JP2020062619A

JP2020062619A - 気泡含有液体製造装置

Info

Publication number: JP2020062619A
Application number: JP2018197244A
Authority: JP
Inventors: 太田　晶久; Akihisa Ota; 晶久太田; 輝海森; Terumi Mori
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2020-04-23

Abstract

【課題】低圧で送液された液体から多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成させることが可能な気泡含有液体製造装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る気泡含有液体製造装置１００は、ケーシング１０１と、凹凸部材１０３と、送入口１１５ａと、送出口１１６ａとを具備する。凹凸部材１０３は、ケーシング１０１に収容された状態でケーシング１０１に固定され、平坦面１０２ｂと所定の間隔を空けて対向する対向面１０３ａを有し、対向面１０３ａから平坦面１０２ｂに向かって突出する凸部１３１ａと、凸部１３ａと対向面１０３ａによって形成される凹部１３１ｂからなり、平坦面１０２ｂと対向面１０３ａの間に流路Ｆを形成する凹凸構造１３１とを有する。送入口１１５ａは、流路Ｆの上流側に設けられ、ケーシング１０１内に液体を送入する。送出口１１６ａは、流路Ｆの下流側に設けられ、ケーシング１０１内から液体を送出する。【選択図】図１

Description

本発明は、液体中にウルトラファインバブル等の気泡を発生させる気泡含有液体製造装置に関する。

近年、水等の液体に微小な気泡を含有させた気泡含有液体の普及が進んでいる。微小な気泡には、直径１μｍ以下のウルトラファインバブル（ＵＦＢ：ultra fine bubble)や直径１０μｍ以下のマイクロバブル、直径１ｍｍ以下のミリバブル等がある。特にＵＦＢを含有するＵＦＢ水は、魚介類の鮮度維持や微生物培養、滅菌医療、各種洗浄等の分野での利用が検討されている。

現在利用されているＵＦＢ製造装置では、液体に気体を送入した後、送液ポンプによって高圧化して気体を過剰溶解させ、圧力開放することで多量の気泡を発生させる。さらに、気液混相流体が剪断ミキサーを通過することにより気泡を微細化するものである。

特開２０１０−１４９１２０号公報

しかしながら、上述のようなＵＦＢ製造装置では、高圧化した液体に気体を送入する必要があり、高圧送液ポンプ等の高圧に対応した設備が必要となる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、低圧で送液された液体から多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成させることが可能な気泡含有液体製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術に係る気泡含有液体製造装置は、ケーシングと、凹凸部材と、送入口と、送出口とを具備する。
上記凹凸部材は、上記ケーシングに収容された状態で上記ケーシングに固定され、平坦面と所定の間隔を空けて対向する対向面を有し、上記対向面から上記平坦面に向かって突出する凸部と、上記凸部と上記対向面によって形成される凹部からなり、上記平坦面と上記対向面の間に流路を形成する凹凸構造とを有する。
上記送入口は、上記流路の上流側に設けられ、上記ケーシング内に液体を送入する。
上記送出口は、上記流路の下流側に設けられ、上記ケーシング内から液体を送出する。

この構成によれば、気泡を含有する液体を送入口に供給すると、送入口からケーシング内に流入した液体は、凹凸構造と平坦面の間に形成された流路を通過する。この際に液体は凹凸構造によって剪断応力が印加され、気泡が微細化される。これにより、微細な気泡を含有する気泡含有液体が生成し、ケーシング内から送出口を介して送出される。送入口への送液圧力は低圧（例えば水道圧）でよく、簡便に気泡含有液体を製造することが可能である。

上記送出口は、上記送入口と接続可能に構成されていてもよい。

上記凹凸部材は板形状を有し、上記送入口及び上記送出口は互いに上記凹凸部材の反対側であって、上記対向面に対して垂直方向に位置してもよい。

上記凹凸構造は上記凹凸部材の表裏両面に設けられていてもよい。

上記ケーシングに収容される上記凹凸部材の数は調整可能であってもよい。

上記凹凸部材は、板形状を有し、上記凹凸部材の一面には上記凹凸構造が設けられ、上記凹凸構造とは反対側の面には上記平坦面が設けられていてもよい。

複数の上記凹凸部材を備え、複数の上記凹凸部材は上記ケーシングに互いに平行に配置され、
複数の上記凹凸構造は、隣接する上記凹凸部材の上記平坦面に対向してもよい。

上記気泡含有液体製造装置は、複数の上記凹凸部材の間に液体が同一方向に流れる複数の流路が形成されていてもよい。

複数の上記凹凸部材は、一端の上記対向面と上記平坦面の間に切欠きが設けられ、複数の上記凹凸部材は上記切欠きが、隣接する上記凹凸部材との間で反対側となり、複数の上記凹凸部材の間に液体が一方向に流れる流路と、上記切欠きを通過して反対方向に流れる流路が形成されていてもよい。

上記送入口から上記流路への流入経路が２つであってもよい。

上記送入口から上記流路への流入経路が１つであってもよい。

上記凹凸構造は、上記対向面に垂直な方向からみて六角形形状の複数の凹部と上記複数の凹部の周囲を囲む凸部から構成されていてもよい。

上記凹凸構造は、上記対向面に垂直な方向からみて円形状の複数の凹部と上記複数の凹部の周囲を囲む凸部から構成されていてもよい。

以上のように、本技術によれば、低圧で送液された液体から多量の気泡を含有する気泡含有液体を生成させることが可能な気泡含有液体製造装置を提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る気泡含有液体製造装置の断面図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の断面図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の斜視図である。同気泡含有液体製造装置における、凹凸構造と平坦面の間に形成される流路の模式図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の凹凸構造の平面図である。同気泡含有液体製造装置の動作を示す模式図である。同気泡含有液体製造装置での気泡の微細化の様子を示す模式図である。同気泡含有液体製造装置での気泡の微細化の様子を示す模式図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の、各種形状を有する凹凸構造の平面図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の、各種形状を有する凹凸構造の平面図である。本発明の第２の実施形態に係る気泡含有液体製造装置の断面図である。同気泡含有液体製造装置の側面図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の断面図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の断面図である。同気泡含有液体製造装置の動作を示す模式図である。同気泡含有液体製造装置の動作を示す模式図である。本発明の第３の実施形態に係る気泡含有液体製造装置の断面図である。同気泡含有液体製造装置の側面図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の断面図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の断面図である。同気泡含有液体製造装置の動作を示す模式図である。本発明の第４の実施形態に係る気泡含有液体製造装置の断面図である。同気泡含有液体製造装置の側面図である。同気泡含有液体製造装置が備える凹凸部材の断面図である。同気泡含有液体製造装置の動作を示す模式図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る気泡含有液体製造装置について説明する。

［気泡含有液体製造装置の構成］
図１は、本実施形態に係る気泡含有液体製造装置１００の構成を示す模式図である。同図に示すように、気泡含有液体製造装置１００は、ケーシング１０１、平坦部材１０２及び凹凸部材１０３を備える。

気泡含有液体製造装置１００は、微小な気泡を含有する液体（以下、気泡含有液体）を製造する装置である。気泡には、大きさによって直径１μｍ以下のウルトラファインバブル（ＵＦＢ：ultra fine bubble)、直径１０μｍ以下のマイクロバブル、直径１ｍｍ以下のミリバブル等の種類がある。気泡含有液体が含有する気泡はいずれの大きさのものであってもよいが、典型的にはＵＦＢである。

気泡を形成する気体は特に限定されず、例えば、空気、Ｎ_２、Ｏ_２又はＯ_３等とすることができる。気泡含有液体を構成する液体は特に限定されないが、典型的には水である。

ケーシング１０１は、平坦部材１０２及び凹凸部材１０３を収容する収容空間を形成する。ケーシング１０１は、第１部材１１１と第２部材１１２から構成されている。

第１部材１１１と第２部材１１２は、耐圧クランプ１１３によって周縁部が挟持されることにより接合されている。第１部材１１１と第２部材の接合面にはパッキン１１４が配置されている。

また、第１部材１１１と第２部材１１２の接合面には、凹部１１１ａ及び凹部１１２ａが設けられている。第１部材１１１と第２部材１１２が接合されると、凹部１１１ａと凹部１１２ａによって凹凸部材１０３の一部が挟持され、凹凸部材１０３がケーシング１０１に固定される。

第１部材１１１の中央部には、送入管１１５が接続されている。送入管１１５はサニタリー継手とすることができる。送入管１１５とケーシング１０１の接続口を送入口１１５ａとする。

第２部材１１２の中央部には、送出管１１６が接続されている。送出管１１６はサニタリー継手とすることができる。送出管１１６とケーシング１０１の接続口を送出口１１６ａとする。

平坦部材１０２は、中央部に開口１０２ａが設けられた円板状の部材であり、凹凸部材１０３を挟んで二つが設けられている。平坦部材１０２は、第１部材１１１と第２部材１１２にそれぞれシム１０４を介して一つずつ接合されている。

平坦部材１０２は平坦面１０２ｂを有する。平坦面１０２ｂは平坦部材１０２の凹凸部材１０３側の表面である。

凹凸部材１０３は、ケーシング１０１に収容され、凹凸構造を有する部材である。図２は、凹凸部材１０３の断面図であり、図３は凹凸部材１０３の斜視図である。

図２及び図３に示すように、凹凸部材１０３は円板形状を有し、表裏両面に凹凸構造１３１が設けられている。図３では凹凸部材１０３の一面を図示しているが、反対側の面にも同様に凹凸構造１３１が設けられている。

図４は、凹凸構造１３１及び平坦面１０２ｂを示す断面図であり、図１の一部を拡大した図である。同図に示すように、凹凸部材１０３は、平坦面１０２ｂと所定の間隔を空けて対向する対向面１０３ａを有する。

凹凸構造１３１は、凸部１３１ａと凹部１３１ｂから構成されている。凸部１３１ａは対向面１０３ａから平坦面１０２ｂに向かって突出し、凸部１３１ａと対向面１０３ａによって凹部１３１ｂが形成されている。

図５は、対向面１０３ａに垂直な方向から見た凹凸構造１３１の平面図である。同図に示すように凹凸構造１３１は、対向面１０３ａに垂直な方向から見て六角形形状の複数の凹部１３１ｂと、複数の凹部１３１ｂを囲む凸部１３１ａから構成されるハニカム構造とすることができる。

図４に示すように、凹凸構造１３１と平坦面１０２ｂの間には流路Ｆが形成されている。図１に示すように、第１部材１１１側の流路Ｆを流路Ｆ１、第２部材１１２側の流路Ｆを流路Ｆ２とする。

対向面１０３ａと平坦面１０２ｂ間の間隔（図４中、Ｃ１）は３．０ｍｍ以下が好適である。また、凸部１３１ａと平坦面１０２ｂ間の間隔（以下、クリアランス、図４中Ｃ２）は０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好適である。これらの間隔は、上記シム１０４によって調整することができる。

図２に示すように、凹凸部材１０３の周縁には固定部１３３が設けられている（図３では図示略）。固定部１３３は、凹部１１１ａ及び凹部１１２ａによって挟持される部分である。固定部１３３には、貫通孔１３３ａが設けられ、液体の通過が可能となっている。貫通孔１３３ａは凹凸部材１０３の周縁に沿って複数が設けられている。

気泡含有液体製造装置１００は以上のような構成を有する。送入口１１５ａは、流路Ｆ１の上流に設けられ、送出口１１６ａは流路Ｆ２の下流に設けられている。送入口１１５ａ及び送出口１１６ａは互いに凹凸部材１０３の反対側であって、対向面１０３ａに対して垂直方向に位置する。

ケーシング１０１、平坦部材１０２及び凹凸部材１０３の材質は特に限定されないが、例えばステンレス又はアルミニウム等の金属からなるものとすることができる。

［気泡含有液体製造装置の動作］
気泡含有液体製造装置１００の動作について説明する。図６は、気泡含有液体製造装置１００の動作を示す模式図である。同図に示すように、送入口１１５ａからケーシング１０１内に液体を流入させる。

液体には、気泡となる気体が送入されている。気泡含有液体製造装置１００は低圧で気泡の発生が可能であるため、気体の送入を容易に行うことができる。液体の送液圧力は１．０ＭＰａ以下、流量は１０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることができる。

図６に矢印で示すように、液体は送入口１１５ａから流路Ｆ１に流入し、流路Ｆ１から凹凸部材１０３の外周とケーシング１０１の間に流入する。さらに液体は貫通孔１３３ａを通過して流路Ｆ２に流入し、流路Ｆ２から送出口１１６ａに流入して送出口１１６ａから送出される。

液体が流路Ｆ（流路Ｆ１及び流路Ｆ２）を通過する際、気泡の微細化が生じる。図７及び図８は、流路Ｆにおける気泡の微細化を示す模式図である。

図７に示すように気泡Ｂを含む液体が流路Ｆを矢印方向に流れると、凹凸構造１３１によって剪断応力が印加され、凹部１３１ｂ内に気体含有液体の噴流が発生する。図７において噴流が生じる領域を線Ｓで示す。凹部１３１ｂ内においてはこの噴流によって渦Ｍが発生し、気泡Ｂに作用する。これにより気泡Ｂが微細化され、微細な気泡を含有した気泡含有液体が生成する。

一方、図８に示すように凹部１３１ｂ内に大きな渦Ｍが発生すると、気泡Ｂが微細化されにくいため、図７に示すように多数の小さな渦Ｍが発生する状態が好適である。なお、図７及び図８では一つの凹部１３１ｂを例にとって説明したが、実際には上記作用が複数の凹部１３１ｂによって生じ、気泡の微細化が進行する。

気泡含有液体に含まれる気泡の大きさは、クリアランスＣ２を変更することによって制御が可能である。気泡含有液体製造装置１００がＵＦＢを生成させる場合にはＵＦＢ密度を１〜２億個／ｍＬ程度とすることが可能である。また、気泡含有液体を循環させることにより、ＵＦＢ密度を５〜１０億個／ｍＬ程度とすることが可能である。

［連結について］
送入管１１５と送出管１１６は互いに接続可能に構成されている。複数の気泡含有液体製造装置１００を連結すると、それぞれの送入口１１５ａと送出口１１６ａが接続され、一つの気泡含有液体製造装置１００の送出口１１６ａから送出された気泡含有液体は別の気泡含有液体製造装置１００の送入口１１５ａに送入される。これにより、気泡含有液体における気泡の密度をさらに増加させることができる。気泡含有液体製造装置１００の連結数は、送液ポンプの能力や希望の気泡密度に応じて任意に調整することができる。

［凹凸構造の形状について］
凹凸構造１３１は上述したハニカム構造に限られない。図９及び図１０は凹凸構造１３１の他の形状を示す平面図である。図９（ａ）に示すように凹凸構造１３１は対向面１０３ａに垂直な方向から見て円形の複数の凹部１３１ｂと、複数の凹部１３１ｂを囲む凸部１３１ａから構成される構造であってもよい。

また、凹凸構造１３１は、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように対向面１０３ａに垂直な方向から見て矩形の複数の凹部１３１ｂと、複数の凹部１３１ｂを囲む凸部１３１ａから構成される構造であってもよい。

また、凹凸構造１３１は、図９（ｄ）及び図９（ｅ）に示すように対向面１０３ａに垂直な方向から見て三角形の複数の凹部１３１ｂと、複数の凹部１３１ｂを囲む凸部１３１ａから構成される構造であってもよい。

さらに、凹凸構造１３１は、図１０に示すように、対向面１０３ａに設けられた同心円状及び放射状の凸部１３１ａと、凸部１３１ａの間に設けられた凹部１３１ｂから構成される構造であってもよい。

この他にも凹凸構造１３１は、複数の凹部１３１ｂとそれぞれの凹部１３１ｂを隔てる凸部１３１ａから構成される構造とすることが可能である。

［気泡含有液体製造装置のその他の形態に付いて］
凹凸構造１３１は、凹凸部材１０３の表裏両側に設けられるとしたが、凹凸部材１０３の一面にのみ設けられてもよい。また凹凸構造１３１の形状は円板形状に限られず、その他の板状形状であってもよい。

また、凹凸部材１０３は、固定部１３３が第１部材１１１及び第２部材１１２によって挟持されることにより、ケーシング１０１に固定されるとしたが、凹凸部材の固定方法はこれに限られない。例えば、ケーシング１０１に凹凸構造１３１又は対向面１０３ａに当接する突出部を設け、この突出部によって凹凸部材１０３を挟持することによって固定してもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る気泡含有液体製造装置について説明する。

［気泡含有液体製造装置の構成］
図１１は、本実施形態に係る気泡含有液体製造装置２００の構成を示す模式図であり、図１２は気泡含有液体製造装置２００の側面図である。図１１に示すように、気泡含有液体製造装置２００は、ケーシング２０１、第１凹凸部材２０２、第２凹凸部材２０３、固定部材２０４及び固定部材２０５を備える。

気泡含有液体製造装置２００は、気泡含有液体を製造する装置であり、気泡含有液体が含有する気泡はいずれの大きさのものであってもよいが、典型的にはＵＦＢである。

ケーシング２０１は、第１凹凸部材２０２及び第２凹凸部材２０３を収容する収容空間を形成する。図１１及び図１２に示すようにケーシング２０１は、六面が矩形の筒状形状とすることができる。

ケーシング２０１は、第１部材２１１と第２部材２１２から構成され、第１部材２１１と第２部材２１２はネジ留め等によって接合されている。第１部材２１１と第２部材２１２の接合面にはパッキン２１３が配置されている。

第１部材２１１には、送入管２１４が接続されている。送入管２１４にはサニタリー継手を用いてもよい。サニタリー継手は継手部分が平坦になるので、雑菌繁殖の元となる残液が発生せず、衛生的である。送入管２１４とケーシング２０１の接続口を送入口２１４ａとする。

第２部材２１２には、送出管２１５が接続されている。送出管２１５とケーシング２０１の接続口を送出口２１５ａとする。

第１凹凸部材２０２及び第２凹凸部材２０３は、ケーシング２０１に収容され、凹凸構造を有する部材である。図１１に示すように、第２凹凸部材２０３は、ケーシング２０１の中央部に一つが配置され、第１凹凸部材２０２は第２凹凸部材２０３及び互いに所定の間隔を空けて複数が配置されている。図１３は、第１凹凸部材２０２を示す断面図である。

図１３に示すように、第１凹凸部材２０２は板状の部材であって、表面に凹凸構造２３１が設けられ、裏面に平坦面２０２ａが設けられている。

図１１に示すように、第１凹凸部材２０２の凹凸構造２３１側の面は、最もケーシング２０１側に配置された第１凹凸部材２０２を除き、隣接する第１凹凸部材２０２の平坦面２０２ａに対向する。最もケーシング２０１側に配置された第１凹凸部材２０２の凹凸構造２３１側の面は、ケーシング２０１の内周面である平坦面２０１ａに対向する。

以下、平坦面２０２ａ又は平坦面２０１ａに対向する、第１凹凸部材２０２の凹凸構造２３１側の面を対向面２０２ｂとする。

第１凹凸部材２０２の一端には切欠き２０２ｃが設けられている。切欠き２０２ｃは、対向面２０２ｂと平坦面２０２ａの間に形成された切欠きであり、第１凹凸部材２０２の辺に沿って複数が設けられている。

凹凸構造２３１は、第１の実施形態と同様に、対向面２０２ｂから突出する凸部２３１ａと、凸部２３１ａと対向面２０２ｂによって形成される凹部２３１ｂからなる構造である。凹部の形状は六角形や円形等、第１の実施形態と同様に種々の形状とすることができる。

第１凹凸部材２０２は、図１１に示すように、切欠き２０２ｃが隣接する第１凹凸部材２０２との間で反対側となる向きでケーシング２０１内に配置される。

図１４は、第２凹凸部材２０３を示す断面図である。同図に示すように、第２凹凸部材２０３は板状の部材であって、表裏両面に凹凸構造２３１が設けられている。

図１１に示すように、第２凹凸部材２０３は表裏両面が隣接する第１凹凸部材２０２の平坦面２０２ａに対向する。平坦面２０２ａに対向する第１凹凸部材２０２の表裏両面を対向面２０３ｂとする。

凹凸構造２３１は、第１の実施形態と同様に対向面２０３ｂから突出する凸部２３１ａと、凸部２３１ａと対向面２０３ｂによって形成される凹部２３１ｂからなる構造である。凹部の形状は六角形や円形等、第１の実施形態と同様に種々の形状とすることができる。

凹凸構造２３１と平坦面２０２ａ又は平坦面２０１ａの間隔（図４中、Ｃ１に相当）は３．０ｍｍ以下が好適である。また、凸部２３１ａと平坦面２０２ａ又は平坦面２０１ａの間隔（以下、クリアランス、図４中Ｃ２に相当）は０．４ｍｍ以上１ｍｍ以下が好適である。

第２凹凸部材２０３及び第１凹凸部材２０２はケーシング２０１に設けられたガイド溝に挿入され、固定部材２０４及び固定部材２０５によって挟まれることにより、ケーシング２０１に固定されるものとすることができる。第１凹凸部材２０２の数は特に限定されず、送液ポンプの能力や希望の気泡密度に応じて、任意に調整することができる。

固定部材２０４は、ケーシング２０１、第１凹凸部材２０２及び第２凹凸部材２０３に当接し、第１凹凸部材２０２及び第２凹凸部材２０３の位置を固定する。固定部材２０４の周縁部の２箇所には液体を通過させる切欠き２０４ａが設けられている。固定部材２０４は、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるものとすることができる。

固定部材２０５は、ケーシング２０１、第１凹凸部材２０２及び第２凹凸部材２０３に当接し、第１凹凸部材２０２及び第２凹凸部材２０３の位置を固定する。固定部材２０５の中央部には液体を通過させる貫通孔２０５ａが設けられている。固定部材２０５は、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるものとすることができる。

気泡含有液体製造装置２００は以上のような構成を有する。ケーシング２０１、第１凹凸部材２０２及び第２凹凸部材２０３の材質は特に限定されないが、例えばステンレス又はアルミニウム等の金属からなるものとすることができる。

［気泡含有液体製造装置の動作］
気泡含有液体製造装置２００の動作について説明する。図１５及び図１６は、気泡含有液体製造装置２００の動作を示す模式図である。これらの図に示すように、送入口２１４ａからケーシング２０１内に液体を流入させる。

液体には、気泡となる気体が送入されている。気泡含有液体製造装置２００は低圧で気泡の発生が可能であるため、気体の送入を容易に行うことができる。液体の送液圧力は１．０ＭＰａ以下、流量は１５Ｌ／ｍｉｎ以下とすることができる。

図１６に矢印で示すように、円周方向（接線方向）に水流が生じていることから、液体は旋回流を生じる。これにより、液体中に含まれる気泡を分散させることができる。液体は、２箇所の切欠き２０４ａを介して第１凹凸部材２０２と平坦面２０１ａの間の流路に流入する。

気泡含有液体製造装置２００では、送入口２１４ａから送出口２１５ｂに液体が流れる流入経路が２つ形成される。図１５に示すように、流入経路の一方を流入経路Ｆａとし、他方を流入経路Ｆｂとする。

流入経路Ｆａは、流路Ｆａ１、流路Ｆａ２及び流路Ｆａ３を含む。流路Ｆａ１は、最上段の第１凹凸部材２０２が備える凹凸構造２３１と平坦面２０１ａの間に形成される流路である。

流路Ｆａ２は、切欠き２０２ｃを介して流路Ｆａ１に連続する。流路Ｆａ２は、第１凹凸部材２０２が備える凹凸構造２３１と平坦面２０２ａの間の流路であり、流路Ｆａ１とは反対方向に液体が流れる流路である。

流路Ｆａ３は、切欠き２０２ｃを介して流路Ｆａ２に連続する。流路Ｆａ３は、第２凹凸部材２０３が備える凹凸構造２３１と平坦面２０２ａの間の流路であり、流路Ｆａ２とは反対方向に液体が流れる流路である。

流入経路Ｆｂは、流路Ｆｂ１、流路Ｆｂ２及び流路Ｆｂ３を含む。流路Ｆｂ１は、最下段の第１凹凸部材２０２が備える凹凸構造２３１と平坦面２０１ａの間に形成される流路である。

流路Ｆｂ２は、切欠き２０２ｃを介して流路Ｆｂ１に連続する。流路Ｆｂ２は、第１凹凸部材２０２が備える凹凸構造２３１と平坦面２０２ａの間の流路であり、流路Ｆｂ１とは反対方向に液体が流れる流路である。

流路Ｆｂ３は、切欠き２０２ｃを介して流路Ｆｂ２に連続する。流路Ｆｂ３は、第２凹凸部材２０３が備える凹凸構造２３１と平坦面２０２ａの間の流路であり、流路Ｆｂ２とは反対方向に液体が流れる流路である。

流路Ｆａ１〜Ｆａ３及び流路Ｆｂ１〜Ｆｂ３では、凹凸構造２３１と平坦面２０２ａ又は平坦面２０１ａの間で気泡の微細化が生じ、気泡含有液体が生成される。微細化の機構は第１の実施形態と同一である。

生成した気泡含有液体は流路Ｆａ３及び流路Ｆｂ３から貫通孔２０５ａを介して送出口２１５ａに流入し、送出口２１５ａから送出される。気泡の大きさは、クリアランスＣ２（図４参照）を変更することによって制御が可能であり、ＵＦＢを生成させる場合にはＵＦＢ密度を１〜２億個／ｍＬ程度とすることが可能である。

上記のように流入経路Ｆａと流入経路Ｆｂの間で気泡を均一に分散させることが可能である。流入経路Ｆａが流入経路Ｆｂに対して鉛直上方に位置する場合、旋回流を生じさせないと、流入経路Ｆａへの気泡の流入量が多くなるためである。

一方、気泡含有液体製造装置２００の向きを、送出口２１５ａが送入口２１４ａに対して鉛直上方となる向きとする場合、流入経路Ｆａと流入経路Ｆｂの間で気泡を均一に分散させることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る気泡含有液体製造装置について説明する。

［気泡含有液体製造装置の構成］
図１７は、本実施形態に係る気泡含有液体製造装置３００の構成を示す模式図であり、図１８は気泡含有液体製造装置３００の側面図である。図１７に示すように、気泡含有液体製造装置３００は、ケーシング３０１、第１凹凸部材３０２、第２凹凸部材３０３、固定部材３０４、固定部材３０５及びスペーサー３０６を備える。

気泡含有液体製造装置３００は、気泡含有液体を製造する装置であり、気泡含有液体が含有する気泡はいずれの大きさのものであってもよいが、典型的にはＵＦＢである。

ケーシング３０１は、第１凹凸部材３０２及び第２凹凸部材３０３を収容する収容空間を形成する。図１７及び図１８に示すようにケーシング３０１は、六面が矩形の筒状形状とすることができる。

ケーシング３０１は、第１部材３１１と第２部材３１２から構成され、第１部材３１１と第２部材３１２はネジ留め等によって接合されている。第１部材３１１と第２部材３１２の接合面にはパッキン３１３が配置されている。

第１部材３１１には、送入管３１４が接続されている。送入管３１４は、サニタリー継手とすることができる。送入管３１４とケーシング３０１の接続口を送入口３１４ａとする。

第２部材３１２には、送出管３１５が接続されている。送出管３１５とケーシング３０１の接続口を送出口３１５ａとする。

第１凹凸部材３０２及び第２凹凸部材３０３は、ケーシング３０１に収容され、凹凸構造を有する部材である。図１７に示すように、第２凹凸部材３０３は、ケーシング３０１の中央部に一つが配置され、第１凹凸部材３０２は第１凹凸部材３０２及び互いに所定の間隔を空けて複数が配置されている。図１９は、第１凹凸部材３０２を示す断面図である。

図１９に示すように、第１凹凸部材３０２は板状の部材であって、表面に凹凸構造３３１が設けられ、裏面に平坦面３０２ａが設けられている。

図１７に示すように、第１凹凸部材３０２の凹凸構造３３１側の面は、最もケーシング３０１側に配置された第１凹凸部材３０２を除き、隣接する第１凹凸部材３０２の平坦面３０２ａに対向する。最もケーシング３０１側に配置された第１凹凸部材３０２の凹凸構造３３１側の面は、ケーシング３０１の内周面である平坦面３０１ａに対向する。

以下、平坦面３０２ａ又は平坦面３０１ａに対向する、第１凹凸部材３０２の凹凸構造３３１側の面を対向面３０２ｂとする。

第１凹凸部材３０２の一端には切欠き３０２ｃが設けられている。切欠き３０２ｃは、対向面３０２ｂと平坦面３０２ａの間に形成された切欠きであり、第１凹凸部材３０２の辺に沿って複数が設けられている。

凹凸構造３３１は、第１の実施形態と同様に、対向面３０２ｂから突出する凸部３３１ａと、凸部３３１ａと対向面３０２ｂによって形成される凹部３３１ｂからなる構造である。凹部の形状は六角形や円形等、第１の実施形態と同様に種々の形状とすることができる。

第１凹凸部材３０２は、図１７に示すように、切欠き３０２ｃが隣接する第１凹凸部材３０２との間で反対側となる向きでケーシング３０１内に配置される。

図２０は、第２凹凸部材３０３を示す断面図である。同図に示すように、第２凹凸部材３０３は板状の部材であって、表面に凹凸構造３３１が設けられている。

図１７に示すように、第２凹凸部材３０３の凹凸構造３３１側の面は、隣接する第１凹凸部材３０２の平坦面３０２ａに対向する。以下、平坦面３０２ａに対向する、第２凹凸部材３０３の凹凸構造３３１側の面を対向面３０３ｂとする。

凹凸構造３３１は、第１の実施形態と同様に、対向面３０３ｂから突出する凸部３３１ａと、凸部３３１ａと対向面３０３ｂによって形成される凹部３３１ｂからなる構造である。凹部の形状は六角形や円形等、第１の実施形態と同様に種々の形状とすることができる。

凹凸構造３３１と平坦面３０２ａ又は平坦面３０１ａの間隔（図４中、Ｃ１に相当）は３．０ｍｍ以下が好適である。また、凸部３３１ａと平坦面３０２ａ又は平坦面３０１ａの間隔（以下、クリアランス、図４中Ｃ２に相当）は０．４ｍｍ以上１ｍｍ以下が好適である。

第１凹凸部材３０２及び第２凹凸部材３０３はケーシング３０１に設けられたガイド溝に挿入され、固定部材３０４及び固定部材３０５によって挟まれることにより、ケーシング３０１に固定されるものとすることができる。第１凹凸部材３０２の数は特に限定されず、送液ポンプの能力や希望の気泡密度に応じて、任意に調整することができる。

固定部材３０４は、ケーシング３０１、第１凹凸部材３０２及び第２凹凸部材３０３に当接し、第１凹凸部材３０２及び第２凹凸部材３０３の位置を固定する。固定部材３０４の周縁部には液体を通過させる切欠き３０４ａが設けられている。固定部材３０４は、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるものとすることができる。

固定部材３０５は、ケーシング３０１、第１凹凸部材３０２及び第２凹凸部材３０３に当接し、第１凹凸部材３０２及び第２凹凸部材３０３の位置を固定する。固定部材３０５の中央部には液体を通過させる貫通孔３０５ａが設けられている。固定部材３０５は、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるものとすることができる。

スペーサー３０６は、第２凹凸部材３０３とケーシング３０１の間に配置され、第２凹凸部材３０３とケーシング３０１の間を閉塞する。第１凹凸部材３０２の枚数を増加させる場合には、スペーサー３０６を除去し、又はサイズを変更することが可能である。スペーサー３０６は、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるものとすることができる。

気泡含有液体製造装置３００は以上のような構成を有する。ケーシング３０１、第１凹凸部材３０２及び第２凹凸部材３０３の材質は特に限定されないが、例えばステンレス又はアルミニウム等の金属からなるものとすることができる。

［気泡含有液体製造装置の動作］
気泡含有液体製造装置３００の動作について説明する。図２１は、気泡含有液体製造装置３００の動作を示す模式図である。同図に示すように、送入口３１４ａからケーシング３０１内に液体を流入させる。

液体には、気泡となる気体が送入されている。気泡含有液体製造装置３００は低圧で気泡の発生が可能であるため、気体の送入を容易に行うことができる。液体の送液圧力は１．０ＭＰａ以下、流量は１０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることができる。

図２１に矢印で示すように、送入口３１４ａからケーシング３０１内に液体を流入させると、液体は、切欠き３０４ａを介して最上段の第１凹凸部材３０２と平坦面３０１ａの間の流路に流入する。

気泡含有液体製造装置３００では、送入口３１４ａから送出口３１５ｂに液体が流れる流入経路が１つ形成される。

流入経路は、流路Ｆ１、流路Ｆ２及び流路Ｆ３を含む。流路Ｆ１は、最上段の第１凹凸部材３０２が備える凹凸構造３３１と平坦面３０１ａの間に形成される流路である。

流路Ｆ２は、切欠き３０２ｃを介して流路Ｆ１に連続する。流路Ｆ２は、第１凹凸部材３０２が備える凹凸構造３３１と平坦面３０２ａの間の流路であり、流路Ｆ１とは反対方向に液体が流れる流路である。

流路Ｆ３は、切欠き３０２ｃを介して流路Ｆ２に連続する。流路Ｆ３は、第２凹凸部材３０３が備える凹凸構造３３１と平坦面３０２ａの間の流路であり、流路Ｆ２とは反対方向に液体が流れる流路である。

流路Ｆ１〜Ｆ３では、凹凸構造３３１と平坦面３０２ａ又は平坦面３０１ａの間で気泡の微細化が生じ、気泡含有液体が生成される。微細化の機構は第１の実施形態と同一である。

生成した気泡含有液体は流路Ｆ３から貫通孔３０５ａを介して送出口３１５ａに流入し、送出口３１５ａから送出される。気泡の大きさは、クリアランスＣ２（図４参照）を変更することによって制御が可能であり、ＵＦＢを生成させる場合にはＵＦＢ密度を１〜２億個／ｍＬ程度とすることが可能である。

なお、ケーシング３０１は、所定の径を有するパイプを押しつぶすことによって形成されたものであってもよい。パイプのうち押しつぶされていない部分を送入管３１４及び送出管３１５とすることができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る気泡含有液体製造装置について説明する。

［気泡含有液体製造装置の構成］
図２２は、本実施形態に係る気泡含有液体製造装置４００の構成を示す模式図であり、図２３は気泡含有液体製造装置４００の側面図である。図２２に示すように、気泡含有液体製造装置４００は、ケーシング４０１、凹凸部材４０２及び固定部材４０３を備える。

気泡含有液体製造装置４００は、気泡含有液体を製造する装置であり、気泡含有液体が含有する気泡はいずれの大きさのものであってもよいが、典型的にはＵＦＢである。

ケーシング４０１は、凹凸部材４０２を収容する収容空間を形成する。図２２及び図２３に示すようにケーシング４０１は、六面が矩形の筒状形状とすることができる。

ケーシング４０１は、第１部材４１１と第２部材４１２から構成され、第１部材４１１と第２部材４１２はネジ留め等によって接合されている。第１部材４１１と第２部材４１２の接合面にはパッキン４１３が配置されている。

第１部材４１１には、送入管４１４が接続されている。送入管４１４は、サニタリー継手とすることができる。送入管４１４とケーシング４０１の接続口を送入口４１４ａとする。

第２部材４１２には、送出管４１５が接続されている。送出管４１５とケーシング４０１の接続口を送出口４１５ａとする。

凹凸部材４０２は、ケーシング４０１に収容され、凹凸構造を有する部材である。図２２に示すように、凹凸部材４０２は互いに所定の間隔を空けて複数が配置されている。図２４は、凹凸部材４０２を示す断面図である。

図２４に示すように、凹凸部材４０２は板状の部材であって、表面に凹凸構造４３１が設けられ、裏面に平坦面４０２ａが設けられている。

図２２に示すように、凹凸部材４０２の凹凸構造４３１側の面は、最もケーシング４０１側に配置された凹凸部材４０２を除き、隣接する凹凸部材４０２の平坦面４０２ａに対向する。最もケーシング４０１側に配置された凹凸部材４０２の凹凸構造４３１側の面は、ケーシング４０１の内周面である平坦面４０１ａに対向する。

以下、平坦面４０２ａ又は平坦面４０１ａに対向する、凹凸部材４０２の凹凸構造４３１側の面を対向面４０２ｂとする。

凹凸構造４３１は、第１の実施形態と同様に、対向面４０２ｂから突出する凸部４３１ａと、凸部４３１ａと対向面４０２ｂによって形成される凹部４３１ｂからなる構造である。凹部の形状は六角形や円形等、第１の実施形態と同様に種々の形状とすることができる。

凹凸構造４３１と平坦面４０２ａ又は平坦面４０１ａの間隔（図４中、Ｃ１に相当）は３．０ｍｍ以下が好適である。また、凸部４３１ａと平坦面４０２ａ又は平坦面４０１ａの間隔（以下、クリアランス、図４中Ｃ２に相当）は０．４ｍｍ以上１ｍｍ以下が好適である。

凹凸部材４０２はケーシング４０１に設けられたガイド溝に挿入され、固定部材４０３に当接することにより、ケーシング４０１に固定されるものとすることができる。凹凸部材４０２の数は特に限定されず、送液ポンプの能力や希望の気泡密度に応じて、任意に調整することができる。

固定部材４０３は、ケーシング４０１及び凹凸部材４０２に当接し、凹凸部材４０２の位置を固定する。固定部材４０３は、各凹凸部材４０２の送出口４０５ａ側端部の両サイドに当接する形状とすることができる。固定部材４０４は、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂からなるものとすることができる。

気泡含有液体製造装置４００は以上のような構成を有する。ケーシング４０１、及び凹凸部材４０２の材質は特に限定されないが、例えばステンレス又はアルミニウム等の金属からなるものとすることができる。

［気泡含有液体製造装置の動作］
気泡含有液体製造装置４００の動作について説明する。図２５は、気泡含有液体製造装置４００の動作を示す模式図である。同図に示すように、送入口４１４ａからケーシング４０１内に液体を流入させる。

液体には、気泡となる気体が送入されている。気泡含有液体製造装置４００は低圧で気泡の発生が可能であるため、気体の送入を容易に行うことができる。液体の送液圧力は０．５ＭＰａ以下、流量は２０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることができる。

図２５に矢印で示すように、円周方向（接線方向）に水流が生じていることから、液体は旋回流を生じる。これにより、液体中に含まれる気泡を分散させることができる。液体は、送入口４１４ａから凹凸部材４０２の間及び凹凸部材４０２とケーシング４０１の間の流路に流入する。

気泡含有液体製造装置４００では、図２５に示すように凹凸部材４０２によって複数の流路Ｆ１〜Ｆ６が形成されている。

流路Ｆ１は、最上段の凹凸部材４０２が備える凹凸構造４３１と平坦面４０１ａの間に形成される流路である。

流路Ｆ２〜Ｆ６は、凹凸部材４０２が備える凹凸構造４３１と平坦面４０２ａの間の流路である。流路Ｆ１〜Ｆ６は液体が同一方向に流れる流路である。

流路Ｆ１〜Ｆ６では、凹凸構造４３１と平坦面４０２ａ又は平坦面４０１ａの間で気泡の微細化が生じ、気泡含有液体が生成される。微細化の機構は第１の実施形態と同一である。

生成した気泡含有液体は流路Ｆ１〜Ｆ６から送出口４１５ａに流入し、送出口４１５ａから送出される。気泡の大きさは、クリアランスＣ２を変更することによって制御が可能であり、ＵＦＢを生成させる場合にはＵＦＢ密度を１〜２億個／ｍＬ程度とすることが可能である。

上記のようにケーシング４０１に流入する液体に旋回流を生じさせることで、各流路の間で気泡を均一に分散させることが可能である。また、気泡含有液体製造装置４００の向きを送出口４１５ａが送入口４１４ａに対して鉛直上方となる向きとすることによっても、各流路の間で気泡を均一に分散させることができる。

１００、２００、３００、４００…気泡含有液体製造装置
１０１、２０１、３０１、４０１…ケーシング
１０２ｂ、２０１ａ、２０２ａ、３０１ａ、３０２ａ、４０１ａ、４０２ａ…平坦面
１０３、２０２、２０３、３０２、３０３、４０２…凹凸部材
１０３ａ、２０２ｂ、２０３ｂ、３０２ｂ、３０３ｂ、４０２ｂ…対向面
１１５、２１４、３１４、４１４…送入管
１１５ａ、２１４ａ、３１４ａ、４１４ａ…送入口
１１６、２１５、３１５、４１５…送出管
１１６ａ、２１５ａ、３１５ａ、４１５ａ…送出口
１３１、２３１、３３１、４３１…凹凸構造
１３１ａ、２３１ａ、３３１ａ、４３１ａ…凸部
１３１ｂ、２３１ｂ、３３１ｂ、４３１ｂ…凹部

Claims

ケーシングと、
前記ケーシングに収容された状態で前記ケーシングに固定され、平坦面と所定の間隔を空けて対向する対向面を有し、前記対向面から前記平坦面に向かって突出する凸部と、前記凸部と前記対向面によって形成される凹部からなり、前記平坦面と前記対向面の間に流路を形成する凹凸構造とを有する凹凸部材と、
前記流路の上流側に設けられ、前記ケーシング内に液体を送入する送入口と、
前記流路の下流側に設けられ、前記ケーシング内から液体を送出する送出口と
を具備する気泡含有液体製造装置。
請求項１に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記送出口は、前記送入口と接続可能に構成されている
気泡含有液体製造装置。
請求項２に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記凹凸部材は板形状を有し、前記送入口及び前記送出口は互いに前記凹凸部材の反対側であって、前記対向面に対して垂直方向に位置する
気泡含有液体製造装置。
請求項３に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記凹凸構造は前記凹凸部材の表裏両面に設けられている
気泡含有液体製造装置。
請求項１に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記ケーシングに収容される前記凹凸部材の数は調整可能である
気泡含有液体製造装置。
請求項５に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記凹凸部材は、板形状を有し、前記凹凸部材の一面には前記凹凸構造が設けられ、前記凹凸構造とは反対側の面には前記平坦面が設けられている
気泡含有液体製造装置。
請求項６に記載の気泡含有液体製造装置であって、
複数の前記凹凸部材を備え、複数の前記凹凸部材は前記ケーシングに互いに平行に配置され、
複数の前記凹凸構造は、隣接する前記凹凸部材の前記平坦面に対向する
気泡含有液体製造装置。
請求項７に記載の気泡含有液体製造装置であって、
複数の前記凹凸部材の間に液体が同一方向に流れる複数の流路が形成されている
気泡含有液体製造装置。
請求項７に記載の気泡含有液体製造装置であって、
複数の前記凹凸部材は、一端の前記対向面と前記平坦面の間に切欠きが設けられ、複数の前記凹凸部材は前記切欠きが、隣接する前記凹凸部材との間で反対側となり、複数の前記凹凸部材の間に液体が一方向に流れる流路と、前記切欠きを通過して反対方向に流れる流路が形成されている
気泡含有液体製造装置。
請求項９に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記送入口から前記流路への流入経路が２つである
気泡含有液体製造装置。
請求項９に記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記送入口から前記流路への流入経路が１つである
気泡含有液体製造装置。
請求項１から１１のいずれか一つに記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記凹凸構造は、前記対向面に垂直な方向からみて六角形形状の複数の凹部と前記複数の凹部の周囲を囲む凸部から構成されている
気泡含有液体製造装置。
請求項１から１１のいずれか一つに記載の気泡含有液体製造装置であって、
前記凹凸構造は、前記対向面に垂直な方向からみて円形状の複数の凹部と前記複数の凹部の周囲を囲む凸部から構成されている
気泡含有液体製造装置。