JP7164846B1 - Fine bubble generation method - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明はナノレベル又はマイクロレベルの微細な気泡を発生させる微細気泡発生方法に関する。【解決手段】 表面に所定形状の凹凸が形成され、微細気泡を生成する微細気泡生成部と、上記微細気泡生成装置によって生成された微細気泡を含む微細気泡含有水を測定し、この微細気泡含有水に含まれる微細気泡のサイズと数量を計測し、この測定結果である微細気泡のサイズと数量に基づいて、上記微細気泡生成装置に形成する表面の凹凸の形状を設定することを特徴とする微細気泡発生方法を提供することによって達成できる。【選択図】 図1Kind Code: A1 The present invention relates to a method for generating fine bubbles of nano-level or micro-level. SOLUTION: A microbubble-containing water containing microbubbles generated by a microbubble generation unit that generates microbubbles by forming unevenness of a predetermined shape on the surface and the microbubble-containing water generated by the microbubble generation device is measured. The size and number of microbubbles contained in water are measured, and the shape of the irregularities on the surface to be formed on the microbubble generating device is set based on the size and number of the microbubbles, which are the measurement results. It can be achieved by providing a microbubble generation method. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明はナノレベル又はマイクロレベルの微細な気泡を発生させる微細気泡発生方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for generating fine bubbles of nano-level or micro-level.
今日、ナノレベル、マイクロレベルの微細気泡について、その物性や発生のメカニズム、具体的な用途及びその実用化に関して研究が急速に進んでいる。例えば、汚染水の浄化や殺菌等の研究や、ナノオーダの微細気泡を含有する微細バブル含有水を用いた水性生物の育成、水田に微細バブルの含有水を供給して水質の向上を図る等の研究が行われている。 Today, research on nano-level and micro-level microbubbles is progressing rapidly with respect to their physical properties, generation mechanisms, specific uses, and their practical application. For example, research on purification and sterilization of polluted water, cultivation of aquatic organisms using microbubble-containing water containing nano-order microbubbles, and improvement of water quality by supplying water containing microbubbles to paddy fields. research is being done.
従来このような微細気泡の発生方法として、加圧溶解方式や、オリフィスやベンチュリー管方式、超音波振動の利用や、微細孔フィルタの使用等、多くの方式が提案されている。例えば、一例として、特許文献1がベンチュリ管方式の微細気泡発生方法を開示する。
Conventionally, many methods have been proposed as methods for generating such microbubbles, such as a pressurized dissolution method, an orifice or venturi tube method, use of ultrasonic vibration, use of a microporous filter, and the like. For example,
この微細気泡発生方法は、流入した水や汚染水を一端貯留し、流路を介してベンチュリー管に供給し、このベンチュリー管を高速で通過させることによって負圧状態を生成し、水や汚染水に溶解している過飽和の空気が分離し、微細な気泡となることを利用する発明である。この為、細い管径のベンチュリー管を使用し、ベンチュリー管内の速度を上げることにより高真空を発生させ、微細気泡を発生させている。 In this method of generating microbubbles, inflowing water or contaminated water is stored at one end, supplied to a venturi tube through a flow path, and passed through the venturi tube at high speed to generate a negative pressure state, and the water or contaminated water is It is an invention that utilizes the fact that supersaturated air dissolved in the liquid is separated and becomes fine bubbles. For this reason, a Venturi tube with a small diameter is used, and by increasing the velocity inside the Venturi tube, a high vacuum is generated and microbubbles are generated.
しかしながら、従来の微細気泡発生方法では、発生させる微細気泡のサイズを自由に設定することは困難であった。例えば、用途に従って適切なサイズや数量の微細気泡を発生させることは困難であった。また、複数サイズの微細気泡を1つの微細気泡発生装置によって同時に発生させることは更に困難であった。
そこで、本発明は用途に合わせて所望するサイズの微細気泡を発生させ、且つ複数のサイズの微細気泡を同時に発生させることが可能なナノレベル又はマイクロレベルの微細気泡発生方法を提供するものである。
However, in the conventional microbubble generation method, it is difficult to freely set the size of microbubbles to be generated. For example, it has been difficult to generate microbubbles of appropriate size and quantity according to the application. Moreover, it has been more difficult to simultaneously generate microbubbles of a plurality of sizes with one microbubble generator.
Accordingly, the present invention provides a method for generating nano-level or micro-level microbubbles capable of generating microbubbles of a desired size according to the application and simultaneously generating microbubbles of a plurality of sizes. .
上記課題は本発明によれば、表面に所定形状の凹凸が形成され、微細気泡を生成する微細気泡生成装置と、上記微細気泡生成装置によって生成された微細気泡を含む微細気泡含有水を測定し、この微細気泡含有水に含まれる微細気泡のサイズや数量を計測する微細気泡測定装置と、を備え、この微細気泡測定装置の測定結果である微細気泡のサイズと数量に基づいて、上記微細気泡生成装置に形成する表面の凹凸の形状を設定することを特徴とする微細気泡発生方法を提供することによって達成できる。 According to the present invention, the above problem is solved by a microbubble generating device for generating microbubbles by forming unevenness in a predetermined shape on the surface, and measuring water containing microbubbles containing microbubbles generated by the microbubble generating device. and a microbubble measuring device for measuring the size and number of microbubbles contained in the microbubble-containing water, and based on the size and number of microbubbles, which are the measurement results of the microbubble measuring device, the microbubbles This can be achieved by providing a method for generating microbubbles, characterized by setting the shape of unevenness on the surface formed on the generating device.
また、上記微細気泡生成装置には旋回流作成装置を付加することによって生成された高速の旋回流が供給されることが可能である。 Further, a high-speed swirling flow generated by adding a swirling flow generating device to the microbubble generating device can be supplied.
また、上記所定形状の凹凸が形成された微細気泡生成装置は、形状が限定されるものではなく、板状、筒状、球状、棒状など様々な形態が可能である。更にはコップなどの容器、半円、U字、V字などの半筒状でも良い。
例えば筒状部材の場合、円形の筒状部材、又は四角、六角、八角等の角型の筒状部材であり、上記筒状部材の直径や筒状部材に形成される凹凸の深さを適切に設定することによって微細気泡含有水に含まれる微細気泡のサイズを設定することを特徴とする。
Further, the shape of the microbubble generating device having the unevenness of the predetermined shape is not limited, and various shapes such as plate-like, cylindrical, spherical, and rod-like are possible. Furthermore, it may be a container such as a cup, or a semi-cylindrical shape such as a semicircle, U-shape, or V-shape.
For example, in the case of a tubular member, it may be a circular tubular member or a rectangular tubular member such as square, hexagonal, octagonal, etc., and the diameter of the tubular member and the depth of the irregularities formed on the tubular member may be appropriately selected. is set to set the size of microbubbles contained in the microbubble-containing water.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本実施形態の微細気泡発生方法を説明する図である。同図において、微細気泡生成装置1はナノレベルの微細気泡を生成させる装置であり、この微細気泡生成装置1には旋回流発生装置2から高速の旋回流が供給される。また、微細気泡生成装置1により生成された水を別途用意された微細気泡測定装置3によって微細気泡含有水に含まれるナノレベルの微細気泡のサイズや個数が計測される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining the method for generating microbubbles according to this embodiment. In the figure, a
旋回流発生装置2は、例えば内部に羽根等の旋回流生成部材が取り付けられ、供給される加圧水を旋回流とし、微細気泡生成装置1に供給する。
The swirling
微細気泡生成装置1は、例えば筒状のステンレス等の金属製のパイプで構成され、内周面には凹凸加工が施されている。この凹凸加工は、例えば研磨剤をパイプの内周面に高速で叩きつけて凹凸を形成する、ブラスト加工が採用される。
このブラスト加工によって、筒状のパイプの内周面には、所定の深さの凹凸加工が施され、この凹凸加工が施された微細気泡生成装置1内を高速の旋回流が流れる。
The
By this blasting, the inner peripheral surface of the cylindrical pipe is roughened to a predetermined depth.
尚、微細気泡生成装置1は円形のパイプに限定される訳ではなく、四角、六角、八角等の多角形のパイプであってもよく、更に金属に限らず樹脂等の他の素材で構成されるパイプを使用してもよい。また、パイプの内周面に異なる深さの凹凸を複数形成する構成としてもよく、例えば深さ36.7μmと53.6μm、等の深さの異なる凹凸加工をパイプの内周面に施す構成としてもよい。
更にはパイプ形状に限定されず板状、凹状または積層状やハニカム形状などで表面に所望の凹凸加工が施されたものである。
The
Further, it is not limited to a pipe shape, and may be a plate shape, a concave shape, a laminated shape, a honeycomb shape, or the like, and the surface thereof is processed to have desired unevenness.
一方、微細気泡測定装置3は、上記微細気泡生成装置1から吐出される微細気泡含有水にレーザ光を照射し、微細気泡含有水に含まれるナノ粒子の散乱光をカメラで撮像する。例えば、CMOSカメラで撮像し、散乱光を可視化し、散乱光1つ1つの動きを追尾(トラッキング)し、夫々の移動速度から微細気泡のサイズと個数を計測する。すなわち、粒子毎のブラウン運動の違いによって、夫々のナノレベルの微細気泡のサイズと個数を計測する。
On the other hand, the
次に、本実施形態を使用した場合の微細気泡の生成、及び微細気泡のサイズの測定は、以下のような処理手順で行われる。
先ず、不図示のポンプ等によって加圧された液体(例えば、水)を旋回流発生装置2に供給し、旋回流発生装置2内の旋回流生成部材に設けられた、例えば羽根によって旋回流を発生させる。この旋回流は高速の旋回流となって微細気泡生成装置1に供給される。
Next, the generation of microbubbles and the measurement of the size of microbubbles in the case of using this embodiment are performed in the following procedure.
First, a liquid (for example, water) pressurized by a pump (not shown) or the like is supplied to the swirling
微細気泡生成装置1に供給される高速の旋回流は、内周面に凹凸が形成されたパイプ状の微細気泡生成装置1内を流れ、例えばナノレベルの微細気泡含有水を生成する。このようにして生成される微細気泡含有水はパイプの直径や微細気泡生成装置1の内周面に形成された凹凸の深さ等の条件によって微細気泡のサイズや数量が異なる。
The high-speed swirling flow supplied to the
すなわち、微細気泡生成装置1の内周面に形成される凹凸の深さ等の条件を最適に設定することによって所望のサイズの微細気泡を生成させることができ、用途に対応したサイズの微細気泡を取得することができる。
That is, by optimally setting the conditions such as the depth of the unevenness formed on the inner peripheral surface of the
例えば、図2は直径25mmの金属製のパイプを使用し、内周面に深さ8.2μmの凹凸を上記ブラスト加工によって形成した微細気泡生成装置1(例えば、この条件の微細気泡生成装置を1Aで示す)を使用して微細気泡を生成した場合の例である。尚、微細気泡生成装置1Aには前述の旋回流発生装置2によって作成した旋回流が供給される。
For example, FIG. 2 shows a
すなわち、図2は上記の条件で生成した微細気泡水を取り込み、サンプル水として微細気泡測定装置3によって測定した測定結果をグラフに表したものである。尚、同図の横軸は取り込んだ微細気泡水に含まれる微細気泡の粒子径(サイズ)であり、縦軸はその粒子数(数量)を示す。
That is, FIG. 2 is a graph showing the measurement results obtained by taking in the microbubble water generated under the above conditions and using the
また、同図の下に示すD90は取得したサンプル水に含まれる90%の微細気泡のサイズを示す。具体的には、取得したサンプル水に直径152nm以下のサイズの微細気泡が90%含まれることを示す。 In addition, D90 shown at the bottom of the figure indicates the size of 90% fine bubbles contained in the obtained sample water. Specifically, it indicates that the obtained sample water contains 90% of microbubbles with a diameter of 152 nm or less.
同様に、D50の場合、取得したサンプル水に直径100nm以下のサイズの微細気泡が50%含まれることを示し、D10の場合、取得したサンプル水に直径75nm以下のサイズの微細気泡が10%含まれることを示す。したがって、例えば用途に応じて発生させたい微細気泡のサイズが152nm以下であれば、152nm以下のサイズの微細気泡を90%含む微細気泡含有水の生成が可能な条件の上記凹凸が形成された微細気泡生成装置1Aを選択することになる。
Similarly, D50 indicates that the obtained sample water contains 50% microbubbles with a diameter of 100 nm or less, and D10 indicates that the obtained sample water contains 10% microbubbles with a diameter of 75 nm or less. indicates that the Therefore, for example, if the size of microbubbles to be generated depending on the application is 152 nm or less, the fine bubbles having the above-described unevenness are formed under conditions that allow the generation of microbubble-containing water containing 90% of microbubbles of 152 nm or less in size. The
次に、図3は他の測定例を示す図であり、サンプル水として、内周面に深さ26.2μmの凹凸を上記ブラスト加工によって形成した微細気泡生成装置1Bを使用して微細気泡を生成した例である。尚、この場合も旋回流が供給される。
Next, FIG. 3 is a diagram showing another example of measurement. As sample water, microbubbles are generated by using the
この例の場合、D90として、238の数値が得られ、取得したサンプル水に直径238nm以下のサイズの微細気泡が90%含まれることを示す。この例の場合も同様に、D50として134の数値が得られ、取得したサンプル水に直径134nm以下のサイズの微細気泡が50%含まれることを示し、D10として98の数値が得られ、取得したサンプル水に直径98nm以下のサイズの微細気泡が10%含まれることを示す。 In the case of this example, a numerical value of 238 was obtained as D90, indicating that 90% of microbubbles with a diameter of 238 nm or less were contained in the obtained sample water. Similarly, in this example, a numerical value of 134 was obtained as D50, indicating that 50% of microbubbles with a diameter of 134 nm or less were contained in the obtained sample water, and a numerical value of 98 was obtained as D10. It indicates that the sample water contains 10% microbubbles with a diameter of 98 nm or less.
したがって、例えば用途に応じて発生させたい微細気泡のサイズが238nm以下であれば、238nm以下のサイズの微細気泡を90%含む微細気泡含有水の生成が可能な条件の上記凹凸が形成された微細気泡生成装置1Bを選択することになる。
Therefore, for example, if the size of the microbubbles to be generated is 238 nm or less depending on the application, the fine bubbles having the above-described unevenness are formed under conditions that allow the generation of water containing microbubbles containing 90% of the microbubbles having a size of 238 nm or less. The
図4は更に他の測定例を示す図であり、サンプル水として、内周面に深さ36.7μmの凹凸を上記ブラスト加工によって形成した微細気泡生成装置1Cを使用して微細気泡を生成した例である。尚、この場合も旋回流が供給される。
FIG. 4 is a diagram showing still another example of measurement, in which microbubbles were generated as sample water using the
この例の場合、D90として、144.4の数値が得られ、取得したサンプル水に直径144.4nm以下のサイズの微細気泡が90%含まれることを示す。この例の場合も同様に、D50として112.8の数値が得られ、取得したサンプル水に直径112.8nm以下のサイズの微細気泡が50%含まれることを示し、D10として95.7の数値が得られ、取得したサンプル水に直径95.7nm以下のサイズの微細気泡が10%含まれることを示す。 In this example, a numerical value of 144.4 was obtained as D90, indicating that 90% of microbubbles with a diameter of 144.4 nm or less were contained in the obtained sample water. Similarly in this example, a value of 112.8 was obtained as D50, indicating that 50% of fine bubbles with a diameter of 112.8 nm or less were contained in the obtained sample water, and a value of 95.7 was obtained as D10. is obtained, indicating that the obtained sample water contains 10% microbubbles with a diameter of 95.7 nm or less.
したがって、例えば用途に応じて発生させたい微細気泡のサイズが144.4m以下であれば、144.7nm以下のサイズの微細気泡を90%含む微細気泡含有水の生成が可能な条件の上記凹凸が形成された微細気泡生成装置1Cを選択することになる。
Therefore, for example, if the size of microbubbles to be generated depending on the application is 144.4 nm or less, the unevenness under the conditions that allows the generation of microbubble-containing water containing 90% of microbubbles with a size of 144.7 nm or less. The formed
尚、上記90%は一例であり、所望の微細気泡のサイズが、例えば80%以上含まれれば良ければ、D80(微細気泡のサイズが80%含まれるサイズ)を測定して採用することもできる。また、85%、95%等、任意に設定することもできる。 Note that the above 90% is an example, and if the desired microbubble size, for example, 80% or more, is sufficient, D80 (size containing 80% of the microbubble size) can be measured and adopted. . It can also be set arbitrarily, such as 85%, 95%, or the like.
一方、図5に示す例は、同じ微細気泡生成装置1に複数の凹凸形状を施すことによって、所望する複数サイズの微細気泡を発生させる場合の例である。例えば、同図の例では、内周面に深さ36.7μmの凹凸と、深さ53.6μmの凹凸をブラスト加工によって形成した微細気泡生成装置1Dを使用して微細気泡を生成した例である。尚、この場合も旋回流が供給される。
On the other hand, the example shown in FIG. 5 is an example in which microbubbles of a plurality of desired sizes are generated by applying a plurality of uneven shapes to the same
この場合、同図に示すように128nmと251nmに明らかなピークがあり、このサイズの微細気泡を多量に含む微細気泡含有水を得ることができる。したがって、例えば用途に応じて発生させたい微細気泡のサイズが上記2つのサイズの微細気泡であれば、上記条件の凹凸が形成された微細気泡生成装置1Dを選択することになる。
In this case, as shown in the figure, there are clear peaks at 128 nm and 251 nm, and microbubble-containing water containing a large amount of microbubbles of this size can be obtained. Therefore, for example, if the size of microbubbles to be generated according to the application is the above two sizes of microbubbles, the
このように、複数のサイズの微細気泡を同時に発生させたい場合には、上記のように複数の異なる深さの凹凸加工を施すことによって、用途に応じて必要なサイズの微細気泡を同時に発生させることが可能である。 In this way, when it is desired to generate microbubbles of a plurality of sizes at the same time, microbubbles of a required size can be simultaneously generated according to the application by performing unevenness processing with a plurality of different depths as described above. It is possible.
尚、上記図5に示す例では、2つの異なる深さの凹凸加工を施す構成としたが、3種類の凹凸加工、4種類の凹凸加工等、凹凸加工の種類を増やすことによって、更に多くの用途に対応したサイズの微細気泡を発生させることも可能となる。 In the example shown in FIG. 5, the configuration is such that two different depths of uneven processing are performed. It is also possible to generate fine bubbles of a size corresponding to the application.
尚、上記実施形態の説明では、旋回流発生装置2によって生成した旋回流を微細気泡生成装置1(1A~1D)に供給して行ったが、必ずしも微細気泡生成装置1に旋回流を供給して行う必要はなく、水道水等の一定の加圧された水(液体)を直接供給するようにしてもよい。尚、図6はこの場合の構成を示すものである。
In the description of the above embodiment, the swirling flow generated by the swirling
また、上記実施形態の説明ではナノオーダの微細気泡について説明したが、マイクロオーダの微細気泡についても同様に実施することができる。 In addition, although nano-order microbubbles have been described in the above embodiments, micro-order microbubbles can also be implemented in the same manner.
また、上記説明では微細気泡生成装置1に使用する液体として水を使用したが、水に限らず、例えばメタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、アセトン、ヘキサン、トルエン等の有機溶媒や石油等の鉱油でもよい。
In the above description, water is used as the liquid used in the
1、1A~1D・・微細気泡生成装置
2・・・旋回流発生装置
3・・・微細気泡測定装置
1, 1A to 1D...
Claims (4)
前記凹凸が複数形成された微細気泡生成装置として筒状部材が使用され、該筒状部材の内周面に形成された前記凹凸形状の深さは、前記円筒部材の直径の1%未満である ことを特徴とする微細気泡発生方法。 A microbubble-containing water containing microbubbles generated by the microbubble generator is measured by using a microbubble generator in which a plurality of unevennesses with a depth of 1 μm to 200 μm are formed on the surface that comes into contact with the pressurized liquid. , measuring the size and number of microbubbles contained in the microbubble-containing water, and setting the uneven shape of the surface to be formed in the microbubble generating device based on the size and number of microbubbles that are the measurement results.death,
A cylindrical member is used as the microbubble generating device having a plurality of unevennesses, and the depth of the unevenness formed on the inner peripheral surface of the tubular member is less than 1% of the diameter of the cylindrical member. A method for generating microbubbles, characterized by:
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