JP2019166489A - 微細気泡発生ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で液体中に大量のファインバブルを放出することができる微細気泡発生ノズルを提供する。【解決手段】微細気泡発生ノズルは、第１平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体７５ａと、内層体７５ａの表面に層をなし、第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面７６から気体を放出する表層体７５ｂとを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、液体中にウルトラファインバブルを放出する微細気泡発生装置に関する。

特許文献１は、気体室に面しながら水との界面を有し、軸回りで回転する多孔質体を開示する。気体源から気体室に気体は導入される。多孔質体の界面には遠心方向に延びる羽根が取り付けられる。多孔質体が軸回りで回転すると、多孔質体の空孔と液体との間で相対変位が引き起こされ、微細気泡が多孔質体の空孔から液体中に放出される。

特開２００８−１３２４３７号公報

特許文献１に記載のものでは、多孔質体に、気体室を貫通して水中モーターの駆動軸が連結される。気体の供給管は、液体中から多孔質体を貫通して気体室に接続される。駆動軸や多孔質体といった可動部に対して液密や気密が確保されなければならず、構造が複雑化してしまう。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡単な構成で液体中に大量のファインバブルを放出することができる微細気泡発生ノズルを提供することを目的とする。

本発明の第１側面によれば、第１平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体とを備える微細気泡発生ノズルが提供される。

第２側面によれば、第１側面の構成に加えて、前記内層体および前記表層体は焼結体として一体に形成される。

第３側面によれば、第１または第２側面の構成に加えて、前記第２平均サイズは前記第１平均サイズの２．５倍〜１０．５倍に設定される。

第４側面によれば、第３側面の構成に加えて、前記内層体の前記表面から前記液体に接する前記表面まで前記表層体の厚みは７００μｍ以下である。

本発明の第５側面によれば、気体の通路を区画するハウジングと、前記通路の一端で前記ハウジングに組み込まれて、第１平均サイズの空孔を含み、前記通路を流通する前記気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体と
を備える微細気泡発生装置が提供される。

本発明の第６側面によれば、液槽と、前記液槽内の空間に開口する通路を区画するハウジングと、前記通路の一端で前記ハウジングに組み込まれて、第１平均サイズの空孔を含み、前記通路を流通する前記気体を透過させる内層体と、前記内層体の表面に層をなし、前記第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体とを備える気液混合装置が提供される。

第１側面によれば、気体が内層体および表層体を順次通過することで、微細気泡発生ノズルが強制的に駆動されなくても、簡単な構成で、大量のウルトラファインバブル（ナノバブルを含む）が液体中に放出されることができる。

第２側面によれば、微細気泡発生ノズルは１つの焼結体として形成されるので、内層体および表層体は１つの製造工程で同時に形成されることができ、微細気泡発生ノズルは１つの塊として簡単に取り扱われることができる。

第３側面によれば、表層体で液体に接する表面から確実に大量のウルトラファインバブルは液体中に放出されることができる。このことは本発明者の実証によって裏付けられた。

第４側面によれば、表層体で液体に接する表面から確実に大量のウルトラファインバブルは液体中に放出されることができる。このことは本発明者の実証によって裏付けられた。

第５側面によれば、気体が内層体および表層体を順次通過することで、微細気泡発生ノズルが強制的に駆動されなくても、簡単な構成で、大量のウルトラファインバブル（ナノバブルを含む）が液体中に放出されることができる。

第６側面によれば、気体が内層体および表層体を順次通過することで、微細気泡発生ノズルが強制的に駆動されなくても、簡単な構成で、大量のウルトラファインバブル（ナノバブルを含む）が液体中に放出されることができる。

第１実施形態に係る気液混合装置の一具体例である洗浄装置の全体構成を概略的に示す模式図である。 洗浄装置の制御系を概略的に示すブロック図である。 気泡発生ノズルの構成を概略的に示す拡大断面図である。 多孔質体の構造を示す光学顕微鏡写真である。 気泡径ごとに気泡数の分布を示すグラフである。 第１平均サイズおよび第２平均サイズに基づくパラメーターと微細気泡の発生量との関係を示すグラフである。 表層体の厚みと微細気泡の発生量との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

（１）第１実施形態に係る洗浄装置の構成
図１は本発明の第１実施形態に係る気液混合装置の一具体例である洗浄装置１１の構成を概略的に示す。洗浄装置１１は、静的液体１２を湛える液槽１３と、静的液体１２中で開口する供給口１４および吸込口１５を有して循環経路１６に沿って液槽１３内の液体を循環させる循環装置（液流発生装置）１７とを備える。液槽１３は、循環装置１７の吸込口１５の下方に付着物溜まり１８を形成する底板１３ａを有する。底板１３ａは、循環装置１７の吸込口１５を区画する側壁に向かって水平面から前下がりに下降する。したがって、液体よりも比重の大きい物体は吸込口１５に向かって流れる液体に巻き込まれて底板１３ａに沿って付着物溜まり１８まで収集されることができる。液体には例えば水が用いられる。ただし、液体には、有機溶剤の溶媒に電解質や界面活性剤、気体などを溶解する液体が用いられてもよい。

液槽１３には、液槽１３内の静的液体１２の温度を調整する温度調整装置１９が組み込まれる。温度調整装置１９は、例えば熱エネルギーの発生源（例えばヒーター）に基づき静的液体１２に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置１９は、冷媒の熱交換に基づき静的液体１２に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。

液槽１３の外側で大気中に室温センサー２０が配置される。室温センサー２０は、洗浄装置１１の設置環境（例えば室内）で大気の温度を検出し、大気の温度を特定する室温信号を生成する。液槽１３内の静的液体１２中には温度センサー２１が配置される。温度センサー２１は、静止液体１２の温度を検出し、静止液体１２の温度を特定する液温信号を生成する。液槽１３内の空間には液面センサー２２が固定される。液面センサー２２は、静止液体１２の液面を検出し、指定された液面レベルの範囲から液面が逸脱するとレベル信号を生成する。

循環装置１７は、吸込口１５および供給口１４の間で循環経路１６に組み込まれるポンプ２３と、供給口１４を区画し、供給口１４から液槽１３内の静的液体１２中に流し込まれる液体の向きを調整する吐出ユニット２４とを備える。吐出ユニット２４は、ポンプ２３の吐出圧に基づき静的液体１２中に流し込まれる液体で液槽１３内の静的液体１２中に液流（以下「動的液体」という）を生成する。

循環経路１６は、ポンプ２３の吸込ポートに液槽１３の吸込口１５を接続する上流管１６ａと、ポンプ２３の吐出ポートに吐出ユニット２４を接続する下流管１６ｂとを有する。上流管１６ａにはゴミフィルター２５および油水分離フィルター２６が組み込まれる。ゴミフィルター２５は上流管１６ａを流通する水からゴミを除去する。油水分離フィルター２６は上流管１６ａを流通する水から油を分離する。こうしてポンプ２３にはゴミおよび油から分離された水が流入する。ゴミおよび油は回収される。

下流管１６ｂには、下流管１６ｂを流通する液体の流量を制御する流量制御装置２７と、下流管１６ｂを流通する液体の温度を調整する温度調整装置２８とが組み込まれる。流量制御装置２７は、例えば電力の供給に応じて開き度を調整する流量調整弁を備える。温度調整装置２８は、例えば熱エネルギーの発生源（例えばヒーター）に基づき液体に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置２８は、冷媒の熱交換に基づき液体に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。温度調整装置２８の下流で下流管１６ｂには温度センサー２９が組み込まれる。温度センサー２９は、流通する液体の温度を検出し、液体の温度を特定する液温信号を生成する。

洗浄装置１１は、液槽１３に接続される給液装置３１および排液装置３２を備える。給液装置３１は、水源（液体源）から延びて、液槽１３内の静的液体１２中で開口する給液管３３を有する。給液管３３には、液体源から液体を汲み上げて、給液管３３の開口端に向かって給液管３３内で液体の流れを生成するポンプ３４と、給液管３３を流通する液体から不純物を除去するフィルター３５と、給液管３３を流通する液体の流量を制御する流量制御装置３６と、給液管３３を流通する液体の温度を調整する温度調整装置３７とが組み込まれる。流量制御装置３６は、例えば電力の供給に応じて開き度を調整する流量調整弁を備える。温度調整装置３７は、例えば熱エネルギーの発生源（例えばヒーター）に基づき液体に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置３７は、冷媒の熱交換に基づき液体に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。温度調整装置３７の下流で給液管３３には温度センサー３８が組み込まれる。温度センサー３８は、流通する液体の温度を検出し、液体の温度を特定する液温信号を生成する。

排液装置３２は、液槽１３内に配置されて、水平面に沿って上向きの吸込口４１ａを区画する吸込ユニット４１と、吸込ユニット４１から延びて指定された領域に液体を放出する開放端を有する排液管４２とを備える。排液管４２には、開放端に向かって、吸込ユニット４１の吸込口４１ａから排液管４２内で液体の流れを生成するポンプ４３と、排液管４２を流通する水からゴミを除去するゴミフィルター４４と、排液管４２を流通する水から油を分離する油水分離フィルター４５とが組み込まれる。ゴミおよび油は回収される。

洗浄装置１１は、被洗浄物Ｗを保持する保持具４６を有する。保持具４６には例えばカゴが用いられる。保持具４６は静的液体１２中に浸される。保持具４６には位置決め機構４７が接続されてもよい。位置決め機構４７は例えば水平面に沿って保持具４６の移動を生み出す駆動力を発揮する。

洗浄装置１１は、液槽１３に接続される第１気泡発生装置（微細気泡発生装置）４８ａおよび第２気泡発生装置（微細気泡発生装置）４８ｂを備える。第１気泡発生装置４８ａは、微細気泡を含有する気泡含有液の溶媒として機能する液体を供給する液体系４９ａと、溶媒としての液体中で微細気泡を生成する気体を供給する気体系５１ａとで構成される。

液体系４９ａは、静的液体１２中で開口する供給口５２ａおよび吸込口５３ａを有して液槽１３内の液体を循環させる循環経路を形成する液管５４ａと、液管５４ａに組み込まれて、吸込口５３ａから供給口５２ａに向かって液管５４ａ内で液体の流れを生成するポンプ５５ａと、ポンプ５５ａの上流で液管５４ａに組み込まれて、液管５４ａを流通する液体からゴミを除去するゴミフィルター５６ａと、ポンプ５５ａの上流で液管５４ａに組み込まれて、液管５４ａを流通する水から油を分離する油水分離フィルター５７ａと、ポンプ５５ａの下流で液管５４ａに組み込まれて、液管５４ａを流通する液体の流量を制御する流量制御装置５８ａと、流量制御装置５８ａの下流で液管５４ａに組み込まれて、液管５４ａを流通する液体の温度を調整する温度調整装置５９ａとを備える。流量制御装置５８ａは、例えば電力の供給に応じて開き度を調整する流量調整弁を備える。温度調整装置５９ａは、例えば熱エネルギーの発生源（例えばヒーター）に基づき液体に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置５９ａは、冷媒の熱交換に基づき液体に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。温度調整装置５９ａの下流で液管５４ａには温度センサー６１ａが組み込まれる。温度センサー６１ａは、流通する液体の温度を検出し、液体の温度を特定する液温信号を生成する。

気体系５１ａは、温度調整装置５９ａの下流で液管５４ａに接続されて、液管５４ａ中の液体に向けて気体を噴出する気泡発生ノズル（微細気泡発生ノズル）６２ａと、気泡発生ノズル６２ａに接続されて、気泡発生ノズル６２ａに向けて気体源から気体を供給する供給経路を形成する気体管６３ａと、気体管６３ａに組み込まれて、気体源から気体を吸い込み、気泡発生ノズル６２ａに向かって気体管６３ａ内で気体の流れを生成するコンプレッサー６４と、コンプレッサー６４の下流で気体管６３ａに組み込まれて、気体管６３ａを流通する気体からゴミを除去するゴミフィルター６５ａと、コンプレッサー６４の下流で気体管６３ａに組み込まれて、気体管６３ａを流通する気体の流量を制御する流量制御装置６６ａと、流量制御装置６６ａの下流で気体管６３ａに組み込まれて、気体管６３ａを流通する気体の温度を調整する温度調整装置６７ａとを備える。流量制御装置６６ａは、例えば電力の供給に応じて開き度を調整する流量調整弁を備える。温度調整装置６７ａは、例えば熱エネルギーの発生源（例えばヒーター）に基づき気体に対して熱エネルギーの付与を実現する。その他、温度調整装置６７ａは、冷媒の熱交換に基づき気体に対して熱エネルギーの授受を実現してもよい。温度調整装置６７ａの下流で気体管６３ａには温度センサー６８ａが組み込まれる。温度センサー６８ａは、流通する気体の温度を検出し、気体の温度を特定する気体温信号を生成する。気体源には設置環境の大気が含まれる。ただし、気体は空気以外であってもよく窒素や水素のほかいかなる種類の気体であってもよい。液管５４ａ内を流通する液体に、気泡発生ノズル６２ａから気体が吹き込まれると、微細気泡を含有する第１微細気泡群は生成される。微細気泡はマイクロバブルおよびナノバブル（＝ウルトラファインバブル）を含む。

第２気泡発生装置４８ｂは第１気泡発生装置４８ａと同様な構成を有する。すなわち、第２気泡発生装置４８ｂは液体系４９ｂおよび気体系５１ｂを備える。液体系４９ｂでは、供給口５２ｂまで吸込口５３ｂから延びる液管５４ｂに、ポンプ５５ｂ、ゴミフィルター５６ｂ、油水分離フィルター５７ｂ、流量制御装置５８ｂ、温度調整装置５９ｂおよび温度センサー６１ｂが組み込まれる。気体系５１ｂでは、気体源から気泡発生ノズル（微細気泡発生ノズル）６２ｂまで延びる気体管６３ｂに、コンプレッサー６４、ゴミフィルター６５ｂ、流量制御装置６６ｂ、温度調整装置６７ｂおよび温度センサー６８ｂが組み込まれる。ただし、ここでは、第２気泡発生装置４８ｂと第１気泡発生装置４８ａとは気体系５１ｂのコンプレッサー６４および気体源を共有する。第２気泡発生装置４８ｂの気体管６３ｂはコンプレッサー６４の下流であって流量制御装置６６ａの上流で第１気泡発生装置４８ａの気体管６３ａから分岐する。液管５４ｂ内を流通する液体に、気泡発生ノズル６２ｂから気体が吹き込まれると、微細気泡を含有する第２微細気泡群は生成される。微細気泡はマイクロバブルおよびナノバブル（＝ウルトラファインバブル）を含む。

第１気泡発生装置４８ａの液管５４ａおよび第２気泡発生装置４８ｂの液管５４ｂには共通に液質確認装置６９が接続される。液質確認装置６９は、液槽１３から流出する液体を液槽１３に戻す液管５４ａ、５４ｂに接続される液溜め６９ａと、液溜め６９ａに接続されて、液溜め６９ａ内の液体で微細気泡の気泡濃度を検出する計測器６９ｂとを備える。液溜め６９ａには２つの液管５４ａ、５４ｂから液体が流れ込むことができる。計測器６９ｂは、微細気泡のサイズごとに気泡濃度を検出し、気泡サイズごとに気泡濃度を特定する液質信号を生成する。

図２に示されるように、洗浄装置１１は、洗浄装置１１の動作を制御するコントローラー７１を備える。コントローラー７１には、室温センサー２０、液槽１３の温度センサー２１および液面センサー２２、循環経路１６の温度センサー２９、給液管３３の温度センサー３８、液管５４ａの温度センサー６１ａ、液管５４ｂの温度センサー６１ｂ、気体管６３ａの温度センサー６８ａ、気体管６３ｂの温度センサー６８ｂ、並びに、計測器６９ｂがそれぞれ接続される。コントローラー７１には、室温センサー２０から室温信号が供給され、温度センサー２１、２９、３８、６１ａ、６１ｂから液音信号が供給され、液面センサー２２からレベル信号が供給され、温度センサー６８ａ、６８ｂから気体温信号が供給され、計測器６９ｂから液質信号が供給される。

コントローラー７１には液槽１３の温度調整装置１９が接続される。コントローラー７１は、静的液体１２中の温度センサー２１から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される静的液体１２の温度に応じて静的液体１２の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置１９に供給される。温度調整装置１９は、指令信号に応じて指定された温度に液槽１３内の静的液体１２の温度を調整する。その他、コントローラー７１は、室温センサー２０から室温信号（大気温度信号）を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて静的液体１２の温度を調整する指令信号を生成してもよい。この場合には、温度調整装置１９は、指令信号に応じて指定された温度に液槽１３内の静的液体１２の温度を調整する。例えば、静的液体１２の温度は大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

コントローラー７１には位置決め機構４７が接続される。コントローラー７１は、保持具４６の移動の要求に応じて、要求される変位量で保持具４６の移動を実現する制御信号を生成する。生成された制御信号は位置決め機構４７に供給される。位置決め機構４７は、指令信号で特定される三次元座標値に応じて保持具４６を駆動する。こうして動的液体の供給口１４や気泡含有液の供給口５２ａ、５２ｂに対して被洗浄物Ｗの位置は調整されることができる。

コントローラー７１には給液装置３１のポンプ３４、流量制御装置３６および温度調整装置３７がそれぞれ接続される。コントローラー７１は、液槽１３内の液面センサー２２からレベル信号を受領し、受領したレベル信号で特定される静的液体１２の液面レベルに応じて液槽１３への液体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ３４および流量制御装置３６に供給される。ポンプ３４は指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置３６は、指令信号で指定される流量に応じて液体の流量を制御する。こうして液槽１３内で静的液体１２の液面が指定された液面よりも下降すると、ポンプ３４から液体は供給される。予め決められた液面レベルまで静的液体１２の液面は上昇する。

液体の供給にあたって、コントローラー７１は、温度センサー３８から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、補充される液体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置３７に供給される。温度調整装置３７は、指令信号に応じて指定された温度に給液管３３内の液体の温度を調整する。その他、コントローラー７１は、温度センサー２１から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて給液管３３内の液体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー７１は、室温センサー２０から室温信号を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて給液管３３内の液体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。これらの場合には、温度調整装置３７は、指令信号に応じて指定された温度に給液管３３内の液体の温度を調整する。例えば、給液管３３内の液体の温度は、静的液体１２の温度や大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

コントローラー７１には排液装置３２のポンプ４３が接続される。コントローラー７１は、液槽１３内の液面センサー２２からレベル信号を受領し、受領したレベル信号で特定される静的液体１２の液面レベルに応じて液槽１３からの液体の排出を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ４３に供給される。ポンプ４３は指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。こうして液槽１３内で静的液体１２の液面が指定された液面よりも上昇すると、ポンプ４３から液体は排水される。その結果、予め決められた液面レベルまで静的液体１２の液面が下降する。

コントローラー７１には循環装置１７のポンプ２３、流量制御装置２７および温度調整装置２８がそれぞれ接続される。コントローラー７１は、静的液体１２中で流れる動的液体の生成の要求に応じて、要求で指定される流量で供給口１４から噴き出す液体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ２３および流量制御装置２７に供給される。ポンプ２３は指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置２７は、指令信号で指定される流量に応じて液体の流量を制御する。こうして液体は循環経路１６を循環し、指定された流量で吐出ユニット２４の供給口１４から液体は噴き出す。

液体の循環にあたって、コントローラー７１は、温度センサー２９から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、供給口１４から噴き出す液体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置２８に供給される。温度調整装置２８は、指令信号で指定された温度に、下流管１６ｂ内の液体の温度を調整する。その他、コントローラー７１は、温度センサー２１から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて下流管１６ｂ内の液体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー７１は、室温センサー２０から室温信号を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて下流管１６ｂ内の液体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。これらの場合には、温度調整装置２８は、指令信号で指定された温度に下流管１６ｂ内の液体の温度を調整する。例えば、下流管１６ｂ内の液体の温度は、静的液体１２の温度や大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

コントローラー７１には第１気泡発生装置４８ａの流量制御装置６６ａおよび第２気泡発生装置４８ｂの流量制御装置６６ｂ並びにコンプレッサー６４がそれぞれ接続される。コントローラー７１は、第１微細気泡群および（または）第２微細気泡群の生成の要求に応じて気泡発生ノズル６２ａ、６２ｂに対して気体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置６６ａ、６６ｂおよびコンプレッサー６４に供給される。コンプレッサー６４は指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置６６ａは、指令信号で指定される流量に応じて気体管６３ａを流通する気体の流量を制御する。流量制御装置６６ｂは、指令信号で指定される流量に応じて気体管６３ｂを流通する気体の流量を制御する。気体は、液管５４ａ、５４ｂに流通する液体中に気泡発生ノズル６２ａ、６２ｂから噴き出す。ここでは、流量制御装置６６ａは気体管６３ａ内の気体の流通を遮断することができ、流量制御装置６６ｂは気体管６３ｂ内の気体の流通を遮断することができる。したがって、コンプレッサー６４の作動中であっても気泡発生ノズル６２ａ、６２ｂのいずれか一方で気体の噴出は停止されることができる。

コントローラー７１には、第１気泡発生装置４８ａのポンプ５５ａ、流量制御装置５８ａおよび温度調整装置５９ａがそれぞれ接続される。コントローラー７１は、第１微細気泡群の生成の要求に応じて、供給口５２ａに向けて液管５４ａ内を流通する液体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ５５ａ、流量制御装置５８ａおよび温度調整装置５９ａに供給される。ポンプ５５ａは指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置５８ａは、指令信号で指定される流量に応じて液体の流量を制御する。こうして液体は液管５４ａ内を流通し、指定された流量で供給口５２ａから液体は噴き出す。

液体の供給にあたって、コントローラー７１は、温度センサー６１ａから液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、供給口５２ａから噴き出す液体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度制御装置５９ａに供給される。温度制御装置５９ａは、指令信号で指定された温度に、供給口５２ａから噴き出す液体の温度を調整する。

コントローラー７１には、第２気泡発生装置４８ｂのポンプ５５ｂ、流量制御装置５８ｂおよび温度調整装置５９ｂがそれぞれ接続される。コントローラー７１は、第２微細気泡群の生成の要求に応じて、供給口５２ｂに向けて液管５４ｂ内を流通する液体の供給を制御する指令信号を生成する。生成された指令信号はポンプ５５ｂ、流量制御装置５８ｂおよび温度調整装置５９ｂに供給される。ポンプ５５ｂは指令信号に応じて動作のオンオフを実施する。流量制御装置５８ｂは、指令信号で指定される流量に応じて液体の流量を制御する。こうして液体は液管５４ｂ内を流通し、指定された流量で供給口５２ｂから液体は噴き出す。

液体の供給にあたって、コントローラー７１は、温度センサー６１ｂから液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、供給口５２ｂから噴き出す液体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度制御装置５９ｂに供給される。温度制御装置５９ｂは、指令信号で指定された温度に、供給口５２ｂから噴き出す液体の温度を調整する。

コントローラー７１には第１気泡発生装置４８ａの温度調整装置６７ａが接続される。コントローラー７１は、温度センサー６８ａから気体温信号を受領し、受領した気体温信号で特定される気体の温度に応じて、気泡発生ノズル６２ａに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置６７ａに供給される。温度調整装置６７ａは、指令信号で指定された温度に、気泡発生ノズル６２ａに供給される気体の温度を調整する。その他、コントローラー７１は、室温センサー２０から室温信号を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて、気泡発生ノズル６２ａに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー７１は、温度センサー２１から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、気泡発生ノズル６２ａに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー７１は、温度センサー２９から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、気泡発生ノズル６２ａに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。いずれの場合でも、温度調整装置６７ａは、指令信号で指定された温度に、気泡発生ノズル６２ａに供給される気体の温度を調整する。例えば、気体管６３ａ内の気体の温度は、静的液体１２の温度や大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

コントローラー７１には第２気泡発生装置４８ｂの温度調整装置６７ｂが接続される。コントローラー７１は、温度センサー６８ｂから気体温信号を受領し、受領した気体温信号で特定される気体の温度に応じて、気泡発生ノズル６２ｂに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成する。生成された指令信号は温度調整装置６７ｂに供給される。温度調整装置６７ｂは、指令信号で指定された温度に、気泡発生ノズル６２ｂに供給される気体の温度を調整する。その他、コントローラー７１は、室温センサー２０から室温信号を受領し、受領した室温信号で特定される大気の温度に応じて、気泡発生ノズル６２ｂに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー７１は、温度センサー２１から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、気泡発生ノズル６２ｂに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。あるいは、コントローラー７１は、温度センサー２９から液温信号を受領し、受領した液温信号で特定される液体の温度に応じて、気泡発生ノズル６２ｂに供給される気体の温度を調整する指令信号を生成してもよい。いずれの場合でも、温度調整装置６７ｂは、指令信号で指定された温度に、気泡発生ノズル６２ｂに供給される気体の温度を調整する。例えば、気体管６３ｂ内の気体の温度は、静的液体１２の温度や大気の温度に対して予め決められた温度差に維持されればよい。

コントローラー７１は、液体中で微細気泡の気泡濃度を特定する気泡濃度信号を計測器６９ｂから受領し、気泡濃度に応じて第１気泡発生装置４８ａから放出される微細気泡の放出量を設定する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置６６ａに供給される。流量制御装置６６ａは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、気体管６３ａを流通する気体の流量を制御する。こうして気泡発生ノズル６２ａの噴き出し圧力が調整されることで、微細気泡の放出量は調整されることができる。

コントローラー７１は、同様に、液体中で微細気泡の気泡濃度を特定する気泡濃度信号を計測器６９ｂから受領し、気泡濃度に応じて第２気泡発生装置４８ｂから放出される微細気泡の放出量を設定する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置６６ｂに供給される。流量制御装置６６ｂは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、気体管６３ｂを流通する気体の流量を制御する。こうして気泡発生ノズル６２ｂの噴き出し圧が調整されることで、微細気泡の放出量は調整されることができる。

コントローラー７１は、液体中で微細気泡の気泡濃度を特定する気泡濃度信号を計測器６９ｂから受領し、気泡濃度に応じて第１気泡発生装置４８ａから放出される微細気泡のサイズを設定する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置５８ａおよび流量制御装置６６ａに供給される。流量制御装置５８ａは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、液管５４ａを流通する液体の流量を制御する。流量制御装置６６ａは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、気体管６３ａを流通する気体の流量を制御する。こうして気泡発生ノズル６２ａの露出面７６に沿って流れる液体の流速が調整されることで、微細気泡のサイズ（径寸法）は調整されることができる。併せて、気泡発生ノズル６２ａの噴き出し圧が調整されることで、微細気泡のサイズは調整されることができる。

コントローラー７１は、同様に、液体中で微細気泡の気泡濃度を特定する気泡濃度信号を計測器６９ｂから受領し、気泡濃度に応じて第２気泡発生装置４８ｂから放出される微細気泡のサイズを設定する指令信号を生成する。生成された指令信号は流量制御装置５８ｂおよび流量制御装置６６ｂに供給される。流量制御装置５８ｂは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、液管５４ｂを流通する液体の流量を制御する。流量制御装置６６ｂは、指令信号で指定される微細気泡の放出量に応じて、気体管６３ｂを流通する気体の流量を制御する。こうして気泡発生ノズル６２ｂの露出面７６に沿って流れる液体の流速が調整されることで、微細気泡のサイズ（径寸法）は調整されることができる。併せて、気泡発生ノズル６２ｂの噴き出し圧が調整されることで、微細気泡のサイズは調整されることができる。

図３に示されるように、気泡発生ノズル６２ａ、６２ｂは、先端で液管５４ａ、５４ｂの管壁に差し込まれて、気体管６３ａ、６３ｂから延びて液管５４ａ、５４ｂの内壁面で開口する通路７３を区画するハウジング７４と、通路７３の一端でハウジング７４に組み込まれて、空孔を含み、通路７３を流通する気体を透過させる多孔質体７５とを備える。多孔質体７５は液管５４ａ、５４ｂの内壁に連続する露出面７６を有する。多孔質体７５は、液管５４ａ、５４ｂ内を流通する液体に露出面７６で接触する。気体は、気体管６３ａ、６３ｂから通路７３に進入し、多孔質体７５を通過して露出面７６から液体内に噴出する。

図４に示されるように、多孔質体７５は、第１平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体７５ａと、内層体７５ａの表面に層をなし、第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する露出面７６から気体を放出する表層体７５ｂとを備える。内層体７５ａおよび表層体７５ｂは金属焼結体として一体に形成される。金属焼結体は、例えば一定の粒径を有する金属粉末から成型される。多孔質体７５の材料には例えばステンレス鋼が用いられる。ただし、多孔質体７５は、一定の粒径を有する無機物粉末から成型されるセラミックス、一定の粒径を有するポリマー（プラスチック）粉末から成型されるポリマー焼結体、その他の材料から形成されてもよい。第２平均サイズは第１平均サイズの２．５倍〜１０．５倍に設定される。内層体７５ａの表面から液体に接する露出面７６まで表層体７５ｂの厚みは７００μｍ以下である。

（２）洗浄装置の動作
洗浄装置１１の液槽１３には静的液体１２が湛えられる。保持具４６には被洗浄物Ｗが搭載される。被洗浄物Ｗは静的液体１２に浸される。静的液体１２の液面が規定の範囲を超えて下降すると、給液装置３１が作動し、液槽１３内に給液管３３から液体は供給される。静的液体１２の液面が規定の範囲を超えて上昇すると、排液装置３２が作動し、液槽１３内の静的液体１２は吸込ユニット４１に流入する。このとき、静的液体１２の液面に浮かぶ油その他の不純物は吸込ユニット４１から吸い込まれる。液面に浮かぶ油その他の不純物は液槽１３から除去される。

第１気泡発生装置４８ａが作動すると、気泡発生ノズル６２ａは、コントローラー７１から供給される指令信号に応じて指定された放出量で液管５４ａ内の液体に微細気泡を放出する。微細気泡を含有する第１微細気泡群は液管５４ａ内の液体に巻き込まれながら液管５４ａの供給口５２ａから静的液体１２中に流入する。第１微細気泡群の微細気泡は第１温度の気体で形成される。

第２気泡発生装置４８ｂが作動すると、気泡発生ノズル６２ｂは、コントローラー７１から供給される指令信号に応じて指定された放出量で液管５４ｂ内の液体に微細気泡を放出する。微細気泡を含有する第２微細気泡群は液管５４ｂ内の液体に巻き込まれながら液管５４ｂの供給口５２ｂから静的液体１２中に流入する。第２微細気泡群の微細気泡は第１温度から相違する第２温度の気体で形成される。

図５に示されるように、第１微細気泡群は第１径Ｄ１（＝１００ｎｍ未満）の平均気泡径（平均サイズ）を有する。第１気泡発生装置４８ａは最大数［個］で第１径Ｄ１の微細気泡を噴き出す。気泡径が第１径Ｄ１から増大し、あるいは減少するにつれて、気泡の数量［個］は減少する。すなわち、数量分布は第１径Ｄ１でピークを示す。その一方で、第２微細気泡群は第２径Ｄ２（＝１００ｎｍ以上５０μｍ以下）の平均気泡径を有する。第２気泡発生装置４８ａは最大数で第２径Ｄ２の微細気泡を噴き出す。気泡径が第２径Ｄ２から増大し、あるいは減少するにつれて、気泡の数量は減少する。すなわち、数量分布は第２径Ｄ２でピークを示す。単位体積当たりで第１微細気泡群ａの気泡数［個］は全気泡数の５０％を超える。単位体積当たりで第２微細気泡群の気泡数［個］は全気泡数の５０％未満である。直径１００ｎｍ未満の気泡濃度は１ミリリットル当たり１ｘ１０^６個以上であることが望まれる。

洗浄装置１１では、静的液体１２中に、第１温度の気体で形成され第１径Ｄ１の平均気泡径を有する第１微細気泡群と、第２温度の気体で形成され第２径Ｄ２の平均気泡径を有する第２微細気泡群とを含有する洗浄液は生成される。吹き出された第１微細気泡群および第２微細気泡群は被洗浄物Ｗに衝突する。被洗浄物Ｗの表面と汚染物との境界（界面の輪郭）に温度の異なる微細気泡が次々に接触する。温度の異なる微細気泡が同一箇所に作用することで、界面の輪郭で温度変化の繰り返し(温度の振動)が生じる。温度の振動は界面で剥離を引き起こす。剥離の進行に伴って輪郭から内側に微細気泡は進入していく。こうして汚染物は被洗浄物Ｗの表面から剥離する。汚染物は被洗浄物Ｗから分離される。こうした温度の振動の働きで、洗浄液は、気泡の崩壊のエネルギーを必ずしも利用しなくとも、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する。特に、大きい平均気泡径の第２微細気泡群が被洗浄物Ｗの表面に接触すると、微細気泡に含まれる気体の熱エネルギーは広い範囲で被洗浄物Ｗの表面に作用する。小さい平均気泡径の第１微細気泡群が被洗浄物Ｗの表面に接触すると、微細気泡に含まれる熱エネルギーは狭い範囲で集中的に被洗浄物Ｗの表面に作用する。第１微細気泡群と第２微細気泡群とは温度差を有することから、第２微細気泡群の微細気泡で影響を受けた被洗浄物Ｗの表面に第１微細気泡群の微細気泡が接触すると温度変化が生じる。第２微細気泡群の微細気泡は広い領域で温度を拘束するので、小さい第１微細気泡群の微細気泡でも、第２微細気泡群の微細気泡で拘束される温度の領域に接触する。小さい平均気泡径の微細気泡群同士で温度差を有する場合よりも、より高い確率で温度変化は生じる。微細気泡は小さいほど物質と物体の表面との境界に入り込みやすく剥離を促進するものの、温度差を有する微細気泡の気泡径が相違することでさらなる洗浄効果の向上が実現されると考えられる。本実施形態では、第２温度は第１温度よりも低く設定されるものの、第２温度は第１温度に等しくてもよく第１温度より高くてもよい。

静的液体１２の温度は第２温度以上であって第１温度以下で任意に設定されればよい。静的液体１２が例えば純水または水溶液の場合には、静的液体１２の温度は摂氏８０度以下に設定されることが望まれる。純水または水溶液の温度が摂氏８０度を超えると、気泡は安定的に高い個数密度を維持できない。

本実施形態に係る気泡発生ノズル６２ａ、６２ｂは、第１平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体７５ａと、内層体７５ａの表面に層をなし、第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する露出面７６から気体を放出する表層体７５ｂとを備える。したがって、気体が内層体７５ａおよび表層体７５ｂを順次通過することで、気泡発生ノズルが強制的に駆動されなくても、簡単な構成で、大量のウルトラファインバブル（ナノバブルを含む）が液体中に放出される。

本実施形態に係る気泡発生ノズル６２ａ、６２ｂでは、内層体７５ａおよび表層体７５ｂは金属焼結体として一体に形成される。内層体７５ａおよび表層体７５ｂは１つの製造工程で同時に形成されることができ、気泡発生ノズル６２ａ、６２ｂは１つの塊として簡単に取り扱われることができる。

（３）検証
本発明者は多孔質体７５の効果を検証した。効果の検証にあたって複数の多孔質体７５が成形された。個々の多孔質体７５で、内層体７５ａに含有される空孔の平均径（第１平均サイズ）と、表層体７５ｂに含有される空孔の平均径（第２平均サイズ）と、内層体７５ａの表面から露出面７６までの表層体７５ｂの厚み［μｍ］とが測定された。

多孔質体７５はハウジング７４に嵌め込まれた。多孔質体７５は液槽内に湛えられた水に浸された。水中には強制的な水流は形成されなかった。通路７３から圧力下で空気が供給された。空気は、通路７３から内層体７５ａに向かって供給され、内層体７５ａから表層体７５ｂを通って露出面７６から水中に放出された。通路７３の内径は４［ｍｍ］に設定された。通路７３内で空気の圧力は０．４［ＭＰａ］に設定された。水の温度は摂氏４０度に設定された。空気の温度は摂氏２０度に設定された。微細気泡の気泡径ごとに、露出面７６から吹き出す微細気泡の発生量［個／ミリリットル］が計測された。微細気泡の平均気泡径で微細気泡の発生量は特定された。

図６に示されるように、本発明者は、第１平均サイズおよび第２平均サイズに基づきパラメーターを算出した。パラメーターは、内層体７５ａに含まれる空孔の第１平均サイズに対し、表層体７５ｂに含まれる空孔の第２平均サイズの比率で特定された。パラメーターと微細気泡の発生量との関係が検討された。第２平均サイズが第１平均サイズの２．５倍〜１０．５倍に設定されると、表層体７５ｂで水に接する露出面７６から確実に大量のウルトラファインバブルは水中に放出されることが確認された。このとき、多孔質体７５の露出面７６に沿って水流が生成されると、さらに大量にウルトラファインバブルが水中に放出されることが確認された。水流の生成にあたって流路の内径は１５［ｍｍ］に設定された。流路内で水の流量は３０［Ｌ／ｍｉｎ］に設定された。流路内で水の温度は摂氏４０度に設定された。

図７に示されるように、本発明者は、パラメーター２．５倍〜１０．５倍の多孔質体７５の中で、表層体７５ｂの厚みと微細気泡の発生量との関係を検討した。表層体７５ｂの厚みが２００μｍ以上であって７００μｍ以下であると、表層体７５ｂで水に接する露出面７６から確実に大量のウルトラファインバブルは水中に放出されることが確認された。このとき、前述の条件で多孔質体７５の露出面７６に沿って水流が生成されると、さらに大量にウルトラファインバブルが水中に放出されることが確認された。

１１…気液混合装置（洗浄装置）、１３…液槽、７３…通路、７４…ハウジング、７５ａ…内層体、７５ｂ…表層体。

Claims (6)

1. 第１平均サイズの空孔を含んで、気体源からの気体を透過させる内層体と、
   前記内層体の表面に層をなし、前記第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体と
   を備えることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
2. 請求項１に記載の微細気泡発生ノズルにおいて、前記内層体および前記表層体は焼結体として一体に形成されることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
3. 請求項１または２に記載の微細気泡発生ノズルにおいて、前記第２平均サイズは前記第１平均サイズの２．５倍〜１０．５倍に設定されることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
4. 請求項３に記載の微細気泡発生ノズルにおいて、前記内層体の前記表面から前記液体に接する前記表面まで前記表層体の厚みは７００μｍ以下であることを特徴とする微細気泡発生ノズル。
5. 気体の通路を区画するハウジングと、
   前記通路の一端で前記ハウジングに組み込まれて、第１平均サイズの空孔を含み、前記通路を流通する前記気体を透過させる内層体と、
   前記内層体の表面に層をなし、前記第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体と
   を備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
6. 液槽と、
   前記液槽内の空間に開口する通路を区画するハウジングと、
   前記通路の一端で前記ハウジングに組み込まれて、第１平均サイズの空孔を含み、前記通路を流通する前記気体を透過させる内層体と、
   前記内層体の表面に層をなし、前記第１平均サイズよりも大きい第２平均サイズの空孔を含んで、液体に接する表面から前記気体を放出する表層体と
   を備えることを特徴とする気液混合装置。
   

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