JP2015166055A - 微小気泡発生板 - Google Patents

Abstract

【課題】大がかりな装置を必要とせず、簡易にマイクロ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できる微小気泡発生板を提供すること。【解決手段】液体中で表面から微小気泡を発生させる気泡発生面を有する微小気泡発生板であって、上記気泡発生面は平面と該平面に窪みを設けることで形成された複数の谷部とを有してなり、該谷部は、窪みの頂点を形成する底頂部と、窪みの起点を形成する基頂部と、該底頂部及び該基頂部をつなぐ谷面とからなり、上記底頂部を挟んで対向する２つの上記基頂部間の間隔が０．１〜１ｍｍであり、対向する２つの上記谷面部間の角度が１０〜９０?であることを特徴とする微小気泡発生板。【選択図】図１

Description

本発明は、微小気泡発生板に関し、さらに詳しくは、大がかりな装置を必要とせず、簡易にマイクロ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できる微小気泡発生板に関するものである。

近年、マイクロバブルやナノバブルといった微小気泡は、造影剤や摩擦低減効果等種々の効果効用を有し、種々分野に応用できることから注目を集めている。
このため、マイクロバブルやナノバブルの製造方法や製造装置は種々提案されている。
たとえば、特許文献１には、大がかりな装置を用いることなく、簡便にナノバブルを製造できるナノバブル製造装置として、液体を通液する配管と、配管の上流側の分岐部で液体の一部を分岐させて再度配管の下流側の合流部で戻す分岐管と、分岐管の途中に設けられ液体の一部に気体を混合する気液混合部とからなり、液中に４〜１００μmの範囲のマイクロバブルを生成するマイクロバブル製造部と、配管の下流端側に接続されたナノバブル製造部本体と、本体内に設けられた孔付き板と、孔付き板の下流側に孔付き板に近接して設けられた衝突板とからなり、液中に100nm以下の範囲のナノバブルを発生させるナノバブル製造部とからなるナノバブル製造装置であって、合流部と孔付き板までの距離Lが、配管の内径Dに対して5D〜6Dの範囲であるナノバブル製造装置が提案されている。

特開２０１３―０３４９５８号公報

特許文献１に提案さているように従来提案されているバブル発生装置は機械的なせん断力を加えることで気泡粒径を小さくしてマイクロバブル化するものであり、せん断力を加えるための装置が必要で、この装置自体が大掛かりなものとなるという問題があった。
このため、より小さな装置構成で実用的なレベルのマイクロバブルやナノバブルを発生させることが可能であり、簡易に微小気泡を発生させることのできる気泡発生装置の開発が要望されている。

したがって、本発明の目的は、大がかりな装置を必要とせず、簡易にマイクロ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できる微小気泡発生板を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、従来壁面上で生成される気泡の大きさは壁面上の微細な孔の大きさに依存することが知られているが、この事実に着目して微細孔を形成するような精密な加工技術を用いなくても微細孔と同様の作用が期待できる表面形態について種々検討した結果、特定の傾斜面を有する谷部を形成することで上記目的を達成しうることを知見し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の各発明を提供するものである。
１．液体中で表面から微小気泡を発生させる気泡発生面を有する微小気泡発生板であって、
上記気泡発生面は平面と該平面に窪みを設けることで形成された複数の谷部とを有してなり、該谷部は、窪みの頂点を形成する底頂部と、窪みの起点を形成する基頂部と、該底頂部及び該基頂部をつなぐ谷面とからなり、
上記底頂部を挟んで対向する２つの上記基頂部間の間隔が０．１〜１ｍｍであり、
対向する２つの上記谷面部間の角度が１０〜９０°であることを特徴とする微小気泡発生板。

本発明の微小気泡発生板は、大がかりな装置を必要とせず、簡易にマイクロ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できるものである。

図１は、本発明の微小気泡発生板の1実施態様を摸式的に示す斜視図である。 図２は、図1のII部拡大側面図である。 図３は、本発明の微小気泡発生板の他の実施態様を摸式的に示す斜視図である。 図４は、本発明の微小気泡発生板の他の実施態様を摸式的に示す斜視図である。 図５は、本発明の微小気泡発生板の他の実施態様を摸式的に示す拡大側面図（図２相当図）である。 図６は、本発明の微小気泡発生板の他の実施態様を摸式的に示す拡大側面図（図２相当図）である。 図７は、比較対象の微小気泡発生板を摸式的に示す拡大側面図である。 図８は、実施例１で得られた板に加熱を施した際の微小気泡の発生状態を示す写真（図面代用写真）である。 図９は、谷部の形成されていない部分からの加熱時における微小気泡の発生状態を示す写真（図面代用写真）である。

１：微小気泡発生板１、１０：気泡発生面１０、２０：平面、３０：谷部、３２：底頂部、３４：基頂部、３６：谷面

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
＜全体構成＞
本発明の微小気泡発生板１は、図１及び２に示すように、液体中で表面から微小気泡を発生させる気泡発生面１０を有し、気泡発生面１０は平面２０と平面２０に窪みを設けることで形成された複数の谷部３０とを有してなり、谷部３０は、窪みの頂部を形成する底頂部３２と、窪みの起点を形成する基頂部３４と、底頂部３２及び基頂部３４をつなぐ谷面３６とからなる。
さらに詳述すると、図１に示す微小気泡発生板は、矩形の平板体であり、その厚さは用途に応じて任意であるが通常は２〜１５ｍｍである。
微小気泡発生板の形成材料は、特に制限されないが加熱しても変形しない材料であるのが好ましく、鉄、ステンレス、アルミ、銅などの金属が好ましく、シリコン、親水性基を有する樹脂等の親水性の材料も用いることができる。
谷部３０は、図２に示すように、直線状であり且つ矩形状の板の辺に平行に設けられている。また複数の谷部で形成される端面は鋸刃状となされている。谷部３０がこのように形成されているため、底頂部３２は鋸刃の先端に位置する形態となされており、直線となされている。また、基頂部３４も底頂部と同様に直線状となされている。これらの底頂部３２と基頂部３４と谷面部３６とにより３角柱形状の窪みを形成している。

＜特徴部分＞
そして、本実施形態の微小気泡発生板は、図２に示すように、底頂部３２を挟んで対向する２つの基頂部３４間の間隔ｄが０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．３〜０．７ｍｍであり、対向する２つの上３２記谷面部間の角度θが１０〜９０°、好ましくは２０〜４０°である。
上記間隔ｄが０．１ｍｍ未満であると気泡が発生しにくくなり、１ｍｍを超えると気泡の粒径が大きくなりマイクロバブルとは言えなくなる。
上記角度θが１０°未満であると、気泡の粒径の制御が困難となり、９０°を超えても気泡が発生しにくくなると共に気泡の粒径が大きくなる。
なお、本発明において微小気泡とは、いわゆるマイクロバブルと言われる粒子サイズの気泡を意味し、粒径で５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下の粒子径の気泡を意味する。

谷面部の長さＬは、０．０３〜１ｍｍとするのが好ましく、０．０５〜０．８ｍｍとするのがさらに好ましい。
また、谷部３０が設けられる気泡発生面は微小気泡発生板の全面に設けられているのが微細気泡をくまなく発生させる点では好ましいが、特に制限されるものではなく、用途に応じて種々変更できる。なお、図１上は、図示の都合上谷部の一部のみを記載し、他は省略する。
なお、図１及び２に示す実施形態の微小気泡発生板において上記間隔ｄは０．５ｍｍであり、角度θは３０°である。

本発明の微小気泡発生板は、上述のように複数の谷部を有する構成とされているため、気泡が小径のまま板表面から離脱することが可能となっている。すなわち、上述の間隔及び角度で設けられた複数の谷部を有する構成とされていることで、通常なら気泡を表面に留める方向に作用していた表面張力を気泡離脱に働く力として作用させることができる。すなわち、谷部の谷面部で生成した気泡の成長は谷面部による物理的な制限を受ける。その一方で表面張力の作用により気泡は球形を維持しようとするために生成点である谷面部から移動しようとし、表面から離脱し、微小気泡が発生する。

＜製造方法＞
本発明の微小気泡発生板は、ワイヤー放電加工、エッチング、モールド、プレス法等通常公知の金属板の微細加工技術を特に制限なく用いて製造することができる。また、ワイヤーやエッチングによりマザーを作成し、得られたマザーを用いてプレス加工により製造することもできる。

＜使用方法、用途＞
本発明の微小気泡発生板は、加熱する方法又は気体含有液体（炭酸水等）を用いる方法により液体中に微細気泡を発生させることができる。
加熱する方法は、板本体をヒーター、火などで加熱することにより実施できる。加熱温度は、液体の沸騰温度以上とするのが好ましい。
また、超音波を用いて加熱すると共に振動を付与することで気泡を発生させることも可能である。
気体含有液体を用いる方法は、たとえば炭酸水を用いる場合、炭酸水の中に微小気泡発生板を投入するか、あらかじめ微小気泡発生板が設置された容器に炭酸水を投入することにより実施できる。
従来、受動的な気泡径制御手法としては、表面粗さをサブミクロンオーダーで制御する必要があったが、本発明のように表面を特定の形状とすることにより、制御困難な表面粗さを細かく制御せずともいわゆるマイクロバブル程度の微小気泡を得ることができる。

＜他の実施形態＞
ついで、本発明の微小気泡発生板の他の実施形態について図３及び４を参照して説明する。なお、以下の説明においては重複説明を避けるため、図１及び２に示す実施形態と異なる点を中心に説明する。特に説明しない点については上述の説明が適宜適用される。
図３に示す実施形態の微小気泡発生板は、板本体が円盤状であり、かかる円盤状の板本体に、１の谷部が渦巻き状に形成されてなる。１の谷部が形成されているのみではあるが円形の谷部が放射状に且つ全面に渡って配置された形態となっており、図１に示す実施形態と同様に作用する。
図４に示す実施形態の微小気泡発生板は、谷部が一部交差して設けられている。このように谷部の形態は任意である。
なお、図３及び４においても、図１と同様に図示の都合上谷部の一部のみを記載し、他は省略する。

本発明は上述した実施形態に何ら制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
たとえば、谷部は板の全面に設ける必要はなく、任意の一部分に設けてもよい。また、板の形態はフラットな平板をもって説明したが、これに制限されず箱状や鍋形状等任意の形状とし、その全面又は一部に上記谷部を設けることができる。

以下、本発明について実施例及び比較例を示してさらに具体的に説明するが本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

〔実施例１〕
以下の様にして図１に示す微小気泡発生板を製造し、後述する試験例に記載の試験を行い、微小気泡の発生効率を測定した。
（微小気泡発生板の製造）
厚さ２．０ｍｍの銅板に、ワイヤー放電加工を施し、図２に示す形状で鋸歯状に谷部が形成されてなる微小気泡発生板（間隔ｄ＝０．５ｍｍ、角度θ＝３０°、深さＤ＝１．０１ｍｍ）を得た。
（試験例１）
得られた微小気泡発生板を、底面が２０ｃｍ四方のガラス製容器に炭酸水（20℃）を充填した状態の中に静置した。
この際、この微小気泡発生板の気泡発生面で生成される気泡の観察を行った。炭酸水の水位は板の上面から ３cmの高さに設定し、気泡の観察にはマイクロスコープと高速度カメラを用いて３０〜２０００fps 及び倍率 ５０ 倍〜２００ 倍の条件で側面から撮影した。撮影した動画は核生成〜離脱までの瞬間気泡直径の測定及び気泡離脱過程の観察に使用した。
また、比較対象として谷部を形成していないフラットな板を用意し、同様にして気泡の発生を確認した。
その結果を表１に示す。

〔実施例２〕
間隔ｄ＝０．５ｍｍ、角度θ＝６０°、深さ０．４８ｍｍとした以外は実施例１と同様にして微小気泡発生板を得た。
得られた微小気泡発生板を用いて試験例と同様にして気泡の発生を確認した。
その結果を表１に示す。
〔実施例３〕
間隔ｄ＝０．５ｍｍ、角度θ＝９０°、深さ０．２８ｍｍとした以外は実施例１と同様にして微小気泡発生板を得た。
得られた微小気泡発生板を用いて試験例と同様にして気泡の発生を確認した。
その結果を表１に示す。
〔比較例１〕
間隔ｄ＝０．５ｍｍ、角度θ＝１２０°、深さ０．１６ｍｍとした以外は実施例１と同様にして微小気泡発生板を得た。
得られた微小気泡発生板を用いて試験例と同様にして気泡の発生を確認した。
その結果を表１に示す。

表１に示す結果から明らかなように、各実施例の板は比較例や比較対象に比して５倍以上多くの微小気泡が発生しており、その粒子径もより小さいことが分かる。特に１００μｍ以下の粒子が発生しており且つ３５０μｍを超える粒子の発生率が低いことが分かる。特に実施例１の微小気泡発生板は粒径の小さな微小気泡を発生させることができるものであることが分かる。

（試験例２）
実施例１で得られた微小気泡発生板と比較対象のフラットな板とを用いて、加熱による気泡の発生を確認した。なお、試験は、各板を耐熱ガラス製容器の底に固定し、該容器を加熱して内部の水を沸騰させた際、すなわち水を１００度以上の温度に加温した際の気泡の発生状況を、ビデオカメラを用いて６０フレーム／秒で撮影することにより行った。
その結果を図８及び９に示す。なお、図中、気泡は矢印を付して示し、右上の数値は撮影秒数を示す。
図８及び９に示す結果から明らかなように、本発明の微小気泡発生板は、加熱沸騰させた場合にも比較対象から発生される気泡の約１０分の１程度の粒径である微小気泡を発生させることができることが分かる。具体的には１００〜２００μｍの微小気泡が発生しており、条件を調整することによりさらに粒径の細かい微小気泡を発生させることも可能であると認められた。

本発明の微小気泡発生板は、マイクロバブルを手軽に利用したい場合に活用可能であり、各種殺菌、洗浄用途等マイクロバブルの利用用途として公知の分野に利用できる他、加熱によりマイクロバブルを発生する性質を利用してヒーター型バブリング装置や各種調理器具など種々用途に応用可能である。

Claims (1)

1. 液体中で表面から微小気泡を発生させる気泡発生面を有する微小気泡発生板であって、
   上記気泡発生面は平面と該平面に窪みを設けることで形成された複数の谷部とを有してなり、該谷部は、窪みの頂点を形成する底頂部と、窪みの起点を形成する基頂部と、該底頂部及び該基頂部をつなぐ谷面とからなり、
   上記底頂部を挟んで対向する２つの上記基頂部間の間隔が０．１〜１ｍｍであり、
   対向する２つの上記谷面部間の角度が１０〜９０°であることを特徴とする微小気泡発生板。