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍとし、水路の方向に従って出口側を大きくすることにより、流速を維持することも可能である。

次に、本実施例のマイクロ・ナノバブル発生器１０の動作を説明する。
給水口１１に給水用の給水管や給水ホースを接続し、出水口１２に洗浄水を被洗浄物まで導くための洗浄水配管または洗浄水ホースを接続する。このため、マイクロ・ナノバブル発生器１０の給水口１１および出水口１２の端部の内周または外周には接続用のねじ構造を設けてもよい。または、接続用のチャック機構などを設けてもよい。

気体送入口１９には使用する気体の配管やホースなどを接続する。給水管のバルブ等を開放すると、給水が入力口１１より流入し、第１の混合室１３の入口１３ａより第１の混合室１３に流入する。同時に気体の供給路のバルブ等を開放し、気体送入口１９から第１の混合室１３の内壁部の隙間１６より気体を第１の混合室１３に供給し、給水された水と気体とを混合する。狭い入口および出口を有する第１の混合室１３の内部において形成される水流により気体と水が混合し、様々な大きさの気体のバブルを含んだ水となる。この様々な大きさの気体のバブルを含んだ水は第２の混合室１４の入口１４ａより第２の混合室１４に流入する。第２の混合室１４では、その室内に形成される水流により上記の気体のバブルが細かく粉砕され、マイクロ・ナノバブルが生成される。そのマイクロ・ナノバブルを含んだ洗浄水が出水口１２から出力する。

本実施例においては、気体の取り込みを第１の混合室１３で行い、マイクロ・ナノバブルの生成を主として第２の混合室１４で行うことにより、バブルの大きさや数の調整が可能となる。さらに、気体の圧力や隙間１６の大きさの選択により、第１の混合室１３において水と気体との混合比などを広い範囲で調整し、より大きなバブルを生成することが可能となる。これにより、１００μｍ以下の大きさのマイクロ・ナノバブルと１ｍｍ以上の大きさのバブルが混合したバブルを生成することができる。

マイクロ・ナノバブルを生成した水と気体とが混在した状態で出力し、その割合が時間的に変動するように設定した方が洗浄効果が大きい場合がある。このような状態は、出水口の断面積に対してある程度の割合を占める大きなバブル、例えば１ｍｍ以上の大きな気体のバブルが混在した状態、または、気液二層流のスラグ流に近い状態でマイクロ・ナノバブルを生成した水が気体と混在して出力する状態である。この状態に設定すると、マイクロ・ナノバブルによる汚れの除去や殺菌作用に加えて、大きな気体のバブルの存在により、被洗浄物への機械的な力、例えば圧力や振動が付加されることにより、洗浄効果が増大するためである。配管の洗浄においても、配管壁への機械的な振動や脈動が付加されることにより、洗浄効果が増大する。

なお、出水口の断面積に占めるマイクロ・ナノバブルを生成した水と前記気体との割合が時間的に３０％以上変動するように設定した場合に大きな洗浄効果が得られることを確認している。例えば、上記出水口の断面積に占めるマイクロ・ナノバブルを生成した水と気体との割合が、５：９５と９５：５との間で時間的に変動する場合や３５：６５と６５：３５との間で時間的に変動する場合等である。このようなマイクロ・ナノバブル発生器の出力状態の設定は、隙間１６の大きさや気体の圧力、給水圧力の選択などにより実現可能である。

本実施例に使用する気体としては、空気、酸素、炭酸ガス、窒素、水素、オゾンなどが可能であり、使用する水は電解水などであってもよい。それらの気体と水は洗浄の目的に合わせて選択される。例えば、油汚れの分離や除去の目的には気体として空気を用い、食品機械や器具の洗浄の目的には炭酸ガスを用い、食材などの洗浄には窒素を用い、殺菌の目的にはオゾンを用いる等である。

図２は、本発明によるマイクロ・ナノバブル発生器の実施例２を示す断面図である。図２において、本実施例のマイクロ・ナノバブル発生器２０は、給水口２１から給水された水に気体を混合して、その気体のマイクロ・ナノバブルを含んだ水を出水口２２から出力するマイクロ・ナノバブル発生器であって、給水口２１から出水口２２への水路方向に順に配置された第１の混合室２３と第２の混合室２４とを備えている。本実施例のマイクロ・ナノバブル発生器２０は、基本的に円筒形状を組み合わせた外形を有し、第１の混合室２３及び第２の混合室２４は中心軸１に対して対称な形状を有している。

第１の混合室２３は、水路の入口２３ａと出口２３ｂとの間に、入口２３ａおよび出口２３ｂよりも広い内部空間を有し、第２の混合室２４も、水路の入口２４ａと出口２４ｂとの間に、入口２４ａおよび出口２４ｂよりも広い内部空間を有している。図２においては、第１の混合室２３の出口２３ｂが第２の混合室２４の入口２４ａとなっている。また、第１の混合室２３は水路中に気体を送入する気体送入通路２５を備えている。

第１の混合室２３の内壁部は、その間に隙間２６を介して結合する構造体２７と構造体２８とを有し、第１の混合室２３の外壁部から内壁部に向かう穴により構成された気体送入口２９と気体送入口２９に通ずる隙間２６とから気体送入通路２５が構成されている。本実施例においては、構造体２８の位置を調整することにより隙間２６の間隔が調整可能に構成されている。その調整手段として、構造体２８とその外側の円筒体６との間にねじ構造を設け、そのねじを回して隙間２６を調整する構成としている。本実施例においては、実施例１とは異なり、隙間２６からの気体の送入方向は、内壁に沿って水路の方向に対して斜め後方に送入する構成となっている。

本実施例のマイクロ・ナノバブル発生器の具体的形状の一例としては、第１および第２の混合室の入口２３ａ、２４ａ、出口２３ｂ、２４ｂの口径は、１〜１０ｍｍ程度、第１の混合室２３および第２の混合室２４の中央空間の口径は１０〜５０ｍｍ程度であり、給水口２１から出水口２２までの長さは５０〜３００ｍｍ程度である。

実施例１と実施例２を比較すると、実施例１では、気体を第１の混合室に導入する際に、その気体を加圧する必要があるのに対し、実施例２では加圧の必要なく、大気圧の気体が水流により自動的に第１の混合室に吸引される構造である。このため、導入する気体の量を詳細に調整するためには、気体の圧力による調整が容易な実施例１の構成の方が適している。

図３は、本発明によるマイクロ・ナノバブル発生器を用いた配管洗浄方法の実施例を模式的に示す断面図である。図３において、本実施例の配管洗浄方法は、実施例１に記載のマイクロ・ナノバブル発生器１０と、マイクロ・ナノバブル発生器１０の給水口１１に設けた給水手段である給水管３１と、マイクロ・ナノバブル発生器１０の気体送入通路１５へ気体を送入する気体送入手段として気体送入口１９に接続されたガス配管３２とを備え、マイクロ・ナノバブル発生器１０の出水口１２に洗浄目的とする配管３３を接続体３４を介して接続している。マイクロ・ナノバブル発生器１０より出力する気体のマイクロ・ナノバブルを含んだ水により、配管３３を洗浄するものである。

本実施例において、洗浄効果を高めるため、マイクロ・ナノバブルを生成した水と気体とが混在した状態で出力し、その割合が時間的に変動するように設定することができる。このためには、出水口１２の断面積に対してある程度の割合を占める大きなバブルが混在した状態でマイクロ・ナノバブルを生成した水が気体と混在して出力するように設定する。この状態に設定すると、マイクロ・ナノバブルによる汚れの除去や殺菌作用に加えて、大きな気体のバブルの存在により、配管３３の配管壁への機械的な振動や脈動が付加されることにより、洗浄効果が増大する。このような出力状態の設定は、マイクロ・ナノバブル発生器１０の隙間１６の大きさや気体圧力、給水圧力の選択などにより実現可能である。

以上のように、本発明によるマイクロ・ナノバブル発生器では、水に含まれる気体のバブルの大きさや数を広い範囲で調整でき、様々な目的の洗浄において高い洗浄効果を得られるように設定することができる。また、本発明のマイクロ・ナノバブル発生器を配管の洗浄に用いることにより、バブルの大きさや数、水と気体の混合比などを調整可能であるので、様々な配管の洗浄を最適な条件で行うことが可能となる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではないことは言うまでもなく、目的や用途に応じて設計変更可能である。例えば、実施例に示したマイクロ・ナノバブル発生器の構造や形状は一例にすぎず、第１の混合室および第２の混合室の形状、他の水路の形状、気体送入通路の形状など、目的に合わせて設計可能である。

５、６ 円筒体
１０、２０ マイクロ・ナノバブル発生器
１１、２１ 給水口
１２、２２ 出水口
１３、２３ 第１の混合室
１３ａ、１４ａ、２３ａ、２４ａ 入口
１３ｂ、１４ｂ、２３ｂ、２４ｂ 出口
１４、２４ 第２の混合室
１５、２５ 気体導入通路
１６、２６ 隙間
１７、２７ 第１の構造体
１８、２８ 第２の構造体
１９、２９ 気体送入口
３１ 給水管
３２ ガス配管
３３ 配管
３４ 接続体

Claims (5)

1. 給水口から給水された水に気体を混合して、前記気体のマイクロ・ナノバブルを含んだ水を出水口から出力するマイクロ・ナノバブル発生器であって、
   前記給水口から出水口への水路方向に順に配置された第１の混合室と第２の混合室とを備え、前記第１の混合室および第２の混合室は、それぞれの水路の入口から内部に向かって水路が徐々に広がり、内部からそれぞれの水路の出口に向かって水路が徐々に狭くなるように構成された内部空間を有し、
   前記第１の混合室は、前記水路中に前記気体を送入する気体送入通路を備え、
   前記気体送入通路は、前記第１の混合室の水路が徐々に狭くなる前記出口に向かう内壁に沿って前記出口に向かう方向に前記気体が加圧されて送入されるように構成されていることを特徴とするマイクロ・ナノバブル発生器。
2. 前記第１の混合室の内壁部は、その間に隙間を介して結合する２つの構造体を有し、前記気体送入通路は、前記第１の混合室の外壁部から内壁部に向かう穴により構成された気体送入口と該気体送入口に通ずる前記隙間とから構成され、前記２つの構造体の少なくとも一方の位置を調整することにより前記隙間の間隔が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ・ナノバブル発生器。
3. 円筒形状を組み合わせた外形を有し、前記第１の混合室及び前記第２の混合室は中心軸に対して対称な形状を有することを特徴とする請求項２に記載のマイクロ・ナノバブル発生器。
4. 前記出水口を、前記気体のマイクロ・ナノバブルを生成した水と前記気体とが混在した状態で通過し、前記出力口の断面積に占める前記マイクロ・ナノバブルを生成した水と前記気体との割合が、時間的に３０％以上変動するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ・ナノバブル発生器。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロ・ナノバブル発生器と、該マイクロ・ナノバブル発生器の給水口に設けた給水手段と、前記マイクロ・ナノバブル発生器の気体送入通路へ気体を送入する気体送入手段とを備え、前記マイクロ・ナノバブル発生器の出水口に配管を接続し、前記マイクロ・ナノバブル発生器より出力する前記気体のマイクロ・ナノバブルを含んだ水により、前記配管を洗浄することを特徴とする配管洗浄方法。
   
   

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