JP7282548B2 - ウルトラファインバブル生成方法、およびウルトラファインバブル生成装置 - Google Patents
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- C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
- C02F2307/10—Location of water treatment or water treatment device as part of a potable water dispenser, e.g. for use in homes or offices
Description
図1は、本発明に適用可能なUFB生成装置の一例を示す図である。本実施形態のUFB生成装置1は、前処理ユニット100、溶解ユニット200、T-UFB生成ユニット300、後処理ユニット400、及び回収ユニット500を含む。前処理ユニット100に供給された水道水などの液体Wは、上記の順番で各ユニット固有の処理が施され、T-UFB含有液として回収ユニット500で回収される。以下、各ユニットの機能及び構成について説明する。詳細は後述するが、本明細書では急激な発熱に伴う膜沸騰を利用して生成したUFBをT-UFB(Thermal-Ultra Fine Bubble)と称す。
ここで、T-UFB含有液を生成するために使用可能な液体Wについて説明する。本実施形態で使用可能な液体Wとしては、例えば、純水、イオン交換水、蒸留水、生理活性水、磁気活性水、化粧水、水道水、海水、川水、上下水、湖水、地下水、雨水などが挙げられる。また、これらの液体等を含む混合液体も使用可能である。また、水と水溶性有機溶剤との混合溶媒も使用できる。水と混合して使用される水溶性有機溶剤としては特に限定されないが、具体例として、以下のものを挙げることができる。メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコールなどの炭素数1乃至4のアルキルアルコール類。N-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール。1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類。これらの水溶性有機溶剤は、単独で用いてもよく、または2種以上を併用してもよい。
ここで、一つの具体例として、オゾンガスを気体成分として用いる場合について説明する。まず、オゾンガスの生成方法としては、放電法、電解法、紫外線ランプ法が挙げられる。以下、これらを順番に説明する。
放電法には無声放電法と沿面放電法がある。無声放電法では、平行平板状もしくは同軸円筒状に配置された一対の電極の間に酸素含有気体を流しつつ、交流高電圧をかける。これにより、酸素含有気体中に放電が生じ、オゾンガスが発生する。この一対の電極の表面は一方、もしくは双方がガラスなどの誘電体で被覆されている必要がある。放電はこの誘電体表面における電荷が正負交互に変動するのに伴って気体(空気もしくは酸素)中で発生する。
水中に電解質膜を挟んだ一対の電極を配置し、両極間に直流電圧をかける。これにより水の電気分解が起こり、酸素発生側に酸素と同時にオゾンガスが発生する。実用されているオゾン発生器としては、陰極に白金触媒層を持つ多孔質チタン、陽極にニ酸化鉛触媒層を持つ多孔質チタン、電解質膜にペルフルオルスルフォン酸陽イオン交換膜を用いたものなどがある。本装置によれば、20重量%以上の高濃度オゾンを発生させることができる。
地球のオゾン層が作られるのと同様の原理を利用し、紫外線を空気などにあててオゾンガスを発生させる。紫外線ランプとしては通常水銀ランプが使用される。
液体W中にオゾンガスを泡として混在させ、液体Wとともに流動させながら溶解する方法である。例えば、液体Wが貯留している容器の下部からオゾンガスを吹き込むバブリング法、液体Wを流動させる配管の一部に狭隘部を設け、狭隘部にオゾンガスを吹きこむエジェクター法、ポンプで液体Wとオゾンガスを攪拌する方法等がある。比較的コンパクトな溶解法であり、浄水場などでも有用されている。
多孔質のテフロン膜に液体Wを流し、その外側にオゾンガスを流して、液体W中にオゾンガスを吸収および溶解させる方法である。
充填層の上部から液体Wを流し且つ下部からオゾンガスを流すことにより、オゾンガスと液体を向流させ、充填層内でオゾンガスを液体Wに溶解させる方法である。
次に、以上説明したT-UFB生成方法の特徴と効果を、従来のUFB生成方法と比較して説明する。例えばベンチュリー方式に代表される従来の気泡生成装置においては、流路の一部に減圧ノズルのようなメカ的な減圧構造を設け、この減圧構造を通過するように所定の圧力で液体を流すことにより、減圧構造の下流の領域に様々なサイズの気泡を生成している。
一般に、ウルトラファインバブル含有液は、内包される気体の種類によって用途が区別される。なお、液体にPPM~BPM程度の量を液体中に溶解できる気体であれば、いずれの気体においてもUFB化させることが可能である。1例としては、下記のような用途に応用する事ができる。
・浄水器に対し、T-UFB生成ユニットを配することにより、浄水効果やPH調製液の精製効果を高めることが期待できる。また、炭酸水サーバなどにT-UFB生成ユニットを配することもできる。
近年、衣類に付着した汚れなどを除去するための洗浄水として、UFB含有液が注目されている。上記実施形態で説明したT-UFB生成ユニットを洗濯機に配し、従来よりも純度が高く浸透性に優れたUFB含有液を洗濯層に供給することにより、更に洗浄力を向上させることが期待できる。
・化粧品などにT-UFB含有液を含有させることで、皮下細胞への浸透を促進するとともに防腐剤や界面活性剤などの皮膚に悪影響を与える添加剤を大幅に低下させることができる。その結果、より安心で、且つ、機能性のある化粧品を提供する事ができる。
10 発熱素子
11 UFB(ウルトラファインバブル)
100 前処理ユニット
200 溶解ユニット
300 T-UFB生成ユニット
Claims (33)
- 液体に所定の前処理を行う前処理工程と、
前記前処理が行なわれた液体中に設けた発熱素子を発熱させて、前記液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成する生成工程と、を有し、
前記前処理工程は、前記液体に所定の気体を溶解させる処理を含むことを特徴とするウルトラファインバブル生成方法。 - 前記前処理工程は、前記液体より不純物を除去する第1の処理を含むことを特徴とする請求項1に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記前処理工程は、前記液体を脱気する第2の処理を含むことを特徴とする請求項1に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記前処理工程は、前記所定の気体を溶解させる処理の前に行われる処理として、前記液体より不純物を除去する第1の処理と、前記第1の処理が行われた後の前記液体を脱気する第2の処理と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記所定の気体は、水素、ヘリウム、酸素、窒素、メタン、フッ素、ネオン、二酸化炭素、オゾン、アルゴン、塩素、エタン、プロパン、空気、および、それらを含む混合気体のいずれかであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記所定の気体を溶解させる処理は、加圧溶解法を用いて、前記液体に前記所定の気体を飽和溶解度まで溶解させることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記所定の気体はオゾンガスを含み、前記オゾンガスを放電法、電解法、紫外線ランプ法のうち、少なくとも1つの方法を用いて生成する工程を更に有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記所定の気体を溶解させる処理は、前記オゾンガスを加圧溶解法、気泡溶解法、隔膜溶解法、及び充填層溶解法のうち、少なくとも1つの方法を用いて前記液体に溶解させることを特徴とする請求項7に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記第2の処理は、前記液体を貯留した容器に含まれる気体部を減圧することにより、前記液体に含有される溶解物を気化させ、前記容器から排出することを特徴とする請求項3または4に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記第1の処理は、陽イオン交換樹脂を用いて無機物イオンを除去する処理を含むことを特徴とする請求項2または4に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記第1の処理は、陰イオン交換樹脂を用いて負イオンを除去する処理を含むことを特徴とする請求項2または4に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記第1の処理は、ろ過フィルタを用いて有機物を除去する処理を含むことを特徴とする請求項2または4に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 前記第1の処理は、不溶の固形物が沈降する性質を利用して前記固形物を除去する処理を含むことを特徴とする請求項2または4に記載のウルトラファインバブル生成方法。
- 液体に所定の前処理を行う前処理工程と、
前記前処理が行なわれた液体中に設けた発熱素子を発熱させて、前記液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成する生成工程と、を有し、
前記液体に対し、前記前処理工程と前記生成工程とを繰り返し行うことを特徴とするウルトラファインバブル生成方法。 - 液体に所定の前処理を行う前処理工程と、
前記前処理が行なわれた液体中に設けた発熱素子を発熱させて、前記液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成する生成工程と、
前記生成工程で生成されたウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液を回収する工程と、
を有することを特徴とするウルトラファインバブル生成方法。 - 液体に所定の前処理を行う前処理工程と、
前記前処理が行なわれた液体中に設けた発熱素子を発熱させて、前記液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成する生成工程と、
前記生成工程の後に、前記生成工程によって生成された前記ウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液から不純物を除去する除去工程と、
を有し、
前記除去工程を行った後に再度前記前処理工程を行うことを特徴とするウルトラファインバブル生成方法。 - 液体に所定の前処理を行う前処理手段と、
前記前処理が行なわれた液体中に設けた発熱素子を発熱させて、前記液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成する生成手段と、を備え、
前記前処理手段は、前記液体に所定の気体を溶解させる溶解ユニットを含むことを特徴とするウルトラファインバブル生成装置。 - 前記前処理手段は、前記液体より不純物を除去する除去ユニットを含むことを特徴とする請求項17に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記前処理手段は、前記液体を脱気する脱気ユニットを含むことを特徴とする請求項17に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 液体に所定の前処理を行う前処理手段と、
前記前処理が行なわれた液体中に設けた発熱素子を発熱させて、前記液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成する生成手段と、を備え、
前記前処理手段は、前記液体より不純物を除去する除去ユニットと、前記除去ユニットによって処理された後の前記液体を脱気する脱気ユニットと、前記脱気ユニットによって処理された後の前記液体に所定の気体を溶解させる溶解ユニットと、を含むことを特徴とするウルトラファインバブル生成装置。 - 液体に所定の前処理を行う前処理手段と、
前記前処理が行なわれた液体中に設けた発熱素子を発熱させて、前記液体と前記発熱素子の界面に膜沸騰を生じさせることにより、ウルトラファインバブルを生成する生成手段と、を備え、
前記生成手段は、前記前処理手段によって前記所定の前処理が行なわれた液体を収容するチャンバーと、前記チャンバーに設けられた前記発熱素子と、前記発熱素子を駆動させる駆動手段と、前記チャンバーに収容された前記液体に対し所定の気体を溶解させる溶解ユニットと、を含むことを特徴とするウルトラファインバブル生成装置。 - 前記所定の気体は、水素、ヘリウム、酸素、窒素、メタン、フッ素、ネオン、二酸化炭素、オゾン、アルゴン、塩素、エタン、プロパン、空気、および、それらを含む混合気体のいずれかであることを特徴とする請求項17から20のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記溶解ユニットは、加圧溶解法を用いて、前記液体に前記所定の気体を飽和溶解度まで溶解させることを特徴とする請求項17から20のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記所定の気体はオゾンガスを含み、放電法、電解法、紫外線ランプ法のうち、少なくとも1つの方法を用いて前記オゾンガスを生成する手段を更に有することを特徴とする請求項17から20のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記溶解ユニットは、前記オゾンガスを加圧溶解法、気泡溶解法、隔膜溶解法、及び充填層溶解法のうち、少なくとも1つの方法を用いて前記液体に溶解することを特徴とする請求項24に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記脱気ユニットは、前記液体を貯留した容器に含まれる気体部を減圧することにより、前記液体に含有される溶解物を気化させ、前記容器から排出することを特徴とする請求項19または20に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記除去ユニットは、陽イオン交換樹脂を用いて無機物イオンを除去することを特徴とする請求項18または20に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記除去ユニットは、陰イオン交換樹脂を用いて負イオンを除去することを特徴とする請求項18または20に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記除去ユニットは、ろ過フィルタを用いて有機物を除去することを特徴とする請求項18または20に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記除去ユニットは、不溶の固形物が沈降する性質を利用して前記固形物を除去することを特徴とする請求項18または20に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記生成手段で生成されたウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液を、前記前処理手段に再び供給する手段を更に備えることを特徴とする請求項17から30のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記生成手段によって生成された前記ウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液から不純物を除去する後処理手段と、前記後処理手段で処理された液体を前記前処理手段へ供給する循環経路と、を更に備えることを特徴とする請求項17から31のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
- 前記生成手段で生成されたウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液を回収する手段を更に備えることを特徴とする請求項17から32のいずれか1項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
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