JP4788800B2

JP4788800B2 - 洗浄方法及び洗浄装置

Info

Publication number: JP4788800B2
Application number: JP2009107046A
Authority: JP
Inventors: 敦志辻; 伸也広田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: JP2009172605A

Description

本発明は、微細気泡を利用して洗浄を行う洗浄方法及び洗浄装置に関するものである。

従来より、微細気泡を利用して洗浄を行う洗浄装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

この従来の洗浄装置においては、水を貯留するための容器８１と、水内に空気を溶解した溶解水を製造するための溶解水製造手段８２と、溶解水の供給を受けて前記容器８１内にマイクロバブルを発生するためのバブル発生ノズル８３とを備えている。バブル発生ノズル８３は、容器８１への取付部を備えたノズル本体８４内に、溶解水製造手段８２に接続するための接続部８６を備えた中空パイプ８５を設け、この中空パイプ８５内に備えたオリフィス８７と圧力解放室８８を設け、この圧力解放室８８内に発生した気泡を微細化するための微細目の網部材８９を設け、前記中空パイプ８５の周壁に設けた小径の連通孔９０に連通した攪拌室９１を、ノズル本体８４の内周面と中空パイプ８５の外周面との間に備え、この攪拌室９１と容器８１とを連通した小孔９２をノズル本体８４の取付部付近に備えている。

このものにあっては、容器８１内にミクロンオーダーのマイクロバブルを発生させ、このマイクロバブルの自己加圧効果および圧壊を利用して、石鹸等の洗剤を使用することなく被洗浄物の洗浄を行うものである。

しかしながら、上記従来の洗浄装置にあっては、洗浄タンクが必要で装置の複雑化及び大型化を招いて製造コストが増大してしまい、また、洗浄性能が低く洗浄時間が長くかかってしまうという問題があった。

そこで、溶解水を被洗浄物に直接噴射することが考えられた（例えば特許文献２参照）この特許文献２に示されるものにあっては、水等の液体に空気等の気泡発生用のガスを溶解させて過飽和状態（これを過飽和液体という）とすることで、気泡を生じ易くすると共に被洗浄物に直接噴射している。

しかしながら、この特許文献２に示されるものにあっては、過飽和液体はノズルから噴射するまでの過程で発生しているが、ノズルから噴射される時には液体中に残存しているガスの分圧が下がっていて、過飽和状態となっておらず、被洗浄物の表面で充分に微細気泡を発生させることができないものであった。

特開２００６−６８６３１号公報特開２００６−２２３９９５号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、洗剤の使用が不要で、コンパクトで且つ被洗浄物の表面で充分に微細気泡を発生させて洗浄性能が高い洗浄方法及び洗浄装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る洗浄方法にあっては、液体を搬送経路１に流して加圧すると共に脈動流を発生させ、気体を前記搬送経路１を流れる液体に供給し加圧溶解させて気体が飽和状態となった液体を生成し、気体が飽和状態となった液体を大気圧まで減圧し、減圧されて気体が過飽和となっている液体を発泡させずに被洗浄物６に噴射し、被洗浄物６の表面の汚れＹと噴射された前記液体との界面に気泡を発生して汚れＹを除去することを特徴とするものである。

このような構成とすることで、洗浄では大きな洗浄タンクが必要であったり、洗浄性能が低いため洗浄時間が長く必要であるといった問題を解決でき、洗剤が不要なものでありながらコンパクトで且つ、被洗浄物６の表面で微細な気泡を充分に発生させて洗浄性能が高い洗浄方法にすることができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、液体が水であることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、特別な液体を使用することなく、水道等より容易に得ることができ、液体の供給手段を簡単にして、小型の装置で洗浄することができる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、気体が空気であることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、特別な気体を使用することなく、大気中より容易に得ることができ、気体の供給手段を簡単にして、小型の装置で洗浄することができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に係る発明において、減圧された液体を、搬送経路１と噴出口５１とを接続する主経路５３に流すと共に主経路５３の下流側から分流して再び主経路５３の上流側に合流する該主経路５３の両側にそれぞれ形成される二個のフィードバック流路５４に交互に流すことにより、発振状態で被洗浄物６に噴射することを特徴とするものである。

このような構成とすることで、洗浄面積を広げて広範囲の洗浄を可能とし、洗浄性能が向上するものである。

請求項５に係る洗浄装置にあっては、液体を搬送経路１に流して加圧すると共に脈動流を発生させるポンプ２と、気体を前記搬送経路１を流れる液体に加圧溶解させて該気体が飽和状態となった液体を生成する加圧溶解部３と、加圧溶解部３で生成し気体が飽和状態となった液体を大気圧まで減圧する減圧部４と、前記減圧部４からの、気体が過飽和となっている液体を発泡させずに被洗浄物６に噴射する洗浄液噴射部５とを備えて成り、洗浄液噴射部５から噴射される液体が、被洗浄物６の表面の汚れＹとの界面で気泡を発生させて汚れＹを除去する液体であることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、洗浄では大きな洗浄タンクが必要であったり、洗浄性能が低いため洗浄時間が長く必要であるといった問題を解決でき、洗剤が不要なものでありながらコンパクトで且つ、被洗浄物６の表面で微細な気泡を充分に発生させて洗浄性能が高い洗浄装置を得ることができる。

本発明にあっては、複数の洗浄作用を効果的に活用して高い洗浄効果が得られるため、従来のように、大きな洗浄タンクが必要であったり、洗浄性能が低いため洗浄時間が長く必要であったり、装置が大型化するといった問題を解決でき、洗剤が不要なものでありながらコンパクトで洗浄性能が高い洗浄方法及び洗浄装置とすることができ、家電機器への応用が広範囲で可能となる。

本発明の洗浄装置の一実施形態の構成図である。同上における減圧部の一例の構成図である。同上における減圧部の他例の構成図である。同上における減圧部の更に他例の構成図である。同上において液滴の集団の被洗浄物に付着した汚れへの衝突を説明する説明図である。同上において液滴の被洗浄物に付着した汚れへの衝突を説明する説明図である。同上において被洗浄物に付着した液滴の汚れへの吸着等を説明する説明図である。同上において被洗浄物に付着した液滴がサイド流となって汚れを押しのける状態の説明図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上における洗浄液噴射部の一例を説明する説明図である。従来例の全体構成図である。同上の要部拡大図である。

以下、本発明の一実施形態について添付図面に基づいて説明する。

本発明の洗浄装置は、図１に示すように、液体の搬送経路１を備え、該搬送経路１の上流側から順に設けられるポンプ２と、加圧溶解部３と、減圧部４と、洗浄液噴射部５とで主体が構成されるものである。

ポンプ２は、液体を搬送経路１に流して加圧すると共に脈動流を発生させるもので、脈動を発生し易いピストンポンプ２が好適に用いられる。

加圧溶解部３は、前記ポンプ２にて加圧されると共に脈動流となって搬送経路１を流れてくる液体に、気体を溶解させて飽和状態とするもので、ヘンリーの法則に従って、気体を加圧することで溶解させて飽和状態とする。この加圧溶解部３は、液体中に気体を供給するエゼクタ３１を備えており、エゼクタ３１により液体中に供給された気体は、液体がポンプ２により加圧されていることで、飽和量まで溶解する。また加圧溶解部３は、エゼクタ３１の下流側に圧力開閉弁３３を介して大気に連通される気体分離部３２を備えており、飽和に達することで溶解しきれなかった気体を液体から分離させて大気に排出している。

減圧部４は、溶解気体が飽和状態となって加圧溶解部３から流れてくる液体を減圧するもので、図２に示すように複数の弁４１を直列に並設したり、図３に示すように経路断面を段階的に縮小させたり、図４に示すように経路断面を段階的に縮小させたりすることで構成される。このような減圧部４により、液体中に溶解している気体の発生（析出）無しに液体を徐々に大気圧まで減圧し、気体の過飽和の状態を得ることができる。

洗浄液噴射部５は、搬送経路１の下流端に設けられ、搬送経路１を流れてくる液体を被洗浄物６に向けて噴射するノズル５０にて構成される。被洗浄物６は、従来例のように水中に浸漬しておくのではなく、気体中（通常は大気中）に配置しておき、気体中の被洗浄物６に向けて洗浄液噴射部５から液体を噴射するものである。

本実施形態では、液体に水道水等の水を使用し、気体に空気を使用している。例えば、約２０℃の水道水を６リットル／分でポンプ２で搬送して０．８ＭＰａの圧力を付与すると共に、加圧溶解部３のエゼクタ３１にて０．６リットル／分の空気を供給し、エゼクタ３１の出口で０．５ＭＰａの圧力であるのを、減圧部４により０ＭＰａまで降圧させることで、洗浄液噴射部５においてＤＯ（dissolved oxygen：溶存酸素)２０ｍｇ／リットルの洗浄液を得る。

洗浄液噴射部５から噴射される液体は、図５に示すように、噴射される前は脈動流となっていることで、噴射後に不均一な液滴Ｗの集団になって、被洗浄物６の表面の微細粒子である汚れＹの集合体へ衝突し、この衝撃作用をもって汚れＹを粉砕、除去を行う。更に説明すると、液滴Ｗは、図６に示すように、汚れＹと衝突して被洗浄物６が振動し、また、液滴Ｗ内部に衝撃波が発生することにより、汚れＹを分散または剥ぎ取るものである。ここで、液体は気体が過飽和となっていることにより、洗浄液噴射部５から噴射されて被洗浄物６に衝突した時の衝撃によって、液滴Ｗ内部に発泡現象が起こり、微細気泡が発生して衝撃作用の効果を高める。

また、液滴Ｗの衝突による衝撃によって除去することができなかった被洗浄物６の汚れＹは、図７に示すように、付着した液滴Ｗは気体の過飽和状態であるため、汚れＹと液体の界面にて多くの分子サイズの気体の微細気泡Ｂが発生し、微細気泡Ｂの押しのけ効果や、微細気泡Ｂと汚れＹの吸着作用により更に汚れＹを更に微細粒子化し分散させる。

例えば、汚れＹが油脂であった場合、気体を親油性の高い酸素にし、油脂界面で酸素の微細気泡Ｂを発生させれば、酸素の微細気泡Ｂの発生時の油脂界面を押しのけ効果で移動させ、且つ、酸素と油脂が吸着し酸素が被洗浄物６から汚れＹを奪い取り、大きな洗浄効果を発揮することができる。なお従来例において、微細気泡を事前に発泡させておくことで油脂等の洗浄に効果があるとの報告があるが、事前に発泡させた場合の気泡は径が大きいため、微小な汚れＹは除去し難いものであるが、本実施形態では、汚れＹと液体界面に分子サイズ（ナノメータサイズ）の微細気泡が発生し、微小な汚れＹまで除去が可能である。また、従来例においては、液体内にある微細気泡と汚れＹが接触するのは偶発的で効率が良いとはいえないが、本発明では気体が過飽和状態の液体が汚れＹの界面全体で発泡現象を起こすため、従来例による洗浄より、非常に高い洗浄効果が得られる。また、従来例では微細気泡が大きくて噴流すると合体現象が起こって気泡が大きくなり洗浄効果が低下するが、本発明では小さいため合体現象が起こらず、洗浄効果が低下することなく汚れＹの界面全体で微細気泡を発生させて、非常に高い洗浄効果が得られるものである。

本発明では上述したように、洗浄液噴射部５から噴射する液体は気体の過飽和状態となっており、これを気体中（空気中）に配した被洗浄物６に直接噴射することで、被洗浄物６の表面に到達した時に過飽和状態を維持することができ、従来のように液体中（水中）に過飽和状態の液体を吐出する場合に被洗浄物６の表面に至る時には飽和しておらず溶存気体量が低下しているといったことがなく、微細気泡Ｂを多く確実に発泡させることができるものである。

また、図８に示すように、液体は被洗浄物６の表面で該表面に沿って横方向へ流れるサイド流となって、更に汚れＹを分散して剥離させるが、その際も気泡の発泡現象が起こり、サイド流の衝撃効果と気泡発生によるサイド流の瞬間的な流速向上による衝撃効果の向上と、気泡による押しのけ効果、吸着効果により汚れＹを強力に剥ぎ取る。

本実施形態では、上述したように洗浄液噴射部５においてＤＯ２０ｍｇ／リットルの洗浄液を得て、これを被洗浄物６に噴射することで、被洗浄物６の表面での微細気泡Ｂの発泡現象により、油脂が強力に除去されることが確認されている。

また、洗浄液噴射部５のノズル５０に、図９に示すような流体素子５ａを用いることが好ましいものである。流体素子５ａは、搬送経路１から流れてくる液体が流入する流入口５１と、流入した液体を被洗浄物６へ向けて噴射する噴出口５２と、前記流入口５１と噴出口５２とを接続する主経路５３と、主経路５３の下流側から分流して再び主経路５３の上流側に合流する該主経路５３の両側にそれぞれ形成される二個のフィードバック流路５４とで構成される。

液体は流入口５１を介して主経路５３に流入し、噴出口５２に向かって流れる。このとき、噴出口５２へ向けて流れる水の一部はフィードバック流路５４に流入して上流側の合流部分にて合流する。主経路５３の合流部分より下流側は上流側より大径となるように形成しているため、主経路５３の合流部分より下流側においては、ある時点においてコアンダ効果によってどちらか一方の内側壁面（即ち図９中の左側のフィードバック流路５４側の内側壁面）に付着した状態で水が流れ、図９（ａ）に示すように、付着した側に曲がった状態で噴出口５２から噴出されることになる。この時、水が付着している側のフィードバック流路５４は流れる水が多くなって閉塞され、反対側のフィードバック流路５４（即ち図９（ａ）中の右側のフィードバック流路５４）の圧力よりも高くなる。すると、図９（ｂ）の状態を経て、主経路５３を流れる水は反対側の低圧のフィードバック流路５４側の内側壁面に付着するようになって、図９（ｃ）に示すように、今度は反対側に曲がった状態で噴出されることとなり、このように付着方向が交互に変更されて発振状態となるものである。これにより、洗浄面積を広げて広範囲の洗浄を可能とし、洗浄性能が向上するものである。

以上のように本発明では、複数の洗浄作用、すなわち、衝撃作用と、過飽和による被洗浄物６の表面で充分な微細気泡の発生の効果を活用し、高い洗浄効果が得られるため、従来例による洗浄では大きな洗浄タンクが必要であったり、洗浄性能が低いため洗浄時間が長く必要であったり、装置が大型化するといった問題を解決でき、洗剤が不要なものでありながらコンパクトで洗浄性能が高い洗浄方法及び洗浄装置とすることができる。これにより、家電機器への応用が広範囲で可能となった。

なお、本発明の利用分野としては、口腔、皮膚及び頭皮等の人体洗浄や、食器洗浄機、流し台、洗面台や、車、外壁等の洗浄や、食品工場等の工程洗浄や、加工部品の洗浄や、果物、野菜等の食材洗浄が主に挙げられるが、これらに限定されない。

１搬送経路
２ポンプ
３加圧溶解部
３１エゼクタ
３２気体分離部
３３圧力開閉弁
４減圧部
４１弁
５洗浄液噴射部
５０ノズル
５ａ流体素子
５１流入口
５２噴出口
５３主経路
５４フィードバック流路
６被洗浄物
Ｗ液滴
Ｙ汚れ
Ｂ微細気泡

Claims

液体を搬送経路に流して加圧すると共に脈動流を発生させ、気体を前記搬送経路を流れる液体に供給し加圧溶解させて気体が飽和状態となった液体を生成し、気体が飽和状態となった液体を大気圧まで減圧し、減圧されて気体が過飽和となっている液体を発泡させずに被洗浄物に噴射し、被洗浄物の表面の汚れと噴射された前記液体との界面に気泡を発生して汚れを除去することを特徴とする洗浄方法。
液体が水であることを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
気体が空気であることを特徴とする請求項１又は２記載の洗浄方法。
減圧された液体を、搬送経路と噴出口とを接続する主経路に流すと共に主経路の下流側から分流して再び主経路の上流側に合流する該主経路の両側にそれぞれ形成される二個のフィードバック流路に交互に流すことにより、発振状態で被洗浄物に噴射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の洗浄方法。
液体を搬送経路に流して加圧すると共に脈動流を発生させるポンプと、気体を前記搬送経路を流れる液体に加圧溶解させて該気体が飽和状態となった液体を生成する加圧溶解部と、加圧溶解部で生成し気体が飽和状態となった液体を大気圧まで減圧する減圧部と、前記減圧部からの、気体が過飽和となっている液体を発泡させずに被洗浄物に噴射する洗浄液噴射部とを備えて成り、洗浄液噴射部から噴射される液体が、被洗浄物の表面の汚れとの界面で気泡を発生させて汚れを除去する液体であることを特徴とする洗浄装置。