WO2006019107A1 - 液体中に極小気泡を生成する方法及び気泡生成装置 - Google Patents

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Tadao Matsumoto
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a bubble generating device for generating microbubbles in a liquid, and particularly to a method and a bubble generating device for generating a large amount of microbubbles having a diameter of less than 15 m.
  • Patent Document 1 discloses a linear cylindrical outer shell body and a linear cylindrical driving body force that is inserted coaxially with the outer shell body and rotates at high speed.
  • a liquid and gas stirring and mixing device is described in which the interval between them is set as small as possible within a range in which the liquid can enter the gap when the driving body rotates at high speed.
  • the liquid and gas are allowed to enter the gap between the outer shell and the drive body, and the liquid is stirred and mixed by vigorous vortex motion generated by the high-speed rotation of the drive body.
  • the liquid containing fine bubbles is ejected vigorously at the opening at the lower end of the outer shell, and by this discharge, extremely fine and numerous bubbles can float in the liquid for a long time.
  • Patent Document 1 requires a high peripheral speed of the outer peripheral surface of the drive body of about 12 mZsec, and needs to be driven to rotate at a high speed.
  • the outer shell body and the drive body need to have a certain length or longer because the liquid body and the gas need to be stirred and mixed for a certain period of time, and vibrations are generated in the drive body that rotates at a high speed. High dimensional accuracy is required so that it does not occur.
  • Patent Documents 2 and 3 a linear cylindrical outer cylinder, a rotating shaft that is inserted coaxially with the outer cylinder and rotates at high speed, and a constant axis along the axial direction of the rotating shaft. Stir mixing of liquid and gas with stirring blades that are a combination of forward and reverse blades fixed at intervals. A combined device is described.
  • the outer cylinder is filled with liquid, the rotating shaft is rotated, the gas is sucked along the rotating shaft by the sucking action of the liquid vortex, and each blade piece of the stirring blades performs severe cutting operation on the mixture of liquid and gas,
  • the stirring and mixing operation of the liquid and the gas is achieved by the kneading operation by the collision between the forward movement given by the forward blade and the backward movement given by the reverse blade.
  • Patent Documents 2 and 3 the stirring and cutting operation of the stirring blades attached to the rotating shaft, in which stirring and mixing of the liquid and the gas are not only performed by the vortex motion associated with the rotating operation of the rotating shaft, and the forward bubble vortex flow And the reverse bubble vortex flow to achieve the collision, so that the fragmentation of the bubbles can be achieved powerfully and extremely efficiently, and sufficiently finely divided bubbles can be obtained.
  • the rotational speed level is low, and the total weight of the rotationally driven parts can be sufficiently reduced, so that extremely high molding dimensional accuracy is required. There is nothing.
  • the gas continues in the form of a thread to the outlet, where the force is discharged and at the same time the swirl is suddenly weakened by the surrounding still liquid, and the thread-like gas cavity is continuously cut stably, resulting in a large amount of fine bubbles.
  • fine bubbles having a diameter of 10 to 20 m are generated near the outlet and discharged into the liquid outside the container.
  • Non-Patent Document 1 describes a result of measuring the number of generated bubbles using a bubble generating device using the same principle as that described in Patent Document 4.
  • the water supplied to the container by the pump rises while swirling along the container wall, and again heads toward the lower outlet along the center of the vortex after colliding with the ceiling.
  • Gas is generated by swirling water flow
  • the gas column that is automatically sucked in from the gas inlet by the negative pressure generated and formed along the swirling axis is forcibly released together with the outlet hole force swirling water flow to generate fine bubbles.
  • the tank capacity is 35 liters.
  • 1% TFH tetrahydrate-furan
  • the particle size distribution is continuously measured by an optical particle distribution meter for water (LiQuilaz-E20 manufactured in the United States). Based on the photodynamic scattering measurement method, the measurement range is 2 to 125 m in bubble diameter.
  • the number of bubbles in the liquid is measured with a bubble diameter of 5 m.
  • the number of bubbles is maximum near the bubble diameter of 40 m, and about 60 ZmL bubbles are generated within the bubble diameter range of 5 m.
  • the bubble diameter is less than 15 ⁇ m, about 20 ZmL bubbles are generated within the bubble diameter range of 5 ⁇ m.
  • the amount of microbubbles generated is said to increase when using distilled water to which a substance such as TFH is added.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 61-36448
  • Patent Document 2 JP-A-5-220364
  • Patent Document 3 JP-A-6-91146
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-447
  • Non-Special Reference 1 Effect of shrinking Microbubble on Gas Hydrate Formation, The Journal of Physical Chemistry, Vol.107, No.10, 2003, pp 2171-2173
  • An object of the present invention is to provide a bubble generation method and a bubble generation apparatus capable of generating a large amount of microbubbles having a diameter of less than m or even less than m in a liquid. Means for solving the problem
  • the gist of the present invention is as follows.
  • the average width d of blade 4 is defined as the rotational axis 5 center force, twice the width in the radial direction of rotation to the outer periphery of blade 4, and the airflow resistance between the inside of the tube and the outside air on the closed end 14 side of tube 2 Has a ventilation resistance equal to or greater than that of the vent 7 having an inner diameter of 0.36 times the average width d of the blades and a length of 3 mm, in the liquid described in (1) above To produce very small bubbles.
  • the number of bubbles having a diameter of 10 ⁇ m or more and less than 15 ⁇ m in the liquid discharged from the open end 15 of the cylinder 2 is 40 ZmL or more.
  • a bubble generating device for generating extremely small bubbles in a liquid characterized by being able to rotate at mZsec or more.
  • the ventilation resistance between the inside of the cylinder and the outside air on the closed end 14 side of the cylinder is 0.36 times the average width d of the vane and is equivalent to or equal to the vent 7 having a length of 3 mm.
  • the length L2 in the rotational axis direction of the blades is not less than 0.2 times the average width d of the blades.
  • the blade 4 is constituted by a plate having one or two or more holes 12 on the surface thereof. (4) to (8) above, wherein microbubbles are generated in the liquid described in any one of the above. Bubble generator for generating.
  • the distance L3 from the open end 15 of the cylinder 2 to the rotary blade 3 is not less than 0.5 times the average width d of the blade. Minimal air in the liquid described in How to generate bubbles.
  • the inner diameter D of the cylinder 2 is in the range of 1.1 to 2.5 times the average width d of the blades.
  • the length L2 in the rotational axis direction of the blade is at least 0.2 times the average width d of the blade, and any one of the above (1) to (3) (12) (13) A method of generating microbubbles in the liquid described.
  • the blade 4 is constituted by a plate having one or two or more holes 12 on the surface thereof, wherein the blade 4 is any one of the above (1) to (3) (12) to (14) To create tiny bubbles in a liquid.
  • the present invention uses a cylinder whose one end is a closed end and the other end is an open end, and a rotary blade that is in the cylinder and rotates coaxially or substantially coaxially.
  • the open end of the cylinder and the rotary blade A method and apparatus for generating microbubbles by immersing the part in a liquid, wherein the rotating blade has one or more blades, and the surface of the blade is the rotation axis of the rotating blade.
  • FIG. 1 is a view showing a bubble generating apparatus of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view, (b) is a cross-sectional view taken along arrow AA, and (c) is a cross-sectional view taken along arrow B-B. (D) is a cross-sectional view taken along the line CC, and (e) is a perspective view showing the shape of the rotary blade.
  • FIG. 2 is a diagram showing the shape of the rotary blade of the present invention
  • (al) (bl) (c) (d) is a front view
  • (a2) is a view of (al) from below
  • (b2) Is the A-A arrow view.
  • FIG. 3 is a diagram showing the shape of a rotary blade of the present invention, (al) (b) is a front view, (a2) is a view of (al) from below, and (c) to (e) are blades.
  • Figure 3 (b) shows the three types with different numbers.
  • FIG. 4 is a diagram showing the shape of the rotary blade of the present invention, (al) (b) is a front view, (a2) is (al). It is the figure seen from the bottom.
  • FIG. 5 A perspective view of a rotary blade of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the bubble generating device of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a bubble generating device of the present invention having a partial opening plate.
  • FIG. 8 A diagram showing the bubble generating device of the present invention, wherein (a) is a cross-sectional view, (b) is a cross-sectional view taken along the arrow A-A, (c) is a cross-sectional view taken along the arrow B-B, and (d) It is CC arrow sectional drawing.
  • one end is a closed end 14 and the other end is an open end 15;
  • a rotating blade 3 that rotates approximately coaxially.
  • a cylinder, a hexagonal cylinder, an octagonal cylinder, and the like can be used, but it is preferable to use a cylinder.
  • Rotating blade 3 rotates coaxially or substantially coaxially with the cylinder
  • the rotating shaft of rotating blade 3 is coaxial with the cylinder or within a range where the central axial force of cylinder 2 is slightly eccentric.
  • the degree of eccentricity should be such that the rotational axis of the rotary blade 3 is within 0.2 times the central axial force d of the cylinder 2. Further, the rotational axis of the rotary blade 3 may be eccentric within 15 ° from the central axis of the cylinder 2.
  • the most significant feature that enables the present invention to generate a large amount of microbubbles having a diameter of less than 15 m in a liquid is firstly in the shape of the blade 4 in the rotary blade 3, and secondly in the rotary blade 3 The third is to adjust the amount of gas that is the source of bubbles, and the fourth is to set the distance L3 between the open end 15 of the cylinder 2 and the rotary blade 3. is there.
  • the following is a step-by-step description.
  • a linear cylindrical driving body is inserted coaxially with a linear cylindrical outer shell body, and rotated at a high speed to drive with the outer shell body.
  • the liquid that has entered the gap between the body is vigorously stirred, and many fine! ⁇ Discharge liquid containing bubbles from the bottom opening of the outer shell.
  • bubbles are cut by the cutting operation of the stirring blade attached to the rotating shaft, and the forward and reverse blades are combined to reverse the forward bubble vortex flow. Collision with bubble vortex Wake up to achieve bubble subdivision.
  • Patent Documents 1 to 3 By the methods described in Patent Documents 1 to 3, it has become possible to generate a large amount of bubbles having a diameter of 10 to 20 m in a liquid. A force is required to generate a large amount of bubbles having a diameter of less than 15 ⁇ m. Not.
  • the rotary blade 3 of the present invention has one or two or more blades 4, and the surface of the blade 4 is the rotary shaft of the rotary blade 5 axis. It is characterized by a point that is substantially parallel to.
  • the plane of the blade 4 is substantially parallel to the rotary shaft 5 axis of the rotary blade, and the normal force of the surface of the blade 4 has a component that is directed upward or downward along the axis 5 of the rotary shaft. In other words, depending on the rotation of the rotating blade, it does not have a driving force to move the liquid along the rotation axis. In other words, as shown in FIG.
  • the normal 31 of the surface of the blade 4 is substantially parallel to the surface 32 perpendicular to the axis of rotation 5 axis. Even if the surface of blade 4 is a curved surface, in the example shown in Fig. 4 (al) (a2), the normal of the surface of the blade is perpendicular to the axis of rotation 5 at any location on the surface of blade 4. Since it is parallel to the surface, it belongs to the scope of the present invention.
  • the normal 31 direction of the surface of the blade is directed substantially in the rotational circumferential direction 33 of the rotating blade.
  • the shape of the blade 4 constituting the rotary blade 3 can also be expressed as a plate-shaped blade.
  • the energy of the blade is exclusively stirred by the rotation of the blade. Is spent on.
  • the liquid 20 in the cylinder 2 is sufficiently near the rotary blade where it does not move in parallel along the rotary axis. It is thought that the bubbles stay in the liquid for a long time, during which the bubbles in the liquid are subdivided to a diameter of less than 15 m.
  • the stirring blade obtains an effect of cutting bubbles and a force for driving the liquid in the forward direction and in the reverse direction along the rotation axis (forward blade, reverse blade). Therefore, as shown in FIG. 9 (a), the shape of the blade is such that the surface of the blade 4 faces in a direction substantially orthogonal to the rotation axis 5, and as a result, the cross-sectional area in the cross section orthogonal to the rotation circumferential direction is small! / Was used.
  • the present invention changes the way of thinking. Rather, when using a blade, the surface of the blade is substantially flat with the rotation axis. I tried to be a line. As a result, the blade surface area directly becomes the cross-sectional area at the cross section perpendicular to the rotational circumferential direction 33, and the blade having the large cross-sectional area is used.
  • the blade 4 is used in this way, and the surface of the blade 4 is made substantially parallel to the axis of the rotary shaft 5, so that the liquid is extremely contained in the cylinder in which the rotary blade rotates. It became possible to give a strong stirring force, and by stirring the liquid in this way, it became possible to generate a large amount of microbubbles with a diameter of less than 15 ⁇ m in the liquid.
  • the surface of the blade 4 is substantially parallel to the rotary shaft 5 axis of the rotary blade. Even if the surface force of the blade 4 is parallel to the rotational axis 5 axis of the rotary blade, the displacement It means that Takahashi is within 1 °. More preferably within ⁇ 10 °.
  • the surface of the blade 4 is parallel to the rotary shaft 5 axis of the rotary blade.
  • the amount of displacement that the position of the blade 4 is displaced by the positional force parallel to the rotating shaft 5 axis of the rotating blade is about 15 °. The effect of the invention can be exhibited.
  • the normal direction 31 of the blade surface is the rotation of the rotating blade. Even if the force in the circumferential direction is deviated, it means that the deviation is within ⁇ 15 °. More preferably within ⁇ 10 °.
  • the normal direction of the surface of the blade is directed to the rotating circumferential direction of the rotating blade.
  • the normal of the surface of the blade does not point in a certain direction, but the normal of the surface of the blade
  • the amount of deviation in which the direction deviates from the rotational circumferential direction of the rotary blade is about 15 °, and if it is this degree, the effect of the present invention can be sufficiently exhibited.
  • the average width d of the blade is defined as twice the rotational radial direction width to the outer periphery of the rotation axis central force blade.
  • the inner diameter D of the cylinder 2 is the inner diameter of the cylinder.
  • the inner diameter D is the narrowest diameter among the internal shapes of the cylinder. If the inner diameter D of the cylinder is too large relative to the average width d of the blades, the liquid is not sufficiently stirred in the cylinder, and as a result, the amount of microbubbles less than 15 m is reduced.
  • the inner diameter D of the cylinder is preferably 2.5 times or less than the average width d of the blades. 2. More preferably 3 times or less. 2. More preferably 0 times or less.
  • the inner diameter D of the cylinder is preferably 1.1 times or more than the average width d of the blades. 1. More preferably 2 times or more.
  • the rotary blade has one or more blades.
  • the number of blades is not particularly limited, and is preferably about 3 to 6 blades.
  • Fig. 3 (c) shows three blades 4
  • Fig. 3 (d) shows six blades 4
  • Fig. 3 (e) shows eight blades. Each case is shown.
  • Fig. 2 (al) if the number of blades 4 is equal to the number of blades 4 and is arranged evenly in the rotation direction, the shape of blade 4 seen from the direction of the rotation axis 5 is shown in Fig. 2 (a2). It becomes a cross shape.
  • the rotating blade 3 of the present invention in order to sufficiently generate microbubbles having a diameter of less than 15 m in the liquid, there is a preferable range for the length L2 of the rotating blade 3 in the rotation axis direction of the blade 4.
  • the rotating blade 3 of the present invention has a plurality of blades (4a, 4b) in the rotation axis direction as shown in FIG. 2 (c)
  • the total length of all blades in the rotation axis direction is used. .
  • L2 L2a + L2b.
  • the length L2 in the rotational axis direction of the blades is preferably 0.2 times or more the average width d of the blades. 0. More than 5 times is preferable. 1. More preferably 0 times or more.
  • the shape of the blade 4 in the rotary blade 3 is not only a rectangular shape such as a rectangle or a square as shown in Figs. 2 (a) to (c) but an ellipse as shown in Fig. 2 (d).
  • Various shapes such as shapes can be selected.
  • the average width d of the blade can be determined to be twice the rotational radial direction width to the outer periphery of the blade as shown in Fig. 2 (d).
  • the length L2 of the blade in the rotation axis direction can be determined as shown in Fig. 2 (d).
  • FIG. 3 As the shape of the rotary blade 3 of the present invention, as shown in Figs. A shaft having a relatively large diameter may be used, and the blade 4 may be arranged around the central shaft 4.
  • the blade 4 of the present invention can be constituted by a plate having one or two or more holes 12 on the surface thereof. If the hole 12 is opened on the surface of the plate, the fluid resistance when rotating the rotary blade 3 can be reduced, and the rotational speed can be increased when using the same output rotary motor. This is advantageous in generating bubbles. Also, by making the holes 12, the flow of the liquid 20 becomes more complicated and the stirring effect is increased.
  • the blade 4 used for the rotating blade 3 of the present invention may be of any material as long as it is plate-shaped and can withstand high-speed rotation in a liquid.
  • metal plates and reinforced plastics are preferred because they can be made into thin blades and plate-shaped blades.
  • the rotational peripheral speed of the rotary blade 3 which is the second characteristic point of the present invention will be described.
  • the rotational peripheral speed of the rotary blade 3 means the speed in the rotational circumferential direction of the outermost peripheral portion of the blade 4 when the rotary blade 3 rotates.
  • the rotational peripheral speed of the rotary blade 3 By securing a suitable peripheral speed as the rotational peripheral speed of the rotary blade 3, it is possible to generate a large amount of microbubbles of less than 15 m, which is a feature of the present invention, in the liquid. This is because as the rotational peripheral speed of the rotary blade 3 increases, the liquid stirring force in the cylinder increases and the bubbles become more refined.
  • the rotational speed of the rotating blade By immersing the open end 15 of the cylinder 2 and the rotating blade 3 in a liquid and rotating the rotating blade 3 at a peripheral speed of 5.8 mZsec or more, it is possible to generate microbubbles.
  • the rotational speed of the rotating blade may be 5037 rpm or more. More preferably, the peripheral speed of the rotary blade is 7 mZsec or more. It is even better if the peripheral speed of the rotary blade is 9mZsec or more.
  • a cylinder 2 having one end as a closed end 14 and the other end as an open end 15 is used as the cylinder 4 that houses the rotary blade 3.
  • the support portion 10a has a function of supporting the bearing 9a that supports the rotating shaft 5, and closing the end portion of the cylinder to form the closed end 14. Since the open end 15 of the cylinder 2 is immersed in the liquid 20, no gas enters from the open end 15.
  • the ventilation resistance between the inside of the cylinder and the outside air on the closed end 14 side of the cylinder 2 is increased, and the gas supply amount from the closed end side is suppressed.
  • the liquid to be stirred in the cylinder stays in the vicinity of the rotary blade 3 in the cylinder for a sufficiently long time, and a sufficient amount of microbubbles in the liquid. Can be generated.
  • the ventilation resistance between the inside of the cylinder and the outside air on the closed end side of the cylinder is the same as that of the vent 7 having an inner diameter of 0.36 times the average width of the blades and a length of 3 mm. Ventilation resistance above.
  • a small-diameter vent 7 is opened near the closed end 14 of the cylinder, and the vent 2 on the cylinder surface 7 is exposed to the outside air (so that it is not immersed in liquid). Is placed.
  • Near the closed end inside the cylinder there is a gas-liquid boundary part 22 as a boundary part between the gas phase and the liquid phase, and the gas phase part is sequentially taken into the liquid phase by the agitation of the liquid phase and becomes bubbles. As a result, the gas-liquid boundary part 22 rises and the pressure of the gas phase becomes negative with respect to the outside air, so that the necessary amount of outside air is supplied into the cylinder through the vent 7.
  • the present invention can be used as a liquid. Very small bubbles can be generated inside.
  • the liquid 20 in the cylinder is rotated by the rotary vane 3, a local decompression portion is formed behind the rotary vane 3, and the decompressed portion dissolves in the liquid. This is probably because the gas component is vaporized to form bubbles, which are further minimized by stirring.
  • the ventilation resistance between the inside of the cylinder and the outside air on the closed end 14 side of the cylinder 2 in the present invention is 0.16 times the average width d of the blades and the length of the ventilation hole 7 is 3 mm. Ventilation resistance equivalent to or higher than that is preferable. It is more preferable that the air flow resistance is 0.1 times the average width d of the blades and the air flow resistance is equal to or greater than that of the air vent 7 with a length of 3 mm. It is more preferable that the ventilation resistance is equal to or greater than that of the vent hole 7 whose inner diameter is 0.06 times the average width d of the blade and whose length is 3 mm.
  • the open end 15 of the cylinder is the main liquid passage. Play a role.
  • the liquid stirred in the cylinder by the rotation of the rotary blade 3 is pressed against the inner peripheral part of the cylinder 2 by the rotational centrifugal force, and a part of the liquid is discharged outside from the open end 15 along the inner peripheral surface of the cylinder 2.
  • a liquid force substantially equal to the liquid discharged to the outside is introduced into the cylinder mainly from the vicinity of the axis of the cylinder 2 through the open end 15 of the cylinder.
  • the liquid introduced into the cylinder needs to stay in the vicinity of the rotary blade 3 in the cylinder and be stirred for a time sufficient to contain microbubbles.
  • the dwell time of the liquid in the cylinder can be adjusted by adjusting the distance L3 from the open end 15 of the cylinder to the rotary blade 3.
  • the distance L3 from the open end 15 of the cylinder to the rotary blade 3 is 1.0 or more times the average width d of the blade. 2. More preferably 0 times or more.
  • the inner diameter D of the cylinder has a preferable range and can be expressed as a ratio to the average width d of the blades.
  • the inner diameter D of the cylinder means the inner diameter of the cylinder 2 in the portion where the rotary blade 3 is disposed.
  • the inner shape of the cylinder from the rotary blade 3 to the open end 15 of the cylinder can have the same inner diameter as the above preferred internal shape in the portion where the rotary blade 3 exists.
  • the effect of the present invention can also be achieved by changing the internal shape of the cylinder 2 from the rotary blade 3 to the open end 15 of the cylinder, for example, as shown in FIG. Is possible.
  • it can be a conical shape.
  • a partial opening plate 16 having a large number of openings is provided between the open end 15 of the cylinder or the open end 15 of the cylinder and the rotating blade 3. This is preferable because it can increase the amount of microbubbles generated in the liquid.
  • the partial opening plate 16 having a large number of opening portions can be formed by, for example, a mesh, a punching metal, a lattice, or the like.
  • a mesh for example, a metal wire having a wire diameter of about 0.5 mm knitted in a square mesh shape and an infinite number of openings of about 1 mm ⁇ 1 mm can be used.
  • the same effect can be obtained by using a net knitted with synthetic resin yarn and having a partial aperture plate 16 in which openings of about 5 mm ⁇ are densely arranged at a pitch of 7.5 mm. .
  • a partial opening plate 16 By arranging such a partial opening plate 16 so as to cover the open end 15 of the cylinder, or by providing it in the liquid path between the open end 15 of the cylinder and the rotary blade 3, the resulting open end force can flow into the liquid. The number of microbubbles in can be increased.
  • a liquid circulation port 8 is provided on the closed end side of the cylinder, not only at the open end 15 of the cylinder. It may be performed by both of the liquid circulation ports 8.
  • a bubble generating device having a size and capability according to the application is configured from a large bubble generating device to a small bubble generating device. can do. If the average width d of the blades of the rotary blade 3 is 5 to 50 mm, it is preferable because the ability to generate extremely small bubbles is sufficient and a compact bubble generating device can be obtained. More preferably, the average width d of the blades 3 is 15 to 30 mm.
  • the axial direction of the rotating shaft 5 of the bubble generating device is oriented in the vertical direction.
  • the effect of the present invention can be exhibited even if it is slightly tilted from the vertical direction. The effect can be exhibited if the angle between the direction of the rotating shaft 5 and the vertical direction is about 30 ° or less.
  • the bubble generating device has one or both of the vent hole 7 and the liquid circulation port 8, the liquid level 21 is below the position of the vent hole 7 and above the position of the liquid circulation port 8. .
  • the bubble generating device of the present invention When the bubble generating device of the present invention is immersed in a liquid to generate extremely small bubbles, it is preferable to secure a certain distance between the bottom of the container for storing the liquid and the open end 15 of the cylinder 2. This is advantageous for generating sufficient microbubbles. It is preferable that the inner diameter of the cylinder 2 is D and the distance between the bottom of the container and the open end 15 of the cylinder 2 is D / 4 or more. As a result, the liquid released by the open end 15 of the cylinder can diffuse into the container without receiving a large flow resistance.
  • the entire bubble generating device of the present invention may be immersed in a liquid.
  • the closed end side of the tube 2 must be able to ventilate the outside air with a predetermined ventilation resistance.
  • An air vent may be provided on the surface of the liquid, and the space up to the closed end of the tube 2 may be connected by an air pipe.
  • various substances other than water can be used as the liquid.
  • seawater, oil, petroleum, alcohol, and various chemicals can be used.
  • various gases other than air can be used as the gas from which bubbles are generated.
  • the water is groundwater, tap water, or filtered water obtained by filtering them.
  • a surfactant such as ethanol to distilled water.
  • the use of distilled water is said to produce the smallest amount of microbubbles.
  • the present invention even when distilled water is used as a liquid, a large amount of bubbles exceeding 1000 ZmL can be generated in a particle size range of 10 ⁇ m or more and less than 15 ⁇ m in diameter. It was confirmed.
  • the number of microbubbles that can be generated in the liquid is defined based on the case where distilled water is used as the liquid.
  • the tip of the sample hose is hung along the tank wall at a height of 50 mm from the bottom of a 5 liter cylindrical water tank, and bubble water is transported to the inspection section of the apparatus with a metering pump. measure.
  • the sampling flow rate is 80ccZmin.
  • a feature of the present invention is that a large amount of microbubbles having a diameter of less than 15 m can be generated.
  • the open end force of the cylinder is 10 ⁇ m in diameter.
  • the number of bubbles less than 15 ⁇ m can be 40 ZmL or more. This is because if it is 40 ZmL or more, the number of bubbles generated by a conventionally known method can be surpassed and a favorable result can be obtained. Further, it can be preferably 100 or more ZmL. More preferably, it can be 200 or more ZmL.
  • a feature of the present invention is that a large amount of microbubbles having a diameter of less than 10 m can be generated.
  • distilled water is used as the liquid and at least the open end of the cylinder and the part of the rotating blade are immersed in the liquid to generate bubbles in the liquid, the open end of the cylinder is discharged.
  • Diameter in the liquid 5 ⁇ m The number of bubbles of less than 10 ⁇ m can be 40 ZmL or more. This is because if the number is 40 ZmL or more, the number of bubbles generated by a conventionally known method can be exceeded, and a preferable result can be obtained. Further, it can be preferably 100 or more ZmL. More preferably, it can be 200 or more ZmL.
  • the open end of the cylinder when distilled water is used as the liquid, and at least the open end of the cylinder and the part of the rotating blade are immersed in the liquid to generate bubbles in the liquid, the open end of the cylinder
  • the number of bubbles with a diameter of 5 ⁇ m or more but less than 15 m in the liquid discharged from the tank can be 80 ZmL or more. Further, it can be preferably 200 or more ZmL. More preferably, it can be 400 or more ZmL.
  • the microbubbles having a diameter of 10 m or more and less than 15 m, a diameter of 5 m or more and less than 10 m, and a diameter of 5 ⁇ m or more but less than 15 m are contained as described above, and at the same time, 20 ⁇ m It can contain 20 ZmL or more of fine bubbles of m or more and less than 25 ⁇ m.
  • the inner diameter of the cylinder in the portion in which the rotary blade 3 is built is set to the inner diameter D in the above preferable range, while the closed end 14 side of the cylinder is A cylinder 11 having a smaller inner diameter is also acceptable.
  • the part where the inner diameter of the tube changes is called the shoulder 12 here.
  • the distance L1 from the shoulder 12 to the rotary blade 3 a preferable result can be obtained if the average width d of the blade is usually about 0.25.
  • the inner diameter of the cylinder 2 between the open end 15 and the closed end 14 of the cylinder 2 may be made constant.
  • the motor 6 is provided on the closed end 14 side of the cylinder for the purpose of rotating the rotary blade 3.
  • the bearing 9 of the rotating shaft 5 is close to the rotating blade 3 as possible.
  • the support portion 10b between the bearing 9 and the cylinder 2 can be a girder structure as shown in Fig. 1 (c), and the liquid can freely flow above and below the support portion 10b.
  • the support portion 10a is a surface structure and the liquid is blocked above and below the support portion 10a.
  • the bubble generating device of the present invention only a motor and a rotating blade are directly connected by a rotating shaft as a driving part. There is no need for any external connection equipment such as a pump or hose in the bubble generator, so the parts configuration is simple. In addition, it has a feature of high energy conversion efficiency because the motor drive energy is directly converted to the rotational speed of the blade via the rotating shaft without undergoing other energy conversion.
  • the above features of the present invention contribute to both reduction of product price and energy saving, and are preferable features for promoting the spread of application to consumer and industry.
  • a rotating blade 3 having four blades 4 shown in FIGS. 2 (bl) and (b2) was used.
  • the blade 4 has a plate shape and is manufactured using a steel plate with a thickness of 0.8 mm.
  • the average width d of the blade 4 is 22 mm, and the length L2 in the rotation axis direction of the blade is 30 mm.
  • the rotary shaft 5 for rotating the rotary blade 3 is a steel cylinder having a diameter of 3 mm, and can be driven by the motor 6 to rotate the rotary blade within a range of 600 to 10,000 rpm. In this example, the rotation speed was lOOOOrpm. The peripheral speed of the rotary blade 3 is 11.5mZsec.
  • the shape of the cylinder 2 is such that a shoulder 13 is formed above the rotary blade 3, and a circle above the shoulder 13 is formed.
  • the inner diameter of the cylinder is 20 mm, and this part is called cylinder 11.
  • a support portion 10b having a bearing 9b of the rotating shaft 5 is disposed immediately above the shoulder portion 13, and a support portion 10a having a bearing 9a is disposed at a position 35 mm above the support portion 10b.
  • the support portion 10a also serves as the closed end 14 of the cylinder 2.
  • the distance (L1) between the lower support 10b and the upper end of the rotary blade 3 was 7 mm.
  • a vent hole 7 is provided in the cylinder 11 at a position closest to the closed end 14.
  • a liquid circulation port 8 having a diameter of 4 mm is provided immediately above the portion 10b.
  • the bubble generating device When generating microbubbles, the bubble generating device is immersed in the liquid with the open end 15 of the cylinder 2 facing downward.
  • the vertical position of the bubble generating device was determined so that the upper end position of the rotary blade 3 was 20 mm below the position of the liquid level 21.
  • Bubble diameter is 2 ⁇ m or more but less than 5 ⁇ m, 5 ⁇ m or more but less than 10 ⁇ m, 10 ⁇ m or more but less than 15 ⁇ m, 15 ⁇ m or more but less than 20 ⁇ m, 20 ⁇ m or more but less than 25 ⁇ m,
  • the area was divided into areas of up to 50 m at 5 ⁇ m pitch, and the number of bubbles was displayed in units of ZmL for each area.
  • the number of extremely small bubbles is remarkably increased in each bubble diameter region.
  • the number of bubbles exceeds 2000 ZmL in the region of 2 m or more and less than 5 m and the region of 10 ⁇ m or more and less than 15 ⁇ m.
  • the increase in the number of bubbles is remarkable even in the region of 5 ⁇ m to less than 10 ⁇ m, in the region of 15 ⁇ m to less than 20 ⁇ m, and in the region of 20 ⁇ m to less than 25 ⁇ m. Even in the region, the number of bubbles increases.
  • Example 2 using a bubble generating device having the structure shown in FIG. Small bubbles were generated.
  • distilled water was used in Example 1 above, but filtered water obtained by filtering up ground water was used in Example 2.
  • the shape of the rotary blade 3 is basically the same as that of the first embodiment. As the shape of the blade, as shown in FIGS. 2 (b 1) and (b2), a blade 4 having a hole 12 was used.
  • the rotary shaft 5 for rotating the rotary blade 3 is a steel cylinder having a diameter of 3 mm, as in the first embodiment, and can be driven by the motor 6 to rotate the rotary blade in the range of 6000 to lOOOOrpm. .
  • the rotation speed was lOOOOrpm.
  • the peripheral speed of the rotary blade 3 is 11.5 m / sec.
  • the shape of the cylinder 2 is the cylinder 2 having the same diameter in the portion accommodating the rotary blade 3 and the portion up to the open end 15, and the inner diameter D of the cylinder 2 is 25, 28, 36, 42mm.
  • DZd l. 14, 1.27, 1.64, 1.91).
  • the shape of the cylinder 2 forms a shoulder portion 13 above the rotary blade 3, and the inner diameter of the cylinder above the shoulder portion 13 is 20 mm.
  • This portion is referred to as a cylinder 11.
  • a support portion 10b having a bearing 9b of the rotating shaft 5 is disposed immediately above the shoulder portion 13, and a support portion 10a having a bearing 9a is disposed at a position 35 mm above the support portion 10b.
  • the support portion 10a also serves as the closed end 14 of the cylinder 2.
  • the distance (L1) between the lower support portion 10b and the upper end of the rotary blade 3 was 7 mm.
  • a vent hole 7 is provided in the cylinder 11 at a position closest to the closed end 14.
  • a liquid circulation port 8 having a diameter of 4 mm is provided immediately above the portion 10b.
  • Filtrated water was used as the liquid 20 for generating bubbles using the bubble generating apparatus of the present invention.
  • filtered water refers to water that has been ground up and filtered with a water purifier using activated carbon and a hollow fiber membrane filter. Put 5 liters of filtered water in a cylindrical water tank with a diameter of 170 mm and a height of 270 mm, and immerse the bubble generator from above in the center of the water surface in the water tank.
  • the bubble generating device When generating the extremely small bubbles, the bubble generating device is set with the open end 15 of the cylinder 2 facing downward. Immerse in liquid. The vertical position of the bubble generating device was determined so that the upper end position of the rotary blade 3 was 20 mm below the position of the liquid level 21.
  • the method of measuring the number of bubbles generated in the liquid is the same as in the first embodiment. That is, the measurement was carried out using a “light scattering type in-liquid particle counter” (LIQILAZ-E20P type manufactured by PMS, USA) using a He—Ne laser.
  • a water intake position is set at a position along the side wall of the aquarium at a height of 50 mm from the bottom of the aquarium, and the tip of the sample hose is hung at this position, and the liquid in the aquarium is transported to the inspection section of the apparatus with a metering pump.
  • the number of bubbles inside was measured.
  • the sampling flow rate is 80ccZmin.
  • Numbers are the number of bubbles (pieces / mL)
  • Table 3 shows the case where filtered water is used as the liquid and the amount of filtered water is 5 liters as in Table 2 above.
  • the overall shape of the bubble generating device of the comparative example is similar to that of FIG.
  • Two rotating shafts and four stirring blades (rotating blades) are arranged on the rotating shaft.
  • the diameter of the rotating body is 31mm and the length is 15mm.
  • Each rotary blade has three blades, and the average width d of the rotary blade is 31 mm.
  • Each blade of the rotating blade has a 45 ° normal to the rotating circumferential direction of the rotating blade.
  • Two of the four rotating blades are angled so that the surface of the blade facing the direction of rotation faces 45 ° upward, and the other two are angled to face 45 ° downward.
  • the rotation speed of the rotating shaft is 2800rpm.
  • a vent is arranged at the upper end of the cylinder, and the vent has a diameter of 8 mm and a length of 12 mm.
  • a liquid circulation port is arranged at the upper end of the cylinder, and four circulation ports with a diameter of 11 mm are arranged as the distribution ports.
  • a diffusion blade for diffusing the liquid that has generated bubbles is arranged at the lower end of the cylinder.
  • the number is the number of bubbles (ZmL)
  • the rotary blade 3 is provided with a hole 12 as shown in Fig. 2 (al) (a2) in place of the shape of the blade 4 shown in Fig. 2 (bl) (b2) provided with a hole 12.
  • a bubble generation test was also conducted when no blade 4 was used. As a result, it was possible to generate microbubbles satisfactorily regardless of the presence or absence of holes 12.
  • the shape of the rotary blade 3 is basically the same as that of the first embodiment. As the shape of the blade, as shown in FIGS. 2 (b 1) and (b2), a blade 4 having a hole 12 was used.
  • the rotating shaft 5 for rotating the rotating blade 3 was a steel cylinder having a diameter of 3 mm as in Example 1, and the rotation speed was 1000 Orpm.
  • the shape of the cylinder 2 was the cylinder 2 having the same diameter in the portion accommodating the rotating blade 3 and the portion reaching the open end 15, and the inner diameter D of the cylinder 2 was 40 mm.
  • the distance L3 from the open end 15 of the cylinder 2 to the rotary blade 3 is 40 mm.
  • Closed end 14 Passes through cylinder 11 at the nearest position. Pores 7 are provided.
  • the thickness of the cylinder 11 is 3 mm, and the inner diameter d of the vent hole 7 is lmm.
  • a liquid circulation port 8 having a diameter of 4 mm is provided immediately above the support portion 10b.
  • the partial opening plate 16 was provided at the open end 15 of the tube 2 as shown in FIG.
  • the partial opening plate 16 is a mesh in which a metal wire having a wire diameter of 0.5 mm is knitted into a square mesh at a pitch of 1.5 mm, and has a large number of openings of lmm ⁇ lmm.
  • Filtrated water was used as the liquid 20 for generating bubbles using the bubble generating apparatus of the present invention.
  • the number is the number of bubbles (individual ZmL) As is clear from Table 5, when the bubble diameter was 10-15 / ⁇ ⁇ , No. 21 without partial aperture plate was 56 ZmL, while No. 20 with partial aperture plate was 135 ZmL. 2. Four times the amount of bubbles generated. In the same experiment, with a bubble diameter of 15 to 20 / zm, the force was 54 ZmL without the partial aperture plate. By installing the partial aperture plate, the bubble generation amount was 1.7 times that of 94 ZmL.
  • Example 4 Bubble generation was performed by the same method as in Example 1 using the same bubble generation apparatus as in Example 1 except for the following points. The difference from Example 1 is that only filtered water was used as the liquid. The conditions of the filtrate used were the same as in Example 1. Evaluation was performed under conditions No. 22 to 27 in Table 6.
  • the rotational speed of the rotating blades was 5050 rpm.
  • the peripheral speed of the rotary blade 3 is 5.8 mZsec.
  • the inside diameter of the vent was set to 1 mm, 3.3 mm, 5 mm, and 7 mm, respectively.
  • the number of blades 4 of rotating blade 3 was set to two. In all of Nos. 22 to 27, the conditions other than the changed points were the same as in Example 1.
  • Example 7 bubble generation was performed in the same manner as in Example 1 using the same bubble generation apparatus as in Example 1 except for the following points. Using 2 liters of distilled water as the liquid, the bubble generation status was evaluated at the point of 3 minutes after the operation of the bubble generator. The size of the container is the same as in Example 3. The results are shown in Table 7. No. 27 is without a partial aperture plate, and No. 28 is when a punching metal with an infinite number of hexagonal openings with opposite sides of 6 mm is used as the partial aperture plate.
  • Example 1 In the data using distilled water in Example 1, the generation of bubbles exceeding 1000 ZmL was observed in both the range of 5 m and less than 10 m and the range of 10 ⁇ m and less than 15 ⁇ m. On the other hand, in the data shown in Table 7 above, the results were 40 ZmL in the region of 5 m or more and less than 10 m, and 113 ZmL in the region of 10 ⁇ m or more but less than 15 ⁇ m.
  • the data shown in Example 1 is the data after intermittent operation of the bubble generating device for about 5 minutes, whereas the data shown in Table 7 of Example 4 is 3 minutes after the start of operation. The two are different in that they are data.
  • the bubble generating apparatus of the present invention for a long time, for example, 20 minutes or more, or by intermittently performing the operation for about 5 minutes, the region of 5 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m, 10 In any of the areas of ⁇ m or more and less than 15 ⁇ m, it is possible to generate bubbles exceeding 1000 ZmL, and at the same time, generate 40 ZmL or more bubbles in each area in a short operation. There are many things that can be done.
  • microbubbles having a diameter of less than 15 m can be generated in the liquid, so that the pressure in the bubbles due to surface tension is further increased, and microbubbles are produced. It is possible to utilize the self-compressibility of the gas, the production of gas hydrate using it, the cultivation of fish and shellfish, the electrical characteristics of the microbubbles, and the industrial applicability of the present invention is extremely high. There is a big one.

Landscapes

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Abstract

　直径が１５μｍ未満さらには１０μｍ未満の極小気泡を液体中に多量に生成することのできる気泡生成方法及び気泡生成装置を提供する。 　一端が閉鎖端１４で他方端が開放端１５となっている筒２と、筒２中にあって筒２と同軸又は略同軸に回転する回転羽根３を用い、回転羽根３は１枚又は２枚以上の羽根４を有し、羽根４の面は回転羽根の回転軸５軸芯と略平行であり、筒２の閉鎖端１４側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均幅ｄの０．３６倍であって長さが３ｍｍの通気口７と同等又はそれ以上の通気抵抗であり、少なくとも筒２の開放端１５及び回転羽根３の部分を液体２０中に浸漬し、回転羽根３の周速を５．８ｍ／ｓｅｃ以上として回転することを特徴とする、液体中に極小気泡を生成する方法及び気泡生成装置である。

Description

明 細 書
液体中に極小気泡を生成する方法及び気泡生成装置
技術分野
[0001] 本発明は、液体中に極小気泡を生成する方法及び気泡生成装置に関するもので あり、特に直径が 15 m未満の極小気泡を多量に生成する方法及び気泡生成装置 に関するものである。
背景技術
[0002] 水等の液体中に空気等の気体を効率よく溶解させるために、液体中に微細な気泡 を多数生成させる方法が知られている。液体中に 10〜50 m径の気泡を生成させ れば、気泡の浮力による浮上速度が極めて遅くなるため、気泡は長時間液体中に留 まり、気体が効率よく液体中に溶解する。
[0003] 特許文献 1には、直線円筒形状の外殻体と、この外殻体と同軸心状に挿入されて 高速で回転する直線円柱形状の駆動体力 なり、外殻体と駆動体との間の間隔を、 駆動体の高速回転時に液体が間隙内に侵入することができる範囲でできる限り小さ い値に設定した、液体と気体の攪拌混合装置が記載されている。外殻体と駆動体と の間の間隙内に液体と気体とを侵入させ、駆動体の高速回転運動により発生する液 体の激しい渦流運動により気体と攪拌混合し、攪拌混合により発生する多数の細か い気泡を含んだ液体を外殻体の下端開口部力 勢いよく放出し、この放出により極 めて細かいそして多数の気泡を液体中に長時間にわたって浮動させることができる。
[0004] 上記特許文献 1に記載のものは、駆動体の外周面周速度が略 12mZsec程度の 高速が要求され、高速で回転駆動させる必要がある。また、外殻体と駆動体とは、液 体と気体とを一定時間以上攪拌混合する必要があることから、一定以上の長さをもた なければならず、高速回転する駆動体に振動が発生しないように、高い寸法精度が 要求される。
[0005] 特許文献 2、 3には、直線円筒形状の外筒と、この外筒と同軸心状に挿入されて高 速で回転する回転軸と、この回転軸に軸心方向に沿って一定間隔をあけて固定され た順羽根と逆羽根との組み合わせである攪拌羽根を有する、液体と気体との攪拌混 合装置が記載されている。外筒内に液体を充満して回転軸を回転し、液体の渦流の 吸い込み作用により気体を回転軸に沿って吸い込み、攪拌羽根の各羽根片による 液体と気体との混合物に対する激しい切断動作と、順羽根により与えられる順方向 への動きと逆羽根により与えられる逆方向への動きとの衝突による混練動作とにより、 液体と気体との攪拌混合動作が達成される。
[0006] 特許文献 2、 3に記載のものは、液体と気体との攪拌混合を、回転軸の回転動作に 伴う渦流運動だけではなぐ回転軸に取付けた攪拌羽根の切断動作と、順気泡渦流 と逆気泡渦流との衝突動作とにより達成するので、気泡の細分化を強力にかつ極め て効率良く達成することができ、もって充分に細分ィ匕された気泡を得ることができる。 特許文献 1に記載のものと比較して低回転の回転速度レベルであり、回転駆動され る部分の合計重量を充分に軽量ィ匕することができ、もって極めて高 、成形寸法精度 を要求されることがない。
[0007] 特許文献 2、 3に記載された液体と気体との攪拌混合装置は工業化され、液体中に 直径 10〜50 mの微細気泡を生成することが可能となっている。これにより、液体中 に効率よく気体を溶解させることを可能として 、る。
[0008] 特許文献 4に記載の旋回式微細気泡発生装置においては、装置容器内に円錐形 のスペースを設け、スペースの内壁円周面に接線方向に加圧液体を圧送することに よってスペース内に旋回流を生成する。一方円錐形のスペース底部中央部に設けた 気体導入口力 気体が吸 、込まれ、圧力が最も低 、管軸上を気体が通過することに よって細い旋回気体空洞部が形成される。旋回流が入り口から出口に向かうに従つ てスペースの断面が縮小し旋回流速が増加する。気体は糸状で出口まで続き、そこ 力 排出されると同時に周囲の静液によって旋回が急激に弱められ、糸状の気体空 洞部が連続的に安定して切断され、その結果として大量の微細気泡、例えば直径 1 0〜20 mの微細気泡が出口付近で発生して器外の液体中に放出される。
[0009] 非特許文献 1には、特許文献 4に記載のものと同様の原理を用いた気泡発生装置 を用い、発生した気泡の個数を計測した結果が記載されている。気泡発生装置にお いて、ポンプにより容器へ供給された水は、容器壁に沿って旋回しながら上昇し、天 井に衝突後渦流の中心に沿って再び下方出口の方へ向かう。ガスは旋回水流により 生じる負圧により自動的にガス取入口から吸引され、旋回軸に沿って形成されたガス 柱は出口孔力 旋回水流とともに強制的に放出され、微細な気泡を生成する。水槽 タンク容量は 35リツターである。 1%TFH (テトラハイド口ファーレン）をハイドレート生 成触媒として、タンク内の蒸留水に添加している。粒径分布は連続的に水用の光学 的粒子分布計 (米国製 LiQuilaz— E20)によって計測されている。光動的散乱計測 法に基づき、計測範囲は気泡直径で 2 m〜 125 mである。非特許文献 1の図 2 によると、気泡径 5 mピッチで液中の気泡個数を計測している。気泡径 40 m付近 において気泡個数が最大となり、気泡径範囲 5 m内に 60個 ZmL程度の気泡が発 生している。一方、気泡径 15 μ m未満の領域においては、気泡径範囲 5 μ m内に 20 個 ZmL程度の気泡が発生して 、る。液体として添加物のな 、蒸留水を用いた場合 と比較して、 TFHのような物質を添加した蒸留水を用いた場合には微小気泡生成量 が多くなるといわれている。
[0010] 特許文献 1：特公昭 61— 36448号公報
特許文献 2：特開平 5 - 220364号公報
特許文献 3：特開平 6— 91146号公報
特許文献 4：特開 2000 - 447号公報
非特干文献 1： Effect of shrinking Microbubble on Gas Hydrate Formation , The Jo urnal of Physical Chemistry, Vol.107, No.10, 2003, pp 2171 - 2173
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] 上記特許文献 1〜4に記載の発明により、液体中に直径 10〜20 /ζ πιあるいは 10 〜50 mの微細気泡を生成することが可能となり、液体中に効率よく気体を溶解さ せることが可能となった。し力しこれらの方法を用いた場合においても、直径 15 /z m 未満さらには 10 m未満の極小気泡を液体中に多量に生成させることは実現して!/ヽ なかった。例えば、気泡径 15 m未満の領域において、気泡径範囲 5 μ m内にせい ぜぃ 20個 ZmL前後の気泡発生が見られる程度であり、 40個 ZmL以上というような 高密度の極小気泡を生成させるには到って 、な 、。
[0012] 液体中の気泡の直径は、小さければ小さいほど、気液界面に作用する表面張力が 大きくなり、気泡内部の圧力を上昇させる効果が大きくなる。そのため、例えば微細 気泡の直径が 未満となると、非常に大きな圧力で気体を液体中に溶解させる ことが可能となる。また、気泡の直径が小さくなるほど、気体の体積あたりの気液界面 表面積が増大し、また浮上分離せずに液中に滞在できる時間も長くなる。従って、微 細気泡として直径 15 m未満さらには 10 m未満の極小気泡を多数生成させること ができれば、ガスハイドレードの生成をはじめとする多くの分野で従来は得ることので きな力つた多くの効果を発揮できる可能性が生じることとなる。
[0013] 本発明は、直径が m未満さらには m未満の極小気泡を液体中に多量に 生成することのできる気泡生成方法及び気泡生成装置を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0014] 即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
(1)一端が閉鎖端 14で他方端が開放端 15となっている筒 2と、筒 2中にあって筒 2と 同軸又は略同軸に回転する回転羽根 3を用い、回転羽根 3は 1枚又は 2枚以上の羽 根 4を有し、羽根 4の面は回転羽根の回転軸 5軸芯と略平行であり、少なくとも筒 2の 開放端 15及び回転羽根 3の部分を液体 20中に浸漬し、回転羽根 3の周速を 5. 8m Zsec以上として回転することを特徴とする、液体中に極小気泡を生成する方法。
(2)羽根 4の平均幅 dを回転軸 5中心力 羽根 4の外周までの回転半径方向幅の 2倍 と定義し、筒 2の閉鎖端 14側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽 根の平均幅 dの 0. 36倍であって長さが 3mmの通気口 7と同等又はそれ以上の通気 抵抗であることを特徴とする上記（1)に記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
(3)液体 20として蒸留水を用いたときに、筒 2の開放端 15から排出される液体中の 直径 10 μ m以上 15 μ m未満の気泡の数が 40個 ZmL以上であることを特徴とする 上記（1)又は（2)に記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
(4)一端が閉鎖端 14で他方端が開放端 15となっている筒 2と、筒 2中にあって筒 2と 同軸又は略同軸に回転する回転羽根 3とを有し、回転羽根 3は 1枚又は 2枚以上の 羽根 4を有し、羽根 4の面は回転羽根の回転軸 5軸芯と略平行であり、羽根の平均幅 dを回転軸 5中心力 羽根 4の外周までの回転半径方向幅の 2倍と定義し、筒の開放 端 15及び回転羽根 3の部分を液体 20中に浸漬したときに回転羽根 3の周速を 5. 8 mZsec以上として回転できることを特徴とする、液体中に極小気泡を生成するため の気泡生成装置。
(5)筒の閉鎖端 14側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平 均幅 dの 0. 36倍であって長さが 3mmの通気口 7と同等又はそれ以上の通気抵抗で あることを特徴とする上記 (4)に記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生 成装置。
(6)筒 2の開放端 15から回転羽根 3までの距離 L3が羽根の平均幅 dに対して 0. 5倍 以上であることを特徴とする上記 (4)又は（5)に記載の液体中に極小気泡を生成す るための気泡生成装置。
(7)筒の内径 Dは羽根の平均幅 dに対して 1. 1〜2. 5倍の範囲にあることを特徴とす る上記 (4)乃至（6)の 、ずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡 生成装置。
(8)羽根の回転軸方向長さ L2は羽根の平均幅 dに対して 0. 2倍以上であることを特 徴とする上記 (4)乃至（7)のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための 気泡生成装置。
(9)羽根 4はその表面に 1又は 2以上の穴 12を有する板によって構成されてなること を特徴とする上記 (4)乃至（8)の 、ずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するた めの気泡生成装置。
(10)筒の開放端 15もしくは筒の開放端 15から回転羽根 3までの間に、多数の開口 部を有する部分開口板 16を設けることを特徴とする上記 (4)乃至（9)の 、ずれかに 記載の極小気泡を生成するための気泡生成装置。
(11)液体 20として蒸留水を用い、少なくとも筒 2の開放端 15及び回転羽根 3の部分 を液体 20中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端 15から排出さ れる液体中の直径 10 μ m以上 15 μ m未満の気泡の数が 40個 ZmL以上であること を特徴とする上記 (4)乃至（10)の 、ずれかに記載の液体中に極小気泡を生成する ための気泡生成装置。
(12)筒 2の開放端 15から回転羽根 3までの距離 L3が羽根の平均幅 dに対して 0. 5 倍以上であることを特徴とする上記（1)〜（3)の 、ずれかに記載の液体中に極小気 泡を生成する方法。
(13)筒 2の内径 Dは羽根の平均幅 dに対して 1. 1〜2. 5倍の範囲にあることを特徴 とする上記（1)〜（3) (12)のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成する方法
(14)羽根の回転軸方向長さ L2は羽根の平均幅 dに対して 0. 2倍以上であることを 特徴とする上記（1)〜（3) (12) (13)のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成 する方法。
(15)羽根 4はその表面に 1又は 2以上の穴 12を有する板によって構成されてなるこ とを特徴とする上記（1)〜（3) (12)〜（14)のいずれかに記載の液体中に極小気泡 を生成する方法。
発明の効果
[0015] 本発明は、一端が閉鎖端で他方端が開放端となっている筒と、該筒中にあって筒と 同軸又は略同軸に回転する回転羽根を用い、筒の開放端及び回転羽根の部分を液 体中に浸漬して微小気泡を生成する方法及び微小気泡生成装置であって、回転羽 根は 1枚又は 2枚以上の羽根を有し、羽根の面は回転羽根の回転軸と略平行であり 、閉鎖端側の外気供給量を少なくしつつ回転羽根を高速回転することにより、筒の開 放端力も排出される液体中に直径が 15 m未満の極小気泡を液体中に大量に生成 することができる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明の気泡生成装置を示す図であり、（a)は断面図、（b)は A— A矢視断面 図、（c)は B— B矢視断面図、（d)は C— C矢視断面図、（e)は回転羽根の形状を示 す斜視図である。
[図 2]本発明の回転羽根の形状を示す図であり、 (al) (bl) (c) (d)は正面図、 (a2) は（al)を下から見た図、（b2)は A— A矢視図である。
[図 3]本発明の回転羽根の形状を示す図であり、 (al) (b)は正面図、（a2)は (al)を 下から見た図、（c)〜 (e)は羽根の枚数が異なる 3種類につ 、て (b)を下から見た図 である。
[図 4]本発明の回転羽根の形状を示す図であり、 (al) (b)は正面図、（a2)は (al)を 下から見た図である。
圆 5]本発明の回転羽根の斜視図である。
圆 6]本発明の気泡生成装置を示す断面図である。
圆 7]部分開口板を有する本発明の気泡生成装置を示す断面図である。
圆 8]本発明の気泡生成装置を示す図であり、（a)は断面図、（b)は A— A矢視断面 図、（c)は B— B矢視断面図、（d)は C C矢視断面図である。
圆 9]従来の回転羽根の形状を示す図である。
符号の説明
筒
3 回転羽根
4 羽根
5 回転軸
6 モーター
7 通: ¾口
8 液体流通口
9 軸受
10 支持部
11 筒
12 穴
13 肩部
14 閉鎖端
15 開放端
16 部分開口板
20 液体
21 液面
22 液面
31 羽根の面の法線 33 回転周方向
D 筒の内径
d 羽根の平均幅
発明を実施するための最良の形態
[0018] 本発明において、極小気泡の生成に際しては、図 1に示すように一端が閉鎖端 14 で他方端が開放端 15となっている筒 2と、筒 2中にあって筒 2と同軸又は略同軸に回 転する回転羽根 3を用いる。筒 2の開放端 15及び回転羽根 3の部分を液体 20中に 浸漬し、回転羽根 3を回転することにより、直径が 15 m未満の極小気泡を液体中 に大量に生成することができる。
[0019] 筒 2としては、円筒、六角筒、八角筒などを用いることができるが、円筒を用いると好 ましい。
[0020] 回転羽根 3が筒と同軸又は略同軸に回転とは、回転羽根 3の回転軸が筒と同軸で あるか、あるいは筒 2の中心軸力 若干偏芯している範囲内であることを意味する。 偏芯の程度は、回転羽根 3の回転軸が筒 2の中心軸力 dの 0. 2倍以内のずれであ ればよい。また、回転羽根 3の回転軸が筒 2の中心軸から 15° 以内の偏芯であれば よい。
[0021] 本発明によって直径 15 m未満の極小気泡を液体中に大量に生成可能とした最 も大きな特徴点は、第 1に回転羽根 3における羽根 4の形状にあり、第 2に回転羽根 3 の回転周速の確保にあり、第 3に気泡の源となる気体の供給量を調整する点にあり、 第 4に筒 2の開放端 15と回転羽根 3との間の距離 L3の設定にある。以下、順を追つ て説明する。
[0022] 本発明の第 1の特徴点である回転羽根 3における羽根 4の形状について説明する。
[0023] 特許文献 1に記載の気液攪拌混合装置では、直線円筒形状の外殻体と同軸心状 に、同じく直線円筒形状の駆動体を挿入して高速で回転し、外殻体と駆動体との間 隙に侵入した液体を激しく攪拌し、多数の細か！ヽ気泡を含んだ液体を外殻体の下端 開口部から放出する。一方特許文献 2、 3に記載の気液攪拌混合装置では、回転軸 に取り付けた攪拌羽根の切断動作によって気泡を切断し、さらに攪拌羽根として順 羽根と逆羽根を組み合わせることによって順気泡渦流と逆気泡渦流との衝突動作を 起こし、これらによって気泡の細分ィ匕を達成する。これら特許文献 1〜3に記載の方 法によって、直径 10〜20 mの気泡を液体中に多量に生成することは可能となった 力 直径 15 μ m未満の気泡を多量に生成するには到っていない。
[0024] 本発明の回転羽根 3は、図 1 (a) (e)に示すように、 1枚又は 2枚以上の羽根 4を有し 、羽根 4の面は回転羽根の回転軸 5軸芯と略平行である点を特徴とする。羽根 4の面 が回転羽根の回転軸 5軸芯と略平行とは、羽根 4の面の法線力 回転軸 5軸芯に沿 つた上方向あるいは下方向に向力う成分を有して 、な 、と 、うことであり、回転羽根 の回転によっては液体を回転軸に沿って動かす駆動力を有していないということであ る。言葉を換えると、図 5に示すように、羽根 4の面の法線 31が、回転軸 5軸芯と直交 する面 32と略平行であるということができる。羽根 4の面が曲面である場合でも、図 4 ( al) (a2)に示す例においては、羽根 4の面のいずれの場所においても羽根の面の 法線が回転軸 5軸芯と直交する面と平行であるので、本発明の範囲に属する。
[0025] より好ましくは、図 5に示すように、羽根の面の法線 31方向が略回転羽根の回転周 方向 33を向くこととすると良い。これによつて、回転軸の半径方向に液体を駆動する 力は液体自身の遠心力のみとなり、羽根自身が回転軸の半径方向に液体を駆動す る力を与えることがなくなる。
[0026] 回転羽根 3を構成する羽根 4の形状は、板状の羽根であると表現することもできる。
羽根 4が板状の形状であって、板の面の法線方向 31が上記のような方向を向いてい る結果として、羽根が回転することによってそのエネルギーはもっぱら筒内の液体を 攪拌することに費やされる。また、回転羽根 3の回転そのものによっては回転軸に沿 つて液体を駆動する力が働かないので、筒 2内の液体 20は回転軸に沿って平行に 運動することがなぐ回転羽根付近に十分に長い時間滞留し、その間に液体中の気 泡が直径 15 m未満まで細分化されるものと考えられる。
[0027] 特許文献 2、 3に記載のものにおいて、攪拌羽根には気泡を切断する効果や、回転 軸に沿って順方向'逆方向に液体を駆動する力を得る (順羽根、逆羽根)ため、羽根 の形状としては図 9 (a)に示すように羽根 4の面が回転軸 5と略直交する方向を向き、 結果として回転周方向と直交する断面における断面積の小さ!/、羽根が用いられて 、 た。本発明は発想を転換し、むしろ羽根を用いるに際して羽根の面が回転軸と略平 行になるようにした。この結果、羽根の表面積がそのまま回転周方向 33と直交する断 面における断面積となり、当該断面積の大きな羽根を用いることとなる。
[0028] 本発明においては、このように羽根 4を用いるとともに、羽根 4の面が回転軸 5軸芯 と略平行になるようにしたので、回転羽根が回転する筒中にお 、て液体に極めて強 力な攪拌力を与えることが可能となり、このように液体を攪拌することにより、液体中に 直径 15 μ m未満の極小気泡を多量に生成することが可能となった。
[0029] ここにおいて、羽根 4の面が回転羽根の回転軸 5軸芯と略平行とは、羽根 4の面が 回転羽根の回転軸 5軸芯と平行な位置力 ずれたとしても、そのずれはたかだか士 1 5° 以内に入るという意味である。 ± 10° 以内とすればより好ましい。図 2 (a)に示す 回転羽根 3においては、羽根 4の面が回転羽根の回転軸 5軸芯と平行になっている。 図 4 (b)に示す回転羽根 3において、羽根 4の面が回転羽根の回転軸 5軸芯と平行な 位置力もずれているずれ量は 15° 程度であり、この程度であれば十分に本発明の 効果を発揮することができる。
[0030] また、より好適な羽根の面の向きとして、羽根の面の法線方向が略回転羽根の回転 周方向を向くこととする場合、羽根の面の法線 31方向が回転羽根の回転周方向 33 力もずれたとしても、そのずれはたかだか ± 15° 以内に入るという意味である。 ± 10 ° 以内とすればより好ましい。図 2 (a)に示す回転羽根 3においては、羽根の面の法 線方向が回転羽根の回転周方向を向いている。また、図 4 (a)に示す回転羽根 3に おいては、はね 4の面が曲面であるため、羽根の面の法線は一定方向には向いてい ないが、羽根の面の法線方向が回転羽根の回転周方向からずれているずれ量は 15 ° 程度であり、この程度であれば十分に本発明の効果を発揮することができる。
[0031] 以下の説明において、図 1に示すように羽根の平均幅 dを回転軸中心力 羽根の 外周までの回転半径方向幅の 2倍と定義する。
[0032] 筒 2の内径 Dと回転羽根 3の羽根の平均幅 dとの関係についても、好適範囲が存在 する。ここで、筒 2が円筒である場合には、内径 Dはその円筒の内径をいう。筒 2が円 筒以外の例えば六角筒である場合には、筒の内部形状のうち最も狭い径を内径 Dと する。羽根の平均幅 dに対して筒の内径 Dが大きすぎると、筒内において液体の攪拌 が十分になされず、結果として 15 m未満の極小気泡の発生量が減少してしまう。 本発明においては、筒の内径 Dは羽根の平均幅 dに対して 2. 5倍以下とすると好ま しい。 2. 3倍以下とするとより好ましい。 2. 0倍以下とするとさらに好ましい。
[0033] 一方、筒の内径 Dが羽根の平均幅 dに近くなりすぎると、液体 20が羽根 4と共に回 つてしまって逆に攪拌が不十分となり、結果として 15 m未満の極小気泡の発生量 が減少してしまう。本発明においては、筒の内径 Dは羽根の平均幅 dに対して 1. 1倍 以上とすると好ましい。 1. 2倍以上とするとより好ましい。
[0034] 本発明において、回転羽根は 1枚又は 2枚以上の羽根を有する。羽根の枚数は特 に限定されず、 3〜6枚程度とすると特に好ましい。図 3 (b)に示す形状の羽根につい て、図 3 (c)は 3枚の羽根 4を、図 3 (d)は 6枚の羽根 4を、図 3 (e)は 8枚の羽根をそれ ぞれ有する場合について示している。図 2 (al)に示すように羽根 4の枚数力 枚でか つ回転方向に均等に配置された場合であれば、回転軸 5方向から見た羽根 4の形状 は図 2 (a2)に示すように十文字形状となる。
[0035] 本発明で直径 15 m未満の極小気泡を液体中に十分に生成する上において、回 転羽根 3における羽根 4の回転軸方向長さ L2に好適範囲が存在する。本発明の回 転羽根 3が図 2 (c)に示すように回転軸方向に複数の羽根 (4a、 4b)を有する場合、 回転軸方向のすべての羽根の長さを合計した長さを用いる。図 2 (c)の場合であれ ば、 L2=L2a+L2bとする。羽根の平均幅 dに対して羽根の回転軸方向長さ L2が短 すぎると、筒 2内において液体の攪拌が十分になされず、結果として 15 /z m未満の 極小気泡の発生量が減少してしまう。本発明においては、羽根の回転軸方向長さ L2 は羽根の平均幅 dに対して 0. 2倍以上であると好ましい。 0. 5倍以上とするとより好ま しい。 1. 0倍以上とするとさらに好ましい。
[0036] なお、回転羽根 3における羽根 4の形状は、図 2 (a)〜（c)に示すような長方形や正 方形などの方形の形状のみではなぐ図 2 (d)に示すような楕円形状などの種々の形 状を選択することができる。羽根 4の形状が方形以外の形状を有する場合、羽根の 平均幅 dは図 2 (d)に示すように回転軸中心力 羽根の外周までの回転半径方向幅 の 2倍と定めることができる。また、羽根の回転軸方向長さ L2も図 2 (d)に示すように 定めることができる。
[0037] 本発明の回転羽根 3の形状として、図 3 (al) (a2)に示すように、中心軸 5として比 較的直径の大きな軸を用い、その中心軸 4の周囲に羽根 4を配置した形状としても良 い。
[0038] 本発明の羽根 4は、図 2 (b)に示すように、その表面に 1又は 2以上の穴 12を有する 板によって構成することができる。板の表面に穴 12が開いていると、回転羽根 3を回 転する際における流体抵抗を低減することができ、同じ出力の回転モーターを用い た際において回転速度を上昇させることができ、極小気泡を生成する上で有利であ る。また、穴 12を開けることによって液体 20の流動をより複雑にして攪拌効果を上昇 させることちでさる。
[0039] 本発明の回転羽根 3に用いる羽根 4については、板状のものであって液体中での 高速回転に耐えられるものあれば材質は問わな 、。中でも金属板や強化プラスチッ クであれば、板厚の薄!、板状の羽根とすることができるので好ま 、。
[0040] 本発明の第 2の特徴点である回転羽根 3の回転周速度について説明する。回転羽 根 3の回転周速度とは、回転羽根 3が回転するときにおける羽根 4の最外周部の回転 周方向の速度を意味する。
[0041] 回転羽根 3の回転周速度として好適な周速度を確保することにより、本発明の特徴 である 15 m未満の極小気泡を液体中に大量に生成することが可能になる。回転羽 根 3の回転周速度が速くなるほど、筒内の液体攪拌力が増大し、気泡の微細化が進 行するためである。筒 2の開放端 15及び回転羽根 3の部分を液体中に浸漬し、回転 羽根 3の周速を 5. 8mZsec以上として回転することにより、極小気泡の生成が可能 となる。例えば羽根の平均幅 dが 22mmのとき、回転羽根の回転速度を 5037rpm以 上とすればよい。回転羽根の周速を 7mZsec以上とするとより好ましい。回転羽根の 周速を 9mZsec以上とするとさらに好まし 、。
[0042] 本発明の第 3の特徴点として、気泡の元となる気体の供給について説明する。
[0043] 特許文献 1〜4に記載の従来の気液攪拌装置においては、液体中に十分な量の 気泡を生成させるため、攪拌装置内に積極的に外気を取り込んで液体と混合し、多 数の気泡を生成していた。しかし液体中に従来装置と同様に外気を取り込むと、液 体中に気泡が多量に生成するために液体の嵩容量が増大し、その結果として攪拌 領域における液体の入れ替わりが速くなることと、筒上部の略閉空間における減圧効 果が小さくなり、極小気泡の生成条件が整わなくなるので、液体中における気泡の径 を十分に極小化することができなかった。
[0044] 本発明にお 、ては、回転羽根 3を収納する筒 4として一端が閉鎖端 14で他方端が 開放端 15となっている筒 2を用いる。図 1に示す例では、支持部 10aが回転軸 5を支 持する軸受 9aを支持するとともに、筒の端部を閉鎖して閉鎖端 14とする機能を有し ている。筒 2の開放端 15は液体 20中に浸漬させるので、開放端 15からは気体が侵 入しない。一方、本発明においては筒 2の閉鎖端 14側における筒内部と外気との間 の通気抵抗を大きくし、閉鎖端側からの気体供給量を抑制する。この結果、液体中 に生成する気泡の単位時間当たりの生成量が抑えられるので、筒中で攪拌する液体 が十分に長い間筒中の回転羽根 3付近に滞在し、液体中に十分な量の極小気泡を 生成することが可能となる。
[0045] 筒の閉鎖端側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均幅 の 0. 36倍であって長さが 3mmの通気口 7と同等の通気抵抗又はそれ以上の通気 抵抗とする。通常は、筒の閉鎖端 14付近に小径の通気口 7を開口し、筒表面におけ る通気口 7配置部が外気部に露出するように (液体中に浸漬しな 、ように)筒 2を配置 する。筒内部の閉鎖端付近には気相と液相との境界部としての気液境界部 22が存 在し、液相の攪拌によって気相部分が順次液相中に取り込まれて気泡となり、その結 果気液境界部 22が上昇して気相の圧力が外気に対して負圧になるので、通気口 7 を通して必要な量の外気が筒内部に供給される。
[0046] 筒内部と外気との間は、通気口 7によって結ばれているほか、モーター 6の回転軸 5 と軸受 9の間の隙間によっても結ばれている。従って、通気抵抗を見積もるにあたつ ては、モーターの回転軸 5と軸受 9との間の隙間にも配慮する必要がある。また、モー ターの回転軸 5と軸受 9との間の隙間が極小気泡の多量生成に必要十分な通気口と しての役割を果たす場合には、別に通気口を設けなくとも良い。
[0047] さらに、通気口 7も設けず、モーターの回転軸 5と軸受 9との隙間から円筒内に侵入 する外気の量がゼロとなるように工夫した場合においても、本発明を用いて液体中に 極小気泡を生成させることができる。筒中の液体 20を回転羽根 3で回転するに際し、 回転羽根 3の背後に局部的な減圧部分が生じ、この減圧部分で液体中に溶解して いるガス成分が気化して気泡となり、さらに攪拌によってこの気泡が極小化するため であると思われる。
[0048] 本発明における筒 2の閉鎖端 14側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内 径が羽根の平均幅 dの 0. 16倍であって長さが 3mmの通気口 7と同等の通気抵抗又 はそれ以上の通気抵抗とすると好ましい。内径が羽根の平均幅 dの 0. 1倍であって 長さが 3mmの通気口 7と同等の通気抵抗又はそれ以上の通気抵抗とするとより好ま しい。内径が羽根の平均幅 dの 0. 06倍であって長さが 3mmの通気口 7と同等の通 気抵抗又はそれ以上の通気抵抗とするとさらに好ましい。
[0049] 本発明において、筒内で極小気泡を十分に含んだ液体が筒から排出され、逆に新 たな液体を筒内に供給する主な液体通路としては、筒の開放端 15がその役割をは たす。筒内で回転羽根 3の回転によって攪拌された液体は、回転遠心力によって筒 2 の内周部に押し付けられ、その一部は筒 2の内周面に沿って開放端 15から外部に 排出される。そして、外部に排出された液体とほぼ同量の液体力 主に筒 2の軸心付 近を経路として筒の開放端 15から筒内に導入される。
[0050] 本発明の第 4の特徴点として、筒の開放端 15から回転羽根 3までの距離 L3につい て説明する。
[0051] 筒内に導入された液体は、極小気泡を含有するのに十分な時間だけ筒内の回転 羽根 3付近に滞留して攪拌を受けることが必要である。本発明においては、筒の開放 端 15から回転羽根 3までの距離 L3を調整することにより、液体の筒内滞留時間を調 整することができる。即ち、筒の開放端 15から回転羽根 3までの距離 L3を羽根の平 均幅 dに対して 0. 5倍以上とすることにより、筒内に導入された液体が速やかに筒か ら排出される現象を抑制し、液体が極小気泡を十分に含有するに至るまで回転羽根 3による攪拌を受けさせることができるので好ましい。筒の開放端 15から回転羽根 3ま での距離 L3を羽根の平均幅 dに対して 1. 0倍以上とするとより好ましい。 2. 0倍以上 とするとさらに好ましい。
[0052] 前述のとおり、筒の内径 Dは好適範囲を有し、羽根の平均幅 dに対する比率として 表現することができる。ここにおいて、筒の内径 Dとは回転羽根 3が配置された部分に おける筒 2の内径を意味する。一方、上述のとおり、筒の開放端 15から回転羽根 3ま での距離 L3に好適範囲がある。回転羽根 3から筒の開放端 15までにおける筒の内 部形状としては、図 1に示すように、回転羽根 3が存在する部分における上記好まし い内部形状と同一の内径とすることができる。一方、回転羽根 3から筒の開放端 15ま でにおける筒 2の内部形状を変化させ、例えば図 6 (a)に示すように、末広がりの円 錐形状とすることとしても本発明の効果を発揮することが可能である。もちろん、末す ぼまりの円錐形状としても良 、。
[0053] 本発明においては図 7に示すように、筒の開放端 15もしくは筒の開放端 15から回 転羽根 3までの間に、多数の開口部を有する部分開口板 16を設けることとすると、液 体中に生成する極少気泡の生成量を増大することができるので好ま 、。多数の開 口部を有する部分開口板 16とは、例えばメッシュ、パンチングメタル、格子などによつ て形成することができる。メッシュであれば、例えば線径 0. 5mm程度の金属細線を 正方形の網目状に編み、 1mm X 1mm程度の開口部を無数に形成したものを用い ることができる。あるいは、合成樹脂糸を編んだネットであって、 5mm φ程度の開口 部が 7. 5mmピッチで稠密に配置されたような部分開口板 16を用いても、同様の効 果を得ることができる。このような部分開口板 16を筒の開放端 15を覆うように配置し、 あるいは筒の開放端 15から回転羽根 3までの間の液体経路に設けることにより、結果 として開放端力 流出する液体中における極少気泡の数を増大することができる。上 記のように部分開口板 16を設けることにより、操作者が回転羽根に指を挟まれるとい つた危険を防止することも可能となる。
[0054] 筒 2の内部と外部との間の液体 20の出入り口は、筒の開放端 15のみではなぐ筒 の閉鎖端側に図 1に示すように液体流通口 8を設け、開放端 15と液体流通口 8の両 方によって行うこととしても良い。
[0055] 本発明において、回転羽根の羽根の平均幅 dを適宜選択することにより、大型の気 泡生成装置から小型の気泡生成装置まで、用途に応じた大きさと能力の気泡生成装 置を構成することができる。回転羽根 3の羽根の平均幅 dが 5〜50mmであれば、極 小気泡の生成能力も十分であり、コンパクトな気泡生成装置とすることができるので 好ましい。回転羽根 3の羽根の平均幅 dが 15〜30mmであればさらに好ましい。
[0056] 本発明の気泡生成装置を用いて液体中に極小気泡を生成するに際し、少なくとも 筒 2の開放端 15及び回転羽根 3の部分を液体中に浸漬する。ここにおいて、気泡生 成装置の回転軸 5の軸芯方向は、鉛直方向を向くこととすると好ましい。ただし、鉛直 方向から若干傾けても本発明の効果を発揮することができる。回転軸 5の方向と鉛直 方向との間の角度が 30° 以下程度であれば効果を発揮することができる。気泡生成 装置が通気孔 7と液体流通口 8の一方または両方を有するときは、液体の液面 21は 通気孔 7の位置よりも下方、かつ液体流通口 8の位置よりは上方の位置とする。
[0057] 回転羽根 3の回転によって筒 2内部の液体 20を攪拌する結果、筒 2内部の液体の 気液境界部 22は、図 1に示すように回転軸 5に近くなるほどその位置が低下する。こ こにおいて、回転羽根 3の部分を液体中に浸漬させるとは、羽根 4の全体が液体 20 の中に浸漬される場合の他、気液境界部 22のうち一部が羽根 4の上端より下方の位 置となってもかまわない。
[0058] 本発明の気泡生成装置を液体中に浸漬して極小気泡を生成するに際し、液体を 収容する容器の底と筒 2の開放端 15との間の距離をある程度確保した方が、液体中 に微小気泡を十分に生成する上で有利である。筒 2の内径を Dとして容器の底と筒 2 の開放端 15との間の距離を D/4以上とすると好ましい。これにより、筒の開放端 15 力 放出される液体が大きな流路抵抗を受けずに容器内に拡散することができる。
[0059] 気泡生成装置におけるモーター 6の格納部分を防水構造とすることにより、本発明 の気泡生成装置の全体を液体中に浸漬することとしても良い。この場合、筒 2の閉鎖 端側が所定の通気抵抗で外気と通気可能でなければならな 、。液体の表面に通気 口を設け、筒 2の閉鎖端までの間を通気管で結んでも良い。筒内に気体を供給する 上で気体の圧力が不足する場合には、気体の圧力を上げて供給しても良い。
[0060] 本発明によって液体中に極小気泡を生成するに際し、液体としては水以外の種々 の物質を用いることができる。例えば、海水、油、石油、アルコール、各種薬液を用い ることができる。また、気泡の元となる気体としても、空気以外の種々の気体を用いる ことができる。例えば、 N、 O、 O、 Ar、 H、 SO、 NO、 He、炭化水素ガス、天然ガ
2 2 3 2 X X
スを用いることができる。
[0061] 液体として水を用い、この水の中に本発明の気泡生成装置を用いて極小気泡を生 成させるに際し、水が地下水 ·水道水あるいはこれらをろ過したろ過水であるの力 蒸 留水であるのか、蒸留水にエタノールなどの界面活性剤を添加した水であるのかに よって、極小気泡の生成量に差異が生じる。蒸留水を用いた場合に極小気泡の生成 量が最も少なくなるといわれている。一方、本発明を用いることにより、液体として蒸 留水を用いた場合であっても直径 10 μ m以上 15 μ m未満の粒径範囲において 100 0個 ZmLを超える多量の気泡を生成することが確かめられた。本発明にお 、ては、 液体として蒸留水を用いた場合を基準とし、液体中に生成させ得る極小気泡の数を 規定することとする。
[0062] 液体中に存在する直径 15 m未満の気泡粒径を計測する計測装置としては、 He
Neレーザーを使用した「光散乱式の液中パーティクルカウンター」（米国 PMS社 製 LIQILAZ— E20P型）を使用して測定することができる。この装置を用いることに より、液体中の 2 μ m以上の気泡密度を、 5 μ mピッチ程度で気泡径毎に分類して測 定可能である。本発明においては、例えば 5リットル容量の円筒形水槽の底から 50m mの高さに水槽管壁に沿ってサンプルホース先端を垂らして、気泡水を装置の検査 部へ定量ポンプにて輸送して計測する。サンプリング流量は 80ccZminである。
[0063] 本発明の特徴は、直径 15 m未満の極小気泡を多量に生成させることができる点 にある。液体として蒸留水を用い、少なくとも筒の開放端及び回転羽根の部分を液体 中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端力 排出される液体中 の直径 10 μ m以上 15 μ m未満の気泡の数を 40個 ZmL以上とすることができる。 4 0個 ZmL以上であれば、従来知られている方法が生成する気泡の数を凌駕し、好 適な結果を得ることができるからである。また、好ましくは 100個 ZmL以上とすること ができる。より好ましくは 200個 ZmL以上とすることができる。
[0064] 本発明の特徴はさらに、直径 10 m未満の極小気泡を多量に生成させることがで きる点にある。液体として蒸留水を用い、少なくとも筒の開放端及び回転羽根の部分 を液体中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端力 排出される 液体中の直径 5 μ m以上 10 μ m未満の気泡の数を 40個 ZmL以上とすることができ る。 40個 ZmL以上であれば、従来知られている方法が生成する気泡の数を凌駕し 、好適な結果を得ることができるからである。また、好ましくは 100個 ZmL以上とする ことができる。より好ましくは 200個 ZmL以上とすることができる。 [0065] 同様に本発明においては、液体として蒸留水を用い、少なくとも筒の開放端及び回 転羽根の部分を液体中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端か ら排出される液体中の直径 5 μ m以上 15 m未満の気泡の数を 80個 ZmL以上と することができる。また、好ましくは 200個 ZmL以上とすることができる。より好ましく は 400個 ZmL以上とすることができる。
[0066] また、本発明においては、直径 10 m以上 15 m未満、直径 5 m以上 10 m 未満、直径 5 μ m以上 15 m未満の極小気泡を上記のように含有しつつ、同時に 2 0 μ m以上 25 μ m未満の微細気泡を 20個 ZmL以上含有させることができる。
[0067] 本発明の筒 2の形状として、図 1に示すように、回転羽根 3が内蔵されている部分の 筒の内径は上記好ましい範囲の内径 Dとしつつ、筒の閉鎖端 14側についてはより小 径の内径を有する筒 11としても良 、。筒の内径が変化する部分をここでは肩部 12と 呼ぶ。肩部 12から回転羽根 3までの距離 L1については、通常は羽根の平均幅 dの 0 . 25培程度とすれば好ましい結果を得ることができる。もちろん、図 6 (b)に示すよう に、筒 2の開放端 15から閉鎖端 14までの間における筒 2の内径を一定とすることとし ても良い。
[0068] 本発明の気泡生成装置においては、回転羽根 3を回転させる目的で、筒の閉鎖端 14側にモーター 6を設けることとなる。回転羽根 3の回転中において回転軸 5が発振 する現象を防止するためには、回転軸 5の軸受 9を極力回転羽根 3の近傍に設けると 良い。図 1に示すように筒の閉鎖端 14側で内径が変化する肩部 12を有する場合、 軸受 9は肩部 12直近であって内径が小さ 、側の部分に設けると良 、。図 1にお!/、て は軸受 9bがこれに該当する。軸受 9と筒 2との間の支持部 10bについては、図 1 (c) に示すように桁構造として支持部 10bの上下で液体が自由に流通するタイプとするこ とも可能であり、あるいは図 1 (b)に示すように支持部 10aを面構造として支持部 10a の上下で液体が遮断されるタイプとすることも可能である。軸受 9からあまり距離の離 れない位置に回転羽根 3を設けることにより、回転軸 5の発振を防止することができる 。軸受 9と回転羽根 3との間の距離は、羽根の平均幅 dの 0. 5倍前後の距離とすると 良い。
[0069] 回転羽根付近にお!、て回転軸を支持する手段としては、図 1に示すような、回転羽 根 3とモーター 6との間のみにおいて回転軸 5を支持する片持ち方法と、図 8に示す ような、回転羽根 3のモーター 6と反対側においても回転軸 5を支持する両持ち方法 のいずれかを選択することができる。両持ち方法とする場合、図 8に示すように筒 2の 開放端 15と回転羽根 3との間に軸受 9cを支える支持部 10cを設ける必要があり、こ の支持部 10cによって開放端 15を通じた液体の流通が影響を受けるので、片持ち方 法とした方が好ま 、結果を得ることができる。
[0070] 本発明の気泡生成装置においては、駆動部分として、モーターと回転羽根を回転 軸によって直結したものを有するのみである。気泡生成装置本体にポンプやホース などの外部接続機器を一切必要としないので、部品構成が単純である。またモータ 一駆動エネルギーが他のエネルギー変換を経ずに回転軸を経由して直接羽根の旋 回周速度に変換されるため、エネルギー変換効率が高いという特徴を有する。本発 明の以上のような特徴は、製品価格の低減と省エネルギー化の両面に寄与するもの であり、民生や産業への応用の普及を促進する上で好ましい特徴である。
実施例 1
[0071] 図 1に示す構造を有する本発明の気泡生成装置を用い、液体中に極小気泡を生 成させた。気泡を生成させる液体として蒸留水を用いている。比較のためにエタノー ルを含む蒸留水を用いた試験も行った。
[0072] 回転羽根 3として図 2 (bl) (b2)に示す 4枚の羽根 4を有するものを用いた。羽根 4 は板状の形状を有し、板厚 0. 8mmの鋼板を用いて製作したものであり、羽根 4の平 均幅 dは 22mm、羽根の回転軸方向長さ L2は 30mmとした。
[0073] 回転羽根 3を回転させる回転軸 5は直径 3mmの鋼製円柱であり、モーター 6に駆 動されて回転羽根を 6000〜10000rpmの範囲で回転させることができる。本実施 例では、回転数を lOOOOrpmとした。回転羽根 3の周速は 11. 5mZsecとなる。
[0074] 筒 2として円筒を用い、円筒の形状は、回転羽根 3を収納した部分及び開放端 15 に到るまでの部分は同一直径の円筒 2であり、円筒 2の内径 Dとして 25mm (DZd= 1. 14)を採用した。円筒 2の開放端 15から回転羽根 3までの距離 L3として 45mm (L 3/d= 2. 05)を採用した。
[0075] 円筒 2の形状は回転羽根 3の上方で肩部 13を形成し、肩部 13より上方における円 筒の内径は 20mmであり、この部分については円筒 11と称する。肩部 13の直上に 回転軸 5の軸受 9bを有する支持部 10bを配置し、支持部 10bの上方 35mmの位置 に軸受 9aを有する支持部 10aを配置する。支持部 10aは円筒 2の閉鎖端 14の役割 を兼ねている。下側の支持部 10bと回転羽根 3上端との間の距離 (L1)は 7mmとした
[0076] 閉鎖端 14直近の位置において、円筒 11に通気孔 7を設けている。円筒 11の肉厚 は 3mmであり、通気孔 7の内径 dは 1. 2mm (d /d= 0. 055)である。また、支持
G G
部 10bの直上には直径 4mmの液体流通口 8を設けている。
[0077] 本発明の気泡生成装置を用いて気泡を生成する液体 20として、蒸留水を用いた。
直径 170mm、高さ 270mmの円筒形の水槽内に蒸留水を 5リットル入れ、水槽内の 水面中央部に上方から気泡生成装置を浸漬させる。蒸留水 5リットルにエタノールを 5cc添加した液体を用いた実験も行った。さらに、ろ過水を用いた実験も行った。ろ 過水は、地下水をくみ上げ、活性炭と中空糸膜フィルターを用いた水道用浄水器に よって水をろ過したものを！、う。
[0078] 極小気泡の生成を行うに際し、円筒 2の開放端 15を下方に向けて気泡生成装置を 液体中に浸漬する。回転羽根 3の上端位置が液面 21の位置から 20mm下方となる ように気泡生成装置の上下方向位置を定めた。
[0079] 液体中に生成した気泡の個数を計測するため、 He— Neレーザーを使用した「光 散乱式の液中パーティクルカウンター」（米国 PMS社製 LIQILAZ— E20P型）を使 用して測定を行った。水槽の底から 50mmの高さで水槽の側壁に沿った位置に取水 位置を定め、この位置にサンプルホース先端を垂らして、水槽中の液体を装置の検 查部へ定量ポンプにて輸送し、液体中の気泡個数を計測した。サンプリング流量は 8 OccZ mmである。
[0080] 水槽内に浸漬した気泡生成装置を起動し、上記測定装置を用いて気泡個数を計 測した。気泡の直径を 2 μ m以上 5 μ m未満、 5 μ m以上 10 μ m未満、 10 μ m以上 1 5 μ m未満、 15 μ m以上 20 μ m未満、 20 μ m以上 25 μ m未満、以下 5 μ mピッチで 50 mまでの領域に分割し、各領域毎に気泡の個数を個 ZmLの単位で表示した。
[0081] [表 1] 数字は気泡個数 (個/ mL)
Figure imgf000023_0001
[0082] 結果を表 1に示す。表 1の No. 1、 2から明らかなように、液体として蒸留水を用いた 場合、 5 μ m以上 10 μ m未満の領域、 10 μ m以上 15 μ m未満の領域のいずれも、 気泡個数が 1000個 ZmLを超えるという極めて多量の極小気泡を生成させることが できた。 2 111以上5 111未満にっぃても、 500個 ZmL以上という多量の極小気泡 が生成している。
[0083] 同じく表 1の No. 3から明らかなように、液体としてエタノール含有蒸留水を用いた 場合、各気泡径領域において極小気泡の個数の増加が顕著である。 2 m以上 5 m未満の領域と 10 μ m以上 15 μ m未満の領域とで気泡個数が 2000個 ZmLを超 えている。さらに、 5 μ m以上 10 μ m未満の領域、 15 μ m以上 20 μ m未満の領域、 20 μ m以上 25 μ m未満の領域でも気泡個数の増大が顕著であり、それ以上の気泡 径の領域にお 、ても気泡個数が増大して 、る。
[0084] No. 4にあるように液体としてろ過水を用いた場合、 20 m以上の気泡径領域では 、蒸留水の場合よりもろ過水を用いた場合の方が気泡個数が多く発生している。特に 30 μ m以上 35 μ m未満の領域ではろ過水の方が気泡個数が 12倍も多くなる結果と なっている。従来、蒸留水は微小気泡を生成させにくいといわれていた力 それは気 泡径 20 m以上における上記挙動を表したものということができる。
[0085] 一方、 No. 4における 2 μ m以上 5 μ m未満の領域と 15 μ m以上 20 μ m未満の領 域では蒸留水と同様の気泡個数を実現しており、さらに 5 m以上 10 m未満の領 域と 10 μ m以上 15 m未満の領域ではろ過水よりも蒸留水の方が気泡個数が多く なるという結果が得られた。
実施例 2
[0086] (本発明例）
上記実施例 1と同様、図 1に示す構造を有する気泡生成装置を用い、液体中に極 小気泡を生成させた。気泡を生成させる液体として、上記実施例 1では蒸留水を用 いたが、実施例 2ではくみ上げ地下水をろ過したろ過水を用いている。
[0087] 回転羽根 3の形状は基本的に実施例 1と同様である。羽根の形状としては、図 2 (b 1) (b2)に示すように羽根 4に穴 12を設けた形状のものを使用した。
[0088] 回転羽根 3を回転させる回転軸 5は、実施例 1と同様に直径 3mmの鋼製円柱であ り、モーター 6に駆動されて回転羽根を 6000〜 lOOOOrpmの範囲で回転させること ができる。本実施例では、回転数を lOOOOrpmとした。回転羽根 3の周速は 11. 5m / secとなる。
[0089] 円筒 2の形状は、回転羽根 3を収納した部分及び開放端 15に到るまでの部分は同 一直径の円筒 2であり、円筒 2の内径 Dとして 25、 28、 36、 42mmの 4種類から選択 した (DZd= l. 14、 1. 27、 1. 64、 1. 91)。円筒 2の開放端 15から回転羽根 3まで の距離 L3として Ommから 130mmまで（L3Zd=0〜5. 91)の範囲内において選択 した。
[0090] 円筒 2の形状は回転羽根 3の上方で肩部 13を形成し、肩部 13より上方における円 筒の内径は 20mmであり、この部分については円筒 11と称する。肩部 13の直上に 回転軸 5の軸受 9bを有する支持部 10bを配置し、支持部 10bの上方 35mmの位置 に軸受 9aを有する支持部 10aを配置する。支持部 10aは円筒 2の閉鎖端 14の役割 を兼ねている。下側の支持部 10bと回転羽根 3上端との間の距離 (L1)は 7mmとした 。これらの点についても実施例 1と同様である。
[0091] 閉鎖端 14直近の位置において、円筒 11に通気孔 7を設けている。円筒 11の肉厚 は 3mmであり、通気孔 7の内径 dは 1. 2mm (d /d=0. 055)である。また、支持
G G
部 10bの直上には直径 4mmの液体流通口 8を設けている。
[0092] 本発明の気泡生成装置を用いて気泡を生成する液体 20として、ろ過水を用いた。
ろ過水は上記実施例 1と同様、地下水をくみ上げ、活性炭と中空糸膜フィルターを用 いた水道用浄水器によって水をろ過したものをいう。直径 170mm、高さ 270mmの 円筒形の水槽内にろ過水を 5リットル入れ、水槽内の水面中央部に上方から気泡生 成装置を浸漬させる。
[0093] 極小気泡の生成を行うに際し、円筒 2の開放端 15を下方に向けて気泡生成装置を 液体中に浸漬する。回転羽根 3の上端位置が液面 21の位置から 20mm下方となる ように気泡生成装置の上下方向位置を定めた。
[0094] 液体中に生成した気泡の個数を計測する方法も、上記実施例 1と同様である。即ち 、 He— Neレーザーを使用した「光散乱式の液中パーティクルカウンター」（米国 PM S社製 LIQILAZ— E20P型）を使用して測定を行った。水槽の底から 50mmの高さ で水槽の側壁に沿つた位置に取水位置を定め、この位置にサンプルホース先端を 垂らして、水槽中の液体を装置の検査部へ定量ポンプにて輸送し、液体中の気泡個 数を計測した。サンプリング流量は 80ccZminである。
[0095] 結果を表 2の No. 5〜16に示す。
[0096] [表 2]
数字は気泡個数 (個/ mL)
Figure imgf000025_0001
[0097] 表 3は液体としてろ過水を用い、ろ過水の量を上記表 2と同様に 5リットルとした場合
(No. 17)と、水槽を大型のものとして 100リットルのろ過水を満たした場合 (No. 18) とを比較したものである。気泡生成装置において、 D=42mm、 L3 = 70mmとし、他 の条件は表 2に記載のものと同様である。液体の量を 100リットルに増大しても十分 に多量の極小気泡が生成していることが明らかである。
[0098] [表 3] 数字は気泡個数 (個 ZmL)
Figure imgf000026_0001
[0099] (比較例）
比較例として、特許文献 2、 3に記載されたように、回転軸の回転動作に伴う渦流運 動及び、回転軸に取付けた攪拌羽根の切断動作と、順気泡渦流と逆気泡渦流との 衝突動作とによって液体と気体との攪拌混合を行う気泡生成装置を用いた。
[0100] 比較例の気泡生成装置は、その全体形状は特許文献 2の図 1に近似している。内 径 Dが 35mmの円筒の内部に回転軸を有し、回転軸には円筒形状の回転体が 2個 と攪拌羽根（回転羽根）が 4個配置されている。回転体の直径は 31mm、長さは 15m mである。各回転羽根は、それぞれ 3枚の羽根を有し、回転羽根の平均幅 dは 31m mである。回転羽根の各羽根は羽根の面の法線方向が回転羽根の回転周方向から 45° の角度をなしている。 4個の回転羽根のうちの 2個は、回転方向に面する羽根 の面が上方 45° を向く角度をなしており、他の 2個は下方 45° を向く角度をなして いる。回転軸の回転数は 2800rpmである。
[0101] 筒の上端には通気口が配置され、通気口の直径は 8mm、長さは 12mmである。ま た、筒の上端には液体の流通口が配置され、流通口として、口径 11mmの流通口を 4個配置している。筒の下端には、気泡を生成した液体を拡散するための拡散羽根 が配置されている。
[0102] 10リットルのろ過水を満たした水槽において、比較例の気泡生成装置を用いて気 泡の生成を行った。結果を表 4の No. 19に示す。
[0103] [表 4]
数字は気泡個数 (個 ZmL)
生 気泡径（ a m) (下限 (以上) Z上限 (未満) )
No. 気泡
成装置 2/5 5/10 10/15 15/20 20/25 25/30 30/35 35/40 40/45 45/50 50/55
19比較例 254 54 25 9 8 9 6 6 4 2 2 [0104] (気泡生成状況の比較）
表 4によれば、比較例の気泡生成装置を用いた場合においても、 5〜： LO /z m 10 〜15 mの極小気泡が所定の個数で発生していることがわかる。一方、表 4に記載 の比較例と表 2に記載の本発明例とを比較すると、本発明例における極小気泡生成 量の増大が明らかである。 2〜5 mの極小気泡個数の増大状況も顕著である。さら に、 15 m以上 50 m未満のいずれの領域においても、本発明例は比較例と対比 して気泡生成量が増大していることが明らかである。
[0105] 表 2によれば、本発明の範囲内で D、 L3を変化させたところ、 D、 L3のいずれの値 においても極小気泡の生成状況は良好であった。
[0106] 表 3の No. 17と No. 18を対比すると、本発明の気泡生成装置を用いる場合、液体 の容量が 5リットルから 100リットルに増大しても、十分に良好な気泡生成状況を示し ている。
[0107] なお、回転羽根 3として図 2 (bl) (b2)に示す羽根 4に穴 12を設けた形状のものに 代え、図 2 (al) (a2)に示すような穴 12を設けていない羽根 4を用いた場合について も気泡生成試験を行った。その結果、穴 12の有無にかかわらず、極小気泡を良好に 生成させることができた。
実施例 3
[0108] 図 7及び図 1に示す構造を有する気泡生成装置を用い、多数の開口部を有する部 分開口板 16設置の有無による液体中極小気泡生成状況の変化を評価した。気泡を 生成させる液体として、上記実施例 2と同様、くみ上げ地下水をろ過したろ過水を用 いている。
[0109] 回転羽根 3の形状は基本的に実施例 1と同様である。羽根の形状としては、図 2 (b 1) (b2)に示すように羽根 4に穴 12を設けた形状のものを使用した。回転羽根 3を回 転させる回転軸 5は、実施例 1と同様に直径 3mmの鋼製円柱であり、回転数を 1000 Orpmとした。
[0110] 円筒 2の形状は、回転羽根 3を収納した部分及び開放端 15に到るまでの部分は同 一直径の円筒 2であり、円筒 2の内径 Dを 40mmとした。円筒 2の開放端 15から回転 羽根 3までの距離 L3を 40mmとした。閉鎖端 14直近の位置において、円筒 11に通 気孔 7を設けている。円筒 11の肉厚は 3mmであり、通気孔 7の内径 dは lmmである
G
。また、支持部 10bの直上には直径 4mmの液体流通口 8を設けている。
[0111] 部分開口板 16については、図 7に示すように筒 2の開放端 15に設けた。部分開口 板 16は、線径 0. 5mmの金属線を 1. 5mmピッチで正方形の網目状に編んだメッシ ュであり、 lmm X lmmの開口部を多数有する形状である。
[0112] 本発明の気泡生成装置を用いて気泡を生成する液体 20として、ろ過水を用いた。
直径 130mm、高さ 200mmの円筒形の水槽内にろ過水を 2リットル入れ、水槽内の 水面中央部に上方から気泡生成装置を浸漬させる。極小気泡の生成を行うに際し、 円筒 2の開放端 15を下方に向けて気泡生成装置を液体中に浸漬する。回転羽根 3 の上端位置が液面 21の位置から 20mm下方となるように気泡生成装置の上下方向 位置を定めた。
[0113] 液体中に生成した気泡の個数を計測する方法も、上記実施例 1、 2と同様、 He— N eレーザーを使用した「光散乱式の液中パーティクルカウンター」（米国 PMS社製 LI QILAZ— E20P型）を使用して測定を行った。
[0114] 結果を表 5の No. 20、 21に示す。 No. 20が部分開口板 16を設けた例であり、 No . 21は部分開口板 16を設けない例である。
[0115] [表 5]
数字は気泡個数 (個 ZmL)
Figure imgf000028_0001
表 5より明らかなように、気泡径 10〜15 /ζ πιにおいて、部分開口板なしの No. 21 が 56個 ZmLであったのに対し、部分開口板ありの No. 20では 135個 ZmLと 2. 4 倍の気泡生成量となった。又同じ実験で、気泡径 15〜20 /z mでは、部分開口板な しの場合 54個 ZmLであった力 部分開口板設置により 94個 ZmLと 1. 7倍の気泡 生成量となった。
実施例 4 [0117] 以下に示す点を除いて実施例 1と同様の気泡生成装置を用い、実施例 1と同様の 方法で気泡生成を行った。実施例 1と相違する点としては、まず液体としてろ過水の みを用いた。使用したろ過水の条件は実施例 1と同様である。表 6の No. 22〜27の 条件で評価を行った。
[0118] No. 22については、回転羽根の回転数を 5050rpmとした。この場合、回転羽根 3 の周速は 5. 8mZsecとなる。 No. 23〜26については、通気口の内径をそれぞれ 1 mm、 3. 3mm、 5mm、 7mmとした。 No. 27については、回転羽根 3の羽根 4の枚 数を 2枚とした。 No. 22〜27とも、変更した点以外の条件は実施例 1と同様とした。
[0119] 結果を表 6に示す。表 6から明らかなように、 No. 22〜27のいずれも、良好な気泡 生成量を得ることができた。また No. 23〜26の結果から明らかなように、通気口の口 径を小さくして通気抵抗を大きくするほど、極小気泡の生成量を増大させることができ る。
[0120] [表 6]
Figure imgf000029_0001
[0121] さらに以下に示す点を除いて実施例 1と同様の気泡生成装置を用い、実施例 1と同 様の方法で気泡生成を行った。液体として 2リットルの蒸留水を用い、気泡生成装置 の運転を開始してから 3分間経過時点の段階で気泡生成状況の評価を行った。容器 の大きさは実施例 3と同様である。結果を表 7に示す。 No. 27は部分開口板なし、 N o. 28は対辺が 6mmの六角形である開口を無数に配置したパンチングメタルを部分 開口板として使用した場合である。
[0122] [表 7] 数字は気泡個数 (個/ mL)
Figure imgf000030_0001
[0123] 実施例 1における蒸留水を用いたデータでは、 5 m以上 10 m未満の領域、 10 μ m以上 15 μ m未満の領域のいずれも、気泡個数が 1000個 ZmLを超える気泡の 生成が見られたのに対し、上記表 7に示すデータでは、 5 m以上 10 m未満の領 域で 40個 ZmL、 10 μ m以上 15 μ m未満の領域で 113個 ZmLという結果であった 。実施例 1に示すデータが、気泡生成装置を 5分程度の運転を断続的に実施した後 のデータであるのに対し、実施例 4の上記表 7に示すデータが運転開始後 3分にお けるデータである点で両者は相違する。これらデータから、本発明の気泡生成装置を 長時間、例えば 20分以上運転することによって、あるいは 5分程度の運転を断続的 に実施することによって、 5 μ m以上 10 μ m未満の領域、 10 μ m以上 15 μ m未満の 領域のいずれも、気泡個数が 1000個 ZmLを超える気泡の生成させることが可能で あると同時に、短時間の運転でそれぞれの領域で 40個 ZmL以上の気泡を生成さ せ得ることがゎカゝる。
産業上の利用可能性
[0124] 従来の微小気泡生成方法においては、液体中に直径 10〜20 /z mの微小気泡を 大量に生成し、これによつて水等の液体中に空気等の気体を効率よく溶解させること ができた。本発明も同様の効果を有する。
[0125] さらに本発明の微小気泡生成方法においては、液体中に直径 15 m未満の極小 気泡を多量に生成することができるので、表面張力に起因する気泡中の圧力がより 一層高まり、極小気泡が有する自己圧縮性とそれを利用したガスハイドレードの生成 や魚介類の養殖促進、極小気泡が有する電気的な特性を利用することが可能となり 、本発明がはたす産業上の利用可能性は極めて大きいものがある。

Claims

請求の範囲
[1] 一端が閉鎖端で他方端が開放端となっている筒と、該筒中にあって筒と同軸又は 略同軸に回転する回転羽根を用い、回転羽根は 1枚又は 2枚以上の羽根を有し、羽 根の面は回転羽根の回転軸軸芯と略平行であり、少なくとも前記筒の開放端及び回 転羽根の部分を液体中に浸漬し、回転羽根の周速を 5. 8mZsec以上として回転す ることを特徴とする、液体中に極小気泡を生成する方法。
[2] 羽根の平均幅を回転軸中心から羽根の外周までの回転半径方向幅の 2倍と定義し 、前記筒の閉鎖端側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平 均幅の 0. 36倍であって長さが 3mmの通気口と同等又はそれ以上の通気抵抗であ ることを特徴とする請求項 1に記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
[3] 液体として蒸留水を用いたときに、筒の開放端力も排出される液体中の直径 10 m以上 15 m未満の気泡の数力 0個 ZmL以上であることを特徴とする請求項 1又 は 2に記載の液体中に極小気泡を生成する方法。
[4] 一端が閉鎖端で他方端が開放端となっている筒と、該筒中にあって筒と同軸又は 略同軸に回転する回転羽根とを有し、回転羽根は 1枚又は 2枚以上の羽根を有し、 羽根の面は回転羽根の回転軸軸芯と略平行であり、羽根の平均幅を回転軸中心か ら羽根の外周までの回転半径方向幅の 2倍と定義し、筒の開放端及び回転羽根の 部分を液体中に浸漬したときに回転羽根の周速を 5. 8mZsec以上として回転でき ることを特徴とする、液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装置。
[5] 前記筒の閉鎖端側における筒内部と外気との間の通気抵抗は、内径が羽根の平均 幅の 0. 36倍であって長さが 3mmの通気口と同等又はそれ以上の通気抵抗である ことを特徴とする請求項 4に記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生成装 置。
[6] 前記筒の開放端力 前記回転羽根までの距離が前記羽根の平均幅に対して 0. 5 倍以上であることを特徴とする請求項 4又は 5に記載の液体中に極小気泡を生成す るための気泡生成装置。
[7] 前記筒の内径は羽根の平均幅に対して 1. 1〜2. 5倍の範囲にあることを特徴とす る請求項 4乃至 6のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生 成装置。
[8] 前記羽根の回転軸方向長さは羽根の平均幅に対して 0. 2倍以上であることを特徴 とする請求項 4乃至 7のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡 生成装置。
[9] 前記羽根はその表面に 1又は 2以上の穴を有する板によって構成されてなることを 特徴とする請求項 4乃至 8の 、ずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための 気泡生成装置。
[10] 前記筒の開放端もしくは筒の開放端力 前記回転羽根までの間に、多数の開口部 を有する部分開口板を設けることを特徴とする請求項 4乃至 9のいずれかに記載の 極小気泡を生成するための気泡生成装置。
[11] 液体として蒸留水を用い、少なくとも前記筒の開放端及び回転羽根の部分を液体 中に浸漬して液体中に気泡を生成させたときに、筒の開放端力 排出される液体中 の直径 10 μ m以上 15 μ m未満の気泡の数力 0個 ZmL以上であることを特徴とす る請求項 4乃至 10のいずれかに記載の液体中に極小気泡を生成するための気泡生 成装置。
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