JP5614696B1 - マイクロバブル生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で液体中にマイクロバブルを生成することができるマイクロバブル生成装置を提供する。【解決手段】マイクロバブル生成装置１は、外部から液体を導入するための流入口２ａと、流入口２ａから導入された液体が通流する螺旋流路が内部にそれぞれ形成された２つの円筒体３，３と、螺旋流路を通流した液体を外部へ流出させるための流出口２ｂと、螺旋流路の出口と流出口２ｂとの間にケーシング２に固定されることなく設けられ、その出口から流出口２ｂに向かう液体を整流する球体５と、球体５から流出口２ｂに至る中間流路の流路径を絞る絞り径部２ｅとを備えている。円筒体３，３は円筒径方向に並設されており、それぞれの内部に形成されている螺旋流路の出口から流出する液体が互いに衝突することによって液中にマイクロバブルが生成され、球体５が、衝突した後の液体を整流して絞り径部２ｅに導くように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、液体中にマイクロバブルを生成するマイクロバブル生成装置に関する。

従来、液体中にマイクロバブルを生成する技術としては、高圧ポンプによって気体を含む液体を旋回させ、これにより得られた旋回流を障害物等によって崩壊させることでマイクロバブルを生成する方法、及び、高圧ポンプにより十分な量の気体を液体中に溶解させた上で圧力を解放することによって気体の過飽和状態を作り、その後に減圧することで液体中にマイクロバブルを生成する方法等が知られている。

上述した方法でマイクロバブルを生成する場合、加圧ポンプ及び高圧に耐える配管等が必須となるため、装置の高コスト化を招く等の問題がある。そのため、簡易な装置構成でマイクロバブルを生成する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１では、開口径の異なる２種類の管を同一中心線上に配置して外管及び内管の二重構造の配管を備え、各管の内面に密接して線状部材をそれぞれ異なる方向に螺旋状に配置して螺旋部材となし、各管の内面と各螺旋部材とからなる螺旋溝に沿って流れる方向の異なる気泡を含む螺旋水流を衝突させることによってマイクロバブルを生成するマイクロバブル生成装置が提案されている。

特開２００９−２７４０４５号公報

しかしながら、上述した従来のマイクロバブル生成装置の場合、外管と内管とでは水流の強さ及び旋回速度等が異なるため、例えば内管を通る水流は外管を通る水流に吸い込まれて衝突力が減少し、多くのマイクロバブルを生成することができないという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で効率良く液体中にマイクロバブルを生成することができるマイクロバブル生成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様のマイクロバブル生成装置は、ケーシングと、前記ケーシングに設けられ、外部から液体を導入するための流入口と、前記ケーシング内に設けられ、前記流入口から導入された液体が通流する螺旋流路が内部にそれぞれ形成された複数の円筒体と、前記ケーシングに設けられ、前記螺旋流路を通流した液体を外部へ流出させるための流出口と、前記ケーシング内において前記螺旋流路の出口と前記流出口との間に前記ケーシングに固定されることなく設けられ、当該出口から当該流出口に向かう液体を整流する球体と、前記ケーシング内に設けられ、前記球体から前記流出口に至る中間流路の流路径を絞る絞り径部と、前記絞り径部の下流側に対して気体を導入するための気体導入部とを備え、前記複数の円筒体が円筒径方向に並設されており、それぞれの内部に形成されている螺旋流路の出口から流出する液体が互いに衝突することによって液中にマイクロバブルが生成され、前記球体が、前記衝突した後の液体を整流して前記絞り径部に導くように構成されている。

上記態様において、前記複数の円筒体は２個であることが好ましい。

本発明によれば、従来に比して簡易な構成で効率良く液体中にマイクロバブルを生成することができる。

本発明の実施の形態に係るマイクロバブル生成装置の縦断面図。 本発明の実施の形態に係るマイクロバブル生成装置が備える円筒体の構成を模式的に表す縦断面図。 図１のIII-III線断面図。 本発明の実施の形態に係るマイクロバブル生成装置の作用説明図。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

本発明のマイクロバブル生成装置は、ケーシング内に設けられている流路に液体を導入し、その流路内で発生させた複数の旋回流を互いに衝突させることによって液体中にマイクロバブルを生成する装置である。ここで、マイクロバブルとは、発生時の直径が５０μｍ以下程度のバブルをいう。

［マイクロバブル生成装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロバブル生成装置の縦断面図である。また、図２は本発明の実施の形態に係るマイクロバブル生成装置が備える円筒体の構成を模式的に表す縦断面図であり、図３は図１のIII−III線断面図である。図１に示すように、本実施の形態のマイクロバブル生成装置１は、断面が円形の流路が内部に形成された細長形状のケーシング２と、ケーシング２内において並設された２個の円筒体３，３と、それらの円筒体３，３を隔てる隔壁部４と、ケーシング２内の流路を流れる液体を整流するための球体５と、ケーシング２内の流路に気体を導入するための気体導入管６と、その気体導入管６に介設された調節弁７とを備えている。

ケーシング２は、ステンレス等の金属又はポリプロピレン・ポリアセタール等の合成樹脂で構成されている。このケーシング２内の流路の一端側には液体を導入するための流入口２ａが、その他端側には液体を外部へ流出させるための流出口２ｂがそれぞれ設けられている。これらの流入口２ａ及び流出口２ｂは、円筒体３，３内に形成されている後述する螺旋流路を介して連通している。

図１に示すように、ケーシング２内の流路のうち球体５から下流側の領域には、第１テーパ部２ｃと、第２テーパ部２ｄとが設けられている。第１テーパ部２ｃは、流出口２ｂに向かうにしたがって流路の内径が小さくなるように構成されており、他方、第２テーパ部２ｄは、流出口２ｂに向かうにしたがって流路の内径が大きくなるように構成されている。第１テーパ部２ｃと第２テーパ部２ｄとは流路径を絞る絞り径部２ｅで接合されており、これらの第１テーパ部２ｃ、第２テーパ部２ｄ及び絞り径部２ｅによってベンチュリー管が形成されている。

円筒体３，３は、ケーシング２の流入口２ａと第１テーパ部２ｃとの間においてケーシング２の軸方向に沿って配設されており、ケーシング２内に設けられた隔壁部４を介して円筒径方向に並べて設けられている。図２にも示すように、円筒体３，３の中心部には中心筒３ａが設けられており、その中心筒３ａの外周面には、螺旋状に成形された板状体である螺旋案内板３ｂが配設されている。これらの中心筒３ａ及び螺旋案内板３ｂによって、円筒体３，３の内部のそれぞれに螺旋流路が形成されている。

上述した円筒体３，３内の各螺旋流路を形成する螺旋案内板３ｂ，３ｂは、右巻き及び左巻きの何れかで同じ巻き方向の螺旋流路を形成しており、図３に示すように、２つの螺旋流路の出口が対向するように位置が調節される。その結果、各螺旋流路を通流してその出口から流出した液体は、それらの出口の近傍の領域Ａにおいて互いに衝突する。この衝突により、液体中にマイクロバブルが生成されることになる。

本実施の形態において、円筒体３内に形成されている螺旋のピッチａ１は、円筒体３の直径ａ２の１／２程度となっている。また、中心筒３ａの直径ａ３は、円筒体３の直径ａ２の２／３程度となっている。ここで、円筒体３の直径ａ２は、液体の流量によって適宜設定される。円筒体３のうち螺旋流路が形成されている部分の長さは、円筒体３の直径ａ２の２倍以上であることが好ましい。なお、絞り径部２ｅの径は、円筒体３の直径ａ２の１／４程度であることが好ましい。

球体５は、円筒体３，３の螺旋流路の出口と第１テーパ部２ｃとの間に形成されているケーシング２内の円筒状の空間に収容されている。ここで、球体５は、ケーシング２には固定されておらず、その円筒状の空間内を流れる液体に応じて当該空間内を遊動可能に設けられている。

上述した球体５は、円筒体３，３の螺旋流路をそれぞれ流出した液体が領域Ａにおいて衝突した後に、その液体を整流することによって乱流の発生を抑制する。球体５によって整流された液体は、第１テーパ部２ｃを介して絞り径部２ｅに導かれ、その後第２テーパ部２ｄを経て流出口２ｂから外部へ流出される。なお、球体５の直径は円筒体３の直径ａ２の２／３程度である。

気体導入管６は、第２テーパ部２ｄの中途であって絞り径部２ｅの近傍に連通する中空筒状体で構成されており、外部から空気又はオゾン等の気体を通流させてケーシング２内に導入する。このように気体をケーシング２内に導入する際の導入量は、調節弁７の開閉によって調節される。

［マイクロバブル生成装置の使用方法］
図４は、本発明の実施の形態に係るマイクロバブル生成装置の作用説明図である。なお、図４における矢印は液体の流れを示している。以下、この図４を参照しながら、上述したように構成されたマイクロバブル生成装置１の使用方法について説明する。

ケーシング２の流入口２ａから水等の液体を導入すると、導入された液体は２つの円筒体３，３の各螺旋流路に分岐して流れ込み、それぞれの螺旋流路内で螺旋を描きながら流れる。これにより各螺旋流路において旋回流が形成される。ここで、２つの円筒体３，３は同様の構造であるため、それぞれにおいて形成される旋回流の強さ及び旋回速度は同様となる。各螺旋流路の出口は対向するように設けられているため、旋回流がそれらの出口から流出すると、その出口近傍の領域Ａにおいて互いに衝突する。この衝突の結果、キャビテーションにより３０μｍ程度のバブルが液体中に生成される。

上記のようにして２つの螺旋流路の出口近傍の領域Ａで各旋回流が衝突すると、激しい乱流が起こされる。２つの螺旋流路の出口側に設けられている球体５は、この乱流をその正面側（流路の上流側）の曲面で整流する。整流された後の液体は球体５の背面側（流路の下流側）の曲面に沿って流れ、第１テーパ部２ｃ側に向かう。ここで、第１テーパ部２ｃにより流路が狭められているため、液体は流速を増して絞り径部２ｅに導入され、絞り径部２ｅから第２テーパ部２ｄに対して放出される。他方、球体５の背面側の曲面に沿わずに流れる液体もわずかながら存在するため、その背面側では負圧が生じており、この負圧に引っ張られて流れる液体がある。このように球体５の背面側の負圧部分に向かって流れる液体と、絞り径部２ｅから放出される液体とで剪断が起こり、領域Ａにおける衝突により生成された液中のバブルがさらに微細なバブル（例えば１５μｍ程度）となる。

なお、球体５は、上述したようにケーシング２に固定されておらず、ケーシング２の空間内を遊動可能に構成されている。このように球体５が遊動することによって、球体５の正面側と背面側との圧力差が変化し、その結果、ケーシング２内の乱流が効果的に整流される。これにより、旋回流の衝突によって発生したバブルを滞留させることなく効率良く絞り径部２ｅへ送り出すことが可能になる。

絞り径部２ｅから放出された液体は高圧から解放されて第２テーパ部２ｄ内に広がり、気体導入管６から導入された気体と混合される。これにより、液体中にさらなるマイクロバブルが生成されることになる。また、この第２テーパ部２ｄ内での液体の広がりによって剪断が生じ、バブルの微細化が起きる。

以上のようにして生成されたマイクロバブルを含む液体は流出口２ｂから外部へ流出される。この流出された液体は、水の浄化に利用されたり、種々の機能水として用いたり等、様々な用途に利用することができる。

本実施の形態において気体導入管６によってオゾンが導入されて液体と混合された場合、溶存オゾン濃度は導入されるオゾンの濃度によって殆ど変化はない。そのため、本実施の形態の場合、低濃度のオゾンを導入すればよい。本実施の形態のマイクロバブル生成装置によって水田に対してオゾンをバブリングすると、アオコなどが浮き上がって水田の水底に泡が見られる現象が見られ、除草等に効果があることが分かる。なお、本実施の形態の場合、生成されるバブルのサイズが均一であり、しかもその体積が小さく、バブルにかかる浮力も小さいため、水中に滞在している時間が長くなる。そのため、水田においては循環水に乗って水田の隅々まで行き届き、作物の根に酸素を与えたり、水中に浮遊する腐敗物及び水中のアンモニアに吸着して循環水を浄化したりする等の効果が奏される。

また、上記のようにオゾンが導入された場合においてマイクロバブル生成装置１により流出された液体をフットバス（足浴）・ハンドバス（手浴）に吹き込み、さらに、硫黄・カルシウム・ナトリウム等が含まれたミネラル液を添加した上で、所定時間及び所定間隔で足や手を浸した場合、末梢血管の循環及び水虫等の改善を図ることができる。

なお、本実施の形態の場合、加圧ポンプ等を用いて液体を圧送しなくても、十分な量のマイクロバブルを生成することが可能である。そのため、家庭用の水道設備等から直接水を供給するような態様も可能である。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、螺旋流路が形成された円筒体が２個であったが、その数が３個以上であってもよい。但し、２個の場合では、それぞれから流れ出る液体の全量が衝突することになるため、他の場合と比べてより激しい衝突を生じさせることができる。

また、上記の実施の形態では、球体５の直径を円筒体３の直径ａ２の２／３程度としているが、これに限定されるわけではない。この球体５の直径をより小さくすることにより、球体５の背面側に生じる負圧を大きくすることできるため、より大きな剪断が生じ、バブルの更なる微細化を実現することができる。但し、この場合には流量は減少することになる。同様に、絞り径部２ｅの径を調整することによってもより大きな剪断を発生させることができるため、バブルの微細化を図ることが可能である。

本発明のマイクロバブル生成装置及びマイクロバブル生成方法はそれぞれ、例えば水浄化処理等に利用可能なマイクロバブルを生成する装置及び方法等として有用である。

１ マイクロバブル生成装置
２ ケーシング
２ａ 流入口
２ｂ 流出口
２ｃ 第１テーパ部
２ｄ 第２テーパ部
２ｅ 絞り径部
３ 円筒体
３ａ 中心筒
３ｂ 螺旋案内板
４ 隔壁部
５ 球体
６ 気体導入管
７ 調節弁

Claims (2)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングに設けられ、外部から液体を導入するための流入口と、
   前記ケーシング内に設けられ、前記流入口から導入された液体が通流する螺旋流路が内部にそれぞれ形成された複数の円筒体と、
   前記ケーシングに設けられ、前記螺旋流路を通流した液体を外部へ流出させるための流出口と、
   前記ケーシング内において前記螺旋流路の出口と前記流出口との間に前記ケーシングに固定されることなく設けられ、当該出口から当該流出口に向かう液体を整流する球体と、
   前記ケーシング内に設けられ、前記球体から前記流出口に至る中間流路の流路径を絞る絞り径部と、
   前記絞り径部の下流側に対して気体を導入するための気体導入部と
   を備え、
   前記複数の円筒体が円筒径方向に並設されており、それぞれの内部に形成されている螺旋流路の出口から流出する液体が互いに衝突することによって液中にマイクロバブルが生成され、
   前記球体が、前記衝突した後の液体を整流して前記絞り径部に導くように構成されている、
   マイクロバブル生成装置。
2. 前記複数の円筒体は２個である、
   請求項１に記載のマイクロバブル生成装置。

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