JP3872099B2

JP3872099B2 - 液体中に極小気泡を生成する方法及び気泡生成装置

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Application number: JP2006522826A
Authority: JP
Inventors: 忠夫松本
Original assignee: 株式会社富喜製作所
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Filing date: 2005-08-17
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Description

本発明は、液体中に極小気泡を生成する方法及び気泡生成装置に関するものであり、特に直径が１５μｍ未満の極小気泡を多量に生成する方法及び気泡生成装置に関するものである。

水等の液体中に空気等の気体を効率よく溶解させるために、液体中に微細な気泡を多数生成させる方法が知られている。液体中に１０〜５０μｍ径の気泡を生成させれば、気泡の浮力による浮上速度が極めて遅くなるため、気泡は長時間液体中に留まり、気体が効率よく液体中に溶解する。

特許文献１には、直線円筒形状の外殻体と、この外殻体と同軸心状に挿入されて高速で回転する直線円柱形状の駆動体からなり、外殻体と駆動体との間の間隔を、駆動体の高速回転時に液体が間隙内に侵入することができる範囲でできる限り小さい値に設定した、液体と気体の攪拌混合装置が記載されている。外殻体と駆動体との間の間隙内に液体と気体とを侵入させ、駆動体の高速回転運動により発生する液体の激しい渦流運動により気体と攪拌混合し、攪拌混合により発生する多数の細かい気泡を含んだ液体を外殻体の下端開口部から勢いよく放出し、この放出により極めて細かいそして多数の気泡を液体中に長時間にわたって浮動させることができる。

上記特許文献１に記載のものは、駆動体の外周面周速度が略１２ｍ／ｓｅｃ程度の高速が要求され、高速で回転駆動させる必要がある。また、外殻体と駆動体とは、液体と気体とを一定時間以上攪拌混合する必要があることから、一定以上の長さをもたなければならず、高速回転する駆動体に振動が発生しないように、高い寸法精度が要求される。

特許文献２、３には、直線円筒形状の外筒と、この外筒と同軸心状に挿入されて高速で回転する回転軸と、この回転軸に軸心方向に沿って一定間隔をあけて固定された順羽根と逆羽根との組み合わせである攪拌羽根を有する、液体と気体との攪拌混合装置が記載されている。外筒内に液体を充満して回転軸を回転し、液体の渦流の吸い込み作用により気体を回転軸に沿って吸い込み、攪拌羽根の各羽根片による液体と気体との混合物に対する激しい切断動作と、順羽根により与えられる順方向への動きと逆羽根により与えられる逆方向への動きとの衝突による混練動作とにより、液体と気体との攪拌混合動作が達成される。

特許文献２、３に記載のものは、液体と気体との攪拌混合を、回転軸の回転動作に伴う渦流運動だけではなく、回転軸に取付けた攪拌羽根の切断動作と、順気泡渦流と逆気泡渦流との衝突動作とにより達成するので、気泡の細分化を強力にかつ極めて効率良く達成することができ、もって充分に細分化された気泡を得ることができる。特許文献１に記載のものと比較して低回転の回転速度レベルであり、回転駆動される部分の合計重量を充分に軽量化することができ、もって極めて高い成形寸法精度を要求されることがない。

特許文献２、３に記載された液体と気体との攪拌混合装置は工業化され、液体中に直径１０〜５０μｍの微細気泡を生成することが可能となっている。これにより、液体中に効率よく気体を溶解させることを可能としている。

特許文献４に記載の旋回式微細気泡発生装置においては、装置容器内に円錐形のスペースを設け、スペースの内壁円周面に接線方向に加圧液体を圧送することによってスペース内に旋回流を生成する。一方円錐形のスペース底部中央部に設けた気体導入口から気体が吸い込まれ、圧力が最も低い管軸上を気体が通過することによって細い旋回気体空洞部が形成される。旋回流が入り口から出口に向かうに従ってスペースの断面が縮小し旋回流速が増加する。気体は糸状で出口まで続き、そこから排出されると同時に周囲の静液によって旋回が急激に弱められ、糸状の気体空洞部が連続的に安定して切断され、その結果として大量の微細気泡、例えば直径１０〜２０μｍの微細気泡が出口付近で発生して器外の液体中に放出される。

非特許文献１には、特許文献４に記載のものと同様の原理を用いた気泡発生装置を用い、発生した気泡の個数を計測した結果が記載されている。気泡発生装置において、ポンプにより容器へ供給された水は、容器壁に沿って旋回しながら上昇し、天井に衝突後渦流の中心に沿って再び下方出口の方へ向かう。ガスは旋回水流により生じる負圧により自動的にガス取入口から吸引され、旋回軸に沿って形成されたガス柱は出口孔から旋回水流とともに強制的に放出され、微細な気泡を生成する。水槽タンク容量は３５リッターである。１％ＴＦＨ（テトラハイドロファーレン）をハイドレート生成触媒として、タンク内の蒸留水に添加している。粒径分布は連続的に水用の光学的粒子分布計（米国製ＬｉＱｕｉｌａｚ−Ｅ２０）によって計測されている。光動的散乱計測法に基づき、計測範囲は気泡直径で２μｍ〜１２５μｍである。非特許文献１の図２によると、気泡径５μｍピッチで液中の気泡個数を計測している。気泡径４０μｍ付近において気泡個数が最大となり、気泡径範囲５μｍ内に６０個／ｍＬ程度の気泡が発生している。一方、気泡径１５μｍ未満の領域においては、気泡径範囲５μｍ内に２０個／ｍＬ程度の気泡が発生している。液体として添加物のない蒸留水を用いた場合と比較して、ＴＦＨのような物質を添加した蒸留水を用いた場合には微小気泡生成量が多くなるといわれている。

特公昭６１−３６４４８号公報特開平５−２２０３６４号公報特開平６−９１１４６号公報特開２０００−４４７号公報 ″ＥｆｆｅｃｔｏｆＳｈｒｉｎｋｉｎｇＭｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅｏｎＧａｓＨｙｄｒａｔｅＦｏｒｍａｔｉｏｎ″，ＴｈｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．１０７，Ｎｏ．１０，２００３，ｐｐ２１７１−２１７３

上記特許文献１〜４に記載の発明により、液体中に直径１０〜２０μｍあるいは１０〜５０μｍの微細気泡を生成することが可能となり、液体中に効率よく気体を溶解させることが可能となった。しかしこれらの方法を用いた場合においても、直径１５μｍ未満さらには１０μｍ未満の極小気泡を液体中に多量に生成させることは実現していなかった。例えば、気泡径１５μｍ未満の領域において、気泡径範囲５μｍ内にせいぜい２０個／ｍＬ前後の気泡発生が見られる程度であり、４０個／ｍＬ以上というような高密度の極小気泡を生成させるには到っていない。

液体中の気泡の直径は、小さければ小さいほど、気液界面に作用する表面張力が大きくなり、気泡内部の圧力を上昇させる効果が大きくなる。そのため、例えば微細気泡の直径が１５μｍ未満となると、非常に大きな圧力で気体を液体中に溶解させることが可能となる。また、気泡の直径が小さくなるほど、気体の体積あたりの気液界面表面積が増大し、また浮上分離せずに液中に滞在できる時間も長くなる。従って、微細気泡として直径１５μｍ未満さらには１０μｍ未満の極小気泡を多数生成させることができれば、ガスハイドレードの生成をはじめとする多くの分野で従来は得ることのできなかった多くの効果を発揮できる可能性が生じることとなる。

本発明は、直径が１５μｍ未満さらには１０μｍ未満の極小気泡を液体中に多量に生成することのできる気泡生成方法及び気泡生成装置を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）一端が閉鎖端１４で他方端が開放端１５となっている筒２と、筒２中にあって筒２と同軸又は略同軸に回転する回転羽根３を用い、回転羽根３は１枚又は２枚以上の羽根４を有し、羽根４の面のいずれの場所においても羽根４の面の法線３１が回転羽根の回転軸５軸芯と直交する面３２に平行な位置から±１５°以内であり、少なくとも筒２の開放端１５及び回転羽根３の部分を液体２０中に浸漬し、回転羽根３が回転するときにおける羽根の最外周部の回転方向の速度を５．８ｍ／ｓｅｃ以上として回転することを特徴とする、液体中に極小気泡を生成する方法。
（２）羽根４の平均幅ｄを回転軸５中心から羽根４の外周までの回転半径方向幅の２倍と定義し、筒２の閉鎖端１４側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均幅ｄの０．３６倍であって長さが３ｍｍの通気口７と同等又はそれ以上の通気抵抗であることを特徴とする上記（１）に記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
（３）液体２０として蒸留水を用いたときに、筒２の開放端１５から排出される液体中の直径１０μｍ以上１５μｍ未満の気泡の数が４０個／ｍＬ以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
（４）一端が閉鎖端１４で他方端が開放端１５となっている筒２と、筒２中にあって筒２と同軸又は略同軸に回転する回転羽根３とを有し、回転羽根３は１枚又は２枚以上の羽根４を有し、羽根４の面のいずれの場所においても羽根４の面の法線３１が回転羽根の回転軸５軸芯と直交する面３２に平行な位置から±１５°以内であり、羽根の平均幅ｄを回転軸５中心から羽根４の外周までの回転半径方向幅の２倍と定義し、筒の開放端１５及び回転羽根３の部分を液体２０中に浸漬したときに回転羽根３が回転するときにおける羽根の最外周部の回転方向の速度を５．８ｍ／ｓｅｃ以上として回転できることを特徴とする、液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
（５）筒の閉鎖端１４側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均幅ｄの０．３６倍であって長さが３ｍｍの通気口７と同等又はそれ以上の通気抵抗であることを特徴とする上記（４）に記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
（６）筒２の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３が羽根の平均幅ｄに対して０．５倍以上であることを特徴とする上記（４）又は（５）に記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
（７）筒の内径Ｄは羽根の平均幅ｄに対して１．１〜２．５倍の範囲にあることを特徴とする上記（４）乃至（６）のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
（８）羽根の回転軸方向長さＬ２は羽根の平均幅ｄに対して０．２倍以上であることを特徴とする上記（４）乃至（７）のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
（９）羽根４はその表面に１又は２以上の穴１２を有する板によって構成されてなることを特徴とする上記（４）乃至（８）のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
（１０）筒の開放端１５もしくは筒の開放端１５から回転羽根３までの間に、多数の開口部を有する部分開口板１６を設けることを特徴とする上記（４）乃至（９）のいずれかに記載の極小気泡を生成するための気泡生成装置。
（１１）液体２０として蒸留水を用い、少なくとも筒２の開放端１５及び回転羽根３の部分を液体２０中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端１５から排出される液体中の直径１０μｍ以上１５μｍ未満の気泡の数が４０個／ｍＬ以上であることを特徴とする上記（４）乃至（１０）のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
（１２）筒２の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３が羽根の平均幅ｄに対して０．５倍以上であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
（１３）筒２の内径Ｄは羽根の平均幅ｄに対して１．１〜２．５倍の範囲にあることを特徴とする上記（１）〜（３）（１２）のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
（１４）羽根の回転軸方向長さＬ２は羽根の平均幅ｄに対して０．２倍以上であることを特徴とする上記（１）〜（３）（１２）（１３）のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
（１５）羽根４はその表面に１又は２以上の穴１２を有する板によって構成されてなることを特徴とする上記（１）〜（３）（１２）〜（１４）のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成する方法。

本発明は、一端が閉鎖端で他方端が開放端となっている筒と、該筒中にあって筒と同軸又は略同軸に回転する回転羽根を用い、筒の開放端及び回転羽根の部分を液体中に浸漬して微小気泡を生成する方法及び微小気泡生成装置であって、回転羽根は１枚又は２枚以上の羽根を有し、羽根の面は回転羽根の回転軸と略平行であり、閉鎖端側の外気供給量を少なくしつつ回転羽根を高速回転することにより、筒の開放端から排出される液体中に直径が１５μｍ未満の極小気泡を液体中に大量に生成することができる。

本発明の気泡生成装置を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ矢視断面図、（ｅ）は回転羽根の形状を示す斜視図である。本発明の回転羽根の形状を示す図であり、（ａ１）（ｂ１）（ｃ）（ｄ）は正面図、（ａ２）は（ａ１）を下から見た図、（ｂ２）はＡ−Ａ矢視図である。本発明の回転羽根の形状を示す図であり、（ａ１）（ｂ）は正面図、（ａ２）は（ａ１）を下から見た図、（ｃ）〜（ｅ）は羽根の枚数が異なる３種類について（ｂ）を下から見た図である。本発明の回転羽根の形状を示す図であり、（ａ１）（ｂ）は正面図、（ａ２）は（ａ１）を下から見た図である。本発明の回転羽根の斜視図である。本発明の気泡生成装置を示す断面図である。部分開口板を有する本発明の気泡生成装置を示す断面図である。本発明の気泡生成装置を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ矢視断面図である。従来の回転羽根の形状を示す図である。

符号の説明

２筒
３回転羽根
４羽根
５回転軸
６モーター
７通気口
８液体流通口
９軸受
１０支持部
１１筒
１２穴
１３肩部
１４閉鎖端
１５開放端
１６部分開口板
２０液体
２１液面
２２液面
３１羽根の面の法線
３２回転軸軸芯と直交する面
３３回転周方向
Ｄ筒の内径
ｄ羽根の平均幅

本発明において、極小気泡の生成に際しては、図１に示すように一端が閉鎖端１４で他方端が開放端１５となっている筒２と、筒２中にあって筒２と同軸又は略同軸に回転する回転羽根３を用いる。筒２の開放端１５及び回転羽根３の部分を液体２０中に浸漬し、回転羽根３を回転することにより、直径が１５μｍ未満の極小気泡を液体中に大量に生成することができる。

筒２としては、円筒、六角筒、八角筒などを用いることができるが、円筒を用いると好ましい。

回転羽根３が筒と同軸又は略同軸に回転とは、回転羽根３の回転軸が筒と同軸であるか、あるいは筒２の中心軸から若干偏芯している範囲内であることを意味する。偏芯の程度は、回転羽根３の回転軸が筒２の中心軸からｄの０．２倍以内のずれであればよい。また、回転羽根３の回転軸が筒２の中心軸から１５°以内の偏芯であればよい。

本発明によって直径１５μｍ未満の極小気泡を液体中に大量に生成可能とした最も大きな特徴点は、第１に回転羽根３における羽根４の形状にあり、第２に回転羽根３の回転周速の確保にあり、第３に気泡の源となる気体の供給量を調整する点にあり、第４に筒２の開放端１５と回転羽根３との間の距離Ｌ３の設定にある。以下、順を追って説明する。

本発明の第１の特徴点である回転羽根３における羽根４の形状について説明する。

特許文献１に記載の気液攪拌混合装置では、直線円筒形状の外殻体と同軸心状に、同じく直線円筒形状の駆動体を挿入して高速で回転し、外殻体と駆動体との間隙に侵入した液体を激しく攪拌し、多数の細かい気泡を含んだ液体を外殻体の下端開口部から放出する。一方特許文献２、３に記載の気液攪拌混合装置では、回転軸に取り付けた攪拌羽根の切断動作によって気泡を切断し、さらに攪拌羽根として順羽根と逆羽根を組み合わせることによって順気泡渦流と逆気泡渦流との衝突動作を起こし、これらによって気泡の細分化を達成する。これら特許文献１〜３に記載の方法によって、直径１０〜２０μｍの気泡を液体中に多量に生成することは可能となったが、直径１５μｍ未満の気泡を多量に生成するには到っていない。

本発明の回転羽根３は、図１（ａ）（ｅ）に示すように、１枚又は２枚以上の羽根４を有し、羽根４の面は回転羽根の回転軸５軸芯と略平行である点を特徴とする。羽根４の面が回転羽根の回転軸５軸芯と略平行とは、羽根４の面の法線が、回転軸５軸芯に沿った上方向あるいは下方向に向かう成分を有していないということであり、回転羽根の回転によっては液体を回転軸に沿って動かす駆動力を有していないということである。言葉を換えると、図５に示すように、羽根４の面の法線３１が、回転軸５軸芯と直交する面３２と略平行であるということができる。羽根４の面が曲面である場合でも、図４（ａ１）（ａ２）に示す例においては、羽根４の面のいずれの場所においても羽根の面の法線が回転軸５軸芯と直交する面と平行であるので、本発明の範囲に属する。

より好ましくは、図５に示すように、羽根の面の法線３１方向が略回転羽根の回転周方向３３を向くこととすると良い。これによって、回転軸の半径方向に液体を駆動する力は液体自身の遠心力のみとなり、羽根自身が回転軸の半径方向に液体を駆動する力を与えることがなくなる。

回転羽根３を構成する羽根４の形状は、板状の羽根であると表現することもできる。羽根４が板状の形状であって、板の面の法線方向３１が上記のような方向を向いている結果として、羽根が回転することによってそのエネルギーはもっぱら筒内の液体を攪拌することに費やされる。また、回転羽根３の回転そのものによっては回転軸に沿って液体を駆動する力が働かないので、筒２内の液体２０は回転軸に沿って平行に運動することがなく、回転羽根付近に十分に長い時間滞留し、その間に液体中の気泡が直径１５μｍ未満まで細分化されるものと考えられる。

特許文献２、３に記載のものにおいて、攪拌羽根には気泡を切断する効果や、回転軸に沿って順方向・逆方向に液体を駆動する力を得る（順羽根、逆羽根）ため、羽根の形状としては図９（ａ）に示すように羽根４の面が回転軸５と略直交する方向を向き、結果として回転周方向と直交する断面における断面積の小さい羽根が用いられていた。本発明は発想を転換し、むしろ羽根を用いるに際して羽根の面が回転軸と略平行になるようにした。この結果、羽根の表面積がそのまま回転周方向３３と直交する断面における断面積となり、当該断面積の大きな羽根を用いることとなる。

本発明においては、このように羽根４を用いるとともに、羽根４の面が回転軸５軸芯と略平行になるようにしたので、回転羽根が回転する筒中において液体に極めて強力な攪拌力を与えることが可能となり、このように液体を攪拌することにより、液体中に直径１５μｍ未満の極小気泡を多量に生成することが可能となった。

ここにおいて、羽根４の面が回転羽根の回転軸５軸芯と略平行とは、羽根４の面が回転羽根の回転軸５軸芯と平行な位置からずれたとしても、そのずれはたかだか±１５°以内に入るという意味である。±１０°以内とすればより好ましい。図２（ａ）に示す回転羽根３においては、羽根４の面が回転羽根の回転軸５軸芯と平行になっている。図４（ｂ）に示す回転羽根３において、羽根４の面が回転羽根の回転軸５軸芯と平行な位置からずれているずれ量は１５°程度であり、この程度であれば十分に本発明の効果を発揮することができる。

また、より好適な羽根の面の向きとして、羽根の面の法線方向が略回転羽根の回転周方向を向くこととする場合、羽根の面の法線３１方向が回転羽根の回転周方向３３からずれたとしても、そのずれはたかだか±１５°以内に入るという意味である。±１０°以内とすればより好ましい。図２（ａ）に示す回転羽根３においては、羽根の面の法線方向が回転羽根の回転周方向を向いている。また、図４（ａ）に示す回転羽根３においては、はね４の面が曲面であるため、羽根の面の法線は一定方向には向いていないが、羽根の面の法線方向が回転羽根の回転周方向からずれているずれ量は１５°程度であり、この程度であれば十分に本発明の効果を発揮することができる。

以下の説明において、図１に示すように羽根の平均幅ｄを回転軸中心から羽根の外周までの回転半径方向幅の２倍と定義する。

筒２の内径Ｄと回転羽根３の羽根の平均幅ｄとの関係についても、好適範囲が存在する。ここで、筒２が円筒である場合には、内径Ｄはその円筒の内径をいう。筒２が円筒以外の例えば六角筒である場合には、筒の内部形状のうち最も狭い径を内径Ｄとする。羽根の平均幅ｄに対して筒の内径Ｄが大きすぎると、筒内において液体の攪拌が十分になされず、結果として１５μｍ未満の極小気泡の発生量が減少してしまう。本発明においては、筒の内径Ｄは羽根の平均幅ｄに対して２．５倍以下とすると好ましい。２．３倍以下とするとより好ましい。２．０倍以下とするとさらに好ましい。

一方、筒の内径Ｄが羽根の平均幅ｄに近くなりすぎると、液体２０が羽根４と共に回ってしまって逆に攪拌が不十分となり、結果として１５μｍ未満の極小気泡の発生量が減少してしまう。本発明においては、筒の内径Ｄは羽根の平均幅ｄに対して１．１倍以上とすると好ましい。１．２倍以上とするとより好ましい。

本発明において、回転羽根は１枚又は２枚以上の羽根を有する。羽根の枚数は特に限定されず、３〜６枚程度とすると特に好ましい。図３（ｂ）に示す形状の羽根について、図３（ｃ）は３枚の羽根４を、図３（ｄ）は６枚の羽根４を、図３（ｅ）は８枚の羽根をそれぞれ有する場合について示している。図２（ａ１）に示すように羽根４の枚数が４枚でかつ回転方向に均等に配置された場合であれば、回転軸５方向から見た羽根４の形状は図２（ａ２）に示すように十文字形状となる。

本発明で直径１５μｍ未満の極小気泡を液体中に十分に生成する上において、回転羽根３における羽根４の回転軸方向長さＬ２に好適範囲が存在する。本発明の回転羽根３が図２（ｃ）に示すように回転軸方向に複数の羽根（４ａ、４ｂ）を有する場合、回転軸方向のすべての羽根の長さを合計した長さを用いる。図２（ｃ）の場合であれば、Ｌ２＝Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂとする。羽根の平均幅ｄに対して羽根の回転軸方向長さＬ２が短すぎると、筒２内において液体の攪拌が十分になされず、結果として１５μｍ未満の極小気泡の発生量が減少してしまう。本発明においては、羽根の回転軸方向長さＬ２は羽根の平均幅ｄに対して０．２倍以上であると好ましい。０．５倍以上とするとより好ましい。１．０倍以上とするとさらに好ましい。

なお、回転羽根３における羽根４の形状は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような長方形や正方形などの方形の形状のみではなく、図２（ｄ）に示すような楕円形状などの種々の形状を選択することができる。羽根４の形状が方形以外の形状を有する場合、羽根の平均幅ｄは図２（ｄ）に示すように回転軸中心から羽根の外周までの回転半径方向幅の２倍と定めることができる。また、羽根の回転軸方向長さＬ２も図２（ｄ）に示すように定めることができる。

本発明の回転羽根３の形状として、図３（ａ１）（ａ２）に示すように、中心軸５として比較的直径の大きな軸を用い、その中心軸４の周囲に羽根４を配置した形状としても良い。

本発明の羽根４は、図２（ｂ）に示すように、その表面に１又は２以上の穴１２を有する板によって構成することができる。板の表面に穴１２が開いていると、回転羽根３を回転する際における流体抵抗を低減することができ、同じ出力の回転モーターを用いた際において回転速度を上昇させることができ、極小気泡を生成する上で有利である。また、穴１２を開けることによって液体２０の流動をより複雑にして攪拌効果を上昇させることもできる。

本発明の回転羽根３に用いる羽根４については、板状のものであって液体中での高速回転に耐えられるものあれば材質は問わない。中でも金属板や強化プラスチックであれば、板厚の薄い板状の羽根とすることができるので好ましい。

本発明の第２の特徴点である回転羽根３の回転周速度について説明する。回転羽根３の回転周速度とは、回転羽根３が回転するときにおける羽根４の最外周部の回転周方向の速度を意味する。

回転羽根３の回転周速度として好適な周速度を確保することにより、本発明の特徴である１５μｍ未満の極小気泡を液体中に大量に生成することが可能になる。回転羽根３の回転周速度が速くなるほど、筒内の液体攪拌力が増大し、気泡の微細化が進行するためである。筒２の開放端１５及び回転羽根３の部分を液体中に浸漬し、回転羽根３の周速を５．８ｍ／ｓｅｃ以上として回転することにより、極小気泡の生成が可能となる。例えば羽根の平均幅ｄが２２ｍｍのとき、回転羽根の回転速度を５０３７ｒｐｍ以上とすればよい。回転羽根の周速を７ｍ／ｓｅｃ以上とするとより好ましい。回転羽根の周速を９ｍ／ｓｅｃ以上とするとさらに好ましい。

本発明の第３の特徴点として、気泡の元となる気体の供給について説明する。

特許文献１〜４に記載の従来の気液攪拌装置においては、液体中に十分な量の気泡を生成させるため、攪拌装置内に積極的に外気を取り込んで液体と混合し、多数の気泡を生成していた。しかし液体中に従来装置と同様に外気を取り込むと、液体中に気泡が多量に生成するために液体の嵩容量が増大し、その結果として攪拌領域における液体の入れ替わりが速くなることと、筒上部の略閉空間における減圧効果が小さくなり、極小気泡の生成条件が整わなくなるので、液体中における気泡の径を十分に極小化することができなかった。

本発明においては、回転羽根３を収納する筒４として一端が閉鎖端１４で他方端が開放端１５となっている筒２を用いる。図１に示す例では、支持部１０ａが回転軸５を支持する軸受９ａを支持するとともに、筒の端部を閉鎖して閉鎖端１４とする機能を有している。筒２の開放端１５は液体２０中に浸漬させるので、開放端１５からは気体が侵入しない。一方、本発明においては筒２の閉鎖端１４側における筒内部と外気との間の通気抵抗を大きくし、閉鎖端側からの気体供給量を抑制する。この結果、液体中に生成する気泡の単位時間当たりの生成量が抑えられるので、筒中で攪拌する液体が十分に長い間筒中の回転羽根３付近に滞在し、液体中に十分な量の極小気泡を生成することが可能となる。

筒の閉鎖端側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均幅の０．３６倍であって長さが３ｍｍの通気口７と同等の通気抵抗又はそれ以上の通気抵抗とする。通常は、筒の閉鎖端１４付近に小径の通気口７を開口し、筒表面における通気口７配置部が外気部に露出するように（液体中に浸漬しないように）筒２を配置する。筒内部の閉鎖端付近には気相と液相との境界部としての気液境界部２２が存在し、液相の攪拌によって気相部分が順次液相中に取り込まれて気泡となり、その結果気液境界部２２が上昇して気相の圧力が外気に対して負圧になるので、通気口７を通して必要な量の外気が筒内部に供給される。

筒内部と外気との間は、通気口７によって結ばれているほか、モーター６の回転軸５と軸受９の間の隙間によっても結ばれている。従って、通気抵抗を見積もるにあたっては、モーターの回転軸５と軸受９との間の隙間にも配慮する必要がある。また、モーターの回転軸５と軸受９との間の隙間が極小気泡の多量生成に必要十分な通気口としての役割を果たす場合には、別に通気口を設けなくとも良い。

さらに、通気口７も設けず、モーターの回転軸５と軸受９との隙間から円筒内に侵入する外気の量がゼロとなるように工夫した場合においても、本発明を用いて液体中に極小気泡を生成させることができる。筒中の液体２０を回転羽根３で回転するに際し、回転羽根３の背後に局部的な減圧部分が生じ、この減圧部分で液体中に溶解しているガス成分が気化して気泡となり、さらに攪拌によってこの気泡が極小化するためであると思われる。

本発明における筒２の閉鎖端１４側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均幅ｄの０．１６倍であって長さが３ｍｍの通気口７と同等の通気抵抗又はそれ以上の通気抵抗とすると好ましい。内径が羽根の平均幅ｄの０．１倍であって長さが３ｍｍの通気口７と同等の通気抵抗又はそれ以上の通気抵抗とするとより好ましい。内径が羽根の平均幅ｄの０．０６倍であって長さが３ｍｍの通気口７と同等の通気抵抗又はそれ以上の通気抵抗とするとさらに好ましい。

本発明において、筒内で極小気泡を十分に含んだ液体が筒から排出され、逆に新たな液体を筒内に供給する主な液体通路としては、筒の開放端１５がその役割をはたす。筒内で回転羽根３の回転によって攪拌された液体は、回転遠心力によって筒２の内周部に押し付けられ、その一部は筒２の内周面に沿って開放端１５から外部に排出される。そして、外部に排出された液体とほぼ同量の液体が、主に筒２の軸心付近を経路として筒の開放端１５から筒内に導入される。

本発明の第４の特徴点として、筒の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３について説明する。

筒内に導入された液体は、極小気泡を含有するのに十分な時間だけ筒内の回転羽根３付近に滞留して攪拌を受けることが必要である。本発明においては、筒の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３を調整することにより、液体の筒内滞留時間を調整することができる。即ち、筒の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３を羽根の平均幅ｄに対して０．５倍以上とすることにより、筒内に導入された液体が速やかに筒から排出される現象を抑制し、液体が極小気泡を十分に含有するに至るまで回転羽根３による攪拌を受けさせることができるので好ましい。筒の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３を羽根の平均幅ｄに対して１．０倍以上とするとより好ましい。２．０倍以上とするとさらに好ましい。

前述のとおり、筒の内径Ｄは好適範囲を有し、羽根の平均幅ｄに対する比率として表現することができる。ここにおいて、筒の内径Ｄとは回転羽根３が配置された部分における筒２の内径を意味する。一方、上述のとおり、筒の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３に好適範囲がある。回転羽根３から筒の開放端１５までにおける筒の内部形状としては、図１に示すように、回転羽根３が存在する部分における上記好ましい内部形状と同一の内径とすることができる。一方、回転羽根３から筒の開放端１５までにおける筒２の内部形状を変化させ、例えば図６（ａ）に示すように、末広がりの円錐形状とすることとしても本発明の効果を発揮することが可能である。もちろん、末すぼまりの円錐形状としても良い。

本発明においては図７に示すように、筒の開放端１５もしくは筒の開放端１５から回転羽根３までの間に、多数の開口部を有する部分開口板１６を設けることとすると、液体中に生成する極少気泡の生成量を増大することができるので好ましい。多数の開口部を有する部分開口板１６とは、例えばメッシュ、パンチングメタル、格子などによって形成することができる。メッシュであれば、例えば線径０．５ｍｍ程度の金属細線を正方形の網目状に編み、１ｍｍ×１ｍｍ程度の開口部を無数に形成したものを用いることができる。あるいは、合成樹脂糸を編んだネットであって、５ｍｍφ程度の開口部が７．５ｍｍピッチで稠密に配置されたような部分開口板１６を用いても、同様の効果を得ることができる。このような部分開口板１６を筒の開放端１５を覆うように配置し、あるいは筒の開放端１５から回転羽根３までの間の液体経路に設けることにより、結果として開放端から流出する液体中における極少気泡の数を増大することができる。上記のように部分開口板１６を設けることにより、操作者が回転羽根に指を挟まれるといった危険を防止することも可能となる。

筒２の内部と外部との間の液体２０の出入り口は、筒の開放端１５のみではなく、筒の閉鎖端側に図１に示すように液体流通口８を設け、開放端１５と液体流通口８の両方によって行うこととしても良い。

本発明において、回転羽根の羽根の平均幅ｄを適宜選択することにより、大型の気泡生成装置から小型の気泡生成装置まで、用途に応じた大きさと能力の気泡生成装置を構成することができる。回転羽根３の羽根の平均幅ｄが５〜５０ｍｍであれば、極小気泡の生成能力も十分であり、コンパクトな気泡生成装置とすることができるので好ましい。回転羽根３の羽根の平均幅ｄが１５〜３０ｍｍであればさらに好ましい。

本発明の気泡生成装置を用いて液体中に極小気泡を生成するに際し、少なくとも筒２の開放端１５及び回転羽根３の部分を液体中に浸漬する。ここにおいて、気泡生成装置の回転軸５の軸芯方向は、鉛直方向を向くこととすると好ましい。ただし、鉛直方向から若干傾けても本発明の効果を発揮することができる。回転軸５の方向と鉛直方向との間の角度が３０°以下程度であれば効果を発揮することができる。気泡生成装置が通気孔７と液体流通口８の一方または両方を有するときは、液体の液面２１は通気孔７の位置よりも下方、かつ液体流通口８の位置よりは上方の位置とする。

回転羽根３の回転によって筒２内部の液体２０を攪拌する結果、筒２内部の液体の気液境界部２２は、図１に示すように回転軸５に近くなるほどその位置が低下する。ここにおいて、回転羽根３の部分を液体中に浸漬させるとは、羽根４の全体が液体２０の中に浸漬される場合の他、気液境界部２２のうち一部が羽根４の上端より下方の位置となってもかまわない。

本発明の気泡生成装置を液体中に浸漬して極小気泡を生成するに際し、液体を収容する容器の底と筒２の開放端１５との間の距離をある程度確保した方が、液体中に微小気泡を十分に生成する上で有利である。筒２の内径をＤとして容器の底と筒２の開放端１５との間の距離をＤ／４以上とすると好ましい。これにより、筒の開放端１５から放出される液体が大きな流路抵抗を受けずに容器内に拡散することができる。

気泡生成装置におけるモーター６の格納部分を防水構造とすることにより、本発明の気泡生成装置の全体を液体中に浸漬することとしても良い。この場合、筒２の閉鎖端側が所定の通気抵抗で外気と通気可能でなければならない。液体の表面に通気口を設け、筒２の閉鎖端までの間を通気管で結んでも良い。筒内に気体を供給する上で気体の圧力が不足する場合には、気体の圧力を上げて供給しても良い。

本発明によって液体中に極小気泡を生成するに際し、液体としては水以外の種々の物質を用いることができる。例えば、海水、油、石油、アルコール、各種薬液を用いることができる。また、気泡の元となる気体としても、空気以外の種々の気体を用いることができる。例えば、Ｎ_２、Ｏ_２、Ｏ_３、Ａｒ、Ｈ_２、ＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ、Ｈｅ、炭化水素ガス、天然ガスを用いることができる。

液体として水を用い、この水の中に本発明の気泡生成装置を用いて極小気泡を生成させるに際し、水が地下水・水道水あるいはこれらをろ過したろ過水であるのか、蒸留水であるのか、蒸留水にエタノールなどの界面活性剤を添加した水であるのかによって、極小気泡の生成量に差異が生じる。蒸留水を用いた場合に極小気泡の生成量が最も少なくなるといわれている。一方、本発明を用いることにより、液体として蒸留水を用いた場合であっても直径１０μｍ以上１５μｍ未満の粒径範囲において１０００個／ｍＬを超える多量の気泡を生成することが確かめられた。本発明においては、液体として蒸留水を用いた場合を基準とし、液体中に生成させ得る極小気泡の数を規定することとする。

液体中に存在する直径１５μｍ未満の気泡粒径を計測する計測装置としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを使用した「光散乱式の液中パーティクルカウンター」（米国ＰＭＳ社製ＬＩＱＩＬＡＺ−Ｅ２０Ｐ型）を使用して測定することができる。この装置を用いることにより、液体中の２μｍ以上の気泡密度を、５μｍピッチ程度で気泡径毎に分類して測定可能である。本発明においては、例えば５リットル容量の円筒形水槽の底から５０ｍｍの高さに水槽管壁に沿ってサンプルホース先端を垂らして、気泡水を装置の検査部へ定量ポンプにて輸送して計測する。サンプリング流量は８０ｃｃ／ｍｉｎである。

本発明の特徴は、直径１５μｍ未満の極小気泡を多量に生成させることができる点にある。液体として蒸留水を用い、少なくとも筒の開放端及び回転羽根の部分を液体中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端から排出される液体中の直径１０μｍ以上１５μｍ未満の気泡の数を４０個／ｍＬ以上とすることができる。４０個／ｍＬ以上であれば、従来知られている方法が生成する気泡の数を凌駕し、好適な結果を得ることができるからである。また、好ましくは１００個／ｍＬ以上とすることができる。より好ましくは２００個／ｍＬ以上とすることができる。

本発明の特徴はさらに、直径１０μｍ未満の極小気泡を多量に生成させることができる点にある。液体として蒸留水を用い、少なくとも筒の開放端及び回転羽根の部分を液体中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端から排出される液体中の直径５μｍ以上１０μｍ未満の気泡の数を４０個／ｍＬ以上とすることができる。４０個／ｍＬ以上であれば、従来知られている方法が生成する気泡の数を凌駕し、好適な結果を得ることができるからである。また、好ましくは１００個／ｍＬ以上とすることができる。より好ましくは２００個／ｍＬ以上とすることができる。

同様に本発明においては、液体として蒸留水を用い、少なくとも筒の開放端及び回転羽根の部分を液体中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端から排出される液体中の直径５μｍ以上１５μｍ未満の気泡の数を８０個／ｍＬ以上とすることができる。また、好ましくは２００個／ｍＬ以上とすることができる。より好ましくは４００個／ｍＬ以上とすることができる。

また、本発明においては、直径１０μｍ以上１５μｍ未満、直径５μｍ以上１０μｍ未満、直径５μｍ以上１５μｍ未満の極小気泡を上記のように含有しつつ、同時に２０μｍ以上２５μｍ未満の微細気泡を２０個／ｍＬ以上含有させることができる。

本発明の筒２の形状として、図１に示すように、回転羽根３が内蔵されている部分の筒の内径は上記好ましい範囲の内径Ｄとしつつ、筒の閉鎖端１４側についてはより小径の内径を有する筒１１としても良い。筒の内径が変化する部分をここでは肩部１２と呼ぶ。肩部１２から回転羽根３までの距離Ｌ１については、通常は羽根の平均幅ｄの０．２５培程度とすれば好ましい結果を得ることができる。もちろん、図６（ｂ）に示すように、筒２の開放端１５から閉鎖端１４までの間における筒２の内径を一定とすることとしても良い。

本発明の気泡生成装置においては、回転羽根３を回転させる目的で、筒の閉鎖端１４側にモーター６を設けることとなる。回転羽根３の回転中において回転軸５が発振する現象を防止するためには、回転軸５の軸受９を極力回転羽根３の近傍に設けると良い。図１に示すように筒の閉鎖端１４側で内径が変化する肩部１２を有する場合、軸受９は肩部１２直近であって内径が小さい側の部分に設けると良い。図１においては軸受９ｂがこれに該当する。軸受９と筒２との間の支持部１０ｂについては、図１（ｃ）に示すように桁構造として支持部１０ｂの上下で液体が自由に流通するタイプとすることも可能であり、あるいは図１（ｂ）に示すように支持部１０ａを面構造として支持部１０ａの上下で液体が遮断されるタイプとすることも可能である。軸受９からあまり距離の離れない位置に回転羽根３を設けることにより、回転軸５の発振を防止することができる。軸受９と回転羽根３との間の距離は、羽根の平均幅ｄの０．５倍前後の距離とすると良い。

回転羽根付近において回転軸を支持する手段としては、図１に示すような、回転羽根３とモーター６との間のみにおいて回転軸５を支持する片持ち方法と、図８に示すような、回転羽根３のモーター６と反対側においても回転軸５を支持する両持ち方法のいずれかを選択することができる。両持ち方法とする場合、図８に示すように筒２の開放端１５と回転羽根３との間に軸受９ｃを支える支持部１０ｃを設ける必要があり、この支持部１０ｃによって開放端１５を通じた液体の流通が影響を受けるので、片持ち方法とした方が好ましい結果を得ることができる。

本発明の気泡生成装置においては、駆動部分として、モーターと回転羽根を回転軸によって直結したものを有するのみである。気泡生成装置本体にポンプやホースなどの外部接続機器を一切必要としないので、部品構成が単純である。またモーター駆動エネルギーが他のエネルギー変換を経ずに回転軸を経由して直接羽根の旋回周速度に変換されるため、エネルギー変換効率が高いという特徴を有する。本発明の以上のような特徴は、製品価格の低減と省エネルギー化の両面に寄与するものであり、民生や産業への応用の普及を促進する上で好ましい特徴である。

図１に示す構造を有する本発明の気泡生成装置を用い、液体中に極小気泡を生成させた。気泡を生成させる液体として蒸留水を用いている。比較のためにエタノールを含む蒸留水を用いた試験も行った。

回転羽根３として図２（ｂ１）（ｂ２）に示す４枚の羽根４を有するものを用いた。羽根４は板状の形状を有し、板厚０．８ｍｍの鋼板を用いて製作したものであり、羽根４の平均幅ｄは２２ｍｍ、羽根の回転軸方向長さＬ２は３０ｍｍとした。

回転羽根３を回転させる回転軸５は直径３ｍｍの鋼製円柱であり、モーター６に駆動されて回転羽根を６０００〜１００００ｒｐｍの範囲で回転させることができる。本実施例では、回転数を１００００ｒｐｍとした。回転羽根３の周速は１１．５ｍ／ｓｅｅとなる。

筒２として円筒を用い、円筒の形状は、回転羽根３を収納した部分及び開放端１５に到るまでの部分は同一直径の円筒２であり、円筒２の内径Ｄとして２５ｍｍ（Ｄ／ｄ＝１．１４）を採用した。円筒２の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３として４５ｍｍ（Ｌ３／ｄ＝２．０５）を採用した。

円筒２の形状は回転羽根３の上方で肩部１３を形成し、肩部１３より上方における円筒の内径は２０ｍｍであり、この部分については円筒１１と称する。肩部１３の直上に回転軸５の軸受９ｂを有する支持部１０ｂを配置し、支持部１０ｂの上方３５ｍｍの位置に軸受９ａを有する支持部１０ａを配置する。支持部１０ａは円筒２の閉鎖端１４の役割を兼ねている。下側の支持部１０ｂと回転羽根３上端との間の距離（Ｌ１）は７ｍｍとした。

閉鎖端１４直近の位置において、円筒１１に通気孔７を設けている。円筒１１の肉厚は３ｍｍであり、通気孔７の内径ｄ_Ｇは１．２ｍｍ（ｄ_Ｇ／ｄ＝０．０５５）である。また、支持部１０ｂの直上には直径４ｍｍの液体流通口８を設けている。

本発明の気泡生成装置を用いて気泡を生成する液体２０として、蒸留水を用いた。直径１７０ｍｍ、高さ２７０ｍｍの円筒形の水槽内に蒸留水を５リットル入れ、水槽内の水面中央部に上方から気泡生成装置を浸漬させる。蒸留水５リットルにエタノールを５ｃｃ添加した液体を用いた実験も行った。さらに、ろ過水を用いた実験も行った。ろ過水は、地下水をくみ上げ、活性炭と中空糸膜フィルターを用いた水道用浄水器によって水をろ過したものをいう。

極小気泡の生成を行うに際し、円筒２の開放端１５を下方に向けて気泡生成装置を液体中に浸漬する。回転羽根３の上端位置が液面２１の位置から２０ｍｍ下方となるように気泡生成装置の上下方向位置を定めた。

液体中に生成した気泡の個数を計測するため、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを使用した「光散乱式の液中パーティクルカウンター」（米国ＰＭＳ社製ＬＩＱＩＬＡＺ−Ｅ２０Ｐ型）を使用して測定を行った。水槽の底から５０ｍｍの高さで水槽の側壁に沿った位置に取水位置を定め、この位置にサンプルホース先端を垂らして、水槽中の液体を装置の検査部へ定量ポンプにて輸送し、液体中の気泡個数を計測した。サンプリング流量は８０ｃｃ／ｍｉｎである。

水槽内に浸漬した気泡生成装置を起動し、上記測定装置を用いて気泡個数を計測した。気泡の直径を２μｍ以上５μｍ未満、５μｍ以上１０μｍ未満、１０μｍ以上１５μｍ未満、１５μｍ以上２０μｍ未満、２０μｍ以上２５μｍ未満、以下５μｍピッチで５０μｍまでの領域に分割し、各領域毎に気泡の個数を個／ｍＬの単位で表示した。

結果を表１に示す。表１のＮｏ．１、２から明らかなように、液体として蒸留水を用いた場合、５μｍ以上１０μｍ未満の領域、１０μｍ以上１５μｍ未満の領域のいずれも、気泡個数が１０００個／ｍＬを超えるという極めて多量の極小気泡を生成させることができた。２μｍ以上５μｍ未満についても、５００個／ｍＬ以上という多量の極小気泡が生成している。

同じく表１のＮｏ．３から明らかなように、液体としてエタノール含有蒸留水を用いた場合、各気泡径領域において極小気泡の個数の増加が顕著である。２μｍ以上５μｍ未満の領域と１０μｍ以上１５μｍ未満の領域とで気泡個数が２０００個／ｍＬを超えている。さらに、５μｍ以上１０μｍ未満の領域、１５μｍ以上２０μｍ未満の領域、２０μｍ以上２５μｍ未満の領域でも気泡個数の増大が顕著であり、それ以上の気泡径の領域においても気泡個数が増大している。

Ｎｏ．４にあるように液体としてろ過水を用いた場合、２０μｍ以上の気泡径領域では、蒸留水の場合よりもろ過水を用いた場合の方が気泡個数が多く発生している。特に３０μｍ以上３５μｍ未満の領域ではろ過水の方が気泡個数が１２倍も多くなる結果となっている。従来、蒸留水は微小気泡を生成させにくいといわれていたが、それは気泡径２０μｍ以上における上記挙動を表したものということができる。

一方、Ｎｏ．４における２μｍ以上５μｍ未満の領域と１５μｍ以上２０μｍ未満の領域では蒸留水と同様の気泡個数を実現しており、さらに５μｍ以上１０μｍ未満の領域と１０μｍ以上１５μｍ未満の領域ではろ過水よりも蒸留水の方が気泡個数が多くなるという結果が得られた。

（本発明例）
上記実施例１と同様、図１に示す構造を有する気泡生成装置を用い、液体中に極小気泡を生成させた。気泡を生成させる液体として、上記実施例１では蒸留水を用いたが、実施例２ではくみ上げ地下水をろ過したろ過水を用いている。

回転羽根３の形状は基本的に実施例１と同様である。羽根の形状としては、図２（ｂ１）（ｂ２）に示すように羽根４に穴１２を設けた形状のものを使用した。

回転羽根３を回転させる回転軸５は、実施例１と同様に直径３ｍｍの鋼製円柱であり、モーター６に駆動されて回転羽根を６０００〜１００００ｒｐｍの範囲で回転させることができる。本実施例では、回転数を１００００ｒｐｍとした。回転羽根３の周速は１１．５ｍ／ｓｅｃとなる。

円筒２の形状は、回転羽根３を収納した部分及び開放端１５に到るまでの部分は同一直径の円筒２であり、円筒２の内径Ｄとして２５、２８、３６、４２ｍｍの４種類から選択した（Ｄ／ｄ＝１．１４、１．２７、１．６４、１．９１）。円筒２の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３として０ｍｍから１３０ｍｍまで（Ｌ３／ｄ＝０〜５．９１）の範囲内において選択した。

円筒２の形状は回転羽根３の上方で肩部１３を形成し、肩部１３より上方における円筒の内径は２０ｍｍであり、この部分については円筒１１と称する。肩部１３の直上に回転軸５の軸受９ｂを有する支持部１０ｂを配置し、支持部１０ｂの上方３５ｍｍの位置に軸受９ａを有する支持部１０ａを配置する。支持部１０ａは円筒２の閉鎖端１４の役割を兼ねている。下側の支持部１０ｂと回転羽根３上端との間の距離（Ｌ１）は７ｍｍとした。これらの点についても実施例１と同様である。

本発明の気泡生成装置を用いて気泡を生成する液体２０として、ろ過水を用いた。ろ過水は上記実施例１と同様、地下水をくみ上げ、活性炭と中空糸膜フィルターを用いた水道用浄水器によって水をろ過したものをいう。直径１７０ｍｍ、高さ２７０ｍｍの円筒形の水槽内にろ過水を５リットル入れ、水槽内の水面中央部に上方から気泡生成装置を浸漬させる。

液体中に生成した気泡の個数を計測する方法も、上記実施例１と同様である。即ち、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを使用した「光散乱式の液中パーティクルカウンター」（米国ＰＭＳ社製ＬＩＱＩＬＡＺ−Ｅ２０Ｐ型）を使用して測定を行った。水槽の底から５０ｍｍの高さで水槽の側壁に沿った位置に取水位置を定め、この位置にサンプルホース先端を垂らして、水槽中の液体を装置の検査部へ定量ポンプにて輸送し、液体中の気泡個数を計測した。サンプリング流量は８０ｃｃ／ｍｉｎである。

結果を表２のＮｏ．５〜１６に示す。

表３は液体としてろ過水を用い、ろ過水の量を上記表２と同様に５リットルとした場合（Ｎｏ．１７）と、水槽を大型のものとして１００リットルのろ過水を満たした場合（Ｎｏ．１８）とを比較したものである。気泡生成装置において、Ｄ＝４２ｍｍ、Ｌ３＝７０ｍｍとし、他の条件は表２に記載のものと同様である。液体の量を１００リットルに増大しても十分に多量の極小気泡が生成していることが明らかである。

（比較例）
比較例として、特許文献２、３に記載されたように、回転軸の回転動作に伴う渦流運動及び、回転軸に取付けた攪拌羽根の切断動作と、順気泡渦流と逆気泡渦流との衝突動作とによって液体と気体との攪拌混合を行う気泡生成装置を用いた。

比較例の気泡生成装置は、その全体形状は特許文献２の図１に近似している。内径Ｄが３５ｍｍの円筒の内部に回転軸を有し、回転軸には円筒形状の回転体が２個と攪拌羽根（回転羽根）が４個配置されている。回転体の直径は３１ｍｍ、長さは１５ｍｍである。各回転羽根は、それぞれ３枚の羽根を有し、回転羽根の平均幅ｄは３１ｍｍである。回転羽根の各羽根は羽根の面の法線方向が回転羽根の回転周方向から４５°の角度をなしている。４個の回転羽根のうちの２個は、回転方向に面する羽根の面が上方４５°を向く角度をなしており、他の２個は下方４５°を向く角度をなしている。回転軸の回転数は２８００ｒｐｍである。

筒の上端には通気口が配置され、通気口の直径は８ｍｍ、長さは１２ｍｍである。また、筒の上端には液体の流通口が配置され、流通口として、口径１１ｍｍの流通口を４個配置している。筒の下端には、気泡を生成した液体を拡散するための拡散羽根が配置されている。

１０リットルのろ過水を満たした水槽において、比較例の気泡生成装置を用いて気泡の生成を行った。結果を表４のＮｏ．１９に示す。

（気泡生成状況の比較）
表４によれば、比較例の気泡生成装置を用いた場合においても、５〜１０μｍ、１０〜１５μｍの極小気泡が所定の個数で発生していることがわかる。一方、表４に記載の比較例と表２に記載の本発明例とを比較すると、本発明例における極小気泡生成量の増大が明らかである。２〜５μｍの極小気泡個数の増大状況も顕著である。さらに、１５μｍ以上５０μｍ未満のいずれの領域においても、本発明例は比較例と対比して気泡生成量が増大していることが明らかである。

表２によれば、本発明の範囲内でＤ、Ｌ３を変化させたところ、Ｄ、Ｌ３のいずれの値においても極小気泡の生成状況は良好であった。

表３のＮｏ．１７とＮｏ．１８を対比すると、本発明の気泡生成装置を用いる場合、液体の容量が５リットルから１００リットルに増大しても、十分に良好な気泡生成状況を示している。

なお、回転羽根３として図２（ｂ１）（ｂ２）に示す羽根４に穴１２を設けた形状のものに代え、図２（ａ１）（ａ２）に示すような穴１２を設けていない羽根４を用いた場合についても気泡生成試験を行った。その結果、穴１２の有無にかかわらず、極小気泡を良好に生成させることができた。

図７及び図１に示す構造を有する気泡生成装置を用い、多数の開口部を有する部分開口板１６設置の有無による液体中極小気泡生成状況の変化を評価した。気泡を生成させる液体として、上記実施例２と同様、くみ上げ地下水をろ過したろ過水を用いている。

回転羽根３の形状は基本的に実施例１と同様である。羽根の形状としては、図２（ｂ１）（ｂ２）に示すように羽根４に穴１２を設けた形状のものを使用した。回転羽根３を回転させる回転軸５は、実施例１と同様に直径３ｍｍの鋼製円柱であり、回転数を１００００ｒｐｍとした。

円筒２の形状は、回転羽根３を収納した部分及び開放端１５に到るまでの部分は同一直径の円筒２であり、円筒２の内径Ｄを４０ｍｍとした。円筒２の開放端１５から回転羽根３までの距離Ｌ３を４０ｍｍとした。閉鎖端１４直近の位置において、円筒１１に通気孔７を設けている。円筒１１の肉厚は３ｍｍであり、通気孔７の内径ｄ_Ｇは１ｍｍである。また、支持部１０ｂの直上には直径４ｍｍの液体流通口８を設けている。

部分開口板１６については、図７に示すように筒２の開放端１５に設けた。部分開口板１６は、線径０．５ｍｍの金属線を１．５ｍｍピッチで正方形の網目状に編んだメッシュであり、１ｍｍ×１ｍｍの開口部を多数有する形状である。

本発明の気泡生成装置を用いて気泡を生成する液体２０として、ろ過水を用いた。直径１３０ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒形の水槽内にろ過水を２リットル入れ、水槽内の水面中央部に上方から気泡生成装置を浸漬させる。極小気泡の生成を行うに際し、円筒２の開放端１５を下方に向けて気泡生成装置を液体中に浸漬する。回転羽根３の上端位置が液面２１の位置から２０ｍｍ下方となるように気泡生成装置の上下方向位置を定めた。

液体中に生成した気泡の個数を計測する方法も、上記実施例１、２と同様、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを使用した「光散乱式の液中パーティクルカウンター」（米国ＰＭＳ社製ＬＩＱＩＬＡＺ−Ｅ２０Ｐ型）を使用して測定を行った。

結果を表５のＮｏ．２０、２１に示す。Ｎｏ．２０が部分開口板１６を設けた例であり、Ｎｏ．２１は部分開口板１６を設けない例である。

表５より明らかなように、気泡径１０〜１５μｍにおいて、部分開口板なしのＮｏ．２１が５６個／ｍＬであったのに対し、部分開口板ありのＮｏ．２０では１３５個／ｍＬと２．４倍の気泡生成量となった。又同じ実験で、気泡径１５〜２０μｍでは、部分開口板なしの場合５４個／ｍＬであったが、部分開口板設置により９４個／ｍＬと１．７倍の気泡生成量となった。

以下に示す点を除いて実施例１と同様の気泡生成装置を用い、実施例１と同様の方法で気泡生成を行った。実施例１と相違する点としては、まず液体としてろ過水のみを用いた。使用したろ過水の条件は実施例１と同様である。表６のＮｏ．２２〜２７の条件で評価を行った。

Ｎｏ．２２については、回転羽根の回転数を５０５０ｒｐｍとした。この場合、回転羽根３の周速は５．８ｍ／ｓｅｃとなる。Ｎｏ．２３〜２６については、通気口の内径をそれぞれ１ｍｍ、３．３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍとした。Ｎｏ．２７については、回転羽根３の羽根４の枚数を２枚とした。Ｎｏ．２２〜２７とも、変更した点以外の条件は実施例１と同様とした。

結果を表６に示す。表６から明らかなように、Ｎｏ．２２〜２７のいずれも、良好な気泡生成量を得ることができた。またＮｏ．２３〜２６の結果から明らかなように、通気口の口径を小さくして通気抵抗を大きくするほど、極小気泡の生成量を増大させることができる。

さらに以下に示す点を除いて実施例１と同様の気泡生成装置を用い、実施例１と同様の方法で気泡生成を行った。液体として２リットルの蒸留水を用い、気泡生成装置の運転を開始してから３分間経過時点の段階で気泡生成状況の評価を行った。容器の大きさは実施例３と同様である。結果を表７に示す。Ｎｏ．２７は部分開口板なし、Ｎｏ．２８は対辺が６ｍｍの六角形である開口を無数に配置したパンチングメタルを部分開口板として使用した場合である。

実施例１における蒸留水を用いたデータでは、５μｍ以上１０μｍ未満の領域、１０μｍ以上１５μｍ未満の領域のいずれも、気泡個数が１０００個／ｍＬを超える気泡の生成が見られたのに対し、上記表７に示すデータでは、５μｍ以上１０μｍ未満の領域で４０個／ｍＬ、１０μｍ以上１５μｍ未満の領域で１１３個／ｍＬという結果であった。実施例１に示すデータが、気泡生成装置を５分程度の運転を断続的に実施した後のデータであるのに対し、実施例４の上記表７に示すデータが運転開始後３分におけるデータである点で両者は相違する。これらデータから、本発明の気泡生成装置を長時間、例えば２０分以上運転することによって、あるいは５分程度の運転を断続的に実施することによって、５μｍ以上１０μｍ未満の領域、１０μｍ以上１５μｍ未満の領域のいずれも、気泡個数が１０００個／ｍＬを超える気泡の生成させることが可能であると同時に、短時間の運転でそれぞれの領域で４０個／ｍＬ以上の気泡を生成させ得ることがわかる。

従来の微小気泡生成方法においては、液体中に直径１０〜２０μｍの微小気泡を大量に生成し、これによって水等の液体中に空気等の気体を効率よく溶解させることができた。本発明も同様の効果を有する。

さらに本発明の微小気泡生成方法においては、液体中に直径１５μｍ未満の極小気泡を多量に生成することができるので、表面張力に起因する気泡中の圧力がより一層高まり、極小気泡が有する自己圧縮性とそれを利用したガスハイドレードの生成や魚介類の養殖促進、極小気泡が有する電気的な特性を利用することが可能となり、本発明がはたす産業上の利用可能性は極めて大きいものがある。

Claims

一端が閉鎖端で他方端が開放端となっている筒と、該筒中にあって筒と同軸又は略同軸に回転する回転羽根を用い、回転羽根は１枚又は２枚以上の羽根を有し、羽根の面のいずれの場所においても羽根の面の法線が回転羽根の回転軸軸芯と直交する面に平行な位置から±１５°以内であり、少なくとも前記筒の開放端及び回転羽根の部分を液体中に浸漬し、回転羽根が回転するときにおける羽根の最外周部の回転方向の速度を５．８ｍ／ｓｅｃ以上として回転することを特徴とする、液体中に極小気泡を生成する方法。
羽根の平均幅を回転軸中心から羽根の外周までの回転半径方向幅の２倍と定義し、前記筒の閉鎖端側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均幅の０．３６倍であって長さが３ｍｍの通気口と同等又はそれ以上の通気抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
液体として蒸留水を用いたときに、筒の開放端から排出される液体中の直径１０μｍ以上１５μｍ未満の気泡の数が４０個／ｍＬ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
一端が閉鎖端で他方端が開放端となっている筒と、該筒中にあって筒と同軸又は略同軸に回転する回転羽根とを有し、回転羽根は１枚又は２枚以上の羽根を有し、羽根の面のいずれの場所においても羽根の面の法線が回転羽根の回転軸軸芯と直交する面に平行な位置から±１５°以内であり、羽根の平均幅を回転軸中心から羽根の外周までの回転半径方向幅の２倍と定義し、筒の開放端及び回転羽根の部分を液体中に浸漬したときに回転羽根が回転するときにおける羽根の最外周部の回転方向の速度を５．８ｍ／ｓｅｃ以上として回転できることを特徴とする、液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
前記筒の閉鎖端側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均幅の０．３６倍であって長さが３ｍｍの通気口と同等又はそれ以上の通気抵抗であることを特徴とする請求項４に記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
前記筒の開放端から前記回転羽根までの距離が前記羽根の平均幅に対して０．５倍以上であることを特徴とする請求項４又は５に記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
前記筒の内径は羽根の平均幅に対して１．１〜２．５倍の範囲にあることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
前記羽根の回転軸方向長さは羽根の平均幅に対して０．２倍以上であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
前記羽根はその表面に１又は２以上の穴を有する板によって構成されてなることを特徴とする請求項４乃至８のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
前記筒の開放端もしくは筒の開放端から前記回転羽根までの間に、多数の開口部を有する部分開口板を設けることを特徴とする請求項４乃至９のいずれかに記載の極小気泡を生成するための気泡生成装置。
液体として蒸留水を用い、少なくとも前記筒の開放端及び回転羽根の部分を液体中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端から排出される液体中の直径１０μｍ以上１５μｍ未満の気泡の数が４０個／ｍＬ以上であることを特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。