JP2023047227A

JP2023047227A - 微細気泡発生方法

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Publication number: JP2023047227A
Application number: JP2021156189A
Authority: JP
Inventors: 正本田; Tadashi Honda; 幹雄小森; Mikio Komori
Original assignee: Nano Bubble Laboratory Corp
Current assignee: Nano Bubble Laboratory Corp
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2023-04-05
Anticipated expiration: 2041-09-24
Also published as: JP7164846B1

Abstract

【課題】本発明はナノレベル又はマイクロレベルの微細な気泡を発生させる微細気泡発生方法に関する。【解決手段】表面に所定形状の凹凸が形成され、微細気泡を生成する微細気泡生成部と、上記微細気泡生成装置によって生成された微細気泡を含む微細気泡含有水を測定し、この微細気泡含有水に含まれる微細気泡のサイズと数量を計測し、この測定結果である微細気泡のサイズと数量に基づいて、上記微細気泡生成装置に形成する表面の凹凸の形状を設定することを特徴とする微細気泡発生方法を提供することによって達成できる。【選択図】図１

Description

本発明はナノレベル又はマイクロレベルの微細な気泡を発生させる微細気泡発生方法に関する。

今日、ナノレベル、マイクロレベルの微細気泡について、その物性や発生のメカニズム、具体的な用途及びその実用化に関して研究が急速に進んでいる。例えば、汚染水の浄化や殺菌等の研究や、ナノオーダの微細気泡を含有する微細バブル含有水を用いた水性生物の育成、水田に微細バブルの含有水を供給して水質の向上を図る等の研究が行われている。

従来このような微細気泡の発生方法として、加圧溶解方式や、オリフィスやベンチュリー管方式、超音波振動の利用や、微細孔フィルタの使用等、多くの方式が提案されている。例えば、一例として、特許文献１がベンチュリ管方式の微細気泡発生方法を開示する。

この微細気泡発生方法は、流入した水や汚染水を一端貯留し、流路を介してベンチュリー管に供給し、このベンチュリー管を高速で通過させることによって負圧状態を生成し、水や汚染水に溶解している過飽和の空気が分離し、微細な気泡となることを利用する発明である。この為、細い管径のベンチュリー管を使用し、ベンチュリー管内の速度を上げることにより高真空を発生させ、微細気泡を発生させている。

特開２０１１―１１５７７１号公報

しかしながら、従来の微細気泡発生方法では、発生させる微細気泡のサイズを自由に設定することは困難であった。例えば、用途に従って適切なサイズや数量の微細気泡を発生させることは困難であった。また、複数サイズの微細気泡を１つの微細気泡発生装置によって同時に発生させることは更に困難であった。
そこで、本発明は用途に合わせて所望するサイズの微細気泡を発生させ、且つ複数のサイズの微細気泡を同時に発生させることが可能なナノレベル又はマイクロレベルの微細気泡発生方法を提供するものである。

上記課題は本発明によれば、表面に所定形状の凹凸が形成され、微細気泡を生成する微細気泡生成装置と、上記微細気泡生成装置によって生成された微細気泡を含む微細気泡含有水を測定し、この微細気泡含有水に含まれる微細気泡のサイズや数量を計測する微細気泡測定装置と、を備え、この微細気泡測定装置の測定結果である微細気泡のサイズと数量に基づいて、上記微細気泡生成装置に形成する表面の凹凸の形状を設定することを特徴とする微細気泡発生方法を提供することによって達成できる。

また、上記微細気泡生成装置には旋回流作成装置を付加することによって生成された高速の旋回流が供給されることが可能である。

また、上記所定形状の凹凸が形成された微細気泡生成装置は、形状が限定されるものではなく、板状、筒状、球状、棒状など様々な形態が可能である。更にはコップなどの容器、半円、U字、V字などの半筒状でも良い。
例えば筒状部材の場合、円形の筒状部材、又は四角、六角、八角等の角型の筒状部材であり、上記筒状部材の直径や筒状部材に形成される凹凸の深さを適切に設定することによって微細気泡含有水に含まれる微細気泡のサイズを設定することを特徴とする。

本実施形態の微細気泡発生方法を説明する図である。本実施形態の微細気泡生成装置によって生成された微細気泡のサイズ及び数量のデータを説明する図である。本実施形態の微細気泡生成装置によって生成された微細気泡のサイズ及び数量の他のデータを説明する図である。本実施形態の微細気泡生成装置によって生成された微細気泡のサイズ及び数量の他のデータを説明する図である。本実施形態の微細気泡生成装置によって生成された微細気泡のサイズ及び数量のデータを説明する図であり、同じ微細気泡生成装置に複数の凹凸形状を施すことによって、所望する複数のサイズの微細気泡を同時に発生させる例を説明する図である。本実施形態の他の微細気泡発生方法を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施形態の微細気泡発生方法を説明する図である。同図において、微細気泡生成装置１はナノレベルの微細気泡を生成させる装置であり、この微細気泡生成装置１には旋回流発生装置２から高速の旋回流が供給される。また、微細気泡生成装置１により生成された水を別途用意された微細気泡測定装置３によって微細気泡含有水に含まれるナノレベルの微細気泡のサイズや個数が計測される。

旋回流発生装置２は、例えば内部に羽根等の旋回流生成部材が取り付けられ、供給される加圧水を旋回流とし、微細気泡生成装置１に供給する。

微細気泡生成装置１は、例えば筒状のステンレス等の金属製のパイプで構成され、内周面には凹凸加工が施されている。この凹凸加工は、例えば研磨剤をパイプの内周面に高速で叩きつけて凹凸を形成する、ブラスト加工が採用される。
このブラスト加工によって、筒状のパイプの内周面には、所定の深さの凹凸加工が施され、この凹凸加工が施された微細気泡生成装置１内を高速の旋回流が流れる。

尚、微細気泡生成装置１は円形のパイプに限定される訳ではなく、四角、六角、八角等の多角形のパイプであってもよく、更に金属に限らず樹脂等の他の素材で構成されるパイプを使用してもよい。また、パイプの内周面に異なる深さの凹凸を複数形成する構成としてもよく、例えば深さ３６．７μｍと５３．６μｍ、等の深さの異なる凹凸加工をパイプの内周面に施す構成としてもよい。
更にはパイプ形状に限定されず板状、凹状または積層状やハニカム形状などで表面に所望の凹凸加工が施されたものである。

一方、微細気泡測定装置３は、上記微細気泡生成装置１から吐出される微細気泡含有水にレーザ光を照射し、微細気泡含有水に含まれるナノ粒子の散乱光をカメラで撮像する。例えば、ＣＭＯＳカメラで撮像し、散乱光を可視化し、散乱光１つ１つの動きを追尾（トラッキング）し、夫々の移動速度から微細気泡のサイズと個数を計測する。すなわち、粒子毎のブラウン運動の違いによって、夫々のナノレベルの微細気泡のサイズと個数を計測する。

次に、本実施形態を使用した場合の微細気泡の生成、及び微細気泡のサイズの測定は、以下のような処理手順で行われる。
先ず、不図示のポンプ等によって加圧された液体（例えば、水）を旋回流発生装置２に供給し、旋回流発生装置２内の旋回流生成部材に設けられた、例えば羽根によって旋回流を発生させる。この旋回流は高速の旋回流となって微細気泡生成装置１に供給される。

微細気泡生成装置１に供給される高速の旋回流は、内周面に凹凸が形成されたパイプ状の微細気泡生成装置１内を流れ、例えばナノレベルの微細気泡含有水を生成する。このようにして生成される微細気泡含有水はパイプの直径や微細気泡生成装置１の内周面に形成された凹凸の深さ等の条件によって微細気泡のサイズや数量が異なる。

すなわち、微細気泡生成装置１の内周面に形成される凹凸の深さ等の条件を最適に設定することによって所望のサイズの微細気泡を生成させることができ、用途に対応したサイズの微細気泡を取得することができる。

例えば、図２は直径２５ｍｍの金属製のパイプを使用し、内周面に深さ８．２μｍの凹凸を上記ブラスト加工によって形成した微細気泡生成装置１（例えば、この条件の微細気泡生成装置を１Ａで示す）を使用して微細気泡を生成した場合の例である。尚、微細気泡生成装置１Ａには前述の旋回流発生装置２によって作成した旋回流が供給される。

すなわち、図２は上記の条件で生成した微細気泡水を取り込み、サンプル水として微細気泡測定装置３によって測定した測定結果をグラフに表したものである。尚、同図の横軸は取り込んだ微細気泡水に含まれる微細気泡の粒子径（サイズ）であり、縦軸はその粒子数（数量）を示す。

また、同図の下に示すＤ９０は取得したサンプル水に含まれる９０％の微細気泡のサイズを示す。具体的には、取得したサンプル水に直径１５２ｎｍ以下のサイズの微細気泡が９０％含まれることを示す。

同様に、Ｄ５０の場合、取得したサンプル水に直径１００ｎｍ以下のサイズの微細気泡が５０％含まれることを示し、Ｄ１０の場合、取得したサンプル水に直径７５ｎｍ以下のサイズの微細気泡が１０％含まれることを示す。したがって、例えば用途に応じて発生させたい微細気泡のサイズが１５２ｎｍ以下であれば、１５２ｎｍ以下のサイズの微細気泡を９０％含む微細気泡含有水の生成が可能な条件の上記凹凸が形成された微細気泡生成装置１Ａを選択することになる。

次に、図３は他の測定例を示す図であり、サンプル水として、内周面に深さ２６．２μｍの凹凸を上記ブラスト加工によって形成した微細気泡生成装置１Ｂを使用して微細気泡を生成した例である。尚、この場合も旋回流が供給される。

この例の場合、Ｄ９０として、２３８の数値が得られ、取得したサンプル水に直径２３８ｎｍ以下のサイズの微細気泡が９０％含まれることを示す。この例の場合も同様に、Ｄ５０として１３４の数値が得られ、取得したサンプル水に直径１３４ｎｍ以下のサイズの微細気泡が５０％含まれることを示し、Ｄ１０として９８の数値が得られ、取得したサンプル水に直径９８ｎｍ以下のサイズの微細気泡が１０％含まれることを示す。

したがって、例えば用途に応じて発生させたい微細気泡のサイズが２３８ｎｍ以下であれば、２３８ｎｍ以下のサイズの微細気泡を９０％含む微細気泡含有水の生成が可能な条件の上記凹凸が形成された微細気泡生成装置１Ｂを選択することになる。

図４は更に他の測定例を示す図であり、サンプル水として、内周面に深さ３６．７μｍの凹凸を上記ブラスト加工によって形成した微細気泡生成装置１Ｃを使用して微細気泡を生成した例である。尚、この場合も旋回流が供給される。

この例の場合、Ｄ９０として、１４４．４の数値が得られ、取得したサンプル水に直径１４４．４ｎｍ以下のサイズの微細気泡が９０％含まれることを示す。この例の場合も同様に、Ｄ５０として１１２．８の数値が得られ、取得したサンプル水に直径１１２．８ｎｍ以下のサイズの微細気泡が５０％含まれることを示し、Ｄ１０として９５．７の数値が得られ、取得したサンプル水に直径９５．７ｎｍ以下のサイズの微細気泡が１０％含まれることを示す。

したがって、例えば用途に応じて発生させたい微細気泡のサイズが１４４．４ｍ以下であれば、１４４．７ｎｍ以下のサイズの微細気泡を９０％含む微細気泡含有水の生成が可能な条件の上記凹凸が形成された微細気泡生成装置１Ｃを選択することになる。

尚、上記９０％は一例であり、所望の微細気泡のサイズが、例えば８０％以上含まれれば良ければ、Ｄ８０（微細気泡のサイズが８０％含まれるサイズ）を測定して採用することもできる。また、８５％、９５％等、任意に設定することもできる。

一方、図５に示す例は、同じ微細気泡生成装置１に複数の凹凸形状を施すことによって、所望する複数サイズの微細気泡を発生させる場合の例である。例えば、同図の例では、内周面に深さ３６．７μｍの凹凸と、深さ５３．６μｍの凹凸をブラスト加工によって形成した微細気泡生成装置１Ｄを使用して微細気泡を生成した例である。尚、この場合も旋回流が供給される。

この場合、同図に示すように１２８ｎｍと２５１ｎｍに明らかなピークがあり、このサイズの微細気泡を多量に含む微細気泡含有水を得ることができる。したがって、例えば用途に応じて発生させたい微細気泡のサイズが上記２つのサイズの微細気泡であれば、上記条件の凹凸が形成された微細気泡生成装置１Ｄを選択することになる。

このように、複数のサイズの微細気泡を同時に発生させたい場合には、上記のように複数の異なる深さの凹凸加工を施すことによって、用途に応じて必要なサイズの微細気泡を同時に発生させることが可能である。

尚、上記図５に示す例では、２つの異なる深さの凹凸加工を施す構成としたが、３種類の凹凸加工、４種類の凹凸加工等、凹凸加工の種類を増やすことによって、更に多くの用途に対応したサイズの微細気泡を発生させることも可能となる。

尚、上記実施形態の説明では、旋回流発生装置２によって生成した旋回流を微細気泡生成装置１（１Ａ～１Ｄ）に供給して行ったが、必ずしも微細気泡生成装置１に旋回流を供給して行う必要はなく、水道水等の一定の加圧された水（液体）を直接供給するようにしてもよい。尚、図６はこの場合の構成を示すものである。

また、上記実施形態の説明ではナノオーダの微細気泡について説明したが、マイクロオーダの微細気泡についても同様に実施することができる。

また、上記説明では微細気泡生成装置１に使用する液体として水を使用したが、水に限らず、例えばメタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、アセトン、ヘキサン、トルエン等の有機溶媒や石油等の鉱油でもよい。

１、１Ａ～１Ｄ・・微細気泡生成装置
２・・・旋回流発生装置
３・・・微細気泡測定装置

Claims

微細気泡含有水に接触する表面に所定形状の凹凸が形成された微細気泡生成装置を使用することを特徴とする微細気泡発生方法。
前記微細気泡発生方法によって生成された微細気泡を含む微細気泡含有水を測定し、該微細気泡含有水に含まれる微細気泡のサイズと数量を計測し、該測定結果である微細気泡のサイズと数量に基づいて、前記微細気泡生成装置に形成する表面の凹凸形状を設定することを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生方法。
前記微細気泡生成装置には旋回流作成装置によって生成された高速の旋回流が供給されることを特徴とする請求項１、又は２に記載の微細気泡発生方法。
前記所定形状の凹凸が形成された筒状部材は、円形の筒状部材、又は四角、六角、八角等の角型の筒状部材であることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の微細気泡発生方法。
前記所定形状の凹凸が形成された部材の形状が、板状、凹状、積層状、又はハニカム形状の何れかであることを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載の微細気泡発生方法。
前記筒状部材の直径や筒状部材に形成される凹凸の深さを適切に設定することによって前記微細気泡含有水に含まれる微細気泡のサイズを設定することを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５に記載の微細気泡発生方法。