JP2006272096A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で効率的に微細気泡を発生させることができ、装置を大型化しなくても大量の微細気泡の発生が可能となる。
【解決手段】 液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置１である。気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段２を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関するものである。

従来から、液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置が特許文献１などにより知られている。

特許文献１に示された従来例の微細気泡発生装置は、浴槽内の湯水をポンプで吸引する際に、エゼクター装置により空気を湯水内に吸い込んで湯水中に空気を混入させ、溶解タンクで湯水中に混入している空気を溶解させ、次に、空気が溶解した湯水を減圧ノズルから浴槽内に放出することで、湯水に溶解した空気を湯水から分離して析出することで微細気泡を発生させるようになっている。

しかしながら、上記従来例にあっては、液体への気体の溶解の効率が悪くて未溶解の気泡が大きな気泡のまま微細気泡発生装置から微細気泡と共に吐出されたり、あるいは、気体溶解液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる際、気体の析出効率が悪く、また一旦析出した微細気泡が再溶解するおそれもあり、効率よく安定して微細気泡を発生させることができないう問題があった。
特開平２−２６６５８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、熱の利用により効率的に安定して微細気泡を発生させることができる微細気泡発生装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る微細気泡発生装置は、液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置１において、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段２を設けて成ることを特徴とするものである。

冷却手段２により気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却することで、溶解度を上げることができて、液体への気体の溶解量を大きくし、この結果、液体から気体を分離析出する際に多くの微細気泡を発生させることができる。

また、冷却手段２で冷却した液体を加圧して溶解するための加圧手段を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、加圧することで溶解度をより上げることができて、液体への気体の溶解量をより大きくでき、この結果、液体から気体を分離析出する際により多くの微細気泡を発生させることができる。

また、液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置１において、液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段４を設けることが好ましい。

液体から気体を分離析出する際に加熱手段４で加熱することで、分離析出の際の気体の液体への溶解度を低くすることができて、液体に溶解している気体をより多く分離析出することができ、また、一旦分離析出した微細気泡の再溶解を抑制することができ、これにより多くの微細気泡を発生させることができる。

また、液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置１において、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段２を設けると共に、液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段４を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、冷却手段２により気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却することで、溶解度を上げることができて、液体への気体の溶解量を大きくし、更に、液体から気体を分離析出する際に加熱手段４で加熱することで、分離析出の際の気体の液体への溶解度を低くすることができ、これにより、多量の気体を液体に溶解させ、液体から多量の気体を分離析出できると共に一旦析出した微細気泡の再溶解を抑制し、多くの微細気泡を発生させることができる。

また、ペルチェ素子５の冷却部６を、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却するための冷却手段２とし、ペルチェ素子５の加熱部７を、液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段４とすることが好ましい。

このような構成とすることで、ペルチェ素子５の冷却部６、加熱部７をそれぞれ有効に利用して気体の液体への溶解量を多くすると共に、溶解した気体の液体からの分離析出量を多くでき、エネルギー効率良く多くの微細気泡を発生させることができる。

本発明は、熱を利用して微細気泡を効率的に安定して発生させることができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

微細気泡発生装置は、水のような液体が流れる流路８に、上流側から順に空気のような気体取込み部９と連通する気体混入部１０、液体に混入された気体を液体に溶解させるための気体溶解部１１、液体に溶解した気体を分離析出させて微細気泡を発生させ液体と共に微細気泡を吐出する微細気泡吐出部１２を設けて構成してある。なお、図示を省略しているが、気体混入部１０と気体溶解部１１との間にはポンプが配置してある。

気体混入部１０は流路８を絞って構成してあり、ポンプを駆動することで液体が気体混入部１０を通過する際、エゼクター効果により気体取込み部９から気体を取込んで気体混入部１０で液体中に気体を混入するようになっている。

この気体が混入した液体はポンプを経て気体溶解部１１に送られ、気体溶解部１１で気体が液体中に溶解する。

ここで、気体溶解部１１は例えば、気体が混入した液体を加圧することで溶解する加圧溶解方式のものであり、従来から公知の加圧溶解の方法が採用できる。加圧手段としては、例えば、上記ポンプを挙げることができ、ポンプにより加圧された気体が混入した液体が気体溶解部１１内に供給され、気体溶解部１１に設けた乱流発生手段により乱流となって混合攪拌されることで気体の液体への溶解が促進されるようになっている。この場合、加圧することで、気体の液体への溶解度が増し、このように溶解度が増した状態で気体溶解部１１で溶解するので、気体の液体への溶解がよりいっそう効果的に行われることになる。

気体溶解部１１で気体が溶解した気体溶解液体は微細気泡吐出部１２に送られ、微細気泡吐出部１２に設けた減圧部１２ａを気体溶解液体が通過する際に減圧されることで、液体から気体が分離析出して微細気泡が発生して液体中に混入した状態となり、この微細気泡が混入した液体が微細気泡吐出部１２の先端部から吐出されるようになっている。

上記のような構成の微細気泡発生装置において、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段２を設けてある。

図１、図２、図３はそれぞれ気体を溶解する前の液体を冷却手段２で冷却する例が示してある。図１に示す実施形態においては、流路８の気体混入部１０よりも上流側に冷却手段２を設けることで気体を溶解する前の液体を冷却手段２で冷却するようにしてあり、また、図２に示す実施形態においては、流路８の気体混入部１０よりも上流側及び気体混入部１０と気体溶解部１１との間にそれぞれ冷却手段２を設けることで気体を溶解する前の液体を各冷却手段２で冷却するようにしてあり、また、図３に示す実施形態においては、流路８の気体混入部１０よりも上流側から気体混入部１０と気体溶解部１１との間までの範囲にわたって連続的に冷却手段２を設けることで気体を溶解する前の液体を各冷却手段２で冷却するようにしてある。もちろん、図示を省略しているが、気体混入部１０と気体溶解部１１との間にだけ冷却手段２を設けることで気体を溶解する前の液体を各冷却手段２で冷却するようにしてもよい。

また、図４には気体溶解部１１に冷却手段２を設けて気体を液体に溶解する際に冷却手段により液体を冷却するようにしている。

なお、図示を省略しているが、図１乃至図３に示すように気体を溶解する前の液体を各冷却手段２で冷却し、更に、図４に示すように液体に溶解する際に冷却手段により液体を冷却することの両方により冷却するようにしてもよい。

図５は液体への気体の溶解度と温度との関係を示すグラフであり、このグラフに示されるように温度Ｔ１＜温度Ｔ２の場合、温度Ｔ１の方が温度Ｔ２よりも液体への気体の溶解度が高い、つまり、温度が低い程溶解量が大きいことを示している。

例えば、酸素の場合（純水、気圧７６０ｍｍＨｇ、酸素２０．９％）、４０℃では６．５９ｍｇ／ｋｇ、２０℃では８．８４ｍｇ／ｋｇ、０℃では１４．１６ｍｇ／ｋｇ溶解する。

そこで、上記のように、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却手段２で冷却することで、気体溶解部１１において液体に気体を溶解する溶解量を大きくでき、この結果、液体から気体を分離析出する際に多くの微細気泡を発生させることができ、また、液体に気体を溶解する溶解量を大きくできるので、気体溶解部１１で溶解されずに未溶解のまま径の大きな気泡として微細気泡に混じって未溶解の気泡が吐出するのを抑制できることになる。

また、図１乃至図４に示す実施形態において、微細気泡吐出部１２に加熱手段４を設けて液体から気体を分離析出させる際に加熱手段４により液体を加熱するようにしている。図５のグラフから明らかなように、温度が高くなると溶解度が低下するので、液体から気体を分離析出させる際に加熱手段４により液体を加熱することで、微細気泡の析出量が多くなる。

図６には加熱手段４の一例が示してある。図６は流路８を微細気泡吐出部１２において小径流路として、この小径流路を減圧部１２ａとすることで、小径流路を気体溶解液体が流れることで減圧されてキャビティションが起こり、気体溶解液体から気体が分離析出して微細気泡が発生するようになっている。そして、この実施形態ではキャビティションが起こっている部分（気体溶解液体から気体が分離析出して微細気泡が発生している部分）の周囲を加熱手段４により加熱することで、微細気泡の析出量を多くし、更に、加熱することで、析出した微細気泡が再溶解することを抑制し、全体としての微細気泡の吐出量を増加させるようになっている。

そして、図１乃至図４、図６の各実施形態では冷却手段２により気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却することで、溶解度を上げて、液体への気体の溶解量を大きくし、更に、このように溶解量の大きい気体溶解液体から気体を分離析出する際に加熱手段４で加熱することで、溶解度を低下させて、多量の気体を液体に溶解させ、液体から多量の気体を分離析出すると共に再溶解を抑制し、より多くの微細気泡を吐出することができるようになっている。

もちろん、図示を省略しているが、冷却手段２、加熱手段４のいずれか一方のみを設けてもよいものである。すなわち、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段２は設けるが、液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段４は設けないようにしてもよい。また、液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段４は設けるが、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段２は設けないようにしてもよい。

ところで、冷却手段２、加熱手段４の両方を設ける場合、図７に示すように、ペルチェ素子５の冷却部６で上記冷却手段２を構成すると共に上記ペルチェ素子５の加熱部７で上記加熱手段４を構成してもよい。

図８にはペルチェ素子５の原理図が示してあり、ｐ型とｎ型の熱電半導体１４、１５を銅のような電極１６で接合し、図７においてｎ型の熱電半導体１５の方から直流電流を流すと、図８の上側の接合面から下の接合面へ熱を運ぶ（このような吸熱現象をペルチェ現象という）ことにより、図７の上側が冷却されて冷却部６となり、図７の下側が加熱部７となる。また、直流電流の流す方向を逆にすると、熱の移動が逆になるので、加熱部７と冷却部６とを逆転することができ、このため、ペルチェ素子５は加熱にも冷却にも利用することができ、高精度の温度制御ができる。

そして、図７に示す実施形態では上記のような原理のペルチェ素子５の冷却部６を、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段２として用いて、また、ペルチェ素子５の加熱部７を液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段４として用いることで、ペルチェ素子５の冷却部６、加熱部７をそれぞれ有効に利用して高精度の温度制御ができ、気体の液体への溶解量を多くすると共に、溶解した気体の液体からの分離析出量を多くでき、エネルギー効率良く多くの微細気泡を発生させることができるのである。

上記の各実施形態に示した本発明の微細気泡発生装置は、熱の利用により微細気泡を効率的に安定して発生させることができるものである。そして、液体に混入された状態で吐出された微細気泡は上昇速度が小さく、体積当たりの表面積が大きいため液体中の汚れ等を吸着して浮上させる等の水質浄化等に有効である。もちろん、本発明の微細気泡発生装置の流路８の入口部を浴槽に接続して連通させ、微細気泡発生装置の流路８の出口である微細気泡吐出部１２の先端部を浴槽に接続して連通させることで、本発明の微細気泡発生装置で発生させた微細気泡を浴槽内に浴水とともに吐出して、浴槽内の浴水を微細気泡により乳白色にすることができ、これに入浴すると、微細気泡により身体が包まれた状態で入浴でき、身体の保温効果が期待でき、微細気泡によるマッサージ効果も気体できる。

本発明の微細気泡発生装置の一実施形態の概略構成図である。 同上の他の実施形態の概略構成図である。 同上の更に他の実施形態の概略構成図である。 同上の更に他の実施形態の概略構成図である。 同上の液体への気体の溶解度と温度との関係を示すグラフである。 同上の微細気泡吐出部に加熱手段を設けて加熱する例を示し、（ａ）は概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図であり、（ｃ）は正面断面図である。 同上の冷却手段、加熱手段としてペルチェ素子の冷却部、加熱部を用いた例を示す概略構成図である。 ペルチェ素子の原理図である。

符号の説明

１ 微細気泡発生装置
２ 冷却手段
４ 加熱手段
５ ペルチェ素子
６ 冷却部
７ 加熱部

Claims (5)

1. 液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置において、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段を設けて成ることを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 冷却手段で冷却した液体を加圧して溶解するための加圧手段を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の微細気泡発生装置。
3. 液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置において、液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段を設けて成ることを特徴とする微細気泡発生装置。
4. 液体中に気体を溶解させた後に液体から気体を分離析出して微細気泡を発生させる微細気泡発生装置において、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却する冷却手段を設けると共に、液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段を設けて成ることを特徴とする微細気泡発生装置。
5. ペルチェ素子の冷却部を、気体を液体に溶解する際、又は、気体を溶解する前の液体を冷却するための冷却手段とし、ペルチェ素子の加熱部を、液体から気体を分離析出させる際に液体を加熱するための加熱手段として成ることを特徴とする請求項４記載の微細気泡発生装置。

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