JP2020138155A5

JP2020138155A5 - ウルトラファインバブル生成装置、ウルトラファインバブルの製造方法、及びウルトラファインバブル含有液

Info

Publication number: JP2020138155A5
Application number: JP2019036144A
Authority: JP
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2039-02-28

Description

本発明は、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブルの生成装置、ウルトラファインバブルの製造方法、及びウルトラファインバブル含有液に関する。

本発明は、液体を加熱可能に構成された発熱素子を有する発熱部と、前記発熱部を駆動することで前記液体に膜沸騰を生じさせて、前記液体中にウルトラファインバブルを生成させるように構成された駆動手段と、前記駆動手段を制御するための制御手段と、を備えるウルトラファインバブル生成装置であって、前記駆動手段が前記発熱素子を駆動する際の駆動条件を、前記制御手段が制御することを特徴とするウルトラファインバブル生成装置。

ＵＦＢ生成装置の一例を示す図である。前処理ユニットの概略構成図である。溶解ユニットの概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。Ｔ－ＵＦＢ生成ユニットの概略構成図である。発熱素子の詳細を説明するための図である。発熱素子における膜沸騰の様子を説明するための図である。膜沸騰泡の膨張に伴ってＵＦＢが生成される様子を示す図である。膜沸騰泡の収縮に伴ってＵＦＢが生成される様子を示す図である。液体の再加熱によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。膜沸騰で生成される泡の消泡時の衝撃波によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。後処理ユニットの構成例を示す図である。本実施形態におけるＵＦＢ生成装置の概略構成を示す図である。第１の実施形態において実行されるＵＦＢの生成動作を説明する。ＵＦＢの推定生成時間とＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度との関係を示す図である。ＵＦＢの推定生成時間とＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度との関係を示す図である。第１の実施形態により実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を示すフローチャートである。ＵＦＢの推定生成時間とＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度との関係を示す図である。第３の実施形態により実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を示すフローチャートである。ＵＦＢ生成時間と生成ＵＦＢ濃度との関係を示す図である。第４の実施形態により実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を示すフローチャートである。浄水器として使用されるＴ－ＵＦＢ生成装置を模式的に示す図である。図２１に示す例の動作を示すフローチャートである。洗濯機に用いるＴ－ＵＦＢ生成装置を示す図である。図２３に示す例の動作を示すフローチャートである。第６の実施形態におけるＴ－ＵＦＢ生成装置を示す縦断側面図である。

図１２（ａ）は本実施形態におけるＵＦＢ生成装置１Ａの概略構成を示す図である。ここに示すＵＦＢ生成装置１Ａは、上述の基本構成において示したものと同様に、前処理ユニット１００、溶解ユニット２００、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、回収ユニット５００を備える。但し、本実施形態におけるＵＦＢ生成装置１Ａでは、後処理ユニット４００で生成されたＵＦＢ含有液を溶解ユニット２００に導く還流経路４５０が設けられている。具体的には、後処理ユニット４００の液体導出路４３４（図１１（ｃ）参照）において導出バルブ４３３の上流側に還流経路４５０の一端が接続され、還流経路４５０の他端が溶解ユニット２００の溶解容器２０１（図３参照）に接続されている。さらに、還流経路４５０には、同経路４５０の連通、遮断を切換える循環バルブ４５１が設けられている。

制御部１０００は、各ユニットに設けられたバルブからなるバルブ群３０００の制御を行う。バルブ群３０００には、前述の導入バルブ２１２、導出バルブ４３３及び循環バルブ４５１等も含まれる。さらに、制御部１０００は、ＵＦＢ発生装置内に設けられた各種ポンプからなるポンプ群４０００及び溶解ユニット２００に設けられている回転シャフト２０３などの制御も行う。また、基本構成において述べたように、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００には、生成されているＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を推定するための計測を行う計測部が設けられており、ここで計測された計測値が制御部１０００に入力される。なお、その他の構成は前述のＵＦＢ生成装置１と同様であり、重複説明は省略する。

続いて、ＵＦＢ生成のための準備動作を行う。まず、Ｓ１０４では導出バルブ４３３を閉じる。次に、Ｓ１０５では循環バルブ４５１を開き、Ｓ１０６では導入バルブ２１２（液体導入バルブ２１１及び気体導入バルブ２１０）を開く。液体導入バルブ２１１が開となることで溶解ユニット２００内に前処理ユニット１００で前処理された液体（この場合水）が導入され、溶解ユニット２００内は水で充満させる。また、気体導入バルブ２１０が開かれることにより、溶解ユニット２００は空気を導入可能な状態となる。

溶解ユニット２００では水に空気を溶解させた後、空気が溶解した水をＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００へと送る。Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００に送られた液体は、後処理ユニット４００に送られた後、還流経路４５０に送られる。

この後、Ｓ１０７では、還流経路４５０が十分に水で満たされたかを図外の液体検知センサからの検出結果に基づいて判定し、判定結果がＮｏであった場合には、循環流路４２０への水の供給を継続しつつＳ１０７の判定処理を繰り返す。そして、Ｓ１０７の判定結果がＹｅＳとなった場合には、Ｓ１０８に進み、導入バルブ２１２（液体導入バルブ２１１及び気体導入バルブ２１０）を閉じる。以上によりＵＦＢ生成の準備動作が完了する。

続いて、ＵＦＢ生成処理が行われる。まず、Ｓ１０８では、発熱素子１０によるＵＦＢ生成処理を開始する。ここでは、１万個の発熱素子１０のそれぞれに、Ｓ１０２において設定した駆動周波数の駆動パルスを印加することにより行う。これにより、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００に供給されている水にＵＦＢが発生する。このとき装置内には、溶解ユニット２００からＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００及び後処理ユニット４００を経て溶解ユニット２００に至る還流経路４５０を循環している。このため、その還流経路４５０内を循環している間に、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００で生成されたＵＦＢが水に混入し、ＵＦＢ含有液におけるＵＦＢ濃度は上昇していく。

Ｓ１０９でＵＦＢの生成を開始してから一定の時間が経過すると、Ｓ１１０では、還流経路４５０内を循環している現在のＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を計測部５０００によって計測する。計測部としては、拡大鏡とカメラを用いて光学的にＵＦＢ含有液のＵＦＢの数を計数してＵＦＢ濃度を計測する計測方式や、Ｚ電位を計測することによってＵＦＢ濃度を計測する方式等が知られているが、いずれの濃度検知方式を採るものも適用可能である。

Ｓ１１１では、Ｓ１１０で計測されたＵＦＢ濃度がＳ１０１で設定された目標ＵＦＢ濃度以上であるかを判定する。判定結果がＹｅＳの場合にはＳ１１３へ進み、ＵＦＢ生成処理を終了する。また、判定結果がＮｏの場合には、さらにＵＦＢ濃度を上げるために、Ｓ１１２に進む。

一方、図１５に示す点１０３０２は、生成時間Ｔ１（＝５０秒）が経過した時点におけるＵＦＢ濃度Ｄ２（＝４．０ｅ７個／ｍＬ）を示している。また、ＵＦＢ濃度Ｄ１（＝５．０ｅ７個／ｍＬのＵＦＢ）は、生成時間Ｔ１（＝５０秒）が経過した時点における初期の推定ＵＦＢ濃度を示している。

Ｓ２１３において所要時間の更新・表示が行われると、ＵＦＢ生成処理を継続しつつ、再びＳ２１０に戻ってＵＦＢ濃度の計測を行い、その計測されたＵＦＢ濃度の計測結果に基づきＳ２１１の判定処理を行う。そして、Ｓ２１１の判定結果がＹｅＳであった場合には、Ｓ２１４へ進み、ＵＦＢ生成処理を終了する。この後、Ｓ２１５において循環バルブ４５１を閉じると共に、Ｓ２１６において導出バルブ４３３を開く。これにより、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００及び後処理ユニット４００で処理されたＵＦＢ含有液が回収ユニット５００へと排出される。以上により、一連のＵＦＢ含有液の生成処理は終了する。

Ｓ３０４では、前回のＵＦＢ含有液の生成処理においてＳ３０３で設定したＵＦＢ生成速度に基づいて、経過時間に対応するＵＦＢ進捗濃度を設定する。

Ｓ３１２の判定処理における判定結果がＮｏであった場合には、Ｓ３１３へと進む。Ｓ３１３ではＳ３１１で計測したＵＦＢ濃度とＳ３０４で設定したＵＦＢ進捗濃度とを比較し、計測したＵＦＢ濃度がＵＦＢ進捗濃度に達していないかを判定する。判定結果がＹｅＳであった場合にはＳ３１５へと進む。Ｓ３１５ではＵＦＢ生成速度を上昇させて、Ｓ３１６へと進む。

また、図１９に示す点１０７０３は生成時間Ｔ２（＝４０秒）が経過した時点におけるＵＦＢ濃度Ｄ２（＝３．６ｅ７個／ｍＬ）を示し、破線１０７１３が生成時間に伴って変化（増大）するＵＦＢ濃度の計測値を示している。

ここでＵＦＢ濃度Ｄ２は、生成時間Ｔ２（＝４０秒）が経過した時点におけるＵＦＢ進捗濃度（＝４．０ｅ７個／ｍＬ）よりも小さな値であるため、Ｓ３１３の判定結果はＹｅＳとなり、Ｓ３１５においてＵＦＢ生成速度の上昇を行う。

生成時間Ｔ１～Ｔ２の２０秒間におけるＵＦＢ濃度の増加量は１．６ｅ７個／ｍＬ（＝（３．６ｅ７個／ｍＬ）－（２．０ｅ７個／ｍＬ））である。この増加量によって、駆動可能な発熱素子数が約８０００万個であることが推測される。

図１８のＳ３１２の判定処理による判定結果がＹｅＳとなると、Ｓ３１８でＵＦＢ生成を終了する。この後、Ｓ３１９において循環バルブ４５１を閉じると共に、Ｓ３２０において導出バルブ４３３を開き、生成されたＵＦＢ含有液を回収ユニット５００へと排出する。以上により、一連のＵＦＢ含有液の生成処理は終了する。

Ｓ５０６では、Ｓ５０５において設定されたＵＦＢ生成速度に従ってＵＦＢの生成を実行する。また、Ｓ５０７ではＵＦＢ生成状況の表示を行い、Ｓ５０２に戻る。以後、Ｓ５０３の判定結果が「供給停止」となるまで、Ｓ５０２～Ｓ５０７の処理を継続する。

ユーザが流速を低下させた場合には、次のＳ５０２において低下させた流速が検知され、Ｓ５０５において低下させた流速に基づくＵＦＢ生成速度の再設定が行われる。そして、目標ＵＦＢ濃度が実現出来る状況になれば、選択したボタンの発光色が緑色に変更される。

また、ＨＩＧＨ設定ボタン７１２３からＬＯＷ設定ボタン７１２２へと選択されるボタンが変更された場合には、Ｓ５０５において、低下させた目標ＵＦＢ濃度に基づいてＵＦＢ生成速度の再設定が行われる。

また、ボタンの発光色が緑色の状態において、ユーザが流速を増加させた場合や、目標ＵＦＢ濃度を増加させた場合には、Ｓ５０５におけるＵＦＢ生成速度の再設定によって、ボタンの発光色が赤色に変わる場合もある。

図２３に示す洗濯機８０００は、水供給側にＴ－ＵＦＢ生成装置８００を備え、ここで生成したＵＦＢ含有液を用いて衣類の洗濯や洗濯槽内の洗浄などを行う。この洗濯機８０００の洗濯機本体８３００には、洗濯槽８３０１が設けられている。洗濯槽８３０１は、給水経路８３０３に連結された後述のＴ－ＵＦＢ生成装置８００と、洗濯槽８３０１内の水を外部へと排出する排水経路８３０５とに連結されている。さらに、洗濯槽８３０１は、Ｔ－ＵＦＢ生成装置８００との間で水を循環させるための還流経路８３０４に連結されており、還流経路８３０４の排出口には異物を除去するフィルタ８３０２が設けられている。なお、図中の矢印８３０６～８３０９は、各経路における水流の流れの方向を示している。

また、洗濯機本体８３００には、Ｔ－ＵＦＢの動作を設定する操作表示部８３２が設けられている。この操作表示部８３２には、洗濯機８０００に電源を投入するための電源ボタン８３２１の他、洗濯機で行い得る種々の動作を指示するためのボタンが設けられている。ここでは、洗濯を指示する洗濯ボタン８３２２、すすぎを指示するすすぎボタン８３２３、脱水を指示する脱水ボタン８３２４、乾燥を指示する乾燥ボタン８３２５及び洗濯槽８３０１の洗浄を指示する槽洗浄ボタン８３２６などが設けられている。

Claims

液体を加熱可能に構成された発熱素子を有する発熱部と、
前記発熱部を駆動することで前記液体に膜沸騰を生じさせて、前記液体中にウルトラファインバブルを生成させるように構成された駆動手段と、
前記駆動手段を制御するための制御手段と、を備えるウルトラファインバブル生成装置であって、
前記駆動手段が前記発熱素子を駆動する際の駆動条件を、前記制御手段が制御することを特徴とするウルトラファインバブル生成装置。
前記駆動条件は、前記発熱素子を駆動する際の駆動周波数、前記発熱素子を駆動する際の駆動時間、及び、前記発熱部が複数の発熱素子を有する場合に前記複数の発熱素子の中で駆動する発熱素子の数の少なくとも１つの条件であることを特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記制御手段は、前記液体に生成させるウルトラファインバブルの数に基づいて前記駆動条件を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記制御手段は、前記液体に含有させるウルトラファインバブルの目標濃度に基づいて前記駆動条件を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記制御手段は、前記液体に生成させるウルトラファインバブルの生成速度に基づいて前記駆動条件を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記駆動条件に基づき、所定の濃度を有するウルトラファインバブル含有液を所定量生成するための生成時間を推定する推定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記推定手段によって推定された前記生成時間を通知する通知手段をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記液体のウルトラファインバブルの濃度を検出する濃度検知手段をさらに備え、
前記推定手段は、前記駆動条件と、前記ウルトラファインバブルの生成中に前記濃度検知手段によって検出されたウルトラファインバブルの濃度と、に基づいて前記生成時間を更新し、
前記通知手段は、前記推定手段によって更新された前記生成時間を通知することを特徴とする請求項７に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記制御手段は、前記発熱部に設けられている前記発熱素子の駆動を停止させることにより、ウルトラファインバブルの生成を停止させることが可能であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記発熱部は、所定の液体経路を流動する液体と接触する位置に配されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記液体経路は、前記発熱部と接触する位置を通過する循環流路によって形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記液体経路は、前記発熱部に接触した液体を所定の使用位置へと流出させることを特徴とする請求項１０に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記発熱部と接触する液体の流速を検出する流速検知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記流速検知手段によって検出された流速と、前記液体におけるウルトラファインバブルの濃度とに基づき、前記駆動条件を制御することを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記発熱部は、液体貯留容器の貯留室に貯留される液体と接触する位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記発熱部は、前記貯留室の底面と側面の少なくとも１つに設けられ、前記発熱素子によって発生した熱により、前記貯留室に貯留されている液体を対流させることを特徴とする請求項１４に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記発熱部より重力方向上方で近接する位置に液体を検知する液体検知手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記液体検知手段によって液体が検知された後、前記発熱部に設けられている発熱素子の駆動を行うことを特徴とする請求項１４または１５に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記液体経路は、水道設備の配管部であることを特徴とする請求項１２または１３に記載のウルトラファインバブル生成装置。
前記液体経路は、洗濯機の洗濯槽への給水を行う給水経路であることを特徴とする請求項１２または１３に記載のウルトラファインバブル生成装置。
発熱部に含まれる発熱素子を駆動して当該発熱素子に接する液体に膜沸騰を生じさせるウルトラファインバブルの生成方法であって、
前記発熱素子の駆動条件を制御することによって前記ウルトラファインバブルの生成を制御することを特徴とするウルトラファインバブル生成方法。
液体にウルトラファインバブルを生成させるウルトラファインバブルの製造方法であって、
発熱素子を駆動することで前記発熱素子に接する液体に膜沸騰を生じさせる工程を有し、
前記発熱素子を駆動する際の駆動条件を制御することで、前記液体中へのウルトラファインバブルの生成を制御することを特徴とするウルトラファインバブルの製造方法。
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置によって生成されたウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液。