特許 7033901 気泡含有液体製造装置、気泡含有液体製造方法及び気泡含有液体製造システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-03

(45)【発行日】2022-03-11

(54)【発明の名称】気泡含有液体製造装置、気泡含有液体製造方法及び気泡含有液体製造システム

(51)【国際特許分類】

   B01F 27/73 20220101AFI20220304BHJP

   B01F 27/00 20220101ALI20220304BHJP

   B01F 23/23 20220101ALI20220304BHJP

   B01F 35/71 20220101ALI20220304BHJP

   B01F 35/75 20220101ALI20220304BHJP

【ＦＩ】

B01F7/10

B01F7/00 A

B01F3/04 B

B01F15/02 A

B01F15/02 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2017237712

(22)【出願日】2017-12-12

(65)【公開番号】P2019103970

(43)【公開日】2019-06-27

【審査請求日】2020-03-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】特許業務法人南青山国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100160989

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 正好

(74)【代理人】

【識別番号】100168745

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 彩子

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100197398

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 絢子

(74)【代理人】

【識別番号】100197619

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 智久

(72)【発明者】

【氏名】森 輝海

(72)【発明者】

【氏名】太田 晶久

(72)【発明者】

【氏名】吉田 太志

【審査官】山崎 直也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２１５４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２０２６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５１４９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６４４４１９３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１１－０８３６５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ ２１／００－２５／９０

Ｂ０１Ｆ ２７／００－２７／９６

Ｂ０１Ｆ ３５／００－３５／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングを含み、平坦面を有する固定部材と、
前記平坦面側の第１の面と前記第１の面とは反対側の第２の面を有する板状の基板部と、前記第１の面に設けられ、前記第１の面から前記平坦面に向かって突出する凸部と、前記凸部と前記第１の面によって形成される凹部からなり、前記平坦面と所定の間隔を空けて対向し、前記平坦面と前記第１の面の間に流路を形成する凹凸構造とを有し、前記ケーシングに収容され、前記平坦面に対して回転可能に支持された回転体と
を具備し、
前記平坦面には、気体が送入された液体を前記流路に供給するための送入口が設けられ、
前記ケーシングは、前記ケーシング内に連通し、前記回転体の外周に対向する位置に設けられ、前記ケーシング内から液体を送出する送出口を有する
気泡含有液体製造装置。

【請求項2】

請求項１に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記回転体を回転させる回転駆動源
をさらに具備する気泡含有液体製造装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記凹凸構造は、前記第１の面に垂直な方向からみて六角形形状の複数の凹部と前記複数の凹部の周囲を囲む凸部から構成されるハニカム構造である
気泡含有液体製造装置。

【請求項4】

請求項３に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記凹部の深さの、前記凹部の対辺間の幅に対する比率は０．５３以上０．５７以下である
気泡含有液体製造装置。

【請求項5】

請求項１から４のうちいずれか一項に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記固定部材は、前記ケーシングに固定され、前記平坦面を有する固定板を含み、前記固定板は、前記ケーシングに対して移動することで前記平坦面と前記回転体の距離を調整可能に構成されている
気泡含有液体製造装置。

【請求項6】

請求項１に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記回転体は、前記第１の面と前記第２の面が回転軸に垂直となる円板形状を有し、
前記ケーシングは、前記送出口に接続された送出管を有し、前記送出管の管中心は、前記回転体の接線に平行であり、前記送出管の管中心を通過する直線と前記回転体の回転中心の間の距離は、前記回転体の半径の７／１０以上である
気泡含有液体製造装置。

【請求項7】

請求項１から６のうちいずれか一項に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記ケーシングは、前記ケーシング内の液体を排出するための排出口を有し、前記ケーシングの内周面は、前記排出口に向かって傾斜している
気泡含有液体製造装置。

【請求項8】

請求項１から７のうちいずれか一項に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記液体は水であり、
前記気泡は、ウルトラファインバブルである
気泡含有液体製造装置。

【請求項9】

ケーシングを含み、平坦面を備える固定部材と、前記平坦面側の第１の面と前記第１の面とは反対側の第２の面を有する板状の基板部と、前記第１の面に設けられ、前記第１の面から前記平坦面に向かって突出する凸部と、前記凸部と前記第１の面によって形成される凹部からなり、前記平坦面と所定の間隔を空けて対向し、前記平坦面と前記第１の面の間に流路を形成する凹凸構造とを有し、前記ケーシングに収容され、前記平坦面に対して回転可能に支持された回転体とを具備し、前記平坦面には、気体が送入された液体を前記流路に供給するための送入口が設けられ、前記ケーシングは、前記ケーシング内に連通し、前記回転体の外周に対向する位置に設けられ、前記ケーシング内から液体を送出する送出口を有する気泡含有液体製造装置と、
前記送入口に前記液体を圧送する液圧ポンプと
を具備する気泡含有液体製造システム。

【請求項10】

請求項９に記載の気泡含有液体製造システムであって、
前記気泡含有液体製造装置は、前記回転体を回転させる回転駆動源をさらに備え、
前記回転駆動源は、前記液圧ポンプによって圧送された前記液体の流れによって前記回転体を回転させる液圧モーターである
気泡含有液体製造システム。

【請求項11】

ケーシングを含み、平坦面を備える固定部材と、前記平坦面側の第１の面と前記第１の面とは反対側の第２の面を有する板状の基板部と、前記第１の面に設けられ、前記第１の面から前記平坦面に向かって突出する凸部と、前記凸部と前記第１の面によって形成される凹部からなり、前記平坦面と所定の間隔を空けて対向し、前記平坦面と前記第１の面の間に流路を形成する凹凸構造とを有し、前記ケーシングに収容され、前記平坦面に対して回転可能に支持された回転体とを具備し、前記ケーシングは、前記ケーシング内に連通し、前記回転体の外周に対向する位置に設けられ、前記ケーシング内から液体を送出する送出口を有する気泡含有液体製造装置において、前記平坦面に設けられた送入口から前記流路に、気体が送入された液体を供給し、
前記回転体を前記平坦面に対して回転させる
気泡含有液体製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体中にウルトラファインバブル等の気泡を発生させる気泡含有液体製造装置、気泡含有液体製造方法及び気泡含有液体製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、水等の液体に微小な気泡を含有させた気泡含有液体の普及が進んでいる。微小な気泡には、直径１μｍ以下のウルトラファインバブル（ＵＦＢ：ultra fine bubble)や直径１０μｍ以下のマイクロバブル、直径１ｍｍ以下のミリバブル等がある。特にＵＦＢを含有するＵＦＢ水は、魚介類の鮮度維持や微生物培養、滅菌医療、各種洗浄等の分野での利用が検討されている。

【0003】

現在利用されているＵＦＢ製造装置では、液体に気体を送入した後、送液ポンプによって高圧化して気体を過剰溶解させ、圧力開放することで多量の気泡を発生させる。さらに、気液混相流体が剪断ミキサーを通過することにより気泡の微細化するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－１４９１２０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、上述のようなＵＦＢ製造装置では、高圧化した液体に気体を送入する必要があり、特に多量の気体を送入して多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成させることは容易ではなかった。

【0006】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、低圧の液体に気体を送入し、多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成させることが可能な気泡含有液体製造装置、気泡含有液体製造方法及び気泡含有液体製造システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本技術に係る気泡含有液体製造装置は、固定部材と回転体とを具備する。
上記固定部材は、ケーシングを含み、平坦面を有する。
上記回転体は、上記平坦面側の第１の面と上記第１の面とは反対側の第２の面を有する板状の基板部と、上記第１の面に設けられ、上記第１の面から上記平坦面に向かって突出する凸部と、上記凸部と上記第１の面によって形成される凹部からなり、上記平坦面と所定の間隔を空けて対向し、上記平坦面と上記第１の面の間に流路を形成する凹凸構造とを有し、上記ケーシングに収容され、上記平坦面に対して回転可能に支持されている。
上記平坦面には、気体が送入された液体を上記流路に供給するための送入口が設けられている。

【0008】

この構成によれば、気体が送入された液体は送入口から流路に送供給される。流路は、凹凸構造と平坦面によって構成されており、回転体が回転することにより、流路を通過する液体に剪断応力が印加される。これにより、液体に含まれる気体の泡は微細化され、微細化された気泡を含有する気泡含有液体が生成する。

【0009】

上記気泡含有液体製造装置は上記回転体を回転させる回転駆動源をさらに具備してもよい。

【0010】

上記凹凸構造は、上記第１の面に垂直な方向からみて六角形形状の複数の凹部と上記複数の凹部の周囲を囲む凸部から構成されるハニカム構造であってもよい。

【0011】

上記凹部の深さの、上記凹部の対辺間の幅に対する比率は０．５３以上０．５７以下であってもよい。

【0012】

上記固定部材は、上記ケーシングに固定され、上記平坦面を有する固定板を含み、上記固定板は、上記ケーシングに対して移動することで上記平坦面と上記回転体の距離を調整可能に構成されていてもよい。

【0013】

上記ケーシングは、上記ケーシング内に連通し、上記回転体の外周に対向する位置に設けられ、上記ケーシング内の液体を送出する送出口を有してもよい。

【0014】

上記回転体は、上記第１の面と上記第２の面が回転軸に垂直となる円板形状を有し、上記ケーシングは、上記送出口に接続された送出管を有し、上記送出管の管中心は、上記回転体の接線に平行であり、上記送出管の管中心を通過する直線と上記回転体の回転中心の間の距離は、上記回転体の半径の７／１０以上であってもよい。

【0015】

上記ケーシングは、上記ケーシング内の液体を排出するための排出口を有し、上記ケーシングの内周面は、上記排出口に向かって傾斜していてもよい。

【0016】

上記液体は水であり、上記気泡は、ウルトラファインバブルであってもよい。

【0017】

上記目的を達成するため、本技術に係る気泡含有液体製造システムは、気泡含有液体製造装置と、液圧ポンプとを具備する。
上記気泡含有液体製造装置は、ケーシングを含み、平坦面を備える固定部材と、上記平坦面側の第１の面と上記第１の面とは反対側の第２の面を有する板状の基板部と、上記第１の面に設けられ、上記第１の面から上記平坦面に向かって突出する凸部と、上記凸部と上記第１の面によって形成される凹部からなり、上記平坦面と所定の間隔を空けて対向し、上記平坦面と上記第１の面の間に流路を形成する凹凸構造とを有し、上記ケーシングに収容され、上記平坦面に対して回転可能に支持された回転体とを具備し、上記平坦面には、気体が送入された液体を上記流路に供給するための送入口が設けられている。
上記液圧ポンプは、上記送入口に上記液体を圧送する。

【0018】

上記気泡含有液体製造装置は、上記回転体を回転させる回転駆動源をさらに備え、上記回転駆動源は、上記液圧ポンプによって圧送された上記液体の流れによって上記回転体を回転させる液圧モーターであってもよい。

【0019】

上記目的を達成するため、本技術に係る気泡含有液体製造方法は、ケーシングを含み、平坦面を備える固定部材と、上記平坦面側の第１の面と上記第１の面とは反対側の第２の面を有する板状の基板部と、上記第１の面に設けられ、上記第１の面から上記平坦面に向かって突出する凸部と、上記凸部と上記第１の面によって形成される凹部からなり、上記平坦面と所定の間隔を空けて対向し、上記平坦面と上記第１の面の間に流路を形成する凹凸構造とを有し、上記ケーシングに収容され、上記平坦面に対して回転可能に支持された回転体とを具備する気泡含有液体製造装置において、上記平坦面に設けられた送入口から上記流路に、気体が送入された液体を供給する。
上記回転体を上記平坦面に対して回転させる。

【発明の効果】

【0020】

以上のように、本技術によれば、低圧の液体に気体を送入し、多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成させることが可能な気泡含有液体製造装置、気泡含有液体製造方法及び気泡含有液体製造システムを提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る気泡含有液体製造システムの模式図である。

【図2】同気泡含有液体製造システムが備える気泡含有液体製造装置の模式図である。

【図3】同気泡含有液体製造装置の断面図である。

【図4】同気泡含有液体製造装置が備える回転体の斜視図である。

【図5】同気泡含有液体製造装置が備える回転体の断面図である。

【図6】同気泡含有液体製造装置が備える回転体の平面図である。

【図7】同気泡含有液体製造装置が備える回転体の凹部の模式図である。

【図8】同気泡含有液体製造装置の流路を流れる液体の状態を示す模式図である。

【図9】同気泡含有液体製造装置の流路を流れる液体の状態を示す模式図である。

【図10】同気泡含有液体製造装置のクリアランス及び回転数と剪断速度の関係を示すグラフである。

【図11】同気泡含有液体製造装置の凹部の深さと圧力損失の関係を示すグラフである。

【図12】同気泡含有液体製造装置の送出管の延伸方向を示す模式図である。

【図13】同気泡含有液体製造装置のケーシングに設けられた傾斜を示す模式図である。

【図14】同気泡含有液体製造システムが備える気泡含有液体製造装置の他の構成の模式図である。

【図15】同気泡含有液体製造システムが備える気泡含有液体製造装置の他の構成の模式図である。

【図16】本発明の実施形態に係る気泡含有液体製造システムの他の構成の模式図である。

【図17】本発明の実施形態に係る気泡含有液体製造システムの他の構成の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の第１の実施形態に係る気泡含有液体製造システムについて説明する。

【0023】

［気泡含有液体製造システムの構成］
図１は、本実施形態に係る気泡含有液体製造システム１００の構成を示す模式図である。同図に示すように、気泡含有液体製造システム１００は、循環タンク１０１、液圧ポンプ１０２、気体送入管１０３、気体送入ライン１０４、気泡含有液体製造装置１０５、熱交換器１０６及び完成タンク１０７を備える。

【0024】

気泡含有液体製造システム１００は、微小な気泡を含有する液体（以下、気泡含有液体）を製造するシステムである。気泡には、大きさによって直径１μｍ以下のウルトラファインバブル（ＵＦＢ：ultra fine bubble)、直径１０μｍ以下のマイクロバブル、直径１ｍｍ以下のミリバブル等の種類がある。気泡含有液体が含有する気泡はいずれの大きさのものであってもよいが、典型的にはＵＦＢである。

【0025】

気泡を形成する気体は特に限定されず、例えば、空気、Ｎ_２、Ｏ_２又はＯ_３等とすることができる。また、気泡含有液体は異種の気体によって形成された気泡を含有してもよい。気泡含有液体を構成する液体は特に限定されないが、典型的には水である。

【0026】

循環タンク１０１は、原液又は未完成の気泡含有液体を貯留する。循環タンク１０１には循環タンク１０１内の液体量を計測する液面計１５１が設けられている。

【0027】

循環タンク１０１は、配管Ｌ１によって液圧ポンプ１０２と接続されている。配管Ｌ１には給液弁１５２及び排液弁１５３が接続されている。

【0028】

液圧ポンプ１０２は、配管Ｌ２によって気体送入管１０３と接続されている。液圧ポンプ１０２は、循環タンク１０１から配管Ｌ１を介して供給される液体を配管Ｌ２を介して気体送入管１０３に圧送する。

【0029】

配管Ｌ２には圧力・流量調整弁１５４、流量計１５５、圧力計１５６、フィルタ１５７、及び圧力計１５８が接続されている。フィルタ１５７は、配管Ｌ２を流れる液体から不純物を除去するためのフィルタである。

【0030】

気体送入管１０３は、細径部を有する管である。配管Ｌ２から供給された液体は、細径部において流速が上昇し、その圧力が一時的に低下する。気体送入管１０３はベンチュリ管であってもよい。

【0031】

気体送入ライン１０４は、気体送入管１０３の細径部とガスボンベ等のガス源とを接続し、細径部を流れる液体に気体を送入する。気体送入ライン１０４が気体送入管１０３に接続されていることにより、ガスの送入圧を低減させることができる。

【0032】

気体送入管１０３は配管Ｌ３を介して気泡含有液体製造装置１０５に接続されており、気体が送入された液体を気泡含有液体製造装置１０５に供給する。配管Ｌ３には圧力・流量調整弁１５９が接続されている。

【0033】

気泡含有液体製造装置１０５は、配管Ｌ３から供給された液体に含まれる気体の気泡を微細化し、微細な気泡を含有する気泡含有液体を生成する。気泡含有液体製造装置１０５の構成については後述する。気泡含有液体製造装置１０５は配管Ｌ４によって熱交換器１０６に接続されている。配管Ｌ４には圧力・流量調整弁１６０、圧力計１６１及び温度計１６２が接続されている。

【0034】

熱交換器１０６は、配管Ｌ４から供給された気泡含有液体を冷却する。気泡含有液体は主に気泡含有液体製造装置１０５の通過によって高温となっているためである。熱交換器１０６の構造は特に限定されない。熱交換器１０６は配管Ｌ５によって三方弁１６３に接続されている。配管Ｌ５には温度計１６４が接続されている。

【0035】

三方弁１６３は、配管Ｌ５と循環ライン１６５又は完成ライン１６６を接続する。循環ライン１６５は三方弁１６３と循環タンク１０１とを接続し、完成ライン１６６は三方弁１６３と完成タンク１０７とを接続する。

【0036】

完成タンク１０７は、完成した気泡含有液体を貯留する。完成タンク１０７には配管Ｌ６が接続され、配管Ｌ６には排液弁１６７が接続されている。

【0037】

［気泡含有液体製造装置の構成］
図２は気泡含有液体製造装置１０５を示す斜視図であり、図３は気泡含有液体製造装置１０５の模式的断面図である。これら図に示すように気泡含有液体製造装置１０５は、ケーシング１２１、固定板１２２、回転体１２３及び回転駆動源１２４を備える。

【0038】

図３に示すようにケーシング１２１は、固定板１２２と共に回転体１２３を収容する収容空間を形成する。ケーシング１２１は平板状の底面部１２１ａと底面部１２１ａの周縁から底面部１２１ａに垂直な方向に延伸する円筒状の側壁部１２１ｂを備える。側壁部１２１ｂにおいて回転体１２３に対向する位置には、ケーシング１２１内に連通する送出口１２１ｃが設けられている。送出口１２１ｃには送出管１２１ｄが接続され、送出管１２１ｄは配管Ｌ４（図１参照）に接続されている。ケーシング１２１の材料は特に限定されないが、例えば金属からなる。

【0039】

固定板（固定部材）１２２は、ケーシング１２１に固定された平板状の部材であり、回転体１２３に面する平坦面１２２ａを備える。固定板１２２の材料は特に限定されないが、例えば金属からなる。平坦面１２２ａの中央部には送入口１２２ｂが設けられ、送入口１２２ｂには送入管１２２ｃが接続されている。送入管１２２ｃには配管Ｌ３（図１参照）が接続される。

【0040】

回転体１２３は、収容空間に収容されている。図４は回転体１２３の斜視図であり、図５は回転体１２３の断面図である。これらの図に示すように回転体１２３は基板部１２５及び凹凸構造１２６を有する。回転体１２３は回転軸１２７に接続され、回転軸１２７を回転中心としてケーシング１２１及び固定板１２２に対して回転可能に支持されている。回転体１２３の大きさは特に限定されないが、例えば直径１００ｍｍ、厚み３０ｍｍの円柱形状とすることができる。

【0041】

基板部１２５は円板状であり、基板部１２５の表裏面のうち、平坦面１２２ａ側の面を第１の面１２５ａとし、その反対側の面を第２の面１２５ｂとする。第１の面１２５ａ及び第２の面１２５ｂは共に回転軸１２７に垂直な面である。

【0042】

凹凸構造１２６は第１の面１２５ａ上に設けられている。図６は凹凸構造１２６を示す平面図であり、回転体１２３を第１の面１２５ａ側から見た図である。これらの図に示すように凹凸構造１２６は凸部１２６ａと凹部１２６ｂから構成されている。

【0043】

凸部１２６ａは第１の面１２５ａから平坦面１２２ａに向かって突出し、凸部１２６ａと第１の面１２５ａによって凹部１２６ｂが形成されている。凹凸構造１２６は、図６に示すように、第１の面１２５ａに垂直な方向からみて六角形形状の複数の凹部１２６ｂと、複数の凹部１２６ｂを囲む凸部１２６ａから構成されるハニカム構造とすることができる。

【0044】

図７は、一つの凹部１２６ｂを示す模式図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は断面図である。同図に示すように、凹部１２６ｂの対辺間の幅を幅ａ、凹部１２６ｂの深さを深さｂとすると、幅ａは例えば３．０ｍｍ、深さｂは例えば１．６～１．７ｍｍとすることができる。

【0045】

なお、凹部１２６ｂの大きさ及び数は各図に示すものに限られない。また、凹凸構造１２６はハニカム構造に限られず、凸部１２６ａが第１の面１２５ａに垂直な方向からみて格子状や放射状等の各種形状を有するものとすることも可能である。

【0046】

凹凸構造１２６と平坦面１２２ａの間隙、即ち凸部１２６ａと平坦面１２２ａの間と、凹部１２６ｂの内部は気体含有液体が通過する流路として機能する。図３にこの流路を流路Ｆとして示す。また、同図に示すように凸部１２６ａと平坦面１２２ａの間隔であるクリアランスＣは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好適である。

【0047】

クリアランスＣは、ケーシング１２１に対して固定板１２２を移動させることによって調整することができる。また、クリアランスＣは固定板１２２の厚みを変更することによっても調整することができる。

【0048】

回転駆動源１２４は、回転軸１２７に接続され、回転体１２３を回転させる。回転駆動源１２４は例えば、電動モーターとすることができる。

【0049】

［気泡含有液体製造システムの動作］
気泡含有液体製造システム１００の動作について説明する。

【0050】

液圧ポンプ１０２（図１参照）によって液体が循環タンク１０１から気体送入管１０３に圧送され、気体送入ライン１０４から気体が液体に送入される。気体が送入された液体はさらに気泡含有液体製造装置１０５に圧送され、送入管１２２ｃを介して送入口１２２ｂから流路Ｆに供給される（図３参照）。

【0051】

回転体１２３は、回転駆動源１２４によって回転駆動される。流路Ｆに供給された液体は、液圧ポンプ１０２によって印加される圧力及び回転体１２３の回転による遠心力によって回転体１２３の外周に向かって流れる。

【0052】

図８及び図９は、流路Ｆを流れる気体含有液体の状態を示す模式図である。図８に示すように気泡Ｂを含む液体が流路Ｆを矢印方向に流れると、回転する回転体１２３によって剪断応力が印加され、凹部１２６ｂ内に気体含有液体の噴流が発生する。図８において噴流が生じる領域を線Ｓで示す。凹部１２６ｂ内においてはこの噴流によって渦Ｍが発生し、気泡Ｂに作用する。これにより気泡Ｂが微細化され、気泡含有液体が生成する。

【0053】

一方、図９に示すように凹部１２６ｂ内に大きな渦Ｍが発生すると、気泡Ｂが微細化されにくいため、図８に示すように多数の小さな渦Ｍが発生する状態が好適である。なお、図８及び図９では一つの凹部１２６ｂを例にとって説明したが、実際には上記作用が複数の凹部１２６ｂによって生じ、気泡の微細化が進行する。

【0054】

生成した気泡含有液体は、送出口１２１ｃを介して送出管１２１ｄから送出される。この際、回転駆動源１２４の回転数によって気泡の大きさを制御することが可能である。また、気泡の大きさは、クリアランスＣを変更することによっても制御が可能である。

【0055】

気泡含有液体製造装置１０５から送出された気泡含有液体は、熱交換器１０６によって冷却され、三方弁１６３を介して循環タンク１０１又は完成タンク１０７に供給される。
循環タンク１０１に供給された気泡含有液体は、再度液圧ポンプ１０２によって圧送され、気泡の高密度化がなされる。

【0056】

気泡含有液体製造システム１００では例えば一定時間、循環タンク１０１を介して液体を循環させ、気泡を高密度化させた後、三方弁１６３を操作して生成した気泡含有液体を完成タンク１０７に貯留させることができる。また、循環タンク１０１を利用せず、一度のサイクルのみで気泡含有液体を完成タンク１０７に貯留させてもよい。完成タンク１０７に貯留された気泡含有液体は、配管Ｌ６から排液され、利用される。

【0057】

気泡含有液体製造システム１００では以上のようにして気泡含有液体を製造することができる。気体含有液体への剪断応力の印加は回転する回転体１２３によってなされるため、気泡含有液体製造装置１０５に圧送される液体の圧力はそれほど高くする必要がない。このため、気体送入ライン１０４から多量の気体を液体に送入することができ、気泡の高密度化が可能である。

【0058】

［剪断特性について］
図１０は、クリアランスＣ（図３参照）及び回転数と剪断速度の関係を示すグラフである。なお、回転体１２３の直径は１００ｍｍである。同図に示すように、回転体１２３の回転数が大きくなると平均剪断速度が向上する。また、クリアランスＣは小さい方が平均剪断速度が大きくなる。

【0059】

［凹部の深さについて］
図１１は、凹部１２６ｂの深さと圧力損失の関係を示すグラフである。横軸は凹部１２６ｂの深さ（図７中、深さｂ）の凹部１２６ｂの対辺間の幅（図７中、幅ａ）に対する比率（即ち、ｂ／ａ）である。なお、クリアランスＣは０．８ｍｍ、回転体１２３の直径は１００ｍｍである。

【0060】

同図に示すようにこの比率が大きくなると圧力損失が大きくなり、即ち、気体含有液体に作用する仕事量が大きくなるが、一定値より大きくなると急激に圧力損失が減少する。これは、図９に示すように凹部１２６ｂ内に大きな渦Ｍが発生することによるものである。図１１から、比率（ｂ／ａ）は０．５３以上０．５７以下が好適である。これは、幅ａが３．０ｍｍの場合、深さｂが１．６ｍｍ以上１．７ｍｍ以下となる比率である。

【0061】

［送出管について］
上記のようにケーシング１２１の送出口１２１ｃには送出管１２１ｄが接続されている。図１２は送出管１２１ｄの延伸方向を示す模式図であり、気泡含有液体製造装置１０５を第１の面１２５ａに垂直な方向からみた図である。同図に示すように送出管１２１ｄの管中心を通過する線を線Ｅ１とすると、線Ｅ１は第１の面１２５ａの接線である線Ｅ２に平行である。

【0062】

また、回転体１２３の回転中心Ｐと線Ｅ１の距離Ｑは、第１の面１２５ａの半径の７／１０以上が好適であり、例えば第１の面１２５ａの半径が５０ｍｍの場合、距離Ｑは３５ｍｍ以上が好適である。距離Ｑを第１の面１２５ａの半径の７／１０以上することにより、収容空間Ｒから気泡含有液体が送出されやすくなる。

【0063】

［ケーシング内周面の傾斜について］
ケーシング１２１には送出口１２１ｃとは別に、収容空間内の液体を排出するための排出口が設けられてもよい。図１３は、排出口１２１ｅを示す模式図である。同図に示すように排出口１２１ｅは側壁部１２１ｂのうち鉛直下方となる位置に設けられている。

【0064】

また、側壁部１２１ｂの内周面は、排出口１２１ｅに向かって傾斜が設けられている。排出口１２１ｅには配管Ｌ７が接続され、配管Ｌ７には図示しない開閉弁が設けられている。

【0065】

この開閉弁を閉じた状態で気泡含有液体の製造の行われ、気泡含有液体の製造終了後にはこの開閉弁を開放して収容空間Ｒ内に残存する液体を排出することができる。側壁部１２１ｂの内周面に、排出口１２１ｅに向かう傾斜が設けられているため、残存する液体を確実に排出させることが可能となる。

【0066】

［固定板について］
固定板１２２はケーシング１２１の内部に固定されてもよい。図１４はケーシング１２１の内部に設けられた固定板１２２を有する気泡含有液体製造装置１０５の模式図である。同図に示すように固定板１２２はケーシング１２１に対してネジ等の支持部材１２８によって固定されている。

【0067】

この構造では送入管１２２ｃはケーシング１２１に接続され、液体はケーシング１２１に設けられた送入口１２１ｆ及び固定板１２２に設けられた送入口１２２ｂを介して流路Ｆに供給される。

【0068】

支持部材１２８によってケーシング１２１と固定板１２２の間隔を調整し、クリアランスＣを変更することが可能である。また、固定板１２２の厚みを変更することによってクリアランスＣを調整してもよい。

【0069】

また、固定板１２２の代わりにケーシング１２１を利用してもよい。図１５は固定板１２２を有しない気泡含有液体製造装置１０５の模式図である。同図に示すように、回転体１２３に面するケーシング（固定部材）１２１の内面を平坦面１２２ａとして利用することも可能である。

【0070】

［回転駆動源について］
上記説明において、回転駆動源１２４は電動モーターを利用できるとしたが、液圧によって回転動力を発生させる液圧モーターを利用することも可能である。図１６及び図１７は、液圧モーターを回転駆動源１２４として利用する気泡含有液体製造システム１００の模式図である。

【0071】

図１６に示すように、液圧ポンプ１０２と気体送入管１０３を接続する配管Ｌ２には、液圧モーターである回転駆動源１２４が接続されている。また、配管Ｌ２には、圧力・流量調整弁１６８が接続されている。

【0072】

液圧ポンプ１０２によって循環タンク１０１から液体が圧送されると、液体は配管Ｌ２を介して回転駆動源１２４に到達する。回転駆動源１２４は圧送された液体の流れによって回転動力を発生させ、回転軸１２７を回転させる。回転駆動源１２４を通過した液体は、フィルタ１５７を介して気体送入管１０３に供給される。

【0073】

回転駆動源１２４に起因する不純物はフィルタ１５７によって除去される。液圧モーターは液体中に配設することが可能であるため、液圧モーターを利用することにより回転駆動源１２４の配設場所の自由度が得られる。

【0074】

また、図１７に示すように、配管Ｌ２に配管Ｌ８を接続し、配管Ｌ８を回転駆動源１２４に接続してもよい。配管Ｌ８には圧力・流量調整弁１６９が接続されている。液圧ポンプ１０２によって循環タンク１０１から液体が圧送されると、液体の一部は配管Ｌ８を介して回転駆動源１２４に到達し、回転軸１２７を回転させる。回転駆動源１２４を通過した液体は、廃棄される。

【0075】

この構造では、液圧ポンプ１０２を通過した液体の一部は廃棄されるが、回転駆動源１２４に起因する不純物が系内に流入しないため、フィルタ１５７の交換頻度を低くすることが可能である。

【符号の説明】

【0076】

１００…気泡含有液体製造システム
１０１…循環タンク
１０２…液圧ポンプ
１０３…気体送入管
１０４…気体送入ライン
１０５…気泡含有液体製造装置
１０６…熱交換器
１０７…完成タンク
１２１…ケーシング
１２２…固定板（固定部材）
１２２ａ…平坦面
１２３…回転体
１２４…回転駆動源
１２５…基板部
１２６…凹凸構造
１２６ａ…凸部
１２６ｂ…凹部
１２７…回転軸
１２８…支持部材

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】