特許 6735880 ウルトラファインバブル発生装置

(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】6735880

(24)【登録日】2020年7月16日

(45)【発行日】2020年8月5日

(54)【発明の名称】ウルトラファインバブル発生装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 3/04 20060101AFI20200728BHJP

   B01F 5/10 20060101ALI20200728BHJP

【ＦＩ】

   B01F3/04 Z

   B01F5/10

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-98319(P2019-98319)

(22)【出願日】2019年5月27日

【審査請求日】2020年1月27日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000187149

【氏名又は名称】昭和電工ガスプロダクツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080838

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 光康

(74)【代理人】

【識別番号】100194261

【弁理士】

【氏名又は名称】栢原 崇行

(72)【発明者】

【氏名】那須 貴樹

(72)【発明者】

【氏名】小松 康宏

(72)【発明者】

【氏名】篠崎 亜希

(72)【発明者】

【氏名】森 亮太

【審査官】 山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１６６１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２５７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０７７５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１４９４９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ １／００− ５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス供給源を有するガス供給ラインと、液体供給源を有する液体供給ラインと、前記ガス供給ライン及び前記液体供給ラインに接続され、前記ガス供給ラインからのガスと前記液体供給ラインからの液体を混合する混合器と、前記混合器で混合された混合流体を複数個のノズル部に供給する混合流体供給ラインと、少なくとも前記液体供給ラインから供給された液体又は前記混合器で混合された前記混合流体のいずれかを昇圧する昇圧ポンプと、前記混合流体供給ラインに接続されるとともに、バッファー部の液体内に配置され、昇圧された前記混合流体を噴射し、せん断することでウルトラファインバブルを発生させる前記複数個のノズル部とで構成され、
前記複数個のノズル部は中心軸が離間した状態で、かつ、略対向状態で配置されるウルトラファインバブル発生装置。

【請求項2】

前記昇圧ポンプは、前記混合流体を少なくとも０．３ＭＰａ以上に昇圧することを特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル発生装置。

【請求項3】

前記ノズル部は、対向する前記ノズル部の噴射方向に対し０°乃至４０°の角度に傾斜していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のウルトラファインバブル発生装置。

【請求項4】

前記複数個のノズル部は、それぞれその中心軸に対して０ｍｍ乃至１００ｍｍ離間していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のウルトラファインバブル発生装置。

【請求項5】

前記混合流体が前記ノズル部を通過する際の最大流速は５０ｍ／ｓｅｃ乃至１５０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のウルトラファインバブル発生装置。

【請求項6】

前記バッファー部と前記液体供給ラインを接続する循環路をさらに備え、前記ノズル部から前記バッファー部に噴射された混合流体を含む流体の一部又は全部を、前記混合器の１次側へ還流させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のウルトラファインバブル発生装置。

【請求項7】

前記昇圧ポンプは、前記混合器に一体的に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のウルトラファインバブル発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、洗浄分野、水処理分野、農業・植物栽培、化学分野、医療分野等で使用されるウルトラファインバブルを発生させるウルトラファインバブル発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

直径１００μｍ以下の泡はファインバブルと呼ばれ、洗浄分野、水処理分野、農業・植物栽培、化学分野、医療分野などで応用が期待されている。特にファインバブルが圧縮されてできる直径１μｍ以下の大きさの気泡はウルトラファインバブルと呼ばれており、泡が圧縮される過程で、内部圧力が著しく増加することによる自己圧潰効果と、泡表面のゼータ電位が増加することが知られている。

【0003】

そのため、ウルトラファインバブルはファインバブルより高い活性が得られることが期待される。また、ファインバブルは浮力により水面にて破裂するが、ウルトラファインバブルは浮力がきわめて小さいため、浮上する際の水からの抵抗力と釣り合うことから、水中に数ヶ月とどまり続けることができる。

【0004】

高濃度のウルトラファインバブルを含む水を製造する方法は既知であり、例えば特許文献１にあるように、マイクロ波発生装置、超音波発生装置、羽根付き回転体及び磁石の少なくとも一つからなるバブル圧壊手段を有するウルトラファインバブル発生装置がある。
また、特許文献２にあるように、マイクロバブル供給装置から吐出供給されたマイクロバブルを含む液体に対し超音波振動を加えウルトラファインバブルを製造する方法がある。
これらの方法により、ウルトラファインバブルを含む水を製造することができるが、これらの方法は、装置が複雑であったり、大型、高コスト、耐久性に欠ける等の問題があった。

【0005】

そのため、装置が複雑、かつ大型になることなく、より簡便かつ低コストで耐久性に優れた、ウルトラファインバブルを含む水を製造することができる装置が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−１３６２５５号公報

【特許文献2】特開２００６−２８９１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、ノズル噴射にて流体にせん断をかけることによって、構造が複雑、大型になることなく、より簡便かつ低コストで耐久性に優れ、ウルトラファインバブルを含む水を製造することができるウルトラファインバブル発生装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のウルトラファインバブル発生装置は、ガス供給源を有するガス供給ラインと、液体供給源を有する液体供給ラインと、前記ガス供給ライン及び前記液体供給ラインに接続され、前記ガス供給ラインからのガスと前記液体供給ラインからの液体を混合する混合器と、前記混合器で混合された混合流体を複数個のノズル部に供給する混合流体供給ラインと、少なくとも前記液体供給ラインから供給された液体又は前記混合器で混合された前記混合流体のいずれかを昇圧する昇圧ポンプと、前記混合流体供給ラインに接続されるとともに、バッファー部の液体内に配置され、昇圧された前記混合流体を噴射し、せん断することでウルトラファインバブルを発生させる前記複数個のノズル部とで構成され、前記複数個のノズル部は中心軸が離間した状態で、かつ、略対向状態で配置されることを特徴とする。

【0009】

請求項２に記載のウルトラファインバブル発生装置の前記昇圧ポンプは、前記混合流体を少なくとも０．３ＭＰａ以上に昇圧することを特徴とする。

【0010】

請求項３に記載のウルトラファインバブル発生装置の前記ノズル部は、対向する前記ノズル部の噴射方向に対し０°乃至４０°の角度に傾斜していることを特徴とする。

【0011】

請求項４に記載のウルトラファインバブル発生装置の前記複数個のノズル部は、それぞれその中心軸に対して０ｍｍ乃至１００ｍｍ離間していることを特徴とする。

【0012】

請求項５に記載のウルトラファインバブル発生装置の前記混合流体が前記ノズル部を通過する際の最大流速は５０ｍ／ｓｅｃ乃至１５０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする。

【0013】

請求項６に記載のウルトラファインバブル発生装置は、前記バッファー部と前記液体供給ラインを接続する循環路をさらに備え、前記ノズル部から前記バッファー部に噴射された混合流体を含む流体の一部又は全部を、前記混合器の１次側へ還流させることを特徴とする。

【0014】

請求項７に記載のウルトラファインバブル発生装置の前記昇圧ポンプは、前記混合器に一体的に設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１に記載の発明においては、複数個のノズル部は併設状態で設けられているので、ノズル部から噴射された混合流体がせん断され、高濃度のウルトラファインバブルを含有する流体を供給することができる。
（２）請求項２に記載の発明も前記（１）と同様な効果が得られるとともに、混合流体を少なくとも０．３ＭＰａ以上に昇圧してノズル部より噴射することで、より高濃度のウルトラファインバブルを含有する流体を供給できる。
（３）請求項３に記載の発明も前記（１）〜（２）と同様な効果が得られるとともに、ノズル部の角度を調節することで、より高濃度のウルトラファインバブルを含有する流体を供給できる。
（４）請求項４に記載の発明も前記（１）〜（３）と同様な効果が得られるとともに、ノズル部の中心軸間の距離を調節することで、より高濃度のウルトラファインバブルを含有する流体を供給できる。
（５）請求項５に記載の発明も前記（１）〜（４）と同様な効果が得られるとともに、混合流体がノズル部を通過する際の速度を調節することで、より高濃度のウルトラファインバブルを含有する流体を供給できる。
（６）請求項６に記載の発明においては、前記（１）〜（５）と同様な効果を得られるとともに、循環路を設けることでより高濃度のウルトラファインバブルを含有する流体を供給できる。
（７）請求項７に記載の発明においては、前記（１）〜（６）と同様な効果を得られるとともに、部品点数を少なくすることができ、装置を省スペース化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

図１乃至図３は本発明の第１の実施形態を示す説明図である。
図４は本発明の第２の実施形態を示す説明図である。
図５は本発明の第３の実施形態を示す説明図である。

【図1】第１の実施形態のウルトラファインバブル発生装置の概略説明図。

【図2】ノズル部の傾きを示す参考説明図。（ａ）対向するノズル部のいずれも傾きが０°の場合の説明図。（ｂ）対向するノズル部の一方のノズル部の傾きが４０°の場合の説明図。（ｃ）対向するノズル部が異なる向きに２０°傾き、対向するノズル部から噴射される流体が４０°の傾きで衝突する場合の説明図。

【図3】ノズル部の配置状態を示す参考説明図。（ａ）対向するノズル部の中心軸が同軸となるように配置された場合（０ｍｍ離間）の説明図。（ｂ）対向するノズル部の中心軸が１００ｍｍ離間するように配置された場合（１００ｍｍ離間）の説明図。

【図4】第２の実施形態のウルトラファインバブル発生装置の概略説明図。

【図5】第３の実施形態のウルトラファインバブル発生装置の概略説明図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。
図１乃至図３に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は本発明のウルトラファインバブルを発生させるウルトラファインバブル発生装置である。

【0018】

このウルトラファインバブル発生装置１は、図１に示すように、ガス供給源２を有するガス供給ライン３と、液体供給源４を有する液体供給ライン５と、前記ガス供給ライン３及び前記液体供給ライン５に接続され、前記ガス供給ライン３からのガスと前記液体供給ライン５からの液体を混合する混合器６と、この混合器６の二次側に接続され、複数個のノズル部９に混合流体を供給する混合流体供給ライン１１と、該混合器６の下流（二次側）に接続され、前記混合器６で混合された混合流体を昇圧する昇圧ポンプ７と、この昇圧ポンプ７の下流（二次側）に接続されるとともに、バッファー部８の液体内に配置され、昇圧された前記混合流体を噴射し、せん断することでウルトラファインバブルを発生させる複数個のノズル部９と、バッファー部８と前記液体供給ライン５を接続する循環路１０とで構成されている。前記ノズル部９は、ノズル部９から噴射された混合流体がせん断されるような併設状態で設けられており、好ましくは略対向状態に配設されている。

【0019】

ここで、併設状態とは、略対向状態を含むものであり、略対向状態とは、ノズル部９の中心軸が同一線上に位置する状態で向かい合った状態や中心軸が離間した状態で向かい合って配置される状態を含むものである。

【0020】

ガス供給ライン３は、ガス供給源２を有しており、このガス供給源２から供給されたガスを混合器６へ供給する。ガス供給源２から混合器６に供給されるガスとしては、二酸化炭素、窒素、空気、酸素等である。なお、ここに記載したガスはあくまで一例であり、その他のガスをガス供給源２から供給してもよい。

【0021】

液体供給ライン５は、ウルトラファインバブルが付加される液体を混合器６に供給する液体供給源４を有している。この液体供給源４から供給される液体としては、水であっても良いし、エタノールやトルエンなどの有機溶剤であってもよい。

【0022】

混合器６は、ガス供給ライン３及び液体供給ライン５にと接続されており、供給されたガスと液体を混合器６で混合して二次側（バッファー部８側）へ送る。
混合器６で混合された混合流体は、前記液体供給ラインから供給された液体に取り込んだガスの気泡を含有する状態となっている。

【0023】

混合流体供給ライン１１は、混合器６の二次側と複数個のノズル部９を接続するラインであり、本実施形態では、この混合流体供給ライン１１に昇圧ポンプ７が設けられている。

【0024】

昇圧ポンプ７は、本実施形態においては混合器６の二次側、すなわち、混合流体供給ライン１１の混合器６とバッファー部８との間に設けられており、前記混合流体を少なくとも０．３ＭＰａ以上に昇圧するものである。

【0025】

使用される昇圧ポンプ７は、液体を昇圧し、圧送できるものであればどのようなものでもよく、公知の液体用昇圧ポンプを用いることができる。

【0026】

なお、昇圧ポンプ７を用いて昇圧した後の液体又は混合流体の圧力としては、前述したように０．３ＭＰａ以上となることが望ましいが、０．３ＭＰａ未満であってもウルトラファインバブルを発生させることはできる。
バッファー部８は、本実施形態では容器状の部材で、内部に水等の液体を保持できるものである。

【0027】

このバッファー部８は、ウルトラファインバブルのユースポイントがタンクの場合は、そのタンクをバッファー部８としても良く、ユースポイントまで送る場合は送管の一部をバッファー部８としてもよく、送管にさらに送液ポンプ（図示せず）を付帯してもよい。
ノズル部９は、前記バッファー部８内に複数個、本実施形態では、略対向状態で設けられており、このノズル部９から混合流体供給ライン１１から供給された所定の圧力に昇圧された混合流体を噴射することにより、混合流体がせん断状態となり、バッファー部８内の液体中にウルトラファインバブル（直径１μｍ以下の大きさの気泡）が発生する。

【0028】

ノズル部９は一直線上を含んで略向かい合って配置されており、図２に示すように噴射方向が０°乃至４０°の角度に傾斜させることができる。ここで、０°とは、一方のノズル部９の中心軸と、このノズルに対向する他方のノズル部９の中心軸が同軸又は平行になる角度で、この０°に対してプラス・マイナス方向（図面上では上下方向）に最大４０°傾斜可能に設けられている。

【0029】

この角度は、対向するノズル部９同士のなす角度が最大４０°になるように調整することが望ましく、例えば、一方のノズル部９の傾きが０°の場合には、他方のノズル部９の角度を最大で４０°（上下方向に４０°）となるように調整し、一方のノズル部９の傾きが２０°の場合には、他方のノズル部９の角度を一方のノズル部９と逆方向の傾きで最大で２０°となるように調整することが望ましい。

【0030】

すなわち、対向するノズル部９から噴射される混合流体が最大で４０°の傾きで衝突するように対向するノズル部９の角度を設定する。

【0031】

また、対向する複数個のノズル部９は、図３に示すように、それぞれその中心軸に対して０ｍｍ乃至１００ｍｍに離間させて設置することができる。すなわち、ノズル部９はその中心軸の一直線上から０ｍｍ以上で１００ｍｍ以下の範囲ずれて向かい合って配置されている。

【0032】

このように配置することにより、ノズル部９から噴射された混合流体同士が衝突又は近接し、効率よくせん断されることにより、ウルトラファインバブルを効率よく発生させることができる。

【0033】

ところで、このときの混合流体が前記ノズル部を通過する際の最大流速は１０ｍ／ｓｅｃ乃至２００ｍ／ｓｅｃであることが望ましく、より好ましくは５０ｍ／ｓｅｃ乃至１５０ｍ／ｓｅｃであることが望ましい。

【0034】

また、最大流速が得られるノズル部９の最小断面積部の形状は、スリット、楕円、ネコ目などあるが、より真円に近いものが好ましい。

【0035】

循環路１０は、その一端部が前記バッファー部８に接続され、他端部が前記液体供給ライン５に接続されており、ノズル部９からバッファー部８に噴射された混合流体を含む流体の一部又は全部を、前記混合器６の１次側へ還流させる管路で、このような循環路１０を設けることにより、より高濃度のウルトラファインバブルを発生させることができる。
このような循環路１０を設けて、バッファー部８内の２０Ｌの水を２時間循環運転させることで、４８億個／ｍＬ（１ｍＬあたりウルトラファインバブルが４８億個）の濃度が得られた。

【0036】

［発明を実施するための異なる形態］
次に、図４及び図５に示す本発明を実施するための異なる形態について説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
図４に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、混合器６の一次側（液体供給ライン５）に昇圧ポンプ７を設けて、液体供給源４から供給される液体を昇圧する構成にした点で、このようなウルトラファインバブル発生装置１Ａにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

【0037】

図５に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、昇圧ポンプ７が一体的に設けられた混合器６Ａを用いた点で、このようなウルトラファインバブル発生装置１Ｂにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

【0038】

なお、本実施形態では、液体とガスの混合及び昇圧を同時に行う渦巻き式ポンプを昇圧ポンプ７が一体的に設けられた混合器６Ａとして用いられている。
本発明の実施形態では、循環路を設ける場合について説明したが、必ずしも循環路を設けなくてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は洗浄分野、水処理分野、農業・植物栽培、化学分野、医療分野等のウルトラファインバブルを使用する産業に利用される。

【符号の説明】

【0040】

１、１Ａ、１Ｂ：ウルトラファインバブル発生装置、
２：ガス供給源、 ３：ガス供給ライン、
４：液体供給源、 ５：液体供給ライン、
６、６Ａ：混合器、 ７：昇圧ポンプ、
８：バッファー部、 ９：ノズル部、
１０：循環路、 １１：混合流体供給ライン。

【要約】      （修正有）

【課題】ノズル噴射にて流体にせん断をかけることにより、構造が複雑、大型になることなく、より簡便かつ低コストで耐久性に優れ、ナノバブルを含む水を製造できるウルトラファインバブル発生装置の提供。
【解決手段】ガス供給源２を有するガス供給ライン３と、液体供給源４を有する液体供給ライン５と、ガス供給ライン及び液体供給ラインに接続され、ガスと液体を混合する混合器６と、混合器からの混合流体をノズル部９に供給する混合流体供給ライン１１と、液体供給ラインから供給された液体又は混合器で混合された混合流体のいずれかを昇圧する昇圧ポンプ７と、混合流体供給ラインに接続されるとともに、バッファー部８の液体内に配置され、昇圧された混合流体を噴射し、せん断することでウルトラファインバブルを発生させる複数個のノズル部とで構成され、複数個のノズル部は併設されていることを特徴とするウルトラファインバブル発生装置１。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】