JP2021084079A - バッチ式マイクロバブル液生成装置および生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な装置構成により安価で手軽にマイクロバブル液を得ることが可能なバッチ式マイクロバブル液生成装置および生成方法の提供。【解決手段】液体中に気体を溶解させる溶解タンク２であり、液体を供給する給液口２Ａを有する溶解タンク２と、液体に溶解させる気体を溶解タンク２内に供給する給気バルブ２１と、溶解タンク２内の気体を排気する排気バルブ４０であり、給液口２Ａから液体が供給される際には開かれ、給気バルブ２１から液体に溶解させる気体が供給される際には閉じられる排気バルブ４０と、溶解タンク２内に配設されるエアーストーン３であり、給気バルブ２１を通じて溶解タンク２内に供給される気体を通過させるエアーストーン３と、溶解タンク２内の気体溶解液を排出する排液バルブ３１とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロバブル液を生成するバッチ式マイクロバブル液生成装置および生成方法に関する。

水にマイクロバブルを発生させる装置として、例えば特許文献１には、吸込管からポンプにより吸い上げられた水が、自吸ケースおよびこの自吸ケースに接続された送水管を経て加圧タンクに送られ、加圧タンクから吐出管により排水されるポンプにおいて、吸込管および送水管のそれぞれに水中にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生ノズルを設け、送水管に設けられたマイクロバブル発生ノズルには、マイクロバブルを溶解する加圧タンク内に通じる通気管が接続されているマイクロバブル発生装置が開示されている。

このマイクロバブル発生装置では、圧力調整弁を開けて吐出管から水を出し、加圧タンク内の圧力が下がると、ポンプ付属の圧力スイッチによりポンプが作動し、ポンプ作動により吸込管から水を吸い込むと同時に、マイクロバブル発生ノズルにより、通気管を通して空気がマイクロバブル発生ノズルに導入され、自動的にマイクロバブルとして装置内に供給される。また、加圧タンク上部に空気が溜まり、水位が低下すると定水位弁が作動し、余剰分は加圧タンク外へ排出され、水位が一定に保たれる。圧力調整弁は、吐出管の最大解放時の圧力が２．０〜３．０ｋｇ／ｃｍ²程度となるよう調整する。

特許第３７８５４０６号公報

上記従来のマイクロバブル発生装置は、連続運転を前提としたものであり、水の流量や加圧タンク内の圧力を自動制御する。そのため、装置構成が複雑となっており、高価である。

そこで、本発明においては、簡単な装置構成により安価で手軽にマイクロバブル液を得ることが可能なバッチ式マイクロバブル液生成装置および生成方法を提供することを目的とする。

本発明のバッチ式マイクロバブル液生成装置は、液体中に気体を溶解させる溶解タンクであり、液体を供給する給液口を有する溶解タンクと、液体に溶解させる気体を溶解タンク内に供給する給気バルブと、溶解タンク内の気体を排気する排気バルブであり、給液口から液体が供給される際には開かれ、給気バルブから液体に溶解させる気体が供給される際には閉じられる排気バルブと、溶解タンク内に配設されるエアーストーンであり、給気バルブを通じて溶解タンク内に供給される気体を通過させるエアーストーンと、溶解タンク内の気体溶解液を排出する排液バルブとを含むものである。

本発明のバッチ式マイクロバブル液生成方法は、液体中に気体を溶解させる溶解タンクであり、液体を供給する給液口と、液体に溶解させる気体を供給する給気バルブと、溶解タンク内の気体を排気する排気バルブと、給気バルブを通じて溶解タンク内に供給される気体を通過させるエアーストーンとを有する溶解タンク内の気体を、排気バルブを開いて排気しつつ、給液口から溶解タンク内に液体を供給すること、排気バルブを閉じ、給気バルブを通じてエアーストーンを通過させた気体を溶解タンク内に供給すること、溶解タンク内の気体溶解液を排液バルブから排出することを含むことを特徴とする。

これらの発明によれば、溶解タンク内の気体を、排気バルブを開いて排気しつつ、給液口から溶解タンク内に液体を供給するため、液体に高い圧力を加えることなく溶解タンク内へ供給することができる。次に、排気バルブを閉じ、給気バルブを通じてエアーストーンを通過させた気体を溶解タンク内に供給する。このとき、溶解タンク内に供給される気体はエアーストーンを通過することにより小さな気泡となって液体中に放出されるため、気液界面面積が大きくなっており、低い圧力で多くの気体が液体中に溶解するようになり、溶存気体濃度を上げることができる。そして、この溶解タンク内の気体溶解液を排液バルブから排出すると、圧力解放により気泡が析出し、マイクロバブル液を得ることができる。

排液バルブは、溶解タンク内の気体溶解液を、エアーストーンを通じて排出するものであることが望ましい。これにより、溶解タンク内の気体溶解液が排液バルブから排出される際にエアーストーンを通過することで、圧力解放により析出する気泡の径がより小さくなる。

（１）溶解タンク内の気体を、排気バルブを開いて排気しつつ、給液口から溶解タンク内に液体を供給し、排気バルブを閉じ、給気バルブを通じてエアーストーンを通過させた気体を溶解タンク内に供給し、溶解タンク内の気体溶解液を排液バルブから排出する構成により、低い圧力でマイクロバブル液を得ることができるため、加圧給水ポンプやコンプレッサ等が不要であり、高価な機器を使用することなく、一般家庭でも安価かつ手軽にマイクロバブル液を得ることができる。

（２）溶解タンク内の気体溶解液を、エアーストーンを通じて排出する構成により、気泡の径がより小さなマイクロバブル液を得ることができる。

本発明の実施の形態におけるバッチ式マイクロバブル液生成装置の概略構成図である。 ナノ粒子径分布測定装置による測定結果を示す図である。

図１は本発明の実施の形態におけるバッチ式マイクロバブル液生成装置の概略構成図である。

図１において、本発明の実施の形態におけるバッチ式マイクロバブル液生成装置１は、給液口２Ａ、給気口兼排液口２Ｂおよび排気口２Ｃを有する溶解タンク２と、溶解タンク２内に配設され、給気口兼排液口２Ｂに接続されるエアーストーン３とを有する。エアーストーン３は、孔径２５〜５０μｍの多孔質体である。エアーストーン３は、連続空隙構造を有する。

給液口２Ａには、ホース１１の一端が接続される。ホース１１の他端は、液体供給源としての水道の蛇口１０に接続される。給気口兼排液口２Ｂには、気体を供給するための供給配管２０と、溶解タンク２内で生成された気体溶解液を排出するための排出配管３０とが分岐管５０を介して接続される。供給配管２０には、給気バルブ２１を介して自転車用の手動のエアーポンプ等の気体供給源２２が接続される。排出配管３０には、排液バルブ３１を介して排液ノズル３２が接続される。

排気口２Ｃには、排気バルブ４０、圧力計４１およびリリーフバルブ４２が接続される。排気バルブ４０は分岐管５１，５２を介して排気口２Ｃに接続されている。排気バルブ４０は、溶解タンク２内の気体を排出する弁である。圧力計４１は、分岐管５２に接続されている。圧力計４１は、溶解タンク２内の圧力を表示する計器である。リリーフバルブ４２は、溶解タンク２を保護するためのものであり、分岐管５１に接続されている。リリーフバルブ４２は、通常は閉じた状態であり、溶解タンク２内の圧力が所定の設定圧力を超えた場合に自動的に開く弁である。

上記構成のバッチ式マイクロバブル液生成装置１は、以下の手順で使用する。なお、初期状態では、蛇口１０、給気バルブ２１、排液バルブ３１および排気バルブ４０は閉じているものとする。

まず、排気バルブ４０を開き、水道の蛇口１０からホース１１を通じて給液口２Ａより液体としての水（水道水）を溶解タンク２内に供給し、溶解タンク２内に水と気体としての空気とを共存させる。このとき、排気バルブ４０によって溶解タンク２内の圧力は大気圧に開放されているため、加圧給水ポンプ等を用いることなく、水道の圧力だけで溶解タンク２内に水を供給することができる。

溶解タンク２内に所定量の水を入れたのち、排気バルブ４０を閉じ、給気バルブ２１を開いて気体供給源２２より溶解タンク２内に空気を供給する。このとき、溶解タンク２内の圧力は０．２５ＭＰａ〜０．５ＭＰａとする。気体供給源２２より給気口兼排液口２Ｂへ供給される空気は、エアーストーン３を通過することにより直径１〜５ｍｍの小さな気泡となって水中に放出される。溶解タンク２内に放出された気泡は、気液界面面積、すなわち空気と水との接触面積が大きくなっており、この状態で０．２５ＭＰａ〜０．５ＭＰａに加圧されることにより水中に溶け込みやすくなっている。

溶解タンク２内の圧力が所定の圧力に達したら給気バルブ２１を閉じる。このとき、溶解タンク２内の水は溶存酸素が過飽和状態となった気体溶解液となっている。そして、排液バルブ３１を開くと、溶解タンク２内の気体溶解液はエアーストーン３を通じて排液ノズル３２から排出される。この排液ノズル３２から排出される気体溶解液は、圧力解放により溶けきれなくなった空気が微細気泡として析出し、溶存酸素が過飽和状態のマイクロバブル液（マイクロバブル水）となる。

なお、上記実施形態においては、液体としての水に気体としての空気を溶解してマイクロバブル水を生成する例について説明したが、任意の液体に任意の気体を溶解してマイクロバブル液を生成することも可能である。例えば、給液口２Ａより液体として下水を供給し、気体としてのオゾンを溶解したり、液体として海水を供給し、気体としての窒素を溶解したりすることも可能である。

また、上記実施形態においては、気体供給源２２として手動のエアーポンプを用いた例について説明したが、０．２５ＭＰａ〜０．５ＭＰａ程度の圧縮空気が得られる小型のコンプレッサを接続することも可能である。

上記実施形態におけるバッチ式マイクロバブル液生成装置１を用いてマイクロバブル水（ＭＢ水）の生成実験を行った。実施例１では、実験に使用したバッチ式マイクロバブル液生成装置１の溶解タンク２の容量は１リットルである。エアーストーン３は、エアーレーションに用いられる市販の高温焼結エアーストーンバブルメイトＳ１０３−Ｅ（株式会社スドー）を用いた。このエアーストーン３の孔径は２５〜５０μｍである。

表１は溶解タンク２内の圧力とバッチ式マイクロバブル液生成装置１の通過前後の溶存酸素濃度の飽和率を測定し、飽和率の上昇幅を算出したものである。表１から分かるように、実施例１では溶解タンク２内の圧力０．２５ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲において、飽和率の上昇幅が８％〜１６％となった。

また、実施例１のバッチ式マイクロバブル液生成装置１により得られたマイクロバブル水をナノ粒子径分布測定装置（株式会社島津製作所ＳＡＬＤ−７１００）により測定したところ、平均気泡径（モード径（一番頻度の高い粒子径））７０μｍのマイクロバブルが生成されていたことが分かった。図２はこのナノ粒子径分布測定装置による測定結果を示している。

この平均気泡径７０μｍのマイクロバブルの浮上速度を測定したところ１６．２ｃｍ／ｍｉｎであった。このようなマイクロバブルは長時間水中に留まるため、工業・化学分野においては水質浄化や脱脂洗浄等に、農業・水産分野においては水耕栽培や水産養殖等に、医療・福祉分野においては細菌分解やマイクロバブル風呂等に、好適に使用することができる。特に、このバッチ式マイクロバブル液生成装置１は、低い圧力でマイクロバブル水を得ることができるため、加圧給水ポンプやコンプレッサ等が不要であり、高価な機器を使用することなく、一般家庭でも安価かつ手軽にマイクロバブル水を得ることができるものであり、家庭菜園に好適である。

なお、上記実施形態におけるバッチ式マイクロバブル液生成装置１では、給気口兼排液口２Ｂにエアーストーン３が接続されており、溶解タンク２内に空気を供給する際にエアーストーン３を通過させるだけでなく、溶解タンク２内の気体溶解液を排液ノズル３２から排出する際にもエアーストーン３を通過させるものであるが、給気口と排液口とを別々に設けて給気口にのみエアーストーン３を接続し、排液口にはエアーストーン３を接続しない構成（実施例２）とすることもできる。この実施例２の場合について実験を行ったところ、マイクロバブルは得られるが、上記実施形態におけるバッチ式マイクロバブル液生成装置１と比較して気泡濃度は薄く、気泡径も１００μｍ程度と大きなものであった。

また、比較例１として、給気口兼排液口２Ｂにエアーストーン３を設けずに実験を行ったところ、排液ノズル３２から排出される気体溶解液に含まれる気泡はすぐに浮上して消えた。したがって、マイクロバブルはできておらず、得られたものはミリバブルであったと思われる。

さらに、比較例２として、給気口と排液口とを別々に設けて排液口にのみエアーストーン３を接続し、給気口にはエアーストーン３を接続しない構成として実験を行った。この場合、気泡の浮上速度が実施例１の場合よりもかなり速く、マイクロバブルと呼べるかどうか微妙であった。

本発明のバッチ式マイクロバブル液生成装置および生成方法は、工業・化学分野においては水質浄化や脱脂洗浄等に、農業・水産分野においては水耕栽培や水産養殖等に、医療・福祉分野においては細菌分解やマイクロバブル風呂等に、好適に使用することができ、特に、一般家庭でも安価かつ手軽にマイクロバブル水を得ることができ、家庭菜園に好適である。

１ バッチ式マイクロバブル液生成装置
２ 溶解タンク
２Ａ 給液口
２Ｂ 給気口兼排液口
２Ｃ 排気口
３ エアーストーン
１０ 蛇口
１１ ホース
２０ 供給配管
２１ 給気バルブ
２２ 気体供給源
３０ 排出配管
３１ 排液バルブ
３２ 排液ノズル
４０ 排気バルブ
４１ 圧力計
４２ リリーフバルブ
５０，５１，５２ 分岐管

Claims (5)

1. 液体中に気体を溶解させる溶解タンクであり、前記液体を供給する給液口を有する溶解タンクと、
   前記液体に溶解させる気体を前記溶解タンク内に供給する給気バルブと、
   前記溶解タンク内の気体を排気する排気バルブであり、前記給液口から前記液体が供給される際には開かれ、前記給気バルブから前記液体に溶解させる気体が供給される際には閉じられる排気バルブと、
   前記溶解タンク内に配設されるエアーストーンであり、前記給気バルブを通じて前記溶解タンク内に供給される気体を通過させるエアーストーンと、
   前記溶解タンク内の気体溶解液を排出する排液バルブと
   を含むバッチ式マイクロバブル液生成装置。
2. 前記排液バルブは、前記溶解タンク内の気体溶解液を、前記エアーストーンを通じて排出するものである請求項１記載のバッチ式マイクロバブル液生成装置。
3. 前記エアーストーンの孔径は２５〜５０μｍである請求項１または２に記載のバッチ式マイクロバブル液生成装置。
4. 液体中に気体を溶解させる溶解タンクであり、前記液体を供給する給液口と、前記液体に溶解させる気体を供給する給気バルブと、前記溶解タンク内の気体を排気する排気バルブと、前記給気バルブを通じて前記溶解タンク内に供給される気体を通過させるエアーストーンとを有する溶解タンク内の気体を、前記排気バルブを開いて排気しつつ、前記給液口から前記溶解タンク内に液体を供給すること、
   前記排気バルブを閉じ、前記給気バルブを通じて前記エアーストーンを通過させた気体を前記溶解タンク内に供給すること、
   前記溶解タンク内の気体溶解液を排液バルブから排出すること
   を含むバッチ式マイクロバブル液生成方法。
5. 前記排液バルブは、前記溶解タンク内の気体溶解液を、前記エアーストーンを通じて排出する請求項４記載のバッチ式マイクロバブル液生成方法。

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