JP2003093858A - 微細気泡の生成方法および生成装置 - Google Patents
微細気泡の生成方法および生成装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】振動伝達のエネルギー損失が少なく、しかも効
率良く、低コストに微細気泡を生成することができる微
細気泡の生成方法および生成装置を提供する。 【解決手段】本発明に係る微細気泡の生成方法は、気体
を多孔質体１又は多孔板を通じて液体６中に吹き込むこ
とにより液体６中に微細気泡を生成させる方法であっ
て、前記多孔質体１又は多孔板に気泡の放出方向に対し
ほぼ直角な方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与し
ながら微細気泡の生成を行うものである。また、本発明
に係る微細気泡の発生装置は、多孔質体１又は多孔板
と、該多孔質体１又は多孔板に気泡の放出方向に対しほ
ぼ直角な方向に振動を付与する振動付与手段２と、前記
多孔質体１又は多孔板に気体を導入する気体導入管３と
を有するものである。
率良く、低コストに微細気泡を生成することができる微
細気泡の生成方法および生成装置を提供する。 【解決手段】本発明に係る微細気泡の生成方法は、気体
を多孔質体１又は多孔板を通じて液体６中に吹き込むこ
とにより液体６中に微細気泡を生成させる方法であっ
て、前記多孔質体１又は多孔板に気泡の放出方向に対し
ほぼ直角な方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与し
ながら微細気泡の生成を行うものである。また、本発明
に係る微細気泡の発生装置は、多孔質体１又は多孔板
と、該多孔質体１又は多孔板に気泡の放出方向に対しほ
ぼ直角な方向に振動を付与する振動付与手段２と、前記
多孔質体１又は多孔板に気体を導入する気体導入管３と
を有するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動を利用した微
細気泡の生成方法及び生成装置に関する。
細気泡の生成方法及び生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】振動を利用した微細気泡の生成方法とし
ては、例えば特開平０３−２８８５１８号公報において
提案されている技術がある。この特開平０３−２８８５
１８号公報の技術は、空気の清浄方法に関し、水中に放
出され気泡となった空気に超音波を照射することによ
り、水中の気泡を超音波キャビテーションによって破砕
して微細な気泡とし、気泡と水との接触面積を増大さ
せ、さらに超音波の化学反応増進作用によって気泡中に
含まれる臭いや煙成分を水に溶解し洗浄を行うものであ
る。
ては、例えば特開平０３−２８８５１８号公報において
提案されている技術がある。この特開平０３−２８８５
１８号公報の技術は、空気の清浄方法に関し、水中に放
出され気泡となった空気に超音波を照射することによ
り、水中の気泡を超音波キャビテーションによって破砕
して微細な気泡とし、気泡と水との接触面積を増大さ
せ、さらに超音波の化学反応増進作用によって気泡中に
含まれる臭いや煙成分を水に溶解し洗浄を行うものであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平０３−
２８８５１８号公報の技術は、空気放出部から水中に放
出された気泡を含む溶液全体に超音波を照射しており、
大部分のエネルギーが水に吸収されてしまい、エネルギ
ー損失が大きい。
２８８５１８号公報の技術は、空気放出部から水中に放
出された気泡を含む溶液全体に超音波を照射しており、
大部分のエネルギーが水に吸収されてしまい、エネルギ
ー損失が大きい。
【０００４】この発明は以上の問題点を解決し、振動伝
達のエネルギー損失が少なく、しかも効率良く、低コス
トに微細気泡を生成することができる微細気泡の生成方
法および生成装置を提供することを目的とする。
達のエネルギー損失が少なく、しかも効率良く、低コス
トに微細気泡を生成することができる微細気泡の生成方
法および生成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決するために検討を行った結果、液体中に気泡を放
出する多孔質体に気泡の放出方向に対しほぼ直角な方向
に振動を与えることで、少ないエネルギーで気泡を微細
化できることを見い出した。
を解決するために検討を行った結果、液体中に気泡を放
出する多孔質体に気泡の放出方向に対しほぼ直角な方向
に振動を与えることで、少ないエネルギーで気泡を微細
化できることを見い出した。
【０００６】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、以下のような特徴を有する微細気泡の生成方法
および生成装置である。 ［１］気体を多孔質体又は多孔板を通じて液体中に吹き
込むことにより液体中に微細気泡を生成させる方法であ
って、前記多孔質体又は多孔板に気泡の放出方向に対し
ほぼ直角な方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与し
ながら微細気泡の生成を行うことを特徴とする微細気泡
の生成方法。 ［２］気体を多孔質体又は多孔板を通じて液体中に吹き
込むことにより液体中に微細気泡を生成させる方法であ
って、前記多孔質体又は多孔板の少なくとも液体と接す
る一部分の孔径を他の部分の孔径よりも大きくし、前記
孔径の大きい多孔質体又は多孔板の部分からの気泡の放
出を間欠的に行わせることにより、多孔質体又は多孔板
を振動させ、該振動する多孔質体又は多孔板により微細
気泡の生成を行うことを特徴とする微細気泡の生成方
法。 ［３］多孔質体又は多孔板と、該多孔質体又は多孔板に
気泡の放出方向に対しほぼ直角な方向に振動を付与する
振動付与手段と、前記多孔質体又は多孔板に気体を導入
する気体導入管とを有することを特徴とする微細気泡の
発生装置。 ［４］多孔質体又は多孔板と、該多孔質体又は多孔板に
気体を導入する気体導入管とを有し、前記多孔質体又は
多孔板の少なくとも液体と接する一部分の孔径を他の部
分の孔径よりも大きくすることを特徴とする微細気泡の
発生装置。
もので、以下のような特徴を有する微細気泡の生成方法
および生成装置である。 ［１］気体を多孔質体又は多孔板を通じて液体中に吹き
込むことにより液体中に微細気泡を生成させる方法であ
って、前記多孔質体又は多孔板に気泡の放出方向に対し
ほぼ直角な方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与し
ながら微細気泡の生成を行うことを特徴とする微細気泡
の生成方法。 ［２］気体を多孔質体又は多孔板を通じて液体中に吹き
込むことにより液体中に微細気泡を生成させる方法であ
って、前記多孔質体又は多孔板の少なくとも液体と接す
る一部分の孔径を他の部分の孔径よりも大きくし、前記
孔径の大きい多孔質体又は多孔板の部分からの気泡の放
出を間欠的に行わせることにより、多孔質体又は多孔板
を振動させ、該振動する多孔質体又は多孔板により微細
気泡の生成を行うことを特徴とする微細気泡の生成方
法。 ［３］多孔質体又は多孔板と、該多孔質体又は多孔板に
気泡の放出方向に対しほぼ直角な方向に振動を付与する
振動付与手段と、前記多孔質体又は多孔板に気体を導入
する気体導入管とを有することを特徴とする微細気泡の
発生装置。 ［４］多孔質体又は多孔板と、該多孔質体又は多孔板に
気体を導入する気体導入管とを有し、前記多孔質体又は
多孔板の少なくとも液体と接する一部分の孔径を他の部
分の孔径よりも大きくすることを特徴とする微細気泡の
発生装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る第一の実施
形態を示すもので、下水処理施設などの曝気槽１０内の
液体６中に微細気泡を生成させる場合を示したものであ
る。図１において、１は液体６中に気泡を放出する多孔
質体、２は前記多孔質体１に気泡の放出方向に対しほぼ
直角な方向に振動を付与する振動付与手段、３は前記多
孔質体１に気体を導入する気体導入管を示す。
形態を示すもので、下水処理施設などの曝気槽１０内の
液体６中に微細気泡を生成させる場合を示したものであ
る。図１において、１は液体６中に気泡を放出する多孔
質体、２は前記多孔質体１に気泡の放出方向に対しほぼ
直角な方向に振動を付与する振動付与手段、３は前記多
孔質体１に気体を導入する気体導入管を示す。
【０００８】ここで、多孔質体とは内部に微細な開気孔
を有する固体の総称であり、例えば所定の粒度の粒体を
成型金型内で部分融着或いは焼結させて成型することに
より作成したもの、あるいは樹脂等を発泡させたものを
用いることができる。また、多孔質体に振動を付与する
ことにより気泡を微細化する場合、微細化を効果的に行
うためには、前記多孔質体１の気孔の孔径は数μｍ〜３
００μｍ程度の範囲とすることが好ましい。なお、前記
多孔質体の代わりに、孔径が数μｍ〜３００μｍ程度の
範囲の小孔が多数空いた板状の多孔板を用いることもで
きる（以下、同様）。
を有する固体の総称であり、例えば所定の粒度の粒体を
成型金型内で部分融着或いは焼結させて成型することに
より作成したもの、あるいは樹脂等を発泡させたものを
用いることができる。また、多孔質体に振動を付与する
ことにより気泡を微細化する場合、微細化を効果的に行
うためには、前記多孔質体１の気孔の孔径は数μｍ〜３
００μｍ程度の範囲とすることが好ましい。なお、前記
多孔質体の代わりに、孔径が数μｍ〜３００μｍ程度の
範囲の小孔が多数空いた板状の多孔板を用いることもで
きる（以下、同様）。
【０００９】前記多孔質体の材質としては、セラミック
ス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ゴム、多孔質金属
等を用いることができる。
ス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ゴム、多孔質金属
等を用いることができる。
【００１０】前記多孔質体１に気体を導入する気体導入
管３は、多孔質体１の振動をできるだけ拘束しないよう
に、例えば硬質ゴム、フレキシブルチューブ等の伸縮可
能な継ぎ手４を介して多孔質体１に接続することが好ま
しい。なお、気体導入管３としては、例えばＳＵＳ管、
剛性のある厚肉真空用ホース等を用いることができる
が、多孔質体１の振動の拘束低減と多孔質体１の支持部
材としての効果の両立を考慮した場合、剛性のある厚肉
真空ホースを用いることが好ましい。
管３は、多孔質体１の振動をできるだけ拘束しないよう
に、例えば硬質ゴム、フレキシブルチューブ等の伸縮可
能な継ぎ手４を介して多孔質体１に接続することが好ま
しい。なお、気体導入管３としては、例えばＳＵＳ管、
剛性のある厚肉真空用ホース等を用いることができる
が、多孔質体１の振動の拘束低減と多孔質体１の支持部
材としての効果の両立を考慮した場合、剛性のある厚肉
真空ホースを用いることが好ましい。
【００１１】前記振動付与手段２としては、発生させる
振動の周波数及び振幅を任意に設定できる加振装置２ａ
と、曝気槽１０内に設けられた多孔質体１に接続され、
前記加振装置で発生させた振動を多孔質体１に伝達する
振動伝達部材２ｂとにより構成されたものを用いること
ができる。これにより、前記多孔質体１には、気泡の放
出方向に対しほぼ直角な方向の振動が付与される。な
お、曝気槽１０の外部に置かれた加振装置２ａで発生さ
せた振動を曝気槽１０内に設けられた多孔質体１に伝達
する振動伝達部材２ｂが曝気槽１０の壁或いは底面を貫
通する部分には、液体漏れ防止のためのシール部材５等
を設けることが好ましい。
振動の周波数及び振幅を任意に設定できる加振装置２ａ
と、曝気槽１０内に設けられた多孔質体１に接続され、
前記加振装置で発生させた振動を多孔質体１に伝達する
振動伝達部材２ｂとにより構成されたものを用いること
ができる。これにより、前記多孔質体１には、気泡の放
出方向に対しほぼ直角な方向の振動が付与される。な
お、曝気槽１０の外部に置かれた加振装置２ａで発生さ
せた振動を曝気槽１０内に設けられた多孔質体１に伝達
する振動伝達部材２ｂが曝気槽１０の壁或いは底面を貫
通する部分には、液体漏れ防止のためのシール部材５等
を設けることが好ましい。
【００１２】なお、前記加振装置２ａは曝気槽１０の外
部に置く構成としているが、加振装置２ａと振動伝達部
材２ｂを一体とした装置を直接前記多孔質体１に取り付
ける構成としても良い。この場合、加振装置用の電源は
内蔵した電池等を用いても良く、曝気槽１０の外部から
供給しても良い。
部に置く構成としているが、加振装置２ａと振動伝達部
材２ｂを一体とした装置を直接前記多孔質体１に取り付
ける構成としても良い。この場合、加振装置用の電源は
内蔵した電池等を用いても良く、曝気槽１０の外部から
供給しても良い。
【００１３】このような装置構成において、本発明に係
る多孔質体１から液体６中に微細気泡を生成させる微細
気泡の生成方法は、前記多孔質体１に気泡の放出方向に
対しほぼ直角な方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付
与しながら微細気泡の生成を行うものである。
る多孔質体１から液体６中に微細気泡を生成させる微細
気泡の生成方法は、前記多孔質体１に気泡の放出方向に
対しほぼ直角な方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付
与しながら微細気泡の生成を行うものである。
【００１４】多孔質体１に気泡の放出方向に対しほぼ直
角な方向に振動を与えることにより、多孔質体１から放
出される気泡はせん断力により微細化され、液体６中に
微細化された気泡が放出されることとなる。ここで、本
発明者の行った比較実験によると、気泡の微細化効果が
有効に現れるのは振動の周波数が１ｋＨｚ以下の場合で
あった。なお、振動の周波数が１ｋＨｚを超える場合
は、微細化に必要な振幅が得られず、加振装置の発生周
波数の伝達損失も大きくなるため気泡の微細化効果が得
られないものと推定される。
角な方向に振動を与えることにより、多孔質体１から放
出される気泡はせん断力により微細化され、液体６中に
微細化された気泡が放出されることとなる。ここで、本
発明者の行った比較実験によると、気泡の微細化効果が
有効に現れるのは振動の周波数が１ｋＨｚ以下の場合で
あった。なお、振動の周波数が１ｋＨｚを超える場合
は、微細化に必要な振幅が得られず、加振装置の発生周
波数の伝達損失も大きくなるため気泡の微細化効果が得
られないものと推定される。
【００１５】このように、液体６中に気泡を放出する多
孔質体を直接振動させることで気泡を微細化することに
より、従来技術に係る空気放出部から水中に放出された
気泡を含む溶液全体に超音波を照射して気泡を微細化す
る方法に比べて、振動伝達のエネルギー損失が極めて少
なく、しかも効率良く、低コストに微細気泡を生成する
ことが可能となる。
孔質体を直接振動させることで気泡を微細化することに
より、従来技術に係る空気放出部から水中に放出された
気泡を含む溶液全体に超音波を照射して気泡を微細化す
る方法に比べて、振動伝達のエネルギー損失が極めて少
なく、しかも効率良く、低コストに微細気泡を生成する
ことが可能となる。
【００１６】なお、多孔質体に付与する振動の周波数
は、微細気泡の大きさに影響を与えるため、１ｋＨｚ以
下の範囲、好ましい下限として２０Ｈｚの範囲において
目的に応じて適宜調整することが好ましい。
は、微細気泡の大きさに影響を与えるため、１ｋＨｚ以
下の範囲、好ましい下限として２０Ｈｚの範囲において
目的に応じて適宜調整することが好ましい。
【００１７】本発明に係る第二の実施形態は、多孔質体
又は多孔板と、該多孔質体又は多孔板に気体を導入する
気体導入管とを有し、前記多孔質体又は多孔板の少なく
とも液体と接する一部分の孔径を他の部分の孔径よりも
大きくしたものである。前記孔径の大きい多孔質体又は
多孔板の部分からの気泡の放出を間欠的に行わせること
により、多孔質体又は多孔板を振動させ、該振動する多
孔質体又は多孔板から放出される気泡の微細化を行うも
のである。
又は多孔板と、該多孔質体又は多孔板に気体を導入する
気体導入管とを有し、前記多孔質体又は多孔板の少なく
とも液体と接する一部分の孔径を他の部分の孔径よりも
大きくしたものである。前記孔径の大きい多孔質体又は
多孔板の部分からの気泡の放出を間欠的に行わせること
により、多孔質体又は多孔板を振動させ、該振動する多
孔質体又は多孔板から放出される気泡の微細化を行うも
のである。
【００１８】多孔質体又は多孔板の少なくとも液体と接
する一部分の孔径を他の部分の孔径よりも大きくするこ
とにより、その孔径の大きい部分の孔には周囲の水が進
入し易くなり、その進入した水を排出する抵抗が大きく
なるため、前記孔径の大きい部分からの気泡の放出が間
欠的になる。この気泡が間欠的に放出される際の振動に
より、多孔質体から放出される気泡を微細化することが
可能となる。
する一部分の孔径を他の部分の孔径よりも大きくするこ
とにより、その孔径の大きい部分の孔には周囲の水が進
入し易くなり、その進入した水を排出する抵抗が大きく
なるため、前記孔径の大きい部分からの気泡の放出が間
欠的になる。この気泡が間欠的に放出される際の振動に
より、多孔質体から放出される気泡を微細化することが
可能となる。
【００１９】これにより、上述の第一の実施形態と同様
に振動伝達のエネルギー損失が極めて少なく、しかも効
率良く、低コストに微細気泡を生成することが可能とな
る。
に振動伝達のエネルギー損失が極めて少なく、しかも効
率良く、低コストに微細気泡を生成することが可能とな
る。
【００２０】なお、下水処理施設などの曝気槽に、上述
の第一及び第二の実施形態に示した本発明を用いること
により、微細気泡生成のための消費電力の削減、及び気
泡の微細化による液体６中への溶存酸素量の増加に伴い
曝気効果が向上することで下水処理効率が向上するとい
う効果を有する。
の第一及び第二の実施形態に示した本発明を用いること
により、微細気泡生成のための消費電力の削減、及び気
泡の微細化による液体６中への溶存酸素量の増加に伴い
曝気効果が向上することで下水処理効率が向上するとい
う効果を有する。
【００２１】以上の第一及び第二の実施形態では、本発
明に係る微細気泡の生成方法および生成装置を下水処理
施設などの曝気槽に用いる場合について説明したが、本
発明に係る微細気泡の生成方法および生成装置は高粘性
流体の輸送動力低減、船舶の流体抵抗低減にも効果を有
する。
明に係る微細気泡の生成方法および生成装置を下水処理
施設などの曝気槽に用いる場合について説明したが、本
発明に係る微細気泡の生成方法および生成装置は高粘性
流体の輸送動力低減、船舶の流体抵抗低減にも効果を有
する。
【００２２】
【実施例】表１に、多孔質体に付与する振動の周波数を
変えた場合の振動付与前後における液体６中の気泡径の
減少率を測定した結果を示す。図２は、本実施例におけ
る測定に用いた装置の概略構成図であり、水槽１１内の
液体６中に微細気泡を生成させたものである。なお、図
１と同様の部分には同一の番号を付している。
変えた場合の振動付与前後における液体６中の気泡径の
減少率を測定した結果を示す。図２は、本実施例におけ
る測定に用いた装置の概略構成図であり、水槽１１内の
液体６中に微細気泡を生成させたものである。なお、図
１と同様の部分には同一の番号を付している。
【００２３】ここで、前記液体６中の気泡径は、粒度分
布計を用いて測定し、１０秒間に計測された気泡径を平
均したものである。
布計を用いて測定し、１０秒間に計測された気泡径を平
均したものである。
【００２４】表１中の気泡径減少率Ａ（％）は、振動付
与が無い場合の平均気泡径Ｂ（μｍ）、振動付与がある
場合の平均気泡径Ｃ（μｍ）を用いて次式（１）で表さ
れる値である。
与が無い場合の平均気泡径Ｂ（μｍ）、振動付与がある
場合の平均気泡径Ｃ（μｍ）を用いて次式（１）で表さ
れる値である。
【００２５】
Ａ（％）＝（Ｂ−Ｃ）／Ｂ×１００ （１）
【００２６】
【表１】
【００２７】表１に示すように、本発明範囲の実施例１
〜４において、気泡径減少率Ａが３０％以上となってお
り、気泡の微細化が図られている。それに対し、２８ｋ
Ｈｚの高周波振動を付与した比較例１〜３においては、
気泡減少率Ａはほとんど変化ないか、負（気泡径が増
加）になっており、気泡の微細化効果は見られなかっ
た。
〜４において、気泡径減少率Ａが３０％以上となってお
り、気泡の微細化が図られている。それに対し、２８ｋ
Ｈｚの高周波振動を付与した比較例１〜３においては、
気泡減少率Ａはほとんど変化ないか、負（気泡径が増
加）になっており、気泡の微細化効果は見られなかっ
た。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動伝達のエネルギー損失が少なく、しかも効率良く、さ
らに低コストで微細気泡を生成することができる微細気
泡の生成方法および生成装置が提供される。
動伝達のエネルギー損失が少なく、しかも効率良く、さ
らに低コストで微細気泡を生成することができる微細気
泡の生成方法および生成装置が提供される。
【図１】本発明に係る第一の実施形態を示す図で、下水
処理施設などの曝気槽内の液体中に微細気泡を生成させ
る場合を示した図である。
処理施設などの曝気槽内の液体中に微細気泡を生成させ
る場合を示した図である。
【図２】実施例における測定に用いた装置の概略構成図
である。
である。
１ 多孔質体
２ 振動付与手段
２ａ 加振装置
２ｂ 振動伝達部材
３ 気体導入管
４ 継ぎ手
５ シール部材
６ 液体
１０ 曝気槽
１１ 水槽
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G035 AB08 AC26 AE13 AE19
4G075 AA03 BB03 BB04 BD09 BD27
CA23 DA01 EA01 EB01 FA14
FB12
Claims (4)
- 【請求項１】気体を多孔質体又は多孔板を通じて液体中
に吹き込むことにより液体中に微細気泡を生成させる方
法であって、前記多孔質体又は多孔板に気泡の放出方向
に対しほぼ直角な方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を
付与しながら微細気泡の生成を行うことを特徴とする微
細気泡の生成方法。 - 【請求項２】気体を多孔質体又は多孔板を通じて液体中
に吹き込むことにより液体中に微細気泡を生成させる方
法であって、前記多孔質体又は多孔板の少なくとも液体
と接する一部分の孔径を他の部分の孔径よりも大きく
し、前記孔径の大きい多孔質体又は多孔板の部分からの
気泡の放出を間欠的に行わせることにより、多孔質体又
は多孔板を振動させ、該振動する多孔質体又は多孔板に
より微細気泡の生成を行うことを特徴とする微細気泡の
生成方法。 - 【請求項３】多孔質体又は多孔板と、該多孔質体又は多
孔板に気泡の放出方向に対しほぼ直角な方向に振動を付
与する振動付与手段と、前記多孔質体又は多孔板に気体
を導入する気体導入管とを有することを特徴とする微細
気泡の発生装置。 - 【請求項４】多孔質体又は多孔板と、該多孔質体又は多
孔板に気体を導入する気体導入管とを有し、前記多孔質
体又は多孔板の少なくとも液体と接する一部分の孔径を
他の部分の孔径よりも大きくすることを特徴とする微細
気泡の発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001288860A JP2003093858A (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 微細気泡の生成方法および生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001288860A JP2003093858A (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 微細気泡の生成方法および生成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003093858A true JP2003093858A (ja) | 2003-04-02 |
Family
ID=19111434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001288860A Pending JP2003093858A (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 微細気泡の生成方法および生成装置 |
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