特許 6039139 気体導入保持装置及び気体導入保持方法並びに気体放出ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6039139

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】気体導入保持装置及び気体導入保持方法並びに気体放出ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B01F 3/04 20060101AFI20161128BHJP

   B01F 11/00 20060101ALI20161128BHJP

   B01F 15/02 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   B01F3/04 A

   B01F11/00 Z

   B01F15/02 A

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-556331(P2016-556331)

(86)(22)【出願日】2016年3月1日

(86)【国際出願番号】JP2016056247

【審査請求日】2016年9月8日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】315019403

【氏名又は名称】ヒロセ・ユニエンス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104640

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 陽一

(72)【発明者】

【氏名】清宮 義博

(72)【発明者】

【氏名】田口 吉美

(72)【発明者】

【氏名】藤田 勇仁

【審査官】 神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−９３８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−８７９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６９３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／１４−５３／１８

Ｂ０１Ｆ １／００− ５／２６

Ｂ０１Ｆ １１／００−１１／０４

Ｂ０１Ｆ １５／０２

Ｂ０１Ｊ ４／００

Ｂ０１Ｊ １９／１０

Ｃ０２Ｆ １／００

Ｃ０２Ｆ １／３４−１／３６

Ｃ０２Ｆ １／７４

Ｃ０２Ｆ ７／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体内に気体を導入して保持する気体導入保持装置であって、
液体に浸漬される、微細孔を有する気体放出ヘッドと、
前記気体放出ヘッドに気体を供給する気体供給手段と、
液体内に気体を放出している前記気体放出ヘッドに振動を連続的に印加する振動子と
を備え、
前記気体放出ヘッドの微細孔は、その孔径が２．５[μｍ]以下であり、
前記振動子が前記気体放出ヘッドに印加する振動は、周波数が３００００[Ｈｚ]以上、振幅が１[ｍｍ]以下であり、
（１つの前記微細孔から放出される気体の放出量[μｍ^３／分]）／（前記振動子の振動周波数[Ｈｚ]）≦３００となるように、前記気体放出ヘッドのへの気体の供給量が調整されていることを特徴とする気体導入保持装置。

【請求項2】

前記気体放出ヘッドは、少なくとも片面が気体放出面となる板状のヘッド本体を有し、
前記振動子は、前記ヘッド本体の気体放出面に対してなす小さい方の角度が−１５度〜１５度の範囲内の方向に振動を付与する請求項１に記載の気体導入保持装置。

【請求項3】

請求項１に記載の気体導入保持装置に使用される気体放出ヘッドであって、
孔径が２．５[μｍ]以下の多数の微細孔を有する多孔質体によって板状に形成されたヘッド本体を有し、
前記ヘッド本体の内部には、前記ヘッド本体の表面に沿って異なる方向に延びる複数の気体供給路が形成されていることを特徴とする気体放出ヘッド。

【請求項4】

液体内に気体を導入して保持する気体導入保持方法であって、
液体に浸漬した、孔径が２．５[μｍ]以下の多数の微細孔を有する気体放出ヘッドに、周波数が３００００[Ｈｚ]以上、振幅が１[ｍｍ]以下の振動を連続的に印加しながら、（１つの微細孔から放出される気体の放出量[μｍ^３／分]）／（振動子の振動周波数[Ｈｚ]）≦３００となるように、気体放出ヘッドから気体を液体内に放出することを特徴とする気体導入保持方法。

【請求項5】

液体に０．０１重量％以上の過酸化水素を添加した請求項４に記載の気体導入保持方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、液体内に気体を導入して保持する気体導入保持装置及び気体導入保持方法並びに気体導入保持装置に使用される気体放出ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

液体内に気体を導入して保持する方法としては、散気管等を用いたバブリングにより気体を液体内に気泡として吹きだすことで、液体に気体を溶解させる気泡溶解法が一般的に採用されているが、液体内に放出された通常の気泡は急速に上昇して液体表面で破裂するので、気泡として液体内に放出された気体の大半が液体に溶解することなく大気中に放散してしまい、液体に気体を効率よく溶解させることができない。

【0003】

一方、発生時の直径を５０μｍ以下まで微細化した気泡（以下、マイクロバブルという。）は、液体中での上昇速度が小さく、内部に含まれる気体を効率的に溶解させながら収縮していき、場合によっては、液体表面に届く前に消滅してしまうという特性を有している。

【0004】

このため、液体中でマイクロバブルを発生させる種々の方法が提案されており、具体的には、軽石状のガラクトースを水などに溶解したときに結晶の隙間から気泡が析出する現象を利用してマイクロバブルを生成する方法、圧力に比例して溶解する気体量が増加するという特性を利用してマイクロバブルを生成する方法（加圧溶解法）、液体と気体を攪拌することでマイクロバブルを生成する方法（気液２相流旋回法）等が挙げられる。

【0005】

しかしながら、一定温度、一定圧力下における液体に対する気体の溶解度は、気体及びその気体を溶解させる液体の組み合わせ毎に定まっているので、液体に気体を効率よく溶解させることができたとしても、溶解度を超えることはできず、マイクロバブルを利用した気体の溶解法には限界がある。

【0006】

ところで、液体中に発生させたマイクロバブルの一部は単純に消滅することなく、極微細化した状態で一時的に液体中に残存することが知られており、これらの気泡は、その直径が数百ｎｍよりも小さく、ナノバブル（ウルトラファインバブル）と呼ばれている。従って、液体中に多量のナノバブルを安定した状態で生成することができれば、溶解度を超えて液体中に気体を溶存させることが可能となる。

【0007】

近年、液体中に生成したマイクロバブルに物理的刺激を加えることにより、マイクロバブルを急激に収縮させて圧壊を起こさせることによってナノバブルを発生させると共に、発生したナノバブルを保持するために液体中に電解質イオンを添加することでナノバブルを安定化させる方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１４−２１７８１３号公報

【特許文献2】特許第４１４４６６９号公報

【特許文献3】特開２０１３−１６６１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、上述したマイクロバブルの圧壊を利用したナノバブルの生成方法では、マイクロバブルの圧壊時に発生する急激な温度上昇と衝撃波とによって、液体中に一旦溶解した気体が気液面から自然放出されるので、液体内における気体の溶存量を増大させることは難しく、しかも、マイクロバブルの圧壊時に発生する衝撃波は連続的に増幅するため、その増幅された衝撃波によってナノバブル自体が圧壊してしまうので、生成されたナノバブルの保持すら難しいという問題がある。

【0010】

そこで、この発明の課題は、液体中における気体の溶存量を増大させることができる気体導入保持装置及び気体導入保持方法並びに気体導入保持装置に使用される気体放出ヘッドを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、液体内に気体を導入して保持する気体導入保持装置であって、液体に浸漬される、微細孔を有する気体放出ヘッドと、前記気体放出ヘッドに気体を供給する気体供給手段と、液体内に気体を放出している前記気体放出ヘッドに振動を連続的に印加する振動子とを備え、前記気体放出ヘッドの微細孔は、その孔径が２．５[μｍ]以下であり、前記振動子が前記気体放出ヘッドに印加する振動は、周波数が３００００[Ｈｚ]以上、振幅が１[ｍｍ]以下であり、（１つの前記微細孔から放出される気体の放出量[μｍ^３／分]）／（前記振動子の振動周波数[Ｈｚ]）≦３００となるように、前記気体放出ヘッドのへの気体の供給量が調整されていることを特徴とする気体導入保持装置を提供するものである。

【0012】

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の気体導入保持装置において、前記気体放出ヘッドは、少なくとも片面が気体放出面となる板状のヘッド本体を有し、前記振動子は、前記ヘッド本体の気体放出面に対してなす小さい方の角度が−１５度〜１５度の範囲内の方向に振動を付与することを特徴としている。

【0013】

また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の気体導入保持装置に使用される気体放出ヘッドであって、孔径が２．５[μｍ]以下の多数の微細孔を有する多孔質体によって板状に形成されたヘッド本体を有し、前記ヘッド本体の内部には、前記ヘッド本体の表面に沿って異なる方向に延びる複数の気体供給路が形成されていることを特徴としている。

【0014】

また、請求項４に係る発明は、液体内に気体を導入して保持する気体導入保持方法であって、液体に浸漬した、孔径が２．５[μｍ]以下の多数の微細孔を有する気体放出ヘッドに、周波数が３００００[Ｈｚ]以上、振幅が１[ｍｍ]以下の振動を連続的に印加しながら、（１つの微細孔から放出される気体の放出量[μｍ^３／分]）／（振動子の振動周波数[Ｈｚ]）≦３００となるように、気体放出ヘッドから気体を液体内に放出することを特徴としている。

【0015】

また、請求項５に係る発明は、請求項１に記載の気体導入保持方法において、液体に０．０１重量％以上の過酸化水素を添加したことを特徴としている。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、請求項１に係る発明の気体導入保持装置及び請求項４に係る発明の気体導入保持方法では、（１つの微細孔から放出される気体の放出量[μｍ^３／分]）／（振動子の振動周波数[Ｈｚ]）≦３００となるように、気体放出ヘッドの孔径が２．５[μｍ]以下の微細孔から放出される気体が、気体放出ヘッドに印加された周波数が３００００[Ｈｚ]以上、振幅が１[ｍｍ]以下の振動によって微細気泡に分断されながら液体中に放出され、液体中の微細気泡はゆっくりと収縮しながらブラウン運動を起こすので、ナノサイズの微細気泡として液体中に保持することができる。

【0017】

このように、本発明の気体導入保持装置及び気体導入保持方法では、マイクロバブルを圧壊させることなくナノバブルを生成することができるので、マイクロバブルの圧壊を利用した従来のナノバブルの生成方法のように、圧壊時に発生する温度上昇によって液体中に一旦溶解した気体が気液面から自然放出したり、マイクロバブルの圧壊時に発生して連続的に増幅された衝撃波によって一旦生成されたナノバブルが圧壊したりすることもないので、液体中における気体の溶存量を確実に増大させることができる。

【0018】

また、請求項２に係る発明は、気体放出ヘッドは、少なくとも片面が気体放出面となる板状のヘッド本体を有し、振動子は、ヘッド本体の気体放出面に対してなす小さい方の角度が−１５度〜１５度の範囲内の方向に振動を付与するので、気体放出面から放出される気体を効率よく微細気泡に分断することができる。

【0019】

また、請求項３に係る発明の気体放出ヘッドは、孔径が２．５[μｍ]以下の多数の微細孔を有する多孔質体によって板状に形成されたヘッド本体の内部に、ヘッド本体の表面に沿って異なる方向に延びる複数の気体供給路が形成されているので、ヘッド本体に供給される気体が板状に形成されたヘッド本体の両面から略均等に放出され、しかも、板状のヘッド本体を完全な中空構造にする場合に比べて十分な強度を確保することができるという効果が得られる。

【0020】

特に、液体に０．０１重量％以上の過酸化水素を添加した請求項５に係る発明の気体導入保持方法では、添加した過酸化水素が微細気泡の電荷によりＯＨラジカル化して微細気泡を包み込むので、ナノサイズの微細気泡が安定化し、液体中の存在時間を大幅に伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】この発明に係る気体導入保持装置の一実施形態を示す概略断面図である。

【図2】同上の気体導入保持装置を示す概略平面図である。

【図3】同上の気体導入保持装置を用いて純水に酸素を導入した実施例、比較例及び従来装置を用いて純水に酸素を導入した従来例における溶存酸素量の変化を示すグラフである。

【図4】気体導入保持装置の他の実施形態を示す概略断面図である。

【図5】同上の気体導入保持装置を示す概略平面図である。

【図6】気体導入保持装置に使用される気体放出ヘッドの変形例を示す正面図である。

【図7】同上の気体放出ヘッドを示す側面図である。

【図8】板状のヘッド本体を有する気体放出ヘッドに付与する振動の方向を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、この発明の気体導入保持装置の概略構成を示している。同図に示すように、この気体導入保持装置１は、液体を貯留する液体貯留槽１０と、この液体貯留槽１０に貯留された液体中に浸漬される気体放出ヘッド２０と、この気体放出ヘッド２０に気体を供給する気体供給手段３０と、気体放出ヘッド２０に振動を印加する振動印加手段４０とを備えており、液体に浸漬した気体放出ヘッド２０に振動を連続的に印加しながら気体放出ヘッド２０から気体を液体内に放出するように構成されている。

【0023】

前記液体貯留槽１０は、図１及び図２に示すように、合成樹脂板によって形成された角筒状の胴部１１と、この胴部１１の下端開口部を閉塞する、合成樹脂板によって形成された底部１２とから構成されており、液体貯留槽１０内に気体放出ヘッド２０が収容保持されている。

【0024】

前記気体放出ヘッド２０は、図１及び図２に示すように、例えば、セラミックス等によって形成された通気型の多孔質体からなる、先端が閉塞された中空棒状のヘッド本体２１と、このヘッド本体２１の基端部に取り付けられた、気体供給手段３０を接続するための接続金具２２とを備えており、ヘッド本体２１は、その中空部分と外部とを連通する孔径が２．５μｍ以下の多数の微細孔を有している。従って、ヘッド本体２１の中空部分に気体を供給すると、微細孔から外部に気体が放出されるようになっている。微細孔の孔径は小さい方がナノバブルを生成しやすくなるが、微細孔の孔径が小さすぎると気体の放出抵抗が大きくなるので、好ましくは、０．０１μｍ〜２．５μｍ、より好ましくは、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内で微細孔の孔径を設定しておくことが望ましい。また、２．５μｍ以下の微細孔の数は特に限定されないが、多ければ多いほど液体内への気体の導入量が増えるので好ましい。

【0025】

前記気体供給手段３０は、図１及び図２に示すように、気体放出ヘッド２０の接続金具２２に接続される気体供給用のチューブ３１と、このチューブ３１に取り付けた流量調整弁３２と、チューブ３１を介して、気体を気体放出ヘッド２０に供給するポンプ３３とを備えており、流量調整弁３２の開度やポンプ３３の電圧を調整することによって、気体の供給量を調整するようになっている。

【0026】

前記振動印加手段４０は、図１及び図２に示すように、液体貯留槽１０の内部に収容される、防水処理が施された振動子４１と、図示しない高周波変換回路とを備えており、振動子４１としては、２つの金属ブロック４１ｂ、４１ｃで２個の圧電素子４１ａ、４１ａを挟持したランジュバン型振動子が採用されている。

【0027】

前記振動子４１は、振動放射側の金属ブロック４１ｂを上にした状態で、他方の金属ブロック４１ｃが液体貯留槽１０の底部１２に固着されており、金属ブロック４１ｂの振動放射面には、気体放出ヘッド２０のヘッド本体２１部分が接着固定されている。

【0028】

前記振動子４１が気体放出ヘッド２０のヘッド本体２１に印加する振動は、周波数が３００００Ｈｚ以上、振幅が１ｍｍ以下に設定されており、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量[μｍ^３／分]）／（振動子の振動周波数[Ｈｚ]）≦３００となるように、気体放出ヘッド２０のへの気体の供給量が調整されている。（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量[μｍ^３／分]）／（振動子の振動周波数[Ｈｚ]）は、小さい方がナノバブルを生成しやすいので、好ましくは２００以下、より好ましくは１００以下に設定しておくことが望ましい。

【0029】

このように、気体放出ヘッドに周波数が３００００Ｈｚ以上、振幅が１ｍｍ以下の振動を印加しながら、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子の振動周波数Ｈｚ）≦３００となるように、気体放出ヘッド２０の孔径が２．５μｍ以下の微細孔から気体を放出すると、気体放出ヘッド２０の微細孔から放出される気体が気体放出ヘッド２０に印加された振動によって微細気泡に分断されながら液体中に放出され、液体中に放出された微細気泡はゆっくりと収縮しながらブラウン運動を起こすので、ナノサイズの微細気泡として液体中に保持されることになる。

【0030】

以下、上述した気体導入保持装置１を用いて純水に酸素ガスを導入保持する本発明の実施例１〜６及び比較例１〜４、さらに従来装置を用いて純水に酸素ガスを導入保持する従来例について、表１及び表２を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。

【0031】

（実施例１）
表１に示すように、２０℃の室内で、液体貯留槽１０内に純水２ｌを導入し、ヘッド本体２１が平均孔径１μｍの微細孔を約３００万個有する気体放出ヘッド２０から濃度が９９．７容量％以上の酸素ガスを４０００ｍｍ^３／分で放出しながら、気体放出ヘッド２０に周波数が４００００Ｈｚ、振幅が０．５ｍｍの振動を２分間連続的に印加し続けた。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝３３である。

【0032】

（実施例２）
表１に示すように、孔径が２．５μｍ、平均孔数が約４８万個の微細孔を有するヘッド本体２１を採用した点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝２０８である。

【0033】

（実施例３）
表１に示すように、周波数が３００００Ｈｚ、振幅が０．５ｍｍの振動を気体放出ヘッド２０に印加した点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝４４である。

【0034】

（実施例４）
表１に示すように、周波数が４００００Ｈｚ、振幅が１ｍｍの振動を気体放出ヘッド２０に印加した点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝３３である。

【0035】

（実施例５）
表１に示すように、気体放出ヘッド２０からの酸素ガスの放出量が３６０００ｍｍ^３／分である点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝３００である。

【0036】

（実施例６）
表１に示すように、液体貯留槽１０内に導入した純水２ｌに０．０１重量％の過酸化水素を添加した点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝３３である。

【0037】

（比較例１）
表１に示すように、孔径が３μｍ、平均孔数が約３０万個の微細孔を有するヘッド本体２１を採用した点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝３３３である。

【0038】

（比較例２）
表１に示すように、周波数が２５０００Ｈｚ、振幅が０．５ｍｍの振動を気体放出ヘッド２０に印加した点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝５３である。

【0039】

（比較例３）
表１に示すように、周波数が４００００Ｈｚ、振幅が２ｍｍの振動を気体放出ヘッド２０に印加した点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝３３である。

【0040】

（比較例４）
表１に示すように、気体放出ヘッド２０からの酸素ガスの放出量が４００００ｍｍ^３／分である点を除いて、実施例１と同様の方法で、純水に酸素ガスを導入した。なお、この条件では、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される酸素ガスの放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝３３３である。

【0041】

【表1】

【0042】

（従来例）
従来装置としては、ポンプの吸引力により気体と液体とを同時に吸引して気液混合槽に供給し、この気液混合槽内の気液混合状態にある溶存液を、２以上の貫通小穴を有するノズルの外部からその貫通小穴を通して大気圧以上の圧力で噴射し、そのノズルの内部で衝突させることによって、マイクロ・ナノバブルを発生させるマイクロ・ナノバブル発生装置（シグマテクノロジー有限会社製 ΣＰＭ−５）を使用した。

【0043】

従来装置の液吸込口と吐出口を別容器に貯留されている純水中に浸漬し、１ｌ／分で循環させながら安定するまで１０分間予備運転を行った後、液吸込口と吐出口とを液体貯留槽内に貯留されている２ｌの純水中に浸漬し、液体貯留槽内の純水を１ｌ／分で２分間循環させた。

【0044】

上述した実施例１〜６、比較例１〜４及び従来例について、装置運転中における所定時間経過時点（運転開始時点、３０秒経過時点、６０秒経過時点、９０秒経過時点、１２０秒経過時点）で、溶存酸素計（セントラル科学株式会社製 ＣＧＳ−５型）を用いて酸素溶存量を測定し、その結果を表２及び図３のグラフに示した。なお、図３のグラフに示した、「溶解度（２０℃において１ａｔｍの酸素が水１ｃｍ^３中に溶解するときの容積[ｃｍ^３]＝０．０３１）に相当する酸素溶存量」は、０．０３１[ｌ／ｌ]／２２．４[ｌ／ｍｏｌ]×３２[ｇ／ｍｏｌ]×１０^３＝４４．３[ｍｇ／ｌ]とした。

【0045】

【表2】

【0046】

表２及び図３から分かるように、気体導入保持装置１において、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径が３μｍ（＞２．５μｍ）である比較例１、振動子４１が印加する振動の周波数が２５０００Ｈｚ（＜３００００Ｈｚ）である比較例２、振動子４１が付与する振動の振幅が２ｍｍ（＞１ｍｍ）である比較例３及び（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）が３３３（＞３００）である比較例４は、運転停止時点である２分経過後における酸素溶存量が、溶解度に相当する酸素溶存量を大きく下回っているが、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径が２．５μｍ以下、振動子４１が付与する振動の周波数が３００００Ｈｚ以上、振動子４１が印加する振動の振幅が１ｍｍ以下及び（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）≦３００である実施例１〜５は、運転停止時点である２分経過後における酸素溶存量が、溶解度に相当する酸素溶存量（４４．３ｍｇ／ｌ）を上回っており、溶解度を超えて純水中に酸素を溶存させることができる。

【0047】

また、従来例においても、運転停止時点である２分経過後における酸素溶存量が４５．２ｍｇ／ｌであり、溶解度に相当する酸素溶存量（４４．３ｍｇ／ｌ）を若干上回っているが、実施例１〜４については、２分経過後における酸素溶存量が５８ｍｇ／ｌ以上、特に、実施例１については、酸素溶存量が８０ｍｇ／ｌ以上で、溶解度に相当する酸素溶存量（４４．３ｍｇ／ｌ）を大きく上回っており、優れた酸素導入保持性能を有していることが分かる。

【0048】

また、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径、振動子４１が印加する振動の周波数、振幅のうち、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径（孔数）だけが異なる実施例１と実施例２とを比較すると、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径が１μｍの実施例１は、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径が２．５μｍの実施例２に比べて２分経過後における酸素溶存量が２０ｍｇ／ｌ以上高いので、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径は１μｍ以下に設定しておくことが望ましい。

【0049】

また、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径、振動子４１が印加する振動の周波数、振幅のうち、振動子４１が印加する振動の周波数だけが異なる実施例１と実施例３とを比較すると、振動子４１が印加する振動の周波数が４００００Ｈｚの実施例１は、振動子４１が印加する振動の周波数が３００００Ｈｚの実施例３に比べて２分経過後における酸素溶存量が２０ｍｇ／ｌ以上高いので、振動子４１が印加する振動の周波数は４００００Ｈｚ以上に設定しておくことが望ましい。

【0050】

また、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径、振動子４１が印加する振動の周波数、振幅のうち、振動子４１が印加する振動の振幅だけが異なる実施例１と実施例４とを比較すると、振動子４１が印加する振動の振幅が０．５ｍｍの実施例１は、振動子４１が印加する振動の振幅が１ｍｍの実施例４に比べて２分経過後における酸素溶存量が２０ｍｇ／ｌ以上高いので、振動子４１が印加する振動の振幅は０．５ｍｍ以下に設定しておくことが望ましい。

【0051】

また、気体放出ヘッド２０の微細孔の孔径、振動子４１が印加する振動の周波数、振幅、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）のうち、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）だけが異なる実施例１と実施例５とを比較すると、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）＝３３の実施例１は、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子の振動周波数Ｈｚ）＝３００の実施例５に比べて２分経過後における酸素溶存量が３０ｍｇ／ｌ以上高いので、（ヘッド本体２１の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）は２００以下、より好ましくは１００以下に設定しておくことが望ましい。

【0052】

また、純水に過酸化水素を添加した点だけが異なる実施例１と実施例６とを比較すると、純水に過酸化水素を０．０１重量％添加した実施例６は、純水に過酸化水素を添加していない実施例１に比べて、装置の運転を停止した後の酸素溶存量の低下率が抑えられているので、酸素の溶存状態を長期間保持したい場合は、過酸化水素を０．０１重量％以上添加しておくことが望ましい。

【0053】

なお、上述した各実施例では純水に酸素を導入しているが、これに限定されるものではなく、水道水、海水、温泉水、汚染水、油等の各種液体に、空気、オゾン、水素、炭酸ガス、窒素等の各種気体を導入して溶存させることができる。

【0054】

また、上述した実施形態では、液体貯留槽１０の内部に振動子４１を収容保持しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図４及び図５に示すように、液体貯留槽１０Ａを、液体を貯留する槽本体１３と、この槽本体１３を支持する角筒状の台座１５とによって構成し、槽本体１３の下側の台座１５内に振動子４１を配設することも可能である。

【0055】

具体的には、槽本体１３の底部を金属板１４によって構成し、この金属板１４に形成されたボルト挿通孔に挿通したボルト４２を振動子４１の振動放出面にねじ込んで締め込むことによって振動子４１を金属板１４に固定すると共に、金属板１４の上面に突出しているボルト４２の頭部に気体放出ヘッド２０のヘッド本体２１を接着固定することで、槽本体１３の底部を構成している金属板１４を共振させながら、ボルト４２を介して振動子４１の振動をヘッド本体２１に印加するようにしておくことが望ましい。

【0056】

また、上述した実施形態では、先端が閉塞された中空棒状のヘッド本体２１を有する気体放出ヘッド２０を使用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図６及び図７に示すように、板状のヘッド本体２１Ａを有する気体放出ヘッド２０Ａを採用することも可能である。

【0057】

このような板状のヘッド本体２１Ａを採用する場合は、同図に示すように、気体供給手段３０のチューブ３１が接続されるチャンバ２２Ａをヘッド本体２１Ａの下端部に連設しておき、ヘッド本体２１Ａの内部には、チャンバ２２Ａに開放される、ヘッド本体２１Ａの表面に沿って上下方向に延びる複数の縦気体供給路２１Ａａと、これらの縦気体供給路２１Ａａに連通した状態でヘッド本体２１Ａの表面に沿って横方向に延びる複数の横気体供給路２１Ａｂとを形成しておくと、チャンバ２２Ａを介してヘッド本体２１Ａに供給される気体が板状に形成されたヘッド本体２１Ａの両面から略均等に放出され、しかも、板状のヘッド本体２１Ａを完全な中空構造にする場合に比べて十分な強度を確保することができる。

【0058】

また、こういった板状のヘッド本体２１Ａを採用する場合は、図８に示すように、ヘッド本体２１Ａの気体放出面ｆに対してなす小さい方の角度αが−１５度〜１５度の範囲内の方向に振動が付与されるように、ヘッド本体２１Ａを振動子４１（金属ブロック４１ｂ）の振動放射面に固定しておくと、気体放出面から放出される気体を効率よく微細気泡に分断することができる。特に、ヘッド本体２１Ａの気体放出面に対してなす角度が０度の方向、即ち、ヘッド本体２１Ａの気体放出面に沿う方向に振動を付与すると、気体の放出方向に対して直交する方向に振動が付与されるので、気体放出面から放出される気体を最も効率よく微細気泡に分断することができる。

【0059】

また、上述した各実施形態では、振動印加手段４０の振動子４１としてランジュバン型振動子を採用しているが、これに限定されるものではなく、種々の振動子を採用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明の気体導入保持装置は、各種気体を各種液体に高濃度で溶存させることができるので、液体及び液体に導入する気体を適宜選択することによって、工場廃液処理、洗浄、殺菌、消毒、生鮮商品の鮮度保持、魚介類の養殖といった各種分野において利用することができる。

【符号の説明】

【0061】

１ 気体導入保持装置
１０、１０Ａ 液体貯留槽
１１ 胴部
１２ 底部
１３ 槽本体
１４ 金属板
１５ 台座
２０、２０Ａ 気体放出ヘッド
２１、２１Ａ ヘッド本体
２１Ａａ 縦気体供給路
２１Ａｂ 横気体供給路
２２ 接続金具
２２Ａ チャンバ
３０ 気体供給手段
３１ チューブ
３２ 流量調整弁
３３ ポンプ
４０ 振動印加手段
４１ 振動子
４１ａ 圧電素子
４１ｂ、４１ｃ 金属ブロック
４２ ボルト

【要約】

【課題】液体中における気体の溶存量を増大させることができる気体導入保持装置及び気体導入保持方法並びに気体導入保持装置に使用される気体放出ヘッドを提供する。
【解決手段】液体を貯留する液体貯留槽１０と、孔径が２．５μｍ以下の多数の微細孔を有する気体放出ヘッド２０と、気体放出ヘッド２０に気体を供給する気体供給手段３０と、気体放出ヘッド２０に振動を印加する振動子４１を有する振動印加手段４０とを備えており、液体に浸漬した気体放出ヘッド２０に振動を連続的に印加しながら気体放出ヘッド２０から気体を放出するようになっている。振動子４１が気体放出ヘッド２０に印加する振動は、周波数が３０ｋＨｚ以上、振幅が１ｍｍ以下に設定されており、（気体放出ヘッド２０の１つの微細孔から放出される気体の放出量μｍ^３／分）／（振動子４１の振動周波数Ｈｚ）≦３００となるように、気体放出ヘッド２０のへの気体の供給量が調整されている。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】