JP4866295B2

JP4866295B2 - 微細気泡の選別採取装置

Info

Publication number: JP4866295B2
Application number: JP2007147471A
Authority: JP
Inventors: 良一渋谷
Original assignee: 株式会社シンワ
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: JP2008296183A

Description

本発明は、微細気泡発生装置を使用して形成した微細気泡を大きさ別に採取するための微細気泡の選別採取装置に関するものである。

マイクロバブルは、分野にもよるが、おおむね１ｍｍ〜１μｍの範囲にある直径の気泡を指すということができる。その内でも直径の小さいものの有用性が着目されており、工学的応用が進められている。例えば、産業技術総合研究所の２００４年１月８日発表のプレスリリースには、「世界で初めてマイクロバブルの利用によりノロウイルスの不活化に成功」を報じる記事が発表されており、それによれば直径が５０μｍ以下の超微細な気泡を用いて、ノロウイルスの不活化に成功したとされている。

関連技術を検討すると、例えば特開平８−２３０７６０号の発明は径のそろった気泡を含む気泡水混合流体を発生させ、気泡同士の接触による気泡成長に伴う気泡径の増大を防止するマイクロバブルの発生装置を開示している。また、特開平８−２３０７６４号は気泡の微細化を図るとともに気泡径の大きさを制御可能にしたマイクロバブルの発生装置を開示している。しかし、これらは気泡径の増大を防止し、或いは大きさを制御しようとするものであり、そのために大掛かりな装置が必要になる。

特開平８−２３０７６０号特開平８−２３０７６４号産業技術総合研究所の２００４年１月８日発表のプレスリリースに係る「世界で初めてマイクロバブルの利用によりノロウイルスの不活化に成功」の記事

本発明は前記の点に着目してなされたものであり、その課題は、発生当初の大直径を有する段階から消滅直前までの小直径を有する段階までの、任意の直径を有する微細気泡を容易に選別採取可能とすることである。また、本発明の他の課題は、使用目的に応じた直径の微細気泡を選別採取可能とすることである。

前記の課題を解決するため、本発明は、微細気泡発生装置を使用して形成した微細気泡を大きさ別に採取するための選別採取装置として、液体を貯留する液体タンクと微細気泡を発生させる微細気泡発生装置とを液体供給配管によって接続し、微細気泡発生装置と微細気泡を貯留するバブルタンクの底部とをバブル送給配管によって接続するとともに、バブル送給配管の末端に微細気泡を液体に溶解させた気泡溶解液をバブルタンク内に噴射するノズルを具備し、バブルタンク内に、自己加圧現象によって大直径から小直径へと移行する段階で気泡の浮力の作用により液面より整然とした大直径から小直径へと階層化が行われているマイクロバブルを貯留するものとし、上記マイクロバブルの中から所要の直径のものを採取可能にするために、バブルタンクの底部から液面までの間の、バブル直径に対応する位置に、直径の異なるマイクロバブルの開閉可能な取り出し口を複数個配置するという手段を講じたものである。

本発明の対象となる微細気泡は、１ｍｍ（１０００μｍ）〜１μｍの範囲にある直径のマイクロバブルと呼ばれる範囲の気泡と、１μｍ以下の直径のナノバブルと呼ばれる気泡である。そして、本発明の装置を使用して上記の範囲の直径を有するマイクロバブルを形成することが可能であるとしても、１台の装置で可能である必要はなく、大径のバブル用、中径のバブル用、或いは小径のバブル用等において可能であれば良い。

本発明における装置では、液体を貯留する液体タンクと、微細気泡を発生させる微細気泡発生装置と、これらを接続する液体供給配管と、マイクロバブル、ナノバブルを貯留するバブルタンクと、微細気泡発生装置とバブルタンクの底部とを接続するバブル送給配管と、バブル送給配管の末端において微細気泡を液体に溶解させた気泡溶解液をバブルタンク内に噴射するノズルと、を具備する。

微細気泡発生装置は、浄水中に溶解させるマイクロバブルを発生させるための手段である。マイクロバブルは、例えば気体溶解の過飽和現象として説明されるもので、その大きさについては分野により様々な定義がなされているが、直径１ｍｍ以上を含まないこと、及びマイクロバブルの圧壊によって発生するとされる直径１μｍ未満のナノバブルと称されるものを含む。本発明では、このようなマイクロバブルを利用可能にするために、特許第３６２０７９７号、同第３６５６０７４号に開示されている発明の実施品を使用することで好ましい結果を得ている。

バブルタンク内には、発生当初の大直径を有する段階から消滅直前までの小直径を有する段階までの、各種サイズの微細気泡を貯留する。上記各種サイズの微細気泡の中から所要の直径のものを採取可能にするために、本発明では、微細気泡が、全体としてはタンク底部から液面に向って浮上する傾向を保ちながら、自己加圧効果と呼ばれる現象により、徐々に直径を縮めて、層を成すようになる現象を利用する。

そのために本発明では、泡の浮力の大きさによって生成後のバブルタンク内の液面の泡の大直径から消滅寸前の状態にある小直径のマイクロバブルと消滅後（表面張力による自己加圧現象後の圧壊後）にナノバブル化したものの間の、各種直径のものが層をなしている各バブル層位置に、直径の異なるマイクロバブル及びナノバブルを取り出す取り出し口を複数個配置する。取り出し口は開閉可能な、コックないしは開閉栓等からなる。つまり、一定のバブル層の位置にある開閉口或いはコックないし開閉栓の位置では、常に一定の直径のマイクロバブルが存在し、またマイクロバブルの圧壊により発生したナノバブルが存在する。従って、バブルタンクに配置されている取り出し口の内で、所定のマイクロバブル層の位置にある取り出し口を開くことにより、希望する直径を持つマイクロバブルだけを取りだし口から流出させることができるとともにマイクロバブル消滅後のナノバブルを同じく取り出し口を開くことにより流出させることができる。

取り出したマイクロバブルがそのバブルタンクにおける最小直径である場合には、それよりも小径のマイクロバブルに影響が出ることは少ない。つまり、目的の直径を持つマイクロバブルについては何の問題もなく供給され続ける。元来、マイクロバブルの５０μｍ以下のサイズのものは帯電しているとされており、泡の界面を（−）電荷で保ち気泡同士が合体して気泡濃度を低下させることはない。そのことにより取り出し口より供給を続けても飽和状態になり生成量が減少しマイクロバブル層の気泡濃度が安定する。また、液体タンクとバブルタンクの間に着脱可能な仕切り板を配置し、上記仕切り板を取り外すことにより、液体タンクの分だけバブルタンクの容積を増加することが可能になり、その結果生成するマイクロバブルの気泡濃度容積を著しく高めることも可能になる。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、発生当初の大直径を有する段階から消滅直前までの小直径を有する段階までの、任意の直径を有する微細気泡を容易に選別採取することが可能となる。また、本発明によれば、使用目的に応じた直径の微細気泡を選別採取可能とすることができるという効果を奏する。

以下図示の実施形態を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明に係る微細気泡の選別採取装置の一例を示すもので、例示の装置１０は、液体として水道水を浄水として貯留する液体タンク１１と、微細気泡を発生させる微細気泡発生装置１２と、これらを接続する液体供給配管と、マイクロバブル、ナノバブルから成る微細気泡を貯留するバブルタンク１３と、微細気泡発生装置１２とバブルタンク１３の底部とを接続するバブル送給配管と、バブル送給配管の末端において、微細気泡を液体に溶解させた気泡溶解液をバブルタンク内に噴射するノズル１４とを具備する。上記液体タンク１１とバブルタンク１３はオーバーフロータンク１５の内部に配置されており、また、液体タンク１１とバブルタンク１３の間には越流口１６を有する仕切り板１７が取り付けられている。

図１において、１８は液体栓であって、配管により液体タンク１１に接続されており、１９は水位監視センサーである。液体タンク１１から微細気泡発生装置１２へ浄水を供給するために、液体供給配管の基端部には吸引ノズル２０が設けられており、その先端部は微細気泡発生装置１２への浄水の流入口２１に接続されている。液体タンク１１には、排水ポンプ２２との連絡配管も接続されており、液体タンク１１に接続された２配管にはそれぞれ電磁弁より成る開閉弁２３、２４が設けられている。

微細気泡発生装置１２は、前述した特許第３６２０７９７号、同第３６５６０７４号に開示されている発明の実施品に相当するものを使用し、供給される浄水と空気を混合、攪拌して浄水に空気を溶解させるポンプと、ポンプから排出される空気混合溶解液に含有される溶解されない気体を分離する気液混合分離手段と、上記手段から排出される空気溶解液を吐出、減圧して微細気泡を発生させる吐出手段を備え、上記ポンプは浄水の供給部と空気の供給部が直接連接されており、空気の供給部には空気量調整手段を配設して、ポンプに供給する空気量を調節することができる構成を有している。図示の微細気泡発生装置１２は、前記気液混合分離手段において空気を溶解した空気溶解液（洗浄水）が吐出管の先端部で加圧、減圧を複数回繰り返して空気溶解液（洗浄水）に微細気泡を発生させるもので、微細気泡は、吐出管カバーの壁面に衝突し、旋回流、乱流によりさらに微細気泡化される。

２５はスイッチであり、微細気泡発生装置１２の作動を制御する。２６は空気溶解液（洗浄水）の排出口であり、バブル供給配管により前記のバブルタンク底部のノズル１４に接続されている。バブルタンク１３には、バブル供給配管の先端に取り付けた吐出ノズル１４から上記の空気溶解液を、３．５〜４．５気圧に加圧して供給する構成になっている。このように構成したことにより、バブルタンク１３には直径約４〜２０μｍのマイクロバブルの混合した洗浄水を満たすことができる。

バブルタンク１３は、電磁弁より成る開閉弁２７を有する配管により排水ポンプ２２に接続されている。同排水ポンプ２２は、オーバーフロータンク１５にも接続されている、排水配管を通じて下水管２８に接続されており、全てのタンク１１、１３、１５の排水を筐体２９の外部に排出する。またバブルタンク１３は、仕切り板１７を取り外すことにより、液体タンク１１の分だけ容積を増加することができ、その状態で本発明装置を運転することも可能であるので、バブルタンク１３において生成されたマイクロバブルを循環させ、高濃度のマイクロバブルを蓄積することができる。

このようなバブルタンク１３の内部には、バブルタンク底部において生成当初の大直径を有する段階から消滅直前までの小直径を有する段階までの、各種サイズのマイクロバブルが満たされる。本発明では、バブルタンク１３の底部にて生成した大直径のマイクロバブルが気泡の浮力により液面に押し上げられながら、マイクロバブルの特性である表面張力の自己加圧現象によって大直径から小直径へと移行する段階で気泡の浮力の作用により液面より整然とした大直径から小直径へと階層化が行われる。このようにして各種直径のものが層を成している各マイクロバブル層位置に、直径の異なるマイクロバブルを取り出す取り出し口として、開閉可能な抽出コック３０を複数個配置する。

複数個の抽出コック３０は、大小の直径を有する微細気泡が一定の範囲ではほぼ一定の直径を有する微細気泡から成る、複数のマイクロバブル層の位置にそれぞれ配置するものであり、目的の抽出コック３０を開くことにより、希望する直径を持ったマイクロバブルだけを取り出し口から流出させることができる。図示の例において、複数個の抽出コック３０は、上下左右に斜めに離して配置することにより、各層位置にある特定の直径の各マイクロバブルだけを取り出し得るようにされている。

本発明に係るマイクロバブルの選別採取装置１０において、スイッチ２５がオンになると、微細気泡発生装置１２と排水ポンプ２２が始動し、液体タンク１１に貯留した浄水が微細気泡発生装置１２に吸引され、浄水は微細気泡発生装置１２において空気を溶解した空気溶解液（洗浄水）となり、バブルタンク１３に送られ、ノズル１４から排出されて、バブルタンク内をマイクロバブル、ナノバブルから成る微細気泡で満たすことになる。

吐出ノズル１４から排出され、バブルタンク１３内に満たされた空気溶解液（洗浄水）は、直後のものは最も大きい直径を有するマイクロバブルである。マイクロバブルは上昇速度が遅く比表面積が大きいため、生成当初は大直径のマイクロバブルも、自己加圧効果を起こして次第に小径に変化し、水中で溶解しながら、最終的に消滅するという性質を持っており、それが気泡全体としては液表面に向かって浮上する傾向にあるので、バブルタンク底部と液面との間に直径の異なるマイクロバブルが層を成すように貯留されるものである。

例えばある装置の例を示せば、深さ約３０センチメートルのバブルタンク１３の場合、底部付近におけるマイクロバブルは存在せず、小径に変化し、水中で溶解され、一部はナノバブル化されたものが浮遊し、中間位置においては直径２０μｍの気泡（マイクロバブル）であり、液面付近は直径４０μｍであった。従って、４０μｍのマイクロバブルを必要とする場合には、最上部の抽出コックを開いてそれを取り出すことができる。なお、抽出コックを開いて取り出したマイクロバブルは、ピペット乃至は輸送管等の輸送手段を利用して目的の箇所までなるべく迅速に移動するものとする。

このように本発明によれば、生成から自己加圧効果により小径化するマイクロバブルを大きさ別に選別採取することができるが、これはマイクロバブル以外の気泡についても当然適用可能である。例えばナノバブルの選別採取、１μｍより大きい気泡の選別採取を行うことができる。マイクロバブルは洗浄効果の効用があり、ナノバブルでは浸透性に優れているので、マイクロバブルにおいては油脂の脱脂、洗浄、医薬品輸送のカプセル、及び臓器移植の搬送用保存液として、ナノバブルでは人体の細胞に浸透する極限のサイズを利用した医薬品への応用が期待される。

本発明に係る微細気泡の選別採取装置の一例を示す説明図。同上の装置を拡大して示す図。同上の装置の斜視図。

符号の説明

１０微細気泡の選別採取装置
１１液体タンク
１２微細気泡発生装置
１３バブルタンク
１４ノズル
１５オーバーフロータンク
１６越流口
１７仕切り板
１８流体栓
１９水位監視センサー
２０吸引ノズル
２１流入口
２２排水ポンプ
２３、２４開閉弁
２５スイッチ
２６排出口
２７開閉弁
２８下水管
２９筐体
３０抽出コック

Claims

微細気泡発生装置を使用して形成した微細気泡を大きさ別に採取するための微細気泡の選別採取装置であって、
液体を貯留する液体タンクと微細気泡を発生させる微細気泡発生装置とを液体供給配管によって接続し、微細気泡発生装置と微細気泡を貯留するバブルタンクの底部とをバブル送給配管によって接続するとともに、バブル送給配管の末端に微細気泡を液体に溶解させた気泡溶解液をバブルタンク内に噴射するノズルを具備し、
バブルタンク内に、自己加圧現象によって大直径から小直径へと移行する段階で気泡の浮力の作用により液面より整然とした大直径から小直径へと階層化が行われているマイクロバブルを貯留するものとし、上記マイクロバブルの中から所要の直径のものを採取可能にするために、バブルタンクの底部から液面までの間の、バブル直径に対応する位置に、直径の異なるマイクロバブルの開閉可能な取り出し口を複数個配置したことを特徴とする微細気泡の選別採取装置。
開閉可能な取り出し口は、コックないしは開閉栓から成る請求項１記載の微細気泡の選別採取装置。
液体タンクとバブルタンクの間に着脱可能な仕切り板を配置し、上記仕切り板を取り外すことにより、液体タンクの分だけバブルタンクの容積を増加することを可能にした請求項１記載の微細気泡の選別採取装置。