JPH0747115B2 - 微細気泡発生方法および微細気泡発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ニュートン粘性流体、
非ニュートン粘性流体の各種液体中に、空気、不活性ガ
ス、その他各種のガス、芳香性ガス等の気体による微細
気泡を発生させる微細気泡発生方法および微細気泡発生
装置に関し、更に詳細にはエゼクタ式ガスノズルを用い
た微細気泡発生方法および微細気泡発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スポンジケーキ、淡雪かん、ホイップド
クリーム、アイスクリーム、マヨネーズの如く、食品中
に空気、Ｎ₂ 、ＣＯ₂ 等の無臭ガス、不活性ガス、ある
いは香気成分を添加されたガスを微細気泡として食品主
成分中に含ませると、それの消化吸収、テクスチャが改
善され、また味がマイルド化される等の感覚的機能が改
善され、更には食品の酸化、劣化が抑制される等の効果
が生じることは知られている。

【０００３】また水耕栽培に於ける肥培液、魚介類養殖
に於ける淡水、海水中に空気の微細気泡を吹き込むこと
により、これら液体中の溶存酸素濃度を増大し、動植物
の育成を促進させることも知られている。

【０００４】ところで従来、水、食用油等のニュートン
粘性液体、あるいは卵黄・卵白と小麦粉とのサスペンシ
ョン状分散液、ゼラチン溶液、溶解チョコレート、生ク
リーム液等の非ニュートン粘性液体に対する発泡処理
は、手動式、あるいは電動式の撹拌泡立て器、撹伴発泡
器等により行われている。

【０００５】また液体中の溶存酸素濃度の増加、気液反
応速度の増大等を目的として、液体中に微細気泡を吹き
込む技術としては、多孔構造のノズルより気体を分散さ
せて液体中に噴出するもの、羽根付きの回転体を回転さ
せて気体を剪断分割して気泡を発生させるもの、液体を
共振させて気泡を微細化するもの、液体の液圧を変化さ
せて気泡を微細化するもの等、種々の技術が提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】手動式、あるいは電動
式の撹拌泡立て器、撹伴発泡器により得られる気泡の径
はおおよそ２００〜８００μｍ程度であり、撹伴部材の
形状等の改善が行われても撹拌泡立て器、撹伴発泡器で
は、それ以上に微細な気泡を安定して発生させることは
困難である。また前記は微細気泡の生成に於て発泡速度
が遅く、大量の微細発泡を発生させるためには多くの時
間を必要とし、動力消費が大きいと云う問題がある。

【０００７】また液体中の溶存酸素濃度を増加する目的
等として液体中に微細気泡を吹き込む上述の如き従来技
術に於いては、生成される気泡の径は０．１〜５ｍｍ程
度で、これ以上の微細な気泡を生成することが困難であ
り、このため、溶存酸素濃度の増加、気液反応速度の増
大等に限界が生じる。

【０００８】上述の如き問題点に鑑みて、気泡径が１０
〜２００μｍの微細気泡を安定して連続的に高速度に発
生することができる微細気泡発生装置が、本願出願人に
よる特願昭６０−３０２５７号（特公平１−３３２１１
号）にて提案されている。この微細気泡発生装置は、液
体ノズルとガスノズルとを有するエゼクタ式ガスノズル
を用い、前記液体ノズルより被発泡液体中に液体を噴出
し、当該液体の噴流による負圧により前記ガスノズルか
ら気体を前記被発泡液体中に吸引させ、その際に気体流
に作用する剪断作用により前記被発泡液体中に微細気泡
を発生させるものである。

【０００９】本発明は、上述のエゼクタ式ガスノズルを
用いる微細気泡発生装置に於いて、生成する気泡の平均
径・気泡径範囲を、各種要求に応じて適正値に簡便に可
変設定できるようにする微細気泡発生方法および微細気
泡発生装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、液体ノズルとガスノズルとを有するエゼク
タ式ガスノズルを用い、前記液体ノズルより被発泡液体
中に液体を噴出し、当該液体の噴流による負圧により、
前記ガスノズルからの気体を前記被発泡液体中に吸引さ
せて前記被発泡液体中に微細気泡を発生させる微細気泡
発生方法にして、前記ガスノズルに与える気体の流量を
定量的に可変制御して前記被発泡液体中に発生する微細
気泡径を制御することを特徴とする微細気泡発生方法に
より達成される。

【００１１】また上述の如き目的を達成するため、本発
明による微細気泡発生装置は、液体ノズルとガスノズル
とを備えたエゼクタ式ガスノズルを有し、前記液体ノズ
ルより被発泡液体中に液体を噴出し、当該液体の噴流に
よる負圧により、前記ガスノズルからの気体を前記被発
泡液体中に吸引させて前記被発泡液体中に微細気泡を発
生させる微細気泡発生装置にして、前記ガスノズルに供
給する気体の流量を定量的に制御するガス流量制御弁を
有していることを特徴としている。

【００１２】

【作用】上述の構成によれば、ガスノズルに与える気体
の流量がガス流量制御弁により定量的に可変制御され
る。したがって被発泡液体中に発生する気泡の平均径、
気泡径範囲が制御される。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１４】図１は本発明による微細気泡発生装置の一
実施例を示している。微細気泡発生装置は、発泡作用槽
１を有しており、発泡作用槽１にはエゼクタ式ガスノズ
ル３が装着されている。発泡作用槽１には被発泡液体Ａ
が充填されており、この槽内には噴射液体槽５に貯容さ
れた噴射液体Ｂがエゼクタ式ガスノズル３より噴射され
るようになっている。この噴射液体Ｂは、多くの場合、
発泡作用槽１内の被発泡液体Ａと同一の液体であってよ
い。

【００１５】発泡作用槽１の上部には槽内の最高液位を
保つために液体溢流排出管７が設けられており、この液
体溢流排出管７の途中には開閉弁９が設けられている。
また発泡作用槽１には槽内温度を測定する温度計１１が
取り付けられている。

【００１６】噴射液体槽５には液体圧送ポンプ１３が設
けられている。この液体圧送ポンプ１３は、下端部にフ
ィルタ１５を取り付けた液体汲み上げ管１７より噴射液
体槽５の噴射液体Ｂを吸引し、吸引した噴射液体Ｂを加
圧して液体圧送管１９へ圧送する。液体圧送管１９はエ
ゼクタ式ガスノズル３と接続され、途中には液体流量制
御弁２１と流量計２３が取り付けられている。

【００１７】液体流量制御弁２１は可変絞り式の通常の
流量制御弁であってよく、これは、手動操作、あるいは
アクチュエータを用いて遠隔操作され、液体圧送管１９
を流れる噴射液体Ｂの流量を定量的に制御（換言すれば
可変設定）する。

【００１８】液体流量制御弁２１よりエゼクタ式ガスノ
ズル３側の液体圧送管１９には、これにより分岐して噴
射液体Ｂを噴射液体槽５に戻すための液体還流管２５が
接続されている。液体還流管２５の途中には液体圧力制
御弁２７が取り付けらけている。

【００１９】液体圧力制御弁２７は、図２に示されてい
る如く、弁ケーシング２９内にばね３１により閉弁方
向、即ち弁座３３へ向けて付勢されたボール状のチェッ
ク弁体３５を有するリリーフ弁として構成され、開弁す
ることよりインレットポート３７とアウトレットポート
３９との連通を確立し、液体圧送管１９を流れる噴射液
体Ｂの一部を液体還流管２５により噴射液体槽５に戻し
て噴射液体Ｂの圧力を降下させる。チェック弁体３５
は、インレットポート３７より液体圧送管１９の噴射液
体Ｂの圧力を開弁方向に及ぼされ、この圧力による開弁
力とばね３１のばね力による閉弁力との平衡関係により
開閉駆動されるようになっている。

【００２０】ばね３１は、弁ケーシング２９にねじ込み
量調整可能に螺合したアジャストボルト４１より支持さ
れた可動のばねリテーナ４３とチェック弁体３５側のば
ねリテーナ４４との間に弾装され、ばねリテーナ４３の
弁ケーシング２９に対するねじ込み量の調整により取付
予荷重を変化され、チェック弁体３５の閉弁付勢力、即
ち液体圧力制御弁２７のリリーフ圧を可変設定するよう
になっている。このリリーフ圧の可変設定範囲は５〜２
５ｋｇｆ／ｃｍ² 程度に設定されている。

【００２１】尚、アジャストボルト４１には、これの弁
ケーシング２９に対するねじ込み量を安定維持するため
にロックナット４５が取り付けられている。

【００２２】図１に示されている如く、液体圧送管１９
には液体圧送管１９を流れる噴射液体Ｂの温度を測定す
る温度計４７と、液体圧送管１９を流れる噴射液体Ｂの
圧力を測定する圧力計４９とが接続されている。

【００２３】また噴射液体槽５には、槽内温度を測定す
る温度計５１が取り付けられていると共に、噴射液体槽
５に噴射液体Ｂを供給する噴射液体供給管５３が設けら
れており、この噴射液体供給管５３には開閉弁５５が取
り付けられている。

【００２４】次に図３、図４を用いてエゼクタ式ガスノ
ズル３について説明する。エゼクタ式ガスノズル３はノ
ズル本体５７を有しており、ノズル本体５７には液体圧
送管１９を接続されて噴射液体Ｂを供給される液体通路
５９が形成されている。ノズル本体５７の先端側には液
体ノズル部材６１が着脱可能に嵌合装着されており、液
体ノズル部材６１の先端部にはノズル本体５７の先端面
中心部より前方へ突出してノズル細管６５が精密嵌合に
より固定装着されている。このノズル細管６５に形成さ
れた液体噴孔６３は、液体通路５９と連通しており、液
体通路５９より噴射液体Ｂを与えられて、これを前方へ
噴出するようになっている。ここに、ノズル細管６５
は、全長２〜４ｍｍが好適であるが、前記ノズル部材６
１中への嵌入長さが約１．５ｍｍ、ノズル部材６１から
の突出長さが約１．５ｍｍの、全長３ｍｍ程度が最適で
ある。また、ノズル細管６５の外径ｄ₁ は０．６〜１．
６ｍｍ、内径ｄ₂ 、即ち液体噴孔６３の口径は０．３〜
１．２ｍｍ程度であってよい。尚、液体ノズル部材６１
およびノズル細管６５は、部品点数の削減のために、ノ
ズル本体５７と一体に形成されていてもよい。

【００２５】ノズル本体５７には吸引ガス通路６７が形
成されており、吸引ガス通路６７は一端にてニップル６
９によりガス吸引管７１と接続されている。ノズル本体
５７の円筒部外周にはノズル取付フランジ部７２を有す
る筒状のアウタケース７３が、Ｏリング７５により気密
状態にて嵌合装着されている。吸引ガス通路６７は他端
にてノズル本体５７とアウタケース７３との間に形成さ
れた環状通路７６に連通する。環状通路７６は、ノズル
本体５７の液体ノズル部材装着部の周りに形成されてノ
ズル本体５７の先端面に開口した複数個の吸引ガス通路
７７の各々と連通している。

【００２６】ノズル本体５７の先端部外周にはガスノズ
ル位置決め用のスペーサリング８１とシムリング８３
が、Ｏリング７９により気密に着脱可能に嵌合装着さ
れ、更にキャツプ状のガスノズル部材８５が交換可能に
ねじ係合により固定装着されている。ノズル本体５７の
先端面とガスノズル部材８５との間には前記吸引ガス通
路７７と連通関係にある吸引ガス室８６が形成されてお
り、この吸引ガス室８６の中心部にノズル細管６５がこ
れを横切って延在されている。

【００２７】ガスノズル部材８５の先端部中央には吸引
ガス室８６よりガスノズル部材８５の先端面に開口した
ガス噴孔８７が形成されている。ガス噴孔８７は、ノズ
ル細管６５の外側にこれと同心に形成され、液体噴孔６
３の軸心と同心位置にて液体噴孔６３よりの液体噴出方
向に沿って延在する平行通路部８９を備えている。この
平行通路部８９の長さＬは１〜６ｍｍ程度に設定され、
またこれの内径ｄｇは０．８〜２．０ｍｍ程度に設定さ
れてよい。

【００２８】上述の如き寸法設定によりノズル細管６５
の外周面と平行通路部８９の内周面との間にガスリング
層が形成される。このガスリング層の厚さδｇは（ｄｇ
−ｄ₁ ）／２により決まり、これは０．１〜０．２ｍｍ
の範囲に設定される。また平行通路部８９の始端に対す
るノズル細管６５先端の相対位置ΔＬは０〜−６ｍｍ程
度に設定され、これの調整は厚さが異なったシムリング
８３の交換により行われる（なお前記ΔＬは、平行通路
部８９の始端に対するノズル細管６５先端の座標値を表
すものであり、第４図に於いて、ノズル細管６５が、平
行通路部８９の内部に挿入されている場合に正の値を取
り、平行通路部８９から引き出されている場合に負の値
を取る）。

【００２９】エゼクタ式ガスノズル３の上述の如き各部
の寸法、およびその組合せは、噴射液体Ｂの種類、粘
性、要求発泡性等を勘案して決定される。このことに応
じたエゼクタ式ガスノズル３の６種類の仕様諸元例が表
１に、この６種類のエゼクタ式ガスノズルに於ける噴射
液体Ｂの種類に対する適正ノズル選択例が表２に各々示
されている。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】上述のガス吸引管７１は、吸い込み口に
て、空気、オゾン、各種不活性ガス等のガス供給源に接
続され、所望のガスをエゼクタ式ガスノズル３の吸引ガ
ス通路６７に供給するようになっている。ガス吸引管７
１には、図１に示されている如く、吸引ガス微少流量制
御弁９１が接続されている。

【００３３】吸引ガス微少流量制御弁９１は、ニードル
弁等による微少可変絞りを有する流量制御弁等により構
成され、ガス吸引管７１を流れるガス流量を定量的に可
変制御するようになっている。なお、９３は、ガス流量
計である。

【００３４】次に上述の如き構成よりなる微細気泡発生
装置の作用について説明する。

【００３５】気泡発生に際しては、液体圧送ポンプ１３
が運転され、これにより噴射液体槽５の噴射液体Ｂが加
圧されて液体圧送管１９へ圧送される。噴射液体Ｂは液
体流量制御弁２１により流量を制御される。また液体圧
力制御弁２７が噴射液体Ｂの圧力に応じて開弁し、これ
により余剰の噴射液体Ｂが液体還流管２５を通って噴射
液体槽５に戻される。したがって、液体圧送管１９の噴
射液体Ｂの圧力は液体圧力制御弁２７のリリーフ圧に応
じて調整される。

【００３６】これによってエゼクタ式ガスノズル３の液
体通路５９には、液体流量制御弁２１により流量を制御
され、また液体圧力制御弁２７により圧力を調整された
噴射液体Ｂが圧送される。従ってエゼクタ式ガスノズル
３の液体通路５９に供給される噴射液体Ｂの流量は、液
体流量制御弁２１の流量設定値に応じて定量的に可変設
定され、また噴射液体Ｂの圧力は液体圧力制御弁２７の
設定リリーフ圧に応じて定量的に可変設定されることに
なる。

【００３７】エゼクタ式ガスノズル３の液体通路５９に
供給された噴射液体Ｂは液体ノズル部材６１内を通過し
てノズル細管６５の液体噴孔６３よりガス噴孔８７へ向
けて高速噴出される。この噴射液体Ｂの噴流束の外周部
には噴射液体Ｂの噴出流速に応じて負圧が発生し、これ
により吸引ガス室８６のガス（気体）が噴射液体Ｂの噴
流束の外周部に沿ってガス噴孔８７の平行通路部８９内
に吸い込まれ、噴射液体Ｂの噴流により剪断されて微細
な気泡となって噴射液体Ｂと共に発泡作用槽１内の被発
泡液体Ａ中へ噴出する。

【００３８】ここに、本実施例においては、前記ノズル
細管６５の全長が２〜４ｍｍと短尺に構成されているた
め、前記ガス噴孔８７に対するノズル細管６５の先端部
の軸芯合わせを容易に行う事ができる。従って、前記ガ
スノズル８５に対するノズル細管６５の間隔｜ΔＬ｜
（｜…｜は、絶対値記号）が増大しても、液体ノズルと
ガスノズルとの間の軸芯誤差が所定値以上に大きくなる
ことはなく、安定した極微細気泡を発生させることが出
来る。これにより、結果的に微細気泡を高能率で、発生
させることができる（前記間隔｜ΔＬ｜を増大せしめる
と気泡発生効率が向上するからである）。

【００３９】また、前記細管６５の全長が短いため、液
体噴出速度を容易に増大せしめることができ、もって気
泡径を一層微小化することができる（図７および後述の
説明参照）。

【００４０】図５は上述の如き気泡発生のメカニズムを
上述のエゼクタ式ガスノズル３と同一構造の可視化実験
用エゼクタ式ガスノズルにて顕微鏡観察し、また超高速
写真撮影により観察した結果を模式的に示している。こ
の模式図が示している如く、ノズル細管６５の外径ｄ₁
が、０．６〜１．６ｍｍ好ましくは０．６〜１．２ｍ
ｍ、ガス噴孔８７の平行通路部８９の内径ｄｇが０．８
〜２．０ｍｍ、好ましくは０．８〜１．４ｍｍ、平行通
路部８９の長さＬが１〜６ｍｍ、好ましくは３〜４ｍｍ
程度と云う微少空間よりなるガスノズルの負圧部に於け
る流体流れの基本的構造は、駆動流としての液体噴孔６
３よりの噴射液体Ｂの噴流Ｂｊと、発泡作用槽１よりガ
ス噴孔８７内に進入してこれの平行通路部８９の内壁面
に付着する被発泡液体層流Ａｓと、これらに挟まれて噴
射液体Ｂの噴出方向前方へ向かうに従って先細の三角形
状断面をもって噴射液体Ｂの噴流Ｂｊの周りを取り囲ん
で存在する二次流としての吸引ガス流Ｇｉとにより構成
される。

【００４１】この場合、吸引気体は、ノズル細管６５の
先端よりガス噴孔８７の平行通路部８９へ向けて噴出し
た噴射液体Ｂの噴流Ｂｊと平行通路部８９の内壁面に付
着して流れる被発泡液体層流Ａｓと間に挟まった状態と
なる。そして、噴射液体Ｂの噴流Ｂｊの表面と当該噴流
Ｂｊの周りを取り囲むガスとの間に働く粘性力の作用に
より、先細の三角形状断面をもって噴射液体Ｂの噴流Ｂ
ｊの周りを取り囲んで存在する吸引ガス流Ｇｉとしてガ
ス噴孔８７内に引きずり込まれる。しかして、符号Ｃに
より示される吸引ガス流Ｇｉと噴射液体Ｂの噴流Ｂｊと
の接触周辺部に於て、噴射液体Ｂの噴流Ｂｊと吸引ガス
流Ｇｉとの相対運動により、吸引ガス流Ｇｉのガスが剪
断されることにより微細気泡Ｇｂが発生する。

【００４２】エゼクタ式ガスノズル３を用いた微細気泡
発生装置に於て、これの発泡性能に及ぼす因子は、液体
ノズル、（即ち液体噴孔６３）よりの噴射液体Ｂの噴出
速度ＶL 、ガス噴孔８７の平行通路部８９の長さＬ、平
行通路部８９始端に対するノズル細管６５先端の相対位
置ΔＬ、ガスリング厚さδｇ、ノズル細管６５の外径ｄ
₁ 、内径ｄ₂ 、噴射液体Ｂの動粘性、表面張力、密度等
の物性値である。

【００４３】これらのうち発泡性能に最も大きい影響を
与える因子は液体噴孔６３よりの噴射液体Ｂの噴出速度
ＶL である。

【００４４】液体噴孔６３よりの噴射液体Ｂの噴出速度
ＶL は、液体噴孔６３の入口部の噴射液体Ｂの圧力によ
り決まり、この圧力が高いほど噴出速度ＶL は速くな
る。従って噴射液体Ｂの噴出速度ＶL の大小は、液体噴
孔６３の入口部の噴射液体Ｂの圧力の大小に等しいと理
解されてよい。

【００４５】この液体噴孔６３の入口部の噴射液体Ｂの
圧力は、液体流量制御弁２１の流量設定値と液体圧力制
御弁２７の設定リリーフ圧により定量的に可変に設定さ
れる。これにより噴射液体Ｂの噴出速度ＶL が２０〜５
０ｍ／ｓの範囲で可変制御され、発泡性能、即ち被発泡
液体Ａ中に発生する気泡量、気泡平均径、気泡径範囲が
可変制御される。

【００４６】図６は、表１に於けるノズル種類名がＬＮ
６とＬＮ８のノズルを用い、２０℃の水を噴射液体Ｂと
して液体噴孔６３より噴出速度ＶL にて噴出した場合の
噴出速度ＶL と吸引ガス流量Ｑｇとの関係および、吸引
ガス流量Ｑｇと液体噴孔６３からの流体噴出流量ＱL と
の比、即ち流量比ζ＝（Ｑｇ／ＱL ）×１００％を示す
実験結果である。

【００４７】この場合、例えばノズル種類名がＬＮ８の
ものに於いては、噴出速度ＶL が４０ｍ／ｓ付近になる
と、吸引ガス流量Ｑｇは約９００ｍｌ／ｍｉｎとなり、
吸引ガス流量Ｑｇはこの時の水の噴出流量ＱL の約２．
４倍になり、この吸引ガス流量Ｑｇによるガスが微細気
泡となって被発泡液体Ａ中に発泡するようになる。

【００４８】尚流量比ζ＝（Ｑｇ／ＱL ）×１００％
は、噴射液体Ｂと吸引ガスの種類により異なり、噴射液
体Ｂの物性、特に表面張力の影響が大きい。流量比ζの
最大値は、水で約２３０％、タマリンド水溶液で約５０
％、サラダ油で約３０％程度である。

【００４９】図７及び図８は、上述の如き微細気泡発生
装置によって液体中に微細気泡を発生させた場合の気泡
径分布状態を示している。

【００５０】このうち、図７は、表１に於けるノズル種
類名ＬＮ６のノズルを用いて動粘度が４０μｍ² ／ｓの
サラダ油中に、液体噴孔６３よりの液体の噴出速度ＶL
を各々、２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓとして、
サラダ油を４０秒間連続噴出させた場合の、噴出速度Ｖ
L が気泡径分布に及ぼす影響を示す実験結果である。こ
の実験結果に於ける気泡径と発生気泡数は以下の方法に
より得られたものである。すなわち、まず１０×１０ｍ
ｍ² の青色アクリル樹脂板製の気泡径・気泡個数密度測
定板と、これに２ｍｍ間隔にて相対する透明アクリル樹
脂製の発泡作用槽との間の体積０．２ミリリットルのサ
ラダ油中に発生した気泡群を三ケ所より写真撮影する。
そして、これを印画紙に引伸現像して、これを目盛り付
きルーペで全気泡個数と気泡径別個数とを各々計数す
る。

【００５１】図７が示している如く、サラダ油の噴出速
度ＶL が速くなるに従って最大発生個数の気泡径は小さ
くなり、また気泡径分布が小径側に移行する。尚、何れ
の場合も全発泡個数の９０％以上の気泡の径が２００μ
ｍ以下で、その平均気泡径ＡＤｇは１３６〜１４１μｍ
と、非常に小さい。

【００５２】図８は、液体噴孔６３よりの液体の噴出速
度ＶL を３０ｍ／ｓ一定として、液体噴孔を、表１に於
けるノズル種類名がＬＮ８、ＬＮ１０、ＬＮ１２のもの
に変化させて、動粘度が１６００μｍ² ／ｓの高粘性タ
マリンド水溶液を同一動粘度のタマリンド水溶液に噴出
した場合の実験結果である。この実験結果に於ける気泡
径と発生気泡数の観測・計数は図７に於けるそれと同様
の要領にて行った。

【００５３】この場合は、液体噴孔のノズル径が大きく
なるに従って小径気泡の発生率が増加し、これに従って
平均気泡径ＡＤｇも小さくなる。

【００５４】また液体噴孔６３よりの液体の噴出速度Ｖ
L を、３０ｍ／ｓにて一定として、噴出液体の物性値
（即ち動粘性、表面張力、密度）のうち、いずれの因子
が発泡性能に大きな影響を及ぼすかについて実験を行っ
た。この結果、動粘度及び密度の大小が発泡性能に及ぼ
す影響は少く、発泡性能に大きい影響を及ぼす因子は図
９に温度との関係を示す表面張力であることが分った。

【００５５】液体温度を２０℃とした場合の実験では、
ガス噴孔８７の平行通路部８９の負圧部に吸引される吸
引空気流量Ｑｇは、動粘度が４００μｍ²／ｓのサラダ
油を１とした場合、動粘度が１６００μｍ² ／ｓのタマ
リンドガム水溶液では３程度、動粘度が１μｍ² ／ｓの
水では６〜９と云う結果を得た。このことから、液体の
表面張力の大小が発泡性能に及ぼす影響は非常に大きい
ことが分った。

【００５６】図７のサラダ油、図８のタマリンド水溶液
の中に発泡した場合の気泡径別発泡分布比率は、吸引ガ
ス微少流量制御弁９１の開度を全開にした状態にて、液
体噴孔６３からの液体噴出速度ＶL が所定値となるよ
う、液体流量制御弁２１の開度と液体圧力制御弁２７の
リリーフ圧を調整して行った実験結果を示したものであ
る。この実験に於いて発生した気泡群の平均気泡径は、
サラダ油の場合、約１３０〜１４０μｍであるのに対
し、タマリンド水溶液の場合は約２４０〜２８０μｍ
と、サラダ油の２倍近く大きい。この理由は以下の通り
である。すなわち、サラダ油の場合、表面張力が小さ
く、吸引ガス流量Ｑｇが少く（液体噴出速度ＶLが４０
〜５０ｍ／ｓのように速い場合は別として）液体噴出速
度ＶL が２０〜３０ｍ／ｓの範囲内では噴流速度が０に
なる衝突最先端部（到達最先端部）に於ける擾乱流中の
気泡の合体成長現象が殆どない。これに対してタマリン
ド水溶液の場合は、これの噴流の到達先端部に於ける擾
乱流による気泡の成長が生じる。さらに、タマリンド水
溶液の場合、液体の動粘度が１６００μｍ² ／ｓと非常
に高いことから、成長気泡の上昇散逸現象の発生が少
く、当該合体成長気泡が液体中に長く閉じ込められるの
で、この写真撮影が容易である。このような理由からタ
マリンド水溶液中の気泡の平均気泡径は大きくなってい
る。

【００５７】尚、気泡径別発泡分布比率は、水の場合、
測定することは難しい。なぜならば、表面張力が他の液
体に比較して大きいため、吸引ガス流量Ｑｇ、即ち発泡
気泡数が非常に大きく、しかも動粘度が１μｍ² ／ｓと
非常に小さいので、液体中での発生気泡の動きが早い。
また噴流の速度が０になる衝突最先端部では、ここまで
到達した極微細気泡が、この擾乱流の中で衝突して合体
により成長気泡となって直径を増大する。この大きくな
った気泡は、他の微細気泡より早く浮上して大気中に散
逸し、カメラ撮影では気泡の発生数量を正確に測定する
ことができないのである。

【００５８】以上を総括すれば、液体噴孔６３よりの液
体の噴出速度ＶL は、噴出液体の物性値、即ち動粘性、
表面張力、密度に応じて適正値に設定される。例えば、
表２に示されている如く、水等の低粘性液体の場合は３
０ｍ／ｓ以上に、卵白、卵黄液、食用油等の中粘性液体
の場合は２０ｍ／ｓ以上に、溶解チョコレート、生クリ
ーム液、塗料等の高粘性液体の場合は２５ｍ／ｓ以上に
設定される。

【００５９】このことに応じて液体の噴出速度ＶL を決
定する液体噴孔６３の入口部の噴射液体Ｂの圧力、換言
すれば液体圧力制御弁２７のリリーフ圧は、低乃至中粘
性液体に於いては６〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2 に、高粘性液
体に於いては１０〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定される。

【００６０】被発泡液体Ａ中に発生した全発生気泡量の
大きさを、例えば１００μｍ以下とした超極微細気泡群
にしたり、発生気泡数量は少くなってもよいが、気泡径
をさらに小さくしたり、噴流到達先端部における極微細
気泡の衝突合体による成長気泡の発生を最少限に抑えて
極微細気泡のみを発生させたい場合、即ち発生気泡径制
御を行う場合の制御方法を以下に説明する。

【００６１】標準的な制御方法では、まず液体流量制御
弁２１と吸引ガス微少流量制御弁９１の各々の開度を相
互に関連制御する。

【００６２】この場合、まず吸引ガス微少流量制御弁９
１を全開した状態で、液体流量制御弁２１の開度を調整
し、ガス噴孔８７の平行通路部８９内の負圧部にガス吸
引管７１を通って吸引されるガス流量Ｑｇ、即ち被発泡
液体Ａ内への極微細気泡発生量が最大となるようにす
る。そしてこの発泡状態が連続安定して行われるよう、
液体圧力制御弁２７のばね力、即ちリリーフ圧を調整す
る。

【００６３】次いで、吸引ガス微少流量制御弁９１の開
度を、被発泡液体Ａ内へ噴出した液体噴流の到達先端の
擾乱流内に於いて、微細気泡の衝突による気泡の合体成
長現象がなくなるまで微調整する。

【００６４】これにより、特に、前記吸引ガス流量制御
弁９１の開度を小さくするにしたがって、より小さい微
細気泡を発生させることができる。

【００６５】上述の手順による制御操作は標準的制御方
法によるものであるが、これとは別に、発生気泡数量は
ある程度犠牲にしても、発生した気泡群の平均気泡径を
水中で煙霧発泡状態となるような、例えば、微細気泡の
径を５０μｍ乃至６０μｍに極微細に設定したいと云う
場合がある。このような場合は、液体流量制御弁２１の
開度調整、液体圧力制御弁２７のリリーフ圧調整に加え
て吸引ガス微少流量制御弁９１の開度調整を行う。そし
て後者によりガス吸引管７１を通って平行通路部８９内
の負圧部に吸引されるガス流量Ｑｇを制限する。この場
合は、液体流量制御弁２１の開度と液体圧力制御弁２７
のリリーフ圧と吸引ガス微少流量制御弁９１の開度の三
者を相互に関連させて調整することになる。即ち、この
場合は、まず液体流量制御弁２１の開度と液体圧力制御
弁２７のリリーフ圧とを相互調整して被発泡液体Ａ中へ
の発泡状況を監視しつつ適正と判断する発泡量にて気泡
が安定連続的に発生することを確認した後、吸引ガス微
少流量制御弁９１の開度を微調整して要求される煙霧発
泡を実現するようにする。この場合にも、前記吸引ガス
流量制御弁９１の開度を小さくするにしたがって、より
小さい微細気泡を発生させることができる。より具体的
には、吸引ガス微少流量制御弁９１により、ガス流量Ｑ
ｇを全開時に比して約１／２に絞ると、気泡径が１００
μｍ以下の超極微細気泡が発生し、更にガス流量Ｑｇを
全開時に比して約１／３に絞ると、水中で浮遊する極微
細の煙霧状気泡が発生するようになる。

【００６６】尚、超極微細発生等に於いて、発生気泡数
量（個数密度）が不足で、発生気泡数量をもっと多くし
たいときは、発泡作用槽１に装着するエゼクタ式ガスノ
ズル３の個数を複数個に増加すればよく、これにより自
由に求める要求量の気泡を発生させることができる。

【００６７】本発明は、上述の如く食品中に微細気泡を
含ませるための手段としてばかりでなく、以下の如き他
の分野に於ける発泡手段としても有用である。

【００６８】（１）極微細気泡を多量に含んだ水を出産
日浅い幼豚に与えると、消化器の末梢神経が活性化し、
飼料の消化吸収がよくなり、幼豚の肥育を促進すること
がてきる。本発明の極微細気泡発生装置はこれに関し有
用である。

【００６９】（２）極微細気泡は水との接触面積が大き
いので、水中への溶存酸素増大効果が多い。したがっ
て、極微細気泡は淡水魚や海水魚の養殖池、水域への酸
素補給に有用である。特に本件発明の極微細気泡発生装
置は１０〜２００μｍの極微細気泡を連続・安定して大
量発生できるので、溶存酸素増大に最適である。

【００７０】（３）ホイップドクリーム、アイスクリー
ム、淡雪かん等の含気泡菓子は食品のテクスチャーの改
善、味覚の向上など食品の感覚機能を向上する。また、
含気泡を空気でなく、ＣＯ₂ やＮ₂ ガスなど不活性ガス
とし、またこれらに香気成分を含ませると、食品の劣化
防止や芳香性を与える等の効果が生じる。本発明の極微
細気泡発生装置はこれに関し有用である。

【００７１】（４）極微細気泡は水との接触表面積が大
きいので、これはＯ₂ やＯ₃ ガスの水中への溶解、即ち
気液反応効率を向上させる。特に、脱臭、脱色、殺菌効
果の大きいオゾン水の製造に際して、本発明の極微細気
泡発生装置により生成される水中で煙霧状をなす超極微
細気泡は１〜３ｐｐｍのオゾン水を効率よく生成する上
で有用である。

【００７２】（５）本発明の極微細気泡発生装置は、数
μｍから数１００μｍの極微細気泡を連続安定的に高速
大量発生することができるので、殆どが１〜５ｍｍ程度
の微細気泡しか発生することができない従来技術の微細
気泡発生装置より、化学物質製造工程中の気泡反応を効
率よく行うことができる。

【００７３】（６）上記（２），（３），（５）は、養
豚、養牛施設などに於ける屎尿浄化処理に有用である。

【００７４】（７）本発明の極微細気泡発生装置は、自
動車シートや応接用皮張り椅子セットなどの原皮表面の
傷を隠し、美しくする原皮表面の含気泡薄膜ウレタン塗
装に有用である。皮革表面の塗装は気泡を含まないと、
皮が「バリバリ」して柔軟性を失うが、数１０μｍから
１００μｍ以下の気泡を含んだ塗料で塗装した含気泡皮
革はなめし皮の柔軟性を失うことはない。

【００７５】これに関し、本発明の極微細気泡発生装置
を使い、動粘度が１２μｍ² ／ｓのアクリル系塗料と、
動粘度が２０００μｍ² ／ｓと、非常に粘度の高いウレ
タン塗料の混合塗料中に同一塗料を、表１のノズル種類
名がＬＮ８（液体ノズル内径ｄ2 ＝０．５ｍｍ）と、Ｌ
Ｎ１０（液体ノズル内径ｄ2 ＝０．６５ｍｍ）の液体ノ
ズルを使ってエゼクタ式ガスノズルの入口圧力を２０ｋ
ｇ／ｃｍ² として噴射して極微細気泡を発生させ、これ
を含気泡塗装用特殊ロールを使って塗装したところ、３
０〜１００μｍ以下の気泡を多量に均一に含んだ含気泡
薄膜ウレタン塗装に成功した。

【００７６】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【００７７】

【発明の効果】以上の説明から理解されるごとく、本発
明による微細気泡発生方法および微細気泡発生装置によ
れば、ガスノズルに与えられる気体の流量がガス流量弁
により定量的に可変制御され、これにより被発泡液体中
に発生する気泡の平均気泡径が５０〜１５０μｍ程度の
範囲において安定的に可変制御される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微細気泡発生装置の一実施例を示
す概略構成図である。

【図２】本発明による微細気泡発生装置に用いられる液
体圧力制御弁の一実施例を示す縦断面図である。

【図３】本発明による微細気泡発生装置に用いられるエ
ゼクタ式ガスノズルの一実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明による微細気泡発生装置に用いられるエ
ゼクタ式ガスノズルの噴孔部の拡大縦断面図である。

【図５】本発明による微細気泡発生装置気による泡発生
のメカニズムを模式的に示す説明図である。

【図６】各種寸法の液体ノズルを用いて水を噴射液体と
して液体噴孔より噴出した場合の噴出速度と吸引ガス流
量との関係と、吸引ガス流量と液体噴孔より水の噴出流
量比を示すグラフである。

【図７】サラダ油中に液体噴孔よりのサラダ油を、その
噴出速度を変化されて噴出させた場合に噴出速度が気泡
径分布に及ぼす影響を気泡径分布状態にて示すグラフで
ある。

【図８】タマリンド水溶液中に液体噴孔よりタマリンド
水溶液を、各種寸法の液体ノズルノズルより噴出された
場合にそのノズル寸法が気泡径分布に及ぼす影響を気泡
径分布状態にて示すグラフである。

【図９】各種液体の表面張力と温度との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 発泡作用槽 ３ エゼクタ式ガスノズル １３ 液体圧送ポンプ ２１ 液体流量制御弁 ２７ 液体圧力制御弁 ５７ ノズル本体 ６１ 液体ノズル部材 ６３ 液体噴孔 ６５ ノズル細管 ７３ アウタケース ８５ ガスノズル部材 ８６ 吸引ガス室 ８７ ガス噴孔 ８９ 平行通路部 ９１ 微少流量制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ａ４７Ｊ 43/12 2114−4Ｂ Ｂ０１Ｆ 5/04 Ｂ２９Ｂ 7/32 9350−4Ｆ (56)参考文献 特開 平３−238032（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−45668（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−155526（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−15697（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−15065（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−39955（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭63−33626（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内径がｄｇ＝０．８〜２．０ｍｍで長さ
   がＬ＝１〜６ｍｍの平行通路部（８９）を形成するガス
   ノズル（８５）と、 内径がｄ２＝０．３〜１．２ｍｍを有すると共に外径
   は、前記平行通路部（８９）の内周面との間に、厚さδ
   ｇ＝０．１〜０．２ｍｍのガスリング層を形成する大き
   さを有し、かつ、前記平行通路部（８９）の始端に対し
   て先端部をΔＬ＝０〜−６ｍｍの位置に配置した液体ノ
   ズル（６３）と、 前記液体ノズル（６３）から、噴出速度ＶＬ＝２０ｍ／
   ｓ〜５０ｍ／ｓで噴出液体を噴出すべく前記液体ノズル
   （６３）へ液体を供給する液体圧送ポンプ（１３）と、 を備えた装置により微細気泡を発生させる方法にして、 前記ガスノズル（８５）へ供給されるガス流量を微少流
   量制御弁（９１）で調整することにより、発生する微細
   気泡の平均気泡径を、５０〜１５０μｍ程度の範囲で調
   整することを特徴とする微細気泡発生方法。
2. 【請求項２】 前記ガス流量の調整は、噴出液体の流量
   および圧力を調整し、所定の状態で、気泡が安定連続的
   に発生することを確認した後行うことを特徴とする請求
   項１に記載の微細気泡発生方法。
3. 【請求項３】 前記噴出速度ＶＬの大小を調整すること
   により、微細気泡の平均気泡径を、５０〜１５０μｍ程
   度の範囲で調整することを特徴とする微細気泡発生方
   法。
4. 【請求項４】 内径がｄｇ＝０．８〜２．０ｍｍで長さ
   がＬ＝１〜６ｍｍの平行通路部（８９）を形成するガス
   ノズル（８５）と、 内径がｄ２＝０．３〜１．２ｍｍを有すると共に外径
   は、前記平行通路部（８９）の内周面との間に、厚さδ
   ｇ＝０．１〜０．２ｍｍのガスリング層を形成する大き
   さを有し、かつ、前記平行通路部（８９）の始端に対し
   て先端部をΔＬ＝０〜−６ｍｍの位置に配置した液体ノ
   ズル（６３）と、 前記液体ノズル（６３）から、噴出速度ＶＬ＝２０ｍ／
   ｓ〜５０ｍ／ｓで噴出液体を噴出すべく前記液体ノズル
   （６３）へ液体を供給する液体ポンプ（１３）と、 発生する微細気泡の気泡径を１００μｍ程度またはそれ
   以下の領域で調整すべく、前記ガスノズル（８５）へ供
   給されるガス流量を制御する微少ガス流量制御弁（９
   １）と、 を備えたことを特徴とする、１００μｍ程度またはそれ
   以下の大きさの微細気泡を発生する微細気泡発生装置。
5. 【請求項５】 前記液体ノズルは、ノズル本体（５７）
   に固定された大径の液体ノズル部材（６１）と、内径が
   ｄ２＝０．３〜１．２ｍｍを有すると共に外径はｄ１＝
   ０．６〜１．６ｍｍのノズル細管（６５）とからなり、
   前記ノズル細管（６５）は、２〜４ｍｍの長さを有し全
   長の半分程度を前記液体ノズル部材（６１）に嵌入して
   なることを特徴とする請求項４に記載の微細気泡発生装
   置。