JP7193826B2

JP7193826B2 - 微細気泡発生装置

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Publication number: JP7193826B2
Application number: JP2016163823A
Authority: JP
Inventors: 修平大坪; ひとみ田中; 謙司吉原
Original assignee: YBM Co Ltd
Current assignee: YBM Co Ltd
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2022-12-21
Anticipated expiration: 2036-08-24
Also published as: JP2018030094A

Description

本発明は、微細気泡を発生させるための微細気泡発生装置に関する。更に詳しくは、直径がマイクロメートルオーダーやナノメートルオーダーの微細気泡（マイクロバブル、ナノバブル）を多数発生させるための微細気泡発生装置に関する。

近年、ナノバブル（例えば、直径が１マイクロメートル以下の気泡）、マイクロバブル（例えば、発生時の直径が５０マイクロメートル以下の気泡）等と呼ばれている微細気泡は、いろいろな優れた特性があり、各種分野で活用されている。例えば、マイクロバブルやナノバブルの特性を生かして、各種物体の洗浄、殺菌、汚濁水の浄化、放射性物資の汚染除去等に利用されている。

このようなナノバブル、マイクロバブル等の微細気泡を生成する微細気泡発生装置としては種々の装置が実用化されているが、本出願人が開発した装置として、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示された微細気泡発生装置がある。特許文献１から特許文献３に開示された微細気泡発生装置は、液体をポンプで所定の圧力に加圧し、この加圧した液体を、箱状の噴流式微細気泡発生箱のノズルに導入する。そして、この噴流式微細気泡発生箱の内部に噴射された液体のキャビテーションと渦流によって微細気泡含有流体を生成し、噴流式微細気泡発生箱の流体出口部から微細気泡含有流体を吐出して利用する構造を採用している。特許文献１から特許文献３に開示された微細気泡発生装置は、シンプルな構造で微細気泡含有流体を安定的に生成できるメリットがある。

微細気泡含有流体は、含有する微細気泡の数が多ければ、洗浄、殺菌、浄化、汚染除去能力が高くなるので、好ましい。しかし、特許文献１から特許文献３に開示された微細気泡発生装置では、含有する微細気泡の数を多くするためには、液体を加圧するポンプの出力を大きくして、噴流式微細気泡発生箱のノズルに導入する液体の圧力を高くする必要がある。しかし、ポンプの出力を大きくすると、ポンプの消費電力が大きくなるため、ランニングコストが増大し、経済的ではない。

特開平１１－３１９８１９号公報特開２０００－５６３号公報特開２０１６－３６７７５号公報

本発明は、以上のような背景で発明されたものであり、以下の目的を達成するものである。本発明の目的は、少ない消費電力で多数の微細気泡を含有する微細気泡含有流体を生成できるようにした微細気泡発生装置を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するため、次の手段を採る。
即ち、本発明１の微細気泡発生装置（１）は、
液体を所定の圧力に加圧して吐出する一台のポンプ（２）と、
前記加圧された液体を導入して第１内部空間に噴射させるための噴射口（３３１）を有する第１のノズル（３１Ａ）を有し、前記第１内部空間に噴射された液体のキャビテーションと渦流によって生成された微細気泡を含む第１の微細気泡含有流体（１３）を第１の流体出口部（３４１）から吐出する第１の噴流式微細気泡発生箱（３Ａ）と、
前記第１の噴流式微細気泡発生箱（３Ａ）から吐出された第１の微細気泡含有流体（１３）を導入して第２内部空間に噴射させるための噴射口（３３１）を有する第２のノズル（３１Ｂ）を有し、前記第２内部空間に噴射された第１の微細気泡含有流体（１３）のキャビテーションと渦流によって生成された微細気泡を含む第２の微細気泡含有流体（１４）を第２の流体出口部（３４２）から吐出する第２の噴流式微細気泡発生箱（３Ｂ）と
を備えた微細気泡発生装置（１）において、
前記第１のノズル（３１Ａ）は、
前記加圧された液体を前記噴射口（３３１）に導くための液体誘導路（３２１）と、
前記液体の負圧によって前記噴射口（３３１）に気体を導くための気体誘導路（３５）とを備え、
前記液体誘導路（３２１）は前記第１のノズル（３１Ａ）の軸心に形成され、前記気体誘導路（３５）は前記液体誘導路（３２１）の外周に円環状に形成されて、前記気体誘導路（３５）と前記液体誘導路（３２１）が前記噴射口（３３１）で合流し、
前記第１内部空間及び前記第２内部空間は、３次元の箱状の空間で扁平であり、前記空間の厚さをＨ、空間の幅をＷ、空間の高さをＬとし、前記噴射口（３３１）の直径をＤ１とすると、Ｄ１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ≧４、かつ、Ｗ＜Ｌの関係にあるものであり、
前記噴射口（３３１）は、前記３次元の箱状の空間の鉛直方向の上部で幅Ｗ及び厚さＨの面に位置し、流体出口部（３４１、３４２）は、前記噴出口（３３１）に対向する面に位置することを特徴とする。

本発明２の微細気泡発生装置（１）は、本発明１において、前記第２の噴流式微細気泡発生箱（３Ｂ）から吐出された第２の微細気泡含有流体（１４）を導入して第３内部空間に噴射させるための噴射口を有する第３のノズルを有し、前記第３内部空間に噴射された第２の微細気泡含有流体（１４）のキャビテーションと渦流によって生成された微細気泡を含む第３の微細気泡含有流体（１５）を吐出する第３の噴流式微細気泡発生箱（３Ｃ）とを備えたことを特徴とする。

本発明３の微細気泡発生装置（１）は、本発明１又は２において、前記ポンプ（２）は、前記液体に気体を混合して気液混合流体を吐出する気液混合ポンプ（２０）であることを特徴とする。

本発明の微細気泡発生装置は、ポンプから吐出された液体を、第１の噴流式微細気泡発生箱を経由して第２の噴流式微細気泡発生箱に導入することによって、微細気泡含有流体に含まれる微細気泡の数を増大させるので、ポンプの消費電力を抑制することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施の形態の微細気泡発生装置を示す回路図である。図２は、図１の第１の噴流式微細気泡発生箱の縦断面図である。図３は、図１の第２の噴流式微細気泡発生箱の縦断面図である。図４は、本発明の第１の実施の形態の微細気泡発生装置に第３の噴流式微細気泡発生箱を追加した例を示す回路図である。図５は、第１の実施の形態の微細気泡発生装置の第１の噴流式微細気泡発生箱の第１のノズルの変形例を示す縦断面図である。図６は、本発明の第２の実施の形態の微細気泡発生装置を示す回路図である。図７は、本発明の第２の実施の形態の微細気泡発生装置に第３の噴流式微細気泡発生箱を追加した例を示す回路図である。図８は、本発明の第３の実施の形態の微細気泡発生装置を示す回路図である。図９は、本発明の第３の実施の形態の微細気泡発生装置に第３の噴流式微細気泡発生箱を追加した例を示す回路図である。

［微細気泡発生装置の第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の微細気泡発生装置１を示す回路図、図２は図１の第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａの縦断面図、図３は図１の第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂの縦断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の微細気泡発生装置１は、ポンプ２、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａ、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂ等で構成されている。ポンプ２は、吸入側の液体流路２１を通して吸い込んだ水等の液体１１を加圧し、吐出側の液体流路２２を通して第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａに供給する。本発明の第１の実施の形態では、ポンプ２の吐出圧力は０．５ＭＰａに設定している。

吸入側の液体流路２１には、バルブ２３、圧力計２４が取り付けられている。また、吐出側の液体流路２２には、圧力計２５、バルブ２６、流量計２７が取り付けられている。空気等の気体１２が、気体流路６１を通して第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａに供給される。気体流路６１の気体吸入側は大気に開放されており、気体流路６１には、圧力計６２、バルブ６３、流量計６４、バルブ６５が取り付けられている。液体１１は水以外の他の種類の液体でもよく、気体１２は空気以外の他の種類の気体、例えば酸素、オゾン、窒素等でもよい。

前記した第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａから吐出された第１の微細気泡含有流体１３は、第１の接続流路７１を通して第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂに供給される。第１の接続流路７１には、圧力計７２、バルブ７３が取り付けられている。第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂから吐出された第２の微細気泡含有流体１４は、送出流路８１を通して所定の微細気泡利用箇所に供給され、洗浄、殺菌、浄化、汚染除去等に使用される。送出流路８１には、圧力計８２、バルブ８３が取り付けられている。

図２に示すように、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａは、扁平の直方体状に形成され、その長手方向が鉛直になるように配置されている。第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａの上部には、液体１１と気体１２を導入するための第１のノズル３１Ａが固定されている。第１のノズル３１Ａは、液体導入部３２と噴射口部３３で構成され、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａの上端のフランジ部３４Ａに図示しないボルトで固定されている。また、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａの下端のフランジ部３４Ｂには、第１の接続流路７１に第１の微細気泡含有流体１３を吐出するための第１の流体出口部３４１が形成されている。

液体導入部３２の軸心には液体誘導路３２１が形成され、液体誘導路３２１の上部が前記した液体流路２２に接続されている。噴射口部３３の軸心には直径がＤ１の噴射口３３１が形成され、液体誘導路３２１の下端が噴射口３３１に開口している。液体導入部３２の円筒状軸部の外周と噴射口部３３の円筒状穴部との間には、円環状の気体誘導路３５が形成されている。気体誘導路３５と液体誘導路３２１は噴射口３３１で合流している。噴射口部３３には、前記した気体流路６１に接続され、気体誘導路３５に気体を導入するための気体導入穴３３２が形成されている。

液体誘導路３２１に加圧された液体１１が供給されると、負圧によって気体誘導路３５の気体１２が引き込まれ、噴射口３３１で液体１１と気体１２が合流する。液体１１の全周から気体１２が合流するので、液体１１に気体１２が効率的に混合する。第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａの内部には、区画された扁平の直方体状の微細気泡発生室３６が形成されている。微細気泡発生室３６は、３次元の箱状の空間で扁平であり、空間の厚さ（図２で紙面に直交する方向の長さ）をＨ（図示せず）、空間の幅をＷ（図２で左右方向の長さ）、空間の高さをＬ（図２で上下方向の長さ）とし、噴射口３３１の直径をＤ１とすると、Ｄ１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ≧４、かつ、Ｗ＜Ｌの関係にある。微細気泡発生室３６の内部空間は、扁平で長方体状の空間が好ましい。

噴射口３３１から微細気泡発生室３６に噴射された液体１１と気体１２の混合流体は、噴射速度が増加するのに伴い圧力が低下し、圧力が飽和蒸気圧まで減少すると、液体１１が蒸発して、気泡が発生するキャビテーションと呼ばれる現象が生じる。この結果、液体１１と気体１２の混合流体が噴射口３３１から噴射された噴流水に、キャビテーション現象による気泡が発生する。その後、飽和蒸気圧まで低下した圧力が、噴流水の下流側で次第に元の圧力に戻り始めると、気泡は圧縮され潰れる。この気泡が圧壊した時に発生する高温、高圧のエネルギーが周囲に放射され、このエネルギーにより噴流水内の気泡が微細化し、直径が極めて微小なマイクロメートル（μｍ）オーダーの微細気泡（マイクロバブル）が生成される。

噴射口３３１から噴射された液体１１と気体１２の混合流体は、噴流水となって微細気泡発生室３６内を流動する。噴流水の主噴流３７Ａ、３７Ｂは、噴射口３３１の軸心にほぼ平行な方向に噴射される。主噴流３７Ａ、３７Ｂは、コアンダ効果（噴流が近くの壁に引き寄せられる効果）により、微細気泡発生室３６の壁面のどちらか一方の側に引き寄せられるように湾曲して流れる。また、隅部でも湾曲するように流れるため、噴流水の主噴流３７Ａ、３７Ｂは、渦を巻いて流れる渦流となる。噴流水の主噴流３７Ａ、３７Ｂは、渦流の回転方向が激しく変化し、図２に示す主噴流３７Ａ、３７Ｂのような動きの流れになる。微細気泡発生室３６の隅には、コアンダ効果により低圧渦である付着渦流３８が発生する。

この主噴流３７Ａ、３７Ｂは安定したものではなく、幅Ｗの面内で矢印＋ｗ方向又は矢印－ｗ方向に揺れる。同様に、厚さＨの面内でも同様に揺れ、渦流の回転方向が激しく変化するような動きの流れになる。即ち、主噴流３７Ａ、３７Ｂはキャビテーションを起こし、不安定であり揺れながら流れ、渦流が発生することになる。言い換えると、微細気泡発生室３６内では、攪拌力の強い渦流現象が発生し、この渦流は回転方向が激しく変化している。主噴流３７Ａ、３７Ｂと付着渦流３８の回転方向が激しく変化する噴流は、液体１１と気体１２の混合流体と微細気泡が混合された噴流水に極めて強いせん断力を与える。

このせん断力は、微細気泡と噴流水との混合を促進するとともに、微細気泡をせん断し、直径が極めて微小なナノメートル（ｎｍ）オーダーの微細気泡（ナノバブル）を生成させる。このような微細化が行われた微細気泡は、例えば、直径が数十ナノメートルから数百ナノメートルの微細気泡となり、噴流水に混合されて第１の微細気泡含有流体１３となる。このように生成された第１の微細気泡含有流体１３は、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａから第１の流体出口部３４１を通して吐出され、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂに供給される。第１の微細気泡含有流体１３の吐出圧力は、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａの液体誘導路３２１に供給された液体１１の圧力よりも若干低下している。

第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂは、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａと主要部分は同一構造を有しているので、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａと同一構造部分には同一番号を付して説明する。すなわち、図３に示すように、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂの上部には、第１の微細気泡含有流体１３を導入するための第２のノズル３１Ｂが固定されている。第２のノズル３１Ｂと第１のノズル３１Ａとの相違点は、第２のノズル３１Ｂの噴射口部３３Ｂには、気体１２を導入するための気体導入穴３３２が形成されていないことである。また、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂの下端のフランジ部３４Ｂには、送出流路８１に第２の微細気泡含有流体１４を吐出するための第２の流体出口部３４２が形成されている。液体導入部３２の軸心には第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａと同様に液体誘導路３２１が形成され、液体誘導路３２１の上部が前記した第１の接続流路７１に接続されている。

液体誘導路３２１に第１の微細気泡含有流体１３が供給され、噴射口３３１から第１の微細気泡含有流体１３が微細気泡発生室３６に噴射される。すると、噴射速度が増加するのに伴い圧力が低下し、圧力が飽和蒸気圧まで減少すると、キャビテーション現象が生じ、第１の微細気泡含有流体１３が蒸発して気泡が発生する。その後、飽和蒸気圧まで低下した圧力が、噴流水の下流側で次第に元の圧力に戻り始めると気泡と微細気泡は圧縮され潰れる。この気泡と微細気泡の圧壊した時に発生する高温、高圧のエネルギーが周囲に放射され、このエネルギーにより噴流水内の気泡と微細気泡が微細化し、マイクロメートル（μｍ）オーダーの微細気泡（マイクロバブル）とナノメートル（ｎｍ）オーダーの微細気泡（ナノバブル）の両方が生成される。

微細気泡発生室３６内の主噴流３７Ａ、３７Ｂと付着渦流３８の極めて強いせん断力は、微細気泡と第１の微細気泡含有流体１３との混合を促進するとともに、微細気泡をせん断し、直径が極めて微小なナノメートル（ｎｍ）オーダーの微細気泡（ナノバブル）が生成させる。このような微細化が行われた微細気泡は、例えば、直径が数十ナノメートル以下の微細気泡となり第１の微細気泡含有流体１３に混合され、微細気泡が第１の微細気泡含有流体１３よりも増加した第２の微細気泡含有流体１４となる。このようにして生成された第２の微細気泡含有流体１４は、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂから第２の流体出口部３４２を通して吐出され、送出流路８１を通して所定の微細気泡利用箇所に供給され、洗浄、殺菌、浄化、汚染除去等に使用される。第２の微細気泡含有流体１４の吐出圧力は、第１の微細気泡含有流体１３の吐出圧力よりも若干低下している。

このように、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂによって微細気泡の数が増大した第２の微細気泡含有流体１４は、洗浄等に一層の効果を有するものとなる。本発明の第１の実施の形態の微細気泡発生装置１では、ポンプ２から吐出された液体１１を、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａを経由して第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂに導入し、微細気泡の数が増大した微細気泡含有流体を生成するので、ポンプ２の消費電力を抑制することが可能となる。

図４は、本発明の第１の実施の形態の微細気泡発生装置１に第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃを追加した例を示す回路図である。すなわち、図４に示すように、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂから吐出された第２の微細気泡含有流体１４は、第２の接続流路７４を通して第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃに供給される。第２の接続流路７４には、圧力計７５、バルブ７６が取り付けられている。第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃから吐出された第３の微細気泡含有流体１５は、送出流路８１を通して所定の微細気泡利用箇所に供給され、洗浄、殺菌、浄化、汚染除去等に使用される。送出流路８１には、圧力計８２、バルブ８３が取り付けられている。

第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃの構造は、前記した第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂと全く同一構造なので、詳細な図示と説明は省略する。すなわち、図４の微細気泡発生装置１では、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂから吐出された第２の微細気泡含有流体１４が、第２の接続流路７４を通して第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃの第３のノズル（図示せず）に供給される。第３のノズルの噴射口から第２の微細気泡含有流体１４が微細気泡発生室に噴射されると、前記した第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂの場合と同様に、キャビテーション現象が生じ、第２の微細気泡含有流体１４が蒸発して、気泡が発生する。その後、前記した第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂの場合と同様に、気泡と微細気泡の圧壊した時に発生する高温、高圧のエネルギーにより噴流水内の気泡と微細気泡が微細化し、マイクロメートル（μｍ）オーダーの微細気泡（マイクロバブル）とナノメートル（ｎｍ）オーダーの微細気泡（ナノバブル）の両方が生成される。

その後、微細気泡発生室内の主噴流と付着渦流の極めて強いせん断力によって、直径が数十ナノメートル以下の微細気泡となり、第２の微細気泡含有流体１４に混合され、微細気泡が第２の微細気泡含有流体１４よりも増加した第３の微細気泡含有流体１５となる。このようにして生成された第３の微細気泡含有流体１５は、第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃから第３の流体出口部（図示せず）を通して吐出され、送出流路８１を通して所定の微細気泡利用箇所に供給され、洗浄、殺菌、浄化、汚染除去等に使用される。このように、第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃによって再微細化され、微細気泡の数が更に増大した第３の微細気泡含有流体１５は、洗浄等に一層の効果を有するものとなる。

図５は、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａの第１のノズル３１Ａの変形例を示す縦断面図である。前記した図２の第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａでは、噴射口部３３には、気体誘導路３５に気体を導入するための気体導入穴３３２が１個形成されている。図５の変形例の第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａでは、気体誘導路３５に気体を導入するための気体導入穴３３２に追加して、気体導入穴３３３が形成されている。噴射口部３３の軸心には直径がＤ２の噴射口３３４が形成され、液体誘導路３２１の下端が噴射口３３４に開口している。気体誘導路３５に気体を導入する時の管路抵抗が減少するので、気体流路６１から気体誘導路３５に多量の気体を効果的に導入することが可能となる。

［微細気泡発生装置の第２の実施の形態］
図６は本発明の第２の実施の形態の微細気泡発生装置１０を示す回路図である。本発明の第２の実施の形態の微細気泡発生装置１０は、第１の実施の形態の微細気泡発生装置１のポンプ２を気液混合ポンプ２０に変更した例である。図６に示すように、気液混合ポンプ２０には、吸入側の液体流路２１を通して水等の液体１１と、気体流路４１を通して空気等の気体１２の両方が吸い込まれ、加圧した液体１１に気体１２を混合して気液混合流体１６にする。この気液混合流体１６が、吐出側の気液流路２８を通して第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａに供給される。吸入側の液体流路２１には、バルブ２３、圧力計２４が取り付けられている。また、吐出側の気液流路２８には、圧力計２５、バルブ２６、流量計２７が取り付けられている。

気体流路４１の入り口側は大気に開放されており、気体流路４１には、圧力計４２、バルブ４３、流量計４４、バルブ４５が取り付けられている。また、第１の実施の形態の微細気泡発生装置１と同様に、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａには、空気等の気体１２が、気体流路６１を通して供給される。気体流路６１は大気に開放されており、気体流路６１には、圧力計６２、バルブ６３、流量計６４、バルブ６５が取り付けられている。液体１１は水以外の他の種類の液体でもよく、気体１２は空気以外の他の種類の気体、例えば酸素、オゾン、窒素等でもよい。

気液混合ポンプ２０は羽根車を有する渦流ポンプで、加圧された液体１１の負圧で気体１２を吸い込み、加圧された液体１１の渦流によって液体１１の中に多量の気体１２が混合される。液体１１に混合された気体１２は、渦流によるせん断力を受けて、微細化された一次の微細気泡（例えば、直径がマイクロメートル（μｍ）オーダーの微細気泡）となっている。この一次の微細気泡を含有する気液混合流体１６を第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａに供給する。また、空気等の気体１２も、気体流路６１を通して第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａに供給される。

第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａに供給された気液混合流体１６と気体１２の混合流体は、噴射速度が増加するのに伴い圧力が低下し、圧力が飽和蒸気圧まで減少すると、気液混合流体１６が蒸発して、気泡が発生するキャビテーションと呼ばれる現象が生じる。この結果、気液混合流体１６と気体１２の混合流体が噴射口３３１からから噴射された噴流水に、キャビテーション現象による気泡が発生する。その後、飽和蒸気圧まで低下した圧力が、噴流水の下流側で次第に元の圧力に戻り始めると気泡と微細気泡は圧縮され潰れる。この気泡の圧壊した時に発生する高温、高圧のエネルギーが周囲に放射され、このエネルギーにより噴流水内の気泡と微細気泡が更に微細化し、直径が極めて微小なマイクロメートル（μｍ）オーダーの微細気泡（マイクロバブル）とナノメートル（ｎｍ）オーダーの微細気泡（ナノバブル）の両方が生成される。

第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａの噴射口３３１から噴射された気液混合流体１６と気体１２の混合流体には攪拌力の強い渦流現象が発生し、気液混合流体１６と気体１２の混合流体と微細気泡が混合された噴流水に極めて強いせん断力を与える。このせん断力は、微細気泡と噴流水との混合を促進するとともに、微細気泡をせん断し、直径が極めて微小なナノメートル（ｎｍ）オーダーの微細気泡（ナノバブル）を生成させる。このような微細化が行われた二次の微細気泡は、例えば、直径が数十ナノメートル以下の微細気泡となり、気液混合流体１６と気体１２の混合流体に混合され第１の微細気泡含有流体１３となる。

このように生成された第１の微細気泡含有流体１３は、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａから吐出され、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂに供給される。この第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂを通過することにより第１の微細気泡含有流体１３の微細気泡は、再微細化され三次の微細気泡となり、微細気泡の数も多くなる。この三次の微細気泡を含む第２の微細気泡含有流体１４は、送出流路８１を通して洗浄等種々の用途に利用される。このように、気液混合ポンプ２０を設けた構成によって、気泡を一層微細化しその微細気泡を含む第２の微細気泡含有流体１４は、洗浄等に一層の効果を有するものとなる。本発明の第２の実施の形態の微細気泡発生装置１０では、気液混合ポンプ２０から吐出された一次の微細気泡を含有する気液混合流体１６を、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａを経由して第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂに導入している。従って、第１の実施の形態の微細気泡発生装置１よりも気泡を一層微細化して、気液混合ポンプ２０の消費電力を抑制することが可能となる。

本発明の第２の実施の形態の微細気泡発生装置１０で実施した、運転条件と運転結果は以下の通りである。すなわち、気液混合ポンプ２０は、株式会社ニクニ（本社：日本国神奈川県）製の渦流ターボミキサーで、設定圧力０．５ＭＰａ、流量１０～３００Ｌ／ｍｉｎである。第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａへの供給圧力は０．４ＭＰａ～０．５ＭＰａ、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａからの吐出圧力は０．４ＭＰａ～０．５ＭＰａであった。また、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂへの供給圧力は、０．３ＭＰａ～０．４ＭＰａ、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂからの吐出圧力は０．３ＭＰａ～０．４ＭＰａであった。気体１２として、酸素、オゾン、二酸化炭素、窒素、水素、空気を使用した。第２の微細気泡含有流体１４の用途として、土壌浄化、工場排水処理、ＰＨ中和等の環境改善に利用した。また、成長促進、収量増加等の農業改善に利用した。さらに、成長育成、鮮度保持等の養殖、保存等の水産業の改善に利用した。

図７は、本発明の第２の実施の形態の微細気泡発生装置１０に第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃを追加した例を示す回路図である。すなわち、図７に示すように、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂから吐出された第２の微細気泡含有流体１４は、第２の接続流路７４を通して第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃに供給される。第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃから吐出された第３の微細気泡含有流体１５は、送出流路８１を通して所定の微細気泡利用箇所に供給され、洗浄、殺菌、浄化、汚染除去等に使用される。第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃによって再微細化され、微細気泡の数も更に増大した第３の微細気泡含有流体１５は、洗浄等に一層の効果を有するものとなる。

［微細気泡発生装置の第３の実施の形態］
図８は本発明の第３の実施の形態の微細気泡発生装置１００を示す回路図である。本発明の第３の実施の形態の微細気泡発生装置１００は、第２の実施の形態の微細気泡発生装置１０において、気体１２を第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａに供給しないようにした例である。従って、第２の実施の形態の微細気泡発生装置１０の気体流路６１は無く、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａは、噴射口部３３の気体導入穴３３２にプラグをして、気体１２が気体誘導路３５に吸い込まれないようにしている。従って、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａには気液混合流体１６だけが供給される。第３の実施の形態の微細気泡発生装置１００においても、キャビテーションと気泡の圧壊、渦流現象による極めて強いせん断力によって、直径が極めて微小なナノメートル（ｎｍ）オーダーの微細気泡（ナノバブル）を生成させることができる。このように生成された第１の微細気泡含有流体１３は、第２の実施の形態の微細気泡発生装置１０と同様に、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂに供給される。

図９は、本発明の第３の実施の形態の微細気泡発生装置１００に第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃを追加した例を示す回路図である。図９に示すように、第２の噴流式微細気泡発生箱３Ｂから吐出された第２の微細気泡含有流体１４は、第２の接続流路７４を通して第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃに供給される。第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃから吐出された第３の微細気泡含有流体１５は、送出流路８１を通して所定の微細気泡利用箇所に供給され、洗浄、殺菌、浄化、汚染除去等に使用される。第３の噴流式微細気泡発生箱３Ｃによって再微細化され、微細気泡の数も更に増大した第３の微細気泡含有流体１５は、洗浄等に一層の効果を有するものとなる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこの実施例に限定されることはない。例えば、前述した実施例では、噴流式微細気泡発生箱を２個又は３個、直列に接続しているが、４個以上直列に接続してもよい。また、噴流式微細気泡発生箱から吐出された微細気泡含有流体を、並列に接続された複数の噴流式微細気泡発生箱に同時に導入してもよい。さらに、第１の実施の形態の微細気泡発生装置１で、第１の噴流式微細気泡発生箱３Ａに気体流路６１から気体１２を導入しなくてもよい。

１…微細気泡発生装置
１０…微細気泡発生装置
１００…微細気泡発生装置
１１…液体
１２…気体
１３…第１の微細気泡含有流体
１４…第２の微細気泡含有流体
１５…第３の微細気泡含有流体
１６…気液混合流体
２…ポンプ
２０…気液混合ポンプ
２１、２２…液体流路
２３…バルブ
２４…圧力計
２５…圧力計
２６…バルブ
２７…流量計
２８…気液流路
３Ａ…第１の噴流式微細気泡発生箱
３Ｂ…第２の噴流式微細気泡発生箱
３Ｃ…第３の噴流式微細気泡発生箱
３１Ａ…第１のノズル
３１Ｂ…第２のノズル
３２…液体導入部
３２１…液体誘導路
３３…噴射口部
３３Ｂ…噴射口部
３３１…噴射口
３３２…気体導入穴
３３３…気体導入穴
３３４…噴射口
３４Ａ…フランジ部
３４Ｂ…フランジ部
３４１…第１の流体出口部
３４２…第２の流体出口部
３５…気体誘導路
３６…微細気泡発生室
３７Ａ、３７Ｂ…主噴流
３８…付着渦流
４１…気体流路
４２…圧力計
４３…バルブ
４４…流量計
４５…バルブ
６１…気体流路
６２…圧力計
６３…バルブ
６４…流量計
６５…バルブ
７１…第１の接続流路
７２…圧力計
７３…バルブ
７４…第２の接続流路
７５…圧力計
７６…バルブ
８１…送出流路
８２…圧力計
８３…バルブ

Claims

液体を所定の圧力に加圧して吐出する一台のポンプ（２）と、
前記加圧された液体を導入して第１内部空間に噴射させるための噴射口（３３１）を有する第１のノズル（３１Ａ）を有し、前記第１内部空間に噴射された液体のキャビテーションと渦流によって生成された微細気泡を含む第１の微細気泡含有流体（１３）を第１の流体出口部（３４１）から吐出する第１の噴流式微細気泡発生箱（３Ａ）と、
前記第１の噴流式微細気泡発生箱（３Ａ）から吐出された第１の微細気泡含有流体（１３）を導入して第２内部空間に噴射させるための噴射口（３３１）を有する第２のノズル（３１Ｂ）を有し、前記第２内部空間に噴射された第１の微細気泡含有流体（１３）のキャビテーションと渦流によって生成された微細気泡を含む第２の微細気泡含有流体（１４）を第２の流体出口部（３４２）から吐出する第２の噴流式微細気泡発生箱（３Ｂ）と
を備えた微細気泡発生装置（１）において、
前記第１のノズル（３１Ａ）は、
前記加圧された液体を前記噴射口（３３１）に導くための液体誘導路（３２１）と、
前記液体の負圧によって前記噴射口（３３１）に気体を導くための気体誘導路（３５）とを備え、
前記液体誘導路（３２１）は前記第１のノズル（３１Ａ）の軸心に形成され、前記気体誘導路（３５）は前記液体誘導路（３２１）の外周に円環状に形成されて、前記気体誘導路（３５）と前記液体誘導路（３２１）が前記噴射口（３３１）で合流し、
前記第１内部空間及び前記第２内部空間は、３次元の箱状の空間で扁平であり、前記空間の厚さをＨ、空間の幅をＷ、空間の高さをＬとし、前記噴射口（３３１）の直径をＤ１とすると、Ｄ１＜Ｈ、Ｗ／Ｈ≧４、かつ、Ｗ＜Ｌの関係にあるものであり、
前記噴射口（３３１）は、前記３次元の箱状の空間の鉛直方向の上部で幅Ｗ及び厚さＨの面に位置し、流体出口部（３４１、３４２）は、前記噴出口（３３１）に対向する面に位置する、
ことを特徴とする微細気泡発生装置（１）。
請求項１に記載の微細気泡発生装置（１）において、
前記第２の噴流式微細気泡発生箱（３Ｂ）から吐出された第２の微細気泡含有流体（１４）を導入して第３内部空間に噴射させるための噴射口を有する第３のノズルを有し、
前記第３内部空間に噴射された第２の微細気泡含有流体（１４）のキャビテーションと渦流によって生成された微細気泡を含む第３の微細気泡含有流体（１５）を吐出する第３の噴流式微細気泡発生箱（３Ｃ）と
を備えたことを特徴とする微細気泡発生装置（１）。
請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置（１）において、
前記ポンプ（２）は、前記液体に気体を混合して気液混合流体を吐出する気液混合ポンプ（２０）であることを特徴とする微細気泡発生装置（１）。