JP2023063190A - 超微細気泡生成装置および超微細気泡の生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、効率よくナノバブルを生成することができる微細気泡生成装置および微細気泡生成方法を提供することを目的としている。【解決手段】出口側に向かって拡径部12ｂを有する旋回流形成槽１の吐出孔12の出口前方に旋回空間23が形成されるように金網からなる気泡微細化部材２の球冠形状をした気泡剪断構造部21を配置し、気液混合流体を槽本体部11中で旋回流110としたのち、旋回流110となった気液混合水を、旋回流形成槽1の吐出孔12の小孔部12aおよび拡径部12bを介して吐出して、気液混合流体を旋回空間23内で拡径する渦流130とするとともに、渦流130を気泡剪断構造部21まで到達させて、気泡剪断構造部21の内壁面に沿って旋回させることによって、金網を構成する線材の波形状によって生じる内壁面の凹凸および微細孔の入り口縁によって渦流130に剪断力を付与して渦流130中の気泡を剪断破壊して、超微細気泡を得るようにした。【選択図】 図１

Description

本発明は、ナノサイズの超微細気泡を生成できる超微細気泡生成装置および超微細気泡の生成方法に関する。

ナノサイズの超微細気泡（以下、「ナノバブル」と記す）を含む水は、以下のようにして洗浄効果、水質浄化・改善、消臭効果、菌・ウイルスの死滅に貢献できるといわれている。
すなわち、ナノバブルは、マイナス（－）電荷を帯びているため、水中に漂うプラス（+）の電荷を帯びた微細な異物に吸着し、吸着後、ナノバブルが潰れた時に数千℃と数千気圧の圧力が局部的に発生することによって、異物を分解すると考えられている。

そして、微細気泡を生成する装置として、略円筒形状に形成された筒壁部と、この筒壁部の両側の筒蓋壁とで密閉された中空部を有する筒密閉体と、前記筒密閉体の内部に配置され、軸心位置に排出開口を有する略半球皿状のガイド壁と、前記ガイド壁の凹み側に形成された気液混合流体の旋回流形成室と、前記ガイド壁の突出側に形成された気液混合流体の旋回流噴出室と、前記筒壁部の前記旋回流形成室に対応する位置に開口された気液導入孔と、前記旋回流噴出室を区画する前記筒蓋壁に開口された気液噴出孔と、を備え、前記気液導入孔から前記旋回流形成室に供給される気液混合流体で旋回流を形成し、気液混合流体の旋回流により形成される微細気泡を前記排出開口から前記旋回流噴出室を介して前記気液噴出孔から噴射させるようにした超微細気泡生成装置（たとえば、特許文献１参照）が提案されている。
すなわち、この超微細気泡生成装置は、気液混合流体を旋回流形成室に週出させて旋回流形成室内で旋回流としたのち、気液噴出孔から噴射させることにより微細気泡を生成するようになっている。

しかし、この超微細気泡生成装置の場合、マイクロサイズの微細気泡であれば、発生させることができるが、ナノサイズの超微細気泡を効率よく多量に発生させることはできない。
そこで、マイクロサイズの微細気泡に超音波を作用させてナノバブルを生成する方法が提案されている（たとえば、特許文献２，３参照）。

特開2008-279351号公報 特開2020-6289号公報 特開2019-55384号公報

しかしながら、超音波発生装置を用いる場合、電力などのエネルギーコストがかかるとともに、装置が複雑化し、メンテナンスにコストがかかるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みて、簡易な構造で、効率よくナノバブルを生成することができる超微細気泡生成装置および超微細気泡の生成方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の超微細気泡生成装置は、内側が円筒形をしていて、気液混合流体の流入孔を有し、この流入孔から流入した前記気液混合流体を、前記円筒の中心軸を中心とする旋回流とする槽本体部と、吐出孔が穿設されるとともに、前記吐出孔の中心軸が前記槽本体部内の旋回流の中心軸に一致した状態で前記槽本体部の筒の一側を塞ぐ蓋部を有する旋回流形成槽を備える超微細気泡生成装置であって、前記吐出孔が、前記槽本体部側に設けられ、前記流入孔径と同径か大径の小径部と、この小径部に連設され、前記小径部から前記吐出孔の出口に向かって円錐台形に拡径し、前記小径部を介して前記吐出孔に入り込んだ前記気液混合流体を前記吐出孔の出口径より外側に拡がる渦流として吐出する拡径部とからなり、前記吐出孔から出た前記渦流の旋回空間を前記蓋部との間に形成する気泡剪断部材を備え、この気泡剪断部材が、少なくとも前記渦流が旋回状態を保持して到達可能位置に気泡剪断構造部を有し、この気泡剪断構造部が、到達した渦流が剪断力を受けながら面に沿って旋回可能で、前記剪断力で前記渦流中の気泡を超微細化する剪断力付与面と、この剪断力付与面で剪断形成された超微細気泡を含む気液混合流体を透過可能な多数の微細孔を備えていることを特徴としている。

一方、本発明の超微細気泡の生成方法は、内側が円筒形をした旋回流形成槽内に、この旋回流形成槽に設けられた流入孔から気液混合流体を流入させて、前記旋回流形成槽内で流入した気液混合流体を前記円筒の中心軸を中心に旋回する旋回流とし、前記旋回流形成槽の円筒の一側に、前記中心軸と中心を一致するように形成され、入口径が前記流入孔径と同径か大径で、出口側に向かって拡径する吐出孔から、前記旋回流形成槽の前記旋回流となった気液混合流体を、前記吐出孔の出口から拡径しながら旋回する渦流として、前記旋回流形成槽と気泡剪断部材の間に形成された旋回空間内に吐出させるとともに、前記旋回空間内に吐出された渦流を、拡径させながら前記気泡剪断部材の気泡剪断構造部に到達させ、到達した渦流を前記気泡剪断構造部の剪断力付与面に沿って旋回させて、前記剪断力付与面から受ける剪断力で前記渦流中の気泡を超微細化し、超微細化された気泡を含む状態の気液混合流体としたのち、この超微細化された気泡を含む状態の気液混合流体を、前記気泡剪断構造部の微細孔を介して前記気泡剪断部材外に放出することを特徴としている。

本発明において、超微細とは、１μm未満のナノサイズを意味する。
本発明において、上記旋回空間の大きさは、本発明の目的を達成することができれば、特に限定されず、たとえば、槽本体部の内容量、槽本体部内に単位時間あたりに流入する気液混合流体の量、流体の比重、吐出孔の形状、吐出孔の孔径、吐出孔の軸方向の長さ、槽本体部の内径と、吐出孔の入口径との比などを変更することで適宜決定できる。

本発明において、気泡剪断部材は、吐出孔から吐出された渦流が到達する位置に気泡剪断構造部が設けられており、本発明の目的を達成することができれば、気泡剪断構造部を渦流が達する位置のみに設けるだけでなく、気泡剪断部材の全体が気泡剪断構造部と同じ構造をしていても構わない。
なお、気泡剪断構造部を渦流が達する位置のみに設ける場合、気泡剪断部材の他の部分を流体非透過性の材料で形成しても構わない。

また、気泡剪断構造部は、剪断力付与面が、渦流が面に沿いながら旋回状態を保つ形状に形成され、剪断力付与面に到達した渦流に対してヤスリやおろし金状に作用して十分な剪断力を付与できるとともに、剪断されて発生した超微細気泡が、微細孔を介して流体とともに、気泡剪断部材の外側に放出できれば、その材質や、剪断力付与面の形状などは特に限定されない。
このような気泡剪断構造部は、本発明の目的を達成することができれば、特に限定されないが、たとえば、金網、樹脂成形品、エッチングあるいは打ち抜きによって微細孔が穿設されるとともに、微細孔に周囲の壁面にヤスリやおろし金状の突起や突条を形成した金属板などが用いられるが、製造コスト、超微細化の安定性、強度などを考慮すると、金網が好ましい。
すなわち、金網は、縦横の線材がそれぞれ波型に編み込まれ、波型の縦横の線材によって凹凸面が形成され、市販の金網を用いることができて、コストを抑えることができる。

上記金網としては、本発明の目的を達成できれば、特に限定されないが、綾織りでも、平織りでも構わないが、綾織りのものが好適で、強度や耐蝕性を考慮するとステンレス鋼線製のものが好ましい。
上記微細孔の大きさは、本発明の目的を達成することができれば、特に限定されないが、たとえば、気泡剪断構造部を上記のように金網で形成した場合、１００メッシュ～６５０メッシュが好ましく、４５０～６００メッシュがより好ましい。
すなわち、金網の場合、目開きが大きすぎると、渦流に十分な剪断効果を付与できなくなるおそれがあり、目開きが小さすぎると、気泡剪断構造部内の内圧が高くなり、渦流が乱流となり、剪断力がうまく伝わらなくなるおそれがある。

また、金網は、複枚重ね合わせて用いられても構わないが、最内壁面から遠い層になるほど、渦流への剪断力付与に寄与しにくくなるので、２枚重ね程度が好ましい。
なお、気泡剪断構造部が複数の網を重ね合わせて形成されている場合、上記目開きは、網の面を垂直方向から見た透孔の大きさを意味する。

気泡剪断部材の形状としては、特に限定されないが、蓋部に固定する部分以外の構造が、たとえば、円錐形、円錐台形、球冠形状などとすることが好ましく、球冠形状がより好ましい。
すなわち、気泡剪断構造部が球冠形状をしているので、拡径して気泡剪断構造部に達する拡径旋回流に広い面積で面状に受けて、強い剪断力が拡径旋回流に加わり、より効率よく気泡の微細化を図ることができる。
因みに、上記球冠形状とした場合、吐出孔出口から球冠の頂点までの距離は、1～10mmが好ましく、2.0～3.5ｍｍがより好ましい。

本発明の超微細気泡生成装置は、吐出孔の槽本体部側端部が、上記拡径部に連続する小径円筒部となっていてもよい。
すなわち、吐出孔の入口端から吐出孔の出口端まで直接拡径部を設けてもよいが、製造コストの低減を図るために蓋部を汎用樹脂成形品で形成した場合、気液混合流体中に混入した不純物等によって入口端が摩耗や欠損して歪な形状となり旋回流に乱れが出て、効率よく気泡の微細化を行うことができなくなるおそれがある。

上記拡径部は、特に限定されないが、そのテーパ角を、４５～５５°とするが好ましい。
すなわち、テーパ角が小さすぎると、剪断力付与面に当たる渦流の面積が小さくなり、剪断効率が悪くなり、テーパ角が大きすぎると、剪断力付与面での渦流の旋回速度が遅くなり、やはり剪断効率が悪くなるおそれがある。

本発明の超微細気泡生成装置において、槽本体部内で気液混合流体を旋回流とする方法としては、気液混合流体の流入方向が、槽本体部の周壁面の接線方向になるように流入孔を設ける方法や、槽本体部の底（蓋部の他側）に攪拌スクリューを設ける方法などが挙げられる。

本発明の超微細気泡生成装置は、前記気液混合流体の前記旋回流形成槽へ導入孔の中心軸が、前記気液混合流体を前記内壁面の接線方向に導くように形成されていることが好ましい。
すなわち、乱流が形成されにくくなり、十分な速度の旋回流が得られる。

本発明の超微細気泡生成装置は、気泡剪断構造部を大気中に曝すように設置しても、流体中に臨むように設置しても構わない。
すなわち、大気中に曝すようにすれば、超微細気泡を含む微細な液滴が噴霧されるようになり、流体中に臨むように設置すれば、噴霧された液滴が流体に同化し、流体中の超微細気泡の濃度が増加するようになる。

以上のように、本発明の超微細気泡生成装置は、内側が円筒形をしていて、気液混合流体の流入孔を有し、この流入孔から流入した前記気液混合流体を、前記円筒の中心軸を中心とする旋回流とする槽本体部と、吐出孔が穿設されるとともに、前記吐出孔の中心軸が前記槽本体部内の旋回流の中心軸に一致した状態で前記槽本体部の筒の一側を塞ぐ蓋部を有する旋回流形成槽を備える超微細気泡生成装置であって、前記吐出孔が、前記槽本体部側に設けられ、前記流入孔径と同径か大径の小径部と、この小径部に連設され、前記小径部から前記吐出孔の出口に向かって円錐台形に拡径し、前記小径部を介して前記吐出孔に入り込んだ前記気液混合流体を前記吐出孔の出口径より外側に拡がる渦流として吐出する拡径部とからなり、前記吐出孔から出た前記渦流の旋回空間を前記蓋部との間に形成する気泡剪断部材を備え、この気泡剪断部材が、少なくとも前記渦流が旋回状態を保持して到達可能位置に気泡剪断構造部を有し、この気泡剪断構造部が、到達した渦流が剪断力を受けながら面に沿って旋回可能で、前記剪断力で前記渦流中の気泡を超微細化する剪断力付与面と、この剪断力付与面で剪断形成された超微細気泡を含む気液混合流体を透過可能な多数の微細孔を備えている。

一方、本発明の超微細気泡の生成方法は、内側が円筒形をした旋回流形成槽内に、この旋回流形成槽に設けられた流入孔から気液混合流体を流入させて、前記旋回流形成槽内で流入した気液混合流体を前記円筒の中心軸を中心に旋回する旋回流とし、前記旋回流形成槽の円筒の一側に、前記中心軸と中心を一致するように形成され、入口径が前記流入孔径と同径か大径で、出口側に向かって拡径する吐出孔から、前記旋回流形成槽の前記旋回流となった気液混合流体を、前記吐出孔の出口から拡径しながら旋回する渦流として、前記旋回流形成槽と気泡剪断部材の間に形成された旋回空間内に吐出させるとともに、前記旋回空間内に吐出された渦流を、拡径させながら前記気泡剪断部材の気泡剪断構造部に到達させ、到達した渦流を前記気泡剪断構造部の剪断力付与面に沿って旋回させて、前記剪断力付与面から受ける剪断力で前記渦流中の気泡を超微細化し、超微細化された気泡を含む状態の気液混合流体としたのち、この超微細化された気泡を含む状態の気液混合流体を前記気泡剪断構造部の微細孔を介して前記気泡剪断部材外に放出するようにした。

本発明は、上記のように、旋回流形成槽の吐出孔の前方に気泡剪断構造部を備える気泡微細化部材を、拡径旋回流が旋回可能な旋回空間を前記蓋部との間に形成できるように設けるだけの簡単な機構であるので、低コストで容易にナノサイズの超微細気泡を含む微細な液滴を得ることができる。また、この液滴を流体に同化させるように流体内に噴出させるようにすれば、超微細気泡を多量に含む流体を得ることができる。
すなわち、本発明によれば、以下のようにして、超微細気泡を含む液滴を得ることができる。
（１）流入口から槽本体部に流入した気液混合流体が円筒形をした槽本体部内で槽本体部の中心軸を中心にした旋回流になる。
（２）旋回流となった気液混合流体は、槽本体部の中心軸に一致する中心軸を有する吐出孔から旋回状態を保持しながら吐出される。
このとき、吐出孔の槽本体部側の入口が、流入孔と同径か少し大径となっているので、槽本体部内で整流化された旋回流が吐出孔に流れ込む際に圧が掛からず、旋回流が整流化された状態で吐出孔に入り込む。
（３）吐出孔が出口側に向かって拡径する拡径部を備えているので、吐出孔に入り込んだ渦流は、拡径部のテーパ面に沿って外側に拡径する渦流となって吐出孔の出口から吐出される。
（４）吐出孔の出口から吐出された渦流は、前方に旋回空間が形成されているので、旋回空間内でさらに拡径しながら、気泡剪断構造部まで到達する。
なお、このとき、気液混合流体中のマイクロサイズより大きな気泡は、軽量で旋回遠心力の影響を受けにくく、渦流の旋回の中心軸側に集積され、大きな気泡となって中央部に残り、拡径旋回流の中心軸付近に、ほとんど流体を含まない空気芯を形成する。
（５）気泡剪断構造部まで到達した渦流は、剪断力付与面に沿って旋回するため、剪断力付与面から十分な剪断力を受け、この剪断力で渦流中の気泡が剪断されてより細かい気泡になり、超微細な気泡を含む液滴となって微細孔から気泡剪断構造部外に噴霧状態で押し出される。
なお、上記液滴は、気泡剪断構造部が大気中に露出している場合、ナノサイズの気泡を含む液滴がそのまま霧状に放出される。一方、気泡剪断構造部が液体中に臨んでいる場合、液滴は液体に同化し、液体中のナノサイズの気泡の濃度を高くすることができる。

本発明の超微細気泡生成装置の第１の実施の形態の第1の使用例を模式的に示す図である。 図１の超微細気泡生成装置の旋回流形成槽の断面図である。 図１の超微細気泡生成装置の気泡微細化部材であって、同図（ａ）はその斜視図、同図（ｂ）はその断面図である。 図１の超微細気泡生成装置の流体の動きと気泡の発生メカニズムを模式的に説明する図である。 渦流の拡径状態と、空気芯の発生状態を模式的に説明する断面図である。 本発明の超微細気泡生成装置の第１の実施の形態の第２の使用例を模式的に示す図である。 本発明の超微細気泡生成装置の第２の実施の形態の斜視図である。 図７の超微細気泡生成装置の要部斜視図である。 図１の超微細気泡生成装置を水槽中に配置し、水を循環させたときの水槽中の微細気泡の気泡径分布を示すグラフである。 図９で用いた循環路中の流体に汚濁物質を入れて循環させたのちの、気泡微細化部材への汚濁物質の付着状態を説明する図である。

以下に、本発明を、その実施の形態を参照しつつ詳しく説明する。
図１および図２は、本発明の超微細気泡生成装置の第１の実施の形態を表している。

図１、図２に示すように、超微細気泡生成装置Ｘは、旋回流形成槽１と、気泡微細化部材２を備えている。
旋回流形成槽１は、槽本体部１１と、蓋部１０を備えている。

槽本体部１１は、一側に開口を有する有底筒状で、かつ、内壁面１１ａが円筒形をしていて、内外を連通する気液混合流体の流入孔１１ｂを備えている。
流入孔１１ｂは、その入口から流入した気液混合流体が、槽本体部１１内に臨む流入孔１１ｂの出口１１ｃから槽本体部１１内に流入する気液混合流体を、槽本体部１１の内壁面１１ａに沿うようにガイドする、すなわち、内壁面の円弧の接線方向にガイドできるように、槽本体部１１の周壁の一部に穿設されている。

蓋部１０は、槽本体部１１の開口を閉じるように設けられ、中心軸が槽本体部１１の筒の中心軸に一致する吐出孔１２を備えている。
吐出孔１２は、小径円筒部１２ａと、拡径部１２ｂとからなる。

小径円筒部１２ａは、その中心軸が槽本体部１１の内壁面の中心軸と一致するように設けられ、前記流入孔１１ｂの内径と同じか、少し大きな内径をした円筒形をしていて、槽本体部１１で旋回流１１０となった気液混合流体が回転を保持しながら通過するように設計されている。
拡径部１２ｂは、その中心軸が小径円筒部１２aの中心軸に一致するとともに、小径円筒部１２ａの端部から拡がり角が、好ましくは９０°～１１０°（テーパ角４５°～５５°）前後の円錐台形状に拡がるように設けられ、蓋部１０の上面で開口している。

気泡微細化部材２は、図３に示すように、１００メッシュ～６５０メッシュの綾織りのステンレス鋼製金網からなり、扁平な支持部２２と、支持部２２から膨出するように設けられた気泡剪断構造部２１を備えている。
気泡剪断構造部２１は、球冠形をしていて、最大外径が、吐出孔１２の出口外径（拡径部１２ｂの出口外径）より大径になっているとともに、球冠形の頂点と、吐出孔１２の出口までの距離が１～１０ｍｍとなっている。
支持部２２は、気泡剪断構造部２１が拡径部１２ｂの出口端を覆い、拡径部１２ｂの前方に旋回空間２３を形成するように蓋部１０の上面に沿った状態で固定されている。

〔第１の使用例〕
この超微細気泡生成装置Ｘは、上記のようになっており、たとえば、図１に示す使用例のようにして使用されるようになっている。
すなわち、この使用例では、以下の流体供給路３を介して気液混合流体が旋回流形成槽１内に供給される。
流体供給路３は、流体貯留槽５ａと、吸気管３２付きの吸液管３１と、ポンプＰと、水圧計３４付きの吐液管３３とを備え、の吸液管３１が流体貯留槽５ａに接続され、吐液管３３がノズル１３を介して旋回流形成槽１に接続されている。
そして、流体供給路３のポンプＰを稼働させることによって、以下のようにして、超微細気泡を含む液滴を多量に発生させることができるようになっている。

（１）吸液管３１を介して流体貯留槽５a内の流体Ｗが吸い込まれるとともに、吸液管３１内が負圧になるため、吸気管３２から空気が吸液管３１内に吸い込まれ、吸液管３１内で気液混合流体が形成される。
（２）吸液管３１内で形成された気液混合流体が、ポンプＰの吐出側から吐液管３３を介して旋回流形成槽１の流入孔１１ｂに送られる。
（３）流入孔１１ｂの中心軸が槽本体部１１の内壁面１１ａの接線方向に設けられているので、図４に示すように、流入孔１１ｂの出口１１cから槽本体部１１内に流入した気液混合流体が槽本体部１１内で内壁面１１ａの中心軸を中心に旋回する旋回流１１０となる。
（４）槽本体部１１内で旋回流となった気液混合流体Ｗは、旋回流を保ちながら吐出孔１２の小径円筒部１２ａに旋回流を保ちながら送り込まれる。
このとき、小径円筒部１２ａの内径が、流入孔１１ｂと同じか少し大径となっているので、旋回流１１０は乱れることなく小径円筒部１２ａ内に入り込み小径円筒部１２ａの内壁面に沿う渦流１２０となって拡径部１２ｂ側へ流出する。
（５）拡径部１２ｂでは、図４、図５に示すように、渦流１３０が拡径部１２ｂのテーパ面に沿うように拡がりながら拡径部１２ｂ出口から旋回空間２３内に吐出される。
（６）旋回空間２３に吐出された渦流１３０は、旋回力を維持しつつ気泡剪断構造部２１まで到達する。
（７）気泡剪断構造部２１まで到達した渦流１３０は、剪断力付与面である気泡剪断構造部２１の内壁面に沿うように旋回し、気泡剪断構造部２１の内壁面（網目部分）から広い面積で剪断力を受け、渦流１３０中の気泡が超微細に剪断される。
（８）超微細に剪断された気泡は、渦流１３０を構成する流体とともに細かい霧状の液滴ｍとなって網目の微細孔（目開き部分）を介して気泡剪断構造部２１の外部に放出される。

この微細気泡生成装置Ｘは、上記のように、旋回流形成槽１の吐出孔１２の前方に気泡剪断構造部２１を有する気泡剪断部材２を設けるだけの簡易な構造で、流入孔１１ｂから旋回流形成槽１内に気液混合流体を流入するだけで、効率よく、超微細気泡を発生させることができる。

〔第２の使用例〕
図６は、超微細気泡生成装置Ｘを用いた第２の使用例をあらわしている。
図６に示すように、超微細気泡生成装置Ｘは、流体Ｗが貯留された流体貯留槽５b中に浸漬されていて、流体Ｗが循環するようになっている以外は、上記の第１の使用例と同様になっている。
すなわち、この第２の使用例では、拡径部１２ｂから吐出された渦流１３０中の気泡が第１の使用例と同様に、気泡剪断構造部２１の内壁面によって超微細に剪断されて超微細気泡を含む液滴ｍとなって、気泡剪断構造部２１の外部である流体貯留槽５ｂ内に放出される。
放出された液滴ｍは、流体貯留槽５ｂ内の流体Ｗに同化し、流体貯留槽５ｂ内の流体Ｗ中に超微細気泡が分散された状態になる。

図７および図８は、本発明の超微細気泡生成装置の第２の実施の形態をあらわしている。
図７および図８に示すように、この超微細気泡生成装置Ｙは、継手部４を有している以外は、上記超微細気泡生成装置Ｘと同様になっている。したがって、微細気泡発生器Ｘと同様の構成部分は、微細気泡発生器Ｘと同じ符号を付している。
継手部４は、図７に示すように、フランジ継手４１とエルボ継手４２を備えている。
このフランジ継手４１は、図８に示すように、下端側から上方に向かって徐々に縮径する縮径部４１aと、縮径部４１ａの上端に連通する直管部４１ｂを有している。

そして、フランジ継手４１は、気泡微細化部材２の気泡剪断構造部２１が縮径部４１ａ内に臨むとともに、蓋部１０との間に気泡微細化部材２の支持部２２を挟み込むとともに、図示していないが、蓋部１０にねじ固定されて、気泡微細化部材２を支持固定している。

以下に、実験例について詳しく説明する。

〔実験１〕
気泡微細化部材２として、２５０メッシュ、３００メッシュ、４００メッシュ、５００メッシュ、６３５メッシュ、７９５メッシュの６種の綾織りの金網からなるものに変化させた以外は、以下の固定設定数値の第２の使用例のような実験装置をそれぞれ用意し、各実験装置について
、３分間ポンプＰを稼働させたのちの、流体貯留槽５b内の平均気泡径および気泡の個数を求め、その結果を表１に示した。
（固定設定数値）
ポンプ最大吐出圧： 0.8MPa
ポンプ最大吐出量：5L/分
流入孔径： φ3mm
槽本体部内容積： φ30mm×Ｈ20mm
小径円筒部： φ3.5mm×Ｈ1mm
拡径部高さ： 4mm
拡径部テーパ角： 50°
旋回空間高さ： 2mm

なお、上記実験１において、平均気泡径は、動的光散乱式粒子径分布測定装置を用いて測定した。
また、気泡超微細化部材２として５００メッシュステンレス金網を用いた場合の気泡分布は、図９に示すとおりである。

上記表１から、上記の条件下では、気泡超微細化部材２として４００メッシュ～６３５メッシュのものを用いることによって、超微細気泡を効率よく得られることがわかる。なお、７３５メッシュで、ナノバブルが０となっているのは、目開きが小さすぎて、旋回空間内で自滅しているためであると思われる。
また、図９から、５００メッシュの金網を用いる場合、メディアン径が0.102μm、平均径が0.105μm、モード径が0.089μm、標準偏差径が0.120μmで、気泡のほとんどが５００nm以下のナノバブルであることがわかる。

〔実験２〕
気泡微細化部材２として、５００メッシュの金網からなるもののみを用いるとともに、小径円筒部１２ａの内径をφ2mm、φ4mm、φ6mmと変化させた以外は、上記実験１と同様の固定設定数値の、第２の使用例のような実験装置を用意した。
そして、それぞれの実験装置について、３分間ポンプＰを稼働させたのちの、流体貯留槽５b内の平均気泡径および気泡の個数を求め、その結果を表２に示した。

上記表２から、小径円筒部１２ａの内径を流入孔１１ｂの内径より小さくすると、十分な気泡の微細化を図れなくなり、大きくし過ぎても気泡の微細化効率が悪くなることがわかる。
すなわち、流入孔１１ｂより吐出孔１２の入口径（小径円筒部１２ａ）が小径になると、吐出孔１２が流入量分の気液混合流体をスムーズに吐出することができず、渦流１３０の旋回速度が落ちて上手く剪断できないため、粒子径も大きくなり、φ6mmでは実用範囲ではあるが吐出に余裕が有りすぎて 旋回速不足の原因で個数が少なくなっていると思われる。

〔実験３〕
気泡微細化部材２として、５００メッシュの金網からなるもののみを用いるとともに、第２の使用例のような実験装置を用意し、ポンプPの吐出量設定を2.5L/分、5L/分、8L/分と変化させた以外は、上記実験１と同様の固定設定数値で、実験装置のポンプをそれぞれ稼働させたのちの、流体貯留槽５ｂ内の平均気泡径および気泡の個数を求め、その結果を表３に示した。

上記表３から、ポンプPから送り込まれる流量が少ないと、渦流１３０が剪断力付与面であるに到達する際の旋回力が不足し、十分な剪断力が得られず、気泡の微細化が不十分になると考えられる。

〔実験４〕
気泡微細化部材２として、旋回空間高さが０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍとなる気泡剪断構造部２１の大きさが異なる５００メッシュの金網からなるものを用いる以外、上記実験１と同様にして、流体貯留槽５ｂ内の平均気泡径および気泡の個数を求め、その結果を表４に示した。
ただし、旋回空間高さ０mmは、平板の金網を用いた。

上記表４から、旋回空間２３を設けなければ、気泡剪断構造部２１によって十分な剪断がなされないことがわかる。
また、旋回空間２３が大きくなりすぎると、渦流１３０が十分な旋回力を保持しない状態で剪断力付与面である気泡剪断構造部２１の内壁面に当たり、剪断不足が生じると思われる。

〔実験５〕
気泡微細化部材２として、旋回空間高さが０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍとなる気泡剪断構造部２１の大きさが異なる５００メッシュの金網からなるものを用いるとともに、流入孔１１ｂの内径を４.3ｍｍ、小径円筒部１２ａの内径を4.3ｍｍとした以外は、上記実験１と同様にして、流体貯留槽５ｂ内の平均気泡径および気泡の個数を求め、その結果を表５に示した。
ただし、旋回空間高さ０mmは、平板の金網を用いた。

上記表４と表５から、流入孔１１ｂの内径を大きくすると、それに合わせて旋回空間23を大きくとることにより、より効率よく超微細気泡が得られることがわかる。

〔実験６〕
上記実験１の５００メッシュの金網からなる気泡微細化部材2を用いた超微細気泡生成装置Xを、流体貯留槽５bから取り出した状態で、ポンプＰを稼働させるとともに、気泡剪断構造部２１の頂部側から気泡剪断構造部２１から流出する液滴ｍの状態を視認したところ、液滴ｍが気泡剪断構造部２１の頂部を除く部分から霧状に噴射されていた。
すなわち、この実験６から、吐出孔１２をでた渦流１３０が、ラッパ状に拡がること、また、中央部に空気芯が形成されていると判断できる。

〔実験７〕
流体貯留槽５ｂ内の流体Ｗに、汚濁物質を混合した状態で、上記実験１の５００メッシュの金網からなる気泡微細化部材２を用いた超微細気泡生成装置Ｘを用い、ポンプを３分間稼働したのち、気泡微細化部材２を取り外したところ、図１０に示すように、球冠状の気泡剪断構造部２１の外縁部にリング状に汚濁物質７が溜まった状態になっていた。
すなわち、この実験７から、渦流１３０が旋回空間中で外側に拡がりつつ、汚濁物質７に十分な遠心力を付与する旋回力を備えていることがよくわかる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されない。上記の実施の形態では、流体貯留槽から水を吸水し、微細気泡を元の流体貯留槽内で生成させる循環式となっていたが、循環式としなくても、原水タンクから他の水槽へ気液混合液を送り、他の水槽内で、微細気泡を発生させるようにしても構わない。
また、気泡剪断構造部から押し出された液滴をそのまま噴射するシャワーノズルとして用いても構わない。
水道水中に、気体が含まれていることから、上記のようなポンプを用いず、水道配管につながるホースを旋回流形成槽の流入孔に接続し、水道水を槽本体部内に直接流入させるようにしても構わない。

Ｘ 超微細気泡生成装置
Ｐ ポンプ
Ｗ 流体（水）
１ 旋回流形成槽
１０ 蓋部
１１ 槽本体部
１１a 内壁面
１１b 流入孔
１１ｃ 出口
１２ 吐出孔
１２ａ 小径円筒部
１２ｂ 拡径部
１３ ノズル
２ 気泡微細化部材
２１ 気泡剪断構造部
２２ 支持部
２３ 旋回空間
３ 流体供給路
３１ 吸水管
３２ 吸気管
３３ 吐液管
３４ 水圧計
４ 継手部
４１ フランジ継手
４１ａ 縮径部
４１ｂ 直管部
４２ エルボ継手
５ａ，５ｂ 流体貯留槽
７ 汚濁物質
１１０ 旋回流
１２０ 渦流（小径円筒部内の渦流）
１３０ 渦流（拡径部での渦流）
ｍ 液滴

Claims (6)

1. 内側が円筒形をしていて、気液混合された気液混合流体を流入させる流入孔を有し、この流入孔から流入した前記気液混合流体を、前記円筒の中心軸を中心とする旋回流とする槽本体部と、
   吐出孔が穿設されるとともに、前記吐出孔の中心軸が前記槽本体部内の旋回流の中心軸に一致した状態で前記槽本体部の筒の一側を塞ぐ蓋部を有する旋回流形成槽を備える超微細気泡生成装置であって、
   前記吐出孔が、前記槽本体部側に設けられ、前記流入孔径と同径か大径の小径部と、この小径部に連設され、前記小径部から前記吐出孔の出口に向かって円錐台形に拡径し、前記小径部を介して前記吐出孔に入り込んだ前記気液混合流体を前記吐出孔の出口径より外側に拡がる渦流として吐出する拡径部とからなり、
   前記吐出孔から出た前記渦流の旋回空間を前記蓋部との間に形成する気泡剪断部材を備え、
   この気泡剪断部材が、少なくとも前記渦流が旋回状態を保持して到達可能位置に気泡剪断構造部を有し、
   この気泡剪断構造部が、到達した渦流が剪断力を受けながら面に沿って旋回可能で、前記剪断力で前記渦流中の気泡を超微細化する剪断力付与面と、この剪断力付与面で剪断形成された超微細気泡を含む気液混合流体を透過可能な多数の微細孔を備えていることを特徴とする超微細気泡生成装置。
2. 前記気泡剪断構造部が金網で形成されている請求項１に記載の超微細気泡生成装置。
3. 前記金網が１００メッシュ～６５０メッシュである請求項２に記載の超微細気泡生成装置。
4. 前記気泡剪断構造部が前記吐出孔の出口径より大きな直径を有する球冠形状をしている請求項１～請求項３のいずれかに記載の超微細気泡生成装置。
5. 前記吐出孔の小径部が、前記拡径部に連続する小径円筒部となっている請求項１～請求項４のいずれかに記載の超微細気泡生成装置。
6. 内側が円筒形をした旋回流形成槽内に、この旋回流形成槽に設けられた流入孔から気液混合流体を流入させて、前記旋回流形成槽内で流入した気液混合流体を前記円筒の中心軸を中心に旋回する旋回流とし、
   前記旋回流形成槽の円筒の一側に、前記中心軸と中心を一致するように形成され、入口径が前記流入孔径と同径か大径で、出口側に向かって拡径する吐出孔から、前記旋回流形成槽の前記旋回流となった気液混合流体を、前記吐出孔の出口から拡径しながら旋回する渦流として、前記旋回流形成槽と気泡剪断部材の間に形成された旋回空間内に吐出させるとともに、
   前記旋回空間内に吐出された渦流を、拡径させながら前記気泡剪断部材の気泡剪断構造部に到達させ、到達した渦流を前記気泡剪断構造部の剪断力付与面に沿って旋回させて、前記剪断力付与面から受ける剪断力で前記渦流中の気泡を超微細化し、超微細化された気泡を含む状態の気液混合流体としたのち、この超微細化された気泡を含む状態の気液混合流体を、前記気泡剪断構造部の微細孔を介して前記気泡剪断部材外に放出することを特徴とする超微細気泡の生成方法。

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