JP6077627B1 - Ultra fine bubble generation tool - Google Patents
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Abstract
【課題】 気体(空気等)を別途吸引又は供給させることなく液体中にウルトラファインバブルを発生させることができ、流通する液体及び静止する液体のいずれにも適用できるウルトラファインバブル発生用具を提供する。【解決手段】 シャフトと該シャフトに取付けられた円柱形状部材とを有し、前記円柱形状部材の外周面に複数の三角柱状突起が設けられたウルトラファインバブル発生用具である。該ウルトラファインバブル発生用具は液体の流れる管内又は管状部材の内側に配置され、液体に空気を吸引又は供給することなく液体が前記複数の三角柱状突起に衝突し液体中に含まれた空気が微細化されることによりウルトラファインバブルを発生させる。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultra fine bubble generating tool that can generate ultra fine bubbles in a liquid without separately sucking or supplying gas (air or the like), and can be applied to both a circulating liquid and a stationary liquid. . An ultra fine bubble generating device having a shaft and a columnar member attached to the shaft, and having a plurality of triangular columnar protrusions provided on an outer peripheral surface of the columnar member. The ultra fine bubble generating device is disposed in a liquid flowing tube or inside a tubular member, and the liquid collides with the plurality of triangular prismatic protrusions without sucking or supplying air to the liquid, so that the air contained in the liquid is fine. The ultra fine bubble is generated by becoming. [Selection] Figure 1
Description
本発明は液体中にウルトラファインバブルを発生させるための部材ないし器具に関する。 The present invention relates to a member or instrument for generating ultra fine bubbles in a liquid.
近年、液体中の微細な気泡を利用する技術が注目されている。これらの液体中の微細な気泡は、その大きさによりマイクロバブル、ウルトラファインバブル(ナノバブルとも呼ばれる)などに区別されており、ISO基準において、ウルトラファインバブルは、液体中における気泡径が1μm(1/1000mm)以下あるいは未満のナノメートル単位の極微細な気泡を指すとされている。本明細書においてウルトラファインバブル(ナノバブル)の語はこの意味合いで用いる。 In recent years, a technique that uses fine bubbles in a liquid has attracted attention. The fine bubbles in these liquids are classified into microbubbles, ultrafine bubbles (also called nanobubbles), etc., depending on their sizes. In the ISO standard, ultrafine bubbles have a bubble diameter of 1 μm (1 μm (1 / 1000 mm) or less, or less than nanometer-scale extremely fine bubbles. In this specification, the term ultrafine bubble (nanobubble) is used in this sense.
近時では特にウルトラファインバブルにつき種々の分野で利用するための技術が研究され、また現に利用されつつある。例えば、家庭用や業務用シャワーに用いることによって肌に保湿効果を生じさせたり汚れを落としやすくしたり、工作機械の切削部分の冷却液やエンジンのラジエター内部の冷却液として用いることによって冷却効果を高めたり、エンジンの燃料噴射部分に同発生体を設け、同発生体内部に液体燃料を通過させることによってエンジンの燃料効率を上昇させたりすること等が挙げられる。さらに、野菜の洗浄や、農作物の育成、ペンキの調合など、様々な分野への応用が模索されている。 Recently, techniques for using ultra fine bubbles in various fields have been studied and are being used. For example, it can be used for household and commercial showers to create a moisturizing effect on the skin and make it easier to remove dirt, or it can be used as a coolant for cutting parts of machine tools or as a coolant inside an engine radiator. For example, increasing the fuel efficiency of the engine by providing the same generator in the fuel injection portion of the engine and allowing liquid fuel to pass through the generator. In addition, applications in various fields such as washing vegetables, growing crops, and preparing paint are being sought.
ウルトラファインバブルを利用する前提として、これを発生させる技術(装置、方法)が必要となる。現在のところウルトラファインバブルの実態は完全には解明されておらず、これを発生させるための装置の構造はいまだ複雑で、製造コストも(従って販売コストも)高価である。そのため、工業用、研究用ウルトラファインバブル発生のための装置は実用化されているものの、それ以外の例えば家庭で簡便に使用できるようなものは未だ実用化されていないのが現状である。 As a premise of using ultra fine bubbles, a technology (apparatus and method) for generating the bubbles is required. At present, the reality of ultra fine bubbles has not been fully elucidated, and the structure of the apparatus for generating them is still complex, and the manufacturing cost (and hence the selling cost) is high. For this reason, industrial and research devices for generating ultra fine bubbles have been put into practical use, but other devices that can be easily used at home, for example, have not yet been put into practical use.
ナノバブルをより簡便に生成・発生させるための提案もなされている。例えば、特許文献1の発明では、「大がかりな装置を用いることなく、簡便にナノバブルを製造できるナノバブル製造装置を提供する」ために、まず所定の圧力下で直径4〜100μmの範囲のマイクロバブルを生成し(明細書段落[0027])、次に所定の距離Lをもって設けられたスリット板と衝突板との作用により、液中に100nm以下の範囲のナノバブルを発生させる(同[0033][0034])。 Proposals have also been made to generate and generate nanobubbles more easily. For example, in the invention of Patent Document 1, in order to “provide a nanobubble production apparatus that can easily produce nanobubbles without using a large-scale apparatus”, first, microbubbles having a diameter of 4 to 100 μm are provided under a predetermined pressure. Next, the nanobubbles in the range of 100 nm or less are generated in the liquid by the action of the slit plate and the collision plate provided at a predetermined distance L (paragraph [0027] of the specification) (same [0033] [0034] ]).
しかし、特許文献1は、まずマイクロバブルを生成し、次にこの生成されたマイクロバブルからナノバブルを発生するというように、ナノバブルを二段階に分けて得るため、マイクロバブル製造部とナノバブル製造部の別々の製造部が必要となる。 However, Patent Document 1 first generates microbubbles and then generates nanobubbles from the generated microbubbles, so that nanobubbles are obtained in two stages. Therefore, the microbubble manufacturing unit and the nanobubble manufacturing unit A separate manufacturing department is required.
また、蛇口に取り付ける装置として、例えば特許文献2の発明が提案されている。しかし、これも、超音波素子アレイ基板20を液体流路配管2の内側に固定手段212で固定し、超音波素子30b、30cからの超音波振動を加え続けさせるというものであり、その構造はいまだ大がかりなものである。
As an apparatus attached to the faucet, for example, the invention of
ところで、ウルトラファインバブルについては、上記のように流れる液体中に発生させるのではなく、静止した液体中にウルトラファインバブルを発生させ、これを利用することも考えられる。これは、例えばウルトラファインバブル自体の研究のために用いられることのほか、近年では化粧品や料理用ドレッシングなど、日常生活においてウルトラファインバブルを利用することなどが模索されている。その他、うがい用の水などにもこれを応用することも考えられる。 By the way, it is conceivable that the ultra fine bubbles are not generated in the flowing liquid as described above, but are generated in the stationary liquid and used. In addition to being used, for example, for research on ultra fine bubbles themselves, in recent years, the use of ultra fine bubbles in daily life such as cosmetics and cooking dressings has been sought. In addition, it can be applied to gargle water.
静止する液体中にウルトラファインバブルを発生させる技術としては、気液混合高速剪断方式による微細気泡発生装置や加圧溶解式気泡発生装置などが知られている(非特許文献1、p59−p62)。 As a technique for generating ultrafine bubbles in a stationary liquid, a fine bubble generating device by a gas-liquid mixing high-speed shearing method, a pressure-dissolving bubble generating device, etc. are known (Non-patent Document 1, p59-p62). .
前者は、水槽内の液体と室内の空気を渦流ポンプにより吸引し、気液混合流体としてポンプ内で激しく破砕混合し、次に装置内部の旋回液流式気泡発生装置内を気液混相流が旋回しながら通過し、強い剪断力により気体が破砕され微細気泡を発生させ、さらに水槽内に分散器として設置された旋回液流式気泡発生装置内を通過する際の剪断により、より微細な気泡であるマイクロバブル・ナノバブルとして放出させるというものである。 In the former, liquid in the water tank and room air are sucked by a vortex pump and crushed and mixed vigorously in the pump as a gas-liquid mixed fluid. Passing while swirling, gas is crushed by a strong shearing force to generate fine bubbles, and finer bubbles by shearing when passing through a swirling liquid flow bubble generator installed as a disperser in the water tank It is to be released as microbubbles and nanobubbles.
後者は、水槽内から液体を渦流ポンプにより圧送するとともに、室内空気を自給し、次に装置内部の加圧装置で自給空気を溶解し、減圧ノズル部で大気圧まで減圧することで飽和した気体を析出し微細気泡とするものである。 The latter is a gas that is saturated by pumping liquid from the water tank with a vortex pump, self-supplying room air, then dissolving the self-supply air with a pressurizing device inside the device, and reducing the pressure to atmospheric pressure with a pressure reducing nozzle. To form fine bubbles.
しかしながら、これらは、もとより研究や工業に用いることが念頭に置かれ、構造が複雑でサイズも大きく、コストも高いものであり、上記のような化粧品や料理用ドレッシングなどにつき個人ないし家庭において日常用いられるような場合には適さない。 However, these are intended to be used for research and industry as a matter of course, and have a complicated structure, large size, and high cost, and are used daily in individuals and homes for cosmetics and cooking dressings as described above. It is not suitable for such cases.
その他、静止した液体中にウルトラファインバブルを発生させる装置として従来提案されているのは、例えば特許文献3のように、発生したマイクロバブルをナノバブル化させることを要し、そのために生成されたマイクロバブルをマイクロナノバブル生成器の外壁面に沿って移動させるなど、バブル発生のための構成を必ずしも簡易なものとできておらず、結果として、例えば上記のような化粧品や料理用ドレッシングのためのように、簡便に用いるのは困難であった。
In addition, what has been conventionally proposed as an apparatus for generating ultrafine bubbles in a stationary liquid requires that the generated microbubbles be made into nanobubbles, as in
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、液体に気体(空気等)を吸引、供給させこれを細分化させるといった手段によらずに、液体中にウルトラファインバブルを発生させることができ、流通する液体及び静止する液体のいずれにも適用できるウルトラファインバブル発生用具を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can generate ultrafine bubbles in a liquid without using means for sucking and supplying a gas (air or the like) to the liquid and subdividing it. It is an object of the present invention to provide an ultra fine bubble generating tool that can be applied to both circulating liquid and stationary liquid.
上記課題を解決するため、本発明においては、もともと液体中に含まれている空気・酸素を極微細化するものとする。
すなわち、第1の側面として、本発明は、シャフトと該シャフトに取付けられた円柱形状部材とを有し、前記円柱形状部材の外周面に複数の三角柱状突起が設けられたウルトラファインバブル発生用具であって、該ウルトラファインバブル発生用具は液体を送るための管の内側に配置されるものであり、前記三角柱状突起が前記円柱形状部材に螺旋状に配置され液体が前記円柱形状部材の周りを螺旋状に流れるように構成されると共に、前記各三角柱状突起において液体の螺旋状の流れに対し先端に位置する角がこの螺旋状の流れに対しほぼ垂直となるように配置され、前記液体を送るための管の内側を流れる液体が前記複数の三角柱状突起に衝突することにより、前記液体を送るための管の外部から空気を供給することなく液体中に含まれている空気が微細化されウルトラファインバブルを発生させることを特徴とするウルトラファインバブル発生用具を提供する。
第2の側面として、シャフトと該シャフトに取付けられた円柱形状部材とを有し、前記円柱形状部材の外周面に複数の三角柱状突起が設けられたウルトラファインバブル発生用具であって、該ウルトラファインバブル発生用具は容器内の液体中に配置される少なくとも一端側が開口した管状部材の内側に配置されるものであり、前記三角柱状突起が前記円柱形状部材に螺旋状に配置され液体が前記円柱形状部材の周りを螺旋状に流れるように構成されると共に、前記各三角柱状突起において液体の螺旋状の流れに対し先端に位置する角がこの螺旋状の流れに対しほぼ垂直となるように配置され、前記シャフトが電源を乾電池又は充電池とするモータの駆動により回転され前記円柱形状部材が回転することによって前記管状部材の内側に入り込む液体が前記複数の三角柱状突起に衝突することにより、前記容器の外部から空気を供給することなく液体中に含まれている空気が微細化されウルトラファインバブルを発生させることを特徴とするウルトラファインバブル発生用具を提供する。
第3の側面として、本発明は、前記円柱形状部材は複数の円盤状部材が積層されて形成された上述のウルトラファインバブル発生用具を提供する。
第4の側面として、本発明は、前記三角柱状突起を前記液体を送るための管又は管状部材の内壁に近接させ液体の前記三角柱状突起への衝突が促進されるように該液体を送るための管又は管状部材の内側に配置された上述のウルトラファインバブル発生用具を提供する。
第5の側面として、本発明は、前記管状部材の側面に、該管状部材の内外に液体が循環するための開口が設けられた上述いずれかのウルトラファインバブル発生用具を提供する。
In order to solve the above problems, in the present invention, air / oxygen originally contained in a liquid is extremely miniaturized.
That is, as a first aspect, the present invention provides an ultra fine bubble generating device having a shaft and a columnar member attached to the shaft, and having a plurality of triangular columnar protrusions provided on the outer peripheral surface of the columnar member. a is, the ultra-fine bubble generating devices are shall be placed on the inside of the tube for feeding the liquid around the liquid the triangular projections are arranged in a spiral on the cylindrical member of said cylindrical member together with it configured to flow in a spiral shape, and the corner located at the top relative to the helical flow of liquid at each triangular projections are arranged so as to be substantially perpendicular to the spiral flow, the liquid by impinging on the plurality of triangular projections liquid flowing in the inner tube for sending, contained in the liquid without supplying air from the outside of the tube for feeding the liquid Air there are provided an ultra fine bubble generating devices, wherein the generating the miniaturized ultra-fine bubbles.
An ultra fine bubble generating tool having a shaft and a columnar member attached to the shaft as a second side surface, wherein a plurality of triangular columnar protrusions are provided on an outer peripheral surface of the columnar member, The fine bubble generating device is disposed inside a tubular member that is disposed in the liquid in the container and is open at least on one end side, the triangular columnar protrusion is disposed in a spiral on the columnar member, and the liquid is disposed in the column It is configured so as to flow spirally around the shape member, and is arranged so that the corner located at the tip of the spiral flow of liquid in each triangular columnar protrusion is substantially perpendicular to the spiral flow The shaft is rotated by driving a motor whose power source is a dry battery or a rechargeable battery, and the cylindrical member rotates to enter the inside of the tubular member. Ultra fine, wherein the liquid collides with the plurality of triangular prismatic protrusions, and the air contained in the liquid is refined without generating air from outside the container to generate ultra fine bubbles. Provide bubble generating tools.
As a third aspect, the present invention provides the above-described ultrafine bubble generating tool in which the columnar member is formed by laminating a plurality of disk-shaped members.
The as fourth aspect, the present invention provides for sending the liquid to the collision of the triangular protrusion into the triangular projection of the liquid in proximity to the inner wall of the pipe or tubular member for feeding the liquid is promoted The ultrafine bubble generating device described above is disposed inside the tube or tubular member.
As a fifth aspect, the present invention provides any one of the above ultrafine bubble generating devices, wherein an opening for circulating liquid inside and outside the tubular member is provided on a side surface of the tubular member.
本発明によれば、気体(空気等)を別途吸引又は供給させることなく液体中にウルトラファインバブルを発生させることができるとともに、流通する液体及び静止する液体のいずれにおいてもウルトラファインバブルを発生させることが可能となる。 According to the present invention, an ultra fine bubble can be generated in a liquid without separately sucking or supplying gas (air or the like), and the ultra fine bubble is generated in both a flowing liquid and a stationary liquid. It becomes possible.
以下、本発明のウルトラファインバブル発生用具に係る実施形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the ultrafine bubble generating device of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(実施形態1)
本実施形態は、水道、シャワー、ホースなど、管の内側を流れる液体中にウルトラファインバブルを発生させる場合に関する。
(Embodiment 1)
The present embodiment relates to a case where ultra fine bubbles are generated in a liquid flowing inside a pipe, such as a water supply, a shower, or a hose.
図1に示すように、本発明に係るウルトラファインバブル発生用具1は、シャフト2と、これに取付けられる円柱形状部材3とからなる。円柱形状部材3の表面(外周面)4には複数の三角形状(突起物を上面から見たときの形状が三角形)の突起物(三角柱状突起5)が設けられる。
As shown in FIG. 1, the ultra fine bubble generating tool 1 according to the present invention includes a
従来のウルトラファインバブルの生成においては、上記のとおり、超音波振動を加え続けたり、吸引した気体を液体に混合し、強い剪断力により気体が破砕されることで形成したり、自給した空気を溶解して大気圧まで減圧し、飽和した気体が析出されることで形成するなど、気体の発生や気体の液体への混合などのための手段を必要としている。これに対し、本発明においては、液体中に含まれている空気・酸素を極微細化してウルトラファインバブルを発生させる。 In the generation of conventional ultra fine bubbles, as described above, ultrasonic vibration is continuously applied, the sucked gas is mixed with the liquid, the gas is crushed by a strong shear force, or the self-supplied air is generated. There is a need for means for generating gas or mixing gas into liquid, such as dissolution and decompression to atmospheric pressure, and formation by precipitation of saturated gas. On the other hand, in the present invention, ultrafine bubbles are generated by ultrafine air / oxygen contained in the liquid.
周知のとおり、液体には通常一定量の空気が溶け込む。例えば、20度1気圧で水の体積に対し約2%の体積の空気、重量換算で1Lの水に約24mgの空気が溶ける。このように空気や酸素が溶け込んでいる液体に流れを作り出し、液体中の空気や酸素を衝突させる。 As is well known, a certain amount of air usually dissolves in a liquid. For example, about 24 mg of air dissolves in about 2% of air with respect to the volume of water at 20 degrees C. and 1 L of water in terms of weight. In this way, a flow is created in the liquid in which air and oxygen are dissolved, and the air and oxygen in the liquid collide.
すなわち、図2に示すように、複数の三角柱状突起5につきそれぞれ一つの角(図2では符号6で示す角)を液体が流れる方向に対向するように配置すると、液体はこの角6の先端で(矢印7で示すように)分流する。分流した液体は、それぞれ三角柱状突起の側面8に沿って流れるが、次の角9で側面(流れ方向に沿った側面)8が途切れるため、これらの角(9)の周辺で、液流に他の方向に向けた流れ(乱流と称する)が生じる。三角柱形状の場合、両側面8と流れ方向に対向する側面12とを構成する角9の角度が例えば四角形等多角形に比べ狭いものとなり得ることから、かかる乱流10が生じやすいものとなり得る。
That is, as shown in FIG. 2, when one corner (a corner indicated by
隣接した三角柱状突起においても、同様に、分流した液流、乱流が発生する。 Similarly, a divided liquid flow and turbulent flow are also generated in adjacent triangular columnar protrusions.
液体は管内(配管内部)を流れるため、移動できる範囲が制限される。すなわち、流れる方向が管により制限される(液体は拡散しない)。 Since the liquid flows in the pipe (inside the pipe), the movable range is limited. That is, the flow direction is limited by the pipe (the liquid does not diffuse).
よって、液体は、複数の三角柱状突起5に衝突し、分断又は剪断されながら流れ、生じる液流及び乱流は衝突を繰り返し、かかる過程でウルトラファインバブルが生成されると考えられる。なお、この過程で液体の分子構造が不安定になり、更なる衝突と分断で発生した微細な泡がマイナスの電荷を帯び、急激に縮小し、超微細気泡、すなわちウルトラファインバブルに変化している可能性がある。
Accordingly, it is considered that the liquid collides with the plurality of triangular prism-shaped
上記のとおり、三角柱状突起を用いると液流に分流を生じさせるとともに乱流を生じやすくすると考えられるため、本発明においてはウルトラファインバブルの生成に三角柱状突起5を用いる。三角柱状突起5は、例えば円柱形状部材の外周面に図3に示すようにより整列するように配置して設けることもできるが、液流及び乱流の衝突が生じやすくなるように配置するのが好ましい。そのような配置は種々のものが考えられるが、一例としては、図1に示されるように若干ずらした配列が考えられる。
As described above, it is considered that the use of the triangular columnar protrusions causes a split flow in the liquid flow and easily generates a turbulent flow. Therefore, in the present invention, the triangular
また、図4に示すように、液流及び乱流の衝突が生じやすくなるように複数の三角柱状突起が円柱形状部材21の長手方向に向け螺旋状となるように配置することもできる。
Further, as shown in FIG. 4, the plurality of triangular columnar protrusions can be arranged in a spiral shape in the longitudinal direction of the
隣接する三角柱状突起どうしの距離を短くし過ぎると、乱流の発生ないし衝突の促進が妨げられ、ウルトラファインバブルの発生が促進されない可能性がある。図13(a)を参照して説明すると、三角柱状突起5aに沿った液体の流れ7aは角9aの周辺で乱流10aを生じる。この乱流10aと三角柱状突起5bの距離が近過ぎると、液体の流れ7bが乱流10aの影響を受けて弱くなる可能性があり、角9bの周辺で発生する乱流10bが小さいものとなる可能性がある。そのため、複数の三角柱状突起は、乱流の発生が弱まらない程度の距離で配置するのが好ましい。
If the distance between adjacent triangular columnar protrusions is too short, the generation of turbulence or the promotion of collision may be hindered, and the generation of ultrafine bubbles may not be promoted. Referring to FIG. 13A, the
一例として、図13(b)に示すように、三角柱状突起5どうしは、円柱形状部材の長手方向においては三角柱状突起5の角6から流れ方向に対向する側面Bへの垂線Aの1.5倍程度の距離(A+A/2)、円周方向においては三角柱状突起5の流れ方向に対向する側面の一辺Bの0.5倍程度の距離(B/2)の間隔を設けるようにしてもよい。
As an example, as shown in FIG. 13 (b), the triangular
あるいは、乱流の発生を強めるため、液体が円柱形状部材の周りを旋回しながら通過するように三角柱状突起を構成、配置するのが好適である。例えば、図14に示されるように、三角柱形状の三角形を縦長二等辺三角形状とし、液体が通る通路が螺旋状となるように配置する。 Alternatively, in order to enhance the generation of turbulent flow, it is preferable to configure and arrange the triangular columnar protrusions so that the liquid passes while turning around the cylindrical member. For example, as shown in FIG. 14, the triangular prism-shaped triangle is a vertically long isosceles triangle, and the passage through which the liquid passes is arranged in a spiral shape.
この場合、円柱形状部材に羽根24を設けるのが好ましい。羽根を螺旋状に設けることにより、液体が円柱形状部材の周りをまわりながら通過するための流れを誘導又は促進することができる。
In this case, it is preferable to provide the
羽根は、図14に示されるように円柱形状部材の先端側(シャフトの先端方向=符号13で示す側)に設けると上記流れを誘導するものとなる。ただし、配置はそのような箇所に限られず、例えば円柱形状部材の中央などに設け、発生した流れを更に誘導し促進させるようにしてもよい。 As shown in FIG. 14, when the blade is provided on the tip side of the cylindrical member (the tip direction of the shaft = the side indicated by reference numeral 13), the flow is guided. However, arrangement | positioning is not restricted to such a location, For example, it may provide in the center of a cylindrical member, etc., and may make it generate | occur | produce and promote the generated flow further.
羽根は一連(図14参照)であっても一連でなくても(切れ目があっても)よく、またいずれの場合も複数の部分から構成することができる。 The blades may be a series (see FIG. 14) or may not be a series (even if there is a break), and in any case, the blades can be composed of a plurality of parts.
このように三角柱形状を配置、構成すると、液体が円柱形状部材の周りを旋回しながら通過するが、その際、液体はその流れに従いそれぞれの三角柱状突起の角にほぼ垂直に衝突し得るものとなる。またこの旋回流により、乱流の発生が促進され得る。 When the triangular prism shape is arranged and configured in this way, the liquid passes while swirling around the cylindrical member, and at that time, the liquid can collide almost perpendicularly with the corners of the respective triangular prism-shaped projections according to the flow. Become. Moreover, the generation of turbulent flow can be promoted by this swirl flow.
液体の粘性、流量、流速、液圧などに応じ、三角柱状突起の角度や三角柱状突起の個数、大きさなどを変えることで、所望(に近い)の量のウルトラファインバブルを得ることも可能となる。 By changing the angle of the triangular prismatic projection, the number of triangular prismatic projections, the size, etc. according to the viscosity, flow rate, flow rate, hydraulic pressure, etc. of the liquid, it is possible to obtain the desired (close) amount of ultra fine bubbles. It becomes.
突起の形状については、上記のとおり、液流に分流と乱流を生じやすくしウルトラファインバブルの発生を促進させる好適な一例として三角柱形状が挙げられるが、この目的に合致するものであれば突起の形状(断面形状)は必ずしも厳密な三角形でなくてもよく、例えば図15に示されるような形状とすることもできる。 As for the shape of the protrusion, as described above, a triangular prism shape can be cited as a suitable example that facilitates the generation of the ultrafine bubbles by facilitating the splitting and turbulent flow in the liquid flow. The shape (cross-sectional shape) is not necessarily a strict triangle. For example, the shape shown in FIG.
本発明のシャフトの一例を図12に示す。シャフト2は、先端13にRをつけ、その先端に液流があたると直接三角形状突起5の外周に向かって流れ込んで三角柱状突起5に衝突し易くするように構成するのが好ましい。例えば図1に示すように、シャフト2の円錐形状部分14と円柱形状部材3の外周面4とが段差なく(例えば円錐形状部分14の直径が円柱形状部材3の直径よりも小さいものとなるようなことなく)連続するように構成するのが好ましい。
An example of the shaft of the present invention is shown in FIG. The
本実施形態におけるウルトラファインバブル発生用具を、液体が流れる管15(円柱形状部材の長手方向の寸法よりも長い)の内側に配置した例を図5に示す。管内に所定の圧力で液体16が流れると、液体が本発明の用具を通過する際に三角柱状突起5に衝突し、上記作用によりウルトラファインバブルが生成される。また、三角柱状突起が管15によって囲われることにより、限定された空間内で液体が三角柱突起で形成される流路を高速で通過し、発生した液流が管15の内壁に衝突し、液流、乱流の衝突を促進させ、ウルトラファインバブルの発生を促進させる。かかる衝突を促進させるため、三角柱状突起と管の内壁を近接させるように構成するのが好ましい。
The example which has arrange | positioned the ultra fine bubble generating tool in this embodiment inside the pipe | tube 15 (longer than the dimension of the longitudinal direction of a cylindrical member) through which a liquid flows is shown in FIG. When the liquid 16 flows in the tube at a predetermined pressure, the liquid collides with the triangular prism-shaped
(変形例1)
円柱形状部材は、複数の円盤状部材17を連接ないし積層させることにより形成することができる。図6にその例を示す。
(Modification 1)
The columnar member can be formed by connecting or laminating a plurality of disk-
通常、三角柱状突起5が設けられた円柱形状部材の長さが長くなれば、液体や液体中の空気等の衝突が増えるためウルトラファインバブルの発生数も多くなり、この長さが短くなれば、ウルトラファインバブルの発生数は少なくなる。円柱形状部材を複数の円盤状部材17により構成すると、取り付ける円盤状部材の数を調節することにより、ウルトラファインバブルの発生数を調整することができる。
Usually, if the length of the columnar member provided with the triangular
図7は、円盤状部材17を3つの方向から示した図である。図7に示すように、円盤状部材には、中央部にシャフトを貫通させる孔18を設け、この孔18の外周部に隣接した部分に、当該円盤状部材を他の円盤状部材と嵌合させるための嵌合孔19及び嵌合凸部20が複数設けられる。嵌合孔の外部に三角柱状突起を複数設けて円盤状部材を形成する。
FIG. 7 is a view showing the disk-
図8に示すように、嵌合孔19と嵌合凸部20のボスの各中心部22、23が一定角度ずれるよう形成してもよい。円盤状部材17を、例えば10〜20枚程度順次連接する場合、嵌合孔と嵌合凸部のボスの各中心部22、23を、4.5〜4.8度程度ずれるように円盤状部材17を形成し、円盤状部材を複数嵌合すると、隣接する円盤状部材同士で外周部の突起が当該角度ずれていくため、円盤状部材を複数隣接してなる円柱形状部材の外周部の三角柱状突起の配列が螺旋状の形状を有することになる。
As shown in FIG. 8, you may form so that each
円柱形状部材はプラスチック成型やプレス成形などにより製造することができる。円柱形状部材を複数の円盤状部材により構成するようにすると、量産化と高コストパフォーマンスにより、既存のナノバブル発生器の価格と比較して、大幅に生産コストメリットを作り出す可能性が高い。 The cylindrical member can be manufactured by plastic molding or press molding. If the cylindrical member is constituted by a plurality of disk-like members, it is highly likely that production cost merit will be greatly increased due to mass production and high cost performance compared to the price of existing nanobubble generators.
円盤状部材の連接は適宜行うことができ、例えば円盤状部材どうしを接着剤で接着してもよく、また超音波溶着してもよい。 The connection of the disk-shaped members can be appropriately performed. For example, the disk-shaped members may be bonded with an adhesive or may be ultrasonically welded.
(変形例2)
本発明の原理を利用し上述とは別の形態でウルトラファインバブルを生成することも考えられる。例えば液体の流れる管の内壁に直接複数の三角柱状突起を取り付けたり配置したりすることができる。
(Modification 2)
It is also conceivable to generate ultrafine bubbles in a form different from the above using the principle of the present invention. For example, a plurality of triangular prismatic projections can be directly attached to or arranged on the inner wall of a pipe through which liquid flows.
(実施形態2)
本実施形態は、容器に収められた化粧品、ドレッシング、うがい用の水など、静止した液体中にウルトラファインバブルを発生させる場合に関する。
(Embodiment 2)
The present embodiment relates to a case where ultra fine bubbles are generated in a stationary liquid such as cosmetics, dressings, and gargle water contained in a container.
本実施形態においても、円柱形状部材、三角柱状突起、シャフトにつき、実施形態1で述べた点を適用することができる。ウルトラファインバブル発生用具101は、外周面104に複数の三角柱状突起105が設けられた円柱形状部材103(なお後述のとおり、円盤状部材を積層させて構成することもできる)をシャフト102に取り付けた構成とする。
Also in the present embodiment, the points described in the first embodiment can be applied to the columnar member, the triangular columnar protrusion, and the shaft. The ultra fine
ここでは、三角柱状突起105に液体を衝突させるため、シャフト102をモータ100により回転させ、それによりシャフト102に取付けられた円柱形状部材103が回転するように構成する。かかる回転により、円柱形状部材103に設けられた三角柱状突起105を液体に衝突させる。
Here, in order to make a liquid collide with the triangular prism-shaped
本発明のウルトラファインバブル発生用具は軽量化が図れるシャフトや円柱形状部材、円盤状部材から構成されるものであり、モータ100の駆動に大きな電力を必要としない。そのため、本発明のモータの電源は、乾電池や充電池の低電源(例えば1.2V程度)で稼働することができる(ただし、電源が電池に限られるわけではない)。一例として、1.2Vの電池を用い、うがい用ウルトラファインバブル水の発生器を作る場合、電池を含む装置全体の重量は約300g程度、装置のサイズを縦約10cm×横約10cm×高さ約15cmのサイズに収めることが可能である。このように、本発明によれば、従来みられないウルトラファインバブル発生用具全体の小型化、軽量化、携帯化が実現される。
The ultra fine bubble generating tool of the present invention is composed of a shaft, a columnar member, and a disk-like member that can be reduced in weight, and does not require a large amount of power to drive the
前述のとおり、液体が管内を流れると移動できる範囲が制限される。換言すれば、液体の流れる方向が管により制限される(液体は拡散しない)。そこで、本実施形態においても、このように区画を設定することで、区画内の液体が複数の三角柱状突起に衝突、分断を繰り返すのを促進する。 As described above, the range in which the liquid can move when the liquid flows in the pipe is limited. In other words, the flow direction of the liquid is limited by the pipe (the liquid does not diffuse). Therefore, also in the present embodiment, by setting the compartments in this way, it is promoted that the liquid in the compartment collides with the plurality of triangular prismatic protrusions and repeats the division.
かかる観点から、前記三角柱状突起105の周りを、管状部材によって囲うように構成する。これによれば、限定された空間内で液体の流れを発生させることが可能となり、液体が三角柱突起により形成される流路を高速で通過し、発生した液流が管状部壁内で効率的に液流、乱流の衝突を促進させ、ウルトラファインバブルの発生を増進させることができる。この衝突を促進させるため、管状部材の長手方向の寸法は、円柱形状部材の三角柱状突起がカバーされるものとするのが好適である。また、三角柱状突起と環状部材の内壁を近接させるように構成してもよい。
From this point of view, the triangular
なお、本明細書において「管」の語は、実施形態1の場合のようないわゆる配管のような形状のものを含み、本実施形態における管状部材は管状にカバーする部材を含む。 In this specification, the term “pipe” includes a so-called pipe-like shape as in the first embodiment, and the tubular member in this embodiment includes a member that covers the tube.
本実施形態にかかるウルトラファインバブル発生用具101の一例を図9に示し、これに管状部材107を用いた場合の一例を図10に示す。管状部材107は上面又は底面の一方の面(図10では下に位置する底面側108)が開口しており、内部に液体が流入するように構成される。
An example of the ultra fine
図10に示されるように、管状部材には、液体が当該部材の内外に循環するための開口109を設けると好適である。これにより、管状部材107の一方の面(図10では下に位置する底面側108)から流入した液体が円柱形状部材の周りを旋回しながら上昇して通過し、開口109から流出し、再び底面側108から管状部材の内側に流れ込む(上昇流パターン)。あるいは、開口109から流入した液体が円柱形状部材の周りを旋回しながら下降して通過し、底面側108から流出し、管状部材の外側を上昇して再び開口109から流入する(下降流パターン)。
As shown in FIG. 10, the tubular member is preferably provided with an
このように液体の流れが循環を繰り返すことで、更にウルトラファインバブルの発生数が飛躍的に向上する。 As the liquid flow repeats circulation in this way, the number of ultrafine bubbles generated is further improved dramatically.
なお、上昇流パターンと下降流パターンは、三角柱状突起の傾きにより変更することが可能である。上昇流パターンとする場合は、各三角柱状突起の頂点(流れに初めに衝突する角)を、水平線よりも下に(この頂点から底面への垂線と水平線との角度が例えば15度程度となるように)傾ける。反対に、各三角柱状突起の前記頂点を水平線よりも上に傾ければ、下降流パターンとすることができる。 Note that the upward flow pattern and the downward flow pattern can be changed by the inclination of the triangular prismatic protrusion. In the case of the upward flow pattern, the apex of each triangular prismatic projection (the angle that first collides with the flow) is below the horizontal line (the angle between the vertical line from this apex to the bottom and the horizontal line is about 15 degrees, for example. Tilt). On the contrary, a downward flow pattern can be obtained by inclining the apex of each triangular prism-shaped protrusion above the horizontal line.
図11に、管状部材107を用いた本発明のウルトラファインバブル発生用具を使用する場合の一例を示す。図11は、円柱形状を囲う管状部材を、容器110内の液体112に沈めた状態を示している。矢印115はモータの回転方向を示し、矢印114は液体の流れの方向を示す。図11は上昇流パターンの場合を示しており、矢印114が示す方向で液体が管状部材107の底面側108から流入し、上部の開口109から流出し、これらが繰り返される。
In FIG. 11, an example in the case of using the ultra fine bubble generating tool of this invention using the
実施形態1の場合、液体の流量(少ない場合)、流速(遅い場合)などによっては、ウルトラファインバブルが発生されにくい場合も考えられるが、本実施形態の場合は、モータの回転速度を調整することにより、この問題に対応することができる。 In the case of the first embodiment, depending on the liquid flow rate (when it is small), the flow velocity (when it is slow), it may be difficult to generate ultra fine bubbles, but in this embodiment, the rotational speed of the motor is adjusted. Therefore, this problem can be dealt with.
本実施形態によってウルトラファインバブルを生成する場合、これを液体の混合や攪拌に用いることができる。例えば液状ドレシッングを容器に入れ、本発明の装置を稼働すると、酢とオイルを容易に混合させることができる。 When producing an ultra fine bubble according to this embodiment, it can be used for mixing and stirring of liquid. For example, when liquid dressing is put in a container and the apparatus of the present invention is operated, vinegar and oil can be easily mixed.
(変形例)
本実施形態においても、円柱形状部材を複数の円盤状部材により形成するものとすることができ、これらはプラスチック成型などにより製造することができる。
(Modification)
Also in the present embodiment, the cylindrical member can be formed by a plurality of disk-shaped members, and these can be manufactured by plastic molding or the like.
また、三角柱状突起は、液体が一つの角に衝突して分断されながら流れ、生じる液流及び乱流が衝突を繰り返すように構成できればよく、図示のもののほか、例えば、液体に衝突する角を頂点とした場合の底辺(底面)側において、三角形状の切りかけが設けられるような形状としてもよい。 Further, the triangular prism-shaped protrusions only need to be configured so that the liquid collides with one corner and flows while being divided, and the generated liquid flow and turbulent flow repeat the collision. It is good also as a shape in which the triangular cut is provided in the base (bottom) side at the time of setting it as a vertex.
なお、本発明は液体に気体を注入等することなくウルトラファインバブルを生成することが可能であるが、気体の注入等を併用することも可能である。すなわち、本発明の装置・方法において、併せて気体(窒素、二酸化炭素やオゾン等)を液内に注入することもできる。 In addition, although the present invention can produce ultra fine bubbles without injecting gas into a liquid, it is also possible to use gas injection or the like in combination. That is, in the apparatus and method of the present invention, a gas (nitrogen, carbon dioxide, ozone, etc.) can also be injected into the liquid.
以下、本発明によるウルトラファインバブルの生成の実験例を示す。 Hereinafter, experimental examples of generation of ultrafine bubbles according to the present invention will be shown.
(実験例)
実験例は、実施形態2の変形例を用い、以下の要領で行った。
(1)円柱形状部材について
円盤状部材(1つの円盤状部材に三角柱突起が8個形成)を4つ積層し、各三角柱突起を図9のように配置して(ただし、図9は円盤状部材の積層数が異なる)構成した。
(2)液体の種類、量
工業精製水、75mlとした。
(3)流速
モータを1分間当たり20,000回転させた。1分間回転後30秒放置を10回繰り返した(モータ回転時間は合計10分間)。
(4)測定対象
液体中のウルトラファインバブルの個数、最頻径及び平均径を測定した。
(5)測定機器
英国マルバーン(Malvern)社製・ナノ粒子解析装置(LM10)を用いた。
(Experimental example)
The experimental example was performed in the following manner using a modification of the second embodiment.
(1) Cylindrical member Four disk-shaped members (8 triangular prism protrusions are formed on one disk-shaped member) are stacked, and each triangular prism protrusion is arranged as shown in FIG. 9 (however, FIG. 9 is disk-shaped) The number of members is different).
(2) Type and amount of liquid Industrial purified water, 75 ml.
(3) Flow velocity The motor was rotated 20,000 per minute. After rotating for 1 minute, leaving for 30 seconds was repeated 10 times (the total motor rotation time was 10 minutes).
(4) Measurement object The number, the mode diameter, and the average diameter of the ultra fine bubbles in the liquid were measured.
(5) Measuring instrument A UK-made Malvern company nanoparticle analyzer (LM10) was used.
実験結果を下記表1に示す。
(表1)
(注)上記ウルトラファインバブルの数は、ウルトラファインバブル発生後の液体を
10倍に希釈した際の個数の測定値を表記。
The experimental results are shown in Table 1 below.
(Table 1)
(Note) The number of the above ultra fine bubbles is a measured value of the number when the liquid after the generation of ultra fine bubbles is diluted 10 times.
上記表1のとおり、本発明によりウルトラファインバブル(平均径122.6nm、最頻径100.2nm)が少なくとも7.39 ×108個/ML(希釈10倍値)生成されたことが確認された。すなわち、液体(工業精製水)1ミリリッター中に約74億個のウルトラファインバブルが発生した。
As shown in Table 1 above, it was confirmed that ultrafine bubbles (average diameter 122.6 nm, mode diameter 100.2 nm) were generated by the present invention at least 7.39 × 10 8 / ML (
本発明においては、三角柱状突起の側面に沿って流れる液体に乱流を生じやすくして液流・乱流が衝突を繰り返すことが重要と考えられる。そして、乱流を生じやすくするには、各側面と流れ方向に対向する側面を形成する両角(液体の流れを分流する先端の角以外の角)の角度が小さいことが望ましいと考えられる。これは先端の角の角度との関係にもよるが、両角の一方が直角(90度)未満であることが好ましいと考えられる。例えば三角柱状突起を菱形状にした場合、前記乱流が生じにくくなる。 In the present invention, it is considered important that the turbulent flow is easily generated in the liquid flowing along the side surfaces of the triangular columnar protrusions so that the liquid flow and the turbulent flow repeatedly collide. In order to easily generate turbulent flow, it is considered that it is desirable that the angle between the two sides forming the side surfaces facing the respective side surfaces in the flow direction (the corners other than the corners at the front end that divides the liquid flow) is small. Although this depends on the relationship with the angle of the tip corner, it is considered preferable that one of the two angles is less than a right angle (90 degrees). For example, when the triangular prismatic protrusion is formed in a rhombus shape, the turbulent flow is less likely to occur.
本発明において液体は、三角柱状突起どうしの間、及び、管の内壁と三角柱状突起の先端側の間を流通する。管の内壁と三角柱状突起の先端側はある程度近接したものとなり得るが、本発明では突起の形状が三角柱状であるため突起間を液体が十分に流通でき、圧力損失が生じにくく、流速が減速されにくい。そのため、液体の旋回流が十分に得られ、液体の分断、乱流が発生し易く、ウルトラファインバブルが生成され易いものとなる。これに対し、例えば突起を菱形とした場合、三角柱状突起の場合と比べ、流路が限定されてしまい、圧力損失が生じ、流速が減速される。 In the present invention, the liquid flows between the triangular columnar projections and between the inner wall of the tube and the tip side of the triangular columnar projection. The inner wall of the tube and the tip side of the triangular prismatic protrusion can be close to a certain extent, but in the present invention, since the shape of the protrusion is a triangular prism, liquid can flow sufficiently between the protrusions, pressure loss is unlikely to occur, and the flow rate is reduced. It is hard to be done. Therefore, a sufficient swirling flow of liquid can be obtained, liquid can be easily divided and turbulent flow can easily occur, and ultra fine bubbles can be easily generated. On the other hand, for example, when the protrusions are diamond-shaped, the flow path is limited, pressure loss occurs, and the flow velocity is reduced compared to the case of triangular prismatic protrusions.
本発明によれば、従来大がかりな装置により生成するものとされてきたウルトラファインバブルを飛躍的に簡便に発生させることが可能となるため、工業用や研究用のみならず、家庭用・民生用として多くの場面でウルトラファインバブルを利用した技術を適用することが可能となる。 According to the present invention, it becomes possible to dramatically and easily generate ultra fine bubbles that have been conventionally generated by large-scale devices, so that they are not only for industrial and research purposes, but also for home and consumer use. As a result, it is possible to apply technology using ultra fine bubbles in many situations.
また、本発明では流通する液体だけでなく、容器中に収められた静止した液体においてもウルトラファインバブルを発生させることができる。 Further, in the present invention, ultra fine bubbles can be generated not only in a circulating liquid but also in a stationary liquid stored in a container.
このように、本発明の産業上の利用可能性は極めて高い。 Thus, the industrial applicability of the present invention is extremely high.
1、11、21、101 ウルトラファインバブル発生用具
2、102 シャフト
3、103 円柱形状部材
4、104 円柱形状部材3又は103の表面(外周面)
5、105 三角柱状突起
6、9 三角柱状突起5の角
7 液体の分流、液体の流れ
8 三角柱状突起5の流れ方向に沿った側面
10 乱流
12 三角柱状突起の流れ方向に対向する側面
13 シャフトの先端
14 シャフトの円錐形状部分
15 管
16 液体の流れ
17 円盤状部材
18 シャフトを貫通させる孔
19 嵌合孔
20 嵌合凸部
22、23 中心部
24 羽根
107 管状部材
108 管状部材の底面側
109 開口
110 容器
112 液体
113 ウルトラファインバブル
114 液体の流れの方向
115 モータの回転方向
1, 11, 21, 101 Ultra fine
5, 105 Triangular prism-shaped
Claims (5)
該ウルトラファインバブル発生用具は液体を送るための管の内側に配置されるものであり、
前記三角柱状突起が前記円柱形状部材に螺旋状に配置され液体が前記円柱形状部材の周りを螺旋状に流れるように構成されると共に、前記各三角柱状突起において液体の螺旋状の流れに対し先端に位置する角がこの螺旋状の流れに対しほぼ垂直となるように配置され、
前記液体を送るための管の内側を流れる液体が前記複数の三角柱状突起に衝突することにより、前記液体を送るための管の外部から空気を供給することなく液体中に含まれている空気が微細化されウルトラファインバブルを発生させることを特徴とするウルトラファインバブル発生用具。
An ultra-fine bubble generating tool having a shaft and a columnar member attached to the shaft, and having a plurality of triangular columnar protrusions provided on the outer peripheral surface of the columnar member,
The ultra-fine bubble generating devices are shall be placed on the inside of the tube for feeding a liquid,
The triangular prismatic protrusions are arranged spirally on the cylindrical member so that the liquid flows spirally around the cylindrical member, and each triangular prismatic protrusion has a tip with respect to the spiral flow of liquid. Is placed so that the corner located at is substantially perpendicular to this spiral flow,
The liquid flowing inside the pipe for sending the liquid collides with the plurality of triangular prismatic protrusions, so that the air contained in the liquid is supplied without supplying air from the outside of the pipe for sending the liquid. Ultra fine bubble generating tool characterized by generating ultra fine bubbles.
該ウルトラファインバブル発生用具は容器内の液体中に配置される少なくとも一端側が開口した管状部材の内側に配置されるものであり、
前記三角柱状突起が前記円柱形状部材に螺旋状に配置され液体が前記円柱形状部材の周りを螺旋状に流れるように構成されると共に、前記各三角柱状突起において液体の螺旋状の流れに対し先端に位置する角がこの螺旋状の流れに対しほぼ垂直となるように配置され、
前記シャフトが電源を乾電池又は充電池とするモータの駆動により回転され前記円柱形状部材が回転することによって前記管状部材の内側に入り込む液体が前記複数の三角柱状突起に衝突することにより、前記容器の外部から空気を供給することなく液体中に含まれている空気が微細化されウルトラファインバブルを発生させることを特徴とするウルトラファインバブル発生用具。
An ultra-fine bubble generating tool having a shaft and a columnar member attached to the shaft, and having a plurality of triangular columnar protrusions provided on the outer peripheral surface of the columnar member,
The ultra-fine bubble generating devices are shall be disposed inside the tubular member, at least one end opened to be disposed in the liquid in the container,
The triangular prismatic protrusions are arranged spirally on the cylindrical member so that the liquid flows spirally around the cylindrical member, and each triangular prismatic protrusion has a tip with respect to the spiral flow of liquid. Is placed so that the corner located at is substantially perpendicular to this spiral flow,
When the shaft is rotated by driving a motor whose power source is a dry battery or a rechargeable battery and the columnar member rotates, liquid entering the inside of the tubular member collides with the plurality of triangular columnar protrusions . An ultra-fine bubble generating tool characterized in that air contained in a liquid is refined to generate ultra-fine bubbles without supplying air from the outside .
The ultra-fine bubble generating tool according to claim 1 or 2 , wherein the columnar member is formed by laminating a plurality of disk-shaped members.
Arranged inside the tube or tubular member for feeding the liquid to collision of the triangular protrusion into the triangular projection of the liquid in proximity to the inner wall of the pipe or tubular member for feeding the liquid is promoted The ultra fine bubble generating tool according to any one of claims 1 to 3 .
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