JP2009160530A - Nano bubble generating nozzle and nano bubble generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体中のナノバブルを生じさせるためのノズルおよびこれを用いたナノバブル発生装置に関する。 The present invention relates to a nozzle for generating nanobubbles in a liquid and a nanobubble generator using the nozzle.
水中にマイクロバブルを発生させる装置については従来より開発されており、マイクロバブルにより水質の浄化等が期待されている(例えば特許文献1参照)。 An apparatus for generating microbubbles in water has been conventionally developed, and purification of water quality and the like are expected with microbubbles (see, for example, Patent Document 1).
一方で、マイクロバブルよりもさらにバブル径が小さいナノバブルの研究が始められている。ナノバブルは、マイクロバブルよりも水の浄化性能や殺菌性に優れているという研究結果がでており、なおかつ人体にも好影響を与えることが期待されている。
なお、一般的には、バブル径が10〜200μmがマイクロバブル、0.5〜10μmがマイクロナノバブル、0.5μm以下がナノバブルというように定義されている。本明細書中でもナノバブルとは、0.5μm以下の径のものを指している。
On the other hand, research on nanobubbles having a smaller bubble diameter than microbubbles has been started. Research results indicate that nanobubbles have better water purification and bactericidal properties than microbubbles, and are expected to have a positive effect on the human body.
In general, the bubble diameter is defined as 10 to 200 μm as microbubbles, 0.5 to 10 μm as micronano bubbles, and 0.5 μm or less as nanobubbles. In the present specification, nanobubbles refer to those having a diameter of 0.5 μm or less.
ナノバブルの発生方法としては、従来より様々な方法が提案されている。
例えば、液体の一部をガス化し、これに超音波を照射することでナノバブルを発生させる方法が提案されている(例えば特許文献2参照)。
また、ナノバブルよりも大きい径の微少気泡を生成しておき、これに物理的な衝撃を加えてナノバブルを生成する方法がある(例えば特許文献3、特許文献4参照)。
また気体と液体を気液混合室で混合したのち、超微少吐出口から吐出させることにより、ナノバブルを含んだナノ流体を生成する方法も提案されている(例えば特許文献5参照)。
Various methods for generating nanobubbles have been proposed.
For example, a method has been proposed in which a part of a liquid is gasified and nanobubbles are generated by irradiating this with ultrasonic waves (see, for example, Patent Document 2).
In addition, there is a method in which microbubbles having a diameter larger than that of nanobubbles are generated, and nanobubbles are generated by applying a physical impact to the bubbles (see, for example,
There has also been proposed a method of generating a nanofluid containing nanobubbles by mixing a gas and a liquid in a gas-liquid mixing chamber and then discharging them from an ultra-fine discharge port (see, for example, Patent Document 5).
上述した特許文献2〜特許文献5に示されたようなナノバブルの発生装置によれば、非常に大がかりな装置を必要としていた。このため、装置自体の大きさはともかく、価格的な面でも従来のナノバブル発生装置では、一般家庭等に普及させるのが困難であると言う課題があった。
また、大がかりな装置ゆえに、簡単に設置・操作できるものではなく、ナノバブルの効能についての研究もはかどらないと言う課題もあった。
According to the nanobubble generator as shown in
In addition, due to the large-scale equipment, it was not easy to install and operate, and there was a problem that research on the effects of nanobubbles would not be conducted.
そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、コンパクトな構成で手軽にナノバブルを発生させることができるノズルおよびこれを用いたナノバブル発生装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a nozzle capable of easily generating nanobubbles with a compact configuration and a nanobubble generating apparatus using the nozzle.
本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。すなわち、本発明にかかるナノバブル発生用ノズルによれば、内部に流路が形成された筒状に設けられ、液体中にナノバブルを発生させるためのノズルであって、軸線方向の一方の端部に液体を流入させる流入口が形成され、軸線方向の他方の端部にナノバブルが混入した液体を流出させる流出口が形成され、前記流路には、前記流入口から所定距離は同一の径を有する同一径部と、該同一径部から流出口に向けて、徐々に径が広がるテーパ部とが形成され、前記流路に気体を導入させる気体導入孔が前記同一径部と外部とを連通するように形成されていることを特徴としている。
この構成を採用することによって、非常にコンパクトな構成でナノバブルの発生が可能となった。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement. That is, according to the nanobubble generating nozzle according to the present invention, the nozzle is provided in a cylindrical shape having a flow path formed therein, and generates a nanobubble in the liquid, and is provided at one end in the axial direction. An inflow port for inflowing liquid is formed, and an outflow port for outflowing the liquid mixed with nanobubbles is formed at the other end in the axial direction, and the flow path has the same diameter at a predetermined distance from the inflow port. The same diameter portion and a tapered portion that gradually increases in diameter from the same diameter portion toward the outlet are formed, and a gas introduction hole that introduces gas into the flow path communicates the same diameter portion and the outside. It is characterized by being formed as follows.
By adopting this configuration, nano bubbles can be generated with a very compact configuration.
また、前記テーパ部のテーパ角は、3°から5°の間であることを特徴としてもよい。
さらに、前記テーパ部のテーパ角は、3.5°から4.5°の間であることを特徴としてもよい。
前記テーパ部のテーパ角は、4°であることを特徴としてもよい。
The taper angle of the tapered portion may be between 3 ° and 5 °.
Furthermore, the taper angle of the taper portion may be between 3.5 ° and 4.5 °.
The taper angle of the taper portion may be 4 °.
本発明にかかるナノバブル発生装置によれば、請求項1〜請求項4のうちのいずれか1項記載のナノバブル発生用ノズルと、該ナノバブル発生用ノズルに液体を送り込むポンプとを具備することを特徴としている。
この構成によれば、非常にコンパクトな構成でナノバブルを発生させることができる。
なお、前記ポンプは水中ポンプであることを特徴としてもよい。
According to the nanobubble generator concerning this invention, it comprises the nozzle for nanobubble generation of any one of Claims 1-4, and the pump which sends a liquid into this nozzle for nanobubble generation, It is characterized by the above-mentioned. It is said.
According to this configuration, nanobubbles can be generated with a very compact configuration.
The pump may be a submersible pump.
本発明のナノバブル発生用ノズルおよびナノバブル発生装置によれば、コンパクトな構成で、目詰まりせずにナノバブルを発生させることができる。このため、安価な装置としてナノバブル発生装置を提供することができる。 According to the nanobubble generating nozzle and the nanobubble generating apparatus of the present invention, nanobubbles can be generated without clogging with a compact configuration. For this reason, a nanobubble generator can be provided as an inexpensive apparatus.
以下、本発明に係るナノバブル発生装置の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態のナノバブル発生装置の全体構成を示す説明図である。
ナノバブル発生装置30は、水中ポンプ32と、ノズル34と、水中ポンプ32とノズル34とを連結するホース36とを具備している。そして、ノズル34の流出口47から、水とともにナノバブルが吐出される。
Hereinafter, preferred embodiments of a nanobubble generator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the nanobubble generator of this embodiment.
The
ノズル34には、気体を供給するためのエアチューブ38が接続されている。エアチューブ38の先端にはスピードコントローラ40が接続されている。スピードコントローラ40を調整することによって、ノズル34に供給する気体の流量をコントロールできる。
An
また、水中ポンプ32は、DCモータが内蔵されており直流電流によって駆動する。このため、水中ポンプ32は、家庭用電源AC100V用の接続プラグ31と、取り入れた交流電流を直流電流に変換するコンバータ33とを備えている。
水中ポンプ32をDCモータによって駆動させることにより、全体を小型化し、またコストの低減にも寄与することができる。
The
By driving the
続いてノズル34の構造について、図2に基づいて説明する。
ノズル34は、エアチューブ38から導入される気体と、水中ポンプ32から送り込まれる液体とを混合してナノバブルを液体中に生成する。ノズル34は全体として円筒状に形成されており、円筒の軸線方向の一方の端部には水を内部に送り込むための流入口45が形成され、円筒の軸線方向の他方の端部には水を流出させる流出口47が形成されている。
流入口45と流出口47は、軸線方向に内部を貫通する流路42によって連通している。
ノズル34の材料としては、変形や変質が無い材質であれば特にいずれかの材料に限定されることはないが、金属や合成樹脂を用いることができる。
Next, the structure of the
The
The inflow port 45 and the
The material of the
流路42は、径が一定に形成されている同一径部44と、流出方向に向けて徐々に拡径するテーパ部46とから構成されている。
また、エアチューブ38が接続される接続部48は、同一径部44に空気が供給される部位に設けられている。この接続部48は、ノズル34の外壁面に、エアチューブ38の端部が挿入可能な程度の径となる穴が穿設されたものである。
接続部48の底面には、流路42の同一径部44と連通する連通孔50が形成されている。連通孔50は、流路42の同一径部44に対して直交する方向に穿設されている。
The flow path 42 includes an
Further, the connection portion 48 to which the
A
なお、ノズル34の一方側の端部の外壁部分は、ホース36が接続可能な形状に形成されている。すなわち、ホース36をノズル34の一方側の端部に挿入できるように、ノズル34の一方側の端部の外径は、ホース36の内径とほぼ同径をなしている。本実施形態では、ノズル34の一方側の端部の外壁部分はホース36に向けて徐々に細くなるようなテーパ状の形状をなしており、ホース36に接続しやすいように設けられている。
In addition, the outer wall part of the edge part of the one side of the
以下、流路と連通孔の具体的な形状について説明する。
種々の実験を行った結果、以下に説明する様な形状のノズルを用いることで、簡単にナノバブルが発生することが確認できた。
まず、ノズル34の流路42が、液体の吐出方向(流出口47方向)に向けて徐々に拡径するようなテーパ状に形成されている点が特徴である。ここでテーパ角θとしては、3°〜5°の間であることが好ましい。
特に好ましくは、テーパ角θとして3.5°〜4.5°の間であるとよい。
最も望ましくは、テーパ角θとして4°であるとよい。
Hereinafter, specific shapes of the flow path and the communication hole will be described.
As a result of various experiments, it was confirmed that nanobubbles were easily generated by using a nozzle having a shape as described below.
First, the feature is that the flow path 42 of the
Particularly preferably, the taper angle θ is between 3.5 ° and 4.5 °.
Most preferably, the taper angle θ is 4 °.
また、連通孔50の径は、0.3mm〜0.4mmであることが好ましい。特に好ましくは、連通孔50の径は、0.3mmであるとよい。
Moreover, it is preferable that the diameter of the communicating
また流路42の流入口部分(同一径部44)の径は3.0mm〜4.0mmであることが好ましい。特に好ましくは、流入口部分(同一径部44)の径は、3.5mmであるとよい。 Moreover, it is preferable that the diameter of the inflow port part (same diameter part 44) of the flow path 42 is 3.0 mm-4.0 mm. Particularly preferably, the diameter of the inflow port portion (same diameter portion 44) is 3.5 mm.
(第2の実施形態)
上述した実施形態では、ノズル34へ液体を送り込むポンプは、水中ポンプであった。しかし、ポンプは水中ポンプに限られる事はなく、通常のポンプを用いてもよい。
通常のポンプを用いた実施形態を図4に示す。なお、上述した第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、説明を省略する場合もある。
(Second Embodiment)
In the embodiment described above, the pump that sends the liquid to the
An embodiment using a normal pump is shown in FIG. In addition, about the same component as 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol may be attached | subjected and description may be abbreviate | omitted.
ナノバブル発生装置30は、大気中に設置されたポンプ60と、水中に配置されるノズル34と、ポンプ60とノズル34とを連結するホース36と、ポンプ60へ水を供給するための水供給ホース62とを具備している。そして、ノズル34の流出口47から、水とともにナノバブルが吐出される。
The
ポンプ60は、水供給ホース62から供給された水をホース36へ所定の吐出量で吐出する。このように、ポンプ60によって、水はホース36内を流通してノズル34の流入口内に供給される。
なお、本実施形態のポンプ60は、ACモータによって駆動される。
The
Note that the
ノズル34には、気体を供給するためのエアチューブ38が接続されている。エアチューブ38の先端にはスピードコントローラ40が接続されている。スピードコントローラ40を調整することによって、ノズル34に供給する気体の流量をコントロールできる。この点は、第1の実施形態と同様の構成である。
An
次に、発生させたナノバブルの径を測定する際の測定方法について説明する。
測定は、大塚電子株式会社製のファイバー光学動的光散乱光度計(型名:FDLS3000)を用いることができる。
FDLS3000は、キュムラント解析によって、ストークス粒径、多分散度指数、拡散係数、減衰定数を解析することができ、ヒストグラム解析によって、散乱強度分布、重量換算分布、個数変換分布を解析することができる。
Next, a measurement method for measuring the diameter of the generated nanobubbles will be described.
For the measurement, a fiber optical dynamic light scattering photometer (model name: FDLS3000) manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. can be used.
The FDLS 3000 can analyze Stokes particle size, polydispersity index, diffusion coefficient, and attenuation constant by cumulant analysis, and can analyze scattering intensity distribution, weight conversion distribution, and number conversion distribution by histogram analysis.
FDLS3000内部における測定系を図4に示す。
FDLS3000の光源52は、波長532nmの固定レーザであり、出力は100mWである。
レーザ光は、シャッター、NDフィルター、波長板、レンズ、偏光板等の光学素子群54を介して、試料セル56に照射される。試料セル56は、円柱状に形成されており、内部に測定対象の液体が封入される。
試料セル56の直径は5mm、12mm、21mmなどを選択することができる。
FIG. 4 shows a measurement system inside the FDLS 3000.
The
The laser light is irradiated to the
The diameter of the
試料セル56の周囲には、受光素子57が配置されている。受光素子57の具体例としては、冷却型光電子倍増管58に接続された移動可能な光ファイバーであり、この光ファイバーでは試料セル56に照射されたレーザ光の散乱光を検出できる。冷却型光電子倍増管58は、ナノオーダーのバブルで散乱された散乱光を確実に検出することができる。
なお、レーザ光の入射方向に対して試料セル56の後方には、試料セル56を通過したレーザ光を吸収するビームストッパー59が配置されている。
A
A beam stopper 59 that absorbs the laser light that has passed through the
(実施例1)
上述した光度計で、図3に示したナノバブル発生装置30で発生させたナノバブルの径を測定した結果を図5に示す。
また、ポンプ60としては、株式会社レイシー社製のマグネットポンプ、型名RMD−401を採用した。このポンプの仕様は、電源AC100V、消費電力90W、最高揚程4.6m、最大吐出量45l/minである。
Example 1
FIG. 5 shows the result of measuring the diameter of the nanobubbles generated by the
As the
また、本実施例で採用したノズル34の具体的な形状を図6に示す。
ノズル34の形状は、全長100mm、直径15mm、同一径部の直径3.5mm、テーパ部におけるテーパ角4°、テーパ部の全長80mm、開口部の径9.18mm、連通孔の径0.3mmである。
また、ノズル34の材質は黄銅である。
Moreover, the specific shape of the
The shape of the
The material of the
溶媒は水であり、水中にナノバブルを発生させた。水温は21.2℃。溶媒である水の屈折率は1.3317。溶媒である水の粘度は、0.9725cp。溶媒である水の散乱強度は8539cpsである。 The solvent was water, and nanobubbles were generated in the water. The water temperature is 21.2 ° C. The refractive index of water as a solvent is 1.3317. The viscosity of water as a solvent is 0.9725 cp. The scattering intensity of water as a solvent is 8539 cps.
図5のグラフは、測定した散乱光強度分布をグラフにあらわしたものであり、横軸にバブルの径(nm)、縦軸に散乱光強度分布(ls)をとっている。
図5のグラフに示すように、結果として、ナノバブル発生装置30を用いて発生させたナノバブルの平均粒径が270.2nmであることが判明した。このように、簡単な構成で極めて径の小さいナノバブルを良好に発生させることができた。
なお、この結果では、粒径10000nm付近で散乱光の強度分布があるが、この分布はナノバブルとは関係無いものである。
The graph of FIG. 5 shows the measured scattered light intensity distribution in a graph, with the horizontal axis representing the bubble diameter (nm) and the vertical axis representing the scattered light intensity distribution (ls).
As shown in the graph of FIG. 5, as a result, it was found that the average particle size of the nanobubbles generated using the
In this result, although there is an intensity distribution of scattered light around a particle size of 10,000 nm, this distribution is not related to nanobubbles.
(実施例2)
図7に、上述した光度計で、上述した実施例1と同様の構成のナノバブル発生装置30で発生させたナノバブルの径を測定した他の結果を示す。
なお、実施例2で用いたポンプおよびノズルは、実施例1と同一のものであるので、ここではポンプおよびノズルについての説明を省略する。
(Example 2)
FIG. 7 shows another result of measuring the diameter of the nanobubbles generated by the
In addition, since the pump and nozzle used in Example 2 are the same as Example 1, description about a pump and a nozzle is abbreviate | omitted here.
溶媒は水であり、水中にナノバブルを発生させた。水温は22.6℃。溶媒である水の屈折率は1.3315。溶媒である水の粘度は、0.9382cp。溶媒である水の散乱強度は6923cpsである。 The solvent was water, and nanobubbles were generated in the water. The water temperature is 22.6 ° C. The refractive index of water as a solvent is 1.3315. The viscosity of water as a solvent is 0.9382 cp. The scattering intensity of water as a solvent is 6923 cps.
図7のグラフは、測定した散乱光強度分布をグラフにあらわしたものであり、横軸にバブルの径(nm)、縦軸に散乱光強度分布(ls)をとっている。
図7のグラフに示すように、結果として、ナノバブル発生装置30を用いて発生したナノバブルの平均粒径が295.6nmであることが判明した。このように、簡単な構成で極めて径の小さいナノバブルを良好に発生させることができた。
なお、この結果でも、粒径10000nm付近で散乱光の強度分布があるが、この分布はナノバブルとは関係無いものである。
The graph of FIG. 7 is a graph showing the measured scattered light intensity distribution, with the horizontal axis representing the bubble diameter (nm) and the vertical axis representing the scattered light intensity distribution (ls).
As shown in the graph of FIG. 7, as a result, it was found that the average particle size of nanobubbles generated using the
Even in this result, there is an intensity distribution of scattered light around a particle size of 10000 nm, but this distribution has nothing to do with nanobubbles.
本発明のナノバブル発生装置は、そのコンパクトな構成から一般家庭における風呂に設置することができる。これにより、家庭における風呂で健康の増進を図ることができる。
また、ナノバブルを混入させた水を種々の洗浄水として用いることもできる。
さらには、水槽で飼育される魚類の活性化や、水耕栽培などにも採用することができるなど、様々な用途に活用できることが期待できる。
The nanobubble generator of the present invention can be installed in a bath in a general household due to its compact configuration. Thereby, health improvement can be aimed at in the bath at home.
In addition, water mixed with nanobubbles can be used as various washing waters.
Furthermore, it can be used for various purposes such as activation of fish bred in aquarium and hydroponics.
以上、本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。 The present invention has been described above with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. is there.
30 ナノバブル発生装置
31 接続プラグ
32 水中ポンプ
33 コンバータ
34 ノズル
36 ホース
38 エアチューブ
40 スピードコントローラ
42 流路
44 同一径部
45 流入口
46 テーパ部
47 流出口
48 接続部
50 連通孔
52 光源
54 光学素子群
56 試料セル
57 受光素子
58 冷却型光電子倍増管
59 ビームストッパー
60 ポンプ
62 水供給ホース
DESCRIPTION OF
Claims (6)
軸線方向の一方の端部に液体を流入させる流入口が形成され、
軸線方向の他方の端部にナノバブルが混入した液体を流出させる流出口が形成され、
前記流路には、前記流入口から所定距離は同一の径を有する同一径部と、該同一径部から流出口に向けて、徐々に径が広がるテーパ部とが形成され、
前記流路に気体を導入させる気体導入孔が前記同一径部と外部とを連通するように形成されていることを特徴とするナノバブル発生用ノズル。 Provided in a cylindrical shape with a flow path formed inside, a nozzle for generating nanobubbles in the liquid,
An inflow port through which liquid flows into one end in the axial direction is formed,
An outflow port for flowing out the liquid mixed with nanobubbles is formed at the other end in the axial direction,
The flow path is formed with the same diameter portion having the same diameter at a predetermined distance from the inflow port, and a taper portion gradually increasing in diameter from the same diameter portion toward the outflow port,
A nozzle for generating nanobubbles, wherein a gas introduction hole for introducing gas into the flow path is formed so as to communicate the same diameter portion and the outside.
該ナノバブル発生用ノズルに液体を送り込むポンプとを具備することを特徴とするナノバブル発生装置。 A nanobubble generating nozzle according to any one of claims 1 to 4,
A nanobubble generator comprising: a pump for feeding a liquid to the nanobubble generating nozzle.
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