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(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】P2023065911
(43)【公開日】2023-05-15
(54)【発明の名称】気泡生成装置
(51)【国際特許分類】
   B01F 23/23 20220101AFI20230508BHJP
   B01F 25/40 20220101ALI20230508BHJP
   B01F 35/71 20220101ALI20230508BHJP
【FI】
B01F3/04 A
B01F5/06
B01F15/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021176332
(22)【出願日】2021-10-28
(71)【出願人】
【識別番号】000144810
【氏名又は名称】株式会社山田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(72)【発明者】
【氏名】加瀬 嘉幸
【テーマコード(参考)】
4G035
4G037
【Fターム(参考)】
4G035AB06
4G035AC26
4G035AE11
4G035AE13
4G037AA02
4G037EA01
(57)【要約】
【課題】所望の直径の気泡を効率的に生成できる気泡生成装置を提供する。
【解決手段】本発明の態様に係る気泡生成装置は、気体が透過可能な多孔質部材によって少なくとも一部が構成されるとともに、液体及び気体のうち何れか一方の流体が流通可能な第1空間を形成する外周壁を有し、第1方向に延びる円筒状のコアと、コアを収容するとともに、液体及び気体のうち何れか他方の流体が流通可能な第2空間を外周壁との間に形成するハウジングと、を備えている。液体空間には、第1方向から見て外周壁の第1接線上に位置する部分において、第1接線に沿う方向に開口する導入口を通じて液体が流入する。液体空間には、第1方向から見て外周壁の第2接線上に位置する部分で、導入口に対して第1方向に離れた位置において、第2接線に沿う方向に開口する排出口を通じて液体が排出される。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
気体が透過可能な多孔質部材によって少なくとも一部が構成されるとともに、液体及び気体のうち何れか一方の流体が流通可能な第1空間を形成する外周壁を有し、第1方向に延びる円筒状のコアと、
前記コアを収容するとともに、液体及び気体のうち何れか他方の流体が流通可能な第2空間を前記外周壁との間に形成するハウジングと、を備え、
前記第1空間及び前記第2空間のうち、液体が流れる空間を液体空間とすると、
前記液体空間には、
前記第1方向から見て前記外周壁の第1接線上に位置する部分において、前記第1接線に沿う方向に開口する導入口を通じて液体が流入し、
前記第1方向から見て前記外周壁の第2接線上に位置する部分で、前記導入口に対して前記第1方向に離れた位置において、前記第2接線に沿う方向に開口する排出口を通じて液体が排出される気泡生成装置。
【請求項2】
前記第1空間には気体が流通する一方、前記第2空間には液体が流通し、
前記ハウジングには、前記第2空間に連通する前記導入口及び前記排出口が形成され、
前記コアのうち前記第1方向の第1側に位置する第1開口部には、前記コアの内外を連通させる第1連通口を有し、前記第1開口部を閉塞する第1閉塞部が設けられ、
前記コアのうち前記第1方向の第2側に位置する第2開口部には、前記第2開口部を閉塞する第2閉塞部が設けられている請求項1に記載の気泡生成装置。
【請求項3】
前記第1空間には液体が流通する一方、前記第2空間には気体が流通し、
前記コアのうち前記第1方向の第1側に位置する第1開口部には、前記第1開口部を閉塞する第1閉塞部が設けられ、
前記コアのうち前記第1方向の第2側に位置する第2開口部には、前記第2開口部を閉塞する第2閉塞部が設けられ、
前記第1閉塞部には、前記第1空間に連通する前記導入口が形成され、
前記第2閉塞部には、前記第1空間に連通する前記排出口が形成されている請求項1に記載の気泡生成装置。
【請求項4】
前記第1閉塞部及び前記第2閉塞部は、前記コアに対して着脱可能に取り付けられている請求項2又は請求項3に記載の気泡生成装置。
【請求項5】
前記コアは、
前記第1方向に延びる円筒状の第1分割コアと、
前記第1分割コアと同軸に延びるとともに、前記第1分割コアに対して前記第1方向の第2側端部に着脱可能に取り付けられる円筒状の第2分割コアと、を備えている請求項1から請求項4の何れか1項に記載の気泡生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気泡生成装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
環境や医療、食品、工業等の分野において、ファインバブルを利用した技術が種々検討されている。ファインバブルとは、直径が100μm以下の気泡を指す。また、ファインバブルのうち、直径数十nm~1μmのものをウルトラファインバブルといい、直径1μm~100μmのものをマイクロバブルという。
【0003】
下記特許文献1には、いわゆる浸漬タイプの気泡生成装置が開示されている。具体的に、下記特許文献1に記載の気泡生成装置は、液体が収容された容器と、液体中に浸漬された気泡発生部材と、を備えている。この種の気泡生成装置では、ボンベから供給される気体が気泡発生部材の多孔質膜を透過することで、液体中に微細な気泡が発生するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2018-86632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、上述した従来の気泡生成装置では、気泡発生部材で発生する気泡が多孔質膜の表面から剥離し難いという課題がある。気泡が多孔質膜の表面上に滞留すると、表面上に滞留している複数の気泡同士がくっつき合い、大きな気泡に成長する可能性がある。その結果、所望の直径の気泡を得ることができない。
また、従来の気泡生成装置では、気泡同士がくっつき合う結果、単位容積辺りの気泡の数(個数濃度)が少ないという課題がある。
【0006】
本発明は、所望の直径の気泡を効率的に生成できる気泡生成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本開示は以下の態様を採用した。
本開示の一態様に係る気泡生成装置は、気体が透過可能な多孔質部材によって少なくとも一部が構成されるとともに、液体及び気体のうち何れか一方の流体が流通可能な第1空間を形成する外周壁を有し、第1方向に延びる円筒状のコアと、前記コアを収容するとともに、液体及び気体のうち何れか他方の流体が流通可能な第2空間を前記外周壁との間に形成するハウジングと、を備え、前記第1空間及び前記第2空間のうち、液体が流れる空間を液体空間とすると、前記液体空間には、前記第1方向から見て前記外周壁の第1接線上に位置する部分において、前記第1接線に沿う方向に開口する導入口を通じて液体が流入し、前記第1方向から見て前記外周壁の第2接線上に位置する部分で、前記導入口に対して前記第1方向に離れた位置において、前記第2接線に沿う方向に開口する排出口を通じて液体が排出される。
【0008】
本態様によれば、液体が液体空間に対して第1接線に沿う方向に流入するとともに、液体が外周壁に沿って液体空間を流れることで、液体が外周壁上を旋回する旋回流となって液体空間内を流れる。これにより、多孔質部材上に発生した気泡を剥離することができる。そのため、例えば高粘度の液体を用いた場合等であっても、多孔質部材上での気泡の成長(滞留)を抑制し、所望の直径の気泡を効果的に生成することができる。そして、気泡を多孔質部材から剥離し易くすることで、気泡の個数濃度を増加させ、所望の気泡を高濃度に含んだ液体を供給することができる。
【0009】
上記態様の気泡生成装置において、前記第1空間には気体が流通する一方、前記第2空間には液体が流通し、前記ハウジングには、前記第2空間に連通する前記導入口及び前記排出口が形成され、前記コアのうち前記第1方向の第1側に位置する第1開口部には、前記コアの内外を連通させる第1連通口を有し、前記第1開口部を閉塞する第1閉塞部が設けられ、前記コアのうち前記第1方向の第2側に位置する第2開口部には、前記第2開口部を閉塞する第2閉塞部が設けられていることが好ましい。
本態様によれば、第1空間に流入した気体は、多孔質部材を透過することで、コア(多孔質部材)の外面上で気泡となる。これにより、多孔質部材の外面上で発生した気泡を、第2空間(液体空間)内を流れる旋回流によって効果的に剥離することができる。
【0010】
上記態様の気泡生成装置において、前記第1空間には液体が流通する一方、前記第2空間には気体が流通し、前記コアのうち前記第1方向の第1側に位置する第1開口部には、前記第1開口部を閉塞する第1閉塞部が設けられ、前記コアのうち前記第1方向の第2側に位置する第2開口部には、前記第2開口部を閉塞する第2閉塞部が設けられ、前記第1閉塞部には、前記第1空間に連通する前記導入口が形成され、前記第2閉塞部には、前記第1空間に連通する前記排出口が形成されていることが好ましい。
本態様によれば、液体が第1空間に対して第1接線に沿う方向に流入するとともに、液体がコアの内周面に沿って第1空間を流れることで、液体がコアの内周面上を旋回する旋回流となって第1空間内を流れる。これにより、多孔質部材の内面上に発生した気泡を剥離することができる。そのため、例えば高粘度の液体を用いた場合等であっても、多孔質部材の内面上での気泡の成長(滞留)を抑制し、所望の直径の気泡を効果的に生成することができる。そして、気泡を多孔質部材から剥離し易くすることで、気泡の個数濃度を増加させ、所望の気泡を高濃度に含んだ液体を供給することができる。
【0011】
上記態様の気泡生成装置において、前記第1閉塞部及び前記第2閉塞部は、前記コアに対して着脱可能に取り付けられていることが好ましい。
本態様によれば、第1閉塞部及び第2閉塞部がコアに対して着脱可能に構成されていることで、コアに対して所望の第1閉塞部や第2閉塞部を選択して、種々の気泡生成装置を提供することができる。すなわち、複数種類のコアや閉塞部の中から、所望の仕様に応じたコアやキャップ閉塞部を組み合わせることができるので、気泡生成装置のバリエーションを増加することができる。その結果、仕様に応じて気泡生成装置全体を設計する場合に比べ、仕様に応じた気泡生成装置を低コスト、かつ短納期で提供できる。
【0012】
上記態様の気泡生成装置において、前記コアは、前記第1方向に延びる円筒状の第1分割コアと、前記第1分割コアと同軸に延びるとともに、前記第1分割コアに対して前記第1方向の第2側端部に着脱可能に取り付けられる円筒状の第2分割コアと、を備えていることが好ましい。
本態様によれば、第1分割コアに対して第2分割コアを連結するだけで、長尺のコアを製造することができる。そのため、例えば第2分割コアの連結個数を調整することで、仕様に応じたサイズのコアを簡単に製造することができる。したがって、所望の仕様に応じた気泡生成装置を製造するにあたり、例えば複数種類の分割コアや閉塞部の中から、所望の仕様に応じた分割コアや閉塞部を組み合わせることで、仕様に応じた気泡生成装置を提供できる。その結果、仕様に応じて気泡生成装置全体を設計する場合に比べ、気泡生成装置を低コスト、かつ短納期で提供できる。
【発明の効果】
【0013】
上記各態様によれば、所望の直径の気泡を効率的に生成できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】第1実施形態に係る気泡生成装置の斜視図である。
図2図1のII-II線に対応する断面図である。
図3図1のIII-III線に対応する断面図である。
図4】第1実施形態の変形例に係る気泡生成装置の断面図である。
図5】第2実施形態に係る気泡生成装置の断面図である。
図6】第3実施形態に係る気泡生成装置の断面図である。
図7】第3実施形態に係る気泡生成ユニットの正面図である。
図8】第3実施形態の変形例に係る気泡生成ユニットの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明において、例えば「平行」や「直交」、「中心」、「同軸」等の相対的又は絶対的な配置を示す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差や同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。以下の各実施形態等において、同一の構成には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【0016】
(第1実施形態)
[気泡生成装置1]
図1は、気泡生成装置1の斜視図である。図2は、図1のII-II線に沿う断面図である。
図1図2に示す気泡生成装置1は、液体の供給源と液体の吐出部とを接続する流路上に設けられている。気泡生成装置1は、流路上を流れる液体中に気体を微小量ずつ混入させることで、液体中に気泡を生成する。本実施形態において、液体は、水やアルコール等の比較的低粘度のものから、油やエマルジョン等の比較的高粘度のものまで用途に応じて適宜選択可能である。気体は、空気や酸素、二酸化炭素、オゾン、窒素、フッ素等、用途に応じて適宜選択可能である。
【0017】
気泡生成装置1は、気泡生成ユニット11と、ハウジング12と、を備えている。
気泡生成ユニット11は、軸線Oに沿って延びる円筒状に形成されている。気泡生成ユニット11は、気泡生成ユニット11の内部に供給される気体を外部に向けて微小量ずつ透過させることで、液体中に気泡を生成する。本実施形態の気泡生成装置1(気泡生成ユニット11)で発生させる気泡は、ファインバブルやウルトラファインバブルを用途に応じて設定可能である。以下の説明において、気泡生成ユニット11の軸方向を単に軸方向(第1方向)といい、軸方向から見て軸方向に交差する方向を径方向といい、軸線O回りに周回する方向を周方向という場合がある。
【0018】
気泡生成ユニット11は、コア21と、第1キャップ(第1閉塞部)22と、第2キャップ(第2閉塞部)23と、を備えている。
コア21は、コア本体21aと、フィルム材21b(図2参照)と、を備えている。コア本体21aは、軸線Oと同軸に配置されている。コア本体21aは、軸方向の両端部の外径が軸方向の中央部の外径に対して拡大された多段の円筒状に形成されている。具体的に、コア本体21aは、軸方向の中央部に位置する筒部25と、筒部25に対して軸方向の第1側に連なる第1取付部26と、筒部25に対して軸方向の第2側に連なる第2取付部27と、を備えている。コア本体21aは、樹脂材料や耐食性に優れた金属材料(アルミニウムやチタン、ステンレス等)により形成されている。
【0019】
筒部25には、筒部25を径方向に貫通する複数の貫通孔25aが形成されている。貫通孔25aは、筒部25の全周に対して軸方向及び周方向に間隔をあけて形成されている。筒部25のうち、隣り合う貫通孔25a同士の間に位置する部分は、梁部25bを構成している。本実施形態において、梁部25bは、格子状に形成されている。
第1取付部26は、筒部25に対して外径が拡大されている。第1取付部26の内周面には、雌ねじ部(不図示)が形成されている。
第2取付部27は、筒部25に対して外径が拡大されている。第2取付部27の内周面には、雌ねじ部(不図示)が形成されている。
【0020】
フィルム材21bは、貫通孔25aを覆うように筒部25の周囲を取り囲んでいる。すなわち、コア21は、筒部25及びフィルム材21bによって外周壁が構成されている。本実施形態において、フィルム材21bは、例えば樹脂材料等(ポリプロピレンやポリエチレン等)により形成されている。フィルム材21bは、例えばコア本体21aに対してインサート成形されることで、筒部25に接合されている。なお、フィルム材21bは、貫通孔25aを覆っていれば、筒部25に接合されていなくてもよい。フィルム材21bは、接着や溶着等により筒部25に接合されていてもよく、ビス等により筒部25に固定されていてもよい。
【0021】
フィルム材21bには、多数の孔が形成されている。孔は、気体が通過可能で、かつ液体が通過不能な直径(平均孔径)であって、例えば数nm~数μm程度の微細孔である。孔は、筒部25の貫通孔25aを通じてコア21内に露呈している。なお、孔は、フィルム材21bを厚さ方向に貫通していればよい。
【0022】
第1キャップ22は、軸方向の第2側に向けて開口する有底筒状に形成されている。第1キャップ22の周壁部には、雄ねじ部が形成されている。第1キャップ22は、第1キャップ22の周壁部がコア21の第1取付部26に、シール材等を介して螺着されることで、コア21に対して着脱可能に取り付けられている。この状態において、第1キャップ22の底部は、コア21における軸方向の第1側を向く開口部を閉塞している。
【0023】
第2キャップ23は、軸方向の第1側に向けて開口する有底筒状に形成されている。第2キャップ23の周壁部には、雄ねじ部が形成されている。第2キャップ23の底部は、第2キャップ23の周壁部がコア21の第2取付部27に、シール材等を介して螺着されることで、コア21に対して着脱可能に取り付けられている。この状態において、第2キャップ23の底部は、コア21における軸方向の第2側を向く開口部を閉塞している。
【0024】
気泡生成ユニット11は、コア21の両端開口部のうち、軸方向の第1側を向く開口部が第1キャップ22により閉塞され、軸方向の第2側を向く開口部が第2キャップ23により閉塞されている。これにより、気泡生成ユニット11の内部に、コア21、第1キャップ22及び第2キャップ23で区画された内部空間S1が形成される。
【0025】
第1キャップ22の底部には、底部を軸方向に貫通する第1連通口30が形成されている。第1連通口30は、内部空間S1(気泡生成ユニット11)の内外を連通させている。第1連通口30には、気体の供給源から延びる供給配管(不図示)が接続される。供給配管から供給される気体は、第1連通口30を通じて内部空間S1の内部に供給される。
第2キャップ23の底部には、底部を軸方向に貫通する第2連通口31が形成されている。第2連通口31は、内部空間S1(気泡生成ユニット11)の内外を連通させている。第2連通口31には、気体の供給源から延びる排出配管が接続される。排出配管から供給される気体は、不図示の循環路を通じて再度供給配管に供給される。
【0026】
ハウジング12は、軸方向に延びる収容孔50を有する箱型に形成されている。収容孔50は、コア21の取付部26,27よりも大径に形成された丸孔である。コア21は、取付部26,27と収容孔50の内周面との間がシールされた状態で収容孔50内に収容されている。これにより、コア21の筒部25と収容孔50の内周面との間には、外部空間S2が形成されている。外部空間S2は、軸線Oと同軸に配置された筒状であって、筒部25の全周を筒部25の全長に亘って取り囲んでいる。
【0027】
図3は、図1のIII-III線に沿う断面図である。
図1図3に示すように、ハウジング12には、外部空間S2に液体を導入する導入ポート55と、外部空間S2から液体を排出する排出ポート56と、が設けられている。
導入ポート55には、液体の流路のうちハウジング12に対して上流側に位置する部分が接続される。導入ポート55は、液体の供給源から送り出される液体を外部空間S2に供給するためのものである。導入ポート55は、軸方向において、コア21(筒部25)の第1側端部に対応する位置に設けられている。
【0028】
導入ポート55は、軸方向から見てコア21の接線L1上に位置する部分であって、接線L1に沿う方向(以下、単に接線方向という。)に直線状に延びている。導入ポート55の下流側開口は、収容孔50の内周面上において接線方向に向けて開口している。すなわち、導入ポート55は、外部空間S2内に向けて接線方向に開口している。なお、導入ポート55は、少なくとも外部空間S2内に向けて接線方向に開口していれば、全体が直線状に延びていなくてもよい。図示の例において、接線L1は、筒部25の内周面を通っている。
【0029】
排出ポート56には、液体の流路のうちハウジング12に対して下流側に位置する部分が接続される。排出ポート56は、気泡生成装置1(外部空間S2)を通過した液体を排出するためのものである。排出ポート56は、軸方向において、コア21(筒部25)の第2側端部に対応する位置に設けられている。排出ポート56は、軸方向から見て導入ポート55と同一の接線L1上に、導入ポート55とは逆向きで延びている。排出ポート56の上流側開口は、収容孔50の内周面上において接線方向に向けて開口している。すなわち、排出ポート56は、外部空間S2内に向けて接線方向に開口している。なお、排出ポート56は、少なくとも外部空間S2内に向けて接線方向に開口していれば、全体が直線状に延びていなくてもよい。
【0030】
次に、上述した気泡生成装置1の作用について説明する。
気体の供給源から送り出される気体は、第1連通口30を通じて内部空間S1に供給される。内部空間S1内が所定の圧力になると、内部空間S1に供給された気体の一部は、フィルム材21bの孔を通じてフィルム材21bを透過する。フィルム材21bを透過した気体のうち、一部の気体は外部空間S2内で気泡となって液体中に浮遊する。また、フィルム材21bを透過した気体のうち、一部の気体は外部空間S2内で気泡となってフィルム材21bの外面上に滞留する。
【0031】
一方、気泡生成装置1において、液体の供給源から送り出される液体は、導入ポート55を通じて外部空間S2内に流入する。この際、液体は、導入ポート55の下流側開口を通じて接線方向に沿って外部空間S2内に流れ込む。その後、液体は、収容孔50の内周面とコア21の外周面とに沿って案内されることで、コア21(筒部25)の周囲を旋回する旋回流となって外部空間S2内を流れる。すなわち、液体は、外部空間S2内において、周方向の一方に向かうに従い軸方向の第2側に向けて螺旋状に流れる。そして、液体が外部空間S2内を螺旋状に流れる過程で、フィルム材21bの外面上に滞留する気泡を剥離する。その結果、気泡が液体とともに外部空間S2内を流通する。外部空間S2内を流通する液体は、コア21における軸方向の第2側端部まで到達した後、排出ポート56を通じて気泡生成装置1の外部に排出される。気泡生成装置1から排出された液体は、吐出部を通じて気泡とともに吐出される。
【0032】
このように、本実施形態では、外部空間(第2空間、液体空間)S2には、軸方向から見てコア21の接線(第1接線)L1上に位置する部分において、接線方向に開口する導入ポート(導入口)55を通じて液体が流入し、コア21の接線(第2接線)L1上に位置する部分で、導入ポート55に対して軸方向に離れた位置において、接線方向に開口する排出ポート(排出口)56を通じて液体が排出される構成とした。
この構成によれば、液体が外部空間S2に対して接線方向に流入するとともに、液体がコア21の外周壁に沿って外部空間S2を流れることで、液体がコア21の周囲を旋回する旋回流となって外部空間S2内を流れる。これにより、フィルム材21bの外面上に発生した気泡を剥離することができる。そのため、例えば高粘度の液体を用いた場合等であっても、フィルム材21bの外面上での気泡の成長(滞留)を抑制し、所望の直径の気泡を効果的に生成することができる。そして、気泡をフィルム材21bから剥離し易くすることで、気泡の個数濃度を増加させ、所望の気泡を高濃度に含んだ液体を供給することができる。
【0033】
本実施形態において、コア21のうち軸方向の第1側を向く開口部(第1開口部)には、コア21の内外を連通させる第1連通口30を有する第1キャップ22が設けられ、コア21のうち軸方向の第2側を向く開口部(第2開口部)には、第2キャップ23が設けられている構成とした。
この構成によれば、内部空間(第1空間)S1に流入した気体は、フィルム材21bを透過することで、コア21(フィルム材21b)の外面上で気泡となる。これにより、フィルム材21bの外面上で発生した気泡を、外部空間S2内を流れる旋回流によって効果的に剥離することができる。
【0034】
なお、上述した実施形態では、第1キャップ22及び第2キャップ23のそれぞれに連通口30,31が形成された構成について説明したが、この構成に限られない。例えば図4に示すように、第1キャップ22のみに第1連通口30が形成され、第2キャップ23には第2連通口が形成されていない構成であってもよい。この構成によれば、内部空間S1内に流入した気体は、フィルム材21bのみを透過して内部空間S1から流出するので、内部空間S1の圧力を一定に維持し易い。
【0035】
ここで、本実施形態では、第1キャップ22及び第2キャップ23がコア21に対して着脱可能に構成されている。そのため、コア21に対して所望の第1キャップ22や第2キャップ23を選択することで、例えば図2図4に示す気泡生成ユニット11を提供することができる。すなわち、複数種類のコア21やキャップ22,23の中から、所望の仕様に応じたコア21やキャップ22,23を組み合わせることができるので、気泡生成ユニット11のバリエーションを増加することができる。その結果、仕様に応じて気泡生成ユニット11全体を設計する場合に比べ、仕様に応じた気泡生成ユニット11を低コスト、かつ短納期で提供できる。
【0036】
(第2実施形態)
上述した実施形態では、コア21が一体に形成された構成について説明したが、この構成に限られない。気泡生成ユニット11は、複数の分割コア101,102が組み合わされることで、円筒状のコア21を構成していてもよい。
図5に示す気泡生成ユニット11において、コア21は、第1分割コア101と、第2分割コア102と、を備えている。
第1分割コア101は、上述した第1実施形態のコア21と同様の構成であって、軸方向の寸法が収容孔50の寸法に比べて短くなっている。具体的に、第1分割コア101は、コア本体101aと、フィルム材101bと、を備えている。なお、第1分割コア101の他の構成のうち、第1実施形態のコア21と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0037】
第2分割コア102は、コア本体102aと、フィルム材(多孔質部材)102bと、を備えている。コア本体102aは、軸線Oと同軸に配置されている。第2分割コア102は、軸方向の第1側から第2側に向かうに従い漸次外径が拡大する多段の円筒状に形成されている。コア本体102aは、軸方向の中央部に位置する筒部110と、筒部110に対して軸方向の第1側に連なる第3取付部111と、筒部110に対して軸方向の第2側に連なる第4取付部112と、を備えている。コア本体102aは、第1分割コア101(コア本体101a)と同様に、樹脂材料や耐食性に優れた金属材料(アルミニウムやチタン、ステンレス等)により形成されている。
【0038】
筒部110には、筒部110を径方向に貫通する複数の貫通孔110aが形成されている。貫通孔110aは、筒部110の全周に対して軸方向及び周方向に間隔をあけて形成されている。筒部110のうち、隣り合う貫通孔110a同士の間に位置する部分は、梁部110bを構成している。本実施形態において、梁部110bは、格子状に形成されている。
【0039】
第3取付部111は、筒部110に対して外径が縮小している。第3取付部111の外周面には、雄ねじ部が形成されている。
第4取付部112は、筒部110に対して外径が拡大されている。第4取付部112の内周面には、雌ねじ部が形成されている。
【0040】
フィルム材102bは、第1分割コア101のフィルム材101bと同様に、樹脂フィルムに対して複数の孔等が形成されたものである。フィルム材102bは、筒部110の周囲を取り囲むように筒部110に接合されることで、貫通孔110aを覆っている。本実施形態では、第1分割コア101のフィルム材101bを透過する気体により生成される気泡と、第2分割コア102のフィルム材102bを透過する気体により生成される気泡と、が同等のサイズになるように各フィルム材101b,102bに形成される孔等のピッチが調整されている。本実施形態において、各フィルム材101b,102bを透過する気体により生成される気泡は、ファインバブル又はウルトラファインバブルを用途に応じて設定可能である。
【0041】
第2分割コア102は、第3取付部111が第1分割コア101の第2取付部27に、シール材等を介して螺着されることで、第1分割コア101に対して着脱可能に取り付けられている。なお、本実施形態において、第1分割コア101の筒部25と、第2分割コア102の筒部110と、の軸方向の寸法は、同等になっている。但し、第1分割コア101の筒部25と、第2分割コア102の筒部110と、の軸方向の寸法は適宜異ならせていてもよい。
【0042】
第1キャップ22は、第1分割コア101の第1取付部26に、シール材等を介して螺着されることで、第1分割コア101に対して着脱可能に取り付けられている。この状態において、第1キャップ22の底部は、第1分割コア101における軸方向の第1側を向く開口部を閉塞している。
第2キャップ23は、第2分割コア102の第4取付部112に、シール材等を介して螺着されることで、第2分割コア102に対して着脱可能に取り付けられている。この状態において、第2キャップ23の底部は、第2コア32における軸方向の第2側を向く開口部を閉塞している。
【0043】
コア21は、第1取付部26及び第4取付部112と収容孔50の内周面との間がシールされた状態で収容孔50内に収容されている。これにより、各分割コア101,102(筒部25,110)の外周面と収容孔50の内周面との間には、外部空間S2が形成されている。外部空間S2は、軸線Oと同軸に配置された筒状であって、筒部25,110の全周を筒部25,110の全長に亘って取り囲んでいる。
【0044】
本実施形態では、第1分割コア101に対して第2分割コア102を組み合わせることで、コア21が形成される構成とした。
この構成によれば、第1分割コア101に対して第2分割コア102を連結するだけで、長尺のコア21を製造することができる。そのため、第2分割コア102の連結個数を調整することで、仕様に応じたサイズのコア21を簡単に製造することができる。したがって、所望の仕様に応じた気泡生成ユニット11を製造するにあたり、例えば複数種類の分割コア101,102やキャップ22,23の中から、所望の仕様に応じた分割コア101,102やキャップ22,23を組み合わせる。これにより、仕様に応じた気泡生成ユニット11を提供できる。その結果、仕様に応じて気泡生成ユニット11全体を設計する場合に比べ、気泡生成ユニット11を低コスト、かつ短納期で提供できる。
【0045】
なお、第2分割コア102の連結個数は、2個以上の複数であってもよい。
上述した第2実施形態では、第1分割コア101のフィルム材101bを透過する気体により生成される気泡と、第2分割コア102のフィルム材102bを透過する気体により生成される気泡と、が同等のサイズになるように各フィルム材101b,102bに形成される孔等のピッチが調整されている構成について説明したが、この構成に限られない。第1分割コア101のフィルム材101bを透過する気体により生成される気泡と、第2分割コア102のフィルム材102bを透過する気体により生成される気泡と、が異なるように各フィルム材101b,102bを調整してもよい。この場合、直径の小さい気泡によって捕捉力を確保しつつ、直径の大きい気泡によって浮力を確保すること等が可能になる。
【0046】
(第3実施形態)
図6は、第3実施形態に係る気泡生成装置1の断面図である。図7は、第3実施形態に係る気泡生成ユニット11を軸方向から見た正面図である。本実施形態では、気泡生成ユニット11の内側に液体が流通する、いわゆる内部通液タイプの気泡生成ユニット11を採用している点で、上述した第1実施形態と相違している。
図6図7に示す気泡生成装置1において、第1キャップ22の底部には、導入ポート200が形成されている。導入ポート200は、軸方向から見てコア21の接線L2上に位置する部分であって、接線L2に沿う方向(以下、単に接線方向という。)に直線状に延びている。導入ポート200の下流側開口は、第1キャップ22の内周面上において、接線方向に沿って開口している。すなわち、導入ポート200は、第1キャップ22において内部空間S1に向けて接線方向に開口している。
【0047】
第2キャップ23の底部には、排出ポート201が形成されている。排出ポート201は、軸方向から見てコア21の接線L2上に位置する部分であって、接線方向に直線状に延びている。排出ポート201の上流側開口は、第2キャップ23の内周面上において、接線方向に沿って開口している。すなわち、排出ポート201は、第2キャップ23において内部空間S1に向けて接線方向に開口している。
【0048】
ハウジング12には、外部空間S2の内外を連通させる連通口210が形成されている。外部空間S2内には、連通口210を通じて気体が供給される。なお、本実施形態においても、第2実施形態のように複数の分割コアによってコア21を構成してもよい。
【0049】
本実施形態において、気体供給源から送り出される気体は、連通口210を通じて外部空間S2内に供給される。外部空間S2内に供給された気体は、フィルム材21bを透過することで、気泡生成ユニット11(内部空間S1)内に進入する。内部空間S1に供給された気体のうち、一部の気体は内部空間S1内で気泡となってフィルム材21bの内面上に滞留する。
【0050】
一方、気泡生成装置1において、液体の供給源から送り出される液体は、導入ポート200を通じて内部空間S1内に流入する。この際、液体は、導入ポート200を通じて接線方向に向けて内部空間S1内に流れ込む。その後、液体は、コア21の内周面に沿って案内されることで、コア21(筒部25)の内周面上を旋回する旋回流となって内部空間S1内を流れる。すなわち、液体は、内部空間S1内において、周方向の一方に向かうに従い軸方向の第2側に向けて螺旋状に流れる。そして、液体が内部空間S1内を螺旋状に流れる過程で、フィルム材21bの内面上に滞留する気泡を剥離する。その結果、気泡が液体とともに内部空間S1内を流通する。内部空間S1内を流通する液体は、コア21における軸方向の第2側端部まで到達した後、排出ポート201を通じて気泡生成装置1の外部に排出される。気泡生成装置1から排出された液体は、吐出部を通じて気泡とともに吐出される。
【0051】
本実施形態では、液体が内部空間(液体空間)S1に対して接線方向に流入するとともに、液体がコア21の内周面に沿って内部空間S1を流れることで、液体がコア21の内周面上を旋回する旋回流となって内部空間S1内を流れる。これにより、フィルム材21bの内面上に発生した気泡を剥離することができる。そのため、例えば高粘度の液体を用いた場合等であっても、フィルム材21bの内面上での気泡の成長(滞留)を抑制し、所望の直径の気泡を効果的に生成することができる。そして、気泡をフィルム材21bから剥離し易くすることで、気泡の個数濃度を増加させ、所望の気泡を高濃度に含んだ液体を供給することができる。
【0052】
本実施形態では、導入ポート200を有する第1キャップ22や排出ポート201を有する第2キャップ23をコア21に取り付けるだけで、気泡生成ユニット11内に液体を通過させることができる。これにより、第1実施形態のような気泡生成ユニット11内に気体を供給する構成(外部通液タイプ)と、本実施形態のような気泡生成ユニット11内に液体を供給する構成(内部通液タイプ)と、をキャップ22,23の変更によって実現できる。したがって、外部通液タイプと内部通液タイプとで気泡生成ユニット11自体を別々に製造する場合に比べ、所望の仕様の気泡生成ユニット11を低コスト、かつ短納期で提供できる。なお、内部通液タイプにおいても、コア21を構成する分割コアの個数等は適宜変更が可能である。
【0053】
(その他の変形例)
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本発明は上述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、上述した実施形態では、コアやキャップがそれぞれ螺着によって着脱可能な構成について説明したが、この構成に限られない。コアやキャップは、嵌め込み等によって着脱可能に構成されていてもよい。また、コアやキャップは、接着等によって着脱不能に固定されていてもよい。
【0054】
上述した実施形態では、軸方向から見て同一の接線上において、導入ポート及び排出ポートが延びる構成について説明したが、この構成に限られない。導入ポート及び排出ポートは、それぞれが筒部の接線上に延びる構成であれば、周方向の位置が異なる接線上で延びていてもよい。例えば、図8に示すように、軸方向から見て互いに交差(例えば直交)して延びる2つの接線L2a,L2bのうち、導入ポート200が接線(第1接線)L2aに沿って延び、排出ポート201が接線(第2接線)L2bに沿って延びる構成であってもよい。
上述した実施形態では、接線方向に導入された液体が筒部の外周面又は内周面に沿って螺旋状に流通する構成について説明したが、例えば筒部の外周面や内周面に螺旋状の案内溝等を形成してもよい。
【0055】
上述した実施形態では、多孔質部材としてフィルム材52を用いた場合を例にして説明したが、この構成に限られない。多孔質部材は、気体を透過可能な構成であればよく、例えばエアストーン等の多孔質材等を用いることが可能である。
上述した実施形態では、コアの全周にフィルム材が設けられている構成について説明したが、この構成に限られない。フィルム材は、コアの外周壁のうち、少なくとも一部に設けられていればよい。
【0056】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0057】
1:気泡生成装置
12:ハウジング
21:コア
21b:フィルム材(多孔質部材)
30:第1連通口
55:導入ポート(導入口)
56:排出ポート(排出口)
101:第1分割コア
102:第2分割コア
210:連通口
L1:接線(第1接線、第2接線)
L2:接線(第1接線、第2接線)
L2a:接線(第1接線)
L2b:接線(第2接線)
S1:内部空間(第1空間、液体空間)
S2:外部空間(第2空間、液体空間)
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8