特許 6990471 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】

(24)【登録日】2021-12-08

(45)【発行日】2022-01-12

(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 23/23 20220101AFI20220104BHJP

   B01F 23/20 20220101ALI20220104BHJP

   B01F 25/40 20220101ALI20220104BHJP

   B01F 27/70 20220101ALI20220104BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20220104BHJP

【ＦＩ】

B01F3/04 A

B01F3/04 Z

B01F5/00 D

B01F7/04 A

B01J19/00 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021003031

(22)【出願日】2021-01-12

【審査請求日】2021-01-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515303621

【氏名又は名称】山田 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】110001276

【氏名又は名称】特許業務法人 小笠原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 泰平

【審査官】壷内 信吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１９５７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０４２７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３９６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００３５６７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１１６６４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０８０７２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ １／００－５／２６

Ｂ０１Ｆ ７／００－７／３２

Ｂ０１Ｊ １０／００－１２／０２，１４／００－１９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円柱状のシャフトと、
中空部を有し、前記中空部の内周面と前記シャフトの外周面との間に所定間隔を空けて前記シャフトを収容する筒状体と、
前記シャフトの外周面と前記筒状体の内周面との間に設けられ、前記筒状体の一方端側から他方端側に向かって螺旋状に延びる流路を形成すると共に、前記流路を流れる流体に乱流を発生させる複数のブレードとを備え、
前記筒状体の内周面の全面に、前記シャフトの軸方向に延びる凸条からなる複数のリブが設けられ、
前記複数のリブの各々の高さが、前記流路の旋回方向の反対側に隣接するリブとの接続部から、前記流路の旋回方向側に隣接するリブとの接続部にかけて、前記流路の旋回方向に向かうにつれて増加し、前記複数のリブの各々と、前記流路の旋回方向側に隣接するリブとの接続部に段差が設けられる、ウルトラファインバブル発生装置。

【請求項2】

前記シャフトの中心軸と直交する平面に沿った前記リブの断面が三角形である、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】

前記複数のブレードの各々は、前記筒状体の径方向に延びる１以上の凸部を有し、
前記流路の旋回方向に向かうにつれて、前記複数のブレードの各々に設けられた前記１以上の凸部の厚みが増加する、請求項１または２に記載のウルトラファインバブル発生装置。

【請求項4】

前記複数のブレードの各々の断面が鋸刃状である、請求項１～３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】

前記流体活性化装置は、同一形状を有する複数のユニットから構成されており、
前記複数のユニットの各々は、
円柱状のコアと、
前記コアと同軸であり、前記コアの外周面との間に所定間隔を空けて前記コアを取り囲む筒状の周壁と、
前記コアの外周面及び／または前記周壁の内周面に接続され、前記コアの周方向に所定のピッチで配置される複数の前記ブレードとを備え、
前記周壁の内周面の全面に、前記複数のリブを構成する複数の凸部が設けられる、請求
項１～４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】

前記複数のユニットの各々は、前記流体活性化装置の一方端側から他方端側に向かって順に、前記コアの中心軸の周りに一定の回転方向に一定の回転角度ずつ回転して配置されており、
前記周壁の内側に、前記流体活性化装置の前記一方端側から前記他方端側へと螺旋状に延びる前記流路が形成される、請求項５に記載のウルトラファインバブル発生装置。

【請求項7】

前記コアの両面のうち、前記流体活性化装置の前記一方端側の面に第１の嵌合部が設けられ、前記流体活性化装置の前記他方端側の面に前記第１の嵌合部と嵌合可能な第２の嵌合部が設けられ、
前記第２の嵌合部は、前記第１の嵌合部に対して、前記コアの中心軸の周りに前記一定の回転方向に前記一定の回転角度だけ回転した回転位置に設けられる、請求項６に記載のウルトラファインバブル発生装置。

【請求項8】

前記周壁の外周面には、第１の位置決め部及び第２の位置決め部が設けられており、
隣接する一対のユニットの一方に設けられた前記第１の位置決め部と、前記隣接する一対のユニットの他方に設けられた前記第２の位置決め部とを、前記周壁の周方向における同一の回転位置に配置したときに、前記ユニットの前記他方が、前記ユニットの前記一方に対して、前記コアの中心軸周りに前記一定の回転方向に前記一定の回転角度だけ回転した回転位置に配置される、請求項６または７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、流体を活性化する流体活性化装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ウルトラファインバブルと呼ばれる微細な気泡を液体中に発生させる技術が注目されている。ウルトラファインバブル（ウルトラファインナノバブルとも呼ばれる）は、球相当直径が１μｍ未満の極めて微細な気泡であり、液体中に安定して存在する。ウルトラファインバブルは、無色透明で肉眼で直接確認することができないが、粒子径や個数濃度を測定する技術が種々開発されている。液体中にウルトラファインバブルを発生させることにより様々な作用が得られるため、水産業、農業、医療、食品工業、化学工業等の様々な分野での利用が研究されている。例えば、ウルトラファインバブルを液体中に発生させると、生物の生育促進、殺菌、洗浄力向上、燃料の燃焼効率向上、塗料の均一性向上等の様々な作用が得られることが確認されている。

【0003】

特許文献１には、液体中にウルトラファインバブルを発生できる装置として、円柱のシャフトの外周面に複数のブレードを設けたブレード体を筒状の収容間に収容した構成が記載されている。特許文献１では、ブレードに屈曲部を設けることにより、ブレード間を流れる液体に複雑な乱流を発生させ、これによりウルトラファインバブルの発生効率を向上している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６４９０３１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

液体中に発生させるウルトラファインバブルの高濃度化を図るために、ウルトラファインバブルの発生効率を更に向上させることが求められている。

【0006】

それ故に、本発明は、流体を効率的に活性化できる流体活性化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】

本発明に係るウルトラファインバブル発生装置は、円柱状のシャフトと、中空部を有し、中空部の内周面とシャフトの外周面との間に所定間隔を空けてシャフトを収容する筒状体と、シャフトの外周面と筒状体の内周面との間に設けられ、筒状体の一方端側から他方端側に向かって螺旋状に延びる流路を形成すると共に、流路を流れる流体に乱流を発生させる複数のブレードとを備え、筒状体の内周面の全面に、シャフトの軸方向に延びる凸条からなる複数のリブが設けられ、複数のリブの各々の高さが、流路の旋回方向の反対側に隣接するリブとの接続部から、流路の旋回方向側に隣接するリブとの接続部にかけて、流路の旋回方向に向かうにつれて増加し、複数のリブの各々と、流路の旋回方向側に隣接するリブとの接続部に段差が設けられるものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、流体を効率的に活性化できる流体活性化装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る流体活性化装置の斜視図

【図2】図１に示す流体活性化装置の構成ユニットの斜視図

【図3】図２に示す構成ユニットの表面図

【図4】図２に示す構成ユニットの裏面図

【図5】図４に示す構成ユニットの上面図

【図6】図３に示すＶＩ－ＶＩラインに沿う断面を平面に展開した展開図

【図7】第２の実施形態に係る流体活性化装置の構成ユニットの斜視図

【図8】図７に示す構成ユニットの表面図

【図9】図８に示すＩＸ－ＩＸラインに沿う断面を平面に展開した展開図

【図10】第２の実施形態の変形例に係る流体活性化装置の構成ユニットの斜視図

【図11】図１０に示す構成ユニットの表面図

【図12】図１１に示すＸＩＩ－ＸＩＩラインに沿う断面を平面に展開した展開図

【図13A】第３の実施形態に係る流体活性化装置の部分断面図

【図13B】図１３Ａに示す筒状体の断面図

【図14】図１３Ａに示すＸＩＶ－ＸＩＶラインに沿う断面図

【図15】第３の実施形態の変形例に係る流体活性化装置の部分断面図

【図16】第４の実施形態に係る流体活性化装置の部分断面図

【図17A】第５の実施形態に係る流体活性化装置の断面図

【図17B】第５の実施形態の変形例１に係る流体活性化装置の断面図

【図17C】第５の実施形態の変形例２に係る流体活性化装置の断面図

【図17D】第５の実施形態の変形例３に係る流体活性化装置の断面図

【図18】第６の実施形態に係る流体活性化装置の断面図

【図19】第７の実施形態に係る流体活性化装置の概略図

【図20】第８の実施形態に係る流体活性化装置の概略図

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る流体活性化装置の斜視図である。

【0011】

流体活性化装置１００は、全体として筒形状を有しており、供給された流体を活性化する装置である。本明細書において、流体が液体の場合、活性化とは、流体内に直径１μｍ未満のウルトラファインバブルを多数発生させることをいう。また、流体が気体の場合、活性化とは、気体分子をクラスター化させることをいう。流体活性化装置１００は、図１の左側端部が上流側となり、図１の右側端部が下流側となるように、パイプやチューブ等の配管の途中に接続される。

【0012】

流体活性化装置１００は、円柱状のシャフト２１と、シャフト２１を収容する筒状体２２と、シャフト２１の外周面と筒状体２２の内周面との間に設けられる複数のブレード３とを備える。本実施形態に係る流体活性化装置１００は、同一形状を有する複数のユニット１０を組み合わせて構成されており、ユニット１０の一部であるコア１の複数によりシャフト２１が構成され、ユニット１０の一部である周壁２の複数により筒状体２２が構成されている。筒状体２２は、中空部を有しており、中空部にシャフト２１を収容している。図１に示すように、筒状体２２の内周面には、シャフト２１の軸方向に延びる凸条からなる複数のリブ２４が設けられている。複数のリブ２４は、ユニット１０の一部である凸部４の複数により構成さていれる。

【0013】

以下、図２～図６を参照しながら、ユニット１０の詳細を説明する。

【0014】

図２は、図１に示す流体活性化装置の構成ユニットの斜視図であり、図３は、図２に示す構成ユニットの表面図であり、図４は、図２に示す構成ユニットの裏面図であり、図５は、図４に示す構成ユニットの上面図であり、図６は、図３に示すＶＩ－ＶＩラインに沿う断面を平面に展開した展開図である。尚、以降の図面では、ｘｙｚ座標系で方向を特定する場合がある。ｚ軸正方向が流体の流れ方向に相当する。

【0015】

ユニット１０は、コア１と、周壁２と、複数のブレード３とを備える。ユニット１０は、例えば、樹脂の射出成形により形成することができる。

【0016】

コア１は、円柱状の部材である。コア１には、貫通孔５、ボス６、凹部７が設けられている。また、コア１の上流側の面及び下流側の面には、樹脂量の低減を図る目的で肉盗み部８及び９が設けられている。

【0017】

貫通孔５は、コア１の中心を貫通する円形の孔である。貫通孔５は、複数のコア１を図１に示すように接続して流体活性化装置１００を構成した際に、流体活性化装置１００をその中心軸に沿って貫通する流路を構成するためのものである。この流路は、流体活性化装置１００から流出した流体（ウルトラファインバブルを多数含む流体）に他の液体や気体を供給できるように設けられている。流体に他の液体や気体を注入する必要がない場合は、貫通孔５は閉鎖されても良いし、貫通孔５を省略しても良い。

【0018】

ボス６は、コア１の両面のうち、流体活性化装置１００の上流側となる面（図３）に設けられている。また、凹部７は、コア１の両面のうち、流体活性化装置１００の下流側となる面（図４）に設けられている。ボス６及び凹部７は、互いに嵌合可能な形状を有しており、隣接するコア１を接続するために設けられている。凹部７は、ボス６に対してコア１の中心軸ＡＸ周りに所定角度だけ回転した位置に配置されている。つまり、流体活性化装置１００の上流側または下流側からコア１を平面視した場合、ボス６と凹部７とは完全に重ならない回転位置に設けられている。尚、本実施形態の構成に代えて、コア１の上流側の面に凹部７を設け、コア１の下流側の面にボス６を設けても良い。また、隣接するコア１同士を接続可能であれば、ボス６及び凹部７以外の嵌合構造を構成する嵌合部を上流側及び下流側の面に設けても良い。また、接着剤等でコア１同士を接合する場合は、嵌合部を省略しても良い。

【0019】

周壁２は、コア１と同軸の筒形状あるいは環状の部材である。周壁２は、コア１の外周面との間に所定間隔を空けてコア１を取り囲む。周壁２の外面には、第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２が設けられている（図３～図５）。第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２は、コア１を組み合わせる際に、隣接するコア１同士の相対的な回転位置を容易に合わせることができるように設けられている。第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２の詳細は後述する。周壁２の内周面には、複数の凸部４が設けられている。凸部４は、コア１の中心軸ＡＸ方向に延びる凸条からなる。図３及び４に示すように、コア１の中心軸ＡＸと直交する平面（以下、「ｘｙ平面」という）と平行な各凸部４の断面は三角形である。複数の凸部４が周壁２の周方向の全周に渡って隙間なく設けられており、ｘｙ平面と平行な周壁２の内周面の断面形状は鋸刃状である。また、図３及び図４に示すように、凸部４は、ブレード３の上流側及び下流側の両方に設けられる。

【0020】

ｘｙ平面と平行な断面上における凸部４の高さ、頂角の大きさ、底辺を除く二辺のそれぞれの長さは特に限定されず、流体活性化装置１００に供給する流体の粘度や流速、流体に加えられる圧力、許容される圧力損失等に基づいて設定することができる。尚、凸部４の高さとは、ｘｙ平面と平行な断面上において、隣接する谷部を結んだ線分から凸部４の頂点までの垂直高さをいう。また、頂角の大きさ及び底辺を除く二辺のそれぞれの長さも、ｘｙ平面と平行な断面上における値を指す。また、凸部４の断面形状は、三角形でなくても良い。例えば、凸部４の斜面の一方または両方が曲面であっても良い。

【0021】

複数のブレード３は、コア１の外周面と周壁２の内周面との間の空間を流れる流体をコア１の中心軸ＡＸ周りに旋回させると共に、流体に乱流を発生させることにより、ウルトラファインバブルを発生させる部材である。ブレード３の各々は、コア１の外周面と周壁２の内周面とを接続する。ブレード３は、コア１の外周面及び周壁２の内周面のいずれか一方に接続されていても良いが、コア１の外周面及び周壁２の内周面の両方に接続されていることにより、ブレード３の強度が向上する。ブレード３の各々は、コア１の周方向に一定のピッチで設けられている。ブレード３の各々は、コア１の中心軸ＡＸに対して所定の角度で傾斜して配置されている。具体的には、ブレード３の各々は、流路の旋回方向（本実施形態では、上流側から見たときに、コア１の中心軸ＡＸを中心とする反時計回り方向）に向かうにつれて、コア１の上流側の面を含む平面Ｐからブレード３の表面（上流側の面）までの垂直距離が増加するように傾斜している（図６）。ブレード３の各々の傾斜角度は一定である。図６に示すように、本実施形態において、ブレード３は、平板状の主面部１３と、主面部の下流側の端縁に沿って設けられた屈曲部１４とを有する。主面部１３の上流側の端縁は、流体抵抗を低減するため薄刃状に形成されていることが好ましい。屈曲部１４は、ブレード３の下流側の面に沿って流れる流体に乱流（渦）を発生させる。屈曲部１４によって乱流が生じることによりウルトラファインバブルが発生すると考えられる。ブレード３の数や傾斜角度は、特に限定されず、流体活性化装置１００に供給する流体の粘度や流速、流体に加えられる圧力、許容される圧力損失等に基づいて設定することができる。

【0022】

再度、図１を参照して、流体活性化装置１００について更に説明する。

【0023】

図１に示す流体活性化装置１００は、複数のユニット１０をコア１の中心軸ＡＸ方向に連結することにより構成される。上述したように、コア１の上流側の面（図３）及び下流側の面（図４）にはそれぞれボス６及び凹部７が設けられている。そこで、１つのユニット１０の凹部７に、別のユニット１０のボス６を嵌合させることによって、２つのユニット１０を連結することができる。連結したユニット１０に次々と別のユニットを連結することにより、流体活性化装置１００を構成することができる。尚、流体活性化装置１００を構成するユニット１０の数は特に限定されない。

【0024】

凹部７は、ボス６に対してコア１の中心軸ＡＸ周りに所定角度だけ回転した回転位置に配置されている。したがって、複数のユニット１０をボス６及び凹部７の嵌合により連結させると、複数のユニット１０の各々は、流体活性化装置１００の上流側から下流側に向かって順に、コア１の中心軸ＡＸの周りに一定の回転方向に一定の回転角度ずつ回転して配置される。例えば、図１の例において、隣接する２つのユニット１０のうちの下流側のユニット１０は、上流側のユニット１０に対して、上流側から見たときにコア１の中心軸周りに反時計回りに２７．５°回転した位置に配置することができる。このように、複数のユニット１０を、流体活性化装置の上流側から下流側に向かって順に、一定の回転方向に一定の回転角度ずつ回転させて連結すると、複数のユニット１０の各々に設けられたブレード３の回転位置がユニット１０毎に一定の回転角度ずつずれることになる。各ユニット１０のブレード３を一定の回転角度ずつ回転方向にずらして配置することにより、筒状体２２（周壁２）の内側に流体活性化装置１００の上流側から下流側へと螺旋状に延びる流路が形成される。

【0025】

また、図３～図５に示したように、周壁２の外周面には、第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２が設けられている。第２の位置決め部１２は、ユニット１０の上流側から見たときに、第１の位置決め部１１に対して、コア１の中心軸ＡＸ周りに反時計回りに一定角度だけ回転した回転位置に設けられている。そこで、図１に示すように、隣接する一対のユニット１０を連結する際、上流側のユニット１０の第２の位置決め部１２と、下流側のユニット１０の第１の位置決め部とを同じ回転位置に配置する。これにより、下流側のユニット１０を、上流側のユニットに対して、一定の回転方向に一定の回転角度だけ回転した回転位置に配置することができる。また、第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２の中心軸ＡＸ周りの相対的な回転角度と、ボス６に対する凹部７の中心軸ＡＸ周りの相対的な回転角度とが等しく設定されている。したがって、このとき、ボス６と凹部７とが嵌合可能な位置関係となる。

【0026】

つまり、上流側のユニット１０の第２の位置決め部１２及び下流側のユニット１０の第１の位置決め部１１の回転位置を合わせることにより、設計された一定の回転角度ずつ同方向に各ユニットをずらして配置することができ、かつ、ボス６及び凹部７の位置合わせも行うことができる。尚、連結した複数のユニット１０は、接着剤等で固定しても良い。

【0027】

使用時において、流体活性化装置１００は、配管の途中に取り付けられる。尚、流体活性化装置１００の出口部分で気体を混合する場合は、コア１に設けられた貫通孔５によって形成される流路に気体を供給するための供給管が接続される。気体が導入されない場合は、貫通孔５によって形成される流路は閉鎖される。

【0028】

流体活性化装置１００には、上流側の配管から流体が供給される。流体は、液体であっても良いし、気体であっても良い。また、複数種類の流体を合わせて供給しても良い。複数種類の流体を供給した場合、流体活性化装置の作用により、複数種類の流体を均一に混合することができる。流体を混合する場合、液体のみの組み合わせを供給しても良いし、気体のみの組み合わせを供給しても良いし、液体と流体の組み合わせを供給しても良い。以下では、流体が液体であり、液体中にウルトラファインバブルを発生させる例を説明する。

【0029】

コア１と周壁２とで挟まれた空間に供給された流体は、周方向に隣接するブレード３の間を通過して下流側のユニット１０に流れる。このとき、図６に示したブレード３の屈曲部１４によって発生する乱流により、流体中にウルトラファインバブルが発生する。上述の通り、上流側から下流側へと順に、各ユニットのブレード３の回転位置が上流側から見て中心軸ＡＸを中心として反時計回り方向に一定角度ずつずれているため、周方向に隣接するブレード３間の空間が順に繋がり、反時計回りの螺旋状に延びる流路となる。流体は、この螺旋状の流路を流れる間にブレード３の屈曲部１４に複数回衝突するため、ウルトラファインバブルが繰り返し発生する。

【0030】

また、流体が螺旋状の流路を通過するにつれて、半時計周りの旋回流が発生する。旋回流が発生すると流体に遠心力が働くため、流体は周壁２の内周面に強い力で衝突する。本実施形態に係る流体活性化装置１００は、周壁２の内周面に複数の凸部４が設けられている。流体が凸部４に衝突すると、凸部４の稜線近傍で乱流（渦）が発生し、この乱流により更にウルトラファインバブルが発生する。

【0031】

このように、本実施形態においては、周壁２の内側に複数の凸部４が設けられており、流体とブレード３との衝突だけでなく、流体と凸部４との衝突によってもウルトラファインバブルを発生させることができる。複数のブレード３は、旋回流を発生させるため、周壁２の内周面近傍を流れる流体には遠心力が働く。周壁２の内周面に複数の凸部４を設けたことにより、流体に働く遠心力を利用できるので、ウルトラファインバブルの発生効率を向上させることができる。

【0032】

本実施形態では、コアの中心軸ＡＸと直交する平面に沿った凸部４の断面が三角形であり、周壁２の内周面の全面に隙間なく凸部４が設けられている。凸部４の形状及び配置によっても、凸部４によるウルトラファインバブルの発生効率が向上する。

【0033】

また、コア１に設けられるボス６及び凹部７は、一定角度だけ回転した位置関係に設けられている。したがって、隣接する一対のユニット１０をボス６及び凹部７の嵌合により連結すると、一方のユニット１０のブレード３と他方のユニット１０のブレード３とを予め定められた角度だけずらして配置することができる。したがって、本実施形態に係るユニット１０であれば、流体活性化装置１００の組み立てを容易に行うことができる。

【0034】

隣接する一対のユニット１０を連結する際、上流側のユニット１０に設けられた第２の位置決め部１２と、下流側のユニット１０に設けられた第１の位置決め部１１とを、周壁２の周方向において同一の回転位置に配置する。これにより、上流側のユニット１０のブレード３と下流側のユニット１０のブレード３とを予め定められた角度だけずらして配置することができる。また、第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２は、ボス６及び凹部７の相対的な回転位置と対応しているため、第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２に基づいて、ボス６及び凹部７を嵌合可能な位置関係に合わせることが容易となる。したがって、第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２により、流体活性化装置１００の組み立てを更にしやすくすることができる。

【0035】

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る流体活性化装置の構成ユニットの斜視図であり、図８は、図７に示す構成ユニットの表面図であり、図９は、図８に示すＩＸ－ＩＸラインに沿う断面を平面に展開した展開図である。以下、本実施形態と第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

【0036】

本実施形態に係る流体活性化装置は、複数のユニット２０の組み合わせにより構成される。ユニット２０は、第１の実施形態とは形状の異なる複数のブレード１５を備える。図７～図９に示すように、ブレード１５の表面及び裏面には、ユニット２０の径方向に延びる複数の凸部１６が設けられる。図９に示すように、凸部１６の各々は、三角形の断面を有する。ブレード１５の表面及び裏面に複数の凸部１６を設けることによって、ブレードは鋸刃状の断面を有する。凸部１６は、ブレード１５の表面及び裏面の一方に設けても良いが、ブレード１５の両面に設けることによりウルトラファインバブル発生効率をより向上できる。

【0037】

ユニット２０は、第１の実施形態と同様に中心軸ＡＸ方向に複数連結されて流体活性化装置を構成する。コア１により構成されるシャフトと、周壁２により構成される筒状体との間の空間に供給された流体は、ブレード１５の表面及び裏面に沿って下流側に流れる。このとき、ブレード１５の表裏に設けられた複数の凸部１６に流体が衝突することにより、凸部１６の稜線近傍で乱流が生じ、乱流により多数のウルトラファインバブルが発生する。ブレード１５の表裏に複数の凸部１６があることによって、ブレード１５によるウルトラファインバブルの発生効率を向上できる。また、第１の実施形態と同様に、流体が周壁２の内周面に設けられた凸部４に衝突することによってもマイクロバブルを発生させる。したがって、本実施形態によれば、ウルトラファインバブルの発生効率に優れた流体活性化装置を提供できる。

【0038】

また、本実施形態に係るユニット２０においては、ブレード１５に設けられた凸部１６は、図９に示すように、ブレード１５によって形成される螺旋状の流路の旋回方向に向かうにつれて厚みが増加するように構成されている。また、図７及び図８に示すように、周壁２の内周面に設けられる凸部４も、ブレード１５によって形成される螺旋状の流路の旋回方向に向かうにつれて、周壁２の径方向における高さが増加するよう構成されている。このように構成すると、流体は、凸部４及び１６の傾斜面に沿って流れるが、凸部４及び１６の稜線を超えた位置に段差があるために、この段差部分において強い乱流が発生する。したがって、図７～図９に示す凸部４及び１６の形状の組み合わせを採用した場合、ウルトラファインバブルの発生効率に極めて優れる。

【0039】

（第２の実施形態の変形例）
図１０は、第２の実施形態の変形例に係る流体活性化装置の構成ユニットの斜視図であり、図１１は、図１０に示す構成ユニットの表面図であり、図１２は、図１１に示すＸＩＩ－ＸＩＩラインに沿う断面を平面に展開した展開図である。

【0040】

本変形例に係る流体活性化装置は、複数のユニット３０の組み合わせにより構成される。ユニット３０は、第２の実施形態と同様に鋸刃状の断面を有するブレード１８を備えるが、周壁２に設けられた凸部４の形状とブレード１８に設けられた凸部１９の形状とが第２の実施形態とは異なる。

【0041】

より詳細に、本変形例に係るユニット３０においては、ブレード１８の表面及び裏面には、周壁２の径方向に延びる複数の凸部１９が設けられている。凸部１９は、図１２に示すように、ブレード１８によって形成される螺旋状の流路の旋回方向に向かうにつれて厚みが減少するように構成されている。また、周壁２の内周面に設けられる凸部１７も、ブレード１５によって形成される螺旋状の流路の旋回方向に向かうにつれて、周壁２の径方向における高さが減少するよう構成されている。これらの凸部１７及び１９を設けた場合、流体が凸部１７及び１９により形成される段差に衝突することにより乱流が発生するため、凸部１７及び１９を設けない場合と比べて、ウルトラファインバブルの発生効率を向上できる。ただし、本変形例の凸部形状の組み合わせを採用した場合、段差への衝突により流体の流速が低下しやすいため、図７～図９に示した第２の実施形態における凸部形状の組み合わせと比べると、ウルトラファインバブルの発生効率は低くなる。ただし、周壁（筒状体）に設ける凸部の断面形状と、ブレードに設ける凸部の断面形状との組み合わせは特に限定されない。例えば、第２の実施形態に係る凸部４と、変形例に係る凸部１９を組み合わせても良いし、変形例に係る凸部１７と、第2の実施形態に係る凸部１６とを組み合わせても良い。

【0042】

（第３の実施形態）
図１３Ａは、第３の実施形態に係る流体活性化装置の部分断面図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す筒状体の断面図であり、図１４は、図１３Ａに示すＸＩＶ－ＸＩＶラインに沿う断面図である。

【0043】

流体活性化装置２００は、円柱状のシャフト２１と、シャフト２１を収容する筒状体２２と、シャフト２１の外周面と筒状体２２の内周面との間に設けられる複数のブレード２３とを備える。筒状体２２は、中空部を有しており、中空部にシャフト２１を収容している。図１３Ｂ及び図１４に示すように、筒状体２２の内周面には、シャフト２１の軸方向に延びる凸条からなる複数のリブ２４が設けられている。シャフト２１の外周面と筒状体２２の内周面との間には、ブレード２３を配置するための空間が形成されている。

【0044】

ブレード２３の各々は、上記の各実施形態と同様に、シャフト２１の中心軸に対して所定角度傾斜して設けられている。ブレード２３は、図６に示したものと同じ形状を有するが、ブレード２３は、第２の実施形態と同様に鋸刃状に形成されていても良い。ブレード２３は、シャフト２１の周方向及び軸方向に所定間隔を空けて配置される。シャフト２１の軸方向に隣接するブレード２３は、流体活性化装置２００の上流側から下流側に向かって、シャフト２１の中心軸の周りに一定の回転方向に一定の回転角度ずつ回転して配置する。このブレード２３の配置により、流体活性化装置２００の上流側から下流側へと螺旋状に延びる流路が形成される。

【0045】

尚、シャフト２１、筒状体２２及びブレード２３の材質は特に限定されないが、例えば、樹脂や金属により形成することができる。シャフト２１及びブレード２３は、削り出し等により一体的に構成されても良いし、別部材として構成して相互に結合しても良い。

【0046】

シャフト２１の上流側端部及び下流側端部には、それぞれ円錐形状の整流部材２５ａ及び２５ｂが設けられている。整流部材２５ａは、供給された流体がブレード２３により形成される流路に滑らかに流入させる部材であり、整流部材２５ｂは、ブレード２３により形成される流路から流出する流体を滑らかに下流に導く部材である。整流部材２５ａ及び２５ｂは、必ずしも必要なものではなく、省略しても良い。

【0047】

本実施形態に係る流体活性化装置２００においても、ブレード２３によって形成される流路を流れる流体に対して、ブレード２３に設けられた屈曲部が乱流を発生させることにより、ウルトラファインバブルを発生させる。また、ブレード２３によって形成される螺旋状の流路を流れる流体には遠心力が生じるが、筒状体２２の内周面に設けられた複数のリブ２４が設けられていることにより、ウルトラファインバブルの発生効率を向上できる。

【0048】

図１５は、第３の実施形態の変形例に係る流体活性化装置の部分断面図である。

【0049】

流体活性化装置２００には、図１３Ａに示した整流部材２５ａに代えて、図１５に示す整流部材２６を設けても良い。整流部材２６は、円錐形状のベース部と、ベース部の円錐面に設けられた螺旋状のブレードを有する。螺旋状のブレードの旋回方向は、ブレード２３により形成される流路の旋回方向と同じである。図１５に示す整流部材２６を設けることにより、流体活性化装置２００に流入する流体をより効率的に整流することができる。尚、図１５には示していないが、下流側にも同形状の整流部材を設けても良い。

【0050】

（第４の実施形態）
図１６は、第４の実施形態に係る流体活性化装置の部分断面図である。

【0051】

流体活性化装置３００は、軸部２８を有する円錐形状の整流部材２７と、複数のスペーサー２９と、複数のブレード２３を有する複数のブレード板３８と、筒状体２２とを備える。複数のスペーサー２９及び複数のブレード板３８は、中心に設けられた開口部（図示せず）を軸部２８が貫通した状体で一体化される。本実施形態では、複数のスペーサー２９と複数のブレード板３８の一部とが一体化されることによりシャフト２１を構成している。ブレード板３８は、例えば、金属板のプレス加工により形成することができる。ブレード板３８に設けられるブレード２３は、図６に示したものと同じ形状を有するが、ブレード２３は、第２の実施形態と同様に鋸刃状に形成されていても良い。

【0052】

本実施形態においても、筒状体２２の内周面には、複数のリブ（図示せず）が設けられており、複数のリブによりウルトラファインバブルの発生効率を向上できる。

【0053】

本実施形態においては、第１及び第２の実施形態と同様に、スペーサー２９及びブレード板３８の数を適宜調整することにより、ウルトラファインバブルの発生数を調整することができる。

【0054】

（第５の実施形態）
図１７Ａは、第５の実施形態に係る流体活性化装置の断面図である。

【0055】

流体活性化装置４００は、気体を供給するための供給管３１ａを更に備える。供給管３１ａは、シャフト２１の中心に設けられた貫通孔を上流側から下流側へと貫通しており、供給管３１ａの端部は、シャフト２１の下流側端部近傍に配置されている。

【0056】

流体活性化装置４００に流体を供給すると、流体の流れにより供給管３１ａが減圧されるため、供給管３１ａを通じて気体が流体内に引き込まれる。供給管３１ａから引き込まれた気体は、流体活性化装置４００の下流側端部近傍において流体の旋回流に巻き込まれ、例えば直径１～１００μｍの範囲のマイクロバブルあるいはこれ以上の大きさのバブルとして流体内に導入される。

【0057】

図１７Ｂ～図１７Ｄは、第５の実施形態の変形例１～変形例３に係る流体活性化装置の断面図である。

【0058】

図１７Ｂに示す変形例１においては、供給管３１ｂがシャフト２１を貫通せず、シャフト２１の下流側に設けられている。供給管３１ｂの端部は、シャフト２１の下流側端部近傍に配置されている。この構成によっても、流体の供給に伴って、供給管３１ｂから供給される気体を、マイクロバブルあるいはこれ以上の大きさのバブルとして流体内に取り込むことができる。

【0059】

図１７Ｃに示す変形例２においては、シャフト２１に、上流側端部からシャフト２１の中心部分を通り、シャフト２１の外周面に至るＬ字の流路が設けられており、このＬ字の流路内に供給管３１ｃの端部が配置されている。流体活性化装置４００に流体を供給すると、供給管３１ｃから引き込まれた気体は、ブレード２３により形成される旋回流に巻き込まれ、ウルトラファインバブルとして流体内に取り込まれる。この構成によれば、供給管３１ｃから供給される気体のウルトラファインバブルを高濃度で含んだ流体を得ることができる。

【0060】

図１７Ｄに示す変形例３においては、供給管３１ｄの端部がシャフト２１の上流側端部より上流側に配置されている。供給管３１ｄには、ポンプにより気体が供給される。供給管３１ｄから供給された気体は、ブレード２３により形成される旋回流に巻き込まれ、ウルトラファインバブルとして流体内に取り込まれる。この構成によっても、供給管３１ｄから供給される気体のウルトラファインバブルを高濃度で含んだ流体を得ることができる。

【0061】

図１７Ａ～図１７Ｄに示す流体活性化装置４００においても、筒状体２２の内周面に複数のリブ（図示せず）が設けられる。したがって、上記の各実施形態と同様に、流体に働く遠心力を利用して、複数のリブによりウルトラファインバブルの発生効率を向上できる。

【0062】

尚、図１７Ａ～図１７Ｄに示した流体活性化装置において供給する気体の種類は特に限定されない。また、図１７Ａ～図１７Ｄに示した流体活性化装置は、上記の第１～第４の実施形態で説明したいずれの構成であっても良い。

【0063】

図１８は、第６の実施形態に係る流体活性化装置の断面図である。

【0064】

流体活性化装置５００は、シャフト２１を回転させる駆動装置３２を更に備える。駆動装置３２は、例えばモータである。流体活性化装置に流体を供給しながら、シャフト２１を回転させると、単位時間あたりのブレード２３の通過回数を増やすことができるので、ウルトラファインバブルの発生を促進できる。また、図１８に示す流体活性化装置５００においても、筒状体２２の内周面に複数のリブ（図示せず）が設けられる。したがって、上記の各実施形態と同様に、流体に働く遠心力を利用して、複数のリブによりウルトラファインバブルの発生効率を向上できる。

【0065】

図１９は、第７の実施形態に係る流体活性化装置の概略図である。

【0066】

流体活性化装置６００は、シャフト２１と、筒状体２２と、ブレード２３と、これらを収容する収容部３３と、シャフト２１に取り付けられたモータ３４とを備える。収容部３３には、流体を流入させる流入管３５ａと、流体を外部に導く流出管３５ｂとが設けられる。本実施形態においても、モータ３４がシャフト２１を回転させることにより、効率的にウルトラファインバブルを発生させることができる。また、図１９に示す流体活性化装置６００においても、筒状体２２の内周面に複数のリブ（図示せず）が設けられる。したがって、上記の各実施形態と同様に、流体に働く遠心力を利用して、複数のリブによりウルトラファインバブルの発生効率を向上できる。

【0067】

図２０は、第８の実施形態に係る流体活性化装置の概略図である。

【0068】

流体活性化装置７００は、シャフト２１と、筒状体２２と、ブレード２３と、貯留槽３６と、ポンプ３７とを備える。貯留槽３６内の流体はポンプ３７により筒状体２２内に供給され、筒状体２２から排出された流体は貯留槽３６に戻される。貯留槽３６内の流体を循環させ、繰り返しし、筒状体２２に供給することにより、ウルトラファインバブルの濃度を向上させることができる。また、図２０に示す流体活性化装置７００においても、筒状体２２の内周面に複数のリブ（図示せず）が設けられる。したがって、上記の各実施形態と同様に、流体に働く遠心力を利用して、複数のリブによりウルトラファインバブルの発生効率を向上できる。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明は、流体活性化装置に利用できる。

【符号の説明】

【0070】

１ コア
２ 周壁
３ ブレード
４ リブ
６ ボス
７ 凹部
１０ ユニット
１１ 第１の位置決め部
１２ 第２の位置決め部
１５ ブレード
１６ 凸条
２０ ユニット
２１ シャフト
２２ 筒状体
２３ ブレード
２４ リブ
３０ ユニット
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ 流体活性化装置

【要約】      （修正有）

【課題】流体中に効率的にウルトラファインバブルを発生可能な、ウルトラファインバブル発生装置を提供する。
【解決手段】円柱状のシャフト２１と、中空部を有し、中空部の内周面とシャフトの外周面との間に所定間隔を空けてシャフトを収容する筒状体２２と、シャフトの外周面と筒状体の内周面との間に設けられ、筒状体の一方端側から他方端側に向かって螺旋状に延びる流路を形成すると共に、流路を流れる流体に乱流を発生させる複数のブレード３とを備え、筒状体の内周面には、シャフトの軸方向に延びる凸条からなる複数のリブ４が設けられる、流体活性化装置１００。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図17D】

【図18】

【図19】

【図20】