JP6731586B2 - Nano bubble generator - Google Patents
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Description
本発明はナノバブル生成装置に関し、特に、安定性の高いナノバブルを生成する装置に関するものである。 The present invention relates to a nanobubble generating device, and more particularly to a device for generating highly stable nanobubbles.
気体の微細な粒子を内包した液体(主として水)は、マイクロバブル水あるいはナノバブル水と称され、広い分野での利用が試みられ、殺菌効果、消臭効果、植物に対する成長刺激効果等が報告されている。 A liquid (mainly water) containing fine particles of gas is called micro-bubble water or nano-bubble water, and its use in a wide range of fields has been tried, and its bactericidal effect, deodorant effect, growth stimulating effect on plants, etc. have been reported. ing.
ナノバブル水あるいはマイクロバブル水を生成する方式として、加圧溶解タイプやアスピレータを用いる方式がある。 As a method for generating nano bubble water or micro bubble water, there are a pressure dissolution type and a method using an aspirator.
加圧溶解タイプは、気密の液体容器に対象気体を加圧して溶け込ませ、その圧力が開放されるときに液中に微細気泡ができることを利用するものである。 The pressure dissolution type utilizes the fact that a target gas is pressurized and melted in an airtight liquid container, and fine bubbles are formed in the liquid when the pressure is released.
また、アスピレータを用いる方式は、アスピレータに対して水を圧送し、アスピレータの出力側に発生する負圧によって取り込まれる気体と圧送された液体が混合するときに微細気泡が液体中に生成されることを利用するものである。 In addition, the method using an aspirator is that water is pressure-fed to the aspirator, and fine bubbles are generated in the liquid when the gas taken in by the negative pressure generated on the output side of the aspirator and the liquid fed under pressure are mixed. Is used.
更に、特許第3682286号、特許第3822839号等に開示するように、液を螺旋状に旋回させて、その旋回中心に気体を取り込むとともに、液体が旋回状態から開放されるときに前記取り込んだ気体が微細粒子として当該液体に拡散することを利用しようとする試みもある。 Furthermore, as disclosed in Japanese Patent No. 3682286, Japanese Patent No. 3822839, etc., the liquid is swirled in a spiral shape to take in gas at the swirling center, and the taken-in gas when the liquid is released from the swirling state. There is also an attempt to utilize the fact that is diffused in the liquid as fine particles.
いずれの方法であっても液中にマイクロオーダの気泡が得られ、当該マイクロオーダの気泡に、超音波を照射すると、マイクロオーダの気泡は更に小さいサイズのナノオーダの気泡となる。あるいは、超音波をかける以前から既にナノオーダになっている気泡も存在すると考えられる。 In either method, micro-order bubbles are obtained in the liquid, and when ultrasonic waves are applied to the micro-order bubbles, the micro-order bubbles become nano-sized bubbles of smaller size. Alternatively, it is considered that there are air bubbles that are already in the nano-order before ultrasonic waves are applied.
上記いずれの方式であっても、液体中にナノオーダの気泡(ナノバブル)、マイクロオーダの気泡(マイクロバブル)を生成することはできるが、その品質、特に寿命は、マイクロオーダの気泡では数秒から数十秒で消失、ナノオーダの気泡いわゆるナノバブルでは、1ヶ月が限度である(本願比較例参照)。 With any of the above methods, it is possible to generate nano-order bubbles (nano-bubbles) and micro-order bubbles (micro-bubbles) in the liquid, but the quality, especially the life, is several seconds to several times for micro-order bubbles. Bubbles of nano-order disappearing in 10 seconds, so-called nano bubbles are limited to 1 month (see Comparative Example of the present application).
上記したように、ナノオーダの気泡を含む液体(水)は医療用、工業用、農業用等種々の方面での利用が検討されているが、上記のように1ヶ月程度しか寿命がないということでは、生産者は作成してすぐに出荷する必要に迫られ、また使用者は購入してからすぐに使用する必要に迫られ、予備的に備蓄することができないことになる。 As mentioned above, the liquid (water) containing nano-order bubbles is being considered for use in various fields such as medical, industrial, and agricultural purposes, but as mentioned above, it has a life of only about one month. Then, the producer is required to make the product and immediately to ship it, and the user is required to purchase it and immediately use it, so that the stockpile cannot be reserved in advance.
従って、ナノオーダの気泡を例えば植物の成長刺激に利用しようとすると、ナノバブル生成装置を農場付近に設備として持っている必要がある。ところが、設備としてのナノ(マイクロ)バブル生成装置は、コストが高く手軽に購入できる状態ではない。 Therefore, when it is attempted to use nano-order bubbles for stimulating the growth of plants, it is necessary to have a nano-bubble generator as a facility near the farm. However, the nano (micro) bubble generator as a facility is expensive and not in a state where it can be easily purchased.
本発明は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、生成されたナノ粒子の安定期間が長く、しかも構造が簡単で安価なナノバブル生成装置を提供することを目的とすることを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-mentioned conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide a nanobubble generation device in which the generated nanoparticles have a long stability period, and the structure is simple and inexpensive. And
本発明は、ポンプによって液体を圧送するとき、当該液体の流れる経路にアスピレータを介在させて、気泡混合液を生成する。前記アスピレータからの気泡混合液をノズルから、液噴出口が喫水位置より上の位置で、外部に噴出することになるが、このとき前記ノズルは、先端が、前記容器の壁面に対して喫水より上の位置で並行に開かれており、前記アスピレータからの気泡混合液を前記先端から、前記壁面の形状に沿って広がった液膜を形成するように噴出する。これによって粒径調整板が形成されたことになる。すなわち、前記液膜と前記容器壁面との間にキャビテーションが形成されるが、当該キャビテーションで、前記液体に含まれる気泡の粒径を調整する。
粒径が調整された気泡はその上を覆う液膜とともに容器の溜水に収容され、ここに置かれた超音波発信器からの超音波でナノ化される。
According to the present invention, when a liquid is pumped by a pump, an aspirator is interposed in a flow path of the liquid to generate a bubble mixed liquid. The bubble mixture from the aspirator from the nozzle, at a position above the liquid ejection port than draft position, but will be ejected to the outside, the nozzle at this time, tip, from draft on the sidewalls of the container Opened in parallel at the upper position, the bubble-mixed liquid from the aspirator is jetted from the tip so as to form a liquid film spreading along the shape of the wall surface. As a result, the particle size adjusting plate is formed. That is, cavitation is formed between the liquid film and the wall surface of the container, and the cavitation adjusts the particle size of bubbles contained in the liquid.
The bubbles of which the particle size is adjusted are housed in a reservoir of water together with a liquid film covering the bubbles, and are made into nano by ultrasonic waves from an ultrasonic transmitter placed here.
上記構成により、先ずアスピレータでマイクロオーダの気泡、あるいはナノオーダの気泡が形成されており、当該アスピレータからノズルに至るホース内の圧力が高い場合は、一部の気体は液体に加圧溶解した状態となる。 With the above configuration, first, micro-sized bubbles or nano-ordered bubbles are formed in the aspirator, and when the pressure in the hose from the aspirator to the nozzle is high, a part of the gas is dissolved in the liquid under pressure. Become.
ノズルから粒径調整板に向けて前記気泡混合液が放出されると、当該調整板が、ノズルの噴出方向と並行になっているため、液は粒径調整板に沿った薄い膜状の面(液膜)を形成する。このとき、粒径調整板と液膜との境界には液膜で覆われた極めて薄い、液の速度に応じた負圧のキャビテーションが形成され、液中に含まれる気体は当該キャビテーションに吸い寄せられる。また液体に気体が加圧溶解している場合は、溶け込んだ気体がキャビテーションで気体に戻ることになる。このときに形成される気体はキャビテーションの厚みに応じた粒径(マイクロオーダ)の微細粒子となり、液は当該微細粒子で白濁した状態で容器に蓄えられることになる。この微細粒子に対して超音波発振器で超音波をかけることによって、寿命の長いナノバブルを生成することができる。 When the bubble-mixed liquid is discharged from the nozzle toward the particle size adjusting plate, the liquid is a thin film-like surface along the particle size adjusting plate because the adjusting plate is parallel to the jetting direction of the nozzle. (Liquid film) is formed. At this time, an extremely thin cavitation with a negative pressure corresponding to the speed of the liquid, which is covered with the liquid film, is formed at the boundary between the particle size adjusting plate and the liquid film, and the gas contained in the liquid is attracted to the cavitation. .. Further, when the gas is dissolved under pressure in the liquid, the dissolved gas is returned to the gas by cavitation. The gas formed at this time becomes fine particles having a particle size (micro-order) according to the thickness of cavitation, and the liquid is stored in the container in a state of being clouded by the fine particles. By applying ultrasonic waves to the fine particles with an ultrasonic oscillator, nanobubbles having a long life can be generated.
図1は本発明の実施形態を示すものであり、図2は容器部分の平面図である。以下、液体として水、気体として空気を用いる場合を例に説明する。 1 shows an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a container portion. Hereinafter, a case where water is used as a liquid and air is used as a gas will be described as an example.
容器10からの水は、ホース15とポンプ11を介してアスピレータ12に圧送される。アスピレータ12では、圧送される水が噴出されるときの負圧を利用して空気を水に取り込むことになる。取り込まれた空気は水中に気泡を形成することになり、従って、アスピレータ12への水の流入圧、空気取り込み量等の条件を整えることによって、この段階で水中にマイクロ、あるいはナノオーダの気泡を形成することになる。マイクロ、ナノオーダ以上の大きな径の気泡も混じっていることは勿論である。
Water from the
このように、気泡を含む水は、更に圧送されて、ホース14の先端のノズル13から噴出されることになる。ここで、ノズル径が小さい場合は、ホース14内で水は加圧され、前記のように気泡化した空気の一部は水に溶解することになる。
In this way, the water containing bubbles is further pumped and ejected from the
ノズル13の先端は、容器10の壁面w(以下に説明するように壁面wは粒径を調整する機能を持つので上位概念として粒径調整板の名称を使用することがある。)に対して喫水より上の位置で並行かつ水平に開かれており、当該ノズル13から噴出した水は容器10の壁面wに沿って噴出され、壁面wの形状に沿って広がった水膜mを形成して容器21内に溜められた水に沈むことになる。このとき、上記のノズル13から噴出される水膜mと、容器10との間には極めて薄い面状の負圧層(キャビテーションc)が形成されることになる。
The tip of the
以下に説明するようにキャビテーションcでマイクロオーダの気泡を含んだ水は容器10の溜水に沈んで超音波が掛けられ、ここでマイクロオーダの気泡がナノオーダの気泡になる。勿論、ノズル13から出射されたときに既にナノオーダになっている気泡もある。
As described below, the water containing micro-order bubbles is cavitationally c sinked into the accumulated water in the
図1では、水は容器10(水源)からポンプ11に吸い上げられ再び容器10に帰るようになっている。この場合、容器10の水は何回か循環することになるが、ポンプ11、アスピレータ12の機能さえ充分であれば必ずしも循環する構成とする必要はない。
In FIG. 1, water is sucked up by the
図5は本発明の原理を説明する図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
図5に示すように、前記アスピレータ12でマイクロ、あるいはナノオーダの気泡が、形成された水は、ノズル13から噴出され、水膜mとなって前記容器壁面wに沿って面状に流れ落ちる。このとき、水膜mと容器壁面wとの間に、、水膜で覆われた極めて薄い負圧のキャビテーションcが形成される。前記負圧の大きさはベルヌイの定理によれば、ノズル13からの噴出速度が大きい程低い圧力となる。前記アスピレータ12で形成されて水膜m内に存在するマイクロあるいはナノオーダの気泡は、前記キャビテーションcに引き込まれることになる。
As shown in FIG. 5, water in which micro- or nano-order bubbles have been formed in the
また、前記アスピレータ12で取り込まれた空気は、ホース14内の圧力で水に溶解している可能性もあるが、このときは、溶け込んだ空気がキャビテーションcの負圧で気体に戻るとともに、当該気体はキャビテーションcに拘束される。従って、水膜mと容器壁面wとの間にキャビテーションcの厚みで規制された粒径を持つ気泡b1が形成されると推定される。
Further, the air taken in by the
この状態で、前記気泡b1はその上側の水膜mに覆われた状態で容器壁面wに沿って、容器10に溜められた水に沈むことになる。この後再び水面に浮かび上がることになり、水面は、前記ノズル12からの噴出を開始すると前記気泡で白濁した状態となる。霧のように目視できて白濁している粒子の状態から推察して、前記白濁した気泡の粒径はマイクロオーダと考えられる。
In this state, the bubble b1 is submerged in the water stored in the
このとき、ノズル13からは浮力の大きなマイクロオーダ以上の粒径の気泡b2も放出されるが、このような気泡は大きな浮力を持つので、前記キャビテーションcに拘束されることなく空中に放出されると考えられる。すなわち、マイクロあるいはナノオーダの気泡b1と空中に飛散する気泡b2が容器壁面(粒径調整板)で分離され溜水中には径がキャビテーションcの厚みで規制された所定値以下の径の気泡のみが存在することになる。
At this time, the air bubbles b2 having a large buoyancy and a particle size of micro-order or more are also emitted from the
このようにして形成された水面を白濁させたマイクロオーダの気泡は、ノズル13からの水の噴出を止めると次第に消失することになるが、浮力の大きなミリオーダの気泡と異なって、水中での持続時間は比較的長く、30秒から1分近く持続することになる。本願発明はナノバブルを生成することにあるのでここで(水面が白濁している状態で)、溜水内に置いた超音波発信器で超音波を掛ける。これによって瞬間にマイクロオーダの気泡は破壊されて目視できないナノオーダの気泡となる。
The micro-order air bubbles that make the surface of the water cloudy in this way gradually disappear when the jet of water from the
尚、図5ではキャビテーションcと水膜mとが分離した状態を描いているが、これはあくまで理解を助けるための模式図であって、実際はこのようにハッキリした境界があるわけではなく、水膜mの表面側(図5の上側)から容器壁面wに向かって次第に負圧が大きくなる圧力空間である。 In addition, in FIG. 5, the state in which the cavitation c and the water film m are separated is shown, but this is only a schematic diagram for helping understanding, and in reality, there is no such a clear boundary, It is a pressure space in which the negative pressure gradually increases from the surface side of the membrane m (upper side in FIG. 5) toward the container wall surface w.
表1は種々の態様で作成したナノオーダの気泡の個数と寿命を表すものである。ここで超音波発信器としては、1.7MHzの霧発生用の素子を使用し、測定装置は、日本タンデム社製のナノサイトである。粒径の分布は典型的には、例えば図6に示すように、50nm〜200nmの間で100nm付近にピークがある分布曲線が得られる。この分布曲線はノズルからの噴出速度、あるいは下記各サンプル(a)〜(d)のように噴出態様の相違によって多少の相違はでる。 Table 1 shows the number and lifetime of nano-order bubbles produced in various modes. Here, an element for generating a fog of 1.7 MHz was used as the ultrasonic transmitter, and the measuring device was a nanosite manufactured by Japan Tandem Co., Ltd. The particle size distribution typically gives a distribution curve having a peak in the vicinity of 100 nm between 50 nm and 200 nm as shown in FIG. 6, for example. This distribution curve is slightly different depending on the jetting speed from the nozzle or the jetting mode as in the following samples (a) to (d).
表1中、サンプル(a)は図3(a)に対応し、ノズルの口を直接容器内に蓄積された水中に放出してナノオーダの気泡を形成した例。この例ではマイクロオーダの気泡も形成されるが測定時には消失しており、またマイクロオーダ以上の気泡は、浮力で噴出後直ぐに消失している。 In Table 1, sample (a) corresponds to FIG. 3(a), and is an example in which the nozzle opening is directly discharged into water accumulated in the container to form nano-order bubbles. In this example, micro-order bubbles are also formed but disappear at the time of measurement, and bubbles above the micro-order disappear due to buoyancy immediately after being ejected.
サンプル(b)は、図3(b)に対応し、前記図3(a)の実施例にさらに超音波発生器30で超音波を掛けた例。この例では、超音波が掛かっているのでマイクロオーダの気泡は消失しないで超音波でナノオーダの気泡になっており、またマイクロオーダ以上の気泡は、超音波でも壊れずに浮力で直ぐに空中に飛散する。
The sample (b) corresponds to FIG. 3(b), and is an example in which ultrasonic waves are further applied by the
サンプル(c)は、図4(a)に対応し、容器壁面に沿わせて水を噴出してマイクロ(ナノ)オーダの気泡を形成した例。サンプル(d)は図4(b)に対応し、図4(a)の例に対し更に超音波を掛けた例(本願実施例)である。尚、図3(c)は、図3(a)(b)の平面図であり、また、図4(c)は、図4(a)(b)の平面図であり、図3 (b)、図4 (b)の超音波発信器は省略している。 Sample (c) corresponds to Fig. 4(a), and is an example in which water is jetted along the wall surface of the container to form micro (nano)-order bubbles. Sample (d) corresponds to FIG. 4(b) and is an example (Example of the present application) in which ultrasonic waves are further applied to the example of FIG. 4(a). 3(c) is a plan view of FIG. 3(a)(b), and FIG. 4(c) is a plan view of FIG. 4(a)(b). ), the ultrasonic transmitter of FIG. 4(b) is omitted.
尚、この実施例では容器10内の水は10回程度ノズル13を通過し、ノズル13からの出射速度は8〜9m/s前後、アスピレータ12への吹込み圧は7Mp程度である。
In this embodiment, the water in the
表1中、サンプル(b)はサンプル(a)に比べて、サンプル(d)はサンプル(c)に比べて超音波が掛かっているため微細粒子の個数が多い。一方サンプル(c)はサンプル(a)に比べて、サンプル(d)はサンプル(b)に比べて寿命が長く安定している。すなわちはノズル13から噴出される気泡混合水を容器壁面wに沿わせているためと考えられる。特に、サンプル(d)は容器壁面wを沿わせて超音波を掛けているので、ナノオーダの気泡の数も多く3ヶ月以上の寿命を持ち、実用性の高さを証明している。
In Table 1, sample (b) has more fine particles than sample (a) and sample (d) has more ultrasonic waves than sample (c). On the other hand, the sample (c) has a longer life than the sample (a) and the sample (d) has a longer life than the sample (b) and is stable. That is, it is considered that the bubble-mixed water ejected from the
前記ナノサイトの測定ではレーザ光の反射を利用している、このとき各粒子からの光の強度の比を表すRelative Intensity という指数がある。同じ粒径であっても光の強い粒子と弱い粒子がある。そこで、上記各サンプルについてのRelative Intensityの分布を見ると、寿命が長いサンプルほど、Relative Intensityは狭い範囲に分布している、すなわち各粒子からの光の反射強度の差が小さいが、寿命の短いサンプルはRelative Intensityの分布に広がりが見られる。 The measurement of the nanosite utilizes the reflection of laser light, and there is an index called Relative Intensity which represents the ratio of the light intensity from each particle at this time. Even if the particle size is the same, there are particles with strong light and particles with weak light. Therefore, looking at the distribution of Relative Intensity for each of the above samples, the longer the life of the sample, the narrower the range of Relative Intensity is distributed, that is, the difference in the reflection intensity of light from each particle is small, but the life is short. The sample shows a spread in the distribution of Relative Intensity.
前記キャビテーションcはベルヌイの定理からすると、前記噴出速度が大きい程負圧が強くなる。あくまで目視でしかすぎないが、噴出速度が8〜9m/s程度以上になると、ノズル13からの噴出の瞬間に溜水に白濁した状態が形成され、ノズル径を太くして噴出速度を5m/s程度とすると、ノズル13からの噴出からしばらくすると溜水に白濁状態が観測できる。ノズル径を更に太くして噴出速度を2〜3m/s程度にすると、溜水は「白濁」にまでは至らず、ぼんやりと雲が漂う程度に気泡が確認できる。この状態であっても、容器10に充填した水を何回かポンプ11で回し続けると(時間さえかけると)ナノオーダの気泡の個数は増え、その持続時間(寿命)は、8〜9m/s前後で形成されたナノオーダの気泡と遜色なくなる。
According to Bernoulli's theorem, the cavitation c has a larger negative pressure as the ejection velocity increases. Although it is merely visual observation, when the ejection speed is about 8 to 9 m/s or more, a cloudy state is formed in the accumulated water at the moment of ejection from the
表2のサンプル(e)と(f)はサンプル(d)と同等の条件での微細気泡を含む水を生成し、粒子の個数を経時的に測定したものである。サンプル(e)は15℃で冷蔵保存、サンプル(f)は室温で保存した。サンプル(f)で4ヶ月目の測定時点で急速に個数が減衰している。2ヶ月経過の時点から夏季に入り、気温が高い日が継続したことも一因と考えられる。いずれにしても、本発明の装置を使用すると3ヶ月以上安定した個数を維持できることになる。 Samples (e) and (f) in Table 2 are those in which water containing fine bubbles was generated under the same conditions as sample (d), and the number of particles was measured with time. Sample (e) was stored refrigerated at 15°C, and sample (f) was stored at room temperature. In sample (f), the number of samples rapidly declined at the time of measurement at the 4th month. It is considered that one of the reasons is that the high temperature continued for the summer when two months passed. In any case, when the device of the present invention is used, a stable number can be maintained for 3 months or more.
ここで注目すべきは、上記サンプル(a)すなわち、アスピレータ12の出力をそのままノズル13から噴出させても一応ナノオーダの気泡(瞬間的にはマイクロオーダの気泡も)は形成されている点である。更に、それに対して超音波を掛ける(上記サンプル(b))と、マイクロオーダの気泡もナノ化されるので、表1中のサンプル(d)の場合よりも多くの数のナノオーダの気泡が形成されている点である。
Here, it should be noted that the sample (a), that is, even if the output of the
この事実から、アスピレータ12の出力をそのままノズル13から噴出させたときにナノあるいはマイクロオーダの気泡を形成していないときは、前記キャビテーションcに微細気泡は吸収されないので本発明のナノオーダの気泡(表1サンプル(d))は形成しない。加圧溶解水は、ノズル13からの噴出時点でキャビテーションの厚みに応じた径の気泡を形成するので、アスピレータ12からノズル13に至る間に加圧溶解している必要がある。
From this fact, when the output of the
従って、本願発明の本質は一旦形成されたマイクロ・ナノオーダの気泡、あるいは加圧溶解水をキャビテーションcに導いて、粒径がキャビテーションcで規制された大きさ以下の気泡を形成する点にある。キャビテーションcに導かれた気泡は、初期にはキャビテーションcの厚みより大きな径であっても分裂して、流れに従って、キャビテーションcの厚みに規制され、従って、溜水が白濁する程に数が増えるものと考えられる。 Therefore, the essence of the present invention is that the formed micro/nano-order bubbles or the pressurized dissolved water are guided to the cavitation c to form bubbles having a particle size equal to or smaller than the size regulated by the cavitation c. The bubbles guided to the cavitation c are divided even if the diameter is larger than the thickness of the cavitation c at the beginning, and are regulated by the thickness of the cavitation c according to the flow, so that the number increases as the accumulated water becomes cloudy. Thought to be a thing.
前記ノズル13の開口位置は、図1、図4に示すように喫水より上の位置である。但し、上記したような噴出速度が確保されるのであれば水中に開口してもかまわないが、水中で面状で5m/s以上の噴出速度のある水膜を形成するには、相当のポンプ能力が要求されることになりコスト高となる。また、キャビテーションcの負圧の効果を水膜に及ぼすには、水膜の厚みは当然薄い方がよいと考えられるが、周囲の水の存在はそのことを許容しない。
The opening position of the
また、ノズル13の噴出方向は特に限定されないが、水膜mを形成し易い方向となり、容器壁面wを粒径調整板として利用する場合は一般的には水平に近い方向となる。
The ejection direction of the
更に、前記容器壁面wは、マイクロオーダの気泡の粒径をキャビテーションcで規制される大きさ以下に調整する粒径調整板の機能を持つが、その形状は特に問われない。図1、図3に示すように粒径調整板として容器壁面wを利用する場合は容器の形状に制限される。すなわち、図1では円筒の一部を利用した曲面であり、図3では平面である。容器10とは別の板を利用することも当然認められる。曲面を用いる場合、当該曲面が、あくまでノズル13からの水流を受ける方向に湾曲していることが必要である。例えば、円筒の外側にノズルを接線方向に配置しても、ノズルから噴出した液(水)は曲面に受け止められることはない。
Further, the container wall surface w has a function of a particle size adjusting plate for adjusting the particle size of micro-order bubbles to a size not more than the size regulated by the cavitation c, but its shape is not particularly limited. When the container wall surface w is used as the particle size adjusting plate as shown in FIGS. 1 and 3, the shape of the container is limited. That is, in FIG. 1, it is a curved surface using a part of a cylinder, and in FIG. 3, it is a flat surface. Of course, it is recognized that a plate other than the
図6(a)は、容器壁面とは別の平面を利用した粒径調整板の例を示すものであり、図6(b)はその側面図、(c)はそのa-a断面図である。 FIG. 6(a) shows an example of a particle size adjusting plate utilizing a plane different from the wall surface of the container, FIG. 6(b) is a side view thereof, and FIG. 6(c) is its a-a sectional view.
2枚の平板51a、51bを所定の間隙(例えば1mm以下)を保って固定し、扇状の水路52を形成したものであある。ノズル13より噴出された気泡混合液は両側の平板51a、51bとの間でキャビテーションcを形成して、マイクロオーダの気泡を形成することになる。この場合、気泡混合液は両側の粒径調整板(平板51a、51b)に接しながら噴出されるので、上記の例のように片側(容器面側)だけが水と接している場合に比べて、減速効果が働き、大きな効果は期待できないが、水中に沈めても溜水の圧力を受けないので、投げ込み式として使用ができる利点がある。
The two
次に、キャビテーションcとしては種々の形態があり、例えば図8に示すように、ホース12の一部を太くし、径の細い方から太い方に高速の水を流すと細い部分から太い部分に移行するときの段差の部分40は負圧(すなわちキャビテーション)となる。この状態でも、一応マイクロ、ナノオーダの気泡を形成することができるが、本願のように面状のキャビテーションを利用した場合に比べて遥かに効果が劣る。
Next, there are various forms of the cavitation c. For example, as shown in FIG. 8, when a part of the
また、単純に径が均一なホース内に高速で水を流すことでも、その周壁部に沿う部分にキャビテーションはでき、気泡は一部当該キャビテーションに集まる。しかしながら、全体としてみると、ホースの中心部の方が周壁に近い部分より流速が大きく、ベルヌイの定理から、ホースの径方向の圧は中心部程小さくなるので、全部の気泡が周壁のキャビテーションに集中することはない。従って、この場合はホース14の周壁のキャビテーションでの粒径を小さくする効果は小さい。
Further, even by simply flowing water at a high speed in a hose having a uniform diameter, cavitation can be made in a portion along the peripheral wall portion, and bubbles partially collect in the cavitation. However, as a whole, the central part of the hose has a larger flow velocity than the part near the peripheral wall, and according to Bernoulli's theorem, the pressure in the radial direction of the hose becomes smaller toward the central part, so that all the bubbles cause cavitation in the peripheral wall. I don't concentrate. Therefore, in this case, the effect of reducing the particle size in the cavitation of the peripheral wall of the
仮にホース14の周壁にのみに沿って薄い水流が形成できる(中心部が空洞)のであれば、図4(a)、(b)と同様の効果を得ることができるが、通常のホースでは不可能である。 If a thin water flow can be formed only along the peripheral wall of the hose 14 (the center part is hollow), the same effect as in FIGS. 4(a) and 4(b) can be obtained. It is possible.
実際に上記の状態を装置として実現したのが図3(a)(b)である。前記したように、図3(a)に示す例では、図4(a) (b)に示す例のように溜水が白濁することはない。図3(a)に対応する表1のサンプル(a)では、個数が少なく寿命も短い。また、図3(b)に対応する表1のサンプル(b)は、ナノオーダ、マイクロオーダ、ミリオーダのすべての気泡に対して超音波が掛かっているので、作成当初のナノオーダの気泡の個数は、本願発明のサンプル(d)より多いが、時間的な減衰が激しく2ヶ月経過すると測定不能になる。本願発明のように面状のキャビテーションで粒径が調整されていないためと考えられる。 FIGS. 3(a) and 3(b) actually realize the above state as a device. As described above, in the example shown in FIG. 3(a), the accumulated water does not become cloudy as in the example shown in FIGS. 4(a) and 4(b). The sample (a) of Table 1 corresponding to FIG. 3(a) has a small number and a short life. In addition, in the sample (b) of Table 1 corresponding to FIG. 3B, ultrasonic waves are applied to all bubbles of nano-order, micro-order, and milli-order, so the number of bubbles of nano-order at the time of creation is Although it is larger than the sample (d) of the present invention, it is impossible to measure after 2 months since it is severely attenuated with time. It is considered that the particle size is not adjusted by the planar cavitation as in the present invention.
一方、本願発明ではノズル先端から、流速8〜9m/sで放出された水は30mm先では既に100mm前後に広がっており、壁面との接触面積という点では本願発明の方が遥かに大きく、しかも、この部分では薄い安定したキャビテーションcが容器の周壁との間で形成されているので、ノズルで作られた気泡の粒径はキャビテーションcでさらに小さくなり、粒径の揃った安定した気泡が得られ、溜水は超音波を掛ける前は霧のように白濁した状態を呈する。 On the other hand, in the present invention, the water discharged from the nozzle tip at a flow velocity of 8 to 9 m/s has already spread to around 100 mm at 30 mm ahead, and the present invention is far larger in terms of the contact area with the wall surface, and , In this part, a thin and stable cavitation c is formed between the container and the peripheral wall of the container, so the particle size of the bubbles created by the nozzle is further reduced by the cavitation c, and stable bubbles with uniform particle size are obtained. The accumulated water becomes cloudy like a fog before ultrasonic waves are applied.
尚、38kHzの超音波を使用して、上記図4(b)(表1:サンプル(d)、サンプル(e))と同様に水にナノオーダの微細の気泡を含有せしめたところ、ナノオーダの粒子の個数は5億個弱/mlと、1.7MHzで作成した場合と少し少ない程度であったが、粒径の分布は200nm近辺がピークとなる。寿命は1.7MHzで形成した場合(3ヶ月以上)より短く、2ヶ月程度であった。従って、本発明を用いて微細気泡を形成するについて、超音波の周波数には制限されないが、寿命は波長が長いほど短くなるといえる。 As shown in FIG. 4(b) (Table 1: Sample (d), Sample (e)) using ultrasonic waves of 38 kHz, water was made to contain fine air bubbles of nano order. The number of particles was slightly less than 500 million/ml, which was a little smaller than that of the case of creating at 1.7 MHz, but the particle size distribution has a peak in the vicinity of 200 nm. The life was shorter than the case of forming at 1.7 MHz (3 months or more) and was about 2 months. Therefore, regarding the formation of fine bubbles using the present invention, although the frequency of ultrasonic waves is not limited, the life can be said to be shorter as the wavelength is longer.
上記したように、本願のナノバブル水(ナノオーダの気泡を含む水)は、他の方法で生成したナノバブル水に比して寿命が長い他、以下の効果が認められている。白百合醸造株式会社(山梨県勝沼市)のぶどう園の一角に本発明のナノバブル水を散布したところ、その一角のみ全く病害、黴害が発生しなかった。果樹に寄生する細菌に対する滅菌効果、黴に対する防黴効果があるものと推定される。また、大阪鶴見フラワーセンターで、切りバラの寿命をテストしたところ、市販の延命剤を使用した場合より本願発明のナノバブル水を利用した方が長持ちした。水の中に自然に存在する花の寿命を縮める細菌に対して滅菌効果を発揮するものと考えられる。更に、マンションの廃水管の洗浄に本願発明のナノバブル水を利用すると、配管に付着しているスライムを完璧に落すことができた。また、通常の水を使用する配管洗浄では悪臭が漂い、住民からの苦情が多いが、本願発明のナノバブル水では全く悪臭が発生しなかった。スライムへの浸透効果が大きく、また、消臭効果が大きいものと考えられる。 As described above, the nanobubble water of the present application (water containing bubbles of nanoorder) has a longer life than nanobubble water produced by other methods, and the following effects are recognized. When the nanobubble water of the present invention was sprayed on one corner of the vineyard of Shirayuri Brewery Co., Ltd. (Katsunuma City, Yamanashi Prefecture), no disease or mold damage occurred on that corner. It is presumed that it has a sterilizing effect on the bacteria that parasitize the fruit trees and an antifungal effect against mold. In addition, when the life of cut roses was tested at the Osaka Tsurumi Flower Center, the nanobubble water of the present invention lasted longer than the case of using a commercially available life prolonging agent. It is considered to exert a sterilizing effect on bacteria which naturally exist in water and shorten the life of flowers. Furthermore, by using the nanobubble water of the present invention for cleaning the wastewater pipe of the condominium, the slime adhering to the pipe could be completely removed. In addition, there is a lot of complaints from residents due to a bad odor caused by cleaning the pipes using ordinary water, but the nano bubble water of the present invention did not cause any bad odor. It is considered that it has a large penetrating effect on slime and a large deodorizing effect.
以上、気体として空気、液体として水を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではない。 The case where air is used as the gas and water is used as the liquid has been described above, but the present invention is not limited to this.
上記したように本発明は、アスピレータで形成された気泡混合液あるいは液体に圧力溶解したのちに形成される気泡混合液を再処理して、径の整った気泡をナノ化するようになっているので、その寿命は長く、医療、農業、工業分野への利用価値は極めて高い。 As described above, according to the present invention, the bubble mixed liquid formed by the aspirator or the bubble mixed liquid formed after being pressure-dissolved in the liquid is reprocessed to nanosize bubbles having a uniform diameter. Therefore, it has a long life, and its utility value in the medical, agricultural and industrial fields is extremely high.
10、容器
11、ポンプ
12、アスピレータ
13、ノズル
14、15ホース
c、キャビテーション
m、水膜
w、容器壁面
10,
Claims (1)
前記ポンプより圧送される液体に対して気体を混入して気泡混合液を生成するアスピレータと、
先端が、前記容器の壁面に対して喫水より上の位置で並行に開かれており、前記アスピレータからの気泡混合液を前記先端から、前記壁面の形状に沿って広がった液膜を形成するように噴出するノズルと、
前記液膜と前記容器壁面との間に形成されるキャビテーションで、前記液体に含まれる気泡の粒径を調整する、前記容器壁面の形状を利用した粒径調整板と、
前記粒径調整板からの液に対して超音波を掛ける超音波発信器と、
を備えたことを特徴とするナノバブル生成装置。 A pump for pumping the liquid stored in the container ,
An aspirator that mixes a gas with respect to the liquid pumped from the pump to generate a bubble mixed liquid,
The tip is opened in parallel with respect to the wall surface of the container at a position above the draft so that the bubble mixed liquid from the aspirator forms a liquid film spreading from the tip along the shape of the wall surface. A nozzle that jets to
Cavitation formed between the liquid film and the container wall surface, for adjusting the particle size of the bubbles contained in the liquid, a particle size adjusting plate utilizing the shape of the container wall surface ,
An ultrasonic transmitter that applies ultrasonic waves to the liquid from the particle size adjusting plate,
An apparatus for producing nanobubbles, comprising:
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