JP2020099862A - ウルトラファインバブル液生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気伝導率が高い液体にウルトラファインバブルを好適に生成する。【解決手段】ＵＦＢ液生成装置１は、混合部３１と、液送出部２とを備える。混合部３１は、加圧された対象液、界面活性剤および気体を混合して混合流体を生成する。液送出部２は、混合流体中にて上記気体のＵＦＢを生成し、ＵＦＢを含むＵＦＢ液を送出する。上記対象液の電気伝導率は、０．２ｍＳ／ｃｍ以上である。ＵＦＢ液生成装置１では、電気伝導率が高い液体にＵＦＢを好適に生成することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ウルトラファインバブル液生成装置に関する。

近年、直径が１ｍｍ（ミリメートル）以下の気泡を含む液体が多様な分野で利用されている。また、最近では、直径が１μｍ（マイクロメートル）未満の気泡（ウルトラファインバブル）を含む液体が、多様な分野において注目されており、当該液体を生成する装置が提案されている。

例えば、特許文献１では、気体および加圧された液体を導入する導入部と、導入部から導入された気体を液体に加圧溶解させて加圧液を生成する加圧液生成容器と、加圧液生成容器内を大気圧よりも圧力が高い加圧環境とするとともに加圧液生成容器から供給された加圧液からファインバブルを含む液体を生成して排出する排出部と、を備えるファインバブル液生成装置が開示されている。

特開２０１５−１８１９７６号公報

ところで、ウルトラファインバブル液の生成に利用される液体の種類によっては、ウルトラファインバブルが生成されにくく、所望の濃度までウルトラファインバブルを生成することが難しい場合がある。本願発明者は、鋭意研究した結果、液体の電気伝導率が高い場合、当該液体中にウルトラファインバブルが生成されにくい、という知見を得た。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電気伝導率が高い液体にウルトラファインバブルを好適に生成することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ウルトラファインバブル液生成装置であって、加圧された対象液、界面活性剤および気体を混合して混合流体を生成する混合部と、前記対象液中に前記気体のウルトラファインバブルを生成し、前記ウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル液を送出する液送出部とを備え、前記対象液の電気伝導率は、０．２ｍＳ／ｃｍ以上である。

請求項２に記載の発明は、ウルトラファインバブル液生成装置であって、加圧された対象液、界面活性剤および気体を混合して混合流体を生成する混合部と、前記対象液中に前記気体のウルトラファインバブルを生成し、前記ウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル液を送出する液送出部とを備え、前記液送出部から送出される前記ウルトラファインバブル液に含まれる前記ウルトラファインバブルの濃度は、前記混合流体から前記界面活性剤が除かれている場合に比べて、２倍以上である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、前記混合流体中の前記気体を前記対象液に加圧溶解させて加圧液を生成する加圧液生成容器をさらに備え、前記液送出部は、前記加圧液生成容器内を大気圧よりも圧力が高い加圧環境とするとともに前記加圧液生成容器から供給された前記加圧液から前記ウルトラファインバブル液を生成して送出する。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、前記液送出部から送出された液体を前記混合部へと戻す循環部をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、前記液送出部は、内部にノズル流路を有するウルトラファインバブル生成ノズルであり、前記ウルトラファインバブル生成ノズルは、前記ノズル流路の上流から下流に向かって流路面積が漸次減少するテーパ部と、前記テーパ部の下流端に接続し、前記テーパ部からの液体を噴出口から噴出する喉部と、前記噴出口に接続し、流路面積を拡大する拡大部とを備える。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、前記混合部にて混合される前記気体は加圧された状態で供給される。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、前記対象液に対する前記界面活性剤の割合は１×１０^−３質量％以下である。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、前記界面活性剤は、非イオン系界面活性剤である。

本発明では、電気伝導率が高い液体にウルトラファインバブルを好適に生成することができる。

一の実施の形態に係るウルトラファインバブル液生成装置の断面図である。 ウルトラファインバブル液の生成の流れを示す図である。 混合ノズルの拡大断面図である。 ウルトラファインバブル生成ノズルの拡大断面図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係るウルトラファインバブル液生成装置１の構成を示す図である。図１では、ウルトラファインバブル液生成装置１の一部の構成を断面にて描いている。「ウルトラファインバブル」とは、直径が１μｍ（マイクロメートル）未満の気泡であり、ナノバブルとも呼ばれる。以下の説明では、ウルトラファインバブルを「ＵＦＢ」とも呼ぶ。また、ウルトラファインバブル液およびウルトラファインバブル液生成装置をそれぞれ、「ＵＦＢ液」および「ＵＦＢ液生成装置」とも呼ぶ。

ＵＦＢ液生成装置１は、液体と気体とを混合して、当該気体のＵＦＢを含む液体であるＵＦＢ液を生成する装置である。ＵＦＢ液生成装置１は、混合部３１と、加圧液生成容器３２と、液送出部２と、貯溜部５と、ポンプ３３と、循環部６と、気体供給部３４とを備える。

混合部３１は、加圧液生成容器３２の上部に接続される。混合部３１には、気体供給部３４が接続される。液送出部２は、加圧液生成容器３２の下部に接続される。また、液送出部２は、第１配管５２を介して貯溜部５の貯溜槽５１に接続される。貯溜槽５１にはポンプ３３が取り付けられる。ポンプ３３は、循環部６の第２配管６１を介して混合部３１に接続される。貯溜部５の貯溜槽５１には、ＵＦＢが生成される対象である液体（以下、「対象液」と呼ぶ。）に微量の界面活性剤が添加された液体が貯溜されている。

対象液は、例えば、純水に電解質が溶解した電解質溶液である。対象液の電気伝導率は、例えば０．２ｍＳ／ｃｍ以上である。対象液の電気伝導率の上限は特に限定されない。なお、対象液の種類は様々に変更されてよい。

界面活性剤は、イオン系界面活性剤（すなわち、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤または両性界面活性剤）であってもよく、非イオン系界面活性剤であってもよい。本実施の形態では、非イオン系界面活性剤が対象液に添加される。対象液に対する界面活性剤の割合は、例えば１×１０^−５質量％以上である。また、対象液に対する界面活性剤の割合の上限は特に限定されないが、例えば１×１０^−３質量％以下である。

次に、図２を参照しつつ、ＵＦＢ液生成装置１によるＵＦＢ液の生成の流れについて説明する。ＵＦＢ液生成装置１の各構成の詳細については後述する。ＵＦＢ液生成装置１では、まず、ポンプ３３により、貯溜槽５１に貯溜されている液体が、第２配管６１を介して混合部３１へと圧送される。また、気体供給部３４により、混合部３１に気体（例えば、空気）が供給される。気体供給部３４は、例えば、大気圧よりも高圧に加圧された状態の空気を混合部３１へと圧送するコンプレッサである。混合部３１では、ポンプ３３から加圧された状態で供給される上記液体（すなわち、界面活性剤が添加された対象液）と、気体供給部３４から加圧された状態で供給される気体とが混合され、混合流体が生成される（ステップＳ１１）。

混合部３１により生成された混合流体は、加圧液生成容器３２内へと噴出（すなわち、供給）される。加圧液生成容器３２内は、大気圧よりも圧力が高い加圧環境である。加圧液生成容器３２では、混合流体中の上記気体が対象液（詳細には、界面活性剤が添加された対象液）中に加圧溶解し、加圧液が生成される（ステップＳ１２）。

加圧液生成容器３２内において生成された加圧液は、液送出部２に供給される。液送出部２では、加圧液生成容器３２から供給された加圧液中に上記気体のＵＦＢが生成され、当該ＵＦＢを含むＵＦＢ液が生成される。当該ＵＦＢ液は、液送出部２から第１配管５２を介して貯溜部５の貯溜槽５１へと送出され（ステップＳ１３）、貯溜槽５１にて一時的に貯溜される。

ＵＦＢ液生成装置１では、貯溜槽５１に貯溜されている液体が、ポンプ３３により、循環部６を介して連続的に混合部３１へと供給され、加圧液生成容器３２および液送出部２を通過して、貯溜槽５１へと戻される。すなわち、ステップＳ１３において液送出部２から送出されたＵＦＢ液は、循環部６により混合部３１へと戻され（すなわち、循環され）、再度ステップＳ１１〜Ｓ１３が行われる（ステップＳ１４，Ｓ１５）。ＵＦＢ液生成装置１では、ステップＳ１１〜Ｓ１５が繰り返されることにより、ＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度が増大し、所定濃度のＵＦＢを含むＵＦＢ液が生成される（ステップＳ１４）。そして、ポンプ３３が停止され、ＵＦＢ液生成装置１における液体の循環が停止される。ＵＦＢは、液体中において長時間存在可能であるため、上記循環の停止後（すなわち、ＵＦＢの生成停止後）も、貯溜槽５１内のＵＦＢ液中に長時間存在し続ける。

ＵＦＢ液中のＵＦＢの「濃度」とは、液体が単位体積当たりに含有するＵＦＢの個数を指す。液体中のＵＦＢの個数は、例えば、レーザ回折・散乱法により測定される。本実施の形態では、株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒子径分布測定装置ＳＡＬＤ−７５００X１０により、ＵＦＢの個数を測定する。

ＵＦＢ液生成装置１にて生成されたＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度は、例えば１億個／ｍｌ（ミリリットル）以上である。ＵＦＢ液に含まれるＵＦＢの直径は、主に２００ｎｍ（ナノメートル）以下である。単位体積辺りのＵＦＢ液に含まれるＵＦＢの個数に注目すると、直径が５０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下のＵＦＢの個数は、例えば、全ＵＦＢの個数の８０％以上かつ１００％以下である。

上述のステップＳ１４では、例えば、ＵＦＢ液生成装置１におけるＵＦＢ液の循環回数と、ＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度との関係が予め求められており、循環回数が所定数（例えば、１０回）に達すると、ＵＦＢの濃度が所定濃度に到達したと判断される。具体的には、例えば、ポンプ３３の流量および稼働時間に基づいて求められたポンプ３３からの液体の総送出量が、ＵＦＢ液生成装置１内の液体の総量の上記所定数倍（例えば、１０倍）におよそ等しくなったときに、循環回数が所定数に達したと判断され、ＵＦＢの濃度が所定濃度に到達したと判断される。なお、ＵＦＢ液生成装置１内の液体の総量とは、貯溜槽５１内の液体の体積と、貯溜槽５１の外部を循環している液体（すなわち、第２配管６１、混合部３１、加圧液生成容器３２、液送出部２および第１配管５２内の液体）の体積との合計である。なお、ステップＳ１４では、貯溜槽５１内の液体の一部が試料として取り出され、当該試料中のＵＦＢの濃度が、上述の測定装置等により測定されてもよい。

図３は、混合部３１を拡大して示す断面図である。混合部３１は、上述のように、液体と気体とを混合して混合流体を生成する混合ノズルである。混合部３１は、液体流入口３１１と、気体流入口３１９と、混合流体噴出口３１２とを備える。液体流入口３１１は、第２配管６１（図１参照）を介してポンプ３３に接続される。気体流入口３１９は、気体供給部３４に接続される。混合流体噴出口３１２は、加圧液生成容器３２の上端部に接続される。

液体流入口３１１からは、ポンプ３３により供給される加圧された状態の液体（すなわち、界面活性剤が添加された対象液）が流入する。気体流入口３１９からは、気体供給部３４により供給される加圧された状態の気体が流入する。混合流体噴出口３１２からは、液体流入口３１１から流入した液体と、気体流入口３１９から流入した気体とが混合された混合流体７２（図１参照）が噴出する。液体流入口３１１、気体流入口３１９および混合流体噴出口３１２はそれぞれ略円形である。

混合部３１では、液体流入口３１１から混合流体噴出口３１２に向かうノズル流路３１０の流路断面、および、気体流入口３１９からノズル流路３１０に向かう気体流路３１９１の流路断面も略円形である。流路断面とは、ノズル流路３１０や気体流路３１９１等の流路の中心軸に垂直な断面、すなわち、流路を流れる流体の流れに垂直な断面を意味する。また、以下の説明では、流路断面の面積を「流路面積」という。ノズル流路３１０は、流路面積が流路の中間部で小さくなるベンチュリ管状である。

混合部３１は、液体流入口３１１から混合流体噴出口３１２に向かって順に連続して配置される導入部３１３と、第１テーパ部３１４と、喉部３１５と、気体混合部３１６と、第２テーパ部３１７と、導出部３１８とを備える。混合部３１は、また、内部に気体流路３１９１が設けられた気体流入部３１９２を備える。

導入部３１３では、流路面積は、ノズル流路３１０の中心軸Ｊ１方向の各位置においてほぼ一定である。第１テーパ部３１４では、液体の流れる方向に向かって（すなわち、下流に向かって）流路面積が漸次減少する。喉部３１５では、流路面積はほぼ一定である。喉部３１５の流路面積は、ノズル流路３１０において最も小さい。なお、ノズル流路３１０では、喉部３１５において流路面積が僅かに変化する場合であっても、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が喉部３１５と捉えられる。気体混合部３１６では、流路面積はほぼ一定であり、喉部３１５の流路面積よりも少し大きい。第２テーパ部３１７では、下流に向かって流路面積が漸次増大する。導出部３１８では、流路面積はほぼ一定である。気体流路３１９１の流路面積もほぼ一定であり、気体流路３１９１は、ノズル流路３１０の気体混合部３１６に接続される。

混合部３１では、液体流入口３１１からノズル流路３１０に流入した液体が、喉部３１５で加速されて静圧が低下し、喉部３１５および気体混合部３１６において、ノズル流路３１０内の圧力が気体流入口３１９内の圧力よりも低くなる。また、気体流入口３１９から気体流路３１９１に流入した気体は、当該圧力低下により加速されつつ気体混合部３１６に流入し、液体と混合されて混合流体が生成される。当該混合流体は、第２テーパ部３１７および導出部３１８において減速されて静圧が増大し、混合流体噴出口３１２を介して上述のように図１に示す加圧液生成容器３２内に噴出される。

ＵＦＢ液生成装置１では、混合部３１から加圧された液体および気体が加圧液生成容器３２内に噴出される。また、加圧液生成容器３２の出口は、液送出部２により絞られている。このため、加圧液生成容器３２内が加圧されて、大気圧よりも圧力が高い状態（以下、「加圧環境」という。）となっている。換言すれば、液送出部２は、加圧液生成容器３２内を加圧環境とする機能を有している。加圧液生成容器３２では、上述のように、混合部３１から噴出された混合流体７２が加圧環境下にて流れる間に、気体が液体に加圧溶解して加圧液が生成される。

図１に示す例では、加圧液生成容器３２は、上下方向に積層される第１流路３２１と、第２流路３２２と、第３流路３２３と、第４流路３２４と、第５流路３２５とを備える。以下の説明では、第１流路３２１、第２流路３２２、第３流路３２３、第４流路３２４および第５流路３２５をまとめて指す場合、「流路３２１〜３２５」と呼ぶ。流路３２１〜３２５は、水平方向に延びる管路であり、流路３２１〜３２５の長手方向に垂直な断面は略矩形である。

第１流路３２１の上流側の端部（すなわち、図１中の左側の端部）には、上述の混合部３１が取り付けられており、混合部３１から噴出された後の混合流体７２は、加圧環境下にて図１中の右側に向かって流れる。図１に示す例では、第１流路３２１内の混合流体７２の液面より上方にて、混合部３１から混合流体７２が噴出される。混合部３１から噴出された直後の混合流体７２は、第１流路３２１の下流側の壁面（すなわち、図１中の右側の壁面）に衝突する前に上記液面に直接衝突する。

加圧液生成容器３２では、混合部３１の混合流体噴出口３１２（図３参照）の一部または全体が、第１流路３２１内の混合流体７２の液面よりも下側に位置してもよい。これにより、上述と同様に、第１流路３２１内において、混合部３１から噴出された直後の混合流体７２が、第１流路３２１内を流れる混合流体７２に直接衝突する。

第１流路３２１の下流側の端部の下面には、略円形の開口３２１ａが設けられており、第１流路３２１を流れる混合流体７２は、第１流路３２１の下方に位置する第２流路３２２へと開口３２１ａを介して落下する。第２流路３２２では、第１流路３２１から落下した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の右側から左側へと流れ、第２流路３２２の下流側の端部の下面に設けられた略円形の開口３２２ａを介して、第２流路３２２の下方に位置する第３流路３２３へと落下する。第３流路３２３では、第２流路３２２から落下した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の左側から右側へと流れ、第３流路３２３の下流側の端部の下面に設けられた略円形の開口３２３ａを介して、第３流路３２３の下方に位置する第４流路３２４へと落下する。図１に示すように、第１流路３２１〜第４流路３２４では、混合流体７２は、気泡を含む液体の層と、その上方に位置する気体の層に分かれている。

第４流路３２４では、第３流路３２３から落下した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の右側から左側へと流れ、第４流路３２４の下流側の端部の下面に設けられた略円形の開口３２４ａを介して、第４流路３２４の下方に位置する第５流路３２５へと流入（すなわち、落下）する。第５流路３２５では、第１流路３２１〜第４流路３２４とは異なり、気体の層は存在しておらず、第５流路３２５内に充満する液体内において、第５流路３２５の上面近傍に気泡が僅かに存在する状態となっている。第５流路３２５では、第４流路３２４から流入した混合流体７２が加圧環境下にて図１中の左側から右側へと流れる。

加圧液生成容器３２では、流路３２１〜３２５を、段階的に緩急を繰り返しつつ上から下に流れ落ちる（すなわち、水平方向への流れと下方向への流れとを交互に繰り返しつつ流れる）混合流体７２において、気体が液体に徐々に加圧溶解する。第５流路３２５においては、液体中に溶解している気体の濃度は、加圧環境下における当該気体の（飽和）溶解度の６０％〜９０％にほぼ等しい。そして、液体に溶解しなかった余剰の気体が、第５流路３２５内において、視認可能な大きさの気泡として存在している。上下に隣接する流路３２１〜３２５における混合流体７２の流れの方向が逆向きであることにより、加圧液生成容器３２の小型化が実現される。なお、加圧液生成容器３２では、上下に積層される流路の数は適宜変更されてよい。

加圧液生成容器３２は、第５流路３２５の下流側の上面から上方へと延びる余剰気体分離部３２６をさらに備える。余剰気体分離部３２６には混合流体７２が充満している。余剰気体分離部３２６の上下方向に垂直な断面は略矩形であり、余剰気体分離部３２６の上端部は、圧力調整用の絞り部３２７を介して大気開放されている。第５流路３２５を流れる混合流体７２の気泡は、余剰気体分離部３２６内を上昇して大気中に放出される。

このようにして、混合流体７２の余剰な気体が混合流体７２の一部と共に分離されることにより、少なくとも容易に視認できる大きさの気泡を実質的に含まない加圧液が生成され、第５流路３２５の下流側の端部に直接的に接続された液送出部２へと供給される。本実施の形態では、加圧液には、大気圧下における気体の（飽和）溶解度の約２倍以上の気体が溶解している。加圧液生成容器３２において流路３２１〜３２５を流れる混合流体７２の液体は、生成途上の加圧液と捉えることもできる。

図４は、液送出部２を拡大して示す断面図である。液送出部２は、内部のノズル流路２０を流れる液体（すなわち、加圧液）中にＵＦＢを生成するＵＦＢ生成ノズルである。図４に示す例では、液送出部２は、３つのノズル２８が直列に接続された多段ノズルである。なお、液送出部２のノズル２８の段数は、１段であってもよく、複数段であってもよい。液送出部２は、液体流入口２１と、液体送出口２２とを備える。液体流入口２１からは、加圧液生成容器３２の第５流路３２５（図１参照）から加圧液が流入する。液体送出口２２は、第１配管５２を介して貯溜部５の貯溜槽５１へと接続される。液体流入口２１および液体送出口２２はそれぞれ略円形であり、液体流入口２１から液体送出口２２に向かうノズル流路２０の流路断面も略円形である。

液送出部２は、液体流入口２１から液体送出口２２に向かって（すなわち、ノズル流路２０の上流から下流に向かって）順に連続して配置される３組のテーパ部２４、喉部２５および拡大部２６を備える。テーパ部２４では、加圧液の流れる方向に向かって（すなわち、ノズル流路２０の上流から下流に向かって）流路面積が漸次減少する。テーパ部２４の内面は、ノズル流路２０の中心軸Ｊ２を中心とする略円錐面の一部である。当該中心軸Ｊ２を含む断面において、テーパ部２４の内面の成す角度は、１０°以上９０°以下であることが好ましい。

喉部２５は、テーパ部２４の下流端に接続し、テーパ部２４と拡大部２６とを連絡する。喉部２５の内面は略円筒面であり、喉部２５では、流路面積はほぼ一定である。喉部２５における流路断面の直径は、ノズル流路２０において最も小さく、喉部２５の流路面積は、ノズル流路２０において最も小さい。喉部２５の長さは、好ましくは、喉部２５の直径の１．１倍以上１０倍以下であり、より好ましくは、１．５倍以上２倍以下である。なお、ノズル流路２０では、喉部２５において流路面積が僅かに変化する場合であっても、流路面積がおよそ最も小さい部分全体が喉部２５と捉えられる。

拡大部２６は、喉部２５の下流端である噴出口２９に接続される。拡大部２６は、上流側の喉部２５と下流側のテーパ部２４とを連絡する。拡大部２６の内面は略円筒面であり、拡大部２６では、流路面積はほぼ一定である。拡大部２６の直径は、喉部２５の直径よりも大きい。拡大部２６では、喉部２５に比べて流路面積が急激に拡大される。中心軸Ｊ２を含む断面において、喉部２５の下流端と拡大部２６の上流端との間の略円環状の面２７と、中心軸Ｊ２との成す角度は約９０°である。換言すれば、面２７は中心軸Ｊ２に略垂直である。当該角度は、例えば、４５°以上かつ９０°以下である。

液送出部２では、液体流入口２１からノズル流路２０に流入した加圧液が、テーパ部２４において徐々に加速されつつ喉部２５へと流れ、喉部２５の下流端である噴出口２９から、拡大部２６へと噴流として噴出される。喉部２５における加圧液の流速は、好ましくは秒速１０ｍ〜３０ｍである。喉部２５では、加圧液の静圧が低下するため、加圧液中の気体が過飽和となってＵＦＢとして液中に析出する。また、加圧液が拡大部２６を通過する間にも、ＵＦＢの析出が生じる。液送出部２では、３組のテーパ部２４、喉部２５および拡大部２６を加圧液が順に通過することにより、高濃度のＵＦＢを含むＵＦＢ液が生成され、図１に示す第１配管５２を介して貯溜槽５１へと送出される。

次に、表１を参照しつつ、上述の対象液の電気伝導率と、ＵＦＢ液生成装置１により生成されるＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度との関係を示す実施例１〜６および比較例１〜６について説明する。

実施例１〜６および比較例１〜６では、上述の対象液として塩化ナトリウム水溶液を用いた。また、実施例１〜６および比較例３〜５では、対象液に添加する界面活性剤として、非イオン系界面活性剤であるポリソルベート８５を用いた。比較例１，２，６では、対象液に界面活性剤を添加しなかった。換言すれば、比較例１，２，６では、ＵＦＢ液生成装置１の混合部３１にて生成される混合流体から界面活性剤が除かれている。実施例１〜６および比較例１〜６のＵＦＢ数濃度割合は、各実施例および各比較例のＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度を、比較例６のＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度で除算したものである。各実施例および各比較例のＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度は、ＵＦＢ液生成装置１において上述の循環回数を１０回として生成されたＵＦＢの濃度であり、上述の測定装置により測定した。比較例６は、対象液の電気伝導率が非常に低く、界面活性剤が対象液に添加されていない基準例である。

実施例１〜３および比較例１では、対象液中の塩化ナトリウムの濃度は１０００ｍｇ／Ｌ（ミリグラム毎リットル）であり、対象液の電気伝導率が２．０ｍＳ／ｃｍ（ミリジーメンス毎センチメートル）である。また、対象液に対して添加される界面活性剤の割合（すなわち、界面活性剤の質量を界面活性剤と対象液との合計質量で除算した値）は、実施例１〜３ではそれぞれ、１×１０^−３質量％、１×１０^−４質量％および１×１０^−５質量％である。比較例１の当該割合は、０質量％である。実施例１〜３のＵＦＢ数濃度割合は１以上であり、実施例１のＵＦＢ数濃度割合は１０であった。また、比較例１のＵＦＢ濃度は測定限界未満であった。当該測定限界未満とは、ＵＦＢ数濃度割合が０．５未満であることを意味する。したがって、比較例１のＵＦＢ濃度に対して、実施例１のＵＦＢ濃度は２０倍以上であり、実施例２〜３のＵＦＢ濃度は２倍以上であった。対象液の電気伝導率は２ｍＳ／ｃｍと高い場合、対象液に界面活性剤が添加されていない比較例１では、測定可能な程度までＵＦＢを生成することはできなかった。一方、界面活性剤が添加されている実施例１〜３では、対象液の電気伝導率が非常に低く界面活性剤が添加されていない比較例６と同等以上のＵＦＢ濃度を実現することができた。

実施例４〜６および比較例２では、対象液中の塩化ナトリウムの濃度は１００ｍｇ／Ｌであり、対象液の電気伝導率は、実施例１〜３および比較例１よりも低く、０．２ｍＳ／ｃｍである。また、対象液に対して添加される界面活性剤の割合は、実施例４〜６ではそれぞれ、１×１０^−３質量％、１×１０^−４質量％および１×１０^−５質量％である。比較例２の当該割合は、０質量％である。実施例４〜６のＵＦＢ数濃度割合は１以上であり、実施例４のＵＦＢ数濃度割合は１０であった。また、比較例２のＵＦＢ濃度は測定限界未満であった。比較例２のＵＦＢ濃度に対して、実施例４のＵＦＢ濃度は２０倍以上であり、実施例５〜６のＵＦＢ濃度は２倍以上であった。対象液の電気伝導率が０．２ｍＳ／ｃｍと比較的高い場合、対象液に界面活性剤が添加されていない比較例２では、測定可能な程度までＵＦＢを生成することはできなかった。一方、界面活性剤が添加されている実施例４〜６では、対象液の電気伝導率が非常に低く界面活性剤が添加されていない比較例６と同等以上のＵＦＢ濃度を実現することができた。

比較例３〜６では、対象液中の塩化ナトリウムの濃度は１０ｍｇ／Ｌであり、対象液の電気伝導率は、実施例４〜６および比較例２よりも低く、０．０２ｍＳ／ｃｍである。また、対象液に対して添加される界面活性剤の割合は、比較例３〜６ではそれぞれ、１×１０^−３質量％、１×１０^−４質量％および１×１０^−５質量％および０質量％である。比較例３〜５のＵＦＢ数濃度割合は１以上であり、比較例３のＵＦＢ数濃度割合は１０であった。すなわち、対象液の電気伝導率が０．０２ｍＳ／ｃｍと非常に低い場合、対象液に対する界面活性剤の添加の有無に関わらず、界面活性剤が添加されていない比較例６と同等以上のＵＦＢ濃度が実現される。

以上に説明したように、ＵＦＢ液生成装置１は、混合部３１と、液送出部２とを備える。混合部３１は、加圧された対象液、界面活性剤および気体を混合して混合流体を生成する。液送出部２は、対象液中に上記気体のＵＦＢを生成し、ＵＦＢを含むＵＦＢ液を送出する。上記対象液の電気伝導率は、０．２ｍＳ／ｃｍ以上である。

上述の比較例１，２のように、電気伝導率が比較的高い対象液中にＵＦＢを生成する場合、生成されたＵＦＢが凝集するため、ＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度増大が比較的難しい。これに対し、ＵＦＢ液生成装置１では、混合流体に界面活性剤を含ませてＵＦＢの凝集を抑制することにより、電気伝導率が高い液体にＵＦＢを好適に生成することができる。

ＵＦＢ液生成装置１では、液送出部２から送出されるＵＦＢ液に含まれるＵＦＢの濃度は、混合流体から界面活性剤が除かれている場合に比べて、２倍以上である。このように、ＵＦＢ液生成装置１では、高濃度のＵＦＢを含むＵＦＢ液を好適に生成することができる。

上述のように、ＵＦＢ液生成装置１は、加圧液生成容器３２をさらに備えることが好ましい。加圧液生成容器３２は、混合流体中の気体を対象液に加圧溶解させて加圧液を生成する。液送出部２は、加圧液生成容器３２内を大気圧よりも圧力が高い加圧環境とする。また、液送出部２は、加圧液生成容器３２から供給された加圧液からＵＦＢ液を生成して送出する。これにより、高濃度のＵＦＢを含むＵＦＢ液を効率良く生成することができる。

上述のように、ＵＦＢ液生成装置１は、液送出部２から送出された液体を混合部３１へと戻す循環部６をさらに備えることが好ましい。これにより、ＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度を増大させることができる。

上述のように、液送出部２は、内部にノズル流路２０を有するＵＦＢ生成ノズルであることが好ましい。当該ＵＦＢ生成ノズルは、テーパ部２４と、喉部２５と、拡大部２６とを備える。テーパ部２４では、ノズル流路２０の上流から下流に向かって流路面積が漸次減少する。喉部２５は、テーパ部２４の下流端に接続され、テーパ部２４からの液体を噴出口２９から噴出する。拡大部２６は、噴出口２９に接続され、流路面積を拡大する。これにより、高濃度のＵＦＢを含むＵＦＢ液を効率良く生成することができる。

上述のように、混合部３１にて混合される気体は、加圧された状態で供給されることが好ましい。これにより、混合部３１において対象液に混合される気体の量を増大させることができ、混合流体中の気体の含有率を増大させることができる。その結果、液送出部２から送出されるＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度を増大させることができる。

上述のように、対象液に対する界面活性剤の割合は、１×１０^−３質量％以下であることが好ましい。これにより、界面活性剤がミセルを形成せず、ＵＦＢを効率良く生成することができる。また、対象液に対する界面活性剤の割合は、１×１０^−５質量％以上であることが好ましい。これにより、電気伝導率が高い液体にさらに好適にＵＦＢを生成することができる。

上述のように、界面活性剤は、非イオン系界面活性剤であることが好ましい。これにより、電気伝導率が高い液体にさらに好適にＵＦＢを生成することができる。

上述のＵＦＢ液生成装置１では、様々な変更が可能である。

例えば、気体供給部３４により混合部３１に供給される気体は、空気以外の様々な気体（例えば、窒素ガス）であってもよい。気体供給部３４は、コンプレッサには限定されず、様々に変更されてよい。例えば、気体供給部３４は、大気圧よりも高圧の窒素ガス等が充填されたガスボンベであってもよい。

ＵＦＢ液生成装置１では、混合部３１のノズル流路３１０を流れる液体により生じる負圧によって、気体流入口３１９から空気等の気体が必要量吸引される場合、気体供給部３４は省略されてもよい。この場合、混合部３１において対象液に混合される気体は、加圧された状態ではなく、大気圧と略同じ圧力を有する。

ＵＦＢ液生成装置１では、混合部３１に供給される対象液には、必ずしも界面活性剤が予め添加されている必要はなく、界面活性剤は、対象液とは別の経路を介して混合部３１に供給され、混合部３１にて対象液に混合されてもよい。この場合、混合部３１に供給される界面活性剤は、大気圧よりも高圧に加圧された状態であってもよく、加圧されていなくてもよい。対象液に対する界面活性剤の割合は、１×１０^−５質量％未満であってもよく、１×１０^−３質量％よりも大きくてもよい。

液送出部２の構造は上述のものには限定されず、様々に変更されてよい。例えば、液送出部２のＵＦＢ生成ノズルでは、上流から下流に向かって連続するテーパ部２４、喉部２５および拡大部２６が２組、または、４組以上設けられてもよい。あるいは、ＵＦＢ生成ノズルでは、上流から下流に向かって連続するテーパ部２４、喉部２５および拡大部２６が、１組のみ設けられていてもよい。液送出部２は、必ずしもテーパ部２４、喉部２５および拡大部２６を備える必要はなく、他の構造のＵＦＢ生成ノズルであってもよい。

液送出部２は、必ずしも、加圧液を噴出することにより加圧液中にＵＦＢを生成するＵＦＢ生成ノズルである必要はなく、公知の様々な生成方法によりＵＦＢを生成してもよい。例えば、混合部３１により生成された混合流体に、液送出部２において超音波を付与したり、あるいは、液送出部２の内部構造により剪断力を付与することにより、ＵＦＢが生成されてもよい。この場合、ＵＦＢ液生成装置１から加圧液生成容器３２が省略されてもよい。

ＵＦＢ液生成装置１では、混合部３１により生成された混合流体が液送出部２を１回だけ通過することにより、液送出部２から送出されるＵＦＢ液中のＵＦＢの濃度が上述の所定濃度に到達する場合、循環部６を介したＵＦＢ液の上記循環は行われなくてもよい。この場合、ＵＦＢ液生成装置１から循環部６が省略されてもよい。

ＵＦＢ液生成装置１によりＵＦＢが生成される対象液は、様々な種類の液体であってよい。対象液は、例えば、炭酸水、希塩酸または希フッ酸であってもよい。あるいは、対象液は、研削加工に利用される研削液（例えば、ソリューションタイプ、ソリュブルタイプまたはエマルションタイプの研削液）であってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ ＵＦＢ液生成装置
２ 液送出部
２４ テーパ部
２５ 喉部
２６ 拡大部
３１ 混合部
３２ 加圧液生成容器
Ｓ１１〜Ｓ１５ ステップ

Claims (8)

1. ウルトラファインバブル液生成装置であって、
   加圧された対象液、界面活性剤および気体を混合して混合流体を生成する混合部と、
   前記対象液中に前記気体のウルトラファインバブルを生成し、前記ウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル液を送出する液送出部と、
   を備え、
   前記対象液の電気伝導率は、０．２ｍＳ／ｃｍ以上であることを特徴とするウルトラファインバブル液生成装置。
2. ウルトラファインバブル液生成装置であって、
   加圧された対象液、界面活性剤および気体を混合して混合流体を生成する混合部と、
   前記対象液中に前記気体のウルトラファインバブルを生成し、前記ウルトラファインバブルを含むウルトラファインバブル液を送出する液送出部と、
   を備え、
   前記液送出部から送出される前記ウルトラファインバブル液に含まれる前記ウルトラファインバブルの濃度は、前記混合流体から前記界面活性剤が除かれている場合に比べて、２倍以上であることを特徴とするウルトラファインバブル液生成装置。
3. 請求項１または２に記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、
   前記混合流体中の前記気体を前記対象液に加圧溶解させて加圧液を生成する加圧液生成容器をさらに備え、
   前記液送出部は、前記加圧液生成容器内を大気圧よりも圧力が高い加圧環境とするとともに前記加圧液生成容器から供給された前記加圧液から前記ウルトラファインバブル液を生成して送出することを特徴とするウルトラファインバブル液生成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、
   前記液送出部から送出された液体を前記混合部へと戻す循環部をさらに備えることを特徴とするウルトラファインバブル液生成装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、
   前記液送出部は、内部にノズル流路を有するウルトラファインバブル生成ノズルであり、
   前記ウルトラファインバブル生成ノズルは、
   前記ノズル流路の上流から下流に向かって流路面積が漸次減少するテーパ部と、
   前記テーパ部の下流端に接続し、前記テーパ部からの液体を噴出口から噴出する喉部と、
   前記噴出口に接続し、流路面積を拡大する拡大部と、
   を備えることを特徴とするウルトラファインバブル液生成装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、
   前記混合部にて混合される前記気体は加圧された状態で供給されることを特徴とするウルトラファインバブル液生成装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、
   前記対象液に対する前記界面活性剤の割合は１×１０^−３質量％以下であることを特徴とするウルトラファインバブル液生成装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載のウルトラファインバブル液生成装置であって、
   前記界面活性剤は、非イオン系界面活性剤であることを特徴とするウルトラファインバブル液生成装置。

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