JP6860945B2 - 微小気泡発生装置、及び微小気泡発生方法 - Google Patents
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- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Description
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電池等の電源を必要としない微小気泡発生装置の提供を目的とする。
ここで、「備長炭」とは、一般社団法人全国燃料協会が規定する木炭の規格における備
長炭の定義と品質を満たすものをいうものとする。
ここで、水は、電気伝導度が10mS/m以上、30mS/m以下であることが必要である。電気伝導度が10mS/m未満であると、水中に十分な渦電流が生じないため、微小気泡が十分に発生しない虞がある。また、電気伝導度が30mS/mを超えると、飲料に適さないなど、安全性が損なわれる虞がある。
また、導電性チップが通水室に対して非固定であるため、通水室に水を流した際に導電性チップが揺動し、これによっても導電性チップ内に渦電流を発生させることができる。
また、導電性チップは、備長炭であることが必要であり、例えば、これより電気伝導度の小さい活性炭等を導電性チップに用いると、導電性チップ内部に十分に電流を流すことができないため、微小気泡を十分に発生できない虞がある。また、鉄やフェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス等、強磁性の材料を用いると磁力により固定されて、上述した非固定の効果が損なわれる虞がある。
また、耐食性の低い鉄やフェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス等を導電性チップに用いると、導電性チップの表面に酸化被膜が生じて、長時間の使用に耐えない虞がある。これらより脆いグラファイトや他の白炭等を用いると、流水に炭が混じって、処理水が飲用に適さなくなる虞がある。
(第1実施形態)
図1及び図2は、本発明の第1実施形態に係る微小気泡発生装置100を示している。微小気泡発生装置100は、水1を電気分解して、微小気泡を含んだ微小気泡含有水2を形成するものである。
加えて、備長炭は、流水に炭や錆が混じることを抑制できる。備長炭としては、ウバメガシが、好適に用いられ、一般社団法人全国燃料協会が規定する精錬度が0度から2度のものが用いられる。
以下、本発明により水中に微細気泡を発生させられることを確認するために実施した試験について説明する。本発明は水道水等の導電性のある水を対象とするものであるが、水道水等は、水中の微小な浮遊物等が気泡と誤認される恐れがあるため、まず、純粋に食塩を混合した食塩水について検証を行った。
(比較例1)
実施形態1に基づいて製造した微小気泡発生装置100に、水のかわりに以下の食塩水を電解液とし、下記仕様の各部材を用いた微小気泡発生装置により、微小気泡含有水を得た。この場合は、微小気泡として、水素と塩素が発生しているものと思われる。
(電解液)
純水に、食塩0.9%を溶かした食塩水
(通水室3)
材質:真鍮
寸法:内径φ13mm、外形φ17mm、長さ35mm
(永久磁石4)
ネオジウム磁石
等級:N35
表面磁束密度:600mT
寸法:幅15mm×厚み5mm×長さ30mm
(導電性チップ5)
材質:ウバメガシ(日下木炭店製紀州の備長炭)
寸法:5mmチップ(3mmの網の目で、ふるいにかけて、3mm未満のチップを除去し
てから、5mmの網の目で、ふるいにかけて通過したもの)
(網6)
材質:SUS304
寸法:φ18mm
(送液管9)
材質:塩化ビニル
寸法:内径:φ13mm、外形φ24mm、長さ48mm
(電解液が通水室を通過する流速)
2.1リットル/分
電解液として食塩水を用いる代わりに、比較例1の食塩水に用いた純水を(微小気泡発生装置100を通すことなく)比較例1と同様にして、粒子径分布を測定した。
比較例1、及び比較例2の結果を、図6の分析結果要約と、図7、図8の気泡径による個数濃度分布に示す。図6に示すように、比較例1で得られた微小気泡含有水2中の気泡の、D10%径、D50%径、D90%径は、いずれも比較例2と比べて、小さいものであった。また、比較例1の微小気泡含有水2の個数濃度は、1mlあたり約1300万個で。比較例2の純水の個数濃度は、1mlあたり約130万個であった。このことから、比較例1の微小気泡含有水2は、比較例2の純水より平均粒子径の小さい微小気泡が、約10倍の個数濃度で含まれることが分かった。また、図8に示すように、比較例1の微小気泡含有水2に含まれる微小気泡は、概ね全部が直径10nmから1000nmの間にあるウルトラファインバブルであることがわかった。
以上のことから、導電性チップとして備長炭を用いた本発明の微小気泡発生装置により水中に微小気泡を効果的に発生可能なことがわかった。
本発明の微小気泡発生装置で、水道水中に微小気泡を発生させられるかどうかを検証するために、微小気泡の数量の正確な測定を妨げる水道水中の浮遊物をフィルターであらかじめ除去した水道水を用いて、以下の試験を行った。
(比較例3)
オルガノ株式会社製の0.1μmのろ過フィルター(品番1BC−1SC)を同社製のフィルタハウジング(品番PF−3)にセットしたろ過装置を、樹脂製ホースで水道の蛇口に接続し、この蛇口から放出した水道水をこのろ過装置でろ過して得られた試料水を、ガラス容器に隙間なく充填し、アルミニウム製のキャップで封印した。
こうして得られた5本の試料水を日本カンタム・デザイン株式会社製の測定装置ナノサイトNS−300を用いて、試料水中に含まれる微小気泡の粒子径分布を測定した。試料水を当該測定装置の計測用ホース内に流してカメラレベル15で撮影し、得られた動画を分析することで試料水の粒子径分布を算出した。これを5つの試料水について実施した。5つの試料水についての平均の粒子径分布を図11、図12に示す。
導電性チップとして直径5mmのオーステナイト球(SUS304)を用い、通水室を内径15mmのステンレス管とした他は、比較例1で使用したのと同様の微小気泡発生装置を比較例3ろ過装置でろ過した水により内外ともに洗浄し、比較例3で用いたろ過装置の下流側に樹脂製ホースで接続した。こうして、水道水の蛇口から流量4.2リットル/分で水道水を供給し、ろ過装置と微小気泡発生装置を通過して得られた微小気泡含有水2からなる試料水をガラス容器に隙間なく充填し、アルミニウムキャップで封印した。この試料水について、比較例3と同様に粒子径分布測定を実施した。測定結果を図11、図13に示す。
加えて、当該試験水を直径200mm、深さ60mmのフライパンに入れて直径64mm深さ11mmのジャムの鉄製の蓋をし、さらに、フライパン全体にガラスの蓋をした状態で加熱したところ、ポンと破裂音がして、ガラスの蓋がずれた。
比較例4と同様にろ過装置と微小気泡発生装置を通過させた微小気泡含有水2を、図9に示した判定器300へ流量1.5リットル/分で通過させて得られた試料水10mlをガラス瓶に隙間なく充填しアルミニウムキャップで封印した。
ここで、判定器300は、水中に発生した微小気泡が水素と酸素からなる場合に、これを水に戻して消失させるものである。判定器300は、図9に示すように、基本的には、微小気泡発生装置100から磁石4を取り除いた構成を有している。通水室3は、内径15mmのステンレス管14の両端をステンレス網6で閉塞して形成し、送液管9には、塩化ビニル管を用いた。導電性チップ5には、直径5mmのSUS304の球を用いた。
こうして、得られた試料水について、比較例3と同様に粒子分布測定を実施した。得られた結果を図11、図14に示す。
(比較例6)
株式会社田中金属製作所製の空気UFBシャワーヘッド(Bollina Wide、品番TK−7007)を比較例3のろ過装置でろ過した水により内外ともに洗浄し、比較例3で用いたろ過装置の下流側に樹脂製ホースで接続した。空気UFBシャワーヘッドはシャワーから放出させる水中に空気のUFB(ウルトラファインバブル)を発生させるものである。
こうして水道水の蛇口からの水をろ過装置と該UFBシャワーヘッドを通過させて得られた試料水をガラス容器に隙間なく充填し、アルミニウムキャップで封印した。この試料水について、比較例3と同様に粒子径分布測定を実施した。測定結果を図11、図15に示す。
比較例6と同様にろ過装置と空気UFB発生装置を通過させた水道水を、比較例5と同様にさらに判定器300を通過させ、得られた試料水をガラス容器に隙間なく充填し、アルミニウムキャップで封印した。この試料水について、比較例3と同様に粒子径分布測定を実施した。測定結果を図11、図16に示す。
導電性チップを比較例1で用いた備長炭とした他は、比較例4と同様にして、加熱試験を行った。加熱により、比較例4と同様、加熱によりポンと音がして、ガラスの蓋がずれた。
水をミネラルウォーター(銘柄:財宝温泉、株式会社財宝製、電気伝導率:21.9mS/m)とした他は、実施例1と同様にして加熱試験を行ったところ、比較例4と同様、加熱によりポンと音がして、ガラスの蓋がずれた。
以上、比較例3乃至7の粒子径分布測定の結果(図11から図16)において、100nm未満の粒子径のものは、100nmのフィルターを通過したカルシウムやケイ素等のコンタミが含まれると考えられるため、粒子径が100nm以上の粒子径のものについて、考察を行った。
まず、水道水をろ過装置に通しただけの比較例3(図12)と、水道水をろ過装置+本発明の微小気泡発生装置を通した比較例4(図13)の結果より、本発明の微小気泡発生装置により100nmから120nmのウルトラファインバブルが発生していることが確認でき(図13の頂点が114nmの山を参照)、比較例4の加熱試験よりそれが水素と酸素のウルトラファインバブルであることが分かった。
また、水道水をろ過装置+本発明の微小気泡発生装置を通した比較例4(図13)と、水道水をろ過装置+本発明の微小気泡発生装置+判定器を通した比較例5(図14)の結果より、判定器を通すことにより、微小気泡発生装置で発生した微小気泡(図13の頂点が114nmの山参照)が消失していることが分かった。
また、水道水をろ過装置に通しただけの比較例3(図12)と、水道水をろ過装置+空気UFB発生装置を通した比較例6(図15)の結果より、空気UFR発生装置により微小気泡が発生していることが確認できた(図15の頂点が123nm、141nmの山を参照)。
また、水道水をろ過装置+空気UFB発生装置を通した比較例6(図15)と水道水をろ過装置+空気UFB発生装置+判定器を通した比較例7(図16)の結果より、空気UFBにより発生した微小気泡は消失せず、合体してより粒径の大きな微小気泡になった(図15の頂点が123nm、141nmの山と図16の頂点が214nmの山を比較して参照)。
また、比較例5と比較例7の結果より、本発明の微小気泡発生装置により、空気ではない気体のウルトラファインバブルが発生していることがわかった。
また、図11の分析結果における、D10%径、D50%径、D90%、及び個数濃度は、図12から図16の結果に概ね符合していることがわかった。
また、実施例1、実施例2の結果から、水として、ミネラルウォーターを用いることもでき、導電性チップとして備長炭を用いても水中に水素と酸素の微小気泡を発生可能なことがわかった。
また、水道水の電気伝導度が10mS/m以上20mS/m程度であること(栗田工業の「水」のプロが教える水処理相談サイトの水処理教室のページ:https://kcr.kurita.co.jp/wtschool/003.html参照)、及び実施例2のミネラルウォーターの電気伝導度から、水としては電気伝導度が10mS/m以上
30mS/m以下の水が好ましいことが分かった。
図5は、本発明の第2実施形態に係る微小気泡発生装置200を示している。微小気泡発生装置200は、図4に示すように、並列される第1、及び第2の2つの通水室3,3と、2つの通水室3,3に磁界を形成すべく、通水室3,3を挟むように配設される第1乃至第3の3個の永久磁石4,4,4と、通水室3,3の流入口31側、及び流出口32側に連通する一対の送液管209,209と、通水室3,3内に充填される導電性チップ5,5,・・・とを備えている。
尚、本実施形態において、第1実施形態と共通する部材については、同一記号を付して説明を省略する。
1 水
3 通水室
4 磁石
5 導電性チップ
33 内壁
Claims (2)
- 水を電気分解して微小気泡を発生させる微小気泡発生装置であって、
内部に水を流すよう構成された中空状の通水室と、
前記通水室内を流れる水流と交差する方向に磁界を加える磁石と、
前記通水室内に充填される一、又は複数個の導電性チップと
を備え、
前記水は、電気伝導度が10mS/m以上30mS/m以下の水であり、
前記導電性チップは、ウバメガシから形成され、一般社団法人全国燃料協会が規定する精錬度が0度から2度の備長炭からなり、前記通水室に対し非固定で充填されていることを特徴とする微小気泡発生装置。 - 水を電気分解して微小気泡を発生させる微小気泡発生方法であって、
電気伝導度が10mS/m以上30mS/m以下の水と、
ウメバガシから形成され、一般社団法人全国燃料協会が規定する精錬度が0度から2度の備長炭からなる一、又は複数の導電性チップとを用い、
中空状の通水室に、前記一、又は複数個の導電性チップを非固定で充填し、
前記通水室内に前記水を流しながら、この水流と交差する方向に磁界を加えることを特徴とする微小気泡発生方法。
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