JP2021094537A - 液体霧化装置及び液体霧化装置用の気泡発生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
液体を霧化する手法としては、例えば、ノズルから加圧した液体を噴射させて霧化する手法や、回転体を用いて、この回転体に接した水などの液体を遠心力で飛散させる手法(特許文献1参照)、超音波振動子によって液中にキャビテーションを生じさせて液体を霧化する手法などが知られている。
なお、気体供給部で供給する気体の印加ガス圧Pは、P≦1000kPa(=1MPa)とすると良い。印加ガス圧Pが1000kPa(=1MPa)以下の気体を用いる場合には 高圧ガス保安法などの規制を受けず、取り扱いが容易である。
なお、気体供給部で供給する気体の印加ガス圧Pは、P<1MPaとすると良い。印加ガス圧Pが1MPa以下の気体を用いる場合には 高圧ガス保安法などの規制を受けず、取り扱いが容易である。
第1の実施形態に掛かる液体霧化装置1を、図1〜図20を参照して説明する。図1は、本実施形態1に係る液体霧化装置1の構成を模式的に示す説明図である。また、図2は、図1の液体霧化装置1の液体容器30に蓋体50を被せた液体霧化装置1Aである。
本実施形態1では、発泡部10(容器内配置部)は、後述する液体容器30内で、気泡発生部材11が水平方向(図1において左右方向)に延びる形態で、底部30S上に配置される。
加えて、この液体霧化装置1では、液体容器30内に、筒状の気泡発生部材11を含む発泡部10を配置しているので、比較的小さな体積でありながら広い気泡放出面11aを確保することができる。このため、コンパクトでありながら、気体供給部20から気体ARを供給することで、気泡発生部材11の外周面11s2である気泡放出面11aから多くの気泡BQを発生させ、気泡BQの破泡によって、多くの液体LQのミストLQMを得ることができる。
次いで、実施形態1の液体霧化装置1のうち、気泡発生部材11(気泡発生部材)の平均細孔径AD[μm]の大きさを変化させた場合(実施例1〜9)において、圧力計24で測定される気泡発生部材11に加える気体ARの印加ガス圧P[kPa]と、生成されるミストLQMのミスト径との関係を調査した。即ち、平均細孔径ADが37.9μm,10.4μm,3.4μm,2.3μm, 1.7μm,1.3μm,0.91μm,0.77μm,0.55μmである実施例1〜9の気泡発生部材11を作製し、実施形態1の液体霧化装置1を製造した。そして、気泡発生部材11に加える気体ARの印加ガス圧P[kPa]を変化させ、各印加ガス圧Pにおいて生成されたミストLQMについて、ミスト径がφ1μm以下のミストの割合R(1μm)[%]、及び、平均体積ミスト径D50[μm]を測定した。
なお、本実施例1〜5では、気体ARとして空気を、液体LQとして水(水道水)を用いた。
なお、各実施例においては、用いる気泡発生部材(多孔質体)11の臨界圧力Pcが異なるので、印加ガス圧Pの範囲が、互いに異なる範囲となっている。
平均細孔径AD=37.9μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。なお、この平均細孔径AD=37.9μmの気泡発生部材11の臨界圧力Pcは、Pc=6kPaであった。この気泡発生部材11を用いた液体霧化装置1について、この気泡発生部材11を用いた実施形態1の液体霧化装置1について、気泡発生部材11の位置が液面LLからの浸漬深さFが、F=3cmとなるように貯留液体LQSの量を調整し、気泡発生部材11が完全に水に浸漬されている状態とした。次いで、印加ガス圧PをP=20〜100kPaの範囲で変化させてミストLQMを発生させ、各印加ガス圧P[kPa]と、生成されたミストLQMにおけるφ1μm以下のミストの割合R(1μm)[%]との関係を調査した。また、各印加ガス圧P[kPa]と、生成されたミストの10%体積ミスト径D10[μm]、平均体積ミスト径D50[μm]、及び90%体積ミスト径D90[μm]との関係も調査した.これらの結果を、図3、図4に示す。
平均細孔径AD=10.4μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。なお、この平均細孔径AD=10.4μmの気泡発生部材11の臨界圧力Pcは、Pc=20kPaであった。この気泡発生部材11を用いた液体霧化装置1について、浸漬深さF=3cmとし、印加ガス圧PをP=40〜250kPaの範囲で変化させてミストLQMを発生させ、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)[%]との関係、及び、各印加ガス圧Pと、10%体積ミスト径D10、平均体積ミスト径D50、及び90%体積ミスト径D90との関係を調査した。これらの結果を、図5及び図6のグラフに示す。
次いで、平均細孔径AD=3.4μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。この平均細孔径AD=3.4μmの気泡発生部材11の臨界圧力PcはPc=60kPaであった。この気泡発生部材11を用いた実施形態1の液体霧化装置1について、浸漬深さF=3cmとし、印加ガス圧P=80〜300kPaの範囲で印加ガス圧Pを変化させてミストLQMを発生させ、実施例1等と同様、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)との関係、及び、各印加ガス圧Pと、10%体積ミスト径D10、平均体積ミスト径D50、及び90%体積ミスト径D90との関係を調査した。それらの結果を、図7及び図8のグラフに示す。
次いで、平均細孔径AD=2.3μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。この平均細孔径AD=2.3μmの気泡発生部材11の臨界圧力PcはPc=90kPaであった。この気泡発生部材11を用いた実施形態1の液体霧化装置1について、浸漬深さF=3cmとし、印加ガス圧P=110〜420kPaの範囲で印加ガス圧Pを変化させてミストLQMを発生させ、実施例1等と同様、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)との関係、及び、各印加ガス圧Pと、10%体積ミスト径D10、平均体積ミスト径D50、及び90%体積ミスト径D90との関係を調査した。それらの結果を、図9及び図10のグラフに示す。
次いで、平均細孔径AD=1.7μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。この平均細孔径AD=1.7μmの気泡発生部材11の臨界圧力PcはPc=130kPaであった。この気泡発生部材11を用いた実施形態1の液体霧化装置1について、浸漬深さF=3cmとし、印加ガス圧P=180〜560kPaの範囲で印加ガス圧Pを変化させてミストLQMを発生させ、実施例1等と同様、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)との関係、及び、各印加ガス圧Pと、10%体積ミスト径D10、平均体積ミスト径D50、及び90%体積ミスト径D90との関係を調査した。それらの結果を、図11及び図12のグラフに示す。
次いで、平均細孔径AD=1.3μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。この平均細孔径AD=1.3μmの気泡発生部材11の臨界圧力PcはPc=160kPaであった。この気泡発生部材11を用いた実施形態1の液体霧化装置1について、浸漬深さF=3cmとし、印加ガス圧P=200〜700kPaの範囲で印加ガス圧Pを変化させてミストLQMを発生させ、実施例1等と同様、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)との関係、及び、各印加ガス圧Pと、10%体積ミスト径D10、平均体積ミスト径D50、及び90%体積ミスト径D90との関係を調査した。それらの結果を、図13及び図14のグラフに示す。
次いで、平均細孔径AD=0.91μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。この平均細孔径AD=0.91μmの気泡発生部材11の臨界圧力PcはPc=240kPaであった。この気泡発生部材11を用いた実施形態1の液体霧化装置1について、浸漬深さF=3cmとし、印加ガス圧P=300〜980kPaの範囲で印加ガス圧Pを変化させてミストLQMを発生させ、実施例1等と同様、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)との関係、及び、各印加ガス圧Pと、10%体積ミスト径D10、平均体積ミスト径D50、及び90%体積ミスト径D90との関係を調査した。それらの結果を、図15及び図16のグラフに示す。
次いで、平均細孔径AD=0.77μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。なお、この平均細孔径AD=0.77μmの気泡発生部材11の臨界圧力PcはPc=280kPaであった。この気泡発生部材11を用いた実施形態1の液体霧化装置1について、浸漬深さF=3cmとし、印加ガス圧P=380〜980kPaの範囲で印加ガス圧Pを変化させてミストLQMを発生させ、実施例1等と同様、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)との関係、及び、各印加ガス圧Pと、10%体積ミスト径D10、平均体積ミスト径D50、及び90%体積ミスト径D90との関係も調査した。それらの結果を、図17及び図18のグラフに示す。
次いで、平均細孔径AD=0.55μmの多孔質体からなる気泡発生部材11を製造した。なお、この平均細孔径AD=0.55μmの気泡発生部材11の臨界圧力PcはPc=370kPaであった。この気泡発生部材11を用いた実施形態1の液体霧化装置1について、浸漬深さF=3cmとし、印加ガス圧P=480〜1000kPaの範囲で印加ガス圧Pを変化させてミストLQMを発生させ、実施例1等と同様、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)との関係、及び、各印加ガス圧Pと、10%体積ミスト径D10、平均体積ミスト径D50、及び90%体積ミスト径D90との関係を調査した。それらの結果を、図19及び図20のグラフに示す。
以上のように、本実施形態1の液体霧化装置1,1Aでは、気泡発生部材11として多孔質体を用いたので、臨界圧力Pc以上の印加ガス圧Pの気体AR(各実施例では空気)を気体圧入面11bから圧入することで、気泡放出面11aから気泡BQを貯留液体LQS中に放出し、さらにこの気泡BQの破泡により、液体LQ(各実施例では水)のミストLQMを生成することができることが判る。
これに対し、気泡発生部材11の気体圧入面11bに、(臨界圧力Pcの1.6倍以上の)臨界圧力Pcよりも十分高い印加ガス圧Pの気体ARを供給した場合には、気泡放出面11aで気泡BQが素早く成長し、次々に連続して勢いよく気泡BQが貯留液体LQS中に放出される。このため、個々の気泡BQの大きさは小さくなりがちであり、このために、気泡BQが破泡した際に生じるミストLQMの大きさも小さくなり、ミストLQM中に「ナノミスト」が含まれやすくなると考えられる。
なお、気泡発生部材11から気泡BQを発生させ、その気泡BQを破泡させてミストLQMを得るのであるから、気泡発生部材11に供給する気体ARの印加ガス圧Pを、気泡発生部材11の臨界圧力Pc以上とするのは当然である。
前述の実施例1〜9の気泡発生部材11を用いた液体霧化装置1では、いずれも気泡発生部材11の浸漬深さF=3cmとした。これに対し、実施例10〜12の液体霧化装置1は、実施例6で用いた平均細孔径AD=1.3μmの気泡発生部材11(臨界圧力Pc=160kPa)の液体霧化装置1において、気泡発生部材11の浸漬深さFを、F=1cm(実施例10)、F=9cm(実施例11)、F=15cm(実施例12)とし、印加ガス圧P=240〜640kPaの範囲で印加ガス圧Pを変化させてミストLQMを発生させ、実施例3と同様、各印加ガス圧Pと割合R(1μm)との関係、及び、各印加ガス圧Pと平均体積ミスト径D50[μm]との関係を調査した。それらの結果を、図24及び図25のグラフに示す。
第2の実施形態に掛かる液体霧化装置101を、図26を参照して説明する。図26は、本実施形態2に係る液体霧化装置101の構成を模式的に示す説明図である。前述の実施形態1の液体霧化装置1では、発泡部10に円筒状の気泡発生部材11を用いて、気泡BQを放出させ、液体LQのミストLQMを生成した。これに対し、本実施形態2の液体霧化装置101では、上面110Uに板状の気泡発生部材111を保持させた矩形箱状(直方体状)の発泡部110を用いた点で異なる。そこで以下では、実施形態1の液体霧化装置1とは異なる部分を中心に説明し、同様の部分は、同一の符号を付すほか、説明を省略あるいは簡略化する。
加えてこの液体霧化装置101では、液体容器30内に、一部が板状の気泡発生部材111で構成された上面110Uに有する箱状の発泡部110を配置している。このため、気体供給部20から気体ARを供給することで、実施形態1で筒状の気泡発生部材11などを用いた場合とは異なり、気泡発生部材111から気泡BQを、回り込みなどを生じさせずそのまま上方UDに向けて放出させ、効率よく、気泡BQの破泡によって液体LQのミストLQMを得ることができる。
第3の実施形態に掛かる液体霧化装置201を、図27を参照して説明する。図27は、本実施形態3に係る液体霧化装置201の構成を模式的に示す説明図である。
実施形態1,2の液体霧化装置1,101では、発泡部10,110と液体容器(液体貯留部)30とは別体とし、液体容器30内に発泡部10,110を配置した。これに対し、本実施形態3の液体霧化装置201では、気泡発生部材211の気泡放出面211aを、貯留した液体LQが接する接液面232の一部とした液体貯留部230とする。具体的には、矩形板状の気泡発生部材211を液体貯留部230の底部230Sの一部(中央部分)に用い、発泡部210に液体貯留部230を一体に設けた液体霧化装置201とする点で異なる。そこで以下では、実施形態1,2の液体霧化装置1,101とは異なる部分を中心に説明し、同様の部分は、同一の符号を付すほか、説明を省略あるいは簡略化する。
さらに、実施形態1,2の液体霧化装置1,101と同様、実施形態3の液体霧化装置201において、平均細孔径ADの大きさが異なる気泡発生部材211を用いる場合でも、それぞれの臨界圧力Pc以上の印加ガス圧Pを気泡発生部材211に導入することで、液体LQのミストLQMを得ることができる。
実施形態1,2の液体霧化装置1,101では、液体容器30内に別体の発泡部10,110を配置したが、液体容器30に発泡部10,110を取り付けて固定しても良い。
また実施形態3の液体霧化装置201では、液体貯留部230の底部を板状の気泡発生部材211で構成し、気泡発生部材211の気泡放出面211aを、貯留液体LQSが接する接液面232の一部とした。しかし、例えば、多孔質体を凹形状とし、内側の気泡放出面を、貯留液体LQSが接する接液面の全部とするように液体霧化装置を構成しても良い。
10,110 発泡部(容器内配置部)
210 発泡部
110U (発泡部の)上面
11,111,211 気泡発生部材
11s,111s,211s (気泡発生部材の)表面
11s1 (気泡発生部材の表面のうち)内周面
111s1,211s1 (気泡発生部材の表面のうち)内側面
11s2 (気泡発生部材の表面のうち)外周面
111s2,211s2 (気泡発生部材の表面のうち)外側面
11a,111a,211a 気泡放出面(接液面)
11b,111b,211b 気体圧入面
111e,211e (気泡発生部材の)側面
11F,11G (気泡発生部材の)端部
11P,111P,211P 微細気孔
F (気泡発生部材の)浸漬深さ
212T 内側突出部
212W 容器周壁部
212Wn (容器周壁部の)内周面
212AH 下部凹部
212BH 上部凹部
20 気体供給部
30 液体容器(液体貯留部)
230 液体貯留部
30S,230S (液体容器,液体貯留部の)底部
232 接液面
40,140 液体霧化装置用の気泡発生装置
50 蓋体
51 ミスト用開口
UD 上方
DD 下方
AR 気体
LQ 液体
BQ 気泡
LQM (液体の)ミスト
LL 液面
AD 平均細孔径
Pc 臨界圧力
P 印加ガス圧(気圧)
R(1μm) ミストにおけるφ1um以下のミストの割合
D50 平均体積ミスト径
Claims (12)
- 液体を貯留する液体貯留部と、
三次元網目状に連結した微細気孔を有する多孔質体からなる気泡発生部材であって、
表面の一部が気体を上記微細気孔内に圧入する気体圧入面であり、
上記表面の他の一部が、上記液体貯留部に貯留された上記液体に接して、上記液体中に上記気体からなる気泡を放出する気泡放出面である、
気泡発生部材と、
上記気体を上記気体圧入面に供給する
気体供給部と、を備え、
上記液体中に放出された上記気泡の破泡によって、上記液体のミストを生成させる
液体霧化装置。 - 請求項1に記載の液体霧化装置であって、
前記液体貯留部は、
前記液体を貯留する液体容器であり、
上記液体霧化装置は、
少なくとも一部が、前記気泡発生部材で構成され、
上記液体容器内に配置されて、貯留された上記液体中に前記気泡を発生させる
容器内配置部を備える
液体霧化装置。 - 請求項2に記載の液体霧化装置であって、
前記容器内配置部は、
筒状で、内周面が前記気体圧入面であり、外周面が前記気泡放出面である前記気泡発生部材を含む
液体霧化装置。 - 請求項2に記載の液体霧化装置であって、
前記容器内配置部は、
上面の少なくとも一部が板状の前記気泡発生部材で構成された箱状で、
上記気泡発生部材の外側面が前記気泡放出面であり、内側面が前記気体圧入面である
液体霧化装置。 - 請求項1に記載の液体霧化装置であって、
前記液体貯留部は、
前記気泡発生部材の前記気泡放出面を、貯留した前記液体が接する接液面の一部または全部としてなる
液体霧化装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の液体霧化装置であって、
前記気泡発生部材は、
平均細孔径が0.5〜4μmの前記多孔質体からなり、
前記気体供給部は、
上記気泡発生部材の臨界圧力Pc以上で、かつ、P≧1.60・Pc−6.75[kPa]の圧力範囲内の印加ガス圧Pを有する前記気体を前記気体圧入面に供給する
液体霧化装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の液体霧化装置であって、
前記気泡発生部材は、
平均細孔径ADが0.5〜11μmの前記多孔質体からなり、
前記気体供給部は、
上記気泡発生部材の臨界圧力Pc以上で、かつ、P=391・AD-1−0.2[kPa]〜811・AD-1+46[kPa]の圧力範囲内の印加ガス圧Pを有する前記気体を前記気体圧入面に供給する
液体霧化装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の液体霧化装置であって、
前記気泡発生部材は、
平均細孔径ADが0.5〜2.0μmの前記多孔質体からなり、
前記気体供給部は、
上記気泡発生部材の臨界圧力Pc以上で、かつ、P=390・AD-1−114[kPa]〜944・AD-1+99[kPa]の圧力範囲内の印加ガス圧Pを有する前記気体を前記気体圧入面に供給する
液体霧化装置。 - 三次元網目状に連結した微細気孔を有する多孔質体からなる気泡発生部材であって、
表面の一部が気体を上記微細気孔内に圧入する気体圧入面であり、
上記表面の他の一部が、貯留された液体に接して、上記液体中に上記気体からなる気泡を放出する気泡放出面である、
気泡発生部材と、
上記気体を上記気体圧入面に供給する
気体供給部と、を備え、
上記液体中に放出された上記気泡の破泡によって、上記液体のミストを生成させる
液体霧化装置用の気泡発生装置。 - 請求項9に記載の液体霧化装置用の気泡発生装置であって、
前記気泡発生部材は、
平均細孔径が0.5〜4μmの前記多孔質体からなり、
前記気体供給部は、
上記気泡発生部材の臨界圧力Pc以上で、かつ、P≧1.60・Pc−6.75[kPa]の圧力範囲内の印加ガス圧Pを有する前記気体を前記気体圧入面に供給する
液体霧化装置用の気泡発生装置。 - 請求項9に記載の液体霧化装置用の気泡発生装置であって、
前記気泡発生部材は、
平均細孔径ADが0.5〜11μmの前記多孔質体からなり、
前記気体供給部は、
上記気泡発生部材の臨界圧力Pc以上で、かつ、P=391・AD-1−0.2[kPa]〜811・AD-1+46[kPa]の圧力範囲内の印加ガス圧Pを有する前記気体を前記気体圧入面に供給する
液体霧化装置用の気泡発生装置。 - 請求項9に記載の液体霧化装置用の気泡発生装置であって、
前記気泡発生部材は、
平均細孔径ADが0.5〜2.0μmの前記多孔質体からなり、
前記気体供給部は、
上記気泡発生部材の臨界圧力Pc以上で、かつ、P=390・AD-1−114[kPa]〜944・AD-1+99[kPa]の圧力範囲内の印加ガス圧Pを有する前記気体を前記気体圧入面に供給する
液体霧化装置用の気泡発生装置。
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WO2023190519A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 炭酸カルシウムの製造装置および炭酸カルシウムの製造方法 |
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JPH0430068U (ja) * | 1990-06-29 | 1992-03-11 | ||
JP2013006145A (ja) * | 2011-06-23 | 2013-01-10 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | ミスト発生装置 |
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