特開 2022-141456 微細気泡発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022141456

(43)【公開日】2022-09-29

(54)【発明の名称】微細気泡発生装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 25/40 20220101AFI20220921BHJP

   B01F 25/10 20220101ALI20220921BHJP

   B01F 23/20 20220101ALI20220921BHJP

   B01F 25/50 20220101ALI20220921BHJP

【ＦＩ】

B01F5/00 D

B01F5/00 G

B01F3/04 Z

B01F5/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021041772

(22)【出願日】2021-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】591001282

【氏名又は名称】大同メタル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002192

【氏名又は名称】特許業務法人落合特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】甲賀 淳志

【テーマコード（参考）】

4G035

【Ｆターム（参考）】

4G035AB04

4G035AC11

4G035AC29

4G035AC44

(57)【要約】

【課題】これまでに比べて簡素化された構造で微細気泡を発生することができる微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】微細気泡発生装置１１は、液体１２の液面に接する気体を確保しながら液体１２の動きを案内する案内路１３と、液面を波立たせながら、案内路１３内で液体１２の流れを作り出す波生成装置１４とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体の液面に接する気体を確保しながら前記液体の動きを案内する案内路と、
前記液面を波立たせながら、前記案内路内で前記液体の流れを作り出す波生成装置と
を備えることを特徴とする微細気泡発生装置。

【請求項2】

直立姿勢の軸心を有し上端で開放された円筒体を含む案内路と、
前記円筒体の内空間に湛えられる液体中に液体を噴出し、噴出する前記液体で前記軸心回りに前記液体の旋回流を引き起こす液管と、
前記円筒体の内壁面に沿って配置され、前記旋回流を妨げる抵抗物と
を備えることを特徴とする微細気泡発生装置。

【請求項3】

請求項２に記載の微細気泡発生装置において、前記案内路には、前記円筒体の底から前記液管に前記液体を戻す戻し路が接続されることを特徴とする微細気泡発生装置。

【請求項4】

重力方向に上向きに開放され、液体の液面に接する気体を確保しながら前記液体の動きを案内する案内路と、
前記液面を波立たせながら、前記案内路内で前記液体の流れを作り出す波生成装置と
を備えることを特徴とする微細気泡発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体の動きを案内する案内路と、案内路内で液体の流れを作り出す波生成装置とを備える微細気泡発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は微細気泡発生装置を開示する。微細気泡発生装置は、密閉された中空円筒体の容器（案内路）を備える。中空円筒体の中空空間は液体（例えば水）で満たされる。中空空間には、円筒面の接線方向から加圧された液体が導入される。中空空間では軸心回りに液体の旋回流が生成される。液体の旋回流は、底板に同軸に形成される気体導入孔から気体を引き込む。中空円筒体の軸心に沿って一端から他端に向かって気体の流れが形成される。気体が中空円筒体の他端から静液体に流入することで、静液体内に微細気泡は作り出されることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第００／６９５５０号

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】ファインバブルマガジン，“ファインバブルの技術”，［ｏｎｌｉｎｅ］，［令和２年１０月５日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｆｉｎｅｂｕｂｂｌｅ．ｎｅｔ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の微細気泡発生装置では気体は旋回流の負圧に応じて液体中に導入されることができる。このとき、中空円筒体の底板には円筒体に同軸に気体導入孔が形成されなければならない。気体導入孔には、密閉された中空空間を満たす液体よりも上方で大気に開放される気体導入管が結合されなければならない。気体の導入にあたって複雑な構造が必要とされる。

【0006】

本発明は、これまでに比べて簡素化された構造で微細気泡を発生することができる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】

【0007】

本発明の第１側面によれば、液体の液面に接する気体を確保しながら前記液体の動きを案内する案内路と、前記液面を波立たせながら、前記案内路内で前記液体の流れを作り出す波生成装置とを備える微細気泡発生装置は提供される。

【0008】

本発明者の検証によれば、案内路を流れる液体の液面が波立つと、液体中に微細気泡が生成される。このことは本発明者の実験で実証された。気体は波立つ液面に接するだけでよいことから、気体の導入にあたって複雑な構造は要求されずに済む。微細気泡発生装置は、これまでに比べて簡素化された構造で微細気泡を発生することができる。

【0009】

本発明の第２側面によれば、直立姿勢の軸心を有し上端で開放された円筒体を含む案内路と、前記円筒体の内空間に湛えられる液体中に液体を噴出し、噴出する前記液体で前記軸心回りに前記液体の旋回流を引き起こす液管と、前記円筒体の内壁面に沿って配置され、前記旋回流を妨げる抵抗物とを備える微細気泡発生装置は提供される。

【0010】

液体の旋回流が抵抗物に衝突すると、液面が波立つことで液体中に微細気泡が生成される。このことは本発明者の実験で実証された。気体は波立つ液面に接するだけでよいことから、気体の導入にあたって円筒体の上端が開放されるだけで済む。微細気泡発生装置は、これまでに比べて簡素化された構造で微細気泡を発生することができる。

【0011】

前記案内路には、前記円筒体の底から前記液管に前記液体を戻す戻し路が接続されてもよい。円筒体から流出する液体は液管から円筒体内に流入する。こうして液体は循環する。循環に応じて液体中の微細気泡は増加していく。こうして液体の単位体積当たりに必要量の微細気泡は生成されることができる。

【0012】

本発明の第３側面によれば、重力方向に上向きに開放され、液体の液面に接する気体を確保しながら前記液体の動きを案内する案内路と、前記液面を波立たせながら、前記案内路内で前記液体の流れを作り出す波生成装置とを備える微細気泡発生装置は提供される。

【0013】

本発明者の検証によれば、案内路を流れる液体の液面が波立つと、液体中に微細気泡が生成される。このことは本発明者の実験で実証された。気体は波立つ液面に接するだけでよいことから、気体の導入にあたって案内路は上向きに開放されれば済む。微細気泡発生装置は、これまでに比べて簡素化された構造で微細気泡を発生することができる。

【発明の効果】

【0014】

以上のように本発明によれば、これまでに比べて簡素化された構造で微細気泡を発生することができる微細気泡発生装置は提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】比較例に係る気泡発生ノズルの構成を概略的に示す拡大断面図である。

【図3】微細気泡の分布を示すグラフである。

【図4】本発明の第２実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

【0017】

図１は本発明の第１実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を概略的に示す。微細気泡発生装置１１は、液体１２の液面１２ａに接する気体を確保しながら液体１２の動きを案内する案内路１３と、液面１２ａを波立たせながら、案内路１３内で液体１２の流れを作り出す波生成装置１４とを備える。案内路１３を流れる液体１２の液面１２ａが波立つと、液体１２中に微細気泡が生成される。液体１２には例えば水が用いられることができる。

【0018】

案内路１３は、直立姿勢の軸心１５ａを有し上端で開放された円筒体１５と、円筒体１５の底板に接続されて、円筒体１５の内空間から流出する液体１２を案内する流出管１６とを有する。円筒体１５の底板は逆さ円錐形（または漏斗の形状）に形成される。円錐形の頂点に流出管１６の上流端は結合される。流出管１６は円筒体１５に例えば同軸に配置される。円筒体１５に代えて例えば逆さ円錐体が用いられてもよい。

【0019】

波生成装置１４は、円筒体１５の内空間に湛えられる液体１２中に液体１２を噴出し、噴出する液体１２で円筒体１５の軸心１５ａ回りに液体１２の旋回流を引き起こす液管１７と、案内路１３内に配置されて、層流から乱流を生成する物体１８とを備える。液管１７には液ポンプ１９が接続される。液ポンプ１９は所定の圧力で液管１７に液体１２を供給する。

【0020】

液管１７は、円筒体１５の上端から円筒体１５の軸心１５ａに平行に線形に延びる第１体１７ａと、第１体１７ａの下端に接続されて、軸心１５ａ回りに円筒面の接線方向に延びる第２体１７ｂとを有する。第２体１７ｂの先端から接線方向に液体１２は吐出される。液管１７は円筒体１５の周壁に沿って配置されることから、円筒体１５の内空間に湛えられる液体１２には、吐出される液体１２から最大限に軸心１５ａ回りの旋回力は付与されることができる。ここでは、液体１２の深さは液面１２ａに形成される波の大きさに応じて適宜に設定されることができる。

【0021】

物体１８は、円筒体１５の内壁面に沿って配置され、旋回流を妨げる抵抗物を含む。ここでは、抵抗物は、円筒体１５の上端から円筒体１５の軸心１５ａに平行に線形に周壁に沿って延びる円柱体として形成される。抵抗物は周壁の下端で途切れる。ただし、抵抗物の長さは液面１２ａに形成される波の大きさに応じて適宜に設定されることができる。例えば、円筒体１５の内径４３０［ｍｍ］に対して円柱体の直径は２８［ｍｍ］に設定される。円筒体１５の大きさと円柱体の大きさとは液面１２ａに形成される波の大きさに応じて適宜に設定されることができる。ここでは、液管１７の第１体１７ａの直径は抵抗物の直径に等しく設定される。したがって、液管１７は１つの抵抗物として機能する。液管１７および抵抗物は円筒体１５の軸心１５ａ回りに等間隔に配置される。抵抗物は軟質塩化ビニルといった樹脂材から成形されてもよくステンレス鋼といった金属材から成形されてもよい。

【0022】

抵抗物に代えて、円筒体１５の周壁は、層流から乱流を生成する形状を有してもよい。円筒体１５の周壁は案内路１３の側面に相当する。形状は、流れに速度差を生み出す凸面および凹面の少なくともいずれかを含めばよい。

【0023】

案内路１３には、円筒体１５の底から液管１７に液体１２を戻す戻し管２１が接続される。ここでは、戻し管２１は流出管１６および液ポンプ１９を接続する。戻し管２１は、流出管１６から液ポンプ１９に液体１２を戻す。こうして戻し管２１は、案内路１３の下流から上流に液体１２を戻す戻し路を区画する。液体１２は、液ポンプ１９、液管１７、円筒体１５、流出管１６および戻し管２１を循環する。

【0024】

流出管１６または戻し管２１には、循環経路から分岐して液体１２を溜める液溜め２２が接続されてもよい。液溜め２２に微細気泡は蓄えられることができる。このとき、液ポンプ１９には液体１２を補充する液源（図示されず）が接続されることができる。

【0025】

次に微細気泡発生装置１１の動作を説明する。円筒体１５に液体１２は溜められる。液ポンプ１９が作動すると、液体１２は液管１７、円筒体１５、流出管１６および戻し管２１を循環する。このとき、液管１７の第２体１７ｂから吐出する液体１２は円筒体１５内の液体１２に軸心１５ａ回りの旋回力を付与する。軸心１５ａ回りに液体１２の流れは生成される。

【0026】

液体１２の旋回流が物体（抵抗物）１８に衝突すると、液面１２ａが波立つことで液体１２中に微細気泡が生成される。このことは本発明者の実験で実証された。気体は波立つ液面１２ａに接するだけでよいことから、気体の導入にあたって円筒体１５の上端が開放されるだけで済む。微細気泡発生装置１１は、これまでに比べて簡素化された構造で微細気泡を発生することができる。

【0027】

本実施形態では、円筒体１５から流出する液体１２は液管１７から円筒体１５内に流入する。こうして液体１２は循環する。循環に応じて液体１２中の微細気泡は増加していく。こうして液体１２の単位体積当たりに必要量の微細気泡は生成されることができる。微細気泡は液溜め２２に蓄えられることができる。

【0028】

本発明者は微細気泡発生装置１１の効率を検証した。検証にあたって本発明者は微細気泡発生装置１１を用意した。円筒体１５の内径４３０［ｍｍ］に対して液管１７の外径および物体１８の直径は２８［ｍｍ］に設定された。円筒体１５の周壁に沿って１本の液管１７および２本の物体１８は軸心１５ａ回りに等間隔に配置された。円筒体１５内には１５［リットル］の水が湛えられた。水の液面１２ａは周壁の下端から７５［ｍｍ］の高さまで達した。液管１７の内径は１１［ｍｍ］に設定された。液ポンプ１９の流量は４６［リットル／分］に設定された。水の流れが１時間にわたって継続された後に、微細気泡の直径ごとに微細気泡の個数が計測された。

【0029】

検証にあたって本発明者は比較例を用意した。比較例では同様な円筒体内に気泡発生ノズルが設置された。図２に示されるように、気泡発生ノズル２４は、先端で導管２５の管壁に差し込まれて、気体管２６から延びて導管２５の内壁面で開口する通路２７を区画するハウジング２８と、通路２７の一端でハウジング２８に組み込まれて、空孔を含み、通路２７を流通する気体を透過させる多孔質体２９とを備える。多孔質体２９は導管２５の内壁に連続する露出面２９ａを有する。多孔質体２９は、導管２５内を流通する液体に露出面２９ａで接触する。気体は、気体管２６から通路２７に進入し、多孔質体２９を通過して露出面２９ａから液体内に噴出する。

【0030】

比較例では円筒体内に１５［リットル］の水が湛えられた。導管２５内の流量は４６［リットル／分］に設定された。通路２７の流量は１０［リットル／分］に設定された。気体には空気が用いられた。水および空気の流れが１時間にわたって継続された後に、微細気泡の直径ごとに微細気泡の個数が計測された。

【0031】

図３に示されるように、本実施形態に係る微細気泡発生装置１１では気泡径２００［ｎｍ］以下で良好に微細気泡が形成されることが確認された。特に、気泡径８０［ｎｍ］～１００［ｎｍ］の範囲で微細気泡の発生は最大化することが確認された。比較例に比べて効率的に微細気泡は発生されることができた。

【0032】

図４は本発明の第２実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を概略的に示す。微細気泡発生装置３１は、重力方向に上向きに開放され、液体３２の液面３２ａに接する気体を確保しながら液体３２の動きを案内する案内路３３と、液面３２ａを波立たせながら、案内路３３内で液体３２の流れを作り出す波生成装置３４とを備える。案内路３３を流れる液体３２の液面３２ａが波立つと、液体３２中に微細気泡が生成される。液体３２には例えば水が用いられることができる。

【0033】

案内路３３は、特定の方向３５に線形に延びる底板３６ａと、底板３６ａの側縁から底面に垂直に立ち上がって、底面上に特定の方向３５に延びる空間を仕切る２つの側壁３６ｂとを有する。底面は例えば平面で形成されることができる。底面は水平面でもよい。底面が特定の方向３５に傾けば、重力の働きで液体３２の流れは生成されることができる。

【0034】

波生成装置３４は、案内路３３の上流端に接続されて、案内路３３に液体３２を導入する導入管３７と、案内路３３内に配置されて、層流から乱流を生成する物体３８とを備える。導入管３７には液ポンプ３９が接続される。液ポンプ３９は所定の圧力で導入管３７に液体３２を供給する。導入管３７の先端から特定の方向３５に液体３２は吐出される。こうして案内路３３内に液流れは生成されることができる。ここでは、液体３２の深さは液面３２ａに形成される波の大きさに応じて適宜に設定されることができる。

【0035】

物体３８は、側壁３６ｂの内壁面に沿って配置され、線形流を妨げる抵抗物を含む。ここでは、抵抗物は、側壁３６ｂの上端から重力方向に線形に側壁３６ｂに沿って延びる円柱体として形成される。抵抗物は底板３６ａに至る。ただし、抵抗物の長さは液面３２ａに形成される波の大きさに応じて適宜に設定されることができる。抵抗物は例えば特定の方向３５に等間隔に配置されることができる。抵抗物は２つの側壁３６ｂで互い違いに配置されてもよい。抵抗物は軟質塩化ビニルといった樹脂材から成形されてもよくステンレス鋼といった金属材から成形されてもよい。

【0036】

抵抗物に代えて、側壁３６ｂの内壁面は、層流から乱流を生成する形状を有してもよい。形状は、流れに速度差を生み出す凸面および凹面の少なくともいずれかを含めばよい。その他、案内路３３の底面は、層流から乱流を生成する形状を有してもよい。形状は、流れに速度差を生み出す凸面および凹面の少なくともいずれかを含めばよい。

【0037】

案内路３３には、案内路３３の下流端から案内路３３の上流端に液体３２を戻す戻し管４１が接続される。ここでは、戻し管４１は案内路３３の下流端および液ポンプ３９を接続する。戻し管４１は、案内路３３の下流端から液ポンプ３９に液体３２を戻す。こうして戻し管４１は、案内路３３の下流から上流に液体３２を戻す戻し路を区画する。液体３２は、液ポンプ３９、導入管３７、案内路３３および戻し管４１を循環する。戻し管４１には、循環経路から分岐して液体３２を溜める液溜め４２が接続されてもよい。液溜め４２に微細気泡は蓄えられることができる。このとき、液ポンプ３９には液体３２を補充する液源（図示されず）が接続されることができる。

【0038】

次に微細気泡発生装置３１の動作を説明する。案内路３３に液体３２は溜められる。液ポンプ３９が作動すると、液体３２は導入管３７、案内路３３および戻し管４１を循環する。このとき、案内路３３では特定の方向３５に液体３２の流れは生成される。

【0039】

案内路３３内で液体３２が物体３８に衝突すると、液面３２ａが波立つことで液体３２中に微細気泡が生成される。気体は波立つ液面３２ａに接するだけでよいことから、気体の導入にあたって案内路３３は上向きに開放されれば済む。微細気泡発生装置３１は、これまでに比べて簡素化された構造で微細気泡を発生することができる。

【符号の説明】

【0040】

１１…微細気泡発生装置、１２…液体、１３…案内路、１４…波生成装置、１５…円筒体、１５ａ…軸心、１７…液管、１８…物体（抵抗物）、２１…戻し管（戻し路）、３１…微志気泡発生装置、３２…液体、３３…案内路、３４…波生成装置、３８…物体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】