JPS5916527A - 高密度微細気泡発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体中に微細気泡を高密度に形成する方法に
関する。

近年、液体中に微細な気泡を形成する技術が、洗浄、汚
水処理、攪拌等に応用されている。例えば、洗浄では場
合によっては微細気泡が超音波洗浄以上の精密な洗浄力
を発揮することがある。ところで、このような微細気泡
の作用は、気泡が小さくなる程、又、気泡が高密度に存
在する程太きいことが考えられる。この場合には、高密
度で微細な気泡を発生する技術の開発が必要である。

従来、気泡を発生する方法として、液体中に気体を注入
して気泡を形成する方法がある。これは、気体を加圧し
て液体中に吹込むが、父は、液流に生ずる負圧により気
体を吸込むことにより気泡を形成する。しかし、この方
法は、発生する気泡径が太きいだめ、上述した用途には
適さないという欠点がある。一方、液体中に溶解してい
る気体を、減圧により気泡化する方法がある。この方法
は、上述した方法の場合に比べて径の小さな気泡がｑ＜
ｔられるが、数ミクロン前後の微細なものは得られなり
。しかも、この方法では、気泡量が少ない上、密度が低
いという欠点がある。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなされたもので、微細気
泡を高密度で多量に形成し得る高密度微細気泡発生方法
を提供することを目的とする。

木発明者は、定温で一定量の液体に溶ける気体の濃度、
即ち気体の溶解度は気体の圧力に比例することに着眼し
、実験を行なったところ、気体を高濃度に溶解した液体
を減圧し、更に攪拌すると、微細な気泡が高密度で得ら
れることを見い出した。

本発明は、斯かる知見に基づいてなされたもので、液体
中に気体を注入して多数の気泡を形成し、上記気泡を含
む液体を加圧して気泡内の気体を該液体に溶解せしめ、
ついで、該液体を減圧・攪拌して微細気泡を形成するこ
とを特徴とする。以下、本発明を工程の順に説明する。

第１工程として、液体中に気体を注入して多数の気泡を
形成する。この工程は、液体に対する気体の溶解を容易
にするための単備工程であって、液体を連続的に供給す
る場合、短時間に多量の気体を溶解するのに効果的であ
る。従って、径の小さな気泡を形成することが望ましい
。

液体及び気体は、代表的なものとして水と空気の組合わ
せがあるが、用途に応じて適宜選定し得る。例えば、洗
浄剤と空気、水と炭酸ガス等がある。気体の注入は、気
体を加圧して液体中に吹込むか、又は、液体を流動させ
て牛する負圧により気体を吸込むことにより行なう。前
者の場合は細孔を介して吹込み、後者の場合はスリット
を介して吸引すれば、各々小径気泡を容易に形成できる
。

次に、第２工程として、気泡を含む液体を加圧して気泡
内の気体を該液体に溶解させる。この工８は、液体中に
常圧より高い濃度で気体を溶解させる工程である。この
ように気体の溶解槽を増大させることにより、後述する
第３工程において微細気泡を高密度に形成し得る。

気体の液体に対する溶解度は、圧力に比例して増大する
ことが知られている。第１図に水に対する空気の溶解度
と圧力との関係を示す。同図は、横軸に圧力（ａｔｏｍ
　）　、縦軸に標準状態に換算した水に対する空気の容
積比〔チ〕をとっている。水に対する空気の溶解度は、
１気圧では１．８％（２５℃）であるが、第１図に示す
ように、加圧すれば溶解度を大きくすることができる。

従って、この工程での加圧圧力は、できるだけ大きいこ
とが望ましい。

次に１第３工程として、上記工程で気体を溶解させた液
体を、減圧すると共に攪拌して微細気泡を形成する。減
圧は、例えば、上記工程で加圧された液体を常圧の状態
とすることによシ、又、液体を流動させてその流速を変
化させ、若しくは、液体を旋回させて遠心力を形成して
、局部的に負圧を生せしめることにより、更には、これ
らの組合せにより行なう。攪拌は、例えば液体流を障害
物に衝突させることにより行なう。

気泡は、液体の減圧により過飽和溶解状態となった気体
が、攪拌により刺激されて、液体中に存在する微粒子を
核として泡沫化することにより形成される。気泡の密度
は、溶解してしる気体量により変化し、溶解量が多い程
高密度化する。発生した微細気泡は、隣接の気泡と合体
して大径の気泡となることがふるが、液体にイオン性界
面活性剤を添加することＫより、合体を容易に防止でき
る。なお、このイオン性界面活性剤は、洗浄作用を有す
るので、本発明を洗浄に利用する場合には、より効果的
である。

次に、上述した本発明気泡発生方法を実現するだめの装
置について図面を参照して説明する。

第２図は本発明方法を実施するだめの高密度微細気泡発
生装置の一例を示す構成図である。図に示す気泡発生装
置は、気体注入部１ｏと、加圧部２０と、気泡発生部３
０とを備えて構成される。

なふ・、同図の装置では、水に空気の気泡を形成する場
合を例として説明するが、他の液体、気体の場合にも使
用できることは勿論である。

気体注入部１０は、上記第１工程を実行する部分であっ
て、水流を形成して水を供給するポンプ１１と、供給さ
れる水流中に流准調整弁１４を介して外部から空気を吸
引して気泡を形成する第１の気泡発生器１２と、生成さ
れた気泡を後述する加圧部２０の吸入口２１に搬送する
水槽１６とを有して成る。なお、図において、１３は水
流の圧力を足す圧力計、１５は吸引力を示す真空計であ
る。

気泡発生器１２Ｆｉ、例えば第３図に示すような構成で
あって、有底円筒状の本体１２０の底部に水供給口１２
１を設けると共に、これに引続すてノズル１２２を設け
、月つ、本体側面に空気注入口１２３を設けると共に、
本体内側底部近傍に該空気注入口１２３と連通する空気
室１２４を設け、更に、本体１２０の開口部側にディフ
ューザ１２６を螺合せしめて成るものである。ここで、
ディフューザ１２６はその基端部と上記ノズル１２２の
先端部との間にスリット１２５を形成して取付けられる
。このスリット１２５は、ディフューザ１２６の螺合深
さを変えることにより幅調整自在で、上記空気室１２４
と連通している。

水槽１６は、気泡発生器１２と後述する加圧部２０のポ
ンプ２２とを接続するだめのもので、気泡発生器１２と
加圧部２０との間の流用、流速等の差異を吸収しつつ、
気泡を加圧部２０に搬送する。父、気泡発生器１２と吸
入口２１との間隔を適当に選ぶことにより、径の大きな
気泡を浮上させて除去でき、加圧部２０での加圧を容易
化できる。なお、気泡発生器１２とポンプ２２とを直結
できる場合には、この水槽１６を省略してもよい。

加圧部２０は、上記第２工程を実行するものであって、
上記水槽１６中にて開口する吸入口２】と、吸入した水
を加圧するポンプ２２とを備えて成る。このポンプ２２
は、第１工程で形成された気泡内の空気を水に溶解させ
るべく力１１圧できるものであればよい。なか、図にお
いて、２３は圧力計である。

気泡発生部３０け、上記第３工程を実行するものであっ
て、上記ポンプから圧送される水を減圧・攪拌して気泡
を形成する第２の気泡発生器３１と、生成された気泡を
受ける水槽３２とを備えて成る。なか、この例では、気
泡発生器３１を３台用いているが、台数は、水槽の大き
さ、用途等に対応して適宜設定し得るものである。

この気泡発生器３１は、水に溶解している空気を、溶解
度を下げると共に、刺激を与えて一挙に泡沫化するもの
である。溶解度の低下は、水流中に負圧を形成すること
により行ない、刺激は攪拌により行なう。従って、この
気泡発生器３１は、斯かる作用を有するものであればよ
く、従来の負圧・攪拌による脱気装置を用いてもより０
第４図にこの気泡発生器の一例を示す。同図に示す気泡
発生器３１け、円筒体３１０内の入口側中心部に、水流
の流速を太きぐするための分流体３１１を設けると共に
、この分流体３１１と円筒体３１０内壁との間に螺線状
に形成した旋回フィン３１２を設け、目一つ、円筒体３
】０の出口側内壁適所に、水流を衝突せしめて攪拌する
突起３１３を複数個設けて構成される。

水槽３２は、その底部に上記気泡発生器３１を取付けて
あり、この気泡発生器３１から送出される気泡を水と共
に受けるもので、ここにレンズ、プリント基板等の被洗
浄物を浸漬すれば洗浄槽として機能する。

次に、この装置を使用して本発明方法を実施する場合に
おける装置各部の動作について説明する。

各水槽１６．３２に水を満たしておき、ポンプ】１を起
動して第１の気泡発生器１２に水を圧送する。一方、流
量調整弁１４を適斌開放する。この状態で気泡発生器１
２は、圧送された水をノズル１２２で絞って流速を増大
せしめると共に、スリット１２５がら空気室１２４を介
して外部の空気を吸引し、ディフューザ１２６にて気１
１１を形成する。

生成された気泡は、水〃１ｒと共に水槽１６中を流れ、
加圧部２０の吸入口２１に達する。ここで、ポンプ２２
により加圧されて、内部の空気が水に溶解され、上記気
泡は消滅する。

この窒゛気を溶解した水は、気泡発生器３１に送られ、
分流体３１１により円筒状の高速流となると共に、ｈＦ
ＦＦＦシフイン３１２り回転力を与えられる。

円筒体３１０中央部に達した水流は、分流体３１１後方
にて流速差による負圧を牛すると共に、旋回による遠心
力によっても負圧を生ずる。これによって９気の溶解度
が下がって過飽和状となシ、一部は気泡となる。更に、
この状態で水流が円匍体３１０の突起３１３に衝突して
攪拌され、その刺激によシ溶解してい不空気が一挙に気
泡化する。なお、気泡形成に際しては、水中に浮遊して
いる微粒子が核となる。

形成さｈた微細勿泡は、水流と共に気泡発生器３１から
水槽３２に放出される。そして、この水槽３２にて洗浄
等の各種用途に利用される。もつとも水槽３２を使用せ
ず、気泡発生器３１がら排出される気泡を直接利用する
こともできる。

次に、上記装置を使用して行なった本発明微細気泡発生
方法の実験例を示す。

実施例 第１の気泡発生器１２を、そのスリット１２５を２０〜
４０μｍに設定して、水を満たした水槽１６内に設置し
、ポンプ１１、流量調整弁１４をそれぞれ接続した。こ
の状態で、ポンプ１１から水を２にμ〜、２０θ−の条
件で圧送した。一方、流量調整弁１４を調整して、空気
を５００　ｔａｎ水柱、３ｃｃムの条件で吸引させた。

これにより、気泡発生器１２から、半径０．１喘前後の
気泡が線密度で水槽１６に流出した。この気泡を含む水
流を吸入口２１から１〜１．５　ｔ／ｓｅｃの流速で吸
引して、ポンプ２２により１０〜２０〜／ｃ、ｐの条件
で加圧し、第２の気泡発生器３１を介して水槽３２に流
出せしめたところ、多数の気泡が形成された。

この気泡の半径を計測したところ、５〜２０μｍｎの極
めて微細なものであった。父、気泡は、高密度且つ多量
に形成され、気泡発生器３１から流出する水流が乳飲料
様の均一な白色を呈していた。

上述のように構成される本発明は、種々の用途に適用で
きる。主な応用例としては、上述した精密洗浄があり、
レンズ、工Ｃ１プリント基板、その他精密機器の洗浄に
効果的である。

以上説明したように本発明は、液体中に気体を注入して
多数の気泡を形成し、上記気泡を含む液体を加圧して気
泡内の気体を該液体に溶解せしめ、ついで、該液体を減
圧・攪拌して微細気泡を形成するようにしたことＫよシ
、微細な気泡を高密度且つ多照に形成できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は水に対する空気の溶解度と圧力との関係を示す
グラフ、第２図は本発明方法を実施するための高密度微
細気泡発生装置の一例を示す構成図、第３図は上記装置
に使用する第１の気泡発生器の一例を示す断面図、第４
図は上記装置に使用する第２の気泡発生器の一例を示す
断面図である。 １０・・・気体注入部　　　　１１・・・ポンプ１２・
・・第１の気泡発生器　１４・・・流量調整弁１６・・
・水槽　　　　　　２ｏ・・・加圧部２１・・・吸入口
　　　　　　２２・・・ポンプ３０・・・気泡発生部　
　３１・・・第２の気泡発生器３２・・・水槽 出願人　　株式会社　寿 第３図・ ヱ ↓ 手続補正書（自重 昭和５７年９ｉ月１３日 特許庁長官殿 １、事件の表示 特願昭５７　−１２３０２８　　　号 ２・　発明の名称　高密皮質細気泡発生方法３、補正を
する者 事（Ｉ＋との関係　　特　許　　　　　出願人任　所　
　神奈川県藤沢市鵠沼海岸１−１２−１５名　称　　　
　株式会社　寿 ４、　代　　理　　人　　　〒１０７　　　電話５８６
−９２８７番６、補正の対象 補正の内容 （１）　　明細書第３ページ１６行目と１７行目との間
に、段落として次の文章を挿入する。 「気泡の溶解時間は、気泡半径が小さい程速い。 第５図に、水温１５℃、空気溶解度２チの水に対する空
気気泡の、圧力と加圧時間との関係を、加工前気泡半径
Ｒをパラメータとして示す。同図は、横軸に加圧圧力〔
階し〕、縦軸に加圧時間として加圧開始から気泡消滅ま
での時間〔就〕をとっている。同図から明らかなように
、加工前気泡半径Ｒが小さい程、小さな圧力で短時間に
気泡が消滅、即ち溶解する。」 （２）　　明細書第１４ページ３行目「・・・断面図で
ある。」とあるを、「・・・断面図、第５図は水忙対す
る気泡の、圧力と加圧時間との関係を、加工前気泡半径
Ｒをパラメータとして示すグラフである。」と訂正する
。 １３）　　図面に１第５図として別紙図面を加える。 第５図 、圧力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体中に気体を注入して多数の気泡を形成し、上記気泡
   を含む液体を加圧して気泡内の気体を該液体に溶解せし
   め、ついで、該液体を減圧・攪拌して微細気泡を形成す
   ることを特徴とする高密度微細気泡発生方法。