JPWO2020136716A1 - 微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に効率よく生成することができる微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置を提供する。【解決手段】貯液槽１０と、貯液槽１０に貯留された液体を吸い上げて送出する送液ユニット２０と、送液ユニット２０による送液途中の液体に気体を放出する気体放出ユニット３０と、気体放出ユニット３０によって気体が放出された液体を貯留する貯液槽４０とを備えている。気体放出ユニット３０は、気体放出面に孔径（モード径）が１．５μｍ以下の多数の気体放出孔が開放された気体放出部材３２と、気体放出部材３２の気体放出面との接触面に溝が形成されたベース部材とを有し、送液ユニット２０が、気体放出部材３２との相対速度が１ｍ／ｓｅｃ以上となるように、気体放出部材３２の気体放出面及びベース部材３１の溝によって囲われた流路ＦＣに液体を流すことで、気体放出部材３２の気体放出面に沿って液体を移動させる。【選択図】 図１

Description

この発明は、液体内に直径がナノオーダーの微細気泡を生成する微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置に関する。
液体内に微細気泡を生成する方法としては、例えば、特許文献１に開示されている。この微細気泡生成方法は、貯留槽に貯留された液体に孔径が５μｍの多数の気体放出孔を有する多孔質体を浸漬し、この多孔質体から気体を放出することで液体に気泡を供給しながら、多孔質体に対して、気泡の放出方向に対しほぼ直角方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与するようになっており、多孔質体に対して、気泡の放出方向に対しほぼ直角方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与することで、多孔質体から放出される気泡がせん断力により微細化され、液体中に微細化された気泡が生成される。
特開２００３−９３８５８号公報
しかしながら、特許文献１に記載の微細気泡生成方法では、気泡を供給する多孔質体の気体放出孔の孔径が５μｍと比較的大きいため、気泡径が百数十μｍ〜数百μｍ程度の微細気泡（マイクロバブル）を生成することはできるが、気泡径がナノオーダーの微細気泡を生成することはできない。
また、多孔質体に対して、気泡の放出方向に対しほぼ直角方向に１ｋＨｚ以下の周波数の振動を付与するには、発生させる振動の周波数及び振幅を任意に設定できる加振装置と、この加振装置で発生させた振動を、液体に浸漬している多孔質体に伝達する振動伝達部材とが必要であり、この微細気泡生成方法を実施するための装置をコンパクトに小型化することができないといった問題もある。
そこで、この発明の課題は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に効率よく生成することができる微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下の多数の気体放出孔が開放された気体放出部材の気体放出面に液体を接触させ、前記気体放出部材との相対速度が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させながら、前記気体放出部材から気体を液体内に放出することを特徴とする微細気泡生成方法を提供するものである。
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の微細気泡生成方法において、前記気体放出孔の孔径分布は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０であることを特徴としている。
また、請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明の微細気泡生成方法において、前記気体放出部材を液体流中に配設することで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたことを特徴としている。
また、請求項４に係る発明は、請求項１または２に係る発明の微細気泡生成方法において、前記気体放出部材の気体放出面上に、その気体放出面に液体が接触する状態で液体の流路を設け、その流路に液体を流すことで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたことを特徴としている。
また、請求項５に係る発明は、請求項１または２に係る発明の微細気泡生成方法において、前記気体放出部材は、気体放出面である外周面に前記気体放出孔が開放された円柱状または円筒状を有しており、円柱状または円筒状の前記気体放出部材を静止液体に浸漬した状態で軸芯を中心として定位置回転させたことを特徴としている。
また、請求項６に係る発明は、直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、気体放出面に多数の気体放出孔が開放された気体放出部材を有する気体放出ユニットと、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させる相対移動手段とを備え、前記気体放出部材の気体放出孔は、孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下であり、前記気体放出部材との相対速度が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように、前記相対移動手段が前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させながら、前記気体放出部材から気体を液体内に放出することを特徴としている。
また、請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明の微細気泡生成装置において、前記気体放出孔の孔径分布は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０であることを特徴としている。
また、請求項８に係る発明は、請求項６または７に係る発明の微細気泡生成装置において、前記気体放出ユニットは、前記気体放出部材の気体放出面に面接触する状態で取り付けられる、前記気体放出部材の気体放出面との接触面に溝が形成された流路形成部材を有し、前記相対移動手段が、前記気体放出部材の気体放出面及び前記流路形成部材の溝によって囲われた流路に液体を流すことで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたことを特徴としている。
また、請求項９に係る発明は、請求項６または７に係る発明の微細気泡生成装置において、前記気体放出部材は、気体放出面である外周面に前記気体放出孔が開放された円柱状または円筒状を有しており、前記相対移動手段が、静止液体に浸漬した状態の円柱状または円筒状の前記気体放出部材を軸芯を中心として定位置回転させることを特徴としている。
以上のように、請求項１に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項６に係る発明の微細気泡生成装置では、相対速度が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように、気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させながら、気体放出部材から気体を液体内に放出することで、気体放出部材の孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下の気体放出孔から放出される気体は、気泡径が１．５μｍ以下の微細気泡に分断されながら液体中に放出され、液体中の微細気泡はゆっくりと収縮しながら、ナノオーダーの微細気泡が生成される。従って、従来のように、気体放出部材に振動を付与する振動付与手段を設ける必要がなく、微細気泡生成装置をコンパクトに小型化することができる。
また、請求項２に係る発明の微細気泡生成方法及び請求項７に係る発明の微細気泡生成装置は、気体放出孔の孔径分布が、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０であるので、孔径のバラツキが小さく、気泡径のバラツキが小さいナノオーダーの微細気泡を大量に生成することができる。
また、気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させるには、請求項３に係る発明の微細気泡生成方法のように、気体放出部材を液体流中に配設することで、気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたり、請求項４に係る発明の微細気泡生成方法のように、気体放出部材の気体放出面上に、その気体放出面に液体が接触する状態で液体の流路を設け、その流路に液体を流すことで、気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させたり、請求項５に係る発明の微細気泡生成方法や請求項９に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出面である外周面に気体放出孔が開放された円柱状または円筒状の気体放出部材を静止液体に浸漬した状態で軸芯を中心として定位置回転させたりすればよい。
特に、気体放出部材の気体放出面上に、その気体放出面に液体が接触する状態で液体の流路を設けるには、請求項８に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出部材の気体放出面との接触面に溝が形成された流路形成部材を、気体放出部材の気体放出面に面接触する状態で気体放出ヘッドに取り付けることで、気体放出部材の気体放出面及び流路形成部材の溝によって囲われた部分を流路として使用すればよい。
この発明に係る微細気泡生成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 同上の微細気泡生成装置に搭載されている気体放出ユニットを示す平面図である。 同上の気体放出ユニットを示す底面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 同上の気体放出ユニットを示す分解断面図である。 同上の気体放出ユニットを構成しているベース部材を示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、気体放出ユニットを構成している気体放出部材の気体放出面上に設ける流路の変形パターンを示す概略図である。 同上の気体放出部材の変形例を示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、筒状の気体放出部材を用いた気体放出ユニットの変形例を示す概略図である。 筒状の気体放出部材を用いた気体放出ユニットの他の変形例を示す概略図である。 同上の微細気泡生成装置の他の実施形態における微細気泡生成部を示す概略図である。 同上の微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 同上の微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 同上の微細気泡生成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の微細気泡生成装置の概略構成を示している。同図に示すように、この微細気泡生成装置１は、液体を貯留する貯液槽１０と、この貯液槽１０に貯留された液体を吸い上げて送出する送液ユニット（相対移動手段）２０と、この送液ユニット２０による送液途中の液体に気体を放出する気体放出ユニット３０と、この気体放出ユニット３０によって気体が放出された液体を貯留する貯液槽４０とから構成されている。
前記送液ユニット２０は、同図に示すように、液体の流路を形成する送液管２１及び送液管２２と、送液管２２部分に設けられた可変流量形の送液ポンプ２３と、送液管２１部分に設けられた、気体放出ユニット３０の負圧度を調整するためのバルブ２４とを備えており、貯液槽１０に貯留された液体が気体放出ユニット３０を通って貯液槽４０に送出されるようになっている。
前記気体放出ユニット３０は、図１〜図６に示すように、円形状の凹部底面３１ａに渦巻状の溝３１ｂが形成された、樹脂成形品であるベース部材（流路形成部材）３１と、このベース部材３１の凹部底面３１ａに下面（気体放出面）が接触した状態で配設される円盤状の気体放出部材３２と、円盤状の気体放出部材３２の上面周縁部に面接触するように配設される円環状のパッキン３３と、円環状のパッキン３３を下方側に押圧した状態でベース部材３１の凹部に嵌着される、樹脂成形品である円形状のキャップ３４とを備えており、渦巻状の溝３１ｂと気体放出部材３２の下面（気体放出面）とによって、気体放出部材３２の下面（気体放出面）に液体が接触する状態で液体の流路ＦＣが形成されると共に、円環状のパッキン３３によって、気体放出部材３２の上面とキャップ３４の下面との間に給気室ＧＲが形成されるようになっている。なお、図６における網掛け表示部分が渦巻状の溝３１ｂを示している。
前記ベース部材３１には、図５及び図６に示すように、渦巻状の溝３１ｂの中心側の端部を上下に貫通するねじ孔３１ｃが形成されており、このねじ孔３１ｃに螺着された配管継手３５を介して送液ユニット２０の送液管２１の下流側端部が気体放出ユニット３０に接続されるようになっている。
前記ベース部材３１の側面には、送液ユニット２０の送液管２２の上流側端部が接続されるタケノコ状の配管継手３１ｄが一体成形されており、ベース部材３１の内部には、配管継手３１ｄと渦巻状の溝３１ｂの外側の端部とを繋ぐ流路３１ｅが形成されている。
従って、貯液槽１０に貯留された液体は、送液ユニット２０の送液管２１から気体放出ユニット３０に送られ、そのベース部材３１の流路ＦＣ及び流路３１ｅを通って送液ユニット２０の送液管２２に送られ、送液管２２から貯液槽４０に送出されるようになっている。
前記気体放出部材３２は、多孔質アルミナ、多孔質ガラス等の多孔質セラミックスによって形成された通気型の多孔質体からなり、孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下の多数の気体放出孔が下面に開放されている。具体的には、気体放出孔の孔径（モード径）が、１．５μｍ、１μｍ、０．８μｍ、０．４μｍ、０．０５μｍ、０．００５μｍの６種類で、それぞれの孔径について、２種類の孔径分布を有する計１２種類の気体放出部材３２を使用した。なお、気体放出孔の孔径分布は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０の値によって評価した。この値が小さいと孔径のバラツキが小さく、大きいと孔径のバラツキが大きいといえる。また、各気体放出部材３２の気体放出孔の孔径（モード径）、Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０の値は、各気体放出部材３２から切り出した試験片（２０ｍｍ×５ｍｍ）について、細孔径分布測定装置（多孔質アルミナ製：米国 ＰＯＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製 Ｐｅｒｍ−Ｐｏｒｏｍｅｔｅｒ、多孔質ガラス製：西華デジタルイメージ株式会社製 Ｎａｎｏ−ＰｅｒｍＰｏｒｏｍｅｔｅｒ）を用いてガス吸着法により細孔径分布を３回ずつ測定し、それらを平均した分布表により求めた。
前記キャップ３４には、その中心を上下に貫通するねじ孔３４ａが形成されており、このねじ孔３４ａに螺着された配管継手３６を介して、給気室ＧＲに各種気体を供給するための給気管を接続することができるようになっている。なお、後述する各実施例では、気体として空気を使用しているので、特に給気管を接続することなく、配管継手３６を大気に開放している。
以上のように構成された微細気泡生成装置１において、貯液槽１０内に液体を導入して送液ポンプ２３を運転すると、貯液槽１０内の液体が気体放出ユニット３０の流路ＦＣを通って貯液槽４０に送出されるが、送液ポンプ２３の吸込側に位置している気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内は負圧になっているので、この負圧によって気体放出部材３２の下面に開放された気体放出孔から流路ＦＣを通過する液体内に空気が吸い出される。ポンプ流量を、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の液体流速が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように調整しておくと、気体放出部材３２の気体放出孔から流路ＦＣを通過する液体内に吸い出される空気は、流路ＦＣを流れる液体流によって、１．５μｍ以下の微細気泡に分断され、この微細気泡がゆっくりと収縮しながらナノオーダーの微細気泡が生成され、ナノオーダーの微細気泡を含む液体が貯液槽４０に貯留される。
以下、上述した微細気泡生成装置１を用いて純水中に空気の微細気泡を生成する本発明の実施例１〜１９及び比較例１〜７について、表１を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではないことはいうまでもない。
（実施例１）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８のものを使用し、貯液槽１０内に純水を導入して、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が２［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した状態で送液ポンプ２３を運転することで、純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例２）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．５９１のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例３）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．８μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．２６８のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例４）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．５５３のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例５）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．２０６のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例６）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．００５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．０２５のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例７）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例８）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が３［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例９）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１０）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１０［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１１）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が８．４７４のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１２）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が９．６１１のものを使用した点を除いて、実施例２と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１３）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．８μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が４．８９３のものを使用した点を除いて、実施例３と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１４）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１５）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が３．９８０のものを使用した点を除いて、実施例５と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１６）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例７と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１７）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例８と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１８）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例９と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１９）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例１０と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例１）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が２μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．７３４のものを使用し、貯液槽１０内に純水を導入して、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した状態で送液ポンプ２３を運転することで、純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例２）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が２．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．６４９のものを使用した点を除いて、比較例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例３）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．９８１のものを使用した点を除いて、比較例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例４）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．８［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例５）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例６）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．３［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例７）
表２に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．１［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
上述した実施例１〜１９、比較例１〜７によって得られた生成水を１５分間静置した後、撹拌棒にて軽く掻き混ぜて、生成水中に含まれる気泡のモード径、Ｄ９０、Ｄ５０、Ｄ１０及び個数をナノ粒子解析システム（マルバーン製 ナノサイト ＬＭ１０）を用いて５回測定し、その平均値を表１に示した。
Figure 2020136716
気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下で、孔径分布のバラツキが小さい（（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３）気体放出部材３２を使用し、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるようにポンプ流量を調整した実施例１〜１０で得られた生成水には、気泡径（モード径）が１００ｎｍ前後で、気泡径分布のバラツキが小さい（（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３）微細気泡が１０８個のオーダーで大量に生成されていたことが表１から確認できた。
また、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下であるが、孔径分布のバラツキが大きい（（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０＞３）気体放出部材３２を使用し、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるようにポンプ流量を調整した実施例１１〜１９では、気泡径（モード径）が１００ｎｍ〜１７０ｎｍ程度で、気泡径分布のバラツキが大きい（（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０＞３）微細気泡が１０５〜１０８個のオーダーで生成されており、生成される微細気泡は、実施例１〜１０に比べて、気泡径（モード径）に幅があり、気泡径分布もバラツキが大きく、生成個数も少ないことが分かる。
一方、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍを超える気体放出部材３２を使用した比較例１〜３では、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］を大きく上回る５［ｍ／ｓｅｃ］であっても、生成される微細気泡は、気泡径（モード径）が１６０ｎｍ〜１８０ｎｍ程度で比較的大きく、生成個数も１０２〜１０４個のオーダーで極めて少ないことが確認できた。
また、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍと１．５μｍを大きく下回っているが、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］を下回っている比較例４〜７では、生成される微細気泡は、気泡径（モード径）が９０ｎｍ〜１８０ｎｍ程度で幅があり、生成個数も１０２〜１０４個のオーダーで極めて少ないことが確認できた。
以上の結果から、気泡径（モード径）が１００ｎｍ〜１７０ｎｍ程度の微細気泡を１０５個以上のオーダーで生成するためには、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ以下の気体放出部材３２を使用し、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速を１［ｍ／ｓｅｃ］以上に調整する必要があり、気泡径（モード径）が１００ｎｍ前後で、気泡径分布のバラツキが小さい（（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３）微細気泡を１０８個のオーダーで大量に生成するためには、さらに、使用する気体放出部材３２の気体放出孔の孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０を３以下に押える必要がある。
なお、上述した実施形態では、気体放出部材３２の気体放出面（下面）に沿って液体を移動させるために気体放出面上に渦巻状の流路ＦＣを設けているが、これに限定されるものではなく、例えば、図７（ａ）に示すように、気体放出面上を横断または縦断する直線状の流路ＦＣを複数本設けたり、同図（ｂ）に示すように、気体放出面上を両端部で交互に反転する１本の流路ＦＣを設けたりしてもよい。
また、上述した実施形態では、円盤状の気体放出部材３２を使用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、円筒状の気体放出部材３２Ａを使用することも可能である。こういった円筒状の気体放出部材３２Ａを使用する場合は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、両端部を閉塞して中空部分を気体が導入される給気室にすると共に、内周面に１本の螺旋状の溝（同図（ａ）参照）や軸方向に伸びる複数本の直線状の溝（同図（ｂ）参照）が形成された円筒状の流路形成部材３１Ａ、３１Ｂをその内周面が円筒状の気体放出部材３２Ａの外周面と接触する状態で取り付け、螺旋状の溝や直線状の溝と気体放出部材３２Ａの外周面とによって液体の流路ＦＣを形成するようにしてもよく、逆に、図１０に示すように、円筒状の気体放出部材３２Ｂの中空部分を液体の流路とし、気体放出部材３２Ｂの外周部分を同図に二点鎖線で示す円筒体３７によって覆うことで、気体放出部材３２Ｂの外周面側に気体が導入される給気室ＧＲを形成するようにしてもよい。
また、上述した各実施形態では、円盤状の気体放出部材３２の下面や円筒状の気体放出部材３２Ａの外周面に流路形成部材３１、３１Ａ、３１Ｂを取り付けることによって液体の流路ＦＣを形成したり、円筒状の気体放出部材３２Ｂの中空部分を液体の流路として使用したりしているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、外表面が気体放出面となる気体放出部材３２Ｃを液体流中に配設することで、気体放出部材３２Ｃの外表面（気体放出面）に沿って液体を移動させたり、図１２に示すように、外周面が気体放出面となる円柱状または円筒状の気体放出部材３２Ｄを静止液体に浸漬した状態で、軸芯を中心として定位置回転させることで、気体放出部材３２Ｄの外周面（気体放出面）に沿って液体を相対移動させたりしてもよい。
また、上述した各実施形態では、送液ポンプ２３の吸込側に気体放出ユニット３０を配置しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１３に示す微細気泡生成装置２のように、送液ポンプ２３の吐出側に気体放出ユニット３０を配置することも可能である。ただし、この場合は、送液ポンプ２３を運転すると、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内は正圧になるので、気体放出ユニット３０の配管継手３６に送気管３８を接続すると共に送気管３８に送気ポンプ３９を設け、この送気ポンプ３９の吐出圧により、気体放出部材３２の気体放出面から流路ＦＣを流れる液体に気体を押し出すようにしておく必要がある。
また、上述した各実施形態では、貯液槽１０内の液体を気体放出ユニット３０の流路ＦＣに通して貯液槽４０に送出するようになっているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１４に示す微細気泡生成装置３のように、貯液槽１０内の液体を気体放出ユニット３０の流路ＦＣに通して貯液槽１０に戻すようにしてもよい。
本発明の微細気泡生成方法及び微細気泡生成装置は、各種気体をナノオーダーの微細気泡として各種液体中に効率よく生成することができるので、液体及び液体内に微細気泡として存在させる気体を適宜選択することによって、工場廃液処理、洗浄、殺菌、消毒、生鮮商品の鮮度保持、魚介類の養殖といった各種分野において利用することができる。
１、２、３ 微細気泡生成装置
１０、４０ 貯液槽
２０ 送液ユニット（相対移動手段）
２１、２２ 送液管
２３ 送液ポンプ
２４ バルブ
３０ 気体放出ユニット
３１ ベース部材（流路形成部材）
３１Ａ、３１Ｂ 流路形成部材
３１ａ 凹部底面
３１ｂ 溝
３１ｃ ねじ孔
３１ｄ 配管継手
３１ｅ 流路
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ 気体放出部材
３３ パッキン
３４ キャップ
３４ａ ねじ孔
３５、３６ 配管継手
３７ 円筒体
３８ 送気管
３９ 送気ポンプ
ＦＣ 流路
ＧＲ 給気室
特に、気体放出部材の気体放出面上に、その気体放出面に液体が接触する状態で液体の流路を設けるには、請求項８に係る発明の微細気泡生成装置のように、気体放出部材の気体放出面との接触面に溝が形成された流路形成部材を、気体放出部材の気体放出面に面接触する状態で気体放出部材に取り付けることで、気体放出部材の気体放出面及び流路形成部材の溝によって囲われた部分を流路として使用すればよい。
（実施例１）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．８９８のものを使用し、貯液槽１０内に純水を導入して、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が２［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した状態で送液ポンプ２３を運転することで、純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例２）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．５９１のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例３）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．８μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．２６８のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例４）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．５５３のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例５）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．２０６のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例６）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．００５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が１．０２５のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例７）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例８）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が３［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例９）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１０）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が１０［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１１）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が８．４７４のものを使用した点を除いて、実施例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１２）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が１μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が９．６１１のものを使用した点を除いて、実施例２と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１３）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．８μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が４．８９３のものを使用した点を除いて、実施例３と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１４）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１５）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．０５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が３．９８０のものを使用した点を除いて、実施例５と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１６）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例７と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１７）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例８と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１８）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例９と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（実施例１９）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が０．４μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が７．４７４のものを使用した点を除いて、実施例１０と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例１）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が２μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．７３４のものを使用し、貯液槽１０内に純水を導入して、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した状態で送液ポンプ２３を運転することで、純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例２）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が２．５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．６４９のものを使用した点を除いて、比較例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例３）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の気体放出部材３２として、気体放出孔の孔径（モード径）が５μｍ、孔径分布（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０が２．９８１のものを使用した点を除いて、比較例１と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例４）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．８［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例５）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．５［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例６）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．３［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
（比較例７）
表１に示すように、気体放出ユニット３０の流路ＦＣ内の流速が０．１［ｍ／ｓｅｃ］となるようにポンプ流量を調整した点を除いて、実施例４と同様に純水中に空気の微細気泡を生成した。
Figure 2020136716

Claims (9)

  1. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成方法であって、
    孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下の多数の気体放出孔が開放された気体放出部材の気体放出面に液体を接触させ、
    前記気体放出部材との相対速度が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させながら、前記気体放出部材から気体を液体内に放出することを特徴とする微細気泡生成方法。
  2. 前記気体放出孔の孔径分布は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０である請求項１に記載の微細気泡生成方法。
  3. 前記気体放出部材を液体流中に配設することで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させた請求項１または２に記載の微細気泡生成方法。
  4. 前記気体放出部材の気体放出面上に、その気体放出面に液体が接触する状態で液体の流路を設け、その流路に液体を流すことで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させた請求項１または２に記載の微細気泡生成方法。
  5. 前記気体放出部材は、気体放出面である外周面に前記気体放出孔が開放された円柱状または円筒状を有しており、
    円柱状または円筒状の前記気体放出部材を静止液体に浸漬した状態で軸芯を中心として定位置回転させた請求項１または２に記載の微細気泡生成方法。
  6. 直径がナノオーダーの微細気泡を液体内に生成する微細気泡生成装置であって、
    気体放出面に多数の気体放出孔が開放された気体放出部材を有する気体放出ユニットと、
    前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させる相対移動手段と
    を備え、
    前記気体放出部材の気体放出孔は、孔径（モード径）が１．５[μｍ]以下であり、
    前記気体放出部材との相対速度が１［ｍ／ｓｅｃ］以上となるように、前記相対移動手段が前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を相対移動させながら、前記気体放出部材から気体を液体内に放出することを特徴とする微細気泡生成装置。
  7. 前記気体放出孔の孔径分布は、小径側からの累積孔数が総孔数の１０％となる孔径をＤ１０、小径側からの累積孔数が総孔数の５０％となる孔径をＤ５０、小径側からの累積孔数が総孔数の９０％となる孔径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０≦３．０である請求項６に記載の微細気泡生成装置。
  8. 前記気体放出ユニットは、前記気体放出部材の気体放出面に面接触する状態で取り付けられる、前記気体放出部材の気体放出面との接触面に溝が形成された流路形成部材を有し、
    前記相対移動手段が、前記気体放出部材の気体放出面及び前記流路形成部材の溝によって囲われた流路に液体を流すことで、前記気体放出部材の気体放出面に沿って液体を移動させた請求項６または７に記載の微細気泡生成装置。
  9. 前記気体放出部材は、気体放出面である外周面に前記気体放出孔が開放された円柱状または円筒状を有しており、
    前記相対移動手段が、静止液体に浸漬した状態の円柱状または円筒状の前記気体放出部材を軸芯を中心として定位置回転させる請求項６または７に記載の微細気泡生成装置。
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