JP2010201397A - 微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる微小気泡発生装置を提供する。
【解決手段】微小気泡発生装置１において、液体が流入する流入口Ｈ１を有する筒状の流入部２ａと、その流入部２ａに連結され液体中に微小気泡を発生させるベンチュリ部２ｂと、そのベンチュリ部２ｂに連結されベンチュリ部２ｂを通過した液体を受けて攪拌する攪拌室Ｓ１及びその攪拌室に連通する流出口Ｈ２を有する筒状の流出部２ｃと、ベンチュリ部２ｂと攪拌室Ｓ１との間に設けられた第１網目体２ｄとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体中に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法に関する。

微小気泡発生装置としては、家庭用のマイクロナノバブル生成器やペット洗浄器が市販されており、さらに、洗浄やレジスト剥離などを行う基板処理装置に処理液として多数の微小気泡（微細気泡）を含む液体を供給する液体供給装置も開発されている。

例えば、家庭の浴室内の浴槽に用いられる微小気泡発生装置は、モータにより駆動されるポンプによって、浴槽本体の吸湯口から吸入した湯水と吸気路から吸入した空気をポンプ内で混合し、さらに、その空気混入水をアキュムレータに通し、余剰の空気を排出させて微細気泡噴流を生成し、これを浴槽本体内の浴湯中に噴出する（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３１７９５８号公報

しかしながら、前述のような微小気泡発生装置では、モータやアキュムレータなどが必要となるため、装置構成が複雑となり、さらに、価格も上昇してしまう。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、微小気泡発生装置において、液体が流入する流入口を有する筒状の流入部と、流入部に連結され、液体中に微小気泡を発生させるベンチュリ部と、ベンチュリ部に連結され、ベンチュリ部を通過した液体を受けて攪拌する攪拌室及び攪拌室に連通する流出口を有する筒状の流出部と、ベンチュリ部と攪拌室との間に設けられた第１網目体とを備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、微小気泡発生方法において、筒状の流入部の流入口から流入部内に液体を流入させ、流入させた液体を流入部に連結するベンチュリ部及び第１網目体にその順番で通過させ、通過させた液体をベンチュリ部に連通する筒状の流出部が有する攪拌室で攪拌し、攪拌した液体を流出部の流出口から流出させることである。

本発明によれば、装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる。

本発明の実施の一形態に係る微小気泡発生装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す微小気泡発生装置が備える気泡発生構造体の流出部を示す外観斜視図である。 図２に示す流出部の他の一例を示す外観斜視図である。 図１に示す微小気泡発生装置により発生する微小気泡のサイズと気泡数との関係を説明するための説明図である。 図１に示す微小気泡発生装置の変形例の概略構成を示す模式図である。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る微小気泡発生装置１は、中空な筒状の気泡発生構造体２と、その気泡発生構造体２内に液体を供給する液体供給部３とを備えている。

気泡発生構造体２は、筒状の流入部２ａと、その流入部２ａに連結されたベンチュリ部２ｂと、そのベンチュリ部２ｂに連結された筒状の流出部２ｃと、ベンチュリ部２ｂの液体流出側に設けられた第１網目体２ｄとにより構成されている。

流入部２ａは、液体が流入する流入口Ｈ１を有しており、液体供給部３から供給されその流入口Ｈ１から流入した液体をベンチュリ部２ｂの液体流入側に案内するケースである。流入口Ｈ１は、液体供給部３から供給された液体を流入部２ａ内に流入させるための開口部であり、チューブなどの供給管を介して液体供給部３に接続されている。

ベンチュリ部２ｂは、減圧機能と圧力開放により多数の微小気泡を発生させるベンチュリ管１１と、そのベンチュリ管１１を内蔵する筒状のケース１２とにより構成されており、ベンチュリ管１１を通過する液中に多数の微小気泡を発生させる部材である。

ベンチュリ管１１は、その外周面がケース１２の内周面に密着するようにケース１２内に設けられている。ベンチュリ管１１内の流路１１ａは、微小気泡を発生させるように液体流入側から管中央付近に向かって徐々に細くなっており（絞り部）、その管中央付近から液体流出側に向けて徐々に広がっている。この流路１１ａの最小隙間は例えば３ｍｍ程度に設定されている。このようなベンチュリ管１１は、その内部の流路１１ａを通過する液体中の溶存気体を減圧し圧力開放することによって気化させ、その液体中にマイクロバブルなどの微小気泡を発生させる。

流出部２ｃは、ベンチュリ部２ｂ及び第１網目体２ｄを通過した液体を受けて攪拌する攪拌室Ｓ１及びその攪拌室Ｓ１に連通する流出口Ｈ２を有しており、ベンチュリ部２ｂ及び第１網目体２ｄを通過した液体を攪拌室Ｓ１で一度受けて攪拌し、その後、流出口Ｈ２から排出するケースである。

流出口Ｈ２は、流出部２ｃ内の液体を外部に流出させる開口部であり、図２に示すように、流出部２ｃの周面に沿って一周するように複数形成されている。これらの流出口Ｈ２は、攪拌室Ｓ１を流出部２ｃの端部に形成するようにその端部から所定距離（例えば数ｃｍ程度）だけ離間して配置されている（図１参照）。攪拌室Ｓ１は、ベンチュリ部２ｂ及び第１網目体２ｄを通過した液体を受けて攪拌する部屋であり、流速緩衝及び液攪拌によってさらに気泡分断を行う。

このような流入部２ａ、ベンチュリ部２ｂ及び流出部２ｃはそれぞれ連結されて、その内部に液体を通過させるプラスチック（合成樹脂）あるいは金属製の円筒形状のケースを構成している。なお、これらの流入部２ａ、ベンチュリ部２ｂ及び流出部２ｃはネジ結合により連結及び分割可能に形成されている。これにより、気泡発生構造体２の内部清掃や第１網目体２ｄの清掃などを行うことが容易となるので、メンテナンス性が向上する。

第１網目体２ｄは、液体が通過可能なメッシュである。この第１網目体２ｄは、流出部２ｃ内であってベンチュリ管１１と攪拌室Ｓ１との間に位置するように、例えば、ベンチュリ部２ｂの液体流出側に接着剤などにより貼り付けられて流出部２ｃ内に設けられている。第１網目体２ｄは気泡を分断することに加え、ベンチュリ部２ｂを通過した液体の流速を減少させる。

液体供給部３は、液体を貯留するタンクや供給用のポンプなどに加え、液体の温度を制御する温度制御部３ａを備えており、そのタンク内の液体の温度を調整し湯を気泡発生構造体２内に流入口Ｈ１から供給する。この液体供給部３としては、例えば給湯器などが用いられ、液体としては、例えば水道水などが用いられる。なお、液体供給部３は、温度制御部３ａにより液体の温度を変えて微小気泡の発生量を調整することも可能である。これは、液体の温度が上昇すると、液体中の飽和溶存気体量が減少するため、液体中に過剰に溶存している気体が気泡となって出てくるためである。

温度制御部３ａは、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、温度制御処理に関する情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。この温度制御部３ａは、温度制御処理に関する情報や各種プログラムに基づいて、供給する液体の温度を例えば３０℃から４５℃程度の範囲内の一定温度に調整して気泡発生構造体２内に供給する制御を行う。

次に、前述の微小気泡発生装置１による微小気泡発生動作（微小気泡発生方法）について説明する。

一定温度（例えば３０℃から４５℃程度の範囲内の一定温度）の湯が液体供給部３から気泡発生構造体２内に流入口Ｈ１から供給されると、その湯は流入口Ｈ１から気泡発生構造体２の流入部２ａ内に流入し、次いで、ベンチュリ部２ｂを通過する。このとき、ベンチュリ部２ｂのベンチュリ管１１を通過する湯中の溶存気体が減圧され、圧力開放により気化され、マイクロバブルなどの微小気泡が多数生成される。これらの微小気泡を含む湯がベンチュリ部２ｂの下流にある第１網目体２ｄを通過する。このとき、湯内の微小気泡はさらに分断され、また、湯の流速が減速される。

第１網目体２ｄを通過して多数の微小気泡を含む湯は、流出部２ｃ内の攪拌室Ｓ１に到達し、その攪拌室Ｓ１の端部（底部）に衝突して攪拌される。これにより、湯内の微小気泡はさらに分断され、湯の流速もさらに減速される。その後、多数の微小気泡を含む湯は、流出部２ｃの各流出口Ｈ２から排出される。このとき、排出された湯はマイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡を多数含んでいる。

このように、多数の微小気泡がベンチュリ部２ｂにより湯中に生成され、その多数の微小気泡は第１網目体２ｄにより分断され、さらに、攪拌室Ｓ１による攪拌によって細かく分断される。これにより、マイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡が多数液中に発生することになる。

なお、このような多数の微小気泡を含む湯を使用する効果としては、その浸透性が高いため、毛穴内部の汚れが除去されて肌がスベスベになり、髪の毛の汚れや油脂が取れて髪の毛がサラサラとなる。さらに、風呂上りが爽快で湯冷めがしにくくなって保温効果が向上し、化粧のノリも良くなる。加えて、洗剤の泡立ち性も向上し、髪の毛はしなやかになり、アトピーなどの皮膚へのダメージは回復され、そのストレスも解消され、また、においも除去される。他にも、多数の微小気泡を含む水で炊いた米はおいしくなり、コーヒーやお茶の溶け込みも非常に早くなる。また、基板処理装置においては、基板に付着したパーティクル（ゴミや埃などの不純物）や基板上のレジスト膜を確実に除去することが可能となる。

ここで、本実施の形態においては、気泡発生構造体２の流出部２ｃに複数の流出口Ｈ２が設けられているが、これに限るものではなく、例えば、図３に示すように、気泡発生構造体２の流出部２ｃに１つ流出口Ｈ２ａを設け、その流出口Ｈ２ａを第２網目体２ｅにより覆うようにしてもよい。第２網目体２ｅも液体が通過可能なメッシュである。なお、流出口Ｈ２ａは流出部２ｃの外周面の周方向に伸びる所定範囲（例えば数ｃｍ^２程度）に設けられている。このように第２網目体２ｅを設けた場合には、多数の微小気泡をさらに細かく分断することができる。

前述のような微小気泡発生装置１の気泡発生構造体２をシャワーヘッドに替えてシャワーホースに接続し、その気泡発生構造体２の各流出口Ｈ２から流出される湯に含まれる微小気泡の数及びサイズを調べると、図４に示すような結果が得られた。

図４に示すように、湯中には、直径が５００ｎｍ以下である微小気泡が発生していることがわかる。特に、直径が１００から３００ｎｍ程度である微小気泡は１５００万個／ｍｌ以上発生していることがわかる。なお、気泡の直径平均は約２３２ｎｍとなり、気泡数の総合計は約３億２７００万個／ｍｌとなる。このように、前述の微小気泡発生装置１によりナノバブルである微小気泡が液中に多数発生することは確認された。なお、気泡の総個数は、気泡を生成する液中にイオンが多量に存在するために多くなる。

ここで、微小気泡は、マイクロバブル（ＭＢ）やマイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）などの概念を含む微細気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、流入部２ａの流入口Ｈ１からその流入部２ａ内に液体を流入させ、流入させた液体をベンチュリ部２ｂ及び第１網目体２ｄにその順番で通過させ、通過させた液体を流出部２ｃの攪拌室Ｓ１で攪拌し、攪拌した液体を流出部２ｃの流出口Ｈ２から流出させることによって、多数の微小気泡がベンチュリ部２ｂにより液体中に発生し、その発生した多数の微小気泡は第１網目体２ｄにより分断され、さらに、攪拌室Ｓ１での攪拌によって細かく分断される。

したがって、液体が気泡発生構造体２の内部を通過するだけでその液体中に多数の微小気泡が発生することになり、モータやアキュムレータ、エアー供給などの複雑な構成や構造は必要なくなるので、簡略な構成及び構造によりマイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡を発生させることが可能となる。その結果、装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができ、さらに、装置の大型化も抑止することができる。

また、液体供給部３により液体の温度を調整して液体として湯を流入口Ｈ１に供給することによって、液体の温度を変えて微小気泡の発生量を調整することが可能になるので、微小気泡の発生量を管理することができる。なお、供給する液体の温度と微小気泡の発生量とは相関関係がある。

また、攪拌した液体を流出部２ｃの周面に沿って一周するように複数形成された流出口Ｈ２から流出させることによって、攪拌室Ｓ１で攪拌した液体を流出部２ｃからスムーズに排出することが可能となる。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

例えば、前述の実施の形態においては、流入部２ａ、ベンチュリ部２ｂ及び流出部２ｃは分割組立可能に形成されているが、これに限るものではなく、例えば、それらの流入部２ａ、ベンチュリ部２ｂ及び流出部２ｃを一体成形するようにしてもよい。なお、ベンチュリ管１１にかえて、図５に示すように、１個以上の貫通孔（例えば３つ程度のオリフィス）２１ａを有する板状の部材２１をケース１２内に設け、多数の微小気泡を発生させるようにしてもよい。この場合にも、前述と同様の作用効果を得ることができる。なお、各貫通孔２１ａの直径は例えば０．５ｍｍから２．０ｍｍ程度の範囲内であり、例えば１．５ｍｍ程度が好ましい。

１ 微小気泡発生装置
２ａ 流入部
２ｂ ベンチュリ部
２ｃ 流出部
２ｄ 第１網目体
２ｅ 第２網目体
３ 液体供給部
Ｈ１ 流入口
Ｈ２ 流出口
Ｓ１ 攪拌室

Claims (8)

1. 液体が流入する流入口を有する筒状の流入部と、
   前記流入部に連結され、前記液体中に微小気泡を発生させるベンチュリ部と、
   前記ベンチュリ部に連結され、前記ベンチュリ部を通過した前記液体を受けて攪拌する攪拌室及び前記攪拌室に連通する流出口を有する筒状の流出部と、
   前記ベンチュリ部と前記攪拌室との間に設けられた第１網目体と、
   を備えることを特徴とする微小気泡発生装置。
2. 前記液体の温度を調整して前記液体として湯を前記流入口に供給する液体供給部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の微小気泡発生装置。
3. 前記流出口は前記流出部の周面に沿って一周するように複数形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の微小気泡発生装置。
4. 前記流出口は第２網目体により覆われていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の微小気泡発生装置。
5. 筒状の流入部の流入口から前記流入部内に液体を流入させ、流入させた前記液体を前記流入部に連結するベンチュリ部及び第１網目体にその順番で通過させ、通過させた前記液体を前記ベンチュリ部に連通する筒状の流出部が有する攪拌室で攪拌し、攪拌した前記液体を前記流出部の流出口から流出させることを特徴とする微小気泡発生方法。
6. 前記液体の温度を調整して前記液体として湯を前記流入口から流入させることを特徴とする請求項５記載の微小気泡発生方法。
7. 攪拌した前記液体を前記流出部の周面に沿って一周するように形成された複数の前記流出口から流出させることを特徴とする請求項５又は６記載の微小気泡発生方法。
8. 攪拌した前記液体を第２網目体により覆われた前記流出口から流出させることを特徴とする請求項５、６又は７記載の微小気泡発生方法。

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