JP2021154262A - ファインバブル液生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体中に効率よく微小気泡を発生させる。【解決手段】本開示のファインバブル液生成装置１は、液体中にファインバブルが含有されたファインバブル液を生成するファインバブル液生成装置１であって、多数の細孔を有する多孔質のエレメント３３を有し、エレメント３３の一方の側に配され、液体供給部１１から供給される液体とガス供給部９から供給されるガスとを貯留する第１領域７０と、エレメント３３の一方の側と他方の側との間に差圧を付与することで第１領域７０内から一方の側に液体を供給し、エレメント３３で生成されたファインバブル液を他方の側に供給する差圧付与部１０と、差圧付与部１０を制御する制御部６０と、を備え、制御部６０は、差圧が相対的に高くなる高差圧期間が断続的に現れるように差圧付与部１０を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、ファインバブル液生成装置に関する。

近年、ファインバブルと呼ばれる微小気泡を含む液体（すなわちファインバブル液）の有用性が注目されている。ファインバブルは、国際標準化機構（ＩＳＯ）による定義である直径１００μｍ（１０^−４ｍ）以下の気泡であり、直径が１μｍ以上１００μｍ未満のマイクロバブルや直径が１μｍ未満のウルトラファインバブルが含まれる。なお、ファインバブルに含まれる気体としては、水素、酸素、二酸化炭素、空気等の、各種の気体が挙げられる。液体としては、水（例えば、純水、水道水、脱イオン水）、アルコール、海水、水溶液、洗浄液、有機溶剤等を採用できる。

この微小気泡を含む液体を用いた技術として、例えば、部品等の洗浄、水の除菌や脱臭、オゾンガスによる殺菌、健康や医療分野、湖沼や養殖場の水質浄化、工場や畜産等の各種の排水処理、農水産業における成長促進、水素水などの機能性水製造などへの利用が検討されている。

このような微小気泡を発生させる装置として、近年では、構造がシンプル等の利点があることから、多孔質材料を用いて微小気泡を発生させる微細孔方式の装置が提案されている。

例えば、特開２０１７−１７０２７８号公報（下記特許文献１）には、多孔質パイプの内側（すなわち貫通孔）に液体を流すとともに、多孔質パイプの外側に高圧に気体を供給して、多孔質パイプ中の液体に微小気泡を発生させる技術が開示されている。

また、特開２０１７−４７３７４号公報（下記特許文献２）には、多孔質パイプを液体中に沈め、多孔質パイプ中に高圧に気体を供給することによって、多孔質パイプの外側の液体に微小気泡を発生させる技術が開示されている。

さらに、上記以外にも、例えば、特開２００２−３０１３４５号公報（下記特許文献３）、特開２０１７−２１７５８５号公報（下記特許文献４）には、樹脂や金属からなる多孔質部を用いて、前段タンクの水に含まれる気泡を微細化する技術が開示されている。この技術は、前段タンクの水に含有されている大きい気泡をせん断し（すなわち気泡を細かく切って小径化し）、微小気泡とする技術である。

特開２０１７−１７０２７８号公報 特開２０１７−４７３７４号公報 特開２００２−３０１３４５号公報 特開２０１７−２１７５８５号公報

しかしながら、上述した特許文献１、２に記載の技術では、液体中に高い圧力で混入させる気体の量（ガス量）に対して、発生させることができる微小気泡が少なかった。すなわち、液体中に効率よく微小気泡を発生させることができなかった。

また、特許文献３、４に記載の技術では、前段タンクにある気泡をせん断する必要があり、装置構成や作業工程が複雑になり好ましくない。

本開示は、前記課題を解決するためになされたものであり、液体中に効率よく微小気泡を発生させることを目的とする。

本開示のファインバブル液生成装置は、液体中にファインバブルが含有されたファインバブル液を生成するファインバブル液生成装置であって、多数の細孔を有する多孔質のエレメントを有し、前記エレメントの一方の側に配され、液体供給部から供給される前記液体とガス供給部から供給されるガスとを貯留する第１領域と、前記エレメントの一方の側と他方の側との間に差圧を付与することで前記第１領域内から前記一方の側に前記液体を供給し、前記エレメントで生成された前記ファインバブル液を前記他方の側に供給する差圧付与部と、前記差圧付与部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記差圧が相対的に高くなる高差圧期間が断続的に現れるように前記差圧付与部を制御する、ファインバブル液生成装置である。

本開示によれば、液体中に効率よく微小気泡を発生させることができる。

実施形態１のファインバブル液生成装置を示す説明図である。 実施形態２のファインバブル液生成装置を示す説明図である。 実施形態３のファインバブル液生成装置を示す説明図である。 実験例１において、純水の供給量と気泡濃度との関係を示すグラフである。 実験例２において、連続運転と間欠運転により生成されたファインバブル水の気泡濃度を示すグラフである。 実験例３及び４において、異なる差圧下、さまざまなパス数で行われた間欠運転により生成されたファインバブル水の気泡濃度を示すグラフである。 実験例５において、エレメントＢを用いて連続運転とさまざまなパス数で行われた間欠運転により生成されたファインバブル水の気泡濃度を示すグラフである。 実験例５において、エレメントＣを用いて連続運転とさまざまなパス数で行われた間欠運転により生成されたファインバブル水の気泡濃度を示すグラフである。 実験例５において、エレメントＤを用いて連続運転とさまざまなパス数で行われた間欠運転により生成されたファインバブル水の気泡濃度を示すグラフである。 実験例６において、連続運転と間欠運転により生成されたファインバブル水の気泡濃度を示すグラフである。 実験例７において、弁開閉運転と間欠運転により生成されたファインバブル水の気泡濃度を示すグラフである。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示のファインバブル液生成装置は、液体中にファインバブルが含有されたファインバブル液を生成するファインバブル液生成装置であって、多数の細孔を有する多孔質のエレメントを有し、前記エレメントの一方の側に配され、液体供給部から供給される前記液体とガス供給部から供給されるガスとを貯留する第１領域と、前記エレメントの一方の側と他方の側との間に差圧を付与することで前記第１領域内から前記一方の側に前記液体を供給し、前記エレメントで生成された前記ファインバブル液を前記他方の側に供給する差圧付与部と、前記差圧付与部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記差圧が相対的に高くなる高差圧期間が断続的に現れるように前記差圧付与部を制御する、ファインバブル液生成装置である。

制御部によって高差圧期間が断続的に現れるように差圧付与部を制御することにより、一定の差圧でファインバブルを連続的に発生させる場合よりも、液体中に効率よくファインバブルを発生させることができる。つまり、従来よりも、高い気泡濃度を有するファインバブル液を容易に製造することができる。

さらに、制御部によって差圧付与部を制御することで効率よくファインバブルが発生するので、従来の大型のポンプ等を備えた設備を使用しなくても、すなわち小型の装置でも、容易にファインバブルを発生させることができる。

このように差圧付与部を制御することによって、効率よくファインバブルを発生させることができる理由としては、下記の理由が推定される。
断続的に差圧を変化させて、液体が多孔質のエレメントの細孔内（極小領域内）を通過することにより、細孔内で局所的にキャビテーションが発生し、キャビテーションの圧力変化や熱量変化等の急速なエネルギー変化により、多くの気泡核（すなわちファインバブルの元）が生成し、その気泡核から多くのファインバブルが発生すると推定される。

（２）前記高差圧期間は、前記第１領域内が空になるまで前記差圧を付与することが好ましい。
エレメント内の液体が残っている状態よりも液体がなくなった状態で一方の側に液体を供給するほうがファインバブルの生成速度を高くできる。

（３）前記他方の側に配され、前記エレメントから噴射される前記ファインバブル液を貯留する第２領域を備えていることが好ましい。
第２領域において、エレメントで生成されたファインバブル液を貯留することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

［１．実施形態１］
［１−１．全体構成］
本開示の実施形態１を図１によって説明する。ファインバブル液生成装置１は、液体（例えば純水等の水）中にファインバブルを発生させ、ファインバブル液を生成する装置である。

図１に示すように、ファインバブル液生成装置１は、多数の細孔を有する多孔質のエレメント３３を有し、エレメント３３の一方の側に配された第１タンク３と、エレメント３３の他方の側に配された第２タンク５と、第１タンク３にガス（例えば窒素ガス）を供給するガス供給部９と、第１タンク３に液体を供給する液体供給部１１と、を備えている。

＜第１タンク＞
第１タンク３は、液体及びガスを貯留し、内部を加圧できるように構成されている。つまり、後述する、液体の供給や流出、気体の流入部分以外は、液体や気体が流出しないような気密構造となっている。第１タンク３内には、内部の圧力（気圧）を検出するために、第１圧力センサ２９が配置されている。

第１タンク３の側壁１５には、ガス供給部９から供給されるガスを内部に取り入れるためのガス導入口１７が設けられている。第１タンク３の上部１９には、液体供給部１１から供給される液体を内部に取り入れるため液体導入口２１が設けられている。なお、ガス導入口１７は、第１タンク３に液体が入れられた場合に、その液面よりも上方の位置に配置されている。

＜ガス供給部＞
ガス供給部９は、ガスが充填されたガスボンベ４３と、ガスボンベ４３とガス導入口１７とを接続する第１パイプ４５と、第１パイプ４５の流路を開閉する第１開閉弁４７と、ガスボンベ４３内の圧力を検出する第３圧力センサ４９と、を備えている。

＜液体供給部＞
液体供給部１１は、液体導入口２１に接続して液体を第１タンク３側に供給する第２パイプ５１と、第２パイプ５１の流路を開閉する第２開閉弁５３とを備えている。なお、図示しないが、第２パイプ５１の上流側には、例えば液体を蓄えるタンク等が配置されている。

＜連通パイプ、噴射弁＞
第１タンク３の底部２３には、液体供給口２５を介して、下方に向かって垂直に延びるステンレス製の円筒形の連通パイプ２７が設けられている。第１タンク３内の液体は、連通パイプ２７を通って、第２タンク５側に供給される。連通パイプ２７には噴射弁３１が設けられており、連通パイプ２７を通る液体及びガスの流量が調節可能となっている。連通パイプ２７の下端部には、筒状をなすエレメント３３が接続されている。

第１タンク３、連通パイプ２７、エレメント３３で構成される領域は、第１領域の一例である（以下、第１領域７０とする）。

＜エレメント＞
エレメント３３は、下端側（先端側）が閉塞された筒状をなしている。エレメント３３の上端は、連通パイプ２７に外嵌し、ガラスシール（図示せず）により接合されて、連通パイプ２７に隙間なく密着している。エレメント３３は、セラミック（例えばアルミナ）を主成分とする多孔質の焼結体であって、焼結体全体には多数の細孔（液体の通過が可能な連通孔）が形成されている。なお、焼結体は、多数の細孔が同様な状態（例えば同様な平均細孔径）で存在する一層構造（すなわち対称構造）である。

＜第２タンク＞
第２タンク５は、液体を貯留することができるように構成されている。第２タンク５内には、内部の圧力（気圧）を検出するために、第２圧力センサ４１が配置されている。また、第２タンク５には、その側壁３７の下部に、液体を第２タンク５から外部に取り出すための液体取出口３９が設けられている。第２タンク５は、第２領域の一例である。

＜液体取出部＞
液体取出口３９には、液体取出部１３が接続されている。液体取出部１３は、液体を外部に取り出すための第３パイプ５５と、第３パイプ５５の流路を開閉する第３開閉弁５７とを備えている。

＜差圧付与部＞
差圧付与部１０は、気密構造の第１タンク３、ガス供給部９、液体供給部１１、及び噴射弁３１によって構成されている。差圧付与部１０は、エレメント３３の一方の側（第１タンク３側）と他方の側（第２タンク５側）との間に差圧を付与する。

＜制御部＞
ファインバブル液生成装置１は、制御部６０を備えており、差圧付与部１０がコンピュータ等によって制御されるように構成されている。具体的には、第１タンク３内に供給される液体の供給量や流量、第１タンク３内の圧力等の計測値に基づいて、制御部６０が、第１開閉弁４７や第２開閉弁５３、噴射弁３１等の開閉動作を行い、液体の供給量等や第１タンク３内の圧力をあらかじめ設定された値となるように制御する。

［１−２．ファインバブル液生成装置の動作］
次に、ファインバブル液生成装置１の動作について説明する。以下の操作は、制御部６０により自動的に行われる。

まず、第１開閉弁４７、第３開閉弁５７及び噴射弁３１を閉じた状態で、第２開閉弁５３を開いて、第２パイプ５１から第１タンク３内に所定量の液体を供給する。その後、第２開閉弁５３を閉じる。

次に、第１開閉弁４７を開いて、高圧の気体をガスボンベ４３から第１タンク３内に供給する。これにより、例えば第１タンク３内の圧力が大気よりも高い圧力（例えば、０．５ＭＰａ）となる。

この状態で噴射弁３１を開くと、第１タンク３内の液体は、連通パイプ２７を介して、エレメント３３の内部（内側空間５９）に流入し、エレメント３３の壁面６１の細孔を通過して、エレメント３３の外部に噴射される。

このとき、エレメント３３の一方の側（第１タンク３側）と他方の側（第２タンク５側）との間の差圧が相対的に高くなる高差圧期間が断続的に現れるように差圧付与部１０を制御する。例えば、噴射弁３１を開いた状態で、第１開閉弁４７を断続的に開閉することで、高差圧期間が断続的に現れるように制御できると考えられる。これにより、一定の差圧でファインバブルを連続的に発生させる場合よりも、液体中に効率よくファインバブルを発生させることができる。つまり、従来よりも、高い気泡濃度を有するファインバブル液を容易に製造することができる。

また、上記の高差圧期間は、第１領域７０（すなわち第１タンク３、連通パイプ２７、エレメント３３で構成される領域）内が空になるまで、差圧を付与するように制御することで、さらに効率よく高密度なファインバブル液を製造することができる。ここで、空の状態とは、第２タンク５に液体が供給されなくなった状態を指し、第１領域７０内部に多少液滴が残っている状態も含まれる。

［１−３．エレメントの製造方法］
ここで、エレメント３３の製造方法について説明する。なお、このエレメント３３については、定法により製造できるので、簡単に説明する。

例えば、エレメント３３の固体材料として、平均粒径５μｍのアルミナ粉末を９７質量％、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ粉末等の焼結助剤粉末を３質量％準備した。
そして、これらの固体粉末に、メチルセルロースと水と離型剤とを加えて坏土を作成し、この坏土を用いて、有底の円筒形状の成形体を作成した。

その後、この成形体を乾燥させた後に、大気雰囲気下で、１５００℃にて３時間焼成の条件で焼成して、上述した構成のエレメント３３を得た。
なお、平均細孔径については、周知のように、原料粉粒径を制御することによって調整できる。また、表面気孔率については、周知のように、固体粉末量や有機物量や水量を制御することによって調整できる。

［１−４．作用効果］
本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
本実施形態にかかるファインバブル液生成装置１は、液体中にファインバブルが含有されたファインバブル液を生成するファインバブル液生成装置１であって、多数の細孔を有する多孔質のエレメント３３を有し、エレメント３３の一方の側に配され、液体供給部１１から供給される液体とガス供給部９から供給されるガスとを貯留する第１領域７０と、エレメント３３の一方の側と他方の側との間に差圧を付与することで第１領域７０内から一方の側に液体を供給し、エレメント３３で生成されたファインバブル液を他方の側に供給する差圧付与部１０と、差圧付与部１０を制御する制御部６０と、を備え、制御部６０は、差圧が相対的に高くなる高差圧期間が断続的に現れるように差圧付与部１０を制御する。

制御部６０によって高差圧期間が断続的に現れるように差圧付与部１０を制御することにより、一定の差圧でファインバブルを連続的に発生させる場合よりも、液体中に効率よくファインバブルを発生させることができる。つまり、従来よりも、高い気泡濃度を有するファインバブル液を容易に製造することができる。

さらに、制御部６０によって差圧付与部１０を制御することで効率よくファインバブルが発生するので、従来の大型のポンプ等を備えた設備を使用しなくても、すなわち小型の装置でも、容易にファインバブルを発生させることができる。

本実施形態では、高差圧期間は、第１領域７０内が空になるまで差圧を付与する。
エレメント３３内の液体が残っている状態よりも液体がなくなった状態で一方の側に液体を供給するほうがファインバブルの生成速度を高くできる。

本実施形態のファインバブル液生成装置１は、他方の側に配され、エレメント３３から噴射されるファインバブル液を貯留する第２タンク５を備えている。
第２タンク５において、エレメント３３で生成されたファインバブル液を貯留することができる。

［２．実施形態２］
次に、本開示の実施形態２を図２によって説明する。なお、実施形態１と同様の内容については、説明を省略する。

本実施形態は、実施形態１とは、エレメントの構成のみが異なっている。
図２に示すように、本実施形態のファインバブル液生成装置８１の連通パイプ８３の下端には、筒状をなすエレメント８５が接続されている。

エレメント８５は、筒の延びる方向（図２の図示上下方向）の両端が開放されており、上端が連通パイプ８３に接続されるとともに、下端はキャップ８７により閉塞されている。キャップ８７は、円柱の形状をなし、例えば、アルミナからなる緻密な焼結体である。
このような形状にすると、エレメント８５の成形が容易である。

［３．実施形態３］
次に、本開示の実施形態３を図３によって説明する。なお、実施形態１と同様の内容については、説明を省略する。

本実施形態は、エレメントとして板状の部材を用いたものである。
図３に示すように、本実施形態のファインバブル液生成装置９１は、実施形態１と同様に、第１タンク９３の下に第２タンク９５が配置された構成を有している。

そして、第１タンク９３と第２タンク９５との間には、第１タンク９３と第２タンク９５とを区分するように、平板状のエレメント９７が水平に配置されている。なお、エレメント９７は、側壁９９に設けられた支持部材１０１によって位置決めされて固定されている。

なお、図３では、その他の構成（例えば第１タンク９３にガスや液体を供給する構成等）は省略されている。

本実施形態においても、第１タンク９３に液体を供給し、ガスを供給して加圧することによって、液体をエレメント９７から噴射して、液体中にファインバブルを発生させることができる。つまり、エレメント９７の下方の第２タンク９５内にファインバブル液を供給することができる。

［４．実験例］
次に、本開示の効果を確認するために行った実験例について説明する。液体としては、純水を用いた。ファインバブルを発生させる装置として、実施形態２と同様なエレメントを採用し、実施形態１と同様な構造のファインバブル液生成装置を用いた。

以下の実験例では、表１に示されるエレメントを用いた。実験例１から実験例４では、エレメントＡを用いた。実験例５では、エレメントＢ，Ｃ，Ｄを用いた。実験例６及び実験例７では、エレメントＤを用いた。

細孔径とは、細孔を円孔とした場合の直径（詳しくは多数の細孔の平均値：平均細孔径）である。ここでは、水銀ポロシメトリを用いて、平均細孔径を測定した。なお、水銀ポロシメトリとして、オートポアＩＶ９５１０（島津製作所製）を用いた。

表面気孔率は、純水が噴射されるエレメント側面の面積に占める細孔の表面比率である。この表面気孔率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等により、エレメント表面の画像を取得し、その画像を解析することにより求めた。詳しくは、画像の明暗を白黒で二値化し、白黒の面積比率（細孔を示す黒の割合）を求めた。

エレメントの長さは、エレメントの軸方向の長さである。エレメントの外径は、軸方向から見たエレメントの外周の直径である。エレメントの内径は、軸方向から見たエレメントの内周の直径である。膜外表面積は、エレメントの外側の側面の面積である。

以下の実験例において、気泡濃度［個／ｍｌ］は、ＮａｎｏＳｉｇｈｔ（登録商標） ＮＳ−３００（以下単にナノサイトと記す）を用いて測定した。ナノサイトの測定範囲は、気泡径３０〜１０００［ｎｍ］のファインバブルについて、気泡濃度１０^７［個／ｍｌ］以上である。

液体中には、通常、周囲の気体等の各種の気体が若干溶解している。そのため、ファインバブル液の１つの定義として、近年、「純水（ブランク水）の段階から、ファインバブル発生処理によって、気泡濃度を１桁以上上げられた水をファインバブル水とする」ということを、標準化する動向がある（ＦＢＩＡ（ファインバブル産業会）にて検討中の内容）。本開示では、この数値基準を満たす場合を、好適な実施例と考えることとする。

［４−１．実験例１］
＜実験内容＞
実験例１においては、一定の差圧下（０．７ＭＰаＧ）で、純水の供給量を変化させたときに生成するファインバブル水の気泡濃度の測定を行った。

実験例１で用いた純水（ブランク水）を用いて５サンプル分の気泡濃度を測定したところ、表２に示すように、最大値（Ｍａｘ．）が２．９８Ｅ＋０６［個／ｍｌ］、平均値（Ａｖｅ．）が１．２２Ｅ＋０６［個／ｍｌ］であった。実験例１では、ファインバブル水の基準値を５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］とした。

実験例１の実験条件、実験結果を表３に示す。

＜評価＞
表３の結果より、純水の供給量と気泡濃度との関係を、図４に示す。

図４から明らかなように、純水の供給量が少ない方が、気泡濃度増加の効率が高い。本実験例１でのファインバブル水の基準値５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］は、純水の供給量が５００ｍｌ以下の場合に達成されており、実験番号１−１〜１−３０が好適な実施例であるといえる。

上記の実験結果より、一定の差圧で大量の純水を連続的に第１領域外に噴射するより、少量ずつ第１領域内に純水を供給し、差圧をかけて第１領域内を空にすることを反復する方が、効率よくファインバブル水を生成させることができると推定される。

すなわち、制御部によって高差圧期間が断続的に現れるように差圧付与部を制御するとともに、各高差圧期間において第１領域内が空になるまで差圧を付与すること（以下、間欠運転とする。）が気泡濃度を効率よく向上させる最良の実施例であると推定される。

［４−２．実験例２］
＜実験内容＞
実験例２は、間欠運転の気泡濃度向上に対する有効性、及びその再現性を確かめるために行った。実験例２においては、同じ２００ｍｌの純水を用いて、通常の連続運転と、間欠運転により、ファインバブル水を生成した。ここで、通常の連続運転とは、一定の差圧下（０．７ＭＰаＧ）で、２００ｍｌの純水をエレメントから１度に噴射する運転（すなわち１パス）を意味する。また、ここでの間欠運転は、２０ｍｌの純水を１０パスで連続運転し、合計２００ｍｌのファインバブル水を得ることを意味する。

実験例２で用いた純水（ブランク水）を用いて４サンプル分の気泡濃度を測定したところ、表４に示すように、最大値（Ｍａｘ．）が２．２３Ｅ＋０６［個／ｍｌ］、平均値（Ａｖｅ．）が１．８７Ｅ＋０６［個／ｍｌ］であった。実験例２では、ファインバブル水の基準値を５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］とした。

実験例２の実験条件、実験結果を表５に示す。

＜評価＞
表５より、実験例２において生成されたファインバブル水の気泡濃度を、図５に示す。

図５より、連続運転（実験番号２−１〜２−４）よりも間欠運転（実験番号２−５〜２−８）の方が、気泡濃度が著しく大きくなっていることがわかる。間欠運転では、生じる気泡濃度にばらつきが大きいものの、最低値でも２．５２Ｅ＋０８［個／ｍｌ］であり（実験番号２−８）、ファインバブル水の基準値５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］の５倍以上と大きくなっている。したがって、間欠運転は、ファインバブル水の気泡濃度を効率よく向上させることにおいて、有効であることが確かめられた。

［４−３．実験例３］
＜実験内容＞
実験例３では、間欠運転におけるパス数が及ぼす効果についてさらに詳細に検討を行った。すなわち、同じ１００ｍｌの純水を用いて、一定の差圧下（０．３ＭＰаＧ）で、通常の連続運転（すなわち１パス）と、さまざまなパス数での間欠運転を行った。ここでの間欠運転は、５０ｍｌの純水を２パスで、または１０ｍｌの純水を１０パスで、または４ｍｌの純水を２５パスで、それぞれ連続運転し、合計１００ｍｌのファインバブル水を得ることを意味する。

実験例３で用いた純水（ブランク水）の気泡濃度を測定したところ、４．２１Ｅ＋０６［個／ｍｌ］であった。実験例３では、ファインバブル水の基準値を４．２１Ｅ＋０７［個／ｍｌ］とした。

実験例３の実験条件、実験結果を表６に示す。

＜評価＞
表６より、実験例３において生成されたファインバブル水の気泡濃度を、図６に示す（斜線棒グラフ）。なお、図６には後述する実験例４の結果も示されている（黒塗り棒グラフ）。

図６より、本実験例３においてファインバブル水の基準値４．２１Ｅ＋０７［個／ｍｌ］を上回ったのは、実験番号３−２〜３−４であり、パス数を増加させるにつれて、気泡濃度が大きくなっていることがわかる。したがって、間欠運転のパス数を増やすことにより、さらに効率的にファインバブル水の気泡濃度を向上させられることが確かめられた。

［４−４．実験例４］
＜実験内容＞
実験例４では、間欠運転における差圧が及ぼす効果について調べるために、低い差圧下（０．０７ＭＰаＧ）で、実験例３と同様の実験を行った。

実験例４で用いた純水（ブランク水）の気泡濃度を測定したところ、９．８０Ｅ＋０６［個／ｍｌ］であった。実験例４では、ファインバブル水の基準値を９．８０Ｅ＋０７［個／ｍｌ］とした。

実験例４の実験条件、実験結果を表７に示す。

＜評価＞
上述した表７より、実験例４において生成されたファインバブル水の気泡濃度を、図６に示す（黒塗り棒グラフ）。

図６において、高い差圧下（０．３ＭＰаＧ）での実験例３と、低い差圧下（０．０７ＭＰаＧ）での本実験例４の結果を比較することにより、パス数が同一の場合、差圧が高い方が気泡濃度が大きくなることがわかる。ここで、実験例３と実験例４では同一のエレメントを用いているため、差圧が高いということは、エレメントから吐出される液体の流速が速いとも言える。

また、低い差圧下（０．０７ＭＰаＧ）においても、パス数を増加させることにより、気泡濃度の向上は可能であることがわかる。例えば、実験番号４−３，４−４の気泡濃度は、実験例４におけるファインバブル水の基準値９．８０Ｅ＋０７［個／ｍｌ］を上回っており、また、これらは実験例３の実験番号３−１，３−２の気泡濃度よりも大きくなっている。したがって、間欠運転のパス数を増やすことにより、低い差圧下においても、効率的にファインバブル水を生成できることが確かめられた。

［４−５．実験例５］
＜実験内容＞
実験例５では、間欠運転におけるエレメントの側面の面積（膜外表面積）が及ぼす効果について調べるために、長さのみ異なるエレメントＢ（９０ｍｍ），Ｃ（１８０ｍｍ），Ｄ（２７０ｍｍ）を用いて比較実験を行った。すなわち、同じ１００ｍｌの純水を用いて、一定の差圧下（０．７ＭＰаＧ）で、通常の連続運転（すなわち１パス）と、さまざまなパス数での間欠運転を行った。ここでの間欠運転は、１パスの水量を２ｍｌ，４ｍｌ，１０ｍｌ，２０ｍｌ，５０ｍｌとして、合計１００ｍｌのファインバブル水を得ることを意味する。

実験例５で用いた純水（ブランク水）を用いて３サンプル分の気泡濃度を測定したところ、表８に示すように、最大値（Ｍａｘ．）が３．４４Ｅ＋０６［個／ｍｌ］、平均値（Ａｖｅ．）が２．６７Ｅ＋０６［個／ｍｌ］であった。実験例５では、ファインバブル水の基準値を５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］とした。

実験例５の実験条件、実験結果を表９から表１１に示す。ここで、表９、表１０、及び表１１は、それぞれエレメントＢ，Ｃ，Ｄを用いた実験に対応している。

＜評価＞
表９、表１０、及び表１１より、実験例５において生成されたファインバブル水の気泡濃度の平均値（Ａｖｅ．）を、それぞれ図７、図８、及び図９に示す。なお、図７から図９の縦軸は、対数表示となっている。

図７から図９より、いずれのエレメントを用いた場合でも、パス数が増えるにつれて飛躍的に気泡濃度が向上していることがわかる。２パス以上の間欠運転においては、いずれも実験例５におけるファインバブル水の基準値５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］を上回る気泡濃度となっており、好適な実験条件といえる。

図７、図８、図９の順に、エレメントの長さあるいは膜外表面積は大きくなるが、同じパス数での気泡濃度を比較すると、強いて言えば、図８、図９、図７の順に大きくなっている。しかし、本実験例における気泡濃度の測定間のばらつきが、測定値の数十パーセント程度であることを考慮すると（例えば、実験番号５Ｂ−１と５Ｂ−２、５Ｄ−１と５Ｄ−３の差）、図７から図９の気泡濃度の差は有意とは言い難い。これらの結果より、少なくとも本実験例の条件下では、エレメントの長さあるいは膜外表面積は、得られるファインバブル水の気泡濃度とは、相関がないと推定される。

［４−６．実験例６］
＜実験内容＞
実験例６では、間欠運転において最終的に作成するファインバブル水の総水量が増加した場合における、ファインバブル水の気泡濃度について調べた。このため、実験例２では、総水量は２００ｍｌ、実験例３から実験例５、及び後述する実験例７では、総水量は１００ｍｌとなっているが、実験例６では、それらより多い５００ｍｌを総水量とした。すなわち、実験例６では、５００ｍｌの純水を用いて、一定の差圧下（０．７ＭＰаＧ）で、通常の連続運転（すなわち１パス）と、さまざまなパス数での間欠運転を行った。ここでの間欠運転は、１パスの水量を５ｍｌ，１０ｍｌ，２０ｍｌ，５０ｍｌ，１００ｍｌ，２５０ｍｌとして、合計５００ｍｌのファインバブル水を得ることを意味する。

実験例６で用いた純水（ブランク水）は、実験例５（表８参照）と同一のものである。すなわち、実験例６では、ファインバブル水の基準値を５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］とした。

実験例６の実験条件、実験結果を表１２に示す。

＜評価＞
表１２より、実験例６において生成されたファインバブル水の気泡濃度の平均値（Ａｖｅ．）を、それぞれ図１０に示す。なお、図１０の縦軸は、対数表示となっている。

図１０より、パス数が増えるにつれて、換言すると、１パスの水量が減るにつれて、飛躍的に気泡濃度が向上していることがわかる。１パスの水量が１００ｍｌ未満の間欠運転においては、いずれも実験例６におけるファインバブル水の基準値５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］を上回る気泡濃度となっており、好適な実験条件といえる。

ここで、同一のエレメントＤを用いた実験例５の図９と、本実験例６の図１０を比較すると、１パスの水量が同一の条件（すなわち１０ｍｌ，２０ｍｌ，５０ｍｌ，１００ｍｌ）での気泡濃度は、ほとんど変わらないことがわかる。したがって、間欠運転において、最終的に作成する総水量が増加しても、１パスの水量が少なければ少ないほど（パス数が増えれば増えるほど）、高い気泡濃度のファインバブル水が得られることがわかる。

［４−７．実験例７］
＜実験内容＞
実験例７では、制御部によって高差圧期間が断続的に現れるように差圧付与部を制御するのみで、各差圧付与期間において第１領域内を空にしない場合の気泡濃度の変化について検討する。具体的には、第１タンクに１００ｍｌの純水を供給した後、一定の差圧下（０．７ＭＰаＧ）で噴射弁を開閉することにより、第１タンク内の純水を１０ｍｌずつエレメントから噴射する操作（以下、弁開閉運転とする。）を行う。すなわち、弁開閉運転においては、ファインバブル水の作成途中は第１領域内に水が残っている状態となる（例えば、最初の１０ｍｌを作成する際、第１タンク内には９０ｍｌの水が残っている。）。

また、比較のため、１００ｍｌの純水を用いて、実験例２から実験例６と同様の間欠運転（１０ｍｌの純水を１０パスで噴射）及び通常運転（１パス）も行った。間欠運転は、各パス（各差圧付与期間）において第１領域内が空になっている点において、弁開閉運転と異なっている。

実験例７で用いた純水（ブランク水）は、実験例５（表８参照）と同一のものである。すなわち、実験例７では、ファインバブル水の基準値を５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］とした。

実験例７の実験条件、実験結果を表１３に示す。なお、実験番号７−４から実験番号７−６は、弁開閉運転の結果を示す。

＜評価＞
表１３より、実験例７において生成されたファインバブル水の気泡濃度の平均値（Ａｖｅ．）を、それぞれ図１１に示す。

図１１より、弁開閉運転及び間欠運転では、いずれも実験例７におけるファインバブル水の基準値５Ｅ＋０７［個／ｍｌ］を上回る気泡濃度のファインバブル水が得られており、好適な実験条件といえる。弁開閉運転と間欠運転について比較すると、間欠運転の方が気泡濃度の向上の効果がはるかに大きいことがわかる。したがって、制御部によって高差圧期間が断続的に現れるように差圧付与部を制御することに加えて、各差圧付与期間において第１領域内を空にすることで、気泡濃度をさらに効率よく向上できることが確認された。

＜他の実施形態＞
（１）実施形態１から実施形態３では、エレメント３３，８５，９７の材質として、アルミナを主成分とするセラミックを採用したが、これに限られることはない。エレメントの材料として、セラミック以外にも、各種の樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン）や、金属（例えば、アルミニウム、チタン、鉄、金、銀、銅、ステンレス）等を用いてもよい。
（３）エレメントの形状は、筒状、板状以外にもさまざまな形状を用いることができる。
（４）実施形態１では、エレメント３３は１個であったが、これに限られることはなく、複数個のエレメントを設けてもよい。
（５）実施形態１では、ガスボンベ４３により、第１領域７０を加圧することで差圧を付与したが、これに限られることはなく、例えば、第２領域をポンプで減圧することで差圧を付与してもよい。

１，８１，９１： ファインバブル液生成装置
３，９３： 第１タンク
５，９５： 第２タンク
９： ガス供給部
１０： 差圧付与部
１１： 液体供給部
１３： 液体取出部
１５，３７，９９： 側壁
１７： ガス導入口
１９： 上部
２１： 液体導入口
２３： 底部
２５： 液体供給口
２７，８３： 連通パイプ
２９： 第１圧力センサ
３１： 噴射弁
３３，８５，９７： エレメント
３９： 液体取出口
４１： 第２圧力センサ
４３： ガスボンベ
４５： 第１パイプ
４７： 第１開閉弁
４９： 第３圧力センサ
５１： 第２パイプ
５３： 第２開閉弁
５５： 第３パイプ
５７： 第３開閉弁
５９： 内側空間
６０： 制御部
６１： 壁面
７０： 第１領域
８７： キャップ
１０１： 支持部材

Claims (3)

1. 液体中にファインバブルが含有されたファインバブル液を生成するファインバブル液生成装置であって、
   多数の細孔を有する多孔質のエレメントを有し、前記エレメントの一方の側に配され、液体供給部から供給される前記液体とガス供給部から供給されるガスとを貯留する第１領域と、
   前記エレメントの一方の側と他方の側との間に差圧を付与することで前記第１領域内から前記一方の側に前記液体を供給し、前記エレメントで生成された前記ファインバブル液を前記他方の側に供給する差圧付与部と、
   前記差圧付与部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記差圧が相対的に高くなる高差圧期間が断続的に現れるように前記差圧付与部を制御する、ファインバブル液生成装置。
2. 前記高差圧期間は、前記第１領域内が空になるまで前記差圧を付与する、請求項１に記載のファインバブル液生成装置。
3. 前記他方の側に配され、前記エレメントから噴射される前記ファインバブル液を貯留する第２領域を備えた、請求項１または請求項２に記載のファインバブル液生成装置。

Images