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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】P2024009637
(43)【公開日】2024-01-23
(54)【発明の名称】微細気泡発生装置および微細気泡の発生方法
(51)【国際特許分類】
B01F 23/231 20220101AFI20240116BHJP
B01F 23/2373 20220101ALI20240116BHJP
B01F 25/452 20220101ALI20240116BHJP
B01F 35/221 20220101ALI20240116BHJP
B01F 35/71 20220101ALI20240116BHJP
【ＦＩ】
B01F23/231
B01F23/2373
B01F25/452
B01F35/221
B01F35/71
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022111314
(22)【出願日】2022-07-11
(71)【出願人】
【識別番号】000004293
【氏名又は名称】株式会社ノリタケカンパニーリミテド
(71)【出願人】
【識別番号】504258527
【氏名又は名称】国立大学法人 鹿児島大学
(74)【代理人】
【識別番号】100117606
【弁理士】
【氏名又は名称】安部 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100121186
【弁理士】
【氏名又は名称】山根 広昭
(72)【発明者】
【氏名】大橋 隆行
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 和晃
(72)【発明者】
【氏名】五島 崇
【テーマコード（参考）】
4G035
4G037
【Ｆターム（参考）】
4G035AB27
4G035AC26
4G035AE01
4G035AE02
4G035AE13
4G035AE19
4G037AA02
4G037AA18
4G037EA01
(57)【要約】
【課題】多孔質体を用いて微細気泡をより効率よく発生させる技術を提供する。
【解決手段】ここで開示される微細気泡発生装置は、液体中に微細気泡を発生させる装置である。この装置は、上記液体に接触するとともに上記微細気泡を発生させる複数の細孔を有する第１面を備える多孔質体と、上記多孔質体にガスを供給するガス供給機構と、上記第１面と接触する上記液体を該第１面に沿う方向に揺動させる液体揺動機構と、を備えている。この装置は、上記液体揺動機構によって上記液体が揺動されている間に、上記多孔質体に供給された上記ガスを上記複数の細孔を介して上記液体中に放出させるように構成されている。
【選択図】図２
【解決手段】ここで開示される微細気泡発生装置は、液体中に微細気泡を発生させる装置である。この装置は、上記液体に接触するとともに上記微細気泡を発生させる複数の細孔を有する第１面を備える多孔質体と、上記多孔質体にガスを供給するガス供給機構と、上記第１面と接触する上記液体を該第１面に沿う方向に揺動させる液体揺動機構と、を備えている。この装置は、上記液体揺動機構によって上記液体が揺動されている間に、上記多孔質体に供給された上記ガスを上記複数の細孔を介して上記液体中に放出させるように構成されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、
前記液体に接触するとともに前記微細気泡を発生させる複数の細孔を有する第１面を備える多孔質体と、
前記多孔質体にガスを供給するガス供給機構と、
前記第１面と接触する前記液体を該第１面に沿う方向に揺動させる液体揺動機構と、
を備えており、
前記液体揺動機構によって前記液体が揺動されている間に、前記多孔質体に供給された前記ガスを前記複数の細孔を介して前記液体中に放出させるように構成されている、微細気泡発生装置。
前記液体に接触するとともに前記微細気泡を発生させる複数の細孔を有する第１面を備える多孔質体と、
前記多孔質体にガスを供給するガス供給機構と、
前記第１面と接触する前記液体を該第１面に沿う方向に揺動させる液体揺動機構と、
を備えており、
前記液体揺動機構によって前記液体が揺動されている間に、前記多孔質体に供給された前記ガスを前記複数の細孔を介して前記液体中に放出させるように構成されている、微細気泡発生装置。
【請求項2】
前記多孔質体は、両端が開口した円筒状に構成されており、該多孔質体の内表面が複数の貫通孔である前記複数の細孔を有する前記第１面であり、
前記ガス供給機構は、前記多孔質体の外表面側から前記ガスを供給するように構成されている、請求項１に記載の微細気泡発生装置。
前記ガス供給機構は、前記多孔質体の外表面側から前記ガスを供給するように構成されている、請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項3】
前記ガス供給機構は、内部に前記多孔質体を配置する、両端が開口した円筒状のガス供給管を有しており、該ガス供給管の内壁面と前記多孔質体の外表面との間に前記ガスを供給するように構成されている、請求項２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項4】
前記多孔質体は、一端が閉じ、他端が開口した円筒状に構成されており、該多孔質体の外表面が複数の貫通孔である前記複数の細孔を有する前記第１面であり、
前記ガス供給機構は、前記多孔質体の内表面側から前記ガスを供給するように構成されている、請求項１に記載の微細気泡発生装置。
前記ガス供給機構は、前記多孔質体の内表面側から前記ガスを供給するように構成されている、請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項5】
前記ガス供給機構は、前記揺動の状況に応じて、前記ガスの供給開始および供給停止を切り替え可能に構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項6】
前記ガス供給機構は、前記ガスの供給源と、該供給源から前記多孔質体までの前記ガスの流路となる配管と、該配管上に設けられたバルブと、を有しており、前記揺動の状況に応じて該バルブを開閉することによって前記多孔質体への前記ガスの供給開始および供給停止を切り替えるように構成されている、請求項５に記載の微細気泡発生装置。
【請求項7】
前記液体揺動機構は、円筒状の前記多孔質体の一方の端部から他方の端部に向かう方向、および、前記他方の端部から前記一方の端部に向かう方向に前記液体を揺動させるように構成されている、請求項２～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項8】
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、減圧設備と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、配管と、を備えており、
前記配管を介して、前記多孔質体の一方の端部が前記容器と接続されており、該多孔質体の他方の端部が前記蓄気室に接続されており、
前記蓄気室は、前記減圧設備および前記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室と前記減圧設備との接続を介して前記多孔質体内が減圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体内に吸入し、前記蓄気室と前記加圧設備との接続を介して前記多孔質体内が加圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、請求項２または３に記載の微細気泡発生装置。
前記配管を介して、前記多孔質体の一方の端部が前記容器と接続されており、該多孔質体の他方の端部が前記蓄気室に接続されており、
前記蓄気室は、前記減圧設備および前記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室と前記減圧設備との接続を介して前記多孔質体内が減圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体内に吸入し、前記蓄気室と前記加圧設備との接続を介して前記多孔質体内が加圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、請求項２または３に記載の微細気泡発生装置。
【請求項9】
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、減圧設備と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、を備えており、
前記容器は、前記蓄気室と接続されており、
前記多孔質体は、前記蓄気室内に配置されており、
前記蓄気室は、前記減圧設備および前記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室内が減圧された場合に前記容器から前記液体を該蓄気室内に吸入し、該蓄気室内が加圧された場合に前記蓄気室から前記液体を前記容器に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、請求項４に記載の微細気泡発生装置。
前記容器は、前記蓄気室と接続されており、
前記多孔質体は、前記蓄気室内に配置されており、
前記蓄気室は、前記減圧設備および前記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室内が減圧された場合に前記容器から前記液体を該蓄気室内に吸入し、該蓄気室内が加圧された場合に前記蓄気室から前記液体を前記容器に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、請求項４に記載の微細気泡発生装置。
【請求項10】
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する、前記多孔質体への該液体の供給源である容器であって、前記多孔質体から放出された前記ガスを回収する容器を備えており、
前記容器は、前記多孔質体よりも上側に配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
前記容器は、前記多孔質体よりも上側に配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項11】
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、配管と、を備えており、
前記多孔質体は、一方の端部が上側に、他方の端部が下側になるように配置されており、
前記容器は、前記多孔質体の前記一方の端部よりも上側に配置されているとともに、前記配管を介して該一方の端部と接続されており、
前記蓄気室は、前記配管を介して、前記多孔質体の前記他方の端部と接続されているとともに、前記加圧設備に接続されており、
前記蓄気室と前記加圧設備との接続および非接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室と前記加圧設備とが接続されていない場合に前記一方の端部から前記液体を前記多孔質体内に吸入し、前記蓄気室と前記加圧設備とが接続されて前記多孔質体内が加圧された場合に前記一方の端部から前記液体を前記多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、請求項２または３に記載の微細気泡発生装置。
前記多孔質体は、一方の端部が上側に、他方の端部が下側になるように配置されており、
前記容器は、前記多孔質体の前記一方の端部よりも上側に配置されているとともに、前記配管を介して該一方の端部と接続されており、
前記蓄気室は、前記配管を介して、前記多孔質体の前記他方の端部と接続されているとともに、前記加圧設備に接続されており、
前記蓄気室と前記加圧設備との接続および非接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室と前記加圧設備とが接続されていない場合に前記一方の端部から前記液体を前記多孔質体内に吸入し、前記蓄気室と前記加圧設備とが接続されて前記多孔質体内が加圧された場合に前記一方の端部から前記液体を前記多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、請求項２または３に記載の微細気泡発生装置。
【請求項12】
前記液体揺動機構は、前記揺動の間における前記液体の平均レイノルズ数を８０００以下に調節するように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項13】
前記多孔質体の平均細孔径は、１０μｍ未満である、請求項１～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項14】
請求項１～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置を用いて、液体中に微細気泡を発生させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、微細気泡発生装置および微細気泡の発生方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、径が１００μｍ未満のファインバブルと呼ばれる微細気泡を用いた技術の有用性が注目されている。ファインバブルは、例えば、径が１μｍ未満のウルトラファインバブルと、径が１μｍ以上のマイクロバブルとを含んでいる。気泡を微細化することで、例えば、有機合成等の化学反応用途における気液反応の促進、微生物、動物細胞等の培養用途における酸素の供給の高効率化等が期待できる。その他にも、微細気泡を含む液体を用いた洗浄技術、水の除菌および脱臭、オゾン水の生成、健康・医療機器分野、湖沼や養殖場の水質浄化、工場・畜産等の各種排水処理、機能水製造等への微細気泡を用いた技術の利用が検討されている。それにともない、近年では、マイクロバブルやウルトラファインバブルを発生させる装置の市場も拡大している。
【0003】
特許文献１で開示される微細気泡発生装置は、円筒状の内周面を有する筒状部材、該筒状部材の一端を閉じる第１端壁部材、および、該筒状部材の他端を閉じる第２端壁部材によって画定される流体旋回室と、該流体旋回室内に気液混合流体を導入する流体導入孔と、該流体旋回室内から気液混合流体を吐出する流体吐出孔と、を備える気体旋回剪断装置を有している。この気体旋回剪断装置では、流体導入孔が、筒状部材の軸線方向の中心位置よりも第２端壁部材寄りの位置に設けられている。流体吐出孔は、筒状部材の内周面の中心軸線に沿って該第２端壁部材を貫通している。流体旋回室内に導入された気液混合流体は、吐出口が設けられていない第１端壁部材に向けて旋回流となって進み、第１端壁によって当該流体旋回室の半径方向中心部に向けられながら反転し、旋回速度を更に高め、第２端壁部材に向かい、流体吐出口から外部へ吐出される。この文献では、このとき、液体内に含まれる気体への剪断力が大きくなり、微細化が促進されると記載されている。
【0004】
特許文献２で開示される超微細気泡発生器は、一端に液体の導入口を有し、他端に液体の導出口を有する筒状のケーシング体内に、導入口から導出口に向けて導入口から導入した液体の流速を増速させる流速増速部と、該流速増速部にて増速された液流により圧力降下されたケーシング体内に外部から気体を吸引する気体吸引部と、該気体吸引部にて吸引された気体を増速された液流によりせん断して超微細な気泡混じりの液体を生成する超微細気泡含有液体生成部と、を備えている。この超微細気泡発生器の気体吸引部には、吸引される気体の脈動を抑制する脈動抑制体が配設されている。この文献では、脈動抑制体を配設することによって、気体の脈動を低減して、超微細気泡に安定的に生成できるとともに、振動または騒音の低減することができると記載されている。
【0005】
特許文献３で開示される気泡生成装置は、下流端が液体中に配置されるガス流路と、ガス流路内を減圧することにより、液体がガス流路内のガスと混ざり合うように、液体を下流端から吸い込ませたのち、ガス流路内を加圧することにより、ガス流路内の液体および該液体と混ざり合ったガスを、下流端から液体中に噴出させるガス圧制御装置と、を備えている。この文献では、ガス流路の減圧および加圧のそれぞれの過程で、ガス流路内で生成した気泡に対して攪拌力等を作用させることができるため、かかる気泡の微細化を効率的に行うことができると記載されている。
【0006】
特許文献４で開示される気泡生成装置は、気体供給源と、気体供給源が供給する気体を液体中へと導く気体用流路と、気体用流路の出口部分に配置された多孔質部材と、多孔質部材の液体側の表面に振動を与える振動源と、を備えている。この気泡生成装置では、流路から流体中へ導入される気体は、多孔質部材を通過するために微小な気泡となって液体中に導入される。そして、振動源によって多孔質部材の表面が振動することによって、微小な気泡が多孔質部材の表面から速やかに脱落する。この文献では、かかる構成によって、液体中に微小な気泡を効率よく生成することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００８－２７２７１９号公報
【特許文献2】特開２０１４－０２８３４０号公報
【特許文献3】特開２０１７－０２３９９６号公報
【特許文献4】特開２００３－２６５９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、多孔質体にガスを通過させて気泡を液体中に発生させる構成を有する装置（例えば特許文献４）では、他の構成を有する装置（例えば特許文献１～３）と比べて、生成される気泡の気泡径が大きくなる傾向がある。
【0009】
そこで、本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、多孔質体を用いて微細気泡をより効率よく発生させる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
ここで開示される微細気泡発生装置は、液体中に微細気泡を発生させる装置である。この装置は、上記液体に接触するとともに上記微細気泡を発生させる複数の細孔を有する第１面を備える多孔質体と、上記多孔質体にガスを供給するガス供給機構と、上記第１面と接触する上記液体を該第１面に沿う方向に揺動させる液体揺動機構と、を備えている。この装置は、上記液体揺動機構によって上記液体が揺動されている間に、上記多孔質体に供給された上記ガスを上記複数の細孔を介して上記液体中に放出させるように構成されている。
【0011】
かかる構成の微細気泡発生装置では、液体が多孔質体の第１面に沿って揺動している間は、第１面には、液体の揺動によってせん断力が発生し得る。このため、微細気泡をより効率よく発生させることができる。
【0012】
この装置の好ましい一態様では、上記多孔質体は、両端が開口した円筒状に構成されている。該多孔質体の内表面が、複数の貫通孔である上記複数の細孔を有する上記第１面である。上記ガス供給機構は、上記多孔質体の外表面側から上記ガスを供給するように構成されている。かかる構成によると、ここで開示される技術の効果をよりよく実現することができる。
【0013】
この装置の好ましい他の一態様では、上記ガス供給機構は、内部に上記多孔質体を配置する、両端が開口した円筒状のガス供給管を有している。上記ガス供給機構は、該ガス供給管の内壁面と上記多孔質体の外表面との間に上記ガスを供給するように構成されている。かかる構成によると、微細気泡の発生をより効率よくすることができるとともに、多孔質体の内部から外部への液体の漏出を抑制することができる。
【0014】
この装置の好ましい他の一態様では、上記多孔質体は、一端が閉じ、他端が開口した円筒状に構成されている。該多孔質体の外表面が、複数の貫通孔である上記複数の細孔を有する上記第１面である。上記ガス供給機構は、上記多孔質体の内表面側から上記ガスを供給するように構成されている。かかる構成によると、ここで開示される技術の効果をよりよく実現することができる。
【0015】
この装置の好ましい他の一態様では、上記ガス供給機構は、上記揺動の状況に応じて、上記ガスの供給開始および供給停止を切り替え可能に構成されている。かかる構成によると、微細気泡の発生効率を高められるとともに、微細気泡のサイズをより小さくすることができる。
【0016】
この装置の好ましい他の一態様では、上記ガス供給機構は、上記ガスの供給源と、該供給源から上記多孔質体までの上記ガスの流路となる配管と、該配管上に設けられたバルブと、を有している。上記ガス供給機構は、上記揺動の状況に応じて該バルブを開閉することによって上記多孔質体への上記ガスの供給開始および供給停止を切り替えるように構成されている。かかる構成によると、微細気泡の発生効率をより向上させることができる。
【0017】
この装置の好ましい他の一態様では、上記液体揺動機構は、上記円筒状多孔質体の一方の端部から他方の端部に向かう方向、および、上記他方の端部から上記一方の端部に向かう方向に上記液体を揺動させるように構成されている。上記のとおり、円筒状多孔質体の両端が開口となっている。このため、かかる構成によると、いずれか一方の端部から、発生した微細気泡を効率よく多孔質体の外部に排出することができる。
【0018】
この装置の好ましい他の一態様では、上記液体揺動機構は、上記液体を収容する容器と、減圧設備と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、配管と、を備えている。上記配管を介して、上記多孔質体の一方の端部が、上記容器と接続されており、該多孔質体の他方の端部が上記蓄気室に接続されている。上記蓄気室は、上記減圧設備および上記加圧設備に接続されている。該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、上記バルブによって切り替え可能に構成されている。上記液体揺動機構は、上記蓄気室と上記減圧設備との接続を介して上記多孔質体内が減圧された場合に上記一方の端部から上記液体を該多孔質体内に吸入し、上記蓄気室と上記加圧設備との接続を介して上記多孔質体内が加圧された場合に上記一方の端部から上記液体を該多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、上記液体を揺動させるように構成されている。かかる構成によると、当該端部における液体の吸入および排出を円滑に行うことができ、延いては、より効率よく微細気泡を発生させることができる。
【0019】
この装置の好ましい他の一態様では、上記液体揺動機構は、上記液体を収容する容器と、減圧設備と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、を備えている。上記容器は、上記蓄気室と接続されている。上記多孔質体は、上記蓄気室内に配置されている。上記蓄気室は、上記減圧設備および上記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、上記バルブによって切り替え可能に構成されている。上記液体揺動機構は、上記蓄気室内が減圧された場合に上記容器から上記液体を該蓄気室内に吸入し、該蓄気室内が加圧された場合に上記蓄気室から上記液体を上記容器に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、上記液体を揺動させるように構成されている。かかる構成によると、流路内での気泡の合一化を抑制させることができ、より効率よく微細気泡を発生させることができる。
【0020】
この装置の好ましい他の一態様では、上記液体揺動機構は、上記液体を収容する、上記多孔質体への該液体の供給源である容器であって、上記多孔質体から放出された上記ガスを回収する容器を備えている。上記容器は、上記多孔質体よりも上側に配置されている。かかる構成によると、多孔質体への液体の供給に、重力を利用することができる。このため、ここで開示される技術の効果に加えて、装置を簡略化する効果を実現することができる。
【0021】
この装置の好ましい他の一態様では、上記液体揺動機構は、上記液体を収容する容器と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、配管と、を備えている。上記多孔質体は、一方の端部が上側に、他方の端部が下側になるように配置されている。上記容器は、上記多孔質体の上記一方の端部よりも上側に配置されているとともに、上記配管を介して該一方の端部と接続されている。上記蓄気室は、上記配管を介して、上記多孔質体の上記他方の端部と接続されているとともに、上記加圧設備に接続されている。上記蓄気室と上記加圧設備との接続および非接続は、上記バルブによって切り替え可能に構成されている。上記液体揺動機構は、上記蓄気室と上記加圧設備とが接続されていない場合に上記一方の端部から上記液体を上記多孔質体内に吸入し、上記蓄気室と上記加圧設備とが接続されて上記多孔質体内が加圧された場合に上記一方の端部から上記液体を上記多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、上記液体を揺動させるように構成されている。かかる構成によると、ここで開示される技術の効果に加えて、装置の構成をより簡略化する効果を実現することができる。
【0022】
この装置の好ましい他の一態様では、上記液体揺動機構は、上記揺動の間における上記液体の平均レイノルズ数を８０００以下に調節するように構成されている。かかる構成によると、微細気泡をより効率よく発生させることができる。
【0023】
この装置の好ましい他の一態様では、上記多孔質体の平均細孔径は、１０μｍ未満である。かかる構成によると、微細気泡をより効率よく発生させることができる。
【0024】
また、上記微細気泡発生装置を用いて、液体中に微細気泡を発生させる方法が提供される。かかる構成の方法では、微細気泡のサイズをより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、ここで開示される技術の実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、ここで開示される技術の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここで開示される技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施できる。なお、本明細書において数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」の表記は、「Ａ以上Ｂ以下」を意味するとともに、「Ａを超えてＢ未満」、「Ａを超えてＢ以下」、および「Ａ以上Ｂ未満」をも意味するものとする。各図に示すＵの矢印は、重力方向の上向きを示している。また、各図に示すＤの矢印は、重力方向の下向きを示している。
【0027】
本明細書において、「微細気泡」は、ファインバブルを含み得る。ファインバブルは、国際標準化機構（ＩＳＯ）の規格（ＩＳＯ ２０４８０－１:２０１７）によって、直径が１００μｍ未満の気泡であることが定められている。また、ファインバブルは、マイクロバブルと、ウルトラファインバブルと、を包含する。マイクロバブルは、上記規格によって、直径が１μｍ以上１００μｍ未満の気泡であることが定められている。ウルトラファインバブルは、上記規格によって、直径が１μｍ未満の気泡であることが定められている。
【0028】
本明細書における「微細気泡」は、平均気泡径が１５０μｍ以下（好ましくは１２５μｍ以下、より好ましくは１１５μｍ以下、さらに好ましくは１１０μｍ以下、特に好ましくは１００μｍ以下）の気泡をいう。本明細書において、「平均気泡径」とは、市販のデジタル撮影装置（例えばハイスピードカメラ）を用いて取得された画像から無作為に１００個～５００個（例えば２００個～３００個）の気泡を選択し、アメリカ国立衛生研究所が開発したフリー画像解析ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を用いて解析することによって算出された、気泡径が小さい方からの累積が５０％である気泡径（Ｄ５０）をいう。
【0029】
本明細書における「微細気泡」に関して、モード径は、例えば１５０μｍ以下であり、１２５μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、７５μｍ以下がさらに好ましく、５０μｍ以下が特に好ましい。特に限定するものではないが、モード径は、概ね５μｍ以上であり、１０μｍ以上であってもよい。本明細書において、「モード径」とは、市販のデジタル撮影装置（例えばハイスピードカメラ）を用いて取得された画像から無作為に１００個～５００個（例えば２００個～３００個）の気泡を選択し、画像解析ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を用いて解析することによって算出された、最頻度気泡径をいう。
【0030】
本明細書における「微細気泡」に関して、ザウター径は、例えば３００μｍ以下であり、２００μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下がさらに好ましい。特に限定するものではないが、ザウター径は、概ね３０μｍ以上であり、５０μｍ以上であってもよい。本明細書において、「ザウター径」とは、市販のデジタル撮影装置（例えばハイスピードカメラ）を用いて取得された画像から無作為に１００個～５００個（例えば２００個～３００個）の気泡を選択し、選択された気泡の、体積の総和と表面積の総和との比を計算することによって得られた値をいう。ザウター径の算出には、画像解析ソフト「ＩｍａｇｅＪ」が用いられ得る。
【0031】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る微細気泡発生装置の概略図である。図２は、図１の多孔質体１１０近傍の拡大図である。微細気泡発生装置１００（以下、単に「装置１００」ともいう。）は、液体中に微細気泡を発生させる装置である。図１に示されているように、装置１００は、多孔質体１１０と、ガス供給機構１２０と、液体揺動機構１３０と、を備えている。装置１００は、液体揺動機構１３０によって液体ＬＱが揺動されている間に、多孔質体１１０に供給されたガスＧを複数の細孔ＭＰを介して液体ＬＱ中に放出させるように構成されている。液体ＬＱが第１面に沿って揺動している間は、第１面には、液体ＬＱの揺動によってせん断力が発生し得る。このため、微細気泡をより効率よく発生させることができる。例えば、この揺動の間にガスＧを複数の細孔ＭＰを介して液体ＬＱ中に放出させることによって、上記せん断力によって発生する微細気泡のサイズをより小さくすることができる。また、発生した微細気泡の気泡径分布をより狭いものとすることができる。
図１は、第１実施形態に係る微細気泡発生装置の概略図である。図２は、図１の多孔質体１１０近傍の拡大図である。微細気泡発生装置１００（以下、単に「装置１００」ともいう。）は、液体中に微細気泡を発生させる装置である。図１に示されているように、装置１００は、多孔質体１１０と、ガス供給機構１２０と、液体揺動機構１３０と、を備えている。装置１００は、液体揺動機構１３０によって液体ＬＱが揺動されている間に、多孔質体１１０に供給されたガスＧを複数の細孔ＭＰを介して液体ＬＱ中に放出させるように構成されている。液体ＬＱが第１面に沿って揺動している間は、第１面には、液体ＬＱの揺動によってせん断力が発生し得る。このため、微細気泡をより効率よく発生させることができる。例えば、この揺動の間にガスＧを複数の細孔ＭＰを介して液体ＬＱ中に放出させることによって、上記せん断力によって発生する微細気泡のサイズをより小さくすることができる。また、発生した微細気泡の気泡径分布をより狭いものとすることができる。
【0032】
液体ＬＱの揺動とは、例えば、液体ＬＱの、多孔質体１１０の第１面上の任意の点Ｐから任意の他の点Ｑに向かう流動と、点Ｑから点Ｐに向かう流動とを交互に連続的に繰り返す運動をいう。液体ＬＱが揺動されている間とは、例えば、液体ＬＱが点Ｐから点Ｑに向かって流動している間と、点Ｑから点Ｐに向かって流動している間をいう。点Ｐから点Ｑに向かう流動と点Ｑから点Ｐに向かう流動とが切り替わる時点、および、点Ｑから点Ｐに向かう流動と点Ｐから点Ｑに向かう流動とが切り替わる時点では、液体ＬＱの流動速度がゼロになる。このため、かかる２つの時点は、「液体ＬＱが揺動されている間」から除かれる。
【0033】
多孔質体１１０は、例えば、液体ＬＱに接触するとともに微細気泡ＦＢを発生させる複数の細孔を有する第１面を備える。図１および図２に示されているように、多孔質体１１０は、両端（図２における端部１１Ａ，１１Ｂ）が開口した円筒状（中空円筒状）に構成されている。この実施形態では、多孔質体１１０の内表面１１１が第１面である。図２に示されているように、内表面１１１は、複数の細孔ＭＰを有している。複数の細孔ＭＰは、複数の貫通孔であり得る。この実施形態では、ガス供給機構１２０は、多孔質体１１０の外表面側１１２からガスＧを供給するように構成されている。ガス供給機構１２０については、後でさらに述べる。なお、図２に示された実施形態では、蓄気室１３８側の端部１１Ｂにおける内表面１１１に上記点Ｐがあり、容器側１３１の端部１１Ａの内表面１１１に上記点Ｑがある。
【0034】
図２に示されているように、多孔質体１１０は、Ｏリング９１，９２を備えている。Ｏリング９１は、例えば、樹脂製であり、多孔質体１１０の一方の端部１１Ａ側に装着されている。Ｏリング９２は、多孔質体１１０の他方の端部１１Ｂ側に装着されている。この実施形態では、Ｏリング９１，９２は、液体揺動機構１３０の配管１３９（ここでは第３配管１３Ｚ）と、ガス供給機構１２０のガス供給管１２６とに挟み込まれている。これによって、多孔質体１１０と配管１３９（ここでは第３配管１３Ｚ）とガス供給管１２６とが相互に接続されている。これによって、多孔質体１１０の外表面１１２にガスＧが供給され、多孔体１１０の内腔に液体ＬＱが流れるように構成されている。
【0035】
多孔質体１１０の平均細孔径は、所望する微細気泡の直径によって適宜設定されるものであり、特に限定されない。平均細孔径は、例えば２０μｍ以下であり、１５μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよい。平均細孔径が小さいほど、より小さい微細気泡を発生させることができる。かかる観点から、平均細孔径は、１０μｍ未満が好ましく、７μｍ以下がより好ましく、５μｍ以下がさらに好ましい。一方で、平均細孔径が小さすぎると、供給されたガスが通過できず、微細気泡を適切に形成できない虞がある。かかる観点から、平均細孔径は、例えば０．０５μｍ以上であり、０．１μｍ以上が好ましく、０．３μｍ以上がより好ましく、０．５μｍ以上がさらに好ましい。
【0036】
平均細孔径は、水銀ポロシメータを用いた水銀圧入法によって測定され得る。水銀ポロシメータとしては、市販されている従来公知の装置が用いられ得るが、一例として、マイクロメトリックス製の「ＡｕｔｏＰｏｒｅ ＩＶ ９５００」が挙げられる。なお、平均細孔径としては、メーカー等の公称値が採用されてもよい。
【0037】
多孔質体１１０は、例えばセラミック製であり得る。多孔質体１１０を構成するセラミックとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），ジルコニア（ＺｒＯ２），マグネシア（ＭｇＯ），シリカ（ＳｉＯ２），チタニア（ＴｉＯ２），ジルコン（ＺｒＳｉＯ４），ムライト（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）等の酸化物系セラミック；窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４），窒化ホウ素（ＢＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），炭窒化ホウ素（ＢＣＮ）等の非酸化物系セラミック；等が挙げられる。セラミックは、上述のセラミックを一種単独であってもよく、２種以上を含む複合材料であってもよい。セラミックとしては、品質が安定し安価で入手が容易なアルミナ、ベーマイト、シリカ、およびチタニアが好ましく用いられ得る。なお、各セラミックの名称に併記された括弧内の化学式は、当該セラミックの代表的な組成を示すものであり、セラミックの組成がかかる化学式のものに限定されることを意図したものではない。また、上記のとおり、多孔質体１１０の材質としてセラミックを例示したが、これに限定されない。多孔質体１１０は、例えば、金属製であってもよく、樹脂製であってもよい。
【0038】
ガス供給機構１２０は、例えば、多孔質体１１０にガスＧを供給する機構である。ガスＧの種類は、所望する微細気泡の種類によって適宜選択されるため、特に限定されない。ガスＧは、例えば空気、酸素ガス、オゾン、水素ガス、窒素ガス、炭酸ガス等であり得、ここでは空気である。
【0039】
この実施形態では、ガス供給機構１２０は、液体ＬＱの揺動の状況に応じて、ガスＧの供給開始および供給停止を切り替え可能に構成されている。後述のとおり、ガス供給機構１２０の動作と、液体揺動機構１３０の動作とは、制御部によって制御されている。このため、例えば、液体揺動機構１３０の動作に応じてガスＧの供給開始および供給停止を切り替えるプログラムを予め制御部に定めておけばよい。これによって、液体ＬＱの揺動の状況に応じてガスＧの供給開始および供給停止を切り替えることができる。かかるプログラムとしては、例えば、液体ＬＱが揺動する期間のうちの、所定の期間にのみ多孔質体１１０にガスＧを供給し、当該所定期間を除いた他の期間にはガスＧの供給を停止するように設定されたプログラムが挙げられる。液体ＬＱが揺動する期間のうちの特定期間にガスＧの供給を行うことによって、微細気泡の発生効率を高められるとともに、微細気泡のサイズをより小さくすることができる。上記所定の期間としては、例えば、多孔質体１１０の端部１１Ｂから端部１１Ａに向かう流動の期間が挙げられる。かかる期間では、多孔質体１１０内で液体ＬＱが容器１３１に向かう方向に流れている。発生した微細気泡が多孔体１１０外に排出される方向と液体ＬＱが流れる方向とが一致する期間にガスＧを供給することによって、より効率よく微細気泡を発生させることができる。
【0040】
図１に示されているように、ガス供給機構１２０は、供給源１２１と、レギュレータ１２２と、流量計１２３と、圧力計１２４と、バルブ１２５と、ガス供給管１２６と、配管１２７と、を有している。供給源１２１は、ガスＧの供給源であり、例えばガスボンベである。レギュレータ１２２は、例えば、供給源１２１から供給されるガスＧの供給圧を調整する圧力レギュレータである。流量計１２３は、配管１２７中のガスＧの流量（ガスＧの供給量）を計測する計測器である。圧力計１２４は、配管１２７中のガスＧの圧力（ガスＧの供給圧）を計測する計測器である。バルブ１２５は、配管１２７上に設けられている。バルブ１２５は、例えば、多孔質体１１０へのガスＧの供給開始および供給停止を切り替えている。この実施形態では、バルブ１２５は、ガス供給管１２６へのガスＧの供給開始および供給停止を切り替えている。バルブ１２５は、例えば、電磁弁等の電気的に制御可能なバルブであることが好ましい。図１に示されているように、供給源１２１と、レギュレータ１２２と、流量計１２３と、圧力計１２４と、バルブ１２５と、ガス供給管１２６とは、配管１２７を介して相互に接続されている。配管１２７は、供給源１２１から多孔質体１１０までのガスＧの流路となっている。
【0041】
この実施形態では、ガス供給機構１２０は、液体ＬＱの揺動の状況に応じてバルブ１２５を開閉することによって、多孔質体１１０へのガスＧの供給開始および供給停止を切り替えるように構成されている。例えば、液体揺動機構１３０の動作に応じてバルブ１２５を開閉し、ガスＧの供給開始および供給停止を切り替えるプログラムを予め制御部に定めておけばよい。これによって、液体ＬＱの揺動の状況に応じてガスＧの供給開始および供給停止を切り替えることができる。また、微細気泡の発生効率をより向上させることができる。
【0042】
この実施形態では、上記のとおり、ガス供給機構１２０は、ガス供給管１２６を有している。また、この実施形態では、ガス供給機構１２０は、ガス供給管１２６の内壁面と多孔質体１１０の外表面１１２との間にガスＧを供給するように構成されている。図１および図２に示されているように、ガス供給管１２６は、両端（図２における端部１２Ａ，１２Ｂ）が開口した円筒状（中空円筒状）の管であり、その内部に多孔質体１１０を配置することができる。ガス供給管１２６の内部に多孔質体１１０が配置されたとき、ガス供給管１２６の内壁面と多孔質体１１０の外表面１１２との間は空隙となっている。かかる空隙に、ガスＧが供給される。この実施形態では、ガス供給管１２６は、壁面に供給孔１２Ｐと排出孔１２Ｑとを有している。供給孔１２Ｐと排出孔１２Ｑとは、例えば、ガス供給管１２６の内部と外部とを連通する貫通孔である。供給孔１２Ｐは、例えば、配管１２７と接続されている（図１参照）。ガスＧは、配管１２７および供給孔１２Ｐを介してガス供給管１２６に供給される。排出孔１２Ｑには、例えば、封止栓１２８が取り付けられている。封止栓１２８を外すことで、例えば、ガス供給管１２６内のガスＧを供給管１２６の外部に排出することができる。例えば、ガス供給管１２６の内圧が高まりすぎた場合に、封止栓１２８を外すとよい。ガス供給機構１２０がガス供給管１２６を備え、ガス供給管１２６の内壁面と多孔質体１１０の外表面との間にガスＧが供給されることによって、より効率よく多孔質体１１０にガスＧを供給することができる。また、ガスＧの供給を停止しても、ガス供給管１２６内にガスＧが留まり得る。このため、ガス供給管１２６を用いることによって、多孔質体１１０の細孔ＭＰ（ここでは貫通孔）を介した液体ＬＱの外部への漏出をよりよく抑制することができる。
【0043】
ガス供給管１２６の内部における多孔質体１１０の配置に関して、図２に示されているように、ガス供給管１２６の端部１２Ａには、接続部材９３が取り付けられており、端部１２Ｂには、接続部材９４が取り付けられている。接続部材９３，９４は、例えば、ガス供給管１２６と多孔質体１１０と第３配管１３Ｚとを接続する部材である。図２に示されているように、端部１２Ａ，１２Ｂの外周と、接続部材９３，９４の内周にはねじ切り加工が施されており、これによって、接続部材９３，９４がガス供給管１２６に取り付けられる。また、接続部材９３，９４は貫通孔を有しており、該貫通孔に第３配管１３Ｚが挿通される。この実施形態では、第３配管１３Ｚには、外周に沿ってリング状の突起である係止部Ｚ１，Ｚ２が設けられている。係止部Ｚ１，Ｚ２が接続部材９３，９４の貫通孔の周縁に当接することによって、第３配管１３Ｚと接続部材９３，９４とが接続される。
【0044】
図２に示されているように、ガス供給管１２６の内部には、端部１２Ａ側に保持部１２６１が設けられており、端部１２Ｂ側に保持部１２６２が設けられている。保持部１２６１，１２６２は、例えば、多孔質体１１０をガス供給管１２６の内部に保持する部位である。図２に示されているように、保持部１２６１，１２６２は貫通孔を有している。図２に示されているように、保持部１２６１，１２６２の貫通孔に多孔質体１１０を挿通し、保持部１２６１の端部１２Ａ側の表面にＯリング９１を配置して第３配管１３Ｚが取り付けられた接続部材９３を取り付け、保持部１２６２の端部１２Ｂ側の表面にＯリング９２を配置して第３配管１３Ｚが取り付けられた接続部材９４を取り付ける。これによって、ガス供給管１２６の内部に多孔質体１１０を配置するとともに、ガス供給管１２６と多孔質体１１０と第３配管１３Ｚとが接続される。かかる接続を介して、液体ＬＱが多孔体１１０の内腔を流れるように構成されている。
【0045】
液体揺動機構１３０は、例えば、第１面（ここでは内表面１１１）と接触する液体ＬＱを該第１面に沿う方向に揺動させる機構である。液体ＬＱの種類は特に限定されない。液体ＬＱは、ここでは、水であってもよい。
【0046】
液体揺動機構１３０は、例えば、多孔質体１１０の一方の端部１１Ａから他方の端部１１Ｂに向かう方向Ｋ１、および、他方の端部１１Ｂから一方の端部１１Ａに向かう方向Ｋ２に液体ＬＱを揺動させるように構成されている。この実施形態では、液体揺動機構１３０は、多孔質体１１０の内表面１１１に沿って、端部１１Ａから端部１１Ｂに向かう方向Ｋ１、および、端部１１Ｂから端部１１Ａに向かう方向Ｋ２に液体ＬＱを揺動させるように構成されている。図２に示されているように、端部１１Ａおよび端部１１Ｂは開口端である。このため、液体ＬＱを端部１１Ａと端部１１Ｂとの間で揺動させることによって、端部１１Ａと端部１１Ｂとのいずれか一方（ここでは端部１１Ａ）から発生した微細気泡を効率よく多孔体１１０の外部に排出することができる。
【0047】
図１に示されているように、液体揺動機構１３０は、容器１３１と、減圧設備１３２と、加圧設備１３３と、レギュレータ１３４と、流量計１３５と、圧力計１３６と、バルブ１３７と、蓄気室１３８と、配管１３９と、を備えている。配管１３９は、第１配管１３Ｘと、第２配管１３Ｙと、第３配管１３Ｚと、を備えている。図２に示されているように、第１配管１３Ｘを介して、加圧設備１３３と、レギュレータ１３４と、流量計１３５と、圧力計１３６と、バルブ１３７と、が接続されている。かかる接続を、以下、「加圧ライン」ともいう。また、第２配管１３Ｙを介して、減圧設備１３２と、バルブ１３７と、が接続されている。かかる接続を、以下、「減圧ライン」ともいう。また、第３配管１３Ｚを介して、多孔質体１１０の一方の端部１１Ａが容器１３１と接続されており、多孔質体１１０の他方の端部１１Ｂが蓄気室１３８に接続されている。第３配管１３Ｚは、容器１３１から多孔質体１１０の内腔を通って蓄気室１３８に至るまでの液体ＬＱの流路となっている。なお、この実施形態では、多孔質体１１０の端部１１Ａが下側に、端部１１Ｂが上側になるように配置されている（図２参照）。また、図１に示されているように、容器１３１は、多孔質体１１０の端部１１Ａよりも下側に配置されている。
【0048】
容器１３１は、例えば、液体ＬＱを収容する。容器１３１は、例えば、多孔質体１１０への液体ＬＱの供給源である。また、容器１３１は、多孔質体１１０から放出されたガスＧ（微細気泡ＦＢ）を回収する回収部にもなり得る。減圧設備１３２は、第２配管１３Ｙと第３配管１３Ｚとを介して蓄気室１３８および多孔質体１１０内を減圧する設備であり、例えば真空ポンプである。加圧設備１３３は、第１配管１３Ｘと第３配管１３Ｚとを介して蓄気室１３８および多孔質体１１０内を加圧する設備であり、例えばエアコンプレッサである。レギュレータ１３４は、例えば、加圧設備１３３から供給される空気の供給圧を調整する圧力レギュレータである。流量計１３５は、第１配管１３Ｘ中の空気の流量（供給量）を計測する計測器である。圧力計１３６は、第１配管１３Ｘ中の空気の圧力（供給圧）を計測する計測器である。バルブ１３７は、第１配管１３Ｘと第２配管１３Ｙと第３配管１３Ｚとのつなぎ目に設けられている。バルブ１３７によって、蓄気室１３８と減圧設備１３２との接続、および、蓄気室１３８と加圧設備１３３との接続が切り替え可能に構成されている。バルブ１３７は、例えば、電磁弁等の電気的に制御可能なバルブであることが好ましい。
【0049】
蓄気室１３８は、ここでは、両端（図２における端部１３Ａおよび他方の端部）が開口した円筒状（中空円筒状）の管である。蓄気室１３８は、容器１３１に収容された液体ＬＱの吸入および排出ができるように構成されている。この実施形態では、蓄気室１３８は、第１接続孔１３Ｒと第２接続孔（図示なし）とを備えている。図２に示されているように、第１接続孔１３Ｒは、蓄気室１３８の一方の端部１３Ａ（図２では、多孔質体１１０側の端部）に設けられている。また、第２接続孔は、蓄気室１３８の他方の端部（図１では、バルブ１３７側の端部）に設けられている。この実施形態では、バルブ１３７と蓄気室１３８とガス供給管１２６と多孔質体１１０と容器１３１とは、第３配管１３Ｚと接続されている。かかる接続を介して、液体ＬＱが多孔体１１０の内腔を流れ、蓄気室１３８における液体ＬＱの吸入および排出ができるように構成されている。
【0050】
この実施形態では、液体揺動機構１３０は、蓄気室１３８と減圧設備１３２との接続を介して多孔質体１１０内が減圧された場合に、一方の端部１１Ａから液体ＬＱを多孔質体１１０内に吸入する。また、液体揺動機構１３０は、蓄気室１３８と加圧設備１３３との接続を介して多孔質体１１０内が加圧された場合に、一方の端部１１Ａから液体ＬＱを多孔質体１１０外に排出する。液体揺動機構１３０は、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、液体ＬＱを揺動させるように構成されている。この実施形態では、上記のとおり、多孔質体１１０の端部１１Ａが容器１３１に接続されている。このため、端部１１Ａにおける液体ＬＱの吸入および排出を円滑に行うことができ、延いては、より効率よく微細気泡を発生させることができる。
【0051】
液体揺動機構１３０は、液体ＬＱの揺動の間における、液体ＬＱの平均レイノルズ数Ｒｅを８０００以下に調節するように構成されることが好ましい。本明細書において、液体ＬＱの平均レイノルズ数Ｒｅは、以下の式（１）：
Ｒｅ＝ρＵＤ／μ （１）
に基づいて算出される。上記式（１）中、ρは液体ＬＱの粘度（ｋｇ／ｃｍ３）であり、液体ＬＱが水である場合はρ＝９９８．２（ｋｇ／ｃｍ３）である。Ｕは液体ＬＱの粘性係数（Ｐａ・ｓ）であり、液体ＬＱが水である場合はＵ＝０．００１（Ｐａ・ｓ）である。Ｄは多孔質体１１０の内径（ｍ）である。Ｕは断面平均流速（ｍ／ｓ）である。断面平均流速Ｕは、例えば、多孔質体１１０から液体ＬＱを排出している期間における、液体ＬＱの液面の変位量（ｍ）（ここでは、蓄気室１３８内における液面の変位量（ｍ））を当該期間（ｓ）で除すことによって算出することができる。平均レイノルズ数Ｒｅを上記範囲に設定することで、微細気泡をより効率よく発生させることができる。
Ｒｅ＝ρＵＤ／μ （１）
に基づいて算出される。上記式（１）中、ρは液体ＬＱの粘度（ｋｇ／ｃｍ３）であり、液体ＬＱが水である場合はρ＝９９８．２（ｋｇ／ｃｍ３）である。Ｕは液体ＬＱの粘性係数（Ｐａ・ｓ）であり、液体ＬＱが水である場合はＵ＝０．００１（Ｐａ・ｓ）である。Ｄは多孔質体１１０の内径（ｍ）である。Ｕは断面平均流速（ｍ／ｓ）である。断面平均流速Ｕは、例えば、多孔質体１１０から液体ＬＱを排出している期間における、液体ＬＱの液面の変位量（ｍ）（ここでは、蓄気室１３８内における液面の変位量（ｍ））を当該期間（ｓ）で除すことによって算出することができる。平均レイノルズ数Ｒｅを上記範囲に設定することで、微細気泡をより効率よく発生させることができる。
【0052】
液体ＬＱの平均レイノルズ数Ｒｅは、所望する微細気泡の気泡径、微細気泡の気泡径分布、微細気泡の発生量等によって適宜設定され得る。特に限定するものではないが、平均レイノルズ数Ｒｅは、例えば１０００以上であるとよい。また、平均レイノルズ数Ｒｅは、例えば２３００以下あるいは２３００未満であってもよい。平均レイノルズ数Ｒｅは、例えば、加圧設備１３３による加圧の程度、バルブ１３７を開くタイミング、多孔質体１１０の内径等を変更することによって適宜設定され得る。なお、本明細書では、平均レイノルズ数Ｒｅが２３００未満の流域を「層流域」、平均レイノルズ数Ｒｅが２３００以上４０００未満の流域を「遷移域」、平均レイノルズ数Ｒｅが４０００以上の流域を「乱流域」と定義している。
【0053】
図示は省略しているが、装置１００の一連の動作は、制御部によって制御されている。装置１００の一連動作は、例えば、予め定められたプログラムに沿って駆動するコンピュータによって制御され得る。制御部の各機能は、例えば、該制御部を構成する各コンピュータの演算部（プロセッサ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）とも称される）、記憶部（メモリー、ハードディスク等）等のハードウェアと、ソフトウエアとが協働することによって処理され得る。制御部の構成に関しては、ここで開示される技術を特徴づけるものではないため、ここでの説明を省略する。
【0054】
図３は、微細気泡発生装置１００の動作を説明するフロー図である。図３に示された制御フローを実行する前に、多孔質体１１０と、ガス供給機構１２０と、液体揺動機構１３０と、を接続する。例えば、まず、多孔質体１１０と液体揺動機構１３０とを接続する。例えば、多孔質体１１０をガス供給管１２６の内部に収容しておき、第３配管１３Ｚを介して、蓄気室１３８と多孔質体１１０と容器１３１とを接続する。このとき、第３配管１３Ｚを介して多孔質体１１０の端部１１Ａを容器１３１と接続させる。ここでは、端部１１Ａに取り付けられた第３配管１３Ｚの先端を、容器１３１内に収容された液体ＬＱの中に配置する。次いで、蓄気室１３８の端部（図１におけるバルブ１３７側の端部）に取り付けられた第３配管１３Ｚを、バルブ１３７と接続する。バルブ１３７を、予め第１配管１３Ｘを介して加圧設備１３３とレギュレータ１３４と流量計１３５と圧力計１３６と接続させ、加圧ラインを構築しておくとよい。また、バルブ１３７を、予め第２配管１３Ｙを介して減圧設備１３２と接続させ、減圧ラインを構築しておくとよい。
【0055】
次いで、多孔質体１１０とガス供給機構１２０とを接続する。上記のように第３配管１３Ｚが接続された多孔質体１１０（ここでは、ガス供給管１２６の内部に配置された多孔質体１１０）に、配管１２７を接続させる。ここでは、配管１２７をガス供給管１２６の供給孔１２Ｐに接続させる。なお、配管１２７には、予め供給源１２１とレギュレータ１２２と流量計１２３と圧力計１２４とバルブ１２５とを接続させておくとよい。
【0056】
装置１００の各部を接続させたら、図３に示された制御フローを実行する。この制御フローでは、まず、多孔質体１１０を減圧ラインに接続する（ステップＳ１）。ここでは、例えば、バルブ１３７を減圧ライン側に切り替える。次いで、第３配管１３Ｚ内を減圧する（ステップＳ２）。例えば、減圧設備１３３のスイッチをオンにして、第３配管１３Ｚを介して蓄気室１３８内の空気を吸引することによって、蓄気室１３８内と多孔体１１０の内腔とを減圧することができる。そうすると、容器１３１内の液体ＬＱが第３配管１３Ｚを介して吸引され、多孔質体１１０の内腔に流れ込む（ステップＳ３）。そして、液体ＬＱは蓄気室１３８内に吸引される。このため、蓄気室１３８内での液体ＬＱの液面が上昇する。
【0057】
次いで、吸引された液体ＬＱの液面が所定の高さに達したかを判定する（ステップＳ４）。この実施形態では、蓄気室１３８内における、液体ＬＱの液面が高さＨ１に達したか否かを判定する。蓄気室１３８内に液体ＬＱの液面があれば、少なくとも多孔質体１１０の内腔が液体ＬＱで満たされたことを確認することができる。液体ＬＱの液面が蓄気室１３８内で高さＨ１に達したことをステップＳ４における判定の基準とすることによって、例えば、多孔質体１１０の円筒（内腔）内を十分に液体ＬＱで満たすことができる。なお、高さＨ１は、多孔質体１１０の円筒内（内腔）容積に応じて適宜設定できる。
【0058】
ステップＳ４において、液体ＬＱの液面が所定の高さ（ここでは高さＨ１）に達したと判定された場合（Ｙｅｓ）、多孔質体１１０を加圧ラインに接続する（ステップＳ５）。ここでは、例えば、バルブ１３７を加圧ライン側に切り替える。同時に、加圧設備１３３のスイッチをオンにして、蓄気室１３８内を加圧する（ステップＳ６）。このとき、加圧設備１３３から蓄気室１３８内に供給された空気が液体ＬＱの液面を低下させ、該液体を蓄気室１３８および多孔質体１１０の内腔から容器１３１に排出する（ステップＳ７）。一方、ステップＳ４において、液体ＬＱが所定の高さ（ここでは高さＨ１）に達したと判定されなかった場合（Ｎｏ）、図３に示されているように、ステップＳ３に戻る。
【0059】
次いで、ガス供給機構１２０のバルブ１２５を開く（ステップＳ８）。バルブ１２５を開くことで、多孔質体１１０に所定の供給圧に調整されたガスＧを供給することができる。多孔質体１１０にガスＧが供給されるとき、上記のとおり、液体ＬＱが多孔質体１１０の内腔から容器１３１に向かって排出されている。このとき、多孔質体１１０の内表面１１１には、液体ＬＱの排出によって、内表面１１１に沿う方向にせん断力が生じている。このタイミングで所定の供給圧でガスＧが供給されることによって、ガスＧが、細孔ＭＰを介して多孔質体１１０の内腔に入り込む。これによって、微細気泡を発生させることができる（ステップＳ９）。
【0060】
ステップＳ８でバルブ１２５を開くタイミングは、特に限定されず、装置１００の運転条件に応じて適宜設定され得る。このタイミングは、例えば、ステップＳ６における蓄気室１３８内の加圧と同時に設定され得る。蓄気室１３８内の加圧と同時にバルブ１２５を開くことによって、微細気泡発生期間をより長くすることができ、延いては微細気泡の発生効率を向上することができる。
【0061】
次いで、排出された液体ＬＱの液面が所定の高さに達したかを判定する（ステップＳ１０）。この実施形態では、蓄気室１３８内における液体ＬＱの液面が高さＨ２に達した否かを判定する。高さＨ２は、上記高さＨ１よりも容器１３１側に定められ得る。液体ＬＱの液面が蓄気室１３８内における高さＨ２に達したことをステップＳ４における判定の基準とすることによって、例えば、蓄気室１３８内の気体が多孔質体１１０の円筒（内腔）を通して容器１３１に排出されないようにすることができる。
【0062】
ステップＳ１０において、液体ＬＱの液面が所定の高さ（ここでは高さＨ２）に達したと判定された場合（Ｙｅｓ）、バルブ１２５を閉じる（ステップＳ１１）。バルブ１２５を閉じることによって、ガス供給管１２６へのガスＧの供給が停止するため、やがて微細気泡が発生されなくなる。ステップＳ１１の後は、ステップＳ１に戻り（ＲＥＴＵＲＮ）、図３に示された制御フローを繰り返す。一方、一方、ステップＳ１０において、液体ＬＱの液面が所定の高さ（ここでは高さＨ２）に達したと判定されなかった場合（Ｎｏ）、図３に示されているように、ステップＳ７に戻る。
【0063】
ここで開示される技術によると、装置１００を用いて、液体ＬＱ中に微細気泡を発生させる方法が提供される。かかる方法によって、より効率よく微細気泡を発生させることができる。
【0064】
以上、図１～図３に従って、ここで開示される微細気泡発生装置の第１実施形態を説明した。しかし、ここで開示される微細気泡発生装置は、これに限定されず、他の変形例を含み得る。例えば、上述した構成の装置１００では、ガス供給機構１２０は、液体ＬＱの揺動の状況に応じてガスＧの供給開始および供給停止を切り替えている。しかし、これに限定されない。例えば、ガス供給機構１２０は、液体ＬＱの揺動の状況に応じてガスＧの供給圧を調節するように構成されていてもよい。例えば、上記第１実施形態においてガスＧが多孔質体１１０に供給されている間に供給圧Ｐ１でガスＧを供給し、上記第１実施形態においてガスＧの供給が停止されている間に供給圧Ｐ１よりも小さい供給圧Ｐ２（Ｐ２＞０）でガスＧを供給するように構成されてもよい。液体ＬＱの揺動の状況に応じてガスＧの供給圧を変化させることによっても、より効率よく微細気泡を発生させることができる。供給圧Ｐ１は、微細気泡を発生できる大きさであれば特に限定されず、多孔質体１１０の平均細孔径、所望する微細気泡のサイズ、所望する微細気泡の量等に応じて適宜設定され得る。供給圧Ｐ２は、多孔質体１１０の細孔ＭＰ（ここでは貫通孔）を介して液体ＬＱを外部に漏出させず、かつ、微細気泡を発生させない大きさであれば、特に限定されない。
【0065】
また、上述した構成の装置１００の動作では、バルブ１３７による減圧ライン側への切り替えおよび加圧ライン側への切り替えと、バルブ１２５の開閉と、を同じタイミングで行っている。しかし、これに限定されない。装置１００の運転条件によっては、多孔質体１１０の細孔ＭＰの内部に液体ＬＱが浸入していることがある。この状態でバルブ１２５を開いてガスＧを供給しても、まずは細孔ＭＰ内に浸入した液体ＬＱを排出させる必要があり、かかる液体ＬＱの排出に必要な期間は、微細気泡を発生させることができない。この場合、多孔質体１１０の内腔から液体ＬＱを排出させるタイミングと、微細気泡が発生するタイミングとを合わせられないため、気泡径のコントロールが難しくなり得る。このような場合において、バルブ１３７を加圧ライン側に切り替えるタイミングと、バルブ１２５を開いてガスＧを供給するタイミングとを異ならせてもよい。例えば、バルブ１３７を先に加圧ライン側に切り替えておき、液体ＬＱの排出を始めた後で、バルブ１２５を開いてガスＧを多孔質体に供給してもよい。
【0066】
次に、ここで開示される技術の第１実施形態に関する試験例を説明する。なお、以下に示す試験例は、ここで開示される技術を限定することを意図したものではない。
【0067】
＜試験１＞
試験１では、第１実施形態に係る微細気泡発生装置を用いて微細気泡を発生させた。試験１で用いられた装置の構成は、図１および図２に示されているとおりである。このため、以下の装置の各名称に付された参照番号は、図１または図２に記載の番号である。
試験１では、第１実施形態に係る微細気泡発生装置を用いて微細気泡を発生させた。試験１で用いられた装置の構成は、図１および図２に示されているとおりである。このため、以下の装置の各名称に付された参照番号は、図１または図２に記載の番号である。
【0068】
－実施例１（実施例１Ａ～実施例１Ｄ）－
多孔質体１１０として、平均細孔径が０．５μｍであり、気孔率が３６％のアルミナを主成分とした多孔質体を用いた。まず、円筒状の多孔質体１１０の内側に液体ＬＱ（水）が流通するように第３配管１３Ｚを接続した。次いで、第３配管１３Ｚの上段（多孔質体１１０の上段）に蓄気室１３８を設けた。さらに、蓄気室１３８に加圧設備１３３（エアコンプレッサー）と減圧設備１３２（真空ポンプ）とを取り付け、バルブ１３７（電磁弁）で加圧ラインと減圧ラインを切り替えられるようにした。多孔質体１１０の下段（先端）側の第３配管１３Ｚを容器１３１に入れて液体ＬＱに漬かる状態とした。
多孔質体１１０として、平均細孔径が０．５μｍであり、気孔率が３６％のアルミナを主成分とした多孔質体を用いた。まず、円筒状の多孔質体１１０の内側に液体ＬＱ（水）が流通するように第３配管１３Ｚを接続した。次いで、第３配管１３Ｚの上段（多孔質体１１０の上段）に蓄気室１３８を設けた。さらに、蓄気室１３８に加圧設備１３３（エアコンプレッサー）と減圧設備１３２（真空ポンプ）とを取り付け、バルブ１３７（電磁弁）で加圧ラインと減圧ラインを切り替えられるようにした。多孔質体１１０の下段（先端）側の第３配管１３Ｚを容器１３１に入れて液体ＬＱに漬かる状態とした。
【0069】
次いで、多孔質体１１０の外表面１１２からガスＧ（空気）を供給できるように、ガス供給管１２６に配管１２７を接続し、空気が多孔質体１１０の外表面１１２から細孔ＭＰ（貫通孔）を介して内表面１１１側に供給されるようにした。配管１２７の途中に、ガスＧの供給のタイミングを制御できるようにレギュレータ１２２、流量計１２３、圧力計１２４、およびバルブ１２５（電磁弁）を接続した。
【0070】
液体ＬＱを多孔質体１１０の内腔で加速的に上下運動させるため、まず、多孔質体１１０の内腔が全て液体ＬＱに漬かるまで（ここでは、蓄気室１３８の高さＨ１まで）、蓄気室１３８の空気を減圧設備１３２で吸引した。次いで、バルブ１３７を加圧設備１３３側に切り替えて蓄気室１３８に空気を送り込むことで、液体ＬＱの液面を蓄気室１３８の高さＨ２まで低下させ、多孔質体１１０の内腔の液体ＬＱを押し出した。かかる蓄気室１３８の減圧および加圧を繰り返すことで、多孔質体１１０の内腔の液体ＬＱを加速的に上下運動させた。多孔質体１１０の内腔の液体ＬＱが押し下げられているタイミングでバルブ１２５を開き、ガスＧを供給した。なお、バルブ１２５を開いた状態とした時間は、多孔質体１１０からの液体ＬＱが吐出される時間と同じとなるように設定した。また、バルブ１２５を開くタイミングと、バルブ１３７を加圧ライン側に切り替えるタイミングとを同時とした。
【0071】
そして、多孔質体１１０から容器１３１内の液体ＬＱ中に放出された気泡の画像を、ハイスピードカメラを用いて撮影した。その後、画像解析ソフト「ＩｍａｇｅＪ」を用いて、取得した画像からランダムに３００個の気泡を選択し、気泡のザウター径（μｍ）、個数平均径（μｍ）、Ｄ１０（μｍ）、Ｄ５０（μｍ）、および、Ｄ９０（μｍ）を算出した。また、個数平均径の変動係数（ＣＶ値）（％）を算出した。結果を表１の該当欄に示す。ザウター径（μｍ）は、解析対象となった気泡の、体積の総和と表面積の総和との比を計算することによって得られた値である。個数平均径（μｍ）は、解析対象となった気泡の気泡径の算術平均値である。Ｄ１０（μｍ）は、解析対象となった気泡の、気泡径が小さい方からの累積が１０％である気泡径である。Ｄ５０（μｍ）は、解析対象となった気泡の、気泡径が小さい方からの累積が５０％である気泡径である。Ｄ９０（μｍ）は、解析対象となった気泡の気泡径が小さい方からの累積が９０％である気泡径である。
【0072】
なお、ここでは、上記多孔質体を用いた場合の平均レイノルズ数Ｒｅと、該多孔質体から発生される気泡のザウター径とが、表１の該当欄に示される値となる諸条件を設定した。表１に記載のレイノルズ数Ｒｅは、上記式（１）に基づいて算出された数値である。かかる諸条件に関して、各例における、平均細孔径（μｍ）、内径（ｍｍ）、および長さ（ｍｍ）の多孔質体条件；流量（Ｌ／ｍｉｎ）、平均レイノルズ数Ｒｅ、流体場、圧力（ＭＰａ）、電磁弁開度（％）、および周期（Ｈｚ）の液体条件；平均供給圧（ＭＰａ）、および電磁弁開度（％）のガス条件；を、表１の該当欄に示した。表１に示された液体条件およびガス条件は、各例において発生する気泡の気泡径が最も小さくなるように設定された条件である。
【0073】
液体条件における表１中の「電磁弁開度（％）」は、揺動の一周期を１００％としたときの、バルブ１３７が加圧ラインに接続された期間の割合（％）である。また、ガスＧの供給に関する表１中の「電磁弁開度（％）」は、揺動の一周期を１００％としたときの、バルブ１２５が開状態であった期間の割合（％）である。ガスＧの供給および液体ＬＱの揺動に関してともに電磁弁開度が５０％であった場合は、揺動の一周期のうちの５０％の期間（半周期）を、加圧ラインへの接続状態とし、かつ、ガスＧの供給状態とした。また、ガスＧの供給および液体ＬＱの揺動に関してともに電磁弁開度が２０％であった場合は、揺動の一周期のうちの２０％の期間を、加圧ラインへの接続状態とし、かつ、ガスＧの供給状態とした。また、ここでは、液体ＬＱの液面が蓄気室１３８の高さＨ１から低下して高さＨ２まで達し、高さＨ２から上昇して高さＨ１まで達するまでの期間を、液体ＬＱの揺動の一周期とした。
【0074】
－実施例２（実施例２Ａ～実施例２Ｃ）－
多孔質体１１０として、平均細孔径が１μｍ、気孔率が３８％の多孔質体を用いた。それ以外は実施例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表１の各該当欄に示されている。
多孔質体１１０として、平均細孔径が１μｍ、気孔率が３８％の多孔質体を用いた。それ以外は実施例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表１の各該当欄に示されている。
【0075】
－実施例３（実施例３Ａ～実施例３Ｄ）－
多孔質体１１０として、平均細孔径が３μｍ、気孔率が４０％の多孔質体を用いた。それ以外は実施例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表１の各該当欄に示されている。
多孔質体１１０として、平均細孔径が３μｍ、気孔率が４０％の多孔質体を用いた。それ以外は実施例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表１の各該当欄に示されている。
【0076】
なお、実施例３Ｂでは、バルブ１２５を開いた状態とした時間が、多孔質体１１０からの液体ＬＱが吐出される時間よりも短くなるように設定した。バルブ１２５を開くタイミングと、バルブ１３７を加圧ライン側に切り替えるタイミングとを異ならせた。本例では、バルブ１３７を加圧ライン側に切り替えた直後の期間だけ、バルブ１２５を開いた状態とし、気泡を発生させた。揺動の一周期を１００％とすると、バルブ１２５を開いた状態とした期間は、１％であった。
【0077】
－実施例４（実施例４Ａおよび実施例４Ｂ）－
多孔質体１１０として、平均細孔径が１０μｍ、気孔率が４２％の多孔質体を用いた。それ以外は実施例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表１の各該当欄に示されている。
多孔質体１１０として、平均細孔径が１０μｍ、気孔率が４２％の多孔質体を用いた。それ以外は実施例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表１の各該当欄に示されている。
【0078】
【表1】
【0079】
＜試験２（比較試験）＞
試験２では、液循環方式（インライン方式）の気泡発生装置を用いて気泡を発生させた。図４は、試験例２の気泡発生装置２の概略図である。図４に示されているように、円筒状の多孔質体２１の内側に液体ＬＱが流通するように、配管２２ａを介して、多孔質体２１と送液ポンプ２２ｂとを接続した。送液ポンプ２２ｂ側の配管２２ａの先端を容器２３内の液体ＬＱ中に浸漬させて、多孔質体２１内を液体ＬＱが定速度で循環するようにした。送液ポンプ２２ｂには、送液ポンプ２２ｂの電圧を調節する電圧調節器２２ｃを接続させた。また、配管２２ａに、圧力計２２ｄと、バルブ２２ｅ（ボールバルブ）と、圧力計２２ｆとを接続させた。多孔質体２１に、さらに配管２４を接続し、配管２４を介して容器２３内に液体ＬＱを排出できるようにした。そして、多孔質体２１の外表面からガスＧを供給できるように、多孔質体２１をガス供給管２５ａに収容し、ガス供給管２５ａに配管２５ｂを接続した。配管２５ｂには、ガスＧの供給源２５ｃと、レギュレータ２５ｄと、流量計２５ｅと、圧力計２５ｆと、を接続させた。かかる構成によって、ガスＧが多孔質体２１の外表面から細孔を介して内表面に供給されるとともに、気泡を発生させるようにした。
試験２では、液循環方式（インライン方式）の気泡発生装置を用いて気泡を発生させた。図４は、試験例２の気泡発生装置２の概略図である。図４に示されているように、円筒状の多孔質体２１の内側に液体ＬＱが流通するように、配管２２ａを介して、多孔質体２１と送液ポンプ２２ｂとを接続した。送液ポンプ２２ｂ側の配管２２ａの先端を容器２３内の液体ＬＱ中に浸漬させて、多孔質体２１内を液体ＬＱが定速度で循環するようにした。送液ポンプ２２ｂには、送液ポンプ２２ｂの電圧を調節する電圧調節器２２ｃを接続させた。また、配管２２ａに、圧力計２２ｄと、バルブ２２ｅ（ボールバルブ）と、圧力計２２ｆとを接続させた。多孔質体２１に、さらに配管２４を接続し、配管２４を介して容器２３内に液体ＬＱを排出できるようにした。そして、多孔質体２１の外表面からガスＧを供給できるように、多孔質体２１をガス供給管２５ａに収容し、ガス供給管２５ａに配管２５ｂを接続した。配管２５ｂには、ガスＧの供給源２５ｃと、レギュレータ２５ｄと、流量計２５ｅと、圧力計２５ｆと、を接続させた。かかる構成によって、ガスＧが多孔質体２１の外表面から細孔を介して内表面に供給されるとともに、気泡を発生させるようにした。
【0080】
－比較例１（比較例１Ａ～比較例１Ｅ）－
多孔質体２１として、平均細孔径が０．５μｍ、気孔率が３６％の多孔質体を用いた。多孔質体２１にガスＧを供給して、気泡を発生させた。送液ポンプ２２ｂの電圧と、バルブ２２ｅによる配管２２ａの開度とを調整することで、レイノルズ数Ｒｅが所望の値になるようにした。かかるレイノルズ数Ｒｅを、表２の該当欄に示す。また、レギュレータ２５ｄを用いて、ガスＧの供給圧を調整した。かかる供給圧は、表２に示された各レイノルズ数Ｒｅで多孔質体２１から気泡が発生する下限の圧力値に設定された。
多孔質体２１として、平均細孔径が０．５μｍ、気孔率が３６％の多孔質体を用いた。多孔質体２１にガスＧを供給して、気泡を発生させた。送液ポンプ２２ｂの電圧と、バルブ２２ｅによる配管２２ａの開度とを調整することで、レイノルズ数Ｒｅが所望の値になるようにした。かかるレイノルズ数Ｒｅを、表２の該当欄に示す。また、レギュレータ２５ｄを用いて、ガスＧの供給圧を調整した。かかる供給圧は、表２に示された各レイノルズ数Ｒｅで多孔質体２１から気泡が発生する下限の圧力値に設定された。
【0081】
そして、多孔質体２１から容器２３内の液体ＬＱ中に放出された気泡の画像を、ハイスピードカメラを用いて撮影した。その後、上記試験１と同じ手法を用いて、気泡のザウター径（μｍ）、個数平均径（μｍ）、個数平均径の変動係数（ＣＶ値）（％）、Ｄ１０（μｍ）、Ｄ５０（μｍ）、および、Ｄ９０（μｍ）を算出した。結果を表２の該当欄に示す。
【0082】
なお、表２には、各例についての多孔質体の条件、液体条件、およびガス条件が併記されている。
【0083】
－比較例２（比較例２Ａ～比較例２Ｅ）－
多孔質体２１として、平均細孔径が１μｍ、気孔率が３８％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表２の各該当欄に示されている。
多孔質体２１として、平均細孔径が１μｍ、気孔率が３８％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表２の各該当欄に示されている。
【0084】
－比較例３（比較例３Ａ～比較例３Ｅ）－
多孔質体２１として、平均細孔径が３μｍ、気孔率が４０％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表２の各該当欄に示されている。
多孔質体２１として、平均細孔径が３μｍ、気孔率が４０％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表２の各該当欄に示されている。
【0085】
－比較例４（比較例４Ａ～比較例４Ｄ）－
多孔質体２１として、平均細孔径が１０μｍ、気孔率が４２％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表２の各該当欄に示されている。また、比較例４Ａでは、発生した気泡が合一化してしまい、データを取得できなかった。表２における比較例４Ａの「バブル特性」欄に記載の「-」は、データが取得できなかったことを示している。
多孔質体２１として、平均細孔径が１０μｍ、気孔率が４２％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例１と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表２の各該当欄に示されている。また、比較例４Ａでは、発生した気泡が合一化してしまい、データを取得できなかった。表２における比較例４Ａの「バブル特性」欄に記載の「-」は、データが取得できなかったことを示している。
【0086】
【表2-1】
【表2-2】
【0087】
＜試験３（比較試験）＞
試験３では、浸漬方式の気泡発生装置を用いて気泡を発生させた。図５は、試験例３の気泡発生装置３の概略図である。図５に示されているように、円筒状の多孔質体３１の内側にガスＧが流通するように、多孔質体３１に配管３２を接続した。配管３２に接続した多孔質体３１を容器３３内の液体ＬＱ（水）に浸漬させた。その後、配管３２を介して、ガスＧを多孔質体３１の内部に供給した。ガスＧが、多孔体３１の内部から外部に、細孔を介して液体ＬＱ中に放出されることによって、多孔質体３１の外表面から気泡が発生するようにした。なお、配管３２には、ガスＧの供給源３４と、レギュレータ３５と、流量計３６と、圧力計３７と、を接続させた。
試験３では、浸漬方式の気泡発生装置を用いて気泡を発生させた。図５は、試験例３の気泡発生装置３の概略図である。図５に示されているように、円筒状の多孔質体３１の内側にガスＧが流通するように、多孔質体３１に配管３２を接続した。配管３２に接続した多孔質体３１を容器３３内の液体ＬＱ（水）に浸漬させた。その後、配管３２を介して、ガスＧを多孔質体３１の内部に供給した。ガスＧが、多孔体３１の内部から外部に、細孔を介して液体ＬＱ中に放出されることによって、多孔質体３１の外表面から気泡が発生するようにした。なお、配管３２には、ガスＧの供給源３４と、レギュレータ３５と、流量計３６と、圧力計３７と、を接続させた。
【0088】
－比較例５－
多孔質体３１として、平均細孔径が０．５μｍ、気孔率が３６％の多孔質体を用いた。多孔質体３１にガスＧを供給して、気泡を発生させた。レギュレータ３５を用いて、ガスＧの供給圧を調整した。かかる供給圧は、多孔質体３１から気泡が発生する下限の圧力値に設定された。表３に、本例についての多孔質体の条件、およびガス供給条件を示す。
多孔質体３１として、平均細孔径が０．５μｍ、気孔率が３６％の多孔質体を用いた。多孔質体３１にガスＧを供給して、気泡を発生させた。レギュレータ３５を用いて、ガスＧの供給圧を調整した。かかる供給圧は、多孔質体３１から気泡が発生する下限の圧力値に設定された。表３に、本例についての多孔質体の条件、およびガス供給条件を示す。
【0089】
そして、多孔質体３１から容器３３内の液体ＬＱ中に放出された気泡の画像を、ハイスピードカメラを用いて撮影した。その後、上記試験１と同じ手法を用いて、気泡のザウター径（μｍ）、個数平均径（μｍ）、個数平均径の変動係数（ＣＶ値）（％）、Ｄ１０（μｍ）、Ｄ５０（μｍ）、および、Ｄ９０（μｍ）を算出した。結果を表３の該当欄に示す。
【0090】
－比較例６－
多孔質体３１として、平均細孔径が１μｍ、気孔率が３８％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例５と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表３の各該当欄に示されている。
多孔質体３１として、平均細孔径が１μｍ、気孔率が３８％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例５と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表３の各該当欄に示されている。
【0091】
－比較例７－
多孔質体３１として、平均細孔径が３μｍ、気孔率が４０％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例５と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表３の各該当欄に示されている。
多孔質体３１として、平均細孔径が３μｍ、気孔率が４０％の多孔質体を用いた。それ以外は比較例５と同じ部材および手順を用いて、各例のデータを取得した。なお、かかるデータと諸条件とは、表３の各該当欄に示されている。
【0092】
【表3】
【0093】
表１～表３に示された結果から、多孔質体１１０と、ガス供給機構１２０と、液体揺動機構１３０と、を備えており、液体ＬＱが揺動されている間に、多孔質体１１０に供給されたガスＧを複数の細孔ＭＰを介して液体中ＬＱに放出させるように構成された微細気泡発生装置１００を用いることによって、微細気泡を発生させることができることがわかった。特に、平均レイノルズ数Ｒｅが２３００未満の層流域に関して、装置１００を用いた場合、他の装置２または装置３を用いた場合よりも、微細な気泡を発生できることがわかった。このことから、装置１００によって、より効率的に微細気泡を発生させることができることがわかった。
【0094】
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る微細気泡発生装置の概略図である。図６に示されているように、微細気泡発生装置２００（以下、単に「装置２００」ともいう。）は、多孔質体２１０と、ガス供給機構２２０と、液体揺動機構２３０と、を備えている。以下、第１実施形態と共通する事柄、第１実施形態と異なる事柄であっても、ここで開示される技術を特徴づけない事柄の説明については、省略することがある。
図６は、第２実施形態に係る微細気泡発生装置の概略図である。図６に示されているように、微細気泡発生装置２００（以下、単に「装置２００」ともいう。）は、多孔質体２１０と、ガス供給機構２２０と、液体揺動機構２３０と、を備えている。以下、第１実施形態と共通する事柄、第１実施形態と異なる事柄であっても、ここで開示される技術を特徴づけない事柄の説明については、省略することがある。
【0095】
多孔質体２１０は、例えば、液体ＬＱに接触するとともに微細気泡ＦＢを発生させる複数の細孔を有する第１面を備える。図６に示されているように、多孔質体２１０は、一端（図６における端部２１Ａ）が閉じ、他端（図６における端部２１Ｂ）が開口した円筒状（中空円筒状）に構成されている。この実施形態では、多孔質体２１０の外表面２１２が第１面である。ここでは、外表面２１２は、複数の細孔ＭＰを有している。複数の細孔ＭＰは、複数の貫通孔であり得る。この実施形態では、ガス供給機構２２０は、多孔質体２１０の内表面側２１１からガスＧを供給するように構成されている。なお、図６に示された実施形態では、容器側２３１の端部２１Ａにおける外表面２１２に上記点Ｑがあり、反対側の端部２１Ｂにおける外表面２１２に上記点Ｐがある。かかる構成によっても、微細気泡をより効率よく発生させることができる。
【0096】
多孔質体２１０は、例えば、支持部材２９０を備えている。支持部材２９０は、例えば、多孔質体２１０の端部２１Ｂに装着されている。支持部材２９０は、図６に示されているように、ガス供給機構２２０の配管２２７と接続されている。支持部材２９０は、例えば、貫通孔を有しており、該貫通孔に配管２２７が装着されることで、多孔体２１０の内表面側（内腔）にガスＧが供給されるように構成されている。
【0097】
図６に示されているように、ガス供給機構２２０は、供給源２２１と、レギュレータ２２２と、流量計２２３と、圧力計２２４と、バルブ２２５と、配管２２７と、を有している。図２に示されているように、供給源２２１と、レギュレータ２２２と、流量計２２３と、圧力計２２４と、バルブ２２５と、は、配管２２７を介して相互に接続されている。図６に示されているように、配管２２７は、蓄気室２３８に設けられた貫通孔２３８ｈを通り、多孔質体２１０の端部２１Ｂに接続されている。配管２２７は、供給源２２１から多孔質体２１０までのガスＧの流路となっている。
【0098】
この実施形態では、液体揺動機構２３０は、多孔質体２１０の外表面２１２に沿って、一方の端部２１Ａから他方の端部２１Ｂに向かう方向Ｌ１、および、他方の端部２１Ｂから一方の端部２１Ａに向かう方向Ｌ２に液体ＬＱを揺動させるように構成されている。図６に示されているように、多孔質体２１０は、円筒状の蓄気室２３８内に収容されている。このため、液体ＬＱを、第１接続孔２３Ｒから第２接続孔２３Ｓに向かう方向（端部２３Ａから端部２３Ｂに向かう方向）Ｌ１、および、蓄気室２３８の第２接続孔２３Ｓから第１接続孔２３Ｒに向かう方向（端部２３Ｂから端部２３Ａに向かう方向）Ｌ２で揺動させるとよい。
【0099】
図６に示されているように、液体揺動機構２３０は、容器２３１と、減圧設備２３２と、加圧設備２３３と、レギュレータ２３４と、流量計２３５と、圧力計２３６と、バルブ２３７と、蓄気室２３８と、配管２３９と、を備えている。配管２３９は、第１配管２３Ｘと、第２配管２３Ｙと、第３配管２３Ｚと、を備えている。図６に示されているように、液体揺動機構２３０では、第１配管２３Ｘを介した加圧ラインと、第２配管２３Ｙを介した減圧ラインと、が構築されている。また、蓄気室２３８の第１接続孔２３Ｒと第２接続孔２３Ｓとには、それぞれ第３配管２３Ｚが接続されている。そして、第１接続孔２３Ｒに接続された第３配管２３Ｚの先端は、容器２３１内の液体中に配置されている。この実施形態では、第３配管２３Ｚと蓄気室２３８とが、多孔質体１１０の外表面２１２に沿った液体ＬＱの流路となっている。なお、この実施形態では、多孔質体２１０の端部２１Ａが下側に、端部２１Ｂが上側になるように配置されている。また、図６に示されているように、容器２３１は、多孔質体２１０の端部２１Ａよりも下側に配置されている。
【0100】
この実施形態では、液体揺動機構２３０は、蓄気室２３８内が減圧された場合に、容器２３１から液体ＬＱを蓄気室２３８内に吸入する。また、液体揺動機構１３０は、蓄気室２３８内が加圧された場合に、蓄気室２３８から液体ＬＱを容器２３１に排出する。液体揺動機構２３０は、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、液体ＬＱを揺動させるように構成されている。この実施形態では、上記のとおり、蓄気室２３８内に多孔質体２１０が収容されている。かかる構成によると、図２の実施形態と比較して気泡生成空間が増加するため、流路内での気泡の合一化を抑制する観点から、好ましい。このため、平均細孔径がより大きな多孔質体の利用、より高い供給ガス流量での操作が可能になると想定される。結果的に、かかる構成によると、単一多孔質体当たりの気泡の微細化の促進、気体発生量の増加、ガス供給圧の低減等の効果を実現することができる。
【0101】
以下、図３を参照しつつ、装置２００の動作を説明する。図３に示された制御フローを実行する前に、多孔質体２１０と、ガス供給機構２２０と、液体揺動機構２３０と、を接続する。例えば、まず、多孔質体２１０と液体揺動機構２３０とを接続する。例えば、多孔質体２１０を蓄気室２３８の内部に収容しておき、第３配管２３Ｚを介して、蓄気室２３８と容器２３１と、蓄気室２３８とバルブ２３７と、を接続する。このとき、第１接続孔２３Ｒに取り付けられた第３配管２３Ｚの先端を、容器２３１内に収容された液体ＬＱの中に配置する。次いで、バルブ２３７に第１配管２３Ｘと第２配管２３Ｙとを接続し、加圧ラインと減圧ラインとを構築する。
【0102】
次いで、多孔質体２１０とガス供給機構２２０とを接続する。上記のように、蓄気室２３８の内部に配置された多孔質体２１０に、配管２２７を接続させる。ここでは、配管２２７を多孔質体２１０の端部２１Ｂに装着された支持部材２９０に接続させる。
【0103】
装置２００の各部を接続させたら、図３に示された制御フローを実行する。この制御フローでは、まず、蓄気室２３８を減圧ラインに接続する（ステップＳ１）。次いで、第３配管２３Ｚ内を減圧する（ステップＳ２）。例えば、減圧設備２３３のスイッチをオンにして、第３配管２３Ｚを介して蓄気室２３８内の空気を吸引することによって、蓄気室２３８内を減圧することができる。そうすると、容器２３１内の液体ＬＱが第３配管２３Ｚを介して吸引され、蓄気室２３８内に流れ込む（ステップＳ３）。このため、蓄気室２３８内での液体ＬＱの液面が上昇する。
【0104】
次いで、吸引された液体ＬＱの液面が所定の高さに達したかを判定する（ステップＳ４）。この実施形態では、蓄気室２３８内における、液体ＬＱの液面が高さＨ３に達したかを判定する。この実施形態では、高さＨ３は、多孔質体２１０の端部２１Ｂよりも蓄気室２３８の端部２３Ｂ側に設定され得る。
【0105】
ステップＳ４において、液体ＬＱの液面が所定の高さ（ここでは、高さＨ３）に達したと判定された場合（Ｙｅｓ）、多孔質体２１０を加圧ラインに接続する（ステップＳ５）。ここでは、例えば、バルブ２３７を加圧ライン側に切り替える。同時に、加圧設備２３３のスイッチをオンにして、蓄気室２３８内を加圧する（ステップＳ６）。このとき、加圧設備２３３から蓄気室２３８内に供給された空気が液体ＬＱの液面を低下させ、該液体を蓄気室２３８から容器２３１に排出する（ステップＳ７）。一方、ステップＳ４において、液体ＬＱが所定の高さに達したと判定されない場合（Ｎｏ）、ステップＳ３に戻る。
【0106】
次いで、ガス供給機構２２０のバルブ２２５を開く（ステップＳ８）。バルブ２２５を開くことで、多孔質体２１０にガスＧを供給することができる。多孔質体２１０にガスＧが供給されるとき、上記のとおり、液体ＬＱが蓄気室２３８から容器２３１に向かって排出されている。このとき、多孔質体２１０の外表面２１２には、液体ＬＱの排出によって、外表面２１２に沿う方向にせん断力が生じている。このタイミングで所定の供給圧でガスＧが多孔質体２１０の内表面２１１側に供給されることによって、ガスＧが、細孔ＭＰを介して多孔質体２１０の外に放出され、微細気泡を発生させることができる（ステップＳ９）。なお、ステップＳ８でバルブ２２５を開くタイミングは、特に限定されず、装置２００の運転条件に応じて適宜設定され得る。
【0107】
次いで、排出された液体ＬＱの液面が所定の高さに達したかを判定する（ステップＳ１０）。この実施形態では、蓄気室１３８内における液体ＬＱの液面が高さＨ４に達したことを、次のステップに進む判定基準とする。高さＨ４は、上記高さＨ３よりも容器１３１側に定められ得る。高さＨ４は、例えば、多孔質体２１０の端部２１Ｂよりも蓄気室２３８の端部２３Ｂ側に定められ得る。液体ＬＱの液面が蓄気室１３８内における高さＨ４であることをステップＳ４における判定の基準とすることによって、例えば、蓄気室２３８内の気体が多孔質体１１０の円筒（内腔）を通して容器１３１に排出されないようにすることができる。
【0108】
ステップＳ１０において、液体ＬＱの液面が所定の高さ（ここでは、高さＨ４）に達したと判定された場合（Ｙｅｓ）、バルブ２２５を閉じる（ステップＳ１１）。バルブ２２５を閉じることによって、蓄気室２３８へのガスＧの供給が停止するため、次第に微細気泡が発生されなくなる。ステップＳ１１の後は、ステップＳ１に戻り（ＲＥＴＵＲＮ）、図３に示された制御フローを繰り返す。一方、一方、ステップＳ１０において、液体ＬＱの液面が所定の高さ（ここでは、高さＨ４）に達したと判定されない場合（Ｎｏ）、ステップＳ７に戻る。
【0109】
＜第３実施形態＞
上記第１実施形態および上記第２実施形態では、気泡発生部である多孔質体から放出されたガス（ここでは、微細気泡）を回収する回収部（上記第１実施形態では容器１３１、上記第２実施形態では容器２３１）が、多孔質体１１０または多孔質体２１０が配置された部位よりも下側に配置されていた。しかし、これに限定されない。回収部は、気泡発生部が配置された部位よりも上側に配置されていてもよい。図７は、第３実施形態に係る微細気泡発生装置の概略図である。図７に示されているように、微細気泡発生装置３００（以下、単に「装置３００」ともいう。）は、多孔質体３１０と、ガス供給機構３２０と、液体揺動機構３３０と、を備えている。以下、第１実施形態と共通する事柄、第１実施形態と異なる事柄であっても、ここで開示される技術を特徴づけない事柄の説明については、省略することがある。
上記第１実施形態および上記第２実施形態では、気泡発生部である多孔質体から放出されたガス（ここでは、微細気泡）を回収する回収部（上記第１実施形態では容器１３１、上記第２実施形態では容器２３１）が、多孔質体１１０または多孔質体２１０が配置された部位よりも下側に配置されていた。しかし、これに限定されない。回収部は、気泡発生部が配置された部位よりも上側に配置されていてもよい。図７は、第３実施形態に係る微細気泡発生装置の概略図である。図７に示されているように、微細気泡発生装置３００（以下、単に「装置３００」ともいう。）は、多孔質体３１０と、ガス供給機構３２０と、液体揺動機構３３０と、を備えている。以下、第１実施形態と共通する事柄、第１実施形態と異なる事柄であっても、ここで開示される技術を特徴づけない事柄の説明については、省略することがある。
【0110】
図７に示されているように、多孔質体３１０は、一方の端部３１Ａが上側に、他方の端部３１Ｂが下側になるように配置されている。この実施形態では、多孔質体３１０の端部３１Ａは、配管３３９（ここでは第３配管３３Ｚ）を介して容器３３１と接続されている。また、端部３１Ｂは、配管３３９（ここでは第３配管３３Ｚ）を介して蓄気室３３８と接続されている。
【0111】
この実施形態では、液体揺動機構３３０は、多孔質体３１０の内表面３１１に沿って、一方の端部３１Ａから他方の端部３１Ｂに向かう方向Ｍ１、および、他方の端部３１Ｂから一方の端部３１Ａに向かう方向Ｍ２に液体ＬＱを揺動させるように構成されている。図７に示されているように、液体揺動機構３３０は、容器３３１と、加圧設備３３３と、レギュレータ３３４と、流量計３３５と、圧力計３３６と、第１バルブ３３７１と、第２バルブ３３７２と、蓄気室３３８と、配管３３９と、を備えている。配管３３９は、例えば、第１配管３３Ｘと、第３配管３３Ｚと、を備えている。この実施形態では、容器３３１は、多孔質体３１０の端部３１Ａよりも上側に配置されているとともに、第３配管３３Ｚを介して端部３１Ａと接続されている。そして、端部３１Ａに接続された第３配管３３Ｚの先端は、容器３３１内の液体ＬＱ中に配置されている。また、この実施形態では、蓄気室３３８は、第３配管３３Ｚを介して、多孔質体３１０の端部３１Ｂと接続されている。図７に示されているように、第３配管３３Ｚを介して、多孔質体３１０の端部３１Ｂと、蓄気室３３８の第１接続孔３３Ｒとが接続されている。図７に示された実施形態では、第３配管３３Ｚを介して、容器３３１から多孔質体３１０の内腔を通って、蓄気室３３８に至るまでが、液体ＬＱの流路となっている。
【0112】
この実施形態では、容器３３１から多孔質体３１０への液体ＬＱの供給状態は、第１バルブ３３７１（例えば、ボールバルブ）によって、切り替えられるように構成されている。第１バルブ３３７１は、例えば、第３配管３３Ｚ上に配置されている。ここでは、第１バルブ３３７１を開くことによって、容器３３１内の液体ＬＱは、重力によって第３配管３３Ｚに入り込み、多孔質体３１０の内腔を通って、蓄気室３３８に至る。また、例えば、第１バルブ３３７１を閉じることによって、多孔質体３１０への液体ＬＱの供給を停止し、延いては、装置３００の運転を停止することができる。
【0113】
この実施形態では、蓄気室３３８は、さらに第１配管３３Ｘを介して加圧設備３３３と接続されている。例えば、液体揺動機構３３０では、第１配管３３Ｘを介した加圧ラインが構築されている。図７に示されているように、第１配管３３Ｘは、蓄気室３３８の第２接続孔３３Ｓに接続されている。
【0114】
また、この実施形態では、蓄気室３３８と加圧設備３３３との接続および非接続は、第２バルブ３３７２（例えば、電磁弁）によって切替可能に構成されている。第２バルブ３３７２は、例えば、第１配管３３Ｘ上に配置されている。ここでは、第２バルブ３３７２を開くことによって、蓄気室３３８と加圧設備３３３とが接続状態となり、蓄気室３３８内が加圧された状態となる。また、第２バルブ３３７２を閉じることによって、蓄気室３３８と加圧設備３３３とが非接続状態となる。
【0115】
この実施形態では、液体揺動機構３３０は、蓄気室３３８と加圧設備３３３とが接続されていない場合に、端部３１Ａから液体ＬＱを多孔質体３１０内に吸入する。また、液体揺動機構３３０は、蓄気室３３８と加圧設備３３３とが接続されて、多孔質体３１０内が加圧された場合に、端部３１Ａから液体ＬＱを多孔質体３１０外に排出する。液体揺動機構３３０は、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、液体ＬＱを揺動させるように構成されている。この実施形態では、上記のとおり、容器３３１が多孔質体３１０よりも上側に配置されている。かかる構成によると、重力によって、液体ＬＱを容器３３１から多孔質体３１０内に供給することができ、図２および図６の実施形態で用いられた減圧設備の設置を省略することができる。このため、装置３００では、ここで開示される技術の効果に加えて、装置の構成の簡略化する効果を実現することができる。
【0116】
次に、ここで開示される技術の第３実施形態に関する試験例を説明する。なお、以下に示す試験例は、ここで開示される技術を限定することを意図したものではない。
【0117】
＜試験４＞
試験４では、第３実施形態に係る微細気泡発生装置を用いて微細気泡を発生させた。試験４で用いられた装置の構成は、図７に示されているとおりである。このため、以下の装置の各名称に付された参照番号は、図７に記載の番号である。
試験４では、第３実施形態に係る微細気泡発生装置を用いて微細気泡を発生させた。試験４で用いられた装置の構成は、図７に示されているとおりである。このため、以下の装置の各名称に付された参照番号は、図７に記載の番号である。
【0118】
－実施例３１～実施例３３－
多孔質体３１０として、平均細孔径が０．５μｍであり、気孔率が３６％のアルミナを主成分とした多孔質体を用いた。まず、円筒状の多孔質体３１０の内側に液体ＬＱ（水）が流通するように、多孔質体３１０の端部３１Ａと端部３１Ｂとに第３配管３３Ｚを接続した。次いで、端部３１Ａ側の第３配管３３Ｚの上段（多孔質体３１０の上段）に空の容器３３１を設けた。また、端部３１Ｂ側の第３配管３３Ｚに、蓄気室３３８を接続した。さらに、蓄気室３３８に加圧設備３３３（エアコンプレッサー）を取り付け、第２バルブ３３７２（電磁弁）で蓄気室３３８と加圧設備３３３との接続および非接続を切り替えられるようにした。
多孔質体３１０として、平均細孔径が０．５μｍであり、気孔率が３６％のアルミナを主成分とした多孔質体を用いた。まず、円筒状の多孔質体３１０の内側に液体ＬＱ（水）が流通するように、多孔質体３１０の端部３１Ａと端部３１Ｂとに第３配管３３Ｚを接続した。次いで、端部３１Ａ側の第３配管３３Ｚの上段（多孔質体３１０の上段）に空の容器３３１を設けた。また、端部３１Ｂ側の第３配管３３Ｚに、蓄気室３３８を接続した。さらに、蓄気室３３８に加圧設備３３３（エアコンプレッサー）を取り付け、第２バルブ３３７２（電磁弁）で蓄気室３３８と加圧設備３３３との接続および非接続を切り替えられるようにした。
【0119】
次いで、多孔質体３１０の外表面３１２からガスＧ（空気）を供給できるように、ガス供給管３２６に配管３２７を接続し、供給源３２１から空気が多孔質体３１０の外表面３１２から細孔（貫通孔）を介して内表面３１１側に供給されるようにした。配管３２７の途中に、ガスＧの供給のタイミングを制御できるようにレギュレータ３２２、流量計３２３、圧力計３２４、およびバルブ３２５（電磁弁）を接続した。
【0120】
次いで、第１バルブ３３７１が閉じた状態であることを確認し、容器３３１に液体ＬＱを注ぎ込んだ。次いで、ガス供給機構３２０のバルブ３２５と、液体揺動機構３３０の第２バルブ３３７２とを開いた。次いで、第１バルブ３３７１を徐々に開き、容器３３１内の液体ＬＱを第３配管３３Ｚに流し込んだ。液体ＬＱの液面が蓄気室３３８内の高さＨ５に達したら、第２バルブ３３７２の開度（％）を所定の開度に設定し、加圧設備３３３による加圧力（ＭＰａ）を調整し、液体ＬＱの液面が蓄気室３３８内の高さＨ５と高さＨ６との間で上下運動するようにした。各例における平均レイノルズ数Ｒｅを、表４の該当欄に示す。なお、図７に示されているように、蓄気室３３８内において、高さＨ５は、高さＨ６よりも高い位置（ここでは、第１配管３３Ｘ側）に設定された。なお、各例の第２バルブ３３７２の開度（％）と加圧設備３３３による加圧力（ＭＰａ）とは、表４の液体条件における「電磁弁開度（％）」欄および「圧力（ＭＰａ）」欄に記載のとおりである。表４の液体条件における「電磁弁開度（％）」は、揺動の一周期を１００％としたときの、第２バルブ３３７２が加圧ラインに接続された期間の割合（％）である。ここでは、液体ＬＱの液面が蓄気室３３８の高さＨ５から低下して高さＨ６まで達し、高さＨ６から上昇して高さＨ５まで達するまでの期間を、液体ＬＱの揺動の一周期とした。
【0121】
また、ガス供給機構３２０のバルブ３２７の開度（％）を所定の開度に設定し、ガスＧの供給圧（ＭＰａ）を調整して、気泡を発生させた。なお、各例のバルブ３２７の開度（％）とガスＧの供給圧（ＭＰａ）とは、表４のガス条件における「電磁弁開度（％）」欄および「圧力（ＭＰａ）」欄に記載のとおりである。表４のガス条件における「電磁弁開度（％）」は、揺動の一周期を１００％としたときの、バルブ３２７が開状態であった期間の割合（％）である。
【0122】
実施例３１および実施例３３に関して、液体条件の電磁弁開度が２０％であり、ガス条件の電磁弁開度が９９％であるのは、揺動の一周期のうちの２０％の期間を加圧ラインへの接続状態とし、かつ、揺動の一周期全体をガスＧの供給状態としたことを意味している。実施例３２に関して、液体条件の電磁弁開度とガス条件の電磁弁開度とがともに２０％であるのは、揺動の一周期のうちの２０％の期間を、加圧ラインへの接続状態とし、かつ、ガスＧの供給状態としたことを意味している。
【0123】
多孔質体３１０から容器３３１内の液体ＬＱ中に放出された気泡の画像を、ハイスピードカメラを用いて撮影した。その後、上記試験１と同じ手法を用いて、気泡のザウター径（μｍ）、個数平均径（μｍ）、個数平均径の変動係数（ＣＶ値）（％）、Ｄ１０（μｍ）、Ｄ５０（μｍ）、および、Ｄ９０（μｍ）を算出した。結果を表４の該当欄に示す。
【0124】
【表4】
【0125】
表４に示された結果から、第３実施形態に係る微細気泡発生装置３００を用いることによって、微細気泡ＦＢを発生させることができるとわかった。上述したとおり、装置３００は、第１実施形態および第２実施形態の微細気泡発生装置が備える減圧設備を有していない。しかし、試験４によって、減圧設備を有さない液体揺動機構３３０を備える装置３００を用いる場合でも、液体ＬＱが収容された容器３３１を多孔質体３１０よりも上側に配置することによって、重力によって液体ＬＱを多孔質体３１０に吸入させることができるとわかった。
【0126】
上述のとおり、この実施形態では、容器３３１を備えている。容器３３１は、液体ＬＱを収容する、多孔質体３１０への液体ＬＱの供給源である。容器３３１は、多孔質体３１０よりも上側に配置されている。かかる構成の装置３００では、液体ＬＱの供給源である容器３３１が、微細気泡ＦＢを発生する多孔質体３１０よりも上側に配置されることによって、多孔質体３１０への液体ＬＱの供給に、重力を利用することができる。このため、減圧設備を有さない液体揺動機構３３０を用いる場合でも、ここで開示される技術の効果を実現することができる。また、減圧設備を省略することによる装置の簡略化効果を実現することができる。
【0127】
以上、多孔質体の第１面（気体発生面）が内表面である場合を例に挙げて、第３実施形態を説明した。しかし、これに限定されない。多孔質体の第１面（気体発生面）が外表面である場合でも、上述の効果と同様の効果を実現することができる。
【0128】
なお、ここで開示される技術は、以下の項目１～項目１４に記載の製造方法を包含する。
【0129】
［項目１］
液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、
前記液体に接触するとともに前記微細気泡を発生させる複数の細孔を有する第１面を備える多孔質体と、
前記多孔質体にガスを供給するガス供給機構と、
前記第１面と接触する前記液体を該第１面に沿う方向に揺動させる液体揺動機構と、
を備えており、
前記液体揺動機構によって前記液体が揺動されている間に、前記多孔質体に供給された前記ガスを前記複数の細孔を介して前記液体中に放出させるように構成されている、微細気泡発生装置。
［項目２］
前記多孔質体は、両端が開口した円筒状に構成されており、該多孔質体の内表面が複数の貫通孔である前記複数の細孔を有する前記第１面であり、
前記ガス供給機構は、前記多孔質体の外表面側から前記ガスを供給するように構成されている、項目１に記載の微細気泡発生装置。
［項目３］
前記ガス供給機構は、内部に前記多孔質体を配置する、両端が開口した円筒状のガス供給管を有しており、該ガス供給管の内壁面と前記多孔質体の外表面との間に前記ガスを供給するように構成されている、項目２に記載の微細気泡発生装置。
［項目４］
前記多孔質体は、一端が閉じ、他端が開口した円筒状に構成されており、該多孔質体の外表面が複数の貫通孔である前記複数の細孔を有する前記第１面であり、
前記ガス供給機構は、前記多孔質体の内表面側から前記ガスを供給するように構成されている、項目１に記載の微細気泡発生装置。
［項目５］
前記ガス供給機構は、前記揺動の状況に応じて、前記ガスの供給開始および供給停止を切り替え可能に構成されている、項目１～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目６］
前記ガス供給機構は、前記ガスの供給源と、該供給源から前記多孔質体までの前記ガスの流路となる配管と、該配管上に設けられたバルブと、を有しており、前記揺動の状況に応じて該バルブを開閉することによって前記多孔質体への前記ガスの供給開始および供給停止を切り替えるように構成されている、項目１～５のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目７］
前記液体揺動機構は、前記円筒状多孔質体の一方の端部から他方の端部に向かう方向、および、前記他方の端部から前記一方の端部に向かう方向に前記液体を揺動させるように構成されている、項目２～６のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目８］
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、減圧設備と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、配管と、を備えており、
前記配管を介して、前記多孔質体の一方の端部が前記容器と接続されており、該多孔質体の他方の端部が前記蓄気室に接続されており、
前記蓄気室は、前記減圧設備および前記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室と前記減圧設備との接続を介して前記多孔質体内が減圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体内に吸入し、前記蓄気室と前記加圧設備との接続を介して前記多孔質体内が加圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、項目２，３，５～７のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目９］
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、減圧設備と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、を備えており、
前記容器は、前記蓄気室と接続されており、
前記多孔質体は、前記蓄気室内に配置されており、
前記蓄気室は、前記減圧設備および前記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室内が減圧された場合に前記容器から前記液体を該蓄気室内に吸入し、該蓄気室内が加圧された場合に前記蓄気室から前記液体を前記容器に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、項目４～７のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１０］
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する、前記多孔質体への該液体の供給源である容器であって、前記多孔質体から放出された前記ガスを回収する容器を備えており、
前記容器は、前記多孔質体よりも上側に配置されている、項目１～７のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１１］
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、配管と、を備えており、
前記多孔質体は、一方の端部が上側に、他方の端部が下側になるように配置されており、
前記容器は、前記多孔質体の前記一方の端部よりも上側に配置されているとともに、前記配管を介して該一方の端部と接続されており、
前記蓄気室は、前記配管を介して、前記多孔質体の前記他方の端部と接続されているとともに、前記加圧設備に接続されており、
前記蓄気室と前記加圧設備との接続および非接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室と前記加圧設備とが接続されていない場合に前記一方の端部から前記液体を前記多孔質体内に吸入し、前記蓄気室と前記加圧設備とが接続されて前記多孔質体内が加圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、項目２，３，５～７のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１２］
前記液体揺動機構は、前記揺動の間における前記液体の平均レイノルズ数を８０００以下に調節するように構成されている、項目１～１１のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１３］
前記多孔質体の平均細孔径は、１０μｍ未満である、項目１～１２のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１４］
項目１～１３のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置を用いて、液体中に微細気泡を発生させる方法。
液体中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、
前記液体に接触するとともに前記微細気泡を発生させる複数の細孔を有する第１面を備える多孔質体と、
前記多孔質体にガスを供給するガス供給機構と、
前記第１面と接触する前記液体を該第１面に沿う方向に揺動させる液体揺動機構と、
を備えており、
前記液体揺動機構によって前記液体が揺動されている間に、前記多孔質体に供給された前記ガスを前記複数の細孔を介して前記液体中に放出させるように構成されている、微細気泡発生装置。
［項目２］
前記多孔質体は、両端が開口した円筒状に構成されており、該多孔質体の内表面が複数の貫通孔である前記複数の細孔を有する前記第１面であり、
前記ガス供給機構は、前記多孔質体の外表面側から前記ガスを供給するように構成されている、項目１に記載の微細気泡発生装置。
［項目３］
前記ガス供給機構は、内部に前記多孔質体を配置する、両端が開口した円筒状のガス供給管を有しており、該ガス供給管の内壁面と前記多孔質体の外表面との間に前記ガスを供給するように構成されている、項目２に記載の微細気泡発生装置。
［項目４］
前記多孔質体は、一端が閉じ、他端が開口した円筒状に構成されており、該多孔質体の外表面が複数の貫通孔である前記複数の細孔を有する前記第１面であり、
前記ガス供給機構は、前記多孔質体の内表面側から前記ガスを供給するように構成されている、項目１に記載の微細気泡発生装置。
［項目５］
前記ガス供給機構は、前記揺動の状況に応じて、前記ガスの供給開始および供給停止を切り替え可能に構成されている、項目１～４のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目６］
前記ガス供給機構は、前記ガスの供給源と、該供給源から前記多孔質体までの前記ガスの流路となる配管と、該配管上に設けられたバルブと、を有しており、前記揺動の状況に応じて該バルブを開閉することによって前記多孔質体への前記ガスの供給開始および供給停止を切り替えるように構成されている、項目１～５のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目７］
前記液体揺動機構は、前記円筒状多孔質体の一方の端部から他方の端部に向かう方向、および、前記他方の端部から前記一方の端部に向かう方向に前記液体を揺動させるように構成されている、項目２～６のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目８］
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、減圧設備と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、配管と、を備えており、
前記配管を介して、前記多孔質体の一方の端部が前記容器と接続されており、該多孔質体の他方の端部が前記蓄気室に接続されており、
前記蓄気室は、前記減圧設備および前記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室と前記減圧設備との接続を介して前記多孔質体内が減圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体内に吸入し、前記蓄気室と前記加圧設備との接続を介して前記多孔質体内が加圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、項目２，３，５～７のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目９］
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、減圧設備と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、を備えており、
前記容器は、前記蓄気室と接続されており、
前記多孔質体は、前記蓄気室内に配置されており、
前記蓄気室は、前記減圧設備および前記加圧設備に接続されており、該蓄気室と該減圧設備との接続、および、該蓄気室と該加圧設備との接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室内が減圧された場合に前記容器から前記液体を該蓄気室内に吸入し、該蓄気室内が加圧された場合に前記蓄気室から前記液体を前記容器に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、項目４～７のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１０］
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する、前記多孔質体への該液体の供給源である容器であって、前記多孔質体から放出された前記ガスを回収する容器を備えており、
前記容器は、前記多孔質体よりも上側に配置されている、項目１～７のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１１］
前記液体揺動機構は、前記液体を収容する容器と、加圧設備と、蓄気室と、バルブと、配管と、を備えており、
前記多孔質体は、一方の端部が上側に、他方の端部が下側になるように配置されており、
前記容器は、前記多孔質体の前記一方の端部よりも上側に配置されているとともに、前記配管を介して該一方の端部と接続されており、
前記蓄気室は、前記配管を介して、前記多孔質体の前記他方の端部と接続されているとともに、前記加圧設備に接続されており、
前記蓄気室と前記加圧設備との接続および非接続は、前記バルブによって切り替え可能に構成されており、
前記液体揺動機構は、
前記蓄気室と前記加圧設備とが接続されていない場合に前記一方の端部から前記液体を前記多孔質体内に吸入し、前記蓄気室と前記加圧設備とが接続されて前記多孔質体内が加圧された場合に前記一方の端部から前記液体を該多孔質体外に排出し、該吸入および該排出を交互に繰り返すことによって、前記液体を揺動させるように構成されている、項目２，３，５～７のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１２］
前記液体揺動機構は、前記揺動の間における前記液体の平均レイノルズ数を８０００以下に調節するように構成されている、項目１～１１のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１３］
前記多孔質体の平均細孔径は、１０μｍ未満である、項目１～１２のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
［項目１４］
項目１～１３のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置を用いて、液体中に微細気泡を発生させる方法。
【0130】
以上、ここで開示される技術を説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。ここで開示される技術には、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得る。
【符号の説明】
【0131】
１００ 微細気泡発生装置
１１０ 多孔質体
１２０ ガス供給機構
１２１ 供給源
１２２ レギュレータ
１２３ 流量計
１２４ 圧力計
１２５ バルブ
１２６ ガス供給管
１２７ 配管
１２８ 封止栓
１３０ 液体揺動機構
１３１ 容器
１３２ 減圧設備
１３３ 加圧設備
１３４ レギュレータ
１３５ 流量計
１３６ 圧力計
１３７ バルブ
１３８ 蓄気室
１３９ 配管
９１，９２ Ｏリング
２００ 微細気泡発生装置
２１０ 多孔質体
２２０ ガス供給機構
２３０ 液体揺動機構
２９０ 支持部材
３００ 微細気泡発生装置
３１０ 多孔質体
３２０ ガス供給機構
３３０ 液体揺動機構
１１０ 多孔質体
１２０ ガス供給機構
１２１ 供給源
１２２ レギュレータ
１２３ 流量計
１２４ 圧力計
１２５ バルブ
１２６ ガス供給管
１２７ 配管
１２８ 封止栓
１３０ 液体揺動機構
１３１ 容器
１３２ 減圧設備
１３３ 加圧設備
１３４ レギュレータ
１３５ 流量計
１３６ 圧力計
１３７ バルブ
１３８ 蓄気室
１３９ 配管
９１，９２ Ｏリング
２００ 微細気泡発生装置
２１０ 多孔質体
２２０ ガス供給機構
２３０ 液体揺動機構
２９０ 支持部材
３００ 微細気泡発生装置
３１０ 多孔質体
３２０ ガス供給機構
３３０ 液体揺動機構
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】