JP2006231304A - Method and apparatus for generating microbubble - Google Patents

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雅治 臼田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of generating microbubbles that can steadily generate microbubbles having small diameters and less variation in the diameter, and an apparatus for generating microbubbles. <P>SOLUTION: The apparatus A for generating microbubbles has a device 10 for supplying a gas mixture liquid such as an aspirator and a pump device, a tube body 2 through which the gas mixture liquid flows, an ultrasonic vibration generater 3, and a plurality of mesh plates 4 disposed inside the tube body 2. When the gas mixture liquid which is prepared by mixing liquid with gas is made to pass through the porous body 4, ultrasonic vibrations are imparted to the porous body 4 to generate microbubbles. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液体中に微細な気泡(以下、マイクロバブルという)を発生させるためのマイクロバブル発生方法およびマイクロバブル発生装置に関するものである。   The present invention relates to a microbubble generating method and a microbubble generating device for generating fine bubbles (hereinafter referred to as microbubbles) in a liquid.

美顔器、浄水器、洗濯機、洗浄器などとして、マイクロバブル発生装置を備えた機器が提案されており、かかるマイクロバブル発生装置として利用可能な装置としては、例えば、槽内に溜めた液体中に多孔質体を介して気体を吹き出す際、当該多孔質体に超音波振動を与えることにより、マイクロバブルを発生させる構造のものが案出されている(特許文献1)。
特開2003−93858号公報
Devices equipped with microbubble generators have been proposed as facial instruments, water purifiers, washing machines, washing machines, etc., and as devices that can be used as such microbubble generators, for example, in liquid stored in a tank When a gas is blown through a porous body, a structure has been devised in which microbubbles are generated by applying ultrasonic vibration to the porous body (Patent Document 1).
JP 2003-93858 A

しかしながら、特許文献1に記載のマイクロバブル発生装置では、多孔質体を通じて液体中に気体を吹き込む際、多孔質体に超音波振動を付与して気泡を圧潰して放出する方法であるため、マイクロバブルの径が大きく、かつ、その径のばらつきが大きいという問題点がある。   However, in the microbubble generator described in Patent Document 1, when a gas is blown into the liquid through the porous body, it is a method of applying ultrasonic vibration to the porous body to crush and release the bubbles. There is a problem that the diameter of the bubble is large and the variation in the diameter is large.

以上の問題を鑑みて、本発明の課題は、径が小さく、かつ、径のばらつきが小さいマイクロバブルを定常的に発生可能なマイクロバブル発生方法、およびマイクロバブル発生装置を提案することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to propose a microbubble generating method and a microbubble generating apparatus capable of regularly generating microbubbles having a small diameter and a small variation in diameter.

上記課題を解決するために、本発明に係るマイクロバブル発生方法では、液体に気体を混合した気体混合液を多孔質体に通すとともに、該多孔質体に超音波振動を付与することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the microbubble generation method according to the present invention is characterized in that a gas mixture obtained by mixing a gas with a liquid is passed through the porous body and ultrasonic vibration is applied to the porous body. To do.

本発明では、多孔質体を通じて液体中に気体を吹き込む際、多孔質体に超音波振動を付与して気泡を圧潰する方法と違って、液体に気体を混合した気体混合液を多孔質体に通す際、多孔質体に超音波振動を付与してマイクロバブルを発生させるため、径が小さく、かつ、径のばらつきが小さいマイクロバブルを発生させることができる。その理由は、液体に気体を予め混合しておき、かつ、気体混合液を多孔質体に定常的に通しながら、超音波振動を付与してマイクロバブルを発生させるため、マイクロバブルの発生状態が定常状態に保たれるので、気体混合液から発生するマイクロバブルの径が小さく、かつ、径のばらつきが小さいものと考えられる。また、超音波振動は、多孔質体だけでなく、その周辺の液体をも超音波振動させるので、多孔質体を通過する際だけなく、その前後でも気泡が圧潰されるためと考えられる。さらに、気泡に直接、超音波振動を付与するのではなく、液体に混合した気体に超音波振動を付与するため、液体を介して気体に均等に超音波振動が付与されるためと考えられる。   In the present invention, when a gas is blown into a liquid through the porous body, unlike a method of crushing bubbles by applying ultrasonic vibration to the porous body, a gas mixed liquid in which a gas is mixed with the liquid is formed into the porous body. When passing, since the microbubbles are generated by applying ultrasonic vibration to the porous body, the microbubbles having a small diameter and a small variation in the diameter can be generated. The reason for this is that microbubbles are generated by applying ultrasonic vibrations while gas is mixed with the liquid in advance and the gas mixture is constantly passed through the porous body. Since it is maintained in a steady state, it is considered that the diameter of the microbubbles generated from the gas mixture is small and the variation in diameter is small. In addition, since the ultrasonic vibration causes not only the porous body but also the surrounding liquid to be ultrasonically vibrated, it is considered that the bubbles are crushed not only when passing through the porous body but also before and after that. Further, it is considered that the ultrasonic vibration is equally applied to the gas through the liquid because the ultrasonic vibration is applied to the gas mixed with the liquid, instead of directly applying the ultrasonic vibration to the bubbles.

本発明のマイクロバブル発生装置は、液体に気体を混合した気体混合液が内部を通過する管体と、該管体内に固定され、前記気体混合液が通過する多孔質体と、該多孔質体に超音波振動を付与する超音波振動発生装置とを有することを特徴とする。   The microbubble generator according to the present invention includes a tubular body through which a gas mixed liquid obtained by mixing a gas with a liquid passes, a porous body that is fixed in the tubular body and through which the gas mixed liquid passes, and the porous body And an ultrasonic vibration generating device for applying ultrasonic vibration to the head.

本発明において、前記超音波振動発生装置は、前記管体のうち、前記多孔質体が固定されている部分より上流側において、当該多孔質体が固定されている部分に対して同軸状に固定されていることが好ましい。このように構成すると、マイクロバブル発生装置の小型化を図ることができる。   In the present invention, the ultrasonic vibration generator is fixed coaxially to the portion where the porous body is fixed on the upstream side of the portion where the porous body is fixed. It is preferable that If comprised in this way, size reduction of a microbubble generator can be achieved.

本発明において、前記多孔質体が、前記管体においてL字部分を構成する第1の管部および第2の管部のうち、下流側に位置する前記第2の管部に配置されている場合、前記超音波振動発生装置は、前記L字部分とT字形状を構成するように前記管体の屈曲部分に対して前記第2の管部と同軸状に固定されている構成を採用することができる。   In this invention, the said porous body is arrange | positioned in the said 2nd pipe part located downstream among the 1st pipe part and 2nd pipe part which comprise an L-shaped part in the said pipe body. In this case, the ultrasonic vibration generator employs a configuration in which the L-shaped portion and the bent portion of the tubular body are fixed coaxially with the second tube portion so as to form the L-shaped portion and the T-shape. be able to.

本発明において、前記多孔質体が、前記管体のストレート部分に配置されている場合、前記超音波振動発生装置は、当該ストレート部分における前記超音波振動発生装置の上流側に、内側が流路とされる環形状をもって前記ストレート部分に同軸状に固定されている構成を採用することができる。   In the present invention, when the porous body is disposed in the straight portion of the tubular body, the ultrasonic vibration generating device is located upstream of the ultrasonic vibration generating device in the straight portion, and the inner side is a flow path. It is possible to adopt a configuration in which the ring shape is fixed coaxially to the straight portion.

本発明において、前記多孔質体は、前記気体混合液の流下方向に沿って多段に取り付けられていることが好ましい。このように構成すると、前段の多孔質体で発生したマイクロバブルを後段の多孔質体でさらに細かくでき、かつ、その径を揃えることができる。   In the present invention, the porous body is preferably attached in multiple stages along the flow-down direction of the gas mixture. If comprised in this way, the microbubble produced | generated by the porous body of the front | former stage can be made finer by the porous body of a back | latter stage, and the diameter can be arrange | equalized.

本発明において、前記多孔質体は、外周部分が両側から管部材に挟持されて当該管体内の途中位置に固定されていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the porous body is fixed at an intermediate position in the tubular body with the outer peripheral portion being sandwiched by the tubular member from both sides.

本発明のマイクロバブル発生方法およびマイクロバブル発生装置では、多孔質体を通じて液体中に気体を吹き込む際、多孔質体に超音波振動を付与して気泡を圧潰する方法と違って、液体に気体を混合した気体混合液を多孔質体に通す際、多孔質体に超音波振動を付与してマイクロバブルを発生させるため、径が小さく、かつ、径のばらつきが小さいマイクロバブルを発生させることができる。   In the microbubble generating method and the microbubble generating device of the present invention, when a gas is blown into the liquid through the porous body, unlike the method in which bubbles are crushed by applying ultrasonic vibration to the porous body, the gas is injected into the liquid. When the mixed gas mixture is passed through the porous body, the microbubbles are generated by applying ultrasonic vibration to the porous body. Therefore, it is possible to generate microbubbles having a small diameter and a small variation in diameter. .

以下に、図面を参照して、本発明を適用したマイクロバブル発生装置の一例を説明する。   Hereinafter, an example of a microbubble generator to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係るマイクロバブル発生装置の概略断面図である。図1に示すように、本形態のマイクロバブル発生装置1は、液体に気体を混合して気体混合液として供給する気体混合液供給装置10と、気体混合液が流れるL字形の管体2と、超音波振動発生装置3と、管体2の内部に配置された複数枚のメッシュ板4(多孔質体)とを有している。管体2の端部21、22はそれぞれ、外部との接続部となっており、端部21は、アスピレータやポンプ装置などの気体混合液供給装置10と接続され、気体混合液供給装置10から供給された気体混合液は、管体2の内部を端部22に向かって流れる。
[Embodiment 1]
(overall structure)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a microbubble generator according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the microbubble generator 1 of the present embodiment includes a gas mixture supply device 10 that mixes a gas with a liquid and supplies the mixture as a gas mixture, and an L-shaped tube 2 through which the gas mixture flows. And an ultrasonic vibration generator 3 and a plurality of mesh plates 4 (porous bodies) disposed inside the tube body 2. The end portions 21 and 22 of the tube body 2 are respectively connected to the outside, and the end portion 21 is connected to a gas mixture supply device 10 such as an aspirator or a pump device. The supplied gas mixture flows in the tube body 2 toward the end 22.

管体2では、第1の管部210と第2の管部220とが直角に折れ曲がってL字部分20を構成しており、第1の管部210および第2の管部220のうち、下流側に位置する第2の管部220に複数枚のメッシュ板4が固定されている。   In the tube body 2, the first tube portion 210 and the second tube portion 220 are bent at a right angle to form the L-shaped portion 20. Of the first tube portion 210 and the second tube portion 220, A plurality of mesh plates 4 are fixed to the second pipe portion 220 located on the downstream side.

メッシュ板4は、金属製の硬質多孔質体であり、気体混合液の流下方向に沿って3枚取り付けられた3段構成となっている。メッシュ板4は、管体2の内径よりも大きな外径を備えている。管体2において、第2の管部220は3本の管部材26、27、28を連結することによって構成されており、これらの管部材26、27、28を連結する際に、それぞれの間にメッシュ板4の外周側を挟み込むことにより、メッシュ板4は管体2の内部に固定される。なお、管部材26、27、28の間はそれぞれ、ゴムパッキン9によってシールされている。ここで、メッシュ板4のメッシュ径は、液体の粘度、発生させたい気泡の径などによって適宜に設定される。   The mesh plate 4 is a metal hard porous body and has a three-stage configuration in which three mesh plates are attached along the flow direction of the gas mixture. The mesh plate 4 has an outer diameter larger than the inner diameter of the tube body 2. In the pipe body 2, the second pipe portion 220 is configured by connecting three pipe members 26, 27, and 28. The mesh plate 4 is fixed to the inside of the tube body 2 by sandwiching the outer peripheral side of the mesh plate 4. Note that the space between the pipe members 26, 27, and 28 is sealed by the rubber packing 9. Here, the mesh diameter of the mesh plate 4 is appropriately set according to the viscosity of the liquid, the diameter of bubbles to be generated, and the like.

また、本形態のマイクロバブル発生装置1では、管体2のL字部分20とT字形状を構成するように管体2の屈曲部分に対して、丸棒状の超音波振動発生装置3が固定され、超音波振動発生装置3は、第2の管部220と同軸状に固定された状態にある。超音波振動発生装置3としては、超音波洗浄装置などで使用されている周知のものを使用できるので、その詳細な説明は省略するが、圧電セラミック振動子6、およびこの圧電素子6を挟持する一対の電極7a、7bを備えている。なお、超音波振動発生装置3は、その端面31にネジ穴311が形成されているので、管体2の端面201から突出している固定用ネジ軸8によって、超音波振動発生装置3を管体2に固定することができる。   In the microbubble generator 1 of this embodiment, the round bar-shaped ultrasonic vibration generator 3 is fixed to the bent portion of the tube body 2 so as to form a T-shape with the L-shaped portion 20 of the tube body 2. The ultrasonic vibration generating device 3 is in a state of being fixed coaxially with the second tube portion 220. As the ultrasonic vibration generating device 3, a well-known device used in an ultrasonic cleaning device or the like can be used, and a detailed description thereof is omitted, but the piezoelectric ceramic vibrator 6 and the piezoelectric element 6 are sandwiched. A pair of electrodes 7a and 7b is provided. In addition, since the screw hole 311 is formed in the end surface 31 of the ultrasonic vibration generator 3, the ultrasonic vibration generator 3 is connected to the tube body by the fixing screw shaft 8 protruding from the end surface 201 of the tube body 2. 2 can be fixed.

このような超音波振動発生装置3では、端面31の面外方向に平行に振動する超音波を発振する。その振動方向を矢印Cで示してある。従って、超音波振動発生装置3から発振される超音波振動の振動方向Cは、気体混合液の流下方向と平行であり、メッシュ板4に対して垂直、すなわち、メッシュ板4における気体混合液の通過方向と平行である。ここで、超音波振動発生装置3から発振される超音波振動の周波数は、液体の粘度、発生させたい気泡の径などにもよるが、20Hz〜1MHzの範囲に設定される。   Such an ultrasonic vibration generator 3 oscillates ultrasonic waves that vibrate parallel to the out-of-plane direction of the end face 31. The vibration direction is indicated by an arrow C. Therefore, the vibration direction C of the ultrasonic vibration oscillated from the ultrasonic vibration generator 3 is parallel to the flow direction of the gas mixture and is perpendicular to the mesh plate 4, that is, the gas mixture on the mesh plate 4. Parallel to the passing direction. Here, the frequency of the ultrasonic vibration oscillated from the ultrasonic vibration generator 3 is set in the range of 20 Hz to 1 MHz, although it depends on the viscosity of the liquid and the diameter of the bubble to be generated.

(マイクロバブル発生動作)
このように構成したマイクロバブル発生装置1では、管体2に気体混合液が供給されている状態において、超音波振動発生装置3を駆動して超音波振動を発振すると、超音波振動は、管体2を介して伝達され、メッシュ板4に超音波振動が付与される。また、管体2を流れる気体混合液中にも超音波振動が付与される。その結果、3段構成のメッシュ板4の下流側には、マイクロバブルが発生し、マイクロバブルを含む液体が放出されることになる。
(Micro bubble generation operation)
In the microbubble generator 1 configured as described above, when the ultrasonic vibration generator 3 is driven to oscillate ultrasonic vibration while the gas mixture is supplied to the tube body 2, the ultrasonic vibration is The vibration is transmitted through the body 2 and ultrasonic vibration is applied to the mesh plate 4. Further, ultrasonic vibration is also given to the gas mixture flowing in the tube body 2. As a result, micro bubbles are generated on the downstream side of the mesh plate 4 having a three-stage structure, and the liquid containing the micro bubbles is discharged.

(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態のマイクロバブル発生方法およびマイクロバブル発生装置1では、液体に気体を混合した気体混合液を多孔質体4に通す際、多孔質体4に超音波振動を付与してマイクロバブルを発生させる。従って、多孔質体を通じて液体中に気体を吹き込む際、多孔質体に超音波振動を付与して気泡を圧潰する方法と違って、液体に気体を混合した気体混合液を多孔質体4に通す際、多孔質体4に超音波振動を付与するため、径が小さく、かつ、径のばらつきが小さいマイクロバブルを発生させることができる。
(Main effects of this form)
As described above, in the microbubble generating method and the microbubble generating device 1 according to the present embodiment, when a gas mixed liquid obtained by mixing a gas with a liquid is passed through the porous body 4, ultrasonic vibration is applied to the porous body 4. To generate microbubbles. Therefore, when a gas is blown into the liquid through the porous body, unlike the method in which the ultrasonic vibration is applied to the porous body to crush the bubbles, the gas mixture obtained by mixing the gas with the liquid is passed through the porous body 4. At this time, since the ultrasonic vibration is applied to the porous body 4, microbubbles having a small diameter and a small variation in diameter can be generated.

その理由は、液体に気体を予め混合しておき、かつ、気体混合液を多孔質体4に定常的に通しながら、超音波振動を付与してマイクロバブルを発生させるため、気体混合液から発生するマイクロバブルの径が小さく、かつ、径のばらつきが小さいものと考えられる。また、超音波振動は、多孔質体4だけでなく、その周辺の液体をも超音波振動させるので、多孔質体4を通過する際だけなく、その周辺でも気泡が圧潰されるためと考えられる。さらに、気泡に直接、超音波振動を付与するのではなく、液体に混合した気体に超音波振動を付与するため、液体を介して気体に均等に超音波振動が付与されるためと考えられる。   The reason is that gas is mixed with the liquid in advance, and the microbubbles are generated by applying ultrasonic vibration while constantly passing the gas mixture through the porous body 4. It is considered that the diameter of the microbubbles is small and the variation in diameter is small. In addition, since the ultrasonic vibration causes not only the porous body 4 but also the surrounding liquid to be ultrasonically vibrated, it is considered that bubbles are crushed not only when passing through the porous body 4 but also around the porous body 4. . Further, it is considered that the ultrasonic vibration is equally applied to the gas through the liquid because the ultrasonic vibration is applied to the gas mixed with the liquid, instead of directly applying the ultrasonic vibration to the bubbles.

また、本形態のマイクロバブル発生装置1において、超音波振動発生装置3は、管体2のうち、多孔質体4が固定されている部分より上流側において、多孔質体4が固定されている部分に対して同軸状に固定されている。このため、マイクロバブル発生装置1の小型化を図ることができる。   Moreover, in the microbubble generator 1 of this embodiment, the ultrasonic vibration generator 3 has the porous body 4 fixed on the upstream side of the portion of the tubular body 2 where the porous body 4 is fixed. It is fixed coaxially to the part. For this reason, size reduction of the microbubble generator 1 can be achieved.

さらに、本形態のマイクロバブル発生装置1では、3枚の多孔質体4が気体混合液の流下方向に沿って多段に取り付けられているため、前段の多孔質体4で発生したマイクロバブルを後段の多孔質体4でさらに細かくでき、かつ、その径を揃えることができる。   Furthermore, in the microbubble generator 1 of this embodiment, since the three porous bodies 4 are attached in multiple stages along the flow-down direction of the gas mixed liquid, the microbubbles generated in the porous body 4 in the preceding stage are separated from the latter stage. The porous body 4 can be made finer and the diameters thereof can be made uniform.

[実施の形態2]
図2は、本発明の実施の形態2に係るマイクロバブル発生装置の概略断面図である。なお、本形態のマイクロバブル発生装置は、基本的な構成が実施の形態1と共通しているので、対応する機能を有する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。図2において、本形態のマイクロバブル発生装置1Aは、アスピレータやポンプ装置などの気体混合液供給装置10と、気体混合液が流れる管体2Aと、超音波振動発生装置3Aと、管体2の内部に配置された複数枚のメッシュ板4(硬質の多孔質体)とを有している。
[Embodiment 2]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a microbubble generator according to Embodiment 2 of the present invention. Since the basic configuration of the microbubble generator of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, the same reference numerals are given to portions having corresponding functions, and description thereof is omitted. In FIG. 2, the microbubble generator 1 </ b> A of this embodiment includes a gas mixture supply device 10 such as an aspirator or a pump device, a tube body 2 </ b> A through which the gas mixture flows, an ultrasonic vibration generator 3 </ b> A, and a tube body 2. It has a plurality of mesh plates 4 (hard porous body) arranged inside.

本形態では、管体2Aとして、ストレート構造のものを採用しており、気体混合液の流下方向に向かって、第1の管部材23、第2の管部材24、第3の管部材26、第4の管部材27、第5の管部材28がこの順番に接続されている。第1の管部材23と第2の管部材24とは、接続管25によって繋がれている。3枚のメッシュ板4はそれぞれ、第2の管部材24から第5の管部材28までのそれぞれの間に配置され、本形態も3段構成となっている。   In this embodiment, a straight structure is adopted as the tubular body 2A, and the first tubular member 23, the second tubular member 24, the third tubular member 26, The fourth pipe member 27 and the fifth pipe member 28 are connected in this order. The first tube member 23 and the second tube member 24 are connected by a connection tube 25. The three mesh plates 4 are respectively disposed between the second tube member 24 and the fifth tube member 28, and this embodiment also has a three-stage configuration.

本形態において、超音波振動発生装置3Aは、内側が流路とされる環状に構成されており、軸線方向に平行に振動する超音波を発生させる。その振動方向を矢印Dで示してある。超音波振動発生装置3Aは、第1の管部材23と第2の管部材24との間で接続管25の外周面を取り囲むように固定されており、多孔質体4が固定されている部分に対して同軸状に固定された状態にある。従って、超音波振動発生装置3Aから発振される超音波振動の振動方向Dは、気体混合液の流下方向と平行であり、メッシュ板4に対して垂直、すなわち、メッシュ板4における気体混合液の通過方向と平行である。   In this embodiment, the ultrasonic vibration generating device 3A is configured in an annular shape having a flow path on the inside, and generates ultrasonic waves that vibrate parallel to the axial direction. The vibration direction is indicated by an arrow D. The ultrasonic vibration generator 3A is fixed so as to surround the outer peripheral surface of the connection pipe 25 between the first pipe member 23 and the second pipe member 24, and the portion to which the porous body 4 is fixed It is in the state fixed to the same axis to. Accordingly, the vibration direction D of the ultrasonic vibration oscillated from the ultrasonic vibration generator 3A is parallel to the flow direction of the gas mixture and is perpendicular to the mesh plate 4, that is, the gas mixture on the mesh plate 4 Parallel to the passing direction.

このように構成したマイクロバブル発生装置1Aにおいても、そのマイクロバブル発生方法は、実施の形態1と同様、液体に気体を混合した気体混合液を多孔質体4に通す際、多孔質体4に超音波振動を付与してマイクロバブルを発生させる。従って、多孔質体を通じて液体中に気体を吹き込む際、多孔質体に超音波振動を付与して気泡を圧潰する方法と違って、径が小さく、かつ、径のばらつきが小さいマイクロバブルを発生させることができる。   Also in the microbubble generating device 1A configured as described above, the microbubble generating method is similar to the first embodiment when the gas mixture is mixed with the liquid when passing through the porous body 4. Microbubbles are generated by applying ultrasonic vibration. Therefore, when a gas is blown into a liquid through the porous body, unlike the method of crushing bubbles by applying ultrasonic vibration to the porous body, microbubbles having a small diameter and a small variation in diameter are generated. be able to.

また、本形態のマイクロバブル発生装置1において、超音波振動発生装置3は、管体2のうち、多孔質体4が固定されている部分より上流側において、多孔質体4が固定されている部分に対して同軸状に固定されているため、マイクロバブル発生装置1の小型化を図ることができる。また、本形態のマイクロバブル発生装置1では、3枚の多孔質体4が気体混合液の流下方向に沿って多段に取り付けられているため、前段の多孔質体4で発生したマイクロバブルを後段の多孔質体4でさらに細かくでき、かつ、その径を揃えることができるなど、実施の形態1と同様な効果を奏する。   Moreover, in the microbubble generator 1 of this embodiment, the ultrasonic vibration generator 3 has the porous body 4 fixed on the upstream side of the portion of the tubular body 2 where the porous body 4 is fixed. Since it is fixed coaxially to the portion, the microbubble generator 1 can be reduced in size. Moreover, in the microbubble generator 1 of this embodiment, since the three porous bodies 4 are attached in multiple stages along the flow-down direction of the gas mixture, the microbubbles generated in the preceding porous body 4 are removed from the rear stage. The porous body 4 can be made finer and the diameters thereof can be made uniform, and the same effects as in the first embodiment can be obtained.

さらに、本形態のマイクロバブル発生装置1Aは、実施の形態1に比べて、組み立てが簡単であるので、量産に向いている。しかも、長さ方向の寸法を200mm程度に抑えることができるなど、かなり小型に構成できる。   Furthermore, since the microbubble generator 1A of this embodiment is easier to assemble than the first embodiment, it is suitable for mass production. In addition, the size in the length direction can be suppressed to about 200 mm, and the configuration can be made quite small.

[その他の実施の形態]
上記形態では、メッシュ板4は3段構成であったが、発生させたいマイクロバブルの径などに応じて、1段、2段、あるいは4段以上にすることも可能である。また、メッシュ板4の代わりに、多数の孔が開いている多孔性の焼結板などを用いることも可能である。さらに、マイクロバブル発生装置1、1Aを複数接続し、下流側に位置する装置の振動周波数を順次に上げていけば、一層微細なマイクロバブル、具体的には気泡径がマイクロ以下の気泡を発生させることが可能になる。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the mesh plate 4 has a three-stage configuration. However, the mesh plate 4 may have one, two, or four or more stages depending on the diameter of the microbubbles to be generated. Further, instead of the mesh plate 4, a porous sintered plate having a large number of holes can be used. Furthermore, if a plurality of microbubble generators 1 and 1A are connected and the vibration frequency of the devices located on the downstream side is increased sequentially, even finer microbubbles, specifically bubbles with a microbubble diameter or less, are generated. It becomes possible to make it.

[マイクロバブルの径および分布量の計測システム]
上述したマイクロバブル発生装置1、1Aから発生されるマイクロバブルの径および分布量は、例えば、以下に述べる計測システムにより計測できる。
[Measurement system for microbubble diameter and distribution]
The diameter and distribution amount of the microbubbles generated from the microbubble generators 1 and 1A described above can be measured by, for example, a measurement system described below.

この計測システムは、マイクロバブルに、当該バブルが圧壊しない程度の超音波を与えると、その周波数域に応じた径のマイクロバブルが共振するという特性に着目したものであり、共振周波数をf、気体の定圧比熱と定積比熱の比をκ(酸素や窒素では約1.4の定数)、液体にかかる圧力をP、液体の比重をρとすると、マイクロバブル(気泡)の半径rは、下式
r=1/2πf√(3κP/ρ)
で示すことができる(Minnaertの式)。
This measurement system pays attention to the characteristic that when an ultrasonic wave is applied to a microbubble so that the bubble does not collapse, the microbubble having a diameter corresponding to the frequency range resonates. If the ratio between the constant pressure specific heat and the constant volume specific heat is κ (a constant of about 1.4 for oxygen and nitrogen), the pressure applied to the liquid is P, and the specific gravity of the liquid is ρ, the radius r of the microbubble (bubble) is Formula r = 1 / 2πf√ (3κP / ρ)
(Minnaert's formula).

この式からも分かるように、径が大きい気泡は低い周波数域において共振し、径が小さい気泡は高い周波数域において共振する。また、共振した音域(周波数域)の音圧をFFT(高速フーリエ変換)解析することにより、気泡量を求めることができる。従って、周波数毎の音圧の変化を捉えることができれば、そこからマイクロバブルの径および分布量を求めることができる。   As can be seen from this equation, bubbles having a large diameter resonate in a low frequency range, and bubbles having a small diameter resonate in a high frequency range. Further, the amount of bubbles can be obtained by performing FFT (Fast Fourier Transform) analysis on the sound pressure in the resonated sound range (frequency range). Therefore, if the change in the sound pressure for each frequency can be captured, the diameter and distribution amount of the microbubbles can be obtained therefrom.

図3は、かかる理論を基に構成した計測システムを示す概略ブロック図である。この図に示すように、本形態の計測システム100は、パーソナルコンピュータからなる制御装置101を中心に構成されている。槽10に溜めた液体中には、マイクロバブル発生装置1、1Aが配置されており、ここから発生するマイクロバブルを挟むようにして、発振子102および受信子103が配置されている。発振子102は、パーソナルコンピュータ101の出力側に、発振機104および出力アンプ105を介して接続されている。また、受信子103は、パーソナルコンピュータ101の入力側に、入力アンプ106およびFFTアナライザー107を介して接続されている。また、パーソナルコンピュータ101の入力側には圧力センサ108が接続されている。この圧力センサ108は、槽10内の液体にかかる圧力(P)を補正するためのものである。   FIG. 3 is a schematic block diagram showing a measurement system configured based on this theory. As shown in this figure, the measurement system 100 according to the present embodiment is mainly configured by a control device 101 composed of a personal computer. In the liquid stored in the tank 10, microbubble generators 1 and 1A are arranged, and an oscillator 102 and a receiver 103 are arranged so as to sandwich microbubbles generated therefrom. The oscillator 102 is connected to the output side of the personal computer 101 via an oscillator 104 and an output amplifier 105. The receiver 103 is connected to the input side of the personal computer 101 via an input amplifier 106 and an FFT analyzer 107. A pressure sensor 108 is connected to the input side of the personal computer 101. The pressure sensor 108 is for correcting the pressure (P) applied to the liquid in the tank 10.

このように構成した計測システム100では、パーソナルコンピュータ101により発振機104を操作して、発振子102から発振される超音波振動の周波数域の設定を行う。その周波数域は、マイクロバブルが圧壊しない程度の例えば、500kHz〜2MHzの間に設定され、信号は出力アンプ105を介して発振子102に出力される。発振子102から発振され、液体中を伝播して受信子103に到達する超音波振動は、入力アンプ106を介してFFTアナライザー107に入力され、ここで解析が行われる。そのデータはパーソナルコンピュータ101に入力される。また、受信子103に到達する超音波振動において出力周波数以外の入力周波数は、フィルタリング処理が行われ、パーソナルコンピュータ101でデータとして処理される。   In the measurement system 100 configured as described above, the personal computer 101 operates the oscillator 104 to set the frequency range of ultrasonic vibration oscillated from the oscillator 102. The frequency range is set, for example, between 500 kHz and 2 MHz so that the microbubbles are not crushed, and the signal is output to the oscillator 102 via the output amplifier 105. The ultrasonic vibration that is oscillated from the oscillator 102 and propagates in the liquid and reaches the receiver 103 is input to the FFT analyzer 107 via the input amplifier 106, where it is analyzed. The data is input to the personal computer 101. In addition, an input frequency other than the output frequency in the ultrasonic vibration reaching the receiver 103 is subjected to filtering processing and processed as data by the personal computer 101.

パーソナルコンピュータ101に収集されたデータからは、超音波振動の周波数と強度(音圧)の関係を得ることができるので、ここから、気泡の半径と、当該気泡の分布量を求めることができる。   Since the relationship between the frequency and intensity (sound pressure) of ultrasonic vibration can be obtained from the data collected by the personal computer 101, the radius of the bubble and the distribution amount of the bubble can be obtained therefrom.

すなわち、気泡の半径と、当該気泡の分布量を求めるに当たっては、まず、マイクロバブル発生装置1、1Aを停止した状態のマイクロバブルが発生していない状態で計測を行い、図4(a)に示すような静的データを取る。   That is, in obtaining the bubble radius and the distribution amount of the bubble, first, measurement is performed in a state where the microbubbles in the state where the microbubble generators 1 and 1A are stopped are not generated, and FIG. Take static data as shown.

次に、マイクロバブル発生装置1、1Aを駆動して、マイクロバブルを発生させた状態で計測を行い、図4(b)に示すような動的データを取る。   Next, the microbubble generators 1 and 1A are driven to perform measurement in a state where the microbubbles are generated, and dynamic data as shown in FIG.

次に、動的データと静的データの差分演算を行い、図4(c)に示すような差分データを得る。この差分データからは、槽10の液中に、740kHz〜1100kHzの間で共振する半径(r)のマイクロバブル(気泡)が数多く存在していることが分かる。なお、マイクロバブルの半径(r)は、上記の式から簡単に求めることができる。また、強度(音圧)からは気泡量を求めることができる。   Next, the difference calculation between the dynamic data and the static data is performed to obtain the difference data as shown in FIG. From this difference data, it can be seen that there are many microbubbles (bubbles) having a radius (r) resonating between 740 kHz and 1100 kHz in the liquid in the tank 10. The radius (r) of the microbubble can be easily obtained from the above formula. The amount of bubbles can be obtained from the intensity (sound pressure).

以上説明したように、本形態の計測システム100では、マイクロバブルの径および分布量を正確かつ簡単に計測できる。よって、本形態によれば、従来、それほど行われていなかったマイクロバブルの径および分布量の計測を正確かつ簡単に行うことができるので、マイクロバブル計測への利用の拡大を図ることができるとともに、コストパフォーマンスに優れた廉価なシステムを構築することができる。   As described above, in the measurement system 100 of this embodiment, the diameter and distribution amount of microbubbles can be accurately and easily measured. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to accurately and easily perform the measurement of the diameter and distribution amount of microbubbles, which has not been performed so much in the past, and thus it is possible to expand the use for microbubble measurement. It is possible to construct an inexpensive system with excellent cost performance.

本発明の実施の形態1に係るマイクロバブル発生装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the microbubble generator which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るマイクロバブル発生装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the microbubble generator which concerns on Embodiment 2 of this invention. マイクロバブルの径および分布量を計測するための計測システムを示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the measuring system for measuring the diameter and distribution amount of a microbubble. (a)ないし(c)は、図3に示す計測システムでの計測結果を示す図である。(a) thru | or (c) is a figure which shows the measurement result in the measurement system shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A マイクロバブル発生装置
2、2A 管体
3、3A 超音波振動発生装置
4 メッシュ板(多孔質体)
10 気体混合液供給装置
1, 1A Microbubble generator 2, 2A Tube 3, 3A Ultrasonic vibration generator 4 Mesh plate (porous body)
10 Gas mixture supply device

Claims (7)

液体に気体を混合した気体混合液を多孔質体に通すとともに、該多孔質体に超音波振動を付与することを特徴とするマイクロバブル発生方法。   A method for generating microbubbles, comprising passing a gas mixture obtained by mixing a gas into a liquid through a porous body and applying ultrasonic vibration to the porous body. 液体に気体を混合した気体混合液が内部を通過する管体と、該管体内に固定され、前記気体混合液が通過する多孔質体と、該多孔質体に超音波振動を付与する超音波振動発生装置とを有することを特徴とするマイクロバブル発生装置。   A tubular body through which a gas mixture obtained by mixing a gas with a liquid passes, a porous body that is fixed in the tubular body and through which the gaseous mixture passes, and an ultrasonic wave that imparts ultrasonic vibrations to the porous body A microbubble generator comprising a vibration generator. 請求項2において、前記超音波振動発生装置は、前記管体のうち、前記多孔質体が固定されている部分より上流側において、当該多孔質体が固定されている部分に対して同軸状に固定されていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。   3. The ultrasonic vibration generating device according to claim 2, wherein the ultrasonic vibration generator is coaxial with respect to a portion where the porous body is fixed on an upstream side of the portion where the porous body is fixed. A microbubble generator characterized by being fixed. 請求項3において、前記多孔質体は、前記管体においてL字部分を構成する第1の管部および第2の管部のうち、下流側に位置する前記第2の管部に配置され、
前記超音波振動発生装置は、前記L字部分とT字形状を構成するように前記管体の屈曲部分に対して前記第2の管部と同軸状に固定されていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
In Claim 3, the said porous body is arrange | positioned in the said 2nd pipe part located in the downstream among the 1st pipe part and 2nd pipe part which comprise an L-shaped part in the said pipe body,
The ultrasonic vibration generator is fixed to the bent portion of the tube coaxially with the second tube portion so as to form the L-shaped portion and the T-shape. Bubble generator.
請求項3において、前記多孔質体は、前記管体のストレート部分に配置され、
前記超音波振動発生装置は、当該ストレート部分における前記超音波振動発生装置の上流側に、内側が流路とされる環形状をもって前記ストレート部分に同軸状に固定されていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
The porous body according to claim 3, wherein the porous body is disposed on a straight portion of the tubular body.
The ultrasonic vibration generating device is coaxially fixed to the straight portion with an annular shape having a flow path on the inner side of the straight portion upstream of the ultrasonic vibration generating device. Bubble generator.
請求項2ないし5のいずれかにおいて、前記多孔質体は、前記気体混合液の流下方向に沿って多段に取り付けられていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。   6. The microbubble generator according to claim 2, wherein the porous body is attached in multiple stages along a flow-down direction of the gas mixture. 請求項2ないし6のいずれかにおいて、前記多孔質体は、外周部分が両側から管部材に挟持されて前記管体内の途中位置に固定されていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。   7. The microbubble generator according to any one of claims 2 to 6, wherein the porous body has an outer peripheral portion sandwiched between pipe members from both sides and fixed at an intermediate position in the pipe body.
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