JP6669896B1 - 微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置 - Google Patents

微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に効率よく生成することができる微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置を提供する。【解決手段】液体を貯留する貯液槽１０と、貯液槽１０に貯留された液体を吸い上げて送出する送液ユニット２０と、送液ユニット２０による送液途中の液体に気泡を供給する気泡供給ユニット３０と、気泡供給ユニット３０によって気泡が供給された液体を貯留する貯液槽４０とから構成されている。貯液槽１０内に純水を導入し、送液ユニット２０の送液ポンプ２４を作動させて、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２においてＡタイプの気体放出ヘッド３１から空気を放出することで、気泡供給部２２を乱流状態で通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。貯液槽４０に貯留された純水１ｍｌには平均気泡径が９８ｎｍの微細気泡が１．４×１０８個存在していた。【選択図】 図１

Description

この発明は、液体内に直径がナノオーダーの微細気泡を生成する微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置に関する。
液体内に微細気泡を生成する方法としては、例えば、特許文献１に開示されている。この微細気泡生成方法は、貯留槽に貯留された液体に孔径が５μｍの多数の気体放出孔を有する多孔質体を浸漬し、この多孔質体から気体を放出することで液体に気泡を供給しながら、多孔質体に対して、気泡の放出方向に対しほぼ直角方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与するようになっており、多孔質体に対して、気泡の放出方向に対しほぼ直角方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与することで、多孔質体から放出される気泡がせん断力により微細化され、液体中に微細化された気泡が生成される。
特開２００３−９３８５８号公報
しかしながら、特許文献１に記載の微細気泡生成方法では、気泡を供給する多孔質体の気体放出孔の孔径が５μｍと比較的大きいため、気泡径が百数十μｍ〜数百μｍ程度の微細気泡（マイクロバブル）を生成することはできるが、気泡径がナノオーダーの微細気泡を生成することはできない。
ところで、真球形状で安定化した気泡径が１．５μｍ以下の気泡を液体中に発生させると、その気泡は自己収縮しながら、気泡径が数百ｎｍ〜数ｎｍといったナノオーダーの気泡に微細化されると言われているが、発生直後の気泡は不安定な非真球形状であり、ブラウン運動により気泡同士が接触することで容易に合体して大きくなってしまうので、気泡径が１．５μｍ以下の気泡を液体中に単に発生させるだけでは、ナノオーダーの気泡を効率よく生成することができない。
そこで、この発明の課題は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に効率よく生成することができる微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから、下式（１）を満足するように、気体を放出することによって液体流に気泡を供給しながらその気泡同士の衝突を抑制するようになっており、液体流に気泡を供給しながらその液体流を乱流化することによって、または、液体流を乱流化しながらその液体流に気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成方法を提供するものである。
ｖ Ｇ ≦０．０８７×Ｑ Ｌ ×Ｄ Ｈ ３ ／Ａ Ｈ ・・・（１）
ｖ Ｇ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
Ｑ Ｌ ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
Ｄ Ｈ ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
Ａ Ｈ ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ ２ ］
また、請求項２に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから、下式（１）を満足するように、気体を放出することによって液体流に気泡を供給しながらその気泡同士の衝突を抑制するようになっており、液体流に気泡を供給しながらその液体流を渦流化することによって、または、液体流を渦流化しながらその液体流に気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴としている。
ｖ Ｇ ≦０．０８７×Ｑ Ｌ ×Ｄ Ｈ ３ ／Ａ Ｈ ・・・（１）
ｖ Ｇ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
Ｑ Ｌ ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
Ｄ Ｈ ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
Ａ Ｈ ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ ２ ］
また、請求項３に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから、下式（２）を満足するように、気体を放出することによって静止液体に気泡を供給しながらその気泡同士の衝突を抑制するようになっており、振幅が０．１μｍ以上の振動を静止液体に連続的に印加しながらその静止液体に気泡を供給することによって、または、静止液体に気泡を供給しながら振幅が０．１μｍ以上の振動をその静止液体に連続的に印加することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴としている。
ｖ Ｇ ≦０．０８７×Ｖ Ｌ ／ｔ×Ｄ Ｈ ３ ／Ａ Ｈ ・・・（２）
ｖ Ｇ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
Ｖ Ｌ ：液体量［Ｌ］
ｔ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出時間［ｓ］
Ｄ Ｈ ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
Ａ Ｈ ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ ２ ］
また、請求項４に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから、下式（１）を満足するように、気体を放出することによって液体流に気泡を供給しながらその気泡同士の衝突を抑制するようになっており、振幅が０．１μｍ以上の振動を液体流に連続的に印加しながらその液体流に気泡を供給することによって、または、液体流に気泡を供給しながら振幅が０．１μｍ以上の振動をその液体流に連続的に印加することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴としている。
ｖ Ｇ ≦０．０８７×Ｑ Ｌ ×Ｄ Ｈ ３ ／Ａ Ｈ ・・・（１）
ｖ Ｇ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
Ｑ Ｌ ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
Ｄ Ｈ ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
Ａ Ｈ ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ ２ ］
また、上記の課題を解決するため、請求項５に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、液体流に気泡を供給する気泡供給手段と、前記気泡供給手段によって液体流に供給された気泡同士の衝突を抑制する気泡衝突抑制手段とを備え、前記気泡供給手段は、平均孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔を有する気体放出ヘッドを有し、下式（１）を満足するように、前記気体放出ヘッドから気体を放出することによって流路を流れる液体流に気泡を供給するようになっており、前記気泡衝突抑制手段は、流路を流れる液体流を乱流化する乱流化部を有しており、前記気体放出ヘッドから液体流に気泡を供給しながらその液体流を前記乱流化部が乱流化することによって、または、前記乱流化部が液体流を乱流化しながらその液体流に前記気体放出ヘッドから気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴としている。
ｖ Ｇ ≦０．０８７×Ｑ Ｌ ×Ｄ Ｈ ３ ／Ａ Ｈ ・・・（１）
ｖ Ｇ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
Ｑ Ｌ ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
Ｄ Ｈ ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
Ａ Ｈ ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ ２ ］
また、請求項６に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、液体流に気泡を供給する気泡供給手段と、前記気泡供給手段によって液体流に供給された気泡同士の衝突を抑制する気泡衝突抑制手段とを備え、前記気泡供給手段は、平均孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔を有する気体放出ヘッドを有し、下式（１）を満足するように、前記気体放出ヘッドから気体を放出することによって流路を流れる液体流に気泡を供給するようになっており、前記気泡衝突抑制手段は、流路を流れる液体流を渦流化する渦流化部を有しており、前記気体放出ヘッドから液体流に気泡を供給しながらその液体流を前記渦流化部が渦流化することによって、または、前記渦流化部が液体流を渦流化しながらその液体流に前記気体放出ヘッドから気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴としている。
ｖ Ｇ ≦０．０８７×Ｑ Ｌ ×Ｄ Ｈ ３ ／Ａ Ｈ ・・・（１）
ｖ Ｇ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
Ｑ Ｌ ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
Ｄ Ｈ ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均平均孔径［μｍ］
Ａ Ｈ ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ ２ ］
また、請求項７に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、静止液体に気泡を供給する気泡供給手段と、前記気泡供給手段によって静止液体に供給された気泡同士の衝突を抑制する気泡衝突抑制手段とを備え、前記気泡供給手段は、平均孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔を有する気体放出ヘッドを有し、下式（２）を満足するように、前記気体放出ヘッドから気体を放出することによって貯留部に貯留された静止液体に気泡を供給するようになっており、前記気泡衝突抑制手段は、貯留部に貯留された静止液体に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加する振動子を有しており、前記気体放出ヘッドから静止液体に気泡を供給しながらその静止液体に前記振動子が振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加することによって、または、前記振動子が静止液体に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加しながらその静止液体に前記気体放出ヘッドから気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴としている。
ｖ Ｇ ≦０．０８７×Ｖ Ｌ ／ｔ×Ｄ Ｈ ３ ／Ａ Ｈ ・・・（２）
ｖ Ｇ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
Ｖ Ｌ ：液体量［Ｌ］
ｔ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出時間［ｓ］
Ｄ Ｈ ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均平均孔径［μｍ］
Ａ Ｈ ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ ２ ］
また、請求項８に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、液体流に気泡を供給する気泡供給手段と、前記気泡供給手段によって液体流に供給された気泡同士の衝突を抑制する気泡衝突抑制手段とを備え、前記気泡供給手段は、平均孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔を有する気体放出ヘッドを有し、下式（１）を満足するように、前記気体放出ヘッドから気体を放出することによって液体流に気泡を供給するようになっており、前記気泡衝突抑制手段は、液体流に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加する振動子を有しており、前記気体放出ヘッドから液体流に気泡を供給しながらその液体流に前記振動子が振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加することによって、または、前記振動子が液体流に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加しながらその液体流に前記気体放出ヘッドから気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴としている。
ｖ Ｇ ≦０．０８７×Ｑ Ｌ ×Ｄ Ｈ ３ ／Ａ Ｈ ・・・（１）
ｖ Ｇ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
Ｑ Ｌ ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
Ｄ Ｈ ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
Ａ Ｈ ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ ２ ］
以上のように、請求項１〜４に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項５〜８に係る発明の微細気泡生成装置では、平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから放出された直後の非真球形状の気泡同士の衝突が抑制されるので、非真球形状の気泡が安定した真球形状になるまでの間に気泡同士が合体して大きくなりにくく、放出直後の気泡径を維持した真球形状の気泡が自己収縮しながら微細化され、気泡径が数百ｎｍ〜数ｎｍといったナノオーダーの気泡を大量に生成することができる。
また、気体放出ヘッドから放出された直後の非真球形状の気泡同士の衝突を抑制するためには、ブラウン運動によりランダムな方向に液体中を動き回る微細気泡の移動方向を同方向に揃えればよく、具体的には、請求項１に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項５に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出ヘッドから放出された直後の気泡を含む液体流を乱流にすることにより、請求項２に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項６に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出ヘッドから放出された直後の気泡を含む液体流を渦流にすることにより、請求項３に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項７に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出ヘッドから放出された直後の気泡を含む静止液体に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加することにより、また、請求項４に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項８に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出ヘッドから放出された直後の気泡を含む液体流に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加することにより、液体中における気泡の移動方向を揃えることができる。
この発明に係る微細気泡生成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 この発明に係る微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 この発明に係る微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 この発明に係る微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の微細気泡生成装置の概略構成を示している。同図に示すように、この微細気泡生成装置１は、液体を貯留する貯液槽１０と、この貯液槽１０に貯留された液体を吸い上げて送出する送液ユニット２０と、この送液ユニット２０による送液途中の液体に気泡を供給する気泡供給ユニット３０と、この気泡供給ユニット３０によって気泡が供給された液体を貯留する貯液槽４０とから構成されている。
前記送液ユニット２０は、送液管２１、気泡供給部２２及び送液管２３によって液体の流路が形成されており、送液管２３部分に設けられた可変流量形の送液ポンプ２４によって、貯液槽１０に貯留された液体が気泡供給部２２を通って貯液槽４０に送出されるようになっている。また、送液管２１部分にはバルブ２５が設けられており、このバルブ２５の開度を調整することにより気泡供給部２２内の負圧度を調整することができるようになっている。
前記気泡供給ユニット３０は、送液ユニット２０の気泡供給部２２内に配設された、１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッド３１と、この気体放出ヘッド３１に気体を導入する送気管３２及びバルブ３３とから構成されており、送液ポンプ２４の吸込圧により、気体放出ヘッド３１の気体放出孔から所定の流速で気体が吸い出され、気泡供給部２１内を流れている液体に気泡として供給されるようになっている。
前記気体放出ヘッド３１としては、表１に示す、Ａタイプ、Ｂタイプの２種類のうちいずれか一方を使用した。Ａタイプの気体放出ヘッドは、気体放出孔の平均孔径が０．８μｍ、気体放出孔の総個数が約２０．２×１０８個、全気体放出孔の総面積が１０．１８ｃｍ２であり、Ｂタイプ気体放出ヘッドは、気体放出孔の平均孔径が０．８μｍ、気体放出孔の総個数が約１１７．２×１０８個、全気体放出孔の総面積が５８．９０ｃｍ２である。
Figure 0006669896
前記気泡供給部２２に供給された液体は、乱流状態で気泡供給部２１内を流れるように、気泡供給部２１内の流速が調整されており、気泡供給部２１内では乱流状態の液体流に気泡が供給されるようになっている。
前記気体放出ヘッド３１の各気体放出孔から放出される気体は、気泡供給ユニット３０のバルブ３３の開度を調整することで、下記式（１）を満足するように、その放出速度が調整されており、これにより、気泡供給部２１内を通過する液体流には、気泡径が１．５μｍ以下の気泡が供給されるようになっている。
ｖＧ≦０．０８７×ＱＬ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（１）
ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
ＱＬ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
以下、上述した微細気泡生成装置１を用いて純水中に空気の微細気泡を生成する本発明の実施例１〜４及び比較例１、２、さらに、上述した微細気泡生成装置１を用いて灯油中に酸素の微細気泡を生成する本発明の実施例５〜８及び比較例３、４について、表２を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。
（実施例１）
表２に示すように、２０℃の室内で貯液槽１０内に純水を導入し、送液ユニット２０の送液ポンプ２４を作動させて、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２において気体放出ヘッド３１から空気を放出することで、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。なお、気体放出ヘッド３１はＡタイプを使用した。
純水流量は１Ｌ／ｍｉｎで、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における流路断面積は０．７９ｃｍ２、純水流速は０．２１ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では純水が乱流状態で流れていた。また、空気流量は２５ｍｌ／ｍｉｎであり、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔から放出される空気の放出速度は０．０００４１ｍ／ｓであった。
（実施例２）
表２に示すように、純水流量を１．５Ｌ／ｍｉｎ、空気流量を３５ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例１と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の純水流速は０．３２ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では純水が乱流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの空気の放出速度は０．０００５７ｍ／ｓであった。
（実施例３）
表２に示すように、気体放出ヘッド３１としてＢタイプを使用した点、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における流路断面積が５ｃｍ２である点及び純水流量を７Ｌ／ｍｉｎ、空気流量を１６０ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例１と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の純水流速は０．２３ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では純水が乱流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの空気の放出速度は０．０００４５ｍ／ｓであった。
（実施例４）
表２に示すように、純水流量を１２Ｌ／ｍｉｎ、空気流量を３００ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例３と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の純水流速は０．４０ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では純水が乱流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの空気の放出速度は０．０００８５ｍ／ｓであった。
（実施例５）
表２に示すように、純水に代えて灯油を、空気に代えて酸素をそれぞれ使用した点、灯油流量を５Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量を１２０ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例１と同様に、貯液槽１０内の灯油を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する灯油に気泡を供給し、この気泡を含む灯油を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の灯油流速は１．０５ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では灯油が乱流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの酸素の放出速度は０．００１９６ｍ／ｓであった。
（実施例６）
表２に示すように、灯油流量を９Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量を２２０ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例５と同様に、貯液槽１０内の灯油を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する灯油に気泡を供給し、この気泡を含む灯油を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の灯油流速は１．９０ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では灯油が乱流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの酸素の放出速度は０．００３６０ｍ／ｓであった。
（実施例７）
表２に示すように、純水に代えて灯油を、空気に代えて酸素をそれぞれ使用した点、灯油流量を１３Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量を３２０ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例３と同様に、貯液槽１０内の灯油を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する灯油に気泡を供給し、この気泡を含む灯油を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の灯油流速は０．４３ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では灯油が乱流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの酸素の放出速度は０．０００９１ｍ／ｓであった。
（実施例８）
表２に示すように、灯油流量を２２Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量を５３０ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例７と同様に、貯液槽１０内の灯油を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する灯油に気泡を供給し、この気泡を含む灯油を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の灯油流速は０．７３ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では灯油が乱流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの酸素の放出速度は０．００１５０ｍ／ｓであった。
（比較例１）
表２に示すように、純水流量を０．８Ｌ／ｍｉｎ、空気流量を２０ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例１と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の純水流速は０．１７ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの空気の放出速度は０．０００３３ｍ／ｓであった。
（比較例２）
表２に示すように、純水流量を６Ｌ／ｍｉｎ、空気流量を１５０ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例３と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の純水流速は０．２０ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの空気の放出速度は０．０００４２ｍ／ｓであった。
（比較例３）
表２に示すように、灯油流量を４Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量を１００ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例５と同様に、貯液槽１０内の灯油を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する灯油に気泡を供給し、この気泡を含む灯油を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の灯油流速は０．８４ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では灯油が層流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの酸素の放出速度は０．００１６４ｍ／ｓであった。
（比較例４）
表２に示すように、灯油流量を１２Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量を２８０ｍｌ／ｍｉｎにした点を除いて、実施例７と同様に、貯液槽１０内の灯油を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する灯油に気泡を供給し、この気泡を含む灯油を貯液槽４０に送出して貯留した。気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分の灯油流速は０．４０ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では灯油が層流状態で流れていた。また、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔からの酸素の放出速度は０．０００７９ｍ／ｓであった。
Figure 0006669896
図２は、この発明の他の実施形態である微細気泡生成装置の概略構成を示している。同図に示すように、この微細気泡生成装置２は、上述した微細気泡生成装置１と同様の貯液槽１０、送液ユニット２０、気泡供給ユニット３０及び貯液槽４０を備えているので、同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素について詳細に説明する。
前記送液ユニット２０の気泡供給部２２には、気泡供給ユニット３０の気体放出ヘッド３１の上流側に、気泡供給部２２内の液体流を渦流化する渦流化ユニット５０が配設されており、気泡供給部２２内では渦流化した液体流に気泡が供給されるようになっている。
前記渦流化ユニット５０は、気泡供給部２２内に回転可能に配設されたスクリュープロペラ５１と、このスクリュープロペラ５１を回転させる駆動モータ５２とから構成されており、駆動モータ５２は、スクリュープロペラ５１の回転数を調整することができるようになっている。
この微細気泡生成装置２においても、気泡供給ユニット３０のバルブ３３の開度を調整することで、上記式（１）を満足するように、その放出速度が調整されており、これにより、気泡供給部２２内を通過する液体流には、気泡径が１．５μｍ以下の気泡が供給されるようになっている。
以下、上述した微細気泡生成装置２を用いて純水中に空気の微細気泡を生成する本発明の実施例９〜１１及び比較例５について、表３を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。
（実施例９）
表３に示すように、２０℃の室内で貯液槽１０内に純水を導入し、送液ユニット２０の送液ポンプ２４を作動させて、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出すると共に渦流化ユニット５０の駆動モータ５２を作動させてスクリュープロペラ５１を回転させながら、気泡供給部２２において気体放出ヘッド３１から空気を放出することで、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。なお、気体放出ヘッド３１としてはＡタイプを使用した。
純水流量は２Ｌ／ｍｉｎで、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における流路断面積は０．７９ｃｍ２、純水流速は０．４２ｍ／ｓ、スクリュープロペラ５１の回転数は１００ｒｐｍであり、気泡供給部２２内では純水が渦流状態で流れていた。また、空気流量は４５ｍｌ／ｍｉｎであり、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔から放出される空気の放出速度は０．０００７４ｍ／ｓであった。
（実施例１０）
表３に示すように、スクリュープロペラ５１の回転数を６０ｒｐｍにした点を除いて、実施例９と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出すると共にスクリュープロペラ５１を回転させながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。従って、純水流量、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における純水流速、空気流量、各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例９と同様であり、気泡供給部２２内では純水が渦流状態で流れていた。
（実施例１１）
表３に示すように、スクリュープロペラ５１の回転数を５０ｒｐｍにした点を除いて、実施例９と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出すると共にスクリュープロペラ５１を回転させながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。従って、純水流量、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における純水流速、空気流量、各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例９と同様であり、気泡供給部２２内では純水が渦流状態で流れていた。
（比較例５）
表３に示すように、スクリュープロペラ５１を回転させなかった点を除いて、実施例９と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。従って、純水流量、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における純水流速、空気流量、各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例９と同様であるが、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。
Figure 0006669896
図３は、この発明の他の実施形態である微細気泡生成装置の概略構成を示している。同図に示すように、この微細気泡生成装置３は、上述した微細気泡生成装置１と同様の貯液槽１０、送液ユニット２０、気泡供給ユニット３０及び貯液槽４０を備えているので、同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素について詳細に説明する。
前記送液ユニット２０の気泡供給部２２には、気泡供給ユニット３０の気体放出ヘッド３１の上流側に、気泡供給部２２内の液体流に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加する振動印加ユニット６０が配設されており、気泡供給部２２内では振幅が０．１μｍ以上の振動を印加した液体流に気泡が供給されるようになっている。
前記振動印加ユニット６０は、気泡供給部２２内に配設された振動羽根６１と、この振動羽根６１に振動を伝える振動子６２と、図示しない高周波変換回路とから構成されており、振動子６２としては、２つの金属ブロックで２個の圧電素子を挟持したランジュバン型振動子が採用されている。
この微細気泡生成装置３においても、気泡供給ユニット３０のバルブ３３の開度を調整することで、上記式（１）を満足するように、その放出速度が調整されており、これにより、気泡供給部２２内を通過する液体流には、気泡径が１．５μｍ以下の気泡が供給されるようになっている。
以下、上述した微細気泡生成装置３を用いて純水中に空気の微細気泡を生成する本発明の実施例１２〜１５及び比較例６、７について、表４を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。
（実施例１２）
表４に示すように、２０℃の室内で貯液槽１０内に純水を導入し、送液ユニット２０の送液ポンプ２４を作動させて、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出すると共に気泡供給部２２内を通過する純水に振動数が２５ｋＨｚ、振幅が０．１μｍの振動を連続的に印加しながら、気泡供給部２２において気体放出ヘッド３１から空気を放出することで、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。なお、気体放出ヘッド３１としてはＡタイプを使用した。
純水流量は２Ｌ／ｍｉｎで、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における流路断面積は０．７９ｃｍ２、純水流速は０．４２ｍ／ｓであり、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。また、空気流量は４５ｍｌ／ｍｉｎであり、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔から放出される空気の放出速度は０．０００７４ｍ／ｓであった。
（実施例１３）
表４に示すように、気泡供給部２２内を通過する純水に振動数が４０ｋＨｚ、振幅が０．１μｍの振動を連続的に印加にした点を除いて、実施例１２と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出すると共に気泡供給部２２内を通過する純水に振動を連続的に印加しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。従って、純水流量、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における純水流速、空気流量、各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１２と同様であり、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。
（実施例１４）
表４に示すように、気泡供給部２２内を通過する純水に振動数が１００ｋＨｚ、振幅が０．１μｍの振動を連続的に印加にした点を除いて、実施例１２と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出すると共に気泡供給部２２内を通過する純水に振動を連続的に印加しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。従って、純水流量、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における純水流速、空気流量、各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１２と同様であり、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。
（実施例１５）
表４に示すように、気泡供給部２２内を通過する純水に振動数が１０００ｋＨｚ、振幅が０．１μｍの振動を連続的に印加にした点を除いて、実施例１２と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出すると共に気泡供給部２２内を通過する純水に振動を連続的に印加しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。従って、純水流量、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における純水流速、空気流量、各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１２と同様であり、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。
（比較例６）
表４に示すように、気泡供給部２２内を通過する純水に振動数が４０ｋＨｚ、振幅が０．０５μｍの振動を連続的に印加にした点を除いて、実施例１２と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出すると共に気泡供給部２２内を通過する純水に振動を連続的に印加しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。従って、純水流量、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における純水流速、空気流量、各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１２と同様であり、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。
（比較例７）
表４に示すように、気泡供給部２２内を通過する純水に振動を印加しなかった点を除いて、実施例１２と同様に、貯液槽１０内の純水を気泡供給部２２に送出しながら、気泡供給部２２を通過する純水に気泡を供給し、この気泡を含む純水を貯液槽４０に送出して貯留した。従って、純水流量、気泡供給部２２内の気体放出ヘッド３１部分における純水流速、空気流量、各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１２と同様であり、気泡供給部２２内では純水が層流状態で流れていた。
Figure 0006669896
図４は、この発明の他の実施形態である微細気泡生成装置の概略構成を示している。同図に示すように、この微細気泡生成装置４は、液体を貯留する貯液槽１０と、この貯液槽１０に貯留された液体に気泡を供給する気泡供給ユニット３０ａと、貯液槽１０内の液体に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加する振動印加ユニット６０とを備えており、貯液槽１０に貯留された液体に振動を連続的に印加しながら、気泡を液体に供給するように構成されている。
前記気泡供給ユニット３０ａは、貯液槽１０内に貯留された液体に浸漬される、１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッド３１と、この気体放出ヘッド３１に気体を導入する送気管３２及び可変流量形の送気ポンプ３４とから構成されている。気体放出ヘッド３１の各気体放出孔から放出される気体は、送気ポンプ３４の吐出量を調整することで、下記式（２）を満足するように、その放出速度が調整されており、これにより、貯液槽１０に貯留された液体には、気泡径が１．５μｍ以下の気泡が供給されるようになっている。
ｖＧ≦０．０８７×ＶＬ／ｔ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（２）
ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
ＶＬ：液体量［Ｌ］
ｔ ：作動時間（気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出時間）［ｓ］
ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
前記振動印加ユニット６０は、貯液槽１０内に貯留された液体に浸漬される振動羽根６１と、この振動羽根６１に振動を伝える振動子６２と、図示しない高周波変換回路とから構成されており、振動子６２としては、２つの金属ブロックで２個の圧電素子を挟持したランジュバン型振動子が採用されている。
以下、上述した微細気泡生成装置４を用いて純水中に空気の微細気泡を生成する本発明の実施例１６〜１９及び比較例８、９について、表５を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。
（実施例１６）
表５に示すように、２０℃の室内で貯液槽１０内に１Ｌの純水を導入し、この純水に振動印加ユニット６０によって振動数が２５ｋＨｚ、振幅が０．１μｍの振動を印加しながら、気泡供給ユニット３０ａによって１分間気泡を供給した。なお、気体放出ヘッド３１としてはＡタイプを使用した。また、空気流量は２５ｍｌ／ｍｉｎであり、気体放出ヘッド３１の各気体放出孔から放出される空気の放出速度は０．０００４１ｍ／ｓであった。
（実施例１７）
表５に示すように、貯液槽１０内の純水に振動数が４０ｋＨｚ、振幅が０．１μｍの振動を印加にした点を除いて、実施例１６と同様に、貯液槽１０内に導入した１Ｌの純水に、振動印加ユニット６０によって振動を印加しながら、気泡供給ユニット３０ａによって１分間気泡を供給した。従って、空気流量及び各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１６と同様である。
（実施例１８）
表５に示すように、貯液槽１０内の純水に振動数が１００ｋＨｚ、振幅が０．１μｍの振動を印加にした点を除いて、実施例１６と同様に、貯液槽１０内に導入した１Ｌの純水に、振動印加ユニット６０によって振動を印加しながら、気泡供給ユニット３０ａによって１分間気泡を供給した。従って、空気流量及び各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１６と同様である。
（実施例１９）
表５に示すように、貯液槽１０内の純水に振動数が１０００ｋＨｚ、振幅が０．１μｍの振動を印加にした点を除いて、実施例１６と同様に、貯液槽１０内に導入した１Ｌの純水に、振動印加ユニット６０によって振動を印加しながら、気泡供給ユニット３０ａによって１分間気泡を供給した。従って、空気流量及び各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１６と同様である。
（比較例８）
表５に示すように、貯液槽１０内の純水に振動数が４０ｋＨｚ、振幅が０．０５μｍの振動を印加にした点を除いて、実施例１６と同様に、貯液槽１０内に導入した１Ｌの純水に、振動印加ユニット６０によって振動を印加しながら、気泡供給ユニット３０ａによって１分間気泡を供給した。従って、空気流量及び各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１６と同様である。
（比較例９）
表５に示すように、貯液槽１０内の純水に振動を印加しなかった点を除いて、実施例１６と同様に、貯液槽１０内に導入した１Ｌの純水に、気泡供給ユニット３０ａによって１分間気泡を供給した。従って、空気流量及び各気体放出孔からの空気の放出速度は、実施例１６と同様である。
Figure 0006669896
上述した実施例１〜１９、比較例１〜９によって得られた生成液体中に含まれる気泡の平均径及び個数をナノ粒子解析システム（英国Ｓｐｅｃｔｒｉｓ ＰＬＣ製 ＮａｎｏＳｉｇｈｔ ＮＳ３００）を用いて２００ｎｍ以下の微細気泡を測定し、その結果を表６に示した。
Figure 0006669896
表６から分かるように、気体放出速度が式（１）によって算出される気体流速上限値以下で気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から気体を放出することで、乱流化した液体流に気泡を供給した実施例１〜８、気体放出速度が式（１）によって算出される気体流速上限値以下で気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から気体を放出することで、渦流化した液体流に気泡を供給した実施例９〜１１、振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加しながら、気体放出速度が式（１）によって算出される気体流速上限値以下で気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から気体を放出することで、層流状態の液体流に気泡を供給した実施例１２〜１５、振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加しながら、気体放出速度が式（２）によって算出される気体流速上限値以下で気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から気体を放出することで、静止液体に気泡を供給した実施例１６〜１９については、得られた液体１ｍｌ中に、平均気泡径が１００ｎｍ前後の微細気泡が３．５×１０５個〜７．６×１０９個存在していることが確認できた。
これに対して、気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から放出される気体の放出速度が式（１）によって算出される気体流速上限値以下であっても、層流状態の液体流に気泡を供給した比較例１〜５、気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から放出される気体の放出速度が式（１）によって算出される気体流速上限値以下であっても、振幅が０．１μｍ未満の振動を印加しながら層流状態の液体流に気泡を供給した比較例６、気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から放出される気体の放出速度が式（１）によって算出される気体流速上限値以下であっても、振動を印加することなく層流状態の液体流に気泡を供給した比較例７、気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から放出される気体の放出速度が式（２）によって算出される気体流速上限値以下であっても、振幅が０．１μｍ未満の振動を印加しながら静止液体に気泡を供給した比較例８、気体放出ヘッド３１の平均孔径が０．８μｍの気体放出孔から放出される気体の放出速度が式（２）によって算出される気体流速上限値以下であっても、振動を印加することなく静止液体に気泡を供給した比較例９については、得られた液体１ｍｌ中に存在する２００ｎｍ以下の微細気泡の個数が極端に少なかったため、上記ナノ粒子解析システムでは２００ｎｍ以下の微細気泡の気泡径及び個数を測定することができなかった。
以上のように、液体流を乱流化または渦流化したり、液体流や静止流体に振幅が０．１μｍ以上の振動を印加したりすることで、気体放出ヘッド３１の孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔から放出された直後の気泡径が１．５μｍ以下の非真球形状の気泡同士の衝突が抑制され、これによって、非真球形状の気泡が安定した真球形状になるまでの間に気泡同士が合体して大きくなりにくく、放出直後の気泡径が１．５μｍ以下の状態を維持した真球形状の気泡が自己収縮しながら微細化されるので、平均気泡径が１００ｎｍ前後の微細気泡を効率よく生成することができる。
液体流を渦流化した状態で気泡を供給している実施例９〜１１については、スクリュープロペラ５１の回転数が大きくなるに従って、平均気泡径が１００ｎｍ前後の微細気泡の生成個数が多くなっており、スクリュープロペラ５１の回転数が５０ｒｐｍの実施例１１では、微細気泡の生成個数が１×１０６個を下回っているので、液体１ｍｌ中に存在する平均気泡径が１００ｎｍ前後の微細気泡の個数を１×１０６個以上確保しようとすると、スクリュープロペラ５１の回転数を８０ｒｐｍ以上に設定しとくことが望ましい。
なお、上述した各実施例では、平均孔径が０．８μｍの気体放出孔を有する気体放出ヘッド３１を使用しているが、これに限定されるものではなく、気体放出孔は平均孔径が１．５μｍ以下であればよい。
また、上述した各実施例では、式（１）や式（２）によって算出される気体流速上限値の１／１０程度の気体放出速度で気体放出ヘッド３１の気体放出孔から気体を放出しているが、これに限定されるものではなく、気体放出速度は算出された気体流速上限値以下であればよい。ただし、算出された気体流速上限値の１／１０程度の気体放出速度で気体を放出する場合が、平均気泡径が１００ｎｍ前後の微細気泡を最も効率よく生成することができるので、算出された気体流速上限値の１／１０程度の気体放出速度に調整しておくことが望ましい。
また、上述した微細気泡生成装置１〜３では、送液ユニット２０における気体放出ヘッド３１が配設される気泡供給部２２の下流側に送液ポンプ２４を設け、送液ポンプ２４の吸込圧により、気体放出ヘッド３１の気体放出孔から気体が液体流に自然に吸い出されるようにしているが、これに限定されるものではなく、気泡供給部２２の上流側に送液ポンプ２４を設けることも可能である。ただし、気泡供給部２２の上流側に送液ポンプ２４を設ける場合は、気泡供給ユニットに送気ポンプを設け、この送気ポンプの吐出圧により、気体放出ヘッド３１の気体放出孔から液体流に気体を押し出すようにしておく必要がある。
また、上述した微細気泡生成装置２では、送液ユニット２０の気泡供給部２２内における気泡供給ユニット３０の気体放出ヘッド３１の上流側に設けたスクリュープロペラ５１を回転させることで、気泡供給部２２内の液体流を渦流化しているが、これに限定されるものではなく、例えば、円筒状の流路の内周面に螺旋状の案内板を設けることによって流路内の液体流を渦流化させることができ、種々の渦流発生機構を採用することができる。
また、上述した微細気泡生成装置３、４では、振動印加ユニット６０の振動子６２としてランジュバン型振動子を採用しているが、これに限定されるものではなく、種々の振動子を採用することができる。
また、上述した微細気泡生成装置１〜３では、乱流化した液体流、渦流化した液体流、振幅が０．１μｍ以上の振動を印加した液体流に気泡を供給しているが、これに限定されるものではなく、気泡を供給した液体流を乱流化または渦流化したり、気泡を供給した液体流に振幅が０．１μｍ以上の振動を印加したりすることも可能である。ただし、発生直後の不安定で非真球形状の気泡は、短時間のうちに安定した真球形状の気泡に変化するので、気泡を供給した液体流を乱流化または渦流化したり、気泡を供給した液体流に振動を印加したりする場合は、気泡を供給した直後から、その液体流を乱流化または渦流化したり、振動を印加したりすることで、気泡同士の衝突を防止する必要がある。
本発明の微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置は、各種気体をナノオーダーの微細気泡として各種液体中に効率よく生成することができるので、液体及び液体内に微細気泡として存在させる気体を適宜選択することによって、工場廃液処理、洗浄、殺菌、消毒、生鮮商品の鮮度保持、魚介類の養殖といった各種分野において利用することができる。
１、２、３，４ 微細気泡生成装置
１０、４０ 貯液槽
２０ 送液ユニット
２１、２３ 送液管
２２ 気泡供給部
２４ 送液ポンプ
２５ バルブ
３０、３０ａ 気泡供給ユニット
３１ 気体放出ヘッド
３２ 送気管
３３ バルブ
３４ 送気ポンプ
５０ 渦流化ユニット
５１ スクリュープロペラ
５２ 駆動モータ
６０ 振動印加ユニット
６１ 振動羽根
６２ 振動子

Claims (8)

  1. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、
    平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから、下式（１）を満足するように、気体を放出することによって液体流に気泡を供給しながらその気泡同士の衝突を抑制するようになっており、
    液体流に気泡を供給しながらその液体流を乱流化することによって、または、液体流を乱流化しながらその液体流に気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成方法。
    ｖＧ≦０．０８７×ＱＬ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（１）
    ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
    ＱＬ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
    ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
    ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
  2. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、
    平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから、下式（１）を満足するように、気体を放出することによって液体流に気泡を供給しながらその気泡同士の衝突を抑制するようになっており、
    液体流に気泡を供給しながらその液体流を渦流化することによって、または、液体流を渦流化しながらその液体流に気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成方法。
    ｖＧ≦０．０８７×ＱＬ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（１）
    ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
    ＱＬ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
    ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
    ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
  3. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、
    平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから、下式（２）を満足するように、気体を放出することによって静止液体に気泡を供給しながらその気泡同士の衝突を抑制するようになっており、
    振幅が０．１μｍ以上の振動を静止液体に連続的に印加しながらその静止液体に気泡を供給することによって、または、静止液体に気泡を供給しながら振幅が０．１μｍ以上の振動をその静止液体に連続的に印加することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成方法。
    ｖＧ≦０．０８７×ＶＬ／ｔ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（２）
    ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
    ＶＬ：液体量［Ｌ］
    ｔ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出時間［ｓ］
    ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
    ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
  4. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、
    平均孔径が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔を有する気体放出ヘッドから、下式（１）を満足するように、気体を放出することによって液体流に気泡を供給しながらその気泡同士の衝突を抑制するようになっており、
    振幅が０．１μｍ以上の振動を液体流に連続的に印加しながらその液体流に気泡を供給することによって、または、液体流に気泡を供給しながら振幅が０．１μｍ以上の振動をその液体流に連続的に印加することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成方法。
    ｖＧ≦０．０８７×ＱＬ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（１）
    ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
    ＱＬ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
    ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
    ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
  5. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、
    液体流に気泡を供給する気泡供給手段と、
    前記気泡供給手段によって液体流に供給された気泡同士の衝突を抑制する気泡衝突抑制手段と
    を備え、
    前記気泡供給手段は、
    平均孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔を有する気体放出ヘッドを有し、下式（１）を満足するように、前記気体放出ヘッドから気体を放出することによって流路を流れる液体流に気泡を供給するようになっており、
    前記気泡衝突抑制手段は、流路を流れる液体流を乱流化する乱流化部を有しており、
    前記気体放出ヘッドから液体流に気泡を供給しながらその液体流を前記乱流化部が乱流化することによって、または、前記乱流化部が液体流を乱流化しながらその液体流に前記気体放出ヘッドから気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成装置。
    ｖＧ≦０．０８７×ＱＬ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（１）
    ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
    ＱＬ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
    ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
    ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
  6. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、
    液体流に気泡を供給する気泡供給手段と、
    前記気泡供給手段によって液体流に供給された気泡同士の衝突を抑制する気泡衝突抑制手段と
    を備え、
    前記気泡供給手段は、
    平均孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔を有する気体放出ヘッドを有し、下式（１）を満足するように、前記気体放出ヘッドから気体を放出することによって流路を流れる液体流に気泡を供給するようになっており、
    前記気泡衝突抑制手段は、流路を流れる液体流を渦流化する渦流化部を有しており、
    前記気体放出ヘッドから液体流に気泡を供給しながらその液体流を前記渦流化部が渦流化することによって、または、前記渦流化部が液体流を渦流化しながらその液体流に前記気体放出ヘッドから気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成装置。
    ｖＧ≦０．０８７×ＱＬ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（１）
    ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
    ＱＬ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
    ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均平均孔径［μｍ］
    ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
  7. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、
    静止液体に気泡を供給する気泡供給手段と、
    前記気泡供給手段によって静止液体に供給された気泡同士の衝突を抑制する気泡衝突抑制手段と
    を備え、
    前記気泡供給手段は、
    平均孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔を有する気体放出ヘッドを有し、下式（２）を満足するように、前記気体放出ヘッドから気体を放出することによって貯留部に貯留された静止液体に気泡を供給するようになっており、
    前記気泡衝突抑制手段は、貯留部に貯留された静止液体に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加する振動子を有しており、
    前記気体放出ヘッドから静止液体に気泡を供給しながらその静止液体に前記振動子が振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加することによって、または、前記振動子が静止液体に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加しながらその静止液体に前記気体放出ヘッドから気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成装置。
    ｖＧ≦０．０８７×ＶＬ／ｔ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（２）
    ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
    ＶＬ：液体量［Ｌ］
    ｔ ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出時間［ｓ］
    ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均平均孔径［μｍ］
    ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
  8. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、
    液体流に気泡を供給する気泡供給手段と、
    前記気泡供給手段によって液体流に供給された気泡同士の衝突を抑制する気泡衝突抑制手段と
    を備え、
    前記気泡供給手段は、
    平均孔径が１．５μｍ以下の気体放出孔を有する気体放出ヘッドを有し、下式（１）を満足するように、前記気体放出ヘッドから気体を放出することによって液体流に気泡を供給するようになっており、
    前記気泡衝突抑制手段は、液体流に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加する振動子を有しており、
    前記気体放出ヘッドから液体流に気泡を供給しながらその液体流に前記振動子が振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加することによって、または、前記振動子が液体流に振幅が０．１μｍ以上の振動を連続的に印加しながらその液体流に前記気体放出ヘッドから気泡を供給することによって、気泡同士の衝突を抑制することを特徴とする微細気泡生成装置。
    ｖＧ≦０．０８７×ＱＬ×ＤＨ ３／ＡＨ ・・・（１）
    ｖＧ：気体放出ヘッドの気体放出孔からの気体放出速度［ｍ／ｓ］
    ＱＬ：液体流量［Ｌ／ｍｉｎ］
    ＤＨ：気体放出ヘッドの気体放出孔の平均孔径［μｍ］
    ＡＨ：気体放出ヘッドの全気体放出孔の総面積［ｃｍ２］
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