JP2010167404A - 超微細気泡発生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な方法で超微細気泡を発生させることができ、超微細気泡発生装置の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とする超微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】気体を圧送するためのコンプレッサ２と、圧送された気体を超微細気泡として液体内へ放出するための気泡発生媒体３とを具備する超微細気泡発生装置であって、前記気泡発生媒体３は、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、前記気泡発生媒体３によって放出される超微細気泡の放出方向に対して、略直交する方向に向けて、前記超微細気泡が放出される液体と同種の液体を噴射する液体噴射装置４を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、液中において微細な気泡を発生させる超微細気泡発生装置の技術に関する。
近年、水道水や湖沼・河川、海水等の液中において気泡のサイズ（直径）が数百ｎｍ〜数十μｍの超微細気泡を使用する技術が注目されている。前記超微細気泡は、表面積が非常に大きい特性及び自己加圧効果などの物理化学的な特性を有しており、その特性を生かして、排水浄化、洗浄、及び、浴槽内での身体ケア等に使用する技術が開発されている。
前記特性を持った超微細気泡の発生方法として、従来から、液中でモータを回転させ、ポンプ圧で流速を上げ、空気を吸入し、攪拌してできた気泡をさらに回転翼や刃具などで細分化する方法が公知となっている。また、空気ノズルの周囲に液体ジェットノズルを配置し、液体ジェットノズルの噴流の力で空気ノズルより噴出する気泡を引きちぎって微細化する方法も公知となっている。また、攪拌してできた気泡をメッシュ部材に当てて通しながら気泡を細分化する方法も公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３９５８３４６号公報
しかし、従来の液中でモータを回転させ、ポンプ圧で流速を上げ、空気を吸入し、攪拌してできた気泡をさらに回転翼や刃具などで細分化する方法は、超微細気泡を大量に作り出すことができるが、回転翼や刃具を高速回転させると、キャビテーションによる孔触や装置の摩耗などによって損傷が著しく、耐久性が問題となる。処理液や排水、または湖沼・河川・海水等の劣悪な環境においては、液が装置と直接触れることによって、劣化が進行する。
また、攪拌してできた気泡をメッシュ部材に当てて通しながら気泡を細分化する方法は、メッシュ部材が有機物であるため長期的には劣化するおそれがある。また、液底に対して垂直に設置した場合には、超微細気泡が発生した後、他の超微細気泡と重なることにより合体して大きな気泡となってしまうため、液底に対して平行に設置しなければならず、設置方法が限定されていた。
また、空気ノズルの周囲に液体ジェットノズルを配置し、液体ジェットノズルの噴流の力で空気ノズルより噴出する気泡を引きちぎって微細化する方法は、ノズルの孔径に限界があり粒径を安定させることは困難である。
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、簡易な方法で超微細気泡を発生させることができ、超微細気泡発生装置の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とする超微細気泡発生装置を提供する。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、気体を圧送するための圧縮機と、圧送された気体を超微細気泡として液体内へ放出するための気泡発生媒体とを具備する超微細気泡発生装置であって、前記気泡発生媒体は、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、前記気泡発生媒体によって放出される超微細気泡の放出方向に対して、略直交する方向に向けて、前記超微細気泡が放出される液体と同種の液体を噴射する液体噴射装置を設けたものである。
請求項２においては、前記気泡発生媒体を円錐状に構成して、前記圧縮機からの気体を前記気泡発生媒体の円錐底面から頂点へ向けて通過させ、前記液体噴射装置によって、前記超微細気泡が放出される液体と同種の液体を、前記気泡発生媒体の円錐頂点に対して噴射するようにしたものである。
請求項３においては、前記気泡発生媒体の外周面を被覆材で覆い、該被覆材は、その表面と液体との接触角が小さくなる特性を有するものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
請求項１においては、気泡発生媒体を形成する高密度複合体が軟性を持たない固体であるため、膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置の損傷や劣化を防ぐことができる。また、発生する超微細気泡が発生した瞬間に液流によって気泡発生媒体から離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、簡易な方法で超微細気泡を発生させることができる。また、超微細気泡発生装置の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とすることができる。また、前記高密度複合体は導電体であることから、前記気泡発生媒体から発生する気泡は負の電荷を帯電する。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
請求項２においては、液体を円錐頂点に対して噴射することにより、液体が円錐の曲面に沿って流れるので、液体噴射装置の噴射孔面積を小さくすることが可能となり、少ない圧力で液体を噴射させることが可能となる。また、発生する超微細気泡が発生した瞬間に液流によって気泡発生媒体から離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができ、簡易な方法で超微細気泡を発生させることができる。また、超微細気泡発生装置の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とすることができる。また、前記高密度複合体は導電体であることから、前記気泡発生媒体から発生する気泡は負の電荷を帯電する。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
請求項３においては、被覆材がその表面と液体との接触角が小さくなる特性を有することにより、周りの液体が引き寄せられて、超微細気泡と被覆材との間に薄い液体の膜が作られる。これにより、超微細気泡が前記気泡発生媒体から離間しやすくなり、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。また、前記被覆材で覆った前記気泡発生媒体に対して、前記液体噴射装置から液体を噴射することにより、超微細気泡を液流によって離間させる効果と、被覆材のその表面と液体との接触角が小さくなる特性によって超微細気泡を離間させる効果とが組み合わさって、超微細気泡を容易に離間させることが可能となる。
（ａ）本発明の一実施例に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した概略図（ｂ）気泡発生媒体の断面拡大図。 気泡発生媒体の断面拡大図。 コーティング材で覆った気泡発生媒体の断面拡大図。 気泡発生媒体の断面拡大図。 （ａ）別実施例にかかる超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した斜視図（ｂ）別実施例にかかる超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した斜視図。 （ａ）別実施例にかかる超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した斜視図（ｂ）別実施例にかかる超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した斜視図（ｃ）別実施例にかかる超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した斜視図。 別実施例にかかる超微細気泡発生装置の断面図。
次に、発明の実施の形態を説明する。
超微細気泡発生装置１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、気体を圧送するための圧縮機であるコンプレッサ２と、圧送された気体を超微細気泡として液体内へ放出するための気泡発生媒体３と、前記超微細気泡が放出される液体と同種の液体を噴射する液体噴射装置４とを具備する。
前記コンプレッサ２は、気体を気体供給路１１を介して気泡発生媒体３の内部空間３ａへと圧送する装置である。なお、前記コンプレッサ２によって圧送される気体は、空気に限定するものではなく、例えば、オゾンや窒素などで構成することも可能である。また、前記液体は、水や工業用廃水、河川や湖沼等の淡水や海水などで構成される。また、前記液体は、化学薬品などの溶剤で構成されることもでき、前記超微細気泡を使用して化学薬品の攪拌や混合などをすることができる。
前記コンプレッサ２から圧送された気体は気体供給路１１を通り、気泡発生媒体３の内部空間３ａへと圧送される。前記気泡発生媒体３は固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。また、前記高密度複合体は導電体であり、前記気泡発生媒体３から発生する気泡は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である前記気泡発生媒体３を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷を帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。例えば、前記導電体は炭素系の素材で構成している。
また、図１（ｂ）に示すように、前記気泡発生媒体３は直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔３ｂを多数有しており、前記コンプレッサ２から圧送された気体が前記孔３ｂを通過する構造となっている。すなわち、前記コンプレッサ２から圧送した気体のガス圧で、超微細気泡を前記孔３ｂから液中へ放出するものである。このように構成することにより、気泡発生媒体３を形成する高密度複合体は、軟性を持たない固体であるため膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置１の損傷や劣化を防ぐことができる。
また、前記気泡発生媒体３を形成する高密度複合体は活性を持たせていることにより、前記液体噴射装置４によって噴射された液流が当たることにより摩耗することを防止し、耐久性を向上させている。
また、前記液体噴射装置４は前記気泡発生媒体３の表面部３ｃに発生した超微細気泡を液流によって離間させるための装置である。前記液体噴射装置４では、前記超微細気泡が放出される液体と同種の液体を噴射するものである。このように構成することにより、別種の液体が混入されることも無く、液体の成分に影響を及ぼさずに、超微細気泡を液流によって離間させることができる。
前記液体噴射装置４によって圧送された液体は、図２（ａ）に示すように前記超微細気泡が孔３ｂから発生し、その瞬間に、図２（ｂ）に示すように、超微細気泡が放出されている表面部３ｃを高速で通過することによって前記気泡発生媒体３の表面部３ｃから離間させるものである。
これにより、図２（ｃ）に示すように、表面部３ｃの超微細気泡は、後から発生する超微細気泡や周辺の孔３ｂから発生する超微細気泡と合体することなく単独で液中へ移動することとなる。このように構成することにより、簡易な方法で超微細気泡を発生させることができる。また、超微細気泡発生装置１の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とすることができる。
また、前記気泡発生媒体３を、被覆材であるコーティング材５で覆うことも可能である。前記コーティング材５は、無機質でコーティング材５の表面と液体との接触角が小さくなる特性（例えば、液体が水である場合には超親水性）を有する素材であり、本実施例においては、シリカガラスで構成されている。ただし、コーティング材５はシリカガラスで構成するものに限定するものではない。
前記コーティング材５は前記気泡発生媒体３の表面部３ｃを覆うように塗布されている。前記コーティング材５を構成するシリカガラスは、コーティング材５の表面と液体との接触角が小さくなる特性を有する素材であり、周りの液体をはじかず引き寄せる。言い換えれば、コーティング材５の表面において液体は液滴とならず薄く膜状に広がる。また、コーティング材５には、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔５ａが多数設けられて、前記気泡発生媒体３の孔３ｂと連通される。
その結果、図３に示すように、前記超微細気泡が、前記気泡発生媒体３の孔３ｂを通過して、コーティング材５の孔５ａから液中へ放出されることとなる。ここで、コーティング材５がその表面と液体との接触角が小さくなる特性を有することにより、周りの液体が引き寄せられて、超微細気泡とコーティング材５との間に薄い液体の膜が作られる。これにより、超微細気泡が前記気泡発生媒体３から離間しやすくなり、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
また、前記コーティング材５で覆った前記気泡発生媒体３に対して、前記液体噴射装置４から液体を噴射することにより、超微細気泡を液流によって離間させる効果と、超微細気泡をコーティング材５のその表面と液体との接触角が小さくなる特性によって離間させる効果とが組み合わさって、超微細気泡を容易に離間させることが可能となる。
図４（ａ）に示すように、前記超微細気泡は孔３ｂを通過して孔５ａから発生する。超微細気泡が発生したコーティング材５の表面には薄い液体の膜ができているので、超微細気泡はコーティング材５の表面から離間しやすい。すなわち、超微細気泡とコーティング材５表面との間に液体の膜が入り込むため離間しやすくなる。
また、前記液体噴射装置４によって圧送された液体は、図４（ｂ）に示すように、超微細気泡が孔５ａから発生した瞬間に、コーティング材５の表面を高速で通過することによって、前記気泡発生媒体３の表面部３ｃから離間させる。
そのため、図４（ｃ）に示すように、コーティング材５の表面の超微細気泡は、後から発生する超微細気泡や周辺の孔５ａから発生する超微細気泡と合体することなく単独で液中へ移動することとなる。このように構成することにより、簡易な方法で超微細気泡を発生させることができる。また、超微細気泡発生装置１の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とすることができる。
次に、前記気泡発生媒体３の形状について説明する。
図５（ａ）に示すように、気泡発生媒体３は平板状に形成している。ガス圧によって前記気泡発生媒体３の最大面積となる板面の表面部３ｃより超微細気泡が発生するものである。前記気泡発生媒体３を表面積の大きい平板状に構成することにより、効率的に超微細気泡を発生させることができる。また、発生する超微細気泡が発生した瞬間に液流によって気泡発生媒体３から離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
また、前記液体噴射装置４は前記気泡発生媒体３の最大面積となる板面の表面部３ｃに沿って、前記気泡発生媒体３によって放出される超微細気泡の放出方向に対して略直交する方向に向けて液流を噴射するものである。液流の方向は、前記超微細気泡の放出方向に対して略直交であればよく、図５（ａ）の矢印ａ方向、矢印ｂ方向、矢印ｃ方向、矢印ｄ方向の四方どの方向から噴射しても良い。例えば、前記液体噴射装置４は、前記気泡発生媒体３の板面の表面部３ｃへ液流を噴射するための噴射孔４ａを有し、前記気泡発生媒体３の板面の表面部３ｃに対して板面と同じ幅の液流を板面と平行方向に噴射するものである。
このように構成することにより、図２に示すように、発生する超微細気泡が発生した瞬間に液流によって気泡発生媒体３から離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができ、簡易な方法で超微細気泡を発生させることができる。また、超微細気泡発生装置１の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とすることができる。
また、別実施例にかかる超微細気泡発生装置１では、図５（ｂ）に示すように、気泡発生媒体３は中空の多角柱状に形成している。本実施例では、前記気泡発生媒体３は中空の四角柱状に形成している。このように構成することにより、気体が四角柱の長手方向側面部である表面部３ｃより均等に放出されるため、効率的に超微細気泡を発生させることができる。
また、図５（ｂ）に示すように、四角柱に形成した前記気泡発生媒体３の対向する二面の表面に対し同一方向（矢印Ａ、矢印Ｂ方向）へと液体を噴射する。また、残りの二面に対しては、先の二面に対して噴射する方向と反対方向（矢印Ｃ、矢印Ｄ方向）へと液体を噴射する。これにより、発生する超微細気泡が発生した瞬間に液流によって気泡発生媒体３から離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができ、簡易な方法で超微細気泡を発生させることができる。また、超微細気泡発生装置１の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とすることができる。
なお、液体の噴射方向は実施例に限定されるものではなく、例えば、全ての面に対して同一方向であっても良いし、三面が同一方向で、一面のみが反対方向に噴射する構成としても構わない。
また、別実施例にかかる超微細気泡発生装置１では、図６（ａ）に示すように、気泡発生媒体３は中空の円柱状に形成している。圧送された気体は気体供給路１１を通り、円柱に形成された気泡発生媒体３の中央部に設けられた内部空間３ａへと圧送される。このように構成することにより、気体が円柱の長手方向側面部である表面部３ｃより均等に放出されるため、効率的に超微細気泡を発生させることができる。
また、図６（ａ）に示すように、前記液体噴射装置４は前記気体供給路１１の外周部に設けられている。前記液体噴射装置４の噴射孔４ａは、前記気泡発生媒体３の外周部より少し大きい円形状に設けられており、前記気泡発生媒体３の長手方向側面部である表面部３ｃに対して、気体供給方向と同一方向から、帯状の液流を噴射するものである。このように構成することにより、発生する超微細気泡が発生した瞬間に液流によって気泡発生媒体３から離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができ、超微細気泡発生装置１の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とすることができる。
なお、液体の噴射方向は、実施例に限定されるものではなく、例えば、気体供給方向と反対方向から噴射することも可能である。
また、別の実施例にかかる超微細気泡発生装置１では、図６（ｂ）に示すように、気泡発生媒体３は円錐状に構成している。前記円錐の断面中心部付近には内部空間３ａが設けられており、前記コンプレッサ２より圧送された気体は気体供給路１１を通り、気泡発生媒体３の内部空間３ａへと圧送される。このように構成することにより、気体が円錐の側面部である表面部３ｃより均等に放出されるため、効率的に超微細気泡を発生させることができる。
また、前記液体噴射装置４は前記気泡発生媒体３と対向する位置に設けられている。すなわち、前記液体噴射装置４の噴射孔４ａは、図６（ｂ）に示すように、前記気泡発生媒体３の円錘頂点３ｄの延長線上に設けられており、前記液体噴射装置４は円錐頂点３ｄに向けて液体を噴射するものである。このように構成することにより、液体を円錐頂点３ｄに噴射することにより、液体が気泡発生媒体３の側面部である表面部３ｃに沿って放射状に流れる。言い換えれば、前記気泡発生媒体３によって放出される超微細気泡の放出方向に対して略直交する方向に向けて液体を噴射する。
これにより、液体噴射装置４の噴射孔４ａの面積を小さくすることが可能となり、少ない圧力で液体を噴射させることが可能となる。発生する超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体３から離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができ、簡易な方法で超微細気泡を発生させることができる。また、超微細気泡発生装置１の設置方法の自由度を向上させて、設置場所や機能要求に合った設計を可能とすることができる。
また、図６（ｃ）に示すように、前記気泡発生媒体３の円錐高さ方向に直交する方向に前記気体供給路１１の気体供給入口を設ける構成とすることも可能である。このように構成することにより、液体の流れの下流側のスペースを有効に活用することができる。なお、本実施例では前記気体供給路１１の気体供給入口を気泡発生媒体３の上方に設けているが、これに限定するものではなく、例えば左右方向に設けることも可能である。
また、前記気泡発生媒体３の周囲で、前記液体噴射装置４によって噴射する液体の流れの下流側に気泡案内溝５５を設けている。前記気泡案内溝５５は、図７に示すように、液体の流れの下流側に断面視略円弧状に構成されており、前記液体噴射装置４によって噴射される液体によって前記気泡発生媒体３の表面部３ｃから移動する超微細気泡が移動する方向を案内するものである。前記気泡案内溝５５を設けることで、気泡発生媒体３から離間した超微細気泡が一旦気泡案内溝５５に当たったあと、前記気泡案内溝５５に沿って移動することにより、超微細気泡間の距離を調整しやすく合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
また、前記超微細気泡発生装置１を構成する気泡発生媒体３及び液体噴射装置４を一体として設けることも可能である。このように構成することにより、前記気泡発生媒体３と前記液体噴射装置４の噴射孔４ａとの位置関係が常に一定となるため、位置調節等を行う手間を省くことが可能となる。また、前記液体噴射装置４と対向する側の壁面を側面視円弧状に傾斜させることも可能である。このように構成することにより、前記液体噴射装置４によって噴射される液体によって前記気泡発生媒体３の側面部である表面部３ｃから移動する超微細気泡が移動する方向を案内することができる。このため、超微細気泡間の距離を調整しやすく合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
また、気泡発生媒体３を平板状に形成し、前記気体発生媒体の内部に複数の気体供給路１１を平行に設けることも可能である。この場合、気体は気体供給路１１を通り、気泡発生媒体３の内部空間３ａへと圧送される。前記気体供給路１１は気泡発生媒体３の内部で枝分かれしており、複数の枝分かれした気体供給路１１が平行に並んでいる。前記気体供給路１１からのガス圧によって前記気泡発生媒体３の表面部３ｃより超微細気泡が発生するものである。このように構成することにより、平行に並んだ気体供給路１１同士の間隔を広げることで、超微細気泡が合体するのを困難にすることができる。
なお、前記液体噴射装置の数や形状は、本実施例に限定するものでなく、例えば、３個以上設けることも可能である。また、気体供給路１１の形状や材質は、本実施例に限定するものではなく、例えば、金属管やプラスチックパイプ等で構成することも可能である。
１ 超微細気泡発生装置
２ コンプレッサ
３ 気泡発生媒体
４ 液体噴射装置
５ コーティング材

Claims (3)

  1. 気体を圧送するための圧縮機と、圧送された気体を超微細気泡として液体内へ放出するための気泡発生媒体とを具備する超微細気泡発生装置であって、
    前記気泡発生媒体は、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、前記気泡発生媒体によって放出される超微細気泡の放出方向に対して、略直交する方向に向けて、前記超微細気泡が放出される液体と同種の液体を噴射する液体噴射装置を設けた、
    ことを特徴とする超微細気泡発生装置。
  2. 前記気泡発生媒体を円錐状に構成して、前記圧縮機からの気体を前記気泡発生媒体の円錐底面から頂点へ向けて通過させ、前記液体噴射装置によって、前記超微細気泡が放出される液体と同種の液体を、前記気泡発生媒体の円錐頂点に対して噴射するようにした、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超微細気泡発生装置。
  3. 前記気泡発生媒体の外周面を被覆材で覆い、該被覆材は、その表面と液体との接触角が小さくなる特性を有する、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超微細気泡発生装置。
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