JP2007000844A

JP2007000844A - 微細気泡発生装置

Info

Publication number: JP2007000844A
Application number: JP2005187261A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Maeda; 康成前田; Shigeyuki Yamaguchi; 重行山口; Kazumasa Rokushima; 一雅六嶋; Noriyuki Kitachi; 範行北地; Hisanori Shibata; 尚紀柴田; Yoshiyasu Ito; 良泰伊藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP4715335B2

Abstract

【課題】装置の小型化を図りながらも気液溶解タンクでの気体の液体への溶解効率を向上できる微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】気体混合液体が供給される気液溶解タンク５の入口１２を気層１１に臨ませて設ける。入口１２から気体混合液体を気層１１を介して気液界面１７に向けて末広がり状に噴射して噴射流１４を形成する。末広がり状の噴射流１４の末端部で気液界面１７に設けた噴射域１５に至らせる。気液界面１７に上記噴射域１５に隣接して噴射流１４が至らない非噴射域１６を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細気泡発生装置に関するものである。

従来から、液体に気体を一旦溶解させてその後液中から気体を析出させて微細気泡を発生させる微細気泡発生装置には、たとえば特許文献１にあるように、液体が流れる流路に、流路を流れる液体に気体を混入させて気体混合液体を得る気体混入部、気体混合液体を加圧して流路に流すポンプ、内部に液層と気層とを有すると共に気体混合液体が供給されて気体を液体に溶解させて気体溶解液体を得る気液溶解タンク、気体溶解液体中の気体を析出させて微細気泡を発生させる微細気泡発生部を設けたものがある。

ここで、微細気泡の効果を得るためには多量の微細気泡を発生させる必要があり、これは気体溶解液体における液体への気体の溶解量に負うところが大きく、つまり気液溶解タンクでの気体の液体への溶解効率が、微細気泡発生装置において重要な要素となっている。なお、気体の液体への溶解はたとえば高い圧力下で行われるほどより多量の気体を液体に溶解できることが知られており、しかして、気体混合液体を気液溶解タンクに送るポンプに高い出力のものを用いることで気液溶解タンクでの気体の液体への溶解効率を向上できるのではあるが、この場合、高い出力のポンプにて微細気泡発生装置が大型化してしまうという弊害を伴うものであった。
特開平６−２０５８１２号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて為したものであって、装置の小型化を図りながらも気液溶解タンクでの気体の液体への溶解効率を向上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の請求項１にかかる微細気泡発生装置は、液体が流れる流路２に、流路２を流れる液体に気体を混入させて気体混合液体を得る気体混入部３、気体混合液体を加圧して流路２に流すポンプ４、内部に液層１０と未溶解気体の気層１１とを有すると共に気体混合液体が供給されて気体を液体に溶解させて気体溶解液体を得る気液溶解タンク５、気体溶解液体中の気体を析出させて微細気泡を発生させる微細気泡発生部６を設けてなる微細気泡発生装置１であって、気体混合液体が供給される気液溶解タンク５の入口１２を気層１１に臨ませて設け、この入口１２から気体混合液体を気層１１を介して気液界面１７に向けて末広がり状に噴射して噴射流１４を形成し、この末広がり状の噴射流１４の末端部で気液界面１７に設けた噴射域１５に至らせ、気液界面１７に上記噴射域１５に隣接して噴射流１４が至らない非噴射域１６を設けたことを特徴とする。

これによると、噴射流１４を末広がり状にしてその末端部で気液界面１７に至らせたので、噴射流１４の気液界面１７に至る部分での外縁長さ２０を長く確保することができて、すなわち噴射流１４と気層１１及び液層１０との衝突長さを長くでき、噴射流１４、気層１１及び液層１０との衝突の衝撃によって気層１１の気体を液層１０や噴射流１４内に多く取り込むことができるのであり、また、この取り込まれた気体により体積増加した液層１０は噴射流１４が至らない非噴射域１６から気層１１に向けて盛り上げることができて気液界面１７の面積を増加できるのであり、また、末広がり状の噴射流１４は気液界面１７に至る前で気層１１に触れる気層接触面２１を大きくとることができ、この噴射流１４の気層接触面２１から気層１１の気体を噴射流１４内に多く取り込むことができるのである。上記のように気体と液体との接触面積を増加させたことで気液溶解タンク５内での気体の液体への溶解効率を向上できることから、気体の液体への溶解効率を向上させるために高出力のポンプ４を用いる必要が無くて低出力のポンプ４を用いることができ、微細気泡発生装置１の小型化を図ることができる。

また、請求項２にかかる微細気泡発生装置は、液体が流れる流路２に、流路２を流れる液体に気体を混入させて気体混合液体を得る気体混入部３、気体混合液体を加圧して流路２に流すポンプ４、内部に液層１０と未溶解気体の気層１１とを有すると共に気体混合液体が供給されて気体を液体に溶解させて気体溶解液体を得る気液溶解タンク５、気体溶解液体中の気体を析出させて微細気泡を発生させる微細気泡発生部６を設けてなる微細気泡発生装置１であって、気体混合液体が供給される気液溶解タンク５の入口１２を液層１０に臨ませて設け、この入口１２から気体混合液体を液層１０を介して気液界面１７に向けて末広がり状に噴射して噴射流１４を形成し、この末広がり状の噴射流１４の末端部で気液界面１７に設けた噴射域１５に至らせ、気液界面１７に上記噴射域１５に隣接して噴射流１４が至らない非噴射域１６を設けたことを特徴とする。

これによると、噴射流１４を末広がり状にしてその末端部で気液界面１７に至らしめたので、噴射流１４の気液界面１７に至る部分での外縁長さ２０を長く確保することができて、すなわち噴射流１４と気層１１及び液層１０との衝突長さを長くでき、噴射流１４、気層１１及び液層１０との衝突の衝撃によって気層１１の気体を液層１０や噴射流１４内に多く取り込むことができるのであり、また、この取り込まれた気体により体積増加した液層１０は噴射流１４が至らない非噴射域１６から気層１１に向けて盛り上げることができて気液界面１７の面積を増加できるのであり、また、末広がり状の噴射流１４は気液界面１７に至る前で液層１０に触れる液層接触面２２を大きくとることができ、この液層接触面２２は液体同士が擦れ合うような高圧部分であって噴射流１４または液層１０に混在する気体は噴射流１４または液層１０に溶解され易い部位である。上述のように気体と液体との接触面積を増加させたり溶解され易い高圧部分を形成したことで気液溶解タンク５内での気体の液体への溶解効率を向上できることから、気体の液体への溶解効率を向上させるために高出力のポンプ４を用いる必要が無くて低出力のポンプ４を用いることができ、微細気泡発生装置１の小型化を図ることができる。

また、請求項３にかかる微細気泡発生装置は、請求項１または請求項２において、気液界面１７に至る末広がり状の噴射流１４の末端部における対向する両端部を気液溶解タンク５の壁内面の近傍位置に位置させて気液界面１７の噴射域１５を形成し、この噴射域１５にて非噴射域１６を分断させたことを特徴とする。これによると、噴射流１４の気液界面１７への衝突によってできる気液溶解タンク５内の旋回流１８を、分断された非噴射域１６に向けてのロス無く安定した流れに形成することができ、その結果、非噴射域１６で気層１１に向けて液層１０を盛り上げ易くできて気液界面１７の面積増加を促進できて、気体の液体への溶解効率を更に向上することができる。

また、請求項４にかかる微細気泡発生装置は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、気液溶解タンク５内に入口１２からの噴射流１４を衝突させる衝突材２３を配設したことを特徴とする。これによると、噴射流１４に衝突材２３への衝突圧を付与でき、すなわち噴射流１４に高圧力部分を形成することができ、気体の液体への溶解効率を向上できる。

また、請求項５にかかる微細気泡発生装置は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、気体混合液体が流れる流路２にメッシュ体２４を配設したことを特徴とする。これによると、メッシュ体２４に通すことで気体混合液体に混合している気体を細分化でき、すなわち気体と液体との接触面積を増加させることができ、気体の液体への溶解効率を向上できる。

本発明は、気液溶解タンク内の気体と液体との溶解効率を向上できたことから、従来一般に行われている気液溶解タンクの溶解効率を高めるために高出力のポンプを用いるといったことを行わずに済むものとなっており、しかして、高出力のポンプを用いることに伴う微細気泡発生装置の大型化を回避することができて、微細気泡発生装置の小型化を図ることができるといった利点を有する。

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。

本例の微細気泡発生装置１は、図２のように浴槽７に微細気泡を供給するようにした装置であって、具体的には、浴槽７に吸入口８と吐出口９とを設け、吸入口８から吐出口９に至る流路２である循環流路２ａを形成し、この循環流路２ａに吸入口８側から順に、液体である浴水に気体を混入させて気体混合液体を得る気体混入部３、吸入口８から循環流路２ａを介して吐出口９に浴水を搬送するポンプ４、ポンプ４にて気体混合液体が供給されて気体を浴水に溶解させて気体溶解液体を得る気液溶解タンク５、気体溶解液体中の気体を析出させて微細気泡を発生させる微細気泡発生部６を設けたことで形成されている。ここで、気体混入部３は、本例では循環流路２ａを流れる浴水によるエゼクター効果によって空気が吸引されて浴水内に混入される構造とされているが、これに限らず強制的に空気を浴水内に混入させる構造でもよい。また、浴水内に混入される気体としては空気以外のもの、たとえば酸素成分が高い空気等を用いることもできる。微細気泡発生部６は循環流路２ａの径を絞った絞り部にて構成され、絞り部で気体溶解液体の圧力降下を行って気体を析出するようにしている。ところで、本発明は、高出力のポンプ４を用いて気液溶解タンク５の内圧を高めなくても気液溶解タンク５での気体の液体への溶解効率を向上できたことに特徴があり、以下に説明する。

本例の気液溶解タンク５は図１のように中空内部の下部が液層１０で上部が未溶解空気の気層１１となっており、ポンプ４から至る循環流路２ａが気液溶解タンク５の上面壁に接続されていて気液溶解タンク５内に気体混合液体が供給される入口１２が設けられており、気液溶解タンク５の側壁の下端部には微細気泡発生部６に至る循環流路２ａが接続されていて気体溶解液体が吐出される出口１３が設けられている。なお、本例の気液溶解タンク５の外形は図１（ｂ）のように中空円柱状に形成されているが、これに限らず、図３のように中空矩形柱状に形成されたものを用いてもよい。

そして、気体混合液体は気層１１に臨む入口１２から気層１１を介して気液界面１７に向けて噴射されるのであり、詳しくは、気液溶解タンク５の入口１２に設けたノズル等を介して気体混合液体の噴射流１４が末広がり状になるようにされ、末広がり状の噴射流１４はその広がった状態の末端部で気液界面１７に至るようにされている。ここで、噴射流１４が至る気液界面１７の部位を噴射域１５と称し、噴射流１４が至らない気液界面１７の部位を非噴射域１６と称する。このように噴射流１４を末広がり状にしてその末端部で気液界面１７に至らしめたので、噴射流１４の気液界面１７に至る部分での外縁長さ２０を長く確保できるのであり、すなわち噴射流１４と気層１１及び液層１０との衝突長さを長く確保できて、噴射流１４、気層１１及び液層１０との衝突の衝撃によって気層１１の気体を噴射流１４や液層１０に多く取り込むことができ、この取り込まれた気体によって気液の接触面積の増加が図られている。無論、この衝突によると高圧部分を局所的に形成することができるから、高圧下での気体の液体への溶解効率の向上が図られるのは言うまでもない。

また、末広がり状の噴射流１４の外縁部分の噴射方向は、気液界面１７に直交する方向（下方）のみならず気液界面１７の面内方向（水平方向）にも向かっているため、この噴射流１４によると気液界面１７の衝突後すぐに隣接する非噴射域１６に向うような旋回流１８を生じさせることができるのであり、しかして、取り込まれた気体によって体積増加した液層１０を噴射流１４が至らない非噴射域１６から気層１１に向けて盛り上げるようにでき（点線の気液界面１７）、気液界面１７の面積の増加、すなわち気液の接触面積の増加が図られている。このように気液の接触面積の増加が図られたことで、気体の液体への溶解効率が向上されているのである。また、この末広がり状の噴射流１４にあっては気液界面１７に至る前で気層１１に触れる気層接触面２１を大きくとることができるのであって、この噴射流１４の気層接触面２１からは気層１１の気体を噴射流１４内に多く取り込むことができ、この点でも気液の接触面積の増加が図られ、気体の液体への溶解効率の向上が図られているのである。

また、詳しくは、噴射流１４が気液界面１７に衝突することで泡が生成されるのであり、気液界面１７はこの泡にて覆われるようになる。この泡は液膜で気体を包んで形成されているから、気液界面１７の面積以上に気液の接触面積が増加されるものであり、この点でも気体の液体への溶解効率の向上が図られている。なお、噴射流１４は気体混合液体が構成するものであって、この気体混合液体中には既に液体中に気泡が混在しているから、噴射流１４が気液界面１７に衝突する際の泡立ちが促進されているのは言うまでもない。更に言うと、この泡を気層１１の略全てに充満させるようにすると、泡を噴射流１４の気層接触面２１にも接触させることができて、泡を噴射流１４内に取込ませて気液の接触面積の増加を図ることができ、気体の液体への溶解効率の向上を図ることができる。

更に詳しくは、図１（ｂ）には気液溶解タンク５の水平断面を示すが、このように気液界面１７では噴射域１５によって非噴射域１６が２つ以上に分断された状態にされている。すなわち本例では、気液界面１７に至る末広がり状の噴射流１４の末端部における対向する両端部を気液溶解タンク５の側壁内面の近傍位置に位置させるようにして、噴射域１５が形成されているのである。このように、本例の気液界面１７では噴射域１５にて分断された非噴射域１６が形成されているから、噴射流１４の噴射域１５への衝突によってできる旋回流１８を、分断された非噴射域１６に向けてロス無く安定した流れに形成することができるのであって、非噴射域１６で液層１０が盛り上げ易くなって気液界面１７の面積の増加が促進され、この点でも気液の接触面積の増加が図られ、気体の液体への溶解効率の向上が図られている。

ここで、噴射流１４にて形成される噴射域１５は、本例では図１（ｂ）のように平面視略楕円形状に形成されていてその長径方向の両端部が気液溶解タンク５の側壁内面の近傍位置に位置されていてその短径方向の両隣に２つに分断された各非噴射域１６を位置させるようにしているが、これに限らず、たとえば図４（ａ）〜（ｃ）のようにするのも好ましい。図４（ａ）の噴射域１５は上記図１（ｂ）と同形状の噴射域１５同士を気液界面１７内で直交するようにして非噴射域１６を４つに分断させるように形成されたものであり、図４（ｂ）の噴射域１５は上記図１（ｂ）と同形状の噴射域１５同士を気液界面１７内で間隔を隔てて平行に位置させて非噴射域１６を３つに分断させるように形成されたものであり、また図４（ｃ）の噴射域１５はリング状に形成されていてその内周及び外周にそれぞれ２つに分断された各非噴射域１６を位置させるようにしている。

また、気液溶解タンク５での気体の液体への溶解効率をより向上させるためには、たとえば図５や図６のようにしても好ましい。図５の例では、気液溶解タンク５の入口１２近傍に気体混合液体が流れる流路２を塞ぐようにメッシュ体２４を配設している。これによると、気体混合液体がメッシュ体２４を通ることで、気体混合液体に混合している気体を細分化できるのであり、つまり気体混合液体における体積当たりの気体の表面積を増大させて気液の接触面積を増加できると共に気体混合液体中の液体及び気体の内圧を高めることができて、気体の液体への溶解効率を向上させることができるのである。また、図６の例では、気液溶解タンク５の気層１１に入口１２からの噴射流１４を衝突させる衝突材２３を配設している。これによると、気体混合液体である噴射流１４に衝突材２３への衝突圧を付与でき、つまり噴射流１４に局所的な高圧部分を形成することができて、この高圧部分では気体混合液体に混合している気体の液体への溶解が行われ易くなるから、気体の液体への溶解効率を向上できるのである。また、本例のように気層１１に配置された衝突材２３に噴射流１４が衝突したときには、その衝撃で噴射流１４内に気層１１の気体を取り込ませることができ、気液の接触面積を増加させて気体の液体への溶解効率の向上に資することができるのである。

また、図７のように、気体混合液体が供給される気液溶解タンク５の入口１２を、気液溶解タンク５の底面壁に設けるようにしてもよい。詳しくは、気液溶解タンク５の底面壁に設けた入口１２は液層１０に臨んで上方に向けて開口されており、この入口１２から気体混合液体の末広がり状の噴射流１４が液層１０を介して気液界面１７に至るようにされている。つまり、この末広がり状の噴射流１４はその広がった状態の末端部で気液界面１７に至るようにされているから、上記図１の実施例と同様に、噴射流１４の気液界面１７に至る部分での外縁長さ２０を長く確保でき、気層１１の気体を噴射流１４や液層１０に多く取り込むことができ、液層１０に多く取り込まれた気体によって液体と気体との接触面積を増加させると共に、取り込まれた気体によって体積増加した液層１０は噴射流１４が至らない非噴射域１６から盛り上がるようになって気液界面１７の面積を増加させるのであり、気体の液体への溶解効率の向上が図られている。また、この例では、末広がり状の噴射流１４が気液界面１７に至る前で液層１０に触れる液層接触面２２を大きくとることができたものであり、ここで、この液層接触面２２は液体同士が擦り合うような高圧部分であるから、噴射流１４または液層１０に混在する気体は噴射流１４または液層１０に溶解され易く、したがってこの点でも気体の液体への溶解効率の向上が図られているのである。なお、この例でも噴射域１５の形状を図４（ａ）〜（ｃ）のようにするのも好ましく、また、図５のように気体混合液体が流れる流路２にメッシュ体２４を配設したり、図６のように噴射流１４を衝突させる衝撃材２３を配設することも好ましい。なお、衝撃材２３を液層１０中に配設した場合には噴射流１４の衝突の衝撃によって噴射流１４内に液層１０の液体を取り込むことができ、噴射流１４と液層１０との間の接触面積（液層接触面２２）を増やして気体混合液体に混合している気体の液体への溶解効率を向上させることができる。

上記実施形態にある微細気泡発生装置１では、気液溶解タンク５において気体と液体との溶解効率が高められているために、従来一般に行われている気液溶解タンク５の溶解効率を高めるために高出力のポンプ４を用いるといったことを行わずに済むものとなっており、しかして、高出力のポンプ４を用いることに伴う微細気泡発生装置１の大型化を回避することができたものである。これは、浴槽７に微細気泡を供給する微細気泡発生装置１のように、浴室内といった限られた空間内に微細気泡発生装置１を設置せねばならない場合に特に有用である。無論、微細気泡発生装置１で発生される微細気泡は、浮上速度が低くて液体中に長く滞留でき、液体内に微細気泡が含有した状態ではあたかも温泉水のように白濁した外観を得られる効果に加えて、体積当たりの表面積が大きくて液体中の汚れを吸着して浮上させて水質浄化ができるなどの効果もあるから、浴槽７に限らず浄化槽やいけす等に微細気泡を供給するようにしてもよく、この場合も微細気泡発生装置１の小型化による設置スペースの省スペース化という恩恵を受け得るのは言うまでもない。

本発明の実施の形態の例の微細気泡発生装置であり、（ａ）は要部の側断面図であり、（ｂ）は噴射域と非噴射域とを説明する気液溶解タンクの平面図である。同上の微細気泡発生装置の全体概略構成図である。同上の他例の気液溶解タンクの平面図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の他例の噴射域と非噴射域とを説明する気液溶解タンクの平面図である。同上の他例の微細気泡発生装置の要部の側断面図である。同上の他例の微細気泡発生装置の要部の側断面図である。同上の他例の微細気泡発生装置の要部の側断面図である。

符号の説明

１微細気泡発生装置
２流路
３気体混入部
４ポンプ
５気液溶解タンク
６微細気泡発生部
１０液層
１１気層
１４噴射流
１５噴射域
１６非噴射域

Claims

液体が流れる流路に、流路を流れる液体に気体を混入させて気体混合液体を得る気体混入部、気体混合液体を加圧して流路に流すポンプ、内部に液層と未溶解気体の気層とを有すると共に気体混合液体が供給されて気体を液体に溶解させて気体溶解液体を得る気液溶解タンク、気体溶解液体中の気体を析出させて微細気泡を発生させる微細気泡発生部を設けてなる微細気泡発生装置であって、気体混合液体が供給される気液溶解タンクの入口を気層に臨ませて設け、この入口から気体混合液体を気層を介して気液界面に向けて末広がり状に噴射して噴射流を形成し、この末広がり状の噴射流の末端部で気液界面に設けた噴射域に至らせ、気液界面に上記噴射域に隣接して噴射流が至らない非噴射域を設けたことを特徴とする微細気泡発生装置。
液体が流れる流路に、流路を流れる液体に気体を混入させて気体混合液体を得る気体混入部、気体混合液体を加圧して流路に流すポンプ、内部に液層と未溶解気体の気層とを有すると共に気体混合液体が供給されて気体を液体に溶解させて気体溶解液体を得る気液溶解タンク、気体溶解液体中の気体を析出させて微細気泡を発生させる微細気泡発生部を設けてなる微細気泡発生装置であって、気体混合液体が供給される気液溶解タンクの入口を液層に臨ませて設け、この入口から気体混合液体を液層を介して気液界面に向けて末広がり状に噴射して噴射流を形成し、この末広がり状の噴射流の末端部で気液界面に設けた噴射域に至らせ、気液界面に上記噴射域に隣接して噴射流が至らない非噴射域を設けたことを特徴とする微細気泡発生装置。
気液界面に至る末広がり状の噴射流の末端部における対向する両端部を気液溶解タンクの壁内面の近傍位置に位置させて気液界面の噴射域を形成し、この噴射域にて非噴射域を分断させたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
気液溶解タンク内に入口からの噴射流を衝突させる衝突材を配設したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の微細気泡発生装置。
気体混合液体が流れる流路にメッシュ体を配設したことを特徴とする請求項１乃至４記載の微細気泡発生装置。