JP2022007829A - ファインバブル製造方法、ファインバブル製造器及びファインバブル製造装置 - Google Patents

ファインバブル製造方法、ファインバブル製造器及びファインバブル製造装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2022007829000001
【課題】構成が容易でファインバブルの製造効率が高いファインバブルを製造できるファインバブル製造方法、ファインバブル製造器、ファインバブル製造装置を提供する。
【解決手段】本ファインバブル製造方法は、複数の旋回機構により気体と液体の混合流体から気体のファインバブルを含む液体を製造する方法である。前記複数の旋回機構の各旋回機構は、軸線に対して垂直方向の断面が円形状の旋回室と、流入孔と、流出孔とを備えている。前記製造方法は、前記流入孔から前記旋回室内に液体と気体の混合流体を流入させ、前記旋回室内で混合流体の旋回流を生成させ、前記旋回流を流出孔から流出させ、前記複数の旋回機構の各旋回機構から流出する旋回流を衝突させてファインバブルを含む液体を製造する工程を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体中にファインバブルを含む液体を製造するファインバブル製造方法と、前記方法によるファインバブル製造器、及び前記ファインバブル製造器を用いたファインバブル製造装置に関する。
直径１００μｍ未満の気泡をファインバブルといい、そのうち直径１μｍ以上で１００μｍ未満のものをマイクロバブル、直径１μｍ未満の気泡をウルトラファインバブルという。ウルトラファインバブルは従来ナノバブルと呼ばれていたものを、２０１７年に国際標準化機構（ＩＳＯ）によりウルトラファインバブルと呼ぶようにしたものであるが、本明細書では説明の簡略化及び用語の明確化のために以降はナノバブルと呼ぶ。このナノバブルは気泡径が非常に小さいために液中に長期間存在することが可能で、数カ月に渡って液中に存在することも確認されている。また、気泡内の高圧力、表面の帯電等の特殊な物理的特性を有するため、医療分野、洗浄分野、水処理分野等多くの産業への応用が期待されている。
マイクロバブル製造装置としては、主に旋回流方式と加圧溶解方式が使用されている。旋回流方式の例としては、外筒から供給した液流を内筒内で旋回流とし、発生した旋回流の中心部の負圧空洞部から気体を吸引し、吸引された気体を旋回流の剪断作用により微細化し、マイクロバブルを含む液体として排出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４６５２４７８号公報
しかし、特許文献１に記載のマイクロバブル製造装置では、気液発生槽の内径が軸方向に対して同じである。そのため、より気泡径の小さいナノバブルを発生させるためには、旋回流の回転数を速くして剪断力を大きくする必要があるが、そのためにはマイクロバブル製造装置への液流量を増加させる必要があり、ポンプ容量が大きくなってしまう。また、１つの気液発生槽によりマイクロバブルを製造するため、製造できるマイクロバブルの小径化に限界がある。
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、バブル径の小さいマイクロバブルやナノバブルを含む液体を容易な方法で製造できるファインバブル製造方法、及び当該ファインバブル製造方法によるファインバブル製造器、及び前記ファインバブル製造器を使用したファインバブル製造装置を提供することを目的とする。
本発明に係るファインバブル製造方法は、
複数の旋回機構によりファインバブルを含む液体を製造するファインバブル製造方法であって、
前記複数の旋回機構の各旋回機構は、軸線に対して垂直方向の断面が円形状の旋回室と、流入孔と、流出孔とを備え、
前記流入孔から前記旋回室内に液体と気体の混合流体を流入させる工程と、
前記混合流体を前記旋回室内で旋回させて旋回流を生成する工程と、
前記旋回流を前記流出孔から流出させる工程と、
前記複数の旋回機構の各旋回機構の流出孔から流出する旋回流を衝突させてファインバブルを含む液体を製造する工程を含む、ファインバブル製造方法である。
また、本発明に係るファインバブル製造方法は、
前記旋回室の内壁には、前記流入孔に繋がる導入溝が形成され、
前記混合流体が前記導入溝により前記旋回室の内壁に沿って流れる工程を含む、ファインバブル製造方法である。
本発明に係るファインバブル製造器は、
液体と気体の混合流体からファインバブルを含む液体を製造するためのファインバブル製造器であって、
前記ファインバブル製造器は、対向する第１供給開口部及び第２供給開口部と、排出開口部とを備えるケーシングと、
前記第１供給開口部に連通され、前記混合流体を供給する第１供給ノズルと、
前記第２供給開口部に連通され、前記混合流体を供給する第２供給ノズルと、
前記排出開口部に連通され、前記ファインバブルを含む液体を排出する排出ノズルと、
前記第１供給開口部と前記第１供給ノズルの間に配設され、前記混合流体が流入して旋回流を生成する第１旋回機構と、
前記第２供給開口部と前記第２供給ノズルの間に配設され、前記混合流体が流入して旋回流を生成する第２旋回機構と、
前記第１旋回機構から流出した第１旋回流と、前記第２旋回機構から流出した第２旋回流とを衝突させる衝突室と、
前記衝突室で生成したファインバブルを含む液体を排出する排出口を備えた多孔板を、前記排出開口部と前記排出ノズルとの間に備え、
前記第１旋回機構の軸線と前記第２旋回機構の軸線が略同一線上にある、ファインバブル製造器である。
また、本発明に係るファインバブル製造器は、
液体と気体の混合流体からファインバブルを含む液体を製造するためのファインバブル製造器であって、
前記ファインバブル製造器は、供給開口部と排出開口部とを備えるケーシングと、
前記供給開口部に連通され、前記混合流体を供給する供給ノズルと、
前記排出開口部に連通され、前記ファインバブルを含む液体を排出する排出ノズルと、
前記排出開口部と前記排出ノズルの間に配設され、前記供給ノズルから分岐した分岐供給ノズルから前記混合流体が流入して旋回流を生成する第１旋回機構と、
前記供給開口部と前記供給ノズルの間に配設され、前記混合流体が流入して旋回流を生成する第２旋回機構と、
前記第１旋回機構から流出した第１旋回流と、前記第２旋回機構から流出した第２旋回流とを衝突させる衝突室と、
前記衝突室で生成したファインバブルを含む液体を排出する排出孔を前記第１旋回機構の外周に形成された第１環状板部に備え、
前記第１旋回機構の軸線と前記第２旋回機構の軸線が略同一線上にある、ファインバブル製造器である。
また、本発明に係るファインバブル製造器において、
前記第１旋回機構は、軸線に対して垂直方向の断面が円形状の第１旋回室と、前記第１旋回室内に前記混合流体を流入させる第１流入孔と、前記第１旋回室から前記混合流体を第１旋回流として流出させる第１流出孔とを備え、
前記第２旋回機構は、軸線に対して垂直方向の断面が円形状の第２旋回室と、前記第２旋回室内に前記混合流体を流入させる第２流入孔と、前記第２旋回室から前記混合流体を第２旋回流として流出させる第２流出孔とを備えていてもよい。
また、本発明に係るファインバブル製造器は、
前記第１旋回室の内壁には、前記第１流入孔に繋がる第１導入溝が形成され、
前記第２旋回室の内壁には、前記第２流入孔に繋がる第２導入溝が形成されている、ファインバブル製造器である。
本発明に係るファインバブル製造装置は、
前記ファインバブル製造器を使用してファインバブルを含む液体を製造するファインバブル製造装置であって、
流体を圧送する供給ポンプと、前記供給ポンプ下流の吐出流路から分岐して、流体を循環流路と供給流路に分岐する第１分岐部とを備え、
前記循環流路には、前記供給ポンプから圧送された流体に気体を混合して混合流体とする気液混合器と、前記気液混合器への流体又は混合流体の流量を制御する循環流量調節弁とが配設され、
前記供給流路には、前記混合流体が供給されるファインバブル製造器が配設され、
前記ファインバブル製造器により製造されたファインバブルを含む液体を排出する排出流路とを備える、ファインバブル製造装置である。
また、本発明に係るファインバブル製造装置の他の局面は、
前記ファインバブル製造装置において、
前記供給流路の下流には、流体を複数の分岐供給流路に分岐する第２分岐部を備え、
前記複数の分岐供給流路の各々には、前記ファインバブル製造器が配設され、
前記複数のファインバブル製造器により製造されたファインバブルを含む液体を排出する排出流路とを備える、ファインバブル製造装置である。
また、本発明に係るファインバブル製造装置の他の局面は、
前記ファインバブル製造器から排出されるファインバブルを含む液体中のバブル径及びバブル濃度と、ファインバブルを含む液体の流量の目標値とが入力される入力部と、
前記入力部に接続され、前記循環流量調節弁と、前記気体流量調節弁と、前記供給ポンプに接続された制御機構とを備え、
前記制御機構は、前記循環流量調節弁の開度と、前記気体流量調節弁の開度と、前記供給ポンプの負荷の値に対応して、前記ファインバブル製造器から排出されるファインバブルを含む液体中のバブル径及びバブル濃度と、ファインバブルを含む液体の流量とが格納されたデータテーブルとを備え、
前記制御機構は、前記入力部に入力された値に基づいて、前記データテーブルを参照して前記循環流量調節弁の開度と、前記気体流量調節弁の開度と、前記供給ポンプの負荷の目標値を設定し、前記目標値となるように、前記循環流量調節弁の開度と、前記気体流量調節弁の開度と、及び／又は供給ポンプの負荷とを制御する、ファインバブル製造装置である。
本発明によれば、２以上の各旋回機構の流入孔から旋回室内に流入した混合流体が、旋回流となって流出孔から流出し、各旋回流が衝突させられるので、バブル径の小さいファインバブルを製造することができ、またファインバブルを含む液体を製造することができる。
また、本発明によれば、各旋回室内に流入した混合流体が、旋回室内壁に形成された導入溝に導かれることにより旋回室の内壁に沿って流れ、旋回流となって流出孔から流出し、各旋回流が衝突させられるので、よりバブル径の小さいファインバブルを製造することができ、またファインバブルを含む液体を製造することができる。
また、本発明によれば、供給ノズルと、ケーシングと、排出ノズルと、前記ケーシングに配設された第１旋回機構及び第２旋回機構によりファインバブル製造器を構成することができるので、ファインバブル製造器を小型にすることができ、又は安価に製作することができる。
本発明の実施形態のファインバブル製造装置を示す模式図である。 本発明の実施形態のファインバブル製造器を示す縦断面図である。 ファインバブル製造器の第１旋回機構を示す縦断面図（図３（ａ））、及び図３（ａ）の矢視Ａ－Ａからの底面図（図３（ｂ））である。 ファインバブル製造器の第２旋回機構を示す縦断面図（図４（ａ））、及び図４（ａ）の矢視Ａ－Ａからの底面図（図４（ｂ））である。 ファインバブル製造器に配設される多孔板を示す平面図である。 ファインバブル製造器の変形例１に係る第１旋回機構の変形例を示す縦断面図である。 ファインバブル製造器の変形例１に係る第１旋回機構の他の変形例を示す縦断面図である。 ファインバブル製造器の変形例２を示す縦断面図である。 ファインバブル製造器の変形例３を示す縦断面図である。 ファインバブル製造器の変形例３の第１旋回機構を示す縦断面図（図１０（ａ））、及び図１０（ａ）の矢視Ａ－Ａからの底面図（図１０（ｂ））である。 ファインバブル製造器の変形例４を示す平面模式図である。 ファインバブル製造装置の変形例１を示す模式図である。 ファインバブル製造装置の変形例１で使用される積層型混合器を示す断面模式図である。 ファインバブル製造装置の変形例１で使用される積層型混合器を構成するエレメントを示す平面図である。 ファインバブル製造装置の変形例１で使用される積層型混合器を構成する第１板（図１５（ａ））と第２板（図１５（ａ））を示す平面図である。 ファインバブル製造装置の変形例１で使用される積層型混合器を構成する撹拌体内を流体が流れる様子を示した縦断面模式図（図１６（ａ））と平面模式図（図１６（ａ））である。 ファインバブル製造装置の変形例２を示す模式図である。 ファインバブル製造装置の変形例３を示す模式図である。
以下に本発明の実施形態について説明する。なお、これらの実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
（ファインバブル製造装置）
図１に本発明の実施形態に係るファインバブル製造装置１を示す。本実施形態におけるファインバブル製造装置１は、本発明に係るファインバブル製造器２（図１中では２Ａ及び２Ｂ。）を備え、液体として原料水Ｗを、気体として空気Ａを原料として、空気のファインバブルを含むバブル水Ｂを製造するものである。原料水Ｗはイオン交換水や、水道水その他であってもよい。
図１に示すように、ファインバブル製造装置１は、原料水Ｗを貯留するタンクＴと、タンクＴからの原料水Ｗを圧送する供給ポンプ３Ａと、２つのファインバブル製造器２Ａ，２Ｂを備えている。タンクＴからは原料水Ｗが吸込み流路３１１を経て供給ポンプ３Ａに供給され、この供給ポンプ３Ａの吐出流路３１２は、第１分岐部Ｄ１で循環流路３１３と供給流路３１４に分岐する。第１分岐部Ｄ１から分岐する一方の循環流路３１３には、気液混合器３２と循環流量調節弁３３が配設されている。気液混合器３２は空気Ａを吸引して原料水Ｗと混合して混合流体Ｍとするものであり、生成した混合流体Ｍは供給ポンプ３Ａの吸込側に循環させられる。供給ポンプ３Ａの吸込側には吸込圧力計３６が、吐出側には吐出圧力計３７が配設されている。タンクＴには、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂにより製造されたファインバブルを含むバブル水Ｂを需要先に払い出すための払出ポンプ３Ｂも接続されている。供給ポンプ３Ａへの原料水Ｗの供給はタンクＴからでなくとも、図示しない別の渦巻ポンプ等からであってもよい。
気液混合器３２では、供給ポンプ３Ａにより昇圧された原料水Ｗが、気液混合器３２内部で減圧されることにより低圧部が発生し、当該低圧部から空気Ａを吸引して原料水Ｗと混合されて混合流体Ｍを生成する。気液混合器３２に供給される原料水Ｗ又は気液混合器３２に循環される混合流体Ｍの流量は、気液混合器３２の上流に配設された循環流量調節弁３３により調節される。気液混合器３２から吸引する空気Ａの流量は、気液混合器３２に配設された気体流量調節弁３４により調節される。以上により、循環流量調節弁３３及び気体流量調節弁３４の開度を調整することにより、混合流体Ｍ中の空気Ａの濃度を調節することができる。なお、供給ポンプ３Ａの起動時には、気液混合器３２には原料水Ｗが供給され、その後は空気Ａと原料水Ｗが混合された混合流体Ｍが供給される。
供給ポンプ３Ａの吸込側に循環させられた混合流体Ｍは、タンクＴからの原料水Ｗと合流し、再び供給ポンプ３Ａにより昇圧されて吐出流路３１２に送られる。そして、混合流体Ｍの一部は、供給ポンプ３Ａの吐出流路３１２下流の第１分岐部Ｄ１から分岐して、再び循環流路３１３に配設された気液混合器３２に供給されて空気Ａと混合される。そのため、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂに供給される混合流体Ｍに含まれる空気Ａの濃度を高くすることができる。
一方、吐出流路３１２下流の第１分岐部Ｄ１から分岐した他方の供給流路３１４は、第２分岐部Ｄ２でさらに第１分岐供給流路３１５及び第２分岐供給流路３１６の２つの流路に分岐する。第１分岐供給流路３１５は２つの分岐流路３１５ａ及び３１５ｂに分岐され、分岐流路３１５ａ，３１５ｂから混合流体Ｍがファインバブル製造器２Ａに供給される。第２分岐供給流路３１６は２つの分岐流路３１６ａ及び３１６ｂに分岐され、分岐流路３１６ａ，３１６ｂから混合流体Ｍがファインバブル製造器２Ｂに供給される。第２分岐部Ｄ２の下流であってファインバブル製造器２Ｂの上流に配設されている供給流量調節弁３５は、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂの各々に供給される混合流体Ｍの流量を調節することができる。
各々のファインバブル製造器２Ａ，２Ｂの出口には、各々排出流路４１１，４１２が接続されている。排出流路４１１には、ファインバブル製造器２Ａから排出されるバブル水Ｂ中のバブル濃度を測定するための濃度計４２が配設され、濃度計４２の測定値は制御機構５に入力される。制御機構５は入力部５１と出力部５２を備え、濃度計４２の測定値と入力部５１に入力された値に基づき出力部５２から制御信号を出力し、循環流量調節弁３３や気体流量調節弁３４の開度等の調整により、バブル水Ｂ中のバブル濃度が所望の濃度となるように制御する。
（ファインバブル製造器）
図２は、本実施形態のファインバブル製造器２（２Ａ，２Ｂ）を示す縦断面の模式図である。なお、本実施形態ではファインバブル製造器２Ａとファインバブル製造器２Ｂは全く同じものであり、単にファインバブル製造器２と表記する場合は、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂをいうものとする。ファインバブル製造器２は、略Ｔ字形状で３つの開口部を備えるケーシング２１と、前記ケーシング２１の対向する２つの第１供給開口部２１１及び第２供給開口部２１２に第１旋回機構２２及び第２旋回機構２３が配設され、第１旋回機構２２及び第２旋回機構２３の間に衝突室２４が形成されている。混合流体Ｍを第１旋回機構２２及び第２旋回機構２３へ供給するために、第１旋回機構２２上流の第１供給ノズル２５ａに分岐流路３１５ａが接続され、第２旋回機構２３上流の第２供給ノズル２５ｂに分岐流路３１５ｂが接続されている。ケーシング２１の第１供給開口部２１１及び第１供給ノズル２５ａの端部はフランジ形状であり、その間に第１旋回機構２２の第１環状板部２２３がボルト及びナットにより固定されている。ケーシング２１の第２供給開口部２１２及び第２供給ノズル２５ｂの端部も同様にフランジ形状であり、その間に第２旋回機構２３の第２環状板部２３３がボルト及びナットにより固定されている。なお、各ボルト及びナットの間には、流体の漏洩を防ぐために適宜の位置にシール部材が配されている。
ケーシング２１の排出開口部２１３の下流には、多孔板２６及び排出ノズル２７が配設され、ケーシング２１内部で生成したファインバブルを含むバブル水Ｂが多孔板２６に設けられた排出孔２６１及び排出ノズル２７を通過して、ファインバブル製造器２Ａから排出流路４１１へ、ファインバブル製造器２Ｂから排出流路４１２へ排出される。ケーシング２１の排出開口部２１３及び排出ノズル２７の端部はフランジ形状であり、その間に多孔板２６がボルト及びナットにより固定され、ボルト及びナットの間には流体の漏洩を防ぐために適宜の位置にシール部材が配されている。なお、ケーシング２１を略十字形状として、２つの排出ノズル２７及び多孔板２６を備えるようにしてもよい。例えば、図２において、ケーシング２１中央の衝突室２４から下方に伸びるように、さらに排出ノズル２７及び多孔板２６を配設することにより、衝突室２４からバブル水Ｂが均等に排出されるようになる。
図３（ａ）はファインバブル製造器２に配設された第１旋回機構２２を示す縦断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の矢視Ａ－Ａからの底面図である。第１旋回機構２２は、一方端部が略円筒形状である第１円筒部２２１と、他方端部が略円錐台形状である第１突出部２２２とにより形成されている。第１円筒部２２１の外周部には第１環状板部２２３を備え、第１環状板部２２３にはケーシング２１の第１供給開口部２１１及び第１供給ノズル２５ａ間への固定用のボルト穴２２４が形成され、ボルト及びナットによりケーシング２１の第１供給開口部２１１及び第１供給ノズル２５ａ間に固定される。
第１旋回機構２２の内部には第１旋回室２２５が形成され、第１旋回室２２５は略円筒形状の円筒形状部２２５ａと、軸方向に略三角形状の断面を有する円錐台形状の縮小部２２５ｂとにより形成されている。第１旋回機構２２には、混合流体Ｍを第１供給ノズル２５ａから第１旋回室２２５内に流入させるために、第１円筒部２２１を貫いて第１流入孔２２６が形成され、さらに第１流入孔２２６の出口開口部２２６ｂに繋がり、且つ同じ方向に伸びるように、断面が半円形状の第１導入溝２２７が第１旋回室２２５の円筒形状部２２５ａの壁面に沿って形成されている。第１円筒部２２１の外壁には、第１流入孔２２６の入口開口部２２６ａが形成され、混合流体Ｍを第１旋回室２２５内部に導入する。縮小部２２５ｂの突出部分には第１流出孔２２８が形成されている。また、円筒形状部２２５ａの端部には、第１旋回室２２５内部の保守点検のために取り外し可能な蓋体２２９が配設されている。蓋体２２９は取り外し可能なように、例えばネジ機構により第１旋回室２２５の内壁と嵌合して固定されている。
図４（ａ）は第２旋回機構２３を示す縦断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢視Ａ－Ａからの底面図である。第２旋回機構２３は第１旋回機構２２と同様に、一方端部が略円筒形状である第２円筒部２３１と、他方端部が略円錐台形状である第２突出部２３２とにより形成されている。第２円筒部２３１の外周部には第２環状板部２３３を備え、第２環状板部２３３にはケーシング２１の第２供給開口部２１２及び第２供給ノズル２５ｂ間への固定用のボルト穴２３４が形成され、ボルト及びナットによりケーシング２１の第２供給開口部２１２及び第２供給ノズル２５ｂ間に固定される。
第２旋回機構２３の内部には第２旋回室２３５が形成され、第２旋回室２３５は略円筒形状の円筒形状部２３５ａと、軸方向に略三角形状の断面を有する円錐台形状の縮小部２３５ｂとにより形成されている。第２旋回機構２３には、混合流体Ｍを第２供給ノズル２５ｂから第２旋回室２３５内に流入させるために、第２円筒部２３１を貫いて第２流入孔２３６が形成され、さらに第２流入孔２３６の出口開口部２３６ｂに繋がり、且つ同じ方向に伸びるように、断面が半円形状の第２導入溝２３７が第２旋回室２３５の円筒形状部２３５ａの壁面に沿って形成されている。第２円筒部２３１の外壁には、第２流入孔２３６の入口開口部２３６ａが形成され、混合流体Ｍを第２旋回室２３５内部に導入する。縮小部２３５ｂの突出部分には第２流出孔２３８が形成されている。また、円筒形状部２３５ａの端部には、第２旋回室２３５内部の保守点検のために取り外し可能な蓋体２３９が配設されている。蓋体２３９は取り外し可能なように、例えばネジ機構により第２旋回室２３５の内壁と嵌合して固定されている。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１旋回機構２２における第１流入孔２２６及び第１導入溝２２７は、第１旋回室２２５の中心軸に対する垂直面において接線方向に形成されていると共に、第１旋回室２２５の中心軸の垂直面に対して角度θを成すように形成されている。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第２旋回機構２３における第２流入孔２３６及び第２導入溝２３７は、第２旋回室２３５の中心軸に対する垂直面において接線方向に形成されていると共に、第２旋回室２３５の中心軸の垂直面に対して角度θを成すように形成されている。第１流入孔２２６及び第１導入溝２２７が第１旋回室２２５の中心軸の垂直面に対して形成する角度θは、１５°以下とすることができ、好ましくは５°～１５°が良く、更に好ましくは８°～１２°が良い。第２流入孔２３６及び第２導入溝２３７が第２旋回室２３５の中心軸の垂直面に対して形成する角度θについても同様である。一方、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、第１旋回機構２２における第１流入孔２２６及び第１導入溝２２７は、第２旋回機構２３における第２流入孔２３６及び第２導入溝２３７に対して、各々の旋回機構の中心軸に対して対称に形成されている。
排出路となるケーシング２１の排出開口部２１３出口には、図５に示す多孔板２６が配設され、さらに排出ノズル２７と連通している。多孔板２６には、内周部に衝突室２４で生成したファインバブルを含むバブル水Ｂの排出孔２６１（ここでは１０の排出孔。）が形成され、外周部にはボルト穴２６２が形成されている。そして、多孔板２６と、第１旋回機構２２及び第２旋回機構２３の外壁と、ケーシング２１の内壁により衝突室２４を形成する。なお、ファインバブル製造器２Ａの排出ノズル２７は排出流路４１１へ、ファインバブル製造器２Ｂの排出ノズル２７は排出流路４１２へフランジや溶接等の適宜な方法により接続され、ファインバブルを含むバブル水Ｂは排出流路４１１，４１２を経てタンクＴに戻される。
以上のファインバブル製造器２Ａ，２Ｂを有するファインバブル製造装置１において、供給ポンプ３Ａを図示しない電源により駆動させると、タンクＴからの原料水Ｗが供給ポンプ３Ａにより昇圧され、吐出流路３１２の第１分岐部Ｄ１に到達する。第１分岐部Ｄ１に到達した原料水Ｗの一部は循環流路３１３に流入し、他は供給流路３１４から第２分岐部Ｄ２に到達する。循環流路３１３に流入した原料水Ｗは、循環流路３１３中に配設される気液混合器３２により吸引された空気Ａと混合されて混合流体Ｍとなり、供給ポンプ３Ａの吸込流路３１１に戻され、タンクＴからの原料水Ｗと合流して供給ポンプ３Ａにより昇圧されて再び吐出流路３１２に流入する。一方、第２分岐部Ｄ２に到達した混合流体Ｍは、第１分岐供給流路３１５及び第２分岐供給流路３１６に分岐される。そして、第１分岐供給流路３１５に流入した混合流体Ｍは、さらに分岐流路３１５ａ，３１５ｂに分岐されて、ファインバブル製造器２Ａの第１供給ノズル２５ａ，第２供給ノズル２５ｂからファインバブル製造器２Ａ内部へ流入する。第２分岐供給流路３１６へ流入した混合流体Ｍは、供給流量調節弁３５を経て同様に分岐流路３１６ａ，３１６ｂに分岐されて、ファインバブル製造器２Ｂの第１供給ノズル２５ａ，第２供給ノズル２５ｂからファインバブル製造器２Ｂ内部へ流入する。
なお、供給ポンプ３Ａの駆動直後は、混合流体Ｍに含まれる空気Ａの量が少ないため、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂで製造されるバブル水Ｂ中のバブル濃度が低くなってしまう。そのため、供給ポンプ３Ａの駆動直後は、循環流量調節弁３３の開度を大きくすると共に払出ポンプ３Ｂを使用せず、タンクＴに貯留されたバブル水Ｂを全て供給ポンプ３Ａからファインバブル製造器２Ａ，２Ｂに供給してファインバブル製造装置１内を循環させ、バブル水Ｂ中のバブル濃度を高くしてもよい。
ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂの各々の第１供給ノズル２５ａ及び第２供給ノズル２５ｂからファインバブル製造器２Ａ，２Ｂ内部に流入した混合流体Ｍは、次いで第１旋回機構２２の外周部に開く第１流入孔２２６の入口開口部２２６ａから第１旋回室２２５内部に流入し、第２旋回機構２３の外周部に開く第２流入孔２３６の入口開口部２３６ａから第２旋回室２３５内部に流入する。なお、すでに説明した通り２つのファインバブル製造器２Ａ，２Ｂは全く同じものなので、以降の本実施形態についての説明はファインバブル製造器２Ａ，２Ｂについて共通する。
第１旋回室２２５内部に流入した混合流体Ｍは、第１流入孔２２６に繋がる第１旋回室２２５の内壁面に形成された断面が半円形状の第１導入溝２２７に導かれ、第１旋回室２２５の内壁に沿って接線方向に高速で流れるため、第１旋回室２２５内で軸線方向を中心軸とする高速の第１旋回流Ｓ１となる。さらに、第１旋回室２２５の中心軸に対する垂直面の断面積は円筒形状部２２５ａから第１流出孔２２８に向かって縮小部２２５ｂで漸次縮小するため、生成した第１旋回流Ｓ１はさらに高速の旋回流となって第１流出孔２２８から流出する。
一方、第２旋回室２３５内部に流入した混合流体Ｍも、第２流入孔２３６に繋がる第２旋回室２３５の内壁面に形成された断面が半円形状の第２導入溝２３７に導かれ、第２旋回室２３５の内壁に沿って接線方向に高速で流れるため、第２旋回室２３５内で軸線方向を中心軸とする高速の第２旋回流Ｓ２となる。さらに、第１旋回室２２５と同様に第２旋回室２３５の中心軸に対する垂直面の断面積も円筒形状部２３５ａから第２流出孔２３８に向かって縮小部２３５ｂで漸次縮小するため、生成した第２旋回流Ｓ２はさらに高速の旋回流となって第２流出孔２３８から流出する。
なお、図３（ａ）及び図４（ａ）に示したように、第１旋回機構２２における第１流入孔２２６及び第１導入溝２２７は、第２旋回機構２３における第２流入孔２３６及び第２導入溝２３７に対して、各々の旋回機構の中心軸とは対称に形成されているため、第１旋回機構２２で形成される第１旋回流Ｓ１は、第２旋回機構２３で形成される第２旋回流Ｓ２に対して反対方向に旋回する。
第１旋回機構２２の第１流入孔２２６及び第１導入溝２２７は、第１旋回機構２２の中心軸に対する垂直面において接線方向、且つ中心軸に対する垂直面に対して角度θを成すように形成されている。そのため、第１旋回室２２５内に角度θを成して流入した混合流体Ｍは、第１導入溝２２７に案内されて確実に第１旋回流Ｓ１を生成することができる。同様に、第２旋回機構２３の第２流入孔２３６及び第２導入溝２３７は、第２旋回機構２３の中心軸に対する垂直面において接線方向、且つ中心軸に対する垂直面に対して角度θを成すように形成されている。そのため、第２旋回室２３５内に角度θを成して流入した混合流体Ｍは、第２導入溝２３７に案内されて確実に第２旋回流Ｓ２を生成することができる。
第１旋回機構２２の第１流出孔２２８及び第２旋回機構２３の第２流出孔２３８は小径に形成されているため、第１旋回流Ｓ１及び第２旋回流Ｓ２は高速の噴流となって衝突室２４内に流出する。さらに、第１旋回流Ｓ１及び第２旋回流Ｓ２は、各々の旋回流に対して逆方向に旋回しているため、衝突室２４内で大きな衝撃力を伴い激しく衝突する。これにより、混合流体Ｍから生成した第１旋回流Ｓ１及び第２旋回流Ｓ２中に含まれる空気Ａが効果的に微細化され、空気のファインバブルを含むバブル水Ｂが生成される。
衝突室２４で生成したファインバブルを含むバブル水Ｂは、ケーシング２１の排出開口部２１３出口に配設された多孔板２６に到達し、図５に示す多孔板２６に形成された排出孔２６１を通過して排出ノズル２７から排出される。多孔板２６に形成された複数の排出孔２６１（ここでは１０の排出孔。）は、衝突室２４内部を所定の圧力に保持するためのものであり、排出孔２６１の個数及び内径は、ファインバブル製造器２のサイズ、設計条件、運転条件等により適宜に変更することができる。ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂの排出ノズル２７から排出されたバブル水Ｂは排出流路４１１，４１２からタンクＴに流入し、タンクＴに供給される原料水Ｗと共に一部は払出ポンプ３Ｂにより需要先に払い出され、残りは供給ポンプ３Ａにより再びファインバブル製造器２Ａ，２Ｂに供給される。
本ファインバブル製造装置１において、供給流量調節弁３５によりファインバブル製造器２Ａ，２Ｂの各々に供給される混合流体Ｍの流量を調節することができる。例えば、供給流量調節弁３５の開度を大きくすれば、ファインバブル製造器２Ａへ供給される混合流体Ｍの流量が小さくなり、ファインバブル製造器２Ｂに供給される混合流体Ｍの流量が大きくなる。逆に、供給流量調節弁３５の開度を小さくすれば、ファインバブル製造器２Ａへ供給される混合流体Ｍの流量が大きくなり、ファインバブル製造器２Ｂに供給される混合流体Ｍの流量が小さくなる。これらの操作により各々のファインバブル製造器２Ａ，２Ｂから製造されるバブル水Ｂ中のナノバブルやマイクロバブルのバブル径、バブル濃度及びバブル径分布を制御することができる。
タンクＴに排出されたバブル水Ｂは、再び供給ポンプ３Ａによりファインバブル製造器２Ａ，２Ｂに供給されて循環させられることにより、さらにバブル水Ｂに含まれるファインバブルの気泡径を微細にすることが可能である。そのため、バブル水Ｂに含まれるナノバブルの濃度を高くし、バブル個数を増加させることができる。
制御機構５は、ファインバブル製造器２Ａから排出されるバブル水Ｂ中のバブル径及びバブル濃度と、バブル水Ｂの流量の設定値が入力される入力部５１に接続されている。そして、濃度計４２の測定値に基づいてファインバブル製造器２Ａからのバブル水Ｂ中のバブル濃度が、入力部５１に入力された設定濃度となるように、出力部５２により混合流体Ｍの循環流量調節弁３３の開度と、気体流量調節弁３４の開度と、供給ポンプ３Ａの吐出流量とを制御する。
例えば、濃度計４２によるバブル水Ｂ中のバブル濃度の測定値が目標値よりも低い場合には、循環流量調節弁３３及び気体流量調節弁３４の開度を大きくして、循環流路３１３への混合流体Ｍの流量及び気液混合器３２から吸い込まれる空気Ａの流量を増加させることができる。これにより、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂに供給される混合流体Ｍの流量が減少すると共に、混合流体Ｍに含まれる空気Ａの量が増加する。そのため、生成するバブル水Ｂの流量が減少し、バブル水Ｂ中のバブル濃度が増大するとともに、バブル径が大きくなって広い範囲に分布するようになる。
上記において生成するバブル水Ｂの流量を減少させずに、バブル水Ｂ中のバブル濃度を増加させ、バブル径を小さくして狭い範囲に分布するようにしたい場合には、供給ポンプ３Ａの吐出流量を増加させればよい。この場合において、気体流量調節弁３４の開度を循環流量調節弁３３の開度に追随させて、循環流路３１３への混合流体Ｍの流量に対して所定の流量比で空気Ａを供給するようにしてもよい。
一方、濃度計４２によるバブル濃度の測定値が目標値よりも高い場合には、循環流量調節弁３３及び気体流量調節弁３４の開度を小さくして、循環流路３１３への混合流体Ｍの流量及び気液混合器３２から吸い込まれる空気Ａの流量を減少させることができる。これにより、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂに供給される混合流体Ｍの流量が増加すると共に、混合流体Ｍに含まれる空気Ａの量が減少する。そのため、生成するバブル水Ｂの流量が増加し、バブル水Ｂ中のバブル濃度が減少すると共に、バブル径が小さくなって狭い範囲に分布するようになる。
また、制御機構５により気液混合器３２の気体流量調節弁３４の開度のみを調節することで、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂから排出されるバブル水Ｂ中のバブル粒径分布を調節することができる。例えば、循環流量調節弁３３を所定の開度に保持した状態で、気体流量調節弁３４の開度を大きくすることにより粒径の大きいバブルの割合が増加し、気体流量調節弁３４の開度を小さくすることにより粒径の大きいバブルの割合が減少し、粒径の小さいバブルの割合が増加する。
以上により、制御機構５は、入力部５１に入力されたバブル径、バブル濃度、バブル水Ｂの流量に基づき、出力部５２により循環流量調節弁３３の開度と、気体流量調節弁３４の開度と、供給ポンプ３Ａの吐出流量とを調節する。そして、入力部５１に入力されたバブル濃度、バブル径、設定流量のファインバブルを含むバブル水Ｂを、ファインバブル製造器２Ａから安定して排出することができる。
なお、ファインバブル製造装置１の運転に際しては、供給流量調節弁３５を全閉として、ファインバブル製造器２Ａのみによりファインバブルを含むバブル水Ｂを生成してもよい。このようにしても、供給ポンプ３Ａの吐出流量と、循環流量調節弁３３と気体流量調節弁３４の開度を調節することにより、所望のバブル径、バブル濃度、流量のファインバブルを含むバブル水Ｂを得ることができるからである。
また、ファインバブル製造装置１の制御をより容易にするために、供給流量調節弁３５をファインバブル製造器２Ａ，２Ｂの両方の入口に配設して、各々のファインバブル製造器２Ａ，２Ｂへの混合流体Ｍの流量を独立して調節できるようにしてもよい。さらに、ファインバブル製造装置１により製造するファインバブルを含むバブル水Ｂの流量を増加させるために、第２分岐部Ｄ２から分岐される分岐供給流路を３つ以上として各々の分岐供給流路にファインバブル製造器２を配設してもよい。この場合において、各分岐供給流路に供給流量調節弁３５を設けてもよく、また、各ファインバブル製造器２の各々の排出流路によりタンクＴに排出してもよいし、１つの排出流路にまとめてタンクＴに排出してもよい。
（ファインバブル製造器の変形例１）
図６は、ファインバブル製造器の変形例１による第１旋回機構２２ａを示す縦断面図である。本発明におけるファインバブル製造器２において、図３（ａ）に示したように第１旋回室２２５の縮小部２２５ｂは軸方向に略三角形状の断面を有する円錐台形状であるが、本変形例１に示すように、縮小部２２５ｃはラッパ管形状でもよい。縮小部２２５ｃがラッパ管形状であっても、第１旋回室２２５の中心軸に対する垂直面の断面積が縮小部２２５ｃで第１流出孔２２８に向かって漸次縮小するため、円筒形状部２２５ａで生成した第１旋回流Ｓ１はさらに高速の旋回流となって第１流出孔２２８から流出するからである。同様に第２旋回機構２３ａの第２旋回室２３５においても、図６に示したようなラッパ管形状の縮小部２３５ｃであってもよい。
さらに、本変形例１においては、図７に示すように第１旋回機構２２ｂにおいて半楕円体形状を有する縮小部２２５ｄであってもよい。縮小部２２５ｄが半楕円体形状であっても、円筒形状部２２５ａで生成した第１旋回流Ｓ１は、第１旋回室２２５の中心軸に対する垂直面の断面積が縮小部２２５ｄで第１流出孔２２８に向かって漸次縮小するため、第１旋回流Ｓ１はさらに高速の旋回流となって第１流出孔２２８から流出するからである。同様に第２旋回機構２３ｂの第２旋回室２３５においても、図７に示したような半楕円体形状の縮小部２３５ｄであってもよい。
（ファインバブル製造器の変形例２）
図８は、変形例２によるファインバブル製造器２Ｃを示す模式図である。ファインバブル製造器２Ｃでは、第１旋回機構２２及び第２旋回機構２３へ混合流体Ｍを供給するための第１供給ノズル２５ａ，第２供給ノズル２５ｂを、第１流入孔２２６の入口開口部２３６ａ及び第２流入孔２３６の入口開口部２３６ａに直接接続される第１供給ノズル２５ｃ，第２供給ノズル２５ｄとしている。このようにしても、混合流体Ｍは第１旋回機構２２の第１旋回室２２５及び第２旋回機構２３の第２旋回室２３５の内部に供給され、第１旋回流Ｓ１及び第２旋回流Ｓ２を生成する。第１供給ノズル２５ｃ，第２供給ノズル２５ｄのような形状にすることにより、分岐流路３１５ａ，３１５ｂとはフランジ接続とする必要がなくなるため、ファインバブル製造器２Ｃの取り扱いが容易になる。
（ファインバブル製造器の変形例３）
図９は、変形例３によるファインバブル製造器２Ｄを示す模式図であり、図１０（ａ）はファインバブル製造器２Ｄに使用される第１旋回機構２２ｃの縦断面図で、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の矢視Ａ－Ａからの底面図である。ファインバブル製造器２Ｄにおけるケーシング２１ａは、供給開口部２１１ａ及び排出開口部２１３ａの２つの開口部のみを有し、供給開口部２１１ａと供給ノズル２５ｅの間に第２旋回機構２３が配設され、排出開口部２１３ａと排出ノズル２７ａの間に第１旋回機構２２ｃが配設されている。実施形態のファインバブル製造器２Ａ，２Ｂには、混合流体Ｍは２つの第１供給ノズル２５ａ，第２供給ノズル２５ｂから供給されるが、本変形例３では、混合流体Ｍは供給開口部２１１ａに連通された供給ノズル２５ｅのみからファインバブル製造器２Ｄに供給される。すなわち、第２旋回機構２３の第２旋回室２３５には、第２円筒部２３１の外周部に開く第２流入孔２３６の入口開口部２３６ａから混合流体Ｍが供給され、第１旋回機構２２ｃの第１旋回室２２５には、供給ノズル２５ｅから分岐した分岐供給ノズル２５ｆを介して、第１円筒部２２１の外周部に開く第１流入孔２２６の入口開口部２２６ａから混合流体Ｍが供給される。そして、衝突室２４ａで生成したバブル水Ｂは、第１旋回機構２２ｃの第１環状板部２２３ａに形成された排出孔２６１ａ（図１０（ａ），図１０（ｂ）参照。）を通過し、ケーシング２１ａの排出開口部２１３ａに連通する排出ノズル２７ａから排出される。このようなファインバブル製造器２Ｄは、供給ノズル２５ｅと排出ノズル２７ａが同じ方向に位置するため、ファインバブル製造装置１内での配管への接続が容易になり、取り扱いが容易になる。
（ファインバブル製造器の変形例４）
図１１は、本発明に係るファインバブル製造器の変形例４を示す模式図である。本変形例４におけるファインバブル製造器２Ｅでは、混合流体Ｍが供給ノズル２５から４つの旋回機構２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇに供給され、生成するバブル水Ｂは、各旋回機構２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇの軸線が交差する位置に対して垂直上方及び／又は垂直下方に設けられた排出ノズル２７（図示せず。）から排出される。各旋回機構２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇの軸線の延長線を同じ位置で交差させることにより、各旋回機構２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇから流出する旋回流Ｓを同じ位置で衝突させられるため、生成するバブル水Ｂ中のバブルを微細にすることができる。図１１のように旋回機構の数を多くすることにより発生するバブル水Ｂの流量を多くすることができる。なお、各旋回機構２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇの軸線が交差する位置から各旋回機構までの距離は、略同等であることが望ましい。また、旋回機構２２は４つに限定されず、３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。
（ファインバブル製造装置の変形例１）
図１２は、変形例１によるファインバブル製造装置１Ａを示す模式図である。ファインバブル製造装置１Ａは、気液混合器３２の下流に図１３に示す積層型混合器６を配設して、混合流体Ｍ中に含まれる空気Ａを循環流路３１３でさらに微細化する。積層型混合器６は、例えば、短管６９内部に図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すエレメント６１ａ，６１ｂが複数枚積層された積層体６２と、積層体６２を挟んで対向配置されている図１５（ａ）に示す第１板６３及び図１５（ｂ）に示す第２板６４により形成される撹拌体６５を収容したものである。撹拌体６５を形成するエレメント６１ａ，６１ｂ、第１板６３、及び第２板６４は、ボルト６６及びナット６７により係止されている。
前記エレメント６１ａ，６１ｂは、ボルト６６用の中心孔６１３と、仕切壁６１１で区切られた複数の貫通孔６１２とを有し、前記第２板６４は、前記エレメント６１ａ，６１ｂの少なくとも１つの貫通孔６１２に連通する開口部６４２を有している。積層体６２において前記エレメント６１ａ，６１ｂは、前記貫通孔６１２の一部又は全部が、隣接するエレメント６１ａ，６１ｂの貫通孔６１２とその位置をずらせて部分的に重なり合うように配置され、且つ隣接するエレメント６１ａ，６１ｂの貫通孔６１２との間で流体を流通可能に連通している。そのため、図１６に示すように、積層体６２に流入した流体は、エレメント６１ａ，６１ｂの積層方向（図１６（ａ）参照。）と延在方向（図１６（ｂ）参照。）とに分割及び合流するように流れる。なお、エレメント６１ａ，６１ｂには、重ね合わせを容易にする目的で、重ね位置を特定するための切欠き部６１４が形成されている（図１４参照。）。
第１板６３は、図１５（ａ）に示すように、ボルト６６用の中心孔６３１のみを有する円板である。第２板６４は、図１５（ｂ）に示すように、ボルト６６用の中心孔６４１とともに、中央部に混合流体Ｍを通過させるために２つの略Ｃ形の開口部６４２を有している。第１板６３の外径は、第２板６４及びエレメント６１ａ，６１ｂよりも小径であり、第２板６４の外径は、エレメント６１ａ，６１ｂと略同一である。従って、図１３に示すように、撹拌体６５は、第１板６３の外周部の外側においてエレメント６１ａ，６１ｂの貫通孔６１２が露出され、また、第２板６４の中央部の開口部６４２においてエレメント６１ａ，６１ｂの貫通孔６１２が露出されている。
以上を基本構成とする撹拌体６５は、図１３に示すように、上流側から第１板６３－積層体６２－第２板６４－積層体６２－第１板６３の構成を有する。このような撹拌体６５を有する積層型混合器６に供給された混合流体Ｍは、上流側の第１板６３の外周部の外側に露出するエレメント６１ａの貫通孔６１２より上流側の積層体６２に流入し、積層体６２内部を流通した後に、第２板６４の中央部の開口部６４２を通過して下流側の積層体６２に流入する。下流側の積層体６２に流入した混合流体Ｍは、積層体６２内部を流通した後に、下流側の第１板６３の外周部の外側に露出するエレメント６１ｂの貫通孔６１２より流出する。そして、２つの積層体６２内部を流通する際に、混合流体Ｍは分割、合流、せん断、渦流等の作用を受けながら流れるため、混合流体Ｍ中の空気Ａをさらに微細化することができる。
以上により、積層型混合器６により気液混合器３２から流入した混合流体Ｍ中の空気Ａをさらに微細化することができるので、ファインバブル製造器２Ａ，２Ｂにより製造されるバブル水Ｂ中に含まれるバブル径をさらに小さくすることができる。なお、図１３の積層型混合器６においては、短管６９から撹拌体６５が飛び出さないように、短管６９の内壁に段付き部６９１を配設し、短管６９内部に巻きバネ６８を配設しているが、他の手段により撹拌体６５が飛び出さないようにしてもよい。
（ファインバブル製造装置の変形例２）
図１７は、変形例２によるファインバブル製造装置１Ｂを示す模式図である。ファインバブル製造装置１Ｂにおける制御機構５は、供給ポンプ３Ａの電力負荷と、循環流量調節弁３３の開度と、気体流量調節弁３４の開度と、供給流量調節弁３５の開度と、吸込圧力計３６及び吐出圧力計３７の測定値に対応して、ファインバブル製造器２Ａから排出されるバブル水Ｂの流量、バブル水Ｂ中のバブル径とバブル濃度が格納されたデータテーブル５３を備えている。なお、供給ポンプ３Ａの電力負荷は、供給ポンプ３Ａに供給される電流値に基づいて定めることができる。
本変形例２において、図１７に示すファインバブル製造装置１Ｂを運転する場合には、入力部５１よりファインバブル製造器２Ａから排出されるバブル水Ｂの流量、バブル水Ｂ中のバブル径とバブル濃度が入力される。そうすると、制御機構５はデータテーブル５３を参照し、入力されたバブル水Ｂの流量、バブル径とバブル濃度になるような供給ポンプ３Ａの電力負荷と、循環流量調節弁３３と気体流量調節弁３４の開度を目標値として設定する。次いで制御機構５は、設定された供給ポンプ３Ａの電力負荷、循環流量調節弁３３と気体流量調節弁３４の開度が目標値となるように調節する。また、制御機構５は、供給流量調節弁３５の開度をも調節して、入力されたバブル水Ｂの流量、バブル径とバブル濃度になるように調節することができる。さらに、制御機構５は、吸込圧力計３６と吐出圧力計３７の測定値に基づいてデータテーブル５３を参照し、供給ポンプ３Ａの電力負荷と、循環流量調節弁３３と気体流量調節弁３４を調節することができる。なお、水温変化に対応するために、混合流体Ｍの温度を測定してデータテーブル５３に組み込み、制御におけるデータとしてもよい。
本変形例２において、制御機構５は、ファインバブル製造器２Ａから排出されるバブル水Ｂの流量と、バブル水Ｂ中のバブル径及びバブル濃度から、データテーブル５３を参照して供給ポンプ３Ａの電力負荷と、循環流量調節弁３３と気体流量調節弁３４の開度を設定するが、バブル径及びバブル濃度とバブル水Ｂの流量とをパラメータとする関数により、供給ポンプ３Ａの電力負荷と、循環流量調節弁３３と気体流量調節弁３４の開度を設定してもよい。また、吸込圧力計３６と吐出圧力計３７の測定値に基づく調節は、必ずしも行わなくてもよい。
（ファインバブル製造装置の変形例３）
図１８は、変形例３によるファインバブル製造装置１Ｃを示す模式図である。ファインバブル製造装置１Ｃは１つのファインバブル製造器２Ａのみを備える。ファインバブル製造器２Ａのみを備えるファインバブル製造装置１Ｃであっても、供給ポンプ３Ａの負荷、循環流量調節弁３３及び気体流量調節弁３４の開度を適宜に調整することにより、所望のファインバブルを含むバブル水Ｂを製造することができる。なお、本変形例３において、ファインバブル製造器２Ａの入口に供給流量調節弁３５を配設して、バブル径及びバブル濃度とバブル水Ｂの流量をさらに調節できるようにしてもよい。
上記実施形態においては液体として水を、気体として空気を使用したが、液体として微酸性電解水や生理食塩水、その他の各種の液体でもよく、気体としては水素、酸素、オゾン、窒素、二酸化炭素、その他の各種の気体でもよい。
本発明に係るファインバブル製造装置１、ファインバブル製造器２、及びファインバブル製造方法により製造したファインバブルは、種々の用途に用いることができる。例えば、医療及び医療関連業では、５８ｎｍを最頻粒径とする酸素ナノバブル水の経口投与による腫瘍の放射線治療と化学療法の治療効果の改善や（Ｊｏｓｈｕａ Ｏｗｅｎ，ｅｔ ａｌ．，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ３０，２０１６，ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１３７１／ｊｏｕｒｎａｌ．ｐｏｎｅ．０１６８０８８）、遺伝子や核酸医薬の臨床応用では、超音波と共にマイクロバブルやナノバブルの併用により標的組織及び標的細胞へのデリバリー効果増強の可能性が示されており（Ｙｏｋｏ Ｅｎｄｏ－Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ｅｔ ａｌ．，Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ，３４－２，１１６－１２３，（２０１９））、これらの用途に使用することができる。なお、これらの用途には、原料水Ｗとして純水、超純水、精製水、蒸留水、Ｍｉｌｌｉ－Ｑ水（登録商標）等の不純物が少ない原料水Ｗを使用することが好ましい。
また、本発明にかかるファインバブル製造装置１、ファインバブル製造器２、及びファインバブルを含む液体の製造方法により製造したファインバブルを含む液体は、魚類や牡蠣等を対象とした水産業や、養豚や養鶏等の畜産業において、成長促進や水質維持、排水浄化等のためにも使用することができる。
さらに、本発明にかかるファインバブル製造装置１、ファインバブル製造器２、及びファインバブル製造方法により製造したファインバブルを含む液体は、種々の用途に用いることができる。例えば、環境関連業、農業及び畜産業、食品関連業、電子工業、医療及び医療関連業、エネルギー関連産業、日用品関連業、製紙業、造船業及び機械製造業等の業種において、種々の処理や、製品の構成要素として利用することができる。なお、本発明は、以上の実施形態又は実施例に限定されるものではない。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ ファインバブル製造装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ ファインバブル製造器
２１，２１ａ ケーシング
２１１ （ケーシング２１の）第１供給開口部
２１１ａ （ケーシング２１ａの）供給開口部
２１２ （ケーシング２１の）第２供給開口部
２１３ （ケーシング２１の）排出開口部
２１３ａ （ケーシング２１ａの）排出開口部
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ 第１旋回機構
２２１ 第１円筒部
２２２ 第１突出部
２２３，２２３ａ 第１環状板部
２２４ ボルト穴
２２５ 第１旋回室
２２５ａ （第１旋回室の）円筒形状部
２２５ｂ，２２５ｃ，２２５ｄ （第１旋回室の）縮小部
２２６ 第１流入孔
２２６ａ （第１流入孔の）入口開口部
２２６ｂ （第１流入孔の）出口開口部
２２７ 第１導入溝
２２８ 第１流出孔
２２９ 蓋体
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 第２旋回機構
２３１ 第２円筒部
２３２ 第２突出部
２３３ 第２環状板部
２３４ ボルト穴
２３５ 第２旋回室
２３５ａ （第２旋回室の）円筒形状部
２３５ｂ，２３５ｃ，２３５ｄ （第２旋回室の）縮小部
２３６ 第２流入孔
２３６ａ （第２流入孔の）入口開口部
２３６ｂ （第２流入孔の）出口開口部
２３７ 第２導入溝
２３８ 第２流出孔
２３９ 蓋体
２４，２４ａ 衝突室
２５，２５ｅ 供給ノズル
２５ａ，２５ｃ 第１供給ノズル
２５ｂ，２５ｄ 第２供給ノズル
２５ｆ 分岐供給ノズル
２６ 多孔板
２６１，２６１ａ 排出孔
２６２ ボルト穴
２７，２７ａ 排出ノズル
３Ａ 供給ポンプ
３Ｂ 払出ポンプ
３１１ 吸込流路
３１２ 吐出流路
３１３ 循環流路
３１４ 供給流路
３１５ 第１分岐供給流路
３１５ａ，３１５ｂ （第１分岐供給流路の）分岐流路
３１６ 第２分岐供給流路
３１６ａ，３１６ｂ （第２分岐供給流路の）分岐流路
３２ 気液混合器
３３ 循環流量調節弁
３４ 気体流量調節弁
３５ 供給流量調節弁
３６ 吸込圧力計
３７ 吐出圧力計
４１１，４１２ 排出流路
４２ 濃度計
５ 制御機構
５１ 入力部
５２ 出力部
５３ データテーブル
６ 積層型混合器
Ａ 空気
Ｂ バブル水
Ｄ１ 第１分岐部
Ｄ２ 第２分岐部
Ｍ 混合流体
Ｓ 旋回流
Ｓ１ 第１旋回流
Ｓ２ 第２旋回流
Ｔ タンク
Ｗ 原料水

Claims (22)

  1. 複数の旋回機構によりファインバブルを含む液体を製造するファインバブル製造方法であって、
    前記複数の旋回機構の各旋回機構は、軸線に対して垂直方向の断面が円形状の旋回室と、流入孔と、流出孔とを備え、
    前記流入孔から前記旋回室内に液体と気体の混合流体を流入させる工程と、
    前記混合流体を前記旋回室内で旋回させて旋回流を生成する工程と、
    前記旋回流を前記流出孔から流出させる工程と、
    前記複数の旋回機構の各旋回機構の流出孔から流出する旋回流を衝突させてファインバブルを含む液体を製造する工程を含む、ファインバブル製造方法。
  2. 請求項１に記載のファインバブル製造方法において、
    前記旋回室の内壁には、前記流入孔に繋がる導入溝が形成され、
    前記混合流体が前記導入溝により前記旋回室の内壁に沿って流れる工程を含む、ファインバブル製造方法。
  3. 請求項１又は２に記載のファインバブル製造方法において、
    前記各旋回機構の軸線は略同一線上にあるか、
    又は前記各旋回機構の軸線が略同じ位置で交差する、ファインバブル製造方法。
  4. 請求項１～３に記載のファインバブル製造方法において、
    前記各旋回機構における軸線と垂直方向の旋回室の断面積は、前記流出孔に向けて縮小する、ファインバブル製造方法。
  5. 請求項１～４に記載のファインバブル製造方法において、
    前記流入孔と導入溝は、前記旋回機構の軸線の垂直面に対して傾斜角を有する、ファインバブル製造方法。
  6. 請求項１～５に記載のファインバブル製造方法において、
    前記複数の旋回機構の各旋回機構の流出孔から流出する旋回流を衝突させる衝突室を備え、
    前記ファインバブルを含む液体を排出させる排出路には、前記衝突室内部を所定圧力に保持するための多孔板が配設されている、ファインバブル製造方法。
  7. 液体と気体の混合流体からファインバブルを含む液体を製造するためのファインバブル製造器であって、
    前記ファインバブル製造器は、対向する第１供給開口部及び第２供給開口部と、排出開口部とを備えるケーシングと、
    前記第１供給開口部に連通され、前記混合流体を供給する第１供給ノズルと、
    前記第２供給開口部に連通され、前記混合流体を供給する第２供給ノズルと、
    前記排出開口部に連通され、前記ファインバブルを含む液体を排出する排出ノズルと、
    前記第１供給開口部と前記第１供給ノズルの間に配設され、前記混合流体が流入して旋回流を生成する第１旋回機構と、
    前記第２供給開口部と前記第２供給ノズルの間に配設され、前記混合流体が流入して旋回流を生成する第２旋回機構と、
    前記第１旋回機構から流出した第１旋回流と、前記第２旋回機構から流出した第２旋回流とを衝突させる衝突室と、
    前記衝突室で生成したファインバブルを含む液体を排出する排出口を備えた多孔板を、前記排出開口部と前記排出ノズルとの間に備え、
    前記第１旋回機構の軸線と前記第２旋回機構の軸線が略同一線上にある、ファインバブル製造器。
  8. 液体と気体の混合流体からファインバブルを含む液体を製造するためのファインバブル製造器であって、
    前記ファインバブル製造器は、供給開口部と排出開口部とを備えるケーシングと、
    前記供給開口部に連通され、前記混合流体を供給する供給ノズルと、
    前記排出開口部に連通され、前記ファインバブルを含む液体を排出する排出ノズルと、
    前記排出開口部と前記排出ノズルの間に配設され、前記供給ノズルから分岐した分岐供給ノズルから前記混合流体が流入して旋回流を生成する第１旋回機構と、
    前記供給開口部と前記供給ノズルの間に配設され、前記混合流体が流入して旋回流を生成する第２旋回機構と、
    前記第１旋回機構から流出した第１旋回流と、前記第２旋回機構から流出した第２旋回流とを衝突させる衝突室と、
    前記衝突室で生成したファインバブルを含む液体を排出する排出孔を前記第１旋回機構の外周に形成された第１環状板部に備え、
    前記第１旋回機構の軸線と前記第２旋回機構の軸線が略同一線上にある、ファインバブル製造器。
  9. 請求項７又は８に記載のファインバブル製造器において、
    前記第１旋回機構は、軸線に対して垂直方向の断面が円形状の第１旋回室と、前記第１旋回室内に前記混合流体を流入させる第１流入孔と、前記第１旋回室から前記混合流体を第１旋回流として流出させる第１流出孔とを備え、
    前記第２旋回機構は、軸線に対して垂直方向の断面が円形状の第２旋回室と、前記第２旋回室内に前記混合流体を流入させる第２流入孔と、前記第２旋回室から前記混合流体を第２旋回流として流出させる第２流出孔とを備える、ファインバブル製造器。
  10. 請求項７～９に記載のファインバブル製造器において、
    前記第１旋回室の内壁には、前記第１流入孔に繋がる第１導入溝が形成され、
    前記第２旋回室の内壁には、前記第２流入孔に繋がる第２導入溝が形成されている、ファインバブル製造器。
  11. 請求項７～１０に記載のファインバブル製造器において、
    前記第１旋回機構における軸線と垂直方向の第１旋回室の断面積は、第１流出孔に向けて縮小し、
    前記第２旋回機構における軸線と垂直方向の第２旋回室の断面積は、第２流出孔に向けて縮小する、ファインバブル製造器。
  12. 請求項７～１１に記載のファインバブル製造器において、
    前記第１流入孔と第１導入溝は、前記第１旋回機構の軸線の垂直面に対して傾斜角を有し、
    前記第２流入孔と第２導入溝は、前記第２旋回機構の軸線の垂直面に対して傾斜角を有する、ファインバブル製造器。
  13. 請求項７～１２に記載のファインバブル製造器において、
    前記ケーシングの排出開口部と前記排出ノズルの間に配設されている多孔板が、圧力調節弁である、ファインバブル製造器。
  14. 液体と気体の混合流体からファインバブルを含む液体を製造するためのファインバブル製造器であって、
    前記ファインバブル製造器は、複数の供給開口部と１つ又は２つ以上の排出開口部を備えるケーシングと、
    前記複数の供給開口部に１対１の関係で配設される複数の旋回機構及び供給ノズルと、
    前記１つ又は２つ以上の排出開口部に１対１の関係で配設される１つ又は２つ以上の多孔板及び排出ノズルと、
    前記複数の旋回機構に流入させて生成した複数の旋回流を衝突させる衝突室とを備え、
    前記衝突室で生成したファインバブルを含む液体を前記１つ又は２つ以上の排出ノズルから排出し、
    前記各旋回機構の軸線は略同一線上にあるか、
    又は前記各旋回機構の軸線が略同じ位置で交差する、ファインバブル製造器。
  15. 請求項７～１４に記載のファインバブル製造器を使用してファインバブルを含む液体を製造するファインバブル製造装置であって、
    流体を圧送する供給ポンプと、前記供給ポンプ下流の吐出流路から分岐して、流体を循環流路と供給流路に分岐する第１分岐部とを備え、
    前記循環流路には、前記供給ポンプから圧送された流体に気体を混合して混合流体とする気液混合器と、前記気液混合器への流体又は混合流体の流量を制御する循環流量調節弁とが配設され、
    前記供給流路には、前記混合流体が供給されるファインバブル製造器が配設され、
    前記ファインバブル製造器により製造されたファインバブルを含む液体を排出する排出流路とを備える、ファインバブル製造装置。
  16. 請求項１５に記載のファインバブル製造装置において、
    前記供給流路には供給流量調節弁が配設されている、ファインバブル製造装置。
  17. 請求項１５に記載のファインバブル製造装置において、
    前記供給流路の下流には、流体を複数の分岐供給流路に分岐する第２分岐部を備え、
    前記複数の分岐供給流路の各々には、前記ファインバブル製造器が配設され、
    前記複数のファインバブル製造器により製造されたファインバブルを含む液体を排出する排出流路とを備える、ファインバブル製造装置。
  18. 請求項１７に記載のファインバブル製造装置において、
    前記複数の分岐供給流路の内の１つ又は２つ以上の分岐供給流路には、供給流量調節弁が配設されている、ファインバブル製造装置。
  19. 請求項１５～１８に記載のファインバブル製造装置において、
    前記気液混合器の下流には、多孔板形状のエレメントを積層した積層型混合器を備える、ファインバブル製造装置。
  20. 請求項１５～１９に記載のファインバブル製造装置において、
    前記気液混合器は、流体へ混合する気体の流量を調節する気体流量調節弁を備える、ファインバブル製造装置。
  21. 請求項２０に記載のファインバブル製造装置において、
    前記排出流路には、前記ファインバブル製造器から排出される液体中のファインバブル濃度を測定する濃度計を備え、
    前記濃度計の測定値に基づいて、前記気体流量調節弁の開度と、前記循環流量調節弁の開度と、及び／又は前記供給ポンプの負荷を制御する制御機構とを備える、ファインバブル製造装置。
  22. 請求項２１に記載のファインバブル製造装置において、
    前記ファインバブル製造器から排出されるファインバブルを含む液体中のバブル径及びバブル濃度と、ファインバブルを含む液体の流量の目標値とが入力される入力部と、
    前記入力部に接続され、前記循環流量調節弁と、前記気体流量調節弁と、前記供給ポンプに接続された制御機構とを備え、
    前記制御機構は、前記循環流量調節弁の開度と、前記気体流量調節弁の開度と、前記供給ポンプの負荷の値に対応して、前記ファインバブル製造器から排出されるファインバブルを含む液体中のバブル径及びバブル濃度と、ファインバブルを含む液体の流量とが格納されたデータテーブルとを備え、
    前記制御機構は、前記入力部に入力された値に基づいて、前記データテーブルを参照して前記循環流量調節弁の開度と、前記気体流量調節弁の開度と、前記供給ポンプの負荷の目標値を設定し、前記目標値となるように、前記循環流量調節弁の開度と、前記気体流量調節弁の開度と、及び／又は前記供給ポンプの負荷とを制御する、ファインバブル製造装置。
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