特許 6231507 微小気泡発生具及び微小気泡含有液体の生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6231507

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】微小気泡発生具及び微小気泡含有液体の生成装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 3/04 20060101AFI20171106BHJP

   B01F 5/06 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   B01F3/04 A

   B01F5/06

【請求項の数】13

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-17080(P2015-17080)

(22)【出願日】2015年1月30日

(65)【公開番号】特開2016-140801(P2016-140801A)

(43)【公開日】2016年8月8日

【審査請求日】2016年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004293

【氏名又は名称】株式会社ノリタケカンパニーリミテド

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 清孝

(72)【発明者】

【氏名】金井 照昌

【審査官】 増田 健司

(56)【参考文献】

【文献】 実開平１−１７０４３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５５−４３５２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−１３２４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５４０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２３４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−９００２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ ３／０４

Ｂ０１Ｆ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体接触面及び液体接触面を有し、気体を上記気体接触面から上記液体接触面に向けて送気可能な多孔質の多孔質部材、
を備え、
上記多孔質部材の上記気体接触面側から供給された上記気体を、上記液体接触面から微小気泡化して、上記液体接触面に接する液体内に吹き込む
微小気泡発生具であって、
上記多孔質部材は、
互いに三次元網目状に連結した多数の第１通気路を構成する多孔質セラミックスからなる第１多孔質層と、
上記第１多孔質層よりも上記液体接触面側に一体に形成され、上記第１多孔質層よりも薄く、上記第１通気路に連通し、かつ、上記第１通気路よりも細径の多数の第２通気路を構成する第２多孔質層と、を有し、
上記第１多孔質層の厚みＴ１は、上記第２多孔質層の厚みＴ２の１０倍以上である
微小気泡発生具。

【請求項2】

請求項１に記載の微小気泡発生具であって、
前記第１通気路の平均孔径Ｄ１に対して、
前記第２通気路の平均孔径Ｄ２が、Ｄ１／６０〜Ｄ１／２である
微小気泡発生具。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の微小気泡発生具であって、
前記多孔質部材の前記第２多孔質層は、
前記第１多孔質層と同材質で、互いに三次元網目状に連結した多数の前記第２通気路を構成する多孔質セラミックスからなる
微小気泡発生具。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の微小気泡発生具であって、
前記多孔質部材は、
前記気体接触面である内側面と、前記液体接触面である外側面と、を含み、
管状の管状多孔質部材であり、
上記管状多孔質部材は、一方端が閉塞されてなる
微小気泡発生具。

【請求項5】

請求項４に記載の微小気泡発生具であって、
前記管状多孔質部材は、
自身の一方端が閉じた有底筒状である
微小気泡発生具。

【請求項6】

請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の微小気泡発生具であって、
前記多孔質部材は、
前記気体接触面である外側面と、前記液体接触面である内側面と、を含み、
単管状または多穴管状の管状多孔質部材である
微小気泡発生具。

【請求項7】

請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の微小気泡発生具であって、
前記液体に触れる部位を、いずれも非金属で構成してなる
微小気泡発生具。

【請求項8】

気体接触面及び液体接触面を有し、気体を上記気体接触面から上記液体接触面に向けて送気可能な多孔質の多孔質部材、
を備え、
上記多孔質部材の上記気体接触面側から供給された上記気体を、上記液体接触面から微小気泡化して、上記液体接触面に接する液体内に吹き込む
微小気泡発生具であって、
上記多孔質部材は、
互いに三次元網目状に連結した多数の第１通気路を構成する多孔質セラミックスからなる第１多孔質層と、
上記第１多孔質層よりも上記液体接触面側に一体に形成され、上記第１多孔質層よりも薄く、上記第１通気路に連通し、かつ、上記第１通気路よりも細径の多数の第２通気路を構成する第２多孔質層と、を有し、
前記多孔質部材は、
前記気体接触面である外側面と、前記液体接触面である内側面と、を含み、
多穴管状の管状多孔質部材である
微小気泡発生具。

【請求項9】

請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の微小気泡発生具と、
外部から供給された前記気体を、前記多孔質部材の前記気体接触面に供給する気体供給路を構成する気体供給路部材と、
外部から供給された前記液体を上記多孔質部材の上記液体接触面に接するように供給し、微小気泡を含む微小気泡含有液体が排出されるように上記液体が流れる流路を構成する液流通部材と、を備える
微小気泡含有液体の生成装置。

【請求項10】

請求項４または請求項５に記載の微小気泡発生具と、
前記管状多孔質部材の他方端部に接続して、上記管状多孔質部材の前記内側面に、外部から供給された前記気体を供給する気体供給路を構成する気体供給路部材と、
外部から供給された前記液体を上記管状多孔質部材の前記外側面に接するように供給し、微小気泡を含む微小気泡含有液体が排出されるように上記液体が流れる流路を構成してなり、
上記管状多孔質部材を、径方向外側から離間しつつ取り囲み、上記管状多孔質部材の全周にわたり、上記管状多孔質部材の上記外側面との間にも、上記流路を構成する包囲流路構成部を含む
液流通部材と、を備える
微小気泡含有液体の生成装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の微小気泡含有液体の生成装置であって、
前記管状多孔質部材は、
円管状であり、
前記液流通部材の前記包囲流路構成部が、
円管状で、上記管状多孔質部材と同芯に配置されてなる
微小気泡含有液体の生成装置。

【請求項12】

請求項６または請求項８に記載の微小気泡発生具と、
前記管状多孔質部材を、径方向外側から離間しつつ取り囲み、上記管状多孔質部材の前記外側面との間に包囲空間を構成して、外部から供給された上記気体を前記外側面に供給する気体供給路を構成する気体供給路部材と、
上記管状多孔質部材の他方端側から、外部から供給された前記液体を、上記管状多孔質部材の上記内側面内に供給する液供給路を構成する液供給路部材と、
上記管状多孔質部材内を通って一方端から排出される、微小気泡を含む微小気泡含有液体を排出する液排出路を構成する液排出路部材と、を備える
微小気泡含有液体の生成装置。

【請求項13】

請求項９〜請求項１２のいずれか１項に記載の微小気泡含有液体の生成装置であって、
前記液体に触れる部位を、いずれも非金属で構成してなる
微小気泡含有液体の生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体中に微小気泡を吹き込む微小気泡発生具、及びこれを用いた微小気泡含有液体生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、マイクロバブル、ナノバブルと呼ばれる微小気泡を用いた技術の有用性が注目されている。例えば、微小気泡を含む液体を用いた洗浄技術、水の除菌及び脱臭、オゾン水の生成、健康・医療機器分野や、湖沼や養殖場の水質浄化、工場・畜産等の各種排水処理、及び、機能水製造などへの利用が検討されている。

【0003】

このようなマイクロバブル，ナノバブルを発生させる装置として、種々の構造を有する装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−２２４４６１号公報

【特許文献2】特開２０１３−３４９７６号公報

【特許文献3】特開２００９−１０１２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、液中に気泡を吹き込むには、液(流路)に接した多孔の部材に圧力を掛けた気体を通す必要がある。この場合に、液中に多量の気泡を吹き込むには、部材の面積を大きくする必要があるが、多孔の部材に力が掛かりやすいので、強度を上げるべく、多孔の部材の厚みを厚くせざるを得ないことが多い。一方、気泡を微小にするには、多孔の部材の通気路を微細にする必要があるが、通気路を微細にするほど通気に高い圧力が必要となる。即ち、圧力損失が大きくなる。このような圧力損失を抑制するには、通気路をなす多孔の部材の厚みを薄くせざるを得ず、多孔の部材の強度や耐久性、信頼性が低下するという背反する問題を生じていた。

【0006】

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、多数の微細な通気路を有し、液体中に微小気泡を容易に発生できる一方、強度も高くした微小気泡発生具、及びこれを用いた微小気泡含有液体の生成装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）上記課題を解決するための本発明の一態様は、気体接触面及び液体接触面を有し、気体を上記気体接触面から上記液体接触面に向けて送気可能な多孔質の多孔質部材、を備え、上記多孔質部材の上記気体接触面側から供給された上記気体を、上記液体接触面から微小気泡化して、上記液体接触面に接する液体内に吹き込む微小気泡発生具であって、上記多孔質部材は、互いに三次元網目状に連結した多数の第１通気路を構成する多孔質セラミックスからなる第１多孔質層と、上記第１多孔質層よりも上記液体接触面側に一体に形成され、上記第１多孔質層よりも薄く、上記第１通気路に連通し、かつ、上記第１通気路よりも細径の多数の第２通気路を構成する第２多孔質層と、を有し、上記第１多孔質層の厚みＴ１は、上記第２多孔質層の厚みＴ２の１０倍以上である微小気泡発生具である。

【0008】

この微小気泡発生具では、多孔質部材を、比較的厚い多孔質セラミックスからなり、第１通気路を構成する第１多孔質層と、第１多孔質層に一体に形成され、第１多孔質層よりも薄いが、第１通気路よりも細径の第２通気路を構成する第２多孔質層とから構成している。このため、厚みの厚い多孔質セラミックスからなる第１多孔質層の存在によって、多孔質部材の強度を高くできる。その一方、第２多孔質層により、第１通気路よりも細径の第２通気路の径に対応する、微小な気泡を液体中に吹き込むことができる。

【0009】

なお、多孔質部材の形態としては、板状や球殻状、半球殻状などのドーム状、管状（筒状）などが挙げられる。なお、管状（筒状）には、円管状、角管状など、軸線方向に亘り横断面の形状が変化しない直管のほか、円錐台状、角錐台状など、軸線方向の一方側ほどテーパ状に窄まる形態であっても良い。さらに、管状（筒状）には、両端が開口した形態のほか、一端側が閉じてＵ字状或いは平板状の底部とされた有底筒状の形態も含まれる。
また、第１多孔質層をなす多孔質セラミックスの材質としては、例えば、アルミナ、チタニア、シリカ、ムライト、ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化ケイ素などの窒化物セラミックス、炭化ケイ素などの炭化物セラミックスが挙げられる。
さらに、第２多孔質層としては、第１多孔質層と同じく、互いに三次元網目状に連結した多数の第１通気路を構成する多孔質セラミックスからなるものが挙げられる。
この第２多孔質層をなす多孔質セラミックスの材質としては、第１多孔質層と同じく、アルミナ、チタニア、シリカ、ムライト、ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化ケイ素などの窒化物セラミックス、炭化ケイ素などの炭化物セラミックスが挙げられる。

【0010】

また、微小気泡を含ませる液体としては、純水、飲料水、海水、各種の培養液、各種の水溶液、各種の汚水などの水系の液体や、有機溶媒、油類など各種の液体が挙げられる。また、液体に微小気泡として含ませる気体としては、空気、酸素、オゾン、塩素ガス、水素など各種の気体が挙げられる。

【0011】

また、上述の微小気泡発生具であって、第１多孔質層の厚みが、第２多孔質層の３倍以上である微小気泡発生具とすると良い。

【0012】

この微小気泡発生具では、第１多孔質層の厚みが、第２多孔質層の３倍以上の厚さとされているので、多孔質部材の強度の大半は、第１通気路を構成する第１多孔質層が負担することとなり、十分な強度とすることができる。その一方で、第２多孔質層を有しているので、第２通気路による微小の気泡を形成できるにも拘わらず、第２多孔質層の厚みが薄いので、気体を微細な第２通気路を通すことに伴う圧力損失を抑制することができる。

【0013】

（２）さらに、上述の微小気泡発生具であって、前記第１通気路の平均孔径Ｄ１に対して、前記第２通気路の平均孔径Ｄ２が、Ｄ１／６０〜Ｄ１／２である微小気泡発生具とすると良い。

【0014】

第２通気路の平均孔径Ｄ２が、Ｄ１／６０を下回る（Ｄ２＜Ｄ１／６０）と、平均孔径Ｄ２とＤ１の差が大きくなりすぎ、熱膨張率や焼成時の焼成収縮率などの特性差が大きくなり、第２多孔質層に亀裂が生じるなどの不具合が生じやすくなる。一方、第２通気路の平均孔径Ｄ２が、Ｄ１／２を上回る（Ｄ２＞Ｄ１／２）と、平均孔径Ｄ２とＤ１の差が小さすぎ、第１多孔質層の存在による圧力損失の影響が大きくなる。
これに対し、上述の微小気泡発生具では、平均孔径Ｄ２を、Ｄ１／６０〜Ｄ１／２としている。このため、第２多孔質層に亀裂などが生じにくく、しかも、第１多孔質層の存在による圧力損失も抑制することができる。

【0015】

（３）また、前述の微小気泡発生具であって、前記多孔質部材の前記第２多孔質層は、前記第１多孔質層と同材質で、互いに三次元網目状に連結した多数の前記第２通気路を構成する多孔質セラミックスからなる微小気泡発生具とすると良い。

【0016】

この微小気泡発生具では、第２多孔質層を、第１多孔質層と同材質の多孔質セラミックスで構成したので、第１多孔質層と第２多孔質層との層同士の親和性が高く、両者を強固に一体化した多孔質部材とすることができ、耐久性や信頼性の高い微小気泡発生具とすることができる。
具体的には、第１多孔質層と第２多孔質層を、いずれもアルミナやチタニアとするものが挙げられる。

【0017】

（４）さらに、上述のいずれかに記載の微小気泡発生具であって、前記多孔質部材は、前記気体接触面である内側面と、前記液体接触面である外側面と、を含み、管状の管状多孔質部材であり、上記管状多孔質部材は、一方端が閉塞されてなる微小気泡発生具とすると良い。

【0018】

この微小気泡発生具は、管状多孔質部材の内側面に気体を圧送することで、管状多孔質部材が浸漬された液中に、微小気泡を容易に発生させることができる。
なお、外側面が液体接触面である管状多孔質部材としては、多孔質材で構成され１本の穴が穿孔された単管状としても、多孔質材からなり互いに離間した複数の穴が穿孔された多穴管状としても良い。この管状多孔質部材の一方端は閉塞されてなるが、別途形成した閉塞部材で、管状多孔質部材の一方端部を閉塞しても良いし、管状多孔質部材自身を、一方端を自身で閉塞する有底筒状の形態に構成することもできる。さらには、第２多孔質層が、管状の管状多孔質部材の外周面に沿って形成された構成とするとよい。第２多孔質層を形成しやすい上、第２多孔質層の厚みを揃えやすい。

【0019】

（５）さらに、上述のいずれかに記載の微小気泡発生具であって、前記管状多孔質部材は、自身の一方端が閉じた有底筒状である微小気泡発生具とすると良い。

【0020】

この微小気泡発生具では、管状多孔質部材自身を、一方端が閉じた有底筒状の形態としている。これにより、別途形成した閉塞部材で、管状多孔質部材の一方端部を閉塞する必要が無く、また、多孔質部材の表面積を増加させることができ、一方端部からも気泡を発生させることができ、更に微小気泡の発生効率を高くすることができる。

【0021】

（６）前述の（１）から（３）のいずれかに記載の微小気泡発生具であって、前記多孔質部材は、前記気体接触面である外側面と、前記液体接触面である内側面と、を含み、単管状または多穴管状の管状多孔質部材である微小気泡発生具とすると良い。
あるいは、気体接触面及び液体接触面を有し、気体を上記気体接触面から上記液体接触面に向けて送気可能な多孔質の多孔質部材、を備え、上記多孔質部材の上記気体接触面側から供給された上記気体を、上記液体接触面から微小気泡化して、上記液体接触面に接する液体内に吹き込む微小気泡発生具であって、上記多孔質部材は、互いに三次元網目状に連結した多数の第１通気路を構成する多孔質セラミックスからなる第１多孔質層と、上記第１多孔質層よりも上記液体接触面側に一体に形成され、上記第１多孔質層よりも薄く、上記第１通気路に連通し、かつ、上記第１通気路よりも細径の多数の第２通気路を構成する第２多孔質層と、を有し、前記多孔質部材は、前記気体接触面である外側面と、前記液体接触面である内側面と、を含み、多穴管状の管状多孔質部材である微小気泡発生具としても良い。

【0022】

この微小気泡発生具では、管状多孔質部材の単管内または多穴管内を流れる液体に周囲から微小気泡を吹き込むことができる。このため、液体内に均一に微小気体を包含させることができる。

【0023】

なお、内側面が液体接触面である管状多孔質部材としては、各孔の内周面にそって第２多孔質層を設けたものが挙げられる。また、多穴管状の管状多孔質部材としては、１つの管状多孔質部材内に、２つ以上の穴（貫通穴）を設けたものが挙げられ、例えば、７孔や１９孔や３７孔などの多数の貫通穴を有する管状多孔質部材が挙げられる。

【0024】

（７）さらに、（１）〜（６）のいずれかに記載の微小気泡発生具であって、前記液体に触れる部位を、いずれも非金属で構成してなる微小気泡発生具とすると良い。

【0025】

半導体の製造ラインで使用する純水や各種薬液中に微気泡を含ませたい場合などにおいて、微小気泡発生具が、金属材の露出した構成である場合には、液体中に金属イオンが溶出する不具合が生じることがある。
これに対し、この微小気泡発生具では、液体に触れる部位を、いずれも非金属で構成しているので、液体中に金属イオンが溶出する不具合を生じることがない。

【0026】

なお、非金属の材料としては、例えば、アルミナ，チタニア，ムライト，ジルコニア，窒化ケイ素などのセラミックス、ＰＴＦＥ，ＰＦＡなどのフッ素樹脂のほか、ＰＥ，ＰＰ，ＡＢＳ，ＰＥＴ，アクリルなどの熱可塑性樹脂などが挙げられる。

【0027】

（８）さらに他の解決手段は、前述の（１）〜（３）のいずれかに記載の微小気泡発生具と、外部から供給された前記気体を、前記多孔質部材の前記気体接触面に供給する気体供給路を構成する気体供給路部材と、外部から供給された前記液体を上記多孔質部材の上記液体接触面に接するように供給し、微小気泡を含む微小気泡含有液体が排出されるように上記液体が流れる流路を構成する液流通部材と、を備える微小気泡含有液体の生成装置である。

【0028】

この微小気泡含有液体の生成装置では、前述の（１）〜（３）のいずれかの微小気泡発生具のほか、気体供給路部材及び液流通部材を備えるので、液体を供給すると共に、適切な気圧の気体を供給することで、微小気泡を含んだ微小気泡含有液体を確実に生成することができる。

【0029】

気体供給路部材は、気体を多孔質部材の気体接触面に供給する気体供給路を構成する部材であり、微小気泡発生具の多孔質部材の形態に応じてその形状を選択すると良く、多孔質部材に接続する管状の形態や、多孔質部材を内側に収容して覆う形態などが挙げられる。
また、液流通部材は、液体が多孔質部材の液体接触面に接するように供給するほか、生成された微小気泡含有液体が排出されるように、微小気泡発生具の多孔質部材の形態に応じて、流路を構成する液流通部材の形状を選択すると良く、多孔質部材を内側に収容して覆う形態や、多孔質部材に接続する管状の形態などが挙げられる。

【0030】

（９）あるいは、（４）または（５）に記載の微小気泡発生具と、前記管状多孔質部材の他方端部に接続して、上記管状多孔質部材の前記内側面に、外部から供給された前記気体を供給する気体供給路を構成する気体供給路部材と、外部から供給された前記液体を上記管状多孔質部材の前記外側面に接するように供給し、微小気泡を含む微小気泡含有液体が排出されるように上記液体が流れる流路を構成してなり、上記管状多孔質部材を、径方向外側から離間しつつ取り囲み、上記管状多孔質部材の全周にわたり、上記管状多孔質部材の上記外側面との間にも、上記流路を構成する包囲流路構成部を含む液流通部材と、を備える微小気泡含有液体の生成装置とすると良い。

【0031】

この微小気泡含有液体の生成装置では、前述の（４）または（５）の微小気泡発生具のほか、上述の気体供給路部材及び液流通部材を備えるので、液体を供給すると共に、適切な気圧の気体を供給することで、微小気泡を含んだ微小気泡含有液体を確実に生成することができる。しかも、管状多孔質部材の全周にわたり、管状多孔質部材の外側面との間にも流路を構成するので、管状多孔質部材の全周から微小気泡を発生させて、効率よく、液体に微小気泡を含ませることができる。

【0032】

（１０）さらに、（９）に記載の微小気泡含有液体の生成装置であって、前記管状多孔質部材は、円管状であり、前記液流通部材の前記包囲流路構成部が、円管状で、上記管状多孔質部材と同芯に配置されてなる微小気泡含有液体の生成装置とすると良い。

【0033】

この装置では、筒状多孔質部材が円管状であるので、形成が容易である上、周囲の包囲流路構成部との間に構成する円筒状の流路を流れる液体中に、周方向に均一に微小気泡を含ませることができる。

【0034】

（１１）さらに、（６）に記載の微小気泡発生具と、前記管状多孔質部材を、径方向外側から離間しつつ取り囲み、上記管状多孔質部材の前記外側面との間に包囲空間を構成して、外部から供給された上記気体を前記外側面に供給する気体供給路を構成する気体供給路部材と、上記管状多孔質部材の他方端側から、外部から供給された前記液体を、上記管状多孔質部材の上記内側面内に供給する液供給路を構成する液供給路部材と、上記管状多孔質部材内を通って一方端から排出される、微小気泡を含む微小気泡含有液体を排出する液排出路を構成する液排出路部材と、を備える微小気泡含有液体の生成装置とすると良い。

【0035】

この微小気泡含有液体の生成装置では、前述の（６）の微小気泡発生具のほか、上述の気体供給路部材及び液流通部材を備えるので、液体を供給すると共に、適切な気圧の気体を供給することで、微小気泡を含んだ微小気泡含有液体を確実に生成することができる。しかも、単管状または多穴管状の管状多孔質部材を用い、管状多孔質部材の内側面に液体を供給するので、単管または多穴管の内周（内側面）から微小気泡を発生させて、効率よく、液体に微小気泡を含ませることができる。

【0036】

さらに、（８）〜（１１）のいずれかに記載の微小気泡含有液体の生成装置であって、前記液体に触れる部位を、いずれも非金属で構成してなる微小気泡含有液体の生成装置とすると良い。

【0037】

半導体の製造ラインで使用する純水や各種薬液中に微気泡を含ませたい場合などにおいて、微小気泡含有液体の生成装置が、金属材の露出した構成である場合には、液体中に金属イオンが溶出する不具合が生じることがある。
これに対し、この生成装置では、液体に触れる部位を、いずれも非金属で構成しているので、液体中に金属イオンが溶出する不具合を生じることがない。

【0038】

なお、非金属の材料としては、例えば、アルミナ，チタニア，ムライト，ジルコニア，窒化ケイ素などのセラミックス、ＰＴＦＥ，ＰＦＡなどのフッ素樹脂のほか、ＰＥ，ＰＰ，ＡＢＳ，ＰＥＴ，アクリルなどの熱可塑性樹脂などが挙げられる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】実施形態１に係り、微小気泡発生具を含む微小気泡含有液体の生成装置の縦断面図である。

【図2】図１，４，５のＢ部に対応し、管状多孔質部材の断面構造を模式的に示す説明図である。

【図3】実施形態１に係る微小気泡発生具を、保持スペーサの部位で切断した横断面図である。

【図4】変形形態に係り、微小気泡発生具を含む微小気泡含有液体の生成装置の縦断面図である。

【図5】実施形態２に係り、微小気泡発生具を含む微小気泡含有液体の生成装置を模式的に示した縦断面図である。

【図6】実施形態２に係る微小気泡発生具のうち、管状多孔質部材の横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

(実施形態１）
第１の実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。図１，図３は、実施形態に係る微小気泡含有液体の生成装置１の縦断面図及び横断面図である。また、図２は、管状多孔質部材２１の部分拡大断面図である。

【0041】

本実施形態の微小気泡含有液体の生成装置１は、図１の右方から供給され図中左方に抜ける純水（液体）ＷＴ中に、図１の上方から空気配管ＨＡを通じて供給された空気（気体）ＡＲを、多量の微小気泡ＢＢとして、吹き込むものである。
微小気泡含有液体の生成装置１は、円管状で塩化ビニル樹脂からなる外側チューブ（液流通部材）３０と、その内側に同心状に配置された微小気泡発生具１０（具体的には管状多孔質部材２１）と、管状多孔質部材２１を外側チューブ３０内に保持する塩化ビニル樹脂からなる保持スペーサ５０とからなる。なお、微小気泡発生具１０は、単独で液中に投入して空気を供給することで、液中に微小気泡ＢＢを発生させることもできる。

【0042】

外側チューブ３０は、円管状の本体部３０Ｍと、図１の右側に位置する流入側端部３０Ｉと、図１の左側に位置する流出側端部３０Ｔとを有する。上述したように、流入側端部３０Ｉの流入側開口３０ＩＫからは、純水ＷＴが供給される。一方、流出側端部３０Ｔの流出側開口３０ＴＫからは、微小気泡ＢＢを含んだ純水ＷＴである微小気泡含有純水（微小気泡含有液体）ＢＷＴが排出される。円管状の本体部３０Ｍのうち、流入側端部３０Ｉ寄りの部位には、継ぎ手挿通孔３０ｈが穿孔されており、次述する継ぎ手４３が挿通され、液密にシールされている。

【0043】

微小気泡発生具１０は、円管状の管状多孔質部材２１と、管状多孔質部材２１の一端(図１の左端)２１Ｅを閉塞するキャップ４４と、管状多孔質部材２１の他端部(図１の右端部)２１Ｈに接続された空気導入部材（気体供給路部材）４０と、を有する。
このうち、空気導入部材４０は、管状多孔質部材２１の他端部(図１の右端部)２１Ｈに接続する接続コラム４１と、外側チューブ３０の継ぎ手挿通孔３０ｈに挿通され、空気配管ＨＡが接続する継ぎ手４３と、接続コラム４１と継ぎ手４３との間を結ぶＬ字状のエルボ４２とからなる。空気導入部材４０をなす、接続コラム４１、継ぎ手４３、エルボ４２は、いずれも塩化ビニル樹脂からなる。

【0044】

微小気泡発生具１０のうち、管状多孔質部材２１は、外径１０ｍｍφ、長さ３００ｍｍの直円管状で２層の多孔質セラミックス層２２，２３からなり、気体接触面である内側面２１Ｕの内側から液体接触面である外側面２１Ｓの外側に向けて送気可能な多孔質である。具体的には、図２に示すように、内側に配置され、管状多孔質部材２１の内側面２１Ｕをなす第１多孔質層２２と、第１多孔質層２２の外側（液体接触面側）に配置され、管状多孔質部材２１の外側面２１Ｓをなす第２多孔質層２３とを含む。本実施形態１では、第２多孔質層２３は、焼成した第１多孔質層２２上にペーストを塗布し焼成して形成されてなり、第１多孔質層２２及び第２多孔質層２３は、いずれも多孔質のアルミナセラミックスからなる。

【0045】

図２の説明図からも容易に理解できるように、第１多孔質層２２は、互いに三次元網目状に連結した多数の第１通気路２２Ｒを構成する多孔質アルミナセラミックスからなる。一方、第２多孔質層２３も、互いに三次元網目状に連結した多数の第２通気路２３Ｒを構成する多孔質アルミナセラミックスからなり、第２通気路２３Ｒは、第１通気路２２Ｒにそれぞれ連通している。

【0046】

但し、第１多孔質層２２の第１通気路２２Ｒの平均孔径Ｄ１に比して、第２多孔質層２３の第２通気路２３Ｒの平均孔径Ｄ２を、細径（Ｄ２＜Ｄ１）としてある。具体的には、第１通気路２２Ｒの平均孔径Ｄ１は０．７μｍであり、第２通気路２３Ｒの平均孔径Ｄ２は０．１５μｍである。
なお、平均孔径の測定は、水銀圧入法により行った。
また、第１多孔質層２２の厚みＴ１は１．６ｍｍである。一方、第２多孔質層２３の厚みＴ２は、厚みＴ１の１／３以下、さらには、１／１０以下の、Ｔ２＝０．０７ｍｍ（７０μｍ）である。

【0047】

このため、空気配管ＨＡから、空気導入部材４０を通じて、管状多孔質部材２１の内部空間ＩＳに至る空気供給路ＡＬに沿って進み、内側面２１Ｕに供給された空気ＡＲは、比較的太い孔径Ｄ１を有する第１通気路２２Ｒを通って、第１多孔質層２２内を径方向外側ＤＲ１に進行するが、第１通気路２２Ｒにそれぞれ連通する第２多孔質層２３の第２通気路２３Ｒを進行する際には、比較的細い孔径Ｄ２の第２通気路２３Ｒを通り、外側面２１Ｓから微小気泡ＢＢとなって純水ＷＴ中に放出される。従って、放出される微小気泡ＢＢは、第２通気路２３Ｒの孔径Ｄ２に応じた大きさとなる。即ち、微小気泡ＢＢの大きさは、第１通気路２２Ｒの孔径Ｄ１に左右されず、第２通気路２３Ｒの孔径Ｄ２によって決まる。従って、第２通気路２３Ｒの孔径Ｄ２を、調整することで、微小気泡ＢＢを所望の大きさに調整することができる。
具体的には、上述の管状多孔質部材２１を用いて、気圧０．３ＭＰａの空気ＡＲを空気配管ＨＡから供給して、純水ＷＴ中にメディアン径０．５６μｍφの微小気泡ＢＢを、発生させることができた。
なお、微小気泡ＢＢの大きさは、採取した微小気泡含有液体ＢＷＴをレーザ回折・散乱法を用いた粒度分布測定により得た。具体的には、SALD-7500nano（島津製作所製）を用いて測定した。

【0048】

この微小気泡発生具１０では、細径の多数の第２通気路２３Ｒを構成する第２多孔質層２３が外側面２１Ｓを為すようにしているので、細径の第２通気路２３Ｒから放出された微小気泡ＢＢを確実に純水ＷＴ内に吹き込むことができる。

【0049】

一方、図２では、第１多孔質層２２と第２多孔質層２３の厚みを、ほぼ同じに記載したが、実際には、第１多孔質層２２の厚さＴ１（＝１．６ｍｍ）を、第２多孔質層２３の厚さＴ２（＝０．０７ｍｍ）よりも厚くしている（Ｔ１＞Ｔ２）。具体的には、厚さＴ１を厚さＴ２の３倍以上、さらには、１０倍以上（２２倍強）の厚みとしている。このため、管状多孔質部材２１の強度の大半は、第１多孔質層２２が担うことになる。かくして、第１多孔質層２２の厚みＴ１を厚くすることで、管状多孔質部材２１の強度を高くし、第２通気路２３Ｒの孔径Ｄ２を小さくすることによる圧力損失の増大をカバーするべく、管状多孔質部材２１に供給される空気ＡＲの圧力を高めても、管状多孔質部材２１を圧力の増加に耐え得る強度とすることができる。逆に、第２多孔質層２３に管状多孔質部材２１の強度を負担させることを考慮しなくて済むため、第２多孔質層２３の厚みを薄くできるので、空気ＡＲを微細な第２通気路２３Ｒを通すことに伴う圧力損失を低く抑えることができる利点もある。

【0050】

さらに、本実施形態１の微小気泡発生具１０では、第２通気路２３Ｒの平均孔径Ｄ２を、第１通気路２２Ｒの平均孔径Ｄ１に対し、Ｄ２＝Ｄ１／６０〜Ｄ１／２の範囲内、具体的には、Ｄ２＝Ｄ１／４．７（0.7μｍ／4.7＝0.15μｍ）としている。このため、第１多孔質層２２と第２多孔質層２３との熱膨張差などの特性差によって、第２多孔質層２３に亀裂などが生じにくい。しかも、第１多孔質層２２の孔径を大きくできるので、第１多孔質層２２の存在による圧力損失も抑制することができる。

【0051】

また、第１多孔質層２２と第２多孔質層２３とを、同材質の多孔質アルミナセラミックスで構成したので、両者を強固に一体化した多孔質部材２１とすることができ、耐久性や信頼性の高い微小気泡発生具１０、及び、微小気泡含有液体ＢＷＴの生成装置１とすることができる。

【0052】

なお、この管状多孔質部材２１は、アルミナセラミックス粉末、バインダ、仮焼により消失する気孔形成剤を含み、出来上がる通気路の孔径が太い多孔質セラミックス用の押出成形用粉末を用意し、押出成形し焼成して、第１多孔質層２２のみからなる管状の多孔質部材を形成する。その後、アルミナセラミックス粉末、バインダ、仮焼により消失する気孔形成剤及び溶剤を含み、出来上がる通気路の孔径が細いセラミックスラリーを用意する。既に得ていた、前述の第１多孔質層２２のみからなる管状の多孔質部材の外周面に上述のセラミックスラリーを塗布し、乾燥し焼成して、第１多孔質層２２及び第２多孔質層２３を有する管状多孔質部材２１を形成する。

【0053】

しかもこの実施形態１の微小気泡発生具１０の多孔質部材は、気体接触面である内側面２１Ｕと、液体接触面である外側面２１Ｓとを含む管状の管状多孔質部材２１であり、一方端２１Ｅがキャップ４４で閉塞されてなる。このため、管状多孔質部材２１の内側面２１Ｕに空気ＡＲを圧送することで、管状多孔質部材２１が浸漬された純水ＷＴ中に、微小気泡ＢＢを容易に発生させることができる。

【0054】

加えて、本実施形態１の微小気泡含有液体ＢＷＴの生成装置１では、微小気泡発生具１０のほか、前述の空気導入部材４０及び外側チューブ３０を備えるので、純水ＷＴを供給すると共に、適切な気圧の空気ＡＲを供給することで、微小気泡ＢＢを含んだ微小気泡含有液体ＢＷＴを確実に生成することができる。

【0055】

しかも、本実施形態１の微小気泡含有液体ＢＷＴの生成装置１は、図３に示すように、接続コラム４１と外側チューブ３０の本体部３０Ｍとの間、及びキャップ４４と外側チューブ３０の本体部３０Ｍとの間に配置された保持スペーサ５０，５０により、外側チューブ３０の本体部３０Ｍと微小気泡発生具１０の管状多孔質部材２１との間に空間が形成されている。つまり、この生成装置１では、微小気泡発生具１０の一部をなす多孔質部材が、管状の管状多孔質部材２１であり、外側チューブ３０の本体部３０Ｍは、管状多孔質部材２１を、径方向外側から離間しつつ取り囲み、この管状多孔質部材２１の全周にわたり、管状多孔質部材２１の外側面２１Ｓとの間にも、流路ＦＬを構成している。このため、管状多孔質部材２１の全周に亘り、この管状多孔質部材２１から流路ＦＬ内の純水ＷＴに効率よく微小気泡ＢＢを吹き込むことができる。

【0056】

なお、保持スペーサ５０は、塩化ビニル樹脂からなり、本体部３０Ｍに内接する環状の外周部５１と、接続コラム４１或いはキャップ４４に外接する環状の内周部５２と、外周部５１と内周部５２との間を互いに離間して支える複数（本例では３本）のリブ５３，５３とからなる。リブ５３は、互いに間隔を開けて配置され、流路ＦＬができて純水ＷＴの流れを可及的に妨げない形態となっている。

【0057】

さらに、本実施形態１では、管状多孔質部材２１が円管状であるので、この管状多孔質部材２１を形成容易である上、同芯で円管状の外側チューブ３０の本体部３０Ｍとの間に構成する円管状の流路ＦＬを流れる純水ＷＴ中に、周方向に均一に微小気泡ＢＢを含ませることができる。

【0058】

しかも本実施形態１の微小気泡発生具１０及び生成装置１では、純水ＷＴが触れる部位を、いずれも非金属である、多孔質セラミックス或いは塩化ビニル樹脂などの樹脂で構成している。このため、純水ＷＴ中に金属部材から金属イオンが溶出するなどの不具合が生じることがない。

【0059】

（変形形態）
次いで、前述した実施形態１の変形形態に係る微小気泡発生具１１０、及び微小気泡含有液体ＢＷＴの生成装置１０１について、図４を参照して説明する。図４は、本変形形態に係る微小気泡発生具１１０を含む生成装置１０１の縦断面図である。

【0060】

前述の実施形態１に係る微小気泡発生具１０（生成装置１）では、直円管状で２層の多孔質セラミックス層２２，２３からなる管状多孔質部材２１を用いた。
これに対し、本変形形態では、図４において、左方端である一方端１２１ＥがＵ字状に閉じた有底孔１２１Ｍを含む、有底円筒形状の管状多孔質部材１２１を有する微小気泡発生具１１０を用いる点、及びこれに伴い、キャップ４４及びキャップ４４と本体部３０Ｍとの間に配置する保持スペーサ５０が存在しない点で異なる。一方、実施形態１と同様の構成を有する部位については、同じ番号を付し、説明を省略する。

【0061】

なお、第１，第２多孔質層２２，２３からなる実施形態１の管状多孔質部材２１と同様、変形形態における管状多孔質部材１２１も、内側面１２１Ｕをなす第１多孔質層１２２と、第１多孔質層１２２の外側に配置され、外側面１２１Ｓをなす第２多孔質層１２３とを含む（図２参照）。

【0062】

本変形形態の微小気泡発生具１１０を用いた生成装置１０１でも、実施形態１の微小気泡発生具１０を含む生成装置１と同様に、純水ＷＴに空気ＡＲの微小気泡ＢＢを吹き込むことができる。しかも、上述したように、管状多孔質部材１２１を有底円筒状としているので、管状多孔質部材１２１の表面積を増加させることができ、Ｕ字状の一方端１２１Ｅからも微小気泡ＢＢを発生させることができるので、更に微小気泡の発生効率を高くすることができる。
また、キャップ４４及び保持スペーサ５０が不要になり、部品点数を減らせる利点もある。

【0063】

（実施形態２）
次いで、第２の実施形態（実施形態２）に係る微小気泡発生具２１０、及び微小気泡含有液体ＢＷＴの生成装置２０１について、図５，図６を参照して説明する。
前述した実施形態１及びその変形形態に係る微小気泡発生具１０，１１０、及び微小気泡含有液体ＢＷＴの生成装置１，１０１では、管状多孔質部材２１，１２１の内側面２１Ｕ，１２１Ｕを気体接触面として、空気導入部材４０により、管状多孔質部材２１，１２１の内部空間ＩＳに空気ＡＲを供給した（図１，図４参照）。その一方、外側チューブ３０により、管状多孔質部材２１，１２１の径方向外側ＤＲ１に、純水ＷＴが流れる流路ＦＬを形成し、管状多孔質部材２１，１２１の外側面２１Ｓ，１２１Ｓを液体接触面として、微小気泡ＢＢを純水ＷＴに吹き込む形態とした。

【0064】

これに対し、本実施形態２でも、管状多孔質部材２２１を用いるが、その外側面２２１Ｓを気体接触面として空気ＡＲを供給する一方、貫通穴２２１Ｋの内側面２２１Ｕを液体接触面として、管状の貫通穴内を通る純水ＷＴに微小気泡ＢＢを吹き込む形態とした点で、実施形態１及びその変形形態と異なる（図５参照）。またこのようにするのに伴い、液流通部材２３０及び空気導入部材２４０の形態も、実施形態１等の外側チューブ３０及び空気導入部材４０の形態とは異なる。

【0065】

本実施形態２の生成装置２０１は、微小気泡発生具２１０と空気導入部材２４０とを有する。このうち、微小気泡発生具２１０は、管状多孔質部材２２１及び液流通部材２３０からなる。このうち管状多孔質部材２２１は、多孔質アルミナセラミックスからなり、図６に示すように、長手方向に貫通する１９ヶの貫通穴２２１Ｋが穿孔された多穴管状である。

【0066】

また、この管状多孔質部材２２１の他方端部（図５中、右端部）２２１Ｈには、液流通部材２３０である液供給路部材２３１が接続しており、外部から供給された純水ＷＴを、他方端２１Ｆ側から、管状多孔質部材２２１の内側面２２１Ｕ内に供給する液供給路ＦＩＬを構成している。これとは逆の管状多孔質部材２２１の一方端部（図５中、左端部）２２１Ｇには、液流通部材２３０である液排出路部材２３２が接続しており、管状多孔質部材２２１内を通って一方端２２１Ｅ側から排出される、微小気泡ＢＢを含む微小気泡含有液体ＢＷＴを排出する液排出路ＦＯＬを構成している。
なお、液供給路部材２３１及び液排出路部材２３２は、いずれも塩化ビニル樹脂から構成されている。

【0067】

さらに、管状多孔質部材２２１の径方向外側ＤＲ１には、管状多孔質部材２２１を、径方向外側ＤＲ１から離間しつつ取り囲み、管状多孔質部材２２１の外側面２２１Ｓとの間に包囲空間ＨＳを構成して、外部から供給された空気ＡＲを外側面２２１Ｓに供給する空気供給路ＡＬを構成する空気導入部材２４０を有している。この空気導入部材２４０のうち、気体管２４１は、管状多孔質部材２２１、液供給路部材２３１及び液排出路部材２３２が挿通された筒状の部材であり、両端の壁部２４１Ｗに螺挿された液供給路部材２３１及び液排出路部材２３２との間が、気密にシールされている。気体管２４１の壁部２４１Ｗに設けた通気孔２４１Ｈには、コンプレッサなどの外部機器（図示しない）から配送された空気ＡＲを導入する空気配管ＨＡが、キャップ２４２によって接続されている。

【0068】

加えて、管状多孔質部材２２１は、第１多孔質層２２２、及びこれと一体に形成された第２多孔質層２２３を有する。なお、第１多孔質層２２２及び第２多孔質層２２３も、実施形態１の第１多孔質層２２及び第２多孔質層２３と同じく、第１多孔質層２２２は、互いに三次元網目状に連結した多数の第１通気路２２２Ｒを構成する多孔質セラミックスからなり、第２多孔質層２２３は、この第１通気路２２２Ｒそれぞれに連通し、かつ、第１通気路２２２Ｒよりも細径の多数の第２通気路２２３Ｒを構成している（図２参照）。
しかも、図６からも容易に理解できるように、第２多孔質層２２３の厚みＴ２は、第１多孔質層２２２の厚みＴ１よりも薄くされており、第１多孔質層２２２の存在によって、管状多孔質部材２２１の強度を高くできる。その一方、第２多孔質層２２３により、第１通気路２２２Ｒよりも細径の第２通気路２２３Ｒの径に対応する、微小気泡ＢＢを純水ＷＴ中に吹き込むことができる点は、実施形態１及び変形形態と同様である。

【0069】

かくして、この微小気泡発生具２１０では、管状多孔質部材２２１の多穴管（貫通穴）２２１Ｋ内を流れる純水ＷＴに周囲から微小気泡ＢＢを吹き込むことができる。このため、純水ＷＴ内に均一に微小気泡ＢＢを包含させることができる。

【0070】

また、この生成装置２０１では、空気導入部材２４０及び液流通部材２３０を備えるので、純水ＷＴを供給すると共に、適切な気圧の空気ＡＲを供給することで、微小気泡ＢＢを含んだ微小気泡含有液体ＢＷＴを確実に生成することができる。しかも、多穴管状の管状多孔質部材２２１を用い、管状多孔質部材２２１の内側面２２１Ｕに純水ＷＴを供給するので、内側面２２１Ｕから微小気泡ＢＢを発生させて、効率よく、純水ＷＴに微小気泡ＢＢを含ませることができる。

【0071】

加えて、本実施形態２の微小気泡発生具２１０及び生成装置２０１においても、純水ＷＴが触れる部位を、いずれも非金属である、多孔質セラミックス或いは塩化ビニル樹脂などの樹脂で構成している。このため、純水ＷＴ中に金属部材から金属イオンが溶出するなどの不具合が生じることがない。

【0072】

以上において、本発明を実施形態１，２及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
実施形態等では、多孔質部材の形状を管状の管状多孔質部材２１，１２１，２２１としたが、多孔質部材の形状を板状、ドーム状など他の形態とした微小気泡発生具、及びこれを用いた微小気泡含有液体の生成装置として実現することもできる。
また、実施形態等では、厚みＴ２の第２多孔質層２３，１２３，２２３を、１層で構成した例を示したが、第２多孔質層を、２層以上の多層で構成することもできる。具体的には、多層の第２多孔質層について、第１多孔質層側の層に比して、液体接触面側の層ほど、通気路が細径な形態とすると、通気路の孔径が急変し難く、より好ましい。
また、実施形態等では、第１多孔質層及び第２多孔質層のいずれもアルミナとした例を示したが、例えば、チタニアなど他のセラミックスで構成することもできる。また、第１多孔質層をアルミナとする一方、第２多孔質層をチタニアとするなど異なるセラミックスを重ねる構成とすることできる。

【符号の説明】

【0073】

１，１０１，２０１ 微小気泡含有液体の生成装置
１０，１１０，２１０ 微小気泡発生具
２１，１２１，２２１ 管状多孔質部材（多孔質部材）
２１Ｓ，１２１Ｓ （管状多孔質部材の）外側面（液体接触面)
２１Ｕ，１２１Ｕ （管状多孔質部材の）内側面（気体接触面）
２２１Ｓ （管状多孔質部材の）外側面（気体接触面）
２２１Ｕ （管状多孔質部材の）内側面（液体接触面)
２１Ｅ，１２１Ｅ （管状多孔質部材の）一方端
２１Ｆ，１２１Ｆ （管状多孔質部材の）他方端
２１Ｈ，１２１Ｈ （管状多孔質部材の）他方端部
２２１Ｅ （管状多孔質部材の）一方端
２２１Ｆ （管状多孔質部材の）他方端
２２１Ｈ （管状多孔質部材の）他方端部
２２，１２２，２２２ 第１多孔質層
２２Ｒ，１２２Ｒ，２２２Ｒ 第１通気路
２３，１２３，２２３ 第２多孔質層
２３Ｒ，１２３Ｒ，２２３Ｒ 第２通気路
３０ 外側チューブ（液流通部材）
３０Ｍ 本体部（包囲流路構成部）
２３０ 液流通部材
２３１ 液供給路部材
２３２ 液排出路部材
４０，２４０ 空気導入部材（気体供給路部材）
２４１ 気体管（気体供給路部材）
２４１Ｗ 壁部
２４１Ｈ 通気孔
２４２ キャップ（気体供給路部材）
ＡＲ 空気（気体）
ＡＬ 空気供給路（気体供給路）
ＢＢ 微小気泡
ＷＴ 純水（液体）
ＢＷＴ 微小気泡含有純水（微小気泡含有液体）
ＦＬ 流路
ＦＩＬ 液供給路
ＦＯＬ 液排出路
Ｄ１ （第１通気路の）径
Ｄ２ （第２通気路の）径
Ｔ１ （第１通気路の）厚さ
Ｔ２ （第２通気路の）厚さ
ＨＡ 空気配管（気体配管）
ＤＲ１ 径方向外側

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】