JP2018075560A - バブル含有液製造装置およびバブル含有液製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細気泡を含有するバブル含有液の泡立つことを抑制し、高濃度にバブルを含有するバブル含有液を迅速に取り出すことが可能なバブル含有液製造装置の提供。【解決手段】微細な気泡を含有したバブル含有液を貯留するための貯留空間を有する貯留部２３０と、前記貯留空間にバブル含有液を導入するバブル含有液導入口２３３とを備え、前記貯留空間は、大気から遮断された密閉構造を有し、前記バブル含有液導入口２３３は、水平方向にバブル含有液を吐出することを特徴とし、前記バブル含有液導入口２３３は、バブル含有液を吐出する吐出口を前記貯留空間の側面に沿わせ形成し、前記貯留部２３０の側面に向けてバブル含有液を吐出するようにしてもよいバブル含有液製造装置。【選択図】図８

Description

本発明は超微細気泡含有液を製造するバブル含有液製造装置およびバブル含有液製造方法に関する。

近年、液体中にマイクロオーダーの粒径を有する気泡（マイクロバブル）やナノオーダーの粒径を有する気泡（ナノバブル）を含有させたバブル含有液が注目されており、医療、農業、水産業、飲食、養殖等の各分野への応用が図られている。このような微細気泡の中には、ファインバブルとも称され、気泡が可視光を散乱することで、バブル含有液が白濁するという特徴を有するものもある。

そのように可視光を散乱する気泡は数十ミクロンの粒径を有するが、粒径がさらに微細になり、２００ナノメートル以下の気泡になると、気泡の粒径が可視光の波長よりも小さくなるため、バブル含有液が透明になるという特徴がある。また、４０μｍ以下のバブルはマイナスの電荷を帯びること、１μｍ以下の粒径を有するバブルはウルトラファインバブルと称され、特に２００ｎｍ以下の粒径を有するバブルはブラウン運動をすることが知られている。

これらのようなウルトラファインバブルを含有する超微細気泡含有液の製造手法の１つとして、微細気泡含有液に超音波を照射することにより、微細気泡を圧壊し、より微細な粒径の超微細気泡を生成する手法がある。例えば、特許文献１に記載されたナノバブル生成方法では、マイクロバブル含有水に超音波を照射し、超音波圧壊によりナノバブルを生成することが記載されている。なお、生成されたナノバブルを含有するナノバブル含有液は、貯留槽に貯留されることも記載されている。

また、超音波圧壊を利用したナノバブルの生成方法として、例えば、特許文献２に記載されたナノバブル含有水の製造方法もある。このバブル含有液の製造方法では、バブル発生部でマイクロバブル含有水が製造され、該マイクロバブル含有水が貯留部に一旦貯留され、貯留部から取り出されたマイクロバブル含有液に超音波を照射することでマイクロバブルを圧壊してナノバブルが生成され、これによりナノバブル含有液が製造される。このバブル含有液製造装置では、マイクロバブルを貯留部に一旦貯留させ、所望の粒径のバブルのみを含有するマイクロバブル含有液が貯留部から取り出されることを特徴としている。

さらに、超音波圧壊を利用し、高濃度の超微細気泡含有液を製造するべく、引用文献３に記載のナノバブル製造装置が開発されている。このナノバブル製造装置では、マイクロバブル含有液が液槽に供給され、供給されたバブル含有液に超音波が照射され、マイクロバブルを圧壊してナノバブルが生成されることによりナノバブル含有液が製造される。

これらのバブル含有液製造においては、いずれも、液槽中においてナノバブルが下方へ集中する特徴が利用されている。すなわち、バブル含有液を一定時間貯留すると、粒径に応じて下方から粒径の小さいバブルが集中して高濃度化する特性が利用されている。そして、高濃度化した後に液層からバブル含有液を導出することで、高濃度のバブル含有液を取り出すことができる。

特開２００６−２８９１８３号公報 特開２０１４−２００７６２号公報 特開２０１５−１８６７８１号公報

しかしながら、バブル含有液は、バブルを含有しない液体に比較して泡立ちやすいという特徴を有するが、上記した特許文献をはじめ、従来のバブル含有液の製造のおいては、バブル含有液を貯留する際にバブル含有液の泡立ちを抑制する対策が取られておらず、貯留したバブル含有液が、泡立つことにより、バブル濃度の低下、および液の品質劣化を生じ、バブル含有液の取出しも困難になるという問題があった。

本発明は、これらのような問題に鑑み、バブル含有液の泡立ちを抑制し、高濃度にバブルを含有するバブル含有液を迅速に取り出すことを目的とする。

（１）本発明に係るバブル含有液製造装置は、微細な気泡を含有したバブル含有液を貯留するための貯留空間を有する貯留部と、前記貯留空間にバブル含有液を導入するバブル含有液導入口とを備え、前記貯留空間は、大気から遮断された密閉構造を有し、前記バブル含有液導入口は、水平方向にバブル含有液を吐出することを特徴とする。

このバブル含有液製造装置によれば、貯留部にバブル含有液を導入するバブル含有液導入口は、水平方向にバブル含有液を吐出する。これにより、上方からバブル含有液を導入する場合に比較して、すでに貯留部に貯留されたバブル含有液を大きく撹拌することなく、バブル含有液が泡立つことを抑制し、高濃度のバブル含有液を貯留部の下側に維持するとともに、高濃度のバブル含有液の取出しを可能とすることができる。

（２）上記したバブル含有液製造装置において、前記バブル含有液導入口は、バブル含有液を吐出する吐出口を前記貯留空間の側面に沿わせ形成し、前記貯留部の側面に向けてバブル含有液を吐出するようにしてもよい。

このようなバブル含有液製造装置では、バブル含有液が貯留部の側面に向けて吐出されるため、貯留部の側面に沿って導入される。これにより、バブル含有液が泡立つことを抑制し、高濃度のバブル含有液を貯留部に維持するとともに、高濃度のバブル含有液の取出しを可能とすることができる。

（３）上記したバブル含有液製造装置において、前記貯留空間はベントフィルターに連通し、前記バブル含有液導入口がバブル含有液を吐出する際に、前記貯留空間内の圧力を調整可能としてもよい。このようなバブル含有液製造装置では、バブル含有液が貯留部に導入される際に、バブル含有液の吐出圧により貯留部内のバブル含有液が加圧された状態になる。

そして、貯留部内の圧力が０．０１ＭＰａ〜０．０５ＭＰａである場合に、バブル含有液のバブル濃度を高濃度化することを発明者は見出した。この現象を利用し、バブル含有液製造装置において、貯留部内の圧力が０．０１ＭＰａ〜０．０５ＭＰａとなるように貯留部内の圧力を調整することにより、高濃度のバブル含有液を製造することができる。

（４）上記したバブル含有液製造装置において、さらに、前記貯留空間を加圧する加圧部と、前記貯留空間に貯留されたバブル含有液を外部に導出するバブル含有液導出部とを備え、前記バブル含有液導出部は加圧された状態のバブル含有液を、減圧バルブを介して外部に導出するようにしてもよい。

このバブル含有液製造装置では、貯留空間内で加圧されたバブル含有液が、減圧バルブを介して、減圧されながら外部に導出される。本件の発明者は、加圧状態で貯留空間におかれたバブル含有液が減圧されながら導出されることにより、取り出されたバブル含有液のバブルが高濃度化することを見出した。したがって、このバブル含有液製造装置では、比較的短時間でバブル含有液を超高濃度化できるにもかかわらず、泡立つことを抑制して、超高濃度バブル含有液を安定して迅速に取り出すことができる。

（５）前記バブル含有液製造装置は、さらに、前記バブル導出部にバブル含有液を導出するバブル含有液導出口と、前記貯留空間に貯留されたバブル含有液を前記バブル含有液供給部に再帰させる再帰導出口とを備え、前記再帰導出口は、前記貯留空間の高さ中央付近のバブル含有液を再帰させ、前記バブル含有液導出口は、前記貯留空間の下側領域のバブル含有液を外部に導出するようにしてもよい。

このバブル含有液製造装置によれば、バブル含有液導入口から導入されたバブル含有液において粒径の小さいバブルほど下側に拡散し高濃度化するため、タンク容器の底部に設けられたバブル含有液導出口から、粒径の小さいバブルを含有するバブル含有液を導出できる。また、再帰導出口が、バブル含有液導入口とバブル含有液導出口の間に位置するため、ある程度粒径の大きいバブルを含有するバブル含有液を再帰させることで、効率よくバブル含有液を高濃度化できる。

（６）上記したバブル含有液製造装置において、前記再帰導出口は水平方向からバブル含有液を吸引するようにしてもよい。このようなバブル含有液製造装置では、バブル含有液は、水平方向に吸引圧を受け、貯留空間で撹拌される。しかし、バブル含有液は上下方向に吸引圧を受けることがないため、粒径の小さいバブルが貯留空間の下方で高濃度化することを妨げることなく、高濃度のバブル含有液を容易に貯留することができる。

（７）本発明に係る他のバブル含有液製造方法は、液中に第１のバブルを生成し、該第１のバブルを含有する第１のバブル含有液を供給するバブル生成部と、前記バブル生成部に接続され、前記バブル生成部から供給される前記第１のバブル含有液を通過させ、通過する前記第１のバブル含有液に超音波を照射し、前記第１のバブル含有液のバブルを圧壊して第２のバブルを生成し、該第２のバブルを含有する第２のバブル含有液を供給するバブル圧壊部と、前記バブル圧壊部に接続され、前記バブル圧壊部から供給される第２のバブル含有液を貯留する貯留部とを備えるバブル含有液製造システムにおいて、前記貯留部は、大気から遮断された密閉構造を有し、バブル含有液を貯留するための貯留空間と、前記バブル圧壊部から供給される第２のバブル含有液を貯留部に導入するバブル含有液導入口と、前記貯留空間に連通する通気口と、前記貯留空間にバブル含有液を導入するバブル含有液導入口とを備え、前記貯留空間を所定の圧力に調整すること、前記バブル含有液導入口は、貯留空間の側面に沿ってバブル含有液を吐出する、バブル含有液製造方法。

このバブル含有液製造方法によれば、貯留部にバブル含有液を導入するバブル含有液導入口は、水平方向にバブル含有液を吐出する。これにより、上方からバブル含有液を導入する場合に比較して、すでに貯留部に貯留されたバブル含有液を大きく撹拌することなく、バブル含有液が泡立つことを抑制し、高濃度のバブル含有液を貯留部の下側に維持するとともに、高濃度のバブル含有液の取出しを可能とすることができる。

また、バブル含有液が貯留部の側面に向けて吐出されるため、貯留部の側面に沿って導入される。これにより、バブル含有液が泡立つことを抑制し、高濃度のバブル含有液を貯留部に維持するとともに、高濃度のバブル含有液の取出しを可能とすることができる。

さらに、バブル含有液が貯留部に導入される際に、バブル含有液の吐出圧により貯留部内のバブル含有液が加圧された状態になる。そして、貯留部内の圧力が０．０１ＭＰａ〜０．０５ＭＰａである場合に、バブル含有液のバブル濃度を高濃度化することを発明者は見出した。この現象を利用し、バブル含有液製造装置において、貯留部内の圧力を０．０１ＭＰａ〜０．０５ＭＰａとなるように貯留部内の圧力を調整することにより、高濃度のバブル含有液を製造することができる。

本発明によれば、バブル含有液の泡立ちを抑制し、高濃度にバブルを含有するバブル含有液を迅速に取り出すことを目的とする。

本発明の実施の形態に係るバブル含有液製造装置の機能ブロックを示す図である。 本発明の実施の形態に係るバブル含有液製造装置のバブル生成器の側断面を示す図である。 本発明の実施の形態に係るバブル含有液製造装置のバブル圧壊部を示す図である。 図３に示すバブル圧壊部の側断面を示す図である。 本発明の実施の形態に係るバブル含有液製造装置の貯留部の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係るバブル含有液製造装置の貯留部を示す図である。 本発明の実施の形態に係るバブル含有液製造装置を用いたバブル含有液製造方法のフローを示す図である。 本発明の実施の形態に係るバブル含有液製造装置の変形例に係る貯留部を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂの断面図である。 図８の貯留部のバブル含有液導入口を示し、(Ａ)はバブル含有液導入口の正面図、(Ｂ)はバブル含有液導入口の側面図を示す。

本発明の実施の形態に係るバブル含有液製造装置１００を含むバブル含有液製造システムＳについて、図１〜図６を参照しつつ説明する。バブル含有液製造装置１００は、液体中にバブルを含有するバブル含有液を製造する。液体には、飲料水、牛乳、果汁、酒等の飲料を含み、飲料の他にも純水、蒸留水、工業用水等も含む。

また、バブル化する気体は、酸素、窒素、水素、二酸化炭素、一酸化窒素、オゾン等の種々の気体を含む。すなわち、これら液体とバブル化対象気体とは、バブル含有液製造装置１００の用途に応じて適宜選択される。本実施の形態において、バブル含有液製造装置１００は、液体に牛乳を適応し、バブル化対象気体に二酸化炭素ガスを適応したバブル含有液を製造する。

図１は、バブル含有液製造システムＳの機能ブロック図の概略を示す。図１に示すように、本実施の形態に係るバブル含有液製造システムＳのバブル含有液製造装置１００は、主に、液体中に第１のバブルを生成し、当該第１のバブルを含有する第１のバブル含有液を供給する第１のバブル生成部１１０と、バブル生成部１１０に接続され、バブル生成部１１０から供給される第１のバブル含有液を通過させ、通過する第１のバブル含有液に超音波を照射し、第１のバブル含有液のバブルを圧壊して第２のバブルを生成し、当該第２のバブルを含有する第２のバブル含有液を供給するバブル圧壊部１２０と、バブル圧壊部１２０に接続され、バブル圧壊部１２０から供給される第２のバブル含有液を貯留する貯留部１３０とを備える。バブル生成部１１０と、バブル圧壊部１２０と、貯留部１３０とは、相互に接続されており、バブル含有液を循環させる循環サイクル(ループ)を形成している。

また、バブル含有液製造システムＳは、上記の構成の他に、貯留部１３０に接続され、液体を導入する原液供給部１４０と、バブル生成部１１０に接続され、気体を導入する気体導入部１５０と、貯留部１３０に接続され、貯留部を加圧するコンプレッサーのような加圧部１９２と、各部を接続する流路と、流路の各所に設けられたバルブと、バブル含有液製造システムＳの一連の動作を制御する制御部１６０とを備える。

さらに、バブル含有液製造装置１００では、製造されたバブル含有液を装置の外部に取り出す取出部１７０と、不要となった液体を外部に排出する排出部１８０とが貯留部１３０に接続されており、また、気体導入部１５０、バブル圧壊部１２０、貯留部１３０に冷却水を供給する冷却部１９０が接続されている。

制御部１６０は、操作パネル（図示なし）に電気的に接続されており、作業者により操作される。また、制御部１６０は、バブル含有液製造装置１００内の各所に設けられた水域センサ、温度センサ等のセンサの検知情報等に基づいて、各所に設けられた各バルブ及びスイッチ等を制御する。

原液供給部１４０は、本実施の形態において、液体の一例として牛乳をバブル含有液製造装置１００に導入するためのものである。原液供給部１４０は、原乳タンク（図示しない）にバルブを介して接続されている。原液供給部１４０から導入された液体は、液体を一旦貯留部１３０に導入し、後述する再帰流路１０３を介してバブル生成部１１０の気液混合器１１１に供給される。

気体導入部１５０は、本実施の形態において、バブル化対象の気体の一例として二酸化炭素をバブル生成部１１０に導入するためのものである。気体導入部１５０は、従来よく知られる二酸化炭素発生装置であり、圧力計、流量計、逆止弁を介してバブル化ガス供給源に接続されている。気体導入部１５０は、バブル含有液製造装置１００の製造するバブル含有液の種類により、二酸化炭素以外の酸素、窒素、水素、アンモニア、一酸化窒素、オゾン等の他の気体を導入してもよい。気体導入部１５０は、例えば、窒素をバブル化する場合には二酸化炭素発生装置に代えて、窒素を導入するために、窒素タンク容器に接続されていてもよい。

バブル生成部１１０は、液体および気体を混合させる気液混合器１１１と、気液混合器１１１により気体が混合された気泡含有液を供給され、第１のバブル含有液を生成するバブル生成器１１２と、気液混合器１１１から気泡含有液をバブル生成器１１２に供給するための気液ポンプ１１３とを備える。

気液ポンプ１１３は、従来よく知られたエア駆動型容積式ポンプが適用されているが、マグネットポンプや軸流ポンプ等の非容積式ポンプが適用されてもよく、その他のポンプが適用されてもよい。

気液混合器１１１は、気液ポンプ１１３の上流側に設けられており、後述する貯留部１３０の再帰導出口１３４に接続された液体取入口(図示しない)と、気体供給路に接続された気体取入口(図示しない)とを備える。気液混合器１１１は、再帰流路１０３を介して、原液供給部１４０から一旦貯留部１３０に供給された原液、または貯留部１３０に貯留されたバブル含有液を供給される。

気液混合器１１１では、液体の流れに沿って気体が取り込まれるように、液体取入口に接続した液体流路(図示しない)と気体取入口に接続した気体流路(図示しない)が形成されており、気液ポンプ１１３の吸引力を利用して液体と同時に気体が吸引される。これにより、液体と気体とが円滑に気液ポンプ１１３に供給され、気液ポンプ１１３内で液体と気体とが混合し気泡含有液が生じる。このような気液ポンプ１１３によれば、多量の気体が導入され気液ポンプ１１３が空運転することや、気体がほとんど入らず気泡発生が定量化しないといった問題を生じることがない。この気泡混合液は、バブル生成器１１２に供給される。

図２は、バブル生成器１１２の正面断面図を示す。バブル生成器１１２は、気液混合器１１１から供給される気泡含有液を旋回させながら圧壊させる旋回圧壊部１１４と、圧壊された微細気泡を含有するバブル含有液を一定時間滞留させる畜養部１１５と、一定時間滞留された後のバブル含有液を高濃度に発泡させる発泡部１１６と、高濃度に発泡したバブル含有液を減圧する減圧部１１７とを備える。

旋回圧壊部１１４は、配管１１４ａと、配管１１４ａに挿入して固定される軸状部材１１４ｂと、軸状部材１１４ｂに固定して取り付けられた第１および第２の鍔状部材１１４ｃ、１１４ｄとを備える。配管１１４ａは、円柱状の収容空間を有し、軸状部材１１４ｂは、円盤部材１１４ｅを介して配管１１４ａの一方側に取り付けて固定される。第１の鍔状部材１１４ｃは、配管１１４ａの断面と略同一径の円盤形状に形成され、第２の鍔状部材１１４ｄは、第１の鍔状部材１１４ｃよりも小さい径の円盤形状に形成されている。第１の鍔状部材１１４ｃおよび円盤部材１１４ｅにはバブル含有液を通過させる貫通孔１１４ｆが形成されている。

旋回圧壊部１１４は、気液混合器１１１から気泡含有液を導入され（矢印ｆ１）、内部で気泡含有液を旋回しながら加速および撹拌して（矢印ｆ２およびｆ３）、畜養部に導出される（矢印ｆ４）。このとき、第１の鍔状部材１１４ｃの貫通孔１１４ｆでは、バブルが剪断圧壊されるとともに、バブル含有液が上流側では加圧され、下流側では減圧される（矢印ｆ３）。これにより、バブル含有液のバブル濃度が向上する。また、第２の鍔状部材１１４ｄの側周では、バブル含有液が旋回するとともに、撹拌されて気液混合部として作用する（矢印ｆ２）。このように、旋回圧壊部１１４は、従来よく知られるスタティックミキサー式のマイクロバブル発生装置として機能する。

畜養部１１５は、旋回圧壊部１１４の挿入された管状部材から形成され、旋回圧壊部１１４を通過することによりバブル濃度の向上したバブル含有液を導入されて（矢印ｆ４）一定時間滞留させ、その後に発泡部１１６にバブル含有液を導出する（矢印ｆ５）。これにより、バブル含有液内のバブルの保有電荷量、ゼータ電位を均一とすることができる。したがって、畜養部１１５では、バブル含有液のバブルの粒径を揃えることができる。

また、畜養部１１５は、畜養加圧器(図示しない)に接続されており、畜養部１１５内を所定の圧力に加圧することができる。これにより、余剰気体による加圧圧縮効果を活用して、畜養部１１５内の圧力を一定圧力に高めることで、バブル濃度を向上させる機能を有する。なお、図２において、畜養部１１５にドレイン配管１１８を示すが、通常時は閉鎖され、装置の停止時に管内の残留液を排出したり、蒸気滅菌等に利用される。

発泡部１１６は、３つの配管から形成され、円柱状の通路部１１６ａと下流ほど径の広い切頭円錐状の通路部１１６ｂとを備える。各配管の境界には、中央にスリット孔１１６ｃを設けられたスリット板１１６ｄが設けられており、バブル含有液は、発泡部１１６に導入され（矢印ｆ５）、スリット板１１６ｄの中央に形成されたスリット孔１１６ｃを通って円柱状の通路部１１６ａを通過する（矢印ｆ６）。この２つのスリット孔１１６ｃを通過することにより、バブル含有液は、２つ目の配管内の円柱状の通路部で乱流を生じながら（ｆ７）再加圧される。

さらに、再加圧されたバブル含有液は、切頭円錐状の通路部１１６ｂに流れ込み、切頭円錐状の通路部のテーパに沿って拡散するように流れることにより（矢印ｆ８）、減圧されてバブル含有液の濃度が向上する。

減圧部１１７は、管状部材から形成され、切頭円錐形状の拡散空間１１７ａと、円柱状の滞留空間１１７ｂと、円柱状の導出空間１１７ｃとを備える。バブル含有液は、拡散空間１１７ａにて拡散して流れ（矢印ｆ９）、減圧されることにより発泡して高濃度化する。また、バブル含有液は、滞留空間１１７ｂにて一時滞留して、バブル含有液内のバブルの保有電荷量、ゼータ電位を均一とする。これにより、バブル含有液のバブルの粒径を揃えることができる。そして、導出空間１１７ｃを経てバブル生成器１１２から導出される（矢印ｆ１０）。

バブル生成部１１０では、気液混合器１１１から供給された気泡含有液がバブル生成器１１２の旋回圧壊部１１４、畜養部１１５、発泡部１１６および減圧部１１７を経ることで、気泡含有液の気泡から第１のバブルが生成される。これにより、バブル生成部１１０は、第１のバブルを含有する第１のバブル含有液をバブル圧壊部１２０に供給することができる。本実施の形態において、バブル生成部１１０は、第１のバブルとして、マイクロオーダーの均一な粒径を有するマイクロバブルを生成する。

本実施の形態に係るバブル含有液製造装置１００のバブル生成部１１０は、旋回、圧壊、畜養、発泡（加圧減圧）および減圧畜養の機能を有し、低揚程能力のポンプであるエア式ベローズポンプや同式ダイヤフラムポンプでも微細均一化高濃度マイクロバブルを生成することが可能となり、しかも、マグネットポンプや軸流ポンプでも更なる濃度向上が可能となる。このため、これらの機能により、気液ポンプ１１３の種類を選ばないバブル発生装置が可能となる。

また、バブル生成器１１２の配管および管状部材は、ステンレスを材料に製造され、各継手部はフェルール構造を採用し、サニタリークランプ（図示なし）にて固定する。これにより、バブル生成器１１２は、組み立て容易でありながら、サニタリー性を確保し、かつ蒸気殺菌のような定置滅菌（ＳＩＰ：Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｌａｃｅ）を可能としている。したがって、バブル含有液を構成する液体に飲料等を用いた場合であっても、衛生的に優れた機能を発揮する。

バブル生成部１１０は、バブル圧壊部１２０で圧壊される第１のバブルを生成できれば、他の構成であってもよい。例えば、従来よく知られる旋回流方式のバブル生成装置（特開２００６−１１７３６５号公報を参照）、加圧剪断方式のバブル生成装置（特開２００６−２７２２３２号公報を参照）等をバブル生成器１１２として利用することができる。しかし、均一な粒径を有するバブルをバブル圧壊部１２０に供給するためには、本実施の形態に係るバブル生成器１１２を用いることが望ましい。

また、バブル生成部１１０のバブル生成器１１２は、旋回圧壊部１１４、畜養部１１５、発泡部１１６および減圧部１１７がモジュール化されており、時間あたりに通過させる通過液量が異なるように複数のモジュールが準備されていてもよい。それら複数のモジュールから任意の一のモジュールを選択して取り付け得るように構成していてもよい。また、モジュールごとに交換可能とされていてもよい。

図３は、バブル圧壊部１２０を示し、(Ａ)はバブル圧壊部１２０の側面図を示し、(Ｂ)はバブル圧壊部１２０の正面図を示す。バブル圧壊部１２０は、バブル生成部１１０のバブル生成器１１２に接続され、バブル生成部１１０で製造された第１のバブル含有液を通過させる通路１２１と、通路１２１の周囲を覆う外装体１２２とを備え、通路１２１と外装体１２２とから中間空間１２３を有する二層構造とされている。バブル圧壊部１２０は、通路１２１が水平方向に延びるように配置されている。

外装体１２２には、超音波振動子１２４が設けられており、各超音波振動子１２４は、通路１２１に向けて超音波を照射する。通路１２１と外装体１２２の間には伝搬液が充填され、超音波振動子１２４から照射された超音波は、伝搬液を介して通路１２１の内部に伝搬され、通路１２１の内側を流れる第１のバブル含有液を超音波圧壊する。

通路１２１は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を材料としたパイプから形成されている。これにより、通路１２１は、円形の断面を有し同一径で円柱状に延び、均一な流路を形成している。通路１２１はバブル生成部１１０と貯留部１３０とに介在するように接続されており、バブル生成部１１０から供給された第１のバブル含有液は、通路１２１の内側に充満した状態で貯留部１３０まで流される。

外装体１２２は、ステンレスを材料とし、正六角形の断面を有する六角柱状に延びる側周部材１２２ａと、側周部材１２２ａを延在方向の両側から挟む円板状の一対の平面部材１２２ｂとからなる。両平面部材１２２ｂは、中央に通路１２１をはめ込まれて、側周部材１２２ａの六角形の中央に通路１２１が延びるように通路１２１を固定している。これにより、通路１２１の外側と外装体１２２の側周部材１２２ａには中間空間１２３が形成され、通路１２１の外周と、六角形の側周部材１２２ａの各面は、それぞれ同様の中間空間１２３を形成している。

図４はバブル圧壊部１２０を図３の矢印ａ-ａ’で切断した側断面図を示す。図４に示すように、バブル圧壊部１２０は、通路１２１と外装体１２２から形成される中間空間１２３に超音波を伝搬可能な伝搬液を充填される。本実施の形態において、伝搬液として冷却部１９０から供給される冷却水が充填される。伝搬液は、通路１２１が水平方向に向く状態に配置されたバブル圧壊部１２０において、外装体１２２の平面部材１２２ｂの下側に設けられた伝搬液導入口１２２ｃから導入され、外装体１２２の平面部材１２２ｂの上側に設けられた伝搬液導出口１２２ｄから導出される。これにより、中間空間１２３では、伝搬液は、図面の左側から供給され、下側から上側に充填されていき、上側から排出される。したがって、伝搬液は、中間空間１２３内に空気を残さず充填される。

外装体１２２に取り付けられた超音波振動子１２４から照射される超音波は、伝搬液を介して通路１２１に伝搬される。このとき、中間空間１２３に空気が残ると、伝搬液と空気の伝搬率が異なるため、超音波が均等に伝搬しない。したがって、中間空間１２３内に空気を残さないことにより、効率的かつ均一に超音波を通路１２１の内部に伝搬できる。

伝搬液は、中間空間１２３を定常的に流されている。これにより、超音波圧壊によるバブル圧壊部１２０の熱を排出することができる。伝搬液は、通路１２１を流れるバブル含有液と同一方向に流されている。これにより、効率的に熱を排出することができる。また、伝搬液の流速を上げることにより、より熱の排出効率を高めることができる。伝搬液の流速は、例えば伝搬液をバブル圧壊部１２０に送るポンプを制御することで達成できる。外装体１２２は、熱センサ（図示しない）が設けられており、バブル圧壊部１２０の発熱状態を見ながら伝搬液の流速を制御することができる。

本発明に係る実施の形態において、伝搬液は、定常的に流されているが、中間空間に一度充満させた状態で供給を止め、バブル圧壊部１２０の温度が上昇したときだけ再度流すようにしてもよい。伝搬液は、超音波を伝搬するが、それでも伝搬による損失が生じるため、中間空間１２３は狭い方が望ましい。しかし、伝搬空間が狭すぎると冷却水(伝搬液)の量が減り、熱の排出効率が低下する。したがって、伝搬液を定常的に流すようにすることで、熱の排出効率が低下することを抑止し、中間空間１２３を狭くすることができ、バブル圧壊部１２０の設計自由度を高めることができる。

再び図３を参照するに、外装体１２２は、六角柱の各面に超音波振動子１２４を取り付けられている。超音波振動子１２４は、通路１２１の延在方向に２段に分けて設けられており、バブル生成部１１０側を前段の超音波振動子群、貯留部１３０側を後段の超音波振動子群としている。各段の超音波振動子群は、通路１２１の中心軸から放射状に設けられた６つの超音波振動子１２４からなる。対向する２つの超音波振動子１２４が一対の発振子対となり、６つの超音波振動子１２４は３対の発振子対となっている。各超音波振動子は、周波数および出力を制御部１６０により調整可能とされている。本実施の形態において、１２個の超音波振動子１２４は、それぞれ、同一周波数、同一出力で超音波を照射している。

各発振子対は、通路１２１の延在方向の同一の位置であって外装体１２２の六角柱の一対の対向する側面に設けられている。ここで、外装体１２２は、ステンレスを材料に形成されているため、超音波を反射する。したがって、側周部材１２２ａの一の面に設けられた超音波振動子１２４から発振された超音波は、側周部材１２２ａの対向する他の一の面で反射し、この反射した超音波は、他の一の面（その反射面）に設けられた超音波振動子１２４から照射された超音波と重ね合わされる。

これら６つの超音波振動子１２４は、それぞれが、通路１２１の中央の一点に向けて超音波を照射している。したがって、各超音波振動子１２４は、それぞれ異なる位置から径方向の異なる方向に向けて、かつ通路の中心に向かうように径方向の内側に向けて超音波を照射する。これにより、通路１２１を流れるバブル含有液が超音波により流れを阻害されることが抑止される。特に各一対の発振子対は、対向する位置から対向する方向に向けて超音波を発振している。これにより、通路１２１の中央から超音波圧壊場が形成され、通路１２１を通過する第１のバブル含有液が圧壊されて、粒径の均一な第２のバブルが生成される。

バブル圧壊部１２０では、複数の方向から超音波が照射され、超音波の集中する場所に超音波圧壊場が形成される。したがって、本実施の形態において、各超音波振動子群が、それぞれ、通路１２１内に超音波圧壊場を形成する。前段の超音波振動子群により形成された超音波圧壊場で第１のバブルの全てが圧壊されなかったとしても、後段の超音波振動子群により形成された超音波圧壊場が残りの第１のバブルを圧壊するため、本実施の形態に係るバブル圧壊部１２０では、確実に第１のバブルを圧壊し、均一な第２のバブルを生成できる。本実施の形態において、バブル圧壊部１２０は、第２のバブルとして、ナノオーダーの均一な粒径を有するナノバブルを生成する。

本実施の形態において、各超音波振動子群に６つ、すなわち偶数の超音波振動子１２４がバブル圧壊部１２０の外装体１２２に設けられている。しかし、超音波振動子１２４は、奇数の超音波振動子１２４が設けられていてもよく、その場合は、複数対の発振子対と、１の超音波振動子１２４となる。

バブル生成部１１０とバブル圧壊部１２０は、第２のバブル含有液を製造し、供給できるバブル含有液供給部を構成する。しかし、後述する貯留部１３０にバブル含有を供給できれば、バブル含有液供給部は、他の構成であってもよい。例えば、バブル含有液供給部は、バブル圧壊部１２０を含まず、バブル生成部１１０のみから構成されてもよい。

図５は、貯留部１３０の機能ブロック図を示し、図６は、貯留部１３０の外観図を示す。特に、図６(Ａ)は貯留部１３０の平面図を示し、図６(Ｂ)は貯留部１３０の正面図を示し、図６(Ｃ)は貯留部１３０の側面図を示し、図６(Ｄ)は貯留部１３０の底面図を示す。

貯留部１３０は、図５および図６に示すように、主に、円柱状のタンク容器１３１と、タンク容器１３１を覆う外装容器１３７とからなる。タンク容器１３１は、バブル含有液を貯留するための所定量の容積を有する貯留空間１３９を形成する。また、タンク容器１３１と外装容器１３７との間には、冷却部１９０から冷却水が供給される冷却空間１９４が形成される。

タンク容器１３１は、ＰＶＣを材料に形成され、完全密閉構造にされている。これにより、バブル圧壊部１２０の超音波圧壊時に発生する微量ガスは、貯留部１３０に流されてきても大気と接触することない。さらに、タンク容器１３１が密閉構造とされているため、貯留部１３０内の圧力制御が可能となる。

貯留部１３０は、さらに、原液供給部１４０に接続される原液導入口１３２と、バブル圧壊部１２０に接続されるバブル含有液導入口１３３と、再帰流路１０３に接続される再帰導出口１３４と、取出部１７０に接続されるバブル含有液導出口１３５と、排出部１８０に接続される排出口１３６と、加圧部１９２に接続される加圧口１３８とを備え、これらがタンク容器１３１に設けられている。

原液導入口１３２は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１３１の上面からタンク容器１３１内の頂面まで延在し、原液供給部１４０から原液をタンク容器１３１の頂面位置に供給する。これにより、貯留空間１３９の頂部から原液が供給される。また、加圧口１３８は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１３１の上面からタンク容器１３１内の頂面まで延在し、加圧部１９２からの圧力をタンク容器１３１の貯留空間１３９内に印加する。

バブル含有液導入口１３３は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１３１の上面から、タンク容器１３１内の底面部から１／２の高さ位置まで延在し、第２のバブル含有液をタンク容器１３１の上側から供給する。また、バブル含有液導入口１３３のパイプは、Ｌ字形状に折り曲げられており、水平方向にバブル含有液を吐出する。

再帰導出口１３４は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１３１の底部から、タンク容器１３１内の底部から１／４の高さ位置まで延在し、タンク容器１３１の底部から１／４の高さ位置のバブル含有液を再帰流路１０３に導出し、バブル含有液を気液混合器１１１に再帰させる。

再帰導出口１３４のパイプは、Ｌ字形状に折り曲げられており、水平方向にバブル含有液を吸引する。これにより、バブル含有液は、水平方向に吸引圧を受け、貯留空間１３９内で撹拌される。しかし、バブル含有液は上下方向に吸引圧を受けることがないため、粒径の小さいバブルが貯留空間の下方で高濃度化することを妨げない。

バブル含有液導出口１３５は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１３１の底部からタンク容器１３１外まで延在し、バブル含有液をタンク容器１３１の底から取り出す。図４に示すように、バブル含有液導出口１３５は、減圧バルブ１７２を介して取出部１７０に接続されている。

これにより、貯留空間１３９内で加圧保持されたバブル含有液が、減圧バルブ１７２を介して、減圧されながら取出部１７０に導出されるため、高濃度化されたバブル含有液を取り出すことができる。取出部１７０はバブル含有液導出部として機能する。また、減圧バルブ１７２は、従来よく知られる直動式減圧弁、パイロット作動形式減圧弁等の減圧弁が利用できる。

排出口１３６は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器１３１内の底面からタンク容器１３１外まで延在し、バブル含有液をタンク容器１３１の底から排出する。

さらに、貯留部１３０には、３つの水位センサ１６１、１６２、１６３が設けられている。第１の水位センサ１６１は、タンク容器１３１の底部から１／３の高さ位置に設けられ、収容空間に１／３まで液体が満たされたことを感知する。第２の水位センサ１６２は、タンク容器１３１の底部から７／１０の高さ位置に設けられ、収容空間に７／１０まで液体が満たされたことを感知する。第３の水位センサ１６３は、タンク容器１３１の底部から４／５の高さ位置に設けられ、収容空間に８／１０まで液体が満たされたことを感知する。後述するように、制御部１６０は、これらの水位センサが感知または非感知の状態に基づいて貯留部１３０に設けられた各導入部、導出部を制御し、貯留空間１３９内の液体量を調整する。

さらに、貯留部１３０には、圧力を測定する圧力トランスミッター１９６と、タンク容器内の貯留空間１３９を大気圧に開放するベントフィルター１９８とが設けられている(図５参照)。圧力トランスミッター１９６は、タンク容器１３１に設けられ、電気的に制御部１６０に接続され、貯留空間１３９の圧力を測定することができる。ベントフィルター１９８は、タンク容器の上面に設けられた通気口１９８ａに接続され、貯留空間１３９からの通気路を確保する。ベントフィルター１９８と通気口１９８ａとの間には、開閉バルブ（図示なし）が設けられており、制御部１６０が開閉バルブの開度を調整することにより貯留空間１３９内の圧力調整を可能とする。

本実施の形態において、タンク容器１３１は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を材料に形成されている。しかしタンク容器１３１は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂材料、ステンレスのような金属材料または、石英を材料としてもよい。タンク容器１３１は、樹脂材料の場合には上部を樹脂溶接や接着などで完全密閉構造とされ、金属材料や石英の場合には、ＰＴＦＥ、バイトン等のシール材を介して密閉構造とされる。

貯留部１３０が密閉構造となることにより、貯留空間１３９は大気から隔離され、貯留空間１３９を加圧部１９２により加圧することが可能になる。本実施の形態において、加圧部１９２は、０．６ＭＰａ程度まで貯留空間１３９を加圧することができる。また、貯留部１３０は、加圧部１９２を作動しない場合であっても、バブル生成部１１０から圧送されるバブル含有液により、０．０１ＭＰа〜０．０５ＭＰａ程度加圧される。

貯留部１３０は、ベントフィルター１９８により、貯留空間１３９の圧力調整も可能となる。貯留空間１３９の圧力は、制御部１６０が、圧力トランスミッター１９６により貯留空間１３９内の圧力を測定し、加圧部１９２とベントフィルター１９８により、所定の値に調整される。

本実施の形態に係るバブル含有液製造装置１００は、バブル含有液供給部と貯留部１３０が分離されている。これにより、バブル含有液供給部は貯留部１３０の容量に影響を受けずに、粒径の均一なバブル含有液を一定量連続して供給し、バブル含有液は貯留部１３０において貯留されるので、貯留部１３０でバブルが凝集することが抑止される。

すなわち、粒径が異なる超微細なバブルは、貯留することにより凝集してしまうため、従来の超音波圧壊により生成された超微細な粒径を有するバブルは、粒径が均一とならず、貯留することが困難であったが、本実施の形態によるバブル含有液製造装置１００によれば、粒径の均一なバブルが生成され、凝集することなく貯留できる。

また、超微細粒径のバブルは、粒径に応じてゼータ電位等が異なり、凝集作用が生じることがある。しかし、本実施の形態に係るバブル含有液製造装置１００では、粒径の近いバブルが貯留空間１３９内の同じ領域に滞在することになるため、凝集することなく貯留できる。

タンク容器１３１に設けられた原液導入口１３２、バブル含有液導入口１３３、再帰導出口１３４、およいバブル含有液導出口１３５のタンク容器内の位置は、適宜変更できる。また、他の導入口、導出口をタンク容器１３１に設けてもよい。さらに、各水位センサの位置および数量は、適宜変更できる。

また、本実施の形態において、タンク容器１３１には、底部から再帰導出口１３４、第１の水位センサ１６１、バブル含有液導入口１３３、第２の水位センサ１６２、第３の水位センサ１６３の順の高さ位置にもう得られている。しかし、これらの位置関係は、制御部１６０の制御方法により、適宜変更できる。

次に、バブル含有液製造装置１００を用いたバブル含有液の製造方法について図８を参照して説明する。図９は、貯留部２３０の

本発明に係るバブル含有液製造方法は、バブル含有液製造装置１００に原液を供給すること（ステップ１）、バブル含有液製造装置１００に気体を供給すること（ステップ２）、液体と気体とを混合して気泡含有液を生成すること（ステップ３）、気泡含有液から第１のバブル含有液を製造すること（ステップ４）、第１のバブル含有液に超音波を照射し、第１のバブルを圧壊して第２のバブルを生成すること（ステップ５）、第２のバブル含有液を貯留すること（ステップ６）、貯留されたバブル含有液をバブル生成部１１０に再帰させること（ステップ７）、貯留されたバブル含有液を外部に取り出すこと（ステップ８）を含む。

ステップ１では、先ず、原液供給部１４０から液体を貯留部１３０に供給する。具体的には、原液供給部１４０に設けられたバルブを開状態として原液を貯留部１３０に供給する。このとき、ベントフィルター１９８は解放状態であり、加圧部１９２は貯留空間１３９を加圧しない。

原液が原液供給部１４０から供給され、貯留部１３０のタンク容器１３１に設けられた水位センサ１６１が感知状態となると、制御部１６０が水位センサ１６１の感知により再帰流路１０３に設けられた再帰バルブを開状態とする。これにより、再帰流路１０３を介して気液混合器１１１に原液が供給される。具体的には、再帰流路１０３に設けられた再帰バルブを開状態として、気液ポンプ１１３の吸引により、タンク容器１３１内の水位センサ１６１の位置まで貯まった原液が気液混合器１１１の液体取入口に導入される。

また、貯留部１３０のタンク容器１３１に設けられた水位センサ１６２を超えて、さらに水位センサ１６３が感知状態となるまで継続して原液が供給され、制御部１６０が水位センサ１６３の感知により原液供給部１４０に設けられたバルブを閉状態とする。これにより、原液の供給が停止される。

ステップ２では、先ず、気体導入部１５０から気体を気液混合器１１１に供給する。このステップは、先のステップ１に並行して行われる。具体的には、気体導入部１５０に設けられたバルブを開状態とし気体を気液混合器１１１に供給する。

ステップ３では、先ず、気泡含有液が製造される。具体的には、気液ポンプ１１３を動作させ気液混合器１１１に原液と気体とを吸入させる。このとき、ステップ１により原液が気液混合器１１１に供給されており、これに並行してステップ２により気体が気液混合器に供給されており、気泡含有液が生成される。次に、製造された気泡含有液がバブル生成器１１２に供給される。具体的には気液ポンプ１１３が気泡混合液を吐出する。

ステップ４では、先ず、気泡含有液から第１のバブル含有液が製造される。具体的には、気泡含有液が、旋回圧壊部１１４で旋回しながら圧壊され、畜養部１１５で一時滞留され、発泡部１１６で減圧される。次に、発泡部１１６を通過したバブル含有液が減圧部１１７で減圧された後にバブル圧壊部１２０に供給される。

ステップ５では、先ず、中間空間１２３に伝搬液が流される。具体的には、伝搬液は、中間空間に充満した状態で定常的に流される。伝搬液の供給は、バブル含有液の流れとは関係なく、行うことができる。すなわち、バブル含有液が通路１２１を通過する前でも、通過している途中でも、伝搬液を流したり、止めたりすることができる。

次に、第１のバブル含有液が通路１２１を通過する。具体的には、第１のバブル含有液は、通路１２１を充満した状態で通過する。これと同時に、第１のバブル含有液に超音波が照射される。具体的には、通路１２１の内部に超音波が集中する超音波圧壊場が形成され、第１のバブルが圧壊されて第２のバブルが生成される。次に、通路１２１を通過したバブル含有液が貯留部１３０に供給される。

ステップ６では、先ず、バブル含有液導入口１３３を介して貯留部１３０に第２のバブル含有液が導入される。バブル含有液導入口は、タンク容器１３１の中段位置まで伸びており、第２のバブル含有液は、タンク容器１３１の中段位置に導入される。導入されたバブル含有液は、既に貯留されている液体と混ざり合い、バブルが液体中を拡散していく。

バブルの拡散により、タンク容器１３１の底部には、ウルトラファインバブルの存在が支配的なＮＢ領域が形成され、その上側には、ウルトラファインバブルとファインバブルが混在するＭＮ領域が形成され、さらにその上側にはファインバブルの存在が支配的なＭＢ領域が形成される。各領域は、液体の貯留量によりタンク容器１３１内の位置が変動する。

ステップ７では、先ず、貯留部１３０に貯留されたバブル含有液を気液混合器１１１に再帰させる。具体的には、再帰流路１０３に設けられたバルブが開状態とされ、気液ポンプ１１３の吸引により、貯留されたバブル含有液がバブル生成部１１０の液体取入口に導入される。再帰導出口１３４が、タンク容器１３１内の下側１／４の位置付近まで延在しているため、ＭＮ領域またはＭＢ領域のバブル含有液が再帰される。バブル含有液の再帰は継続的に行われる。このとき、貯留部１３０内の圧力は、バブル生成部１１０から圧送されるバブル含有液の圧力により、０．０１〜０．０５ＭＰａ程度加圧される。

次に、バブル含有液の製造を停止する。具体的には、再帰流路１０３に設けられたバルブが閉状態とされ、バブル生成部１１０の気液ポンプ１１３も停止する。その後、ベントフィルター１９８が閉鎖状態となり、加圧部１９２は貯留空間１３９を加圧する。これ以降、加圧部１９２は、貯留空間１３９を設定された圧力に維持するように制御部１６０に制御される。

ステップ８では、貯留部１３０に貯留されたバブル含有液を取り出す。具体的には、取出部１７０に設けられた減圧バルブ１７２が開状態とされ、タンク容器１３１の底側のバブル含有液が外部に取り出される。タンク容器１３１の底部にはＮＢ領域が形成されているため、ＮＢ領域のバブル含有液が取り出される。このとき、バブル含有液は、減圧されながら導出されるため、ＮＢ領域のバブル含有液は十分高濃度化していなくても、減圧バルブ１７２により、高濃度化されて取り出される。

貯留部１３０に貯留されたバブル含有液が取り出されると、貯留空間１３９内の水位が低下する。これにより、水位センサ１６２が非感知状態となると、制御部１６０が原液供給部１４０に設けられたバルブを開状態とする。これにより再び原液が供給される。このとき、ベントフィルター１９８は、開状態とされ、貯留部１３０の圧力は、大気圧となる。

このように、バブル含有液は、貯留部１３０、バブル生成部１１０、バブル圧壊部１２０により形成されたループを循環し、バブル濃度を向上させながら、適宜、バブル含有液導出口１３５から貯留空間１３９の底部に貯留された高濃度バブル含有液を取り出される。このとき、ベントフィルター１９８は閉鎖状態で、加圧部１９２は貯留空間１３９を加圧している。

最後に、加圧部１９２は貯留空間１３９の加圧を中止し、ベントフィルター１９８は解放状態となる。そして、排出口１３６からバブル含有液を排出して稼働を終了する。

本実施の形態において、ステップ７において、バブル含有液の製造停止時にベントフィルター１９８は閉鎖状態を維持し、加圧部１９２は加圧状態を維持するように調整されていた。しかし、例えば、加圧部１９２が加圧状態を維持しながら、ベントフィルター１９８が解放状態を調整されることにより、貯留空間１３９の圧力が制御されてもよい。

［変形例］

次に、バブル含有液製造装置１００に適用される貯留部１３０の変形例である貯留部２３０について図８および図９を用いて説明する。貯留部２３０の説明においては、貯留部１３０と重複する内容については、一部記載を省略する。図８は、貯留部２３０の外観図を示す。特に、図８(Ａ)は貯留部２３０の平面図を示し、図８(Ｂ)は貯留部２３０の正面図を示す。

貯留部２３０は、図８に示すように、主に、円柱状のタンク容器２３１と、タンク容器２３１を覆う外装容器２３７とからなる。タンク容器２３１は、バブル含有液を貯留するための所定量の容積を有する貯留空間２３９を形成する。また、タンク容器２３１と外装容器２３７との間には、冷却空間２９４が形成されており、冷却水導入口２９１を介して冷却部１９０から冷却水が供給され、冷却水導出口(図示なし)より冷却水が導出される。

タンク容器２３１および外装容器２３７は、ステンレスを材料に形成され、タンク容器２３１は密閉構造にされている。これにより、バブル圧壊部１２０の超音波圧壊時に発生する微量ガスは、貯留部２３０に流されてきても大気と接触することない。さらに、タンク容器２３１が密閉構造とされているため、貯留部２３０内の圧力制御が可能となる。

貯留部２３０は、また、タンク容器２３１に、側周面の外側から取り付けられる複数の超音波振動子２２４を備える。本実施形態において、貯留部２３０は、側周面に同一の角度で同一の高さ位置に配置された８つの超音波振動子２２４を備える。各超音波振動子２２４は、タンク容器２３１の中央に向けて超音波を照射する。超音波振動子２２４は、タンク容器２３１に設けられており、直接タンク容器２３１に貯留されたバブル含有液に超音波を照射する。

対向する２つの超音波振動子２２４が一対の発振子対となり、８つの超音波振動子２２４は４対の発振子対となり、タンク容器２３１の中央に超音波圧壊場を形成する。各超音波振動子は、周波数および出力を制御部１６０により調整可能とされている。本実施の形態において、４つの超音波振動子２２４は、それぞれ、同一周波数、同一出力で超音波を照射している。

貯留部２３０は、さらに、原液供給部１４０に接続される原液導入口２３２と、バブル圧壊部１２０に接続されるバブル含有液導入口２３３と、再帰流路１０３に接続される再帰導出口２３４と、取出部１７０に接続されるバブル含有液導出口２３５と、排出部１８０に接続される排出口２３６と、加圧部１９２に接続される加圧口２３８とを備え、これらがタンク容器２３１に設けられている。なお、図９においては、定置洗浄（ＣＩＰ：Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）に利用する洗浄液導入口２９９を示すが、通常時は閉鎖され、装置の停止時にタンク内の洗浄に利用される。洗浄液導入口２９９は、シャワーボール２９９ａを介してタンク容器２３１に洗浄液を導入する。

原液導入口２３２は、円筒のパイプからなり、後述するバブル含有液導入口２３３のパイプと同様に、くの字形状に３０°程度の角度に折り曲げられており、さらに、先端が鉛直方向に切断されている。これにより、原液を吐出する吐出口（図示なし）を貯留空間２３９の側面に沿わせながら、水平方向に向けて原液を吐出し、当該側面に向けて原液が吐出される。原液供給部１４０から供給される原液が貯留空間２３９の側面に沿って吐出されることにより、バブル含有液は貯留空間２３９の側面に沿って導入されることになり、泡立つことを抑制される。

また、加圧口２３８は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器２３１の上面からタンク容器２３１内の頂面まで延在し、加圧部１９２からの圧力をタンク容器２３１の貯留空間２３９内に印加する。貯留部２３０は、加圧部により加圧された状態で液体を貯留する。

バブル含有液導入口２３３は、主に円筒のパイプ２３３ａからなり、タンク容器２３１の上面から、タンク容器２３１内の底面部から２／３の高さ位置まで延在し、バブル圧壊部１２０から第２のバブル含有液をタンク容器２３１の上側から供給する。

図９に示すように、バブル含有液導入口２３３のパイプ２３３ａは、くの字形状に３０°程度の角度に折り曲げられており、さらに、先端が鉛直方向に切断されている。これにより、バブル含有液を吐出する吐出口２３３ｂを貯留空間２３９の側面に沿わせながら、水平方向に向けてバブル含有液を吐出し、当該側面に向けてバブル含有液が吐出される。バブル含有液が貯留空間２３９の側面に沿って吐出されることにより、バブル含有液は貯留空間２３９の側面に沿って導入されることになり、泡立つことを抑制される。

再帰導出口２３４は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器２３１内の底部から１／３の高さ位置においてタンク容器２３１の側部から水平方向に延在してタンク容器２３１内に連通し、タンク容器２３１の底部から１／３の高さ位置のバブル含有液を再帰流路１０３に導出し、バブル含有液を気液混合器１１１に再帰させる。

再帰導出口２３４のパイプは、水平方向にバブル含有液を吸引する。これにより、バブル含有液は、水平方向に吸引圧を受け、貯留空間２３９内で撹拌される。しかし、バブル含有液は上下方向に吸引圧を受けることがないため、粒径の小さいバブルが貯留空間の下方で高濃度化することを妨げない。

バブル含有液導出口２３５は、貯留部１３０と同様に、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器２３１の底部からタンク容器２３１外まで延在し、バブル含有液をタンク容器２３１の底から取り出す。排出口２３６は、主に、円筒のパイプからなり、タンク容器２３１内の底面からタンク容器２３１外まで延在し、バブル含有液をタンク容器２３１の底から排出する。

貯留部２３０が密閉構造となることにより、貯留空間２３９は大気から隔離され、貯留空間２３９を加圧部１９２により加圧することが可能になる。本実施の形態において、加圧部１９２は、０．６ＭＰａ程度まで貯留空間２３９を加圧することができる。また、貯留部２３０は、加圧部１９２を作動しない場合であっても、バブル生成部１１０から圧送されるバブル含有液により、大気圧から０．０１ＭＰа〜０．０５ＭＰａ程度加圧される。

貯留部２３０は、タンク容器の上面に設けられた通気口２９８ａを介してベントフィルター１９８に連通して、貯留空間２３９からの通気路を確保する。ベントフィルター１９８と通気口２９８ａとの間には、開閉バルブ（図示なし）が設けられており、制御部１６０が開閉バルブの開度を調整することにより貯留空間２３９内の圧力調整を可能とする。貯留空間２３９の圧力は、制御部１６０が、圧力トランスミッター１９６により貯留空間２３９内の圧力を測定し、加圧部１９２とベントフィルター１９８により、所定の値に調整される。

さらに、貯留部２３０は、タンク容器２３１内に貯留された液体を撹拌する撹拌機Ｋを備える。撹拌機Ｋは、タンク容器２３１の上方に設けられたモータＫ１と、モータＫ１に接続するシャフトＫ２と、シャフトＫ２に取り付けられた撹拌羽Ｋ３とを備える。モータＫ１は制御部１６０に接続しており、駆動するタイミングを制御される。

ここで、微細気泡または超微細気泡をバブル含有液は、微細気泡を含有しない液体に比較して泡立ちやすい特性を有し、その特性は、牛乳等のコロイド成分を有する液体で顕著となる。したがって、バブル含有液の導入および貯留において、バブル含有液は、貯留部２３０に導入される際に、泡立ってしまうと、バブル濃度の低下、および安定的に取出し困難となる。

本変形例に係る貯留部２３０では、バブル含有液導入口２３３の吐出口２３３ｂが貯留空間２３９の側面に沿わせて形成され、バブル含有液導入口２３３が水平方向にバブル含有液をタンク容器２３１の側面に向けて吐出する。これにより、バブル含有液が貯留槽２１１の側周面に沿って貯留空間２３９に導入されることにより、泡立つことを抑制して貯留することができる。

以上、本発明の具体的な態様の例を、本発明の実施形態により説明したが、本発明は、当該実施形態に限定されるものではない。

本発明は、バブル含有液の製造に利用することができる。

Ｓ バブル含有液製造システム
１００ バブル含有液製造装置
１１０ バブル生成部
１２０ バブル圧壊部
１２４ 超音波振動子
１３０、２３０ 貯留部
１３１、２３１ タンク容器
１３３、２３３ バブル含有液導入口
１３４、２３４ 再帰導出口
１３５、２３５ バブル含有液導出口
１３７、２３７ 外装容器
１６１ 第１の水位センサ
１６２ 第２の水位センサ
１６３ 第３の水位センサ
１７２ 減圧バルブ
１９２ 加圧部
１９６ 圧力トランスミッター
１９８ ベントフィルター
１９８ａ、２９８ａ 通気口

Claims (7)

1. 微細な気泡含有したバブル含有液を貯留するための貯留空間を有する貯留部と、
   前記貯留空間にバブル含有液を導入するバブル含有液導入口とを備え、
   前記貯留空間は、大気から遮断された密閉構造を有し、
   前記バブル含有液導入口は、水平方向にバブル含有液を吐出することを特徴とする、バブル含有液製造装置。
   
2. 前記バブル含有液導入口は、バブル含有液を吐出する吐出口を前記貯留空間の側面に沿わせて形成し、当該貯留空間の側面に向けてバブル含有液を吐出する、請求項１に記載のバブル含有液製造装置。
   
3. 前記貯留空間は通気口に連通し、
   前記バブル含有液導入口がバブル含有液を吐出する際に、前記貯留空間内の圧力を調整可能とする、請求項１または２に記載のバブル含有液製造装置。
   
4. さらに、前記貯留空間を加圧する加圧部と、
   前記貯留空間に貯留されたバブル含有液を外部に導出するバブル含有液導出部とを備え、
   前記バブル含有液導出部は加圧された状態のバブル含有液を、減圧バルブを介して外部に導出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバブル含有液製造装置。
   
5. 前記バブル導出部にバブル含有液を導出するバブル含有液導出口と、
   前記貯留空間に貯留されたバブル含有液を前記バブル含有液供給部に再帰させる再帰導出口とを備え、
   前記再帰導出口は、前記貯留空間の高さ中央付近のバブル含有液を再帰させ、
   前記バブル含有液導出口は、前記貯留空間の下側領域のバブル含有液を外部に導出する、請求項４に記載のバブル含有液製造装置。
   
6. 前記再帰導出口は水平方向からバブル含有液を吸引する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のバブル含有液製造装置。
   
7. 液中に微細な第１のバブルを生成し、該第１のバブルを含有する第１のバブル含有液を供給するバブル生成部と、
   前記バブル生成部に接続され、前記バブル生成部から供給される前記第１のバブル含有液を通過させ、通過する前記第１のバブル含有液に超音波を照射し、前記第１のバブル含有液の第１のバブルを圧壊して第１のバブルより粒径の小さい第２のバブルを生成し、当該第２のバブルを含有する第２のバブル含有液を供給するバブル圧壊部と、
   前記バブル圧壊部に接続され、前記バブル圧壊部から供給される第２のバブル含有液を貯留する貯留部とを備えるバブル含有液製造システムにおいて、
   前記貯留部は、大気から遮断された密閉構造を有し、バブル含有液を貯留するための貯留空間と、
   前記バブル圧壊部から供給される第２のバブル含有液を貯留空間に導入するバブル含有液導入口と、
   前記貯留空間に連通する通気口とを備え、
   前記貯留空間を所定の圧力に調整すること、
   前記バブル含有液導入口は、貯留空間の側面に沿ってバブル含有液を吐出する、バブル含有液製造方法。
   
   

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