JP2017225959A - 気体含有液生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を生成可能な気体含有液生成装置を提供する。【解決手段】気体含有液生成装置は、第１注射筒用、第２注射筒用、注射針用の第１、第２、第３ポートを備える連結部（４１）と、第１または第２注射筒と第１または第２ポートとの間を流れる気体含有液を処理する気体含有液処理部（２３、３３）と、第１または第２注射筒と第１または第２ポートとの間を流れる気体含有液中に気泡を生成する気泡生成部（２２、３２）と、第１および第２ポートの間を気体含有液が流れる第１状態と、第１および第３ポートの間を気体含有液が流れる第２状態とに変化する弁（４２）とを備える。気体含有液処理部は、環状の内周面を有する複数の腹部と複数の節部とを交互に含む流路を有する流路形成部材（５１、６１）と、流路に沿って設けられた線状部材（５２、６２）と、線状部材の周囲に設けられた障害物部材（５３、６３）とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、気体含有液生成装置に関し、例えば、ナノバブル水の生成用に適用されるものである。

近年、マイクロバブルを含有するマイクロバブル水や、ナノバブルを含有するナノバブル水が、様々な技術分野で注目されている。マイクロバブルやナノバブルの定義として明確な定義はないが、一般に、マイクロバブルとは、粒径（直径）が１μｍから１００μｍ程度の気泡を指し、ナノバブルとは、粒径（直径）が１μｍ未満の気泡を指す（特許文献１および２を参照）。

特開２０１５−７７５６６号公報 特開２０１４−１４７８７０号公報

一般に、マイクロバブルやナノバブルなどの気泡は、気体と液体とを混合して気体含有液を生成し、気体含有液を噴射することにより生成される。近年の研究により、気泡は、気体含有液中に気泡核が生成された後、気泡核同士が結合することで生成されることが分かってきた。気泡核とは、気泡になる前の気体分子が液体分子から離れて集合した集合体である。また、多数の気泡核を含有する気体含有液からは、ナノバブルのような微細な気泡を多数生成できることも分かってきた。

気体含有液を種々の用途に使用する場合、気泡は微細であることが望ましく、気体含有液は微細な気泡を高濃度に含有していることが望ましい。理由は、微細な気泡は、気体含有液中で長時間持続するからである。微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液は、上述のように、気泡核を高濃度に含有する気体含有液から生成可能である。よって、気体含有液中に多数の気泡核を生成することで、微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を生成可能な手法を実現することが求められる。

また、気体含有液の用途は近年、工業分野や一般消費分野だけでなく、医療分野や農業分野にも拡大しつつある。そのため、微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を、医療分野用や農業分野用に簡単な構造で生成可能な気体含有液生成装置へのニーズが高まっている。

そこで、本発明は、微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を生成可能な気体含有液生成装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様の気体含有液生成装置は、気体含有液を収容する第１および第２注射筒と、前記第１注射筒用の第１ポートと、前記第２注射筒用の第２ポートと、注射針用の第３ポートとを備える連結部と、前記第１注射筒と前記第１ポートとの間、または前記第２注射筒と前記第２ポートとの間を流れる前記気体含有液を処理する気体含有液処理部と、前記第１注射筒と前記第１ポートとの間、または前記第２注射筒と前記第２ポートとの間を流れる前記気体含有液中に気泡を生成する気泡生成部と、前記第１および第２ポートの間を前記気体含有液が流れる第１状態と、前記第１および第３ポートの間を前記気体含有液が流れる第２状態とに変化する弁とを備える。また、前記気体含有液処理部は、環状の内周面を有する複数の腹部と、環状の内周面を有する複数の節部とを交互に含む流路を有し、前記流路に沿って前記気体含有液を搬送する流路形成部材と、前記流路形成部材内において前記流路に沿って設けられた線状部材と、前記流路形成部材内において前記線状部材の周囲に設けられ、前記気体含有液の流れに対する障害物として機能する障害物部材とを備える。

本発明によれば、微細な気泡を高濃度に含有する気体含有液を生成可能な気体含有液生成装置を提供することが可能となる。

第１実施形態の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。 第１実施形態における気泡核の生成過程を説明するための図である。 第１実施形態の気体含有液生成装置の具体例を示す断面図である。 第１実施形態の気体含有液生成装置の用法を説明するための断面図である。 第１実施形態の第１接続管の構成を示す断面図である。 第１実施形態の第１接続管の寸法を説明するための断面図である。 第１実施形態の第１接続管の変形例を示す断面図である。 第１実施形態の第１噴射部の変形例を示す断面図である。 第２実施形態の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。

図１の気体含有液生成装置は、気液混合部１１、気泡核生成部１２、起泡部１３、および清成槽１４を備えている。

気液混合部１１は、気体１と液体２とを混合して、気体含有液３を生成する。気体１の例としては、酸素が挙げられる。符号１ａは、気体分子（例えば酸素分子）を表す。液体２の例としては、水が挙げられる。符号２ａは、液体分子（例えば水分子）を表す。

気泡核生成部１２は、気液混合部１１から供給された気体含有液３を処理して、気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成する。気泡核３ａは、気体分子１ａが液体分子２ａから離れて集合した集合体である。気泡核生成部１２は例えば、気体含有液３を乱流化することで、気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成することができる。

起泡部１３は、気泡核生成部１２から供給された気体含有液３を処理して、気体含有液３中に多数の気泡３ｂを生成する。気泡３ｂは、気泡核３ａ同士が結合することにより生成される。起泡部１３は例えば、気体含有液３を噴射することで、気体含有液３中に多数の気泡３ｂを生成することができる。

清成槽１４には、起泡部１３から供給された気体含有液３が貯留される。本実施形態の気体含有液生成装置は、清成槽１４に、気体含有液３として、粒径が５０〜５００ｎｍのナノバブルを高濃度に含有するナノバブル水を供給することができる。

なお、気体含有液生成装置の外部で気体１と液体２とを混合して気体含有液３を生成する場合には、気体含有液生成装置に気液混合部１１を設けなくてもよい。この場合、気泡核生成部１２は、気体含有液生成装置の外部から導入された気体含有液３中に気泡核３ａを生成し、起泡部１３は、この気体含有液３中に気泡３ｂを生成する。また、気泡部１３がこの気体含有液３を気体含有液生成装置の外部に直接吐出する場合には、気体含有液生成装置に清成槽１４を設けなくてもよい。本実施形態では、気体含有液生成装置の具体例について後述するが、この気体含有液生成装置は気液混合部１１と清成槽１４とを備えていない（図３）。

図２は、第１実施形態における気泡核３ａの生成過程を説明するための図である。

図２(ａ)は、気液混合部１１により生成された気体含有液３を、気泡核生成部１２により処理する様子を示している。

一般に、常温常圧の条件下で気体１が液体２中に溶け込む量は、気体１や液体２の種類により上限が決まっている。この上限を超える量の気体１を液体２中に溶け込ませるためには、ポンプなどを使用して気体１を液体２中に機械的かつ強制的に溶け込ませる必要がある。このようにして得られる気体含有液３を、過飽和気体含有液と呼ぶ。

気体含有液３中に気泡核３ａを生成する際、気体含有液３として過飽和気体含有液を使用すると、多数の気泡核３ａを生成できることが判明している。そこで、本実施形態の気液混合部１１は、気体含有液３として、過飽和気体含有液を生成することが望ましい。

また、気泡核３ａは、気体含有液３に圧力変動や熱変動（温度変動）を加えることで生成されることが判明している。そこで、本実施形態の気泡核生成部１２は、気体含有液３に圧力変動を加えることで、気泡核３ａを生成する。気体含有液３に圧力変動を加えることが可能な気泡核生成部１２の構造については、後述する。

図２(ａ)は、過飽和気体含有液である気体含有液３に、圧力変動や熱変動を加える様子を示している。気体含有液３に圧力変動を加えると、気体含有液３中に圧力が高い部分と低い部分が生じる。また、気体含有液３に熱変動を加えると、気体含有液３中に温度が高い部分と低い部分が生じる。

この場合、気体分子１ａは、圧力の低い部分や温度の高い部分に集合する。図２(ｂ)は、気体分子１ａがこれらの部分に集合する様子を示している。

その結果、図２(ｃ)に示すように、気体分子１ａが集合した集合体である気泡核３ａが生成される。気泡核３ａの生成過程のシミュレーションによれば、気泡核３ａの粒径は、０．５〜１．０ｎｍ程度であることが判明している。

図３は、第１実施形態の気体含有液生成装置の具体例を示す断面図である。

図３は、気体含有液生成装置の具体例として、注射器型の気体含有液生成装置を示している。図３の気体含有液生成装置は、第１注射筒２１と、第１噴射部２２と、第１接続管２３と、第２注射筒３１と、第２噴射部３２と、第２接続管３３と、連結部４１と、三方弁４２と、注射針４３とを備えている。

図３の気体含有液生成装置は、気泡核生成部１２に相当する構成要素である第１および第２接続管２３、３３と、起泡部１３に相当する構成要素である第１および第２噴射部３２、３３を備えているが、気液混合部１１や清成槽１４に相当する構成要素は備えていない。第１および第２接続管２３、３３は、気体含有液処理部の例であると共に、それぞれ第１および第２気泡含有液処理部の例である。第１および第２噴射部２２、３２は、気泡生成部の例であると共に、それぞれ第１および第２気泡生成部の例である。

第１注射筒２１は、外筒２１ａおよび内筒２１ｂを備え、外筒２１ａと内筒２１ｂとの間の空間に気体含有液３を収容する。同様に、第２注射筒３１は、外筒３１ａおよび内筒３１ｂを備え、外筒３１ａと内筒３１ｂとの間の空間に気体含有液３を収容する。本実施形態では、第１注射筒２１のサイズが、第２注射筒３１のサイズよりも大きく設定されており、第１注射筒２１が気液含有液３を収容可能な容積は、第２注射筒３１が気液含有液３を収容可能な容積よりも大きく設定されている。

本実施形態では、気体１と液体２とを混合して生成された気体含有液３を用意し、この気体含有液３を第１または第２注射筒２１、３１内に導入する。気体１の例は、酸素や二酸化炭素などである。液体２の例は、純水や食塩水などである。そして、図３の気体含有液生成装置は、後述するように、第１および第２接続管２３、３３において気体含有液３中に気泡核３ａを生成し、第１および第２噴射部２２、３２において気泡核３ａから気泡３ｂを生成する。

連結部４１は、第１注射筒２１用の第１ポート４１ａと、第２注射筒３１用の第２ポート４１ｂと、注射針４３用の第３ポート４１ｃとを備えており、これらのポート４１ａ〜４１ｃをつなぐ流路を備えている。第１ポート４１ａは、第１接続管２３と第１噴射部２２とを介して第１注射筒２１に接続されている。第２ポート４１ｂは、第２接続管３３と第２噴射部３２とを介して第２注射筒３１に接続されている。第３ポート４１ｃは、注射針４３に接続されている。

三方弁４２は、連結部４１に設けられており、第１および第２ポート４１ａ、４１ｂの間を気体含有液３が流れる第１状態と、第１および第３ポート４１ａ、４１ｃの間を気体含有液３が流れる第２状態とに変化する。

三方弁４２を第１状態に切り換えると、矢印ａや矢印ｂで示すように、第１注射筒２１と第２注射筒３１との間を気体含有液３が流れる。本実施形態の第１状態では、第１および第２ポート４１ａ、４１ｂが開放され、第３ポート４１ｃが閉止される。そして、第１注射筒２１の内筒２１ｂを指で押すと、第１注射筒２１から第２注射筒３１へと気体含有液３が流れる。一方、第２注射筒３１の内筒３１ｂを指で押すと、第２注射筒３１から第１注射筒２１へと気体含有液３が流れる。

三方弁４２を第２状態に切り換えると、矢印ｃや矢印ｄで示すように、第１注射筒２１と注射針４３との間を気体含有液３が流れる。本実施形態の第２状態では、第１および第３ポート４１ａ、４１ｃが開放され、第２ポート４１ｂが閉止される。そして、第１注射筒２１の内筒２１ｂを指で押すと、第１注射筒２１から注射針４３へと気体含有液３が流れ、注射針４３から気体含有液３が放出される。

なお、三方弁４２は、３つ以上の状態に変化可能でもよい。例えば、三方弁４２は、第２および第３ポート４１ｂ、４１ｃが開放され、第１ポート４１ａが閉止され、第２および第３ポート４１ｂ、４１ｃの間を気体含有液３が流れる第３状態に変化してもよい。

注射針４３は、針基４３ａと針管４３ｂとを備えている。針管４３ｂは、針基４３ａに装着されており、針基４３ａは、第３ポート４１ｃに装着されている。注射針４３は例えば、人体内に気体含有液３を注射するために使用される。

なお、気体含有液生成装置内に気体含有液３を導入する際には、第１注射筒２１の内筒２１ｂを取り外して気体含有液３を導入してもよいし、第２注射筒３１の内筒３１ｂを取り外して気体含有液３を導入してもよい。あるいは、第１注射筒２１の内筒２１ｂを指で引くことで、矢印ｄで示すように、第３ポート４１ｃから気体含有液生成装置内に気体含有液３を導入してもよい。

第１接続管２３は、流路形成チューブ５１と、ワイヤ５２と、障害物部材５３とを備えており、第１注射筒２１と第１ポート４１ａとの間を流れる気体含有液３中に気泡核３ａを生成する。同様に、第２接続管３３は、流路形成チューブ６１と、ワイヤ６２と、障害物部材６３とを備えており、第２注射筒３１と第２ポート４１ｂとの間を流れる気体含有液３中に気泡核３ａを生成する。流路形成チューブ５１、６１は、流路形成部材の例である。ワイヤ５２、６２は、線状部材の例である。

流路形成チューブ５１は、図３に示すように蛇腹構造の流路を有し、流路に沿って気体含有液３を搬送する。流路形成チューブ５１の流路は、環状の内周面を有する複数の腹部５１ａと、環状の内周面を有する複数の節部５１ｂとを交互に含んでいる。各腹部５１ａの最外部の直径は、各節部５１ｂの最内部の直径よりも大きく設定されている。本実施形態では、各腹部５１ａや各節部５１ｂの内周面が、らせん状ではなく環状に延びている。

これは、流路形成チューブ６１でも同様である。流路形成チューブ６１の流路は、環状の内周面を有する複数の腹部６１ａと、環状の内周面を有する複数の節部６１ｂとを交互に含んでいる。本実施形態では、流路形成チューブ５１のサイズが、流路形成チューブ６１のサイズよりも大きく設定されており、流路形成チューブ５１が気液含有液３を収容可能な容積は、流路形成チューブ６１が気液含有液３を収容可能な容積よりも大きく設定されている。

本実施形態の流路形成チューブ５１、６１は、プラスチックで形成されており、様々な形状に折り曲げ可能に構成されている（図４参照）。図４は、第１実施形態の気体含有液生成装置の用法を説明するための断面図である。本実施形態では、流路形成チューブ５１、６１を様々な形状に折り曲げることで、気体含有液生成装置を狭いスペースに配置することや、気体含有液３の蛇行により多数の気泡核３ａを生成することが可能となる。

以下、図３を再び参照し、気体含有液生成装置の説明を続ける。

ワイヤ５２は、流路形成チューブ内５１において流路に沿って設けられている。ワイヤ５２は、流路に沿って延びる線状の形状を有し、流路の幅方向断面（輪切り断面）の中央部に配置されている。本実施形態のワイヤ５２は、鉄などの金属で形成されているが、プラスチックなどの非金属で形成されていてもよい。

これは、ワイヤ６２でも同様である。ワイヤ６２は、流路形成チューブ内６１において流路に沿って設けられている。

障害物部材５３は、流路形成チューブ５１内においてワイヤ５２の周囲に設けられており、気体含有液３の流れに対する障害物として機能する。障害物部材５３は、ワイヤ５２に固定されることで、流路の幅方向断面の中央部に配置されている。本実施形態の障害物部材５３は、鉄などの金属で形成されているが、プラスチックなどの非金属で形成されていてもよい。

本実施形態では、気体含有液３の流れが障害物部材５３により十分に変化するように、障害物部材５３の形状や配置が設定されている。例えば、障害物部材５３は、複数の腹部５３ａと複数の節部５３ｂとを流路に沿って交互に含む形状を有している。また、障害物部材５３は、複数の金属線を組み合わせたメッシュ状の形状を有している。よって、気体含有液３は、障害物部材５３の外形に沿って流れたり、障害物部材５３に衝突したり、障害物部材５３のメッシュを通過したりするなど、様々な態様で流路内を流れる。なお、障害物部材５３の例は、各腹部５３ａが２００〜３００個の網目を有する金網である。

これは、障害物部材６３でも同様である。障害物部材６３は、流路形成チューブ６１内においてワイヤ６２の周囲に設けられており、複数の腹部６３ａと複数の節部６３ｂとを流路に沿って交互に含む形状を有している。本実施形態では、障害物部材５３の各腹部５３ａの体積が、障害物部材６３の各腹部６３ａの体積よりも大きく設定されている。

第１噴射部２２は、流路が狭くなった狭窄部２２ａを備えており、第１注射筒２１と第１接続管２３との間に設けられている。よって、第１噴射部２２は、狭窄部２２ａにより第１注射筒２１内や第１接続管２３内に気体含有液３を噴射することで、気体含有液３中に気泡３ｂを生成することができる。具体的には、気体含有液３が矢印ｂのように流れる際に、第１注射筒２１内に気体含有液３が噴射される。また、気体含有液３が矢印ａのように流れる際に、第１接続管２３内に気体含有液３が噴射される。

同様に、第２噴射部３２は、流路が狭くなった狭窄部３２ａを備えており、第２注射筒３１と第２接続管３３との間に設けられている。よって、第２噴射部３２は、狭窄部３２ａにより第２注射筒３１内や第２接続管３３内に気体含有液３を噴射することで、気体含有液３中に気泡３ｂを生成することができる。具体的には、気体含有液３が矢印ａのように流れる際に、第２注射筒３１内に気体含有液３が噴射される。また、気体含有液３が矢印ｂのように流れる際に、第２接続管３３内に気体含有液３が噴射される。

次に、引き続き図３を参照し、気体含有液生成装置の動作について説明する。

まず、気体１と液体２とを混合して生成された気体含有液３を用意し、この気体含有液３を第１または第２注射筒２１、３１内に導入する。次に、三方弁４２を第１状態に切り換える。次に、第１注射筒２１の内筒２１ｂと、第２注射筒３１の内筒３１ｂとを指で交互に押下する。その結果、第１注射筒２１と第２注射筒３１との間を気体含有液３が繰り返し往復する。この際、第１および第２接続管２３、３３により気体含有液３中に気泡核３ａが生成され、第１および第２噴射部２２、３２により気泡核３ａから気泡３ｂが生成される。

気体含有液３中の気泡核３ａや気泡３ｂの濃度は、気体含有液３の往復回数が多くなるほど増加する。よって、微細な気泡３ｂを高濃度に含有する気体含有液３を生成したい場合には、気体含有液３の往復回数を増やすことが望ましい。

なお、本実施形態では、第１注射筒２１、第１噴射部２２、第１接続管２３のサイズがそれぞれ、第２注射筒３１、第２噴射部３２、第２接続管３３のサイズよりも大きく設定されている。また、障害物部材５３の各腹部５３ａの体積が、障害物部材６３の各腹部６３ａの体積よりも大きく設定されている。これにより、第１注射筒２１と第１ポート４１ａとの間での気体含有液３の流速や反応性を、第２注射筒３１と第２ポート４１ｂとの間での気体含有液３の流速や反応性と異ならせることができる。よって、本実施形態によれば、流速や反応性の違いにより気体含有液３に圧力変動等を加え、気泡核３ａや気泡３ｂの濃度をさらに増加させることが可能となる。また、本実施形態では、連結部４１で気体含有液３の進行方向が直角に曲がることも、気体含有液３への圧力変動として作用する。

その後、所望の気体含有液３が生成されたら、気体含有液３を第１注射筒２１に移動させ、三方弁４２を第２状態に切り換える。次に、注射針を注射対象物に刺した後、第１注射筒２１の内筒２１ｂを指で押下する。これにより、所望の気体含有液３を注射対象物に注射することができる。

なお、本実施形態では、気体含有液３の代わりに気体１および液体２を第１または第２注射筒２１、３１内に導入してもよい。この場合、第１注射筒２１と第２注射筒３１との間で気体１および液体２を繰り返し往復させたり、気体含有液生成装置を手で振ったりすることで、気体１と液体２とを混合して気体含有液３を生成する。ただし、所望の特性の気体含有液３を使用したい場合には、上述のように、気体含有液生成装置の外部で用意された気体含有液３を使用することが望ましい。

図５は、第１実施形態の第１接続管２３の構成を示す断面図である。図５の説明は、本実施形態の第２接続管３３にも当てはまる。

図５は、第１ポート４１ａから第１噴射部２２へと気体含有液３が流れる様子を示している。本実施形態では、気体含有液３の流れが障害物部材５３により十分に変化するように、障害物部材５３の形状や配置が設定されている。例えば、障害物部材５３は、複数の腹部５３ａと複数の節部５３ｂとを流路に沿って交互に含む形状を有しており、かつメッシュ状の形状を有している。よって、気体含有液３は、図５に矢印で示すように、障害物部材５３の外形に沿って流れたり、障害物部材５３に衝突したり、障害物部材５３のメッシュを通過したりするなど、様々な態様で流路内を流れる。

第１接続管２３は、流路形成チューブ５１、ワイヤ５２、および障害物部材５３に加えて、第１固定部５４と、第１邪魔板５５と、第２固定部５６と、第２邪魔板５７とを備えている。

第１固定部５４は、第１噴射部２２内に挿入されており、ワイヤ５２の一方の端部（第１注射筒２１側の端部）を固定するために使用されている。第２固定部５６は、連結部４１内に挿入されており、ワイヤ５２の他方の端部（第１ポート４１ａ側の端部）を固定するために使用されている。本実施形態では、ワイヤ５２の両端部の位置が第１および第２固定部５４、５６により固定されている。

第１邪魔板５５は、第１噴射部２２内で第１固定部５４の付近に設けられており、第１噴射部２２内の気体含有液３を撹拌する機能を有する。第２邪魔板５７は、連結部４１内で第２固定部５６の付近に設けられており、連結部４１内の気体含有液３を撹拌する機能を有する。本実施形態では、第１および第２邪魔板５５、５７により気体含有液３が撹拌されることで、気体含有液３に圧力変動が加えられ、気体含有液３中に気泡核３ａが発生しやすくなる。

以上のように、本実施形態の第１接続管２３では、蛇腹構造の流路を有する流路形状チューブ５１内を気体含有液３が流れ、かつ、気体含有液３の流れは障害物部材５３からの影響を受ける。よって、気体含有液３の流れは、流路の中央部でも周辺部でも第１接続管２３から影響を受ける。

例えば、流路の中央部の気体含有液３は、障害物部材５３の外形に沿って流れたり、障害物部材５３に衝突したり、障害物部材５３のメッシュを通過したりする。また、流路の周辺部の気体含有液３は、図５に矢印で示すように、流路形状チューブ５１の腹部５１ａの溝に入り込んだり、流路形状チューブ５１の腹部５１ａの溝に沿って環状に周回したりする。このとき、溝はらせん状ではなく環状であるため、気体含有液３は連結部４１から第１噴射部２２へと流れにくくなり、気体含有液３の流れが溝により大きく変化し得る。

よって、本実施形態によれば、流路形状チューブ５１や障害物部材５３により気体含有液３の流れを変化させることができ、これにより気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成することができる。具体的には、本実施形態によれば、流路形状チューブ５１や障害物部材５３により気体含有液３に渦流を起こし気体含有液３を乱流化することで、気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成することができる。気体含有液３が通常のチューブを通過する場合には、気体含有液３は一般に層流化するが、本実施形態の第１接続管２３によれば、気体含有液３を乱流化することができる。

また、本実施形態では、流路形状チューブ５１や障害物部材５３という簡単な構造で気泡核生成機構を構成でき、さらには、流路形状チューブ５１の折り曲げも可能である。これにより、気体含有液生成装置を様々な状況で使用することや、気体含有液生成装置を狭いスペースに配置することや、気体含有液生成装置の製造コストや消費エネルギーを低減することが容易になる。

これは、気体含有液生成装置を、工業分野や一般消費分野だけでなく、医療分野や農業分野にも適用する際に有用である。理由は、気体含有液生成装置を医療分野や農業分野に適用する際には、様々な場所に装置を持ち運ぶこと、メンテナンスや電源確保が難しい状況で装置を使用すること、場合によっては装置を使い捨てにすること、などが要求されるからである。

そこで、本実施形態では、注射器として使用可能な気体含有液生成装置を簡単な構造で実現している。一般に注射器は、電力を用いずに使用可能であることや、注射時にチューブなどの接続管を人体に合わせて折り曲げることなどが求められる。これに対し、本実施形態の気体含有液生成装置は、電力ではなく指の力で動作可能であり、接続管２３の折り曲げも可能である。このように、本実施形態によれば、気体含有液３の注射器として使用するのに適した気体含有液生成装置を実現することができる。

図６は、第１実施形態の第１接続管２３の寸法を説明するための断面図である。図６の説明は、本実施形態の第２接続管３３にも当てはまる。

符号Ａは、第１ポート４１ａの内周面の直径を示す。符号Ｂは、流路の長さ方向における流路形成チューブ５１の各腹部５１ａの寸法（厚さ）を示す。符号Ｃは、流路の長さ方向における流路形成チューブ５１の各節部５１ｂの寸法（厚さ）を示す。

本実施形態では、各腹部５１ａの厚さＢと、各節部５１ｂの厚さＣが、同じ厚さに設定されている（Ｂ＝Ｃ）。また、第１ポート４１ａの内周面の直径Ａは、図６に示すように、各節部５１ｂの最内部の直径とほぼ同じに設定され、各腹部５１ａの最外部の直径よりも小さく設定されている。また、各腹部５１ａと各節部５１ｂの厚さＢ、Ｃは、第１ポート４１ａの内周面の直径Ａの１／４に設定されている（Ｂ＝Ｃ＝Ａ／４）。なお、第１ポート４１ａの内周面の直径Ａは例えば数ｍｍ程度であり、流路形成チューブ５１の長さは例えば１０ｃｍ程度である。

符号Ｄは、流路の長さ方向における障害物部材５３の各腹部５３ａの寸法を示す。符号Ｅは、流路の幅方向における障害物部材５３の各腹部５３ａの寸法を示す。以下、寸法Ｄを各腹部５３ａの長さと呼び、寸法Ｅを各腹部５３ａの直径と呼ぶ。

本実施形態では、各腹部５３ａの長さＤは、各腹部５３ａの直径Ｅよりも長く設定されている（Ｄ＞Ｅ）。具体的には、各腹部５３ａの長さＤは、各腹部５３ａの直径Ｅの２倍に設定されている（Ｄ＝２Ｅ）。また、各腹部５３ａの直径Ｅは、第１ポート４１ａの内周面の直径Ａよりも短く設定されている（Ｅ＜Ａ）。具体的には、各腹部５３ａの直径Ｅは、第１ポート４１ａの内周面の直径Ａの２／３に設定されている（Ｅ＝２Ａ／３）。これにより、障害物部材５３を流路形成チューブ５１内に収容することができる。

また、本実施形態では、障害物部材５３の各腹部５３ａの長さＤは、流路形成チューブ５１の各腹部５１ａの厚さＢよりも長く設定されている（Ｄ＞Ｂ）。具体的には、障害物部材５３の各腹部５３ａの長さＤは、流路形成チューブ５１の各腹部５１ａの厚さＢの１６／３に設定されている（Ｄ＝１６Ｂ／３）。

なお、これらの寸法Ａ〜Ｅの関係は一例に過ぎず、これらの寸法Ａ〜Ｅにその他の関係を適用しても構わない。また、本実施形態の障害物部材５３の腹部５３ａは、互いに同じ寸法（長さＤ、直径Ｅ）を有しているが、互いに異なる寸法を有していても構わない。また、本実施形態の第１接続管２３は、１つの障害物部材５３を備えているが、複数の障害物部材５３を備えていてもよい。また、図６に示す腹部５１ａや腹部５３ａの個数は、作図の便宜上、実際に気体含有液生成装置を製造する場合の一般的な腹部５１ａや腹部５３ａの個数よりも少なく描かれていることに留意されたい。

図７は、第１実施形態の第１接続管２３の変形例を示す断面図である。図７の説明は、本実施形態の第２接続管３３にも当てはまる。

本変形例の第１接続管２３は、スプリング５８を備えている。スプリング５８は、流路形成チューブ５１内においてワイヤ５２の周囲に設けられている。本変形例の流路形成チューブ５１は、折り曲げ可能に構成されていると共に、折り曲げに対してスプリング５８の抗力が作用するように構成されている。よって、本変形例によれば、流路形成チューブ５１の過度の折れ曲がりを防止することや、気体含有液３にスプリング５８による圧力変動を加えることが可能となる。

また、本変形例によれば、流路形状チューブ５１や障害物部材５３により環状の作用を気体含有液３に作用させると共に、スプリング５８によりらせん状の作用を気体含有液３に作用させることができる。よって、本変形例によれば、より複雑な気体含有液３の流れを実現することが可能となる。

図８は、第１実施形態の第１噴射部２２の変形例を示す断面図である。図８の説明は、本実施形態の第２噴射部３２にも当てはまる。

本変形例の第１噴射部２２は、流路が狭くなった狭窄部２２ａと、狭窄部２２ａから第１接続管２３へと流路が徐々に広くなる第１拡張部２２ｂと、狭窄部２２ａから第１注射筒２１へと流路が徐々に広くなる第２拡張部２２ｃとを備えている。よって、本変形例の第１噴射部２２は、気体含有液３の噴射により気泡３ｂを生成するベンチュリー管として機能する。

第１噴射部２２から第１注射筒２１内に気体含有液３が噴射されると、気体含有液３の進行方向に内筒２１ｂが存在するため（図３参照）、気体含有液３に渦流が起きる。これにより、気泡核３ａを第１注射筒２１内でも生成することができる。

以上のように、本実施形態の気体含有液生成装置は、第１および第２注射筒２１、３１と、連結部４１と、三方弁４２とを備え、第１および第２注射筒２１、３１と連結部４１との間に第１および第２接続管２３、３３と第１および第２噴射部２２、３２とを備えている。これにより、注射器型の気体含有液生成装置が実現されている。

そして、本実施形態の第１および第２接続管２３、３３内を気体含有液３が流れる際には、気体含有液３の流れは、流路の中央部では障害物部材５３、６３からの影響を受け、流路の周辺部では流路形状チューブ５１、６１の蛇腹構造からの影響を受ける。よって、本実施形態によれば、流路形状チューブ５１、６１や障害物部材５３、６３により気体含有液３中に多数の気泡核３ａを生成することが可能となり、これにより、微細な気泡３ｂを高濃度に含有する気体含有液３を生成することが可能となる。

また、本実施形態によれば、注射器型の気体含有液生成装置を簡単な構造で実現することができる。本実施形態の気体含有液生成装置は、一般的な注射器と同様に電力ではなく指の力で動作可能であり、機械的な操作によらずに使用可能である。よって、本実施形態によれば、医師や看護師など、注射器の操作に慣れた者であれば容易に操作可能な気体含有液生成装置を実現することができる。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の気体含有液生成装置の構成を示す概略図である。

本実施形態の気体含有液生成装置は、第１注射筒２１と連結部４１との間に複数の第１接続管２３と複数の第１噴射部２２とを交互に備えており、具体的には、２個の第１接続管２３と３個の第１噴射部２２とを交互に備えている。さらに、本実施形態の気体含有液生成装置は、第２注射筒３１と連結部４１との間に複数の第２接続管３３と複数の第２噴射部３２とを交互に備えており、具体的には、２個の第２接続管３３と３個の第２噴射部３２とを交互に備えている。本実施形態の第１および第２接続管２３、３３や第１および第２噴射部２２、３２の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、これらの接続管２３、３３や噴射部２２、３２により様々な設計の気体含有液生成装置を実現することが可能となる。

以上、本発明の具体的な態様の例を、本発明の第１および第２実施形態により説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施することができる。本発明の範囲には、このような変更を加えた形態も含まれる。

１：気体、１ａ：気体分子、２：液体、２ａ：液体分子、
３：気体含有液、３ａ：気泡核、３ｂ：気泡、
１１：気液混合部、１２：気泡核生成部、１３：起泡部、１４：清成槽、
２１：第１注射筒、２１ａ：外筒、２１ｂ：内筒、２２：第１噴射部、
２２ａ：狭窄部、２２ｂ：第１拡張部、２２ｃ：第２拡張部、２３：第１接続管、
３１：第２注射筒、３１ａ：外筒、３１ｂ：内筒、３２：第２噴射部、
３２ａ：狭窄部、３３：第２接続管、
４１：連結部、４１ａ：第１ポート、４１ｂ：第２ポート、４１ｃ：第３ポート、
４２：三方弁、４３：注射針、４３ａ：針基、４３ｂ：針管、
５１：流路形成チューブ、５１ａ：腹部、５１ｂ：節部、
５２：ワイヤ、５３：障害物部材、５３ａ：腹部、５３ｂ：節部、
５４：第１固定部、５５：第１邪魔板、
５６：第２固定部、５７：第２邪魔板、５８：スプリング、
６１：流路形成チューブ、６１ａ：腹部、６１ｂ：節部、
６２：ワイヤ、６３：障害物部材、６３ａ：腹部、６３ｂ：節部、
６４：第１固定部、６５：第１邪魔板、
６６：第２固定部、６７：第２邪魔板

Claims (16)

1. 気体含有液を収容する第１および第２注射筒と、
   前記第１注射筒用の第１ポートと、前記第２注射筒用の第２ポートと、注射針用の第３ポートとを備える連結部と、
   前記第１注射筒と前記第１ポートとの間、または前記第２注射筒と前記第２ポートとの間を流れる前記気体含有液を処理する気体含有液処理部と、
   前記第１注射筒と前記第１ポートとの間、または前記第２注射筒と前記第２ポートとの間を流れる前記気体含有液中に気泡を生成する気泡生成部と、
   前記第１および第２ポートの間を前記気体含有液が流れる第１状態と、前記第１および第３ポートの間を前記気体含有液が流れる第２状態とに変化する弁とを備え、
   前記気体含有液処理部は、
   環状の内周面を有する複数の腹部と、環状の内周面を有する複数の節部とを交互に含む流路を有し、前記流路に沿って前記気体含有液を搬送する流路形成部材と、
   前記流路形成部材内において前記流路に沿って設けられた線状部材と、
   前記流路形成部材内において前記線状部材の周囲に設けられ、前記気体含有液の流れに対する障害物として機能する障害物部材と、
   を備える気体含有液生成装置。
2. 前記障害物部材は、複数の腹部と複数の節部とを前記流路に沿って交互に含む、請求項１に記載の気体含有液生成装置。
3. 前記流路の長さ方向における前記障害物部材の各腹部の寸法は、前記流路の幅方向における前記障害物部材の各腹部の寸法よりも長い、請求項２に記載の気体含有液生成装置。
4. 前記流路の長さ方向における前記障害物部材の各腹部の寸法は、前記流路の長さ方向における前記流路形成部材の各腹部の寸法よりも長い、請求項２または３に記載の気体含有液生成装置。
5. 前記障害物部材は、メッシュ状の形状を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
6. 前記流路形成部材は、折り曲げ可能に構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
7. 前記第１注射筒が前記気液含有液を収容可能な容積は、前記第２注射筒が前記気液含有液を収容可能な容積よりも大きい、請求項１から６のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
8. 前記気泡生成部は、前記第１注射筒と前記第１ポートとの間において前記第１注射筒と前記気体含有液処理部との間に設けられている、または前記第２注射筒と前記第２ポートとの間において前記第２注射筒と前記気体含有液処理部との間に設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
9. 前記気泡生成部は、前記気体含有液を噴射するベンチュリー管として機能する、請求項１から８のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
10. 前記線状部材の前記第１または第２注射筒側の端部を固定する第１固定部と、
    前記線状部材の前記第１または第２ポート側の端部を固定する第２固定部と、
    をさらに備える請求項１から９のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
11. 前記第１固定部の付近に設けられ、前記気体含有液を撹拌する第１邪魔板と、
    前記第２固定部の付近に設けられ、前記気体含有液を撹拌する第２邪魔板と、
    をさらに備える請求項１０に記載の気体含有液生成装置。
12. 前記気体含有液処理部はさらに、前記流路形成部材内において前記線状部材の周囲に設けられたスプリングを備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載の気体含有液生成装置。
13. 前記気体含有液処理部として、
    前記流路形成部材、前記線状部材、および前記障害物部材を備え、前記第１注射筒と前記第１ポートとの間を流れる前記気体含有液を処理する第１気体含有液処理部と、
    前記流路形成部材、前記線状部材、および前記障害物部材を備え、前記第２注射筒と前記第２ポートとの間を流れる前記気体含有液を処理する第２気体含有液処理部と、
    を備える請求項１に記載の気体含有液生成装置。
14. 前記第１気体含有液処理部を構成する前記流路形成部材が前記気体含有液を収容可能な容積は、前記第２気体含有液処理部を構成する前記流路形成部材が前記気体含有液を収容可能な容積よりも大きい、請求項１３に記載の気体含有液生成装置。
15. 前記第１気体含有液処理部を構成する前記障害物部材は、前記第１気体含有液処理部の前記流路に沿って複数の腹部と複数の節部とを交互に含み、
    前記第２気体含有液処理部を構成する前記障害物部材は、前記第２気体含有液処理部の前記流路に沿って複数の腹部と複数の節部とを交互に含み、
    前記第１気体含有液処理部を構成する前記障害物部材の各腹部の体積は、前記第２気体含有液処理部を構成する前記障害物部材の各腹部の体積よりも大きい、請求項１３または１４に記載の気体含有液生成装置。
16. 前記気泡生成部として、
    前記第１注射筒と前記第１ポートとの間を流れる前記気体含有液中に前記気泡を生成する第１気泡生成部と、
    前記第２注射筒と前記第２ポートとの間を流れる前記気体含有液中に前記気泡を生成する第２気泡生成部と、
    を備える請求項１に記載の気体含有液生成装置。

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