特開 2022-180121 微細気泡生成装置及びそれを使用した微細気泡生成方法

(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】P2022180121

(43)【公開日】2022-12-06

(54)【発明の名称】微細気泡生成装置及びそれを使用した微細気泡生成方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 23/20 20220101AFI20221129BHJP

   B01F 25/30 20220101ALI20221129BHJP

   B01F 25/40 20220101ALI20221129BHJP

   B01F 35/71 20220101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

B01F3/04 Z

B01F5/04

B01F5/06

B01F15/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021087050

(22)【出願日】2021-05-24

【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り

(71)【出願人】

【識別番号】516196369

【氏名又は名称】小段金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100174816

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 貴久

(72)【発明者】

【氏名】小段 豊

【テーマコード（参考）】

4G035

4G037

【Ｆターム（参考）】

4G035AB15

4G035AB27

4G035AC23

4G035AC26

4G035AC55

4G035AE13

4G037AA01

4G037EA01

(57)【要約】

【課題】 配管などの先端に取り付けることで簡易に安定した大きさの微細気泡（ファインバブル）を生成することができる微細気泡生成装置を提供することである。
【解決手段】 液の中に浸漬させた状態で気体を供給することにより微細気泡を生成する微細気泡生成装置であって、供給された気体が流れる主流路と、前記主流路に気体が流れることによって前記主流路に液を吸引する吸引部と、前記供給された気体と前記吸引された液との混合気液物が通過することで微細気泡を生成する多孔質部と、前記多孔質部を通過できなかった混合気液物を排出する調整排出部と、を備えていることを特徴とする微細気泡生成装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液の中に浸漬させた状態で気体を供給することにより微細気泡を生成する微細気泡生成装置であって、
供給された気体が流れる主流路と、
前記主流路に気体が流れることによって前記主流路に液を吸引する吸引部と、
前記供給された気体と前記吸引された液との混合気液物が通過することで微細気泡を生成する多孔質部と、
前記多孔質部を通過できなかった混合気液物を排出する調整排出部と、を備えていることを特徴とする微細気泡生成装置。

【請求項2】

前記主流路は、
気体が供給される給気室と、
前記給気室から供給された気体と吸引された液とを混合する混合室と、
前記多孔質部を通過できなかった混合気液物を前記調整排出部に導く分岐室と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の微細気泡生成装置。

【請求項3】

前記給気室の上流側には、空気の流れを整える整流板を備えることを特徴とする請求項２に記載の微細気泡生成装置。

【請求項4】

前記給気室は、下流側に向かって内径が狭まっていく縮径部を有していることを特徴とする請求項２、又は、請求項３のいずれかに記載の微細気泡生成装置。

【請求項5】

前記給気室は、下流側に向かって内径が拡大していく拡径部を有していることを特徴とする請求項２～請求項４のいずれかに記載の微細気泡生成装置。

【請求項6】

取り付け及び取り外しを容易とするためのネジ溝部を有していることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかに記載の微細気泡生成装置。

【請求項7】

供給された気体が流れる主流路と、
前記主流路に気体が流れることによって前記主流路に液を吸引する吸引部と、
前記供給された気体と前記吸引された液との混合気液物が通過することで微細気泡を生成する多孔質部と、
前記多孔質部を通過できなかった混合気液物を排出する調整排出部と、を備える微細気泡生成装置を使用する微細気泡生成方法であって、
前記微細気泡生成装置を配管の一方端に取り付け、
前記配管の他方端にポンプ部を取り付け、
前記微細気泡生成装置を液の中に浸漬後に前記ポンプ部から気体を供給することにより微細気泡を生成することを特徴とする微細気泡生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微細気泡生成装置であり、より特定的には、液の中に浸漬させた状態で気体を供給することにより液の中に微細気泡を生成するための微細気泡生成装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ファインバブルと呼ばれる１００μｍ未満の微細気泡を生成する装置等が種々提案されている。中でも気体を供給するだけで簡易にナノレベル以下の気泡を発生させる気泡発生器が知られている（特許文献１）。具体的には、ビーズが充填された気泡発生器内に気体を供給すると、気泡発生器に設けられた無数の孔からナノレベルの気泡が発生するというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２５９５１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、特許文献１の気泡発生器では、発生した微細気泡の大きさにバラツキがでるという問題が生じていた。これは、ビーズの配置や詰め具合等によって、気泡発生器に設けられた無数の孔にかかる圧力が異なるためと考えられる。

【0005】

本発明は、かかる従来発明における課題に鑑みてされたものであり、本発明の目的は、一定の大きさの微細気泡を安定して生成する微細気泡生成装置を提供することである。

【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、本発明は、少なくとも以下のような構成を備え、もしくは手順を実行する。

【0007】

本発明の一局面に係る微細気泡生成装置は、液の中に浸漬させた状態で気体を供給することにより微細気泡を生成する微細気泡生成装置であって、供給された気体が流れる主流路と、前記主流路に気体が流れることによって前記主流路に液を吸引する吸引部と、前記供給された気体と前記吸引された液との混合気液物が通過することで微細気泡を生成する多孔質部と、前記多孔質部を通過できなかった混合気液物を排出する調整排出部と、を備えていることを特徴とする。
かかる構成により、一定の大きさの微細気泡を安定して生成することができる。

【0008】

また、好ましくは、前記主流路は、気体が供給される給気室と、前記給気室から供給された気体と吸引された液とを混合する混合室と、前記多孔質部を通過できなかった混合気液物を前記調整排出部に導く分岐室と、を含むことを特徴とする。
かかる構成により、より細かな微細気泡を生成することができる。

【0009】

また、好ましくは、前記給気室の上流側には、空気の流れを整える整流板を備えることを特徴とする。
かかる構成により、より細かな微細気泡を生成することができる。

【0010】

また、好ましくは、前記給気室は、下流側に向かって内径が狭まっていく縮径部を有していることを特徴とする。
かかる構成により、より細かな微細気泡を生成することができる。

【0011】

また、好ましくは、前記給気室は、下流側に向かって内径が拡大していく拡径部を有していることを特徴とする。
かかる構成により、より細かな微細気泡を生成することができる。

【0012】

また、好ましくは、取り付け及び取り外しを容易とするためのネジ溝部を有していることを特徴とする
かかる構成により、より簡易に微細気泡生成装置を取り付け及び取り外しすることができる。

【0013】

本発明の一局面に係る微細気泡生成方法は、供給された気体が流れる主流路と、
前記主流路に気体が流れることによって前記主流路に液を吸引する吸引部と、
前記供給された気体と前記吸引された液との混合気液物が通過することで微細気泡を生成する多孔質部と、前記多孔質部を通過できなかった混合気液物を排出する調整排出部と、を備える微細気泡生成装置を使用する微細気泡生成方法であって、前記微細気泡生成装置を配管の一方端に取り付け、前記配管の他方端にポンプ部を取り付け、前記微細気泡生成装置を液の中に浸漬後に前記ポンプ部から気体を供給することにより微細気泡を生成することを特徴とする。
かかる構成により、一定の大きさの微細気泡を安定して生成することができる。

【発明の効果】

【0014】

以上のように、本発明によれば、一定の大きさの微細気泡を安定して生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る微細気泡生成装置１００の使用例を示す図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る微細気泡生成装置１００の斜視図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る微細気泡生成装置１００の内部構造を示す断面図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る微細気泡生成装置４００の斜視図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る微細気泡生成装置４００の正面図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る微細気泡生成装置４００のＡ―Ａの断面を示す断面図である。

【図7】本発明の第３の実施形態に係る微細気泡生成装置５００の斜視図である。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る微細気泡生成装置５００の吸引部１４０の箇所を示す斜視図である。

【図9】本発明の第３の実施形態に係る微細気泡生成装置５００の側面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、あくまで、本発明を実施するための具体的な一例を挙げるものであって、本発明を限定的に解釈させるものではない。

【0017】

なお、本発明では、直径１００μｍ以下の気泡をファインバブルと総称する。また、直径１μｍ～１００μｍの気泡をマイクロファインバブルと称し、１μｍ以下のファインバブルをウルトラファインバブルと称する。また、ファインバブルを微細気泡とも称する。

【0018】

図１は、本発明の第１の実施形態に係る微細気泡生成装置１００の使用例を示す図である。微細気泡生成装置１００は、配管２００の一方端に設けられるノズル部分であり、ポンプ部３００から供給された気体を微細気泡として液の中に放出するものである。微細気泡生成装置１００は、液の中に浸漬した状態で使用するものであり、供給された気体と液とを混合して混合気液物を生成し、混合気液物を多孔質部１１０から通過させて放出することで微細気泡を生成している。なお、多孔質部１１０から放出されなかった混合気液物は、調整排出部１２０に取り付けられたカバー部１２１から混合気液物が排出される。調整排出部１２０にカバー部１２１を設けることにより、より確実に混合気液物の排出を行うことができる。

【0019】

液としては、水を想定しているがこれに限られず、様々な溶液を使用しても構わない。

【0020】

供給する気体としては、空気、二酸化炭素、水素、酸素など様々な気体を使用して構わない。例えば、液が水の場合、二酸化炭素を供給し、炭酸水を製造しても構わない。また、空気を供給し、水中にファインバブル、ウルトラファインバブルを発生させるために用いても構わない。

【0021】

配管２００は金属製であり、配管２００の一方端に微細気泡生成装置１００を取り付け、他方端にポンプ部３００を取り付けている。なお、配管２００の素材としては、金属製に限らず樹脂製のものを使用しても構わない。また、チューブのように柔軟性を有した樹脂製のものを使用しても構わない。

【0022】

ポンプ部３００は、気体を供給するためのものである。なお、ポンプ部３００は、二酸化炭素や酸素が詰まったボンベ等でも構わない。また、ポンプ部３００からの気体の流量を調整することで微細気泡の大きさを制御することができる。具体的には、０．００５ＭＰａ～０．３ＭＰａの範囲で使用する。

【0023】

カバー部１２１は、調整排出部１２０に取り付けるものであり、チューブ状の部材を使用している。チューブ状の部材の一方端を調整排出部１２０に取り付け、他方端を液の外、つまり大気開放した状態で固定することで、より確実に混合気液物の排出を行うことができる。排出した混合気液物は、液中に戻してもよいし、別容器に貯めるようにしても構わない。なお、チューブ状の部材を取り付ける際は、チューブ状の部材が折れ曲がって設置されないよう注意する必要がある。

【0024】

カバー部１２１を取り付けることで、混合気液物の排出する位置をコントロールすることができるため、排出された混合気液物が微細気泡に影響を与えにくい。

【0025】

図２は、本発明の第１の実施形態に係る微細気泡生成装置１００の斜視図である。微細気泡生成装置１００は、気体が供給される供給口１３０と、供給された気体を微細気泡として放出する多孔質部１１０と、気体が供給された際に液を吸引する吸引部１４０と、混合気液物の一部を排出する調整排出部１２０を備えている。また、微細気泡生成装置１００を配管２００に取り付け及び取り外し可能とするために、ネジ溝部１５０が設けられている。ネジ溝部１５０を設けることで、簡易に取り外しすることができる。なお、微細気泡生成装置１００は、主にステンレス鋼で形成されている。なお、ステンレス鋼に限らず、チタンや真鍮などの金属を使用して形成しても構わない。

【0026】

調整排出部１２０は、凸部１２２を有している。凸部１２２を設けることによって、混合気液物の排出がスムースに行われる。また、前述したとおり、調整排出部１２０の凸部１２２には、カバー部１２１を取り付けることができる。

【0027】

吸引部１４０は、後述する拡径部１６１３の直近に設けられている。これにより、液をより吸引しやすい構造となっている。

【0028】

図３は、本発明の第１の実施形態に係る微細気泡生成装置１００の内部構造を示す断面図である。微細気泡生成装置１００は、供給された気体が流れる主流路１６０と、主流路１６０に気体が流れることによって主流路１６０に液を吸引する吸引部１４０と、供給された気体と吸引された液との混合気液物を通過させることで微細気泡を生成する多孔質部１１０と、多孔質部１１０から放出されなかった混合気液物を排出する調整排出部１２０を備えている。また、気体が供給される供給口１３０には、供給される気体の流れを整える整流板１３１が設けられている。

【0029】

主流路１６０は、気体が供給される給気室１６１と、供給された気体と吸引された液とを混合する混合室１６２と、多孔質部１１０から放出されなかった混合気液物を調整排出部１２０に導く分岐室１６３とから構成されている。

【0030】

多孔質部１１０は、金網を重ねて形成したものを使用している。これにより、優れた機械的強度と耐圧強度を実現している。なお、多孔質部１１０は、これに限らず、金属繊維を圧縮・成形し焼結処理を施したファイバー焼結品、目の細かいパンチングプレート、エッチングプレート（エッチング焼結プレート）、デミスター、繊維物質を圧縮・成形したフィルター、金網を溶接等で積層したフィルター、金属繊維を溶接等により成型したフィルター、目の細かいステンレス製の金網等を使用しても構わない。

【0031】

整流板１３１は、給気室１６１の上流側に設置されている。なお、上流側とは、ポンプ部３００に近い側を指し、下流側とは多孔質部１１０に近い側を指す。また、整流板１３１には、金網を重ねて形成したものを使用している。これにより、気体の流れを制御している。なお、整流板１３１は、供給口１３０に配置されている。なお、整流板１３１は、これに限らず、金属繊維を圧縮・成形し焼結処理を施したファイバー焼結品、目の細かいパンチングプレート、エッチングプレート（エッチング焼結プレート）、デミスター、繊維物質を圧縮・成形したフィルター、金網を溶接等で積層したフィルター、金属繊維を溶接等により成型したフィルター、目の細かいステンレス製の金網等を使用しても構わない。

【0032】

給気室１６１は、下流に向かって内径が縮小していく縮径部１６１１と、縮径部１６１１と連結している小径部１６１２と、小径部１６１２と連結し下流側に向かって内径が拡大していく拡径部１６１３とを有している。縮径部１６１１、小径部１６１２及び拡径部１６１３により圧力を低下させることによって、吸引部１４０から液を吸引しやすく、且つ、供給された気体と吸引した液とを混合室１６２でより確実に混合することができる。これは、ベンチュリ効果及び径が拡大する際に発生する渦の流れを利用しているためである。

【0033】

吸引部１４０は、液を吸引するためのものであり、拡径部１６１３の近傍に設けられている。主流路１６０に気体が流れることによって圧力が低下するため、吸引部１４０から液が吸引される仕組みとなっている。

【0034】

混合室１６２は、供給された気体と吸引部１４０から吸引された液とが混合する箇所であり、ここで混合気液物が生成される。縮径部１６１１、小径部１６１２及び拡径部１６１３により圧力を低下させることによって、より確実に供給された気体と液とを混合できる仕組みとなっている。

【0035】

分岐室１６３は、混合室１６２で生成された混合気液物を多孔質部１１０に送る通路である。また、多孔質部１１０から放出されなかった混合気液物を排出するための調整排出部１２０に繋がっている。なお、分岐室１６３の内径は混合室１６２の内径より大きい。この構造によって送られてくる混合気液物に渦の流れを生じ、より細かな微細気泡を生成することができる。

【0036】

次に、別形状の微細気泡生成装置４００について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る微細気泡生成装置４００の斜視図であり、図５は、本発明の第２の実施形態に係る微細気泡生成装置４００の正面図であり、図６は、本発明の第２の実施形態に係る微細気泡生成装置４００のＡ―Ａの断面を示す図である。なお、図４、図５及び図６ついては、微細気泡生成装置１００と同一の参照符号を付すことによって、詳細な説明は省略する。本実施形態では、主に、本発明の第１の実施形態と異なる構成について説明する。

【0037】

図４より、微細気泡生成装置４００は、供給された気体を微細気泡として放出する多孔質部１１０と、気体が供給された際に液を吸引する吸引部１４０と、混合気液物の一部を排出する調整排出部１２０を備えている。また、調整排出部１２０は、凸部１２２を有している。

【0038】

図５及び図６より、微細気泡生成装置４００は、供給された気体が流れる主流路１６０と、主流路１６０に気体が流れることによって主流路１６０に液を吸引する吸引部１４０と、供給された気体と吸引された液との混合気液物を通過させることで微細気泡を生成する多孔質部１１０と、多孔質部１１０から放出されなかった混合気液物を排出する調整排出部１２０を備えている。なお、主流路１６０は、気体が供給される給気室１６１と、供給された気体と吸引された液とを混合する混合室１６２と、多孔質部１１０から放出されなかった混合気液物を調整排出部１２０に導く分岐室１６３とから構成されている。

【0039】

供給された気体が主流路１６０を通り、多孔質部１１０から放出されることによって、微細気泡が生成される構造となっている。

【0040】

次に、別形状の微細気泡生成装置５００について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る微細気泡生成装置５００の斜視図であり、図８は、本発明の第３の実施形態に係る微細気泡生成装置５００の吸引部１４０の箇所を示す斜視図であり、図９は、本発明の第３の実施形態に係る微細気泡生成装置５００の側面を示す図である。なお、図７、図８及び図９ついては、微細気泡生成装置１００と同一の参照符号を付すことによって、詳細な説明は省略する。本実施形態では、主に、本発明の第１の実施形態と異なる構成について説明する。

【0041】

図７、８、９より、微細気泡生成装置５００は、供給された気体を微細気泡として放出する多孔質部１１０と、気体が供給された際に液を吸引する吸引部１４０と、混合気液物の一部を排出する調整排出部１２０を備えている。また、調整排出部１２０は、凸部１２２を有している。また、気体が供給される供給口１３０も備えている。なお、吸引部１４０は、比較的大きく、大容量の液を吸引することができる構造となっている。

【0042】

次に、微細気泡生成装置１００の使用方法について説明する。微細気泡生成装置１００を配管２００の一方端に接続し、液の中に浸漬する。なお、浸漬させた状態で微細気泡生成装置１００を取り付けても構わない。また、配管２００の他方端は、ポンプ部３００に繋げる。設置が完了したら、ポンプ部３００を起動させ、気体を微細気泡生成装置１００に送る。これによって、微細気泡生成装置１００は液の中に微細気泡を生成する。なお、微細気泡生成装置４００および微細気泡装置５００についても同様の使用方法である。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明に係る微細気泡生成装置１００を使用すると、簡易に液の中に微細気泡を生成することができるため有用である。

【0044】

また、供給する気体を変更することで、種々の溶液を生成することができる。例えば、供給する気体に二酸化炭素を使用すれば炭酸水を生成することができるし、水素を使用すれば水素水を生成することができるため有用である。

【符号の説明】

【0045】

１００ ４００ ５００ 微細気泡生成装置
１１０ 多孔質部
１２０ 調整排出部
１２１ カバー部
１２２ 凸部
１３０ 供給口
１３１ 整流板
１４０ 吸引部
１５０ ネジ溝部
１６０ 主流路
１６１ 給気室
１６１１ 縮径部
１６１２ 小径部
１６１３ 拡径部
１６２ 混合室
１６３ 分岐室
２００ 配管
３００ ポンプ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】