JP2021154262A - ファインバブル液生成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
[1−1.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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
<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。
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。
<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。
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)。
<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。
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)。
<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。
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。
<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。
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。
<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。)。
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。
(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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
Priority Applications (1)
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WO2020004653A1 (ja) * | 2018-06-28 | 2020-01-02 | 日本特殊陶業株式会社 | ファインバブル発生装置及びファインバブル発生方法 |
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