JP2014069141A - バブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性の高いバブル発生装置を低コストで生産でき、しかも簡単に施工できるようにすること、様々な径のバブルを形成できるようにすること、さらにはそれらのバブルの径を制御できるようにすること。
【解決手段】液体を一端側から他端側へ流す液体通路３、液体通路３の途中で合流し液体通路内に気体を導入する気体通路４、液体通路３の他端側と連通する空洞２、空洞２と連通し液体と気体を外部に放出する主吐出通路５及び副吐出通路６を備えた一体成型構造体１によりバブル発生装置を構成する。
一体成型構造体１の製造は射出成型法によって行うことができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、部品等の洗浄、生け簀や水槽への酸素供給、水耕栽培培地への栽培溶液及び空気供給等に用いられる、バブル発生装置に関する。

このようなバブル発生装置としては、特許文献１（特開２００８−２０７０９９号公報）に記載されるように、（ａ）ベンチュリ管等を用いた流路拡大方式、（ｂ）加圧溶解気体の過飽和析出方式（加圧溶解式）、（ｃ）旋回流気泡せん断方式（旋回流式）、（ｄ）オリフィス等を用いた高圧開放方式、（ｅ）微細孔からの気体吐出方式、（ｆ）超音波や機械による気泡破壊方式が知られている（段落０００６を参照）。
そして、特許文献１には、気液混相流が供給される流通路１０１と、この流通路の一端側で気液混相流を受ける受圧部１２と、この受圧部１２近傍の流通路１０１の側面から気液混相流を導入してマイクロバブルを生成する吐出路１３を有し、その吐出路１３は流通路１０１の側面に複数接続されると共に出口側の径が大径となるようなテーパー状に形成されているマイクロバブル発生装置１が開示されている（図１及び段落００３０〜００３４を参照）。

ところが、特許文献１に開示されているマイクロバブル発生装置１は、流通路１０１、受圧部１２及び吐出路１３をどのようにして加工しているのか明らかでなく、その材質も明らかでない。
そのため、例えば流通路１０１、受圧部１２及び吐出路１３を切削加工する場合には、その製造に手間と時間がかかりコストがかさむという問題がある。
また、同マイクロバブル発生装置１の流通路１０１は配管部１１の流通路１１１と連通しており、この配管部１１から気液混相流が供給されているが、この気液混相流は配管部１１の上流側において、別の機構（吸気装置３４や吸気管３５）により形成されている。
そのため、マイクロバブルを発生させるためには、マイクロバブル発生装置１の配管部１１とポンプ３３とを配管３２でつなぐだけでなく、気液混相流を形成する別の機構を設置する必要があり、施工が面倒という問題がある。
さらに、段落００３２に記載されているとおり、受圧部１２はその最大内径が流通路１１１と同径に形成されており、図１から見て流通路１１１の中心軸線は受圧部１２の中心に向かうものとなっている。
そのため、受圧部１２における水流は、その周囲に向かってほぼ均一な流れとなり、比較的均一な径のバブルが形成される。

特開２００８−２０７０９９号公報

従来のバブル発生装置における問題点の解消、すなわち、耐久性の高いバブル発生装置を低コストで生産でき、しかも簡単に施工できるようにすることが本発明の解決しようとする主な課題である。
また、均一な径のバブルだけではなく、様々な径のバブルを形成できるようにすること、さらにはそれらのバブルの径を制御できるようにすることが、本発明の解決しようとする他の課題である。

上記の課題を解決するための請求項１に係る発明は、ポンプ又は水道から供給された液体を一端側から他端側へ流す液体通路、該液体通路の途中で合流し、前記液体通路内に気体を導入する気体通路、前記液体通路の他端側と連通する球状、楕円球状、円柱状、楕円柱状又は角柱状の空洞、及び該空洞と連通し前記液体と前記気体を外部に放出する吐出通路を備えた一体成型構造体よりなるバブル発生装置である。

上記の課題を解決するための請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明のバブル発生装置において、前記液体通路の中心軸線は、前記空洞の中心より下方側の領域のみ、又は前記空洞の中心より上方側の領域のみを通過することを特徴とする。

上記の課題を解決するための請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明のバブル発生装置において、前記空洞に出没可能なボルトを備えたことを特徴とする。

上記の課題を解決するための請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに係る発明のバブル発生装置において、前記空洞から左右方向に延びる主吐出通路と、前記空洞から下方、上方又は後方に延びる副吐出通路からなることを特徴とする。

上記の課題を解決するための請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに係る発明のバブル発生装置において、前記一体成型構造体は樹脂製であることを特徴とする。

請求項１に係る発明のバブル発生装置は、液体通路、気体通路、空洞及び吐出通路を備えた一体成型構造体よりなっているため、加工に手間と時間がかからず、低コストで製造できるという効果がある。
また、液体通路の一端側とポンプ又は水道の蛇口をホース等の配管により接続し、水等の液体を供給するだけで、気体通路から空気等の気体が吸入され、吐出通路から外部へ多数のバブルが混ざった液体が排出されるので、誰でも簡単に施工することができるという効果がある。
さらに、その他の効果として、砂混じりの水や海水を流す劣悪な使用状況の下でも、構造が単純で砂等の詰まりやすい部分がほとんどないので、故障しにくい点、液体は供給されているのに正常に動作しないといった問題が発生した場合でも、バブルの発生は一体成型構造体のみでなされているため、その一体成型構造体のみを点検するか交換するだけで対処できる点が挙げられる。
そして、これらの効果に付随して、このバブル発生装置を養殖用の生け簀に利用することで魚の生育スピードを向上させたり、水耕栽培に利用することで植物の生育スピードを向上させたりすることができるという効果が得られる。

請求項２に係る発明のバブル発生装置は、請求項１に係る発明のバブル発生装置が奏する上記の効果に加え次の効果を奏する。
すなわち、請求項２に係る発明のバブル発生装置は、液体通路の中心軸線が空洞の中心より下方側又は上方側の領域のみを通過するようになっているため、液体通路から空洞の内部に流入した液体及び気体は、空洞の背面側の中心からはずれた下部壁面又は上部壁面にぶつかって、空洞の偏った位置で渦流を形成する。
そうすると、空洞内の液体及び気体の流れは不均一となり、排出路から出て行く液体及び気体の流れも不均一となるため、形成されるバブルの径は不均一なものになる。
そして、不均一な径のバブルが混ざった液体を部品等の洗浄に用いると、様々な径のバブルが部品等にぶつかり、大きな径のバブルにより荒い洗浄がされるとともに、小さな径のバブルにより細かい仕上げ洗浄がされることとなるため、均一な径のバブルが混ざった液体を部品等の洗浄に用いた場合よりも、洗浄力が向上するという効果がある。
また、不均一な径のバブルが混ざった液体を水耕栽培に用いると、様々な径のバブルが植物の根にぶつかり、液体が根の様々な部位に浸透し易くなるため、均一な径のバブルが混ざった液体を水耕栽培に用いた場合よりも、植物の生育が良くなるという効果がある。

請求項３に係る発明のバブル発生装置は、空洞に出没可能なボルトを備えているため、ボルトを出没させ空洞の内部に突出するボルトの長さを調節することで、発生するバブルの径を調整することができるという効果がある。

請求項４に係る発明のバブル発生装置は、吐出通路が、空洞から左右方向に延びる主吐出通路と、空洞から下方、上方又は後方に延びる副吐出通路からなっており、主吐出通路と副吐出通路では発生するバブルの量や径が異なるため、さらに様々なバブルを発生させることができるという効果がある。
また、副吐出通路を塞ぐことにより、主吐出通路から排出されるバブルの量や径、出方を変化させることができるという効果もある。

請求項５に係る発明のバブル発生装置は、一体成型構造体が樹脂製であるため、製造が容易で低コスト、材料自体が安価でかつ軽量、海水や薬剤を含む液体等による腐食に強い、自由に着色できるので複数種のバブル発生装置を提供するに際して見分け易く彩色可能といった効果を奏する。

本発明に係るバブル発生装置の実施例の外観を示す斜視図。 本発明に係るバブル発生装置の実施例の平面図。 本発明に係るバブル発生装置の実施例の正面図。 本発明に係るバブル発生装置の実施例の側面図。 図２のＡ−Ａ線における断面図。 図４のＢ−Ｂ線における断面図。

以下、実施例によって、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係るバブル発生装置の実施例の外観を示す斜視図であり、縦約６０ｍｍ、横約８５ｍｍ、厚さ約３０ｍｍの直方体のひとつの隅部を厚み方向の一辺と平行に切り取った５角柱状をなす樹脂製の一体成型構造体１よりなっている。
一体成型構造体１のほぼ中央部には、図１の斜視図（点線部）や図５及び図６の断面図に示すように、直径約１０ｍｍ長さ約４．５ｍｍの短い円柱状の空洞２があり、その円柱の上面及び底面にあたる平面は一体成型構造体１の側壁面と平行に配置され、周面にあたる曲面は一体成型構造体１の前後及び上下の壁面に対向している。
また、一体成型構造体１には、図１〜４（点線部）及び図５、図６の断面図に示すように、その前方の壁面から空洞２の前方壁面下部に達し空洞２に連通する直径約６ｍｍの液体通路３と、直方体のひとつの隅部を切り取った面から液体通路の途中に達し液体通路３に連通する直径約２．５ｍｍの気体通路４、空洞２から左右方向にラッパ状に延びる小径約１０ｍｍ、大径約１４ｍｍの主吐出通路５、空洞２から下方に直線状に延びる直径約４．５ｍｍの副吐出通路６、及び空洞２から上方に直線状に延びる直径約４ｍｍのボルト挿入孔７が形成されている。
以下、各通路とボルト挿入孔７について詳しく説明する。

液体通路３の一端側（前方の壁面側）には、水、海水、培養液等の液体を供給するための配管が固定できるように、配管を挿入するための液体配管用凹部８を形成してある。その配管は水、海水、培養液等の液体を送出するポンプ又は水道にバルブを介して接続されており、液体通路３に導入される液体の供給量を制御することができるようになっている。
液体通路３の中心軸線は一体成型構造体１の底面及び上面に平行で空洞２の中心より下方側の領域のみを通過するようになっている。そのため、液体通路３から空洞２の内部に流入した液体及び気体は、空洞２の背面側の中心からはずれた下部壁面にぶつかって、空洞２の偏った位置で渦流を形成することとなり、空洞２内の液体及び気体の流れが不均一になる。そうすると、主吐出通路５及び副吐出通路６へ出て行く液体及び気体の流れも不均一となるため、形成されるバブルの径が不均一なものになるのである。

気体通路４が開口している直方体のひとつの隅部を切り取った面側には、空気や酸素等の気体を供給するための配管が固定できるように、配管を挿入するための気体配管用凹部９を形成してある。その配管は空気や酸素等が圧縮充填されたボンベにバルブを介して接続されており、液体通路３に導入される気体の供給量を制御することができるようになっている。

主吐出通路５は、円柱状の空洞２の上面及び底面にあたる平面の全体又は一部から左右の側壁面に向かってラッパ状に延びており、発生したバブルは主としてこの主吐出通路５の開口部から排出される。

副吐出通路６は、空洞２の周面の下部壁面から底面に向かって下方に直線状に延びており、主吐出通路５より細く形成されている。
そのため、副吐出通路６からは、主吐出通路５とは異なる量や径のバブルが混ざった液体が排出される。また、この通路を塞ぐことにより、主吐出通路５から排出されるバブルの量や径を変化させることができるだけでなく、バブルが混ざった液体の出方を変化させることができる。
バブルが混ざった液体の出方が変化する態様としては、液体中に実施例のバブル発生装置１を配置した場合において、一方の主吐出通路５のみからバブルが混ざった液体が排出されるようになり、他方の主吐出通路５においては液体が吸い込まれるといった現象がある。

ボルト挿入孔７は、空洞２から上方に直線状に延びるように形成されており、１本のボルトが一体成型構造体１の上面側からねじ込まれるようになっている。
そして、このボルトをスパナやドライバー等で回転させることにより、ボルトを空洞２に出没させることができ、空洞２の内部に突出するボルトの長さを調節することで、発生するバブルの径を調整することができる。
なお、実施例の場合、発生するバブルの径は、ボルトの突出量を大きくすると大きくなることが、実験的に分かっている。

本実施例の一体成型構造体１の製造は、予め液体通路３、気体通路４、主吐出通路５、副吐出通路６及びボルト挿入孔７等を形成するための金型を作成しておき、その金型に溶融した樹脂等の材料を充填し、樹脂を冷却固化させた後、金型を分離して成形品を取り出す射出成型法により行われる。
そのため、同じ構造のバブル発生装置を、大量に安く製造することができる。

本実施例の変形例を列記する。
（１）本実施例においては、樹脂製の一体成型構造体１は５角柱状をなしているが、内部に空洞と各種通路を形成できる形状であれば、５角柱状に限らず、どのような形状でも良い。
また、一体成型構造体１の材質としては、樹脂製に限らず、金属、セラミック等の型を用いて所定の形に加工できる材料であれば何でも良い。
（２）本実施例の空洞２は、短い円柱状で一体成型構造体１のほぼ中央部に形成してあるが、形状は短い円柱状に限らず、球状、楕円球状、楕円柱状及び角柱状のいずれであっても良く、形成位置も中央部に限らず、一体成型構造体１のいずれかの面に偏っていても良い。
（３）実施例においては、液体通路３の一端側が開口している前方の壁面側に、液体配管用凹部８を形成してあるが、この凹部８に代えて配管やホースを差し込むための円筒状の液体配管用凸部を形成しても良く、液体配管用凹部８や液体配管用凸部に配管の接続を容易にするための溝やテーパー部を設けても良い。
また、液体通路３の直径や断面形状に配管先端の直径や断面形状を合わせれば、特に液体配管用凹部８や液体配管用凸部を形成する必要はない。（４）実施例においては、液体通路３の中心軸線は一体成型構造体１の底面及び上面に平行で空洞２の中心より下方側の領域のみを通過するようになっているが、中心軸線が一体成型構造体１の底面及び上面に平行でなくても空洞２の中心より下方側又は上方側の領域のみを通過するようになっていれば、その効果はほとんど変わらない。
さらに、空洞２の偏った位置で渦流を形成することにこだわらなければ、空洞２の液体通路３の中心軸線が空洞２の中心より下方側又は上方側の領域のみを通過する必要もなく、単に空洞２内の領域を通過していれば良い。要するに、外部から液体と気体を一体成型構造体１の内部で合流させて空洞２の内部に送り込めるようになっていれば、通路の形状及び配置はどのようなものであっても良いのである。
（５）実施例においては、気体通路４が開口している直方体のひとつの隅部を切り取った面側に、気体配管用凹部９を形成してあるが、この凹部９に代えて配管やホースを差し込むための円筒状の気体配管用凸部を形成しても良い。
また、液体通路３の直径や断面形状に配管先端の直径や断面形状を合わせれば、特に気体配管用凹部９や気体配管用凸部を形成する必要はない。
さらに、通常は気体の供給量を制御できるようにボンベ等からバルブを介して空気や酸素等の気体を積極的に供給しているが、液体通路３に液体を流せば、ベルヌーイの法則により負圧が生じ空気が引き込まれるので、必ずしも配管やホースを固定する必要はない。そして、そのような使い方しかしない場合、当然のことながら気体配管用凹部９や気体配管用凸部を形成する必要はない。
（６）実施例において、主吐出通路５は空洞２の円柱の上面及び底面にあたる平面から左右の側面に向かってラッパ状に延びているが、直線状に延びていても良いし、逆に先がすぼまるように延びていても良い。さらに、左右のどちらか一方のみに延びていても良く、途中で曲折させて一体成型構造体１の側面、後面又は底面からバブルが混ざった液体を排出できるようにしても良い。
（７）実施例において、副吐出通路６は、空洞２の周面から下方に直線状に延びているが、延びる方向は上方又は後方であっても良く、途中で曲がっていても良い。また、通路の形態はラッパ状でも良いし、逆にすぼまっていても良い。
さらに、副吐出通路６を塞ぐことにより、主吐出通路５から排出されるバブルの量や径が変化するので、副吐出通路６を塞ぐための栓を用意しても良い。その場合、副吐出通路６出口に近い一体成型構造体１のいずれかの面に、その栓を保持しておくための凹部又は凸部を設けておくとより良い。
なお、副吐出通路６は無くても、主吐出通路５からバブルが混ざった液体を排出するのに支障を生じるわけではないので、必ずしも設ける必要はない。また、逆に副吐出通路６を複数設けて、バブルが混ざった液体のバブル量や径を、さらに多様にしたり、複数の副吐出通路９を選択的に塞ぐことにより、主吐出通路から排出されるバブルの量や径、出方を多様に変化させたりすることができるようにしても良い。
（８）実施例において、ボルト挿入孔７は、空洞２から上方に直線状に延びるように形成され、一体成型構造体１を貫通するとともに、１本のボルトが一体成型構造体１の上面側からねじ込まれるようになっているが、ボルト挿入孔７の延びる方向は上方でなくても良い。
また、ボルト挿入孔７を貫通孔とせず、ボルトを空洞２側からねじ込むようにしても良い。その場合、ボルト挿入孔７は、ボルトを空洞２に出没させることができる程度の深さがあれば良いこととなる。そして、ボルトの突出量調整は、副吐出通路６からドライバー等を挿入したり、主吐出通路５からスパナ等の工具を挿入したりして行うことができる。
なお、ボルト挿入孔７は無くても、主吐出通路５や副吐出通路６からバブルが混ざった液体を排出するのに支障を生じるわけではないので、必ずしも設ける必要はない。
（９）実施例で示した一体成型構造体１、各通路及びボルト挿入孔７の寸法は一例であり、用途や施設の規模等に適した大きさに変更しなければならないことはいうまでもない。

本発明のバブル発生装置の応用例を列記する。

本実施例のバブル発生装置を用いて、インジェクション成型トレイ（タイプ１）の洗浄を行ったところ、洗浄前において６５０個存在していた直径０．３μｍの粉塵が洗浄後においては２２個に、同じく洗浄前において２９６個存在していた直径１μｍの粉塵が洗浄後においては９個に、同じく洗浄前において９０個存在していた直径５μｍの粉塵が洗浄後においては０個に低減した。
また、インジェクション成型トレイ（タイプ２）の洗浄を行ったところ、洗浄前において１１２個存在していた直径０．３μｍの粉塵が洗浄後においては９個に、同じく洗浄前において１８個存在していた直径１μｍの粉塵が洗浄後においては１個に、同じく洗浄前において５個存在していた直径５μｍの粉塵が洗浄後においては１個に低減した。
洗浄に際しては、タイプ１及びタイプ２いずれの場合においても、水等の液体を満たした水槽の中央部にトレイを配置し、トレイの下方に本実施例のバブル発生装置を配置して、トレイの下から上に向かってバブルが通過するようにした。そうすると、水槽には外部から液体が注入され溢れ出ていくので、同時に粉塵も水槽外に流され、トレイに粉塵が再付着するのを防止できる。
この結果を従来の洗浄装置による洗浄結果と比較すると、バブル発生装置だけでなく超音波洗浄装置を併用した場合の洗浄結果と同レベルであることが分かった。この同レベルの洗浄を従来の洗浄装置で行った場合、２つの洗浄装置を併用することから工程数が５、洗浄時間が約２０分であったのに対し、本実施例のバブル発生装置のみで行った場合には、工程数が２、洗浄時間が約６分となり、作業性が向上するとともに、作業時間を３分の１以下に短縮することができた。

さらに、本実施例のバブル発生装置は、インジェクション成型トレイの洗浄に限らず、半導体部品等の各種部品、液晶表示装置のガラス基板、メッキ基材、メッキした面及びゴム製品の洗浄においても有効である。
特に、各種部品の洗浄の際には、多数の被洗浄部品を取り付けることができる治具を用意することで、多数の部品を一度に洗浄することができる。その場合、バブル発生装置による洗浄中に治具を揺動させたり、治具に衝撃を与えたりすると洗浄効果を上げることができる。
また、本実施例のバブル発生装置による洗浄を行った後、治具に衝撃を与え、その後純水で洗い流して乾燥させることにより、粉塵の量をさらに低減できることも確認できている。
なお、バブル発生装置を用いた洗浄においては、排出されるバブルが混ざった液体の流速も大事なファクターであるが、本実施例のバブル発生装置においては、毎分２リットル以上、好ましくは４リットル以上の液体を供給すれば十分な効果を発揮できる。

本実施例のバブル発生装置を用いて、不均一な径のバブルが混ざった海水を養殖用の生け簀に供給したところ、魚の生育スピードを向上させることができた。
その原因としては、養殖用の生け簀内にある海水の溶存酸素量が上がる（一例として、９ｍｇ／リットルから１２ｍｇ／リットルに上昇する）ことで、微生物の増殖が促進され、海水が活性化することが考えられる。
なお、実験は行っていないが、淡水魚の養殖においても同様の効果が上がるものと予想できる。

本実施例のバブル発生装置を用いて、不均一な径のバブルが混ざった培養液を水耕栽培の培地に供給したところ、植物の生育スピードを向上させることができた。
その原因としては、様々な径のバブルが植物の根にぶつかり、培養液が根の様々な部位に浸透し易くなって、根からの吸水力が上がることが考えられる。

１ 一体成型構造体
２ 空洞
３ 液体通路
４ 気体通路
５ 主吐出通路
６ 副吐出通路
７ ボルト挿入孔
８ 液体配管用凹部
９ 気体配管用凹部

Claims (5)

1. ポンプ又は水道から供給された液体を一端側から他端側へ流す液体通路、
   該液体通路の途中で合流し、前記液体通路内に気体を導入する気体通路、
   前記液体通路の他端側と連通する球状、楕円球状、円柱状、楕円柱状又は角柱状の空洞、
   及び該空洞と連通し前記液体と前記気体を外部に放出する吐出通路
   を備えた一体成型構造体よりなるバブル発生装置。
2. 前記液体通路の中心軸線は、前記空洞の中心より下方側の領域のみ、又は前記空洞の中心より上方側の領域のみを通過することを特徴とする請求項１に記載のバブル発生装置。
3. 前記空洞に出没可能なボルトを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバブル発生装置。
4. 前記吐出通路は、前記空洞から左右方向に延びる主吐出通路と、前記空洞から下方、上方又は後方に延びる副吐出通路からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバブル発生装置。
5. 前記一体成型構造体は樹脂製であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバブル発生装置。

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