特許 6393152 微細気泡発生装置

(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】6393152

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】微細気泡発生装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 1/00 20060101AFI20180910BHJP

   B01F 3/04 20060101ALI20180910BHJP

   B01F 15/02 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   B01F1/00 A

   B01F3/04 Z

   B01F15/02 A

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-223459(P2014-223459)

(22)【出願日】2014年10月31日

(65)【公開番号】特開2016-87524(P2016-87524A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年9月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227467

【氏名又は名称】日東精工株式会社

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 清

(72)【発明者】

【氏名】谷村 竜一

【審査官】 井上 典之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−１８２１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４６３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５７７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０４４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５４４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５８６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２０９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８４１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１００７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１１２５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８４０２３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ １／００−５／２６

Ｂ０１Ｆ １５／

Ｂ０８Ｂ ３／

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体供給源から液体が導入される液体導入菅と、
前記液体導入菅内の液体に気体を注入する気体注入部と、
前記気体注入部により前記液体導入管の液体に気体が導入された気液混合体を加圧して圧送する加圧ポンプと、
前記液体導入菅と連通し、前記加圧ポンプにより送られてきた気液混合体中の液体と気体を加圧溶解する溶解タンクと、
前記溶解タンクと連通し、溶解タンク内で気体の溶解濃度が高められた液体が導出される液体導出管と、
前記液体導出菅内の液体中に微細気泡を生成し、当該微細気泡を含む液体を噴射する微細気泡発生ノズルと、
前記液体導入菅に設けられ、前記液体供給源から前記加圧ポンプへ向かう方向に液体の流れを許し逆方向の流れを阻止する逆止弁と、
前記液体導出菅を開閉する電磁弁と、
前記電磁弁を制御し、前記加圧ポンプを停止するとき、当該電磁弁を閉状態とする一方、当該加圧ポンプを再始動するとき、前記液体導入菅、溶解タンク及び液体導出管の内部圧力が所定値よりも低い場合、前記制御部は、前記電磁弁を閉状態のまま加圧ポンプを駆動し、当該内部圧力が所定値に達してから、当該電磁弁を開状態とする制御部と、
から構成されることを特徴とする微細気泡発生装置。

【請求項2】

前記液体導入菅、溶解タンク及び液体導出管の内部圧力は、０．２〜０．４〔ＭＰａ〕とすることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、洗浄一般に用いられ、特に機械加工の部品洗浄に用いられる微細気泡発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、マイクロバブルあるいはナノバブルと呼ばれる微細気泡を発生させる方法としては、気体と液体を高速旋回させ、せん断力によりマイクロ粒径のバブルを発生させる旋回流方式や、液中に圧縮した気体を一気に解放させることによりマイクロ粒径のバブルを発生させる加圧溶解方式のほかに、超音波方式、微細孔方式などが知られている。
そこで、加圧溶解方式により微細気泡を発生する装置の一例として、特許文献１（特開２０１２−２５４４０７号公報）に示す微細気泡発生装置がある。この微細気泡発生装置は、管路を流れる液体中に気体を加圧溶解させた後に、液槽内の液体中に微細気泡を噴出させる微細気泡発生装置であって、液体供給源から液体が供給される吸込管と、気体を吸引し、前記吸込管内の液体に気体を導入する気体導入部と、この気体導入部により前記吸込管内の液体に気体が導入された気液混合液体を加圧して圧送する加圧ポンプと、この加圧ポンプにより送られてきた気液混合液体中の液体と気体を加圧溶解させる気液溶解タンクと、この気液溶解タンクにより加圧溶解された気液溶解液体を減圧して微細気泡を発生させる気泡発生ノズルとから構成されている。
また、旋回流方式により微細気泡を発生する場合には、専用のノズルを使用し、例えば特許文献２（特開２０１０−１５８６８０号公報）に示す旋回式微細気泡発生装置の付加装置を、上記微細気泡発生装置の気泡発生ノズルに装着する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２５４４０７号公報

【特許文献2】特開２０１０−１５８６８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の微細気泡発生装置では、加圧ポンプを停止すると、気液溶解タンクを含め流路全体の内部圧力が低下してしまう。このため、加圧ポンプの運転再開直後では流路全体の内部圧力が所定の値に達しておらず、最初に噴射される液体は、微細気泡の含有率が低下してしまう問題を有していた。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、運転開始後に最初に噴射される液体であっても微細気泡を多く含む微細気泡発生装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の微細気泡発生装置は、液体供給源から液体が導入される液体導入菅と、前記液体導入菅内の液体に気体を注入する気体注入部と、前記気体注入部により前記液体導入管の液体に気体が導入された気液混合体を加圧して圧送する加圧ポンプと、前記液体導入菅と連通し、前記加圧ポンプにより送られてきた気液混合体中の液体と気体を加圧溶解する溶解タンクと、前記溶解タンクと連通し、溶解タンク内で気体の溶解濃度が高められた液体が導出される液体導出管と、前記液体導出菅内の液体中に微細気泡を生成し、当該微細気泡を含む液体を噴射する微細気泡発生ノズルと、前記液体導入菅に設けられ、前記液体供給源から前記加圧ポンプへ向かう方向に液体の流れを許し逆方向の流れを阻止する逆止弁と、前記液体導出菅を開閉する電磁弁と、前記電磁弁を制御し、前記加圧ポンプを停止するとき、当該電磁弁を閉状態とする一方、当該加圧ポンプを再始動するとき、前記液体導入菅、溶解タンク及び液体導出管の内部圧力が所定値よりも低い場合、前記制御部は、前記電磁弁を閉状態のまま加圧ポンプを駆動し、当該内部圧力が所定値に達してから、当該電磁弁を開状態とする制御部と、から構成されることを特徴とする。

【0008】

なお、前記液体導入管、溶解タンク及び液体導出管の内部圧力は、０．２〜０．４〔ＭＰａ〕とすることが好ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明の微細気泡発生装置によれば、加圧ポンプを停止しても流路全体の内部圧力が維持されるので、加圧ポンプの運転再開後に、最初に噴射される液体であっても微細気泡を多く含ませることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】微細気泡発生装置の全体構成を示す図である。

【図2】制御部と他のセンサ等の部材との信号のやりとりを説明するための図である。

【図3】制御部による圧力制御のタイミングチャートを示す図である。

【図4】溶解タンクの内部圧力を０．２ＭＰａ及び０．４ＭＰａに設定したときに、噴射液１ミリリットルあたりに含まれる微細気泡個数についての粒径別分布を示すグラフである。

【図5】溶解タンクの内部圧力を０．６ＭＰａ及び０．８ＭＰａに設定したときに、噴射液１ミリリットルあたりに含まれる微細気泡個数についての粒径別分布を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る微細気泡発生装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、微細気泡発生装置１０の全体構成を示す図である。同図に示すように、微細気泡発生装置１０は、溶解タンク１と、液体導入部２と、気体注入部３と、液体導出部４と、制御部５（図２参照）を備える。

【0012】

溶解タンク１は、水９と空気の混合体が収容される圧力容器であり、水９に空気中の酸素を溶解させて、水９の酸素濃度を高めるためのタンクである。水９は、ここでは工業用水であり、液体導入部２により溶解タンク１内に供給される。溶解タンク１に設けられているＬＳ１Ｌは、溶解タンク１内の９の水位が下がったときの下限を検出するためのセンサであり、ＬＳ１Ｕは、水位が上がったことを検出するためのセンサである。また、溶解タンク１には、溶解タンク１の内部圧力を測定するための圧力センサＰＳ１が設けてある。各センサの検出に基づく制御内容については、後述する。

【0013】

液体導入部２は、加圧ポンプ２１と、ストレーナ２２と、逆止弁２３と、液体導入管２４を備える。加圧ポンプ２１と、ストレーナ２２と、逆止弁２３は、液体導入管２４の途中に設けられており、液体導入管２４の一端は、水槽７に接続され、液体供給管２４の他端は溶解タンク１の頂部の開口１１に接続されており、水槽７の水９を溶解タンク１に供給する供給路を構成する。

【0014】

加圧ポンプ２１が駆動されると、加圧ポンプ２１により水槽７内の水９が液体導入管２４内に吸い込まれる。液体導入管２４内に吸い込まれた水９は、矢印ａで示す方向に流れ、ストレーナ２２を通過する際に濾過された後、逆止弁２３を通過する。逆止弁２３は、矢印ｂで示す方向にだけ水９の流れを許し、その逆の方向には流れを阻止するものであり、逆止弁２３を通過した後の水９は、気体注入部３により、水９と空気との混合体となる。この混合体は、矢印ｃで示す方向に流れ、加圧ポンプ２１で例えば０．３〔ＭＰａ〕程度の圧力まで加圧されて、矢印ｄで示す方向に流れて溶解タンク１に送られる。

【0015】

気体注入部３は、気体導入管３１と、電磁弁３２と、逆止弁３３と、気体吸入口３４を備える。気体導入管３１は、液体導入管２４と交流地点Ａで合流し、気体吸入口３４から吸入した空気を前記液体導入管２４へ送り込むための導入路であり、前記加圧ポンプにより矢印ｅで示す方向に空気を送り出す。そして、合流地点Ａで空気と水９との混合体が生成される。また、気体導入管３１には、電磁弁３２と、逆止弁３３が設けられている。逆止弁３３は、矢印ｆで示す方向にだけ空気の流れを許し、その逆の方向には空気及び水９の流れを阻止するものである。電磁弁３２は、液体導入管３１の気体の流路を開閉することにより、気体吸入口３４から液体導入管２４への空気の導出とその禁止とを切り替える。

【0016】

液体導出部４は、液体導出管４１と、液体導出管４１に設けられる電磁弁４２と、微細気泡発生ノズル４３を備える。液体導出管４１は、一端が溶解タンク１の底部に設けられた開口（図示せず）に接続され、矢印gで示す方向へ溶解タンク１内の空気と水９の混合体が流れる。液体導出管４１の他端には微細気泡発生ノズル４３が接続される。電磁弁４２は、液体導出管４２の液体の流路を開閉することにより、溶解タンク１から微細気泡生成ノズル４３への液体の導出とその禁止とを切り替える。電磁弁４２が開状態のときには、矢印hで示す方向へ空気と水９の混合体が流れ、微細気泡生成ノズル４３から微細気泡を含む液体が噴射される。なお、微細気泡生成ノズル４３は、旋回流方式により微細気泡を発生するように構成された周知のものであり、例えば特開２０１０−１５８６８０号公報に示す旋回式微細気泡発生装置の付加装置を用いる。

【0017】

図２は、制御部５と他のセンサ等の部材との信号のやりとりを説明するための図であり、図３は、制御部５による圧力制御のタイミングチャートを示す図である。図２に示すように、制御部５は、液面下限検出センサLS１L、液面上限検出センサLS１U及び圧力センサＰＳ１の信号を受け付け、受け付けた信号に基づき、電磁弁３２及び電磁弁４２の開閉を制御する。また、制御部５は、操作部からの動作指示信号を受け付け、圧力ポンプ２１の作動を制御する。ここでは、加圧ポンプ２１の動作指示信号は、操作部に設けられたスイッチなどが操作者により操作されたことにより発せられる。

【0018】

図３に示すように、時点Ｔ１において、加圧ポンプ駆動指示信号を受けると、圧力ポンプ２１の運転を開始するとともに、液面下限検出センサLS１L、液面上限検出センサLS１U及び圧力センサＰＳ１の信号を受け付ける。このとき、溶解タンク１の内部圧力が所定値（例えば、０．３ＭＰａ）に達していない場合は、電磁弁４２は、閉状態を維持する。これにより、溶解タンク１の内部圧力が上昇する。また、溶解タンク１内に水９が所定量収容されていない場合は、電磁弁３２は、閉状態を維持する。これにより、溶解タンク１内の水位が上昇する。

【0019】

時点Ｔ２において、溶解タンク１の水位が下限値まで上昇して、水９の液面が液面下限検出値センサＬＳ１Ｌにより検出されると、液面下限検出センサＬＳ１ＬからＯＮ信号が出力される。このＯＮ信号を受け付けると、水９が溶解タンク１内に所定量収容されたとして、電磁弁３２には、間欠運転指示信号が発せられ、電磁弁３２は１秒間隔で開閉を繰り返す。開状態のタイミングでは、気体吸入口３４から空気が吸引されるため、空気と水９の混合体が溶解タンク１に供給される。一方、閉状態のタイミングでは、空気の吸引が遮断されるため、水９だけが溶解タンク１に供給される。

【0020】

時点Ｔ３において、溶解タンク１内に水９が所定量収容され、かつ溶解タンク１内の圧力が所定値まで上昇すると、電磁弁４２には、開放指示信号が発せられ、電磁弁４２は開状態となり、微細気泡生成ノズル４３から当該微細気泡を含む液体が噴射される。

【0021】

時点Ｔ４において、噴射の最中に何らかの不具合で、溶解タンク１の水位が上限値まで上昇して、水９の液面が液面上限検出センサＬＳ１Ｕにより検出されると、液面上限検出センサＬＳ１ＵからＯＮ信号が出力される。このＯＮ信号を受け付けると、溶解タンク９内の水量が所定量を超過したとして、電磁弁３２には、開放指示信号が発せされ、電磁弁３２は間欠運転を停止し開状態となる。これにより、溶解タンク１へ供給される空気の割合が高くなるので、結果的に溶解タンク１の水位が下降する。

【0022】

時点Ｔ５において、溶解タンク１の水位が下降して、水９の液面が液面上限検出センサＬＳ１Ｕにより検出されなくなると、液面上限検出センサＬＳ１ＵからＯＦＦ信号が出力される。このＯＦＦ信号を受け付けると、溶解タンク９内の水量が所定量に戻ったとして、再び、電磁弁３２には、間欠運転指示信号が発せられ、電磁弁３２は１秒間隔で開閉を繰り返す。

【0023】

時点Ｔ６において、噴射の最中に何らかの不具合で、溶解タンク１の水位が下限値まで下降して、水９の液面が液面下限検出センサＬＳ１Ｌにより検出されなくなると、液面下限検出センサＬＳ１ＬからＯＦＦ信号が出力される。このＯＦＦ信号を受け付けると、溶解タンク９内の水量不足として、電磁弁３２には、閉鎖指示信号が発せされ、電磁弁３２は間欠運転を停止し閉状態となる。これにより、溶解タンク１へ供給される水９の割合が高くなるので、結果的に溶解タンク１の水位が上昇する。

【0024】

時点Ｔ７において、溶解タンク１の水位が上昇して、水９の液面が液面下限検出センサＬＳ１Ｌにより検出されると、液面上限検出センサＬＳ１ＬからＯＮ信号が出力される。このＯＮ信号を受け付けると、溶解タンク９内の水量が所定量に戻ったとして、再び、電磁弁３２には、間欠運転指示信号が発せられ、電磁弁３２は１秒間隔で開閉を繰り返す。

【0025】

時点Ｔ８において、加圧ポンプ停止指示信号を受け付けると、圧力ポンプ２１の運転を停止して、電磁弁３２及び電磁弁４２には、閉鎖指示信号が発せられ、電磁弁３２及び電磁弁４２は、閉状態となる。これにより、微細気泡発生装置１０全体の内部圧力が所定値に維持される。

【0026】

時点Ｔ９において、微細気泡生成ノズル４３から微細気泡を含む液体の噴射を再開すべく、加圧ポンプ再駆動指示信号を受けると、圧力ポンプ２１の運転を再開するとともに、液面下限検出センサLS１L、液面上限検出センサLS１U及び圧力センサＰＳ１の信号を受け付ける。このとき、溶解タンク１の内部圧力が所定値（例えば、０．３ＭＰａ）に維持されており、電磁弁４２には、開放指示信号が発せられる。また、溶解タンク１内に水９が所定量収容されている場合は、電磁弁３２には、間欠運転指示信号が発せられる。万一、溶解タンク１の内部圧力が所定値になっていない場合には、電磁弁４２は溶解タンク１の内部圧力が所定値に達するまで閉状態を維持し、溶解タンク１内に水９が所定量収容されている場合には、電磁弁３２は溶解タンク１内に水９が所定量収容されるまで閉状態を維持する。

【0027】

図４及び図５は、溶解タンク１の内部圧力を０．２ＭＰａ（図４の上図）、０．４ＭＰａ（図４の下図）、０．６ＭＰａ（図５の上図）及び０．８ＭＰａ（図５の下図）にそれぞれ設定したとき、微細気泡生成ノズル４３から噴射される液１ミリリットルあたりに含まれる微細気泡個数についての粒径別分布を示すグラフである。この結果は、溶解タンク１の内部圧力が０．２ＭＰａ〜０．４ＭＰａのときに、１０μｍの微細気泡の個数が多く分布していることを示すものであり、つまり、マイクロ径の微細気泡を多く生成することができる。

【0028】

上記微細気泡発生装置１０によれば、加圧ポンプ２１を停止しても装置の流路全体の内部圧力が維持されるので、加圧ポンプ２１の運転再開直後から良質な微細気泡を安定して供給することができる。特に、内部圧力を０．２ＭＰａ〜０．４ＭＰａに設定することで、マイクロ径の微細気泡を多く生成することができる。

【符号の説明】

【0029】

１ 溶解タンク
２ 液体導入部
３ 液体導出部
４ 気体注入部
５ 制御部
７ 水槽
９ 水
２１ 加圧ポンプ
２３，３３ 逆止弁
２４ 液体導入管
３２，４２ 電磁弁
４１ 液体導出管
４３ 微細気泡生成ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】